CN114514695A - 低轮廓太阳能面板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能面板组件包括基板和联接到基板的太阳能阵列。太阳能阵列包括多个光伏电池单元。光学层设置在太阳能阵列上。光学层、太阳能阵列和基板一起形成太阳能组件。框架包围太阳能组件并且包括多个框架构件。多个框架构件中的每个框架构件包括形成框架构件的空气动力学外边缘的弓形构件。

Description

低轮廓太阳能面板及制造方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2019年9月20日提交的美国临时专利申请号62/903,221的优先权。美国临时专利申请号62/903,221通过援引并入本文。
发明背景
技术领域
本披露总体上涉及离网功率产生，更具体地但非限制地涉及用于机动车辆的具有低轮廓结构的太阳能面板。
背景技术
本章节提供背景信息，以有助于更好地理解本披露的各个方面。应当理解的是，应从这一角度来阅读本文件的本章节中的陈述，而不应作为对现有技术的承认。
离网电气化是指在没有远程电力基础设施支持的情况下为个体提供电功率的系统。在许多情况下，离网电气系统是独立的功率系统，它通过比如在本地存储和使用的太阳能动力和风动力等各种手段产生电力。比如太阳能面板等离网电气系统特别适用于需要移动性的活动，比如露营和偏远生活以及与比如军用和应急响应车辆、公共汽车、卡车运输、公共交通、重型装备、可牵引机械、海上运载工具和休闲车辆(″RV″)等运载工具结合。在移动应用中安装太阳能面板时必须考虑的一个方面是跨过面板的气流以及面板的空气阻力导致的动态压力。此外，许多移动应用具有在系统设计中必须考虑的尺寸、安装结构和美学约束。
发明内容
本披露的各个方面涉及一种太阳能面板组件。该太阳能面板组件包括基板和联接到该基板的太阳能阵列。太阳能阵列包括多个光伏电池单元。光学层设置在太阳能阵列上。光学层、太阳能阵列和基板一起形成太阳能组件。框架包围太阳能组件并且包括多个框架构件。多个框架构件中的每个框架构件包括形成框架构件的空气动力学外边缘的弓形构件。
本披露的各个方面涉及一种用于太阳能面板的安装组件。该安装组件包括框架构件，该框架构件具有形成在其中的通道。T形螺母被接纳到该通道中并且可滑动地设置在该通道内。间隔件联接到该T形螺母。安装支脚联接到该间隔件。该安装支脚包括凸缘、从该凸缘延伸的间隔凸片、和从该间隔凸片竖直延伸的凸片。该凸片与该通道接合。
本披露的各个方面涉及一种制造太阳能面板的方法。该方法包括将多个光伏电池单元布置在基板上。将光学层设置在该光伏电池单元上。将该基板、太阳能阵列和该光学层进行层压以形成太阳能组件。将多个框架构件固定到该太阳能组件。该多个框架构件包括形成空气动力学外边缘的弓形构件。
提供本概述是用来介绍一系列构思，这些构思会在以下详细说明中进一步描述。本概述不旨在标识出要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助限制要求保护的主题的范围。
附图说明
当与附图一起阅读时，从以下详细描述中可以最好地理解本披露。强调的是，根据行业的标准做法，各种特征未按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚，可以任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1A是根据本披露的方面的太阳能面板组件的分解俯视立体图；
图1B是图1A的太阳能面板组件的分解仰视立体图；
图2是与根据本披露的方面的太阳能面板组件一起使用的支撑轨的立体图；
图3是图2的支撑轨的端视图；
图4是与根据本披露的方面的＝太阳能面板组件一起使用的安装支脚的立体图；
图5A是根据本披露的方面的支撑轨和安装支脚的分解立体图；
图5B是根据本披露的方面的支撑轨和安装支脚的组装立体图；以及
图6是展示用于制造根据本披露的方面的太阳能面板组件的过程的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述各种实施例。然而，本披露可以以许多不同的形式来实施并且不应被解释为局限于本文所阐述的实施例。
