专利名称：太阳电池板的框架系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及框架系统，特别是涉及适合按矩阵在支撑结构上安装面板元件或者薄板元件的系统。本发明将采用安装太阳电池板领域的特殊应用来说明，太阳电池板也称为光电(PV)板，适合以与水平面并相对于太阳成一定角度适当地安装。但是，本发明和该框架系统不仅仅限于这些应用，其可延伸至类似的应用场合。在本讨论中，我们把所述系统的使用作为主要在屋顶安装或者屋顶集成的应用来讲。然而所述系统经过细微的调整，同样适合作为外部PV侧壁包层系统应用在垂直安装中。
背景技术：
在太阳PV板领域中，已经提出了对于形成具有屋顶瓦的通常特征的建议，于是PV板可集成到屋顶中，如瓦式屋顶(通常的但不是唯一的)。可选的方法是，具有适合安装在屋顶之上的板。然而，关于PV板的设计和研发的重要考虑是，板在建筑结构上有效集成到屋顶设计的能力。在屋顶中集成的板中，除了在安装有PV瓦的建筑物中使用的PV电能外，有很大机会来有效获得太阳热能，在太阳能技术领域被称为PV/热能或者PV/T。在传统屋顶元件如瓦或者金属系统被板代替的地方，在屋顶中可靠和便捷的安装以及防风雨密封是最重要的。
一个公知的系统是这样的每个太阳电池板或者瓦具有安装PV板的框架，PV板的周围被密封，并且框架所具有的结构有利于其安装在诸如传统屋顶板条上。然而，公知的框架具有固定尺寸，因此不需要安装结构，并且与诸如标准板条间距不一致。固定尺寸也严格限制了可集成到框架中的市场上可以购买到的PV板的数量。而定制尺寸的PV板会有额外的费用，这使得任何使用定制尺寸的PV板的系统市场竞争力减弱。
其它公知的屋顶集成框架系统在PV板下需要附加结构来确保防风雨密封，或者使用需附加元件来连接到屋顶结构的伸长的框架部分，在一些情况中对于视觉和外部环境都缺乏光滑的外表面。这些系统通常需要制造、仓储、运输、安装使用大量的元件，且本质上不是那种安装在简单框架(密封PV板)中PV集成系统。理想的是，建筑物集成的PV板框架系统在通常的制造过程可简单的配合到PV板。
因此就需要一种新的、有用的对现有方法的替代，包括如下内容使自身的尺寸适合标准尺寸、可容易车间组装的标准产品线PV板，框架需要最少的附加元件，便于集成到屋顶结构，板元件有效的防风雨密封。
发明内容
在一方面本发明在于一种在建筑物结构上安装太阳电池板的框架系统，该框架系统包括(a)细长的上框架件；(b)细长的下框架件；(c)两个细长的侧框架件；(d)其中i)每个所述的框架件具有细长的槽，用来与太阳板片的相关边缘以防风雨关系配合；ii)所述框架件在框架系统的各个拐角处适合于相互连接，(e)上框架件具有限制框架系统向建筑物结构下方运动的悬垂限制件；在建筑物结构的板条上支撑框架系统的支撑元件；和防风雨目的的上部，上部被所述细长的槽间隔开来，适合按重叠、防风雨密封关系支撑另一太阳电池板的下部；(f)各侧框架件在上表面部分具有与压盖元件配合的直立壁元件，压盖元件适合于在相邻太阳电池板间架桥，形成防风雨密封。
2.根据权利要求1所述的框架系统，其特征在于，该系统还包括下框架件，该下框架件具有按防风雨密封关系与太阳板片的相关边缘配合的细长槽。
3.根据权利要求1或2所述的框架系统，其特征在于，。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，还包括在框架系统中可以调节位置的横向支撑件。
优选的是，在外直立边缘表面上的至少一个侧壁件具有安装弹性可变形密封件的装置，相邻电池板通过密封件按可控制电池板之间间距并允许调整公差的方式配合。
优选的是，在每个框架件上直立壁元件具有根切，与压盖元件的相应悬垂壁形成弹卡配合。
优选的是，上壁元件和下壁元件中的每一个都是由大致开口盒子结构的凸起形成，并且包括螺栓杆配合腔，从侧框架件的侧面的外边施加的螺栓可以配合而紧固拐角接头。
