專利名稱：光電組件安裝單元和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在諸如建筑物屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)上安裝光電組件。本發(fā)明還涉及用于安裝光電組件的光電組件單元，其中該單元結(jié)構(gòu)堅固并且保護(hù)該光電組件，并且提供在諸如建筑物屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)上容易的和迅速安裝。本發(fā)明還涉及安裝的組件的溫度能夠調(diào)節(jié)的光電組件單元，并且如果需要，除了電能量之外，從安裝的組件上還能夠回收熱能。
背景技術(shù)：
近年來，在利用光電組件和其他的光電裝置直接將太陽能和其他的光能量轉(zhuǎn)換成有用的電能量方面已經(jīng)取得相當(dāng)大的進(jìn)步。通常，多個光電池(photovoltaie cell)被插入或夾在透明的第一板(例如，玻璃，塑料等)和透明的或不透明的背板之間，以形成平直的矩形形狀的組件，有時也叫做“疊層板”。這些組件被運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場，在那里他們單個地使用，或，更通常，在組件將曝露于太陽下的建筑物的屋頂上或在一些其他的結(jié)構(gòu)上，被組裝成陣列。為了利用由太陽能組件產(chǎn)生的電流，每個安裝的組件通常用電線電連接到另外一個組件，并且組件再一次用電線連接到一些中心點(diǎn)，在中心點(diǎn)得到電流，用于傳輸?shù)绞褂锰柲墚a(chǎn)生的電流的一個或多個設(shè)施或系統(tǒng)。
許多太陽能組件用玻璃，或其他剛性的或易破的基片或板構(gòu)造。在處理這樣的組件時，例如，在運(yùn)輸和安裝時，必須非常小心，以免組件破裂或損壞。因此，希望有一種光電組件單元，在該單元中的光電組件不易于破裂或受到損壞。一些光電組件，特別是包括結(jié)晶或多結(jié)晶晶片元件的組件，在特定的溫度范圍中能夠更有效地運(yùn)行。例如，如果組件的溫度超過這種范圍的上限，效率，并且在一些情況下，組件的壽命將會減少。因此，有時，在運(yùn)行期間希望控制組件的溫度，以實(shí)現(xiàn)從來自太陽的光能到電能的轉(zhuǎn)換方面效率最佳化。還希望能夠利用由在屋頂或其他結(jié)構(gòu)上暴露于太陽下的太陽能組件產(chǎn)生的熱能，并且希望有一種光電單元，具有連接太陽能組件的電線的可靠的和美學(xué)外觀的容器。
因此，需要容易安裝的光電組件單元。需要在運(yùn)輸和安裝期間光電組件不易于損壞的光電組件單元。需要提供具有美學(xué)外觀，當(dāng)安裝光電組件的時候，簡單和安全儲存用來連接組件的電線的光電組件單元。還需要能夠用來調(diào)節(jié)光電組件的溫度，并且能用來獲得熱能和電能的光電組件單元。本發(fā)明提供這樣的光電組件單元。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的光電單元，其包括光電組件(在本文有時也稱作″太陽能組件″)，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和支撐基底，該支撐基底包括多個隆起，例如至少兩個隆起，和至少一個凹陷，優(yōu)選多個凹陷，其中該支撐基底連接于該組件的底面。本發(fā)明也是適合于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接于該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，至少一個凹陷并且優(yōu)選多個凹陷；位于該支撐基底和該組件底面之間和兩個相鄰的隆起之間的多個第一空間，選擇地，位于兩個相鄰凹陷之間的至少一個第二空間；以及至少一個設(shè)置在該至少一個空間中的導(dǎo)管。本發(fā)明還是制造這種光電組件單元的方法和將這種光電單元安裝在屋頂上或其他支撐結(jié)構(gòu)上的方法。本發(fā)明用于從來自諸如太陽的光源產(chǎn)生電能，并且選擇地，產(chǎn)生熱能。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電單元的透視圖。
圖2是圖1的光電單元的剖視圖。
圖3示出用于本發(fā)明實(shí)施例的支撐基底的各種可能的形狀。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電單元的透視圖，具有設(shè)置在該支撐基底和太陽能組件之間的空間中的導(dǎo)管。
圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電單元的透視圖，具有設(shè)置在該支撐基底和太陽能組件之間的空間中的連續(xù)的導(dǎo)管。
圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的另一種光電單元的透視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電單元的透視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電單元的透視圖，所示的光電單元以搭疊的重疊設(shè)置形式安裝在屋頂上。
圖9是能用來將光電組件連接于支撐基底的夾緊裝置類型的透視圖，其中該支撐基底包括隆起和凹陷。
雖然本發(fā)明將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此。相反，本發(fā)明旨在復(fù)蓋所有的替代物、修改以及被包括在本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的同等物。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是適合于安裝在諸如屋頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)上的光電單元，其中該單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和基底，該基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，和一個或多個凹陷，其中該基底連接于組件的底面。本發(fā)明還是適合于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的光電單元，該光電單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接于該組件底面的基底，該基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，和一個或多個凹陷；設(shè)置在該支撐基底和該組件的底面之間以及兩個相鄰隆起之間的一個或多個第一空間，以及選擇地，設(shè)置在兩個相鄰凹陷之間第二空間；以及設(shè)置在該至少一個空間內(nèi)的至少一個導(dǎo)管。
用于本發(fā)明的光電單元中的光電組件可以是任何類型的光電組件。例如，它可以是由結(jié)晶或多晶硅晶片的集合物制造的，或它可能是薄膜組件，例如包括非晶硅或包括碲化鎘/硫化鎘光電元件的薄膜組件。這種組件和制造這種組件的方法對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是廣為人知的。光電組件可以從許多制造商買到，例如，PB SolarInternational LLC。
通常，這種光電組件包括諸如塑料或玻璃的透明材料的第一基片或板。大多數(shù)組件利用尺寸合適的透明玻璃板或其他透明材料板，例如大約2到3英尺×大約3到5英尺的這種第一基片。
在包括結(jié)晶或多晶光電池的組件中，這種第一基片或板通常形成組件的接收光的表面。設(shè)置成需要的圖案并且以所希望的方式電連接的光電池，設(shè)置在第一基片和第二個基片或合適材料的板之間，并且通常用諸如聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的合適的密封材料密封在一起防止來自雨，雪和其他形式的大氣水分的水分進(jìn)入。該光電池被設(shè)置在第一和第二基片之間，他們的接收光的光電活性表面設(shè)置成面向第一基片。第二個基片可以是對第一基片形成合適的密封并且通常將會提供一些結(jié)構(gòu)完整性和組件防水性的任何材料。雖然可以用諸如聚乙烯基氟化物的其他材料作為第二基片，但是玻璃可以用作第二基片。主要由于其光學(xué)特性，成本，以及作為第一基片的示范性的優(yōu)良性能，玻璃是用于第一基片的主要材料。
另一種一般類型的光電組件是薄膜組件。用于制造薄膜組件的方法在本領(lǐng)域中也是知道的。如上所述，組件的薄膜元件例如可以包括非晶硅或碲化鎘/硫化鎘薄膜光電元件。不使用單個的硅或多晶晶片構(gòu)造如結(jié)晶型光電組件那樣的光電組件，薄膜光電組件的光電元件在第一基片上沉積成薄膜。與結(jié)晶和多晶光電組件一樣，雖然可以使用諸如聚乙烯基氟化物的各種基片，但是板式的玻璃也是優(yōu)選的第一基片。在光電裝置的薄膜元件沉積在第一基片上之后，該基片通常用合適的密封材料，例如EVA密封于另一個基片，以形成密封的組件。
由于這種組件的疊層結(jié)構(gòu)，特別是當(dāng)組件被構(gòu)造成具有至少一個玻璃板的時候，在組件運(yùn)輸及安裝期間需要特別小心謹(jǐn)慎，避免或減少打破或損壞組件的可能性。
