专利名称：用热调节的光电池屋面组件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及光电池屋面组件，具体的说，涉及一种能够调节太阳能电池所经受的温度，并且不需要屋顶贯入部分以固定在屋面上的光电池屋面组件。
随着太阳能电池价格的下降，为使光电池系统运行所必须的非太阳能电池开始在整个装置的价格上处于支配地位。为此，对于能够取消或减少非太阳能电池部件的光电池模块的研制正日益加强，在这种模块中光电池代替了普通的建筑构件。一个整体的光电池屋面组件能省掉购买或租借土地的费用，和/或建造光电池系统的支承构件的费用。当上述光电池屋面组件能够取代购买和安装普通的屋面材料时，还能进一步节约费用。由于未来的光电池市场对于光电池设施的费用的极度的敏感性，研制光电池屋面组件的一个主要目的是取消辅助性的费用和部件，其中的一个方面就是设计能完成多种功能的部件。
1989年12月12日授予伍德林等人的美国专利No.4,886,554中公开了一种光电池屋面组件。伍德林的组件中包括一层设置在屋面膜顶部的许多绝热块，一层在这许多绝缘块顶上的许多混凝土走道，以及许多分别支承在一块相应的铺面上的光电池。伍德林组件的一个主要特征是太阳能电池在支承走道上的固定方式。但，这种固定方式有许多缺点a)由于增加了屋面砌块，这种组件更加复杂了，并且制造的费用更高了。
b)这种组件没有设法限制太阳能电池和其他部件所经受的温度。众所周知，太阳能电池的效率是随着温度的升高而降低的。因此，由于没有设置降低温度的机构，这种组件由于无数次长期暴露在高温下的结果，工作效率将越来越低。
c)由于在绝热块上放置了一层混凝土走道和光电池模块，妨碍了绝热块的通风和发散水汽。结果，由于沾上了水汽，绝热块要很长时间才能干燥，从而降低了绝热块的绝热效果，和它在整个使用期内的完整性。
d)这种组件有多种潜在的失效方式，其中包括走道部件及其粘接方式。这些部件要在20-30年里在很高的温度下暴露在恶劣的气候条件下。任何形式的剥离都是不能接受的。剥离将使太阳能电池由于风力而移位，使得下面的绝热层和屋面膜暴露出来。
另一种现有技术中的太阳能电池屋面组件是1987年6月23日授予法兰科维奇的No.4,674,244号美国专利。法兰科维奇的组件包括一层基本上呈平坦的屋面衬底，一层在该衬底上具有倾斜表面的绝热构件，覆盖在上述衬底与构件上的一层合成橡胶膜，这层膜铺设在上述衬底和构件上并由其支承，而它则支承着一组太阳能电池。这种组件的主要特点是将太阳能电池直接固定在屋面膜上。由于这种固定方式，这种组件有下述各种缺点a)这种组件没有设法限制太阳能电池和屋面膜所经受的温度，从而会降低太阳能电池的效率和屋面膜的寿命。
b)这种组件有许多种潜在的失效方式，其中包括屋面膜与它的粘接剂的热应力而失效。
c)这种组件需要穿过上述保护性屋面膜的屋面紧固件，这样就使得安装工作更加复杂，费用更高。此外，紧固件穿过屋面增加了漏雨的危险，以及随之而来的建筑物和其内部物品的损坏。
另一种现有技术中的光电池屋面组件是1994年5月31日授予丁伍德的No.5,316,592号美国专利。丁伍德的组件包括一层铺设在屋面膜顶上的许多绝热块，以及一层铺设在绝热块上的许多光电池。丁伍德组件的主要特征是太阳能电池固定在绝热块上的方式。这种固定方式的缺点是要使用了某些光电池材料。这种组件也没有采取限制光电池所经受的温度的措施，因而工作的效率比其他的光电池低。
其他与光电池屋面组件有关的专利有1989年6月6日授予迪培尔的No.4,835,918；1980年2月26日授予郝雷的No.4,189,881；1973年10月30日授予兰克拉姆等的No.3,769,091；1977年8月9日授予佛雷斯梯里等的No.4,040,867；1982年3月23日授予特南特的No.4,321,416；1989年8月29日授予拉里等的No.4,860,509；1992年3月授予纳斯等的No.5,092,393；以及1992年5月授予梅尔乔的No.5,112,408号美国专利。
因此，本发明的若干目的和优点如下a)提供一种经过改进的屋面组件，这种组件具备下列特征一种光电池部件，它保护绝热层和屋面膜层免受紫外线的照射和恶劣气候的侵袭，从而延长了这些部件的寿命；一种可与上述光电池部件匹配的长寿命屋面组件；一种重量大约只有石渣屋面一半的屋面组件；一种实际上可与所有各种组合式或单层屋面膜配合使用的组件；一种在抵抗风力掀起方面有相当大的安全系数的组件；以及一种没有CFC的组件。
