CN103107218A

CN103107218A - 用于太阳能电池板的框架

Info

Publication number: CN103107218A
Application number: CN2012103141322A
Authority: CN
Inventors: 李思汉; 浮同宏
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2032-08-29
Also published as: US20130112247A1; TW201320376A; DE102012110197A1; DE102012110197B4; TWI495128B; CN103107218B

Abstract

本发明公开了一种用于安装太阳能组件中的太阳能电池板的框架件。框架件的实施方式包括具有沟槽的伸长的外套管，该沟槽设置成用于容纳置于其中的伸长的内加强件。在一些实施方式中，加强件可滑动地插入沟槽中，并且可操作地结构性地加固外套管。加强件可以由拉伸强度大于外套管的材料制成。本发明还提供了一种用于组装该框架的方法。本发明还公开了用于太阳能电池板的框架。

Description

用于太阳能电池板的框架

技术领域

本公开一般地涉及光伏太阳能电池，并且更具体地，涉及用于支撑太阳能电池板的结构框架，以及用于组装该结构框架的方法。

背景技术

太阳能电池是一种能够将具有光的形式的可再生能源转换成具有广泛用途的有用电能的装置。薄膜式太阳能电池是一种包括多层半导体结构的太阳能电池，该多层半导体结构通过在衬底上沉积各种能够通过操作捕捉光能并将其转换成电能的半导体以及其他材料的薄层和膜形成。多个太阳能电池设置在透明/半透明材料制成的顶盖和底部背板之间形成结构通常为矩形的平板。这些太阳能电池板对环境密封并且一般透明顶盖板通常为玻璃，在一些实施例中会对这些玻璃进行回火以防止断裂。一些典型的市售太阳能电池板具有代表性尺寸，例如但不限于，长度达约为72英寸(1828.8mm)，而宽度达约为40英寸(1016mm)。太阳能电池板的厚度大约小于1/2英寸(12.7mm)，通常接近约1/4英寸(6.35mm)。

通常，太阳能电池板安装在相对较硬的外围框架中，该框架沿着边缘支撑电池板。有时还会设置横跨在外围框架之间的附加的横向或交叉支撑件以用于额外的支撑。太阳能电池板和框架组件共同形成了太阳能电池组件，其可以安装在托架系统中，该托架系统可以将多个组件组合成阵列。该托架可以安装在任意适合的支撑件或结构上，该支撑件或结构包括但不限于例如杆或建筑物的墙壁或屋顶。

太阳能电池框架要承受由风、雪、太阳能电池板自重、以及热膨胀引起的静载荷或动载荷，所有的这些都会导致框架的偏斜和扭曲。理论上，太阳能电池框架应该具有足够的结构强度以便以这样的方式充分地支撑太阳能电池板，即该方式能最小化电池板中(尤其是顶部盖板中)的力和弯曲应力，以防止框架中的太阳能电池板和电池损坏。反之，一般还希望框架的重量尽可能的轻，以最小化太阳能电池组件的总自重以及由此传递给该组件被安装至的建筑物或其他支撑结构的静载荷。迄今为止，由于铝的重量较轻，通常太阳能电池框架由阳极氧化铝制成。不过，铝并不是总能提供期望的结构强度和刚度以适当地支撑太阳能电池板，并且最小化弯曲应力，尤其是最小化顶部玻璃盖板中的弯曲应力。

因此，鉴于以上设计构思，需要一种改进的太阳能电池框架。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于支撑太阳能电池板的框架，所述框架包括：

至少一个伸长的框架件，所述框架件限定出纵轴并且设置成用于支撑太阳能电池板，所述框架件包括伸长的外套管，该外套管限定出纵向延伸的沟槽，所述沟槽设置成用于容纳置于其中的伸长的内加强件，所述加强件具有承载面，所述承载面可与所述外套管接合并且可操作地结构性支撑所述外套管；

所述外套管由第一材料制成，所述加强件由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述第二材料的拉伸强度大于所述第一材料的拉伸强度。

