CN102810587A - 具有接地杆的光伏安置系统及其安装方法 - Google Patents

具有接地杆的光伏安置系统及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明名称为“具有接地杆的光伏安置系统及其安装方法”。一种光伏(PV)安置系统，包括至少一个PV模块(12)、一对金属轨分段(14)以及连接至金属轨分段(14)的每端以使金属轨分段(14)接地的接地杆(16)。该系统还包括用于电连接若干PV模块(12)的布线束(18)、用于覆盖和保护该布线束(18)的闭锁盖(20)、电连接至布线束(18)的一端的标准连接器盒(22)、以及电连接至连接器盒(22)的本垒打线缆(24)。还公开了一种用于使PV安置系统(10)接地的方法。

Description

具有接地杆的光伏安置系统及其安装方法
技术领域
本发明通常涉及光伏(PV)系统，并且更具体地涉及一种用于使PV安置系统和轨分段接地的系统和方法。
背景技术
在美国，几乎所有的电系统都接地以减轻闪电、线路电涌或与高压线无意接触导致的影响。大部分PV系统包括具有金属框架和金属安置架的模块，这些模块位于暴露的位置(例如，易于受到雷击屋顶)，或者靠近高压输电线定位，这些高压输电线在大风等的情况下可能接触PV阵列。
在典型的PV阵列中的模块具有易于阳极氧化的铝框架。具有和2010-NEC规范(code)草案相同的要求并且指导PV系统安装的2008-NEC规范要求暴露的金属表面接地。特别地，对于可产生高达600伏特电压的dc模块串，其必须满足特别的dc布线和接地的要求。PV叠层的绝缘材料的失效可使框架被给予600伏特dc电压。
根据NEC规范和UL标准1703，要求PV系统的安装者对每个模块框架接地。必须使用重的(例如至少#10规格的)铜线以及可切入框架的10-32螺栓以到达这种模块间接地。即使对于具有阳极氧化表面的框架也需要额外保险。在这样的情况下，使用垫圈/连接器切入金属框架以及提供最好的电接触。因为在典型的PV阵列中的模块具有经常被阳极氧化的铝框架，因此提供框架接地的连续性无法保证轨接地以及需要至少#10规格的铜接地引线来附连到每个分离的轨分段且运送至公共点。
PV安置系统的传统的安装需要在物理附连之前轨系统的布局，通常必须进行测量和白粉线快速移动以便对准。对于大部分应用，这是足够的。但是，一些应用需要轨之间良好控制的间距以保证模块的合适对准，由此需要更一致的方法以确保平行轨的对准。
发明内容
本申请的发明人解决了确保PV模块的合适对准的问题，同时为PV安置系统的金属轨的段以及附连至各轨的段的一端的连接器盒提供足够的接地。
简而言之，根据一个实施例，一种用于使光伏(PV)模块接地的系统包括至少一个构件块(30)，其具有至少一个PV模块(12)、一对金属轨分段(14)、以及连接至金属轨分段(14)的每端以使金属轨分段(14)接地的金属接地杆(16)。
在另一方面中，一种用于使光伏系统(10)接地的方法包括：将PV模块(12)插入第一金属轨分段(14)中以及插入第二相对的金属轨分段(14)中，以将PV模块(12)保持到位；以及连接一接地杆(16)至第一金属轨分段和第二金属轨分段(14)的每端，以便使金属轨分段(14)接地。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细描述时，将更好地理解本发明的这些以及其它的特征、方面以及优点，其中所有附图中相同的附图标记代表相同的部件，其中：
图1是根据本发明一实施例的、具有金属轨和用于使该金属轨接地的接地杆的PV安置系统的基本构件块的前视透视图；