b)提供一种简单而廉价的光电池屋面组件，这种制品中的部件具有下列多种功能1)作为屋面部件的太阳能模块具有多种功能，其中包括对下面的绝热层和防水层的镇压作用，防风雨和防紫外线；2)一种支承光电池模块的预制构件，同时能方便地通过向对流的流体和/或相变材料传递热量来调节温度。
c)提供一种光电池屋面组件，它能限制光电池模块和屋面膜所经受的温度，从而最大限度地提高太阳能电池的效率，并且同时延长屋面膜的寿命。
d)提供一种价格低廉的组件，这种组件不需要屋面贯入部分。
e)提供一种结构简单而制造方便的光电池屋面组件。
f)提供一种保持建筑物屋面的绝热层整体性的产品。
g)提供一种光电池屋面组件，在具体制作这种组件时，利用绝热块作为夹在光电池模块和屋面膜中的一层，由于雨水从绝热块的边缘流过，流到下面的屋面膜上，使得整个组件就象“浮”在屋面膜上，这样，使光电池模块暴露出来，而使其有关的电气连接部分和水汽的接触减到最少。
h)提供一种光电池屋面组件，它省掉了普通屋面材料和铺设屋面材料的费用，从而提高了上述光电池部件作为一种复合建筑构件的价值。
i)提供一种使潜在的故障减到最少的产品。
j)提供一种与现有的市售屋面组件的结构类似的产品，以便于市场和建筑业界接受。
k)由于提供了一种能大大降低生产光电池的技术费用的屋面组件，而产生了巨大的社会效益。这有助于向一种清洁的新的能量经济的转变，并有助于消除空气污染和全球变暖。
在参照附图阅读了对本发明的优选实施例的描述之后，将会对本发明的上述及其他的目的、优点和新颖的特征有更清楚的理解。
按照本发明，太阳能电池屋面组件由三部分组成。第一部分是安装在铺在普通屋架上的屋面绝热层上的普通的屋面膜。第二部分是许多光电池模块，和预先制成的隔垫，这种隔垫使得能与对流流体和/或相变材料进行热交换。上述光电池模块与预制的隔垫具有锁定的边缘。第三部分或可供选择的部分是普通的屋面走道。上述光电池模块部分是这样设置在屋面膜上的，即，它暴露在阳光的照射下，并且为了输送电能而在电气上互相联结。上述走道部分装设在同样的屋面膜上，以便在各光电池模块集结区域之间提供通道，并为屋面的贯入部分和设施提供围壁。上述光电池组件之所以能完成多种功能主要是因为具有一种屋面走道，这种走道包括石渣层，紫外线防护层，和为了保护下面的屋面膜和绝热层的防风雨的部分。也可以增设一台风扇或泵以加强冷却流体的对流，这种流体一般是空气，但也可以是其他液体或气体。这三部分结合起来，起自镇重走道屋面系统和用于收集辐射能量的热调节太阳能电池组的双重作用。
在一个可供选择的实施例中，上述太阳能电池屋面组件由四部分组成。第一部分是铺在普通屋架上的屋面膜。第二部分是许多绝热块。第三部分是许多光电池模块，和预先制成的隔垫，这种隔垫使得能与对流流体和/或相变材料进行热交换，并且铺设在上述许多绝热块上。上述带光电池模块的绝热块和预先制成的隔垫具有锁定的边缘。上述光电池模块完成通常由屋面走道所具备的多种功能，其中包括镇重，防紫外线和为下面的屋面膜和绝热层防风雨的作用。
这个可供选择的实施例的第四部分或供选择的部分是夹在光电池模块集结区域之间的普通的屋面走道，它提供通道和屋顶贯入部分与设施的围壁。这四部分结合起来，起受到保护的屋面膜的屋面系统和用于收集辐射能量的热调节太阳能电池组的双重作用。
下面参照附图详细描述本发明的实施例。附图中
图1a-1d是本发明的断面图，它具有平坦的形状，设计成在光电池模块下面能进行流体对流；图2a-2c是本发明第二实施例的断面图，在该实施例中图1中的本发明具有倾斜形状；图3a-3c是第三实施例的断面图，其中采用了一种相变材料，并且具有平坦的形状；图4a-4c是第四实施例的断面图，其中，图3中的本发明具有倾斜形状；
图5a-5c是第五实施例的断面图，其中，本发明具有一种在屋面膜上方的绝热块，并且具有平坦的形状；图6a-6b是第六实施例的断面图，其中，图5中的本发明具有倾斜形状；图7a-7c是第七实施例的断面图，其中，图6中的本发明采用了一种相变材料，并且具有平坦的形状；图8a-8c是第八实施例的断面图，其中，图7中的本发明具有倾斜形状；图9是一座安装了本发明的光电池屋面组件的建筑物的平面图。
