CN102395838B - 具有最少穿透屋顶支撑系统的光电阵列 - Google Patents

具有最少穿透屋顶支撑系统的光电阵列 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光电阵列，其包括多个光电套件和多个装设单元。装设单元分别包括细长轨道和多个支柱套件。轨道的尺寸和配置被确定来保持至少其中两个光电套件的一部分，其中支柱套件以间隔开的方式从轨道延伸并且终结于用于放置在屋顶结构上的足部，以便进行最少穿透安装。此外，至少其中一个支柱套件可以包括可收缩支柱。当光电阵列被安装到包括断续地固定到屋顶层板的隔膜的屋顶结构时，可收缩支柱套件容许隔膜在有风条件下的向上翻涌。

Description

具有最少穿透屋顶支撑系统的光电阵列
关于联邦赞助的研究或开发的声明
本发明是在美国能源部授予的合同编号DE-FC36-07GO17043下由美国政府支持获得的。美国政府在本公开内容中具有特定权利。
技术领域
本公开内容涉及屋顶装设类型的光电阵列。更具体来说，本公开内容涉及用于把光电器件阵列安装到屋顶结构(比如轻量型商业建筑物)的最少穿透支撑系统。
背景技术
太阳能长期以来都被视为一种重要的替代性能源。为此，已经付出了大量的努力和投资以开发并改进太阳能收集技术，特别是光电技术。随着太阳能电池成本的降低，关于安装地点维持光电系统所必需的非太阳能电池组件开始在总体系统成本中占据主要地位。特别令人感兴趣的是可以在其中收集大量太阳能的工业或商业类型的应用，但是相应的安装/支持系统成本对潜在用户的购买决定可能会有负面影响。
光电电池是与光电太阳能收集相关联的基础技术。在传统上，在单个面板或层叠板上形成一个光电池系列或阵列。随后可以把所得到的光电层叠板组装到框架(和其他组件)上以创建光电模块。可替换地，可以把两个或更多个光电层叠板组装到一个公共框架。不管是提供光电层叠板还是光电模块(其被统称为“光电器件”)，大多数光电应用都要求在安装地点的容易得到日光的位置处放置一个光电器件阵列。对于其中希望有数目相对较大的光电器件以用来生成大量能量的商业或工业应用来说尤其是这样，其中商业建筑物的屋顶提供可以在该处放置光电器件的便利表面。作为一个参考点，许多商业建筑物具有较大的平坦屋顶，其固有地适于放置光电阵列并且是对现有空间的最为高效的使用。虽然屋顶安装由此是高度可行的，但是被采用来维持光电器件的装设系统必须解决许多约束。举例来说，所安装的光电阵列将受到向上的力(例如风)和向下的力(例如阵列质量、雪等等)；装设系统必须保持与屋顶结构的恒定连接以及在这些条件下的长期结构完整性。
有两种主要类型的光电装设系统被用于平坦的商业屋顶。标准的托架系统利用通过多次屋顶穿透(例如被驱动穿过或穿透屋顶结构的螺栓)被锚定到屋顶上的沉重、细长的轨道。这些系统通常在工程上被设计成利用标准方法的耐受风力载荷计算。虽然可用的光电屋顶托架系统能够鲁棒地保持及支持许多光电器件，但是屋顶穿透是不合期望的(例如造成漏水的可能以及以其他方式改动屋顶完整性)并且可能相当沉重。因此，对于轻量型建筑物来说，传统的托架系统可能无法使用。相反，已经开发了依赖于压力均衡化的轻量型非穿透屋顶装设系统，以避免由于建筑物外体之上的压力波动而施加的过载。这些非穿透系统通常是利用风洞方法设计的，以便确保高风速不会导致故障。
虽然轻量型非穿透光电阵列装设系统允许显著减少用于安装的材料数量和工作量并且只有极少次或没有对于屋顶外体的穿透，但是在特定应用中仍然会有问题。具体来说，许多轻型商业建筑物合并了具有通过机械方式附着到下面的屋顶层板上的隔膜的屋顶结构。所述隔膜在数量有限的间隔开的钉扎点处被连接到屋顶层板。屋顶之上的压力波动将导致隔膜的未附着部分发生激烈颤动或充气。在这些情况下，翻涌的隔膜会给非穿透光电阵列装设系统带来问题，其中本应停留在翻涌的隔膜上的装设系统连接点将会明显屈挠，从而导致可能的故障。虽然可以采用改造的压条以规则间隔把隔膜固定到屋顶层板，但是这些压条安装起来较为昂贵且工作量大，并且需要许多次屋顶穿透，因此部分地或者完全抵消了“非穿透”装设系统的优点。
鉴于以上内容，需要一种在各种力(包括翻涌的隔膜)的存在下保持结构完整性的最少穿透光电屋顶支撑系统。
发明内容
根据本公开内容的一些方面涉及一种光电阵列，其包括多个光电器件和多个装设单元。光电器件分别包括至少一个光电层叠板。装设单元被提供来相对于屋顶结构支撑光电器件，并且分别包括一条细长轨道和多个支柱套件。所述轨道的尺寸和配置被确定来保持至少其中两个光电器件的一部分，其中支柱套件以间隔开的方式从轨道延伸。此外，每一个支柱套件终结于与轨道相反的足部，以便放置在屋顶结构上。至少其中一个支柱套件包括可收缩支柱，其被配置成允许相应的足部响应于所施加的外力而向轨道移动。利用这种构造，于是当光电阵列被安装到包括以断续方式固定到屋顶层板的隔膜的屋顶结构时，可收缩支柱容许隔膜在有风的条件下通常会发生的向上翻涌。在一些实施例中，轨道是轻量型的，并且其尺寸被确定成支撑处于促进压力均衡化的间隔开的设置中的多个光电器件。在其他实施例中，与一个装设单元相关联的至少其中两个支柱套件合并有可以利用穿透紧固件耦合到屋顶结构的刚性支柱。
