CN110785857B - 均匀且定向着色的光伏模块 - Google Patents

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Abstract

描述了用于均匀着色和定向着色的光伏模块和屋顶瓦片的微结构以及定向和多向涂覆。光伏屋顶瓦片(650)包括在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖(652)，以及与带纹理的玻璃的第一侧邻接的被构造成反射一颜色的光的一层或多层透明材料。玻璃盖可以在第一侧上具有纹理，以及与带纹理的玻璃盖的第一侧邻接的球形金属纳米颗粒层(810)。定向着色的太阳能模块可以包括在第一侧上具有纹理的带纹理的玻璃盖和在玻璃盖的第一侧上覆盖纹理的一个或多个分面(1106)的涂层。可以通过在一个或多个方向上涂覆带纹理的玻璃盖来沉积涂层。

Description

均匀且定向着色的光伏模块
技术领域
本公开一般而言涉及光伏(或“PV”)模块的设计。更具体而言，本公开涉及着色的光伏屋顶瓦片的设计和制造。
背景技术
商业太阳能面板由光伏(或“PV”)模块阵列构造。每个PV模块又通常包括太阳能电池的二维阵列(例如6×12)。一般而言，这些模块的颜色外观是嵌入在PV模块中的太阳能电池的自然颜色，其可以是蓝色、深蓝色或黑色。但是客户通常希望选择PV模块的颜色外观，使得例如模块与其中集成它们的建筑物的颜色相匹配。
有几种现有技术可为PV模块提供颜色。一种技术涉及施加有色玻璃和/或着色的封装片。但是，这些多余的结构会吸收大量的阳光，从而导致显著的PV功率损耗。此外，这些结构的颜色外观可能会随着时间的推移而退化。
另一种着色技术涉及在PV模块或太阳能电池上涂膜。但是，通过在常规玻璃上的涂覆获得的颜色外观通常会遭受随角异色(flop)或角度敏感性的问题，并且也会在环境压力(诸如海洋天气)下随着时间的推移而退化。
阴影或入射阳光的吸收会导致PV功率损耗，这是现有着色技术的必然问题。此外，用这些技术制造的着色PV模块以及更普遍的着色玻璃通常会遭受以下问题：闪耀或闪光；随角异色或与角度相关的颜色外观；以及颗粒感。注意的是，闪耀是指闪光或局部亮点。另一方面，随角异色通常是指角度相关的颜色，即，峰值反射波长的角度相关性。术语随角异色或明暗随角异色也可以指与角度相关的亮度，即，总反射率的角度相关性。
发明内容
本文描述的一个实施例提供了一种光伏屋顶瓦片。这种光伏屋顶瓦片包括在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖。此外，光伏屋顶瓦片包括被构造成反射第一颜色的光的一层或多层透明材料，其中该一层或多层透明材料与带纹理的玻璃盖的第一侧邻接。
在该实施例的变型中，玻璃盖还具有带图案的第二纹理，该第二纹理在第一侧上包括特征阵列。特征阵列包括以下中的至少一个：凹槽阵列；圆锥体阵列；三棱锥阵列；三棱锥阵列；正方棱锥阵列；以及六棱锥阵列。
在该实施例的变型中，透明材料包括氧化锌铝或透明导电氧化物。
在该实施例的变型中，具有折射率的透明材料包括二氧化硅。
在该实施例的变型中，微纹理在玻璃盖的第一侧上被化学蚀刻。
在该实施例的变型中，微纹理在玻璃盖的第一侧上被喷砂处理。
在本公开的另一方面，公开了一种光伏屋顶瓦片。该光伏屋顶瓦片包括玻璃盖和与玻璃盖的第一侧邻接的球形金属纳米颗粒层。
在该实施例的变型中，玻璃盖在第一侧上具有纹理。
在该实施例的变型中，球形金属纳米颗粒层包括锑的外层和金属的内层。球形金属纳米颗粒层进一步在玻璃盖上退火。
在该实施例的变型中，纳米颗粒层优选地在玻璃盖的第一侧上生长、浸涂或旋涂。
在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含银。
