CN112889216A - 特别用于窗等的建筑物集成光伏设备、用于所述设备的方法和板条 - Google Patents

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Abstract

一种集成建筑物光伏设备(1)，适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过开口的太阳辐射发电。本发明的特性在于，每个光伏板条(31)包括光伏板(131)，该光伏板包括互连凹槽(51、52、53)，互连凹槽在光伏板(131)中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池(40、40')，所述多个薄膜太阳能电池(40、40')包括至少两个联接的薄膜太阳能电池(40')，每个联接的薄膜太阳能电池包括：‑通孔(39)和围绕通孔(39)的封闭式隔离凹槽(61)，以限定围绕通孔(39)的所述联接的单个薄膜太阳能电池(40')的非活性区域；包括穿过所述通孔(39)的第一连接元件(12a)的连接元件(12a、12b)。本发明还涉及一种制造用于集成建筑物光伏设备(1)的光伏板条(31)的方法。

Description

特别用于窗等的建筑物集成光伏设备、用于所述设备的方法 和板条
技术领域
本发明涉及一种建筑物集成光伏(BIPV)设备，更准确地，涉及一种适于封闭建筑物正面(facade)上的开口并由穿过该开口的太阳辐射发电的设备，例如，称为“光伏百叶窗”的建筑物集成光伏(BIPV)装置。
背景技术
表述“建筑物集成光伏(BIPV)”通常是指用于替代建筑物围护结构(envelope)的部分(例如屋顶、天窗或正面)中的常规建筑材料的光伏材料。其越来越多地作为主要或辅助的电源而结合到新建筑物的构造中，尽管现有建筑物可以用类似的技术来翻新。
特别地，所提到的设备是可以代替传统的窗(或玻璃或天窗等)和传统的百叶窗(例如，活动百叶窗(venetian blind))的设备。
随着时间的推移，已经开发出了可用于代替传统的窗(或玻璃或天窗等)同时产生电能的光伏窗。
专利US 4137098中示出了此类型的解决方案，该专利描述了一种用于发电、提供热量并用作遮阳装置的能量吸收活动百叶窗型装置。覆盖有光伏电池阵列的多个板条被封闭在窗框的两个玻璃窗格之间。使用强制空气的排热系统冷却光伏电池并收集热量以用于别处的加热目的。收集由光伏电池产生的电以供立即使用或存储在蓄电池中以供稍后使用。
专利申请EP252041A中示出了另一实例，该专利申请描述了一种光伏百叶窗，其具有应用于布置在两个玻璃窗格之间的电动百叶窗的光伏电池。
实际上，在这些窗结构中，以及在其他已知的光伏窗中，该设备包括传统的活动百叶窗，该活动百叶窗包括多个通常由塑料材料制成的板条，在这些板条上第二次固定有晶体硅型的光伏电池。然后，光伏电池通过附加的布线彼此连接，该附加的布线需要以不干扰百叶窗移动的方式布置在窗结构中。
尽管这些已知的设备是实用的，但是其具有局限性，特别是在处理、生产速度和诸如柔性和成形因素的特征方面。完整的制造过程包括在光伏板条完成之前准备和处理电池和电路组件的几个单独的步骤。通过使用晶体硅技术，各个电池必须分类和布线在一起，并且组装到光伏电路中，在层压过程和最终组装之前，光伏电路必须小心地放置和定位。这种制造工艺的复杂性强烈地影响装置的市场价格。此外，这种组件的尺寸往往太大，以至于不能放在玻璃封闭腔室内，该玻璃封闭腔室具有适于翻新传统的隔热窗(insulated window)的容易安装的框架结构。
此外，在已知的光伏窗中，未被转换成电流的太阳光谱的波长范围在相对高的温度下使百叶窗温度升高，在某些情况下也高于90℃。因此，密封的玻璃封闭腔室中的成分释放凝结在较冷表面上的蒸气并损害系统可靠性。
发明内容
本发明的目标是解决上述技术问题，消除缺点并克服背景技术的限制，提供一种上述类型的建筑物集成光伏设备，其具有尺寸可小于现有技术的更紧凑的结构。
在此目标的范围内，本发明的目的是提供一种相对于现有技术在设计上更灵活和通用的建筑物集成光伏设备。
此外，本发明的目的是提供一种相对于现有技术具有更容易组装的建筑物集成光伏设备。
本发明的另一目的是还提供一种已知解决方案的替代方案。
本发明的另一目的是提供一种需要较少维护的建筑物集成光伏设备。
通过一种集成建筑物光伏设备来实现将在下文中变得更明显的此目标、这些目的和其他目的，该集成建筑物光伏设备适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过所述开口的太阳辐射发电，该集成建筑物光伏设备包括：
-第一窗格和第二窗格，二者都至少部分透明，其通过插入的垫片(spacer，间隔件)而彼此接合，以便在其之间形成内部腔室，
-百叶窗，布置在所述内部腔室的内部并且包括多个可移动板条，该多个可移动板条包括至少一个光伏板条并且可以移动以改变穿过开口的太阳辐射的量；
-连接元件，配置为拉动或推动所述板条，以便使其沿着平行于所述窗格的第一轴线平移和/或围绕第二轴线旋转，第二轴线也平行于所述窗格并且垂直于所述第一轴线；
其特征在于，所述至少一个光伏板条包括光伏板，该光伏板包括：衬底；布置在所述衬底上的至少一个绝缘层；布置在所述至少一个绝缘层上的背接触层(back contactlayer)；布置在所述背接触层上的多个接合层；以及布置在所述多个接合层上的至少一个前接触层，
光伏板包括互连凹槽，该互连凹槽在光伏板中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池，
所述多个薄膜太阳能电池包括至少两个联接的薄膜太阳能电池，每个联接的薄膜太阳能电池包括：
-通孔，穿过衬底、该至少一个绝缘层、背接触层、该多个接合层以及该至少一个前接触层，以及
-封闭式(close-pattern)隔离凹槽，围绕通孔并且至少延伸穿过所述前接触层、所述多个接合层和所述背接触层，以便限定围绕通孔的所述联接的薄膜太阳能电池的非活性区域(inactive area，无源区)；
所述连接元件包括穿过所述通孔的第一连接元件。
此目标和这些目的也通过根据权利要求13所述的方法来实现。
此目标和这些目的也通过根据权利要求16所述的用途来实现。