根据本公开内容的其他方面涉及一种用于把光电阵列安装到商业建筑物屋顶结构的方法，所述建筑物屋顶结构包括在断续的钉扎点处耦合到屋顶层板的隔膜。所述方法包括：提供一个装设单元，其包括细长轨道、多个装设支柱套件以及至少一个支撑支柱套件。每一个支柱套件从轨道延伸并且终结于与轨道相反的足部。此外，以间隔开的方式沿着轨道的长度设置支柱套件。相对于屋顶结构设置装设单元，从而使得每一个足部与隔膜接触，并且轨道处于隔膜上方并与之间隔开。每一个装设支柱套件的足部分别利用至少一个紧固件被固定到屋顶结构，所述紧固件穿透隔膜并且穿透到屋顶层板中。最后，至少两个光电器件被装设到轨道上，从而使得装设单元把光电器件保持在隔膜上方并且与之间隔开。利用这种方法，在最终安装之后，至少一个支撑支柱套件的足部没有通过穿透紧固件耦合到屋顶结构。在一些实施例中，装设单元包括多个支撑支柱套件，其中每一个支撑支柱套件的足部都没有通过穿透紧固件耦合到屋顶结构。此外，只有在隔膜到屋顶层板的钉扎点位置处才可选地采用穿透紧固件。利用这些方法，于是实现了最少穿透安装，从而使得对于屋顶隔膜的潜在损坏最小化，同时在向上的力和向下的力的条件下都为光电器件提供了足够的支撑。在其他实施例中，配备有装设单元的其中一个或更多支撑支柱套件包括可收缩支柱，其相应的足部被定位在隔膜的未被钉扎的区域之上。利用这种安装技术，可收缩支撑支柱套件相对于向下的力支撑光电阵列，然而允许或容许向上的力，比如对于隔膜翻涌所遇到的力。
根据本公开内容的其他方面涉及用于准备装设到商业建筑物屋顶结构的光电阵列的方法，所述屋顶结构另外包括在断续的钉扎点处耦合到屋顶层板的隔膜。所述方法包括：确定沿着屋顶结构的相邻钉扎点之间的钉扎距离。形成一条细长轨道，其被配置成容纳并保持多个光电器件当中的每一个的一部分。两个或更多支柱套件以间隔开的方式被装设到轨道上，相邻支柱套件之间的距离对应于所确定的钉扎距离。如此准备的光电阵列通过对装设单元支柱套件进行定位适于最少穿透安装到屋顶结构上，并且可选地只在现有的隔膜钉扎点处通过穿透方式固定到屋顶结构。
附图说明
图1是根据本公开内容的原理的光电阵列的简化顶部平面图；
图2是图1的光电阵列的装设单元部分的简化侧视图；
图3A是图2的装设单元的轨道部分的一种构造的截面图，其保持两个光电器件；
图3B是可用于图2的装设单元的替换轨道的截面图；
图4A是一种传统的轻量型建筑物屋顶结构的简化表示；
图4B图示出图4A的支撑结构的一部分的翻涌；
图5A是图2的装设单元和图4A的屋顶结构的分解图；
图5B图示出图5A的装设单元到屋顶结构的安装；
图5C图示出有风条件下的图5B的安装；
图5D图示出图5A的装设单元和屋顶结构的一种替换安装；
图6A是另一种传统的轻量型建筑物屋顶结构的简化视图；
图6B图示出根据本公开内容的原理的装设单元到图6A的屋顶结构的安装；
图7A是根据本公开内容的原理的另一种装设单元的简化侧视图；
图7B图示出图7A的装设单元到图5A的屋顶结构的安装；
图7C图示出图7A的装设单元到图6A的屋顶结构的安装；
图8A是根据本公开内容的原理的另一种装设单元的简化侧视图；
图8B图示出图8A的装设单元到图5A的屋顶结构的安装；以及
图8C图示出有风条件下的图8B的安装。
具体实施方式
在图1中示出了根据本公开内容的原理的光电阵列20的一个实例。在一些实施例中，阵列20被配置成用于安装到商业建筑物屋顶结构，并且包括通过支撑系统24形成并保持在一个阵列中的多个光电器件22。下面将提供关于各个组件的细节。但是一般来说，支撑系统24是轻量型的，并且便于到屋顶结构的最少穿透装设，其装设方式提供对于光电器件22的必要长期支撑并且容许诸如隔膜翻涌之类的正常屋顶结构变化。
光电器件22可以采取图1可能涉及或可能没有涉及的多种形式。每一个光电器件22包括合并有一个光电池阵列的光电层叠板或面板30。出于环境保护的目的，可以把玻璃层叠板放置在光电池之上。在一些构造中，光电池有利地包括背面接触电池，比如可以从SunPower Corp.(San Jose，CA)获得的该类型的背面接触电池。在无损于本公开内容的优点的情况下也可以采用具有当前已知或将来开发的任何形式的其他类型的光电池，其以另外的方式适合于用作太阳光电器件。举例来说，光电池可以合并薄膜技术，比如硅薄膜、非硅器件(例如包括GaAs的III-V电池)等等。此外，虽然没有示出，但是在一些构造中，光电器件22可以分别包括除光电层叠板30之外的一个或更多组件，比如布线或其他电气组件(未示出)。在其他构造中，光电器件22分别被提供为光电模块，其中光电层叠板30被装设到单独的框架(即与支撑系统24分开的框架)或者由其保持。