在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含金。
在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含铝。
在本公开的另一方面，公开了一种定向着色的光伏屋顶瓦片。该定向着色的光伏屋顶瓦片包括在第一侧上具有纹理的带纹理的玻璃盖。该定向着色的光伏屋顶瓦片还包括在玻璃盖的第一侧上覆盖纹理的一个或多个分面(facet)的涂层，其中涂层通过在一个或多个方向上涂覆带纹理的玻璃盖来沉积。
在该实施例的变型中，涂层包含金属纳米颗粒。
在该实施例的变型中，涂层包括被构造成基于干涉来反射预定颜色的透明薄膜。
在该实施例的变型中，沉积的涂层在不同分面上的厚度变化。
在该实施例的变型中，涂层被构造成以特定视角为观看者提供颜色，同时在其它角度增强光学透明度。
在该实施例的变型中，特定视角包括低于20°的掠射角。
在该实施例的变型中，涂层被构造成在光伏屋顶瓦片的玻璃盖上产生颜色变化。
附图说明
图1示出了房屋上的光伏屋顶瓦片的示例性构造。
图2示出了光伏屋顶瓦片的构造的透视图。
图3示出了示例性光伏屋顶瓦片的横截面。
图4A示出了具有级联太阳能电池条的光伏屋顶瓦片的示例性构造。
图4B示出了通过重叠太阳能电池条相应的边缘而级联的太阳能电池条。
图5A和图5B图示了带微纹理的均匀着色的玻璃与常规玻璃的比较。
图6A图示了由于干涉效应而导致的光伏屋顶瓦片中的着色的角度相关性。
图6B呈现了根据本发明的实施例的具有微纹理和滤色器的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。
图7A示出了根据本发明的实施例的具有纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。
图7B示出了根据本发明的实施例的封装纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。
图8图示了根据本发明的实施例的通过退火在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的示例性过程。
图9示出了根据本发明的实施例的图示用于在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的方法的框图。
图10示出了曲线图，该曲线图图示了对于各种波长的光，玻璃上的75nm银纳米球的散射和吸收的速率。
图11A示出了根据本发明的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆的示例。
图11B示出了根据本发明的实施例的垂直于玻璃-空气界面的带纹理的光伏屋顶瓦片分面的定向涂覆的示例。
图11C图示了根据本发明的实施例的由于带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆而导致的涂覆厚度的变化。
图11D图示了根据本发明的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的多向涂覆。
在各图中，相似的附图标记指代相同的图元素。
具体实施方式
呈现以下描述以使本领域的任何技术人员能够制造和使用实施例，并且在特定应用及其要求的上下文中提供以下描述。对于所公开的实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用。因此，本发明不限于所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。
概述
