CN1592973A - 轻压载安装系统 - Google Patents

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Abstract

一种组件，典型的包括太阳能电池板模块，该组件安装在暴露在风中的表面上，其具有一个相对所述表面呈一个角度安装的面板，以及限定出凹面的装置，该凹面从所述面板的顶边到安装所在的表面延伸，因此风在所述凹面上的冲击减小了施加到该组件上的风感提升力。这种该设置减小了防止组件吹走的所需压载的数量。

Description

轻压载安装系统
技术领域
本发明涉及一种轻压载安装系统，用在相对于没有主要固定件的支撑表面呈一个角度进行安装的平板或类似物上。本发明对于相对支撑表面一个角度进行安装太阳能电池板尤为适用。
背景技术
太阳能电池板，如光伏电池，作为电源变得越来越重要。特别是，使用安装在建筑物顶部上的太阳能电池板来进行发电越来越广泛。
许多类型地太阳能电池板安装系统已经在本领域中被熟知。例如，太阳能电池板可加在现有的屋顶上，或它们也可以用于新屋顶的原始设计。在太阳能电池板加在现有的屋顶上的情况下，它们一般通过采用诸如可穿透屋顶表面的螺栓等固定组件固定到现有的屋顶上。由这种可穿透固定组件覆盖到屋顶上的隔板的断裂一般是不利的，因为它将导致现在的屋顶渗漏问题。
太阳能电池板也可以不固定在屋顶上，但使用简单的支撑下降到采用压载的表面上的组件。有效的压载用于在强风中将太阳能电池阵列牢牢的固定在屋顶上合适的位置。
通常，太阳能电池板以某个角度进行安装，这样使得其表面接收最佳太阳辐射值。除非要进行安装的屋顶表面同样是倾斜的，否则面板都要相对屋顶表面呈某个角度进行固定。与屋顶表面形成一个锐角的面板下侧，对某个方向的风吹可明显地提供有效的阻力，这种情况下风的提升力(wind-lift)和拉力成为主要地问题。为了克服该问题，单独依靠压载的安装系统需要大量的压载。
然而对有效压载地需求会使太阳能电池组对许多屋顶都不合适，尤其是对许多平面屋顶，其没有足够的强度来承受该重量。因此需要一种更轻型的相对风提升力具有足够阻力的安装系统。
例如，在US5746839中，披露了使用偏移板设在呈角度的太阳能电池板的后部来使面板周围的风偏移，并减小相应的风提升力。然而只披露了平的偏移板，其有效的用作风到达面板后下侧的风的屏障。
发明内容
我们已经发现通过使用安装了凹面来偏移风的安装系统可以更有效的减小风提升力。这可应用在含有相对表面一定角度安装面板的使风提升力成为问题的任何组件。
因此本发明提供一种安装在暴露于风中的表面上的组件，具有与所述表面呈某一角度安装的面板，以及装置，其限定了一个从所述面板的顶边向该装置安装所在的表面上延伸的凹面。
在本申请中，“凹面”的意思是在横截面主要部分上具有凹回的截面的表面。其不包括与该边相邻且具有不同截面的表面：如，该表面可具有一个与其连接的面板边缘邻接的凸起截面，这样以便提供一个穿过平板连接处的光滑表面。
尽管风可以从各个方向冲击该组件，但是本发明涉及的提升力问题只出现在一部分风吹入由面板和面板安装所在的表面限定出的锐角的时候。因此为了清楚起见，本发明针对从某个方向吹的象征性的风进行描述，例如，直接冲击该凹面的风。在这个方向上，与组件安装所在表面相邻的凹面的边(远离安装平板的接点)认为是一个前缘，同时安装的面板是在下风方向并且形成一个后沿。
所安装的面板一般包括一个平板或其他类似材料板，但也可是任何结构，该结构载以相对起支撑表面一个角度进行安装时可预料会出现一个足够引起风提升力问题的风阻力。该凹面一般还包括除固体以外的任何板，以便使重量最小。
本发明的一个特别应用是用于诸如在平面屋顶上以某个角度安装太阳能电池板而不需要可穿透固定物来将系统固定在合适的位置这样的面板安装上。同样，本发明可用于其他应用中，其中倾斜面板或可从空气动力学角度获得减小的风提升力的班，例如，在移动式斜坡或阶跃的情况下。
组件的前缘(最先着风的部分)具有一个载风冲击时减小风提升力的凹截面。该凹截面优选为一个具有翼型的截面，例如，本领域中已知的剖面如NACA(国家航空咨询委员会)截面。NACA截面在航空工业中已经广为人知，并在需要空气动力截面的应用中经常使用。尽管大量的NACA截面已经公开使用，但它们能为本发明根据曲率的最大程度(在百分比方面)以及从其前缘沿截面的位置方面的目的进行简要定义。优选的是凹面的最大曲率点的位置比面板相邻边更接近表面的前缘；更优选的是，其位于沿着从前缘到面板相邻边的弦上20％到40％之间的位置上。在该点上的最大曲率(或曲度)优选为5％到15％，更优选为8％到12％。
很清楚了解到在任何具体应用中所使用凹面的精确截面将依据面板安装角度，需要承受的风速，以及组件总的大小和重量(包括压载)而改变。例如，在强烈要求最小压载的情况下，如在相对易破的屋顶上，剖面要设计得可使风感提升力最小。然而，在压载需要并不强烈并且使用了更多的压载时，前缘则不必形成为最大程度减少提升力的形状，并且其他因素也可影响该截面。
优选的是面板的边和凹面的连接处如此成型为可提供一个穿过该连接处的光滑横截面，因此促使薄的空气层流过该连接处，并且减小扰动。这使得这种设计在减小提升力方面更有效。因此凹面的截面仅载靠近其邻近面板的边进行变形，这样不回破坏依空气动力原理的外型。
