TW200925415A - Roof based energy conversion system - Google Patents

Description

200925415 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種用於建築物屋頂的能源轉換系 統，特別係有關一用於屋頂的再生或替代能源轉換系 統。 【先前技術】 已有充分證據顯示，使用化石燃料提供車輛發動 機、發電廠等能源轉換裝置與系統動力會對環境、經濟 © 與文化層面造成潛在危險。為了減少或避免這些危險， 有些人主張增加核能發電的比例。然而，核能發電所產 生的另一個難題與放射性廢料儲存的安全性有關。此 . 外，許多民眾與政府均反對興建核能發電廠，因為擔心 其副產品被用來製造核子武器。 為此，很多人試圖開發使用環保的替代能源來源及 /或能源轉換系統的發電廠，如地熱發電薇、風力發電廠 與大型太陽能陣列。不過，許多上述系統只在特定地理 @ 位置才具有商業可行性，而且也需要相當高的資本投 資。 【發明内容】 本發明係一種用於屋頂的能源轉換系統，包含：一 屋頂骨架結構；以及複數個太陽能轉換瓦片，每一太陽 能轉換瓦片包含一固定於屋頂骨架結構之至少一部分 之底部瓦片以及一個或數個安裝於一相對應的底部瓦 片上之覆蓋瓦片，其中底部瓦片之配置為，彼此沿著鄰 接邊緣緊密接合，在屋頂結構上形成一大致防水的包覆 層0 200925415 上述複數個太陽能轉換瓦片可以包含（a)複數個 將太月b轉換成電能的光伏瓦片（ph〇t〇v〇itaic tiles)，或 (b)複數個將太陽能轉成熱能的熱能瓦片，或（c)由至 少一光伏瓦片與至少一熱能瓦片所構成的組合。底部瓦 片之配置可以提供屋頂結構隔熱效果。 屋頂骨架結構可以包含一斜尖屋頂骨架結構，該斜 尖屋頂骨架結構具有至少二個向上延伸會合之傾斜側 邊。 〇 光伏瓦片與熱能瓦片之覆蓋瓦片之外露表面可具 有大致相同的外觀。如此一來，當兩者被固定在一屋頂 骨架結構時，會具有相同的外觀。 - 該能源轉換系統可以進一步包含一水力發電系 統’該水力發電系統之配置係用以將滑落屋頂的雨水之 動能轉換成電能。上述水力發電系統可包含一個或數個 排水溝與下向流管；以及一個或數個水渦輪，其中排水 溝與下向流管之配置係用以收集滑落屋頂骨架結構的 0 雨水’以產生一驅動水渴輪之水流。_設想一個或數個下 向流管之上端部設有一調節水池，用以將水流引至一相 聯結之渴輪。可以設置一個或數個斜對地橫越屋頂並接 到排水溝之屋頂溝渠。該水力發電系統可進一步包含儲 水箱，將收集的雨水提供給整個能源轉換系統或建築物 的水系統所使用。 該能源轉換系統可進一步包含一具有一個或數個 由屋頂骨架結構所支撐之風力機之風力發電系統，其中 風力機可將一移動氣團之動能轉換成電能。在此具體實 施例中，該風力發電系統可進一步包含一覆蓋在風力機 200925415 上之整流罩或附屬屋頂（sub-roof)，用以與屋頂骨架結 構形成一個風洞，該風洞可引導氣流沿著屋頂骨架結構 向上流動並穿過風力機。上述風力機可沿著屋頂骨架結 構之頂部設置。 上述能源轉換系統可進一步包含一能源管理系 統，該能源管理系統接收並管理太陽能轉換瓦片、水力 發電系統與風力發電系統所產生的電能。另外，能源管 理系統可以包含一連接至一輸電網之連接系統，而且其 配置係用以管理能源轉換系統與輸電網間之雙向電 能。更具體的來說，能源管理系統可以包含一儲電裝 置，該能源管理系統之配置係用以在儲電裝置充飽電時 將電能供應至輸電網，並且在儲電裝置之電荷位準低於 一閥值時將輸電網連接至儲電裝置。能源管理系統可進 一步包含測量、控制與確保能源輸入安全以及將儲電裝 置所供應的電力倒轉成交流電之裝置。 【實施方式】 第一圖與第二圖係顯示一用於建築物屋頂，例如一 具有屋頂13的房屋12之能源轉換系統10。能源轉換 系統10包含一屋頂骨架結構14,以及複數個太陽能 轉換瓦片組合。每一瓦片組合包含一固定於屋頂骨架結 構14之至少一部分之底部瓦片，以及一個或數個可安 裝於一相對應的底部瓦片之覆蓋瓦片。上述底部瓦片之 配置為，彼此沿著鄰接邊緣緊密結合，藉此在屋頂骨架 結構14上鋪設底部瓦片的部分形成一防水層。