太阳能收集装置的制作方法

专利名称：太阳能收集装置的制作方法
太阳能收集装置背景技术本发明涉及一种太阳能收集装置、包含所述装置的能源系统和利用 所述装置收集太阳能的方法。本发明的一项特别应用(但不限于此)是 家用或工业用屋顶安装式太阳能收集系统，为便于说明，将参考这一应 用进一步描述本发明。本发明可以应用于收集太阳能的其它方法和系统中，包括壁挂式和地面式"大面积"(broad acre)系统。 现有技术现有技术装置的以下实例只是公共知识，不应认为它们是本领域通 用知识的形成部分。目前，存在多种不同的太阳能系统，包括安装在诸如住宅等建筑物 屋顶上、通过太阳能电池获取可以转化为其它形式的能量的太阳能以提 供热水或电等的太阳能系统。许多屋顶安装式太阳能系统在现有技术中都曾描述过。通常，太阳 能电池模块通过互相连接各个太阳能电池并将互相连接的电池层jli为整 体式太阳能电池模块而形成。更具体而言，模块一般包含由聚合物或玻 璃材料制成的硬质透明覆盖层和粘合覆盖材料和多个互相连接的太阳能 电池的透明的前密封剂。模块还具有可以是透明的或任何其它颜色的后 密封剂、保护模块后表面的硬质后壳、覆盖模块边缘的保护密封件和覆 盖所述密封件的铝制周边框架。当前盖由玻璃制成时，所述框架起到保 护模块边缘的作用。在安装框架之前，先在热和压力下层压模块。这些条件会使密封剂 材料层熔融，粘合于邻近表面，并确确实实地"封装"太阳能电池。由 于晶体硅太阳能电池通常较脆，因此当模块在现场使用过程中遭受机械 应力时，密封剂可以起到保护太阳能电池和减少破损的作用。从上述表述中可以看出，模块是一个比较复杂的构造。
在另一个实例中，美国专利5,986,203号公报公开了一种太阳能电池屋顶瓦及其形成方法。该专利描述了包含前支撑层、透明密封剂层、多个互相连接的太阳能电池和后壳层的太阳能电池屋顶瓦。其中前支撑层由光传输材料形成，并具有第一和第二表面。透明密封剂层位于前支撑层的第二表面附近。互相连接的太阳能电池具有与透明密封剂层相邻布置的第一表面。后壳层具有与互相连接的太阳能电池的第二表面相邻布置的第一表面，其中一部分后壳层环绕并接触前支撑层的第一表面，从而形成边界区域。
对于无定形硅太阳能电池模块，成型的热塑性材料的聚合物框架被广为采用。可以利用反应注射成型来成型无定形硅模块周围的聚氨酯框架。以此方式制成的模块往往较小(例如5瓦 10瓦的规模)，而高于50瓦 80瓦的模块通常利用铝框架配置。由于模具成本较高并且获得的具有整体式安装孔的聚合物框架的强度有限，因此模块倾向于小型化。
对于晶体硅模块，后壳材料成本通常都很高。有两种广为使用的后壳材料，它们都比较昂贵。最常用的材料是Tedlar⑧/聚酯/乙烯乙酸乙烯酯层压板，另一种广为使用的后壳材料是玻璃。在模块中的太阳能电池和后壳之间通常配置有两个附加的材料层，这进一步提高了制造成本。可以提供一个与透明密封剂(例如乙烯乙酸乙烯酯，Ethylene VinylAcetate)材料相同的后板。
无定形硅模块和晶体硅模块都包含安装在后壳材料上的接线盒，所有外部电连接都通过该接线盒实现。
安装模块的劳动密集型方法会显著增加太阳能发电的总成本。模块的安装通过将螺丝、螺母和螺栓装配到铝框架的适当安装孔上而实现。然而，太阳能电池模块经常位于没有其它电源的边远地区。因此，安装过程经常涉及到将构件安装在诸如崎岖地带或者屋顶等费劲、别扭和不易安装的位置。前述讨论表明，太阳能电池模块的制造往往成本过高，并且涉及过多的劳动，以至于无法实现使太阳能具有成本竞争优势的目标。现有技术提出了可以用作屋顶瓦的低成本太阳能模块。
7美国专利6，294，724号公报公开了一种太阳能电池模块和发电装置，所述装置包含太阳能电池元件、设置在所述太阳能电池元件的受光表面侧的正面组件和设置在所述太阳能电池元件的后表面侧的背面组件。正面组件和背面组件以可拆卸的状态相连。至少正面组件和太阳能电池元件紧密接触，或者正面组件与固体层紧密接触，而固体层与太阳能电池元件紧密接触。
