專利名稱：太陽能面板安裝結(jié)構(gòu)、太陽能面板系統(tǒng)及其制造和安裝方法
技術(shù)
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本技術(shù)領(lǐng)域涉及太陽能面板安裝。更具體地說，本技術(shù)領(lǐng)域涉及太陽能面板安裝結(jié)構(gòu)及其安裝方法。
背景技術(shù)：
已知在商業(yè)和居住環(huán)境中使用太陽能面板。通常將太陽能面板安裝在安裝結(jié)構(gòu)上，該安裝結(jié)構(gòu)被支撐在例如屋頂頂部的安裝表面上?，F(xiàn)有的安裝結(jié)構(gòu)通常過分復(fù)雜和難以安裝和制造。此外，許多安裝結(jié)構(gòu)具有被風(fēng)吹的太大的表面積，因此受到強大的風(fēng)吹的上升力。
授于Ullman的美國專利6,360,491揭示了用于太陽能面板的屋頂支撐系統(tǒng)。Ullman的系統(tǒng)提供了相對于屋頂結(jié)構(gòu)的牢固的支架。但是，Ullman要求由板條螺栓貫穿屋頂。并且，Ullman的導(dǎo)軌系統(tǒng)需要將面板安裝在屋頂上的許多零件(見

圖10)。此外，不密封現(xiàn)有的屋頂貫穿部分和不建立新的屋頂貫穿部分就不能重新安置Ullman的系統(tǒng)。
授于Tomiuchi等人的美國專利6,105,317揭示了具有許多垂直導(dǎo)軌的太陽能面板安裝系統(tǒng)。參閱圖2、8A和8B與其它圖，Tomiuchi的裝置也是相當(dāng)復(fù)雜的，并要求貫穿安裝表面。
授于Genschorek的美國專利6,370,828B1揭示了用于太陽能面板1的安裝系統(tǒng)。但是，圖1所示的安裝系統(tǒng)要求三個單獨互鎖的頂部型材，用于支撐太陽能面板1的邊緣。多個頂部型材增加了安裝和制造的復(fù)雜性。
授于Melchior的美國專利5,768,831揭示了用于光電元件面板的屋頂板支架。但是Melchior的支架由屋頂板形成。因此，包含在屋頂板支架中的太陽能面板6的方向和高度不能按照太陽光預(yù)定方向調(diào)節(jié)。
授于Bottger的美國專利6,105,316揭示了用于支撐太陽能面板的裝置。通過注入模制法形成Bottger的裝置。簡單的機加工不適合于形成Bottger的注入模制的裝置。
發(fā)明概要按照一第一實施例，用于太陽能面板的安裝結(jié)構(gòu)包括一金屬板框架。該框架包括一前壁、連接于前壁的一底壁、連接于底壁的一后壁、連接于前壁的一第一面板支撐部分以及連接于后壁的一第二面板支撐部分。
按照一第二實施例，一面板系統(tǒng)包括以至少一排面板單元排列的多個面板單元，各面板單元包括一框架，該框架具有一前壁、連接于前壁的一底壁、連接于底壁的一后壁，前、底和后壁形成在框架內(nèi)的一細長腔室，一第一面板支撐部分連接于前壁，以及，一第二面板支撐部分連接于后壁。由各面板單元的第一和第二面板支撐部分支撐了太陽能面板，其中，在一排中的諸框架的諸前壁對齊，以及，在一排中諸框架的諸后壁對齊。
制造一太陽能面板安裝結(jié)構(gòu)的方法包括提供一金屬板，將金屬板切割成所需形狀，在一第一彎曲處彎曲該板以形成一前壁，在一第二彎曲處彎曲該板以形成一后壁，其中，底壁在前壁和后壁之間延伸，在第三和第四彎曲處彎曲該板以在前壁處形成一第一面板支撐部分，以及，在第五和第六彎曲處彎曲該板以在后壁處形成一第二面板支撐部分。
安裝一太陽能面板系統(tǒng)的方法包括提供多個安裝結(jié)構(gòu)，各個安裝結(jié)構(gòu)包括一框架，框架具有一前壁、連接于前壁的一底壁、連接于底壁的一后壁，前、底和后壁形成在該框架內(nèi)的一細長腔室，以及，具有連接于前壁的一第一面板支撐部分和連接于后壁的一第二面板支撐部分。諸安裝結(jié)構(gòu)排列成一排，以使在一排中的諸面板的諸前、后壁對齊。然后，將諸太陽能面板安裝在諸安裝結(jié)構(gòu)中，以及，電連接于諸太陽能面板。
在閱讀了結(jié)合下列附圖的實施例的以下詳細敘述之后，該領(lǐng)域的那些熟練人員會理解到本發(fā)明的許多不同實施例的上述優(yōu)點和其它優(yōu)點和益處。
按照共同的習(xí)慣，附圖的許多不同結(jié)構(gòu)特征不需要按比例畫出。許多不同結(jié)構(gòu)特征的尺寸可以放大或縮小，以便更清楚地示出本發(fā)明的實施例。
附圖簡要說明詳細敘述將涉及到以下附圖，其中相同的標號涉及相同的部分，其中；圖1是按照一第一實施例的一面板單元的立體圖。
圖2是圖1示出的面板單元的正視圖。
圖3是沿著圖2的線3-3截取的面板單元的側(cè)剖視圖。
圖4A是端蓋的一第一實施例的立體圖。
圖4B是端蓋的一第二實施例的立體圖。
圖5是增強件的立體圖。
圖6是另一安裝結(jié)構(gòu)實施例的剖視圖。
圖7A-7B示出了制造框架的方法。
圖8是面板系統(tǒng)的這一第一實施例的俯視示意圖。
圖9是帶有詳細示出的面板系統(tǒng)100的諸零件的面板系統(tǒng)1000的立體圖。
圖10A是安裝在兩面板單元之間的一緊固條的正視圖。
圖10B是沿著圖10A中的線“10B-10B”截取的剖視圖。
圖11A和11B示出了用于將直流電源轉(zhuǎn)換成交流電源的一轉(zhuǎn)換單元。
圖12是圖9所示的面板系統(tǒng)的一部分的后視圖。
圖13-16示出了具有諸互連件的一面板系統(tǒng)。
圖17-19示出了安裝一面板系統(tǒng)的一方法。
詳細描述圖1是按照一第一實施例的太陽能面板單元100的立體圖。該面板單元100包括一安裝結(jié)構(gòu)10和由安裝結(jié)構(gòu)10支撐的一太陽能面板P。面板單元100是例如可以安裝在屋頂頂部上的這類型。其它安裝表面，例如在地面高度處的較平的表面也適合于安裝面板單元100。較水平的和/或輕度傾斜的安裝表面是較佳的。
