JP2014514758A - 屋根板型光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

光起電力システムが1つまたは複数の屋根板型光起電力(PV)モジュールを備え、屋根板型PVモジュールの各々は、光学的に透明な材料の層からの光に露光される時に電気を発生させるように構成されている光活性材料の層に隣接した光学的に透明な材料の層を有する。場合によっては、1つまたは複数の屋根板型PVモジュール各々の光学的に透明な材料の層が、屋根板型の形状の凹みパターンを有する。
【選択図】図2

Description

関連文献
本出願は、2011年4月1日付けで出願された米国特許仮出願第61/516,274号明細書の利益を請求し、この明細書はその全体において本明細書中に参照として援用されている。

現在の光起電力(PV)モジュールは、低鉄強化ガラストップシート(low iron tempered glass top sheet)と、TPE(TedlarTM、ポリエステル、EVA)バックシートと、押出し成形アルミニウムフレームと、隣接モジュールに接続するためのケーブルを有する接続箱と共にパッケージ化されている結晶性シリコン電池を使用するだろう。このモジュールは、典型的には屋根貫通ねじによって固定されている金属支持構造に取り付けられているが、このことは水漏れの危険性が高いので望ましくない。これに加えて、モジュール配列とこれに関連した取り付け構造とが重量が重い可能性があり、および、場合によっては、標準的な屋根構造は、補強ブレースなしではこの重量の増大を支持できないだろう。

建材一体型太陽電池(building integrated photovoltaic)(BIPV)が、屋根、天窓、建物ファザードのような建築物エンベロープの一部分において従来の建築材料と交換するために使用される材料である。より一般的な非一体型システムよりも優れた建材一体型太陽電池の利点が、BIPVモジュールで置き換えられる建築物の部分を建設するために通常は使用されることになる建築材料および労働に費やされる金額を低減させることによって、初期設備コストが相殺されることが可能であるということである。BIPVの一例が、屋根構造に一体化された太陽電池であり、この太陽電池は、光電装置と屋根葺き材料の両方の役割を果たす。こうした製品は従来の屋根葺き構造の機能の幾つかを実現するが、住宅向きの屋根葺き材料において望ましい機能と外観に関しては統合的な解決策を実現しない。

BIPVは、大きくて扱いにくい構造、または、設置中に光電池の破損を最小限にするための適切な支持を実現しない構造の中に収容されていることがある。特定の現行のフレームの嵩高さが、材料の観点と加工処理の観点との両方から見た場合の製造コストの増大と、BIPVを輸送および設置することに関連したコストの増大との原因となるだろう。

現在の光起電力(PV)モジュールの限界を考慮して、屋根葺き機能のような構造的機能を同時に実現しながら、屋根板型屋根葺き設備のような住居用PV設備の形へのシームレスな一体化を実現する光起電力(PV)モジュールおよびシステムの必要性が本明細書において認識されている。

本発明は、太陽電気の発生のための太陽光起電力モジュールを実現する。本発明は、軽量で機能的でありかつ従来の太陽電池モジュール設備に対して視覚的に互換性がある代替物を生産するために、従来の屋根葺き屋根板と共に容易に使用可能であり、または、これと一体化されることが可能である、大面積PV(または太陽電池)モジュール屋根板型屋根葺きモジュールおよびシステムを開示する。

本発明の一側面が、経済的でありかつ設置のための労力が少なくて済む、屋根板型太陽電池モジュール屋根葺きシステムを提供する。

本発明の別の側面が、既存の屋根構造の貫通を必要としない、屋根板型太陽電池モジュール屋根葺きシステムを提供する。

本発明の別の側面が、従来のPVモジュール配列よりも著しく軽量である大面積屋根板型太陽電池モジュール屋根葺きシステムを提供する。

本発明の別の側面が、入射光の少なくとも一部分に対して透明である光学的に透明な材料の第1の層と、この第1の層に隣接した水蒸気バリア材料の第2の層とを備え、かつ、第2の層は第1の層からの光の一部分に対して透明である、光起電力モジュールを提供する。このPVモジュールは、第2の層に隣接した1つまたは複数の相互接続された光起電力(PV)電池を有する第3の層と、第3の層に隣接した電気絶縁性材料の第4の層とを含み、および、その1つまたは複数の相互接続されたPV電池は、第1の層から第2の層を通過して第3の層に方向付けられる光に露光される時に電力を発生させる。第1の層は、この第1の層に隣接した第2の層の表面に対してゼロ度より大きい角度に方向配置されている1つまたは複数の外側表面を含むことが可能である。場合によっては、第1の層は、屋根板型の形状構成の凹みパターンを実現するように型押しされている単一の下地(substrate)から形成される。

本発明の別の側面が、入射光の少なくとも一部分に対して透明である光学的に透明な材料の第1の層と、この第1の層に隣接した第1の湿気バリア材料の第2の層とを備え、かつ、第2の層は第1の層からの光の一部分に対して透明である、光起電力モジュールを提供する。この第1の層は凹みパターンを有し、この凹みパターンは特定の場合には屋根板型の形状である。PVモジュールは、さらに、第2の層に隣接した1つまたは複数の相互接続された光起電力(PV)電池を有する第3の層と、この第3の層に隣接した電気絶縁性材料の第4の層とを備え、および、1つまたは複数の相互接続されたPV電池は第2の層からの光に露光される時に電力を発生させる。場合によっては、光起電力モジュールは、その光起電力モジュールの第1の側部から第2の側部に方向付けられている軸線に沿って不均一な厚さを有することがある。場合によっては、第1の層は、PVモジュールの第1の側部から第2の側部に方向付けられている軸線に沿って不均一な厚さを有することがある。

本発明の別の側面が、1つまたは複数の屋根板型の光起電力モジュールを備え、および、1つまたは複数の屋根板型光起電力モジュールの屋根板型光起電力モジュールの各々が、型押しされた層からの光に露光される時に電気を発生させるように構成されている光活性材料の層に隣接した光学的に透明なポリマー材料(例えば、PMMA)の型押し層を有する、光起電力システムを提供する。場合によっては、光学的に透明なポリマー材料の型押し層が、光学的に透明な材料の層と光活性材料の層との間の表面に対してゼロ度よりも大きい角度に傾斜している少なくとも1つの外側表面を有することが可能である。場合によっては、このシステムは、さらに、1つまたは複数の屋根板型PVモジュールの個々の屋根板型PVモジュールに隣接した、非PVの屋根板のような、屋根板を含む。

本発明の別の側面が、屋根板の形状に形成されている凹みパターンを有する光学的に透明なポリマーシートに隣接した光活性材料の層を提供することを含む、屋根板型の光起電力モジュールを形成するための方法を提供する。この光活性材料は、光学的に透明なポリマーシートからの光に露光される時に電気を発生させる。一実施態様では、光活性材料層を設ける前に、凹みパターンが、光学的に透明なポリマーシートに形成される。この凹みパターンは型押しによって形成されることが可能である。

本開示のさらに別の側面と利点とが、本開示の単なる例示的な実施形態が示されかつ説明されている後述の詳細な説明から、当業者にとって容易に明らかになるだろう。理解されるように、この開示からの逸脱なしに、本開示は他の異なる実施形態であることが可能であり、および、その幾つかの詳細事項が、様々な明らかな点において変更されることが可能である。したがって、図面と説明が、限定的なものとしてではなく、例示的な性質のものとして理解されなければならない。

本明細書において言及されているすべての出版物と特許と特許出願とが、各々の個々の出版物、特許、または、特許出願が引用として援用されていることが明確にかつ個別的に示されているように、本明細書において同一の度合いで引用として援用されている。