对图1a-1d的描述具有对流层的平坦形状图1a表示一种光电池屋面组件的断面图。这种组件有许多光电池模块104、106、108、110，许多分别设置在这许多光电池模块104、106、108、110下面，与其成为一体或固定连接在一起的预制的隔垫，支座，或支架112、114、116、118、120、122。这些隔垫112、114、116、118、120、122都布置在屋面膜102的上部。
屋面膜102支承在普通的屋架(图中未示出)上，用普通的手段，例如紧固件或粘接剂固定在屋架上。屋面膜102也可以直接铺在支承在普通屋架上的绝热块上。光电池模块104、106、108、110都与普通的导体(图中未示出)连接，并且布置成光电池模块的方阵。各模块104、106、108、110中至少有一个光电池。光电池模块的例子包括那些在玻璃、不锈钢或陶瓷基片有薄膜蒸镀层的光电池，生产这种光电池组件的公司有前进光电设备公司，太阳能公司，联合太阳能设备公司，以及航天电力公司等。还包括那些单晶硅或多晶硅光电池模块，例如由得克萨斯仪器公司，航天电力公司，西门子太阳能工业公司，以及太阳能公司等制作的这种电池。
这种组件的隔垫112、114、116、118、120、122可以有各种形状，包括有直线沟槽的，点支承的，或小面积支承的。图1b表示这种组件的一些细节的断面图，其中预制的隔垫124、126布置在屋面膜102的顶部，并且沿着光电池模块104、106、108的边缘或角部为其提供点支承，这些隔垫固定连接在这些光电池模块上，或者做成一个整体。图1b中的尺寸d表示两个光电池模块之间的间隔，尺寸h表示光电池模块与屋面膜之间的距离。这种组件的优选尺寸是h为1/2-4英寸，根据光电池模块和其他部件所限定的温度而定。此外，为了使光电池模块的顶部和底部之间的压力均匀化，以降低风掀翻的力量，d/h之比接近2或大于2。上述光电池模块的尺寸通常在1×1英尺到4×8英尺的范围内，以便于屋面铺设人员运输。上述隔垫的尺寸和数量要减到最小，以便尽量减少材料的成本，但必须根据光电池模块材料的强度，足以支承这些光电池模块。
图1c是该组件另一种细部的断面图，其中的隔垫130、132、134布置在屋面膜102的顶部，并且为光电池模块104、106、108提供小面积支承，这些隔垫固定连接在这些光电池模块上，或者做成一个整体。隔垫130、132、134可以用玻璃、混凝土、塑料、绝热块、包裹绝热块的整块混凝土(例如T.克利尔公司的称为轻型防护材料的产品)，等等制成。上述隔垫的间距和尺寸是预定的，能提供多种功能，包括由于在光电池模块104、106、108背面进行的流体对流而形成的热交换的温度调节，使光电池模块104、106、108的底面和顶面之间的压力均匀化，以及使雨水排泄。
图1d表示隔垫112、114的放大图，这种隔垫的径向隔板与隔垫116、118、120、122一样，在其顶部有粘接剂层140、142，用于在工地上或车间里把光电池模块104、106、108粘接或层叠在它上面。但是，也可以用任何其他装置把光电池模块104、106、108固定在隔垫上。此外，如果具有这些光电池模块的边缘之间有了可靠的联结，那么就可以省略隔垫与光电池模块之间的联结。隔垫114和隔垫118、122一样，通常具有带槽的轮廓152，而隔垫112和隔垫116、120一样，通常具有舌状轮廓154。这样，在相邻的整体组件之间就形成了互相锁定的接头，以便更好地抵抗风的掀力。但，任何整体锁定的装置都可以采用。
这种太阳能屋面组件的优选制造方法如下在制造车间里或者在工地上，把光电池模块104、106、108、110粘接在，或者用其他方式固定在相应的隔垫112、114、116、118、120、122、124、126、130、132、134上。在屋顶上铺设一层屋面膜。将上述光电池模块和隔垫在屋面膜的顶上布置成方阵。屋面走道在光电池模块边缘的周围。这样的构造形成了一种简单的，便于装配的屋面组件，这种组件能调节光电池模块和屋面膜的温度。在光电池模块104、106、108、110下面形成了一种半连续的立体层，使得一种流体，通常是空气，能够通过由这些隔垫所造成的通道进行对流。在隔垫所造成的通道内的流体的对流，把热量从光电池模块的背面传导出去。还可以加上一台风扇或泵以加强流体的对流。雨水通过整体组件之间的接头排泄到下面的屋面膜上。
上述组件的优点有1.这种光电池屋面组件可用于平的或中等倾斜的屋顶，把雨水通过屋顶的泄漏减到最少程度。
2.预制的垫座或隔垫支承着光电池模块，同时还便于通过将热量传给对流的流体来调节温度。
