CN1144297C - 太阳能屋顶构件及其制造和安装方法 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能屋顶构件，包括由绝缘材料密封到加固部件上的光伏器件，加固部件有与相邻的太阳能屋顶构件相连接的连接部分，还有一个在加固部件中提供的、在至少部分连接部分上延伸的弯曲部分，并且引线从弯曲部分中引出。该太阳能屋顶构件可以不会引起连线错误地简单完成屋顶安装任务。

Description

太阳能屋顶构件及其制造和安装方法
本发明涉及太阳能屋顶构件，是一种太阳能电池集成型屋顶材料。
把太阳能电池安装在屋顶的方法可粗分为两类。其一是把太阳能电池固定在已存在的屋顶上。另一种方法，太阳能电池本身被提供在屋顶上作为屋顶材料。
在前者中，由于太阳能电池被某种固定支架安装在现存的屋顶上，常规的太阳能电池按现状即可用于这种目的，但是它们需要高昂的安装费用而且可能带来不良的外观。因此，后一方法近来引起关注。
就后一方法而言，各种屋顶安装方法一般来自早期屋顶建造方法，它们一般包括：hirabuki(板屋顶安装)，tatehazebuki(固定接缝屋顶安装)，namiitabuki(波纹薄板屋顶安装)，oriitabuki(折叠板屋顶安装)，yokobuki(横向屋顶安装)，kawaraboubuki(挂瓦条接缝屋顶安装)，kawarabuki(粘土瓦屋顶安装)和yousetsubuki(焊接屋顶安装)(全部源自日本本土的屋顶安装术语)。还有，就这些屋顶的建筑材料而论，各种各样的材料，例如金属，陶瓷，塑料和木材均被使用。
作为已知的太阳能电池应用技术，至今已提出各种工作方法，公开在例如日本专利申请公开号5-18051(石板屋顶安装)，7-302924(横向屋顶安装)和7-211932(挂瓦条接缝屋顶安装)中，根据各种屋顶安装方法和太阳能电池的质量对其种类也进行了各种各样的改进。
尝试集成装配太阳能电池和屋顶材料以达到降低成本、改善外观的目的，并非最近才开始。但是，由于装配太阳能电池集成式屋顶材料时必须进行的用于引线连接的独立操作，还因为在常规太阳能电池集成式屋顶材料中来自太阳能电池质量和屋顶材料的形状或设计的限制，很多方法存在着特有的问题。例如，在日本专利申请公开号7-302924中所披露的太阳能电池集成式屋顶材料中(请看图1和图2)，在屋顶的横向(平行屋脊的方向，即正交于雨水流过的方向，此方向垂直于图的表面)，当分立的太阳能电池集成式屋顶材料彼此用引线互连时，屋顶盖板21和每一屋顶板1之间的空间连续地延伸。在横向(在平行于屋脊的方向上)邻接的屋顶材料的引线22可以通过这一空间连接。然而，在屋顶的水流方向(在垂直屋脊的方向上，即雨水流经的方向上)没有空间连续地延伸，因而引线不能由此互连。这使人们需要按照如下的过程装配屋顶材料。下文中，平行屋脊的方向可称作“横向”，而垂直屋脊的方向可称作“纵向”。(在屋顶制作中的典型过程示于图1和图2)。
(1)首先，一块滴水挑檐连接板2与已安装在较低排(在屋檐一侧)的太阳能电池集成式屋顶板1a接合。
(2)太阳能电池集成式屋顶板1b在步骤(1)之前已经就近并排安装，其引线3b在滴水挑檐连接板2背面附近通过并引出。
(3)屋顶板1b用螺钉或类似夹具23的方法(见图2)固定于屋顶盖板21。
(4)已经安装好的屋顶板1b的引线3b和将被安装的另一太阳能电池集成式屋顶板1c的引线3c彼此通过连接器4依次相连。
(5)屋顶板1c与已安装在较低排(在屋脊侧面)的屋顶板1a接合，并被固定于安放在其两侧的滴水挑檐连接板2上。
(6)依次重复(1)至(5)的步骤安装屋顶板。
(7)在屋顶构造完成一行或全部完成后，连接盖5被安放在上面以完成屋顶构造。
如上描述的横向屋顶构造的工作方法中，太阳能集成式屋顶板仅在空间可连续延伸的横向可相互用引线连接，因此引线系统只能以低自由度方式构造。再有，布线操作是通过每一屋顶板背面进行的，因此它必须与屋顶板的安装同时进行。这样，在屋顶板安装时需同时进行与引线连接安排有关的麻烦的操作。这已引起一个问题，电学知识贫乏的屋顶制作工人经常犯引线连接的错误，在某些屋顶板情况下引起的问题特别严重。如在水平屋顶构造或粘土瓦屋顶构造中，在屋顶构造按由屋檐侧至屋脊侧的次序完成后，屋顶板之间是不能部分交换的。
为了处理这一问题，日本专利申请公开号5-18051(见图3)和7-21932(见图4)披露，在屋顶盖板33或43和每一太阳能电池集成式屋顶板33或43之间提供一隔板部件31或41以确保引线连接的自由度，使屋顶构造以较少复杂性的方式完成。然而，这些屋顶构造方法使它需要额外地放置结构强度所不需要的隔板部件，而且不可避免地因放置这样的部件导致包括材料成本和屋顶施工成本两方面的较高的成本。
本发明解决了上面讨论的问题。因此，本发明的目的是提供一种作为太阳能电池集成式屋顶板的太阳能屋顶构件和所使用的屋顶构造方法，它确保在不提供任何隔板部件的前提下引线连接的自由度，并可防止例如在使用其它方法在屋顶构造时固从事复杂的连线操作引起接线错误导致的麻烦。
