JP2022528962A - 統合されたケーブル管理システムを備えたソーラー屋根タイルおよび電力ケーブルの配線固定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】統合されたケーブル管理システムを備えたソーラー屋根タイルを提供する。【解決手段】装置は、設置された屋根面積の１００平方フィートあたり４００ポンド未満の重量の屋根タイルと、屋根タイルの前面側に取り付けられた光起電性ソーラーパネルとを備える。屋根タイルの背面側は、１つまたは複数の電力ケーブルを収容するように構成された１つまたは複数のチャネルを含む。【選択図】図７

Description

本出願は光起電システムに関し、特に、ソーラー屋根タイルに関する。

太陽光や紫外線を吸収し、それらを電気エネルギーに変換する光起電性ソーラーパネル（太陽光発電パネル）が知られている。光起電性ソーラーパネルは、典型的には１つ以上の光起電性太陽電池を含む。光起電性ソーラーパネルの実用化には、太陽光発電所、ソーラー自動車、ソーラー屋根などがある。

本出願は、アスファルト板屋根システムと同じ範囲、典型的には屋根１平方（１００平方フィート）あたり２００ポンドから４００ポンドの間の重量のタイルの設置されたアレイを有する、ソラライズ（日光にさらされる）屋根タイルシステムの１つまたは複数の屋根タイルに取り付けられた光起電性ソーラーパネルによって生成された電力を運ぶケーブルの配線および管理のための新規な特徴を含む、ソーラー屋根タイルシステムの実施例を記載する。

いくつかの実施形態は、光起電性ソーラーパネル（太陽光発電パネルともいう）が取り付けられていない１つ以上のタイル、および／または電力の生成に使用されない１つ以上のタイル（本出願ではダミータイルとも呼ばれる）を含む。ダミータイルを使用することは、ソーラー屋根タイルに取り付けられた太陽光発電パネルによって生成した電力を運ぶケーブルの引き回しおよび管理に有利となり得る。

本発明の一実施形態は、統合ケーブル管理システムを備えたソーラー屋根タイルを含む。屋根タイルは、設置された屋根面積の１００平方フィートを考慮した場合の単位重量が設置された屋根面積の１００平方フィートあたり４００ポンド未満であるように構築される。また、屋根タイルには、屋根タイルの前面側に取り付けられた太陽光発電ソーラーパネルが設けられている。屋根タイルの後側は、１つまたは複数の電力ケーブルを収容するように構成された１つまたは複数のチャネルを含む。屋根タイルは、プラスチック、金属、複合材料などを含む、上記の重量仕様を満たす任意の材料で作ることができる。好ましい材料は、屋根タイルを形成するために射出成形されるプラスチック材料である。

上記屋根タイルは、ケーブルの管理および処理と同様に、上記屋根タイルの前面側から上記屋根タイルの背面側に延びる孔、上記屋根タイルの前面側から上記屋根タイルの背面側に延びる孔に位置する接続箱、を含む他の特徴を有することができる。上記接続箱は、上記屋根タイルの前面側から挿入可能な第１のＤＣコネクタ、および上記屋根タイルの背面側から挿入可能な第２のＤＣコネクタ、ならびに上記屋根タイルの背面側でアクセス可能な１つまたは複数の電気接続部を含む。上記１つまたは複数の電気接続部は、接続箱を介して、上記屋根タイルの前面側から上記屋根タイルの背面側に延びる孔を通過する。上記接続箱は上記太陽光発電パネルの背面側に取り付けられる。

太陽光発電パネルは、屋根タイルの前側に取り付けられた１つまたは複数の光起電性太陽電池を備える。動作において、光起電性ソーラーパネルは、正の導体に接続された単一の正の出力と、負の導体に接続された単一の負の出力とを提供し、正のコネクタ及び負のコネクタのそれぞれは、屋根タイルの前側から屋根タイルの後側に延びる孔を通過する。

また、屋根タイルは、屋根タイルの後側に形成されたケーブルクロスオーバー室を含むことができる。動作中、ケーブルクロスオーバチャンバ（ケーブルクロスオーバー室）は、単一の正導体および単一の負導体を含む１つまたは複数の電気ケーブルを収容する。

屋根タイルはまた、屋根タイルの両側に配置された一対のコネクタクリップを含むことができる。一対のコネクタクリップの各コネクタクリップはそれぞれのコネクタを適所に保持し、それぞれのコネクタの軸方向回転を防止するように動作可能である。

光起電性ソーラーパネルの他の構成要素は、プリント回路基板と、プラスチック層を有する前面シートとを含む。パネルの複数の光起電性太陽電池は、それぞれ、プリント回路基板に電気的に接続される。プリント回路基板、複数の光起電性太陽電池、およびプラスチックの層は、一体構造に積層され得る。

１つまたは複数の電力ケーブルは、少なくとも１つのコンバイナケーブルと、光起電性ソーラーパネルに電気的に接続された正導体および負導体のうちの少なくとも１つを含むケーブルとを含む。

屋根タイルは、アレイ内の隣接する屋根タイルと共に電気的に接続された屋根タイルの１つまたは複数のアレイ内に配置することもできる。装置はまた、１つ以上のダミータイルを含むことができる。ダミータイルは屋根タイルのアレイの中の最後の屋根タイルに隣接して配置することができ、最初のケーブルを最後の屋根タイルに電気的に接続することができる。ダミータイルは、ダミータイルの下と、アレイ内の屋根タイルの各々のチャネルの少なくとも１つとを通して、ケーブルを配線して、屋根タイルのアレイの太陽光発電ソーラーパネルから出力される電力を供給するように構成される。ダミータイルの下に使用されるケーブルは、コンバイナケーブルであってもよい。屋根タイルの第２のアレイを使用し、ダミータイルの他方側に配置することができる。第２のアレイ内の最後の屋根タイルは、ダミータイルに隣接する。第２のケーブルを設けることができ、第２のケーブルは、第２のアレイの最後の屋根タイルに電気的に接続される。この構成では、第１および第２のアレイからのケーブルが、ケーブルが接続されるアレイのそれぞれのチャネルを通って経路指定されることができ、またはケーブルは他のアレイのチャネルを通って交差し、経路指定されることができる。