本発明の新規性のある特徴が、添付されている特許請求項において、明確に説明されている。本発明の原理が使用されている例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明を参照することによって、本発明の特徴と利点のより適切な理解が得られるだろう。

図1は、本発明の実施形態による、屋根板型の外観の太陽電池モジュールの大規模略斜視図である。 図2は、本発明の実施形態による、図1の屋根板型の外観の太陽電池モジュールの一部分の略側面図である。 図3は、本発明の実施形態による、屋根板型の外観の太陽電池モジュールの頂部領域と底部領域を示す、図1のPVモジュールの略側面図である。 図4は、本発明の実施形態による、配線を伴う屋根板型の外観のモジュールの設置を示す、屋根の稜線の2つの図(AおよびB)の略断面図である。 図5は、本発明の実施形態による、図1のPVモジュールの外側表面を示す。 図6は、本発明の実施形態による、光起電力(PV)モジュールを概略的に示す。 図7は、本発明の実施形態による、六角形の支持部材を有するPVモジュールの略平面図である。 図8は、本発明の実施形態による、図6のPVモジュール内でのエッジクリップ(edge clip)の使用を概略的に示す。

本明細書では本発明の様々な実施形態を示して説明してきたが、こうした実施形態が単なる例示のために示されているということが当業者には明らかだろう。様々な変形と変更と置き換えとが、本発明からの逸脱なしに、当業者に見出されるだろう。本明細書に説明されている本発明の実施形態に対する様々な代替案が本発明の実施において採用されるだろう。

本明細書で使用される術語「光起電力電池(photovoltaic cell)」は、光に対して露光させられる時に電気を発生させるように構成されている装置または構成要素を意味する。光起電力電池は、光活性材料を個別的または集合的に画定する1つまたは複数の層を含むことが可能である。例えば、光活性材料はpn接合を含むことが可能である。光活性材料は、V族またはIII−V族の半導体であることが可能である。特定の例では、PV電池は、CdTe、銅インジウムガリウム二セレン化物(CIGS)、銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)、銅亜鉛スズセレン化物(CZTSe)、または、ケイ素(例えば、非晶質ケイ素)を含むことが可能である。

本明細書で使用される術語「屋根板(shingle)」は、場合によっては互いに重なり合うことが可能な個別的な要素を有する屋根被覆を意味する。屋根板は、各々の連続したより高い列が下方の列の継ぎ目に重なる形で、屋根の底部端縁から上方に列の形で設置されている、平らな長方形の形状を有することが可能である。屋根板型の要素は、屋根板の機能的属性(例えば、水流を誘導すること)を有することが可能であるが、一体構造(または、一体型)の形に形成されることがある。屋根板型要素は、水流の誘導および水の蓄積の防止を非限定的に含む、個別の重なり合い要素の機能的属性を提供する凹み(または、トラフ(trough))を有するように、屋根板に類似するようにパターン形成されている一体構造の構成要素であることが可能である。

本発明は、住居環境のような様々な環境における使用のための光起電力(PV)モジュールを提供する。幾つかの実施形態が、住居の屋根上の屋根板の代替品として構成されているか、または、屋根板またはこれに類似した構造を有する屋根葺きシステムに一体化されるように構成されているPVモジュールを提供する。特定の実施形態では、PV屋根板は、現時点で入手可能な屋根板の代替物として使用されるように、または、屋根板と併用して使用されるように、寸法決定および形成されている。このことは、有利なことに、現行の屋根板の機能性(例えば、水流の誘導)をPV電池の機能性(例えば、発電)と統合することを可能にする。

本明細書で提示される屋根板型PVモジュール(本明細書では「PV屋根板」とも呼ばれる)は、標準的な屋根被覆のような非PV屋根板に機能的に(同一では無くとも)類似していることが可能である。PV屋根板は、非PV屋根板のサイズと形状と色彩とのような非PV屋根板のルックアンドフィールと、1つまたは複数のPV電池を有するPVモジュールの機能性とを有することが可能である。このことが、有利なことに、本発明のPV屋根板が非PV屋根板に取って代わり、これによって発電を可能にすると同時に、標準的な屋根板の機能を実現し、または、PV屋根板と(場合によっては)非PV屋根板とを有する屋根葺きシステムの形への統合を実現する。

太陽電池モジュール
本発明の一側面が、入射光の少なくとも一部分に対して透明である透明材料の第1の層と、この第1の層に隣接した水蒸気バリア材料の第2の層とを備える、光起電力(PV)モジュール(または、本明細書では「PV屋根板」)を提供する。第2の層は第1の層からの光の一部分に対して透明である。このPVモジュールは、第2の層に隣接した1つまたは複数の相互接続された光起電力(PV)電池を有する第3の層を含む。1つまたは複数の相互接続されたPV電池は、第2の層からの光に露光される時に電力を発生させる。電気絶縁性材料の第4の層が第3の層に隣接している。第1の層は、この第1の層に隣接した第2の層の表面に対してゼロ度より大きい角度に方向配置されている1つまたは複数の外側表面を含む。

特定の実施形態では、第1の層が、屋根板のような機能性を提供するように形成されている1つまたは複数の表面を含む。こうした機能性は、水の蓄積を最小限にすることに加えて、水を受け容れて地面に向けて水の流れを誘導することを含むことが可能である。場合によっては、この1つまたは複数の表面が、隆起部に加えて、こうした屋根板のような機能性を提供するためにパターンの形で設けられている凹みまたはトラフを含む(例えば、図1を参照されたい)。こうしたパターンは、(地面を基準とした)高所から低所への水の流れを容易化し、さらには、PVモジュールを有する屋根上で起こりがちな雨水のような水の蓄積を(防止まではしなくとも)最小限にすることを促進することが可能である。

凹みまたはトラフのパターンが、例えば、ポリマー材料(例えば、ポリ(メチルメタクリラート))の層の中に屋根板パターンを刻み込むために、ローラ(または、ダイス)を使用することのような、型押しによって形成されることが可能である。型押しは、下地(例えば、ポリマー材料シート)中に隆起または沈下したデザインまたはレリーフを形成するためのプロセスである。場合によっては、型押しは、適合した雄および雌ローラダイスを用いて、または、所望のパターンのローラの間を下地材料のシートまたはストリップを通過させることによって実現されることが可能である。特定の状況では、ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA)のようなポリマー材料のシートが、浮き彫りされた型の上に流し込まれることが可能である。

特定の実施形態では、第1の層がPVモジュールの最外側の層であるように適合させられる。PVモジュールが他の非PV屋根板を有する屋根の上に設置される場合には、最外側の層が、入射光の少なくとも一部分に対して透明な状態のままであると同時に、非PV屋根板の機能性を実現するように形状構成されている。したがって、第1の層に入射する光の少なくとも一部分が、この第1の層を通過して1つまたは複数のPV電池に到達し、このPV電池は電力発生を可能にすることが可能である。

特定の実施形態では、第1の層は、風、または、この第1の層に直接衝突する物体からの機械的応力のような、機械的応力に耐久するように適合させられている。したがって、第1の層は、PVモジュールが屋根または他の構造上に設置されている時に、PVモジュールを損傷または劣化から保護することが可能である。

これらの層は、化学的または機械的なファスナによって互いに接合されることが可能である。化学的ファスナの一例が、互いに隣接する層を互いに固定するために、これらの層の間に施されることが可能な接着剤である。機械的ファスナの一例が、互いに隣接する層または層の積み重ねを互いに固定する釘またはねじである。例えば、PVモジュールは、そのPVモジュールにねじを固定することによって実現される圧縮力によって層を互いに固定するために、その周縁部に複数のねじを含むことが可能である。

