本发明的实施例涉及一种地面安装的太阳能光伏(PV)系统，尤其涉及一种集成农业的太阳能光伏系统(AIPV)，该集成农业的太阳能光伏系统促进农业活动与太阳能光伏能量产生活动的集成。
背景技术：
多年以来，太阳能已经获得很多关注，并作为常规能量的主替代物之一而出现。太阳能附带的优点在于，可利用的原料(即，阳光)很丰富，电力的产生环保且节约等等。进一步地，太阳能技术具有实现世界电力需求的重要部分以及减少温室气体排放量的潜能。太阳能发电的用地需求取决于所部署的太阳能技术的混合。
典型地，从小规模到大规模的太阳能光伏系统安装在地面上，并且需要大面积的土地来安装系统的部件。例如，对于1.0兆瓦(MW)的太阳能光伏系统的安装，需要4000块太阳能光伏面板或接近3-4英亩的土地。传统的地面安装的太阳能光伏系统具有很多缺点和局限。这样的系统使太阳能光伏系统每瓦特增加巨额成本以及使光伏面板下方的区域不被使用和闲置，光伏面板下方的区域不能最佳地利用并且浪费。进一步地，传统的太阳能光伏系统是定制的，并且不具有灵活性，不能适应作为主体结构的支柱和檩条的铝块的使用。因此，传统的太阳能光伏系统昂贵、笨重，且由于在太阳能光伏面板下方的区域闲置而导致该太阳能光伏系统增加了空间的浪费。
因此，在现有技术中仍存在能够克服上述的问题和缺点的改良的太阳能光伏系统的需求。农业活动和太阳能光伏系统的集成不仅提高了系统的发电能力，而且也可最佳地使用太阳能光伏系统中的土地，并且为土地提供了额外的利益。
技术实现要素：
本发明的实施例意图提供一种集成农业的太阳能光伏系统。本发明意图最大程度地使用传统太阳能光伏系统下方的闲置区域。进一步地，所公开的系统使得太阳能光伏系统和农业活动能够集成，并从能量产生中获益，和通过收获的农业产量从土地中获益。所提出的系统通过现成的建筑材料来建造，并且具有灵活的设计；与传统的太阳能光伏安装系统相比，所提出的系统意味着较少的建造时间，并且降低整个系统的成本。集成农业的太阳能光伏系统通过权利要求1的特征所提供。然而，本发明还可额外地存在于权利要求1的特征的任意组合。
根据本发明一实施例，一种集成农业的太阳能光伏系统包括多个光伏支撑框架，用于支撑多个光伏面板；多个水平柱，用于支撑所述多个光伏支撑框架；多个垂直柱，用于在顶端与所述多个水平柱连接，并用于在底端与多个混凝土底座连接；以及土地，位于所述光伏支撑框架和所述多个光伏面板下方。
根据本发明一实施例，所述多个光伏面板的每一对之间均安装有透明的聚碳酸酯材料。
根据本发明一实施例，所述多个光伏面板设置在所述多个光伏支撑框架上，并朝向南北方向成3°倾斜角。
根据本发明一实施例，所述土地用于进行农业活动。优选地，所述农业活动包括但不限于，植物的耕作。
根据本发明一实施例，所述多个水平柱以及所述多个垂直柱通过支架夹具彼此连接。
根据本发明一实施例，所述多个水平柱以及所述多个垂直柱为中空管道。进一步地，所述中空管道由镀锌铁制成，并且所述中空管道的最小直径为46.8x10-3m，厚度为4x10-3m。
根据本发明一实施例，所述多个光伏面板通过檩条设置有所述透明的聚碳酸酯材料。进一步地，所述檩条安装有防水材料。
根据本发明一实施例，所述透明的聚碳酸酯材料宽度为0.6m，且所述多个光伏面板的宽度为1m。
根据本发明一实施例，所述多个光伏面板具有所述透明的聚碳酸酯材料的配置提供了温室效应，所述温室效应使得阳光能够穿透到地面上，并使农业活动可以进行。
根据本发明一实施例，所述多个混凝土底座中的每个为长方形，并且具有中空的中心。
