(57)【要約】      （修正有）【課題】屋根に支持される再生可能な代替エネルギー変換システムを提供する。【解決手段】屋根支持エネルギー変換システム１０は、複数の太陽エネルギー変換タイル組立体とを備える。太陽エネルギー変換タイル組立体は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電タイル組立体１００、および太陽エネルギーを熱エネルギーに変換するサーマルタイル組立体を選択的に備えることができる。また、エネルギー変換システム１０には、屋根構造１４から流れ落ちる雨の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電システム２００と、移動する空気の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する風力エネルギー変換システム３００とを組み込むことができる。これらからの電気エネルギーを受けるエネルギー管理システム２０は、バッテリーを組み込んでおり、さらに生成されたエネルギーを公共配電網に転送することを可能にする接続システム３０を有している。【選択図】図１
2009091894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋根枠構造と、
複数の太陽エネルギー変換タイルであって、前記屋根枠構造の少なくとも一部に固定されるベースタイルと、対応するベースタイルに取り付けられる１つあるいはそれ以上のカバータイルとを備えており、前記ベースタイルは、隣接した端に沿って互いにシールするように係合するように構成されて実質的に防水であるクラッディングを前記屋根構造の前記一部に形成する太陽エネルギー変換タイルと、
を備える屋根支持エネルギー変換システム。
【請求項２】
前記エネルギー変換タイルは、（ａ）太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の光起電タイル、あるいは（ｂ）太陽エネルギーを熱エネルギーに変換する複数のサーマルタイル、あるいは（ｃ）少なくとも１つの光起電タイルと少なくとも１つのサーマルタイルとの組合せのいずれかを備えている、
請求項１に記載のエネルギー変換システム。
【請求項３】
前記屋根枠構造は、互いに上方向に向かって収束する少なくとも２つの傾斜辺を備えている、
請求項２に記載のエネルギー変換システム。
【請求項４】
前記複数の太陽エネルギー変換タイルは、少なくとも１つの光起電タイルと、少なくとも１つのサーマルタイルとを備えており、前記光起電タイルが前記サーマルタイルよりも高い位置で前記屋根構造の前記一部に固定されるようにタイルが配置されている、
請求項３に記載のエネルギー変換システム。
【請求項５】
前記光起電タイルおよび前記サーマルタイルの両方のカバータイルが、実質的に同一の外観であるそれぞれの露出面を有するように形成されている、
請求項２から４のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項６】
複数のカバータイルは、各ベースタイルに取り付けられており、前記カバータイルの少なくとも２つが互いにオーバーラップしている、
請求項１から５のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項７】
前記ベースタイルは、断熱機能を前記屋根枠構造に提供するように形成されている、
請求項１から６のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項８】
前記屋根の前記一部から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される水力発電システムをさらに備える、
請求項１から７のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項９】
前記水力発電システムは、１つあるいはそれ以上の樋と、１つあるいはそれ以上の縦樋と、１つあるいはそれ以上の水力タービンとを備えており、
前記樋および前記縦樋は、前記屋根枠構造の前記一部から流れ落ちる雨水を集めるように配置され、これにより、その１つのあるいは各水力タービンを駆動する水の流れが生じる、
請求項８に記載のエネルギー変換システム。
【請求項１０】
前記屋根枠構造によって支持され、移動する空気塊の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する１つあるいはそれ以上の風力タービンを有する風力エネルギー変換システムをさらに備える、
請求項１から９のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項１１】
前記風力システムは、前記屋根枠構造とともに、前記屋根枠構造へと上へ流れて前記１つあるいはそれ以上の風力タービンを通るように移動する空気を誘導する風のトンネルを形成するように、前記１つあるいはそれ以上の風力タービンを覆うカバーをさらに備えている、
請求項１０に記載のエネルギー変換システム。
【請求項１２】
前記太陽エネルギー変換タイル、水力発電システムおよび前記風力エネルギー変換システムから電気エネルギーを受けて管理するエネルギー管理システムをさらに備える、
請求項１から１１のいずれかに記載のエネルギー変換システム。
【請求項１３】
前記エネルギー管理システムは、電力公共配電網への接続を備えるとともに、前記エネルギー変換システムと前記公共配電網との間の電気エネルギーの二方向の流れを管理するように構成されている、
請求項１２に記載のエネルギー変換システム。
【請求項１４】
前記エネルギー管理システムは、電気エネルギー蓄積装置を備えており、前記エネルギー管理システムは、前記電力蓄積装置が満充電状態にあるとき、電気エネルギーを前記公共配電網に供給するように構成されており、また、前記電力蓄積装置が閾値より低い充電レベルにあるとき、前記公共配電網を前記電力蓄積装置に接続する、
請求項１２または１３に記載のエネルギー変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の屋根支持エネルギー変換システムに関し、特に、屋根に支持される再生可能なつまり代替エネルギー変換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両エンジンおよび発電所などのエネルギー変換デバイス・システムに動力を供給するために化石燃料を使用することによって生じる潜在的な環境・経済・文化の危険性が、よく報告されている。これらの危険性を低減あるいは回避するために、ある人たちは、原子力の利用の増加を主張する。しかしながら、この案には、放射性廃棄物の安全な保管に関する他のジレンマが生じる。さらに、原子力発電所は、その副生成物が核兵器の製造に用いられるおそれがあるため、多くの人々および国々によって反対される。
【０００３】
地熱エネルギープラント、風力発電所、大規模なソーラーアレイなどのクリーンな代替エネルギー源および／またはエネルギー変換システムに基づいた発電所を開発する試みがなされている。しかしながら、これらのシステムの多くは、ある地理的な場所においてのみ商業的に実行可能であり、比較的大きな資本投資を要するという制約を抱えている。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の一の態様にかかる屋根支持エネルギー変換システムは、屋根枠構造と、複数の太陽エネルギー変換タイルとを備える。それぞれの太陽エネルギー変換タイルは、屋根枠構造の少なくとも一部に固定されるベースタイルと、対応するベースタイルに取り付けられる１つあるいはそれ以上のカバータイルとを有する。ベースタイルは、隣接した端に沿って互いに係合しシール構造を形成するように構成され、実質的に防水であるクラッディングを屋根構造の一部に形成する。
【０００５】
複数の太陽エネルギー変換タイルは、（ａ）太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の光起電力タイル、あるいは（ｂ）太陽エネルギーを熱エネルギーに変換する複数のサーマルタイル、あるいは（ｃ）少なくとも１つの光起電力タイルと少なくとも１つのサーマルタイルとの組合せのいずれかを備えることができる。ベースタイルは、断熱機能を屋根枠構造に提供するように構成するあるいはそうでなくて形成することができる。
【０００６】
屋根枠構造は、上方向に互いに向かって収束する少なくとも２つの傾斜辺を有する勾配屋根枠構造を備えることができる。
【０００７】
光起電タイルおよびサーマルタイルの両方のカバータイルは、実質的に同一の外観であるそれぞれの露出面を有するように形成することができる。この方法では、光起電タイルおよびサーマルタイルは、屋根枠構造に固定されたときに視覚的に同じ外観を有する。
【０００８】
エネルギー変換システムは、屋根の一部から流れ落ちる雨水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される水力発電システムをさらに備えることができる。水力発電システムは、１つあるいはそれ以上の樋と、１つあるいはそれ以上の縦樋と、１つあるいはそれ以上の水力タービンとを備えることができる。樋および縦樋は、屋根枠構造の一部から流れ落ちる雨水を集めるように配置され、これにより、その１つのあるいは各水力タービンを駆動するための水の流れが生じる。１つあるいはそれ以上縦樋の上端部に貯水部を配置して、これにより、関連するタービンへの水のフローを調整することも想定される。屋根にわたって斜めに配置されて樋へと延びる１つあるいはそれ以上の屋根水路を提供することもできる。水力発電システムは、雨水を集めてエネルギー変換システム全体にあるいは建物の水系システムに用いるために、貯蔵タンクをさらに備えることもできる。
【０００９】
エネルギー変換システムは、屋根枠構造によって支持される１つあるいはそれ以上の風力タービンを有する風力エネルギー変換システムをさらに備えることができる。１つあるいはそれ以上の風力タービンは、移動する空気塊の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。この態様においては、風力システムは、カウリングまたは副屋根をさらに備えることができる。カウリングまたは副屋根は、１つあるいはそれ以上の風力タービンを覆っており、これにより、屋根枠構造とともに、屋根枠構造へと上へ流れて１つあるいはそれ以上の風力タービンを通るように移動する空気を誘導する風のトンネルが形成される。風力タービンは、屋根枠構造の尾根に沿って装着することができる。
【００１０】
エネルギー変換システムは、太陽エネルギー変換タイル、水力発電システムおよび風力エネルギー変換システムから電気エネルギーを受けて管理するエネルギー管理システムをさらに備えることができる。さらに、エネルギー管理システムは、電力公共配電網への接続を備えることができ、エネルギー変換システムと公共配電網との間の電気エネルギーの二方向の流れを管理するように構成することができる。より詳細には、エネルギー管理システムは、電気エネルギー蓄積装置を備えることができる。エネルギー管理システムは、電力蓄積装置が満充電状態にあるとき、電気エネルギーを公共配電網に供給するように構成されており、また、電力蓄積装置が閾値より低い充電レベルにあるとき、公共配電網を電力蓄積装置に接続する。エネルギー管理システムは、エネルギー入力の安全性を測定し、コントロールし、保証し、かつ、電力供給を反転させて電力蓄積装置から交流電流を提供する装置をさらに備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
単なる具体例としての本発明の実施の態様を、添付の図面を参照して説明する。
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる屋根支持エネルギー変換システムを組込んだ建物の断面図である。
【図２】図２は、図１に示した建物の部分的な側面図である。
【図３】図３は、図１および図２に示した屋根支持エネルギー変換システムに組み込まれた光起電タイル組立体のベースタイルの断面図である。
【図４】図４は、図３に示したベースタイルの上面立面図である。
【図５】図５は、光起電タイル組立体に組み込まれたカバータイルの断面図である。
【図６】図６は、図５に示したカバースタイルの上面立面図である。
【図７】図７は、光起電タイル組立体の横方向断面図である。
【図８】図８は、光起電タイル組立体の交差方向断面図である。
