具有一個或多個耳片的改良的光伏覆蓋元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種至少包括能夠貼附在建筑物結構上的光伏覆蓋元件的組件。所述覆蓋板至少包括光伏電池組件、附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分。其中所述主體部分包括一個或多個頂部外周耳片，每個耳片能夠配合在一個或多個豎直毗鄰的器件下。
【專利說明】具有一個或多個耳片的改良的光伏覆蓋元件
[0001]本發(fā)明在能源部(Departmentof Energy)資助合同 DE-FC36-07G017054 下利用美國政府支持完成。美國政府在本發(fā)明中具有一定權利。本申請要求2011年3月22日提交的美國臨時申請系列號61 / 466，236的優(yōu)先權，所述臨時申請通過引用并入本文。
[0002]優(yōu)先權要求
[0003]本申請要求2011年3月22日提交的美國臨時申請?zhí)?1 / 466，236的申請日的權益，所述臨時申請的內容以其全文通過引用并入本文。
【技術領域】
[0004]本發(fā)明涉及能夠貼附在建筑物結構上的改良的光伏覆蓋(sheathing)元件，所述覆蓋元件至少包括:面板形式的光伏電池組件，附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分，安置在所述光伏覆蓋元件的相反側面上并能夠直接或間接地將所述光伏電池組件與一個或多個水平毗鄰器件電連接的至少第一和第二連接器組件，以及各自能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下的一個或多個外周耳片(tab)。
【背景技術】
[0005]改良PV器件、特別是整合到建筑物結構中的那些器件(例如光伏覆蓋元件或外墻面層)以使成功應用的嘗試應該滿足多種標準。PV器件以及安裝的陣列應該耐用(例如耐久，密封對抗?jié)駳饧捌渌h(huán)境條件)，并在產(chǎn)品的期望壽命(優(yōu)選至少10年、更優(yōu)選地至少25年)期間進行防護以免于機械損傷。所述器件應該容易安裝在器件陣列中(例如類似于常規(guī)屋頂板或外墻面層的安裝)或更換(例如如果受損的話)。它還應該被設計成盡可能地防止水到達器件下方和器件所貼附的建筑物表面。
[0006]為了使得這整個組合件適合消費者需要，以及為了得到市場的廣泛接受，所述系統(tǒng)的建造和安裝應該是經(jīng)濟的。這可以幫助促進降低能量的產(chǎn)生費用，使得PV技術相對于其他的發(fā)電手段更具競爭力。
[0007]現(xiàn)有技術的PV器件系統(tǒng)可以允許所述器件直接安裝到建筑物結構上或者它們可以將所述器件固定到建筑物外部(例如屋頂蓋板或外貼面)上方的板條、溝槽或“欄桿”(“護欄(stand-offs)”)上。這些系統(tǒng)可能是復雜的，通常不能像常規(guī)包覆材料(例如屋頂板、瓷磚、石板或墻板)那樣安裝，因此安裝可能是昂貴的。此外，因為它們看起來不像常規(guī)建筑材料，因此它們可能沒有視覺上的吸引力?？赡苄枰?-4英尺的“護欄”來安裝PV器件。因此，安裝成本可能與制品的成本一樣高或更高。它們也可能受到與環(huán)境條件相關問題的困擾，例如翹曲、褪色和物理性能的劣化。
[0008]涉及這種技術的文獻中包括以下專利文獻:US20040206035A1，W02010151777A2,W02010144226A1, EP2216829A1和W01998036139A1，其全部為所有目的通過引用并入本文。
[0009]發(fā)明概述
[0010]本發(fā)明涉及一種光伏器件，特別是改良的光伏屋頂或建筑物覆蓋元件例如光伏覆蓋板，其優(yōu)選地直接貼附于建筑物結構上(例如不使用在建筑物外部上方的板條、溝槽或“欄桿”(“護欄”))，并且使用在多個光伏覆蓋元件和可能的其他器件的陣列中，其解決了上面段落中描述的至少一個或多個問題。設想改良的光伏覆蓋元件至少包括光伏電池組件，附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分，安置在所述光伏覆蓋元件的相反側面上并能夠直接或間接地將所述光伏電池組件與一個或多個水平毗鄰器件電連接的至少第一和第二連接器組件；并且所述主體部分包括一個或多個外周耳片，當安裝在陣列中時各個耳片能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下，特別是配合在單個器件之間的電連接區(qū)域下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的改良光伏器件的實例的平面圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的改良光伏器件的實例的部件分解透視圖。
[0013]圖3A是示例性陣列的平面圖。
[0014]圖3B是安置在建筑物結構上的另一個示例性陣列的透視圖。
[0015]圖4是具有示例性流體引導部件的耳片的透視圖。
[0016]圖5A是本發(fā)明的改良光伏器件的實例的底側的平面圖。
[0017]圖5B是圖6A的剖面的側視圖。
[0018]圖6A是本發(fā)明的改良光伏器件的另一個實例的底側的平面圖。
[0019]圖6B是圖6A的剖面的側視圖。
[0020]圖7是示例性陣列的側視圖，示出了在建筑物結構上的升高和平移。
[0021]圖8是示例性連接器外殼的視圖。
[0022]圖9是改良光伏器件和柔性連接器組件的實例的分解圖。
[0023]圖10和11是與柔性連接器組件一起使用和含有柔性連接器組件的改良光伏器件的實例的特寫透視圖。
[0024]圖12是改良光伏器件和柔性連接器組件的另一個實例的視圖。
[0025]圖13是另一個柔性連接器組件實例的透視圖。
[0026]優(yōu)選實施方式的詳細描述
