KR101352234B1 - 지지식 ｐｖ 모듈 조립체 - Google Patents

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Abstract

지지식 PV 조립체는 PV 패널을 포함하는 PV 모듈과, PV 모듈을 지지하는 지지면, 모듈 지지체 상에 PV 모듈을 적절히 위치설정시키도록 PV 모듈에 결합되는 모듈 정합 부재 및 장착 요소를 포함하는 PV 모듈 지지체를 포함할 수도 있다. 몇몇 실시예에서, PV 모듈 정합 부재는 코너에서 PV 모듈의 외부면에만 결합된다. 몇몇 실시예에서, 조립체는 PV 모듈 지지체와 윈드 디플렉터 중 적어도 하나에 고정되는 밸러스트를 갖는 윈드 디플렉터를 포함한다. 조립체의 어레이는, PV 모듈이 서로에 대해 굽혀져 PV 모듈의 어레이가 지지면의 외형을 따르는 것은 허용하지만 인접 코너들의 수평 분리는 방지하도록 조립체의 어레이의 코너에서 서로 고정될 수 있다.
Figure R1020087015714
지지식 PV 모듈, PV 패널, PV 모듈 지지 조립체, 모듈 지지체, 장착 요소

Description

지지식 ＰＶ 모듈 조립체 {SUPPORTED PV MODULE ASSEMBLY}
주정부가 후원하는 연구 또는 개발에 관한 성명
본 발명은 미합중국 에너지부에 의해 부여된 계약번호 제DE-AC36-99GO10337호하의 정부 후원으로 고안되었다. 정부는 본 발명에 대한 일정한 권리를 갖는다. 본 발명은 캘리포니아주 에너지 위원회 협정 번호 제500-00-034호하에서 캘리포니아주의 후원을 받았다. 에너지 위원회는 본 발명에 대한 일정한 권리를 갖는다.
건축물의 지붕 또는 다른 지지면에 장착된 광전지(photovoltaic; PV) 조립체의 어레이를 지나가는 공기는 PV 조립체에 대해 바람 부상력(wind uplift force)을 생성한다. 바람 부상력을 최소화하기 위해 PV 조립체의 어레이의 설계 및 평가에 있어서 많은 작업이 이루어지고 있다. 미국 특허 제5,316,592호, 제5,505,788호, 제5,746,839호, 제6,061,978호, 제6,148,570호, 제6,495,750호, 제6,534,703호, 제6,501,013호 및 제6,570,084호를 참조하라. 바람 부상력을 감소시키는 것은 몇몇 이점을 제공한다. 첫째, 어레이의 단위 면적당 필요한 무게를 감소시킨다. 이는 어레이의 무게를 지지하기 위해 지지면을 강화하는 것에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하여, 개장을 보다 용이하게 하여 개장 및 새로운 구성을 위한 비용을 감소시킨다. 둘째, 천장 멤브레인(또는 다른 지지면)을 관통하는 체결구를 사용하는 것에 대한 필요성을 감소시키거나 제거하는데, 이는 멤브레인의 무결성을 유지하는데 도움이 된다. 셋째, 조립체의 무게 감소로 인해 조립체의 운반 및 설치 비용이 감소된다. 넷째, 경량의 PV 조립체는 바람 부상력에 저항하기 위해 무거운 밸러스트 중량에 의존하는 조립체보다 설치가 더 용이하다. 다섯째, 적절히 설계된 경우, 조립체는 혹독한 온도와 자외선 방사를 차폐하는, 천장 멤브레인 또는 지지면 상의 보호층 역할을 할 수 있다.
지지식 PV 조립체의 제1 실시예는 PV 패널로 구성된 PV 모듈과 PV 모듈 지지 조립체들을 포함한다. PV 모듈 지지 조립체의 적어도 일부는 기부 및 상기 기부로부터 연장하는 모듈 지지체를 포함한다. 모듈 지지체는 모듈을 지지하는 지지면과, PV 모듈을 모듈 지지체 상에 적절히 위치시키기 위해 PV 모듈과 결합하는 모듈 정합 부재와, PV 모듈을 기부 및 프레임 지지체 중 적어도 하나에 고정하기 위한 장착 요소를 포함한다. 일부 실시예에서, PV 모듈은 PV 모듈의 코너에 외부면을 포함하는 한편, 모듈 지지체는 코너에서 PV 모듈의 외부면하고만 결합하는 모듈 정합 부재를 포함한다.
지지식 PV 조립체의 제2 실시예는 PV 패널로 구성된 PV 모듈과 복수의 PV 모듈 지지 조립체들을 포함한다. 지지 조립체들의 적어도 일부는 PV 모듈을 기부에 고정하는 모듈 지지체와, 기부의 하부면에서의 지지 패드와, 열 팽창 및 수축 이동부를 포함해서 지지 패드를 기부에 고정하는 조인트를 수용한다. 이것은 기부의 하부면에 평행한 적어도 하나의 방향으로 기부와 패드 사이의 상대 이동을 가능케 한다.
지지식 PV 조립체의 제3 실시예는 PV 모듈이 하부 남향 에지와 상부 북향 에지를 가지도록 PV 모듈을 수평에 대해 일정 각도로 위치시키기 위해 PV 모듈에 고정된 복수의 PV 모듈 지지체를 포함한다. 윈드 디플렉터는 PV 모듈의 상부 북향 에지에 대향하게 PV 모듈에 결합된다. 밸러스트(ballast)는 PV 모듈 지지체들과 윈드 디플렉터 중 적어도 하나에 고정된다. 예컨대, 밸러스트는 윈드 디플렉터의 내부면 아래에 고정될 수 있다.
PV 설비의 일 실시예는 PV 모듈 어레이와 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈의 각각의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너에 고정된 PV 모듈 지지 조립체를 포함한다. PV 모듈 지지 조립체는 인접한 코너의 수평 분리를 방지하면서 PV 모듈 어레이가 지지면의 외형을 따르게 PV 모듈이 서로 상대적으로 굽혀지도록 구성된다. 일 실시예에서 PV 모듈 지지 조립체는 코너에서 PV 모듈의 외부면하고만 결합하는 PV 모듈 정합 부재를 포함한다.
