CN101010468A - 耐火光电木瓦组件 - Google Patents

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Abstract

一种防火PV木瓦组件，包括PV组件以及支撑和互相接合组件，PV组件包括PV主体、防火板和连接PV主体之下的防火板的连接构件。支撑和互相接合组件安装到PV组件，并包括将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件、朝向上PV边缘定位的上互锁构件和朝向下PV边缘定位的下互锁构件。一个PV木瓦组件的上互锁构件与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。在一些实施例中，PV木瓦组件可包括PV主体之下的通风路径。PV主体可以可滑动地安装到连接构件，以易于移除PV主体。

Description

耐火光电木瓦组件
州资助的研究或开发
本发明是在加利福尼亚州的支持下做出的，加利福尼亚能源委员会合同号为500-00-034。能源委员会对该发明保留一定权利。
背景技术
配备到住宅、商业和工厂的光电(PV)系统的广泛使用通常被认为是期望的目标。若干因素被认为对于PV系统的接受是关键的，特别是被个人房主所接受。这些因素中首要的是安装容易、成本和美观。同时解决成本和美观问题的一种方法是通过使用光电木瓦组件。这种木瓦组件解决成本问题的一种方法是通过将其用作传统木瓦的替代品，优选地使用类似的安装技术。已开始通过如下方法解决美观问题，即，使用构造和尺寸与传统木瓦或屋瓦相似的木瓦或屋瓦形式的光电组件，并利用合适的颜色和反射特性来帮助给屋顶或其它建筑物表面提供美学上令人愉悦的视觉外观。例如，参见美国专利No.5,112,408。然而，光电木瓦系统并没有按照所期望的广泛被接受，这是因为：1)与建筑物屋顶整体安装作为木瓦的PV在较高的温度下工作，从而导致PV电输出因温度与PV效率之间的倒数关系而降低，并且屋顶表面的温度增加；2)相同的较高工作温度接近或超过许可的PV工作温度的上限并且缩短PV木瓦的使用寿命；3)一些产品要求在屋顶板之下建立木瓦之间的电连接，这就需要通过屋顶板钻孔，从而增加了漏水的可能性；4)在PV木瓦与屋顶的非PV区域结合时出现较差的美学匹配；5)一些PV木瓦受限于无定形硅PV技术，因而工作效率较低；以及6)当产品取代传统木瓦时，PV木瓦的价值一般限制到PV的电输出加上被取代的传统木瓦的材料价值。
在建筑物屋顶上使用光电模块的考虑之一在于，光电模块是潜在的起火源，也是建筑物内失火的潜在的燃料源。认识到这点，一些制造商在C级PV模块之下安装A级屋顶系统，例如沥青木瓦，以满足建筑规范的要求。其它的制造商使用在层压板的两面都具有玻璃(而不是背面具有Tedlar)的PV模块构造，来达到该等级。然而，该方法没有用于旨在与传统的混凝土屋顶木瓦整合的PV模块上。这些方法都没有防止辐射热从PV模块传递到屋顶。
参见美国专利号3,769,091、4,001,995、4,040,867、4,189,881、4,321,416、5,232,518、5,575,861、5,590,495、5,968,287、5,990,414、6,061,978、6,111,189、6,584,737和6,606,830。参见美国专利申请公开号US 2001/0050101、US2003/0154680、US 2003/0213201、US 2003/0217768和US 2004/003 1219。还参见EP1035591A1和WO96/24013。
发明内容
本发明旨在提供一种耐火PV木瓦组件，其可以用简单的方式经济地直接安装到支撑表面，例如倾斜屋顶，以制成与例如传统屋瓦一体的美学上令人愉悦的结构。该PV木瓦组件可以构造成是传统木瓦的替代品，从而无需将PV木瓦组件安装在木瓦的或其它挡水的屋顶表面的顶部。该PV木瓦组件还可以构造成，通过使用PV主体之下的防火板而至少在局部具有A级的防火等级。该PV木瓦组件还可以构造成在PV主体之下提供通风路径，以降低PV主体的工作温度，从而潜在地提高了能量转换率。
本发明的第一方面在于一种用于安装到支撑表面的防火PV木瓦组件。该木瓦组件包括PV组件以及支撑和互相接合组件。PV组件包括具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体。PV主体还包括防火板和使PV主体与防火板彼此固定的连接构件，防火板包括上防火板表面和下防火板表面。防火板位于下PV表面之下。支撑结构将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方。
在一些实施例中，PV木瓦组件可包括沿着防火板、从下PV边缘延伸并通过上PV边缘的通风路径。支撑结构可包括支撑和互相接合组件，该支撑和互相接合组件包括：将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；朝向上PV边缘定位的上互锁构件；和朝向下PV边缘定位的下互锁构件。一个PV木瓦组件的上互锁构件可以与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。通风路径可以沿着上和下防火板表面中的一个或两个延伸。PV主体可以可滑动地安装到连接构件以易于移除PV主体。防火板优选地包括具有防火板边缘、上防火板表面和下防火板表面的一片材料(例如，钢)，该片材料是不可燃的材料，其可以从结构上支撑尺寸为30.5cm×30.5cm×5.7cm且重量为2500g+/-50g的燃烧木块，该木块在537℃-815℃的温度下燃烧。上和下互锁构件中选出的一个可包括具有突片宽度的突片，上和下互锁构件中另一个可包括具有狭槽宽度的狭槽，该狭槽宽度相对于突片宽度超出一选定的距离，以允许一个木瓦组件相对于相邻的木瓦组件进行横向调节，该选定距离为下PV边缘的长度的至少约20％。
