CN101584049B - 将太阳能板安装到屋顶膜的粘扣装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种安放在屋顶膜上的能量产生系统，该系统包括一个或多个被固定到屋顶系统部件上的太阳能板(10)。利用可以与屋顶系统部件(86)结合成一体的粘扣固定件(16，78)将太阳能板固定到屋顶系统部件。

Description

将太阳能板安装到屋顶膜的粘扣装置
技术领域
本发明的一个或多个实施方式涉及一种屋顶系统(roofingsystem)，该屋顶系统包括将光伏器件固定到建筑物屋顶顶面的粘扣固定件(hook and loop fastener)。 
背景技术
光伏器件，有时也被称为太阳能电池，能够被添加到建筑结构的屋顶顶面。太阳能电池将来自太阳的光能转化为能被使用或能被存储用于之后使用的电力。许多工厂厂房具有可值得用于安放太阳能电池的大的、高的、平顶的屋顶。 
光伏系统的安装典型地包括利用诸如螺栓或螺钉等机械固定件将光伏器件联接到屋顶。尽管这是固定光伏器件的有效手段，但在安装过程中，屋顶可能会被所需的机械固定件或钻孔永久地损坏或改变。这些孔可能会导致泄漏并且可能是诸如撕裂或破裂等其它最终破坏(failure)的根源。此外，使用诸如螺钉或螺栓等机械固定件可能会消耗时间并且要求精确的测量和固定件孔的钻出。还有，机械固定件相对固定，因而不容易移动或拆卸光伏器件而不使屋顶部分损坏。 
将太阳能电池安装到屋顶表面的其它手段已经被提出。例如可以采用化学粘合剂或粘扣固定件。通过将粘扣固定件直接应用到屋顶膜(roof membrane)，粘扣固定件已经被用于将太阳能板固定在屋顶板(roof deck)上。尽管这种方法不是必然危害屋顶膜的完整性，但其仍然消耗时间安装，不能充分地集成到屋顶系统中，并且在屋顶安装过程中需要多个步骤。因此其安装昂贵并且容易失败。 
因此，现有技术中需要一种不会危害屋顶的防水特性并且集成到屋顶系统中的将光伏器件固定到屋顶顶面上的装置。 
发明内容
本发明的一个或多个实施方式提供一种用于安放在屋顶膜上的能量产生系统，该系统包括：至少一个铺筑件(paver)，其定位于所述屋顶膜的顶面上；铺筑件固定件，其固定到所述铺筑件；太阳能板，其包括顶面和底面，所述顶面适于接收光，所述底面具有固定到所述底面的至少一个板固定件；其中，所述铺筑件固定件是钩结构或圈结构，所述板固定件是与所述钩结构或圈结构相配合的圈结构或钩结构，并且所述铺筑件固定件和所述板固定件被定位为彼此接合以将所述太阳能板固定到所述铺筑件。 
本发明的一个或多个实施方式还提供一种用于安放在屋顶膜上的能量产生系统，该系统包括：垫，其具有下表面和上表面，所述上表面具有固定到所述上表面的垫固定件，所述下表面被粘接到屋顶膜；太阳能板，其包括顶面和底面，所述顶面适于接收光，所述底面具有固定到所述底面的板固定件；其中，所述垫固定件是钩结构或圈结构，所述板固定件是与所述钩结构或圈结构相配合的圈结构或钩结构，并且所述垫固定件和所述板固定件被定位为彼此接合以将所述太阳能板联接到所述垫。 
附图说明
图1是根据本发明的方法制造的太阳能板的等视轴图； 
图2是图1的太阳能板的侧视图； 
图3是根据本发明的方法制造的另一种太阳能板的等视轴图；
图4是图3的另一种太阳能板的侧视图； 
图5是根据本明的铺筑件的等视轴图； 
图6是图5的铺筑件的侧视图； 
图7是根据本发明的屋顶系统的局部放大等视轴图； 
图8是安装有太阳能板的屋顶系统的局部放大等视轴图； 