考虑到前面对于光电器件22的解释，支撑系统24被配置成以所示出的阵列格式保持光电器件22，并且相对于安装结构(比如屋顶结构)对光电器件22进行支撑。支撑系统24包括多个装设单元40。装设单元40被设置成并排的形式，并且在一些实施例中可以是完全相同的。下面提供由本公开内容设想的装设单元40的各种构造。但是另外参照图2的示意性图示，每一个装设单元40包括轨道42和多个支柱套件44。轨道42被配置成容纳并保持多个光电器件22的各个部分。支柱套件44可以是或者可以不是完全相同的，但是每个支柱套件44包括从轨道42延伸并且终结于足部48的支柱46。支柱套件44用来把轨道42(从而把装设在其上的光电器件22(图1))保持在相对于足部48间隔开的位置处。
轨道42提供用于保持几个光电器件22的细长主体，并且可能具有大约至少10英尺的长度，并且在一些实施例中是至少25英尺，并且在其他实施例中是至少50英尺。因此，取决于光电器件22的尺寸和形状，轨道42可以保持多个光电器件22(例如十个或更多)。在这方面，轨道42可以被形成为单个均匀结构，或者可以由彼此组装到一起的两个或更多分开形成的轨道段构成。因此，取决于光电器件22的尺寸和形状，轨道42可以保持多个光电器件22(例如十个或更多)。此外，轨道42具有刚性但仍然轻量型的构造，并且可以被适配成以多种方式容纳光电器件22。举例来说，图3A图示出保持第一和第二光电器件22a、22b的轨道42的一个实施例。轨道42具有管状构造，其形成尺寸被确定成可滑动地容纳光电器件22a、22b中对应一个的边缘部分的相对插槽50a、50b。作为一个参考点，光电器件22a、22b被图示为无框架的层叠板；对于模块化类型的构造，插槽50a、50b的尺寸和形状是根据模块的框架来确定的，以便于所捕获的最终套件。在一些构造中，装设单元40还包括将光电器件22a、22b装设到轨道42的连接器52。在有关实施例中，连接器52是导电的，其中轨道42形成线路54a、54b，弦(string)布线总线(未示出)可以通过所述线路延伸。图3B图示出具有内建弦线总线56的替换构造轨道42’。
回到图1和图2，轨道42可以合并便于光电器件22在其上的捕获装设的各种其他特征。举例来说，虽然轨道42被描绘为捕获对应的光电器件22的边缘部分，但是在其他实施例中，轨道42可以在一系列光电器件22下方更加居中地放置。
不管轨道42的精确截面形状如何，与传统的屋顶托架系统相比，轨道42都是非常轻量型的。作为一个参考点，屋顶托架系统在传统上被设计成耐受通过标准方法计算的由预定安装地点所涉及的最大预期上抬载荷。但是对于本公开内容的实施例，出于下面给出的原因，轨道42可以轻于另外完全满足所计算的最大上抬载荷所需的情况。轨道42可以由铝、钢或者其他重量轻但是刚性的材料形成。无论如何，利用所述轻量型构造，轨道42在被安装到屋顶结构时所造成的载荷问题都是最低程度的。
特别参照图1，支撑系统24在合并轻量型轨道42时相对于向上的力为光电器件22提供足够的支撑，这是通过在形成所述阵列时使得在相邻的光电器件22之间提供一定间距或间隙而实现的。举例来说，图1的阵列可以被限定为把光电器件22设置到各列60和各行62中。相对于每一列60，支撑系统24在保持相邻的光电器件22时使得存在间隙64。间隙64的尺寸可以依照光电器件22的尺寸而选择，但是通常大约是1/8英寸-1/4英寸。无论如何，间隙64都允许从阵列下方出现气流/压力，从而在存在大风的条件下实施压力均衡化。但是可替换地，也可以把相邻的光电器件22沿着每一条轨道42更加紧密地设置。此外，虽然图1把阵列20图示为包括二十个光电器件22(即每一列60包括五个光电器件22，每一行62包括四个)，但是任何其他更大或更小的数目也都是可接受的。沿着这些相同的线，各列60和/或各行62不需要时完全相同的。最后，轨道42可以被配置成把光电器件22保持在如图所示的水平指向上(例如与轨道42的平面平行)，或者可以合并实施倾斜指向的附加组件。
