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CN102597655A - 太阳能模块附接装置和安装方法 - Google Patents

太阳能模块附接装置和安装方法 Download PDF

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CN102597655A CN2010800321958A CN201080032195A CN102597655A CN 102597655 A CN102597655 A CN 102597655A CN 2010800321958 A CN2010800321958 A CN 2010800321958A CN 201080032195 A CN201080032195 A CN 201080032195A CN 102597655 A CN102597655 A CN 102597655A
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Abstract

用于将用来收集源自日光辐射的能量的模块(10)附接到结构(30)上的装置，该结构诸如屋顶、建筑物正面或地面安装的结构的安装结构，其中该模块(10)在其后面(10A)上设有至少一个增强异型部分(20)，该装置包括紧固到该结构(30)上的至少一个支承件(40)。此支承件(40)包括相对于该模块的增强异型部分(20)的咬合装置(48)，该咬合装置可通过施加沿结构(30)的方向推动该模块(10)的单向推力(F1)而触动。

Description

太阳能模块附接装置和安装方法
技术领域
本发明涉及用于将用来收集源自日光辐射的能量的模块附接到结构(如房顶，建筑物正面或地面安装系统的安装结构)上的装置，并涉及用于将用来收集源自日光辐射的能量的至少一个模块安装在结构上的方法。
背景技术
在本发明的意义内，用于收集源自日光辐射的能量的模块可尤其为：光伏太阳能模块，其能够将源自日光辐射的能量转换成电能；热学太阳能模块，其能够将源自日光辐射的能量转换成收集在热传递流体中的热能；或者备选地，使用这些类型的能量转换两者的混合太阳能模块。
光伏太阳能模块以已知的方式呈叠层玻璃窗的形式，其包括插入在意图定位在模块上日光辐射的入射侧上的透明前衬底和意图定位成面向用于安装该模块的结构的透明或不透明后衬底之间的光电池。前衬底和后衬底可尤其由玻璃薄板或热塑性聚合物形成。为了允许将光伏模块安装到结构上，该结构为诸如房顶或建筑物的正面、或者备选地地面安装的系统的安装结构，模块常规地配备金属框架，尤其是由铝制成的金属框架，其覆盖模块的周边。从而模块到安装结构上的附接通过将该框架固定到该结构上和/或另一个模块的框架上(如果安装了若干并置的模块)而实现。
各模块的框架通常通过螺钉或螺栓紧固到安装结构上，并且如果合适，紧固到邻近模块的框架上。这导致对于将光伏模块安装在该结构上相对长的时间，并导致在一个或更多模块失效的情况下相对长的去除时间。此外，各模块的周边上金属框架的存在以及将模块在此框架上附接到该结构上导致在模块的周边上发生机械应力，这损害模块的机械强度。此外，各模块的金属框架覆盖模块的周边上的活性表面部分，这些部分如果不被覆盖，将参与能量转换，这限制了模块的效率。
相似的问题还发生在热学或混合光伏/热学太阳能模块上。
发明内容
本发明通过提出一种附接装置而特别寻求弥补这些不足，该附接装置允许快速而可靠地将太阳能模块安装在接纳结构上，而不会弱化模块的结构，并且一旦模块安装在结构上即易于更换，例如在失效的情况下。
为此，本发明的主题是一种用于将用来收集源自日光辐射的能量的至少一个模块附接在一种结构上的装置，该结构诸如屋顶、建筑物正面或地面安装系统的安装结构，其中该模块在其后面上设有至少一个增强异型部分，其特征在于，该装置包括固定到该结构上的至少一个支承件，此支承件包括相对于该模块的增强异型部分的咬合装置，该咬合装置可通过施加将该模块推向该结构的单向推力而触动。
