CN103650157A - 具有一个或多个耳片的改良的光伏覆盖元件 - Google Patents

具有一个或多个耳片的改良的光伏覆盖元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种至少包括能够贴附在建筑物结构上的光伏覆盖元件的组件。所述覆盖板至少包括光伏电池组件、附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分。其中所述主体部分包括一个或多个顶部外周耳片，每个耳片能够配合在一个或多个竖直毗邻的器件下。

Description

具有一个或多个耳片的改良的光伏覆盖元件
本发明在能源部(Department of Energy)资助合同DE-FC36-07G017054下利用美国政府支持完成。美国政府在本发明中具有一定权利。本申请要求2011年3月22日提交的美国临时申请系列号61／466,236的优先权，所述临时申请通过引用并入本文。
优先权要求
本申请要求2011年3月22日提交的美国临时申请号61／466,236的申请日的权益，所述临时申请的内容以其全文通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及能够贴附在建筑物结构上的改良的光伏覆盖(sheathing)元件，所述覆盖元件至少包括：面板形式的光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分，安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上并能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接的至少第一和第二连接器组件，以及各自能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下的一个或多个外周耳片(tab)。
背景技术
改良PV器件、特别是整合到建筑物结构中的那些器件(例如光伏覆盖元件或外墙面层)以使成功应用的尝试应该满足多种标准。PV器件以及安装的阵列应该耐用(例如耐久，密封对抗湿气及其他环境条件)，并在产品的期望寿命(优选至少10年、更优选地至少25年)期间进行防护以免于机械损伤。所述器件应该容易安装在器件阵列中(例如类似于常规屋顶板或外墙面层的安装)或更换(例如如果受损的话)。它还应该被设计成尽可能地防止水到达器件下方和器件所贴附的建筑物表面。
为了使得这整个组合件适合消费者需要，以及为了得到市场的广泛接受，所述系统的建造和安装应该是经济的。这可以帮助促进降低能量的产生费用，使得PV技术相对于其他的发电手段更具竞争力。
现有技术的PV器件系统可以允许所述器件直接安装到建筑物结构上或者它们可以将所述器件固定到建筑物外部(例如屋顶盖板或外贴面)上方的板条、沟槽或“栏杆”(“护栏(stand-offs)”)上。这些系统可能是复杂的，通常不能像常规包覆材料(例如屋顶板、瓷砖、石板或墙板)那样安装，因此安装可能是昂贵的。此外，因为它们看起来不像常规建筑材料，因此它们可能没有视觉上的吸引力。可能需要每2-4英尺的“护栏”来安装PV器件。因此，安装成本可能与制品的成本一样高或更高。它们也可能受到与环境条件相关问题的困扰，例如翘曲、褪色和物理性能的劣化。
涉及这种技术的文献中包括以下专利文献：US20040206035A1，WO2010151777A2，WO2010144226A1，EP2216829A1和WO1998036139A1，其全部为所有目的通过引用并入本文。
发明概述
本发明涉及一种光伏器件，特别是改良的光伏屋顶或建筑物覆盖元件例如光伏覆盖板，其优选地直接贴附于建筑物结构上(例如不使用在建筑物外部上方的板条、沟槽或“栏杆”(“护栏”))，并且使用在多个光伏覆盖元件和可能的其他器件的阵列中，其解决了上面段落中描述的至少一个或多个问题。设想改良的光伏覆盖元件至少包括光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分，安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上并能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接的至少第一和第二连接器组件；并且所述主体部分包括一个或多个外周耳片，当安装在阵列中时各个耳片能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下，特别是配合在单个器件之间的电连接区域下。
附图说明
图1是本发明的改良光伏器件的实例的平面图。
图2是本发明的改良光伏器件的实例的部件分解透视图。
图3A是示例性阵列的平面图。
图3B是安置在建筑物结构上的另一个示例性阵列的透视图。
图4是具有示例性流体引导部件的耳片的透视图。
图5A是本发明的改良光伏器件的实例的底侧的平面图。
图5B是图6A的剖面的侧视图。
图6A是本发明的改良光伏器件的另一个实例的底侧的平面图。
图6B是图6A的剖面的侧视图。
图7是示例性阵列的侧视图，示出了在建筑物结构上的升高和平移。
图8是示例性连接器外壳的视图。
图9是改良光伏器件和柔性连接器组件的实例的分解图。
图10和11是与柔性连接器组件一起使用和含有柔性连接器组件的改良光伏器件的实例的特写透视图。
图12是改良光伏器件和柔性连接器组件的另一个实例的视图。
图13是另一个柔性连接器组件实例的透视图。
优选实施方式的详细描述
