CN1082597C - 太阳能电池模块及结合它的屋顶材料 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能电池模块的结构是：一个光电元件固定在一块增强板上，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在多个接线盒之间。当将它应用到一个屋顶时，第一隔离件固定在一种屋顶基底材料上，由屋顶材料和屋顶基底材料之间限定的一个空间向外部空气开放，并且该空间与房子的内部在屋脊处连通。
Description
本发明涉及一种太阳能电池，并且尤其涉及一种太阳能电池屋顶以及一种安装方法，由此实现安装和固定方法的简化。
太阳能电池以前通常用作清洁的和非穷尽的能量供应源，并且各种研究和开发都是关于太阳能电池本身。进而，正积极开发非常适合安装在各种地方，例如，地面上和屋顶上的太阳能电池模块。
特别是，对于在屋顶上的安装，也能作为一种屋顶材料(roofingmaterial)的复合(combination)屋顶材料和太阳能电池模块的开发，在未来减少太阳能电池的推广费用方面也是有用处的。
适合于现有的屋顶构造方法的太阳能电池模块的一个例子是图8和图9中所示的太阳能电池模块，它在日本公开专利申请No.7-211932中被描述。图8是当太阳能电池模块的中心部分沿着从屋脊到屋檐方向被垂直剖开时得到的剖视图，以及图9是当太阳能电池模块的边缘部分沿着垂直于前述方向被横向剖开时得到的剖视图。本例的特征在于空气流动通路8形成于外屋顶板7和太阳能电池模块13之间，并且被加热到高温的太阳能电池模块的热量被传导到在该流动通路8中流动的空气，使之被加热，用于建筑物的取暖。
在图8和图9中，接线盒10位于与太阳能电池模块13的光接收面相背的面上(它将被参考作为后表面)，电输出线11从每个接线盒10引出，并且连接器12连接到输出线的末端以被电连接到一个相邻的太阳能电池模块。
太阳能电池模块13的一个构造例子如下：一个非晶硅太阳能电池形成在一个不锈钢基底上，半透明树脂胶片放在光接受面上，金属增强板放在后表面上，并且这个薄板用半透明树脂来树脂密封。太阳能电池模块13与半透明树脂胶片、半透明树脂和金属增强板一起被弯折弯曲，从而形成如图9所示的适合于板条接缝(batten-seam)屋顶结构的一种形状，这是传统的屋顶构造方法之一。
安装和固定顺序如下：为了在外屋顶板7和太阳能电池模块13之间形成空间8，隔离件14a、14b被未显示的钉子固定到外屋顶板7，然后太阳能电池模块13安装在其上，并且固定夹被螺钉16固定，由此安装和固定该太阳能电池模块13。此时，隔离件14间的距离在传统的日尺(长度单位)结构方法的情况下为455mm，或者在米结构方法的情况下为500mm。参考数字17指示板条，它用作防雨板。
当暴露于阳光时，太阳能电池模块13被加热到高温，大约80℃。空气在太阳能电池模块13的后表面空间8的流动通路内流动，并且当被来自于太阳能电池模块13的热传导加热时，空气上升到屋脊，并且被引入室内用于取暖。
在以上的传统技术中，隔离件14必须被安装和固定在相对于太阳能电池模块13的精确位置。也就是，如图9中所示，隔离件必须被安装和固定以便精确地支撑宽度约为455m到500mm的太阳能电池模块13的两个边缘部分。然而，在难以立足的屋顶工作点，将隔离件14安装和固定在精确的位置，是非常麻烦的。
通过一种太阳能电池模块得到了解决以上问题的方法。这种太阳能电池模块，其中一个光电元件固定在一个增强板上，提供了多个接线盒，用于将电源从该光电元件引出到外面，比接线盒高的第一隔离件沿着增强板的两对边放置，并且第二隔离件放在多个接线盒之间。
当太阳能电池模块用于屋顶时，屋顶构造使得第一隔离件固定在屋顶基底材料上，限定在屋顶材料和屋顶基底材料之间的空间在屋檐处向外界空气开放，并且该空间在屋脊处与房子的内部相连通。
图1是后表面的透视图，以显示本发明的太阳能电池模块的一个例子；
图2是剖视图，以显示本发明的太阳能电池模块的安装状态的一个例子；
图3是图2的A部分的局部放大视图；
图4是例1的太阳能电池模块的后表面的透视图；
图5是例2的太阳能电池模块的后表面的透视图；
图6是例3的太阳能电池模块的后表面的透视图；
图7是根据本发明的屋顶的一个例子；
图8是剖视图，以显示传统太阳能电池模块的安装状态；以及
