太陽能電池和屋頂單元的組合件及其安裝方法

2023-04-22 22:54:26 1

專利名稱：太陽能電池和屋頂單元的組合件及其安裝方法
技術領域：
本發明涉及應用了太陽能電池和屋頂單元組合件的一般房屋屋頂及其安裝方法。具體說，本發明涉及一種沿垂直方向安裝屋頂面板而構成的屋頂，例如一種綴合連接結構的屋頂(沿垂直方向鋪設的屋頂)，本發明還涉及其安裝方法，並且本發明還對沿垂直方向鋪設的屋頂，提出了一些建議用以解決太陽能電池和屋頂單元組合件及其安裝方法所引發的具體問題。
把太陽能電池放置在屋頂上主要可採用兩種方法一種方法是把太陽能電池安放在現有的屋頂上，另一種方法是鋪設太陽能電池使電池本身構成屋頂。
在第一種方法中，用一些框架把太陽能電池安裝在現有屋頂上。這樣就可直接應用常規太陽能電池模塊，但是鋪設費用較高而且外觀不好。因此，近來第二種方法引起人們廣泛的注意。
第二種方法中，總的來說長時間來已有了許多屋頂安裝方法。常規的安裝方法粗略分為平鋪屋頂法，直立接縫屋頂鋪設法，綴合連接屋頂鋪設法，瓦壠薄板屋頂鋪設法，折彎薄板屋頂鋪設法，水平屋頂鋪設法，傾斜屋頂鋪設法，焊接屋頂鋪設法等等。在這些方法中，鋪設工廠和庫房的屋頂一般應用折彎薄板屋頂鋪設法和瓦壠薄板屋頂鋪設法，而在鋪設一般房屋時則使用傾斜屋頂鋪設法(包括平面傾斜屋頂鋪設法)，綴合連接屋頂鋪設法，水平屋頂鋪設法以及它們的變化。
在應用太陽能電池的一般房屋中，應用這些方法的先有技術的例子包括在已公開的No.5-55618號日本專利申請，(鋪設傾斜屋頂)已公開的No.59-152670號日本專利申請(鋪設水平屋頂)，已公開的No.7-302924號日本專利申請(鋪設水平屋頂)，已公開的No.7-211932號日本專利申請(鋪設綴合屋頂)，No.5,092,939號美國專利(鋪設綴合屋頂)和No.4,189,81號美國專利(垂直方向鋪設屋頂)之中。


圖13和圖14示出了已公開的No.7-211932號日本專利申請中描述的綴合連接屋頂結構。該屋頂叫做具有連接條的綴合連接屋頂，這是因為屋頂面板之間插有連接條。屋頂鋪設方法敘述如下(1)未示出的椽子安裝在未示出的檁條上。
(2)屋頂覆板101安放在椽子上和/或椽子之間，並用釘子或類似的東西把它與椽子固定。
(3)墊襯102鋪設在屋頂覆板之上。
(4)隔板S用釘子N固定在墊襯102上。
(5)連接條M用釘子N固定在隔板S上。
(6)已經折彎加工的太陽能電池和屋頂面板103的組合件安放在連接條M和隔板S的臺階上，接線工作是通過後表面側的接插件106來完成。
(7)接線完畢之後，罩蓋107放在連接條M上用以夾緊每個連接條M的頭部以及其兩邊的屋頂面板折彎的直立部分。
(8)接著，太陽能電池和屋頂面板103組合件以及罩蓋107通過應用圖14中所示平頭釘R連接固定在連接條M上。
上述即是應用連接條的綴合連接屋頂鋪設法，圖15示出另一種典型的運用綴合連接屋頂鋪設法而構成的屋頂結構，這種方法在No.4,189,881美國專利中有所描述，該方法叫做沒有連接條的綴合連接屋頂鋪設法，因為在上述綴合連接屋頂的鋪設中不採用連接條。
(1)未示出的椽子安裝在未示出的檁條上。
(2)屋頂覆板101安放在椽子上(或之間)。
(3)未示出的墊襯鋪設在屋頂覆板101之上。
(4)帶相應的太陽能電池的屋頂面板103通過固定夾104按下述方式固定，當每一固定夾夾持住屋頂面板豎直部分時，就可用釘子N固定在屋頂覆板上。
(5)從屋頂面板後表面引出的導線C在固定夾104之間的空間中設置。
(6)罩蓋107放在固定好的固定夾104上。
上述即是沒有連接條的綴合連接屋頂鋪設法。
但是，如上所述的屋頂材料的安裝方法除了按常規鋪設屋頂材料外，還需要額外的接線工作，這就加大了安裝工作的難度，使得安裝費用上升。在已公開的No.7-211932號日本應用專利中所描述的安裝方法中，無法測量每個太陽能電池的輸出。如果有些太陽能電池出了問題，很難找出出故障的電池。即使找到了出故障的電池，也很難更換，因此給維護帶來困難。
與此相對應的是No.4,189,881號美國專利中描述的沒有連接條的綴合連接屋頂鋪設法中，在固定夾和罩蓋之間可以進行接線，甚至在安裝完畢後進行接線也可以，打開罩蓋即可露出接線部分，因此維護起來容易，但是在屋頂建造安裝中仍需接線操作，而且安裝工作也較複雜、特別是因在屋頂上工作費用較高，故必須簡化工作以降低成本。
針對這個問題，No.5,092,939號美國專利提出了一個簡化工作，降低成本的建議，該建議是把屋頂面板先連接成一組件，然後把屋頂組件整體放在屋頂上。該屋頂組件只是固定在梁H上的屋頂面板103組合體，如圖16和17所示，因此該屋頂組件不具備將其固定在屋頂結構件上的裝置。因此它的抗風能力弱，但對屋頂來說抗風是最基本的功能。隨著單片屋頂面板尺寸的加大，這個問題變得更加嚴重，並且在採用輕質金屬屋頂和類似的材料的情況下很容易出現中間部分上翹的現象。
