CN102227003B - 一种建筑光伏构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便于维修和拆换的建筑PV构件，包括光伏电池组件和钢架支撑系统，所述光伏电池组件通过钢架支撑系统与建筑紧密结合。光伏电池组件带有上弹簧连接模块，不需要专业工作人员和特殊专用拆卸工具，就能实现光伏电池组件的安装和拆卸。上弹簧连接模块具有自锁功能，不需要额外的螺栓连接件，就能将光伏电池组件固定在建筑支撑钢架上。建筑PV构件的钢架支撑系统与走线盒合二为一，大大降低了线路的复杂程度。这样就使光伏电池组件线路的连接方式简单易行，安装光伏电池组件如同安装干电池一样，安装后只需用开关控制线路通断。本PV构件构造简单，安装拆卸方便，容易实现光伏电池组件的维修及更换，从而节约了人力和物力。

Description

一种建筑光伏构件

技术领域

本发明涉及太阳能光伏建筑PV构件的维修和拆换，具体是一种便于维修和拆换的建筑PV构件，通过简单易行的弹簧连接件将其与建筑结合，同时避免复杂的线路连接，实现太阳能光伏建筑一体化。 

背景技术

在全球常规能源日益紧张的大环境背景下，太阳能是当今可再生能源开发利用的首选之一，其对常规能源短缺的可弥补性和可替代性的优势日益显现。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富、利用方便，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。加强可再生能源开发利用，是应对日益严重的能源和环境问题的必由之路，也是人类社会实现可持续发展的必由之路。为了使太阳能的利用向实用化进一步推进，需大力加强太阳能技术的基础研究。 

太阳能利用的重要途径之一是研制太阳能光伏电池。进入本世纪以来，随着太阳能光伏电池效率的提高和成本的降低，其相关光伏发电产品逐步从个别高端应用领域转向国民经济的各个领域，其未来发展前景十分看好。 

光伏电池组件简称PV构件，是一种暴露在阳光下会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体材料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。光伏组件可以制成不同形状，而组件又可以连接，以适应建筑形式要求。由于光伏电池组件安装后长时间处于无人监控状态，所以需要定期检查、维修和护理，对于损坏的光伏组件给予更换，保证光电转换正常进行。 

PV构件和建筑集成后属于建筑的一部分，其健康程度直接影响到建筑的功能。尤其是光伏建筑一体化(BIPV：Building Integrated Photovoltaic)形式的建筑，PV构件的维修和更换是解决光伏产品在建筑中推广和应用所遇难题的有效措施。因为即使PV构件能达到与建筑同寿命，但随着PV新产品发电效率的快速提升和制造成本的迅速下降(如同计算机和手机产品的发展一样)，建筑既有PV构件的更新换代势在必行。所以，为了遵循市场发展规律，设计一种可更换、易维修的建筑PV构件，对满足当前光伏产业的市场需求很有必要。 

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种便于维修和拆换的建筑PV构件。 

技术方案：为了解决上述问题，本发明的技术方案如下： 

一种便于维修和拆换的建筑PV构件，包括光伏电池组件和钢架支撑系统，所述光伏电池组件通过钢架支撑系统与建筑紧密结合，实现光伏建筑一体化。 

所述光伏电池组件包括光伏电池板、上弹簧连接模块、下固定连接模块，所述上弹簧连接模块安装在所述光伏电池板的一侧，所述下固定连接模块安装在所述光伏电池板的另一侧。其中所述光伏电池板与上弹簧连接模块和下固定连接模块为一个整体。 

所述上弹簧连接模块包括与光伏电池板固定的C型支架、滑块，在C型支架的内部安装有滑块和一端固定在支架上的弹簧，所述弹簧的另一端与滑块相连；露在支架外的滑块端部上设有正负极电路接触点。 

所述上弹簧连接模块利用弹簧的自锁功能，在安装时推动滑块，安装后在弹簧的作用下光伏电池组件自锁，将光伏电池组件固定在钢架支撑系统中。上弹簧连接模块具有自锁功能，不需要额外的螺栓连接件，就能将光伏电池组件固定在建筑支撑钢架上。除了有固定连接的功能外，上弹簧连接模块还自带接通导线功能，不需额外的电线，就能将光伏电池板接到电路中。弹簧连接的优点在于灵活方便，使光伏电池组件的安装固定具有适应性和可调节性，既保证了光伏电池板与主电路的充分接触，也保证了组件与组件之间有一定的热胀冷缩活动空间。 

