[发明专利]基本上二维的结构元件

说明书

定义

·“基本上二维的结构元件”是指基本上显示出具有正面和背面的板状的元件，而在第三尺寸上的厚度低于板的长度与宽度；该板当然可不仅是完美平坦的，而且可以从轻微弯曲到严重弯曲。

·“结构一体化的太阳能建筑元件(SISBE)”是指适合本发明公开内容范围和所有权利要求的结构元件，且尤其包括与至少一部分(建筑)结构元件一体的太阳能转化器元件，和所得一体的部分有助于太阳能转化和(建筑)结构要求。

·“建筑一体光伏(Building Integrated Photovoltaics)(BIPV)”是指根据在光伏(pv)工业中所使用的现有技术的措辞，具有太阳能转化器元件的结构元件，和其中一体化主要是指“替代和适应(substituted and adapted)”；在本发明中，BIPV也可包括除了pv以外的其他太阳能转化器技术。

技术领域

光伏系统的扩散仍然非常缓慢，这是因为最终使用者寻求最短可能的投资回报时间，且在没有非常吸引人的政府驱动的补助政策情况下，该技术的进展尚提供不了非常有利的解决方法。

关于建筑物，尤其在建筑物上的屋顶太阳能安装，可商购的大多数系统是需要在已有的建筑物上采用额外结构，和这甚至在迄今为止已有的较好的一体的建筑一体化光伏(BIPV)中，这通常花费甚至更多，因为无法协同替代和适应BIPV元件和与之相邻的建筑部件，且它们主要用于提供更加美观均匀的屋顶太阳能安装。

因此，为了进一步优化建筑物和太阳能系统的所有者的成本结构，一般地对于光伏应用，和尤其BIPV来说，目标是至少部分使用建筑或任何其他种类建筑物的结构组件作为模件，其中根据本发明的优选实施方案，它们定义为结构一体化的太阳能建筑元件(SISBE)。SISBE具有巨大的优势，因为可避免首先建造屋顶，然后采用光伏系统的需求；用pv模件替代木瓦板，然后也可避免将其适应于标准屋顶结构(如同在BIPV安装的情况一样)的需求，因为SISBE暗含至少一部分太阳能转化器元件与至少一部分建筑的结构元件一体，且所得一体的部件均有助于太阳能转化和建筑结构要求。因此，从两件系统(通常前面提及的建筑组件，加上太阳能系统)或具有标准BIPV方法的“替代和适应”方法的一件系统到本发明的一件系统，成本可急剧下降，其中太阳能转化器的至少一部分与建筑结构元件的至少一部分的一体化提供新型和改进的协同作用：结构太阳能转化器应用匹配例如现代建筑结构中通常要求的热、机械和化学特征。

更特别地，置于屋顶上的SISBE必须机械上坚韧。刚硬度(rigidity)也是一个重要的特征，例如为了避免因风或雪引起的模件变形导致的在pv电池内的裂纹。此外，它们必须解决建筑物通常需要的绝热的大问题。因此，本发明的优选实施方案提供解决这些问题且容易地适应于不同太阳能为标题(caption)的技术作为pv，热，混合技术的结构。

现有技术的讨论

不具有SISBE特征的BIPV模件是市场上公知的且包括依赖于不同可获得的pv技术作为例如晶体或薄膜硅材料的许多方法。

为了更好地理解本发明的应用领域，我们首先分析通常如何构造建筑结构部件。作为一个实例，但不作为限制，在欧洲中部，斜屋顶的完整构造通常需要：厚重的木材(松木或类似物)托梁，具有2cm厚的木材的覆层，蒸汽阻挡层(蒸发(transpiring)覆盖层)，由2cm厚的木板组成的10cm厚的绝热的进一步的层，第二不可渗透的覆盖层和由瓦片制造的覆盖层。

通常在第二步中，在这一或者类似的平坦、锯齿或任何其他种类的覆盖表面上独立地放置太阳能系统。在BIPV情况下，模件是屋顶表面的最外面的部件，且它替代木瓦板，同时适应于底下的屋顶结构。可在建筑物的墙壁/正面上进行类似步骤。

大多数采用提供所要求的基本机械、热、电、化学稳定性和所需透明度的至少一块玻璃层压太阳能模件。此外，在背面上具有薄膜pv模件的情况下，通常层压第二块玻璃，尽管这不会不合适地提高成本。这一特别的工业的目标因此是使用最小可能数量的玻璃，即使就已经指出的耐久性和可靠度来说，这是非常有风险的。

即使这一工业趋势继续，商业上可获得的这一太阳能层压或夹层结构通常包括至少一块玻璃板，所述玻璃板拥有相当好的起始性能，但这仅仅满足部分建筑结构屋顶的规范。