CN105308115B - 塑料光伏模块框架和托架，以及用于制备其的组合物 - Google Patents

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Abstract

光伏打或太阳能模块框架、托架或框架或托架组件，其由包含以下的组合物制成：(A)热塑性聚合物，具体来说热塑性聚烯烃，(B)强化成分，具体来说玻璃纤维，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，具体来说聚烯烃弹性体，(E)偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、UV稳定剂等。这些框架提供无需螺钉、螺栓或其它金属紧固件的简易组合件。

Description

塑料光伏模块框架和托架，以及用于制备其的组合物
技术领域
本发明涉及光伏打(PV)模块和用于安装其的托架。一方面，本发明涉及由塑料制成的PV模块，而另一方面，本发明涉及无需螺栓、螺钉或其它金属紧固件就容易组装成PV模块阵列的PV模块。一方面，本发明涉及用于制备PV模块框架和托架的塑料组合物。
背景技术
光伏打模块也称为太阳能模块，其为用于从日光直接产生电的构造体。在其它组件中，其在框架内包含一个或多个，通常多个PV或太阳能电池。框架向PV电池提供抵抗机械力(例如风)的机械支撑。多个PV模块在上面组装成PV模块阵列的框架和托架需要良好机械强度和热尺寸稳定性。
目前，铝为PV模块框架和托架的选定材料，因为其成本相对低并且机械强度高。然而，铝具有多种缺点。因为铝框架的导电性，所以使用铝框架的PV模块可能发生电流泄漏，并且电流泄漏可使PV电池的导电层降级。另外，铝PV框架(和托架)出于安全原因需要接地，并且这对于许多模块应用(例如太阳能农场)可能变成严重成本问题。另外，铝比其它材料(例如塑料)重，并且框架通常越轻越好。
最近，许多制造PV模块框架的公司开始使用以下中的任一个或组合来开发铝替代物：多种聚合物，例如聚酰胺(PA)、聚苯醚/聚苯乙烯(PPE/PS)、聚酰胺/聚对苯二甲酸丁二酯(PA/PBT)以及聚酰胺/聚苯醚/聚苯乙烯(PA/PPE/PS)、玻璃纤维强化的丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸酯(ASA)(获自巴斯夫(BASF))以及聚氨酯系统(获自拜耳(Bayer))。然而，研究不仅针对适用于本申请案中的塑料，而且适用于更好的框架和托架设计。
铝框架和托架通常包含许多需要使用螺钉、螺栓和其它金属紧固件组装的片段，并且因此又可能使其成为缓慢和低效组合件。接线盒没有整合到框架中，并且因此需要独立连接。通常需要许多长电源线来将模块彼此连接成阵列。通常需要混凝土墩或压载物将模块或模块阵列固定于基底。这些和其它考虑因素使得不仅需要用于PV模块框架和托架的非金属材料，而且需要更好的PV模块框架和托架设计。
发明内容
在一个实施例中，本发明为包含以下的组合物：(A)热塑性聚合物，具体来说热塑性聚烯烃(TPO)，(B)强化成分，具体来说玻璃纤维，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，(E)偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、UV稳定剂等。
在一个实施例中，本发明为由包含以下的组合物制成的框架、托架或框架或托架组件：(A)热塑性聚合物，具体来说热塑性聚烯烃(TPO)，(B)强化成分，具体来说玻璃纤维，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，具体来说除(A)的热塑性聚合物之外的聚烯烃弹性体，(E)偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、UV稳定剂等。
在一个实施例中，本发明为一种太阳能面板组合件，其包含以下：
(A)(A)PV模块，其包含一个或多个在塑料框架内的PV电池，且所述框架包含塑料前部和后部基底附接件，所述前部基底附接件以枢转方式连接到所述PV模块的所述框架并且所述后部基底附接件与所述PV模块的所述框架可滑动地啮合；
(B)塑料基底，包含两个间隔开的安装基底，其通过连接器板结合在一起，各安装基底装备有与所述PV模块的所述框架的所述前部基底附接件以枢转方式啮合的塑料前部支脚，以及与所述PV模块的所述后部基底附接件以搭扣配合关系啮合的后部槽；
(C)塑料导风板，其与所述两个后部基底附接件中的每一个以搭扣配合关系啮合；
(D)塑料接线盒，其与所述PV模块框架整合；以及
(E)两个塑料自身配向装置，其用于彼此接合相邻PV模块，各装置与所述PV模块框架整合。
在一个实施例中，本发明为一种塑料PV模块框架，其特征为(A)单式模制或超模制部分，(B)L形，(C)两段接线盒，一段位于所述框架的一侧且另一段位于所述框架的对面和另一侧；(D)自身配向装置，以及(E)至少一个结构部件，其在所述面板背面上以向所述面板提供机械强度。
在一个实施例中，本发明为一种光伏打组合件，其包含：
(A)太阳能面板模块，其包含背部支撑件、前部支撑件以及在所述前部支撑件与所述背部支撑件之间的吸收层；
(B)在所述模块周围的整体式整合模制框架；
(C)接线盒，其整合到所述框架中；
(D)在所述框架的一端上的入口，所述模块可通过所述入口插入到所述框架中；
(E)密封块或盖子，其在所述入口上方且与所述框架以搭扣配合关系啮合；以及
(F)在所述框架的所述盖子与所述插入模块之间的密封剂位置。
附图说明
图1A和1B示出了两个常规托架式太阳能面板阵列。
图1C和1D示出了上面连接有图1A-B的太阳能面板阵列的常规托架配置。
图1E示出了太阳能面板借以连接到托架的一个常规金属固定件。
图2A和2B分别示出了常规太阳能面板的前部和背部。
图2C和2D分别示出了金属螺钉和金属角形插头，其用于建构图2A-B的太阳能面板的金属框架。
图2E示出了图2A-B的太阳能面板的接地组合件。
图3A为本发明的太阳能面板组合件和其支撑基底的一个实施例的分解图。
图3B为图3A的太阳能面板组合件的整合或有缝接线盒的图示。
图3C为图3A的太阳能面板组合件的整合电端口的图示。
图3D-E进一步示出了图3A的安装基底38A-B。
图3F示出了太阳能面板与安装基底的啮合。
图3G示出了框架基底后部隆起与后部基底附接件的啮合。
图3H示出了后部基底附接件与太阳能面板组合件框架的啮合。
图3I示出了导风板与后部基底附接件的啮合。
图3J示出了两个太阳能面板组件与其支撑托架一起定位成阵列。
图4A示出了PV模块，其包含L形框架、接线盒、自身配向装置和结构梁。
图4B和4C示出了一个PV模块上的配向装置与毗邻模块的配向装置的联接。
图4D示出了光伏打阵列背面上结构梁的定位。
图5A、5B、5C以及5D示出了PV模块框架，其包含(i)具有整合接线盒的背板，和(ii)十字形体。
图5E-F分别示出了角形连接器的外部和内部视图。
图5G提供与边缘框架和层压太阳能面板啮合的角形连接器的剖视图。
图5H-J示出了太阳能面板阵列在屋顶或类似结构上的安置。
图6A-B示出了PV模块，其分别具有(i)前侧，包含四个框架段和一个太阳能电池阵列，以及(ii)后侧，包含四个框架段和四个角形连接器。
图6C和6D示出了角形连接器。
图6E示出了具有切口的框架，所述切口的尺寸和形状对应于角形连接器上的突出部。
图6F、6G和6H示出了角形连接器偶合或接合PV模块框架的两个区段的方式。
图6I示出了通过角形连接器接合之后将两个框架段焊接在一起。
图7A和7B示出了具有铰链和搭扣配合构造的整合PV模块。
图7C-D分别为框架/盖板搭扣配合的打开和封闭的示意图。
图7E-F分别为图7C-D的实施例的框架/盖板搭扣配合的替代打开和封闭示意图。
