JP2014520501A - 電力パネル用光電池パネル - Google Patents

Abstract

熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルは、太陽放射上面、底面および側壁を有する合成樹脂成形筐体を備える。電力を発生させる光電池パネルは、金属製ＰＶ電池トレイの第一面にそれぞれ固定された複数の太陽電池を有する。ＰＶ電池トレイは、合成樹脂成形筐体の上面に接触して配置される。ＰＶ電池トレイは、上面に沿って流れる流体と接触する、第一面とは反対向きの第二面を有する。透明パネルは、合成樹脂成形筐体の側壁と直に接触し、かつ、光電池パネルの上方に離間して配置される。透明パネルは、筐体の中にたまる熱エネルギーを遮断する。

Description

関連出願の相互参照

本願は、２０１１年５月３１日出願の米国特許出願番号第１３／１４９，１５３号に対して優先権を主張する。米国特許出願番号第１３／１４９，１５３号は、２０１０年４月５日出願の米国特許出願番号第１２／６８１，７４９号の一部継続出願である。米国特許出願番号第１２／６８１，７４９号は、２００８年１０月３日出願の国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７８８２２号の国内段階であり、それに対して優先権を主張する。国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７８８２２号は、２００７年１０月４日出願の米国仮出願番号第６０／９７７，４０７号の利益を主張する。上記出願のそれぞれの全ての開示は本明細書中に援用される。

本願開示は、熱、電気および空気調節用の太陽光エネルギーを捕捉するための太陽光パネルに関する。より詳細には、本願技術は、個別に機能可能であるか、または連結可能にして熱・電気エネルギー源を創出する太陽光パネルに関する。

このセクションの記載は、本願開示に関連する背景情報を提供するだけであって、先行技術を構成するものではない。

太陽は、毎日、人類により使用されるエネルギーの一万倍の量のエネルギーをもたらす。たった一日で、太陽は、現在の人口が今後２７年間で消費するであろう以上のエネルギーをもたらす。北アメリカだけで、毎年、エネルギーに２兆ドル近くが費やされ、その多くは、石油、石炭および他の化石燃料のような再生不能な炭素系資源に充てられている。アメリカの平均家庭のエネルギー消費の約６５〜８０％が熱エネルギーで、約２０〜３５％が電気エネルギーとすると、再生可能資源を介してこれら両方の要求を満足させる手段を得ることは道理にかなっている。

過去数十年に、水車（流れる水の運動エネルギーを電気に変換する）、風力発電機（風力エネルギーを電気エネルギーに変換する）、地熱暖房（地下温度の安定性を利用して熱エネルギーを供給する）および太陽電池（太陽光エネルギーを捕捉・変換して電気エネルギーとする）等の再生可能エネルギー供給源の獲得に向けて、多くの進展があった。

太陽光パネルは、各々の太陽電池をつなげて、帯状の、または一連の電池を形成し、ほぼ平坦な載置面を有するトレイの中に載置されることによって製造される。太陽パネルに入射する光が、ほぼ遮られずに電池用透明カプセル材料を通過し、各々の太陽電池の露出面にぶつかるように、電池をトレイに接着し、透明材料内で周囲を囲むか、全体を覆う。従来、太陽光パネルは、少なくとも１つの３インチ径の薄ウェハ状太陽エネルギー電池から形成される。太陽エネルギー電池の２つの平面のうち一方が、太陽光パネルの基材をなすトレイ平坦基部に接着され、他方の平面はトレイの開口頂上部に向き、照射される光を受ける位置にある。通常、透明材料は、光がカプセル材料を通過し、電池の露出平面に到達するのに最小限の妨げにしかならないばかりでなく、カプセル化された電池を周囲条件から保護するのに最適な耐候特性をも有する材料から選択される。例えば、Ｌｉｎｄｍａｙｅｒに発行された米国特許番号第４，０５７，４３９号に見つけられる。

あるいは、代替案としての再生可能エネルギーは、太陽光エネルギーを利用して液体を加熱し、加熱または冷却用熱エネルギーを提供する太陽光熱交換器である。このタイプのエネルギー利用において、通常、太陽照射の吸収を向上させるために平板の前面が黒く塗られる。また、平板は、その黒く塗られた面が太陽に向かい、かつ、集積されたエネルギーを最適化するのに適切な角度で傾斜するように配置される。一連の管がパネルに固定される。これらの管を加熱対象となる水が循環し、パネルに吸収された熱を取り出す。パネルの裏面は、ガラス、羊毛または発泡プラスチックのような断熱材の層により断熱されることが多い。

たいていの場合、これらのパネルは、ガラス、あるいは、透明アクリルまたはＰＶＣのような透明プラスチック材で製造されたフロントスクリーンを備え、太陽放射がスクリーンを通過してパネルに到達するのを可能とし、再放射または対流冷却による損失を減少させることにより熱を保持する。

太陽光パネルからの温水は、通常、システムにおいて入熱と熱損失との均衡点である最高値まで昇温してもよいように、別個のタンクを循環する。その後、この水はメイン熱水タンクへの給水として使用される。というのは、タンクの熱水がシステムから排水されるからである。一般にこの水は温かいだけなので、とても暑い天候、または、パネルが暑い気候で使用される場合を除いて、熱水としてそのまま使用できず、使用可能な温度までこの水を加熱するために、メイン熱水タンクの中に別個の加熱器が必要となる。通常、ソーラーパネルからの水を、メインタンクの熱水温度を維持するために使用できないことも明白である。このタイプの再生可能エネルギー源の例は、Ｂｅｎｎｅｔｔに発行された米国特許番号第４，０８９，９５７号に見つけられる。