在现有技术设备的另一个实例中，美国专利6,453,629号公报公开了一种能够发电的具有光电模块的屋顶瓦。执行太阳光发电的屋顶瓦包含在屋顶上倾斜布置的屋顶瓦主体和固定在所述主体上的光电模块。屋顶瓦主体具有向上的凹槽开口。光电模块储存并固定在凹槽中。屋顶瓦主体具有屋檐侧边缘部分。该边缘部分具有多个排水槽。各排水槽均与屋檐侧边缘部分的上部交叉，并与凹槽相通。各排水槽的下表面的高度均等于或低于凹槽下表面的高度。利用这种构造，进入凹槽的雨水可以通过排水槽排出。通过使雨水在屋檐侧边缘部分的上表面沿屋顶瓦的倾斜方向向下流而排出雨水。
用于将太阳光能转化为电能的光电模块己经为人所知。例如，日本特开平10-88741号公报、特开平10-115051号公报和特开平10-325216号公报中公开了一种使用安装在屋顶瓦(用作建筑物的屋顶材料)上的这种模块的技术。通过使用粘合剂将其直接粘合于屋顶瓦主体而将光电模块固定在屋顶瓦主体上。日本特开平11-1999号公报公开了第二种固定方法屋顶瓦主体具有一个凹槽，其中利用粘合剂将光电模块粘合在凹槽的下表面，光电模块和凹槽内周表面之间的缝隙用填隙材料填充。
这一方法的问题在于，粘合剂或填隙材料容易劣化，在例如下述尾
顶环境下尤其如此暴露于太阳下并且温度升高，或者暴露在风雨之下。
如果粘合剂或填隙材料劣化从而形成裂缝，则雨水或灰尘会通过裂缝进入屋顶瓦主体和光电模块之间的缝隙。
日本特开平10-88741号公报公开了一种布置，其中光电模块被安装在平坦的屋顶瓦的凹槽中，并且在平坦的屋顶瓦的屋檐侧边缘处形成有与屋顶瓦背面相通的通孔。在日本特开平10-115051号公报公开的屋顶瓦中，光电模块安装在凹槽中。使该屋顶瓦的屋檐侧部分的上表面形成为与光电模块的上表面齐平，二者之间基本上不形成任何台阶。在左边缘和右边缘部分，屋顶瓦的上表面凸出于光电模块的上表面。现有技术描述了使雨水在屋顶瓦表面上平稳流动的布置，不过排出的是已经进入过屋顶瓦凹槽的雨水。
现有的联合PV溶液所常用的方法是切割周围的瓦以适应PV嵌板并安装防水板，以使装置不透水。这一方法不仅美观性有所不足，还需要额外的劳动和专业技术，使人工成本和材料成本都得到增加。

发明内容
除非上下文中指出相反的意义，否则词语"包含"及其"包含"部分应被认为是非排他性的。
本发明的一个方面主要在于一种太阳能收集装置，所述装置包含支持太阳能收集吸热器的主体、使所述主体与基体啮合的装配部件和为将所述吸热器与其它太阳能收集装置功能性集成以形成太阳能收集系统而选择的连接器。
所述基体可以是屋顶结构等。例如，可将主体配置为与铺瓦的屋顶结构的标准瓦相结合。作为另一种选择，也可以将主体配置为固定于屋顶结构等之上。主体也可以附加在现有屋顶结构的上方。作为另一种选择，可以用主体替代至少部分屋顶覆层。
主体可以包含围绕吸热器的透明正面。可以使用透明的聚碳酸酯、丙烯酸树脂或钢化玻璃形成主体，根据耐用性、透明度/紫外线稳定性、耐模糊性和冲击韧性进行最终材料的选择。例如，聚碳酸酯己被证明是用作透明的屋顶覆层和透明天窗设施的优异材料，其产品例如有波纹状顶板，所述顶板在经常暴露于太阳和恶劣天气的情况下仍保持透明和韧性。因此，优选的材料是聚碳酸酯。由于该材料具有柔韧性，因此，当因诸如安装人员走上元件中间等误操作而使主体遭受极端负载时，元件的主体会形成可使太阳能构件突出而非断裂的底板。这将为消费者节省昂贵的备件，并可以防止安装人员穿过房顶覆层而坠落。太阳能元件与主体的装配可以通过简单的"推入卡紧"(push-in， snap-tight)配合实现。