【図９】図９は、光起電タイル組立体に組み込まれた電気接続ポストの概略図である。
【図１０】図１０は、光起電タイル組立体に組み込まれた電気接続チューブの斜視図である。
【図１１】図１１は、図１０に示したチューブの平面図である。
【図１２】図１２は、図１０および図１１に示したチューブの断面図である。
【図１３】図１３は、図５および図６に示したカバータイルの一部の断面図である。
【図１４】図１４は、図１および図２に示した屋根支持エネルギー変換システムに組み込まれた水力発電システムの実施形態の概略図である。
【図１５】図１５は、図１４に示した水力発電システムに組み込まれた縦樋の上面立面図である。
【図１６】図１６は、水力発電システムの側面立面図である。
【図１７】図１７は、図１および図２に示した屋根支持エネルギー変換システムに組み込まれた風力エネルギー変換システムの端面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示したシステムの部分的な側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２に示されるように、屋根１３を有する家１２などの建物のための屋根支持エネルギー変換システム１０は、屋根枠構造１４と、複数の太陽エネルギー変換タイル組立体とを備える。各タイル組立体は、屋根枠構造１４の少なくとも一部に固定されるベースタイルと、対応するベースタイルに取り付け可能な１つあるいはそれ以上のカバータイルとを備える。ベースタイルは、隣接した端に沿って互いに係合しシール構造を形成するように構成され、これにより、実質的に防水であるクラッディングが、ベースタイルが固定される屋根構造の一部に形成されている。以下により詳細に説明する通り、タイル組立体は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力（ＰＶ）タイル組立体１００、および太陽エネルギーを熱エネルギーに変換するサーマルタイル組立体（図示せず）から選択可能である。サーマルタイルは、水が流れるパイプを備えることができ、これにより、タイルは、太陽放射を吸収してパイプを流れる水を加熱する。両方のタイプのタイルは、同様な全体構造および構成のベースタイルを有する。それぞれのカバータイルは、同じ形状、構成および外観を有することが想定されており、したがって、同じ屋根枠構造１４にともに配置されたとき、視覚的に区別できない。しかしながら、太陽エネルギーを電気と熱に変換する異なる役目に対応するために、カバータイルの構造は、ＰＶタイルとサーマルタイルとでは異なることになる。異なる実施形態において、システム１０は、ＰＶタイルのみあるいはサーマルタイルのみのいずれかを組込むこともできる。しかし、より効率的な実施形態においては、ＰＶタイルとサーマルタイルとの両方の組合せを備えることになると考えられる。
【００１３】
システム１０がＰＶタイルとサーマルタイルとの両方を備える場合、ＰＶタイルを屋根１３の上部に配置することが想定される。この場合、ＰＶタイルは、風により冷却され、より多く露光するという利点を享受し、その結果、電力生成の効率の最適化が促進される。システム１０がＰＶタイルのみを組込んでいる場合には、当然に、これらのタイルを屋根１３の全露出エリアにわたって配置することができ、あるいは、使用するＰＶタイルの数が限られている場合には、こうしたタイルを、上述の通り、屋根１３の上部に配置する必要がある。
【００１４】
ＰＶタイル組立体１００は、後でより詳細に説明する。
【００１５】
エネルギー変換システム１０は、また、屋根構造１４から流れ落ちる雨水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成される水力発電システム２００を組み込むことができる。水力発電システム２００は、以下に詳細に説明する。
【００１６】
さらに、システム１０は、また、移動する空気（つまり風）の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する風力エネルギー変換システム３００を組み込むこともできる。
【００１７】
エネルギー変換システム１０は、さらに、エネルギー管理システム２０を有している。エネルギー管理システム２０は、ケーブル２２を介してＰＶタイル１００によって生成された電気エネルギーを受け、ケーブル２４を介して水力発電所のシステム２００によって生成された電気エネルギーを受け、ケーブル２６を介して風力エネルギー変換システム３００によって生成された電気エネルギーを受ける。エネルギー管理システム２０は、それぞれのエネルギー変換組立体およびシステム１００，２００，３００からの出力電流を提供する電気ケーブルを差し込むことができる複数の入力用ジャック２８を有することが想定される。エネルギー管理システム２０は、それぞれのエネルギー変換システムによって生成された電力を蓄積する充電式バッテリーなどの電気エネルギー蓄積デバイスを組み込むことができる。また、エネルギー管理システム２０は、公共配電網に接続されるケーブル３２を有する接続システム３０と、バッテリーと公共配電網との間の電力の二方向の流れを管理するコントローラとを備えることができる。この方法では、システム１０は、例えば、バッテリーが満充電されているときには、電力を公共配電網に与えることができ、バッテリーにおける充電レベルが所定のレベルより低いときには、公共配電網から電力を取り込むことができる。当然ながら、エネルギー管理システムは、直流を交流に、また、交流を直流に変換するコンバーターおよびインバーターを備えることになり、これにより、第一に、バッテリーに蓄積させるのに交流から直流への変換が必要な場合、エネルギー変換システムによって生成された電流のタイプを変換し、そして第二に、バッテリーから公共配電網に、あるいはコンセントおよび一般的に交流で動作する建物内の器具に、電力を転送することができる。
【００１８】
光起電タイル組立体１００
添付図面の図３から図１３に示されるように、光起電タイル組立体（以下、単に「組立体」という）１００の実施形態は、少なくとも１つの（この特定の実施形態においては、４つの）固体領域１１４を有するベースタイル１１２を備える。固体領域１１４には、釘あるいはネジなど機械的な留め具が打ち込まれ、これにより、ベースタイル１１２が屋根構造など基礎的な構造に固定される。固体領域にはあらかじめドリルされていないすなわち機械的な留め具のための孔が形成されていないことが想定されており、したがって、組み付けを行う人は留め具に最適な場所を選択することができる。しかしながら、この実施形態の変形例においては、１つあるいはそれ以上のそのような孔を形成することができる。
【００１９】
組立体１００は、太陽エネルギーを電気に変換する光電池１１８をそれぞれ有する１つあるいはそれ以上のカバータイル１１６をさらに備える。電池１１８は、正負出力ターミナル１２０ａ，１２０ｂそれぞれで（以下、まとめて「出力ターミナル１２０」という）利用可能となる電流を生成する。
【００２０】
カバータイル１１６には、２つの形態が設けられている。カバータイル１１６の第１の形態では、出力ターミナル１２０を有する表面領域の一部を除いたタイル１１６のほぼ全表面領域に電池１１８が配置される。カバータイル１１６の第２の形態では、出力ターミナル１２０のすぐ下の表面領域の約３分の１がブランク（つまり光電池１１８のない）として残されており、したがって、タイル１１６の表面エリアの下部約３分の２のみに電池１１８が形成されている。タイル組立体１００の以下詳細説明通り、カバータイル１１６はカバータイル１１６の第１の形態により表面領域の３分の１ずつオーバーラップしている。カバータイル１１６の第１の形態は最上部であって完全に露出されており、下にあるタイル１１６は第２の形態であってその表面領域の３分の１がカバーされた状態となっている。
【００２１】
カバータイル１１６は、電気接続ポスト（以下、単に「ポスト」という）１２２によって、対応するベースタイル１１２に電気的にかつ機械的に連結される。ポスト１２２は、ベースタイル１１２内に支持されるとともに、カバータイル１１６のそれぞれの出力ターミナル１２０と接触して電気接続を提供する第１端部１２４を有する。さらに、第１端部１２４はカバータイル１１６を貫通しており、これにより、カバータイルがベースタイル１１２に機械的に取り付けられている。特に図８を参照して以下により詳細に説明する通り、各ポスト１２２は、電気接続チューブ１２８に電気的に連結される第２端部１２６を有する。電気接続チューブ１２８は、エネルギー管理システム２０にカバータイル１１６を電気的に連結することを容易にする。
【００２２】
組立体１００の部品により詳細に注目して見れば、ベースタイル１１２は、典型的には、平面的でほぼ連続的な上面１３０を有する正方形の板に構成される。上面１３０の連続性は、その表面１３０の平面に垂直な方向にその表面１３０を貫通している複数のポスト１２２が並んでいる部分によってのみ阻害されている。この実施形態において、複数のポスト１２２は、２つの平行線上に配置されている。以下にさらに説明する通り、防水シールは、ポスト１２２が表面１３０を貫通しているポスト１２２の回りに形成されている。
【００２３】
ベースタイル１１２の下側１３２には、下側１３２を多くの別々のセクションに区分けする複数の壁あるいはリブが形成されている。この特定の実施形態において、ベースタイル１１２の４つのコーナーのそれぞれは、固体材料から形成されており、これにより、釘あるいはネジなど機械的な留め具を打ち込み可能な固体部１１４が形成されている。１組の平行な壁１３４は、ベース１１２の対向する側面１３６，１３８間に延びており、部分的に固体部１１４の境界を形成している。ベースは、複数のさらなる壁１４０をさらに備える。さらなる壁１４０は、壁１３４に対して垂直に延びており、固体部１１４のそれぞれの側面と結合されている。壁１４０は、ベースタイル１１２のそれぞれの近傍の側面１４２，１４４と、それに最も近い壁１３４との間に延びている。この構成によって、ベース１１２の下側１３２には、側面１４２，１４４に隣接する区分室１４６と、より大きい中央区分室１４８とが形成される。
【００２４】
区分室１４６，１４８は、何も入っていない空間として残すことができる。しかしながら、区分室１４６が断熱材を有すること、また、区分室１４８がバッテリー１５０などの電力蓄積手段を任意選択的に有し、空間１４８の残りスペースを絶縁材で満たすことができることも想定される。バッテリー１５０が備えられていない場合、区分室全体を断熱材で満たすことができる。いずれの場合も、断熱材を有するベースタイル１１２あるいはそうでなくて断熱材から形成されたベースタイル１１２は、断熱機能を果たすことができる。また、壁１３４，１４０には、接続チューブ１２８を取り付ける長く延設される凹部を設けることができる。各チューブは、チューブが取り付けられる壁１３４，１４０の凹部の長さと等しい長さである。
【００２５】
また、組立体１００は、隣接したタイル組立体間の防水連結を提供するタイル連結システムを備える。本実施形態において、連結システムは、ベースタイル１１２の隣り合った辺１３８，１４４に沿って延びている、横方向に延設される舌状部１５２を備える。各舌状部１５２には、長く延設されるゴムシール１５４がさらに配置されている。また、タイル連結システムは、ベースタイル１１２の隣り合った辺１３６，１４２に沿って長く延びている相補状の溝１５６を備える。舌状部１５２，溝１５６を設けることによって、タイル組立体１００を、４つの辺すべてにおいて、他の同じタイル組立体１００に防水して接続することができる。
【００２６】
図７、図８および図９に特に示されるように、各ポスト１２２は、第１端部１２４にゴムグロメット１５８の態様のエンドキャップを収容する開口部を有するチューブの形態であることがわかる。エンドキャップあるいはグロメット１５８はゴムなど弾性材料から形成され、そして、端部１２４に締り嵌めおよび接着剤の使用の一方あるいは両方によって保持される。ポスト１２２は、それ自体が鋼あるいはステンレス鋼などの導電性材料で形成されており、そして、そのポスト２２には、１組の軸方向に間隔を開けて配置された周方向の溝あるいは凹部１６０が形成されている。導電性スプリング１６２は、端部１２６に電気的かつ機械的に連結されている。
【００２７】
凹部１６０は、ポスト１２２が挿入されるベースタイル１１２に形成された孔に形成された、対応する凸状部を収容する。これにより、各ポスト１２２とベースタイル１１２との間の防水シールを提供する構成が得られる。より具体的には、ポスト１２２はベースタイル１１２の対応する孔に押し込まれ、これにより、端部１２４が表面１３０から突出してカバータイル１１６との接続を容易にするとともに、端部１２６が、壁１３４に形成された凹部へと突出してそれぞれの接続チューブ１２８との連結が可能になる。
