太阳能屋顶瓦的制作方法

专利名称：太阳能屋顶瓦的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以可安装在屋顶或其它结构上的瓦的形式的光电 模块或太阳能模块。本发明涉及一种用来在屋顶或其它结构上安装这 种太阳能模块的方法。本发明还涉及一种太阳能模块屋顶系统和一种 用来安装这种系统的方法。
背景技术：
近年来，在使用光电电池等将太阳能直接转化成有用的电能中取 得了相当大的进步。通常，多个光电电池装入透明盖板(例如玻璃、塑胶等)和透明或不透明后板之间以形成可处理尺寸(例如2.5'X5') 的平坦的矩形模块(有时也称层叠板)。这些光电模块或太阳能模块 通常在模块的周边的周围配备有例如由铝构成的框架，用来提供强度， 并且也用来提供便利装置，借助该便利装置将所述模块连接到屋顶或 其它结构。然后，这种模块以使得它们暴露到太阳的方式被安装在已 有的屋顶或其它结构上。例如，将装有框架的太阳能模块螺栓连接或 夹紧到例如"支架"的单独支撑结构上，而该"支架"稳固地直接螺 栓连接或螺钉连接入屋顶。虽然这种布置如希望地将太阳光转化成电 以用于住宅或用于一些其它目的，但这种安装本质上是添加到已有的 建筑物或其它结构上。由于太阳能电在使用中日益增加，因而需要成 为建筑物或其它结构的一部分的太阳能模块，并且优选地，太阳能模 块以一种方式起到除了产生太阳能电之外的作用。例如，这种与建筑 物成一体的太阳能模块起到结构的外观或窗口的作用，或者可以是或 形成例如住宅建筑物的实际屋顶的 一部分。已经研制出的一种与建筑物成一体的太阳能模块是以屋顶瓦形式 的太阳能模块。在一种这类太阳能模块屋顶瓦中，太阳能模块密封入 例如由铝制成的框架的框架中，并且大致正方形或矩形框架的左侧和 右侧构造成使得它们具有例如与屋顶瓦(例如赤陶或混凝土屋顶瓦) 的边缘的形状一致的形状。因此，当构造屋顶时， 一个或数个这种太 阳能模块屋顶瓦与普通屋顶瓦一起被放置在屋顶上，并且太阳能模块 屋顶瓦以与屋顶瓦相同的方式装配在屋顶结构中并起到屋顶瓦的作 用，但具有从暴露到太阳光而产生电的能力。这种太阳能屋顶瓦是有 吸引力的，因为它们结合入屋顶结构中而不是附加物，并且它们产生 电的同时也起到屋顶材料的作用。由于它们是屋顶的一部分而不是附 加物，这种太阳能屋顶瓦是在美学上吸引人的。但是，希望的是，能够以一种对安装者来说容易的方式安装太阳 能模块屋顶瓦，并且在屋顶上形成耐用的，耐受雨、风和其它天气的 层。本发明提供这种太阳能模块屋顶瓦和用于其安装的方法。发明内容本发明是一种适合于给太阳能模块装框的框架，其中该框架包括 上框架部件、下框架部件、右侧框架部件、左侧框架部件和至少一个 突出部件，该突出部件连接到至少一个侧框架部件或者是至少一个侧 框架部件的组成部分，并且突出部件沿着朝向或大体上朝向下框架部 件的方向突出。本发明也是一种太阳能屋顶瓦，其中太阳能模块并入 这种框架中。本发明也是一种适合于在屋顶上安装太阳能模块的框架 系统，该框架系统包括至少一个框架，该框架包括上框架部件、下框 架部件、右侧框架部件、左侧框架部件、至少一个突出部件和板条， 该突出部件连接到至少一个侧框架部件或者是至少一个侧框架部件的 组成部分，并且沿着朝向或大体上朝向下框架部件的方向突出，该板 条包括用来接合框架的突出部件的凹口 。