これらのタイプの太陽光エネルギー利用は、性能において優れているが、世界中の家庭で利用可能な熱エネルギーおよび電気エネルギーの両方の経済的な源とはならない。

本願技術の目的は、太陽から放射された光を変換して、熱・電気エネルギーを提供可能な電力パネルを提供することである。

発明の一側面によれば、太陽放射から熱・電気エネルギーを発生させる電力パネルが提供される。太陽放射から熱・電気エネルギーを発生させる電力パネルは、太陽放射源に面する透明パネルと、太陽放射源とは反対側の透明パネルの面に配置された電力発生用光電池（ＰＶ）パネルとを備える。光電池パネルは、太陽放射源に向けられた第一面を有するＰＶ電池トレイと、ＰＶ電池トレイの第一面に塗布された第一接着剤層と、直列に配置されて、各電池縦列を形成する複数の太陽電池とを備える。太陽電池は、第一接着剤層により、ＰＶ電池トレイの第一面に固定される。

また、本発明の別側面によれば、太陽放射から熱・電気エネルギーを発生させる電力パネルは、太陽放射上面、底面および側壁を有する合成樹脂成形筐体を備える。電力を発生させる光電池（ＰＶ）パネルは、金属製ＰＶ電池トレイの第一面に固定された複数の太陽電池を有する。ＰＶ電池トレイは、合成樹脂成形筐体と接触し、かつ、上面の上方に離間して配置される。ＰＶ電池トレイは、上面を流れる流体と接触する、第一面とは反対向きの第二面を有する。合成樹脂成形筐体の側壁と直接接触し、かつ、光電池パネルの上方に離間して配置された透明パネルは、筐体内に封じ込められた熱エネルギーを遮断する。

さらに、本発明の別の側面によれば、太陽放射から熱・電気エネルギーを発生させる電力パネルは、太陽放射源に向いた第一面と、外縁を形成する隆起外壁部とを有する光電池（ＰＶ）トレイを備える。光電池トレイの第一面に塗布された第一接着剤層は、外壁部の対向側壁部により境界づけられるが、外壁部の対向端壁からは離間して配置される。これにより、第一面の第一非塗布部および第二非塗布部が形成される。第一エネルギー集積片は、アレイの第一端部に置かれ、第二エネルギー集積片は、アレイの反対側の第二端部に配置される。第一および第二端子片は、第一接着剤層を用いて、ＰＶ電池トレイの第一面に接続される。複数の太陽電池は、複数の横列および縦列を有するアレイで構成される。太陽電池は、第一接着剤層により、ＰＶ電池トレイの第一面に固定され、その縦列は、第一および第二エネルギー集積片との間に配置される。

これら目的および他の目的は、太陽により生み出される太陽光エネルギーからの熱エネルギー生産および電気エネルギー生産の手段を組み込むように設計された電力パネルを含む本発明の技術から自明であろう。用途に応じて、パネルは、個別に利用可能、または、より大きな純エネルギー生産を得るために連結可能である。各々のパネルは、すでに他分野で利用される高い費用効率の自動製造方法により製造される。これにより、消費者側のエネルギーコストがかなり低減されるだろう。電力パネルは３つの形態として製造される。１つ目は、パネル当たり８％‐４０ワットの電気エネルギーおよび５００ワットまでの熱エネルギーを提供するとされる光電池熱パネル（ＰＶＴ）であり、２つ目は、５５０ワットまでの熱エネルギーを提供するとされる熱専用電力パネルであり、最後は、パネル当たり３２％‐２４０ワットの電気エネルギーおよび３００ワットまでの熱エネルギーを提供するとされる集中光電池熱パネル（ＣＰＶＴ）である。３つの実施形態の全ては、通常のワット当たり太陽電池コストをかなり削減し、従来のシリコン太陽電池が現状で供給が厳しいという問題を取り除く。

さらなる利用可能範囲は、本明細書の記載から自明となる。記載事項および特定の実施例は、説明のみを目的とするものであって、本発明の開示の範囲を限定するものではない。

本明細書に記載の図面は、説明のみを目的とするものであって、いかなる形態においても本発明の開示の範囲を限定するものではない。
本発明の技術の好適な実施形態を備える２つの連結電力パネルの斜視図である。 １つ以上の電力パネルを連結させる連結要素の部分断面側面図である。 当業種で公知である、先行技術の熱交換収集板の部分斜視図である。 本発明の教示による構成要素の組立展開図である。 図３に図示される筐体の上面を示す、筐体の上面図である。 図３Ａの部分平面拡大図であり、筐体の仕切りおよび曲り目によって規定される液体流路および通気路を示す。 直列につながれた２つの電力パネルの断面図である。 上部カバー、光電池パネルおよび液体流れの相関位置を示す図３Ｃの拡大角部の断面図である。 上部カバー、光電池パネルおよび液体流れの相関位置を示す図３Ｃの中心部の拡大断面図である。 本発明の技術の電力パネルの筐体の要素である底面の斜視図である。 筐体の内部かつ上面に配置された光電池パネルを有する電力パネル１０の別の実施形態の斜視図である。 建物の上に、直列に実装された本発明の技術の好適な実施形態を含む複数の電力パネルの斜視図である。 本発明の開示の組み立てられた光電池パネルの右上方斜視図である。 図６の光電池パネルを有する電力パネルの展開組み立て図である。 本発明の開示の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 接着層が塗布された後の、図８の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 母線および端子片が適用された後の、図９の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 第二接着剤層が塗布された後の、図１０の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 太陽電池の第一縦列を実装した後の、図１１の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 太陽電池の第二縦列を実装した後の、図１２の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 太陽電池の第三縦列を実装した後の、図１３の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 太陽電池の第四縦列を実装した後の、図１４の光電池パネルトレイの右上方斜視図である。 図１５の領域１６の右上方斜視図である。 図６の光電池パネルトレイの底部右斜視図である。 本発明の開示の接続箱の斜視図である。 埋め込み後の図１８の接続箱の斜視図である。

以下の説明は、本来、単なる例示であって、本発明の開示、適用または使用を限定するものではない。なお、図面を通して、対応する参照符号は、類似または対応する部分および特徴を示す。