【００２８】
図８、図１０、図１１および図１２に、電気接続チューブ１２８の特性をより詳細に示す。チューブは、それぞれのポスト１２２の第２端部１２６と係合し電気接続を提供する開口部１６４を備える。各開口部１６４は、長手スロット１６６を備える。本実施形態において、長手スロット１６６は、複数の第２スロット１６８とともにチューブ１２８の全長さにわたって延びている。複数の第２スロット１６８は、長手スロット１６６から延びている。第２スロット１６８は、円周方向に延びる第１長さの部分１７０と、軸方向に延びる第２長さの部分１７２とを備える。第２長さの部分１７２は、円形部１７４で終端する。
【００２９】
電気エンドコネクタ１７６，１７８は接続チューブ１２８の各軸方向端部に配置されており、これにより、隣接するチューブ１２８間の端部・端部電気接続が可能になる。この点に関して、エンドコネクタ１７６はスプリング荷重すなわちスプリング付勢の雄プラグの形態とすることができ、また、エンドコネクタ１７８は雌ソケットの形態とすることができる。雄プラグ１７６は、ＰＶタイルの取り付けの際に、その対応するチューブ１２８の隣接する端部と略同じ面に後退でき、そして、その後スプリングの作用によって対応する雌ソケット１７８へと押し込まれる。第１導電体１８０は、エンドコネクタ１７８の１つをエンドコネクタ１７６の１つに接続し、そしてまた第２スロット１６８のグループとの電気的な連結を提供する。同様に、第２導電体１８２は、他のエンドコネクタ１７６〜１７８と第２スロット１６８の第２のグループとの間の電気接続を提供する。より具体的には、導電体１８０，１８２は、ＰＶ電池１１８の正負ターミナル１２０ａ，１２０ｂと電気的に接続されている交互のスロット１６８との電気接続を提供する。こうして、要するに、各ＰＶ電池１１８の正ターミナル１２０ａは導電体１８０と電気的に連結されるとともに、各ＰＶ電池１１８の負ターミナル１２０ｂは導電体１８２と電気的に接続されている。
【００３０】
チューブ１２８の軸方向端部のそれぞれは、隣接するチューブとの機械的連結を容易にするように形成することができる。典型的には、これは隣接したチューブ１２８間の締り嵌めあるいは「カチッと嵌合する接続」によってなされる。
【００３１】
ベースタイル１１２がグロメット１５８のパックと一緒にパックで提供され、カバータイル１１６が別のパックで提供されることが想定される。
【００３２】
タイル組立体１００を屋根枠構造１４に組み付けるには、（グロメット１５８のない）ポスト１２２がベースタイル１１２に形成された対応する孔に挿入される。この結果、端部１２４は表面１３０を越えて突出し、端部１２６は、壁１３４，１４０に形成された凹部あるいは溝へと突出する。次に、釘を固体部１１４を貫通するよう打ちつけることにより個々のベースタイル１１２が屋根構造に取り付けられる。その後、各接続チューブ１２８が壁１３４，１４０の凹部に配置される。このとき、ポスト１２２の端部１２６はスロット１６６内に位置し、第２スロット１６８と並んだ状態となる。その後、チューブは回転されてスライドされ、これにより、チューブが定位置にロックされる。このとき、ポスト１２２の端部１２６がそれぞれの円形部分１７４に係合され、スプリング１６２が円形部１７４の下面を押圧して対応する導電体１８０あるいは１８２との電気接触が容易となる状態になる。
【００３３】
その後、このプロセスが、次の隣接するベースタイル１１２に対して繰り返される。次の隣接するベースタイル１１２は、ポスト１２２が挿入された後に、先に配置されているベースタイル１１２に向かって押され、これにより、一方のベースタイルの舌状部１５２が他方のベースタイル１１２の溝１５６に収容される。隣接するタイルにおける接続チューブ１２８の取り付けに際し、１つのチューブの雄プラグ１７６は後退可能であり、隣接するベースタイル１１２の接続チューブ１２８は定位置へと回転される。その後、プラグ１７６は、先に配置された隣接するタイルのチューブ１２８と正しく整列したとき、雌ソケット１７８と嵌合して雌ソケット１７８内へと延びることになる。
【００３４】
ことによるとよりシンプルな組み付けプロセスでは、ベースタイル１１２を、屋根枠構造１４に固定する前に、ポスト１２２および接続チューブ１２８を備えるように組み立てられることもできる。このようなプロセスでは、次のタイル１１２が配置されると、組み付けを行う人は、次のタイル１１２を屋根枠構造１４に固定する前に、舌状部１５２を溝１５６と係合するとともに雄プラグ１７６を雌ソケット１７８と係合するだけでよい。
【００３５】
ベースタイル１１２が定位置に配置されて固定されると、端部１２４をカバータイル１１６に形成された対応する孔を貫通するよう押し込んだ後にグロメット１５８をポスト１２２の端部１２４に押し込むことによって、カバータイル１１６が、対応するベースタイル１１２に簡単に留められる。これらの孔は、カバータイル１１６の出力ターミナル１２０に対応する。隣接するチューブの１つのコネクタ１７８に対して１つのチューブのコネクタ１７６がと連結されるという特長によって、接続するチューブ１２８それぞれの対向する端部が互いに電気的接続にあると、電気接続がタイル組立体１００の各列に沿って連続的に提供される。その後、壁１７０（図３参照）に形成された凹部に取り付けられた同様のチューブコネクタ１２８を用いることによって、電気接続を隣接する行にも提供することができる。組立体１００からの電流は、電源管理システム２０にケーブル２２を介して接続される。
【００３６】
カバータイル１１６は、伝統的な屋根板あるいはタイル屋根として約３分の１ずつ互いに垂直方向にオーバーラップするように寸法付けられ構成されており、これにより、１つのタイルの下部は、垂直方向に隣接しており下側にあるタイルの上部にオーバーラップしている。さらに、特定のベースタイル１１２上の最も下側にあるカバータイル１１６の下部は垂直方向に隣接しており、下側にあるベースタイル１１２上の最も上側にあるカバータイル１１６にオーバーラップすることになる。また、カバータイル１１６は、防水材料から形成されることになる。したがって、このように配置されたカバータイル１１６は、要するに、屋根１３の第２防水層と、さらなる断熱とを提供することになる。
【００３７】
図７および図８に示すように、各タイルの下部は、下側にあるカバータイル１１６のグロメット１５８のライン上に載置されクッションが付けられている。さらに、カバータイル１１６を取り付ける場合、隣接するカバータイル１１６間に従来のタイルクリップあるいはフック１１７を挿入することもできる。そのタイルクリップあるいはフック１１７は、上側にあるタイル１１６の下端部に引っ掛かり、隣接する下側にあるタイルの上端部に引っ掛かる。
【００３８】
ＰＶ電池１１８は、従来の構造とすることができる。しかしながら、効率を向上させるために、図１３に示すＰＶ電池１１８を用いることができる。ＰＶ電池１１８は、異なる周波数の光を吸収する光起電力材料の複数の層１８４ａ，１８４ｂを備える。ここでは、一方向ミラーフィルム１８６が電池１１８の一方の側に配置される。一方向ミラーフィルム１８６には入ってきた光が入射し、一方向ミラーフィルム１８６は層１８４ａの上方に配置されている。このとき、層１８４ｂより下方の層に反射板１８８が配置されており、その反射鏡８８は一方向ミラーフィルム１８６に面している。この方法では、一方向方法ミラー１８６を通過して電池１１８内へと入っていく光は、光起電力層１８４ａ，１８４ｂを通過しながら一方向ミラー１８６と反射面１８８との間で繰り返し反射される。光起電力層１８４ａ，１８４ｂ間に光学的に透明な分離層１９０を配置することもできる。さらに、電池１１８の対向する両方の側に、保護フィルムあるいは層１９１ａ，１９１ｂが、ミラーフィルム１８６および反射板１８８にそれぞれ隣接して配置される。
【００３９】
水力発電システム２００
添付図面の図１４から図１６には、家１２の屋根１３から流れ落ちる水の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する水力発電システム２００の実施形態を示す。システム２００は、タービン２１６と、少なくとも１つの縦樋２２０とを備える。タービン２１６は、ロータ２１８と、ロータ２１８によって駆動される発電機２１９とを備える。少なくとも１つの縦樋２２０は、屋根１３から流れ落ちる水を受ける上端部２２２を有する。縦樋２２０は、上端部２２２からそれぞれの出口２２６ａ，２２６ｂ（以下、まとめて「出口２２６」という）へと延びる水路２２４ａ，２２４ｂ（以下、まとめて「水路２２４」という）を備える。それぞれの出口２２６は、ロータ２１８を同じ方向に回転をさせるために、それぞれの出口２２６から流れてくる水をロータ２１８上に誘導するように配置される。本明細書において以下により詳細に説明するように、水路２２４は、さらに、水路２２４ａが水路２２４ｂへとオーバーフローするように構成されている。
【００４０】
上側および下側固定リング２２１ａ，２２１ｂは、ロータ２１８が回転するとき、タービン２１６を縦樋２２０内で所定位置に保持する。また、上側および下側固定するリング２２１ａ，２２１ｂは、発電機２１９とエネルギー管理システム２０との間のケーブル２４を引き回すように用いることもできる。
【００４１】
システム２００は、屋根１３から水を受けてその水を縦樋２２０に誘導する樋２２８をさらに備える。水路２２４ａ，２２４ｂは、縦樋２２０に入った水が、まず水路２２４ａを通って流れそして出口２２６ａから流れ出てロータ２１８へと流れて発電機２１９を駆動するように構成される。しかしながら、ひどい大雨のときには、水路２２４ａは水路２２４ｂへとオーバーフローすることができる。その後、オーバーフローした水は、水路２２４ｂを通り出口２２６ｂを通って流れて、これにより、ロータ２１８を回し、その結果、発電機２１９をさらに駆動する。
【００４２】
水路２２４ａから水路２２４ｂへの水のオーバーフローは、次第に高さが増加しているそれぞれの上端を有する水路２２４の形成により促進され、その結果、一方の水路の、例えば水路２２４ａの上端からオーバーフローする水が、続いて隣接する水路２２４ｂに流れ込むことができる。この点に関して、水路２２４ａが上端２３０ａを有し、そして、水路２２４ｂが上端２３０ａより高い上端２３０ｂを有することが図１４からわかるであろう。こうして、水路２２４ａが水で満たされてオーバーフローする場合、そのオーバーフローは上端２３０ａを越えて流れ出て水路２２４ｂへと流れ込む。例えばさらに第３の水路を備える縦樋２２０の場合、水が第１水路２２４ａの上端２３０ａおよび第２水路２２４ｂの上端２３０ｂの両方からオーバーフローした後に、水は第３の水路に流れ込むことになろうことは理解されよう。
【００４３】
水路２２４ａを通る水の定常的な流れをコントロールするために、縦樋２２０の上端部２２２には水流調整貯水部２３２が設けられている。貯水部２３２は、水路２２４ａの上端２３０ａを含む垂直壁２３６と、下方へ傾斜する底板２３７と、壁２３６から間隔をあけて配置された第２垂直壁２３８とを備える。
【００４４】
貯水部２３２には、水路２２４ａへの２つの出口が設けられている。第１出口２３４は、壁２３８の底板２３７との接続部分近くに形成された開口あるいは一連の孔を備える。第１出口の上方に間隔をあけて配置される第２出口は、壁２３８の上端部の近くに形成される水平方向開口２４０である。開口２４０は、要するに、水路２２４ａへの余水路を構成する。このように、水が開口２４０よりも低い水位で貯水部に集められたとき、水は第１出口２３４を介して水路２２４ａへ流れ込む。出口２３４は、水頭が貯水部２３２内に含まれている場合には、水路２２４ａを下る水の流れが定常的に連続であるように寸法付けられる。雨水の量が十分に増加すれば、水はまず開口２４０を通って流れ、そして水路２２４ａに流れ込み、タービン２１６を駆動するさらなる圧力を与えることになる。もし貯水部２３２における水の水位が出口２３４から流れ出て開口２４０を通って流れる流速よりも十分に大きく増加したとき、水は次いで上端２３０ａからオーバーフローして第２水路２２４ｂを流れ下りることができる。
【００４５】
水路２２４は、同じかあるいは異なる水力径を有することができる。しかしながら、好ましい実施形態において、水路２２４ａは、水路２２４ｂより小さい水力径を有することができる。水路２２４ａの水力径、開口部２３４のサイズ、および貯水部２３２の容量の選択は、水路２２４ａを通る水の流れが一定であるように選択することができる。
