一種帶浮筏地基的光伏陣列的制作方法
【專利摘要】一種帶有浮筏地基的光伏陣列，包括至少兩塊光伏組件集成板；光伏組件集成板的長度大于3米；陣列中所有光伏組件面積之和不小于十平米；浮筏地基為長條狀，長寬比大于2。本實用新型采用長條形浮筏地基，減少了樁的數量，節(jié)省了施工時間，能夠降低系統(tǒng)成本。
【專利說明】一種帶浮筏地基的光伏陣列
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能光伏發(fā)電【技術領域】，具體涉及一種帶浮筏地基的光伏陣列。
【背景技術】
[0002]太陽能干凈清潔，取之不盡，用之不竭。大多數可再生能源如風能、水的勢能、生物質能都是由太陽能間接轉化而來的。當前占主導地位的化石能源如煤、石油、天然氣也來自于遠古的生物質能。因此說太陽能是最重要、最有前途的可再生能源一點都不為過。
[0003]然而目前太陽能的發(fā)電量還不到總發(fā)電量的0.1%，與太陽能的地位極不相稱。其主要原因就是太陽能利用裝置效率偏低，成本較高，經濟性還無法與常規(guī)能源相競爭。
[0004]那么效率和成本哪一個更重要呢？對于這個問題是有許多不同意見的。某些企業(yè)就強調太陽能要高效率、高性能。當然這對于少數企業(yè)而言是無可厚非的。但是對整個行業(yè)戰(zhàn)略來講是行不通的。不普及太陽能，就無法解決碳排放問題，也無法解決能源的可持續(xù)發(fā)展問題。轉換效率的提高應該以成本的降低為前提和基礎，盲目追求效率鉆牛角尖很可能得不償失。
[0005]電力是可以遠距離傳輸的。這意味著相距很遠的多種能源:火電、水電、核電、風電等等完全能夠站在同一起跑線競爭。太陽能發(fā)電如果長期沒有經濟性，完全依賴政府補貼生存是難以想象的。政府本身并不賺錢，收入幾乎都直接或間接來自于納稅人。任何一個納稅人都不會長期容忍自己繳納的稅收最后變成外國公司的利潤。因此大量投資于無法大幅度降價的現有技術是沒有前途的。
[0006]光伏組件更是要將降低成本放在首位。太陽能的波動性很大，太陽能平均功率只有峰值功率的五分之一。因此同樣多的光伏發(fā)電量需要五倍于火電的裝機量。而且電能很難儲存，黑夜、陰雨天無法發(fā)電。還要另外投資儲能裝置和智能電網，付出昂貴的儲能和調度成本。光伏裝置還有壽命和效率衰減問題。這所有的一切的都要求光伏發(fā)電大幅度降低成本。
[0007]而在發(fā)電成本中，不但應包括太陽能光伏發(fā)電裝置本身的成本，還應包括管理成本、占地成本、資金成本、安裝建設成本、清潔維護成本等等。光伏組件轉換效率的提高僅僅是其中一個方面。
[0008]目前光伏行業(yè)將絕大多數的時間精力和資金都投入在提高電池效率的這條路，從某種意義上來講是一種失策。當然在人工費用較高的地區(qū)，轉換效率的提高可以減少系統(tǒng)安裝成本，有一定積極意義。但許多新型快速安裝裝置也可以大幅減少系統(tǒng)安裝成本。因此還是要綜合考量哪一種組合方式系統(tǒng)總體成本才能達到最低。
[0009]現有固定傾角的光伏電站結構，自從太陽能電池發(fā)明以來的幾十年變化都不大。
[0010]光伏電站是與電網相連并向電網輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。而光伏陣列是指由若干個光伏構件、光伏組件在機械和電氣上按一定方式組裝在一起并且有固定的支撐結構而構成的發(fā)電單元。通常光伏陣列發(fā)出的是直流電。如果安裝了帶有微型逆變器的光伏組件，也可發(fā)出交流電。也有人稱光伏陣列為光伏方陣。
[0011]通常，光伏陣列加上匯流箱、直流配電柜、逆變器、變壓器、交流配電柜、電纜等諸多部件才能構成一個完整的光伏電站。光伏電站通常包含有多個光伏陣列。
[0012]總體上看，光伏陣列的結構大致類似于一個車棚。頂棚就是電池板，由下面的立柱地基橫梁。其結構大致可分為以下幾個部分:
[0013]最下面是地基，一般有以下幾種:螺旋樁、條狀混凝土地基和塊狀混凝土地基。
