CN103168416B - 可挠性的建筑整合式光伏打结构 - Google Patents

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Abstract

本发明为揭露一种经改进的BIPV材料，其经设置而满足各种长效需求，其中包括高度的防水性、实体寿命、电气寿命、以及耐受温度变化与环境条件的能力。在一些实施例中，所揭露的该BIPV材料包括多个模块，其中该模块的二个以上的层经配置而在积层处理期间而结合在一起，以保护该模块的该顶片材及/或背片材，诸如在该模块的任一多层汽障壁结构的邻近处。

Description

可挠性的建筑整合式光伏打结构
技术领域
本发明涉及一种光伏打结构，特别是涉及一种可挠性的建筑整合式光伏打结构。
背景技术
建筑整合式光伏打(BIPV)材料一般包括通过使用太阳能电池(PVcells)产生电力的材料，并且经配置而组装在一建筑的屋顶或侧边。一经安装，BIPV材料做为屋顶或侧边保护并同时产生电力。于是，BIPV材料最好是具可挠性且能够长时间维持其保护性与发电特性，诸如10年、20年、或甚至更久。
BIPV模块一般包括位于该太阳能电池的上层的一多层顶片材，以及位于太阳能电池的下层的一多层背片材。该顶片材与该背片材各经配置而保护该太阳能电池免于组件暴露，特别是免于暴露于水或水汽，并且典型地通过诸如积层的一处理而结合在一起。为了达到这个保护功能，该顶片材与该背片材的一或二者可包括一汽障壁，该汽障壁本身可为一分离的多层结构的部分。
BIPV模块中可能特别易受到水侵入的二个区域是在该多层顶片材与背片材的边缘部分，特别是该汽障壁的邻近处。若水进入这些边缘部分，就能够渗透到该顶片材及/或背片材的层与层之间，因而危及这些结构的机械与电子稳定性。于是，对于该顶片材与背片材的边缘部分提供改进的保护的BIPV模块将对于机械稳定性及模块寿命提供期望的改善。
发明内容
本发明揭露改进的BIPV材料，其经配置而满足各种长效需求，其中包括高度的防水性、实体寿命、电气寿命、以及耐受温度变化与环境条件的能力。在一些实施例中，所揭BIPV材料包括多个模块，其中该模块的二个以上的层经配置而在积层期间结合在一起，以保护该模块的该顶片材及/或背片材，诸如该模块的任一多层汽障壁结构的邻近处。
附图说明
图1为根据本发明的态样的一光伏打模块的一截面图；
图2为根据本发明的态样的另一光伏打模块的一截面图；
图3为根据本发明的态样的又另一光伏打模块的一截面图；
图4为根据本发明的态样的图3的光伏打模块的另一截面图包括增加设置在该模块周围的一黏着层；
图5为根据本发明的态样的一光伏打模块的一分离的顶片材部分的一截面图。
具体实施方式
本发明揭露一种用于制造、组装以及安装BIPV材料的方法以及装置，该BIPV材料包括有可挠性及为薄膜的光伏打材料。所揭露的BIPV材料系经设置以达到各种长效需求，其中包括高度的防水性、实体寿命、电气寿命、以及耐受温度变化与环境条件的能力。在一些实施例中，所揭BIPV材料包括多个模块，其中该模块的二个以上的层经配置而在积层期间结合在一起，以保护该模块的该顶片材及/或背片材，诸如在该模块的任一多层汽障壁结构的靠近处。
图1为根据本发明的态样的一光伏打模块的一截面图，一般标示为100。模块100包括一PV电池层一般标示为102，一顶片材一般标示为104，以及一底部片材一般标示为106。模块100也可包括一屋顶设置层诸如丁基黏着剂层108。如下详述，每个PV电池层102、顶片材104、以及底部片材106自身可包含多种适用于各种目地的材料层。