3.光电池模块作为一种屋面部件具有多种功能，包括镇重，防风雨，和为下面的屋面膜层防紫外线。
4.借助于取代屋面构件和它们的安装工作，上述光电池模块的价值增大了，从而增强了这种清洁的新能源在价格方面的竞争能力。
5.依靠把镇重和边缘与边缘的联结组合在一起来抵抗风掀起的力量，相对于普通的屋面组件，这种组件的重量较轻。
6.光电池模块104、106、108、110是互相联结在一起的，防止了个别组件的移位，因为每一块模块都被另一块模块固定住了。
7.由于容易制造和结构简单，这种组件的安装费用最少。由于采用了车间内组装的整体组件，质量控制也最大限度地加强了。
8.这种太阳能屋面组件可以重复使用，可以很容易地拆开，并安装在其他屋顶上。
9.在这种组件的光电池模块和走道部分之间的界面上，风掀起的力量减小了，因为引入了空气层流的扰流器。这种扰流器有多种功能1)在组件的光电池模块与走道部分之间其边缘与边缘的联结作用，2)用于敷设电线的布线槽。
对图2a-2c的描述带有对流层的倾斜的形状图2a-2c表示本发明的第二实施例的断面图。在图2a中，该组件包括许多光电池模块204、206、208，许多预制的隔垫，垫座或支承件212、214、216，这些隔垫分别布置在光电池模块204、206、208下面，并且和它们制成一体或者固定在它们上面。这些隔垫212、214、216都布置在屋面膜202的顶上。
这种组件的隔垫能采用几种形状，包括直线槽，点支承或小面积支承。
图2b表示该组件的细节的断面图，其中预制的隔垫224、226布置在屋面膜202的顶部，并且沿着光电池模块204、206、208的边缘或角部为其提供点支承，这些隔垫固定连接在这些光电池模块上，或者做成一个整体。隔垫224、226还保证在光电池模块204、206、208之间始终是隔离的，并且能让水排泄掉。
图2c表示该组件另一种细节的断面图，其中，隔垫230、232、234布置在屋面膜202的顶上，并且为固定连接在其上或者与其做成一体的光电池模块204、206、208提供小面积支承。隔垫231、232、234可以用玻璃、混凝土、塑料、绝热块或其他材料制成。
在图2中的具有倾斜形状的光电池屋面组件中，由于这种组件能借助于它们背面的自然对流进行通风，所以光电池模块的相邻边缘之间的间距能缩到最小。
图2中的组件除了图1中的组件所具有的优点之外，还有下列优点1.倾斜的光电池模块204、206、208，由于它们的顶面比较接近于与太阳光线垂直的平面，所以工作效率比较高。
2.由于在倾斜平面的背面上对流的气流便于流通，所以让光电池模块倾斜加强了利用外部空气作为对流气流的自然对流。
3.由于使光电池模块倾斜，所以光电池模块的方阵的顶部平面对于流过这种光电池模块顶面的气流来说，与光电池模块不倾斜的光滑表面相反，是一种高低不平的表面。这种高低不平的表面破坏了风的层流，从而减小了风的掀起的力量。当光电池模块的最高边缘与最低边缘之间的高度差在一个限定的范围内时，这个结论总是对的。超过一定的高度差时，光电池模块便会“抓住”风，所以这种设计将丧失减小风的掀起力的效果。允许的高度差是光电池模块的重量，边缘与边缘连接的性质，光电池模块的尺寸，以及其他因数的复杂的一个函数。对于每一种光电池模块的各种条件都需要进行风洞试验以校验其相对的高度尺寸。
对图3a-3c的详细描述具有相变材料的平坦形状图3a-3c表示本发明第三实施例的断面图。在图3a中，该组件包括许多光电池模块304、306、308，许多预制的容器或支承件312、314、316，这些支承件分别设置在这许多光电池模块304、306、308的下面，并且和它们做成一体，或者固定在上面。这些容器312、314、316都设置在屋面膜302的顶上。
这种组件的容器312、314、316用泡沫混凝土、混凝土或其他材料制成，在这种容器里面埋了或者用其他方式装入一种相变材料350、352、354。所谓相变材料是一种当其在熔化点温度下从固相转变为液相时，或者在其沸点温度下从液相转变为气相时，每单位重量能够吸收相当大量的热能的材料。在两种情况下所吸收的热量一般分别称为材料的熔化热和汽化热。
封装相变材料350、352、354的装置可以采取几种形式。图3b表示预制的组件324、326、328，这些组件通常是金属，以便更有效地传导热量，并且形成凹穴或凹槽，使得热量能从相变材料360、362、364、366、368传导到一般是空气的对流流体中去。
