CN101538916A - 屋顶砖瓦或砖瓦式太阳热能收集器 - Google Patents

屋顶砖瓦或砖瓦式太阳热能收集器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及屋顶砖瓦或砖瓦式太阳热能收集器。具体而言，披露了一种建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，该系统包括太阳热能收集器(20)，其意图替代标准的平坦混凝土屋顶砖瓦(42)或S砖瓦型粘土屋顶砖瓦，以便与混凝土砖瓦(42)和设计成看起来像普通混凝土砖瓦(42)的光致电压(“PV”)太阳能面板(10)形成一体。太阳热能收集器包括安装构件，其允许收集器以与混凝土屋顶砖瓦和PV屋顶砖瓦的安装方式相类似的方式安装，以便与其它屋顶砖瓦(42，10)离散地形成一体。

Description

屋顶砖瓦或砖瓦式太阳热能收集器
技术领域
本发明涉及用于屋顶的太阳能面板，且更具体而言，本发明涉及建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，该形成一体的太阳能系统包括设计成用以取代标准平坦水泥屋顶砖瓦或S砖瓦(S-tile)型屋顶砖瓦的太阳热能收集器。
背景技术
太阳热能系统收集来自太阳的热并且利用其加热空间或水。太阳热能系统包括收集太阳热、贮存热以及将热传送至需要其的地方的构件。
太阳能收集器为太阳热能系统收集太阳热的构件。通常，它们位于房屋的屋顶，在那里它们容易可见。有多种不同类型的太阳能收集器。
最常见类型的太阳能收集器是上釉的平板收集器。这种类型的收集器包括容纳具有内置管的金属吸收器板的、防风雨且隔热的外壳或构架。通常，其为2英寸至3英寸厚并且象天窗。通常，它也直接安装在房屋的屋顶上或正好安装在屋顶上方，使其置于阳光照射下。内置在吸收器中的管子传送通常为水但可为不同流体如丙二醇的热传递流体。吸收器位于收集器之内并且通常为黑色或其它暗色以便吸收尽可能多的太阳能。平板收集器还包括在吸收器上方的透明或半透明的覆盖件。覆盖件通常为太阳能安全玻璃，其起到减缓热损并且将太阳能俘获到收集器内的作用。在收集器底部、吸收器之后和侧面的隔热减少传导性热损。太阳能加热管中的水，致使其在系统中流通并且传送到位于房屋内的贮水箱中。
另一种类型的太阳能收集器为由成排的平行玻璃管构成的真空管太阳能收集器。有多种类型的真空管在该类型的收集器中使用，这种真空管有时也称为“太阳能管”或“热管”。第一种类型的真空管由在一端熔合在一起的两个玻璃管构成。内管涂有良好吸收太阳能但抑制辐射热损的选择性表面。抽出或“抽空”两个玻璃管之间空间的空气以便形成真空，这消除了传导性和对流性热损。第二种类型的真空管由附接到铜热管或水流管上的、在管内带有平的或弯曲铝板的单一玻璃管构成。铝板通常涂有Tinox或类似的选择性涂层。第三种类型的真空管使用结合水流通道到其自身内的玻璃管。在此类型的收集器中，太阳能管或热管在较大的抽空的玻璃管内充当热吸收器。抽空的玻璃管像热水瓶一样起作用以便容纳所吸收的热。热管容纳在低温下蒸发并且抗冻的流体。水蒸汽在各单个热管或太阳能管中上升并且加热歧管中的载流流体。蒸发的流体在供给完其热之后凝结为液体，且之后流回到热管或太阳能管的底部。真空管收集器必须是适当地弯曲成一定角度以便允许正在进行的流体蒸发和凝结过程。
另一类型的太阳能收集器为未上釉的平板收集器。这种类型的收集器包括结合了用于水流的管道的吸收器。吸收器可由包括金属或挤压成型聚丙烯塑料的多种材料制成。水流管道捕获太阳能以加热管道中的水。因为未上釉的平板收集器轻质且形成为不同尺寸，故其安装在许多位置如屋顶、格架或外屋上。
然而，太阳能收集器通常使用低轮廓的有支架的底座安装在屋顶上。大多数收集器安装在正好屋顶上方且平行于屋顶。通常，安装一个或两个收集器。有支架的底座托住太阳能收集器高于屋顶平面，允许空气和溢流在它们下方流动。
