CN1219634A - 太阳能电池模块的配置方法和太阳能电池模块阵列 - Google Patents

太阳能电池模块的配置方法和太阳能电池模块阵列 Download PDF

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Abstract

在一个表面上配置具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块的配置方法,包括步骤:确定在表面上能够配置太阳能电池模块的配置范围及配置方向;计算在配置方向和配置范围内基本上在水平方向上一行内能够配置的太阳能电池模块的数目;将一行中不大于计算的数目的个数的太阳能电池模块合并,构成一个太阳能电池模块组;配置太阳能电池模块组从而在配置范围内把一个太阳能电池模块组的中心设置在基本上垂直地把表面分成两部分的那条线附近。

Description

太阳能电池模块的配置方法和太阳 能电池模块阵列
本发明涉及太阳能电池模块的配置方法和太阳能电池模块阵列，特别是涉及在例如屋顶等设置表面设置具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块的设置方法以及由该设置方法所设置的太阳能电池模块阵列。
作为一种在屋顶表面配置覆盖材料，特别是步进式屋顶(steppingroof)或Bermuda型屋顶材料的方法，使用了两截搭接的方法(图2)或Mechigai覆盖方法/偏移式覆盖方法(图3)。这些覆盖材料配置方法的优点在于能获得一个好的外观，原因是覆盖材料201从作为屋顶最底边的屋檐(eaves)202到作为屋顶最顶端的屋脊(ridge)203被以一个预定的接合偏移宽度205配置。在这些配置方法中，为了风化(weathering)，接合部分按对应于垂直方向上覆盖材料的3条线的周期偏移(接合处偏移的距离在上下文中被称作“偏移宽度”)。对于角落-屋脊覆盖或边缘(verge)覆盖，覆盖材料201沿屋顶边界部分204被切除。这种“偏移式覆盖方法”是一种以覆盖材料的行(排)为单位规则地在水平上改变覆盖材料构成的行的接合点的位置的方法。
然而，把上述覆盖材料的设置方法直接应用到覆盖材料集成的太阳能电池模块上导致下述缺点。
1、由于覆盖材料集成的太阳能电池模块不能被切除，覆盖材料集成的太阳能电池模块的设置地点就受限了。例如，对于一个斜脊式屋顶，允许的设置范围局限在屋檐到屋脊，那么许多的覆盖材料集成的太阳能电池模块不能被设置。
2、当覆盖材料集成的太阳能电池模块不是规则性设置时，屋顶的外观被破坏。
3、电气连接困难。
例如，在图2和图3中，每个具有200mm覆盖宽度和2,000mm长度的一般覆盖材料通过偏移式覆盖(图2)和两截搭接方法(图3)被设置在一个具有5,000mm长的顶端屋顶一侧(屋脊203),12,000mm长底端屋顶一侧(屋檐202)和4,500mm长屋顶倾斜的梯形屋顶表面上。
同时在图2和图3中，在屋顶边界204处，2,000mm长的一般覆盖材料201凸出了屋顶表面，所以一般覆盖材料201沿屋顶边界204被切除。图4和图5表明每个具有200mm覆盖宽度和2,000mm长度，即具有与一般的覆盖材料201相同形状的覆盖材料集成的太阳能电池模块被设置在屋顶表面的状态。下面将描述配置覆盖材料集成的太阳能电池模块的一种简单的算法。
在图4中，设A为允许的设置范围内的倾斜方向的长度，可设置的覆盖材料集成的太阳能电池模块401的行数由满足下述不等式的最大整数给出：
行数≤A/(覆盖材料集成的太阳能电池模块的覆盖宽度)
在图4中，行数为19。
从屋檐数起的第1行上的覆盖材料集成的太阳能电池模块401的允许的最大设置数目被计算。设B为在目标行的允许的设置范围内顶端模块行407和底端模块行408的共同长度(在图4中，共同长度等于顶端模块行407的长度)，容许的最大设置数为满足下述不等式的最大整数：
容许的最大设置数≤B/(覆盖材料集成的太阳能电池模块的长度)。
在图4中，从屋檐数起的第1行上容许的最大设置数为4。
对于随后的几行，覆盖材料集成的太阳能电池模块401按保持偏移宽度205来配置。从屋檐202起每行上配置了4个覆盖材料集成的太阳能电池模块401。在第六行，右端的覆盖材料集成的太阳能电池模块401落到容许的设置范围之外，将不能被配置。在第七行，左端的覆盖材料集成的太阳能电池模块落到容许的设置范围之外，将不能被配置。由于这些原因，在第6和第7行中每一行可设置的覆盖材料集成的太阳能电池模块401的数目为3。类似地，在第8到18行，配置了2个覆盖材料集成的太阳能电池模块401，在第19行上配置了1个覆盖材料集成的太阳能电池模块401。
同样在图5中，除了偏移宽度205减少到覆盖材料集成的太阳能电池模块401的长度的1/2以外，使用了与上述相同的配置方法。在这种情况下，设置的覆盖材料集成的太阳能电池模块401的数目为第1,3,5行为4，第2,4,6,8,10,12行为3，第7,9,11,13,15,17,19行为2，第14,16,18行为1。
