CN102725595A - 用于光伏模块的安装接口件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配置用于光伏模块（1）的安装接口件，光伏模块（1）包括背面（2），背面（2）具有整体背面表面尺寸（4，5），安装接口件包括至少六个安装元件（3），安装元件（3）可附接至光伏模块（1）的背面（2），以将光伏模块（1）安装在安装表面上，其中每个安装元件（3）包括安装元件表面，安装元件表面具有整体安装元件表面尺寸（6，7），从而在安装元件（3）附接至光伏模块（1）时，光伏模块（1）与安装元件（3）之间的接触面积与整体安装元件表面尺寸（6，7）相等；以及光伏模块（1）的整体背面表面尺寸（4，5）除以全部安装元件（3）的整体安装元件表面尺寸（6，7）之和的结果为≥40且≤160，优选地≥50且≤80，更优选地为52。本发明通过减少每个安装元件（3）的尺寸使安装所需的材料总量减少，从而导致最小的材料成本。

Description

用于光伏模块的安装接口件

技术领域

本发明涉及配置用于光伏模块的安装接口件，该安装接口件包括可附接至光伏模块背面的多个安装元件。本发明还涉及一种光伏模块，其具有安装接口件以将光伏模块安装到安装表面上。

背景技术

太阳能电池（也被称为光伏电池）是将诸如光或太阳辐射的电磁能直接转换成电的半导体。光伏能量转换提供了以环保的方式发电的观点。

然而，在目前的状态下，由光伏能量转换提供的电能仍然贵于由传统发电站提供的电力。因此，近年来，对用于生产光伏能量转换单元的更经济的装置的开发引起了大家的注意。在生产低成本太阳能电池的不同方法中，薄膜硅太阳能电池被认为是实现该目标的重要方法。

基于薄膜硅或晶体技术，布置在公共底座上且电连接的多个单独的电池被称为组件、太阳能组件或光伏模块。这种组件通常被聚集到较大的设施中，例如屋顶、建筑墙体或开阔地以构成太阳能发电厂。

根据各种紧固需求，适当的且节省成本的固定技术的问题变得重要，因为固定技术会补偿来自风、雨、雪等的力。适当的固定技术的其它方面在于易于维护且易于替换受损的组件。

如今，可购得各种组件固定技术。为了固定光伏模块，所有这些结构都需要精心设计的支撑结构和工具以将光伏模块安装在所提及的结构之上。它们不仅承担组件的重量，而且还提供可能的固定点以“夹持”和/或“旋固”组件使得光伏模块能够抵补风载荷和雪载荷。光伏模块越大和/或越重，以可靠的方式固定光伏模块的结构就越重和越复杂。

在大多数情况下，光伏模块被安装成倾斜状态。通常用于安装光伏模块的子结构包括水平支撑件（例如位于边缘的框架支撑件）和中间支撑件（所谓的后梁，即粘接或夹持至光伏模块背面的由钢型材或铝型材制成的杆）。夹持件通常夹持组件的边缘，最终与围绕光伏模块边缘的框架相连。这种固定避免了沉重的后梁，但是不易于保持，因为需要许多不同的部件将光伏模块固定至支撑结构，并且当使用通常已知的安装技术时，需要一些工具来安装光伏模块。

主要的缺点涉及与这些结构相关联的成本，因为所使用的不同材料的量很大。实际上，框架占用了光伏模块的全部周长，后梁根据其固定方式为光伏模块的长度或宽度的两倍。

发明内容

本发明的目的是提供用于光伏模块的安装接口件以将光伏模块安装在安装表面上，其中，安装接口件在使安装设备具有最小材料成本的情况下实现了光伏模块的安全固定。

该目的由独立权利要求的特征实现。从属权利要求给出了优选的实施方式。

因此，该目的通过配置用于光伏模块的安装接口件实现，该光伏模块包括背面，该背面具有整体背面表面尺寸，安装接口件包括至少六个安装元件，安装元件可附接至光伏模块的背面以将光伏模块安装在安装表面上，其中，每个安装元件包括具有整体安装元件表面尺寸的安装元件表面，从而当安装元件附接至光伏模块时，光伏模块与安装元件之间的接触面积等于整体安装元件表面尺寸，并且光伏模块的整体背面表面尺寸除以全部安装元件的整体安装元件表面尺寸之和的结果为≥40且≤160，优选地为≥50且≤80，更优选地为52。

