CN102067389B - 整体接地的光电模块装配夹子 - Google Patents

Abstract

一种用于与具有导电框架的类型的PV组件一起使用的导电安装/接地夹子，该夹子包括导电主体。该主体具有中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂。每个臂具有外部，每个外部具有外端。至少一个框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面，框架表面破坏元件指向该平面。在一些示例中，每个臂以锐角从中心部延伸到该平面。

Description

整体接地的光电模块装配夹子

背景技术

本发明总体上涉及将带框架的光电(PV)模块安装在屋顶上和其它支撑结构上，这需要将模块确实地机械固定到支撑基座或结构，并需要使例如PV模块框架和辅助安装部件的可接近金属部件接地。已知的组合安装/接地装置需要位于光电模块框架外侧的专用凸缘和专门设计的夹子或其它附接装置。因此，由于特定的模块框架几何形状，传统的组合安装/接地装置的使用受限。

发明内容

用于与具有导电框架彼此以间隙分离的类型的PV组件一起使用的导电安装/接地夹子的第一示例包括具有中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂的导电主体。每个臂具有外部，每个外部具有第一和第二外端。该夹子在每个外端处还具有框架表面破坏元件(framesurface-disrupting elements)。中心部限定一平面。框架表面破坏元件指向该平面。在一些示例中，框架表面破坏元件包括框架表面穿透齿。在一些示例中，每个臂以锐角(例如，80-88°)从中心部延伸到该平面。

用于与具有导电框架彼此以间隙分离的类型的PV组件阵列一起使用的导电安装/接地夹子的第二示例包括导电主体。该主体包括中心部以及从中心部延伸的第一和第二间隔开的基本上为T形的臂。每个臂以锐角从中心部延伸到该平面。每个臂具有外部，每个外部具有第一和第二外端。多个框架表面破坏元件位于每个外端。每个臂的框架表面破坏元件定向于基本平行于连接所述臂的外端的直线的方向。中心部限定一平面，该框架表面破坏元件指向该平面。

用于与具有导电框架彼此以间隙分离的类型的PV组件阵列一起使用的导电安装/接地夹子组件的示例包括导电夹子和第二元件。该夹子包括中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂。每个臂具有外部，每个外部具有第一和第二外端。框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面，框架表面破坏元件指向该平面。夹子组件还包括用于(1)使夹子的框架表面破坏元件偏置于相邻PV组件的导电框架上从而使框架通过夹子彼此电连接、并且(2)将夹子固定到第二元件的装置。

PV设备的示例包括支撑件、第一和第二PV组件以及与第一和第二PV组件一起使用的导电安装/接地夹子组件。第一和第二PV组件是导电框架彼此隔开间隙的类型，框架均具有上表面。该夹子组件包括导电夹子。该夹子包括中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的基本上为T形的臂。中心部和臂限定可从上方接近的凹陷区。每个臂具有外部，每个外部具有第一和第二外端。至少一个框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面。该夹子组件还包括第二元件，该第二元件基本上位于第一和第二PV组件的下面并由支撑件支撑，还包括细长的连接元件。该细长的连接元件将夹子固定到第二元件，并可在导电框架之间的间隙内延伸，从而可以迫使框架表面破坏元件抵靠在导电框架上，由此使框架通过夹子彼此电连接。中心部包括孔，细长的连接元件包括通过该孔的连接元件。该连接元件具有完全位于凹陷区内且位于上表面之下的上端。在一些示例中，框架包括非导电表面，框架表面破坏部包括表面穿透齿。在一些示例中，夹子组件还包括用于在夹子通过细长的连接元件偏置在框架上时防止夹子从框架倾斜的装置。

用于与具有导电框架的类型的PV组件一起使用的导电安装/接地夹子的第三示例包括导电主体。该主体具有中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂。每个臂具有外部，每个外部具有外端。多个框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面，框架表面破坏元件指向该平面。在一些示例中，每个臂以锐角从中心部延伸到该平面。

