CN102017183A - 改进的光伏器件和方法 - Google Patents

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罗伯特·克利尔曼
迈克尔·J·莱斯尼亚克
詹姆斯·R·基尼安
乔伊·A·兰梅德
赖安·加斯东
杰拉尔德·K·尤里克
米歇尔·博温
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Dow Global Technologies LLC
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Abstract

本发明涉及改进的光伏器件(“PVD”)及使用方法，更具体地涉及一种改进的光伏器件及其用为系统的应用，所述改进的光伏器件具有集成定位器和用于将电流传送给所述改进的光伏器件或从所述改进的光伏器件传送出的电端子机构。

Description

改进的光伏器件和方法
本发明是在能源部决标的合同DE-FC36-07G01754下，利用美国政府的支持进行的。美国政府在本发明中具有确定的权利。
优先权要求
本申请要求美国临时申请61/050,341(2008年5月5日提交)；61/098,941(2008年9月22日提交)；和61/149,451(2009年2月3日提交)的申请日的权益，这些临时申请的内容通过引用将它们全部结合到此。
发明领域
本发明涉及改进的光伏器件(“PVD”)及使用方法，更具体地涉及一种改进的光伏器件及其用为系统的应用，所述改进的光伏器件具有集成定位器和用于将电流传送给所述改进的光伏器件或传送来自所述改进的光伏器件的电流的电端子机构。
发明背景
对改进PV器件，尤其是被集成到建筑物结构体(例如，天花盖板或外壁覆盖物)内的那些器件的将要成功使用的努力应当满足大量的标准。PV器件应当是耐久的(例如，长寿命的，密封抗湿气的和其它环境条件)并且在产品的适宜寿命内保护不受机械损伤，所述的适宜寿命优选至少10年，更优选至少25年。所述器件应当容易安装(例如，类似于常规天花盖板或外壁覆盖物的安装)或更换(例如，损坏的情况下)。可以适宜的是提供用于将各个PV器件彼此电连接，然后电连接到系统其余部分(BOS)的装置。另外，PV器件应当至少在前表面上传送UV和可见光而不使前表面层的材料降解。
为了制备这种对于消费者适宜的全封装件(full package)并且为了在市场上得到广泛承认，系统应当对于建造和安装是便宜的。这可以有助于促进能量的更低产生费用，从而使PV技术相对于产生电力的其它装置更有竞争性。
现今PV器件可商购，但是它们遭受一个或多个不足。在一些情况下，特别是在室顶应用中，可能必须产生多个屋顶穿透，导致可能不得不随后密封屋顶要防泄漏。在其它情形下，可能需要大量布线以将PV系统连接在一起。屋顶穿透和/或大量布线可能使安装耗时并且昂贵。
此外，目前的PV器件可能还包括由于它们的构造方法而导致的功能不足。不具有包封边缘的层压PV器件对于层压体可能存在机械和环境挑战。具有第二周界边(secondary perimeter edges)的PV器件可以解决此问题，但是由于这种类似的保护添加在边缘处得到的厚度改变，PV器件可以容易被灰尘、湿气和其它物质污染。
用于PV器件的现有技术紧固系统可以允许将器件直接安装到建筑物结构体上或它们可以将器件紧固到建筑物外部(例如，屋顶板或外包覆层)上的板条、沟槽或“轨道”(“站位(stand-offs)”)上。这些系统可能是复杂的，典型不与常规包覆材料(例如，天花盖板或滑板)安装相同，并且因此，可能安装昂贵。此外，它们可能在视觉上不吸引人，因为它们不像常规建筑材料。为了安装PV器件可以每2-4英尺就需要站位。因此，安装费用可能与制品的费用一样或更高。例如，此类型安装系统的一个主要缺点在于，它本身需要防潮。换言之，将站位外部安装到屋顶系统并且穿透屋顶系统，从而提供潜在的漏水位。为了防止这种情况，必须使每个站位各自适应气候条件，这是代价高的，耗时并且不可靠的。
定位和/或电连接结构元件不是必须结合的(取决于具体的现有技术参考文献)。现有技术定位结构元件没有考虑多数建筑物结构体的可变性，特别是屋顶结构体的可变性，并且可能不或不与现有的屋顶材料和设计相一致。尽管这些进步，但是仍然需要提出对于各种应用的备选解决方案。
在可以属于这种技术的文献中，包括下列专利文献：US4040867；US4321416；US4322261；US5575861；US5743970；US5647915；US5590495；US20060225776；US20060266406；US20070084501；US 2008/0035140A1；7328534B2；US4830038；US5008062；US5164020；US5437735；US7049803；JP-A-58021874；DE-A-2757765；EP867041；EP1744372；美国临时申请61/050,341(2008年5月5日提交)；61/098,941(2008年9月22日提交)；61/149,451(2009年2月03日提交)，和与本申请同时提交的PCT申请代理备案号67558-WO-PCT(1062A-016WO)；67666-WO-PCT(1062A-017WO)；和68428-WO-PCT(1062A-019WO)，所有这些文献均出于全部的目的而通过引用结合在此。
发明概述
本发明涉及一种PV器件，该PV器件是耐久的，容易安装的并且提供用于容易地将器件同时物理地和电地连接在一起用于安装在建筑物结构体上的连接手段。应当理解，本发明假定“建筑物结构体”可以包括例如，屋顶板，外壁，独立平台(例如，太阳能农场(solar farm))，和/或在建筑物上的遮阳篷，它们全部具有或不具有保护保护套(例如，毡，焦油纸，箔衬(foil liner)，绝缘材料等)。
