專利名稱：太陽能電池模塊的配置方法和太陽能電池模塊陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池模塊的配置方法和太陽能電池模塊陣列，特別是涉及在例如屋頂?shù)仍O(shè)置表面設(shè)置具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊的設(shè)置方法以及由該設(shè)置方法所設(shè)置的太陽能電池模塊陣列。
作為一種在屋頂表面配置覆蓋材料，特別是步進式屋頂(steppingroof)或Bermuda型屋頂材料的方法，使用了兩截搭接的方法(圖2)或Mechigai覆蓋方法/偏移式覆蓋方法(圖3)。這些覆蓋材料配置方法的優(yōu)點在于能獲得一個好的外觀，原因是覆蓋材料201從作為屋頂最底邊的屋檐(eaves)202到作為屋頂最頂端的屋脊(ridge)203被以一個預定的接合偏移寬度205配置。在這些配置方法中，為了風化(weathering)，接合部分按對應于垂直方向上覆蓋材料的3條線的周期偏移(接合處偏移的距離在上下文中被稱作“偏移寬度”)。對于角落-屋脊覆蓋或邊緣(verge)覆蓋，覆蓋材料201沿屋頂邊界部分204被切除。這種“偏移式覆蓋方法”是一種以覆蓋材料的行(排)為單位規(guī)則地在水平上改變覆蓋材料構(gòu)成的行的接合點的位置的方法。
然而，把上述覆蓋材料的設(shè)置方法直接應用到覆蓋材料集成的太陽能電池模塊上導致下述缺點。
1、由于覆蓋材料集成的太陽能電池模塊不能被切除，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的設(shè)置地點就受限了。例如，對于一個斜脊式屋頂，允許的設(shè)置范圍局限在屋檐到屋脊，那么許多的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊不能被設(shè)置。
2、當覆蓋材料集成的太陽能電池模塊不是規(guī)則性設(shè)置時，屋頂?shù)耐庥^被破壞。
3、電氣連接困難。
例如，在圖2和圖3中，每個具有200mm覆蓋寬度和2,000mm長度的一般覆蓋材料通過偏移式覆蓋(圖2)和兩截搭接方法(圖3)被設(shè)置在一個具有5,000mm長的頂端屋頂一側(cè)(屋脊203),12,000mm長底端屋頂一側(cè)(屋檐202)和4,500mm長屋頂傾斜的梯形屋頂表面上。
同時在圖2和圖3中，在屋頂邊界204處，2,000mm長的一般覆蓋材料201凸出了屋頂表面，所以一般覆蓋材料201沿屋頂邊界204被切除。圖4和圖5表明每個具有200mm覆蓋寬度和2,000mm長度，即具有與一般的覆蓋材料201相同形狀的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊被設(shè)置在屋頂表面的狀態(tài)。下面將描述配置覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的一種簡單的算法。
在圖4中，設(shè)A為允許的設(shè)置范圍內(nèi)的傾斜方向的長度，可設(shè)置的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401的行數(shù)由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出行數(shù)≤A/(覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的覆蓋寬度)在圖4中，行數(shù)為19。
從屋檐數(shù)起的第1行上的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401的允許的最大設(shè)置數(shù)目被計算。設(shè)B為在目標行的允許的設(shè)置范圍內(nèi)頂端模塊行407和底端模塊行408的共同長度(在圖4中，共同長度等于頂端模塊行407的長度)，容許的最大設(shè)置數(shù)為滿足下述不等式的最大整數(shù)容許的最大設(shè)置數(shù)≤B/(覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的長度)。
在圖4中，從屋檐數(shù)起的第1行上容許的最大設(shè)置數(shù)為4。
對于隨后的幾行，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401按保持偏移寬度205來配置。從屋檐202起每行上配置了4個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401。在第六行，右端的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401落到容許的設(shè)置范圍之外，將不能被配置。在第七行，左端的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊落到容許的設(shè)置范圍之外，將不能被配置。由于這些原因，在第6和第7行中每一行可設(shè)置的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401的數(shù)目為3。類似地，在第8到18行，配置了2個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401，在第19行上配置了1個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401。
同樣在圖5中，除了偏移寬度205減少到覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401的長度的1/2以外，使用了與上述相同的配置方法。在這種情況下，設(shè)置的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401的數(shù)目為第1,3,5行為4，第2,4,6,8,10,12行為3，第7,9,11,13,15,17,19行為2，第14,16,18行為1。
在圖4和圖5所示的配置方法中，未被太陽能電池模塊占據(jù)的屋頂面積很大。由于這個原因，許多太陽能電池模塊不能被配置(上面提到的問題1)。此外，由于太陽能電池模塊是不規(guī)則性配置的(圖5)，外觀不是很好(上面提到的問題2)。在圖4和圖5所示的配置方法中，由于相鄰行上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊401間的距離很大，需要許多連接電纜406來連接太陽能電池模塊的連接點，導致了低的執(zhí)行效率和高的成本(上面提到的問題3)。