図面、特に図１、１Ａおよび３を参照して、電力パネル１０を含む本発明技術の実施形態が示される。電力パネル１０は、太陽エネルギー吸収部２０を有する、矩形状の膨張ポリプロピレン筐体１２を備える。太陽エネルギー吸収部２０は、図１の矢印で示される一連の長手方向チャネルを備える。このチャネルは、液体が流される筐体１２の上面に配置される平行仕切りにより規定される。液体、例えば、蒸留水が注入口１６に注入され、長手方向チャネルに沿って均等に液体を分散させる注入溝を通って流れる。液体は、吸収部２０の長手方向チャネルを流下し、排出口１４から排出されるように方向づける、より低い位置の垂直排出溝に集められる。

記載されるように、電力パネル１０は、独立型ユニットとして取り付け可能であるか、または、例えば、直列に連結して、図１および５に図示される電力発生パネルアレイのような、より大きなエネルギー生産手段を形成してもよい。２つ以上のパネル１０を連結するために、筐体１２は、注入口１６および排出口１４が隣接するパネルと水平方向に整列するように成形される。ジャーナル導管１８が、隣接する電力パネルに接し、隣接する注入口１６および排出口１４を接続する。密閉固定手段１９は、導管１８と筐体注入口１６または排出口１４との間に埋め込まれ、図１Ａに図示されるような確実な漏れ防止接続部を確保する。

本発明の技術のいくつかの実施形態では、電力パネル１０は、太陽放射吸収上面２０と、底面と側壁とを備える合成樹脂成形筐体１２からなってもよい。筐体１２の吸収上面２０は、黒く塗られ、太陽放射吸収を高め、筐体１２の上面を循環する液体を加熱してもよい。また、筐体は、筐体１２上に配置された透明パネル２２を備える。透明パネル２２は、筐体１２内の熱エネルギーを遮断するように構成されている。透明パネル２２が配置された時、中に液体を通して流すための液体通路を形成するように構成される複数の仕切り４０を付け加え、筐体１２の中で、仕切り４０と液体が密着する液体の境界を形成することで、液体は、電力パネル１０の端から端まで運ばれる。

電力パネル１０は、熱エネルギー捕捉性能に加えて、図１Ｃおよび３に図示されるような光電池パネル２３を備えることにより、発電性能を有するように製造することも可能である。光電池パネル２３は、電力パネル１０の表面に入射する太陽放射から直接電力を発生させることが可能である。光電池パネル２３は、筐体１２を循環する液体と密着している液体の境界、つまり「蓋」を形成する。光電池パネル２３と循環する液体とのこのような接触により、筐体１２と外部環境との間で熱および液体が密封されるのみならず、光電池パネル２３に配置された太陽電池により発生した入射熱が捕捉される。

本明細書に記載の電力パネル１０は、図２に図示される従来の平板熱交換収集器３０より優れる。この収集器３０は、通常、液体入口３５、液体出口３３、および両方をつなぐ一連の長手方向液体パイプ３４を有する筐体３１からなる。長手方向パイプ３４は、一般に銅製であり、銅製の吸収板３６に取り付けられる。吸収板３６は、太陽エネルギーを吸収し、熱をパイプ３４内の液体に伝達する。通常ガラス製のカバーシート３２が、パイプ３４および吸収板３６を保護するために取り付けられる。吸収板３６は、３８により、筐体および収集器３０が装着される構造から断熱される。本願の電力パネル１０は、液体が流れるチャネルが筐体１２の中に成形され、筐体１２の外部および電力パネル１０が設置される構造から断熱されるということから、デザインおよび効率性の点で、先行技術の収集器より優れる。

本発明技術のいくつかの実施形態において、図３、３Ａおよび３Ｂに最適に図示されるように、電力パネル１０は、筐体１２の吸収部２０上にはめ込まれる複数の太陽電池からなる電気光電池パネル２３を有する。光電池パネル２３の形式は、光電池パネル２３が筐体１２の側面内にはまり、かつ、光電池パネル２３と接して流れる液体に対して遮断密封性を形成するような寸法でなくてはならないという要求以外は、重要ではない。光電池パネル２３上に配置される太陽電池の数は重要ではない。いくつかの実施形態において、本発明の技術の光電池パネル２３として使用するのに適切な光電池パネルは、例えば、薄膜光電池パネルである、エナジー・フォトボルタイックス社（アメリカ合衆国、ニュージャージー州、ロビンスビル）により販売されるＥＰＶ−４２のように市販されている。このパネルは、その下の筐体１２を流れる液体のチャネルからの熱エネルギーを収集するだけでなく、光電池パネル２３に取り付けられた導管２４を介して、離れた電力貯蔵装置（図示せず）まで転送される電気エネルギーを収集することができる。光電池パネル２３は、筐体１２内の液体通路５４を流れる液体の上面境界として機能し、流体流れの断熱材として働く。透明な上面強化ガラス２２が、組立物の上にはめ込まれ、耐候性密閉シール２１により筐体１２を密封し、密閉システムを形成するだけでなく、さらに組立物を断熱し、電力パネル１０へのエネルギー効率を格段に向上させる。

図３、３Ａおよび３Ｂを参照すると、筐体１２は、太陽放射露出上面を露出した平面図で示される。筐体１２は、一体の成形材料から製造可能である。一般に、筐体１２は矩形である。筐体１２は、例えば、紫外線放射に耐性があり、かつ、水のような液体と適合する合成材料から圧縮成形可能である。いくつかのの実施形態では、筐体１２は、熱可塑性ポリオレフィンから成形される。いくつかのの実施形態では、熱可塑性ポリオレフィンは、ポリプロピレンおよびオレフィン系ゴムの混合物からなる公知の熱可塑性ポリオレフィン一種以上を含有可能である。いくつかの実施形態において、筐体１２の圧縮成形に利用されるのに適切な組成物、例えば、ソルベイ・エンジニアド・ポリマー社（アメリカ合衆国、ミシガン州、オバーン・ヒルズ）により販売される熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）：ＳＥＱＵＥＬ Ｅ３０００も市販されている。