用于与具有导电框架的类型的PV组件一起使用的导电安装/接地夹子组件的第二示例包括导电夹子和第二元件。夹子包括中心部以及从中心部延伸的第一和第二间隔开的臂。每个臂具有外部，每个外部具有外端。框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面，框架表面破坏元件指向该平面。夹子组件还包括用于(1)使夹子的框架表面破坏元件偏置于相邻PV组件的导电框架上从而使框架电连接到夹子、并且(2)将夹子固定到第二元件的装置。夹子组件还包括用于当夹子在偏置和固定装置的作用下偏置于框架上时防止夹子从框架倾斜的装置。

PV设备的第二示例包括支撑件、PV组件和与PV组件一起使用的导电安装/接地夹子组件。PV组件为具有导电框架的类型，框架具有上表面。夹子组件包括导电夹子。夹子包括中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂。中心部和臂限定一可从上方接近的凹陷区。每个臂具有外部，每个外部具有外端。至少一个框架表面破坏元件位于每个外端。中心部限定一平面。框架表面破坏元件指向该平面。夹子组件还包括第二元件，该第二元件基本上位于PV组件的下面并由支撑件支撑。夹子组件还包括细长的连接元件，其将夹子固定到第二元件，从而可以迫使框架表面破坏元件抵靠在导电框架上，由此使框架电连接到夹子。中心部具有孔，细长的连接元件包括通过该孔的连接元件。该连接元件具有上端，该上端完全位于凹陷区内且位于上表面之下。夹子组件还包括用于当夹子在细长的连接元件的作用下偏置于框架上时防止夹子从框架倾斜的装置。

通过利用本发明的不同示例，得到下面所讨论的各种优点。夹子组件可以提供安装和电接地功能。与常规的在所有PV组件之间布置接地线的方法相比，这节省了大量的材料和劳动成本。夹子还可以比一般的镀锡铜接地片廉价。与需要利用模块框架中的安装和接地孔的方法不同，夹子还可以容易地从上方固定到模块；这些孔的可接近性受限，特别是在安装之后。这减少了安装和维护成本。夹子组件可以模块彼此独立；即，其可以用在框架的至少一部分是导电的以使PV模块接地的任何带框架的PV模块上。本发明的示例也不需要任何专门构造的模块框架，例如特定模块制造商专有的外部凸缘。夹子组件的几何形状可以包括Underwriters Laboratories(UL)所要求的用于接地的直接连接，这与接地点不通过安装螺栓或柱螺栓直接连接到模块框架的一些其它方法不同。夹子组件的一些示例按照需要可以用作接地装置，其独立于作为安装装置的功能。

本发明的其它特点、方面和优点可以从附图、详细的描述和所附的权利要求中看出。

附图说明

图1是夹子组件的分解立体图；

图1A是图1的夹子的放大局部侧视图；

图2是图1的夹子组件的组装立体图；

图3是示出图2的夹子组件固定到邻近的PV组件的放大横截面图；

图4是利用图1-3的夹子组件使两个相邻的PV组件彼此固定的简化总图；

图5-8示出与不同类型的支撑结构一起使用的不同类型的夹子组件；

图9是外围夹子组件的总图；

图10是图9的夹子组件的横截面图；

图11示出图1和2所示的夹子组件用在具有衬垫的PV阵列的外围；

图12和13是内部夹子组件的分解立体图和立体图；以及

图14是示出图13的夹子组件固定到PV组件的框架的内部唇缘的横截面图。

具体实施方式

下面将典型地参照具体的结构实施例和方法进行描述。应当理解，这里无意将本发明限制到具体公开的实施例和方法，而是可以利用其它的部件、元件、方法和实施例来实施本发明。对优选实施例进行描述以示出本发明，而不是限制本发明的范围，本发明的范围由权利要求书限定。本领域普通技术人员将理解，下面的描述可以有多种等同的变型。各种实施例中相同的元件通常用相同的附图标记指示。

