JP2011517095A - 太陽光モジュールを基板に取り付けるためのシステムおよび方法 - Google Patents

太陽光モジュールを基板に取り付けるためのシステムおよび方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、太陽光モジュールを基板に取り付けるためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、太陽光モジュールを平らでない屋根基板に取り付けるために用いられる自己接着性のスペーサに関する。表面上に起伏または凸凹を有する基板に太陽光モジュールを固定するために用いられるスペーサが2つの接着層の間に配置されたスペーサ層を備える。このスペーサは基板の表面上における任意に予期される起伏または凹凸よりも大きい厚さを有する。このスペーサは十分な強度および耐候性を提供する材料から構成される。
【選択図】図1

Description

(関連出願の参照)
本出願は、2008年4月2日に出願された米国特許仮出願第61/041,749号の利益を主張する。上述の出願の開示は参照することにより本明細書に援用される。
本発明は、太陽光モジュールを基板に取り付けるためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、太陽光モジュールを平らでない屋根基板に取り付けるために用いられる自己接着性のスペーサに関する。
太陽光(ソーラー)パネルまたは太陽光(ソーラー)モジュールは、一般に、複数の基板の間に積層および/または挟まれた太陽電池を含む。太陽電池の多くは、基板上に堆積したテルル化カドミウム(Cd−Te)、アモルファスシリコン、または二セレン化銅インジウム(CulnSe)を有する、剛性のウェハベースの結晶シリコン電池または薄膜モジュールである。薄膜の太陽光モジュールは剛性、または柔軟性のいずれかであってよい。柔軟な薄膜電池およびモジュールは、柔軟(フレキシブル)な基板上に光活性層および任意の他の必要な層を堆積させることによって生成される。太陽光電池は互いに電気的に接続され、かつ他の太陽光パネルまたはモジュールに接続されて一体化したシステムを形成する。
太陽光モジュールは建物の屋根基板上に直接に設置されてよい。しかしながら、多くの屋根基板は、太陽光モジュールを支持するのに十分に広い面積に亘っては、平らではない。屋根基板の凹凸または起伏は、屋根材、例えば屋根基板に必要となる部品である補強用肋材、締め具、または他の突起部等の設計上の特徴に起因し得る。屋根基板の凹凸はまた、屋根の耐用年数を延ばすか、または環境計画に適合させるように、既存の屋根材に塗布されるコーティング等の補助的な作業に起因する場合もある。平らでないか、または起伏した屋根基板は、太陽光モジュールをその屋根基板に適切に取り付けることを困難にし、かつその太陽光モジュール上で所望されない負荷を掛ける箇所を生成する場合がある。
従って、本技術分野において、平らでない屋根基板に太陽光モジュールを固定するようにできる自己接着性のスペーサが必要である。さらに、このスペーサは、紫外線照射に対する露出、凍結と解凍のサイクル、雨、雪、凍雨、および霧に対する露出、ならびに風による揚圧力、および極端な温度差等の耐候性および強度基準を満たす必要がある。
本発明は、表面上に起伏または凸凹を有する基板に太陽光モジュールを取り付けるために用いられるスペーサを提供する。このスペーサは、スペーサ層と、そのスペーサ層の両側にある2つの接着層を備える。スペーサ層は、基板の表面上の任意の予期される起伏または凹凸よりも大きい厚さを有する。スペーサは十分な強度および耐候性を提供する材料から構成される。
本発明の一例において、太陽光モジュールを屋根基板に固定するためのアセンブリが提供される。屋根基板は平行して間隔を置いた少なくとも一対の隆起部を備える。アセンブリは、上側表面および底表面を有するスペーサを備える。スペーサは、一対の隆起部のうちの一方と、一対の隆起部のうちの他方との間の距離未満である第1の寸法を有し、かつスペーサは、少なくとも一対の隆起部の底部と少なくとも一対の隆起部の上部との間の距離より長い第2の寸法を有する。第1の接着層は第1の表面および第2の表面を有する。第1の表面はスペーサの上側表面の少なくとも一部と接触し、第2の表面は太陽光モジュールの少なくとも一部と接触する。第2の接着層は第1の表面および第2の表面を備える。第1の表面はスペーサの底表面の少なくとも一部と接触し、第2の表面は屋根基板の少なくとも一部と接触する。アセンブリは、太陽光モジュールを屋根基板に取り付けるために、少なくとも一対の隆起部の間に配置される。
