光伏模块及安装光伏模块的方法
【专利摘要】本发明提供一种光伏模块，以及构建所述模块的方法。所述光伏模块包括窗口基板；光伏材料；以及层压到所述窗口基板上的封装基板，所述光伏材料置于两者之间。支承结构安装到所述封装基板的背面，以防止所述封装基板弯曲。所述支承结构可以间接安装到所述背面，两者之间设有中间材料（例如，粘合条）。所述支承结构可包括脊线，所述脊线限定峰部和谷部，所述峰部和谷部配置用于防止所述支承结构弯曲。
【专利说明】光伏模块及安装光伏模块的方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种用于支承光伏模块(S卩，太阳能电池板)的支承结构，确切地说，涉及一种将光伏模块安装到被配置用于此类支承结构的支架的方法。
【背景技术】
[0002]太阳能被视作目前可用的最清洁且最环保的能源，为此光伏模块阵列越来越受关注。在光伏模块阵列中，将多个独立的光伏模块布置成彼此邻接，以便最大化特定大小阵列内的模块数。因此，无框架的光伏模块在此类阵列中更具优势，因为能够将各光伏模块边缘处的无效区域减至最少，同时邻接布置的模块使彼此之前更加接近。
[0003]通常，目前大多数的光伏模块都安装到使用夹具的支架系统。这些夹具不仅昂贵笨重，而且将增加形成太阳能电池阵列所需的安装成本和时间。对于无框架模块而言，通常将窗口和封装基板用作系统的结构元件。随着光伏模块领域向较大电池板设计和/或较薄基板结构(例如，较薄的玻璃)发展，穿过此类无框架光伏模块的基板(尤其是相对较薄的玻璃基板)的应力将增大。
[0004]此外，需要通过制造能够只需一名工人即可完成安装的独立光伏模块来降低安装成本。
[0005]因此，需要一种承受模块的大部分机械负载的支承结构，以及用于使用所述结构的安装方案，尤其是无需专用硬件(例如，安装夹)。
【发明内容】
[0006]本发明的方面和优点在以下说明中部分描述，或者可以从说明书中显而易见，或者可以通过实践本发明而了解。
[0007]本发明总体上提供一种光伏模块，以及构建所述模块的方法。在一个实施例中，所述光伏模块包括窗口基板；光伏材料；以及层压到所述窗口基板上的封装基板，其中所述光伏材料置于两者之间。支承结构安装到所述封装基板的背面，以防止封装基板弯曲。在一个实施例中，所述支承结构间接安装到所述背面，两者之间设有中间材料(例如，粘合条)。在特定实施例中，所述支承结构包括脊线，所述脊线限定峰部和谷部，所述峰部和谷部配置用于防止所述支承结构弯曲。
[0008]参考以下说明和附图可以更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。附图包括在本说明书中并构成其一部分，示出本发明的各实施例，并与说明书一起解释本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]本说明书参考附图，针对所属领域的普通技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，在附图中:
[0010]图1示出了安装在光伏模块的封装基板上的支承结构的示例性实施例；[0011]图2示出了图1所示支承结构的透视图；
[0012]图3示出了图2所示支承结构的侧视图；
[0013]图4示出了图1所示支承结构的内部图；
[0014]图5示出了安装在光伏模块的封装基板上的支承结构的另一示例性实施例；
[0015]图6示出了安装在光伏模块的封装基板上的支承结构的又一示例性实施例；
[0016]图7示出了安装在光伏模块的封装基板上的支承结构的再一示例性实施例；以及
[0017]图8示出了用于图1至7中所示的任何支承结构的示例性支架系统的一个实施例的侧视图。
[0018]本说明书和附图中参考符号的重复使用意指相同或类似的特征或元件。
【具体实施方式】
[0019]现在将详细参考本发明的实施例，这些实施例的一个或多个实例在附图中图示。每个实例均以解释本发明，而非限制本发明的方式提供。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出不同修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，本发明应涵盖随附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。
[0020]本发明总体上提供一种无框架光伏模块(S卩，太阳能电池板)，所述光伏模块具有支承结构，所述支承结构配置用于将光伏模块安装到支架系统，同时提供一种安装所述光伏模块的方法。根据支承结构的设计，可以通过标准螺栓/螺钉，或者无螺栓/螺钉设计将各光伏模块安装和/或固定到支架系统。