图8A、8B和8C示出了具有整合背板和接线盒的吹塑模制PV模块。
图9A-F示出了在一个工艺实施例中，太阳能面板与塑料框架超模制的步骤。
图10A示出了延伸的托架支柱通过铰链连接到框架的PV模块。
图10B示出了图10A的PV模块，其中托架支柱抵靠模块的后侧折叠回来。
图10C-D示出了折叠到模块框架的通道中的托架支柱。
图10E示出了使用侧臂将PV模块锁定于适当位置的延伸支柱。
图10F示出了PV模块的后部托架支柱，其具有可伸缩功能以允许调整模块高度。
图11A示出了本发明的PV模块的一个实施例的分解图。
图11B示出了组装形式的图11A的PV模块。
图11C示出了图11A-B的PV模块的搭扣封闭的一个实施例。
图12示出了具有烟囱状通风口的PV模块。
具体实施方式
定义
除非规定为相反，否则来自上下文或本领域惯用的暗示，所有部分和百分比都是按重量计。出于美国专利实务的目的，任何所参考专利、专利申请案或公开案的内容都以全文引用的方式并入(或其等效美国版本如此以引用的方式并入)，尤其在所属领域中的合成技术、定义(在与本发明中特定提供的任何定义不一致的程度上)和常识的披露内容方面。
除非另外指明，否则本发明中的数值范围是近似值，并且因此可以包括在所述范围之外的值。数值范围包括来自并包括下限值和上限值、以一个单位递增的全部值，其限制条件为任何下限值和任何上限值之间存在至少两个单位的间隔。举例来说，如果例如分子量、粘度、熔融指数等的组合特性、物理特性或其它特性为100到1,000，那么打算明确地枚举所有单独值，例如100、101、102等以及子范围，例如100到144、155到170、197到200等。对于含有小于一的值或含有大于一的分数(例如1.1、1.5等)的范围，一个单位按需要被视为0.0001、0.001、0.01或0.1。对于含有小于十的个位数(例如1到5)的范围，一个单位通常被视为0.1。这些仅是具体预定的实例，并且所列举的最低值和最高值之间的数值的全部可能组合将被视为在本发明中明确陈述。本发明中提供的数值范围尤其针对用以制造PV模块框架和托架的组合物中的多种组分的相对量。
“包含”、“包括”、“具有”以及其衍生词并不打算排除任何其它组分、步骤或程序的存在，不论其是否具体披露。为了避免任何疑问，除非规定为相反，否则通过使用术语“包含”所要求的所有组合物可以包括任何其它添加剂、佐剂或化合物(无论聚合或以其它方式)。相比之下，术语“主要由……组成”从任何随后列举的范围中排除任何其它组分、步骤或程序，对可操作性来说不是必不可少的那些除外。术语“由……组成”排除没有具体叙述或列出的任何组件、步骤或程序。
塑料组合物
在一个实施例中，本发明为包含以下的组合物：(A)热塑性聚合物，(B)强化成分，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，(E)偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂。在一个实施例中，本发明为一种组合物，按组合物的重量计，其包含(A)10-80重量％热塑性聚合物，(B)10-55重量％强化成分，(C)1-30重量％不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)1-20重量％抗冲击改性剂，(E)0.001-0.5重量％偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂。
在一个实施例中，本发明为一种光伏打(PV)框架、PV托架或PV框架或PV托架组件，其由包含以下的组合物制成：(A)热塑性聚合物，具体来说热塑性聚烯烃(TPO)，(B)强化成分，具体来说玻璃纤维，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，具体来说除(A)的热塑性聚合物之外的聚烯烃弹性体，(E)偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂，例如抗氧化剂、UV稳定剂等。在一个实施例中，本发明为一种光伏打(PV)框架、PV托架或PV框架或PV托架组件，其由按组合物的重量计包含以下的组合物制成：(A)10-80重量％热塑性聚合物，(B)10-55重量％强化成分，(C)1-30重量％不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)1-20重量％抗冲击改性剂，(E)0.001-0.5重量％偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂。
适合热塑性聚合物的非限制性实例包括(但不限于)基于烯烃的聚合物、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、热塑性聚氨酯、热塑性聚酯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚苯醚以及其任何组合。在一个实施例中，热塑性聚合物为不含卤素的聚合物。如本文所用，“不含卤素”意思是不存在卤素，可能作为污染物存在的除外。
在一个实施例中，热塑性聚合物为基于烯烃的聚合物。如本文所用，“基于烯烃的聚合物”为含有呈聚合形式的烯烃(例如乙烯或丙烯)的聚合物。按聚合物的总重量计，基于烯烃的聚合物大部分重量百分比可含有基于烯烃的聚合形式。基于烯烃的聚合物的非限制性实例包括基于乙烯的聚合物和基于丙烯的聚合物。在一个实施例中，基于烯烃的聚合物是基于乙烯的聚合物。适合基于乙烯的聚合物的非限制性实例包括乙烯/α-烯烃共聚物(乙烯/丙烯共聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物)、乙烯/(丙烯酸)共聚物、乙烯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯/二烯共聚物以及其任何组合。在一个实施例中，基于烯烃的聚合物为基于丙烯的聚合物。适合基于丙烯的聚合物的非限制性实例包括丙烯均聚物和丙烯共聚物，包括抗冲击改性的聚丙烯(IPP)。热塑性聚合物向最终组合物提供柔韧性、耐溶剂性、热稳定性和/或机械强度。
在一个实施例中，热塑性聚合物为乙烯/α-烯烃共聚物、烯烃嵌段乙烯/α-烯烃共聚物或其组合。在一个实施例中，热塑性聚合物为乙烯/丁烯共聚物。在一个实施例中，热塑性聚合物为烯烃嵌段乙烯/丁烯共聚物。
在一个实施例中，热塑性聚合物为IPP。抗冲击改性的聚丙烯为已知聚合物且包含至少两种主要组分，组分A和组分B。组分A优选为等规丙烯均聚物，但可使用少量共聚单体获得具体特性。通常，组分A的此类共聚物含有10重量％或更低，优选低于6重量％或更低共聚单体，例如乙烯、丁烯、己烯或辛烯。最优选地，使用少于4重量％乙烯。最终结果通常为相较于均聚物组分A具有较低刚度但具有一定冲击强度增益的产品。
如本文所用，组分A一般指的是IPP组合物的二甲苯不溶性部分，并且组分B一般指的是二甲苯可溶性部分。如果二甲苯可溶性部分明确具有高分子量组分和低分子量组分，那么低分子量组分可归因于非晶型低分子量丙烯均聚物。因此，此类情形中的组分B仅指的是高分子量部分。
组分B最优选地是主要由丙烯和乙烯组成的共聚物，但其它丙烯共聚物、乙烯共聚物或三元共聚物视具体所需产品特性可以是合适的。举例来说，可使用丙烯/丁烯、己烯或辛烯共聚物以及乙烯/丁烯、己烯或辛烯共聚物，并且可使用丙烯/乙烯/己烯-1三元共聚物。然而在一个优选实施例中，组分B为包含至少40重量％丙烯，更优选80重量％到30重量％丙烯，甚至更优选70重量％到35重量％丙烯的共聚物。组分B的共聚单体含量优选在20重量％到70重量％共聚单体，更优选30重量％到65重量％共聚单体，甚至更优选35重量％到60重量％共聚单体范围内。最优选组分B主要由丙烯和20％到70％乙烯，更优选30％到65％乙烯，并且最优选35％到60％乙烯组成。
