專利名稱：集成式光伏屋面系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及屋面構(gòu)件、板和系統(tǒng)；更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有太陽能和光伏模塊的光伏屋面構(gòu)件、板和系統(tǒng)，所述太陽能或光伏模塊集成到柔性膜板以保護(hù)建筑物不受環(huán)境因素的影響同時還能發(fā)電。
背景技術(shù)：
用于屋面的材料有多種，以使建筑物結(jié)構(gòu)免受太陽、雨雪和其他氣候和環(huán)境因素的影響。已知的屋面材料的例子包括土瓦、杉木和復(fù)合木瓦和金屬板，以及BUR材料(例如，熱或冷涂覆的瀝青基粘合劑、乳狀漆和氈制品)，其可以鋪在屋面基板(substrate)，如木材、水泥或鋼件上。此外，單層膜(single-ply membrane)材料，例如，改性瀝青板(modified bitumen sheets)、像聚氯乙烯(PVC)或乙烯基互聚物這樣的熱塑性塑料、像乙烯丙烯二烯(單體)三元共聚物(EPDM)和氯丁橡膠這樣的硫化橡膠、及像氯化聚乙烯這樣的非硫化橡膠，也已經(jīng)被用作屋面材料。
雖然此類屋面材料對于保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)免受環(huán)境因素影響的基本目的而言可能基本上是令人滿意的，但它們的使用也實質(zhì)上被限制于這些保護(hù)性功能。
太陽能作為一種替換性的可更新、無污染的能源，已經(jīng)受到了越來越多的關(guān)注，太陽能用于產(chǎn)生電，作為其他不可更新的能源的替代品，這些不可更新的能源諸如為還會產(chǎn)生污染的煤和油。某些建筑結(jié)構(gòu)在其平屋面或傾斜屋面上已經(jīng)裝有太陽能板，以獲得由太陽產(chǎn)生的電力。這些“附加”的太陽能板能夠作為“獨立的”太陽能系統(tǒng)而被安裝在任何類型的屋面系統(tǒng)上。然而，此類系統(tǒng)典型地需要一些獨立的支撐結(jié)構(gòu)，這些支撐結(jié)構(gòu)被螺結(jié)在一起形成更大的太陽能板陣列。另外，這種“附加”的太陽能板重且制造、安裝和維護(hù)成本昂貴。例如，此陣列的組件典型地是在現(xiàn)場或當(dāng)場、而不是在工廠安裝或組裝的。將太陽能電池陣列安裝到屋面上還需要提高建筑物的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。此外，屋面膜的多重滲透可能損害屋面系統(tǒng)的防水均勻性，從而需要額外的維護(hù)和費用。這些“附加的”太陽能板系統(tǒng)還可能被認(rèn)為是不美觀的或有礙觀瞻，因為它們是附著到屋面上的或是從屋面伸展出去。這些缺點為在更多的建筑物結(jié)構(gòu)上安裝太陽能電池系統(tǒng)設(shè)置了障礙，而這反過來增加了對傳統(tǒng)的和更有限的和具有污染性能源的依賴。
其他已知系統(tǒng)已經(jīng)將屋面材料和光伏太陽能電池結(jié)合起來，從而形成一種應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)的頂部的“組合”屋面材料。例如，一種已知系統(tǒng)包括一種增強(qiáng)單層膜和一定類型的光伏太陽能電池的組合。太陽能電池被層壓在上述膜上，并用封裝材料(potting material)封裝起來。一覆蓋層被施加到該組合物上以起到保護(hù)作用。太陽能電池通過導(dǎo)體而互相連接，即，導(dǎo)體連接串聯(lián)的各行，其中各個內(nèi)部行在一端通過匯流條連接到外部行，而且另一端終止于并聯(lián)的匯流條。
然而，具有太陽能電池的屋面材料已知組合仍可改進(jìn)。例如，已知的太陽能電池和屋面的組合通常需要在現(xiàn)場執(zhí)行多次的內(nèi)部和外部電性互連，以便恰當(dāng)?shù)剡B接所有太陽能電池模塊。因此，需要基本布線、連接器和相關(guān)硬件，以恰當(dāng)?shù)貙⑺袉蝹€的太陽能電池連接起來。此布線一般是由電工或電氣技術(shù)人員、而不是由屋面工完成的，因此增加了勞工成本并使安裝復(fù)雜化。額外的線和連接構(gòu)件還可能導(dǎo)致復(fù)合型屋面板，需要額外的場地處理和負(fù)擔(dān)，從而使板的存儲、運輸和安裝更加困難和昂貴。此外，在安裝者能將多重導(dǎo)線或連接線裝進(jìn)電氣裝置、組合箱或逆變器之前，一般必須完成多個互連。最后，在板中增加線和互連的數(shù)量，便增大了要在現(xiàn)場條件下安裝的板，例如因為與建筑現(xiàn)場條件有關(guān)的各種參數(shù)、或線連接要暴露于惡劣的天氣和/或其他有害物(嚙齒動物、鴿子等)，而發(fā)生電氣連接損壞的可能性。
因此，需要一種集成式光伏屋面構(gòu)件和板，其減少了對負(fù)責(zé)屋面材料和太陽能電池以及相關(guān)電氣構(gòu)件安裝的不同安裝者的需求。所述構(gòu)件和板還應(yīng)是便于儲存和運輸?shù)?，并利用了一種更有效的布線系統(tǒng)來簡化光伏屋面構(gòu)件和板的安裝，從而降低系統(tǒng)的維護(hù)和操作費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種集成式太陽能電池或光伏屋面構(gòu)件、板和系統(tǒng)，其可以附著在屋面表面。所述構(gòu)件、板和系統(tǒng)包括一個柔性膜板和多個長太陽能電池或光伏模塊。所述多個長光伏模塊附著在所述柔性膜板的頂面。每個模塊均被設(shè)置成并排、或端對端，以使得電導(dǎo)線位于這些模塊的端部附近。因此，布線端可互相對齊或彼此接近，從而形成集成式光伏屋面構(gòu)件、板和系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的集成式光伏屋面構(gòu)件和板的一些實施例中，一個太陽能電池模塊的各個單獨的太陽能電池之間的電互連是在多個所述太陽能電池模塊被附著于柔性膜上之前完成的。因此，安裝者不需要將每個單獨的太陽能電池的正極和負(fù)極連接起來，從而減少了所有太陽能電池和模塊之間的電互連。因此，與傳統(tǒng)的組合式光伏系統(tǒng)相比，所述集成式光伏屋面板能夠被展開于建筑結(jié)構(gòu)的屋面上并被安裝，且用更少的電氣構(gòu)件和連線來恰當(dāng)?shù)剡B接。
在一些實施例中，由于電池是預(yù)先組裝在模塊中的，長的太陽能電池模塊的邊緣可以用密封劑封裝起來。
在一些實施例中，一個“板”包括2到12個長光伏模塊。一個板可以包括兩個模塊，它們具有彼此相對的布線端，或者可將成對的模塊設(shè)置在由大約一個到六個模塊組成的兩個副板(sub-panels)中。設(shè)置副板，為的是在柔性膜上的各個模塊的布線端彼此緊密靠近。電極安裝在所述布線端，由此提供了一個中心位置，該中心位置使得所有電極都是可以接近的。每個太陽能電池模塊包括一個正電極和一個負(fù)電極。
在一些實施例中，可通過孔來接近所述電極，這些孔是由在所述柔性膜上切出的孔形成的。焊接部分通過孔而被插入并連接到模塊的電極。然后，模塊的電極組可以用串聯(lián)或并聯(lián)連線的組合連接起來，從而完成板的布線。布線串聯(lián)與接插頭或其他連接器結(jié)合。線、電極和焊接部分被密封在柔性膜中(利用粘合劑、熱風(fēng)焊接或射頻焊接)，并且可手動將接插頭連接到另一光伏屋面板上，從而形成一個更大的陣列或系統(tǒng)，或連接到逆變器或換流器上。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一種集成式光伏屋面系統(tǒng)的一些實施例包括太陽能電池模塊，這些模塊通過在導(dǎo)管中進(jìn)行的電氣連接而連接在一起，該導(dǎo)管鄰接太陽能電池模塊。在這些實施例中，電線連接到每個光伏模塊的電極上。當(dāng)在屋面上組裝所述板時，從光伏模塊引出的導(dǎo)線可在導(dǎo)管中連接起來。因此，導(dǎo)管可供這些連接消除應(yīng)變，并可保護(hù)連接免受環(huán)境的影響。
在一些實施例中，將一個“快速接線”連接到每個從光伏模塊引出的導(dǎo)線，并連接到導(dǎo)管中的布線?！翱焖俳泳€”的使用讓安裝者能相對快速和容易地進(jìn)行連接。


現(xiàn)在參考附圖，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件。