为了确保太阳电池板下表面的冷凝水的扩散，优选的是，上框架件的上部区域还具有直立凸缘，将冷凝水从上级框架太阳电池板导引到上框架件的上表面。
优选的是，下框架件具有与相邻下级框架太阳电池板的上框架件的上表面配合的端部，该端部延伸至悬伸凸缘元件来与所述下级太阳电池板配合，使得下级框架太阳电池板的上框架件中的细长槽与风雨隔离。
优选的是，细长的下框架件由两个部件组成一个是较小的弹卡配合部件，其形成了细长槽的最上部的壁，用于太阳板片的下框架件的防风雨密封，并且其与较大部件按弹卡配合方式配合，较小部件的悬垂壁下端的根切与较大部件的对应根切配合，在壁的下表面上较小的弹卡配合区有密封胶槽，在弹卡配合到位时来形成太阳电池板的防风雨密封，用来限制聚合物密封复合物的槽可以按“湿”或者“粘性”状态在上边缘内的细长下框架件和密封的太阳板片之间形成防风雨/水的密封。
接头是太阳瓦最关键的防水密封位置。由于弹卡配合使得在将框架组装到太阳电池板时更容易且干净地施加密封化合物，且一旦完成弹卡配合，“湿”密封化合物很少或易于清洁，故本申请采用弹卡配合。
优选的是，每个侧框架件为凸起，具有空心体部分、容纳保持密封件的凸缘的根切槽的外侧壁，在相反的一侧设置有细长的抛光槽来安装太阳板片，于是设置有悬伸的凸缘来防风雨尤其是紫外线损伤抛光凹槽，通常通过使用聚合物密封带来产生密封。
这样的安排允许聚合物密封材料按有效密封布局延伸超过抛光槽的外限，此处有覆盖该部分并保护它的悬伸元件。
优选的是，悬伸凸缘的大小受到限制，从而获得太阳玻璃板的最小安全边缘配合，但是它不能进入位于太阳电池板的外边缘的太阳单元或者PV元件。这使得PV和悬伸凸缘之间的间隙可能达到最大，避免PV被框架件遮挡。
优选的是，抛光的聚合物密封件具有非对称外形，下壁部分上的凸缘延伸超过了下抛光槽壁的边缘，给太阳电池板的下侧提供附加的支撑，并且限定上壁来配合在抛光槽悬伸凸缘的下方和内部。
优选的是，每个侧框架件在其下表面有如蘑菇形截面的根切槽，来安装用于连接横向延伸安装件的弹卡配合结构或者优选的是金属螺栓头，以便支撑太阳电池板离开屋顶板条。
优选的是，借助细长侧框架件上的细长蘑菇槽使得屋顶板条的相互间隔公差变化，框架上的横向支撑件的安装在其相对位置上是可调的。
横向板条支撑件优选的由细长元件制成，该细长元件的跨度是从太阳瓦的一个细长侧框架件至另一个，并优选的通过螺栓或者弹卡配合连接，沿着该跨度元件有一系列隔离件i)填补了太阳电池板的下侧和横向跨度元件的顶表面间的间隙，和ii)填补了横向跨度元件的底部和屋顶板条间的间隙，这些隔离件的形状是一系列垂直肋，这些肋按如下方式提供间距和支撑允许如在太阳电池板的下侧冷凝而成水分不受横向跨度元件的干扰自由流下，相似的，这些肋允许气流在横向支撑件和建筑物结构的屋顶板条之间流动，避免在这些地方的水分可能会加速腐蚀屋顶板条。
为了说明的目的，下面将参考附图描述本发明的实施例，其中图1是根据本发明的实施例的安装在屋顶结构上的多个太阳瓦的简图；图2是沿着图1中线A-A的侧视图；图3是在图1和2中使用的两个太阳电池板板瓦的简易平面视图，已经准备好安装但是没有示出太阳电池板板片；图4是太阳瓦的相反的平面视图，详细示出了横向支撑件的两个实施例；图5是放大的横截面视图，示出了在图1至3中使用的相邻侧框架件之间的防风雨接头；和，图6是放大的详细的横截面视图，示出了第一下级太阳瓦的上框架件支撑第二上级太阳瓦的下框架件的相互关系。
具体实施例方式
首先参考图1至3，屋顶结构包括带有横截面为矩形的水平板条11的相互平行且间隔开的橼子10，板条11的间距大约是太阳瓦长度的一半。图1示出了太阳瓦12的矩阵，这些太阳瓦12都相同且靠压盖元件37按防风雨密封关系连接。
参考图3，从上方看有两个太阳瓦，每个太阳瓦有上框架件13、侧框架件14和下框架件15，他们被太阳瓦固有的板片16(未示出)按防风雨密封方式牢固连接和夹持。大约在中点处，设置有横向支撑件17，其每一端固定在侧框架件14上。在更大的太阳瓦中可以有多于一个的这样的横向梁，在一个典型的例子中是两个横向梁。图3还示出了一个电连接盒18，其电连接至太阳瓦并且连接至矩阵中来供电。