图1是与常规混凝土屋顶瓦一起位于倾斜屋顶上的根据本发明实 施例的太阳能模块屋顶瓦的三维视图2是根据本发明实施例的太阳能模块屋顶瓦的框架的三维视图，其中框架部件以拆开的形式示出；图3是本发明的突出部件和板条的实施例的三维视图；图4是图1的剖视图，示出与两个常规混凝土屋顶瓦一起位于倾斜屋顶上的根据本发明实施例的两个太阳能模块屋顶瓦； 图5是根据本发明实施例的右框架部件的剖视图； 图6是根据本发明实施例的左框架部件的剖视图； 图7是根据本发明的框架的实施例的上框架部件的一部分的三维视图。
具体实施方式
虽然将结合具体的优选实施例描述本发明，但应当理解，本发明 不限于这些实施例。相反，本发明意于涵盖包括在如所附权利要求所 限定的本发明的精神和范围内的所有可选方案、修改和等同物。现在参考附图，这些附图不一定按比例绘制，并且在附图中，对 相同的要素使用相同的附图标记，图1示出根据本发明安装在屋顶10 上的太阳能模块屋顶瓦5。太阳能模块屋顶瓦5具有框架6和这种框架 内的太阳能模块层叠板8。太阳能模块层叠板8具有多个单个太阳能电 池9 (为了清楚仅对一个编号)。适合用在本发明的太阳能模块屋顶瓦 的用来制造太阳能模块层叠板的方法被本领域技术人员所熟知。任何 类型的太阳能模块层叠板可用于构造本发明的太阳能模块屋顶瓦。例 如，可使用包含由单晶硅薄片或多晶硅薄片制成的太阳能电池的太阳 能模块层叠板，或例如那些包括非晶硅光电元件、碲化镉/硫化镉光电 元件或CIS光电元件的薄膜太阳能模块。但是，优选地，太阳能模块 在某些区域不具有光电元件，当太阳能屋顶瓦安装在屋顶上时，这些 区域将处于另一太阳能模块屋顶瓦下面或处于普通屋顶瓦下面。屋顶IO在其上安装有多个普通混凝土瓦15(为了清楚仅对一个编 号)，其中以部分的形式画出的一个这种混凝土瓦15a邻近太阳能模块屋顶瓦5。这示出本发明的太阳能模块屋顶瓦如何接合邻近的混凝土 屋顶瓦、结合到屋顶结构中并形成屋顶的一部分。应当理解，当安装 所有的太阳能屋顶瓦后，屋顶IO将通常包含多个太阳能屋顶瓦，并且 可任选地包含多个普通屋顶瓦，以形成完整的屋顶。根据本发明的太阳能模块瓦屋顶板条20和标准屋顶板条25定位在屋顶10上并固定到 屋顶10。混凝土屋顶瓦15具有接合屋顶板条25的凹槽或通道16。屋 顶板条25帮助在屋顶上排齐屋顶瓦并帮助在倾斜屋顶上保持屋顶瓦。 图1示出框架6的左侧框架部件30如何接合太阳能模块瓦板条20。图 1中的上太阳能模块屋顶瓦5a未详细画出。但是，图l展示本发明的 太阳能模块屋顶瓦如何如常规瓦那样重叠以形成瓦屋顶。图2示出本发明的太阳能模块屋顶瓦，其中框架6处于己拆开的 形式。框架6具有左侧框架部件30、右侧框架部件35、上框架部件40 和下框架部件45。而且，图2示出太阳能模块层叠板8。但是，图2 中未示出单个太阳能电池9。每个框架部件30、 35、 40和45具有沿着 每个框架部件的内侧的通道55。当太阳能模块屋顶瓦组装后，通道55 容纳太阳能模块层叠板8的相应的边缘。通常，合适的密封剂用于在 通道55内密封太阳能模块层叠板8的边缘。可使用任何合适的密封剂， 例如丁基密封剂。在框架6的这个具体实施例(图1)中，框架借助螺 钉或螺栓组装，该螺钉或螺栓将相应的框架部件彼此保持在一起。下 文描述这种框架组件的细节。图2也示出突出部件60如何成形以致能 够接合板条20。在完全组装的框架中，突出部件60沿框架侧部件30 和35的下部定位，并沿着朝向或大体上朝向下框架部件45的方向突 出。在突出部件60与侧框架部件30和35的下部之间存在空间或狭缝 61。下框架部件45称为下框架部件是因为当制有这种框架的太阳能模 块屋顶瓦安装在倾斜屋顶上时，下框架部件是较接近屋顶底部的框架 部件。虽然在图中示出为"翼片"形部件，应当理解，突出部件60可 以是任何合适的形状。例如，它可以是具有圆形或其它截面形状的杆 或柱。突出部件可以从侧部件延伸或突出从而平行于侧部件，或者它 可以从侧部件以一角度突出。如下面将更详细地描述的，突出部件60