此外，如圖16所示No.5,092,939號美國專利中描述的那種接線部C設置在屋頂面板103之下，因此鑑於組件的結構特點無法確定有故障的屋頂面板，故要想替換出故障的屋頂面板必須把屋頂組件整體移開，因此在維修方面有很多困難。
針對上述問題，本文進一步發展延伸了上述方法，並從而提出一種實用的用沿垂直方向鋪設屋頂及其安裝方法，以簡化現場操作，降低建築成本，減少工作錯誤，在安裝後可檢測或替換每個模塊單元並具有很好的維護性和抗風能力。
為了達到上述目的、本發明應用以下方法(1)一組太陽能電池和屋頂面板的組合件通過利用夾具固定在固定件上，在太陽能電池和屋頂面板各組合件之間留有間隙。
(2)屋頂結構件用作固定件。
(3)太陽能電池和屋頂面板組合件中太陽能電池的輸出端子在間隙處互相聯接。
按本發明可通過上述方法實現如下功能。
(1)通過採用組件單元，按常規在工地完成的安裝工作和電氣接線工作可在工廠內完成，這樣可大大降低昂貴的工地安裝工作的費用。儘管是組件結構，但單個太陽能電池和屋頂面板組合件既使在安裝後可以通過拆去夾在固定件上的夾具很容易地取下，這樣提高維修性。
在前述安裝方法中以及屋頂件增大條件下出現的抗風能力較弱的問題可以通過按本發明的組件單元來得以解決，因為組件單元可固定在位於太陽能電池和屋頂面板組合件之間的間隙處的屋頂結構件上，因此其抗風能力可達到以往水平。
(2)組件單元與屋頂結構件一體化連接，按此布置方法，在建造屋頂時不需要新的元件，因此屋頂建設成本可以較低。
(3)接線件集聚在沿垂直方向鋪設的屋頂面板之間的間隙中，按此布置方法大大提高了安裝之後的維修性。此外，由於電線在工廠中就已初步連接好，在太陽能電池和屋頂面板之間無需電氣連接件，這樣也可降低接線件數目。
圖1中是描述本發明第一實施例的安裝的解釋性圖；圖2是圖1中連接部的一剖面圖；圖3是在第一實施例中應用的一太陽能電池元件的剖面圖；圖4是在第一實施例中應用的太陽能電池和屋頂面板組合件的一剖面圖；圖5是安裝在屋頂上的第一實施例中的太陽能電池的一接線圖；圖6是描述本發明第二實施例的安裝的解釋性圖；圖7是圖6中連接部的一剖面圖；圖8是描述本發明第三實施例的安裝的解釋性圖；圖9是圖8中連接部的一剖面圖10是描述本發明第四實施例的安裝的解釋性圖；圖11是圖10中連接部的一剖面圖；圖12是表示本發明空氣循環系統的一視圖；圖13是描述常規實例中具有連接條的綴合連接屋頂的安裝的解釋性圖；圖14是圖13中連接部的一剖面圖；圖15是描述常規實例中無連接條的綴合連接屋頂的安裝的解釋性圖；圖16是描述常規實例中太陽能電池和屋頂裝配單元組合件的解釋性圖；圖17是圖16中連接部的一視圖。
實施例1
現參閱圖1和圖2對本實施例中太陽能電池與屋頂單元的組合件的製造方法進行說明。
首先，在工廠內把兩個或更多的太陽能電池與屋頂面板103的組合件通過利用固定夾104和螺釘111固定在連接/固定件105上，此時在連接/固定件105上方設定有間隙。每個固定夾104設有孔112，用來把單元100固定在屋頂上的鑽入式螺釘108插入該孔內。
其次，在相鄰的屋頂面板103之間把從各自的接線盒120中引出的導線121的接插件106連接在一起，為此目的，接線盒120是與屋頂面板103的凸緣130相連而不是與屋頂面板的背側相連。
最後一步是安裝罩蓋107，罩蓋107和水平梁(未示出)可拆卸地沿法線方向安裝固定，於是單元100完成安裝。水平梁是用來防止單元100在運輸、安裝時發生變形。
〔安裝方法〕下面將對單元100的安裝方法結合圖1進行敘述。
通過卡車或美似運輸手段把若干單元100一起運到工作場所並按下述步驟進行安裝(1)把椽子110與房屋的檁條109相連。
(2)把屋頂覆板101安裝在椽子110上(或之間)。
(3)墊襯(件)102放置在屋頂覆板101的上方。
(4)使用一諸如吊機之類起吊裝置把第一個單元100暫時放置在靠近屋頂邊緣處並放在墊襯上。
(5)把原先安裝好的罩蓋107取下並把很長的鑽入式螺釘108或類似件從連接/固定件105的頂面擰入位於屋頂覆板101下面的椽子110內。
(6)單元100固定後重新放上罩蓋107並固定。
(7)為了實施單元100間的相互連接，與其相耦合的另一單元100按如(5)中所述相同程序進行安裝固定，安裝時通過利用用於單元100間相互連接的固定夾104調整好間隙。
(8)單元100固定好之後，通過固定夾104安裝固定耦合件並在耦合件上實施接線。
(9)按(5)中的同樣程序(把螺釘)從耦合件的頂面擰入位於屋頂覆板101下面的椽子110內以固定住耦合件。
(10)放上罩蓋107並固定在耦合件上。
(11)重複程序(7)至(10)，從而按順序沿垂直方向鋪設屋頂。