此目标和这些目的也通过根据权利要求17所述的板条来实现。
附图说明
从通过借助于附图以非限制性实例的方式示出的建筑物集成光伏设备的优选但非排他的实施方式的描述中，进一步的特性和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的建筑物集成光伏设备的第一实施方式的一部分的分解图；
图2是图1的设备的一部分的立体图；
图3A、图3B和图3C是图1的设备的截面侧视图，其中板条在不同位置旋转；
图4A是根据本发明的光伏板条的结构的示意图；
图4B是图4A的光伏板条的一部分的垂直截面；
图5是根据本发明的光伏板条的结构的示意图，该光伏板条设置有导电平带(conductive flat ribbon)；
图6是光伏板的一个可能实施方式的一部分的示意性横截面；
图7是光伏板的一个可能实施方式的一部分的示意性横截面，其中，限定了彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池；
图8是根据本发明的光伏板条的第一可能实施方式的立体图；
图9是根据本发明的光伏板条的第二可能实施方式的立体图；
图10是根据本发明的建筑物集成光伏设备的一部分的示意性前视图；
图11是根据本发明的光伏板条的另一可能实施方式连同连接元件的立体图。
具体实施方式
在深入详细描述之前，应注意，附图示出了根据本发明的建筑物集成光伏设备的部件，为了清楚起见，去除了一些部件(例如，电机、转换器)，因为这些部件除了本领域技术人员已知之外，对于理解本发明本身是无用的，并且将仅会造成附图的整体拥挤。此外，特别是在图4A-图4B至图7中，附图旨在作为示意性的，因为其不反映确切的比例，以便更好地示出层的下层结构。
参考所引用的附图，通常由附图标记1表示的建筑物集成光伏设备适合于并且配置为关闭建筑物的正面上的开口(通常是窗)并且由穿过开口的太阳辐射(即，太阳光)发电。
设备1也可以安装在不同于建筑物的结构中，例如在船或大篷车的窗中。
在一些实施方式中，设备1可以代替整个传统的窗结构，在其他实施方式中，其可以仅代替传统的窗结构的一部分(即玻璃)或翻新先前存在的窗。
设备1包括第一窗格10A和第二窗格10B，二者都至少部分透明或半透明，其通过插入的间隔件20而彼此接合，以便在其之间形成内部腔室19。在某些实施方式中，间隔件20是框架的一部分或者是相同的框架。
优选地，窗格10A、10B由玻璃、或丙烯酸玻璃、或任何其他对可见光透明的材料制成。
优选地，内部腔室19通过沿着窗格10A、10B的外围移动的合适的密封材料密封，以便气密地隔离；这样，通过密封材料保护内部腔室19免受诸如灰尘、污物和碎屑的污染物的影响，密封材料沿着外围延伸。
在一些实施方式中，内部腔室填充气体，该气体优选地是绝热气体，更优选地是由90％的氩气和10％的空气组成的气体混合物，以便改善由该设备提供的热绝缘。
在其他实施方式中，在内部腔室19的内部产生真空，以便减少穿过腔室19的热传递。
在内部腔室19的内部布置用作遮阳装置的百叶窗30。
百叶窗30包括多个可移动板条，该多个板条包括至少一个且优选地多个光伏板条31。该可移动板条可以已知的方式移动，以通过打开、调节或关闭百叶窗30来改变穿过开口(即建筑物的正面上的开口)的太阳辐射的强度。
在所示的实施方式中，所有可移动板条都是光伏板条31，在另一实施方式中，只有一个可移动板条是光伏板条31，在其他可能的实施方式中，只有一些可移动板条是光伏板条31。
更详细地，百叶窗30包括连接元件12a、12b，其配置为拉动或推动板条31，以便使其沿着平行于窗格10A、10B的第一轴线(所示实例中的垂直轴线)平移和/或围绕也平行于窗格10A、10B且垂直于第一轴线的第二轴线(围绕所示实例中的水平轴线)旋转(优选地同时地)。在优选实施方式中，连接元件12a、12b包括将在下文中更详细描述的带或绳。
根据本发明，每个光伏板条31包括光伏板131。
特别参考图6和图7，光伏板131进而包括：衬底41、布置在衬底41上的至少一个绝缘层42、布置在该至少一个绝缘层42上的背接触层43、布置在背接触层43上的多个接合层44、45，以及布置在该多个接合层44、45上的至少一个前接触层46。
优选地，衬底41是柔性衬底，甚至更优选地是金属的，例如由铝(Al)或不锈钢(SS)或钛(Ti)或镁(Mg)制成。
绝缘层42优选地由硅的氧化物(SiOx)或氧化铝(Al203)或聚酰胺制成，并且其插入在衬底41和活性(active，有源)的覆盖层(即，背接触层43、44，接合层44、45和前接触层46)之间，以避免衬底41和活性覆盖层43、44、45、46之间的电接触。
可选地，光伏板131还包括第二绝缘层(未示出)，其布置在衬底41的另一侧(即，衬底的与上面设置了上述背接触层43和接合层44、45的表面相对的表面)上，以便当光伏板条接触时，例如在百叶窗的上升或下降期间，防止可能的短路。
背接触层43优选地是沉积在绝缘层42上的金属背接触层，并且甚至更优选地由钼(Mo)制成。
接合层44、45优选地由公知的p型和n型半导体制成，以实现p-n结。
该至少一个前接触层46优选地包括透明导电氧化物层(TCO)，例如铝掺杂的氧化锌(ZnO:Al)的层，用于收集和传输光生成的电荷载流子(carry)。
可选地，该至少一个前接触层46设置有金属接触栅格47，例如布置在透明导电氧化物层上方，以更有效地传输电流。
可选地，PET、EVA或层压光伏板的任何其他塑料箔49布置在该至少一个前接触层46上方，以在处理和加工期间提供保护免受可能的损坏或污染。在图6所示的实例中，塑料箔49布置在光伏板131的顶表面上，以便覆盖前接触层46和接触栅格47。
光伏板131还包括互连凹槽51、52、53(或划线台阶(scribing step))，其在光伏板131中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池40、40'。
在光伏技术领域中，彼此单片串联连接的薄膜太阳能电池的各种结构是公知的。
因此，本领域技术人员可以根据现有技术实现包括互连凹槽51、52、53的光伏板131，该互连凹槽在光伏板131中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池40、40'。
