植被和太陽能電池的複合系統的製作方法
2023-10-10 05:40:19
專利名稱：植被和太陽能電池的複合系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及植被和太陽能電池的複合系統，其中，具有熱島現象抑制作用的植物群和具有二氧化碳生成抑制作用的太陽能電池被安裝在一起。
背景技術：
為了抑制在近些年已經發展成為一個問題的人口稠密城區的熱島現象，目前正實施綠化，它涉及在諸如建築物的結構頂部上種植植物。另外，太陽能電池已經被用於特殊應用，它並不涉及礦物燃料，也就是說，它構成了不涉及二氧化碳生成具有低環境負荷的電力生成技術。例如，作為將植被和太陽能電池安裝在一起的方法，將植被設置在建築物屋頂上並將太陽能電池安裝在其牆上的方法已經由日本早期公開專利申請No.2002-364137公開。此外，將植被設置在傾斜屋頂的一面上並將太陽能電池安裝在其另一面上的方法已經由日本早期公開專利申請No.2002-206349公開。然而，儘管植物和太陽能電池的太陽光接收是產生上述作用所必需的，但是這些安裝方法中至少在任何一種情況下接收的光量都較小，而且，將植被和太陽能電池一起安裝在大體同一平面上的安裝方法還沒有被提出。可以推測的是，植被和太陽能電池陰影影響以及維修的問題還沒有被解決。
此外，正如在「Design and Execution of asolar light generation system(Second Edition)(太陽光生成系統的設計與運行(第二版))」(編者solar lightgeneration association(太陽光生成協會)，2000年2月10日由Ohm公司出版)的115頁至116頁中提及的，建築物的高度越高，作用到太陽能電池系統上的風壓越大。例如，風壓正比於不超過16米高的建築物的高度部分的平方根，而對於超過16米高的部分，風壓正比於其高度的四次方根。因此，可以推測的是，將太陽能電池系統固定到高層建築物上的方法是造成高成本的一個因素。
為了充分接收太陽光，以具有大表面面積的平板狀狀形成太陽能電池組件。太陽能電池組件通常在其表面上具有透明玻璃板，以便太陽光能充分到達內部光電轉換元件，並使得對於室外安裝足夠持久。因此，大面積板狀玻璃板佔了太陽能電池組件的大部分重量，而且非常重。當玻璃板被損壞時，會出現多重邊緣尖銳的碎片的情況，在處理該狀況時必須加以注意。
傳統上已經發展了將這種太陽能電池組件固定到屋頂表面的方法。例如，日本早期公開專利申請No.H8-288532公開了一種方法，該方法通過將錨壓入屋頂表面並將底座固定到該錨上將底座安裝到屋頂表面，並然後將太陽能電池組件安裝在底座上。然而，在該方法中，由於將錨壓入屋頂表面，屋頂表面遭受了損壞，並因此存在長期防水特性下降的危險。其上安裝了底座的屋頂表面的一個目標是防止雨水侵入建築物。例如，整個建築物的屋頂表面具有由防水瀝青和防水板等諸如此類構成的防水層的結構。為解決這個問題，日本早期公開專利申請No.2000-017802公開了防止其中錨被壓入的部分滲水的方法。然而，隨後出現了在防水中涉及的成本和勞動的問題。所以，日本早期公開專利申請No.H9-070188公開了一種方法，即替代通過錨固定的方法，通過憑藉粘結劑將混凝土基座固定到屋頂表面上並將太陽能電池組件固定到混凝土基座上來執行固定。然而，在包括屋頂表面的屋頂上，必須每隔一定時間進行主要用於防水目的諸如重新覆蓋防水板的維修，因此產生了問題，即不可能在使用粘結劑將混凝土基座接合到屋頂上的接合中臨時地去除太陽能電池系統。
此外，因為太陽能電池組件自然設置於較高的位置，例如在其周圍和下方有人經過，所以在發生颱風或地震等情況時防止太陽能電池組件墜落到屋頂周圍的區域是很重要的。過去人們已經考慮了使用線纜將底座固定到屋頂表面的方法。就該方法而言，當假設風吹在太陽能電池組件和底座上時，因為底座被固定到平屋頂，所以線纜上的拉力作用的方向在垂直方向上一定比在屋頂表面水平方向上更大。為了保證線纜拉力的垂直方向的分量，以屋頂表面即安裝表面作為參考，線纜的連接角必須是在一定程度上接近垂直的角。另一方面，使用該方法，可以防止太陽能電池組件墜落到屋頂表面周圍的區域。然而，當底座用線纜固定到屋頂表面時，為了提供接近於垂直的連接角，線纜被固定的位置不能距離底座太遠，因此，最終有必要在屋頂安裝表面中裝配錨栓，而防水錶面必然被損壞。另外，已被引述的該方法的另一問題是當底座的表面積較大時，通過使用線纜僅固定太陽能電池組件的周圍不能防止接近底座中心的吹起。此外，日本已審查實用新型申請公報No.S62-70454公開了涉及其中太陽能電池組件被連接到線纜的結構的一種方法，所述線纜在固定底座的安裝角的方向上延伸。在這個結構中，線纜的兩端被可靠地繫到底座的主體上，而且太陽能電池組件以其中組件能被鎖定到延伸線纜的狀態被連接。在該情況下，因為作用在太陽能電池組件上的風壓負荷由線纜支撐，所以通常要求較高的線纜拉伸強度，由風壓負荷導致的輕微波動是不可避免的，而且，由於線纜主體和連接部分的金屬疲勞，存在著長期耐久性的問題。此外，當底座表面積增加時，以上問題加重。同時，如在日本專利申請No.H8-284351中公開的，在安裝在屋頂瓦片上的結構中，存在其中線纜被可靠地繫到穿透安裝表面的錨栓上並且底座被連接到該線纜的一種結構。在這種情況下，為了阻止由風等諸如此類因素引起的底座摩擦移動，存在涉及利用粘結劑將連接到底座的腿部分固定到屋頂表面的一種方法。對於該方法，由於利用穿透屋頂表面的錨栓並通過線纜保證底座連接負荷的行為，所以對於穿透部分的防水結構有時存在著問題。此外，當太陽能電池組件在通過線纜被固定之後被連接時，很難在所有的點實現牢固均勻地連接，而且，當施加過量負荷時，存在弱點損壞的可能性。
