專利名稱：具有接地桿的光伏安置系統(tǒng)及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及光伏(PV)系統(tǒng)，并且更具體地涉及一種用于使PV安置系統(tǒng)和軌分段接地的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在美國，幾乎所有的電系統(tǒng)都接地以減輕閃電、線路電涌或與高壓線無意接觸導(dǎo)致的影響。大部分PV系統(tǒng)包括具有金屬框架和金屬安置架的模塊，這些模塊位于暴露的位置(例如，易于受到雷擊屋頂)，或者靠近高壓輸電線定位，這些高壓輸電線在大風(fēng)等的情況下可能接觸PV陣列。在典型的PV陣列中的模塊具有易于陽極氧化的鋁框架。具有和2010-NEC規(guī)范(code)草案相同的要求并且指導(dǎo)PV系統(tǒng)安裝的2008-NEC規(guī)范要求暴露的金屬表面接地。 特別地，對(duì)于可產(chǎn)生高達(dá)600伏特電壓的dc模塊串，其必須滿足特別的dc布線和接地的要求。PV疊層的絕緣材料的失效可使框架被給予600伏特dc電壓。根據(jù)NEC規(guī)范和UL標(biāo)準(zhǔn)1703，要求PV系統(tǒng)的安裝者對(duì)每個(gè)模塊框架接地。必須使用重的(例如至少#10規(guī)格的)銅線以及可切入框架的10-32螺栓以到達(dá)這種模塊間接地。即使對(duì)于具有陽極氧化表面的框架也需要額外保險(xiǎn)。在這樣的情況下，使用墊圈/連接器切入金屬框架以及提供最好的電接觸。因?yàn)樵诘湫偷腜V陣列中的模塊具有經(jīng)常被陽極氧化的鋁框架，因此提供框架接地的連續(xù)性無法保證軌接地以及需要至少_規(guī)格的銅接地引線來附連到每個(gè)分離的軌分段且運(yùn)送至公共點(diǎn)。PV安置系統(tǒng)的傳統(tǒng)的安裝需要在物理附連之前軌系統(tǒng)的布局，通常必須進(jìn)行測(cè)量和白粉線快速移動(dòng)以便對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于大部分應(yīng)用，這是足夠的。但是，一些應(yīng)用需要軌之間良好控制的間距以保證模塊的合適對(duì)準(zhǔn)，由此需要更一致的方法以確保平行軌的對(duì)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明人解決了確保PV模塊的合適對(duì)準(zhǔn)的問題，同時(shí)為PV安置系統(tǒng)的金屬軌的段以及附連至各軌的段的一端的連接器盒提供足夠的接地。簡(jiǎn)而言之，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種用于使光伏(PV)模塊接地的系統(tǒng)包括至少一個(gè)構(gòu)件塊(30)，其具有至少一個(gè)PV模塊(12)、一對(duì)金屬軌分段(14)、以及連接至金屬軌分段
(14)的每端以使金屬軌分段(14)接地的金屬接地桿(16)。在另一方面中，一種用于使光伏系統(tǒng)(10)接地的方法包括將PV模塊(12)插入第一金屬軌分段(14)中以及插入第二相對(duì)的金屬軌分段(14)中，以將PV模塊(12)保持到位；以及連接一接地桿(16)至第一金屬軌分段和第二金屬軌分段(14)的每端，以便使金屬軌分段(14)接地。


當(dāng)參考附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本發(fā)明的這些以及其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)，其中所有附圖中相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、具有金屬軌和用于使該金屬軌接地的接地桿的PV安置系統(tǒng)的基本構(gòu)件塊的前視透視圖；圖2是示出與PV疊層和一即插即用ac電壓功率連接器構(gòu)成整體的dc-ac微逆變器的后視示意圖，該dc-ac微逆變器適用于供圖I中所示系統(tǒng)使用，以穿過多個(gè)ac-電壓模塊，從ac-電壓模塊將設(shè)備接地連接帶至ac-電壓模塊；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、具有PV模塊的單排基本構(gòu)件塊的PV安置系統(tǒng)的前視圖，其形成單個(gè)電路且通過利用金屬接地桿接地的金屬軌保持到位；圖4是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的、包括PV模塊的兩排基本構(gòu)件塊的PV安置系統(tǒng)的前視透視圖，兩排基本構(gòu)件塊具有安裝軌，其使用金屬接地桿自動(dòng)接地；圖5(a)和5(b)分別是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的、標(biāo)準(zhǔn)連接器盒和穿通連接器盒 的示意圖。 