第1の層は、ポリメチルメタクリラートのようなポリマー材料で形成されることが可能である。このポリマー材料は、紫外線放射に対して耐久性があることが可能である。すなわち、UV放射にさらされる時に、第1の層を構成する材料は、例えば、少なくとも1日間、10日間、1ヶ月間、12ヶ月間、1年間以上のような予め決められた時間期間にわたって、あまり著しくは劣化しない。

水蒸気バリア材料が、水蒸気の浸透が少ないかまたは著しく少ない材料で形成されている。特定の状況では、この水蒸気バリア材料は、約300ng/s・m・Pa、200ng/s・m・Pa、110ng/s・m・Pa、10ng/s・m・Pa、3ng/s・m・Pa、1ng/s・m・Pa、または、0.3ng/s・m・Paより小さいかまたは等しい水蒸気浸透を有する。場合によっては、この水蒸気バリア材料は、約10−6グラム/m/日から10−3グラム/m/日、または、約10−5グラム/m/日から10−4グラム/m/日の浸透を有する。特定の状況では、この水蒸気バリア材料は、被覆ポリマー材料(例えば、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタラート)のようなポリマー材料、金属、または、酸化ケイ素SiO(前式中で、「x」はゼロよりも大きい数である)のような酸化物で形成されている。第2の層を構成する水蒸気バリア材料は、第1の層から第2の層に誘導される光の一部分に対して透明である。

特定の実施形態では、PVモジュールの1つまたは複数の外側表面の少なくとも一部分は、第2の層の表面に比べて粗くなっている。このことが、PVモジュールの外側の環境から第1の層の中に入る光を結合することが可能な第1の層内の光結合構造を実現することが可能である。

特定の状況では、PVモジュールは、さらに、第4の層に隣接した水蒸気バリア材料の第5の層を含む。第5の層の水蒸気バリア材料は、ポリマー材料(または、ポリマー下地)、金属酸化物、または、例えばアルミニウムのような金属を含むことが可能である。例えば、第5の層は、1つまたは複数の金属酸化物層のような1つまたは複数のバリア層で被覆されているポリマー下地を含む。特定の状況では、第5の層の水蒸気バリア材料は、約300ng/s・m・Pa、200ng/s・m・Pa、110ng/s・m・Pa、10ng/s・m・Pa、3ng/s・m・Pa、1ng/s・m・Pa、または、0.3ng/s・m・Paより小さいかまたは等しい水蒸気浸透を有する。場合によっては、第5の層の水蒸気バリア材料は、約10−6グラム/m/日から10−3グラム/m/日、または、約10−5グラム/m/日から10−4グラム/m/日の浸透を有する。

場合によっては、PVモジュールは、さらに、PVモジュールの輸送および/または設置中に第5の層を損傷から防護または保護するように適合させられている保護材料の第6の層を含む。この保護層は、金属材料(例えば、ステンレススチールまたはアルミニウム板)、ポリマー材料、または、複合材料で形成されることが可能である。

PVモジュールは、化学的または機械的ファスナによって互いに対して取り付けられることが可能である。例えば、第1のPVモジュールが、第1のPVモジュールの下面と第2のPVモジュールの上面にある接着剤層とを使用して、第2のPVモジュールに対して取り付けて固定されることが可能である。一例では、この接着剤は、第1のPVモジュールの第6の層と、第2のPVモジュールの第1の層の側面部分とに付着させられている。代替案としては、機械的ファスナが第1のPVモジュールを第2のPVモジュールに固定するために使用されることが可能である。

化学的および/または機械的ファスナが、太陽のような電磁放射源にさらされるように適合させられている屋根または他の支持構造のような、PVモジュールが上に取り付けられなければならない構造に対して、PVモジュールを取り付けるために使用されることが可能である。一例としては、接着剤のような化学的ファスナがPVモジュールの下面に付着させられ、その後で、このPVモジュールの下面が屋根のような表面に付着させられる。別の例では、ねじまたは釘のような機械的ファスナが、屋根のような表面にPVモジュールを取り付けるために使用される。

PVモジュールは、屋根葺き構造のような支持構造とのPVモジュールの一体化を可能にする機能性を含む。屋根葺き構造は、水平な表面に対して傾斜させられていることが可能である。場合によっては、屋根葺き構造は、屋根板が化学的または機械的ファスナのようなファスナを用いて上に設置されることが可能な木製表面または金属表面を含むことが可能である。

特定の実施形態では、PVモジュールは、PVモジュールに沿った、および、重力加速度ベクトルの方向に沿った、水の流れを容易にするために、および、場合によっては、PVモジュールの中への光の導入を容易にして発電を最適化することを促進するために、傾斜している1つまたは複数の外側表面を含む。特定の実施形態では、PVモジュールは1つまたは複数の外側表面を含む。これらの外側表面の各々は、第1の層に隣接した第2の層の表面に対してゼロ度よりも大きい角度に方向配置されていることが可能である。幾つかの例では、外側表面は、約0°、0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、または、20°よりも大きいかまたは等しい角度に方向配置されており、または、場合によっては、約0°から2°の間、または、1°から1.5°の間の角度に方向配置されている。

場合によっては、PVモジュールの1つまたは複数の外側表面は、屋根板のような機能性を実現するために、特徴要素(例えば、凹みまたはトラフ)のパターンを含むように形成されている。こうした特徴要素パターンは、PVモジュールに沿った水の流れを容易にし、これによって水の蓄積を最小限にすることが可能である。

特定の実施形態では、PVモジュールは、屋根板のような機能性を実現するように構成されている1つまたは複数の外側表面を含む。これらの外側表面は、光を受け取り、および、受け取った光の少なくとも一部分をPVモジュールの1つまたは複数のPV電池に対して方向付けるように適合させられている。場合によっては、この1つまたは複数の外側表面は、屋根板のような機能性を提供するためにパターンの形で設けられている凹みまたはトラフを含む(例えば、図1を参照されたい)。屋根板のような特徴要素が、例えば、ポリマー材料(例えば、ポリ(メチルメタクリラート))の層の中に凹みまたはトラフのパターンを型押しすることによって形成されることが可能である。

特定の実施形態では、PVモジュールの外側表面は第1の層と一体化されている。例えば、この外側表面は第1の層と一体型(または一体構造)であることが可能である。場合によっては、この第1の層は、上述したように、傾斜させられている1つまたは複数の外側表面を有するように製造されることが可能である。

第1の層が複数の外側表面を含む場合には、外側表面は互いに対して平行であることが可能である。例えば、第1の外側表面は第2の外側表面に対して平行であることが可能である。このことが、互いに対して平行である外側表面が水(または他の液体)の均一な流れを促進するので、PVモジュールの形状と機能とにおける均一性を可能にする。

特定の実施形態では、PVモジュールは、光起電力モジュールの第1の端部から第2の端部へ方向付けられている軸線に沿って不均一な厚さを有する。一例では、PVモジュールは、第1の層に隣接した第2の層の表面に対して傾斜している外側表面を有する第1の層を備えることによって、不均一な厚さを有する。

次に、添付図面を参照する。部品と構造とを中に含むこうした図面は、必ずしも同一の縮尺比で描かれているわけではない。

図1は、本発明の実施形態による、屋根板のような外観を有するPVモジュール1の斜視図である。入射光(例えば、太陽光)の方向が図に示されている。PVモジュール1に示されている図示されている屋根板のような特徴要素が、典型的な屋根葺き屋根板のサイズと外観とに類似していることが可能である。PVモジュール1は、それぞれに約8フィート×4フィートの長さと幅とを有することが可能であるが、他の長さと幅が採用可能である。特定の実施形態では、PVモジュール1は、約1フィート、2フィート、3フィート、4フィート、5フィート、6フィート、7フィート、8フィート、9フィート、10フィート以上よりも大きいかまたは等しい長さと、約1フィート、2フィート、3フィート、4フィート、5フィート、6フィート、7フィート、8フィート、9フィート、10フィート以上よりも大きいかまたは等しい幅とを有することが可能である。特定の状況では、PVモジュール1の寸法は、PVモジュール1が低減したコストまたは最小限のコストで容易に設置されることが可能であるように、選択される。