本发明的第二方面是一种用于安装到支撑表面的防火光电(PV)木瓦组件，其包括PV组件、支撑结构和通风路径。PV组件包括具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体，下PV表面包括防火表面。支撑结构将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方。通风路径沿着下PV表面、从下PV边缘延伸并通过上PV边缘。根据一些实施例，上和下PV表面可包括防火玻璃层。第一和第二PV组件可以通过它们的支撑结构固定到倾斜的支撑表面。用于第二下PV木瓦组件的通风路径可延伸到第一上PV木瓦组件之下的位置。第一上PV木瓦组件可包括在PV下边缘处安装到第一上PV组件的向下延伸的防雨板，防雨板与第二下PV木瓦组件的PV主体的上PV表面有效接触。
本发明的第三方面是一种防火光电(PV)木瓦组件设施，其包括固定到倾斜支撑表面的第一上PV木瓦组件和第二下PV木瓦组件，第二下PV木瓦组件的上PV边缘位于第一上PV木瓦组件之下。用于第二下PV木瓦组件的通风路径延伸到第一上PV木瓦组件之下的位置。
在一些实施例中，第一上PV木瓦组件可包括在PV下边缘处安装到第一上PV组件的向下延伸的防雨板，防雨板与第二下PV木瓦组件的PV主体的上PV表面接触。
本发明的第四方面是一种用于安装到支撑表面的光电(PV)木瓦组件，其包括PV组件以及支撑和互相接合组件。PV组件包括PV主体和安装框架，PV主体安装到该安装框架。支撑和互相接合组件安装到PV组件并包括：将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；朝向上PV边缘定位的上互锁构件；和朝向下PV边缘定位的下互锁构件。一个PV木瓦组件的上互锁构件与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。上和下互锁构件中选出的一个互锁构件包括具有突片宽度的突片，上和下互锁构件中的另一个互锁构件包括具有狭槽宽度的狭槽。该狭槽宽度相对于突片宽度超出一选定的距离，以允许一个木瓦组件相对于相邻的木瓦组件进行横向调节。该选定距离为下PV边缘的长度的至少约20％。
本发明的第五方面是一种用于安装到支撑表面的光电(PV)木瓦组件，其包括PV组件以及支撑和互相接合组件。PV组件包括具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体，上和下PV表面确定PV主体平面。PV组件还包括安装框架，PV主体安装到该安装框架，安装框架包括边缘构件，边缘构件包括用于可滑动地接收侧PV边缘的凹槽。安装框架还包括可移除地连接到边缘构件的前片，使得当前片固定到边缘构件时，至少一个PV主体平面与前片相交，以将PV主体保持在边缘构件之间。当前片与PV主体平面隔开时，PV主体可以从边缘构件之间移除。支撑结构将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方。在一些实施例中，支撑结构可包括支撑和互相接合组件，该支撑和互相接合组件包括：将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；朝向上PV边缘定位的上互锁构件；和朝向下PV边缘定位的下互锁构件，使得一个PV木瓦组件的上互锁构件可以与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。
本发明的各种特点和优点将从下面的描述中变得明显，在随后的描述中结合附图详细说明优选的实施例。
附图说明
图1是包括根据本发明制造的木瓦组件阵列的屋顶系统的总体图；
图2和3是图1的木瓦组件的等距顶视图和底视图；
图4是图2的木瓦组件的右视图；
图5是图1屋顶系统的木瓦组件的其中一排的侧视图；
图6是图5的结构的一部分的放大图；
图7是示出上和下木瓦组件的支撑托架的上和下端互锁的下侧图，其中为了清晰断开了各部分；
图8是示出上和下木瓦组件的交叠端的俯视图；
图9是沿着图6的线9-9剖开的简化截面图，示出图5-8的盘状防雨板构件，横向相邻木瓦主体的侧边缘邻近盘状防雨板构件的隔离件的上端定位；
图10、11和12是图5-9的盘状防雨板构件的可选择实施例的顶视图、侧视图和顶部透视图；
图13和14是图1-9的木瓦组件的可选择实施例的类似于图3和5的视图；
图15-27公开了使用与PV主体的下PV表面相对的防火板的PV木瓦组件的实施例；
图15是另一实施例的等距顶视图，其中上PV表面上的活动区域用一系列的矩形示出；
图16是作为屋顶系统一部分的木瓦交叠构造的第一和第二木瓦组件的顶视平面图，示出电线从第一木瓦组件的侧边缘延伸；
图17是图15的木瓦组件的未分解等距图，部件的宽度按照透视法缩短；
图18和19是图15的木瓦组件的顶视平面图和正视图；
图20是沿着图19的线20-20剖开的侧截面图；