图9是剖视图，以显示传统太阳能电池模块的安装状态。
参考图1到图3，将描述本发明的一个实施例。
图1是后表面，即与光接收面相背的一面的透视图，以显示根据本发明的太阳能电池模块的一个例子，图2是剖视图，以显示该太阳能电池模块的安装和固定状态，以及图3是图2的A部分的局部放大剖视图。(太阳能电池板1的结构)
首先，将参考图3描述太阳能电池板1的结构。
该太阳能电池板1包括用半透明树脂3树脂密封的光电元件2，并且具有在光接收表面上的半透明树脂胶片4以及在后表面上的金属增强板5，它们被粘合成堆。
这里，将这些东西粘合成堆的方法的一个例子是在金属增强板5上顺序堆叠半透明树脂条3、光电元件2、半透明树脂条3和半透明树脂胶片4，并且通过在压力下排气融化这些半透明树脂条3。
本实施例的太阳能电池模块将参考图1和图2描述。
如上所述构造的太阳能电池板1，被弯折弯曲形成法兰6。
然后，使用粘合剂、螺钉、钉子或类似的材料将隔离件9a、9b固定到太阳能电池板1的金属增强板5上，用于在太阳能电池板1和其上将安装太阳能电池板1的屋顶基底材料(roof substrate material)之间形成通风层8。如图2中所示，隔离件9a被未显示的钉子固定在外屋顶板及其类似物的屋顶基底材料18上，由此通过形成空间8来安装和固定该太阳能电池模块。
此时，太阳能电池模块之间的电连接通过连接相邻太阳能电池模块之间的连接器12获得，每个连接器12位于输出线11的末端，输出线11从太阳能电池板1的后表面上的接线盒10中引出。(应用于取暖系统)
图7是本发明的屋顶材料用于家庭取暖系统的一个例子。箭头指示空气流向。在寒冷的季节，通过屋檐21进入的空气流过通风层8，被来自于太阳能电池板1的热传导加热，并且加热的空气通过屋脊22进入房间20用于取暖。一种热积累装置可以位于地板下面。为了迫使空气循环，在空气流动通道的半路上放一个风扇F。在炎热的季节，通过屋檐21进入的空气从排气口23放出到外面，以增强屋顶的隔热功能，由此保持房间20中的环境舒适。
太阳能电池板1和一个变换器I一起使用，这样组成一个太阳能电力产生系统。由变换器I变换的电力用于给风扇F和室内的其它负载24供电。
如上所述，既然在本发明中，隔离件9a、9b已初步安装在太阳能电池板1上，那么本发明就避免了相应于前面教导的太阳能电池模块的安装和固定点，在屋顶基底材料上的精确位置安装和固定隔离件的繁重工作的需要，这样大大提高了在构造点处的可操作性。相应地，这能缩短构造周期并且也能降低造价。
由于通过将隔离件9a、9b固定到屋顶基底材料18，能够实现太阳能电池模块的安装和固定，因此以前使用的固定夹就变得不必要了。
进而，当其中用于电极端子的出口的接线盒或电输出线位于与光接收面相背的后表面上时，在靠近接线盒被安装的地方，太阳能电池模块的结构强度能够增加。通过使用这种结构，在太阳能电池模块的安装和固定以后，即使在太阳能电池模块上加上负载，在靠近接线盒安装的地方，太阳能电池模块也将会避免弯曲，这就避免接线盒被损坏并且抑制在金属增强板的粘合接口处发生分离。
下面，将描述构成的部件。(太阳能电池板1)
对于太阳能电池板没有特殊的限制，但是适于用作一种复合屋顶材料和太阳能电池模块的太阳能电池板就是如上所述的那种，其中半透明树脂胶片4位于光接收面上，光电元件2被半透明树脂条3树脂密封，并且板和金属增强板5一起能被弯折弯曲。(光电元件2)
对于光电元件(photovoltaic element)没有特殊的限制，并且该光电元件的例子包括单晶硅光电元件和非单晶光电元件，特别是，多晶硅光电元件、非晶硅光电元件、铜铟硒化物光电元件、化合物半导体光电元件，等等。理想的先电元件2选自非单晶光电元件。一种更理想的光电元件是具有柔韧性的光电元件，并且一种特别理想的光电元件是在一块不锈钢基底上形成的非晶硅光电元件。
随着具有柔韧性的光电元件的使用，即使一个工人在屋顶上的安装工作或类似工作的过程中走在太阳能电池模块上，光电元件也将会避免损坏，并且这样，它将非常适用于复合屋顶材料和太阳能电池模块。因为比起单硅晶体，非晶硅由于热而降低的转换效率较少，所以，它非常适合应用于复合屋顶材料和太阳能电池。另外，非晶硅能有希望显示通过退火恢复光学变劣的效果。(半透明树脂3)
半透明树脂用于光电元件2的密封或粘合。半透明树脂的特殊例子包括乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛和硅树脂，但是它不只限于这些。(半透明树脂胶片4)