PV 설비의 제2 실시예는 서로 인접한 제1, 제2, 제3 및 제4 코너를 갖는 PV 모듈의 열과 행으로 구성된 PV 모듈 어레이를 포함한다. 설비는 또한 인접한 PV 모듈의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너에 고정된 PV 모듈 지지 조립체를 포함한다. 열 안정 부재는 적어도 제1 및 제2 열을 따라 PV 모듈 지지 조립체를 서로 연결시킨다. 행 안정 부재는 적어도 제1 및 제2 행을 따라 PV 모듈 지지 조립체를 서로 연결시킨다. 일부 실시예에서 열 안정 부재는 강성 부재를 포함한다. 일부 실시예에서 행 안정 부재는 인장된 상태로 위치된 가요성 부재를 포함한다.
PV 설비의 제3 실시예는 지지면에 장착된 PV 모듈의 제1 및 제2 열을 포함하는 PV 모듈 어레이를 포함한다. PV 모듈의 제1 열의 상부 북향 에지는 PV 모듈의 제2 열의 하부 남향 에지에 각각 대향하여 위치된다. PV 모듈 지지 조립체는 상부 북향 에지가 하부 남향 에지보다 지지면으로부터 멀리 위치되도록, PV 모듈의 제1 열의 상부 북향 에지 및 PV 모듈의 제2 열의 하부 남향 에지 각각 고정된다. 윈드 디플렉터는 제1 및 제4 PV 모듈의 상부 북향 에지에 대향하여 적어도 하나의 PV 모듈 지지 조립체에 고정된다. PV 모듈 지지 조립체는 PV 조립체의 제1 및 제2 열이 서로로부터 수평 분리되는 것을 방지하면서 PV 모듈 어레이가 지지면의 외형을 따르게 PV 모듈 지지 조립체가 서로 상대적으로 굽혀지도록 구성된다.
PV 모듈을 지지면 상에 장착하는 방법의 일예는 다음과 같이 수행된다. PV 모듈 정합 부재를 가지는 PV 모듈이 선택된다. PV 모듈 지지체는 지지면 상에서 선택된 위치에 위치된다. PV 모듈은 일 세트의 PV 모듈 지지체와 함께 정렬된다. PV 모듈은 PV 모듈 정합 부재를 사용하여 일 세트의 PV 모듈 지지체와 결합하도록 안내된다. PV 모듈은 장착 요소를 사용하여 일 세트의 PV 모듈 지지체에 고정된다. 일부 실시예에서, 윈드 디플렉터는 PV 모듈 고정 단계에 후속하여 PV 모듈 지지체에 고정되고, 밸러스트는 예컨대 윈드 디플렉터의 내부면을 따르는 측로에 밸러스트를 활주시켜서 윈드 디플렉터의 내부면에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 상대적으로 최소한의 부품 개수, 간단한 도구 및 수원한 설치 공정을 사용하여 천정을 뚫지 않고서 천정 또는 다른 지지면에 직접 장착될 수 있는 경량의 PV 조립체(통상적으로 단위 평방 피트 당 2 내지 4 파운드, 즉 단위 평방 미터 당 9.76 내지 19.52 Kg)를 설계하는 것으로부터 얻게 되는 사실상의 장점이 있다는 것을 인식하는 것이다. 본 발명의 또 다른 실시예는 경량의 PV 모듈 지지 조립체 어레이를 적절한 위치에 위치시킨 다음에 간단한 장착 요소를 사용하여 PV 모듈을 지지 조립체에 직접 장착함으로써 많은 장점이 달성될 수 있다는 점을 인식하는 것이다. 일부 실시예에 따르면, 측면(동향 및 서향) 및 배면(북향) 윈드 디플렉터는 지지 조립체에 직접 장착된다. 지지 조립체의 적절한 설계에 의해, 지지 조립체 및 PV 모듈은 요구되는 취급량이 한정되도록 사용자에게 개별적으로 선적될 수 있다. 이것은 지지 조립체가 선적되는 횟수를 감소시켜서 운반 도중 이산화 탄소 배출량 및 비용을 감소시킬 수 있다. PV 모듈은 장착 요소에 의해 동시에 기계적으로 잠금되고 전기적으로 접지되는 일부 실시예로부터 추가적인 장점이 있다. 본 발명이 주로 기울거나 각을 이룬 PV 조립체와 함께 사용하기 위해 설계되었지만, 편평하거나 수평인 PV 조립체와 함께 사용될 수도 있다.
본 발명의 다양한 장점 및 특징은 양호한 실시예가 첨부된 도면과 함께 상세히 제시되어 있는 후속하는 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도1 및 도2는 현장 조립을 용이하게 하는 본 발명에 따라 제조된 경사진 PV 모듈 어레이의 사시도 및 평면도이다.
도3, 도4 및 도5는 도1의 조립체의 다른 부분의 확대도이다.
도6은 도5의 구조체의 저면도이다.
도7은 상부 지지 아암에 아무것도 부착되지 않은 상태의 최단부 지지체를 도 시하는, 도6의 구조체의 부분 확대도이다.
도8은 체결구로의 부착을 도시하는, 도5의 최상부 지지체의 하측, 리버스 앵글 도면이다.
도9는 인접한 에어 디플렉터의 겹치는 에지부와 PV 모듈의 연결부를 도시하는 확대된 측면도이다.
도10은 도1의 구조의 일부의 확대된 측면도이다.
도11은 연장된 측부 에어 디플렉터의 사용을 도시하는, 도10과 유사한 도면이다.
도12는 도1에서 일반적으로 수직인 측부 에어 디플렉터에 대체예로서, 각을 이루는 측부 에어 디플렉터를 도시하는 단부도이다.