發明內容
考慮到現在的情況，本發明提出一種安裝方法，該方法通過提供一種能解決涉及維修和植被及太陽能電池陰影影響的問題並不需要進行高成本和高勞動強度的對屋頂表面的局部防水的底座安裝結構，使得能夠將植被和太陽能電池一起設置在大致相同的平面內，而且，使得能夠防止措施的長期耐久性的下降，從而防止太陽能電池組件接近底座中心的吹起和經常的負荷和輕微波動等導致的墜落。
在經過大量研究之後，本發明人發現以下方法。本發明的植被和太陽能電池的複合系統涉及其中太陽能電池系統和植物群被一起設置在同一屋頂表面上的一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，太陽能電池組件的光接收表面距離所述屋頂表面的平均高度大於所述植物群的平均高度，因此能夠解決由於植物的陰影造成妨礙太陽能電池接收光的問題。
本發明的第二方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，當所述植物群距離所述屋頂表面的平均高度是a，所述太陽能電池組件距離所述屋頂表面的平均高度是b，而且最靠近的所述植物群和所述太陽能電池組件之間的投影距離是c時，滿足如下的公式1c≥b-a(公式1)其中解決了由於植物陰影造成的妨礙太陽能電池接收光的問題以及由於太陽能電池陰影造成妨礙植物接收光的問題。
本發明的第三方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料和/或保溼材料被鋪設在最靠近的所述植物群和所述太陽能電池組件之間、以及/或所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間，從而可以為沒有植物或太陽能電池等的部分帶來熱帶抑制作用。
本發明的第四方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料是粘結性模製件，在所述屋頂表面和所述絕熱材料的表面之間具有空隙；而本發明的第五方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述保溼材料是泥土、沙子及其混合物，從而可以以較低的成本實現本發明的第三方面。
本發明的第六方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述植物群是灌木和/或草，這使得能夠解決由於植物陰影造成的妨礙太陽能電池接收光的問題。
本發明的第七方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中太陽能電池系統和植物群被一起設置在同一屋頂表面上，其中，所述植物群和所述太陽能電池在至少一對相對的所述植物群和所述太陽能電池系統之間包括一人能走動的區域。
本發明第八方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料被鋪設在人能走動的所述區域內。本發明的第九方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料是具有泥土、沙子及其混合物的粘結性模製件，在所述屋頂表面和所述絕熱材料的表面之間具有空隙。本發明的第十方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度，這使得對於用於維護目的的可以走動的區域也能帶來熱島抑制作用。
本發明的第十一方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中將通過安裝一底座並將一太陽能電池組件固定到所述底座上而得到的太陽能電池系統和植物群一起設置在同一屋頂表面上，其中，至少所述植物群和所述底座的側面彼此充分相鄰，這使得能夠防止太陽能電池組件造成的陰影妨礙植物群的生長，並通過植物抗風壓作用減小作用在太陽能電池系統上的風壓。
本發明的第十二方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述植物群的平均高度小於所述太陽能電池的光接收表面的平均高度，而且所述植物群覆蓋了所述底座側面的允許通風面積的一半或更多，這通過植物抗風壓作用可靠地減小了作用在太陽能電池系統上的風壓。
本發明的第十三方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料被鋪設在鄰近的植物群和太陽能電池組件之間、以及/或者所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間，所述絕熱材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度，而且所述絕熱材料覆蓋了所述太陽能電池系統的允許通風面積的一半或更多，這通過植物抗風壓作用可靠地減小了作用在太陽能電池系統上的風壓。