圖2是圖1示出的面板單元100的正視圖，圖3是沿圖2的線“3-3”剖取的面板單元100的剖視圖。參閱圖2，安裝結(jié)構(gòu)10包括一框架12?？蚣?2可以包括設(shè)置在用于面板單元100的一安裝表面上的諸絕緣板14。絕緣板14防止框架12與支撐框架12的安裝表面直接接觸，以及，諸絕緣板14之間的諸間隙使水在面板單元100之下和周圍排走。面板單元100可以安裝在任何較穩(wěn)定的安裝表面上，例如屋頂頂部。諸端蓋16可以連接于框架12的任一端，從而封裝安裝結(jié)構(gòu)100的內(nèi)部。在圖4A和4B中分別詳細地示出了端蓋實施例16和16’。
圖3剖視圖較詳細地示出了面板單元100。如圖3所示，框架12包括一前壁20、一底壁22和一后壁24。框架12具有一連續(xù)敞開的通道結(jié)構(gòu)，并包圍了一細長的腔室26。一第一面板支撐部分30從前壁20延伸，一第二支撐部分32從后壁24延伸。面板支撐部分30、32支撐了安裝結(jié)構(gòu)10內(nèi)的面板P。因此，面板P封裝了細長腔室26的頂部。
例如可以由框架12內(nèi)的一個或多個彎曲而形成面板支撐部分30、32。圖3所示的面板部分30、32是在用于形成框架12的板材中的如兩個彎曲的少數(shù)彎曲形成的較簡單的結(jié)構(gòu)。面板部分30、32例如可以包括其中螺釘34能夠通過的一個或多個孔(也見圖2)。在面板支撐部分30、32中可以形成這些孔，或者，在面板單元100的安裝期間技工能夠鉆許多孔。面板P能夠包括具有相應(yīng)的諸孔的一金屬框架，或者在安裝期間在面板P框架中可以形成諸孔?？梢詫⒙葆?4擰入框架12內(nèi)和也進入面板P中的孔，以在安裝結(jié)構(gòu)10內(nèi)將面板P牢固地保持在位。螺釘34例如可以是自攻螺釘。
面板單元100還可以包括在細長腔室26內(nèi)的壓塊B。將壓塊B放置在框架12內(nèi)，以致例如在大風(fēng)期間或其它不利的氣候條件下保持面板單元100不動。通常，按照其中將安裝面板單元100的當(dāng)?shù)氐慕ㄖㄒ?guī)的要求選擇壓塊B的重量。在一實施例中，選擇了壓塊B后使面板單位的重量約為每直線英尺20磅(9公斤)。但是，壓塊重量的選擇受許多因素的影響，可以使用廣闊范圍的壓塊重量。以下詳細敘述的互連件的使用可以減少所要求的壓塊的重量。
面板單元100可以包括在框架12(見圖3)的底壁22中形成一個或多個孔(未示出)，或者，靠近前壁22或后壁24的底部。該孔、或“漏水孔”使進入腔室26的水從框架12流出。
面板單元100可以具有合適于支撐所選太陽能面板P的任何尺寸。例如，在一實施例中，面板單元100可以具有例如約10英尺(3米)的長度、約1 1/2英尺(0.5米)的高度(沿著后壁24測量的)?？梢园凑掌渲袑惭b面板單元100的所期待的環(huán)境選擇支撐面板P的傾斜角度X。例如，在圖3所示的實施例中，該傾斜角度α約27°。例如，為了適應(yīng)在其處將要安裝單元100的現(xiàn)場的緯度以及對制造和成本的考慮，可以選擇不同的角度。
圖4A是端蓋16的一第一實施例的立體圖。例如，可以由剪切或沖壓的一塊金屬塊形成端蓋16。鋁是該結(jié)構(gòu)的一較佳材料。端蓋16包括用于將端蓋16連接于框架12(見圖2)的兩個連接部分42、44。端蓋16可具有在連接部分42、44內(nèi)形成的諸孔40，用于接納用于將端蓋16連接于框架12的諸螺釘34(圖2)。端蓋16可以任選地包括在端蓋16內(nèi)沖壓出的一個或多個沖出孔46，以利于面板P與面板單元100外部的構(gòu)件互連，以及用于與其它裝置連接。圖4所示的端蓋16是圖2所示的“左”端蓋16。“右”端蓋16可以與左端蓋16成鏡像對稱。
圖4B是端蓋16’的又一實施例的立體圖。如圖4B中諸部分的類似標號所指示的，端蓋16’類似于圖4A所示的端蓋16。但是，端蓋16’包括一通氣口48。該通氣口48可以是例如通過焊接或螺釘保持在適當(dāng)位置的一網(wǎng)屏的形式。還可以通過在用于形成端蓋16’的金屬板中形成孔而形成該通氣口48。
在面板單元100內(nèi)不需要端蓋16、16’。但是，端蓋16、16’提高了面板單元100的結(jié)構(gòu)剛性。端蓋16、16’還封閉了面板單元100的內(nèi)部腔室26(圖3)，以防例如鳥的小動物進入腔室，否則可能損壞在面板P的下側(cè)上的電路。通氣的端蓋16’提供了附加的優(yōu)點通過通氣口48的空氣流動可以使面板單元100的內(nèi)部腔室26內(nèi)的過多熱量排出。
圖5是一增強件64的立體圖，在端對端地排列諸單元時該增強件用于連接諸面板單元的諸后壁24。增強件64可以包括在增強件64的任一側(cè)上的一個或多個孔68，它可以接納用于將增強件64連接于相鄰的面板單元100的諸螺釘66。面板單元100的后壁24可以包括用于接納螺釘66的諸相應(yīng)孔?；蛘?，在單元100的系統(tǒng)的安裝期間可以形成這些孔。諸增強件64可以用于連接一個或多個相鄰面板單元100，從而增加一排單元100的結(jié)構(gòu)剛性。例如可以由鋁金屬板形成增強件64。
圖6是另一安裝結(jié)構(gòu)70的剖視圖。該安裝結(jié)構(gòu)70包括一框架71。該框架71包括一前壁72、一底壁74和一后壁76。面板支撐部分78連接于前壁72。一可調(diào)節(jié)的面板支撐部分82可調(diào)節(jié)地安裝于后壁76。通過改變該面板支撐部分固定于后壁76的位置，可以調(diào)節(jié)面板支撐部分82的垂直位置，可以利用螺釘84將面板支撐部分82固定于后壁76?？梢哉{(diào)節(jié)該可調(diào)的面板支撐部分82，用于提供用于面板P的一傾斜角范圍，即β至β+γ。
如圖3清楚地所示，可以由一塊例如金屬板的材料板形成框架12。在一實施例中，由細長的鋁板形成框架12。由于鋁重量輕和較容易成形，因此鋁是用于該結(jié)構(gòu)的一所需材料。鋁還耐腐蝕，以及長期暴露于紫外線不會像許多塑料那樣降解。也可以使用例如鋼及其合金的其它板狀金屬。鋁板材料的較佳厚度范圍是約0.04英寸(0.1厘米)至0.25英寸(0.6厘米)。在一實施例中，鋁板材料是0.063英寸(1.6毫米)合乎標準的軋制鋁板(mill-certified sheetaluminum)。螺釘和螺栓緊固件可以例如是不銹鋼的。