本発明の別の態様は、屋根タイルを一緒に接続する方法である。この方法はソーラー屋根設置のための電力ケーブルの配線および固定を含む。ソーラー屋根設置は、少なくとも、第１および第２の屋根タイルと、第１の屋根タイルの第１の前面側に取り付けられた第１の光起電性ソーラーパネルと、第２の屋根タイルの第２の前面側に取り付けられた第２の光起電性ソーラーパネルと、第１または第２の屋根タイルの１つに隣接するダミータイルとを有する。屋根タイルはそれぞれ、そのそれぞれの後側に１つまたは複数のチャネルを有する。

第１の屋根タイルは第１の屋根タイルのそれぞれの後側に第１のコネクタクリップを有し、第１のコネクタクリップは、第１の屋根タイルの第１の横方向縁部に配置される。第２の屋根タイルは第２の屋根タイルのそれぞれの後側に第２のコネクタクリップを有し、第２のコネクタクリップは、第２の屋根タイルの第２の横方向縁部に配置される。

この方法は、第１コネクタ及び第２コネクタをそれぞれ第１コネクタクリップ及び第２コネクタクリップに固定し、第１コネクタ及び第２コネクタを整列させ、次いで第１コネクタ及び第２コネクタ間に直接電気接続を形成することを更に含む。次に、コンバイナケーブルを、第１および第２の屋根タイルの各々のそれぞれの後側の１つまたは複数のチャネル内でルーティングすることができ、コンバイナケーブルはダミータイルを介して第１および第２のコネクタのうちの１つに電気的に接続され、コンバイナケーブルは少なくとも第１および第２の屋根タイルの第１および第２の光起電力太陽電池パネルから電力出力を提供する。

例示的な実装形態のさらなる態様および詳細は、図面および以下の詳細な説明に記載される。

図面において、同一の参照番号は、同様の要素または作用を示す。図面における要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれてはいない。例えば、様々な要素及び角度の形状は必ずしも縮尺通りに描かれているとは限らず、これらの要素の幾つかは任意に拡大され、図面の読みやすさを向上させるように配置されてもよい。さらに、描かれた要素の特定の形状は、必ずしも特定の要素の実際の形状に関する情報を伝えることを意図しておらず、図面における認識を容易にするために単に選択されたものであってもよい。

１つまたは複数のソーラー屋根タイルを含む屋根設置の一部の実施例の概略図である。 太陽光発電ソーラーパネルを備えたソーラー屋根タイルを含む屋根設置の一部の実施例の概略図である。 屋根タイルの前面に取り付けられた太陽光発電ソーラーパネルを含むソーラー屋根タイルの実施例の分解図である。 屋根タイルの前面に取り付けられ、バイパスダイオードを収容する２ピース接続箱を含む、太陽光発電ソーラーパネルを含むソーラー屋根タイルの実施例の分解組立図の概略図である。 ソーラー屋根タイルの実施例の等角図である。 図３のソーラー屋根タイルの平面図である。 図３のソーラー屋根タイルの側面立面図である。 図３のタイルに使用するためのコネクタクリップの等角図である。 図３のコネクタクリップの平面図である。 図３のコネクタクリップの側面図である。 図３のコネクタクリップの端面図である。 ２列のソーラー屋根タイルと、少なくとも１つのダミータイルとを含む屋根設置の一部の実施例の概略図である。 ソーラー屋根タイルとコンバイナケーブルとの間の電気的連通カップリングを示す屋根設置の別の部分の実施例の概略図である。 ソーラー屋根タイルとコンバイナケーブルとの間の電気的連通カップリングを示す屋根設置の別の部分の実施例の概略図である。

[用語の定義]
ソーラー屋根タイル：ソーラー屋根タイルは、太陽光発電をするソーラーパネルが取り付けられた、および／またはソーラー屋根設備の電力出力に電気的に接続された、および／またはソーラー屋根設備の電力出力に電力を寄与するように電気的に接続された、屋根タイルである。記載されたシステムでは、ソーラー屋根タイルが設置された１００平方フィート当たり２００ポンド～４００ポンドの目標重量を有し、典型的には金属および／またはプラスチックから作られる。

ダミータイル：ソーラー屋根設備内のダミータイルは、太陽光発電電池ソーラーパネルが取り付けられていない、および／またはソーラー屋根設備の電力出力から電気的に切断されている、および／またはソーラー屋根設備の電力出力に電力を寄与しないように電気的に接続されている屋根タイルである。記載のシステムでは、ダミータイルが上記で定義したソーラー屋根タイルと１０％以下の異なる（プラスまたはマイナス）目標重量を有する。

［詳細な説明］
種々の実施態様が正しく理解されるように、開示内容の詳細を以下に説明する。但し、当業者ならば、これら特定の細部の１つまたは２つ以上を欠いても、または他の方法、他の構成部材、他の材料でも実施が可能であることは容易に理解するところであろう。他の例では、電力変換装置、電力貯蔵装置、スイッチおよび電気コネクタに関連する周知の構造は実施形態の説明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、図示または詳細に説明されていない。

文脈が沿わないことを必要としない限り、本明細書および以下の特許請求の範囲全体にわたって、「備える(comprise)」という語および「備える(comprises)」および「備える(comprising)」などのその変形は「含む(include)」およびその変形と同義であり、開放された包括的な意味で解釈されるべきである（すなわち、追加の、非記載の要素または方法行為を排除しない）。

本明細書全体を通して「一実施形態(one embodiment)」または「一実施形態(an embodiment)」と言及することは、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造、または特性が少なくとも一実施形態に含まれることを意味し、したがって、本明細書全体を通して様々な場所に「一実施形態において」または「一実施形態において」という語句が現れることは必ずしもすべてが同じ実施形態を言及しているわけではない。さらに、特別な特徴、構造又は特質は１以上の実施形態において任意の適当な方法で組み合わせられ得る。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は内容が別段の明確な指示をしない限り、複数の指示対象を含む。また、用語「または」は内容が別段の明確な指示をしない限り、「および／または」を含む意味で一般に使用されることにも留意されたい。

