太阳能电池和屋顶单元的组合件及其安装方法

专利名称：太阳能电池和屋顶单元的组合件及其安装方法
技术领域：
本发明涉及应用了太阳能电池和屋顶单元组合件的一般房屋屋顶及其安装方法。具体说，本发明涉及一种沿垂直方向安装屋顶面板而构成的屋顶，例如一种缀合连接结构的屋顶(沿垂直方向铺设的屋顶)，本发明还涉及其安装方法，并且本发明还对沿垂直方向铺设的屋顶，提出了一些建议用以解决太阳能电池和屋顶单元组合件及其安装方法所引发的具体问题。
把太阳能电池放置在屋顶上主要可采用两种方法一种方法是把太阳能电池安放在现有的屋顶上，另一种方法是铺设太阳能电池使电池本身构成屋顶。
在第一种方法中，用一些框架把太阳能电池安装在现有屋顶上。这样就可直接应用常规太阳能电池模块，但是铺设费用较高而且外观不好。因此，近来第二种方法引起人们广泛的注意。
第二种方法中，总的来说长时间来已有了许多屋顶安装方法。常规的安装方法粗略分为平铺屋顶法，直立接缝屋顶铺设法，缀合连接屋顶铺设法，瓦垅薄板屋顶铺设法，折弯薄板屋顶铺设法，水平屋顶铺设法，倾斜屋顶铺设法，焊接屋顶铺设法等等。在这些方法中，铺设工厂和库房的屋顶一般应用折弯薄板屋顶铺设法和瓦垅薄板屋顶铺设法，而在铺设一般房屋时则使用倾斜屋顶铺设法(包括平面倾斜屋顶铺设法)，缀合连接屋顶铺设法，水平屋顶铺设法以及它们的变化。
在应用太阳能电池的一般房屋中，应用这些方法的先有技术的例子包括在已公开的No.5-55618号日本专利申请，(铺设倾斜屋顶)已公开的No.59-152670号日本专利申请(铺设水平屋顶)，已公开的No.7-302924号日本专利申请(铺设水平屋顶)，已公开的No.7-211932号日本专利申请(铺设缀合屋顶)，No.5,092,939号美国专利(铺设缀合屋顶)和No.4,189,81号美国专利(垂直方向铺设屋顶)之中。


图13和图14示出了已公开的No.7-211932号日本专利申请中描述的缀合连接屋顶结构。该屋顶叫做具有连接条的缀合连接屋顶，这是因为屋顶面板之间插有连接条。屋顶铺设方法叙述如下(1)未示出的椽子安装在未示出的檩条上。
(2)屋顶覆板101安放在椽子上和/或椽子之间，并用钉子或类似的东西把它与椽子固定。
(3)垫衬102铺设在屋顶覆板之上。
(4)隔板S用钉子N固定在垫衬102上。
(5)连接条M用钉子N固定在隔板S上。
(6)已经折弯加工的太阳能电池和屋顶面板103的组合件安放在连接条M和隔板S的台阶上，接线工作是通过后表面侧的接插件106来完成。
(7)接线完毕之后，罩盖107放在连接条M上用以夹紧每个连接条M的头部以及其两边的屋顶面板折弯的直立部分。
(8)接着，太阳能电池和屋顶面板103组合件以及罩盖107通过应用图14中所示平头钉R连接固定在连接条M上。
上述即是应用连接条的缀合连接屋顶铺设法，图15示出另一种典型的运用缀合连接屋顶铺设法而构成的屋顶结构，这种方法在No.4,189,881美国专利中有所描述，该方法叫做没有连接条的缀合连接屋顶铺设法，因为在上述缀合连接屋顶的铺设中不采用连接条。
(1)未示出的椽子安装在未示出的檩条上。
(2)屋顶覆板101安放在椽子上(或之间)。
(3)未示出的垫衬铺设在屋顶覆板101之上。
(4)带相应的太阳能电池的屋顶面板103通过固定夹104按下述方式固定，当每一固定夹夹持住屋顶面板竖直部分时，就可用钉子N固定在屋顶覆板上。
(5)从屋顶面板后表面引出的导线C在固定夹104之间的空间中设置。
(6)罩盖107放在固定好的固定夹104上。
上述即是没有连接条的缀合连接屋顶铺设法。
但是，如上所述的屋顶材料的安装方法除了按常规铺设屋顶材料外，还需要额外的接线工作，这就加大了安装工作的难度，使得安装费用上升。在已公开的No.7-211932号日本应用专利中所描述的安装方法中，无法测量每个太阳能电池的输出。如果有些太阳能电池出了问题，很难找出出故障的电池。即使找到了出故障的电池，也很难更换，因此给维护带来困难。
与此相对应的是No.4,189,881号美国专利中描述的没有连接条的缀合连接屋顶铺设法中，在固定夹和罩盖之间可以进行接线，甚至在安装完毕后进行接线也可以，打开罩盖即可露出接线部分，因此维护起来容易，但是在屋顶建造安装中仍需接线操作，而且安装工作也较复杂、特别是因在屋顶上工作费用较高，故必须简化工作以降低成本。
针对这个问题，No.5,092,939号美国专利提出了一个简化工作，降低成本的建议，该建议是把屋顶面板先连接成一组件，然后把屋顶组件整体放在屋顶上。该屋顶组件只是固定在梁H上的屋顶面板103组合体，如图16和17所示，因此该屋顶组件不具备将其固定在屋顶结构件上的装置。因此它的抗风能力弱，但对屋顶来说抗风是最基本的功能。随着单片屋顶面板尺寸的加大，这个问题变得更加严重，并且在采用轻质金属屋顶和类似的材料的情况下很容易出现中间部分上翘的现象。