用于面板單元100的安裝結(jié)構(gòu)10具有可易于制造的較簡單的結(jié)構(gòu)。例如，可以由單塊金屬板材制造框架12。在圖7A-7C中示出了制造框架的方法。在圖7A中，提供了材料板150。材料板150可以具有對應(yīng)于若干面板單元100的一寬度(如跨越圖2中框架12所測量的)的長度L。金屬板150的寬度W可以對應(yīng)于如圖3所示的框架12的諸單個部分的諸長度的總和。在一實施例中，長度L為10英尺(3米)。
參閱圖7B，可以剪切或沖壓金屬板150，將其尺寸確定為形成坯料152。坯料152還可以預(yù)成形和被提供，具有正確的尺寸。然后，在坯料152中、在它們的相應(yīng)位置處可以沖壓出任意個孔或其它小孔(未出出)。在坯料152上示出了彎曲位置161-166。然后，可以在圖7C中所示的諸相應(yīng)的彎曲位置161-166沿著它的長度來彎曲坯料152。例如，可以使用金屬壓彎成形機來彎曲坯料152。形成圖3所示的框架12的實施例僅要求六個彎曲。
在金屬壓彎在成形機中的彎曲坯料152之后，在前壁20和后壁24中可以鉆多個孔，用于接納螺釘66(圖12)和34(圖2)。另外，如果使用自攻螺釘，可以不需要在框架12中鉆孔。在框架12的前壁20和后壁24中可以沖擊通氣百頁窗(未示出)。百頁窗增加了通過其的對流的空氣流，從而冷卻面板單元100的內(nèi)部。
可以從剪切的或沖壓的金屬板模板(sheet metal pattern)形成端蓋16或16’(示出在圖4A和4B中)。利用一第一彎曲形成連接部分42，利用一第二彎曲形成連接部分44。通過鉆孔或沖孔可以在端蓋16、16’中形成用于接納螺釘?shù)亩鄠€孔。諸孔40可以在彎曲加工之前或之后形成?？梢岳缤ㄟ^將網(wǎng)屏焊接或螺釘連接于用于形成端蓋16’的金屬板，形成在端蓋16’中的通氣口。為了形成通氣口48，還可以在用于形成端蓋16’的金屬板中剪切或沖壓出孔。例如可以由橡膠或塑料材料形成絕緣板14(圖3)。還可以由一塊硬絕緣材料形成絕緣板14。例如利用粘接劑可以將絕緣板14連接于框架12的底部。或者，可以與框架12分開地提供板14。
面板單元100可以與其它面板單元組合，形成一陣列的太陽能面板或太陽能面板系統(tǒng)。圖8是這一面板系統(tǒng)1000的俯視示意圖。如圖8所示，面板系統(tǒng)1000的各排包括端對端設(shè)置的多個面板單元100。包含在面板單元100中的面板P可以包括面板P的、面對各面板單元100的細長內(nèi)腔室26(圖3)的后側(cè)的上的電路。可以使用一根或多根電纜和連接件將諸面板P互連起來。較佳地，端蓋僅僅放置在一排面板單元100的的端部處的面板單元100上。在兩排之間使用最小的間距d?？梢赃x擇最小的間距d，以使來自一排的陰影不與到達相鄰排的日光干涉。在實施例中，間距d是4英尺(1.2米)。
圖9是帶有詳細示出的面板系統(tǒng)的所選諸單元100的一面板系統(tǒng)1000的立體圖。由端對端排成一行的許多排面板單元100形成面板系統(tǒng)1000。在兩相鄰面板單元100之間可以安裝多個緊固條90。包含在系統(tǒng)1000中的諸面板單元100包括可以連接于框架12的底部的或單獨提供的諸絕緣板14。可以選擇板14的尺寸，以提供在諸板14之間的間隙或通道，以使在系統(tǒng)1000之下水能夠自由流動?；蛘撸梢詫⒁粏螇K連續(xù)的絕緣板的尺寸確定成適應(yīng)系統(tǒng)1000中的一排面板單元100。面板系統(tǒng)1000的各排可以包括用于將來自面板P的電源的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的轉(zhuǎn)換單元200。在圖11A和11B中詳細示出了轉(zhuǎn)換單元200。
圖10A是安裝在兩面板單元100之間的一緊固條90的正視圖(在圖10A中僅僅示出了兩相鄰面板單元100的一部分)。該緊固條90可以寬到足以延伸在各相鄰面板P的一部分上。例如，緊固條90的寬度可以是約2英寸。圖10B是沿著圖10A中的線“10B-10B”截取的剖視圖，以及更詳細地示出了緊固條90。參閱圖10B，緊固條90延伸在面板PP上和將面板PP緊固地保持在安裝結(jié)構(gòu)10中的適當(dāng)位置內(nèi)。緊固條90還對系統(tǒng)1000增加剛度。增加的剛度可以防止例如在雪負荷作用下的系統(tǒng)1000的伸展。系統(tǒng)1000中的緊固條90還能夠減少或取消將面板P固定在面板單元100內(nèi)所要求的螺釘34的數(shù)量。
可以用螺釘94將緊固條90固定于安裝結(jié)構(gòu)10的框架12?？梢詫⒙葆?4進入面板支撐部分30、32，并進一步進入面板9。緊固條90包括可以緊密地與面板支撐部分32相符的上部98和可以緊密地與面板支撐部分30相符的下部96。在緊固條90與面板P之間示出了一間隙。但是緊固條90可以接觸面板P和在其上施加向下的力，用于將面板P保持在框架12中的適當(dāng)位置內(nèi)。
在面板系統(tǒng)1000中，面板P產(chǎn)生來自面板P的、由互連電纜傳送的直流電源。圖11A和11B詳細地示出了用于將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的轉(zhuǎn)換單元200以及其它關(guān)聯(lián)的元件。圖11B是直流-交流轉(zhuǎn)換單元200的后視圖，圖11A是具有轉(zhuǎn)換單元200的面板系統(tǒng)的一分離部分的立體圖。轉(zhuǎn)換單元200包括一變換器210、一直流斷路器(disconnect)220和一交流斷路器230。變換器210和斷路器220、230可以通過柔性管道260、262互連，該管道含有用于傳送交流和直流電流的電纜。