在图4和图5所示的配置方法中，未被太阳能电池模块占据的屋顶面积很大。由于这个原因，许多太阳能电池模块不能被配置(上面提到的问题1)。此外，由于太阳能电池模块是不规则性配置的(图5)，外观不是很好(上面提到的问题2)。在图4和图5所示的配置方法中，由于相邻行上覆盖材料集成的太阳能电池模块401间的距离很大，需要许多连接电缆406来连接太阳能电池模块的连接点，导致了低的执行效率和高的成本(上面提到的问题3)。
本发明的目的是为了解决上述问题，并提供一种用于在一个表面上最佳配置具有一个矩形外形和相同大小的太阳能电池模块的太阳能电池模块配置方法。
1、为了获得上述目的，根据本发明，提供了一种在一个表面上配置具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块的配置方法，包括步骤：
确定在表面上能够配置太阳能电池模块的配置范围；
确定太阳能电池模块的配置方向；
计算在确定的配置方向和配置范围内基本上在水平方向上一行内能够配置的太阳能电池模块的数目；
将一行中不大于计算的数目的个数的太阳能电池模块合并，构成一个太阳能电池模块组；并且
配置太阳能电池模块组从而在确定的配置范围内把一个太阳能电池模块组的中心设置在基本上垂直地把表面分成两部分的那条线附近。
本发明的另一个目的是提供根据上述太阳能电池模块配置方法配置的太阳能电池模块阵列。
1、为了获得上面的目的，根据本发明，提供了一种进一步包含计算在确定的配置方向和配置范围内能够基本上垂直地配置的太阳能电池模块组的行数的步骤，
其中水平方向的计算步，构成步和设置步的重复不大于计算的行数。
根据太阳能电池模块的配置方法和太阳能电池模块阵列，在设置表面上可以配置更多数目的太阳能电池模块以增加用于太阳能功率产生的接收光的面积，并且太阳能电池模块能容易地互相电气性连接，而不破坏设置表面的外观。
本发明的其它特性和优点将从下述的说明并联系附图显而易见，在图中，相同的参考字符代表整个图形中相同或相似的部分。
图1是解释根据本发明的太阳能电池模块的配置方法的视图。
图2是解释偏移式覆盖方法的视图。
图3是解释两截搭接的覆盖方法的视图。
图4是表明按偏移式覆盖方法，太阳能电池模块和集成太阳能电池模块的一般覆盖材料同时被配置的状态的视图。
图5是表明按两截搭接的覆盖方法，太阳能电池模块和集成太阳能电池模块的一般覆盖材料同时被配置的状态的视图。
图6是基于偏移式覆盖方法而获得的配置状态(图1)的视图。
图7是表明在图6所示的配置状态中凸出允许的设置范围的太阳能电池模块被去掉和那些行上的太阳能电池模块被重新配置的状态的视图。
图8是表明一个框架固定的太阳能电池模块的配置的透视图。
图9A和9B分别是表明覆盖材料集成的太阳能电池模块的配置的断面和远景视图。
图10为表明比较例1的太阳能电池模块配置状态的视图。
图11为表明比较例2的太阳能电池模块配置状态的视图。
图12为表明第三实施例的太阳能电池模块配置状态的视图。
图13为表明比较例3的太阳能电池模块配置状态的视图。
图14为表明比较例4的太阳能电池模块配置状态的视图。
图15为表明第四实施例的太阳能电池模块配置状态的视图。
图16为表明比较例5的太阳能电池模块配置状态的视图。
图17为表明第五实施例的太阳能电池模块配置状态的视图。
图18为解释计算太阳能电池模块的可容许设置数目和每行的可容许设置数的方法的框图。
图19为表明本发明的太阳能电池模块配置方法的步骤的流程图。
图20为表明在第一和第四实施例中配置太阳能电池模块的步骤的流程图。
图21为表明在第二实施例中配置太阳能电池模块的步骤的流程图。
图22为表明在第三实施例中配置太阳能电池模块的步骤的流程图。
图23为表明在第五实施例中配置太阳能电池模块的步骤的流程图。
图24为表示在第六实施例中太阳能电池模块的配置状态的视图。
图25为表示在第一到第四实施例和它们的比较例子中的最大设置数和屋顶占用率的评价结果的表格；并且
图26为表明太阳能产生装置的配置的方框图。
作为本发明的特征，在屋顶设置表面101上覆盖材料集成的太阳能电池模块103的行数和每行上覆盖材料集成的太阳能电池模块103的最大设置数被计算，并且通过连接各行构成的覆盖材料集成的太阳能电池模块组被设置在几乎是在屋顶设置表面101的中间部分(图1)。
一种用于计算在屋顶设置表面1801上覆盖材料集成的太阳能电池模块1803的行数和每行上覆盖材料集成的太阳能电池模块1803的最大设置数的方法，将参照图18来描述。
设A为允许的设置范围1802的倾斜方向的长度，覆盖材料集成的太阳能电池模块1803为满足下面不等式的最大整数：
行数≤A/(覆盖材料集成的太阳能电池模块的覆盖宽度W)
在图18中，行数为21。
设B为在目标行的允许的设置范围1802内顶端模块行和底端模块行的共同长度，每行上覆盖材料集成的太阳能电池模块的最大设置数为满足下述不等式的最大整数：
最大设置数≤B/(覆盖材料集成的太阳能电池模块的长度λ)。
