CN104145422A - 太阳能板托架系统 - Google Patents

Abstract

一种光伏模块，其通过将光伏面板安装在连接有腿的框架上而可折叠且角度可调，该腿可手动调节到各种角度，通过简单地抬起框架可相对水平面以不同的角度倾斜框架。一些实施例还包括连接相邻框架以形成模块的矩形阵列的互锁功能。

Description

太阳能板托架系统

发明背景

1.技术领域

本发明涉及用于太阳能电池板的安装结构的领域。

2.现有技术的描述

由于诸如政府补贴、外国竞争、材料成本的变化、光伏技术的进步，其中包括引入新材料和用更便宜或更容易获得的材料代替成本高的材料，等因素，光伏面板的成本易变。这些因素影响了光伏面板的生产、采购、安装的成本，但同时也促进了创新的营销策略的使用，如光伏模块的租赁、而不是购买，以及在不收取客户安装费的条件下限制客户费用为周期性的使用费。这些创新和变化的一个结果是，除光伏面板本身之外的成本贡献在光伏供应商的财务结构中变成日益突出的因素。与板无关的成本贡献例如包括储存、运输和劳动力的成本，包括布置面板的易用性和快速性以及在停用时需要的迁移，或者板的更换。

发明内容、目的和优点

这里描述的光伏组件是可用手折叠并调节角度的，在包括以下特征的特定实施例中，即为了便于储存、运输以及为了快速部署允许快速布置、对齐和调整，允许堆叠或嵌套模块，以及在阵列中稳定地连接这些模块，从而最大地使用任何给定的暴露区域。这些功能可以在不需要穿透屋顶的轻量结构中实现。该结构包括具有框架和安装在框架内部的光伏面板，以及相对于框架以不同的角度连接到框架的腿，使得框架的两个端缘中的一个能够相对于框架的对向端缘布置在不同的高度，从而在将模块布置在水平面上时相对水平面以不同角度中的任一个角度保持框架和光伏面板，角度之一是相对于水平面或在其上布置模块的表面为零度，即平行于表面地布置太阳能电池板。在一些实施例中，可以调整腿到框架的连接，以在水平面(或表面)之上实现两个或多个角度，从而为光伏面板提供倾角选择并在不同角度中快速切换。模块因此可以布置在任何水平表面，固定或不固定到表面或支撑表面的基础结构上，但是整个模块，包括用于控制太阳能电池板的角度的所有特征，都集成到模块中，附加部件的现场组装很少或不需要。

零角度选项是将模块布置在平坦的或者大致平坦的配置中，即折叠模块，并允许将堆叠两个或更多个模块堆叠，而不从框架或支撑腿拆卸光伏面板。得到的堆叠占用最少的空间体积，从而允许以有限的载货空间大量运输和在有限的箱柜或仓库空间高的存储容量。在本发明的一些实施例中，该模块还包括互锁特征，从而如上所述地其允许稳定地连接多个模块。该特征包括框架在横向或纵向的延伸部，在延伸部上具有连接特征，使得一个模具上的延伸部能够与相邻模块上的延伸部连接。在一些情况下，在一个模块上的每个延伸部可以连接到沿第一模块的矩形框架的相邻边缘定位的两个相邻模块上的延伸部，即与中央模块的端缘邻接的一个邻接模块以及与中央模块的侧缘邻接的另一个邻接模块，两者均通过相同的延伸部连接到中央模块。这允许多个模块可以形成为所有模块连接在一起的矩形阵列。通过下面的描述，本发明进一步的其他特征和实施例将是显而易见的。

