CN102400523A - 太阳能屋顶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能屋顶系统，属于节能建筑领域。所述太阳能屋顶系统设置在建筑物的顶部，所述系统包括太阳能构件模块，所述太阳能构件模块通过连接件固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶。本发明实施例通过连接件将太阳能构件模块固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶，该系统有效的将多种太阳能利用方式集于一体，实现了在屋顶上成批量的简便快捷的集成各种太阳能构件模块的目的，实现了模块化设计制作及安装，安装简捷方便，便于批量推广；系统整体美观大方，充满科技美感。

Description

太阳能屋顶系统

技术领域

本发明涉及一种节能建筑，特别涉及一种集多种太阳能利用方式于一体的太阳能屋顶系统。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，人类对石油、煤炭等传统能源的开采能力迅速提高，同时，人类社会的发展对这些能源的需求也与日俱增，而传统能源污染环境、不可再生的特点决定了人类必须寻找清洁、绿色、可再生的新能源来取代传统能源，太阳能就是这样的能源之一，并且是所有新能源中最具发展潜力的新能源。

近年来，世界各国尤其是发展中国家的城市化进程日益加快及人们对居住舒适度要求的不断提升，建筑能耗正成为占全社会能耗份额最大的能耗黑洞。一方面是常规能源日益紧缺；另一方面是建筑能耗的急速增长，要解决这一矛盾，需要降低建筑能耗，因此积极发展节能建筑，成为大势所趋。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明实施例提供了一种太阳能屋顶系统，所述系统能够通过将太阳能构件整合为尺寸和结构统一的模块，实现在斜屋顶上成批量的简便快捷的集成各种太阳能构件。所述技术方案如下：

一种太阳能屋顶系统，设置在建筑物的顶部，所述系统包括太阳能构件模块，所述太阳能构件模块通过连接件固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶。

具体地，所述太阳能构件模块包括太阳电池组件模块、太阳能集热器模块和天窗模块中的任意模块或者它们的组合。

具体地，所述太阳电池组件模块、所述太阳能集热器模块以及所述天窗模块的结构尺寸不相同，它们分别通过各自的型材和各自的配件整合为尺寸和结构统一的模块，或者是所述模块的整数倍。

具体地，所述太阳能电池组件模块包括太阳能组件的层压件以及包覆在其周边的两组上型材和两组下型材，所述两组上型材和所述两组下型材对称的设置在所述太阳能组件的层压件周边，并且所述上型材与所述下型材之间设有连接角。

具体地，所述太阳电池组件为硅太阳电池组件、薄膜太阳电池组件、化合物半导体太阳电池组件或有机物半导体太阳电池组件。

具体地，所述太阳能集热器模块包括太阳能集热器，覆盖于所述太阳能集热器上部的玻璃板组件，所述太阳能集热器直接安装在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并与所述建筑物的顶部平行或成一定角度，所述玻璃板组件用于防水及透光。

具体地，所述太阳能集热器为平板型集热器或真空管集热器，或者为空气集热器或液体集热器，或者为聚光型集热器或非聚光型集热器。

具体地，所述天窗模块包括天窗，包覆于其周边的天窗型材，以及配件，所述天窗的尺寸略小于所述天窗型材的尺寸。

具体地，所述天窗型材包括天窗上型材、天窗下型材、上型材、天窗辅型材及连接角。

具体地，所述连接件为螺钉、螺栓、螺柱或铆钉。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：相比现有技术，本发明实施例通过连接件将太阳能构件模块固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶。该系统有效的将多种太阳能利用方式集于一体，实现了在屋顶上成批量的简便快捷的集成各种太阳能构件模块的目的，实现了模块化设计制作及安装，安装简捷方便，便于批量推广；系统整体美观大方，充满科技美感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述太阳能屋顶系统的整体结构示意图；