在图18中，从屋檐1804数起的第1行上的最大设置数为4，从屋檐1804数起的第17行上的最大设置数为3。
当屋顶有一个简单形状时，长度A和B很容易人工计算。至于具有复杂形状的屋顶，长度可以使用CAD来容易地获得。
当准备偏移覆盖材料集成的太阳能电池模块103和一般覆盖材料时，各自行的模块组将关于中心线107向左侧或向右侧偏移，以获得一个用于风化的预定的偏移宽度609(图6)。当各自行的模块组关于中心线107偏移时，覆盖材料集成的太阳能电池模块103移动到屋顶边界。当覆盖材料集成的太阳能电池模块103不凸出到允许的设置范围102之外时(603)，这种状态不需改变。如果覆盖材料集成的太阳能电池模块103凸出到允许的设置范围102外，凸出那一行的模块组外的覆盖材料集成的太阳能电池模块608被去掉，并且考虑到偏移，剩余的模块组708在屋顶设置表面101的中心部分被再设置(图7)。
图19为表明上述系列操作的流程图。参考图19，在步骤S1和S2中，输入覆盖材料集成的太阳能电池模块103的形状和屋顶设置表面101的形状。在步骤S3和S4中，计算覆盖材料集成的太阳能电池模块103的最大设置行数和每行上覆盖材料集成的太阳能电池模块103的最大设置数目。在这些计算结果的基础上，在步骤S5中，模块组被设置在屋顶设置表面101的中心部分。如果不需要偏移式覆盖，操作在步骤S6结束(图1)。如果偏移式覆盖是必要的，在步骤S7中执行偏移式覆盖。如果基于偏移式覆盖没有覆盖材料集成的太阳能电池模块103凸出到允许的设置范围102之外，处理在步骤S8结束。如果覆盖材料集成的太阳能电池模块608凸出到允许的设置范围102之外，凸出的覆盖材料集成的太阳能电池模块103被去掉，并且在步骤S9中剩余的模块组在屋顶设置表面101的中心部分被配置。偏移式覆盖在步骤S10中执行，从而完成图7所示的配置。
根据上面的覆盖材料集成的太阳能电池模块配置方法，期望可实现下述功能：
(1)与传统的配置方法相比，许多的覆盖材料集成的太阳能电池模块103能够有效地配置在屋顶设置表面101上。
(2)由于太阳能电池模块组能关于屋顶设置表面101的中心线107对称配置，所以可以获得一个好的屋顶外观。
(3)由于太阳能电池模块组配置在屋顶设置表面101的中心部分，能够确保边缘覆盖的空间，提高执行效率。
(4)所需的连接电缆108的数目可以减少。
图7是表明基于上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块配置方法制作的屋顶的方框视图。在偏移式覆盖中，覆盖材料集成的太阳能电池模块最好交替地向左侧或右侧偏移。在图7所示的配置结果中，至少有一部分其中的覆盖材料集成的太阳能电池模块不是通过偏移式覆盖交替地向左侧或右侧偏移。例如，遵照第一行到第四行中向右侧和左侧偏移的顺序，第五行应该向左侧偏移。然而，由于整个覆盖材料集成的太阳能电池模块103是关于屋顶设置表面101的中心线107对称配置，这种偏移上的很小的不规则性并不破坏屋顶的外观。
[框架固定的太阳能电池模块]
框架固定的太阳能电池模块可以从单晶硅、多晶硅、微晶体硅和非晶体硅太阳能电池中的任何一种来构成。图8表明一个框架固定的太阳能电池模块的例子。封装了用于给予(impart)风化阻力(weatheringresistance)的填充物801的太阳能单元802夹在作为接收光表面的前面板覆盖803和在底表面的后面板覆盖804中间。在外围部分，使用一个封装构件806作为与框架805的连接部分，以提高封装特性。在模块底表面上长的框架中，建立一个联结过孔807，把模块安装在支架上。
[建筑材料集成的太阳能电池模块]
一个建筑材料集成的太阳能电池模块是一个为了改进执行效率，与例如屋顶材料或墙材料等一般的建筑材料集成的模块，从而太阳能电池模块能按传统的方法设置在一个建筑物上。图9A和9B表示一个屋顶材料集成的太阳能电池模块的例子。
图9A为表明在一个底面加固平面901上，具有一个底面覆盖构件902、一个太阳能单元903，一个顶部封装构件904和一个顶部覆盖构件905的太阳能电池模块的配置的断面视图。
太阳能单元903可由单晶硅、多晶硅、微晶体硅和非晶体硅的任何一种来生产。具有折弯性能和灵活性的非晶体硅是首选。
底面加固平面需要一个风化阻力，需要坚硬，灵活，可以用一个无锈蚀的钢板，一个平板钢皮或一个电镀钢皮来构成。由于底面覆盖构件902需要绝缘性和耐久性，可以把尼龙、聚乙烯氟化物(PFV,Tedlar(Dupont的商标))、或聚乙烯对酞酸盐(PET)与粘合剂一起使用。
顶部封装构件904需要一个风化阻力、粘合剂、填充特性、热阻力、低温阻力和冲击阻力，并由乙烯基醋酸盐共聚物(EVA)、乙烯乙基丙烯酸盐共聚物(EEA)、聚烯烃基树脂、尿烷树脂、硅酮树脂或氟塑料来构成。在这些材料中，通常使用EVA，原因是它的平衡的物理特性适合用作太阳能电池。
顶部覆盖构件905需要例如风化阻力、抗锈蚀和机械强度的特性，以确保暴露在户外环境的太阳能电池模块的长期的可靠性。作为顶部覆盖构件905，最好使用聚二氟乙烯树脂、聚乙烯氟化物树脂或聚四氟乙烯(ETFE)。
