专利名称：光伏阵列的接地系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏或太阳能阵列的接地系统。
背景技术：
由于清洁能源需求的増加，驱使光伏阵列的 制造商降低成本。为满足需求，在不牺牲系统质量和安全要求的情况下，一些制造商寻求提高安装效率。然而，少数制造商已有效提高与接地方法有关的安装效率，同时满足或超出了安全标准。这种有效性的缺乏可能部分归因于用于多种类型的光伏阵列的框架和装配系统的复杂性。根据光伏阵列的国际公认的标准，太阳能电池板的各个模块需要接地。为使各个模块接地，常规系统采用沿模块阵列中的各行铺设的铜接地线。对于较大规模的设施，这可总计铺设数百英尺的线材。然后使用固定于模块框架的外表面的紧固件，将线材物理和电气地连接到各个模块的框架。电气连接通常是通过将线材连接到接线片(lay-in lug)上，然后再将接线片与星形垫圈、螺钉和螺母连接而实现的。星形垫圈、螺钉和螺母组合用于穿透模块框架上设置的阳极氧化涂层。当采用这种类型的接地方法时，材料和安装成本是巨大的。材料成本包括采购铜质接地线，通常为美国线规(AWG)6至8之间的粗径线，以及连接构件。安装成本包括但不限于时间和劳カ成本。例如，安装人员可能需要运输线缆和结构件、铺设线缆并将线缆固定至阵列中的各个模块。因此，安装经常费时费力。尽管这种类型的安装方法适用于预期目的，然而需要更加有效的光伏阵列的接地系统，特别是由于清洁能源的需求持续增加。
发明内容
在第一方面，光伏阵列的接地系统包括设置于两个太阳能模块框架上方的条带以及接地夹。接地夹具有向上和向下延伸的突起所就位的区域以及设置在分离的区域之间的通孔。各个突起具有锯齿状部分，其材料适于穿透设置在两个模块框架上的阳极氧化层和用于太阳能模块框架的对接支撑面。优选地采用紧固组件将条带连接于模块和接地夹，紧固组件例如金属垫圈、螺栓和螺母的组合。螺栓随后旋入并与条带、接地夹和对接面上的通孔对齐。在对齐后，对紧固组件施加扭矩，从而引起接地夹压缩。在适当定位和连接后，接地夹的突起适于穿透模块框架上的阳极氧化层和对接面。
本文所描述的图仅用于说明目的而不在于限制本发明的范围。在这些图中图I是接地系统的分解视图；图2示出在安装结构上放置太阳能模块框架；图3是用于太阳能模块框架的安装结构的透视图；图4是图2中所示的安装结构沿图3中的线4-4截取的截面图5是根据第一种结构的接地夹的正视图；图6是图5中所示的接地夹的俯视图；图7是根据第二种结构的接地夹的正视图；图8是图7中所示的接地夹的俯视图；
图9是接地夹上的具有锯齿状部分的突起的放大侧视图；图10是接地夹上的具有锯齿状部分的突起的放大透视图；图11是光伏阵列的透视图，其示出在图2中所示的安装结构中放置第二太阳能模块框架；图IlA是示出图11中所示的接地系统的详细视图；图12是部分组装的接地系统的俯视图；图13是图I所示的接地系统的分解侧视图；图14是光伏阵列上组装的接地系统的局部透视图；并且图15是包括图I、11、13和14中所示的接地系统的阵列的透视图。