冒頭の説明及び要約は便宜上のものであり、本発明の範囲を表すものではなく、又は実施形態を意味するものでもない。

図１Ａは、１つまたは複数のソーラー屋根タイル（例えば、図１Ａのソーラー屋根タイル１０２）を含む屋根設置１００ａの実施例の概略図である。図１Ａに、既存の屋根タイル（例えば、既存のコンクリート屋根タイル）に一体化されたソーラー屋根タイルを斜視図で示す。既存の屋根タイルは１つ以上の屋根タイル（例えば、図１Ａの屋根タイル１０４）を含むことができる。

図１Ａの図示の例では、ソーラー屋根タイル１０２が約３つの屋根タイルの幅を有する。ソーラー屋根タイル列を設置するには、タイル列を撤去し、撤去した屋根タイルの代わりにソーラー屋根タイルを取り付けることができる。ソーラー屋根タイルは屋根の垂木に取り付けることができる。

屋根設置１００ａは、ソラライズ屋根タイル（日光にさらされる屋根タイル）および非ソラライズ屋根タイル（日光にさらされない屋根タイル）を含む既存の屋根タイルの一部として設置することができる。図３のソーラー屋根タイル３００を参照してより詳細に後述するように、屋根設置１００ａは、１つまたは複数の非ソラライズ屋根タイルがダミータイルで有利に展開されて、屋根設置１００ａのケーブル配線および管理の効率を向上させる完全な屋根とすることができる。

一実施形態では、ソーラー屋根タイルへの電気接続が屋根の防水膜を通され、各屋根タイルの後部の電気コネクタは屋根のロフト内の電気回路に接続される。ソーラー屋根タイルへの電気接続を通過させるために防水膜を穿孔しなければならないことを回避することが望ましい場合がある。したがって、別の実施形態では、電気コネクタが防水膜の上部に接続され、屋根の縁部に配線され、その結果、単一の電気ケーブルを建物の外側に、接地レベルで電気接続箱まで取り付けることができる。

さらに別の実施態様では、屋根設備がソーラー屋根タイルのストリング（例えば、５０個のソーラー屋根タイルのストリング）を含むことができる。ソーラー屋根タイルの各ストリングからの電気接続部は屋根又はひさしを通過し、ロフト又は屋根裏空間に入り、建物内部の電気回路に接続することができる。複数のストリングを組み合わせることができる。

図１Ｂは、太陽光発電ソーラーパネルを備えたソーラー屋根タイル（例えば、図１Ａのソーラー屋根タイル１０２）を含む屋根設置２００の一部の実施例の概略図である。ソーラー屋根タイル１０２は例えば、隣接するコンクリートタイルの厚さに類似した厚さのプラスチックシートで作られた基材１０６を含む。基板１０６の上部には、複数の実質的に正方形のソーラーパネル（例えば、ソーラーパネル１０８）が配置される。ソーラーパネル１０８の上部には、ガラス又はプラスチックのカバーシート１１０が配置され、これはカバーシート１１０の縁の周りの１つ又は複数の外部クリップ（例えば、外部クリップ１１２）によって基板１０６に保持される。他の実装では、ガラス又はプラスチックカバーシート１１０が積層構造体内のソーラーパネル１０８に含まれ、積層構造体は例えばシリコーン材料によって屋根タイルに接着される。

図２Ａは、屋根タイルの前面に取り付けられた太陽光発電ソーラーパネルを含むソーラー屋根タイル２００の実施例の分解図である。ソーラー屋根タイル２００は、屋根タイル２０２と、シリコーンベースの接着シーラント層２０４と、ガラス繊維バックプレート２０６と、プリント回路基板２０８と、紫外線透過性プラスチックカバーシート２１０とを含む。

図２Ｂは、各々が１つ以上のソーラーウェーハを含む１つ又は複数の単結晶又は多結晶太陽電池を含む図２Ｂのシート２１５を含むソーラー屋根タイル２００の例示的な実施の分解図の概略図である。

ソーラー屋根タイル２００は、屋根タイルの後部でアクセス可能な電気接続部を更に備え、ソーラーパネルを電気回路に接続する。電気接続部は、太陽光発電ソーラーパネルの背面に取り付けられた接続箱（図２Ａには示されていない）を介して、屋根タイル２０２の背面の穴に通すことができる。

図２Ａの実施例では、電気接続部がネガティブコネクタ２１２、ポジティブコネクタ２１４、およびシリコーンベースのシール２１６を含み、これらのシールは屋根タイル２０２の開口部に適合し、コネクタが離間され、天候および湿気から保護されるように、それぞれ、一対のポジティブ導体２１８およびネガティブ導体２２０を取り囲んでいる。各電気導体２１８、２２０は、絶縁プラスチックシースで囲まれた銅線、シート２０８の太陽電池の正の出力に接続され、正の導体２２０に接続されたダイオード２２２、及びシート２０８の太陽電池への電気コネクタをそれぞれ形成する第１及び第２のアルミニウム帯２２４、２２６を含むことができる。

図２Ａのソーラー屋根タイル２００の様々な実施は、「ソーラー屋根タイル」と題する米国特許出願公開第２０１６／０１６４４５３Ａ１にさらに詳細に記載されている。

伝統的な屋根タイル（例えば、図２Ａの屋根タイル２０２）は、コンクリート、スレート、セラミック、粘土などから作ることができる。コンクリートで作られた伝統的な屋根タイルは、屋根１平方（設置面積１００平方フィートと定義）あたり９５０ポンドから１，２００ポンドの間の重量になる。屋根材に頻繁に使用されるより軽量の製品はアスファルト屋根板であり、これは、典型的には屋根１平方当たり２００ポンド～４００ポンドの重量である。ソーラー屋根タイルは従来のコンクリートタイルよりも軽く、アスファルトシングルと同じ範囲の重量（１００平方フィート当たり２００～４００ポンド）に構成することができ、金属、プラスチック、および／またはコンクリート、スレート、セラミック、および粘土よりも軽い別の適切な材料から作製することができる。所定の屋根面積に対して、ソーラー屋根タイルを用いて構築された屋根は伝統的なコンクリートタイルを用いて構築された屋根よりも軽量であり、アスファルトシングルを用いて構築された屋根と同様の重量となるのであろう。ソーラー屋根タイルはその構造においてより密度の低い材料を使用することができ、および／またはソーラー屋根タイルは、覆われた屋根面積１００平方フィート当たり２００ポンド～４００ポンドの重量を有するように構造化することができる。