本文公开的各种实施例提供了用于制造均匀和/或定向着色的光伏(PV)模块或屋顶瓦片的解决方案。本发明的实施例可以生产具有均匀颜色且几乎没有光吸收的PV屋顶瓦片。因此，(除模块预期颜色以外的颜色的)大部分的入射光被透射到PV电池。为了促进PV模块和屋顶瓦片的均匀着色，可以对顶部玻璃盖的内表面进行纹理化，并且可以将具有预定折射率或折射率组合的透明材料沉积在纹理化表面上。与常规的玻璃盖相比，这种具有微纹理或磨砂的玻璃盖可以显示明显更少的闪光、随角异色和颗粒感，从而改善了颜色均匀性和外观。可定制的定向着色和有意控制的角度相关颜色可以提供更多的美学选择，同时仍高效地进行太阳能转换。
还可以在玻璃盖的内表面上产生球形金属纳米颗粒层。这些纳米颗粒可以高效地产生颜色，同时吸收很少的光。
本文描述的另一个特征是PV模块或屋顶瓦片的定向着色。玻璃盖的纹理化表面可以具有覆盖纹理的一个或多个分面的滤色器层。该滤色器可以包括使用诸如化学或物理气相沉积(CVD或PVD)(例如，溅射)之类的定向薄膜沉积技术形成的多个薄膜层。可以通过在一个或多个方向上涂覆带纹理的玻璃表面来沉积涂层。这种定向涂覆可以减少滤色器不想要的光吸收，同时仍在一定的视角向观看者提供均匀的颜色外观。
PV屋顶瓦片和模块
所公开的系统和方法可以用于提供PV屋顶瓦片和PV模块的均匀着色和/或定向着色。这样的PV屋顶瓦片提供常规屋顶瓦片和太阳能电池的功能，同时还保护太阳能电池。图1示出了房屋上的PV屋顶瓦片的示例性构造。PV屋顶瓦片100可以像常规屋顶瓦片或屋顶板一样安装在房屋上。特别地，光伏屋顶瓦片可以以防止水进入建筑物的方式与其它瓦片一起放置。
相应的太阳能电池可以包括一个或多个电极，诸如母线和指状线，并且可以机械地和电气地连接到其它电池。太阳能电池可以通过接线片经由它们相应的母线进行电耦合，以形成串联或并联连接。而且，可以在两个相邻的瓦片之间建立电连接，以将多个瓦片互连成模块，使得多个光伏瓦片可以联合提供电力。PV模块通常包括阵列，诸如6×12太阳能电池。
图2示出了光伏屋顶瓦片的构造的透视图。在该视图中，太阳能电池204和206可以气密地密封在顶部的玻璃盖202和底片208之间，这可以联合地保护太阳能电池不受天气因素的影响。搭接条212可以与太阳能电池204的前侧母线接触并且延伸超过玻璃盖202的左边缘，从而用作光伏屋顶瓦片的第一极性的接触电极。搭接条212也可以与太阳能电池206的背侧接触，从而在太阳能电池204和太阳能电池206之间形成串联连接。搭接条214可以与太阳能电池216的前侧母线接触并且延伸超过玻璃盖202的右侧边缘。
使用可以覆盖前侧母线的大部分的长的搭接条可以确保搭接条和母线之间的足够的电接触，从而减少搭接条和母线之间分离的可能性。此外，密封在玻璃盖和底片之间的四个搭接条可以提高光伏屋顶瓦片的物理耐久性。
图3示出了示例性光伏屋顶瓦片的横截面。在这个示例中，太阳能电池306可以由顶部玻璃盖302和底片310封装。可以基于诸如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)之类的聚合物的顶部密封剂层304可以用于在顶部玻璃盖302与太阳能电池306之间进行密封。类似地，也可以基于EVA的下部密封剂层308可以用于在太阳能电池306和底片310之间进行密封。
图4A示出了根据本发明的一个实施例的具有级联太阳能电池条的光伏屋顶瓦片的示例性构造。在这个示例中，顶部玻璃盖404和底片(未示出)可以包围六个太阳能电池条402，其可以通过划分两个太阳能电池来制造。如图4B所示，太阳能电池条402可以通过重叠它们各自的边缘而级联。特别地，每个条带在其前侧的边缘之一上可以具有母线。条带的背侧可以涂有金属。当两个条带级联时，第一条带的边缘母线可以被定位成与相邻条带的背侧金属层接触。