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，并提供一種用于在一個表面上最佳配置具有一個矩形外形和相同大小的太陽能電池模塊的太陽能電池模塊配置方法。
1、為了獲得上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在一個表面上配置具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊的配置方法，包括步驟確定在表面上能夠配置太陽能電池模塊的配置范圍；確定太陽能電池模塊的配置方向；計算在確定的配置方向和配置范圍內(nèi)基本上在水平方向上一行內(nèi)能夠配置的太陽能電池模塊的數(shù)目；將一行中不大于計算的數(shù)目的個數(shù)的太陽能電池模塊合并，構(gòu)成一個太陽能電池模塊組；并且配置太陽能電池模塊組從而在確定的配置范圍內(nèi)把一個太陽能電池模塊組的中心設(shè)置在基本上垂直地把表面分成兩部分的那條線附近。
本發(fā)明的另一個目的是提供根據(jù)上述太陽能電池模塊配置方法配置的太陽能電池模塊陣列。
1、為了獲得上面的目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種進一步包含計算在確定的配置方向和配置范圍內(nèi)能夠基本上垂直地配置的太陽能電池模塊組的行數(shù)的步驟，
其中水平方向的計算步，構(gòu)成步和設(shè)置步的重復不大于計算的行數(shù)。
根據(jù)太陽能電池模塊的配置方法和太陽能電池模塊陣列，在設(shè)置表面上可以配置更多數(shù)目的太陽能電池模塊以增加用于太陽能功率產(chǎn)生的接收光的面積，并且太陽能電池模塊能容易地互相電氣性連接，而不破壞設(shè)置表面的外觀。
本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點將從下述的說明并聯(lián)系附圖顯而易見，在圖中，相同的參考字符代表整個圖形中相同或相似的部分。


圖1是解釋根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池模塊的配置方法的視圖。
圖2是解釋偏移式覆蓋方法的視圖。
圖3是解釋兩截搭接的覆蓋方法的視圖。
圖4是表明按偏移式覆蓋方法，太陽能電池模塊和集成太陽能電池模塊的一般覆蓋材料同時被配置的狀態(tài)的視圖。
圖5是表明按兩截搭接的覆蓋方法，太陽能電池模塊和集成太陽能電池模塊的一般覆蓋材料同時被配置的狀態(tài)的視圖。
圖6是基于偏移式覆蓋方法而獲得的配置狀態(tài)(圖1)的視圖。
圖7是表明在圖6所示的配置狀態(tài)中凸出允許的設(shè)置范圍的太陽能電池模塊被去掉和那些行上的太陽能電池模塊被重新配置的狀態(tài)的視圖。
圖8是表明一個框架固定的太陽能電池模塊的配置的透視圖。
圖9A和9B分別是表明覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的配置的斷面和遠景視圖。
圖10為表明比較例1的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖11為表明比較例2的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖12為表明第三實施例的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖13為表明比較例3的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖14為表明比較例4的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖15為表明第四實施例的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖16為表明比較例5的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖17為表明第五實施例的太陽能電池模塊配置狀態(tài)的視圖。
圖18為解釋計算太陽能電池模塊的可容許設(shè)置數(shù)目和每行的可容許設(shè)置數(shù)的方法的框圖。
圖19為表明本發(fā)明的太陽能電池模塊配置方法的步驟的流程圖。
圖20為表明在第一和第四實施例中配置太陽能電池模塊的步驟的流程圖。
圖21為表明在第二實施例中配置太陽能電池模塊的步驟的流程圖。
圖22為表明在第三實施例中配置太陽能電池模塊的步驟的流程圖。
圖23為表明在第五實施例中配置太陽能電池模塊的步驟的流程圖。
圖24為表示在第六實施例中太陽能電池模塊的配置狀態(tài)的視圖。
圖25為表示在第一到第四實施例和它們的比較例子中的最大設(shè)置數(shù)和屋頂占用率的評價結(jié)果的表格；并且圖26為表明太陽能產(chǎn)生裝置的配置的方框圖。
作為本發(fā)明的特征，在屋頂設(shè)置表面101上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的行數(shù)和每行上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的最大設(shè)置數(shù)被計算，并且通過連接各行構(gòu)成的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊組被設(shè)置在幾乎是在屋頂設(shè)置表面101的中間部分(圖1)。
一種用于計算在屋頂設(shè)置表面1801上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1803的行數(shù)和每行上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1803的最大設(shè)置數(shù)的方法，將參照圖18來描述。
設(shè)A為允許的設(shè)置范圍1802的傾斜方向的長度，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1803為滿足下面不等式的最大整數(shù)行數(shù)≤A/(覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的覆蓋寬度W)在圖18中，行數(shù)為21。