图9是示例根据本发明的安装太阳能板的方法的流程图； 
图10是根据本发明的垫的等视轴图； 
图11是另一种屋顶系统的俯视图； 
图12是图11的屋顶系统的剖视图； 
图13是示例根据本发明的安装太阳能板的方法的流程图。 
具体实施方式
下述的图图示了许多屋顶系统和相应的粘扣紧固装置。本发明的光伏器件(下面“太阳能板”)包括多个被电连接且被封装为模块的光伏电池。本发明的实施不必受限于电池的类型或板的设计。正如现有技术中已知的，光伏电池可以是半导体晶片。太阳能板可以包括定位于面向外的表面(太阳暴露面)上的玻璃或透明的塑料板和与面向外的表面相反的表面(面向屋顶表面)上的树脂挡板(barrier)之间的半导体晶片。这种配置允许光被传送到电池，同时保护电池免于遭受雨、冰雹或其它环境危险。太阳能板也可以串联连接以产生增加的电压。为简化起见，使太阳能板相互连接的多条电线和电缆未在附图中示出。 
现参照图1和图2，图1和图2示出改进的太阳能板10。改进的太阳能板10包括底面12和顶面14。顶面14适于接收光并且将光传送到其中的光伏电池。底面12适于面向屋顶表面并且包括粘扣型固定件的板固定件16。尽管本实施方式示出了大致方形的太阳能板，但也可以使用其它形状。在本实施方式中，板固定件16被直接固定到太阳能板10。然而应当理解的是，太阳能板10可以包括可固定板固定件16的支撑框架等。 
板固定件16可以是具有多个突出的钩的基板(如，薄片)形式的钩型材料。板固定件16也可以相反地是具有多个突出的圈的基板(如，薄片)形式的圈型材料。正如现有技术中已知的，当钩型材料与圈型材料接触时，形成可解除的机械连接。在美国专利No.3,288,136、No.3,370,818和No.3,403,429中可以找到示例性的粘扣固定件，上述专利通过引用合并于此。为了清楚的目的，术语“固定件”将贯穿使用于本公开中，而且应当理解的是，只要相对配合的固定件是相反的类型，就可以使用相关的钩型或圈型的固定件。 
可以使用粘合剂等将板固定件16固定到太阳能板10的底面12。可以使用任何配置。例如，如图1和图2所示，电池板固定件16可以呈一对间隔开的条带形式。在其它实施方式中，可以采用三条以上的间隔开的条带。在另外的其它实施方式中，可以以格状或交叉图案将板固定件16设置在底面12上。在另外的其它实施方式中，板固定件16可以覆盖基本整个底面12。如此，太阳能板10包括接收光以转化为电力的顶面14和包括板固定件16的底面12。 
现参照图3和图4，图3和图4示出了改进的太阳能板10’的另一种实施方式。改进的太阳能板10’包括底面12’和顶面14’。顶面14’适于接收光并且将光传送到其中的光伏电池。底面12’适于面向屋顶表面。围绕太阳能板10’的周缘设置框架15。框架15可以增加太阳能板10’的强度并且保护太阳能板10’。可以将一个或多个粘扣型固定件的板固定件16’固定到框架15的底 面。在本实施方式中，框架15的四个支柱上都包括板固定件16’。在其它实施方式中，可以将板固定件16’设置在较少的支柱上。例如，可以将板固定件16’仅设置在一对相面对的支柱上。尽管本实施方式示出了大致方形的太阳能板，但也可以使用其它的形状。例如，太阳能板10’可以是矩形、三角形或任意其它形状。贯穿前述的公开，参照了太阳能板10，但应当理解的是太阳能板10’可以是电池板10的等同替代。 