在一个优选实施例中，在太阳能电池板的每一侧和/或凹面上可设置槽，在下面的一个槽限定了一个大体水平的开口，在上面的一个槽限定了一个大体垂直的开口与内部大体垂直的壁联接。通过屋顶的风吹进入由面板和凹面通过水平槽限定出的空隙中，然后利用内壁向上偏移使得经由垂直槽排出，因此在面板或凹面处于迎风的地方产生向下的反作用力，其更有利于减轻风感提升力。最优选的是槽设置在太阳能电池板的每一侧，而不设置在凹面上。这种设置的其他好处就是允许通过对流使面板冷却。
在另一个优选实施例中，该组件另外包括一个基板如前板，后凹面和基板一起形成三角形组件。进入到由两个承受面板形成的内部空间的任何风能给那些面板施加一个向上的力并在向面板所在表面施加一个向下的力，如果表面是屋顶的话这些力将使它们从表面脱离开。如果面板所在的表面为组件的一体部分，可以避免这种危险。
在本发明为一太阳能电池板组件的情况下，该组件一般包括一个由单个模块形成的阵列，一般按排设置，每一排包括一个安装好了的太阳能电池板。整个组件优选按照每个模块互连在一起的方式来设计。典型的，所有阵列由一外围电缆保护，该外围电缆使侧向力分布遍及整个阵列，该阵列包括100个模块那么多。这具有的好处是，整个阵列对于风提升力具有更大的刚性和阻力。在这种结构中，相邻单个模块的阵列形成了有效的置于类似延长凹面上的单个延长太阳能电池板。典型的，几种这样的排列在平屋顶上并列使用。在这种情况下，优选的是从一排中延长的面板在前端直接接触和/或覆盖该排的延长凹面。以这种方式，可得到具有暴露于潜在的风提升力中最小边缘的延长阵列。
阵列的每排末端典型的设置了端帽或具有凹截面的流线型罩。这有助于减小以锐角流经该阵列的风作用效果。
典型的，该凹面为硬板形式。在一个实施例中，它可以包括一个或多个洞或孔以允许部分气流进入面板和凹面下的空间中。同样，当一连串模块连接到一起以形成一排面板时，可按照每个模块的单个凹面稍微分隔开的方式形成连接，这样以提供一个用于空气通过的缝隙。
模块可以这种方式进行连接以形成一个由几个代表性的平行模块排组成的阵列。这种阵列的大小和形状可得到适当的确定，以适应于面板安装所在区域的布置情况，如屋顶的形状。当确定阵列的大小和形状时也应考虑到其他因素，例如，为了维修的目的在阵列内设置针对模块的合适入口。
当几个模块连接到一起成一排时，组件可包括在模块排下的沟道。这些沟道可用于容纳例如电气元件，在这些地方这些电气元件可从元件中隐蔽。例如，在安装系统用于太阳能电池板时，逆变器和其他电气元件可安装在该阵列的下面。排末端的流线型罩可用作覆盖电气屋顶穿透物或主要的电连接盒。
用于将组件的每个模块固定在一起成一排的组件可包括本领域的普通技术人员已经公知的任何合适的组件。可使用的固定物的例子包括具有延伸罗威套管的螺钉，标准螺钉及螺母，或塑料金属插入物。所使用的任何固定板为诸如塑料或金属的任何合适材料。
优选的是用于将相邻安装模块锁定在一起的任何固定物和/或固定板可按空气动力原理成型，以这种方式，可针对整个阵列形成更光滑的表面，并能减小暴露于风提升力中的边的数量。特别优选的是用于固定每排的边的固定物也按空气动力原理成型。以这种方式，可实现风吹平滑地吹过整个组件，减小了扰动，并加强了在减小提升力方面的设计效果。
在组件包括一排相邻或互连的太阳能电池板的情况下，几排平行设置以形成一个阵列，每排的凹面和任何固定物可涂覆一种反光材料使得太阳能辐射反射到该排后面的太阳能电池板上。
附图说明
本发明的优选实施例进一步参考附图进行描述，其中：
图1示出了一对邻接模块，每一个模块包括一个面板和相应的凹面；以及
图2示出了图1模块的平行排列的阵列；
图3从另一侧示出了与图2中相同的阵列；
图4示出了具有NACA截面的凹面；
图5示出了具有对称NACA截面的凹面。
具体实施方式
在图1中，示出了一对连接的模块，每一个包括连接到相应凹面2上的面板1。在具体的实施例中，凹面在起连接面板1的边缘上具有一个凸起部分3，这是为了提供穿越两部分之间的连接点处光滑表面。这样确保了薄的空气层流穿过该连接处。该实施例还具有用于将相邻模块连接在一起的连接板4。
如果制成的模块的阵列形成具有平行排的形状，在阵列前部的面板还具有利用空气动力原理成型的连接件5，以允许气流从其方向平滑地流过它们。图2和图3示出了这种阵列的部分，包括每个含有三个模块的三排6，7，8。为了示出其内部构造，该阵列的一个面板未示出，另一个面板9前向旋转的示出。在这些图中，连接板4再次示出。因此可以看出一排的面板覆盖相邻排的凹面部分是怎样的结构。
凹面部分的截面的实施例示于图4和图5中。这些图示出了变形后的NACA截面，其具有10％的最大曲度，单沿该表面的截面设置于不同的点。已经发现在比面板相邻边更接近于前缘的地方设置最大曲度点是更令人满意的。在这些理论上的截面上，在其与面板边相邻的边上(例如，远离前缘)截面不是光滑的。在实际中，这在组件的顶部可形成一个锐边，引导扰动流过并提高提升力。这可通过使截面的末端光滑以形成曲面来消除，其使得相邻的面板上表面光滑。

