專利名稱：光伏陣列的接地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏或太陽能陣列的接地系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于清潔能源需求的増加，驅(qū)使光伏陣列的 制造商降低成本。為滿足需求，在不犧牲系統(tǒng)質(zhì)量和安全要求的情況下，一些制造商尋求提高安裝效率。然而，少數(shù)制造商已有效提高與接地方法有關(guān)的安裝效率，同時(shí)滿足或超出了安全標(biāo)準(zhǔn)。這種有效性的缺乏可能部分歸因于用于多種類型的光伏陣列的框架和裝配系統(tǒng)的復(fù)雜性。根據(jù)光伏陣列的國(guó)際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，太陽能電池板的各個(gè)模塊需要接地。為使各個(gè)模塊接地，常規(guī)系統(tǒng)采用沿模塊陣列中的各行鋪設(shè)的銅接地線。對(duì)于較大規(guī)模的設(shè)施，這可總計(jì)鋪設(shè)數(shù)百英尺的線材。然后使用固定于模塊框架的外表面的緊固件，將線材物理和電氣地連接到各個(gè)模塊的框架。電氣連接通常是通過將線材連接到接線片(lay-in lug)上，然后再將接線片與星形墊圈、螺釘和螺母連接而實(shí)現(xiàn)的。星形墊圈、螺釘和螺母組合用于穿透模塊框架上設(shè)置的陽極氧化涂層。當(dāng)采用這種類型的接地方法時(shí)，材料和安裝成本是巨大的。材料成本包括采購(gòu)銅質(zhì)接地線，通常為美國(guó)線規(guī)(AWG)6至8之間的粗徑線，以及連接構(gòu)件。安裝成本包括但不限于時(shí)間和勞カ成本。例如，安裝人員可能需要運(yùn)輸線纜和結(jié)構(gòu)件、鋪設(shè)線纜并將線纜固定至陣列中的各個(gè)模塊。因此，安裝經(jīng)常費(fèi)時(shí)費(fèi)力。盡管這種類型的安裝方法適用于預(yù)期目的，然而需要更加有效的光伏陣列的接地系統(tǒng)，特別是由于清潔能源的需求持續(xù)增加。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，光伏陣列的接地系統(tǒng)包括設(shè)置于兩個(gè)太陽能模塊框架上方的條帶以及接地夾。接地夾具有向上和向下延伸的突起所就位的區(qū)域以及設(shè)置在分離的區(qū)域之間的通孔。各個(gè)突起具有鋸齒狀部分，其材料適于穿透設(shè)置在兩個(gè)模塊框架上的陽極氧化層和用于太陽能模塊框架的對(duì)接支撐面。優(yōu)選地采用緊固組件將條帶連接于模塊和接地夾，緊固組件例如金屬墊圈、螺栓和螺母的組合。螺栓隨后旋入并與條帶、接地夾和對(duì)接面上的通孔對(duì)齊。在對(duì)齊后，對(duì)緊固組件施加扭矩，從而引起接地夾壓縮。在適當(dāng)定位和連接后，接地夾的突起適于穿透模塊框架上的陽極氧化層和對(duì)接面。


本文所描述的圖僅用于說明目的而不在于限制本發(fā)明的范圍。在這些圖中圖I是接地系統(tǒng)的分解視圖；圖2示出在安裝結(jié)構(gòu)上放置太陽能模塊框架；圖3是用于太陽能模塊框架的安裝結(jié)構(gòu)的透視圖；圖4是圖2中所示的安裝結(jié)構(gòu)沿圖3中的線4-4截取的截面圖5是根據(jù)第一種結(jié)構(gòu)的接地夾的正視圖；圖6是圖5中所示的接地夾的俯視圖；圖7是根據(jù)第二種結(jié)構(gòu)的接地夾的正視圖；圖8是圖7中所示的接地夾的俯視圖；