[0027]本發(fā)明涉及如圖1所示的改良光伏器件10 (以下稱為“光伏覆蓋元件”)，其總體上可以描述為在受到太陽輻射(例如太陽光)時發(fā)揮提供電能的功能的多個部件和部件集合的組件。本公開特別關注點和主要焦點是一種改良的光伏覆蓋元件10，其至少包括與含有一個或多個外周耳片600的主體部分200接合的光伏電池組件100。在優(yōu)選實施方式中，通過采用光伏電池組件(和可能的其他部件和組件例如電連接部件)并在光伏電池組件的至少部分周圍形成(例如通過注塑)主體部分來形成所述光伏覆蓋元件。設想在解決上面背景部分中討論的一個或多個問題時，(光伏覆蓋元件10的)部件和部件集合與周圍器件之間的關系(例如至少幾何性質和/或材料性質)是特別地重要。本發(fā)明中特別關注的是光伏覆蓋兀件10用于通常被稱為光伏建筑一體化(Building-1ntegrated Photovoltaics)或BIPV的場合，且其中將光伏覆蓋元件10連接到其他器件(光伏覆蓋元件10或其他)以形成陣列1000，例如在圖3B中所示的陣列1000。在下面的段落中，更詳細和專門地公開了各個部件和部件集合以及它們的關系。
[0028]因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，設想了一種組件，其至少包含能夠貼附在建筑物結構上的光伏覆蓋元件，所述覆蓋板至少包括:光伏電池組件，附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分，以及安置在所述光伏覆蓋元件的相反側面上并能夠直接或間接地將所述光伏電池組件與一個或多個水平毗鄰器件電連接的至少第一和第二連接器組件；其中所述主體部分包括一個或多個頂部外周耳片，各個耳片能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下。
[0029]本發(fā)明組件的特征還可以在于本文中描述的特征之一或其任何組合，所述特征例如所述光伏覆蓋元件包括能夠接受所述一個或多個頂部外周耳片的接受區(qū)，所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側；所述接受區(qū)跨越所述光伏覆蓋元件的整個寬度；所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側并由兩個或更多個不同部分構成；所述一個或多個頂部外周耳片與所述兩個或更多個不同部分中的至少一個的組合被構造以提供所述光伏覆蓋元件對于所述一個或多個豎直毗鄰器件的精確(positive)水平定位區(qū)；所述一個或多個頂部外周耳片具有由Ltp = Ltpn+Ltpt定義的長度，其中Ltp = (Wbp-(2*Wexp)-n+Cl*(Lbp /ffexp)) + (C2*T0*(l /屋面坡度))；所述一個或多個頂部外周耳片包括一個或多個流體引導部件，其能夠引導流體遠離所述光伏覆蓋元件的周緣；所述一個或多個外周耳片被安置在所述覆蓋板上與所述豎直毗鄰器件的預定固定區(qū)域相鄰的區(qū)域中。
[0030]因此，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，設想了一種組件陣列，其至少包括安置在第一行中的兩個或更多個光伏覆蓋元件，以及安置在豎直相鄰并水平偏置的第二行中的兩個或更多個光伏覆蓋元件，各個所述覆蓋板能夠貼附在建筑物結構上，并至少包括:光伏電池組件，附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分，以及安置在所述光伏覆蓋元件的相反側面上并能夠直接或間接地將所述光伏電池組件與一個或多個水平毗鄰器件電連接的至少第一和第二連接器組件；其中所述主體部分包括一個或多個頂部外周耳片，各個耳片能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下。
[0031]本發(fā)明的陣列的特征還可以在于本文中描述的特征之一或其任何組合，所述特征例如所述光伏覆蓋元件包括能夠接受所述一個或多個頂部外周耳片的接受區(qū)，所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側；所述接受區(qū)跨越所述光伏覆蓋元件的整個寬度伸展；所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側并由兩個或更多個不同部分構成；所述一個或多個外周耳片與所述兩個或更多個不同部分中的至少一個的組合被構造成提供所述光伏覆蓋元件對于所述一個或多個豎直毗鄰器件的精確水平定位區(qū)；所述一個或多個頂部外周耳片具有由Ltp = Ltpn+Ltpt定義的長度，其中Ltp = (Wbp-(2*Wexp)-n+Cl*(Lbp /ffexp)) + (C2*T0*(l /屋面坡度))；并且其中至少一個所述外周耳片適合于配合在至少兩個豎直毗鄰器件下存在電連接器的區(qū)域中；所述一個或多個外周耳片包括一個或多個流體引導部件，其能夠引導流體遠離所述光伏覆蓋元件的周緣；所述一個或多個外周耳片被安置在所述覆蓋板上與所述豎直毗鄰器件的預定固定區(qū)域相鄰的區(qū)域中。
[0032]應該理解，以上提及的方面和實例是非限制性的，本發(fā)明內存在其他方面和實例，正如在本文中示出和描述的。
[0033]光伏電池組件100
[0034]設想光伏電池組件100可以是許多個層及元件/集合的匯集，例如如目前待決的國際專利申請N0.PCT / US09 / 042496中所公開的，所述專利申請通過引用并入本文。光伏電池組件至少含有阻擋層122和光伏電池層110 (通常位于阻擋層122周緣的內側)。設想光伏電池組件100也可以包含其他層，例如封裝層和其他保護層。說明性實施例顯示在附圖中并在下面討論。示例性光伏電池組件100的分解圖顯示在圖2A和2B中。設想總體光伏電池組件100的厚度MT可以是約I至12mm，優(yōu)選約2至9mm，并最優(yōu)選小于約9.0mm。