特定の実施形態では、PVモジュール1は、薄く軽量の材料によって、かつ、フレームを用いずに形成されている。PVモジュール1は、等面積ベースで、特定の従来のモジュールよりも軽量であることが可能である。PVモジュール1は「頂部」端縁と「底部」端縁とを有し、および、傾斜した屋根上の通常の屋根板と同様の仕方で、頂部から底部に方向付けられたベクトルの方向に水が屋根を流れて離れることが可能であるように、頂部部分が底部部分よりも屋根上で高い。図1に対する差し込み図が、PVモジュール1の拡大部分を示す。PVモジュール1は、紫外線放射(UV)に対して耐久性がある材料の透明な成形シートを含む第2の部分(または、第2の層)2を備える。一例では、この耐UV材料は、ポリ(メチルメタクリラート)(PMMA)のようなポリマー材料である。PVモジュール1は、場合によっては約1/8インチから約1/4インチの最大厚さを有する、屋根板状の成形隆起部を含む。この成形隆起端縁部は、隣接した材料または屋根葺き構成要素に対するコントラストを実現するために黒くされるか着色され、このことが屋根板の外観の向上を促進することが可能である。コントラストの差異がPVモジュールを支持表面上に配置することにおいて助けとなることが可能なので、こうしたコントラストはPVモジュール1の設置を機能的に補助することが可能である。

PVモジュール1は、屋根板のような機能性を提供する凹み(または、トラフ)パターンを有することが可能である。このパターンは、第2の部分2の材料の中に凹みを型押しすることによって形成されることが可能である。このパターンは、太陽光の入射の方向から見た場合の垂直線のような、第2の部分の2の材料の表面内に形成されている(凹みとしての)交互の線を含むことが可能である。

PVモジュール1は、活性光起電力材料と場合によってはカプセル封止材料とを含む第3の部分(または、層)3を含み、この第3の層は複数の層を含む。この第3の層は複数の層(または、副次的な層)を含むことが可能である。この第3の部分は、露光される時に電気を発生させるように各々が構成されている1つまたは複数の光起電力電池を含むことが可能である。このPV電池は、場合によっては、薄膜PV電池である。特定の例では、PV電池は、CdTe、銅インジウムガリウム二セレン化物(CIGS)、銅亜鉛スズ硫化物(CZTS)、銅亜鉛スズセレン化物(CZTSe)、または、非晶質ケイ素PV活性材料を含むが、他の光活性材料(吸収材)が使用可能である。

第3の部分3が様々な大きさと形状とを有することが可能である。特定の実施形態では、この第3の部分3は第2の部分2を概ね覆う。別の実施形態では、第3の部分3は、第2の部分2を大きくは覆わない(図3を参照されたい)。この第3の部分3は、第2の部分2の厚さよりも小さい厚さを有することが可能である。特定の状況では、第3の部分3の厚さは約200ミクロンから5mmであり、または、300ミクロンから1mmである。

図2は、本発明の実施形態によるPVモジュール1の略側面図である。第3の部分3の厚さは、この第3の部分の構成要素層の厚さを示すために、第2の部分2の厚さに比べて誇張されている。第2の部分2の層は、接着剤層4によって互いに接着されている。この接着剤層4の各々は、約0.001インチから0.01インチの厚さを有することが可能である。接着剤層4は互いに異なる厚さと組成とを有することが可能である。入射光が中を通過して1つまたは複数のPV電池に伝播する接着剤層4は少なくとも部分的に光に対して透明である。しかし、他の網掛けされた層4は必ずしも光に対して透明である必要はない。第3の部分3は、PVモジュール1の受光側面(すなわち、入射光の方向に面する側面)上の湿気バリア層5を含む。場合によっては、湿気バリア層5は、PVモジュールのPV電池に湿気が到達することを阻止するのを促進することが可能な透明な薄膜または一連の薄膜の上に付着させられているポリマー材料の透明層である。このポリマー材料は、ポリエチレンテレフタラート(PET)またはポリエチレンナフタラート(PEN)であることが可能である。これに対する代替案としては、湿気バリア層5は薄いガラス層であることが可能であり、このガラス層はガラスフロートライン(glass float line)上で形成されることが可能である。場合によっては、薄いガラスが、薄いガラスシートの取り扱いを補助するために、第2の部分2に対して予め接着されることが可能である。

PVモジュール1は、さらに光活性材料層6も含み、この光活性材料層6は、第2の部分2から湿気バリア層5を通過して送られる光に露出される時に電気を発生させるように構成されている1つまたは複数のPV電池を備える。この光活性材料層6は、薄い金属箔の下地(例えば、ステンレススチール下地)または薄いポリマー下地の上に付着させられた薄膜電池のような、単一の太陽電池または複数の電気的に相互接続されている太陽電池を含むことが可能である。場合によっては、光活性材料層6の1つまたは複数のPV電池は、CdTe、CIGS、CZTS、CZTSe、または、非晶質ケイ素光活性材料を含む。

PVモジュール1は、光活性材料層6内に含まれている光活性材料層6の1つまたは複数のPV電池によって発生させられるあらゆる電圧を維持することを補助する電気絶縁性材料層7を含む。この電気絶縁性材料層7は、誘電体のような電気絶縁性材料を含む。一例としては、この電気絶縁性材料層7は、酸化物(例えば、金属酸化物)、または、電気絶縁性ポリマー材料、または、セラミック下地を有する複合材料を含む。電気絶縁性材料層7は、1つまたは複数の電池の背後にかつ第2の部分2から離れて配置されている。場合によっては、電気絶縁性材料層7は光学的に透明な材料で形成されているが、他の場合には、光学的に半透明または部分的に透明な材料で形成されている。

PVモジュール1は、屋根板型モジュールの背面に配置されている湿気バリア材料を含む別の湿気バリア層8を含む。この湿気バリア層8は、アルミニウム箔の薄層、または、低い水蒸気透過率を有する低コストの材料の薄層であることが可能である。このアルミニウム箔は、外側に面しており(すなわち、電気絶縁性材料層7から離れて)、および、場合によっては、電気絶縁性材料層7に隣接した湿気バリア被覆を有する、ポリマー層を伴った湿気バリア層8を含むことが可能なので、薄いバリア薄膜で置き換えられることが可能である。

場合によっては、湿気バリア層8がアルミニウム箔である場合に、PVモジュール1の湿気保全性(moisture integrity)を損なう可能性がある輸送中の損傷を回避することが困難であることがある。場合によっては、PVモジュール1は、湿気バリア層8に隣接した保護層9を含む。輸送の前に、保護層9がPVモジュール1に取り付けられることが可能である。保護層9は、屋根葺きフェルト(roofing felt)(例えば、アスファルト浸透フェルト)、薄膜屋根葺き材(membrane roofing)(例えば、ポリ(塩化ビニル))、または、他のポリマー材料で形成されることが可能である。層9の組成は、屋根がどのように組み立てられるかによって決まることが可能である。特定の状況では、層9はフッ化ポリマー材料以外の材料であるが、場合によってはフッ化ポリマー材料が使用されることが可能である。