为达到上述目的而得到的本发明是按以下方式构成的。
那就是，本发明是一种太阳能屋顶构件，它包括用绝缘材料密封在加固部件上的光伏器件，其中：
此加固部件具有一连接部分，用来接合邻近的太阳能屋顶构件。它还有一弯曲部分，引线由此引出，并且在加固部件内将其设置成在至少部分连接部分上延伸。
本发明也提供一种制作太阳能屋顶构件的工艺过程，由以下各步组成：
用绝缘材料把光伏器件密封在加固部件上；
弯曲至少部分加固部件，形成用于接合太阳能屋顶构件的连接部分，并且
在加固部件中形成弯曲部分使其在至少部分连接部分上延伸。
本发明还提供了一种用于安装本发明的太阳能屋顶构件的屋顶构造方法，包括通过加固部件的弯曲部分引出引线到屋顶基件，当太阳能屋顶构件被安装在屋顶基件上时，其邻近的太阳能屋顶构件还没有安装在该屋顶基件上。
图1为说明安装太阳能电池集成式横向屋顶构造屋顶板一个实例的简略透视图。
图2为说明连接太阳能电池集成式横向屋顶板造屋顶板的一个实例的简略截面图。
图3为说明安装太阳能电池集成式石板屋顶板的一个实例的简略透视图。
图4为说明安装太阳能电池集成式挂瓦条接缝屋顶构造屋顶板的一个实例的简略透视图。
图5为说明本发明的太阳能电池集成式屋顶板中所用的一个构造太阳能电池的优选实例的简略透视图。
图6A和6B为说明在本发明的太阳能电池集成式屋顶板中所用的构造太阳能电池块的一个优选实例的简略透视图。
图7A和图7B为说明本发明的构造太阳能电池集成式屋顶板的一个实例的简图。图7A为平面图，而图7B为截面图。
图8为说明本发明的太阳能电池集成式屋顶板的一个优选实例的简略透视图。
图9为说明为安装图8所示的太阳能电池集成式屋顶板的过程的简略透视图。
图10为说明安装图8所示的太阳能电池集成式屋顶板的一个过程的简略透视图。
图11为根据例1的一个太阳能电池集成式屋顶板的简略透视图。
图12为说明为安装例1中的太阳能电池集成式屋顶板的简略透视图。
图13为根据例2的一个太阳能电池集成式屋顶板的简略透视图。
图14为根据例3的一个太阳能电池集成式屋顶板的简略透视图。
图15为根据例4的一个太阳能电池集成式屋顶板的简略透视图。
图16为说明例4中为安装太阳能电池集成式屋顶板的过程的简略透视图。
本发明的太阳能屋顶构件或太阳能电池集成式屋顶板包括被绝缘材料密封在一加固部件上的光伏器件。此加固部件具有一连接部分，在此邻近的太阳能屋顶构件被接合，它还有一弯曲部分，在加固部件中它是这样提供的，以使它在至少部分连接部分上延伸，通过连接部分引线被引出。
通过间隙或空间引线被引出，只要空间或间隙在加固部件和屋顶基件(屋顶盖板)之间提供，则弯曲部分可以任何形式弯曲，(例如，向外或向内，或向上或向下)。
在本发明的太阳能电池集成式屋顶板(太阳能屋顶构件)中，通过它引线被引出的弯曲部分，在加固部件中设置成在其连接部分上延伸。这使它可能完成屋顶构造，同时通过加固部件的弯曲部分引出引线至屋顶基件，该屋顶基件上的邻近太阳能屋顶构件还没有延展。因此没有必要从滴水挑檐接合板下绕线，并且可以迟些进行引线连接。这样在工人安装太阳能电池集成式屋顶板时，可以不再担心引线的排布。特别是工人可以在屋顶板安装好一行后再连接屋顶板之间的引线，还可以在接合盖安装时把它们与连接器连接，或可容易地划分这一工作，使在引线连接工作的同时检查屋顶板的输出工作可留给电学工程师去完成。
在本发明的太阳能电池集成式屋顶板中，引线引出部分(端接部分)最好提供在屋顶板背面上形成屋顶板和屋顶基件(屋顶盖板)之间的空间的部分处，且外力只可能引起较小的形变，即这部分在屋顶构造期间没有被施加同样大的应力。特别要提起的是，端接部分可以选择取在弯曲部分或其附近的平坦部分，或连接部分附近的平坦部分。端接部分也可以选择取在屋顶板两侧附近。这是因为引线可以最小长度方式提供；在构造屋顶时任何多余的引线都可能打结而造成构造屋顶工作的麻烦。
关于制造本发明太阳能电池集成式屋顶板的工艺过程，在金属薄片被用作构造屋顶板的加固部件时，弯曲部分可以仅用压力而轻易形成。同时，当陶瓷板作为加固部件时，太阳能电池(光伏器件)可以密封在预先浇铸的具有接合部分和弯曲部分产品的加固部件上。在一个实例中，太阳能电池本身具有不可弯折性，则非发电区可以取在屋顶板的有效宽度部分，使得弯曲部分可以用压力或类似的方法在非发电区形成。
本发明太阳能电池集成式屋顶板的典型实例的构成，为安装这样一个太阳能电池集成式屋顶板的制作和屋顶构造方法的工艺过程将参考图5至图10进行描述。
在本例中，每一制作在不锈钢基片上的非晶硅太阳能电池串联连接形成太阳能电池块，用绝缘材料将其密封在镀锌的钢片上，钢片作为加固部件(或加固薄片)制成太阳能电池模块，它被弯曲成形为横向屋顶构造材料，并被进一步成形，使其配备作为引线引出部分的弯曲部分一起被提供，得到太阳能电池集成式屋顶板。在它的安装实例中，大量这样获取的太阳能电池集成式屋顶板被安装在热绝缘屋顶盖板上。