在一个实施例中，热塑性聚合物通常包含10重量％到80重量％，更通常25重量％到70重量％组合物。
适合强化成分的非限制性实例包括(但不限于)玻璃纤维、碳纤维、滑石、碳酸钙、有机粘土、大理石粉尘、水泥粉尘、长石、二氧化硅或玻璃、煅制二氧化硅、硅酸盐、氧化铝、溴化铵、三氧化锑、三氧化锑、氧化锌、硼酸锌、硫酸钡、硅酮、硅酸铝、硅酸钙、氧化钛、玻璃微球、白垩、云母、粘土、硅灰石、八钼酸铵、膨胀型化合物、膨胀性石墨以及其混合物。强化成分可含有多种表面涂层或处理，例如硅烷、脂肪酸等。玻璃纤维，具体来说长玻璃纤维为优选强化成分。
在一个实施例中，强化成分通常包含10重量％到55重量％，更通常25重量％到40重量％组合物。
在一个实施例中，用于实施本发明的不含卤素的膨胀型阻燃剂(FR)系统包含一种或多种基于有机磷和/或基于氮的膨胀型FR，任选地包括哌嗪组分。在一个实施例中，不含卤素的膨胀型FR系统通常占组合物的1重量％到30重量％，更通常5重量％到25重量％。
在一个实施例中，不含卤素的膨胀型FR系统包含至少1重量％、10重量％、15重量％、20重量％并且最优选至少30重量％基于有机氮/磷的化合物。基于有机氮/磷的化合物的典型最大量不超过70重量％、60重量％、50重量％和更优选不超过45重量％不含卤素的膨胀型FR系统。
在一实施例中，不含卤素的膨胀型FR系统包含30-99重量％基于哌嗪的化合物。基于哌嗪的化合物的优选量为至少30重量％、40重量％和至少50重量％。在特定实施例中，FR系统可包含55-65重量％基于哌嗪的化合物和35-45重量％一种或多种其它阻燃剂(例如基于有机氮/磷的化合物)。
适合不含卤素的膨胀型阻燃剂的非限制性实例包括(但不限于)有机磷酸、膦酸酯、亚膦酸酯、亚膦酸二酯、次膦酸酯、膦氧化物、膦、亚磷酸盐或磷酸盐、氯化磷腈、磷酯酰胺、磷酸酰胺、膦酸酰胺、次膦酸酰胺以及三聚氰胺和三聚氰胺衍生物，包括三聚氰胺多磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐，以及这些材料中的两个或更多个的混合物。实例包括磷酸苯基双十二烷基酯、磷酸苯基双新戊基酯、磷酸氢苯基乙烯酯、磷酸苯基-双-3,5,5'-三甲基己基酯、磷酸乙基二苯酯、二(对甲苯基)磷酸2-乙基己酯、磷酸氢二苯酯、对甲苯基磷酸双(2-乙基-己基)酯、磷酸三甲苯基酯、磷酸双(2-乙基己基)-苯基酯、磷酸三(壬基苯基)酯、磷酸氢苯基甲酯、磷酸二(十二烷基)对甲苯基酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸盐三苯酯、磷酸二丁基苯酯、磷酸2-氯乙基二苯基酯、双(2,5,5'-三甲基己基)磷酸对甲苯基酯、磷酸2-乙基己基二苯酯以及磷酸氢二苯基酯。USP6,404,971中所述类型的磷酸酯为基于磷的FR的实例。其它实例包括液体磷酸酯，例如双酚A二磷酸酯(BAPP)(艾迪科帕马乐(Adeka Palmarole))和/或间苯二酚双(磷酸二苯基酯)(Fyroflex RDP)(旭瑞达(Supresta)，ICI)以及固体磷，例如多磷酸铵(APP)、哌嗪焦磷酸酯、哌嗪正磷酸酯以及哌嗪多磷酸酯。APP通常与阻燃剂辅助添加剂(例如三聚氰胺衍生物)一起使用。Melafine(DSM)(2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪；精细研磨三聚氰胺)也适用。
FR系统的任选哌嗪组分的实例包括例如哌嗪焦磷酸酯、哌嗪正磷酸酯以及哌嗪多磷酸酯的化合物。其它实例包括具有哌嗪基的聚三嗪基化合物或寡聚物或聚合物1,3,5-三嗪衍生物，如US 2009/0281215和WO 2009/016129中所述。
抗冲击改性剂为添加到物质中来改善物质的耐变形和/或断裂性的材料。在提高塑料耐变形和/或断裂性的情形中，抗冲击改性剂的非限制性实例包括天然和合成橡胶(例如乙烯丙烯橡胶(EPR或EPDM))、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、苯乙烯嵌段共聚物(SBC)、聚氯乙烯(PVC)和聚烯烃弹性体(POE)。
尽管任何弹性聚烯烃都可用于实施本发明，但优选弹性聚烯烃使用单活性点催化剂制备，例如茂金属催化剂或限制几何构型催化剂，通常熔点低于95℃，优选低于90℃，更优选低于85℃，甚至更优选低于80℃且仍更优选低于75℃。
适用于实施本发明的弹性聚烯烃共聚物包括按互聚物的重量计，α-烯烃含量为15重量％，优选至少20重量％到甚至更优选至少25重量％的乙烯/α-烯烃互聚物。按互聚物的重量计，这些互聚物的α-烯烃含量通常低于50重量％，优选低于45重量％，更优选低于40重量％且甚至更优选低于35重量％。α-烯烃含量通过13C核磁共振(NMR)光谱法使用兰多尔(Randall)(《大分子化学物理评论》(Rev.Macromol.Chem.Phys.),C29(2和3))中描述的程序测量。一般来说，互聚物的α-烯烃含量越高，互聚物的密度越低且非晶型程度越高，且这翻译成作为抗冲击改性剂的所要物理和化学特性。
α-烯烃优选地是C3-20线性、分支链或环状α-烯烃。术语互聚物指的是由至少两种单体制成的聚合物。其包括例如共聚物、三元共聚物和四元共聚物。C3-20α-烯烃的实例包括丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯以及1-十八烯。α-烯烃还可以含有环状结构，例如环己烷或环戊烷，产生例如3-环己基-1-丙烯(烯丙基环己烷)和乙烯基环己烷的α-烯烃。尽管在术语的经典意义上不是α-烯烃，但出于本发明的目的某些环状烯烃，例如降冰片烯和相关烯烃，具体来说5-亚乙基-2-降冰片烯，是α-烯烃并且可以代替上文所述的α-烯烃中的一些或全部使用。类似地，出于本发明的目的，苯乙烯和其相关烯烃(例如α-甲基苯乙烯等)是α-烯烃。说明性聚烯烃共聚物包括乙烯/丙烯、乙烯/丁烯、乙烯/1-己烯、乙烯/1-辛烯、乙烯/苯乙烯等。说明性三元共聚物包括乙烯/丙烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/丁烯、乙烯/丁烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/二烯单体(EPDM)和乙烯/丁烯/苯乙烯。共聚物可为无规或嵌段的。
如使用ASTM D-3418-03的程序通过差示扫描热量测定(DSC)所测量，适用于实施本发明的弹性聚烯烃共聚物的玻璃态转变温度(Tg)低于-20℃，优选低于-40℃，更优选低于-50℃且甚至更优选低于-60℃。另外，用于实施本发明的弹性聚烯烃共聚物通常还具有低于100g/10分钟，优选低于75g/10分钟，更优选低于50g/10分钟且甚至更优选低于35g/10分钟的熔融指数(如通过ASTM D-1238测量(190℃/2.16kg))。典型最小MI为1，且更通常为5。
适用于本发明的弹性烯系互聚物的更具体实例包括极低密度聚乙烯(VLDPE)(例如陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)制造的FLEXOMER乙烯/1-己烯聚乙烯)、均匀分支链线性乙烯/α-烯烃共聚物(例如三井石油化工有限公司(Mitsui PetrochemicalsCompany Limited)的TAFMER和埃克森化学公司(Exxon Chemical Company)的EXACT)以及均匀分支链，实质上线性乙烯/α-烯烃聚合物(例如可从陶氏化学公司购得的AFFINITY和ENGAGE聚乙烯)。更优选弹性聚烯烃共聚物为均匀分支链线性和实质上线性乙烯共聚物。实质上线性乙烯共聚物尤其优选，且更充分地描述在USP 5,272,236、5,278,272和5,986,028中。