因此，按照本发明的一个方面，预期一种光伏器件，所述光伏器件包含：光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边，在所述至少一个周界边内侧的至少一个光伏电池，光活性部，和至少一个将电流传送到所述光伏电池组合件或从所述光伏电池组合件传送出的总线端子(buss terminal)，所述至少一个光伏电池包括允许光能传递给所述光活性部以用于转化成电能的表面；躯体部，所述躯体部包括接触建筑物结构体的下表面部和接受紧固件的上表面部，所述紧固件将所述光伏器件附加到所述建筑物结构体上；其中将所述躯体部沿着所述躯体部的底部部分(bottomsegment)的至少一部分而至少部分地接合到所述光伏电池组合件的至少一个边缘部，同时使所述至少一个光伏电池的表面暴露，并且另外其中所述躯体部包括定位器，所述定位器适于在将所述光伏器安装在所述件建筑物结构体过程中将所述光伏器件相对于另一个光伏器件定位。
本发明可以进一步由本文所述的特征中的一个或任何组合表征，如：所述定位器包括至少一个电端子；所述光伏器件是挠性的并且与所述建筑物结构体中的不规则轮廓相符；所述定位器被包括在单独的连接器，嵌入式连接器或光伏器件连接器组合件中；所述上表面部包括固定区；躯体支撑部基本上由聚合框架材料构成，并且其中所述光伏电池组合件在至少三个边上用所述聚合框架材料加上外框；在不使用补充粘合剂(例如，在PV工业中普通的丁基类粘合剂)的情况下，所述聚合框架材料的边缘密封并且保护所述光伏电池组合件不受环境的影响。
因而，按照本发明的另一个方面，预期一种在建筑物结构体上安装光伏系统的方法，所述方法至少包括以下步骤：a)提供第一光伏器件，所述第一光伏器件包括至少一个定位器，其中所述至少一个定位器包括位于所述第一光伏器件的非活性部中的至少一个整体形成的电端子；b)提供第二光伏器件，所述第二光伏器件包括至少一个定位器，其中所述至少一个定位器包括位于所述第二光伏器件的非活性部中的至少一个整体形成的电端子；c)通过将紧固件穿过所述第一光伏器件的非活性部固定，将第一光伏器件附加到所述建筑物结构体上；d)通过将紧固件穿过所述第二光伏器件的非活性部固定，将第二光伏器件附加到所述建筑物结构体上；和e)将第一光电器件(photoelectric device)的所述至少一个整体形成的电端子连接到第二光电器件的所述至少一个整体形成的电端子上。
本发明可以进一步由本文所述的特征中的一个或任何组合表征，如：步骤c，d和e可以以任何次序发生；包括以下步骤：将紧固件放置穿过在所述第一光电器件的所述至少一个整体形成的电端子的孔中并且穿过在所述另外的光电器件的所述至少一个整体形成的电端子的孔中，以实现电连接；所述紧固件是螺钉；包括光伏器件连接器组合件以实现电连接。
因而，按照本发明的又一方面，预期一种光伏器件，所述光伏器件至少包含：活性部，所述活性部包括光伏电池组合件；非活性部，所述非活性部用于将所述光伏器件附加到建筑物结构体上；和至少一个定位器，所述至少一个定位器用来控制相邻光伏器件之间的对准，所述定位器包含电端子。
本发明可以进一步由本文所述的特征中的一个或任何组合表征，如：所述非活性部包括固定区，因而可以将光伏器件固定到建筑物结构体上而不妨碍所述至少一个电端子；所述固定区包括至少一个标记，用于指示所述光伏器件被紧固到所述建筑物结构体上的紧固区；所述至少一个电端子位于所述光伏器件的所述非活性部中，使得当安装时，它们被下一个更高的光伏器件的活性部所覆盖；所述活性部在至少三个边上用热塑性框架材料加上外框，另外其中所述聚合框架材料含有电路和所述定位器；在不使用另外粘合剂的情况下，所述热塑性框架材料的边缘密封并且保护所述活性部不受环境的影响；在所述光伏器件的相对侧上设置有至少两个定位器；并且包括返回电路(return circuit)。
应当理解，上面提及的在本文中被显示和描述的实施方案和实施例均是非限制性的，因为本发明中存在其它实施方案和实施例。
附图描述
图1是根据本发明的教导的一种示例性光伏器件的平面图。
图2是根据本发明的教导的一种示例性光伏器件的示意图。
图3是根据本发明的教导的一种示例性光伏器件的展开图。
图4A-H是根据本发明的教导的一种示例性光伏器件的剖视图。
图5A-B是根据本发明的教导的光伏器件用的一种示例性电端子的剖视图。
图5C是根据本发明的教导的光伏器件用的另一种示例性电端子的透视图。
图5D是根据本发明的教导的光伏器件用的另一种示例性电端子的透视图。
图5E是根据本发明的教导的光伏器件用的另一种示例性电端子的透视图。
图6是根据本发明的教导的一种示例性多个光伏器件的平面图。
图7是根据本发明的教导的一种示例性多个光伏器件的平面图。
图8是根据本发明的教导的一种模具的透视图。
图9是根据本发明的教导的聚合物流(polymer flow)的一个实例的平面图。
图10是根据本发明的教导的列构造用的一种示例性光伏器件的顶和底透视图。
优选实施方案详述
参考图1至5，在第一构造(行构造)中，以及参考图10，在第二构造(列构造)中，根据本发明的光伏器件(“PVD”)20可以通常被描述为包括：光伏电池组合件100和非活性部200(其也可以被称作躯体部或在它提供结构支撑的一些情形下，称作躯体支撑部)。所述躯体部200具有上表面部202，下表面部204和它们之间的侧壁部。所述光伏电池组合件100具有电池上表面部102，电池下表面部104和它们之间的侧壁部。为了简短起见，将术语“行”在下面的教导/权利要求书到处使用，但是应当理解可以认为“行”和“列”可以互换。
可以将光伏电池组合件100进一步描述为包括：光伏电池110，保护层120和至少一些的PVD的电路140。可以将躯体部200进一步描述为包括主体部210，定位器220，侧躯体部230，和任选的底躯体部240。
