CN102076979B - 包括非穿透阵列安装用连接器组件的光伏模块套件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于非穿透式屋顶安装的光伏(PV)模块套件，包括多个PV模块和多个连接器。各PV模块包括PV层压板、以及形成有与之装配用安装区的框架。连接器包括凸状连接器和凹状连接器，凸状连接器具有自头部伸出的凸状紧固件，凹状连接器具有装配在头部内的凹状紧固件。头部完全由塑料形成。套件提供一种包括联结的安装后阵列状态，在联结处，使至少两个PV模块的安装区对齐，并通过凸状连接器与凹状连接器的接合使对齐的安装区互连。如此形成的联结基本电绝缘。多个连接器可以进一步包括间隔连接器，间隔连接器包括形成有孔的头部，孔大小适合于可滑动方式收纳凸状紧固件，所有连接器头部都是相同的。

Description

包括非穿透阵列安装用连接器组件的光伏模块套件
关于联邦资助研究或开发的声明
本发明得到政府支持完成，美国能源部分派合同No.DE-FC36-07GO17043。政府在本发明中具有一定权利。
优先权资料
根据35U.S.C.§119(e)(1)，本申请要求2008年6月27日提交的美国临时专利申请序号No.61/076,479的优先权，该申请名称为“Photovoltaic Module Kit Including Connector Assembly forNon-Penetrating Array Installation(包括非穿透阵列安装用连接器组件的光伏模块套件)”，承办代理人文卷号为S0132/S812.102.101；以及，该申请的全部内容以引用的方式并入本文。
相关申请的交叉引用
本申请还涉及下述专利申请：美国申请序号No.12/492,640，名称为“Ballasted Photovoltaic Module and Module Arrays(压载光伏模块及模块阵列)”，承办代理人文卷号为S0131US/S812.101.102；美国申请序号No.12/492,729，名称为“Photovoltaic Module with RemovableWind Deflector(带有可拆装导风板的光伏模块)”，承办代理人文卷号为S0133US/S812.103.102；美国申请序号No.12/492,802，名称为“Photovoltaic Module and Module Arrays(光伏模块及模块阵列)”，承办代理人文卷号为S0134US/S812.104.102；以及，美国申请序号No.12/492,838，名称为“Photovoltaic Module with Drainage Frame(带有排水框架的光伏模块)”，承办代理人文卷号为S0135US/S812.105.102；所有上述申请与本案同日提交，并且上述申请各自的教导内容以引用方式并入本文。
背景技术
本发明涉及太阳能屋面瓦。特别地，本发明涉及用于实施自支撑安装的光伏模块及相关连接器组件。
太阳能早就被视为重要的替代能源。为了这一目的，已经做出了大量努力和投资来开发并改进太阳能采集技术。特别关注的是产业化或商业化类型应用，其中可以采集相对可观的太阳能，并利用于补充或满足电力需求。
对于大规模太阳能采集而言，太阳光伏技术通常被视为最佳途径，并且可以用作主要的和/或次级(或补充)能源。概括而言，太阳光伏系统(或者简称为“光伏系统”)采用硅或其他材料(例如，III-V族太阳能电池诸如砷化镓(GaAs))制成的太阳能电池板将日光转换为电。更特别地，光伏系统典型地包括多个光伏(PV)模块(或“太阳瓦”)，用导线将PV模块与一个以上适当电子部件(例如，开关、变换器、接线箱等)互相连接。PV模块常规由PV层压板或层压片构成，通常形成经电互联并封装的晶态或非晶态半导体器件的组件。PV层压板载有一个或多个导电体，通过导电体传导太阳所产生的电流。
无论PV层压板的具体结构如何，大多数PV应用必然在安装场所将PV模块阵列置于阳光充足的位置。这特别符合于商业化或产业化应用，在这些应用中需要相当多的PV模块来产生大量的能量，而商业建筑的屋顶提供了方便的可放置PV模块的表面。就此而言，许多商业建筑具有巨大且平坦的屋顶，这本身就有助于布置PV模块阵列，并能最有效地利用现有空间。尽管屋顶安装因此而具有高度可行性，但必须考虑克服一些环境限制。例如，PV层压板通常是扁平的或平面状的，因此，如果只是简单地“铺”在平坦屋顶上，PV层压板没有处于最佳定位/取向来全天采集最大量阳光。取而代之，理想的是，使PV层压板相对于屋顶以些许角度倾斜(也就是，对北半球安装而言朝南方天空，或者对南半球安装而言朝北方天空)。此外，必须考虑由于刮风可能会导致PV模块移置，特别是在如上所述使PV层压板相对于屋顶倾斜的情况下。
为了解决上述问题，常规PV模块阵列安装技术包括：模块阵列的各单个PV模块直接与现有屋顶结构实际(物理方式)互相连接，或者，使其进入现有屋顶结构。例如，有些PV模块结构包括多个框架件，框架件经由穿过(或穿透)屋顶的螺栓实际(物理方式)安装至屋顶。尽管这种技术可以为PV模块提供更具刚性的安装，但这是一种耗时的处理操作，并且永久性地破坏屋顶。此外，因为在屋顶中形成洞，显然容易引起水渍。最近，针对商业化平坦屋顶安装场所提出了PV模块结构，其中使阵列化PV模块以非穿透方式相对于屋顶自维持。更特别地，经由一系列单独的辅助部件使PV模块彼此互连。将一个以上风偏转挡板(或“导风板”)装配至部分或全部PV模块，以减小(或偏转)施加在PV模块和/或阵列下侧的风力影响。有时，也将附加压载物安装至阵列。