[0035]在功能上，這些封裝層及其他保護層可以包括多個不同的層，它們各自用來保護光伏電池組件100和/或將光伏電池組件100連接在一起。各優(yōu)選的層從“頂部”(例如最暴露于自然環(huán)境(elements)的層)向“底部”(例如最密切接觸建筑物或結構的層)進一步詳細描述如下。一般而言，各個優(yōu)選的層或片可以是單層或本身可以包含亞層。
[0036]阻擋層122
[0037]阻擋層122通?？梢云鸬焦夥姵亟M件100的環(huán)境護罩的作用，更特別是起到至少一部分光伏電池層110的環(huán)境護罩的作用。阻擋層122優(yōu)選由透明或半透明材料構成，所述材料允許光能通過到達光伏電池層110的光活性部分。這種材料可以是柔性的(例如薄的聚合物薄膜、多層薄膜、玻璃或玻璃復合材料)或剛性的(例如厚玻璃或膠質玻璃例如聚碳酸酯)。所述材料也可以特征在于對濕汽/顆粒滲透或聚集的抗性。阻擋層122還可以起到過濾一定波長的光的功能，以使得非優(yōu)選的波長可能不會到達光伏電池。在優(yōu)選實施方式中，阻擋層122的材料的厚度還在約0.05mm至10.0mm、更優(yōu)選約0.1mm至4.0mm、并最優(yōu)選2.5mm至3.5mm的范圍內。其他物理特性(至少在薄膜的情況下)可以包括:抗張強度大于20MPa(如通過JIS K7127測量的)；拉伸伸長率I %或更大(如通過JIS K7127測量的)；和/或吸水率(23°C，24小時)0.05%或更小(如根據(jù)ASTM D570測量的)；和/或線性膨脹系數(shù)(“CLTE”)約 5xlCT6mm / mm°C至 100xlCT6mm / mm°C,更優(yōu)選約 10xlCT6mm /mm°C至 80xlCT6mm / mm°C,并最優(yōu)選約 20xlCT6mm / mm°C至 50xlCT6mm / mm°C。其他物理特性(至少在厚玻璃的情況下)可以包括:線性膨脹系數(shù)(“CLTE”)約5xl0_6mm / mm°C至約140xl(T6mm / mm°C，優(yōu)選約 7xl(T6mm / mm°C 至約 50xl(T6mm / mm°C，更優(yōu)選約 8xl(T6mm /mm°C至約 30xl(T6mm / mm°C，并最優(yōu)選約 9xl(T6mm / mm°C至約 15xl(T6mm / mm°C。其他物理特性(至少在厚玻璃的情況下)可以包括:密度約2.42g / cm3至約2.52g / cm3，抗張強度約75至200N / sq.mm之間，抗壓強度500至1200N / sq.mm之間，彈性模量為60_80GPa之間，CLTE為約9xl0-6mm / mm°C，和可見光透射率為至少約85%、優(yōu)選至少約87%，更優(yōu)選至少約90%。
[0038]第一封裝層124
[0039]在封裝層的一個實例中，第一封裝層124可以布置在阻擋層122下面，并且通常在光伏電池層110上面。設想第一封裝層124可以用作粘合機構，以幫助將相鄰層保持在一起。它還應該允許期望量和期望類型的光能透射到達光伏電池110。第一封裝層124還可以起到補償相鄰層幾何形狀中的或在那些層之間轉換(例如厚度改變)的不規(guī)則性的功能。它也可以用來允許層之間因溫度變化以及物理移動和彎曲引起的彎折和移動。在優(yōu)選實施方式中，第一封裝層124可以基本由粘性薄膜或網(wǎng)組成，優(yōu)選EVA (乙烯-乙酸乙烯酯)、熱塑性聚烯烴、聚氨酯、離聚物、硅基聚合物或類似材料。該層的優(yōu)選厚度范圍從約0.1mm至
1.0mm,更優(yōu)選約0.2mm至0.8mm,并最優(yōu)選約0.25mm至0.5mm。
[0040]光伏電池層110
[0041]本發(fā)明中設想的光伏電池層110可以由多個可商購的已知光伏電池構成，或可以選自一些未來開發(fā)的光伏電池。這些電池發(fā)揮將光能轉變?yōu)殡姷墓δ?。光伏電池的光活性部分是將光能轉變成電能的材料?？梢允褂靡阎峁┰摴δ艿娜魏尾牧?，包括晶體硅、非晶娃、CdTe、GaAs、染料增敏的太陽能電池(所謂的Gratezel電池)、有機/聚合物太陽能電池或通過光電效應將陽光轉換成電的任何其他材料。然而，所述光活性層優(yōu)選是IB-1IIA-硫屬化物層，例如IB-1IIA-硒化物、IB-1IIA-硫化物或IB-1IIA-硒化硫化物。更具體的例子包括銅銦硒化物、銅銦鎵硒化物、銅鎵硒化物、銅銦硫化物、銅銦鎵硫化物、銅鎵硒化物、銅銦硫化硒化物、銅鎵硫化硒化物和銅銦鎵硫化硒化物(所有這些在本文中都稱為CIGSS)。這些還可以由式CuIn (1-x)GaxSe (2-y) Sy來表示,其中x是O至I,和y是O至2。優(yōu)選的是銅銦硒化物和銅銦鎵硒化物。本文中還設想了附加的電活性層，例如一個或多個發(fā)射(緩沖)層、導電層(例如透明導電層)等等，如本【技術領域】中已知可用于CIGSS基電池中的。這些電池可以是柔性或剛性的，并具有各種各樣的形狀和尺寸，但是通常是脆性的并易發(fā)生環(huán)境退化。在優(yōu)選實施方式中，所述光伏電池組件110是可以彎曲而沒有顯著破裂和/或沒有顯著功能性損失的電池。示例性的光伏電池在多項美國專利和出版物中教導并描述，包括 US3767471、US4465575、US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734A1、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924A，它們?yōu)榱怂心康耐ㄟ^引用并入本文。
[0042]光伏電池層110，例如如圖2B中所示，也可以包括電路，例如匯流條(bussbar) 111，所述匯流條與所述電池、連接器組件元件300電連接并通常從光伏覆蓋元件10的一側延伸到另一側。這個區(qū)域可以稱為匯流條區(qū)域311。
[0043]第二封裝層126