还可以将PVD 20描述为具有活性部500和非活性部510。活性部500可以至少包括光伏电池110，侧躯体部230和任选的底躯体部240。非活性部可以至少包括主体部210，定位器220，和部分或全部的电路140。
预期PVD 20可以至少部分地由挠性材料(例如，具有显著的塑性或弹性伸长的薄膜或可变形材料，如塑料，合成和天然橡胶，膜，弹性体等)构成，以允许至少一些挠性，用于与建筑物结构体中的不规则轮廓相符。还预期可能适宜的是，至少保持光伏电池110相对刚性，通常是为了防止电池和/或任何阻挡层的任何破裂。因此，PVD 20的一些部件可以用更刚性的材料(例如，玻璃板或聚合板或“Plexiglas(树脂玻璃)”)构成。尽管光伏电池110可以部分或基本上是刚性的，但是PVD 20典型优选为通常是挠性的。对于本发明而言，挠性是指PVD比它所附着的基底(例如，建筑物结构体)更挠性或更不刚性。优选地，PVD 20可以围绕1米直径圆柱体弯曲而不降低性能或临界损坏。例如，在PVD盖板的情况下，该盖板通常不如屋顶板刚性；屋顶板提供结构刚性。在一些其它的实例中，屋顶产品本身提供必要的刚性，以及屋顶板不存在或被最少化。
光伏电池组合件
本发明中预期的光伏电池110可以由任何数量的可商购的已知光伏电池构造，并且可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池起着将光能转变成电的功能。光伏电池的光活性部是将光能转化成电能的材料。可以使用已知的提供该功能的任何材料，包括结晶硅，非晶硅，CdTe，GaAs，染料增感的太阳能电池(所谓的Gratezel电池)，有机/聚合物太阳能电池，或经由光电效应将太阳光转化成电的任何其它材料。但是，光活性层优选是下列物质的层：IB-IIIA-硫属元素化物，如IB-IIIA-硒化物，IB-IIIA-硫化物，或IB-IIIA-硒化物硫化物。更具体实例包括铜铟硒化物，铜铟镓硒化物，铜镓硒化物，铜铟硫化物，铜铟镓硫化物，铜镓硒化物，铜铟硫化物硒化物，铜镓硫化物硒化物，和铜铟镓硫化物硒化物(它们全部在本文中称作CIGSS)。这些还可以由式CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy表示，其中x为0至1，并且y为0至2。优选铜铟硒化物和铜铟镓硒化物。本文中还预期如在本领域中已知可用于CIGSS基电池的其它电活性层，如一个或多个发射器(缓冲)层，导电层(例如，透明导电层)等。这些电池可以是挠性或刚性的，并且呈现在各种形状和大小，但是通常是易碎的并且容易环境降退化。在一个优选实施方案中，光伏电池组合件110是可以弯曲而不实质性破裂和/或不显著损失功能性的电池。示例性的光伏电池被教导并且描述于大量美国专利和公开中，包括US3767471，US4465575，US20050011550A1，EP841706A2，US20070256734a1，EP1032051A2，JP2216874，JP2143468和JP10189924a，这些专利和公开都通过引用结合在此用于所有的目的。保护层
如图3和4A-H中所示，PV电池组合件可以包括一个或多个保护层120。这些优选的保护层可以保护大量不同的层，其每一层用来保护光伏电池组合件100和/或将光伏电池组合件100连接在一起。下面进一步详细描述每个优选的层，从“顶”(例如，对于元件最暴露的层)移动至“底”(例如，最紧密接触建筑物或结构体的层)进行描述。通常，每个优选的层或板可以是单层或其本身可以包含亚层。
顶层或顶板122通常可以起着光伏电池组合件100的环境屏蔽的作用，并且更具体地作为光伏电池110的环境屏蔽。顶板122优选由允许光能通过从而到达光伏电池110的光活性部的透明或半透明材料构造。此材料可以是挠性的(例如，薄聚合膜，多层膜，玻璃，或玻璃复合材料)或可以是刚性的(例如，厚玻璃或Plexiglas(树脂玻璃)如聚碳酸酯)。该材料还可以具有的特征在于：耐湿气/粒子穿透或累积。顶板122还可以起着过滤某些波长的光的作用，使得优选的波长可以容易地到达光伏电池。在一个优选的实施方案中，顶板122材料的厚度范围还可以为约0.05mm至10.0mm，更优选为约0.1mm至4.0mm，并且最优选为0.2mm至0.8mm。其它物理特性，至少在膜的情况下，可以包括：大于20MPa的拉伸强度(如由JIS K7127测量的)；1％以上的拉伸伸长率(如由JIS K7127测量的)；和0.05％以下的吸水率(23℃，24小时)(如按照ASTM D570测量的)。
可以将第一密封剂层124设置在顶层122之下并且通常在光伏电池110之上。预期第一密封剂层124可以起粘合机构的作用，从而有助于将相邻的层保持在一起。它还应当允许适宜量和类型的光能透射以到达光伏电池110。第一密封剂层124还可以起着补偿相邻层几何形状的不规则性的功能或在这些层之间(through)平移(例如，厚度变化)。它还可以用来允许挠曲和层之间由于温度变化和物理移动造成的移动以及弯曲。在一个优选的实施方案中，第一密封剂层124可以基本上由粘合剂膜或网(mesh)组成，优选基本上由EVA(乙烯-乙酸乙烯)或类似材料组成。此层的优选厚度范围为约0.1mm至1.0mm，更优选为约0.2mm至0.8mm，并且最优选为约0.25mm至0.5mm。
与保护层120相邻的是第二密封剂层126，所述第二密封剂层126通常连接性地位于光伏电池110之下，但是在一些情形下，它可以直接接触顶层122和/或第一密封剂层124。预期第二密封剂层126可以起着与第一密封剂层类似的功能，尽管它不是必须地需要传送电磁辐射或光能。