轉(zhuǎn)換單元200可以包括用于安裝變換器210和斷路器220、230的一框架202。該框架222可以包括對于變換器210和斷路器220、230的元件提供某些保護的伸出部204?？蚣?02可以包括用于增加框架202的穩(wěn)定性的托架240、242?？蚣?02還可以在一個或多個位置用螺釘固定于面板單元100的后部。
參閱圖11A，轉(zhuǎn)換單元200位于面板系統(tǒng)1000的一排面板單元100中的端部面板單元100處。但是，轉(zhuǎn)換單元也可以位于沿著一排的任何位置，以及在離開或附連于面板單元100的其它位置中。在圖11A中僅僅示出了一個面板單元100。在圖9中示出了面板系統(tǒng)1000內(nèi)的許多排面板單元100。在圖11A的實施例中，轉(zhuǎn)換單元200用來轉(zhuǎn)換由一排中的全部面板單元100所供應(yīng)的直流電源。但是，在成一排的系統(tǒng)1000中可以有多個轉(zhuǎn)換單元200。
如以上所討論的，在一排面板100中的各面板P能夠通過由該排面板100所形成的連續(xù)敞開的通道串聯(lián)連接。該排面板單元100的串聯(lián)電路連接的端部能夠連接到直流斷路器220。直流斷路器220電連接于變換器210，變換器將來自諸面板單元100中的背面板P的直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
參閱圖11A，交流斷路器230由柔性管道254在接頭260處連接于硬管道262。管道262和管道254能夠包含用于傳送來自該排面板單元100的交流電流的一根或多根導(dǎo)電電纜。管道262可以向后延伸到面板系統(tǒng)1000的隨后排，同時一排的各轉(zhuǎn)換單元200具有延伸通過硬管道262的一根電纜。
作為對于上述實施例的可替換選用方案，直流-交流轉(zhuǎn)換單元可以被包含在一個或多個面板單元100的內(nèi)部，或者，直流-交流轉(zhuǎn)換單元可以位于較遠的位置和通過互連電纜連接于系統(tǒng)1000。
圖12是圖9所示的面板系統(tǒng)1000的一部分的后視圖。在圖12中，兩面板單元100被表示為相互抵靠著。但是，在一個或多個面板單元100之間可以包含一間隙。增強件64可以安裝于圖12中的兩相鄰的面板單元100。在系統(tǒng)1000的諸排的各端處較佳地使用端蓋16或16’。在該結(jié)構(gòu)中，連續(xù)敞開的通道延伸通過整個系統(tǒng)1000，允許易于接近在面板P之間的互連導(dǎo)線。使用在系統(tǒng)1000的各端處的通氣端蓋16’使能較好地對系統(tǒng)1000的諸排的連續(xù)的敞開的通道進行冷卻。
圖13-16示出了具有增加系統(tǒng)2000的穩(wěn)定性的互連件310、320、330的一面板系統(tǒng)2000。在圖13中所示的系統(tǒng)2000具有標號為2001、2002、2003、2004、2005、2006共六排和五“列”(即圖13中成一直線垂直延伸的諸面板單元)的面板單元100。但是，能夠組裝任何數(shù)量的排和列。在圖13-16中所示的面板單元100通常可以對應(yīng)于以上所討論的面板單元。圖14是系統(tǒng)2000的一較小部分的后視立體圖。
當(dāng)系統(tǒng)2000要被安裝在屋頂頂部或其它高架的表面上時，尤其希望使用連接諸面板單元100的互連件。圖13-16示出的互連件310、320、330將所選的諸面板單元100緊固在一起，增加了系統(tǒng)2000的整體穩(wěn)定性。因此，要求較小重量的壓塊以將系統(tǒng)2000穩(wěn)定和固定在適當(dāng)位置中。在示例性的較大陣列中，可以使用諸互連件連接所有的單元100。但是，在較大的陣列中，可以希望利用互連件僅僅緊固系統(tǒng)2000的所選部分，例如在系統(tǒng)2000的后部的幾排。在圖13所示的實施例中，僅僅由互連件310、320、330互連了系統(tǒng)2000的最后三排2001、2002、2003。
為了示出簡化起見，對于系統(tǒng)2000沒有示出電源傳送或轉(zhuǎn)換設(shè)備。但是，系統(tǒng)2000可以包括如圖9、11A和11B所示的轉(zhuǎn)換單元200和關(guān)聯(lián)的電纜和管道。并且，如以下所討論的那樣，圖9所示的系統(tǒng)1000可以裝備有互連件。
參閱圖13和14，可以由零件310、320、330將系統(tǒng)2000的一排或多排互連起來。例如可以由L形金屬件構(gòu)成零件310、320、330。例如可以由鋼或鋁制造零件310、320、330。零件310、320、330可以分別沿著系統(tǒng)2000的諸排的左端和右端延伸，可以例如由螺栓和/或螺釘固定于面板單元100。零件310、320具有L形狀。零件330具有“T″形狀和能夠由兩個L形零件形成?；蛘?，可以由單個擠壓的T形件形成T零件330。零件310、320、330在面板單元100之下延伸。
圖15示出了零件310與面板單元100的連接。螺釘316將托架315固定于面板單元100的后側(cè)。螺栓317和螺帽318將托架315固定于零件310。以這一方式將零件310連接到位于各排3001、2002、2003的端部處的各面板單元100。零件320可以按類似方式連接于排2001、2002、2003的相對端。零件310被示為L件，但是也可以利用T形件形成零件310。
圖16示出了T形件330與相鄰面板單元100的連接。在圖16中，零件330被示為包括兩個L形金屬件331、332，但是也可以利用單個擠壓的T形件330。托架334、335將零件331、332固定于相鄰的面板單元100?？梢岳寐菟ɑ蚵葆?37(在圖16中只能看到一個螺栓337)將托架334、335固定到面板單元100。螺帽338和螺栓339將零件331、332固定于托架334、335?？梢园催@方式將零件330連接于系統(tǒng)2000的各排，可以沿著系統(tǒng)2000的長度延伸，如圖16所示。系統(tǒng)2000被示為僅僅包括一個零件330，但是可以設(shè)置多個零件330延伸通過系統(tǒng)2000中的諸排的內(nèi)部。例如，零件330可以延伸在系統(tǒng)2000中的各列面板單元100之間。