圖9是接地夾上的具有鋸齒狀部分的突起的放大側(cè)視圖；圖10是接地夾上的具有鋸齒狀部分的突起的放大透視圖；圖11是光伏陣列的透視圖，其示出在圖2中所示的安裝結(jié)構(gòu)中放置第二太陽能模塊框架；圖IlA是示出圖11中所示的接地系統(tǒng)的詳細(xì)視圖；圖12是部分組裝的接地系統(tǒng)的俯視圖；圖13是圖I所示的接地系統(tǒng)的分解側(cè)視圖；圖14是光伏陣列上組裝的接地系統(tǒng)的局部透視圖；并且圖15是包括圖I、11、13和14中所示的接地系統(tǒng)的陣列的透視圖。
具體實(shí)施例方式詳細(xì)參照附圖，圖I示出光伏陣列11 (圖15中所示)的接地系統(tǒng)10。接地系統(tǒng)10通常包括兩個(gè)太陽能模塊框架12a、12b，接地夾14，條帶16，安裝結(jié)構(gòu)18，以及ー個(gè)或多個(gè)緊固組件。優(yōu)選地，各模塊框架12由例如鋁的導(dǎo)電材料構(gòu)成，并可包括陽極氧化層。任何其他導(dǎo)電材料可用于構(gòu)造模塊框架12。然而優(yōu)選陽極氧化鋁。模塊框架適于容納太陽能電池板20。如圖2中所示，太陽能模塊框架12還適于放置在安裝結(jié)構(gòu)18中。這種類型的示例性安裝結(jié)構(gòu)在美國(guó)專利第6968654號(hào)中示出，該公開的全部?jī)?nèi)容通過引用結(jié)合于此。安裝結(jié)構(gòu)18的類型可為安裝在屋頂上并適于支撐ー個(gè)或多個(gè)鎮(zhèn)流器(ballast)(未示出)的表面?？砂惭b這種安裝結(jié)構(gòu)的屋頂包括平屋頂或者最大俯仰角優(yōu)選不超過大約7度的斜屋頂。參照?qǐng)D3和圖4，ー個(gè)或多個(gè)安裝結(jié)構(gòu)18具有連續(xù)敞開的通道結(jié)構(gòu)，形成伸長(zhǎng)的腔室22。安裝結(jié)構(gòu)18包括前壁24、底壁26、后壁28、下面板支撐件30和上面板支撐件32。當(dāng)組裝后，模塊框架12適于置靠在下面板支撐件30和上面板支撐件32上。下面板支撐件30向外延伸然后彎曲一定角度以形成下?lián)踹?lip)34。上面板支撐件32也向外延伸并彎曲一定角度以形成上擋邊36。當(dāng)組裝后，模塊框架12接觸下對(duì)接支撐面38和上對(duì)接支撐面40。另外，在組裝后，模塊框架12還接觸下?lián)踹?4和上擋邊36。還可在安裝結(jié)構(gòu)18上使用端蓋41，如圖2和3中所示。在本文中將光伏陣列11寬泛地定義為安裝在ー個(gè)或多個(gè)安裝結(jié)構(gòu)上并且布置在預(yù)定位置的兩個(gè)或多個(gè)太陽能模塊板，如圖14和15中所示。在組裝后，接地系統(tǒng)10與陣列11 一起使用，使得接地夾14定位于第一太陽能模塊框架12a與第二太陽能模塊框架12b之間(圖11)。在如圖2中所示放置第一太陽能模塊框架12a后，設(shè)置接地夾14。優(yōu)選地，接地夾14滑動(dòng)到太陽能模塊框架12a下方(圖I)。如圖5-8中所示，接地夾14包括向上和向下延伸的突起42a、42b的第一區(qū)域42，以及向上和向下延伸的突起44a、44b的第二區(qū)域44。優(yōu)選地，接地夾14由諸如金屬的導(dǎo)電材料制成，例如，304號(hào)不銹鋼。優(yōu)選地將區(qū)域42、44沖制或沖壓到板材中，從而形成夾。盡管沖壓是優(yōu)選的制造方法，然而也可使用其他制造方法。可在單個(gè)片材或板材上形成多個(gè)突起區(qū)域，然后將這種片材或板材切開或分離以形成多個(gè)接地夾。雖然示出區(qū)域42、44具有總體上矩形的外周邊，但是這種樣式不應(yīng)解釋為限制性的。接地夾14可具有允許光伏陣列適當(dāng)接地的任何突起樣式。然而優(yōu)選采用幾何結(jié)構(gòu)。另夕卜，在夾的區(qū)域內(nèi)可具有任何數(shù)量的向上和向下延伸的突起。如以下進(jìn)ー步說明的，所選擇的樣式和結(jié)構(gòu)的種類將部分取決于太陽能 電池板的最大串聯(lián)熔絲額定值。