图3c表示一种市售的中间夹铝的蜂窝状构件340、342、344，该包含相变材料的构件粘接在光电池模块304、306、308的底面上，并且支承在隔垫346、348上。
上述相变材料通常是称为线性晶体的烷基碳氢化合物，因为它们的价格低，并且熔化温度在35-70℃的范围内。
图3中的组件除了图1中的组件所具有的优点之外，还有下列优点1.由于采用了具有预定熔化温度的相变材料，就能够精确地规定该组件所经受的，也就是下面的建筑物屋顶所经受的最高温度。这样就提高了光电池模块的效率，以及该建筑物的热效率。
2.上述相变材料的容器还能够用作光电池模块的隔垫或支承构件，从而降低了材料的成本。
3.图3中的组件特别适合于薄膜光电材料，这种材料可以层叠在一块刚性的底板上。由得克萨斯仪器公司研制的光电“珠”技术就是其中的一个例子，它在薄的金属箔上加入了晶体硅珠子。
对图4a-4c的详细描述具有相变材料的倾斜形状图4a-4c表示本发明第四实施例的断面图。图4的组件中，包括许多光电池模块404、406、408，许多分别设置在上述光电池模块404、406、408下面，与其做成一体或者固定在其上的预制的容器或支承件412、414、416。容器412、414、416设置在屋面膜402的顶上。
这种组件的容器412、414、416用泡沫混凝土、混凝土或其他材料制成，在这种容器里面埋了或者用其他方式装入一种相变材料450、452、454。但，封装相变材料450、452、454的装置可以采取几种形式。
图4b表示利用预制的凹穴或凹槽424、426、428的封装装置。
图4c表示一种市售的中间夹铝的蜂窝状构件440、442、444，该包含相变材料的构件粘接在光电池模块406、408的底面上，并且支承在隔垫446、448上。
图4中的组件除了图1中的组件所具有的优点之外，还有下列优点1.由于倾斜的光电池模块204、206、208的顶面比较接近于与太阳光线垂直的平面，所以工作效率比较高。
2.让光电池模块倾斜加强了利用外部空气作为对流气流的自然对流。这样就会导致在高峰温度下少用一些相变材料，从而降低组件材料的成本。
3.由于使光电池模块倾斜，所以光电池模块的方阵的顶部平面对于流过这种光电池模块顶面的气流来说是一种高低不平的表面。这种高低不平的表面破坏了风的层流，从而减小了风的掀起的力量。
对图5a-5c的详细描述具有绝热块和对流层的平坦形状图5a-5c表示本发明第五实施例的断面图。图5的组件中，包括许多光电池模块504、506、508、510，许多分别设置在上述光电池模块504、506、508、510下面，与其做成一体或者固定在其上的预制的绝热块512、514、516、518。绝热块512、514、516、518设置在屋面膜502的顶上。绝热块514在结构上和绝热块512、516、518相同，它们通常在一个边缘上有一条槽形轮廓550，而在相对的边缘上有一条舌状轮廓552。这样，在相邻的两个组件之间便形成了互相锁定的接头，以便更好的抵抗风的掀起力。但，任何锁定成一体的手段都可以使用。
在图5b中，上述屋面组件的光电池模块504、506、508都与隔垫，垫座或支承件520、522、524、526连接，这些隔垫则搁在铺设在屋面膜502上的绝热块532、534、536上。固定在隔垫522、524上的光电池模块506跨在两块绝热块532、534上，以便使两块相邻的绝热块联结得更牢靠。这样，光电池模块506和508分别与绝热块534、536和536、538连接，形成边缘靠着边缘的整体组件。但，在光电池模块504、506、508之间可以采用任何可靠的联结手段。隔垫520、522、524、526可以用金属、绝热块、塑料、玻璃纤维或其他材料制成，并且具有预先确定的间隔和尺寸，使它具有多种功能，包括借助于在光电池模块504、506、508背面的流体对流进行热交换；在光电池模块504、506、508的顶面和底面之间使压力均匀化；使绝热块532、534、536通风并散发水汽，从而保持其绝热值并延长其寿命；以及排泄雨水。
图5c表示隔垫522的放大图，隔垫522在结构上与隔垫520、524、526相同，有一层顶面粘接层560，用于在工地或车间内把光电池模块506粘接或层叠在其上。隔垫522还有一层底面粘接层562，用于在工地或车间内把绝热块5343粘接或层叠在其上。但，任何装置都可以用于把光电池模块506固定在隔垫522上，和把隔垫522固定在绝热块532上。