为了使将光伏模块安装至安装表面上（例如，安装在建筑物的屋顶上）的安装元件的成本最优化，已知现有技术是使用四个安装元件，因此对它们的尺寸进行计算。用于计算安装元件的尺寸的决定因素常常为有效面积，即负责将力从光伏模块传递至子结构（例如包括杆或横梁）的接触面积。

然而，已发现，通过使用六个或更多个安装元件，能够减少每个安装元件的尺寸，从而使安装所需的总的材料量减少，导致最小的材料成本。还已发现，当计算得出光伏模块的整体背面表面尺寸除以全部安装元件的整体安装元件表面尺寸之和的结果为≥40且≤160，优选地为≥50且≤80，更优选地为52时，完全满足IEC 61646ed.2section（节）10.16的要求。总而言之，与具有四个安装元件的现有技术相比，根据本发明的安装接口件降低了70%的材料使用。因此，本发明的想法是优化安装元件的数量，同时由于对使用最少量材料来代替最少数量元件的约束满足先前提到的IEC标准。

各种测试已经表明，根据本发明的安装接口件通过在增加安装元件数量的同时减少安装元件与光伏模块之间的整体接触面积来满足IEC 61646 ed.2section（节）10.16的要求。在另一方面，用至少六个安装元件来代替四个安装元件意味着附接至光伏模块的安装元件之间的距离减少了，从而安装元件与光伏模块之间的有效接触面积可减少而不会使安装表面上的光伏模块的固定和/或固定的稳定性下降。使六个或更多安装元件之间的距离减少的进一步的优点是降低了光伏模块中的机械应力，从而导致整体安装解决方案的安全等级的提高。

当使用框架或后梁作为安装子结构时，需要一个或两个安装元件，但是现有技术已知的这些安装元件必须被形成为大尺寸的以实现光伏模块的安全固定，因为光伏模块沿其纵侧面的变形较大。然而，当沿光伏模块的纵侧面使用六个或更多根据本发明的安装元件时，与现有技术相比，光伏模块沿其纵侧面的变形要小得多。

光伏模块可以是现有技术已知的任意光伏模块，该光伏模块具有例如1.4m²的整体背面表面尺寸。当每个安装元件附接至光伏模块时，每个安装元件优选地具有物理接触尺寸，对于光伏模块，整体安装元件表面尺寸例如为9.000mm²。因此，根据本发明，优选地，光伏模块的整体背面表面尺寸（例如1.4m²）除以全部安装元件的整体安装元件表面尺寸（例如在六个安装元件的情况下，6×9.000mm²）之和的结果分别≥40且≤160，优选地≥50且≤80，更优选地为52（在上述实施例中为156）。虽然已发现只要这些比率中的每一个优选地≥40且≤160，就能满足IEC 61646的要求，但还发现在各种测试期间，特别为52的比率提供了低材料使用、安全固定和优化成本方面的最佳结果。

通常，可附接至光伏模块且各自附接至光伏模块的安装元件表面可包括适于将光伏模块安装在安装表面上的任意形状。然而根据本发明的优选实施方式，可附接至光伏模块的安装元件表面优选地为在安装元件附接至光伏模块时附接至光伏模块的安装元件与光伏模块之间的接触面积，该安装元件表面为矩形，矩形的长度为≥130mm且≤170mm，优选地为≥140mm且≤160mm，最优选地为150mm，所述矩形的宽度为≥10mm且≤40mm，优选地为≥20mm且≤30mm，最优选地为30mm。