本发明涉及如图1所示的改良光伏器件10(以下称为“光伏覆盖元件”)，其总体上可以描述为在受到太阳辐射(例如太阳光)时发挥提供电能的功能的多个部件和部件集合的组件。本公开特别关注点和主要焦点是一种改良的光伏覆盖元件10，其至少包括与含有一个或多个外周耳片600的主体部分200接合的光伏电池组件100。在优选实施方式中，通过采用光伏电池组件(和可能的其他部件和组件例如电连接部件)并在光伏电池组件的至少部分周围形成(例如通过注塑)主体部分来形成所述光伏覆盖元件。设想在解决上面背景部分中讨论的一个或多个问题时，(光伏覆盖元件10的)部件和部件集合与周围器件之间的关系(例如至少几何性质和／或材料性质)是特别地重要。本发明中特别关注的是光伏覆盖元件10用于通常被称为光伏建筑一体化(Building-Integrated Photovoltaics)或BIPV的场合，且其中将光伏覆盖元件10连接到其他器件(光伏覆盖元件10或其他)以形成阵列1000，例如在图3B中所示的阵列1000。在下面的段落中，更详细和专门地公开了各个部件和部件集合以及它们的关系。
因此，根据本发明的一个方面，设想了一种组件，其至少包含能够贴附在建筑物结构上的光伏覆盖元件，所述覆盖板至少包括：光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分，以及安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上并能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接的至少第一和第二连接器组件；其中所述主体部分包括一个或多个顶部外周耳片，各个耳片能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下。
本发明组件的特征还可以在于本文中描述的特征之一或其任何组合，所述特征例如所述光伏覆盖元件包括能够接受所述一个或多个顶部外周耳片的接受区，所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧；所述接受区跨越所述光伏覆盖元件的整个宽度；所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧并由两个或更多个不同部分构成；所述一个或多个顶部外周耳片与所述两个或更多个不同部分中的至少一个的组合被构造以提供所述光伏覆盖元件对于所述一个或多个竖直毗邻器件的精确(positive)水平定位区；所述一个或多个顶部外周耳片具有由Ltp＝Ltpn+Ltpt定义的长度，其中Ltp＝(Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp))+(C2*To*(1／屋面坡度))；所述一个或多个顶部外周耳片包括一个或多个流体引导部件，其能够引导流体远离所述光伏覆盖元件的周缘；所述一个或多个外周耳片被安置在所述覆盖板上与所述竖直毗邻器件的预定固定区域相邻的区域中。
因此，根据本发明的另一方面，设想了一种组件阵列，其至少包括安置在第一行中的两个或更多个光伏覆盖元件，以及安置在竖直相邻并水平偏置的第二行中的两个或更多个光伏覆盖元件，各个所述覆盖板能够贴附在建筑物结构上，并至少包括：光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分，以及安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上并能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接的至少第一和第二连接器组件；其中所述主体部分包括一个或多个顶部外周耳片，各个耳片能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下。
本发明的阵列的特征还可以在于本文中描述的特征之一或其任何组合，所述特征例如所述光伏覆盖元件包括能够接受所述一个或多个顶部外周耳片的接受区，所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧；所述接受区跨越所述光伏覆盖元件的整个宽度伸展；所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧并由两个或更多个不同部分构成；所述一个或多个外周耳片与所述两个或更多个不同部分中的至少一个的组合被构造成提供所述光伏覆盖元件对于所述一个或多个竖直毗邻器件的精确水平定位区；所述一个或多个顶部外周耳片具有由Ltp＝Ltpn+Ltpt定义的长度，其中Ltp＝(Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp))+(C2*To*(1／屋面坡度))；并且其中至少一个所述外周耳片适合于配合在至少两个竖直毗邻器件下存在电连接器的区域中；所述一个或多个外周耳片包括一个或多个流体引导部件，其能够引导流体远离所述光伏覆盖元件的周缘；所述一个或多个外周耳片被安置在所述覆盖板上与所述竖直毗邻器件的预定固定区域相邻的区域中。
应该理解，以上提及的方面和实例是非限制性的，本发明内存在其他方面和实例，正如在本文中示出和描述的。
光伏电池组件100