考虑到前面对于轨道42的理解，支柱套件44可以采取图2所涉及的任何格式。一般来说，支柱套件44以间隔开的方式沿着轨道42的长度布置，并且可以是或者可以不是完全相同的。在这方面，每一个支柱套件44的所选构造是基于特定支柱套件44在最终安装到屋顶结构之后的预期功能的。更具体来说，每一个支柱套件44将利用穿透紧固件直接装设到屋顶结构(即“装设支柱套件”)，或者在没有穿透紧固件的情况下简单地被放置成与屋顶支撑结构相接触(即“支撑支柱套件”)。在一些实施例中，各个支柱套件44是完全相同的，其功能应用由安装者关于使用是否利用穿透紧固件把足部48装设到屋顶结构的决定来指定(例如在采用穿透紧固件的情况下，相应的支柱套件44充当装设支柱套件；如果不利用穿透紧固件，则支柱套件44充当支撑支柱套件)。于是当被适配成可能用作装设支柱套件时，支柱46是刚性实心主体(例如金属)，足部48被配置成促进与一个或更多紧固件(例如螺栓)的附着，从而可以形成一个或更多孔洞。无论如何，装设支柱套件构造都在置于装设单元40的预期力(例如施加到轨道42的向上和向下的力)下表现出结构刚性。
下面将描述根据本公开内容的支柱套件44的各种构造。关于其中所有支柱套件44都完全相同并且被适配成可能用作装设支柱套件的基本构造，光电阵列20可以很容易被安装到轻量型商业屋顶。作为一个参考点，图4A是轻量型商业建筑物屋顶结构100的简化表示，屋顶结构100包括支撑梁102、屋顶层板104和隔膜106。层板104被装设在梁102上，隔膜106被固定到层板104的外表面。对于某些建筑物制造技术，隔膜106在间隔开的钉扎位置108处连接到层板104。在钉扎位置108处形成的连接可以通过多种方式来实现，但是在传统上需要一个或更多紧固件(例如螺钉、钉子等)刺穿隔膜106并且穿透到相应的其中一个梁102中。钉扎位置108可以均匀地或随机地间隔开，并且代表在安装光电阵列20(图1)之前对于屋顶结构100的已有改动。举例来说，图4A的屋顶结构100表示包括第一到第四钉扎位置108a-108d。这仅仅是作为一种常用技术，其中钉扎位置108a-108d通过钉扎距离D(例如大约10英尺)等距离地间隔开。尽管通常会应用密封剂，但是在每一个钉扎位置108处仍然在隔膜106中产生了与光电阵列20的安装无关的缺陷。此外，在有风条件下，隔膜106可能会在相邻钉扎位置108之间翻涌离开层板104，例如图4B中所示出的那样。
本公开内容的光电阵列实施例使得安装到屋顶结构100所必要的附加屋顶穿透的数目最小化，并且可以被配置成容许最终安装之后的隔膜翻涌。举例来说，图5A图示出安装到屋顶结构100之前的装设单元40。相邻的支柱套件44之间的间距依照相邻的钉扎位置108之间的相应钉扎距离D(图4A)而形成。更具体来说，通过首先评估或确定相邻钉扎位置108之间的钉扎距离D来构造装设单元40。考虑到前面描述的钉扎距离D，随后把装设单元40构造成包括针对长期支撑光电阵列(未示出)所必要的适当数目的支柱套件44。支柱套件44的数目可以基于所计算的力(例如总阵列质量和预期阵风)针对特定安装地点而确定，或者可以是已知在极端条件下完全支撑任何阵列的预定数目。为了易于解释，装设单元40被显示为具有其中四个支柱套件44，但是任何其他更大或更小的数目同样是可接受的。无论如何，每一个支柱套件44a-44d之间的间距都对应于钉扎距离D(例如第一和第二支柱套件44a、44b之间的间距是10英尺)。对于这种构造，在把装设单元40作为光电阵列的一部分装设到屋顶结构100之后，如图5B中所示，支柱套件44a-44d与对应的一个钉扎位置108a-108d对准。所述安装还包括把每一个支柱套件44a-44d的足部48通过一个或更多紧固件(未示出)紧固到屋顶结构100，所述紧固件穿透隔膜106并且进入到层板104和相应的一道梁102中。
在最终安装之后，支柱套件44a-44d对屋顶结构100的固定关系会抵受施加在相应的光电阵列20(图1)上的向上的力，并且会提供针对向下的力的必要支撑。虽然采用了穿透紧固件，但是这些隔膜穿透只是在隔膜106已然被刺穿的位置(即钉扎位置108a-108d)处产生的。因此，图5B的配置作为最少穿透安装。此外，在有风条件下，所安装的装设单元40不限制隔膜106的“正常”翻涌，正如图5C中所示出的那样。支柱套件44a-44d有效地把轨道42保持在隔膜106的最大翻涌高度“之上”的一定高度，从而使得翻涌隔膜106不会在轨道42上施加很大的力。
虽然图5B的安装要求利用穿透紧固件把每一个支柱套件44装设到屋顶结构100(从而全都充当装设支柱套件)，但是在其他安装中，不需要把其中一个或更多支柱套件44直接装设到屋顶结构100。举例来说，基于对光电阵列20(图1)所将经历的预期由风导致的向上的力的评估，可能决定只需要直接装设少数几个(例如少于全部)支柱套件44以便提供必要的长期支撑。因此，图5D图示出一种替换安装，其中只有第一和第三支柱套件44a、44c利用穿透紧固件被直接装设到屋顶支撑结构100，而第二和第四支柱套件44b、44d则简单地停留在隔膜106上(从而充当支撑支柱套件)。