１００平方フィートあたり４００ポンド未満の重量のソーラー屋根タイルは、屋根の構造が伝統的なコンクリート屋根タイルの重量に耐えるように工学的に設計されていない屋根設置に有利であり得る。このような軽量のソーラー屋根タイルは、１１°の低いピッチおよび９０°の高いピッチの屋根に使用することができる。ピッチが約１７°の屋根であれば、通常は低ピッチの屋根とみなすことができる。１００平方フィートあたり４００ポンド未満の重さの屋根タイルは伝統的なコンクリート屋根タイルよりも屋根構造への固定点が少なくて済むことがあり、設置が容易である。更に、ソーラー屋根タイルは例えば、金属又はトーチオン屋根材料を置き換えることによって、低ピッチ屋根上で達成可能な美的性質を改善することができる。

ソーラー屋根タイルは例えば、ポリマー又はポリマー複合体から作ることができる。ポリマーは、例えばプラスチックとすることができる。ポリマーは例えば、熱硬化性または熱可塑性であり得る。ポリマー複合体は、ポリマーマトリックスと一体化された補強充填剤を含む多相材料であり得る。強化充填剤は例えば、炭酸カルシウムおよびガラス繊維などの無機材料であってもよい。射出成形のプロセスによってソーラー屋根タイルを製造することができる。

本出願は、ソーラー屋根タイル（本出願ではソラライズ屋根タイルおよび太陽光発電ソーラー屋根タイルのアセンブリとも呼ばれる）およびその構造、設置、および操作に関連する方法を記載する。ソーラー屋根タイルは、プラスチック又はその他適当な軽量材料から作られた屋根タイルの前面に取り付けられた光起電性ソーラーパネルを含む。太陽光発電パネルは、電力を生成するように動作可能である。ソーラー屋根タイルは、実質的に平面の屋根表面を形成するように屋根構造に取り付けることができる。一実施形態では、ソーラー屋根タイルが屋根構造に取り付けられて、新しい屋根を形成する。別の実施態様では、ソーラー屋根タイルが代替屋根として、既存の屋根構造に取り付けられる。

本出願は、屋根タイルに取り付けられた太陽光発電パネルによって生成された電力を搬送するケーブルの配線及び管理のための新規な特徴を含む、ソラライズ屋根タイルシステムのための実施例を記載する。いくつかの実施形態は、ソラライズされた屋根タイルシステム内に１つ以上のダミータイルを含む。ダミータイルとは、太陽光発電パネルが取り付けられていない屋根タイルである。ダミータイルを使用することは、ソラライズ屋根タイルに取り付けられた太陽光発電ソーラーパネルによって生成した電力を運ぶケーブルの引き回しおよび管理に有利となり得る。

ソーラー屋根タイルにおけるケーブルの配線と管理は、伝統的なコンクリート屋根タイルよりも重量が低い複合屋根タイルを用いて屋根をソラライズ（太陽光発電化）する方法を提供する。ソーラー屋根タイルの基部におけるケーブル配線及び管理のための特徴は、屋根タイルをソラライズするための特徴、及びソーラー屋根タイルを含むソーラー屋根設置を用いて電力を発生させるための特徴を可能にすることができる。

また、本出願は、１００平方フィート当たり４００ポンド未満の重量の屋根タイルを使用して、ソラライズ屋根タイルシステムを設置するためのシステムおよび方法を記載する。いくつかの実施態様では、ソラライズ屋根タイルシステムがソラライズ屋根タイルおよびダミータイルを含む。

図３は、ソーラー屋根タイル３００の実施例の等角図である。図３はソーラー屋根タイル３００を示しており、背面が上を向いている。背面側は屋根の構造物（例えば、垂木、屋根パネル、および／または屋根のシーシング）に接する側である。ソーラー屋根タイル３００の前面側（図３には示されていない）は、それに取り付けられた１つまたは複数の光起電性ソーラーパネルを有することができる。ソーラー屋根タイル３００の前面側は、１つまたは複数の光起電性ソーラーパネルを配置することができる凹部を有することができる。

ソーラー屋根タイル３００は、プラスチックで作ることができる。ソーラー屋根タイル３００は、射出成形により製造することができる。ソーラー屋根タイル３００は、３Ｄ印刷によって製造することができる。

ソーラー屋根タイル３００の基部は１つまたは複数のリブ（例えば、リブ３０１）を含んでもよい。リブはソーラー屋根タイル３００の構造的完全性を改善するために、ソーラー屋根タイル３００の基部に含まれてもよい。

ソーラー屋根タイル３００は、ソーラー屋根タイル３００の前面側に着地する水を集めて方向付けするためのオーバーラップ３０２を有する。水は例えば、屋根を下って側溝に向けることができる。

ソーラー屋根タイル３００は各々がソーラー屋根タイル３００をそれぞれ隣接するソーラー屋根タイル（例えば、別のソーラー屋根タイルまたはダミータイル）にインターロックするように作動可能な舌状部３０４および溝３０６を有する。舌片３０４はソーラー屋根タイル３００の一方の側の隣接する屋根タイル上の溝と連動することができ、ソーラー屋根タイル３００の他方の側の隣接する屋根タイルからの舌片は、溝３０６と連動することができる。