此外，如图16所示No.5,092,939号美国专利中描述的那种接线部C设置在屋顶面板103之下，因此鉴于组件的结构特点无法确定有故障的屋顶面板，故要想替换出故障的屋顶面板必须把屋顶组件整体移开，因此在维修方面有很多困难。
针对上述问题，本文进一步发展延伸了上述方法，并从而提出一种实用的用沿垂直方向铺设屋顶及其安装方法，以简化现场操作，降低建筑成本，减少工作错误，在安装后可检测或替换每个模块单元并具有很好的维护性和抗风能力。
为了达到上述目的、本发明应用以下方法(1)一组太阳能电池和屋顶面板的组合件通过利用夹具固定在固定件上，在太阳能电池和屋顶面板各组合件之间留有间隙。
(2)屋顶结构件用作固定件。
(3)太阳能电池和屋顶面板组合件中太阳能电池的输出端子在间隙处互相联接。
按本发明可通过上述方法实现如下功能。
(1)通过采用组件单元，按常规在工地完成的安装工作和电气接线工作可在工厂内完成，这样可大大降低昂贵的工地安装工作的费用。尽管是组件结构，但单个太阳能电池和屋顶面板组合件既使在安装后可以通过拆去夹在固定件上的夹具很容易地取下，这样提高维修性。
在前述安装方法中以及屋顶件增大条件下出现的抗风能力较弱的问题可以通过按本发明的组件单元来得以解决，因为组件单元可固定在位于太阳能电池和屋顶面板组合件之间的间隙处的屋顶结构件上，因此其抗风能力可达到以往水平。
(2)组件单元与屋顶结构件一体化连接，按此布置方法，在建造屋顶时不需要新的元件，因此屋顶建设成本可以较低。
(3)接线件集聚在沿垂直方向铺设的屋顶面板之间的间隙中，按此布置方法大大提高了安装之后的维修性。此外，由于电线在工厂中就已初步连接好，在太阳能电池和屋顶面板之间无需电气连接件，这样也可降低接线件数目。
图1中是描述本发明第一实施例的安装的解释性图；图2是图1中连接部的一剖面图；图3是在第一实施例中应用的一太阳能电池元件的剖面图；图4是在第一实施例中应用的太阳能电池和屋顶面板组合件的一剖面图；图5是安装在屋顶上的第一实施例中的太阳能电池的一接线图；图6是描述本发明第二实施例的安装的解释性图；图7是图6中连接部的一剖面图；图8是描述本发明第三实施例的安装的解释性图；图9是图8中连接部的一剖面图10是描述本发明第四实施例的安装的解释性图；图11是图10中连接部的一剖面图；图12是表示本发明空气循环系统的一视图；图13是描述常规实例中具有连接条的缀合连接屋顶的安装的解释性图；图14是图13中连接部的一剖面图；图15是描述常规实例中无连接条的缀合连接屋顶的安装的解释性图；图16是描述常规实例中太阳能电池和屋顶装配单元组合件的解释性图；图17是图16中连接部的一视图。
<实施例1>
现参阅图1和图2对本实施例中太阳能电池与屋顶单元的组合件的制造方法进行说明。
首先，在工厂内把两个或更多的太阳能电池与屋顶面板103的组合件通过利用固定夹104和螺钉111固定在连接/固定件105上，此时在连接/固定件105上方设定有间隙。每个固定夹104设有孔112，用来把单元100固定在屋顶上的钻入式螺钉108插入该孔内。
其次，在相邻的屋顶面板103之间把从各自的接线盒120中引出的导线121的接插件106连接在一起，为此目的，接线盒120是与屋顶面板103的凸缘130相连而不是与屋顶面板的背侧相连。
最后一步是安装罩盖107，罩盖107和水平梁(未示出)可拆卸地沿法线方向安装固定，于是单元100完成安装。水平梁是用来防止单元100在运输、安装时发生变形。
〔安装方法〕下面将对单元100的安装方法结合图1进行叙述。
通过卡车或美似运输手段把若干单元100一起运到工作场所并按下述步骤进行安装(1)把椽子110与房屋的檩条109相连。
(2)把屋顶覆板101安装在椽子110上(或之间)。
(3)垫衬(件)102放置在屋顶覆板101的上方。
(4)使用一诸如吊机之类起吊装置把第一个单元100暂时放置在靠近屋顶边缘处并放在垫衬上。
(5)把原先安装好的罩盖107取下并把很长的钻入式螺钉108或类似件从连接/固定件105的顶面拧入位于屋顶覆板101下面的椽子110内。
(6)单元100固定后重新放上罩盖107并固定。
(7)为了实施单元100间的相互连接，与其相耦合的另一单元100按如(5)中所述相同程序进行安装固定，安装时通过利用用于单元100间相互连接的固定夹104调整好间隙。
(8)单元100固定好之后，通过固定夹104安装固定耦合件并在耦合件上实施接线。
(9)按(5)中的同样程序(把螺钉)从耦合件的顶面拧入位于屋顶覆板101下面的椽子110内以固定住耦合件。
(10)放上罩盖107并固定在耦合件上。
(11)重复程序(7)至(10)，从而按顺序沿垂直方向铺设屋顶。