图2是示出与PV叠层和一即插即用ac电压功率连接器构成整体的dc-ac微逆变器的后视示意图，该dc-ac微逆变器适用于供图1中所示系统使用，以穿过多个ac-电压模块，从ac-电压模块将设备接地连接带至ac-电压模块；
图3是根据本发明一实施例的、具有PV模块的单排基本构件块的PV安置系统的前视图，其形成单个电路且通过利用金属接地杆接地的金属轨保持到位；
图4是根据本发明一实施例的、包括PV模块的两排基本构件块的PV安置系统的前视透视图，两排基本构件块具有安装轨，其使用金属接地杆自动接地；
图5(a)和5(b)分别是根据本发明的一实施例的、标准连接器盒和穿通连接器盒的示意图。
尽管上面识别的图形提出可备选实施例，但也可预期本发明的其它实施例，如讨论中提到的。在所有情况下，本公开以代表方式而非限制方式呈现本发明的示意实施例。本领域技术人员可设计出落入本发明的原理的范围和精神内的、许多其它的变型和实施例。
具体实施方式
现在参考图1-5，光伏(PV)安置系统10包括多个PV模块12、多个金属轨分段14、多个金属接地杆16、布线束18、用于覆盖和保护该布线束18的闭锁盖20、连接器盒22、至少一个本垒打(home run)线缆24以及具有L-支架28的多个安置支柱26，L-支架28用于安置轨分段14至支柱26。在该示例性实施例中，PV安置系统10包括具有五个(5)PV模块12的基本构件块30。但是，应意识到，本发明不限于配置用于基本构件块30的PV模块12的数目，以及取决于设计要求和国家电气规范(NEC)限制，基本构件块30可包括任意期望数目的PV模块12。在一个示例中，每个PV模块12是由低电压dc模块和集成dc-ac逆变器组成的ac模块，由此每个PV模块12可产生240V的ac功率。在另一示例中，每个PV模块12可产生120V的ac功率。最高的dc电压是单个PV模块12的dc电压，大约30V，其低于UL安全限制的48V dc。在单个电路中的PV模块的数目由NEC和在负载板中的保护断路器的尺寸两者确定。
如图2中所示，每个PV模块12的背面包括容纳在金属壳36中的微-逆变器32。每个微-逆变器32集成至相应的PV模块12。当PV模块12插入轨分段14中时(图1)，每个PV模块12包括金属框架40，其中即插即用模块连接器42位于PV模块12的顶部。即插即用模块连接器42可包括，例如，4个针脚44：一对120V的ac-电压针脚、一个中性导体针脚以及一个dc接地导体针脚。相反地，布线束18可包括，例如，相应的连接器19(图1)，其具有用于接收该4个针脚44的4个狭槽21：一对120V的ac-电压狭槽、一个中性导体狭槽以及一个dc接地导体狭槽。每个即插即用模块连接器42内部电连接到其相应的微-逆变器32至各自的微-逆变器底盘/接地，其可为，例如，微-逆变器金属壳36。每个微-逆变器32的金属壳36通过金属框架附连支架46机械地和电地附连至相应的PV模块12的金属框架40，例如，以形成金属壳36和相应的金属框架40之间的低电阻接地接触。可意识到，本发明不限于具有与布线束18的相应狭槽配合的针脚44的即插即用模块连接器42，以及本发明可使用具有接收布线束18相应的针脚的狭槽的即插即用模块连接器42来实践。换而言之，针脚和狭槽可位于连接器19、42任一个上。连接器42的位置也不是限制性的，因为连接器42可以不危及PV模块12物理插入该“插入和捕获”轨分段14的方式定位PV模块12的背面。
目前，采用微-逆变器32的所有商业系统仍需要设备接地，意味着具有金属框架40和金属安置系统的所有模块必须通过低电阻通道连接至公共接地。这样的模块间接地连接仍是采用需要使用金属接合、接线片、贯穿垫圈和连线的工艺来形成的。在安装的时候，所有这些模块都需要形成手动接地连接，且通常需要有经验的电气师存在。