根据一可选实施例，所述第二材料的密度大于所述第一材料的密度。

根据一可选实施例，所述外套管由铝制成，所述铝包括铝合金，并且所述内套管由钢或钛制成，所述钢或钛包括钢或钛的合金。

根据一可选实施例，所述外套管限定出纵向延伸的窗口，所述窗口横向开口并且穿过所述套管至所述沟槽中，所述加强件的一部分定位为与所述窗口相邻并且靠近所述窗口。

根据一可选实施例，所述加强件的长度基本上与所述外套管中的沟槽的长度相同。

根据一可选实施例，所述沟槽和所述加强件具有互补设置的横截面。

根据一可选实施例，所述加强件的承载面由上凸缘壁和下凸缘壁限定，所述上凸缘壁和下凸缘壁被设置为靠近包围所述沟槽的所述外套管的表面。

根据一可选实施例，所述外套管包括水平底壁、与所述底壁间隔开的顶壁，以及连接所述底壁和所述顶壁的垂直侧壁，这些壁限定出所述外套管中的所述沟槽。

根据一可选实施例，所述加强件具有设置为与所述沟槽的相应部分互补的横截面形状。

根据一可选实施例，所述加强件的横截面为C-形，并且所述沟槽的横截面为矩形或正方形。

根据一可选实施例，所述加强件包括至少一个锁定突起，所述锁定突起设置成与形成在所述外套管中的匹配的锁定孔接合，所述锁定突起可操作地防止所述加强件从所述外套管中沿轴向退出。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种太阳能组件，包括：

太阳能电池板，所述太阳能电池板包括多个太阳能电池；

外围框架，所述外围框架支撑所述太阳能电池板并且包括多个伸长的框架件，每个所述框架件都限定出纵轴，至少一个框架件包括：

沿轴向伸长的外套管，所述外套管具有第一长度以及在所述外套管中纵向延伸的沟槽；以及

一个或多个沿轴向伸长的加强件，所述加强件具有第二长度并且沿着所述外套管的第一长度的方向伸长，所述一个或多个加强件容纳在所述外套管的所述沟槽中以用于结构性地加固所述外套管；

所述外套管由第一材料制成，并且所述加强件由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述第二材料的拉伸强度大于第一材料的拉伸强度以用于加固所述框架。