设想光伏电池组件100可以是许多个层及元件／集合的汇集，例如如目前待决的国际专利申请No.PCT／US09／042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。光伏电池组件至少含有阻挡层122和光伏电池层110(通常位于阻挡层122周缘的内侧)。设想光伏电池组件100也可以包含其他层，例如封装层和其他保护层。说明性实施例显示在附图中并在下面讨论。示例性光伏电池组件100的分解图显示在图2A和2B中。设想总体光伏电池组件100的厚度MT可以是约1至12mm，优选约2至9mm，并最优选小于约9.0mm。
在功能上，这些封装层及其他保护层可以包括多个不同的层，它们各自用来保护光伏电池组件100和／或将光伏电池组件100连接在一起。各优选的层从“顶部”(例如最暴露于自然环境(elements)的层)向“底部”(例如最密切接触建筑物或结构的层)进一步详细描述如下。一般而言，各个优选的层或片可以是单层或本身可以包含亚层。
阻挡层122
阻挡层122通常可以起到光伏电池组件100的环境护罩的作用，更特别是起到至少一部分光伏电池层110的环境护罩的作用。阻挡层122优选由透明或半透明材料构成，所述材料允许光能通过到达光伏电池层110的光活性部分。这种材料可以是柔性的(例如薄的聚合物薄膜、多层薄膜、玻璃或玻璃复合材料)或刚性的(例如厚玻璃或胶质玻璃例如聚碳酸酯)。所述材料也可以特征在于对湿汽／颗粒渗透或聚集的抗性。阻挡层122还可以起到过滤一定波长的光的功能，以使得非优选的波长可能不会到达光伏电池。在优选实施方式中，阻挡层122的材料的厚度还在约0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至4.0mm、并最优选2.5mm至3.5mm的范围内。其他物理特性(至少在薄膜的情况下)可以包括：抗张强度大于20MPa(如通过JIS K7127测量的)；拉伸伸长率1％或更大(如通过JIS K7127测量的)；和／或吸水率(23℃，24小时)0.05％或更小(如根据ASTM D570测量的)；和／或线性膨胀系数(“CLTE”)约5x10-6mm／mm℃至100x10-6mm／mm℃，更优选约10x10-6mm／mm℃至80x10-6mm／mm℃，并最优选约20x10-6mm／mm℃至50x10-6mm／mm℃。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括：线性膨胀系数(“CLTE”)约5x10-6mm／mm℃至约140x10-6mm／mm℃，优选约7x10-6mm／mm℃至约50x10-6mm／mm℃，更优选约8x10-6mm／mm℃至约30x10-6mm／mm℃，并最优选约9x10-6mm／mm℃至约15x10-6mm／mm℃。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括：密度约2.42g／cm3至约2.52g／cm3，抗张强度约75至200N／sq.mm之间，抗压强度500至1200N／sq.mm之间，弹性模量为60-80GPa之间，CLTE为约9x10-6mm／mm℃，和可见光透射率为至少约85％、优选至少约87％，更优选至少约90％。
第一封装层124
在封装层的一个实例中，第一封装层124可以布置在阻挡层122下面，并且通常在光伏电池层110上面。设想第一封装层124可以用作粘合机构，以帮助将相邻层保持在一起。它还应该允许期望量和期望类型的光能透射到达光伏电池110。第一封装层124还可以起到补偿相邻层几何形状中的或在那些层之间转换(例如厚度改变)的不规则性的功能。它也可以用来允许层之间因温度变化以及物理移动和弯曲引起的弯折和移动。在优选实施方式中，第一封装层124可以基本由粘性薄膜或网组成，优选EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)、热塑性聚烯烃、聚氨酯、离聚物、硅基聚合物或类似材料。该层的优选厚度范围从约0.1mm至1.0mm，更优选约0.2mm至0.8mm，并最优选约0.25mm至0.5mm。
光伏电池层110
本发明中设想的光伏电池层110可以由多个可商购的已知光伏电池构成，或可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池发挥将光能转变为电的功能。光伏电池的光活性部分是将光能转变成电能的材料。可以使用已知提供该功能的任何材料，包括晶体硅、非晶硅、CdTe、GaAs、染料增敏的太阳能电池(所谓的Gratezel电池)、有机／聚合物太阳能电池或通过光电效应将阳光转换成电的任何其他材料。然而，所述光活性层优选是IB-IIIA-硫属化物层，例如IB-IIIA-硒化物、IB-IIIA-硫化物或IB-IIIA-硒化硫化物。更具体的例子包括铜铟硒化物、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、铜铟硫化硒化物、铜镓硫化硒化物和铜铟镓硫化硒化物(所有这些在本文中都称为CIGSS)。这些还可以由式CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy来表示，其中x是0至1，和y是0至2。优选的是铜铟硒化物和铜铟镓硒化物。本文中还设想了附加的电活性层，例如一个或多个发射(缓冲)层、导电层(例如透明导电层)等等，如本技术领域中已知可用于CIGSS基电池中的。这些电池可以是柔性或刚性的，并具有各种各样的形状和尺寸，但是通常是脆性的并易发生环境退化。在优选实施方式中，所述光伏电池组件110是可以弯曲而没有显著破裂和／或没有显著功能性损失的电池。示例性的光伏电池在多项美国专利和出版物中教导并描述，包括US3767471、US4465575、US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734A1、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924A，它们为了所有目的通过引用并入本文。