【００４６】
縦樋２２０を通りロータ２１８を通って流れる水は、縦樋２２０の末尾部２４２を介して水タンク２４４へと流れることができる。水タンク２４４は、地上あるいは地下のいずれかに配置することができる。タンク２４４に雨水を貯めて、その雨水を庭の散水、屋外エリアの洗浄、洗濯機および食器洗い機などの非飲用用途を含む種々の目的に用いることができ、あるいは適切なフィルタを配置することによって飲み水に用いることもできる。さらに、タンク２４４の水を、太陽熱システムを通して汲み上げてシャワーおよび洗濯機など、建物１２内で用いる温水として提供することもできるし、あるいは加温する目的で放熱器を通して汲み上げることもできる。このような実施形態において、理想的には、タンク２４４からの水の汲み上げに、屋根１３上の太陽電池によって生成された電気を動力として利用することができる。タンク２４４には、オーバーフローバルブ２４６を設けることができる。オーバーフローバルブ２４６は、タンク２４４に対する水の圧力が所定レベルより大きい場合、過剰な水をタンク２４４から流出させるように開くように構成される。なお、所定レベルとは、縦樋２２０全体が水でいっぱいになる前に超えるであろうレベルである。
【００４７】
図１５には、水路２２４ａが要するに縦樋内にパイプを備えている場合の縦樋２２０の特定の構成を示す。樋２２８は、水路２２４ａの入口または開口に水を直接供給する。水路２２４ａは、水で完全にいっぱいになったとき、その水は水路２２４ｂへとオーバーフローすることができる。水路２２４ｂは、水路２２４ａの外側と、縦樋２２０を形成する外側のパイプ２４６の内側との間に縦樋２２０の領域を構成している。
【００４８】
図１６を参照すれば、水力発電システム２００は、また、屋根１３の上部から樋２２８へ斜めに延びる１つあるいはそれ以上の屋根水路２４８を備えることができることがさらにわかるであろう。屋根水路２４８は、屋根１３を流れる雨水を樋２２８内の水の流れの方向に対して鋭角となる方向に流れるように誘導するように機能する。これにより、樋２２８内の水の運動量あるいは速度が向上し、これにより、水の運動エネルギーが増加する。貯水部２３２の状態および開口部２３４のサイズによっては、水に提供される運動エネルギーの増加により、タービンからの電気エネルギー出力をより大きくすることができる。
【００４９】
各タービン２１６によって生成された電気は、対応するケーブル２４を介して電源管理システム２０に供給される。
【００５０】
ここまでに水力発電システム２００の実施形態を詳細に説明したので、基本的な発明概念から逸脱することなく多くの変更・変形を行いうることは、該当する当業者には明らかであろう。例えば、システム２００は、２つの水路２２４ａ，２２４ｂに分離されている縦樋を示している。しかしながら、先述したように、縦樋２２０を２つよりも多い水路に分離することもできる。さらに、アルキメデススクリュー形態のロータ２１８が非常に効率的な態様を構成すると考えられているが、しかしながら、ホイールあるいはプロペラを用いることもできる。また、開口２４０として上述し図示した貯水部２３２の第２出口は、他の態様をとることもできる。例えば、壁２３８を、単純に開口２４０の底部と等しい高さで形成することができ、これにより、壁２３８の最上端は水が超えて流れる堰堤壁として機能する。さらなる変形においては、開口２４０を、壁２３８と同じ高さにある複数の孔と置き換えることもできる。
【００５１】
風力エネルギー変換システム３００
添付図面の図１７および図１８には、勾配屋根構造１４に加えて１つあるいはそれ以上の風力駆動タービン３１２と、カバー３１６とを備える建物１２の風力エネルギー変換システム３００の実施形態を示す。タービン３１２は勾配屋根構造１４に装着される。屋根構造は第１勾配を有する。カバー３１６は、勾配屋根構造１４上にタービン３１２の上方で支持されている。カバー３１６は、第１勾配より小さい、つまり勾配屋根構造１４の勾配より小さい第２勾配を有する。
【００５２】
勾配屋根構造１４は、互いに上方向に向かって収束する２つの傾斜辺３１８，３２０を有する。タービン３１２は、収束する辺３１８，３２０の間に形成された頂上領域３２２において構造１４に支持される。タービン３１２の装着のために開口された構造１４の尾根すなわち頂上領域３２２を除いて、屋根構造１４は、概ね従来の態様および構成であり、したがって、複数の小屋梁３２４を谷木、根太および心木（図示せず）とともに備えることになる。
【００５３】
カバー３１６は、屋根構造１４の上部３２６を覆っており、頂上領域３２２の対向する両側まで延びている。要するに、カバー３１６および屋根構造１４の上部３２６は、辺３１８，３２０を上に向かって流れる風Ｗをタービン３１２を通るように誘導する風のトンネル３２８を形成するすなわち風のトンネル３２８として機能する。
【００５４】
先述の通り、カバー３１６の勾配は屋根構造１４の勾配より小さく、これにより、カバー３１６と第１構造１４の上部３２６との間の垂直の距離Ｄは頂上領域３２２に向かうに従って短くなる。したがって、風のトンネル３２８は、頂上領域３２２に向かうに従って断面積が小さくなる。これにより、気圧が増加し、タービン３１２を通る空気の速度を高める効果がある。風のトンネル３２８の構成には、構造１４の対向する両側からの風をタービン３１２を通って流れるように誘導する効果があることは理解されよう。
【００５５】
タービン３１２は、それぞれ、風力ロータ３３０の回転軸を通る駆動シャフト３３２に連結された風力ロータ３３０を備える。駆動軸３３２、つまりプロペラ３３０の回転軸は、頂上領域３２２の長さのラインすなわち方向に対して垂直であるかあるいは交差している。このように、駆動シャフト３３２は、タービン３１２を通る空気の流れの方向と略平行である。
【００５６】
さらにタービン３１２を通る空気の流れを集束するために、システム３００は、それぞれのタービン３１２に対応するそれぞれのカウリング３３４をさらに備える。カウリング３３４は、それぞれ、梁３２４上方に延びている対応するタービン３１２の上部を囲んでおり、そして、屋根構造１４を上へと流れる空気をタービン３１２を通るように誘導する、対向する開口端部を両端に有している。カウリング３３４は、空気の流れを集束して風力ロータ３３０を横切らせるすなわち通すように空気力学的に理想的に形成・構成される。この点に関して、例えば、カウリング３３４の内部表面を、対向する両側の開口端部から風力ロータ３３０が回転する中央領域へと次第に先細りとなるように構成することができる。図１７および図１８からわかるように、各カウリングは、カバー３１６の内側表面と屋根構造１４の外側表面との間において垂直方向に延びている。
【００５７】
駆動シャフト３３２の対向する両端部は、それぞれ、電気を生成する発電機３３８に連結される。発電機３３８は、結果的に電源管理システム２０にケーブル２６を介して供給される同じ位相の電流を生成するように構成するあるいは駆動することができる。
【００５８】
タービン３１２を反対方向に通る風は、風力ロータ３３０を反対方向に回転させることは理解されよう。システム３００に組み込まれた発電機３３８のタイプによっては、プロペラ３３０の回転方向に関係なく発電機３３８によって生成された電流の位相を維持するが重要となる場合もある。このことは、シャフト３３２と発電機３３８との間にギヤボックスを配置することによって達成することができ、これにより、プロペラ３３０および駆動シャフト３３２の回転方向に関係なく発電機３３８のロータ（図示せず）の回転方向は同じままとすることができる。
【００５９】
吹き上げられてトンネル３２８を通る可能性がある水をすべて受ける樋３４０が、頂上領域３２２に沿ってタービン３１２の下方に延びるように配置されている。樋３４０を、水力発電システム２００の樋２２８へ配管することができる。
【００６０】
上記説明から、エネルギー変換システム１０の実施形態は、異なるサイズ、形状および建築方法の建物の屋根からパワーを生成可能な太陽放射、風および雨の１つあるいはそれ以上の再生可能エネルギー源を利用することが理解されよう。システム１０は、発電に対する「ミックス・アンド・マッチ」アプローチを可能にし、設計者／建築業者が、建物の位置ですぐに使えて効果のある条件に応じて最も効率的な特定のエネルギー変換システム／発電システムを選択することができる。
【００６１】
本願の特許請求の範囲および発明の説明において、明示された言葉あるいは言外の意味によってそれ以外となることが必要となる状況を除いて、「備える」、あるいは「備えている」などの変形は、包含的な意味で用いられている、つまり、記載された特徴が含まれることを特定しているのであって本発明の種々の態様にさらなる特徴が含まれることすなわち追加されることを排除するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
Title of Invention
ROOF BASED ENERGY CONVERSION SYSTEM
Field of the Invention
The present invention relates to a roof based energy conversion system for a building, and in particular to a roof based renewable or alternate energy conversion system.
Background of the Invention
The potential environmental, economic and cultural dangers arising from the use of fossil fuels to power energy converting devices and systems such as vehicle engines and power stations are well documented.  In order to reduce or avoid these dangers, some advocate the increased use of nuclear power.  However this creates other dilemmas relating to the safe storage of radioactive waste.  In addition, nuclear power stations are opposed by many people and Governments due to the potential for their by-products to be used in the construction of nuclear weapons.
Attempts have been made to develop power stations based on clean alternate energy sources and/or energy conversion systems such as geothermal energy plants, wind farms and large solar arrays.  However many of these systems are limited in that they are only commercially viable in certain geographical locations and require relatively high capital investment.
Summary of the Invention
According to one aspect of the present invention there is provided a roof based energy conversion system comprising:
a roof frame structure;  and,
a plurality of solar energy converting tiles, each of the solar energy converting tiles comprising a base tile that is fixed to at least a portion of the roof frame structure and one or more cover tiles attached to a corresponding base tile, wherein the base tiles are configured to sealingly engage each other along adjacent edges to form a substantially waterproof cladding for the portion of the roof structure.
