光伏阵列和方法技术

本发明专利技术涉及包括多个具有第一结构构件的光伏模块的光伏阵列。所述光伏模块设置在多个框架元件上并且连接到所述框架元件。所述框架元件被互连以形成框架。所述框架元件具有非导电的第二结构构件，所述非导电的第二结构构件具有内部设置的电导体。与设置在所述框架元件上的光伏模块的电连接和机械连接和框架元件之间的电连接均在所述框架元件的内部。所述光伏阵列的输出电压可以任意的电压作为基准电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有互连的非导电的框架的光伏阵列，该光伏阵列不需要电接地。
技术介绍
可商购获得的太阳能光伏阵列涉及大量需要接地的导电金属结构组件。授予Erling等人的美国专利7，012，188公开了用于住宅区屋顶安装式塑封光伏 模块的系统。授予Mapes等人的美国专利6，617，507公开了具有挤出树脂构造的细长轨条的系 统，其中树脂构造具有用于固定光伏模块的凹槽。授予Metten等人的美国专利公布2007/0157963公开了包括通过模塑和挤出工艺 制备的复合材料瓦的模块系统、用于连接瓦与屋顶的轨道系统、以及用于将光伏模块集成 到轨道和瓦系统的接线系统。授予Garvison等人的美国专利6，465，724公开了将框架系统与光伏电气系统组 合并集成在一起的多用途光伏模块框架系统。该系统的某些组件可由塑料制成。接地线夹 可以直接连接到框架系统。本专利技术满足了对具有互连的非导电的框架的光伏阵列的需求。框架内容纳有电气 组件，并且框架通常由塑料制成。因此，不必进行电气接地，而且不会损害安全性或可操作 性。专利技术概述本专利技术涉及包括多个具有第一结构构件的光伏模块的光伏阵列，其中光伏模块设 置在多个框架元件上并且机械连接和电连接到所述多个框架元件；框架元件被机械互连 和电互连以形成框架；框架元件包括具有内部设置的电导体的非导电的第二结构构件、与 设置在框架元件上的光伏模块的电连接和机械连接、以及框架元件之间的电连接和机械连 接；框架包括允许连接到外部电负载的电气输出，其中光伏阵列的输出电压可以任选的未 接地电压作为基准电压。本专利技术还涉及一种方法，该方法包括用太阳光照亮光伏阵列以由光伏阵列生成电 流，其中光伏阵列包括多个具有第一结构构件的光伏模块，光伏模块设置在多个框架元件 上并且机械连接和电连接到所述多个框架元件；框架元件被机械互连和电互连以形成框 架；框架元件包括具有内部设置的电导体的非导电的第二结构构件、与设置在框架元件上 的光伏模块的电连接和机械连接、以及框架元件之间的电连接和机械连接；以及将如此生 成的电压施加到外部电负载。本专利技术还涉及一种方法，该方法包括将多个光伏模块设置在多个框架元件内，其 中每个光伏模块包括第一结构构件，光伏模块配备有电连接器和机械连接器，每个框架元件包括具有内部设置的电导体的第二结构构件、连接到设置在框架元件上的光伏模块的电 连接器和机械连接器、以及用于将每个框架元件互连到至少一个其他框架元件从而形成框 架的电连接器和机械连接器；将光伏模块电连接和机械连接到框架元件；以及，使框架元 件彼此互连以形成光伏阵列，其中光伏阵列的输出电压可以任选的电压作为基准电压。附图简述通过下列专利技术详述并结合作为本专利申请一部分的附图，将会更全面地理解本发 明，其中图IA示出了其上设置有光伏阵列的住宅屋顶。图IB示出了构成光伏模块的基本组件。图1C-1E示出了具有受到结构支撑的光伏模块的实施方案。图2A-2E示出了连接到住宅屋顶的框架构造和框架连接底板的实施方案。图3A示出了可见于框架设计中的线束和连接的实施方案。图3B-3D示出了内置于框架设计中的内部包封跳线和连接器的实施方案。图4A示出了采用电连接替代方案的框架元件的实施方案。图4B示出了框架元件上的机械连接器的实施方案。图4C示出了采用耐候性连接器来实现光伏模块接线盒的电缆至框架元件之间的 电连接的实施方案。图4D示出了内置于框架元件的结构构件中的凹形连接元件，该框架元件适合在 光伏模块包括与图示连接元件对齐的内部设置的连接元件的情况下使用。图4E示出了方法中用于连接到框架元件的光伏模块的实施方案，以及用来实现 电连接的可供选择的实施方案。图4E左侧是带电缆的接线盒，图4E右侧是带穿墙安装连 接器的接线盒，该连接器与框架元件上的连接器对齐。