CN106416057B - 用于交错或不规则形状的太阳能阵列中的仿太阳能模块 - Google Patents
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Abstract
在电产生太阳能模块阵列中为了结构上和美学上的用途的仿太阳能模块。该仿太阳能模块具有非标准的形状和诸如真实太阳能模块表面上的贴花的视觉表现。该仿太阳能模块包括用于交错模块阵列中的三角形状。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2014年4月18日提交的美国申请No.14/256,657(“用于交错或不规则形状的太阳能阵列中的仿太阳能模块(Imitation Solar Module For Use in aStaggered Or Irregularly Shaped Solar Array)”)的优先权，其在2015年2月3日公告为美国专利No.8,946,540。本申请还要求于2014年12月19日提交的U.S.申请No.14/577,222(“用于交错或不规则形状的太阳能阵列中的仿太阳能模块”)的优先权。上述申请通过引用被完全并入，如在这里被全部记载的一样。
技术领域
本发明涉及太阳能面板阵列和太阳能面板固定***。
背景技术
光伏模块被制造为标准尺寸的矩形形状。尽管不同制造商为它们的模块使用不同尺寸，但是几乎所有标准光伏模块都倾向于矩形形状。
当这些分离的矩形光伏模块安装在建筑物的屋顶时，形成模块阵列。存在许多不同的方式将光伏模块放置和互锁在一起以形成阵列。例如，在一些阵列中，放置模块使得四个相邻模块的角部边缘在相同的总***置附近相交(且使用一个或多个连接器连接在一起)。在该布置中，形成的整体阵列将具有矩形形状(因为每个模块与另一模块边挨着边，一个模块在上而另一个模块在下)。
然而，在许多其他阵列中，光伏模块是像墙中的砖一样“交错的”，两个模块的边缘在第三个模块的侧边缘的中间上方的位置相遇到一起。在这些交错阵列中，整体阵列的周边将具有交错的边缘。不幸的是，许多潜在的客户不喜这样欢交错阵列的锯齿边缘的外观。事实上，该交错周边边缘甚至阻碍了一些人首选采用太阳能阵列。
其次，许多屋顶表面是不规则形状的并具有像天窗、通风口和烟囱的障碍物。这些障碍物使可放置在屋顶的阵列的形状进一步复杂。第三，屋顶本身可用的宽度限制了可放置成阵列的模块行的数量，例如，如果行的可用空间略小于行中模块的宽度，那么可能需要删去模块的整个行。
而期望的是允许交错或不规则形状的太阳能阵列具有更精致和圆滑的或更完整的边缘外形的***。还可能需要提供在它们模块本身中具有切掉的内部的太阳能阵列，其可适应屋顶结构，使得太阳能阵列可放置得非常靠近于(或甚至部分或全部围绕)由此突出的物体(例如通风口、天窗和烟囱)。
发明内容
本***提供仿(即：不发电)太阳能模块，其在标准(即：发电)太阳能模块阵列中或边缘被容纳。本仿太阳能模块优选(但不总是)具有三角或非标准形状。对观察者而言，仿模块呈现为与阵列中所有其他标准发电模块相同类型的模块。由此，本***提供视觉上令观察者愉悦的整体阵列的美学益处。然而，同样重要的是，本仿太阳能模块还提供许多运行(非美学的)益处。该益处包括模块到模块接地，以及模块到模块的横跨完全成型的阵列的负载分布。
在一个优选方面，仿模块是三角形并设计为在交错太阳能模块阵列的周边边缘连接到两个相邻的光伏模块，使得它的三角形“填充”或“平滑”交错阵列的周边。本三角设计的益处在于使阵列形成具有平滑的视觉上吸引人的周边。简单说，最终的阵列看上去不像未完成的砖墙。因此，最终的阵列避免了大凹口的、成角度的角部边缘。通过在阵列中使用一个或多个三角形模块，更平滑和更艺术的阵列设计是可能的。
在优选的方面，三角形模块不产生它们自己的电力，而仅用作向阵列中的产生电能的两相邻光伏模块提供结构支撑。然而，本三角形的模块的优势在于在相邻光伏模块之间提供电接地。还在相邻光伏模块之间提供负载平衡和分布。而本三角形设计的另一好处是模块仅在两侧可完全被支撑(由于它的三角形)由此它自己的悬臂被最小化。
在其他优选方面，本仿模块不是三角形。例如，它可以是小的细长矩形(或甚至正方形)并可装配于两行非交错标准太阳能模块之间作为间隔件的位置。