光伏电池层110，例如如图2B中所示，也可以包括电路，例如汇流条(buss bar)111，所述汇流条与所述电池、连接器组件元件300电连接并通常从光伏覆盖元件10的一侧延伸到另一侧。这个区域可以称为汇流条区域311。
第二封装层126
在封装层的另一个实施例中，第二封装层126通常连接地位于光伏电池层110下方，但是在有些情况下，它可以直接接触顶层122和／或第一封装层124。设想第二封装层126可以起到类似第一封装层的功能，虽然它不一定需要透射电磁辐射或光能。
后板128
在保护层的实施例中，可以有连接地位于第二封装层126下方的后板128。后板128可以充当环境保护层(例如阻止湿汽和／或颗粒物质进入上面的层)。它优选由柔性材料(例如薄的聚合物薄膜、金属箔、多层薄膜或橡胶片)构成。在优选实施方式中，后板128的材料可以是湿汽不能透过的并且厚度还可以在0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至4.0mm、和最优选约0.2mm至0.8mm的范围内。其他物理特性可以包括：断裂伸长率约20％或更大(如通过ASTM D882-09测量的)；抗张强度约25MPa或更大(如通过ASTM D882测量的)；和撕裂强度约70kN／m或更大(如按Graves法测量的)。优选的材料的例子包括：玻璃板、铝箔、聚(乙烯基氟)(例如，可作为
Figure BPA0000178349220000091
(DuPont的商标)商购的)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物(亦称“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，或其组合。
补充阻挡板130
在保护层的另一个实施例中，可以有连接地位于后板128下方的补充阻挡板130。补充阻挡板130可以充当屏障，从而保护上面的层免于环境条件和物理损伤的影响，所述物理损伤可以由光伏覆盖元件10所经受的任何结构特征(例如屋顶盖板的不规则性、突出物体等等)所引起。设想这是任选的层而可以是不需要的。还设想这个层可以起到与主体部分200相同的功能。在优选实施方式中，补充阻挡板130的材料可以是至少部分地湿汽不能透过的，并且还可以厚度在约0.25mm至10.0mm、更优选约0.5mm至2.0mm和最优选0.8mm至1.2mm的范围内。优选该层表现出断裂伸长率约20％或更大(如通过ASTM D882测量的)；抗张强度约10MPa或更大(如通过ASTM D882测量的)；和撕裂强度约35kN／m或更大(如按Graves法测量的)。优选的材料的例子包括热塑性聚烯烃(“TPO”)、热塑性弹性体、烯烃嵌段共聚物(“OBC”)、天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯以及其他弹性体和塑性体材料。或者，所述保护层可以由更刚性的材料构成，以便在结构和环境(例如风)负荷下提供额外的遮蔽(roofing)功能。附加的刚性也可能是需要的，以便改善光伏覆盖元件10的热膨胀系数并在温度波动期间保持期望的尺寸。为了结构性能的保护层材料的例子包括聚合材料例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、酚树脂、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂包括玻璃和矿物质填充复合材料或其任何组合。
以上描述的层可以以多种组合来配置或堆叠，但是优选阻挡层122是顶层。另外，设想这些层可以通过许多方法整体接合在一起，所述方法包括但不限于：粘接、热或振动焊接、包覆成型(over-molding)或机械紧固件。
对于下面讨论的一些实施方式，为清楚起见，光伏电池组件100可以用另一种方式(作为两部分组件)进一步描述。第一部分，光伏电池组件子组件101，包含光伏电池组件100的所有层(除了阻挡层122之外)，和第二部分是阻挡层122。阻挡层122还可以描述为具有长度“LBL”和宽度“WBL”，例如如图2A中所标记的。优选地，LBL范围是下面讨论的LBp的约0.75至约1.25倍，更优选所述长度在彼此的约5-10％范围之内。还设想光伏电池组件子组件101的总体CLTE(“子组件CLTE”)可以在约30x10-6mm／mm℃至150x10-6mm／mm℃、更优选约50x10-6mm／mm℃至100x10-6mm／mm℃的范围内。
主体部分200
设想主体部分200可以是元件／集合的汇集，但是通常优选是通过将聚合物(或聚合物掺合物)注入模具(有或者没有插入物例如光伏电池组件100或本申请中后面讨论的其他元件(例如连接器元件))而形成的聚合物制品，例如如当前待决的国际专利申请No.PCT／US09／042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。主体部分200起到光伏覆盖元件10的主要结构载体的功能，并应该以符合这种功能的方式来构造。例如，它可以基本起到塑性框架材料的功能。设想主体部分200粘接到光伏覆盖元件100上的粘附强度应该不低于由热膨胀引起的应力。
