專利名稱：光電池太陽能屋面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及按權(quán)利要求1前序部分在屋面和立面上或借助于屋面和立面來實現(xiàn)光電池發(fā)電的一種裝置。這種裝置或元件已大量公開。
提出這類裝置是基于這樣的想法，即利用已遮蓋的和已遮蔭的面積來安裝光電池比以太陽能場的形式遮蓋新的面積有利。例如用大約10％的屋面和立面來進(jìn)行太陽能發(fā)電就足可達(dá)到一個工業(yè)化國家總供電量的20％左右。
這里分析的先有技術(shù)特別是由專利文獻(xiàn)DE44 38 858(D1)、FR2 354430(D2)、JP 07 02 6664(D3)、JP 07 062 802(D4)、JP 05 05 2004(D5)、DE 42 27 929(D6)和DE 41 39 753(D7)來描述。
其中，專利文獻(xiàn)D7只是對過程作了一般的描述，沒有技術(shù)處理的具體說明。D6描述了一種適用于安裝太陽能電池用的屋面瓦，但這種瓦-且不說實際所需的鋪瓦工作-需要大量費用來實現(xiàn)所需的連接。同樣D1所述的太陽能屋面系統(tǒng)也要求大量費用來生產(chǎn)為此所需的瓦。D2至D5描述了所用屋面元件的特殊加工。這里的屋面元件指的是陶瓷瓦或用陶瓷、玻璃、纖維增強水泥或瀝青復(fù)合材料制成的平的屋面元件；后者沒有全部列出，只是舉例而已。
一種有限應(yīng)用的特殊加工通常都比較昂貴，并對這里考慮的使用目的有相當(dāng)大障礙。上述光電池屋面元件的電接頭和連接線或者直接地或借助于屋面元件的特殊鉆孔或留孔引入屋面內(nèi)部或通過接觸片-和/或-母線來實現(xiàn)，并力求電氣元件引入抗氣候影響的屋面內(nèi)部。屋面元件的鉆孔或別的孔一方面即需要花費特殊加工費，另一方面原則上又是潛在的漏源。屋面元件上的壓力接觸同樣需要昂貴和費力的特殊加工，而且很容易腐蝕。
總的來說，上述全部解決方案都存在這樣的缺點需要昂貴而又費力的特殊加工，這種特殊加工明顯超出了屋面元件制造廠家的一般業(yè)務(wù)范圍，而且雖然考慮到了屋面的鋪設(shè)，但不少情況卻沒有考慮單個屋面元件的更換，更為屋面元件本身或在其上放置的太陽能電池都有可能損壞而需要更換。到目前為止公開的解決方案尚未達(dá)到制造價格合理的裝置并將其引入市場。
實現(xiàn)本發(fā)明光電太陽能屋面或太陽能立面的目的在于，通過不用屋面元件或立面元件的特殊結(jié)構(gòu)并通過光電池本身在安裝、固定、緊固和強度要求方面的諸多價格因素的綜合平衡轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)的屋面元件以及通過簡單可靠的電連接對太陽能價格全面分析情況下把光電池生產(chǎn)的千瓦小時的電價格下降到與新建的熱力或水力發(fā)電廠生產(chǎn)的千瓦小時的電價格相當(dāng)?shù)某潭?。此外，本發(fā)明太陽屋面或太陽立面的鋪設(shè)和檢修可由普通的屋面工或飾面工進(jìn)行，而不需另外的費用。
上述目的的解決方案的主要特征反映在權(quán)利要求1的特征部分，而權(quán)利要求2至15則敘述其他的有利結(jié)構(gòu)。
下面借助附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的目的。
附圖表示

圖1表示太陽能屋面元件的第一實施例；圖2表示本發(fā)明第一太陽電池的縱截面；圖3表示本發(fā)明第二太陽電池的一個縱截面；圖4表示圖1實施例的一個方案；圖5表示多個太陽屋面元件的組合；圖6表示太陽屋面的一部分；圖7表示太陽屋面的部分截面；圖8表示一種太陽屋面元件的第二實施例；圖9表示一個太陽屋面元件的第三實施例；圖10表示圖1的一種變型。
