CN1207830A - 光电池太阳能屋面 - Google Patents

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Abstract

本发明的太阳能屋面由未改变的、例如用纤维加强水泥批量生产的屋面元件(1)组成,同样也是大批量生产的太阳能电池(2)例如粘接或用卡子固定在屋面元件(1)上。每片太阳能电池(2)在其上缘支承一个封端元件(3),在该封端元件上装一个接线柱(4)。该接线柱具有至少一个插座(5),在电缆(7)一端上的一个不对称构成的插头(6)可插入该插座(5)中。上述所有元件(1至7)都位于屋面元件(1)上,所以不需设置任何通过屋面元件(1)的通孔。例如从一排的最后一个屋面元件(1)将一根较长的电缆(17)在下一个上面的屋面元件(1)下方向上敷设并在屋面下方引到变流器或直接用户。单片太阳能电池(2)的接线方式(串联或并联)由接线柱(4)的接线来确定。屋面的铺设由屋面工进行,他不需要任何电专业知识。

Description

光电池太阳能屋面
本发明涉及按权利要求1前序部分在屋面和立面上或借助于屋面和立面来实现光电池发电的一种装置。这种装置或元件已大量公开。
提出这类装置是基于这样的想法，即利用已遮盖的和已遮荫的面积来安装光电池比以太阳能场的形式遮盖新的面积有利。例如用大约10％的屋面和立面来进行太阳能发电就足可达到一个工业化国家总供电量的20％左右。
这里分析的先有技术特别是由专利文献DE44 38 858(D1)、FR2 354430(D2)、JP 07 02 6664(D3)、JP 07 062 802(D4)、JP 05 05 2004(D5)、DE 42 27 929(D6)和DE 41 39 753(D7)来描述。
其中，专利文献D7只是对过程作了一般的描述，没有技术处理的具体说明。D6描述了一种适用于安装太阳能电池用的屋面瓦，但这种瓦-且不说实际所需的铺瓦工作-需要大量费用来实现所需的连接。同样D1所述的太阳能屋面系统也要求大量费用来生产为此所需的瓦。D2至D5描述了所用屋面元件的特殊加工。这里的屋面元件指的是陶瓷瓦或用陶瓷、玻璃、纤维增强水泥或沥青复合材料制成的平的屋面元件；后者没有全部列出，只是举例而已。
一种有限应用的特殊加工通常都比较昂贵，并对这里考虑的使用目的有相当大障碍。上述光电池屋面元件的电接头和连接线或者直接地或借助于屋面元件的特殊钻孔或留孔引入屋面内部或通过接触片-和/或-母线来实现，并力求电气元件引入抗气候影响的屋面内部。屋面元件的钻孔或别的孔一方面即需要花费特殊加工费，另一方面原则上又是潜在的漏源。屋面元件上的压力接触同样需要昂贵和费力的特殊加工，而且很容易腐蚀。
总的来说，上述全部解决方案都存在这样的缺点：需要昂贵而又费力的特殊加工，这种特殊加工明显超出了屋面元件制造厂家的一般业务范围，而且虽然考虑到了屋面的铺设，但不少情况却没有考虑单个屋面元件的更换，更为屋面元件本身或在其上放置的太阳能电池都有可能损坏而需要更换。到目前为止公开的解决方案尚未达到制造价格合理的装置并将其引入市场。
实现本发明光电太阳能屋面或太阳能立面的目的在于，通过不用屋面元件或立面元件的特殊结构并通过光电池本身在安装、固定、紧固和强度要求方面的诸多价格因素的综合平衡转化为批量生产的屋面元件以及通过简单可靠的电连接对太阳能价格全面分析情况下把光电池生产的千瓦小时的电价格下降到与新建的热力或水力发电厂生产的千瓦小时的电价格相当的程度。此外，本发明太阳屋面或太阳立面的铺设和检修可由普通的屋面工或饰面工进行，而不需另外的费用。
上述目的的解决方案的主要特征反映在权利要求1的特征部分，而权利要求2至15则叙述其他的有利结构。
下面借助附图来详细说明本发明的目的。
附图表示：
图1表示太阳能屋面元件的第一实施例；
图2表示本发明第一太阳电池的纵截面；
图3表示本发明第二太阳电池的一个纵截面；
图4表示图1实施例的一个方案；