ソーラー屋根タイル３００は、ソーラー屋根タイル３００の背面側に形成されたチャネル３０８（図３において線Ａ－Ａによっても示される）を有する。例えば、チャネル３０８はソーラー屋根タイル３００の背面上の１つまたは複数のリブ（例えば、リブ３０１）に形成される。チャネル３０８は、１つ以上の電気ケーブルを収容するために使用され得る。例えば、チャネル３０８は、コンバイナケーブルを収容するために使用することができる。

ソーラー屋根タイル３００は、ソーラー屋根タイル３００の前面側から背面側に延びる孔３１０を有する。孔３１０は、接続箱（図３には図示せず）を収容することができる。一実施形態では、ジャンクションボックス（接続箱）の雄型プラグ（図２Ｂの２０５）が１つ以上の光起電性太陽電池を含む光起電性ソーラーパネルに取り付けられる。一実施形態では、接続箱が孔３１０内に位置する雌プラグ（図２Ｂの２０３）を含む。雌型プラグは、雄型プラグコネクタを受容するように動作可能であり得る。一実施形態では、ジャンクションボックスがダイオード（図２Ｂの２０７）を含む。

図４は、図３のソーラー屋根タイル３００の平面図である。

一実施態様では、１つまたは複数の光起電性太陽電池を含む光起電性ソーラーパネルがソーラー屋根タイル３００の前面に取り付けられる。動作において、光起電性ソーラーパネルは、正の導体に接続された単一の正の出力、及び負の導体に接続された単一の負の出力を提供することができる。図４を参照すると、正および負のコネクタは、接続箱（図３には示されていない）を介して、オプションとして貫通孔３１０に供給され、ケーブルクロスオーバー室３１６を介して、連結具クリップ３１８および３２０によって保持されるコネクタに供給される。

一実施形態では、図３及び４のソーラー屋根タイル３００が複数の光起電性ソーラーパネルを含む。２つ以上の光起電性ソーラーパネル（本出願ではマルチタイルとも呼ばれる）を含むソーラー屋根タイルは、単一の光起電性ソーラーパネルのみを含むソーラー屋根タイルよりも大きな屋根領域を覆うことができる。マルチタイルは、複数の小さなソーラー屋根タイルを組み合わせたものであってもよい。マルチタイルは例えば、射出成形によって単一部品として製造することができる。

マルチタイルは光起電性ソーラーパネルごとに１つのダイオードを有することができ、各ダイオードは、それぞれのソーラー屋根パネルの性能の損失の影響を少なくとも低減するように動作可能である。ソーラー屋根設置は個々のソーラー屋根タイル（例えば、図３および４のソーラー屋根タイル３００）、マルチタイル、および／またはダミータイルの組合せを含んでもよい。

一実施形態では、コネクタクリップ３１８によって保持されコネクタがソーラー屋根タイル３００の外囲器内にある。すなわち、ソーラー屋根タイル３００の側面からはみ出さない。同じ実装において、コネクタクリップ３２０によって保持されるコネクタはソーラー屋根タイル３００の外囲器を越えて延在する、すなわち、ソーラー屋根タイル３００の側面から突出する。１つの屋根設置において、隣接するソーラー屋根タイルは、１つのソーラー屋根タイル上の突出コネクタが他のソーラー屋根タイル上の非突出連結具と嵌合することができるように配置される。

別の実施形態では、コネクタクリップ３１８によって保持されたコネクタがソーラー屋根タイル３００の外囲器を越えて延在する、すなわち、ソーラー屋根タイル３００の側面から突出する。同じ実装において、コネクタクリップ３２０によって保持されるコネクタはソーラー屋根タイル３００の外囲器内にある。すなわち、ソーラー屋根タイル３００の側面から突出していない。

図５は、図３のソーラー屋根タイル３００の側面立面図である。ソーラー屋根タイル３００は、前面３２２および後面３２４（図４の後面３２４の平面図参照）を含む。

幾つかの実施形態では、ソーラー屋根タイル３００が少なくともコンクリート、セメント又は粘土質屋根タイル（０．５”～１．５”）のような伝統的な屋根タイルと同様の厚さである。ソーラー屋根タイル３００の後表面は、屋根シース上および／または屋根膜上に平らに座ることができるので、ソーラー屋根タイル３００の後側にケーブル管理システムを形成することが望ましい。

いくつかの実施態様では、ソーラー屋根タイル３００が既存のコンクリート屋根内のストラッピングに取り付けることができる。主に美的理由から、これらの実装において、ソーラー屋根タイル３００は、少なくとも既存のコンクリート屋根の屋根タイルと同様の厚さを有することが望ましい。

光起電性ソーラーパネル３２６は、前面３２２に取り付けられる。

ソーラー屋根タイルアセンブリの製造方法は、少なくとも１つの光電池を含む１つまたは複数のシートを積層することによって積層構造を形成するステップと、接合箱を積層構造に取り付けて太陽光発電ソーラーパネルを形成するステップとを含むことができる。接続箱は、第１のＤＣコネクタと第２のＤＣコネクタとを含むことができる。前記積層構造体に前記接続箱を取り付けることは、前記積層構造体に前記第１のＤＣコネクタを封止することを含むことができる。

製造方法はソーラー屋根タイル３００の前側から後側に延びる孔（例えば、図３の孔３１０）を備えたソーラー屋根タイル３００を形成する工程と、ソーラー屋根タイル３００の前側から第１のＤＣコネクタを挿入し、第２のＤＣコネクタを後側から取り付けることによって、接合箱を孔の中に配置する工程とを含むことができる。

ソーラー屋根タイル３００に取り付けるための光起電性ソーラーパネル３２６は、プリント回路基板（図２Ａの２０８）、プリント回路基板にそれぞれ電気的に接続された複数の光起電性ソーラーセル、およびプラスチックの層を含むフロントシートを含むことができる。プリント回路基板、光起電性太陽電池、およびプラスチックの層は、ソーラー屋根タイル３００に取り付け可能な積層構造の少なくとも部品とすることができる。プラスチックの層は、透明なＵＶ耐性プラスチックの層とすることができる。プラスチックの層は、エチレンテトラフルオロエチレンの層とすることができる。