(12)安裝好後移走水平梁，於是完成了沿垂直方向鋪設屋頂的安裝工作。
為實施單元100間的連接，如上述每一單元100的輸出部都具有一連接接插件106，於是只要把接插件106在屋頂上相互插合連接起來即可完成接線工作而無需使用夾具。
由於本實施例能大大減少現場操作，建築成本可大大降低。屋頂建造完後，屋頂面板也可如同按常規方法建造的單純屋頂面板一樣一塊一塊地置換。當由於太陽能電池失效而要更換屋頂面板時不需要拆卸整片屋頂，這是與常規屋頂面板組件的情況大不相同的(美國No.5,092,939號專利)。
再者，由於單元100是從單元100的連接/固定件105的頂面處直接固定到屋頂結構件上，這種連接方法連接強度高，於是就不會出現常規屋頂面板組件抗風能力低的問題，因此本實施例在屋頂安裝上有很高的實用價值。
此外，由於採用了如下布置方式，即把導線集中在兩相鄰屋頂面板103之間的間隙內，故安裝後的可維護性也得以增加。由於電氣導線在工廠製造的早期階段已布置好，於是屋頂面板103之間就不再需要電氣連接件，接線件的數量也可相應減少了，這對降低成本更為有利。
按本實施例的沿垂直方向鋪設屋頂用的太陽能電池和屋頂單元組合件是按其安裝方法來描述的，相關描述是基於下述前提屋頂是按構架建造方法而建造的房屋的一部分，但本發明並不限於這種構架建築方法。毋需指明本發明也能應用於如下場合比如以二乘四建造方法建造的房屋，採用重量輕的鋼框架的預製件房屋，採用增強混凝土構件而建築的房屋。
本發明便於實施太陽能電池的具體維護。也有助於防止安裝中產生錯誤，這類錯誤是由於複雜接線工作中容易失誤所引起的；並且本發明還具有由於減少了接線件的數目而節省了材料費用的效果。
〔空氣循環系統的應用〕由於本發明能實現在結構件中存有一通風層以便把空氣引入到屋頂覆板101與屋面板103之間，故可用於如圖12所示的房屋的空氣循環系統中。在圖12中，箭頭所指是空氣流動方向。在寒冷季節，空氣通過屋簷150流經通風層151時由來自屋頂單元100的屋頂面板103的熱傳導所加熱，加熱後的空氣經過屋脊152進入房間153內使屋內升溫。在地板下也可設置熱量積聚設備。為迫使空氣流通循環，在空氣流通通路的半程處可裝設一風扇。在炎熱季節，來自屋簷150的空氣從排氣口154排至外面以增大屋頂的隔熱功能，從而保持房間153內有較舒適的環境。
屋頂單元100內產生的電能通過直流聚流盒C進入變流器I，於是太陽能發電系統按此法得以實現，經變流器I送出的轉換後的電能供給電扇F或房內的其它負載。
本實施例中，屋頂面板103與屋頂覆板101之間存在間隙，而水平梁比此間隙小以便被設置在間隙內。由於水平梁能防止單元發生變形，在本發明中就不再需要應用可拆卸的梁了。因此，鋪設屋頂的工作可進一步縮減。同樣也毋需多說，只要固定件本身的強度能單獨承擔抵抗單元在運輸和安裝時的變形，那麼可拆卸梁是毋需採用的。
〔電氣接線實例〕
圖5所示是在應用本發明屋頂單元情況下電氣接線的一個實例。單元100包含太陽能電池串，其特徵在於一組太陽能電池和屋頂面板103的組合件以串接方式連接起來，每一太陽能電池串的總電壓正好是變流器的輸入電壓(例如1200V)。單元100或太陽能電池串的數目很多而每個單元的輸出電纜是單獨地通過屋脊152被導入直流聚流盒的。在圖12中直流聚流盒用字母C表示。一組輸出電纜在直流聚流盒C中以並聯連接方式，設置並與變流器相匹配。在每個太陽能電池串並聯連接的連接點之前設有一斷路器。若某一太陽能電池串發生故障，那麼該太陽能電池串電氣上斷開並可進行維修。實際使用中接線盒位於屋頂面板103的凸緣上。若接線盒按相對於一垂直線對稱排列，那麼取決於屋頂面板的排列方式而可自由地選擇串聯或並聯連接，這一點是很有用的。標號140是指被稱之為「假」面板的常規屋頂面板，這些「假」面板被裝設在非完整的部位，這些部位的尺寸不能被屋頂的尺寸和單元尺寸整除，由於採用了「假」面板，既改善了屋邊緣的外觀又使擋雨功能得以實現。
〔各構件說明〕以下對構成每一單元的構件和與安裝單元時有關的構件進行敘述，這些構件對於下述的各實施例均可採用。然而要指出，當屋頂結構件被用作固定件時連接/固定構件105就不需要了。
〔1.太陽能電池和屋頂面板103的組合件〕太陽能電池和屋頂面板103的組合件至少包含底託401，填充料402，太陽能電池元件403，表面膜404和接線盒405，如圖4所示。(底託401)底託401所用的材料可從具有足夠強度的鋼板和具有良好抗蝕性的非鐵金屬中選用，這是與常規金屬屋頂選材相同，也可選用塑料或陶瓷。
若以選用鋼板為例，運用的包括經表面處理的鋼板、塗復鋼板、包含其他成分的合金或特殊鋼板和具有隔熱材料層之類的複合鋼板。總的來說，材料可從熱浸鍍鋅鋼板、電鍍鋼板、熱浸鋁鋼板、覆銅鋼板、聚氯乙烯預塗復鋼板，不鏽鋼板、氟塑料樹脂鋼板、高阻尼鋼板、隔熱鍍鋅鐵皮，防大氣腐蝕鋼和上述的塗復鋼板，或從非鐵材料中選取，諸如銅薄板、鋁合金板、鋅合金板、鉛板、鈦板以及上面提到的塗色板。在應用塑料的情況下，適用的是那些具有良好結構強度諸如FRP和與金屬骨架組合的構件。金屬板從加工的角度來看最適用。
