用于改善光伏面板的光收集的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月28日提交的美国临时申请号62/591,644、2018年1月12日提交的美国临时申请号62/616,996和2018年8月24日提交的美国临时申请号62/722,733的优先权，所述美国临时申请中的每个的全部内容通过引用并入本文。

当前主题涉及太阳能光伏(pv)发电厂。

背景技术：

pv面板具有正面和背面。一些被称为双面面板的pv面板可以从正面和背面这两面收集光。入射到pv面板的背面的光会受限，因为该面板的背面可能背向太阳。可以通过增加面板的背面上的入射光来改善双面pv的发电情况。

技术实现要素：

本文提供了一种系统，该系统包括安装到成排布置的双面光伏面板的下侧的支撑结构。该支撑结构包括沿着并在平行于该排的方向上延伸的一个或多个细长的结构构件。该支撑结构进一步包括在该支撑结构的顶部处围绕轴旋转的一个或多个枢轴臂，该一个或多个枢轴臂被安置(positioned)在垂直于该一个或多个细长的结构构件的方向上，该一个或多个枢轴臂连接到该一个或多个细长的结构构件。该支撑结构的一个或多个结构元件具有反射性外表面，以增加到该双面光伏面板的该下侧的反射光。

本文提供了一种用于组装用于旋转成排布置的双面光伏面板的系统的方法。在该方法中，组装用于该双面光伏面板的支撑结构。安置在该支撑结构的顶部处围绕轴旋转的一个或多个枢转臂。将一个或多个细长的结构构件安置成沿着并平行于该排以及在垂直于该一个或多个枢转臂的方向上延伸。将该一个或多个细长的结构构件连接到该一个或多个枢转臂。将该双面光伏面板的下侧安装到该支撑结构。该支撑结构的一个或多个结构元件涂覆有反射涂层，以增加到该双面光伏面板的该下侧的反射光。

本文提供一种系统，该系统包括支撑结构和成排布置的一个或多个双面光伏面板。该支撑结构包括沿着并平行于该排延伸的一个或多个细长的结构构件。该支撑结构进一步包括在该支撑结构的顶部处围绕轴旋转的一个或多个枢转臂，该一个或多个枢转臂被安置在垂直于该一个或多个细长的结构构件的方向上。该一个或多个枢转臂被连接到该一个或多个细长的结构构件。一个或多个双面光伏面板成排布置。该一个或多个双面光伏面板被固定到该支撑结构。该一个或多个细长的结构构件具有带有反射涂层的外表面，以增加到该一个或多个双面光伏面板的表面的反射光。