圖1A-圖1D顯示各種集成式屋面構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其具有兩個和六個模塊；圖2A顯示一個集成式屋面板，該屋面板具有兩組并排布置的六個模塊；而圖2A顯示一個替換性的板的結(jié)構(gòu)，該板具有兩組三個模塊；圖3A-B顯示能夠?qū)⒓墒焦夥菝鏄?gòu)件或板用于建筑物結(jié)構(gòu)的平面或傾斜屋面的方式；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個集成式光伏屋面構(gòu)件或板的剖視圖；圖5是一示例性光伏模塊的剖視圖；圖6是圖5中的示例性光伏模塊的剖視圖，該光伏模塊被層壓或附著在一柔性膜上，從而形成了一個集成式屋面構(gòu)件或板；圖7A-7C分別是模塊電極的俯視、仰視和分解圖；圖8是一個模塊的邊緣的分解圖，顯示電極的進(jìn)一步細(xì)節(jié)和穿過柔性膜而形成的孔；圖9是一個集成式光伏屋面板的俯視圖，該屋面板具有兩組六個模塊，這些模塊被布置成并排且彼此相對，其電極串聯(lián)連接；圖10是位于所述膜的下方的電極以及光伏集成式構(gòu)件或板的絕緣層的剖視圖；圖11顯示根據(jù)本發(fā)明包括集成式光伏屋面板的系統(tǒng)以及用于產(chǎn)生交流電的逆變器；圖12是根據(jù)本發(fā)明制造集成式光伏屋面構(gòu)件的工藝的一個實施例的流程圖；圖13顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的集成式光伏屋面系統(tǒng)的一個實施例；圖14是圖13中的實施例的一個部分俯視圖，圖示說明圖13的實施例中的可能進(jìn)行的連接；圖15顯示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的導(dǎo)管的一個實施例；圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個光伏模塊的剖視圖，該光伏模塊被疊壓或粘附在一柔性膜上，從而形成一個集成式構(gòu)件；圖17是圖13所示實施例的部分側(cè)視透視圖，圖示說明圖13中可能進(jìn)行的連接；圖18A和圖18B是根據(jù)本發(fā)明制造和安裝集成式光伏屋面系統(tǒng)的工藝的一個實施例的流程圖。
具體實施例本發(fā)明涉及集成式屋面構(gòu)件、板和系統(tǒng)。所述構(gòu)件、板和系統(tǒng)包括多個太陽能電池或光伏模塊(“PV模塊”)，它們附著到一柔性膜板例如單層膜上。各模塊被布置成彼此相鄰，例如并排或端部對端部，所述模塊的端部具有電連接器或電極，它們被布置成彼此相對或相鄰或相互對齊。
在一些實施例中，所述電連接器從太陽能模塊的內(nèi)部模塊電極延伸出來，并能延伸穿過形成于所述柔性膜的底面中的孔。
在一些實施例中，是通過使電連接器從每個光伏模塊進(jìn)入到一導(dǎo)管內(nèi)、并將導(dǎo)管中的各電連接器連接起來，而將各個光伏模塊連接在一起的。
電連接器傳導(dǎo)直流(DC)電，其可以直接連接到DC電氣裝置或連接到逆變器，所述逆變器向住宅、商業(yè)或工業(yè)建筑物提供交流(AC)電。此外，交流電還能夠經(jīng)過反向計量而進(jìn)入公共電網(wǎng)。
屋面構(gòu)件或板的PV模塊的長邊的端面和側(cè)面可以被封閉起來以便保護(hù)。
也可將保護(hù)性外部層施加在電連接器和柔性膜上，以密封用于接近內(nèi)部模塊電極的孔，所述電極和銅導(dǎo)線被用于以串聯(lián)方式將各單個模塊連接起來，留出一“快速接線”接插頭以備與下一個PV屋面構(gòu)件或板連接。
在一個根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的板中，模塊的布線被簡化，且安裝光伏屋面板所需要的時間縮短，原因在于許多布線連接可以在現(xiàn)場安裝之前進(jìn)行，而且在一些實施例中，它們是被封裝在一中心區(qū)內(nèi)的。因此，需要連接各單個構(gòu)件或板的現(xiàn)場連接的數(shù)量便可得以顯著減少。
在一般性地描述了本發(fā)明的一些特征后，在下面的描述中參照了附圖，這些附圖構(gòu)成本說明書的一部分，并且它們是以圖示說明可實施本發(fā)明的具體實施例的形式來展示的。應(yīng)理解的是，也可以采用其他的實施例，因為可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性變化而不偏離本發(fā)明的范圍。
現(xiàn)參照圖1A-1C，本發(fā)明的一個實施例提供了一種集成式光伏屋面構(gòu)件100。一個示例性的集成式光伏屋面構(gòu)件100包括多個長的光伏模塊或太陽能電池模塊110和111(總稱模塊110)。每個模塊110都是太陽能電池——例如電池110a-110v和111a-111v(總稱為太陽能電池110a)的一個集合。太陽能電池110a是太陽能電池模塊110的最小的光伏單元。圖1A-1C顯示的示例性的模塊110包括二十二(22)個光伏電池110a，但也可以使用其他數(shù)量的太陽能電池110a。
每個太陽能電池模塊110都具有第一長側(cè)面130、第二長側(cè)面132、前端或頭端或電極端134、后端或平頭端136、頂面138、和底面139(在圖1中俯視是不可見的)。模塊110的底面139被連接、粘合或?qū)訅旱揭蝗嵝阅?40的頂面142，柔性膜140的底面144(在俯視圖中不可見)，附著于底面144上的另一層，被部分或全部地附著到建筑物結(jié)構(gòu)的屋面表面上，所述建筑物結(jié)構(gòu)諸如為屋頂、墻壁、頂蓋(canopy)或頂壁，或其他建筑物結(jié)構(gòu)。
模塊110被布置成使得各模塊110的一端，即具有電連接器的各端部，彼此相鄰，所述電連接器例如為焊墊或?qū)Ь€或銅帶引線170和171(總稱為連接器170)。每個連接器170包括一個負(fù)引線170a和一個正引線170b，它們與相鄰的模塊電極連接。電氣連接可以是串聯(lián)的或是并聯(lián)的。然而，為了解釋和說明本發(fā)明的目的，本說明書只參照串聯(lián)的情況進(jìn)行說明。例如，在圖1A中，模塊110的長側(cè)面130和模塊111的長側(cè)面132是并排的并彼此相鄰。在圖1B中，模塊110和模塊111彼此相鄰，并且是交錯或偏移的，以便電極端134相互接近或者說彼此相鄰。在圖1C中，電極端134彼此相鄰且彼此相對。如圖1A-1C所示，具有電連接器或?qū)Ь€端170的電極模塊134被包含在一公共區(qū)或中心區(qū)160中。
借助于這些示例性的構(gòu)造形式，便縮短了連接每個光伏模塊110所需要的時間，這是因為模塊電極170可以在中心區(qū)160，舉例來說通過焊接而被連接。因此，本發(fā)明降低了由電氣技術(shù)人員完成的工作量。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，在圖1A-1C中顯示的該示例性的屋面構(gòu)件100能夠包括不同數(shù)量的模塊110，其中模塊110具有不同數(shù)量的太陽能電池110a，并且屋面構(gòu)件100能夠以各種構(gòu)造形式布置，而且所顯示的示例性的構(gòu)件100構(gòu)造形式僅用于說明這些不一樣的構(gòu)造形式。例如，如圖1D所示，一個示例性的屋面構(gòu)件100包括六個模塊110-115，它們是并排布置的，從而導(dǎo)線連接器170-174在中心區(qū)160內(nèi)位于同一端134處并彼此相鄰。
現(xiàn)參照圖2A，圖1A-1C所示構(gòu)件100可被用來形成集成式光伏板200。一個示例性的板200包括兩組模塊210和212(總稱“組210”)，每一組有六個模塊。具體地說，第一組210中的模塊110-115是并排布置的，且第二組212中的模塊116-121是并排布置的。在此示例性的板200中，每組中的模塊110都被布置成使得各個電極或引線端134彼此相鄰或彼此相對。例如，模塊110和121的電極端134彼此相對，而且模塊111和120的電極端134彼此相對。結(jié)果是，具有電連接器170-181(總稱170)的電極端134是對齊的，并且模塊110和111的正引線和負(fù)引線170b和171a能夠在中心區(qū)160內(nèi)相應(yīng)地串聯(lián)連接。在中心區(qū)160內(nèi)的模塊間連接(在此“菊花鏈”示例中為170b-171a、171b-172a、…、180b-181a)是在現(xiàn)場安裝之前在制造工廠完成的，因此縮短了在現(xiàn)場安裝期間所需要的時間和復(fù)雜性。
為了解釋和說明的目的，圖2A顯示了一個集成式光伏屋面板200，其具有十二個模塊110，分成兩組210和212，每組有六個模塊110。然而，可以使用多個板200、模塊110、電池110a，及各種組的構(gòu)造形式。一個集成式光伏屋面板200可以包括不同數(shù)目的模塊110，這取決于所要覆蓋的屋面表面的尺寸。舉例來說，如圖2B所示，板200包括兩組210和212，其中的各模塊彼此相鄰并以交錯構(gòu)造形式布置。每組具有三個模塊110-112和113-115，它們各自具有電極對170-172和173-175。另外，板200可以包括具有不同數(shù)目的太陽能電池110a的模塊110(圖1展示出在一個示例性的模塊110中的二十二個太陽能電池110a)。因此，本發(fā)明靈活并適合于滿足建筑物的需求和規(guī)格或下層柔性膜140的大小。