具体实施例方式详细參照附图，图I示出光伏阵列11 (图15中所示)的接地系统10。接地系统10通常包括两个太阳能模块框架12a、12b，接地夹14，条带16，安装结构18，以及ー个或多个紧固组件。优选地，各模块框架12由例如铝的导电材料构成，并可包括阳极氧化层。任何其他导电材料可用于构造模块框架12。然而优选阳极氧化铝。模块框架适于容纳太阳能电池板20。如图2中所示，太阳能模块框架12还适于放置在安装结构18中。这种类型的示例性安装结构在美国专利第6968654号中示出，该公开的全部内容通过引用结合于此。安装结构18的类型可为安装在屋顶上并适于支撑ー个或多个镇流器(ballast)(未示出)的表面。可安装这种安装结构的屋顶包括平屋顶或者最大俯仰角优选不超过大约7度的斜屋顶。參照图3和图4，ー个或多个安装结构18具有连续敞开的通道结构，形成伸长的腔室22。安装结构18包括前壁24、底壁26、后壁28、下面板支撑件30和上面板支撑件32。当组装后，模块框架12适于置靠在下面板支撑件30和上面板支撑件32上。下面板支撑件30向外延伸然后弯曲一定角度以形成下挡边(lip)34。上面板支撑件32也向外延伸并弯曲一定角度以形成上挡边36。当组装后，模块框架12接触下对接支撑面38和上对接支撑面40。另外，在组装后，模块框架12还接触下挡边34和上挡边36。还可在安装结构18上使用端盖41，如图2和3中所示。在本文中将光伏阵列11宽泛地定义为安装在ー个或多个安装结构上并且布置在预定位置的两个或多个太阳能模块板，如图14和15中所示。在组装后，接地系统10与阵列11 一起使用，使得接地夹14定位于第一太阳能模块框架12a与第二太阳能模块框架12b之间(图11)。在如图2中所示放置第一太阳能模块框架12a后，设置接地夹14。优选地，接地夹14滑动到太阳能模块框架12a下方(图I)。如图5-8中所示，接地夹14包括向上和向下延伸的突起42a、42b的第一区域42，以及向上和向下延伸的突起44a、44b的第二区域44。优选地，接地夹14由诸如金属的导电材料制成，例如，304号不锈钢。优选地将区域42、44冲制或冲压到板材中，从而形成夹。尽管冲压是优选的制造方法，然而也可使用其他制造方法。可在单个片材或板材上形成多个突起区域，然后将这种片材或板材切开或分离以形成多个接地夹。虽然示出区域42、44具有总体上矩形的外周边，但是这种样式不应解释为限制性的。接地夹14可具有允许光伏阵列适当接地的任何突起样式。然而优选采用几何结构。另夕卜，在夹的区域内可具有任何数量的向上和向下延伸的突起。如以下进ー步说明的，所选择的样式和结构的种类将部分取决于太阳能 电池板的最大串联熔丝额定值。在优选结构中，通过夹的中央部分设置夹的通孔46。图5和图6示出根据ー种结构的接地夹14，其具有设有6个向上延伸的突起42a、44a和6个向下延伸的突起42b、44b的第一和第二区域42、44。在这种结构中，金属板材具有大约2. 5英寸的宽度、大约3/4英寸的长度和大约0. 015英寸的厚度。在板材中，在第一与第二区域42、44之间距离板材边缘大约I. 25英寸的位置，设置1/4英寸直径的圆形通孔46。优选地以基本相等的间隔将突起冲制或冲压到金属板材中，以便产生基本均匀的样式。在图5和6中，突起42a、42b、44a、44b布置成一系列平行的直行。图7和图8示出另ー种结构的接地夹15，其具有替代性的突起布置。在这种结构中，第一和第二区域42’、44’具有12个向上延伸的突起42a’、44a’以及12个向下延伸的突起42b’、44b’。在这种结构中，金属板材具有大约2. 5英寸的宽度、大约172英寸的长度和大约0. 015英寸的厚度。在板材中，在第一与第二区域42’、44’之间距离板材边缘大约I. 25英寸的位置，类似地设置1/4英寸直径的圆形通孔46’。如图9和10中所示，各个突起42a、42b、44a、44b包括开孔48和延伸的锯齿状部分50。在初始制造后，突起延伸到夹表面52以上大约0. 030英寸并且锯齿状部分50延伸到夹表面52以上大约0. 