理想的半透明树脂胶片具有高的耐气候性，并且一个合适的例子是碳氟树脂胶片。
进而，为了避免由于在弯折过程中胶片的伸长以及光接收表面内粗糙的形成而在胶片中产生的损坏和裂缝，理想胶片具有不少于250％的胶片伸长因子。如果低于250％，那么在太阳能电池板1弯折过程中就有可能出现裂缝。(金属增强板5)
金属增强板的一个理想例子是其在耐气候性、耐蚀性和可弯折性方面都很优秀。这种增强板的例子包括镀锌铁板、镀着一种耐天气性物质，如碳氟树脂或氯乙烯的钢板、不锈钢板，等等。(隔离件9)
隔离件9a、9b用于形成通风层8。要求它们具有足够增强太阳能电池板1的结构强度的能力，并且具有足够的高度以保护接线盒10。当在板中心部分施压时，隔离件9b防止板变形。这提高了在屋顶上安装板过程中的可操作性。
考虑到太阳能电池板1被加热到大约80℃的温度，隔离件的材料最好对于大约80℃的温度具有耐热性，并且具有极好的可加工性、强的耐蚀性，等等。材料的例子包括金属、木材以及具有这种耐热性的树脂。
对于隔离件的形状没有特殊的限制，并且它们可以是任何形状，只要它们能够显示前述性能。例如，它们可以是杆形、长方体或类似的块形、或可以是截面为H或I形的延长物体。
多个隔离件9b可以位于中心部分，但是安装它们一定不要妨碍通风层8的空气流通。因此，隔离件最好是杆形，位于连接两个端子盒10的直线上，如图1所示。
隔离件9b的形状最好能容纳至少一个接线盒10和电输出线11。通过弯折将增强板5合适地弯曲成一个形状，同时作为隔离件也是允许的。
该隔离件可以带有能够约束电输出线的电输出线约束部分。
本发明将通过例子进一步描述，但是注意到本发明决不打算局限于这些例子。(例1)
本例的太阳能电池模块，其特征在于后表面一侧上的接线盒10位于隔离件9c内部，如图4中所示，并且它以前述实施例同样的方式制造，除了这里特别指出的几点以外。
光电元件2是一个非晶硅光电元件，具有125μm厚的不锈钢基底，半透明树脂胶片4是一种50μm厚的非定向型碳氟树脂胶片(“TEFZEL”可以从du Pont获得)，半透明树脂3是EVA(形成在光电元件2的每个前和后表面上，900μm厚)，并且该金属增强板5是一种0.4mm厚的镀锌铁板(“Taima color GL”可以从Daido Kohan Kabushiki Kaisha获得)。它们顺序堆放并且EVA通过在压力下排气在150℃融化以将它们粘合成堆，这样制造出太阳能电池板1。
金属增强板5在与端子出口位置对应的部分被初步打孔，正极和负极的出口端子通过这些孔引出。聚碳酸酯的接线盒10位于端子出口部分内，用于保护和防水，并且电输出线11同末端处的连接器12被引出接线盒。
法兰部分6通过这种弯折形成，通过使用一种普通的“用于钢板的弯折机”，使得内部曲率半径变为2mm。隔离件9a由一种木材制成，并且隔离件9c通过将1.2mm厚的镀锌铁板弯成U形截面制成。这个隔离件9c被安装以接收其内部的接线盒10。该隔离件9c用一种硅基粘合剂粘合并固定在金属增强板5上。
在本实施例中，由于接线盒10位于隔离件9c内部，即使在接线盒10存在的部分施加负荷，太阳能电池模块的弯曲也将会很小，这样能够阻止接线盒10的损坏、在接线盒10与金属增强板5之间的粘合界面处粘合的分离，等等。(例2)
本例的太阳能电池模块，其特征在于隔离件具有电输出线约束部分。本例的太阳能电池模块以例1中相同的方式制造，除了这里特别描述的几点以外。
图5是本例的太阳能电池模块的后表面的透视图。本实施例的太阳能电池模块的隔离件9d具有约束部分9e，电输出线11能够被它约束。
在本例中，由于电输出线11被隔离件9d约束，它能够避免这样一个问题，即电输出线11被悬空而挂住另一个物体，例如，在安装和固定点处太阳能电池模块的搬运过程中，它能够显示极好的可搬运性，并且它能够极好地提高可操作性。(例3)
图6的太阳能电池模块是一个例子，在这个例子中，增强板5形成这种整体结构，以同时作为隔离件起作用，而不用使用单独的物体作为隔离件。增强板5通过弯折被弯曲以形成隔离件9a和法兰部分6。每个隔离件9a有通孔18，通过它们，插入钉子将模块体固定在屋顶基底材料上。本例的太阳能电池模块可以例1中相同的方式制造，除了上述的一点以外。
在本例中，由于同时作为固定模块体部分的隔离件9a是整体形成的，模块固定在屋顶基底材料上的可靠性能够增强。