設(shè)B為在目標行的允許的設(shè)置范圍1802內(nèi)頂端模塊行和底端模塊行的共同長度，每行上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的最大設(shè)置數(shù)為滿足下述不等式的最大整數(shù)最大設(shè)置數(shù)≤B/(覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的長度λ)。
在圖18中，從屋檐1804數(shù)起的第1行上的最大設(shè)置數(shù)為4，從屋檐1804數(shù)起的第17行上的最大設(shè)置數(shù)為3。
當屋頂有一個簡單形狀時，長度A和B很容易人工計算。至于具有復雜形狀的屋頂，長度可以使用CAD來容易地獲得。
當準備偏移覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103和一般覆蓋材料時，各自行的模塊組將關(guān)于中心線107向左側(cè)或向右側(cè)偏移，以獲得一個用于風化的預定的偏移寬度609(圖6)。當各自行的模塊組關(guān)于中心線107偏移時，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103移動到屋頂邊界。當覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103不凸出到允許的設(shè)置范圍102之外時(603)，這種狀態(tài)不需改變。如果覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103凸出到允許的設(shè)置范圍102外，凸出那一行的模塊組外的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊608被去掉，并且考慮到偏移，剩余的模塊組708在屋頂設(shè)置表面101的中心部分被再設(shè)置(圖7)。
圖19為表明上述系列操作的流程圖。參考圖19，在步驟S1和S2中，輸入覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的形狀和屋頂設(shè)置表面101的形狀。在步驟S3和S4中，計算覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的最大設(shè)置行數(shù)和每行上覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的最大設(shè)置數(shù)目。在這些計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，在步驟S5中，模塊組被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的中心部分。如果不需要偏移式覆蓋，操作在步驟S6結(jié)束(圖1)。如果偏移式覆蓋是必要的，在步驟S7中執(zhí)行偏移式覆蓋。如果基于偏移式覆蓋沒有覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103凸出到允許的設(shè)置范圍102之外，處理在步驟S8結(jié)束。如果覆蓋材料集成的太陽能電池模塊608凸出到允許的設(shè)置范圍102之外，凸出的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103被去掉，并且在步驟S9中剩余的模塊組在屋頂設(shè)置表面101的中心部分被配置。偏移式覆蓋在步驟S10中執(zhí)行，從而完成圖7所示的配置。
根據(jù)上面的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊配置方法，期望可實現(xiàn)下述功能(1)與傳統(tǒng)的配置方法相比，許多的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103能夠有效地配置在屋頂設(shè)置表面101上。
(2)由于太陽能電池模塊組能關(guān)于屋頂設(shè)置表面101的中心線107對稱配置，所以可以獲得一個好的屋頂外觀。
(3)由于太陽能電池模塊組配置在屋頂設(shè)置表面101的中心部分，能夠確保邊緣覆蓋的空間，提高執(zhí)行效率。
(4)所需的連接電纜108的數(shù)目可以減少。
圖7是表明基于上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊配置方法制作的屋頂?shù)姆娇蛞晥D。在偏移式覆蓋中，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊最好交替地向左側(cè)或右側(cè)偏移。在圖7所示的配置結(jié)果中，至少有一部分其中的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊不是通過偏移式覆蓋交替地向左側(cè)或右側(cè)偏移。例如，遵照第一行到第四行中向右側(cè)和左側(cè)偏移的順序，第五行應該向左側(cè)偏移。然而，由于整個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103是關(guān)于屋頂設(shè)置表面101的中心線107對稱配置，這種偏移上的很小的不規(guī)則性并不破壞屋頂?shù)耐庥^。框架固定的太陽能電池模塊可以從單晶硅、多晶硅、微晶體硅和非晶體硅太陽能電池中的任何一種來構(gòu)成。圖8表明一個框架固定的太陽能電池模塊的例子。封裝了用于給予(impart)風化阻力(weatheringresistance)的填充物801的太陽能單元802夾在作為接收光表面的前面板覆蓋803和在底表面的后面板覆蓋804中間。在外圍部分，使用一個封裝構(gòu)件806作為與框架805的連接部分，以提高封裝特性。在模塊底表面上長的框架中，建立一個聯(lián)結(jié)過孔807，把模塊安裝在支架上。一個建筑材料集成的太陽能電池模塊是一個為了改進執(zhí)行效率，與例如屋頂材料或墻材料等一般的建筑材料集成的模塊，從而太陽能電池模塊能按傳統(tǒng)的方法設(shè)置在一個建筑物上。圖9A和9B表示一個屋頂材料集成的太陽能電池模塊的例子。
圖9A為表明在一個底面加固平面901上，具有一個底面覆蓋構(gòu)件902、一個太陽能單元903，一個頂部封裝構(gòu)件904和一個頂部覆蓋構(gòu)件905的太陽能電池模塊的配置的斷面視圖。
太陽能單元903可由單晶硅、多晶硅、微晶體硅和非晶體硅的任何一種來生產(chǎn)。具有折彎性能和靈活性的非晶體硅是首選。