详细而言，PV电池层102可包括多个相互电连接的光伏打电池，各电池具有一相似结构。举例而言，PV电池层102的电池系可为薄膜PV电池各自包含一半导体吸收层110以及一基材112，基材112上支撑有半导体吸收层。半导体吸收层100可包含一铜铟镓硒层(CIGS)为P型半导体层，以及一硫化镉(CdS)为n型半导体层，虽然有许多其它光伏打吸收层已为知悉。一种CIGS/CdS型光伏打电池的描述可参见美国专利号7,760,992,Wnedt等人的专利中，其为所揭示而作为整体的参考。将数个各具有一标准截面厚度20-40um的电池以导带或凸耳(图未示)而电性串接而相结合。
顶片材104可包含各种层，诸如一上保护层114、一上封装层、一汽障壁结构118以及一下封装层120。
顶片材104的上保护层114系设置以保护下层免于磨损、刺穿以及冲击损害(例如，来自冰雹)，诸如此类。该上保护层隙可由例如一实质透明、可挠性、耐天候氟聚合物的材料诸如一乙烯-四氟化乙烯聚酯物(ethylenetetrafluoroethylene,ETFE)而建构，其具有一截面厚度约30-150um。
上封装层116以及下封装层120各可系为实质透明可挠性层以诸如乙烯-醋酸乙烯共聚物的材料所建构，各有一200-500um的截面厚度。一般而言，上封装层116以及下封装层120系可皆为热塑层，或是可选地，层116或120其中一或两者系可为热塑层。使用非过氧化物交联剂于热塑性EVA材料中系可特别适合于下封装层120，因为该层120系近接于PV电池层102，且无过氧化物材料可减少PV电池层的PV材料劣化。在一些实施例中，一封装系可为一多层结构，包含诸如一EVA层以及一分离UV吸收层，诸如此类。
汽障壁结构118自身系可为一多层结构具有一整体截面厚度在约50-150um的区间。提供一相对较厚且/或相对较厚的汽障壁结构可帮助避免模块的起皱，特别是靠近其边缘。汽障壁结构11通常将包含多个层(图未示)诸如一汽障壁层，举例而言，以金属氧化物材料所建构的一薄层，以及一或多个下层且/或上层的绝缘材料诸如聚对苯二甲二乙酯(polyethyleneterephthalate,PET)且/或聚2,6萘二甲酸乙二酯纤维(PolyethyleneNaphthalate,PEN)。因为PET以及PEN系易受紫外线(UV)而受损，因此可将一EVA的中间层或含有一UV阻隔器的一些其它材质予以设置于汽障壁层与PET且/或PEN层之间。在同样的原因之下，上封装层116可包含UV阻隔剂。
与顶片材104相同，底部片材106也可包含多个层，诸如一底部封装层122以及一多层背片材124。不同于设置在PV电池层102上的该些层，然而，该些层的底部片材106无须为透明。
在任何情况下，底部封装层122(其系描绘于图1-4直接接触PV电池层102的底面)系可由一热塑性材料诸如参考编号Z68由丹麦DNP公司的dnpSolar部门所制造的材料。热塑性材料的使用于底部封装层122可提升层102的PV电池背侧的附着性(其可，举例而言，以铂涂布)，辅以减少底部封装层自PV层的剥离。此外，一热塑性的底部封装层122系可有足够的可挠性以减少于PV层的力量(该力量能够致使连接于PV电池的导带弯曲)，并可允许有效的非真空积层，诸如于空气存在时进行快速变压积层处理，而仍覆盖着设置于PV层之下的高起伏结构或构件诸如旁路二极管(图未示)。提供与PV电池并联的旁路二极管可帮助避免功率损耗、磁滞效应以及对模块的损害(当一特定电池毁损、衰弱或被阴影遮蔽)。通过设置旁路二极管于模块，可达成在将二极管屏蔽(shielding)于UV辐射，而仍不会减少模块的阳光曝晒区域。
背片材124可包含数层，诸如一薄膜金属汽障壁层适用于一聚合物。背片材124一般系设置以保护PV电池层102的底面以防止水或污染的进入，同时提供一有最小热机械应力的机械性能稳定的模块。适用于使用在连接的背片材结的结构的范例为描述在例如，U.S.专利申请号No.13/104,568，其系作为整体参考。
如图1所示，各模块层如上保护层114、上封装层116、下封装层120、底部封装层122、多层背片材结构124、且/或黏着层108，各可延伸超过该汽障壁结构118。于是，一些或全部的这些层系可设置以结合其它层中的至少一个，举例而言，于一模块积层处理期间，以覆盖及保护汽障壁结构的边缘部分。