圖3A-3B顯示一集成式屋面板200，該集成式屋面板被施加到建筑物結(jié)構(gòu)的屋頂上，以保護(hù)建筑物結(jié)構(gòu)免受環(huán)境影響并且發(fā)電。具體地說，圖3A顯示了具有模塊110-121的集成式光伏板200，上述模塊附著在一柔性膜板140上。膜板140被施加到建筑物結(jié)構(gòu)310的屋面表面300。示例性的板200覆蓋在一部分平的屋面表面300之上，但若需要的話，屋面300的其余部分可類似地用其他的板200或更小的構(gòu)件100來覆蓋。類似地，圖3B顯示了一個板200，其中模塊110-121附著在一柔性膜板140上，所述柔性膜板鋪在建筑物結(jié)構(gòu)330的傾斜的或呈一定角度的屋面表面320上。屋面320的其余部分可以被類似地覆蓋。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，可以根據(jù)表面的大小和所需要的太陽能能量，將一個以上的板200或構(gòu)件100安裝在屋面或其他建筑物表面或結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步的說，板200可具有不同數(shù)目或尺寸的太陽能電池模塊110和柔性膜板140。為了說明起見，本說明書一般參照的是附著到單層膜板上的模塊。但采用各種不同尺寸和數(shù)量的柔性膜板。因此本發(fā)明的集成式光伏板200和構(gòu)件100是具有簡單布線的有效、實用且柔性的光伏屋面材料。
圖4-12說明集成式光伏構(gòu)件100和板200、電連接器、結(jié)合了構(gòu)件100或板200的系統(tǒng)、及制造構(gòu)件或板的方法的各個方面。雖然下面描述一般是參照一種光伏屋面“板”進(jìn)行的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，此描述也可應(yīng)用到一個集成式光伏屋面構(gòu)件100，或者一或多個構(gòu)件和板的組合。
圖4顯示一個本發(fā)明的集成式光伏屋面板200的總的剖視圖。粘接到柔性膜140上的示例性的太陽能電池模塊110或111(總稱110)可以是型號為PVL-128或UNI-SOLARPVL的太陽能電池模塊，它們可從美國密歇根州3800Lapper Road，Auburn Hills的Bekaert ECD SolarSystem，LLC購得。此特定的示例性的太陽能電池模塊110被用粘結(jié)劑400粘附到柔性膜140的頂面142上。一種示例性的粘結(jié)劑400是活性的聚氨酯熱熔QR4663，其可從德國杜塞爾多夫市Kenkelstrasse 67，40191的Henkel KgaA購得，所述粘結(jié)劑400可以用于使模塊110的底面139附著或?qū)訅旱饺嵝阅?40的頂面142上。
可使用的一種示例性的柔性膜板140是單層膜，例如可以從美國馬薩諸塞州100Dan Road，Canton的Sarnafil，Inc.購到的EnergySmartS327Roof Membrane。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會意識到，雖然為了解釋和說明目的而選擇了一種示例性的柔性膜140，也可采用其他許多柔性膜和單層膜。例如，可以使用的替代性單層膜140包括改性瀝青(modified bitumens)，這是由瀝青、改性劑(APP、SBS)和/或增強(qiáng)材料構(gòu)成的復(fù)合板，所述增強(qiáng)材料諸如為塑料膜、聚酯墊料(polyestermats)、玻璃纖維、氈制品或織物、硫化橡膠或熱固塑料、及非硫化橡膠，所述硫化橡膠或熱固塑料諸如為乙基丙稀二烯(單體)三元共聚物(EPDM)，所述非硫化橡膠諸如為氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、聚異丁烯、丙烯腈(acrylonitrite)丁二烯聚合物。
模塊110相應(yīng)地包括負(fù)和正的內(nèi)部電極焊盤170a(-)和170b(+)。絕緣帶492鋪在焊盤170a上?？?50a和450b是穿過柔性膜140、粘結(jié)劑400和模塊110的下部形成的，用于接近內(nèi)部的模塊焊盤170a和170b。在孔450a和450b中形成有焊接接頭或焊接部分470a和470b。模塊111包括類似的結(jié)構(gòu)，具有正和負(fù)電極焊盤171a(-)和171b(+)、孔451a和451b、及焊接部分471a和471b。絕緣帶493鋪在焊盤171a上。
焊接部分470a和470b提供了內(nèi)部模塊焊盤170a和170b與各自的模塊間導(dǎo)線連接引線430和431之間的電接頭。其結(jié)果是，內(nèi)部的模塊負(fù)電極170a、焊接部分470a、及連接電極430構(gòu)成了一個電路。其中導(dǎo)線430的末端終止于一快速接線接插頭處(圖4中未示)。內(nèi)部的正模塊電極170b、焊接部分470b、及模塊間連接引線431構(gòu)成了一個電路，其經(jīng)由焊接部分471a串聯(lián)連接到相鄰的內(nèi)部負(fù)模塊電極171a。在此串聯(lián)布線的例子中，相鄰模塊之間的由正到負(fù)布線模式持續(xù)進(jìn)行，直到所有附加的模塊電極被“菊花鏈?zhǔn)竭B接”從而完成此串聯(lián)電路為止。對電極181b(+)的最后的正內(nèi)部模塊連接(見圖2)終止了此串聯(lián)連接，而其中對快速接線接插頭(圖4中未示)的連接類似于導(dǎo)線430的終止。
如果需要，可以將一層或多層絕緣層490施加到柔性膜140的底面144上，并覆蓋在電路中的連接電極430和431以及附加的模塊電極上，用作保護(hù)和機(jī)械支撐。絕緣層490可通過粘結(jié)劑層480來施加。
可將邊緣密封劑495施加到模塊110和111的邊緣。更具體地說，可施加邊緣密封劑495，從而密封或覆蓋粘結(jié)劑層400與模塊110和111的底面之間的任何間隙或邊緣，以及粘結(jié)劑層400與膜140的頂面之間142之間的邊緣。
圖4中所示具有一般構(gòu)造形式的板200可以被卷起來儲存和運輸。例如，典型的柔性膜140的卷所具有的寬度可大至大約10英尺，且在約30或100英尺之間的長度上切割和卷繞。模塊110可以施加到柔性膜140上并根據(jù)需要被切成各種規(guī)格，然后被打開并鋪到屋面上。
圖5顯示太陽能電池模塊110的剖視圖，模塊110是型號為PVL-128或UNI-SOLARPVL solar module的示例性太陽能電池模塊110的一般性表示，上述型號的太陽能電池模塊可以從美國密歇根州3800Lapper Road，Aubum Hills的Bekaert ECD Solar System，LLC購得。此特定太陽能電池模塊110包括二十二個太陽能電池110a(如圖1和圖2A-2B所示)。
特定的示例性太陽能電池模塊110包括一個頂部乙烯-四氟乙烯共聚物(Tefzel)層500，該層的厚度為約2密耳(1密耳＝0.001英寸)；一個第一乙烯-丙烯橡膠(EVA)層510，該層厚度為約26密耳，處于乙烯-四氟乙烯共聚物層下面；一個玻璃纖維層520，該層厚度為約15-20密耳，處于EVA層510的下面；一個光敏層或太陽能電池層530，該層厚度為約5密耳，處于玻璃纖維層520的下面；一個第二EVA層540，該層厚度為約8密耳，處于光敏層530的下面；及一個聚氟乙烯薄膜(Tedlar)層550，該層厚度為約2-5密耳，處于第二EVA層540的下面。圖5還顯示了安裝在模塊110的第二EVA層540內(nèi)的負(fù)內(nèi)部電極170a和正內(nèi)部電極170b。負(fù)內(nèi)部電極170a與光敏層530通過絕緣帶或?qū)?92隔離開，以防止短路。
一個已制造成的型號為PVL-128的示例性太陽能模塊110典型地包括工廠連接粘結(jié)劑560(用圓點表示)，其位于模塊疊層的底側(cè)，也就是說被施加到Tedlar層550的底側(cè)。然而在本發(fā)明中，為了將太陽能電池模塊110附著或?qū)訅旱饺嵝阅?40的頂面142上，此工廠粘結(jié)劑560可以用前面已經(jīng)提及的熱熔粘結(jié)劑300或用另外的粘結(jié)工藝施加的粘結(jié)劑來代替。
圖6顯示一個集成式光伏屋面板200的剖視圖，其中模塊110(具有圖5中所示構(gòu)件)被層壓或粘結(jié)到柔性膜140的頂面142上。特別的是，穿過膜板140、粘結(jié)劑400、及模塊的底面或底側(cè)——即穿過Tedlar層550和部分穿過第二EVA層540，而形成孔450a和450b，以接近第二EVA層540內(nèi)的內(nèi)部電極170a和170b。圖6還顯示邊緣密封劑495施加在膜層140上，并施加到粘結(jié)劑400和模塊110上。