[0044]在封裝層的另一個實施例中，第二封裝層126通常連接地位于光伏電池層110下方，但是在有些情況下，它可以直接接觸頂層122和/或第一封裝層124。設想第二封裝層126可以起到類似第一封裝層的功能，雖然它不一定需要透射電磁輻射或光能。
[0045]后板128
[0046]在保護層的實施例中，可以有連接地位于第二封裝層126下方的后板128。后板128可以充當環(huán)境保護層(例如阻止?jié)衿?或顆粒物質進入上面的層)。它優(yōu)選由柔性材料(例如薄的聚合物薄膜、金屬箔、多層薄膜或橡膠片)構成。在優(yōu)選實施方式中，后板128的材料可以是濕汽不能透過的并且厚度還可以在0.05mm至10.0mm、更優(yōu)選約0.1mm至
4.0臟、和最優(yōu)選約0.2mm至0.8mm的范圍內。其他物理特性可以包括:斷裂伸長率約20%或更大(如通過ASTM D882-09測量的);抗張強度約25MPa或更大(如通過ASTM D882測量的)；和撕裂強度約70kN / m或更大(如按Graves法測量的)。優(yōu)選的材料的例子包括:玻璃板、鋁箔、聚(乙烯基氟)(例如，可作為Tedlar? (DuPont的商標)商購的)、聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物(亦稱“FEP”)、聚(乙烯四氟乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚碳酸酯，或其組合。
[0047]補充阻擋板130
[0048]在保護層的另一個實施例中，可以有連接地位于后板128下方的補充阻擋板130。補充阻擋板130可以充當屏障，從而保護上面的層免于環(huán)境條件和物理損傷的影響，所述物理損傷可以由光伏覆蓋元件10所經(jīng)受的任何結構特征(例如屋頂蓋板的不規(guī)則性、突出物體等等)所引起。設想這是任選的層而可以是不需要的。還設想這個層可以起到與主體部分200相同的功能。在優(yōu)選實施方式中，補充阻擋板130的材料可以是至少部分地濕汽不能透過的，并且還可以厚度在約0.25mm至10.0mm、更優(yōu)選約0.5mm至2.0mm和最優(yōu)選0.8mm至1.2mm的范圍內。優(yōu)選該層表現(xiàn)出斷裂伸長率約20%或更大(如通過ASTM D882測量的)；抗張強度約IOMPa或更大(如通過ASTM D882測量的)；和撕裂強度約35kN / m或更大(如按Graves法測量的)。優(yōu)選的材料的例子包括熱塑性聚烯烴(“TPO”)、熱塑性彈性體、烯烴嵌段共聚物(“OBC”)、天然橡膠、合成橡膠、聚氯乙烯以及其他彈性體和塑性體材料?；蛘?，所述保護層可以由更剛性的材料構成，以便在結構和環(huán)境(例如風)負荷下提供額外的遮蔽(roofing)功能。附加的剛性也可能是需要的，以便改善光伏覆蓋元件10的熱膨脹系數(shù)并在溫度波動期間保持期望的尺寸。為了結構性能的保護層材料的例子包括聚合材料例如聚烯烴、聚酯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚酯酰胺、聚砜、縮醛、丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、酚樹脂、聚醚醚酮、聚對苯二甲酸乙二醇酯、環(huán)氧樹脂包括玻璃和礦物質填充復合材料或其任何組合。
[0049]以上描述的層可以以多種組合來配置或堆疊，但是優(yōu)選阻擋層122是頂層。另外，設想這些層可以通過許多方法整體接合在一起，所述方法包括但不限于:粘接、熱或振動焊接、包覆成型(over-molding)或機械緊固件。
[0050]對于下面討論的一些實施方式，為清楚起見，光伏電池組件100可以用另一種方式(作為兩部分組件)進一步描述。第一部分，光伏電池組件子組件101，包含光伏電池組件100的所有層(除了阻擋層122之外)，和第二部分是阻擋層122。阻擋層122還可以描述為具有長度“LBL”和寬度“WBL”，例如如圖2A中所標記的。優(yōu)選地，LBL范圍是下面討論的LBp的約0.75至約1.25倍，更優(yōu)選所述長度在彼此的約5-10%范圍之內。還設想光伏電池組件子組件101的總體CLTE (“子組件CLTE”)可以在約30xl(T6mm / mm°C至150xl(T6mm /mm°C、更優(yōu)選約 50xlCT6mm / mm°C至 100xlCT6mm / mm°C的范圍內。
[0051]主體部分200
[0052]設想主體部分200可以是元件/集合的匯集，但是通常優(yōu)選是通過將聚合物(或聚合物摻合物)注入模具(有或者沒有插入物例如光伏電池組件100或本申請中后面討論的其他元件(例如連接器元件))而形成的聚合物制品，例如如當前待決的國際專利申請N0.PCT / US09 / 042496中所公開的，所述專利申請通過引用并入本文。主體部分200起到光伏覆蓋元件10的主要結構載體的功能，并應該以符合這種功能的方式來構造。例如，它可以基本起到塑性框架材料的功能。設想主體部分200粘接到光伏覆蓋元件100上的粘附強度應該不低于由熱膨脹引起的應力。
[0053]設想構成主體部分200的組合物還表現(xiàn)出約0.5xl(T6mm / mm°C至約140xl(T6mm /mm°C，優(yōu)選約 3xl(T6mm / mm°C 至約 50xl(T6mm / mm°C，更優(yōu)選約 5xl(T6mm / mm°C 至約30xlCT6mm / mm°C,和最優(yōu)選約7xlCT6mm / mm°C至約15xlCT6mm / mm°C的線性熱膨脹系數(shù)(“CLTE”)。最理想地，構成主體部分200的組合物的CLTE應該與阻擋層122的CLTE緊密匹配。優(yōu)選本文中公開的構成主體部分200的組合物的CLTE特征還在于，線性熱膨脹系數(shù)(CLTE)與阻擋層122的CLTE相差20倍之內，更優(yōu)選相差15倍之內，更加優(yōu)選相差10倍之內，甚至更優(yōu)選相差5倍之內，并最優(yōu)選相差2倍之內。使構成主體部分200的組合物與阻擋層122之間的CLTE匹配對于溫度變化期間使BIPV器件上的熱誘導應力最小化而言是重要的，所述熱誘導應力可能潛在地導致PV電池的破裂、斷裂等等。