筐体１２の上面３９も、一般に筐体１２の上面３９に配置される複数の仕切り４０を備える。仕切り４０は、上面２０に配置され、図３Ａおよび３Ｂにおいて破線矢印で示される液体通路５４を形成する。液体通路５４は、注入溝４９から始まり、排出溝５０で終わる。液体通路５４は、一般に蛇行する形状を有するが、仕切り４０および方向転換用すじ目４２の配置により規定される任意の形状を形成するようにカスタマイズ可能である。図３Ａに図示されるように、上面３９は、２つの一般領域に分割される。それぞれの領域は、複数の仕切り４０および複数の方向転換用すじ目４２を含む。いくつかの実施形態において、図３Ａに図示されるような一般にＬ字形の仕切り４０が、１．０ｃｍから約１０ｃｍの範囲の距離で離間されてよい。上面３９は、２本の液体通路５４を有するように図示される。しかし、仕切り４０および方向転換用すじ目４２の配置を変形して、所定の方法で筐体を通して液体を流すことができる異なる液体通路５４を形成する。一般に、注入溝４９から排出溝５０までの液体の流れは、引力による流れ、および、太陽放射露出面の表面上の電力パネル１０の勾配、例えば、電力パネル１０が装着される屋根の、地表面に対する傾斜に依存する。

いくつかの実施形態では、仕切り４０および方向転換用すじ目４２は、構造密封剤からなる。構造密封剤は、筐体上に光電池パネル２３を載置する前に、成形された筐体１２の上面３９に塗布される。光電池パネル２３が、筐体１２の上面３９に一旦載置されると、光電池パネル２３と筐体１２の上面との間に、収容スペースが形成される。仕切り４０および方向転換用すじ目４２は、筐体１２の上面３９内に配置され、約０．０１ｍｍおよび約１０．０ｍｍの高さを有し、光電池パネル２３と筐体１２の上面３９との間に、約０．０１ｍｍから約１０ｍｍ、より好ましくは約０．１ｍｍから約５．０ｍｍ、さらに最も好ましくは、約０．１２５ｍｍから約３．０ｍｍの収容スペースを提供する。光電池パネル２３と筐体１２の上面３９との間の収容スペースは、破線矢印で示されるように仕切り４０および方向転換用すじ目４２により形成される液体通路を提供する。光電池パネル２３は、光電池パネル２３を筐体１２に接着するのを助ける仕切り４０および方向転換用すじ目４２の上に配置される。仕切り４０および方向転換用すじ目４２は、シリコーンの可撓性および紫外線放射耐性とともに、ウレタンの接着性および機械的特性を有する構造密封剤／接着剤からなってもよい。構造密封剤は、一種のポリマーを含有するか、あるいは、ポリマーの混合物を含有してもよい。いくつかの実施形態において、構造密封剤は、一種以上のシリル変性ポリマーを含有してもよい。シリル変性ポリマーは、水／シラノール縮合触媒を用いた処理により架橋可能である。シリル変性ポリマーは、例えば、エチレン、プロピレン、または、１−ブテンと不飽和シラン化合物とのコポリマー；不飽和加水分解性シラン化合物をポリエチレンまたは他の適切なポリマーに結合させることにより作られるグラフトポリマー；または、エステル交換により内部に導入される加水分解性基を有するポリマーを含有してもよい。仕切り４０および方向転換用すじ目４２として有用なシリル変性ポリマーは、２００６年２月１６日公開のアメリカ特許公開番号２００６／００３６００８、出願番号１１／１４０，２３０に記載される。

いくつかの実施形態において、筐体１２の上面３９に配置された仕切り４０および方向転換用すじ目４２として使用するのに適した構造密封剤／接着剤組成物も市販されている。例えば、水分硬化シリル変性ポリマー構造密封剤：ボスティック（アメリカ合衆国ウィスコンシン州ウォーワトサ）により販売される９４０ＦＳである。特に、図３Ｂは、構造密封剤または接着剤からなる仕切り４０および方向転換用すじ目４２で形成される液体通路５４を図示する。図３Ｂに図示される仕切り４０および方向転換用すじ目４２は、破線矢印で示される液体通路５４を規定するだけでなく、実線矢印で示される通気流路を通して筐体１２の外側へ逃す筐体の空気流路を提供する。このように、筐体１２には、その内部に通気流も形成される。いくつかの実施形態では、筐体１２を循環する水量は、約０．３８Ｌ／ｍｉｎ（０．１ｇａｌ／ｍｉｎ）から約７．５７Ｌ／ｍｉｎ（２．０ｇａｌ／ｍｉｎ）の範囲である。動作時、循環液体（例えば、水）の温度は、約２０度から７０度であってよい。

図３Ｂに最も良く図示されるように、ブリッジ４６が筐体１２の上面３９に載置される。ブリッジ４６は、仕切り４０と相溶性のある任意の材料から製造可能であり、筐体１２の上面３９に載置可能である。いくつかの実施形態では、ブリッジ４６は、熱可塑性ポリオレフィンから形成されてもよい。ブリッジ４６は、筐体１２の通気システムを、電気パネル１０に取り付けられた貯蔵器（図示せず）に連結する。ブリッジ４６は、実線矢印５６により印づけられる空気流路に沿って、筐体１２内に存在する空気を筐体１２から排出し、貯蔵器（図示せず）に注入するように構成される。ブリッジ４６が筐体１２に適切に接合され、光電池パネル２３に対して（仕切り４０を用いて）シールされると、ブリッジ４６は、電力パネル１０が角度をつけて置かれた場合の給排気装置として働く。ブリッジ４６は、通気システムから水を排除するとともに、排出された空気が注入溝４９の水位よりも高い位置へ流れるようにする。液体および空気に見られる異なる密度により、電力パネル１０が水で満たされるにつれ、空気がこの角部を通過する際「上方へ」押されて逃げ、それからブリッジ４６を越えて、注入溝４９の空気の塊の中に排出される。図３Ｄから３Ｅは、電力パネル１０の一般的な上面層を図示する。図３Ｄから３Ｅに図示されるように、仕切り４０および方向転換用すじ目４２は、光電池パネル２３とともに、流路の壁、または、液体通路のための流路５４を形成する。本発明の筐体は、流路５４を介して、筐体１２の第一端部から筐体１２の第二端部へ液体を流す。流路５４を液体が流れることにより、太陽光線に付随する熱を集めることができる。さらに、流路５４の液体と接触している光電池パネル２３から放出される熱は、その液体により集められ、光電池パネル２３の効率を向上させる。また、図３Ｂ、３Ｄおよび３Ｅに示されるように、仕切り４０は空気抜き通路を提供し、電力パネル１０を平衡化する。空気の流れは実線矢印５６として示される。このように、仕切りおよび方向転換用すじ目４２の配置および位置により、筐体１２内の熱収集および空気流れの効率を向上させる流路５４および５６が形成される。空気は最終的にはパネル１０を介して上方へ移動し、ブリッジ４６から排出される。