The plurality of solar energy converting tiles may comprise either (a) a plurality of photovoltaic tiles that convert solar energy to electrical energy;  or, (b) a plurality of thermal tiles that convert solar energy to thermal energy;  or, (c) a combination of at least one photovoltaic tile and at least one thermal tile.  The base tiles may be configured or otherwise formed to provide thermal insulation to the roof structure.
The roof frame structure may comprise a pitched roof frame structure having at least two sloping sides that converge toward each other in an upward direction.  
The cover tiles for both the photovoltaic tiles and the thermal tiles may be formed so as to have respective exposed surfaces that are of substantially identical appearance.  In this way, visually the photovoltaic tiles and the thermal tiles when fixed to a roof frame structure have the same appearance.
The energy conversion system may further comprise a hydro-electric system configured to convert kinetic energy from rain flowing off the portion of the roof to electrical energy.  The hydro-electric system may comprise one or more gutters and downpipes; and, one or more water turbines wherein the gutters and downpipes are arranged to collect rain flowing off the portion of the roof frame structure to produce a water flow that drives the or each water turbine.  It is envisaged that an upper end of one or more of the down pipes is provided with a reservoir to regulate the flow of water to an associated turbine.  One or more roof channels may be provided which are disposed diagonally across the roof leading to the gutters.  The hydro-electric system may further comprise storage tanks to collect rainwater for use in the overall energy conversion system or in the building's water system.
The energy conversion system may further comprise a wind power system having one or more wind turbines supported by the roof frame structure which convert kinetic energy of a moving air mass to electrical energy.  In this embodiment, the wind power system may further comprise a cowling or sub-roof that overlies the one or more wind turbines to create, together with the roof frame structure, a wind tunnel that directs moving air to flow up the roof frame structure through the one or more wind turbines.  The wind turbines may be mounted along a crest of the roof frame structure.
The energy conversion system may further comprise an energy management system which receives and manages the electrical energy from the solar energy converting tile, hydro-electric system and the wind power system.  Further, the energy management system may comprise a connection to an electricity supply grid and is configured to manage two way flow of electrical energy between the energy conversion system and the supply grid.  More particularly, the energy management system may comprise an electrical energy storage apparatus, the energy management system being configured to provide electrical energy to the supply grid when the electricity storage apparatus is in a fully charged state, and connects the supply grid to the electricity storage apparatus when the electricity storage apparatus has a charge level below a threshold level.  The energy management system may further comprise apparatus to measure, control and ensure safety of the energy inputs and to invert the electricity supply to provide from the electricity storage apparatus, an alternating current.
Brief Description of the Drawings
An embodiment of the present invention will now be described by way of example only with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a section view of a building incorporating a roof based energy conversion system in accordance with an embodiment the present invention;
Figure 2 is a partial side view of the building depicted in Figure 1; 
Figure 3 is a section view of a base tile of a photovoltaic tile assembly incorporated in the roof based energy conversion system shown in Figures 1 and 2;
Figure 4 is a top elevation view of the base tile shown in Figure 3;
Figure 5 is a section view of a cover tile incorporated in the photovoltaic tile assembly;
Figure 6 is a top elevation view of the cover tile shown in Figure 5;
Figure 7 is a lateral section view of the photovoltaic tile assembly;
Figure 8 is a transverse section view of the photovoltaic tile assembly;
Figure 9 is a schematic representation of an electrical connection post incorporated in the photovoltaic tile assembly;
Figure 10 is a perspective view of an electrical connection tube incorporated in the photovoltaic tile assembly;
Figure 11 is a plan view of the tube shown in Figure 10;
Figure 12 is a section view of a tube shown in Figures 10 and 11; 
Figure 13 is a section view of a portion of a cover tile shown in Figures 5 and 6;
Figure 14 is a schematic representation of an embodiment of a hydroelectric system incorporated in the roof based energy conversion system shown in Figures 1 and 2;
Figure 15 is a top elevation view of a down pipe incorporated in the hydroelectric system shown in Figure 14; 
Figure 16 is a side elevation view of the hydroelectric system;
Figure 17 is an end view of a wind energy conversion system incorporated in the roof based energy conversion system shown in Figures 1 and 2; and,
Figure 18 is a partial side view of the system shown in Figure 17.