瓦片組 合可由將太陽能轉換成電能的光伏（PV)瓦片組合 100與將太陽能轉換成熱能的熱能瓦片組合（圖未示） 所組成，以下將有更詳細的說明。熱能瓦片可以包含讓 200925415 水流動其間的管道，瓦片吸收太陽輕射以加熱流經上述 管道的水。上述兩種瓦片之底部瓦片具有相似的結構與 配置。設想兩者之覆蓋瓦片進一步具有相同的形狀、配 置與外觀，使兩者鋪設在同一屋頂骨架結構14上時看 不出差異。然而，因應將太陽能轉換成電能與熱能等不 同任務，PV瓦片與熱能瓦片之覆蓋瓦片具有不同的結 構。在不同具體實施例中，儘管一般認為包含PV瓦片 與熱能瓦片之具體實施例具有較佳的效能，系統10可 以只採用PV瓦片或只採用熱能瓦片。 〇 設想當系統10包含PV瓦片與熱能瓦片時，PV 瓦片會被鋪設在屋頂13之上部，使其迎風而獲得冷卻 效果，並且具有較高的曝曬量，藉此獲得最佳的發電效 ' 率。假如系統10只設有PV瓦片，這些瓦片自然可以 • 鋪設在屋頂13的整個外露區域；若只使用有限數量的 PV瓦片，這些瓦片應如上述文所述被鋪設在屋頂13 的上部。 稍後將詳細說明PV瓦片組合100。 能源轉換系統10也可以包含一水力發電系統 200，該水力發電系統200之配置係用以將滑落屋頂結 構14的雨水之動能轉換成電能。以下將詳細說明水力 發電系統200。 另外，系統10也可以包含一將氣流（風）之動能 轉換成電能之風能轉換系統300。 能源轉換系統10進一步包含一能源管理系統 20。該能源管理系統20透過纜線22、24與26分別 接收由PV瓦片100、水力發電系統200與風能轉換 200925415 系統300所產生的電能。設想能源管理系統20包含 複數個輸入插槽28，將各種能源轉換組合與系統 100、200、300之電流輸出之電纜可被插入插槽28。 能源管理系統20可以設有一儲電裝置，例如充電電 池，用以儲存各種能源轉換系統所產生的電力。能源管 理系統20也可以包含一具有纜線32以連接至一輸 電網之連接系統30，以及一用以管理電池與輸電網間 雙向電流之控制器。以此方式，當電池充飽電時，系統 10可以將電力供應至輸電網；而當電池的電荷位準低 〇 於一閥值時，系統10可以從輸電網汲取電力。當然， 該能源管理系統也包含變流器與反流器，用以將直流電 變換成交流電以及將交流電變換成直流電。首先，將能 - 源轉換系統所產生的電流從交流電變換成直流電，使其 _ 可以儲存在電池中，再來讓電池中的電力可以傳送到輸 電網或建築物裡的電點與家電，這些家電的操作一般是 使用交流電。 光伏瓦片組合100 ❹ 第三圖至第十三圖顯示一光伏瓦片組合（此後簡稱 為「組合」）100之一具體實施例。組合100包含一具 有至少一堅固區U4之底部瓦片112 (在此一具體實 施例中，底部瓦片112具有四個堅固區），一機械扣件， 例如釘子或螺釘，可以釘入此一堅固區114，將底部瓦 片112固定在一位於下方的結構，例如屋頂結構。設 想該堅固區不需要預先鑽孔或設有孔洞以收納機械扣 件，讓安裝者可以選擇裝設扣件的最佳位置。不過，在 此一具體實施例之另一應用中，堅固區可設有一個或數 個此種孔洞。 200925415 組合100進一步包含一個或數個覆蓋瓦片116, 每一覆蓋瓦片116具有一將太陽能轉換成電力之光伏 電池118。電池118產生一可分別透過正極與負極輸 出端子120a、120b (此後稱為「輸出端子120」）被利 用之電流。 組合100可以設有兩種形式的覆蓋瓦片116。在 第一種形式的覆蓋瓦片116中，其整個表面區域除了 具有輸出端子120的部分外，大致上全為電池118所 覆蓋。在第二種形式的覆蓋瓦片116中，輸出端子120 正下方約有1/3的表面區域留白（即未設有光伏電池 118)，因此瓦片116之表面區域只有下方約2/3的部 分設有電池118。在瓦片組合100中，覆蓋瓦片116 ' 之表面區域有1/3處與第一種形式的覆蓋瓦片116 - 重疊，第一種形式的覆蓋瓦片116係設置在最上方並 且完全外露，而第二種形式的覆蓋瓦片116則位於下 方，其表面上方1/3處被覆蓋住，以下將有更詳細的說 明。 ❿ 藉由電氣連接柱（之後稱為「連接柱」）122，覆蓋 瓦片116以電氣方式與機械方式被耦接至一相對應的 底部瓦片112。