仍在其他方面中，本仿模块可以是标准模块的尺寸，但可具有贯穿的孔切口使得模块本身可装配在屋顶的障碍物的周围。本仿模块的独特优势在于：(由于它顶表面仅是太阳能模块的“图片”-而不是真实的发电模块)在不干扰工作的太阳能模块的电学性能的情况下顶表面可被切成任意要求的形状。因此，可设有切除的侧面或中心部分(使得它可靠着屋顶障碍物直立放置)。实现该特定优势是因为本仿模块可优选地由金属板的薄面板形成。这样，本仿模块相对轻，具有显著小于标准发电太阳能模块的主体厚度。由于薄和轻，其很易于操作者操纵和安装。
本仿模块的优势还在于他们的制造相对便宜，并且快速而易于安装。而且，本仿模块除了已经用于安装相邻的发电模块的硬件以外不需要额外的安装硬件。另外，本仿模块足够结实使得他们满足承载雪和风的要求。而本仿模块的另一优势在于它最小化屋顶穿透点(因为其由相邻的完全运行的太阳能模块支撑，而不是直接固定到屋顶本身)。本仿模块还可利用相同标准工具附接到阵列，该工具用于将其他完全运行模块固定在适当位置。
附图说明
图1A是三角形的仿太阳能模块的俯视平面图。
图1B是图1A的三角形的仿太阳能模块的俯视透视图。
图2是使用六个图1A的三角形的仿太阳能模块的太阳能模块阵列的透视图。
图3A是具有在其周围延伸的侧槽的切去顶端的三角形的仿太阳能模块的俯视平面图。
图3B是图3A的切去顶端的三角形的仿太阳能模块的俯视透视图。
图4是使用六个图3A的三角形的仿太阳能模块的太阳能模块阵列的透视图。
图5是具有连接到其的耦合件的三角形的仿太阳能模块的俯视平面图。
图6是图5的三角形的仿太阳能模块的耦合件中的一个的近视图。
图7A是图6示例性耦合件的前视正面图。
图7B是图6示例性耦合件的侧视正面图。
图7C是图6示例性耦合件的后视透视图。
图8A是与图5相应的侧视正面图，其中耦合件旋转到解锁的位置。
图8B是与图5相应的侧视正面图，其中耦合件旋转到锁定的位置。
图9A是具有带有切除部分尺寸的附加的非标准形状的仿太阳能模块的太阳能模块阵列的透视图。
图9B是与图9A相应的俯视平面图。
图10是具有在运行的发电太阳能模块之间用作“间隔件”的仿太阳能模块的太阳能阵列的俯视平面图。
图11是具有放置在两相邻的运行太阳能模块之间的两个窄的仿太阳能模块的太阳能阵列的俯视正面图。
图12是具有带有切除的侧面部分(为了给屋顶上的障碍物让出空间)的仿太阳能模块的太阳能阵列的俯视正面图。
图13是具有四个带有用于装配在屋顶上的障碍物周围的切除的角部的仿太阳能模块的太阳能阵列的俯视正面图。
具体实施方式
本发明提供本身不发电仿太阳能模块。为了结构和美学两个目的它替代地被放置在标准的发电太阳能模块的阵列内。该仿太阳能模块可具有三角或不标准的形状。其上展示出诸如真实太阳能模块表面的贴花(或诸如印制图像的其它“图片”)的可见代表物。从美学角度看，模块具有看上去就如同运行太阳能模块的表面使得地面上的观察者认为本模块如周围模块一样产生自己的电力。简言之，仿模块看起来就像阵列中的发电的模块之一。路过者不会注意到被讨论的模块是仅意味着看起来像相邻的完全运行模块的仿制品。
本仿模块的主体部优选地是金属板薄面板。由于薄并且易于切割和加工，所以另一美学益处是本模块可被切割成多个新颖的形状，使得它可用于装配在阵列边缘，或甚至围绕阵列中心的障碍物或在阵列中心的障碍物旁边。而从结构的角度看，仿模块具有其上带有连接器的侧边凸缘(side flange)，以提供与相邻(完全运行的发电)模块的接地和负载分享。
图1A到图2显示了本发明的第一三角实施例。图3A到图4示出了本发明的第二切去顶端的三角实施例。图5到图8B示出了用在本***的模块到模块的耦合***。最后,图9A到图13示出了具有用于装配在多种屋顶障碍物周围的多种新颖形状的仿太阳能模块的阵列。
首先参考图1A到图3，示出三角形的太阳能模块10。太阳能模块10本身不发电。相反，如图2所见，模块10用于圆化或填充建筑物屋顶R的顶端上的阵列50的角部。在阵列50中，三角形模块10不发电。相反，仅标准光伏模块20发电。
可以看出，三角形模块10提供的美学益处在于它们为整体阵列50提供更吸引人的形状。具体地，阵列50不具有交错模块太阳能阵列的看起来像未完成的墙中的砖的太过于通常的外形。
然而应该理解，三角形的模块10可为阵列设计增加其他的结构的、电学的和非美学的益处。例如，模块10提供相邻光伏模块20之间的电接地。而且，模块10提供相邻光伏模块20之间的负载平衡和分布。