在一些实施方式中，该多个薄膜太阳能电池40、40'包括单片连接的单结(single-junction)薄膜太阳能电池40、40'，在其他实施方式中，该多个薄膜太阳能电池40、40'包括单片连接的多结(multi-junction)薄膜太阳能电池。
如已知的，多结概念是克服单结薄膜太阳能电池的热力学限制的最相关的方法。
单片连接的多结薄膜太阳能电池是具有多个p-n(或者在非晶硅的情况下为p-i-n)结的半导体装置。最常见的结构在于将两个(串联)或甚至三个(三重)结堆叠在彼此的顶部上。诸如来自UniSolar的a-Si:H/SiGe:H/uc-Si:H和来自Kaneka的a-Si:H/uc-Si:H的多结结构在市场上是众所周知的。然而，已经深入地开发了不同的新型光伏技术，并且诸如钙钛矿(perovskite)/c-Si串联、钙钛矿/CIGS串联和a-Si:H/有机双结和三结的混合串联太阳能电池都已经证明了超过部件单结电池的效率的潜力。
在所示的非限制性实例中，特别是参考图6所示的单结CIGS太阳能电池结构，接合层44、45包括：
-第一接合层44，即吸收层，由p型半导体制成，优选地为Cu(In,Ga)Se2的沉积物，沉积在金属背接触层43上，以及
-第二接合层45，即缓冲层，由n型半导体制成，优选地为硫化镉CdS的层，沉积在吸收层44上。
在某些实施方式(未示出)中，在接合层44、45与该至少一个前接触层46之间(例如，在缓冲层45与透明导电氧化物层之间)，进一步提供了固有(intrinsic)氧化锌(i-ZnO)层以保护下面的接合层45在制造过程的后续步骤中免受溅射损伤，其中，该至少一个前接触层46(例如，透明导电氧化物(TCO))被溅射在固有氧化锌(i-ZnO)层的顶部上。
在图7中示出了互连凹槽51、52、53的可能的构造，仍与单结CIGS太阳能电池结构的非限制性实例有关。更详细地，在此实例中，互连凹槽51、52、53包括：
-第一互连凹槽51，延伸穿过背接触层43并且由第一接合层44(即，吸收层)填充；
-第二互连凹槽52，延伸穿过第一接合层44(即，吸收层)和第二接合层45(即，缓冲层)，并且由前接触层46(即，透明导电氧化物层)填充；
-第三互连凹槽53，延伸穿过前接触层46(即，透明导电氧化物层)、第二接合层45和第一接合层44并且保持为空的(即，未填充另外的材料)。
如通过观察附图可以理解的，第一互连凹槽51相对于第二互连凹槽52基本上平行且不重合，而第二互连凹槽相对于第三互连凹槽53基本上平行且不重合；换句话说，凹槽51、52、53具有一定的偏移。
这样，第一接合层44延伸到第一凹槽51中并与绝缘层42接触，并且前接触层46延伸到第二凹槽52中并与背接触层43接触。
优选地，互连凹槽51、52、53通过激光划线来提供。可替代地，可以使用用于形成互连凹槽51、52、53的其他图案化技术，例如：用抗蚀剂掩模(resist mask)进行丝网印刷、用正性或负性光致抗蚀剂蚀刻、机械划线、放电划线。
根据本发明，例如如图4A和图4B所示，该多个薄膜太阳能电池40、40'包括至少两个联接的薄膜太阳能电池40'。实际上，联接的薄膜太阳能电池40'是旨在最终连接到其他光伏板条31的太阳能电池；为此，联接的薄膜太阳能电池40'中的每一个都包括穿过衬底41、该至少一个绝缘层42、背接触层43、该多个接合层44、45和该至少一个前接触层46的通孔39；换句话说，通孔39穿过整个光伏板条31。
每个联接的薄膜太阳能电池40'还包括围绕通孔39并至少延伸穿过前接触层46、该多个接合层44、45和背接触层43的封闭式隔离凹槽61，以便限定围绕通孔39的联接的薄膜太阳能电池40'的非活性区域。
实际上，非活性区域与联接的薄膜太阳能电池40'的其余部分电绝缘。
回到整个设备1的结构，连接元件12a、12b包括穿过通孔39的第一连接元件12a，并且优选地还包括连接到光伏板条31(优选地连接到光伏板条31的边界)的第二连接元件12b。实际上，连接元件12a、12b提供光伏板条31的机械连接；在优选实施方式中，连接元件12a、12b的至少一部分还通过连接装置来提供光伏板条31的电连接，该连接装置将连接元件12a、12b的该部分(优选地，第二连接元件12b)与联接的薄膜太阳能电池40'的活性区域(active area，有源区)电连接。合适的连接装置的实例将在下文中更详细地描述。
在这一点上，规定第一连接元件12a不用必须穿过每个通孔39是有帮助的：在一些实施方式中，存在多于两个通孔39，并且仅它们中的一些由第一连接元件12a接合(例如参见图11)。
在优选实施方式中，光伏板条31还包括一个或多个外围隔离凹槽62、63'，其至少延伸穿过前接触层46、该多个接合层44、45和背接触层43，以便限定光伏板条31、310的一个或多个外围非活性区域33、320。
与由封闭式隔离凹槽61限定的非活性区域类似，外围非活性区域33、320与光伏板条31、310的其余部分(即，与光伏板131的其余部分)电隔离。
实际上，这些外围隔离凹槽62、63'以及封闭式隔离凹槽61隔离了非活性区域33、320，从而保护薄膜太阳能电池40、40'不受在任何机械或光学切割或钻孔工艺期间产生的诸如破裂、微裂纹、膜的提升和/或分流(shunting)的显著缺陷的影响，并且这可能导致光伏板条31的重要的电功率损失。
在某些实施方式中，外围非活性区域33、320包括至少一个弯曲部分33，并且光伏板条31包括邻近于该至少一个弯曲部分33放置的平面部分32；在这些实施方式中，在弯曲部分33和平面部分32之间实现了外围隔离凹槽62。
图8示出了光伏板条31的第一可能实施方式。在此实施方式中，外围非活性区域33、320包括两个弯曲部分33，并且光伏板条31包括放置在两个弯曲部分33之间的中心平面部分32；如可在看图时理解的，在每个弯曲部分33和中心平面部分32之间实现外围隔离凹槽62。
更详细地，仍然在图8所示的实施方式中，光伏板条31优选地为16mm宽，厚度小于600μm，并且包括在两个纵向延伸的弯曲部分33之间的中心平面部分32，该弯曲部分增加了其对偏转的抵抗力。必须注意，在每个弯曲部分33和中心平面部分32之间实现的外围隔离凹槽62使光伏板条31的弯曲部分33不具有活性(inactive，无源)。