[0021]如图1所示，光伏模块100被图示为具有粘合到封装基板102的支承结构120。通常，光伏模块100包括窗口基板104，所述窗口基板层压到封装基板102上，光伏材料106设于这两者之间，并且设有多个光伏电池108，如图2所示。例如，光伏材料106可以是多个薄
薄膜层的薄膜堆叠。
[0022]支承结构120向由封装基板102和窗口基本104形成层压件提供机械支承。因此，机械负载沿与封装基板102和/或窗口基板104相对的方向转移到支承结构120。支承结构120尤其适用于封装基板102和/或窗口基板104由具有公共边缘110、111、112和113的玻璃(例如，玻璃/玻璃层板)构建的模块100。
[0023]图示的光伏模块100无框架，因为边缘110、111、112和113大体暴露于光伏模块110上。因此，无附加结构(即，无“边框”)位于沿光伏模块100的边缘110、111、112、113处。尽管本说明书中公开的支承结构120尤其适用于此类无边框结构，但应了解，支承结构120可以用于有边框模块中。
[0024]支承结构120包括脊线126，所述脊线限定峰部128和谷部130。峰部128大体定向成背离封装基板102，而谷部130定向在封装基板102附近。脊线126用于防止支承结构120弯曲和/或变形，类似于机械工程领域中工字梁的功能。通过支承结构120的设计，能够将支承结构120的支承件的材料量和/或大小减至最少。因此，薄结构设计即可向光伏模块100提供足够的硬度。
[0025]脊线126的峰部128和谷部130的大小和间隔可以配置用于向支承结构120提供所需的硬度。也就是说，脊线126的深度越大，支承结构120的硬度也越大。在本说明书中，脊线126的“深度”是指沿Z方向从相对于封装基板102的表面103的峰部128的最远点129至相对于封装基板102的表面103的相邻谷部130的最近点131之间的测量距离。
[0026]在某些实施例中，脊线126的深度可以大于光伏模块100的厚度。在本说明书中，光伏模块100的“厚度”是指沿Z方向从封装基板102的表面103至窗口基板104的窗口表面105的测量距离。因此，即使支承结构120的材料厚度小于光伏模块100的厚度，脊线126也用于向支承结构120和附接的模块100提供足够的硬度。
[0027]例如，在某些实施例中，脊线126的深度可以从约1cm至约25cm。在特定实施例中，脊线126的深度可以从约1.5cm至约10cm,例如约2cm至约8cm。此类尺寸尤其适用于厚度在从2.5mm至约15mm (例如，约5mm至约10mm)的光伏模块。
[0028]在图1所示的示例性实施例中，支承结构120由以形成大体刚性结构的方式彼此接合的多个零件构成。使用多个零件使支承结构120所用材料的类型和量受限，从而降低支承结构120的材料成本。但是在其他实施例中，支承结构120可以由单件固体材料形成(例如，冲压和/或铸模)。
[0029]例如，图1所示的支承结构120由第一横向构件140和第二横向构件142构成。第一横向构件140和第二横向构件142各自横跨封装基板102的背面103 (S卩，从边缘110到相对的边缘112)。第一横向构件140和第二横向构件142各自包括至少一个脊线126,所述脊线限定峰部128和谷部130。在图示的实施例中，第一横向构件140和第二横向构件142大体定向成彼此平行，并且大体定向成平行于模块100的边缘110。
[0030]根据一实施例，支承结构120进一步包括从第一横向构件140延伸到第二横向构件142并与之相连的的第一连接构件150和第二连接构件152。尽管图示结构具有两个连接构件150、152，但应了解，支承结构120内可以包括任何合适数量的连接构件(包括单个连接构件)。
[0031]图4示出了作为连接构件与横向构件之间的示例性接头，形成于第一连接构件150与第一横向构件140之间的接头的内部视图(与图2所示类似，但是模块100透明)。如图所示，连接构件150位于封装基板102的背面103与横向构件140之间。具体来说，横向构件140可以形成接纳腔141，所述接纳腔配置用于与连接构件150的端部151配对。
[0032]在特定实施例中，至少一个横向构件140、142 (分别)限定到达封装基板102的相对边沿110、112之外的延伸区域144、146。这些延伸区域144、146可以用于将支承结构120固定到支架系统。例如，安装孔148可以设在位于封装基板102的边缘110、112之外的延伸区域144、146 (即，“延伸区域”)中。通过安装孔148，安装者可以通过标准垫圈/螺栓/螺母组件，或者类似的固定机构(例如，螺钉)将支承结构120固定到支架系统。