设想构成主体部分200的组合物还表现出约0.5x10-6mm／mm℃至约140x10-6mm／mm℃，优选约3x10-6mm／mm℃至约50x10-6mm／mm℃，更优选约5x10-6mm／mm℃至约30x10-6mm／mm℃，和最优选约7x10-6mm／mm℃至约15x10-6mm／mm℃的线性热膨胀系数(“CLTE”)。最理想地，构成主体部分200的组合物的CLTE应该与阻挡层122的CLTE紧密匹配。优选本文中公开的构成主体部分200的组合物的CLTE特征还在于，线性热膨胀系数(CLTE)与阻挡层122的CLTE相差20倍之内，更优选相差15倍之内，更加优选相差10倍之内，甚至更优选相差5倍之内，并最优选相差2倍之内。使构成主体部分200的组合物与阻挡层122之间的CLTE匹配对于温度变化期间使BIPV器件上的热诱导应力最小化而言是重要的，所述热诱导应力可能潜在地导致PV电池的破裂、断裂等等。
对于本文中公开的光伏制品的一些实施方式而言，阻挡层122包括玻璃阻挡层。如果阻挡层122包括玻璃层的话，主体部分的CLTE优选小于80x10-6mm／mm℃，更优选小于70x10-6mm／mm℃，再更优选小于50x10-6mm／mm℃，和最优选小于30x10-6mm／mm℃。优选地，所述主体部分的CLTE大于5x10-6mm／mm℃。
当使用玻璃(作为阻挡层122)时，主体材料的组合物优选断裂伸长率为至少3％，但通常不超过200％。还设想，当不使用玻璃时，所述主体材料的断裂伸长率优选为至少100％，更优选至少200％，再更优选至少300％并且优选不超过500％。在组合物断裂时的拉伸伸长率通过试验方法ASTM D638-08(2008)在23℃下采用50mm／min的测试速度进行测定。
在优选实施方式中，主体支持部分200可以包含主体材料(基本上由其构成)。这种主体材料可以是填充的或未填充的可模制塑料(例如聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氢化丁苯橡胶、聚酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、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、环氧树脂、SAN、丙烯酸橡胶、聚苯乙烯或其任何组合)。填料(优选最多约50重量％)可以包括下列一种或多种：着色剂、阻燃(FR)或耐火(IR)材料、强化材料例如玻璃纤维或矿物纤维、表面改性剂。塑料还可以包括抗氧化剂、脱模制、发泡剂及其他常用的塑料添加剂。在优选实施方式中，使用玻璃纤维填料。所述玻璃纤维优选纤维长度(模制之后)的范围是从约0.1mm至约2.5mm，平均玻璃长度范围是从约0.7mm至1.2mm。
在优选实施方式中，所述主体材料(组合物)的熔体流动率为至少5g／10分钟，更优选至少10g／10分钟。所述熔体流动率优选小于100g／10分钟，更优选小于50g／10分钟，和最优选小于30g／10分钟。组合物的熔体流动率按照ASTM D1238-04试验法“挤压式塑性计测量热塑性塑料的熔体流动速率的REV C标准试验法(REV Standard Test MethodforMelt FloW Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer)”2004Condition L(230℃／2.16kg)测定。本申请中使用的聚丙烯树脂也使用这种相同的试验方法和条件。本发明中的聚乙烯和乙烯-α-烯烃共聚物的熔体流动率利用Condition E(190℃／2.16Kg)测量，通常称为熔体指数。
在所有实施方式中，组合物的挠曲模量为至少200MPa，更优选至少400MPa，最优选至少700MPa。根据其中光伏电池组件100包括玻璃层的优选实施方式，挠曲模量优选至少1000MPa并且不大于7000MPa。根据第二种实施方式，挠曲模量不大于1500MPa，更优选不大于1200MPa，最优选不大于1000MPa。组合物的挠曲模量通过试验法ASTM D790-07(2007)利用2mm／min的测试速度来测定。设想构成主体部分200的组合物还表现出约25x10-6mm／mm℃至70x10-6mm／mm℃，更优选约27x10-6mm／mm℃至60x10-6mm／mm℃，最优选约30x10-6mm／mm℃至40x10-6mm／mm℃的线性热膨胀系数(“主体CLTE”)。
设想主体部分200可以有许多形状和尺寸。例如，它可以是正方形、长方形、三角形、椭圆形、圆形或其任何组合。主体部分200还可以描述为具有长度“LBP”和宽度“WBP”，例如如图2中所标记的，并且分别可以小至10cm和大至500cm或更大。它还可以具有小至约1mm至大至20mm或更大的范围内的厚度(t)，所述厚度可以在主体部分200的不同区域中变化。优选地，主体部分200可以描述为具有主体下表面部分202、主体上表面部分204以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘208的主体侧表面部分206。
顶部外周耳片600