底面加固平面需要一個風化阻力，需要堅硬，靈活，可以用一個無銹蝕的鋼板，一個平板鋼皮或一個電鍍鋼皮來構(gòu)成。由于底面覆蓋構(gòu)件902需要絕緣性和耐久性，可以把尼龍、聚乙烯氟化物(PFV,Tedlar(Dupont的商標))、或聚乙烯對酞酸鹽(PET)與粘合劑一起使用。
頂部封裝構(gòu)件904需要一個風化阻力、粘合劑、填充特性、熱阻力、低溫阻力和沖擊阻力，并由乙烯基醋酸鹽共聚物(EVA)、乙烯乙基丙烯酸鹽共聚物(EEA)、聚烯烴基樹脂、尿烷樹脂、硅酮樹脂或氟塑料來構(gòu)成。在這些材料中，通常使用EVA，原因是它的平衡的物理特性適合用作太陽能電池。
頂部覆蓋構(gòu)件905需要例如風化阻力、抗銹蝕和機械強度的特性，以確保暴露在戶外環(huán)境的太陽能電池模塊的長期的可靠性。作為頂部覆蓋構(gòu)件905，最好使用聚二氟乙烯樹脂、聚乙烯氟化物樹脂或聚四氟乙烯(ETFE)。
在底面加固平臺901的底表面上提供了在遠端處有一個連接點的終端盒906和電纜907，以便從太陽能單元903輸出功率。
這樣的太陽能電池模塊被恰當?shù)貜澢⒂米鞲采w材料集成的太陽能電池模塊。圖9B是表明太陽能電池模塊被加工成一個步進式屋頂材料并且放置在屋頂設(shè)置表面的例子的視圖。在相對的兩邊，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊900被彎曲，并且在彎曲部分構(gòu)成了屋檐側(cè)接通部分910和屋脊側(cè)接通部分911。屋脊側(cè)接通部分911通過例如夾片912固定在象防護屋頂板的屋頂設(shè)置表面913上。水平(行)方向的連接由接頭914和接頭覆蓋層915來實現(xiàn)。垂直方向的連接通過把屋檐側(cè)接通部分910和屋脊側(cè)接通部分911互相接縫來完成。對于本發(fā)明的太陽能產(chǎn)生的屋頂，一般的屋頂材料916可與覆蓋材料集成的太陽能電池模塊900混合使用。
如圖26所示，許多個太陽能電池模塊級聯(lián)形成一個太陽能電池串。許多個太陽能電池串并行連接構(gòu)成一個太陽能電池陣列1。太陽能電池陣列1包含一個太陽能產(chǎn)生裝置和一個作為能量轉(zhuǎn)換單元把DC功率轉(zhuǎn)換為AC功率的轉(zhuǎn)換器2。通常設(shè)置級聯(lián)的太陽能電池串的數(shù)目，使得輸出電壓接近于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓(如200V)。太陽能產(chǎn)生裝置構(gòu)成所謂的供給功率與建筑物的負載之間的連接紐帶，并且同時把額外功率供給商業(yè)電源線5。
在圖7中，屋頂設(shè)置表面101主要是指屋頂表面。然而，屋頂設(shè)置表面不僅限于此。有各種類型的屋頂，象山尖或斜脊屋頂。本發(fā)明最好用于水平方向?qū)ΨQ的屋頂。在使用覆蓋材料集成的太陽能電池模塊中，一般的屋頂材料可放在屋頂設(shè)置表面101上沒有覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的地方。為了在屋頂設(shè)置表面設(shè)置太陽能電池模塊，最好滿足下述條件。
對于一個框架固定的太陽能電池模塊(1)屋頂有一個能夠抵抗在設(shè)置太陽能電池模塊時期望的負載(包括太陽能電池模塊的重量，雪和風的壓力)的力量。
(2)在屋檐、邊緣和屋脊處的風強度系數(shù)比屋頂中心部分的風強度系數(shù)要大，為此，考慮到風的壓力和基于建筑管理局的No.109公告“屋頂材料、覆蓋材料和外墻的參考”，不把太陽能電池模塊設(shè)在屋檐、邊緣和屋脊處。
對于覆蓋材料集成的太陽能電池模塊覆蓋材料集成的太陽能電池模塊除了不能被去掉以外，可以按傳統(tǒng)屋頂材料同樣的方法來配置。因此，當要設(shè)置覆蓋材料集成的太陽能電池模塊時，需要考慮邊緣、斜脊谷和屋脊的邊緣覆蓋。
基于上述考慮，框架固定或覆蓋材料集成的太陽能電池模塊不能設(shè)置在整個屋頂設(shè)置表面，如圖7所示，有一個允許的設(shè)置范圍(由圓點線指示)。當準備在屋頂設(shè)置表面上設(shè)置覆蓋材料時，由于風化的原因，設(shè)置覆蓋材料的接合部分使之在垂直方向上不構(gòu)成線。頂端和底端的覆蓋材料在水平方向上偏移，這叫做一個“偏移”，偏移的寬度叫做“偏移寬度”。然而，在本發(fā)明中，不僅覆蓋材料，而且相鄰行的太陽能電池模塊在水平(行)方向的偏移也稱為“偏移”，偏移的寬度叫做“偏移寬度”，偏移寬度最好等于或小于縱向方向上的矩形太陽能電池模塊長度的1/2。屋頂設(shè)置表面101的中心線107是指穿過在允許的設(shè)置范圍102內(nèi)的一行中的頂端和底端模塊行的共同長度的中心的一條線。在一個水平方向?qū)ΨQ的梯形屋頂表面中，如圖7所示，中心線是連接屋脊106的中心點和屋檐104的中心點的一條直線。配置太陽能電池模塊組使太陽能電池模塊組的中心對齊中心線107。然而，在實際執(zhí)行時，精確地使太陽能電池模塊組的中心對齊中心線107是不可能的，會出現(xiàn)幾個至幾十個毫米的誤差。即使太陽能電池模塊組被設(shè)置在中心，也會出現(xiàn)大約1％太陽能電池模塊的長度的誤差，但這并不影響屋頂?shù)耐庥^。
在下面的描述中，“不同數(shù)目的模塊的級聯(lián)”意味著太陽能電池模塊陣列是由合并2個或多個不同數(shù)目的級聯(lián)的太陽能電池模塊來構(gòu)成的。圖1是表明用于一個步進式屋頂?shù)目蓮募涯芄精@得的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊SR-02(覆蓋寬度W=200mm，長度λ=2,000mm)被設(shè)置在一個梯形屋頂?shù)脑试S的設(shè)置范圍102內(nèi)的狀態(tài)的視圖。該屋頂?shù)奈蓍?04的長度L1為12,000mm，屋脊106的長度L2為5,000mm，屋頂?shù)膬A斜長度A1為4,500mm，遵照圖20的流程圖中所示的步驟，設(shè)置從屋檐104到允許的設(shè)置范圍102的間隔g1為0mm，從屋脊106到允許的設(shè)置范圍102的間隔g2為200mm，從屋頂邊界105到允許的設(shè)置范圍102的間隔g3為200mm。下面將簡述設(shè)置步驟。在圖20的流程圖中的與圖19中相同的數(shù)字標記著相同的步驟，對它們的詳細描述將省略。在本實施例中，設(shè)置了覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103，從而使得模塊的縱向與屋頂?shù)膬A斜方向垂直。傾斜方向上允許的設(shè)置范圍102的長度A由下面給出A=A1-g1=4,500-200=4,300mm行數(shù)C由下面給出C≤A/W當A和W的值代入上面的不等式，最大設(shè)置數(shù)Cmax為21。