图21和22是沿着图18的线21-21和22-22剖开的放大截面图，示出连接到第一和第二内接合边缘构件的PV主体和防火板；
图23是图15的木瓦组件的局部右视图、顶视图和正截面图，宽度按照透视法缩短；
图24示出移除将前片固定到边缘构件的螺钉之后的图15的木瓦组件，并示出使PV主体在边缘构件的凹槽之间滑动；
图25是在移除前片和PV主体之后的图24的结构的顶视平面图；
图26是沿着图16的线26-26剖开的放大截面图，示出由内接合PV木瓦组件形成的通风路径；
图27是类似于可选择实施例的图22的放大截面图，其中在防火板与下PV表面之间存在较小间隙或没有间隙，从而通风路径沿着下防火板表面延伸；
图28是没有使用图15-27的实施例中的防火板的PV木瓦组件的可选择实施例的等距顶视图；
图29是图28的组件的等距底视图；
图30是图29的组件的局部分解等距底视图，示出PV模块组件和组件的一对托架；
图31是图28的组件的正视图；以及
图32是示出图28的两个木瓦组件的内接合的截面图。
具体实施方式
图1示出包括屋顶支撑表面11的屋顶系统10，支撑表面11包括防水和辐射阻挡层12。层12可以是传统的衬垫物，例如Elk Technologies，Inc的VersaShieldSB2S防火织物。一系列横向延伸的板条14安装到层12上方的支撑表面11。支撑表面12由传统的混凝土瓦16和一排光电(PV)木瓦组件18覆盖，传统混凝土瓦16例如是加利福尼亚Irvinc的MonierLifetile LLC出售的MonierLifetile。当用于该场合时，木瓦覆盖用于覆盖墙壁或倾斜屋顶的产品或者其它非水平的表面，其中一片木瓦的下端与一相邻木瓦的上端交叠。
图2和3是图1所示木瓦组件的放大等距顶视图和底视图。每个木瓦组件18包括木瓦主体20，该木瓦主体20具有上和下表面22、24、上边缘26、下边缘28、第一侧边缘30和第二侧边缘32。每个木瓦组件18还包括在上和下边缘26、28之间延伸的一对支撑托架34。支撑托架34包括由中部40连接的上和下端36、38。上端36包括离开下表面24向下延伸的上支撑部42。该上支撑部42包括上支撑表面接合部44，用于通过使用屋面钉、盖板螺钉或其它合适的紧固件46将支撑托架34连同木瓦主体20一起固定到支撑表面11。可以用其它的紧固系统(例如，使用粘合剂)来代替紧固件，或者除了紧固件之外还可以使用其它的紧固系统。木瓦主体20的上表面22具有沿着与上端36对准的上边缘26的减震构件47。下端38包括与木瓦主体20的下边缘38接合的夹子48。在适当的时候，例如当夹子48由钢制成时，诸如橡胶垫的保护性材料或诸如丁基橡胶带的柔软聚合物材料可以设置在夹子48与木瓦主体20之间。托架34的剩余部分可以由例如镀锌钢、抗寒耐热的聚合物、或具有抗寒耐热涂层的聚合物制成。
图5-8示出安装到支撑表面11的第一上木瓦组件50和第二下木瓦组件52，上木瓦组件50的下端54与下木瓦组件52的上端56交叠。支撑托架34的下端38包括离开下表面24向下延伸的下支撑部58。夹子48通过一对自攻丝的螺钉59或其他合适的装置固定到下支撑部58。该下支撑部58包括抵靠在沿着木瓦组件52上边缘26的减震构件47上的一对支撑构件60。下支撑部58还包括其中形成有开口64并向下延伸的突片62。开口64的尺寸和位置确定为用于接收从支撑托架34的上端36延伸的接合构件65。
支撑托架34的上端36将下木瓦组件52的木瓦主体20的上边缘26定位在支撑表面11上方第一距离66处，以在其间产生第一间隙68。上木瓦组件50的木瓦主体20的下边缘28与下木瓦组件52的木瓦主体20的上表面22隔开，以在其间产生第二间隙70。开放区域72产生在上木瓦组件50的下方并流体联接第一和第二间隙68、70。
参见图7-9，盘状防雨板构件74用于收集可能在横向相邻木瓦组件18的侧边缘30、32之间通过的雨水。构件74包括基底76和从基底向上延伸到第一与第二侧边缘30、32之间一位置处的隔离件78。基底76确定了在隔离件78任一侧的第一和第二水引导部80、82。盘状防雨板构件在其上方瓦片重力以及由将其上方瓦片保持在适当位置的紧固件所产生的力的作用下固定在适当位置。隔离件78的使用有助于保证被风吹的物质，特别是雨，收集在基底76的水引导部80、82内。参见图5、6和8，可透过空气的渗透阻挡件84位于第二间隙70内，以允许空气运动到开放区域72中，从而有助于冷却木瓦主体20的下侧并防止过多的湿气集结，而防止被风吹的雨和昆虫渗入、鸟巢的构建以及其它不期望的事情发生。合适的渗透阻挡件84是由Mishawaka，IN的Cor-A-Vent Inc.出售的Cor-A-Vent材料的多孔塑料块。由Minneapolis，MN的Bellcomb Technologies出售的聚碳酸酯蜂窝状物可以是优选的，因为其耐用并且有效防火。
在支撑托架34与木瓦主体20的下表面24之间可以使用一定类型的粘合剂，以在运输和安装期间将托架保持在适当位置。目前优选的粘合剂是丁基橡胶带，其基本保持柔软且有粘性。盘状防雨板构件74可以由任何合适的材料制成，例如24标准规格的镀锌钢。
图10-12示出专门设计用于与MonierLifetile牌的瓦片16一起使用的图5-9的盘状防雨板构件74的可选择实施例，相同的构件具有相同的附图标记。正如从图中可以看出的，在该实施例的盘状防雨板构件74的拐角处有切口86。
