用于铺设坡屋顶的太阳能电池板及其施工方式的制作方法

1.本发明关于一种太阳能电池板及其施工方式，特别是一种用于铺设坡屋顶的太阳能电池板及其施工方式。


背景技术：

2.人类文明的进步体现在于对资源的耗费减少。从这个观点来看，再生能源或永续能源的开发及使用也是文明进步的里程碑。因此，越来越多的国家和地区开始着重再生能源的推广，最显著的成就是太阳能的开发利用。在中国台湾，人们经常可以看见许多居家房屋屋顶、工厂屋顶、废弃用地上，甚至是公共设备的四周，都布设了太阳能板。这些太阳能板将太阳能转换成电能，除了可以供应就近建筑物内的电器设备使用，剩余的电力还可以并入电网中，贩售给需要的单位。中国台湾之所以能够大规模装设太阳能板，其原因是中国台湾大多数建筑物是钢筋水泥结构，具有可牢固及抗强风的特性。此外，这些建筑物的顶部设计也大多是平面，装设太阳能板十分方便。然而，某些特定建筑群聚，对于太阳能板装设就十分不利了，例如使用木造结构的坡屋顶建筑。
3.一般来说，使用木造结构的坡屋顶建筑是欧美国家家居住宅的主主要型态。木材取得方便、建造价格便宜，相对的房屋税金也低。坡屋顶可用于防水与防积雪，施工方便。然而，基于结构的支撑力不足及架设面的角度问题，由屋内架接太阳能板固定装置到屋外是非常不稳定的。即便能够架设，突起的太阳能板结构与现有的坡屋顶设计，显得格格不入。因此，若想在使用木造结构的坡屋顶建筑中通过安装太阳能板来使用再生能源，要对传统的建筑工艺方法与材料进行了解，并合宜地改造太阳能板结构。
4.坡屋顶常见的防水及最外层建材为沥青瓦。沥青瓦本身质地轻颖、可弯折且易裁切，简单地利用钉枪便可固定到坡屋顶的屋顶板上。就防水方面而言，上下两排沥青瓦的堆叠方式与传统瓦片类似，形成倾斜阶梯结构，这样雨水便可顺其坡度向下方流动。再者，沥青瓦跟屋顶板间通常都会铺设一层防水布（胶）层，雨水难以通过防水布，沿着钉子向下渗流。如果改造的太阳能板可以具有特殊的连接装置及防水处理，在不改变现有施工的作业下，取代沥青瓦，那么它除了可以享有沥青瓦牢固于坡屋顶上（免额外固定）的好处外，其架设的房屋也会有美观一致的外表。然而，目前市场上尚无这种产品。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，提供一种可以取代沥青瓦制作的太阳能板，本发明公开一种用于铺设坡屋顶的太阳能电池板，其包括一基板，包括一周边固定区及一功能元件区；一第一黏结层，铺设于该功能元件区上方；一绝缘层，位于该第一黏结层上方，通过该第一黏结层与该基板黏结；一第二黏结层，铺设于该绝缘层上方；一太阳能电池模组层，包括至少一太阳能电池，位于该第二黏结层上方，通过该第二黏结层与该绝缘层黏结，其中该至少一太阳能电池通过至少二电极线将太阳能转换后的电能输出，该至少两个电极线延伸至该周边固定区；一第三黏结层，铺设于该太阳能电池模组层上方并部分与该第二黏结层黏结；一增
亮膜层，其上表面具有多个微棱镜结构，位于该第三黏结层上方，通过该第三黏结层与该太阳能电池模组层黏结；一第四黏结层，铺设于该增亮膜层上方；及一透光含氟元素薄膜层，其上表面具有多个立体波纹形状的增光结构，位于该第四黏结层上方，通过该第四黏结层与该增亮膜层黏结。该增光结构将来自外部的多方向光线引导入其内，该微棱镜结构改变来自该透光含氟元素薄膜层的光线的光路径，使的更加朝向该至少一太阳能电池的垂直方向，进入照射该至少一太阳能电池。
6.最好，该周边固定区的二平行侧边上分别形成多个第一固定孔与多个第二固定孔。
7.进一步，该基板的材质可为烤漆不锈钢、不锈钢、烤漆合金钢板、合金钢板、铝、铝合金或塑胶。
8.进一步，该第一黏结层的材质可为乙烯醋酸乙烯共聚物（ethylene-vinyl acetate，eva）或聚烯弹性体（polyolefin elastomers，poe）。
9.进一步，该第二黏结层的材质为乙烯醋酸乙烯共聚物或聚烯弹性体。
10.进一步，该第三黏结层的材质为乙烯醋酸乙烯共聚物或聚烯弹性体。
11.进一步，该第四黏结层的材质为乙烯醋酸乙烯共聚物或聚烯弹性体。
12.进一步，该绝缘层的材质为聚氟乙烯（polyvinyl fluoride，pvf）或聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，pet）。
13.进一步，该太阳能电池的数量为两个以上，相同电极的电极线可连接成一电极总线。
14.进一步，该增光结构的立体波纹形状的上视方向形成为平面连续相邻的圆形，每一圆形具有不大于1mm的曲率半径。
15.进一步，该基板可为方形或长方形。