光致电压(″PV″)太阳能发电使用光致电压阵列将太阳能转换为电。PV系统用诸如集成电路所使用材料的半导体制成。半导体将日光转换为直流(DC)功率。典型PV系统的基本部分为电池，该电池通常为产生少量DC电压的小的聚硅氧烷方块。电池结合成用以产生PV模块或板。模块为封在淬火玻璃或塑料之间以保护电池的单独部件。电池可为单晶体、多晶体或非晶体。PV系统通常包括将其产生的DC电流转换为AC电流的变换器和贮存由该系统所产生功率的电池。
PV太阳能模块可跨越一定瓦数范围的输出。由通用电气公司制造的一种PV板，即GEPVp-066-G，设计成看起来像普通的混凝土屋顶砖瓦，使得这些板与放置它们的屋顶上的混凝土砖瓦离散地混在一起。图1A至图1C分别为GEPVp-066-G板的俯视图、侧视图和仰视图。该板具有规定长度、宽度和高度的构架。它包含18个串联连接以产生规定瓦数输出的单晶体或多晶体电池。
发明内容
在本发明的示范性实施例中，一种建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统包括覆盖该建筑物屋顶的第一部分的多个混凝土屋顶砖瓦，覆盖该建筑物屋顶的第二部分的多个太阳能发电的屋顶砖瓦(各太阳能发电的屋顶砖瓦包括连接在一起以产生电功率的多个光致电压电池)，以及覆盖该建筑物屋顶的第三部分的至少一个太阳热能屋顶砖瓦，该至少一个太阳热能屋顶砖瓦包括具有管子的吸收器，该管子传送用于吸收和传输太阳热的热传递流体。该多个太阳能发电的屋顶砖瓦和至少一个太阳热能屋顶砖瓦均形成为一定的尺寸、形状并且安装在该屋顶上，以便与安装在屋顶上的混凝土屋顶砖瓦相混合。
该多个太阳能发电的屋顶砖瓦可定位在建筑物屋顶上以便在与该建筑物屋顶的第二部分相应的区域彼此邻近，且该至少一个太阳热能屋顶砖瓦靠近该多个太阳能发电的屋顶砖瓦而定位在该建筑物屋顶上。该多个太阳能发电的屋顶砖瓦和至少一个太阳热能屋顶砖瓦也可定位在该建筑物屋顶上以便大致位于该建筑物屋顶的中心，并且该多个混凝土屋顶砖瓦可定位在该建筑物屋顶上，以便围绕该多个太阳能发电的屋顶砖瓦和至少一个太阳热能屋顶砖瓦。优选而言，多个太阳热能屋顶砖瓦安装在建筑物屋顶上并且与该多个太阳能发电的屋顶砖瓦一起使用。
该多个太阳热能屋顶砖瓦中的各个太阳热能屋顶砖瓦还包括位于吸收器上方的覆盖件，该吸收器具有传送热传递流体的管子以将太阳能俘获或吸收在太阳热能屋顶砖瓦内，或在内部具有成排的平行且抽空的玻璃管的热管，这些管子充当在较大玻璃管内的热吸收器。优选而言，该吸收器或热管为设计成用以吸收最多数量的太阳能的黑色金属，并且在吸收器管或热管中的热传递流体将热传递到贮存箱中。优选而言，在该多个太阳热能屋顶砖瓦中的吸收器管或热管彼此连接，以便冷水进入管子并且由于该多个太阳热能屋顶砖瓦吸收太阳能而使得热水离开管子。
附图说明
图1A至图1C分别为光致电压模块的俯视图、侧视图和仰视图，光致电压模块设计成用以离散地混合到包括普通平坦的混凝土屋顶砖瓦或S砖瓦型粘土屋顶砖瓦的屋顶中。
图2A和图2B分别为本发明的太阳能收集器的俯视图和侧视图，该太阳能收集器设计成用以离散地混合到包括普通混凝土屋顶砖瓦的屋顶中。
图3为图2中示出的太阳能收集器屋顶砖瓦的侧视截面图。
图4为建筑物屋顶的透视图，该建筑物屋顶包括普通的平坦混凝土屋顶砖瓦或S砖瓦型屋顶砖瓦、多个设计成看起来像普通平坦混凝土屋顶砖瓦的PV模块和两个根据本发明的也设计成看起来像普通平坦混凝土屋顶砖瓦的太阳能收集器。
具体实施方式
图1A、图1B和图1C分别为光致电压太阳能模块10的俯视图、侧视图和仰视图，该光致电压太阳能模块10设计成用以产生50瓦至90瓦之间的电功率。该模块10为建筑物集成式模块，因为其设计成看起来像普通的混凝土屋顶砖瓦，以便其离散地混合到放置其的屋顶中。模块10包括规定长度、宽度和高度的构架12，该构架12设计成使模块10与标准混凝土屋顶砖瓦的尺寸一致。单晶体电池16的阵列14安装在构架12内，电池16串联连接以产生由模块10生成的规定量的电功率。优选而言，有18个包括阵列14的电池16，它们产生50瓦至90瓦之间的电功率。图1C中示出的阳极引线18和阴极引线19将电池16的阵列14连接到其它模块10和/或使用由模块10所产生电功率的设备上。