いくつかの実施形態では、仕切り４０は、直線的かつ横列になっていてもよい。この構成では、液体流の流路が注入溝４９および排出溝５０に対して垂直である。図４Ａに図示されるように、この別の実施形態は、複数の平行仕切り４０を備える。筐体は、光電池パネル２３を、仕切り４０と接触するように、その上に置くことにより密閉される。その後、光電池パネル２３に、透明パネル２２が重ねられ、光電池パネル２３の太陽放射露出面に置かれた太陽電池を保護する。

筐体１２は、優れた耐化学薬品性および耐候性を有し、単体で装着されてもよいし、あるいは、あらかじめ設定された傾斜パラメータ内に収まり、液体が電力パネル１０を効率的に流れるのであれば、多数の面に連続して装着されてもよい。図４に示されるように、複数の隆起台１３が筐体１２底面に成形され、電力パネル１０が、簡単なラグスクリューを介して、所望の太陽放射露出面（例えば、居住施設または商業施設の屋根、太陽放射に面する装着盤を備えた載置柱など）に載置されるのを可能にする。動作することで、湯および太陽由来電気エネルギーを発生可能な電力発生パネルアレイが、本明細書に記載の電力パネル１０を用いて製造可能である。図５に図示されるように、任意の構造物１１の太陽放射露出面に沿った所定領域に対して許容可能な任意の数字で、電力パネル１０を直列にＸ列設置することができる。

図６に示されるように、本願開示の電力パネル用光電池（ＰＶ）パネル５８は、いくつかの実施形態により、陽極酸化処理された被膜を有するアルミニウム材料からなるＰＶ電池トレイ６０を備える。複数の太陽電池６２がＰＶ電池トレイ６０に固定され、各太陽電池６２は、隣接する太陽電池６２を直列に接続する複数の母線６４を備える。複数の太陽電池６２は、複数の電池横列６６および複数の電池縦列６８のそれぞれに配置される。いくつかの実施形態によれば、各光電池パネル５８は、縦４列に配置された２８個の太陽電池６２を備える。

図７に示されるように、組み立てられた光電池パネル５８は、前述のように筐体１２の上面に装着される。さらに、透明パネル２２が光電池パネル５８の上方に離間して配置される。透明パネル２２および光電池パネル５８が装着されることにより、電力パネル１０の組立が完成する。

図８に示されるように、各々のＰＶ電池トレイは、略平面状である上方第一面７０と、その反対側の下方第二面７２を備える。上方第一面７０に対して隆起した隆起外壁７４は、ＰＶ電池トレイ６０の外縁壁を規定する。隆起外壁７４は、第一面７０および第二面７２の材料から一体に延出されてもよく、いくつかの実施形態では、上方第一面７０に対して垂直に方向づけられる。いくつかの実施形態によれば、隆起面と穴とのパターンを形成する複数のくぼみ７６が、少なくとも第二面７２に形成され、下方の第二面７２と接触する流体に乱流を作り出すのを助ける。したがって、くぼみ７６は、ＰＶ電池トレイ６０一面に転送される熱エネルギーを増加させるのを助ける。

ＰＶ電池トレイ６０は、複数の第一突起８０を有するトレイ第一端部７８をさらに備える。第一突起８０は、上方第一面７０の材料から作られ、上方第一面７０の上方に延出し、トレイ第一端部７８に近接して設けられる。送電線開口部８２もトレイ第一端部７８に近接して設けられ、太陽電池６２のエネルギーを収集する電力リード線が第一面７０から第二面７２へと配線される。トレイ第二端部８４は、第一突起８０と同様の複数の第二突起８６を有する。第二突起８６は、上方第一面７０の上方に隆起し、トレイ第二端部８４に近接して設けられる。第一および第二突起８０、８６のそれぞれは、所定の位置に配置される。図１０を参照して、その目的をより分かりやすく説明する。第一および第二突起８０、８６のそれぞれは、また、ＰＶ電池トレイ６０を製造する際、例えば、第一面７０から材料を押し出すように下方第二面７２に施されるスタンピング工程により、寸法的に制御されて形成可能である。

図９に示されるように、本発明の開示の光電池パネルを製造するための第一組立工程において、第一接着剤層８８が、例えば、ＰＶ電池トレイ６０の上方第一面７０へのスプレー作業またはローラ転写作業によって塗布される。第一接着剤層８８は、トレイ第一端部７８およびトレイ第二端部８４に設けられた矩形の第一および第二非塗布部９０、９２を除き、上方第一面７０のほぼ全体に塗布される。第一接着剤層８８は、第一および第二突起８０、８６のそれぞれも被覆する。いくつかの実施形態によれば、第一接着剤層８８の材料は、ダウ・コーニング社の封止材料ＰＶ−６０１０であってもよく、これは、流動可能な液体として適用される２液式シリコーン封止材料である。他のタイプの接着材料も第一接着剤層８８に使用可能であり、太陽電池への接着に適合した特性を有し、ほぼ透明または澄んでいる。