도13 내지 도24는 본 발명의 추가 실시예를 개시하는데, 도13은 본 발명에 따라 제조된 지지식 PV 조립체의 분해된 등각도를 도시한다.
도14는 도13의 PV 모듈 지지 조립체의 확대된 등각도이다.
도15 및 도16은 도13에서 북향 에지 및 남향 에지 장착 요소의 확대된 등각도이다.
도17 및 도18은 도13의 PV 모듈 지지 조립체가 남향측 및 북향측 PV 모듈 지지 조립체에 의해 각각 대체된 지지식 PV 조립체의 부분 분해된 등각도이다.
도19는 지지 조립체의 기부와 패드 사이의 이동 조절 조인트(movement-accommodating joint)를 도시하는, 도18의 북향측 지지 조립체의 확대 분해된 등각도이다.
도20은 PV 모듈로 측부 디플렉터를 장착하는 것을 도시한다.
도21 및 도22는 후방 및 측부 에어 디플렉터를 포함하는 지지식 PV 조립체의 2개의 어레이의 평면도 및 등각도이다.
도23은 도13 내지 도19의 PV 모듈 지지 조립체의 어레이를 도시한다.
도24는 도23의 지지 조립체에 장착된 2 × 2 PV 모듈의 개략적 평면도이다.
도25 내지 도29는 PV 모듈 어레이에서 열 및 행 안정 부재의 사용을 도시한다.
도30은 도14의 PV 모듈 지지 조립체의 대체 실시예를 도시한다.
도31 및 도32는 도30의 지지 조립체의 사용을 도시한다.
도33은 도15 및 도16의 클립의 대체 실시에를 도시한다.
도34 및 도35는 도30의 지지 조립체의 남향 에지 모듈 지지체에 PV 모듈의 남향 단부를 고정시키는 것을 도시한다.
도36 내지 도38은 도13의 북향 에어 디플렉터의 대체 실시예를 도시한다.
도39는 PV 모듈의 열들 사이에서 보호 도관을 사용하는 것을 도시한다.
도40은 PV 모듈 및 북향 에어 디플렉터가 각각 힌지 조인트에 의해 PV 모듈 지지 조립체에 피봇식으로 고정되어 있는, 본 발명의 추가 대체예를 도시한다.
도41은 북향 에어 디플렉터가 개방된 상태로 외향 피봇되어 있는, 도40의 구조를 도시한다.
도42는 PV 모듈이 개방된 상태로 상향 피봇되어 있는, 도40의 구조를 도시한다.
도43은 PV 모듈 어레이의 강성을 증가시키기 위해 PV 모듈 지지 조립체를 PV 모듈의 대향 단부에 고정시키는 지지체를 사용하는 또 다른 대체 실시예를 도시한다.
본 발명의 후속하는 설명은 특정한 구조적 실시예 및 방법을 참조할 것이다. 특히 개시된 실시예에 본 발명을 제한하려는 의도는 아니며, 본 발명은 다른 특징, 요소, 방법 및 실시예를 사용하여 실시될 수 있다는 점을 알아야 한다. 양호한 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 기술된 것이며, 청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하려는 것은 아니다. 당업자는 후속하는 상세한 설명에서 다양한 균등 변형예를 인지할 것이다. 다양한 실시예에서 동일한 요소들은 동일한 도면 부호로 공통적으로 나타내진다.
도1 및 도2는 경사진 PV 모듈(214)의 어레이(212)를 포함하는 PV 설비(210)를 개시한다. 도3을 참조하면, 지지체(222)는 PV 모듈(214)을 지지하고 인접한 PV 모듈들을 서로 고정하도록 사용된다. 각각의 지지체(222)는 기부(270)와, 상향 연장하는 상부 에지 지지 아암(272)과, 완만하게 경사진 하부 에지 지지 아암(274)을 포함한다. 지지 아암(272, 274)은 지지 아암(272, 274)으로부터 연장되고 구멍이 있는 탭(276, 278)(도4 및 도6 참조)을 각각 가지며, 탭(276, 278)은 PV 모듈(214)의 상부 및 하부 에지(242, 240)에서 PV 모듈(214)을 지지하도록 사용된다. 경사진 PV 모듈(214)은 통상적으로 태양을 향하도록 배향된다. 즉, 북반구에서, 하부 에지(240)는 하부 남향 에지로 간주되지만, 상부 에지(242)는 상부 북향 에지로 간 주될 수도 있다. 남반구에서, 하부 에지(240)는 하부 북향 에지로 간주되지만, 상부 에지(242)는 상부 남향 에지로 간주될 수도 있다.
도9는 2개의 인접한 PV 모듈(214)의 상부 에지(242)를 체결구(280)로 상부 지지 아암(272)의 구멍이 있는 탭(276) 및 2개의 인접한 (그리고 약간 겹치는) 후방 에어 디플렉터(248)에 체결하는 것을 도시하고 있다. 체결구(280)는, 탭(276)으로부터 외향 연장하고 탭(276)에 고정된 나사식 스터드(284)와, 내부 너트(288)에 의해 탭(276) 쪽으로 이동되는 접지 클립(286)을 포함한다. 각각의 인접한 PV 모듈(214)의 금속 부분은 클립(286)과 탭(276) 사이에 포획된다. 후방 에어 디플렉터(248)의 구멍이 있는 탭(276)은 외부 플랜지 너트(290)와 내부 너트(288) 사이에 포획된다. 후방 에어 디플렉터(248)의 하부 에지(256)는 지지체(222)의 기부(270)에 형성된 슬롯(292)에 결합되는 탭을 갖는다. PV 모듈(214)의 하부 에지(240)는 탭(278) 및 탭(278)으로부터 연장하는 스터드와 접지 클립과 너트를 포함하는 체결구(280)와 유사한 체결구를 사용하여 지지체(222)에 고정된다. 다른 장착 구조도 사용될 수 있다.
