用于太阳能系统的可膨胀接头的制作方法

1.本公开涉及一种用于太阳能系统的支撑结构的可膨胀接头。更特定来说，本公开涉及一种包含至少一个斜角板且经配置以在狭窄配置与膨胀配置之间转变以加强所述太阳能系统的所述支撑结构的可膨胀接头。


背景技术：

2.太阳能长期以来被视为一种重要的替代能源。为此，已进行大量努力及投资来开发及改进太阳能收集技术。特别感兴趣的是住宅、工业及商业型应用，其中可收集及利用相对大量的太阳能来补充或满足电力需求。一种实施太阳能收集技术的方法是组装多个太阳模块的阵列。
3.太阳模块可采用由硅或其它材料制成的太阳板(例如，iii-v族电池，例如gaas)来将日光转化成电能。太阳板通常包含通过布线互连到一或多个适当电组件(例如，开关、逆变器、接线盒等)的多个光伏(pv)电池。
4.大多数太阳能系统将太阳模块阵列放置在其中容易出现日光的位置处。这对于住宅、商业或工业应用尤其如此，其中期望多个太阳模块来产生大量能量。
5.在一些布置中，太阳模块并排放置在阵列中。每一太阳模块可经安装到轨道系统，所述轨道系统进一步安装到水平支撑结构上，所述水平支撑结构至少固定到路基支撑结构，例如太阳跟踪器桩，或顶置支撑结构，例如车顶纵梁或安装座。
6.当太阳模块阵列暴露于疾风或快速变化的风时，太阳模块阵列将风力传递到轨道系统及水平支撑结构或扭矩管中。由于风作用在结构上的力可强化或集中在轨道系统及水平支撑结构中的连接件、接合件及紧固件处，这可能导致沿着支撑结构的长度的偏转、弯曲或故障。任何此偏转或弯曲可能引起所述阵列效率较低，这是因为缺乏完全对准及/或扭矩管由于变形或弯曲而不能恰当地枢转。额外支撑可经施加到太阳模块阵列或特定附接点，然而此支撑不一定沿着扭矩管的长度充分分布载荷或应变以防止变形或弯曲。因此，仍然需要提供一种经配置以且能够沿着太阳能系统或跟踪器的支撑结构的长度分布载荷或应变且由此在暴露于高风载荷时防止支撑结构的偏转、弯曲或故障的装置。


技术实现要素：

7.本公开描述一种经配置以加强太阳能系统的支撑结构，例如扭矩管的可膨胀接头。所述可膨胀接头经配置以在经设计以容易插入到太阳能系统的支撑结构的支撑通道中的狭窄配置与经设计以对所述支撑结构提供额外强度以在暴露于自然元素，例如疾风、雪、冰雹、闪电等时防止所述支撑结构的翘曲或弯曲的膨胀配置之间转变。所述可膨胀接头包含至少一个斜角板。所述可膨胀接头在所述狭窄配置中包含含有两个转变点的至少一个侧板，其中所述侧板在至少两个位置中弯曲。
8.在一些实施例中，本文中所描述的可膨胀接头包含顶板、底板、第一侧板、第二侧板及至少一个斜角板。所述第一侧板可包含附接到第一中间板的第一端的第一会聚板及附
接到所述第一中间板的第二端的第一发散板。所述第一板包含至少两个转变点或弯曲点，其中第一会聚及发散壁与所述第一中间板的相对端会合。所述第二侧板可包含附接到第二中间板的第一端的第二会聚板及附接到所述第二中间板的第二端的第二发散板。所述第二板包含至少两个转变点或弯曲点，其中第二会聚及发散壁与所述第二中间板的相对端会合。所述第一及第二侧板可直接或通过所述至少一个斜角板连接到所述顶板及底板以在所述第一及第二侧板与所述顶板及底板之间形成接头通道。
9.至少一个斜角在所述狭窄配置中允许所述可膨胀接头更容易装配在支撑结构或扭矩管的通道内。所述至少一个斜角在所述膨胀配置中抵靠所述支撑结构或扭矩管的内表面的长度固定从中延伸的侧板，由此沿着所述支撑结构的长度分布任何未来的载荷或应变。
10.在一些实施例中，所述可膨胀接头包含多个斜角板。在一些实施例中，所述可膨胀接头包含两个、三个或四个斜角板。
11.本文中所描述的接头在所述狭窄配置及所述膨胀配置两者中包含至少一个(如果不多于一个)斜角板。在一些实施例中，本文中所描述的接头在所述狭窄配置及所述膨胀配置两者中包含两个、三个或四个斜角板。在一些实施例中，斜角板的数目在所述接头的狭窄及膨胀配置两者中保持相同。