在本發(fā)明的光電單元中，光電組件連接于支撐基底，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個并優(yōu)選多個凹陷。雖然不是必需，但是該連接通過將至少兩個，并且優(yōu)選多于兩個的隆起連接于該組件而合適地完成。支撐基底連接于組件的底面，使頂面，即接收光的面不被覆蓋，用于暴露于，例如，太陽下。支撐基底可以具有與其連接的組件相同的形狀。例如，如果組件在形狀上是矩形，該支撐基底在形狀上也可能是矩形，盡管它可以是一些其他的形狀，例如正方形。組件可以被設(shè)置并連接成使它與支撐基底平行，雖然它也可以被設(shè)置成使它相對于該支撐基底沿一個，甚至二個方向傾斜。例如，它可以沿這樣的一個或二個方向以約1到約90度的角度傾斜，優(yōu)選約5到約50度，并且更優(yōu)選約10到約45度，其中這種角度是在組件和支撐基底之間形成的角度。以傾斜的方式設(shè)置組件是有用的，例如，在緯度上，在這種情況下，如果該單元被安裝在屋頂或其他現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)上，并且支撐基底位于屋頂上，該傾斜的太陽能組件可以被設(shè)置成以便它更直接地面對太陽的光線。該支撐可以具有與組件同樣的尺寸，或它可以具有大于或小于組件的尺寸。本發(fā)明的光電單元可以包括在支撐基底的每個部分上的一個光電組件。然而，本發(fā)明不限于每個支撐基底上一個光電組件。二個或更多，例如三個，四個或更多的光電組件可以被連接于一個支撐基底。
如上所述，本發(fā)明單元的支撐基底部分包括多個隆起，至少一個凹陷，并且優(yōu)選包括多個凹陷。例如，該支撐基底可以是，并且優(yōu)選是，波紋材料的部分，例如波紋的金屬或塑料。支撐基底可以是用電鍍鋼或鐵，鋼，錫，鋁或其他金屬，或金屬合金制造。但是，支撐基底不必是用金屬或金屬合金制造。它可以用任何合適的材料制造，例如，用諸如玻璃纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯的聚合物材料或合成材料，以及其他的聚合物或復(fù)合材料。支撐基底可以是兩個或多個組成部分的疊層體，每個部分用相同的材料或不同的材料制造。此外，具有這種隆起和一個或多個凹陷的支撐基底可以具有任何的合適外形，或邊緣視圖。該外形可以是波浪形的外形，其中隆起和凹陷全部是圓形的。該外形也可以具有角形的隆起和凹陷，在該隆起和凹陷之間具有直線部分。因此，代替圓形隆起和圓形的凹陷，隆起的頂部和凹陷的底部可以是角形的。外形可以是這樣的，使隆起和凹陷其中之一或兩者是截頭的并且是整平的。隆起的頂部和凹陷的底部之間的距離可以改變。但是，它通常是約0.5英寸到約12英寸，優(yōu)選為約1英寸到約4英寸。雖然，在支撐基底上的所有隆起和所有凹陷都可以是均勻的，即他們將具有相同的形狀和相同的尺寸，但是這對他們不必是均勻的?？紤]到它的構(gòu)造材料，當(dāng)支撐基底被連接于光電組件的時候，該支撐基底優(yōu)選具有為該單元提供結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的適合厚度。通常，根據(jù)制造基底的材料，支撐基底的厚度可以是約0.030到約0.125英寸。厚度，我們是指用來制造該支撐基底的，或者支撐基底是用它制造的材料，例如金屬材料、聚合物材料、或復(fù)合材料的厚度。因此，如果支撐基底通過彎曲或其它的成形諸如鋼板的金屬板，以形成所希望的隆起和凹陷，得到的支撐基底的厚度將是鋼板的厚度或尺寸。
在本發(fā)明的單元中組件被連接于支撐基底。在優(yōu)選的實(shí)施例中，支撐基底的多個隆起的頂部，例如，至少兩個隆起的頂部，被連接于光電組件的底部。該支撐基底可以通過任何合適的連接被連接于組件，例如，用夾緊裝置、托架、螺栓、捆帶條等，或用粘結(jié)劑。如果用夾緊裝置、托架或螺栓，或類似的裝置，特別是當(dāng)它是用金屬或其他硬材料制造時，優(yōu)選在夾緊裝置、托架、螺栓或類似裝置和光電組件之間，并且優(yōu)選在支撐基底和光電組件之間，使用諸如聚合物材料或橡膠材料部分的緩沖墊，以便金屬或其他硬材料不壓在光電組件上。如果組件圍繞其全部或一部分具有框架，諸如這種框架由金屬或聚合物材料制造，那么該框架可以用將該框架連接于基底的任何合適的方式連接于支撐基底，例如通過一種或多種粘結(jié)劑、夾緊裝置、螺栓、鉚釘、捆帶條、螺釘?shù)?。因此，該框架本身，而且只有框架，作為將組件底面連接于支撐基底的裝置，能夠連接于該支撐基底。如果組件沒有框架，優(yōu)選的連接方法是夾緊裝置、托架等，或粘結(jié)劑。合適的粘結(jié)劑是優(yōu)選的連接方法。可以用粘接支撐基底和光電組件的任何合適的粘結(jié)劑，例如商業(yè)可得的環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑或結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑。同時優(yōu)選用于組件的底部，或者，如果該組件具有框架，那么設(shè)置成與該支撐基底緊鄰的該框架，根據(jù)所用的夾緊裝置或用來將該組件連接于支撐結(jié)構(gòu)的其他裝置，能夠例如與粘結(jié)劑、托架、夾緊裝置或其他的裝置一樣緊密，在支撐基底隆起的頂部和組件的底部之間也可以有空間。