详细而言，上保护层114且/或上封装层116系可设置以结合下封装层120、底部封装层122、背片材124、且/或任何额外设置于汽障壁结构之下的封装层(图未示)，以覆盖及保护汽障壁结构118的边缘部分。这可抑制或甚至避免水或水汽的进入汽障壁结构之间的层，从而增加汽障壁结构和模块整体的稳定性以及寿命。
虽然前述已集中在设置于PV电池层上的汽障壁结构边缘部分的保护，类似的方法以及装置系可用以保护其它PV模块的边缘部分，如多层背材的边缘部分。举例而言，各种模块层如上保护层114、上封装层116、下封装层120、且/或底部封装层122系可设置与黏着层108结合(举例而言，经积层处理)以覆盖及保护多层背片材124的边缘部分。这可抑制污染如湿气穿透背片材124之间的层，从而增加背片材以及模块整体的稳定性以及寿命。
图1描绘出上保护层114、上封装层116、下封装层120、底部封装层122、背片材124以及黏着层108皆更侧向地延伸超过汽障壁结构118的侧向边缘部分。相似地，上述的层皆更可纵向地延伸超过汽障壁结构118的纵向边缘部分(图未示)。举例而言，如果模块100系以连续滚压处理所制造，汽障壁结构为不连续地被使用，而使各种保护以及封装层为重迭于汽障壁结构时纵向地而留下间隙。然后该连续材料为横跨这些间隙而被切割，而在一或多个保护层重迭于汽障壁结构下而留下分离的模块。
并不必要将所有(或任何)模块的保护层延伸超出汽障壁结构的边缘部分。举例而言，图2为另一光伏打模块的一截面图，通常标示为100’，根据本发明的态样。模块100’的组件系实质相似于模块100的组件，且具有单撇(’)的参考标号相似系用于图2中以参照图1中无单撇标号的对应物。在模块100’，然而，其系描绘积层处理之前，下封装层120’、以及底部封装层122’各具有小于汽障壁结构118’的对应线性尺寸的侧向线性尺寸。
在图2的范例中，热且/或压力于积层处理期间会导致下封装层120’以及底部封装层122’被侧向地朝外挤压，而超过汽障壁结构118’的侧向边缘部分。同样的说明可适用于纵向方向，若下封装层120’以及底部封装层122’初始具有小于汽障壁结构对应线性尺寸的纵向线性尺寸。如此，下封装层120’以及底部封装层122’在基层处理后将具有大于汽障壁结构118’对应线性尺寸的线性尺寸，且这些层经组构而覆盖及保护汽障壁结构的边缘部分。一般而言，任何保护层系设置为在积层处理之前具有小于汽障壁结构对应线性尺寸的线性尺寸，且在积层处理后具有大于汽障壁结构对应线性尺寸的线性尺寸。
图3为又另一光伏打模块的一截面图，一般标示为100”，根据本发明的态样。模块100”系实质相似于模块100及模块100’，且双撇号码系用以参照图1及图2中具有相同无撇及单撇参考标号的对应组件。在图3，然而，仅有底部封装层122”系设置为在积层处理之前具有小于汽障壁结构对应线性尺寸的线性尺寸，且在积层处理后具有大于汽障壁结构对应线性尺寸的线性尺寸。
无论任何特定保护层的线性尺寸，积层处理该模块可造成一个或多个保护层的截面积产生变化。举例而言，热且/或的应用于积层处理期间可导致下封装层120(及120’、120”)且/或底部封装层122(及122’、122”)的截面积为非均匀。详细而言，模块积层处理后，这些封装层的截面积于模块边缘部分与在模块内部部分中的封装层截面积相比系可实质地减少。换言之，于模块的边缘封装层于积层处理期间可能成为锥状。这导致于汽障壁结构的边缘有较小的封装厚度，进而对应地降低机会于水穿透该封装以及汽障壁结构之间的层。
模块边缘部分的各种保护层的截面积缩减系可通过提供缩减线性尺寸的保护层(诸如封装层)而达成，如图2-3所描绘。例如下封装层120’以及底部封装层122’其中之一或两者于模块在积层处理前具有小于汽障壁结构及背片材对应线性尺寸的线性尺寸，这能够在模块积层处理后将模块边缘部分的汽障壁结构及背片材之间的截面积予以缩小。