12.本公开进一步提供一种包含本文中所描述的可膨胀接头中的至少一者的太阳能系统，例如太阳跟踪器。在一些实施例中，所述系统可包含至少一个支撑结构，例如扭矩管，所述至少一个支撑结构包含支撑通道及经配置以定位在所述支撑结构的支撑通道内的至少一个可膨胀接头。所述可膨胀接头至少包含顶板、底板、第一及第二侧板以及至少一个斜角板。在一些实施例中，所述接头在狭窄配置中定位在所述支撑通道内，其中所述第一及第二侧板中的至少一者(如果不是两者)包含附接到中间板的第一端的会聚板及附接到所述中间板的第二端的发散板。在一些实施例中，所述接头在膨胀配置中定位在所述支撑通道内，其中所述第一及第二侧板中的至少一者(如果不是两者)大体上垂直于所述顶板及底板且第一及第二壁中的至少一者(如果不是两者)通过斜角板附接到顶壁或底壁。在一些实施例中，所述支撑结构是太阳跟踪器系统的扭矩管。在一些实施例中，所述支撑结构是太阳能系统的梁、檩条或轨道。
13.本公开进一步提供一种用于包含本文中所描述的可膨胀接头中的至少一者的太阳能系统的套件。所述可膨胀接头至少包含顶板、底板、第一及第二侧板以及至少一个斜角板。在一些实施例中，所述接头可呈狭窄配置，其中所述第一及第二侧板中的至少一者(如果不是两者)包含附接到中间板的第一端的会聚板及附接到所述中间板的第二端的发散板。在一些实施例中，所述套件可包含界定管通道的至少一个扭矩管及如本文中所描述且经配置以定位在所述扭矩管的管通道内的至少一个可膨胀接头。在一些实施例中，所述套件可进一步包含至少一个太阳模块。在其中所述套件包含支撑结构的实施例中，所述接头可在所述狭窄或膨胀配置中与所述支撑结构定位在一起。
附图说明
14.下文中参考附图描述本公开的各个方面，所述附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，其中：
15.图1a是如本文中的至少一个实施例中所描述的呈狭窄配置的可膨胀接头的透视图；
16.图1b是图1a的且如本文中的至少一个实施例中所描述的可膨胀接头的横截面侧视图；
17.图2a-2d是如本文中的至少一个实施例中所描述的各种可膨胀接头配置的横截面侧视图；
18.图3a是如本文中的至少一个实施例中所描述的适合并入本文中所提供的可膨胀接头的太阳跟踪器的透视图；
19.图3b是如本文中的至少一个实施例中所描述的未描绘太阳模块阵列的图3a的太阳跟踪器的侧视图；
20.图3c是如本文中的至少一个实施例中所描述的定位在图3a及3b的太阳跟踪器的支撑结构内的可膨胀接头的透视图；
21.图4a是如本文中的至少一个实施例中所描述的呈狭窄配置的可膨胀接头的横截面侧视图；
22.图4b是如本文中的至少一个实施例中所描述的呈膨胀配置的在图4a中的可膨胀接头的横截面侧视图；
23.图4c是如本文中的至少一个实施例中所描述的在图4a中的可膨胀接头的示意性横截面侧视图；
24.图5是如本文中的至少一个实施例中所描述的可膨胀接头的透视图；及
25.图6是如本文中的至少一个实施例中所描述的定位在管内的可膨胀接头的侧视图。
具体实施方式
26.本公开描述一种经配置以加强太阳能系统的支撑结构，例如扭矩管的可膨胀接头。所述太阳能系统可为任何类型的太阳能系统，例如屋顶太阳能系统或太阳跟踪器系统等。在特定实施例中，所述太阳能系统是太阳跟踪器系统，其包含至少一个路基支撑结构，例如桩，以及安装并固定到所述路基支撑结构的太阳模块阵列及特别是从所述支撑结构大体上垂直延伸的轨道或扭矩管(参见图3a-3c)。
27.可膨胀接头经配置以在狭窄配置(参见图1a-2d)与膨胀配置(参见图4b)之间转变。在一些实施例中，可膨胀接头包含至少一个斜角板及含有两个或更多个转变点或弯曲点的至少一个侧板。