考虑到上述情况，对于成功安装非穿透PV模块阵列而言，互连相邻PV模块所采用的部件及技术是重要的。概括而言，一种典型阵列由布置成行成列并形成矩形网格的多个PV模块组成。通过互连PV模块，各行有助于防止相邻行的倾覆。采用刚性连接，一行的重量/质量抵抗或抵消在与相邻行的连接点处所产生的力矩，否则，相邻行将承受倾覆力。各PV模块有效地限定有四个角部；于是，在网格内的大部分部位处，四个PV模块遇到一起以限定一个联结点，而形成联结(junction)的四个PV模块的角部必须相结合。然而，当这四个PV模块角部的一个或多个“缺失”时，阵列内将出现许多情况。例如，沿着阵列的南缘，在对应的结点处只有两个PV模块角部结合在一起。采用常规非穿透PV模块阵列的情况下需要不同的连接部件，以适应多种联结结构(例如，第一种连接器件用于四个PV模块联结，以及，第二种不同的连接器件用于两个PV模块联结)。这因而增加了总体成本和安装时间，同时还要求安装人员具有更高的专门技能水平。根据上述的相关技术，常规PV模块连接技术必然要使用一种以上的手动工具，进而增加了安装时间并因此增加成本。此外，通常使用金属部件来连接相邻的PV模块；尽管切实可行，但金属联接(以及阵列的其他金属部件)需要增加考虑电接地。
考虑到上述情况，存在对非穿透式安装成为PV模块阵列的PV模块及相关连接部件的结构进行改进的需求。
发明内容
根据本发明的一些方面涉及一种PV模块套件，用于在大致平坦安装面上进行非穿透式安装。套件包括多个PV模块和多个连接器。各PV模块包括PV层压板以及与之装配的框架。在这一点上，框架形成至少一个安装区。连接器包括：凸状连接器，其具有自头部伸出的凸状紧固件；以及，凹状连接器，其具有装配在头部内的凹状紧固件。凹状紧固件适合与凸状紧固件相接合。此外，头部完全由塑料形成。在这种情况下，套件构造成提供一种包括联结的安装后阵列状态，在联结处，使至少两个PV模块的安装区对齐，并通过凸状连接器与凹状连接器的接合使对齐的安装区互连。如此形成的联结基本电绝缘。采用这种结构，套件以这样的方式便于非穿透式安装，其中不需要附加部件来使联结电接地。在有些实施例中，凸状紧固件和凹状紧固件是金属的，具有金属紧固件的联结大致包围在由形成联结的连接器头部和PV模块框架所提供的塑料内。在其他实施例中，多个连接器进一步包括间隔连接器，间隔连接器包括形成有孔的头部，孔大小适合于可滑动方式收纳凸状紧固件的一部分。一些结构中，与所提供连接器相关联的所有头部都是相同方式形成。
根据本发明原理的其他方面涉及一种PV模块套件，其包括多个相同方式形成的PV模块、以及多个相同方式形成的连接器头部。各PV模块包括PV层压板、构架、以及四个臂部。构架包围PV层压板的周边。第一臂部和第二臂部自构架的第一端伸出并伸至构架第一端之外，而第三臂部和第四臂部自构架中与第一端相反的第二端伸出并伸至构架的第二端之外。各臂部形成安装区，以及连接器头部各自形成有孔。此外，多个凸状紧固件分别安装至一些连接器头部并自连接器头部伸出，以构成多个凸状连接器。类似地，多个凹状紧固件分别安装至一些连接器头部，以构成多个凹状连接器。最后，至少一些余下的连接器头部限定间隔连接器。考虑到这一点，套件构造成在安装后阵列状态下提供多个安装联结，各联结至少包括互相安装的PV模块。特别地，提供多个第一联结，各第一联结包括一个凸状连接器和一个凹状连接器，分别互连四个PV模块的安装区。此外，提供多个第二联结，各第二联结包括一个凸状连接器、一个凹状连接器、以及两个间隔连接器，分别互连两个PV模块的安装区。在有些实施例中，构架、臂部、以及头部都完全由塑料形成，从而，使电接地需求最小化。
根据本发明的其他方面涉及一种PV安装，包括PV模块阵列和第一至第四连接器组件。阵列包括相同PV模块的行和列，包括第一PV模块，其具有PV层压板、包围PV层压板周边的构架、以及第一至第四臂部。第一臂部和第二臂部自构架的第一端伸出，并伸至构架的第一端之外，而第三臂部和第四臂部自构架中与第一端相反的第二端伸出，并伸至构架的第二端之外。第一连接器组件使第一臂部与相邻于第一PV模块的PV模块可拆装方式互连；第二连接器组件使第二臂部与相邻于第一PV模块的PV模块可拆装方式互连；等等。在这一点上，各连接器组件包括：凸状连接器，其包括头部和凸状紧固件；以及，凹状连接器，其包括相同的头部和凹状紧固件。在有些实施例中，用手即可使各连接器组件在收紧状态、松动状态、以及取下状态之间转变。在收紧状态下，对应的PV模块刚性连接。在松动状态下，对应的PV模块相对于连接器组件可转动。采用这种结构，在第一连接器组件和第二连接器组件处于松动状态且第三连接器组件和第四连接器组件处于取下状态的情况下，第一PV模块在第一臂部和第二臂部处可相对于阵列枢轴转动。
根据本发明原理的其他方面涉及一种以非穿透将PV模块阵列安装至安装面的方法。该方法包括：提供多个PV模块，各PV模块包括PV层压板、包围PV层压板周边的构架、以及自构架伸出并伸至在构架之外的多个臂部。各臂部形成安装区。将PV模块在安装面上布置成包括行和列的阵列。经由包括至少凸状连接器和凹状连接器的对应连接器组件，将各PV模块的至少一个臂部与另一相邻PV模块的至少一个臂部刚性互连。在这一点上，刚性互连PV模块的步骤用手完成而不使用工具。
附图说明
图1是根据本发明原理的光伏模块套件一部分的分解图；
图2是图1套件所用光伏模块的轴测图；
图3是图2光伏模块安装于安装面的侧视图；
图4A是图2光伏模块的顶视图；
图4B是两个图2光伏模块安装成端对端布置的顶视图；
图5A和图5B是图示由图2光伏模块所提供安装区的轴测图；
图5C是图5A和图5B所示安装区的剖视图；
图6A和图6B是与图1套件所用连接器组件相关联的头部部件的轴测图；
图6C是图6A和图6B所示头部的剖视图；
图7A和图7B是图1套件所用凸状连接器和凹状连接器的轴测图；
图8是由图1套件提供的安装后光伏模块阵列的顶视图；
图9A是图8阵列安装所设置联结的放大轴测图；
图9B是图9A所示联结的简化剖视图；
图9C至图9E是图8阵列安装所设置其他联结的轴测图；