在2017年3月1日提交的题为“SYSTEM AND METHOD FOR PACKAGING PHOTOVOLTAICROOF TILES”、代理人案卷号为P357-1PUS的临时专利申请No.62/465,694中更详细地描述了PV屋顶瓦片和模块，该专利申请的通过引用并入本文。本文公开的实施例可以应用于太阳能电池、PV屋顶瓦片和/或PV模块。
均匀着色的PV屋顶瓦片和模块
图5A和图5B图示了带微纹理的均匀着色的玻璃与常规玻璃的比较。如从图5A的右侧可以看到的，着色的玻璃504通常会遭受以下问题：闪耀或眩光；随角异色或与角度相关的着色；以及颗粒感。但是，带有微纹理的微结构化玻璃502可以显著较少地显示这些问题中的每一个。(注意的是，在各种实施例中，微结构化玻璃102可以具有100nm至10μm量级的表面粗糙度，具有可比较的峰-峰间隔)。同样，如图5B所示，带微纹理或磨砂的玻璃506几乎没有或没有表现出闪耀、随角异色和颗粒感，而常规玻璃508则显示出明显的闪耀和颗粒感。带微纹理的玻璃可以通过引入粗糙度来实现这一特征，以便使玻璃-滤色器界面随机化，从而平均多个入射角。
表1呈现了与常规玻璃相比，微结构化玻璃在闪耀(或闪光)、随角异色(或与角度相关的颜色外观)和颗粒感方面的改进细节。这些测量结果表明，磨砂可以使明暗随角异色(或与角度相关的亮度)降低7-10倍(如表1的随角异色指数所测量的)、使颜色随角异色降低5-8倍、并且使闪耀降低至少30倍。
表1：与常规玻璃相比，微结构化玻璃的改进细节。
在用常规玻璃制成的着色PV模块中，颜色的随角异色或角度相关性可以由从太阳能模块的不同表面反射的光之间的干涉引起。图6A图示了由于干涉效应而导致的光伏屋顶瓦片中着色的角度相关性。如图所示，PV模块600可以包括透明玻璃盖602。模块600还可以包含滤色器604，该滤色器604可以包含一层或多层光学涂层。滤色器604可以包含透明导电氧化物(TCO)，诸如氧化铟锡(ITO)或掺杂铝的氧化锌(AZO)。滤色器604可以包括多层堆叠，其中包含以下中的一个或多个：高折射率(例如，n＝1.7-2.5)材料，诸如TiO2、Ta2O5、NbO2、ZnO、SnO2、In2O3、Si3N4和AZO；低折射率材料(例如，n＝1.2-1.5)材料，诸如SiO2、MgF2；以及金属，诸如Ag、Cu和Au。可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或其它沉积方法来沉积滤色器604。
模块600还可以包含密封剂片606，其可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性烯烃(TPO)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-l,l'-diphenyl-4,4'-diamine(TPD)。模块600还包含PV电池608的阵列。在一些实施例中，模块600包含背面密封剂片610和定位在PV模块600的背侧上的与透明玻璃盖602相对的背侧覆盖层612。
在本发明的实施例中，滤色器借助于波长选择性反射来产生颜色，该颜色可以展现出由干涉效应引起的角度相关性。为了产生期望的颜色，滤色器604可以具有在数百纳米的范围内、与可见光波长相当的厚度。如图所示，入射到太阳能模块上的光可以在透明玻璃盖602和滤色器604的界面处反射，或者可以在滤色器604和密封剂606的界面处反射。沿着这两个不同的反射路径行进的光具有不同的光程长度，因此取决于该差异而相长地或相消地干涉。
如图6A所示，路径长度差异取决于入射角。例如，陡角614、中角616和浅角618产生不同的路径长度。由于干涉取决于光程差和光波长，因此不同波长的光在不同角度具有最大干涉，从而导致颜色随角异色(反射光的颜色的角度相关性)。