在焊接部分470a和470b經(jīng)由450a和450b孔而被施加到內(nèi)部模塊電極170a和170b，并且連接電極430和431被各自連接到焊接部分470a和470b之后，可將第二粘結(jié)劑層480施加到膜140的底面144上。此外，一絕緣膜層490可以被施加到粘結(jié)劑層480的下面(或在未使用粘結(jié)劑層480的情況下施加到膜140的底面144上)。絕緣層490絕緣并封裝電路中的連接電極430和431以及附加的模塊電極。一種可以使用的示例性的膜層490是48密耳的S327，其可從美國馬薩諸塞州100Dan Road，Canton的Sanarfil(滲耐防水系統(tǒng)有限公司)獲得。
板200的底面被鋪到屋面表面或基板上(例如圖3中的屋面部分300和320上)或其他建筑物結(jié)構(gòu)表面上。因此當(dāng)要安裝板200時，板卷可以在屋面上展開，并用各種已知技術(shù)或方法附著在屋面上(例如用于將柔性PV板粘結(jié)到基板的各種粘結(jié)劑，或利用螺紋連接件和板的機(jī)械連接，以及搭接部分或接縫的熱風(fēng)焊接、溶劑溶焊或射頻(RF)焊接。此外，可以使用雙面膠帶、帶有可去除剝離紙的預(yù)施加粘結(jié)劑、及各種方法。)如圖7A-7B所示，電極引線170a和170b連接到連接電極430和431，并位于模塊的邊緣例如電極或基準(zhǔn)邊134附近。圖7C顯示引線170a和170b的端部具有終端孔700和702，用于串聯(lián)連接導(dǎo)線或其他連接器。
在圖8中進(jìn)一步詳細(xì)說明導(dǎo)線或銅帶引線170a和170b。特別的是，引線170a和170b各自連接到連接電極430和431。引線170a和170b相對于模塊110的基準(zhǔn)邊134垂直延伸，并延伸于膜140之上。在圖2A所示的串聯(lián)布線的例子中，模塊間的連接電極都是以這種模式連接起來的，例外的是其中介于模塊115的正內(nèi)部模塊電極175b與模塊116的負(fù)內(nèi)部模塊電極175b之間的模塊間連接。在此情況下，形成電極175b和175a(見圖2A)之間電路的單導(dǎo)電引線延伸跨過模塊115和116的基準(zhǔn)邊134。此后，對模塊116到模塊121，實現(xiàn)類似于模塊110到模塊115的布線模式。
如圖9所示，導(dǎo)線或內(nèi)部模塊的銅帶引線170a和170b與模塊110的連接器430和431串聯(lián)連接。特別的是，第一組210的模塊110-115的正極引線170b-174b和負(fù)極引線171a-175a是通過連接器431和435串聯(lián)連接起來的，并且，第二組212中的模塊117-121的正極引線176b-180b和負(fù)極引線177a-181a是通過連接器437-441串聯(lián)連接起來的。模塊115和116的負(fù)極引線175b及正極引線175b也通過交叉連接器436連接起來，從而完成模塊110-121的串聯(lián)連接。負(fù)和正的“快速接線”接插頭920和922終止于封裝膜490外面的引線430和442端，并可隨時用于連接到相鄰的PV板。進(jìn)一步的說，這些串聯(lián)連接的板中，一張或多張板可以并聯(lián)連接到一逆變器。也可以根據(jù)某個特定系統(tǒng)的需要而使用其他電連接，例如，板可以并聯(lián)連接。
舉例來說，一個具有十二個模塊110的板200可以提供1536Wstc和571.2Voc的輸出，其中模塊110按前面描述的串聯(lián)結(jié)構(gòu)布線。此構(gòu)造形式還包括使太陽能電池模塊110被包含在中間部分160之內(nèi)的布線，從而簡化了安裝工序。然后，輸出連線430a和442可以被引到一個設(shè)備，該設(shè)備能夠處理太陽能，并向建筑物供電或使電量反向計量進(jìn)入電網(wǎng)。進(jìn)一步的是，可將保護(hù)性涂層或?qū)?90施加在導(dǎo)線引線170a-181a以及170b-181b上，以保護(hù)導(dǎo)線免受惡劣天氣、動物、和其他環(huán)境因素的影響。
圖10是一個集成式光伏構(gòu)件100或板200的剖視圖，顯示一個說明性的例子，所述集成式光伏構(gòu)件100或板200被附著到屋面或面板(decking)上。在此例中，絕緣層610鋪設(shè)在帶有下層絕緣基板1010的面板1000上。在絕緣層610中切有一個槽1020。位于槽1020內(nèi)的電氣導(dǎo)管1030包括電纜430和442(也見圖9)，電纜430和442由電纜快速接線920和922連接到室內(nèi)(home-run)電纜快速接線1050和1052，并作為DC電纜而從室內(nèi)電纜快速接線1050和1052延伸到電氣組合箱(electrical combiner box)和/或逆變器。
圖11一般地說明一個系統(tǒng)1100，該系統(tǒng)用于向建筑物結(jié)構(gòu)提供由本發(fā)明的集成式光伏屋面板200所產(chǎn)生的電能。一般而言，板200a和200b是用前面所描述和說明的方式來制造和布線的。從模塊引出的系列引線或電極并聯(lián)連接到一接口或換流器，例如逆變器1110，從而將由太陽能板200a和200b所產(chǎn)生的直流(DC)電1120以一定電壓轉(zhuǎn)換成建筑物結(jié)構(gòu)可以使用的交流(AC)電1130，或反向計量進(jìn)入電網(wǎng)?？梢允褂玫囊粋€示例性的逆變器1110是型號為BWT10240，Gridtec10的光伏靜電逆變器，此逆變器可以從美國加利福尼亞州Livermore的Trace Technologies Corp.獲得。這些示例性的逆變器1110的額定參數(shù)是最高600伏直流輸入；10kW，120/240或更小，并為單相輸出。可以使用的其他逆變器包括串式逆變器(string inverter)或Sunny Boy2500串式逆變器，其可以從美國加利福尼亞州20830Red Dog Road，GrassValley的SMA A，Inc.獲得?？梢允褂玫囊粋€進(jìn)一步的示例性逆變器1100是型號為RS400的正弦波逆變器，該型逆變器可以從美國華盛頓州5916195thStreet，Arlington的Xantrex Technology，Inc.獲得；或型號為PV-20208的20kW Grid-Tied光伏逆變器，該型逆變器也可以從Xantrex Technology，Inc.獲得。
既已說明了集成式光伏屋面構(gòu)件100、板200和系統(tǒng)1100，本說明書現(xiàn)在一般性地說明用于制造構(gòu)件100或板200的工藝，以及模塊、板、粘結(jié)劑和電極、及導(dǎo)線引線的處理。一般而言，所述工藝包括使要被層壓的模塊定位、將模塊和柔性膜層壓在一起、按需要將層壓板的邊緣封閉起來，以及給板布線。
參照圖12，開始時，在步驟1200制備或激活模塊表面。特別是，使模塊的底面或Tedlar表面例如通過火焰/電暈處理系統(tǒng)而被激活?；鹧婧头烹婋姇炋幚淼慕M合激活模塊表面，被激活的表面將要接收第一熱熔粘結(jié)劑，第一熱熔粘結(jié)劑用于將模塊的底面層壓到柔性膜板的頂面上。可以清潔并使模塊的基板粗糙化以準(zhǔn)備施加粘結(jié)劑。例如，模塊可以以每分鐘30到50米的速度移動穿過火焰(例如用天然氣作為燃料的175厘米寬的燃燒器頭(FTS201))。模塊的端部或側(cè)面也暴露在一氣體火焰(或在結(jié)合的氣體/放電火焰中的電暈)中，以激活用于施加第二熱熔粘結(jié)劑(邊緣粘結(jié)劑)的邊緣。模塊邊緣可以以每分鐘5到10米的速度暴露于火焰中。
在步驟1205，舉例來說，使用一個從盒中將模塊裝載到處理臺或傳送機(jī)上位置的抽吸對準(zhǔn)系統(tǒng)(suction alignment system)，使模塊加載就位。
在步驟1210，將模塊饋送到層壓機(jī)內(nèi)，并將第一粘結(jié)劑施加到模塊的基板表面上。如果模塊是彼此間隔開的，該粘結(jié)劑可以定量地或周期性地施加到模塊的底面。
在步驟1215，將柔性膜粘結(jié)到模塊上?？梢杂靡卉堓佅到y(tǒng)在張緊狀態(tài)下放置該膜，以更好地疊壓膜和熱熔涂覆的模塊。
在步驟1220，用一平整單元(壓光輪)將模塊和膜疊壓到一起，從而使模塊和膜緊密配合或粘結(jié)在一起。層壓壓力是通過間隙或通過在壓光輪的整個長度上施加的壓力來設(shè)定的，上述在壓光輪的整個長度上施加的壓力例如總共為10000N，壓強(qiáng)達(dá)到300N/cm。
在步驟1225，讓被層壓產(chǎn)品定型并冷卻。
在步驟1230，第二粘結(jié)劑，例如HENKEL MM6240粘結(jié)劑，被施加到板的長的引導(dǎo)和拖曳邊緣(trailing edge)，作為保護(hù)性密封或灌封劑(pottant)以保護(hù)上述邊緣免受天氣、濕度和其他環(huán)境污染的影響，這些影響可能損害模塊或使模塊與柔性膜分離?？梢允褂玫氖纠缘倪吘壝芊鈩┗蚬喾鈩┌ㄒ一谆┧狨ァ⒕?n-丁基-丙烯酸酯、EVA和彈性灌封劑EPDM和聚氨基甲酸酯。
