相關(guān)案件的引用

本專利申請基于并且據(jù)此要求2014年7月3日提交的美國臨時專利申請序列號62/020948的優(yōu)先權(quán)，并且該臨時申請的全部內(nèi)容通過引用就此被合并在本文中。

本發(fā)明屬于太陽能的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明屬于如下技術(shù)領(lǐng)域：使用太陽能面板以便產(chǎn)生熱量、熱水和/或電力的太陽能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，存在如下太陽能系統(tǒng)：該太陽能系統(tǒng)采用太陽能面板來收集來自太陽的輻射能以對循環(huán)通過該太陽能面板的流體進行加熱、產(chǎn)生電力或者二者。在2010年3月2日提交的、名稱為“solorenergysystem”的、公開為美國專利公開號2010/0224234的美國專利申請12/660,646中示出了并且描述了此類太陽能面板的示例。該專利申請的說明書和公開文本的全部內(nèi)容通過引用就此被合并到本專利申請中。

如此，雖然上述專利申請的太陽能系統(tǒng)和各個模塊化太陽能面板完全適合用于提供熱水和/或電力的目的，但是在對此類太陽能系統(tǒng)進行使用時此類太陽能系統(tǒng)的整體效率是關(guān)鍵，并且因此對太陽能系統(tǒng)和太陽能面板的熱傳遞特性的任何提高都是有益的。

然而，混合型太陽能面板的成本已經(jīng)成為阻礙市場擴大的首要原因。所以任何將會使該關(guān)鍵的細分市場能夠得到增長的對設(shè)計的改善都將會是有利的。

因此，將會是有利的是，提供太陽能系統(tǒng)的材料、面板尺寸和各種增強的特征來改善太陽能面板的整體熱效率，并且因此改善該系統(tǒng)的整體熱效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是一種太陽能系統(tǒng)，并且一個主要的創(chuàng)新點在于使用與如下太陽能面板結(jié)合的光伏電池來在電力的聯(lián)合產(chǎn)生期間捕獲能量（熱量），所述太陽能面板由金屬材料（例如鋁）的薄板片的“囊”組成。太陽能面板對穿過湍流通道的流體進行加熱，該湍流通道形成在薄的、平坦的板片之間。

所述板片均由導熱金屬形成或聚合物形成，并且定向成平行的平面，通道形成在所述板片之間。所述板片附接在一起，并且一個板片具有外平坦表面，光伏電池附接到該外平坦表面，而另一板片具有長形的壓痕，長形的壓痕對液體穿過所述通道的流動進行控制以增強該液體和板片之間的熱傳導。在重量是考慮因素的情況下，這些壓痕還用來控制面板中的流體體積?？刂企w積的能力還通過如下方式用來使從光伏（pv）電池（該pv電池發(fā)熱，產(chǎn)生電力）到前述“囊”內(nèi)的工作流體的熱轉(zhuǎn)移最大化：既導致“設(shè)計的湍流”而且還迫使流體通過面板以便獲得貫穿面板的全部區(qū)域的均勻的熱量吸收。

借助于頭座組件將流體引導到通道中并且從該通道回收流體。頭座組件由上和下凸緣組成，具有夾在上和下凸緣之間的端部歧管。端部歧管具有多個管口，多個管口大體上或完全沿著板片的相對邊緣的長度間隔并且與板片之間的通道連通。如此，以平滑的、均勻的流動形式從通道引導流體并且從該通道移除流體。頭座中的一個用作進口以便流體進入通道，并且另一頭座用作出口以便在流體已經(jīng)穿過通道后移除流體。

在示例性實施例中，進口頭座中的管口的尺寸是可控的，以使得當被用在具有多個面板的陣列中時可以由操作者來增大或減小入口流從而優(yōu)化整個系統(tǒng)。另外，從通道移除流體的出口頭座中的管口的全部或累加的開口比進口頭座中的全部或累加的開口更大，從而維持了通過管道的平滑的流動而不會產(chǎn)生回涌（back-up）。