도1 내지 도10의 실시예에서, PV 모듈들의 각각의 열의 PV 모듈(214)들은 PV 모듈들 사이에 작은 공기 간극이 있도록 서로 인접한다. 그러나, 측부 에어 디플렉터(262)는 어레이(212)의 측방향 에지를 따라 PV 모듈(214)에 고정된다. 측부 에어 디플렉터(262)는 PV 모듈(214)의 하부 에지(240) 및 상부 에지(242)를 따라 체결구에 의해 결합되는 내향 연장되는 슬롯형 탭(291)을 갖는다. 공기 간극(230)은 측부 에어 디플렉터(262)와 인접한 PV 모듈(214)의 에지 사이에 형성된다. 후 방 에어 디플렉터(248) 및 측부 에어 디플렉터(262)를 사용하는 것은 경사진 PV 모듈(214) 상의 바람 부상력을 감소시키는 데 중요하다.
지지체(222)는 예컨대, 판형 금속, 밴트 알루미늄, 압출 알루미늄, 스테인레스 스틸, 또는 다른 금속으로 이루어진 통상적으로 밴트 금속 지지체이다. 그러나, 지지체(222)는 플라스틱, 콘크리트, 유리 섬유, 또는 다른 재료로 제조될 수 있다. 지지체(222)는 또한 기부(270)에 부착되는 고무 또는 다른 적절한 재료로 제조된 보호 패드(293)를 포함한다. 패드(293)는 조립체의 선택적 요소이지만, PV 모듈(214)의 어레이(212)가 지지면(216)을 긁거나 다른 손상을 주는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 도10에 도시된 바와 같이, PV 모듈(214)의 인접한 열은 열들 사이에 보도를 제공하도록 충분히 이격될 수 있다.
도11은 연장된 측면 에어 디플렉터(262A)를 이용한 다른 실시예를 도시한 도면으로서, 상기 연장된 측면 에어 디플렉터는 도면부호 296에서 일부 중첩된다. 이런 유형의 측면 에어 디플렉터의 사용은 커브(curb), 또는 다른 주연 배리어(peripheral barrier), 주변 어레이(surrounding array: 212)의 이용에 대한 필요성을 배제할 수 있다.
도12는 측면 에어 디플렉터가 경사진 측면 에어 디플렉터(262B)인 다른 실시예를 도시한다. 이런 경사진 측면 에어 디플렉터가 현재 선호되고 있지만, 수직형 측면 에어 디플렉터에 비해 공정상의 문제를 전반적으로 많이 가지고 있다.
전술된 실시예들은 종래의 PV 모듈의 사용에 대해 개시하고 있다. 필요에 따라, PV 모듈은 집광기 유형일 수 있다. 집광기 유형의 PV 모듈은, PV 기판에 수 용된 광의 강도를 증가시키기 위해 PV 기판에 위치되는 렌즈 어레이 또는 다른 집광기를 통상적으로 갖는다. 이는 비집광기 유형의 PV 기판과 비교하여 PV 기판의 활성 전기 발생 영역에 대한 비율의 감소를 가능하게 한다. PV 기판에 대해 보다 효율적인 전기 발생 재료의 사용은 높은 비용 효율성을 가능하게 한다.
도13 내지 도16은 본 발명의 다른 태양을 도시한다. 지지식 PV 조립체(302)는 PV 모듈 지지 조립체(306)에 의해 지지되는 PV 모듈(304)을 포함한다. PV 조립체(302)가 기울어지거나 경사진 PV 조립체이면, 지지 조립체(306)에 장착된 후방 또는 북향 에어 디플렉터(308)를 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 상기 에어 디플렉터(308)의 상부 에지(310)는 PV 모듈(304)의 북향 또는 상부 에지에 근접하지만 이격된다. 지지 조립체(306)는 일 열의 PV 모듈(304)의 북향 에지(312)와, 이에 인접한 일 열의 PV 모듈(304)의 하부 또는 남향 에지(314)를 지지하도록 구성된다.
지지 조립체(306)는 PV 모듈의 북서향 코너(320)와 북동향 코너(318)에서 북향 에지 장착 요소(322)를 이용하여 PV 모듈(304)에 고정된 북향 에지 모듈 지지부(316)를 포함한다. 지지부(316)는 코너(318, 320)가 위치되는 지지 아암(325)의 상단부에 지지면(324)을 포함한다. 또한, 지지부(316)는 지지부(316)와 적절히 결합되도록 모듈을 안내하기 위해 지지부(316)에 대해 수직 방향으로 내려질 때, PV 모듈(304)과 결합되도록 구성된 모듈 정합 부재(326, 328)를 포함한다. 특히, 경사진 모듈 정합 부재(326)는 PV 모듈의 적절한 북향 및 남향 위치 설정을 보장하기 위해 수직 하향으로 이동할 때, PV 모듈(304)의 북향 에지(312)와 결합될 수 있다. 적절한 동향 및 서향 정합은 모듈 정합 부재(328)를 PV 모듈(304)의 하부면 내의 리세스 또는 적당한 개구 내에 위치시킴으로써 보조하게 된다. 지지면(324)으로부터 위로 연장하는 나사식 스터드(330)가 PV 모듈(304)의 측방향 에지(332)로부터 짧은 간격을 갖고 위치한다.
PV 모듈(304)은 금속 프레임(336)에 의해 둘러싸인 PV 패널(334)을 포함한다. 장착 요소(322)는 PV 모듈(304)과 지지 조립체(306) 사이에서 양호한 접지를 제공하도록 프레임(336)과 결합하여 양호한 전기적 접촉을 제공하는 치부(338)를 갖는다. 일부 실시예에서, 프레임이 없는 PV 모듈이 사용될 수 있다. 그러나, 프레임이 없는 PV 모듈에는 지지 조립체(306)와의 적절한 기계적 결합 및 접지를 위해 적절한 장착면이 제공될 필요가 있다.
