[发明专利]具有最少穿透屋顶支撑系统的光电阵列

说明书

关于联邦赞助的研究或开发的声明

本发明是在美国能源部授予的合同编号DE-FC36-07GO17043下由美国政府支持获得的。美国政府在本公开内容中具有特定权利。

技术领域

本公开内容涉及屋顶装设类型的光电阵列。更具体来说，本公开内容涉及用于把光电器件阵列安装到屋顶结构(比如轻量型商业建筑物)的最少穿透支撑系统。

背景技术

太阳能长期以来都被视为一种重要的替代性能源。为此，已经付出了大量的努力和投资以开发并改进太阳能收集技术，特别是光电技术。随着太阳能电池成本的降低，关于安装地点维持光电系统所必需的非太阳能电池组件开始在总体系统成本中占据主要地位。特别令人感兴趣的是可以在其中收集大量太阳能的工业或商业类型的应用，但是相应的安装/支持系统成本对潜在用户的购买决定可能会有负面影响。

光电电池是与光电太阳能收集相关联的基础技术。在传统上，在单个面板或层叠板上形成一个光电池系列或阵列。随后可以把所得到的光电层叠板组装到框架(和其他组件)上以创建光电模块。可替换地，可以把两个或更多个光电层叠板组装到一个公共框架。不管是提供光电层叠板还是光电模块(其被统称为“光电器件”)，大多数光电应用都要求在安装地点的容易得到日光的位置处放置一个光电器件阵列。对于其中希望有数目相对较大的光电器件以用来生成大量能量的商业或工业应用来说尤其是这样，其中商业建筑物的屋顶提供可以在该处放置光电器件的便利表面。作为一个参考点，许多商业建筑物具有较大的平坦屋顶，其固有地适于放置光电阵列并且是对现有空间的最为高效的使用。虽然屋顶安装由此是高度可行的，但是被采用来维持光电器件的装设系统必须解决许多约束。举例来说，所安装的光电阵列将受到向上的力(例如风)和向下的力(例如阵列质量、雪等等)；装设系统必须保持与屋顶结构的恒定连接以及在这些条件下的长期结构完整性。

有两种主要类型的光电装设系统被用于平坦的商业屋顶。标准的托架系统利用通过多次屋顶穿透(例如被驱动穿过或穿透屋顶结构的螺栓)被锚定到屋顶上的沉重、细长的轨道。这些系统通常在工程上被设计成利用标准方法的耐受风力载荷计算。虽然可用的光电屋顶托架系统能够鲁棒地保持及支持许多光电器件，但是屋顶穿透是不合期望的(例如造成漏水的可能以及以其他方式改动屋顶完整性)并且可能相当沉重。因此，对于轻量型建筑物来说，传统的托架系统可能无法使用。相反，已经开发了依赖于压力均衡化的轻量型非穿透屋顶装设系统，以避免由于建筑物外体之上的压力波动而施加的过载。这些非穿透系统通常是利用风洞方法设计的，以便确保高风速不会导致故障。

虽然轻量型非穿透光电阵列装设系统允许显著减少用于安装的材料数量和工作量并且只有极少次或没有对于屋顶外体的穿透，但是在特定应用中仍然会有问题。具体来说，许多轻型商业建筑物合并了具有通过机械方式附着到下面的屋顶层板上的隔膜的屋顶结构。所述隔膜在数量有限的间隔开的钉扎点处被连接到屋顶层板。屋顶之上的压力波动将导致隔膜的未附着部分发生激烈颤动或充气。在这些情况下，翻涌的隔膜会给非穿透光电阵列装设系统带来问题，其中本应停留在翻涌的隔膜上的装设系统连接点将会明显屈挠，从而导致可能的故障。虽然可以采用改造的压条以规则间隔把隔膜固定到屋顶层板，但是这些压条安装起来较为昂贵且工作量大，并且需要许多次屋顶穿透，因此部分地或者完全抵消了“非穿透”装设系统的优点。

鉴于以上内容，需要一种在各种力(包括翻涌的隔膜)的存在下保持结构完整性的最少穿透光电屋顶支撑系统。

发明内容

根据本公开内容的一些方面涉及一种光电阵列，其包括多个光电器件和多个装设单元。光电器件分别包括至少一个光电层叠板。装设单元被提供来相对于屋顶结构支撑光电器件，并且分别包括一条细长轨道和多个支柱套件。所述轨道的尺寸和配置被确定来保持至少其中两个光电器件的一部分，其中支柱套件以间隔开的方式从轨道延伸。此外，每一个支柱套件终结于与轨道相反的足部，以便放置在屋顶结构上。至少其中一个支柱套件包括可收缩支柱，其被配置成允许相应的足部响应于所施加的外力而向轨道移动。利用这种构造，于是当光电阵列被安装到包括以断续方式固定到屋顶层板的隔膜的屋顶结构时，可收缩支柱容许隔膜在有风的条件下通常会发生的向上翻涌。在一些实施例中，轨道是轻量型的，并且其尺寸被确定成支撑处于促进压力均衡化的间隔开的设置中的多个光电器件。在其他实施例中，与一个装设单元相关联的至少其中两个支柱套件合并有可以利用穿透紧固件耦合到屋顶结构的刚性支柱。