PVモジュール1は、暗色部分10によって示されているように、屋根板の端縁上にコントラスト暗色化または着色を含むことが可能である。PVモジュール1の第2の部分2は、凸凹の表面のような調整された表面11を有することが可能である。この調整された表面11は、眩しさを減少させ、および、非PV(または、非発電)屋根板に比較してPVモジュールが輝いて見えることを防止することを促進することが可能である。眩しさを減少させることに加えて、この処理は、同時に、例えば散乱によって、PVモジュール1の光活性材料層6内のPV電池により多くの光が到達することを可能にする、反射防止機能を実現することが可能である。この調整表面11は着色されることが可能であるが、こうした着色は、PV電池の性能を低下させないように選択されることが可能である。このような場合には、調整表面11の色を含む反射される光が、電気を発生させるために光活性材料層6の1つまたは複数のPV電池によっては使用されない光である。したがって、場合によっては、性能の改善のために調整表面11は着色されない。

利用可能な光のすべてを吸収するPVモジュール1の光活性材料層6の1つまたは複数のPV電池は、暗灰色のような暗色に見える可能性がある。場合によっては、1つまたは複数のPV電池は他の色に見える可能性がある。こうした色の構成が、通常の屋根葺き屋根板に適合可能であり、このことがPVモジュールが非PV屋根板と共に設置されることを可能にする。

図3は、図1と図2の屋根板型PVモジュールの頂部領域と底部領域の拡大図を示す。太陽電池とカプセル封止層とを含む第3の部分3が、第2の部分の下方に、かつ、入射光(例えば、太陽光)の方向から離れて配置されている。PVモジュール1は、屋根の雨仕舞いと水封とを実現するために第3の部分3を越えて延びる区域12、13を含む。これらの図には明確に示されていないが、同様の区域が、各々の側部に沿った雨仕舞いのための屋根板型モジュールの各々の側部上に設けられることが可能である。区域12に沿って、通常の屋根板(すなわち、非PV屋根板)が、第2の部分2内の対応する領域のすべてまたは大半を覆うことが可能であるが、1つまたは複数の活性PV電池を収容する第3の部分3の端縁を越えることはないだろう。この領域は、PVモジュール1を屋根に釘付けするための穴2aを含むことが可能である。同様に、底部区域13に沿って、第2の部分2の対応する区域が通常の屋根板を覆うことが可能である。接着剤領域2bが、PV屋根板または非PV屋根板の上部被覆部分に対して第2の部分2を貼り付けるために備えられることが可能である。各々の端縁(図示されていない)に沿って、通常の屋根板が、第3の部分3の太陽電池材料を越えて延びる第2の部分2の区域を覆い、かつ、封着させられることが可能である。PVモジュール1の頂部と底部と端縁との間で、追加の接着剤が、PVモジュール1の中央領域を屋根に固定するために使用されることが可能である。場合によっては、PVモジュール1の全体が屋根に取り付けられる(例えば、接着される、または、据え付け固定される)ことが可能であり、場合によっては他の屋根板に固定されることが可能である。

図4は、本発明の実施形態による、2つの屋根稜線の概略的な断面側面図である。略図Aでは、屋根葺き材料シート14(例えば、合板およびフェルト)が、棟木16に固定されている垂木15に取り付けられている。矢印で示されている入射光を伴う側には、第2の部分2と第3の部分3とを有する屋根板型PVモジュール1が取り付けられており、一方、他方の側が通常の屋根板21を受け容れる。あるいは、この代わりに、図4の屋根はその両側に屋根板型PVモジュールを有する。リッジキャップ(ridge cap)17がウォーターシール(water seal)を実現し、および、これと同時に、PVモジュール1のための配線18が引き回されることが可能な頂上部の開放区域を形成する。このリッジキャップ17は、第3の部分3内に1つまたは複数のPV電池を含むPVモジュール1の遮光の原因とならないように構成されることが可能である。場合によっては、屋根被覆材料14内の小さな切り抜き部分が、PVモジュール1に対する電気的接続のための接続箱(J−box)19を取り付けるための空間を提供することが可能である。類似の切り抜き部分が、配線18が交流電流(AC)を伝送するように全体的に構成されることが可能であるように、電気インバータのために設けられることが可能である。これに対する代替策として、直流電流が伝送されることが可能である。図4の略図Bは、リッジキャップ17が略図4のリッジキャップよりも大きく、かつ、スペーサ20によって屋根の一部分の上方に延びるということを除いて、略図Aに類似している。このことが、屋根の下の空気空間(または、換気空間)を換気するための、稜線に沿った互い違いの開口部を可能にする。換気が改善されるか、または、別の形で、風力タービンまたは送風機によって強化されることが可能である。場合によっては、こうした換気が、発電の改善のために、暑い日により低い温度で作動するようにPVモジュール1の1つまたは複数のPV電池を補助することが可能である。一例としては、屋根スペーサ20によって実現される空間が換気空間内に空気を引き込み、この空気の流れがPVモジュール1の1つまたは複数のPV電池の冷却を促進する。場合によっては、リッジキャップ17の下の空間が、PVモジュール1によって発電される電力を電気格子および/またはエネルギー貯蓄ユニット(例えば、バッテリー)の中に伝送するための配線のような配線のための空間を実現することに加えて、J−boxおよび/または小型インバータを取り付けるための空間を提供することが可能である。特定の実施形態では、この配線は、屋根の頂部上に位置しておりかつ屋根換気口の外観を有する、目立たない箱によって実現されることが可能である。

特定の実施形態では、図1のPVモジュール1のような本明細書に示されている屋根板型PVモジュールが、第1の層に隣接した第2の層の表面に対してゼロ度より大きい角度に方向配置されている1つまたは複数の外側表面(例えば、単一の型押しされた外側表面)を有する。図5を参照すると、PVモジュール1は、第2の層2の外側表面30と、第2の部分2と第3の部分3との間の内側表面40とを含む。PVモジュール1は、少なくとも2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、10つ、20つ、30つ、40つ、50つの外側表面のような、1つまたは複数の外側表面を含むことが可能である。外側表面30は、内側表面40に対して角度φにある。場合によっては、このφは、約0°、0.1°、0.2°、0.3°、0.4°、0.5°、0.6°、0.7°、0.8°、0.9°、1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、または、20°より大きいかまたは等しく、または、場合によっては、約0°から2°の間であり、または、1°から1.5°の間である。PVモジュール1は、内側表面40に対して平行な軸線に沿っておりかつPVモジュール1の一つの側部から別の側部に延びる不均一な厚さを有することが可能である。こうした形状構成が、屋根板が互いに隣接して設置されることを可能にすると同時に、第1の屋根板からこの第1の屋根板に比べて上昇させられている第2の屋根板に流体が流れることを可能にする。例えば、水平な表面に対して傾斜させられている屋根の上の屋根板(例えば、屋根板型PVモジュールまたは非PV屋根板)に隣接してPVモジュール1が設置されている場合に、このPVモジュール1上に落ちてくる水が、屋根板に向かって、および、最終的には地面または水収集システム(例えば、トラフ)へ、重力加速度ベクトルの方向(図4、「g」を参照されたい)に沿って流れることが可能である。したがって、図1と図2と図5の傾斜した屋根板型PVモジュール1は、流体が1つの屋根板から別の屋根板に流れることを可能にすると同時に、水または他の流体が滞留することを最小限にとどめる。

特定の実施形態では、屋根板型PVモジュールは、互いに平行である複数の外側表面を含むことが可能である。一例としては、図1のPVモジュールは、互いに平行な2つの外側表面を含む。