与保护层120相邻的背板128，该背板128连接性地位于第二密封剂层126之下。背板128可以用作环境保护层(例如，使湿气和/或粒状物在上述层之外)。它优选由挠性材料(例如，薄聚合膜，金属箔，多层膜，或橡胶板)构成。在一个优选的实施方案中，背板128材料可以是不透湿气的并且厚度范围也为约0.05mm至10.0mm，更优选为约0.1mm至4.0mm，并且最优选为约0.2mm至0.8mm。其它物理特性可以包括：约20％以上的断裂伸长率(如由ASTM D882测量的)；约25MPa以上的拉伸强度(如由ASTM D882测量的)；和约70kN/m以上的抗撕强度(如采用Graves法测量的)。优选材料的实例包括玻璃板，铝箔，
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(DuPont的商标)或它们的组合。
与保护层120相邻的是辅助阻挡板130，该辅助阻挡板130连接性位于背板128之下。辅助阻挡板130可以用作阻挡层，从而保护上述的层不受环境条件的影响并且不被物理损坏，所述的物理损坏是由PVD 20在其上的结构体的任何特征所引起的(例如，如屋顶板中的不规则性，突出物等)。预期此是任选的层并且可能是不需要的。还预期此层可以起着与躯体支撑部200相同的功能。在一个优选的实施方案中，辅助阻挡板130材料可以至少部分不透湿气的并且厚度范围也为约0.25mm至10.0mm，更优选为约0.5mm至2.0mm，并且最优选为0.8mm至1.2mm。优选地，该层显示出约20％以上的断裂伸长率(如由ASTM D882测量的)；约10MPa以上的拉伸强度(如由ASTM D882测量的)；和约35kN/m以上的抗撕强度(如采用Graves法测量的)。优选材料的实例包括热塑性聚烯烃(“TPO”)，热塑性弹性体，烯烃嵌段共聚物(“OBC”)，天然橡胶，合成橡胶，聚氯乙烯，以及其它弹性材料和塑性材料。备选地，保护层可以由更刚性材料构成，以在结构和环境(即，风)负荷下提供另外的屋顶保护功能。辅助的刚性可能也是适宜的，以改善PVD的热膨胀系数并且在温度波动期间保持需要的尺度。用于结构性质的保护层材料的实例包括聚合材料如聚烯烃，聚酯酰胺，聚砜，缩醛，丙烯酸类，聚氯乙烯，尼龙，聚碳酸酯，酚类，聚醚醚酮，聚对苯二甲酸乙二醇酯，环氧化物，包括玻璃和矿物填充的复合材料，或上述这些的任何组合。
上述层可以以大量的组合构造或层叠。三种可能的形成层的组合示于图4A-4H中。这些实例不意欲是限制性的，并且预期附加下列各项中的变化：层的顺序、层的数量、重叠层部分，或它们的任何组合。另外，这些层可以经由任何数量的方法整体接合在一起，所述的方法包括但不限于：粘合剂接合；热或振动焊接；上-模塑；或机械紧固件。
电路
电路至少部分地包含在PV电池组合件内，但是电路的一部分可以在PVD的躯体部或非活性部中。如图2中所示的电路140可以包括大量的部件，所述的部件用来将电流电通至PVD 20和/或从PVD 20电通出，以将电流电通至需要的电器件(例如，断路器箱或电储存器件)，和或从需要的电器件电通出。所述的部件可以包括总线导线142，旁路二极管144，至少两个总线端子146，148，和具有至少两个返回端子152，154的返回电路150。预期上述电部件中的任何一个或全部或以位于光伏电池组合件100内或集成到光伏电池组合件100上，或者可以是分开附着的(例如，返回电路可以不是光伏电池组合件100的一部分)。
将总线导线142电连接到光伏电池110上。功能上，总线导线142提供由电池产生的电流移动至所述至少两个端子146，148的路径。总线导线可以由任何数量的导电或半导体材料(例如，金属线，金属膜，导电聚合物等)构成。在一个优选的实施方案中，总线导线由薄的经涂布的金属条(例如，银涂布的铜条)构成，所述薄的经涂布的金属条厚度为约0.1mm且宽度为约10mm。优选地，总线导线142的厚度范围为约0.05mm至2.0mm，更优选为约0.1mm至1.0mm，并且最优选为约0.25mm至0.8mm。其它物理特性可以包括相对高的导电率(例如，约30.0×106西门子/米(S·m-1)以上)。优选材料的实例铜，金，黄铜，银，导电聚合物或它们的组合。
可以将旁路二极管144平行于总线导线142电连接。旁路二极管144起的功能使得：如果一个或多个电池变成反偏压的，则该二极管将传导。备选地，可以将二极管跨过组合件(module)的太阳能电池的一部分而反平行地连接。这在全部或部分遮蔽、破裂电池或单个太阳能电池的电池线故障而其它电池暴露于全光的情况下，保护这些太阳能电池不受到热破坏。这样的旁路二极管的使用在本领域中是周知的并且可以是本发明中的任选部件。
所述至少两条总线端子146，148(一个电正性，一个电负性)位于总线导线142的末端(例如，在相应末端的每个上有一个)。端子起着电连接点的作用，以将电流电通至PVD 20和/或从PVD 20中电通出，从而直接或者经由任选返回电路150电通至需要的电器件和/或从需要的电器件中电通出。端子可以构造成任何数量的物理构造。在一个优选的实施方案中，如图5A-B中所示，端子适于接受连接器件(例如，螺钉160)。在此示例的实例中，连接螺钉将两个相邻的PVD 20连接在一起。预期可以使用其它的紧固器件(例如，钉子，推针等)，只要产生与至少一个端子的电连接即可。在该优选实施方案的另一个方面，端子可以配置有定位器220。在另一个采用如图5C中所示的示例性实例的优选实施方案中，利用分开或嵌入式连接器156。其它连接器构造预期在基于美国临时申请61/098,941的共同未决专利申请中，所述专利申请为了提供PVD之间的定位和电连接功能的明确目的而通过引用结合。这些其它预期的连接器构造中的一些的示例性实例示于图5D-E中。这也可以称作根据本发明的光伏器件连接器组合件156，其可以通常被描述为包括：基底部30’，所述的基底部包括第一端部32’，第二端部34’和外表面36’；其中所述外表面可以起定位器作用。定位器可以被进一步描述为包括支承壁40’，所述支承壁可以被成型为大体上与可以位于光伏器件20中的相对阴连接器壳体50’互补的形状。