本発明の別の例において、第1の寸法は、スペーサの第1の側の表面と第2の側の表面との間において垂直方向に測定される。
本発明のさらなる別の例において、第2の寸法は、スペーサの上側表面と底表面との間において垂直方向に測定される。
本発明のさらなる別の例において、第1の接着層は、スペーサの上側表面を完全に覆い、第2の接着層は、スペーサの底表面を完全に覆う。
本発明のさらなる別の例において、第2の接着層は基板に接着され、第1の接着層は太陽光モジュールに接着される。
本発明のさらなる別の例において、スペーサは、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、ポリプロピレン、またはポリ塩化ビニルのうちの少なくとも1つから構成される。
本発明のさらなる別の例において、第1および第2の接着層は、未硬化のゴム状ポリマー混合物、少なくとも1つの粘着付与剤または硬化剤混合物、およびポリブテンホモポリマーを含む組成を有する。
本発明のさらなる別の例において、第1および第2の接着層は、約10重量%から約60重量%の量で存在する未硬化のゴム状ポリマー混合物;フェノール性の粘着付与剤樹脂を含む、約5重量%から約25重量%の量で存在する相溶性粘着付与剤、または、硬化促進剤、硫黄活性剤、および硬化加硫剤のうちの少なくとも1つを含む、約1重量%から約5重量%の量で存在する硬化剤混合物のうちの少なくとも1つ;および約20重量%から約60重量%の量で存在するポリブテンホモポリマーを含む。
本発明のさらなる別の例において、スペーサは、接着層に取り外し可能に固定されるリリースライナーを備える。
適用可能性のさらなる領域は本明細書において提供された記載から明らかとなる。本記載および特定の例は図示を目的として意図されたものであり本開示の範囲を限定することを意図していないことは理解されるべきである。
図1は、例示的な屋根基板と例示的な太陽光モジュールとの間に配置された本発明の原理に係るスペーサの実施形態の断面図である。 図2は、本発明の原理に係るスペーサの実施形態の断面図である。
以下の記載は実際には単に例示的なものであり、本開示、用途、または使用を限定することは意図されていない。
図1を参照すると、例示的な基板12および例示的な太陽光モジュール14と共に使用する本発明の原理に係るスペーサ10が示される。スペーサ10は、以下でさらに詳細に記載されるように、太陽光モジュール14を基板12に取り付けることができる。基板12は、好ましくは建物の屋根であるが、他の基板もまた、本発明の範囲から逸脱することなく用いられてよい。基板12は、例えば、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(EPDM)、熱可塑性オレフィン(TPO)、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)改質ビチューメン、アタクチックポリプロピレン(APP)改質ビチューメン、亜鉛めっき鋼、アルミニウム、ステンレス鋼、およびポリフッ化ビニリデン(PVDF)、すなわちKynar(商標)がコーティングされた鋼を含む塗装された鋼等の様々な組成から構成されてもよい。基板12は、1つ以上の起伏18を有する外側表面16を備える。提供された例において、この起伏18は、平行して一定の間隔を空けた、基板12の一部に亘って延在する長手方向の肋材または棟材であるが、しかしながら、締め具、他の突起物、および任意の他の平らでない表面輪郭を含む様々な他の種類の起伏が外側表面16において存在してもよい。