特定の実施形態では、光起電力(PV)システム(本明細書では「太陽電池システム」とも呼ばれる)が複数のPVモジュールを含むことが可能であり、各々のPVモジュールは、発電のための1つまたは複数のPV電池を含む。このPVモジュールは、屋根または他の取り付け構造にPVモジュールを固定するためのバスバーまたは他の構造支持物によって互いに電気的に接続されていることが可能である。PVモジュールは、互いに直列および/または並列に電気的に接続されていることが可能である。特定の状況では、屋根板型PVモジュールは、PVモジュールを持たない屋根板(すなわち、標準的な屋根板)と組み合わせて使用される。一例としては、屋根の一部分からの屋根板が、非PV(または、標準的な)屋根板と組み合わされたPV屋根板を有する屋根を実現するために、発電用のPV屋根板によって置き換えられることが可能である。

特定の実施形態では、フロートラインガラス技術が、様々なサイズの著しく薄いガラスシートの作製を可能にするだろう。例えば、この技術は、約1メートル×1.8メートルまでの寸法を有する厚さ約1mmのガラスシートの形成を可能にするだろう。他の例では、この技術は、約1.2メートル×1.5メートルまでの寸法を有する厚さ約0.7mmのガラスシートの形成を可能にするだろう。0.55mmの厚さのガラスが、より小さいサイズで作製されることが可能であり、および、これよりもわずかに厚いガラスがより大きいサイズで作られることが可能である。より大きくかつより薄いガラスが、より大きくおよび/またはより軽量の従来の太陽電池モジュールと屋根板型PVモジュールとの形成を可能にするだろう。一例としては、厚さ1mmの表面ガラスシートと厚さ0.7mmの裏面ガラスシートとで形成されているPVモジュールが、単一のガラスシートとTAPE(TedlarTM、アルミニウム、ポリエステル、EVA)裏面シートとで作られている現行の従来通りのPVモジュール(フレームなし)の重量の約50%である重量を有する。薄いガラス−ガラス型のモジュールが、有利なことに、特に薄膜太陽電池のための、自然環境に対するより強化された保護を実現することが可能である。

特定の実施形態では、ガラス−ガラス型の屋根板型PVモジュールが提供される。一例として、図2のPVモジュール1の場合に、第2の部分2はガラスで形成されており、および、湿気バリア層5はガラスで形成されている。こうしたガラス−ガラス型の構成に関する潜在的な問題点が、PVモジュール1が、アルミニウムの枠組を有する従来通りのモジュールでは不可避である様々な機械的荷重に耐えることができず、このことが構造の欠陥と破損と取り扱い上の問題とを生じさせる可能性があるということである。場合によっては、ガラス−ガラス型の屋根板型PVモジュールの場合に、追加的な構造的支持が、本明細書に参照として全体的に援用されている2012年1月10日付けで出願された米国特許出願第13/347,383号明細書(「光起電力モジュールおよび装着システム(PHOTOVOLTAIC MODULES AND MOUNTING SYSTEMS)」の中空支持部材および装着システムのような支持部材によって実現されることが可能である。

図6は、本発明の実施形態による、光起電力(PV)モジュールを概略的に示す。図6のPVモジュールは薄い積層構造であることが可能である。図6のPVモジュールは、内側表面に対して傾斜している1つまたは複数の外側表面のような、本明細書で説明されている屋根板型の形状構成を有することが可能である(例えば、図5を参照されたい)。図6のPVモジュールは、低鉄強化ガラスのような、光学的に透明な材料の層1を含む。この光学的に透明な材料の層1は、光(hv)がそのモジュールの中に入ることを可能にするように構成されている。一例としては、この光学的に透明な材料の層1は、約1mmから5mmの間の、または、2mmから4mmの間の厚さを有する強化ガラスを含む。この強化ガラスは、場合によっては、低鉄強化ガラスである。一例としては、この光学的に透明な材料の層1は約3.2mmの厚さを有する。このモジュールは、さらに、接着剤2と、光起電力(PV)電池層3とを含む。PV電池層3は、複数のPV電池を含み、このPV電池の各々は、CdTe、CIGS、CZTS、CZTSe、または、非晶質ケイ素PV活性材料(または吸収体)を含むことが可能である。しかし、場合によっては、PV電池層3は、単一のPV電池を含むことが可能である。接着剤層2が、PV電池3を光学的に透明な材料の層1に固定するために使用される。この接着剤層2はエチレン酢酸ビニル(EVA)を含むことが可能である。このモジュールは、さらに、接着剤層2と同一の材料で形成されることが可能な接着剤層4を含む。この接着剤層4はPV電池3を誘電性層5に固定し、この誘電性層5は湿気バリア金属箔6に隣接して配置されている。この誘電性層5はポリエチレンテレフタレート(PET)で形成されることが可能であり、および、金属箔層6は、アルミニウムで形成されることが可能であり、場合によってはTAPEに類似した組成を有する。あるいは、この代わりに、薄い下地上に付着させられた湿気バリア属性を有する薄い誘電性薄膜が、誘電性層5と金属箔層6との代わりに使用されることが可能である。

図6を続けて参照すると、PVモジュールは層1−6を有する積み重ねに隣接して配置されている支持部材を含む。場合によっては、この支持部材は、ハニカム形状構成の複数の貫通穴を有する。各々の個別の穴の形状は六角形であり、すなわち、個々の穴は、6つの辺を有する囲いによって画定されている。この支持部材は、ポリマー材料、炭素繊維材料、または、複合材料によって形成されることが可能である。貫通穴は、PVモジュールの1つまたは複数のPV電池に空気が到達することを可能にすることができ、このことが、PVモジュールの性能(例えば、電力出力)を強化することを促進することが可能な冷却を実現することが可能である。

図6の示されている実施形態では、接着剤層7が内側シート8aを層1−6に接着し、および、六角形(ハニカム形)の支持構造8が、拡散溶接によって内側シート8aに接合させられる。この形状構成は、一般的に使用されるTAPE積み重ね内の比較的に高価な「T」(TedlarTM)の代わりに使用されることが可能である。場合によっては、この支持部材8は、接着剤、または、ねじ、ステーブル(stable)、または、クランプのような1つまたは複数の機械的ファスナによって、内側シート8aに接着されることが可能である。

場合によっては、内側シート8aは、厚さt1を有する内側シートであり、および、支持構造8は厚さt2と高さhと固有の電池幅(W)のウェブを有する。支持構造8と内側シート8aは、例えば射出成形法を用いてポリマー材料で形成されることが可能である。一例としては、この支持構造8と内側シート8aは、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ポリビニル(PVC)、または、紫外線(UV)放射に対して耐久性がある材料のような、経済的なポリマー材料で作られている射出成形部品によって形成されている。このことが、溶接によって8aと8とを接合することを不要にすることが可能である。

図6の支持構造8は、充填密度のような様々な形状と構成の貫通穴を備える。一例としては、貫通穴はハニカム形状であり、各々の個別穴が6つの壁を有する。貫通穴は、例えば円形、三角形、正方形、長方形、五角形、七角形、または、十角形のような他の幾何学的形状を有することが可能である。貫通穴は、六方最密充填(hcp)形状構成の形に充填されているが、面心立方(fcc)のような他の充填構造も使用されることがある。

パラメータ「t1」、「t2」、「h」、「W」が、ポリマー材料が取って代わるガラスシートと概ね同一の剛性を与えるために、このポリマー材料の強度に基づいて調整されることが可能である。この剛性は、さらに、従来のアルミニウムフレーム付きのモジュールの剛性を再現するようにされることが可能であり、これはガラスの場合と異なることはないだろう。ウェブ厚さ「t2」は必ずしも内側シート厚さ「t1」と同一である必要はないが、同一であってもよい。これらの厚さ「t1」、「t2」は約0.01インチから1インチの間であり、または0.02インチから0.1インチの間であることが可能である。電池幅「W」は約0.1インチから2インチの間であり、または、0.5インチから1.5インチの間であることが可能であり、および、ウェブ高さ「h」は約0.1インチから2インチの間であり、または、0.5インチから1.5インチの間であることが可能である。場合によっては、この剛性は、材料プレートの厚さの3乗に比例していることが可能であり、および、有効厚さが非常に狭い範囲内に収まる傾向がある。重量を著しく増大させずに剛性の増大を実現するために、「t1」および「t2」に類似した厚さを有する追加のシート8bが裏面に接着されてもよい。この外側シートは、太陽露光中にモジュールからの対流熱損失を可能にするために、直径「D」を有する六角形パターン上に中心に来るように置かれている開口部(すなわち、円形穴)を有することが可能である。シート8bは、ポリマー材料、または、アルミニウムのような金属材料で形成されることが可能である。

