用于太陽能板安裝的模塊結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于太陽能板安裝的模塊結(jié)構(gòu)系統(tǒng)
[0001]交叉引用相關(guān)申請
[0002]本案主張美國臨時(shí)案的利益，美國臨時(shí)案的序列號(hào)為61/684，813并提交于2012年11月08日，名稱為“用于具有降低框架至屋頂?shù)母蓴_的太陽能板的框架”，并且主張美國臨時(shí)案的利益，美國臨時(shí)案的序列號(hào)為61/775，700并提交于2013年03月11日，名稱為“用于降低太陽能光伏系統(tǒng)的安裝成本
[0003]的框架構(gòu)件”，上述兩者的全部的內(nèi)容被引用并入本文的參考文獻(xiàn)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本公開一般涉及在屋頂上裝置安裝的技術(shù)領(lǐng)域，并且在一個(gè)實(shí)施例中，本公開內(nèi)容涉及安裝太陽能板以及用于在屋頂上的太陽能板的支撐結(jié)構(gòu)的方法、裝置以及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005]在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展初期，系統(tǒng)的主要成本的構(gòu)件是光伏電池。隨著時(shí)間的推移，光伏電池的成本大幅度下降。因此，“系統(tǒng)平衡”的成本是現(xiàn)今購買以及安裝太陽能系統(tǒng)的較大成本?！跋到y(tǒng)平衡”的成本包括使用技術(shù)勞工以及其它硬體成本。
[0006]由于殼體是耐用的并具有長壽命，因此光伏太陽能系統(tǒng)能在一給定屋頂安裝上運(yùn)用較長的時(shí)間，屋面的壽命與任何太陽能安裝的壽命是不一致。瓦片屋頂特別難以改造成具有太陽能光伏，因?yàn)樵谕咂秀@孔是困難的以及容易造成瓦片的破損。然而，住宅的屋頂是一個(gè)很好的目標(biāo)市場，而不是商業(yè)屋頂，因?yàn)樽≌奈蓓斣谕饷嬉约袄锩嫱ǔＳ写罅康奈词褂玫目臻g可容易進(jìn)入配線。
[0007]現(xiàn)有的方法借由需要支撐以及布線管路以通過屋頂?shù)闹饕糠衷谖蓓斏习惭b，其也往往會(huì)損壞屋頂?shù)耐暾浴４送?，現(xiàn)有的安裝技術(shù)并未設(shè)計(jì)用于光伏系統(tǒng)或屋頂?shù)哪陀眯浴ＴS多太陽能安裝使用借由緊固件刺穿屋瓦(Roof Shingle)及屋椽以固定至殼體結(jié)構(gòu)的支架。屋頂面在屋頂頂點(diǎn)之間借由面積超過生活區(qū)的招牌(Fascia)以至屋頂前緣(Lip)。然而，在屋頂面中所制成的任何孔洞會(huì)減低屋頂壽命并且相較于沒有被破壞的屋頂傾向于導(dǎo)致滲漏以及完整性的問題。針對(duì)光伏系統(tǒng)的升級(jí)或維修，技術(shù)勞工需要中斷光伏系統(tǒng)的高壓電線。此外，因?yàn)榫o固于建筑物結(jié)構(gòu)的支架數(shù)量以及因?yàn)樵S多的用于保持光伏太陽能板的軌道(Rail)、托架(Bracket)以及緊固件(Fastener)，光伏系統(tǒng)的拆卸是耗時(shí)且辛苦的。
[0008]除了清潔能源的需求，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)傳輸頻寬的需求永無止境。4G/長期演進(jìn)技(Long Term Evolut1n, LTE)的蜂窩頻寬已募足，并為了創(chuàng)造更多行動(dòng)(move)至更小的小室(cell)是必需的及/或更高的頻率。不幸的是更高的頻率(等于或高于25千兆赫(GHz))不能穿透建筑物，以及人們反對(duì)蜂窩塔(cell towers)在他們的后院。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]一種用于在一具有斜坡的屋頂上的屋頂安裝裝置的支撐結(jié)構(gòu)(尤其用于太陽能板)的裝置、系統(tǒng)以及安裝方法。預(yù)制模塊，然后降低其到使用單一孔洞的屋頂或在屋頂中的接入點(diǎn)，以連接該模塊至建筑物結(jié)構(gòu)，并耦接線路至電力負(fù)載，或在家中或在模塊之上兩者任一，或至一電網(wǎng)(Grid)。