顶部外周耳片600一般可以被定义为主体部分200的局部延伸。它可以执行下述一种或多种功能：协助相邻器件的竖直定位；协助相邻器件的水平定位；以及提供对抗例如可能存在于连接器组件300的区域中及其周围或两个相邻器件交汇的区域(参见间隙“G”)中的水侵入(例如水到达光伏覆盖元件10下方)的附加保护。在优选实施方式中，光伏覆盖元件10具有沿着覆盖板10的顶边缘安置的两个或更多个耳片600。所述耳片可以具有执行所述功能的任何形状。设想外周耳片600可以具有许多形状和尺寸。例如，它可以是正方形、矩形、三角形、椭圆形、圆形或其任何组合。并且优选地，耳片形状一般为正方形或矩形。外周耳片600还可以被描述为具有长度“LTP”、宽度“WTP”和厚度“t”，例如如图1中所标出的。图1中显示了说明性实施例。耳片600优选地与主体部分200构成整体，并具有足够小的厚度以使其能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下(无论器件中是否具有接受区700)。此外，耳片600也优选地沿着光伏覆盖元件的顶边缘安置在一个位置以使得当置于阵列1000中时，至少一个耳片600适合于配合在至少两个竖直毗邻器件下存在电连接器300的区域中或两个相邻器件交汇的区域中(参见间隙“G”)。说明性实例可以在图3A中看到，所述图描述了在间隔片“S”与PV器件10之间的耳片600和间隔片“S”与边缘片“E”之间的耳片600。此外，耳片600优选地被安置在一个位置以使得当置于阵列1000中时，耳片600不直接落于竖直紧邻器件的固定区域800下方。图3B示出了耳片的位置，其位于紧靠含有用虚线示出位置的耳片的一行覆盖元件上方的光伏覆盖元件之下。用于固定坐落于耳片600顶上的竖直紧邻器件的任何紧固件不允许延伸通过耳片600或通过竖直相邻器件可能是合乎需要的。另一种限定这一点的方式是，耳片600优选地被放置成使得紧固件仅延伸通过一个器件和然后通过结构1100，紧固件不通过两个器件。
设想可以对长度进行选择以执行所述的耳片功能，并且其可以为约10mm或以上，但是优选地为约15mm或以上，更优选地约20mm或以上，并且优选地不超过约100mm或以下，更优选地约80mm或以下，最优选地约60mm或以下。在大多数情形中，据信约35mm的耳片长度将执行所述的功能。参考图1、4和7，可以看到长度Ltp也可以通过对重叠、钉子位置、器件厚度和用于补偿安装公差、构造材料、环境和其他气候相关性质的各种因素进行组合计算来定义。对于钉子穿透来说，用于避免重叠的最小长度可以由公式Ltpn＝Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp)来确定，其中C1是约0或更大，更优选地约0.05或更大，最优选地约0.1或更大的常数。对于钉子穿透来说，用于避免重叠的最小长度可以由公式Ltpn＝Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp)来确定，其中C1是约2或更小，更优选地约1.2或更小，最优选地约0.6或更小的常数。所述常数可以包括约0至约2之间的任何子集。随着重叠部分处器件厚度的增加，可能需要附加的耳片高度。随着厚度增加，这是特别有价值的，正如在意图与建筑物整合并提供遮蔽功能的光伏产品的情形中那样。再次参考图1、4和7，这种附加的长度可以被定义为Ltpt＝C2*To*(1／屋面坡度)，其中C2是约0.5或更大，或约0.5至3之间的任何子集，更优选地约0.7或更大，最优选地约0.8或更大的常数，且To是重叠位置处的器件厚度，屋面坡度＝升高／平移。C2可以是约3或更小，更优选地约2或更小，最优选地约1.5或更小的常数。C2可以是约0.5至3之间的任何子集的一部分。可以将这些方程组合以确定耳片的总长度，其中Ltp＝Ltpn+Ltpt。其中Ltp＝(Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp))+(C2*To*(1／屋面坡度))。
设想耳片宽度可以为约15mm或更大，但优选地为约30mm或更大，更优选地约40mm或更大，最优选地约50mm或更大，并且优选地约200mm或更小，更优选地约150m或更小，最优选地约120mm或更小。还设想耳片600能够高达覆盖板的总宽度，但是优选地在固定区域800的区域中具有至少局部的裁切，以允许紧固件不受阻碍地通过。
它还可以具有可以在约0.5mm至20.0mm的范围内的厚度(t)，优选地为约0.5mm或以上，更优选地约1.0mm或以上，最优选地约2.0mm或以上，并且优选地约20.0mm或以下，更优选地约15.0mm或以下，最优选地约10.0mm或以下。设想所述厚度可以在外周耳片600的不同区域中变化(例如参见下面的流体引导部件，其可以局部更厚或更薄)。
外周耳片600也可以被描述为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间并形成主体周缘608的外周耳片侧表面部分606。
在一种优选实施方式中，耳片600包括流体引导部件610。这些部件可以协助引导水远离光伏覆盖元件10的边缘，并帮助阻止水到达覆盖板10的底侧(例如主体下表面部分202)。设想的流体引导部件610可以包括配置在耳片600的另外的平面表面中／上的几何形状，例如在图4中看到的谷和突出部。其他设想的部件610可以包括向耳片600的表面添加可压缩材料，例如衬垫材料、弹性体、填塞料或类似的密封材料。设想了任何或所有的流体引导部件610可以不仅限于耳片600的区域，而是可以继续进入主体200的主要部分中。
接受区700
接受区700起到作为毗邻器件的外周耳片600的间隙区域(clearance area)的作用。它是其中光伏覆盖元件10或其他器件至少局部地具有能够接受所述一个或多个外周耳片并且在贴附于建筑物结构时不引起光伏覆盖元件10或其他器件弯曲或以其他方式变形的厚度的区域。通常地，接受区可以布置在光伏覆盖元件或其他器件的底侧。两个说明性实例示出在图6A至7B中，其中呈现了连续的接受区700和分开的接受区700。在连续的接受区700的情形中，耳片600与区域700的组合可以帮助器件在竖直相邻的行中竖直定位。在具有分开的接受区700的器件的情形中，耳片600与区域700的组合可以帮助器件在竖直相邻的行中的竖直和水平定位。优选地，区域700的尺寸(长度和／或宽度)大于耳片600的尺寸。在优选实施方式中，区域700的尺寸比耳片600大约2％或更大，更优选地约5％或更大，最优选地约7％或更大，并且优选地大约25％或以下，更优选地大约15％或以下，最优选地大约10％或以下。