图9示出了光伏板条310的第二可能实施方式。在此实施方式中，外围非活性区域33、320包括非活性平面320，并且光伏板条310包括活性平面321。非活性平面320和活性平面321沿着纵向边缘连接；如可在看图时理解的，一个外围隔离凹槽63沿着该纵向边缘实现。
更详细地，在图9所示的实施方式中，光伏板条310包括沿着纵向边缘连接的两个平面320、321；在非活性平面320上，通过诸如喷砂或激光边缘去除的技术，以太阳辐射至少部分地被此非活性平面320反射的方式，擦除活性层(即，背接触层43、44，接合层44、45和前接触层46)。实际上，在此实施方式中，板条310具有L形或V形横截面。
由于板条310的一个面(即，非活性平面320)反射太阳辐射的事实，可以有利地降低内部腔室19内的温度。
在优选实施方式中，百叶窗30是活动百叶窗类型，其中，光伏板条31水平地布置，彼此平行，并且通过包括带或绳的连接元件12a、12b悬挂。在此实施方式中，第一连接元件12a(包括绳或带)穿过通孔39，以便至少拉动远端光伏板条31(即，放置在最低位置的最后一个板条)，其进而推动其他板条。
在此实施方式中，如在已知的活动百叶窗中一样，百叶窗30优选地包括布置在所有板条下方的底部轨道90，并且第一连接元件12a和第二连接元件12b的下端固定到该底部轨道90。
图3A、图3B和图3C示出了光伏板条31至少通过三个连接元件12a、12b(即通过至少一个第一连接元件12a和两个第二连接元件)连接，以及板条31如何可以同时从第一位置(图3A)旋转到第二位置(图3B)和第三位置(图3C)，其中，在第一位置光伏板条31基本上平行于地面，在第二位置和第三位置光伏板条31倾斜以便至少部分地关闭百叶窗并因此降低穿过的光强度。
此外，优选地，光伏板条31可以在升高或降低的条件下通过连接元件12a、12b打包(pack)/拆包(unpack)。
如所述的，优选地，连接元件12a、12b包括第一连接元件12a和第二连接元件12b，并且更优选地至少包括：
两个或更多个第一连接元件12a，例如升降绳，其穿过通孔39，其以线性(优选地垂直)运动方式操作光伏板条31(以在升高/降低的条件下打包/拆包板条)，并且每个光伏板条31优选地围绕水平旋转轴线可旋转地联接到其上(即，以板条可相对于第一连接元件12a旋转的方式联接)；
两个或更多个第二连接元件12b，例如定向绳，其至少与一个光伏板条31联接，配置为赋予所述光伏板条31围绕通过与第一连接元件12a联接而限定的旋转轴线的旋转。
活动型百叶窗的结构和操作在本领域中是公知的，因此不需要进一步描述。
在其他实施方式(未示出)中，板条以不同的方式布置，例如可围绕垂直轴线旋转并且可沿着水平轴线移动，该水平轴线沿着百叶窗30的顶部处的轨道延伸。根据实施方式，百叶窗30或者从一侧到另一侧打开，或者通过在中间分开。
在一些实施方式中，百叶窗30还包括不同类型的板条(例如非光伏板条)。例如，在百叶窗30中，光伏板条31可以与非光伏板条交替，或者百叶窗30的一端上的一定数量的板条可以是非光伏板条。在任何情况下，百叶窗30的机械结构和机械操作基本上是相同的，并且参考光伏板条31描述的机械连接也适用于非光伏板条。
优选地，连接元件12a、12b包括导电材料，并且配置为电连接和机械连接光伏板条31：换句话说，连接元件12a、12b与光伏板条31的电连接一起提供机械连接。为此，连接元件12a、12b的至少一部分(优选地第二连接元件12b)通过电连接装置电连接到联接的薄膜太阳能电池40'(优选地每个第二连接元件12b连接到用于每个光伏板条31的相应的联接的薄膜太阳能电池40')。
这样，如图10所示，光伏板条31中的工作电压ΔV由两个第二连接元件12b限定。
在优选实施方式中，为了电连接光伏板条31，连接元件12a、12b包括含有导电织物的带或绳。
在图5示意性示出的实例中，电连接到联接的薄膜太阳能电池40'至第二连接元件12b的电连接装置包括导电平带38，优选地为铜基带。每个平带38固定并电连接到一个联接的薄膜太阳能电池40'，并且电连接到相应的第二连接元件12b(通过直接接触或通过插入的连接装置)，以便经由第二连接元件12b将每个光伏板条31与其他光伏板条31连接。然后，第二连接元件12b电连接到穿过通孔39的相应第一连接元件12a，使得在第一连接元件12a之间具有在相应第二连接元件12a之间产生的相同的电压ΔV(即，电势差)。
优选地，两个或四个第二连接元件12b沿着其纵向延伸与光伏板条31电连接，并且这两个或四个第二连接元件12b中的每一个在一端与一个相应的第一连接元件12a电连接，该第一连接元件12a进而与旁路二极管或电子装置(例如DC-DC转换器或功率优化器)电连接，和/或串联连接到电池组或逆变器，该电池组或逆变器将可变直流输出转换成同步交流电流，该同步交流电流可以供给到商业电网中或由离网电网(off-grid electricalnetwork)使用。
在图1所示的实施方式中，设备1包括两个第一连接元件12a(即导电提升绳)，每个第一连接元件12a与两个第二连接元件12b(即导电定向绳)电连接。第一连接元件12a和第二连接元件12b之间的电连接以已知的方式在底部轨道90的内部实现。
实际上，在优选实施方式中，电力以电压ΔV从光伏板条31传输到第二连接元件12b，从第二连接元件12b传输到第一连接元件12a，并且传输到旁路二极管或布置在框架的顶部中(例如在盒子25内)的电子装置，并且从电子装置传输到电池组或逆变器，该电池组或逆变器将可变直流输出转换为可供给到建筑物电网中的同步交流电流。
在不同的实施方式中，第一连接元件12a与光伏板条31电连接，而第二连接元件12b不与其电连接。
有利地，光伏板条31、310可设置有多个联接的薄膜太阳能电池40'，并且因此设置有多个以不同距离放置的通孔39，然后可能仅将一些联接的薄膜太阳能电池40'与相应的连接元件12a、12b电连接，因此可能选择光伏板条31的电压ΔV，因为电压ΔV取决于串联连接的薄膜太阳能电池的数量，并且因此取决于电连接的联接的薄膜太阳能电池40'的距离。
这样，连接元件12a、12b可以选择性地布置在不同的距离处，以便允许根据百叶窗30的尺寸定制的工作电压，例如12V、24V、36V、48V等。