尽管热塑性聚合物(组合物的A组分)和抗冲击改性剂(组合物的D组分)可以都是聚烯烃弹性体，但其在任何指定组合物中从来不是相同聚烯烃弹性体。换句话说，如果热塑性聚合物为乙烯-丙烯共聚物，那么抗冲击改性剂是除乙烯-丙烯共聚物之外的某物，例如乙烯-丁烯共聚物或乙烯-辛烯共聚物或EPDM等。在一个实施例中，组合物包含IPP作为热塑性聚合物(组分A)以及实质上线性乙烯共聚物(例如ENGAGE弹性体)作为抗冲击改性剂(组分D)。
在一个实施例中，抗冲击改性剂通常占组合物的1重量％到20重量％，更通常5重量％到15重量％。
在一个实施例中，本发明组合物中所用的偶合剂包括(但不限于)双(磺酰叠氮)(BSA)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物(例如杜邦(DuPont)的ELVAX 40L-03(40％VA,3MI))和胺化烯烃嵌段共聚物(例如陶氏化学公司的INFUSE 9807)。其它偶合剂的实例包括含有乙烯基和乙氧基的聚硅氧烷(例如DYNASYLAN 6498(寡聚乙烯基硅烷))和羟基封端的二甲基硅氧烷(<0.1乙酸乙烯酯)。在一个实施例中，偶合剂通常占组合物的0.001重量％到0.5重量％。
本发明的组合物可并入一种或多种稳定剂和/或添加剂，例如(但不限于)抗氧化剂(例如受阻酚，例如IRGANOXTM 1010(汽巴/巴斯夫(Ciba/BASF)))、热(熔融处理)稳定剂、水解稳定性、增强剂、热稳定剂、除酸剂、着色剂或颜料、UV稳定剂、UV吸收剂、成核剂、加工助剂(例如油、有机酸，例如硬脂酸、有机酸的金属盐)、抗静电剂、抑烟剂、抗滴落剂、增韧剂、塑化剂(例如邻苯二甲酸二辛酯或环氧化大豆油)、润滑剂、乳化剂、光学增亮剂、硅烷(游离形式或填充剂表面改性剂)、水泥、尿素、多元醇(如季戊四醇)、矿物、过氧化物、光稳定剂(例如受阻胺)、脱模剂、蜡(例如聚乙烯蜡)、粘度调节剂、炭化剂(例如季戊四醇)以及其它添加剂，达到这些添加剂不干扰由本发明的组合物制成的物品的所要物理或机械特性的程度。如果存在，那么这些添加剂以已知量和已知方式使用，但添加剂或添加剂包装通常占最终组合物的超过零，例如0.01重量％到2重量％，更通常0.1重量％到1重量％。适用粘度调节剂的实例包括聚醚多元醇，例如VORANOL 3010和VORANOL 222-029，可从陶氏化学公司购得。适用可商购的抗滴落剂包括异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)、VIKOFLEX 7010(环氧基大豆油甲酯(环氧化酯家族))以及VIKOLOXα烯烃环氧树脂(C-16)(1,2-环氧基十六烷(>95重量％)与1-十六烯(<5重量％)的混合物，都购自eFAME)。适用分散剂/金属螯合剂为正辛基膦酸(UNIPLEX OPA)。
可以通过所属领域的技术人员已知的标准方式混配本发明的组合物。混配设备的实例是内部分批混合器，例如BANBURY或BOLLING内部混合器。或者，可以使用连续单螺杆或双螺杆混合器，例如FARREL连续混合器、WERNER和PFLEIDERER双螺杆混合器或BUSS捏合连续挤压机。所用混合器类型和混合器操作条件将影响组合物的特性，例如粘度、体积电阻率和挤出表面光滑度。具有FR和任选添加剂包装的聚合物掺合物的混配温度通常为120℃到220℃，更通常160℃到200℃。可添加最终组合物的多种组分并且以任何顺序彼此混配或同时混配，但通常增容剂(如果包括)首先与IPP混配并且热塑性聚合物首先与FR包装的一种或多种组分混配，并且两种混合物与FR包装的任何剩余组分和任何添加剂彼此混配。在一些实施例中，添加剂以预混合母体混合物形式添加，其通常通过向惰性塑料树脂(例如IPP或热塑性聚合物中的一个)中单独或一起分散添加剂形成。母体混合物适宜通过熔融混配方法形成。
PV模块和托架
以下图式示出了现有技术和本发明的多个实施例。在全部图式中，同样的组件和部分使用同样的编号。
现有技术
图1A和1B示出了两个常规现有技术太阳能面板阵列。在各图示中，多个面板11以栅格配置连接到阵列托架或框架12(图1C和1D中所示)。阵列托架12包含金属(通常铝)交叉支撑12a和金属(通常铝)桁架12b，其以接收并固持多个太阳能面板11的方式组装。太阳能面板通常通过多个金属紧固件13以任何常规方式连接到托架12，如图1E中所示。其它将太阳能面板紧固于阵列托架的方式包括螺母和螺栓，以及焊接(都未示出)。各太阳能面板在连接到阵列托架时需要调平以确保与其它连接的太阳能面板配向并且因为阵列托架大部分是金属(如果不是全部是金属)，所以需要接地(未示出)。如果阵列托架放置在屋顶，那么通常需要压载物(未示出)将其保持在原地。如果阵列托架放置在地面上，那么通常还需要混凝土或金属墩。
图2A和2B分别示出了太阳能面板21的前部21A和背部21B。太阳能面板21包含金属(通常铝)框架部分24A-D，其在拐角处如图2C所示使用金属螺钉25A-B或如图2D所示通过金属角形插头接合。因为太阳能面板构架为金属，所以其(如金属阵列托架)也需要如图2E中所示使用连接到框架部分24A的接地螺钉27A、接地螺母27B-C和接地线27D-E接地。在太阳能面板21B的背部连接有接线盒28(图2B)，其收集光伏打电池29(图2A)产生的电，将其转移到最终用途应用或输电网络。
第一实施例：PV模块和托架
图3A为本发明的太阳能面板组合件和其支撑基底的一个实施例的分解图。太阳能面板组合件31包含光伏打阵列32(从背面看)、整合或接缝接线盒33(图3B)、电端口34(图3C)、前部基底附接件35A和35B、后部基底附接件35C和35D以及导风板36。前部和后部基底附接件可抵靠光伏打阵列的背部折叠放平，并且前部基底附接件通常比后部基底附接件短，通常短超过50％。支撑托架37包含支撑安装基底38A和38B，其通过中间连接器板39彼此接合。
图3D进一步示出了包含框架基底41B的安装基底38B，所述框架基底具有前部隆起42B和后部隆起43B。框架基底41B装备有孔44B，所述孔经大小和形状设定从而以搭扣配合关系接收中间连接器板39的支脚(未示出)，从而使能够如图3A和3E中所示接合安装基底38A和38B。框架基底前部隆起42B装备有支脚45B以啮合前部基底附接件35B中的孔46B。框架基底前部隆起42A以与框架基底前部隆起42B相同的方式设计，使得都支撑太阳能面板组合件31并且允许其绕支脚45A和45B枢转。图3F中示出了孔35A和支脚45A的啮合。
如图3G中所示，框架基底后部隆起43B包含槽位47B，其经大小和形状设定从而以搭扣配合关系接收后部基底附接件35D。框架基底后部隆起43A以与后部框架基底隆起43B相同的方式设计，使得都支撑太阳能面板组合件31并且允许其绕支脚45A和45B枢转。关于这一枢转特征，后部基底附接件35C和35D以前部基底附接件绕支脚45A和45B旋转时允许面板在这些后部基底附接件上滑动的方式啮合太阳能面板组合件31的框架。图3H示出了后部基底附接件与太阳能面板组合件框架的啮合。后部基底附接件35D包含冠部48，其经大小和形状设定以滑动地接收滑块49，所述滑块附着到太阳能面板组合件框架52。太阳能面板组合件的这一枢转和滑动组合消除了面板相对于阵列中的其它面板调平的需要，并且允许对风和其它可能扰乱安组装向的力不费力的作出反应。
后部基底附接件35C和35D还包含槽来接收并固持导风板36的高度边缘。这在图3I中示出，导风板36的高度边缘与后部基底附接件35D的槽51啮合。
图3J示出了两个太阳能面板组件与其支撑托架一起定位成阵列。组合件和托架通过放置于毗邻框架基底上的压载物53保持在适当位置。
第二实施例：PV模块和托架