本發明的第十四方面涉及一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，保溼材料被鋪設在鄰近的植物群和太陽能電池組件之間、以及/或者所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間，所述保溼材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度，而且所述保溼材料覆蓋了所述太陽能電池系統的允許通風面積的一半或更多，這通過植物抗風壓作用可靠地減小了作用在太陽能電池系統上的風壓。
本發明的第十五方面，其中，所述太陽能電池系統設置用於在所述板狀太陽能電池的至少兩側保持所述太陽能電池的一框架，所述屋頂表面和所述框架通過壓敏粘結材料接合。
本發明的第十六方面，其中，所述太陽能電池系統設置用於保持所述太陽能電池的一框架和一底座，所述框架在所述板狀太陽能電池的至少兩側被固定到所述底座上，所述屋頂表面和所述底座通過壓敏粘結材料接合。
本發明的第十七方面，其中，所述壓敏粘結材料設置在基底材料的兩側上。
本發明的第十八方面，其中，所述壓敏粘結材料的主要成份是丁基樹脂或丙烯酸樹脂。
本發明的第十九方面，其中，在所述太陽能電池系統中設置用於將所述太陽能電池組件固定到所述屋頂表面的一底座，所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面，並利用線纜防止該底座墜落，所述線纜被設置通過平行於所述屋頂表面存在於所述底座中的一空隙。所以，屋頂表面的防水沒有被降低，而且即使在颱風或地震等發生時，也能防止太陽能電池組件墜落到屋頂周圍的區域。此外，因為不再需要屋頂表面的局部防水，而且對於線纜而言通常也沒有必要以高強度拉仲，所以可以防止措施的長期耐久性的下降，從而防止由於經常的負荷和輕微波動造成的太陽能電池組件的墜落。另外，還可以防止接近底座中心的吹起。
本發明的第二十方面，其中，所述線纜的兩端被固定到所述屋頂表面上的一重負荷上。因此，不需要穿透防水層的諸如線纜固定錨栓之類的固定工具，防水可以得到保持。
本發明的第二十一方面，其中，所述重負荷是構成所述植物群的一種植單元。因此，可以實現美觀且對環境友好的底座。
本發明的第二十二方面，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述線纜被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述線纜的兩端被固定至所述重負荷，從而可以實現可靠而簡單的施工。
本發明的第二十三方面，其中，在所述太陽能電池系統中設置用於將所述太陽能電池組件固定到所述屋頂表面的一底座，所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面，並利用粘結帶防止該底座墜落，而且所述粘結帶被引入存在於所述底座中的一空隙內。所以，屋頂表面的防水沒有被降低，而且即使在颱風或地震等發生時，也能防止太陽能電池板墜落到屋頂周圍的區域。此外，因為不再需要屋頂表面的局部防水，而且通常不需要以高強度下拉伸粘結帶，所以可以防止措施的長期耐久性的下降，從而防止由於經常的負荷和輕微波動造成的太陽能電池組件墜落。
本發明的第二十四方面，其中，所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面。因此，不需要穿透防水層的諸如錨栓的固定工具，由此，可以實現具有更好防水特性的更經濟的太陽能電池安裝結構。
本發明的第二十五方面，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述粘結帶被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面，從而可以實現可靠而簡單的施工。
本發明的第二十六方面將使用線纜防止墜落和使用粘結帶防止墜落結合在一起以構成一種底座安裝結構，該結構穩固了壓敏粘結帶在底座安裝表面上的固定，它在經濟和可靠性方面體現出了優越性。
本發明的第二十七方面，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述粘結帶被引入所述底座中的所述空隙內，所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面，所述線纜被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述線纜的兩端被固定到所述重負荷，從而可以實現可靠而簡單的施工。
圖1是太陽能電池系統和植物群的布置的平面視圖；圖2是太陽能電池組件1距離屋頂表面的高度和植物群3距離屋頂表面的高度的透視圖；圖3是太陽能電池組件的連接結構的橫截面視圖；圖4是太陽能電池組件的另一連接結構的類似橫截面視圖；圖5是太陽能電池組件的另一連接結構的類似橫截面視圖；圖6是太陽能電池組件的另一連接結構的類似橫截面視圖；圖7是關於太陽能電池系統指向的視圖；圖8是第三實施例太陽能電池系統和植物群的布置的平面視圖；圖9是太陽能電池組件的連接結構的橫截面視圖；以及圖10是柱腳的橫截面視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖具體描述本發明的實施例。首先，將基於圖1至6描述本發明第一實施例。