图5c表示了光电池部分与组件的走道部分之间的一种典型的界面。图5c中，屋面走道552在其各边缘上与绝热块554连接。电气布线槽(图中未示出)位于屋面走道内或在其顶上，或者位于组件的光电池部分内部。
下面，说明制造上述太阳能屋面组件的优选方法。绝热块512、514、516、518或者在车间内，或者在工地上，以其顶面粘接或用其他方法固定在光电池模块504、506、508、510上，从而制成一种双层的太阳能屋面组件。在工地上，把这种太阳能屋面组件铺在屋面膜502上。屋面走道布置在太阳能屋面组件方阵的四周。电气布线槽沿着太阳能屋面组件的各条边缘设置，也可以把布线槽与太阳能屋面组件或屋面走道做成一体。
具有这种结构的组件是一种简单而容易安装的屋面组件，它能够调节光电池模块和屋面膜的温度。在光电池模块504、506、508、510下面形成了一层半连续的空间层，它能使流体，通常是空气，进行对流。上述流体在预制的绝热块或隔垫所形成的通道内进行对流，使热量从光电池模块的背面传递出去。也可以增加一台风扇或泵，强迫流体进行对流。雨水通过整体光电池模块之间的接缝排泄到下面的屋面膜上。
图5中的组件除了图1中的组件所具有的优点之外，还有下列优点1.这种组件为屋面膜提供了进一步的保护，防止它因暴露在紫外线的辐射，气候因数和高温下而被破坏，从而延长了屋面膜的寿命。
2.这种组件取消了设置在屋面膜下面的建筑物绝热层的必要性。
3.由于把建筑物绝热层放置在屋面膜的上方，消除了从建筑物内部出来的水汽的凝结，因为露点温度是在屋面膜的上方。
4.由于雨水在绝热块的边缘之间流过，在绝热块和下面的屋面膜之间形成了一层，所以绝热块、隔垫和光电池模块将作为一个整体浮在雨水上。由于该组件浮在雨水的上面，所以光电池模块和它们的电气接头就不会暴露在水汽中，从而延长了它们的寿命，增加了装置的安全和可靠的程度。这一点对于那些屋顶排水系统不能很快的将雨水排泄掉的设施来说是特别重要的。
5.由于在相邻的光电池模块之间有了边缘与边缘的可靠的联结，这种组件不需要屋顶的固定装置和贯入部分，从而降低了安装组件的费用和复杂性。
对图6a-6b的描述具有绝热块和对流层的倾斜的形状图6a-6b表示本发明的第六实施例的断面图。图6的组件中，包括许多光电池模块604、606、608，许多分别设置在上述光电池模块604、606、608下面，与其做成一体或者固定在其上的预制的绝热块612、614、616。绝热块612、614、616设置在屋面膜602的顶上，具有倾斜的形状，以便使光电池模块604、606、608朝向增加太阳光线照射的方向。
绝热块614在结构上和绝热块612、616相同，它们通常在一个边缘上有一条槽形轮廓650，而在相对的边缘上有一条舌状轮廓652。这样，在相邻的两个组件之间便形成了互相锁定的接头，以便更好的抵抗风的掀起力。但，任何锁定成一体的手段都可以使用。
图6b中表示了图6a中的光电池模块604、606、608与隔垫、支座或支承件620、622、624连接的另一种方式，上述隔垫支承在位于屋面膜602上方的绝热块632、634、636上。
图6中的组件除了图5中的组件所具有的优点之外，还有下列优点1.倾斜的光电池模块604、606、608，由于它们的顶面比较接近于与太阳光线垂直的平面，所以工作效率比较高。
2.让光电池模块倾斜加强了利用外部空气作为对流气流的自然对流。这样就会导致在高峰温度下可以少用一些相变材料，从而降低组件材料的成本。
3.由于使光电池模块倾斜，所以光电池模块的方阵的顶部平面对于流过这种光电池模块顶面的气流来说是一种高低不平的表面。这种高低不平的表面破坏了风的层流，从而减小了风的掀起的力量。
对图7a-7c的详细描述具有绝热块和相变材料的平坦形状图7a-7b表示本发明的第七实施例的断面图。图7的组件中，包括许多光电池模块704、706、708、710，许多分别设置在上述光电池模块704、706、708、710下面，与其做成一体或者固定在其上的预制的绝热块712、714、716、718。绝热块712、714、716、718设置在屋面膜702的顶上。该组件的绝热块712、714、716、718中包含有一种相变材料750、752、754、756。
虽然在该组件中表示了用绝热块712、714、716、718作为封装相变材料750、752、754、756的装置，但封装的装置可以采用各种不同的方式。