圖1表示本發(fā)明裝置一個元件的第一實施例的平面圖。數(shù)字1表示一個在市場上可買到的尺寸不同的屋面元件，例如用纖維加強水泥制成的屋面元件。不用屋面元件也可用下述的立面元件。屋面元件和立面元件的安裝和/或成型是相似或相同的；往往只是固定方法不同，由于不同的固定方法得出不同的靜力方向和不同的積滯水-毛細(xì)水關(guān)系。屋面元件的下部用來支承例如用單晶硅、多晶硅或非晶硅制成的光電太陽能電池2。太陽能電池2本身的結(jié)構(gòu)如圖2所示。太陽能電池2裝在屋面元件1上。在圖示結(jié)構(gòu)中通過例如粘接或用卡子(圖1未示出)將太陽電池固定在屋面元件1中。這樣屋面元件1和太陽能電池2構(gòu)成一個強度功能主要由屋面元件來承膽的靜力結(jié)構(gòu)單元。在上緣太陽能電池2例如具有一個封端元件3，該元件3是從內(nèi)部過渡到外部的電連接用的機械結(jié)構(gòu)。在封端元件3的上緣固定一個接線柱4。該接線柱-由于下面尚待述及的原因-最好是偏置的例如偏置于太陽電池2中心線左邊。該接線柱的左右方各具一個插座5，如圖1實施例所示。其中，每個插座用來插入一個插頭6，而插頭6則例如接一根雙芯電纜7。單片太陽能電池2的接線方式-串聯(lián)或并聯(lián)-由接線柱4的內(nèi)部接線來確定。屋面元件1的下緣例如有一個凹槽14用來固定一個圖中未示的鉤子，鉤子本身則固定在用來擱置并固定屋面元件1的板條上。
圖4所示的方案表示只帶一個插座5的接線柱4。引到相鄰太陽能電池的電纜7直接固定在接線柱4上，而不用插接。這里插頭和插座的概念原則上擴展為雖然它們之間的連接易于實現(xiàn)，但只有在操作例如一個位于插座5上的元件時才可重新松開這種連接。彈簧拉力連接的概念在本發(fā)明中同樣包括在插頭-插座中。
圖2表示太陽能電池2第一實施例上部的縱截面。一塊薄的透明玻璃板8-或一塊微晶玻璃板-是用字母9表示的硅半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的支承件。在背面上，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)9用一塊多層的層合薄膜10覆蓋，其中，至少有一層鋁膜或玻璃膜作為防止各類蒸汽的防氣層。這種層合薄膜可用粘接、焊接、熔接而成或類似方法制成。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)9按眾所周知的方式接通并通過導(dǎo)體11引到插座5的兩個塞孔12、13中，這里不擬贅述接線方式的問題。由于覆蓋的層合薄膜一直延伸到接線柱4下方，所以下側(cè)形成完全平整的元件，該元件也包括接線柱4。兩個塞孔12、13與相應(yīng)插頭6不對稱定位；這樣就實現(xiàn)了單片太陽能電池2只能按規(guī)定的方式連接在一起。塞孔12、13的不對稱性可通過不同的尺寸或形狀來實現(xiàn)，但也可通過插入一塊適當(dāng)?shù)母舭宸乐瑰e誤插入。在太陽能電池2的上端(圖中的右端)，層合薄膜10例如包住玻璃板8；封端元件3緊密連接在層合薄膜10和玻璃板8上。
在圖3所示太陽能電池的第二實施例中，接線柱4連插座5一起與插座5懸空連接。這里取消了封端元件3。借助于層合薄膜10的覆蓋，同時承膽了導(dǎo)電體11的拉力卸載的功能，該導(dǎo)電體在圖2所示實施例和這里所示的實施例都是柔性的。