[0054]對于本文中公開的光伏制品的一些實施方式而言，阻擋層122包括玻璃阻擋層。如果阻擋層122包括玻璃層的話,主體部分的CLTE優(yōu)選小于80xl0_6mm / mm°C,更優(yōu)選小于70x1 (T6Him / mm°C，再更優(yōu)選小于 50xlCT6_ / mm°C,和最優(yōu)選小于 30xlCT6_ / mm°C。優(yōu)選地，所述主體部分的CLTE大于5xl(T6mm / mm°C。
[0055]當使用玻璃(作為阻擋層122)時，主體材料的組合物優(yōu)選斷裂伸長率為至少3%，但通常不超過200%。還設想，當不使用玻璃時，所述主體材料的斷裂伸長率優(yōu)選為至少100%，更優(yōu)選至少200%，再更優(yōu)選至少300%并且優(yōu)選不超過500%。在組合物斷裂時的拉伸伸長率通過試驗方法ASTM D638-08(2008)在23°C下采用50mm / min的測試速度進行測定。
[0056]在優(yōu)選實施方式中，主體支持部分200可以包含主體材料(基本上由其構成)。這種主體材料可以是填充的或未填充的可模制塑料(例如聚烯烴、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氫化丁苯橡膠、聚酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、聚砜、縮醛、丙烯酸樹脂、聚氯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、熱塑性和熱固性聚氨酯、合成和天然橡膠、環(huán)氧樹脂、SAN、丙烯酸橡膠、聚苯乙烯或其任何組合)。填料(優(yōu)選最多約50重量％ )可以包括下列一種或多種:著色劑、阻燃(FR)或耐火(IR)材料、強化材料例如玻璃纖維或礦物纖維、表面改性劑。塑料還可以包括抗氧化劑、脫模制、發(fā)泡劑及其他常用的塑料添加劑。在優(yōu)選實施方式中，使用玻璃纖維填料。所述玻璃纖維優(yōu)選纖維長度(模制之后)的范圍是從約0.1mm至約2.5mm，平均玻璃長度范圍是從約0.7mm至1.2mm。
[0057]在優(yōu)選實施方式中，所述主體材料(組合物)的熔體流動率為至少5g / 10分鐘，更優(yōu)選至少IOg/ 10分鐘。所述熔體流動率優(yōu)選小于IOOg / 10分鐘，更優(yōu)選小于50g / 10分鐘，和最優(yōu)選小于30g / 10分鐘。組合物的熔體流動率按照ASTMD1238-04試驗法“擠壓式塑性計測量熱塑性塑料的熔體流動速率的REV C標準試驗法(REV Standard Test Methodfor Melt Floff Rates of Thermoplastics by ExtrusionPlastometer) ”2004Condition L(230°C / 2.16kg)測定。本申請中使用的聚丙烯樹脂也使用這種相同的試驗方法和條件。本發(fā)明中的聚乙烯和乙烯_α -烯烴共聚物的熔體流動率利用Condition E(190°C / 2.16Kg)測量，通常稱為熔體指數(shù)。
[0058]在所有實施方式中，組合物的撓曲模量為至少200MPa，更優(yōu)選至少400MPa，最優(yōu)選至少700MPa。根據(jù)其中光伏電池組件100包括玻璃層的優(yōu)選實施方式，撓曲模量優(yōu)選至少IOOOMPa并且不大于7000MPa。根據(jù)第二種實施方式，撓曲模量不大于1500MPa，更優(yōu)選不大于1200MPa，最優(yōu)選不大于lOOOMPa。組合物的撓曲模量通過試驗法ASTMD790-07(2007)利用2mm / min的測試速度來測定。設想構成主體部分200的組合物還表現(xiàn)出約 25xl(T6mm / mm°C至 70xl(T6mm / mm°C，更優(yōu)選約 27xl(T6mm / mm°C至 60xl(T6mm /mm°C,最優(yōu)選約30xlCT6mm / mm°C至40xlCT6mm / mm°C的線性熱膨脹系數(shù)(“主體CLTE”)。
[0059]設想主體部分200可以有許多形狀和尺寸。例如，它可以是正方形、長方形、三角形、橢圓形、圓形或其任何組合。主體部分200還可以描述為具有長度“LBP”和寬度“WBP”，例如如圖2中所標記的，并且分別可以小至IOcm和大至500cm或更大。它還可以具有小至約Imm至大至20mm或更大的范圍內的厚度(t),所述厚度可以在主體部分200的不同區(qū)域中變化。優(yōu)選地，主體部分200可以描述為具有主體下表面部分202、主體上表面部分204以及在上和下表面部分之間延伸并形成主體周緣208的主體側表面部分206。
[0060]頂部外周耳片600
[0061]頂部外周耳片600 —般可以被定義為主體部分200的局部延伸。它可以執(zhí)行下述一種或多種功能:協(xié)助相鄰器件的豎直定位；協(xié)助相鄰器件的水平定位；以及提供對抗例如可能存在于連接器組件300的區(qū)域中及其周圍或兩個相鄰器件交匯的區(qū)域(參見間隙“G”)中的水侵入(例如水到達光伏覆蓋元件10下方)的附加保護。在優(yōu)選實施方式中，光伏覆蓋元件10具有沿著覆蓋板10的頂邊緣安置的兩個或更多個耳片600。所述耳片可以具有執(zhí)行所述功能的任何形狀。設想外周耳片600可以具有許多形狀和尺寸。例如，它可以是正方形、矩形、三角形、橢圓形、圓形或其任何組合。并且優(yōu)選地，耳片形狀一般為正方形或矩形。外周耳片600還可以被描述為具有長度“LTP”、寬度“WTP”和厚度“t”，例如如圖1中所標出的。圖1中顯示了說明性實施例。