按照以上實施例，諸面板單元100相互固定地連接在一起，增加了系統(tǒng)2000的穩(wěn)定性。此外，可能易受風(fēng)載荷影響的諸單個面板單元，例如在系統(tǒng)2000的諸后排中的諸面板單元可以選擇地被互連，以更加牢固地將它們保持在系統(tǒng)2000內(nèi)。
以上所討論的系統(tǒng)1000、2000可以安裝在地面上、建筑物的屋頂上和其它表面。以下參照圖17-19詳細討論安裝系統(tǒng)2000的方法。
首先參閱圖17，在安裝表面例如屋頂上建立一直線。通常以垂直于入射太陽光的主要方向(圖17中箭頭所指示的)延伸選擇該直線，并具有等于系統(tǒng)2000的長度的一長度。該直線將用作為對齊措施，用于保證恰當(dāng)布置系統(tǒng)100中面板單元100的最后或后排2001。當(dāng)安裝在北半球內(nèi)時后排2001通常將對應(yīng)于系統(tǒng)2000的北端。為了開始安裝過程，可以另外再布置數(shù)量有限的另外的數(shù)排，例如可以首先布置系統(tǒng)2000的后三排2001、2002、2003。
然后，使一第一安裝結(jié)構(gòu)10與對應(yīng)于后排2001的直線對直。在圖17中第一安裝結(jié)構(gòu)被標注為‘A’。其次，使安裝結(jié)構(gòu)B與排2002對齊，使安裝結(jié)構(gòu)C與排2003對齊，以形成一列。在排2001、2002、2003的外邊上開始，將L形件310連接于安裝結(jié)構(gòu)A-C的端部，零件310垂直于排2001、2002、2003延伸。L形件310在后三排2001、2002、2003之間形成剛性連接，有助于防止風(fēng)力所產(chǎn)的所承受的單元100的運動。
L形件310可以預(yù)先沖有用于接納托架334、335(示出在圖16中)的孔。安裝工人可以與托架334、335中的孔對齊地在安裝結(jié)構(gòu)10的后側(cè)上鉆孔。然后用螺栓將托架334、335固定于零件310和固定于安裝結(jié)構(gòu)17的后側(cè)。在圖17中，托架被示為固定于安裝結(jié)構(gòu)10的外部。或者，可以將托架334、335放置在安裝結(jié)構(gòu)的內(nèi)部和用螺栓或螺釘固定于后垂直壁24，以使在完成的系統(tǒng)2000中看不到托架334、335。然后，將T形件330安裝于安裝結(jié)構(gòu)A-C的另一側(cè)，如圖16所示。
然后，在安裝結(jié)構(gòu)A-C的旁邊放置安裝結(jié)構(gòu)D、E和F的另一側(cè)。再返回看圖3，如后壁24那樣，使諸安裝結(jié)構(gòu)10的諸前壁20對齊。然后，用螺栓將托架334、335固定于結(jié)構(gòu)D、E和F和固定于T形件330。其次，對于排2001、2002、2003將壓塊B放在各安裝結(jié)構(gòu)A-F的腔室26內(nèi)。例如可以按照建筑條例的要求選擇壓塊B的重量。例如，按照ASCE7-98，對于每小時90英里(145千米/時)的風(fēng)載荷，最后兩排2001、2002要求壓塊重量為每直線英尺18.5磅(8.4公斤/米)，第三排2003要求每直線英尺18磅(8.2公斤/米)，在系統(tǒng)2000中前方的所有其余排要求每直線英尺9.1磅(4.1公斤/米)。這示例性的壓塊要求是基于系統(tǒng)2000的諸排，各排的中心彼此隔開6英尺(1.8米)的一距離d，并且面板P的傾斜角度α為25°。
然后，用螺栓將T形件的其余長度固定于結(jié)構(gòu)D-F的外邊緣。跨越后三排2001、2002、2003逐列地重復(fù)進行增加安裝結(jié)構(gòu)10的過程，直至對于系統(tǒng)2000達到所需的列數(shù)或所需的寬度。當(dāng)安裝最后一列時，將L形件(在圖17中未示出)安裝在最后一列的外側(cè)，如圖13所示。
對于每排的安裝結(jié)構(gòu)10的最后部分，例如可以比其它安裝結(jié)構(gòu)的長度短些。當(dāng)在一排中的諸太陽能面板P的總長度不是結(jié)構(gòu)10的寬度的整倍數(shù)時，可以使用一較短的端結(jié)構(gòu)10。
一旦安裝了最后三排2001、2002、2003，能夠?qū)⑶胺降闹T排安裝在適當(dāng)位置，一次安排一整排。或者，同時可以布置所有的排。在一實施例中，如圖13所示，僅僅由零件310、320、330互連后三排，這允許布置在前方的諸排而不互連。
由零件310、320、330提供的附加增強使系統(tǒng)2000能抵抗通常對后方諸排上是最大的風(fēng)載荷。如圖17所示，前方諸排也可以互連在一起，但這些互連可能是不需要的。附加互連件330減小了對于各安裝單元10所要求的壓塊的重量，那么，如果安裝表面是帶有嚴格的重量限制的屋頂頂部，就能夠互連附加的諸排，以減小系統(tǒng)2000的總重量負荷。
一旦安裝單元10的所有排都被定位和加了重塊，就將增強件64連接于安裝單元10的后方，如圖12所示?？梢允褂貌讳P鋼板金屬螺釘(stainless steelsheet metal screw)66，用于連接增強件64。
現(xiàn)在，可以將太陽能面板P安裝在安裝結(jié)構(gòu)10內(nèi)。圖18是安裝在一第一安裝結(jié)構(gòu)10內(nèi)的太陽能面板P的剖視圖。在將面板P放在面板支撐部分30、32內(nèi)之前，可以將增強條340安裝在面板支撐部分30、32之中。增強條340可以是約2英寸寬和由板金屬制成，可以具有類似于安裝條90的形狀。增強條340可以安裝在將放置在安裝結(jié)構(gòu)10中的一面板P的中心將降下的位置或其附近。增強條340對于安裝結(jié)構(gòu)10提供了附加的強度，防止在面板P的重量作用下安裝結(jié)構(gòu)10產(chǎn)生變形。