지지 조립체(306)는 남향 또는 하부 에지 모듈 지지부(340)를 포함하고, 이에 의해 남동향 및 남서향 코너(342, 344)가 남향 에지 장착 요소(346)를 이용하여 지지 조립체(306)에 고정된다. 지지부(340)는 지지 아암(325)의 높이를 제외하고는 동일한 구성요소에 동일한 도면부호가 기재된 지지부(316)와 유사하다. 북향 에지 및 남향 에지 장착 요소(322, 346)는 너트(348) 및 와셔(349)를 이용하여 각각의 나사식 스터드(330)에 고정된다.
장착 요소(322)는 한 쌍의 나사식 스터드(352)가 연장된 에어 디플렉터 장착 아암(350)을 포함한다. 나사식 스터드(352)는 에어 디플렉터(308)의 상부 에지(310)의 각각의 단부에 측방향으로 연장되는 슬롯(354)을 관통한다. 너트(348)는 장착 요소(322)의 장착 아암(350)에 상부 에지(310)를 고정한다. 한 쌍의 구멍이 있는 탭(356)은 에어 디플렉터(308)의 하부 에지(358)로부터 대체로 수평하게 연장한다. 지지 조립체(306)의 기부(362)로부터 상향으로 연장되는 나사식 스터 드(360)는 구멍이 있는 탭(356) 내의 개구를 관통하여, 에어 디플렉터(308)가, 통상적인 너트(348)를 이용하여 지지 조립체(306)에 고정되는 것을 가능하게 한다.
도17은 남향 에지 모듈 지지부(340)만을 포함하는 지지 조립체(306A)를 도시한다. 지지 조립체(306A)는 PV 모듈(304)의 최남향 열을 따라 통상적으로 사용된다. 또한, 이들은 예를 들면 하나 이상의 PV 모듈이 스카이라이트(skylight) 또는 확대 폭 워크웨이(walkway)와 같은 배리어에 인접한 경우에 사용될 수 있다. 또한, 도17은 에어 디플렉터(308)의 하부면에 접하는 밸러스트(ballast: 364)의 배치를 도시한다. 이들 디플렉터(308)의 내부면은 클립형의 밸러스트 지지 구조체(365)를 가지며, 상기 밸러스트 지지 구조체는 윈드 디플렉터의 내부면 아래에 밸러스트(364)를 고정한다. 이는 에어 디플렉터가 지지 구조체(365) 사이의 사이드웨이(sideway)로 삽입되어 지지 조립체(306)에 장착된 후에 밸러스트(364)가 에어 디플렉터(308)에 예비 장착되거나 장착되는 것을 가능하게 한다.
도18은 북향 에지 모듈 지지부(316)만을 포함하는 지지 조립체(306B)의 사용을 도시한다. 지지 조립체(306A)와 유사하게, 지지 조립체(306B)는 PV 모듈(304)의 최북향 열을 따라 또는 하나 이상의 PV 모듈이 스카이라이트 또는 확대 폭 워크웨이와 같은 배리어에 인접한 경우에 사용된다.
도19는 지지 조립체(306B)의 기부(362)의 하부면(368) 아래에서 지지 패드(366)의 장착을 도시한다. 기부(362)에는 한 쌍의 슬롯(370)이 관통한다. 슬롯(370)은 대체로 동향 및 서향 방향으로 배향된다. 각각의 지지 패드(366)는 중앙으로부터 상향 연장되는 나사식 스터드(372)를 갖는다. 나사식 스터드(372)는 슬롯(370)을 관통하여, 지지 패드(366)가 너트(362), 와셔(348) 및 부싱(377)을 이용하여 기부(362)에 장착되는 것을 가능하게 하며, 여기서 와셔(349)는 슬롯(370) 내의 부싱(374)과 기부(362)의 내부면(375)에 놓인다. 이런 구성은 기부(362)와 패드(366)를 서로에 대해 고정하지만 패드(366)에 대해 슬롯(370)의 방향으로 기부(362)와 지지부(316)의 이동이 가능하도록, 열 팽창 및 수축 이동 조절 조인트(376), 소위 열 조인트(thermal joint)를 생성한다. 이는 조절될 PV 모듈(304)의 열의 다양한 구성요소의 열 팽창 및 수축을 허용한다. 필요한 경우, 지지 조립체의 일부 또는 모두에 북향 및 남향 방향과 같은 다른 방향으로 열 팽창 및 수축을 조절하는 열 조인트가 제공될 수 있다. 또한, 열 조인트는 지지면에 평행한 임의의 방향으로 열 팽창 및 수축을 조절하도록 제공될 수 있다. 하여간, 열 조인트(376)의 제공은 패드(366)가 제 위치에 유지되어 지지면에 미끄러지지 않도록 하는데, 그 이유는 지지면의 원치않는 마모를 억제하기 위한 PV 모듈(304)의 열 팽창 및 수축 때문이다.
지지 조립체(306)의 사용은 일 열의 PV 모듈(304)을 따라 열 팽창 및 수축을 조절한다. 그러나, 지지 조립체(306)는 인접한 조립체의 수평 분리가 효율적으로 가능하도록 구성되어, 인접한 PV 조립체의 수평 분리는 방지하지만 PV 모듈 지지 조립체에 충분한 가요성을 제공함으로써, PV 모듈(304)의 어레이가 편평한 지지면의 외형을 따르도록 한다. 인접한 PV 모듈(304)의 상호 연결은 인접한 PV 모듈에 대해 PV 모듈(304)에 일시적으로 높은 바람의 부상력을 분포시킴으로써 바람의 부상력을 방해하도록 한다.