附图简述

图1A是表示本发明的一个示例的光伏模块的侧视图。

图1B是图1A的模块在折叠配置中的侧视图。

图1C是图1A的模块的俯视图。

图2是表示本发明的第二实施例的光伏模块的侧视图。

图3是图1A、1B和1C的构造的折叠光伏模块的堆叠的侧视图。

图4A是表示本发明的第二实施例的光伏模块的垂直剖面。

图4B是具有框架的图4A的模块在比图4A更低的角度的垂直剖面图。

图4C是图4A和4B的模块的俯视图。。

图5是表示本发明的第三实例的光伏模块的垂直剖面图。

图6是表示本发明的第四实例的光伏模块的垂直剖面图。

图7A是表示本发明的第四实例的光伏模块的垂直剖面图。

图7B是具有太阳能电池板的图7A的光伏模块在比图7A更低的角度的垂直剖面图。

图7C是图7A和7B的光伏模块在折叠配置的垂直剖面图。

图8是图7A、7B和7C示出的设计的被折叠光伏模块的堆叠的侧视图。

图9A是表示本发明的第五实例的光伏模块的垂直剖面图。

图9B是具有太阳能电池板的图9A的光伏模块在比图9A更低的角度的垂直剖面图。

图10A是表示本发明第六实例的光伏模块的垂直剖面图。

图10B是具有光伏面板的图10A的光伏模块在比图10A更低的角度的垂直剖面图。

图11是图4A、4B、4C、5、6、7A和7B的光伏模块阵列的俯视图。

具体实施方式

虽然这里本发明的新颖概念易受许多实施例和实现的影响，但是通过对一些特定实施例的详细验证，它们将被最好地理解。这样的实施例被描绘在附图中并描述如下。图1A、1B和1C是模块的三个视图，该模块包括框架101，平的、矩形光伏面板102(图1C)安装在框架中。该模块还包括沿箭头105、106的方向(图1A)或者至少在箭头106的方向在枢转接头104可枢转地连接于框架的铰接腿103。光伏面板102是矩形的，其具有一对侧缘107、108和一对端缘109、110，枢转接头104允许腿103绕平行于端缘109、110的轴线旋转。图1A和1B示出了在两个位置的腿103，在第一位置相对于水平面111将太阳能电池板的一个端缘109布置在比另一端缘110更高的高度，在第二位置将两个端缘布置在相同的高度，从而折叠整个模块成扁平结构。框架101的一部分112是成角度的，使得当铰接腿103是成角度的且左端缘109被提升到图1A所示的位置时，该部分将是水平的。该成角度的框架部分112是各种可选特征之一，其能够增加模块在由虚线111表示的水平表面上的稳定性。

另一个任选特征是如图2描绘的变形所示的铰接腿103的成角度部分113。该成角度部分113用作与框架的成角度部分112相同的目的。

图3描绘了图1A、1B和1C所示构造的单个模块中117的堆叠116，其演示了如何利用模块结构节省空间。每个模块117处于折叠或展平的位置，从而使堆叠的高度最小化。虽然未在图中示出，当每个模块部分比其他部分分隔更宽时，模块以嵌套的形式处于堆叠中。铰接腿103例如可以驻留在框架101的外表面上，并且当铰接腿具有如图2所示的成角度部分113时，在折叠模块时该成角度部分将在框架上方延伸。然后处于下方模块上部的任何模块将驻留在两个向上突出的成角度部分113之间的空间内，从而形成嵌套的堆叠。利用其他向上的突出部可以实现相同的效果。

图4A、4B和4C以模块一侧的内视图(即在模块长度方向沿将模块对开的中心面截开的剖面)的形式描绘了本发明的范围内的模块的可替换实施例。该模块中的框架121和铰接腿122由具有一对水平轨道的底座123辅助，图4A和4B中可以看见轨道中的一个124，图4C中可以看见两个轨道124、125。在本实施例中，框架121的轨道在枢转接头可枢转地固定在底座123的一端，图4A和图4B仅可以看见其中的一个枢转接头126，该枢转接头处于框架的与铰接腿122通过其自身的枢转接头127连接的端部相对的一端。底轨124、125每个都包含一系列的凹口或凹槽128和细长的凹槽129，所有这些都用以接收铰接腿122的下端。不同的凹口128沿底座轨道的长度布置在连续的位置，从而设定不同的角度，因此设定铰接腿122的不同高度，同时细长的凹槽129允许铰接腿122完全折叠和充分降低框架到旁边与底座123平行的位置，由此将模块放置在完全折叠的状态。