所述光伏电池组件的下固定连接模块可以采用焊接的方式与光伏电池板连接，下固定连接模块在光伏电池组件安装后起到承重、限位、固定的作用。 

所述钢架支撑系统包括纵向主支撑型钢、横向承接型钢和连接件，所述纵向主支撑型钢通过连接件与横向承接型钢固定，所述光伏电池板通过上弹簧连接模块、下固定连接模块连接在横向承接型钢上。 

所述纵向主支撑型钢采用“工”字型钢的形式。所述“工”字型钢通过连接件与横向承接型钢相连，“工”字型钢的电路走线盒安置在与横向承接型钢连接的一侧；“工”字型钢的另一侧与建筑直接相连。 

所述横向承接型钢内含预留光伏电池板的连接孔洞以及电路走线盒。在所述横向承接型钢上预留与所述上弹簧连接模块和下固定连接模块对应的光伏电池板的连接孔洞，在与上弹簧连接模块对应的预留连接孔洞上有与上弹簧连接模块对应的正负极电路接触点。所述横向承接型钢承接的对象是光伏电池组件和纵向主支撑型钢。 

所述纵向主支撑型钢内置用于安置光伏电池组件与系统设备之间所需的电缆的走线盒和走线孔。 

所述横向承接型钢内置用于安置光伏电池组件与系统设备之间所需的电缆的走线盒和走线孔。 

所述横向承接型钢采用C型钢。 

有益效果：与现有技术相比，本发明不但设计简单、方便、灵活，安装成本低，而且在推广太阳能光伏建筑应用方面具有很大程度上的示范意义，对推进建筑节能等方面具有积极的现实意义。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明中光伏电池组件的结构示意图； 

图3为图2的侧视图； 

图4为上弹簧连接模块的结构示意图； 

图5为下固定连接模块的结构示意图； 

图6为纵向主支撑型钢的结构示意图； 

图7为横向承接型钢的结构示意图； 

图8为横向承接型钢上对应上弹簧连接模块预留孔的相应正负极的电路接触点； 

图9为钢架支撑系统连接示意图； 

图10为连接件的结构示意图； 

图11为PV构件展示应用图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述： 

如图1所示，一种便于维修和拆换的建筑PV构件，包括光伏电池组件1和钢架支撑系统2。光伏电池组件1通过钢架支撑系统2与建筑紧密结合，实现光伏建筑一体化。 

如图2至图5所示，光伏电池组件1包括光伏电池板3、上弹簧连接模块4、下固定连接模块5。上弹簧连接模块4安装在光伏电池板3的一侧，下固定连接模块5安装在光伏电池板3的另一侧。上弹簧连接模块4包括与光伏电池板3固定的C型支架20、滑块19，在C型支架20的内部安装有滑块19和一端固定在支架上的弹簧17，弹簧17的另一端与滑块19相连；露在支架外的滑块19端部上设有正负极电路接触点18。光伏电池板3与上弹簧连接模块4和下固定连接模块5焊接成一个整体。 

光伏电池组件1线路连接采用“干电池正负极”的模式，上弹簧连接模块4扮演了“干电池正负极”的角色。上弹簧连接模块4包括滑块19和弹簧17。上弹簧连接模块4滑块19的端部有“正负极电路接触点18”。上弹簧连接模块4利用弹簧17的弹力伸缩功能，在安装时推动滑块19，安装后在弹簧17的作用下光伏电池组件1自锁，将光伏电池组件1固定在钢架支撑系统2中。光伏电池组件1的下固定连接模块5可以采用焊接的方式与光伏电池板3连接，下固定连接模块5在光伏电池组件1安装后起到承重、限位、固定的作用。 

如图6至图10所示，钢架支撑系统2包括纵向主支撑型钢6、横向承接型钢7；其中纵向主支撑型钢6采用“工”字型钢的形式。“工”字型钢通过连接件16与横向承接型钢7相连，“工”字型钢的电路走线盒8安置在与横向承接型钢7连接的一侧；“工”字型钢的另一侧与建筑直接相连，在纵向主支撑型钢6上设有供连接件16穿过的预留孔10。横向承接型钢7采用“C”型钢，内含预留光伏电池板3的连接孔洞以及电路走线盒，在横向承接型钢7上设有供连接件16穿过的预留孔15，与纵向主支撑型钢6通过连接件16连接固定。在横向承接型钢7上分别预留对应光伏电池组件1上的上弹簧连接模块4和下固定连接模块5连接孔洞14和连接孔洞13。横向承接型钢7上的上弹簧连接模块4预留孔洞14上有与上弹簧连接模块4对应的“正负极电路接触点”。横向承接型钢7承接的对象是光伏电池组件1和纵向主支撑型钢6。横向承接型钢7与纵向主支撑型钢6通过连接件16相连，与光伏电池组件1通过光伏组件自带的上弹簧连接模块4和下固定连接模块5连接。纵向主支撑型钢6内置走线盒8和走线孔9，用于安置光伏电池组件1与系统设备之间所需的电缆。横向承接型钢7内置走线盒11和走线孔12，用于安置光伏电池组件1与系统设备之间所需的电缆。光伏电池组件1安装固定在钢架支撑系统2上，通过钢架支撑系统2与建筑相结合。连接件16根据国标采用标准件，大小根据构件大小所需受力而定。安装步骤： 

