用于组装光伏模块的方法和装置.pdf

本发明涉及用于组装光伏模块的方法和装置。一种光伏模块(102)，所述光伏模块(102)包括具有上表面(107)和下表面(111)的至少一个基底构件(104)。所述下表面成形为至少部分地与成形屋顶(106)的至少部分相符的形状。所述上表面包括至少一个升高部分(110)和多个大致平面区域(126)。所述至少一个升高部分偏移高出所述基底构件的至少一个其它部分(112)预定高度。多个大致平面区域中的每个高于所述至少一个升高部分一距离，且定向为接收至少一个光伏叠片(108)。至少一个光伏叠片联接到所述多个大致平面区域。

1.  一种光伏模块(102)，所述光伏模块(102)包括：
具有上表面(107)和下表面(111)的至少一个基底构件(104)，至少所述下表面成形为至少部分地与成形屋顶(106)的至少部分相符的形状，其中所述上表面包括至少一个升高部分(110)和多个大致平面区域(126)，其中所述至少一个升高部分偏移高出所述基底构件的至少一个其它部分(112)预定高度，其中所述多个大致平面区域中的每个高于所述至少一个升高部分一距离，且定向为接收至少一个光伏叠片(108)；和
所述至少一个光伏叠片联接到所述多个大致平面区域。

2.  根据权利要求1所述的光伏模块(102)，其特征在于，所述基底构件(104)设置为符合S形瓦屋顶(106)的至少部分。

3.  根据权利要求2所述的光伏模块(102)，其特征在于，所述基底构件(104)形成为带有包括多个升高部分(110)和多个凹陷部分(112)的成形形状。

4.  根据权利要求3所述的光伏模块(102)，其特征在于，所述多个升高部分(110)和所述多个凹陷部分(112)中的所述至少一个包括：
限定在其中的至少一个布线槽(124)；和
定尺寸为在其中接收接线盒(136)的至少部分的切口(122)。

5.  根据权利要求3所述的光伏模块(102)，其特征在于，所述多个升高部分(110)和所述多个凹陷部分(112)中的至少一些至少部分地限定至少一个周边部分(114/116/118/120)，所述至少一个周边部分设置为联接以下的至少一个：
将第一基底构件(104)联接到第二基底构件(104)；和
将所述第一基底构件和所述第二基底构件的至少一个联接到屋顶(106)。

6.  根据权利要求1所述的光伏模块(102)，其特征在于，所述至少一个冷却通道(142/148/154)包括以下的至少一个：
与至少一个暖空气排气通道(154)流动连通联接的至少一个上部冷却通道(142)；和
与所述至少一个暖空气排气通道(154)流动连通联接的至少一个下部冷却通道(148)。

7.  一种太阳能装置阵列(100)，所述太阳能装置阵列(100)包括：
第一光伏模块(102)；和
联接到所述第一光伏模块的第二光伏模块(102)，所述第一光伏模块和所述第二光伏模块包括：
具有上表面(107)和下表面(111)的至少一个基底构件(104)，至少所述下表面成形为至少部分地与成形屋顶(106)的至少部分相符的形状，其中所述上表面包括至少一个升高部分(110)和多个大致平面区域(126)，其中所述至少一个升高部分偏移高出所述基底构件的至少一个其它部分(112)预定高度，其中所述多个大致平面区域中的每个高于所述至少一个升高部分一距离，且定向为接收至少一个光伏叠片(108)；和
所述至少一个光伏叠片联接到所述多个大致平面区域。

8.  根据权利要求7所述的太阳能装置阵列(100)，其特征在于，所述基底构件(104)设置为符合S形瓦屋顶(106)的至少部分。

9.  根据权利要求8所述的太阳能装置阵列(100)，其特征在于，所述基底构件(104)形成为带有包括多个升高部分(110)和多个凹陷部分(112)的成形形状。

10.  根据权利要求9所述的太阳能装置阵列(100)，其特征在于，所述多个升高部分(110)和所述多个凹陷部分(112)中的至少一个包括：
限定在其中的至少一个布线槽(124)；和
定尺寸为在其中接收接线盒(136)的至少部分的切口(122)。