060英寸。在如图2中所示将第一太阳能模块框架12a放置到下面板支撑件30和上面板支撑件32中之后，将接地夹14定位成使得模块12a覆盖或接触第一区域42。这种定位确保向上延伸突起42a的全部或主要部分接触第一太阳能模块12a并且向下延伸突起42b的全部或主要部分接触下对接支撑面38。若设置有通孔，则接地夹14应定位成使得通孔46不被模块12a覆盖。在放置接地夹14之后，将第二太阳能模块框架12b定位成覆盖或接触第二区域44，如图11和12中所示。这种定位确保向上延伸突起44a接触第二太阳能模块框架12b并且向下延伸突起44b接触下对接支撑面38。为解决太阳能电池板的热膨胀，当框架安装到对接支撑结构上时，在模块框架12a、12b之间通常需要间隙48。优选地，此间隙48的尺寸为大约1/2英寸。在确保适当地定位模块框架12a、12b和接地夹14之后，可在下对接支撑面38中钻出对接通孔56以便与夹的通孔46对齐。为使模块框架12a、12b固定于安装结构18，将条带16定位在模块框架12a、12b和间隙48之上，如图13和14中所示。条带16配置成在模块框架12a、12b的长度上延伸并连接或接触安装结构的下挡边和上挡边34、36。条带16具有适于与下挡边34连接的下段60以及适于与上挡边36连接的上段62。优选地，下段60和上段62设置有通孔64、66，以便于条带16与安装结构连接。条带16优选由招片制造,厚度为0. 125英寸(3mm)。在优选结构中，条带具有大约2英寸的宽度和至少两个弯曲，以便于条带与上下挡边34、36连接。条带16的总长度将部分取决于所使用的太阳能电池板的模块框架的相应尺寸(宽度或长度)。在间隙48上放置条带16之后，使用例如不锈钢自攻螺钉的紧固件68将上段60连接到上挡边36上。然而其他类型的紧固件也可用于连接。然后使用紧固组件将下段62连接到安装结构18上，具体如图I中所示。优选地，该组件包括两个星形垫圈、螺栓和螺母。在一种 结构中，星形垫圈70连接至螺栓72，螺栓72具有螺纹轴段74及在轴的一端的扩大头部76。轴段74旋过条带的下段、接地夹14及安装结构18中的孔66、46、56。在旋入后，利用位于下面板支撑件30上的第二星形垫圈80和螺母82将螺栓72固定。对紧固组件施加从60至100英寸-磅之间的扭矩。在对紧固组件施加扭矩以固定条带16时，接地夹14被压缩使得一些锯齿状部分50 (图9、10)穿透太阳能模块框架12a、12b，并且另外一些锯齿状部分50穿透下对接支撑面38 (图4)。具体地，锯齿状部分50刺破框架上的阳极氧化层和对接支撑面以形成电流路径。在提供光伏阵列的接地路径时，沿着光伏阵列11中的行以变化的间隔包括接地系统10。如以下实例中进ー步说明的，这种设置提供了符合国际标准的光伏阵列11的接地路径。实例实例是在TUV莱茵/PTL认证标准下进行的。这些标准为光伏或太阳能电池阵列提供了全面的鉴定方法。关于光伏模块的紧固系统，TUV莱茵测试规范2PfG 1904/01. 11包括用于下列项目的测试方法⑴地面安装系统；⑵太阳能跟踪器；⑶具有屋顶渗透(penetration)和/或加压(weighing)的平屋顶安装系统；(4)替代现有屋顶覆盖材料的屋顶内安装系统集成；以及(5)用于不同类型的屋顶覆盖材料(包括瓦屋面、盘式(pan)屋面和板材屋面)的屋顶上安装系统。测试规范2PfG 1904/01. 11通过部分考虑安全規程、生产文件、太阳能模块制造商的业务流程、和系统检验，而确保满足相关行业的技术要求和最佳实践。在TUV莱茵测试规范2PfG 1904/01. 