本發(fā)明的太陽能面板能夠被容易且便宜地制造，并且還易于進行組裝。容易地制造和組裝本發(fā)明的太陽能面板為使用太陽能面板來生產(chǎn)熱量、熱水以及電力提供了極大優(yōu)勢（與沒有該技術(shù)的類似pv電池面板相比年電力產(chǎn)量高10%）。

附圖說明

根據(jù)下面的本發(fā)明優(yōu)選實施例的詳細描述并且如附圖所示，將會更加明白本發(fā)明的太陽能系統(tǒng)的其他特征。

圖1是依照本發(fā)明而構(gòu)建的太陽能系統(tǒng)的示意圖；

圖2是本發(fā)明的太陽能面板的分解圖；

圖3是與本發(fā)明的太陽能面板一起使用的進口頭座組件的透視圖；

圖4a是用于構(gòu)建本發(fā)明的太陽能面板的出口頭座組件的出口歧管的透視圖，并且圖4b是出口歧管的放大側(cè)視圖；

圖5是示出了本發(fā)明的進口歧管的示意圖；

圖6a是示出了使用在本發(fā)明的主流體通道中的壓痕的形狀和取向的示意圖，并且圖6b是這些壓痕的側(cè)視圖；

圖7是示出了壓痕的形狀和取向的另一示意圖；并且

圖8是示出了與本發(fā)明的太陽能面板一起使用的側(cè)支撐組件的透視圖。

具體實施方式

首先來看圖1，這里示出了部分分解的示意圖，該示意圖示出了依照本發(fā)明構(gòu)建的太陽能系統(tǒng)10。如可看到的，具有頂部14的建筑結(jié)構(gòu)12直接或間接地暴露于一些形式的陽光。當然，建筑結(jié)構(gòu)12可以是需要電力和/或熱水的任何形式的建筑。如將會看到的，本發(fā)明可與如下結(jié)構(gòu)一起使用，所述結(jié)構(gòu)全部地用于產(chǎn)生熱量、熱水和/或電力，即所述結(jié)構(gòu)是專用結(jié)構(gòu)或框架并且不用作任何其他的目的，所述其他的目的例如是用于居住或者用于給居住人提供住所的結(jié)構(gòu)。

如在圖1中所看到的，頂部14具有多個太陽能面板16，多個太陽能面板16布置成列（豎直排布）和行（橫向排布）。如所示，存在九個（9）太陽能面板16，然而，如將會明白的是，面板的數(shù)量、它們的尺寸以及取向可以取決于具體設(shè)施而變化，包括取決于具體設(shè)施的熱量、熱水和/或電力的需求。使用模塊化設(shè)計，可使用單個面板，或者可使用兩個或更多的面板，其容易地聯(lián)接在一起以便為結(jié)構(gòu)提供足夠的太陽能需求，這些面板被放置在該結(jié)構(gòu)上。

太陽能面板16可以以常見的方式附接到頂部14，使得允許空氣在太陽能面板16和頂部14之間進行循環(huán)，或者太陽能面板16可以直接附接成齊平于頂部14。如果被直接地安裝到結(jié)構(gòu)的頂部，絕緣材料可被插入在太陽能面板和該頂部之間。如在圖1中還可注意到的，這里存在分解的太陽能面板16，該太陽能面板16由第一板片18和第二板片20組成。

如可看到的，第一板片18關(guān)于第二板片20處于靠上位置，并且太陽能面板16還包括進口頭座組件24和出口頭座組件22，進口頭座組件24和出口頭座組件22將會在稍后進行說明，不過，進口和出口頭座組件24和22分別包括進口26和出口28以便將液體引導到太陽能面板16中并且以便在液體已經(jīng)穿過太陽能面板16之后從太陽能面板16移除該液體。

在所示出的實施例中，每個太陽能面板16中的進口26被定向成使得關(guān)于地面進口26比出口28更高，從而液體通過太陽能面板16的路徑沿著向下的方向，由此借助重力。如果存在多個面板也是這樣，也就是說，冷液體進入靠上的一個或多個面板并且隨后沿向下的方向行進到靠下的一個或多個太陽能面板。雖然穿過太陽能面板16的液體可以是水，但是也可以使用其他流體，包括但是不限于乙二醇或者甚至空氣。在本說明書中，為了方便，此后該介質(zhì)將會被稱為液體。