在再一个备选方案中，端子可以与定位器分开(例如，在将导线端子用来连接相邻PVD的情况)。
如图2中所示，任选的返回电路150优选穿过PVD 20。功能上，返回电路150为由电池产生的电流提供返回路径，使得电路的正端和负端可以在PVD 20的同一侧。返回电路150可以由任何数量的导电或半导体材料(例如，金属线，金属膜，导电聚合物等)构成。在一个优选的实施方案中，总线导线142由薄的经涂布的金属条(例如，锡涂布的铜条)构成，所述薄的经涂布的金属条厚度范围为约0.1mm至1.0mm且宽度范围为约10mm至20mm。其它物理特性可以包括相对高的导电率(例如，约30.0×106西门子/米(S·m-1)以上)。优选材料的实例铜，金，黄铜，银，导电聚合物或它们的组合。
所述至少两个返回端子152，154位于返回电路150的末端或在其附近。在功能和结构这两方面上，所述至少两个返回端子152，154可以类似于总线端子146，148。在一个优选的实施方案中，两组端子(例如，总线端子和返回端子)彼此紧密靠近地布置(在约25mm以下之内)，它们配置有定位器220。
非活性部/躯体部
如图1-5中所示，躯体部200可以包括主体部210，至少一个定位器220(优选两个定位器220，222)，侧躯体部230，和任选的底躯体部240。非活性部可以由单片或多片构成，优选由单个聚合制品构成。躯体支撑部200起着PVD 20用的主要结构载体的功能并且应当以与此相一致的方式构成。例如，非活性部可以基本上起着塑料框架材料的功能。在一个优选的实施方案中，躯体支撑部200由以下材料构成：填充或未填充的可模塑塑料(例如，聚烯烃，丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)，氢化的苯乙烯丁二烯橡胶，聚酯酰胺，聚砜，缩醛，丙烯酸类，聚氯乙烯，尼龙，聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，热塑性和热固性聚氨酯，合成和天然橡胶，环氧化物，SAN，丙烯酸类，聚苯乙烯或它们的任何组合)。填料可以包括下列各项中的一种或多种：色料，阻燃剂(FR)或耐点火性(IR)材料，增强材料，如玻璃或矿物纤维，表面改性剂。塑料还可以包括抗氧化剂，脱模剂，发泡剂和其它普通的塑料添加剂。
预期躯体部200可以是任何数量的形状和大小。例如，它可以是正方形，矩形，三角形，椭圆形，圆形或它们的任何组合。躯体部200可以分别具有小到10cm并且多到100cm以上的长度(L)和宽度(W)。它还可以具有可以在小到约5mm至多到20mm以上的范围内的厚度(T)，并且所述厚度(T)在躯体支撑部200的不同区域中可以变化。在一个优选实施方案中，躯体部200的形状为矩形，其厚度为约10mm且长度(L)为约95cm，并且宽度(W)为25cm。
预期内表面部(即，躯体部的与建筑物最近的那侧)的全部或部分可以是实心(例如，整块)或具有几何结构元件(例如，肋条61，例如如图10中所示)。几何结构元件可以含有沟槽，以允许将布线压配合入所述沟槽中。
将躯体部200沿着主体部210的底部部分212的至少一部分接合到光伏电池组合件100上。优选地，它们还沿侧躯体部230的一个侧面部分(sidesegment)232或多个侧面部分232，234的至少一部分接合。躯体部200与光伏电池组合件100上的接合可以由粘合剂，层压，上模塑，或它们的组合实现。接合界面应当是湿气和粒状物不可透过的。在一个优选的实施方案中，躯体部200和光伏电池组合件100经由在下面的实施例中更详细描述的上模塑工艺接合。
预期躯体支撑部200可以部分围绕或全部包围光伏电池组合件100的至少一个边缘部102，而留下光伏电池110顶表面的至少90％(优选至少98％以上)被暴露。各种预期的构造显示于图4A-F中。在一个优选的实施方案中，在底部部分212处的躯体支撑部200完全包围光伏电池组合件100的顶边缘部；包括至少部分电路140(例如，总线导线的一部分，总线端子，旁路二极管，和任选的返回电路)。此外，在此优选实施方案中，在侧躯体部230处的躯体支撑部200至少部分地围绕光伏电池组合件100的侧边缘部106。任选地，在任选的底躯体部240处的躯体支撑部200至少部分地围绕光伏电池组合件100的底边缘部108。
预期如图4A-H中所示，躯体支撑部200的主体部210通常是PVD 20的位于光伏电池110上方的区域。预期主体部210还可以包括至少一个定位器220。另外，主体部210可以包括用于将PVD 20紧固(例如，经由钉子，螺钉等)到建筑物结构体上的紧固区域214。此紧固区域优选没有任何功能部件(例如，电路140)并且可以被物理上标记在主体部210的表面上。
预期将至少一个定位器220设置在躯体支撑部200的周界边上。定位器220的功能在于帮助一个PVD 20相对于另一个PVD 20的布置并且允许它们之间的旋转调节。定位器220可以从躯体支撑部200的周界边突出和/或从中凹进。它还可以整体形成为躯体支撑部200的一部分或可以是分开的部件。定位器220适于起着将一个PVD 20固定至另一个PVD 20的功能。它们可以经由使用机械紧固件钉子，螺钉，弹簧夹或任何其它装置固定。优选地，定位器220可以从非活性部220的边缘中向内突进一定距离或从中凸起一定距离(D)。此距离(D)优选在约5至40mm的范围内，更优选在约15至35mm的范围内，并且最优选在约20至30mm的范围内。
在一个优选的实施方案中，如图1中所示，第一定位器220和第二定位器222在形状上为半圆形，适于彼此匹配，并且包括用于紧固件(例如，螺钉160)的透孔224。第一定位器220从(主体部210中的)周界边的上半部(或厚度(T)的一定比例)凸起并且在下半部以类似的方式凹进。第二定位器222通常是第一定位器220的镜像并且优选位于PVD 20的相反侧上。定位器220，222还优选被构造使得：在PVD之间保持小间隙226(例如，约15mm以下)，由此允许旋转调节。