C≤4,300/200=21.5[計算每行的最大設(shè)置數(shù)(步驟S4)]例如，計算從屋檐104數(shù)起的第1至第11行的太陽能電池模塊的數(shù)目N。設(shè)B為允許的設(shè)置范圍102內(nèi)一行C中頂端模塊行與底端模塊行的共同長度，最大設(shè)置數(shù)Nmax由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出N≤B/λ從圖1中很明顯，B為頂端模塊行的長度。第1至第11行的頂端模塊行的長度分別為11,288mm和8,178mm。第1行的最大設(shè)置數(shù)Nmax(1)為5，第11行的Nmax(11)為4。
N(1)≤11,288/2,000=5.6N(11)≤8,178/2,000=4.1[在設(shè)置表面的中心部分的配置(步驟S5)]具有最大設(shè)置數(shù)目并在上面計算了各行數(shù)目的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的中心部分。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個偶數(shù)時，兩個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊的中間部分與中心線107對齊。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個奇數(shù)時，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的中心與中心線107對齊。
在本實施例中，在整個屋頂設(shè)置表面101的最大設(shè)置數(shù)為74，表示覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103與屋頂面積之比的屋頂占用率為77.4％。根據(jù)本實施例，在屋頂設(shè)置表面101上配置具有最大設(shè)置數(shù)的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103。從屋頂占用率的觀點來看，這是一種有效的設(shè)置方法。從圖1中很明顯，太陽能電池模塊組設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的中心部分幾乎關(guān)于中心線107對稱，所以沒有屋頂?shù)耐庥^問題提出。圖7是表明與圖1類似的上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊SR-02被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的允許的設(shè)置范圍102中的狀態(tài)的視圖。遵照圖21的流程圖中所示的步驟，設(shè)偏移寬度609為200mm。下面將簡述設(shè)置步驟。在圖21的流程圖中的與圖19中相同的數(shù)字標記著相同的步驟，對它們的詳細描述將省略。計算最大設(shè)置數(shù)Cmax(步驟S1至S3)，計算每行的最大設(shè)置數(shù)Nmax(步驟S4)和在設(shè)置表面的中心部分的設(shè)置(步驟S5)與第一實施例中的操作相同，對其的詳述將省略。由于偏移寬度609為200mm，模塊組以行為單元交替向左或向右偏移100mm。當模塊組被偏移時，第11至17行超出了允許的設(shè)置范圍102(圖6)。原因如下。例如，在第11行中，當模塊組被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的中心部分，從模塊末端到允許的設(shè)置范圍102的邊界線的距離為(8,178-4×2,000)/2=89mm，偏移距離小于100mm。通過步驟S7中的偏移，在第11行中覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的數(shù)目從4變?yōu)?，在第17行中覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的數(shù)目從3變?yōu)?。因此，第11行中的3個模塊組在中心被重新設(shè)置，并且向與第12行的偏移方向相反的方向偏移，即向左側(cè)偏移100mm。第17行中的2個模塊組在中心被重新設(shè)置，并且向與第18行的偏移方向相反的方向偏移，即向右側(cè)偏移100mm。
在本實施例中，由于偏移，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103沒有落入允許的設(shè)置范圍102中。從圖7中顯而易見，從屋檐104數(shù)起的第11行的模塊數(shù)從4減為3，第17行從3減為2。在這種情況下，整個屋頂設(shè)置表面101的最大設(shè)置數(shù)為72，屋頂占用率為75.3％。也就是說，即使進行了偏移609的覆蓋，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103的數(shù)目比第一實施例中的僅少2，屋頂占用率仍高達75.3％。由于模塊關(guān)于屋頂設(shè)置表面101的中心線107向左側(cè)或向右側(cè)偏移了偏移寬度609，在保持好的屋頂外觀的同時，保持了風化的功能。圖10為表明與圖1類似，按傳統(tǒng)的偏移式覆蓋的方法(圖2)，設(shè)偏移寬度609為200mm時，上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103 SR-02在屋頂設(shè)置表面101的允許的設(shè)置范圍102中被設(shè)置成在水平方向上對稱的例子的視圖。在本例中，最大設(shè)置數(shù)為59，屋頂占用率為61.7％。圖11為表明與圖1類似，按傳統(tǒng)的兩截搭接式覆蓋的方法(圖3)，上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊103 SR-02被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面101的允許的設(shè)置范圍102中的例子的視圖。在本例中，最大設(shè)置數(shù)為62，屋頂占用率為64.8％。圖12是表明上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊SR-02被設(shè)置在一個三角形屋頂?shù)脑试S的設(shè)置范圍1202中的狀態(tài)的視圖。