在进一步优选的实施方式中，可附接至光伏模块的安装元件表面为圆形，圆形的直径为≥44mm且≤87mm，优选地为≥60mm且≤80mm，更优选地为76mm。而且，特别地，当使用多于六个的用于安装光伏模块的安装元件时，本领域技术人员可分别将具有不同宽度、长度和/或直径的形状用于可附接至光伏模块的安装元件表面。

在另一优选的实施方式中，所有安装元件的可附接至光伏模块的安装元件表面包括相同的形状。这个实施方式为安装元件提供了非常简单的制造方法，并且降低了光伏模块中的机械应力。本领域技术人员可提供用于将安装元件固定至安装表面（诸如子结构、框架、杆和/或梁）的其它安装装置。

因此，根据本发明的另一优选的实施方式，安装元件排列成行，优选地每行布置有三个安装元件。这种组装尤其有利于纵侧表面在1m²到2m²之间的光伏模块。然后，安装元件优选地有规律地布置以实现光伏模块的整个纵侧表面之上的安全固定。为了降低光伏模块中的机械应力，进而导致安装接口件的更好的安全级别，优选地安装元件排列成行且相互之间具有相同的距离。

一般地，安装元件可例如通过胶以任意可能的方式附接至光伏模块。然而，根据本发明的优选的实施方式，安装元件包括紧固件、卡合装置、夹紧装置、螺栓、凹槽、用于阻碍装置的制转部件和/或锁、和/或用于指示光伏模块和/或安装元件的操作和/或机械条件的电连接装置、传感器和/或控制元件。优选地，安装元件可附接至光伏模块以及可从光伏模块移除而不需要任何其它的工具，从而安装接口件可由没有任何专业知识的人进行操纵。

本发明的目的还可由一种光伏模块实现，该光伏模块具有根据之前描述的安装接口件，安装接口件用于将光伏模块安装在安装表面上，其中，每个安装元件可移除地附接至所述光伏模块的背面。因此，每个光伏模块通过胶附接至光伏模块的背面是特别优选的。因为根据本发明的安装接口件与现有技术相比减少了安装元件与光伏模块之间的接触面积，所以这种面积减少允许使用较小的安装元件以及减少将光伏模块分别紧固至安装元件的安装元件表面所需的胶量，并且满足IEC 61646的要求。

在本发明进一步优选的实施方式中，每个安装元件牢固地接合和/或附接至光伏模块的背面。牢固地接合在本发明中的含义应该理解为，安装元件被焊接、粘接或以其它方式固定至光伏模块的背面从而能够补偿由机械应力（诸如风载荷、雪载荷等）产生的力。

在本发明的特别优选的实施方式中，光伏模块包括基板、光伏有源层和盖，光伏有源层层压在基板与盖之间，基板和/或盖包括玻璃，优选地包括退火玻璃，玻璃的厚度≤3.2mm，优选地≤2mm。这个实施方式是特别有利的，因为它允许将光伏模块的成本降低至最小值，避免玻璃上的加固程序并且降低了玻璃厚度，另一方面满足可靠性要求并且避免引入支撑结构上的额外成本。

在大量的测试中，已经发现具有2mm的退火玻璃（分别层压为2mm的退火玻璃）的至少六个安装装置的光伏模块满足IEC 61646对风载荷和机械载荷测试的要求。本领域技术人员将基板、光伏有源层和/或盖设置成现有技术已知的任意装置，例如使包括p-i-p或n-i-p的结构作为光伏有源层。

一般地，光伏模块可包括任意形状。然而，根据本发明的优选实施方式，光伏模块的背面为矩形，矩形的整体背面表面尺寸≥1m²且≤2m²，优选地为≥1.2m²且≤1.7m²，最优选地为1.43m²。在特别优选的实施方式中，光伏模块具有1100x1300mm²的尺寸。优选地，光伏模块呈正方形或矩形、基本为平坦和/或平面的设计，因此安装元件优选地分别“精确地附接”至光伏模块而不需要彼此接触。安装元件可由铝、钢、塑料或任意其它合适的材料制成。优选地，安装元件可按规则图案排列，例如排列成行和/或成列。