现参照图5和图6，根据本发明制造的示例性稳定铺筑件(ballast paver)整体用附图标记20来表示。可以与膜屋顶系统联合使用多个稳定铺筑件，主要用于防止膜在大风条件下被掀起并且当两个以上相邻的膜片彼此邻接时有助于保持形成的接缝的完整性。此外，铺筑件20保护下面的膜不被刺穿和遭受其它的损坏。铺筑件20可以由混凝土、水泥等组成。铺筑件20可以被大致描述为具有包括顶面24和相反的底面26的主体22的低外形(low-profile)矩形块。可以设置从主体22的一侧突出的上舌部28。可以设置从主体22的相反侧突出的下舌部30。当以邻接关系安放铺筑件20时，上舌部28和下舌部30可适于彼此交迭。这种交迭或互锁构造有助于防止铺筑件在大风条件下被掀起。但是，应当理解的是可以使用各种铺筑件构造。例如，铺筑件20可以是任意形状并且可能包括或不包括交迭特征。 
铺筑件固定件32可以设置在铺筑件20的顶面24上，并且可以利用粘合剂等将铺筑件固定件32固定到顶面24。铺筑件固定件32可以是具有多个突出的钩的薄片形式的钩型材料。铺筑件固定件32也可以相反地是具有多个突出的圈的薄片形式的圈型材料。如上所述，只要相对配合的固定件是相反的类型，就可以使用钩型固定件或圈型固定件中的任一种。因此，如果板固定件16是圈型固定件，则配合的铺筑件固定件32就是钩型固定 件，并且反之亦然。 
铺筑件固定件32可以以各种布置被定位在铺筑件20上。例如，如本实施方式所示，铺筑件固定件32可以呈一对间隔开的平行条带的形式。在其它实施方式中，可以采用三条以上间隔开的条带。在另外的其它实施方式中，可以以格状或交叉图案将铺筑件固定件32设置在顶面24上。在另外的其它实施方式中，铺筑件固定件32可以覆盖基本整个顶面24。 
现参照图7，图7示出与屋顶系统40联合使用的铺筑件20。屋顶系统40包括被膜44覆盖的屋顶结构42，但应当理解的是铺筑件20可以与沥青基或其它组合的屋顶系统联合使用。在某些实施方式中，可以将绝热板(未示出)设置在屋顶结构42和膜44之间以防止热量传播。膜44可以是片形式，并且可以由例如沥青(bitumus)材料、EPDM或TPO等构成。所述片可以彼此通过接缝而接合(seamed)，并且可以包括用于将膜44安装到屋顶结构42所需的其它结构特征。可以以邻接且大致格状的布置将铺筑件20定位在膜44的顶上。可以将铺筑件20设置在膜44的基本整个表面上。此外，上舌部28可以重叠在下舌部30上以互锁邻接的铺筑件20。 
应当理解的是，因为不是所有屋顶表面都必须设置有太阳能板10，所以不必将铺筑件固定件32设置在所有的铺筑件20上。例如，图7所示的实施方式包括带铺筑件固定件32的铺筑件20的一对连续行。铺筑件20的这些连续行形成暴露的铺筑固定件32的大致连续线。应当理解的是可以采用其它配置。在一个或多个实施方式中，可以设置三行以上的带铺筑件固定件32的铺筑件20。在其它实施方式中，具有铺筑件固定件32的铺筑件20可以形成方形或格图案。在另外的其它实施方式中，具有铺筑件固定件32的铺筑件20可以完全覆盖整个屋顶区域。在任何情 况下，铺筑件固定件32被设置在屋顶的上表面上，从而能够将太阳能板10接收于屋顶上。 
现参照图8，通过将太阳能板10的板固定件16和铺筑件20的铺筑件固定件32接合在一起而将太阳能板10固定到铺筑件20上。此后，太阳能板10就机械地但可拆卸地联接到铺筑件20从而联接到屋顶系统40。机械联接能够抵抗风和其它外力地保持太阳能板，但该机械联接弱到如果需要更换或移动则足以允许技术人员卸下太阳能板10。很明显，可以以连续的行布置太阳能板10。在其它实施方式中，可以以方形或格图案将太阳能板10布置在屋顶表面上。在其它实施方式中，太阳能板10可以完全覆盖屋顶表面的一部分或基本整个屋顶表面。太阳能板10可以利用多条电缆(未示出)而相互连接。电缆可以是或可以不是可解除的连接。电缆可延伸到可以调节电流和使电流能够使用或可以将电流存储在电池系统中的接线盒或其它接收站。 
