CN103547856A - 带有太阳能电池面板的柱 - Google Patents

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Abstract

公开了一种柱(1)，具有竖直延伸的支撑结构(2)和用于产生电力的多个大致平面的太阳能电池面板(4)，其中太阳能电池面板大致竖直地布置在支撑结构上。多个保持构件(3)固定至支撑结构并且沿着所述太阳能电池面板的竖直边缘延伸从而将太阳能电池面板固定至支撑结构；其中太阳能电池面板和保持构件被设计并布置成使得沿着太阳能电池面板的所述竖直边缘设置水平间隙(9)，从而当柱被暴露至环境风力载荷时实现支撑结构相对于太阳能电池面板的风力引起的偏斜。

Description

带有太阳能电池面板的柱
技术领域
本发明涉及具有用于产生电力的竖直延伸的太阳能电池面板的柱。
背景技术
在多种文献中已经描述了被安装在柱上，尤其是灯柱上，的太阳能电池面板。在一些实施例中，太阳能电池面板布置在载体表面上，以使得它们具有朝向入射的阳光的有利角度，而在其它实施例中，太阳能电池面板被大致竖直地布置并且或多或少成为柱的组成部分，使得该柱的视觉形象与其他柱子偏差较小。
在美国专利第6,060,658号中给出了一个实例，其公开了一种结合有太阳能电池的柱，在柱上连接有照明装置或类似的电子装置，并且所需数量的平面太阳能电池模块接近竖直地布置在柱的主体的外壁的至少一部分上。利用散射或者直射的阳光所提供的太阳能辐射，太阳能电池模块的这种布置具有产生待由电子装置消耗一天的电能的功能。存储装置设置在柱的主体中并且具有在其中积蓄待由电子装置消耗一天的电能的容量，并且每天重复充电和放电。太阳能电池模块通过细长角部构件被固定至柱的主体，该细长角部构件设有用于保持模块的槽或者可替换地布置成将模块夹紧至主体。
本发明的一个目的在于提供一种具有太阳能电池的柱，其具有允许实现柱的更高和/或更轻的构造的设计。从以下提供的说明中会清楚本发明的其他优点。
发明内容
本发明提供了一种柱，具有：竖直延伸的支撑结构；用于产生电力的多个大致平面的太阳能电池面板，其中太阳能电池面板大致竖直地布置在支撑结构上；和多个保持构件，该多个保持构件固定至支撑结构并且沿着所述太阳能电池面板的竖直边缘延伸从而将太阳能电池面板固定至支撑结构；其中太阳能电池面板和保持构件被设计和布置成使得沿着太阳能电池面板的所述竖直边缘设置水平间隙，以便允许当柱被暴露至环境的风力载荷时允许风力引起的支撑结构相对于太阳能电池面板的偏斜。风力载荷可以用业界可获得的相关规范计算，诸如欧洲规范EN40-3-1:2000Lighting columns.Design and verification.Specification forcharacteristic loads（发光专栏，设计和验证，用于特征载荷的说明）。
太阳能电池面板通常是由多个光伏电池构造的叠层类型，这些光伏电池被布置在由玻璃制造的平面承载结构上，玻璃是易碎的并且仅允许其所延展的平面上的小的变形。因此在太阳能电池面板被固定至支撑结构的情况下，柱的由于作用在该柱上的风力载荷带来的任何可能的显著变形将会在外表面在偏斜方向上延伸的面板上施加压力，并且可以使得它们破碎。
通过沿着太阳能电池面板的竖直边缘设置水平间隙并允许支撑结构相对于太阳能电池面板偏斜，可以将柱构建成使得由于环境风力载荷导致的显著的偏斜是允许的并由此提供支撑结构的更轻的结构和/或柱的更高的结构。
柱上的风力载荷以及风力载荷所造成的偏斜可以通过应用结构工程学中公知的标准技术找出。设计的风速和风切变分布在不同地理位置处可以是不同的，但是技术人员能够确定例如针对一般的城市条件下的环境的风力载荷和结构的偏斜。