16.本发明还公开一种上述用于铺设坡屋顶的太阳能电池板的施工方式，包括步骤：a) 在一坡屋顶的一屋顶板上铺设一层防水层；b) 铺设多个太阳能电池板，将该第一固定孔所在侧边沿该屋顶板的一基准边排列成一排；c) 使用钉子或螺丝，通过这些第一固定孔及该防水层，将这些太阳能电池板固定于该屋顶板上；d) 接续前一排太阳能电池板，继续铺设多个太阳能电池板成新的一排，将新铺设的太阳能电池板的第一固定孔依顺序对准前一排太阳能电池板的第二固定孔；e) 使用钉子或螺丝，通过这些第一固定孔、对应的第二固定孔及该防水层，将这些太阳能电池板固定于该屋顶板上；f) 重复步骤d)与步骤e)，直到这些太阳能电池板将屋顶板的一预设区域铺满；及g) 将相邻两个太阳能电池板的电极线或电极总线，依照正极电连接负极的方式，使用防水导电胶带相接。
17.进一步，该基准边平行一特定水平高层或垂直该特定水平高层。该防水层可为防水油毡。
18.由于基板的周边固定区具有供固定用途的固定孔，本发明的太阳能电池板可以取代现有沥青瓦而制作于坡屋顶上，具有除水、防潮、耐极温、防风袭等特点。该太阳能电池板除了能提供再生能源，其整齐一致的外观也可增添坡屋顶的美观性。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.图1为依照本发明实施例的一种用于铺设坡屋顶的太阳能电池板的上视示意图；图2为该太阳能电池板沿aa’线的剖面图；图3为两个太阳能电池板间的电连接方式图；图4为微棱镜结构与增光结构在改变光路径上的做法与功能效果的结构图；图5为太阳能电池板的铺设作业图；图6为太阳能电池板的施工方式的流程图。
21.附图标记说明1
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太阳能电池板1a
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第一排太阳能电池板1b
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第二排太阳能电池板1c
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第三排太阳能电池板10
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基板101
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周边固定区1011
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第一固定孔1012
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第二固定孔102
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功能元件区11
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第一黏结层12
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绝缘层13
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第二黏结层14
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太阳能电池模组层141
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太阳能电池1411
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上电极线1411a
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上电极总线1412
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下电极线1412a
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下电极总线15
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第三黏结层16
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增亮膜层161
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微棱镜结构17
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第四黏结层18
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透光含氟元素薄膜层181