耳片600優(yōu)選地與主體部分200構成整體，并具有足夠小的厚度以使其能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下(無論器件中是否具有接受區(qū)700)。此外，耳片600也優(yōu)選地沿著光伏覆蓋元件的頂邊緣安置在一個位置以使得當置于陣列1000中時，至少一個耳片600適合于配合在至少兩個豎直毗鄰器件下存在電連接器300的區(qū)域中或兩個相鄰器件交匯的區(qū)域中(參見間隙“G”)。說明性實例可以在圖3A中看到，所述圖描述了在間隔片“S”與PV器件10之間的耳片600和間隔片“S”與邊緣片“E”之間的耳片600。此外，耳片600優(yōu)選地被安置在一個位置以使得當置于陣列1000中時，耳片600不直接落于豎直緊鄰器件的固定區(qū)域800下方。圖3B示出了耳片的位置，其位于緊靠含有用虛線示出位置的耳片的一行覆蓋元件上方的光伏覆蓋元件之下。用于固定坐落于耳片600頂上的豎直緊鄰器件的任何緊固件不允許延伸通過耳片600或通過豎直相鄰器件可能是合乎需要的。另一種限定這一點的方式是，耳片600優(yōu)選地被放置成使得緊固件僅延伸通過一個器件和然后通過結構1100，緊固件不通過兩個器件。
[0062]設想可以對長度進行選擇以執(zhí)行所述的耳片功能，并且其可以為約IOmm或以上，但是優(yōu)選地為約15mm或以上，更優(yōu)選地約20mm或以上，并且優(yōu)選地不超過約IOOmm或以下，更優(yōu)選地約80mm或以下,最優(yōu)選地約60mm或以下。在大多數(shù)情形中，據(jù)信約35mm的耳片長度將執(zhí)行所述的功能。參考圖1、4和7，可以看到長度Ltp也可以通過對重疊、釘子位置、器件厚度和用于補償安裝公差、構造材料、環(huán)境和其他氣候相關性質的各種因素進行組合計算來定義。對于釘子穿透來說，用于避免重疊的最小長度可以由公式Ltpn =Wbp-(2*Wexp)-n+Cl*(Lbp / Wexp)來確定，其中Cl是約O或更大，更優(yōu)選地約0.05或更大，最優(yōu)選地約0.1或更大的常數(shù)。對于釘子穿透來說，用于避免重疊的最小長度可以由公式Ltpn=Wbp- (2*ffexp) -n+Cl* (Lbp / Wexp)來確定，其中Cl是約2或更小，更優(yōu)選地約1.2或更小，最優(yōu)選地約0.6或更小的常數(shù)。所述常數(shù)可以包括約O至約2之間的任何子集。隨著重疊部分處器件厚度的增加，可能需要附加的耳片高度。隨著厚度增加，這是特別有價值的，正如在意圖與建筑物整合并提供遮蔽功能的光伏產(chǎn)品的情形中那樣。再次參考圖1、4和7，這種附加的長度可以被定義為Ltpt = C2*T。* (I /屋面坡度)，其中C2是約0.5或更大，或約0.5至3之間的任何子集，更優(yōu)選地約0.7或更大，最優(yōu)選地約0.8或更大的常數(shù)，且To是重疊位置處的器件厚度，屋面坡度=升高/平移。C2可以是約3或更小，更優(yōu)選地約2或更小，最優(yōu)選地約1.5或更小的常數(shù)。C2可以是約0.5至3之間的任何子集的一部分。可以將這些方程組合以確定耳片的總長度，其中Ltp = Ltpn+Ltpt。其中Ltp = (Wbp-(2*Wexp)-n+Cl*(Lbp /Wexp)) + (C2*T0*(1 / 屋面坡度))。
[0063]設想耳片寬度可以為約15mm或更大,但優(yōu)選地為約30mm或更大,更優(yōu)選地約40mm或更大，最優(yōu)選地約50mm或更大,并且優(yōu)選地約200mm或更小，更優(yōu)選地約150m或更小,最優(yōu)選地約120mm或更小。還設想耳片600能夠高達覆蓋板的總寬度，但是優(yōu)選地在固定區(qū)域800的區(qū)域中具有至少局部的裁切，以允許緊固件不受阻礙地通過。
[0064]它還可以具有可以在約0.5mm至20.0mm的范圍內的厚度(t)，優(yōu)選地為約0.5mm或以上，更優(yōu)選地約1.0mm或以上，最優(yōu)選地約2.0mm或以上，并且優(yōu)選地約20.0mm或以下，更優(yōu)選地約15.0mm或以下，最優(yōu)選地約10.0mm或以下。設想所述厚度可以在外周耳片600的不同區(qū)域中變化(例如參見下面的流體引導部件，其可以局部更厚或更薄)。
[0065]外周耳片600也可以被描述為具有外周耳片下表面部分602、外周耳片上表面部分604以及跨越所述上和下表面部分之間并形成主體周緣608的外周耳片側表面部分606。
[0066]在一種優(yōu)選實施方式中，耳片600包括流體弓丨導部件610。這些部件可以協(xié)助弓I導水遠離光伏覆蓋元件10的邊緣，并幫助阻止水到達覆蓋板10的底側(例如主體下表面部分202)。設想的流體引導部件610可以包括配置在耳片600的另外的平面表面中/上的幾何形狀，例如在圖4中看到的谷和突出部。其他設想的部件610可以包括向耳片600的表面添加可壓縮材料，例如襯墊材料、彈性體、填塞料或類似的密封材料。設想了任何或所有的流體引導部件610可以不僅限于耳片600的區(qū)域，而是可以繼續(xù)進入主體200的主要部分中。
[0067]接受區(qū)700
[0068]接受區(qū)700起到作為紙鄰器件的外周耳片600的間隙區(qū)域(clearance area)的作用。它是其中光伏覆蓋元件10或其他器件至少局部地具有能夠接受所述一個或多個外周耳片并且在貼附于建筑物結構時不引起光伏覆蓋元件10或其他器件彎曲或以其他方式變形的厚度的區(qū)域。通常地，接受區(qū)可以布置在光伏覆蓋元件或其他器件的底側。兩個說明性實例示出在圖6A至7B中，其中呈現(xiàn)了連續(xù)的接受區(qū)700和分開的接受區(qū)700。在連續(xù)的接受區(qū)700的情形中，耳片600與區(qū)域700的組合可以幫助器件在豎直相鄰的行中豎直定位。在具有分開的接受區(qū)700的器件的情形中，耳片600與區(qū)域700的組合可以幫助器件在豎直相鄰的行中的豎直和水平定位。優(yōu)選地，區(qū)域700的尺寸(長度和/或寬度)大于耳片600的尺寸。在優(yōu)選實施方式中，區(qū)域700的尺寸比耳片600大約2%或更大，更優(yōu)選地約5%或更大，最優(yōu)選地約7%或更大，并且優(yōu)選地大約25%或以下，更優(yōu)選地大約15%或以下，最優(yōu)選地大約10%或以下。