然后，將面板P的下邊放入安裝結(jié)構(gòu)10的面板支撐部分30內(nèi)，同時保持面板P直立。對于在這位置中的面板P，將接地導(dǎo)線連接于框架12的下側(cè)。接地導(dǎo)線從一框架12連接到一排中的旁邊的框架12。然后，將第一面板P的頂部下降到面板支撐部分32上。利用螺釘34將面板P固定于增強條340和支撐部分30、32。可以使用對于拆卸要求特殊工具的安全螺釘，以防面板P被偷。作為對于接地導(dǎo)線的一可替換選用方案，可以將通過支撐部分32和面板P的一螺釘用于接地。
然后，將另一增強條340(未示出)放置在支撐部分30、32上、在該排中將放置下一個面板P的中心處。將第二面板P的下邊緣放在下一個框架12的安裝結(jié)構(gòu)30上，以及，將接地導(dǎo)線從第一框架12連接于第二框架12，并與將連接于第三框架12的另一接地導(dǎo)線結(jié)合在一起。然后，將第二面板P電纜串聯(lián)連接于第一面板，以及，將第二面板P下放到安裝結(jié)構(gòu)32上。在相鄰的面板P之間可以留有小的間隙，以便于面板P的熱膨脹。
參閱圖19，將安裝條90放在第一和第二面板P的相鄰端上，用于將它們保持在安裝結(jié)構(gòu)10上。將螺釘擰入通過安裝結(jié)構(gòu)30、32和安裝條90。安裝條90的“C”形端復(fù)蓋在支撐部分30的下邊緣上，安裝條90的“L”形端鉤住在支撐部分32上。
重復(fù)將面板P裝入安裝結(jié)構(gòu)10、從面板P到面板P連接接地導(dǎo)線和進行從面板P到面板P進行電連接的過程，直至完成一排的操作。在諸排的兩端處的兩面板P可以具有在端部處安裝的附加的安全螺釘，這是由于在這些位置處沒有安裝條90。利用這方法形成許多排。
對于每排，然后來自諸面板P的接線和接地線連接可以被連接于一轉(zhuǎn)換單元200，如圖11A所示。參閱圖11A，通過框架12的后部將導(dǎo)線連接到直流斷路器200和可以進行如以上所討論的其余的連接。一旦完成了接線，就用螺釘將通風(fēng)端蓋16’擰至各排的端面板P，從而閉合系統(tǒng)2000的內(nèi)部。轉(zhuǎn)換單元被示出為安裝在一端面板單元100上，但是其它安裝位置也是可行的。
在系統(tǒng)2000中所選的多排可以設(shè)置有連接于該排中安裝結(jié)構(gòu)的底部的雙粘接帶。該帶具有在將這些安裝結(jié)構(gòu)安裝在適當(dāng)位置之前可拆去的一紙面，這對所選擇的多排增大了抵擋風(fēng)載荷的摩擦系數(shù)。這帶子不需完全粘接于屋頂，如果需要，能夠提起和移動安裝結(jié)構(gòu)10。
通常，可以使用任何數(shù)量的安裝結(jié)構(gòu)10，在對系統(tǒng)2000所要求的功率的基礎(chǔ)上選擇系統(tǒng)2000中的面板單元100的數(shù)量。安裝表面的尺寸還可以確定系統(tǒng)2000的尺寸和形狀。安裝結(jié)構(gòu)10的前壁20被設(shè)置成面向日光的主要照射方向。安裝結(jié)構(gòu)的角度α(圖3)可以按照安裝現(xiàn)場的緯度和按照成本和制造因素預(yù)先選擇。
安裝板14可以與框架12分開或者在安裝系統(tǒng)1000、2000之前設(shè)置在框架12上。在以上所示的實施例中，各框架12包括在安裝之前粘接于框架底部的兩塊板14。例如板14可以是聚苯乙烯絕緣材料的1英寸(2.54厘米)厚、4英尺(1.2米)長的零件。絕緣板14從單元100的下側(cè)保持屋頂材料和產(chǎn)生雨水流過的通道。
如果將使用分開的諸層或墊子14，在布置框架成為許多排之前，對于后面幾排可以布置諸塊單板14。如果將使用一塊連續(xù)的絕緣板，那么可以沿著對應(yīng)于各排的一直線將多塊絕緣板布置在安裝表面上。
在排和列的任何組合中，可以按以上所述的方式端對端地連接任何數(shù)量的面板單元100。
按照以上所討論的面板單元100和面板系統(tǒng)1000、2000實施例，面板單元100具有制造容易和便宜的較簡單的設(shè)計。而且，面板單元100的安裝要求最少的技能，因此面板單元100的系統(tǒng)1000、2000能夠以最低的勞動力成本迅速地和方便地安裝。因為安裝結(jié)構(gòu)10的設(shè)計簡化，所以還能夠很快地制造結(jié)構(gòu)10，縮短了用于該設(shè)備管理的維修時間。
安裝結(jié)構(gòu)10的重量還很輕，使安裝結(jié)構(gòu)10的運輸較方便。例如以上所討論的具有10英尺(3米)長的安裝結(jié)構(gòu)的一典型的商業(yè)上的實施例僅有約40磅(18公斤)的重量(不包括壓塊B或太陽能面板P)。因此，一技工就能易于移動該安裝結(jié)構(gòu)而不需要助手。當(dāng)將面板單元100安裝在較高的安裝表面例如屋頂頂部時，這特征特別有利。作為又一優(yōu)點，安裝結(jié)構(gòu)10的框架12的形狀使可在存放或運輸中堆疊諸結(jié)構(gòu)10。
如圖1所示，面板單元100具有美學(xué)上光滑的和連續(xù)的外觀，尤其當(dāng)端蓋16和16’被包含在面板單元100上時。面板單元100的光滑外部還顯著地減小了作用在面板單元100上的風(fēng)的提升力。當(dāng)安裝太陽能面板陣列時，風(fēng)的提升力是主要的考慮因素。
作為以上實施例的另一優(yōu)點，在安裝期間或安裝之后易于移動面板單元100。面板單元100不需要用螺栓或螺釘固定于安裝表面，因此避免了穿透安裝表面的缺點。例如，如果面板單元100作為系統(tǒng)2000的一部分安裝，通過拆開在相鄰的面板單元100之間的任何互連電路(以及如果存在增強件64，拆去增強件)，可以方便地移動、拆卸或調(diào)換面板單元100。在相鄰的面板單元100中可以使用不漏水的可迅速拆開的插入件，用于連接太陽能面板P，加速了安裝和拆卸。因此可以方便地對面板單元100的整個系統(tǒng)1000再定位和再布置。