[0033]在图1所示的示例性实施例中，脊线126横跨封装基板102的背面103大体定向成彼此大体平行。如图所示，脊线126大体定向成与封装基板102的背面103的边缘110大体平行。
[0034]但是，也可以根据需要设计其他构造。例如，参见图5，其中示出了限定横跨封装基板102的背面103的X定向的支承结构120。
[0035]或者，图6中的实施例示出了限定一对弓形160、162的支承结构120。
[0036]在又一实施例中，图7所示的支承结构120包括内矩形170和外矩形172。连接梁174在内矩形170的各个角处将其连接到外矩形172。[0037]支承结构120可以使用任何合适的粘合剂(例如，硅酮)或者胶带(例如，泡棉胶带)粘合到封装基板102。如图所示，粘合条124位于封装基板102与120之间。在一个实施例中，粘合条124的定位、大小和/或构造经过配置，使支承结构120与封装基板102不接触。因此，封装基板102与支承结构120不接触，以在光伏模块100与支承结构120之间形成间隔125。此间隔125使光伏模块100与支承结构120之间的空气流动能够将光伏模块100从支承结构120热隔离(反之亦然)。
[0038]例如，图1示出了位于支承结构120的谷部130与封装基板102的背面103之间的粘合条124。通过这种方式，支承结构120的谷部130与封装基板102的背面103隔开，如上所述，使支承结构120与封装基板102不接触，并且允许两者之间的空气流动。参考图1所示的实施例，粘合条124位于封装基板102的背面103与连接构件150之间。
[0039]在一个特定实施例中，支承结构120由镀锌钢构成。但是，可以使用其他材料来形成支承结构120，例如挤压或冲压铝、层压复合材料、模制塑料，或者冷弯型钢。无论具体构造如何，用于形成支承结构120的材料应能够支承光伏模块100的重量，同时向模块100的表面提供机械支承。
[0040]在一个特定实施例中，支承结构120设有法兰122，所述法兰从外峰部128延伸并且大体定向成与封装基板102的背面103平行。如图所示，法兰122是法兰122处的厚度大于支承结构120其他位置处的材料厚度的加强法兰。
[0041]图1至7中的实施例各自示出了法兰122，所述法兰设在支承结构120的相对侧上，并且被调整成彼此大体平行。此类法兰122可以与支架系统接合，以提供各种安装选择，包括无螺栓安装。因此，加强法兰122允许将光伏模块100安装到各种设备上。
[0042]例如，支承结构120包括法兰122，所述法兰尤其适用于安装到图8所示的示例性支架系统10。支架系统10大体上包括下安装单元20和上安装单元30。例如，下安装单元20大体上包括支承唇22、下固定壁26和下支承壁28。上安装单元30大体上包括连接到上固定壁36以及上支承壁38的上轨道32。尽管图示为单独的单元20、30，但应了解，这些单元20、30可以接合在一起(例如，通过桥接下支承壁28和上支承壁38的支承壁接合)。
[0043]如上所述，支架系统10的下安装单元20大体上包括从下固定壁26 (大体定向在固定面12中)延伸的支承唇22。支承唇22可以约60°至约120°的相对角度(固定面12与支承唇22的取向之间)从下固定壁26延伸，以便形成转角接头23。例如，在特定实施例中，支承唇22沿大体垂直于下固定壁26的方向延伸。因此，转角接头23尤其适用于接纳光伏模块100的支承结构120的下法兰122，然后在支承结构的下法兰122上枢转光伏模块100。
[0044]根据下单元20的定向，支承唇22和下固定壁26定向成与地面60的呈一定角度。例如，支承唇22可以定向在与地面60成约15°至约75°角的方向上，例如，与地面60成约25°至约65°角。例如，在一个实施例中，支承唇22定向在与地面60成约40°至约50°角的方向上。类似的，下固定壁26的固定面12可以与地面60成约15°至约75°角，例如，与地面60成约25°至约65°角。例如，在一个实施例中，下固定壁26的固定面12与地面60成约40°至约50°的角。
[0045]在另一实施例中，例如，支架系统10可以用于将光伏模块安装到建筑物或墙壁侧上。在此类实施例中，固定面12可以大体垂直于地面60。[0046]下支承壁28大体定向在支承面14中，并且位于下固定壁26的与支承唇22相对的一侧上。下固定壁26和下支承壁28通过静止轨道29接合在一起，以便两者之间形成固定槽24。静止轨道29可以定向在于支承唇22成约60°至约120°角的方向上。在一个实施例中，静止轨道29大体与图8所示的支承唇22平行。
