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光伏电站的制作方法

文档序号:24893415发布日期:2021-04-30 13:21
光伏电站的制作方法

本发明涉及一种将太阳辐射转换成电力的光伏电站,更具体地说,涉及对这样的电站的布线的保护。



背景技术:

光伏电站使得能够不产生二氧化碳和不消耗化石燃料地提供可再生电力。对于使用者,这样的光伏电站产生的唯一成本是制造成本、安装成本,和各种维护成本。

这些成本的降低使得光伏能源在其与其它发电方式比较时,日益具有竞争力。

制造成本主要是通过电站的光伏模块的设计来降低的:它们的制造方式、所使用的材料、所使用的光伏电池的类型、它们的布线等。对模块的支撑结构的选择、其设计及其尺寸也使得能够降低光伏电站的成本。在更小的程度上,对布线的选择、其材料及其设置也有助于降低购买价格。

目前,更好地使用现有工业或商业建筑物的表面会是有利的,尤其是通过在它们的屋顶上安装光伏模块。实际上,对于建筑物的运营者,产生电能可产生额外收入或成本节省,并有助于便利建筑物的经济利用。

然而,这些商业或工业建筑物通常例如是用金属或木质框架建造的,其尺寸设置为恰好满足支撑载荷方面的技术限制条件,以便支撑例如根据建筑区域而具有隔离以及雪荷载的屋顶。

当前,由于某些模块的重量(过大),目前无法在某些建筑物的屋顶上安装这些光伏模块,以免违反现行的技术标准。实际上,大多数已知光伏模块一般具有玻璃的正面和金属的支撑框架,使得对于某些型号,单个光伏面板的重量通常超过12kg/m2,甚至25kg/m2。如果在此之上再添加安装光伏模块所必需的支撑结构,其结果是对于屋顶的3至15kg/m2的额外负载。

因此,由于它们在荷载方面有限的尺寸设置,不能够给目前可用的大表面、特别是老建筑物配备光伏模块。

为了解决该缺陷,已知具有更低生产成本的用层压树脂封装的轻型或柔性光伏模块,它们可直接固定到可供使用的表面。

目前,将光伏模块彼此连接以及连接到接线盒的线缆一般布置在光伏模块的背面上,并经常集成到光伏模块的支撑结构的线缆管道或通道中,从而免受恶劣天气、气候变化和紫外线(uv)辐射的影响。实际上,这样的保护是必需的,因为紫外线可例如使得聚合物多孔并脆弱。

目前,当重量轻或柔性的光伏模块例如直接固定在商业或工业建筑物的屋顶上时,所有的布线和接线盒不再位于光伏模块的背面,而是必须布置在正面,因此暴露于恶劣天气和uv辐射下。

因此必须为布线和接线盒提供有效并同时能够容易的安装或维护的保护。



技术实现要素:

为了至少部分地解决上述问题,本发明涉及一种用于产生电能的光伏电站,其包括:

-至少一个光伏模块,其包括连接到至少一个接线盒的光伏电池,所述接线盒布置在光伏模块的正面上、靠近所述光伏模块的外围边缘,太阳光线经由该正面进入;

-至少一条传输该至少一个光伏模块产生的电流的dc电流线缆,

其特征在于,它还包括:

-固定在光伏模块的正面上的环绕接线盒和该至少一条dc电流线缆的保护套,该保护套沿着光伏模块的靠近该至少一个接线盒的外围边缘布置,所述保护套的横截面的高度至少对应于接线盒的高度,并包括位于保护套的与光伏模块接触的面中的窗口、和允许通达接线盒和该至少一条dc电流线缆的可关闭的纵向开口,所述接线盒经由该窗口穿入套中。

保护套形成对于线缆和接线盒的额外保护。可关闭的纵向开口允许容易且快速地通达线缆和接线盒,同时它易于安装。由于套的横截面在高度方面大致对应于接线盒,它还使得能够最小化套投射到光伏电池上的阴影。

通过减小直接落到线缆上的水量,并通过防止积水,套保护线缆免受水的影响。实际上,保护套引导水并促进其流动。

根据本发明的光伏电站还包括单独或组合地应用的一个或多个以下特征。

套可以至少部分地由聚合物材料或由有机纤维制成,尤其是由选自以下的材料制成:epdm、pvc或含氯纤维、含氟聚合物、硅聚合物、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、弹性纤维、芳纶。