首先将参考图5描述非晶硅太阳能电池的制造过程。
在一清洗过的辊型连续不锈钢基片上(导电基片51)，用溅射淀积形成5000埃的Al-ZnO膜(背面反射层52)。下一步形成n-i-p非晶硅半导体层(半导体层53)，依次用等离子增强CVD方法淀积形成300埃的n型半导体层和4000埃厚的i型半导体层及100埃厚的p型半导体层，其中n型半导体使用气体pH3，SiH4和H2，i型半导体使用气体SiH4和H2，p型半导体使用气体B2H6，SiH4和H2。
随后用溅射形成800埃厚的ITO膜(透明导电层54)。这样，就形成了非晶硅太阳能电池。下一步，连续的薄片太阳能电池用压力机冲成30cm见方的方块以制备大量的太阳能电池。这里，在用压力机切出的太阳能电池的切口表面，挤压太阳能电池，使ITO电极和不锈钢基片处于短路状态。
因为非晶硅太阳能电池具有非常小的层厚度，在它们的半导体层中存在一些短路区域。因而为修复这些短路区，如图6A及6B所示，沿太阳能电池61的ITO电极的周边提供单元分离区62，以除去沿基片边缘的短路。顺便提到，图6B是在图6A中圈出区域的放大图。特别要说的是，短路用以下方式被除去：首先，太阳能电池被浸入8％的六水氯化铝的水溶液。宽度为0.5mm的图形化相对电极，它比太阳能电池窄1mm，对置于距太阳能电池的透明电极1mm距离处，并用顺序控制器对其施加0.5秒，25安培的直流，以形成单元分离区62。接着，相对电极用具有和太阳能电池同样尺寸的不锈钢平坦薄片取代，被对置于4cm距离处，并用顺序控制器施加4.5V的偏置。这样，在膜形成时发生短路处的ITO电极即被除去。依此方法，短路区被修复的太阳能电池便形成了。
将这样形成的太阳能电池用水洗净，随后干燥。接着，在ITO膜上，用碳导电胶64固定100微米厚的镀银铜线63，作为收集极栅电极(见图5)。在它们被固定时，聚酰亚胺带65被贴在太阳能电池61的每个侧面的非发电区，使铜引线63不会与不锈钢基片51边面接触，然后铜带66被键合在聚酰亚胺带65上。这样，太阳能电池的正极就形成了。
下一步，贴在太阳能电池61上的铜带66在不锈钢基片侧面上邻近的太阳能电池61’的背面附近通过，并串联接到太阳能电池61’的不锈钢基片。至于这样制备的太阳能电池的最终的电输出，为了将引线由太阳能电池的背面引出，上述铜带预先在具有每一最终输出的太阳能电池背面附近通过，并且用一绝缘材料插入不锈钢基片的侧面。类似地，直接用低温焊接铜带到不锈钢基片形成负极。图6A和6B展示了这样制备的一组串接的太阳能电池(即太阳能电池块)。
接着，如平面图7A和截面图7B(在图7A中沿7B-7B线的截面)所示，在作为加固薄片的0.8mm厚的镀锌钢片71上，填充剂72，绝缘膜73，填充剂72，玻璃纤维74，太阳能电池块75，玻璃纤维74，填充剂72和氟树脂膜76被顺序叠加上，填充剂用真空层压机在150℃下融化30分钟，这样，一块树酯密封的形状平坦的太阳能电池模块便制成了。
下一步，这样制备的太阳能电池模块在它的加固薄片边面上被弯曲成图8所示的形状，以便获得太阳能电池集成式屋顶板。更具体地说，在屋檐侧的接合部分82，边面被向下弯曲并且它的边进一步弯向屋脊侧。在屋脊侧的接合部分83，边面以90度上折，且其边进一步弯向屋檐侧。弯曲部分81是这样形成的，以便使其在部分屋脊侧接合部分83上延伸。
上述接合部分82和83用已知的滚形机可以容易地形成，然而因为弯曲部分81不能用滚形机形成，它必须在用滚形机成形接合部分之后再用所谓压力机成形弯曲部分。
在这样形成接合部分后，固定连接盒和引线。每一将要由太阳能电池引出的引线都通过太阳能电池背面上的平坦区和弯曲部分81附近的镀锌钢片71中所预留的孔84，引线85由太阳能电池背面的正极或负极用低温焊接方法引出。在引线85通过弯曲部分81引出之后，连接器86被固定于它的一端。
太阳能电池集成式屋顶板使用的屋顶构造过程的实例将参考图9和图10描述如下。为便于描述，这一过程由这样一个状态开始：其中，低层(屋檐侧)的屋顶板91已如图9所示的方式安装好。
(1)首先，滴水挑檐连接板104与已被安装在较低层(在屋檐侧)的屋顶板91连接。
(2)太阳能电池集成式屋顶板101与已安装在较低层(屋檐侧)的屋顶板91连接，这一连接的同时用弯曲部分102把引线105从侧面引向屋脊侧，并且也固定于放于它两侧的滴水挑檐连接板104上。
(3)屋顶板101用卡具103固定于屋顶盖板。
(4)此后，重复(1)至(3)步的过程安装屋顶板。
(5)当一排屋顶构造完成后，引线与连接盒86相连，而连接盖92被放在滴水挑檐连接板104上以完成一行的屋顶构造过程。
(6)在较上层的行进一步重复(1)至(5)步的过程，这样，完成整个屋顶构造。
如上所述，在包括接合部分空间的屋顶板和屋顶盖板之间的空间内进行布线不仅保护电线脱离室外环境，而且还改善了外观。