在本發(fā)明的單元中，支撐基底和組件被設(shè)置成以便他們處于緊密的接近，例如，其中在組件的底表面與該支撐基底中的隆起的頂部不多于約4英寸，更優(yōu)選不多于約1英寸，并且最優(yōu)選，該組件的底表面用粘結(jié)劑或夾緊裝置連接成緊鄰該支撐結(jié)構(gòu)，并且特別是，其中該組件設(shè)置成與支撐基底的平行，第一空間位于在組件的底部和支撐基底之間以及支撐基底兩個相鄰的隆起之間。當(dāng)該單元為使用被安裝在，例如在屋頂或其他的支撐結(jié)構(gòu)上的時候，這種空間可以用來調(diào)節(jié)組件的溫度，例如當(dāng)由于組件被曝露于太陽下而被加熱時，排出來自組件的熱。例如，空氣可以通過這種空間把熱從組件的下面帶走?？諝獾倪\(yùn)動可以借助于諸如吹風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇的機(jī)械方法的促進(jìn)而產(chǎn)生，或者通過對流空氣可以移動通過這種空間。因此，與通過提供空氣運(yùn)動通過該組件的下面的這種空間以從該組件除去熱相比，本發(fā)明的單元可以將組件保持在，例如，一個較冷的溫度。這對包含結(jié)晶或多晶硅晶片電池的組件特別有用，其中這種電池在較低的溫度下可以更有效地運(yùn)行。
在本發(fā)明的一方面中，上述空間可以包含一個或多個導(dǎo)管，例如管子或管路。該導(dǎo)管能用來循環(huán)流體，例如，例如，空氣、水、二醇或二醇和水的混合物，或能夠用傳熱介質(zhì)的其他合適的流體。因此，在導(dǎo)管中的循環(huán)流體可以用來從組件的下面排出熱或?qū)M件的下面加熱，從而將組件的溫度調(diào)節(jié)到需要的溫度或溫度范圍內(nèi)。離開導(dǎo)管的流體中的熱可以用作任何合適目的能源。因此，包括太陽能組件、導(dǎo)管和支撐基底的本發(fā)明的單元可以用來獲得電能形式的以及被加熱的流體形式的熱能的太陽能。該導(dǎo)管也可以用來容納用于連接一個或多個太陽能組件的電線。導(dǎo)管也可以通過在二個凹陷之間的一個或更多第二空間，如果有的話。當(dāng)該單元被安裝在屋頂上或其他的支撐結(jié)構(gòu)上時，這種第二空間也可以用作與上面所述的第一空間同樣的目的。此外，通過一個空間的導(dǎo)管可以和一個單元中的一個或多個其他空間的導(dǎo)管連接成回路形式。因此，導(dǎo)管可以是一個單元中的通過多個空間的連續(xù)的導(dǎo)管回路。當(dāng)一個或多個單元被設(shè)置在屋頂或其他的結(jié)構(gòu)上時，該導(dǎo)管可以形成通過多個單元的一個或多個空間的回路。例如互相連接的或連續(xù)的導(dǎo)管可以，例如，形成通過多個空間和通過多個光電單元的回路。
該空間，優(yōu)選第一空間，能用來容納電線，例如當(dāng)諸如陣列中的一個或多個組件用來產(chǎn)生電流時，用來容納使組件相互連接的電線。
圖1-9示出本發(fā)明實(shí)施例，但是并不是想要限制本發(fā)明的范圍。
圖1是本發(fā)明光電單元1的實(shí)施例的透視圖。圖1示出在屋頂部分8上的光電組件5，其中該組件用多個粘結(jié)劑部分10連接于支撐基底15。該支撐基底15包括多個隆起20和凹陷25。所示的組件5有上玻璃板6和例如下玻璃板7。在板6和7之間的層板是構(gòu)成該組件的單個的太陽能電池。在圖中未示出單個的太陽能電池。粘結(jié)劑10設(shè)置成以便組件5的底表面(圖中看不見該底表面)被粘結(jié)在隆起20的頂部35。圖1還示出位于該組件的底表面和基底之間以及二個隆起20之間的第一空間30，而且它示出示位于凹陷25之間的第二空間32。(為了清楚，隆起、凹陷、空間、隆起的頂部、凹陷的底部和粘結(jié)劑部分，每個在圖1中只有一個標(biāo)以附圖標(biāo)記)。
圖2是來自圖1的截面2的視圖。圖2中與圖1相同的元件標(biāo)以相同的附圖標(biāo)記。圖2示出將支撐基底15的隆起20的頂部35粘接于組件5的板7的底部的粘結(jié)劑部分10。圖2還示出空間30和32以及凹陷25。如圖1和2所示，第一空間30和第二個空間32可以延伸橫過該組件的整個寬度?？臻g30和32特別有用，因為，正如將在下面詳細(xì)地描述的，他們能用來從組件上將熱除去，從而能夠調(diào)節(jié)組件的溫度，而且他們能用來收集有用的熱能。(如在圖1中一樣，為了清楚起見，隆起，凹陷，空間、隆起的頂部、凹陷的底部和粘結(jié)劑部分、每個在圖2中只有一個標(biāo)以附圖標(biāo)記)。