图13和14示出图2-4的木瓦组件的可选择实施例，相同的附图标记表示相同的构件。主要区别在于，开口64形成在支撑托架34的上端36(与前一实施例中的下端38相反)，并且接合构件66是支撑托架34的下端38的一部分。
当使用混凝土瓦16时，安装可以如同传统混凝土瓦屋顶安装一样进行，瓦片16按照一定顺序(成排地)从屋顶底部朝顶部(面对屋顶的所有方向)由右至左地铺设。瓦片16一般具有钩在板条14上的唇缘(未示出)。混凝土瓦16大致交错，使得每排相对于其下的一排偏移了瓦片宽度的一半。在将要安装PV木瓦组件18的地方，在底部右侧瓦片的右侧的瓦片16可以用混凝土锯切除。如果木瓦组件18的边缘位于下面瓦片的中间，则可以切除相邻完整瓦片的从下方突出的舌。如果木瓦组件18的边缘没有落入下面瓦片的中间，则可以将瓦片切成两半，使得被切的边缘大致对准在下面的两片瓦片之间。双盘状防雨板74放置在邻近的混凝土瓦的下方，使隔离件78尽可能地实际接近瓦片的侧边缘。然后量出PV木瓦组件阵列的总宽度，包括PV木瓦组件18之间的间隙和双盘状防雨板74的隔离件78所占的空间。每个PV木瓦组件18优选地设计成跨越整数个混凝土瓦，例如四个。在木瓦组件16阵列的左侧，半片瓦片或整个瓦片(从下方突出的舌没有被切掉)与双盘状防雨板74一起安装，隔离件78尽可能接近瓦片16的边缘。两盘状防雨板74之间的距离被证实是恰当的距离。一旦这样，就以恰当的间距用穿进支撑表面11中的紧固件46安装了托架34的底部第一排。托架34的第一排具有抵靠在混凝土瓦16的顶边缘上的支撑构件60。PV木瓦组件18的第一排与托架34的第一排相互接合。双盘状防雨板74位于排中的每个PV木瓦组件18之间。一旦PV木瓦组件18的底部第一排完成，剩下的混凝土瓦16就按照常规方法安装。然后开始下一排的混凝土瓦16。当到达PV木瓦组件区域时，除了每个托架34的支撑构件60与下面的托架34的上端36和在上边缘26附着到木瓦主体20的减震构件47相互接合以外，安装按照上述进行。在该安装过程中，PV木瓦组件18用金属线串成串，接地跳线安装在所有金属部件(盘状防雨板74和托架34)之间。所有住宅布设都在PV木瓦组件18之下，并经由密封引出盒穿过支撑表面11，需要单一穿透。
可以对上面公开的实施例作其它改变或变型。例如，可以使用少于或多于两个的支撑托架34。每个支撑托架可以不包括中部。此外，单一支撑托架可以具有多于一个的上端36和/或下端38。还可以采用除了上述以外的安装方法。
图15-27公开了本发明的另一些实施例，相同的附图标记表示相同的构件。在这些实施例中的每个实施例中，如图17和20所示，PV木瓦组件18使用与PV主体20的下PV表面24相对的防火板90。图15是PV木瓦组件18的等距顶视图，上PV表面22上的活动区域92由两排矩形示出。活动区域92上方的开放、非活动区域允许PV组件18的交叠。图16是作为屋顶系统10的一部分的木瓦交叠构造的第一和第二木瓦组件50、52的顶视平面图。图16所示的电线94从第一木瓦组件50的侧边缘30、32延伸。
PV木瓦组件18包括PV组件95以及支撑和互相接合组件97。组件97用于将PV组件95支撑在支撑表面11上。组件97还用于使相邻的PV木瓦组件18彼此互相接合。参见图17，PV组件95包括PV主体20、防火板90和所谓的连接构件94。参见图17和18，连接构件94包括第一和第二互相接合的边缘构件96、98，边缘构件96、98由前片104彼此固定在边缘构件96、98的下端100、102处。一对螺钉106通过前片104并将前片104固定到边缘构件96、98。一条发泡胶粘带108置于前片104与下PV边缘28之间，以帮助保护PV主体20不受损坏。下摩擦滑动带110安装到PV主体20的第一和第二侧边缘30、32。参见图21和22，滑动带覆盖的边缘30、32位于形成在第一和第二边缘构件96、98内的凹槽112、114内。滑动带110促进了PV主体20的第一和第二侧边缘30、32在边缘构件96、98的凹槽112、114内的滑动接合，正如下面参照图24所讨论的。防火板90通过螺钉120固定到边缘构件96、98的下端100、102和上端116、118，螺钉120通过防火板90并进入边缘构件96、98中。
支撑和互相接合组件97包括用于将PV组件95垂直支撑在支撑表面11上的垂直支撑结构122。结构122包括一对锥形的中心支撑件124。中心支撑件124沿着在上PV边缘26与下PV边缘28之间延伸的线延伸。沿着此线的中心支撑件124的长度优选地为上和下边缘26、28之间距离的至少50％。中心支撑件124具有大致U形的横截面形状并在每端具有安装突片126。中心支撑件124的上端128穿过形成于防火板90中的开口130，如图24和25所示。安装突片126通过铆钉132固定到防火板90，如图26所示。一对弹性的、尤其是橡胶的垫134定位在各中心支撑件124的上端128与下PV表面24之间。中心支撑件124不仅支撑防火板90和安装到防火板的各种结构，而且中心支撑件124连同垫134一起还有助于防止PV主体20例如在被踩踏时过度的偏移。
垂直支撑结构122还包括一对上安装托架136，每个上安装托架136具有基底138，基底138抵靠支撑表面11并通过包括钉子、螺钉和粘合剂的传统或非传统的结构固定到该支撑表面11。安装托架136还具有直立部140，防火板90的向上翻的边缘142通过铆钉144固定到该直立部140。直立部140还包括大致U形的夹子146，上PV边缘26安放该夹子146内。夹子146限制了PV主体20插入在边缘构件96、98之间的程度。这样，PV组件95主要由中心支撑件124和安装托架136支撑，中心支撑件124和安装托架136都与防火板90接合。