図6のPVモジュールの製造においては、様々な材料のシートが端部シール(edge seal)9と共に互いに積み重ねられ、および、これらの材料が、場合によっては真空中または不活性環境(例えば、N、Ar、または、He)内で、高温度において互いに接合させられる。場合によっては、PV電池3は端部シール9によって側方において接合させられる。端部シール9は、層2−5に対して固定されている独立型の構成要素であることが可能である。あるいは、代替策として、端部シール9は、内側シート8aまたは支持構造8の一部分として形成されることが可能である。

図6の支持構造8は型の中で形成されることが可能であり、および、厚さのパラメータも、その支持構造8を形成するために使用される型、テンプレート、または、パネル、変化させられるだろう。例えば、ウェブ高さ「h」さえ含む支持構造8のあらゆる寸法が、幾つかの位置における局所的な補強を実現するために変化させられることが可能である。場合によっては、この「h」は、より高い応力が生じさせられるモジュール据え付け台の区域内で変化させられることが可能である。低応力区域が薄くされると同時に、この区域は、より頑丈にされることが可能であり、こうして、選択された区域において強度を増大させながら、所与の材料重量において全体的な剛性を最大化する。場合によっては、内側シート8aの厚さ「t1」は支持構造8の剛性にわずかしか影響しないが、これは、十分に強力な接合によって荷重が最終的にガラスに移動させられるからである。このような場合には、薄い内側シート8aが確実な接合を実現することを促進することが可能である。内側シート8aは、重量を減少させるために薄くされることが可能である。特定の実施形態では、支持構造8のセル壁(cell wall)と層6との間に適切な接合が生じさせられることが可能な場合には、内側シート8aが排除されることが可能である。

支持構造8と、内側シート8aと外側シート8bの片方または両方(これらが使用される場合に)とが、図6のPVモジュールの支持部材を画定することが可能である。特定の実施形態では、内側シート8aと外側シート8bの片方または両方は支持構造8と一体状である。場合によっては、内側シート8aと、支持構造8と、外側シート8bは、単一の部品として形成されている。他の場合には、内側シート8aと支持構造8は単一の部品として形成されており、および、外側シート8bは、例えば溶接によって、支持構造8に対して固定されている。他の場合には、支持構造8と外側シート8bは単一の部品として形成されており、および、内側シート8aは、例えば溶接によって、支持構造8に対して固定されている。これは、支持構造8の端縁が層6に接合されておらずかつ内側シート8の構造または材料に類似した構造または材料に接合することがある場合に、使用されることが可能である。支持構造8と層6との間の接合は、より適切な全体的強度のためにモジュールの全区域にわたって広げられることが可能である。

支持部材は、支持構造8の少なくとも一部分を貫通して延びる穴を含むことが可能であり、場合によっては支持部材全体を貫通して延びる穴を含むことが可能である。この穴は、六角形の形状に6つの壁を有する囲いのような囲いによって画定されることが可能である。この囲いは、支持構造8の中に収容されている。支持構造8の少なくとも一部分を貫通して延びる穴を含む囲いが、「支持セル(support cell)」と呼ばれることが可能である。この支持セルは、PV電池3の対流冷却のための流体の流れ(例えば、空気流)を実現することが可能な、シート8b内の穴のような穴と流体連通している。支持構造8を含む支持部材の強度は、支持セルのサイズを含む支持セルの形状に基づいていることが可能である。場合によっては、支持部材は、1平方フィート当たり約40個から160個の支持セル、または、1平方フィート当たり約60個から120個の支持セル、または、1平方フィート当たり約70個から100個の支持セルを有する。平方フィートは、支持部材の断面積に関していることが可能である。一例として、支持部材は1平方フィート当たり80個の支持セルを有する。場合によっては、支持セルは横並びの形で分布している。特定の実施形態では、支持セルは、六方最密充填(hcp)配列または面心立方(fcc)配列のような最密充填配列の形である。個別の支持セルの各々は、支持構造8の高さ(h)よりも小さいかまたはこれに等しい高さを有することが可能である。

支持セルの数密度は、支持セルの壁の厚さまたは支持構造8の高さ(h)に応じて反比例して変化することが可能である。一例としては、支持セルを減少させることが、支持構造8の高さの増大、または、支持セルの囲いを画定する1つまたは複数の壁の厚さの増大を必要とする可能性がある。場合によっては、ポリマー材料で形成されている支持構造の場合に、その厚さは約1インチから3インチであり、または、1.5インチから2.0インチである。

図7が、ハニカム型支持部材を有する図6のPVモジュールのような、PVモジュールの頂部部分の略背面図である。このPVモジュールは固有の電池幅(W)を有する。約1.25インチの幅の場合には、図7のPVモジュールは、図示されているように、約1メートルのモジュール幅を有することが可能である。このことが、風荷重と他の環境的問題点と取り扱い上の問題点に対する耐久性のために必要とされることがある構造的保全性を有する、支持部材を含むPVモジュールを実現することが可能である。場合によっては、その幅が2倍にされるならば、高さ(h)が約2(1/3)(または、約1.26)の係数で拡大される。1メートル×1.6メートルのモジュール長さの場合には、モジュールの全体的なサイズが、従来のフレーム構造のケイ素モジュールの全体的サイズと概ね同一であるが、より低コストであり、かつ、場合によっては、より軽量である。このPVモジュールの重量は、等しいサイズのガラス−ガラス型の設計よりも軽量である可能性がある。

図7を続けて参照すると、このPVモジュールは、このモジュール内の電池に対する電気的接続を実現するために、そのモジュールの頂部の付近に1つまたは複数の雌プラグ差し込み口10を含む。プラグは、六角形の構造のセル寸法内に収まる形で示されているが、他のプラグ形状が採用可能である。このプラグは、ウェブが取り除かれている(または、最初から成形されていない)領域に広がることが可能であり、および、必ずしも丸い形状である必要はない。場合によっては、プラグ10は雄の形状構成を有することが可能である。

特定の実施形態では、図1と図2のPVモジュール1が、図6に関連して説明した仕方で形成されている。図6の支持構造は、図1と図2のPVモジュール1に対して構造的保全性を提供することが可能であり、このことが、有利なことに、材料の破損のような取り扱い上および設置上の問題点を排除しないまでも最小限にすることを促進することが可能である。図6に関連して説明した支持構造を有する屋根板型PVモジュールは、従来のPVモジュールよりも軽量であり、輸送および設置を容易化することが可能である。