在本发明的一个实施例中，PV模块框架的特征在于以下特征中的一个或多个：(A)单式模制或超模制部分，(B)L形，(C)两段接线盒，一段位于所述框架的一侧且另一段位于所述框架的对面和另一侧；(D)面板背面上观察不到的导线(从面板前侧观察的角度)，(E)自身配向装置，以及(F)至少一个结构部件，其在所述面板背面上以向所述面板提供机械强度。在一个实施例中，本发明的PV模块的特征在于两个，或三个，或四个，或五个，或全部六个图4A-D中更充分描述的这些特征。
在图4A中，PV模块54包含L形框架55、接线盒56A-D、自身配向装置57A-D(仅显示57B和57D)以及结构梁58A-B。接线盒和自身配向装置整合成半框架，例如模制半框架的部分。一个接线盒将电移至模块中，且另一接线盒将电移出模块。如图4B和4C中示出，一个模块的配向装置耦接到毗邻模块的配向装置。一个配向装置(例如57A)装备有母端，而另一配向装置(例如57B)装备有公端。装置定位于各模块上使得一个模块的母配向装置与相邻模块的公配向装置相对。公和母配向装置经大小和形状设定以允许装配在一起时搭扣配合结合，这将相邻模块彼此锁定并且呈所要配向。当配向装置锁定在一起时，其遮蔽短线(例如图4B中的59)，所述短线将一个模块的一个接线盒连接到毗邻模块的一个接线盒。
PV模块54还装备有结构梁58A和58B。在一个实施例中，PV模块装备有一个梁。在另一实施例中，PV模块装备有超过两个梁。在一个实施例中，PV模块不具有梁。当存在时，结构梁向光伏打阵列提供机械强度。
如图4D中示出，结构梁定位于光伏打阵列的背面并且在模块的长边缘内。这些结构梁经大小和形状设定以分别啮合轨61A和61B，使得梁58A和58B在轨61A和61B上或内滑动。两个结构梁58A-B和轨61A-B通常为管状并且包含孔口，当彼此配向时，所述孔口允许将销或其它锁定装置62A-D插入到两个结构，因此将彼此锁定于固定位置中。轨通常具有C形状，即轨的一侧开口以接收结构梁但开口经尺寸设定使得梁必须插入轨末端(或轨末端之间的区域)或从轨末端(或轨末端之间的区域)去除。这一特征减少或消除对螺钉、螺栓等的需要来将PV模块连接到阵列托架或其它框架以及与自身配向装置和整合接线盒连接，减少组装时间和工作量。
框架的组装快速而且简单。L形框架放在平坦表面上，使开口侧向上，即L的一个支柱平放在表面上并且L的另一个支柱向上垂直延伸。向框架内部和/或光伏打阵列面板的边缘施加密封剂，并且接着将面板插入到开口框架中，使得密封剂在面板边缘和框架之间。接着使密封剂固化使得面板牢固地附着到框架。
接着通过任何适宜方法(例如机械固定件、挤压配合、粘着剂等)将结构梁插入并且附着到框架并且接着将组装的模块在轨上滑动。使用配向装置将模块搭扣配合在一起，接线盒与软线(例如图4B中的49)耦接或搭扣配合在一起(如果接线盒装备有此类连接(未示出))，并且接着使用搭扣销将PV模块固定到轨。
L形框架允许建构较小占用面积的PV模块(例如2.5％或更多)，因为光伏打阵列的边缘与框架之间几乎不需要空间。这减少模块重量和构造成本。
第三实施例：PV模块和地锚
在本发明的一个实施例中，PV模块框架包含(i)背板，优选地具有整合接线盒，以及(ii)四个直边框架区段，通过四个角形连接器接合成矩形配置。背板可与太阳能电池层层压在一起。PV模块可通过使用交叉锚区块固定成阵列。
PV模块、框架和/或锚区块的其特征为以下特征中的一个或多个：
(A)模块包含(1)背部支撑件，(2)前部支撑件，(3)前部支撑件与背部支撑件之间的吸收层，以及(4)背部和前部支撑件与吸收层周围的框架，所述框架包含通过四个角形连接器接合成矩形配置的四个直边区段；
(B)交叉锚区块将多个框架模块组装和固持成阵列并且将阵列附着于支撑件，例如屋顶或混凝土墩；
(C)独立结构背板，其可整合有接线盒和电端子功能；
(D)独立结构背板上的中空或实心挡边；
(E)背板挡边图案，其为竖直和/或水平和/或波纹和/或倾斜和/或网格；
(F)层压到太阳能电池阵列面板的独立结构背板；
(G)组合件需要将太阳能电池阵列面板滑动到一个或多个框架轨中；
(H)框架轨包含用于啮合结构背板的通道；
(I)交叉锚区块包含搭扣配合来啮合和固持模块和/或在PV模块与支撑件(例如屋顶、混凝土等)之间产生空间的梯级。
(J)角形连接器与具有电端子功能的交叉锚区块的搭扣配合与PV模块之间即插即用的整合在模块之间提供电连接，例如将PV模块下推至交叉锚区块中时，形成电连接，使得电流可从一个模块通到另一个模块；以及
(K)框架的塑料为热塑性或热固性材料，并且其杨氏模量(Young's modulus)为1.5兆帕到30兆帕。
图5A-D示出了本发明的这一实施例。作为第一步骤，通过将包含太阳能电池阵列的薄板层压到结构背板来建构太阳能电池面板。在一个实施例中，结构背板包含挡边或强化结构(未示出)来向与其层压的太阳能电池薄板赋予强度。图5A示出了将层压太阳能电池面板63插入到直边框架区段64A和64B中。层压太阳能电池面板可视层压工艺和太阳能电池面板以及结构薄板的尺寸和形状而定具有单个或两个(或更多个)边缘。在图5A和5B中，层压的太阳能电池面板63显示具有两个边缘，并且因此直边框架区段64A和64B包含两个通道65A和65B来啮合和固持层压太阳能电池面板63的边缘。当直边框架区段64A和64B连接到面板63的侧边缘时，则侧框架区段66A和66B连接到面板63(图5C)。侧框架区段66A和66B结构上类似于直边框架区段64A和64B但长度较短，尽管在一个实施例中，未示出，其长度相等并且接合在一起形成正方形。在侧框架区段66A和66B连接到面板63之前，其各自首先与角形连接器67A-D装配。这些连接器经大小和形状设定以紧密地啮合和固持侧框架区段的末端。一旦角形连接器连接到框架区段，那么这些组合件(例如图5D中的68)与面板和侧框架区段搭扣配合形成框架面板69(图5C)。侧框架区段可为实心或中空的，并且如果中空，那么可空心或经填充。在一个优选实施例中，侧框架区段为中空的并且填充有固体刚性(高模量)泡沫(未示出)。泡沫插入物通过提高框架刚度与重量比的比率来赋予框架刚度，并且这继而允许使用较小框架，其继而简化处置和安装。
图5E-G中更充分描述角形连接器的一个实施例。图5E-F分别示出了角形连接器67A的外部和内部视图。角形连接器67A包含三个主要区段，第一臂71A、第二臂71B以及中心体71C，两个臂从中心体延伸出来。各臂经大小和形状设定以紧紧啮合和固持侧或边缘框架的末端，并且分别包含棚架72A或72B，结构背板的底部表面可搁置在所述棚架上。中心体71C包含通道73A和73B来啮合和固持侧框架和边缘框架中的相应通道没有啮合的太阳能面板和结构背板的部分。中心体71C的外部定位有插入突出部74A和74B来啮合图5H-J中所述的交叉锚区块。角形连接器通常包含单式模制塑料片段，并且太阳能面板阵列中的全部角形连接器的组成和结构一般相同。与直边框架区段一样，角形连接器可为实心或中空的，并且如果是中空的，那么可为空心或经填充的。在一个优选实施例中，角形连接器为中空的并且填充有固体刚性(高模量)泡沫(未示出)。泡沫插入物通过提高连接器刚度与重量比的比率来赋予连接器刚度，并且这继而允许使用较小连接器，其继而简化处置和安装。
图5G提供与边缘框架和层压太阳能面板啮合的角形连接器的剖视图。在这一视图中，太阳能电池阵列面板75层压到结构背板76，所述结构背板包含挡边77A-B。层压太阳能面板固持在框架78的通道内，其末端和层压太阳能面板的末端固持在中心体71C的相应通道内。
图5H-J示出了这一实施例的太阳能面板阵列在屋顶或类似结构上的安装。在图5H中，锚区块79与太阳能面板69的角形连接器67B啮合。锚区块70具有通用交叉形状，其每个臂包含一个凹穴(例如81)，所述凹穴经大小和形状设定以接收和紧紧固持角形连接器的中心体的插入突出部(例如74A)。如图5H中示出，突出部和凹穴具有通用梯形形状，较宽区段抵靠交叉的臂来抑制角形连接器未抬离锚区块就与其脱啮。锚区块上用于接收插入突出部的凹穴定位于区块上使得在太阳能面板下方以及安装其的表面上形成空间，从而允许气体在面板下方流动，并且因此促进热从面板转移到环境。