每个微-逆变器32可通过相应接线盒48连接至PV模块12。每个接线盒48容纳PV模块12和相应的微-逆变器32的标准+/-dc连线/连接器。因为每个微-逆变器壳36也电耦合至其相应的PV模块12的金属框架40，所以在每个连接器19、42中的接地针脚自动地接地通过连接器19、42互连的所有模块框架40。
连接器19、42实现PV安置系统10的基本构件块30的PV模块12之间的接地连接。因为每个微-逆变器壳36电耦合至其相应的PV模块12的金属框架40，所以当所有的PV模块12安装入金属轨分段14时，在功率连接器19、42中的接地针脚自动地接地所有的模块框架40。进一步，连接至金属轨分段14的每端的金属接地杆16用作提供金属轨分段14之间的连续的接地通道。进一步，在轨分段14的端部用于安置该金属接地杆16的预钻孔确保该基本构件块30的轨分段14对之间正确的间距，如图1中所示。
形成该PV安置系统10的单个电路的基本构件块30的数目取决于每个PV模块12产生的电功率的量。为此目的，本发明可使用任意期望数目的基本构件块30和PV模块12进行实践，取决于每个PV模块12产生的电功率的量、根据NEC的限制的电负载板的限制以及在该负载板中的保护断路器的额定。应注意，每个微-逆变器34产生～1A的电流且断路器额定为15-20A，其构成单个电路。该负载板可承受更多的功率，但是将需要额外的断路器、电路以及本垒打线缆24。在一个示例中，单排R1包括五个(5)PV模块12的基本构件块30形成单电路C1，如图1和3中所示。在此示例中，该PV安置系统10包括一对金属轨分段14、一对金属接地杆16、布线束18、用于覆盖和保护布线束18的闭锁盖20、连接器盒22、本垒打线缆24以及具有用于安置轨分段14至支柱26的L-支架28的多个安置支柱26。
线束18的一端连接至连接器盒22。来自该连接器盒22的本垒打线缆24产生单个电路C1，其具有大约5A的电流(用于五个(5)PV模块)，其可馈送给传统的15A断路器板(未示出)。因为每个PV模块12产生大约1A的电流，因此在单个电路C1上的大约10-13个PV模块12的总和，可馈送给传统的15A断路器板，取决于每个PV模块12产生的电流的量。可意识到，连接器56可馈送给另一排PV模块12，等等，直至最后一排PV模块12馈送给断路器板。具有多于大约10-13个PV模块12的系统将需要额外的本垒打线缆24以及断路器。应注意，来自连接器19、42(在图3中未示出)的接地针脚接地至连接器盒22的金属壁，且连接器盒22使用金属连接器，例如螺栓、垫圈等，电连接至金属轨分段14。因此，除了金属轨分段14之外，接地杆16自动地接地连接器19、42。
因为PV安置系统10需要捕获在轨分段14中的每个PV模块12的顶部和底部，因此金属轨分段14之间的间距是重要的。本发明的一个方面是金属轨分段14包括用于在合适的位置安置该金属接地杆16且确保轨分段对14之间的正确的间距的多个预钻孔，由此减小安装错误。这样，金属接地杆16具有双重作用：1)保证金属轨分段14之间的正确的物理间距；以及2)自动地接地金属轨分段14和连接器19、42。
如图4和图5所示，在每个基本构件块30中具有五个(5)PV模块12的两个基本构件块30形成两排R1、R2，其由公共的中心金属轨分段14结合在一起。金属轨分段14也在PV安置系统10的每端。在基本构件块30的排R1、R2的每端的一共四侧的接地杆16使所有的三个金属轨分段14接地。