該屋頂?shù)奈蓍?204的長度L1為9,200mm，屋頂?shù)膬A斜長度A1為5,050mm，遵照圖22的流程圖中所示的步驟，設(shè)置從屋檐1204到允許的設(shè)置范圍1202的間隔g1為0mm，從屋頂邊界1205到允許的設(shè)置范圍1202的間隔g3為200mm。下面將簡述設(shè)置步驟。在圖22的流程圖中的與圖19中相同的數(shù)字標記著相同的步驟，對它們的詳細描述將省略。傾斜方向上允許的設(shè)置范圍1202的長度A由下面給出A=A1-g1=5,050-200=4,850mm行數(shù)C由下面的不等式給出，并且行的最大設(shè)置數(shù)Cmax為24C≤4,850/200=24.25[計算每行的最大設(shè)置數(shù)(步驟S4)]例如，計算從屋檐1204數(shù)起的第1至第18行的太陽能電池模塊的數(shù)目N。最大設(shè)置數(shù)Nmax由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出N≤B/λ對應于B的第1至第18行的頂端模塊行的長度分別為8,436mm和2,242mm。第1行的最大設(shè)置數(shù)Nmax(1)為4，第18行的Nmax(18)為1。
N(1)≤8,436/2,000=4.2N(18)≤2,242/2,000=1.1從第19行起，頂端模塊行的長度小于2,000mm，因此，沒有覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203能夠設(shè)置。具有最大設(shè)置數(shù)目并在上面計算了各行數(shù)目的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面1201的中心部分。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個偶數(shù)時，兩個覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203的中間部分與屋頂設(shè)置表面1201的中心線對齊。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個奇數(shù)時，覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203的中心與屋頂設(shè)置表面1201的中心線對齊。由于偏移寬度1206為200mm，模塊組以行為單元交替向左或向右偏移100mm。由于從第1行到第18行，從模塊末端到允許的設(shè)置范圍1202的邊界線的距離不小于100mm，所以覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203不會凸出允許的設(shè)置范圍1202之外。在本實施例中，最大設(shè)置數(shù)為37，屋頂占用率為63.7％。圖13為表明與圖12類似，按傳統(tǒng)的偏移式覆蓋的方法，設(shè)偏移寬度1206為200mm時，上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203 SR-02在屋頂設(shè)置表面1201的允許的設(shè)置范圍1202中被設(shè)置成水平方向?qū)ΨQ的例子的視圖。在本例中，最大設(shè)置數(shù)為24，屋頂占用率為41.3％。圖14為表明與圖12類似，按傳統(tǒng)的兩截搭接式覆蓋的方法，上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1203 SR-02被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面1201的允許的設(shè)置范圍1202中的例子的視圖。在本例中，最大設(shè)置數(shù)為29，屋頂占用率為49.9％。圖15是表明一個框架固定的固定太陽能電池模塊(W=822mm，λ=1,220mm)被設(shè)置在一個梯形屋頂?shù)脑试S的設(shè)置范圍1502中的狀態(tài)的視圖。該屋頂?shù)奈蓍?504的長度L1為12,000mm，屋脊1506的長度L2為3,640mm，屋頂?shù)膬A斜長度A1為4,957mm，遵照圖20的流程圖中所示的步驟，設(shè)置從屋檐1504到允許的設(shè)置范圍1502的間隔g1為500mm，從屋脊1506到允許的設(shè)置范圍1502的間隔g2為500mm，從屋頂邊界1505到允許的設(shè)置范圍1502的間隔g3為300mm。下面將簡述設(shè)置步驟。傾斜方向上允許的設(shè)置范圍1502的長度A由下面給出A=A1-g1-g2=4,957-500-500=3,957mm行數(shù)C由下面的不等式給出，并且行的最大設(shè)置數(shù)Cmax為3
C≤A1/W=3,957/1,220=3.24從此得出，行的最大設(shè)置數(shù)為3。例如，計算從屋檐1504數(shù)起的第1,2,3行的每一行的太陽能電池模塊的數(shù)目N。最大設(shè)置數(shù)Nmax由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出最大設(shè)置數(shù)N≤B(頂端模塊行的長度)/λ(太陽能電池模塊的長度)第1,2,3行的頂端模塊行的長度分別為8,499mm,6,442mm和4,384mm。第1行的最大設(shè)置數(shù)Nmax(1)為10，第2行的Nmax(2)為7，第3行的Nmax(3)為5。
N(1)≤8,499/822=10.33N(2)≤6,442/822=7.83N(3)≤4,384/822=5.33[在設(shè)置表面的中心部分的配置(步驟S5)]具有最大設(shè)置數(shù)目并在上面計算了各行數(shù)目的框架固定的太陽能電池模塊1503被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面1501的中心部分。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個偶數(shù)時，兩個框架固定的太陽能電池模塊1503的中間部分與屋頂設(shè)置表面1501的中心線對齊。當最大設(shè)置數(shù)Nmax為一個奇數(shù)時，框架固定的太陽能電池模塊1503的中心與屋頂設(shè)置表面1501的中心線對齊。對于第1行，兩個框架固定的太陽能電池模塊的中間部分與屋頂設(shè)置表面1501的中心線對齊。對于第2和第3行，框架固定的太陽能電池模塊的中心與屋頂設(shè)置表面1501的中心線對齊。在本實施例中，最大設(shè)置數(shù)為22，屋頂占用率為56.9％。圖16為表明與圖15相同，用傳統(tǒng)的使模塊末端在垂直方向上對齊的配置方法，在屋頂設(shè)置表面1501的允許的設(shè)置范圍1502上配置上述的822mm×1,220mm框架固定的太陽能電池模塊1503的例子的視圖。在本例中，最大設(shè)置數(shù)為20，屋頂占用率為51.7％。圖25為表示在上述的第一到第四實施例和它們的比較例中的最大設(shè)置數(shù)和屋頂占用率的評價結(jié)果的表格。從圖5中顯而易見，實施例的太陽能電池模塊的配置方法在最大設(shè)置數(shù)和屋頂占用率方面比比較例更有利。