(12)安装好后移走水平梁，于是完成了沿垂直方向铺设屋顶的安装工作。
为实施单元100间的连接，如上述每一单元100的输出部都具有一连接接插件106，于是只要把接插件106在屋顶上相互插合连接起来即可完成接线工作而无需使用夹具。
由于本实施例能大大减少现场操作，建筑成本可大大降低。屋顶建造完后，屋顶面板也可如同按常规方法建造的单纯屋顶面板一样一块一块地置换。当由于太阳能电池失效而要更换屋顶面板时不需要拆卸整片屋顶，这是与常规屋顶面板组件的情况大不相同的(美国No.5,092,939号专利)。
再者，由于单元100是从单元100的连接/固定件105的顶面处直接固定到屋顶结构件上，这种连接方法连接强度高，于是就不会出现常规屋顶面板组件抗风能力低的问题，因此本实施例在屋顶安装上有很高的实用价值。
此外，由于采用了如下布置方式，即把导线集中在两相邻屋顶面板103之间的间隙内，故安装后的可维护性也得以增加。由于电气导线在工厂制造的早期阶段已布置好，于是屋顶面板103之间就不再需要电气连接件，接线件的数量也可相应减少了，这对降低成本更为有利。
按本实施例的沿垂直方向铺设屋顶用的太阳能电池和屋顶单元组合件是按其安装方法来描述的，相关描述是基于下述前提屋顶是按构架建造方法而建造的房屋的一部分，但本发明并不限于这种构架建筑方法。毋需指明本发明也能应用于如下场合比如以二乘四建造方法建造的房屋，采用重量轻的钢框架的预制件房屋，采用增强混凝土构件而建筑的房屋。
本发明便于实施太阳能电池的具体维护。也有助于防止安装中产生错误，这类错误是由于复杂接线工作中容易失误所引起的；并且本发明还具有由于减少了接线件的数目而节省了材料费用的效果。
〔空气循环系统的应用〕由于本发明能实现在结构件中存有一通风层以便把空气引入到屋顶覆板101与屋面板103之间，故可用于如图12所示的房屋的空气循环系统中。在图12中，箭头所指是空气流动方向。在寒冷季节，空气通过屋檐150流经通风层151时由来自屋顶单元100的屋顶面板103的热传导所加热，加热后的空气经过屋脊152进入房间153内使屋内升温。在地板下也可设置热量积聚设备。为迫使空气流通循环，在空气流通通路的半程处可装设一风扇。在炎热季节，来自屋檐150的空气从排气口154排至外面以增大屋顶的隔热功能，从而保持房间153内有较舒适的环境。
屋顶单元100内产生的电能通过直流聚流盒C进入变流器I，于是太阳能发电系统按此法得以实现，经变流器I送出的转换后的电能供给电扇F或房内的其它负载。
本实施例中，屋顶面板103与屋顶覆板101之间存在间隙，而水平梁比此间隙小以便被设置在间隙内。由于水平梁能防止单元发生变形，在本发明中就不再需要应用可拆卸的梁了。因此，铺设屋顶的工作可进一步缩减。同样也毋需多说，只要固定件本身的强度能单独承担抵抗单元在运输和安装时的变形，那么可拆卸梁是毋需采用的。
〔电气接线实例〕
图5所示是在应用本发明屋顶单元情况下电气接线的一个实例。单元100包含太阳能电池串，其特征在于一组太阳能电池和屋顶面板103的组合件以串接方式连接起来，每一太阳能电池串的总电压正好是变流器的输入电压(例如1200V)。单元100或太阳能电池串的数目很多而每个单元的输出电缆是单独地通过屋脊152被导入直流聚流盒的。在图12中直流聚流盒用字母C表示。一组输出电缆在直流聚流盒C中以并联连接方式，设置并与变流器相匹配。在每个太阳能电池串并联连接的连接点之前设有一断路器。若某一太阳能电池串发生故障，那么该太阳能电池串电气上断开并可进行维修。实际使用中接线盒位于屋顶面板103的凸缘上。若接线盒按相对于一垂直线对称排列，那么取决于屋顶面板的排列方式而可自由地选择串联或并联连接，这一点是很有用的。标号140是指被称之为“假”面板的常规屋顶面板，这些“假”面板被装设在非完整的部位，这些部位的尺寸不能被屋顶的尺寸和单元尺寸整除，由于采用了“假”面板，既改善了屋边缘的外观又使挡雨功能得以实现。
〔各构件说明〕以下对构成每一单元的构件和与安装单元时有关的构件进行叙述，这些构件对于下述的各实施例均可采用。然而要指出，当屋顶结构件被用作固定件时连接/固定构件105就不需要了。
〔1.太阳能电池和屋顶面板103的组合件〕太阳能电池和屋顶面板103的组合件至少包含底托401，填充料402，太阳能电池元件403，表面膜404和接线盒405，如图4所示。(底托401)底托401所用的材料可从具有足够强度的钢板和具有良好抗蚀性的非铁金属中选用，这是与常规金属屋顶选材相同，也可选用塑料或陶瓷。
若以选用钢板为例，运用的包括经表面处理的钢板、涂复钢板、包含其他成分的合金或特殊钢板和具有隔热材料层之类的复合钢板。总的来说，材料可从热浸镀锌钢板、电镀钢板、热浸铝钢板、覆铜钢板、聚氯乙烯预涂复钢板，不锈钢板、氟塑料树脂钢板、高阻尼钢板、隔热镀锌铁皮，防大气腐蚀钢和上述的涂复钢板，或从非铁材料中选取，诸如铜薄板、铝合金板、锌合金板、铅板、钛板以及上面提到的涂色板。在应用塑料的情况下，适用的是那些具有良好结构强度诸如FRP和与金属骨架组合的构件。金属板从加工的角度来看最适用。