通过突出进入板条20中的敞开凹口 24，从而接合太阳能模块瓦板条 20。因此，具有实现这种接合的任何合适形状的突出部件将等价于如 图所示的"翼片"形突出部件60。突出部件可以是如图所示的框架侧 部件的组成部分，或者它可以是以某一方式(例如借助螺钉或螺栓或 铆钉)连接到框架侧部件的单独零件。在图中，太阳能模块瓦板条20 具有"J"形横截面形状。"J"形由上凸缘21、壁部22和基部23限 定。凹口 24在这种"J"形板条内。虽然在本发明的这个实施例中示出 "J"形板条，但应当理解，太阳能模块瓦板条可具有能提供接合突出 部件60的凹口的任何合适形状。在操作中，当与固定到屋顶的太阳能 模块瓦板条20接合时，突出部件60防止太阳能模块屋顶瓦在安装过 程中滑落倾斜屋顶。而且，突出部件在太阳能模块瓦板条20的凹口内 的接合防止太阳能瓦在强风的情况下被吹离屋顶。更具体地，对于图 中所示的实施例，当太阳能模块屋顶瓦和板条20安装在屋顶上时，如 果风把太阳能模块屋顶瓦从屋顶提起，则翼片形凸起60将接合板条20 上的凸缘21。图3示出当太阳能模块屋顶瓦安装在屋顶上时，突出部件60如何 接合太阳能模块瓦板条20的透视图。在图3中，仅示出左框架部件30 和右框架部件35的相关部分。但是，图3还示出在本实施例中翼片形 凸起60如何装配入太阳能模块瓦板条20的凹口 24，和太阳能屋顶板 条的上凸缘21如何装配入框架侧部件30和35上的开口或狭缝61，因 而防止太阳能模块屋顶瓦在强风情况下被提起。图4是图l的剖视图。图4示出上太阳能模块屋顶瓦5a如何与下 太阳能屋顶瓦5重叠，以及太阳能屋顶瓦5如何与常规屋顶瓦15重叠。 图4还示出位于左侧框架部件30的下部65上的突出部件60如何接合 太阳能模块瓦板条20。图4还示出凸起60位于左侧框架部件30上， 离左框架部件30的下端70比离左侧框架部件30的上端75更近。优 选地，突出部件60定位成离太阳能模块屋顶瓦的下端比离太阳能模块 屋顶瓦的上端更近，因为在风发生作用以迫使太阳能模块屋顶瓦升起
的情况下，这提供更大的杠杆作用。左侧框架部件中的开口 80和右侧 框架部件中的相应开口提供间隙以便屋顶板条25在太阳能屋顶瓦下方 穿过。在没有这种间隙的情况下，将需要去除屋顶板条的相应部分，因而复杂化太阳能屋顶瓦在屋顶上的安装。太阳能模块瓦板条20可在 基部23中具有一个或多个预成型的孔(图中未示出)以容纳螺钉、螺 栓、钉子或其它装置，用来将板条固定到屋顶。当这种板条被固定到 屋顶时，优选的是，在用来固定的螺栓、钉子、螺钉或其它装置进入 屋顶以将板条固定到屋顶之处，施加粘合剂或密封剂到屋顶。这种粘 合剂或密封剂提供防水。太阳能模块屋顶板条20在板条20的壁部22 中可任选地具有一个或多个孔或其它开口 81 (为了清楚，图1中仅对 一个这种开口编号)以允许水通过，使得水不聚集并保留在凹口 24中。 太阳能模块板条可由任何合适的材料制成，这些材料例如铝或其它金 属，或一种或多种聚合物材料或树脂材料。应当理解，本发明的太阳 能模块瓦板条可以是任何合适长度。例如，每根板条的长度可短于， 优选地稍短于下框架部件的长度。优选地短于下框架部件的长度的太 阳能模块瓦板条可安装在屋顶上使得在板条之间存在空间或间隙。这 种空间或间隙提供水的通道。图5示出通过右侧框架部件和与右侧框架部件接合的邻近混凝土 瓦的剖视图。图6示出通过左侧框架部件和与左侧框架部件接合的邻 近混凝土瓦的剖视图。