11下，分别使用根据第二种结构(图8)的接地夹和按照行业标准制造的商用太阳能模块框架的部件，对两个样本接地系统进行了接合路径电阻测试。该接地系统适于最大串联熔丝额定值为20A的太阳能模块。接合路径电阻测试的其他适用标准包括IEC 61730-2和ANSI/UL 1703。根据TUV莱茵测试规范2PfG 1904/01. 11，对预定的电流路径施加了至少两倍于最大串联熔丝额定值的电流且随后进行測量。按照UL1703，在热循环和湿冻条件下，分别对标识为样本001和样本002的两个样本接地系统进行了测试。利用测量的电压降，沿着电流路径的电阻于是被计算出来。基于通过/失败对测试进行了评估，其中计算电阻必须为最大0. I欧姆(Q)才能通过测试。测试结果如下
权利要求
1.一种光伏阵列的接地系统，包括 至少一个条带，适于将第一太阳能模块框架和第二太阳能模块框架安装到对接支撑面上；以及 至少一个接地夹，其连接于所述至少一个条带，包括具有向上和向下延伸的突起的第一区域，以及具有向上和向下延伸的突起的第二区域，其中各个突起具有适于穿透太阳能模块框架的表面或用于所述太阳能模块框架的对接支撑面的锯齿状部分。
2.如权利要求I所述的接地系统，其中所述接地夹形成定位于具有突起的所述第一和第二区域之间的至少一个通孔。
3.如权利要求I所述的接地系统，其中所述条带形成位于所述条带的下端的至少一个通孔。
4.如权利要求I所述的接地系统，还包括连接于所述至少一个条带和所述至少一个接地夹的紧固件。
5.如权利要求I所述的接地系统，其中所述条带形成位于所述条带的下端的至少一个通孔，并且所述条带的通孔与所述接地夹的通孔基本对齐。
6.如权利要求I所述的接地系统，其中所述至少一个接地夹在至少三个接触点电连接于所述太阳能模块框架。
7.如权利要求I所述的接地系统，其中所述至少一个接地夹电连接于所述对接支撑面。
8.一种安装光伏阵列的接地系统的方法，包括 将第一太阳能模块框架设置在对接支撑面上； 将接地夹设置在所述对接支撑面与所述第一太阳能模块框架之间； 将第二太阳能模块框架设置在所述对接支撑面上，其中一部分接触所述接地夹；以及 将条带连接于所述第一太阳能模块框架、所述第二太阳能模块框架和所述接地夹，使得所述接地夹的第一凸起部分穿入所述第一太阳能模块框架中，并且所述接地夹的第二凸起部分穿入所述第二太阳能模块框架中，而且所述接地夹的反向凸起部分穿入所述对接支撑面中。
9.如权利要求8所述的方法，还包括将紧固件连接于所述条带。
10.如权利要求9所述的方法，还包括将所述紧固件插入设置于所述条带、所述接地夹和所述对接支撑面上的通孔中。
11.一种接地夹，包括 导电板，包括具有向上和向下延伸的突起的第一区域，以及具有向上和向下延伸的突起的第二区域，其中各个突起具有适于穿透太阳能模块框架的表面或用于所述太阳能模块框架的对接支撑面的锯齿状部分。
全文摘要
一种光伏或太阳能电池阵列的接地系统，包括设置在相邻的太阳能模块框架上方的条带和设置于相邻的太阳能模块框架之间的接地夹，以及对接支撑面。接地夹包括具有向上和向下延伸的突起的两个区域及设置于两个区域之间的通孔。各个突起具有适于穿透太阳能模块框架的阳极氧化层和用于太阳能模块框架的对接支撑面的锯齿状部分。
文档编号H01R4/66GK102769058SQ201210129779
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者E.J.奥布赖恩, K.A.莱尔, M.J.莫尔德 申请人:阳光晴空有限公司