屋顶用轻质光伏组件系统的制作方法

1.本实用新型涉及光伏组件冷却技术领域，特别是涉及一种屋顶用轻质光伏组件系统。


背景技术：

2.太阳能电池组件安装于屋顶，屋顶材料在受到太阳辐射的情况下会产生热量，太阳能组件自身也会产生热量，在加上光伏组件距离屋顶距离较近，温度甚至可以达到70℃，而组件发电量与组件温度负相关，温度越高发电量越低。目前，为了提高组件散热效果，光伏电池冷却技术中风冷和水冷是比较常用的两种方法。其他冷却技术如浸入式冷却技术、重力热管冷却技术、微通道冷却技术在上述光伏电池中也有应用，但是成本高、稳定性低，适用范围小。空气冷却是自然通风或强制通风的方式，利用空气带走积累在光伏电池上的热量。自然通风冷却是目前使用最广泛的，其将光伏组件背面具有高导热系数的金属冷却板作为一个散热器,利用空气自然对流，组件热量转移到金属板上，通过自然风的对流散热。该方法结构简单、无能耗且可靠性高，但在高温低风速条件下，金属冷却板的散热性能会大大降低。如果采用强制风冷，则需要在电池背面安装风扇驱动空气对组件进行通风，以起到散热效果，强制风冷使用需要额外用电，会造成组件的功率损失，且成本较高。水冷方式是利用水或其他液体介质吸收组件余热的冷却方式。水冷方式效果比用自然通风的方法要好，因为水(和其他)高导热液体介质导热性能比空气好，在相同的传热面积下水冷效果明显优于空气冷却。一个典型的水冷却系统由换热器、水箱、水泵及一些连接阀门等部件组成的。虽然水冷却比气冷组件在散热效果和余热利用上有很大的优势，但水泵的使用需要用电，耗能较大。此外，水冷却系统的管路和连接点也较多，其潜在的泄漏点也会较多，一旦发生管路泄漏或泵故障，水冷却系统很快就会失效，稳定性也不高。