[0047]支架系统10的上安装单元30大体上包括大体定向在支承面14中的上支承壁38。在安装光伏模块100期间，上法兰122在安装过程中与上支承壁38接触，并且静止和/或固定在其上。
[0048]在图8所示的实施例中，上安装单元30还包括大体定向在支承面14中的上支承壁38，其中上固定壁36与上支承壁38通过上轨道32连接，以形成安装腔34。安装孔35大体设在上固定壁36的下端37与上支承壁38的上端39之间的开放区域中。在图示的实施例中，上固定壁36的下端37不在上支承壁38的上端39上方延伸。因此，上法兰122可以在安装过程中通过安装孔35轻松地插入安装腔34中。上轨道32的大小和形状大体经过设置，以允许通过安装孔35将上法兰122接纳到安装腔34内并在其中枢转，以便支承结构120可以定向在支承面14中。
[0049]在另一实施例中，上单元30可以仅包括设有上端39的上支承壁38(8卩，不包括上固定壁36和/或上轨道32)，所述构造允许支承结构120的枢转动作。
[0050]如图8所示，下安装单元20和上安装单元30均各自连接到托架50。托架50又连接到支柱52。在一个实施例中，托架50在枢转点53处以可旋转方式连接到支柱52。在此实施例中，支架系统10可以将所安装的光伏模块旋转的所需的方向，所述方向可以随一天中的不同时间和/或一年中的不同季节而改变。可选的，下安装单元20和上安装单元30可以分别连接到单独的支柱。
[0051]下文将总体上描述使用支承结构120的下法兰122和上法兰122，在安装过程中将光伏模块100安置到图1所示的支架系统10中。如上所述，支承结构120的下法兰122和上法兰122大体与光伏模块100的表面103隔开。在一个特定实施例中，支承结构120粘附到表面103上(例如，通过封装基板限定)。在图示的实施例中，下法兰122和上法兰122被定向成大体彼此平行以形成公共平面，这尤其适用于支架系统10中。如下所述并且如图8所示，在将光伏模块100安装到支架系统10上之后，下法兰122和上法兰122位于支承面14中。
[0052]从下文可以清楚地了解，支架系统10尤其适用于无框架光伏模块100，因为不依赖于模块100的任一侧边缘110、111、112、113上的任何安装机构来支承所述模块。实际上，除了支承结构120之外，支架系统10能够避免光伏模块100与支架系统10之间在任何位
置上接触。
[0053]在第一个安装步骤中，将光伏模块100定位在使支承结构120面向支架系统10的位置。具体来说，将支承结构120定位在使下法兰122在下单元20的支承唇22上方的位置。然后，支承结构120的下法兰122可以静止在支承唇22上，并且装配到转角接头23内。因此，在由支承唇22和下固定壁26限定的转角接头23处，光伏模块100的重量由下单元20承受。因此安装者无需在安装过程中支承光伏模块100的重量。
[0054]当支承结构120的下法兰122静止在转角接头23内之后，光伏模块100可以枢转，以便支承结构120的下法兰122静止在支承唇22上，并且支承结构120的上法兰122相对上支承壁38静止。因此，在图示的实施例中，上安装单元30和下安装单元20的位置和大小经过设置，以便支承结构120的上法兰122可以旋转过上固定壁36的下端37，从而与上支承壁38接触。
[0055]在另一实施例中，上单元30可以仅包括设有上端39的上支承壁38(8卩，不包括上固定壁36和/或上轨道32)，所述构造允许支承结构120的枢转动作。
[0056]随后可以提升光伏模块100，使支承结构120的上法兰122相对于上支承壁38滑动过上支承壁38的上端39。因此，支承结构120的法兰122可以滑动穿过上端39，并且可以通过设在上固定壁36的下端37与上支承壁38的上端39之间的安装孔35进入设在上轨道32内的安装腔34内。光伏模块100的提升距离足以使支承结构120的下法兰122离开下固定壁26的上端27。因此，在提升之后，光伏模块100可以枢转，以便支承结构120相对于下支承壁28和上支承壁38静止在支承面14内。具体来说，下法兰122与下支承壁28接触。
[0057]最后，将光伏模块100的支承结构120的下法兰122降落至设置下固定壁26与下支承壁28之间的固定槽24内。因此，支承结构120的下法兰122静止在静止轨道29上，所述静止轨道延伸在下固定壁26与下支承壁28之间。