如常見的那樣，液體循環(huán)通過太陽能面板16，其中，由太陽的輻射能以及太陽能面板它們自身中的光伏電池所產(chǎn)生的熱量來加熱所述液體。在圖1的示例性實施例中，第一板片18是靠上位置并且面向太陽，而第二板片20處于靠下位置并且面向頂部14。經(jīng)加熱的液體可穿過適合的管30（閉環(huán)系統(tǒng)）到貯器32中的熱交換器。貯器32也可具有模塊化形式，其中，用戶或設(shè)計者可取決于所需要的構(gòu)造通過進行堆疊（使用適合的連接件）和/或使用多個經(jīng)堆疊的單元來增加額外的容量或減少容量。在任何情況中，經(jīng)加熱的液體被儲存并且累積在貯器32中以經(jīng)過排出管34被用于一些最終目的。

太陽能系統(tǒng)10還可包括加熱系統(tǒng)36以在需要的時候提供熱量，從而使貯器32中的液體維持在預定的溫度。一種類型的加熱系統(tǒng)36可以是熱泵；然而，可使用其他系統(tǒng)來維持該預定的溫度。加熱系統(tǒng)36將會是僅有的在本質(zhì)上不是模塊化的部件；然而，取決于所需要的構(gòu)造，若干種尺寸/容量（輸出）是現(xiàn)成可獲得的。

現(xiàn)在結(jié)合圖1來看圖2，這里示出了太陽能面板16的分解圖并且示出了示例性實施例的單個太陽能面板16的構(gòu)造。如可看到的，通過使用兩個大體上平坦的板片（即第一板片18和第二板片20）來構(gòu)建圖2的太陽能面板16。如可在圖2中看到的，使太陽能面板16從其使用時的正常取向倒置，也就是說，第一板片18處于靠下位置，第二板片20處于第一板片18之上，而在正常使用時，第一板片18處于靠上位置，然而，在圖2中使太陽能面板16倒置是為了更好示出第二板片20的具體構(gòu)造。

因此，當在使用時，最靠上的部件是一個或多個光伏電池（pv電池）40，pv電池40是常見的并且面向陽光以接收輻射能從而產(chǎn)生電力。pv電池40附接到第一板片18的上表面42并且可以由粘合劑或通過層壓附接到第一板片18的上表面42。能夠與本發(fā)明的太陽能面板一起使用的pv電池是容易商購的，并且本發(fā)明的太陽能面板的優(yōu)勢之一是pv電池不需要進行定制而是能夠是當前可獲得的商用pv電池中的幾乎任何一些。

典型的商用經(jīng)封裝的pv電池可被獲得為具有達到期望尺寸的玻璃蓋的單元并且可以是單個pv電池，單個pv電池覆蓋第一板片18的上表面42的所有區(qū)域或大體上所有區(qū)域。如提到的，第一板片18的上表面42是大體上平坦的表面，從而pv電池40均勻地覆蓋該表面以增強熱傳遞。

在圖2中，太陽能面板16被構(gòu)造為具有端部44、46和側(cè)部48、50的矩形，然而，可看到的是可以使用其他幾何形狀。如提到的，太陽能面板16的端部44、46由進口和出口頭座組件24、22固定。在示例性實施例中，進口頭座組件24被用于經(jīng)由進口26（圖1）引導液體通過太陽能面板16，而出口頭座組件24被用于經(jīng)由出口28（圖1）從太陽能面板16移除液體。

因此，如可在圖2中看到的，雖然如將會在稍后進行說明的，進口和出口頭座組件24、22在某些方面是大體不同的，但是進口和出口頭座組件24、22中的每個包括上凸緣54和下凸緣52。另外，存在進口歧管56和出口歧管57。在制作進口和出口頭座組件24、22時，上和下凸緣54、52與夾在它們之間的進口和出口歧管56、被固定在一起。