安装模式1——现场组装(本模式适用于BIPV和BAPV) 

场地背景：建筑现场 

第一步，安装纵向主支撑型钢6，使其固定在建筑上。对于BIPV形式的建筑，承重结构一般采用钢结构，纵向主支撑型钢6与承重的钢结构合为一体，即纵向主支撑型材与承重刚结构采用连接件16相连，或者纵向主支撑型钢6直接充当承重钢结构，从而达到隐藏承重结构，形成透明光伏幕墙或采光光伏屋顶的效果；对于BAPV形式的建筑，在建筑屋顶或墙面预埋构件，纵向主支撑型钢6可与建筑的预埋构件固定； 

第二步，安装横向承接型钢7。横向承接型钢7通过连接件16直接与纵向主支撑型钢6连接固定。同时，连接各个型材之间的电缆接口，即主线路电缆安置在纵向和横向承接型钢7内的走线盒中，在工厂已经封装好接口，现场只需插接接线端口即可，使主电路接通，便于光伏组件的后续安装。 

第三步，安装光伏电池组件1。将下固定连接模块5先放入横向承接型钢7的对应孔洞中定位，然后用力推压上弹簧连接模块4，同时放下光伏电池组件1，在弹簧17的 作用下光伏电池组件1自锁，光伏电池组件1与横向承接型钢7连接固定。这样，光伏组件的上弹簧连接模块4的电路接口也同时自动与钢架支撑系统2中的电路接口接通。 

第四步，调试。打开开关，接通线路，看各个组件是否能够正常运行。若发现有局部几个组件不能正常运行，利用万能表检测组件是否损坏，或线路有无故障，查明原因后即可进行更换检修。(注：此步骤也适用于运行维护阶段中出现线路故障的情况。) 

第五步，密封。调试正常后，即可进行最后的密封工作。光伏电池组件1与钢架支撑系统2之间的缝隙用玻璃胶密封，起到防水及保护线路的作用。 

安装模式2——工厂组装+工地现场吊装 

场地背景：工厂 

第一步，安装纵向主支撑型钢6，使其固定在工厂内的虚拟建筑板上。 

第二步，安装横向承接型钢7。横向承接型钢7通过连接件16直接与纵向主支撑型钢6连接固定。同时，连接各个型材之间的电缆接口(主线路电缆安置在纵向主支撑型钢6和横向承接型钢7内的走线盒中)，使主电路接通，便于光伏组件的后续安装。 

第三步，安装光伏电池组件1。将下固定连接模块5先放入横向承接型钢7的对应孔洞中定位，然后用力推压上弹簧连接模块4，同时放下光伏电池组件1，在弹簧17的作用下光伏电池组件1自锁，光伏电池组件1与横向承接型钢7连接固定。这样，光伏组件的上弹簧连接模块4的电路接口也同时自动与钢架支撑系统2中的电路接口接通。(注：考虑到运输条件，第三步的进行可以选择在工厂完成，也可以选择到现场安装。) 

场地背景：工地现场 

第四步，将安装好后的钢架支撑系统2(或装有光伏电池组件1的钢架支撑系统2)运至工地进行整体吊装，与建筑主体结构上预先设置的挂接件精确连接，必要时进行微调即完成钢架系统(或装有光伏电池组件1的钢架支撑系统2)的安装。 

第五步，调试。打开开关，接通线路，看各个组件是否能够正常运行。若发现有局部几个组件不能正常运行，利用万能表检测组件是否损坏，或线路有无故障，查明原因后即可进行更换检修。(注：此步骤也适用于运行维护阶段中出现线路故障的情况。) 

第六步，密封。调试正常后，即可进行最后的密封工作。光伏电池组件1与钢架支撑系统2之间的缝隙用玻璃胶密封，起到防水及保护线路的作用。 

本发明的优势如下： 

1.光伏电池组件1的优点： 

光伏电池组件1集光伏电池板3和连接模块于一体，将散乱的各个零部件合为整体，减少安装程序，便于快速安装和拆卸。同时缩短了电路连接，真正做到了省时、省力和省材的目的，从而能大大推动光伏建筑一体化的应用。 