在步驟1235，可根據(jù)需要將額外的密封物或保護(hù)層施加板上。例如，可將一頂部保護(hù)層施加到模塊上以起到進(jìn)一步保護(hù)的作用。覆蓋層提供了抵抗環(huán)境因素的進(jìn)一步的保護(hù)，而同時對太陽光而言是透明的或幾乎是透明的(例如90％透射)?？梢允褂玫氖纠缘耐鈱硬牧习ǖ幌抻赥edlar、聚氟乙烯(PVF)、Kynar、聚偏1，1-二氟乙烯、從Rohn&Hass獲得的柔性有機(jī)玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯)DR-61K和V811。
在步驟1240，隨后對板進(jìn)行電氣布線并按長度剪切。板的系列布線是利用平整銅帶完成的，該銅帶被焊接于相鄰的模塊之間。通過在模塊焊盤位置切出穿過柔性膜的底層或屋面?zhèn)鹊膱A形孔來接近焊接點，每塊板的電源引線包括兩個“快速接線”接插頭，其分別被焊接到系列布線的模塊的正終端引線和負(fù)終端引線。電源引線連接到其他板、到組合箱、到DC電氣裝置或直接連接到功率逆變器。
在步驟1245，在完成電氣引線的焊接后，銅帶和電源線是這樣被封裝在PVC中的通過熱風(fēng)焊接、RF焊接或熱熔方式，將一條合適的相容的柔性膜粘結(jié)到更大的柔性膜的中心底側(cè)，從而將板的電氣焊接接頭完全封裝并且密封和絕緣。
現(xiàn)參考圖13-18，說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的一個集成式光伏屋面系統(tǒng)的各個實施例。圖13中的系統(tǒng)S包括多個光伏模塊(例如模塊1310A-1310D)，它們被附著到柔性膜1312上。在各光伏模塊1310A-1310D上，有一對引線(例如導(dǎo)線1314A-1314D)從接線盒1316A-1316D伸出。每個導(dǎo)線對1314A-1314D被引導(dǎo)到一導(dǎo)管(例如線盒(tray)或線槽(trunking))1318，該導(dǎo)管處在相對接近于導(dǎo)線對1314A-1314D附近的位置。光伏模塊1310A-1310D之間的連接和對諸如逆變器1320的其他構(gòu)件之間的連接可以通過連接導(dǎo)管1318中的引線(例如導(dǎo)線，圖中未示)來完成。
此實施例提供了一種連接傳統(tǒng)光伏模塊的相對簡單的方式，上述傳統(tǒng)模塊具有從光伏模塊伸出的連接導(dǎo)線。此外，由于所有連接都可以在導(dǎo)管1318中完成，這些連接便與環(huán)境隔離開來。此外，在導(dǎo)管1318中可制出各種構(gòu)造，以給導(dǎo)線對1314A-1314D提供應(yīng)變消除。
在一些實施例中，導(dǎo)管1318可以包括一個或多個支撐件1322，以將導(dǎo)管1318升高到光伏模塊1310A-1310D之上。這便于光伏模塊1310A-1310D之間的連通，因為從光伏模塊1310A-1310D引出的導(dǎo)線對1314A-1314D可以容易地通過導(dǎo)管1318下部的孔(未顯示)定線路。
如下面所詳細(xì)討論的，圖13的實施例可以包括不同數(shù)目的光伏模塊1310A-1310D，這些模塊具有不同數(shù)目的太陽能電池1326。此外，光伏模塊1310A-1310D和導(dǎo)管1318可以被布置成各種結(jié)構(gòu)形式。
導(dǎo)管1318中進(jìn)行連接的例子將結(jié)合圖14進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖4是圖13中的系統(tǒng)的一部分的俯視圖。兩個接線盒1410A-1410B和導(dǎo)管1412的頂部未顯示，為的是說明它們內(nèi)部的布線連接。
光伏模塊1416A包括兩個電連接器(例如焊盤或?qū)Ь€或銅帶引線)1418A和1418B，它們構(gòu)成物理電氣連接器，分別用于對光伏模塊的正極和負(fù)極連接。光伏模塊1416A包括兩個相似的電連接器1418C-1418D。這些電連接器以類似的方式提供對每個模塊中的太陽能電池的連接，如同在上面說明的引線和連接器170、171、170a和170b。但與前面討論的引線和連接器不同的是，電連接器1418A-1418D可以位于光伏模塊1416A-1416B的頂面。
利用焊接連接1421A-1421D，使得一對電導(dǎo)線(例如導(dǎo)線對1420A-1420B和1420C-1420D)固定到每個電連接器(例如相應(yīng)的電連接器1418A-1418B和1418C-1418D)。導(dǎo)線對1420A-1420D是通過導(dǎo)管1412的底側(cè)上的一個或多個孔1422來定線路的。
當(dāng)系統(tǒng)被安裝在屋面時，安裝者將導(dǎo)管1412中的電導(dǎo)線1424A-1424C連接到從每個光伏模塊1416A-1416B引出的導(dǎo)線1420A-1420D。在圖14所示例子中，光伏模塊1416A-1416B是串聯(lián)連接的，但應(yīng)該認(rèn)識到，并聯(lián)或其他形式的連接也可被用于將光伏模塊1416A-1416B連接在一起，和/或連接到其他構(gòu)件，如逆變器(未顯示)。
典型地，連接器1426A-1426D被固定到導(dǎo)線1420A-1420D的自由端。例如，連接器可以是“快速接線”接插頭，諸如型號為PV-KST3IUR(多接點凸形連接器)或PV-KBT3I UR(多接點凹形連接器)的接插頭，美國加利福尼亞州的Santa Rosa的Multi-Contact USA有售。
當(dāng)連接器1426A-1426D被固定到從光伏模塊1416A-1416B引出的導(dǎo)線1420A-1420D時，兼容的連接器1428A-1428D被固定到導(dǎo)管1412中的電導(dǎo)線1424A-1424C。通過這種形式，只需簡單地將每個連接器1426A-1426D和1428A-1428D連接在一起，便可相對快速地在現(xiàn)場安裝系統(tǒng)。
圖15說明PVC涂覆片狀金屬構(gòu)造的導(dǎo)管1510的一個實施例的分解圖。導(dǎo)管1510的主要部分由一個方的“U”型通道1512構(gòu)成。上部件1514套在通道1512上以防雨水或其他材料進(jìn)入導(dǎo)管1510。此外，可在通道1512的各端固定一個端蓋1516。端蓋1516和/或上部件1514可以使用各種連接材料附著到通道1512，這些連接材料包括但不限于鉚釘、螺釘和粘結(jié)劑。
根據(jù)系統(tǒng)中光伏模塊的數(shù)目和布局，導(dǎo)管1510可以由幾個導(dǎo)管段構(gòu)成(未顯示)。此外，整個導(dǎo)管結(jié)構(gòu)的形狀可以采用任何形式，而不同于圖13所示的直導(dǎo)管。例如，導(dǎo)管結(jié)構(gòu)可以呈“L”、“T”或任何其他為有效地將光伏組建連接在一起所需要的形狀。在這些情況下，導(dǎo)管結(jié)構(gòu)可以包括聯(lián)接器件，聯(lián)接器件包括但不限于三通(TEEs)和彎管。
在一些實施例中，在導(dǎo)管1510中的孔1520內(nèi)設(shè)置有孔眼(grommets)1518?？籽?518能夠防止過多濕氣進(jìn)入導(dǎo)管1510。通常孔眼1518相對柔軟，且其大小使得其內(nèi)徑略小于連接器1426A-1426D的外徑(參見圖14)。通過這種方式，孔眼1518可供導(dǎo)線1420A-1420D消除應(yīng)變，因為孔眼1518能夠防止導(dǎo)線1420A-1420D被輕易拉出導(dǎo)管1510。孔眼1518典型地是用橡膠或某種其他略為柔軟的材料制成的。
在一些實施例中，將一個或多個支撐件1522連接在導(dǎo)管1510的底側(cè)，以將導(dǎo)管1510提升至高于屋面的表面(未顯示)或柔性膜1312(見圖13)。支撐件1522可以由各種材料制成，這些材料包括但不限于木材、金屬片和PVC?；A(chǔ)材料1524可以被附著到支撐件1522的下面，從而舉例來說防止損壞柔性膜1312、屋面和支撐件1522?；A(chǔ)材料1524可以由一種自粘附的PVC膜構(gòu)成，但不限于此。支撐件1522可以用各種連接材料來附著到導(dǎo)管1510上，上述連接材料包括但不限于螺紋連接件和粘結(jié)劑。
導(dǎo)管1510可以用許多方式牢固地放在屋面或柔性膜1312上。在一些實施例中，導(dǎo)管1510的質(zhì)量足以將導(dǎo)管1510固定在屋面或柔性膜1312的位置上，無需以物理手段將導(dǎo)管1510附著到屋面或柔性膜1312上。在一些實施例中，導(dǎo)管1510中可以加有壓載物。在其他實施例中，導(dǎo)管1510可以通過物理手段、用傳統(tǒng)的屋面附著技術(shù)附著到屋面或柔性膜上。
由上所述，應(yīng)該意識到，這里所描述的導(dǎo)管是可以用各種方式構(gòu)造的。例如，可以以不同的形狀、尺寸和結(jié)構(gòu)來制造導(dǎo)管。此外，導(dǎo)管可以用各種材料制成，這些材料包括但不限于片狀金屬、鋁和PVC材料。
圖16說明一種集成式光伏模塊和柔性膜的一個實施例的一部分的側(cè)切視圖，該集成式光伏模塊和柔性膜可以用于圖13-18的實施例。與上面結(jié)合圖1至圖12所說明的方式類似，圖16所示的集成式構(gòu)件(例如板)1610是通過將一個或多個光伏模塊1612附著到一個或多個柔性膜1614構(gòu)造而成的。