图11示出了设置有多个联接的薄膜太阳能电池40'的光伏板条31的实例。在此示出的实例中，三个第一连接元件12a(即，三个提升绳)穿过三个相应的通孔39，并且可以选择性地电连接，每个第一连接元件12a与一个或两个相应的第二连接元件12b(即，定向绳)电连接，并且优选地与一个(或两个)第二连接元件12b电连接，该第二连接元件12b电连接和机械连接到所述第一连接元件12a所穿过的相同的联接的薄膜太阳能电池40'。
在此实例中，实际上，存在三种可能的张力(tension)VI、V2、V3，其可通过选择性地将两个第一连接元件12a与两个相应的第二连接元件12b连接来选择。
应注意，通过将第二连接元件12b连接到不同的联接的薄膜太阳能电池40'，可能提供不同的张力VI、V2、V3。
在一个实施方式中，平带38和/或连接元件12b设置有磁性装置(例如磁体等)，用于保持平带38和连接元件12b之间的接触，以确保电连续性。
为了避免任何短路或泄漏电流，电绝缘体元件37(图5中示出)插入在连接装置(即，导电平带38)的至少一部分和其固定到的光伏板条31之间，并且更准确地，至少插入在导电平带38的至少一部分和联接的薄膜太阳能电池40'的一部分之间。
优选地，电绝缘体元件37包括通过喷墨印刷或自粘胶带制成的绝缘层。
适当地，绝缘体元件37布置在联接的薄膜太阳能电池40'周围的边界区域中，以通过平带38电接触。
在其他实施方式(未示出)中，连接装置包括导电层，例如通过喷墨印刷沉积的金属墨，其沉积在联接的单个活性装置40'上。在一个特定实施方式中，连接装置包括导电层和平带38两者。
根据各种实施方式的共同特征，该多个薄膜太阳能电池40、40'包括操作的单个薄膜太阳能电池40，其实际上是未设置有通孔39的薄膜太阳能电池40。
有利地，操作的薄膜太阳能电池40和联接的薄膜太阳能电池40'具有相同的活性区域。
有用的是，规定术语“活性区域(active area)”被理解为是指可以被太阳辐射照射并且有助于发电的几何区域(即几何表面)。换句话说，活性区域是自由地可用于太阳光入射并且同时电连接到光伏板条31的其余部分的表面。因此，由封闭式隔离凹槽61限定的非活性区域以及由连接装置(即，平带38和/或导电层)和由电绝缘元件37覆盖的区域不是活性区域的一部分。
因此，薄膜太阳能电池40、40'的活性区域可由下式定义：
活性区域＝(总区域)-(非活性区域)-(由连接装置覆盖和由电绝缘元件覆盖的区域)；
其中，总区域是薄膜太阳能电池40、40'的整个几何表面。
由于此特征，流过每个薄膜太阳能电池40、40'的电流是相同的，并且不受联接的薄膜太阳能电池40'的限制。
还必须注意，在优选实施方式中，光伏板条31包括薄膜太阳能电池40、40'的阵列，更准确地说是单行(single line)。
优选地，设备1包括电子装置，例如DC-DC转换器或功率优化器，其配置为最大化从光伏板条31获取的能量。
甚至更优选地，设备1包括功率优化器，其配置为最大化从光伏板条31获取的能量，例如在以下文献中描述的功率优化器：
R.Bruendlinger、N.Henze、G.Lauss、J.Liu，模块集成功率转换器——现有技术概念与性能测试结果的比较，第26届欧洲光伏太阳能会议与展览会，2011年(R.Bruendlinger,N.Henze,G.Lauss,J.Liu,Module integrated power converters–acomparison of state-of-the-art concept and performance test results,26thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition,2011)；
或者，D.Gfeller、U.Muntwyler、C.Renken、L.Borgna，智能光伏模块的测试，第32届欧洲光伏太阳能会议与展览会，2016年(D.Gfeller,U.Muntwyler,C.Renken,L.Borgna,Testing of smart PV modules,32nd European Photovoltaic Solar EnergyConference and Exhibition,2016)。
设备1还包括电动机，其配置为通过连接元件12a、12b移动光伏板条31(和/或非光伏板条)。
电子装置(例如功率优化器)和电动机布置在内部腔室19的内部，有利地提供了易于在窗中实现的非常紧凑的结构。
现在更详细地参考连接窗格10A、10B的间隔件20，其可包括本领域已知的任何合适的间隔件，例如挤出的聚合物间隔件或由组装的部件(金属和/或塑料)制成的框架。
在优选的和示出的实施方式中，间隔件20包括四边形框架20，该四边形框架包括连接在端部上的四个通道形部件21、22、23、24。
如图1、图2和图10所示，盒子25被封闭在四边形框架20内，位于两个相对的通道形部件22、24之间。
在此实施方式中，电子装置和电动机布置在盒子25内，并且光伏板条31通过连接元件12a、12b由盒子25支撑(即，板条31从盒子25悬挂)。
此外，四边形框架20包括一个或多个孔26，用于允许连接线从盒子25通向内部腔室19的外部，以便将电动机和电子装置与其他装置或电路(例如DC-AC转换器、建筑物的电网或电池组)进行电连接和/或数据连接。
更准确地，孔26穿过一个通道形部件23，优选地穿过放置在框架20的顶部边缘上的通道形部件23。
设备1还可包括控制装置，用于从墙壁开关或键盘、或从遥控器、或从计算机控制电动百叶窗30，从而消除对绳的需要并允许控制以其他方式不可接近的窗。这种控制提供了易用性，并且对于控制百叶窗30的操作以减少冬季建筑物的热损失或使夏季来自太阳的热量最小化是有效的。
根据一个可选的和有利的特征，窗格10A、10B中的至少一个在一个表面上沉积有涂层，该涂层反射太阳辐射的光谱的至少一部分，该部分没有被光伏板条31转换成电能，以便降低内部腔室19的内部的工作温度。甚至更优选地，该涂层配置为反射光谱的近红外部分，从大约1.1μm到更大(其中太阳能电池没有将低能量光子转换成电流，但是将百叶窗30的温度升高到90℃以上)，因此避免了相关的可靠性问题。