附图说明

图1a和1b示出了其上安装有多个太阳能面板的太阳能追踪器的两个立体图。

图2示意性地描绘了来自太阳能收集器的太阳能面板的背面和安装结构的详细视图。

图3示意性地描绘了夹持支座的近视图。

图4示意性地详细描绘了夹持支座。

图5示意性地描绘了维护车辆的立体图，该维护车辆可以沿着一排太阳能收集器行进并随其移动而进行维护过程。

图6示出了在太阳能收集器上执行维护任务的维护车辆的立体图。

图7a和7b示出了根据一些实施方案在太阳能收集器上执行维护任务的维护车辆的立体图。

图8示意性地描绘了可以对太阳能收集器进行维护的维护车辆的另一实施方案。

图9示意性地描绘了太阳能收集器的替代实施方案，其中该太阳能收集器由清洗机进行保养。

图10示出了追踪式太阳能收集器的立体图。

图11示出了追踪式太阳能收集器的第二立体图。

图12示出了追踪式太阳能收集器的第三立体图。

图13描述了根据一个实施方案用于组装图10、11和12中所示的太阳能收集器的方法。

发明详述

当前主题涉及太阳能追踪器结构和相关的维护实践，其使得双面面板能够产生比它们通过使用现有技术的太阳能追踪器和实践所产生的功率输出高得多的功率输出。

具体实施方式

图1a和1b示出了其上安装有多个太阳能面板102的太阳能追踪器100的两个立体图。太阳能面板102可以由两个檩条104支撑。檩条104可以通过垂直于檩条的两个枢转臂106连接。枢转臂在支撑结构108的顶部处围绕轴旋转。该支撑结构可以由道砟地基110支撑。驱动系统112使用来自马达(未显示)的功率和扭矩来旋转太阳能面板并将它们保持在正确的位置。也可以使用其他地基设计，例如打入地下的桩或浇筑的混凝土。也可以使用多种支撑设计，例如沿着追踪器成一条线的单个杆子，如图12所示，而不是图1a和1b所示的a形框架。图1a和1b表示一个太阳能追踪器区段，其可以与许多其他的太阳能追踪器区段耦合以形成一排追踪器。可以将多个太阳能追踪器排一起组合成一个太阳能场。

继续图1a和1b，太阳能追踪器100上的太阳能面板102是双面面板，以及从该面板的正面和背面这两面收集光。如果太阳能追踪器使面板定向为使得它们的正面朝向太阳，则面板的正面接收来自三个源的光。首先，面板的正面看到太阳的直射束。其次，面板的正面接收已被大气散射的漫射光。在多云天气期间或当空气中有大量气溶胶时，例如在沙尘暴期间，这可能占总光量的很大比例。面板正面的第三光源是从地面反射的光。如果地面的反射性较高，或者如果面板被定向为对地面具有更好的视野，例如当面板对准低悬于地平线上的太阳时，这可能较高。

面板的背面通常接收来自三个源的光：来自大气的漫射光、来自地面的反射光以及来自支撑结构的反射光。如果将太阳能追踪器定向为使面板的背部朝向太阳，则面板的背面也可以接收来自太阳的直射束的光。然而，双面面板通常在前部比背部产生更多的光，并且当正面直视太阳时，通常总体上产生更多的能量。

双面面板的安装结构可以与单面面板的设计不同。用于双面面板的安装结构的第一个考虑因素是，它允许尽可能多的光到达面板的背面。当更多的光照射到(hit)面板上时，面板生成更多的电能。用于双面面板的安装结构的第二个考虑因素是该结构允许光尽可能均匀地分布。面板由多个电池(例如72个电池)组成，并且这些电池通常串联地电连接。如果一个光伏电池被遮蔽，那么它将产生少量电流，并且与之串联接线的电池将产生与被遮蔽的电池相同的电流，即使这些其他电池未被遮蔽也是如此。因此，遮蔽一个电池不成比例地降低了整个面板的功率输出。

如果将结构构件安装到太阳能面板的背部以及如果将它们放置得非常靠近面板，则安装结构可以遮蔽太阳能电池的背部。即使结构构件仅阻挡一些电池，这也可以减小面板的整个背部的功率贡献，因为电池通常是串联接线的。

图2示意性地描绘了来自图1a和1b的太阳能收集器的太阳能面板102的背面和安装结构的详细视图。图2示出了通过夹子202固定到檩条104的太阳能面板102。紧固件(未示出)将夹子牢固地保持在太阳能面板上并且还牢固地保持到檩条上。支座204增加了太阳能面板102和檩条104之间的间隙以及太阳能面板和枢转臂106之间的间隙。保持夹子的紧固件可以穿过支座204或在支座204附近通过。支座204可以由钢或铝或某种其他金属制成。一种替代实施方案是，支座204和夹子202也可以制成单件或一个组件。通过增加太阳能面板102和檩条104之间的间隙，檩条可以阻挡在其上方的太阳能面板的电池上的较少的光。可能被遮挡的太阳能电池对来自大气的漫射光或从地面反射的光具有更好的视野。