如在圖1和2中所示出的，本實施例的植被和太陽能電池的複合系統S是將太陽能電池系統10和植物群3一起設置在同一屋頂表面4上的系統，而且，太陽能電池組件1的光接收表面距離屋頂表面4的平均高度b大於植物群3的平均高度a。
這裡，「屋頂」指的是包括大廈或房屋等建築結構的建築結構頂部。然而，為了最大化本發明的效果，屋頂即具有小梯度的屋頂表面是優選的。
「植物群3」表示一種或更多類型的植物或兩種或更多類型的植物。植物的示例包括諸如闊葉樹、常綠樹、落葉樹、針葉樹、竹子的樹和諸如離瓣花、合瓣花、單子葉植物、裸子植物、杉、苔蘚之類的植物。對本發明而言，優選具有相對低生長高度容易照料的植物。例如，諸如瓦葦屬(百合科)、鯊魚掌屬(百合科)、龍舌蘭屬和生石花屬的肉質植物(仙人掌系列)是尤其優選的形式。最優選的植物是常綠草本多年生植物，尤其是例如景天科景天屬(學術名為「景天屬」)，更具體地為小珠寶、佛甲草、紫錐菊、假尾孢、寶珠、地菜松、信東尼、景天海綿、黃麗、景天草、極光、八千代、景天變色龍等。此外，當考慮植物疾病和顏色調和等因素時，優選設置多種類型的植物。
太陽能電池可以是有機的，或基於化合物半導體或矽等，它可被分為單晶型、多晶型或薄膜型，或者是諸如單晶型和薄膜型或多晶型和薄膜型組合的複合系統。如隨後描述的，當要求太陽能電池組件的光接收表面距離屋頂表面的平均高度b大於植物群的平均高度時，因為太陽能電池的安裝傾斜角越低，選擇植物群高度的自由度就越大，所以，優選在陽光以較低角度入射時電力生成效率沒有明顯下降的太陽能電池。優選的形式包括薄膜矽型和薄膜矽型與多晶矽的複合系統。
太陽能電池系統10至少包括一個太陽能電池組件，並且包括線路、太陽能電池固定工具或固定底座、線路連接材料、逆變器、轉換器以及一種能夠長期使用利用太陽光作為能源生成的電力的形式中的全部或部分。
更具體地，如圖4和6等所示，在板狀太陽能電池的至少兩側上設置保持太陽能電池的框架7和支撐框架的底座2，屋頂表面4和底座2通過壓敏粘結材料接合。
在圖4中，底座2利用雙面帶8被固定到防水板40上，太陽能電池組件不需要在防水板40上製作任何孔就能被固定。此外，圖6圖示了通過雙面帶將底座2固定至混凝土塊5上的防水板40上的方法。這樣的太陽能電池系統不降低屋頂表面的防水特性或其在水密性方面的可靠性，而且具有在屋頂維修時容易被移動的特性。
底座2是具有固定太陽能電池組件的繼生部分(stepchild portion)和螺栓孔等的金屬材料或水泥模製件等的整體，其中還採用了多元材料或多種類型材料來固定太陽能電池組件。一般，儘管可以通過沿杆狀材料的縱向方向固定多個太陽能電池組件將多個太陽能電池組件固定到一個底座上，但是，在一個底座上連接一個組件的系統也是優選的。
上面的「壓敏粘結材料」是具有粘結特性的有機或無機物質的通稱。然而，更具體地，粘結材料可能的示例包括丙烯酸(acrylic)、丁基合成橡膠(butyl)、矽、氨基甲酸乙酯、天然橡膠、合成橡膠等等，在本示例中，從諸如耐水性和高溫穩定性的長期耐久性及成本的角度考慮，丙烯酸或丁基合成橡膠是最優選的。
雙面帶8是通過在基底材料的兩側上施以壓敏粘結材料製作而成的，可能的基底材料包括樹脂薄膜、金屬帶、泡沫樹脂、非泡沫樹脂、無紡纖維、紙等等。應從使用簡易性、基底材料的彈性、基底材料的強度及其與壓敏粘結材料兼容性的角度適宜地選擇基底材料，在本示例中，泡沫樹脂或無紡纖維是最優選的。此外，因為當外力作用到雙面帶8上時，在基底材料和壓敏粘結材料之間的界面處存在分離的可能，所以應該選擇能實現基底材料和壓敏粘結材料之間緊密接觸的基底材料。從這個角度看，基底材料和壓敏粘結材料優選由相同類型的材料構成。例如，丙烯酸泡沫基底材料和丙烯酸壓敏粘結材料就是一個優選組合。此外，通過將壓敏粘結材料塗覆、壓接或熱接合到基底材料上或者通過用粘結劑滲透基底材料的方法製作雙面帶8，並且，通過對基底材料和壓敏粘結材料的共同擠壓或諸如此類的方法，基底材料和壓敏粘結材料之間的界面也能基本上被消除掉。對於壓敏粘結材料使用量、雙面帶的應用面積或使用量及連接面積，太陽能電池系統必須計算、考慮並適當確定太陽能電池系統上的風的負荷，以及由地震導致的波動負荷。因此，與壓敏粘結材料和雙面帶8接觸的底座底部面積以及框架底部面積必須設計成充分粘結壓敏粘結材料和雙面帶8。
在本示例中，為了維修防水板40等目的，臨時固定的底座2和框架7可被移動。在此，這僅僅涉及相對簡單的工作，即，將已被加熱的電加熱線纜放置在壓敏粘結材料上，並在發生軟化時部分地移除電加熱線纜。另一方面，當固定使用了粘結劑時，應該注意的是，由於粘結劑可能已經固化，所以去除工作將極其困難。
此外，作為經修改的示例，優選如圖5所示的未使用底座、通過雙面帶8固定框架7的方法，即，根據該方法，在板狀太陽能電池的至少兩側上設置保持太陽能電池的框架7，並通過壓敏粘結材料接合屋頂表面4和框架7。
此外，如圖3所示，利用錨栓6將底座2固定到屋頂表面4，並且可以通過螺栓21將通過組合框架7與太陽能電池組件1而製成的太陽能電池組件固定到底座2。
圖2示出了太陽能電池組件1距離屋頂表面4的高度和植物群3的高度。當太陽能電池組件的最低高度是b1而最大高度是b2時，太陽能電池組件的光接收表面距離屋頂表面的平均高度b由公式2給出。
b＝(b1+b2)/2(公式2)此外，植物群3距離屋頂表面的平均高度a是假設通過對每種植物的高度進行獨立加權平均而得到的高度。太陽能電池組件的光接收表面距離屋頂表面的平均高度b優選大於植物群距離屋頂表面的平均高度a。這是為了防止在太陽能電池組件的光接收表面上發生由植物群造成的陰影，以及防止太陽能電池妨礙光接收。此外，圖1所示的最靠近的植物群和太陽能電池組件之間的投影距離c優選滿足如下的公式1。