도20은 PV 모듈(304)의 측방향 에지(332)에 인접한 장착 측면 에어 디플렉터(380, 381)를 도시한다. 측면 에어 디플렉터(380, 381)는 북향 에어 디플렉터(308)와 마찬가지로 지지 조립체(306)에 장착된다. 측면 에어 디플렉터(380, 381)는 다른 PV 모듈(304)이 측방향 에지(332)에 인접하여 장착되지 않은 경우, 원치않는 바람의 부상력을 방지하고, 측방향 에지(332)와 에어 디플렉터(308)의 측방향 에지(385) 아래쪽에 형성된 개방 영역(382, 384)을 통해 바람이 PV 모듈(304) 아래쪽으로 통과하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 측면 에어 디플렉터(380, 381)는, 남향 에지 모듈 지지부(340)의 나사식 스터드(330)에 결합되도록 위치된 슬롯(390)과 구멍이 있는 탭(386, 388), 지지 조립체(306)의 나사식 스터드(260), 그리고 장착 요소(322)의 나사식 스터드(352)를 갖는다. 너트(348)와 와셔(349)는 측면 에어 디플렉터(380, 381)를 제 위치에 고정시키기 위해 사용된다.
도21 및 도22는 도20의 지지식 PV 조립체(302)의 간단한 2개의 조립체 어레이(392)를 도시한다. 도1의 어레이와 유사한 조립체(302)의 열의 어레이 일반적이다. 지지 조립체(306)의 기부(362)의 길이는 최소화되도록 선택되어 PV 패널(334)의 인접한 열을 차광할 수 있고, 인접한 열들 사이에 워크웨이를 제공하도록 충분히 길게 선택될 수 있다.
도25 내지 도29는 PV 모듈의 어레이(392)의 열 및 행 안정 부재(396, 398)의 사용을 도시한다. 열은 동향 및 서향 방향으로 통상 배향되지만, 행은 PV 모듈(304)이 남향으로 경사진 경우 북향 및 남향 방향으로 배향된다. 안정 부재(396, 398)는 풍하중, 특히 빠른 풍속에 대항할 때 어레이(392)가 자체적으로 안 정화되도록 사용된다. 안정 부재(396, 398)는 측방향으로 하중을 전달하기 위한 메커니즘을 제공한다. 이는 어레이(392)의 일 섹션이 어레이의 다른 섹션의 안정화를 가능하게 한다. 본 실시예에서, 행 안정 부재(398)는 인접한 지지 조립체(306) 사이에서 장력에 의해 배치된 와이어 로프의 길이부이다. 다르게는, 행 안정 부재(398)는 예를 들면 인접한 지지 조립체(306) 사이에서 연장되는 또는 일련의 지지 조립체(306)를 따라 연장되는 중실의 로드 또는 다른 가요성 인장 부재의 길이부일 수 있다. 행 안정 부재(398)는 장소의 바람 조건에 따라 지지 조립체(306)의 일부 또는 모든 행을 따라 사용된다. 열 안정 부재(396)는 일반적으로 여러 개의 지지 조립체(306)에 의해 연결된 것이 바람직한 강성의 비임이다. 열 안정 부재(396)가 통상적으로 최북향 열과 최남향 열을 따라서만 사용될 수 있지만, 이들은 바람의 조건과 국부적 환경에 따라서 다른 위치에 사용될 수 있다. 다르게는, 어레이(392)는 루프 또는 다른 지지면(324)에 분포된 지점들을 고정시키기 위해 물리적인 연결부를 통해 고정될 수 있다.
사용시, 지지 조립체(306)의 패턴 또는 어레이는 지지면상의 적절한 위치에 배열된다. 도23은 도24에 개략적으로 도시된 PV 모듈(304)의 4개의 패널 어레이(392)에 적합한 지지 조립체(306)의 소형 패턴 또는 어레이(394)를 도시한다. 지지 조립체(306)의 어레이(394)는 통상적으로 경량의 스페이서 또는 다른 위치설정 가이드의 사용을 통해 지지면 상에 적절히 위치되고, 사용시에는 열 및 행 안정 부재(396, 398)의 사용을 통해 지지면 상에 적절히 위치된다. PV 모듈(304)은 일련의 대응하는 지지 조립체(306) 상에 수직으로 정렬되고, 이어서 지지 조립체의 위쪽으로 하향 이동된다. 정합 부재(326, 328)와 나사식 스터드(330)는 PV 모듈을 지지 조립체(306)의 남향 에지 모듈 지지부(340) 및 북향 에지 모듈 지지부(316)와 적절히 결합하도록 안내한다. PV 모듈(304)이 지지 조립체(306)에 의해 적절히 위치되어 지지된 후에, PV 모듈은 장착 요소(322, 346)를 이용하여 제 위치에 고정된다. 다음, 적절한 배선 연결부가 형성된다. 그 이후에, 북향 및 측면 에어 디플렉터(308, 380)는 PV 패널(304)의 상승부 또는 상부 북향 에지(312)를 따라 그리고 PV 패널의 최동향 및 최서향의 노출된 측방향 에지(332)를 따라 장착 요소(322, 346)에 고정된다. 지지 조립체(306)를 지지하기 위한 PV 모듈(304)과 에어 디플렉터(308, 380)의 고정은, 단순하고 직접적인 설치 공정을 위해 너트 드라이버와 같은 단순한 공구를 이용하여 달성될 수 있다.
도30은 PV 모듈 지지 조립체(306)의 다른 실시예를 도시한다. 지지 조립체(402, 402A; 도35 참조)는 이하의 주된 차이점을 제외하고는 지지 조립체(306, 306A)와 유사하다. 지지 조립체(402)는 지지 아암(325)의 지지면(324)으로부터 연장되는 외부 상부 모듈 정합 부재(404)를 사용한다. 도31 및 도32에 도시된 바와 같이, 부재(404)는 측방향으로 연장되는 탭(406)을 가지며, 탭은 북동향 및 북서향 코너(318, 320)에서 PV 모듈(304)의 외측과 결합하는 L형상 표면(405)을 생성한다. 이는 지지 조립체(402)가 사실상 임의의 PV 모듈(304)과 함께 사용되는 것을 허용한다. 또한, 정합 부재(404)는 정합 부재(404)의 말단부로부터 연장되는 디플렉터 지지부(408)를 포함한다. 디플렉터 지지부(408)는 나사산이 있는 스터드(410)를 포함하고, 상기 스터드는 북향 에어 디플렉터(411)의 상부 에지(310)를 따른 슬 롯(354)를 관통한다. 지지 조립체(402)는 PV 모듈(340)을 지지 조립체(402)의 지지 아암(325)의 지지면에 고정시키기 위해 장착 요소(412; 도33 참조) 및 장착 볼트(414)와 함께 사용된다. 이런 구성은 에어 디플렉터(411)의 상부 에지(310)와 PV 모듈(304)의 상부 에지(312) 사이의 간격이 용이하게 제어될 수 있도록 보장한다.