继续图2，结构构件可以被处理为对太阳光谱中的光具有高度反射性。这可以通过将它们涂成白色、对它们抛光、选择具有较高自然反射性的材料或通过其他方式来实现。例如，结构构件可以由电镀钢制成，电镀钢为新的时可以具有0.6的太阳能反射比(reflectance)，但是随着时间的流逝可以下降到0.2至0.3的值。用进行了太阳能反射比设计的涂料将这些零件涂覆成白色可以将太阳能反射比提高到0.85，从而将长期反射比提高了3倍至4倍。

在一个实施方案中，所有结构构件都被处理为具有高反射性。在另一个实施方案中，仅檩条104和枢转臂106被处理为具有高反射性。这些部件特别重要，因为它们非常靠近太阳能电池。由于它们的接近性，它们占据了其附近太阳能电池的视野的很大比例。由于檩条104和枢转臂106部分地遮蔽一些电池的背面，因此优先处理它们以提高反射率(reflectivity)可以将更多的光反射到被部分地遮蔽的那些电池上。这可以补偿某些遮蔽，否则该遮蔽将导致来自面板背面的功率输出的不成比例的下降。在另一个实施方案中，仅檩条104和枢转臂106的顶部和侧面被处理为具有高反射性，因为太阳能电池仅具有这些零件的这些表面的良好视野。

图3示意性地描绘了太阳能面板附接到支撑结构的另一实施方案的近视图。在该实施方案中，将夹持和支座组合成夹持-支座组件302。夹持-支座组件302可以完成三项工作：将太阳能面板102紧固到其自身上，将其本身紧固到檩条104上，以及以特定的间隙分隔太阳能面板102与檩条104。该间隙可以在几英寸的数量级上。提供这样的间隙可以有助于增加太阳能面板102的背面上的入射光，这可以增加双面面板的功率输出。

图4示意性地详细描绘了夹持支座302。夹持支座302包括具有支座区段402的面板夹持系统，该支座区段402在檩条104(在图2和3中示出)和太阳能面板102之间提供支撑。该面板夹持系统可以包括以下部件：顶部支架412、底部支架404、顶部柔性条416、底部柔性条418、螺栓座410、紧固件(未示出)和螺母(未示出)。紧固件穿过夹持部件中的一系列孔404以提供压缩力以夹持在太阳能面板102上，并且还将夹持系统204固定到檩条104或其他结构构件。紧固件支承在螺栓座410上，并且螺栓座410将来自紧固件的压缩力散布到顶部支架412周围的宽广区域上。顶部支架412向下按压到顶部柔性条416上，因为该顶部柔性条416是柔软的，所以将力散布在太阳能面板102上以减小压力。底部支架414类似地向上按压到底部柔性条418和太阳能面板102上。顶部支架412和底部支架414各自具有导轨406。导轨406用于定位(locate)柔性条506和508，因为柔性条装配在导轨上。导轨406还用于将顶部支架412和底部支架414彼此定位。导轨406还用作止挡件，从而在组装时，工人可以将pv面板102向上推抵在导轨上，使得工人在拧紧紧固件和螺母之前具有参考点以适当地定位pv面板102。

底部支架404可以形成为与支座区段402相同的部件的一部分。紧固件和螺母(未示出)可以与组件中的一系列孔414一起使用以提供压缩。同样在该变形中，导轨406可用于定位柔性条416和418，并且还用作定位功能部件以在组装期间适当地安置太阳能面板102。支座区段402的底部中的切口408可以用于将夹持支座302适当地定向和安置在檩条104(未示出)上。这些功能部件可以与支座区段402和相关联的功能部件配对，以实现太阳能面板102与檩条104的分隔，如图3所示。

可以在太阳能面板上完成维护过程，以防止性能下降或提高性能。维护过程可以包含清洗太阳能面板，在太阳能面板上沉积涂层，或执行其他一个(或多个)合适的任务。双面面板可以从对面板两面的维护过程中受益，因为它们从这两面收集光。