图5表示多个太阳屋面元件的组合；
图6表示太阳屋面的一部分；
图7表示太阳屋面的部分截面；
图8表示一种太阳屋面元件的第二实施例；
图9表示一个太阳屋面元件的第三实施例；
图10表示图1的一种变型。
图1表示本发明装置一个元件的第一实施例的平面图。数字1表示一个在市场上可买到的尺寸不同的屋面元件，例如用纤维加强水泥制成的屋面元件。不用屋面元件也可用下述的立面元件。屋面元件和立面元件的安装和/或成型是相似或相同的；往往只是固定方法不同，由于不同的固定方法得出不同的静力方向和不同的积滞水-毛细水关系。屋面元件的下部用来支承例如用单晶硅、多晶硅或非晶硅制成的光电太阳能电池2。太阳能电池2本身的结构如图2所示。太阳能电池2装在屋面元件1上。在图示结构中通过例如粘接或用卡子(图1未示出)将太阳电池固定在屋面元件1中。这样屋面元件1和太阳能电池2构成一个强度功能主要由屋面元件来承胆的静力结构单元。在上缘太阳能电池2例如具有一个封端元件3，该元件3是从内部过渡到外部的电连接用的机械结构。在封端元件3的上缘固定一个接线柱4。该接线柱-由于下面尚待述及的原因-最好是偏置的例如偏置于太阳电池2中心线左边。该接线柱的左右方各具一个插座5，如图1实施例所示。其中，每个插座用来插入一个插头6，而插头6则例如接一根双芯电缆7。单片太阳能电池2的接线方式-串联或并联-由接线柱4的内部接线来确定。屋面元件1的下缘例如有一个凹槽14用来固定一个图中未示的钩子，钩子本身则固定在用来搁置并固定屋面元件1的板条上。
图4所示的方案表示只带一个插座5的接线柱4。引到相邻太阳能电池的电缆7直接固定在接线柱4上，而不用插接。这里插头和插座的概念原则上扩展为：虽然它们之间的连接易于实现，但只有在操作例如一个位于插座5上的元件时才可重新松开这种连接。弹簧拉力连接的概念在本发明中同样包括在插头-插座中。
图2表示太阳能电池2第一实施例上部的纵截面。一块薄的透明玻璃板8-或一块微晶玻璃板-是用字母9表示的硅半导体结构的支承件。在背面上，该半导体结构9用一块多层的层合薄膜10覆盖，其中，至少有一层铝膜或玻璃膜作为防止各类蒸汽的防气层。这种层合薄膜可用粘接、焊接、熔接而成或类似方法制成。半导体结构9按众所周知的方式接通并通过导体11引到插座5的两个塞孔12、13中，这里不拟赘述接线方式的问题。由于覆盖的层合薄膜一直延伸到接线柱4下方，所以下侧形成完全平整的元件，该元件也包括接线柱4。两个塞孔12、13与相应插头6不对称定位；这样就实现了单片太阳能电池2只能按规定的方式连接在一起。塞孔12、13的不对称性可通过不同的尺寸或形状来实现，但也可通过插入一块适当的隔板防止错误插入。在太阳能电池2的上端(图中的右端)，层合薄膜10例如包住玻璃板8；封端元件3紧密连接在层合薄膜10和玻璃板8上。
在图3所示太阳能电池的第二实施例中，接线柱4连插座5一起与插座5悬空连接。这里取消了封端元件3。借助于层合薄膜10的覆盖，同时承胆了导电体11的拉力卸载的功能，该导电体在图2所示实施例和这里所示的实施例都是柔性的。
图5表示相邻太阳能电池2的多个屋面元件1和用插头6和电缆7相互电连接的结构。屋面元件1的铺设方式完全按常规进行：在两个屋面元件1之间总是为屋面元件1的下一个上层放一个钩子15；钩子15总是钩在凹槽14中。在铺好一排屋面元件1或其中的一部分时-或者在铺设过程中-，由屋面工将(这里)左边的屋面元件1的插头6插入(这里)右边屋面元件1的接线柱4上的插座5中。为此，不需要安装知识。
图6表示用本发明屋面元件铺设的屋面的一部分。上一排屋面元件1总是遮盖着下一排的封端元件3。接线柱4的不对称的位置避免了雨水直接的影响，这些雨水流入两个相邻屋面元件之间的中间缝隙中。如图2虚线16所示，封端元件3向上倾斜，所以雨水可从该元件流下。接线柱当然必须是防水的。