图5描绘了第二替换方案。该替换方案包括如图4A、4B和4C的实施例那样的框架131、铰接腿132和底座133。然而，在图5的实施例中，凹口134处于框架131中，而不是在底座133上，并且框架下端136和腿下端137都安装到底座上并局限于枢转运动，同时腿上端138是自由的。细长的凹槽135包括在底座133中，用以允许腿折叠到细长凹槽中，以便将框架折叠到底座中。框架131相对于水平底座的不同角度一个用实线示出和另一个用虚线示出，通过将腿上端138布置在不同的凹口或凹槽134中可以实现不同的角度，同时通过将腿上端138布置在细长凹槽135中能够实现框架的充分降低。在本实施例中，凹口134处于框架131的外侧(因此以虚线示出)，并在且折叠时框架131配合于底座133内侧。

图6示出了第三替换方案。这里再次地，如图4A、4B和4C的实施例那样，该模块包括框架141、铰接腿142和底座143。凹口144处于底座143中，但是在它们与框架下端145接合的位置而不是与铰接腿142接合的位置。框架141相对于水平底座143的不同角度仍以实线和虚线表示，通过将框架下端145放置在不同的凹口144中实现不同的角度，同时通过从凹口完全去除框架下端能够实现框架的充分降低。

图7A、7B和7C示出了第四替换方案，其分别示出了在三个不同角度的具有框架的模块，该第三角度(图7C)为水平或接近水平。框架151、铰接腿152和底座153与图4A、4B和4C相似，但用一个细长狭槽154替换凹口和细长凹槽，在铰接腿的下端的销155可通过该狭槽。狭槽154的两个末端允许腿152在两个位置中的任一位置分别被稳定。狭槽的两个末端之间狭槽154内的一系列内部凹槽156允许销进入这些凹槽，从而为铰接腿的下端建立中间非滑动位置。这些凹槽提供在框架的不同升高角度(图7A和图7B)之间的选择，同时滑动销155到狭槽的末端的内端部157可使将框架放置到大致零角度或平坦的位置(图7C)。如图8所示，多个模块158容易堆叠。

图9A和9B示出了第五替换方案。这些图中的模块具有框架161和铰接腿162，但没有底座。连接杆163连接铰接腿162的下端至框架161。连接杆163和铰接腿162之间的接头164是枢转接头，与图7A、7B和7C的实施例中的导向槽154相似地，连接杆163和框架161之间的连接件是连接杆163上在框架的导向槽166中移动的销165。导向槽166中的内部凹槽167与图7A、7B和7C的导向槽中的凹槽156具有相同作用。

图10A和10B示出了第六替换方案。该模块与图9A和9B模块相同，除了增加了辅助铰接腿171，该铰接腿通过枢转接头在与销165相同的位置连接到连接杆163的上端。辅助腿171在抵接平坦表面时为模块提供进一步的稳定性。

图4C部分地看到连接结构的一个实例，相邻模块通过该连接结构可以相互连接，其中两个底座轨道124、125延伸超出太阳能电池板的端缘109、110，在一端的延伸长度部分向内弯而形成短的平行突出部172、173。这些突出部比在底轨的相对端年的延伸部174、175靠得更近。因而一个模块的突出部172、173能够配合在延伸部174、175内。图4A和4B的剖面图示出了在两端的延伸长度部分在这两个突出部172、173和更宽的延伸部174、175中具有孔。当孔对齐时，任何常规结构的紧固件可穿过孔，将突出部固定在更宽的延伸部上。开口销是这种紧固件的实例，但是也可使用任何种类的螺栓。图11描绘了使用这些突出部172、173和更宽的延伸部174、175通过穿过四个对齐的孔的合适的长紧固件176以矩形阵列的方式将模块连接在一起。在可替换的布置中，延伸部和突出部可以横向延伸，而不是如所示地纵向延伸，并获得类似的效果。