在一个优选的实施例中，沿着至少部分太阳能电池面板，即，被布置在柱的由于风力引起的偏斜最大处的弯曲度的面板）的竖直边缘的间隙的水平长度为至少2毫米，例如在2至12毫米的范围，优选地为至少3.5毫米，例如在3.5至10毫米的范围，以及最优选地至少5毫米。
在一个可选实施例中，沿着至少部分太阳能电池面板的竖直边缘的间隙的水平长度由太阳能电池面板的竖直长度决定，因为间隙的要求与太阳能电池面板的竖直长度成比例。因此，间隙的水平长度为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之一，例如在千分之一至千分之七的范围，优选地间隙的水平长度为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之二，例如在千分之二至千分之六的范围，以及最优选地间隙的水平长度为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之三。
在优选实施例中，竖直延伸的支撑结构包括挤制型材并且最优选地主要由挤制型材构成。挤制型材的特征在于型材具有不变的截面，因而在该结构的整个长度上的机械性能一致。挤压是生产特别是铝型材的成本有效的方法，其在本发明中是优选的。此处术语挤制型材还被理解为诸如玻璃纤维、碳纤维或者具有热固或热塑树脂基体组织的天然纤维的强化纤维的复合材料的拉挤型材（pultruded profile）。
在挤制型材的可选实施例中，支撑结构可以由压制钢板的型材制成。
优选地，太阳能电池面板通过保持构件被固定至挤制型材，即，支撑结构的固定太阳能电池面板的部分由挤制型材构成。
挤制型材的优选竖直长度为至少6米、优选地至少8米、而最优选地至少10米。在一个实施例中，挤制型材置于在地面之上延伸例如1.5至2.5米的基础结构的顶部并且优选地由诸如钢或混凝土的耐撞击材料制成。
可以通过诸如夹扣、胶带或者柔性带的单独的元件提供将太阳能电池面板固定至支撑结构的保持力，这些元件围绕太阳能电池面板的边缘并且具有可以通过使用例如螺钉被固定至支撑结构的部分，而保持构件具有保护太阳能电池面板的边缘以及尤其是固定太阳能电池面板的功能，使得它们不会从支撑结构脱离，这在城市区域竖立柱时特别容易造成事故。然而，优选地是使用保持构件将太阳能电池面板固定至支撑结构，使得保持构件被布置成将太阳能电池面板的边缘夹紧至支撑板。
根据一个优选实施例的柱具有大致方形横截面。在可选实施例中，柱具有大致三角形横截面，其中空白面板（dummy panel）（其上没有太阳能电池的面板）被布置成面向北的一侧。另一种可用的横截面可以是五边形的，其中空白面板面向北。在靠近赤道的地区，太阳在一年的大部分时间非常接近天顶，面向北面或者南面的太阳能电池面板会产生小的电力，而柱的横截面形状为矩形，其中承载太阳能电池面板的较长侧面向东和西，或者横截面形状为棱形，在所有四个侧面上承载太阳能电池面板并且钝角面向东和西，从而优化在太阳能电池面板上的太阳能辐射。
太阳能电池面板的水平长度优选地在130至220毫米的范围、更优选地在160至190毫米的范围。
太阳能电池面板的竖直长度优选地为至少15厘米或6英寸。
保持构件优选地由挤制型材制成，具体地由铝制成。
至少一部分保持构件可以被布置成围绕支撑结构的角部并且将太阳能电池面板保持在支撑结构的角部的两侧上。
特别有利的是，保持构件和太阳能电池面板被设计和布置成使得太阳能电池面板的竖直边缘每一个仅由一个所述保持构件固定。因而，简化了移除和更换单个太阳能电池面板的操作，因为足以移除将太阳能电池面板的竖直边缘固定至支撑结构以及可能有的布置成覆盖水平边缘的覆盖物的两个保持构件，从而移除太阳能电池面板。
类似的，优选地是保持构件被布置成使得它们在柱的纵长方向上仅固定一个太阳能电池面板的竖直边缘。因此，保持构件可以固定在水平高度上彼此相邻布置的两个太阳能电池面板，特别是当保持构件将角部两侧上的太阳能电池面板固定至支撑结构时，但是保持构件在柱的纵向方向上不延伸跨过两个以上太阳能电池面板。因而，简化了单个太阳能电池面板的移除和更换，因为松开或者移除固定太阳能电池面板的保持构件不会影响将要被移除的面板上面或者下面的太阳能电池面板的固定，并且在相同水平高度上的相邻太阳能电池面板仍然被固定在它们相对的竖直边缘处，因而不会被从柱上松开。