图10A至图10C是由图1套件提供的另外的光伏模块阵列安装的轴测图；
图11A是图1套件所用可替代连接器组件的轴测图；
图11B是由根据本发明原理套件所提供光伏模块阵列一部分的轴测图，结合有图11A所示连接器组件；以及
图12是结合有图11A所示连接器组件的光伏模块联结一部分的放大图。
具体实施方式
图1示出根据本发明原理的光伏(PV)模块套件20的一个实施例。套件20包括多个PV模块22(图1示出其中一个)和多个连接器组件24(图1示出其中一个)。下文提供关于各种部件的细节。然而，概括而言，套件20构造成，提供将PV模块22以阵列形式非穿透式安装至安装面，在多个联结处，各连接器组件24使相邻的PV模块22互连。如此完成的联结允许阵列与安装面的轮廓相符，但在最终安装后能够抵抗旋转移动力/力矩。在有些实施例中，连接器组件24允许随后将PV模块22之一从阵列中部分或完全拆下，如下文所述。
PV模块22可以与图2中更具体地示出的一个PV模块22相同。PV模块22包括PV器件30和框架32。PV器件30的PV层压板34被框架32包围，在有些实施例中，用框架32提供支撑面，该支撑面实现PV层压板34相对于平坦安装面(例如，平坦屋顶)的倾斜取向。在这一点上，框架32包括至少一个臂部36(通用标号)，臂部36提供安装区38(通用标号)，安装区38构造成与连接器组件24(图1)对接(interface)，如下文所述。
PV模块22可以采取多种形式，其可以为图2所暗示的，也可以为图2没有暗示出的。例如，PV器件30，包括PV层压板34，可以采用适用于太阳光伏器件的任何当前周知的形式、或将来可能开发的形式。概括而言，PV层压板34由光伏电池阵列组成。可以将玻璃叠层置于光伏电池上以免于环境影响。在有些实施例中，光伏电池有利地包括背面接触式电池(backside-contact cells)，诸如可从加利福尼亚州圣何塞市SunPower公司购买的那些类型。作为参考，在背面接触式电池中，通向外电路的引线在电池背面(即安装时背向太阳的一面)进行连接，以便增加太阳能采集的面积。美国专利No.5,053,083和No.4,927,770也披露了背面接触式电池，这两篇专利的全部内容在此都以引用方式并入本文。也可以使用其他类型的光伏电池，而不脱离本发明范围。例如，光伏电池可以结合薄膜技术，诸如硅薄膜、非硅器件(non-silicon devices)(例如包括砷化镓的III-V族太阳能电池)等等。因此，尽管图中未示出，但在有些实施例中，在PV层压板34之外，PV器件30还可以包括一个以上部件，诸如引线或其他电子部件。
不管确切结构如何，PV层压板34可以描述成限定正面40和周边42(图2中的通用标号)。如果设置有PV器件30的附加部件，其通常位于或者沿着PV层压板34的背面，此背面隐藏在图2的图中。
考虑到对PV器件30尤其是对PV层压板34的上述理解，框架32通常包括构架50，以及自构架50伸出的至少一个臂部36，构架50适合于包围PV层压板34周边42。例如，在图2的一个实施例中，框架32包括第一臂部36a至第四臂部36d。臂部36a至36d连同框架32的其他部件构造成，便于布置PV层压板34，使PV层压板相对于大致平坦表面诸如屋顶倾斜或有坡度取向。例如，构架50可以描述成包括或提供前导端或前框架件60、后端或后框架件62、第一侧或第一侧框架件64、以及第二侧或第二侧框架件66。
考虑到这些约定，图3提供了PV模块22相对于平坦水平表面S的简化图示。尽管隐藏在图3的视图中，PV层压板34上概括方式示出的位置为PV层压板34的平面PPV，该平面PPV另外由正面40(图2)构成。关于图3的布置，框架32相对于平坦表面S以倾斜度或倾角θ支撑PV层压板34。倾角θ也可以定义为形成在PV层压板平面PPV与平坦表面S的平面之间的夹角。在有些实施例中，臂部36(图3中示出其中两个)结合限定支撑面，在该支撑面处，以倾角θ贴着并相对于平坦表面S支撑PV模块22，倾角θ类似地限定在PV层压板平面PPV与支撑面的平面之间。无论哪种情况，在有些结构中，框架32构造成，以1°-30°范围内的倾角θ支撑PV层压板34，在有些实施例中倾角θ在3°-7°范围内，而另外的实施例中倾角θ为5°。作为参考，采用倾斜的PV太阳能采集安装，PV层压板34优选定位成面向南方或向南倾斜(在北半球安装中)。给定这种典型的安装取向，于是，前框架件60可以通常称为南框架件，而后框架件62称为北框架件。然而，在其他实施例中，框架32可以构造成，维持PV层压板34相对于平坦表面S处于大致平行的关系。
回到图2，构架50可以采用多种适合于包围PV层压板34周边42并建立期望倾角θ(图3)的形式。在有些实施例中，框架件60至框架件66分开形成，随后，以在最终构造成形时产生整体结构的方式，再互相装配并与PV层压板34装配。可选择地，可以采用其他制造技术和/或组件，对图2所示的构架50没有限制。
如上所述，框架32包括自构架50伸出的至少一个臂部36a至36d，以提供上述至少一个安装区38c、38d。关于图2的一个非限制性示例，在框架30的最终结构中，第一支撑臂部36a和第二支撑臂部36b是相同的，第三臂部36c和第四臂部36d也是一样。更具体地，第一臂部36a和第二臂部36b自构架50向前框架件60外侧伸出，并伸至前框架件60之外。采用这种结构，由第一臂部36a和第二臂部36b各自所形成的安装区38a、38b纵向位于前框架件60之外(或与之分隔开)。与之相反，第三臂部36c和第四臂部36d自构架50向后框架件62外伸出，并伸至后框架件62之外。与第一臂部36a和第二臂部36b的情况一样，第三臂部36c和第四臂部36d的延伸，使对应的安装区38c、38d纵向位于后框架件62之外或与之分隔开。