图1是根据本发明的夹子组件10的一个示例的分解立体图。组件10包括通过螺栓16固定到第二元件14的夹子12。第二元件14包括一般由挤制铝材或一些其它合适的材料制成的基座18、以及固定到基座18的下表面22的密封层20。密封层20一般是约3mm厚的丁基橡胶带的形式。基座18具有一对凸起部24，在该对凸起部24之间限定一间隙26。间隙26向下延伸到基座18的中心区28，中心区28中形成有多个用于接收螺栓16的螺纹孔30。基座18还具有一对凸缘32，该对凸缘32具有多个用于将第二元件14固定到安装表面(例如，屋顶)的安装孔34。螺栓16通过夹子12中的中心开口36、形成在衬垫40中的孔38、间隙26进入到螺纹孔30中。也可以采用其它类型和构造的基座18，例如在临时专利申请No.60/821,869中所示的。

图2示出组装形式的夹子组件10，图3示出图2的夹子组件10将相邻的PV组件固定到第二元件14。图4是示出两个夹子组件10使相邻的PV组件50接合在PV组件之间的间隙58中的简化总图。夹子组件10在用在相邻的PV组件之间时通常被称为内部夹子组件。

夹子12是基本上为U形的结构，其具有中心部42和一对直立臂44，中心开口36贯穿中心部42形成。臂44和中心部42限定凹陷区45。凹陷区45可从上方接近，从而可以无阻碍地接近螺栓16，以使夹子组件10变得容易使用。臂44包括具有向下延伸的齿48的延伸部46。如图3所示，夹子组件10与具有围绕PV面板54的导电框架52的类型的PV组件50一起使用。正如可以从图2和3中看出的，螺栓16的头完全位于凹陷区45内，且位于PV组件50的框架52的顶表面之下。此外，具有面向下的齿48的臂44的大致为T形的构造提供不引人注意的结构(low profile structure)。该不引人注意的结构使得外观更加整洁且不显得凌乱，并使对PV面板54的遮蔽最小。

框架52具有与夹子12的齿48接合的上部周向延伸边缘56。框架52一般是阳极氧化铝，因此具有非导电的外表面。框架52也可以具有其它类型的非导电外表面，例如喷漆的外表面。为了确保夹子12与框架52之间的良好电接触，齿48用作表面破坏元件。锯齿形的齿或其它结构刺穿框架52上的任何非导电材料，从而借助夹子12产生确实的电连接，并经由螺栓16到达第二元件14。这有助于确保相邻的PV组件50的框架52之间通过夹子12实现良好接地。也可以采用其它的表面破坏方法，例如使夹子12抵靠框架52滑动并刻划框架52的一部分，或者通过利用其它类型的表面破坏结构或工序。

在图1-3的示例中，在臂44的每个延伸部46处使用了三个齿48。在每个延伸部46处使用多个点44允许对夹子12相对于框架52的位置进行一些调整，从而易于安装。齿48定向为基本平行于每个臂44的直线连接延伸部46，从而基本垂直于相邻的框架52。

臂44优选地不垂直于中心部42。在所公开的示例中，臂44在中心部42的上方向内延伸，以确定一夹角53，参见图1A。夹角53是锐角，并一般处于80-88°的范围，在该公开的示例中为约83°。这有助于增加夹子12的强度，因为臂44在载荷下趋于成一直线。臂44形成角度的另一优点在于，这样做使得齿48与框架52更像是进行点接触。这可能有两个主要原因。第一个原因是齿48出于实际考虑不会变窄成真正的点，而是成一直线或边缘，其长度与夹子12的厚度相等。因此，通过使臂44形成角度，齿48的端部首先与框架52接合，以提供点接触，而不是线接触。第二个原因是基于制造条件限制了边缘齿48将如何呈现的陡度的事实。在一些示例中，齿48将呈现弄圆的边缘，从而，如果臂44垂直于中心部42，则齿48将提供大致圆柱形的表面来抵靠框架52。