当模块的两个组件在此描述为彼此“可枢转地固定”时，这意味着两个组件以一种方式连接在一起，使得用手(即不使用额外的工具)不能将其彼此脱离，并且它们可以相对于彼此仅在自由的旋转程度和在单个平面内移动。

在本发明的所有实施例中，安装光伏面板的框架可以是接触板的所有四个边的框架，从而完全包围太阳能电池板，或者不完全接触所有四个边。不完全接触所有四个边的框架的一个实例是，仅接触两个纵向边缘和一个端缘，留下剩余的端缘露出，如图1C所示。然而，在所有情况下，框架直接地或通过连接杆与铰接腿成为一个整体，从而与模块的任何其它结构支撑部件成为一个整体。在这方面，根据本发明的模块能够提供优于现有技术的优点，在现有技术中光伏面板被封闭在铝框架中，然后用诸如螺栓或夹子的紧固件固定在铝或钢基础结构上。与此相反，具有根据本发明的集成框架的模块能够消除两个单独的框架，并且不需要螺栓或夹子作为用于装配的额外组件。除了用户的便利性和部署速度，从消除单独的框架带来的好处包括减小了整个系统的重量，避免需要将多模块阵列中的所有框架和公共接地电连接。

尽管在图中未示出，光伏系统的其他组件可结合或连接到模块中。例如，用于把光伏面板产生的直流电流转换成交流电流的任何常规设计的逆变器能够连接到每个光伏面板的背面，或者连接到框架，又或者作为通过常规的电气连接连接到阵列中多个模块的单独组件被包含。可替换地或附加地，导线管理系统如槽或小夹子可以被包含以组织每个太阳能电池板的导线，以便易于接近和连接。另一个实例是在底座轨道的延伸部之间包含压块，以增加模块的结构刚性。还有一个实例是在框架两侧的铰接腿之间设置挡风板。其他实例对在太阳能板的结构和安装方面的技术人员来说将是显而易见的。

如上所述的单个模块和多个模块阵列可以部署在暴露于阳光下的任何水平或基本水平的表面上。这种表面的实例有空地、铺筑区域以及诸如住宅、商业楼宇、仓储棚、仓库、停车场结构和车库结构的屋顶。其他实例对太阳能产业的技术人员来说将是显而易见的。

在所附的权利要求中，术语“一”或“一个”是指“一个或多个”。术语“包括”及其变形如“包含”和“包括”在叙述步骤或元件之前时是用于表示其他步骤或元件的增加是可选的，而不是被排除。所有专利、专利申请以及在本说明书中引用的其他已公开的参考材料在此通过引用将其全文并入本文。这里所引用的任何参考材料或一般的任何现有技术和本说明书的明确教导之间的任何差异是为了有利于本说明书中的教导而解决的。这包括单词或短语的艺术理解定义和在本说明书中明确提供的同一单词或短语的定义之间的任何差异。

Claims (16)

1.一种可折叠的和角度可调节的光伏模块，包括：

光伏面板，所述光伏面板包括第一和第二端缘并且保持在框架内，和

接合所述框架的腿，用以以所述光伏面板的所述第一端缘在相对所述第二端缘的多个高度中的任一高度而稳定地支撑所述框架，从而当所述框架处于水平面时，以相对于水平面的的多个角度中的任何一个角度布置所述光伏面板，所述腿可在多个所述高度和包括相对水平面呈零度的多个所述角度之间手动地调节。

2.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述腿枢转地固定在所述框架上，以相对所述框架围绕平行于所述第一端缘的轴线旋转。