本公开内容的一些实施例的前面描述的特征(其中一个或更多支柱套件44未被直接紧固到屋顶结构100)便于以轻量型(与传统屋顶托架系统所利用的轨道重量相比)的形式实施(多条)轨道42。正如前面所提到的那样，屋顶托架系统必须被设计成根据标准计算耐受较大载荷(既有上抬载荷也有向下载荷)；其结果是，传统的屋顶托架系统轨道就提供伴随的机械属性而言较为沉重。轨道的实际重量将取决于诸如设计载荷、自由跨距、材料属性、安装条件等特征。本公开内容的轨道42还是根据这些标准因素设计的，但是对于其中一个或更多支柱套件44没有直接紧固到屋顶结构100的安装来说，轨道42可以轻很多。更具体来说，(通过各个光电器件22(图1)之间的间隙实现的)压力均衡化限制被施加到轨道42的上抬载荷，并且非穿透支柱套件44限制承载向下载荷的跨距长度。这进而给出了一个经过修正的设计载荷计算因素，其导致轨道42具有减小的截面积/惯性矩从而具有减小的重量。
举例来说，用于保持3英尺乘5英尺的光电器件的简化的传统屋顶托架系统包括梁(或轨道)，其由位于跨距为30英尺处(即关于梁的长度，屋顶穿透支撑件相隔30英尺)的屋顶穿透支撑件来支撑。在组装到屋顶之后，梁被放置成相隔5英尺，并且提供对于各个单独光电器件的共享支撑。假设所确定的环境最大载荷为30psf 上抬和30psf向下，则梁必须被设计成满足本例中的30psf的总体最大载荷约束。在30psf下，存在450磅/光电器件的载荷，从而得到传统系统轨道上的所计算的最大设计载荷为150磅/英尺。于是在这些条件下，每一条轨道将被设计成耐受16754ft-lb(英尺-磅)的最大力矩。
但是对于本公开内容的实施例，假设与前面相同的设计/安装环境约束，但是通过提供彼此位于10英尺跨距处(并且另外以如前所述的30英尺跨距在外部紧固支撑件之间等距地间隔开)的两个非紧固支柱套件44，所计算的设计载荷将会改变。具体来说，由于压力均衡化效应，上抬设计载荷是5psf(例如对于光电器件的间隔开的均衡化设置)，这意味着75磅/光电器件的上抬载荷。对于沿着轨道42的跨距为3英尺的每一个光电器件，确定轨道42上的最大上抬载荷为25磅/英尺，这等于2792ft-lb的最大力矩。还必须考虑30psf的向下载荷，但是由于中间的非紧固支柱套件44的存在，在轨道42上得到1875ft-lb的最大力矩。因此，在本例中，轨道42被设计成满足2792ft-lb的最大力矩约束(这是因为1875ft-lb的向下最大力矩小于2792ft-lb)，这一数值远小于在完全相同的安装条件下将由传统屋顶托架系统轨道所满足的16754ft-lb的最大力矩设计约束。因此，根据本公开内容的一些实施例的轨道42可以显著小于并且从而轻于传统屋顶托架系统轨道。举例来说，继续前面的简化假设，在对于传统屋顶托架系统和本公开内容的系统的轨道都采用完全相同的材料和形状的情况下(例如箱形梁形式的6063T6铝)，传统系统轨道将具有6.0磅/英尺的重量(为了满足16754ft-lb的设计约束)，而根据本公开内容的一些实施例的轨道42则将具有2.0磅/英尺的重量(为了满足2792ft-lb的约束)。
将要理解的是，前面描述的屋顶结构100仅仅是典型构造的一个实例。对于其他建筑物会有变化。举例来说，图6A提供了对于另一种典型的屋顶结构120的简化图示，其同样包括支撑梁122、层板124以及在断续的钉扎位置128a-128d处固定到层板124的隔膜126。但是对于图6A的构造，钉扎位置128a-128d是非均匀地间隔开的。举例来说，第一和第二钉扎位置128a、128b之间的距离D1大于第二和第三钉扎位置128b、128c之间的距离D2。首先估计或确定不同的钉扎距离D1-D3，随后将其用来根据本公开内容构造一个或更多装设单元140，正如图6B中所示出的那样。更具体来说，装设单元140包括轨道142和多个支柱套件144a-144d。轨道142和支柱套件144a-144d可以采取前面所描述的任何形式。但是相邻的支柱套件144a-144d之间的间距是根据相应的钉扎距离D1-D3来选择的。因此，举例来说，第一和第二支柱套件144a-144b之间的间距对应于第一和第二钉扎位置128a、128d之间的钉扎距离D1。于是在最终安装之后，每一个支柱套件144a-144d都通过紧固件固定到屋顶结构120，所述紧固件穿透隔膜126并且进入到层板124中(并且可选地进入到对应的一道支撑梁122中)。可替换地，少于全部的支柱套件144a-144d被直接装设到屋顶结构120(从而使得其中一些支柱套件144a-144d充当装设支柱套件，而其他的支柱套件则充当支撑支柱套件)。无论如何，由于穿透紧固件位于先前对于隔膜126所进行刺穿处(即钉扎位置128a-128d)，因此所得到的装设单元140的安装的特征在于最少的穿透。但是装设单元140(以及与之相连的光电器件(未示出))相对于屋顶结构120得到完全支撑，从而抵消向上和向下的力并且允许隔膜126以不干扰轨道142的方式翻涌。