圖5表示相鄰太陽能電池2的多個屋面元件1和用插頭6和電纜7相互電連接的結(jié)構(gòu)。屋面元件1的鋪設(shè)方式完全按常規(guī)進(jìn)行在兩個屋面元件1之間總是為屋面元件1的下一個上層放一個鉤子15；鉤子15總是鉤在凹槽14中。在鋪好一排屋面元件1或其中的一部分時-或者在鋪設(shè)過程中-，由屋面工將(這里)左邊的屋面元件1的插頭6插入(這里)右邊屋面元件1的接線柱4上的插座5中。為此，不需要安裝知識。
圖6表示用本發(fā)明屋面元件鋪設(shè)的屋面的一部分。上一排屋面元件1總是遮蓋著下一排的封端元件3。接線柱4的不對稱的位置避免了雨水直接的影響，這些雨水流入兩個相鄰屋面元件之間的中間縫隙中。如圖2虛線16所示，封端元件3向上傾斜，所以雨水可從該元件流下。接線柱當(dāng)然必須是防水的。
圖6的右邊表示上一個屋面元件1的連接電纜17如何與一片太陽能電池2連接的情況，在兩個屋面元件之間的中間縫隙中該電纜向上并敷設(shè)在屋面下方。這樣就不需要在屋面元件上附加鉆孔。在屋面下方按規(guī)定的線路裝配電纜17并敷設(shè)到一個或多個變流器、一個蓄電池或直接到用戶。
圖7表示圖6位置的縱截面。在這里省略了純粹的屋面詳圖或只是簡化示出，因為這是公開的先有技術(shù)。
這里對屋面元件進(jìn)行的描述也類似適用于立面元件。例如用纖維增強水泥制成的立面元件往往尺寸比圖8和圖9所示的屋面元件大?？砂辞懊嫖菝嬖D中所示的幾片太陽能電池2連在一起(見圖8)或制成同樣大小的尺寸(見圖7)來滿足這種需要?？偟恼f來，立面元件的固定方法與屋面元件的相似；鋪設(shè)方法原則上也是相同的。
圖8所示屋面元件1具有兩個所述的那種太陽能電池2。雖然這里每個封端元件3也具有一個接線柱4，但其中只有左邊的接線柱有一個插座5。兩個接線柱通過一根固定安裝的電纜18相互連接。在所示實施例的一種方案中，右邊的接線柱也有一個插座5；這時相應(yīng)的電纜7在其兩端各帶一個插頭6。
圖9表示最好用在立面上的較大尺寸的屋面元件1，這種屋面元件支承相應(yīng)較大尺寸的太陽能電池2；連接方式與圖1、4、5相同。
圖10表示圖1的變型結(jié)構(gòu)。這里的封端元件3減少到兩個短的封端元件31，其中，每個封端元件都帶一個接線柱41。相鄰太陽能電池2的連接方法又是各用一根電纜7，該電纜一端或兩端作成插塞式。在圖10中，右邊接線柱41具有一個帶插頭6的插座5，左邊插座直接與一根電纜7連接。
本發(fā)明太陽能屋面的優(yōu)點和特征主要有如下幾點-屋面元件本身基本上是一種不改變的批量產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的各種形狀、尺寸、材料和顏色都可有利地買到；-固定元件不是由太陽能電池而是由常規(guī)的屋面元件來承擔(dān)；-靜力強度不是由太陽能電池來承受而是由常規(guī)的屋面元件來承受，亦即太陽能電池是薄壁的，并具有最少的材料費用，所有類型的機械負(fù)荷都由屋面元件承受；-所用的太陽能電池可按幾種常用的尺寸作為批量產(chǎn)品生產(chǎn)；-太陽能電池在批量生產(chǎn)過程中與屋面元件組成一體；-這樣生產(chǎn)出的太陽能屋面元件由屋面工根據(jù)他的職業(yè)知識和他的規(guī)則進(jìn)行鋪設(shè)；只需附帶將單根電接頭連在一起，而不需要工具或?qū)I(yè)知識；-每個太陽能屋面元件的電連接都在屋面元件本身上進(jìn)行；不用設(shè)置穿通孔，只需把與用戶(變流器、蓄電池、直接用戶)的連接線引到里面；這里一般每排屋面元件或立面元件配置一根連接線。在太陽能屋面元件上進(jìn)行連接不需鉆孔，而是在屋面元件之間將一根較長的電纜向上敷設(shè)。
-敷設(shè)的電纜、插頭連接和導(dǎo)線都位于上面鋪有搭接屋面元件的下面，因而不受大氣影響。
