专利名称：用于使光伏模块接地的系统和方法
技术领域：
本公开涉及用于使光伏(PV)模块接地的系统、使PV模块接地的方法以及用于使 PV模块接地的复合物。
背景技术：
大型光伏阵列目前正在美国安装并且已在欧盟安装了一段时间。光伏(PV)模块 或阵列从太阳能发电。PV模块所产生的电力降低了对使用不可再生资源(例如，化石燃 料)发电的依赖，导致明显的环境益处。为了减少或消除电击和起火的危险，国家电气规程 (NEC)和UL标准1703要求PV模块的电气接地。到地的有效连接降低了 PV模块易被闪电 损坏的可能性，减少了静电积聚(其会损坏PV模块)，并降低了伤害维护和修理PV模块的 人员的风险。实际上，到电气地的连接排走任何过量的电荷积聚。PV系统就像其它电气系统一样需要被接地。PV阵列通常远离会遮挡阵列的高大 物安装。在这些露天位置，带有金属模块框架、金属装配架和与接地的电气系统(用于公用 交互系统)连接的导体的PV阵列不但遭受感应电涌，而且可能遭受直接雷击。随着城市环 境中公用交互PV设施的数量增加，PV系统的位置紧靠高压输电线路定位。在强风、地震或 意外事故的情况下，存在高压线路与PV阵列形成接触的细微可能性。在干燥气候下，强风 会在大型PV阵列上积聚高静电电压。公用交互PV系统遭受影响其它与线路连接的装置的 相同的线路电涌。NEC要求如果会通电的任何暴露金属表面接地。在暴露于室外条件下的 系统中难以实现长达40年的可靠的接地连接。将铝PV模块框架进行阳极氧化以防止铝模 块框架在暴露于自然环境20年或更长时腐蚀。为了能够使被阳极氧化的铝PV框架接地， 需要一种装置或方法来弄破阳极氧化层。常规的接地装置包含拧到PV系统的金属零件中 的接地片和附接在接地片上的电线以提供所需的接地。常规的接地装置需要大量接地螺钉 和相关的零件以便有效地使接地满足NEC要求。需要一种易于安装并减少在现场安装接地系统所需时间量的PV接地系统。还需 要可与目前现有的PV阵列和模块一起使用以便为PV系统的金属零件提供可靠和不受天气 影响的接地连接的PV接地系统。附加的需求包括降低安装成本并减少实现PV模块的接地 的零件数目的PV接地系统。
发明内容
本公开的一方面包括一种用于使光伏(PV)模块接地的系统，该系统包括用于支 撑PV模块的框架、支撑结构以及设置在框架与支撑结构之间的粘性接地材料。本公开的另一方面包括一种组装光伏阵列的方法，该方法包括提供支撑结构； 提供至少一个光伏模块；在沿支撑结构和光伏模块中的至少一个的多个预定位置处涂布粘 性接地材料；将该至少一个光伏模块引导到支撑结构上以便与粘性接地材料接触；提供至 少一个附接构件；用至少一个附接构件将光伏模块固定在支撑结构上；以及用至少一个附 接构件将光伏模块紧固在支撑结构上，其中粘性接地材料渗透支撑结构或光伏模块中的至少一个上的阳极氧化层。本公开的再另一方面包括一种使至少一个光伏模块接地到支撑结构上的方法，该方法包括沿支撑结构在多个预定位置处涂布粘性接地材料；将该至少一个光伏模块引导 到支撑结构上，其中该至少一个光伏模块与粘性接地材料接触；以及将光伏模块固定在支 撑结构上，其中粘性接地材料渗透支撑结构或光伏模块中的至少一个上的阳极氧化层。本公开的一个优点是用于使PV模块接地的系统为PV系统的金属零件提供了可 靠、不受天气影响并且无腐蚀性的接地连接。本公开的另一个优点是该系统容易安装，这减少了安装PV接地系统所需的现场
劳动的量。本公开的又另一个优点是该系统需要的零件比常规的接地系统少并且可与当前 的接地系统联用。本公开的再另一个优点是该系统降低了安装PV接地系统的成本。本公开的又一个优点是当模块框架与支撑结构以及接地复合物成挤压接触时，不 需要专用的接地夹或垫圈来提供接地手段。本公开的其它特征和优点将从以下结合附图对优选实施例更详细的描述而变得 明显，附图通过举例说明了公开的原理。
图1是根据本公开的一个实施例的PV接地系统的透视图。图2是本公开的图1的PV接地系统的放大侧视图。图3是根据本公开的一个实施例的装配好的PV接地系统的侧视图。图4是图2的PV接地系统沿方向4-4截取的剖视图，显示了根据本公开的一个实 施例的粘性接地材料。图5是图2的PV接地系统的剖视图，显示了用于安放根据本公开的一个实施例的 粘性接地材料的一个备选实施例。图6是根据本公开的一个实施例的PV接地系统的分解透视图。图7是显示了根据本公开的一个实施例的组装好的PV接地系统的侧视图。只要有可能，全部附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的零件。零件清单10 PV 阵列100用于使PV模块接地的系统102 PV 模块104 PV模块框架106支撑结构(架子/轨道)110附接构件(即夹子)112接地材料/复合物130金属颗粒132用于输送金属颗粒的载体134锚固组件(即地面底座、柱式底座、轨道组件)