Detailed Description of Preferred Embodiments
Referring to Figures 1 and 2 a roof based energy conversion system 10 for a building, such as a house 12 with a roof 13, comprises a roof frame structure 14 and a plurality of solar energy converting tile assemblies.  Each tile assembly comprises a base tile that is fixed to at least a portion of the roof frame structure 14, and one or more cover tiles attachable to a corresponding base tile.  The base tiles are configured to sealingly engage each other along adjacent edges so as to form a substantially waterproof cladding for the portion of the roof structure to which they are fixed.  As explained in greater detail below, the tile assemblies may be selected from photovoltaic (PV) tile assemblies 100 that convert solar energy into electrical energy and thermal tile assemblies (not shown) that convert solar energy to thermal energy.  The thermal tile may comprise pipes through which water flows, the tiles absorbing solar radiation to heat the water flowing through the pipes.  Both types of tiles have a base tile of similar general construction and configuration. It is further envisaged that the respective cover tiles will have the same shape, configuration and exterior appearance so as to be visually indistinguishable when laid together on the same roof frame structure 14. However the construction of the cover tiles will be different for the PV tiles and the thermal tiles in order to accommodate the different tasks of converting solar energy to electricity and heat.  In different embodiments the system 10 may incorporate either only the PV tiles or only the thermal tiles, although it is believed a more efficient embodiment would comprise a combination of both PV tiles and thermal tiles.
It is envisaged when the system 10 comprises both PV tiles and thermal tiles, that the PV tiles will be laid on upper portions of the roof 13 to benefit from wind cooling and higher exposure thereby facilitating optimum efficiency in the generation of electricity.  Naturally if the system 10 incorporates only the PV tiles, then these tiles may be laid over the entire exposed areas of the roof 13, or if only a limited number of PV tiles are used, then such tiles should, as mentioned above, be laid on the upper portions of the roof 13.
The PV tile assemblies 100 are described in greater detail later. 
The energy conversion system 10 can also incorporate a hydro-electric system 200 that is configured to convert kinetic energy from rain running off the roof structure 14 to electrical energy.  The hydro-electric system 200 is described in detail below.
Further, the system 10 may also incorporate a wind energy conversion system 300 that converts kinetic energy of moving air (ie wind) to electrical energy.
The energy conversion system 10 further includes an energy management system 20 which receives the electrical energy generated by the PV tiles 100 via cables 22, the hydro-electric system 200 via cables 24 and the wind energy conversion system 300 via cables 26.  It is envisaged that the energy management system 20 will include a plurality of input jacks 28 into which electric cables providing output current from the various energy conversion assemblies and systems 100, 200 and 300 can be plugged.  The energy management system 20 may incorporate an electrical energy storage device such as rechargeable batteries for storing electricity generated by the various energy conversion systems.  The energy management system 20 may also include a connection system 30 with cable 32 to connect to an electricity supply grid and a controller to manage two way flow of electricity between the batteries and the supply grid.  In this way, the system 10 can feed electricity to the supply grid when, for example, the batteries are fully charged, and, can draw electricity from the supply grid when the level of charge in the batteries is below a predetermined level.  Naturally, the energy management system will also include converters and inverters to convert DC to AC and AC to DC, firstly to convert the type of current produced by the energy conversion systems, where necessary from AC to DC to enable storage in the batteries, and secondly to allow transfer of electricity from the batteries to either the supply grid or to power points and appliances within the building which would typically operate on AC.
Photovoltaic Tile Assemblies 100
Referring to Figures 3-13 of the accompanying drawings, an embodiment of a photovoltaic tile assembly (hereinafter referred to as simply "assembly") 100 comprises a base tile 112 having at least one (and in this particular embodiment, four) solid region 114 through which a mechanical fastener such as a nail or screw is driven for fastening the base tile 112 to an underlying structure such as a roof structure.  It is envisaged that the solid region will not necessarily be predrilled or formed with holes for the mechanical fasteners to allow an installer to select the best location for the fasteners.  However in a variation of this embodiment one or more such holes can be formed.
The assembly 100 further comprises one or more cover tiles 116 each having a photovoltaic cell 118 for converting solar energy into electricity.  The cell 118 generates an electric current that is made available at positive and negative output terminals 120a and 120b respectively, (hereinafter referred to in general as "output terminals 120").
Two forms of cover tile 116 may be provided. In a first from of cover tile 116 the cell 118 is provided on substantially the whole surface area of the tile 116 except the portion of surface area having the output terminals 120. In a second form of cover tile 116 about one third of the surface area immediately below the output terminals 120 is left blank (ie without a photovoltaic cell 118)so that only about the lower two thirds of the surface area of the tile 116 is formed with the cell 118.  As explained in greater detail below in the tile assembly 100, the cover tiles 116 overlap by one third of their surface area with the first form of cover tile 116 being uppermost and fully exposed while the underlying tile 116 is of the second form and has the upper third of its surface area covered.
The cover tiles 116 are electrically and mechanically coupled to a corresponding base tile 112 by electrical connection posts (hereinafter referred to in general as "posts") 122.  The posts 122 are supported within the base tile 112 and have a first end 124 that contacts with and provides electrical connection with respective output terminals 120 of a cover tile 116.  In addition the first end 124 penetrates through the cover tile 116 to provide mechanical attachment of the cover tile to the base tile 112.  As explained in greater detail below particularly with reference to Figure 8, each post 122 also has a second end 126 that is electrically coupled to an electrical connection tube 128 that facilitates the electrical coupling of the cover tile 116 to the energy management system 20.
Looking at the components of the assembly 100 in more detail, the base tile 112 is typically in the configuration of a square plate having a planar and substantially continuous upper surface 130.  The continuity of the upper surface 130 is interrupted only by the extension of the posts 122 through the surface 130 in a direction perpendicular to the plane of the surface 130.  The posts 122 are in this embodiment arranged in two parallel lines.  As explained further below, a waterproof seal is formed about the posts 122 where they extend through the surface 130.
An under side 132 of the base tile 112 is formed with a plurality of walls or ribs dividing the underside 132 into a number of different sections.  In this particular embodiment, each of the four corners of the base tile 112 is formed of solid material creating the solid portions 114 through which a mechanical fastener such as a nail or screw can be driven.  A pair of parallel walls 134 extends between opposite sides 136 and 138 of the base 112 and in part form a boundary of the solid portions 114.  The base further comprises a plurality of further walls 140 extending perpendicular to the walls 134 and which also bound respective sides of the solid portions 114.  The walls 140 extend between respective adjacent sides 142 and 144 of the base tile 112 and the nearest wall 134.  By this configuration, the under side 132 of the base 112 is formed with compartments 146 adjacent the sides 142 and 144 and a larger central compartment 148. 
The compartments 146 and 148 may be left as unfilled voids.  However it is envisaged that the compartments 146 will contain a thermal insulation material and the compartment 148 may optionally contain an electrical power storage means such as a battery 150 with any remaining space in the void 148 filled with insulating material.  Of course in the event that battery 150 is not included the entire compartment can be filled with thermal insulation material.  In either case the base tile 112 containing the thermal insulation material, or otherwise made from a thermal insulating material is able to perform an insulation function.  The walls 134 and 140 may also be provided with longitudinal extending recesses for seating the connection tubes 128.  Each tube is of a length equal to the length of the recess in the walls 134, 140 in which they are seated.
The assembly 100 also comprises a tile coupling system for providing a water proof coupling between adjacent tile assemblies.  In this embodiment the coupling system comprises a laterally extending tongue 152 that runs along adjacent sides 138 and 144 of the base tile 112.  Each tongue 152 is further provided with a longitudinally extending rubber seal 154.  The tile coupling system also comprises complementary grooves 156 extending longitudinally along adjacent sides 136 and 142 of a base tile 112.  The provision of the tongues 152 and grooves 156 enables a tile assembly 100 to be connected in a waterproof manner on all four sides to other identical tile assemblies 100. 
With particular reference to figures 7,8 and 9, it can be seen that each post 122 is the form of a tube having an opening at the first end 124 for receiving an end cap in the form of a rubber grommet 158.  The end cap or grommet 158 is formed of a resilient material such as rubber and retained in the end 124 by one or both of an interference fit and the use of adhesives.  The post 122 is itself made of an electrically conductive material such as steel or stainless steel and is formed with a pair of circumferential and axially spaced apart grooves or recesses 160.  A conductive spring 162 is electrically and mechanically coupled to the end 126. 
The recesses 160 receive corresponding protrusions formed in the holes formed in the base tile 112 into which the posts 122 are inserted.  This is arranged to provide a water proof seal between each post 122 and the base tile 112.  More particularly, the posts 122 are pushed into corresponding holes in the base tile 112 so that the end 124 protrudes from the surface 130 to thereby facilitate connection with the cover tile 116, while the end 126 protrudes into the recess formed in the walls 134 to enable coupling with respective connection tubes 128. 
Figures 8, 10, 11 and 12 depict in more detail the nature of the electrical connection tubes 128.  The tube comprises an opening 164 to engage and provide electrical connection with the second ends 126 of respective posts 122.  Each opening 164 comprises a longitudinal slot 166 which, in this embodiment extends for the entire length of the tube 128, together with a plurality of secondary slots 168 that extend from the longitudinal slot 166.  The secondary slots 168 comprise a first length 170 that extends in a circumferential direction, and a second length 172 that extends in the axial direction.  The second length 172 terminates in a circular portion 174.
Electrical end connectors 176 and 178 are provided at each axial end of a connection tube 128 to enable end to end electrical connection between adjacent tubes 128.  In this regard, the end connectors 176 may be in the form of spring loaded or biased male plugs while the end connectors 178 may be in the form of female sockets.  The male plugs 176 can be retracted to be substantially flush with the adjacent end of its corresponding tube 128 during installation of the PV tiles, and subsequently be pushed by spring action into corresponding female sockets 178.  A first conductor 180 connects one of the end connectors 176 to one of the end connectors 178 and also provides electrical coupling with a group of the secondary slots 168.  Similarly, a second conductor 182 provides electrical connection between the other end connectors 176 to 178 and to a second group of the secondary slots 168.  More particularly, the conductors 180 and 182 provide electrical connection to alternate slots 168 which are electrically connected with positive and negative terminals 120a and 120b of the PV cells 118.  Thus in effect, the positive terminals 120a of each of the PV cells 118 are electrically coupled with the conductor 180 while the negative terminals 120b of each of the PV cells 118 is electrically connected with the conductor 182. 