28.现在转向图1a及1b，本文中所描述的可膨胀接头100包含顶板110、底板120、第一侧板130、第二侧板140及至少一个斜角板150a-d。如所展示且在一些实施例中，顶板110及底板120可为大体上平面的且沿着所述接头的纵轴(a)从近端部分110a、120a延伸到远端部分110b、120b并在横向于纵向方向的方向上从第一侧端部分110c、120c延伸到第二侧端部分110d、120d。
29.顶板110、底板120、第一侧板130、第二侧板140及至少一个斜角板150a-d形成在其间界定接头通道160的封闭外周界。可膨胀接头100包含外表面101及内表面102。可膨胀接头100在图1a及1b中被描绘为呈狭窄配置，其中可膨胀接头100显示比膨胀配置(参见图4b)
小的横截面积且经设计以在转变到膨胀配置之前滑动到太阳能系统的支撑结构或扭矩管的支撑通道中。
30.第一侧板130包含附接到第一中间板132的第一端132a的第一会聚板131及附接到第一中间板132的第二端132b的第一发散板133。第一板130包含至少两个转变点，其中第一会聚板131与第一中间板132的第一端132a会合且第一发散板133与第一中间板132的第二端132b会合。所述转变点经配置且经设计为其中当接头100从狭窄配置转变为膨胀配置时第一侧板130将膨胀的位置。在一些实施例中，所述转变点还经配置且经设计为其中当接头100从膨胀配置转变为狭窄配置时第一侧板130将收缩或缩回的位置。
31.第二侧板140包含附接到第二中间板142的第一端142a的第二会聚板141及附接到第二中间板142的第二端142b的第二发散板143。第二侧板140包含至少两个转变点，其中第二会聚板141与第二中间板142的第一端142a会合且第二发散板143与第二中间板142的第二端142b会合。所述第二侧板的转变点经配置且经设计为其中当接头从狭窄配置转变为膨胀配置时所述第二侧板将膨胀的位置。在一些实施例中，所述转变点还经配置且经设计以当接头从膨胀配置转变为狭窄配置时收缩或缩回。
32.第一及第二中间板132、142还包含沿着中间板132、142的长度间歇地定位的多个接头孔170。接头孔170经配置以接纳用于将接头100固定在支撑结构或扭矩管内的紧固件。紧固件还将远离接头通道160的中心c，朝向支撑结构的至少一个支撑侧壁向外拉动接头100的侧板130、140。在一些实施例中，在插入到支撑结构的支撑通道中之前，接头孔170在狭窄配置中预加载有紧固件。在一些实施例中，在接头100插入到支撑结构的支撑通道中之后，将紧固件添加到接头孔170。
33.如图1a及1b中进一步描绘，第一及第二侧板130、140各自通过斜角板150a-d连接到顶板110及底板120以形成接头100的封闭外周界，其中通道160位于所述第一及第二侧板与所述顶板及底板之间。斜角板是以钝角在接头的顶板或底板中的一者与接头的第一或第二侧板中的一者之间延伸的大体上平面壁板。在一些实施例中，斜角板与顶板或底板中的一者之间的第一角是钝角(a1、a2、a3、a4)。在一些实施例中，斜角板与第一或第二侧板中的一者之间的第二角是钝角(b1、b2、b3、b4)。在一些实施例中，第一及第二角两者是钝角。例如，在一些实施例中，斜角板150a可从顶板110延伸到第一侧板130，从而在斜角板150a与顶板110或第一侧板130及特别是第一会聚板131中的至少一者(如果不是两者)之间产生钝角。在另一实例中，在一些实施例中，斜角板150b可从顶板110延伸到第二侧板140，从而在斜角板150b与顶板110或第二侧板140及特别是第二会聚板141中的至少一者(如果不是两者)之间产生钝角。在又一实例中，在一些实施例中，斜角板150c可从底板120延伸到第一侧板130，从而在斜角板150c与底板120或第一侧板130及特别是第一发散板133中的至少一者(如果不是两者)之间产生钝角。在又一实例中，在一些实施例中，斜角板150d可从底板120延伸到第二侧板140，从而在斜角板150d与底板120或第二侧板140及特别是第二发散板143中的至少一者(如果不是两者)之间产生钝角。