在本发明的意义内，模块的后面是定位成当模块固定在该结构上时面向该结构的模块的面。
根据按照本发明的附接装置的其他有利的特征，考虑了单独或者任何技术上可行的组合：
-为了将咬合装置锁止在其触动状态，支承件包括用于将该模块从该结构推开的弹性装置；
-该咬合装置包括能够通过与该模块的增强异型部分的凹槽咬合而协作的该支承件的至少一个舌形件；
-该舌形件限定用于容纳凹槽的边缘的沟槽，此沟槽朝该结构开口；
-作为用于将咬合装置咬合在其触动状态的锁止装置，该装置包括用于将该模块从该结构推开的弹性推力装置，以便将凹槽的边缘保持在沟槽内；
-增强异型部分包括解锁孔口，当咬合装置处于触发状态时，该解锁孔口面向舌形件，该咬合装置在反抗弹性装置的作用将模块推向结构的推力和将舌形件从凹槽推开并通过解锁孔口施加的推力的综合效果下能够从触动状态改变至不活动状态；
-增强异型部分包括具有U形横截面的至少一个部分，该U形横截面大体上与支承件的部分的U形横截面互补，这些U形部分在咬合装置处于触动状态时彼此接合；
-该装置包括紧固在增强异型部分或支承件的其中一个上的至少一个桩柱，此桩柱能够与在增强异型部分或支承件的另一个中的孔口协作，以便将支承件的咬合装置相对于增强异型部分对齐；
-该支承件是金属坯料，其被切割并弯曲以形成咬合装置；
-增强异型部分相对于模块的周边边缘向内偏移；
-增强异型部分是细长的形状并设计成通过与支承件在其各端部处的咬合而协作；
-该装置包括紧固到模块的所述面上并在模块的所述面上均匀分布的至少两个增强异型部分；
-该模块是无框光伏模块，其包括前衬底、后衬底和插入在前后衬底之间的至少一个光电池，该增强异型部分或各增强异型部分紧固在后衬底的后面上，该后面是光电池的相对的面。
本发明的另一个主题是一种用于通过如上文描述的附接装置将收集源自日光辐射的能量的至少一个模块安装在结构上的方法，该结构诸如屋顶、建筑物正面或地面安装系统的安装结构，其中该模块在其后面上设有至少一个增强异型部分，且该方法包括如下步骤，其中：
-将至少一个支承件紧固在该结构上；
-获得支承件的咬合装置相对于增强异型部分的对齐；
-通过施加将模块推向该结构的单向推力而触发咬合装置。
附图说明
由根据本发明的附接装置以及安装方法的一个实施例的以下描述，本发明的特征和优点将变得明显，该描述仅通过示例并参考附图给出，其中：
-图1是通过根据本发明的附接装置安装在安装结构上的光伏太阳能模块的透视图；
-图2是沿图1的箭头II的方向的部分透视图，且两个光伏模块安装在安装结构上，其中一个模块显示为透明的以便显示其增强异型部分；
-图3是从装有增强异型部分的图2的光伏模块下方的透视图；
-图4是类似于图3的视图，但为分解透视图；
-图5是图2的尾部V的较大比例的视图；
-图6是图2的VI上的截面的视图；以及
-图7是沿图2的箭头VII的方向的透视图。
具体实施方式
图1描绘了安装在地面安装系统的安装结构30上的光伏模块10。结构30设计成接纳模块10且各模块相对水平倾斜角度α，此倾斜设计成最大化入射在模块上的日光辐射的量。在图1中，省略了连接和承载电流中涉及的元件以使得图形更清楚。结构30是不锈钢结构，包括相对于彼此布置成以便形成三角形框架的多个梁31、33、35，其上附接了交叉构件37。其纵向轴线被标示为X37的交叉构件37彼此平行并意图接纳多个并列的光伏模块10，各光伏模块10通过根据本发明的附接装置1安装在结构30上。在附图中所绘的示例中，各模块10其后面10A上设有两个增强异型部分20，且对于各模块10附接装置1均包括紧固在该结构上的四个支承件40。
如图3和4中所示，此实施例的各模块10均为无框光伏模块，其包括前衬底11、后衬底12以及插入在前衬底11和后衬底12之间的一个或更多光电池13。意图定位在模块10的日光辐射入射侧上的前衬底11是透明的，例如由超清透明玻璃或诸如聚碳酸酯、聚亚安酯或有机玻璃的透明热塑性聚合物制成。意图定位成面向结构30的后衬底12由任何合适的材料制成，其可为透明的或不透明的，尤其是玻璃。