将太阳能面板阵列安装到屋顶或其它表面上时，首先将锚区块布置成所要图案(例如图5I)，并且接着通过将面板的各拐角定位到锚区块中，并且在面板的各拐角处施加压力将面板搭扣配合到区块的接收部(图5J)，将太阳能面板组合件简单地搭扣到适当位置。尽管典型太阳能面板阵列采取标准网格形式，但阵列可采取任何所要配置，例如三角形、菱形、圆形等。
第四实施例：PV模块框架
在本发明的一个实施例中，PV模块包含角度角形连接器。这一连接器赋予PV模块良好强度和刚度以及清洁外观，同时使模块容易组装。
这一实施例在图6A-I中加以说明。图6A示出了PV模块前侧82A，其包含框架区段83A-D以及太阳能电池阵列84。图6B示出了PV模块后侧82B，其包含框架区段83A-D和角形连接器85A-D。
任何指定PV模块的全部角形连接器的尺寸、形状和功能都基本上相同。如图6C-D中示出，角形连接器(例如85A)为L形，其第一和第二支柱86A-B与直角区段87A-B接合。在各支柱的外表面上(图6C)压纹或使用其它方式具有突出部(88A、88B)来将连接器接合到框架段。如图6C中示出，突出部为I形，但也可以采用其它突出部形状(例如十字(+)、加/减记号(±))。突出部的十字杆与上面携带的连接器支柱间隔开，并且突出部的尺寸通常并且优选小于上面携带的支柱的尺寸。
连接器上的突出部经大小和形状设定以被框架段接收和固持。每个框架段具有两个槽或其它孔口(各末端上一个)，其尺寸和形状与连接器的突出部相对应(例如图6E，槽88C)，槽的长度比突出部的长度长，从而允许突出部插入到槽中时在向下方向中移动使得突出部的十字杆不再与槽的十字杆配向。每个连接器上的突出部可具有相同大小和形状，或不同大小和形状，通常并且优选具有相同大小和形状。
图6F-H示出了角形连接器耦合或接合PV模块框架的两个区段的方式。图6F示出了突出部插入到对应槽中，并且图6G示出了突出部接着从槽下滑，使得突出部的十字杆不再与槽的十字杆配向，从而将突出部抵考框架锁定于适当位置。这一程序也对打算与已连接有连接器的框架段接合的框架段重复，如图6H中所示形成将两个框架段连接成PV模块拐角的连接。
一旦通过接合两个框架段(例如83B和83C)与角形连接器(在框架83B和83C内部并且因此未示出)形成PV模块拐角后，并且通常在PV模块太阳能电池阵列面板和结构背板(如果存在)已插入到框架中之后，使用激光89或类似工具将拐角缝隙的外侧焊接在一起(图6I)。
第五实施例：PV模块框架
在本发明的一个实施例中，PV模块包含具有铰链和搭扣配合特征的框架结构。模块的特征在于(i)单式模制部分框架，具有整合的铰接框架盖板，(ii)框架边缘上的边缘梯级，用来支撑太阳能电池阵列面板，(iii)搭扣配合盖板，以及(iv)框架边缘上的整合接线盒。铰接框架盖板与框架底部搭扣配合，其可为单段式或多段式，并且如果为单段式，即单式模制部分，那么其可与框架模制在一起或与框架分离。这一实施例的设计可导致抗弯强度比多部分结构好，降低组装复杂度和时间，相对于单独制造盖板和框架降低制造成本，并且帮助将太阳能面板阵列紧固于框架。
图7A-B示出了这一实施例的整合PV模块，其具有铰链和搭扣配合构造。图7A示出了组装(封闭)PV模块91A，其包含太阳能电池阵列面板84。铰接顶部框架盖板92A-D在框架底部93A-D上方封闭(93A和93C未示出)。图7B示出了拆卸(打开)PV模块91B，其顶部框架盖板92A-D打开，具有铰链组94A-D以及框架底部93A-D(93A和93C未示出)。
图7C-D为框架/盖板搭扣配合的一个实施例的示范。图7C示出了框架盖板/底部框架开口组合件。框架盖板92A装备有柱塞95A，所述柱塞装备有指形件96A。柱塞95A经大小、形状设定并且放置在框架盖板92A上，因此其可进入凹槽97A并且指形件96A可啮合位于凹槽97A内的指形件98A。指形件96A和98A经形状、大小设定并且分别放置在柱塞95A和凹槽97A上，使得当框架盖板92A在框架底部93A上封闭时，指形件互锁以将柱塞95A紧紧固持在凹槽97A内。框架底部93A包含棚架或凸耳99A，太阳能电池阵列面板84的边缘可搁置在上面，并且框架盖板92A足够长，当在框架底部93A上封闭时其(框架盖板92A)延伸超过放置在棚架99A上的太阳能电池阵列面板84的边缘。框架盖板92A通过铰链94A连接到框架底部93A。图7D示出了组装或封闭状态的框架盖板92A/框架底部93A构造。
图7E-F示出了图7C-D的替代实施例。在这一替代实施例中，柱塞95A上的指形件96A置换成柱塞95B上的柱塞头96B。凹槽97A的形状根据凹槽97B变化，所述凹槽经大小、形状设定并且位于框架底部93A上以接纳和固持柱塞头96B。替代柱塞和凹槽形状可用于实施本发明。
PV模块91A的组装容易且快速。底部框架93A-D可模制成单个整合段或以任何适宜方式(例如本说明书中别处所述的方式)组装成所要配置的独立片段。框架盖板92A-D也可以与框架底部93A-D一起模制成单个整合构造的部分(优选构造的框架盖板铰接到框架底部)，或框架盖板可模制成在构造工艺期间独立连接的独立片段(在这一实施例中，铰链不为构造的部分)。组合件将根据框架设定大小的太阳能电池阵列面板简单地搁置在框架底部上，使得面板的各边缘搁置在相应框架边缘上，并且接着封闭这些面板边缘上的框架盖板使得柱塞进入和啮合其对应凹槽。在本发明的一个实施例中，框架底部93A-D中的一个或多个包含如本说明书中进一步描述的整合接线盒。
第六实施例：PV模块框架
在本发明的一个实施例中，通过吹塑模制法制造PV模块。这一方法允许制造具有复杂形状的中空部分，允许整合结构背板和接线盒，并且提供高刚度与重量比的比率(这将减轻模块的重量，并且因此降低成本)。
这一实施例的方法包含用长玻璃纤维填充热塑性烯烃(TPO)产生高刚度低皱缩复合物的步骤。TPO复合物与包括(但不限于)UV稳定剂、颜料或染料、抗氧化剂以及成核剂的添加剂混配。TPO复合物还可以含有通过辐射发射能量的填充剂，来确保PV模块在操作期间发热并且因此使电池效率最大。这些冷却粒子可包含碳化硅、二氧化硅等。
TPO复合物使用常规吹塑模制设备和条件挤出，产生整合框架和背板，例如图8A-C中所述的那些。太阳能电池阵列面板接着插入到框架中，并且施加弹性密封剂以确保防雨系统。
图8A示出了PV模块101的前侧，其包含上面搁置有太阳能电池阵列面板84的吹塑模制中空塑料框架102。面板是用弹性密封剂(未示出)就地密封在框架上，所述弹性密封剂施加在面板和框架的边缘形成的缝隙上。
图8B示出了PV模块101的后侧，其包含具有整合背板103和整合接线盒105的塑料框架102，所述整合接线盒具有整合接线盒盖板106。背板包含整合长度挡边104A和整合宽度挡边104B。如此处所用，“整合”意思是全部组件(即框架、具有挡边的背板、接线盒和盖板)是单个模制物品的部分，这与彼此连接的独立片段形成对比。
图8C示出了图8A的PV模块的横截部分。如这一图中所见，塑料框架102和两个长度和宽度挡边104A和104B分别是中空的。
制造超模制框架的注塑模制方法
在本发明的一个实施例中，使用超模制法制造PV模块。所述方法为单步骤方法并且制造具有较好密封性能的框架。PV模块、框架和/或方法的特征为以下特征中的一个或多个：
(A)所述模块包含(1)背部支撑件，(2)前部支撑件，(3)前部支撑件与背部支撑件之间的吸收层，以及(4)在背部和前部支撑件以及吸收层周围的整合框架，使得框架与(i)背部支撑件；以及(ii)整合框架与叠层之间的夹层整合；
(B)通过单步骤超模制方法制造框架；
(C)框架为单个整合模制部分并且因此简化模块的组装；
(D)框架与结构塑料背板整合；