在本发明实施例屋顶构造的描述中，太阳能电池集成式屋顶板之间的电学连接仅描述了它们在横向的连接。另一种方案也是容易理解的，即使用弯曲部分81(见图8)，引线可以在纵向引出连接到不同行的另一屋顶板的背面。利用这一特性，可以很容易安排本实施例的太阳能电池集成式屋顶板，在任何地方，不仅可以串联，也可以并联。这样可确保连线的极大自由度。
本实施例中所描述的生产过程的应用对规模化生产也是可能的。因为太阳能电池密封在一平坦的薄片上保证了超规模的生产性质，而随后形成的接合部分和弯曲部分对于这样的规模生产中降低成本是极为有效的。
正如本发明实施例中，易弯的加固薄片如金属片被用作加固薄片，这样，接合部分和弯曲部分可容易地以各种方式设计，并可满足设计上的各种要求。因此平坦薄片的标准产品可以预先制备，这样使它们可根据其它需要形成希望的形状。这就可以节省过多的支架带来极大的经济上的优势。
一种可弯曲的光伏器件可用作太阳能电池(光伏器件)，这时，太阳能电池也可以在弯曲部分提供。这在屋顶板被应用于屋顶上安装面积有限的建筑物的情况下，可产生更大的输出功率。
本实施例(此后，常用“优选实施例”)是描写有关太阳能电池集成式屋顶板的，其中将横向屋顶结构材料和太阳能电池集成为一体。本发明并不意味限于这种横向屋顶结构屋顶板。不用说，本发明可应用于所有类型的太阳能电池集成式屋顶板，其中引线在屋顶板和屋顶盖板之间形成的空间内实现连接(包括在接合部分的空间)。
构成太阳能电池集成式屋顶板的各种部件将进一步详细描述如下，同时给出它们的定义和本发明的一般考虑。
-太阳能电池集成式屋顶板-
太阳能电池集成式屋顶板在本发明中特指太阳能电池模块，该模块可直接安装在屋顶构造基件上(例如，屋顶盖板)且其中太阳能电池和加固薄片(一种屋顶构造材料)给出屋顶的外部形状，它们是集成在一起的。
-加固部件-
在本发明中决定屋顶板形状的典型的加固部件是由金属制成的加固薄片。作为金属，钢板具有强度，非铁金属具有良好的抗蚀性，它们可以在普通的金属屋顶中使用。钢板包括表面处理过的或涂敷过的钢板，引入其它元素的合金或特种钢板，还有与绝热材料叠层的复合钢板等等。通常使用热浸镀锌钢板，镀锌钢板，镀锌合金涂敷钢板，热浸合金铝化钢板，铜涂敷钢板，氯乙烯涂敷钢板，氟树脂涂敷钢板，不锈钢板，振动阻尼钢板，绝热镀锌钢板，抗气候影响钢板，和其它涂敷钢板。作为非铁金属，可以使用铜板，铝合金板，锌合金板，铝板，钛板和其它涂敷的有色金属板。在上述优选的实施例中，金属板被用作加固板，但并不意味着本发明对此有限制。不用说，陶瓷或塑料材料广泛地用于屋顶构造，它们也是可以应用的。
-太阳能电池-
在本发明中所用的太阳能电池的类型没有特殊限制。就太阳能电池的接收面积也可在弯曲部分保持的优点来看，优选及有效使用在不锈钢或树脂等可弯折基片上形成的可弯折太阳能电池。图5所示非晶硅太阳能电池是易弯折太阳能电池的一个实例。基片51是一部件，在用非晶硅制作薄膜太阳能电池的情况，其上的半导体层得到它的机械支持作用，在某些例中它也可用作电极。这种基片51在半导体层形成时，要求一定的热阻使其能经受加热的温度，但可以是导体或电绝缘体。作为导体材料，基片可以包括金属薄板，例如Fe，Ni，Cr，Al，Mo，Au，Nb，Ta，V，Ti，Pt，Pb和Ti或者它们中的任何合金，作为举例用黄铜，不锈钢，及其复合基片，还有碳板和镀锌钢板。作为电绝缘的材料，基片可以包括人工合成抗热树脂膜或薄板，如聚酯材料，聚乙烯，聚碳酸酯，醋酸纤维，聚丙乙烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚苯乙烯，聚酰胺，聚酰亚胺和环氧树脂，或它们与玻璃纤维，碳纤维，硼纤维或金属纤维合成的基片，和在这些金属薄板和树酯薄板上借助溅射，蒸发或电镀得到的表面涂敷处理所得到的不同种类的金属薄膜和/或如SiO2，Si3N4，Al2O3，或AlN的一种绝缘薄膜，以及玻璃和陶瓷。
下电极(背面反射层)52是这样一个电极，半导体层中产生的功率从这里取出，对这一功能要求提供对半导体层的欧姆接触。适合的材料有，单金属及它们的合金，例如：Al，Ag，Pt，Au，Ni，Ti，Mo，W，Fe，V，Cr，Cu，不锈钢，黄铜，镍铬，SnO2，In2O3，ZnO和ITO。这种下电极52最好具有平滑的表面，当需要光的不规则反射时也可以是绒面的，它也称为背面反射层。当基片51是导电时，下电极52不需特别提供。
下电极52用象电镀，汽相淀积或溅射这样的工艺来制备。上电极54可用象电阻加热汽相淀积，电子束加热汽相淀积，溅射或喷淋这样的工艺制备。这些方法可以根据需要适当选择。