(太陽能電池元件403)在本發明中應用的太陽能電池元件403的類型並無特定的限制，它可為任何形式，既可為單晶體、多晶體、細微晶體；也可為非晶體。太陽能電池元件既可由矽基材料也可由復基材料製成。其中非晶體太陽能電池元件因其具有良好的適應性而最適用，這是由於非晶體太陽能電池元件的性能退化可通過受熱面恢復，因此在屋頂上使用十分適合。
圖3示出了一非晶體矽太陽能電池的剖面圖，這種電池是一種適應性強的太陽能電池。
基板301是在諸如非晶體矽太陽能電池之類的薄膜型太陽能電池場合下用來機械支撐半導體層303的，在某些場合基板301也用作電極。基板需有相當程度的抗熱能力，從而能承受半導體層303的薄膜形成過程中熱量引起的升溫，基板既可是導電的也可是絕緣的。
導電材料具體例子包括諸如鐵、鎳、鉻、鋁、鉬、金、鈮、鉭、釩、鈦、鉑和磷的金屬薄板；諸如黃銅、不鏽鋼之類的合金薄板；上述板的複合板；碳素板，電鍍鋼板等。
絕緣材料具體例子包括諸如聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纖維、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺、聚醯亞胺和環氧樹脂的抗熱合成樹脂薄膜或薄板；以玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、金屬纖維及類似物與上述材料複合的薄板；通過把不同材料的金屬薄膜和/或SiO2，Si3N4，Al2O3，AIN或類似物的絕緣薄膜澱積到這些金屬的薄板、樹脂板或類似物表面上得到的材料，澱積是通過諸如噴鍍工藝、蒸發澱積工藝、電鍍工藝之類表面塗覆處理實現的；以及玻璃、陶瓷等材料。
下電極(反向反射層)302是把半導體層303內產生的電能引出的電極，它需有與半導體層303導電接觸的功能。下電極的材料可從諸如鋁、銀、鉑、金、鎳、鈦、鉬、鎢、鐵、釩、鉻、銅、不鏽鋼、黃銅、鎳鉻合金、SnO2(二氧化錫)、In2O3、ZnO和ITO；透明導電氧化物(TCO)，等稱的單金屬或合金中選取。
下電極302的表面最好很光滑，但在需要不規則反射光線的場合表面也可呈網紋狀，下電極也可被稱作反向反射層。當基板301是導電材料製成時，也就不需專門設置下電極302了。
下電極302的製作工藝可採用諸如電鍍、蒸發澱積或噴鍍，可根據使用要求適當選擇。
本發明中太陽能電池元件半導體層303的材料可從通過在非單晶矽、矽鍺、矽碳或類似物中摻雜以氫和/或氟獲得的材料中選取。
半導體層的薄膜形成工藝可從眾所周知的諸如蒸發澱積工藝、噴鍍工藝、RF(徑流)等離子體增強化學汽相澱積(CVD)工藝，微波等離子體增強化學汽相澱積工藝，ECR工藝，熱化學汽相澱積工藝和低氣壓化學汽相澱積工藝(LPCVD)等工藝中按使用要求進行選用。RF等離子體增強化學汽相澱積工藝是通過RF等離子體使貯集的氣體分解並使矽澱積到基板上，這種工藝最好在工業規模的工藝上應用。RF等離子體增強化學氣相澱積工藝存在一個問題，即貯集氣體的分解效率低，大約為10％，而且分解率也低，大約從1/s至10/s，於是微波等離子體增強化學氣相澱積工藝用作能克服上述問題的薄膜形成方法引起人們注意。
用來實施上述形成薄膜的反應器可從人們熟知的裝置中選取，諸如分批式薄膜形成裝置或連續式薄膜形成裝置，根據使用要求選取，被稱做級聯式原電池或三聯式原電池包含有一由兩個或更多的半導體連接點的層疊薄片，它可在本發明中使用以增大光譜靈敏度和電壓。
上電極(透明導電薄膜)304是用來引出半導體層303內產生的電動勢的電極，它與上述的下電極配對使用。上電極需透明，這是因為它位於光的入射側，故也把上電極稱為透明導電薄膜。
上電極304的透射率最好不低於85％以便有效吸收太陽，螢光燈或其他類似光源的光線進入半導體層303，而且薄板的電阻值最好不大於100Ω/□以便光線相對於半導體層303呈水平時仍能產生電流，具有這類特性的材料包括諸如SnO2，ZnO，cdO，cdSnO4ITO(In2O3+SnO2)之類金屬氧化物。
上電極304的製作工藝可從耐熱蒸發澱積工藝、電子來加熱蒸發澱積工藝、噴鍍工藝、噴濺工藝等工藝方法按需要選取。
為確定上述太陽能電池元件產生電功率的有效面積，可通過在上導電薄膜304中去除一部分而形成一條蝕刻線305，蝕刻的方法可在常規蝕刻枝術中，例如化學蝕刻，印刷蝕刻，和電化學蝕刻，根據要求選求。
在這之後，通過噴鍍、蒸發澱積、印刷或粘貼方法用金屬布線圖案或用導電膠在透明導電薄膜上形成一集電極306，此外，例如用銅箔制的輸出導線407連接在背面上。一組太陽能電池元件可按串聯連接起來。