(E)框架与接线盒和/或电端子盒整合；
(F)框架与接线盒盖板整合；
(G)框架无需粘着剂来密封其边缘，并且因此向模块电池提供较好密封；
(H)夹层为热塑性或热固性的并且具有与超模制材料和层压材料匹配的特定线性热膨胀系数(CLTE)；
(I)夹层与前部支撑件和吸收层层压，或其通过粘着剂与前部支撑件和吸收层粘合；和/或
(J)框架的塑料为热塑性或热固性材料，并且其杨氏模量为1.5兆帕到30兆帕。
图9A-F描述本发明的一个实施例。图9A示出了太阳能电池阵列面板84。这一面板可包含一个或多个太阳能电池，并且其可为单层或多层构造。图9B示出了成品模块107，其包含与塑料框架108超模制的面板84。
图9C示出了模具底部109内的太阳能电池面板84，且图9D示出了图9C的模具中面板与就地覆盖面板84的模具盖板111。图9E示出了在已注入塑料形成超模制塑料框架108之后的图9D的封闭模具。图9F为示出了从模具盖板111和模具底部109脱模的成品107。
第七实施例：PV模块框架
在本发明的一个实施例中，PV模块的安装托架整合到模块本身。这一设计导致节省安装成本和时间。
图10A-F示出了具有整合托架的PV模块的若干变化。图10A示出了模块112具有分别通过铰链114A-D连接到框架115的延伸托架支柱113A-D。托架支柱113A-B比托架支柱113C-D长，使模块112倾斜以使得其最佳曝露于太阳。支柱113A-B和113C-D之间的长度差异可广泛变化。铰链具有可释放锁定特征(未示出)将托架支柱固持于其延伸或合拢位置，但当支柱从一个位置移动到另一个位置时其可释放。箭头116A-D示出了支柱移动以将其折叠到模块112背部的方向，并且图10B示出了支柱折叠到其后侧的模块。图10B中的模块配置非常适于储存和运送，并且外摆式性质支柱使得容易在屋顶或墩上安装。
图10C-E示出了这一实施例点另一变化形式。图10C-D示出了分别折叠到框架115的通道117A-D中的托架支柱113A-D，这与在框架115之外并且抵靠模块112的背部形成对比。图10E示出了与侧臂118B和118D一起锁定到适当位置的延伸支柱(侧臂A和C未示出)。支柱和侧臂装备有铰链(未示出)以允许支柱折叠到框架通道中。
图10F示出了后部托架支柱113A-B是可伸缩构造一允许调整其各别高度的另一变化形式。这一设计的支柱分别装备有构件119A-B来将支柱锁定于所要高度。这些构件包括(但不限于)搭扣套管、支脚和孔，以及多种收缩构筑体，例如扭转环。
第八实施例：PV模块框架
在本发明的一个实施例中，PV模块的特征在于整块整合框架在一个边缘上具有可闭合入口，太阳能面板组合件可通过所述入口插入。框架提供用于组装的四个边缘支撑件，以及组合件借以插入到框架中的进口端可以通常使用搭扣配合盖子封闭和密封。
PV模块的特征在于以下特征中的一个或多个：
(A)太阳能面板组合件，包含背部支撑件、前部支撑件和前部支撑件与背部支撑件之间的吸收层，在组合件周围具有框架；
(B)整体整合模制框架；
(C)接线盒，其整合到所述框架中；
(D)在所述框架的一端上的入口，所述组合件可通过所述入口插入到所述框架中；
(E)框架的入口可使用密封块或盖子用搭扣配合封闭方式封闭，并且盖子可与框架铰接或可从框架拆卸；以及
(F)在组合件已插入到框架中之后并且在封闭盖子之前，在框架的密闭盖子与插入组合件之间的密封剂位置通常可施加足够密封剂。
施加足够密封剂将盖子牢固封闭在插入组合件上。在一个实施例中，密封剂还用作框架的上部部分和下部部分之间的粘着剂。密封剂的组成对本发明的实施并非至关重要。
框架的组成也可以为了方便而改变，并且可为热塑性或热固性材料。通常，用来配制框架的材料的杨氏模量为1.5兆帕到30兆帕，并且可以通过向配制品中纳入纤维(例如玻璃纤维、碳纤维等)来提高模量。可使用例如抗氧化剂、UV稳定剂、颜料、染料、成核剂、阻燃剂等多种添加剂来强化组合物。组合物也可以含有一种或多种填充剂来确保模块在操作期间发热并且使电池效率最大化。这些填充剂包括碳化硅、二氧化硅、氮化硼等。
使用单式模制部分设计，这一实施例的PV模块框架提供良好抗弯曲/挠曲特性并且减少模块与整合接线盒的组装量并且使太阳能面板组合件容易插入。
图11A为本发明的这一实施例的一个PV模块组合件的分解图。PV模块框架120为包含整合接线盒121、轨122和进口端123的整合单式模制段。轨122和进口端123经大小和形状设定以接收并且固持太阳能面板组合件124。在PV模块的组合件中，如运动箭头126所示进入和通过进口端123来插入太阳能面板组合件124，使得面板边缘啮合轨122并且由所述轨固持。组合件在框架内之后，接着在进口端上施加密封剂并且如运动箭头126所示将密封块(或盖子)插入到其中。装配PV模块127如图11B中所示。
图11C示出了插入到框架中的密封块，以及太阳能面板组合件。太阳能面板组合件124包含前部或顶部支撑件124A，背部或底部支撑件124B以及吸收器面板(即太阳能电池阵列)124C。组合件紧贴配合至轨122中且由所述轨承载，所述轨分别由上部和下部轨表面122A和122B界定。轨表面122A-B经大小和形状设定以通过位于组合件124的外边缘与密封块125之间的密封剂129使用搭扣配合封闭形式牢固地啮合密封块125。
第九实施例：PV模块
在本发明的一个实施例中，PV模块的特征在于后面板包含底部外壳和多个间隔开的支撑支柱。支柱以形成开放通道或烟囱的方式连接到光伏打叠层的底部表面，所述开放通道或烟囱帮助冷却PV模块。图12示出了后面板的实例。
PV模块的特征在于以下特征中的一个或多个：
(A)后面板包含底部外壳和多个间隔开的支撑支柱。后面板通常为单个整合模制的塑料段。后面板通过将支柱粘附(例如胶合)到光伏打叠层的底部表面而连接到PV叠层。
(B)后面板通常使用纤维强化的聚合物制成。纤维可为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、克维拉纤维(Kevlar fiber)、高强度聚合粗纱纤维、垫穗带或编织品和/或这些中两个或两个以上的组合。底部外壳经设计以获得使用最佳材料利用率的最大刚度和强度。举例来说，底部外壳的外部层可使用纤维垫或编织纤维强化的聚合物制成。
(C)后面板可以通过挤压方法制成。如果向后面板中并入连续纤维或纤维垫，那么其也可以通过拉挤成形制成。
(D)通过将包装面板连接到光伏打叠层形成的通道或烟囱用作通风口，所述通风口可以从光伏打模块去除热，效率通常比常规PV模块构造高。PV模块因为在较低温度下操作的能力而可更高效地产生电功率。
(E)模块边缘处的通道可固持又小又薄的接线盒，并且边缘支柱可经机械加工制成孔，从而允许电缆或其它缆线穿过边缘支柱与接线盒或其它PV模块结构连接。
(F)一些通道的外壳可以比其它通道粗以允许制造用于模块固定目的的孔或锁定机构。
(G)在一些应用中，后面板可以制造得足够坚固以减少或消除托架的使用，和/或降低前玻璃板厚度。
(H)后面板的个别通道的宽度可变化。举例来说，可在模块边缘使用宽度较小的通道来提高对PV叠层边缘的支撑，而可在内部使用宽度较大的通道来提高排气能力。
图12示出了这一实施例的PV模块的分解图。后面板130包含具有多个整合支柱131的背部外壳132，所述支柱间隔开以形成多个通道或烟囱133。支柱131通常并且优选具有相同大小(高度、长度和厚度)和形状，但其数目为了方便起见可变化。支柱彼此之间的间距也可以变化，并且因此通道的大小可以彼此变化。后面板131通过任何适宜方法连接到PV叠层134，通常通过向各支柱的顶部施加粘着剂并且接着使支柱与PV在足够温度和压力下接触并且持续足够时间长度来允许粘着剂固化。
层压方法
在本发明的一个实施例中，多个PV模块层以单个步骤层压成整合框架和结构背板。多个PV模块层包含顶部透明聚合物或玻璃层、封装层以及硅层。封装层通常包含例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的聚合物。在层压装置和加压或真空条件下进行层压。层压后，施加粘着剂(例如硅橡胶)来密封太阳能电池层的边缘。