离网电气系统、特别是离网太阳能系统特别适用于结合比如军用和应急响应车辆、公共汽车、卡车运输、公共交通、重型装备、可牵引机械、海上运载工具和休闲车辆等运载工具使用。在这样的应用中，太阳能面板或太阳能面板阵列例如以暴露于太阳能的方式固定到车辆的车顶。对于太阳能面板有益的是具有空气动力学轮廓，以便在车辆处于运动时段期间减少对太阳能面板的风阻。这样的布置以及放置、尺寸和轮廓可以减少对太阳能面板的潜在损坏并且可以提高车辆的燃料效率。
图1A是太阳能面板组件100的分解俯视立体图。图1B是太阳能面板组件100的分解仰视立体图。共同参考图1A和图1B，太阳能面板组件100包括光学层102和基板104。太阳能阵列106设置在光学层102和基板104之间。太阳能阵列106包括布置在基板104上的光伏电池单元108。太阳能阵列106、光学层102和基板104被框架构件110界定或包围。在各种实施例中，框架构件110通过拐角构件111以大约直角彼此联接。在各种实施例中，拐角构件111包括肋113，这些肋被接纳到框架构件110中并且在拐角构件111和框架构件110之间产生摩擦配合。在各种实施例中，光学层102由比如例如低铁钢化浮法玻璃等基本上透明的材料构成。在其他实施例中，光学层102可以由比如聚碳酸酯等抗冲击材料构成。光学层102基本上是透明的以有助于将太阳能透射到光学层下方的太阳能阵列，并且在一些实施例中可以涂覆有或嵌入减反射材料。在各种实施例中，光学层102具有例如大约1mm的最小厚度和例如大约4mm的最大厚度。
太阳能阵列106包括至少一个光伏电池单元108。在各种实施例中，太阳能阵列106可以包括多个光伏电池单元108。在各种实施例中，光伏电池单元108可以是例如硅太阳能电池单元、单晶硅太阳能电池单元、多晶太阳能电池单元、薄膜太阳能电池单元、非晶硅太阳能电池单元、镉太阳能电池单元、铜铟镓硒太阳能电池单元、或以光伏效应操作的任何其他类型的光伏电池单元。在操作期间，太阳能阵列106通过光学层102接收太阳能并将太阳能转换为电流。电流被传输到功率变压器105，该功率变压器布置在基板104的后面并且电联接到太阳能阵列106。太阳能阵列106通过例如热固性聚合物(比如环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂、硅酮、乙烯基酯、或任何其他类型的热固性聚合物粘合剂)联接到基板104。在各种实施例中，基板104是柔性的高温聚合物，比如乙烯-醋酸乙烯酯(″EVA″)或聚烯烃弹性体(″POE″)。
图2是与太阳能面板组件100一起使用的框架构件110的立体图。图3是框架构件的端视图。框架构件110包括形成在其中的通道202。竖直脊214从通道202的上构件206朝向通道202的内部形成。水平脊216形成在通道202的侧构件218上并且朝向通道202的内部延伸。槽口204形成在通道202的上构件206上。弓形构件208将槽口204的顶表面210与通道202的下体212连接。在各种实施例中，弓形构件208形成框架构件110的弯曲且空气动力学外边缘，这例如降低了风阻并且有助于将太阳能面板组件100放置在例如机动车辆的外部。风阻不仅可以降低车辆的燃油效率，而且还将动态压力和应力施加给太阳能面板组件100、尤其是框架构件110。
弓形构件208包括框架构件110的截面的弯曲的、大体弯曲的或基本上弯曲的区段。此外，在各种实施例中，弓形构件208可以包括任何角度或角度组合以形成合适的半径和截面形状。通过举例，在图2至图3所展示的实施例中，弓形构件208背离太阳能面板组件100的内部弯曲。在其他实施例中，弓形构件208可以例如相对于太阳能面板组件100的中心凹入或凸出。在各种实施例中，弓形构件208可以包括比如大约0.1英寸到大约1.5英寸等半径的任何组合。
仍然参考图2至图3，当组装时，光学层102、基板104和太阳能阵列106被接纳到槽口204中。在各种实施例中，在基板104、太阳能阵列106和光学层102的层压组件与槽口之间产生过盈配合，使得基板104、太阳能阵列106和光学层102的层压组件通过摩擦固位在槽口204中。在各种实施例中，框架构件110具有例如0.75英寸的高度；然而，在其他实施例中，可以使用大于或小于0.75英寸的高度。框架构件110形成有斜接端209，以有助于框架构件110以产生平滑空气动力学拐角的方式围绕光学层102、基板104和太阳能阵列106的组件放置。
