CN85109335A - 半刚性光电模块组件及其结构支撑 - Google Patents

Abstract

一种用于使用柔性光电模块的半刚性支撑件给予该装置使用的刚性和永久性。半刚性支撑件给柔性光电模块结构支撑带来重量轻，经济性好的优点。支撑装置可以互相联接并附加联接在永久基部基础上。

Description

本发明涉及一种光电模块组件及其结构支撑，更具体地说，本发明涉及一种柔性光电模块及其半刚性支撑装置。支撑装置给予在场地中恒定输出的光电模块刚性并且重量轻，多功能，成本低。支撑装置可以在生产时牢固地固定在光电模块或在场地中固定在模块上。

光电装置将电阳辐射直接转换为电力，在最近25年里已经发生戏剧性的发展。在光电领域中，大多数开发的努力最初是朝向结晶型光电装置。单晶装置，如单晶硅太阳能电池，在从结晶硅固体圆管上切下一薄层晶片时即可产生。这些晶片非常脆弱，必须要防止被折断。在许多应用中，这些单晶光电装置要被互相联接，或成一串，或互相平行，并且恒定地发出功率。因此，必须将这些光电装置在一个刚性框架中，如在金属壳中封装起来，或单独封装或排列整齐封装并且要提供一种刚性透明复盖材料，如玻璃，以保护这种装置。这样的封装排列通常导致模块组件很重，其中外壳，或支撑装置不成比例地增加了总重量及光电装置的成本。对于多晶光电装置的开发也同样是这样。

最近，使用非结晶材料的光电装置已经得到开发。这些非结晶材料，如在奥弗辛斯基（Ovshinsky）等人美国专利No、4，2217，374题目为“和结晶半导体相当的非结晶半导体”中公开的那些材料可以沉积在一个柔性基片材料上。这种非结晶材料没有其结晶或多晶对应物脆弱的特性，因此，不一定要小心保护。例如：伊袒（Izu）等人的美国专利No、4，410，558题目为“连续非结晶太阳能电池生产系统”叙述了一种制作叠层的柔性硅电阳能电池的方法。这种太阳能电池可以包括一个薄层导电基板，如不锈钢板;非结晶硅层以及一个透明的氧化锌铟导电上接点，最终太阳能电池具有较高的柔度，使电池效率不受损失。

根据纳思（Nafh）的美国专利No、4，419，530题目为“太阳能电池及生产太阳能电池的方法”，太阳能电池的阵列包括互相联接成串和/或平行联接的分电池条。这种太阳能电池的阵列可以叠置以形成可以卷起来或类似地置放便于运输，而不同于刚性结晶或半结晶太阳能电池的阵列。

当在场地使用时，非结晶电阳能电池的阵列不需要保护玻璃罩，而结晶或半结晶阵列是需要这种措施的，因此，其柔性得以保持。但是，出于永久或半永久使用目的，一定的刚度还是需要的。

把脆弱的结晶和半结晶电池固定在刚性框架上，以保护单个电阳能电池及其防护透明罩是众所周知的。这种支撑装置包括金属框架，如在鲁宾（Rubin）的美国专利No、4，089，705所叙述，和纤维加强塑料支撑部件，如在卡鲁梭（Caruso）等人的美国专利No、4，132，570所叙述。卡鲁梭等人的太阳能电池支架由一个非导电材料制成，在该材料上表面有大量的互相联接的孔，每个孔适用于放置一个结晶太阳能电池。支架设计得可以放置玻璃上罩。支架的底包含加强肋，给予电阳能电池模块刚性。

光电装置在现场所要求的特点是重量轻，能够放置和限制柔性光电模块以及给予组件较高刚度的半刚性支架。

因此，本发明的一个目的就是要提供一种半刚性光电模块组件;

本发明的另一个目的是要提供用于柔性光电模块的半刚性支撑装置;