[0069]固定區(qū)域800
[0070]固定區(qū)域800是光伏覆蓋元件10的一個區(qū)域，希望的是通過它將覆蓋板10固定(例如通過緊固件例如釘子、螺栓、夾子等)到建筑物結構上。區(qū)域800優(yōu)選地在光伏覆蓋元件10上明確標示，以便安裝者可以容易地確定施加釘子、螺栓或其他緊固件的正確區(qū)域。如圖1中所示，在一個說明性實例中，多個半圓形和文字標出了優(yōu)選的固定區(qū)域800。
[0071]連接器組件300
[0072]連接器組件一般起到允許通向和/或離開光伏覆蓋元件10的電連通的作用。這種連通可以結合與光伏電池層110連接的電路，或者可以僅僅經(jīng)由其他電路促進通過和越過光伏覆蓋元件10的連通。所述連接器組件可以由各種部件和組件構成，并且可以部分或完全地與光伏覆蓋元件10構成整體(包埋在其中)。它還可以包括剛性和柔性部分兩者。組件300可以需要或者不需要與獨立的部件(例如參見圖9中示出的橋接連接器330) —起使用來幫助電連通?？赡艿臉嬙斓恼f明性實例/實施方式示出在圖中，并在下面的段落中討論。
[0073]優(yōu)選地，連接器組件300包含至少聚合物基外殼310和從外殼310向外突出并一般包埋在光伏覆蓋元件10中的電導線320，盡管也設想了其他構造。設想外殼310可以適合于接受匹配的連接器或被接受到匹配的連接器中，例如如圖8中所示。此外，在圖9至12中示出了連接器槽(pocket) 1200 (帶有或不帶有橋1210)，連接器300可以安置在其中。
[0074]聚合物外殼310
[0075]在第一個實例中，一種說明性連接器外殼310如圖10中所示。在這一實例中，夕卜殼適合于接受匹配的連接器(連接器匹配部件)，例如它可以被構造成與橋接連接器330聯(lián)合使用，以允許通向和/或來自光伏覆蓋元件10的電連通。在第二個實例中，連接器外殼可以適合于被接受到匹配的連接器(連接器匹配部件)中。
[0076]設想外殼310可以由多種材料(如上所示)構造，但是優(yōu)選地具有例如下列特征的材料:至少約0.lGPa、更優(yōu)選地約lGPa、最優(yōu)選地約IOGPa或更高的拉伸模量；約I %、更優(yōu)選地約1.5%、最優(yōu)選地約2.5%或更高的最終伸長率值；約50X10_6mm / mm°C、更優(yōu)選地約30xl0-6mm / mm°C、最優(yōu)選地約20X10-6mm / mm°C的線性熱膨脹系數(shù)值。
[0077]電導線320
[0078]設想導線320可以由多種材料構造并具有多種幾何形狀，只要它們起到導電的功能即可。它們還可以包括脊狀的和柔性的兩個部分。在連接器組件300完全與光伏覆蓋元件10形成整體(包埋在其中)的情形中，導線320可能不需要柔性部分，并且不是本發(fā)明的主題。其中導線320具有柔性部分的實施方式，被設想作為本發(fā)明的一部分，并在下面進一步詳細描述。
[0079]在第一說明性實施方式中，導線320可以一端連接到外殼310并在相反端連接到光伏覆蓋元件10 (例如粘合到光伏電池組件110),例如如圖12中所示。
[0080]在第二說明性實施方式中，導線320可以連接到配置在相反端上的兩個分開的外殼310，例如如圖9中所示，然后連接到光伏覆蓋元件10 (例如使用連接器匹配部件322或整合的連接器組件300機械附著于光伏電池組件110)。正如上面一般性陳述的，導線320可以包括脊狀的和柔性的兩個部分。導線320至少應該能夠彎曲一段距離，使得柔性部分移動至少等于連接器組件的界面長度IL的距離，從而允許相反的連接器耦合或解耦，并且在優(yōu)選實施方式中，導線320由電線絲、優(yōu)選被覆或絕緣電線構造。
[0081]在如圖13中所示的另一種說明性實施方式中，導線是包括局部柔性接頭326的柔性連接器模塊322的部分(優(yōu)選地安置在其中)。在這種實施方式中，模塊324通過連接器匹配部件322連接到光伏覆蓋元件10。
[0082]出于清楚起見，“粘合”可以包括使用例如但不限于焊料(soldering)、膠粘劑(導電的和其他形式)、焊接等的工藝和結構?！皺C械附著”可以包括使用例如但不限于螺栓、夾子、壓接、壓力配合、折疊、纏繞等的工藝和結構。
[0083]器件陣列1000
[0084]器件(例如光伏覆蓋元件10、間隔器件、邊緣片等)的陣列起到在經(jīng)受日光輻照(例如太陽光)時提供電能的作用。陣列是安裝在建筑物結構1100上的互連器件的集合。出于本發(fā)明的目的，設想了將陣列1000直接安裝在建筑物結構1100的已有屋頂板(或外表面)上或以前安裝的屋頂遮蔽材料(例如浙青屋頂板)上方，其方式與施加常規(guī)屋頂板相同(除非本文中另有指明)。這些陣列1000可以由兩行或更多行毗鄰的器件構成，所述的行自身含有至少兩個或更多個器件。作為說明性實例，如圖3A中所示，示出的陣列1000具有2行，每行2個器件，并在每一端共用邊緣片(光伏覆蓋元件10，邊緣片“E”，間隔器件“S”)。邊緣片“E” 一般起到將多行器件連接在一起的作用，并且可以包含或不包含其他功能元件。間隔器件“S”一般可以起到連接一行內的器件的作用，并且可以包含或不包含其他功能元件。在圖3B中示出的另一個說明性實例中，示出的陣列1000具有4行，每行3個器件，并在每一端共用邊緣片(光伏覆蓋元件10，邊緣片“E”，間隔器件“S”)，這清楚地示出在建筑物結構1100上。器件彼此相連。正如可以在圖3A中清楚地看到的，根據(jù)一種優(yōu)選實施方式，器件經(jīng)由連接器組件300和橋接連接器330彼此電連接。設想了橋接連接器330可以是獨立的部件(“間接地電連接光伏電池組件”)或與連接器組件300構成整體(“直接地電連接光伏電池組件”)。設想了上面描述的實施方式或實例可以不互相排斥，并且可以彼此組合使用。