在一些方面，第一臂部36a和第二臂部36b可以与第三臂部36c和第四臂部36d不同。例如，第一臂部36a与第二臂部36b之间的横向间隔小于第三臂部36c与第四臂部36d之间的横向间隔，并对前一横向间隔进行选择，以便于两个PV模块22以端对端布置方式装配作为阵列的一部分。例如，以及，参照图4A，第一或外侧横向间隔L1限定在第一臂部36a和第二臂部36b的外表面70之间(至少沿着对应的安装区38a、38b)。第二或内侧横向间隔L2限定在第三臂部36c和第四臂部36d的内表面72之间(至少沿着对应的安装区38c、38d)。第三臂部36c与第四臂部36d之间的距离稍稍大于第一臂部36a与第二臂部36b之间的距离，外侧横向间隔L1近似等于内侧横向间隔L2。采用这种结构，于是，相邻的PV模块22a、22b可以端对端方式布置，并安装作为图4B所示阵列安装的一部分，第一PV模块22a的第一臂部36a和第二臂部36b布置在第二PV模块22b的第三臂部36c与第四臂部36d之间。更特别地，由臂部对36a、36b与臂部对36c、36d实现这样的横向间隔，使第一PV模块22a第一臂部36a的外表面70定位成贴着第二PV模块22b第三臂部36c的内表面72。对于第一PV模块22a的第二臂部36b和第二PV模块22b的第四臂部36d，进行类似方式布置。
回到图2，第一臂部36a和第二臂部36b与第三臂部36c和第四臂部36d之间附加的可选差异可以包括：第三臂部36c和第四臂部36d的纵向长度(相对于后框架件62)大于第一臂部36a和第二臂部36b的纵向长度(相对于前框架件60)。在有些实施例中，此附加长度或表面积便于用第三臂部36c和第四臂部36d提供一个以上任选特征。例如，第三臂部36c和第四臂部36d可以包括或形成有导风板组件功能部件80(涉及第四臂部36d的通用标号)，其构造成使PV模块22与导风板(未示出)可释放方式(releasably)相关联。此外，可以设置压载连接功能部件82(涉及第三臂部36c的通用标号)，其构造成便于可释放方式使压载托盘(未示出)与PV模块22相关联。最后，第三臂部36c和第四臂部36d可以形成扩大的底面84(涉及第四臂部36c的通用标号)，其构造成更好地保证将PV模块22稳定安装至安装面上(也就是，底面84形成上文针对图3所述的支撑面的一部分)。臂部36a至36d中的一个或多个可以结合有附加的功能部件；可选择地，上述功能部件80至84中的一个或多个可以省略。
尽管如上所述第一臂部36a和第二臂部36b可以与第三臂部36c和第四臂部36d不同，但在一些实施例中，与各臂部36a至36d相关联的安装区38是相同的。考虑到这一点，图5A和图5B更具体地示出与第四臂部36d相关联的安装区38d。安装区38d形成或限定于臂部36d的自由端90或与之相邻，并且包括内面92(图5A)、外面94(图5B)、以及通道96。内面92在一些实施例中相对平坦或平滑，而外面94可以包括或限定加强肋98。可选择地，外面94也可以相对平滑或平坦，与内面92相似。然而，采用图5B的一个实施例，沿外面94设置接合面100，并且使其大小合适，以与下文所述的连接器组件24(图1)的对应部件对接。
无论确切结构如何，内面92和外面94结合限定如图5C所示安装区38d的厚度TA。通道96延伸穿过厚度TA，并在内面92和外面94开口。通道96大小为适合收纳如下文所述连接器组件24(图1)的部件。
安装区38d能选择性地采用广泛多样的其他结构。类似地，尽管臂部36a至36d(图2)描述成具有相同方式形成的安装区38(图2)，但在其他实施例中，对于臂部36a至36d中的一个或多个，安装区38也可以不同。更概括而言，与各臂部36a至36d相关联的安装区38构造成，以有利于安装区38与连接器组件24之间摩擦锁定接合的方式，使安装区38与连接器组件24(图1)对接。
回到图1，连接器组件24各自包括至少一个凸状连接器110和一个凹状连接器112。此外，至少有些连接器组件24包括一个以上间隔连接器114。下面，提供有关各个连接器110至114的细节。然而，概括而言，各连接器110至114包括头部116，所有连接器110至114(以及，随套件20另外提供的所有连接器组件24)的头部116都是相同的。
头部116更详细地示于图6A至图6C中。头部116完全(全部)由塑料或其他非导电材料(例如，PPO/PS(聚苯醚共聚物/聚苯乙烯共混物)或PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯))形成，以及，头部116限定内侧120、外侧122、以及周边124。厚度TH(图6C)限定在侧面120、122之间，头部16进一步形成有孔126，孔126在侧面120、122之间延伸，并相对于侧面120、122开口。如下文将描述的，头部厚度TH与上述的安装区厚度TA(图5C)相当。
尽管头部116可以采用与图6A和图6B所示不同的多种形状及大小，但在一些实施例中，周边124为大致圆形，限定有一个或多个槽部128，用于由用户手指进行抓握。侧面120、122还可以采用多种形式，在一些实施例中，头部116包括一个或多个自第二侧22伸出的加强肋130(图6B)。另外，至少内侧120形成接合面132。在使用期间，接合面132适合于与对应框架安装区38(图1)的接合面100(图5B)建立摩擦接合，以及，接合面132可以具有如图所示的环形形状。接合面132形成为对应侧(例如，如图6A所示的内侧120)凸起部分的情况下，在接合面132处(或相对于接合面132)，限定头部厚度TH。