在一些构造中，根据本公开内容的装设单元是预先制造的(基于预期的或确定的隔膜钉扎距离)，并且以最终形式被递送到安装地点。但是在其他实施例中，本公开内容合并一项或更多项特征，其允许安装者依照所遇到的实际隔膜钉扎距离对装设单元实施现场改动。举例来说，图7A图示出根据本公开内容的可用作光电阵列(未示出)的一部分的另一种装设单元240的一部分。装设单元240与前面所描述的装设单元类似，并且包括轨道242和多个支柱套件244。轨道242包括两个或更多轨道段246，所述轨道段分别保持对应的一个支柱套件244。轨道段246被配置成可滑动地彼此组装。举例来说，第一轨道段246a可以充当主要轨道段，剩余的轨道段246b-246d则被形成为可滑动地容纳在第一轨道段246a之上。于是对于这种构造，各个轨道段246可以在安装过程期间被相对于彼此定位，以便按照所期望的间距放置相应的支柱套件244。举例来说，图7B图示出组装到屋顶结构100的装设单元240，其中各个轨道段246被设置成使得相应的支柱套件244a-244d与对应的一个钉扎位置108a-108d对准。图7C图示出安装到屋顶结构120的装设单元240。同样地，轨道242构造允许安装者把支柱套件244a-244d快速设置成与隔膜钉扎位置128a-128d大致对准。
可以通过多种方式实现各个轨道段246的彼此固定。举例来说，一旦获得各个支柱套件244之间的所期望的间距之后，可以采用机械紧固件(未示出)来把第二到第四轨道段246b-246d固定到第一轨道段246a。在其他实施例中，轨道242被提供为单一主体，其中一个或更多支柱套件244可移动地与之组装(例如支柱套件244可以可滑动地耦合在由轨道242形成的插槽内)。
不管支柱套件以何种方式连接到轨道，根据本公开内容的其他实施例为装设单元提供不同的支柱套件构造。举例来说，图8A图示出另一种装设单元300的一部分，其包括轨道302、一个或更多装设支柱套件304以及一个或更多支撑支柱套件306。装设支柱套件304可以采取前面所描述的任何形式，并且分别包括刚性支柱308和足部310。
支撑支柱套件306分别还包括支柱312和足部314。但是与装设支柱套件304不同，与支撑支柱套件306相关联的足部314不需要被适配成便于与单独的穿透类型紧固件一起使用。相反，支撑支柱套件足部314被配置成用于放置在屋顶结构表面上，其中支撑支柱套件306用来抵消施加到装设单元300的向下的力。举例来说，轨道302和相应的光电器件22(图1)的质量在轨道302上的相邻装设支柱套件304之间的位置处施加向下的力。该向下的力对于某些安装可能会加大，比如多雪气候。在这些情况下，轨道302的固有硬度可能不足以完全抵消所述向下的力，其结果是轨道302在装设支柱套件304之间经历弯曲。但是支撑支柱套件306用来通过支撑轨道302(经由与屋顶结构表面接触)抵消这一潜在的问题。因此，在一些构造中，不管格式如何，每一个支柱套件304、306具有近似完全相同的长度并从轨道302延伸。
在一些构造中，其中一个或更多支撑支柱套件306被配置成使得对于相应的足部314相对轨道302的向上移动的显性阻力最小化。作为一个参考点，翻涌的屋顶隔膜可能会向每一个支撑支柱套件306的足部314施加向上的力。为了避免支撑支柱套件306将导致翻涌的屋顶隔膜撕裂和/或对轨道302施加向上的力的可能性，例如可以通过合并弹簧316而使得支柱312是可收缩的。弹簧316被布置在轨道302与足部314之间。在一些实施例中，可以提供相对于轨道302和足部314进一步稳定弹簧316的一个或更多支柱段318。此外，支柱312可以合并两个或更多弹簧316。无论如何，所述(多个)弹簧近似恒力弹簧，从而使得即使在弹簧316压缩的情况下，弹簧316施加在足部314上的力也保持相对恒定。
在图8B中反映出把(作为光电阵列(未示出)的一部分的)装设单元300安装到屋顶结构100，所述安装包括把装设支柱套件304通过穿透隔膜106的紧固件(未示出)固定到屋顶结构100。如前所述，这些穿透连接是在先前做出的钉扎位置108处实施的，因此不会在隔膜106中产生显著缺陷。但是支撑支柱套件306没有通过穿透紧固件被固定到屋顶结构100。相反，每一个支撑支柱套件306的足部314简单地毗连隔膜106。