34.在图1a及1b中，在一些实施例中，接头100包含第一顶部斜角板150a、第一底部斜角板150b、第二顶部斜角板150b及第二底部斜角板150d。第一顶部斜角板150a将第一会聚板131的顶端131a连接到顶板110的第一侧端部分110c。第一底部斜角板150c将第一发散板133的底端133b连接到底板120的第一侧端部分120c。第二顶部斜角板150b将第二会聚板
141的顶端141a连接到顶板110的第二侧端部分110d。第二底部斜角板150d将第二发散板143的底端143b连接到底板120的第二侧端部分120d。
35.在一些实施例中，斜角板与其连接到的相邻板(即，顶板、底板或侧板)之间产生的钝角可在从约95到170度的范围内。在一些实施例中，斜角板与其连接到的相邻板之间产生的钝角可在从约100到150度的范围内。在一些实施例中，斜角板与其连接到的相邻板之间产生的角度可在从约120到140度的范围内。
36.如图2a-2d中所描绘，本文中所描述的可膨胀接头200a、200b、200c、200d可包含一或多个斜角板250a-c。在一些实施例中，所述可膨胀接头包含一个、两个、三个或四个斜角板。
37.如图2a-2d中进一步描绘，本文中所描述的可膨胀接头200a、200b、200c、200d包含至少8个顶点。在一些实施例中，本文中所描述的可膨胀接头200b、200c、200d包含至少10个顶点。在一些实施例中，本文中所描述的可膨胀接头200b包含至少12个顶点。
38.在又其它实施例中，本文中所描述的可膨胀接头包含10-12个顶点。在一些实施例中，本文中所描述的可膨胀接头包含12个顶点。
39.如图2a中所说明，在一些实施例中，可膨胀接头200a可包含仅一个斜角板250a及含有两个转变点232a、232b的仅一个侧板。所述接头200a包含8个顶点。
40.在一些实施例中，如图2b及2c中所说明，可膨胀接头200b、200c可包含仅两个斜角板250a、250b及两个侧板230、240，每一侧板包含两个转变点232a、232b、242a、242b。在图2b中，可膨胀接头200b包含定位在相对端(即，一者经附接到顶板210而另一者经附接到底板220)及相对侧(即，在不同的第一及第二侧板230、240上)上的第一及第二斜角板250a、250b。在图2c中，可膨胀接头200c包含定位在同一端上的第一及第二斜角板250a、250b，即，两者经附接到底板220。图2d描绘包含第一、第二及第三斜角板250a、250b、250c以及含有至少两个转变点232a、232b、242a、242b的两个侧板的可膨胀接头200d。接头200b、200c、200c包含10-12个顶点。
41.转向图3a-3b，其描绘太阳能系统310，例如太阳能跟踪器，所述太阳能系统包含定位在从多个大体上水平的支撑结构312(即，扭矩管)延伸的多个轨道312上的多个太阳模块314。支撑结构或扭矩管是由从地面或靠近地面的基座垂直延伸的地柱316垂直支撑。
42.如图3c中所展示，本文中所描述的可膨胀接头300经配置以插入支撑结构或扭矩管312的支撑通道内以增加支撑结构312的强度以防止支撑结构312的偏转或翘曲。在图3c中，可膨胀接头300被展示为呈狭窄配置且插入第一扭矩管312a及第二扭矩管312b的支撑通道内(第二扭矩管312b的与第一扭矩管312a相邻的一部分从所述图移除以允许更好地接达定位在其中的可膨胀接头300)。接头300在狭窄配置中包含四个斜角板350a-d且接头孔370与扭矩管312a、312b的支撑孔375对准，使得紧固件(未展示)可穿过支撑孔375且经接纳在接头孔370内以将接头300固定到相对于扭矩管312a、312b的固定位置中。如所展示，扭矩管312a、312b各自为大体上矩形，包含全部经连接以形成封闭外周界的顶部支撑壁381、底部支撑壁382及两个侧支撑壁383、384。顶部及底部支撑壁381、382大体上彼此平行且大体上垂直于在其间延伸的第一及第二侧支撑壁381、382。还可使用扭矩管的其它几何配置。