如圖1所示，將組件連接、粘結(jié)或用其他方法粘附于支撐基底，特別是在該支撐基底上的多個位置或多個點(diǎn)將該支撐基底連接于組件的情況下，得到牢固的、容易處理的單元1。一個或多個這種單元能夠以所希望的圖案，例如以兩個或更多單元的陣列，容易設(shè)置在屋頂或其他的支撐結(jié)構(gòu)上，大大減少組件的損壞或破裂，這種損壞或破裂會以別的方式引起，例如，組件的彎曲。在包括二個或更多單元的陣列的安裝期間希望，在該陣列中的一個單元可以設(shè)置在具有這種邊緣部分的另一個單元的邊緣部分之上，以形成搭疊形式的結(jié)構(gòu)。圖1僅示出沿著矩形形狀組件5的較長尺寸的邊緣部分50。但是，類似的邊緣部分通過使用比該組件長的支撐基底15的部分，可以沿著該矩形組件5的其他較短側(cè)形成。
圖3示出支撐基底15的其他可能的形狀或外形。在圖3中示出的每個單元1是如圖2所示的光電單元的側(cè)視或剖視圖。圖3示出用粘結(jié)劑部分10連接于支撐基底15的隆起20的頂部35的組件5，從而形成第一空間30。第二空間32也出現(xiàn)在相鄰的凹陷之間。如圖3A所示，該支撐基底15可以具有這樣的形狀，其中該支撐基底的多個隆起的頂部和多個凹陷的底部是角形的而不是圓形的，他們可以有如圖3B所示的截頭的形狀，如圖3C所示的“變方的”形狀，或如圖3D所示的重疊的形狀。如圖3E所示，該支撐基底可以具與相鄰的支撐基底形成互鎖接縫的部分。一個這種的互鎖的，并且優(yōu)選防水的接縫，如圖3E所示，包括支撐基底15的接片部分40，其安裝在，并且優(yōu)選緊密地安裝在相鄰支撐基底15的狹槽44內(nèi)。如圖3E所示，在接片部分和狹槽部分之間沒有其他隆起。如圖3E所示，該接片部分和狹槽部分形成隆起，如圖所示，它可以連接于該光電組件的下面或底表面。但是，在這樣的部分之間可以有另外的隆起和另外的凹陷。當(dāng)具有這種互鎖接縫的本發(fā)明的光電單元被設(shè)置在被傾斜的屋頂上的時候，優(yōu)選他們被設(shè)置成使得互鎖接縫沿著該屋頂上下地延伸，以在光電單元之間形成防水的接縫。諸如焦油、生石灰這樣的防水密封劑或其他的密封劑，可以施加于該互鎖的接縫，以進(jìn)一步形成防水的接縫。
支撐基底的結(jié)構(gòu)或形狀不限于圖1和3中所示的那些結(jié)構(gòu)或形狀。他們可以是產(chǎn)生多個隆起和至少一個凹陷，并且優(yōu)選多個凹陷的任何形狀或結(jié)構(gòu)，以便當(dāng)該支撐基底連接于組件時，優(yōu)選得到包括至少一個第一空間30的堅固的單元，而且，優(yōu)選得到包括第一空間30和一個或多個第二空間32的堅固的單元。
圖4示出與圖1所示的單元相同的本發(fā)明的光電單元1，其中光電組件5被連接于(圖4中未示出連接裝置)支撐基底15。在圖4所示的光電單元中，導(dǎo)管60位于第一空間30內(nèi)(為了清楚起見，在圖4中僅標(biāo)記一個空間30)。雖然在圖4中示出三個導(dǎo)管60，但是導(dǎo)管可以更多或更少。例如，每個空間30可以有一個導(dǎo)管。雖然在圖4中沒有示出，但是在第二空間32可以有一個或多個導(dǎo)管。該導(dǎo)管60可以包含諸如水、鹽/水溶液的液體，或一些其他液體，例如二醇或二醇/水混合物。每個空間30或32內(nèi)可以有多于一個導(dǎo)管。該導(dǎo)管可以有任何的合適的尺寸和形狀。例如，他們可以有如圖4所示的圓形截面，或他們可以有一些其他截面形狀。導(dǎo)管可以具有任何合適的直徑或?qū)挾?。例如，?dǎo)管可以有約0.5英寸到約5英寸的直徑或截面寬度。該導(dǎo)管可以用任何合適的材料制造，例如，玻璃、聚合物材料、陶瓷，或一種或多種金屬。在安裝在屋頂或其他的支撐結(jié)構(gòu)上之后，如前所述，導(dǎo)管可以有包含在其中或流過該導(dǎo)管的流體。該導(dǎo)管中的流體可以用來吸收，例如，當(dāng)該單元的太陽能組件5曝露于太陽下時由太陽生產(chǎn)的熱能。導(dǎo)管流體中的熱能其后通過將該流體引導(dǎo)到熱交換器以提取該流體中的熱能而能夠用作能源，從而產(chǎn)生被冷卻的水。在提取這種熱之后，利用泵或?qū)⒃摫焕鋮s的流體返回到導(dǎo)管的其他的合適裝置，被冷卻的流體能被循環(huán)到該導(dǎo)管中。因此，具有設(shè)置在一個或多個第一空間30或第二空間32中的導(dǎo)管的本發(fā)明的光電單元能用來從光電單元獲得熱能。包含有流體的這種導(dǎo)管可以通過把過多的熱量從該組件的下面除去或?qū)υ摻M件的下面加熱，也能夠用來控制該光電組件的溫度。如上所述，一些光電組件，特別是包含結(jié)晶硅或多結(jié)晶性結(jié)晶光電池的光電組件，當(dāng)在特定的溫度下運(yùn)行時，把日光轉(zhuǎn)換成電時其工作更加有效。