图5和6示出侧框架部件35和40的外部如何 接合标准混凝土瓦以在太阳能模块屋顶瓦和标准屋顶瓦之间形成密 封。如图5和6所示的框架侧部件35和40的外形是一个特定外形。 然而，应当理解，可以改变这种外形以容纳不同类型的屋顶瓦。通过 穿过下框架部件中的孔插入螺钉或螺栓并随后进入相应螺钉凸台， "螺钉凸台"孔90、 93、 95和97可用于将下框架部件连接到侧框架 部件。位于侧框架部件(在图5和6中未全部示出)的相对侧上的相 应螺钉凸台孔可用来将上框架部件连接到侧框架部件。图7示出本发明的两个太阳能屋顶瓦，这两个太阳能屋顶瓦处于
借助双头螺栓100和螺母105被连接在一起或相互固定的过程中。双 头螺栓100连接到第一太阳能屋顶瓦5的上框架部件40并穿过第二太 阳能模块屋顶瓦5的上框架部件40中的开口 110。然后，两个太阳能 模块通过在双头螺栓100上紧固螺母105而被相互连接或固定。虽然 如图7所示，双头螺栓是用来把一个框架固定到另一个框架的装置， 但应当理解，可使用任何合适的装置来固定这种框架。例如，也可使 用铆钉、螺钉、螺栓、焊接、夹子、夹具等等中的一个或多个。但是， 不一定以这种方式或任何其它方式将一个太阳能屋顶瓦连接到另一个 太阳能屋顶瓦。然而，如果太阳能模块瓦的框架由例如金属的导电材 料制成，则有利的是，连接邻近的太阳能模块瓦。这允许以方便的方 式将太阳能屋顶瓦的框架电接地，并因而减小引起电击的可能性。虽 然图中未示出，电接地线可连接到框架用来将本发明的框架或被连接 的框架的集合(例如一排太阳能模块屋顶瓦)电接地。这种接地线可 通过双头螺栓100连接到一个或多个框架。例如，接地线的一端可终 止于接线片，且这种接线片使用合适的螺母连接到双头螺栓。该线的 另一端适当地连接到地面。例如，铝是用来制造本发明的框架的优选 材料中的一种，但是可使用例如一种或多种聚合物材料或树脂材料的 其它材料来构造所述框架。图7所示的螺钉或螺栓115将上框架部件 40固定到侧框架部件30和35。上框架部件40中具有扣环125的开口 120提供用于太阳能模块输出线140和145的通路，以便能够以期望的 方式电连接太阳能模块屋顶瓦。当太阳能模块屋顶瓦安装在屋顶上时， 上框架部件40上的凸缘130停靠在屋顶表面10 (图l)上。可使用螺 钉或螺栓或其它合适装置来固定凸缘，并因而将太阳能屋顶瓦固定到 屋顶。凸缘130可具有预成型的孔或其它开口 (图中未示出这种孔或 开口)以容纳用来将凸缘固定到屋顶的这种螺栓、螺钉或其它装置。 凸缘130可构造成使得它被布置成相对于上框架部件40成一角度。适 当地选择该角度使得凸缘将平坦地放置在该凸缘连接其上的倾斜屋顶 上。在将太阳能模块瓦板条连接到屋顶时，作为将凸缘130固定到屋 顶的结果而作出的屋顶中的任何穿透可借助合适的密封剂密封。
本发明的太阳能模块屋顶瓦容易地安装在倾斜的屋顶上。因为突 出部件和太阳能模块屋顶板条，从而简化了安装。在优选的安装方法 中， 一个或多个太阳能模块屋顶板条以期望模式固定到屋顶，该期望 模式对应于太阳能屋顶瓦在屋顶上的最终放置。如上所述，在它们安 装到屋顶期间，在邻近的板条之间可提供空间或间隙以考虑到水的通 道。太阳能模块屋顶瓦在期望的位置放置在屋顶上，邻近另一太阳能 模块屋顶瓦或邻近标准屋顶瓦，使得太阳能模块屋顶瓦的侧部件与邻 近的太阳能模块屋顶瓦的侧部件或标准屋顶瓦的侧边重叠并接合。当 太阳能模块屋顶瓦放置在屋顶上时，位于太阳能模块屋顶瓦的侧部件 上的突出部件与太阳能模块屋顶板条接合，使得板条防止太阳能模块 屋顶瓦滑落屋顶。然后，如上所述，通过使用螺栓、螺钉或其它紧固 装置，可将太阳能模块屋顶瓦永久地固定到屋顶。