预期将至少一个总线端子146配置在定位器220内，优选一个总线端子146配置一个定位器220并且另一个总端子148配置相对的定位器222。此外，也可以将至少一个返回端子152配置在定位器内。在一个或多个端子配置在定位器220内的情况下，它们可以适于利用上述的紧固件，以完成相邻PVD之间的电路。这可以允许将多个PVD电串在一起而不需要另外的布线。
预期侧躯体部230可以是非活性部材料的条带区(strip)，其位置邻接光伏电池组合件100的侧边缘部106并且与其接合。侧躯体部可以包括上述定位器220，222，但是优选定位器220，222基本上位于主体部210中。至于躯体支撑部200的其余部分，侧边缘部230至少部分地围绕光伏电池组合件100的侧边缘部106。
侧躯体部230可以具有小到约2mm并且多到约20mm以上的宽度(SW)。长度(SL)可以小到约10mm并且多到200mm以上。它还可以具有与躯体支撑部200其余部分基本上相同的厚度(ST)；但是在一个优选实施方案中，它约为主体部210厚度的一半。
预期任选的底躯体部240可以是非活性部材料的条带区，其位置邻接光伏电池组合件100的底边缘部108并且与其接合。优选地，如果包括底躯体部240，则与光伏电池组合件100的接合基本上在暴露的顶表面上是齐平(flush)的，使得在PVD 20上不截留水和/或其它材料。
在第二方面，参考图6和7，本发明预期一种在建筑物结构体上安装多个如前所述的PVD的光伏系统300的方法。建筑物结构体可以包括结构体如屋顶，墙壁，暴露部份或附着到其上的任何其它结构体。在一个实施方案中，可以优选将PVD 20以偏移重叠的模式安装(例如，如普通的天花盖板那样)。安装方法可以包括以下步骤：在建筑物结构体上放置两端具有电端子146，148的PVD 20，并且将其紧固到建筑物结构体上。电端子146，148(例如，总线端子和/或返回端子)还可以与定位器220，222结合，并且用作下一个PVD 20的定位器。可以将第二PVD 20最接近于基于第一连接器的第一盖板定位，然后根据需要对齐，这典型地对于建筑物结构体的一个边缘是正方形。然后可以将第二PVD 20紧固到建筑物结构体(例如，采用通过主体部210中的上表面部202的机械紧固件)并且连接电端子146，148(通常经由螺钉紧固件或其它机械装置)。可以将其它PVD 20以类似的方式添加至行或列中。可以在PDV 20的主体部210上，优选在紧固区域214中，提供用于限定紧固区的线或标记，以将要钉紧或紧固的地方显示给安装者。
如图7中所示，然后可以添加与第一行或列重叠的第二行或列。PVD20的第二行或列的活性部500与PVD 20第一行或列相比可以偏移，并且与第一行或列的非活性部510重叠，以覆盖器件第一行或列的电端子146，148，并且如采用常规包覆材料，覆盖用来将器件附着到建筑物结构体上的紧固件(例如，钉子，钉书钉等)。
如采用常规包覆材料的情况一样，此安装方法可以有助于减少或消除PVD 20之间的泄漏，原因在于偏移重叠。以此方式安装并且使用集成到PVD 20上的电端子的能力通过被设计到PVD 20中的独特端子和定位器系统而成为可能。这可以有助于消除光伏器件20之间任何另外的电互连材料，并且可以允许每行或列的安装，如同人们安装常规包覆材料(例如，天花盖板或瓦)一样。可以将互连光伏器件20的行或列连接到“系统的其余部分”或BOS上，如本领域中已知的，以产生需要的能量输出。
其中将PVD 20在屋顶应用中作为PV盖板阵列(例如，光伏系统120)的一个示例性实例示于图6中。这图示了端子和定位器系统如何可以允许光伏器件20经由旋转对齐(例如，参考图6-需要时，将第二光伏器件20围绕定位器旋转，以将器件边缘与基准线(例如，粉笔线)对齐)。器件之间的旋转自由度的量可以由允许间隙226限制。预期允许间隙226还可以用作液体和碎片的排出路径。此允许间隙226可以通过改变定位器220，222的几何形状而增大或减小。
图7显示了使用本发明的PVD 20(例如，作为盖板)的组装PV盖板阵列的局部视图。在此实例中，在底行中的组合的定位器220，222/端子146，148被下一个更高行的盖板的重叠区域覆盖并且保护而不受气候因素影响。
活性部500的尺度可以是任何适宜的大小并且是对于PV电池制造商合宜制造的尺度。但是，出于美观原因并且在将器件用作天花盖板的情况下，对于完成的PVD 20可以适宜的是具有类似于在建筑工业上使用的常规屋顶瓦或天花盖板类似的尺度。非活性部510的尺度可以由结合适宜电路的需要确定，但是可以另外是与需要的一样大。在天花盖板的情况下，优选它们具有的大小使得当与活性部500匹配时，产品具有类似于与在它被安装的地理区域中使用的常规屋顶材料类似的尺度。
在第二构造中，如图10中所见，显示出类似构造的PVD，该PVD适于用于列构造中。与行构造中的侧面相对地，电连接/定位器可以位于PVD20的顶部和底部。还示出了一种示例性的构槽65，所述构槽65可以被用作可以使用的任何外部布线(对于列或行构造而言)的保持器件。
除非有另外说明之外，在本文中描述的各种结构的尺寸和几何形状并不打算限制本发明，而是可以有其它的尺寸或几何形状。通过单个的集成结构体可以提供多个结构组件。备选地，单个的集成结构体可以被分成单独的多个组件。此外，尽管本发明的特征可能在仅一个的所示例的实施方案的上下文中被描述，但是对于任何给定的应用，这种特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征结合。从上述还应当理解本文中的独特结构体的制备以及其操作也构成根据本发明的方法。
注塑实例