定位在衬底11和12之间的该光电池或各光电池13由一叠薄层形成，其从前衬底11开始连续地包括导电透明层14，特别是基于透明导电氧化物(TCO)的一层，其形成电池的前电极；吸收层15，其能够将入射在电池上的源自日光辐射的能量转换成电能，特别是基于非结晶态或微晶硅、或者基于碲化镉的薄层；以及导电层16，其形成电池的后电极。
作为备选，该电池13或各电池13的吸收层15可为包含铜、铟和硒的黄铜复合物的薄层，称为CIS吸收层，可能带有镓(CIGS吸收层)、铝或硫的添加物。在这种情况下，该薄层电池或各薄层电池13包括类似于上文所述的一叠聚合物密封剂，其未绘出，同样位于电池的前电极14和前衬底11之间，以确保当模块10组装时其良好的粘合。密封剂尤其可由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-醋酸乙烯(EVA)制成。
根据又另一备选形式，该电池或各电池13可由形成p/n结的多晶或单晶硅晶圆制成。
如从图2中可见，各模块10均包括紧固到意图面向结构30的其后面10A上的两个增强异型部分20，该后面10A是与该光电池或各光电池13相对的后衬底12的面。各增强异型部分20均为具有纵向轴线X20的细长的形状，并设计成通过与支承件40在其端部20A和20B的每一个端部处咬合而协作。接纳模块10的四个支承件40在两个相邻交叉构件37上成对分布，使得在其中模块的两个异型部分20咬合在相应的四个支承件40上的构造中，各异型部分20的纵向轴线X20相对于交叉构件37的轴线X37横向地定向。当模块10的两个增强异型部分20的每一个通过咬合与两个支承件40协作时，模块10相对于结构30固定。
有利的是，如图3中所示，各模块10的两个增强异型部分20布置在模块的后面10A上，且它们的纵向轴线X20彼此平行并平行于模块的两个相对周边边缘18，使得当模块10安装在结构30上时，异型部分20垂直于交叉构件37延伸。此类布置促进了在模块10的后面的对流空气移动，且从而促进了模块的冷却。优选地，各异型部分20相对于模块10的对应侧向边缘18向内偏移，以便增强模块的结构并改善其机械强度。
在此实施例中，模块10的各增强异型部分20由不锈钢制成并由单个切割并弯曲的坯料形成。各异型部分20均具有总体形状为彼此嵌套的两个Ω的横截面。更具体地，各Ω21-25或23-27均包括位于Ω的中间部分22-24或24-26的侧面的两个分支21，25或23，27。各中心部分22-24或24-26均包括底壁和相对于底壁倾斜的两个侧壁，两个Ω以如下方式嵌套在一起，使得一个Ω的中心部分的底壁23或25形成另一个Ω的分支。形成Ω的底壁和分支的异型部分20的壁21、23、25和27大致平坦并且在壁23和27的情况下意图各自面向模块10的后面10A，而在壁21和25的情况下各自面向结构30。
各模块10的两个增强异型部分20通过使用粘合材料抵靠面10A粘合壁23和27而直接紧固在模块的后面10A上。如从图3和4中可见，各异型部分20的壁21和22限定异型部分的中间部分中的切口20C相对于其纵向方向的边界。此切口20C通过在使制成异型部分20的坯料弯曲前对该坯料进行切割而获得。各异型部分20的切口20C形成凹部，使得接线盒50可安装在模块的后面10A上。各模块因而配有两个接线盒50，各接线盒均容纳在异型部分20的切口20C中。模块10的接线盒50使用线缆52连接在一起并连接到外面，一旦将模块10安装在结构30上，线缆52即允许模块10与邻近模块10以及未绘出装置的电连接，以使得可获得电流。
尤其有利的是，一个模块10的两个增强异型部分20彼此相同并相对于模块的中心轴线X10相对于彼此对称地布置在模块的后面10A上。特别是，如由图3中的箭头R所示，对于一个异型部分20全部所需的是在其自身上旋转180°，以便这两个异型部分20使用异型部分的单个垫板定位在面10A上。这给出了通过切割和弯曲钢坯料批量生产异型部分20的可能性，并且因而降低了其制造成本。作为一种替代方式，异型部分20可由钢之外并适合于它们的功能的任何材料制成，尤其是由一些其它金属材料或合成材料制成，后一种情况下的异型部分通过挤压合成材料而获得。