43.在图4a-4c中，可膨胀接头400包含带螺纹以接纳螺纹紧固件495(例如螺钉或螺栓)的接头孔470。在一些实施例中，所述孔简单地穿透侧壁的厚度。在一些实施例中，侧壁
的厚度可围绕接头孔增加以容纳经配置以接纳紧固件的螺纹焊接螺母或螺纹铆钉螺母。在又其它实施例中，接头孔可通过热钻孔穿过接头壁而形成，这会产生壁厚度增加的螺纹孔，而不必在开口处或周围添加或固定额外材料。
44.在一些实施例中，接头孔不带螺纹，且紧固件简单地穿过接头孔定位并固定到定位在其端部上的螺母，所述螺母经定位在接头的接头通道内。
45.如所描绘，在一些实施例中，紧固件495经由支撑孔475穿过第一及第二侧支撑壁483、484且经接纳在螺纹接头孔470内。随着紧固件495旋转或拧紧，紧固件495远离接头通道426的中心c且朝向扭矩管412的内侧492拉动螺纹接头孔470。由于定位在接头孔470的任一侧上的至少两个转变点232a、232b、242a、242b，平滑地发生远离接头通道426的中心c的向外移动。这个转变是在第一及第二侧板430、440靠着并大体上平行于第一及第二支撑侧板483、484且斜角板450a-d经固定在适当位置时完成。更特定来说，在一些实施例中，斜角板450a-d各自包含其间具有大体上平面的伸长主体的第一及第二相对端451a、452a、451b、452b、451c、452c、451d、452d。在膨胀配置中，斜角板450a-d的第一端451a、451b、451c、451d是抵靠扭矩管412的顶部或底部支撑壁481、482定位且斜角板450a-d的第二相对端452a、452b、452c、452d是紧靠扭矩管412的第一或第二支撑侧壁483、484中的一者定位。斜角板450a-d在支撑结构412的隅角与接头400之间产生空间492a-d。接头400在膨胀配置中不改变扭矩管412的外周界。由此允许扭矩管具有增加的强度而不会增加大小。
46.如图4c中所展示，随着紧固件495旋转或拧紧，紧固件495远离接头通道426的中心c且朝向扭矩管412拉动螺纹接头孔470(如由指向彼此的单个箭头所指示)，从而引起扭矩管412内的接头400膨胀，这会产生在管412的隅角附近局部化的接触压力线(如箭头群组所指示)。在扭矩管412的隅角附近局部化的接触压力线提供：相对于典型封闭型管的平坦侧壁具有更高刚度的管412的隅角区；经由更硬区在管之间的更有效载荷传递(即，在载荷下发生局部偏转的机会更小)；及/或在传递扭转及弯曲载荷时更有效的管的隅角区，因为隅角是距管的质心或中性轴最远的区域。(即，由于最大半径而降低接触载荷)。在隅角附近但不直接在隅角处接触是一种更稳健的方法，因为其可适应扭矩管之间的制造公差。在实施例中，接触压力的量值将沿着接合长度基本上均匀，这与替代设计相比，减少总应力同时增加接合刚度。
47.图4c中还展示从接头400突出且穿过管412的顶部以使所述接头沿着所述管的长度纵向居中在所述管内的对准构件425。
48.在一些实施例中，如图1a中所展示，如本文中所提供的可膨胀接头100可包含近端或远端110a、110b中的至少一者上或附近的平坦表面或平坦边缘。在一些实施例中，如图5中所展示，如本文中所提供的可膨胀接头500可包含所述近端或远端中的至少一者上的弯曲表面或弯曲边缘511(尤其在例如图5中的近端510a上展示)。所述弯曲边缘在顶板510、底板520、第一侧板530、第二侧板540中的至少一者上。如所描绘，弯曲表面或边缘511纵向延伸到板或壁中，从而有效地雕刻出板或壁的一部分。弯曲表面或边缘511局部地降低接头500的端部处的刚度且降低接头500的端部处的应力集中。在一些实施例中，所述弯曲表面或边缘围绕所述接头的端部的周界是对称的。在一些实施例中，所述弯曲表面或边缘围绕所述接头的端部的周界是不对称的。