在底面加固平台901的底表面上提供了在远端处有一个连接点的终端盒906和电缆907，以便从太阳能单元903输出功率。
这样的太阳能电池模块被恰当地弯曲并用作覆盖材料集成的太阳能电池模块。图9B是表明太阳能电池模块被加工成一个步进式屋顶材料并且放置在屋顶设置表面的例子的视图。在相对的两边，覆盖材料集成的太阳能电池模块900被弯曲，并且在弯曲部分构成了屋檐侧接通部分910和屋脊侧接通部分911。屋脊侧接通部分911通过例如夹片912固定在象防护屋顶板的屋顶设置表面913上。水平(行)方向的连接由接头914和接头覆盖层915来实现。垂直方向的连接通过把屋檐侧接通部分910和屋脊侧接通部分911互相接缝来完成。对于本发明的太阳能产生的屋顶，一般的屋顶材料916可与覆盖材料集成的太阳能电池模块900混合使用。
如图26所示，许多个太阳能电池模块级联形成一个太阳能电池串。许多个太阳能电池串并行连接构成一个太阳能电池阵列1。太阳能电池阵列1包含一个太阳能产生装置和一个作为能量转换单元把DC功率转换为AC功率的转换器2。通常设置级联的太阳能电池串的数目，使得输出电压接近于转换器的输入电压(如200V)。太阳能产生装置构成所谓的供给功率与建筑物的负载之间的连接纽带，并且同时把额外功率供给商业电源线5。
[屋顶设置表面]
在图7中，屋顶设置表面101主要是指屋顶表面。然而，屋顶设置表面不仅限于此。有各种类型的屋顶，象山尖或斜脊屋顶。本发明最好用于水平方向对称的屋顶。在使用覆盖材料集成的太阳能电池模块中，一般的屋顶材料可放在屋顶设置表面101上没有覆盖材料集成的太阳能电池模块103的地方。
[允许的设置范围]
为了在屋顶设置表面设置太阳能电池模块，最好满足下述条件。
对于一个框架固定的太阳能电池模块：
(1)屋顶有一个能够抵抗在设置太阳能电池模块时期望的负载(包括太阳能电池模块的重量，雪和风的压力)的力量。
(2)在屋檐、边缘和屋脊处的风强度系数比屋顶中心部分的风强度系数要大，为此，考虑到风的压力和基于建筑管理局的No.109公告“屋顶材料、覆盖材料和外墙的参考”，不把太阳能电池模块设在屋檐、边缘和屋脊处。
对于覆盖材料集成的太阳能电池模块：
覆盖材料集成的太阳能电池模块除了不能被去掉以外，可以按传统屋顶材料同样的方法来配置。因此，当要设置覆盖材料集成的太阳能电池模块时，需要考虑边缘、斜脊谷和屋脊的边缘覆盖。
基于上述考虑，框架固定或覆盖材料集成的太阳能电池模块不能设置在整个屋顶设置表面，如图7所示，有一个允许的设置范围(由圆点线指示)。
[偏移宽度]
当准备在屋顶设置表面上设置覆盖材料时，由于风化的原因，设置覆盖材料的接合部分使之在垂直方向上不构成线。顶端和底端的覆盖材料在水平方向上偏移，这叫做一个“偏移”，偏移的宽度叫做“偏移宽度”。然而，在本发明中，不仅覆盖材料，而且相邻行的太阳能电池模块在水平(行)方向的偏移也称为“偏移”，偏移的宽度叫做“偏移宽度”，偏移宽度最好等于或小于纵向方向上的矩形太阳能电池模块长度的1/2。
[设置表面的中心线]
屋顶设置表面101的中心线107是指穿过在允许的设置范围102内的一行中的顶端和底端模块行的共同长度的中心的一条线。在一个水平方向对称的梯形屋顶表面中，如图7所示，中心线是连接屋脊106的中心点和屋檐104的中心点的一条直线。配置太阳能电池模块组使太阳能电池模块组的中心对齐中心线107。然而，在实际执行时，精确地使太阳能电池模块组的中心对齐中心线107是不可能的，会出现几个至几十个毫米的误差。即使太阳能电池模块组被设置在中心，也会出现大约1％太阳能电池模块的长度的误差，但这并不影响屋顶的外观。
在下面的描述中，“不同数目的模块的级联”意味着太阳能电池模块阵列是由合并2个或多个不同数目的级联的太阳能电池模块来构成的。
[第一实施例]
图1是表明用于一个步进式屋顶的可从佳能公司获得的覆盖材料集成的太阳能电池模块SR-02(覆盖宽度W=200mm，长度λ=2,000mm)被设置在一个梯形屋顶的允许的设置范围102内的状态的视图。该屋顶的屋檐104的长度L1为12,000mm，屋脊106的长度L2为5,000mm，屋顶的倾斜长度A1为4,500mm，遵照图20的流程图中所示的步骤，设置从屋檐104到允许的设置范围102的间隔g1为0mm，从屋脊106到允许的设置范围102的间隔g2为200mm，从屋顶边界105到允许的设置范围102的间隔g3为200mm。下面将简述设置步骤。在图20的流程图中的与图19中相同的数字标记着相同的步骤，对它们的详细描述将省略。
[计算最大设置行数(步骤S1至S3)]
在本实施例中，设置了覆盖材料集成的太阳能电池模块103，从而使得模块的纵向与屋顶的倾斜方向垂直。倾斜方向上允许的设置范围102的长度A由下面给出：
A=A1-g1=4,500-200=4,300mm
行数C由下面给出：
C≤A/W
当A和W的值代入上面的不等式，最大设置数Cmax为21。
C≤4,300/200=21.5
[计算每行的最大设置数(步骤S4)]