[0014]在上面是安裝支架，包括立柱、橫梁、檁條等等。一般用螺釘緊固，屬于簡支結構。
[0015]最上面安裝有多塊光伏組件電池板。然后用電纜連接各個組件，并聯接匯流箱、配電柜、逆變器、變壓器等設備，最后連接上電網。
[0016]光伏發(fā)電系統(tǒng)通常分成幾個層次，第一層次為單元層次，最小且不可分割。對于晶娃太陽能電池片，一般其特征尺寸(直徑或邊長)為125mm、156mm, 一般電壓較低(0.5V左右)。第二層次是封裝層次。其特征是，多個單元串并聯，固定封裝在一個組件里。對于晶硅太陽能電池組件，一般是由60-72個硅片封裝在玻璃和鋁背板之間而成。尺寸一般為1-2平米；第三層次是陣列層次，一般由多塊組件和支撐結構組成。在跟蹤系統(tǒng)中更為明顯，多塊組件形成的光伏陣列作為一個整體可繞軸轉動；第四個層次就是電站層次，通常容量從幾百KW到幾麗不等，占地較大。但由于缺少中間層次，需一塊一塊單獨安裝組件，安裝時間較長，耗費人工較多。
[0017]太陽能光伏電站的成本通常包括以下組件成本、支架成本、地基成本、人工成本、逆變成本等等。除去組件部分的其他成本也叫BOS (balance of system)成本。
[0018]目前光伏組件的大部分市場還在發(fā)達國家。從經濟考慮，安裝規(guī)模越大，單位裝機成本就越低。在2007年以前過去組件價格高達在幾年前由于光伏組件的價格很貴每瓦3-5美元，與之相比鋼鐵水泥的支架結構成本所占的比例甚小，所以過去沒有得到足夠的重視。
[0019]而現在隨著組件價格不斷下跌，價格甚至低到每瓦0.7美元，因此要再節(jié)省
0.01美元，成本降低1.4%都是很不容易的。而地基支架安裝人工所占的比重則相對越來越大。而發(fā)達國家的人工成本更高。通常BOS成本高達1.2?2美元，某些情況BOS成本甚至更高，甚至占到電站總成本的三分之二。因此BOS成本已經成了主要矛盾。據報道，在一個IOMW的大型電站BOS成本中，每瓦的人工成本超過0.2美元、如果算上工程管理費用和其他費用包含的人工，總的人工成本甚至更高。僅僅與人工的相關費用就將超過組件成本的三分之一了?，F有工藝的缺點就是時間長、成本高、工序繁雜。
[0020]從電力行業(yè)發(fā)展規(guī)律看，規(guī)?；怯行Ы档统杀镜囊环N常用手段。風電、火電、核電、水電都是如此?；痣姀?0萬千瓦、30萬千瓦一直發(fā)展到現在超超臨界的60萬千瓦；核電也是從30萬、60萬發(fā)展到100萬千瓦。因此總的發(fā)展思路就是“做大做強”，做大就是整體結構要適應規(guī)模化的要求；做強就是要有規(guī)模效益，許多固定費用平均分攤就能夠降低成本。光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝成本也顯示出規(guī)模經濟的重要特征。據報道，美國2011年裝機容量小于2千瓦的系統(tǒng)平均安裝成本為每瓦7.7美元；而裝機容量超過1000千瓦的大型商用系統(tǒng)為每瓦4.5美元；裝機容量大于10000千瓦的系統(tǒng)僅為每瓦2.8至3.5美元。
[0021 ]目前光伏組件的尺寸也在逐步增加。從過去60片增加到72片晶硅電池片的組件，甚至還有5.7平米的大型薄膜光伏組件。但是受制于一些客觀條件再增大遇到很多困難。72片的組件已經重達50斤，尺寸已經達到2米高，I米寬。因此再大再重一個人搬動不便。組件有玻璃和晶體硅薄片，很脆，對變形敏感。因此如果現有結構不改變，尺寸增大帶來的變形可能會使玻璃碎裂，或者使硅片隱裂，造成不必要的損失。組件太大人力無法搬運。安裝成本降低，而結構成本運輸成本上升，總的造價未必降低。因此必須綜合考慮其生產運輸安裝流程。