根据一可选实施例，所述一个或多个加强件的总合并长度基本上与所述外套管的第一长度相同。

根据一可选实施例，所述沟槽的横截面形状为矩形或正方形，并且所述一个或多个加强件具有互补的外形，这使得所述加强件能够从所述外套管的开口端滑进所述沟槽中。

根据一可选实施例，所述外套管由铝制成，并且所述内套管由钢或钛制成。

根据一可选实施例，所述加强件包括锁定突起或孔，所述锁定突起或孔与所述外套管中的另一个锁定突起或孔接合，以用于将所述加强件固定至所述外套管。

根据本发明的又一个方面，还提供了一种组装用于太阳能组件的复合框架件的方法，所述方法包括：

设置伸长的外套管，所述外套管限定出纵轴以及在所述外套管中轴向延伸的沟槽，所述外套管设置成用于支承太阳能电池板并且由第一材料制成；

设置至少一个沿轴向伸长的加强件，所述加强件由不同于所述第一材料的第二材料制成，所述第二材料的拉伸强度大于所述第一材料的拉伸强度；

通过所述外套管的开口端将所述加强件的一端插入所述沟槽中；

使所述加强件在所述沟槽内沿轴向滑动到锁定位置；以及

将在所述沟槽中的所述加强件固定至所述外套管，以防止所述加强件和所述外套管之间的相对纵向移动。

根据一可选实施例，所述固定步骤包括使所述加强件上的锁定突起或孔之一与所述外套管上的另一锁定突起或孔接合。

根据一可选实施例，所述方法进一步包括以下步骤：利用所述加强件封闭纵向延伸的敞开的窗口，所述窗口横向地延伸至所述沟槽中。

附图说明

现在参照以下图形描述实施例的特征，图形中相似元件的标号相似，并且其中：

图1是根据的本公开的一个包括太阳能电池板和框架件示例实施例的太阳能组件的分解图；

图2是图1中框架件的外套管的横截面视图；

图3是图1中框架件的内加强件的横截面视图；

图4是沿着图1中线4-4剖开的横截面视图，示出了图3中的内加强件插在图2中的外套管中；

图5是图1中框架件的立体图，示出了图3中的两个内加强件部分地插在图2的外套管中；

图6是图1中框架件的立体图，示出了图3中的两个内加强件完全插入并被锁定在图2中的外套管中；

图7是用于将图3中的内加强件固定在图2中的外套管中的锁定系统的立体图，示出了框架件的端部视图，其中内加强件部分地插在外套管中；

图8是图7中锁定系统的立体图，示出了框架件的端部视图，其中加强件完全插入并且被锁定在外套管中；

图9是图7和图8中锁定系统的加强件上的锁定突起的放大图；

图10示出了图3中加强件的可能截面形状的多个可选实施例；

图11是计算机生成的图像，其示出了图1中框架件的计算机应力分析模型的结果。

所有的视图都是示意性的并且未按照比例绘制。

具体实施方式

现在结合附图阅读说明性实施例的描述，这些附图也应看做是整个书面描述的一部分。在此处公开的实施例的描述中，任何方向或朝向的参照都只是为了便于描述，并且不用于以任何方式限制本公开的范围。相对术语例如“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”和“顶部”以及其派生词(例如“水平地”、“向上地”、“向下地”等等)应根据讨论时的描述或视图中示出的方向解释。这些相对术语只是为了便于描述，而不是要求按照特定方向构造或操作这些装置。

术语例如“安装”、“添加”、“连接”以及“互连”表示结构直接或间接地通过中间结构固定或安装至另一结构的关系，以及可移动地或刚性地连接或关系，除非明确表示为其他方式。而且，通过参照实施例说明本公开的特征和优势。相应地，本公开特别不应限制于这些实施例，这些实施例说明了部件的一部分可能的非限制性组合，这些部件可以单独存在或者存在于部件的其他组合中；本公开的范围由此处随附的权利要求限定。

图1示出了根据本公开的太阳能电池组件10的第一实施例，该组件具有复合框架20，其将至少两个分离的结构件组合在一起，每个结构件都由具有不同机械特性的不同材料制成，该机械特性包括密度、拉伸强度、以及弹性模量。在一个实施例中，如在此进一步描述的，可以不使用机械紧固件，例如螺钉、铆钉、焊接件、粘接剂、或其他类似的常规方法而将结构件组装在一起。

参见图1，太阳能电池组件10包括安装在框架20中并且由框架支撑的常规太阳能电池板12。太阳能电池板12包括任意适当数量的多个太阳能电池14(仍参见图4)，该多个太阳能电池以任意适当的方式和朝向设置在电池板中。在一些实施例中，太阳能电池12可以是任意市售的能够将任意类型或波长的光能或辐射转换成电能的光伏能量转换装置。相应地，可用于太阳能电池板12中的太阳能电池14可包括例如但不限于薄膜式太阳能电池，其包括具有吸收层的太阳能电池，该吸收层由晶体硅和/或非晶硅、碲化镉(CdTe)、以及铜铟镓硒(CIGS)、燃料感光太阳能电池、以及其它的材料制成。因此，可以理解的是，太阳能电池板12可以是任意类型的太阳能转换电池板，该转换电池板具有适于安装在框架20中并且由框架20支撑的板状结构。

图4示出了安装在太阳能框架20中的太阳能电池板12。参见图1和图4，一般地，太阳能电池板12包括：底部背板18，设置为用于接收入射光能量或辐射的透光顶盖板16，以及太阳能电池14，利用本领域常规使用的适当的粘接剂或环氧树脂将太阳能电池设置并且封装或层压在顶盖板和底部背板之间。适当的背板18可包括玻璃、聚合物、金属、以及由两种或多种材料形成的多种复合材料，该多种材料包括玻璃或由聚合物或纤维玻璃加固的碳素纤维。

顶盖板16是透明的，并且可由包括玻璃和聚合物的材料制成，该玻璃和聚合物能够将光传递至设置在板16下方的太阳能电池14。在一些实施例中，顶盖板16是透明玻璃，可以对其进行或不进行回火，以便更好的承受由例如冰雹引起的静载荷、弯曲载荷、以及冲击载荷，而不会破损或开裂。因此，倾向于并且应当用适当的透明材料和厚度制成顶盖板16，以防止偏斜和冲击而不会有实质性损害。

现在参见图1至图4，太阳能框架20设置成外围框架，以用于支撑太阳能电池板12的边缘部分13。在一个实施例中，框架20包括四个沿轴向伸长的框架件22，其包括两个纵向框架件22a和两个横向框架件22b，这四个框架件的端部21连接在一起以形成边角26。框架件22限定出纵向轴线(纵轴)LA，并且可以使框架件相互垂直定向并连接以形成直线型外围框架。在一个实施例中，框架件22a的长度大于框架件22b，以形成图1中示出的通常为矩形的框架。可以利用本领域通常使用的任意适当的机械手段连接框架件22a、22b，该机械手段包括但不限于紧固件(例如螺钉、螺栓、铆钉等等)、焊接件、粘接剂、夹箍等。在一些实施例中，使端部21的结构为斜面或具有一定角度(最好如图7和图8所示)，以形成斜角连接边角26。在其他实施例中，边角26可以是对接接头，其与每个框架件22的直端部21成直角紧靠并连接。