49.在一些实施例中，如图5中进一步展示，管512内部的接头500的膨胀在管512的隅
角附近，且特别是沿着管512的顶板、底板及/或侧板的长度，在每一隅角的任一侧上产生接触压力区域514。
50.在图6中，在一些实施例中，可膨胀接头600进一步包含从接头600的顶部或底部非折叠表面610、620中的至少一者向外突出的至少一个对准凸片625。一或多个对准凸片625提供扭矩管内的自动纵向对准。在一些实施例中，在相邻扭矩管612a、612b之间存在间隙630且一或多个对准凸片625经配置以装配在相邻扭矩管612a、612b之间的间隙630内(如果没有完全填充间隙630)。在插入期间，可膨胀接头600可穿过第一管612a插入或纵向滑动到相邻第二管612b中，其中一或多个对准凸片625将包含自然偏置以随着一或多个对准构件625离开第一管612a且在到达第二管612b之前填充两个管之间的间隙630。一旦对准凸片625填充间隙630，对准构件625就还可防止接头600推进或进一步纵向滑动到任一管612a、612b中。一或多个对准构件625还可提供接头孔与扭矩管612a、612b的支撑孔675的自动对准。一或多个对准构件625还可指示接头600的恰当放置。在实施例中，一或多个对准构件可居中在可膨胀接头上。在一些实施例中，一或多个对准构件是至少两个隔开的对准构件。
51.本文中所提供的可膨胀接头经配置为一件式结构。所述接头可由任何合适工艺制成，包含但不限于射出成型、压缩成型、挤出成型、热成形、烧结、层压、压铸、粉末冶金、锻造、冲压等。所述接头可由任何合适材料制成，包含但不限于硬塑料或金属，包含聚碳酸酯、铝、钢、铜等。
52.本文中所提供的支撑结构经配置为一件式结构。所述支撑结构可由任何合适工艺制成，包含但不限于射出成型、压缩成型、挤出成型、热成形、烧结、压铸、压铸、粉末冶金、锻造、冲压等。所述支撑结构可由任何合适材料制成，包含但不限于硬塑料或金属，包含聚碳酸酯、铝、钢、铜等。
53.在一些实施例中，本文中所描述的接头经配置以比支撑结构薄。在一些实施例中，本文中所描述的接头经配置以比支撑结构厚。在一些实施例中，本文中所描述的接头经配置以具有与支撑结构相同的厚度。
54.在一些实施例中，本文中所描述的接头可为用于太阳能系统的套件的部分。此类套件可包含至少一个太阳模块、包含扭矩管的至少一个支撑结构，及如本文中所描述的至少一个可膨胀接头。在一些实施例中，所述可膨胀接头经配置以在狭窄配置与膨胀配置之间转变。在一些实施例中，所述套件包含可膨胀接头，所述可膨胀接头包含：顶板；底板；第一侧板，其包含附接到第一中间板的第一端的第一会聚板及附接到所述第一中间板的第二端的第一发散板，所述第一板包含两个弯曲点；及第二侧板，其包含附接到第二中间板的第一端的第二会聚板及附接到所述第二中间板的第二端的第二发散板，所述第二板包含两个弯曲点，其中所述第一及第二侧板直接或通过至少一个斜角板连接到所述顶板及底板以在所述第一及第二侧板与所述顶板及底板之间形成通道。
55.在一些实施例中，所述套件可包含多个带框太阳模块、多个支撑结构及本文中所描述的多个接头。另外，本文中所描述的套件可进一步包含通常与太阳跟踪器的组合件相关联的额外组件，包含但不限于马达、接线盒、布线、母线、带、玻璃盖、地面支撑结构等。
56.将理解，可对本文中所公开的实施例进行各种修改。因此，以上描述不应被解释为限制性，而是仅例示优选实施例。所属领域的技术人员将设想在本公开的范围及精神内的其它修改。此类修改及变动意在落入以下权利要求书的范围内。