如下所述，头部116可以用作本发明凸状连接器110、凹状连接器112、或间隔连接器114(图1)中任何一个的一部分，因此，头部116是套件20(图1)的通用部件。例如，头部116作为间隔连接器114，不用作任何改动。将适当的紧固件装配至头部116，以形成凸状连接器110或凹状连接器112。例如，确定孔126的大小及形状，以摩擦方式收纳并维持下述凸状紧固件或凹状紧固件。如图6C中清楚示出，在一些实施例中，孔126包括第一段134和第二段136。第一段134自内侧120延伸，并相对于内侧120开口。第二段136自外侧122延伸，并相对于外侧122开口，而且，第二段136的横向尺寸大于第一段134的横向尺寸。更特别地，使第二段136的大小及形状适合于维持凸状紧固件或凹状紧固件，并可以具有六边形形状(如图6B所示)。在可替代实施例中也可采用其他形状，对应的凸状紧固件或凹状紧固件具有相似的形状以用于随后的装配。在另一些实施例中，可以采用不同的制造技术，用于将紧固件联接至头部116，以及/或者，孔126可以是均匀的。无论哪种情况，通过提供头部116作为通用品，可以在大量生产的基础上容易地制造出不同的连接器110至114，以及因此得到多个连接器组件24。
基于上述对头部116的理解，凸状连接器110包括凸状紧固件140，凸状紧固件140装配至头部116，并自头部116伸出，如图7A和图7B所示。为了清楚起见，图7A和图7B中凸状连接器头部标记为“116a”。凸状连接器140可以采用多种形式，以及，在有些实施例中其为螺纹金属加工螺栓，包括基部142(图7B中最清楚)和外螺纹轴144。基部142可以以多种方式连接在头部116a的孔126内。例如，基部142的尺寸设计成适合于摩擦方式保持在孔126内(例如，六边形形状)；头部116a可以成型在基部142周围；等等。无论哪种情况，轴144自头部116a的内侧120伸出，终止于端部146。轴144自内侧120伸出的部分限定凸状紧固件的延伸长度。基部142有效地嵌置在头部116a的厚度TH(图6C中清楚示出)内，并且，横向上与外侧122分隔开(图7B)。因此，尽管经由外侧122/孔126从外部可到达基部142，但外侧122在外面遮蔽或保护基部142的露出部分。
凹状连接器112包括头部(出于清楚的目的，图7A和图7B中标记为“116b”)以及凹状紧固件150。凹状紧固件150可以采用多种形式，并通常构造成，选择性地与凸状紧固件140相接合。因此，在有些实施例中，凹状紧固件150是内螺纹金属螺母。与凸状紧固件140的情况一样，凹状紧固件150可以以多种方式装配至头部116b，包括将凹状连接器/螺母150插入并摩擦方式保持在头部116b的孔126内。因此，在孔126具有六边形形状的情况下，凹状连接器/螺母150也是六边形的。可选择地，头部116b可以成型在凹状连接器150周围。无论哪种情况，凹状连接器150有效地嵌置在头部116b的厚度TH(图6C中清楚示出)内。采用这种结构，尽管经由孔126从外部可到达凹状连接器150，但侧面120、122在外面遮蔽并保护凹状连接器150。
回到图1，套件20提供多种不同阵列化结构，其中连接器组件24使阵列化的PV模块22以非穿透方式互连。例如，图8示出由根据本发明套件20有助于得到的一种简化阵列170。阵列170包括第一PV模块22a至第四PV模块22d、以及第一连接器组件24a至第五连接器组件24e。在图8所示的安装后阵列状态下，在PV模块22a至22d中的两个或多个PV模块经由连接器组件24a至24e中对应的一个连接器组件互连的位置处，设置一个或多个联结172(通用标号)。
例如，第一联结172a限定四个PV模块22a至22d各自之间的共同互连。第一联结172a更详细地示于图9A中，以及，第一联结172a包括第一PV模块22a的第一臂部36a、第三PV模块22c的第三臂部36c、第四PV模块22d的第四臂部36d、和第二PV模块22b的第二臂部36b的安装区38(图2中清楚示出)，以及包括第一连接器组件24a。第一连接器组件24a包括一个凸状连接器110和一个凹状连接器112。尽管隐藏在图9A的图中，但与各臂部36a至36d的安装区38相关联的通道96互相对齐，并使凸状连接器110与凹状连接器112相接合。更特别地，如图9B所示，轴144延伸穿过对齐的通道96，并与凹状紧固件150螺纹接合。在这一点上，可以通过拧紧/收紧凸状连接器110和凹状连接器112，使臂部36a至36d相对彼此刚性固定，使得在锁定状态下，凹状连接器112的头部116与第一臂部36a摩擦方式接合，以及，凸状连接器110的头部116与第二臂部36b摩擦方式接合。在有些实施例中，头部116容易被安装人员的手握持，因而，通过手动收紧即可达到锁定联结，而不用使用工具。然而，需要时，也可以采用工具，以进一步收紧连接器组件24a。
在各PV模块22a至22d的至少臂部36a至36d由塑料或其他非导电材料形成的实施例中，所得到的第一联结172a特征在于基本为电绝缘的。更特别地，继续参照图9B，轴144的凸状紧固件延伸长度小于由臂部36a至36d和凹状连接器112的头部116所限定的结合厚度TC。采用这种结构，虽然在图9B的锁定状态下轴144延伸至凹状紧固件50并与之螺纹方式接合，但轴144并未明显向外伸出到凹状连接器112之外。因此，整个轴144实质上被塑料或其他非导电性材料横向包围。此外，经由对应头部116的孔126，凸状紧固件140的基部142以及凹状紧固件150一定程度上露出，同时，基部142和凹状紧固件150在横向上且局部在纵向上被对应头部116遮蔽或覆盖。因此，头部116有效地使安装人员的手指无法触及金属部件142、150，使得第一联结172a不要求电接地。最后，图9B大体示出在锁定状态下第一臂部36a与凹状连接器112的头部116之间的摩擦接合、以及第二臂部36b与凸状连接器110的头部116之间的摩擦接合。