图4为图3的光伏打模块100”的另一截面图，但是模块已经根据本发明的该特点而稍微修改。具体而言，模块100”现在包含一黏着层119”设置于模块的周围部分。详细而言，图4描绘黏着层119”沿着汽障壁结构118”的边缘部分而设置。这样可达成在积层处理期间其它保护层的黏着于汽障壁结构的边缘部分。
更一般而言，一黏着层诸如层119”系可设置于任何模块的周围，以达成在积层处理之后模块的边缘部分的保护。黏着层系可由相似其它模块封装材料的一黏着封装材料所建构，或其系可由其它合适的材料建构而设置以将汽障壁结构的边缘部分且/或与设置用以保护汽障壁结构的边缘部分的模块其它层稳固地黏合。
在一些实施例中，包含一汽障壁的一顶片材系可自其余的BIPV模块分离地制造，而作为一独立的组件。图5为一顶片材结构的一截面图，一般标示为200，其系通过本发明的该特点而可合适以使用。顶片材结构200包含一上保护层214、一上封装层216、以及一汽障壁结构218。这些组件系实质相似于模块100的相对应组件，以相似编号标示。于是，一分离制造的顶片材结构可具有一约280-800um范围内的截面厚度。通过提供有一相对大厚度的一顶片材，或是其它方面理想的刚性，可在顶片材系为积层处理时帮助减少模块可能的起皱，特别是靠近模块的边缘。
当一顶片材诸如顶片材结构200系分离地制造，其也可系分离地积层处理，在此情况下上保护层214且/或上封装层216可于初始积层处理期间环绕汽障壁结构的边缘部分。再者，该汽障壁结构自身可包含一保护层于汽障壁结构的下层且/或一保护层于汽障壁结构的上层，在此情况下这些保护层的一个或多个系可在积层处理之后为经组构而覆盖及保护汽障壁结构的边缘部分。如此，该汽障壁结构的边缘部分系可甚至在顶片材结构与PV电池整合为一模块前而被覆盖及保护。可选地，或此外，顶片材系可提供于一模块然后经积层处理，其可致使甚至更好的保护于汽障壁的边缘部分。
一般而言，任何保护层于汽障壁的上层(诸如118、118’、118”、或218)且/或任何保护层于汽障壁的下层系可经组构而以在积层处理之后覆盖及保护汽障壁的边缘部分，不管是通过如上述相关于图1-4的描述而相结合，或是因为如上述相关于图5的描述的一单独的保护层成为设置围绕汽障壁的边缘部分。典型的，一分离的顶片材结构将被积层处理两次──一次在自身初始制造期间，而第二次在自身整合为一PV模块期间，在此情况下汽障壁的边缘部分的保护可藉由将围绕边缘部分的单一材料予以结合并将两个材料于该边缘部分的周围相结合而实现。以一类似的方式，一分离的多层背片材系可提供于一些实施例中，在背片材整合为一PV模块之前，经一初始积层处理而至少保护部分自身边缘。

Claims (18)

1.一种光伏打模块，其特征在于，包含：
多个相互电连接的光伏打电池，各电池各自包括一半导体吸收层以及一基材，该基材上支撑有该半导体吸收层；
一第一封装层，在该些电池的下层；
一保护背片材，在该第一封装层的下层；
一多层汽障壁结构，包括一在该些电池的上层的汽障壁层；
一第二封装层，设置在该汽障壁层与该些电池之间；以及
一第三封装层，在该汽障壁层的上层；
其中该第三封装层经配置而与该第一封装层和该第二封装层的至少一个相结合，而覆盖及保护该汽障壁结构的边缘部分。
2.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层为一热塑层，以及该第二封装层为一热固层。
3.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层与该第二封装层各为热塑层。
4.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层与该第二封装层各为热固层。