图2A和图2B分别为根据本发明的太阳能收集器20的俯视图和侧视图。太阳能收集器20包括构架22，其具有规定长度、宽度和深度，此外还被设计成使收集器20与标准混凝土屋顶砖瓦的尺寸一致。位于收集器20的构架22内的是吸收器24，吸收器24具有多个内置的传送诸如水或丙二醇的热传递流体的管子26。优选而言，吸收器24为黑色的，以便吸收尽可能多的太阳能。封闭构架22的为覆盖件28，其起到减缓热损并且将太阳能俘获在收集器20内的作用。
本发明的太阳能收集器20设计成用以替代标准的平坦水泥屋顶砖瓦，以便与像图1A至图1C示出的光致电压太阳能模块10那样的水泥砖瓦形成一体。因为太阳能收集器20的安装构件也被设计成用以替代标准的平坦水泥屋顶砖瓦，故用于太阳能收集器20的安装方法与屋顶砖瓦的安装方法类似。在太阳能收集器20的一个优选实施例中，该收集器具有的尺寸和安装技术也与光致电压太阳能模块10的尺寸和安装技术类似。因此，与安装在屋顶材料的顶部相比，如现在的太阳能收集器通常安装的那样，本发明的太阳能收集器20包括一定的优势，例如其替代屋面砖瓦构件的能力。因为它以与水泥屋顶砖瓦类似的方法安装，故其与这种屋顶砖瓦形成一体相对于现在的太阳能收集器系统具有美观的优势。
在与光致电压太阳能模块10在外观上类似的太阳能收集器20中，PV电池16由具有内置管子26的吸收器板24(或真空管)替代，其中流体溶液将太阳产生的热传递到位于住宅内的热水箱中。多个太阳能收集器可通过管道连接在一起，以便增强来自太阳的热的传递率。图3显示了截面图中的两个太阳能收集器砖瓦20。如上所述，且如图3所示，各太阳能收集器砖瓦20均包括具有管子26的吸收器24和穿过其传送太阳光线29以加热管子26中的热传递流体的透明覆盖件28。在该对太阳能收集器板20A和20B一侧的为容纳冷水的管子25，作为实例，冷水进入第一太阳能收集器板20A中的第一吸收器24A。冷水经过吸收器24A的管子26A并且收集来自太阳的热，然后，经过连接件23而进入吸收器24B的管子26B，在那里它继续吸收来自太阳的热。从第二太阳能收集器板20B离开的第二管子27容纳热水，该热水之后贮存在位于安装了太阳能收集器20A和太阳能收集器20B的房屋中的箱体内。
图4显示了屋顶布置40，其包括多个平的水泥砖瓦42、多个PV屋顶砖瓦10和根据本发明的一对太阳能收集器砖瓦20。因为本发明的太阳能收集器砖瓦20设计成用以替代标准的平坦水泥屋顶砖瓦42(或S砖瓦)，并且具有与图1A至图1C示出的PV屋顶砖瓦10的尺寸类似的尺寸，所以本发明的太阳能收集器砖瓦20可与标准的水泥屋顶砖瓦42一起以及与PV屋顶砖瓦10一起使用。这是本发明的关键优势，与现今提供的表面安装式太阳能收集器形式不同，本发明的优势为本发明的太阳能收集器砖瓦20与标准的水泥屋顶砖瓦42(或平坦型或S砖瓦型)形成一体，以及太阳能收集器砖瓦20与现有的PV屋顶砖瓦10的结合，致使产生更好运行的太阳能系统，包括用于执行不同功能的PV构件和太阳能收集器构件。
如从图4中可见，太阳能收集器板20具有与平的混凝土砖瓦42和PV屋顶砖瓦10相似形状和尺寸的外观，使得太阳能收集器板20混合在房屋的屋顶40中。在实践中，太阳能收集器砖瓦20用作屋顶集成式PV太阳能发电砖瓦系统的赠送构件。太阳热能砖瓦20优选地放置在砖瓦系统最上的部分处。
尽管结合目前认为是最可行和优选的实施例描述了本发明，但可以理解的是，本发明不局限于所披露的实施例，相反而言，本发明意图覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种变型和等同布置。

Claims (10)

1.一种建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，包括：
多个混凝土屋顶砖瓦(42)，其覆盖所述建筑物屋顶的第一部分；
多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)，其覆盖所述建筑物屋顶的第二部分，各所述太阳能发电的屋顶砖瓦(10)均包括连接在一起以产生电功率的多个光致电压电池(16)；以及