如图所示，支撑支柱套件306沿着屋顶结构100被定位在相邻的钉扎位置108之间的各点处。为此，可以基于预期的或估计的隔膜钉扎距离预先制造装设单元300，并且/或者可以把装设单元300配置成使得支柱套件304、306可以相对于彼此滑动，从而允许安装者在安装过程期间对支柱套件304、306实施所期望的定位。无论如何，在最终安装之后，装设支柱套件304和支撑支柱套件306都用来针对向下的力强化轨道302(以及与之耦合的光电器件(未示出))。也就是说，支柱套件304、306在存在过大向下载荷的情况下(例如堆积在由装设单元300承载的光电器件上的雪)相对于屋顶结构100完全支撑轨道302。相反，通过装设支柱套件304到屋顶结构100的紧固接口，实现了在存在向上的力的情况下阻止装设单元300变位(dislodgement)。
举例来说，在有风条件下，装设支柱套件304的固定性质防止装设单元相对于屋顶结构100移动。但是在这些相同条件下，支撑支柱套件306允许或容许隔膜106的预期翻涌，正如图8C中所示出的那样。更具体来说，图8C图示出隔膜106在区域340a-340c的翻涌。翻涌的隔膜区域340a-340c在与之相接触的支撑支柱套件306上施加向上的力(例如第一翻涌隔膜区域340a在第一和第二支撑支柱套件306a、306b当中的每一个的足部314上施加向上的力)。由于每一个支撑支柱套件306的支柱312是可收缩的，因此支撑支柱套件306响应于该向上的力而朝向轨道302收缩，从而允许隔膜106以预期方式翻涌，并且对轨道302只施加最小的(如果有的话)附加向上的力。
本公开内容的可选的可收缩支撑支柱套件实施例可用于许多屋顶环境中，其中可以包括或者可以不包括断续地固定从而会潜在地翻涌的隔膜。更一般来说，非穿透支撑支柱套件实施例对于其中预期向下的力大于预期向上的力的安装环境是有益的。如前所述，施加在所安装的光电阵列20(图1)上的向上的力通常是风的形式。虽然前面描述的相邻光电器件22(图1)之间的间隙或间距可以实现压力均衡化，但是向上的力还是将会出现，并且可以基于与安装地点相关联的各种阵风参数来进行计算。相反，向下的力主要由光电阵列20的总体质量或重量以及诸如降雨或降雪之类的预期环境条件决定。也可以计算这些预期的向下的力。在所计算的预期向下的力超出所计算的预期向上的力的情况下，于是就可以将装设单元设计成包括前面所描述的支撑支柱套件。在最终安装之后，支撑支柱套件抵消升高的向下的力，但是不会在屋顶结构中造成任何缺陷，这是因为没有采用穿透紧固件的缘故。
本公开内容的光电阵列支撑系统和相关的装设单元对于之前的设计提供了显著改进。光电阵列以最少穿透形式被安装到屋顶结构。提供了在向上的力的情况下的必要稳定性，同时使得向下的力(其例如由于光电阵列的质量而造成)最小化。此外，只需要最少数目的相对非侵入性的屋顶穿透。此外，本公开内容的光电阵列高度适用于轻量型商业屋顶结构，其允许伴随的隔膜翻涌以不会影响安装的总体稳定性或导致隔膜撕裂的方式发生。
虽然已经参照优选实施例描述了本公开内容，但是本领域技术人员将认识到，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出许多改变。

Claims (25)

1.一种光电阵列，其包括：
分别包括光电层叠板的多个光电套件；以及
相对于屋顶结构支撑光电套件的多个装设单元，每一个装设单元包括：
被配置成保持至少其中两个光电套件的一部分的细长轨道，
以间隔开的方式从轨道延伸并且分别终结于与轨道相反的足部的多个支柱套件，
其中，至少其中一个支柱套件包括可收缩支柱，其被配置成允许相应的足部响应于施加到该足部的外力朝向轨道移动，
每一个装设单元还包括：
用于通过穿透方式把其中选择性的足部耦合到屋顶结构的多个紧固件，
其中，在最终安装之后，至少与可收缩支柱相关联的足部没有通过穿透紧固件耦合到屋顶结构，
其中，光电阵列被配置成用于装设到包括在屋顶层板上的隔膜的商业建筑物屋顶结构，所述隔膜断续地连接到屋顶层板。
2.权利要求1的光电阵列，隔膜的未连接区域会响应于风而从屋顶层板向上翻涌，并且其中可收缩支柱被配置成在把光电阵列最终安装到屋顶结构之后容许所述未连接区域的翻涌。
3.权利要求1的光电阵列，其中，至少其中两个支柱套件包括刚性支柱。
4.权利要求3的光电阵列，其中，可收缩支柱沿着轨道的长度位于刚性支柱之间。
5.权利要求1的光电阵列，其中，可收缩支柱包括弹簧。
6.权利要求1的光电阵列，其中，多个支柱套件包括可收缩支柱。
7.权利要求1的光电阵列，其中，包括未偏斜状态下的可收缩支柱在内的从轨道延伸的每一个支柱的长度是完全相同的。
8.权利要求1的光电阵列，其中，轨道是轻量型的，其尺寸和重量被选择成满足最大力矩约束，所述最大力矩约束被确定为安装环境上抬载荷计算和安装环境向下载荷计算二者当中较大的一项。