图2是本发明实施例所述电池组件模块的分解图；

图3是本发明实施例所述上型材的截面图；

图4是本发明实施例所述上型材的立体图；

图5是本发明实施例所述下型材的截面图；

图6是本发明实施例所述下型材的立体图；

图7是本发明实施例所述连接角的截面图；

图8是本发明实施例所述天窗模块的结构示意图；

图9是本发明实施例所述天窗模块不含配件的结构示意图；

图10是本发明实施例所述天窗安装型材的分解图；

图11是本发明实施例所述天窗上型材的立体图；

图12是本发明实施例所述天窗下型材的立体图；

图13是本发明实施例所述天窗辅型材的立体图；

图14是本发明实施例所述集热器模块的结构示意图；

图15是本发明实施例所述玻璃板组件的分解图；

图16是本发明实施例所述房顶结构示意图；

图17是本发明实施例所述椽子宽度与型材翅片关系示意图；

图18是本发明实施例所述相邻两椽子间隙与模块宽度关系示意图；

图19是本发明实施例所述房屋顶部安装檩条示意图；

图20是本发明实施例所述檩条上部安装椽子示意图；

图21是本发明实施例所述房顶结构安装集热器示意图；

图22是本发明实施例从房顶右下角开始安装模块示意图；

图23是本发明实施例从右往左安装模块示意图；

图24是本发明实施例安装天窗安装型材示意图；

图25是本发明实施例自下而上安装模块示意图；

图26是本发明实施例模块铺满屋顶示意图；

图27是本发明实施例在天窗安装型材的位置安装天窗示意图；

图28是本发明实施例所述同一排模块之间的咬合关系示意图；

图29是本发明实施例所述上下排模块之间的咬合关系示意图；

图30是本发明实施例所述电池组件模块之间的串并联走线方式示意图；

图31是本发明实施例所述连接线缆隐蔽处理示意图；

图32是本发明实施例所述连接线缆隐蔽处理示意图。

图中：

11太阳能电池组件模块，12太阳能集热器模块，13天窗模块，14房顶结构，

20连接角，21太阳能组件的层压件，22上型材，23下型材，

30上抓爪，31上翅片，32连接角安装空腔，33电池组件层压件卡槽，34线缆挡板，40过线孔，

50下抓爪，51下翅片，52连接角安装空腔，53电池组件层压件卡槽，54线缆挡板，60过线孔，

70配件，71天窗型材，72天窗，

80天窗上型材，81天窗下型材，82天窗辅型材，

90太阳能集热器，91玻璃板组件，100玻璃板组件层压件，101紧固件，

110檩条，111椽子，

120胶粘剂，130连接线缆，131过线圈。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例所述的一种太阳能屋顶系统，设置在建筑物的顶部，所述系统包括太阳能构件模块，所述太阳能构件模块通过连接件固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶。具体地，所述连接件为螺钉、螺栓、螺柱或铆钉。

本实施例以斜屋顶为例加以说明，但本领域技术人员可知，所述太阳能屋顶系统并不局限于屋顶的应用场合，在所有建筑物类的顶部均可应用本系统。本例中，所述太阳能构件模块按照一定的顺序和规律顺次铺装在屋顶上，实现模块化的安装方式，并且安装所述太阳能构件模块的部位不再安装其他的建筑材料，直接替代常规建筑材料。

具体地，所述太阳能构件模块包括太阳电池组件模块、太阳能集热器模块12和天窗模块13中的任意模块或者它们的组合，即屋顶可同时安装三种模块或其中的任意组合。其中，太阳能电池组件模块11经连接线缆串并联后引至室内或专用区域，组成太阳能光伏系统，该太阳能光伏系统可以为目前任意形式的光伏系统，例如：所述太阳能光伏系统可以是离网光伏系统，并网光伏系统，风光互补光伏系统，光伏、油机光伏系统，微网光伏系统或者是其他形式与光伏系统结合的系统。太阳能集热器模块12的管路经串并联后引至室内或专用区域，组成太阳能热利用系统，该太阳能热利用系统可以为目前任意形式的太阳能热利用系统。例如，所述太阳能热利用系统可以是紧凑系统，分体系统，承压系统、非承压系统或其他形式的系统。