回到图8，第二联结172b由第二连接器组件24b形成在第二PV模块22b与第四PV模块22d之间。如图9C所示，第二联结172b包括第二PV模块22b的第一臂部36a和第四PV模块22d的第三臂部36c的安装区38(通用标号)，还包括第二连接器组件24b。第二连接器组件24b包括一个凸状连接器110、一个凹状连接器112、以及两个间隔连接器114a、114b。同样，将各臂部36b、36d的安装区38对齐，轴144(图7A和图7B)延伸穿过对应通道96(隐藏在图9C中)。间隔连接器114a、114b相对于轴144类似方式布置，轴144延伸穿过对应的孔126(图6A和图6B)。如前文所述，凸状连接器110与凹状连接器112相接合，经由间隔连接器114a、114b，用部件110、112的收紧实现臂部36b、36d之间的刚性摩擦锁定或接合。尽管间隔连接器114a、114b示为分别布置在臂部36a或36c的相反侧，在其他结构中，第二联结172b也可以包括置于臂部36a、36c中任意一个的一侧的两个间隔连接器114a、114b。无论哪种情况，各间隔连接器114a、114b(经由对应头部116)的厚度TH(图6C)与各臂部36a、36c的安装区厚度TA(图5C)近似。结果，臂部36a、臂部36c、间隔连接器114a、间隔连接器114b、以及凹状连接器112的头部116的结合厚度包围轴144。因此，如上文针对第一联结172a(图8)所述，第二联结172b基本电绝缘。
回到图8，除了由第一PV模块22a的第二臂部36b和第三PV模块22c的第四臂部36d的安装区38(通用标号)、以及第三连接器组件24c形成之外，第三联结172c与上述第二联结172b本质上相同。在这一点上，尽管图8中不完全可见，但如上所述，第三连接器组件24c包括一个凸状连接器110、一个凹状连接器112、以及两个间隔连接器114。
阵列170的第四联结172d包括第三PV模块22c的第一臂部36a和第四PV模块22d的第二臂部36b的安装区38(通用标号)，还包括第四连接器组件24d。同样，将与臂部36a、36b相关联的安装区38对齐，第四连接器组件24d在安装区38之间建立刚性连接。参照图9D，第四连接器组件24d包括一个凸状连接器110、一个凹状连接器112、以及两个间隔连接器114a、114b。间隔连接器114a、114b装配在凸状连接器110的轴144(图7A和图7B)上，并置于臂部36a与臂部36b之间。间隔连接器114a、114b/头部116的头部厚度TH(图6C)与臂部安装区38的厚度TA(图5C)相当，使得最终装配后，金属凸状紧固件140和金属凹状紧固件150(图7A和图7B)如先前所述基本电绝缘。
回到图8，第五联结172e包括第一PV模块22a的第三臂部36c和第二PV模块22b的第四臂部36d的安装区38(通用标号)，还包括第五连接器组件24e。如图9E所示，第五连接器组件24e包括一个凸状连接器110、一个凹状连接器112、以及两个间隔连接器114a、114b。同样，将臂部36c、36d所设置的安装区38对齐，并经由第五连接器组件24e使其刚性互连。如图所示，间隔连接器114a、114b置于臂部36c、36d的相反侧，并且如上所述起到保证第五联结172e实质上电绝缘的作用。注意，图9E示出分别装配至PV模块22a、22b的可选导风板180a、180b。
图8的阵列170不过是由根据本发明PV模块套件所提供的非穿透式安装至大致平坦表面(例如，最大坡度2:12)的一个示例。可以经由任意数量的连接器组件24使任意数量的PV模块彼此互连。概括而言，为每个PV模块联结设置一个连接器组件24。在所讨论的联结由四个PV模块组成的情况下，对应的连接器组件包括一个凸状连接器110和一个凹状连接器112。如果在所讨论的联结处将少于四个的PV模块结合在一起，那么，每“少”一个PV模块22，就插入一个间隔连接器114。间隔连接器114避免暴露过多的螺栓材料，并因此减少潜在的触电危害。此外，连接器组件24在PV模块框架之间(经由摩擦)建立刚性连接，因而，在阵列化的格式(形式)中，通过抵抗在对应联结处产生的力矩，阵列的各行都有助于避免相邻行倾覆。
除了有利于不使用手动工具而快速装配期望阵列之外，根据本发明的PV模块套件以及对应装配的PV模块阵列，可选地便于安装后阵列进行简单变更。更特别地，在如上所述的锁定状态下，连接器组件24可以装配至对应PV模块22，藉此，使对应的PV模块22摩擦方式刚性互连。另外，连接器组件24可以布置成松动状态，藉此，使对应的PV模块22松动地互连，而且可绕连接器组件24相对彼此移动(也就是，凸状连接器110与凹状连接器112相结合，但并未将部件110、112充分收紧以使PV模块22刚性接合)。在松动状态下，包括特定联结的相邻PV模块22可以相对于彼此稍稍转动，以顺应沿安装面的变化。因此，在对应连接器组件收紧之前，通过连接/联结点的“调整”，可以容易地使对应阵列与具有不均匀平整度(即坡度局部变化)的屋顶相符合(例如，顺应在南北方向坡度方面的变化)。PV模块臂部本身的灵活性可以进一步提升阵列对安装面不均匀(例如，对于东西方向坡度的变化)的顺应性能。
除了以上所述，松开和/或取下与特定PV模块22相关联的两个(或更多)连接器组件24，允许PV模块22更明显的移动。例如，图10A示出另一种PV模块阵列190，其由布置成列192和行194的第一PV模块22a至第九PV模块22i组成。PV模块22a至22i都是经由对应的连接器组件24(通用标号)在联结处彼此互连。然而，对于第五PV模块22e，从与其第一臂部36a及第二臂部36b的接合中取下连接器组件(或初始即未装配)。此外，使分别与第三臂部36c及第四臂部36d相关联的连接器组件24a至24b处于松动状态，藉此，臂部36c、36d与相邻的PV模块22d、22f至22i相连接，但可相对于后者移动。特别地，臂部36c、36d分别绕与第一连接器组件24a及第二连接器组件24b相关联的凸状紧固件140(图7A和图7B)枢轴转动，使第五PV模块22e可相对于阵列190转动。图10B示出第五PV模块22e相对于阵列190的类似转动布置，第五PV模块22e在第一臂部36a及第二臂部36b处枢轴转动。最后，图10C示出通过从第一臂部36a至第四臂部36d取下对应连接器组件24(未示出)，可将第五PV模块22e整个从阵列190取下。