3.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，还包括底座，所述框架的所述的第二端缘枢转地固定在该底座上，其中所述腿具有第一和第二腿端部，所述第一腿端部枢转地固定在所述框架上，所述底座具有至少一个凹槽，以接收所述第二腿端部，从而以非水平的角度稳定所述框架。

4.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述底座具有多个凹槽，以接收所述第二腿端部，从而以非水平的多个角度中的任一角度稳定所述框架。

5.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，所述腿具有第一和第二腿端部，所述光伏模块还包括底座，所述框架和所述第二腿端部枢转地固定在该底座上，并且所述框架具有至少一个凹槽，以接收所述第一腿端部，从而以非水平的一个角度稳定所述腿。

6.根据权利要求5所述的光伏模块，其特征在于，所述框架具有多个凹槽，以接收所述第一腿端部，从而以非水平的多个角度中的任一角度稳定所述腿。

7.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，还包括底座，所述框架可枢转地固定在该底座上，其中所述腿具有第一和第二腿端部，所述第一腿端部枢转地固定在所述框架上，并且所述底座具有啮合所述第二腿端部的导向槽，从而在所述导向槽的第一和第二末端之一稳定所述腿。

8.根据权利要求8所述的光伏组件，其特征在于，还包括从所述第二腿端延伸的销和处于所述导向槽中用以接收所述销的多个凹槽，从而允许所述腿以多个角度支撑所述框架。

9.根据权利要求2所述的光伏模块，其特征在于，所述腿具有第一和第二腿端部，所述光伏模块还包括枢转地固定到所述第二腿端部的连接杆，所述框架具有与所述连接杆接合的导向槽，从而在所述导向槽的第一和第二末端之一稳定所述连接杆。

10.根据权利要求10所述的光伏模块，其特征在于，还包括从所述连接杆延伸的销和处于所述导向槽中用以接收所述销的多个凹槽，从而允许所述腿以多个角度支撑所述框架。

11.根据权利要求1所述的光伏模块，其特征在于，所述框架具有延伸超过并垂直于所述光伏面板的相对对边缘的延伸部，所述光伏模块还包括用于将第一光伏模块的延伸部连接到第二光伏模块的纵向延伸部的装置。

12.根据权利要求7所述的光伏模块，其特征在于，所述延伸部包括处于所述框架的第一端的第一对延伸部和处于所述框架的第二端的第二对延伸部，所述第一对延伸部比所述第二对靠得更近，使得所述连接部件包括处于第一对延伸部、第二对延伸部中的任一对或者处于第一对和第二对延伸部两者中的孔，以及接合所述孔的紧固件。

13.根据权利要求3所述的光伏模块，其特征在于，所述底座包括第一和第二平行底座轨道，所述框架还包括第一和第二纵向边缘，所述框架的所述第一和第二纵向边缘比所述第一和第二底座道轨靠得更近，从而在相对于水平面将所述框架折叠到零度时允许所述框架处于所述底座轨道之间。

14.根据权利要求5所述的光伏模块，其特征在于，所述底座包括第一和第二平行底座轨道，所述框架还包括第一和第二纵向边缘，所述框架的所述第一和第二纵向边缘比所述第一和第二底座轨道靠得更近，从而在相对于水平面将所述框架折叠到零度时允许所述框架处于所述底座轨道之间。

15.根据权利要求7所述的光伏模块，其特征在于，所述底座包括第一和第二平行底座轨道，所述框架还包括第一和第二纵向边缘，所述框架的所述第一和第二纵向边缘比所述第一和第二底座轨道靠得更近，从而在相对于水平面将所述框架折叠到零度时允许所述框架处于所述底座轨道之间。

16.根据权利要求9所述的光伏模块，其特征在于，所述底座包括第一和第二平行底座轨道，所述框架还包括第一和第二纵向边缘，所述框架的所述第一和第二纵向边缘比所述第一和第二底座轨道靠得更近，从而在相对于水平面将所述框架折叠到零度时允许所述框架处于所述底座轨道之间。