本發(fā)明的以上敘述示出了和說明了本發(fā)明。此外，該揭示內(nèi)容僅僅示出了和說明了本發(fā)明的所選的較佳實施例，但是應(yīng)該理解本發(fā)明能夠用于許多其它的組合、修改和環(huán)境中，并在本文所表達的本發(fā)明原理的范圍內(nèi)、相應(yīng)于以上揭示內(nèi)容、和/或在相關(guān)領(lǐng)域的技能或知識內(nèi)能夠產(chǎn)生許多變化和修改。
工業(yè)實用性如以上所述，太陽能面板裝裝結(jié)構(gòu)、太陽能面板系統(tǒng)以及它的方法、制造和安裝提供了能夠安裝太陽能面板用于發(fā)電。該系統(tǒng)重量輕和易于安裝以及安裝之后易于再布置(rearrange)。
權(quán)利要求
1.一種用于太陽能面板的安裝結(jié)構(gòu)，它包括；由金屬板制造的一框架，該金屬板框架包括；一前壁；一連接于前壁的底壁；一連接于底壁的后壁，前、底和后壁形成在該框架內(nèi)的一細長通道；連接于前壁的一第一面板支撐部分；以及連接于后壁的一第二面板支撐部分。
2.如權(quán)利要求1所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，后壁比前壁高。
3.如權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一面板支撐部分從前壁中的一第一彎曲處延伸和包括一第二彎曲。
4.如權(quán)利要求3所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二面板支撐部分從后壁中的一第一彎曲處延伸和包括一第二彎曲。
5.如權(quán)利要求4所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，從前壁中的第一彎曲處延伸的第一面板支撐部分的一部分基本上相對于底壁沿著非零角α延伸；以及從后壁中的第一彎曲上延伸的第二面板支撐部分的一部分也基本上沿著該角度α延伸。
6.如權(quán)利要求5所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，框架由鋁制成。
7.如權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，它還包括設(shè)置在框架之下的一絕緣板。
8.如權(quán)利要求2所述的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括至少局部地復(fù)蓋框架的一端的至少一端蓋。
9.一種面板系統(tǒng)，它包括；以至少一排面板單元設(shè)置的多個面板單元，各面板單元包括一框架，它包括一前壁；連接于前壁的一底壁；連接于底壁的一后壁，前、底和后壁形成在框架內(nèi)的一細長通道；連接于前壁的一第一面板支撐部分；以及連接于后壁的一第二面板支撐部分；以及由框架的第一和第二面板支撐部分支撐的一太陽能面板，其中，在一排中的諸框架的諸前壁對齊，以及，一排中的諸框架的諸后壁對齊。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括連接相鄰的面板單元的一個或多個互連件。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括連接多排面板的一個或多個互連件。
12.如權(quán)利要求9所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，后壁比前壁高。
13.如權(quán)利要求12所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，第一面板支撐部分從前壁中的一第一彎曲處延伸和包括一第二彎曲。
14.如權(quán)利要求13所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，第二面板支撐部分從后壁中的一第一彎曲處延伸和包括一第二彎曲。
15.如權(quán)利要求14所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，從前壁中第一彎曲處延伸的第一面板支撐部分的一部分相對于底壁基本上沿著非零角α延伸；以及從后壁中第一彎曲處延伸的第二面板支撐部分的一部分也基本上沿著該角α延伸。
16.如權(quán)利要求15所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，在第一和第二面板支撐部分中所支撐的面板沿著該角α延伸。
17.如權(quán)利要求15所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，框架由鋁制成。
18.如權(quán)利要求12所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，還包括；在框架之下設(shè)置的一絕緣板。
19.如權(quán)利要求12所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，各排面板單元包括在該排的一第一端處的一面板單元、在該排的一第二端處的一面板單元以及在兩端面板單元之間的多個面板單元。
20.如權(quán)利要求19所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，一連續(xù)敞開的通道延伸通過一排內(nèi)的諸面板單元。
21.如權(quán)利要求20所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝在各端面板單元上的一端蓋，該端蓋至少局部地封閉連續(xù)敞開的通道。
22.如權(quán)利要求19所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，包括靠近面板系統(tǒng)中的至少一排的一直流至交流轉(zhuǎn)換單元。