按此法製造的非晶體太陽能電池具有很強的適應性，它是一種適用於本發明要求特性的具有良好適應性的太陽能電池。
(填充材料402)填充材料402的最佳例子是EVA(乙烯乙酸乙烯酯)，EEA(乙烯丙烯酸乙酯)，PVB(聚乙烯醇縮丁醛)等依據太陽能電池的粘接性能、耐氣候性和減震(緩衝)效果確定。為增加其機械性能，在某些場合下與諸如非編織玻璃纖維或矽石(二氧化矽)一起使用。
(表面薄膜404)為增加防潮和抗擦傷性能，從耐氣候性角度，表面薄膜最好採用氟基樹脂，氟基樹酯的一些例子包括四氟乙烯聚合物，乙烯與四氟乙烯共聚物，TFE(特氟隆之類，可從杜邦公司購得)，ETFE(TEFZEL或類似物，可從杜邦公司購得)，多氟乙烯基(TEDLAR之類，可從杜邦公司購得)，多氯氟乙烯，CTFE(氟塑料46，可從Daikin Kogyo公司購得)，等等。一種眾所周知的紫外線吸收劑可加入在官些樹脂中以改進耐氣候性。一種更佳的薄膜是通過電暈放電處理或類似方法使表面粗化，以改善粘接層的粘接性能。再者，一種無方向性的薄膜更為有利以便適應各種類型的彎曲。
(密封方法)密封方法包括堆疊底板、填充材料、太陽能電池元件、填充材料和表面薄膜，隨後通過使用一真空層壓機在真空條件和熱和壓力的作用下對疊堆加壓，密封好後，底託的邊緣彎成屋頂面板的形狀，在底託的每個出口端預先形成一開口部。可使用一彎板機、一壓輥成形機或類似設備實施彎曲。
(接線盒405)接線盒405是一用來裝納引出功率的接線端子，屋頂面板103上設有開口部406。通過折彎屋頂面板形成凸級408後連接上接線盒405而把開口部蓋住。一接線盒是由，例如，一具有頂面開口的盒形件和一蓋住頂面開口的頂蓋件組成，接線盒405內的接線端子通過一導體與輸出導線407相連，此外，一根把功率(或電能)向外引出的電纜與接線盒內的接線端子相連。
通過把接線盒405在底託的凸緣408上安裝定位就可很容易地構成本發明的屋頂單元，特別是與接線盒設置在背(表)面側的情況相比較，本發明屋頂面板103之間的電氣連接在屋頂單元100製造時能很方便地在兩相鄰部位之間的空隙內進行。再者，頂單元100安裝好後需拆卸屋頂面板進行維護或類似工作時，可以方便地折開相鄰屋頂面板的電氣連接。
接線盒所用的最佳材料是塑料，考慮到阻燃性要求，最好選用諸如阻燃塑料或陶瓷之類材料。適用的塑料，舉例說包括具有優良的強度、抗衝擊性能、耐熱性、硬度和時效性能的工程塑料，諸如改性聚苯醚、裝碳酸酯、聚醯胺、聚醛、改進的聚苯撐氧(modified PPO)、聚酯、多芳基化合物、不飽和聚酯、酚醛樹脂，和環氧樹脂之類塑料。此外，諸如ABS樹脂、PPC(聚丙烯polypropylene)和PVC(聚氯乙烯)之類熱塑性塑料也可適用。
為在意外漏水情況下防止漏電，按本發明的接線盒405內充填有填充物料，對填充物並無具體限制，但優秀的填充物種類可包括具有優良電氣絕緣性能的環氧樹脂基的粘接劑、矽基封裝劑和矽基粘接密封劑。矽基樹脂在適應性方面更優越一些。若再考慮到工作性能方面要求，那麼最好選用固化時間短的單組分類型材料和低粘度易於注滿微細部位的材料。在使用單組分矽的常溫硫化(RTV)橡膠情況下，固化方法最好是應用脫丙酮類型或脫醇類型方法以避免電極發生腐蝕。
環氧樹脂基的粘結劑的一些例子是可從Three Bond股份有限公司購得牌號為「2001」，「2002H」、「2003」，「2016B」和「2022」的粘結劑，以及上述環氧樹脂按需要以一定比例與牌號為「2102B」，「2103」，「2104」，「2105F」，「2105C」，「2106」，「2131B」，「2131D」，「2131F」和「2163」中選取的固化劑相混合。
〔2.太陽能電池和屋頂單元100的組合件〕單元100至少包括太陽能電池和屋頂面板103的組合件；作為耦合組合件用的夾具的固定夾104；作為固定件的連接/固定件105；用來把連接/固定件105固定在簷子110上的釘子108和罩蓋107。
(夾具104)作為夾具的固定夾104是用來把屋頂面板103固定在連接/固定件105上的金屬安裝件，按照屋頂面板形狀所用的各種形狀的固定夾都已是眾所周知了，由於夾具實際上要起抗風支撐作用故其厚度比屋頂面板厚，而且通常是具有較大機械強度的鋼構件。夾具還具有把屋頂面板相互聯結的功能，那些以帶有孔的形式下使用的固定夾被稱做有孔固定夾。
(罩蓋107)罩蓋107是用作在屋頂面板3側邊與相鄰面板之間的間隙處的擋雨結構並使外形美觀，如圖1所示。罩蓋107可用與製作屋頂面板103相同類型的制料製作，其顏色應與屋頂面板103的色彩相協調。在本實施例中接線件設置在罩蓋下方，罩蓋用可拆卸的緊固件(未示出)固定以便於維修。
(連接/固定件)對於連接/固定件未作具體限制，但從便於加工和安裝角度考慮，木材是合適的材料。