正如下面將描述的第五實施例，即使在不是矩形屋頂?shù)亩噙呅挝蓓斣O(shè)置表面上，當通過把屋頂設(shè)置表面分成梯形或三角形來應用本發(fā)明的配置方法時，屋頂占用率和屋頂外觀能保持高的水平。圖17是表明上述的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊SR-02被設(shè)置在一個Irimoya型屋頂?shù)臓顟B(tài)的視圖。該屋頂?shù)奈蓍?704的長度L1為9,000mm，屋脊1706的長度L2為5,000mm，梯形部分的屋頂傾斜方向的長度A1為1,390mm，矩形部分的屋頂傾斜長度A2為2,570mm；遵照圖23的流程圖中所示的步驟，設(shè)置從屋檐1704、屋脊1706、屋頂邊界1705到允許的設(shè)置范圍的間隔g1-g3為200mm。在圖23的流程圖中的與圖19中相同的數(shù)字標記著相同的步驟，對它們的詳細描述將省略?！癐rimoya型屋頂”的意思是屋頂表面的頂端部分構(gòu)成了一個三角墻(gable)，屋頂表面由底邊部分的4個底面邊構(gòu)成。傾斜方向上允許的設(shè)置范圍1702的長度A由下面給出A=A1+A2-g1-g2=1,390+2,570-200-200=3,560mm行數(shù)C由下面的不等式給出，最大設(shè)置數(shù)Cmax為17C≤3,560/200=17.8[計算每行的最大設(shè)置數(shù)(步驟S4)]例如，計算從屋檐1704數(shù)起的第1至第7行的太陽能電池模塊的數(shù)目N。最大設(shè)置數(shù)Nmax由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出N≤B/λ第1和第7行的頂端模塊行的長度分別為7,449mm和4,600mm。第1行的最大設(shè)置數(shù)Nmax(1)為3，第七行的Nmax(7)為2。
N(1)≤7,449/2,000=3.72N(7)≤4,600/2,000=2.3[在設(shè)置表面的中心部分的配置(步驟S5)]具有最大設(shè)置數(shù)目并在上面計算了各行數(shù)目的覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1703被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面1701的中心部分。由于偏移寬度1706為200mm，模塊組以行為單元交替向左或向右偏移100mm。當模塊組被設(shè)置在設(shè)置表面的中心部分(步驟S5)時，由于從模塊末端到允許的設(shè)置范圍1702的邊界線的距離的最小值等于或大于100mm，所以覆蓋材料集成的太陽能電池模塊1703經(jīng)過偏移不會凸出允許的設(shè)置范圍1702之外。
在本實施例中，最大設(shè)置數(shù)為37，屋頂占用率為65.5％。根據(jù)本發(fā)明的配置方法，即使在具有象圖17所示的Irimoya型屋頂那樣的復雜形狀的屋頂中，屋頂?shù)耐庥^不會被破壞，并且能夠配置許多個太陽能電池模塊。在圖24中，框架固定的太陽能電池模塊2403(1,100×822mm)被設(shè)置在一個菱形屋頂上。遵照圖20的流程圖中所示的步驟，設(shè)置從屋檐2404到允許的設(shè)置范圍2402的間隔g1為0mm，從屋脊2406到允許的設(shè)置范圍2402的間隔g2為500mm，從屋頂邊界2405到允許的設(shè)置范圍2402的間隔g3為500mm。下面將簡述設(shè)置步驟。在本實施例中，設(shè)置了框架固定的太陽能電池模塊2403，從而使得每個模塊的短邊與屋頂?shù)膬A斜方向垂直。傾斜方向上允許的設(shè)置范圍2402的長度A由下面給出A=5,000-200=4,500mm行數(shù)C由下面的不等式給出，最大設(shè)置數(shù)Cmax為4。
C≤A/(框架固定的太陽能電池模塊的縱向長度)C≤4,500/1.100=4.1[計算每行的最大設(shè)置數(shù)(步驟S4)]設(shè)B為頂端模塊行與底端模塊行的共同長度，最大設(shè)置數(shù)Nmax由滿足下述不等式的最大整數(shù)給出N≤B/(框架固定的太陽能電池模塊的橫向長度)由于屋頂設(shè)置表面2401為菱形，所有行的B值相同，由下面給出
B=8,000-1,000-822×4/5=6,342因此，由下面的不等式，所有行的最大設(shè)置數(shù)為7。
Nmax≤6,342/822=7.7[在設(shè)置表面的中心部分的配置(步驟S5)]具有最大設(shè)置數(shù)目并在上面被計算了的框架固定太陽能電池模塊2403被設(shè)置在屋頂設(shè)置表面2401各行的中心部分。
在圖24中，某一行的模塊的短邊在水平方向上從下一行的模塊的短邊偏移。從這一點上看，這種配置方法，對于模塊能相對自由偏移的用于步進式屋頂?shù)母采w材料集成的太陽能電池模塊比框架固定的太陽能電池模塊能夠更有效地利用。太陽能電池陣列是通過將許多個每個由多個太陽能電池模塊級聯(lián)構(gòu)成的太陽能電池串并行連接組成的。如果級聯(lián)來構(gòu)成每個太陽能電池串的模塊數(shù)改變了，就會產(chǎn)生輸出損失。在第一實施例中，最大設(shè)置數(shù)為74。當設(shè)計太陽能電池陣列時，假定連接從佳能公司可獲得的S102轉(zhuǎn)換器，級聯(lián)的太陽能電池模塊的數(shù)目可從5個不同值中選擇15,16,17,18,19。在18個串聯(lián)和4個并行連接的太陽能電池模塊混合中，太陽能電池模塊的數(shù)目最大為72。然而，當太陽能電池陣列由72個太陽能電池模塊組成時，太陽能電池模塊的數(shù)目比最大設(shè)置數(shù)74少2個。