有利的是，在保持构件和相应的太阳能电池面板之间设置柔性材料层，优选地诸如天然或者人造橡胶或者硅胶或者另一种弹性体的弹性材料。尤其地，柔性或者弹性材料使得它更加便于从保持构件施加夹持压力在太阳能电池面板上而不造成对面板的损害，并且柔性材料将便于在支撑结构的偏斜期间保持构件和太阳能电池面板之间的相对运动。
特别有利的是所述柔性材料层是围绕太阳能电池面板的竖直边缘的U形带的部分，使得在保持构件和太阳能电池面板之间设置柔性或弹性材料层，这进一步加强这些优势并且还设置用于支撑结构的偏斜期间支撑结构和太阳能电池面板之间的相对运动。
在优选实施例中，至少部分太阳能电池面板设有连接至支撑结构的柔性连接件，从而将所述太阳能电池面板沿水平方向朝向原始位置偏压。柔性连接件可以是在一个侧面上设有粘合剂的长形柔性薄膜的形式，诸如粘合胶带，其被应用至太阳能电池面板的一个侧表面上以及支撑结构的一部分。因而，防止太阳能电池面板由于支撑结构相对于太阳能电池面板的反复的偏斜带来的随着时间的可能迁移，并且因而将防止间隙沿着一个竖直侧边缘的尺寸随着时间减小。
竖直通风腔优选地设置在太阳能电池面板和支撑结构之间，以确保太阳能电池面板没有被过度加热，过度加热可能会导致缩短太阳能电池面板的光伏电池的寿命。腔的深度(D)为优选地至少10毫米、更优选地至少15毫米，并且在有利的实施例中，腔的深度(D)在10至75毫米的范围内、优选地在15至50毫米的范围内。
根据另一实施例，腔的平行于太阳能电池面板的水平长度为太阳能电池面板的水平长度的至少一半。
柱还可以包括街灯装置。然而，柱可以用于支撑其它相关部件，诸如交通信号灯、通信发射机、无线数据通信发射机、监视相机和或报警灯。
附图说明
下面参考附图描述本发明的实施例，其中：
图1显示当柱没有被风力载荷偏斜时带有太阳能电池面板和街灯装置的柱的侧视图，
图2显示柱的剖视图，
图3显示当柱遭受到风力载荷下造成偏斜时带有太阳能电池面板和街灯装置的柱的侧视图，
图4显示用U形带围绕其竖直边缘的太阳能电池面板，和
图5显示柱的图2的剖视图的放大部分，特别示出水平间隙。
具体实施方式
参见图1，示出用于安装太阳能电池面板的柱1。柱1包括具有挤制铝型材形式的竖直延伸的支撑结构2、多个大致平面的太阳能电池面板4、多个角部保持构件3、以及街灯装置5。这些太阳能电池面板4被大致竖直地布置在支撑结构2上。而且，具有挤制铝型材形式的角部保持构件3被布置成围绕支撑结构2的角部从而将太阳能电池面板4夹紧至支撑结构2。在可选实施例中，支撑结构2置于在地面之上延伸例如1.5至2.5米并且由诸如钢或混凝土的耐撞击材料制成的基础结构的顶部。
参见图2，示出柱1的剖视图。太阳能电池面板4装配有硅橡胶制成的U形带7，使得所述U形带7围绕太阳能电池面板4的竖直边缘。当角部保持构件3沿太阳能电池面板4的竖直边缘布置时，所述角部保持构件3夹持到U形带7上。因此，U形带7的一个臂被布置在太阳能电池面板4和支撑结构2之间而U形带7的另一个臂被设置在太阳能电池面板4和角部保持构件3之间。具有U形带7的太阳能电池面板4通过在支撑结构2的四个侧面的三个侧面上的角部保持构件3和保持构件螺钉6夹紧到支撑结构2。作为使用螺钉6的替换方式，保持构件可以使用夹扣（clip-on）系统连接至支撑结构2。每个角部保持构件3同时将两个水平邻近的太阳能电池面板4夹紧至支撑结构2。角部保持构件3允许通过在挤压形成所述角部保持构件3后在所述角部保持构件3中形成的开口（未显示）接近或接触保持构件螺钉6。此外，太阳能电池面板4通过在一侧具有粘性的弹性胶带形式的弹性紧固装置（未显示）被固定至支撑结构2。