〔3.屋頂構件〕本發明中的屋頂構件是通指用來支撐建築物屋頂的構件，在構架建造方法中常用的椽子法場合下，屋頂結構件包括檁條、椽子、屋頂基板件(屋頂覆板)和墊襯。
此外，眾所周知的屋頂建造方法包括頂梁法、桁架(或構架)法、支柱建造法等，在任一種方法中，屋頂基板件終是固定在椽子上的。
(檁條109)檁條109是支撐屋頂的主體構件，它可用金屬材料、木材等高機械強度的材料製作。檁條通常為均勻的構件，它通常平行屋脊設置並支撐椽子110。本發明的屋頂單元也可在早期階段與檁條連接好。
(椽子110)椽子110是用來接納(支撐)作為屋頂基板件的屋頂覆板101的結構件並固定在檁條109上，椽子既可用金屬製作也可用木材製作。本發明的屋頂單元同樣也可在早期階段與椽子連接好。
(屋頂基板件(屋頂覆板)101)製作屋頂基板件所用的材料可為能作為基礎用以固定屋頂材料的任何適用材料，特別適用的材料是具有隔熱(或熱絕緣)性能的板件；更具體說由平木板，砂漿板，膠結刨花板，膠合板，膠結木屑板和隔熱板制的屋頂覆板。
屋頂基板件可具有一用諸如聚苯乙烯泡沫、聚氨基甲酸酯泡沫、聚乙烯泡沫、玻璃棉、石棉或類似的隔熱材料製成的背墊。
由於採用了具有導熱性不大於0.2千卡/米·小時℃的熱絕緣材料，空氣在屋頂面板103與屋頂基板件101之間被加熱，在使用非晶體矽太陽能電池作為太陽能電池的場合下，非晶體矽太陽能電池性能的衰退就可由熱量的作用而得到恢復，這就改善了非晶體矽太陽能電池的性能，所以屋頂基板件的上述配置是適用的。
(墊襯102)墊襯102完善了屋頂面板的防水性，墊襯是由具有防水功能的材料製成。再者，某些墊襯具有一定程度的熱絕緣性能和潮溼調節功能，墊襯的材料可從自然和人工材料中選取。具體說，自然材料包括樹皮、木瓦、人工材料包括金屬板、瀝青、改性瀝青、合成像膠和合成樹脂。單層或多層複合薄板均可用作墊襯。從防火的角度來衡量，墊襯用金屬製作更為有利。
實施例2
太陽能電池和屋頂單元組合件的製造方法將參閱圖6和圖7進行敘述。在本實施例中，呈平板形的屋頂覆板101是用作連接/固定件。
在工廠內把兩個或多個太陽能電池和屋頂面板103的組合件固定在一確定尺寸其上有墊襯102的屋頂覆板101上，固定時使用有孔式固定夾104和螺釘111而在組合件之間留有間隙。這樣就構成了一個組件。隨後，把從接線盒120中引出的導線121的接插件106在兩相鄰屋頂面板103之間的間隙內連接起來，最後把罩蓋107罩上，這樣單元組裝完成。
〔安裝方法〕把許多單元一起放在卡車或類似車輛上運抵工地並按下述程序(或步驟)進行安裝(1)把椽子110與檁條109相連接。
(2)使用一諸如吊機之類起吊裝置把第一個單元暫時放置在屋頂邊緣並放在椽子110上。
(3)把原先安裝好的單元的罩蓋107取下並把很長的鑽入式螺釘108或類似件從屋頂覆板101的頂部擰入椽子110內，以把單元固定在椽子110上。
(4)單元固定好後重新放上罩蓋107使其就位並固定。
(5)為實施單元間的連接，待連接單元的屋頂面板103的豎直部分可按與(3)相同的程序內容實施固定，固定時通過單元間耦合用的有孔式固定夾104調節好間隙。
(6)固定完畢後在耦合連接部位下方區域再用墊襯102覆蓋住。
(7)與相對應的單元鄰近的每個單元的屋頂面板103在邊緣處用有孔固定夾耦合連接並固定。
(8)在耦合連接部位上方按與(3)相同程序把屋頂面權固定在椽子110上。
(9)把罩蓋107罩住耦合部位上方並固定住。
(10)重複流程(5)至(9)而完成沿垂直方向鋪設屋頂的安裝工作。
在本實施例中，由於單元還包括屋頂覆板101在內，屋頂安裝的修整工作可在椽子110的裝配之後立即進行，這樣能進一步減少工地現場的操作並從而能更顯著地減少建造費用。
儘管本實施例敘述時是按預先鋪放在單元內的墊襯102具有與屋頂覆板101相同尺寸的配置方式進行的，然而，墊襯102也可設計成比屋頂覆板101稍大一些，這樣按步驟(6)就增加墊襯102的程序就可省去了。
再者，若椽子110也被包括在單元內和假若檁條109與椽子110之間的連接部也位於間隙內，那麼步驟還可進一步減少。再進一步擴展可在單元內包括檁條109並把單元固定在支柱板上。
實施例3
本實施例的太陽能電池和屋頂單元組合件的製造方法將結合圖8和圖9進行敘述。本實施例是本發明應用在從常規綴合連接屋頂鋪設方法中改進的沿垂直方向鋪設屋頂的一個例子。本實施例通過使用具有如圖9中所示截面形狀的固定夾104和屋頂面板103而增強了擋雨性能。此外，屋頂面板板103設有水平肋132，從而可增大抗風能力而且其設計外形類似傾斜式屋頂。肋132不僅沿水平方向設置還可沿垂直方向設置。本實施例中屋頂覆板101的連接部位設有連接榫，它可增大屋頂覆板101之間的接合力並使單元的安裝簡化。