c≥b-a(公式1)這是因為當不滿足上面的公式1而滿足下面的公式3時，由太陽能電池組件導致的陰影將投射到植物群上，並妨礙植物群的培育。
c＜b-a(公式3)儘管未被示出，在植物群3和太陽能電池系統10之間、植物群3相互之間以及太陽能電池系統10相互之間，留有人可以走動的區域，作為維修中用的道路，而且在這些區域上鋪設絕熱材料和保溼材料等，由此，實現熱島抑制作用。絕熱材料例如可以是泡沫體，即，例如設置有金屬板、擋紫外光塗層或阻光材料等的諸如苯乙烯泡沫、乙烯-丙烯共聚物泡沫、或氨基甲酸乙酯泡沫的有機泡沫體；或者諸如水泥泡沫(cement foam)或浮石的無機泡沫體，以及進一步例如可以是中空水泥模製件、中空樹脂模製件、絕熱塊和被構造成包含空氣的卵石層。此外，保溼材料例如可以是吸水聚合物、連續氣泡泡沫(continuous bubble foam)或被堆放以包含空隙的細粉末，它們構成能保持雨水並在高溫期間通過雨水的蒸發熱使周圍充分冷卻的材料。然而，從成本和耐久性的角度考慮，泥土和沙子或諸如此類的材料是優選的。
接下來，將參考圖7描述本發明第二實施例。
本實施例的植被和太陽能電池複合系統S中，底座2被安裝在同一屋頂表面4上，而且通過將太陽能電池組件1固定到底座上而得到的太陽能電池系統與植物群被設置在一起，使得至少底座2的側面和植物群3彼此充分靠近。此外，植物群3被設置覆蓋底座側面20的通風面積的一半或更多，通過植物的抗風壓作用減小太陽能電池系統上的風壓。
本實施例的太陽能電池系統10和植物群3的布置與第一實施如圖1所示的布置相同。圖7是關於沿箭頭A的方向的部分視圖，示出了框架的側面以及框架側面的通風面積，框架側面20表示一列太陽能電池的側面。
底座2是具有固定太陽能電池組件的繼生部分和螺栓孔等的金屬材料或水泥模製件等的整體，以及具有將底座固定到屋頂表面的繼生部分和螺栓孔等的金屬材料或水泥模製件等的整體，其中為了固定太陽能電池組件，採用了多元材料或多種類型材料。儘管通常通過沿杆狀材料的縱向方向固定多個太陽能電池組件將多個太陽能電池組件固定到一個底座上，但是本發明也包括了在一個底座上連接一個組件的系統。
類似於上面的第一實施例，太陽能電池組件的光接收表面距離屋頂表面的平均高度b優選大於植物群3距離屋頂表面的平均高度a。這是為了防止在太陽能電池組件的光接收表面上由於植物群造成陰影，以及防止太陽能電池組件妨礙光接收。
如上面所述，通常，底座使用杆狀材料構成，底座側面20處於能夠通風的狀態。在本實施例中，這個面積被稱為允許通風面積。另一方面，當底座側面的部分或全部由板型材料或諸如此類的材料構成並且不允許通風時，底座側面面積的一部分成為允許通風面積。儘管沿垂直於圖8所示的通風方向的方向也是可能通風的，但當底座是杆狀材料時，底座側面的允許通風面積更大，這是本發明所關注的一個方面。設計和實現太陽能電池系統，常規地假定由通過將被固定到屋頂表面的太陽能電池模塊的頂部的風產生的負壓處於使得可以防止散開的強度。然而，由於底座側面方向上的通風產生的風壓很難常規地假定，而考慮了更高安全裕度的安全而高成本的太陽能電池系統的固定設計在施工時存在經濟問題。解決這個問題的方法例如可以是通過用板型材料覆蓋底座側面減小允許通風面積，但是這樣的方法存在如下三個問題(1)底座重量增加，並且可能出現由於屋頂負荷承受力而產生的問題；(2)底座成本高；(3)在太陽能電池組件和屋頂之間的空氣達到高溫度，內部冷卻負荷增大。根據本實施例，通過布置臨近底座側面的植物群、絕熱材料和保溼材料，或者通過布置覆蓋允許通風面積的一半或更多的植物群、絕熱材料和保溼材料，可被解決由於在底座側面方向上的通風產生的風壓問題。
此外，儘管沒有被圖示，絕熱材料和保溼材料等諸如此類材料類似於上面的第一實施例被鋪設在植物群3和太陽能電池系統10之間、植物群3相互之間以及太陽能電池系統10相互之間，由此，實現熱島抑制作用。然而，該構造使得絕熱材料和保溼材料等諸如此類的材料距離屋頂表面的高度低於太陽能電池組件的高度，並且絕熱材料和保溼材料等諸如此類的材料被建立以覆蓋太陽能電池系統允許通風面積的一半或更多，由此，通過絕熱材料和保溼材料等諸如此類材料的抗風壓，減小了作用到太陽能電池系統上的風壓。
下面，基於圖8至圖10，將描述本發明的第三實施例。
如圖8和圖9所示，本實施例的植被和太陽能電池複合系統被構造成使得用於固定太陽能電池組件1的底座2通過壓敏粘結帶80被固定到屋頂表面4，並通過線纜9防止其墜落。更具體地，線纜9被布置成穿過底座2的平行於屋頂表面4的空隙22a，即使颱風或地震等發生時，也能可靠地防止太陽能電池組件1墜落到屋頂的周圍。
底座2包括底座軌道23和柱腳22，而且太陽能電池組件1被堆置在底座2上。底座軌道23通過螺栓被固定到柱腳22上，而太陽能電池組件1被堆置在底座軌道23上。於是，為了避免由於未著地(即處於最低層上的底座軌道23和屋頂表面4不能充分接觸)而造成不能確保底座軌道23的平行度的情況，優選及時地插入由硬橡膠構成的片，作為底座軌道23和柱腳22之間的墊片。通過這一方式，減小了由於電池面板5和底座軌道23等的負荷的非均勻分布造成的部分柱腳上的負荷集中，並且可以在屋頂表面4上穩定地固定底座2。