根据本发明的另一优选实施方式，光伏模块包括附接至安装表面的枢轴，安装元件包括结构部件，结构部件表现为接收器的形式，接收器被配置为将接收器插到枢轴上从而在光伏模块与安装表面之间形成可拆卸的接合。因此，为了将结构部件插到枢轴上，光伏模块优选地朝向结构部件的表面移动以保持光伏模块的平面与结构部件的表面的平面平行。在这种情况下，可布置光伏模块的阵列，其中光伏模块一般不需要用于安装的任何横向间隔。特别地，组件的任何枢转动作不需要这种安装空间。这意味着因损坏而需要更换的组件可以非常简单的方式被移除和用新的组件替换（类似于砖阵中的砖）。如果光伏模块的任何故障需要必要的更换，这种可拆卸的接合使得光伏模块的替换非常简单。

根据本发明的又一优选实施方式，结构部件包括固定装置，所述固定装置被配置为当接收器被插到枢轴上时将枢轴固定在接收器中。进一步优选地，固定装置包括机械锁，机械锁被配置为当接收器插到所述枢轴上时与枢轴的凹槽相互作用。

在进一步的实施方式中，通过在固定装置上施加磁力，可使结构部件与枢轴之间的接合被分离。一方面，这个实施方式能进行简单的维护，因为可从组件的正面释放接合且不需要在组件的背面利用工具。另一方面，这种磁性的、可分离的固定装置能够充当防盗系统。

在又一优选的实施方式中，结构部件形成光伏模块的背面的集成部分。例如，光伏模块的背面可通过塑料注模被形成为单件，这又降低了制造成本。此外还优选地，结构部件牢固地接合至光伏模块的背面。在本发明的可选实施方式中，结构部件与枢轴之间的接合用于将光伏模块电连接至电力网。这个实施方式将进一步降低光伏模块的成本，因为可省略额外的电连接装置。

在另一优选的实施方式中，枢轴自动地固定在接收器中，因此，枢轴在接收器中的自动固定优选地意味着，通过不进行其它动作而将枢轴插入接收器来简单地实现枢轴在接收器内的自动固定。以这种方式，可提供用于将组件固定在表面上的“卡合”解决方案。这允许容易地安装组件而不需要使用任何其它的工具来将组件固定在表面上。

附图说明

本发明的这些和其它方面将参照下文描述的实施方式进行说明并且将变得显而易见。

在附图中：

图1示出根据现有技术的具有安装接口件的光伏模块的示意图；

图2示出根据本发明实施方式的具有安装接口件的光伏模块的示意图；

图3示出根据本发明另一实施方式的安装接口件的示意图；以及

图4示出根据本发明另一实施方式的安装接口件的结构部件的示意图。

具体实施方式

图1示出根据现有技术的具有安装接口件的光伏模块1的示意图，安装接口件用于将光伏模块1安装在安装表面上。光伏模块1具有背面2，背面2具有整体矩形背面表面尺寸4、5，其中，宽度4为1300mm及长度5为1100mm。

在光伏模块1的背面2上限定了四个安装元件3。根据现有技术，每个安装元件3具有50mm的宽度6和150mm的长度7。安装元件3通过胶附接至背面2。因此，四个安装元件3的有效接触面积为4×50mm×150mm=30.000mm²。

图2示出了根据本发明的优选实施方式的光伏模块1。尽管其具有与现有技术已知的光伏模块1相同的整体背面表面尺寸4、5，但安装元件3的总数已经增加至总共六个。每个安装元件3包括安装元件表面，安装元件表面具有10mm×150mm的整体矩形安装元件表面尺寸6、7，由此使得全部六个安装元件3的整体安装元件表面尺寸6、7的总和为9.000mm²。