构成制作光伏器件的半导体材料包括四族和四族合金类非晶半导体，例如：a-Si:H，a-Si:F，a-Si:H:F，a-SiGe:H，a-SiGe:F，a-SiGe:H:F，a-SiC:H，a-SiC:F和a-SiC:H:F。构成p型和n型层的半导体材料可用对上述半导体材料掺以价电子控制试剂而得到。作为获得p型半导体材料的价电子控制剂，含有属于周期表中的三族元素的化合物可用作这类材料。属于三族的元素包括B，Al，Ga和In。作为获得n型半导体材料的价电子控制剂，含有属于周期表中五族元素的化合物可用。属于五族的元素包括P，N，As和Sb。
非晶硅半导体层可用已知的工艺过程制作，例如汽相淀积，溅射，RF(射频)等离子增强CVD(化学汽相淀积)，微波等离子体增强CVD，ECR(电子回旋共振)工艺，热CVD或LPCVD(低压CVD)。作为工业规模使用的工艺过程，RF等离子增强CVD方法被优选使用，在此工艺中，原始气体与等离子体作用分解，而膜被淀积在基片上。在RF等离子增强CVD工艺中存在的问题是：原始气体分解效率低至10％，而淀积速率低至1埃/秒到10埃/秒的范围。可以解决这些问题的薄膜生长工艺是微波等离子增强CVD，它已引起相当关注。作为完成上述膜生长的反应器，任何已知的设备，例如分批处理型的反应器和连续的膜生长设备可以根据需要选用。
在本发明的太阳能电池中，所谓级联或三重电池是指该电池具有两个或多个半导体结重迭在一起，可用于改善谱的灵敏度和电压的目的。
上电极54(透明电极)是用于取出在半导体层中产生的光伏能量的电极，并与下电极形成一对。由于上电极54被定位在光入射侧，它必须是透明的，确实也被称为透明电极。上电极54可以优选具有光透过率至少85％，这样可使来自太阳和白炽灯的光在半导体层中的吸收有高的效率。此外，从电学的观点看来，它最好具有的薄层电阻率不高于100欧姆/□，以使光生电流可相对半导体层横向流动。具有这些性质的材料可以包括金属氧化物，例如SnO2，In2O3，ZnO，CdO，CdSnO4，和ITO(In2O3+SnO2)。
为确定光伏器件发电的有源区面积，透明电极54可以用已知的刻蚀技术腐蚀掉，例如任何需要的化学腐蚀过程，印刷刻蚀或电化学刻蚀，来形成收集极电极63的刻蚀线。
此后，使用金属或导电膏，收集极电极63用类似溅射，汽相淀积，印刷或键合技术制作在透明电极54上。
由此生产的非晶硅太阳能电池本身具有很大的可弯曲性，对本发明来说，它是具有优选性质的可弯折的太阳能电池。
-密封材料-
如上所述制备的太阳能电池被密封在屋顶板中(在加固片上)。为此使用的密封材料要求室外应用的耐久性和具有作为屋顶的性能。具体地说，就对太阳能电池的附着性，耐气候性和衬垫效果来讲，作为满足这种性能材料，EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)，EEA(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)，PVB(聚乙烯醇缩丁醛)等材料可优选用于附着层72(填充剂)。它们可以与加固材料，如无纺玻璃纤维或硅石组合使用，以改善机械性质。为改善抗温反抗划痕性质，可叠加氟类树脂作为保护层。氟类树脂可包括，例如聚四氟乙烯TFE(如，TEFLON，商用名；可由DuPont公司得到)，聚四氟乙烯与乙烯ETFE的共聚物(如，TEFZEL，商用名；可由Du Pont公司得到)，聚氟乙烯(如，TEDLAR，商用名；可由Du Pont公司得到)和聚氟氯乙烯CTFE(NEOFLON，商用名；可由Daikin Industries，Ltd公司得到)。对这些树脂，已知的紫外线吸收剂可被填加以改善抗气候性。为了改进对附着层的附着，建议使用电晕放电处理等工艺进行膜表面粗化。那非拉伸类材料仍被更加看好，以使膜与各种弯曲一致。
作为密封方法的一个实例，熟知的方法是用真空层叠机等已知设备在真空中通过加热接触键合加固板(如金属，玻璃，陶瓷或塑料片)，太阳能电池和树脂膜。
太阳能电池可被这样安排在加固板上，使得当它被看作屋顶构造材料时，仅保持在加固板的有效宽度内。就它们形成屋顶构造材料而言，这是最好的。再有，收集电极63和透明导电膜54间的界面是附着强度最低的部分。因此，在实例中，太阳能电池本身受压弯曲，它可优选弯曲沿与收集电极63长度平行的方法。
-连接盒-
本发明所使用的连接盒具有保护由太阳能电池引出的引线免受机械外力的功能，同时它也保护引线和太阳能电池免遭外界物质如水和灰尘的侵袭。因此，连接盒需要具有上佳的抗热，防水，电绝缘性和防老化性能。它最好用对填充剂72附着很好的材料制作。
考虑到上述诸因素，连接盒最好用塑料制作。考虑到防火，防火塑料或陶瓷是优选。例如，塑料可包括具有上佳的强度，抗碰撞，抗热，高硬度和抗老化特性的工程塑料。例如Noryl(改性聚苯醚)，聚碳酸酯，聚酰胺，聚醛树脂，改性PPO，聚酯，聚丙烯酸酯，非饱和聚酯，酚树酯和环氧树脂。热塑树脂如ABC树脂，PP和PVC也可使用。
-填充介质-