在圖9中，每個從位於屋頂面板103底部的接線盒120中引出的接插件，穿過固定夾104上的一通孔133與相鄰屋頂面板103的另一接插件在屋頂面板之間的間隙內連接。參考標號111是指一用來把固定夾104固定到屋頂面板101上的螺釘。標號112是指供用於把單元固定到椽子上的鑽入式螺釘穿過的開口部。當安裝單元時，鑽入式螺釘也可作為一蓋帽而使開口部具有防雨作用。由於本實施例中的屋頂面板103與固定夾104相連接並預先以簡單的操作用螺釘固定在屋頂覆板101上，從而提高了裝配單元的生產率。
實施例4
圖10和圖11示出了實施例3的一種變型，此外，該實施例中還使用了太陽能電池和罩蓋107』的組合件。在太陽能電池和罩蓋107』的組合件中太陽能電池元件135設置在頂表面上而電氣觸點134設置在底表面上。與此相對應，屋頂面板103也具有電氣觸點134。由於電氣連接是通過使罩蓋107』緊卡在屋頂面板上而實現的，因此本實施例具有使接線工作大大簡化的優點，並能實現縱深化設計使其設計外形看起來如同瓦壠板的形狀。
通過在罩蓋107』上也設置太陽能電池，太陽能電池接收光線的面積就可增大，也就增大了屋頂產生電功率的量值。此外，一種擴大有孔式固定夾104寬度的設計能實現不降低產生的電能，這種設計在把單元固定在屋頂上時操作性能得到改善。
權利要求
1.一屋頂單元，其特徵在於一組在兩相對側具有凸緣的太陽能電池和屋頂面板的組合件相互間按一定間隙相鄰設置，在一連接/固定件上，相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件在所述間隙處通過利用可拆卸的固定裝置與所述連接/固定件連接固定，並且一可拆卸的罩蓋設置在所述間隙的上部。
2.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於用來把所述太陽能電池的輸出引出的接線盒設置在所述凸緣中，並且與所述相互相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件的接線盒相連的接線件在所述間隙中相連接。
3.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於連接/固定件呈杆狀且沿所述間隙延伸。
4.一按權利要求3的屋頂單元，其特徵在於它還包括一個固定在所述連接/固定件一底面上的屋頂覆板。
5.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於所述連接/固定件是一平板形屋頂覆板。
6.一按權利要求4的屋頂單元，其特徵在於它還包括一根與所述屋頂覆板一底面相固定的椽子。
7.一按權利要求6的屋頂單元，其特徵在於它還包括一根固定在所述椽子一底面上的檁條。
8.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於它包括一個位於所述罩蓋某一表面上的太陽能電池。
9.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於在所述相互間相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件之間的電氣連接是通過所述罩蓋來實現的。
10.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於所述太陽能電池和屋頂面板的組合件是按下述配置方式構成的一太陽能電池元件密封於一帶填充料的底託上並且在其表面上設置一層保護膜。
11.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於一可拆卸的防變形件被固定在與所述凸緣相垂直的方向上。
12.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於在所述太陽能電池和屋頂面板的組合件中，在與所述凸緣相垂直的方向上形成有一肋。
13.一按權利要求1的屋頂單元，其特徵在於一水平梁設置在所述太陽能電池和屋頂面板的組合件的後表面。
14.一屋頂單元的安裝方法，包括在一屋頂結構件上安裝一屋頂單元的步驟，其特徵在於一組在兩相對側具有凸緣的太陽能電池和屋頂面板的組合件相互間按一定間隙相鄰設置在一連接/固定件上。特徵還在於相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件在所述間隙處通過利用可拆卸的固定裝置固定在所述連接/固定件上；安裝方法還包括把所述連接/固定件在所述間隙處固定在所述屋頂結構件上的步驟；並且還包括把一可拆卸罩蓋設置在所述間隙的上部的步驟。
15.一按權利要求14的安裝方法，其特徵在於它包括如下幾個步驟準備一組所述屋頂單元；利用固定裝置將所述屋頂單元相互連接固定；和，在間隙內對所述屋頂單元相互之間進行電氣連接。