如图可见，光伏模块1的整体背面表面尺寸4、5与全部六个安装元件3的总的整体安装元件表面尺寸6、7之间的有效接触面积与仅具有四个安装元件3的现有技术配置相比显著降低，同时满足IEC 61646的要求，例如符合上述IEC标准中定义的风载荷和/或雪载荷。

因此，如之前所示，光伏模块1的整体背面表面尺寸4、5除以全部六个安装元件3的整体安装元件表面尺寸6、7之和的结果为159。许多测试表明，只要光伏模块1的整体背面表面尺寸4、5除以全部安装元件3的整体安装元件表面尺寸6、7之和的结果≥40且≤160，就能满足IEC 61646的要求。

将安装元件3排列成行，其中三个安装元件3位于第一行且其余三个安装元件3位于第二行，在每行中，各个安装元件3彼此之间具有相等的距离（如图2所示），这样做的优点是，用于光伏模块1的玻璃的厚度可减少至2mm，同时仍然满足IEC 61646的要求。因此，假设如现有技术中已知的，光伏模块1包括基板、光伏有源层和盖，其中光伏有源层层压在基板与盖之间，基板和盖包括厚度均为2mm的退火玻璃。

安装元件3被设置成紧固件，紧固件表现为对不需要工具的情况下的光伏模块1的移除进行阻碍的锁形式。紧固件还表现为指示光伏模块1和安装元件3的操作条件和机械条件的电连接元件和/或传感器元件或控制元件（未示出）形式。

图3描绘了允许容易地安装和卸载的可能的固定配置。结构部件9表现为接收器10的形式（例如孔），接收器10与销、插头或枢轴11匹配。枢轴11为光伏模块1应附接至的结构（未示出）和/或安装表面的一部分。16为结构部件9的背面，背面16通过粘接、附接或其它方式连接至光伏模块1的背面2。固定配置的几何结构不限于圆柱体或其它。

图4示出了根据本发明的又一实施方式。如图3所示的结构部件9还可被修改以提供用于防盗系统的解决方案。例如，机械锁13可集成到图3的结构部件9中，从而允许系统仅通过施加力（例如磁场）而被卸载，该力通过使锁定板17向右移动开启机械锁13来解锁机械锁13并且释放枢轴11。通过这种系统，光伏模块1可直接从正面安装和移除，而不需要横向间隔或复杂的策略来移除发电厂或设施上的受损组件。

在图4中示出该实施例，其中18表示机械锁13的锁定板17的导向部件，锁定板可由铁或其它磁性金属制成。标号15表示弹簧，弹簧用作当结构部件9插到枢轴11上时自动将锁定板固定在锁定位置的锁定装置。弹簧可由谐波钢（harmonic steel）或塑料制成。

尽管已经在附图和前述描述中详细地描述了本发明，但是这种说明和描述被认为是说明性或示例性的而不是限制性的，本发明不限于所公开的实施方式。本领域技术人员通过学习附图、公开内容和所附权利要求来对所要求保护的本发明进行实践时可理解和实现所公开的实施方式的其它变化。在权利要求中，词语“comprising(包括)”不排除其它元件或步骤，不定冠词“a（一个）”或“an（一个）”不排除多个。事实上，彼此不同的从属权利要求中记载的某些措施并不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任一参考标号应该不被解释成限制范围。

参考标号列表

1  光伏模块

2  光伏模块的背面

3  安装元件

4  光伏模块的宽度

5  光伏模块的长度

6  安装元件的宽度

7  安装元件的长度

9  结构部件

10  接收器

11  枢轴

13  机械锁

14  凹槽

15  弹簧

16  结构部件的背面

17  锁定板

18  导向部件

Claims (15)

1.配置用于光伏模块（1）的安装接口件，所述光伏模块（1）包括背面（2），所述背面（2）具有整体背面表面尺寸（4，5），所述安装接口件包括至少六个安装元件（3），所述安装元件（3）能够附接至所述光伏模块（1）的背面（2），以将所述光伏模块（1）安装在安装表面上，其中，