图5示意性地描绘了维护车辆500的立体图，该维护车辆500可以沿着一排太阳能收集器行进并随其移动而进行维护过程。维护车辆500包含框架502、轮子504和维护工具506。维护车辆500也可以具有多种其他部件，例如控制系统、驱动系统、无线通信系统、用于第二维护过程的工具、易损件的储存工具、在放置易损件之前处理易损件的车载预处理系统或其他部件或系统。维护车辆500可以是自供电的，或者可以通过其他方式(像通过另一车辆、通过绞车或通过工人)推动或拖曳。轮子504可以在图1a和1b中所示的可以兼作轨道的太阳能收集器地基110上行进。轮子504也可以沿着另一条轨道行进或在地面上滚动前进。图6示出了在太阳能收集器100上执行维护任务的维护车辆500的立体图。图7a和7b示出了在太阳能收集器100上执行维护任务的维护车辆500的另一实施方案的立体图。

图8示意性地描绘了可以对太阳能收集器100进行维护的维护车辆802的另一实施方案。在这种情况下，维护车辆在太阳能收集器下方行驶。它可以在道砟地基110上的支撑结构108下方行进以从太阳能面板102下方执行任务。

在图5至8所示的维护车辆的实施方案中，维护车辆各自具有太阳能面板的特定视点，例如在其上方或在其下方。

图9示意性地描绘了通过清洗机500保养的太阳能收集器100的替代实施方案。清洗机500可以通过水喷雾、刷子或擦拭器902中的一种或多种的组合来清洗面板的正面。清洗机500还可以用从清洗机500的另一面射出的水喷雾904清洗面板的背面。清洗机500可以布置成在面板倾斜(如图所示)时清洗面板。清洗机500可以替代地布置成在当面板平行于地球表面时清洗面板，其中水喷雾902从清洗机500的底部朝上指向，而刷子、擦拭器和水喷雾902从清洗机500朝下指向到面板的朝上指向的正面上。

根据一些实施方案，在图10中示出了追踪式太阳能收集器1000的立体图，并且在图11中示出了同一太阳能收集器的第二立体图。本领域普通技术人员将认识到有许多变形、替代方案和修改。太阳能收集器1000可以围绕平行于地面的一个追踪轴1002追踪太阳。太阳能收集器1000包含pv面板1004、结构和地基1016。例如，pv面板1004的形状为矩形。在太阳能收集器1000中，pv面板1004被安置成其长端平行于追踪轴1002，并且彼此相邻的两个或更多个面板1004横向于追踪轴1002。图10和11示出了两个面板交叉的实施方案的特征，但能够以相同的方式布置三个或更多个面板。pv面板1004可以利用夹子沿着其长边被紧固到平行于追踪轴1002对准的檩条1006上。示出了三个檩条1006，并且如果横向于追踪轴1002布置有两个以上pv面板，则可以添加更多的檩条。

在另一个示例中，一些被称为双面pv面板1004的pv面板1004可以接收来自正面和背面这两面的光，并且该太阳能收集器1000中的结构构件被安置为使得它们不会阻挡光照射到双面pv面板1004的背面上。檩条1006、枢转臂1008和/或其他结构可以被处理为具有反射性，使得额外的光可以被反射到双面pv面板1004的背面上。通过将这些结构元件涂成白色，通过使它们涂覆有反射涂层、通过对它们抛光、通过选择具有自然反射性的材料或通过以其他方式对它们进行处理来使其具有反射性。

在一个实施方案中，继续图10，檩条1006被紧固到两个枢轴臂1008上。每个枢轴臂1008在枢轴点1010处被附接到两组支腿1012。枢轴点1010用于确定追踪轴1002。支脚1014位于支腿的底部，并将支腿附接到混凝土地基1016。混凝土地基1016在图10中示出为单件，但也可以将两或四件用作太阳能收集器1000的道砟。例如，混凝土可以通过滑模成型，通过将其浇铸到位或通过使用预制块来形成。在另一个示例中，支脚1014可以定位在混凝土中的凹槽中并用粘合剂紧固。