本发明的这些和其他目的从下面的说明、附图及附属权利要求对于本技术领域的人来说是很明显的。

本发明涉及一种用于柔性光电模块的支撑件，该支撑件包括：

a、一个适用于与柔性光电模块的周边接触的框架;

b、一个从框架向上延伸的向上的凸缘，框架搭接一部分柔性光电模块的周边;

c、一个以框架向下垂挂的侧缘;

d、与框架成为一整体的加强肋并且向内延伸，该加强肋适用于与柔性光电模块相接触;

e、把柔性光电模块固定在框架和加强肋上的装置。

本发明同样还涉及一种半刚性光电微型组件，包括：

a、一个柔性光电模块;

b、一个半刚性支撑架具有适用于与柔性光电模块接触的框架半刚性支撑架;一个从框架向上延伸的向内端面凸缘，搭接一部分模块周边;一个从框架向下垂挂的侧缘和与框架成为一整体的加强肋并向内延伸且适于与光电模块接触;

c、把光电模块固定在支撑件上的装置。最好光电模块附加包括围绕光电模块周边连续排列的垫圈。

本发明进一步涉及一个用于柔性光电模块阵列的半刚性支架，该支架包括：

a、单个柔性光电模块和用于模块的单个半刚性支撑件。每个支撑件具有一个适用于与光电模块周边接触的框架;一个从框架向上延伸的向内端面凸缘搭接一部分模块周边;一个从框架向下垂挂的侧缘，与框架成为一整体的加强肋并向内延伸并适于与光电模块相接触;以及把光电模块固定在支撑件上，形成一个光电组件的装置;

b、牢固地把单个半刚性支撑的模块固定在相邻半刚性支撑的模块上形成一个阵列的装置;

c、把至少一个半刚性支撑件固定在一个基座上，使柔性光电模块阵列呈现所需的形状。

在这里使用的词组“柔性光电模块”是指一种在卷裹弯曲或挠折时能变形的光电装置，而且以任何方式都不能损害电池的性能。这种柔性光电模块一般的标志是没有刚性基板材料和刚性如玻璃顶罩。在这里使用的词组“柔性光电模块阵列”是指在具体使用中;一个以上柔性模块的配置。单个模块有预定的尺寸，形状和电输出，常常需要与一个以上的柔性光电模块组合使用，才能满足具体的使用条件。因此，就要求使用这种模块的阵列。本发明所涉及的模块组件能使柔性光电模块和其阵列以半刚性的形式配置。这一过程由使用单个柔性光电模块半刚性支撑件得以完成。

这里所指的柔性光电模块通常包括非结晶硅光电装置。这种非结晶硅电池可以包括一个p-n结或p-i-n结电池，正如奥弗辛斯基（Ovshinsky）等人在美国专利No、4，409，605中所叙述，非结晶硅合金可以在大面积底板上沉淀成复层在一个高容量，连续加工系统中形成光电装置。这种连续加工系统在美国专利No、4，400，409题目为“制做P型挽杂硅膜的方法及由其制成的装置;No、4，410，588，题目为“连续非结晶太阳能电池生产系统”，以及No、4，438，723，题目为“多腔沉积和隔离系统和方法”中已公开。正如在这些专利用所叙述，一个柔性基板可以连续穿过一系列环境上互相连接的保护沉积腔，其中每个腔用于特定的半导体材料的沉积，在制做光电装置时，例如P-i-n型结构的光电装置，第一腔用于沉积一层P-型半导体合金。第二腔用于沉积一层本征非结晶半导体合金，第三腔用于沉积一层n-型半导体合金。为适应各种带隙能，这种非结晶半导体材料可以由挽杂各种P、i和n层以及挽杂物调节，如：磷和砷产生n-型导体层，硼、铝、镓和铟产生P-型导体层。例如：伊袒（Izu）等人的美国专利No、4，400，409叙述了一种用在发光放电硅，最好是氢和氟补偿的均匀形成和状态的沉积工艺中的已知P-型挽杂物金属或硼气体材料制做P-型挽杂的硅膜的方法。应当注意到，这里所用的术语“P-i-n型”是指P和n或P、i和n半导体合金层的次序。