类似地，北侧面板（north-side panel）8和U形带7通过布置在支撑结构2的第四侧面上角部保持构件3和保持构件螺钉6被夹紧至支撑结构2，使得面板8面向北面，其中至少在北面的地点处缺少入射阳光使得设置太阳能电池面板4没有意义。当然，当被适用于赤道南面的地点处时，该侧面反而会面向南。
太阳能电池面板4和角部保持构件3被设计和布置成使得水平间隙9沿着太阳能电池面板4的竖直边缘设置在所述太阳能电池面板4和角部保持构件3之间。
在太阳能电池面板4以及北面面板8中每一个的后面的是深度为D的竖直通风腔10。
参见图3，显示了图14中的柱1。柱1遭受环境风力载荷，并且支撑结构2的风力引起的偏斜被示出，用偏斜角度а表示。为了清楚看出此偏斜角度，偏斜角度a的大小被放大。
在图4中，以三种不同视图，即正视图、侧视图和俯视图显示太阳能电池面板4。U形带7围绕太阳能电池面板4的竖直边缘。
在图5中，显示了柱1的剖视图的一部分近距视图。具有围绕太阳能电池面板4的竖直边缘的U形带7的两个太阳能电池面板4的一部分被示出。太阳能电池面板4和U形带7通过保持构件3和保持构件螺钉6被夹紧至支撑结构2。在太阳能电池面板2的竖直边缘和角部保持构件3之间的水平间隙9的尺寸d被清楚示出。水平间隙9的尺寸d在本实施例中为6毫米，而太阳能电池面板的竖直长度为约1700毫米。
由角部保持构件3以这种方式夹持太阳能电池面板4使得支撑结构2和所述太阳能电池面板4之间垂直于所述太阳能电池面板4的表面的方向上的相对运动被限制，除了U形带7所允许的运动之外。在平行于太阳能电池面板4的表面的水平方向上，支撑结构2相对于太阳能电池面板4的运动没有被完全限制，因为沿着所述太阳能电池面板4的竖直边缘中的每一个设置水平间隙9。这在图2和5中均有显示。因此具有围绕太阳能电池面板4的竖直边缘的U形带7的太阳能电池面板4的总宽度为2d，小于夹紧所述太阳能电池面板4的两个保持构件3的角部11之间的距离。这意味着，由于在太阳能电池面板4的竖直长度上的风力载荷，支撑结构2可以在垂直于太阳能电池面板4的任何方向上被偏斜的量为d，而不会造成对太阳能电池面板4的任何损伤。弹性胶带形式的弹性紧固装置会趋于将太阳能电池面板4带回到处于夹持所述太阳能电池面板4的两个保持构件3的两个角部11之间的空隙中部的中心位置，从而防止太阳能电池面板4随着时间的推移朝向一个角部保持构件3的迁移。
如果所述支撑结构2的所述偏斜沿与所述太阳能电池面板4的表面垂直的方向，那么支撑结构2的偏转将造成太阳能电池面板4相应地偏转，因为所述太阳能电池面板4被保持构件3夹持，并且在此方向上相对运动。然而，如果支撑结构2的偏斜处于与太阳能电池面板4的表面平行的方向上，所述太阳能电池面板4被允许相对于支撑结构2的一些相对运动，因为仅弹性限制在水平间隙9上的移位。因此，水平间隙9允许支撑结构2的偏斜，却没有对于太阳能电池面板4的易碎玻璃板来说是毁灭性的、太阳能电池面板4在平行于太阳能电池面板4的方向上的相应偏斜。
为了清洁、维修或者替换而移除太阳能电池面板4，需要首先移除夹持所述太阳能电池面板4的两个角部保持构件3。当这个完成时，可以容易地移除太阳能电池面板4。这留下两个相邻的太阳能电池面板4处于它们仅由单个角部保持构件3夹持的状态。这至少足以暂时将太阳能电池面板4保持在适当位置。这种方式可以单独地移除太阳能电池面板4。
参考数字
1.柱
2.竖直延伸的支撑结构
3.角部保持构件
4.太阳能电池面板
5.街灯装置
6.保持构件螺钉
7.U形带
8.北面面板（North panel）
9.水平间隙
10.竖直通风腔
а偏斜角度
d水平间隙的尺寸

Claims (27)

1.一种柱(1)，具有：
竖直延伸的支撑结构(2)；
多个大致平面的太阳能电池面板(4)，用于产生电力，其中太阳能电池面板大致竖直地布置在支撑结构上；和