图6的右边表示上一个屋面元件1的连接电缆17如何与一片太阳能电池2连接的情况，在两个屋面元件之间的中间缝隙中该电缆向上并敷设在屋面下方。这样就不需要在屋面元件上附加钻孔。在屋面下方按规定的线路装配电缆17并敷设到一个或多个变流器、一个蓄电池或直接到用户。
图7表示图6位置的纵截面。在这里省略了纯粹的屋面详图或只是简化示出，因为这是公开的先有技术。
这里对屋面元件进行的描述也类似适用于立面元件。例如用纤维增强水泥制成的立面元件往往尺寸比图8和图9所示的屋面元件大。可按前面屋面元件图中所示的几片太阳能电池2连在一起(见图8)或制成同样大小的尺寸(见图7)来满足这种需要。总的说来，立面元件的固定方法与屋面元件的相似；铺设方法原则上也是相同的。
图8所示屋面元件1具有两个所述的那种太阳能电池2。虽然这里每个封端元件3也具有一个接线柱4，但其中只有左边的接线柱有一个插座5。两个接线柱通过一根固定安装的电缆18相互连接。在所示实施例的一种方案中，右边的接线柱也有一个插座5；这时相应的电缆7在其两端各带一个插头6。
图9表示最好用在立面上的较大尺寸的屋面元件1，这种屋面元件支承相应较大尺寸的太阳能电池2；连接方式与图1、4、5相同。
图10表示图1的变型结构。这里的封端元件3减少到两个短的封端元件31，其中，每个封端元件都带一个接线柱41。相邻太阳能电池2的连接方法又是各用一根电缆7，该电缆一端或两端作成插塞式。在图10中，右边接线柱41具有一个带插头6的插座5，左边插座直接与一根电缆7连接。
本发明太阳能屋面的优点和特征主要有如下几点：
-屋面元件本身基本上是一种不改变的批量产品，这种产品的各种形状、尺寸、材料和颜色都可有利地买到；
-固定元件不是由太阳能电池而是由常规的屋面元件来承担；
-静力强度不是由太阳能电池来承受而是由常规的屋面元件来承受，亦即太阳能电池是薄壁的，并具有最少的材料费用，所有类型的机械负荷都由屋面元件承受；
-所用的太阳能电池可按几种常用的尺寸作为批量产品生产；
-太阳能电池在批量生产过程中与屋面元件组成一体；
-这样生产出的太阳能屋面元件由屋面工根据他的职业知识和他的规则进行铺设；只需附带将单根电接头连在一起，而不需要工具或专业知识；
-每个太阳能屋面元件的电连接都在屋面元件本身上进行；不用设置穿通孔，只需把与用户(变流器、蓄电池、直接用户)的连接线引到里面；这里一般每排屋面元件或立面元件配置一根连接线。在太阳能屋面元件上进行连接不需钻孔，而是在屋面元件之间将一根较长的电缆向上敷设。
-敷设的电缆、插头连接和导线都位于上面铺有搭接屋面元件的下面，因而不受大气影响。
-因此单个屋面元件或立面元件的更换同样容易实现，因为不用松开和重新连接在屋面下面的电连接。
-整个结构费用以及强度和固定装置都由-反正要建造的-屋面或立面承担，这与太阳能场或装置或安装在屋面上的光电池发电设备比较对降低成本起特别重要的作用。
-本发明由于同时使用屋面元件和立面元件充分利用了减少光电池系统的制作成本的可能性，所以首次创造了适当批量生产时获得成本低的或经济的太阳能发电的可能性。这种显著降低成本是由于本发明装置在很大程度上消除了安装和固定结构的全部附加费用以及安装和敷设费用。

Claims (15)

1.例如用陶瓷、玻璃、纤维加强水泥、金属或沥青复合材料制成的并与太阳能电池(2)组成一体的屋面元件(1)相互搭接铺设而成的太阳能屋面或太阳能立面，其特征在于：
-作为太阳能电池(2)的支承件用的屋面元件(1)是批量产品，这种产品可按屋面工或饰面工的习惯铺设；
-所用的太阳能电池(2)包括一块玻璃板(8)，该玻璃板的下侧是半导体结构(9)，在该半导体结构上覆一层具有至少一层阻汽层的层合薄膜(10)，以阻止所有类型的蒸汽影响半导体结构(9)；
-太阳能电池(2)的玻璃板(8)很薄，所以各类机械负荷主要由屋面元件(1)承受；
-设置有一个接线柱(4)，该接线柱通过导线(11)与太阳能电池(2)连接并与太阳能电池(2)的接线方式相一致，此外，在面对相邻太阳能电池(2)的一侧上至少有一个插座(5)用来插塞一个插头(6)，该插头至少与连接两个相邻太阳能电池(2)的电缆(7)的一端连接；