図１０および、再度図８に示されるように、第一接着剤層８８の材料が硬化するのに必要とする時間の経過後、アルミニウム材料の酸化を減らすための、例えば、陽極酸化処理された被膜を有するアルミニウム材料からなる第一エネルギー集積片９４が、第一接着剤層８８に塗布される。第一エネルギー集積片９４を通して延出する複数の位置決め開口部９６の各々は、第一突起８０と同軸上に配置され、第一突起８０の各々を収容する。第一突起８０を位置決め開口部９６に収容することにより、第一エネルギー集積片９４は、第一非塗布部９０に近接するがその中までは延出しない、ＰＶ電池トレイ６０の所定位置に配置される。第一エネルギー集積片９４の塗布前または塗布後に、複数のリボン接続領域９８が、第一エネルギー集積片９４の外側面上に形成される。リボン接続領域９８は、例えば、第一エネルギー集積片９４の表面から、座ぐり作業を用いて、すなわち、陽極酸化処理済材料の被覆を局在的に取り除き、後続の太陽電池の電気的接続に使用される場所に、非塗布アルミニウム材料を残す作業を用いて、形成可能である。

第一エネルギー集積片９４の塗布に続き、または、塗布の間、第一および第二母線プレート１００、１０２が、互いに接触または近接し、かつ、第一エネルギー集積片９４に近接するが直に接しないように、第一接着剤層８８に取り付けられる。第一エネルギー集積片９４と同様に、第一および第二母線プレート１００、１０２のそれぞれは、少なくとも１つの位置決め開口部９６'、および、いくつかの実施形態によれば、複数の位置決め開口部９６'を備えてもよい。位置決め開口部９６'も、第一突起８０の各々を収容し、第一および第二母線プレート１００、１０２をＰＶ電池トレイ６０の所定の位置に位置決めする。

ＰＶ電池トレイ第二端部８４において、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６のそれぞれが第一接着剤層８８に取り付けられる。第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６の近接する端部同志の間に、すきま１０８が維持され、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６間の電気的短絡を防ぐ。第一エネルギー集積片９４と同様に、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６のそれぞれも、図８に図示・説明される第二突起８６の各々と同軸上に位置決めされる一個以上の位置決め開口部９６''を備える。この位置決め開口部９６''は、ＰＶ電池トレイ６０上の所定の位置に第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６を位置決めするという同様の目的のために使われる、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６のそれぞれは、ＰＶ電池トレイ６０の第二非塗布部９２の領域外に配置される。いくつかの実施形態によれば、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６は、長手方向に互いに位置決めされ、両方とも第一エネルギー集積片９４に平行に方向づけられる。また、いくつかの実施形態によれば、第一、第二、第三エネルギー集積片９４、１０４、１０６のそれぞれは、酸化を最小限にするために塗布されるハードコート陽極酸化処理済材料を有する、３００３Ｈ１４アルミニウム等の導電性金属から形成される。第一エネルギー集積片９４と同様に、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６のそれぞれは、少なくとも１つのリボン接続領域９８'、および、いくつかの実施形態によれば、複数のリボン接続領域９８'を備える。リボン接続領域９８'では、陽極酸化処理済材料が局所的に取り除かれ、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６の各々に対して、その後の太陽電池の電気的接続のための露出アルミニウム面を残す。

図１１に示されるように、第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６の取り付けに続き、第二接着剤層１１０が第二および第三エネルギー集積片１０４、１０６にわたって塗布される。第二接着剤層１１０の材料は、第一接着剤層８８の材料と同一であってもよい。第二接着剤層は、第一および第二母線プレート１００、１０２のそれぞれの第一および第二母線プレート非塗布部１１２、１１４では省略される。第一および第二母線プレート非塗布部１１２、１１４は、太陽電池の各々の電気的接続を可能にするために設けられる。

図１２に示されるように、いくつかの実施形態によれば、太陽電池６２は、ボッシュ・ソーラー・エナジー社（エルフルト、ドイツ）により提供されるボッシュ・太陽電池Ｍ３ＢＢ Ｃ３ １２２０とすることができる。太陽電池６２は、隣接する電池に直列に電気接続され、第一電池縦列６８ａを形成する。第一電池縦列６８ａは、ＰＶ電池トレイ６０から離れた場所での、電気的接続作業により形成可能となり、第一面７０に１つの完全なユニットとして取り付けられる。第一電池縦列６８ａの各々の太陽電池６２は、太陽電池６２ａの第一縦列６８ａの所定の正極端部での電気接続タブまたは可撓性リボンが、第二母線プレート非塗布部１１４での第二母線プレート１０２に電気接続されるように、図示の通り、整列される。電池縦列６８ａの反対の負極端部を形成する太陽電池６２ｂの電気接続タブまたは可撓性リボンは、第二エネルギー集積片１０４に電気接続される。

図１３に示されるように、第一電池縦列６８ａと同様に、第二電池縦列６８ｂが作られる。太陽電池６２'ｃは、第一母線プレート１００の第一母線プレート非塗布部１１２に電気接続される。その後、太陽電池６２'ｄは、第三エネルギー集積片１０６に電気接続される。第二電池縦列６８ｂの太陽電池の電気的方向は、第二電池縦列６８ｂの負極電池端部接点が、第一母線プレート非塗布部１１２で接続され、太陽電池６２'ｄの正極電池端部接点が第三エネルギー集積片１０６で接続されるように、第一電池縦列６８ａの電気的方向とは逆方向とされる。

図１４に示されるように、太陽電池６２''の第三電池縦列６８ｃは、第二電池縦列６８ｂの外側に設けられ、第二電池縦列６８ｂの太陽電池とは逆向きの正極および負極末端部を有する。第三電池縦列６８ｃの太陽電池６２''ｅは、第一エネルギー集積片９４に接続される。第三電池縦列６８ｃの太陽電池６２''ｆは、第三エネルギー集積片１０６に電気接続される。