連接柱122被固持在底部瓦片112中 並且具有一第一端部124,第一端部124分別與一覆 蓋瓦片116之輸出端子120接觸並提供電氣連接。此 外，第一端部124穿透覆蓋瓦片116以機械方式使覆 蓋瓦片116裝設於底部瓦片112上。每一連接柱122 也具有一以電氣方式耦接至一電氣連接管128之第二 端部126,該電氣連接管128使覆蓋瓦片116以電氣 方式耦接至能源管理系統20,以下將參考第八圖詳細 200925415 說明。 更細部地看組合100之組件，底部瓦片112通 以一具有平坦且大致連續之上表面13〇之方形薄板带 式呈現，上表面130的連續性只有因連接柱122往^ 直於表面130之平面之方向延伸並貫穿表面13〇而 中斷。在此一具體實施例中，連接柱122是以兩平行 線之方式配置。一防水密封墊設在連接柱122穿透表^ 130之處周圍，以下將有進一步說明。 〇 底部瓦片U2之—底面132設有複數個壁或肋 條，將底面132劃分成數個不同的部分。在此一具體 實施例中，底部瓦片112的四個角落均由堅固材料所 製成，形成四個堅固部份114，一機械扣件，例如釘子 或螺釘，可以釘入其間。一對平行的壁134在底部瓦 . 片Η2之相對側邊136、138之間延伸並局部形成堅 固部份114之邊界。底部瓦片112進一步包含複數個 壁140,壁140垂直延伸至構成堅固部分114之側邊 之壁134。壁140分別在底部瓦片112之鄰接侧邊 © 142、144與距其最近之壁134間延伸。藉此配置方 式’底部瓦片112之底面132上具有鄰接於侧邊 142、144之隔室146以及一位於中間之較大隔室 148 ° 隔室146、148可以不含任何填充物。然而，設想 隔室146含有隔熱材料，並且可以選擇在隔室148設 置一儲電裝置，例如電池150,且在隔室148的其餘 空間填充隔熱材料。當然，在隔室148沒有裝設電池 150的情況下，整個隔室148可以填滿隔熱材料。在 上述兩個例子中’包含隔熱材料或由隔熱材料所製成的 200925415 底部瓦片112具有隔熱功能。壁134、140也可以設 有縱向延伸的凹處，用以安裝連接管每—連接管 128的長度等於上述凹處之長度。 組σ 100也包含一瓦片接合系統，用以在鄰接瓦 片組合間提供防水接合功能。在此-具體實施例中，該 接合系統包含-橫向延伸的舌# 152，該舌片152沿

❹ 著底部瓦片112之鄰接側邊138、144設置。每一舌 片152進一步設有一縱向延伸的橡膠密封墊154。該 瓦片接合系統也包含沿著一底部瓦片112之鄰接側邊 136、142縱向延伸之互補凹槽156。舌片152與凹栌 156之设置使-瓦片組纟⑽之四個側邊與其它瓦片 組合100連接後具有防水效果。 第七圖至第九圖顯不’每一連接柱122係以管 的形式呈現，在其第一端部124 I有一開口， 納一以橡膠絕緣環158之形式呈現之端帽。端 緣環158是由彈性材料例如如橡膠所製成，並且萨f 過盈配合及/或使用黏著劑被固持在端部124中。^ 柱122本身是由導電材料’例如鋼鐵或不鏽鋼 成’並且設有-對在_與軸向均__段距離之凹^ 或凹部16〇。-導電彈簧162係以電氣 式被搞接至端部12“ 凹邵ibu收奶汉芡底邵瓦片112之孔洞内之 應的凸部，該等孔洞為連餘122插人之處。此^ 置方式係用以在每一連接柱122與底部瓦片112之 間提供防水密封功能。更具體來說，連接柱122、之 入位於底部瓦片112之相對應的孔洞 ，推 表面130突出，藉此與覆蓋瓦片 200925415 126則伸入設於壁134之凹處，以與個別的連接 128耗接。 第八圖、第十圖、第十一圖與第十二圖更詳細地描 繪出電氣連接管128之性質。連接管128包含一開口 164，以與個別連接柱122之第二端部126接合並提 供該第二端部126電氣連接。每一開口 164包含：一 縱向狹長孔166,在此一具體實施例中，縱向狹長孔 166延伸的範圍涵蓋整個連接管128的長度；以及複 Ο 數個延伸自縱向狹長孔166之從屬狹長孔168。從屬 狹長孔168包含一往周向延伸之第一長度17〇以及 一往軸向延伸之第二長度Π2。第二長度172止於一 圓形部分174。 一連接官128之每一軸向端設有電氣端接頭 1^76、178，用以致能鄰接連接管128之間的端對端電 氣連接。