如图8和9中所示，并且下面描述的是PVD 20用的注塑构造方法的一个示例性实例。在此实例中，制备(例如，注塑)躯体支撑部200并且经由上模塑将躯体支撑部200接合到预制的光伏电池组合件100上。上模塑被定义为一种将一种或多种部件放置在模具中或其周围并且向模具引入聚合物，以选择性包围所述的一个或多个部件的方法。预期此示例性方法可以适合于各种顶板122材料，包括本领域中已知的可模塑的塑料组合物以及玻璃板。本发明制备PVD 20的此示例性方法结合下列步骤：
第一，提供如上所述的光伏电池组合件100。
第二，将步骤1的光伏电池组合件100放入到热塑性注塑工具400的模腔410中，如图8中所示，使用定位结构元件420将光伏电池组合件100定位在工具内的适宜位置。
可以将光伏电池组合件100通过精确布置(例如，经由机械人技术等)或通过整体设计的物理结构元件定位。这些结构元件可以是现有光伏电池组合件100的一部分(例如：电部件，如连接器触点或总线导线，层压体边缘，或层压体几何形状的改变如厚度)或是明确为这种功能设计的(例如：在层压体中以孔或狭槽的形式的切除部分，或不规则结构如凹陷，突起等)。可以设计步骤1的光伏电池组合件100，使得电端子146，148在任何位置离开PVD 20，但是优选电端子146，148配置有PVD 20的定位器220，222。如图6和7中所示，这些结构元件也可以用来将PVD相对彼此定位在屋顶组合件中。
如在放置步骤中所述将光伏电池组合件100插入到模腔410中之后，迫使在适宜压力、流动速率和温度下的熔融聚合物进入模腔中，以填充模腔410中的未完全被光伏电池组合件100占据的空间，从而置换在模腔410中的所有空气。该工具被设计成在模塑工艺过程中适应加压聚合物赋予模腔410和光伏电池组合件100的作用力，以使最终部件产生适宜的形状，并且设计成将其它特征结合到最终部件中。这样的特征可以包括但不限于：定位器件以有助于PVD 20的安装，辅助密封光伏电池组合件100边缘，以及影响最终上模塑产品的曲率或弓形。
可以设计注塑腔410和光伏电池组合件100使得：高压聚合物施加压力或平衡以正确地定位光伏电池组合件100，用于在边缘包围或控制。聚合物压力在注塑中可以为几百Kg/cm至2500Kg/cm以上，由此容易地使层压体弯曲并且操控层压体成为其设计的形状。广泛接受的是聚合物以“泉水”形式流动，其最大流量在模腔的中心(例如，门点(gate point)600)，并且在壁上冻住而零流动。此属性使光伏电池组合件100在多数情况下对壁施加作用力，这可能是不适宜的。但是，通过组合适当的光伏电池组合件100刚性、流动方向和加工设计，对于适当刚性的光伏电池组合件100可以将光伏电池组合件100定位在聚合物熔体的中心，由此环境密封光伏电池组合件边缘部102并且物理保护其不受损坏。聚合物流动的一个实例示于图10中。
光伏电池组合件100在随后的模塑操作中可以需要保护以免受高压和热应力的影响。可以结合注塑工具中的结构特征，以在局部区域压缩光伏电池组合件100，或备选地，在模具关闭时，在宽的区域上压缩光伏电池组合件100，以隔离这些力并且限制熔融聚合物从光伏电池组合件100中流过。压缩光伏电池组合件100的这些结构元件通常不在光伏电池110的活性部上，而是在光伏电池110边缘(例如，1mm至约25mm)处的薄带上，以将活性光伏电池110区域最大化并且允许上模塑区域耐久。此压缩带430可以是在注塑工具表面上的适宜突起，比如用于在高压模塑工艺过程中充分地压缩光伏电池组合件100而将熔融聚合物密封起来并且在上模塑工艺过程中隔离作用力。
还预期在另一个实施方案中，压缩带430散布在光伏电池组合件100的更宽的区域(例如，10％，20％，50％以上)。这对于处理和加工可能是有利的，特别是如果损坏光伏电池110活性部分的危险最小。
预期在上模塑工艺中可以使用各种聚合物。对于PVD 20，可能适宜的是躯体支撑部200中使用的聚合物抗环境退化，为PVD 20提供了适宜的使用寿命。目前的实践可以建议：这需要为25年以上。有用的聚合物可以包括聚乙烯，聚丙烯，TPO类，OBC类，热塑性聚氨酯，硅氧烷，以及具有和不具有填料的许多其它聚合物(包括前面所述的材料)。
将上模塑的PVD 20冷却(例如经由水冷模具)并且从模腔410中移出。优选地，不需要修整或进一步处理。
除另外说明之外，在本文中描述的各种结构的尺寸和几何形状并不打算限制本发明，而是可以有其它的尺寸或几何形状。通过单个的集成结构体可以提供多个结构组件。备选地，单个的集成结构体可以被分成单独的多个组件。此外，尽管本发明的特征可能在仅一个的所示例的实施方案的上下文中被描述，但是对于任何给定的应用，这种特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征结合。从上述还应当理解本文中的独特结构的制备以及其操作也构成根据本发明的方法。
本发明的优选实施方案已经得到公开。然而，本领域普通技术人员将实现在本发明的教导内的某些改变。因此，应当研究下面的权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。
上述申请中提及的任何数值均包括以一个单位的增量从低值到高值的所有值，条件是在任何低值和任何高值之间有至少2个单位的分隔。作为实例，如果指出比如组分的量或工艺变量如温度、压力、时间等的值例如为1至90，优选为20至80，更优选为30至70，则意欲值比如15至85，22至68，43至51，30至32等被确切地列举在本说明书中。对于小于1的值，合适时，将1个单位认为是0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是被具体预期的实例，并且在所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合均被认为是以类似方式确切地表述在本申请中。
