專利名稱：能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及能量轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
太陽能熱收集器和光生伏打電池是沿用已久的用于將太陽能轉(zhuǎn)換 成其它有用形式的能量的技術(shù)。太陽能熱收集器通常是利用來自太陽的 輻射加熱流體的簡單裝置，該流體隨后經(jīng)過熱交換器以從流體中取出熱 量用于其它用途。
太陽能加熱系統(tǒng)的中心構(gòu)件是收集器。最常見類型的平板太陽能收 集器由吸收進入的太陽能輻射并將其轉(zhuǎn)換成熱的選擇性分層吸收器構(gòu) 成。該吸收器一般嵌入在具有透明覆蓋物的熱絕緣箱中以使熱損失最小 化。傳熱流體(通常是水和非環(huán)境破壞性防凍劑的混合物)流過吸收器 并在收集器和熱交換器之間循環(huán)或加熱儲水罐。太陽能熱系統(tǒng)可實現(xiàn)超
過75%的效率。
另一沿用已久的轉(zhuǎn)換太陽能的形式涉及光生伏打(PV)電池。PV 電池系統(tǒng)直接將太陽能輻射轉(zhuǎn)換成直流電。直流電可被直接使用或例如 通過換流器轉(zhuǎn)換成交流電，然后供給至建筑物以提供電力。任何多余的 電力可被輸出到電網(wǎng)以將其出售。
PV太陽能電池通常由薄硅晶片制成。晶片一般被配置和封裝以提 供使用壽命通常超過二十年的稱為光生伏打模塊(PV模塊)的耐用產(chǎn) 品。太陽能PV模塊一般具有約16%的效率。太陽能PV模塊在其使用 壽命期間極少發(fā)生性能劣化，并且除了推薦的一年清潔一次以外，它們 實際上是免維護的。
但是，當前這些技術(shù)的應用存在大量的缺點。
太陽能熱收集器通常在吸收器中需要導管或通道以容納傳熱流體。 如果使用導管，則這些導管通常需要與吸收器接合以提供良好的從吸收器到流體的熱傳遞。這增加了形成收集器的時間和成本，并且還會成為 收集器的效率和壽命的限制因素(由于導管接合可能失效)。
作為替代方案，在吸收器中形成通道需要附加的加工(例如，鉆取 通道)，或者，在一些情況下，以隨后組裝的部件形式形成吸收器，使 得在部件之間形成通道。這也需要附加的加工和組裝，由此增加形成收 集器的成本。
為了捕獲和提供有用量的熱，太陽能熱收集器趨于具有較大的收集 器。它們的尺寸和重量意味著它們憑借自身的狀態(tài)具備了顯著的建筑結(jié) 構(gòu)的性質(zhì)。
在建筑物頂部上的典型安裝中，太陽能熱收集器被安裝在包括結(jié)構(gòu) 構(gòu)件的框架中以支撐收集器的重量并提供與屋頂以及與建筑物的結(jié)構(gòu) 固定。
由于需要建立框架及其與建筑物的連接以及用于流體回路的適當 連接，因此安裝是相對昂貴的。這增加了安裝的費用，并且由于可能需 要很多人提供完成安裝所需要的技能范圍(木工工作、管道工程等)， 因此還可能產(chǎn)生延誤。
此外，太陽能熱收集器的安裝通常需要對于屋頂、包括接縫進行一 些改造以容納支撐框架的附件和流體回路的連接。這些改造增加接縫以 后失效的可能性，從而導致屋頂滲漏。
太陽能熱收集器的附加重量還會引起關(guān)于結(jié)構(gòu)用以支撐設備的能 力的工程考慮。這特別適用于太陽能熱收集器被改裝到已有的建筑物上 的一般情況。
對于PV系統(tǒng)的安裝也存在類似的缺點，這是因為它們的安裝需要 用于PV單元的框架和用于將單元固定到建筑物上的支撐框架。在該情
況下，除了木工和管道工，還需要電工來實施必要的電連接。
因此，在已有的建筑物上安裝這兩種系統(tǒng)均可導致對于結(jié)構(gòu)增加重 量負載以及引入潛在的屋頂滲漏部位的問題。根據(jù)容納太陽能熱收集器
或PV面板的框架的方位，存在由于風對面板和支撐框架的壓力而導致