本文公开的各种实施例提供了使用带微纹理的玻璃盖来改善这种随角异色效应的解决方案。图6B呈现了根据本发明的实施例的具有微纹理和滤色器层的均匀着色的PV屋顶瓦片650的示例性结构。如图所示，玻璃盖652的内表面(即，与滤色器654和656的层邻接的表面)可以磨砂的或带微纹理的。这种微纹理可以是磨砂或随机的表面粗糙度，诸如在玻璃的表面上的一系列小隆起或凹陷。在一些实施例中，微纹理可以是玻璃上的较大尺寸的纹理的附加，该较大尺寸的纹理诸如凹槽、圆锥或棱锥图案。但是，微纹理的尺寸不同，通常较小。通过使表面朝向随机化，微纹理可以在多个入射角上平均传入光，从而消除或显著降低随角异色效应，如图5A和图5B以及表1所示。
在一些实施例中，可以在玻璃上化学蚀刻微纹理。化学蚀刻可以涉及使用包含氟化氢(HF)的糊剂。微纹理也可以通过使用其中使用颗粒来在玻璃表面上喷砂的过程来生产。
注意的是，磨砂玻璃可能会在随角异色减少和颜色亮度或功率损失之间面临权衡，因为磨砂会散射从PV模块反射的光。在一些实施例中，微纹理可以与着色的太阳能模块的涂覆厚度一起被优化。此外，微纹理可以与玻璃上的较大尺寸的纹理(例如，特征的规则或不规则阵列或图案)组合以提供对颜色外观的定向相关性的更精细的控制。
具有纳米颗粒的均匀着色的太阳能模块
本发明的实施例还可以提供均匀着色的太阳能模块，其中球形金属纳米颗粒位于玻璃的内表面上。这样的纳米颗粒层可以在吸收很少的光的同时产生颜色，特别是当颗粒具有足够大的半径时。纳米颗粒不是吸收而是取决于波长来透射或散射大部分入射光。注意的是，将光透射到PV电池608使其可以被转换成电池中的电，并且散射提供颜色；作为对照，吸收产生废热，从而降低效率。此外，纳米颗粒可以以最小化或减少闪耀或眩光的方式提供颜色。在这些实施例中，金属纳米颗粒可以代替滤色器654的物理气相沉积(PVD)层。纳米颗粒还可以代替带微纹理的或磨砂的玻璃，同时提供颜色选择和均匀性。
图7A示出了根据本发明的实施例的具有纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片700的示例性结构。纳米颗粒层704可以位于玻璃盖702的一个表面上。玻璃盖702也可以具有带纹理的表面706。通常，纳米颗粒层704可以在玻璃盖702的带纹理的表面上。注意的是，玻璃盖702不必具有纹理化表面706。金属纳米颗粒可以包括银(例如，直径为75nm的球形Ag颗粒)、金、铝或其它金属。纳米颗粒可以被包含在另一种膜涂层中，诸如二氧化硅、二氧化钛或氮化硅。
替代地，可以将纳米颗粒直接封装到PV模块中。图7B示出了根据本发明的实施例的封装纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。如图所示，纳米颗粒层704可以被密封剂层708封装，密封剂层708可以基于诸如PVB、TPO、EVA或TPD之类的材料。
在一些实施例中，可以通过将纳米颗粒浸涂或旋涂到玻璃盖702的表面上来沉积纳米颗粒层。纳米颗粒层还可以通过优先在玻璃的一侧上形成纳米颗粒来沉积。图8图示了根据本发明的实施例的用于通过退火在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的示例性过程800。如图所示，玻璃盖802的一侧可以被底层的锑层804和金属层806覆盖。然后可以对玻璃盖组件进行退火，在此期间，暴露于热会使锑升华。在退火期间，锑升华，从而导致固态脱湿过程，其中在玻璃的表面上形成纳米颗粒810的层808。升华的锑可以携带有过量的金属部分。注意的是，纳米颗粒810可以包含锑和金属两者。