在阵列内，通过从任何指定PV模块22的臂部对36a、36b或臂部对36c、36d分离两个连接器组件24，就可以使PV模块22向上转动，以便于接近安装面(即屋顶)。此外，如果与特定PV模块22相关联的全部四个连接部分都取下，就可以将PV模块22完全抬起而脱离阵列。
上述连接器组件24不过是根据本发明多个方面中的一种可接受结构。例如，头部116(图6A)可以包括或者形成有横向延伸的凸部(例如，放射状图案)，该凸部与对应狭槽直接接合，狭槽形成在由PV模块框架30(图2)所提供的安装区38中或由其形成。采用这种结构，经由离散角度的对接，可以达到更具刚性的接合。
另一实施例的连接器组件200示于图11A，并且包括连接器或头部202，连接器或头部202形成有多个台肩204a至204c、凸状紧固件206、以及凹状紧固件208(例如，孔)。如图11B所示，PV模块框架212设置有对应的孔210，台肩204的阶状布置使其大小适合于适配在孔210内。考虑到这一点，孔210由多个阶状肩部214a至214c限定，肩部214a至214c与阶状台肩204a至204c(图11A)相对应。
在使用期间，参照图12，“横过”PV模块框架臂部36a’至36d’排列，装配一对连接器202(图12中可看到其中一个)，各连接器202的凸状紧固件206(图11A)穿过臂部36a’至36d’的孔210(图11B)，并与另一连接器202的凹状紧固件208相接合。结果，如图12所示，连接器组件200可以配置成将四个PV模块臂部36a’至36d’互连。在所讨论的联结仅由臂部36a’至36d’中的两个臂部组成的情况下，台肩204a至204c(图11A)与肩部214a至214c(图11B)之间的阶状对接关系，将连接器202相对于彼此定位在期望部位，用于“锁定”臂部36a至36d’中的两个臂部。无论哪种情况，由于方形头部202在方形孔210内不能转动，连接器组件200提供刚性互连(例如，抵抗经连接的PV模块发生旋转移动的能力)。在有些实施例中，在这些部分中设计进较小程度的转动，以顺应安装面在坡度方面的局部性变化。
尽管本发明根据优选实施例加以描述，但是对于本领域技术人员来说，可以容易地对上述实施方案的形式和细节进行改变，而不脱离本发明的精神和范围。例如，尽管框架描述成包括四个臂部，但在其他实施例中，可以设置更少或更多数量的臂部。同理，尽管各种臂部描述成形成为特定框架件(例如，侧框架件)的一部分，但在其他实施例中，一个以上的臂部也可以自其它框架件伸出(或者形成为其它框架件的一部分)。

Claims (25)

1.一种光伏模块套件，用于在大致平坦安装面上进行非穿透式安装，所述套件包括：
多个光伏模块，各包括：
光伏层压板，
框架，其与所述光伏层压板装配并形成有安装区；以及多个连接器，包括：
凸状连接器，其具有自头部伸出的凸状紧固件，
凹状连接器，其具有装配在头部内的凹状紧固件，所述凹状紧固件适合与所述凸状紧固件相接合，
其中，所述头部完全由塑料形成；
其中，所述套件构造成提供具有第一联结的安装后阵列状态，在所述第一联结处，使至少两个所述光伏模块的安装区对齐，以及，通过所述凸状连接器与所述凹状连接器相接合使对齐的安装区互连，所述第一联结基本上电绝缘，
其中，各所述光伏模块的框架包括构架和多个臂部，所述构架包围对应光伏层压板的周边，所述臂部自所述构架伸出并伸至所述构架之外，各所述臂部提供各自的安装区，以及，进一步，其中，所述第一联结进一步包括第一光伏模块的臂部、第二光伏模块的臂部、第三光伏模块的臂部、以及第四光伏模块的臂部，由与所述凹状连接器相接合的所述凸状连接器，使上述各臂部互连。
2.根据权利要求1所述的套件，其中，所述凸状紧固件和所述凹状紧固件是金属。
3.根据权利要求2所述的套件，其中，所述第一联结包括的金属紧固件基本上包围在塑料内。
4.根据权利要求3所述的套件，其中，所述凸状紧固件是具有基部和轴的螺栓，所述基部和所述轴结合限定一定长度，以及，进一步，其中，所述第一联结包括连续布置的塑料部件，所述塑料部件形成通路，所述通路的长度加上所述凸状连接器头部的厚度大于所述螺栓的长度。
5.根据权利要求4所述的套件，其中，所述基部嵌置在所述凸状连接器头部内。
6.根据权利要求5所述的套件，其中，所述凹状连接器是嵌置在对应头部内的螺母。
7.根据权利要求1所述的套件，其中，所述多个连接器进一步包括：
间隔连接器，其包括形成有孔的头部，所述孔大小适合于可滑动方式收纳所述凸状紧固件的一部分。
8.根据权利要求7所述的套件，其中，所述头部是相同的。
9.根据权利要求8所述的套件，其中，各所述头部具有圆形周边，所述圆形周边形成有多个指槽。
10.根据权利要求7所述的套件，其中，所述第一联结进一步包括两个所述间隔连接器。
11.根据权利要求1所述的套件，其中，各所述光伏模块的框架完全由塑料形成。
12.根据权利要求1所述的套件，其中，所述凸状连接器和所述凹状连接器构造成在锁定状态与松动状态之间转变，所述锁定状态包括所述凸状连接器的头部与所述第一光伏模块的臂部摩擦方式接合，以及，所述凹状连接器的头部与所述第四光伏模块的臂部摩擦方式接合。
13.根据权利要求12所述的套件，其中，所述松动状态包括所述第一联结的各臂部可绕所述凸状连接器的螺栓部分转动。
14.根据权利要求1所述的套件，其中，所述连接器包括多个凸状连接器和多个凹状连接器，以及，进一步，其中，由所述套件提供的安装后阵列状态包括第二联结，所述第二联结包括：