填充介质可用于填充连接盒的内部，并用于在甚至漏水的情况下仍能防止漏电的目的。因此对材料没有特别的限制。对它们的类型，环氧树脂型附着剂，硅树脂型的罐封介质和硅树脂型的附着填充介质是最佳选择，因为它们有好的电绝缘特性。考虑到可弯曲性，硅酮类树脂是更好的选择。考虑到易操作性，那些一次包装型和短期内可固化产品仍是更好的选择，还有那些具有低粘滞性，使用它对无论多窄处都可填充，它们是更优的选择。当硅酮一次封装型RTV(室温硫化)橡胶被使用，固化系统最好是脱丙酮型或脱乙醇型材料，以使电极不受侵害。例如在可由Tree Bond Co.Ltd得到的环氧树脂类粘附剂中，如2001，2002H，2003，2016B和2022(商用名)可被使用。上述环氧树脂可按一定的比例混合如2102B，2103，2104，2105F，2105C，2106，2131B，2131D，2131F，或2163(商用名)等固化剂来使用。
-引线-
在此结构下，由于布线提供在屋顶板的背面，对防水和耐天气的要求都可缓解。因此，存在一优点，用花费不高的材料构造引线，如以JIS标准化或类似的材料都可使用。随便提到，当连接器都被用于连接引线，如在上述优选实施例中那样，在检查时，引线可以容易地分离。这是最好的，因为布线能容易被检查。
-屋顶基件-
关于屋顶基件没有特别的限制，其上本发明的太阳能电池集成型屋顶板被安装，只要它是用于屋顶的一个部件。优选来说，它是具有绝热性能的板。在通常的屋顶构造中，具有防水性能的下屋顶构造材料延伸至这个屋顶基件上。太阳能电池集成式屋顶板用卡具103固定在这一屋顶基件上，如前面已经提到的那样。典型的屋顶基件包括在上述优选实施例中使用的屋顶盖板，其次还包括沙浆，木棉(或锯末)水泥板，胶合板，木屑水泥板，聚苯乙烯泡沫，聚氨酯泡沫，聚乙烯泡沫，玻璃棉，石棉和绝缘板，它们中的任一个都可使用。作为下屋顶构造材料，已知的材料，如沥青面构造也可使用。
-卡具-
固定屋顶板至屋顶基件上的卡具以金属夹具为特征，而且通常认为包括相应屋顶板形状的各种形状。卡具103是用以确保抵抗风压强度的一个部件，因此，具有厚度大于屋顶板且具有机械强度的钢部件一般被使用。
实例
(例1)
图11示出了根据本例的太阳能电池集成型屋顶板。图12说明了安装此板的步骤。
本例中的太阳能电池集成型屋顶板是由一种非晶硅光伏器件构成的。此光伏器件由一种封装材料封装在在一块镀锌的钢片上；并且此屋顶板的特征是在横向上具有连接部分117，不同于图8所示的太阳能电池模块。
下面将参考图11详细地介绍本例中的太阳能电池集成型屋顶板。
被用作光伏器件的非晶硅光伏器件每一个都有不锈钢基片，在本优选实施例中以同一方式安装多个光伏器件构成光伏器件模块118。
无拉伸型ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物；TEFZEL，商用名；可由杜邦公司得到)用做一种表面保护膜，EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)和玻璃纤维无纺织物做填充物，PET(聚对苯二甲酸乙二酯)做为一种绝缘膜。这些材料使光伏器件模块118绝缘地被封装，并且用填充物(与图7A和图7B所示填充物有相同的基本组成)将其固定在加固片上。于是一块扁平型太阳能电池模件便准备好了。
加固片是用的一种已知的镀锌钢片(是TAIMA COLOR GL；商用名Daido Kohan K.K.公司产品)。将光伏器件模块如此处理是为了使光伏器件的边缘不会延伸到经过扭曲形成的弯曲部分111的高处部分的顶部。这是因为光伏器件的边缘(串联连接部分)只有最低(小)的机械强度。而本例中弯曲部分111的高处部分的顶部是在弯曲形成时或安装屋顶时因踩压而施加最大应力的部分。
下一步，用滚形缝弯(seam-bend)准备好的扁平型太阳能电池模块形成屋檐侧连接部分112和屋脊侧连接部分113，随后，波浪型弯曲部分111和横向连接部分117通过挤压形成屋顶板时而形成。这种挤压是通过将模块置于波浪型顶部和底部压力之间来完成的。
最后，用作输出电能的引线115通过做在钢片上的孔114引出，而那钢片提供于屋顶部件边缘处弯曲部分111的背面。这样，引线就可以直接从每块屋顶板边缘处的弯曲部分的背面引出，因而引线可以做得最短。孔114是预先做在加固片上的；通过正负极引线115引出。在引出部分，接线盒由聚碳酸酯做成可以达到绝缘和防水的目的。引线115的末端接在接线器116上。
下面将结合图12介绍安装本例中的屋顶板的步骤：
(1)屋檐侧连接部分112连接在屋顶板的屋脊侧连接部分，而屋顶板已经安装在较低层(屋檐侧)上，对该较低层而言，已在用太阳能电池集成型屋顶板的弯曲部分111把引线115置于屋脊侧的旁边时连接好了。当然，这块屋顶板可固定于一块横向相邻的屋顶板，可通过连接彼此的连接部分117完成此装配。
(2)用有孔的金属片将太阳能电池集成型屋顶板固定在屋顶盖板122上。
(3)随后，重复步骤(1)和步骤(2)以安装屋顶板。
(4)在安装所有一行的屋顶后，把各自的引线115与接线器116连接。