在一些实施方式中，涂层还反射太阳辐射的光谱的一部分，该部分可由光伏板条31转换成电能，以便进一步降低内部腔室19的内部的工作温度。
例如，该涂层可包括选择性涂层，例如在以下文献中描述的选择性涂层：
C G Grandqvist，用于能量效率和太阳能应用的光谱选择性涂层，Phys.SCR.32-401，1985年，或者，J.Esbiaswa和E.Ando，玻璃上的太阳能控制涂层，固态和材料科学，第3卷，第4期，386-390，1998年(C GGranqvist,Spectrally Selective Coatings for EnergyEfficiency and Solar Applications Phys.Scr.32-401,1985or in J.Ebisawa andE.Ando,Solar control coating on glass,Solid State and Materials Science,Vol.3,Issue 4,386-390,1998)；
或者，R.J.Martin-Palma，玻璃上的光谱选择性涂层：太阳能控制和低发射率涂层，纳米光子学期刊，第3卷，030305，2009年(R.J.Martín-Palma,Spectrally selectivecoatings on glass:solar-control and low-emissivity coatings,Journal ofNanophotonics,Vol.3,030305,2009)；
或者本领域已知的其他选择性涂层。
在一个实施方式中，根据此可选特征，通过公知的方法，包括能够在太阳光谱的一些部分中进行选择性反射的合适涂层，对窗格10A、10B的面向内部腔室19的内部的侧面进行处理以获得低发射。
从已经描述的内容中，设备1的操作是清楚和明显的。
应注意，由于其特征，设备1具有非常紧凑的结构。特别地，在优选实施方式中，包括光伏板条31、电机、驱动器和所有用于移动光伏板条31的机构的整个设备1布置在厚度为12.7mm、15.9mm、25.4mm最高到50.8mm的内部腔室19的内部。因此，设备1具有适于翻新目前市场上的大多数窗的结构。
本发明还涉及一种用于制造上述类型的设备1的光伏板条31、310的方法。
根据本发明，该方法包括以下步骤：
a.提供衬底41，优选地是柔性衬底，甚至更优选地是金属衬底，例如由铝(Al)或不锈钢(SS)制成的衬底；
b.在衬底41上沉积至少一个绝缘层42、一个背接触层43、多个接合层44、45和前接触层46，以便形成光伏板131，并且在背接触层43、该多个接合层44、45和前接触层46内提供互连凹槽51、52、53，以便在光伏板131中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池40、40'；在所述多个薄膜太阳能电池40、40'中，定义了至少两个联接的薄膜太阳能电池40'；绝缘层42、接合层44、45和前接触层46例如是已经描述的类型；
c.在每个联接的薄膜太阳能电池40'中提供至少一个封闭式隔离凹槽61，其至少延伸穿过背接触层43、该多个接合层44、45和前接触层46，以限定联接的薄膜太阳能电池40'的非活性区域；
d.在每个联接的薄膜太阳能电池40'中，在非活性区域内提供至少一个通孔39，其穿过衬底41、该至少一个绝缘层42、背接触层43、该多个接合层44、45和前接触层46；所述通孔39适配成允许连接元件12a通过，以用于光伏板条31与至少另一个光伏板条31的操作连接；通孔39可以机械地或通过激光技术来钻孔。
优选地，在步骤b中，以下述方式沉积至少一个背接触层、至少两个接合层和至少一个前接触层，例如透明导电氧化物层(TCO)：接合层限定所需的单p-n(或p-i-n)结或多p-n(或p-i-n)结。
更详细地，在一个可能的实施方式中，其中，单个薄膜太阳能电池40、40'是CIGS单结太阳能电池，步骤b进而包括以下步骤：
b1.在衬底41上沉积至少一个绝缘层42；
b2.在绝缘层42上沉积背接触层43；
b3.例如通过激光划线或通过已经提及的任何其他图案化技术，切割背接触层43以提供第一互连凹槽51；
b4.以吸收层44填充第一互连凹槽51的方式在金属背接触层43上沉积第一接合层44，即由p型半导体制成的吸收层；
b5.在第一接合层44上沉积第二接合层45，即由n型半导体制成的缓冲层；
b6.例如通过激光划线或通过已经提及的任何其他图案化技术，切割第二接合层45和第一接合层44，以便提供第二互连凹槽52；
b7.以前接触层46填充第二互连凹槽52的方式在第二接合层45上沉积前接触层46，即透明导电氧化物层；
b8.例如通过激光划线或通过已经提及的任何其他图案化技术，切割前接触层46、第二接合层45和第一接合层44，以便提供第三互连凹槽53。
在用于执行该方法的可能方式中，特别是在用于实现图9和图10所示的板条310的可能方式中，该方法还包括以下步骤：
-在光伏板131中提供一个或多个至少延伸穿过背接触层43、该多个接合层44、45和前接触层46的外围隔离凹槽62、63，以便限定光伏板131的一个或多个外围非活性区域33、320的步骤，以及
-在所述非活性区域33、320上弯曲和/或切割光伏板131，以便形成合适形状的光伏板条31、310的步骤，例如将光伏板131切割成基本上四边形的部件，然后弯曲外围非活性区域。
在后面的步骤中，光伏板131可沿着一个或多个外围隔离凹槽62、63弯曲，以便形成具有L形或V形横截面的板条310，其包括两个平面320、321，或者形成包括放置在两个弯曲部分33之间的中心平面部分32的板条31。
在这一点上，有用的是，规定到目前为止使用的术语“光伏板”应理解为以完全一般的方式指代任何光伏板、薄片(leaf)或膜，其包括衬底41、布置在衬底41上的至少一个绝缘层42、布置在所述至少一个绝缘层42上的一个背接触层43、布置在背接触层43上的多个接合层44、45和布置在所述多个接合层44、45上的至少一个前接触层46，并且其中，限定多个薄膜太阳能电池40、40'。
必须注意的是，实际上，在优选实施方式中，光伏板条31、131由成形的光伏板构成，即，其仅由一块最终被弯曲和钻孔的光伏板构成。