太陽光モジュール14は、本発明の範囲から逸脱せず様々な形態を取ることができ、一般的には、補助(backing)基板(図示せず)に取り付けられる少なくとも1つの太陽光電池(図示せず)を備える。本発明と共に使用するための例示的な太陽光電池は、テルル化カドミウム(Cd−Te)、アモルファスシリコン、または二セレン化銅インジウム(CulnSe)の層を有する薄膜電池か、あるいは、ゲルマニウムまたは別の基板上に堆積されたガリウムヒ素または積層膜に埋め込まれた結晶シリコンウェハを含むがそれらに限定されない。太陽光電池は、この太陽光電池に当たる太陽の光から電流を生成することができる。補助基板は、それらの強度および耐候性のために選択される任意の数の材料から構成されてよい。
図2を参照すると、スペーサ10は、スペーサ層20、第1の接着層22、第2の接着層24、第1のリリースライナー26、および第2のリリースライナー28を備える。スペーサ層は上側表面21およびその上側表面21に対向して配置された底表面23を備える。スペーサ層20は、太陽光モジュール14を支持するのに十分に堅く、かつ設置中に、スペーサ10に太陽光モジュール14を圧延または押し付ける間、第2の接着層24が太陽光モジュール14に十分に接触することを保証するために十分な耐圧縮性を示す、固体または半固体の材料である。スペーサ層20はまた、周囲環境への露出に対する長期的な耐性を提供し、接着層22、24と共に利用される場合、十分な接着特性を示し、風による揚圧力などの機械力に対する耐性を提供するのに十分に強く、かつ基板12に最も近い底表面23が外側表面16における起伏に十分適合できる程度に柔軟である必要がある。スペーサ層20は、好ましくは、EPDM、ポリプロピレン、またはPVCからなる群より選択された材料を備える。しかしながら、スペーサ層20は、例えば、ポリエチレン、ニトリルゴム、エチレン酢酸ビニル、ポリスチレン、ブチルゴム、ネオプレンゴム、シリコーン、またはブロック共重合体等の所望の属性を示す代替の組成を含んでもよい。スペーサ層20は、好ましくは発泡性の組成であるが、しかしながら、波形または固体スラブの形状もまた、本発明の範囲を逸脱することなく用いられてよい。
第1および第2の接着層22、24は、スペーサ層20の両側に配置される。接着層22、24は、基板12および太陽光モジュール14に接着できる。第1の接着層22は、第1の表面25およびその第1の表面25に対向する第2の表面27を備える。第1の接着層22の第1の表面25はスペーサ層20の上側表面21と接触し、第1の接着層22の第2の表面27は太陽光モジュール14と接触する。第2の接着層24は第1の表面29およびその第1の表面29と対向する第2の表面31を備える。第2の接着層24の第1の表面29は、スペーサ層20の底表面25と接触し、第2の接着層24の第2の表面31は屋根基板12と接触する。
接着層22、24は、上述の様々な種類の基板12および太陽光モジュール14に接着可能である組成から構成される必要があり、他方で紫外線照射に対する露出、凍結と解凍のサイクル、雨、雪、凍雨、および霧に対する露出、ならびに風による揚圧力、および極端な温度差等の必要な耐候性および強度基準を示す。例示的な組成は以下に提供される。
Figure 2011517095
リリースライナー26、28は接着層22、24に取り付けられ、スペーサ10の運搬および取り扱いの間、接着層22、24を保護することができる。リリースライナー26、28は、スペーサ10を適用する前に、接着層22、24から取り除かれることができる。スペーサ層20は、それが適用される特定の用途に合うように適合された第1の寸法または幅を有する。第1の寸法は、スペーサ層20の第1の側32とスペーサ層20の第2の側34との間において垂直方向に測定される。例えば、ここで提供された実施形態において、スペーサ層20は、基板12上の起伏18同士の間の距離と略等しい幅を有する。しかしながら、スペーサ層20の幅は、隣接して、間隔を置いた起伏18同士の間の距離未満かそれと等しいことが好ましい。スペーサ10の長さはまた、用途に応じて適合されてもよく、例えば長い圧延されたシート状で提供されてもよい。スペーサ層20は、用途に応じて適合された第2の寸法、高さ、または厚さを有する。高さはスペーサ20の上側表面21と底表面23との間において垂直方向に測定される。高さは、好ましくは、基板12における任意に予期される凹凸よりも高い。例えば、ここで提供された実施形態において、スペーサ層20は、起伏18の底からその上部まで測定された起伏18の高さよりも高い、上側表面21から底表面23まで測定された高さを有する。