經(jīng)常，這種希望的溫度比如果熱能沒有從組件去掉時組件所獲得的溫度低。在這種的情況下，在一個或多個第一空間30或第二空間32包含導(dǎo)管的本發(fā)明的光電單元，由于在該導(dǎo)管內(nèi)循環(huán)的流體將熱從組件的下面去掉，提供在較低溫度下運(yùn)行的光電組件，這種溫度在將光能轉(zhuǎn)換成所希望的電能方面提供更高的效率。另外，流體可以經(jīng)過導(dǎo)管循環(huán)將熱從諸如房屋的建筑物除去。以這種方式，循環(huán)流體可以用來冷卻房屋或其他的結(jié)構(gòu)。被加熱的流體可以循環(huán)經(jīng)過導(dǎo)管使光電組件變暖。例如，如果光電組件被冰布滿或者被雪覆蓋，該組件能夠被循環(huán)經(jīng)過導(dǎo)管的溫暖的流體加熱，使冰或雪融化。除了包含流體之外，導(dǎo)管可以用來保持或容納用來連接一個或多個光電組件的電線。
圖5出示本發(fā)明的光電單元1，其中導(dǎo)管62以盤旋方式通過該光電單元1的第一空間30。在這種設(shè)置中，具有與關(guān)于圖4的導(dǎo)管60所描述相同的大小，并且由相同的材料制造的導(dǎo)管能夠用來高效地收集或吸收來自組件5下面的熱能，或?qū)M件5的下面加熱。在圖4和5中未加標(biāo)號或未標(biāo)識的光電組件1的元件或部件與在圖1-3中所示并且加標(biāo)號的一樣。
圖6示出本發(fā)明的光電單元1，其中用玻璃板6和7制造的并具有層壓在其中的光電池的(單個的光電池在圖中沒有示出)的光電組件5，用粘結(jié)劑部分10連接于支撐基底15。該支撐基底15在隆起20的頂部35通過粘結(jié)劑部分10連接于光電組件5。如圖6所示，該光電組件5具有與支撐基底大約同樣的尺寸和形狀。這種光電單元能夠以大大減少損壞光電組件5的危險的方式容易被運(yùn)輸和安裝。
圖7示出具有側(cè)邊緣部分52的本發(fā)明的光電單元的實(shí)施例，當(dāng)設(shè)置在屋頂上和其他結(jié)構(gòu)上時，該側(cè)邊緣52能夠被設(shè)置成與其相鄰的一個光電單元重疊。在圖7中所示的所有其他的元件與圖1描述的相同。支撐基底15上的多個孔70能用來用釘子或螺釘?shù)葘⒃搯卧叹o在屋頂或其他結(jié)構(gòu)上。為了簡化圖，只有一個孔用數(shù)字70標(biāo)記。
圖8示出四個本發(fā)明實(shí)施例的光電單元205-208，其在傾斜的屋頂200上以交疊方式設(shè)置為陣列。雖然在圖8的陣列中只有四個單元被示出，但是可以理解，可以有任何數(shù)目的單元以陣列或別的方式設(shè)置在屋頂或其他的結(jié)構(gòu)上。如圖8所示，支撐基底210-213分別連接于組件214-217，以分別形成光電單元205-208。光電單元205-208被設(shè)置在屋頂200上，其中上部光電單元的206的一側(cè)放置在并重疊在上部光電單元205的邊緣部分上，同樣，下部光電單元208的對應(yīng)側(cè)放置并重疊在另一個下部光電單元207的邊緣部分上。上部光電單元205和206的下部放置在并重疊在下部光電單元207和208的上部邊緣部分上，因此形成屋頂200的重疊的“搭接”型防水覆蓋。這是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中本發(fā)明的光電單元起兩種作用，即當(dāng)它們被設(shè)置在屋頂或其他結(jié)構(gòu)時，既作為電源，并且可任選地作為熱能源，又起防水作用，即屋頂或其他結(jié)構(gòu)的最上層。
圖9示出一種合適的裝置，其將光電組件固定于支撐基底以形成本發(fā)明的光電單元。圖9示出光電單元300的一部分，其有支撐基底305和光電組件315。利用夾緊裝置320，組件315被連接于支撐基底305。該夾緊裝置320通過具有螺栓頭的螺栓325連接于支撐基底305的隆起322的頂部。在夾緊裝置320和組件315之間是緩沖墊330。該緩沖墊330例如，可以由合成或天然橡膠，或聚合物材料制造。雖然在圖9中沒有示出，但是諸如示于圖9的緩沖墊部分的緩沖墊，可以設(shè)置在該組件的底表面和支撐基底之間。為了簡單起見，圖9只示出一個這種夾緊裝置。然而，應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明，多個這種夾緊裝置，或其他夾緊裝置，可以將組件連接于支撐基底。圖9還示出可任選的孔335，通過將螺栓、螺釘、鉚釘、釘子或其他緊固件設(shè)置在該孔中并進(jìn)入屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)中，該孔能夠用于將光電組件300固定在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上。