参考图3，横向支撑件17是一个实施例，可以被图4所示的其它优选实施例所代替，如所示的部件19，20和20A。实施例17使用模锻金属型材。参考图4，金属型材17上有一列相互间隔开的楔形件21，其上相应的有从横向元件向上和向下延伸的凹槽22，凹槽22将横向元件与另外的板条隔离，如图2更清楚地示出的，并且在横向支撑件和电池板板片的背面之间形成间距。模锻金属横向支撑件中所需的凹槽22的高度取决于横向支撑件在太阳瓦框架中的相对位置。
在另外一个实施例中，该横向支撑件19是铝挤压成形件，带相关的平行凹槽20，20A的塑料压模矩阵。该隔离凹槽20A的矩阵位于横向支撑件的下面，在隔离凹槽矩阵和电池板板片背面之间形成垂直的槽，该槽允许在板的背面上冷凝的水自由流过横向支撑件。其他的使用压模金属横向支撑件的指向下的凹槽22的实施例也可以产生这种效果。在优选实施例中塑料凹槽20的矩阵位于横向支撑件19之上来与其它板条间隔。在一些太阳瓦的形式中，在横向支撑件和屋顶板条之间不需要塑料隔离凹槽矩阵，这取决于横向支撑件相对于框架的位置。在凹槽的所有实施例中，在所有塑料模制矩阵20和模锻金属实施例22中，都允许空气在屋顶板条和横向支撑件之间流动，来防止水分凝聚和腐蚀屋顶板条。
现在参考图5，示出了相邻太阳瓦之间的接头。在每个太阳瓦中侧框架件14是铝挤压成形元件，虽然在另一个实施例中每个框架件可以是塑料挤压成形元件。该挤压成形元件具有管形体部分23和由间隔的壁限定的抛光槽24，该间隔壁容纳太阳瓦板片25，太阳瓦板片25密封地配合在聚合物凹槽形密封件26中。上壁部27具有凸缘28，凸缘8上悬伸有聚合物密封件的尖端部分29，因此保护其不受包括雨水和紫外线等因素的影响，因此确保建立和保持可靠的密封。管形部分23的自由直立边缘壁31具有根切部分来容纳弹性可变形管形密封件33的T形肋32。在如图4中33所清楚示出的间隔位置上有一系列这样的密封件。
设计管形密封件使其允许太阳电池板能方便地相互间隔细微的间距设置，并确保对应直立限定壁35之间间隔的精确控制。每个壁35具有肩部36，肩部36向上延伸与凸起的盖条37弹卡配合。盖条37可便捷地用图2中63所示的定位螺栓固定，螺栓固定的位置在上方相邻瓦的下框架件上。固定螺栓也穿过支撑板条11，因此保证了整个太阳瓦固定在支撑结构上，不会被风移动。
图5示出了整体成形到侧挤压成形元件中的蘑菇形截面槽38，槽38容纳相应形状的弹卡配合或者螺栓紧固元件，在图4中用39来标识，该紧固元件确保将横向梁17安装好。
现在参考图6，下级太阳瓦的上框架件40和上级太阳瓦的由两个元件41、41A构成的下框架件一起按重叠关系和安装位置被示出。如图3所示的，斜角接头形成在矩形框架的每个拐角处，两个螺栓42穿过侧框架件的侧壁31，按自攻丝方法与上框架件40和下框架件41，41A螺纹配合。
上框架件40具有后壁45，后壁45具有悬垂保持壁46，勾连在板条61的边缘之后将太阳瓦限定在其位置上；和横向壁47，支撑太阳瓦。后壁45与确保任何从上级太阳瓦薄板49滴下的冷凝水偏转的直立凸缘48结合，沿着壁50的上表面50偏转冷凝，通过间隙冷凝液体从壁50排到下级太阳瓦49A的外部，该间隙设置在上、下元件41D和为防风雨密封目的而设置的凹槽47A之间。
壁50也与限定于一对壁52和53之间的抛光槽结合，在其间有U形的聚合物密封元件54。下框架件41，41A类似地具有与板片49密封配合的U形聚合物件55，和位于弹卡配合部件41A的槽41C下的附加“湿”聚合物密封件55A。通过将41和41A锁在一起的根切弹卡配合元件41B的作用下，弹卡配合元件41A配合成为下框架件41的一部分，并且在应用了湿密封聚合物材料55A之后，定位在太阳电池板49之上，通常从小孔中以半液体形式进入41A的槽41C。