-因此單個屋面元件或立面元件的更換同樣容易實現(xiàn)，因為不用松開和重新連接在屋面下面的電連接。
-整個結(jié)構(gòu)費用以及強度和固定裝置都由-反正要建造的-屋面或立面承擔(dān)，這與太陽能場或裝置或安裝在屋面上的光電池發(fā)電設(shè)備比較對降低成本起特別重要的作用。
-本發(fā)明由于同時使用屋面元件和立面元件充分利用了減少光電池系統(tǒng)的制作成本的可能性，所以首次創(chuàng)造了適當(dāng)批量生產(chǎn)時獲得成本低的或經(jīng)濟的太陽能發(fā)電的可能性。這種顯著降低成本是由于本發(fā)明裝置在很大程度上消除了安裝和固定結(jié)構(gòu)的全部附加費用以及安裝和敷設(shè)費用。
權(quán)利要求
1.例如用陶瓷、玻璃、纖維加強水泥、金屬或瀝青復(fù)合材料制成的并與太陽能電池(2)組成一體的屋面元件(1)相互搭接鋪設(shè)而成的太陽能屋面或太陽能立面，其特征在于-作為太陽能電池(2)的支承件用的屋面元件(1)是批量產(chǎn)品，這種產(chǎn)品可按屋面工或飾面工的習(xí)慣鋪設(shè)；-所用的太陽能電池(2)包括一塊玻璃板(8)，該玻璃板的下側(cè)是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(9)，在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上覆一層具有至少一層阻汽層的層合薄膜(10)，以阻止所有類型的蒸汽影響半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(9)；-太陽能電池(2)的玻璃板(8)很薄，所以各類機械負(fù)荷主要由屋面元件(1)承受；-設(shè)置有一個接線柱(4)，該接線柱通過導(dǎo)線(11)與太陽能電池(2)連接并與太陽能電池(2)的接線方式相一致，此外，在面對相鄰太陽能電池(2)的一側(cè)上至少有一個插座(5)用來插塞一個插頭(6)，該插頭至少與連接兩個相鄰太陽能電池(2)的電纜(7)的一端連接；-太陽能電池(2)只遮蓋屋面元件(1)的一部分，屋面元件(1)相互這樣搭接，即主要只有太陽能電池(2)沒有被其他屋面元件(1)遮蓋；-所有與太陽能電池(2)相關(guān)的元件(4至11)只位于屋面元件(1)的外側(cè)上，屋面元件(1)沒有設(shè)置任何與太陽能電池(2)有關(guān)的鉆孔和通孔，而且除太陽能電池本身外全部電氣件都位于搭接部分的下面；-首先將大量相互電連接的太陽能電池(2)用一根為此用的長電纜(17)與相應(yīng)用戶連接，其中，該電纜直接在兩個相鄰的屋面元件(1)之間向上敷設(shè)，而不用屋面元件(1)為此目的進(jìn)行鉆孔和留孔。
2.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，設(shè)置有一個封端元件(3)，該元件跨過太陽能電池(2)的整個寬度搭接在玻璃板(8)上并作為接線柱(4)的支承件。
3.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，設(shè)置有兩個短的封端元件(31)，它們分別裝在玻璃板(8)上緣的一端上，并分別構(gòu)成接線柱(41)的支架，其中，至少一個接線柱具有一個插頭(6)用的插座(5)。
4.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，設(shè)置有一個封端元件(3)，該元件只在太陽能電池(2)寬度的一部分延伸和搭接在玻璃板(8)上并作為接線柱(4)的支架用。