[0022]現在光伏行業(yè)幾乎全行業(yè)虧損，國內外許多企業(yè)裁員停產甚至倒閉。一些跨國企業(yè)已經關停了光伏業(yè)務。多家光伏行業(yè)的知名上市公司現在的股價只有最高點的幾十分之一，甚至面臨退市的威脅。光伏面臨的困境，跟許多企業(yè)不重視知識產權，有很大關系。很多幾十億的投資，甚至沒有在知識產權方面進行檢索分析，大部分花在了廠房設備上，真正用在技術研發(fā)的很少。在知識產權保護方面也存在很大問題，許多企業(yè)可能是因為地方保護、侵權賠償低且執(zhí)行難等原因而不重視專利。許多企業(yè)抄襲山寨成風，甚至連抄都不好好抄。一分錢不花的專利都不去查，有了圖紙都不肯做。一定要等到設計定型，市場打開，產品已經獲利才開始抄襲，甚至寧愿花錢打官司也不愿付專利費。實際上不重視專利對任何企業(yè)、組織乃至國家都沒有好處。法院不重視專利，表面上看為地方上省了點錢，但是最后光伏行業(yè)三角債官司一大堆，僅某著名企業(yè)就有上百億債務；銀行不重視專利，不愿給小微企業(yè)貸款，表面上看避免了高風險，但最后光伏行業(yè)幾十上百億貸款打了水漂；企業(yè)不重視專利，表面上看是省了幾個百分點的專利費。但不去了解發(fā)明人的思路，跟在后面抄襲，本身就是一種損失。由此帶來時間上的損失、投資方向的失誤才是企業(yè)最大的損失。由于專利等相關文件都是公開的，這些損失顯然只能由相關企業(yè)負責。光伏組件集成板相關技術并不是一種特別復雜的技術，用的是鋼鐵等常規(guī)材料，組裝手段也是常規(guī)的焊接鉚接等，研發(fā)生產也不需要太多人力物力?？鐕髽I(yè)上市公司花一點資源就足以研發(fā)成功。而許多企業(yè)居然兩年內虧了幾十億，甚至在整個企業(yè)都面臨倒閉的威脅下都沒有考慮。光伏行業(yè)的危機也引起了從業(yè)人員以及新聞媒體的廣泛關注。而絕大多數業(yè)內人士都主張開發(fā)內需市場以避開受到雙反限制的歐美市場。歐美市場恰恰是人工成本最貴、每瓦裝機成本較高的市場，也是目前最大最重要的市場。而光伏組件集成板相關技術減少的成本非?？捎^，在許多情況下甚至可以節(jié)省30%以上的系統(tǒng)成本。筆者在2011年12月《南方能源觀察》上發(fā)表的專欄文章《太陽能的成本比效率更重要》中明確指出，“在人工費用較高的地區(qū)，轉換效率提高可以減少系統(tǒng)安裝成本，有一定積極意義。但許多新型快速安裝裝置也可以減少系統(tǒng)安裝成本”。而過去了這么長的時間，幾十家光伏企業(yè)虧損幾百億顯然都未能在降低系統(tǒng)成本上取得突破，未能研發(fā)出突破性的新型快速安裝裝置?，F在80%多晶硅企業(yè)停產，近半硅片、組件廠商減產裁員，多數廠商仍然在走片面追求轉換效率的老路。這些事實足以說明人們并沒有預料到光伏組件集成板相關技術在降低人工成本方面所擁有的巨大潛力。這個教訓太深刻了。
[0023]實際上在相當長的時間內光伏安裝結構都未能取得突破，許多類型的結構甚至數十年前就在使用了。如果真有突破，發(fā)達國家高企的BOS成本早就降下來了。在許多場合BOS的成本甚至是光伏組件成本的數倍。要知道，光伏組件由較為復雜精密的部件組成，僅僅在十年前還嚴重供不應求。而支撐結構是由便宜的鋼鐵水泥組成的?？上攵l(fā)達國家BOS的成本中相當大的一部分是人工成本?？s短安裝時間提高安裝效率還可以使同樣多的工人完成更大更多的光伏電站，也更有利于可再生能源的普及。[0024]綜上所述，縮短安裝時間、降低人工成本已經成為當務之急。
[0025]在光伏電站的安裝中地基就是一個相當棘手的問題。通常地基有直插樁、螺旋樁、條狀混凝土地基和塊狀混凝土地基等多種形式。如果采用混凝土，混凝土需要時間固化?；炷翝仓?，在一定時間內需要采取措施對外露面保持適當溫度和濕度，使混凝土有良好硬化條件。養(yǎng)護到一定強度需要幾天甚至幾十天，非常浪費時間。
[0026]因此許多項目都采用了直插樁或螺旋樁。只要插入或者旋入地面，立刻就有一定的承載能力，可以馬上安裝支架和組件。但是美中不足的是，樁的位置很難精確控制，集成度仍然不夠高，與上部結構的連接固定仍然需要許多人工調整操作。同時許多地面如軟土、沙漠、巖石等也無法應用。軟土、沙漠太軟，插入后承載力不高；巖石等太硬，樁也打不進去。