図１５に示されるように、光電池パネル５８の太陽電池６２の実装を完了するに際し、第四電池縦列６８ｄは、第一電池縦列６８に対して逆向きの太陽電池の正極および負極方向を有する。太陽電池６２'''ｇは、第一エネルギー集積片９４に電気接続される。第四電池縦列６８ｄの太陽電池６２'''ｈは、第二エネルギー集積片１０４に電気接続される。

図１６に示されるように、太陽電池を接続するのに用いられた例示的電気的接続は、第三電池縦列６８ｃの太陽電池６２'''ｆの母線６４ａ，６４ｂおよび６４ｃに個別に接続された可撓性リボンを有する第一、第二および第三可撓性リボン１１６、１１８、１２０を用いる。第一可撓性リボン１１６は、スポット融着法、接触融着法、または、第三エネルギー集積片１０６のリボン接続領域９８に対するのと同様の結合手順を用いて接続される。同様に、母線６４ｂから延出する第二可撓性リボン１１９は、リボン接続領域９８''に固定される。第三可撓性リボン１２０は、リボン接続領域９８'''に電気接続される。また、この図で明確に視認できるように、第二突起８６の１つが、第三エネルギー集積片１０６の開口部９６'に同軸上そろって収容される。いくつかの実施形態によれば、隆起外壁部分７４ｂおよび７４ｃのような、隆起外壁７４の各々の外縁壁部分は、壁連結部１２２を使って接続可能である。壁連結部１２２は、隆起外壁部分７４ｂおよび７４ｃのいずれか一方が延出したものであってよく、隆起外壁部分の近接する一方に溶着可能である。隆起外壁７４はいくつかの理由により設けられる。これらの理由には、ＰＶ電池トレイ６０の上方第一面７０にほぼ垂直に配された隆起外壁７４による強度向上が含まれるが、これに限定されるものではない。隆起外壁７４は、第一接着剤層８８を塗布する間、第一接着剤層８８があふれるのを防ぐ境界でもある。

図１７および、再度、図６および図８に示されるように、太陽電池６２がＰＶ電池トレイ６０の上方第一面７０へ装着された後、第一および第二母線プレート１００、１０２および第一エネルギー集積片９４のそれぞれに連結されるリード線は、電線開口部８２を介して、下方第二面７２に設けられる接続箱アセンブリ１２４に配線される。各種リード線は接続箱１２６に集められ、第一および第二電力リード線１２８、１３０は接続箱１２６から外側に延出し、光電池パネル５８の１つ以上から電力を収集する電力パネル（図示せず）まで配線される。

図１８に示されるように、接続箱１２６は、複数の接続線１３４が接続箱１２６のキャビティ１３６に配線される接続箱本体１３２を備える。第一および第二電力リード線１２８、１３０は被覆がはがされ、キャビティ１３６内で電気的に接続される。

図１９に示されるように、接続箱アセンブリ１２４を完成させるために、接続箱カバー１３８が接続箱本体１３２に取り付けられる。充填開口部１４０が、埋め込み材料（図示せず）を接続箱本体１３２のキャビティに注入するために、接続箱カバー１３８に設けられている。通風口１４２も、接続箱カバー１３８に設けられ、埋め込み材料充填作業中の通気を可能とする。

Claims (24)