(5)在上层各行上重复(1)至(4)的步骤。于是安装屋顶板的工作完全结束了。
根据本实施例，无需提供优选实施例中所必须提供的滴水挑檐连接板和连接盖，于是，可以有能减少材料费用和因使安装屋顶板简单而减少安装费用的效果。同时，对比扁平型常规的横向屋顶板的屋顶，太阳能电池集成型屋顶板同有空间优势的泥瓦图案非常相似，能安装，而且还有保证设计上的自由度。而且，由于在弯曲部分111的顶部提供了横向连接部分，所以作为屋顶材料基本功能的防雨能力可以得到提高。
(例2)
图13根据本例说明了一种太阳能电池集成型屋顶板。
本例中的太阳能电池集成型屋顶板是由一种非晶硅光伏器件构成的，此光伏器件由一种封装材料密封在镀锌的钢片上，其特征是在非发电区中提供的弯曲部分131位于太阳能电池模块之间，不同于图8所示的太阳能电池模块。
被用作光伏器件的非晶硅光伏器件每个都有不锈钢基片，这些光伏器在安装构成光伏器模块138的方法大多与优选实施例一样。
无拉伸型ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物；商品名为TEFZEL，Du Pont公司产)用做表面保护层，EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)和玻璃纤维无纺织物做填充物，PET(聚对苯二甲酸乙二酯)做为后盖保护层。这些材料使光伏器件模块138绝缘地被密封，用填充物(与图7A和图7B所示填充物有相同的基本组成)将其固定在加固片上，这样一块扁平型太阳能电池模块便准备好了。
加固片使用公知的镀锌钢片(商品名为TAIMA COLOR GL；Daido Kohan K.K.公司产)而成。把光伏器件模块间距增大是为了使弯曲部分131不会延伸到光伏器件的上方。
下面，用滚形机把准备好的扁平型太阳能电池模块缝弯成屋檐侧连接部分132和屋脊侧连接部分133。随后，通过在位于光伏器件模块间的非发电区域的挤压，用于引出引线的弯曲部分131形成了，于是，这块模件便成了一块屋顶板。
最后，用作输出电能的引线115通过做在钢片上的孔134引出，而钢片是位于屋顶板的弯曲部份131的后面。孔134预先已做在加固片上。通过该孔引出正、负极引线135。在有引线的部件，接线盒是由聚碳酸酯做成，可以达到绝缘和防水的目的。引出线135的末端接在接线器136上。
根据本例中的太阳能电池集成型屋顶板可以用优选实施例的同样步骤安装在屋顶。
根据本例，它不总要求太阳能电池本身有可弯性，因此，有较高效率的晶体型太阳能电池即可被采用。于是，这种屋顶板可有价值地用于屋顶面积上有限制的地方。同时，当使用一种可弯曲的太阳能电池时，也会减小弯曲时对太阳能电池会产生额外力的可能性。因而也会产生提高太阳能电池集成型屋顶板的承受力的效果。同时，也会减小位于太阳能电池正上方的封装材料被破坏、划伤的可能性。对改善可靠性是有效的。
(例3)
图14示出了根据本例的太阳能电池集成型屋顶板。
本例中的太阳能电池集成型屋顶板是由一种非晶硅光伏器件构成的，此光伏器件由封装材料密封在预先铸成的扭曲形的陶瓷(加强板)上。更具体而言，不同于优选实施例所示的太阳能电池集成型屋顶板，这种加强板没有可弯曲性，而且该加强板本身有较高的厚度。
下面将参考图14详细地介绍本例中的太阳能集成型屋顶板。
每一个用作光伏器件的非晶硅光伏器件都有不锈钢基片，将这些光伏器件以优选实施例相同的方法多个装配在一起形成光伏器件模块148。
无拉伸型ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物；TEFZE，商用名；由Du Pont提供)用做表面保护层，EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)和玻璃纤维无纺织物做填充物，这些材料通过已知的真空叠层把光伏器件模块148绝缘地封装起来，用密封材料把光伏器件模块148键合在陶瓷加强板上。
作为陶瓷加强板，是用烧粘土或可以硬化的类似的物质，借助内成形有屋檐侧连接部分142和横向连接部分147对应的模具，共同获得的产品，在用此法铸模而成的陶瓷加强板中，一个向下弯曲且延伸至横向连接部分147的部件有用于引出引线的弯曲部分同样的功能，在例1和例2中，引线是引出于向上弯曲的部分。相反地，本例中，引线是引出于向下弯曲的部分和屋顶盖板之间限定的空间。
在陶瓷加强板里，引线配合孔144预先在向下弯曲的部分内备好，该部分排除连接部分147和加强板底部与下面的屋顶盖板相接触的部分，用留在弯曲板和屋顶盖板间的缝隙，引线从孔144引出以便正极和负极输出端被引出。
一种硅酮树脂型密封介质被注入引线引出部分，以达到绝缘保护和防水的目的。引线145的末端与接线器146相接。