可以采用透镜和/或反射镜来适应太阳光线角度的变化和/或起到聚 光器的作用。可以将它们结合或添加到主体的外部透明正面上。例如， 正面可以结合诸如棱镜或双凸透镜部件等整体式聚光元件。它们适于沿 所用正面的斜度纵向布置。当屋顶的斜度达到用于给定纬度的聚光器的 理想角度时，使双凸透镜聚光器与交叉于斜度布置的恒定透镜部件对齐 意味着聚光器在一天的绝大部分时间都是有效的。正面可以具有经处理 的外表面以减少反射。正面的内表面可以是反射性内表面。
主体可以具有与建筑物的表面相对并且可拆卸地啮合的第一表面， 和聚集光线的暴露的集热表面——第二表面，它们一起界定出一个内部 空间。主体可以包含沿第一边缘的配对齿廓，和沿第二相对边缘的相应 配对齿廓。沿第一边缘的配对齿廓可以是凸齿廓(male profile),沿第二 边缘的配对齿廓可以是凹齿廓(femaleprofile)。
装配部件可以适于附着在屋顶瓦上。当装置为类瓦元件形式时，安 装人员可以使用用于钢和聚碳酸酯屋顶覆层安装的屋顶螺丝将各瓦状元 件固定在屋顶板条上。本发明的聚碳酸酯瓦状元件可以轻至1 kg，这比 常规混凝土瓦轻很多。屋顶螺丝的使用能够提供锚定，防止瓦状元件因 快速刮过屋顶表面的风而隆起。
吸热器可以配置为吸收宽带太阳辐射。即，吸热器优选接近热力学 黑体。吸热器可以包含吸热板，所述吸热板结合包含环绕诸如热水箱等 热存储器中的远程热交换器的冷却剂循环阵列。优选限制系统压力，以 降低对连接器等的技术要求，为此，系统优选为与吸热器上方的热存储 器一起运转的温差环流系统。否则，需要具备正排量系统，所述正排量 系统优选在最低压力下运转，以降低泄露的风险。然而，当确实发生泄 露时，水系统仍然位于屋顶衬垫材料/防潮层之上，屋顶衬垫材料/防潮层 铺设在适当位置，用以辅助普通瓦抵御携风而来的雨水。可以通过监测 压力或顶空流体来检测泄露。
吸热器可以与诸如PV电池等光电元件连接。吸热器可以适于吸收 入射的太阳辐射，并通过连接器将热量转移到循环流体系统和装配在吸热器上的光电元件，以控制光电元件的温度。可以选择光电元件的光敏 部分和吸热器之间的界面，使其能够以至少基本超过光电元件吸收带宽 的带宽来反射太阳辐射。
主体可以包含同时包封吸热器和光电电池的透明正面。作为另一种 选择，正面基本上可以由光电元件包围。太阳能收集元件可以以包围的 方式被密封在所述主体内。为了降低热循环压力和入射阳光的浪费反射， 可以尽量减少密封装置的主体内部的空隙空间。
根据一个实施方式，对于所有类型的PV材料(单晶、多晶和无定
形)以及它们各自的衬底材料，空隙空间间隙例如可以设置为4mm。
光电元件可以包括能够与吸热器集成并且由此能够根据温度进行调 节的任何光电元件。例如，光电元件可以选自装配在反射基质上的薄膜 材料。优选将光电元件紧密地热连接于吸热器上。例如，类瓦主体可以 支持例如4个串联的125 mm的多晶PV电池，从而在2.5伏 7.6伏下产 生8瓦 10瓦的功率。
吸热器可以起到固定于PV电池背部的热交换器的作用。其优点在 于使PV电池产生的废热成为额外的热能来源。以此方式从电池中引出热 量使得电池可以在较低的温度下工作，而在较低温度下电池效率最高。 电池制造通常在25摄氏度 30摄氏度的温度评估电池功率输出。实际中， 由于电阻加热和吸热，大多数电池都在高于此范围很多的温度范围内工 作，因此从来都不以全电势工作。热集成PV电池和吸热器/热交换器意 味着电池可以在比较恒定的温度工作。通过利用废电阻热和PV吸收热来 加热冷却剂，以便将热量传送到例如热水系统，可以通过降低加热家用 热水所需的能量而获得一些好处。PV电池对于吸热器的掩蔽效应得到改 善。
因此，优选将光电元件紧密地热连接于吸热器。优选选择光电元件 的光敏部分和吸热器之间的界面，使其能够以至少基本超过光电元件吸 收带宽的带宽来反射太阳辐射。通过这种方式，光敏材料可以与已经通 过入射的材料的具有充分能量的反射光子相互作用。