例如，计算从屋檐104数起的第1至第11行的太阳能电池模块的数目N。设B为允许的设置范围102内一行C中顶端模块行与底端模块行的共同长度，最大设置数Nmax由满足下述不等式的最大整数给出：
N≤B/λ
从图1中很明显，B为顶端模块行的长度。第1至第11行的顶端模块行的长度分别为11,288mm和8,178mm。第1行的最大设置数Nmax(1)为5，第11行的Nmax(11)为4。
N(1)≤11,288/2,000=5.6
N(11)≤8,178/2,000=4.1
[在设置表面的中心部分的配置(步骤S5)]
具有最大设置数目并在上面计算了各行数目的覆盖材料集成的太阳能电池模块103被设置在屋顶设置表面101的中心部分。当最大设置数Nmax为一个偶数时，两个覆盖材料集成的太阳能电池模块的中间部分与中心线107对齐。当最大设置数Nmax为一个奇数时，覆盖材料集成的太阳能电池模块103的中心与中心线107对齐。
在本实施例中，在整个屋顶设置表面101的最大设置数为74，表示覆盖材料集成的太阳能电池模块103与屋顶面积之比的屋顶占用率为77.4％。根据本实施例，在屋顶设置表面101上配置具有最大设置数的覆盖材料集成的太阳能电池模块103。从屋顶占用率的观点来看，这是一种有效的设置方法。从图1中很明显，太阳能电池模块组设置在屋顶设置表面101的中心部分几乎关于中心线107对称，所以没有屋顶的外观问题提出。
[第二实施例]
图7是表明与图1类似的上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块SR-02被设置在屋顶设置表面101的允许的设置范围102中的状态的视图。遵照图21的流程图中所示的步骤，设偏移宽度609为200mm。下面将简述设置步骤。在图21的流程图中的与图19中相同的数字标记着相同的步骤，对它们的详细描述将省略。计算最大设置数Cmax(步骤S1至S3)，计算每行的最大设置数Nmax(步骤S4)和在设置表面的中心部分的设置(步骤S5)与第一实施例中的操作相同，对其的详述将省略。
[偏移(步骤S7)]
由于偏移宽度609为200mm，模块组以行为单元交替向左或向右偏移100mm。
[判决(步骤S8)]
当模块组被偏移时，第11至17行超出了允许的设置范围102(图6)。原因如下。例如，在第11行中，当模块组被设置在屋顶设置表面101的中心部分，从模块末端到允许的设置范围102的边界线的距离为(8,178-4×2,000)/2=89mm，偏移距离小于100mm。
[重新设置(步骤S9)]
通过步骤S7中的偏移，在第11行中覆盖材料集成的太阳能电池模块103的数目从4变为3，在第17行中覆盖材料集成的太阳能电池模块103的数目从3变为2。因此，第11行中的3个模块组在中心被重新设置，并且向与第12行的偏移方向相反的方向偏移，即向左侧偏移100mm。第17行中的2个模块组在中心被重新设置，并且向与第18行的偏移方向相反的方向偏移，即向右侧偏移100mm。
在本实施例中，由于偏移，覆盖材料集成的太阳能电池模块103没有落入允许的设置范围102中。从图7中显而易见，从屋檐104数起的第11行的模块数从4减为3，第17行从3减为2。在这种情况下，整个屋顶设置表面101的最大设置数为72，屋顶占用率为75.3％。也就是说，即使进行了偏移609的覆盖，覆盖材料集成的太阳能电池模块103的数目比第一实施例中的仅少2，屋顶占用率仍高达75.3％。由于模块关于屋顶设置表面101的中心线107向左侧或向右侧偏移了偏移宽度609，在保持好的屋顶外观的同时，保持了风化的功能。
[比较例1]
图10为表明与图1类似，按传统的偏移式覆盖的方法(图2)，设偏移宽度609为200mm时，上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块103 SR-02在屋顶设置表面101的允许的设置范围102中被设置成在水平方向上对称的例子的视图。在本例中，最大设置数为59，屋顶占用率为61.7％。
[比较例2]
图11为表明与图1类似，按传统的两截搭接式覆盖的方法(图3)，上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块103 SR-02被设置在屋顶设置表面101的允许的设置范围102中的例子的视图。在本例中，最大设置数为62，屋顶占用率为64.8％。
[第三实施例]
图12是表明上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块SR-02被设置在一个三角形屋顶的允许的设置范围1202中的状态的视图。该屋顶的屋檐1204的长度L1为9,200mm，屋顶的倾斜长度A1为5,050mm，遵照图22的流程图中所示的步骤，设置从屋檐1204到允许的设置范围1202的间隔g1为0mm，从屋顶边界1205到允许的设置范围1202的间隔g3为200mm。下面将简述设置步骤。在图22的流程图中的与图19中相同的数字标记着相同的步骤，对它们的详细描述将省略。
