[發明專利]太陽能木瓦系統

無效

• 申請號: 201080037148.2
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN102804402A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 杰弗里·G·德根菲爾德;戴維·W·卡斯滕斯
• 申請（專利權）人: 邦巖有限責任公司
• 主分類號: H01L31/042
• 分類號: H01L31/042
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 馮劍明

相關申請的交叉參考

該申請要求2009年6月25日提交的美國臨時性專利申請U.S.?61/220,539和2010年6月24日提交的美國實用新型申請U.S.?12/823,006的優先權，其公開的技術作為參考并入本申請中。

技術領域

本發明主要涉及光伏屋頂系統，更具體的涉及能夠發電的屋頂材料。更具體的說，本發明涉及一種能夠與傳統木瓦兼容并能夠發電的屋頂木瓦結構和布線系統。

背景技術

相關領域描述

環境污染和能量短缺是目前全球關注的問題。越來越多興趣集中到太陽能上，它預示了清潔能源的無限來源。太陽能是清潔的并且是增長的能量需求可以負擔的解決方案。太陽能是可再生能量資源，并由于已經意識到化石燃料的有限性和核燃料的安全性，太陽能贏得了世界范圍內的歡迎。現在能夠完成的部分是將光能轉換成電能。這樣的“光伏電池”通常由例如單晶、多晶或非晶形式的摻雜硅的半導體型材料構成。

由光伏器件產生的能量與其上的光入射成比例，如果產生相對大量的能量，則需要相當大的收集面積。建筑物結構的屋頂和上層面積有很好的光照射，但通常并未轉為生產使用。現在公知在建筑物的頂部放置光熱和光伏收集器已有一段時間。例如安裝光伏器件的屋頂在美國專利?U.S.5,092,939、5,232,518和4,189,881中示出。這些具體的光伏屋頂結構是木板和接縫類型。

屋頂使用的這些光伏電池變得極為普遍并成為電力的重要來源，尤其改善了器件的性能。在過去的15年，光伏（PV）太陽能的需求每年至少增長25％。與1985年21MW相比，世界范圍的光伏安裝從前些年安裝的1086MW（表示每年增長34%）增長到2005年的1460MW（兆瓦特）。

光伏（PV）材料現在已經公知并可以多種形式商業獲得。光伏工藝的近期進步使得低成本、光分量、薄膜光伏器件的大規模制造成為可能。現在可制造大規模的電學和光學性能平衡并且很多方面優于它們的單晶體的薄膜硅和/或鍺合金材料。這些合金可高速經濟的沉積在相對大的面積上以及多種器件設置中，因此它們可以容易地用于制造低成本、大面積的光伏器件中。美國專利?U.S.?4,226,898和4,217,364都公開了具體的薄膜合金，其可在本發明使用的光伏器件類型的制造中使用。然而，應該理解本發明不局限于任何光伏材料具體類型并可與多種包括晶體、多晶、微晶和非晶材料的半導體材料一起使用。

太陽能領域的發展集中在固定在已有的屋頂上的太陽能模塊。屋頂向太陽能電池和光伏器件的結構支撐提供光輻射的直接暴露。盡管發展增長，但是傳統屋頂安裝的太陽能模塊的廣泛使用受到安裝難度和成本、美學外表尤其是它們的低轉化率的限制。

許多傳統屋頂安裝的太陽能模塊大部分由玻璃密封物構建，設計以保護易碎的硅太陽能電池。這些模塊是包括分立的機械和電學互聯然后安裝到存在的屋頂中的復雜系統，需要較多的安裝時間和技能。另外，由于現存的模塊不提供屋頂的天氣保護，為了模塊和它們安裝的保護屋頂材料，屋主承擔材料和勞動力的花銷。各種模塊還破壞了住宅和商業建筑的美學，導致使用受限。例如，圖1中，傳統太陽能板發電系統100一般包括一個或多個安裝在住宅結構102的屋頂104上的剛性的太陽能板106、108。除了安裝和維護昂貴，太陽能板106、108還有可能破壞住宅結構102的美學效果。

在許多情形中木瓦屋頂受到歡迎，典型的用于住宅結構，并且在那些情況中常遇到相當復雜的屋頂幾何學問題。例如，瀝青木瓦占美國住宅屋頂市場的近2/3。在典型的木瓦結構中，屋頂材料以卷狀物或以隨后位于重疊設置中的預切片形式提供。有時，屋頂被相對厚的瓦片擠壓，該瓦片可以是平面的或卷曲界面的。應該注意需要具有木瓦屋頂結構的集成光伏能量產生。

光伏屋頂元件通常難于安裝，因為它們不僅需要以提供天氣保護的方式物理連接到屋頂，而且還需要電互聯（electrically?interconnect）到連接到較大光伏生成系統（例如變換器、電池和儀表）的元件的布線系統。這些安裝經常需要電路專家執行電互聯，其難于與光伏屋頂元件物理安裝的時間成比例。而且，在許多光伏屋頂系統中產生了相對大的電壓差（例如100－600V）。這樣，需要保護電互聯不受天氣影響以避免電弧和短路。