16.一按權利要求14的安裝方法，其特徵在於它包括這樣一個步驟在所述屋頂單元的運輸過程中，沿與所述凸緣垂直的方向在所述屋頂單元上固定一可拆卸的防變形件。
17.一屋頂單元的製造過程包括如下幾個步驟一組在兩相對側具有凸緣的太陽能電池和屋頂面板的組合件相互間按一定間隙相鄰設置在一連接/固定件上；通過利用可拆卸的固定裝置在所述間隙處將相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件固定在所述連接/固定件上；在所述間隙上部設置一可拆卸的罩蓋。
18.一按權利要求14的安裝方法，其特徵在於一用來把所述太陽能電池的輸出引出的接線盒設置在所述凸緣中，該方法包括這樣一個步驟在所述間隙中，使與所述相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件上接線盒相連的導線相互連接。
19.一空氣循環系統包括有一屋頂單元，其特徵在於一組在兩相對側具有凸緣的太陽能電池和屋頂面板的組合件相互間按一定間隙相鄰設置在一桿形連接/固定件上；其特徵還在於相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件通過利用可拆卸的固定裝置在所述間隙處固定在所述連接/固定件上。所述空氣循環系統按下述方式布置所述屋頂單元安裝在一屋頂覆板上，所述連接/固定件在所述間隙處固定在所述屋頂結構件上，因此在所述太陽能電池和屋頂面板組合件與所述屋頂結構件之間形成一個空間，外部空氣能被吸入所述空間中，並且引入該空間的空氣可被引入房屋中或被排出室外。
20.一按權利要求19的空氣循環系統，其特徵在於所述空氣是利用風扇使其循環的。
21.一太陽能發電系統包括一屋頂單元，其特徵在於一組在兩相對側具有凸緣的太陽能電池和屋頂面板的組合件相互間按一定間隙相鄰設置在一連接/固定件上，相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件通過利用可拆卸的固定裝置在所述間隙處固定在所述連接/固定件上，一可拆卸的罩蓋設置在所述間隙的上部，在每一所述凸緣中設置有一用來把所述太陽能電池的輸出向外引出的接線盒，並且，與所述相鄰的太陽能電池和屋頂面板組合件上接線盒相連的導線在所述間隙中相互連接；和一能源轉換設備，它與所述太陽能電池電氣連接。
22.一太陽能電池模塊，其特徵在於一太陽能電池元件固定在一帶樹脂的底託上，所述底託至少有一側面是彎曲的，所述底託的彎曲部具有一開口，所述太陽能電池元件的電能就從所述開口處引出。
23.太陽能電池模塊的製造過程包括如下幾個步驟將一太陽能電池元件固定在一帶樹脂的底託上；至少使底託的一個側面彎曲；和，穿過所述底託彎曲部上的一個開口將一導線固定在所述太陽能電池元件上。
24.一屋頂件，其特徵在於一太陽能電池元件固定在帶樹脂的一底託上，所述底託至少有一側面是彎曲的，所述底託的彎曲部具有一開口，所述太陽能電池的電能就從所述開口引出。
25.屋頂件的一製造過程包括如下幾個步驟將一太陽能電池元件固定在一帶樹脂的底託上；至少使底託的一個側面彎曲；和，穿過所述底託彎曲部上的一個開口將導線固定在所述太陽能電池元件上。
26.太陽能電池模塊的一安裝方法包括如下幾個步驟準備一組太陽能電池串，每一太陽能電池串由一組太陽能電池模塊串聯而成；將所述一組太陽能電池串的輸出相互獨立地導入直流聚流盒；和，將所述一組太陽能電池串在所述直流聚流盒內並聯連接。
27.一按權利要求26的太陽能電池模塊的安裝方法，其特徵在於每一太陽能電池串的輸出電壓等於變流器的輸入電壓。
28.一按權利要求26的太陽能電池模塊的安裝方法，其特徵在於每一太陽能電池串在並聯接合點之前設有一斷路器。
29.一按權利要求5的屋頂單元，其特徵在於它還包括一根固定在所述屋頂覆板一底面上的椽子。
30.一按權利要求29的屋頂單元，其特徵在於它還包括一根固定在所述椽子一底面上的檁條。
全文摘要
一屋頂單元由下述配置方式構成:一組太陽能電池和屋頂面板的組合件相互鄰近放置在一連接/固定件上並留有間隙,每個組合件在其相對的兩側邊上具有凸緣。相鄰的組合件通過一可拆卸夾具在上述間隙內與連接/固定件連接起來,一可拆卸罩蓋放置在間隙的上部。這種布置方式可簡化現場操作、降低建設費用和減少工作差錯。此外甚至安裝好後仍可測試或更換模塊,從而提供了一種具有良好可維修性和抗風能力的沿垂直方向實用的屋頂鋪設法。
文檔編號E04D3/366GK1180124SQ9711798
公開日1998年4月29日 申請日期1997年8月29日 優先權日1996年8月30日
發明者三村敏彥, 深江公俊, 高林明治, 森昌宏, 高田健司 申請人:佳能株式會社