線纜9穿過柱腳22中提供的空隙22a，並且線纜9的兩端被固定到屋頂表面4上的重負荷的適當點，例如被固定到構成屋頂植被系統30的植物群3的種植單元31的外圍。若干線纜沿著底座軌道23的長度方向，並且可以在垂直於底座軌道23的長度方向的方向上設置多條線纜。如果使用了結實的線，通過各設置軌道23兩端的柱腳22中的空隙22a內的兩條線纜，可以在沒有吊線夾板(cantilever)的情況下實現足夠的穩定性。如果線纜穿過軌道23中間的柱腳22內的空隙22a，也可以使用一條線纜。
除了種植單元31，重負荷可能由混凝土或金屬塊等構成，並可被放置在線纜9的兩端，以使得可以防止太陽能電池組件1在颱風或地震等發生時由於底座2移動而墜落和其自身重量作用下被損壞。通常，建築物的負荷承受力是180kg/m2或更少，重負荷、底座2和太陽能電池組件1的總重量必須設置成處於或低於由建築物屋頂表面的總重量乘以重量承受力得到的重量。另一方面，根據防止太陽能電池組件1墜落的目標，必須保證總底座面積上至少10％的充氣負荷的重量作為總重量。因為線纜9被固定到安裝在屋頂表面4上的重負荷上，所以不需要去損壞屋頂表面4的防水層，由於不需修理防水層，所以這是經濟的。
屋頂植被系統30是作為熱島對策用植被覆蓋建築物屋頂表面的系統，而且是美觀並且由於阻擋太陽直射光束而防止了建築物屋頂上的混凝土熱累積的系統。此外，在綠色植物很少的城市裡，屋頂植被系統提供了對環境友好的空間。屋頂植被系統30由植物群3構成，更具體地，其通過在屋頂表面上排列多個其中插入土壤和植物的種植單元31構成。植物群3的植物與在上面第一實施例的情況中使用的植物相同。
種植單元31通常通過四個角利用連接工具被固定到屋頂表面4以防止種植單元31在颱風中飛散，並且其構成其中集成了多個種植單元7的結構。因此，當集成的種植單元7被用作重負荷時，30kg/m2到60kg/m2的負荷就能被保證。此外，屋頂植被系統作為重負荷使用意味著不需要去重新準備重負荷，這是經濟的，而且也減少建造材料。
從強度和耐久性的角度考慮，線纜9優選日本工業標準JIS G 3549中提及的用於結構的繩纜。此外，不需要用力地延伸線纜，而其兩端可被固定處於不鬆弛狀態。使用線纜9的目的是為了在發生颱風的情況下當通過壓敏粘結帶被固定的柱腳的固定強度由於不可預見的原因發生輕微下降時防止底座墜落。
太陽能電池組件1通過螺栓被固定和連接在底座軌道23上。為了減小風的負荷，太陽能電池組件1的安裝角優選為相對於水平表面不超過10度的較低的角度。此外，太陽能電池組件1的表面一直受到諸如灰塵的沉積物的影響，因此，為了利用由雨水引起的灰塵自然流動免除諸如清洗的維護工作，至少1度的安裝角是優選的。因此，2到8度的安裝角是最優選的，它使得可以由於較低的角度減小風負荷並且實現自然的雨水洗刷效果。該太陽能電池與上面第一實施例中的太陽能電池相同。
柱腳22提供了具有空隙22a的結構。調整空隙22a沿太陽能電池組件1的傾斜方向開設，從保證與在驟起的狂風期間的風負荷相關的線纜9初步強度(preliminary strength)的角度考慮，這樣是優選的。柱腳22的下端通過壓敏粘結帶80被固定到屋頂表面4，底座軌道23通過螺栓被固定到柱腳22的上端。也就是說，柱腳22具有將底座軌道23固定到屋頂表面4的功能。此外，對柱腳22的表面處理，依照日本工業標準(JIS)的塗層構造是優選的。壓敏粘結帶80所粘結到的柱腳22的表面大大影響粘結強度和粘結強度的長期耐久性，因此，清潔外層(clear-coat)處理是優選的。基於建築物標準法案，為保證確保了由太陽能電池組件1和底座2構成的整個太陽能電池系統的吹起(blow-up)負荷的粘結強度，柱腳22必須在整個通過用與屋頂表面4粘結的面積數乘以柱腳下表面面積而得到的面積上是得到保證的。此外，柱腳22的材料包括鋁、不鏽鋼、熱電鍍板型鋼材及高強度塑料，這使得能夠保證結構強度和長期耐候性。然而，從可加工性和經濟的角度考慮，鋁是最優選的。為了利用線纜9實現上述防止墜落的功能，本發明使用的柱腳22構成具有空隙22a的結構。然而，從便於加工、成本和粘結強度的角度看，空隙的橫截面優選為具有長基部且面積為10cm2或更大的梯形形狀。然而，本發明的空隙並不限制於具有這種橫截面的空隙，作為替代，可以是能夠把線纜和粘結帶等鎖在一起的閉鎖部分或向上開口的凹槽等等。
在屋頂表面4上提供瀝青防水層41作為防水層。防水層41必須牢固地形成在屋頂表面的表面上。通過使用丁基合成橡膠粘結劑使由PET構成的板層42牢固地粘結到瀝青防水層41上表面的整個表面上，而且通過等離子體處理的形成是優選的。為了保證壓敏粘結帶在屋頂表面4上的粘結強度，優選執行等離子體處理。此外，從保證粘結強度的角度考慮，是否進行進一步的處理或是否形成不同或額外的最外層並沒有關係。
壓敏粘結帶80由從丙烯酸、耐火丙烯酸和合成橡膠中選出的至少一種物質製成，而從粘結強度和耐候性的角度考慮，優選由丙烯酸製成。此外，壓敏粘結帶的厚度可根據基底材料的厚度選擇，為5mm或更少，但是從經濟和保證粘結強度的角度考慮，特別優選為0.8到2mm。作為理想結構，由已被擠壓成型的鋁製成的柱腳22通過壓敏粘結帶80被牢固地固定到板層42。在粘結過程中，必須及時地將表面壓力施加到壓敏粘結帶80。
下面，將詳述根據本實施例的植被和太陽能電池複合系統S的一個具體示例。
瀝青防水層41被牢固地形成在建築物屋頂上的基本水平的屋頂表面4上，通過使用丁基合成橡膠粘結劑使由PET構成的板層42牢固地粘結到瀝青層1的整個上表面，並通過等離子體處理形成最外層。等離子體處理用於保證壓敏粘結帶80的粘結強度。