如将示出的，三角形模块10有利地仅需要在两侧边连接到相邻(发电)模块20。由于连接到模块20的模块10的两侧边为短边(仅使直角三角形的斜边不连接到相邻模块)，模块10稍微向外伸展到恰当位置。然而，由于它们的三角形(和薄的主体结构)，最小化了悬臂效应(cantilever effect)。由此，z模块10三边中仅两边上连接到相邻模块20是支撑它在恰当位置的全部需要。
在优选的方面，本***提供用在光伏阵列中的仿太阳能模块，包括：扁平的三角形主体部12，其具有显示在扁平的三角形主体部上的光伏模块的一部分的可见代表物14。在一个方面，可见代表物14仅是真实发电光伏模块的三角部分的贴花或者印刷的或其它附加的“图片”。基本上，模块10仅制作成看起来像完全运行光伏模块。当从地面观察时，阵列50看起来像创造性地设计的和塑形的光伏模块阵列。地面上的观察者不会知道仅模块20产生能量而模块10仅看起来像完全运行的发电模块。
在可选的优选方面，设计构成可见代表物14的贴花(或印刷的图片)使得它看起来非常像相邻的发电太阳能模块表面上的一系列的标准光伏电池。在一个示例性实施例中，贴花包括衬底，衬底由Saint Paul，MN的3M制造的(无PVC)Envision Print WrapTM膜或ControltacTM膜制成，并具有也由3M制造的ScotchalTM光彩覆膜制成的覆盖叠层。然而，还可使用其他合适的材料，所有都保持在本发明的范围内。优选地，印花或图像由抗紫外(UV)又抗褪色材料制成或印制。图像将具有与相邻的发电模块的表面相同的颜色。理想地，模块眩光、反射性以及甚至迹线(例如：电池的汇流条和金属化栅线)的视觉图像将与那些完全运行模块匹配或相同。因此，视觉图像将尽可能接近地匹配工作的发电模块的电池间距、颜色，甚至是纹理。甚至优选地选择背板颜色以匹配发电模块的颜色。当设计时，图像是优选地足够地细节化使得它具有通常在太阳能模块上发现的随机的电池颜色和颜色梯度。(通常，一些电池稍暗并且一些比另一个稍亮，或一些稍绿而其他看上去比另一个更紫)。理想地，可见代表物14被设计为模仿这些微妙的变化。简言之，它看起来像完全运行太阳能电池模块的晶体结构。
如上所述，三角形模块10具有薄的、平面的、扁平的三角形主体部12。主体部12通过从三角形主体部的第一侧边S1向下延伸的一个或多个第一侧边凸缘16可选地给定结构刚性。另外，一个或多个第二侧边凸缘18从三角形主体部的第二侧边S2向下延伸。最后，一个或多个第三侧边凸缘19可从三角形主体部的第三侧边S3向下延伸。
如图1A和图1B所示，侧边S1和S2可以是大致相同的长度(由此提供主体部的角部两个大致45度的角度)。注意：在实际显示中，一个角度近似40度而另一个近似50度。应该理解本三角形设计包含任何优选角度的范围(例如从20到70度)。较长的(直角三角形之斜边)侧边S3可优选地与三角的90度角相对。
如图2所示，示例性仿模块10A可连接到第一相邻光伏模块20A和第二相邻光伏模块20B，第一相邻光伏模块20A在Y方向上相邻，并且第二相邻光伏模块20B在X方向上相邻。
图3A到4例示了仿太阳能模块的第二(切去顶端的三角)实施例。在该实施例中，太阳能模块30具有在周围延伸的侧槽32。凹槽32尺寸设计为其中容纳多个耦合元件中的任何一个，该耦合元件可用于将仿模块30的侧面连接到相邻的完全运行发电模块20。图4示出六个仿模块30与标准模块20一起形成美学上令人愉悦的形状的阵列50。
在优选实施例中，模块10和30可由金属板形成，该金属板提供给它们极好的结构强度以协助阵列50中相邻模块之间的负载平衡，且仍旧薄和易于处理。
在这里描述的实施例的可选方面中，贴花或印刷图像14可以如何制成的进一步特征可用于增强本仿模块是完全运行的错觉。例如，印花14可按照其侧边的一个与三角形主体的侧边的一个间隔更远来放置。由此，当从地面在特定角度观察时，印花14的位置将在仿模块侧边上提供三角侧边(印花边缘与其分开)是凸起的框架的错觉。同样优选地，设计仿模块使得看上去可见代表物14在最佳高度，使得它看上去与完全运行模块20中的发电太阳能电池的其余部分处在相同的平面。这是本发明的独特优势，即主体部可由薄的、金属板的平面部分制成，且仍提供与周围发电模块具有相同厚度的错觉。换句话说，可见代表物14可放置于与周围运行模块中的电池相同的平面，其中从主体12向下延伸的侧边框架16和18来为耦合件提供平台，该耦合件将主体12链接到相邻模块。