元件的模块性质提供了使用大范围的太阳能电池技术的选择，例如
ii多晶或单晶光电(pv)元件；无定形pv;银电池pv;和化学染料人工 光合作用(dyesol)。这确保了元件将始终为用户提供最新的太阳能电源
选择，并为制造商提供容易更新的平台来工作。
在本发明的特定实施方式中，装置包含适于配合现有瓦齿廓的可拆 卸瓦状元件，所述瓦状元件与类瓦元件一起形成太阳能电池阵列。这些 实施方式代表了一种利用太阳能瓦状元件的可拆卸设备在建筑物表面上 进行太阳能发电的方法。可拆卸的太阳能瓦状元件可以包含界定内部空 间的聚碳酸酯主体，在所述内部空间中配备有至少一个太阳能电池、吸 热器和相关的电和水连接器。
元件可以是具有主体的覆层元件，所述主体具有与建筑物表面相对 并可拆卸地啮合的第一表面和聚集光线的上部暴露的集热表面——第二 表面，第一表面和第二表面一起界定出内部空间，所述内部空间包含至 少一个光电电池，瓦状附件或覆层进一步包含沿第一边缘的配对齿廓和 沿第二相对边缘的相应配对齿廓。覆层元件可以与相邻屋顶瓦啮合，使 得覆层元件的上表面与屋顶瓦齿廓相连。覆层元件可以具有允许与波纹 状或其它覆层板齿廓相配合的齿廓。
对太阳光敏感的组件可以夹在形成主体的聚碳酸酯的相对板之间。 作为另一种选择，对太阳光敏感的组件可以层压在聚碳酸酯板的表面上。
可以组合多个太阳能元件，形成覆盖已有的屋顶的覆层。除了提供 太阳光聚光器之外，集成的元件还可以提供屋顶的第二覆层，对于新的 或改型的装置也无需进行修改。元件可以简单地装配在已有的屋顶上， 并与至少一个相邻元件相互锁定，从而形成第二覆层和太阳光聚光器。 元件只是被简单地安装在新的或已有的屋顶结构上，由此降低了安装成 本，并允许房屋主人将元件安装在例如瓦屋顶上。
太阳能收集系统可以包含多个上述太阳能收集装置。太阳能收集系 统可以由包含光电电池的太阳能收集装置形成，其中连接包括并联的电 连接。可以通过任何适当的方法将元件与电缆束并联电连接。例如，可 以通过卡入式电连接器将元件并联电连接。并联连接可以在串联连接的
所述太阳能收集装置组之间进行。当电缆束电压被选择为高于国家pv电池电压时，为减小导体尺寸和/或提供较高的电压储存系统，此法尤其适 用。
本发明的另一方面主要在于一种太阳能收集系统，所述系统包含多 个组装的太阳能元件，每一个所述元件的特征均在于具有支持适于吸收
入射太阳辐射的吸热器元件的主体；安装在所述吸热器上的光电元件， 所述吸热器控制所述光电元件的温度并将热量传送到与其它所述太阳能 元件的吸热器共用的循环流体阵列中；和所述光电元件的光敏部分和吸 热器之间的界面，选择所述界面从而以至少基本超过所述光电元件吸收 带宽的带宽来反射太阳辐射。
循环流体阵列可以包含通过任何适当方式来自每一元件的流体连 接。连接于流体循环系统的吸热器通常具有进口连接和出口连接。它们 可以是从每一元件到分别连接于温差环流系统集水管的热侧和冷侧的双 层管的流体连接。流体连接可以通过适于刺穿双层管的自密封穿刺连接 器实现。循环流体系统可以涉及大热容量热交换液体的使用。液体可以 是包括水性液体、油质液体或乙二醇液体在内的任何合适的热交换液体。
本发明的又一方面主要在于， 一种包含多个组装的太阳能收集装置 的太阳能收集系统，每一个吸热器元件通过连接器将热量传送至与其它 太阳能收集装置的吸热器共用的循环液体阵列。
本发明的再一方面在于一种太阳能收集装置，所述装置包含
吸热器的主体，所述吸热器的主体支持适于吸收入射太阳辐射、通 过液体连接器将热量传送到循环流体系统并控制安装在所述吸热器上的 光电元件的温度，所述主体包含包封所述吸热器和光电电池的透明正面；