如上所述，當(dāng)組件曝露于太陽下的時候，圖4中的導(dǎo)管60和圖5中的導(dǎo)管62能用來從組件的下面除去熱。但是，熱也能被借助于通過，例如圖1-3所示的，空間30和32的空氣被去掉。空氣能夠以對流方式通過該空間，或借助于使用風(fēng)扇或吹風(fēng)機(jī)或其他的裝置迫使空氣通過該空間。當(dāng)空氣的溫度比組件下面的溫度低時，該空氣由于它通過該空間而被加熱。這種被加熱的空氣能在本發(fā)明光電單元的一端被收集，或在以交疊方式或以邊緣對邊緣方式設(shè)置的這種單元的系列的端部被收集。這種被加熱的空氣是一種有用的能量形式，它們能夠被回收并用于許多目的，例如為家庭產(chǎn)生熱水，或用于商業(yè)用途。此外，空間30和32可以容納用來連接光電組件的電線，或者它能用來容納光電組件或光電組件的陣列安裝在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上的期間所用的其他元件。例如，這種空間能夠容納變換器，旁路二極管，電池和其他的元件。第一空間30能用來容納壓載物，在不用或利用其他裝置將該單元保持在屋頂或其他支結(jié)構(gòu)上的情況下，將該單元保持在或有助于將該單元保持在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上。
本發(fā)明的光電單元優(yōu)選在安裝在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上之前被構(gòu)造。優(yōu)選地，包括光電組件和支撐基底的本發(fā)明的單元借助于在本文所描述的方法之一，或借助于一些其他的合適方法，通過將光電組件連接或粘結(jié)于支撐基底在制造地構(gòu)造。然后該光電單元在減少光電組件破裂或被損壞的機(jī)會的情況下運(yùn)送到安裝現(xiàn)場。因此，有或沒有一個或多個導(dǎo)管的本發(fā)明的光電單元優(yōu)選是獨(dú)立的單元，并且優(yōu)選在制造或組裝之后安裝在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上。導(dǎo)管，如果用的話，在安裝在屋頂或其他支撐結(jié)構(gòu)上之前可以是該單元的一部分，或在安裝之后增加導(dǎo)管。
本發(fā)明的光電單元能夠設(shè)置在現(xiàn)有的防水屋頂上。他們能用一種或多種合適方法連接，例如將釘子、螺釘、螺栓、鉚釘?shù)炔迦胫位椎目字胁⒉暹M(jìn)該防水屋頂之內(nèi)，進(jìn)行上述操作時應(yīng)當(dāng)小心，確保在屋頂上的任何穿入被密封，以避免漏水。本發(fā)明的光電單元，優(yōu)選多個光電單元，能設(shè)置在屋頂結(jié)構(gòu)上，并且如上所述，連接于屋頂結(jié)構(gòu)上，在屋頂結(jié)構(gòu)上形成最上層的防水覆蓋物。因此，本發(fā)明的光電單元用于雙重目的，即屋頂(優(yōu)選傾斜的屋頂)上的防水覆蓋物或屋頂表面，以及電來源，任選為熱能的來源。
2003年12月16日提交的臨時專利申請60/529,799號，其整個內(nèi)容結(jié)合于此供參考。
權(quán)利要求
1.合適于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和連接于該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
2.如權(quán)利要求1所述的單元，其中該隆起具有頂部，并且至少兩個該隆起的頂部連接于該組件。
3.如權(quán)利要求2所述的單元，其中至少兩個該隆起的頂部連接于該組件的底面。
4.如權(quán)利要求1所述的單元，還包括圍繞組件的框架，并且其中該支撐基底用至少一個框架連接于該組件的底面。
5.如權(quán)利要求1所述的單元，還包括夾緊裝置，以將該組件夾緊在該支撐結(jié)構(gòu)上。
6.如權(quán)利要求1所述的單元，其中該光電組件的底面設(shè)置為靠著該支撐基底。
7.如權(quán)利要求1所述的單元，其中該光電組件與該支撐基底間隔開。
8.如權(quán)利要求7所述的單元，其中該光電組件平行于該支撐基底。
9.如權(quán)利要求1所述的單元，其中該光電組件用粘結(jié)劑連接于該支撐基底。
10.如權(quán)利要求1所述的單元，包括至少一個夾緊裝置。
11.光電單元，包括光電組件，其具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面，連接于該組件底面的支撐基底，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，位于該支撐基底和組件底面之間以及兩個相鄰的隆起之間的一個或多個第一空間，以及在該至少一個第一空間內(nèi)的至少一個導(dǎo)管。