136预定位置210安装夹
310螺栓组件314锚固组件(即柱)316 螺栓318第一平垫圈320第一金属间隙孔322第二金属间隙孔324第二平垫圈326 开口垫圈328 螺母416螺钉组件
具体实施例方式如图1中所示，PV阵列10包括多个串联的PV模块102以产生电力。PV模块102 安装在具有可获得的直射阳光的各种区域中，例如远离树林的地面上，住宅屋顶上，商业建 筑屋顶上，以及其它区域中。图4提供了用于使PV模块102接地的系统100，该系统100包 括用于支撑PV模块102的框架104、支撑结构106以及设置在框架104与支撑结构106之 间的粘性接地材料112，其中粘性接地材料112包括多个金属颗粒130和用于输送多个金属 颗粒130的载体(vehicle) 132。“接地”及其语法变型是指提供电路或设备与地球或连接到 地球上的一些其它导体之间的导电连接。在本实施例中，PV模块102包括由用于支撑的框 架104保持的多个PV单元。框架104通常为导电金属，例如但不局限于阳极氧化铝。框架 104通常被安放、安装在支撑结构106上或由支撑结构106支撑。支撑结构106包括由导电 金属——例如但不限于铝、镀锌钢、不锈钢、涂漆钢、电镀钢或钛——制成的架子或轨道。支 撑结构106还可包括锚固组件134，例如地面底座、柱式底座(pole mount)或轨道组件，其 将支撑结构106和PV模块102固定在地面、屋顶上的期望位置或其它位置。图2是本公开的图1的PV阵列10的放大侧视图。PV模块102通过附接构件110 与PV阵列10中邻近的PV模块102连接。附接构件110还将PV模块102附接在支撑结构 106上。附接构件110包括但不限于安装夹组件、安装螺钉组件、安装突耳组件、安装销组件 和它们的组合。附接构件110为导电材料或不导电材料，用于附接构件100的材料的实例 包括但不限于铝和不锈钢。图3是根据本公开的一个实施例的安装在地面上的PV模块102的侧视图。显示 为安装柱的锚固组件134为支撑结构106或架子组件提供支撑，并且柱134还用作用来将 整个PV阵列10锚固在地面上的装置。支撑结构106提供用于使用附接构件110安装和固 定PV模块102的表面。图4是图2的PV接地系统100沿方向4_4截取的剖视图，显示了根据本公开的一 个实施例的粘性接地材料112。粘性接地材料112设置在框架104与支撑结构106之间。 粘性接地材料112包括多个金属颗粒130和用于输送多个金属颗粒130的载体132，如下 文更详细地论述。显示为安装夹210的附接构件110提供足够的力来将框架104与支撑结构106保持在一起。附接构件110能够可选地包括螺栓316和螺母328，如图所示。在本 实施例中，粘性接地材料112优选由诸如填缝枪的输送系统涂布到支撑结构106上的预定 位置136。支撑结构106上的预定位置136通常位于附接构件110将框架104固定在支撑 结构106上的部位。如图中所示，支撑结构106上的预定位置136容纳粘性接地材料112。 支撑结构106上的这些预定位置136对应于附接构件110将被放置以将框架104连接并固 定在支撑结构106上的部位。输送装置用来在各预定位置 136处提供特定量的粘性接地材 料。例如，在一些应用中，输送装置用来向支撑结构106上的预定位置136输送大约1平方 厘米(0. 2平方英寸)到大约6. 5平方厘米(一平方英寸)的粘性接地材料112。在本实 施例中，在涂布粘性接地材料112后，经由螺栓316和螺母328将安装夹210附接在支撑结 构106上。与安装夹210组合的螺栓316和螺母328提供足以使悬浮在粘性接地材料112 的载体132中的金属颗粒130穿透或刮破框架104或支撑结构106的阳极氧化铝保护层的 力。粘性接地材料112的金属颗粒130提供PV模块102的框架104与支撑结构106之间 的接地。图5是用于将粘性接地材料112安放在根据本公开的一个实施例的PV接地系统 100中的第二实施例。在此实施例中，粘性接地材料112在框架104与安装夹210之间布 置在框架104上。粘性接地材料112包括多个金属颗粒130和用于输送多个金属颗粒130 的载体132。使用诸如填缝枪或其它装置的输送系统将粘性接地材料112涂布到附接构件 110上的预定位置136。例如，在一些应用中，输送装置用来向支撑结构106上的预定位置 136输送大约1平方厘米(0. 2平方英寸)到大约6. 5平方厘米(一平方英寸)的粘性接地 材料112。显示为安装夹210的附接构件110提供足够的力将框架104与支撑结构106保 持在一起。附接构件110可选地包括安装螺钉组件416，如图所示。