用于组装光伏模块的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年5月25日提交的美国临时申请号60/940,313的优先权，该申请作为参考全文引入。
技术领域
本发明总体上涉及光伏模块，且更特定地涉及用于将这种光伏模块与成形屋顶几何形状整合的方法和装置。
背景技术
许多已知的光伏模块设置为用于平坦的、或平面外形的瓦屋顶上，其中通过设计平面屋顶瓦形式的平板光伏模块可以实现与光伏设备的整合。然而，将平板光伏模块整合到具有鲜明外形的屋顶瓦的屋顶中，例如弯曲的屋顶瓦，尤其是S形瓦，难以以装饰吸引的方式实现。用于将光伏模块装配在鲜明外形瓦屋顶上的许多已知的方法使用附接到屋顶材料且从屋顶材料向外延伸的支架结构。除了这种支架结构的潜在无美感质量之外，这种支架结构的安装通常需要通过屋顶材料的多个穿孔以装配支柱。每个穿孔必须仔细地覆盖(flash)和密封，以防止漏水。此外，大多数已知的光伏模块支架结构往往收集污物、碎屑，且利于植物生长。随着时间过去，光伏模块的相关污垢可能减少模块的光伏敏感性，从而减少模块的电输出。
其它的已知光伏模块使用在光伏模块和周围的鲜明外形屋顶瓦的界面处用过渡覆盖件齐平安装的光伏模块。该过渡覆盖件用作功能屋顶元件，其利于保护建筑免受与屋顶瓦相同性质的元件的损害。因此，为了成功地匹配在光伏阵列周边存在的各种几何形状的界面，必须设计和制造大量的独特过渡覆盖件。虽然技术上可行，该途径可能产生需要大量必须在现场正确定位和安装的部件的复杂安装过程，从而增加了安装过程的相关成本。另外，已知的光伏模块通常设置为整合阵列，其中，过渡覆盖件的使用内在地限于矩形形式，这可能排除那些良好候选者的家庭安装太阳能装置阵列。
发明内容
一方面，提供组装太阳能装置阵列的方法。组装太阳能装置阵列的方法包括形成具有上表面和下表面的至少一个基底构件。下表面成形为至少部分地与成形屋顶的至少部分相符的形状。上表面包括至少一个升高部分和多个大致平面区域。所述至少一个升高部分偏移高出基底构件的至少一个其它部分预定高度。多个大致平面区域中的每个高于至少一个升高部分一距离，且定向为接收至少一个光伏叠片。该方法也包括将至少一个基底构件联接到成形屋顶的至少部分。
另一方面，提供一种光伏模块。光伏模块包括设置为联接到屋顶的至少部分的至少一个基底构件。基底构件包括至少部分地与屋顶的至少成形部分相符的成形形状。成形形状包括至少一个升高部分和在高于至少一个升高部分预定高度处升高的多个大致平面区域。多个大致平面区域设置为接收至少一个光伏叠片。该模块也包括联接到至少一个基底构件的至少一个光伏叠片。
又一方面，提供一种太阳能装置阵列。太阳能装置阵列包括第一光伏模块和联接到第一光伏模块的第二光伏模块。第一光伏模块和第二光伏模块包括设置为联接到屋顶的至少部分的至少一个基底构件。成形形状包括至少一个升高部分和在高于至少一个升高部分预定高度处升高的多个大致平面区域。多个大致平面区域设置为接收至少一个光伏叠片。该模块也包括联接到至少一个基底构件的至少一个光伏叠片。
在此所述的用于将这种光伏模块与成形屋顶几何形状整合的方法和装置利于将光伏太阳能装置阵列安装在不同于平面屋顶几何形状的屋顶几何形状上，且因而增加可以使用太阳能装置阵列的家庭和设施的数量，同时减少相关的安装成本。此外，这种整合光伏模块在不规则屋顶几何形状上的改善的美观利于屋顶装配的太阳能装置阵列的增加的商业前景。
附图说明
图1是包括多个示范性S形瓦屋顶整合光伏模块的示范性太阳能装置阵列的示意图；
图2是图1所示的S形瓦屋顶整合光伏模块之一的示意性分解图；
图3是可与图1和2所示的S形瓦屋顶整合光伏模块使用的示范性基底构件的示意图；
图4是完全组装在图1所示的太阳能装置阵列内的图1和2所示的S形瓦屋顶整合光伏模块的示意图；
图5是在图1和2所示的光伏模块中形成的示范性冷却通道的示意图；和
图6是包括多个不规则屋顶整合光伏模块的可替换太阳能装置阵列的示意图。
具体实施方式
在此所述的用于将这种光伏模块与成形屋顶几何形状整合的方法和装置利于将光伏太阳能装置阵列安装在不同于平坦、或平面屋顶几何形状的屋顶几何形状上，且因而增加可能使用太阳能装置阵列的家庭和设施的数量，同时也利于减少相关的安装成本。具体而言，整合包括大致匹配鲜明外形或弯曲屋顶瓦几何形状的模制聚合物基体或基底构件的光伏模块提供使光伏太阳能装置阵列适于各种屋顶几何形状的有效方法。这种太阳能装置阵列不需要现有的屋顶材料穿孔或用于附接到其上的专用装配硬件。相反，取代这种穿孔、专用硬件和框架，基底构件经由摩擦配合、双面带、和/或结构粘合剂化合物联接到现有的屋顶瓦。此外，钢化玻璃光伏叠片或上层通过模制零件(即，卡扣配合件)、标准保持夹、标准螺钉紧固件、结构粘合剂化合物、和/或双面带联接到基底构件。在此所述的这种模块利于减少上层上的污物收集和植物生长。因此，也利于减少遮蔽和弄脏叠片的光伏敏感性部分的可能性。同样，在此所述的模块具有比已知光伏模块更大的对风提升力的抵抗。此外，在此所述的光伏模块的操作大致类似于设计用于平面屋顶或与平面屋顶使用的已知太阳能装置阵列的操作。另外，在此所述的整合光伏模块的改善的美观与降低的安装成本和提高的性能质量结合使得这种模块能够成为对标准的已知屋顶装配太阳能装置阵列的商业上可行的替代。