ソーラー屋根タイル３００に取り付けるための光起電性ソーラーパネル３２６の製造方法は、プリント回路基板、複数の光起電性太陽電池、および前面シートを含む１つまたは複数のシートを積層することによって積層構造を形成することを含むことができる。フロントシートは、エチレンテトラフルオロエチレンを含むことができるプラスチックの層を含むことができる。

ソーラー屋根タイル設置はソーラー屋根タイルのアレイを含むことができ、各々は、ソーラー屋根タイルの前面側に取り付けられたそれぞれの光起電ソーラーパネルを有する。

第１の光起電性ソーラー屋根パネル（例えば、光起電性ソーラー屋根パネル３２６）は、それぞれの正導体および負導体、ならびに正導体と負導体との間に電気的に接続された第１のダイオードを含むことができる。また、第２の光起電性ソーラー屋根パネルは、それぞれの正導体および負導体、ならびに正導体と負導体との間に電気的に接続された第２のダイオードを含むことができる。

第１及び第２の光起電性ソーラーパネルの導体は、第１のダイオード及び第２のダイオードを含む一方向電気直流経路を有するソーラー屋根パネルの電気的に直列のチェーンの少なくとも一部を形成するように、電気的に接続されることができ、ソーラー屋根パネルの性能の損失の影響を少なくとも低減するように動作可能である。

太陽光発電ソーラー屋根タイルアセンブリは、前面及び後面を有する屋根タイルと、タイルを貫通して延びる単一の穴とを含むことができる。屋根タイルの前面に構造物を取り付けることができる。

この構造は動作時に、正の導体に接続された単一の正の出力と、負の導体に接続された単一の負の出力とを提供できる光起電性太陽電池を含むことができる。正の導体と負の導体は屋根タイルの前面に取り付けられた構造から、屋根タイルの孔を通して屋根タイルの後面まで延びることができる。この構造は積層することができ、プリント回路基板と、プリント回路基板の表面を覆う第１の層と、光起電性太陽電池を覆う第２の層と、第２の層の前面を覆う前面シートとを含むことができる。

図６Ａは、図３のコネクタクリップ３１８の等角図である。

一実施形態では、コネクタクリップ３１８が射出成形によって製造される。

いくつかの実施態様では、ソーラー屋根タイル上のコネクタが隣接するソーラー屋根タイル上のコネクタと位置合わせされるとき、設置がより容易になり得る。

いくつかの実施態様では、１つのソーラー屋根タイル上のコネクタが隣接するソーラー屋根タイル上の対応するコネクタと一緒にスナップ留めされる。コネクタクリップ（例えば、図６Ａのコネクタクリップ３１８）は、連結具が所定の位置にクリップ留めされると、連結具の軸方向回転を防止することによって、位置合わせを維持することが望ましい場合がある。コネクタクリップ３１８は連結具（図６Ａには図示せず）を所定位置に保持することができ、所定位置にある間に連結具が回転するのを有利に防止することができる。

図６Ｂは、図３のコネクタクリップ３１８の平面図である。図６Ｃは、図３のコネクタクリップ３１８の側面図である。図６Ｂは、図３のコネクタクリップ３１８の端面図である。コネクタクリップは、図４の位置３１８及び３２０においてソーラー屋根タイルの背面のコネクタジョイントの所定位置にスナップ留めされる係止翼（図６Ａの６００）を含むことができる。電気コネクタは、電気的接続を行うために回転整列を必要とする標準的なＭＣ４オス／メスコネクタとすることができる。コネクタクリップは、ソーラー屋根タイルの背面に配置され、所定の位置にスナップ留めされたときに、電気コネクタの軸方向の回転を抑制する隆起ピン構造（図６Ａの６１０）を含むことができる。

図７は、２列のソーラー屋根タイル７０２および７０４、ならびにダミータイル７０６を含む屋根設置７００の一部の実施例の概略図である。列７０２は、ソーラー屋根タイル７０２－１、７０２－２、７０２－３、７０２－４、および７０２－５を含む（他の個々の屋根タイルは、明瞭化のために呼び出していない）。ダミータイル７０６は、ソーラー屋根タイル７０２－４と７０２－５の間の列７０２に位置する。いくつかの実装形態では、列７０２が少なくとも１つの他のダミータイル（図７には図示せず）を含む。いくつかの実装形態では、列７０４が１つまたは複数のダミータイル（図７には図示せず）を含む。

列７０２および７０４のソーラー屋根タイルは、接続要素（総称して、接続要素７０８と称される）によって電気的に接合される。例えば、ソーラー屋根タイル７０２－１及び７０２－２は接続要素７０８－１によって結合され、ソーラー屋根タイル７０２－２及び７０２－３は接続要素７０８－２によって結合され、ソーラー屋根タイル７０２－３及び７０２－３は接続要素７０８－３によって結合される。接続要素７０８の各接続要素（例えば、接続要素７０８－１）は、雄コネクタおよび雌コネクタ（本出願ではそれぞれ雄プラグおよび雌プラグとも呼ばれる）を含むことができる。例えば、一実施形態では、接続要素７０８－１のオスコネクタがソーラー屋根タイル７０２－１上に位置し、接続要素７０８－１のメスコネクタは隣接するソーラー屋根タイル７０２－２内に位置する。

雄及び雌コネクタの各々はそれぞれのコネクタクリップ（例えば、図６のコネクタクリップ３１８）に固定することができる。

いくつかの実施態様では、ダミータイル７０６がダミータイル７０６の前面に取り付けられた太陽光発電パネルを有しない。他の実施形態では、ダミータイル７０６が前面に取り付けられた太陽光発電パネルを有する。いくつかの実装形態では、ダミータイル７０６への電気接続がインストールされない。

幾つかの実装形態ではダミータイル７０６が屋根上の他のソーラー屋根タイル（例えば、図３のソーラー屋根タイル３００）と同じであるか、少なくとも類似しているが、ソーラー屋根設置によって生成される電力に寄与するために電気的に通信結合されていない。ダミータイル７０６は、ソーラー屋根設置によって提供される電力に寄与しない。ダミータイル７０６は、ソーラー屋根タイル７０２－１、７０２－２、７０２－３、７０２－４、および７０２－５と同じ、または少なくとも同様の物理的寸法および特性を有するように構成される。