根据一些实施例，如图1至图6所示，框架件22具有通常为敞口的管状结构，该结构限定出敞开的中空部分24。框架件22可以具有任意适当的截面形状或一些形状的组合，这些形状包括但不限于成直线的形状，例如矩形、正方形、梯形、三角形等等。在一个可能的实施例中，框架件22具有如图4中所示的大体上为矩形的截面形状。

参见图1至图6，太阳能框架20是复合框架，其具有至少一个而不是至少两个包括沿轴向伸长的外套管30，以及用于为套管增加结构强度的沿轴向伸长的内加强插入件或件40的框架件22。在一个实施例中，加强件40可沿轴向滑动地插在外套管30中(参见例如图5以及定向插入箭头)。外套管30的轴向长度至少是横跨纵向轴线LA测得的套管横向宽度的两倍。

在一些实施例中，在观察截面时可以看出，外套管30可通常近似管状，并且其结构中至少局部中空或开口，以形成局部封闭的内腔室或沟槽。因此，在一个实施例中，外套管30限定出至少一个轴向延伸并且伸长的开口沟槽32，被成形并且定尺寸为至少部分地将件40容纳于其中。在一些实施例中，沟槽32延伸至外套管30的部分或基本整个长度(参见例如图5和图6)，以便一个或更多加强件40可插入从而基本上覆盖套管的整个长度以用于加固。

外套管30和加强件40设计为如图2至图4所示的互补型结构，以便当加强件40设置在套管中时紧密靠近和/或至少部分地接合套管，以便当侧面或横向定向的负载F施加在由框架20支撑的太阳能电池板12上时，加强件40能够提供额外的结构加固以防止弯曲和偏斜。外套管30，由于来自加强件40的额外支撑，有助于较大程度地抵抗弯曲，从而最小化玻璃盖16的偏斜和应力，否则如果在负载的作用下框架件22的伴随偏斜变得太大，该偏斜和应力可能会使玻璃盖开裂或损坏。因此，加强件40增加了整个太阳能组件10的强度。

参见图2，外套管30通常包括垂直侧壁37a、水平底壁37b、以及顶壁37c。可以使侧壁37a和底壁37b相互垂直定向。在一些实施例中，以相对关系将顶壁37c布置为平行于水平底壁37b并且与水平底壁37b间隔开。壁37a、37b、37c大致限定出沟槽32。在一些实施例中，底壁37b的宽度大于顶壁37c(当观察图2时)，以限定横向地伸出并超出沟槽32的安装凸缘35，以便将框架20固定至托架系统或直接固定在用于安装太阳能电池板12的支撑结构(例如壁、顶部、或其他结构)上。在一些实施例中，安装凸缘35包括一个或多个安装孔38(仍然参见图7和图8)，用于由此插入紧固件(例如螺钉或螺栓)，以将框架20安装至支撑结构或托架系统。

如图2所示，外套管30进一步包括一对相对并且间隔开的矮壁37d。矮壁37d在垂直方向的高度短于侧壁37a，并且限定出向内开着的窗口34(向内限定为在框架完全组装好时朝向太阳能组件10的内部)，窗口34沿着外套管30的长度轴向延伸。在一些实施例中，窗口34延伸至基本上外套管30的整个长度。窗口34设置为与侧壁37a相对并且定向为平行于侧壁37a，从而形成横向开口的沟槽32以减轻重量，这使通过加固外套管30的加强件40成为可能。在该实施例中，矮壁37d还用于将加强件40横向地保持在沟槽32中，在这种情况下，该加强件可以穿过沟槽的开口端以及外套管32插入到沟槽中。横向开口的沟槽窗口34还增加了垂直弹性，以当加强件40插入沟槽窗口时允许顶壁37c稍微向上弹性偏斜，从而有助于锁定突出件50连接在此进一步描述的机构。

在其他可能的实施例中，沟槽32可以完全封闭。如图5至图6中所示，窗口34连续并且延伸至外套管30的整个长度，或者在一些预期的其他实施例中，可以包括一组纵向间隔开并且间断的窗口，这些窗口横向开至沟槽32中(未示出)。