当本发明通过使用实施例和示范性的附图作为示例在这里描述时，本领域技术人员将会理解，本发明并不局限于所描述的单个或多个附图的实施例，并且不意图表示各部件的比例。进一步地，为了便于说明，构成本发明一部分的一些部件在一些附图中并未示出，且这样的省略在任何方面都不会限制概述的实施例。应当理解，这些附图和详细的描述并不意图将本发明限制为所公开的特定形式，而是相反地，本发明覆盖了落入由附加的权利要求所定义的本发明范围内的所有的修改、等同物以及替代物。这里使用的标题仅为实现组织性的目的，并不意味着用于限制说明书或权利要求的范围。如本说明书全文使用的，词“可以”的使用为许可意义(即，意味着有可能)，而不是强制意义(即，意味着必须)。进一步地，除非另有说明，词组“一”或“一个”意味着“至少一个”。进一步地，这里使用的术语和措辞仅单独地用于描述的目的，而不应当被解释为限制本发明的范围。语言例如“包含”、“包括”、“具有”、“容纳”或“涉及”以及其变形意图表示较宽的范围，并包含随后列出的主题、等同物以及并未列举的额外的主题；且上述语言并非意图排除其他添加物、部件、整体(integer)或步骤。同样地，为了可适用法律的目的，用语“包括”被认为是与“包含”或“容纳”同义。在说明书中包含对文件、动作、材料、装置、物品等的任意讨论，且这些讨论仅用于为本发明提供背景。并不建议或表示，任意或所有的这些事件构成现有技术基础的一部分，或者为与本发明相关领域的公知常识。
在本公开内容中，每当组分或元件或一组元件前面有连接词“包括”时，应当理解我们还可以预料到，在组分、元件或一组元件之前，相同的组分、元件或一组元件还可以设有连接词“由…组成”、“组成”、“从由…组成的一组中选择”、“包含”，或“为”；反之亦然。
附图说明
因此，为使本发明的上述引用的特征可以更详细地理解，前述简要介绍的本发明尤其特别的描述可以结合实施例来进行，且其中一些实施例在附图中示出。然而，应当注意，附图仅示出了本发明典型的实施例，因此不能视为对本发明范围的限制，本发明可承认其他等同效果的实施例。
本发明的这些特征以及其他特征、益处以及优点通过参考下文中的附图而显而易见；其中，在所有附图中，相同的标号指代相同的结构。其中：
图1示出了根据本发明一实施例的集成农业的太阳能光伏系统的等轴视图；
图2示出了根据本发明一实施例的集成农业的太阳能光伏系统的多个垂直柱和多个混凝土底座的连接配置的剖视图；
图3示出了根据本发明一实施例的完整安装的集成农业的太阳能光伏系统的等轴视图；
图4示出了根据本发明一实施例的覆盖有网的集成农业的太阳能光伏系统的等轴视图。
具体实施方式
本发明在下文中通过多个实施例结合附图进行描述；其中，在整个描述中，在附图中使用的参考标号对应于相同的元件。然而，本发明也可以通过多种不同的形式来体现，并且不应当解释为限制于这里提出的实施例。相反，本发明提供了这些实施例以使该公开内容完全并且完整，并将对本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在以下详细的描述中，为所描述的实施方式的各方面提供了数字值和范围。这些值和范围仅仅当作是示例，而并不意图限制权利要求的范围。此外，多种材料视为适用于该实施方式的各个方面。这些材料当作是示范的，而并不意图限制权利要求的范围。
本发明的实施例意图提供一种集成农业的太阳能光伏系统。本发明意图通过将传统的太阳能光伏系统下方的闲置区域用于农业活动，来最大程度地使用太阳能光伏系统可用的有限土地。进一步地，所公开的系统中提出的太阳能光伏系统和农业活动的集成包括从能量产生和通过收获农业产量从土地获得的益处。所提出的系统也可改变常规的建筑支架材料，以使设计灵活、建造容易、具有额外的调整特征以及更便宜的单价。