[计算最大设置行数(步骤S1至S3)]
倾斜方向上允许的设置范围1202的长度A由下面给出：
A=A1-g1=5,050-200=4,850mm
行数C由下面的不等式给出，并且行的最大设置数Cmax为24：
C≤4,850/200=24.25
[计算每行的最大设置数(步骤S4)]
例如，计算从屋檐1204数起的第1至第18行的太阳能电池模块的数目N。最大设置数Nmax由满足下述不等式的最大整数给出：
N≤B/λ
对应于B的第1至第18行的顶端模块行的长度分别为8,436mm和2,242mm。第1行的最大设置数Nmax(1)为4，第18行的Nmax(18)为1。
N(1)≤8,436/2,000=4.2
N(18)≤2,242/2,000=1.1
从第19行起，顶端模块行的长度小于2,000mm，因此，没有覆盖材料集成的太阳能电池模块1203能够设置。
[在设置表面的中心部分的配置(步骤S5)]
具有最大设置数目并在上面计算了各行数目的覆盖材料集成的太阳能电池模块1203被设置在屋顶设置表面1201的中心部分。当最大设置数Nmax为一个偶数时，两个覆盖材料集成的太阳能电池模块1203的中间部分与屋顶设置表面1201的中心线对齐。当最大设置数Nmax为一个奇数时，覆盖材料集成的太阳能电池模块1203的中心与屋顶设置表面1201的中心线对齐。
[偏移(步骤S7)]
由于偏移宽度1206为200mm，模块组以行为单元交替向左或向右偏移100mm。
[判决(步骤S8)]
由于从第1行到第18行，从模块末端到允许的设置范围1202的边界线的距离不小于100mm，所以覆盖材料集成的太阳能电池模块1203不会凸出允许的设置范围1202之外。在本实施例中，最大设置数为37，屋顶占用率为63.7％。
[比较例3]
图13为表明与图12类似，按传统的偏移式覆盖的方法，设偏移宽度1206为200mm时，上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块1203 SR-02在屋顶设置表面1201的允许的设置范围1202中被设置成水平方向对称的例子的视图。在本例中，最大设置数为24，屋顶占用率为41.3％。
[比较例4]
图14为表明与图12类似，按传统的两截搭接式覆盖的方法，上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块1203 SR-02被设置在屋顶设置表面1201的允许的设置范围1202中的例子的视图。在本例中，最大设置数为29，屋顶占用率为49.9％。
[第四实施例]
图15是表明一个框架固定的固定太阳能电池模块(W=822mm，λ=1,220mm)被设置在一个梯形屋顶的允许的设置范围1502中的状态的视图。该屋顶的屋檐1504的长度L1为12,000mm，屋脊1506的长度L2为3,640mm，屋顶的倾斜长度A1为4,957mm，遵照图20的流程图中所示的步骤，设置从屋檐1504到允许的设置范围1502的间隔g1为500mm，从屋脊1506到允许的设置范围1502的间隔g2为500mm，从屋顶边界1505到允许的设置范围1502的间隔g3为300mm。下面将简述设置步骤。
[计算最大设置行数(步骤S1至S3)]
倾斜方向上允许的设置范围1502的长度A由下面给出：
A=A1-g1-g2=4,957-500-500=3,957mm
行数C由下面的不等式给出，并且行的最大设置数Cmax为3：
C≤A1/W=3,957/1,220=3.24
从此得出，行的最大设置数为3。
[计算每行的最大设置数(步骤S4)]
例如，计算从屋檐1504数起的第1,2,3行的每一行的太阳能电池模块的数目N。最大设置数Nmax由满足下述不等式的最大整数给出：
最大设置数N≤B(顶端模块行的长度)/λ(太阳能电池模块的长度)
第1,2,3行的顶端模块行的长度分别为8,499mm,6,442mm和4,384mm。第1行的最大设置数Nmax(1)为10，第2行的Nmax(2)为7，第3行的Nmax(3)为5。
N(1)≤8,499/822=10.33
N(2)≤6,442/822=7.83
N(3)≤4,384/822=5.33
[在设置表面的中心部分的配置(步骤S5)]
具有最大设置数目并在上面计算了各行数目的框架固定的太阳能电池模块1503被设置在屋顶设置表面1501的中心部分。当最大设置数Nmax为一个偶数时，两个框架固定的太阳能电池模块1503的中间部分与屋顶设置表面1501的中心线对齐。当最大设置数Nmax为一个奇数时，框架固定的太阳能电池模块1503的中心与屋顶设置表面1501的中心线对齐。对于第1行，两个框架固定的太阳能电池模块的中间部分与屋顶设置表面1501的中心线对齐。对于第2和第3行，框架固定的太阳能电池模块的中心与屋顶设置表面1501的中心线对齐。在本实施例中，最大设置数为22，屋顶占用率为56.9％。
[比较例5]