結(jié)合圖2，在圖3中，這里有完整的進口頭座組件24的透視圖，并且結(jié)合圖2，包括進口和出口頭座組件24、22兩者的公共部件。因此，對進口頭座組件24進行描述，可以看到有上凸緣54、下凸緣52以及定位在上凸緣54和下凸緣52之間的進口歧管56?？捎删o固件58來實施對進口頭座組件24的組裝，緊固件58可以是螺釘、鉚釘或其他緊固裝置。如還可看到的，當完全安裝在一起時，長形槽60形成在進口頭座組件24中，如將會稍后進行說明的，長形槽60在第一和第二板片18、20被附接在一起之后接收第一和第二板片18、20的端部邊緣62、64。

如所說明的，進口和出口頭座組件24、22兩者除了歧管以外是相似的，所述歧管夾在上凸緣54和下凸緣52之間并且所述歧管是進口和出口組件24、22之間的不同點。

然后來看圖4a和4b，這里示出了出口歧管57的透視圖和前視圖，并且如可看到的，出口歧管57包括出口28，出口28為液體離開出口歧管57內(nèi)的長形通路提供了排出方式。多個出口管口66形成在出口歧管57中并且每個出口管口66與出口歧管57內(nèi)的長形通路連通，以使得通過出口28離開的液體被均勻地接收到多個出口管口66中。

在圖4b中，可看到的是，在示例性實施例中，出口管口66在形狀上是長形的或卵形的并且可沿出口歧管57均勻地分布。

然后來看圖5，這里有進口歧管56的示意圖。如可看到的，進口歧管56具有與圖4a和4b的出口管口66類似的多個長形的進口管口67，然而，還存在套管69，套管69在進口歧管56內(nèi)滑動，并且套管還具有多個開口71，多個開口71相比進口管口67以近似（略微更分開的）相同的距離間隔開并且具有相似的尺寸。如此，為了改變通過進口歧管56的液體流量，可使套管關(guān)于進口歧管56軸向地移動，以使得開口71中的更多或更少與進口管口67對準。

因此，當套管69移動到開口71與進口管口67完全對準的位置時，最大量的液體可穿過進口歧管67。然后，隨著套管69軸向地移動，開口71將會與進口管口67更少地對準從而進口管口67的有效的累積開口減小，因此減小了通過進口歧管的流量。

以這種方式，通過進口歧管56的流量可由操作者來控制，并且可存在某種機構(gòu)73以手動地或自動地導致套管69的軸向運動。

回到圖2，在太陽能面板16的組裝中，第一和第二板片18、20附接在一起以在它們之間形成通道68，通道68用于液體通過太陽能面板16的路徑。如關(guān)于進口和出口頭座組件24、22所描述的，一旦第一和第二板片18、20如將進行說明的那樣附接在一起，該組合體配合到進口頭座組件24中的長形槽60（圖3）中并且配合到出口頭座組件22中的同樣的長形槽中，以使得出口頭座組件57的出口管口66和進口頭座組件2422中的進口管口能夠與通道68連通。如此，大體上沿著或完全沿著進口頭座組件24的寬度定位的多個進口管口67將液體引導到通道68中，并且大體上沿著或完全沿著出口頭座組件22的寬度定位的出口管口66將液體從通道68移除，從而形成液體通過通道68的平滑均勻的流動。

有助于所述平滑流動的是如下特征：出口管口66的全部開口累積面積被設(shè)計成比進口管口67的累積面積更大，從而防止了通過通道68的流動發(fā)生回涌。

通過在第二板片20中使用突出到通道68中的壓痕70進一步增強了液體的流動。壓痕70遍及第二板片20均勻地分布，并且壓痕70延伸到通道68中但并不一直延伸貫穿通道68以致接觸第一板片18。以該方式，壓痕70允許穿過通道68的液體占據(jù)靠下的板片20的全部區(qū)域以便使熱傳遞最大化，而且誘使該液體流動通過狹窄的空間而不是采用最快的路徑（可能由傾斜導致的，或者最容易的流動道路），并且壓痕70還用來管理穿過太陽能面板16的液體的量。