可以使用的柔性膜板1614的一個例子是單層膜，例如EnergySmartS327RoofMembrane，其可以從美國馬薩諸塞州100DanRoad，Canton的Sarnafil，Inc.，Roofing and Waterproofing System獲得。但應(yīng)意識到，可以使用其他柔性膜和單層膜，如同上面結(jié)合圖1至圖12所說明的實施例。
光伏模塊1612類似于上面結(jié)合圖4-6說明的光伏模塊。主要的不同在于，圖16所示光伏模塊1612的電連接器可以位于光伏模塊1612的上部，此類型的光伏模塊的一個例子是PVL-128UNI-SOLAR太陽能電池模塊(例如，Model No.22L-T)，其可以從美國密歇根州3800Lapeer Road，Auburn Hills的Bekaert ECD Solar Systems，LLC獲得。
如上面結(jié)合圖5所進(jìn)行的討論，光伏模塊是由幾層構(gòu)成的。簡單地說，這種特定光伏模塊1610可以包括一個頂部乙烯-四氟乙烯共聚物(Tefzel)層1622、一個第一乙烯-丙烯橡膠(EVA)層1624、一個玻璃纖維層1626、一個光敏或太陽能電池層1628、一個第二EVA層1630、和一個Tedlar層1632。
圖16還顯示了一個負(fù)內(nèi)部電極1634和一個正內(nèi)部電極1636，它們以類似于上面關(guān)于內(nèi)部電極170a和170b所論述的方式，而被安裝在模塊1610的第二EVA層1630中。負(fù)內(nèi)部電極1634通過絕緣帶或?qū)优c光敏層1628絕緣，以防止短路。內(nèi)部電極1634和1636分別通過接線1644A-1644B而連接到電連接器1642A-1642B(例如，圖14中的電連接器1418A-1418B)。如果需要，接線1644A-1644B可以與模塊的一層或多層相絕緣。
光伏模塊1612可以利用各種材料和技術(shù)被附著到柔性膜1614，如上面結(jié)合圖1-12所論述的。例如，可以用粘結(jié)劑1618將光伏模塊1612的底面1620粘結(jié)到柔性膜1614的頂面1616?？梢允褂玫囊环N示例性的粘結(jié)劑1618是活性聚氨基甲酸酯熱熔QR4663，用以將光伏模塊1612的底面1620粘結(jié)或疊壓到柔性膜1614的頂面1616，該粘結(jié)劑可以從德國Kenkelstrasse 67，40191Duesseldorf的Henkel KgaA獲得。但應(yīng)認(rèn)識到，也可以用其他粘結(jié)劑和其他的粘結(jié)技術(shù)或方法來將光伏模塊1612附著到柔性膜1614上。
與上面結(jié)合圖1-12所論述的方式類似，可以將某種邊緣密封劑1640施加到光伏模塊1610的邊緣。更具體地說，可以施加邊緣密封劑1640從而密封或覆蓋粘結(jié)劑層1618與光伏模塊1610的底面1620之間的任何間隙或邊緣，以及粘結(jié)劑層1618和柔性膜1614的頂面1616之間的邊緣。
圖16的光伏模塊包括防水接線盒(圖中未示)，其保護(hù)電連接器1642A-1642B(例如圖14中的電連接器1418A-1418D)上的焊接接點。參照圖17，一個注塑成型的塑料接線盒1710被置于電連接器(未顯示)的上方，并包括電纜口1712，導(dǎo)線1714穿過該電纜口而被焊接到電連接器上，并被引導(dǎo)到導(dǎo)管1718中的孔1716。通過將灌封材料(pottingmaterial)1720例如硅樹脂密封劑注入接線盒1710的注入口1722，然后再將接插頭1724插入注入口1722內(nèi)，而使得接線盒1710成為不受氣候影響的。
圖18A和18B表明一種構(gòu)造和安裝如圖13-17所示系統(tǒng)的方法的一個示例。此方法類似于上面結(jié)合圖12所描述的方法。例如，步驟1800、1805、1810、1815、1820、1825和1830可以與上面結(jié)合圖12所描述的步驟1200、1205、1210、1215、1220、1225和1230相同。步驟1835類似于步驟1235，不同之處在于可做出規(guī)定，避免將電連接器的上部疊壓到模塊的頂面。
在步驟1840，按長度切割集成式構(gòu)件(例如板)1610，并根據(jù)需要切割成各種規(guī)格。
在步驟1845，使導(dǎo)線1714和接線盒1710附著到集成式板1610的上部。在一些實施例中，導(dǎo)線1714由大約3英尺長的PV電纜組成。導(dǎo)線1714被焊接到電連接器上(例如“+”、“-”電連接器)。接線盒1710然后被置于電連接器的上方，以便導(dǎo)線1714延伸穿過接線盒1710上的電纜口1712。接線盒1710的下部包括丁基橡膠(Butyl)帶壓敏粘結(jié)劑1728，其將接線盒1710固定到集成式板1610的頂面上。然后，灌封材料1720(例如硅樹脂或合適的填封料)被注入位于接線盒1710的上部的注入口1722，以保護(hù)焊接連接免受各種因素的影響，并提供一定程度的應(yīng)變消除。接下來，一個注入口接插頭1724被膠封到注入口1722內(nèi)。如果可行，連接器1726可以被固定到導(dǎo)線1714的自由端。
以與上面結(jié)合圖1-12所論述的類似的方式，集成式板1610可以卷起來以便儲存或運輸。然后，集成式板可以運送到建筑地點，打開并鋪在屋面上。
現(xiàn)參照圖18B，以下將說明一個現(xiàn)場安裝工序的示例。在步驟1850，所述集成式板被在屋面上打開，并如上所述附著在屋面上。在步驟1855，按需要來設(shè)置導(dǎo)管，以使導(dǎo)線和連接器能夠從集成式板被引導(dǎo)到該導(dǎo)管內(nèi)。例如，導(dǎo)管可以被設(shè)置在要連接電導(dǎo)線的模塊的相鄰端的位置。在步驟1860，集成式板借助導(dǎo)管中的合適布線而被連接在一起。此外，布線可以被連接到另一個部件，例如逆變器。在一些實施例中，對逆變器的連接可以通過該逆變器中的螺紋接線片(screwlugs)進(jìn)行。最后，在步驟1865，舉例來說通過將上部部件放在導(dǎo)管上，完成導(dǎo)管的組裝。
如圖13-18所示系統(tǒng)中的多數(shù)構(gòu)件可以以與上面結(jié)合圖1-12所描述的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造形式類似的方式來構(gòu)造和配置。
例如，導(dǎo)管可以被設(shè)置成鄰接集成式光伏屋面構(gòu)件和模塊，或處于集成式光伏屋面構(gòu)件和模塊之間，類似于圖1、2和圖9中所描述的。典型的是，模塊的位置使得模塊的要設(shè)置電導(dǎo)線連接的各個端部彼此相鄰。然后，便可在模塊的這些相鄰的端部設(shè)置導(dǎo)管。導(dǎo)管可以被置于相當(dāng)于公共或中心區(qū)160和/或端134的區(qū)域。這里，在這些區(qū)域中的連接，如圖1、2和圖9所示，是在導(dǎo)管中進(jìn)行的，而不是在相應(yīng)的構(gòu)件或板中進(jìn)行的。
類似地，在圖3中，可將一個導(dǎo)管設(shè)置于兩組模塊110-115和116及121之間。而且，模塊之間的連接也是在導(dǎo)管中而不是在板中進(jìn)行的。
以上已描述了本發(fā)明的各種實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，本發(fā)明的集成式光伏構(gòu)件、板和系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)的屋面材料、外加太陽能電池模塊、及已知的同樣包括太陽能電池模塊的板的缺點，從而提供了一種更有效的屋面解決方案。本發(fā)明減少了為連接太陽能電池模塊、及將太陽能電池模塊連接到逆變器通常所需的布線和相關(guān)硬件的數(shù)量。本發(fā)明還簡化了布線，這是因為進(jìn)行的連接更少，并且在中心區(qū)進(jìn)行的連接更少。