首先，使用1mm厚的耐火丙烯酸壓敏粘結帶80，而且，設置了供線纜9通過的空隙、已被擠壓成型並且經過清潔外層表面處理的鋁製柱腳22通過壓敏粘結帶80被牢固地固定到板層42上。當壓敏粘結帶80被粘在屋頂表面4上時，通過從柱腳22上及時地施加表面壓力使壓敏粘結帶80發生粘結。調整柱腳22，其中開口沿著太陽能電池組件1的傾斜面方向。此外，柱腳22接觸屋頂表面4的面具有200m2的粘結面積，用於確保基於建築物標準法案保證吹起負荷的強度，其50％的面積被設計作為其中壓敏粘結帶80對粘結作出有效貢獻的有效粘結面積。
之後，底座軌道23通過螺栓被固定到柱腳22的上表面。於是，如有必要，為了緩解未著地的影響和保證底座軌道23的平行度，將由硬橡膠構成的片作為墊片插入底座軌道23和柱腳22之間。之後，線纜9穿過底座22中的空隙22a，其兩端被固定到構成屋頂植被系統30的植物群3的相連的種植單元31的外圍的適當位置。沿底座軌道23的長度方向安裝了四條線纜。之後，太陽能電池組件1被堆置到底座軌道23上。在這個具體示例中，對防水層沒有影響，並且可以以經濟的方式實現防止底座墜落的功能。
作為進一步的示例，在通過螺栓將底座軌道固定到柱腳22之後，將線纜9穿入空隙22a之前，穿過部分柱腳22的空隙22a的壓敏粘結帶頭81的兩端優選通過粘結被固定到屋頂表面4。從而，沒有影響防水層，而且經濟地實現防止底座墜落的功能。壓敏粘結帶81是由從丙烯酸、耐火丙烯酸和合成橡膠中選出的至少一種物質構成的帶，在其一端上塗覆有丁基合成橡膠或環氧基粘結材料等。此外，可使用通過將壓敏粘結帶或粘結材料粘到已經鍍鋁或熱電鍍的金屬板的一側的兩端的材料。另外，代替線纜的粘結帶的使用也是優選示例。
上面詳述的本發明可以防止在將太陽能電池系統和植物群一起安裝在同一屋頂表面上的植被和太陽能電池複合系統裡由植物群的陰影導致的太陽能電池能量生成阻礙。
由太陽能電池陰影導致的植物群培育障礙能被防止。
而且，本發明可以提供能解決在底座側面的方向由通風產生的風壓問題的低成本底座。
權利要求
1.一種植被和太陽能電池的複合系統，其中太陽能電池系統和植物群被一起設置在同一屋頂表面上的，其中，太陽能電池組件的光接收表面距離所述屋頂表面的平均高度大於所述植物群的平均高度。
2.根據權利要求1所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，當所述植物群距離所述屋頂表面的平均高度是a，所述太陽能電池組件距離所述屋頂表面的平均高度是b，而且最靠近的所述植物群和所述太陽能電池組件之間的投影距離是c時，滿足如下的公式1c≥b-a(公式1)
3.根據權利要求2所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料和/或保溼材料被鋪設在最靠近的所述植物群和所述太陽能電池組件之間、以及/或所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間。
4.根據權利要求3所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料是粘結性模製件，在所述屋頂表面和所述絕熱材料的表面之間具有空隙。
5.根據權利要求3所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述保溼材料是泥土、沙子及其混合物。
6.根據權利要求1至5中的任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述植物群是灌木和/或草。
7.一種植被和太陽能電池的複合系統，其中太陽能電池系統和植物群被一起設置在同一屋頂表面上，其中，所述系統在至少一對相對的所述植物群和所述太陽能電池系統之間包括一人能走動的區域。
8.根據權利要求7所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料被鋪設在人能走動的所述區域內。
9.根據權利要求8所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料是具有泥土、沙子及其混合物的粘結性模製件，在所述屋頂表面和所述絕熱材料的表面之間具有空隙。
10.根據權利要求9所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述絕熱材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度。
11.一種植被和太陽能電池的複合系統，其中將通過安裝一底座並將一太陽能電池組件固定到所述底座上而得到的太陽能電池系統和植物群一起設置在同一屋頂表面上，其中，至少所述植物群和所述底座的側面彼此相當相鄰。
12.根據權利要求11所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述植物群的平均高度小於所述太陽能電池的光接收表面的平均高度，而且所述植物群覆蓋了所述底座側面的允許通風面積的一半或更多。