在這點上，端接頭176可以彈簧承載/偏置的 插頭之形式呈現，而端接頭178可以插槽的形式呈 ❾現。安f PV瓦片時，插頭176可以縮至與其相對應 =連接管128之鄰接端部大致齊平之位置，接著被彈 音作用推入相對應的插槽178。一第一導體18〇將一 端接頭176連接至一端接頭178，並且也提供一組從 屬狹長孔168電氣耦接。同樣地，一第二導體182在 另一端接頭176與另一端接頭178之間提供電氣連 接，並且提供一第二組從屬狹長孔168電氣連接。更 具，來忒，導體18〇、182提供交錯配置之狹長孔168 電氣連接，狹長孔168係以電氣方式與pv電池ιι8 之正極與負極端子12〇a、12〇b連接。因此，實際上每 PV電池118之正極端子12〇a係以電氣方式與導 12 200925415 體180耦接，而每一 PV電池ii8之負極端子12〇b 係以電氣方式與導體182耦接。 連接管128之每一軸向端可以被塑造成使該連接 管128以機械方式與一鄰接連接管耦接。理想上，這 可以藉由過盈配合或鄰接連接管128之間的「棘爪^ 接」達成。 設想底部瓦片112會以群組的方式連同絕緣環 158群組一起設置，而覆蓋瓦片116群組之設置係與 〇 上述底部瓦片112和絕緣環158分開。 、 欲將瓦片組合100裝設在屋頂骨架結構14上， 必須將連接柱122 (未裝設絕緣環158)插入設於底部 . 瓦片112之相對應的孔洞，使端部伸出表面13〇 而端部126伸入設於壁134、140之凹處或凹槽。接 下來，藉由將釘子釘入堅固部份114，一個別之底部瓦 片112被安裝於一屋頂結構上。然後，連接管128分 別被置放入壁134、140之凹處，使連接柱122之端 ❹部126位於狹長孔166並與從屬狹長孔168對齊。 再來，轉動連接管並將其滑動至一適當位置使之固定， 使連接柱122之端部126與圓形部分174接合而彈 簧162壓在圓形部分174之一下表面上，以與一相對 應的導體180或182形成電氣接觸。 然後，這個過程會爲緊接在後的鄰接底部瓦片112 再重複一次，在連接柱122插入後，此底部瓦片li2 被向上推抵先前鋪設的底部瓦片112,使其中一底部瓦 片之舌片152為另一底部瓦片U2之凹槽156所收 納。在將連接管128安裝到鄰接瓦片時，當鄰接底部 13 200925415 f片112之連接管128被轉動至合適的位置，一連接 J之插碩176可以縮進去。之後，假設先前鋪設的底 部瓦片與鄰接底部瓦片之連接管128之排列正確，插 頭176會延伸入插槽178並與之密合。 在—或許是較為簡單的安裝過程中，在將底部瓦片 112固定於屋頂骨架結構14之前，可以使底部瓦片 112在組裝時便納入連接柱122與連接管128。以此 方式’當安裝者要鋪設下一個瓦片112時，只需使舌 © f 152與凹槽156接合並使插頭176插入插槽178 就可以將下一個瓦片112固定在屋頂骨架結構14 上0 口 —旦底部瓦片112被鋪設並固定在合適的地方， /、要使連接柱122之端部124穿過設於覆蓋瓦片 116之相對應的孔洞，然後把絕緣環158推入端部 124，，能使覆蓋瓦片116嵌入相對應的底部瓦片 12^這些孔洞符合覆蓋瓦片之輸出端子ι2〇。由 © 一連接管128之相對端部藉由其接頭176與一 之接頭178之耦接而形成電氣接觸，是以 —耆=列瓦片組合100不間斷地形成電氣連接。接 由使用安裂在壁17G (見圖三）之凹處之相似的 接頭128,電氣連接可以延續到鄰接的一列瓦片 、二100。組合1〇〇之電流經由纜線22耦接到能 g理糸統20 〇 如同傳統的木瓦板或瓦片屋頂一樣，覆蓋瓦片116 寸與配置為’往垂直方向之表面區 /