图7b表示预制的装有相变材料的容器724、726、728，其形状能使流体进行对流，把热量从相变材料中传递出去。为了高效率地传导热量，容器724、726、728通常用金属制成。
图7c表示一种市售的中间夹铝的蜂窝状构件760、762、764，该构件中包含有相变材料，并粘接在光电池模块704、706、708的底面上，并且支承在绝热块776、778、780上。
换一种方式，上述粘接在蜂窝状构件上的光电池模块也可以支承在屋面膜上方的隔垫上。
图7中的组件综合了图3和图5中的组件的优点。
对图8a-8c详细的描述具有绝热块和相变材料的倾斜的形状图8a-8c表示本发明的第八实施例的断面图。在图8a的组件中包括许多光电池模块804、806、808，许多分别设置在上述光电池模块804、806、808下面，与其做成一体或者固定在其上的预制的绝热块812、814、816。绝热块812、814、816设置在屋面膜802的顶上，具有倾斜的形状，以便使光电池模块804、806、808朝向增加太阳光线照射的方向。绝热块812、814、816中装有相变材料850、852、854。
虽然在图8a的组件中表示了用绝热块812、814、816作为封装相变材料850、852、854的装置，但封装相变材料的装置可以采用各种不同的形式。
图8b表示预制的装有相变材料的容器824、826、828，其形状做成可装入相变材料850、852、854，并且能使流体进行对流，把热量从相变材料中传递出去。为了高效率地传导热量，容器824、826、828通常用金属制成。
另外，图8c表示一种市售的中间夹铝的蜂窝状构件860、862、864，该构件中包含相变材料，并粘接在光电池模块804、806、808的底面上，并且支承在绝热块876、878、880上。
图8中的组件综合了图4和图5中的组件的优点。
对图9的详细描述光电池屋面组件的立体9表示上述光电池屋面组件的立体图，在该组件中，太阳能屋面组件形成一组位于建筑物屋顶上的方阵902。屋面走道部分904处在方阵902的预定区域之间，为屋顶贯入部分，例如通风口的周围，以及屋顶设备，例如取暖设备，通风设备，和空调设备等的周围提供通道和围边。
虽然以上只描述了本发明的一些优选实施例，但可以理解，以上的说明只是为了说明，而不是为了限制。在不脱离本发明的宗旨和真正的范围的前提下，能在权利要求书的范围内作各种改变。
本发明为平坦的屋顶或具有中等斜度的屋顶提供了一种简单、高效、能快速安装，可以重复使用，并且价格低廉的太阳能模块。
虽然在以上的说明中包含了许多具体的内容，但这些不能当做对本发明范围的限制，而只是对优选实施例的举例说明。它能有许多不同的变型。
例如，由粘接在绝热块上的太阳能模块组成的整体太阳能模块可以脱离屋面膜独立使用。
另一个例子，上述太阳能屋面组件可以带有一层由织物或其他材料制成的，布置在屋面膜上方和带隔垫的光电池模块下方的附加层，这层附加层可以为屋面膜和/或薄衬纸提供一层附加的保护屏障。
另一个例子，具有支座或隔垫的太阳能模块还可以带有设置在支座或隔垫的上方或下方的调节板，用以调节光电池模块，或用它来调节光电池模块的斜度。
另一个例子，绝热块还可以包覆一层能膨胀的外壳或其他防火的装置，以便成为一种具有防火特性的建筑物屋面组件。
另一个例子，在上面的例子中，相邻模块之间边缘与边缘的联结常常是舌和槽的组合，但，任何连接边缘的装置都可以使用，包括机械的夹箍，粘接剂，穿进绝热块内的叉状插入件，等等。此外，光电池模块之间的可靠的连接可以用下列方式来完成。上述光电池模块支承在隔垫上，隔垫又支承在松散地放置在屋面膜上的绝热板上。上述光电池模块可以跨过两块相邻的绝热块，并且粘接在上面，这样就能在相邻的两块绝热块之间和相邻的两块光电池模块之间形成牢固的连接。光电池模块支承件的牢固连接有助于组件抵抗风的掀起的力量。
另一个例子，当在预制的绝热块内装入相变材料时，该绝热块可以带有用于封装相变材料的衬垫。
另一个例子，在所有绝热块的顶面上可以刷上一层不透过紫外线的漆，从而延长那些光电池模块不阻挡紫外线的照射的设施中绝热块的寿命。
另一个例子，上述隔垫不在车间里与光电池模块做成整体，而是在工地上作为纵梁来铺设，然后在工地上把光电池模块固定在隔垫上。
另一个例子，上述组件上作为行走件的屋面走道部分可以取消，而可以直接在屋面膜或其他材料上行走。
因此，本发明的范围不应由实施例来确定，而应由权利要求书及其等同物来确定。