夹子12还通过将框架捕获于夹子12的臂44与基座18的凸起部24之间而将框架52固定到第二元件14。如图3所示，衬垫40有助于确保相邻的PV组件50彼此相距一适当距离而定位。衬垫40一般由橡胶或一些其它材料(包括例如金属或纸板)制成，其尺寸大于中心部42的宽度，如图3所示。衬垫40的尺寸选择成使得当PV组件50在热天膨胀时，或相反，PV组件50在接触夹子12之前具有膨胀的空间。这有助于防止PV面板54受到损坏，如果PV组件50在这种热膨胀期间直接压在夹子12上，则可能发生PV面板54被损坏的情况。衬垫40的使用简化了安装，并通过不必使用专用工具而确保了PV组件在安装期间的适当间距。虽然夹子12制造的最初接地是从一个PV组件50的框架52到相邻PV组件的框架52，但是夹子组件10也可以用于提供PV组件框架52与第二元件14之间的接地。

夹子组件10提供了一种可与各种各样的具有上部外围表面暴露的导电圆周框架的类型的PV组件一起使用的不引人注意的(low profile)安装/接地夹子组件。

图5示出了使用夹子64的夹子组件62，夹子64与夹子12相似，但被倒转，齿48面向相反的方向，从而也向下指向以与PV组件50的框架52接合。此外，代替使用中心螺栓16，夹子组件62具有一对从夹子64的臂68向下延伸的L形的腿66。该示例中的第二元件70具有向上延伸的柱螺栓72，该柱螺栓72通过形成在每个腿66的弯曲端74中的孔(未示出)，螺母76将腿66固定到第二元件70。

图6和7公开了与图1-4的实施例类似的另一可选择实施例，图6中是包括柱螺栓78和螺母80的柱螺栓类型的安装件，而图7中是螺栓类型的安装件，还公开了一种不同类型的支撑PV组件50的第二元件82。图5-7中支撑PV组件50的第二元件用于支撑倾斜的PV组件。该类型的结构在2006年12月27日提交的题为“受到支撑的PV模块组件(Supported PV ModuleAssembly)”的代理人案号为PWRL1041-2的美国专利申请No.11/616,575中更加详细地示出，这里将其公开内容引入作为参考。

图8示出另一实施例，其中，夹子组件84包括连接到一对挡风板86的夹子64。挡风板86可以是上面提到的美国专利申请No.11/616,575中所示的类型。夹子组件84还包括L形的腿(未示出，但与图5的L形的腿66类似)，从而为PV组件50提供电接地连接以及压住或支撑功能。夹子组件也可以构造成可为其它光电阵列元件提供一个或多个固定点，例如压载盘、视觉遮蔽、炉门护板、钢丝盘或钢丝固定装置，或者结构元件。一个或多个固定点可以包括安装孔、双头螺栓、或搭扣配合装置。夹子组件还可以提供用于常规接地片或接地线的附着点。特定的固定点也可以用作结构点和接地点。与夹子组件10不同，图5和8的夹子组件62、84与具有选定高度的框架52的PV组件50一起使用是最有用的。

图9和10示出了某些时候被称为外围夹子组件88的组件。与夹子组件10、62和84不同，外围夹子组件88用于固定地安装PV组件50，并可以用于使框架52接地到(ground)支撑元件。类似类型的设备在美国专利No.6,058,930和6,722,357(代理人案号为PWRL1026-1和1027-1)中示出，这里将其公开内容引入作为参考。在该实施例中，外围夹子90通过螺栓16、可选择的垫圈94、以及绝缘体96固定到第二元件92。绝缘体96的长度由框架52的高度确定。绝缘体96有助于防止在螺栓16被拧紧时外围夹子90从框架52倾斜。其它类型的衬垫也可用于此目的。螺栓16将框架52接地到第二元件92，第二元件92在该实施例中是安装到一倾斜的跟踪太阳能收集器组件的扭矩管98上的横向延伸的支撑件。在该情况下，一排PV组件50的框架52通过第二元件92彼此接地，并且可选择地，通过扭矩管98和其它第二元件92接地到其它排PV组件。