可关闭的纵向开口可由两个折板形成,在可关闭的纵向开口的闭合状态下这两个折板叠合在一起。

折板中的一个包括织物环的条带,另一个包括织物钩的条带,当折板叠合时,这些条带形成对可关闭的纵向开口的机械关闭。

可关闭的纵向开口可由两个折板形成,该两个折板在它们的自由端部处包括在可关闭的纵向开口的闭合状态下接触的唇部。

保护套可包括形成弹性装置的加固件,该弹性装置设置为使得可关闭的纵向开口在没有外部作用时回复到闭合状态。

保护套可由具有最小变形状态的弹性材料制成,在该最小变形状态下,可关闭的纵向开口处于闭合状态。

保护套可以由两个部分制成:底部和盖部,底部在与光伏模块相反的面上具有打开的横截面,该横截面承载窗口;盖部通过与具有打开的横截面的底部互锁来关闭保护套。

保护套可具有矩形的横截面。

保护套可由数个纵向段组成,段与光伏单元相关联,并包括用于与之关联的光伏单元的接线盒的窗口。

每个段可在一个端部处包括旨在与相邻段的较宽部分协作的较窄部分。

保护套在其至少一个纵向端部处被止挡件关闭,该止挡件具有与套的在可关闭的纵向开口的关闭状态下的横截面互补的形状。

止挡件中的一个可包括至少一个用于所述至少一条dc电流线缆的通道。

保护套的与光伏模块接触的下壁可包括至少一个用于落到光伏模块的表面上的雨水流动的流动孔。

附图说明

阅读对本发明的说明,以及以下附图,其它优点和特征将显现,在附图中:

-图1示意性地示出根据本发明的光伏电站的透视图;

-图2a分别地示出了图1的电站的光伏模块,可见其布线和双极接线盒;

-图2b分别地示出了图1的电站的光伏模块,可见其布线和两个单极接线盒;

-图2c分别地示出了接线盒和与其关联的dc电流线缆;

-图3a、图3b是带有套的图2a的模块的下部部分的横截面视图;

-图4a示意性地示出用于保护图2a的布线的套的透视图;

-图4b示意性地示出用于保护图2b的布线的套的透视图;

-图5至8示出不同套的实施例的横截面;

-图9至11示出根据本发明的一个实施例的电站的安装;

-图12a和12b示出用于关闭带有模块化布线的套的端部的可行方案;

-图13和14分别以仰视图和横截面视图示出套的模块化实施例;

-图15和16示出带有流动窗口的实施例。

在附图中,用相同的附图标记标识相同的元件。

具体实施方式

以下实施例是示例。尽管本公开提及一个或数个实施例,这不一定意味着每个附图标记都涉及同一实施例,或这些特征仅适用于一个单一实施例。各个实施例的简单特征也可组合以提供其他实施例。

在本公开中,为元件或参数编注索引,例如通过添加限定词“第一”或“第二”,“第一”、“下一个”或“最后一个”,或通过字母或图等。该编注的索引旨在相互区分元件,不指示任何安装优先顺序或时间顺序。

例如,一般性地,光伏模块具有附图标记1,而具体光伏模块会用1a、1b或1c来指示。

图1是根据本发明的光伏电站100的示意性透视图。图1的电站例如包括连接到网络结点3(例如:家庭电网、公共电网或蓄电器)的三个光伏模块1(1a、1b、1c)。

光伏模块1例如直接固定在屋顶、支撑结构或堆(heap)上。模块1例如使用dc电流线缆15、17相互串联地连接以形成串,所述dc电流线缆15、17将串的每个模块1产生的电流传输到网络结点3。

按照常规,串的第一模块1a最接近网络结点3,最后的模块1c是最远离网络结点3的模块。

三个模块1a、1b、1c布置为水平排齐,由此限定纵向轴线,它们沿着该纵向轴线串联或成串连接。保护套5沿着它们外围边缘中的一条、在本例子中为它们的下外围边缘4,纵向地延伸,其在此具体地在其纵向方向上是直的。

保护套5环绕dc电流线缆15、17和接线盒13。它与光伏模块1的下外围边缘4平行地、沿着整个光伏电站100延伸。

图2a分别地示出没有保护套5的光伏模块1。光伏模块1包括光伏电池11的布置,光伏电池11布置成平行的行、并通过电触点连接。光伏电池11例如是通过铝或银触点连接的、由硅制成的柔性单晶电池。光伏电池11可尤其是层压在两个封装树脂层之间,并在正面(即太阳光线通过该面进入的面)上具有透明保护层。

模块1在其正面上,接近下外围边缘4处,包括接线盒13,在本例子中为双极接线盒,其具有大致平行六面体的形状,并具体地具有修圆的边缘。接线盒13通过电触点连接到光伏电池,该电触点例如是与将电池11彼此连接的那些电触点相同的类型。