图9示出了根据本发明的实施例的框图，该框图图示了用于在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的方法。如上所述，该过程包括例如通过CVD或PVD在玻璃盖的第一侧上沉积锑层(操作902)。接下来，在锑层上沉积金属层(操作904)。可以调节锑层和金属层的厚度，以控制沉积的纳米颗粒的间距和密度，从而控制反射光的颜色的强度。在一个实施例中，使用厚度小于20nm的锑和金属层来产生强散射的纳米颗粒。因此，可以通过物理气相沉积(PVD)非常高效地沉积层。除了PVD之外，可以通过CVD、原子层沉积(ALD)或其它沉积方法来沉积锑和金属层。然后将玻璃盖退火以形成球形金属纳米颗粒层，其可以包括金属和锑(操作906)。
图10示出了曲线图，该曲线图图示了对于各种波长的光，沉积在玻璃上的75nm银纳米球颗粒层的散射和吸收的速率。如以上所讨论的，散射为太阳能模块提供了颜色，而低吸收表明纳米颗粒在将非散射光透射到PV电池方面是高效的。如图10所示，75nm的银纳米球颗粒的散射在对应于蓝绿色的约500nm的波长处达到峰值，其半峰半宽(HWHM)约为50nm。作为对照，在400至800nm的整个可见波长范围内，吸收率均匀地较低。
带纹理的太阳能模块的定向和多向涂覆
用于着色的PV模块的现有解决方案，诸如有色玻璃和着色的封装片，可能会受到强阴影或着色表面吸收入射阳光的影响，从而导致PV模块的功率损耗。为了更好地管理颜色和光透射之间的这种权衡，本发明的实施例提供了部分涂覆的、带纹理的太阳能模块，其中一些纹理分面可以比其它纹理分面更多地涂覆。
为了减少滤色器中的损失，在一些实施例中，玻璃盖可以具有带纹理的内表面。注意的是，该纹理不同于先前描述的微纹理或磨砂，并且通常具有较大的尺寸。该带纹理的表面可以被构造成使得由PV模块接收的大部分入射光在带纹理的界面上反射至少两次，使得滤色器的波长选择性反射主要包括多次反射的光。也可以将带纹理的表面设计为通过增加或减少入射光在带纹理界面上的反射次数来控制反射损失的量。带纹理的表面可以包括特征的阵列，诸如凹槽、圆锥或棱锥(例如，三棱锥、正方棱锥或六棱锥)的阵列。该带纹理的背表面在2016年10月14日提交的题为“COLORED PHOTOVOLTAIC MODULES”、代理人案卷号为P301-2NUS的美国专利申请No.15/294,042中进一步描述，该专利申请通过引用并入本文。如这里所述，这些带纹理的表面可以被定向涂覆。
图11A示出了根据本发明的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆的示例。带纹理的玻璃1102可以是例如在住宅或商业屋顶上或在高层建筑物的垂直朝向的窗户上的太阳能模块的一部分。因此，玻璃1102通常只以某些角度从观察者观看。例如，如图所示，观看者将主要从诸如20°或更小的浅角度在地面水平上观看屋顶上的玻璃1102。
玻璃1102的带纹理的表面可以在方向1104上定向涂覆。该涂覆可以是化学涂覆，或者如果涂覆之后进行去湿过程，诸如结合图8和图9描述的方法，那么该涂覆可以包括纳米颗粒。颜色也可以通过由透明膜产生的膜干涉效果产生。这种定向涂覆可以通过例如从点源开始的定向PVD来完成，以便选择性地涂覆带纹理的表面。例如，如图所示，可以对分面1106进行涂覆，而玻璃1102的分面1108可以不进行涂覆。由于不需要对玻璃1102的表面进行完全涂覆，因此这种选择性或定向涂覆可以改善着色的PV模块中的光透射，还可以节省涂覆材料。这种涂覆厚度的变化可以产生具有颜色变化的美学纹理，或者产生与视角相关的着色，同时增强其它角度下的透射。
可以选择涂覆方向1104，使得当从涂覆的分面1106反射时，从浅角度观看的观看者可以看到纯色。在实际使用中，玻璃1102暴露在空气1110中，因此从分面1106反射的光在玻璃1102与空气1110之间的界面表面1112处折射。可以选择玻璃的纹理以在纹理分面和界面表面1112之间实现特定角度，例如相对于法线方向的38.8°的凹槽角。此外，可以选择这些纹理角度，以使从涂覆表面反射的光对于低角度观察者是可见的。例如，从涂覆的分面1106正常反射的光在界面表面1112折射，使得观察者从20°或更小的角度看到纯色。