优选地，在步骤b期间，通过将互连凹槽51、52、53的一部分对准(例如通过将第三互连凹槽53的一些对准到一些第一互连凹槽51的顶部)，提供封闭式隔离凹槽61和/或开放式(open-pattern)隔离凹槽62、63。
根据本发明的方法，特别是由于封闭式隔离凹槽61，以及由于在机械加工之前隔离光伏板131的一部分的外围隔离凹槽62、63，减少了光伏板条31、310的缺陷。
在本发明的一个实施方式中，使用超声波焊接来减小先前工艺中的热应力。
实际上，已经发现，根据本发明的集成建筑物光伏设备和方法实现了预期的目标和目的，因为其允许具有比现有技术更小的尺寸的更紧凑的结构，并且因此其可以代替或翻新目前市场上的大多数窗。
根据本发明的设备的另一个优点在于，其避免了由于内部腔室中的高温而引起的问题。
根据本发明的设备的另一个优点在于，相对于现有技术，其在设计上更灵活和通用。
根据本发明的设备的另一个优点在于，相对于现有技术，组装更容易。
根据本发明的设备的另一个优点在于，相对于现有技术，其需要更少的维护。在优选实施方式中，基本上不需要维护。
根据本发明的设备和方法的另一个优点在于，相对于现有技术，批量生产更容易且成本更低。
根据本发明的方法的另一个优点在于，其避免了光伏板条中的缺陷。
如此构思的集成建筑物光伏设备和方法易于进行许多修改和变化，所有这些修改和变化都在本发明构思的范围内。
实际上，所使用的材料，只要其与特定用途以及视情况而定的形状和尺寸相容，可以根据要求而是任意的。

Claims (17)

1.一种集成建筑物光伏设备(1)，适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过所述开口的太阳辐射发电，所述集成建筑物光伏设备包括：
-第一窗格(10A)和第二窗格(10B)，二者都至少部分透明，它们通过插入的间隔件(20)彼此接合，以在其间形成内部腔室(19)，
-百叶窗(30)，布置在所述内部腔室(19)的内部并且包括多个可移动板条，所述多个可移动板条包括至少一个光伏板条(31)并且可以移动以改变穿过所述开口的太阳辐射的量；
-连接元件(12a、12b)，配置成拉或推所述板条，以使其沿着平行于所述窗格(10A、10B)的第一轴线平移和/或围绕第二轴线旋转，所述第二轴线也平行于所述窗格(10A、10B)并且垂直于所述第一轴线；
其特征在于，所述至少一个光伏板条(31)包括光伏板(131)，所述光伏板包括：衬底(41)；布置在所述衬底(41)上的至少一个绝缘层(42)；布置在所述至少一个绝缘层(42)上的背接触层(43)；布置在所述背接触层(43)上的多个接合层(44、45)；以及布置在所述多个接合层(44、45)上的至少一个前接触层(46)，
所述光伏板(131)包括互连凹槽(51、52、53)，所述互连凹槽在所述光伏板(131)中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池(40、40')，
所述多个薄膜太阳能电池(40、40')包括至少两个联接的薄膜太阳能电池(40')，每个联接的薄膜太阳能电池包括：
-通孔(39)，穿过所述衬底(41)、所述至少一个绝缘层(42)、所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)以及所述至少一个前接触层(46)，以及
-封闭式隔离凹槽(61)，围绕所述通孔(39)并且至少延伸穿过所述前接触层(46)、所述多个接合层(44、45)和所述背接触层(43)，以限定围绕所述通孔(39)的所述联接的薄膜太阳能电池(40')的非活性区域；
所述连接元件(12a、12b)包括穿过所述通孔(39)的第一连接元件(12a)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述可移动板条包括多个光伏板条(31)。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述多个薄膜太阳能电池(40、40')包括操作的薄膜太阳能电池(40)；所述操作的薄膜太阳能电池(40)和所述至少两个联接的薄膜太阳能电池(40')具有相同的活性区域。
4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述连接元件(12a、12b)的至少一部分包括导电材料，并且配置成电连接和机械连接所述光伏板条(31)；所述连接元件(12a、12b)的所述至少一部分通过电连接装置电连接到所述联接的单个薄膜太阳能电池(40')。
5.根据权利要求4所述的设备(1)，其特征在于，所述连接元件(12a、12b)包括带或绳，所述带或绳包括导电织物。
6.根据权利要求4或5所述的设备(1)，其特征在于，所述电连接装置包括：
-导电平带(38)，其中的每一个都固定并电连接到一个联接的单个薄膜太阳能电池(40')，并且电连接到一个连接元件(12b)，从而经由所述连接元件(12a、12b)将每个光伏板条(31)与其他光伏板条(31)连接，
和/或
-导电层，沉积在所述联接的单个薄膜太阳能电池(40')上并且电连接到一个连接元件(12b)，从而经由所述连接元件(12b)将每个光伏板条(31)与其他光伏板条(31)连接。
7.根据权利要求4至6中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，其包括电绝缘元件(37)，所述电绝缘元件插入在所述电连接装置的至少一部分与所述电连接装置固定于其上的光伏板条(31)之间。
8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述光伏板条(31)包括一个或多个外围隔离凹槽(62、63)，所述一个或多个外围隔离凹槽至少延伸穿过所述前接触层(46)、所述多个接合层(44、45)和所述背接触层(43)，以限定所述光伏板条(31)的一个或多个外围非活性区域(33、320)。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述外围非活性区域(33、320)包括至少一个弯曲部分(33)，并且所述光伏板条(31)包括邻近所述至少一个弯曲部分(33)放置的平面部分(32)；所述外围隔离凹槽(62)在所述弯曲部分(33)和所述平面部分(32)之间实现。