的風載荷增加的附加問題。由于結(jié)構(gòu)損壞的風險增加，因此所有這些問題都可能導致更高的保險成本。
一般而言，對于已有的屋頂輪廓增加太陽能熱收集器和/或光生伏 打面板還會導致難看的外觀。
最近，對于利用可再生能源和技術(shù)的需要的認識日益增加。在世界 的一些地區(qū)，當?shù)卣谄涔茌爡^(qū)域內(nèi)對于所有的新建或改造的建筑物 要求一定的能源自給水平。以克服以上的缺點的方式使用太陽能熱面板
和PV系統(tǒng)因此是相當受關(guān)注的事情。
本發(fā)明的一個目的是解決以上問題或至少為公眾提供有用的選擇。
所有的參考文獻，包括在本說明書中引用的任何專利或?qū)＠暾垼?均通過引用并入本文。不承認任何參考文獻構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。對于參考文 獻的討論只是陳述了其作者的主張，并且申請人保留挑戰(zhàn)所引用的文件 的精確性和針對性的權(quán)利。應清楚理解，雖然本文引用了大量的現(xiàn)有技 術(shù)公開，但是在新西蘭或在任何其它的國家，這種引用不構(gòu)成對于這些 文件中的任意一個形成現(xiàn)有技術(shù)中的公知知識的一部分的承認。
應當承認，在不同的司法體系中，術(shù)語"包含"4皮認為具有排他或 包括的含義。對于本說明書而言，除非另有注明，術(shù)語"包含"應具有 包括的含義-即，意味著不僅包含直接提及的所列組分，而且包含其它 的未規(guī)定的組分或要素。當涉及方法或過程中的 一個或更多個步驟使用 術(shù)語"包含"或"包括，，時，也使用該基本原理。
從以下僅作為例子給出的說明，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得顯
而易見。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種能量轉(zhuǎn)換裝置，該能量轉(zhuǎn)換裝置
包括
具有一個或更多個開放通道的屋頂材料；和
至少一個光生伏打模塊，
其特征在于，光生伏打模塊直接或間接接合至屋頂材料以形成流體 可從中流過的覆蓋通道。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種構(gòu)建能量轉(zhuǎn)換裝置的方法，該
能量轉(zhuǎn)換裝置包括
具有一個或更多個開放通道的屋頂材料；和
至少一個光生伏打模塊，
其特征在于以下步驟
將一個或更多個光生伏打模塊直接或間接接合至屋頂材料以形成 流體可從中流過的覆蓋通道。
能量轉(zhuǎn)換裝置被配置為捕獲來自太陽的能量并將其轉(zhuǎn)換成電力和 可用的熱。
在一個優(yōu)選的實施方案中，屋頂材料是標準屋頂產(chǎn)品。標準屋頂產(chǎn) 品應被理解為在建筑工業(yè)中一般使用的屋頂產(chǎn)品。選擇一般使用的屋頂 產(chǎn)品保證能量轉(zhuǎn)換裝置的基礎在建筑工業(yè)中是公知的并且作為形成屋 頂?shù)膬?yōu)選方法而為其所接受。因此，由于可被視為現(xiàn)有技術(shù)的提高而不 是全新的系統(tǒng)，所以對本發(fā)明的理解會很迅速。
此外，安裝屋頂材料所需要的工程設計問題和技術(shù)在本工業(yè)內(nèi)是公 知的。因此，被修改為形成能量轉(zhuǎn)換裝置的屋頂材料可很容易地引入結(jié) 構(gòu)的設計中并可由使用屋頂材料的本領域普通技術(shù)人員進行安裝。
在一個優(yōu)選的實施方案中，屋頂材料是長型金屬面板。這提供可在 其上形成能量轉(zhuǎn)換裝置的延伸表面。
各能量轉(zhuǎn)換裝置必須與流體流路以及電路連接。管道和電連接的安 裝和維護是十分昂貴的。因此，實際上，需要將流體流動和電連接的數(shù) 量保持為最少。使用長型屋頂板在不增加連接的數(shù)量的情況下增加各裝 置的面積。