図1および図2を併せて参照すると、スペーサ10を用いて基板12を太陽光モジュール14に取り付ける方法がここで記載される。まず、第1のリリースライナー26が第1の接着層22から取り外される。次いで、スペーサ10は、起伏18の間の基板12の上側表面16に押し付けられるか、または圧延される。あるいは、スペーサ10は起伏18の上に配置されてもよい。上述のように、スペーサ10は、隣接する起伏18間の距離および起伏18の上側よりも高い高さと略一致する幅を有する。第2のリリースライナー28は、次いで、第2の接着層24を露出するために、第2の接着層24から取り除かれる。最後に、太陽光モジュール14は1つ以上のスペーサ10全体に亘って押し付けられるか圧延され、第2の接着層24は太陽光モジュール10に接着する。上述に記載された例示的な接着剤組成を用いて、接着層22、24は、太陽光モジュール14が設置されるとすぐに硬化する。
代替的な実施形態において、リリースライナー26、28は用いられない。その代わり、第1の接着層22は、起伏18間における基板12に、テープ状の形態で付与されるか、あるいは半固体または液状の塗料で塗布される。次に、スペーサ層20は第1の接着層22に適用される。第2の接着層24は、次いで、スペーサ層20に、再び、テープ状の形態で付与されるか、あるいは半固体または液状の塗料で塗布される。次いで、太陽光モジュール14は第2の接着層24に固定される。さらに別の実施形態において、第2の接着層24は、太陽光モジュール14に適用されてもよく、または太陽光モジュール14と一体化する接着層と取り替えられてもよい。
スペーサ10は、堅い太陽光モジュール14全体に亘って間隔を置いて適用される場合、太陽光モジュール14と基板12との間に、例えば、起伏18と太陽光モジュール14との間に空気を循環させることができる。さらに、スペーサ層20は、太陽光モジュール14が取り除かれるか、または取り替えられる必要がある場合、基板12と太陽光モジュール14との間において容易に切断可能である。スペーサ10はまた、熱的または機械的に誘発される負荷のため、基板12に対して太陽光モジュール14をいくらか移動させることができる。最終的に、スペーサ10は、基板12における僅かな起伏が太陽光モジュール10内において負荷を生じさせることを防ぐ。
本発明の記載は本質的に単に例示的なものであり、本発明の趣旨から逸脱しない様々な変形が本発明の範囲内であることが意図される。このような変形は本発明の趣旨および範囲から逸脱するものとして見なされない。

Claims (14)

  1. 平行して間隔を置いた少なくとも一対の隆起部を有する屋根基板に太陽光モジュールを固定するためのアセンブリであって、前記アセンブリは、
    上側表面および底表面を有するスペーサであって、前記スペーサは、前記一対の隆起部のうちの一方と、前記一対の隆起部のうちの他方との間の距離未満である第1の寸法を有し、かつ前記スペーサは、前記少なくとも一対の隆起部の底部と前記少なくとも一対の隆起部の上部との間の距離より長い第2の寸法を有する、スペーサと、
    第1の表面および第2の表面を有する第1の接着層であって、前記第1の表面は前記スペーサの前記上側表面の少なくとも一部と接触し、前記第2の表面は前記太陽光モジュールの少なくとも一部と接触する、第1の接着層と、
    第1の表面および第2の表面を有する第2の接着層であって、前記第1の表面は前記スペーサの前記底表面の少なくとも一部と接触し、前記第2の表面は前記屋根基板の少なくとも一部と接触する、第2の接着層と、
    を備え、
    前記アセンブリは、前記太陽光モジュールを前記屋根基板に取り付けるために、前記少なくとも一対の隆起部の間に配置される、アセンブリ。
  2. 前記第1の寸法は、前記スペーサの第1の側の表面と前記スペーサの第2の側の表面との間において垂直方向に測定される、請求項1に記載のアセンブリ。