现在参见图2和图4，外套管30包括大体上水平的电池板凸缘36，其随垂直侧壁37a而定，并且垂直于侧壁37a定向。电池板凸缘36限定出凸缘和顶壁37c之间的向内的缺口31，该缺口设置并定尺寸为容纳并支撑其中至少太阳能电池板12的边缘部分13(参见图4)。在一些可能的实施例中，利用本领域用于安装太阳能电池板的任何市售并且适当的粘接密封剂或胶11，例如而不限于硅树脂、聚氨酯、或基于聚合物粘接密封剂的丁基，将太阳能电池板12安装在缺口31中。该剂或胶有助于电池板在框架20中的固定和缓冲。

外套管30由重量较轻的材料制成，并且因此其密度小于加强件40。相应地，在一些可能的实施例中，外套管30可由例如铝或铝合金制成。在一个实施例中，仅作为示例而并非限制，外套管30可以由类型/等级为6063T5的铝合金制成，该铝合金密度为2.7g/cc，拉伸强度为145MPa，并且弹性模量为68.9GPa。由于太阳能组件10暴露在大气环境中，外套管30优选由耐腐蚀材料制成。在其他可能的实施例中，外套管30由镁铝合金、钛、或不锈钢制成。

现在参见图3，在一些实施例中，加强件40包括一对轴向延伸并且间隔开的水平凸缘壁41，以及至少一个轴向延伸的垂直连接板42，其将凸缘壁连接在一起。在一个实施例中，凸缘壁包括上凸缘壁41a和下凸缘壁41b。凸缘壁41具有横向的或水平的宽度，并且连接板42具有垂直高度，这些宽度和高度共同选择性地与外套管30中的沟槽32的相应的尺寸和形状互补(参见图2和图4)，以便件40能够插入沟槽中。

在一个实施例中，加强件40的截面形状与外套管30中的沟槽32的截面形状匹配并且互补设置，以便该件能够滑动地插入并且容纳在沟槽中。

加强件40限定出承载面，该面能够和设置在与沟槽32相邻的外套管30上的相应承载面接合。加强件40包括至少两个接触承载面，在图4示出的一个实施例中，该承载面可以限定在上凸缘壁41a和下凸缘壁41b上。这些承载面被设置和布置为与设置在与沟槽32相邻的外套管30上的相应承载面接合。加强件40的横截面的整体外部尺寸(即横跨纵向轴LA测得的高度和宽度)稍微小于外套管32的与沟槽相邻的相应内表面(参见例如图4)。相应地，当加强件40定位在沟槽中时，加强件40的一部分和与沟槽32相邻的外套管形成紧密地间隔并靠近该外套管或者部分地接合该外套管。如图4和图8所示，这设定了至少上/和下凸缘壁41a、41b，并且使限定在上/和下凸缘壁41a、41b上的承载面紧密地靠近限定在与沟槽32相邻的底壁37b和顶壁37c上的相应的套管承载面，或者与该套管承载面稍微地接合。以这种方式，在外套管实质性偏斜之前，施加在外套管30的顶部或底部上的垂直负载可以被传递至凸缘壁41a、41b并且穿过垂直连接板42，从而加固沟槽部分和整个外套管，以更好地防止(特别是在框架件22的中跨处的)偏斜/弯曲以及扭曲。

在一个可能的实施例中，如图3和图4所示，加强件40具有大致为C-形的横截面结构形状(横跨纵向轴线LA观察到的)，具有单个垂直连接板42以及设置成相互平行的凸缘壁41。连接板42从C-形截面的垂直中心线水平地偏置。在该实施例中，外套管30的沟槽32具有通常为矩形或正方形的横截面，其与加强件40的C-形外形互补(参见例如图4)。

加强件40可以具有任意其他适当的横截面形状，只要该截面形状能够符合开口式沟槽32或者设置在外套管30中的其他通道的横截面形状，以可滑动地容纳加强件40，并且能够可操作地加固沟槽和外套管。图10示出的部分示例是用于加强件40的一些其他可能的封闭式管状外形，而不是图3中示出的开口式C-型截面，包括三角形、梯形、具有倒棱角的三角形、I形(上面一行，从左至右)、正方形、具有倒角的矩形、具有弯曲或凸出侧边的矩形截面、以及矩形(下面一行，从左至右)。许多其他的变型也是可能的，包括多种直线形、多边形、圆形、包括截去侧边或拐角的椭圆形/卵形横截面、或其他独特的结构，以便与沟槽32的横截面形状或设置的其他通道配合。相应地，本发明实施例并不限于在此明确公开的那些形状。