[0027]而光伏組件集成板外形低矮成條狀，結構簡單，與多塊組件連成一體，比較堅固。這對優(yōu)化地基結構，縮減人工成本創(chuàng)造了良好的條件。

【發(fā)明內容】

[0028]針對現有技術存在的缺陷，本實用新型提出一種采用光伏組件集成板的浮筏式光伏陣列。
[0029]這里，光伏組件集成板是指一種有一定規(guī)模的，易于整體安裝運輸的多塊光伏組件及其支撐結構的組合體。有一定規(guī)模才能有規(guī)模效益。光伏組件集成板應包含多塊光伏組件，且所有光伏組件的面積之和不小于三平方米。一般這種規(guī)模的集成板是人力很難直接搬運的，需要借助輔助工具。易于整體安裝運輸才能節(jié)省人工，避免一塊一塊地安裝固定和聯接光伏組件。應該使多塊光伏組件與支撐結構聯接成為一個整體。為了便于用集裝箱運輸，其形狀應為長條狀的板。具體來說，光伏組件集成板的長與寬之比應大于1.5。顯然光伏組件應位于集成板的正面，以充分吸收太陽光。為了避免組件之間相互遮擋光伏組件的受光面應位于一個平面上。光伏組件背面為支撐結構，支撐結構包括夾芯板、壓型鋼板、鋼管框架等多種形式。
[0030]對于光伏電站來說是否一定需要插入式的地基呢？顯然是否定的。中國古代建筑一般由臺基、梁架、屋頂構成，采用規(guī)則的平面形態(tài)和結構布局。中國古代建筑的臺基就是一種整體浮筏式基礎，能夠有效地應對風雪、地震等各種載荷。其實光伏電站的條狀混凝土地基也類似于浮筏，也是浮在地面。但是受到混凝土特性以及傳統(tǒng)結構的影響，無法做到快速安裝。
[0031]光伏組件如果足夠重，直接放置地面，只要風吹不走也同樣可以發(fā)電。當然如果下雨下雪，雨雪會遮住組件，還可能產生腐蝕漏電等損害。因此應該與距地面保持一定距離。雨雪風沙少且少植被的地區(qū)可以離地面近一點。
[0032]本實用新型綜合考慮了以上因素，光伏陣列的技術方案優(yōu)選為:一種帶有浮筏地基的光伏陣列，包括至少兩塊光伏組件集成板；光伏組件集成板的長度大于3米；陣列中所有光伏組件面積之和不小于十平米；浮筏地基為長條狀，長寬比大于2。
[0033]浮筏式光伏陣列包括至少兩塊光伏組件集成板，光伏組件集成板的長度大于3米以及所有光伏組件面積之和不小于十平米等條件，都是為了更好地發(fā)揮規(guī)模效益。光伏組件如果太少太小，最極端的情況是幾塊小組件的面積之和還不如一塊1.9平米的大組件，那就失去了集成板的意義，無法發(fā)揮規(guī)模效益。而安裝一塊光伏組件集成板就相當于同時固定安裝多塊光伏組件。顯然在條件允許的情況下集成板越長光伏組件越多越好。
[0034]長條狀的浮筏地基可以較好地分散壓力，也比較節(jié)省材料。長寬比通常大一點比較好。綜合考慮這里，長寬比大于2。
[0035]優(yōu)選地，光伏陣列組件面積之和大于18平米。
[0036]優(yōu)選地，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸夾角大于60度。長條形的浮筏地基如能同時支撐前后多塊集成板，顯然更有利于發(fā)揮其承載力。這就要求浮筏和多塊集成板相交成一定角度。
[0037]優(yōu)選地，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸垂直。最佳角度當然是90度，此時。集成板縱軸是指集成板的長度方向。
[0038]優(yōu)選地，浮筏地基為長方形管。長方形管與地面的接觸面積較大，有利于提高承載力。
[0039]優(yōu)選地，浮筏地基為空心管。因為要將集成板撐起一定高度，所以浮筏尺寸不能太小。空心管中間是空的，所以比較節(jié)省材料，
[0040]優(yōu)選地，浮筏地基所用空心管的壁厚小于10毫米。壁厚小一點也可以節(jié)省材料。
[0041]本實用新型的有益技術效果是:
[0042]1、同時采用了預制的浮筏地基和光伏組件集成板，光伏組件集成板也相當于預制品。從而大大提高了安裝速度。