此曹聂，你 H 且—瓦片的下部與一在垂直方向與之鄰接但位 父氐之瓦片上部重疊。另外，一特定底部瓦片112上 14 200925415 一位置最低之覆蓋瓦片116之下部將會和一與之垂直 鄰接但位置較低之底部瓦片112之最上方之覆蓋瓦片 116之上部重疊。此外，覆蓋瓦片116將由防水材料 製成。因此，以此方式舖設的覆蓋瓦片116實際上提 供屋頂13 —第二防水層與更佳的隔熱效果。 第七圖、第八圖顯示每一瓦片之下部是安置在位於 下方之覆蓋瓦片116之絕緣環158上。此外，安裝覆 蓋瓦片116時，傳統的瓦夾或瓦勾117可以嵌入鄰接 覆蓋瓦片116之間，往上勾住一在上方的瓦片116之 Ό 底部邊緣，往下扣住一鄰接且位於下方之瓦片之頂部邊 緣。 PV電池118可以具有習知結構。不過，爲了強化 效率，可以採用第十三圖所示之一 PV電池118，該 • PV電池118包含：複數個吸收不同頻率光線之光伏材 料層184a、184b ; —單向鏡膜186設在電池118迎 向入射光線之側邊並位在光伏材料層184a上方；以及 一反射器188設在一位於光伏材料層184b下方之薄 ❹ 膜並正對單向鏡膜186。以此方式，穿透單向鏡膜186 進入電池118之光線不斷在位於單向鏡膜186與反 射表面188之間的光伏層184a、184b被反射。一透 光分離層190可以設在光伏層184a、184b之間。此 外，保護膜或保護層191a、191b是設在電池118之 相對侧邊，分別鄰接鏡膜186與反射器188。 水力發電系統200 第十四圖至第十六圖係顯示一用於將滑落房屋12 屋頂13的雨水之動能轉換成電能之水力發電系統 15 200925415 Ο

200之一具體實施例。系統2〇〇包含：一具有一轉子 218以及一由轉子218所驅動之發電機219之渦輪 216;以及至少〆下向流管220 ’下向流管220具有一 用於接收滑落屋頂13的水之上端部222。下向流管 220包含由上端部222分別延伸至出水口 226a與 226b (此後稱為「出水口 226」）之通道224a與224b (此後稱為「通道224」）。每一出水口 226之配置係用 以將流下來的水弓丨導至轉子218，使轉子218往相同 的方向轉動。在此說明書中，通道224進一步配置成 使通道224a容納不下的水可溢流入通道224b，稍後 將詳細說明這一邡分。 當轉子218轉動時’上固定環與下固定環221a、 221b將渦輪216固持在下向流管220内適當的位 置，上固定環與下固定環22la、221b也可以用來配置 發電機219與能源官理系統間的、纜線24。 系統200進〆步包含—排水溝228，排水溝228 收由屋頂13清落的水並將其導入下向流管220。通 ί 224a與224b所配置的方式使進入下向流管220 還 開始流入通道224a，然後由出水口 226a排出 的7手218以麟動發電機219。不過，下傾盆大雨時， 至轉224a容納不下的水可以溢流入通道224b。於 ，道容納不下的水溢流入通道224b，穿過出水口 226b ^轉ί轉子218，藉此進一步驅動發電機219。 藉由在通道224上分別設置逐漸增高的上部邊 通道224a容納不下的水可溢流入通道224b ’以 ’ ^，漫過〆通道’例如通道224a ’之上部邊緣的 隨之流入鄰接通道224b。由第十四圖可以知，通 16 200925415 •道224a具有一上部邊緣23〇a’而通道224b具有一 比上部邊緣230a高的上部邊緣230b。因此’若通道 224a已經無法容納更多的水’溢出的水會漫過上部邊 緣230a而進入通道224b。由此可知’若下向流管220 進一步設有一第三通道，當水滿溢過第一通道224a之 上部邊緣230a與第二通道22仆之上部邊緣230b 後，水會流入第三通道。 爲了提供一受到控制的穩定水流穿過通道224a， 下向流管220之上端部222設有一水流調節池 ❹ 232。調節池232包含··一結合通道224a之上部邊緣 230a之筆直壁236 ; —向下傾斜之底部237 ;以及一 與壁236分隔開之第二筆直壁238。 調節池232向著通道224a之處設有兩個出水 • 口。一第一出水口 234具有一狹長孔或一串孔洞’該 狹長孔或孔洞係設在壁238上，靠近壁238與底部 237之交會處。設於第一出水口上方並與之隔開之第二 出水口係一設在靠近壁238之一上端部之處的水平狹 ❹ 長孔240。狹長孔240實際上構成一向著通道224a 之溢水道。因此，當調節池所收集的水之水位低於狹長 孔240，水會經由第一出水口 234流入通道224a。出 水口 234之尺寸使其得以在調節池中具有水位差時提 供一穩定而連績的水流’流入通道224a ^假如雨水量 大增’一開始水會穿過狹長孔240並流入通道224a， 提供更多壓力以驅動渦輪216。