在其自由边缘区，通过设置在元件40上表面中的浅槽47A中，元件41具有带基壁部分47(配置在元件40的上表面用于支撑)的向前悬垂壁56，并且具有悬伸防风雨目的密封隔板54的向下延伸弯曲凸缘58。元件41的下部41D不直接与元件40的上表面连接，给水分排泄至下级太阳电池板49A的外部留下间隙。
上述参考附图的在本系统中很多详细之处确实提供了清楚的优点，下面将总结更多的重要特征1.外部悬伸件设置在抛光槽上，以便保护聚合物密封元件不受风雨腐蚀，特别是UV的直接照射。在上框架件中，虽然密封元件是露出的，但是其上相邻瓦单位的下框架件的悬伸凸缘提供了保护。
2.通过弹卡配合或者螺栓配合横向支撑件连接到预定的位置，尤其是在现有屋顶改型的例子中，位置调节可以适用到现有板条。该横向支撑件的高度也是可以选择的，以适合沿着框架的位置。
3.如图所示，优选的上框架件的形式是在悬垂支架中结合一对凹槽46A，因此减少支架和板条之间的接触表面区域，以此使这两个表面之间集聚的水分和腐蚀结果最小化。出于同样的目的，凹槽47A和悬垂块62设置在上框架件的优选形式中。
4.如图5所示，弹性可变形管形件33在相邻单元之间提供适宜的间隔，该间隔的功能允许建立一致的间距，同时也允许热扩散和压缩造成的移动。
5.如图4所示，优选实施例使用塑料隔离件20和20A，并且其外形允许空气循环，避免水分集聚，因为水分集聚对木质的屋顶板条有害。而且，当设置在铝质凸起横向支撑件19上时，这些塑料元件确保得到预想的倾斜角。在上框架件40上的悬垂块62也引入了相对于屋顶板条的元件40的倾斜角。这些元件限定的倾斜外形确保下框架件41在下面板条之上的正确高度，于是当下部瓦就位时，板条和框架件41之间的间距被框架件40占据。这样就得到了相应于屋顶瓦系统的相互配合的瓦元件。
权利要求
1.一种安装太阳板片来形成太阳电池板的框架系统，其中太阳电池板按与水平面成一定角度安装在建筑物结构上，该框架系统包括(a)细长的上框架件；(b)两个细长的侧框架件；(c)其中i)每个所述的框架件具有细长的槽，用来与太阳板片的相关边缘以防风雨关系配合；ii)所述框架件在框架系统的各个拐角处适合于相互连接，(d)上框架件具有限制框架系统向建筑物结构下方运动的悬垂限制件；在建筑物结构的板条上支撑框架系统的支撑元件；和防风雨目的的上部，上部被所述细长的槽间隔开来，适合按重叠、防风雨密封关系支撑另一太阳电池板的下部；(e)各侧框架件在上表面部分具有与压盖元件配合的直立壁元件，压盖元件适合于在相邻太阳电池板间架桥，形成防风雨密封。
2.根据权利要求1所述的框架系统，其特征在于，该系统还包括下框架件，该下框架件具有按防风雨密封关系与太阳板片的相关边缘配合的细长槽。
3.根据权利要求1或2所述的框架系统，其特征在于，上框架件还具有直立凸缘，汇集水分随后将内部冷凝的水分向外导引并排出。
4.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，还包括在框架系统中可以调节位置的横向支撑件。
5.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，在外直立边缘表面上的至少一个侧壁件具有安装弹性可变形密封件的装置，相邻电池板通过密封件按可控制电池板之间间距并允许调整公差的方式配合。
6.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，在每个框架件上直立壁元件具有根切，与压盖元件的相应悬垂壁形成弹卡配合。
7.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，上壁元件和下壁元件中的每一个都是由大致开口盒子结构的凸起形成，并且包括螺栓杆配合腔，从侧框架件的侧面的外边施加的螺栓可以配合而紧固拐角接头。