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增光结构2
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坡屋顶21
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屋顶板22
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支撑系统23
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防水层24
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钉子30
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防水导电胶带a
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位置l1
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光路径
l2
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光路径l3
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光路径l4
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光路径l5
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光路径l6
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光路径。
具体实施方式
22.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
23.如图1与图2，图1为依照本发明实施例的一种用于铺设坡屋顶的太阳能电池板1的上视示意图，图2为该太阳能电池板1沿aa’线的剖面图。为了方便说明，图1与图2在比例上并未按真实产品设计绘制。比如太阳能电池板1的实际厚度可能在2mm，而其长宽都动辄数十公分甚至超过一公尺，这样的设计会造成附图的厚度过度挤压而无法辨清内容。因此图2的厚度较其长宽放大不少。元件间的位置与元件的厚度、长宽也都是不成比例的，不以附图内容来限定本发明。此外，由于许多太阳能电池板1的技术元件是透明的，图1仅表示在实际上可以看到的技术元件。
24.由结构上来说，太阳能电池板1由下至上依次包括了一基板10、一第一黏结层11、一绝缘层12、一第二黏结层13、一太阳能电池模组层14、一第三黏结层15、一增亮膜层16、一第四黏结层17及一透光含氟元素薄膜层18。以上各技术元件的特性、功能、材料及组合方式，将于下方文字中详述。
25.基板10是承载其它元件的基础，需要具备足够的韧性，最好能抗热、抗寒及抗湿气，因此，基板10可采用烤漆不锈钢、不锈钢、烤漆合金钢板、合金钢板、铝、铝合金或塑胶作为材质。本实施例中以不锈钢为例来说明。原则上，基板10的外观不受限制，只要有两个平行侧边能进行安装即可。因此，基板10的形状最好为方形或长方形，在本实施例中为长方形。基板10包括了一周边固定区101及一功能元件区102。功能元件区102是用来堆叠其它技术元件的区域，周边固定区101则是其它不属于功能元件区102，可用作与相邻太阳能电池板1的基板10连接的部分。在本实施例中，功能元件区102是一个相对基板10整体小的长方形区域。周边固定区101的两个平行侧边上分别形成多个第一固定孔1011与多个第二固定孔1012（图2中以点线表示其位置）。在本实施例中，第一固定孔1011与第二固定孔1012的数量都是四个。实际上，其数量可以依照实际需求而设计。第一固定孔1011与第二固定孔1012用来穿过钉子或螺丝，从而将太阳能电池板1固定在屋顶板上的凿穿部位。在其它实施例中，上述的两个平行侧边上也可以不开设固定孔，通过钉子直接钉穿周边固定区101，将太阳能电池板1钉在屋顶板上。
26.第一黏结层11铺设于功能元件区102的上方，其材质为乙烯醋酸乙烯共聚物（ethylene-vinyl acetate，eva）。第一黏结层11实际上可使用一块合适大小的eva膜，在经过一定条件热压后促使其产生熔融、黏接与交联固化，用来黏结基板10与绝缘层12。eva在常温下无黏性且具有抗黏性，固化后的eva膜变的完全透明，有相当高的透光性。固化后的