权利要求
1.一种光电池屋面组件，它包括一块屋面膜；许多成为一层设置在上述屋面膜顶上的光电池模块；以及用于调节上述光电池模块的温度的装置。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，上述调节温度的装置包括许多位于上述光电池模块下方的预制的隔垫，使上述光电池模块与上述屋面膜隔开一预定的距离，从而使热量能从上述光电池模块的背面传递给一种对流流体。
3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，上述预制的隔垫具有倾斜的形状，使得上述光电池模块能安装成朝向增加太阳光照射的方向。
4.如权利要求2所述的组件，其特征在于，上述调节温度的装置包括在上述隔垫的顶面上形成的预定的槽，使得在上述隔垫的顶面上方形成一层空间，能进行流体的对流，把热量从上述光电池模块的背面传递出去，并且使上述光电池模块的底面和顶面之间的压力均匀化。
5.如权利要求2所述的组件，其特征在于，上述光电池模块和隔垫连接在一起形成一个整体的组件。
6.如权利要求5所述的组件，其特征在于，上述整体的组件包括把相邻的整体组件互相联结起来的锁定构件，从而不需要贯入屋面膜内也能够抵抗风的掀起力。
7.如权利要求2所述的组件，其特征在于，上述隔垫用绝热材料制成。
8.如权利要求2所述的组件，其特征在于，上述隔垫具有与上述光电池模块连接，形成整体组件的顶面。
9.如权利要求1所述的组件，其特征在于，上述调节温度的装置包括一种相变材料，和用于封装上述相变材料，成为一层布置在上述许多光电池模块下面的容器。
10.一种光电池屋面组件，它包括一层屋面膜；许多预制的，作为一层布置在上述屋面膜顶上的隔垫；许多作为一层布置在上述预制隔垫的顶上，并固定在该隔垫上，形成整体组件的光电池模块；以及把这些整体组件的侧面连接起来的装置，使得相邻整体组件互相有固定的相对位置，起到连接起来的组件的边成为一条整体的边，以抵抗风掀起的力量，而不需要屋面贯入部分。
11.如权利要求10所述的组件，其特征在于，它还包括调节光电池模块的温度的装置。
12.如权利要求11所述的组件，其特征在于，上述调节温度的装置包括一种相变材料，和用于封装上述相变材料，成为一层布置在上述许多光电池模块下面的容器。
13.如权利要求10所述的组件，其特征在于，上述隔垫具有倾斜的形状，并且上述光电池模块具有的顶面能够安装成朝向增加太阳光照射的方向。
14.一种制造太阳能屋面组件的方法，它包括装配具有固定在支承隔垫上的底面的光电池模块，从而形成整体的组件；在屋顶上铺设一层屋面膜；以及把上述整体的组件作为一层铺设在上述屋面膜的顶上；其中，完成的组件限制了光电池模块所经受的温度，并且不需要屋面的贯入部分来固定上述整体组件。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，上述装配步骤中包括提供一种与光电池模块和支承隔垫协同工作的相变材料。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，上述装配步骤用绝热块作为支承隔垫来实现。
17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，上述装配步骤使用具有倾斜形状的隔垫来实现，并且上述整体组件的安装步骤是这样实现的，即，使得上述光电池模块的顶面朝向太阳光照射的方向。
18.一种制造光电池屋面组件的方法，它包括下列步骤在工地上安装一层屋面膜；在工地上把预制的隔垫安装成基本上呈几条直线；以及把光电池模块安装在上述预制隔垫的顶上；其中，完成的组件限制了光电池模块所经受的温度，并且不需要屋面的贯入部分来固定它的任何构件。
全文摘要
一种光电池屋面组件，它包括一层屋面膜，在屋面膜顶上铺成一层的许多光电池模块，以及许多预制的隔垫，这些隔垫分别布置在这许多光电池模块的下面，并且固定在一起或者做成一体。这种屋面组件可以做成倾斜的形状，使得光电池模块朝向增加太阳光照射的方向。为调节温度，可以使用一种相变材料。上述隔垫可以做成绝热块，以提供空间和热量的控制。
文档编号H01L31/052GK1156491SQ95193861
公开日1997年8月6日 申请日期1995年6月28日 优先权日1994年6月29日
发明者托马斯·L·丁伍迪 申请人:光电能源公司