现参照图9，图9示出安装上述公开的铺筑件/太阳能板装置的示例性安装方法。在第一步骤50中，将膜44安装在屋顶结构42上。如上所述，可以将可选的绝热层设置在屋顶结构42和膜44之间。可以使用机械固定件、粘合剂或其它已知的方法将膜44固定到屋顶结构42。在一个或多个实施方式中，没有在屋顶结构42和膜44之间设置粘合剂，而是通过铺筑件20的重量来压住膜。 
在第二步骤52中，将铺筑件20移到屋顶表面并且在屋顶表面上布置铺筑件20。如上所述，如果铺筑件20不安装在将要使用太阳能板10的区域，则这些铺筑件20可以不包括铺筑件固定件32。可以将铺筑件20配置为当处于邻接关系时使上舌部28与下舌部30交迭。此外，可以将包括铺筑件固定件32的铺筑件布置为处于邻接和连续的关系以形成铺筑件固定件32的基本连续 的行或图案。 
在一个或多个实施方式中，在将铺筑件20转移到屋顶之前，将铺筑件固定件32预先安装在铺筑件20上。在该实施方式或其它实施方式中，可以在制造过程中将铺筑件固定件32固定到铺筑件20。通过在制造过程中将铺筑件固定件32安装到铺筑件20，可以在安装过程中节约时间。此外，工厂相对洁净的环境可以使安装更牢固，尤其是如果使用粘合剂的话。 
在其它实施方式中，可以在制造铺筑件之后的第二步骤中，将铺筑件固定件32安装到铺筑件20。在这些实施方式或其它实施方式中，可以在将铺筑件20转移到屋顶之前将铺筑件固定件安装在工作部位。在其它实施方式中，可以在将铺筑件20安放并且布置在屋顶表面之后，将铺筑件固定件32固定到铺筑件20。 
在第三步骤54中，将太阳能板10定位在铺筑件20的顶面上。通过将太阳能板10的板固定件16和铺筑件20的铺筑件固定件32接合在一起来完成安装。在该方式中，通过粘扣固定件的机械联接将太阳能板10固定到屋顶的顶面。 
最后，在第四步骤56中，可以将太阳能板10连接到接线盒等以接收电流并且引导电流以立即使用或将电流输送到电池机构供以后使用。 
如此，太阳能板10可以被快速且容易地安装在屋顶表面上。通过将太阳能板10固定到铺筑件20，由于不必对屋顶膜直接应用永久性的联接装置，所以膜44不会被损坏。此外，由于粘扣固定件的可解除接合特性，使得更换或修理更简单。此外，可以节约时间，尤其是当将铺筑件20安放在屋顶表面之前就将铺筑件固定件32固定到铺筑件20时。 
现参照图10到图13，图10到图13示出另一种太阳能板安装装置。如图10所示，根据本发明制造的示例性屋顶垫整体上由 附图标记60来表示。垫60可以是片状，一般是柔性的，并且由聚合物(polymetric)材料和/或橡胶材料(rubber material)构成。垫60分别包括上表面62和下表面64。下表面64可以相对平滑而上表面62可以包括纹理(texture)以改善附着摩擦力(traction)。可以将胶带66以一系列条带的形式贴付在诸如相反的边缘68和70处以及垫60的中央处，且使胶带66直接粘贴到下表面64。胶带66分别具有上表面72和下表面74，上表面72被贴付到垫的下表面64。 