12.如權(quán)利要求11所述的單元，其中該導(dǎo)管裝有流體。
13.如權(quán)利要求11所述的單元，其中該導(dǎo)管裝有電線。
14.如權(quán)利要求11所述的單元，其中該導(dǎo)管通過多個空間。
15.如權(quán)利要求1所述的單元，其中該支撐基底比該光電組件大，并且該單元包括邊緣部分，該邊緣部分對應(yīng)于該支撐基底延伸超過該組件的部分。
16.設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上的包括權(quán)利要求1的光電單元的陣列。
17.如權(quán)利要求16所述的陣列，其中該支撐結(jié)構(gòu)是屋頂。
18.如權(quán)利要求16所述的陣列，其中該屋頂是傾斜的屋頂。
19.將光電組件安裝在支撐結(jié)構(gòu)上方法，包括將支撐基底連接于光電組件的底面以形成光電單元，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，并且然后將該單元設(shè)置在支撐結(jié)構(gòu)上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該支撐結(jié)構(gòu)是屋頂。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其中多個單元被設(shè)置在該支撐結(jié)構(gòu)上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該光電單元以陣列的形式設(shè)置在該支撐結(jié)構(gòu)上，該陣列具有至少兩個光電單元。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該支撐基底比該光電組件大，并且該光電單元包括至少一個邊緣部分，該邊緣部分對應(yīng)于該光電單元中的該支撐基底延伸超過組件的部分，并且其中至少一個單元設(shè)置在該陣列中，以便該單元重疊該陣列中的相鄰光電單元的邊緣部分。
24.用于調(diào)節(jié)光電組件的溫度的方法，包括將光電組件的底面連接于支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，并且使空氣穿過至少一個第一空間以從該組件除去熱或?qū)υ摻M件加熱，從而將該組件的溫度調(diào)節(jié)到所希望的溫度。
25.用于調(diào)節(jié)光電組件的溫度的方法，包括將光電組件的底面連接于支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，并且使流體穿過設(shè)置在至少一個第一空間中的導(dǎo)管，從而，該流體從該第一空間內(nèi)除去熱或?qū)υ摰谝豢臻g加熱，因而將該組件的溫度調(diào)節(jié)到所希望的溫度。
26.用于從太陽能產(chǎn)生電能的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個或多個光電單元，其中每個光電單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接于該組件底面的基底，該基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
27.從光電組件獲得熱能的方法，包括將光電組件的底面連接于支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，并且使空氣穿過至少一個第一空間，以從該組件除去熱，因而升高空氣的溫度并且形成有較高熱能的空氣。
28.從光電組件獲得熱能的方法，包括將光電組件的底面連接于支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，并且使流體穿過設(shè)置在至少一個第一空間內(nèi)的至少一個導(dǎo)管，從而該流體從該組件除去熱，因而升高該流體的溫度并且形成有較高熱能的流體。
29.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該單元包括用于該支撐結(jié)構(gòu)的防水層。
全文摘要
本發(fā)明提供了合適于安裝在支撐結(jié)構(gòu)上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，與該頂面相對的底面，以及連接于該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
文檔編號H01L31/00GK1894804SQ200480037443
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者保羅·蓋爾維森, 唐納多·B·沃菲爾德 申請人:Bp北美公司