[发明专利]低风阻自压载光伏组件安装系统

说明书

交叉引用

本申请要求2011年12月7日提交的美国临时申请No.61/568,142(“低风阻自压载太阳能组件安装系统(LOW WIND RESISTANCE SELF BALLASTING SOLAR MODULE MOUNTING SYSTEM)”)的权益，所述申请通过引用全部并入本文。

背景技术

用在屋顶安装系统上的大多数光伏(PV)组件利用晶体硅或多晶硅电池，所述电池用低铁钢化玻璃顶板、TPE(聚酯，EVA)背板、挤塑铝制框架和具有连接相邻组件的电缆的接线盒进行封装。所述组件安装到用屋顶穿透型螺钉固定于屋顶的金属支撑结构，所述金属支撑结构由于潜在漏水的风险高而是不理想的。地面安装的实用规模PV组件经常在背面使用第二玻璃板而不用框架，因为它更经济，并且因为与屋顶安装系统相比，重量不太成问题。所述玻璃-玻璃设计已经由First Solar领先用于他们的CdTe薄膜太阳能组件，并且它已经被二硒化铜铟镓(CIGS)和非晶硅太阳能电池的一些制造商采用。沉积在玻璃衬底上的薄膜太阳能电池可能需要玻璃顶板来完成所述组件，因此额外重量使得将它们用于屋顶安装阵列中存在问题。然而，沉积在薄的柔性衬底上的薄膜电池可使用标准硅组件封装方案，并向TPE背板添加薄的金属箔防潮屏障。因此由于他们的重量较轻而较适合于屋顶安装。

当前用于太阳能电池阵列的安装系统通常是昂贵的并对屋顶安装系统造成大量额外的重量。对此的部分原因是需要额外的支撑来应对可能出现在密集组装组件的增大面积上的大的风负荷。Solyndra已经开发出一种组件，其由沿着有点像梯子的横档的框架安装的管状集光元件组成。其依赖于浅色或白色屋顶将穿过开放空间的光反射回到所述管状元件来改善总体效率。因为所述设计对于风负荷提供了很少的横截面，所以取消了正常的安装结构和屋顶穿透，且组件可以仅仅放置在屋顶上并且电互连，从而节约了一些安装成本。然而，由于(迟早)被染污和反射性降低的屋顶表面以及反射光可能仅仅部分被再收集的事实，失去了一些面积效率。

固定的太阳能电池阵列通常以两种方式之一安装。它们或者安装在平坦表面(屋顶或地面)上的平面密集封装阵列中，或者以适当的角度安装从而更有效地面向一年当中太阳的平均位置。对于恰巧具有南向坡面延伸区域的屋顶，阵列可以几乎平靠着屋顶安装，但是在很多情况下不会出现这种情况。图1显示了位于中北纬35度的太阳能电池阵列可以安装在平地或平屋顶(例如，特别是大的商业建筑)上的典型方式的边沿视图。它由以35度角面向正南安装的数排组件1组成，以接收最高的夏季太阳位置和最低的冬季太阳位置之间一年之内平均的最多太阳光通量。所述安装角度当然等于所示的阵列位置的纬度。在这个例子中，组件之间的间距D是组件高度H的大约两倍。对于这种几何结构，在最低冬季太阳位置时出现的最大阴影S不会覆盖任何下一个组件，并且实际上在这时候所述阵列区域可利用的所有太阳光都落在所述组件上。

在其他纬度下，稍微改变间距和角度使得以类似的方式最小化阴影。在较高的太阳位置下，阴影面积变得较小而且显著部分的可利用太阳辐射落在组件之间并损失。密集封装的平面阵列当然不会发生这种情况，但是这样的阵列更昂贵并且在低太阳时期相比成角度的阵列不会提供大幅的覆盖度改进。如果土地便宜(例如在沙漠的情况下)或平屋顶比较大，则给定尺寸的阵列可使阵列行列充分隔开以避免阴影并且得到通过更好的平均面向太阳定向提供的额外能量。然而，成角度阵列的安装硬件成本更高，更易于受到大风损害，并且在较高日照角度下遭到一些太阳能收集面积损失。

发明内容

鉴于目前可用的安装系统的局限性，在此认识到需要更经济的安装系统，其例如避免穿透屋顶、提供较低的风负荷、并且最小化高日照角度的太阳能收集损失。

本公开提供了构建和安装用于太阳能发电的太阳能光伏组件阵列的系统和方法。

本公开提供了低风阻系统，其通过提供经济的、一体化的自压载(self ballasting)支撑结构，避免了穿透屋顶。所述系统也可以用于地面安装阵列。

本公开的一个方面提供了经济的并且组装需要较少的劳动的太阳能组件阵列安装系统。

本公开的另一个方面提供了不需要穿透屋顶的太阳能组件阵列屋顶安装系统。

本公开的另外的方面提供了在给定的阵列面积上大幅降低风负荷的太阳能组件阵列安装系统。

本公开的再一个方面提供了减少高日照角度收集损失的太阳能组件阵列安装系统。