支撑和互相接合组件97还包括上和下互锁构件。上安装托架136包括从直立部140延伸的突片148。突片148用作上互锁构件。下互锁构件150包括细长的L形主体152，使用穿过主体152的端部、穿过防火板90并进入边缘构件96、98的螺钉156将该L形主体152固定到防火板90的下表面154附近。主体152具有多个尺寸确定为用于接收突片148的狭槽158、159、160。狭槽158、159、160的总宽度相对于突片148的宽度超出一选定的距离。这使得木瓦组件18相对于相邻的木瓦组件在位置范围内横向交错。该灵活性对于例如使木瓦组件18跟随四坡屋顶的轮廓来讲是重要的。在该公开的实施例中，选定的距离至少为下PV边缘28的长度的约20％。
如图20和26所示，通风路径162从下PV边缘28处的前片104延伸，通过防火板90中的通风入口164并通过在防火板90的上表面168与PV主体20的下表面24之间确定的开放区域166。通风路径162通过位于防火板90中且在防火板90的向上翻的边缘142之间的通风出口170离开开放区域166。通风路径162然后延伸通过上PV边缘26并进入相邻的上游PV木瓦组件18的防火板90的下表面154之下的区域169。空气沿着通风路径162的流动有助于冷却PV主体20，从而增加能量转化效率。支撑表面11的倾斜有助于利用烟囱效应沿着通风路径162抽吸空气。重要的是意识到，通过开放区域166的全部空气或至少基本上全部的空气未通过屋顶系统10的另一PV木瓦组件18的开放区域。在空气已经通过一个组件18的通气出口170之后，空气在上游组件的防火板90的下方通过，使得仅新鲜的、相对冷却的空气进入组件18的通气入口164。
重要的是，PV木瓦组件以与混凝土瓦16相同的方式用作支撑表面11的泄水木瓦。泄雨水特性通过上木瓦组件50与下木瓦组件52交叠(一般约7.5cm(3英寸))而提供。还通过在第一可互相接合的边缘构件96之下设置第二可互相接合的边缘构件98的延伸部171而在横向相邻的组件18之间提供泄雨水特性。如图21和22所示，边缘构件96、98还包括内部排水管173，用于收集在侧边缘30、32与凹槽112、114之间可能渗出的任何水分。
正如可以从图26中看出的，在第一上木瓦组件50的前片104与第二下木瓦组件52的木瓦主体20之间存在间隙172。间隙172用作通风路径162的初始部分。然而，至少期望的是，防止雨经过间隙172被风吹过或通过木瓦组件52的上PV边缘26而到支撑表面11上。为了避免这样，挡雨板174邻近防火板90的下表面154沿着PV木瓦组件的整个宽度安装。挡雨板174通过螺钉120固定到该位置，螺钉120穿过挡雨板任一端的孔、穿过防火板90并进入边缘构件96、98。在图26中，弹性垫176位于挡雨板174的下腿部178与PV主体20的上表面22之间。然而，在许多或大多数情况下这样做可能是优选的，即省去垫176并将挡雨板174构造成使得下腿部178的末端180与表面22有效接触；也就是说，挡雨板174与表面22接触或足够接近表面22以作为有效的挡雨板。这应当提供足够的密封，以防止雨被吹到挡雨板174与表面22之间，同时允许可能收集在挡雨板174与上PV边缘26之间的表面22上的少量的雨在挡雨板174与表面22之间渗下表面22。
本设计的一个优点在于，通过简单地移除螺钉106，前片104可以与边缘构件96、98断开，然后可通过简单地将PV主体20按照图24所示滑出而将其从边缘构件96、98之间移出。如果需要，可以通过防火板90中的通风出口170接近电连接，使得PV木瓦组件18可以与相邻的组件18断开，从而完全移除PV主体20。这使得可以为了检查、测试、清理、修理或更换中一个或多个目的而将PV主体20从一系列PV木瓦组件18中移除。
本设计的另一优点通过使用防火板90而产生。包括防火板90的PV木瓦组件18的设计相对于传统的PV木瓦组件提供了若干防火安全性的改进。
传统的PV主体20一般包括由玻璃制成的防火上表面22，该上表面22覆盖延伸到下表面24的含有可燃聚合物的衬底。着火时，PV主体20一般在下表面24生成可燃气体。在不使用防火板90的情况下，可以获得使这些可燃气体燃烧的氧气，从而使PV主体20快速燃烧。在使用防火板90的情况下，由于防止了氧气自由进入开放区域166和下表面24而使得燃烧速率降低。这些可燃气体在通过通风口164、170时被转移离开开放区域166。边缘构件96、98用作防止空气或其它气体流过边缘构件进入和离开开放区域166的气流阻挡件。通过通风入口164的被转移的气体一般在侧木瓦组件18的上方或朝向侧木瓦组件18燃烧。由于防火板90与支撑表面11之间的区域169中氧气的相对不易获得性，通过通风出口170的可燃气体以较低的速率燃烧。因此，防火板90通过降低PV主体20的燃烧速率而有助于提高防火安全性。
用于确定屋顶系统的防火等级的常规测试使用尺寸为30.5cm×30.5cm×5.7cm(12″×12″×2.25″)且重量为2500g+/-50g的燃烧的木块，该木块在537℃-815℃(1000-1500)的温度下燃烧。将燃烧的木块置于屋顶结构上，来观察屋顶表面是否保持其结构完整性。防火板90优选地设计成通过该测试。在一个优选的实施例中，防火板90是至少0.61mm(0.024″)厚的钢板。