도30 및 도34는 남향 에지 모듈 지지부(340)의 외부 하부 모듈 정합 부재(416)를 도시한다. 정합 부재(416)는 상향 연장되는 한 쌍의 핑거부(418)와 상향 및 외향으로 연장되는 핑거부(420)를 포함하며, 이들은 PV 모듈의 남동향 및 남서향 코너(342, 344)에서 PV 모듈(304)의 외측 에지와 결합한다. 도35는 장착 요소(412)가 PV 모듈(304)을 결합하기 위해 어떻게 사용되는 지와, 어레이의 측방향을 에지를 따라 측면 에어 디플렉터(380, 381)가 측면 에어 디플렉터의 장착 블록 요소의 결합에 의해 어떻게 사용되는 지를 도시한다. 장착 블록 요소(426)는 명료함을 위해 도34에서 생략되었다. 상기 장착 요소(412)가 PV 모듈(304)의 코너 네 곳에 모두 사용될 수 있다. 또한, 정합 부재(416)는 리커브부(re-curved portion: 421)를 포함하며, 상기 리커브부는 측면 에어 디플렉터(381)의 단부에서 슬롯(424)과 결합하도록 사용된 내향 연장되는 한 쌍의 탭(422)을 갖는다. 이는 도20에 도시된 구멍이 있는 탭(386, 388)의 필요성을 배제함으로써 선적시에 부품들의 안착을 가능하게 한다.
도36 내지 도38은 변형하는 루프의 외형을 수용하기 위해 도13 및 도22의 에어 디플렉터(308)로부터 북향 에어 디플렉터(411)가 어떻게 변형되는가를 도시한 다. 에어 디플렉터(411)는 측방향 에지(430)가 아닌 측방향 에지(428)를 따르는 헴(hem)을 갖는다. 이는 인접한 에지(428, 430)와 인접한 에어 디플렉터(411)가 중첩되어 상호 적절히 결합하는 것을 허용하고, 또한 루프의 외형에 따라 서로에 대해 이동하거나 작동하는 것을 가능하게 한다.
인접한 PV 모듈(304) 사이에서의 대부분의 전기적 접속은 동일한 열에서 인접한 모듈 사이에서 발생한다. 그러나, 때때로 전기적 접속이 일 열의 모듈(304)과 인접한 룸의 PV 모듈 사이에서 발생할 필요가 있다. 도39는 열들 사이에서 연장되는 와이어를 보호하기 위해 지지 조립체(402)의 기부(362)에 따라 도관(432)의 사용을 도시한다. 도관(432)은 도30에 도시된 바와 같이 리커브부(421)에 형성된 구멍(434)과 적절한 체결구(436)를 이용하여 리커브부(421)에 고정된다. 피팅(436)은 도관(432)의 적절한 위치 및 접지 양자 모두를 제공한다.
도40 내지 도42는 PV 모듈(304)과 북향 에어 디플렉터(411)가 PV 모듈(304)의 상부 에지(312)와 에어 디플렉터(411)의 하부 에지(44)를 따라 힌지식 조인트(440, 442)에 의해 지지 조립체(402)에 각각 장착되는 또 다른 실시예를 도시한다. PV 모듈(304)과 에어 디플렉터(411)의 대향 단부는 클립과 같은 해제 가능한 체결구, 나사식 체결구, 또는 다른 적절한 체결구를 이용하여 제 위치에 고정된다. 북향 에어 디플렉터(411)는 도41에 도시된 바와 같이 개방 상태로 피벗될 수 있다. 이와 유사하게, PV 모듈(304)은 도42에 도시된 바와 같이 개방 상태로 피벗될 수 있다. 하나의 선회 또는 양자의 피벗은, 예를 들면 대형 구성요소의 제거에 대한 필요성을 배제하고 임의의 어레이 배선에 대한 단락의 필요성을 배제하면서 지지면 또는 어레이 배선으로의 접근을 가능하게 한다.
일부 태양에서, 바람의 부상력과 전도 모멘트에 대해 추가의 저항력을 제공하는 바람직할 수 있다. 이를 위해, 도43에 도시된 지지부(448)가 인접한 지지 조립체(402)를 상호 연결하여, 이런 힘과 모멘트가 어레이의 일부에 가해지고 일부에 가해진 힘과 모멘트가 어레이의 다른 부분으로 전달되도록 하기 위해 사용될 수 있다. 지지부(448)는 통상적으로 알루미늄 또는 강철도 제조되며 유효한 강성을 가지도록 제조되는 것이 바람직하다. 인접한 지지 조립체(402) 사이에서 이런 유효한 강성 연결은 어레이 전체가 강성의 조립체로서 작동하도록 한다. 지지부(448)의 사용은 지지면의 외형을 따르도록 PV 모듈의 어레이의 기능에 실질적으로 영향을 미쳐서는 아니 된다.
전술된 상세한 설명은 위, 아래, 상부, 하부, 위쪽 아래쪽 등의 용어가 사용되었다. 이들 용어는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.