2.钢架支撑系统的优点： 

纵向主支撑型钢6：采用“工”字型钢的形式。“工字型”钢省材、自重轻、构造简单、便于安装，同时具有一定的高度，使光伏电池板与建筑有一定的通风流道间距，保证电池板背面温度不至过高(注：温度过高会降低光电转换效率)。 

横向承接型钢7：采用“C”型钢，内含预留光伏电池板的连接孔洞以及电路走线盒，与纵向主支撑型钢6通过连接件16连接固定。这个构件看似较为复杂，却以一个整体的形式大大简化了施工工序，更重要的是形体不大的构件使整体形式更有利于安装和拆卸。该横向承接型钢7是整个钢架支撑系统的关键所在，解决了构件和线路各自之间的连接问题，同时又方便拆卸，有利于线路的检修。 

3.组件安装系统的优点 

本设计涉及一种太阳能光伏组件的连接结构，尤其涉及一种利用弹簧连接模块的自锁原理将光伏组件与支撑系统连接的紧固结构。 

(1)其独特之处在于相邻组件的存在不影响本位组件的安装或维护。真正实现可更换易维修的设计理念，同时不影响建筑外观。 

(2)弹簧模块的双重功能，大大简化了PV构件的复杂程度和安装步骤。同时考虑到光伏屋顶PV-ROOF(通常为坡屋顶)和光伏幕墙PV-WALL(通常为垂直)的安装角度，上弹簧连接模块基本处在下固定连接模块5的上方，这样承重基本由下固定连接模块5承担，既有利于弹簧模块的受力和电路接触，又有利于防水和排水，起到保护电路的作用。 

(3)以点式连接构件架空在屋面结构之上，在不影响原有屋面性能的同时，创造较好的通风条件，使太阳电池板获得最佳的工作效率。支架由高强度槽钢与角钢组成，并用螺栓固定，拆装灵活、方便。 

(4)PV组件充分利用建筑物楼顶的空间，让宝贵的城市空间得到充分的利用；通过光伏系统的供电实现了建筑物能源的自给自足；满足节能环保的需要，满足城市能源的可持续发展。 

(5)PV构件采用工厂预制、成批生产的方式，并可在工厂内预先安装完成。在工厂内组装成小面积的整体板块，然后运至工地进行整体吊装，实现工业化生产和安装。 

综上所述，本建筑PV构件不但设计简单、方便、灵活，安装成本低，而且在推广太阳能光伏建筑方面具有很大程度上的示范意义，对推进建筑节能等方面具有积极的现实意义。 

Claims (7)

1.一种建筑光伏构件，其特征在于，包括光伏电池组件（1）和钢架支撑系统（2），所述光伏电池组件（1）通过钢架支撑系统（2）与建筑紧密结合，其中光伏电池组件（1）包括光伏电池板（3）、上弹簧连接模块（4）、下固定连接模块（5），所述上弹簧连接模块（4）安装在所述光伏电池板（3）的一侧，其中下固定连接模块（5）安装在所述光伏电池板（3）的另一侧，其中上弹簧连接模块（4）包括与光伏电池板（3）固定的C型支架（20）、滑块(19)，在C型支架（20）的内部安装有滑块（19）和一端固定在支架上的弹簧（17），所述弹簧（17）的另一端与滑块（19）相连；露在支架外的滑块（19）端部上设有正负极电路接触点（18），其中钢架支撑系统（2）包括纵向主支撑型钢（6）、横向承接型钢（7）和连接件（16），其中纵向主支撑型钢（6）通过连接件（16）与横向承接型钢（7）固定，所述光伏电池板（3）通过上弹簧连接模块（4）、下固定连接模块（5）连接在横向承接型钢（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，在所述纵向主支撑型钢（6）内置用于安置光伏电池组件（1）与系统设备之间所需的电缆的走线盒（8）和走线孔（9）。

3.根据权利要求1或2所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，所述纵向主支撑型钢（6）为工字型钢。

4.根据权利要求3所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，所述走线盒（8）安置在与横向承接型钢（7）连接的工字型钢的一侧，工字型钢的另一侧与建筑直接相连。

5.根据权利要求1所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，在所述横向承接型钢（7）上预留与所述上弹簧连接模块（4）和下固定连接模块（5）对应的光伏电池板（3）的连接孔洞，在与上弹簧连接模块（4）对应的预留连接孔洞上有与上弹簧连接模块（4）对应的正负极电路接触点。

6.根据权利要求1所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，在所述横向承接型钢（7）内设置电路走线盒（11）。

7.根据权利要求1、4、5或6所述的一种建筑光伏构件，其特征在于，所述横向承接型钢（7）为C型钢。

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