所述第一光伏模块的第二臂部的安装区与所述第二光伏模块的第二臂部的安装区对齐，并由装配至第二凹状连接器的第二凸状连接器使对齐的安装区互连。
15.根据权利要求14所述的套件，其中，所述连接器进一步包括多个间隔连接器，各所述间隔连接器包括形成有孔的头部，所述孔大小适合可滑动方式收纳所述凸状紧固件的一部分，以及，进一步地，其中，所述套件构造成，使所述第二联结包括：第一间隔连接器，其置于所述第二凸状连接器的头部与所述第一光伏模块的第二臂部之间；以及第二间隔连接器，其置于所述第二凹状连接器的头部与所述第二光伏模块的第二臂部之间。
16.根据权利要求14所述的套件，其中，所述连接器进一步包括多个间隔连接器，各所述间隔连接器包括形成有孔的头部，所述孔大小适合于可滑动方式收纳所述凸状紧固件的一部分，以及，进一步地，其中，所述套件构造成，所述第二联结包括置于所述第二臂部之间的两个所述间隔连接器。
17.一种光伏模块套件，用于在大致平坦安装面上进行非穿透式安装，所述套件包括：
多个相同方式形成的光伏模块，各所述光伏模块包括：
光伏层压板，
构架，其包围所述光伏层压板的周边；
第一臂部和第二臂部，自所述构架的第一端伸出，并伸至所述构架的第一端之外；
第三臂部和第四臂部，自所述构架中与所述第一端相反的第二端伸出，并伸至所述构架第二端之外，
其中，各所述臂部形成安装区；
多个相同方式形成的连接器头部，其各自形成有孔；
多个凸状紧固件，其分别自一些所述连接器头部伸出，以限定凸状连接器；以及
多个凹状紧固件，其分别安装至一些所述连接器头部，以限定凹状连接器；
其中，至少一些所述连接器头部限定间隔连接器；
其中，所述套件构造成，在安装后阵列中在两个以上所述光伏模块之间提供多个安装联结，包括：
多个第一联结，所述第一联结包括一个所述凸状连接器和一个所述凹状连接器，各互连四个所述光伏模块的一个安装区；
多个第二联结，各所述第二联结包括一个凸状连接器、一个凹状连接器、以及两个间隔连接器，各互连两个所述光伏模块的一个安装区。
18.根据权利要求17所述的套件，其中，所述构架、所述臂部、以及所述头部完全由塑料形成。
19.根据权利要求18所述的套件，其中，所述凸状紧固件是螺纹螺栓，以及，所述凹状紧固件是螺纹螺母。
20.根据权利要求17所述的套件，其中，对于每一个所述光伏模块，所述套件包括两个凸状连接器、两个凹状连接器、以及四个间隔连接器。
21.一种光伏模块安装结构，包括：
光伏模块阵列，其包括相同方式形成的光伏模块的行和列，所述阵列包括第一光伏模块，所述第一光伏模块包括：
光伏层压板，
构架，其包围所述光伏层压板的周边；
第一臂部和第二臂部，其自所述构架的第一端伸出，并伸至所述构架的第一端之外，
第三臂部和第四臂部，其自所述构架中与所述第一端相反的第二端伸出，并伸至所述构架的第二端之外，
第一连接器组件，其将所述第一臂部与相邻于所述第一光伏模块的光伏模块可拆装方式互连；
第二连接器组件，其将所述第二臂部与相邻于所述第一光伏模块的光伏模块可拆装方式互连；
第三连接器组件，其将所述第三臂部与相邻于所述第一光伏模块的光伏模块可拆装方式互连；以及
第四连接器组件，其将所述第四臂部与相邻于所述第一光伏模块的光伏模块可拆装方式互连；
其中，所述连接器组件各自包括：
凸状连接器，其包括头部和凸状紧固件；
凹状连接器，其包括头部和凹状紧固件；
其中，所述头部是相同的。
22.根据权利要求21所述的安装结构，其中，至少一个所述连接器组件进一步包括两个间隔连接器，各所述间隔连接器包括形成有孔的头部，所述孔大小适合于可滑动方式收纳所述凸状紧固件的一部分。
23.根据权利要求21所述的安装结构，其中，可手动使各所述连接器组件在收紧状态、松动状态、以及取下状态之间转变，以及，进一步地，其中，在所述第三连接器组件和所述第四连接器组件处于取下状态、且所述第一连接器组件和所述第二连接器组件处于松动状态的情况下，所述第一光伏模块在所述第一臂部和所述第二臂部处可相对于所述阵列枢轴转动。
24.根据权利要求21所述的安装结构，其中：
所述第一连接器组件使所述第一臂部与如下部件互连：
第二光伏模块，其位于与所述第一光伏模块相邻的第一列中、并且位于所述第一光伏模块的行中，
第三光伏模块，其位于所述第一列中、并且位于与所述第一光伏模块相邻的第一行中，
第四光伏模块，其位于所述第一光伏模块的列中、并且位于所述第一行中；
所述第二连接器组件使所述第二臂部与如下部件互连：
第四光伏模块，
第五光伏模块，其位于与所述第一光伏模块相邻的第二列中、并且位于所述第一行中，
第六光伏模块，其位于所述第二列中、并且位于所述第一光伏模块的行中，
第七光伏模块，其位于所述第二列中、并且位于与所述第一光伏模块相邻的第二行中；
所述第三连接器组件使所述第三臂部与如下部件互连：
所述第六光伏模块，
所述第七光伏模块，
第八光伏模块，其位于所述第一光伏模块的列中、并且位于所述第二行中；以及
所述第四连接器组件使所述第四臂部与如下部件互连：
所述第八光伏模块，
第九光伏模块，其位于所述第一列中、并且位于所述第二行中，
所述第二光伏模块。
25.一种以非穿透方式将光伏模块阵列安装至大致平坦安装面的方法，包括：
提供多个光伏模块，各所述光伏模块包括：
光伏层压板，
构架，其包围所述光伏层压板的周边，
第一臂部和第二臂部，其自所述构架的第一端伸出并伸至所述构架的第一端之外，
第三臂部和第四臂部，其自所述构架中与所述第一端相反的第二端伸出并伸至所述构架的第二端之外，
其中，各所述臂部形成安装区；
将所述光伏模块布置成包括行和列的阵列；以及
经由包括至少凸状连接器和凹状连接器的对应连接器组件，使各所述光伏模块的至少一个臂部与另一相邻光伏模块的至少一个臂部刚性互连，
其中，刚性互连的步骤手动完成而不使用工具。
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