9.权利要求1的光电阵列，其中，轨道包括：
保持另外具有刚性支柱的其中一个支柱套件的第一轨道段；以及
保持具有可收缩支柱的支柱套件的第二轨道段；
其中，第一和第二轨道段被配置成选择性地彼此组装。
10.权利要求1的光电阵列，其中，光电阵列包括保持装设到其上的紧邻光电套件之间的间距的装设单元。
11.一种用于把光电阵列安装到商业建筑物屋顶结构的方法，所述屋顶结构包括在间隔开的钉扎点处耦合到屋顶的隔膜，所述方法包括步骤：
提供第一装设单元，其包括：
细长轨道，
分别包括从轨道延伸并且终结于与轨道相反的足部的刚性支柱的多个装设支柱套件，
包括从轨道延伸并且终结于与轨道相反的足部的支柱的至少一个支撑支柱套件，
其中，各个支柱套件沿着轨道的长度彼此间隔开；
把装设单元相对于屋顶结构设置成使得每一个足部与隔膜接触，并且轨道处在隔膜上方并且与之间隔开；
分别利用穿透隔膜并且进入到屋顶层板中的至少一个紧固件把每一个装设支柱套件的足部紧固到屋顶结构；以及
把至少两个光电套件装设到轨道，从而使得装设单元把所述至少两个光电套件保持在隔膜上方并且与之间隔开；
其中，在最终安装之后，所述至少一个支撑支柱套件的足部没有通过穿透隔膜的紧固件耦合到屋顶结构。
12.权利要求11的方法，其中，设置装设单元的步骤包括：
识别隔膜耦合到屋顶层板的第一钉扎位置；
识别隔膜耦合到屋顶层板的与第一钉扎位置间隔开的第二钉扎位置；
在第一钉扎位置处把其中第一个装设支柱套件的足部放置在隔膜上；以及
在第二钉扎位置处把其中第二个装设支柱套件的足部放置到隔膜上。
13.权利要求12的方法，其中，隔膜在第一和第二钉扎位置之间没有耦合到屋顶层板，并且设置装设单元的步骤还包括：
在第一和第二钉扎位置之间的一个位置处把所述至少一个支撑支柱套件的足部放置到隔膜上。
14.权利要求13的方法，其中，轨道包括保持第一装设支柱套件的第一轨道段和保持第一支撑支柱套件的第二轨道段，并且提供第一装设单元的步骤包括：
确定第一和第二钉扎位置之间的线性钉扎距离；以及
把第一和第二轨道段组装成使得第一装设支柱套件与第一支撑支柱套件之间的距离小于所述钉扎距离。
15.权利要求11的方法，其中，第一装设单元包括从轨道延伸的多个支柱套件，并且其中设置装设单元的步骤包括把至少其中三个支柱套件的足部在隔膜被耦合到屋顶层板的对应钉扎点上对准，并且其中在最终安装之后，只有已对准的支柱套件的足部通过穿透隔膜的紧固件被紧固到屋顶。
16.权利要求11的方法，其中，轨道具有至少十英尺的长度，并且第一装设单元包括多个支撑支柱套件，并且其中在最终安装之后，所述多个支撑支柱套件的足部都没有通过穿透隔膜的紧固件耦合到屋顶结构。
17.权利要求11的方法，其中，支撑支柱套件的支柱是可收缩支柱。
18.权利要求17的方法，其中，在最终安装之后，隔膜的翻涌会在支撑支柱套件的足部上施加力，并且可收缩支柱允许支撑支柱套件的足部响应于所述力而朝向轨道移动。
19.权利要求11的方法，其中，把至少两个光电套件装设到轨道的步骤包括按照间隔开的并排关系定位所述两个光电套件。
20.权利要求19的方法，其中，把至少五个光电套件装设到轨道。
21.权利要求11的方法，还包括步骤：
提供第二装设单元，其包括细长轨道以及从轨道延伸并且分别终结于与轨道相反的足部的多个支柱套件；
相对于屋顶结构设置第二装设单元，从而使得第二装设单元的足部接触隔膜，并且第二装设单元的轨道与第一装设单元的轨道间隔开并与之平行；
把所述至少两个光电套件装设到第一和第二装设单元的轨道。
22.权利要求11的方法，还包括步骤：
估计光电阵列在最终安装之后将受到的净载荷力；以及
基于所述估计，确定将利用穿透隔膜的对应紧固件而紧固到屋顶结构的支柱套件的数目。
23.一种用于准备光电阵列以便装设到商业建筑物屋顶结构的方法，所述屋顶结构包括在间隔开的钉扎点处耦合到屋顶层板的隔膜，所述方法包括步骤：
确定相邻的第一和第二钉扎点之间的第一钉扎距离；
确定第二钉扎点和相邻的第三钉扎点之间的第二钉扎距离；
形成细长轨道，其被配置成容纳并保持多个光电套件当中的每一个的一部分；
把第一支柱套件组装到轨道；
与第一支柱套件相距对应于第一钉扎距离的距离将第二支柱套件组装到轨道；以及
与第二支柱套件相距对应于第二钉扎距离的距离将第三支柱套件组装到轨道；
其中，每一个支柱套件包括从轨道延伸并且终结于与轨道相反的足部的支柱，
其中，通过多个紧固件以穿透方式把其中选择性的足部耦合到屋顶结构。
24.权利要求23的方法，还包括步骤：
在第一和第二支柱套件之间把第四支柱套件组装到轨道。
25.权利要求24的方法，其中，第四支柱套件包括可收缩支柱。
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