覆盖所述建筑物屋顶的第三部分的至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)，所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)包括具有传送用于吸收和传输太阳热的热传递流体的管子(26)的吸收器(24)，或包括在内部具有传送用于吸收和传输太阳热的热传递流体的热管(26)的多个抽空的玻璃管(24)，
所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)均形成一定的尺寸和形状并且安装在所述屋顶上，使得所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)与在所述屋顶上的所述多个混凝土屋顶砖瓦(42)离散地混合到所述屋顶中。
2.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)均包括构架(12，22)，所述构架(12，22)具有与混凝土屋顶砖瓦(42)的长度、宽度和高度相类似的长度、宽度和高度，以便当安装到所述屋顶上时所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)与所述多个混凝土屋顶砖瓦(42)相混合。
3.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)定位在所述建筑物屋顶上以便在与所述建筑物屋顶的第二部分相应的区域处彼此邻近，且其中，所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)靠近所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)而定位在所述建筑物屋顶上。
4.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)定位在所述建筑物屋顶上以便大致位于所述建筑物屋顶的中心，以及所述多个混凝土屋顶砖瓦(42)定位在所述建筑物屋顶上以便围绕所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)和所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦。
5.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，多个太阳热能屋顶砖瓦(20)安装在所述建筑物屋顶上并且与所述多个太阳能发电的屋顶砖瓦(10)一起使用。
6.根据权利要求5所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，各所述多个太阳热能屋顶砖瓦(20)均包括具有传送热传递流体的管子(26)的吸收器(24)和用以将太阳能俘获在所述太阳热能屋顶砖瓦(20)内的透明覆盖件(28)。
7.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，所述至少一个太阳热能屋顶砖瓦(20)包括具有传送热传递流体的管子(26)的吸收器(24)和用以将太阳能俘获在所述太阳热能屋顶砖瓦(20)内的透明覆盖件(28)。
8.根据权利要求1所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，所述吸收器(24)为设计成用以吸收太阳能的暗金属片，以及所述吸收器管子(26)传送是水的热传递流体。
9.根据权利要求5所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，各所述多个太阳热能屋顶砖瓦(20)均包括热管(26)，以及所述热管(26)为传送是水的热传递流体的暗色金属管。
10.根据权利要求5所述的建筑物屋顶砖瓦系统和形成一体的太阳能系统，其特征在于，各所述多个太阳热能屋顶砖瓦(20)均包括具有传送是水的热传递流体的管子(26)的吸收器(24)，且其中，所述管子(26)彼此连接，使得冷水进入所述管子(25)并且由于所述多个太阳热能屋顶砖瓦(20)吸收太阳能而使得热水离开所述管子(27)。
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