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，通過夾的中央部分設(shè)置夾的通孔46。圖5和圖6示出根據(jù)ー種結(jié)構(gòu)的接地夾14，其具有設(shè)有6個(gè)向上延伸的突起42a、44a和6個(gè)向下延伸的突起42b、44b的第一和第二區(qū)域42、44。在這種結(jié)構(gòu)中，金屬板材具有大約2. 5英寸的寬度、大約3/4英寸的長(zhǎng)度和大約0. 015英寸的厚度。在板材中，在第一與第二區(qū)域42、44之間距離板材邊緣大約I. 25英寸的位置，設(shè)置1/4英寸直徑的圓形通孔46。優(yōu)選地以基本相等的間隔將突起沖制或沖壓到金屬板材中，以便產(chǎn)生基本均勻的樣式。在圖5和6中，突起42a、42b、44a、44b布置成一系列平行的直行。圖7和圖8示出另ー種結(jié)構(gòu)的接地夾15，其具有替代性的突起布置。在這種結(jié)構(gòu)中，第一和第二區(qū)域42’、44’具有12個(gè)向上延伸的突起42a’、44a’以及12個(gè)向下延伸的突起42b’、44b’。在這種結(jié)構(gòu)中，金屬板材具有大約2. 5英寸的寬度、大約172英寸的長(zhǎng)度和大約0. 015英寸的厚度。在板材中，在第一與第二區(qū)域42’、44’之間距離板材邊緣大約I. 25英寸的位置，類似地設(shè)置1/4英寸直徑的圓形通孔46’。如圖9和10中所示，各個(gè)突起42a、42b、44a、44b包括開孔48和延伸的鋸齒狀部分50。在初始制造后，突起延伸到夾表面52以上大約0. 030英寸并且鋸齒狀部分50延伸到夾表面52以上大約0. 060英寸。在如圖2中所示將第一太陽能模塊框架12a放置到下面板支撐件30和上面板支撐件32中之后，將接地夾14定位成使得模塊12a覆蓋或接觸第一區(qū)域42。這種定位確保向上延伸突起42a的全部或主要部分接觸第一太陽能模塊12a并且向下延伸突起42b的全部或主要部分接觸下對(duì)接支撐面38。若設(shè)置有通孔，則接地夾14應(yīng)定位成使得通孔46不被模塊12a覆蓋。在放置接地夾14之后，將第二太陽能模塊框架12b定位成覆蓋或接觸第二區(qū)域44，如圖11和12中所示。這種定位確保向上延伸突起44a接觸第二太陽能模塊框架12b并且向下延伸突起44b接觸下對(duì)接支撐面38。為解決太陽能電池板的熱膨脹，當(dāng)框架安裝到對(duì)接支撐結(jié)構(gòu)上時(shí)，在模塊框架12a、12b之間通常需要間隙48。優(yōu)選地，此間隙48的尺寸為大約1/2英寸。在確保適當(dāng)?shù)囟ㄎ荒K框架12a、12b和接地夾14之后，可在下對(duì)接支撐面38中鉆出對(duì)接通孔56以便與夾的通孔46對(duì)齊。為使模塊框架12a、12b固定于安裝結(jié)構(gòu)18，將條帶16定位在模塊框架12a、12b和間隙48之上，如圖13和14中所示。條帶16配置成在模塊框架12a、12b的長(zhǎng)度上延伸并連接或接觸安裝結(jié)構(gòu)的下?lián)踹吅蜕蠐踹?4、36。條帶16具有適于與下?lián)踹?4連接的下段60以及適于與上擋邊36連接的上段62。優(yōu)選地，下段60和上段62設(shè)置有通孔64、66，以便于條帶16與安裝結(jié)構(gòu)連接。條帶16優(yōu)選由招片制造,厚度為0. 125英寸(3mm)。在優(yōu)選結(jié)構(gòu)中，條帶具有大約2英寸的寬度和至少兩個(gè)彎曲，以便于條帶與上下?lián)踹?4、36連接。條帶16的總長(zhǎng)度將部分取決于所使用的太陽能電池板的模塊框架的相應(yīng)尺寸(寬度或長(zhǎng)度)。在間隙48上放置條帶16之后，使用例如不銹鋼自攻螺釘?shù)木o固件68將上段60連接到上擋邊36上。