本例中，参照图1至图32所示，本发明实施例提供一种太阳能屋顶系统，所述太阳能构件模块包括太阳电池组件模块、太阳能集热器模块12和天窗模块13，且所述太阳电池组件模块、太阳能集热器模块12和天窗模块13的个数、安装部位可根据需要任意调节。

其中，本实施例是集太阳能光伏发电、太阳能发热和屋顶采光于一体，通过特定的型材和配件，将所有的太阳能构件模块整合为尺寸和结构统一的模块，再将这些模块根据需要铺装在屋顶或其他建筑类顶部的椽子上。

具体地，所述太阳能构件模块包括太阳电池组件模块、太阳能集热器模块12和天窗模块13中的任意模块或者它们的组合。

具体地，所述太阳电池组件模块、所述太阳能集热器模块12以及所述天窗模块13的结构尺寸不相同，它们分别通过各自的型材和各自的配件整合为尺寸和结构、统一的模块，或者是所述模块的整数倍。

具体地，如图2所示，所述太阳能电池组件模块11包括太阳能组件的层压件21以及包覆在其周边的两组上型材22和两组下型材23，所述两组上型材22和所述两组下型材23对称的设置在所述太阳能组件的层压件21的周边，并且所述上型材22与所述下型材23之间设有连接角20(还可参见图7)。

其中，如图3所示，还可参照图4，上型材22设计有上翅片31，与上翅片31相连的竖板，以及与竖板相连的线缆挡板34，其中，上翅片31上设有两条上抓爪30，竖板中设有连接角安装空腔32和电池组件层压件卡槽33及过线孔40(参见图4)。

如图5所示，还可参见图6，下型材23设计有下翅片51，与下翅片51相连的竖板，以及与竖板相连的线缆挡板54，其中，下翅片51上设有两条下抓爪50，竖板中设有连接角安装空腔52和电池组件层压件卡槽53、过线孔60(参见图6)。

太阳电池组件模块装配时，将太阳能电池组件的层压件装入电池组件层压件卡槽33和电池组件层压件卡槽53，将连接角20插入连接角安装空腔32和连接角安装空腔52，再经电池组件组角机组角，组装为一个特定尺寸和结构的太阳能电池组件模块11。

具体地，所述太阳电池组件为硅太阳电池组件、薄膜太阳电池组件、化合物半导体太阳电池组件或有机物半导体太阳电池组件。太阳电池组件加工工艺可以为玻璃和背板(包括白色背板、彩色背板和透明背板)通过EVA胶膜或PVB胶膜高温封装，采用夹胶玻璃封装、中空玻璃封装、不锈钢衬底或玻璃衬底沉积。

具体实施时，所述太阳电池组件相互之间用线缆连接实现串并联，连接线缆通过型材的特定结构或走线槽隐藏处理，连接线缆需穿过型材或其他配件的部位，在该部位打过线孔，并在过线孔处加装过线圈保护线缆，以达到整体外观良好且安全的效果。

具体地，如图8-图9所示，所述天窗模块13包括天窗72，包覆于其72周边的天窗型材71，以及配件70，所述天窗72的尺寸略小于所述天窗型材71的尺寸。

具体地，如图10所示，所述天窗型材71包括连接角20、上型材22、天窗上型材80(参见图11)、天窗下型材81(参见图12)和天窗辅型材82(参见图13)，所有型材通过连接角20(参见图7)组装成天窗型材71，构成天窗模块13(参见图1)的外轮廓。