図8を参照すると、図6の構造が、ハニカム型支持構造8の端縁に取り付けられているエッジクリップ21によって、ハニカム型支持構造8に取り付けられている。エッジクリップ21は、ねじ(図示されている)または他の取り付け部材またはファスナによって、ハニカム型支持構造8に取り付けられている。図8のPVモジュールの頂部表面上の機械的荷重(例えば、風、雪)が、強固なハニカム支持物に対してその積層構造を押し付ける可能性があるが、このことは破損を引き起こすことはないだろう。しかし、背面からの風荷重が図8のPVモジュールの中央部を持ち上げることがあり、このことが、端縁拘束手段だけしか使用されない場合には破損または他の破裂を引き起こす可能性がある。したがって、図8のPVモジュールは、ハニカム型セル壁が交差する取り付け位置22を含むだろう。この取り付け位置22は、ハニカム型構造8に図6の構造を取り付けるための化学的ファスナを含むことが可能である。場合によっては、この化学的ファスナは接着剤である。取り付け接着剤(シリコーンゴムのような)が、様々な気象条件に適合している属性を有しかつ様々な熱負荷の下で弛緩するのに十分な可とう性を有するように選択されるだろう。特定の実施形態では、ハニカム型構造のシート8aが、あらゆる機能性の損失なしに8bに類似しているように、取り除かれるかまたは構成される(すなわち、形成される、寸法決定される)ことが可能である。これが、セル壁の交差部分に小さい取り付け部分22が示されている理由である。場合によっては、シート8aが図8のPVモジュール内に含まれている場合に、接着剤取り付け区域が、必要に応じて、著しくより大きいことが可能である。そのパネルの全体的な構造的強度がハニカム型後板構造内に残留することがあるので、非常に薄いガラスが、PVモジュールの水蒸気バリア属性を損なうことなしに太陽電池の積層に使用されるだろう。こうした構成が幾つかの利点を実現する。例えば、PVモジュールは比例してより軽量であり、および、より薄いガラスがより向上した光透過を有し、したがってPV効率(すなわち、露光時の電力出力)を向上させる。

特定の実施形態では、屋根板型の熱収集器が提供されている。この屋根板型の熱収集器は、屋根板型PVモジュールに関連して本明細書で説明されている外側表面を有することが可能であるが、この外側表面は熱エネルギーまたは放射エネルギーを捕捉するように構成されており、この屋根板型の熱収集器は、例えば、スターリングエンジンで使用されることが可能である。

本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され説明されているが、こうした実施形態が単なる例示として提示されているということが当業者には明らかだろう。様々な変形と変更と置き換えとが、本発明からの逸脱なしに当業者によって見い出されるだろう。本明細書で説明されている本発明の実施形態に対する様々な代替案が、本発明を実施するために使用されるだろうということが理解されなければならない。後述の特許請求項が本発明の範囲を定義するということと、これらの特許請求項の範囲内の方法および構造とその等価物とが後述の特許請求項によって範囲内に含まれるということとが意図されている。

1 光起電力モジュール
2 第2の部分
3 第3の部分
4 接着剤層
5 湿気バリア層
6 光活性材料層
7 電気絶縁性材料層
9 保護層
10 暗色部分
11 調整表面

Claims (24)

  1. 光起電力モジュールであって、
    入射光の少なくとも一部分に対して透明である光学的に透明な材料の第1の層と、
    前記第1の層に隣接した水蒸気バリア材料の第2の層であって、前記第1の層からの光の少なくとも一部分に対して透明である第2の層と、
    前記第2の層に隣接した1つまたは複数の相互接続された光起電力(PV)電池を有する第3の層であって、前記1つまたは複数の相互接続されたPV電池は、前記第1の層から前記第2の層を通過してこの第3の層に方向付けられる光に露光される時に電力を発生させる第3の層と、
    前記第3の層に隣接した電気絶縁性材料の第4の層
    とを含み、
    前記第1の層は、前記第1の層に隣接した前記第2の層の表面に対してゼロ度より大きい角度に方向配置されている1つまたは複数の外側表面を含む
    光起電力モジュール。
  2. 前記第1の層は、紫外線放射に対して耐久性があるポリマー材料を含む請求項1に記載の光起電力モジュール。
  3. 前記ポリマー材料はポリメチルメタクリラートである請求項2に記載の光起電力モジュール。
  4. 前記層は接着剤によって互いに接合されている請求項1に記載の光起電力モジュール。
  5. 前記水蒸気バリア材料は被覆ポリマー材料を含む請求項1に記載の光起電力モジュール。
  6. 前記水蒸気バリア材料はSiOを含み、前式中で「x」はゼロよりも大きい数である請求項1に記載の光起電力モジュール。
  7. 前記湿気バリア材料は、約10−4グラム/m/日よりも小さいかまたはこれに等しい水蒸気浸透を有する請求項1に記載の光起電力モジュール。
  8. 前記1つまたは複数の外側表面の少なくとも一部分は、前記第2の層の前記表面に比べて粗くされている請求項1に記載の光起電力モジュール。
  9. 前記第4の層に隣接した別の水蒸気バリア材料の第5の層をさらに備える請求項1に記載の光起電力モジュール。
  10. 前記別の水蒸気バリア材料はアルミニウムを含む請求項9に記載の光起電力モジュール。
  11. 前記別の水蒸気バリア材料は、1つまたは複数のバリア層で被覆されているポリマー下地を備える請求項9に記載の光起電力モジュール。
  12. 保護材料の第6の層をさらに備える請求項9に記載の光起電力モジュール。
  13. 前記1つまたは複数の外側表面は、前記第1の層と一体化されている複数の外側表面である請求項1に記載の光起電力モジュール。
  14. 前記第4の層に隣接した支持部材をさらに備え、および、前記支持部材は、前記支持部材を貫通して延びる複数の穴を有する請求項1に記載の光起電力モジュール。
  15. 前記1つまたは複数の外側表面は複数の凹みを有する請求項1に記載の光起電力モジュール。
  16. 光起電力モジュールであって、
    入射光の少なくとも一部分に対して透明である光学的に透明な材料の第1の層であって、凹みパターンを有する第1の層と、
    前記第1の層に隣接した第1の湿気バリア材料の第2の層であって、前記第1の層からの光の少なくとも一部分に対して透明である第2の層と、
    前記第2の層に隣接した1つまたは複数の相互接続された光起電力(PV)電池を有する第3の層であって、前記1つまたは複数の相互接続されたPV電池は前記第2の層からの光に露光される時に電力を発生させる第3の層と、
    前記第3の層に隣接した電気絶縁性材料の第4の層
    とを備える光起電力モジュール。
  17. 前記第4の層に隣接した別の湿気バリア材料の第5の層をさらに備える請求項16に記載の光起電力モジュール。
  18. 前記第4の層に隣接した支持部材をさらに備え、および、前記支持部材は、前記支持部材を貫通して延びる複数の穴を有する請求項16に記載の光起電力モジュール。
  19. 光起電力システムであって、1つまたは複数の屋根板型の光起電力モジュールを備え、および、前記1つまたは複数の屋根板型光起電力モジュールの屋根板型光起電力モジュールの各々は、その型押しされた層からの光に露光される時に電気を発生させるように構成されている光活性材料の層に隣接した、光学的に透明なポリマー材料の型押し層を有する光起電力システム。
  20. 前記1つまたは複数の屋根板型光起電力モジュールの個々の屋根板型光起電力モジュールに隣接した屋根板をさらに備える請求項19に記載の光起電力システム。
  21. 前記型押し層は、屋根板の形状のトラフのパターンを備える請求項19に記載の光起電力システム。
  22. 屋根板型の光起電力モジュールを形成するための方法であって、屋根板の形状で中に形成されている凹みパターンを有する光学的に透明なポリマーシートに隣接した光活性材料の層を提供することを含み、および、前記光活性材料は、前記光学的に透明なポリマーシートからの光に露光される時に電気を発生させる方法。
  23. 前記光活性材料の層を設ける前に、前記凹みパターンを前記光学的に透明なポリマーシートの中に形成する請求項22に記載の方法。
  24. 前記凹みパターンは型押しによって形成される請求項23に記載の方法。
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