在dc电流线缆15、17中,可区分:

·连接两个相邻光伏模块(例如1a和1b或1b和1c)的两个接线盒13、或将网络结点3连接到第一光伏模块1a的接线盒13的模块间连接线缆15;

·将最后的光伏模块的接线盒13连接到网络结点3的返回线缆17,该返回线缆17在保护套5中、沿着整个电站与连接线缆15平行地延伸。

接线盒13和连接线缆15有利地包括用于快速组装的互补的插头和插口。返回线缆17将最后的接线盒13的正极连接到网络结点3的正极。

可以特别地通过形状配合将形成dc电流线缆15、17的连接线缆15和返回线缆17固定到它们所连接的极上,例如固定到互补的插头和插口装置上以便快速安装。

然而,dc电流线缆15、17的其它设置也是可行的,尤其是接线盒13的并联连接。接线盒13的这种连接方式使得能够有利于所产生的电流,但不利于所提供的电压。

为了调节光伏电站输出端的电流和电压,并联和串联组合的接线盒13的设置也是可行的。

在可行的变型中,图2b分别地示出图1的电站的光伏模块,其布线可见,并且在外围边缘4的侧端部处布置有两个单极接线盒13-1和13-2。

在图2c中更详细地示出单极或双极接线盒13和dc电流线缆15、17的一个例子。在图2c中,以透视图示出接线盒13。接线盒13是平行六面体形的,在与接线盒沿其布置的外围边缘4垂直的每一侧上连接有连接线缆15。

单独的返回线缆17在接线盒13面向封闭的外围边缘4的那一侧上延伸。可替代地,返回线缆17布置在与接线盒13相反的那一侧,或在模块化结构的情况下,与连接线缆15组合,该连接线缆则包括两条平行的线。接线盒13在此具体地包括钩131以将返回线缆17保持在其面向外围边缘4的一侧上,接线盒沿着该外围边缘布置。

模块1还包括固定装置19(图2a),例如允许将其螺固、钩固或快速固定到专用支撑结构上的穿孔、或固定到屋顶或堆上的轴承。根据其它实施例,光伏模块通过胶合固定在支撑结构上。

图3a和3b示出保护套5的第一实施例的横截面视图。

该保护套5安装和固定为环绕接线盒13、连接线缆15和返回线路17。

在图3a中,截面平面是与模块平面和模块1的下边缘4垂直的平面,它经过位于接线盒13左侧的线a-a。

在图3b中,截面平面是与模块平面和模块1的下边缘垂直的平面,它经过位于接线盒13的中间的线b-b。

在该实施例中,保护套5具有矩形的横截面,并具有至少或正好对应于接线盒13的高度的高度。它因此包容并环绕所述接线盒13以及连接线缆15和返回线缆17,通过它们的轮廓或横截面示出:接线盒13是具有修圆的边缘的矩形,线缆15、17则是圆形。

保护套5可以是刚性或柔性的。它例如至少部分地由聚合物材料或有机纤维制成,尤其是由选自以下的材料制成:epdm、pvc或含氯纤维(chlorofiber)、含氟聚合物、聚硅氧烷、聚酯、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、弹性纤维,或甚至芳族聚酰胺。保护套5可替代地由编织的锦纶纱线(polyamideyarns)制成。特别地,它不需要是完全密封的,这是因为它的主要目的在于阻止来自太阳的紫外线。相反地,局部密封甚至能够长期减少水分的聚集。

如果保护套5由绝缘的聚合物制成,则其芯部与所述保护套5接触的被破坏的纱线将不会对操作或接触它的操作人员造成危险。

通过将保护套5的高度调节到接线盒13的高度,减小后者投影到光伏电池11上的阴影,这使得能够保持电站100高效,即使是将线缆和接线盒13安装在光伏模块1的正面上。

保护套5包括优选地在其整个长度上延伸并且可关闭的纵向开口51。在本例子中,该纵向开口51布置在与模块1相反的面上,在此被第一折板53和第二折板55关闭。第一折板51向下折叠在第二折板55上以关闭所述开口51。在回复到构成保护套5的弹性材料的最小变形状态的作用下,折板53、55可尤其向下折叠到关闭可关闭的纵向开口51的位置。额外或替代地,保护套5可包括例如由弹簧钢或弹性塑料制成的弹性加固件,其形成弹性装置以确保可关闭的纵向开口51在没有外部作用的情况下回复到关闭状态。