[0058]在特定实施例中，将光伏模块100的支承结构120固定到固定槽24内(例如，固定到下支承壁28)。例如，可以通过紧固机构(例如，螺钉、螺栓、粘合材料、焊接等)将支承结构120固定到下支承壁28。此外，或者在替代方案中，可以将光伏模块100的支承结构120固定到上支承壁38。
[0059]本说明书使用了各种实例来披露本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书限定，并可包含所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包含的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应在权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种光伏模块，包括:窗口基板；光伏材料；封装基板，其中所述封装基板层压到所述窗口基板，所述光伏材料位于两者之间；以及支承结构，所述支承结构间接安装到所述封装基板的背面，以防止所述封装基板弯曲。
2.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构与所述封装基板不接触。
3.根据权利要求2所述的光伏模块，其中所述光伏模块与所述支承结构之间设有间隔，以允许光伏模块与支承结构之间的空气流动。
4.根据权利要求1所述的光伏模块，进一步包括:位于所述封装基板与所述支承结构之间的粘合条。
5.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构包括限定峰部和谷部的脊线。
6.根据权利要求5所述的光伏模块，其中所述脊线的深度大于由所述封装基板、所述光伏材料和所述窗口基板形成的层压件的厚度。
7.根据权利要求5所述的光伏模块，进一步包括位于所述封装基板与所述支承结构之间的粘合条，其中粘合条 位于所述支承结构的所述谷部与所述封装基板的所述背面之间。
8.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述光伏模块无框架。
9.根据权利要求1所述光伏模块，其中所述支承结构包括第一横向构件和第二横向构件，其中所述第一横向构件和所述第二横向构件均横跨所述封装基板的所述背面，并且其中所述第一横向构件和所述第二横向构件均包括限定峰部和谷部的至少一个脊线。
10.根据权利要求9所述的光伏模块，其中所述第一横向构件和所述第二横向构件定向成大体彼此平行。
11.根据权利要求9所述的光伏模块，其中所述支承结构进一步包括从所述第一横向构件延伸到所述第二横向构件并与之相连的连接构件。
12.根据权利要求11所述的光伏模块，其中所述连接构件位于所述封装基板的所述背面与所述横向构件之间。
13.根据权利要求9所述的光伏模块，其中至少一个横向构件限定到达所述光伏装置的相对边缘之外的延伸区域。
14.根据权利要求15所述的光伏模块，其中安装孔位于所述横向构件的所述延伸区域上。
15.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构设有法兰，所述法兰从外峰部延伸，并且在一个支承面内定向。
16.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述法兰是加强法兰。
17.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构限定X定向。
18.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构限定一对弓形。
19.根据权利要求1所述的光伏模块，其中所述支承结构包括内矩形和外矩形，并且其中所述支承结构进一步包括将所述内矩形连接到所述外矩形的连接梁。
20.—种光伏模块，包括:窗口基板；光伏材料；封装基板，其中所述封装基板层压到所述窗口基板，所述光伏材料位于两者之间；以及支承结构，所述支承结构安装到 所述封装基板的背面上，其中所述支承结构包括脊线，所述脊线限定峰部和谷部，所述峰部和谷部配置用于防止所述支承结构弯曲。
【文档编号】H02S20/00GK103684217SQ201310409942
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月10日 优先权日:2012年9月10日
【发明者】M.W.里德 申请人:初星太阳能公司