盡管上面識(shí)別的圖形提出可備選實(shí)施例，但也可預(yù)期本發(fā)明的其它實(shí)施例，如討論中提到的。在所有情況下，本公開以代表方式而非限制方式呈現(xiàn)本發(fā)明的示意實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可設(shè)計(jì)出落入本發(fā)明的原理的范圍和精神內(nèi)的、許多其它的變型和實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1-5，光伏(PV)安置系統(tǒng)10包括多個(gè)PV模塊12、多個(gè)金屬軌分段14、多個(gè)金屬接地桿16、布線束18、用于覆蓋和保護(hù)該布線束18的閉鎖蓋20、連接器盒22、至少一個(gè)本壘打(home run)線纜24以及具有L-支架28的多個(gè)安置支柱26，L-支架28用于安置軌分段14至支柱26。在該示例性實(shí)施例中，PV安置系統(tǒng)10包括具有五個(gè)(5) PV模塊12的基本構(gòu)件塊30。但是，應(yīng)意識(shí)到，本發(fā)明不限于配置用于基本構(gòu)件塊30的PV模塊12的數(shù)目，以及取決于設(shè)計(jì)要求和國家電氣規(guī)范(NEC)限制，基本構(gòu)件塊30可包括任意期望數(shù)目的PV模塊12。在一個(gè)示例中，每個(gè)PV模塊12是由低電壓dc模塊和集成dc-ac逆變器組成的ac模塊，由此每個(gè)PV模塊12可產(chǎn)生240V的ac功率。在另一示例中，每個(gè)PV模塊12可產(chǎn)生120V的ac功率。最高的dc電壓是單個(gè)PV模塊12的dc電壓，大約30V，其低于UL安全限制的48V dc。在單個(gè)電路中的PV模塊的數(shù)目由NEC和在負(fù)載板中的保護(hù)斷路器的尺寸兩者確定。如圖2中所示，每個(gè)PV模塊12的背面包括容納在金屬殼36中的微-逆變器32。每個(gè)微-逆變器32集成至相應(yīng)的PV模塊12。當(dāng)PV模塊12插入軌分段14中時(shí)(圖I)，每個(gè)PV模塊12包括金屬框架40，其中即插即用模塊連接器42位于PV模塊12的頂部。即插即用模塊連接器42可包括，例如，4個(gè)針腳44 :一對(duì)120V的ac-電壓針腳、一個(gè)中性導(dǎo)體針腳以及一個(gè)dc接地導(dǎo)體針腳。相反地，布線束18可包括，例如，相應(yīng)的連接器19 (圖I)，其具有用于接收該4個(gè)針腳44的4個(gè)狹槽21 :—對(duì)120V的ac-電壓狹槽、一個(gè)中性導(dǎo)體狹槽以及一個(gè)dc接地導(dǎo)體狹槽。每個(gè)即插即用模塊連接器42內(nèi)部電連接到其相應(yīng)的微-逆變器32至各自的微-逆變器底盤/接地，其可為，例如，微-逆變器金屬殼36。每個(gè)微-逆變器32的金屬殼36通過金屬框架附連支架46機(jī)械地和電地附連至相應(yīng)的PV模塊12的金屬框架40,例如，以形成金屬殼36和相應(yīng)的金屬框架40之間的低電阻接地接觸?？梢庾R(shí)至IJ，本發(fā)明不限于具有與布線束18的相應(yīng)狹槽配合的針腳44的即插即用模塊連接器42，以及本發(fā)明可使用具有接收布線束18相應(yīng)的針腳的狹槽的即插即用模塊連接器42來實(shí)踐。換而言之，針腳和狹槽可位于連接器19、42任一個(gè)上。連接器42的位置也不是限制性的，因?yàn)檫B接器42可以不危及PV模塊12物理插入該“插入和捕獲”軌分段14的方式定位PV模塊12的背面。目前，采用微-逆變器32的所有商業(yè)系統(tǒng)仍需要設(shè)備接地，意味著具有金屬框架40和金屬安置系統(tǒng)的所有模塊必須通過低電阻通道連接至公共接地。這樣的模塊間接地連接仍是采用需要使用金屬接合、接線片、貫穿墊圈和連線的工藝來形成的。在安裝的時(shí)候，所有這些模塊都需要形成手動(dòng)接地連接，且通常需要有經(jīng)驗(yàn)的電氣師存在。每個(gè)微-逆變器32可通過相應(yīng)接線盒48連接至PV模塊12。每個(gè)接線盒48容納PV模塊12和相應(yīng)的微-逆變器32的標(biāo)準(zhǔn)+/-dc連線/連接器 。因?yàn)槊總€(gè)微-逆變器殼36也電耦合至其相應(yīng)的PV模塊12的金屬框架40，所以在每個(gè)連接器19、42中的接地針腳自動(dòng)地接地通過連接器19、42互連的所有模塊框架40。連接器19、42實(shí)現(xiàn)PV安置系統(tǒng)10的基本構(gòu)件塊30的PV模塊12之間的接地連接。因?yàn)槊總€(gè)微-逆變器殼36電耦合至其相應(yīng)的PV模塊12的金屬框架40，所以當(dāng)所有的PV模塊12安裝入金屬軌分段14時(shí)，在功率連接器19、42中的接地針腳自動(dòng)地接地所有的模塊框架40。