为了帮助保持防火板90的有效性，优选的是，上防火板表面68的面积与下PV表面24的面积之比至少为0.7至1.0。此外，优选的是，防火板90用作辐射阻挡层，以使从防火板到支撑表面11的热能辐射最小。用金属板制成防火板90就可以提供这种期望的辐射阻挡层特点。
图27是与图22类似的另一实施例的放大横截面图，其中在防火板90A与下PV表面24之间存在小间隙或没有间隙。该实施例中，防火板90A没有通风入口164，使得通风路径162从下防火板表面154之下通过。虽然该实施例没有提供像图15-26的前一实施例一样的PV主体20的冷却程度，但是其消除了在防火板90的上表面68上使用昂贵的热敏泡沸油漆这种潜在需要。即，对于图15-26的大间隙实施例，用一些东西堵住或填充开放区域166可能是期望的或必须的，例如防火板90的上表面68上的热敏泡沸油漆。因此，在对于图15-26的大间隙实施例的较低工作温度、较高电产生效率与对于图27的小间隙实施例的较高工作温度、较低电产生效率之间将是一种折衷方案。
各种部件可以由适于用在户外环境中的传统或非传统材料制成。例如，阳极化抛光或喷涂加工的挤制铝材可以用作边缘构件96、98，镀锌钢、Glavalume或渗铝钢可以用作中心支撑件124、安装托架136和下互锁构件150，而阳极化抛光或喷涂加工的铝材可以用作挡雨板174。
图28-32公开了PV木瓦组件18的另一可选择实施例，相同的附图标记表示相同的构件。该实施例没有使用图15-27的实施例中的防火板，因而可以是一种低成本的选择。当PV主体20基本上不可燃时，该实施例可以发挥最大的效用。基本上不可燃的PV主体20的一个示例将是任一侧都具有玻璃层的层压板。
图28-32的PV木瓦组件18包括PV模块组件186和一对托架组件188。PV模块组件包括由一块蜂窝状材料制成的防雨板190。蜂窝状材料可以认为是结合在一起以使其轴线对齐的塑料杆。穿过该蜂窝状材料的通道的横截面直径优选地处于3-6mm的范围。通道可以具有相同或不同直径的圆形、六角形或其它规则或不规则的横截面形状。通道的轴线大致平行于边缘构件96、98。测试已经显示，由于表面张力，极少或没有雨通过通道。这防止了水流过防雨板190。然而，在无雨条件下，整个前表面192对于通过防雨板190的气流基本上是开放的，以冷却主体20，参见图31。
在该公开的实施例中，防雨板190一般用粘合剂固定到下表面24。防雨板190可以沿着上边缘26固定到PV主体20的上表面22。此外，防雨板190可以是在PV组件已经安装到支撑表面11之后固定在相邻PV组件18的交叠部分之间的单独部件。
PV模块组件186还包括对应于每个托架组件188附着到PV主体20的下表面24的安装托架194；参见图30。安装托架194用于一般使用螺钉(未示出)将托架组件188的下互锁构件150固定到PV主体20的下表面24。一旦安装在支撑表面11上，PV模块组件186可以与安装托架194断开并去除，使安装托架136固定到支撑表面11。
图28-32的PV木瓦组件18的可接近部分，特别是边缘构件96、98和防雨板190，优选地由不导电的材料制成。这样可以不需接地，这是一主要优点。边缘构件96、98和防雨板190也优选地具有较低的可燃性。此外，边缘构件96、98优选地具有良好的耐气候性。用于边缘构件96、98的优选材料包括诸如一些硅橡胶(例如，Dow-Corning Silastic21180)、例如可以从TSE Industries买到的阻燃EPDM和陶瓷的材料。我们已经发现一些聚碳酸酯是用于防雨板的好材料，例如GE Lexan950，950A，953。
在不偏离由所附权利要求中限定的本发明的主题的条件下可以对所公开的实施例做各种修改和变型。例如，代替使PV木瓦组件18彼此互锁(这无需将各组件18的下边缘固定到支撑表面)，可以用合适的支撑结构(例如，用钉子或螺钉)将各组件18沿着其下边缘和上边缘固定到支撑表面11。即，各PV木瓦组件18将一般沿着其上和下边缘或沿着其侧边缘单独地固定到支撑表面。此外，前片104可以例如通过被可释放地固定到防火板90而间接地连接或联接到边缘构件96、98。此外，前片104可以包括不沿着下PV边缘28的整个长度延伸的结构，例如与边缘构件96、98和防火板90中的一个、一些或全部相接合的一个或多个夹子。此外，前片104可以在从例如边缘构件96、98释放之后保持固定到PV主体20。
上面提到的任何和全部专利、专利申请和印刷公开物都引作参考。

Claims (23)

1.一种用于安装到支撑表面的防火光电(PV)木瓦组件，包括：
PV组件，包括：
具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体；
防火板，包括上防火板表面和下防火板表面；
连接构件，使PV主体与防火板相互联接；并且
防火板位于下PV表面之下；以及
支撑结构，用于将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方。
2.根据权利要求1的木瓦组件，其中，支撑结构包括安装到PV组件的支撑和互相接合组件，包括：
将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；
朝向上PV边缘定位的上互锁构件；和
朝向下PV边缘定位的下互锁构件；
由此，一个PV木瓦组件的上互锁构件与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。