(太阳能电池元件403)在本发明中应用的太阳能电池元件403的类型并无特定的限制，它可为任何形式，既可为单晶体、多晶体、细微晶体；也可为非晶体。太阳能电池元件既可由硅基材料也可由复基材料制成。其中非晶体太阳能电池元件因其具有良好的适应性而最适用，这是由于非晶体太阳能电池元件的性能退化可通过受热面恢复，因此在屋顶上使用十分适合。
图3示出了一非晶体硅太阳能电池的剖面图，这种电池是一种适应性强的太阳能电池。
基板301是在诸如非晶体硅太阳能电池之类的薄膜型太阳能电池场合下用来机械支撑半导体层303的，在某些场合基板301也用作电极。基板需有相当程度的抗热能力，从而能承受半导体层303的薄膜形成过程中热量引起的升温，基板既可是导电的也可是绝缘的。
导电材料具体例子包括诸如铁、镍、铬、铝、钼、金、铌、钽、钒、钛、铂和磷的金属薄板；诸如黄铜、不锈钢之类的合金薄板；上述板的复合板；碳素板，电镀钢板等。
绝缘材料具体例子包括诸如聚酯、聚乙烯、聚碳酸酯、醋酸纤维、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺和环氧树脂的抗热合成树脂薄膜或薄板；以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属纤维及类似物与上述材料复合的薄板；通过把不同材料的金属薄膜和/或SiO2，Si3N4，Al2O3，AIN或类似物的绝缘薄膜淀积到这些金属的薄板、树脂板或类似物表面上得到的材料，淀积是通过诸如喷镀工艺、蒸发淀积工艺、电镀工艺之类表面涂覆处理实现的；以及玻璃、陶瓷等材料。
下电极(反向反射层)302是把半导体层303内产生的电能引出的电极，它需有与半导体层303导电接触的功能。下电极的材料可从诸如铝、银、铂、金、镍、钛、钼、钨、铁、钒、铬、铜、不锈钢、黄铜、镍铬合金、SnO2(二氧化锡)、In2O3、ZnO和ITO；透明导电氧化物(TCO)，等称的单金属或合金中选取。
下电极302的表面最好很光滑，但在需要不规则反射光线的场合表面也可呈网纹状，下电极也可被称作反向反射层。当基板301是导电材料制成时，也就不需专门设置下电极302了。
下电极302的制作工艺可采用诸如电镀、蒸发淀积或喷镀，可根据使用要求适当选择。
本发明中太阳能电池元件半导体层303的材料可从通过在非单晶硅、硅锗、硅碳或类似物中掺杂以氢和/或氟获得的材料中选取。
半导体层的薄膜形成工艺可从众所周知的诸如蒸发淀积工艺、喷镀工艺、RF(径流)等离子体增强化学汽相淀积(CVD)工艺，微波等离子体增强化学汽相淀积工艺，ECR工艺，热化学汽相淀积工艺和低气压化学汽相淀积工艺(LPCVD)等工艺中按使用要求进行选用。RF等离子体增强化学汽相淀积工艺是通过RF等离子体使贮集的气体分解并使硅淀积到基板上，这种工艺最好在工业规模的工艺上应用。RF等离子体增强化学气相淀积工艺存在一个问题，即贮集气体的分解效率低，大约为10％，而且分解率也低，大约从1/s至10/s，于是微波等离子体增强化学气相淀积工艺用作能克服上述问题的薄膜形成方法引起人们注意。
用来实施上述形成薄膜的反应器可从人们熟知的装置中选取，诸如分批式薄膜形成装置或连续式薄膜形成装置，根据使用要求选取，被称做级联式原电池或三联式原电池包含有一由两个或更多的半导体连接点的层叠薄片，它可在本发明中使用以增大光谱灵敏度和电压。
上电极(透明导电薄膜)304是用来引出半导体层303内产生的电动势的电极，它与上述的下电极配对使用。上电极需透明，这是因为它位于光的入射侧，故也把上电极称为透明导电薄膜。
上电极304的透射率最好不低于85％以便有效吸收太阳，萤光灯或其他类似光源的光线进入半导体层303，而且薄板的电阻值最好不大于100Ω/□以便光线相对于半导体层303呈水平时仍能产生电流，具有这类特性的材料包括诸如SnO2，ZnO，cdO，cdSnO4ITO(In2O3+SnO2)之类金属氧化物。
上电极304的制作工艺可从耐热蒸发淀积工艺、电子来加热蒸发淀积工艺、喷镀工艺、喷溅工艺等工艺方法按需要选取。
为确定上述太阳能电池元件产生电功率的有效面积，可通过在上导电薄膜304中去除一部分而形成一条蚀刻线305，蚀刻的方法可在常规蚀刻枝术中，例如化学蚀刻，印刷蚀刻，和电化学蚀刻，根据要求选求。
在这之后，通过喷镀、蒸发淀积、印刷或粘贴方法用金属布线图案或用导电胶在透明导电薄膜上形成一集电极306，此外，例如用铜箔制的输出导线407连接在背面上。一组太阳能电池元件可按串联连接起来。