但是，本領域技術(shù)人員將會理解，可以使用例如瓦片的其它形式的 屋頂材料，并且僅在本說明書中提到的配置為預成型的長型金屬板的屋 頂材料不應被視為限制性的。
由金屬基體制成的瓦片是另一常用形式的屋頂材料?？捎蛇@種瓦片 構(gòu)建能量轉(zhuǎn)換裝置。但是，各瓦片需要與系統(tǒng)的其余部分進行管道和電 連接。雖然可能存在選擇使用瓦片的其它原因，例如使瓦片屋頂?shù)钠溆?br> 7部分的外觀美觀，但是由于管道和電連接的大量增加，因此基于瓦片的 系統(tǒng)的安裝和維護的添加成本使得其從財務角度看是不大可行的。
優(yōu)選地，屋頂材料由具有良好導熱性的材料制成，這是因為這提高 太陽能熱收集器的性能。這種材料的例子包括鋼、銅和鋁，這些材料均 被用作常用的屋頂材料。
這些材料不僅具有良好的導熱性，而且還可提供其它的優(yōu)點，如能 夠分別與包括例如其它的鋼、銅或鋁基材的其它材料接合。
此外，由這些材料制成的屋頂材料可以是有延展性的，并可在需要 的位置上形成復雜的形狀。
優(yōu)選地，屋頂材料由諸如COLORSTEEL的長型鋼制成，這是因 為它是成本有效的并且在包括新西蘭的許多國家常被用于屋頂建造。
但是，本領域技術(shù)人員將會理解，可以使用諸如鋁或銅的其它金屬， 并且僅在本說明書中提及由長型鋼制成的屋頂材料不應被視為限制性的。
在一個優(yōu)選的實施方案中，屋頂材料被配置為包括基本平坦的部 分。平坦部分的優(yōu)點在于，它提供可在其上接合光生伏打模塊的平坦表 面。光生伏打模塊通常以平面形式制造，并且如果彎曲變形則很容易損 壞。能夠?qū)⒐馍蚰K接合到曲面上，但這不象接合到平坦表面上那 樣簡單。
在一個優(yōu)選的實施方案中，屋頂材料配置為直立接縫屋頂(standing seamroof)。直立式接縫屋頂是常用形式的長型屋頂。它們由通常為鋼 或鋁的金屬的平板形成，這些平板可被切割或以其它方式形成以從屋頂 的脊線延伸到屋檐的外邊緣。板的長邊被配置為在板的兩側(cè)上形成脊 部，使得相鄰的板可交迭、折疊和密封，從而沿脊部形成接縫。在典型 的安裝中，相鄰的脊部之間的基本平坦的部分的寬度為5-60cm,但這 不應被視為限制。
在相鄰的脊部之間形成的基本平坦的平面部分是用于本發(fā)明的配 置的優(yōu)選平臺。
在另一實施方案中，屋頂材料配置為槽板(trough sheet)屋頂。槽板屋頂由配置為基本平行的頂部(crest)的面板形成，其中在相鄰的 頂部之間具有基本平坦的槽體。面板置于屋頂上，^f吏得槽體沿屋頂?shù)穆?br> 線(fall line)排列。
在本發(fā)明的最筒單的實施方案中，屋頂材料中的開放通道可以是屋 頂材料表面上的相鄰突起之間的空隙。它可以是直立式接縫屋頂中的相 鄰脊部之間或槽板屋頂中的相鄰頂部之間的空隙。
為了產(chǎn)生液體可從中流過的覆蓋通道，可以將覆蓋物與屋頂材料表 面上的相鄰突起接合。這樣，可以利用屋頂材料的高熱導率以提供有效 的吸收器而形成簡單的太陽能熱收集器。
在本說明書中提及的覆蓋通道應被理解為是指除允許流體進出通 道的開口之外封閉的水密空隙。覆蓋通道可以具有任意的形狀、尺寸和 構(gòu)型。
通過使傳熱液體流過在屋頂材料中的開放通道和覆蓋物之間形成 的覆蓋通道，而從太陽能熱收集器取出熱。
在一個典型的配置中，流體處于閉合的回路中，該回路以及穿過太 陽能收集器的覆蓋通道包括與熱交換器的連接，該熱交換器從流體帶走 熱量并4吏冷卻的流體返回回路。
但是，實際上，如上形成的太陽能熱收集器可能具有低的熱效率并 且可能是不實際的。由于覆蓋物的接觸面積與通道中的傳熱液體的體積 的比值小，因此從覆蓋物到液體的傳熱可能差。