いくつかの実施態様では、タイルのストリングが屋根に設置されたソーラー屋根タイルの総数よりも少ない、各シリーズ内のタイルの数の限界で、直列に接続される。バイパスダイオード（図２Ｂの２０６）はタイルが並列に電気的に接続されているかのように、一連のタイルが電気的に挙動することを保証するように設計されている。

個々のストリング内のソーラー屋根タイルの数がシステム内に設置されたソーラー屋根タイルの総数未満である実施形態では、コンバイナケーブルを使用して、複数のストリングからの電力出力を、残りの電気システムへの伝送のために、単一のラインに、またはシステム内のストリングよりも少ない数のラインに集めることができる。

接続要素７０８－４は、コンバイナケーブル７１０に電気的に通信結合される。接続要素７０８－５は、コンバイナケーブル７１２に電気的に通信結合される。一実施形態では、コンバイナケーブル７１０および７１２がそれぞれのコンバイナボックス（図７には示されていない）で終端する。コンバイナケーブル７１０は、ソーラー屋根タイル７０２－１～７０２－５（図７には示されていない）の前面側に取り付けられたそれぞれの光起電性ソーラーパネルによって、ソーラー屋根タイル７０２－１～７０２－５のそれぞれで生成された電力を運ぶ。

複数のソーラー屋根タイルのストリング内で端部ソーラー屋根タイルに電気的に通信結合される場合、図７の接続要素７０８－４として、コンバイナケーブル７１０は、屋根の表面上のソーラー屋根タイル及びダミータイルの背後を物理的に走らなければならない。

コンバイナケーブルチャネル（図３及び図４の要素Ａ－Ａ）は、コンバイナケーブルがソーラー屋根タイルの下方及び屋根面の上方を物理的干渉なしに通過することを可能にする。コンバイナケーブル７１０がコンバイナケーブルチャネル、要素Ａ－Ａ、から電気通信カップリング、７０８－４、まで配線されるためには、図８Ａのダミータイル、要素８０８、の下を通過しなければならない。この要素は、ソーラー屋根タイルが有するような方法でケーブルの経路を遮断する構造要素を有していない。このケーブル配線は図８Ａに示される設計に従うことができ、コンバイナケーブル要素８０４はエレメント８１０に電気的に通信可能に結合されるように束ねられるか、または図８Ｂに示されるようにクロスオーバーされるように束ねられる。ダミータイルの後方を横切るコンバイナケーブル要素８１４は、エレメント８２０に電気的に通信可能に結合される。

図８Ａは、ソーラー屋根タイル８０２－１および８０２－２と、それぞれコンバイナケーブル８０４および８０６との間の電気通信結合を示す、屋根設備８００ａの一部の例示的な実装の概略図である。

屋根設備８００ａは、ソーラー屋根タイル８０２－１および８０２－２と、ダミータイル８０８とを含む。ケーブル８０４は、連結具８１０を介して、ソーラー屋根タイル８０２－１に電気的に通信結合される。一実施形態では、連結具８１０が連結具クリップ（例えば、図６の連結具クリップ３１８）内に保持される。ケーブル８０６は、連結具８１２を介してソーラー屋根タイル８０２－２に電気的に通信結合される。一実施形態では、連結具８１２がコネクタクリップ（例えば、図６のコネクタクリップ３１８）内に保持される。

図８Ａの実施例では、ケーブル８０４及び８０６がソーラー屋根タイルの列に沿って反対方向にダブルバックしている。一実施態様では、ケーブル８０４および８０６の各々がそれぞれのコンバイナボックス（図８Ａには図示せず）で終端する。

図８Ｂは、ソーラー屋根タイル８０２－３および８０２－４と、それぞれコンバイナケーブル８１４および８１６との間の電気通信結合を示す、屋根設備８００ｂの別の部分の例示的な実装の概略図である。

屋根設備８００ｂは、ソーラー屋根タイル８０２－３及び８０２－４と、ダミータイル８１８とを含む。ケーブル８１４は、コネクタ８２０を介して、ソーラー屋根タイル８０２－４に電気的に通信結合される。一実施形態では、コネクタ８２０がコネクタクリップ（例えば、図６のコネクタクリップ３１８）内に保持される。ケーブル８１６は、コネクタ８２２を介して、ソーラー屋根タイル８０２－３に電気的に通信結合される。一実施形態では、コネクタ８２２がコネクタクリップ（例えば、図６のコネクタクリップ３１８）に保持される。一実施形態では、ケーブル８１４および８１６の各々がそれぞれのコンバイナボックス（図８Ａには示されていない）で終端する。

前述の詳細な説明は、ブロック図、概略図、および例の使用を介して、装置および／またはプロセスの様々な実装を説明した。これらのブロックダイヤグラム、概略図及び実施例は１つまたは２つ以上の機能及び／または動作を含んでいるが、当業者には明らかなように、これらのブロックダイヤグラム、流れ図及び実施例におけるそれぞれの機能及び／または動作は個々に及び／または一括して、多様なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または事実上任意のこれらの組み合わせによって実装することができる。

当業者は本明細書に記載された方法またはアルゴリズムの多くが、追加の動作を使用し、いくつかの動作を省略し、および／または指定された順序とは異なる順序で動作を実行し得ることを認識するのであろう。

上述の様々な実施態様は、さらなる実施態様を提供するために組み合わせることができる。実施態様の態様は、必要に応じて、様々な特許、出願、および刊行物のシステム、回路、および概念を使用して、さらに別の実施態様を提供するように修正することができる。

これらおよび他の変更は、上記の詳細な説明に照らして、実装に対して行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は特許請求の範囲を、明細書および特許請求の範囲に開示される特定の実施に限定するように解釈されるべきではなく、そのような特許請求の範囲が権利を有する均等物の全範囲とともに、すべての可能な実施を含むように解釈されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本開示によって限定されない。