按此法制造的非晶体太阳能电池具有很强的适应性，它是一种适用于本发明要求特性的具有良好适应性的太阳能电池。
(填充材料402)填充材料402的最佳例子是EVA(乙烯乙酸乙烯酯)，EEA(乙烯丙烯酸乙酯)，PVB(聚乙烯醇缩丁醛)等依据太阳能电池的粘接性能、耐气候性和减震(缓冲)效果确定。为增加其机械性能，在某些场合下与诸如非编织玻璃纤维或硅石(二氧化硅)一起使用。
(表面薄膜404)为增加防潮和抗擦伤性能，从耐气候性角度，表面薄膜最好采用氟基树脂，氟基树酯的一些例子包括四氟乙烯聚合物，乙烯与四氟乙烯共聚物，TFE(特氟隆之类，可从杜邦公司购得)，ETFE(TEFZEL或类似物，可从杜邦公司购得)，多氟乙烯基(TEDLAR之类，可从杜邦公司购得)，多氯氟乙烯，CTFE(氟塑料46，可从Daikin Kogyo公司购得)，等等。一种众所周知的紫外线吸收剂可加入在官些树脂中以改进耐气候性。一种更佳的薄膜是通过电晕放电处理或类似方法使表面粗化，以改善粘接层的粘接性能。再者，一种无方向性的薄膜更为有利以便适应各种类型的弯曲。
(密封方法)密封方法包括堆叠底板、填充材料、太阳能电池元件、填充材料和表面薄膜，随后通过使用一真空层压机在真空条件和热和压力的作用下对叠堆加压，密封好后，底托的边缘弯成屋顶面板的形状，在底托的每个出口端预先形成一开口部。可使用一弯板机、一压辊成形机或类似设备实施弯曲。
(接线盒405)接线盒405是一用来装纳引出功率的接线端子，屋顶面板103上设有开口部406。通过折弯屋顶面板形成凸级408后连接上接线盒405而把开口部盖住。一接线盒是由，例如，一具有顶面开口的盒形件和一盖住顶面开口的顶盖件组成，接线盒405内的接线端子通过一导体与输出导线407相连，此外，一根把功率(或电能)向外引出的电缆与接线盒内的接线端子相连。
通过把接线盒405在底托的凸缘408上安装定位就可很容易地构成本发明的屋顶单元，特别是与接线盒设置在背(表)面侧的情况相比较，本发明屋顶面板103之间的电气连接在屋顶单元100制造时能很方便地在两相邻部位之间的空隙内进行。再者，顶单元100安装好后需拆卸屋顶面板进行维护或类似工作时，可以方便地折开相邻屋顶面板的电气连接。
接线盒所用的最佳材料是塑料，考虑到阻燃性要求，最好选用诸如阻燃塑料或陶瓷之类材料。适用的塑料，举例说包括具有优良的强度、抗冲击性能、耐热性、硬度和时效性能的工程塑料，诸如改性聚苯醚、装碳酸酯、聚酰胺、聚醛、改进的聚苯撑氧(modified PPO)、聚酯、多芳基化合物、不饱和聚酯、酚醛树脂，和环氧树脂之类塑料。此外，诸如ABS树脂、PPC(聚丙烯polypropylene)和PVC(聚氯乙烯)之类热塑性塑料也可适用。
为在意外漏水情况下防止漏电，按本发明的接线盒405内充填有填充物料，对填充物并无具体限制，但优秀的填充物种类可包括具有优良电气绝缘性能的环氧树脂基的粘接剂、硅基封装剂和硅基粘接密封剂。硅基树脂在适应性方面更优越一些。若再考虑到工作性能方面要求，那么最好选用固化时间短的单组分类型材料和低粘度易于注满微细部位的材料。在使用单组分硅的常温硫化(RTV)橡胶情况下，固化方法最好是应用脱丙酮类型或脱醇类型方法以避免电极发生腐蚀。
环氧树脂基的粘结剂的一些例子是可从Three Bond股份有限公司购得牌号为“2001”，“2002H”、“2003”，“2016B”和“2022”的粘结剂，以及上述环氧树脂按需要以一定比例与牌号为“2102B”，“2103”，“2104”，“2105F”，“2105C”，“2106”，“2131B”，“2131D”，“2131F”和“2163”中选取的固化剂相混合。
〔2.太阳能电池和屋顶单元100的组合件〕单元100至少包括太阳能电池和屋顶面板103的组合件；作为耦合组合件用的夹具的固定夹104；作为固定件的连接/固定件105；用来把连接/固定件105固定在檐子110上的钉子108和罩盖107。
(夹具104)作为夹具的固定夹104是用来把屋顶面板103固定在连接/固定件105上的金属安装件，按照屋顶面板形状所用的各种形状的固定夹都已是众所周知了，由于夹具实际上要起抗风支撑作用故其厚度比屋顶面板厚，而且通常是具有较大机械强度的钢构件。夹具还具有把屋顶面板相互联结的功能，那些以带有孔的形式下使用的固定夹被称做有孔固定夹。
(罩盖107)罩盖107是用作在屋顶面板3侧边与相邻面板之间的间隙处的挡雨结构并使外形美观，如图1所示。罩盖107可用与制作屋顶面板103相同类型的制料制作，其颜色应与屋顶面板103的色彩相协调。在本实施例中接线件设置在罩盖下方，罩盖用可拆卸的紧固件(未示出)固定以便于维修。
(连接/固定件)对于连接/固定件未作具体限制，但从便于加工和安装角度考虑，木材是合适的材料。