位于所述主体上并与经标准铺瓦的屋顶结构啮合以替换屋顶结构的 一些标准瓦的互补边缘配对齿廓；和
可与电线束连接的电连接器。
电连接可以通过诸如卡入电连接器等简单安装的方式与电缆束并 联。这种连接器的一个实例是自动型二极连接器卡口连接器。循环流体 系统可以包含分别连接于温差环流系统集水管的热侧和冷侧的双层管。 电连接和循环流体连接可以集成在一个物理连接器中。流体连接可以通过适于刺穿双层管的自密封穿刺连接器实现。循环流体系统和电线束可 以各自连接于多个其它太阳能收集装置，从而形成太阳能收集系统。
对于本发明的实施方式，可以优化壳体材料、背板材料、PV电池反 射材料、密封剂折射率、流体温度和流量控制，以便在一定太阳能条件 范围内同时产生最大量的PV电输出和最大量的总能量(热和太阳能 PV)。可以通过下述方式优化对辐射的太阳能的捕获使用在可见光谱范 围内，特别是在光谱的红色部分和绿色部分之间具有优异透射特性的壳 体材料，使用内侧具有反射材料的经处理以降低反射的外表面，从而引 起光线的内部反射，所述光线进而通过来自基体的太阳能电池材料反射。 太阳能PV电能捕获可以通过一起使用薄膜技术与基体上的反射材料而 优化。总热能捕获可以通过利用适当的试剂将电池基体的基部紧密热粘 合在冷却套管上和使冷却管为暗黑颜色而优化。热传递可以通过选择能 使先由电池材料到冷却剂再到热水储存单元的热传递最大化的冷却剂温 度而优化。
可以根据客户对于能量和热水的需要，使元件充分模块化，并使本 领域技能较低的人员都能容易地组装。每一元件均可制成密封单元，并 可与两个电引线和两个流体管道连接相配合。根据各个元件的输出电压， 通过利用双导线电缆线路和在每个连接点处使用卡入式电连接器，每行 一个电缆线路，并依次并联连接到换流器或电池充电系统的最后一个电 缆线路，可以并联连接所述元件。连接可以是简单的"卡入"式装配， 并且可以在低电压下操作，无需使用获得许可的技工。
流体连接可以与电连接类似。"热"管道和"冷"管道可以连接于双 层管线路，后者又可以连接于通向物理位置接近屋顶结构顶部的热流体 集水管的"热"管和"冷"管，通过它们，"热"管和"冷"管进而可以 通向热水储存单元及其相关的热交换器。通过利用并联，可以选择任何 数量的元件来满足客户的需求和预算，而无需使电和流体设计复杂化。
可将元件与冷却剂流体和电连接充分集成，所述冷却剂流体和电连 接均由设计并生产为完整的单一单元的外壳/PV电池/基体/冷却套管充分 密封，以确保使用寿命最长和可靠性最强。内部机件(PV电池和冷却剂套管)可以由外壳完全包围，如前所述，外壳可以是顶面透明的，但底 部并非必须透明。只有两个电引线和流体管需要突出于壳体之外。在生产 过程中可以充分密封，以防止湿气进入和防止元件在现场发生意外损坏。 装配后，需要电工来连接换流器和栅极接线。
聚碳酸酯元件可以切割成屋脊和屋顶排水槽的形状，以便更多地覆 盖现代屋顶构造。作为另一种选择，可以使用元件提供集成的天窗阵列。
本发明的实施方式可以使元件适于具有不同种类或品牌的屋顶瓦齿 廓(包括混凝土瓦)的多种屋顶设计。垂直瓦板条规格和水平搭叠的变 化导致"布局渐变"，它意味着当插入到已有的布局中时，由可能覆盖若 干片瓦的空间的元件形成的较大的嵌板会因累积误差而无法对齐。该未 对齐现象也会因相同混凝土瓦齿廓的不同制造商批次中存在的轻微差异
而出现，在不利用使得每一嵌板能够度身定做的复杂的脱模布置(snap-off arrangement)的情况中，这使得难以获得通用的解决方案。对于每-齿 廓，在瓦板条上方的上交迭和下交迭的高度也不相同，当不同的齿廓并 排铺设时也不会形成正确的配合。
本发明的实施方式可以降低太阳能装置安装的劳动成本。本发明的 实施方式可以提供用于装配到屋顶瓦上的可拆卸元件，所述可拆卸元件 可以无缝装配到现有瓦齿廓形状上。