附接装置1的各支承件40通过两个螺钉39附接到对应的交叉构件37上。各支承件40均由不锈钢制成并由单个切割和弯曲坯料形成。支承件40彼此相同并且各具有总体形状为Ω的横截面，包括位于Ω的中心部分42-44侧面的两个分支41和45。Ω的中心部分具有底壁43和相对于底壁43倾斜的两个侧壁42和44。如图6中可见，各支承件40的中心部分42-44设有U形横截面，其大致与各异型部分20的部分22-24的U形横截面互补。尤其是，模块的各异型部分20的部分22-24能够同时安装在两个支承件40的中心部分上，两个支承件40布置在两个相邻的交叉构件37上，如图7中所示。各支承件40的端壁43配有弹性端部止动件47，用于将它们按压在安装在支承件上的异型部分20的壁23上。
为了将模块附接到结构上，为了确保模块10相对于结构30的最优定位，与模块相联的四个支承件40的至少其中一个在其壁45上配有对齐桩柱451。此桩柱451用于与形成在模块的至少其中一个增强异型部分20的壁25中靠近异型部分的端部20A或20B的互补孔口251协作。对齐桩柱451和对应孔口251之间的协作，加上异型部分的U形部分22-24与支承件的42-44的相对接合，在模块和结构的相对固定之前提供了结构上的模块的位置的可靠分度，从而造成模块易于安装在结构上。
为了将模块10附接到结构30上，各支承件40的侧壁42包括舌形件48，该舌形件48用于通过咬合与形成在各增强异型部分20的侧壁22中的凹槽28协作。更具体地，如图2中可见，各异型部分20的侧壁22具有两个凹槽28，各自靠近异型部分的一端20A，20B定位。因此，当增强异型部分20的部分22-24同时安装在布置在两个相邻的交叉构件37上的两个支承件40的部分42-44上时，两个支承件40的每一个的的舌形件48能够咬合到异型部分的两个凹槽28的其中一个中。在其中舌形件48与凹槽28咬合的情况下，凹槽的下边缘281容纳在由舌形件48限定边界并向结构30开口的沟槽49中。在此实施例中，各模块10到结构30的附接包括四个支承件40的舌形件48到成对分布在模块的两个增强异型部分20上的四个凹槽28中的咬合。在这四个舌形件48和凹槽28构成的咬合装置的触动状态下，模块10的两个增强异型部分20相对于四个支承件40是固定的，使得模块10附接在结构30上。
各支承件40的侧壁42还在舌形件48的每侧上包括从支承件40的钢结构切割的两个弹性叶片46。对称地相对于支承件的中心平面也从各支承件40的侧壁44切割两个弹性叶片46。四个弹性叶片46能够在安装在支承件40上的异型部分20的壁22上施加推力，该推力将异型部分20从支承件40推开，并因而将模块10从结构30推开，如图6的箭头P所示。由弹性叶片46施加给增强异型部分20的推力P允许咬合装置28和48锁定在它们的触发状态，从而将凹槽28的边缘281保持在沟槽49中。
除了两个凹槽28，模块10的各增强异型部分20的侧壁22还包括两个孔口29，各自位于其中一个凹槽28附近，使得在其中舌形件48相对于凹槽28咬合的构造中，孔口29面向舌形件48。由于此布置，可以使安装在结构30上模块10的咬合装置无效，即解锁该组件。如图7中所示，通过施加推力F2和推力F3而达成此类解锁，推力F2沿结构30的方向推动模块10，与叶片46的弹性推动P的作用相反，而推力F3将与模块10的增强异型部分协作的各舌形件48从对应的凹槽28推开。推力F3使用任何适当的工具通过邻近凹槽28的孔口29施加。
一种通过根据本发明的附接装置1将光伏模块10安装在结构30上的方法包括如以下所述的步骤。
首先，根据图3中所示的布置，模块10通过抵靠模块10的面10A粘合增强异型部分的壁23和27而配备两个增强异型部分20。
支承件40也使用螺钉39通过螺纹固定而紧固在结构30上，从而将支承件40定位在结构的交叉构件37上，带有对应于增强异型部分20的凹槽28之间的间隙的合适间隙。