Each of the axial ends of the tube 128 can be formed in a manner to facilitate mechanical coupling with an adjacent tube.  Ideally this will be by way of an interference fit, or "click connection" between adjacent tubes 128.
It is envisaged that the base tiles 112 will be provided in a pack together with a pack of grommets 158, with the cover tiles 116 provided in separate packs.
To install the tile assemblies 100 on the roof frame structure 14, the posts 122 (without the grommets 158) are inserted into corresponding holes formed in the base tiles 112 so that the ends 124 protrude beyond the surface 130 and the ends 126 protrude into the recesses or grooves formed in the walls 134 and 140.  Next an individual base tile 112 is attached to a roof structure by hammering nails through the solid portions 114.  Respective connection tubes 128 are then placed in the recesses in the walls 134 and 140 with the ends 126 of the posts 122 located in the slots 166 and aligned with the secondary slots 168.  The tubes are then rotated and slid to lock them in place with the ends 126 of the posts 122 engaged in respective circular portions 174 and the springs 162 pressing on an under surface of the circular portion 174 to facilitate electrical contact with a corresponding conductor 180 or 182.
This process is then repeated for the next adjacent base tile 112, which, after the posts 122 have been inserted is pushed up against the previously laid base tile 112 so that the tongue 152 of one of the base tiles is received in the groove 156 of the other base tile 112.  During the installation of the connection tube 128 in the adjacent tile the male plugs 176 of one tube may be retracted while the connection tube 128 of the adjacent base tile 112 is rotated into place.  Thereafter the plugs 176 will mate with and extend into the female socket 178 assuming correct alignment of the tubes 128 of the previously laid and adjacent tiles.
In perhaps a simpler installation process, the base tiles 112 may be assembled to include the posts 122 and the connection tubes 128 prior to being fixed to the roof frame structure 14.  In this process when the next tile 112 is laid an installer need only engage the tongues 152 and groove 156, and the male plugs 176 with the female sockets 178 prior to fixing the next tile 112 to the roof frame structure 14.
Once the base tiles 112 have been laid and secured in place the cover tiles 116 are simply clipped onto the corresponding base tiles 112 by pushing the ends 124 through corresponding holes formed in the cover tile 116 and then pushing the grommets 158 into the ends 124 of the posts 122.  These holes correspond with the output terminals 120 of the cover tiles 116.  As opposite ends of each of the connecting tubes 128 are in electrical contact with each other by virtue of coupling of the connectors 176 of one tube with the connectors 178 of an adjacent tube, electrical connection is provided continuously along each row of tile assemblies 100.  Electrical connection can then be provided with an adjacent row by use of similar tube connectors 128 seated in recesses formed in the walls 170 (see Figure 3). Electric current from the assemblies 100 is coupled the power management system 20 via cables 22.
The cover tiles 116 are dimensioned and configured to vertically overlap each other by about one third of their surface area as in a traditional shingle or tile roof so that a lower portion of one tile overlaps an upper portion of a vertically adjacent but lower tile.  Further, a lower portion of a lowest cover tile 116 on a particular base tile 112 will overlap an upper portion of an uppermost over tile 116 on a vertical adjacent but lower base tile 112.  Additionally the cover tiles 116 will be made from water proof materials.  Accordingly the cover tiles 116, laid in this manner, will in effect provide a second water proof layer for the roof 13 and additional thermal insulation.
As depicted in Figures 7 & 8 the lower portion of each tile rests on and is cushioned by the line of grommets 158 of the underlying cover tiles 116. In addition when attaching the cover tiles 116, conventional tile clips or hooks 117 may be inserted between adjacent cover tile 116 which hook over a bottom edge of an overlying tile 116 and hook under the upper edge of an adjacent underlying tile.
The PV cells 118 may be of conventional construction.  However to enhance efficiency, a PV cell 118 as depicted in Figure 13 may be used which comprises a plurality of layers of photovoltaic material 184a, 184b that absorb different frequencies of light where a one way mirror film 186 is provided on a side of the cell 118 incident to incoming light and located above the layer 184a, with a reflector 188 provided in a layer below the layer 184b and facing the one way mirror film 186.  In this way, light passing into the cell 118 through the one way mirror 186 is continually reflected through the photovoltaic layers 184a and 184b between the one way mirror 186 and the reflecting surface 188.  An optically transparent separating layer 190 may be provided between the photovoltaic layers 184a and 184b.  Additionally protective films or layers 191a and 191b are provided on opposite sides of the cell 118 adjacent the mirror film 186 and the reflector 188 respectively.
Hydroelectric System 200
Figures 14  16 of the accompanying drawings illustrate an embodiment of a hydroelectric system 200 for converting kinetic energy from water flowing off the roof 13 of the house 12 into electrical energy.  The system 200 comprises a turbine 216 having a rotor 218 and a generator 219 which is driven by the rotor 218, and at least one down pipe 220 having an upper end 222 for receiving the water run off from the roof 13.  The down pipe 220 comprises channels 224a and 224b (hereinafter referred to in general as "channels 224") that extend from the upper end 222 to respective outlets 226a and 226b (hereinafter referred to in general as "outlets 226").  Each of the outlets 226 is disposed to direct water flowing therefrom onto the rotor 218 to cause rotation of the rotor 218 in the same direction.  As explained in greater detail later in this specification the channels 224 are further configured in a manner so that the channel 224a overflows into the channel 224b.
Upper and lower fixing rings 221a and 221b hold the turbine 216 in place within the downpipe 220 as the rotor 218 rotates, and may be used to route the cables 24 between the generator 219 and the energy management system 20.
The system 200 further comprises a gutter 228 that receives the water from the roof 13 and directs that water into the down pipe 220.  The channels 224a and 224b are configured in a manner so that water entering the down pipe 220 initially flows through the channel 224a and out from the outlet 226a onto the rotor 218 to drive the generator 219.  However in a heavy downpour the channel 224a may overflow into the channel 224b.  The overflow water then flows through the channel 224b through the outlet 226b to turn the rotor 218 thereby providing further drive to the generator 219.
The overflow of water from channel 224a to 224b is facilitated by forming the channels 224 with respective upper edges of progressively increasing height whereby water overflowing the upper edge of one channel, for example channel 224a, can subsequently flow into the adjacent channel 224b.  In this regard, it can be seen from Figure 14 that the channel 224a has an upper edge 230a while the channel 224b has an upper edge 230b which is higher than the upper edge 230a.  Thus, if the channel 224a fills with water and overflows, the overflow flows over the upper edge 230a into the channel 224b.  It will be appreciated that if for example the down pipe 220 where provided with a further third channel, water would flow into the third channel after water has over flowed both the upper edge 230a of the first channel 224a and the upper edge 230b of the second channel 224b.
In order to provide a controlled steady flow of water through the channel 224a, the upper end 222 of the down pipe 220 is provided with a water flow regulating reservoir 232.  The reservoir 232 comprises an upright wall 236 that incorporates the upper edge 230a of the channel 224a, a base 237 that slopes downwardly, and a second upright wall 238 spaced from the wall 236. 
The reservoir 232 is provided with two outlets to the channel 224a.  A first outlet 234 comprises a slot or series of holes formed in the wall 238 near its junction with the base 237.  The second outlet, which is spaced above the first outlet, is a horizontal slot 240 formed near an upper end of the wall 238.  The slot 240 in effect constitutes a spill way to the channel 224a.  Thus when water collects in the reservoir at a level below the slot 240 it flows into the channel 224a via the first outlet 234.  The outlet 234 is dimensioned to provided a steady continuous stream of water down the channel 224a when a head of water is contained within the reservoir 232.  If rainwater volume increases sufficiently water will initially flow through the slot 240 and flow into the channel 224a providing additional pressure to drive the turbine 216.  Should the water level in the reservoir 232 increase at a sufficiently greater rate than it flows out from the outlet 234 and through the slot 240 it may then overflow the edge 230a to flow down the second channel 224b.
The channels 224 may be provided with either the same or different hydraulic diameter.  However, in a preferred embodiment the channel 224a may have a smaller hydraulic diameter than the channel 224b.  The selection of the hydraulic diameter for the channel 224a, the size of the opening 234, and the volume of the reservoir 232 may be selected to provide a constant flow of water through the channel 224a.
Water flowing through the down pipe 220 and through the rotor 218 can flow via a tail portion 242 of the down pipe 220 into a water tank 244.  The water tank 244 may be disposed either on the ground or underground.  The tank 244 stores rainwater which can be used for various purposes including non potable uses such as watering of a garden, cleaning outdoor areas, washing machines and dishwashers, or alternately with the provision of appropriate filters, used for drinking water.  Additionally, the water in the tank 244 may be pumped through a solar heating system to provide either heated water for use within the building 12 such as for showers and washing machines, or alternately pumped through radiators for heating purposes.  In such embodiments, pumping of the water from the tank 244 may ideally be powered by electricity generated by solar cells on the roof 13.  The tank 244 may also be provided with an overflow valve 246 that is configured to open to allow excess water to drain from the tank 244 if the water pressure on the tank 244 is above a predetermined level that would be exceeded prior to the entirety of the down pipe 220 being filled with water.
Figure 15 illustrates a particular configuration of a down pipe 220 where the channel 224a comprises in effect a pipe within the down pipe.  The gutter 228 feeds water directly to the mouth or opening of the channel 224a which, when completely filled with water, can overflow into the channel 224b which constitutes the region of the down pipe 220 between the outside of the channel 224a and the inside of an outer pipe 246 defining the down pipe 220.
Referring to Figure 16, it can further be seen that the hydroelectric system 200 may also comprise one or more roof channels 248 that extend diagonally from an upper portion of the roof 13 to the gutter 228.  The roof channels 248 act to direct rain running of the roof 13 to flow in a direction at an acute angle to the direction of flow of water in the gutter 228.  This provides added momentum or velocity to the water in the gutter 228 to thereby increase its kinetic energy.  Depending on the state of the reservoir 232 and the size of the opening 234, the increase in kinetic energy provided to the water may provide greater electrical energy output from the turbine. 