根据本发明提供的框架，具有一个从框架向上延伸的向内端面凸缘，一个从框架向下垂挂的侧缘，以及把一个柔性光电模块固定在支撑件上的粘合装置。

半刚性支撑件可以由任何具有所需材料强度的材料制成。半刚性支架可以从木材、钢、铝、纤维加强树脂，增塑水泥和熔融的玻璃微珠这一类中选择，最好是，支撑架包括电绝缘材料并具有高强度，如：纤维加强聚碳酸脂。这种聚碳酸酯材料的一个实例是通用电气公司的商品名为“通用电气FL930树脂”并带有发泡剂的材料。

框架最好有和柔性光电模块周边相同的总体形状，并且最好有一个要和光电模块周边相接触的平面。

一个从框架的平面向上延伸的向内布置的凸缘用来把柔性光电模块保持在位置上，最好围绕光电模块周边布置有垫片。垫片最好由橡胶和/或合成橡胶材料，如乙烯丙烯二烯烃、硅硐、聚胺酯和增塑乙烯基树脂制成。垫片把光电模块缘以外部件密封起来，并提供一种容易处理的模块，因为叠层形成的柔性光电模块常常有锐缘而不利于处理。凸缘不一定连续围绕框架周边。最好凸缘部分以相反形状布置，使其保持在光电模块上均匀分布的压力。当把一个柔性光电模块安装在具有相反布置的凸缘部分的半刚性支撑件上时，模块可以弓起，然后再展平在支撑件框架上，整齐地把模块垫有垫片的周边缘固定在凸缘载面下面。

光电模块用一个布置在框架和光电模块之间的粘合密封层固定在框架上。这种密封层必须具有长期持久的性能并且不受环境状况的恶劣影响，布置在半刚性支架材料上的柔性光电模块可以在具体使用条件下使用20年以上是所期望的。粘合密封层必须保证能经受和使用这样长的时间。适用于本发明光电模块组件的这种粘合材料的实例包括环氧树脂和硅硐粘合剂。

半刚性支撑件框架进一步包括一个围绕框架周边向下垂挂的侧缘。这个侧缘向柔性光电模块提供结构支撑并且提供必要的强度以经受垂直于光电模块暴露表面的力。侧缘可以有用于附加支撑的加厚部分，最好在有加强肋的框架交叉处有这样的加厚部分。同样地，例缘隔开的加厚部分可以用于把支撑件固定在阵列的其他支撑件上或固定在基础支架上。加厚的侧缘部分中可以有开口，使相邻支撑件或基础支架可以用螺栓固定。

加强肋用于附加支撑。加强肋从支撑件框架向内延伸并最好在靠近支撑件中心互相联接，提高附加的结构整体性。最好加强肋有一个要与柔性光电模块接触的平面，由布置在加强肋和柔性模块之间的粘合材料，如环氧树脂或硅硐粘合剂保证这种接触的永久性。

可以看出，半刚性支撑件结合柔性光电模块本身同时向光电模块组件提供结构整体性。柔性光电模块向最终的组件提供牢固度，而不象其结晶或多晶对应物。结晶和多晶光电装置很脆弱，必须完全依赖结构支撑而获得牢固度和保护性，而柔性光电模块本来是弹性并当其以组件形式出现时，能用其自身基板保持牢固。出于这种原因，连续的面板并不是这里叙述的半刚性支撑件的基本特性。柔性光电模块和框架之间的接触面和加强肋由柔性模块固有的强度结合，提供一种具有为永久排列整齐所需强度的组件。

但是，可以予见，由于柔性光电模块进一步精制，模块（包括基板）可以明显地更薄并且可能对作用于其上的外力更敏感。如果光电模块固有强度降低，根据本发明，半刚性光电组件仍然可以由增加半刚性支撑件中加强肋的数量补偿其强度获得，或由附加提供布置在框架和加强肋以及柔性光电模块之间的面板而获得。这种面板可以从聚酯、聚氯乙烯、聚碳酸脂、钢、铝和碳丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）这一类材料中选择。

下面的附图和实际显示了主题发明的效果。应当理解到，这些附图和实例只是用于图示的目的，在任何方式上都不限定本发明。

图1是根据本发明最佳半刚性支撑件的原理图;

图2是本发明半刚性支撑件一个可供选择的实施例的顶视平面图;

图3是本发明半刚性支撑件另一个可供选择的实施例的顶视平面图;