eva膜具有弹性，有耐热、抗湿、耐低温且耐冲击等优点，对金属玻璃及塑胶具有良好的接着性，可维持太阳能电池板1的整体稳固（不易裂解）。考虑环保因素，第一黏结层11的材质也可以是聚烯弹性体（polyolefin elastomers，poe），也具有跟eva近似的特性。
27.绝缘层12位于第一黏结层11上方，通过第一黏结层11与基板10黏结。绝缘层12的目的是要将其上结合的太阳能电池模组层14与基板10电绝缘，避免太阳能电池模组层14中产生的电能流漏到基板10及背景环境中。在本实施例中，绝缘层12的材质为聚氟乙烯（polyvinyl fluoride，pvf），具体来说是一块尺寸合适的pvf膜，位于第一黏结层11上。pvf膜对日照、化学溶剂、酸碱腐蚀、湿气和氧化作用的抵抗力和耐久性高，是适合的电绝缘材料。此外，绝缘层12还可以使用聚对苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate，pet）作为材质，实际上绝缘层12也是一块尺寸合适的pet膜。
28.第二黏结层13铺设于绝缘层12上方，用途是将太阳能电池模组层14与本身下方的结构黏结。第二黏结层13可使用的材料及制作方式同第一黏结层11，此处不再赘述。
29.太阳能电池模组层14包括了至少一太阳能电池141，该至少一太阳能电池141通过至少两个电极线将太阳能转换后的电能输出。在本实施例中，太阳能电池模组层14使用了两个太阳能电池141，彼此并联组成。两个太阳能电池141也可以是彼此串联。此外，太阳能电池141的数量可以更多，彼此以串联、并联或并串联的设计来电连接。当然，太阳能电池模组层14也可能只包括一个太阳能电池141，不存在太阳能电池141间的连接问题。如同一般的太阳能电池，本发明中的太阳能电池141也具有位于上侧的一上电极线1411（图1与图2中以白底宽线来表示），属于阴极；以及位于下侧的一下电极线1412（图1与图2中以黑底宽线来绘示），属于阳极，总共有四条电极线。最简单的情况下就是一个太阳能电池141、一条上电极线1411与一条下电极线1412。太阳能电池模组层14位于第二黏结层13上方，通过第二黏结层13与绝缘层12黏结，从而也与绝缘层12下方的结构结合。四条电极线不限于在功能元件区102内，而是延伸至周边固定区101，如图1所示。依照本发明，若太阳能电池141的数量为两个以上，相同电极的电极线可连接成一电极总线。如图1所示，两条上电极线1411连接成一上电极总线1411a，两条下电极线1412连接成一下电极总线1412a，电极总线的功能是将相同电极的电极线连接起来，方便以单一的介面与其它太阳能电池板1电连接。在太阳能电池板1没有制作固定时，上电极总线1411a与下电极总线1412a的延伸端可活动地平贴在周边固定区101。当太阳能电池板1固定于屋顶板上要与其它太阳能电池板1进行电连接时，上电极总线1411a与下电极总线1412a的延伸端可向周边固定区101外侧弯折。关于弯折与电连接的方式，请见图3，该图表示两个太阳能电池板1间的电连接方式。两个太阳能电池板1的上电极总线1411a与下电极总线1412a的延伸端弯折方式如图3所示，左侧的太阳能电池板1的下电极总线1412a的延伸端与右侧的太阳能电池板1的上电极总线1411a的延伸端搭接，形成电气连接。为了维持两条电极总线的延伸端间的电气连接并防止外部水分进入，可以使用一条防水导电胶带30黏贴于搭接处。此外，如果延伸端间距离太长，比如太阳能电池板1要跨屋顶电连接，则直接使用防水导电胶带30将上电极总线1411a与下电极总线1412a的延伸端连接，或者使用导电条将两个电极总线的延伸端连接后，再用防水导电胶带30将该导电条黏附在上电极总线1411a与下电极总线1412a的延伸端。
30.第三黏结层15铺设于太阳能电池模组层14上方并部分与第二黏结层13黏结，用途是将增亮膜层16与本身下方的结构黏结。第三黏结层15可使用的材料及制作方式同第一黏
结层11，此处不再赘述。
31.增亮膜层16以pet为较佳材质，形成柔软具弹性的薄膜层。增亮膜层16位于第三黏结层15上方，通过第三黏结层15与太阳能电池模组层14黏结。增亮膜层16的上表面具有多个微棱镜结构161，微棱镜结构161由剖面方向看来像一个个的小尖峰，在垂直剖面方向上，每个小尖峰形成一个棱柱，彼此相连。
32.第四黏结层17铺设于增亮膜层16上方，用途是将透光含氟元素薄膜层18与本身下方的结构黏结。第四黏结层17可使用的材料及制作方式同第一黏结层11，此处不再赘述。
33.透光含氟元素薄膜层18是太阳能电池板1接受外部光线的技术元件，实际上可以使用高透光铁氟龙作为材料。透光含氟元素薄膜层18的上表面具有多个立体波纹形状的增光结构181，位于第四黏结层17上方，通过第四黏结层17与增亮膜层16黏结。增光结构181在任何除水平方向上的剖面都可以取得连续的“波峰-波谷”截面边缘线段；而增光结构181的立体波纹形状的上视方向形成为平面连续相邻的圆形，每一圆形具有不大于1mm的曲率半径。