在一个或多个实施方式中，胶带66的贴付可以作为生产操作的一部分在工厂中完成。在该阶段，垫60相对干净，所以可以不需要单独的清洁和/或涂底漆(priming)操作。而且，与垫60可能已变脏或被污染从而有碍胶带66粘合到垫60的工作场所即屋顶上相反，由于清洁且受控的贴付条件，可以使胶带66和垫60之间的粘合最强。可以将防粘纸(release paper)76设置在胶带66的下侧面74。在安装在屋顶之前，防粘纸76防止表面74暴露于灰尘等中。当处于工作场所(即屋顶)时，对安装人员来说，所有要做的就是撕掉防粘纸76，将自粘胶垫60安放到屋顶上然后施加压力，而施加压力可以仅通过在垫上行走或通过使用辊来完成。 
在另一实施方式中，胶带66的贴付可以在该工作场所完成。如果在该工作场所完成，则在贴付之前可以清洁垫60和/或对垫60涂底漆以确保没有土或其它污染物影响胶带66和垫60之间的粘结品质。在于该工作场所贴付胶带66之后，安装人员简单地将垫60安放到屋顶上并且通过在垫上行走或利用辊来施加压力。 
垫60在顶面62上设置有至少一个垫固定件78，可以利用粘合剂等来将垫固定件78固定到垫60的顶面62。垫固定件78可以 是具有多个突出的钩的薄片形式的钩型材料。垫固定件78可以相反地是具有多个突出的圈的薄片形式的圈型材料。如上所述，只要相对配合的固定件是相反的类型，就可以使用钩型固定件或圈型固定件。因而，如果板固定件16是圈型固定件，则配合的垫固定件78是钩型固定件，并且反之亦然。 
垫固定件78可以以各种布置被定位在垫60上。例如，如本实施方式中所示，垫固定件78可以呈四条间隔开的平行条带的形式。在其它实施方式中，可以采用更少或更多的间隔开的条带。在其它实施方式中，可以以格状或交叉图案将垫固定件78设置在顶面62上。在其它实施方式中，垫固定件78可以基本上覆盖整个顶面62。 
现参照图11和图12，图11和图12示出与屋顶系统80联合使用的垫60。屋顶系统80可以包括被绝热层84覆盖的屋顶结构82。膜86定位于绝热层84上方并固定到绝热层84。膜86可以是长片形式并且可以由例如沥青材料、EPDM或TPO等组成。所述片可以彼此通过接缝而接合，并且可以包括用于将膜86安装到屋顶结构82所需的其它结构特征。垫60可以以任何期望的布置或图案定位在膜86的顶面上。如图12中明显示出的，粘合剂66联接到膜86以将垫60保持在适当的位置。在一个实施方式中，可以以邻接且连续的行安置垫60。在其它实施方式中，垫60可以定位成格状布置。在其它布置中，垫60可以定位成覆盖屋顶表面的基本整个部分。 
通过将太阳能板10的板固定件16和垫60的垫固定件78接合在一起而将太阳能板10固定到垫60。然后，太阳能板10就机械地联接到垫6从而联接到屋顶系统80。机械连接能够抵抗风和其它外力地保持太阳能板，该机械联接弱到如果需要更换或移动则足以允许技术人员卸下太阳能板10。可以以连续的行布置太 阳能板10。在其它实施方式中，太阳能板10可以在屋顶表面上设置成方形或格状图案。在另外的其它实施方式中，太阳能板10可以完全覆盖屋顶表面的一部分或基本整个屋顶表面。太阳能板10可以与多条电缆(未示出)相互连接。电缆可以是或可以不是可解除的连接。电缆可以延伸到可以调节电流和使电流能够使用或可以将电流存储在电池系统中的接线盒或其它接收站。 
现参照图13，图13示出上述公开的垫/太阳能板装置的示例性安装方法。在第一步骤90中，将预先施加有粘合剂的垫60转移到屋顶表面，在屋顶表面，去掉防粘纸76。接着，可以将垫60安放在膜86上。然后，通过在垫上行走或利用辊等来施加压力。根据期望的太阳能板的安放来布置一个或多个垫60。 