如图14-15所示，所述太阳能集热器模块12包括太阳能集热器90，覆盖于所述太阳能集热器90上部的玻璃板组件。所述太阳能集热器90的尺寸比一个或多个模块的尺寸略小，它直接安装在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并与所述建筑物的顶部平行或成一定角度。玻璃板组件为模块化的透明组件，它用于防水及透光，玻璃板组件的尺寸等于太阳能电池组件模块11的尺寸。所述玻璃板组件包括玻璃板组件层压件100、连接角20、两组上型材22和两组下型材23，其装配方式和尺寸均等同于太阳能电池组件模块11，玻璃板组件91的安装位置与太阳能电池组件模块11齐平，太阳能集热器90的安装位置在玻璃板组件91和太阳能电池组件模块11下部，太阳能集热器90通过玻璃板组件91采光和防水，玻璃板组件层压件100由安全玻璃和透明背板通过EVA或PVB高温层压封装制成。其中，所需玻璃板组件的量由集热器的规格确定。

具体地，所述太阳能集热器90为平板型集热器或真空管集热器，或者为空气集热器或液体集热器，或者为聚光型集热器或非聚光型集热器。

如图16所示，房顶结构14由檩条110和椽子(亦称为骨架)111构成，檩条110固定在房屋结构上(参见图19)，支撑椽子111，椽子111位于檩条110上方(还可参见图20)，成规律排布，椽子111的尺寸和间距与太阳能模块相匹配，参见图17，椽子111的宽度与太阳能模块的型材的上翅片31和下翅片51的宽度相近，且相邻两个椽子之间的间隙与一个太阳能模块的宽度相匹配，参见图18，具体为，相邻两个椽子之间的间隙L与一个太阳能模块去掉两侧的翅片的宽度相当或略大。

太阳能屋顶的安装遵循一定规律性。由于所有太阳能模块均为尺寸和结构统一的模块，其功能类似建筑材料瓦，模块之间有相互咬合的关系，所以其安装必须遵循一定的顺序，其在屋顶的安装顺序有两种：

由右往左，自下而上；

由左往右，自下而上。

本实施例，以第一种即由右往左，自下而上安装顺序为例进行说明。

房顶的尺寸或模块的尺寸需经过预先计算，以使二者匹配。参见图20，在房屋顶部安装檩条110，在檩条110上部按照上述要求安装椽子111，以适合太阳能模块的安装；参见图21，将太阳能集热器90安装在房顶结构14；参见图22，自房顶右下角开始，参见图23，按照由右往左、自下而上的顺序安装玻璃板组件、太阳电池组件模块和天窗安装型材(参见图25)，其中，玻璃板组件安装在集热器上部以透光防水，太阳电池组件模块和天窗安装型材的安装位置可根据需要任意调节(参见图24)，直至铺满整个屋顶(参见图26)，最后在天窗安装型材的位置安装天窗(参见图27)。

同一排模块之间的咬合关系参看附图28，椽子左边模块的上型材22和右边模块的下型材23在椽子上方配合，上型材22的上翅片31和下型材23下翅片上下叠合，所述上下叠合部位在一定范围内位置可调，以部分吸收模块的安装位置公差。此外，上抓爪30和下抓爪50之间形成空腔，在空腔之间涂布胶粘剂120或胶条，实现模块左右间隙之间的密闭防水。

上下排模块之间的咬合关系参看附图29，上排模块上型材22和下排模块上型材22上下叠合，在叠合处涂布胶粘剂120或胶条，实现模块上下间隙之间的密闭防水。

太阳能电池组件模块之间的串并联走线方式参看附图30，太阳能电池组件模块串并联连接线缆130需穿过型材或其他配件的部位，在该部位打过线孔40和60，并在过线孔40及60处加装过线圈131保护线缆。连接线缆130的走线由上型材22的线缆挡板34和下型材23的线缆挡板54进行隐藏处理，屋顶下方及室内不可见(参见图31及图32)。