图1是包括多个示范性S形瓦屋顶整合光伏模块102的示范性太阳能装置阵列100的示意图。每个模块102包括成形的基底构件104，基底构件104联接到每个具有S形瓦几何形状的多个成形屋顶瓦106。每个模块102也包括联接到基底构件104的上层、或光伏叠片108。在示范性实施例中，太阳能装置阵列100包括六个模块102。可替换地，阵列100可以包括允许在此所述的阵列100的操作的任何数量的模块102。
图2是示范性S形瓦屋顶整合光伏模块102的示意性分解图。在示范性实施例中，光伏叠片108从钢化玻璃制成，且包括裸玻璃周边109。可替换地，叠片108可以从利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何材料制成，包括但不限于，EVA密封剂、硅太阳能电池和复合背层。此外，在示范性实施例中，基底构件104从大致符合屋顶瓦106的几何形状的防紫外(UV)线聚合材料制成。该基底材料可以上色以使它与公共屋顶瓦颜色协调。可替换地，基底构件104可以从利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何材料制成。
基底构件104包括多个升高部分110和多个凹陷部分112，多个升高部分110和多个凹陷部分112至少部分地限定基底构件104的上表面107和下表面111。升高部分110和凹陷部分112以交替方式定向，其中，在示范性实施例中，部分112和110为大致正弦形式。在示范性实施例中，基底构件104包括五个升高部分110和五个凹陷部分112。在示范性实施例中，如果需要，每个凹陷部分112包括在其中限定的至少一个紧固件孔113，紧固件孔113接收紧固件(未示出)。然而，应当注意，在示范性实施例中通常不需要紧固件。此外，部分110和112至少部分地限定将第一基底构件104联接到第二基底构件104、和将至少一个基底构件104联接到屋顶瓦106的至少一个周边部分(即，下文更详细描述的部分114、116、118和120)。具体而言，在示范性实施例中，每个基底构件104包括与相邻基底构件104(图2未示出)的第二周边部分116联接或互锁的第一周边部分114。紧固件孔113每个从周边116限定预定距离117，其中该距离117利于增加模块102对风提升力的抵抗。在示范性实施例中，距离117大约为7.62厘米(cm)(3英寸(in.))。可替换地，距离117可以为利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何距离。
同样，在示范性实施例中，基底构件104包括具有凹陷部分112的第三周边部分118、和具有升高部分110的第四周边部分120。这种构造利于将相邻的基底构件104(图2未示出)联接或互锁在一起。此外，部分118和120使得基底构件104能够联接到屋顶瓦106。基底构件104彼此联接或互锁和与屋顶瓦106的联接或互锁在下文更详细描述。可替换地，基底构件104可以具有利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何构造。
此外，在示范性实施例中，凹进区域或切口122定尺寸为接收接线盒(图2未示出)的至少部分且限定或联接在升高部分110中最靠近第三周边部分118处。可替换地，接线盒切口122可以限定或联接在利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何升高部分110和/或任何凹陷部分112中。此外，接收与接线盒相关的布线(图2未示出)的至少一个或(如示范性实施例所示)多个布线槽124限定在升高部分110中最靠近第三周边部分118处。可替换地，布线槽124可以限定在利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何升高部分110和/或任何凹陷部分112中。