Electricity generated by each turbine 216 is fed via corresponding cable 24 to the power management system 20.
Now that an embodiment of the hydroelectric system 200 has been described in detail it will be apparent to those skilled in the relevant arts that numerous modifications and variations may be made without departing from the basic inventive concepts.  For example, system 200 depicts a down pipe being divided into two channels 224a and 224b.  However as previously mentioned, the down pipe 220 can be divided into more than two channels.  Further, while it is believed that a rotor 218 in the form of an Archimedes screws may constitute a most efficient form of rotor, however the wheels or propellers may be used. Also the second outlet of the reservoir 232 which is described above, and shown, as a slot 240 can take alternate forms. For example the wall 238 can be simply made of a height equal to the bottom of the slot 240, so that the upper most edge of the wall 238 acts as a dam wall over which water flows. In a further variation the slot 240 can be replaced with a plurality of holes at the same height in the wall 238. 
Wind Energy Conversion System 300
Figures 17 and 18 of the accompanying drawings, illustrate an embodiment of the wind energy conversion system 300 for the building 12 as comprising one or more wind powered turbines 312, together with the pitched roof structure 14 on which the turbines 312 are mounted, the roof structure having a first pitch and, a cover 316 supported on the pitched roof structure 14 above the turbines 312.  The cover 316 has a second pitch that is less than the first pitch, i.e. less than the pitch of the pitched roof structure 14.
The pitched roof structure 14 has two sloping sides 318 and 320 that converge toward each other in an upward direction.  The turbines 312 are supported on the structure 14 in a ridge region 322 created by and between the converging sides 318 and 320.  Other than leaving the crest or ridge region 322 of the structure 14 open for the mounting of the turbines 312, the roof structure 14 is of generally conventional form and configuration and thus will comprise a plurality of roof beams 324 together with rafters, joists and battens (not shown). 
The cover 316 overlies an upper portion 326 of the roof structure 14 and extends to opposite sides of the ridge region 322.  In effect, the cover 316 and the upper portion 326 of the roof structure 14 create or act as a wind tunnel 328 that directs wind W flowing upwardly on the sides 318 and 320 through the turbines 312. 
As previously mentioned, the pitch of the cover 316 is less than the pitch of the roof structure 14 so that the perpendicular distance D between the cover 316 and the upper portion 326 of the first structure 14 decreases in a direction toward the ridge region 322.  Thus, the wind tunnel 328 reduces in cross section area toward the ridge region 322.  This has the effect of increasing air pressure and thus air speed through the turbines 312.  It will be appreciated that the configuration of the wind tunnel 328 has the effect of directing wind from opposite sides of the structure 14 to flow through the turbines 312.
Each turbine 312 comprises a wind rotor 330 coupled to a drive shaft 332 passing through an axis of rotation of the wind rotor 330.  The drive shaft 332, and thus the axis of rotation of the propeller 330 is perpendicular or transverse to a line or direction of extent of the ridge region 322.  Thus, the drive shaft 332 is substantially parallel to the direction of air flow through the turbine 312.
To further assist in concentrating the air flow through the turbine 312 the system 300 further comprises a respective cowling 334 for each of the turbines 312.  Each cowling 334 surrounds an upper portion of a corresponding turbine 312 extending above the beams 324 and has open opposite ends directing air flowing up the roof structure 14 through the turbine 312.  The cowlings 334 are ideally aerodynamically shaped and configured to concentrate air flow across or through the wind rotor 330.  In this regard, for example, an inside surface of the cowling 334 may be configured to progressively taper from the opposite openings to a central region in which the wind rotor 330 rotates.  As seen in Figures 17 and 18 each cowling extends in the vertical direction between an inner surface of the cover 316 and an outer surface of the roof structure 14.
Opposite ends of the drive shaft 332 are coupled to respective generators 338 for generating electricity.  The generators 338 can be configured or driven to produce electric current of the same phase which in turn is provided to the power management system 20 via cables 26.
It will be appreciated that wind passing through the turbines 312 in opposite directions cause the wind rotors 330 to rotate in opposite directions.  Depending on the type of generators 338 incorporated in the system 300, it may be important to maintain the phase of the electric current produced by the generators 338 irrespective of the direction of rotation of the propeller 330.  This can be achieved by the provision of gear boxes between the shaft 332 and the generators 338 so that irrespective of the direction of rotation of the propeller 330 and drive shaft 332, the direction of rotation of the rotors (not shown) of the generators 338 remains the same.
A gutter 340 is provided that runs along the ridge region 322 beneath the turbines 312 for catching any water that may be blown through the tunnel 328.  The gutter 340 may be plumbed into the gutters 228 of the hydroelectric system 200.
From the above description it will be appreciated that embodiments of the energy conversion system 10 utilize one or more renewable energy sources of solar radiation, wind, and rain capable of generating power from the rooves of buildings of different size, shape and architecture.  The system 10 allows a "mix and match" approach to power generation where designers/builders can select the most efficient specific energy conversion systems/power generation systems for the prevailing conditions of the location of the building at hand.
In the claims of this application and in the description of the invention, except where the context requires otherwise due to express language or necessary implication, the words "comprise" or variations such as "comprises" or "comprising" are used in an inclusive sense, i.e. to specify the presence of the stated features but not to preclude the presence or addition of further features in various embodiments of the invention.
Claims:
1      A roof based energy conversion system comprising:
a roof frame structure;  and,
a plurality of solar energy converting tiles, each of the solar energy converting tiles comprising a base tile that is fixed to at least a portion of the roof frame structure and one or more cover tiles attached to a corresponding base tile, wherein the base tiles are configured to sealingly engage each other along adjacent edges to form a substantially waterproof cladding for the portion of the roof structure.
2.     The energy conversion system according to claim 1, wherein the energy converting tile comprises either (a) a plurality of photovoltaic tiles that convert solar energy to electrical energy;  or, (b) a plurality of thermal tiles that convert solar energy to thermal energy;  or, (c) a combination of at least one photovoltaic tile and at least one thermal tile.
3.     The energy conversion system according to claim 2, wherein the roof frame structure comprises at least two sloping sides that converge toward each other in an upward direction.
4.     The energy conversion system according to claim 3, wherein the plurality of solar energy converting tiles comprises at least one photovoltaic tile and at least one thermal tile, the tiles being arranged so that the photovoltaic tiles are fixed at higher locations on the portion of the roof structure than the thermal tiles.
5.     The energy conversion system according to any one of claims 2 to 4, wherein cover tiles for both the photovoltaic tiles and the thermal tiles are formed so as to have respective exposed surfaces that are of substantially identical appearance.
6.     The energy conversion system according to any one of claims 1 to 5 wherein a plurality of cover tiles are attached to each base tile and wherein at least two of the cover tiles overlap each other.
7.     The energy conversion system according to any one of claims 1 to 6 wherein the base tiles are formed to provide thermal insulation to the roof frame structure.
8.     The energy conversion system according to any one of claims 1 to 7 further comprising a hydro-electric system configured to convert kinetic energy from water flowing off the portion of the roof to electrical energy.
9.     The energy conversion system according to claim 8, wherein the hydro-electric system comprises one or more gutters and downpipes;  and, one or more water turbines wherein the gutters and downpipes are arranged to collect rain flowing off the portion of the roof frame structure to produce a water flow that drives the or each water turbine.
10.    The energy conversion system according to any one of claims 1 to 9 further comprising a wind energy conversion system having one or more wind turbines supported by the roof frame structure which convert kinetic energy of a moving air mass to electrical energy.
11.    The energy conversion system according to claim 10, wherein the wind power system further comprises a cover that overlies the one or more wind turbines to create, together with the roof frame structure, a wind tunnel that directs moving air to flow up the roof frame structure through the one or more wind turbines.
12.    The energy conversion system according to any one of claims 1 to 11 further comprising an energy management system which receives and manages the electrical energy from the solar energy converting tile, hydro-electric system and the wind energy conversion system.
13.    The energy conversion system according to claim 12, wherein the energy management system comprises a connection to an electricity supply grid and is configured to manage two way flow of electrical energy between the energy conversion system and the supply grid.
14.    The energy conversion system according to claim 12 or 13, wherein the energy management system comprises an electrical energy storage apparatus, the energy management system being configured to provide electrical energy to the supply grid when the electricity storage apparatus is in the fully charged state, and connects the supply grid to the electricity storage apparatus when the electricity storage apparatus has a charge level below a threshold level.
ABSTRACT
A roof based energy conversion system 10 for a building 12 with a roof 13 comprises a roof frame structure 14 and a plurality of solar energy converting tile assemblies.  The solar energy converting tile assemblies may comprise a selection of photovoltaic tile assemblies 100 that convert solar energy into electrical energy and thermal tile assemblies that convert solar energy to thermal energy.  Both tile assemblies have substantially the same exterior appearance so as to be visually indistinguishable when laid together on the same roof structure 14.  The energy conversion system 10 may also incorporate a hydroelectric system 200 that is configured to convert kinetic energy from rain running off the roof structure 14 to electrical energy and a wind energy conversion system 300 that converts kinetic energy of moving air into electrical energy.  An energy management system 20 may be provided that receives electrical energy from the tiles 100, the hydroelectric system 200, and the wind energy conversion system 300.  The management system incorporates batteries and includes a connection system 30 to enable energy produced by the system 10 to be transferred to a supply grid.
Figure 1
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Figure 2
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Figure 3
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Figure 4
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Figure 5
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Figure 6
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Figure 7
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Figure 8
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Figure 9
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Figure 10
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Figure 11
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Figure 12
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Figure 13
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Figure 14
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Figure 15
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Figure 16
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Figure 17
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Figure 18
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