然而，使用稱作“不同數(shù)目模塊的級聯(lián)”的連接方法，即把級聯(lián)的太陽能電池模塊的數(shù)目不同的太陽能電池串進行并行連接的連接方法，太陽能電池陣列有時可用18個級聯(lián)×2個并行連接+19個級聯(lián)×2個并行連接的太陽能電池模塊。當由于多出的兩個太陽能電池模塊引起的輸出功率的增加比由于級聯(lián)模塊的數(shù)目間的失配引起的輸出功率的損失要大時，這種混合是可能的。在第一實施例中，實際的屋頂占用率從75.3％增至77.4％，太陽能電池陣列的輸出功率也增加。
根據(jù)上述實施例，在用于在屋頂設(shè)置表面上配置具有矩形形狀的太陽能電池模塊的配置方法中，確定一個任意的模塊設(shè)置方向，在那個方向上，以行為單元計算太陽能電池模塊的最大設(shè)置數(shù)，并且，具有最大設(shè)置數(shù)的太陽能電池模塊以行為單位設(shè)置在屋頂設(shè)置表面的中心部分，從而增加了太陽能電池模塊的屋頂占用率。此外，也提供了不影響屋頂外觀的在屋頂設(shè)置表面設(shè)置太陽能電池模塊的配置方法。
在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以應用本發(fā)明相當廣泛的許多的不同實施例。應該理解，本發(fā)明除了在附后的權(quán)利要求中定義的以外，并不局限于它的這些特定的實施例。
權(quán)利要求
1.在一個表面上配置具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊的配置方法，包括步驟確定在表面上能夠配置太陽能電池模塊的配置范圍；確定太陽能電池模塊的配置方向；計算在確定的配置方向和配置范圍內(nèi)基本上在水平方向上一行內(nèi)能夠配置的太陽能電池模塊的數(shù)目；將一行中不大于計算的數(shù)目的個數(shù)的太陽能電池模塊合并，構(gòu)成一個太陽能電池模塊組；并且配置太陽能電池模塊組從而在確定的配置范圍內(nèi)把一個太陽能電池模塊組的中心設(shè)置在基本上垂直地把表面分成兩部分的那條線附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包含計算在確定的配置方向和配置范圍內(nèi)能夠基本上垂直地配置的太陽能電池模塊組的行數(shù)的步驟，其中水平方向的計算步，構(gòu)成步和設(shè)置步的重復不大于計算的行數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，進一步包含把太陽能電池模塊組的中心關(guān)于把表面分成兩部分的線基本水平地交替向左側(cè)和右側(cè)偏移一個預定的距離的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，進一步包含去除太陽能電池模塊組中的以偏移步長凸出配置范圍之外的太陽能電池模塊并且對其中太陽能電池模塊被去除的太陽能電池模塊組進行重新配置，以便把太陽能電池模塊組的中心設(shè)置在把表面分成兩部分的那條線附近，并把中心相對相鄰的行偏移一個合適的距離的步驟。
5.具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊的陣列，通過根據(jù)權(quán)利要求1的配置方法被配置在一個表面上，其中所述的太陽能電池模塊被電氣連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的陣列，其中許多個每個由所述太陽能電池模塊級聯(lián)構(gòu)成的太陽能電池串，并且其中太陽能電池串是并行連接的陣列是由電氣連接來構(gòu)成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的陣列，其中所述許多個太陽能電池串中至少一個具有與其余的串不同個數(shù)的太陽能電池模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的陣列，其中所述太陽能電池模塊是由建筑材料來集成的。
9.太陽能平臺屋頂，通過根據(jù)權(quán)利要求1的配置方法配置了具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊組。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的屋頂，其中一般的覆蓋材料配置在屋頂表面沒有配置太陽能電池模塊的地方。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的屋頂，其中所述太陽能電池模塊是由建筑材料來集成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的屋頂，其中由建筑材料來集成的所述太陽能電池模塊的形式適合于步進式屋頂。
13.太陽能產(chǎn)生裝置包括根據(jù)權(quán)利要求5的太陽能電池模塊陣列和一個把該陣列提供的直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率的功率轉(zhuǎn)換單元。
14.具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊陣列被配置在表面上，其中，所述的太陽能電池模塊配置在表面上構(gòu)成基本上在水平方向的許多行，每行的中心設(shè)在靠近基本上垂直地把表面分成兩部分的那條線，并且所述的太陽能電池模塊部分地具有基本上在水平方向上的偏移是不規(guī)則的部分。
15.具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊陣列被配置在表面上，其中，所述的太陽能電池模塊配置在表面上構(gòu)成基本上在水平方向的許多行，每行的中心設(shè)在靠近基本上垂直地把表面分成兩部分的那條線，并且至少一行的每個太陽能電池模塊的水平一側(cè)的位置關(guān)于基本上是水平方向上的相鄰行的每個太陽能電池模塊的水平一側(cè)的位置進行了偏移。
全文摘要
在一個表面上配置具有矩形形狀和相同大小的太陽能電池模塊的配置方法,包括步驟:確定在表面上能夠配置太陽能電池模塊的配置范圍及配置方向;計算在配置方向和配置范圍內(nèi)基本上在水平方向上一行內(nèi)能夠配置的太陽能電池模塊的數(shù)目;將一行中不大于計算的數(shù)目的個數(shù)的太陽能電池模塊合并,構(gòu)成一個太陽能電池模塊組;配置太陽能電池模塊組從而在配置范圍內(nèi)把一個太陽能電池模塊組的中心設(shè)置在基本上垂直地把表面分成兩部分的那條線附近。
文檔編號H01L31/042GK1219634SQ9812230
公開日1999年6月16日 申請日期1998年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月13日
發(fā)明者牧田英久, 深江公俊, 高林明治, 鹽見哲, 糸山誠紀 申請人:佳能株式會社