上記の種々の実施形態は、更なる実施形態を提供するように組み合わされることが可能である。本明細書で参照され、かつ／または出願データシートに列挙された、同一出願人による米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、および非特許公報のすべては、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (17)

1. 設置された屋根面積の１００平方フィート当たり４００ポンド未満の重量である屋根タイルと、
   前記屋根タイルの前面側に取り付けられた光起電性ソーラーパネルとを備え、
   前記屋根タイルの背面側は、１つ以上の電力ケーブルを収容するように構成された１つ以上のチャネルを含む、装置。
2. 前記屋根タイルは、プラスチック屋根タイルである、請求項１に記載の装置。
3. 前記プラスチック屋根タイルは、射出成形屋根タイルである、請求項２に記載の装置。
4. 前記屋根タイルは、前記屋根タイルの前面側から前記屋根タイルの背面側に延びる孔を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記屋根タイルの前面側から前記屋根タイルの背面側に延びる前記孔内に位置する接続箱をさらに備え、
   前記接続箱は、前記屋根タイルの前面側から挿入可能な第１のＤＣコネクタと、前記屋根タイルの背面側から挿入可能な第２のＤＣコネクタとを備える、請求項４に記載の装置。
6. 前記屋根タイルの背面側でアクセス可能な１つ以上の電気接続部をさらに含み、
   前記１つ以上の電気接続部は、前記屋根タイルの前面側から前記屋根タイルの背面側まで接続ボックスを介して延在する前記孔を通過し、
   前記接続ボックスは、前記光起電性ソーラーパネルの背面側に取り付けられる、請求項５に記載の装置。
7. 前記光起電性ソーラーパネルは、前記屋根タイルの前面側に取り付けられた１つ以上の光起電性太陽電池を含み、
   前記光起電性ソーラーパネルは、動作時に、正の導体に接続された単一の正の出力と、負の導体に接続された単一の負の出力とを提供し、
   正および負のコネクタの各々は、前記屋根タイルの前面側から前記屋根タイルの背面側まで延在する前記孔を通過する、請求項４に記載の装置。
8. 前記屋根タイルの背面側に形成されたケーブルクロスオーバーチャンバをさらに含み、
   前記ケーブルクロスオーバーチャンバは、動作時に、前記単一の正の導体および前記単一の負の導体を含む１つまたは複数の電気ケーブルを収容する、請求項７に記載の装置。
9. 前記屋根タイルの両側に配置された一対のコネクタクリップをさらに含み、
   前記一対のコネクタクリップの各々は、それぞれのコネクタを適所に保持し、それぞれのコネクタの軸方向回転を防止するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
10. 前記光起電性ソーラーパネルは、プリント回路基板と、前記プリント回路基板にそれぞれ電気的に接続された複数の光起電性太陽電池と、プラスチック層を含むフロントシートとを備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記プリント回路基板、前記複数の光起電性太陽電池および前記プラスチック層は、少なくとも積層体の一部を形成する、請求項１０に記載の装置。
12. 前記１つ以上の電力ケーブルは、少なくとも１つのコンバイナケーブルと、前記光起電性ソーラーパネルに電気的に接続された正導体および負導体のうちの少なくとも１つを含むケーブルとを備える、請求項１に記載の装置。
13. 屋根タイルのアレイをさらに備え、隣接する前記屋根タイルは互いに電気的に接続される、請求項１に記載の装置。
14. 屋根タイルの第１のアレイ内の最後の屋根タイルに隣接して配置されたダミータイルと、
    前記最後の屋根タイルに電気的に接続された第１のケーブルとをさらに含み、
    前記ダミータイルは、前記ケーブルをダミータイルの下で、かつ前記第１のアレイ内の前記屋根タイルのそれぞれのチャネルのうちの少なくとも１つを通過して、前記屋根タイルのアレイの前記光起電性ソーラーパネルから電力出力を提供するように構成される、請求項１３に記載の装置。
15. 前記ケーブルはコンバイナケーブルである、請求項１４に記載の装置。
16. 前記ダミータイルのいずれかの側に第２のアレイの屋根タイルが配置され、前記第２のアレイの最後の屋根タイルは前記ダミータイルに隣接し、
    第２のケーブルが提供され、前記第２のケーブルは前記第２のアレイの最後の屋根タイルに電気的に接続され、
    前記第１のケーブルは、前記第１または第２のアレイの屋根タイルのチャネルのうちの少なくとも１つにルーティングされ、前記第２のケーブルは前記第１および第２のアレイの屋根タイルのうちの他方のチャネルのうちの少なくとも１つにルーティングされる、請求項１４に記載の装置。
17. ソーラー屋根設備のための電力ケーブルを配線し、固定する方法であって、
    ソーラー屋根設備は少なくとも第１および第２の屋根タイルと、第１の屋根タイルの第１の前面側に取り付けられた第１の光起電性ソーラーパネルと、第２の屋根タイルの第２の前面側に取り付けられた第２の光起電性ソーラーパネルと、第１または第２の屋根タイルの一方に隣接するダミータイルとを備え、
    １つまたは複数のチャネルが第１および第２の屋根タイルのそれぞれの背面側に形成され、
    第１のコネクタクリップが、第１の屋根タイルのそれぞれの背面側で、かつその第１の横縁に配置され、
    第２のコネクタクリップが、第２の屋根タイルのそれぞれの背面側で、かつ第２の屋根タイルの第２の横縁に配置され、
    前記方法は、
    第１のコネクタと第２のコネクタとを、それぞれ第１のコネクタクリップと第２のコネクタクリップに固定することと、
    第１と第２のコネクタを整列させることと、
    第１コネクタと第２コネクタとの間に直接電気的接続を形成することと、
    第１および第２の屋根タイルの各々の背面側にある１つまたは複数のチャネル内にコンバイナケーブルを配線することとを備え、
    前記コンバイナケーブルは、ダミータイルを介して、第１および第２のコネクタのうちの一方に電気的に接続され、
    前記コンバイナケーブルは、少なくとも第１および第２の屋根タイルの第１および第２の光起電性ソーラーパネルから電力出力を提供する、方法。

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