参见附图，本发明此时将更详细地描述。根据本发明一实施例，如图1所示，集成农业的太阳能光伏系统100包括多个光伏支撑框架102、多个光伏面板104、多个水平柱106、多个垂直柱108、多个混凝土底座110，以及土地112。
多个光伏支撑框架102为矩形框架或方形框架，其中矩形框架或方形框架由中空的钢管或钢通道，或铝管或铝通道制成；但不局限于矩形框架或方形框架。
多个光伏面板104为传统的光伏面板，用于产生太阳能。进一步地，多个光伏面板104中的每个可以具有任意所需的形状，例如但不局限于，矩形或方形等。多个光伏面板104的功能和特征也与传统的光伏面板类似；为简单起见，在这里并不对该光伏面板的功能和特征进行详细介绍。
多个水平柱106和多个垂直柱108为中空管道。进一步地，多个水平柱106和多个垂直柱108由镀锌铁制成，但并不局限于由镀锌铁制成；且多个水平柱106和多个垂直柱108的最小直径为46.8x10-3m，厚度为4x10-3m。多个水平柱106和多个垂直柱108还通过支架夹具(scaffoldingclamp)相互连接。
多个水平柱106和多个垂直柱108的上述配置使得所提出的集成农业的太阳能光伏系统100能够容易地安装，并简化了该集成农业的太阳能光伏系统100的设计。进一步地，中空管道和支架连接配置有助于减轻集成农业的太阳能光伏系统100的总重量。
土地112为集成农业的太阳能光伏系统100的安装区域。进一步地，由于所提出的系统100的影响，导致土地112可以用于进行农业活动，并且可最大程度地使用多个光伏面板104下方的闲置区域。
如图1所示，多个光伏面板104中的每一对之间都安装有透明的聚碳酸酯材料114。多个光伏面板104和透明的聚碳酸酯材料114的这个特定的配置使之能够控制穿透和到达土地112的阳光，由此营造出温室效应，以用于农业活动。进一步地，多个光伏面板104通过檩条安装这些透明的聚碳酸酯材料114。该檩条还安装有防水材料。该温室效应对于本领域技术人员而言是显而易见的，因此为了简洁起见，不再详细描述。进一步地，上述配置促进了该太阳能光伏系统的能量产生和农业活动的集成，并利用了多个光伏面板104下方的闲置区域。
根据本发明一实施例，农业活动包括但不限于，植物的耕作。
根据本发明一实施例，透明的聚碳酸酯材料114的宽度为0.6m，且多个光伏面板104的宽度为1m。透明的聚碳酸酯材料114的特定宽度使得阳光能够穿透在系统110中，并减少湿度和温度为植物所需的耕作带来的影响。
进一步地，多个光伏面板104设置在多个光伏支撑框架102上，并朝向南北方向成3°的倾斜角。多个光伏面板104特定的朝向使之能够最佳地使用土地112来用于农业活动。
根据本发明一实施例，集成农业的太阳能光伏系统100的高度可考虑到农民的工作空间需求，并在不干扰系统100的操作和维护的情况下进行调整。该高度也可以改变，以提供最佳的阳光穿透，并降低多个光伏面板104下方的湿度和温度。
所公开的集成农业的太阳能光伏系统100的高度上的灵活性可通过集成农业的太阳能光伏系统100的多个垂直柱108和多个混凝土底座110特定的连接配置来实现。如图2所示，多个混凝土底座110为长方形，并具有中空的中心110’。多个垂直柱108插入到多个混凝土底座110的中空的中心110’中，并且通过但不限于自攻丝螺钉116固定在该中空的中心110’内。进一步地，多个混凝土底座110的中空的中心110’填充满混凝土，以在每个垂直柱108和每个混凝土底座110之间提供紧密的连接。所述连接配置200能够根据集成农业的太阳能光伏系统100的需求调整多个垂直柱108的高度。
图3示出了根据本发明一实施例的完整安装的集成农业的太阳能光伏系统100的等轴视图300。如图3所示，多个光伏面板104和透明的聚碳酸酯材料114覆盖整个土地112。系统100能够最佳地利用在光伏面板104下方的土地112，并使太阳能产生和农业活动能够集成在一起。