图4是与示例性太阳能面板组件100一起使用的安装支脚402的立体图。安装支脚402包括凸缘404，凸缘具有形成在其中的孔406。通过举例，安装支脚402在图4中被展示为包括穿过凸缘404形成的两个孔406；然而，在其他实施例中，可以穿过凸缘404形成任意数量的孔406。螺纹紧固构件408从凸缘404沿大体垂直于凸缘404的平面的方向延伸。在图4所展示的实施例中，紧固构件408是例如锁位螺栓(captive bolt)；然而，在其他实施例中，紧固构件可以是例如非锁位螺钉或螺栓。第一间隔凸片410和第二间隔凸片412从凸缘404延伸并且与凸缘404大体成平面。第一凸片414从第一间隔凸片410的外边缘416向上延伸。同样，第二凸片418从第二间隔凸片412的外边缘420向上延伸。
图5A是框架构件110和安装支脚402的分解立体图。图5B是框架构件110和安装支脚402的组装立体图。共同参考图5A和图5B，T形螺母502被接纳到框架构件110的通道202中。T形螺母502包括从T形螺母502的顶表面506向上延伸的弹簧构件504。当组装时，弹簧构件504接合通道202的内部并增加T形螺母502与通道202之间的摩擦力，从而降低T形螺母502在通道202内意外移动的可能性。间隔件508通过紧固件510联接到T形螺母502，紧固件穿过形成在间隔件508中的第一孔509被接纳。在各种实施例中，紧固件510是螺纹紧固件，比如与形成在T形螺母502中的螺纹孔512接合的螺钉或螺栓。然而，在其他实施例中，紧固件510可以是非螺纹紧固件(比如铆钉、摩擦销)或将间隔件508固定到T形螺母502的其他紧固件。当组装时，间隔件508抵靠通道202的底体而齐平，并且从框架构件110侧向延伸。
仍然参考图5，安装支脚402的紧固构件408穿过形成在间隔件508中的第二孔514被接纳并且用螺母516固定到间隔件上。第一凸片414和第二凸片418被接纳到通道202中，从而防止安装支脚402相对于间隔件508或框架构件110旋转。当组装时，安装支脚402与间隔件508的底表面517齐平，并且凸缘404从框架构件110侧向延伸，从而有助于将太阳能面板组件100附接到例如车辆。
图6是展示用于制造太阳能面板组件100的过程600的流程图。过程600开始于步骤602。在步骤604，将原始太阳能电池单元切割形成光伏电池单元108。在步骤606，光伏电池单元108通过例如热固性聚合物联接到基板104。在步骤608，光学层102被施加在光伏电池单元108上方。在步骤610，将基板104、光伏电池单元108和光学层102加热以使热固性聚合物固化。在步骤612，框架构件110被施加到基板104、光伏电池单元108和光学层102。过程600在步骤614结束。
如本领域普通技术人员所理解的，术语″基本上″被定义为在很大程度上但不一定全部是被指定的内容(并且包括指定的内容；例如，基本上90度包括90度，并且基本上平行包括平行)。在任何披露的实施例中，术语″基本上″、″大约″、″大体″和″约″可以替换为在指定内容的″百分比内″。
根据实施例，本文描述的任何算法的某些动作、事件或功能可以以不同的顺序执行，可以被添加、合并或完全忽略(例如，并非所有描述的动作或事件对于算法的实践都是必需的)。此外，在某些实施例中，动作或事件可以同时执行，例如通过多线程处理、中断处理或多个处理器或处理器核或在其他并行架构上执行，而不是顺序地执行。尽管某些计算机实现的任务被描述为由特定实体执行，但是这些任务由不同实体执行的其他实施例也是可能的。
除非另有明确说明，或在所使用的情况中以其他方式理解，否则本文使用的条件语言，比如″可以″、″可能″、″可″、″例如″等通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元素和/或状态。因此，这种条件性语言通常不旨在暗示特征、元素和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必需包括用于在有或没有作者输入或提示的情况下决定这些特征、元素和/或状态是否被包括或将在任何特定实施例中执行的逻辑。