各模块10然后如下所述安装在结构30上。首先，将咬合装置28和48彼此对齐。为此，布置在两个相邻交叉构件37上的两个支承件40的U形中心部分42-44接合在模块10的两个增强异型部分20的每一个的对应U形部分22-24内。这样，设置在与模块10相联的四个支承件40的至少其中一个上的对齐桩柱451也被引入模块10的至少一个增强异型部分20的对应孔口251中。在完成此步骤时，形成咬合装置的舌形件48和凹槽28成对对齐。然后将沿结构30的方向推动模块10的单向推力F1以如下方式施加，以便触动咬合装置，就是说将与模块相联的四个支承件40的每一个的舌形件48咬合在于该舌形件对齐的凹槽28中。
有利的是，将异型部分20紧固在模块10上的步骤可在制造模块10的地点实施，而接下来的步骤在安装模块10的地点实施。
如果需要去除或更换安装在结构30上的模块10，例如如果此模块变得有缺陷，则可以通过同时施加推力F2和推力F3以特别简单的方式去除模块10，推力F2沿结构30的方向推动模块10，与叶片46的弹性推动P的作用相反，而推力F3通过与凹槽28邻近的孔口29将与模块10的增强异型部分协作的各舌形件48从对应的凹槽28推开。
如从上述实施例显而易见的，根据本发明的附接装置允许快速而容易地通过向已经定位在结构上的各模块施加单向推力F1而将太阳能模块安装在例如地面安装系统的安装结构的结构上，而不需要特别的工具。此推力相对于紧固到结构上的支承件触动模块的增强异型部分的咬合。尤其由于增强异型部分20和支承件40的某些部分22-24以及42-44的互补形状，将模块定位在结构上以便将支承件的咬合装置相对于增强异型部分预对齐也是容易的。
由于将咬合装置保持在触动状态的锁紧装置46的弹性作用，所获的模块到结构的附接是可靠而强健的。此外，组成根据本发明的附接装置的元件，即增强异型部分20和支承件40，具有它们可以通过切割和弯曲钢坯料以便限定咬合和锁紧装置而简单且经济地制造的好处。此外，如果一个模块变得有缺陷，由于允许该模块单独从结构去除的解锁孔口29的存在，具有如根据本发明所获得的模块的组装是可逆的。
此外，均匀分布在各模块后部的具有细长形状的增强异型部分20的存在改善了模块的机械强度，并且基本不再需要具有围绕模块的周边的框架以便将其紧固在结构上，模块的整个有效表面暴露于日光辐射，从而确保该模块的最佳效率。
本发明不限于所述及所绘的示例。特别是，根据本发明的附接装置可包括舌形件和凹槽之外的咬合构件，或者备选地可包括上文所述数量之外的多个凹槽和舌形件。与各模块相联的增强异型部分20的数量和形状还可不同于如上所述的那些，增强异型部分有利地均匀分布在模块的面10A上，以便增强模块的结构。此外，根据本发明的附接装置可实施为用于安装在可配有或不配有周边框架的结构模块上，但是无框选项是优选的。根据本发明的附接装置还可用于将任何类型的太阳能模块安装在同样任何类型的安装结构上。特别是，上述光伏太阳能模块可由热学太阳能模块或混合光伏/热学模块代替，并且安装结构可为地面安装系统、房顶或建筑物正面的安装结构。

Claims (14)

1.一种用于将用来收集源自日光辐射的能量的至少一个模块(10)附接在结构(30)上的附接装置(1)，该结构诸如屋顶、建筑物正面或地面安装系统的安装结构，其中所述模块(10)在其后面(10A)上设有至少一个增强异型部分(20)，其特征在于，所述附接装置包括固定到所述结构(30)上的至少一个支承件(40)，此支承件(40)包括相对于所述模块的所述增强异型部分(20)的咬合装置，所述咬合装置能够通过施加将所述模块(10)推向所述结构(30)的单向推力(F1)而触动。
2.根据权利要求1所述的附接装置，其特征在于，为了将所述咬合装置锁定在其触发状态，所述支承件(40)包括用于将所述模块(10)从所述结构(30)推开(P)的弹性装置(46)。