結(jié)合圖2來看圖6a和6b，這里有示出了通道68的俯視圖和側(cè)視圖以及顯示出壓痕70的形狀和取向的示例性實施例。如可看到的，壓痕70被布置成行（平行于由圖6a的箭頭a示出的液體的流動方向）和成列（垂直于液體的流動）。

壓痕70還可被描述為是螺旋形的，所述螺旋的端部被定向成使得與通過通道68的流動方向垂直。另外，如在圖6b中所看到的，螺旋壓痕70的一個端部越來越伸出到通道68中。

來看圖7，這里有示出了壓痕70的形狀和取向的示意圖。在圖7中，由箭頭b指示流體的流動方向。如可看到的，壓痕70被布置成與流動方向垂直的行（如由線c指示）以及與流體流平行的列（由線d指示）。

壓痕70基本上是一圈或360度的螺旋盤卷（spiralcoil），其中，盤卷的壓痕70的一個端部75基本上與第二板片20的平坦表面齊平并且另一端部或前導端部77被移位成向外遠離第二板片20的平坦表面。由于具有螺旋構(gòu)造，存在斷裂部79，在斷裂部79處，壓痕70的一個端部75和前導端部77被分開有限的距離。

相應地，隨著箭頭e所示的冷流體流進入通道68，該流的一部分如箭頭h所示的那樣被壓痕70轉(zhuǎn)向并且被加熱而同時形成漩渦模式的流動并且因此增強了熱傳導。在示例性實施例中，斷裂部81與所述流體流垂直并且可被定向成使得斷裂部81隨著行的交替呈現(xiàn)180度的偏置。流體流的螺旋模式迫使傾瀉的流體圍繞pf電池40（圖2）的熱點形成漩渦，從而使到該流體的熱傳遞最大化。

壓痕70被壓到第二板片上，以使得在第二板片20和壓痕70之間存在平滑連續(xù)的金屬過渡并且在其兩者之間不存在斷裂或間隙。

除了壓痕70之外，存在凹陷72，凹陷72形成在第二板片20中，再一次，凹陷72向內(nèi)延伸并且均勻地分布在第二板片20上。凹陷72向內(nèi)延伸穿過通道68以接觸第一板片18，并且在接觸的地方進行激光焊接從而使第一和第二板片18、20固定在一起。凹陷72的使用具有兩個功能，也就是：凹陷72保持第一和第二板片18、20在整個太陽能面板16上等距地間隔開以使得通道68具有一致的深度，并且還使用經(jīng)激光焊接的凹陷72來防止第一和第二板片18、20在出現(xiàn)不期望的膨脹的情況下發(fā)生鼓脹。然而，該膨脹也可由安全閥門和/或工業(yè)標準的“后撤（dropback）”系統(tǒng)來控制。

作為太陽能面板16的另外的部件，存在側(cè)部構(gòu)件74、76，再一次，側(cè)部構(gòu)件74、76可以由金屬（例如鋁）組成，并且側(cè)部構(gòu)件74、76在第一和第二板件18、20之間沿著太陽能面板16的側(cè)部48、50定位以密封側(cè)部48、50并且防止液體從通道68泄露。側(cè)部48、50可被激光焊接到側(cè)部構(gòu)件74、76以使側(cè)部構(gòu)件74、76保持在期望的位置中。

結(jié)合圖2，在圖8中，側(cè)部構(gòu)件74、76二者可以被構(gòu)建為側(cè)部支撐組件80，側(cè)部支撐組件80可被用于加強太陽能面板16。因為側(cè)部支撐組件沿著太陽能面板16的每個側(cè)部48、50是相同的，所以將僅描述一個。如此，側(cè)部組件80包括外邊緣擠出件82。邊緣擠出件82具有用于保持側(cè)部密封件86的主通道84，側(cè)部密封件86如側(cè)部構(gòu)件74、76一樣被插入在第一和第二板片18、20之間以提供第一和第二板片18、20之間的密封。

如還可看到的，pv電池40與第一板片18一起被附接在邊緣擠出件82中的凹口88內(nèi)。以類似的方式，第二板片20也配合在邊緣擠出件中的凹口90內(nèi)。緊固裝置92（例如螺釘或鉚釘）穿過邊緣擠出件82以使所有部件保持在一起。