23.一種制造太陽能面板安裝結(jié)構(gòu)的方法，它包括；提供一金屬板；將該金屬板切割成所需形狀；在一第一彎曲處彎曲該板以形成一前壁；在一第二彎曲處彎曲該板以形成一后壁，其中，一底壁在前壁和后壁之間延伸；在第三和第四彎曲處彎曲該板以在前壁處形成一第一面板支撐部分；在第五和第六彎曲處彎曲該板以在后壁處形成一第二面板支撐部分。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，第三彎曲相對底壁為一非零角α；以及第五彎曲基本上相對于底壁為該角α。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，第一和第二彎曲基本上是直角彎曲。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，利用金屬壓彎成形機進行彎曲。
27.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，面板前、后和底壁形成帶有一敞開頂部和諸端部的一細長腔室，該方法包括；提供至少一端蓋，用于至少局部地復(fù)蓋細長腔室的其中一端部。
28.一種安裝太陽能面板系統(tǒng)的方法，它包括；提供多個安裝結(jié)構(gòu)，各安裝結(jié)構(gòu)包括；一框架，它包括一前壁；一連接于前壁的底壁；一連接于底壁的后壁，前、底和后壁形成在框架內(nèi)的一細長腔室；一連接于前壁的一第一面板支撐部分；以及一連接于后壁的一第二面板支撐部分；提供多個太陽能面板；將多個安裝結(jié)構(gòu)放置成一排，其中，一排內(nèi)的諸框架的諸前壁對齊，一排內(nèi)的諸框架的諸后壁對齊；將諸太陽能面板安裝在諸安裝結(jié)構(gòu)上，其中，太陽能面板至少局部地封閉在該排內(nèi)的諸框架的細長腔室的一頂部；以及電連接在一排內(nèi)的兩塊或多塊太陽能面板。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括在一個或多個安裝結(jié)構(gòu)內(nèi)放置壓塊。
30.如權(quán)利要求28所述的面板系統(tǒng)，其特征在于，該排面板單元包括在該排的一第一端處的一安裝結(jié)構(gòu)、在該排的一第二端處的一安裝結(jié)構(gòu)和在兩端安裝結(jié)構(gòu)之間的諸安裝結(jié)構(gòu)；以及一連續(xù)的敞開的通道延伸通過在一排中的諸安裝結(jié)構(gòu)。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括；將端蓋安裝在各端安裝結(jié)構(gòu)上，兩端蓋至少局部地封閉連續(xù)的敞開的通道。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括；在該排之下放置至少一絕緣板。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括將直流-交流轉(zhuǎn)換單元放在該排的附近；以及將一塊或多塊面板電連接于直流-交流轉(zhuǎn)換單元。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括提供一第二排安裝結(jié)構(gòu)，其中，第二排內(nèi)的諸框架的諸前壁對齊，第二排內(nèi)的諸框架的諸后壁對齊；將諸太陽能面板安裝在第二排內(nèi)的諸安裝結(jié)構(gòu)上，其中，諸太陽能面板至少局部地封閉第二排內(nèi)的諸框架的諸細長腔室的頂部；以及電連接第二排內(nèi)的兩塊或多塊太陽能面板。
35.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括按照入射太陽光的期待方向選擇角度α，其中，從前壁內(nèi)的第一彎曲延伸的第一面板支撐部分的一部分基本上沿著相對于底壁的一角度α延伸，以及，從后壁內(nèi)的第一彎曲延伸的第二面板支撐部分的一部分也基本上沿著該角度α延伸。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括；按照入射太陽光的期待方向選擇角度α，其中，將太陽能面板安裝在安裝結(jié)構(gòu)上包括安裝諸太陽能面板，以使它們基本上沿著相對于框架的底壁的角度α延伸。
37.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，將太陽能面板安裝在安裝結(jié)構(gòu)上包括通過下列中至少一步驟將太陽能面板固定于該安裝結(jié)構(gòu)使一個或多個螺釘和螺栓前進通過第一和第二面板支撐部分并進入太陽能面板；以及將固定條固定于安裝結(jié)構(gòu)，以使固定條在太陽能面板的一部分上延伸。
38.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括用互連件互連一個或多個相鄰的安裝結(jié)構(gòu)。
39.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，包括；用互連件互連一排或多排安裝結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明揭示了易于制造和安裝的、用于太陽能面板單元(100)的安裝結(jié)構(gòu)(10)和太陽能面板單元的系統(tǒng)(1000，2000)。安裝結(jié)構(gòu)(10)具有能夠通過金屬板彎曲加工形成的較簡單的框架。太陽能面板單元(100)還具有光滑的外表面，該表面減小了風(fēng)作用在面板單元和系統(tǒng)(1000，2000)上的提升力。
文檔編號F24J2/52GK101061281SQ200480005749
公開日2007年10月24日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月8日
發(fā)明者小E·S·泰勒, M·J·穆德 申請人:麥康奈爾能源方案有限公司