10.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，所述外围非活性区域(33、320)包括非活性平面(320)，并且所述光伏板条(31)包括活性平面(321)；所述非活性平面(320)和所述活性平面(321)沿着纵向边缘连接；所述外围隔离凹槽(63)中的一个沿着所述纵向边缘实现。
11.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，其包括功率优化器和电动机，所述电动机配置成通过所述连接元件(12a、12b)移动所述光伏板条(31)；所述功率优化器和所述电动机布置在所述内部腔室(19)的内部。
12.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述窗格(10A、10B)中的至少一个在一个表面上沉积有涂层，所述涂层反射未被所述光伏板条(31)转换成电能的太阳辐射的光谱的至少一部分，以降低所述内部腔室(19)内部的工作温度。
13.一种制造用于集成建筑物光伏设备(1)的光伏板条(31)的方法，所述集成建筑物光伏设备适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过所述开口的太阳辐射发电，并且包括百叶窗(30)，所述百叶窗布置在限定于两个至少部分透明的窗格(10A、10B)之间的内部腔室(19)的内部，并且包括多个可移动的光伏板条(31)，其特征在于，其包括以下步骤：
a.提供衬底(41)；
b.在所述衬底(41)上沉积至少一个绝缘层(42)、一个背接触层(43)、多个接合层(44、45)和前接触层(46)，以形成光伏板(131)，并且在所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)和所述前接触层(46)中提供互连凹槽(51、52、53)，从而在所述光伏板(131)中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池(40、40')；在所述多个单个薄膜太阳能电池(40、40')中限定至少两个联接的薄膜太阳能电池(40')；
c.在每个联接的薄膜太阳能电池(40')中提供至少延伸穿过所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)和所述前接触层(46)的至少一个封闭式隔离凹槽(61)，以限定联接的单个薄膜太阳能电池(40')的非活性区域；
d.在所述非活性区域内，在每个联接的薄膜太阳能电池(40')中提供至少一个通孔(39)，所述通孔穿过所述衬底(41)、所述至少一个绝缘层(42)、所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)和所述前接触层(46)；所述通孔(39)适配成允许连接元件(12a)通过，用于所述光伏板条(31)与至少另一个光伏板条(31)的操作连接。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，其还包括：
-在所述光伏板(131)中提供至少延伸穿过所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)和所述前接触层(46)的一个或多个外围隔离凹槽(62、63)，以限定所述光伏板(131)的一个或多个外围非活性区域(33、320)的步骤，以及
-在所述非活性区域(33、320)上弯曲和/或切割所述光伏板(131)以形成光伏板条(31、310)的步骤。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，在步骤b期间通过对准所述互连凹槽(51、52、53)的一部分来提供所述封闭式隔离凹槽(61)和/或所述开放式隔离凹槽(62、63)。
16.彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池(40、40')在用于集成建筑物光伏设备(1)的光伏板条(31)中的用途，所述集成建筑物光伏设备适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过所述开口的太阳辐射发电，并且包括百叶窗(30)，所述百叶窗布置在限定于两个至少部分透明的窗格(10A、10B)之间的内部腔室(19)的内部，并且包括多个可移动光伏板条(31)。
17.一种用于集成建筑物光伏设备(1)的光伏板条(31)，所述集成建筑物光伏设备适于封闭建筑物的正面上的开口并由穿过所述开口的太阳辐射发电，并且包括百叶窗(30)，所述百叶窗布置在限定于两个至少部分透明的窗格(10A、10B)之间的内部腔室(19)的内部，并且包括多个可移动光伏板条(31)，
所述光伏板条(31)的特征在于，其包括光伏板(131)，所述光伏板包括：衬底(41)；布置在所述衬底(41)上的至少一个绝缘层(42)；布置在所述至少一个绝缘层(42)上的一个背接触层(43)；布置在所述背接触层(43)上的多个接合层(44、45)；以及布置在所述多个接合层(44、45)上的至少一个前接触层(46)，
所述光伏板(131)包括互连凹槽(51、52、53)，所述互连凹槽在所述光伏板(131)中限定彼此单片串联连接的多个薄膜太阳能电池(40、40')，
所述多个薄膜太阳能电池(40、40')包括至少两个联接的薄膜太阳能电池(40')，每个联接的薄膜太阳能电池包括：
-通孔(39)，穿过所述衬底(41)、所述至少一个绝缘层(42)、所述背接触层(43)、所述多个接合层(44、45)以及所述至少一个前接触层(46)，以及
-封闭式隔离凹槽(61)，围绕所述通孔(39)并且至少延伸穿过所述前接触层(46)、所述多个接合层(44、45)和所述背接触层(43)，以限定围绕所述通孔(39)的所述联接的薄膜太阳能电池(40')的非活性区域；
所述通孔(39)适配成允许连接元件(12a)通过，用于所述光伏板条(31)与至少另一个光伏板条(31)的操作连接。
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