3.根据权利要求1的木瓦组件，其中，PV组件还包括沿着防火板、从下PV边缘延伸并通过上PV边缘的通风路径。
4.根据权利要求3的木瓦组件，其中，防火板与下PV表面隔开并在其间确定一开放区域，并且通风路径延伸通过所述开放区域。
5.根据权利要求1的木瓦组件，还包括在下PV边缘处安装到PV组件的向下延伸的防雨板。
6.根据权利要求1的木瓦组件，其中：
防火板包括侧防火板边缘；
防火板边缘固定到边缘构件；
边缘构件包括用于可滑动地接收侧PV边缘的凹槽；
上和下PV表面确定上和下PV主体平面；
连接构件包括可移除地连接到防火板与边缘构件中至少之一的前片，使得当前片可移除地连接到防火板与边缘构件中至少之一时至少一个PV主体平面与前片相交，从而有助于将PV主体保持在边缘构件之间，当前片与所述防火板与边缘构件中至少之一断开时，PV主体可从边缘构件之间移除。
7.根据权利要求1的木瓦组件，还包括在下PV表面与上防火板表面之间的热敏泡沸材料，从而在着火时泡沸材料可以膨胀并减小开放区域的有效体积，以有助于阻止PV下表面处的燃烧。
8.根据权利要求2的木瓦组件，其中：
垂直支撑构件包括固定到PV组件的上安装托架，该上安装托架具有可固定到支撑表面的基部；
上安装托架包括所述上互锁构件；并且
垂直支撑构件包括与PV组件和支撑表面接触的中心支撑件，所述中心支撑件沿着上PV边缘与下PV边缘之间延伸的线延伸。
9.根据权利要求1的木瓦组件，其中，防火板包括具有防火板边缘、上防火板表面和下防火板表面的一片材料，该片材料是不可燃的材料，其可以从结构上支撑尺寸为30.5cm×30.5cm×5.7cm且重量为2500g+/-50g的燃烧木块，该木块在537℃-815℃的温度下燃烧。
10.根据权利要求1的木瓦组件，其中，上防火板表面的面积与下PV表面的面积之比为至少0.7至1.0。
11.根据权利要求2的木瓦组件，其中，上和下互锁构件中选出的一个包括具有突片宽度的突片，上和下互锁构件中另一个包括具有狭槽宽度的狭槽，该狭槽宽度相对于突片宽度超出一选定的距离，以允许一个木瓦组件相对于相邻的木瓦组件进行横向调节，该选定距离为下PV边缘的长度的至少约20％。
12.一种防火光电(PV)木瓦组件设施，包括：
倾斜的支撑表面；
根据权利要求3制成的第一上PV木瓦组件和第二下PV木瓦组件；
第一和第二PV木瓦组件的支撑结构，将第一和第二PV木瓦组件固定到倾斜的支撑表面；和
用于第二下PV木瓦组件的通风路径，延伸到第一上PV木瓦组件之下的位置。
13.根据权利要求12的木瓦组件设施，其中对于第一和第二PV木瓦组件：
防火板与下PV表面隔开并在其间确定一开放区域；
通风路径延伸通过开放区域；并且
防火板包括分别朝向上和下PV边缘的通风入口和通风出口，所述通风入口和通风出口确定延伸通过开放区域的通风路径的一部分的端部，并且其中：
所述位置处于第一上PV木瓦组件的防火板的通风入口和通风出口之间，由此基本上没有沿着通风路径通过第二下PV木瓦组件的开放区域的气流通过第一上PV木瓦组件的开放区域。
14.一种用于安装到支撑表面的防火光电(PV)木瓦组件，包括：
PV组件，包括具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体，下PV表面包括防火表面；
支撑结构，用于将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方；以及
通风路径，沿着下PV表面、从下PV边缘延伸并通过上PV边缘。
15.一种防火光电(PV)木瓦组件设施，包括：
倾斜的支撑表面；
根据权利要求35制成的第一上PV木瓦组件和第二下PV木瓦组件；
第一和第二PV木瓦组件的支撑结构，将第一和第二PV木瓦组件固定到倾斜的支撑表面；和
用于第二下PV木瓦组件的通风路径，延伸到第一上PV木瓦组件之下的位置。
16.一种用于安装到支撑表面的光电(PV)木瓦组件，包括：
PV组件，包括：
具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体；和
安装框架，PV主体安装到该安装框架；以及
安装到PV组件的支撑和互相接合组件，包括：
将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；
朝向上PV边缘定位的上互锁构件；
朝向下PV边缘定位的下互锁构件，一个PV木瓦组件的上互锁构件与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合；并且
上和下互锁构件中选出的一个包括具有突片宽度的突片，上和下互锁构件中的另一个包括具有狭槽宽度的狭槽，该狭槽宽度相对于突片宽度超出一选定的距离，以允许一个木瓦组件相对于相邻的木瓦组件进行横向调节，该选定距离为下PV边缘的长度的至少约20％。
17.根据权利要求16的组件，其中，PV组件包括在下PV表面之下朝向下PV边缘定位的防雨板，该防雨板包括具有通向下PV表面之下的开放区域的通孔的材料，所述通孔构造成至少基本上防止被风吹的雨通过，同时基本上允许自由流动的空气通过。
18.根据权利要求16的组件，其中，安装框架包括边缘构件，边缘构件包括用于滑动地接收侧PV边缘的凹槽，安装框架还包括可移除地联接到安装框架的前片，使得当前片固定到边缘构件时，至少一个PV主体平面与前片相交，以将PV主体保持在边缘构件之间，当前片与安装框架脱离时，PV主体可以从边缘构件之间移除。