每个安装元件（3）包括安装元件表面，所述安装元件表面具有整体安装元件表面尺寸（6，7），从而在所述安装元件（3）附接至所述光伏模块（1）时，所述光伏模块（1）与所述安装元件（3）之间的接触面积与所述整体安装元件表面尺寸（6，7）相等；以及

所述光伏模块（1）的所述整体背面表面尺寸（4，5）除以全部安装元件（3）的整体安装元件表面尺寸（6，7）之和的结果为≥40且≤160，优选地为≥50且≤80，更优选地为52。

2.根据权利要求1所述的安装接口件，其中，能够附接至所述光伏模块（1）的所述安装元件表面为矩形，所述矩形的长度（7）≥130mm且≤170mm，优选地≥140mm且≤160mm，最优选地为150mm，所述矩形的宽度（6）≥10mm且≤40mm，优选地≥20mm且≤30mm，最优选地为30mm。

3.根据权利要求1所述的安装接口件，其中，能够附接至所述光伏模块（1）的所述安装元件表面为圆形，所述圆形的直径≥44mm且≤87mm，优选地≥60mm且≤80mm，更优选地为76mm。

4.根据前述任一权利要求所述的安装接口件，其中，全部所述安装元件（3）的能够附接至所述光伏模块（1）的安装元件表面包括相同的形状。

5.根据前述任一权利要求所述的安装接口件，其中，所述安装元件（3）排列成行，优选地，每行设有三个安装元件（3）。

6.根据权利要求5所述的安装接口件，其中，所述安装元件（3）排列成行且彼此之间具有相同的距离。

7.根据前述任一权利要求所述的安装接口件，其中，所述安装元件（3）包括紧固件、卡合装置、夹紧装置、螺栓、凹槽、用于阻碍装置的制转部件和/或锁、和/或用于指示所述光伏模块（1）和/或所述安装元件（3）的操作条件和/或机械条件的电连接装置、传感器和/或控制元件。

8.一种光伏模块（1），具有根据前述任一权利要求所述的用于将所述光伏模块（1）安装在安装表面上的安装接口件，其中，

每个安装元件（3）可移除地附接至所述光伏模块（1）的背面（2）。

9.根据权利要求8所述的光伏模块（1），其中，每个安装元件（3）通过胶附接至所述光伏模块（1）的背面（2）。

10.根据权利要求8或9所述的光伏模块（1），其中，每个安装元件（3）牢固地接合和/或附接至所述光伏模块（1）的背面（2）。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的光伏模块（1），其中，所述光伏模块（2）包括基板、光伏有源层和盖，所述光伏有源层层压在所述基板与所述盖之间，所述基板和/或所述盖包括玻璃，优选地包括退火玻璃，所述玻璃的厚度≤3.2mm，优选地≤2mm。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的光伏模块（1），其中,所述光伏模块（1）的背面（2）为矩形，所述矩形的整体背面表面尺寸（3、4）为≥1m²且≤2m²，优选地为≥1.2m²且≤1.7m²，最优选地为1.43m²。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的光伏模块（1），包括附接至所述安装表面的枢轴（11），所述安装元件（3）包括结构部件（9），所述结构部件（9）具有接收器（10）的形式，所述接收器（10）被配置为将所述接收器（10）插到所述枢轴（11）上从而在所述光伏模块（1）与所述安装表面之间形成可拆卸的接合。

14.根据权利要求13所述的光伏模块（1），所述结构部件（9）包括固定装置，所述固定装置被配置为当所述接收器（10）被插到所述枢轴（11）上时将所述枢轴（11）固定在所述接收器（10）中。

15.根据权利要求13或14所述的光伏模块（1），其中，所述固定装置包括机械锁（13），所述机械锁（13）被配置为当所述接收器（10）插到所述枢轴（11）上时与所述枢轴（11）的凹槽（14）相互作用。

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