[0085]除非另外說明，本文中描繪的各種結構的尺寸和幾何形狀并沒有意圖限制本發(fā)明，其他尺寸或幾何形狀是可能的。多個結構元件可以由單一的整合結構提供?；蛘撸瑔我徽辖Y構可以被分成獨立的多個元件。另外，雖然本發(fā)明的特征可能只在一個說明性實施方式的情形中描述，但是對于任何給定的應用而言，這樣的特征可以與其他實施方式的一個或多個其他特征組合。從上文還可以理解，本文中獨特結構的制造及其操作也構成本發(fā)明的方法。
[0086]除非另有說明，否則本文中公開的材料和組件的線性膨脹系數(shù)(“CLTE”)是在2940型TA Instruments TMA上，利用儀器配備的標準軟件，按照試驗方法ASTME1824-08(2008)在_40°C至90°C的溫度范圍中以5°C /分鐘測定的。有經(jīng)驗的技術人員將理解，組合物可以表現(xiàn)出CLTE隨著材料發(fā)生熱轉化而從其他區(qū)域發(fā)生改變的溫度范圍。在這種情況下，上文對于CLTE的優(yōu)選范圍是指所述組合物、組件和/或阻擋層122的最大測量CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有顯著不同CLTE的材料。例如，PV組件可以包括太陽能電池、金屬導體、聚合物密封劑、屏障材料例如玻璃、或其他迥異的材料，它們全都具有不同的CLTE。PV組件的CLTE可以通過在_40°C和90°C之間的多種溫度下測量所述組件的尺寸來確定，除非另作說明，對于所有其他物理性能(測試)也采用這個溫度范圍。
[0087]本發(fā)明的優(yōu)選實施方式已經(jīng)公開。然而，本【技術領域】的普通技術人員將認識到，某些修改將在本發(fā)明教導的范圍內。因此，應該研究下列權利要求來確定本發(fā)明的真實范圍和內容。上面申請中列舉的任何數(shù)值包括以一個單位的增量的從下限值到上限值的所有值，條件是在任何下限值和任何上限值之間至少相隔2個單位。例如，如果說明元件的量或工藝變量的值如溫度、壓力、時間等是例如I到90、優(yōu)選20到80、更優(yōu)選30到70的話，意圖是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本說明書中被明確列舉。對于小于I的值，一個單位被認為是0.0001,0.001,0.01或0.1，視情況而定。這些只是具體想到的例子，而所列舉的最低值和最高值之間數(shù)值的所有可能的組合被認為以類似的方式在本申請中被明確陳述。除非另有說明，所有范圍包括兩個終點和終點之間的所有數(shù)字。對于范圍使用“約”或“大致”適用于所述范圍的兩個端值。因此，“約20至30”意圖涵蓋“約20至約30”，至少包括所指定的終點在內。所有文獻和參考資料(包括專利申請和公布)的公開內容為了所有目的通過引用并入本文。描述組合的術語“基本由...組成”應該包括所指明的要素、成分、元件或步驟，以及不顯著影響所述組合的基本和新型特性的這類其他元素、成分、元件或步驟。使用術語“包含”或“包括”來描述本文中的要素、成分、元件或步驟的組合也考慮到基本由所述要素、成分、元件或步驟組成的實施方式。多個要素、成分、元件或步驟可以由單一的整體要素、成分、組件或步驟來提供?；蛘撸瑔我坏恼w要素、成分、組件或步驟可以分成獨立的多個要素、成分、組件或步驟。描述要素、成分、組件或步驟時公開的“一”或“一個”不意圖排除另外的要素、成分、組件或步驟。
【權利要求】
1.一種組件，其包含: 能夠貼附在建筑物結構上的光伏覆蓋元件，所述覆蓋板至少包括: 光伏電池組件， 附著于所述光伏電池組件的一個或多個部分的主體部分；以及 至少第一和第二連接器組件，其安置在所述光伏覆蓋元件的相反側面上，并且能夠直接或間接地將所述光伏電池組件與一個或多個水平毗鄰器件電連接； 其中所述主體部分包括一個或多個頂部外周耳片，各個耳片能夠配合在一個或多個豎直毗鄰器件下。
2.權利要求1的組件，其中所述光伏覆蓋元件包括能夠接受所述一個或多個頂部外周耳片的接受區(qū)，所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側。
3.權利要求2的組件，其中所述接受區(qū)跨越所述光伏覆蓋元件的整個寬度。
4.權利要求2的組件，其中所述接受區(qū)安置在所述光伏覆蓋元件的底側，并由兩個或更多個不同部分構成。
5.權利要求4的組件，其中所述一個或多個頂部外周耳片與所述兩個或更多個不同部分中的至少一個的組合被構造成提供所述光伏覆蓋元件對于所述一個或多個豎直毗鄰器件的精確水平定位區(qū)。
6.前述權利要求任一項的組件，其中所述一個或多個頂部外周耳片具有由Ltp=Ltpn+Ltpt 定義的長度，其中 Ltp= (Wbp-(2*Wexp)-n+Cl* (Lbp / Wexp)) + (C2*T。* (I / 屋面坡度))。
7.前述權利要求任一項的組件，其中所述一個或多個頂部外周耳片包括一個或多個流體引導部件，其能夠引導流體遠離所述光伏覆蓋元件的周緣。
8.前述權利要求任一項的組件，其中所述一個或多個外周耳片被安置在覆蓋板上與所述豎直毗鄰器件的預定固定區(qū)域相鄰的區(qū)域中。
9.前述權利要求任一項中所述的組件的陣列，其中存在 安置在第一行中的兩個或更多個所述光伏覆蓋元件，以及安置在豎直相鄰并水平偏置的第二行中的兩個或更多個光伏覆蓋元件。
【文檔編號】C07D243/24GK103650157SQ201280014483
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年3月22日 優(yōu)先權日:2011年3月22日
【發(fā)明者】J·R·基尼漢, J·A·蘭梅德, L·C·洛佩斯 申請人:陶氏環(huán)球技術有限責任公司