当模块1被视为竖直或倾斜时,第一折板53则有利地位于的上侧,以能够更好地将雨水排放到保护套5外。

在安装状态下在保护套5与光伏模块1的正面接触的面上,在所述接线盒13的纵向位置上,为每个接线盒13设置了窗口57,接线盒13通过所述窗口伸入到保护套5中。一个这样的窗口57特别地仅在图3b中可见,其对应于在接线盒13的位置处的横截面,并且因此位于窗口57的高度处以及接线盒13处,该接线盒的轮廓在图3a和3b中可见。

保护套5还可例如通过胶合、螺固、锚固或形状匹配(“夹固”)固定在模块1的正面上。

窗口57和可关闭的纵向开口51位于不同的面、在此为相对的面上。窗口57特别地具有对应于接线盒13的形状和尺寸,以使得接线盒能够进入到保护套5中。可关闭的纵向开口51允许快速通达接线盒13和线缆15、17,在所述可关闭的纵向开口51的关闭状态下接线盒13和线缆15、17被保护套5包含和保护。

在图4a中、对于图2a中所示的模块,并在图4b中、对于图2b中所示的模块,以仰视图(从光伏模块1通常占据的位置)示出保护套5。

具体地,图4a、图4b分别示出了窗口57、以及窗口57-1和57-2,它们被定位在相距距离d处;该距离d分别对应于光伏电站100的两个相继的模块1(请参见图9)的两个接线盒13(两极)之间的距离,以及接线盒13-1和13-2(单极)之间的距离。

具体地,护套5是通过窗口57(分别地窗口57-1和572)在接线盒13(分别地接线盒13-1和13-2)上的互锁、以及线缆15和17在护套5中的穿过而被保持。

图5至图8示出具有类似于图3a、3b的实施例的可关闭的纵向开口51的替代实施例。

在图5中,可关闭的纵向开口51由两个折板53、55形成,两个折板还包括环(或线圈)带59和织物钩带61,它们在闭合状态下形成“魔术贴”(刮擦scratch)类型的可逆紧固件。

在图6中,可关闭的纵向开口51由两个折板53、55形成,在第一和第二折板53、55的自由端部处分别延伸出两个端部唇部63、65的,当所述开口51处于关闭状态时,所述端部唇部处于压缩接触。

在图7中,保护套由两个纵向部分形成。具体地,它包括底部5a和盖部5b,底部5a在与光伏模块1相反的面上具有打开的横截面,盖部5b关闭底部5a的打开的横截面,并通过与底部5a互锁从而闭合保护套5。

在图8中,保护套5在朝向外围边缘4的面上包括可关闭的纵向开口51,这在所述外围边缘4是下边缘时是有利的:穿过所述开口51流动的水的量减小,而从保护套5内部流出的水的量则增大。相反地,如果外围边缘4是上边缘,可关闭的纵向开口51则布置在相反的面上,面向光伏电池11。

如上文具体所述的,保护套5是轻重量的,使得能够覆盖和保护dc电流线缆15、17、连接器18(在图8中不可见)、以及接线盒13,同时能够在维护或检查光伏电站100的构件的状态期间容易且快速地通达后者。

图9至11和12a、12b示出用于例如将光伏电站100安装在屋顶上或倾斜的地形上的方法。

图9所示的第一步骤是排齐地布置光伏模块1,两个相继模块之间具有间隙e(e具体地能够是零),并确保两个相继的光伏模块1的接线盒13之间的距离d。使用螺丝、紧固件或钩子或通过胶合,将光伏模块1通过它们的固定装置19固定到支撑物上(在此是屋顶或倾斜的地形)。

图10所示的第二步骤是沿着外围边缘4靠近接线盒13排齐地设置和固定保护套5,所述接线盒13穿入窗口57中。保护套5可具体地通过胶合来固定。在图10的例子中,保护套5与模块1的一排固定装置19平齐,并可因此能够由后者固定。

第三步骤是使用dc电流线缆15和17将光伏模块1彼此连接,并与dc电流网络结点或电源转换器3连接。为了该目的,将连接线缆15布置在串的模块1a、1b、1c的相继的接线盒13之间,例如,第一接线盒13通过其负极连接到网络结点3的负极,并且将返回线缆17布置在最后的接线盒13的正极与网络结点3的正极之间。

然后,可关闭的纵向开口51再次关闭,电站准备就绪可运行。

在检查或维护期间,为了通达dc电流线缆15、17和接线盒13,例如为了检查设备项的状况或为了测量接线盒13的跨终端电压以确定必须更换dc电流线缆15、17哪一段或哪个光伏模块1,操作员仅需要打开可关闭的纵向开口51。