5.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，由插座(5)和插頭(6)構(gòu)成的插塞連接設(shè)計成這樣，即插座(5)具有一個元件，只有操作該元件才能重新松開這樣插塞連接。
6.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，層合薄膜(10)包圍導(dǎo)線(11)并延伸到接線柱(4)，所以，該接線柱是空地固定在太陽能電池(2)上。
7.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，太陽能電池(2)作為整體粘接在屋面元件(1)上，所以屋面元件(1)和太陽能電池(2)構(gòu)成一個靜力結(jié)構(gòu)單元。
8.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，太陽能電池(2)借助于固定在屋面元件(1)上的卡子固定在屋面元件(1)上。
9.按權(quán)利要求1、3或4的太陽能屋面，其特征在于，接線柱(4)各具有兩個插座(5)，而且連接每兩個相鄰太陽能電池(2)的電纜(7)在每端上都具有一個配合插入插座(5)的插頭。
10.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，接線柱(4)分別只具有一個插座(5)；連接每兩片相鄰太陽能電池(2)的電纜(7)一端固定在接線柱(4)中，而其自由端則具有一個配合插入插座(5)的插頭(6)。
11.按權(quán)利要求9或10的太陽能屋面，其特征在于，插座(5)分別具有兩個尺寸不同的塞孔(12，13)。
12.按權(quán)利要求9或10的太陽能屋面，其特征在于，插座(5)分別具有一個隔板，該隔板可使插頭(6)只能按規(guī)定的方向插入。
13.按權(quán)利要求1的太陽能屋面，其特征在于，每片太陽能電池(2)的接線柱(4)相對于該太陽能電池(2)的中心線不對稱地設(shè)置在封端元件(3)上。
14.按權(quán)利要求2的太陽能屋面，其特征在于，封端元件(3)向上傾斜成這樣的形狀，即它可流淌雨水，且沒有雨水停滯在后面。
15.按權(quán)利要求2的太陽能屋面，其特征在于，一個屋面元件(1)只多支承一片太陽能電池(2)，其中，這些太陽能電池(2)相互直接電連接。
全文摘要
本發(fā)明的太陽能屋面由未改變的、例如用纖維加強水泥批量生產(chǎn)的屋面元件(1)組成,同樣也是大批量生產(chǎn)的太陽能電池(2)例如粘接或用卡子固定在屋面元件(1)上。每片太陽能電池(2)在其上緣支承一個封端元件(3),在該封端元件上裝一個接線柱(4)。該接線柱具有至少一個插座(5),在電纜(7)一端上的一個不對稱構(gòu)成的插頭(6)可插入該插座(5)中。上述所有元件(1至7)都位于屋面元件(1)上,所以不需設(shè)置任何通過屋面元件(1)的通孔。例如從一排的最后一個屋面元件(1)將一根較長的電纜(17)在下一個上面的屋面元件(1)下方向上敷設(shè)并在屋面下方引到變流器或直接用戶。單片太陽能電池(2)的接線方式(串聯(lián)或并聯(lián))由接線柱(4)的接線來確定。屋面的鋪設(shè)由屋面工進(jìn)行,他不需要任何電專業(yè)知識。
文檔編號E04D3/40GK1207830SQ96199600
公開日1999年2月10日 申請日期1996年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月23日
發(fā)明者M·波斯南斯基 申請人:阿特蘭蒂斯日光系統(tǒng)有限公司