在一個優(yōu)選的實施方案中，在屋頂材料的基本平坦的部分中形成一 個或更多個開放通道?？赏ㄟ^折疊、軋制或通過使用壓機來形成開放通 道。但是，可以使用使金屬表面變形以形成開放通道的任意方法，并且， 在本說明書中僅提及折疊、軋制或壓制不應被視為限制性的。
在一個優(yōu)選的實施方案中，開放通道的截面為矩形?？珊苋菀椎赝?過折疊、軋制或壓制在長型金屬屋頂材料中形成矩形的通道。但是，可 以使用任意方便的形狀。
在其它的實施方案中，可以在屋頂材料的彎曲部分中形成開放通 道。但是，如上所述，將典型的光生伏打電池接合到曲面上通常要比將其接合到平面上難。由于通常可能需要一些形式的中間基板，這些中間 基板具有用于接合到光生伏打模塊上的平面和用于與屋頂材料的曲面 匹配的曲面，因此，這些實施方案可能更加昂貴。
在一個優(yōu)選實施方案中，在屋頂材料的制造過程中形成開放通道。 使開放通道的制造與屋頂產(chǎn)品的一體化通過在相同的或類似的形成過 程中增加多個特征而增加屋頂產(chǎn)品的價值。
與形成閉合的通道相比，在金屬板的表面中形成開放的通道或溝槽 通常較為便宜。如果開放通道形成為形成屋頂材料的一體化部分，那么 成本可進一步降低。
在一個優(yōu)選的實施方案中，開放通道基本上延伸屋頂面板的長度。
開放通道可以是直的或形成為圖案。例如，開放通道可形成基本上 在屋頂面板的整個長度上延伸的開放回路，使得回路的開口端處于面板 的同一端。
通過直接或間接將至少一個光生伏打模塊接合到屋頂材料上以覆 蓋開放通道從而覆蓋屋頂材料中的開放通道，形成根據(jù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn) 換裝置。
在本說明書中提及的光生伏打模塊應被理解為是指用于通過光生 伏打效應將光能轉(zhuǎn)換成電能的獨立式自包含裝置。
雖然可以使用其它的光源，但是在大多數(shù)的應用中，光能是太陽輻射。
典型的光生伏打模塊的活性部件是光生伏打電池。它是由一般為硅 晶片的半導體材料形成的。為了保護脆性的硅片并提供可耐受一般使用
的產(chǎn)品，通常將晶片引入光生伏打模塊(PV模塊)中。
在典型的PV模塊中，晶片被夾在為晶片提供支撐和保護的諸如乙
烯醋酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate) (EVA)的透明材料層之間。
一般通過諸如窗格玻璃的剛性透明材料板保護模塊的(上)表面(即，
暴露于太陽的表面)。
基板一般接合至模塊的相反(下)表面。它通常是與EVA接合的
諸如Tedlar的聚氟乙烯板。作為替代方案，基板可以是為PV模塊提供
10強度和剛度的金屬板。
以上說明涉及典型的光生伏打模塊。但是，本領域技術(shù)人員應當理
解，可以在本發(fā)明中使用任意的PV模塊，并且提供上述說明僅是為了 解釋典型的PV模塊，并非意圖限制。
在一個優(yōu)選的實施方案中，PV模塊包括材料與屋頂材料相同的基板。
例如，具有鋼基板的PV模塊可很容易地與長型鋼屋頂材料接合。
這不僅保證良好的接合，而且使基板和屋頂材料的熱膨脹匹配。由于在
此可能具有有限的壽命，因此這是重要的特征。
本發(fā)明提供利用共用的屋頂材料的組合的太陽能熱收集器和PV模
塊系統(tǒng)。該配置具有在不需要單獨的框架或其它支撐結(jié)構(gòu)的條件下提供 兩種便利的優(yōu)點。通過利用共用的屋頂材料，可以在沒有大的重建或建 筑物外觀變化的情況下很容易地將裝置引入建筑物中。
以這種方式組合PV模塊和太陽能熱收集器裝置的另一優(yōu)點在于， 由于通過將其接合至太陽能熱收集器來提供冷卻，從而增加PV模塊(在
正常的操作條件下)的功率輸出。 一般地，當與太陽能熱收集器接合(并
被其冷卻)時，PV模塊產(chǎn)生的電壓可比單獨操作PV模塊時高10%。 這提供了優(yōu)于PV模塊和太陽能熱收集器的獨立操作的顯著優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基本如上所述的能量轉(zhuǎn)換裝置， 該裝置包括對流板。