图4是根据本发明光电模块组件的部分原理图;

图5是根据主题发明模块的光电阵列的原理图;

图6是根据本发明使用的一个可供选择的模块的光电阵列的原理图;

图7是根据本发明使用的另一个可供选择的模块的光电阵列的原理图;

图8是根据本发明一个可供选择的模块的光电阵列的另一个原理图。

图1到图4中半刚性支撑件的类似特性已由相同的参考数字表明。

图1中叙述了一个根据本发明的半刚性支撑件，总体由参考数字10表示。这个半刚性支撑件包括一个最好具有连续平面的框架部分12。可供选择的实施例可能使用具有不连续表面或包括一个孔的上表面握持和保持密封层并提供附加粘接表面积的槽的框架部分。

框架12包括一个向内端面、向上延伸的凸缘14。如图所示，凸缘14包括一个向上延伸部分15和一个向内延伸部分16。向上延伸部分15设计得大约等于要插入凸缘的光电模块或垫有垫片的光电模块的厚度。向上延伸部分16设计得搭在一部分柔性光电模块周边上并把这一部分夹在位置上。换句话说，凸缘14可以包括一个成角度布置部分以取得所需效果。凸缘14不一定连续地围绕框架。如图1所示，最好一个凸缘部分相对于支撑件上第二个凸缘部分布置，使两个凸缘共同把光电模块保持在位置上。图1采用两个布置在矩形框架12相对侧壁上的凸缘14。为了把光电模块插入框架，只需要向外弓起光电模块，把模块布置在框架上并展平，迫使光电模块周边在相对的凸缘下面即可。

半刚性支撑模块还包括一个从框架12向下垂挂的侧缘17，最好连续围绕框架;以及从框架向内延伸的加强肋20。侧缘17和加强肋20为光电模块组件提供结构支撑。最好，但不是要求，加强肋20互相联接。这种互相联接为使用的光电模块组件提供一个加强的支撑件。如图1所示，八根加强肋由位于大约框架中心处的矩形结构23互相联接在一起。

半刚性支撑架的侧缘17最好使用加厚部分19作为附加结构支撑，最好在框架12和侧缘17模切加强肋的那些点以及为把支撑件固定在相邻支撑件或固定到基础支架上使用联接装置的那些点上。在希望有联接按装置的那些点处，加厚侧缘部分19还可以有开口18，使相邻螺栓固定件或其他紧固件把支撑件联接在相邻支撑件上或联接在基础支架上。

图1所示支撑件靠一个放置电接线盒的矩形结构23与光电模块共同起作用。矩形结构23包括放置为安装这种接线盒的螺丝或螺栓的加厚部分。此外，支撑件包括一个用于更换电联接装置的卡子24。这种更换电联接装置的实例在1983年11月颁布的数据页号83-17题目为“AMP太阳能联接器系统”的小册子里已有叙述。

可以看出图1说明的半刚性支撑模块向其上使用的柔性光电模块提供高度的结构支撑，还包括为维护光电模块和相邻模块之间或和电流收集装置之间安全电线的配合装置。

图2表示本发明半刚性支撑件一个可供选择的实施例的顶视平面图。如图2所示，加强肋20不必互相联接，也不需要在本发明半刚性支撑中固定通常的接线盒装置。图2包括一个有凸缘14，侧缘17和部分向内延伸的加强肋20的框架12。用在这种支撑件上的光电模块由粘合剂固定在框架上和加强肋上并由凸缘14夹在位置上。

图3本发明半刚性支撑件的另一个可供选择的实施例顶视平面图。在图3中，可以看出框架12为三角形形状，与在图1和图2中使用的矩形框架不同。框架12的设计使其几何形状相似于要使用在其上的光电模块的几何形状，即一个柔性三角形光电模块。在图3中，可以看出，框架的每一侧采用一个凸缘14和向内朝向支撑件中心延伸的加强肋20。加强肋向内在靠近三角形框架中心处结束，在此处存在一个放置电接线盒的附加装置。这样，可以看到，根据本发明的半刚性支撑件是要充分利用必要的材料向柔性光电模块提供结构支撑并要控制电联接之间的固定。