技术实现要素：

3.本实用新型提供了一种屋顶用轻质光伏组件系统，用以利用自然风为组件降温，进而有效提高组件的转换效率，所述屋顶用轻质光伏组件系统包括设置于倾斜屋顶的檩条及光伏组件，其中：
4.多个所述檩条沿屋顶的倾斜方向具有间隔的平行排布，间隔距离等于所述光伏组件的长度；
5.至少一列所述光伏组件沿屋顶的倾斜方向依次铺设，前一所述光伏组件边框构件的低端均叠搭于后一所述光伏组件边框构件的高端之上，并共同固定于一所述檩条，以使一列内各相邻两个所述光伏组件呈阶梯状排布。
6.具体实施中，各所述光伏组件均包括层压件和两个所述边框构件，两个所述边框构件通过卡槽分别卡合于所述层压件的两个长边外侧。
7.具体实施中，所述边框构件包括本体和两个安装销构件，两个所述安装销构件设置于所述本体的两端，并嵌入至所述本体的腔体内部以固定。
8.具体实施中，所述安装销构件的两侧还设置有限位卡点，以使所述安装销构件的安装端探出至所述腔体外部。
9.具体实施中，所述安装销构件的嵌入端呈锯齿状，以增强所述安装销构件与所述腔体的摩擦力。
10.具体实施中，所述安装销构件设置有安装孔，以使所述边框构件通过螺栓可拆卸的连接于所述檩条。
11.具体实施中，所述安装销构件与所述檩条之间还设置有垫片和/或弹簧垫片。
12.具体实施中，所述边框构件的卡槽内部还设置有弹性体缓冲垫。
13.具体实施中，所述弹性体缓冲垫为硅胶缓冲垫。
14.具体实施中，所述光伏组件的两个短边侧不包括边框构件。
15.本实用新型提供的屋顶用轻质光伏组件系统，包括设置于倾斜屋顶的檩条及光伏组件：多个檩条沿屋顶的倾斜方向具有间隔的平行排布，间隔距离等于光伏组件的长度；至少一列所述光伏组件沿屋顶的倾斜方向依次铺设，各光伏组件边框构件的低端均叠搭于后一所述光伏组件边框构件的高端之上，并共同固定于一所述檩条，以使一列内各相邻两个光伏组件呈阶梯状排布。该光伏组件系统设置在有坡度的屋顶时，各相邻的光伏组件呈阶梯状的上下连接，这种排列方式可以有效提升空气的流动，持续流动的自然风不仅可以降低组件温度，且灰尘不易沉积，进而可以有效提高组件的转换效率，提高发电系统的发电量。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
17.图1是根据本实用新型一个具体实施方式中屋顶用轻质光伏组件系统的结构示意图；
18.图2是根据本实用新型一个具体实施方式中光伏组件的结构示意图；
19.图3是根据本实用新型一个具体实施方式中光伏组件的剖面结构示意图；
20.图4是根据本实用新型一个具体实施方式中边框构件的结构示意图；
21.图5是根据本实用新型一个具体实施方式中边框构件本体的剖面结构示意图；
22.图6是根据本实用新型一个具体实施方式中安装销构件的结构示意图；
23.图7是根据本实用新型一个具体实施方式中光伏组件与檩条的连接结构示意图；
24.图8是根据本实用新型一个具体实施方式中光伏组件间隙散热的示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型具体实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型具体实施方式做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性具体实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
26.申请人在研发中发现：在相同的传热面积下,自然通风冷却的冷却效果虽然低于
组件强制空气冷却和水冷却,但它有独特的优点，即可靠性，所以自然通风冷却技术目前仍然是最可靠、最广泛使用的光伏组件冷却技术，解决光伏组件冷却的问题是一个重要的研究方向。因此十分必要的研究设计了一种新型的基于自然通风,在高风速和低风速情况下都能实现较好的冷却效果。从热力学和成本方面考虑通过对光伏组件的边框进行重新设计，光伏组件可以在上下方向空气可以很好的流通，光伏组件在系统安装时，组件与组件成一定的高度差形成了空间体积差，由于有空间体积差的存在，空气体积膨胀做功使空气的内能减小、温度降低成为“冷空气”，也产生低压区，底部的高压空气会流向顶部的低压区，然后依次形成一个持续流动的自然风，来降低组件温度。光伏组件短边无边框设计，组件上灰尘不易沉积，有效预防热斑产生，提高组件的转换效率，提高发电系统发电量。考虑屋顶安装的防火要求，可以采取双玻封装组件方案。