在本說明書中提及的對流板應被理解為指的是導熱材料板。對流板 的一個功能是用作太陽能熱收集器的收集器。對流板的另一功能是形成
PV模塊的基板或在其上可很容易地接合PV模塊的表面。
根據(jù)本發(fā)明的對流板被配置為與具有一個或更多個開放通道的長 型屋頂面板形成接合連接，以形成流體可從中流過的覆蓋通道。
在一個優(yōu)選的實施方案中，對流板由與屋頂材料相同的材料形成。 這樣，屋頂材料和對流板的熱導率是相同的，由此減少或消除了由于熱 循環(huán)過程中的不匹配所導致的接合處應力。根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供一種形成基本如上所述的能量轉(zhuǎn)換裝
置的方法，該方法包括以下的附加步驟
a) 將光生伏打模塊接合到對流板的第一側(cè)上；和
b) 將對流板的第二側(cè)接合到屋頂材料上以形成流體可從中流過的 覆蓋通道。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造基本如上所述的能量轉(zhuǎn)換裝 置的方法，該方法包括以下的附加步驟
a) 將對流板的第 一側(cè)接合到屋頂材料上以形成流體可從中流過的 覆蓋通道；和
b) 將光生伏打模塊接合到對流板的第二側(cè)上。 在一個優(yōu)選的實施方案中，能量轉(zhuǎn)換裝置包括在光生伏打模塊上方
的截留的空氣間隙。
在一個優(yōu)選的實施方案中，通過位于光生伏打^=莫塊的平面上方并且 基本上與光生伏打模塊的平面平行的平面中的透明材料板形成空氣間 隙，并且，透明材料的邊緣密封至屋頂材料。
利用太陽能加熱被截留的空氣以通過溫室效應升高能量轉(zhuǎn)換裝置 的溫度。升高的溫度增加了向通道中的流體所傳遞的熱量(相對于同等 流速)，從而提高能量轉(zhuǎn)換裝置的太陽能熱收集器部件的效率。
優(yōu)選地，透明材料是玻璃，但是也可以使用其它透明材料，例如塑 料材料如UV穩(wěn)定的聚碳酸酯。
在一個替代實施方案中，蜂窩模塊材料提供截留的空氣間隙。蜂窩 模塊可以是配置為在單元中保持或存留空氣的任意結(jié)構(gòu)。
在一個優(yōu)選的實施方案中，絕緣材料層接合至屋頂材料的與包含通 道的表面相反的表面(下表面)。使屋頂材料的下表面絕緣通過限制通 過屋頂?shù)臒釗p失而提高了太陽能熱收集器的效率。它還可在熱天如夏天 期間減少從屋頂材料到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的熱載荷。
通過將PV模塊技術(shù)與太陽能熱收集結(jié)合成共用屋頂材料的一體化 部件，相對于常規(guī)系統(tǒng)，上述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供許多顯著的優(yōu)點。
利用本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，太陽能-電能PV模塊和太陽能熱收集器安裝成為屋頂?shù)钠胀ò惭b的一部分，而不是作為三次單獨的安裝
(屋頂、PV模塊和太陽能熱收集器)。此外，通過適當配置與能量轉(zhuǎn)
換系統(tǒng)的電連接和管道連接，可以在不需要其它額外的電氣和管道工作 的條件下很容易地連接至建筑物的電氣和管道回路。
實際上，設想能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將由具有適當資質(zhì)的人員安裝，該人員
將安裝引入有PV模塊和太陽能熱收集器的屋頂材料并且同時完成所有
必需的連接，從而節(jié)省時間和費用。