下面，图5到8B例示了用于将模块10连接到相邻模块20的示例性***。如图5和6所示，一对耦合件60可设置在三角的两侧边上。耦合件60可具有一般地圆的基座62和T形头64。耦合件60可通过侧边凸缘16或18中的孔被容纳。其可选择地被铆接在恰当位置中，(使得它旋转但不过紧)，但应该理解本发明包含所有适合的紧固机制。还应该注意凸缘16和18可沿模块10的各自侧部分或全部延伸。应该理解本发明涵盖其任何侧边具有一个或多个凸缘的实施例。
在操作中，耦合件60仅旋转近似90度以将T形头64锁定到第一和第二相邻光伏模块的侧槽中。具体的，图8A示出了其T形头64旋转到解锁位置(使得它可以***到相邻模块20中的侧槽中)的耦合件60而图8B示出其T形头64旋转到锁定位置(使得它可以安全地保持在相邻模块20中的侧槽中)的耦合件60。
应该理解，本发明还包括不具有三角形的仿太阳能电池。非三角形模块的示例在下面图9A到13中可见。
在图9A和9B中，第一仿模块100其中切有圆形中心孔102使得它可环绕着屋顶口V被容纳。第二仿模块110其中切有矩形中心孔112以不阻碍经由那里穿过天窗SL的视线。可理解的，仿模块100和110的一个优势是它们可如此靠近屋顶障碍物的侧面构建。这在屋顶上提供了结构上坚固的阵列，而在剩余空间中不必留下任何标准矩形模块不匹配的大间隙。再次，通过使用薄金属板面板作为主要主体部12易于将这些部分从仿模块的主体部切除。
图10示出两行模块20按不规则距离间隔地放置的不同情形。在该情形中，一行仿模块120可放置其间以用作“间隔件”。当一行模块20不得不放置成相邻屋顶边缘或其他障碍物时可发生这种情形。模块120允许形成单个阵列50(与两个分开的形成模块20的行相对)。
图11示出两个小窄矩形仿模块130A和130B部分填充相邻发电模块20之间的间隙的情形。让模块130A和130B之间的空间为开放的以容纳屋顶中的障碍物(未示出)。
图12示出具有切掉的侧面部分的仿太阳能模块140，该切掉的侧面部分使阵列被放置在接近屋顶通风口V的位置。
最后，图13示出四个仿模块150(由完全运行的发电模块20包围)，其中每个仿模块150具有圆化的角部使得他们可如所示布置来为屋顶障碍物(诸如通风口或烟囱)提供空间。
可以理解，本仿太阳能模块可设置为许多形状和尺寸。在没有限制的情况下，它可以是三角形、矩形或一些其他规则或不规则形状。它可具有直边缘、曲边缘或切除边缘，或上述任何的组合。
在优选的方面，仿模块的主体部由铝或镀锌的金属板形成。然而，在其他可选实施例中，仿模块的主体部可替代地由铁、玻璃、塑料、玻璃纤维或其他合适的材料形成。实际上，仿模块的主体部可由简单切成型的真实的光伏模块形成。该切穿或划穿的模块将不再产生任何电流，但是它可被切割成型使得它装配到三角或其他不规则形状的仿模块中。以该方式切割并使用现存(而不再发电)模块存在两个好处。第一，它们的颜色和视觉呈现将与运行模块相同，并不会随时间改变。第二，在新仿模块中使用旧的以前的运行模块提供以再循环利用已经停止运行的现存模块的***。因此，这样旧的、不再运行的模块可被切成新的形状(例如三角)用作仿模块。
Claims (23)
1.一种用于光伏阵列中的仿太阳能模块，包括：
扁平的三角形主体部；
所述扁平的三角形主体部上显示的光伏模块的一部分的可见代表物；
从所述三角形主体部第一侧向下延伸的第一侧凸缘；
在所述第一侧凸缘上用于将所述三角形主体部连接到第一相邻光伏模块的至少一个耦合件；
从所述三角形主体部第二侧向下延伸的第二侧凸缘；以及
在所述第二侧凸缘上用于将所述三角形主体部连接到第二相邻光伏模块的至少一个耦合件，
其中，所述耦合件包括T形头，所述T形头具有待***到所述第一相邻光伏模块和第二相邻光伏模块的侧槽中并且旋转近似90度以将所述耦合件锁定到所述第一相邻光伏模块和第二相邻光伏模块的尺寸。
2.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述第一相邻光伏模块在X方向相邻而第二相邻光伏模块在Y方向相邻。
3.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中光伏模块的一部分的所述可见代表物是贴附到所述扁平的三角形主体部的顶部的贴花。
4.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述仿太阳能模块包括不发电元件。
5.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述第一侧凸缘上的所述至少一个耦合件包括一对耦合件，所述第二侧凸缘上的所述至少一个耦合件包括一对耦合件。