在另一个实施方案中，继续图10，追踪动作由连接到驱动轴1018的马达和齿轮系统驱动，该驱动轴1018可以是中空的驱动管。马达和齿轮系统使驱动轴旋转，并且驱动轴1018使用小齿轮1020旋转固定到枢轴臂1008上的弧齿轮1022。例如，每组支腿1012使用一个小齿轮/弧齿轮系统1012。在另一个示例中，每个太阳能收集器使用一个小齿轮/弧齿轮系统。

类似于图1中的太阳能收集器，图10中的太阳能收集器的混凝土道砟1016可以用作行驶车辆的轨道。在另一个示例中，这种车辆可以用于运输人员和设备，执行维护任务(例如清洗)，执行诊断，和/或进行测量。

图12示出了其上安装有多个双面太阳能面板1210的追踪式太阳能收集器1200的立体图。双面太阳能面板1210可以由包括支座1220、扭矩管1230、轴承1240和支柱1250的支撑结构支撑。扭矩管1230形成太阳能面板1210围绕其旋转的轴。扭矩管1230和/或支座1220被制作成具有反射性，以将额外的光反射到双面太阳能面板1210的背面，例如通过将它们涂成白色、通过使它们涂覆有反射涂层、通过对它们抛光、通过选择具有自然反射性的材料或通过以其他方式对它们进行处理而使其具有反射性。

图13描述了用于组装用于旋转成排布置的双面光伏面板的系统的流程图1300。在1302处，组装用于双面光伏面板的支撑结构。在1304处，安置在支撑结构的顶部处围绕轴旋转的一个或多个枢转臂。在1306处，将一个或多个细长的结构构件安置成沿着并平行于该排以及在垂直于一个或多个枢轴臂的方向上延伸。在1308处，将一个或多个细长的结构构件连接到一个或多个枢转臂。在1310处，将双面光伏面板的下侧安装到支撑结构。支撑结构的一个或多个结构元件涂覆有反射涂层，以增加到双面光伏面板的下侧的反射光。

在以上描述和权利要求中，诸如“……中的至少一个”或“……中的一个或多个”之类的短语后面可以是元素或特征的组合列表。术语“和/或”也可以出现在两个或更多个元素或特征的列表中。除非与使用此类短语的上下文隐含或明显矛盾，否则该短语旨在表示所列出的任何单个元素或特征，或者任何所叙述的元素或特征与任何其他所叙述的元件或特征的组合。例如，短语“a和b中的至少一个”；“a和b中的一个或多个”；“a和/或b”旨在各自表示“单独的a、单独的b或a和b一起”。类似的解释也适用于包含三个或更多项目的列表。例如，短语“a、b和c中的至少一个”；“a、b和c中的一个或多个”；“a、b和/或c”旨在各自表示“单独的a、单独的b、单独的c、a和b一起、a和c一起、b和c一起；或a和b和c一起”。另外，上文和在权利要求中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，从而也可允许有未叙述的特征或元素。

本文所述的主题根据期望的配置可以体现在系统、装置、方法和/或物品中。前述描述中阐述的实施方式并不代表与本文所述主题一致的所有实施方式。相反，它们仅仅是与和所描述的主题有关的方面一致的一些示例。尽管上文已经详细描述了一些变形，但是其他修改或添加也是可能的。特别地，除了本文阐述的那些特征和/或变形之外，还可以提供其他特征和/或变形。例如，上述实施方式可以针对所公开的特征的各种组合和子组合和/或上文所公开的几个另外特征的组合和子组合。另外，附图中描绘的和/或本文中描述的逻辑流程不一定需要所示的特定顺序或连续顺序来实现期望的结果。其他实施方式可以在所附权利要求的范围内。