根据本发明一实施例，可以通过在系统100周围安装网来增强集成农业的太阳能光伏系统100内部的温室效应。如图4所示，集成农业的太阳能光伏系统100覆盖有网202，并且整个系统具有多个入口/出口204。
根据本发明一实施例，集成农业的太阳能光伏系统100使用集水系统以最小程度地使用自来水来满足农业活动的需水量。进一步地，集成农业的太阳能光伏系统100采纳自动灌溉系统的概念，使得可以在合适的时间间隔对植物浇水，并且减少人工浇水的需求。
上述的集成农业的太阳能光伏系统克服了现有的/传统的太阳能光伏系统的问题和缺点，并对该问题提供以下的解决方案：
i.最大程度使用太阳能光伏系统的土地
·在太阳能光伏安装系统的设计中发展了模仿温室农业耕种系统的概念；
·通过将太阳能光伏系统和农业活动集成，克服了传统的“单一用途的”太阳能光伏系统。
ii.太阳能光伏面板安装系统设计成满足在太阳能光伏面板下方充足的工作空间
·安装系统设计成尽可能模仿传统的温室效应；
·通过使太阳能光伏面板的朝向定位为与南北朝向成3°倾斜角的朝向，以最佳地使用土地；
·通过使用合适尺寸的工业用的镀锌铁(GI)中空管道、以及适应于支架概念的夹具和接头的工程设计，最小程度地使用用于太阳能光伏面板安装结构的材料，以形成该安装结构。
iii.地面的阳光穿透需求使得农业活动能够进行
·太阳能光伏面板及安装结构设置成朝向南北方向(太阳从东方升起并在西方降落)；
·太阳能光伏面板的设计阻止阳光直接穿透该太阳能光伏面板；设计了面板具有透明的聚碳酸酯材料的特定配置，使得阳光能够穿透并到达地面，同时维持温室屋顶的特征(防止水降落在地面上)。
·空开口(聚碳酸酯材料宽度)的间隔设置以满足充足的阳光穿透。
iv.适用于本概念的农作物类型
·太阳能安装结构的高度可调，以使充足的阳光穿透到地面，并满足下方的湿度和温度对农作物的影响；
·将农作物间隔设置，以确保穿透光伏面板下方的阳光能被农作物充分地接收；
·安装有网以用于农作物的生长。
v.农业活动
·植物的浇水需求采纳了自动灌溉系统的概念，使之能够在合适的时间间隔对植物浇水，并减少人工浇水的需求；
·结构的高度考虑了农业农民的工作空间需求，并且不会对太阳能光伏系统的操作和维护带来问题；
·雨水收集系统使之最小程度地使用自来水，以用于浇水需求。
所公开的集成农业的太阳能光伏系统除了上述优选解决方案之外，该所提出的系统包括以下关键优点/特征：
·设计简单、轻质、便宜且结构灵活；
·集成的太阳能和农业系统适应于传统的温室概念；
·穿透到地面的阳光可控；
·使用灌溉系统促进现代化农业；
·通过使用改良的雨水收集系统消除对自来水的需求；
·能最大程度地使用传统太阳能光伏系统下方的闲置区域。
上述示范性的实施方式示出了特定的形状、尺寸和其他特征；然而，本发明的范围还包括各种其他形状、尺寸和特征；例如，多个光伏支撑框架、多个光伏面板、多个水平柱、多个垂直柱、多个混凝土底座的特定形状、尺寸和连接件等。此外，本发明的范围还包括该集成农业的太阳能光伏系统的部件的各种连接件和配置。在本发明中描述的这些部件可以以各种其他方式进行制造，并且可包括各种其他材料。
对于本领域技术人员而言，这些实施例的各种修改从上述描述及附图中显而易见。与这里描述的各种实施例相关的原理可应用在其他实施例中。因此，该描述并不意图限制于示出的实施例以及附图，而是提供符合这里公开或建议的原理及新颖且具有创造性的特征的最大的范围。因此，本发明期望保留落入到本发明和附加的权利要求范围内的所有其他这样的替代方案、修改和变形。