Claims (18)
1.一种安装前的太阳能电池模块，其中一个光电元件固定在一块增强板上，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间。
2.根据权利要求1的安装前的太阳能电池模块，其中所述接线盒放在由所述第二隔离件限定的空间中。
3.根据权利要求1的安装前的太阳能电池模块，其中一条输出线连到每个所述接线盒，并且所述输出线具有一个约束部分，用于以所述第二隔离件的一部分约束输出线。
4.根据权利要求1的安装前的太阳能电池模块，其中所述第一隔离件通过弯折所述增强板而形成。
5.一种安装前的屋顶材料，其中一个光电元件固定在一块增强板上，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间。
6.根据权利要求5的一种安装前的屋顶材料，其中所述接线盒放在由所述第二隔离件限定的空间中。
7.根据权利要求5的一种安装前的屋顶材料，其中一条输出线连到每个所述接线盒，并且所述输出线具有一个约束部分，用于以所述第二隔离件的一部分约束输出线。
8.根据权利要求5的一种安装前的屋顶材料，其中所述第一隔离件通过弯折所述增强板而形成。
9.一种安装前的屋顶材料，其中一个光电元件固定在一块增强板上，所述增强板的两个对边是弯曲的，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间，多个相邻的安装前的屋顶材料的排列方式是：各个安装前的屋顶材料的所述第一隔离件相互相邻固定在一块屋顶基底材料上，一块板条被放置使得覆盖所述相邻增强板的弯曲部分。
10.一种安装前的屋顶材料的安装方法，其中一个光电元件固定在一块增强板上，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间；
其中所述安装前的屋顶材料的所述第一隔离件固定在一个屋顶基底材料上。
11.根据权利要求10的一种安装前的屋顶材料的安装方法，其中所述增强板的两个对边是弯曲的，所述第一隔离件沿这两条弯边放置，并且所述第一隔离件从所述增强板的边缘表面伸出，这样，固定在各部分屋顶基底材料上的所述第一隔离件就突出来了。
12.根据权利要求10的一种安装前的屋顶材料的安装方法，其中多个安装前的屋顶材料固定在与其接触的不弯的边，所述安装方法包括所述安装前的屋顶材料相互电连接的一个步骤。
13.根据权利要求10的一种安装前的屋顶材料的安装方法，其中所述安装前的屋顶材料被放置，使得外面的空气被引入由所述安装前的屋顶材料和所述屋顶基底材料之间限定的空间中，并且使已经通过该空间的空气被引入一所房子的内部。
14.一种安装前的屋顶材料的安装方法，其中一个光电元件固定在一块增强板上，所述增强板的两个对边是弯曲的，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间；
其中多个相邻安装前的屋顶材料的所述第一隔离件相互相邻固定在一块屋顶基底材料上，一块板条被放置使得覆盖所述相邻增强板的弯曲部分。
15.安装前的屋顶材料的一种制造工艺包括对一个安装前的太阳能电池模块的增强板固定的步骤，所述安装前的太阳能电池模块具有一个光电元件，固定在增强板上，并且在该增强板的光接收表面的后表面具有接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两对边放置，其高度高于接线盒，以及在所述多个接线盒之间放置一个第二隔离件的步骤。
16.根据权利要求15的安装前的屋顶材料的一种制造工艺，进一步包括弯折所述增强板的步骤。
17.包括一种安装前的屋顶材料的一个屋顶，其中一个光电元件固定在一块增强板上，该增强板的逆光接收表面侧具有多个接线盒，用于将电源从所述光电元件中引到外边，第一隔离件沿该增强板两个对边放置，其高度高于接线盒，第二隔离件放在所述多个接线盒之间；
其中该安装前的屋顶材料的所述第一隔离件固定在一个屋顶基底材料上，并且其中由所述安装前的屋顶材料和所述屋顶基底材料之间限定的一个空间在屋檐处向外部空气开放，并且在屋脊处与房子的内部连通。
18.根据权利要求17的一个屋顶，包括一条通道，用于将在所述屋檐处吸入的空气放到外面。
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