〔3.屋顶构件〕本发明中的屋顶构件是通指用来支撑建筑物屋顶的构件，在构架建造方法中常用的椽子法场合下，屋顶结构件包括檩条、椽子、屋顶基板件(屋顶覆板)和垫衬。
此外，众所周知的屋顶建造方法包括顶梁法、桁架(或构架)法、支柱建造法等，在任一种方法中，屋顶基板件终是固定在椽子上的。
(檩条109)檩条109是支撑屋顶的主体构件，它可用金属材料、木材等高机械强度的材料制作。檩条通常为均匀的构件，它通常平行屋脊设置并支撑椽子110。本发明的屋顶单元也可在早期阶段与檩条连接好。
(椽子110)椽子110是用来接纳(支撑)作为屋顶基板件的屋顶覆板101的结构件并固定在檩条109上，椽子既可用金属制作也可用木材制作。本发明的屋顶单元同样也可在早期阶段与椽子连接好。
(屋顶基板件(屋顶覆板)101)制作屋顶基板件所用的材料可为能作为基础用以固定屋顶材料的任何适用材料，特别适用的材料是具有隔热(或热绝缘)性能的板件；更具体说由平木板，砂浆板，胶结刨花板，胶合板，胶结木屑板和隔热板制的屋顶覆板。
屋顶基板件可具有一用诸如聚苯乙烯泡沫、聚氨基甲酸酯泡沫、聚乙烯泡沫、玻璃棉、石棉或类似的隔热材料制成的背垫。
由于采用了具有导热性不大于0.2千卡/米·小时℃的热绝缘材料，空气在屋顶面板103与屋顶基板件101之间被加热，在使用非晶体硅太阳能电池作为太阳能电池的场合下，非晶体硅太阳能电池性能的衰退就可由热量的作用而得到恢复，这就改善了非晶体硅太阳能电池的性能，所以屋顶基板件的上述配置是适用的。
(垫衬102)垫衬102完善了屋顶面板的防水性，垫衬是由具有防水功能的材料制成。再者，某些垫衬具有一定程度的热绝缘性能和潮湿调节功能，垫衬的材料可从自然和人工材料中选取。具体说，自然材料包括树皮、木瓦、人工材料包括金属板、沥青、改性沥青、合成像胶和合成树脂。单层或多层复合薄板均可用作垫衬。从防火的角度来衡量，垫衬用金属制作更为有利。
<实施例2>
太阳能电池和屋顶单元组合件的制造方法将参阅图6和图7进行叙述。在本实施例中，呈平板形的屋顶覆板101是用作连接/固定件。
在工厂内把两个或多个太阳能电池和屋顶面板103的组合件固定在一确定尺寸其上有垫衬102的屋顶覆板101上，固定时使用有孔式固定夹104和螺钉111而在组合件之间留有间隙。这样就构成了一个组件。随后，把从接线盒120中引出的导线121的接插件106在两相邻屋顶面板103之间的间隙内连接起来，最后把罩盖107罩上，这样单元组装完成。
〔安装方法〕把许多单元一起放在卡车或类似车辆上运抵工地并按下述程序(或步骤)进行安装(1)把椽子110与檩条109相连接。
(2)使用一诸如吊机之类起吊装置把第一个单元暂时放置在屋顶边缘并放在椽子110上。
(3)把原先安装好的单元的罩盖107取下并把很长的钻入式螺钉108或类似件从屋顶覆板101的顶部拧入椽子110内，以把单元固定在椽子110上。
(4)单元固定好后重新放上罩盖107使其就位并固定。
(5)为实施单元间的连接，待连接单元的屋顶面板103的竖直部分可按与(3)相同的程序内容实施固定，固定时通过单元间耦合用的有孔式固定夹104调节好间隙。
(6)固定完毕后在耦合连接部位下方区域再用垫衬102覆盖住。
(7)与相对应的单元邻近的每个单元的屋顶面板103在边缘处用有孔固定夹耦合连接并固定。
(8)在耦合连接部位上方按与(3)相同程序把屋顶面权固定在椽子110上。
(9)把罩盖107罩住耦合部位上方并固定住。
(10)重复流程(5)至(9)而完成沿垂直方向铺设屋顶的安装工作。
在本实施例中，由于单元还包括屋顶覆板101在内，屋顶安装的修整工作可在椽子110的装配之后立即进行，这样能进一步减少工地现场的操作并从而能更显著地减少建造费用。
尽管本实施例叙述时是按预先铺放在单元内的垫衬102具有与屋顶覆板101相同尺寸的配置方式进行的，然而，垫衬102也可设计成比屋顶覆板101稍大一些，这样按步骤(6)就增加垫衬102的程序就可省去了。
再者，若椽子110也被包括在单元内和假若檩条109与椽子110之间的连接部也位于间隙内，那么步骤还可进一步减少。再进一步扩展可在单元内包括檩条109并把单元固定在支柱板上。
<实施例3>
本实施例的太阳能电池和屋顶单元组合件的制造方法将结合图8和图9进行叙述。本实施例是本发明应用在从常规缀合连接屋顶铺设方法中改进的沿垂直方向铺设屋顶的一个例子。本实施例通过使用具有如图9中所示截面形状的固定夹104和屋顶面板103而增强了挡雨性能。此外，屋顶面板板103设有水平肋132，从而可增大抗风能力而且其设计外形类似倾斜式屋顶。肋132不仅沿水平方向设置还可沿垂直方向设置。本实施例中屋顶覆板101的连接部位设有连接榫，它可增大屋顶覆板101之间的接合力并使单元的安装简化。