图4是根据本发明的光电模块组件部分视图。在图4中表示了参照图1上面叙述的半刚性支撑件10。支撑件包括一个框架12，一个从框架12向下垂挂的侧缘17。在框架和侧缘横切加强肋20以及支架要固定在相邻支架或固定在基础支架的那些区域，侧缘17有加厚部分19。侧缘的这些为固定的区域被加厚并具有放置螺丝和螺栓等的开口18。图示的支撑件采用在矩形框架12相对侧壁的两个凸缘14。在周边周围有垫片23的柔性光电模块22以部分剖视形式表示。模块22由粘合密封层21，如3M公司的商标商品名为“刻痕焊接结构粘合剂2216。环氧树脂粘到框架12及加强肋20之上。此外，柔性光电模块具有从其延伸的电线束（图中未示）要与电联接盒（图中未示）中外部电线联接。该接线盒由夹紧托架24保持在位置上。这种光电模块组件现在可以永久使用。

图5到图8是在场地上使用光电模块组件阵列可能的装置的原理图。在每个附图中，类似的性能由相同参考数字标明。在图5到图8中，柔性光电模块已经被省略而提供一个对本发明清楚的理解。

在图5中表示了四个半刚性支撑件32的阵列30。每个支撑件类似于上述图1所使用的支撑件，并具有一个包括一对相对布置的凸面缘34的框架33，一个侧缘35和向内延伸的加强肋36，该加强肋以一个为插入电接线盒的矩形结构37在靠近框架中心处结束。每个互相联接的半刚性支撑件用穿过侧缘35加厚部分上孔的螺栓固定在相邻的支撑件上。四个模块阵列靠把阵列的两个外部暴露侧40和41固定在永久基础42上而永久使用。这一过程由穿过支撑件侧缘35加厚部分上孔的螺栓44把阵列固定在立柱43上完成。基部立柱的长度和分布是予定的，使阵列以最适于最佳光电响应效率所需的形状使用。

图6表示了一个可以永久使用的半刚性光电模块组件阵列的可供选择实施例。每个支撑件和在上面图1到图5的支撑件相似，具有一个框架33。框架33包括一对相对布置的凸缘34，一个侧缘35和向内延伸的加强肋36。加强肋在靠近框架中心处以一个适于电接线盒插入的矩形结构37结束，在图6中，每个相邻半刚性支撑件由固定装置，如穿过侧缘35加厚部分上孔的螺栓互相联接。图6所示三个模块阵列30靠分布在相邻光电模块的支撑立柱得到永久使用。立柱43依次固定在一个永久基础42上。立柱的长度和基础的分布予先固定，使阵列以最佳光电响应效率的形状得到使用。如图6所示，有通孔的侧缘加厚部分沿支撑件缩短尺寸得到使用。如图6所示，有通孔的侧缘加厚部分沿支撑件缩短尺寸配备，并且如果需要，稳定拉杆44在此固定以得到附加支撑。图6中在光电阵列30的顶部和底部表示了稳定拉杆44。

图7表示了根据本发明使用光电阵列的另一个装置。图7所示的三个光电模块组件包括与图1所示半刚性支撑件相似的半刚性支撑件。在这一实施例中，柔性光电模块和外电流收集器之间的电联接可以由采用新型接线盒（图中未示）以及一个卡子45完成。排列在靠近框架中心的矩形结构37不是用于通常的电接线盒，而是用于中心安装的光电阵列支架。立柱43从矩形结构37延伸并固定在基础42。如图6所示，至少包括一个稳定拉杆向阵列提供附加稳定性。

图8表示了根据本发明使用光电阵列30的另一个装置。三个光电模块支撑件与图1所示支撑件相似，有一个框架33。该框架包括一对相对布置的凸缘（图中未示），一个侧缘35和向内延伸的加强肋36。加强肋在靠近框架中心处以一个适于插入电接线盒的矩形结构（图中未示）结束。图8中表示了光电阵列的后视图。在图8中，相邻半刚性支撑件没有互相联接，但每个部件固定在共用扭杆46上。在附图中，支撑部件包括在加厚侧缘区域放置螺栓或螺丝的装置。螺栓或螺丝47穿过扭杆46并拧紧在支撑件32上。这种排列易于拆除任何一个或多个光模块组件而不影响其他组件。