13.一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，絕熱材料被鋪設在鄰近的植物群和太陽能電池組件之間、以及/或者所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間，所述絕熱材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度，而且所述絕熱材料覆蓋了所述太陽能電池系統的允許通風面積的一半或更多。
14.一種植被和太陽能電池的複合系統，其中，保溼材料被鋪設在鄰近的植物群和太陽能電池組件之間、以及/或者所述太陽能電池組件之間、以及/或者所述植物群之間，所述保溼材料距離所述屋頂表面的高度小於所述太陽能電池組件的高度，而且所述保溼材料覆蓋了所述太陽能電池系統的允許通風面積的一半或更多。
15.根據權利要求1至14中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述太陽能電池系統設置用於在所述板狀太陽能電池的至少兩側保持所述太陽能電池的一框架，所述屋頂表面和所述框架通過壓敏粘結材料接合。
16.根據權利要求1至14中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述太陽能電池系統設置用於保持所述太陽能電池的一框架和一底座，所述框架在所述板狀太陽能電池的至少兩側被固定到所述底座上，所述屋頂表面和所述底座通過壓敏粘結材料接合。
17.根據權利要求15或16所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述壓敏粘結材料設置在基底材料的兩側上。
18.根據權利要求15至17中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述壓敏粘結材料的主要成份是丁基樹脂或丙烯酸樹脂。
19.根據權利要求1至18中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，在所述太陽能電池系統中設置用於將所述太陽能電池組件固定到所述屋頂表面的一底座，所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面，並利用線纜防止該底座墜落，所述線纜被設置通過平行於所述屋頂表面存在於所述底座中的一空隙。
20.根據權利要求19所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述線纜的兩端被固定到所述屋頂表面上的一重負荷上。
21.根據權利要求20所述的植被和太陽能電池複合系統，其中，所述重負荷是構成所述植物群的一種植單元。
22.根據權利要求20或21所述的植被和太陽能電池複合系統，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述線纜被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述線纜的兩端被固定至所述重負荷。
23.根據權利要求1至18中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，在所述太陽能電池系統中設置用於將所述太陽能電池組件固定到所述屋頂表面的一底座，所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面，並利用粘結帶防止該底座墜落，而且所述粘結帶被引入存在於所述底座中的一空隙內。
24.根據權利要求23所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面。
25.根據權利要求23或24所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述粘結帶被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面。
26.根據權利要求19至21中任意一個所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，通過穿過存在於所述底座中的所述空隙的所述粘結帶來防止所述底座墜落。
27.根據權利要求26所述的植被和太陽能電池的複合系統，其中，在所述底座通過壓敏粘結帶被固定到所述屋頂表面後，所述粘結帶被引入所述底座中的所述空隙內，所述粘結帶的兩端通過粘結被固定到所述屋頂表面，所述線纜被引入所述底座中的所述空隙內，而且所述線纜的兩端被固定到所述重負荷。
全文摘要
本發明提供了一種將具有熱島現象抑制作用的植物群和具有二氧化碳生成抑制作用的太陽能電池設置在一起的複合系統。目的是去消除植物群和太陽能電池的陰影的不良影響，以及防止太陽能電池系統被底座側面上的風壓吹走。太陽能電池組件的平均高度大於植物群的平均高度。植物群和太陽能電池組件以一定間隔設置，該間隔大於對應其彼此之間高度差的距離。至少在彼此面對的成對植物群和太陽能電池之間，提供了人可走動的區域。底座側面的超過一半的通風面積被植物群、絕熱材料和保溼材料覆蓋。
文檔編號A01G1/00GK1777727SQ20048001097
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月21日 優先權日2003年4月23日
發明者野村卓司, 新田佳照, 田島常雄, 今井隆良, 小嶋徹, 坂本彰宏, 橋本卓志 申請人:株式會社鍾化