因此，本发明的太 阳能模块屋顶瓦可方便地连接到屋顶，而不必用手或用其它装置保持 太阳能模块屋顶瓦。这大大有助于太阳能屋顶瓦的安装。可以重复该 安装以在屋顶上安装期望数量的成排或成阵列的太阳能模块屋顶瓦。 太阳能模块通常具有两个电输出引线140和145，这些引线通过位于太 阳能模块的背面上的电接线盒离开太阳能模块(接线盒未在图中示 出)。在将太阳能模块永久固定到屋顶之前，这种电引线优选地定位成使得它们离开上框架部件40中的开口 120。然后，来自一个太阳能屋顶瓦的电引线可以以期望的方式与来自邻近的太阳能模块屋顶瓦的 适当电引线连接。在将本发明的太阳能模块屋顶瓦安装在屋顶上之前，屋顶优选地覆盖有沥青基毛毡并随后覆盖有一层例如Versashidd⑧或其 它合适防火材料的防火材料。如上所述，本发明的框架可由例如铝的金属制成。但是，其它合 适材料可用于构造所述框架。如果由铝或可被挤压成形的其它材料制 成，则框架的上部件、下部件和侧部件可以以希望的形状被挤压成形， 并且可以通过去除框架部件的一部分而形成突出部件，以提供这种突 出部件。然而，本发明的框架不一定由单独的部件构成。例如，它可 以是一个零件，例如制造成连接有上部件、下部件和侧部件的单个单
元。使用合适的聚合材料或树脂材料通过注射成型过程可制造这种框站 木°
权利要求
1.一种适用于太阳能模块的框架，包括上框架部件；下框架部件；右侧框架部件；左侧框架部件；和至少一个突出部件，该至少一个突出部件连接到所述侧框架部件的至少一个或者为所述侧框架部件的至少一个的组成部分，并且沿着朝向或大体上朝向所述下框架部件的方向突出，所述框架部件的每一个至少具有外侧、内侧、沿该部件的长度的至少一部分延伸的上部和沿该部件的长度的至少一部分延伸的下部。
2. 如权利要求l所述的框架，其中所述框架部件的每一个最初是 独立的零件，并被连接以形成所述框架。
3. 如权利要求l所述的框架，其中所述侧框架部件的每一个的外 侧具有成形为以互锁的方式接合屋顶瓦的边缘的部分。
4. 如权利要求3所述的框架，其中成形为接合屋顶瓦的边缘的所 述部分是U形的。
5. 如权利要求l所述的框架，其中突出部件为翼片形。
6. 如权利要求l所述的框架，其中突出部件位于所述侧框架部件 的至少一个的下部上，并定位成平行于所述侧框架部件的方向。
7. 如权利要求l所述的框架，还包括用来将一个框架固定到另一 个框架的装置。
8. 如权利要求7所述的框架，其中用来将一个框架固定到另一个 框架的所述装置位于所述上框架部件上。
9. 如权利要求7所述的框架，其中用来将一个框架固定到另一个框架的所述装置是固定到所述框架的螺栓。
10. 如权利要求8所述的框架，其中所述上框架部件具有邻近所 述右框架部件的右端和邻近所述左框架部件的左端，并且用来将一个 框架固定到另一个框架的所述装置定位在所述上框架部件的所述左端 处或在该左端附近。—
11. 如权利要求1所述的框架，其中所述侧框架部件具有上端和 下端，并且所述突出部件在所述侧框架部件上定位成离所述下端比离 所述上端更近。
12. 如权利要求1所述的框架，其中所述侧框架部件具有上端和 下端，并且所述侧框架部件的所述下部中的开口定位成离所述侧框架 部件的所述上端比离所述侧框架部件的所述下端更近。
13. —种框架系统，包括适用于太阳能模块的至少一个框架，其中所述框架包括上框架部件，下框架部件，右侧框架部件，左侧框架部件，至少一个突出部件，该突出部件连接到所述侧框架部件的至少一 个或者为所述侧框架部件的至少一个的组成部分，并沿着朝向或大体 上朝向所述下框架部件的方向突出，和板条，该板条包括用来接合所述框架的所述突出部件的凹口。