加强件40由拉伸强度大于外套管30的材料制成。在一些实施例中，加强件40的重量大于套管30，并且因此密度也大于套管30。相应地，在一些可能的实施例中，套管30可以由一些材料例如钢或包括用于耐腐蚀的不锈钢的钢合金制成。在一个实施例中，作为示例而不用于限制，套管30由类型/等级为SUS304的不锈钢制成，该不锈钢的密度为7.8g/cc，拉伸强度为250MPa，并且弹性模量为210GPa。在其他可能的实施例中，加强件40由钛、镁铝合金、或其他适合的材料制成，这些材料的拉伸强度和密度大于制成外套管30的材料。

可以利用本领域使用的形成框架件和部件的常规方法制造外套管30和加强件40。适合的制造方法包括单独的或组合的，但不限于，挤压、铣削、切削、冲压、锻造、制模、铸造、以及其他方法。基于要制造的形状和用于套管30和加强件40的材料选择恰当的制造方法也在本领域普通技术人员的掌握范围之内。

在一些实施例中，由于加强件40意图纵向地加固外套管的大部分长度，因此加强件40的轴向长度实质上大于该件以及外套管30的横向宽度。如图5和图6所示，两个或多个加强件40可以使用并安装在单个外套管30中。这使得操作控制件40并且将其组装至外套管30中都更为容易，并且如在此进一步描述，以及此外如图7至图9中所示，还提供了将这些件固定至套管并靠近套管的每个端部方法。如果使用多个件40，每个件的轴向长度可都小于外套管30的轴向长度。如图6所示，沟槽32中的相邻件的端部可是邻接的或者至少相互靠近，以便实质上形成外套管沿着长度的连续加固。在一些实施例中，如图5和图6中所示，加强件40的长度可至少约为外套管30的长度的一半。在一些实施例中，如图5和图6所示，当使用两个或更多件40时，这些件的合并总长度可基本上与外套管30的长度相同，以便实质上对套管的整个长度进行加固和加强。

在其他实施例中，可以使用单个加强件40，该件的轴向长度与沟槽32和外套管30的长度基本上相同(除了可能用于套管的切角斜接端部)。

可以通过任意适当的方法将一个或更多加强件40安装并连接至外套管30。在一些实施例中，通过本领域中使用的任意适当的机械紧固件技术将件40可拆卸地固定至外套管30。

参见图7至图9，在不使用独立的紧固件(例如螺钉)或焊接、硬钎焊、或软钎焊的情况下，件40可以方便地固定至外套管30。件40可以包括一个或多个凸出的锁定突起50，该突起被成形和定尺寸为容纳在置于外套管30中的互补结构的锁定孔52中。在一个实施例中，如所示，设置两个锁定突起50和对应的锁定孔52，其中设置为每个分别靠近件40和套管30的一个端部。件40和套管30的剩下的相对端可以是平的。在该实施例中，加强件40的每个凸缘壁41上设置有一个锁定突起50。对应的锁定孔52设置在底壁37b和相对的顶壁37c中。锁定突起50可设置成包括稍成圆形的部分53(参见图9)以及相对横向的平坦支承面54，该支承面设置成与通过锁定孔52限定在外套管30中的类似调整为平坦的支承面51接合。

在一些实施例中，加强件40可以可拆卸地插入外套管30中，以便可以利用充足的力向内压迫每个锁定突起50，使其能从锁定孔52中脱离出来，从而允许该件能够滑出外套管。

应该理解的是，在一些实施例中，锁定突起50可以可选地设置在外套管30上，并且而锁定孔52可以设置在加强件40上。

现在参见图5至图9，描述将加强件40安装在外套管30中的示例方法。作为示例，假定设置了如示出的两个锁定突起50和匹配的孔52。在其他实施例中也可以设置其他适当数量和/或位置的锁定突起和孔。