34.请见图4，该图为微棱镜结构161与增光结构181在改变光路径上的做法与功能效果图。在图4中，入射光的光路以单一或连续相接的箭头表示。由于增光结构181的立体波纹形状，外部的多个方向光线可被引导入其内。比如在一光路径l1上，光线经过折射而射向透光含氟元素薄膜层18；在一光路径l2上，光线经过一次折射与一次全反射而进入透光含氟元素薄膜层18；在一光路径l3上，因为光线的入射角垂直于入射面，所以光线不改变方向，直接进入透光含氟元素薄膜层18中。基于以上三种光路径，透光含氟元素薄膜层18外部的光线能够更多量地进入透光含氟元素薄膜层18中。而且，微棱镜结构161可改变来自透光含氟元素薄膜层18的光线的光路径，使之更加朝向两个太阳能电池141的垂直方向，进入照射在两个太阳能电池141之一。请见图4，在第四黏结层17中的光线按照一光路径l4，可不改变其方向进入照射在太阳能电池141上；若光线原方向为偏离太阳能电池141的垂直方向，光线可按照一光路径l5，将其行进方向纠正为接近太阳能电池141的垂直方向，射向太阳能电池141；若光线原方向更偏离太阳能电池141的垂直方向，光线可按照一光路径l6，将其行进方向纠正为接近太阳能电池141的垂直方向，射向太阳能电池141。然而，光路径l6较光路径l5来说，入射至太阳能电池141的入射角还是比较大。入射角越大，太阳能电池141可转化的能量越少。但若无微棱镜结构161，许多光线的入射角都会很大，从而减少了太阳能电池141的光电转换效率。
35.本发明也公开一种用于铺设坡屋顶的太阳能电池板1的施工方式。为了对该施工方式有较佳的理解，请同时参阅图5及图6。图5表示太阳能电池板1的铺设作业图，图6为太阳能电池板1的施工方式的流程图。图5中，一坡屋顶2的部分架构包括了一屋顶板21及支撑屋顶板21的支撑系统22。首先，该施工方式的第一步骤为在坡屋顶2的屋顶板21上铺设一层防水层23（s01）。防水层23可使用防水油毡。接着，第二步骤为铺设多个太阳能电池板，将第一固定孔1011所在侧边沿屋顶板21的一基准边排列成一排（s02）。这里，由于图5是坡屋顶2的剖面示意图，每一排太阳能电池板只能表示一个。为了方便说明，第一排的太阳能电池板以第一排太阳能电池板1a来表示。基准边的定义是平行一特定水平高层。比如基准边为地面上方3公尺处，也就是在图5的位置a处。在此情况下，第一排太阳能电池板1a的下边缘便会沿着垂直位置a处的一条虚拟直线排开，而太阳能电池板是由屋顶板21的下方开始施工
安装（纵向施工）。基准边的定义也可以是在屋顶板21上垂直上述的特定水平高层，比如垂直地面上方3公尺水平高层，就是一条平行图5中防水层23的直线。此时，太阳能电池板是由屋顶板21的一侧向另一侧方水平地施工安装（横向施工）。
36.接着，第三步骤为使用钉子或螺丝，通过这些第一固定孔1011及防水层23，将第一排太阳能电池板1a固定于屋顶板21上（s03）。在本实施例中，采用钉子24，通过这些第一固定孔1011及防水层23，将第一排太阳能电池板1a钉在屋顶板21上。第四步骤：接续前一排太阳能电池板（此时指的是第一排太阳能电池板1a），继续铺设多个太阳能电池板成新的一排，将新铺设的太阳能电池板的第一固定孔1011依顺序对准前一排太阳能电池板的第二固定孔1012（s04）。为了说明方便，新铺设的太阳能电池板称为第二排太阳能电池板1b。接着，第五步骤为使用钉子24（或螺丝），通过这些第一固定孔1011、对应的第二固定孔1012及防水层23，将第二排太阳能电池板1b固定于屋顶板21上（s05）。
37.第六步骤：重复步骤s04与步骤s05，直到这些太阳能电池板铺满屋顶板21的一预设区域（s06）。由图5可以看出，第三排太阳能电池板1c接续第二排太阳能电池板1b而铺设，其固定的方式也是由钉子24通过第一固定孔1011、对应的第二固定孔1012及防水层23钉到屋顶板21上。要使用多少排的太阳能电池板，以及每一排太阳能电池板的数量要多少，通过看该预设区域的大小及形状而定。此外，无论是纵向施工或横向施工，所有的太阳能电池板都是斜向安装于屋顶板21上，雨水可以沿着位置较上方的太阳能电池板向位置较下方的太阳能电池板流动，而不会从钉子24通过防水层23渗向屋顶板21。最后，第七步骤为将相邻两个太阳能电池板的电极线或电极总线，依照正极电连接负极的方式，以防水导电胶带相接（s07）。步骤s07为本发明的有益效果之一：太阳能电池板间的电连接可以简单地以防水导电胶带实施，既防水渗，也操作简单。
38.以上说明内容仅为本发明较佳实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。