如果將PV模塊和太陽能熱收集器作為系統(tǒng)的一體化部分引入共用
的屋頂材料中，則不需要用于支撐它們的單獨的結(jié)構(gòu)。結(jié)果是，所使用 的材料量大大減少(與常規(guī)的配置相比)，并且因此大大減少對于結(jié)構(gòu) 的附加重量負載。與常規(guī)的裝置相比，在使用更少的材料、減少構(gòu)建所 需的勞動成本和安裝支撐結(jié)構(gòu)方面也存在明顯的成本節(jié)省。
形成太陽能熱收集器的方式不妨礙屋頂材料的一體化，并降低由于
常規(guī)的太陽能熱收集器或PV模塊系統(tǒng)的安裝固定所需要的固定裝置導
致泄漏或其它失效的任何附加風險。
形成為普通的屋頂結(jié)構(gòu)的一部分的本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置將與屋
頂輪廓線合并，從而得到比PV系統(tǒng)或太陽能熱收集器安裝在屋頂上方
的框架上的情況更可接受的外觀。它還可減少常規(guī)的安裝所經(jīng)受的附加 的風載荷。
由于不需要單獨的支撐結(jié)構(gòu)或建筑物的框架的附加增強，因此一體
化能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的總成本也會比屋頂、太陽能熱收集器和PV模塊系統(tǒng)
的各單獨成本的總和更低。
此外，當利用太陽能熱收集器冷卻時，由于PV模塊產(chǎn)生更多的電
力，因此能量轉(zhuǎn)換裝置的效率得到提高。


通過僅作為例子并參照附圖給出的以下說明，本發(fā)明的其它方面將
變得顯而易見，在這些附圖中
圖l表示能量轉(zhuǎn)換裝置的截面13圖2表示直立接縫屋頂上的能量轉(zhuǎn)換裝置的截面圖3表示能量轉(zhuǎn)換裝置的另一實施方案的截面圖4表示能量轉(zhuǎn)換裝置的另一實施方案的截面圖；和
圖5表示能量轉(zhuǎn)換裝置的另一實施方案的截面圖；和
圖6表示能量轉(zhuǎn)換裝置的省略平面圖(cut-away plan view )。
本發(fā)明的最優(yōu)實施方式
圖l表示能量轉(zhuǎn)換裝置(1)的截面圖。標準屋頂材料(2)具有形 成有矩形截面的開放通道(3)。通過在屋頂材料(2)的表面(5)上 將光生伏打模塊(4)接合到屋頂材料(2)上，來密封開放通道(3)。 光生伏打模塊(4)在開放通道(3)上方與屋頂材料(2)接合，從而 形成流體(未示出)可保持包含在通道內(nèi)的同時在其中流動的矩形覆蓋 通道。
通過這種簡單的配置，太陽能首先被光生伏打模塊(4)捕獲并轉(zhuǎn)
換成電力，其次被轉(zhuǎn)換成開放通道(3)內(nèi)的被加熱的流體。本發(fā)明包
含將光生伏打模塊與太陽能收集器的已知性能一起引入作為屋頂系統(tǒng) 的一體化部分。
圖2表示本發(fā)明的另一實施方案的截面圖。在這種情況下，在形成 為直立式接縫構(gòu)造的屋頂材料(2)的兩個脊部(11)之間的基本平坦 部分中形成一個或更多個具有半圓截面的開放通道(3)。 一個或更多 個光生伏打模塊(4)在開放通道(3)上方與屋頂材料(2)接合以形
成覆蓋通道o
圖3表示本發(fā)明的另一實施方案的截面圖，其中，在屋頂材料(2) 和光生伏打模塊(4)之間接合高熱導率對流板(6)。對流板(6)在 開放通道(3)上方與屋頂材料(2)接合以形成覆蓋通道。對流板(6) 的引入增強了光生伏打模塊(4)和流過覆蓋通道的流體之間的熱接觸。
圖4表示包含一定體積的截留空氣(7)的上述能量轉(zhuǎn)換裝置的截 面圖。通過與光生伏打電池平面基本平行且位于其上方的平面中的窗格 玻璃(8)形式的透明材料板，在光生伏打模塊(4)上方形成封閉。通過密封到封閉側(cè)(19)，將窗格玻璃密封到屋頂材料(2)上，所述封 閉側(cè)(19)密封至屋頂材料上。