如图5和图7所示，为了组装框架件22并且将加强件40安装在外套管30中，与锁定突出部50相对的第一件40的平坦端部46可首先滑动地穿过外套管30的开口端39插入并进入沟槽32中。由于件40滑入至外套管30中，靠近锁定端44的锁定突起50的圆形部分53最终会与具有锁定孔52的外套管30的端部边缘接合。由于件40上的凸缘壁41a、41b紧密靠近套管30上的底壁37b和顶壁37c(参见例如图4和图7至图8)，件40和/或外套管30会分别向内或向外轻微地弯曲并且弹性地偏斜，在锁定突起50附近。开口至沟槽32中的窗口34也使得外套管30依据锁定突起50的接触而产生的弹性偏转更为便利。

加强件40继续向外套管30的沟槽32内部滑动，同时锁定突起50分别在底壁37b上方和顶壁37c下方滑动，直到该突起遇到外套管中的锁定孔52。如图6和图8所示，在该位置，即达到锁定位置。如图8中的最佳显示，每个锁定突起50都至少部分地从其对应的锁定孔52中露出，并且稍微地从该孔中向外伸出。现在锁定突起50上的支承面54已被定位，并且其与由相对孔52限定的支承面51成相对关系并轴向对齐。如果安装者尝试使件40从外套管30中沿轴向地退出，支承面51和54将会相互接合，以防止该件从套管中移出。从而，件40被固定并锁定在外套管30中，以防止该件和外套管之间的相对轴向移动。仍然如图4和图8中所示，通过外套管30的窗口34可见件40的垂直连接板42可见，并且垂直连接板42定位成与外套管30的窗口34相邻，这封闭了外套管以防止碎片或其他物质渗入框架20中。当观察图4所示的横截面时，会发现连接板42进一步限定出组装的框架件22的完全封闭的管状外形。

在使用基本上占据了外套管30的整个长度的两个加强件40的情况下，第二件40插入并穿过外套管30的剩余端39，并且以刚才所述的类似方式锁定在适当的位置。图6中示出了完整的复合框架件22。此时，复合框架件22已准备好用于组装图1中所示的太阳能组件10中的太阳能电池板12。

参见图1，在一些实施例中，可以为至少两个纵向框架件22a设置加强件40，所述纵向框架件具有最大长度，并且易受横向力F(见图4)作用下的最大量偏斜的影响。在其他实施例中，较短的横向框架件22b也可以包括件40，以便完全加固整个太阳能框架20。

有利地，结构性加固的复合太阳能框架件22的上述实施例是可操作的以更好地抵抗静载荷和动载荷引起的偏斜和扭曲。这可以最小化太阳能电池板中产生的应力，尤其是易于开裂和损坏的上玻璃盖板中的应力。此外，在此公开的复合太阳能框架件实施例的其他优点是：不需要增加外套管30的尺寸，并且当组装太阳能组件时，不会改变框架件可视部分的美观外形。这使得利用此处公开的内加强件40从内部结构性地加固外套管30成为可能。

示例——计算机应力分析

发明人进行了计算机模拟静态结构应力分析来对比未加固的太阳能电池板框架与加固的框架20，其中该加固的框架利用了根据本公开实施例的加强件40和外套管30。使用可以从ANSYS公司得到的结构应力分析软件ANSYS版12.1执行该模拟。将所分析的虚拟太阳能组件设置为与图1中所示的太阳能组件10类似。该组件包括厚度为5.8mm的玻璃顶盖板，以及测得长为1656mm、宽为650mm、高为35mm的外围框架。所分析的未加固框架由等级/类型为6063T5的铝制成。加固框架由相同的铝外套管但具有等级/类型为SUS304的钢加固件组成。

通过应力分析确定在太阳能电池板物理中心处的玻璃盖板上的最大主要应力。这就是玻璃板的偏斜最大并且会瞬间弯曲的区域。结果表明最大主要应力从14.275Mpa(未加固框架)降低至13.163Mpa(加固框架)。图11中的计算机产生的图案示出了示例性的计算机生成的在太阳能电池板中的应力分布，该应力分布显示了加固框架结果。

根据本公开的一个示例实施方式，用于支撑太阳能电池板的框架包括至少一个伸长的框架件，该框架件限定出纵向轴线并且被设置成用于支撑太阳能电池板。框架件包括沿轴向伸长的外套管，该外套管限定出纵向延伸的沟槽，该沟槽设置成用于容纳设置于其中的沿轴向伸长的加强件。加强件可以与外套管接合并且是可操作的以在结构上支撑该套管。外套管由第一材料制成，并且加强件由不同于第一材料的第二材料制成；第二材料的拉伸强度大于第一材料的拉伸强度。在一些实施例中，第二材料的密度大于第一材料的密度。在一个典型实施例中，并非用于限制，外套管由铝(包括其合金)制成，而内套管由钢或钛(包括其合金)制成。