回到圖2，作為太陽能面板16的另一特征，存在形成在第一板片18中的開口94和形成在第二板片20中的開口96，如前述所描述的，當?shù)谝话迤?8已被附接到第二板片20時，開口94和開口96是對準的。襯墊98被設(shè)置在開口94、96中間以在第一和第二板片18、20之間進行密封。如此，開口94、96在太陽能面板16中提供了貫通開口以便作為電氣布線或其他實用需要的通路。

基于用戶輸入（將要被加熱的區(qū)域的尺寸、熱水的使用、人的數(shù)量、結(jié)構(gòu)尺寸、絕緣等級、地理區(qū)域等）以及還可基于該輸入獲得的所有相關(guān)數(shù)據(jù)（例如配置、尺寸、效率、估算的費用節(jié)?。ɑ谟脩糨斎耄┑龋⒛軌蛴糜嬎銠C對所有這些部件進行配置（用于估算和安裝的指導目的）。

另外，這些太陽能面板在具有足夠容量的貯器中提供維持在恒定溫度的足夠的熱水。作為當溫度下降一些度數(shù)時啟動可選的燃料驅(qū)動加熱單元的替代，該單元被設(shè)計成維持恒定的預定溫度，從而消除了低效率的“峰值和谷值”以有利于更高效地進行溫度維持。在模塊設(shè)計內(nèi)可添加額外的（模塊化）太陽能面板以提供足夠的熱量/熱水或電力的聯(lián)合產(chǎn)生。

因此，最小的公共特性（例如，適合于小型車庫的尺寸）將會是每個模塊化太陽能面板單元的基礎(chǔ)尺寸，并且可以容易地通過將更多的這些模塊單元添加在一起來組裝得到更大的尺寸。

如圖1-5所示的本發(fā)明的構(gòu)造細節(jié)在于該系統(tǒng)配置可適于任何尺寸的構(gòu)造。所使用的材料將會適合于暴露（頂部）并且理想地適應所有的氣候和環(huán)境。另外，所述單元可被容易地構(gòu)造并安裝成新的構(gòu)造，這就如同改裝成現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)那樣容易。在本質(zhì)上，所述太陽能面板包括由結(jié)合在一起的兩個鋁片組成的囊以允許工作流體跨過現(xiàn)在僅由薄鋁壁分隔的面板的整個背部在薄“片”中均勻地流動，由此更高效地冷卻整個pv電池的陣列并且為處理中的熱水提取更多熱量。

兩個鋁片可被激光焊接以便獲得水密的密封，并且可在內(nèi)部進行激光焊接以維持適當?shù)拈g隔（流體體積控制）并防止膨脹（除了安全壓力閥之外）。本發(fā)明被用于在操作期間進一步管理面板內(nèi)的流體的總體積，而且被用于誘使流體成為跨過面板的整個平面的均勻的流。本設(shè)計在自然加速的情況下迫使流體遍及pv層的最熱的區(qū)域，從而能夠更高效地進行冷卻并且提取更多的熱量以便產(chǎn)生熱水。

在寬泛的實施例中，本發(fā)明是獨特的多維度太陽能面板系統(tǒng)，所述太陽能面板系統(tǒng)包括使用創(chuàng)新材料、尺寸和構(gòu)造的太陽能面板和pv電池，所述太陽能面板用于產(chǎn)生熱量，所述pv電池用于產(chǎn)生電力。另外，本發(fā)明在概念上是完全模塊化的，以便極其容易地進行安裝和維修。

雖然前面的對本發(fā)明的書面描述使人們能夠制造并使用目前被認為是最好的、最方便的、最可配置的并且在各方面都是最有優(yōu)勢的本發(fā)明的太陽能系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域中的任何水平的技術(shù)人員將會理解并且領(lǐng)會本文中的具體實施例、方法和示例存在變體、組合和等同物。因此，本發(fā)明不應受到上面所描述的實施例、方法和示例的限制，但是本發(fā)明應受到所要求的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的所有實施例和方法的限制。