在图9中，每个从位于屋顶面板103底部的接线盒120中引出的接插件，穿过固定夹104上的一通孔133与相邻屋顶面板103的另一接插件在屋顶面板之间的间隙内连接。参考标号111是指一用来把固定夹104固定到屋顶面板101上的螺钉。标号112是指供用于把单元固定到椽子上的钻入式螺钉穿过的开口部。当安装单元时，钻入式螺钉也可作为一盖帽而使开口部具有防雨作用。由于本实施例中的屋顶面板103与固定夹104相连接并预先以简单的操作用螺钉固定在屋顶覆板101上，从而提高了装配单元的生产率。
<实施例4>
图10和图11示出了实施例3的一种变型，此外，该实施例中还使用了太阳能电池和罩盖107’的组合件。在太阳能电池和罩盖107’的组合件中太阳能电池元件135设置在顶表面上而电气触点134设置在底表面上。与此相对应，屋顶面板103也具有电气触点134。由于电气连接是通过使罩盖107’紧卡在屋顶面板上而实现的，因此本实施例具有使接线工作大大简化的优点，并能实现纵深化设计使其设计外形看起来如同瓦垅板的形状。
通过在罩盖107’上也设置太阳能电池，太阳能电池接收光线的面积就可增大，也就增大了屋顶产生电功率的量值。此外，一种扩大有孔式固定夹104宽度的设计能实现不降低产生的电能，这种设计在把单元固定在屋顶上时操作性能得到改善。
权利要求
1.一屋顶单元，其特征在于一组在两相对侧具有凸缘的太阳能电池和屋顶面板的组合件相互间按一定间隙相邻设置，在一连接/固定件上，相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件在所述间隙处通过利用可拆卸的固定装置与所述连接/固定件连接固定，并且一可拆卸的罩盖设置在所述间隙的上部。
2.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于用来把所述太阳能电池的输出引出的接线盒设置在所述凸缘中，并且与所述相互相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件的接线盒相连的接线件在所述间隙中相连接。
3.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于连接/固定件呈杆状且沿所述间隙延伸。
4.一按权利要求3的屋顶单元，其特征在于它还包括一个固定在所述连接/固定件一底面上的屋顶覆板。
5.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于所述连接/固定件是一平板形屋顶覆板。
6.一按权利要求4的屋顶单元，其特征在于它还包括一根与所述屋顶覆板一底面相固定的椽子。
7.一按权利要求6的屋顶单元，其特征在于它还包括一根固定在所述椽子一底面上的檩条。
8.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于它包括一个位于所述罩盖某一表面上的太阳能电池。
9.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于在所述相互间相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件之间的电气连接是通过所述罩盖来实现的。
10.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于所述太阳能电池和屋顶面板的组合件是按下述配置方式构成的一太阳能电池元件密封于一带填充料的底托上并且在其表面上设置一层保护膜。
11.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于一可拆卸的防变形件被固定在与所述凸缘相垂直的方向上。
12.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于在所述太阳能电池和屋顶面板的组合件中，在与所述凸缘相垂直的方向上形成有一肋。
13.一按权利要求1的屋顶单元，其特征在于一水平梁设置在所述太阳能电池和屋顶面板的组合件的后表面。
14.一屋顶单元的安装方法，包括在一屋顶结构件上安装一屋顶单元的步骤，其特征在于一组在两相对侧具有凸缘的太阳能电池和屋顶面板的组合件相互间按一定间隙相邻设置在一连接/固定件上。特征还在于相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件在所述间隙处通过利用可拆卸的固定装置固定在所述连接/固定件上；安装方法还包括把所述连接/固定件在所述间隙处固定在所述屋顶结构件上的步骤；并且还包括把一可拆卸罩盖设置在所述间隙的上部的步骤。
15.一按权利要求14的安装方法，其特征在于它包括如下几个步骤准备一组所述屋顶单元；利用固定装置将所述屋顶单元相互连接固定；和，在间隙内对所述屋顶单元相互之间进行电气连接。