除另有说明之外，所有的范围均包括两个端点以及介于所述端点之间的所有值。与范围相关的“约”或“近似”的使用应用于范围的两个端点。因此，“约20至30”意欲是指涵盖“约20至约30”，至少包括所规定的端点。
包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献的公开内容均出于所有目的通过引用而结合。
用于描述一种组合的术语“基本上由......构成”应当包括所规定的要素、成分、组分或步骤，以及本质上不影响所述组合的基本特性和新的特性的这些其它要素成分、组分或步骤。
用于描述本文中的要素、成分、组分或步骤的组合的术语“包括”或“包含”的使用也预期基本上由所述要素、成分、组分或步骤构成的实施方案。
通过单个被结合的要素、成分、组分或步骤，可以提供多个要素、成分、组分或步骤。备选地，可以将单个被结合的要素、成分、组分或步骤分成单独的多个要素、成分、组分或步骤。用于描述要素、成分、组分或步骤的“一个”或“一种”的公开并不意欲排除另外的要素、成分、组分或步骤。本文中所有提及的属于某一族的元素或金属是指CRC Press，Inc.，1989出版并且版权所有的元素周期表。任何提及的一个或多个族应当是在这种使用对族编号的IUPAC体系的元素周期表中反映的一个或多个族。

Claims (20)

1.一种光伏器件，所述光伏器件包含：
光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边、在所述至少一个周界边内侧的至少一个光伏电池、光活性部和至少一个将电流传送到所述光伏电池组合件或从所述光伏电池组合件传送出的总线端子，所述至少一个光伏电池包括允许光能传递给所述光活性部用于转化成电能的表面；
躯体部，所述躯体部包括接触建筑物结构体的下表面部和接受紧固件的上表面部，所述紧固件将所述光伏器件附加到所述建筑物结构体上；
其中所述躯体部沿着所述躯体部的底部部分的至少一部分至少部分地接合到所述光伏电池组合件的至少一个边缘部，同时所述至少一个光伏电池的所述表面暴露，并且另外其中所述躯体部包括定位器，所述定位器适于在将所述光伏器件安装在所述建筑物结构体上的过程中将所述光伏器件相对于另一个光伏器件定位。
2.权利要求1所述的光伏器件，其中所述定位器包括至少一个电端子。
3.权利要求1或2所述的光伏器件，其中所述光伏器件是挠性的并且与所述建筑物结构体中的不规则轮廓相符。
4.权利要求1至3中任何一项所述的光伏器件，其中所述定位器被包括在单独的连接器、嵌入式连接器或光伏器件连接器组合件中。
5.权利要求1至6中任何一项所述的光伏器件，其中所述上表面部包括固定区。
6.权利要求1至5中任何一项所述的光伏器件，其中躯体支撑部基本上由聚合框架材料构成，并且其中所述光伏电池组合件在至少三个边上用所述聚合框架材料加上外框。
7.权利要求7所述的光伏器件，其中在不使用补充粘合剂的情况下，所述聚合框架材料的边缘密封并且保护所述光伏电池组合件不受环境的影响。
8.一种在建筑物结构体上安装光伏系统的方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供第一光伏器件，所述第一光伏器件包括至少一个定位器，其中所述至少一个定位器包括至少一个位于所述第一光伏器件的非活性部中的整体形成的电端子；
b)提供第二光伏器件，所述第二光伏器件包括至少一个定位器，其中所述至少一个定位器包括至少一个位于所述第二光伏器件的非活性部中的整体形成的电端子；
c)通过将紧固件穿过所述第一光伏器件的非活性部固定，将第一光伏器件附加到所述建筑物结构体上；
d)通过将紧固件穿过所述第二光伏器件的非活性部固定，将第二光伏器件附加到所述建筑物结构体上；和
e)将所述第一光电器件的所述至少一个整体形成的电端子连接到所述第二光电器件的所述至少一个整体形成的电端子上。
9.权利要求8所述的方法，其中步骤c、d和e可以以任何次序发生。
10.权利要求8所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将紧固件设置穿过所述第一光电器件的所述至少一个整体形成的电端子中的孔并且穿过在另外的光电器件的所述至少一个整体形成的电端子中的孔，以实现电连接。
11.权利要求10所述的方法，其中所述紧固件是螺钉。
12.根据权利要求8或9所述的方法，所述方法包括光伏器件连接器组合件以实现电连接。
13.一种光伏器件，所述光伏器件包含：
活性部，所述活性部包括光伏电池组合件；
非活性部，所述非活性部用于将所述光伏器件附加到建筑物结构体上；和
至少一个定位器，所述至少一个定位器用来控制相邻光伏器件之间的对准，所述定位器包含电端子。
14.权利要求13所述的光伏器件，其中所述非活性部包括固定区，使得可以将所述光伏器件固定到建筑物结构体上而不妨碍所述至少一个电端子。
15.权利要求14所述的光伏器件，其中所述固定区包括至少一个标记，所述标记用于指示用于将所述光伏器件紧固到所述建筑物结构体上的紧固区。
16.权利要求13所述的光伏器件，其中所述至少一个电端子位于所述光伏器件的所述非活性部中，使得当安装时，所述至少一个电端子被下一个更高的光伏器件的活性部所覆盖。
17.权利要求13所述的光伏器件，其中所述活性部在至少三个边上用热塑性框架材料加上外框，另外其中聚合框架材料包含电路和所述定位器。
18.权利要求17所述的光伏器件，其中在不使用另外的粘合剂的情况下，所述热塑性框架材料的边缘密封并且保护所述活性部不受环境的影响。
19.根据权利要求13至18所述的光伏器件，其中在所述光伏器件的相对侧上设置有至少两个定位器。
20.根据权利要求13至19所述的光伏器件，所述光伏器件包括返回电路。
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