1. 熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記太陽放射のソースに面する透明パネルと、
   前記太陽放射の前記ソースに対し前記透明パネルの反対側に配置された、電力発生用光電池（ＰＶ）パネルと、
   前記太陽放射の前記ソースのほうに向けられた第一面を有するＰＶ電池トレイと、
   前記ＰＶ電池トレイの前記第一面に塗布される第一接着剤層と、および
   直列に配置されて、それぞれの電池縦列を形成する複数の太陽電池とを備え、
   前記太陽電池は、前記第一接着剤層により、前記ＰＶ電池トレイの前記第一面に固定されることを特徴とする電力パネル。
2. 請求項１に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   さらに、前記ＰＶ電池トレイの第一端部に近接して接続される第一エネルギー集積片と、前記ＰＶ電池トレイの第二端部に近接して配置される第二および第三エネルギー集積片とを備え、前記エネルギー集積片の各々は、前記電池縦列の外側に配置され、かつ、前記第一接着剤層により前記ＰＶ電池トレイに固定されることを特徴とする電力パネル。
3. 請求項２に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   さらに、前記第一接着剤層に直接装着された第一および第二母線プレートを備え、前記太陽電池のそれぞれが、前記第一および第二母線プレートの双方に塗布された第二接着剤層を用いて、前記第一または第二母線プレートの一方に固定されることを特徴とする電力パネル。
4. 請求項３に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記各々の電池縦列は、第一、第二、第三および第四電池縦列を備え、それぞれの縦列は正極接続端部および負極接続端部を有し、
   前記第一電池縦列の前記正極接続端部は、前記第二母線プレートに接続され、前記第一電池縦列の前記負極接続端部は、前記第二エネルギー集積片に接続され、
   前記第二電池縦列の前記負極接続端部は、前記第一母線プレートに接続され、前記第二電池縦列の前記正極接続端部は、前記第三エネルギー集積片に接続されることを特徴とする電力パネル。
5. 請求項４に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記第三電池縦列の前記正極接続端部は、前記第一エネルギー集積片に接続され、前記第三電池縦列の前記負極接続端部は、前記第三エネルギー集積片に接続され、
   前記第四電池縦列の前記負極接続端部は、前記第一エネルギー集積片に接続され、前記第四電池縦列の前記正極接続端部は、前記第二エネルギー集積片に接続されることを特徴とする電力パネル。
6. 請求項３に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記第二接着剤層は、第一母線プレート非塗布部および第二母線プレート非塗布部を除いて、前記第一および第二母線プレートに塗布され、前記第一および第二母線プレート非塗布部は、前記第一エネルギー集積片に近接して配置されることを特徴とする電力パネル。
7. 請求項３に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記ＰＶ電池トレイの前記第一端部に近接して配置された前記第一面から延出する第一突起と、
   前記第一エネルギー集積片、前記第一および第二母線のそれぞれに形成された複数の位置決め開口部とをさらに備え、
   前記第一突起は、前記位置決め開口部のそれぞれに個別に収容され、前記第一エネルギー集積片、前記第一および第二母線の位置を固定することを特徴とする電力パネル。
8. 請求項３に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記ＰＶ電池トレイの前記第二端部に近接して配置された前記第一面から延出する第二突起と、
   前記第二および第三エネルギー集積片のそれぞれに形成された複数の位置決め開口部とをさらに備え、
   前記第二突起は、前記位置決め開口部のそれぞれに個別に収容され、前記第二および第三エネルギー集積片の位置を固定することを特徴とする電力パネル。
9. 請求項１に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
   前記ＰＶ電池トレイは、前記第一面とは反対向きの第二面を備え、
   前記太陽放射の熱部分は、前記ＰＶ電池トレイ第二面と直に接触する流体に伝達されることを特徴とする電力パネル。
10. 熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    太陽放射上面、底面および側壁を備える合成樹脂成形筐体と、
    金属製ＰＶ電池トレイの第一面に固定された複数の太陽電池を有する電力発生用光電池（ＰＶ）パネルと、
    前記合成樹脂成形筐体の側壁と直に接触し、かつ、前記光電池パネルの上方に離間して配置され、前記筐体内に封じ込められた熱エネルギーを遮断する透明パネルとを備え、
    前記ＰＶ電池トレイは、前記合成樹脂成形筐体と接触し、かつ、前記上面の上方に離間して配置され、前記第一面の反対側を向き、かつ、前記上面を流れる流体と接触する第二面を有することを特徴とする電力パネル。
11. 請求項１０に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記太陽電池は、複数の横列および縦列を有するアレイに構成されることを特徴とする電力パネル。
12. 請求項１１に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記アレイの第一端部に置かれた第一エネルギー集積片と、前記アレイの反対側の第二端部に置かれた第二エネルギー集積片とをさらに備え、
    前記第一および第二エネルギー集積片は、前記第一接着剤層を用いて、前記トレイの前記第一面に接続されることを特徴とする電力パネル。
13. 請求項１２に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記第一接着剤層に固定される前記太陽電池を有する、前記ＰＶ電池トレイの前記第一面に塗布される第一接着剤層をさらに備えることを特徴とする電力パネル。
14. 請求項１３に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記複数の太陽電池に直接塗布される第二接着剤層をさらに備え、
    前記第一および第二エネルギー集積片には前記第二接着剤層が設けられないことを特徴とする電力パネル。
15. 請求項１０に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    少なくとも前記第二面は、前記流体の乱流の発生を助ける隆起面のパターンを形成する複数のくぼみを備えることを特徴とする電力パネル。
16. 請求項１０に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記太陽電池は、可撓性リボンを有する複数の母線を有し、前記可撓性リボンは前記母線から延出して、前記太陽電池の近接するもの同士を電気接続することを特徴とする電力パネル。
17. 熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記太陽放射のソースに向けられた第一面と、
    外縁を形成する隆起外壁部を有するＰＶ電池トレイと、
    前記ＰＶ電池トレイの前記第一面に塗布され、前記外壁部の対向側壁部により境界づけられるが、前記外壁部の対向端壁からは離間されて、前記第一面の第一および第二非塗布部を形成する第一接着剤層と、
    前記第一接着剤層を用いて前記ＰＶ電池トレイの前記第一面に接続される、アレイの第一端部に配置された第一エネルギー集積片と、
    前記アレイの反対側の第二端部に配置された第二エネルギー集積片と、
    複数の横列および縦列を有するアレイで構成され、前記第一接着剤層により、前記ＰＶ電池トレイ第一面に固定され、前記第一および第二エネルギー集積片間に前記縦列が配置される複数の太陽電池と
    を備えることを特徴とする電力パネル。
18. 請求項１７に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    太陽放射上面、底面および側壁を有する合成樹脂成形筐体をさらに備え、
    前記ＰＶ電池トレイは、前記成形筐体の上面に接続されることを特徴とする電力パネル。
19. 請求項１８に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記筐体は、前記ＰＶ電池トレイの前記上面および第二面の間を流れる流体が、流入される入口および排出される出口となる少なくとも１つの注入口および少なくとも１つの排出口を備え、前記流体は前記第二面と接触することを特徴とする電力パネル。
20. 請求項１８に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記ＰＶ電池トレイの少なくとも前記第二面は、前記ＰＶ電池トレイからの熱エネルギーを前記流体に伝達する働きをする複数のくぼみを有することを特徴とする電力パネル。
21. 請求項１７に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記太陽電池のそれぞれは、自由に延出する導電性可撓リボンを有する複数の母線を備えることを特徴とする電力パネル。
22. 請求項２１に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記第一および第二エネルギー集積片は、それぞれ、前記第一および第二エネルギー集積片を被覆する材料を局所的に取り除くことによって形成され、かつ、前記導電性リボンの各々を接続するための複数の場所を提供するリボン接続領域を有することを特徴とする電力パネル。
23. 請求項１７に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記太陽放射のソースに面する透明パネルをさらに備え、前記ＰＶ電池トレイは、前記透明パネルの、前記太陽放射の前記ソースとは反対側に配置されることを特徴とする電力パネル。
24. 請求項１７に記載の、熱・電気エネルギーを太陽放射から発生させる電力パネルであって、
    前記第一接着剤層に直接装着された第一および第二母線プレートをさらに備え、
    前記太陽電池の各々が、前記第一および第二母線プレートに双方に塗布された第二接着剤層を用いて、前記第一または第二母線プレートのそれぞれに固定されることを特徴とする電力パネル。

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