固定区域800
固定区域800是光伏覆盖元件10的一个区域，希望的是通过它将覆盖板10固定(例如通过紧固件例如钉子、螺栓、夹子等)到建筑物结构上。区域800优选地在光伏覆盖元件10上明确标示，以便安装者可以容易地确定施加钉子、螺栓或其他紧固件的正确区域。如图1中所示，在一个说明性实例中，多个半圆形和文字标出了优选的固定区域800。
连接器组件300
连接器组件一般起到允许通向和／或离开光伏覆盖元件10的电连通的作用。这种连通可以结合与光伏电池层110连接的电路，或者可以仅仅经由其他电路促进通过和越过光伏覆盖元件10的连通。所述连接器组件可以由各种部件和组件构成，并且可以部分或完全地与光伏覆盖元件10构成整体(包埋在其中)。它还可以包括刚性和柔性部分两者。组件300可以需要或者不需要与独立的部件(例如参见图9中示出的桥接连接器330)一起使用来帮助电连通。可能的构造的说明性实例／实施方式示出在图中，并在下面的段落中讨论。
优选地，连接器组件300包含至少聚合物基外壳310和从外壳310向外突出并一般包埋在光伏覆盖元件10中的电导线320，尽管也设想了其他构造。设想外壳310可以适合于接受匹配的连接器或被接受到匹配的连接器中，例如如图8中所示。此外，在图9至12中示出了连接器槽(pocket)1200(带有或不带有桥1210)，连接器300可以安置在其中。
聚合物外壳310
在第一个实例中，一种说明性连接器外壳310如图10中所示。在这一实例中，外壳适合于接受匹配的连接器(连接器匹配部件)，例如它可以被构造成与桥接连接器330联合使用，以允许通向和／或来自光伏覆盖元件10的电连通。在第二个实例中，连接器外壳可以适合于被接受到匹配的连接器(连接器匹配部件)中。
设想外壳310可以由多种材料(如上所示)构造，但是优选地具有例如下列特征的材料：至少约0.1GPa、更优选地约1GPa、最优选地约10GPa或更高的拉伸模量；约1％、更优选地约1.5％、最优选地约2.5％或更高的最终伸长率值；约50x10-6mm／mm℃、更优选地约30x10-6mm／mm℃、最优选地约20x10-6mm／mm℃的线性热膨胀系数值。
电导线320
设想导线320可以由多种材料构造并具有多种几何形状，只要它们起到导电的功能即可。它们还可以包括脊状的和柔性的两个部分。在连接器组件300完全与光伏覆盖元件10形成整体(包埋在其中)的情形中，导线320可能不需要柔性部分，并且不是本发明的主题。其中导线320具有柔性部分的实施方式，被设想作为本发明的一部分，并在下面进一步详细描述。
在第一说明性实施方式中，导线320可以一端连接到外壳310并在相反端连接到光伏覆盖元件10(例如粘合到光伏电池组件110)，例如如图12中所示。
在第二说明性实施方式中，导线320可以连接到配置在相反端上的两个分开的外壳310，例如如图9中所示，然后连接到光伏覆盖元件10(例如使用连接器匹配部件322或整合的连接器组件300机械附着于光伏电池组件110)。正如上面一般性陈述的，导线320可以包括脊状的和柔性的两个部分。导线320至少应该能够弯曲一段距离，使得柔性部分移动至少等于连接器组件的界面长度IL的距离，从而允许相反的连接器耦合或解耦，并且在优选实施方式中，导线320由电线丝、优选被覆或绝缘电线构造。
在如图13中所示的另一种说明性实施方式中，导线是包括局部柔性接头326的柔性连接器模块322的部分(优选地安置在其中)。在这种实施方式中，模块324通过连接器匹配部件322连接到光伏覆盖元件10。
出于清楚起见，“粘合”可以包括使用例如但不限于焊料(soldering)、胶粘剂(导电的和其他形式)、焊接等的工艺和结构。“机械附着”可以包括使用例如但不限于螺栓、夹子、压接、压力配合、折叠、缠绕等的工艺和结构。
器件阵列1000
器件(例如光伏覆盖元件10、间隔器件、边缘片等)的阵列起到在经受日光辐照(例如太阳光)时提供电能的作用。阵列是安装在建筑物结构1100上的互连器件的集合。出于本发明的目的，设想了将阵列1000直接安装在建筑物结构1100的已有屋顶板(或外表面)上或以前安装的屋顶遮蔽材料(例如沥青屋顶板)上方，其方式与施加常规屋顶板相同(除非本文中另有指明)。这些阵列1000可以由两行或更多行毗邻的器件构成，所述的行自身含有至少两个或更多个器件。作为说明性实例，如图3A中所示，示出的阵列1000具有2行，每行2个器件，并在每一端共用边缘片(光伏覆盖元件10，边缘片“E”，间隔器件“S”)。边缘片“E”一般起到将多行器件连接在一起的作用，并且可以包含或不包含其他功能元件。间隔器件“S”一般可以起到连接一行内的器件的作用，并且可以包含或不包含其他功能元件。在图3B中示出的另一个说明性实例中，示出的阵列1000具有4行，每行3个器件，并在每一端共用边缘片(光伏覆盖元件10，边缘片“E”，间隔器件“S”)，这清楚地示出在建筑物结构1100上。器件彼此相连。正如可以在图3A中清楚地看到的，根据一种优选实施方式，器件经由连接器组件300和桥接连接器330彼此电连接。设想了桥接连接器330可以是独立的部件(“间接地电连接光伏电池组件”)或与连接器组件300构成整体(“直接地电连接光伏电池组件”)。设想了上面描述的实施方式或实例可以不互相排斥，并且可以彼此组合使用。