根据本实例，太阳能电池集成型屋顶板可以用价格更低的陶瓷加强板来做成。同时，由于陶瓷加强板本身就可确保有一定厚度，因此没有必要提供接线盒，而且，陶瓷加强板本身就有绝缘性能，因此，绝缘层可以省略。另外，安装屋顶可用一种与传统土瓦可交换的方法来实现。因此，这样可从材料费用和安装屋顶费用两方面达到减少费用的效果。
(例4)
图15示出根据本例的太阳能电池集成型屋顶板。
本例中的太阳能电池集成型屋顶板是由一种非晶硅光伏器件构成的，此光伏器件由一种封装材料密封在一块镀锌的钢片上。其特征是用做纵向安装屋顶的屋顶板，比如连接缝式的安装，而图8所示的太阳能电池集成型屋顶板是一种横向屋顶安装的屋顶板。
下面将参考图15详细介绍本例中的太阳能集成型屋顶板。
用做光伏器件的非晶硅光伏器件每一个都有不锈钢基片，这些光伏器件在安装构成光伏器件模块158时的方法大多与优选实施例相同。
无拉伸型ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物；TEFZEL，商标；DuPond可提供)用做表面保护层。EVA(乙烯-乙酸乙烯共聚物)和玻璃纤维无纺织物做填充物，PET(聚对苯二甲酸乙二酯)做为背面保护层。这些材料使光伏器件模块158绝缘地封装，并且用填充物(同图7A和7B所示的有相同的基本构成)，将之固定在加强板上。
作为加固片，使用公知的镀锌的钢片(TAIMA COLOR GL，商标；Daido Kohan K.K可提供)。
下一步，，通过折弯机来形成连接部分152，该部分的功能是连接水流方向(纵向或垂直于屋脊的方向)的屋顶安装材料，随后，用于引出引线的弯曲部分151可由挤压形成。这样，一个屋顶板形成了。
最后，用作输出电能的引线155通过做在钢片上的孔154引出，钢片是在其弯曲部分151的背面。这样，引线就可以直接从弯曲部分的背面引出，因而引线可以做得最短。孔154是预先做在加固片上的；通过该孔引出正、负极引线155。在有引线的部分，接线盒由聚碳酸酯做成可以达到绝缘和防水的目的、在引线155的末端固定接线器156。
本例中的屋顶板可以用同样于常规的连接缝式安装屋顶板的步骤进行安装。另外，考虑到引线连接的操作，上板161和下板162各自的引线如图116所示连接。于是，引线连接的操作可以像优选实施例一样简单，而且连线的自由度也可得到保证。同时，可以用带孔的金属片163固定在屋顶基件上。
本例实现了用于纵向安装屋顶板的太阳能电池集成型屋顶板，在安装方法上，有比横向安装屋顶更好的排雨功能，于是安装屋顶也可以更简单，因此纵向安装屋顶板可以在普通情况下操作起来比横向安装屋顶更容易，因此可以实现，太阳能电池集成型屋顶板在更低的安装费用上的承诺。
如上所述，根据此发明，引线可以自由地连接在太阳能电池集成型屋顶板和屋顶基件间的空间里，因此，无论从力学的角度还是从电学的角度，建立太阳能电池电力发电系统是可能的，并有很高的可靠性。同时，因为涉及到连线的麻烦的操作可以变得简单，因而太阳能电池集成型屋顶板在安装上屋顶的费用可以得到减少。由于连线操作的麻烦而导致的安装上的错误也可以得到防止。

Claims (14)

1.太阳能屋顶构件，包括用绝缘材料密封到加固部件上的光伏器件，其中：
加固部件有一个连接部分和一个弯曲部分，连接部分与相邻的太阳能屋顶构件连接；引线通过弯曲部分引出，将加固部件中的弯曲部分设置成在至少部分连接部分上延伸。
2.权利要求1的太阳能屋顶构件，其中，光伏器件也用绝缘材料密封在弯曲部分上。
3.权利要求2的太阳能屋顶构件，其中，光伏器件包括可弯曲的光伏器件。
4.权利要求1的太阳能屋顶构件，其中加固部件包括具有可弯曲性的金属片。
5.权利要求1的太阳能屋顶构件，其中，加固部件有一个引线引出部分，光伏器件的引线通过这个引线引出部分引出。
6.权利要求5的太阳能屋顶构件，其中，引线引出部分设置在弯曲部分处。
7.权利要求5的太阳能屋顶构件，其中，引线引出部分设置于弯曲部分附近的平坦区域处。
8.权利要求5的太阳能屋顶构件，其中，引线引出部分设置于连接部分附近的平坦区域处。
9.太阳能屋顶构件的制造工序，包括以下步骤：
用绝缘材料将光伏器件密封到加固部件上；
弯曲至少部分加固部件形成连接太阳能屋顶构件的连接部分；
在加固部件中形成弯曲部分使其在至少部分连接部分上延伸。
10.权利要求9的工序，其中，加固部件包括具有可弯曲性的金属片。
11.权利要求10的工序，其中，形成连接部分的步骤使用弯折、压力机或滚形机来进行。
12.权利要求10的工序，其中，形成弯曲部分的步骤使用压力机来进行。
13.安装权利要求1的太阳能屋顶构件的屋顶安装方法，包括通过加固部件的弯曲部分引出引线到屋顶基件，当太阳能屋顶构件安装在屋顶基件上时，其相邻的太阳能屋顶构件还未被安装在该屋顶基件上。
14.权利要求13的屋顶安装方法，其中，所述引线与屋顶构件和屋顶基件间限定的空间中的另一根引线连接。
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