给定纹理几何形状与预期视角之间的这些关系，可以选择涂覆方向1104以增强透射并节省涂覆材料，同时向观察者提供期望的颜色。例如，如图11A所示，可以在相对于分面1106的法线或接近法线的方向上选择涂覆方向1104，以便以经济的方式覆盖分面1106，同时不覆盖分面1108。其它方向也是可能的，以提供不同的覆盖范围。
图11B示出了根据本发明的实施例的垂直于玻璃-空气界面的带纹理的光伏屋顶分面的定向涂覆的示例。如上所述，可以将带纹理的玻璃设计为使入射光反射多次。例如，带纹理的玻璃1114可以具有锯齿纹理。这里，涂覆方向1116不能精确地垂直于涂覆的表面(因为这些表面在涂覆期间会阻挡彼此)，但是仍然可以被选择为例如平行于未涂覆的表面。注意的是，在这个示例中，未涂覆的表面仍然与玻璃-空气界面1118的法线方向成38.8°的角度，因此观察者仍然可以从20°或更小的角度看到期望的颜色。还要注意的是，对于玻璃1102，垂直于界面表面1112入射的光将被涂覆材料遮盖的程度比完全涂覆的表面少50％，因为仅涂覆了带纹理的表面的一半。但是，对于玻璃1114，涂覆的表面垂直于玻璃-空气界面1118，因此正常入射的光几乎不会被涂覆遮挡。因此，定向涂覆可以显著改善光透射。
此外，可以使用定向和多向涂覆(即，从一个或多个源在多个方向上涂覆带纹理的表面)以更复杂的方式改变覆盖范围。图11C图示了根据本发明的实施例的由于对带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆而导致的涂覆厚度的变化。如图所示，带纹理的玻璃1120在垂直于分面1124但不平行于任何分面的方向1122上进行涂覆。相应分面上的涂覆厚度通常取决于分面与入射涂料之间的角度。在图11C和图11D所示的示例中，涂覆厚度根据相对于由于垂直于涂覆表面的涂料(例如，图11C的示例中的涂料1122)产生的厚度的百分比来表示。因此，分面1124具有100％的涂覆厚度，而分面1126和1128以70％的厚度被涂覆。
图11D图示了根据本发明的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的多向涂覆。多向涂覆可以进一步增加PV模块的复杂性、厚度变化和着色。例如，如图所示，玻璃1130可以在两个单独的方向涂覆，这两个方向的变化涂料强度为50％和200％。因此，分面1132被涂覆200％的厚度，分面1134被涂覆170％的厚度，并且分面1136被涂覆50％的厚度。虽然在这个示例中，两个涂覆方向被描绘为完全位于同一平面上，但是一个涂覆方向也可以在另一方向的平面之外。(例如，第一涂覆方向可能垂直于玻璃表面，而第二涂覆方向可能具有平行于玻璃表面的分量)。当与3维纹理结合时，这种变化可以产生甚至更复杂的着色，从而提供更多的设计选项和更大的美学吸引力。
本发明的实施例提供了具有带微纹理的或磨砂的玻璃盖的PV屋顶瓦片，与常规的着色玻璃相比，其可以显示出均匀的颜色而几乎没有光吸收并且具有更少的闪耀、随角异色和颗粒感。可定制的定向和多向涂覆可以提供更多的美学选择，包括有意地角度相关的颜色，同时仍可以高效地进行太阳能转换。最后，所公开的系统和方法还可以在玻璃盖的内表面上提供球形金属纳米颗粒层。这些纳米颗粒可以高效地产生颜色，同时吸收很少的光。
仅出于说明和描述的目的给出了各种实施例的前述描述。它们并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的形式。因此，许多修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。此外，以上公开并非旨在限制本发明。

Claims (19)