图1和2的夹子组件10可以通过利用例如位于夹子12的其它未使用的延伸部46之间的衬垫100(参见图11)和第二元件14而用在外围。衬垫100具有构造成容纳不同高度的框架52的外围102。还可以使用其它类型的高度可变的衬垫，包括带螺纹的可伸缩式衬垫和包括许多单个衬垫元件的衬垫。

图12-14示出内部夹子组件106，其设计为图1和2的夹子组件10的变型。夹子组件106包括夹子108和多片电绝缘的涂满粘合剂的带110、112。带110固定到基座18的凸起部24，以覆盖与夹子108相对的上表面114的端部。如图12和13所示，带112粘附到夹子108，以置于间隙26的上方。螺栓16拧紧到基座18上，然后通过使框架52的内部唇缘116在夹子108与基座18之间滑动以与绝缘带110、112接合，而将PV组件50固定到夹子组件106。在该示例中，内部夹子组件106用于将PV组件50固定在适当位置，但不提供接地功能。在其它示例中，内部夹子组件106可以构造成，在唇缘插入在夹子108与基座18之间时，例如通过使长钉刺穿唇缘116的表面而提供接地功能及安装功能。带110、112有助于确保唇缘116在夹子108与基座18之间的紧密接合，还有助于减少唇缘116表面的损伤。虽然在该实施例中带110、112是电绝缘的，但不必如此。

上述实施例使夹子组件由支撑件支撑。该支撑件一般是商用或住宅的屋顶或者用于太阳能跟踪系统的支撑框架元件。该支撑件还可以包括格架、车库、遮蔽结构等。该夹子组件还可以直接支撑于地上。

该夹子组件优选地设计为根据应用场合承受提升和横向载荷。夹子的材料根据所需的强度、耐腐蚀性和美观性来选择。

在安装期间，安装螺栓可能受到扭矩作用，使得带螺纹的元件和夹子被预加载到最大码的风荷载以及合适的安全系数以上。通过在每个点周围产生高压连接区，这确保在所有野外条件下的紧固机械和电连接，并将湿气从齿48处的接地连结区排出。

已经强调了利用螺纹连接。然而，也可以使用其它类型的连接，例如棘轮型的连接和利用弹簧夹的连接。

上述描述可能已经使用了诸如上、下、顶、底、上方、下方等等的术语。使用这些术语旨在帮助理解本发明，而不用于限制意义。

虽然在上面详细参照优选实施例和示例公开了本发明，但是，应当理解，这些示例是示意性的，而不是限制性的。预想的是，本领域技术人员将进行变型和组合，这些变型和组合将落入本发明的精神和所附权利要求的范围内。上述提到的专利、专利申请和印刷出版物中之一或全部都引入作为参考。

Claims (16)