[0043]2、更高的安裝速度不但有利于減少安裝成本，也可以減少地理氣候條件對施工的不利影響。
[0044]3、安裝拆卸時間的縮短大大降低了人工成本。拆卸時間的縮短也有利于組件的回收再利用。
[0045]總之，太陽能電站的快速安裝部署能力不但可以降低成本，也提升了客戶體驗?？紤]到太陽能的行業(yè)今后發(fā)展的龐大規(guī)模，其經濟效益和社會效益都是很高的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0046]圖1為本實用新型的實施例1的立體結構示意圖。
[0047]圖2為本實用新型實施例1的主視圖。
[0048]圖3為本實用新型實施例1的俯視圖。
[0049]圖4為本實用新型實施例1的側視圖。
[0050]圖5為本實用新型實施例1的側視圖的局部放大視圖。
[0051]本實用新型目的的實現、功能特點及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明?！揪唧w實施方式】
[0052]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0053]具體實施例的一種帶有浮筏地基的光伏陣列，包括至少兩塊光伏組件集成板；光伏組件集成板的長度大于3米；陣列中所有光伏組件面積之和不小于十平米；浮筏地基為長條狀，長寬比大于2。
[0054]本實用新型還在于，光伏陣列組件面積之和大于18平米。[0055]本實用新型還在于，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸夾角大于60度。
[0056]本實用新型還在于，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸垂直。
[0057]本實用新型還在于，浮筏地基為長方形管。
[0058]本實用新型還在于，浮筏地基為空心管。
[0059]本實用新型還在于，浮筏地基所用空心管的壁厚小于10毫米。
[0060]圖1為本實用新型的實施例1的立體結構示意圖。圖2為本實用新型實施例1的主視圖。圖3為本實用新型實施例1的俯視圖。圖4為本實用新型實施例1的側視圖。圖5為本實用新型實施例1的側視圖的局部放大視圖。
[0061]如圖1、2、3、4所示，兩塊光伏組件集成板I并排固定在一塊浮筏地基3上。上述浮筏地基為長方形空心管3。從圖1中可以看出集成板的縱軸與空心管3平行。由于光伏組件需要一定的傾斜角度，所以后部仍需立柱4支撐。在圖5中可以看出光伏組件集成板I和立柱4的法蘭之間有一定夾角，因此兩者通過夾角固定塊5進行聯接?？招墓?直接擱置在地面2上。實際上立柱4也插入到地面2中起到地基支撐的作用。因此本實用新型所述的光伏陣列節(jié)省了一半的地基，離地面近的一端無需打地基，從而節(jié)省了地基成本。
[0062]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種帶浮筏地基的光伏陣列，包括至少兩塊光伏組件集成板；光伏組件集成板的長度大于3米；陣列中所有光伏組件面積之和不小于十平米；浮筏地基為長條狀，長寬比大于2。
2.根據權利要求1所述的光伏陣列，其特征在于，光伏陣列組件面積之和大于18平米。
3.根據權利要求1所述的光伏陣列，其特征在于，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸夾角大于60度。
4.根據權利要求1所述的光伏陣列，其特征在于，浮筏地基的縱軸與集成板的縱軸垂直。
5.根據權利要求1所述的光伏陣列，其特征在于，浮筏地基為長方形管。
6.根據權利要求1所述的光伏陣列，其特征在于，浮筏地基為空心管。
【文檔編號】H02S20/10GK203482147SQ201320336452
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年6月11日 優(yōu)先權日:2013年6月11日
【發(fā)明者】孫濤 申請人:孫濤