具体地，所述的太阳能构件模块的安装方式为通过螺钉、螺栓、螺柱、铆钉或其他紧固件直接固定在屋顶支撑结构上。

其中，所述太阳能构件模块的整合方式可以采用特定的连接角20连接，也可以采用螺钉、螺栓、螺柱、铆钉或其他紧固件连接。

本发明实施例提供的一种太阳能屋顶系统，集太阳能光伏发电、太阳能发热、屋顶采光多种功能于一体，该系统采用专用型材及专用配件，将所有的太阳能屋顶构件，即太阳电池组件、太阳能集热器90和天窗整合为结构和尺寸统一的模块或模块的倍数，该模块设计有专门的搭接结构，其功能与结构类似于建筑材料瓦，可相互之间搭接直接铺装于房顶，取代了以往的屋顶建筑材料，模块与模块之间涂布密封胶或粘接胶条，实现防水。根据屋顶尺寸不同，可以设计成不同的模数，模块的位置可根据需求随意调节，即太阳电池组件、太阳能集热器90和天窗的位置以及组合方式可根据需要随意调节。模块化的加工安装方式使得该系统加工简单，安装方便，便于批量操作。同时，该系统也充分考虑了建筑美学和建筑安全要求，所有型材和配件均电泳或阳极氧化为统一颜色，系统内部走线或管道均隐蔽处理，系统整体美观大方，充满科技美感；另外，作为建筑构件，所有的模块采用的玻璃均为高强度安全玻璃，并用EVA或PVB材料层压封装，整体强度高，耐冲击性能好，抗风、雪等荷载能力强，即使玻璃破碎，碎片也会牢牢粘接在模块上，不会脱落伤人，造成安全隐患。

故此，本发明实施例所述的太阳能屋顶系统是光伏与建筑一体化、太阳能屋顶等太阳能与建筑相结合的新技术，较好的解决了上述建筑能耗的矛盾。一方面，太阳能屋顶技术不仅使建筑物本身耗能降低，更能持续的输出能源供给自身，从而降低了建筑对常规能源的需求，同时，一些太阳能构件还直接取代部分建筑材料，进一步降低了建筑材料能耗；另一方面，太阳能屋顶技术充分利用了人类社会庞大而长期闲置的房顶空间资源，为社会节约了土地资源及其他相关资源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能屋顶系统，设置在建筑物的顶部，其特征在于，所述系统包括太阳能构件模块，所述太阳能构件模块通过连接件固定在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并且集成于所述屋顶上最终形成太阳能屋顶。

2.如权利要求1所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳能构件模块包括太阳电池组件模块、太阳能集热器模块和天窗模块中的任意模块或者它们的组合。

3.如权利要求2所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳电池组件模块、所述太阳能集热器模块以及所述天窗模块的结构尺寸不相同，它们分别通过各自的型材和各自的配件整合为尺寸和结构统一的模块，或者是所述模块的整数倍。

4.如权利要求2所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳能电池组件模块包括太阳能组件的层压件以及包覆在其周边的两组上型材和两组下型材，所述两组上型材和所述两组下型材对称的设置在所述太阳能组件的层压件的周边，并且所述上型材与所述下型材之间设有连接角。

5.如权利要求4所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳电池组件为硅太阳电池组件、薄膜太阳电池组件、化合物半导体太阳电池组件或有机物半导体太阳电池组件。

6.如权利要求2所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳能集热器模块包括太阳能集热器，覆盖于所述太阳能集热器上部的玻璃板组件，所述太阳能集热器直接安装在所述建筑物的顶部的支撑结构上，并与所述建筑物的顶部平行或成一定角度，其中，所述玻璃板组件用于防水及透光。

7.如权利要求6所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述太阳能集热器为平板型集热器或真空管集热器，或者为空气集热器或液体集热器，或者为聚光型集热器或非聚光型集热器。

8.如权利要求2所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述天窗模块包括天窗，包覆于其周边的天窗型材，以及配件，所述天窗的尺寸略小于所述天窗型材的尺寸。

9.如权利要求8所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述天窗型材包括天窗上型材、天窗下型材、上型材、天窗辅型材及连接角。

10.如权利要求1-9任一项权利要求所述的太阳能屋顶系统，其特征在于，所述连接件为螺钉、螺栓、螺柱或铆钉。

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