图16为表明与图15相同，用传统的使模块末端在垂直方向上对齐的配置方法，在屋顶设置表面1501的允许的设置范围1502上配置上述的822mm×1,220mm框架固定的太阳能电池模块1503的例子的视图。在本例中，最大设置数为20，屋顶占用率为51.7％。
[评价]
图25为表示在上述的第一到第四实施例和它们的比较例中的最大设置数和屋顶占用率的评价结果的表格。从图5中显而易见，实施例的太阳能电池模块的配置方法在最大设置数和屋顶占用率方面比比较例更有利。
正如下面将描述的第五实施例，即使在不是矩形屋顶的多边形屋顶设置表面上，当通过把屋顶设置表面分成梯形或三角形来应用本发明的配置方法时，屋顶占用率和屋顶外观能保持高的水平。
[第五实施例]
图17是表明上述的覆盖材料集成的太阳能电池模块SR-02被设置在一个Irimoya型屋顶的状态的视图。该屋顶的屋檐1704的长度L1为9,000mm，屋脊1706的长度L2为5,000mm，梯形部分的屋顶倾斜方向的长度A1为1,390mm，矩形部分的屋顶倾斜长度A2为2,570mm；遵照图23的流程图中所示的步骤，设置从屋檐1704、屋脊1706、屋顶边界1705到允许的设置范围的间隔g1-g3为200mm。在图23的流程图中的与图19中相同的数字标记着相同的步骤，对它们的详细描述将省略。“Irimoya型屋顶”的意思是屋顶表面的顶端部分构成了一个三角墙(gable)，屋顶表面由底边部分的4个底面边构成。
[计算最大设置行数(步骤S1至S3)]
倾斜方向上允许的设置范围1702的长度A由下面给出：
A=A1+A2-g1-g2=1,390+2,570-200-200=3,560mm
行数C由下面的不等式给出，最大设置数Cmax为17：
C≤3,560/200=17.8
[计算每行的最大设置数(步骤S4)]
例如，计算从屋檐1704数起的第1至第7行的太阳能电池模块的数目N。最大设置数Nmax由满足下述不等式的最大整数给出：
N≤B/λ
第1和第7行的顶端模块行的长度分别为7,449mm和4,600mm。第1行的最大设置数Nmax(1)为3，第七行的Nmax(7)为2。
N(1)≤7,449/2,000=3.72
N(7)≤4,600/2,000=2.3
[在设置表面的中心部分的配置(步骤S5)]
具有最大设置数目并在上面计算了各行数目的覆盖材料集成的太阳能电池模块1703被设置在屋顶设置表面1701的中心部分。
[偏移(步骤S7)]
由于偏移宽度1706为200mm，模块组以行为单元交替向左或向右偏移100mm。
[判决(步骤S8)]
当模块组被设置在设置表面的中心部分(步骤S5)时，由于从模块末端到允许的设置范围1702的边界线的距离的最小值等于或大于100mm，所以覆盖材料集成的太阳能电池模块1703经过偏移不会凸出允许的设置范围1702之外。
在本实施例中，最大设置数为37，屋顶占用率为65.5％。根据本发明的配置方法，即使在具有象图17所示的Irimoya型屋顶那样的复杂形状的屋顶中，屋顶的外观不会被破坏，并且能够配置许多个太阳能电池模块。
[第六实施例]
在图24中，框架固定的太阳能电池模块2403(1,100×822mm)被设置在一个菱形屋顶上。遵照图20的流程图中所示的步骤，设置从屋檐2404到允许的设置范围2402的间隔g1为0mm，从屋脊2406到允许的设置范围2402的间隔g2为500mm，从屋顶边界2405到允许的设置范围2402的间隔g3为500mm。下面将简述设置步骤。
[计算最大设置行数]
在本实施例中，设置了框架固定的太阳能电池模块2403，从而使得每个模块的短边与屋顶的倾斜方向垂直。倾斜方向上允许的设置范围2402的长度A由下面给出：
A=5,000-200=4,500mm
行数C由下面的不等式给出，最大设置数Cmax为4。
C≤A/(框架固定的太阳能电池模块的纵向长度)
C≤4,500/1.100=4.1
[计算每行的最大设置数(步骤S4)]
设B为顶端模块行与底端模块行的共同长度，最大设置数Nmax由满足下述不等式的最大整数给出：
N≤B/(框架固定的太阳能电池模块的横向长度)
由于屋顶设置表面2401为菱形，所有行的B值相同，由下面给出：
B=8,000-1,000-822×4/5=6,342
因此，由下面的不等式，所有行的最大设置数为7。
Nmax≤6,342/822=7.7
[在设置表面的中心部分的配置(步骤S5)]
具有最大设置数目并在上面被计算了的框架固定太阳能电池模块2403被设置在屋顶设置表面2401各行的中心部分。
在图24中，某一行的模块的短边在水平方向上从下一行的模块的短边偏移。从这一点上看，这种配置方法，对于模块能相对自由偏移的用于步进式屋顶的覆盖材料集成的太阳能电池模块比框架固定的太阳能电池模块能够更有效地利用。
[第七实施例]