本发明到实施方式可以提供下述太阳能电池元件，所述元件极其符 合将要装配该元件的瓦的尺寸，并且修正了如果不用该元件则可能由水 平和垂直的上交迭产生的累积误差，由此提供紧密的配合，使得元件能 够精确地满足现有屋顶瓦的布局。


下面将根据优选但非限制性的实施方式并参考以下附图更详细地描 述本发明，其中
图1显示的是利用根据本发明的一个实施方式的太阳能电池元件阵 列的典型太阳能装置的示意性布局；
图2显示的是根据一个实施方式的太阳能元件组件的分解图；图3显示的图2所示的太阳能元件组件的底部分解图4是本发明的典型的密封组件的剖面图5是本发明的太阳能阵列的电连接的示意图6是本发明的太阳能阵列的循环流体连接的示意图；和
图7是用于图6所示的阵列中的典型的流体连接聚合物管的剖面图。
具体实施例方式
图1所示的布置包括具有屋顶2的住宅1，屋顶2具有位于其上的 PV/热太阳能电池元件的阵列3，它接收太阳光4。在放大的构造5中显 示了阵列3，它包含若干组元件6、 7、 8和9。水源10通过入口管道12 为热交换器11提供冷水来源。交换器11通过冷却剂管线13将冷却剂传 送到元件6、 7、 8和9。元件6和7与元件8和9并联。冷却剂管线13 使增压的冷却剂返回热交换器，热交换器加热水并通过管线14将热水传 送到热水箱15以供房屋1使用。截至现在所描述的系统与产生热水的已 知太阳能系统相似，不同之处在于，实施方式中所显示的元件6、 7、 8 和9适于现有的瓦屋顶。
在能源方面，房屋1 一般通过包含常规仪表和断路器/主开关组件的 开关组件17由电力网交流电网提供服务，所述电网由发电站16象征性 代表。然而，开关组件17还具有来自将直流电转换为交流电的换流器组 件18的输入，换流器组件18包括适于以来自阵列元件6、 7、 8和9的 由PV产生的电流进行充电的蓄电池。换流器组件18被配置为通过并联 电路19在各个阵列元件6、 7、 8和9的负载电压下接收电流。在需要时 利用通过电缆30的电源电流使热水储存器15升压。换流器组件18包含 开关单元，当储存器己满和家庭需求少于阵列元件6、 7、 8和9的输出 时这一单元将发挥作用，使同相的电源电压交流电通过开关组件17和输 电线31返回电网16。
图2显示的是根据一个优选实施方式的太阳能元件组件20的分解 图。太阳能元件20包含具有内表面22和外表面23的外壳21，它界定了 接受光电电池24并将光电电池24保持于其中的内部空间。电池24包含
16直流电连接线25和26，它们为太阳能元件20提供了连接电路。组件20 进一步包含聚合物热交换容器27和聚合物管28。所述组件具有使其能够 结合到屋顶结构中的侧齿廓32、 33，通过单个板条螺丝29，每个元件都 可以固定在屋顶板条上。图3代表的是具有相应编号的图2的底部视图 或倒置的视图。
图4显示的是本发明的典型的密封部件，其中聚碳酸酯主体包含形 成密封空间的背部61、侧壁部分62和正面部分63。在所述密封空间中 存在其上紧密热连接有pv电池65的吸热器64， PV电池65包含n型层、 p型层和垫层(为清晰起见夸大了比例)。正面部分63的内面66通过涂 层而较具反射性。正面部分63的外表面具有以其形成的整体式棱镜聚光 器67。电池65周围的空隙空间填满了透明的密封剂68。
图5显示的是包含多个类瓦太阳能元件70的太阳能系统的电源连 接，每一个类瓦太阳能元件70均具有双芯电连接引入线71，其终端连接 有二极卡入式连接器72。屋顶板条支持"8字形"的双芯电缆73，它适 于通过卡入式连接器72的绝缘穿刺元件啮合。另一个连接器74将每一 个板条电缆73连接到在76处与蓄电池储能器和/或换流器相迮的千线电 缆75上。