已展示的本發(fā)明的實施例的以上描述供說明和描述之用，并不是要窮盡或限制本發(fā)明于所公開的精確的形式。根據(jù)上面的指導(dǎo)，可以多種改進(jìn)和變化都是可能的。例如，集成式光伏屋面板可以使用多種不同的模塊、柔性膜、粘結(jié)劑、及模塊配置陣列。另外，集成式光伏構(gòu)件和板不僅可用作屋面構(gòu)件，還可以鋪在墻壁、頂蓋、帳篷結(jié)構(gòu)、和其他建筑物結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步的說，集成式光伏屋面板可以用于許多不同的建筑物結(jié)構(gòu)，這包括住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑物結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的范圍不受此處詳細(xì)描述的內(nèi)容的限制，而是以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于附著到屋面表面的集成式光伏屋面系統(tǒng)，包括至少一個柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；多個長光伏模塊，所述多個長光伏模塊是并排布置的，并附著到所述至少一個柔性膜的所述頂面；至少一個導(dǎo)管，位于所示模塊的相鄰端；以及多個電引線，其與所示模塊電連接，并且是通過所述至少一個導(dǎo)管來定線路的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個連接器，其連接到所述電引線，用于連接所述多個電引線的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個所述多個電引線的至少一部分具有焊接到一模塊的一端、及連接到一連接器的另一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少一個電引線，其具有連接到所述電引線的每一端的連接器，以連接到所述多個電引線的至少一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，在所述至少一個導(dǎo)管的底側(cè)形成至少一個孔，用于給所述多個電引線定線路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個導(dǎo)管位于所述模塊的上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個導(dǎo)管包括至少一個支撐件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述模塊是用粘結(jié)劑附著到所述至少一個柔性膜的所述頂面的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個柔性膜包括單層膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個柔性膜是熱塑性塑料膜板、彈性膜板、或增強(qiáng)瀝青膜板。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個模塊包括多個太陽能電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個模塊都是柔性的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，沿所述至少一個柔性膜與至少一個所述模塊之間邊緣的密封。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個柔性膜和被附著到所述至少一個柔性膜上的所述模塊是自身可以卷起的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個柔性膜包括單層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，第一組兩個或更多個模塊是并排布置的，且第二組兩個或更多個模塊是并排布置的，其中所述第一組和第二組模塊還是端對端布置的，以使至少所述電引線的至少一部分位于所述第一組和所述第二組模塊的相鄰端。
17.一種用于附著到屋面表面的集成式光伏屋面系統(tǒng)，包括一柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；多個長光伏模塊，所述多個長光伏模塊是并排布置的，并附著到所述至少一個柔性膜的所述頂面，每個所述模塊包括多個太陽能電池和一對電引線，所述電引線對中的每個電引線具有一端連接到其中一個所述模塊，并具有一連接器固定到一自由端；以及至少一個導(dǎo)管，其位于所述模塊的相鄰端，其中在所述至少一個導(dǎo)管的至少一側(cè)形成多個孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個電引線，其具有連接到每端的連接器，其中，所述多個電引線上的所述連接器適于連接到固定到所述電引線對中的所述電引線的所述自由端的所述連接器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，在所述至少一個導(dǎo)管的內(nèi)部，固定到所述電引線對中的所述自由端的所述連接器連接到在所述電引線上的所述連接器，所述電引線具有固定到每端的連接器。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述電引線對是穿過所述孔來定線路的。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，連接到其中一個所述模塊的每個所述電引線端是被焊接到位于其中一個所述模塊的頂面上的一電連接器的。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個導(dǎo)管位于所述模塊的上方，并且所述至少一個導(dǎo)管的至少一側(cè)是底側(cè)。
23.一種用于附著到屋面表面的集成式光伏屋面板，包括一柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；多個長光伏模塊，所述多個長光伏模塊是并排布置的，并附著到至少一個柔性膜的所述頂面；多個電引線，其位于所述模塊的相鄰端，每個所述電引線具有一端電連接到其中一個所述模塊，并且具有一連接器固定到一自由端。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，連接到其中一個所述模塊的每個所述電引線端是被焊接到位于其中一個所述模塊的頂面上的一電連接器的。
25.一種安裝集成式光伏屋面系統(tǒng)的方法，該集成式光伏屋面系統(tǒng)包括至少一個柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；多個長光伏模塊，所述多個長光伏模塊是并排布置的，并附著到所述至少一個柔性膜的所述頂面；以及至少一個導(dǎo)管；所述方法包括將所述至少一個柔性膜的所述底面附著到屋面表面上；在所述模塊的相鄰端，安裝所述至少一個導(dǎo)管；從所述模塊穿過在所述至少一個導(dǎo)管的至少一側(cè)形成的至少一個孔，給電引線定線路；以及在所述至少一個導(dǎo)管中，連接所述電引線的至少一部分。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，連接包括將電引線固定到從所述模塊引出的電引線上。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，連接包括將具有固定到其每端的連接器的電引線，連接到連接于從所述模塊引出的電引線的自由端的連接器。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中從所述模塊引出的每個所述電引線具有固定到一自由端的連接器；以及連接包括將固定到從所述模塊引出的所述電引線的所述自由端的連接器，連接到具有固定到其每端的連接器的電引線上的連接器。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述至少一個導(dǎo)管的至少一側(cè)是底側(cè)。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括將連接器固定到所述電引線的自由端。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中安裝包括在所述模塊之上設(shè)置所述至少一個導(dǎo)管。
32.一種用于附著到屋面表面的集成式光伏屋面構(gòu)件，包括一柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；多個長光伏模塊，所述長光伏模塊是并排布置的，并附著到所述柔性膜的所述頂面；以及一個或多個電引線，其與所述模塊電連接，并位于所述模塊的相鄰端。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述多個模塊是用粘結(jié)劑附著到所述柔性膜的所述頂面的。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述柔性膜包括單層膜。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的構(gòu)件，其中，所述單層膜是熱塑性膜板、彈性膜板、或增強(qiáng)瀝青膜板。
36.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，每個模塊包括多個太陽能電池。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的構(gòu)件，其中，每個模塊包括約22個太陽能電池。