6.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的三角形主体部由金属板形成。
7.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的三角形主体部包括表面凹痕，并且光伏模块的一部分的所述可见代表物显示于所述扁平的三角形主体部上的所述表面凹痕中。
8.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的三角形主体部上的所述可见代表物的位置提供如下错觉：所述三角形主体部的侧面边缘是仿太阳能模块的侧面上的凸起的框架。
9.根据权利要求1所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的三角形主体部上的所述可见代表物的外形模仿发电太阳能模块中可见的颜色、颜色梯度以及电池表面特征。
10.一种用于光伏阵列中的仿太阳能模块，包括：
扁平的总体平面的主体部；
在所述扁平的总体平面的主体部上显示的光伏模块的可见代表物；以及
从所述扁平的总体平面的主体部向下延伸的第一侧，其中所述第一侧适于连接到第一相邻光伏模块，
其中所述第一侧和第二侧适于通过从扁平的总体平面的主体部向下延伸的所述第一侧和第二侧的每一个上的至少一个耦合件来连接到所述第一相邻光伏模块和第二相邻光伏模块，
其中，所述耦合件包括T形头，所述T形头具有待***到所述第一相邻光伏模块和第二相邻光伏模块的侧槽中并且旋转近似90度以将所述耦合件锁定到所述第一相邻光伏模块和第二相邻光伏模块的尺寸。
11.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中光伏模块的一部分的所述可见代表物是贴附到所述主体部的顶部的贴花。
12.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部上的所述可见代表物的外形模仿发电太阳能模块中可见的颜色、颜色梯度以及电池表面特征。
13.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述仿太阳能模块包括不发电元件。
14.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述至少一个耦合件包括在所述第一侧和第二侧的每一个上的一对耦合件。
15.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部是矩形的。
16.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部具有曲边缘。
17.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部具有切除部分。
18.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部具有不规则的形状。
19.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部由金属板制成。
20.根据权利要求10所述的仿太阳能模块，其中所述扁平的总体平面的主体部包括表面凹痕，并且光伏模块的一部分的所述可见代表物显示于所述扁平的总体平面的主体部上的所述表面凹痕中。
21.一种发电太阳能模块和仿太阳能模块的阵列，包括：
(a)多个发电太阳能模块；
(b)多个不发电的仿太阳能模块，每个仿太阳能模块包括：
扁平的总体平面的主体部；
在所述扁平的总体平面的主体部上显示的光伏模块的可见代表物；
适于连接到第一相邻光伏模块的第一侧；以及
适于连接到第二相邻光伏模块的第二侧，
(c)将所述仿太阳能模块连接到所述发电太阳能模块以形成发电太阳能模块和仿太阳能模块的阵列的多个耦合件，
其中，所述多个耦合件包括T形头，所述T形头具有待***到所述发电太阳能模块的侧槽中并且旋转近似90度以将所述耦合件锁定到所述发电太阳能模块的尺寸。
22.根据权利要求21所述的阵列，其中所述多个仿太阳能模块是三角形。
23.根据权利要求21所述的阵列，其中所述多个仿太阳能模块的所述扁平的总体平面的主体部由金属板形成。
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