본 발명은 바람직한 실시예들 및 전술된 예들을 참조하여 설명되었지만, 이들 예들은 단지 예시일 뿐 한정하고자 하는 것이 아니라는 것을 알 것이다. 본 발명의 다른 변형 및 조합이 이하의 특허청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 본 기술 분야의 당업자에 의해 구현될 수 있음을 알 것이다. 예를 들면, 나사식 체결구 외에 다른 체결구가 다양한 구성요소들을 함께 고정하기 위해 사용될 수 있다. 방화 PV 슁글 조립체(Fire Resistant PV Shingle Assembly)의 발명의 명칭을 갖는 미국 특허 출원 제11/140,261호에 개시된 바와 같이 방화 차폐부가 단열층이 존재 여부와 관계없이 본 발명에 사용될 수 있다.
앞서 언급된 임의의 또는 모든 특허, 특허 출원, 특허공개공보는 참조 문헌으로 본 명세서에 합체된다.

Claims (31)

  1. 지지면과,
    지지면에 장착되고, PV 모듈의 제1 및 제2 열을 포함하는 PV 모듈의 어레이로서, 각각의 상기 PV 모듈은 하부 남향 에지 및 상부 북향 에지를 갖고, PV 모듈의 제1 열의 상부 북향 에지는 PV 모듈의 제2 열의 하부 남향 에지에 대향하게 각각 위치설정되는, PV 모듈의 어레이와,
    상부 북향 에지가 하부 남향 에지보다 지지면으로부터 더 멀리 위치설정되도록 PV 모듈의 제1 열의 상부 북향 에지와 PV 모듈의 제2 열의 하부 남향 에지에 각각 고정되는 PV 모듈 지지 조립체와,
    PV 모듈의 제1 및 제2 열의 PV 모듈의 상부 북향 에지에 대향하여 적어도 하나의 PV 모듈 지지 조립체에 고정되는 윈드 디플렉터를 포함하고,
    PV 모듈 지지 조립체는, PV 모듈의 어레이가 지지면의 외형을 따르는 것을 허용하도록 PV 모듈 지지 조립체가 서로에 대해 굽혀지는 것을 허용하면서, 서로로부터의 제1 및 제2 열의 PV 모듈 지지 조립체의 수평 분리를 방지하도록 구성되고,
    PV 모듈은 북향 에지와 측방향 에지가 교차하여 형성되는 코너 및 코너에 있는 외부면을 포함하고,
    PV 모듈 지지 조립체들 중 적어도 일부는, 기부와, 기부로부터 연장하는 모듈 지지체를 포함하고,
    모듈 지지체는, 모듈을 지지하는 지지면과, PV 모듈을 모듈 지지체 상에 적절히 위치시키기 위해 코너에서 PV 모듈의 외부면하고만 결합하는 경사진 모듈 정합 부재와, PV 모듈을 기부 및 모듈 지지체 중 적어도 하나에 고정하는 장착 요소를 포함하는, PV 설비.
  2. 제1항에 있어서, 지지면은 지지면으로부터 위로 연장하고 PV 모듈의 측방향 에지로부터 짧은 간격을 갖고 위치하는 나사식 스터드를 포함하는, PV 설비.
  3. 제1항에 있어서, PV 모듈은 금속 프레임에 의해 둘러싸인 PV 패널을 포함하고, 장착 요소는 금속 프레임과 결합하여 전지적 접촉을 이루는 치부를 포함하는, PV 설비.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, PV 모듈 지지 조립체들 중 적어도 2개에 PV 모듈과 윈드 디플렉터를 피봇식으로 고정시키는 힌지 조인트를 더 포함하는, PV 설비.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸러스트와,
    PV 모듈 지지 조립체와 PV 모듈 지지 조립체에 고정되는 윈드 디플렉터 중 적어도 하나에 밸러스트를 고정시키는 밸러스트 지지 구조체를 더 포함하는, PV 설비.
  6. 제5항에 있어서, 윈드 디플렉터는 외부면과 내부면을 포함하고, 밸러스트 지지 구조체는 윈드 디플렉터의 내부면 아래에 밸러스트를 고정시키는, PV 설비.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 모듈 정합 부재는 제1 및 제2 위치에서 PV 모듈과 결합하는 제1 및 제2 모듈 정합 부재를 포함하는, PV 설비.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, PV 모듈 지지 조립체들 중 적어도 일부는,
    상부면과 하부면을 갖는 기부와,
    기부에 PV 모듈을 고정시키는 모듈 지지체와,
    기부의 하부면에 있는 지지 패드와,
    기부의 하부면에 평행한 적어도 하나의 방향으로의 기부와 패드 사이의 상대 이동을 허용하도록 기부에 지지 패드를 고정시키는 열 팽창 및 수축 이동 조절 조인트를 포함하는, PV 설비.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    PV 모듈의 어레이는 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈을 포함하고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈은 서로 인접한 제1, 제2, 제3 및 제4 코너를 각각 갖고,
    PV 모듈 지지 조립체는 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너에 각각 고정되고,
    PV 모듈 지지 조립체는 상기 인접한 제1, 제2, 제3 및 제4 코너의 수평 분리를 방지하면서 PV 모듈의 어레이가 지지면의 외형을 따르게 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈이 서로 상대적으로 굽혀지도록 구성된, PV 설비.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    PV 모듈의 어레이는 PV 모듈의 열 및 행을 포함하고, 서로 인접한 제1, 제2, 제3 및 제4 PV 모듈은 서로 인접한 제1, 제2, 제3 및 제4 코너를 각각 갖고,
    PV 모듈 지지 조립체는 인접한 PV 모듈의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너에 고정되고,
    열 안정 부재가 적어도 상기 제1 및 제2 열을 따라 PV 모듈 지지 조립체를 서로 연결시키고,
    행 안정 부재가 상기 행 중 적어도 제1 및 제2 행을 따라 PV 모듈 지지 조립체를 서로 연결시키는, PV 설비.
  11. 제10항에 있어서, 열 안정 부재는 강성 부재를 포함하고, 행 안정 부재는 인장된 상태로 위치된 가요성 부재를 포함하는, PV 설비.
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