3.根据权利要求1和2的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述咬合装置包括能够通过与所述增强异型部分(20)的凹槽(28)咬合而协作的所述支承件(40)的至少一个舌形件(48)。
4.根据权利要求3的附接装置，其特征在于，所述舌形件(48)限定用于容纳所述凹槽(28)的边缘(281)的沟槽(49)，此沟槽(49)向所述结构(30)开口。
5.根据权利要求4所述的附接装置，其特征在于，作为将所述咬合装置锁定在其触发状态的锁紧装置，所述附接装置包括用于将所述模块(10)从所述结构(30)推开(P)以便将所述边缘(281)保持在所述沟槽(49)内的弹性装置(46)。
6.根据权利要求5所述的附接装置，其特征在于，所述增强异型部分(20)包括解锁孔口(29)，当所述咬合装置处于触发状态时，所述解锁孔口面向舌形件(48)，所述咬合装置在反抗所述弹性装置(46)的作用将所述模块(10)推向所述结构(30)的推力(F2)和将所述舌形件(48)从所述凹槽(28)推开并通过所述解锁孔口(29)施加的推力(F3)的综合效果下能够从触动状态改变至不活动状态。
7.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述增强异型部分(20)包括带有大致与所述支承件(40)的部分(42-44)的U形横截面互补的U形横截面的至少一个部分(22-24)，当所述咬合装置处于触发状态时这些U形部分(22-24，42-44)彼此接合。
8.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述附接装置包括紧固在所述增强异型部分(20)或所述支承件(40)的其中一个上的至少一个桩柱(451)，此桩柱(451)能够与在所述增强异型部分(20)或所述支承件(40)的另一个中的孔口(251)协作，以便将所述支承件(40)的所述咬合装置(48)相对于所述增强异型部分(20)对齐。
9.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述支承件(40)是已经被切割并弯曲以形成所述咬合装置的金属坯料。
10.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述增强异型部分(20)相对于所述模块(10)的所述周边边缘(18)向内偏移。
11.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述模块的所述增强异型部分(20)具有细长的形状并且被设计成通过在其各个端部(20A，20B)处与支承件(40)咬合而协作。
12.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述模块(10)包括紧固在其后面(10A)上且在所述后面(10A)上均匀分布的至少两个增强异型部分(20)。
13.根据前述权利要求的任一项所述的附接装置，其特征在于，所述模块(10)是无框光伏模块，其包括前衬底(11)、后衬底(12)和插入在前衬底(11)和后衬底(12)之间的至少一个光电池(13)，所述增强异型部分或各增强异型部分(20)紧固在所述后衬底(12)的后面(10A)上，所述后面是光电池(13)的相对的面。
14.一种用于通过根据前述权利要求的任一项所述的附接装置(1)将收集源自日光辐射的能量的至少一个模块(10)安装在结构(30)上的方法，所述结构诸如屋顶、建筑物正面或地面安装系统的安装结构，其中所述模块(10)在其后面(10A)上设有至少一个增强异型部分(20)，其特征在于所述方法包括如下步骤，其中：
-将至少一个支承件(40)紧固在所述结构(30)上；
-获得所述支承件(40)的咬合装置(48)相对于所述增强异型部分(20)的对齐；
-通过施加将所述模块(10)推向所述结构(30)的单向推力(F1)而触发所述咬合装置(28，48)。
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