1.一种光伏屋顶瓦片，包括：
在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖，所述微尺寸的纹理包括面对第一方向的第一组分面(1132)以及面对第二方向的第二组分面(1136)；以及
一层或多层透明材料，被构造成反射第一颜色的光，其中所述一层或多层透明材料与所述玻璃盖的第一侧邻接，并且所述一层或多层透明材料在所述第一组分面上的厚度大于所述一层或多层透明材料在所述第二组分面上的厚度。
2.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述玻璃盖还具有图案化的第二纹理，所述第二纹理在所述第一侧上包括特征阵列，并且其中所述特征阵列包括以下中的至少一个：
凹槽阵列；
圆锥体阵列；
三棱锥阵列；
正方棱锥阵列；以及
六棱锥阵列。
3.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述透明材料包括透明导电氧化物。
4.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述透明材料包括二氧化硅。
5.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述微尺寸的纹理在所述玻璃盖的第一侧上被化学蚀刻。
6.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述微尺寸的纹理在所述玻璃盖的第一侧上被喷砂处理。
7.一种光伏屋顶瓦片，包括：
玻璃盖，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，所述第一侧包括面对第一方向的第一组分面以及面对第二方向的第二组分面；以及
一层或多层透明材料，覆盖所述玻璃盖的所述第一侧的至少一部分，其中所述一层或多层透明材料覆盖所述第一组分面的厚度大于所述一层或多层透明材料覆盖所述第二组分面的厚度。
8.如权利要求7所述的光伏屋顶瓦片，其中所述玻璃盖在所述第一侧上具有纹理。
9.如权利要求7所述的光伏屋顶瓦片：
其中所述一层或多层透明材料包括球形金属纳米颗粒层，并且所述球形金属纳米颗粒层包括锑的外层和金属的内层；以及
其中所述球形金属纳米颗粒层在所述玻璃盖上退火。
10.如权利要求7所述的光伏屋顶瓦片，其中所述一层或多层透明材料在所述玻璃盖的所述第一侧上生长、浸涂或旋涂。
11.如权利要求9所述的光伏屋顶瓦片，其中所述金属纳米颗粒包括银。
12.如权利要求9所述的光伏屋顶瓦片，其中所述金属纳米颗粒包括金。
13.如权利要求9所述的光伏屋顶瓦片，其中所述金属纳米颗粒包括铝。
14.一种定向着色的光伏屋顶瓦片，包括：
在第一侧上具有纹理的带纹理的玻璃盖，所述纹理包括面对第一方向的第一组分面以及面对第二方向的第二组分面；以及
在所述玻璃盖的所述第一侧上覆盖所述纹理的一个或多个分面的涂层，其中所述涂层的设置在所述第一组分面上的第一厚度大于所述涂层的在所述第二组分面上的第二厚度。
15.如权利要求14所述的定向着色的光伏屋顶瓦片，其中所述涂层包括金属纳米颗粒。
16.如权利要求14所述的定向着色的光伏屋顶瓦片，其中所述涂层包括被构造成基于干涉来反射预定颜色的透明薄膜。
17.如权利要求14所述的定向着色的光伏屋顶瓦片，其中所述涂层被构造成以特定视角为观看者提供颜色，同时在其它角度增强光学透明度。
18.如权利要求17所述的定向着色的光伏屋顶瓦片，其中所述特定视角包括低于20°的掠射角。
19.如权利要求14所述的定向着色的光伏屋顶瓦片，其中所述涂层被构造成在所述光伏屋顶瓦片的玻璃盖上产生颜色变化。
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