19.一种用于安装到支撑表面的光电(PV)木瓦组件，包括：
PV组件，包括：
具有上PV表面、下PV表面、上PV边缘、下PV边缘和侧PV边缘的PV主体，上和下PV表面确定PV主体平面；
安装框架，PV主体安装到该安装框架，安装框架包括边缘构件，边缘构件包括用于可滑动地接收侧PV边缘的凹槽，安装框架还包括可移除地联接到安装框架的前片，使得当前片固定到安装框架时，至少一个PV主体平面与前片相交，以将PV主体保持在边缘构件之间；并且当前片与安装框架脱离时，PV主体可以从边缘构件之间移除；和支撑结构，用于将PV组件安装并支撑到支撑表面的上方。
20.根据权利要求19的组件，其中，支撑结构包括安装到PV组件的支撑和互相接合组件，包括：
将PV组件支撑在支撑表面上方的垂直支撑构件；
朝向上PV边缘定位的上互锁构件；和
朝向下PV边缘定位的下互锁构件；
由此，一个PV木瓦组件的上互锁构件与相邻的PV木瓦组件的下互锁构件相互接合。
21.一种用于安装到支撑表面的木瓦系统，包括：
第一上木瓦组件和第二下木瓦组件，每个第一和第二木瓦组件包括：
支撑托架；
包括上表面、下表面以及由第一和第二侧边缘连接的上和下边缘的木瓦主体，该木瓦主体固定到支撑托架；
支撑托架包括：
上和下端；
上端具有背离下表面延伸的上支撑部，该上支撑部具有可与支撑表面接合的上支撑表面接合部，使得木瓦主体的上边缘可以定位成与支撑表面相距第一距离，以在其间产生第一间隙；并且
下端具有背离下表面延伸的下支撑部；
沿着第一木瓦组件的下边缘的木瓦主体的一部分位于沿着第二木瓦组件的上边缘的木瓦主体的一部分的上面，使得第一和第二木瓦组件彼此交叠；并且
第一木瓦组件的支撑托架的下支撑部可与第二木瓦组件接合，以将第一木瓦组件的木瓦主体的下边缘定位成与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面隔开，以产生：(1)第一木瓦组件的木瓦主体的下表面与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面之间的第二间隙，和(2)流体联接第一和第二间隙的第一木瓦组件之下的开放区域。
22.一种建筑物表面组件，包括：
建筑物表面；
安装到该建筑物表面的第一上木瓦组件和第二下木瓦组件，每个第一和第二木瓦组件包括：
支撑托架；
包括上表面、下表面以及由第一和第二侧边缘连接的上和下边缘的木瓦主体，该木瓦主体固定到第一和第二支撑托架；
支撑托架包括：
上和下端；
上端具有背离下表面延伸的上支撑部，该上支撑部具有可与建筑物表面接合的上支撑表面接合部，使得木瓦主体的上边缘定位成与建筑物表面相距第一距离，以在其间产生第一间隙；并且
下端具有背离下表面延伸的下支撑部；
沿着第一木瓦组件的下边缘的木瓦主体的一部分位于沿着第二木瓦组件的上边缘的木瓦主体的一部分的上面，使得第一和第二木瓦组件彼此交叠；并且
第一木瓦组件的支撑托架的下支撑部可与第二木瓦组件接合，以将第一木瓦组件的木瓦主体的下边缘定位成与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面隔开，以产生：(1)第一木瓦组件的木瓦主体的下表面与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面之间的第二间隙，和(2)流体联接第一和第二间隙的第一木瓦组件之下的开放区域。
23.一种建筑物表面组件，包括：
建筑物表面，该建筑物表面包括防水和辐射阻挡层；
安装到该建筑物表面的第一和第三上光电(PV)木瓦组件以及第二和第四下光电(PV)木瓦组件，每个木瓦组件包括：
第一和第二支撑托架；
包括上表面、下表面以及由第一和第二侧边缘连接的上和下边
缘的木瓦主体，该木瓦主体固定到第一和第二支撑托架；
每个支撑托架包括：
上和下端；
上端具有背离下表面延伸的上支撑部，该上支撑部具有与建筑物表面接合的上支撑表面接合部，使得木瓦主体的上边缘定位成与建筑物表面相距第一距离，以在其间产生第一间隙；并且
下端具有背离下表面延伸的下支撑部；
第三和第四木瓦组件的木瓦主体的第二侧边缘分别与第一和第二木瓦组件的木瓦主体的第一侧边缘相对；
沿着第一木瓦组件的下边缘的木瓦主体的一部分位于沿着第二木瓦组件的上边缘的木瓦主体的一部分的上面，使得第一和第二木瓦组件彼此交叠；
沿着第三木瓦组件的下边缘的木瓦主体的一部分位于沿着第四木瓦组件的上边缘的木瓦主体的一部分的上面，使得第三和第四木瓦组件彼此交叠；
第一木瓦组件的支撑托架的下支撑部可与第二木瓦组件接合，以将第一木瓦组件的木瓦主体的下边缘定位成与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面隔开，以产生：(1)第一木瓦组件的木瓦主体的下表面与第二木瓦组件的木瓦主体的上表面之间的第二间隙，和(2)流体联接第一和第二间隙的第一木瓦组件之下的第一开放区域；
第三木瓦组件的支撑托架的下支撑部可与第四木瓦组件接合，以将第三木瓦组件的木瓦主体的下边缘定位成与第四木瓦组件的木瓦主体的上表面隔开，以产生：(1)第三木瓦组件的木瓦主体的下表面与第四木瓦组件的木瓦主体的上表面之间的第三间隙，和(2)流体联接第一和第三间隙的第三木瓦组件之下的第二开放区域；以及
位于第二和第三间隙内的可透过空气的渗透阻挡件。
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