多个PV模块封装剂处理包括在玻璃上放置材料薄片，并且接着在上面放置预先分选并且连接的太阳能电池的步骤。接着在其顶部放置另一层薄片封装剂，随后在太阳能面板的背面上放置与模块框架整合的最终结构背板。接着将完整叠层放置于层压机中，将其加热到最佳温度以熔融封装材料。在一个实施例中，向叠层施加超压来促进层压工艺。在一个实施例中，接着施加真空以去除加热过程期间截留的任何气泡，产生粘合于玻璃表面的密封太阳能电池阵列。这一方法将结构背板与框架一起层压到电池层上以缩短模块组装过程的周期时间。
所得层压产品相对于常规地制成的PV产品展现改善的抗弯强度。这一将PV叠层接合到框架的单步骤方法减少成品(即PV模块)的组装过程。通过在背板上纳入挡边，PV模块呈现所要弯曲和扭转刚度以及强度。在一个优选实施例中，接线盒整合到背板结构中。
实例
原材料
表1报告了这些实例中所使用的材料。
表1
本发明实例1-2和比较实例1-2的材料
YUPLENETM SK B391G是用于注塑模制的丙烯抗冲共聚物。
ENGAGE 8200是密度为0.87g/cm3并且I2为5的乙烯/1-辛烯弹性体。
FR系统50A-2是多磷酸铵和季戊四醇的混合物，用作阻燃剂。
卡伯特PLASBLAKTM UN2014为50重量％碳黑填充的聚乙烯母体混合物。
IRGANOX 1010为季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯)，一种具有低挥发性的高分子量酚系抗氧化剂。
IRGANOX MD 1024为2',3-双[[3-[3,5-二-叔丁基-4-羟苯基]丙酰基]]丙酰肼。
DSTDP为硫代二丙酸二硬脂酰酯、3,3'-硫代二丙酸硬脂酰酯。
CYASORBA UV-3529是一种UV稳定剂，1,6-己二胺,N1,N6-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-聚合物与吗啉-2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪反应产物，甲基化(CAS号193098-40-7)。
DPO-BSA/1010(叠氮化物)为4,4'-氧基双苯磺酰基叠氮化物和IRGANOX 1010的混合物。
混配方法
制备FR母体混合物
FR添加剂、抗氧化剂、UV稳定剂、彩色母体混合物、ENGAGE 8200和SK B391G在高速混合器中在900rpm下预混合3分钟。将混合物馈入到ZSK40挤压机(L/D＝48)的主进料口。螺杆速度设定为250rpm，并且桶温度为190-200℃。馈入速率为30kg/h。在混配期间，在第二区域上使用氮气入口来保护材料。敞开真空去除挥发物。通过水冷却股线，接着切成团块。
制备玻璃纤维/IPP母体混合物
根据配方将PP树脂和DPO-双磺酰基叠氮化物偶合剂(400～800ppm下)与玻璃纤维以50:50的重量比馈入到ZSK40(L/D＝48)挤压机的主端口。将玻璃纤维在区域5馈入到通风口。螺杆速度设定为250rpm，并且桶温度为190-200℃。馈入速率为40kg/h。敞开真空去除挥发物。通过水冷却股线，且接着切成团块。
注射模制
将50:50重量比的GF强化的IPP母体混合物团块和FR母体混合物馈入到注射模制设备。桶温度设定为70℃、190℃、200℃、200℃和200℃。模具温度为30℃。针对机械、电和FR测试的ASTM标准测试试样在FANUC机上注射模制。
测试
机械性能
根据ASTM D638通过INSTRON 5565进行拉伸强度和弯曲强度测试。
根据ASTM D256在CEIST 6960上进行艾佐德冲击强度测试(Izod ImpactedStrength testing)。
UL94
根据ASTM D 3801通过UL94室进行UL94竖直燃烧测试。
UV曝露
根据IEC61215通过来自Q-lab的QUV进行1000小时UV曝露。
结果
表2报告不同玻璃纤维强化IPP复合物的性能。添加膨胀型FR系统50A-2显著改善FR性能。使用20％50A-2(本发明实例1)，复合物可完成UL94V-0(3.2mm)，并且相较于比较实例1显示机械性能和耐候性的良好平衡。使用25％50A-2(本发明实例1)，复合物可完成UL94V-0(1.6mm)。相比之下，使用40％Mg(OH)2(比较实例2)，复合物的UL94V-0(3.2mm)测试失败。
表2
玻璃纤维复合物的比较性测试结果

Claims (8)

1.一种太阳能面板组合件，其包含：
(A)PV模块，其包含一个或多个在塑料框架内的PV电池，且所述框架包含塑料前部和后部基底附接件，所述前部基底附接件以枢转方式连接到所述PV模块的所述框架并且所述后部基底附接件与所述PV模块的所述框架可滑动地啮合；
(B)塑料基底，包含两个间隔开的安装基底，其通过连接器板结合在一起，各安装基底装备有塑料前部支脚以及后部槽，所述塑料前部支脚与所述PV模块的所述框架的所述前部基底附接件以枢转方式啮合，所述后部槽与所述PV模块的所述后部基底附接件以搭扣配合关系啮合；
(C)塑料导风板，其与所述两个后部基底附接件中的每一个以搭扣配合关系啮合；
(D)塑料接线盒，其与所述PV模块框架整合；以及
(E)两个塑料自身配向装置，其用于彼此接合相邻PV模块，各装置与所述PV模块框架整合。
2.根据权利要求1所述的太阳能面板组合件，其中如下中的一个或多个由组合物构成：(1)PV电池框架、(2)塑料基底、(3)塑料导风板、(4)塑料接线盒和(5)塑料自身配向装置，所述组合物包含(A)热塑性聚合物，(B)强化成分，(C)不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)抗冲击改性剂，(E)偶合剂以及任选的(F)一种或多种添加剂。
3.根据权利要求2所述的太阳能面板组合件，其中按所述组合物的重量计，所述组合物包含(A)10-80重量％热塑性聚合物，(B)10-55重量％强化成分，(C)1-30重量％不含卤素的膨胀型阻燃剂，(D)1-20重量％抗冲击改性剂，(E)0.001-0.5重量％偶合剂，以及任选的(F)一种或多种添加剂。
4.根据权利要求2或3所述的太阳能面板组合件，其中所述热塑性聚合物为抗冲击改性的聚丙烯，所述强化成分为玻璃纤维，所述不含卤素的膨胀型阻燃剂为基于有机磷的化合物，所述抗冲击改性剂为除(A)的IPP之外的聚烯烃弹性体，且所述偶合剂为双(磺酰叠氮)。
5.根据权利要求1所述的太阳能面板组合件，其中所述接线盒包含第一部分以及第二部分，所述第一部分与自身配向装置中的一个整合，所述第二部分与另一个自身配向装置整合。
6.根据权利要求1所述的太阳能面板组合件，其中所述接线盒与所述自身配向装置分隔开。
7.根据权利要求1所述的太阳能面板组合件，其中塑料PV模块框架的特征为(A)单式模制或超模制部分，(B)L形，(C)两段接线盒，一段位于所述框架的一侧且另一段位于所述框架的对面和另一侧；(D)自身配向装置，以及(E)至少一个结构部件，其在所述面板背面上以向所述面板提供机械强度。
8.根据权利要求1所述的太阳能面板组合件，其中所述PV模块包含：
(A)背部支撑件、前部支撑件以及在所述前部支撑件与所述背部支撑件之间的吸收层；
(B)在所述模块周围的整体式整合模制框架；
(C)接线盒，其整合到所述框架中；
(D)在所述框架的一端上的入口，所述模块可通过所述入口插入到所述框架中；
(E)密封块或盖子，其在所述入口上方且与所述框架以搭扣配合关系啮合；以及
(F)在所述框架的所述盖子与所述插入模块之间的密封剂位置。
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