尽管以上详细描述已经示出、描述和指出了应用于各种实施例的新颖特征，但是应当理解，在不背离本披露的精神的情况下，可以对所展示的装置或算法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。如将认识到的，本文描述的过程可以体现在不提供本文阐述的所有特征和益处的形式中，因为一些特征可以与其他特征分开使用或实践。保护范围由所附权利要求限定，而不是由前述描述限定。在权利要求的等效含义和范围内的所有变化都应包含在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种太阳能面板组件，该太阳能面板组件包括：
基板；
联接到该基板的太阳能阵列，该太阳能阵列包括多个光伏电池单元；
设置在该太阳能阵列上的光学层，其中，该光学层、该太阳能阵列和该基板一起形成太阳能组件；以及
包围该太阳能组件的框架，该框架包括多个框架构件，该多个框架构件中的每个框架构件包括形成该框架构件的空气动力学外边缘的弓形构件。
2.如权利要求1所述的太阳能面板组件，其中，该光学层具有大约4mm的最大厚度。
3.如权利要求1所述的太阳能面板组件，其中，该光学层包括玻璃和聚碳酸酯中的至少一个。
4.如权利要求1所述的太阳能面板组件，其中，该多个框架构件中的每个框架构件通过该基板、该光学层和该框架构件之间的摩擦而固定到该太阳能组件。
5.如权利要求1所述的太阳能面板组件，其中，该多个框架构件中的每个框架构件包括形成在其中的通道。
6.如权利要求5所述的太阳能面板组件，其中，该多个框架构件中的每个框架构件包括：
由该通道的上构件形成的竖直脊，该竖直脊朝向该通道的内部延伸；以及
形成在该通道的侧构件上的水平脊，该水平脊朝向该通道的内部延伸。
7.如权利要求6所述的太阳能面板组件，其中，该多个框架构件中的每个框架构件包括形成在该通道的上构件上的槽口，其中，该弓形构件将该槽口的顶表面与该通道的下体联接。
8.如权利要求7所述的太阳能面板组件，其中，该弓形构件背离该太阳能面板组件的内部弯曲。
9.如权利要求7所述的太阳能面板组件，其中，该太阳能组件通过摩擦固位在该槽口中。
10.如权利要求5所述的太阳能面板组件，包括与该通道接合的安装支脚。
11.如权利要求10所述的太阳能面板组件，其中，该安装支脚包括：
凸缘；
间隔凸片，该间隔凸片从该凸缘延伸；以及
凸片，该凸片从该间隔凸片竖直延伸。
12.一种用于太阳能面板的安装组件，该安装组件包括：
框架构件，该框架构件具有形成在其中的通道；
T形螺母，该T形螺母被接纳到该通道中并且可滑动地设置在该通道内；
间隔件，该间隔件联接到该T形螺母；
联接到该间隔件的安装支脚，该安装支脚包括：
凸缘；
间隔凸片，该间隔凸片从该凸缘延伸；以及
从该间隔凸片竖直延伸的凸片，该凸片接合该通道。
13.如权利要求12所述的安装组件，其中，该框架构件包括形成空气动力学外边缘的弓形构件。
14.如权利要求12所述的安装组件，其中，该间隔件通过紧固件联接到该T形螺母。
15.如权利要求12所述的安装组件，其中，该安装支脚通过联接到该凸缘的锁位紧固件而联接到该间隔件。
16.如权利要求12所述的安装组件，其中，该凸片与该通道的接合抑制该安装支脚围绕该间隔件的旋转。
17.如权利要求12所述的安装组件，其中，该框架构件包括弓形构件和至少部分地由该通道限定的槽口。
18.如权利要求17所述的安装组件，其中，该槽口接纳太阳能组件，该太阳能组件包括基板、太阳能阵列和光学层。
19.一种制造太阳能面板的方法，该方法包括：
将包括多个光伏电池单元的太阳能阵列布置在基板上；
将光学层设置在该多个光伏电池单元上；
将该基板、该太阳能阵列和该光学层进行层压以形成太阳能组件；以及
将多个框架构件固定到该太阳能组件，该多个框架构件包括形成空气动力学外边缘的弓形构件。
20.如权利要求19所述的方法，该方法包括：通过形成在该框架构件中的通道将安装支脚连接到该多个框架构件中的每个框架构件。
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