16.一按权利要求14的安装方法，其特征在于它包括这样一个步骤在所述屋顶单元的运输过程中，沿与所述凸缘垂直的方向在所述屋顶单元上固定一可拆卸的防变形件。
17.一屋顶单元的制造过程包括如下几个步骤一组在两相对侧具有凸缘的太阳能电池和屋顶面板的组合件相互间按一定间隙相邻设置在一连接/固定件上；通过利用可拆卸的固定装置在所述间隙处将相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件固定在所述连接/固定件上；在所述间隙上部设置一可拆卸的罩盖。
18.一按权利要求14的安装方法，其特征在于一用来把所述太阳能电池的输出引出的接线盒设置在所述凸缘中，该方法包括这样一个步骤在所述间隙中，使与所述相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件上接线盒相连的导线相互连接。
19.一空气循环系统包括有一屋顶单元，其特征在于一组在两相对侧具有凸缘的太阳能电池和屋顶面板的组合件相互间按一定间隙相邻设置在一杆形连接/固定件上；其特征还在于相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件通过利用可拆卸的固定装置在所述间隙处固定在所述连接/固定件上。所述空气循环系统按下述方式布置所述屋顶单元安装在一屋顶覆板上，所述连接/固定件在所述间隙处固定在所述屋顶结构件上，因此在所述太阳能电池和屋顶面板组合件与所述屋顶结构件之间形成一个空间，外部空气能被吸入所述空间中，并且引入该空间的空气可被引入房屋中或被排出室外。
20.一按权利要求19的空气循环系统，其特征在于所述空气是利用风扇使其循环的。
21.一太阳能发电系统包括一屋顶单元，其特征在于一组在两相对侧具有凸缘的太阳能电池和屋顶面板的组合件相互间按一定间隙相邻设置在一连接/固定件上，相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件通过利用可拆卸的固定装置在所述间隙处固定在所述连接/固定件上，一可拆卸的罩盖设置在所述间隙的上部，在每一所述凸缘中设置有一用来把所述太阳能电池的输出向外引出的接线盒，并且，与所述相邻的太阳能电池和屋顶面板组合件上接线盒相连的导线在所述间隙中相互连接；和一能源转换设备，它与所述太阳能电池电气连接。
22.一太阳能电池模块，其特征在于一太阳能电池元件固定在一带树脂的底托上，所述底托至少有一侧面是弯曲的，所述底托的弯曲部具有一开口，所述太阳能电池元件的电能就从所述开口处引出。
23.太阳能电池模块的制造过程包括如下几个步骤将一太阳能电池元件固定在一带树脂的底托上；至少使底托的一个侧面弯曲；和，穿过所述底托弯曲部上的一个开口将一导线固定在所述太阳能电池元件上。
24.一屋顶件，其特征在于一太阳能电池元件固定在带树脂的一底托上，所述底托至少有一侧面是弯曲的，所述底托的弯曲部具有一开口，所述太阳能电池的电能就从所述开口引出。
25.屋顶件的一制造过程包括如下几个步骤将一太阳能电池元件固定在一带树脂的底托上；至少使底托的一个侧面弯曲；和，穿过所述底托弯曲部上的一个开口将导线固定在所述太阳能电池元件上。
26.太阳能电池模块的一安装方法包括如下几个步骤准备一组太阳能电池串，每一太阳能电池串由一组太阳能电池模块串联而成；将所述一组太阳能电池串的输出相互独立地导入直流聚流盒；和，将所述一组太阳能电池串在所述直流聚流盒内并联连接。
27.一按权利要求26的太阳能电池模块的安装方法，其特征在于每一太阳能电池串的输出电压等于变流器的输入电压。
28.一按权利要求26的太阳能电池模块的安装方法，其特征在于每一太阳能电池串在并联接合点之前设有一断路器。
29.一按权利要求5的屋顶单元，其特征在于它还包括一根固定在所述屋顶覆板一底面上的椽子。
30.一按权利要求29的屋顶单元，其特征在于它还包括一根固定在所述椽子一底面上的檩条。
全文摘要
一屋顶单元由下述配置方式构成:一组太阳能电池和屋顶面板的组合件相互邻近放置在一连接/固定件上并留有间隙,每个组合件在其相对的两侧边上具有凸缘。相邻的组合件通过一可拆卸夹具在上述间隙内与连接/固定件连接起来,一可拆卸罩盖放置在间隙的上部。这种布置方式可简化现场操作、降低建设费用和减少工作差错。此外甚至安装好后仍可测试或更换模块,从而提供了一种具有良好可维修性和抗风能力的沿垂直方向实用的屋顶铺设法。
文档编号E04D3/366GK1180124SQ9711798
公开日1998年4月29日 申请日期1997年8月29日 优先权日1996年8月30日
发明者三村敏彦, 深江公俊, 高林明治, 森昌宏, 高田健司 申请人:佳能株式会社