同样，在示范性实施例中，接收光伏叠片108的至少一个或(如示范性实施例所示)多个升高的大致平面区域126在每个升高部分110上高于升高部分110预定高度处形成。区域126经由凹进孔口减少将光伏叠片108支撑和紧固到位的需要。此外，在示范性实施例中，每个平面区域126在升高部分110和凹陷部分112之间限定的界面上形成。另外，在示范性实施例中，最靠近第三周边部分118的升高部分110包括附加的多个升高的大致平面区域128，区域128在两个区域126之间大致居中。具体而言，附加的区域128利于增加叠片108的重量支承和支撑，同时经由凹进孔口减少将光伏叠片108支撑和紧固到位的需要。可替换地，基底构件104可以包括利于在此所述的阵列100和模块102的操作的任何构造或定向的任何数量的平面区域126和/或128。
图3是基底构件104的示意图。此外，阵列100图示为移开一个光伏叠片108以更清楚地图示联接到相邻基底构件104的基底构件104。此外，一个基底构件104的第一周边部分114联接到相邻基底构件104的第二周边部分116，从而形成第一接合处130。在示范性实施例中，周边部分114和116使用摩擦配合联接在一起。可替换地，周边部分114和116使用利于在此所述的阵列100的操作的任何方法联接在一起，包括但不限于，双面带和/或结构粘合剂化合物。
在示范性实施例中，当第四周边120联接到瓦106的部分时，基底构件104联接到屋顶瓦106，其中第四周边120形成为带有预定构造以联接到瓦106，以便限定第二接合处132。在示范性实施例中，周边部分120用摩擦配合联接到屋顶106的部分。可替换地，周边部分120可以使用利于在此所述的阵列100的操作的任何方法联接到屋顶106，包括但不限于，双面带和/或结构粘合剂化合物。
此外，在示范性实施例中，基底构件104通过将第三周边118联接到相邻基底构件104的第四周边120而联接到另一相邻基底构件104，从而形成第三接合处134。在示范性实施例中，周边部分118和120使用摩擦配合联接在一起。可替换地，周边部分118和120可以使用利于在此所述的阵列100的操作的任何方法联接在一起，包括但不限于，双面带和/或结构粘合剂化合物。
另外，在示范性实施例中，取代在屋顶瓦106中形成穿孔(未示出)、和/或使用专用硬件(未示出)，每个基底构件104可以用摩擦配合联接到现有屋顶瓦106。可替换地，每个基底构件104可以使用利于在此所述的阵列100的操作的任何联接方法联接到现有屋顶瓦106，包括但不限于，双面带和/或结构粘合剂化合物。
图4是完全组装在太阳能装置阵列100内的示范性光伏模块102的示意图。图示了多个联接或互锁的基底构件104。此外，也图示多个光伏叠片108，其中一个光伏叠片108以虚线图示，以利于显示完全组装模块102的示范性特征。此外，透视图示了接线盒切口122和布线槽124。在示范性实施例中，接线盒136位于凹陷区域112的部分中，且更具体地位于切口122的部分中。一对电导线138电联接到接线盒136和电插座(未示出)，其中导线138通过槽124。接线盒136电联接到至少一个相关的光伏叠片108。
同样，在示范性实施例中，每个光伏叠片108用延伸过每个平面区域126和128的一层结构粘合剂化合物140紧固到每个相关的基底构件104。可替换地，每个叠片108可以用允许阵列100和模块102的操作的任何联接方法和联接方法的组合联接到每个相关的基底构件104，包括但不限于，模制零件(例如，卡扣配合件)、标准保持夹、标准螺钉紧固件、和/或双面带。
由于在玻璃周边109上没有使用框架、连接件或附接件，在叠片108下侧上使用结构粘合剂化合物140与裸玻璃周边109协作利于减少污物收集和植物生长。因此，也利于减少遮蔽和污垢叠片108的光伏敏感性部分的可能性。
图5是在光伏模块102中形成的示范性冷却通道142和148的示意图。仅透视显示了切口122和导线138。此外，图示了多个光伏叠片108，其中一个光伏叠片108以虚线图示，以利于显示完全组装的模块102的示范性冷却特征。具体而言，每个升高部分110的部分，包括升高的平面区域126，与相关的光伏叠片108的部分协作形成上部冷却通道142。此外，第一周边部分114的部分与叠片108的部分协作限定上部冷却通道进口144，且第一接合处130的部分与叠片108的部分协作形成上部冷却通道出口146。
同样，在示范性实施例中，每个凹陷部分112的部分与至少一个相关光伏叠片108和升高平面区域126的部分协作形成下部冷却通道148。此外，第一周边部分114的部分与叠片108的部分协作限定下部冷却通道进口150，且第一接合处130的部分与叠片108的部分协作形成下部冷却通道出口152。