若調節池232之水位 增加的速度高過水排出出水口 234與狹長孔240之 速度’水將會漫過上部邊緣230 a流入第二通道224b。 通道224可以设有相同或不同的水力直徑。不 17 200925415 過，在一較佳具體實施例中， 道224b小的水力直徑。可以選擇通道 径、開口 234之尺寸以及調節池232之 直 穩定水流穿過通道224a ^ 體積Μ提供一 ，，下向流管220與轉子218的水可以銥 向k官220之一尾部242流進一水箱冰。水^下 可以設置在地面上或地底下。水箱244所儲= 可以^有包括非固定用途在内的多種用途，例如花園麗

外區域、洗衣機、洗碗機或加裝濾水器作為 飲水此外，水箱244的水可以通過一太陽能加埶 統’以提供建㈣12熱水，作為淋浴與洗衣等用‘途 或者這些水可以通過熱能散發器提供建築物暖氣。在這 些具體實施例中’理想上可以藉由屋丁頁13 i的太陽能 電池所產生的電力將水由水箱244中沒取出來。水箱 244也可以設有一溢流閥246，其配置係用以在水箱 244的水壓高過一閥值時敞開，使過量的水可以從水箱 中排出’在整個下向流管220充滿水之前水壓就會超 過閥值。 ° 第十五圖係顯示一下向流管220之詳細配置圖， 通道224a實際上在下向流管内包含一輸送管。排水溝 228直接將水注入通道224a的開口，當通道224a充 滿水的時候，容納不下的水會溢流入通道224b，通道 224b構成下向流管220内一個介於通道224a之外 侧與一界定下向流管220之外管246之内侧間的區 域0 第十六圖顯示，水力發電系統200也可以包含— 個或數個屋頂溝渠248,屋頂溝渠248由屋頂13之 18 200925415 上部斜對地延伸至排水溝228。屋頂溝渠248的作用 是引導滑落屋頂13的雨水以一正確的角度流動，使其 流動方向與排水溝228内的水流方向相同。這增加排 水溝228内水的動力或速度，藉此增加水的動能。提 供至水之動能之增加是依調節水池232的狀態以及開 口 234的大小而定，水的動能增加可以使渦輪輸出更 大的電能。 每一渦輪216產生的電力經由相對應的纜線24 ^ 供應至能源管理系統20。 〇 至此，已詳述水力發電系統200之一具體實施 例，熟悉該項技術人士可清楚暸解，在不脫離本發明基 本概念下可進行各種變化與改變。例如，系統200之下 向流管被劃分成兩個通道，224a與224b。然而，如上 ' 文所述，下向流管220可以被劃分出兩個以上的通 道。另外，儘管以阿基米德螺旋泵形式呈現之轉子218 據信為效能最高的轉子，還是可以使用輪子或推進器。 此外，如圖所示，上述調節池232之第二出水口作為 © 一狹長孔240可以採用不同的形狀。例如，壁238可 以與狹長孔240之底部一樣高，使壁238之最上方的 邊緣作為一屏障，水會漫過此一屏障。在另一應用中， 狹長孔240可以為複數個位在壁238上相同高度之 孔洞所取代。 風能轉換系統300 第十七圖與第十八圖係顯示用於建築物12之風 能轉換系統300之一具體實施例。系統300包含一個 或數個風力機312以及風力機312設置之處一斜尖屋 19 200925415 頂結構14’屋頂結構具有一第一坡度以及一覆蓋於斜 尖屋頂結構14之風力機312上方之遮蓋層316。遮 蓋層316具有一第二坡度，其坡度比第一坡度小，即 比斜尖屋頂結構14之坡度小。 斜尖屋頂結構14具有兩個向上會合之傾斜侧邊 318、320。風力機312設於屋頂結構14之一屋脊區 322,屋脊區322因側邊318、320之會合而形成並且 位於侧邊318、320之間。屋頂結構14除了讓頂部或 ❹ 屋脊區322敞開以裝設風力機312之外，大致上具有 習知的形狀與配置方式，因此將包含複數個屋襟~324 以及橡、接頭與條板（圖未示）。 . 遮蓋層316覆蓋屋頂結構14之上部326並且 延伸至屋脊區322之相對侧邊。實際上，遮蓋層 與屋頂結構14之上部326形成或作為一風洞6 引導風W沿著侧邊318、320向上流動並穿過 ’ 312 。 乳力機 ❹ 如上文所示’遮蓋層316之坡度比屋頂結構 之坡度小，故遮蓋層316與第一結構μ之上°部 U 間的垂直距離D往屋脊區322的方向遞減。因°此，326 洞328之斷面區往屋脊區322的方向縮小。