圖5表示上述的另一能量轉(zhuǎn)換裝置的截面圖，該能量轉(zhuǎn)換裝置包括 固定到屋頂材料(2)的接合對流板(6)或光生伏打模塊(4)的表面 (5)相反的一側(cè)(10)上的絕緣層(9)。以這種方式使用絕緣層通過 防止從屋頂材料(2)的下側(cè)(10)的熱損失而提高能量轉(zhuǎn)換裝置的太 陽能收集器部件的效率。另外，這提供了減少由于穿過屋頂?shù)臒醾鬟f所 導致的對于建筑物的熱負載的另一優(yōu)點。
圖6表示在配置成直立式接縫屋頂?shù)囊徊糠值拈L形鋼面板的形式的 標準屋頂材料上的根據(jù)本發(fā)明的能量轉(zhuǎn)換裝置(1)的平面圖。為了示 出裝置的各個層，以之字線表示省略的部分。
在該實施方案中，能量轉(zhuǎn)換裝置(1)包括形成為具有脊部(11) 的密封脊構(gòu)造的屋頂材料(2)。在脊部(11)之間的平面區(qū)域中，在 屋頂材料(2)中形成開放通道(3)。
開放通道(3)形成基本在屋頂面板的整個長度上延伸的開放回路， 其中回路的開放端(12和13)在面板的同一端。在其它的實施方案中， 通道(3)是線性的，基本沿屋頂面板的長度延伸。
對流板(6)接合至屋頂材料(2)以覆蓋開放通道(3)，從而形 成流體可在其中從流體入口 (12)流向流體出口 (13)的連續(xù)覆蓋通道。
圖6表示使用歧管(14 )連接流向流體入口 ( 12 )和流體出口 ( 13 ) 的流體的實施方案(在該示意圖中沒有示出歧管內(nèi)的連接的細節(jié))。圖 6所示的歧管(14)位于屋頂材料的下邊緣。這僅表示歧管(14)、流 體入口 (12)和出口 (13)的許多可能的構(gòu)造中的一種。
光生伏打模塊(4)接合到對流板(6)的上表面上。導線(18)將 光生伏打模塊(4)連接到電連接(15)上。由光生伏打模塊產(chǎn)生的電 力通過電纜(16)被提取。
已經(jīng)僅通過例子說明了本發(fā)明各個方面，并且應當理解，在不背離由 所附的權(quán)利要求所限定的其范圍的條件下，可以對其進行修改和添加。
權(quán)利要求
1. 一種能量轉(zhuǎn)換裝置，包括具有一個或更多個開放通道的屋頂材料和至少一個光生伏打模塊，其特征在于，所述光生伏打模塊直接或間接接合至所述屋頂材料以形成流體可從中流過的覆蓋通道。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述屋頂材料是標準 屋頂產(chǎn)品。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述屋頂材料是 長型金屬面板。
4. 如權(quán)利要求1 3中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述屋 頂材料配置為直立接縫屋頂。
5. 如權(quán)利要求1~3中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述屋 頂材料配置為槽板屋頂。
6. 如權(quán)利要求1~5中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述屋 頂材料配置為包括基本平坦的部分。
7. 如權(quán)利要求6所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中在所述屋頂材料的基 本平坦的部分中形成所述開放通道。
8. 如權(quán)利要求1~7中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中在所述 屋頂材料的制造過程中形成所述開放通道。