5.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第三封装层以及该第一封装层与该第二封装层的至少一个各延伸超过该多层汽障壁结构的该边缘部分且在积层处理期间相结合。
6.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层经配置而具有线性尺寸，该线性尺寸在积层处理之前小于该汽障壁结构的对应线性尺寸，且该线性尺寸在积层处理之后大于该汽障壁结构的对应线性尺寸。
7.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第二封装层经配置而具有线性尺寸，该线性尺寸在积层处理之前小于该汽障壁结构的对应线性尺寸，以及该线性尺寸在积层处理之后大于的该汽障壁结构的对应线性尺寸。
8.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层与该第二封装层经配置而具有线性尺寸，该线性尺寸在积层处理之前小于该汽障壁结构的对应线性尺寸，以及该线性尺寸在积层处理之后大于该汽障壁结构的对应线性尺寸。
9.如权利要求1所述的光伏打模块，其特征在于，该第三封装层系该模块的顶部片材结构的一部分，且其中该第三封装层在积层处理期间结合于该第二封装层。
10.一种光伏打模块，其特征在于，包含：
多个相互电连接的光伏打电池，各电池各自包括一半导体吸收层以及一基材，该基材之上支撑有该半导体吸收层；
一第一封装层，在该些电池的下层；
一保护背片材，在该第一封装层的下层；
一多层汽障壁结构，包括一在该些电池的上层的汽障壁层；
一第二封装层，设置在该汽障壁层与该些电池之间；以及
一第三封装层，在该汽障壁层的上层；
其中该些封装层经配置而在该模块积层之后，于该模块的边缘部分的该第一封装层与该第二封装层的截面积相对于该模块的内侧部分的该第一封装层与该第二封装层的截面积为实质缩减。
11.如权利要求10所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层与该第二封装层的至少一个经配置而具有线性尺寸，该线性尺寸在该模块的积层之前小于该汽障壁结构的对应线性尺寸，而在该模块积层之后将位于该模块的边缘部分的该汽障壁结构与该背片材之间的截面积予以缩小。
12.如权利要求10所述的光伏打模块，其特征在于，该第一封装层与该第二封装层的至少一个经配置而具有线性尺寸，该线性尺寸在该模块的积层之前小于该背片材的对应线性尺寸，而在该模块积层之后将位于该模块的边缘部分的该汽障壁结构与该背片材之间的截面积予以缩小。
13.一种光伏打模块，其特征在于，包含：
多个相互电连接的光伏打电池，各电池各自包括一半导体吸收层以及一基材，该基材上支撑有该半导体吸收层；
一第一封装层，在该些电池的下层；
一保护背片材，在该第一封装层的下层；
一多层汽障壁结构，包括一在该些电池的上层的汽障壁层；
一第二封装层，设置在该汽障壁层与该些电池之间；以及
一第三封装层，在该汽障壁层的上层；
其中该第一封装层、第二封装层及该第三封装层的至少一个经配置而与该模块的一第四层相结合，而覆盖及保护该汽障壁结构与该背片材的至少一个的边缘部分。
14.如权利要求13所述的光伏打模块，其特征在于，该模块的第四层为该背片材。
15.如权利要求13所述的光伏打模块，其特征在于，该模块的第四层为一黏着层。
16.如权利要求13所述的光伏打模块，其特征在于，该模块的第四层为一第四封装层。
17.如权利要求13所述的光伏打模块，其特征在于，该些封装层的至少一个延伸超过该汽障壁结构的该边缘部分，并在积层处理期间结合于该模块的该第四层。
18.如权利要求13所述的光伏打模块，其特征在于，该第四层为一黏着层，经配置而接附于一建筑表面。
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