進(jìn)一步，連接至金屬軌分段14的每端的金屬接地桿16用作提供金屬軌分段14之間的連續(xù)的接地通道。進(jìn)一步，在軌分段14的端部用于安置該金屬接地桿16的預(yù)鉆孔確保該基本構(gòu)件塊30的軌分段14對(duì)之間正確的間距，如圖I中所示。形成該P(yáng)V安置系統(tǒng)10的單個(gè)電路的基本構(gòu)件塊30的數(shù)目取決于每個(gè)PV模塊12產(chǎn)生的電功率的量。為此目的，本發(fā)明可使用任意期望數(shù)目的基本構(gòu)件塊30和PV模塊12進(jìn)行實(shí)踐，取決于每個(gè)PV模塊12產(chǎn)生的電功率的量、根據(jù)NEC的限制的電負(fù)載板的限制以及在該負(fù)載板中的保護(hù)斷路器的額定。應(yīng)注意，每個(gè)微-逆變器34產(chǎn)生 IA的電流且斷路器額定為15-20A，其構(gòu)成單個(gè)電路。該負(fù)載板可承受更多的功率，但是將需要額外的斷路器、電路以及本壘打線纜24。在一個(gè)示例中，單排Rl包括五個(gè)(5)PV模塊12的基本構(gòu)件塊30形成單電路Cl，如圖I和3中所示。在此示例中，該P(yáng)V安置系統(tǒng)10包括一對(duì)金屬軌分段14、一對(duì)金屬接地桿16、布線束18、用于覆蓋和保護(hù)布線束18的閉鎖蓋20、連接器盒22、本壘打線纜24以及具有用于安置軌分段14至支柱26的L-支架28的多個(gè)安置支柱26。線束18的一端連接至連接器盒22。來自該連接器盒22的本壘打線纜24產(chǎn)生單個(gè)電路Cl，其具有大約5A的電流(用于五個(gè)(5)PV模塊)，其可饋送給傳統(tǒng)的15A斷路器板(未示出)。因?yàn)槊總€(gè)PV模塊12產(chǎn)生大約IA的電流，因此在單個(gè)電路Cl上的大約10-13個(gè)PV模塊12的總和，可饋送給傳統(tǒng)的15A斷路器板，取決于每個(gè)PV模塊12產(chǎn)生的電流的量。可意識(shí)到，連接器56可饋送給另一排PV模塊12，等等，直至最后一排PV模塊12饋送給斷路器板。具有多于大約10-13個(gè)PV模塊12的系統(tǒng)將需要額外的本壘打線纜24以及斷路器。應(yīng)注意，來自連接器19、42(在圖3中未示出)的接地針腳接地至連接器盒22的金屬壁，且連接器盒22使用金屬連接器，例如螺栓、墊圈等，電連接至金屬軌分段14。因此，除了金屬軌分段14之外，接地桿16自動(dòng)地接地連接器19、42。因?yàn)镻V安置系統(tǒng)10需要捕獲在軌分段14中的每個(gè)PV模塊12的頂部和底部，因此金屬軌分段14之間的間距是重要的。本發(fā)明的一個(gè)方面是金屬軌分段14包括用于在合適的位置安置該金屬接地桿16且確保軌分段對(duì)14之間的正確的間距的多個(gè)預(yù)鉆孔，由此減小安裝錯(cuò)誤。這樣，金屬接地桿16具有雙重作用1)保證金屬軌分段14之間的正確的物理間距；以及2)自動(dòng)地接地金屬軌分段14和連接器19、42。如圖4和圖5所示，在每個(gè)基本構(gòu)件塊30中具有五個(gè)(5)PV模塊12的兩個(gè)基本構(gòu)件塊30形成兩排R1、R2，其由公共的中心金屬軌分段14結(jié)合在一起。金屬軌分段14也在PV安置系統(tǒng)10的每端。在基本構(gòu)件塊30的排R1、R2的每端的一共四側(cè)的接地桿16使所有的三個(gè)金屬軌分段14接地。線束18的一端連接至標(biāo)準(zhǔn)連接器盒22。來自標(biāo)準(zhǔn)連接盒22的連接器54依次連接至穿通連接器盒22’。在示出的示例中，來自穿通連接器盒22’的連接器56形成單個(gè)電路Cl，其具有約10安培的電功率，可饋送給傳統(tǒng)的15安培的斷路器板(未示出)?？梢庾R(shí)至IJ，如果只有大約為10-13個(gè)PV模塊12的一排，連接器54可直接饋送給該斷路器板，類似于圖3的示例。還可意識(shí)到的是，連接器56可饋送給另一排PV模塊，等等，直至最后一排PV模塊饋送給該斷路器板。具有多于約10-13個(gè)PV模塊12的系統(tǒng)將需要額外的本壘打線纜24以及斷路器。應(yīng)注意，來自連接器19、42的接地針腳接地至連接器盒22、22’的金屬 外殼，且該連接器盒22、22’依次使用金屬連接器，例如螺栓、墊圈等，電連接至金屬軌分段
14。因此，除了金屬軌分段14之外，接地桿16使連接器19、42接地。雖然只有本發(fā)明的某些特征在此示例和描述，但許多變型和改變是本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到的。因此，將理解，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神內(nèi)的所有的變型和改變。元件(IO)PV安置系統(tǒng)(12) PV 模塊(14)金屬軌分段(16)金屬接地桿(18)布線束(19)連接器(20)閉鎖蓋(21)狹槽(22)連接器盒(22’ )穿通連接器盒(24)本壘打線纜(26)支柱(30)基本構(gòu)件塊(32)微-逆變器(36)金屬殼(40)金屬框架(42)即插即用模塊連接器(44)針腳(46)附連支架(48)接線盒(56)連接器