除非另外说明，本文中描绘的各种结构的尺寸和几何形状并没有意图限制本发明，其他尺寸或几何形状是可能的。多个结构元件可以由单一的整合结构提供。或者，单一整合结构可以被分成独立的多个元件。另外，虽然本发明的特征可能只在一个说明性实施方式的情形中描述，但是对于任何给定的应用而言，这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合。从上文还可以理解，本文中独特结构的制造及其操作也构成本发明的方法。
除非另有说明，否则本文中公开的材料和组件的线性膨胀系数(“CLTE”)是在2940型TA Instruments TMA上，利用仪器配备的标准软件，按照试验方法ASTM E1824-08(2008)在-40℃至90℃的温度范围中以5℃／分钟测定的。有经验的技术人员将理解，组合物可以表现出CLTE随着材料发生热转化而从其他区域发生改变的温度范围。在这种情况下，上文对于CLTE的优选范围是指所述组合物、组件和／或阻挡层122的最大测量CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有显著不同CLTE的材料。例如，PV组件可以包括太阳能电池、金属导体、聚合物密封剂、屏障材料例如玻璃、或其他迥异的材料，它们全都具有不同的CLTE。PV组件的CLTE可以通过在-40℃和90℃之间的多种温度下测量所述组件的尺寸来确定，除非另作说明，对于所有其他物理性能(测试)也采用这个温度范围。
本发明的优选实施方式已经公开。然而，本技术领域的普通技术人员将认识到，某些修改将在本发明教导的范围内。因此，应该研究下列权利要求来确定本发明的真实范围和内容。上面申请中列举的任何数值包括以一个单位的增量的从下限值到上限值的所有值，条件是在任何下限值和任何上限值之间至少相隔2个单位。例如，如果说明元件的量或工艺变量的值如温度、压力、时间等是例如1到90、优选20到80、更优选30到70的话，意图是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本说明书中被明确列举。对于小于1的值，一个单位被认为是0.0001、0.001、0.01或0.1，视情况而定。这些只是具体想到的例子，而所列举的最低值和最高值之间数值的所有可能的组合被认为以类似的方式在本申请中被明确陈述。除非另有说明，所有范围包括两个终点和终点之间的所有数字。对于范围使用“约”或“大致”适用于所述范围的两个端值。因此，“约20至30”意图涵盖“约20至约30”，至少包括所指定的终点在内。所有文献和参考资料(包括专利申请和公布)的公开内容为了所有目的通过引用并入本文。描述组合的术语“基本由...组成”应该包括所指明的要素、成分、元件或步骤，以及不显著影响所述组合的基本和新型特性的这类其他元素、成分、元件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述本文中的要素、成分、元件或步骤的组合也考虑到基本由所述要素、成分、元件或步骤组成的实施方式。多个要素、成分、元件或步骤可以由单一的整体要素、成分、组件或步骤来提供。或者，单一的整体要素、成分、组件或步骤可以分成独立的多个要素、成分、组件或步骤。描述要素、成分、组件或步骤时公开的“一”或“一个”不意图排除另外的要素、成分、组件或步骤。

Claims (9)

1.一种组件，其包含：
能够贴附在建筑物结构上的光伏覆盖元件，所述覆盖板至少包括：
光伏电池组件，
附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；以及
至少第一和第二连接器组件，其安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上，并且能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接；
其中所述主体部分包括一个或多个顶部外周耳片，各个耳片能够配合在一个或多个竖直毗邻器件下。
2.权利要求1的组件，其中所述光伏覆盖元件包括能够接受所述一个或多个顶部外周耳片的接受区，所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧。
3.权利要求2的组件，其中所述接受区跨越所述光伏覆盖元件的整个宽度。
4.权利要求2的组件，其中所述接受区安置在所述光伏覆盖元件的底侧，并由两个或更多个不同部分构成。
5.权利要求4的组件，其中所述一个或多个顶部外周耳片与所述两个或更多个不同部分中的至少一个的组合被构造成提供所述光伏覆盖元件对于所述一个或多个竖直毗邻器件的精确水平定位区。
6.前述权利要求任一项的组件，其中所述一个或多个顶部外周耳片具有由Ltp＝Ltpn+Ltpt定义的长度，其中Ltp＝(Wbp-(2*Wexp)-n+C1*(Lbp／Wexp))+(C2*To*(1／屋面坡度))。
7.前述权利要求任一项的组件，其中所述一个或多个顶部外周耳片包括一个或多个流体引导部件，其能够引导流体远离所述光伏覆盖元件的周缘。
8.前述权利要求任一项的组件，其中所述一个或多个外周耳片被安置在覆盖板上与所述竖直毗邻器件的预定固定区域相邻的区域中。
9.前述权利要求任一项中所述的组件的阵列，其中存在
安置在第一行中的两个或更多个所述光伏覆盖元件，以及安置在竖直相邻并水平偏置的第二行中的两个或更多个光伏覆盖元件。
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