图6显示的是太阳能系统的循环流体连接，其中每一个类瓦太阳能 元件70均具有尾部配对在一起并且分别连接于耐热塑料的双层管歧管装 置81的热孔和冷孔的热冷却剂导管77和冷冷却剂导管80。连接通过77 和80尾部的自穿剌终端实现。循环通过温差环流系统进出集水箱82。集 水箱82通过热交换管道83加热远程热水储存器。图7的剖面图中图示 了双层管歧管装置81，其中具有在其上进行穿刺连接的平面84的部分可 以是密封垫，而方形孔85应确保具有一致的壁厚。穿刺连接包含适于勾 住双层管歧管装置的背部平面以保持连接的固定衔套(retaining lug)。
本领域技术人员将会认识到，可以对在此概括性地描述的本发明进 行大量改变和修改，而不偏离此处所述和所附权利要求所规定的本发明 的要旨和范围。
权利要求
1. 一种太阳能收集装置，所述装置包含支持太阳能收集吸热器的主体、使所述主体与基体啮合的装配部件和为将所述吸热器与其它太阳能收集装置功能性集成以形成太阳能收集系统而选择的连接器。
2. 如权利要求1所述的太阳能收集装置，其中，所述基体为屋顶结构。
3. 如权利要求2所述的太阳能收集装置，其中，所述主体被配置为与铺瓦的屋顶结构的标准瓦结合为一体。
4. 如权利要求2所述的太阳能收集装置，其中，所述主体替代至少部分屋顶覆层。
5. 如权利要求l所述的太阳能收集装置，其中，所述主体包含围绕 所述吸热器的透明正面。
6. 如权利要求5所述的太阳能收集装置，其中，所述透明正面包含 整体式聚光元件。
7. 如权利要求6所述的太阳能收集装置，其中，所述整体式聚光元 件包含适于沿所用的所述正面的斜度纵向布置的棱镜或双凸透镜部分。
8. 如权利要求5所述的太阳能收集装置，其中，所述正面具有经处 理以降低反射的外表面和/或反射性的内表面。
9. 如权利要求1所述的太阳能收集装置，其中，所述主体具有与建 筑物的表面相对并且可拆卸地啮合的第一表面，和聚集光线的暴露的集 热表面一一第二表面，所述第一表面和第二表面一起界定内部空间。
10. 如权利要求1所述的太阳能收集装置，其中，所述主体包括沿 第一边缘的配对齿廓，和沿第二相对边缘的相应配对齿廓。
11. 如权利要求10所述的太阳能收集装置，其中，沿第一边缘的所 述配对齿廓为凸齿廓，沿第二边缘的所述配对齿廓为凹齿廓。
12. 如权利要求11所述的太阳能收集装置，其中，所述配对齿廓为 标准屋屋顶瓦配对齿廓。
13. 如权利要求1所述的太阳能收集装置，其中，所述吸热器被配置为吸收宽带太阳辐射。
14. 如权利要求13所述的太阳能收集装置，其中，所述吸热器包含 吸热板，所述吸热板结合包含环绕热存储器中的远程热交换器的冷却剂 循环阵列。
15. 如权利要求1所述的太阳能收集装置，其中，所述吸热器与光 电元件相关联。
16. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，其中，所述吸热器适于 吸收入射的太阳辐射，并通过所述连接器将热量转移到循环流体系统， 装配在所述吸热器上的所述光电元件能够控制所述光电元件的温度。
17. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，其中，所述光电元件的 光敏部分和所述吸热器之间的界面被选择为以至少基本超过所述光敏元 件吸收带宽的带宽来反射太阳辐射。
18. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，其中，所述主体包含同 时包封所述吸热器和光电电池的透明正面。
19. 如权利要求18所述的太阳能收集装置，其中，所述太阳能收集 元件以包围的方式被密封在所述主体内。
20. 如权利要求19所述的太阳能收集装置，其中，所述主体内部的 空隙空间被最小化。
21. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，其中，所述光电元件紧 密地热连接于所述吸热器。
22. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，其中，所述光电元件选自多晶或单晶光电(PV)元件；无定形PV元件；银电池PV元件；和化学染料人工光合作用(dyesol)元件。
23. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，所述装置包含能够与类 瓦元件一起形成太阳能电池阵列的可拆卸瓦状元件，所述可拆卸太阳能 瓦状元件包含界定内部空间的聚碳酸酯主体，并且在所述内部空间中安 装有至少一个作为所述光电元件的太阳能电池、所述吸热器和相关的电 连接器和水连接器。
24. 如权利要求15所述的太阳能收集装置，所述装置包含具有主体的铺层元件，所述主体具有与建筑物表面相对并可拆卸地啮合的第一表 面和聚集光线的上部暴露的集热表面一一第二表面，所述第一表面和第 二表面一起界定内部空间，所述内部空间包含至少一个光电电池，瓦状 附件或覆层进一步包含沿第一边缘的配对齿廓和沿第二相对边缘的相应 配对齿廓。
25. —种包含权利要求1至24中任一项所述的装置的互联阵列的太 阳能收集系统。
26. 如权利要求25所述的太阳能收集系统，其中，每一个所述吸热 器均具有分别连接于包含温差环流系统集水管的流体循环系统的热侧和 冷侧的入口连接和出口连接。
27. 如权利要求26所述的太阳能收集系统，其中，所述流体连接由 适于刺穿包含循环系统的双层管的自密封穿刺连接器制成。
28. —种包括多个组装的太阳能收集装置的太阳能收集系统，每一 个吸热器元件通过连接器将热量传送至与其它太阳能收集装置的吸热器 共用的循环流体阵列。
29. —种太阳能收集系统，所述系统包括多个组装的太阳能元件， 每一个所述元件的特征均在于具有支持适于吸收入射太阳辐射的吸热器 元件的主体；安装在所述吸热器上的光电元件，所述吸热器控制所述光 电元件的温度并将热量传送到与其它所述太阳能元件的吸热器共用的循 环流体阵列；和所述光电元件的光敏部分和吸热器之间的界面，选择所 述界面从而以至少基本超过所述光敏元件的吸收带宽的带宽来反射太阳 辐射。
30. —种太阳能收集装置，所述装置包括吸热器的主体，所述吸热器的主体支持适于吸收入射太阳辐射、通 过流体连接器将热量传送到循环流体系统并控制安装在所述吸热器上的 光电元件的温度，所述主体包包封绕所述吸热器和光电电池的透明正面；位于所述主体上并与标准瓦屋顶结构啮合以替换所述屋顶结构的一 些标准瓦的互补边缘配对齿廓；和能够与电线束连接的电连接器。
31. 如权利要求30所述的太阳能收集系统，其中，所述电连接是通 过卡入式电连接器与所述电缆束并联。
32. 如权利要求30所述的太阳能收集系统，其中，所述电连接和循 环流体连接被集成为一个物理连接器。
全文摘要
本发明提供了一种包含透明的聚碳酸酯主体(21)的太阳能收集装置(20)，所述聚碳酸酯主体包含透明正面(23)且支持适于吸收入射的太阳辐射的吸热器(27)。吸热器(27)通过流体连接器(28)将热量传送到循环流体系统，另外还控制安装在吸热器(27)上并通过电连接器(25、26)连接于电线束的光电元件(24)的温度。聚碳酸酯主体(21)具有可与经标准铺瓦的屋顶结构相啮合的互补型边缘配对齿廓(32、33)，因而可以替换屋顶结构的一些标准瓦，并可以通过板条螺丝(29)以常规方式固定在屋顶板条上。
文档编号E04D13/18GK101523000SQ200780036294
公开日2009年9月2日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者基思·米切尔, 塞巴斯蒂安·布拉特 申请人:B-波茨控股有限公司