太阳能电池阵列是通过将许多个每个由多个太阳能电池模块级联构成的太阳能电池串并行连接组成的。如果级联来构成每个太阳能电池串的模块数改变了，就会产生输出损失。在第一实施例中，最大设置数为74。当设计太阳能电池阵列时，假定连接从佳能公司可获得的S102转换器，级联的太阳能电池模块的数目可从5个不同值中选择：15,16,17,18,19。在18个串联和4个并行连接的太阳能电池模块混合中，太阳能电池模块的数目最大为72。然而，当太阳能电池阵列由72个太阳能电池模块组成时，太阳能电池模块的数目比最大设置数74少2个。
然而，使用称作“不同数目模块的级联”的连接方法，即把级联的太阳能电池模块的数目不同的太阳能电池串进行并行连接的连接方法，太阳能电池阵列有时可用18个级联×2个并行连接+19个级联×2个并行连接的太阳能电池模块。当由于多出的两个太阳能电池模块引起的输出功率的增加比由于级联模块的数目间的失配引起的输出功率的损失要大时，这种混合是可能的。在第一实施例中，实际的屋顶占用率从75.3％增至77.4％，太阳能电池阵列的输出功率也增加。
根据上述实施例，在用于在屋顶设置表面上配置具有矩形形状的太阳能电池模块的配置方法中，确定一个任意的模块设置方向，在那个方向上，以行为单元计算太阳能电池模块的最大设置数，并且，具有最大设置数的太阳能电池模块以行为单位设置在屋顶设置表面的中心部分，从而增加了太阳能电池模块的屋顶占用率。此外，也提供了不影响屋顶外观的在屋顶设置表面设置太阳能电池模块的配置方法。
在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以应用本发明相当广泛的许多的不同实施例。应该理解，本发明除了在附后的权利要求中定义的以外，并不局限于它的这些特定的实施例。

Claims (15)

1、在一个表面上配置具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块的配置方法，包括步骤：
确定在表面上能够配置太阳能电池模块的配置范围；
确定太阳能电池模块的配置方向；
计算在确定的配置方向和配置范围内基本上在水平方向上一行内能够配置的太阳能电池模块的数目；
将一行中不大于计算的数目的个数的太阳能电池模块合并，构成一个太阳能电池模块组；并且
配置太阳能电池模块组从而在确定的配置范围内把一个太阳能电池模块组的中心设置在基本上垂直地把表面分成两部分的那条线附近。
2、根据权利要求1的方法，进一步包含计算在确定的配置方向和配置范围内能够基本上垂直地配置的太阳能电池模块组的行数的步骤，
其中水平方向的计算步，构成步和设置步的重复不大于计算的行数。
3、根据权利要求2的方法，进一步包含把太阳能电池模块组的中心关于把表面分成两部分的线基本水平地交替向左侧和右侧偏移一个预定的距离的步骤。
4、根据权利要求3的方法，进一步包含去除太阳能电池模块组中的以偏移步长凸出配置范围之外的太阳能电池模块并且对其中太阳能电池模块被去除的太阳能电池模块组进行重新配置，以便把太阳能电池模块组的中心设置在把表面分成两部分的那条线附近，并把中心相对相邻的行偏移一个合适的距离的步骤。
5、具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块的阵列，通过根据权利要求1的配置方法被配置在一个表面上，其中所述的太阳能电池模块被电气连接。
6、根据权利要求5的阵列，其中许多个每个由所述太阳能电池模块级联构成的太阳能电池串，并且其中太阳能电池串是并行连接的阵列是由电气连接来构成的。
7、根据权利要求6的阵列，其中所述许多个太阳能电池串中至少一个具有与其余的串不同个数的太阳能电池模块。
8、根据权利要求5的阵列，其中所述太阳能电池模块是由建筑材料来集成的。
9、太阳能平台屋顶，通过根据权利要求1的配置方法配置了具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块组。
10、根据权利要求9的屋顶，其中一般的覆盖材料配置在屋顶表面没有配置太阳能电池模块的地方。
11、根据权利要求9的屋顶，其中所述太阳能电池模块是由建筑材料来集成的。
12、根据权利要求11的屋顶，其中由建筑材料来集成的所述太阳能电池模块的形式适合于步进式屋顶。
13、太阳能产生装置包括：
根据权利要求5的太阳能电池模块阵列和一个把该阵列提供的直流功率转换为交流功率的功率转换单元。
14、具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块阵列被配置在表面上，其中，所述的太阳能电池模块配置在表面上构成基本上在水平方向的许多行，每行的中心设在靠近基本上垂直地把表面分成两部分的那条线，并且所述的太阳能电池模块部分地具有基本上在水平方向上的偏移是不规则的部分。
15、具有矩形形状和相同大小的太阳能电池模块阵列被配置在表面上，其中，所述的太阳能电池模块配置在表面上构成基本上在水平方向的许多行，每行的中心设在靠近基本上垂直地把表面分成两部分的那条线，并且至少一行的每个太阳能电池模块的水平一侧的位置关于基本上是水平方向上的相邻行的每个太阳能电池模块的水平一侧的位置进行了偏移。
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