为了更完全地关闭由保护套5限定的容积,尤其是对于外部物体(树叶、碎石、昆虫和动物等),可如图12a、12b所示,在保护套5的纵向端部处布置和固定具有对应于处于关闭状态的保护套5的横截面的止挡件71、73。有利地,这些止挡件71、73包括用于dc电流线缆15、17的线缆通道、通向其它导管或管道的连接、出口、或插头。具体地,它们可被胶合、装订或缝到端部。

在具有快速和易于组装的模块化结构的情况下,连接线缆15和返回线缆17设有连接器18,例如尤其是通过形状匹配而互连并由此保持电接触的插头和插口。具体地,连接器18能够可逆地连接dc电流线缆部分15、17以便快速更换。

在图12a的例子中,dc电流线缆15、17的一部分固定地连接到接线盒13,并且在相继的接线盒13之间设有连接器。

在图12b的例子中,连接器集成在接线盒13中,尤其是呈与所述接线盒13的侧部平齐的母插口的形式,以保持能够将接线盒13插入到窗口57的矩形轮廓,所述窗口也是矩形的。

dc电流线缆15、17和接线盒13则通过连接器18简单、快速和可逆地连接。电站100的组装则更快速,并潜在地成本更低,而构件(模块1a、1b、线缆段等)的维护和尤其是更换则得到简化。

可替代地,可围绕dc电流线缆15、17缝合保护套5的端部。

在模块化结构的情况下,并不要求切割特定长度的保护套5时,所述保护套5可由数个纵向段5c、5d等构成,纵向段5c、5d例如与光伏模块1相关联并包括窗口57(或两个窗口57-1和57-2)。在图13和图14中示出了这样的保护套5。

每个段5c、5d在一个端部处包括旨在与串中的之后或之前的段的较宽部分协作的较窄部分。图14是仰视透视图(类似于图4)。每个保护套5c、5d则在它互锁在相邻的段5d、5c中时具有总长度d。套的互锁也可通过凸缘的锥形形状、或还通过端口部的弹性变型实现。

在图14中,以横截面示出段,以显示所考虑的段5c的在安装电站100期间互锁在相邻的段5d的端部中的较窄部分67。

可替代地,当保护套5足够柔软时(编织的聚合物纱线或聚合物膜)可采取连续的形式,特别是在没有窗口57时、例如呈被掏空的滚筒的形状。为了安装电站100,则必须一方面切割保护套5以获得所要求的长度,另一方面在合适的位置切割出窗口57。尽管它要求更多的步骤,该安装方法提供更大的关于模块1设置的自由度。

由于重量轻的模块经常安装在屋顶或堆的倾斜部分的方向上,电连接和套将与倾斜方向垂直,因此可为雨水流动提供遮挡。图15和16示出保护套5和光伏电站100的一个实施例,其中,保护套5在其下表面(抵靠着光伏模块1的表面)处包括在垂直于其纵向轴线的方向上贯穿保护套5的流动孔21。

在图15的实施例中,保护套5的布置为抵靠着光伏模块1a、1b的、形成所述保护套5的底部的下壁在接线盒13之间弯曲,而光伏模块1a、1b则是直的。由此,流动孔21允许落在所考虑的光伏模块1a、1b上的雨水流过。

保护套5包括围绕窗口57的框架23,由dc电流线缆15连接的接线盒13穿过窗口57插入,框架23的形式为保护套5的布置为抵靠着光伏模块1的底部的平直部分。框架23环绕窗口57并与它们环绕的接线盒13的光伏模块1a、1b平行。

保护套5可在框架23处胶合在模块1上。可替代地,可将保护套5在框架23处螺固、铆固或装订在光伏模块1a、1b上。

在图16的实施例中,保护套5包括数个弯曲部分,每个弯曲部分在两个相继的接线盒13之间限定流动孔21。

流动孔21由此能够避免在接线盒13处积水,并减少对保护套5及其内容物的污染。

保护套5也可以在其纵向方向上是非直线的,以便例如连接非排齐的模块1(例如在弯曲的堆的情况下),这例如使用由聚酰胺、聚乙烯或聚乙烯化合物(或其它聚合物)的编织纱线制成的保护套5容易地实现。

保护套5的横截面也可不同于矩形,例如当它由编织的聚合物纱线或由聚合物膜制成时,它可具有椭圆形横截面。

保护套5通过促进水排走,从而能够防止水在dc电流线缆15、17处滞留和聚积。

因此,添加保护套5,通过保护模块1的位于正面上的dc电流线缆15、17、连接器18(图12a、12b)和接线盒13,使得能够延长光伏电站100在运行状态下的预期寿命。它安装起来容易且快速,同时它可由便宜的材料制成,由此降低额外成本。它因此有助于使得光伏能量更加有效和更具竞争力。

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