扭杆46依次通过支撑立柱43固定在一个永久基础42。扭杆包括一个或多个由铅、木材、电镀钢材以及其他本领域技术人员熟悉的材料。

上述半刚性支撑件以下述方式进行试验来保证其结构支撑。两个类似于在上面图1中叙述的半刚性支撑件由通用电器公司商标品名为“通用电器FL930树脂”和发泡剂制成。聚碳酸脂支撑件通过支撑件侧缘上的孔用螺栓固定在一起。然后，支撑件在自由浮动载荷试验中经受2.1kg/m²（50磅/呎²）的均匀加压载荷。在这种条件下观察这种半刚性支撑件具有大约5.1Cm（工时）的挠曲，这被认为相当于在装在这种支撑件上的光电模块受到大约225公里/小时（140哩/小时）的风载荷。

根据主题发明的模块阵列同样对风载荷做试验。柔性光电模块使用在四个本发明的半刚性支撑件上并且以图5所示形成使用。每个相邻模块由两个螺栓互相联接。然后用结构钢作为支撑杆并由螺栓固定在固定基础上。光电阵列在封装在一个封闭空间，该空间可以以阵列上方和阵列下方依次加压。相当于145公里/小时（90哩/小时）压力大约0.84kg/m²（20磅/呎²），风的空气引到阵列顶部。然后空气在相等的力作用在阵列背面时排出。这一循环过程连续10，000次循环。10，000次循环后，光电阵列从其封壳移出并受到检查。没有结构缺陷存于半刚性支撑件，把柔性光电模块保持在支撑件上的粘合密封件已没有任何失败的迹象。这样，说明书中公开的半刚性支撑件是一种重量轻、经济性好并且效率高的用于柔性光电模块的装置。

本发明可以有许多变化，修正和细节改变这些变化有些已在这里解释性说明。应当认为所有在这里通过说明书或附图叙述的内容都被解释为图示性的并没有限制的意义。这样，应当很清楚，根据本发明的概念构成的装置以及合理的与其等同将完成本发明的目的。本发明的范围应当包括属于附属权利要求范围内的所有修正、变化。

Claims (12)

1、一种半刚性光电模块组件包括：

a.一个柔性光电模块；

b.一个半刚性支撑件，该支撑件具有用于与柔性光电模块周边相接触的框架，一个从框架向上延伸的向内端面凸缘，该凸缘搭接一部分模块周边，一个从框架垂挂的侧缘，和与框架成为整体的加强肋并向内延伸，用于接触柔性光电模块；

c.把光电模块固定在支撑件上的装置。

2、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述柔性光电模块包括非结晶硅光电模块。

3、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，半刚性支撑件为电绝缘材料。

4、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述侧缘具有间隔的加厚壁部分。

5、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述侧缘的上述间隔的加厚壁的部分具有通孔。

6、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述加强肋互相联接。

7、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述支撑件附加包括放置电接线盒的装置。

8、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，上述把光电模块固定在支撑件上的装置包括一种分布在上述模块和上述支撑件之间的粘合材料。

9、根据权利要求1的半刚性光电模块组件，其中，一个垫圈围绕上述光电模块周边布置。

10、一种柔性光电模块阵列的半刚性支架，该半刚性支架包括：

单个柔性光电模块和上述模块的单个半刚性支撑部件，每个单个支撑部件有一个用于与光电模块周边接触的框架，一个从框架向上延伸向内的端面凸缘，该凸缘搭接一部分模块周边，一个从框架垂挂的侧缘和框架成为整体的加强肋并向内延伸，用于接触光电模块，和把光电模块固定在支撑件上形成光电组件的装置。

11、根据权利要求10的半刚性支架，其中，上述半刚性支架附加包括至少一个穿过每个光电组件的并固定在光电组件上的稳定拉杆。

12、根据权利要求10的半刚性支架，其中上述把至少一个半刚性支撑件固定在基础的装置包括一个固定在上述半刚性支撑件立杆，并牢固地固定在永久基础上。

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