8.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，下框架件具有与相邻下级框架太阳电池板的上框架件的上表面配合的端部，该端部延伸至悬伸凸缘元件来与所述下级太阳电池板配合，使得下级框架太阳电池板的上框架件中的细长槽与风雨隔离。
9.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，细长的下框架件由两个部件组成一个是较小的弹卡配合部件，其形成了细长槽的最上部的壁，用于太阳板片的下框架件的防风雨密封，并且其与较大部件按弹卡配合方式配合，较小部件的悬垂壁下端的根切与较大部件的对应根切配合，在壁的下表面上较小的弹卡配合区有密封胶槽，在弹卡配合到位时来形成太阳电池板的防风雨密封，用来限制聚合物密封复合物的槽可以按“湿”或者“粘性”状态在上边缘内的细长下框架件和密封的太阳板片之间形成防风雨/水的密封。
10.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，每个侧框架件为凸起，具有空心体部分、容纳保持密封件的凸缘的根切槽的外侧壁，在相反的一侧设置有细长的抛光槽来安装太阳板片，于是设置有悬伸的凸缘来防风雨尤其是紫外线损伤抛光凹槽，通常通过使用聚合物密封带来产生密封。
11.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，抛光的聚合物密封件具有非对称外形，下壁部分上的凸缘延伸超过了下抛光槽壁的边缘，给太阳电池板的下侧提供附加的支撑，并且限定上壁来配合在抛光槽悬伸凸缘的下方和内部。
12.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，每个侧框架件在其下表面有如蘑菇形截面的根切槽，来安装用于连接横向延伸安装件的弹卡配合结构或者优选的是金属螺栓头，以便支撑太阳电池板离开屋顶板条。
13.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，借助细长侧框架件上的细长蘑菇槽，框架上的横向支撑件的安装在其相对位置上是可调的。
14.根据前述权利要求中任何一项所述的框架系统，其特征在于，横向板条支撑件优选的由细长元件制成，该细长元件的跨度是从太阳瓦的一个细长侧框架件至另一个，并优选的通过螺栓或者弹卡配合连接，沿着该跨度元件有一系列隔离件i)填补了太阳电池板的下侧和横向跨度元件的顶表面间的间隙，和ii)填补了横向跨度元件的底部和屋顶板条间的间隙，这些隔离件的形状是一系列垂直肋，这些肋按如下方式提供间距和支撑允许如在太阳电池板的下侧冷凝而成水分不受横向跨度元件的干扰自由流下，相似的，这些肋允许气流在横向支撑件和建筑物结构的屋顶板条之间流动。
全文摘要
本发明主要涉及框架系统，特别是涉及适合按矩阵(12)在建筑物的支撑屋顶结构上安装面板元件或者薄板元件的系统，将以太阳电子光电(PV)板的安装作为示例。所述的框架系统使用带密封元件(37)的凸起细长元件来形成PV板的框架作为防风雨PV太阳屋顶瓦。单个框架元件型材在其自身框架中有效地体现了太阳瓦的PV建筑物集成(BiPV)或安装方法。只需要很少的作为屋顶一部分的附加防雨组件来完成PV瓦矩阵，或者稍加改动，作为PV壁包层。完整的BiPV板的安装方法显示了在建筑物中共同产生太阳热能的潜在能力。太阳瓦的板条支撑结构(11)允许屋顶板条间距变化，这样就允许有改型的情况，可以用瓦制造可通过的屋顶，靠空气流动和更小的接触表面来减少水分，提供长期具有防风雨能力的建筑物元件。将内部屋顶的冷凝水从瓦的背面排出到外边是所述框架系统的另一特征。
文档编号E04D13/18GK1427939SQ01809138
公开日2003年7月2日 申请日期2001年4月4日 优先权日2000年4月4日
发明者彼得·S·厄林 申请人:彼得·S·厄林