在第二步骤92中，将太阳能板10定位在垫60的顶面上。通过将太阳能板10的板固定件16与垫60的垫固定件78接合在一起来完成安装。如此，通过粘扣固定件的机械联接将太阳能板10固定到屋顶顶面上。 
最后，在第三步骤94中，将太阳能板10连接到接线盒等以接收电流并且引导电流以立即使用或将电流输送到电池机构以供以后使用。 
因为可以将太阳能板10容易且快速地固定到屋顶表面，所以本发明的实施方式是有益的。垫60可以容易地被以任何方式布置在屋顶表面上。此外，由于粘扣固定件装置的可释放特性，可以容易地卸下或更换太阳能板10。此外，在日光最强的几个小时期间，太阳能电池变热。该热量可能损坏下面的屋顶膜或其它结构。在太阳能电池和屋顶膜之间设置垫或铺筑件保护了下面的膜免于被热损坏。此外，本发明的粘扣固定件必须是表现出长期、高强度的安装(接合)特性。因此，如果将这些高 剥离强度的固定件直接固定到屋顶，则由于需要大的力来拆除太阳能板，这些高剥离强度固定件可能会在拆除太阳能板的过程中损坏屋顶。在拆卸或更换太阳能板的过程中，本发明的垫或铺筑件防止了这种损坏。最后，已知屋顶膜易受屋顶表面上的人的行走(foot traffic)或其它活动的破坏。通过将固定件设置在垫或铺筑件上，与更永久的屋顶系统分开，不仅获得便利的联接，而且在安装和维护过程中还保护了屋顶，从而得到更长的屋顶使用寿命。 
对于本领域的技术人员来说，未脱离本发明的范围和构思的各种变型和替代将是显而易见的。本发明不应被限制于此处所陈述的示例性实施方式。 
本申请要求2006年11月21日提交的美国临时申请NO.60/860,561的优先权，该专利的内容通过引用合并于此。 

Claims (6)

1.一种用于安放在屋顶膜上的能量产生系统，包括：
多个铺筑件，其定位于所述屋顶膜的顶面上；
至少一个为窄条带的铺筑件固定件，其固定到各所述铺筑件；
多个光伏器件，各所述光伏器件均包括顶面、底面和框架，所述顶面适于接收光，所述框架围绕各所述光伏器件的周缘设置并且至少一个器件固定件固定到所述框架的底面，使得所述至少一个器件固定件基本上围绕所述光伏器件的底面周缘配置，各所述光伏器件均具有形状与对应的铺筑件的周缘匹配的周缘；
其中，所述至少一个为窄条带的铺筑件固定件是钩结构或圈结构，所述至少一个器件固定件是与所述钩结构或圈结构相配合的圈结构或钩结构，并且所述至少一个为窄条带的铺筑件固定件和所述至少一个器件固定件被定位为彼此接合以使得所述光伏器件的周缘基本上与被连接的该铺筑件对准的方式将所述光伏器件能拆卸地固定到所述铺筑件。
2.根据权利要求1所述的能量产生系统，其特征在于，所述至少一个器件固定件通过粘合剂被固定到所述光伏器件的所述底面。
3.根据权利要求1所述的能量产生系统，其特征在于，所述至少一个为窄条带的铺筑件固定件通过粘合剂被固定到所述铺筑件。
4.根据权利要求1所述的能量产生系统，其特征在于，所述至少一个器件固定件是窄条带，并且所述至少一个为窄条带的铺筑件固定件是至少一对平行的带以选择性地与所述至少一个器件固定件互联。
5.根据权利要求4所述的能量产生系统，其特征在于，所述铺筑件和所述光伏器件具有多条固定到所述铺筑件和所述光伏器件的固定件的窄条带，并且所述窄条带被定位为彼此平行。
6.根据权利要求1所述的能量产生系统，其特征在于，所述铺筑件是具有上舌部和相反的下舌部以使铺筑件互锁的矩形块。
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