图4F示出了方法中用于连接到框架元件的光伏模块的实施方案，其中电连接元 件集成到光伏模块框架中。图4G示出了内置于图4F中框架元件的连接元件的分解实施方案。图5A示出了串联接线的光伏阵列的实施方案。图5B示出了以串并联组合方式接线的光伏阵列的实施方案。图5C-5E示出了线束和线连接。专利技术详述图IA所示为光伏(PV)阵列(101)，该光伏阵列示出了设置用来将太阳光(或其 他照明)转化为电能的光伏模块(104)的排列。在一个实施方案中，此类阵列包括单个光 伏模块。在另一个实施方案中，光伏阵列涉及多个光伏模块，其中每个光伏模块可以包括共 面排列的约50至100个单独的光伏电池，并且这多个光伏模块也共面排列。在一个商业安 装实施方案中，单个光伏模块可在24伏的电压下输出30安培电流，光伏阵列可在约500至 1000伏的电压下输出30安培电流。如本文所用，短语“太阳能电池板”表示光伏模块的亚 型，该亚型具体设计为采用太阳作为能源。术语“光电池”和“光伏电池”同义。采用现有技术的光伏阵列安全地处理户外商业场所和住宅区内如此量级的电力 水平和电压电平需要各种预防措施，包括将所有裸露的金属结构零件接地；以及对所有非 耐候连接进行防腐蚀保护。在本专利技术中，电导体和电连接器部分或完全容纳在非导电的结构构件的外壳内，或者用其自身的非导电的外壳隔离。在一个实施方案中，没有连接器暴露 在腐蚀性环境中。本文的光伏阵列的特征在于，其所有内部电气组件(包括光伏电池、旁通 二极管、内部引线、内部互连线)均由非导电的框架元件或其他非导电的外壳封闭并支撑。 光伏阵列允许在不降低安全性或不使系统完整性受损的情况下，以任何电压为输出电压的 基准电压。因此，不需要电接地。 除了与本专利技术的光伏阵列有关的安装成本和安全性的有益效果外，还具有电气设 计灵活性高于现有光伏阵列的有益效果，因为该系统可以在基准电压远高于地电位的条件 下安装，而现有系统则无法做到这一点。如本文所用，框架是由框架元件构成的结构体，这些框架元件以机械方式和电方 式相互连接以形成框架。在光伏阵列中，框架元件容纳有机械连接和电连接到框架元件上 的光伏模块。—般来讲，光伏模块(105)包括结构组件、多个以平行共面阵列方式排列的电 互连的光伏电池(105pv)，光伏电池具有光学透明保护覆盖层(105tc)和保护背衬层 (105pb)；光伏电池夹在并密封在覆盖层与背衬层之间，如图IB所示。在一个实施方案中， 光伏模块的结构组件是周边框架(106)(第一结构组件)(图1C)。在一个可供选择的实施 方案中，结构组件是下支撑结构(113和115)(图ID和1E)。在另一实施方案中，光伏模块 还包括电接线盒(107)(图1C-1E)。在另一个实施方案中，光伏模块包括具有耐候性插头的 高压连接电缆。在一个可供选择的实施方案中，光伏模块具有设置在模块结构内的集成式 电连接。任何吸收太阳光的光电池均适于实施本专利技术。合适的光伏电池包括夹在两层金属 导体之间的掺杂硅层和无掺杂硅层。合适的光伏电池将入射的太阳光转化成电子和空穴， 电子和空穴再迁移到金属导体以形成电流。本领域的光伏电池有单层、双层、三层等多种类 型，只要成型在一起并电气互连以形成发电的光伏模块，任何一种类型均可用于本专利技术。本领域内已研发出若干种半导体组合物来用作太阳能电池板的光伏电池。本专利技术 的可操作性以及所期望有益效果的取得并不取决于光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括多个具有第一结构构件的光伏模块的光伏阵列，所述光伏模块设置在多个框架元件上并且机械连接和电连接到所述多个框架元件；所述框架元件被机械互连和电互连以形成框架；所述框架元件包括具有内部设置的电导体的非导电的第二结构构件、与设置在所述框架元件上的光伏模块的电连接和机械连接、和所述框架元件之间的电连接和机械连接；所述框架包括允许连接到外部电负载的电气输出，并且其中所述光伏阵列的输出电压可以任意的未接地电压作为基准电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RD基纳，MR麦夸德，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]