螺钉组件416的螺钉 或螺纹螺栓拧入支撑结构106中预先攻丝的孔内，这将安装夹210固定并连接在支撑结构 106上。在此实施例中，附接构件110由导电材料制成。附接构件110(这里为安装夹210 和螺钉组件416)提供足以使悬浮在粘性接地材料112的载体132中的金属颗粒130弄破 框架104中的阳极氧化铝的保护层的力。粘性接地材料112的金属颗粒130提供PV模块 102的框架104与安装夹210之间的接地。图6是根据本公开的一个实施例的PV接地系统100的分解透视图。用于使PV模 块102接地的系统100包括用于支撑PV模块102的框架104、支撑结构106和设置在框架 104与支撑结构106之间的粘性接地材料112。如图7中所示，粘性接地材料112包括多个 金属颗粒130和用于输送多个金属颗粒130的载体132。粘性接地材料112在预定位置136 处设置在框架104与支撑结构106之间。在此实施例中，粘性接地材料112在接纳框架104 的支撑结构106的部分上邻近第二金属间隙孔322设置。粘性接地材料112可选地设置在 与支撑结构106接触的框架104的第一金属间隙孔320的外表面周围。附接构件110(这 里为装配螺栓组件310)包括螺栓316、第一平垫圈318、第二平垫圈324、开口垫圈326和螺 母328。安装螺栓组件310提供足够的力来将框架104固定在支撑结构106上。在涂布粘 性接地材料112后，将第一平垫圈318与框架104的第一金属间隙孔320对准并安放在框 架104上。然后将螺栓316插入框架104的第一金属间隙孔320，然后插入支撑结构106的 第二金属间隙孔322。邻近支撑结构106将第二平垫圈324引导到螺栓316上。邻近第二 平垫圈324将开口垫圈326安放在螺栓316上。邻近开口垫圈326将螺母328安放在螺栓316上并上紧以提供足够的力将框架104固定在支撑结构106上。来自安装螺栓组件110 的力使粘性接地材料112的金属颗粒130弄破框架104或支撑结构106的阳极氧化铝保护 层。粘性接地材料112的金属颗粒130提供PV模块102的框架104与支撑结构106之间 的接地。本公开提供一种组装光伏阵列10的方法。该方法包括提供支撑结构106 ；提供 至少一个光伏模块102 ；在沿支撑结构106和光伏模块102中的至少一个的多个预定位置 136处涂布粘性接地材料112 ；将该至少一个光伏模块102引导到支撑结构106上以便与粘 性接地材料112接触；提供至少一个附接构件110 ；使用至少一个附接构件110将光伏模块 102固定在支撑结构上；以及使用至少一个附接构件102将光伏模块102紧固在支撑结构 106上，其中粘性接地材料112渗透支撑结构106或光伏模块102中的至少一个上的阳极氧 化层。本公开还提供一种将至少一个光伏模块102接地到支撑结构106上的方法。该方 法包括在沿支撑结构106的多个预定位置136处涂布粘性接地材料112，将该至少一个光 伏模块102引导到支撑结构106上，其中该至少一个光伏模块102与粘性接地材料112接 触，以及将光伏模块102固定在支撑结构106上，其中粘性接地材料112渗透支撑结构106 或光伏模块102中的至少一个上的阳极氧化层。该方法还包括提供多个附接构件110，将 粘性接地材料112涂布在附接构件110上，并且使用该多个附接构件110将该至少光伏模 块102紧固在支撑结构106上。如图4中所示，粘性接地材料或复合物112包括多个金属颗粒130和用于输送多 个金属颗粒130的载体132。接地复合物112的载体132由对金属无腐蚀性的材料制成并 具有足够高的粘度以便其可使用填缝枪或其它输送系统进行涂布。粘性接地材料112的 载体132可包含具有比水“稠”或粘度比水高并且对金属无腐蚀性的任何材料。此外，载体 132应当是疏水的，能够耐受高达60°C (140° F)的温度，并且保护PV模块102和支撑结 构106的金属免受由于PV阵列10在其使用寿命期间所暴露的环境条件而导致的腐蚀。粘 性接地材料112的实例包括但不限于硅、矿脂(petroleum jelly)、糊状物、密封剂、抗氧化 化合物和它们的组合。在本实施例中，载体132为抗氧化化合物，例如但不限于铝抗氧化化 合物。可使用输送系统涂布粘性接地材料112以将大约1平方厘米(0. 2平方英寸)到大 约6. 5平方厘米(一平方英寸)涂布到支撑结构106上的预定位置136上。多个金属颗粒 130优选呈有角的几何形状以穿透框架104或支撑结构106的阳极氧化铝保护层。多个金 属颗粒130的颗粒尺寸为大约50微米至大约500微米。多个金属颗粒130优选具有大于 铝的硬度的硬度或大约4或更大的莫氏硬度。多个金属颗粒130还优选地具有小于1 X ΙΟ"4 欧姆-cm的电阻。合适的金属颗粒130的实例包括但不限于不锈钢、钛、钨、镍和它们的组合。