這具有= 加空氣壓力的效果，從而使穿過風力機312之増 度增加。由此可知，風洞328之配置具有將=速 14之相對側邊導入風力機312的效果。 〜構 母一風力機312包^! 搞接至一驅動轴332 風轉子330，驅動軸322穿過風轉子330之轉之 心。驅動軸332與推進器330之轉動轴心係與屋脊g 20 200925415 322之長度方向垂直。因此’驅動軸332大致與通過 風力機312之氣流方向平行。 爲了更進一步凝聚穿過風力機312之氣流，系統 300進一步爲每一風力機312提供一整流罩334。每 一整流罩334環繞一在屋樑324上方延伸之相對應 的風力機312之上部並且具有敞開的相對端部，該相 對端部引導氣流沿著屋頂結構14向上流動並穿過風 力機312。整流罩334的形狀完全符合空氣動力原 理，而且其配置係用以凝聚穿過風轉子33〇之氣流。 ❿ 在這點上，例如，整流罩334之一内部表面之配置可 以是從相對的開口往設有風轉子330之中央區域逐漸 變得尖細。如第十七圖與第十八圖所示，每一整流罩在 . 遮蓋層316之一内部表面與屋頂結構14之一外部表 面之間往垂直方向延伸。 驅動軸332之相對端部分別被耦接至發電機338 以產生電力。發電機338可以配置成或被驅動以產生 相位相同的電流’此電流接著透過纜線26供應至能源 管理系統20。 0 可以了解的是，由相反方向通過風力機312的風 會造成風轉子330的轉動方向相反。依設於系統300 !發電機338之類型而定，不管推進器330轉動方向 爲何’維持發電機338產生的電流之相位（相同）是很 重要的，這點可以藉由在驅動軸332與發電機338之 間設置齒輪箱來達成。因此不管推進器330與驅動軸 332之轉動方向為何，發電機338之轉子（圖未示）維 捋相同的轉動方向。 21 200925415 一排水溝340沿著風力機312下方之屋脊區 322設置’用以收集由風洞328所吹入的水。排水溝 340可以與水力發電系統200之排水溝228垂直。 由上述說明可知，能源轉換系統1〇之具體實施例 利用一種或數種能夠從不同尺寸、形狀與結構之建築物 屋頂產生電力之再生能源，例如太陽輻射、風以及雨 水。系統10使設計師/建商可以根據建築物所處地點之 優勢以混搭方法選擇效能最高的能源轉換系統/發電系 統。 在本發明申請案之申請專利範圍與說明書中，除了 文章脈絡需要之外，否則基於明確的語言或必要之暗 示，「包含」（comprise, comprises 與 comprising)—詞 之使用具有包括的意思，用以明確說明已陳述之特性之 存在，但不排除本發明其他具體實施例中出現或附加之 特性。 ❹ 22 200925415 【圖式簡單說明】 接下來將以所附圖式對本發明一具體實施例作更 詳細的說明。所附圖示如下： 第一圖係顯示設於一建築物之本發明用於屋頂的 能源轉換系統之一具體實施例之剖面圖。 第二圖係顯示第一圖所示之建築物之局部側視圖。 第三圖係顯示一設於第一圖、第二圖所示之用於屋 _ 頂的能源轉換系統之光伏瓦片組合之一底部瓦片之剖 D 面圖。 第四圖係顯示第三圖所示之底部瓦片之正視圖。 - 第五圖係顯示一設於光伏瓦片組合之覆蓋瓦片之 剖面圖。 第六圖係顯示第五圖所示之覆蓋瓦片之正視圖。 第七圖係顯示光伏瓦片組合之侧視剖面圖。 第八圖係顯示光伏瓦片組合之橫向剖面圖。 第九圖係顯示一設於光伏瓦片組合之電氣連接柱 之示意圖。 第十圖係顯示一設於光伏瓦片組合之電氣連接管 之透視圖。 第十一圖係顯示第十圖所示之連接管之平面圖。 第十二圖係顯示第十圖、第十一圖所示之連接管之 剖面圖。 第十三圖係顯示第五圖、第六圖所示之覆蓋瓦片之 23 200925415 局部剖面圖。 第十四圖係顯示一設於第一圖、第二圖所示之用於 屋頂的能源轉換系統之水力發電系統之一具體實施例 之示意圖。 第十五圖係顯示一設於第十四圖所示之水力發電 系統之下向流管之正視圖。 第十六圖係顯示水力發電系統之側面立視圖。 第十七圖係顯示一設於第一圖、第二圖所示之用於 ^ 屋頂的能源轉換系統之風能轉換系統之端視圖。 第十八圖係顯示第十七圖所示之風能轉換系統之 局部側視圖。 【主要元件符號說明】 10 能源轉換系統 12 房屋 13 屋頂 14 屋頂骨架結構 20 能源管理系統 22 纜線 24 纜線 26 纜線 28 插槽 30 連接系統 32 纜線 100 瓦片組合 112 底部瓦片 116 覆蓋瓦片 24 200925415