-太阳能电池(2)只遮盖屋面元件(1)的一部分，屋面元件(1)相互这样搭接，即主要只有太阳能电池(2)没有被其他屋面元件(1)遮盖；
-所有与太阳能电池(2)相关的元件(4至11)只位于屋面元件(1)的外侧上，屋面元件(1)没有设置任何与太阳能电池(2)有关的钻孔和通孔，而且除太阳能电池本身外全部电气件都位于搭接部分的下面；
-首先将大量相互电连接的太阳能电池(2)用一根为此用的长电缆(17)与相应用户连接，其中，该电缆直接在两个相邻的屋面元件(1)之间向上敷设，而不用屋面元件(1)为此目的进行钻孔和留孔。
2.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，设置有一个封端元件(3)，该元件跨过太阳能电池(2)的整个宽度搭接在玻璃板(8)上并作为接线柱(4)的支承件。
3.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，设置有两个短的封端元件(31)，它们分别装在玻璃板(8)上缘的一端上，并分别构成接线柱(41)的支架，其中，至少一个接线柱具有一个插头(6)用的插座(5)。
4.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，设置有一个封端元件(3)，该元件只在太阳能电池(2)宽度的一部分延伸和搭接在玻璃板(8)上并作为接线柱(4)的支架用。
5.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，由插座(5)和插头(6)构成的插塞连接设计成这样，即插座(5)具有一个元件，只有操作该元件才能重新松开这样插塞连接。
6.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，层合薄膜(10)包围导线(11)并延伸到接线柱(4)，所以，该接线柱是空地固定在太阳能电池(2)上。
7.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，太阳能电池(2)作为整体粘接在屋面元件(1)上，所以屋面元件(1)和太阳能电池(2)构成一个静力结构单元。
8.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，太阳能电池(2)借助于固定在屋面元件(1)上的卡子固定在屋面元件(1)上。
9.按权利要求1、3或4的太阳能屋面，其特征在于，接线柱(4)各具有两个插座(5)，而且连接每两个相邻太阳能电池(2)的电缆(7)在每端上都具有一个配合插入插座(5)的插头。
10.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，接线柱(4)分别只具有一个插座(5)；连接每两片相邻太阳能电池(2)的电缆(7)一端固定在接线柱(4)中，而其自由端则具有一个配合插入插座(5)的插头(6)。
11.按权利要求9或10的太阳能屋面，其特征在于，插座(5)分别具有两个尺寸不同的塞孔(12，13)。
12.按权利要求9或10的太阳能屋面，其特征在于，插座(5)分别具有一个隔板，该隔板可使插头(6)只能按规定的方向插入。
13.按权利要求1的太阳能屋面，其特征在于，每片太阳能电池(2)的接线柱(4)相对于该太阳能电池(2)的中心线不对称地设置在封端元件(3)上。
14.按权利要求2的太阳能屋面，其特征在于，封端元件(3)向上倾斜成这样的形状，即它可流淌雨水，且没有雨水停滞在后面。
15.按权利要求2的太阳能屋面，其特征在于，一个屋面元件(1)只多支承一片太阳能电池(2)，其中，这些太阳能电池(2)相互直接电连接。
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