利用一孔洞在屋頂?shù)捻旤c(diǎn)，其結(jié)構(gòu)的影響最小并將來自任何泄漏的潛在的危險(xiǎn)減到最低。落入屋頂空間的部分模塊包含電力電子器件(Power Electronic)。密封以及保護(hù)在頂點(diǎn)中的入口孔洞，使得水不會(huì)通過其穿透。夾持結(jié)構(gòu)(Clamping Structure)固定至在屋頂空間中的部分的框架中，其夾持其至屋頂材料或屋頂支撐件。一個(gè)模塊可以具有任意尺寸面板的任意數(shù)量，著重在用于(從頂點(diǎn)至溝槽(Gutter))的運(yùn)輸以及與屋頂?shù)墓姵叽缦喾某杀拘б娴拇笮?。在一個(gè)寬的屋頂，可以安裝多個(gè)獨(dú)立的單元。
[0010]支架(Standoff)固定至框架(Framing)以保持其離屋頂表面所需的距離，但其不固定至屋頂。支架由撓性材料所制成以吸收在屋頂材料中的變化。將轉(zhuǎn)變未調(diào)節(jié)的面板電源至穩(wěn)壓電源的電力電子器件(Power Electronics)固定在屋頂空間中的主支撐物片(Main Support Piece)之間，因?yàn)檫@是在屋頂之下，典型地是在內(nèi)部建筑物空間中，如一個(gè)閣樓，其能在(與一個(gè)被認(rèn)為外盒的NEMA 4相比下)較便宜的內(nèi)部等級(jí)殼體(Inter1r-Grade Housing)中保護(hù)元件。電力電子器件的殼體包括一大型的(擠壓成的(extruded))銷散熱器(Heat Sink)，其多功能地親接在框架的立柱。當(dāng)夾持梁(ClampBeam)降低至地方后，夾持梁固定至在框架的任一側(cè)或兩側(cè)上的框架以固定其至屋頂。
[0011]框架構(gòu)件能使用具有一 L形桿(L_bar)、T型桿(T_bar)以及方形或圓形管的橫截面的鋼或鋁。支架以及面板夾持可由金屬或不導(dǎo)電材料所制成，并可螺紋旋入到框架上以及膠合/焊接而不使用螺栓，因?yàn)槠溆蓄A(yù)裝的施工時(shí)間將不會(huì)影響安裝時(shí)間。
[0012]典型加頂蓋結(jié)構(gòu)(Roofing Structure)是綜合式的木瓦(Shingle)在夾板(Plywood)以及木制的椽之上，(如果需要的話)夾持梁的端部能固定至其上。在木制框架上如果屋頂是(或相似于)瓦片，(如果平坦)夾持梁固定至椽或(如果成形以做如借由布線以圍繞在椽敞邊的四周)圍繞著椽的四周?？蚣芗皧A具具有螺栓孔圖案，使得其能容納不同厚度的屋頂，并且因此允許每個(gè)夾持梁僅具有一個(gè)螺栓的安全連接(端部的連接(Attachment)是可選的)。由于屋頂椽間距通常是一個(gè)固定的大小，在框架元件之間的間距能被設(shè)置，使得夾持梁靠近于椽兩側(cè)上用于更安全的連接。為了節(jié)省材料或適合緊密的空間以可構(gòu)成夾持梁，使得其延伸在一個(gè)方向上。夾具還可能包括凸緣(Flange)以停止其與框架的扭曲。屋頂椽間距顯著大于框架寬度以及單一夾具是不足夠的，使用具有更長的范圍的替代的夾持配置。在沿著屋頂?shù)捻旤c(diǎn)使用一(結(jié)構(gòu)的)梁的建筑物結(jié)構(gòu)中，框架的垂直部分能在其旁邊通過，并根據(jù)要求(多個(gè))防風(fēng)雨板將被抵消。
[0013]作為一種替代或除了夾持，可懸掛"電池組托架(Battery Basket)"與將充當(dāng)穩(wěn)壓器(Ballast)，以及提供安全殼殼體用于電池以儲(chǔ)存太陽能電力的框架的內(nèi)部端分離。
[0014]當(dāng)光伏的單一斜度(Pitch)，如朝南的建筑預(yù)計(jì)將成為最常見的配置，另一例容納多個(gè)不同的斜度，如面東和西的建筑以及其在一天內(nèi)接收相同量的陽光。
[0015]由于預(yù)組裝該結(jié)構(gòu)以及光伏面板，在安裝的過程中沒有執(zhí)行外部線路/連接，并且因此，在安裝之前裝置的外部部件能相對(duì)著元件進(jìn)行密封。這允許像鐵而不是鋁的材料的使用，鐵更加便宜且更可焊接。如果利用框架以傳輸電力，則焊接可產(chǎn)生更佳的電接觸。