基于安全标准如国际电工委员会(IEC) 61730-1-2 (第1版，2004年)和UL 1703 (第3版，2002年)的解释，框架104与PV模块102之间的电阻不应超过0. 1欧姆(100 毫欧姆)。在本实施例中，粘性接地材料112在预定位置136处设置在支撑结构106与PV 模块102的框架104之间并使用附接构件110固定。通过在预定位置136处采用接地系统 100，测出接地系统100的电阻在大约0.03欧姆(30毫欧姆)或更低的范围内。通过在本 实施例中采用接地系统100，在四个预定位置136处在支撑结构106与PV模块102的框架104之间涂布粘性接地材料112，其中附接构件110提供足够的力来穿透PV模块或支撑结 构106上的阳极氧化层并且附接构件将PV模块102固定在支撑结构106上。在此实施例 中，PV接地系统100的电阻小于大约0. 01欧姆(10毫欧姆)。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明，并且还使本领域的任 何技术人员能够实施本发明，包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方 法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定，并且可包括本领域技术人员想到的 其它例子。如果此类其它实例没有不同于权利要求的文字语言所描述的结构元件，或者它 们包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件，则认为此类其它实例包含在 权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种用于使光伏模块(102)接地的系统(100)，包括(a)用于支撑光伏模块(102)的框架(104)；(b)支撑结构(106)；以及(c)设置在所述框架(104)与所述支撑结构(106)之间的接地材料(112)，其中所述接 地材料(112)包括多个金属颗粒(130)和用于输送所述多个金属颗粒(130)的载体(132)。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述系统(100)还包括至少一个附 接构件(110)，其中所述至少一个附接构件(110)设置成将一个或多个光伏模块(104)固定 在所述支撑结构(106)上。
3.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述接地材料(112)还被涂布到所 述至少一个附接构件(110)上。
4.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述框架(104)包括导电金属。
5.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，所述支撑结构(106)包括导电金属 ο
6.根据权利要求5所述的系统(100)，其特征在于，所述支撑结构(106)包括铝、镀锌 钢、不锈钢、涂漆钢、电镀钢或钛。
7.根据权利要求2所述的系统(100)，其特征在于，所述至少一个附接构件(110)选自 包括以下构件的组安装夹(210)、安装螺钉组件(416)、安装螺栓组件(310)以及它们的组合 O
8.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，用于输送所述多个金属颗粒(13) 的所述载体(132)对金属无腐蚀性并且是选自包括以下材料的组的材料硅、矿脂、抗氧化 化合物和它们的组合。
9.根据权利要求8所述的系统(100)，其特征在于，所述多个金属颗粒(130)呈有角的 几何形状，具有大约50微米到大约500微米的颗粒尺寸，并且具有大约大于4的莫氏硬度。
10.根据权利要求8所述的系统(100)，其特征在于，所述多个金属颗粒(130)具有小 于1X10_4欧姆-cm的电阻。
全文摘要
本发明涉及用于使光伏模块接地的系统和方法，具体而言，一种用于使光伏(PV)模块(102)接地的系统(100)，包括用于支撑PV模块(102)的框架(104)、支撑结构(106)以及设置在框架(104)与支撑结构(106之间的接地材料(112)，其中粘性接地材料(112)包括多个金属颗粒(130)和用于输送该多个金属颗粒(130)的载体(132)。
文档编号H01L31/042GK102110725SQ20101054517
公开日2011年6月29日 申请日期2010年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者R·容茨克 申请人:通用电气公司