然而其他類型的緊固件也可用于連接。然后使用緊固組件將下段62連接到安裝結(jié)構(gòu)18上，具體如圖I中所示。優(yōu)選地，該組件包括兩個(gè)星形墊圈、螺栓和螺母。在一種 結(jié)構(gòu)中，星形墊圈70連接至螺栓72，螺栓72具有螺紋軸段74及在軸的一端的擴(kuò)大頭部76。軸段74旋過條帶的下段、接地夾14及安裝結(jié)構(gòu)18中的孔66、46、56。在旋入后，利用位于下面板支撐件30上的第二星形墊圈80和螺母82將螺栓72固定。對(duì)緊固組件施加從60至100英寸-磅之間的扭矩。在對(duì)緊固組件施加扭矩以固定條帶16時(shí)，接地夾14被壓縮使得一些鋸齒狀部分50 (圖9、10)穿透太陽能模塊框架12a、12b，并且另外一些鋸齒狀部分50穿透下對(duì)接支撐面38 (圖4)。具體地，鋸齒狀部分50刺破框架上的陽極氧化層和對(duì)接支撐面以形成電流路徑。在提供光伏陣列的接地路徑時(shí)，沿著光伏陣列11中的行以變化的間隔包括接地系統(tǒng)10。如以下實(shí)例中進(jìn)ー步說明的，這種設(shè)置提供了符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的光伏陣列11的接地路徑。實(shí)例實(shí)例是在TUV萊茵/PTL認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行的。這些標(biāo)準(zhǔn)為光伏或太陽能電池陣列提供了全面的鑒定方法。關(guān)于光伏模塊的緊固系統(tǒng)，TUV萊茵測(cè)試規(guī)范2PfG 1904/01. 11包括用于下列項(xiàng)目的測(cè)試方法⑴地面安裝系統(tǒng)；⑵太陽能跟蹤器；⑶具有屋頂滲透(penetration)和/或加壓(weighing)的平屋頂安裝系統(tǒng)；(4)替代現(xiàn)有屋頂覆蓋材料的屋頂內(nèi)安裝系統(tǒng)集成；以及(5)用于不同類型的屋頂覆蓋材料(包括瓦屋面、盤式(pan)屋面和板材屋面)的屋頂上安裝系統(tǒng)。測(cè)試規(guī)范2PfG 1904/01. 11通過部分考慮安全規(guī)程、生產(chǎn)文件、太陽能模塊制造商的業(yè)務(wù)流程、和系統(tǒng)檢驗(yàn)，而確保滿足相關(guān)行業(yè)的技術(shù)要求和最佳實(shí)踐。在TUV萊茵測(cè)試規(guī)范2PfG 1904/01. 11下，分別使用根據(jù)第二種結(jié)構(gòu)(圖8)的接地夾和按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造的商用太陽能模塊框架的部件，對(duì)兩個(gè)樣本接地系統(tǒng)進(jìn)行了接合路徑電阻測(cè)試。該接地系統(tǒng)適于最大串聯(lián)熔絲額定值為20A的太陽能模塊。接合路徑電阻測(cè)試的其他適用標(biāo)準(zhǔn)包括IEC 61730-2和ANSI/UL 1703。根據(jù)TUV萊茵測(cè)試規(guī)范2PfG 1904/01. 11，對(duì)預(yù)定的電流路徑施加了至少兩倍于最大串聯(lián)熔絲額定值的電流且隨后進(jìn)行測(cè)量。按照UL1703，在熱循環(huán)和濕凍條件下，分別對(duì)標(biāo)識(shí)為樣本001和樣本002的兩個(gè)樣本接地系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。利用測(cè)量的電壓降，沿著電流路徑的電阻于是被計(jì)算出來?；谕ㄟ^/失敗對(duì)測(cè)試進(jìn)行了評(píng)估，其中計(jì)算電阻必須為最大0. I歐姆(Q)才能通過測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.一種光伏陣列的接地系統(tǒng)，包括 至少一個(gè)條帶，適于將第一太陽能模塊框架和第二太陽能模塊框架安裝到對(duì)接支撐面上；以及 至少一個(gè)接地夾，其連接于所述至少一個(gè)條帶，包括具有向上和向下延伸的突起的第一區(qū)域，以及具有向上和向下延伸的突起的第二區(qū)域，其中各個(gè)突起具有適于穿透太陽能模塊框架的表面或用于所述太陽能模塊框架的對(duì)接支撐面的鋸齒狀部分。