根据本公开的一个示例实施方式，太阳能组件包括太阳能电池板，该太阳能电池板包括多个太阳能电池和支撑该太阳能电池板的外围框架。该框架包括多个伸长的框架件，每个框架件都限定出纵向轴线。至少一个框架件包括沿轴向伸长的外套管和一个或多个沿轴向伸长的加强件，外套管具有第一长度和形成于其中的纵向延伸的沟槽，加强件具有第二长度并且沿着外套管的第一长度的方向伸长。一个或多个加强件容纳在外套管的沟槽中以用于结构性地加固套管。外套管由第一材料制成，并且加强件由不同于第一材料的第二材料制成，第二材料的拉伸强度大于第一材料的拉伸强度以实现加固框架。在一些实施例中，一个或多个加强件的总合并长度基本上与外套管的第一长度相同。在一些实施例中，沟槽具有矩形或正方形横截面，并且一个或多个加强件具有互补的外形，该外形使得该件能够从外套管的开口端滑进沟槽中。

组装用于太阳能组件的复合太阳能框架件的方法的一个示例实施方式包括：设置伸长的外套管，该外套管限定出纵向轴线以及在其中纵向延伸的沟槽，该外套管设置成用于支承太阳能电池板，并且其由第一材料制成；设置至少一个沿轴向伸长的加强件，该加强件由不同于第一材料的第二材料制成，第二材料的拉伸强度大于第一材料的拉伸强度；通过外套管的开口端将加强件的一端插入沟槽中；使加强件在沟槽内沿轴向滑动至锁定位置；以及将在沟槽中的加强件固定至外套管，以防止该件和套管之间的相对纵向移动。

虽然以上描述和附图表示出了本发明的示例实施例，应该理解的是，可以在其中做出各种添加、修改以及替换，而不背离随附权利要求的等同的精神和范围。特别地，本领域普通技术人员清楚的是，可以用其他形式、结构、布置、比例、尺寸以及其他元件、材料、和部件表现本发明，而不背离本发明的精神和实质性特征。本领域普通技术人员进一步能够认识的是，本发明可以与本发明实践中使用的结构、布置、比例、尺寸、材料、以及部件和其他方面的多种修改一起使用，这特别适用于具体环境以及操作要求，而不背离本发明的原则。此外，可以对此处描述的示例方法和过程做出多种变型，而不背离本发明的精神。因此，可以从各方面将本公开的实施例看做是描述性的而并非是限制性的，本发明的范围由随附的权利要求及其等同限定，并非限制于以上描述或实施例。相反地，应当广泛地阐释随附的权利要求，以包括本发明的其他变型和实施例，本领域普通技术人员可以做出这些变形和实施例，而不会背离本发明的等同范围。

Claims

1.一种用于支撑太阳能电池板的框架，所述框架包括：

2.根据权利要求1所述的框架，其中所述第二材料的密度大于所述第一材料的密度。

3.根据权利要求1所述的框架，其中所述外套管由铝制成，所述铝包括铝合金，并且所述内套管由钢或钛制成，所述钢或钛包括钢或钛的合金。

4.根据权利要求1所述的框架，其中所述外套管限定出纵向延伸的窗口，所述窗口横向开口并且穿过所述套管至所述沟槽中，所述加强件的一部分定位为与所述窗口相邻并且靠近所述窗口。

5.一种太阳能组件，包括：

太阳能电池板，所述太阳能电池板包括多个太阳能电池；

6.根据权利要求5所述的太阳能组件，其中所述一个或多个加强件的总合并长度基本上与所述外套管的第一长度相同。

7.根据权利要求5所述的太阳能组件，其中所述沟槽的横截面形状为矩形或正方形，并且所述一个或多个加强件具有互补的外形，这使得所述加强件能够从所述外套管的开口端滑进所述沟槽中。

8.一种组装用于太阳能组件的复合框架件的方法，所述方法包括：

使所述加强件在所述沟槽内沿轴向滑动到锁定位置；以及

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述固定步骤包括使所述加强件上的锁定突起或孔之一与所述外套管上的另一锁定突起或孔接合。

10.根据权利要求8所述的方法，其中进一步包括以下步骤：利用所述加强件封闭纵向延伸的敞开的窗口，所述窗口横向地延伸至所述沟槽中。