27.如图1所示，本实用新型提供了一种屋顶用轻质光伏组件系统，用以利用自然风为组件降温，进而有效提高组件的转换效率，所述屋顶用轻质光伏组件系统包括设置于倾斜屋顶15的檩条11及光伏组件9，其中：
28.多个所述檩条11沿屋顶15的倾斜方向具有间隔的平行排布，间隔距离等于所述光伏组件9的长度；
29.至少一列所述光伏组件9沿屋顶15的倾斜方向依次铺设，前一所述光伏组件9边框构件6的低端均叠搭于后一所述光伏组件9边框构件6的高端之上，并共同固定于一所述檩条11，以使一列内各相邻两个所述光伏组件9呈阶梯状排布。
30.具体实施中，如图1及图8所示，光伏组件9在有坡度的屋顶15安装时，光伏组件9上下连接，气体可以从组件空隙14流出：由于光伏组件9在屋顶15发电会产生热量，受到太阳辐射组件和屋顶15也会产生热量，热空气则会往高空流动，在空气流动过程中，气流从底部光伏组件9的下方进入，经过第一层光伏组件9到第二层时，由于空间体积差的存在，空气体积膨胀做功使空气的内能减小、温度降低成为“冷空气”，也产生低压区，底部的高压空气会流向顶部的低压区，然后依次形成一个持续流动的自然风，来降低光伏组件9温度，灰尘也因流动的空气不易沉积。
31.具体实施中，光伏组件9的设置可以有多种实施方案。例如，如图2及图3所示，各所述光伏组件9均包括层压件7和两个所述边框构件6，两个所述边框构件6通过卡槽分别卡合于所述层压件7的两个长边外侧。边框采取单边边框的设计，即保留长边框，取消短边框，可以实现轻量化，边框重量降低约30％，组件重量降低约6％，进而可以更好降低组件成本，降低光伏系统载荷及降低系统成本。
32.具体实施中，边框构件6的设置可以有多种实施方案。例如，如图4级图5所示，所述边框构件6包括本体4和两个安装销构件1，两个所述安装销构件1设置于所述本体4的两端，并嵌入至所述本体4的腔体5内部以固定。边框构件6的设计容易拆解，便于全生命周期末期的拆解与回收。进一步的，设置安装销构件1时，安装销构件1插入腔体5内可以通过冲压码点连接，与本体4一起形成边框构件6。
33.具体实施中，如图6所示，为了起到限位作用，使插入边框本体4的腔体5内的安装销构件1可以留出安装位置，所述安装销构件1的两侧还设置有限位卡点2，以使所述安装销构件1的安装端探出至所述腔体5外部。
34.具体实施中，安装销构件1嵌入端形状的设置可以有多种实施方案。例如，如图6所
示，所述安装销构件1的嵌入端可以呈锯齿状，以增强所述安装销构件1与所述腔体5的摩擦力。
35.具体实施中，边框构件6的固定可以有多种实施方案。例如，如图6所示，所述安装销构件1设置有安装孔3，以使所述边框构件6通过螺栓10可拆卸的连接于所述檩条11。安装时，如图7所示，两块光伏组件9的短边互叠，通过安装销构件1处的安装孔3部位互叠，使用螺栓10(m8)穿过安装孔3，螺栓10则固定在檩条11上，从而将光伏组件9整体固定。
36.具体实施中，如图7所示，为了保证光伏组件9的安装稳定，避免螺栓10出现松动，影响发电，所述安装销构件1与所述檩条11之间还可以设置有垫片12和/或弹簧垫片13。
37.具体实施中，如图3所示，为了有效保护层压件7，避免层压件7因震动等碎裂，所述边框构件6的卡槽内部还设置有弹性体缓冲垫8。进一步的，弹性体缓冲垫8的材质选用在设置时可以有多种实施方案。例如，由于硅胶材质具有弹性好，且耐久性强的特点，因而所述弹性体缓冲垫8可以为硅胶缓冲垫。连接层压件7与边框构件6时，需要在边框构件6的卡槽里面填充硅胶以形成缓冲垫，层压件7则需要挤压进边框构件6的卡槽内，硅胶缓冲垫经过固化后便形成了新型的光伏组件9。
38.具体实施中，为了有效降低组件重量以及生产成本，还可以取消光伏组件9短边册的边框构件6，即所述光伏组件9的两个短边侧不包括边框构件6。
39.综上所述，本实用新型提供的屋顶用轻质光伏组件系统，包括设置于倾斜屋顶15的檩条11及光伏组件9：多个檩条11沿屋顶15的倾斜方向具有间隔的平行排布，间隔距离等于光伏组件9的长度；至少一列所述光伏组件9沿屋顶15的倾斜方向依次铺设，各光伏组件9边框构件6的低端均叠搭于后一所述光伏组件9边框构件6的高端之上，并共同固定于一所述檩条11，以使一列内各相邻两个光伏组件9呈阶梯状排布。该光伏组件9系统设置在有坡度的屋顶15时，各相邻的光伏组件9呈阶梯状的上下连接，这种排列方式可以有效提升空气的流动，持续流动的自然风不仅可以降低组件温度，且灰尘不易沉积，进而可以有效提高组件的转换效率，提高发电系统的发电量。
40.以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。