线束18的一端连接至标准连接器盒22。来自标准连接盒22的连接器54依次连接至穿通连接器盒22’。在示出的示例中，来自穿通连接器盒22’的连接器56形成单个电路C1，其具有约10安培的电功率，可馈送给传统的15安培的断路器板(未示出)。可意识到，如果只有大约为10-13个PV模块12的一排，连接器54可直接馈送给该断路器板，类似于图3的示例。还可意识到的是，连接器56可馈送给另一排PV模块，等等，直至最后一排PV模块馈送给该断路器板。具有多于约10-13个PV模块12的系统将需要额外的本垒打线缆24以及断路器。应注意，来自连接器19、42的接地针脚接地至连接器盒22、22’的金属外壳，且该连接器盒22、22’依次使用金属连接器，例如螺栓、垫圈等，电连接至金属轨分段14。因此，除了金属轨分段14之外，接地杆16使连接器19、42接地。
虽然只有本发明的某些特征在此示例和描述，但许多变型和改变是本领域技术人员将想到的。因此，将理解，所附权利要求旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有的变型和改变。元件
(10)PV安置系统
(12)PV模块
(14)金属轨分段
(16)金属接地杆
(18)布线束
(19)连接器
(20)闭锁盖
(21)狭槽
(22)连接器盒
(22’)穿通连接器盒
(24)本垒打线缆
(26)支柱
(30)基本构件块
(32)微-逆变器
(36)金属壳
(40)金属框架
(42)即插即用模块连接器
(44)针脚
(46)附连支架
(48)接线盒
(56)连接器
R1，R2rows：R1、R2排

Claims (10)

1.一种用于使光伏(PV)模块接地的系统，包括：至少一个构件块(30)，其包含至少一个PV模块(12)、一对金属轨分段(14)、以及连接至所述金属轨分段(14)的每端以使所述金属轨分段(14)接地的金属接地杆(16)。
2.根据权利要求1的系统，进一步包括至少一个dc-ac微-逆变器(32)。
3.根据权利要求2的系统，其中，所述至少一个微-逆变器(32)内部地连接至相应的底盘接地或金属壳(36)且与所述至少一个PV模块(12)集成。
4.根据权利要求1的系统，其中，所述至少一个PV模块(12)包括连接器(42)，以及其中所述系统进一步包括布线束，所述布线束具有与所述至少一个PV模块(12)的所述连接器(42)配对的连接器(19)。
5.根据权利要求4的系统，其中，每个连接器(19，42)包括电连接至微-逆变器(32)的金属壳(36)的接地针脚。
6.根据权利要求5的系统，其中，所述金属壳(36)通过金属框架附连支架(46)机械地且电地附连至所述至少一个PV模块(12)的金属框架(40)。
7.根据权利要求1的系统，进一步包括用于电连接所述至少一个PV模决(12)至标准连接器盒(22)的布线束(18)、用于覆盖和保护所述ac布线束(18)的闭锁盖(20)、以及电连接至所述标准连接器盒(22)以提供单个电路C1的本垒打线缆(24)。
8.根据权利要求1的系统，进一步包括在第一排R1中的多个PV模块以及在第二排R2中的多个PV模块，其中在所述第一排R1中的所述多个PV模块与标准连接器盒(22)连接在一起，以及其中来自所述连接器盒(22)的连接器(54)以及在所述第二排R2中的所述多个PV模块(12)连接至穿通连接器盒(22’)，以及电连接至所述穿通连接器盒(22’)的连接器(56)提供来自所述穿通连接器盒(22’)的单个电路C1。
9.一种用于使光伏系统(10)接地的方法，包括：
将PV模块(12)插入第一金属轨分段(14)中以及插入第二相对的金属轨分段(14)中，以将所述PV模块(12)保持到位；以及
连接接地杆(16)至所述第一金属轨分段和第二金属轨分段(14)的每端，以使所述金属轨分段(14)接地。
10.根据权利要求9的方法，进一步包括将所述PV模块(12)电连接至布线束(18)，将所述布线束(18)电连接至标准连接器盒(22)，以及将连接器(24)电连接至所述标准连接器盒(22)以提供单个电路C1。
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