1.一种用于与具有导电框架的类型的光电组件一起使用的导电安装/接地夹子，该夹子包括：

导电主体，包括中心部(42)以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂(44)；

每个臂具有外部(46)；

位于每个外部的框架表面破坏元件(48)；并且

该中心部限定一平面，该框架表面破坏元件指向该平面，

其中，每个臂以锐角(53)从中心部延伸，并且

第一和第二臂每个都具有沿着臂的宽度朝着彼此相反的方向延伸的第一和第二外部。

2.根据权利要求1的夹子，其中，所述锐角为80-88°。

3.根据权利要求1的夹子，其中，框架表面破坏元件包括框架表面穿透元件。

4.根据权利要求1的夹子，其中，所述主体为大致U形，臂为大致T形。

5.根据权利要求1的夹子，还包括多个位于每个外部的所述框架表面破坏元件。

6.根据权利要求1的夹子，其中，每个臂的框架表面破坏元件定向在基本平行于一连接所述臂的外部的直线的方向。

7.一种光电设备，包括：

支撑件；

具有导电框架(52)彼此以间隙(55)分离的类型的第一和第二光电组件(50)，框架均具有上表面；和

与第一和第二光电组件一起使用的导电安装/接地夹子组件，该夹子组件包括：

导电夹子，包括：

中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的基本上为T形的臂，中心部和臂限定一可从上方接近的凹陷区(45)；

每个臂具有外部，每个外部具有沿着臂的宽度朝着彼此相反的方向延伸的第一和第二外端；

位于每个外端的至少一个框架表面破坏元件；并且

该中心部限定一平面；

第二元件(14)，基本上位于第一和第二光电组件的下面并由支撑件支撑；

细长的连接元件(16)，将夹子固定到第二元件，并可在导电框架之间的间隙内延伸，从而可以迫使框架表面破坏元件抵靠在导电框架上，由此使框架通过夹子彼此电连接；并且

该中心部包括开口(36)，细长的连接元件为通过该开口的连接元件，该连接元件具有上端，该上端完全位于凹陷区内且位于上表面之下，

其中，每个臂以锐角从中心部延伸。

8.根据权利要求7的光电设备，其中，框架表面破坏元件指向该平面。

9.根据权利要求7的光电设备，还包括多个位于每个外端的所述框架表面破坏元件。

10.根据权利要求7的光电设备，还包括多个位于每个外端的框架表面破坏元件，每个臂的框架表面破坏元件定向在基本垂直于框架的方向。

11.根据权利要求7的光电设备，其中，连接元件包括下列之一：

螺栓，上端包括螺栓头，并且第二元件包括螺纹孔，螺栓与螺纹孔可通过螺纹接合；和

从第二元件延伸的柱螺栓，上端包括柱螺栓的螺纹部和与该螺纹部可通过螺纹接合的螺母。

12.根据权利要求7的光电设备，其中，支撑件包括建筑物房顶、支撑框架元件和地面中选出的一个。

13.根据权利要求7的光电设备，其中，框架包括非导电表面，框架表面破坏元件包括表面穿透元件。

14.根据权利要求7的光电设备，其中，夹子组件还包括用于在夹子通过细长的连接元件偏置在框架上时防止夹子从框架倾斜的装置。

15.根据权利要求7的光电设备，还包括衬垫装置，用于使第一和第二光电组件适当地间隔开，使得所述间隙是用于容纳热膨胀和收缩的合适尺寸的间隙。

16.一种光电设备，包括：

支撑件；

具有导电框架的类型的光电组件，框架具有上表面；和

与光电组件一起使用的导电安装/接地夹子组件，该夹子组件包括：

导电夹子，包括：

中心部以及基本垂直于中心部延伸的第一和第二间隔开的臂，中心部和臂限定一可从上方接近的凹陷区；

每个臂具有外部，每个外部具有外端；

位于每个外端的至少一个框架表面破坏元件；并且

该中心部限定一平面，框架表面破坏元件指向该平面；

第二元件，基本上位于光电组件的下面并由支撑件支撑；

细长的连接元件，将夹子固定到第二元件，从而可以迫使框架表面破坏元件抵靠在导电框架上，由此使框架电连接到夹子；

该中心部包括孔，该细长的连接元件为通过该孔的连接元件，该连接元件具有上端，该上端完全位于凹陷区内且位于上表面之下；以及

用于当夹子在细长的连接元件的作用下偏置于框架上时防止夹子从框架倾斜的装置，

其中，每个臂以锐角从中心部延伸，并且

第一和第二臂每个都具有沿着臂的宽度朝着彼此相反的方向延伸的第一和第二外部。