Claims (16)

1.安装在暴露在风中的表面上的组件，其具有一个与所述表面呈一角度安装的面板，以及限定出凹面的装置，该凹面从所述面板的顶边到面板安装所在表面延伸。
2.根据权利要求1的组件，其中所述凹面具有翼型截面。
3.根据权利要求2的组件，其中所述凹面具有NACA截面。
4.根据权利要求3的组件，其中该凹面的最大曲率点的位置比面板相邻边更接近于该表面的前缘。
5.根据权利要求4的组件，其中该凹面的最大曲率点位于沿前缘到面板相邻边的弦的20％到40％之间范围内。
6.根据权利要求4或5的组件，其中该凹面的最大曲率点(或曲度)在5％到15％之间。
7.根据权利要求6的组件，其中凹面的最大曲率在8％到12％之间。
8.根据前述任一权利要求的组件，其中面板的边和凹面的连接处成型为可以提供一个穿过该连接处的光滑的横截面。
9.根据前述任一权利要求的组件，其中面板为一太阳能电池板。
10.根据权利要求9的组件，其包括一个由单个模块形成的阵列，每一个模块包括一个安装好的太阳能电池板，模块连接在一起，以形成一个连接到相应延长凹面上的太阳能电池板延长排。
11.根据权利要求10的组件，其包括一系列并排连接的模块，其中一排延长面板遇见或覆盖住前排的延长凹面。
12.根据权利要求10或11的组件，其中凹面为硬板的形式，包含一个或多个洞或孔以允许空气流入面板和凹板下面的空间。
13.根据权利要求10到12的任意一个的组件，其中连接的模块按照每个模块的单个凹面间隔开的方式设置，这样提供一个用于空气通过的缝隙。
14.根据前述任一权利要求的组件，其中在面板的每一侧和/或凹面上设置一对槽，一个在所述面板或表面的下面，限定出一个大体水平的开口，一个在其上面限定出一个大体垂直的开口，该垂直开口与内部大体垂直的壁相联接。
15.根据前述任一权利要求的组件，其中在面板的每一侧设置一对槽。
16.根据前述任一权利要求的组件，其另外包括基板使得该面板，凹面和基板一起形成一个三角形组件。
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