2.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，其中所述接地夾形成定位于具有突起的所述第一和第二區(qū)域之間的至少一個(gè)通孔。
3.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，其中所述條帶形成位于所述條帶的下端的至少一個(gè)通孔。
4.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，還包括連接于所述至少一個(gè)條帶和所述至少一個(gè)接地夾的緊固件。
5.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，其中所述條帶形成位于所述條帶的下端的至少一個(gè)通孔，并且所述條帶的通孔與所述接地夾的通孔基本對(duì)齊。
6.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)接地夾在至少三個(gè)接觸點(diǎn)電連接于所述太陽能模塊框架。
7.如權(quán)利要求I所述的接地系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)接地夾電連接于所述對(duì)接支撐面。
8.一種安裝光伏陣列的接地系統(tǒng)的方法，包括 將第一太陽能模塊框架設(shè)置在對(duì)接支撐面上； 將接地夾設(shè)置在所述對(duì)接支撐面與所述第一太陽能模塊框架之間； 將第二太陽能模塊框架設(shè)置在所述對(duì)接支撐面上，其中一部分接觸所述接地夾；以及 將條帶連接于所述第一太陽能模塊框架、所述第二太陽能模塊框架和所述接地夾，使得所述接地夾的第一凸起部分穿入所述第一太陽能模塊框架中，并且所述接地夾的第二凸起部分穿入所述第二太陽能模塊框架中，而且所述接地夾的反向凸起部分穿入所述對(duì)接支撐面中。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括將緊固件連接于所述條帶。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括將所述緊固件插入設(shè)置于所述條帶、所述接地夾和所述對(duì)接支撐面上的通孔中。
11.一種接地夾，包括 導(dǎo)電板，包括具有向上和向下延伸的突起的第一區(qū)域，以及具有向上和向下延伸的突起的第二區(qū)域，其中各個(gè)突起具有適于穿透太陽能模塊框架的表面或用于所述太陽能模塊框架的對(duì)接支撐面的鋸齒狀部分。
全文摘要
一種光伏或太陽能電池陣列的接地系統(tǒng)，包括設(shè)置在相鄰的太陽能模塊框架上方的條帶和設(shè)置于相鄰的太陽能模塊框架之間的接地夾，以及對(duì)接支撐面。接地夾包括具有向上和向下延伸的突起的兩個(gè)區(qū)域及設(shè)置于兩個(gè)區(qū)域之間的通孔。各個(gè)突起具有適于穿透太陽能模塊框架的陽極氧化層和用于太陽能模塊框架的對(duì)接支撐面的鋸齒狀部分。
文檔編號(hào)H01R4/66GK102769058SQ201210129779
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者E.J.奧布賴恩, K.A.萊爾, M.J.莫爾德 申請(qǐng)人:陽光晴空有限公司