R1,R2rowsR1,R2排
權(quán)利要求
1.一種用于使光伏(PV)模塊接地的系統(tǒng)，包括至少一個(gè)構(gòu)件塊(30)，其包含至少一個(gè)PV模塊(12)、一對(duì)金屬軌分段(14)、以及連接至所述金屬軌分段(14)的每端以使所述金屬軌分段(14)接地的金屬接地桿(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個(gè)dc-ac微-逆變器(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)微-逆變器(32)內(nèi)部地連接至相應(yīng)的底盤接地或金屬殼(36)且與所述至少一個(gè)PV模塊(12)集成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)PV模塊(12)包括連接器(42)，以及其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括布線束，所述布線束具有與所述至少一個(gè)PV模塊(12)的所述連接器(42)配對(duì)的連接器(19)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中，每個(gè)連接器(19，42)包括電連接至微-逆變器(32)的金屬殼(36)的接地針腳。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中，所述金屬殼(36)通過金屬框架附連支架(46)機(jī)械地且電地附連至所述至少一個(gè)PV模塊(12)的金屬框架(40)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電連接所述至少一個(gè)PV模決(12)至標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)的布線束(18)、用于覆蓋和保護(hù)所述ac布線束(18)的閉鎖蓋(20)、以及電連接至所述標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)以提供單個(gè)電路Cl的本壘打線纜(24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括在第一排Rl中的多個(gè)PV模塊以及在第二排R2中的多個(gè)PV模塊，其中在所述第一排Rl中的所述多個(gè)PV模塊與標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)連接在一起，以及其中來自所述連接器盒(22)的連接器(54)以及在所述第二排R2中的所述多個(gè)PV模塊(12)連接至穿通連接器盒(22’)，以及電連接至所述穿通連接器盒(22’ )的連接器(56)提供來自所述穿通連接器盒(22’ )的單個(gè)電路Cl。
9.一種用于使光伏系統(tǒng)(10)接地的方法，包括 將PV模塊(12)插入第一金屬軌分段(14)中以及插入第二相對(duì)的金屬軌分段(14)中，以將所述PV模塊(12)保持到位；以及 連接接地桿(16)至所述第一金屬軌分段和第二金屬軌分段(14)的每端，以使所述金屬軌分段(14)接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，進(jìn)一步包括將所述PV模塊(12)電連接至布線束(18)，將所述布線束(18)電連接至標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)，以及將連接器(24)電連接至所述標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)以提供單個(gè)電路Cl。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“具有接地桿的光伏安置系統(tǒng)及其安裝方法”。一種光伏(PV)安置系統(tǒng)，包括至少一個(gè)PV模塊(12)、一對(duì)金屬軌分段(14)以及連接至金屬軌分段(14)的每端以使金屬軌分段(14)接地的接地桿(16)。該系統(tǒng)還包括用于電連接若干PV模塊(12)的布線束(18)、用于覆蓋和保護(hù)該布線束(18)的閉鎖蓋(20)、電連接至布線束(18)的一端的標(biāo)準(zhǔn)連接器盒(22)、以及電連接至連接器盒(22)的本壘打線纜(24)。還公開了一種用于使PV安置系統(tǒng)(10)接地的方法。
文檔編號(hào)H01R4/66GK102810587SQ20121017886
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月5日
發(fā)明者C·S·科曼, N·A·約翰遜, C·J·沃納 申請(qǐng)人:通用電氣公司