此外，在示范性实施例中，暖空气排气通道154限定在相邻的光伏叠片108对之间，其中通道154联接为与通道142和148流动连通。因此，冷空气可以分别通过相关的进口144和150进入每个通道142和148。该空气经由自然对流引通通过通道142和148，以便暖空气分别通过出口146和152排出，且随后从模块102经由暖空气排气通道154排出(如箭头所示)。
组装太阳能装置阵列100(如图1所示)的示范性方法包括形成具有上表面107和下表面111的至少一个基底构件104。下表面111成形为至少部分地与成形屋顶106的至少部分相符的形状。上表面107包括至少一个升高部分110和多个大致平面区域126。至少一个升高部分110偏移高出基底构件104的至少一个其它部分112预定高度。多个大致平面区域126中的每个高于至少一个升高部分110一距离，且定向为接收至少一个光伏叠片108。该方法也包括将至少一个基底构件104联接到成形屋顶106的至少部分。
在示范性实施例中，如上所述将基底构件104联接到屋顶瓦106，和将相邻的基底构件104彼此联接，与如上所述将叠片108联接到每个相关的基底构件104协作，利于增加模块102的总体刚度。因此，利于减少模块102对风提升力的易感性。此外，提供分别具有相关出口146和152的多个通道142和148、以及排气通道154利于平衡引入叠片108两侧的风力。
图6是包括多个不规则屋顶整合光伏模块202的可替换太阳能装置阵列200的示意图。阵列200与屋顶209使用，屋顶209包括至少一个或(在示范性实施例中)更具体地多个不规则物207和顶205。每个模块202包括大致类似于基底构件104(图2和3所示)的成形基底构件204。具体而言，在示范性实施例中，每个模块202包括具有两个不同之处的五个升高部分210和五个凹陷部分212。第一个不同之处在于限定使得基底构件204能够骑跨至少一个屋顶不规则物207的至少一个基底构件切口203。第二个不同之处在于紧固件(未示出)插入五个紧固件孔213的每个中，以将基底构件204紧固到屋顶不规则物207而不穿孔屋顶206的其它部分。类似于基底构件104，紧固件孔213从基底204外周边216限定预定距离217，其中该缩进利于增加模块202对风提升力的抵抗。在示范性实施例中，距离217大约为7.62厘米(cm)(3英寸(in.))。可替换地，距离217可以为允许在此所述的阵列200和模块202的操作的任何距离。光伏叠片208大致类似于叠片108。
模块202类似于模块102(如图2所示)，且大致抵抗风提升力。具体而言，在示范性实施例结构中，如上所述将基底构件204联接到屋顶不规则物207，和将相邻的基底构件204彼此联接，利于增加每个模块202的总体刚度，从而减轻模块202对风提升力的易感性。此外，提供类似于通道142和148(如图5所示)的多个通道(未示出)和排气通道254利于平衡引入叠片208两侧的风力。另外，将风通过凹陷部分212向排气通道254引通(如箭头所示)进一步利于对风提升力的抵抗。
在此所述的用于将光伏模块与成形屋顶几何形状整合的方法和装置利于将光伏太阳能装置阵列安装在不同于平坦、或平面屋顶几何形状的屋顶几何形状上。具体而言，整合包括大致匹配鲜明外形或弯曲屋顶瓦几何形状的模制聚合物基体或基底构件的光伏模块提供使光伏太阳能装置阵列适于各种屋顶几何形状的有效方法。这种太阳能装置阵列具有改善的美观且不需要现有屋顶材料穿孔或用于附接到其上的专用装配硬件。此外，钢化玻璃光伏叠片或上层联接到基底构件。在此所述的这种模块利于减少安装成本和在上层上的污物收集和植物生长。同样，用大致类似于设计用于平面屋顶或与平面屋顶使用的已知太阳能装置阵列操作的操作，在此所述的模块具有比已知光伏模块更大的对风提升力的抵抗。
上文详细描述了可以与成形屋顶几何形状整合的光伏模块的示范性实施例。该方法、装置和系统并不限于在此所述的具体实施例，也不限于具体图示的光伏模块和成形屋顶形状。虽然本发明已经关于多个具体实施例描述，本领域技术人员应当认识到，本发明可以用权利要求书的精神和范围内的修改实施。
该书面说明书使用包括最佳模式的示例来披露本发明，且也使得本领域技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及进行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员容易想到的其它示例。如果它们具有与权利要求书的文字语言相同的结构元件，或与权利要求书的文字语言相比如果它们包括具有非实质性区别的等价结构元件，这种其它示例在权利要求书的范围内。