多个保持构件(3)，固定至支撑结构并且沿着所述太阳能电池面板的竖直边缘延伸以便将太阳能电池面板固定至所述支撑结构；
其中太阳能电池面板和保持构件被设计和布置成使得沿太阳能电池面板的所述竖直边缘设置水平间隙(9)，从而允许当所述柱被暴露至环境的风力载荷时风力引起的支撑结构相对于太阳能电池面板的偏斜。
2.如权利要求1所述的柱，其中，沿至少部分太阳能电池面板的所述竖直边缘的所述间隙的水平长度为至少2毫米、优选为至少3.5毫米和最优选为至少5毫米。
3.如权利要求1所述的柱，其中，沿至少部分太阳能电池面板的所述竖直边缘的所述间隙的水平长度范围为2至12毫米，优选地，水平长度范围为3.5至10毫米。
4.如任一前述权利要求所述的柱，其中，所述间隙的水平长度为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之一，优选地为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之二，最优选地为太阳能电池面板的竖直长度的至少千分之三。
5.如任一前述权利要求所述的柱，其中，所述间隙的水平长度为太阳能电池面板的竖直长度的千分之一至千分之七的范围、优选地为太阳能电池面板的竖直长度的千分之二至千分之六的范围。
6.如任一前述权利要求所述的柱，其中，竖直延伸的支撑结构包括挤制型材。
7.如权利要求6所述的柱，其中，挤制型材是铝型材。
8.如权利要求6或7所述的柱，其中，太阳能电池面板通过保持构件被固定至挤制型材。
9.如权利要求6至8中任一所述的柱，其中，挤制型材的竖直长度为至少6米、优选地至少8米和最优选地至少10米。
10.如任一前述权利要求所述的柱，其中，所述多个保持构件将太阳能电池面板夹紧至支撑结构。
11.如任一前述权利要求所述的柱，其中，柱具有大致方形横截面。
12.如权利要求1至10中任一所述的柱，其中，柱具有大致三角形横截面。
13.如任一前述权利要求所述的柱，其中，太阳能电池面板的水平长度在130至220毫米的范围内、优选地在160至190毫米的范围内。
14.如任一前述权利要求所述的柱，其中，太阳能电池面板的竖直长度为至少15厘米。
15.如任一前述权利要求所述的柱，其中，保持构件由挤制型材制成。
16.如权利要求15所述的柱，其中，保持构件由铝制成。
17.如任一前述权利要求所述的柱，其中，保持构件的至少部分被布置成围绕支撑结构的角部并且将太阳能电池面板固定至支撑结构的角部的两侧。
18.如任一前述权利要求所述的柱，其中，太阳能电池面板的竖直边缘中的每一个仅由所述保持构件中的一个固定。
19.如任一前述权利要求所述的柱，其中，保持构件被布置成使得它们在柱的纵长方向上仅固定一个太阳能电池面板的竖直边缘。
20.如任一前述权利要求所述的柱，其中，在保持构件和对应的太阳能电池面板之间设置柔性材料层(7)。
21.如权利要求20所述的柱，其中，所述柔性材料层是围绕太阳能电池面板的竖直边缘的U形带(7)的部分。
22.如任一前述权利要求所述的柱，其中，太阳能电池面板的至少部分设有连接至支撑结构的柔性连接件，从而将所述太阳能电池面板沿水平方向朝向原始位置偏压。
23.如任一前述权利要求所述的柱，其中，在太阳能电池面板和支撑结构之间设置竖直通风腔(19)。
24.如权利要求23所述的柱，其中，该腔的深度(D)为至少10毫米,优选地至少15毫米。
25.如权利要求23所述的柱，其中，该腔的深度(D)在10至75毫米的范围内，优选地在15至50毫米的范围内。
26.如权利要求23至25中任一所述的柱，其中，腔的平行于太阳能电池面板的水平长度为太阳能电池面板的水平长度的至少一半。
27.如任一前述权利要求所述的柱，还包括街灯装置(5)。
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