  3. 前記第2の寸法は、前記スペーサの前記上側表面と前記底表面との間において垂直方向に測定される、請求項1に記載のアセンブリ。
  4. 前記第1の接着層は、前記スペーサの前記上側表面を完全に覆い、前記第2の接着層は、前記スペーサの前記底表面を完全に覆う、請求項1に記載のアセンブリ。
  5. 前記第2の接着層は前記基板に接着され、前記第1の接着層は前記太陽光モジュールに接着される、請求項1に記載のアセンブリ。
  6. 前記スペーサは、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、ポリプロピレン、またはポリ塩化ビニルのうちの少なくとも1つから構成される、請求項1に記載のアセンブリ。
  7. 前記第1および第2の接着層は、未硬化のゴム状ポリマー混合物、少なくとも1つの粘着付与剤または硬化剤混合物、およびポリブテンホモポリマーを含む組成を有する、請求項1に記載のアセンブリ。
  8. 前記第1および第2の接着層は、
    約10重量%から約60重量%の量で存在する未硬化のゴム状ポリマー混合物;
    フェノール性の粘着付与剤樹脂を含む、約5重量%から約25重量%の量で存在する相溶性粘着付与剤、または、硬化促進剤、硫黄活性剤、および硬化加硫剤のうちの少なくとも1つを含む、約1重量%から約5重量%の量で存在する硬化剤混合物のうちの少なくとも1つ;および
    約20重量%から約60重量%の量で存在するポリブテンホモポリマー
    を含む、請求項1に記載のアセンブリ。
  9. 平行して間隔を置いた少なくとも一対の隆起部を有する屋根基板に太陽光モジュールを固定するためのアセンブリであって、前記アセンブリは、
    上側表面および底表面を有するスペーサであって、前記スペーサは、前記一対の隆起部のうちの一方と、前記一対の隆起部のうちの他方との間の距離未満である第1の寸法を有し、かつ前記スペーサは、前記少なくとも一対の隆起部の底部と前記少なくとも一対の隆起部の上部との間の距離より長い第2の寸法を有する、スペーサと、
    第1の表面および第2の表面を有する第1の接着層であって、前記第1の表面は前記スペーサの前記上側表面の少なくとも一部と接触し、前記第2の表面は前記太陽光モジュールの少なくとも一部と接触する、第1の接着層と、
    第1の表面および第2の表面を有する第2の接着層であって、前記第1の表面は前記スペーサの前記底表面の少なくとも一部と接触し、前記第2の表面は前記屋根基板の少なくとも一部と接触する、第2の接着層と、
    を備え、
    前記第1および第2の接着層は各々、
    約10重量%から約60重量%の量で存在する未硬化のゴム状ポリマー混合物;
    フェノール性の粘着付与剤樹脂を含む、約5重量%から約25重量%の量で存在する相溶性粘着付与剤、または、硬化促進剤、硫黄活性剤、および硬化加硫剤のうちの少なくとも1つを含む、約1重量%から約5重量%の量で存在する硬化剤混合物のうちの少なくとも1つ;および
    約20重量%から約60重量%の量で存在するポリブテンホモポリマー
    を含み、
    前記アセンブリは、前記太陽光モジュールを前記屋根基板に取り付けるために、前記少なくとも一対の隆起部の間に配置される、アセンブリ。
  10. 前記第1の寸法は、前記スペーサの第1の側の表面と前記スペーサの第2の側の表面との間において垂直方向に測定される、請求項9に記載のアセンブリ。
  11. 前記第2の寸法は、前記スペーサの前記上側表面と前記底表面との間において垂直方向に測定される、請求項9に記載のアセンブリ。
  12. 前記第1の接着層は、前記スペーサの前記上側表面を完全に覆い、前記第2の接着層は、前記スペーサの前記底表面を完全に覆う、請求項9に記載のアセンブリ。
  13. 前記第2の接着層は前記基板に接着され、前記第1の接着層は前記太陽光モジュールに接着される、請求項9に記載のアセンブリ。
  14. 前記スペーサは、エチレンプロピレンジエン三元共重合体、ポリプロピレン、またはポリ塩化ビニルのうちの少なくとも1つから構成される、請求項9に記載のアセンブリ。
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