14. 如权利要求13所述的框架系统，其中所述板条是J形的。
15. 如权利要求13所述的框架系统，其中所述板条包括一个或多 个排水孔。
16. 如权利要求13所述的框架系统，其中所述板条在长度上短于 所述框架的所述下部件。
17. —种用来在倾斜屋顶上安装装有框架的太阳能模块的方法，包括-(a) 在所述屋顶上的希望位置处将板条连接到所述屋顶，其中所述 板条包括具有敞开部分的凹口 ，并且所述板条连接到所述屋顶使得所 述凹口的所述敞开部分面向所述倾斜屋顶的上部，和(b) 将装有如权利要求1所述的框架的太阳能模块定位在所述屋 顶上，使得所述框架的至少一个突出部件接合所述板条的所述凹口 。
18. 如权利要求17所述的方法，其中所述定位包括沿向下方向移 动所述装有框架的太阳能模块，从而使所述突出部件与所述板条接合。
19. 如权利要求17所述的方法，其中所述框架定位成靠近邻近的 屋顶瓦并与该邻近的屋顶瓦接触。
20. 如权利要求17所述的方法，其中在步骤(b)之后，所述框 架被固定到所述屋顶。
21. 如权利要求17所述的方法，其中至少两个板条连接到所述屋 顶，并且以在所述板条之间具有间隙的方式将所述板条固定到所述屋 顶，以提供水的通道。
22. —种太阳能模块屋顶瓦，包括装在如权利要求1所述的框架 内的太阳能模块。
23. —种适用于太阳能模块的框架，包括 上框架部件；下框架部件；右侧框架部件；左侧框架部件；所述框架部件的每一个至少具有外侧、内侧、沿所述部件的长度 的至少一部分延伸的上部和沿所述部件的长度的至少一部分延伸的下 部，以及用来将框架固定到另 一个框架的装置。
24. 如权利要求23所述的框架，其中用来将一个框架固定到另一 个框架的所述装置位于所述上框架部件上。
25. 如权利要求23所述的框架，其中用来将一个框架固定到另一 个框架的所述装置是固定到所述框架的螺栓。
26. 如权利要求23所述的框架，其中所述上框架部件具有邻近所 述右框架部件的右端和邻近所述左框架部件的左端，并且用来将一个 框架固定到另一个框架的所述装置定位在所述上框架部件的左端处或 在该左端附近。
27. 如权利要求7所述的框架，还包括连接到用来固定的所述装 置的接地线。
28. 如权利要求17所述的方法，其中在所述框架中还包括用来将 框架固定到邻近框架的装置，并且在一排框架中，每个框架均被固定 到邻近框架。
29. 如权利要求28所述的方法，还包括将至少一根接地线连接到 至少一个框架，其中所述接地线连接到用来固定所述框架的所述装置。
30. 如权利要求13所述的框架系统，其中太阳能模块被装在所述 框架内。
31. —种太阳能模块屋顶瓦，包括装在如权利要求23所述的框架 内的太阳能模块。
全文摘要
本发明涉及太阳能屋顶瓦。一种适用于在屋顶上安装太阳能模块的框架系统，该框架系统包括至少一个框架，该框架包括上框架部件、下框架部件、右侧框架部件、左侧框架部件、至少一个突出部件和板条，该突出部件连接到至少一个侧框架部件或者是至少一个侧框架部件的组成部分，并沿着朝向或大体上朝向下框架部件的方向突出，该板条包括用来接合框架的突出部件的凹口。所述框架可任选地包括用来将该框架固定到另一框架的装置。
文档编号E04D13/18GK101158207SQ20071010452
公开日2008年4月9日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月26日
发明者乔治·J·凯利, 保罗·L·加维森, 唐纳德·B·沃菲尔德, 尼尔·V·普莱瑟尔, 迪内希·S·阿明 申请人:Bp北美公司