9. 如權(quán)利要求1 8中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述能 量轉(zhuǎn)換裝置包括對流板。
10. 如權(quán)利要求1 9中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述開 放通道基本上延伸所述屋頂材料的長度。
11. 如權(quán)利要求1 10中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量 轉(zhuǎn)換裝置包括在所述光生伏打模塊上方的截留的空氣間隙。
12. 如權(quán)利要求11所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中利用在所述光生伏 打模塊的平面上方并且與所述光生伏打模塊的平面基本平行的平面中 的透明材料板形成所述空氣間隙。
13. 如權(quán)利要求12所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述透明材料的邊 緣密封至所述屋頂材料。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述透明材料是玻璃。
15. 如權(quán)利要求12或13所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中所述透明材料 是塑料材料。
16. 如權(quán)利要求11所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中通過蜂窩模塊材料 形成所述空氣間隙。
17. 如權(quán)利要求1~16中的任一項所述的能量轉(zhuǎn)換裝置，其中絕緣 材料層接合至所述屋頂材料的與包含所述開放通道的表面相反的表面。
18. —種形成如權(quán)利要求l所述的能量轉(zhuǎn)換裝置的方法，所述能量 轉(zhuǎn)換裝置包括具有一個或更多個開放通道的屋頂材料，其特征在于以下步驟a) 將一個或更多個光生伏打模塊直接或間接接合至屋頂材料，以 形成流體可從中流過的覆蓋通道。
19. 一種如權(quán)利要求18所述的形成能量轉(zhuǎn)換裝置的方法，包括以 下附加步驟b) 將所述光生伏打模塊接合至對流板的第一側(cè)；和c) 將所述對流板的第二側(cè)接合至所述屋頂材料，以形成流體可從 中流過的覆蓋通道。
20. —種如權(quán)利要求18所述的形成能量轉(zhuǎn)換裝置的方法，包括以 下附加步驟d) 將對流板的第一側(cè)接合至所述屋頂材料，以形成流體可從中流 過的覆蓋通道；和e) 將光生伏打模塊接合至所述對流板的第二側(cè)。
21. —種基本如本文參照附隨的說明書和

和示出的能量轉(zhuǎn) 換裝置。
22. —種基本如本文參照附隨的說明書和

和示出的形成能 量轉(zhuǎn)換裝置的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括具有一個或更多個開放通道的屋頂材料和一個或更多個光生伏打模塊，其特征在于，所述一個或更多個光生伏打模塊直接或間接接合至屋頂材料以形成流體可從中流過的一個或更多個覆蓋通道。這樣，可以在標準屋頂材料中形成能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量轉(zhuǎn)換裝置在單一的一體化裝置中組合產(chǎn)生電力的光生伏打模塊和提供來自太陽的熱的太陽能熱收集器的益處。
文檔編號E04D13/18GK101454521SQ200780018874
公開日2009年6月10日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者邁克爾·大衛(wèi)·杜克 申請人:威凱托陵科有限公司