38.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，每個模塊是柔性的。
39.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述一個或多個電引線是串聯(lián)連接的。
40.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，不同模塊的所述一個或多個電引線是串聯(lián)連接的。
41.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述一個或多個電引線延伸穿過所述柔性膜。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的構(gòu)件，其中，所述柔性膜限定孔，所述一個或多個導(dǎo)線延伸穿過所述孔。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的構(gòu)件，進(jìn)一步包括一絕緣層，其施加到所述柔性膜的所述底面上，該絕緣層覆蓋由所述柔性膜所限定的所述孔。
44.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，進(jìn)一步包括沿所述柔性膜與一長光伏模塊之間長邊緣的密封。
45.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，進(jìn)一步包括沿所述柔性膜的一端與一長光伏模塊的密封。
46.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，進(jìn)一步包括一絕緣帶，其施加到所述柔性膜的所述底面。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的構(gòu)件，其中，所述絕緣帶是鋪在所述屋面表面上的。
48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的構(gòu)件，其中，所述絕緣帶封裝所述一個或多個電引線。
49.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述柔性膜和附著到所述柔性膜的所述多個長光伏模塊是自身可以卷起的。
50.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述一個或多個電引線位于一中心區(qū)內(nèi)。
51.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，所述多個模塊是附著到柔性膜的單層板上的。
52.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，第一組兩個或更多個模塊是并排布置的，且第二組兩個或更多個模塊是并排布置的，其中所述第一組模塊和第二組模塊還是端對端布置的，以使至少所述一個或多個電引線位于所述第一組和所述第二組的所述模塊的相鄰端。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的構(gòu)件，其中，所述第一組和所述第二組模塊的所述一個或多個電引線位于一中心區(qū)內(nèi)。
54.根據(jù)權(quán)利要求32所述的構(gòu)件，其中，第一組兩個或更多個模塊是并排布置的，且第二組兩個或更多個模塊是并排布置的，所述第一組和第二組的所述模塊是交錯布置的。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的構(gòu)件，其中，所述第一組和第二組模塊的所述一個或多個電引線彼此相鄰。
56.一種用于附著到屋面表面的集成式光伏屋面板，包括一柔性膜，其具有頂面和底面，所述底面用于鋪在所述屋面表面上；第一組長光伏模塊，其為并排布置的，并具有一個或多個電引線，所述一個或多個電引線位于所述第一組模塊的相鄰端；以及第二組長模塊，其為并排布置的，并具有電引線，所述電引線位于所述第二組模塊的相鄰端；其中所述第一和第二組模塊是附著到所述柔性膜的所述頂面的。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一和第二組長光伏模塊是端對端布置的，使得所述第一和第二組的所述一個或多個電引線位于一中心區(qū)內(nèi)。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一和第二組模塊是用粘結(jié)劑粘結(jié)在所述柔性膜的所述頂面的。
59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述柔性膜包括單層膜。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的板，其中，所述單層膜是熱塑性膜板、彈性膜板、或增強(qiáng)瀝青膜板。
61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一和第二組模塊中的每個模塊包括多個太陽能電池。
62.根據(jù)權(quán)利要求61所述的板，其中，每個模塊包括約22個太陽能電池。
63.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一和第二組模塊中的每個模塊是柔性的。
64.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述一個或多個電引線是串聯(lián)連接的。
65.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一組模塊的所述一個或多個電引線是串聯(lián)連接的。
66.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第二組模塊的所述一個或多個電引線是串聯(lián)連接的。
67.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一組的電引線與所述第二組的電引線串聯(lián)連接。
68.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述一個或多個電引線延伸穿過所述柔性膜。
69.根據(jù)權(quán)利要求68所述的板，其中，所述柔性膜限定孔，所述一個或多個導(dǎo)線延伸穿過所述孔。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的板，進(jìn)一步包括一絕緣層，其施加到所述柔性膜的所述底面，所述絕緣層覆蓋由所述柔性膜所限定的所述孔。
71.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，進(jìn)一步包括沿所述柔性膜與一長光伏模塊之間長邊緣的密封。
72.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，進(jìn)一步包括沿所述柔性膜的一端與一長光伏模塊的密封。
73.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，進(jìn)一步包括一絕緣帶，其施加到所述柔性膜的所述底面。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的板，其中，所述絕緣帶是鋪在所述屋面表面上的。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的板，其中，所述絕緣帶封裝所述一個或多個電引線。
76.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述柔性膜和附著到所述柔性膜的所述多個長光伏模塊是自身可以卷起的。
77.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一和第二組模塊是附著到柔性膜的單層板上的。
78.根據(jù)權(quán)利要求56所述的板，其中，所述第一組模塊包括六個并排布置的模塊，且所述第二組模塊包括六個并排布置的模塊，并且，所述第一組六個模塊和第二組六個模塊還是端對端布置的。
全文摘要
一種組合式屋面板和太陽能電池模塊，包括柔性膜板(140)，例如單層膜板，以及并排的、端對端的或彼此相鄰設(shè)置的多個長太陽能或光伏模塊(110)。模塊被附著到柔性膜上，而且具有電連接器或電極(170)的模塊邊緣被設(shè)置成彼此相對或彼此對齊。電連接器可通過焊接接頭，經(jīng)由柔性膜的底面中的孔，被連接到模塊的電極，且它們是串聯(lián)連接的。
文檔編號H01L31/05GK1739201SQ200480002471
公開日2006年2月22日 申請日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月23日
發(fā)明者E·J·斯蒂文森, B·M·庫里 申請人:太陽能集成技術(shù)有限公司