[0016]如果金屬管用于立柱，(如方管)其可兼作為管內(nèi)布線。此外，它可以作為一個(gè)地方以插入天線托架(見下文)，在這種情況下，端帽(End-Caps)可用于密封能彈出的管路，使得在初始安裝后能增加額外的框架。需要注意的是該管的下端將暴露在電子器件的下方，使得通過管的進(jìn)入的水(Water Ingress)將不會(huì)泄漏至電子器件。
[0017]太陽能板能布線在各種配置，其中布線法規(guī)(Wiring Code)允許:框架可作為電極以進(jìn)一步地降低成本。如果兩個(gè)框架構(gòu)件是電隔離的，則它們(一個(gè)作為正連接另一個(gè)作為負(fù)連接)可以用來攜帶所有電力離開屋頂。電力電子器件可以使用其機(jī)械連接至框架以作為其電接觸，而不需要特殊的連接器。否則，光伏電纜將經(jīng)由防水的墊圈(WatertightGrommet)(或類似的防水的墊圈)或框架內(nèi)部通過雨偏轉(zhuǎn)板(Rain Deflect1n Plate)。
[0018]最小成本和最大效率執(zhí)行利用從在每一個(gè)太陽能板上借由最大功率點(diǎn)追蹤(Maximum Power-Point Tracking, MPPT)的電子器件來控制的并聯(lián)地親接的光伏面板以傳輸電力，使得電壓進(jìn)入屋頂空間是小的(補(bǔ)充的50伏特(sub 50V)是優(yōu)選地用于美國布線法規(guī))，并且在面板之間有冗余。在50伏特以下在框架局部上的電絕緣漆是足夠的介質(zhì)保護(hù)，以及隔條(Cross Piece)如雨偏轉(zhuǎn)板能由非導(dǎo)電材料(玻璃纖維、ABS等)以構(gòu)成。最大功率點(diǎn)追蹤的追蹤電子器件能設(shè)計(jì)成當(dāng)檢測到電弧故障時(shí)可自動(dòng)地關(guān)閉電源。低電壓系統(tǒng)也可以使用設(shè)計(jì)用于由于大量生產(chǎn)而便宜的汽車系統(tǒng)的部分。
[0019]屋頂?shù)男倍仁遣欢ǖ?，但預(yù)制的單元能用于遍及一大范圍的斜度，因?yàn)檠由熘廖蓓斂臻g的承載構(gòu)件不必是垂直的。雨偏轉(zhuǎn)板亦稱為介面構(gòu)件(Interface Member) ο雨偏轉(zhuǎn)板能在其頂點(diǎn)上裝以鉸鏈以適應(yīng)不同的屋頂斜度。利用一個(gè)緊固件鉸鏈銷(FastenerHinge Pin) 一旦該片在適當(dāng)?shù)奈恢媚芾o以保持所需的角度，其具有用于安全性/連結(jié)性的鉸接的介面構(gòu)件的可選擇的焊接。對(duì)于具有鏡像斜度(Mirror Pitch)的雙面屋頂，相同的角度將用于介面構(gòu)件的兩半。對(duì)于端部在外部垂直壁的單一斜屋頂，一半的介面構(gòu)件將剛性地固定在面板框架上，而另一半的介面構(gòu)件將使用泡沫(Foam)、娃氧密封膠(SiliconeSealant)及/或靴子(Boot)用于防風(fēng)雨以可撓性地固定至建筑物結(jié)構(gòu)。另一個(gè)實(shí)施例使用每斜度的鉸接(per-pitch hinging)。在運(yùn)送到一個(gè)已知的屋頂斜度之前或在現(xiàn)場用于未知屋頂斜度的安裝之前，焊接也可以用以實(shí)現(xiàn)更可靠的連接以及結(jié)構(gòu)的完整性。
[0020]如果(在強(qiáng)風(fēng)下等)安裝需要額外的穩(wěn)定性，框架可以使用鋼絲從框架下端上的連接點(diǎn)固定至在屋頂?shù)南逻吘壍慕M件，例如在溝槽(Gutter)或在溝槽四周，其中如果孔被鉆出(即任何滲漏將在墻壁之外)則主要屋頂區(qū)域的完整性將不會(huì)損害。如果框架借由溝槽從頂點(diǎn)從頭至尾連續(xù)至屋頂?shù)南逻吘墸恖J可構(gòu)造下支架(Lower Standoff)使得其借由螺釘或螺栓固定至屋頂。在框架上的用于吊裝光伏組件至屋頂?shù)倪B接點(diǎn)兼作固鎖點(diǎn)(Tie-Down Point)。如果框架延伸至溝槽之外，其可固鎖至支撐屋頂?shù)膲Ρ凇?br>[0021]如果雨偏轉(zhuǎn)板鋪設(shè)在木瓦(Shingle)或瓦片(Tile)上側(cè)，則相同裝置能用在單斜度(Mono-Pitch)或中斜度(Mid-Pitch)的屋頂。
[0022]住宅安裝可以通過一到兩個(gè)工人來完成。一個(gè)人是在屋頂上切割孔以及引導(dǎo)單元