200 水力發電系統 216 渴輪 219 發電機 220 下向流管 221a 上固定環 221b 下固定環 224 通道 228 排水溝 246 出水口 300 風能轉換系統 312 風力機 316 遮蓋層 338 發電機

Claims (1)

1. 200925415 七、申請專利範圍： 1. 一用於屋頂的能源轉換系統，包含： 一屋頂骨架結構；以及 複數個太陽能轉換瓦片，每一太陽能轉換瓦片包含 一固定於該屋頂骨架結構之至少一部份之底部瓦片以及 一個或數個設於一相對應的底部瓦片之覆蓋瓦片，其中 該底部瓦片之配置方式為，彼此沿著鄰接邊緣緊密接 合，爲該屋頂結構形成一大致防水的包覆層。 ® 2.如申請專利範圍第1項所述之能源轉換系統，其中該能 源轉換瓦片包含（a)複數個將太陽能轉換成電能之光伏 瓦片；或（b)複數個將太陽能轉換成熱能之熱能瓦片； 或（c) 一由至少一光伏瓦片與至少一熱能瓦片所構成之 組合物。 3. 如申請專利範圍第2項所述之能源轉換系統，其中該屋 頂骨架結構包含至少一對向上會合之傾斜侧邊。 4. 如申請專利範圍第3項所述之能源轉換系統，其中該複 © 數個太陽能轉換瓦片包含至少一光伏瓦片與至少一熱能 瓦片，配置方式為，該光伏瓦片設在該屋頂結構上之位 置比該熱能瓦片高。 5. 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述之能源轉換 系統，其中該光伏瓦片與該熱能瓦片之覆蓋瓦片所外露 的表面具有大致相同的外觀。 6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述之能源轉換 系統，其中複數個覆蓋瓦片被設置於每一底部瓦片，其 中至少兩個覆蓋瓦片彼此重疊。 26 200925415 7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述之能源轉換 系統，其中該底部瓦片之配置提供該屋頂骨架結構隔熱 效果。 8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之能源轉換 系統進一步包含一水力發電系統，該水力發電系統之配 置係用以將滑落該屋頂的水之動能轉換成電能。 9. 如申請專利範圍第8項所述之能源轉換系統，其中該水 力發電系統包含：一個或數個排水溝與下向流管；以及 0 —個或數個水渦輪，其中該排水溝與該下向流管之配置 係用以收集滑落該屋頂骨架結構的雨水，用以產生一驅 動該水渦輪之水流。 - 10.如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之能源轉 換系統進一步包含一風能轉換系統，該風能轉換系統具 有一個或數個由該屋頂骨架結構所支撐之風力機，用以 將一移動氣團之動能轉換成電能。 11. 如申請專利範圍第10項所述之能源轉換系統，其中該 g 風能轉換系統進一步包含一覆蓋在該（等）風力機上之 遮蓋層，該遮蓋層與該屋頂骨架結構形成一引導氣流沿 著該屋頂骨架結構向上流動並穿過該（等）風力機之風 洞。 12. 如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述之能源轉 換系統進一步包含一能源管理系統，該能源管理系統接 收並管理來自該太陽能轉換瓦片、該水力發電系統以及 該風能轉換系統之電能。 13.如申請專利範圍第12項所述之能源轉換系統，其中 該能源管理系統包含一連接至一輸電網之連接系統，並 27 200925415 且其配置係用以管理該能源轉換系統與該輸電網間之雙 向電流。 14.如申請專利範圍第12項或第13項所述之能源轉換系 統，其中該能源管理系統包含一儲電裝置，該能源管理 系統之配置係用以在該儲電裝置充飽電時提供該輸電網 電能，並且在該儲電裝置之電荷位準低於一閥值時將該 輸電網連接至該儲電裝置。

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