JP7036439B2 - 分散型支持フレームを有する光起電力パネル - Google Patents

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Description

本出願は、２０１６年７月１日に出願された先の同時係属中の米国特許仮出願第１５／２０１，０７３号の優先権の利益を主張するものであり、その完全な開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。
太陽電池として広く知られる光起電力（ＰＶ）セルは、太陽放射を電気エネルギーに変換するための周知の装置である。一般に、太陽電池は、半導体処理技術を用いて半導体ウェハ上又は基板上に作製され、基板の表面近くにｐ－ｎ接合が形成される。基板の表面に当たる太陽放射線が、基板本体内に電子正孔対を作り、電子正孔対が基板内のｐドープ領域及びｎドープ領域に移動し、それによりドープ領域間に電圧差が生じる。ドープ領域は、太陽電池上の金属コンタクトに結合されて、電流がセルからセルに結合された外部回路に導かれる。一般に、相互接続された各太陽電池のアレイは、光起電力モジュールを提供するために、共通又は共用のプラットフォーム上に取り付けられる。光起電力モジュールは、光起電力積層体から構成され得る。複数の光起電力モジュール又はモジュール群は、光起電力システムを形成する電力分配ネットワークに電気的に結合されてよい。
外縁部に沿って支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルを示す。
外縁部に沿って支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルの偏向分布を示す。
本開示の実施形態による、外部構造体に取り付けられた分散型支持フレームを有する光起電力パネルの斜視図を示す。
本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの正面斜視図を示す。
本開示の実施形態による、図４の線Ａ－Ａに関するモジュール積層体の断面図を示す。
本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの背面斜視図を示す。
本開示の実施形態による、光起電力パネル、支持スタンド、及び外部構造体の分解図を示す。
本開示の実施形態による、外部構造体に取り付けられた支持スタンドに連結された光起電力パネルの側面図を示す。
本開示の実施形態による分散型支持フレームの正面斜視図を示す。
本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの底面図を示す。
本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの側面図を示す。
本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルの偏向分布を示す図を示す。
本開示の実施形態による、分散レールフレームによって支持される光起電力モジュールの背面斜視図を示す。
以下の詳細な説明は、本質的に単に例示的であり、主題の実施形態又はこのような実施形態の適用及び使用を限定することは意図されていない。本明細書で使用するとき、「例示的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という語は、「実施例、実例、又は例示としての役割を果たすこと」を意味する。本明細書で例示的として説明される実装はいずれも、必ずしも他の実装よりも好ましいか又は有利なものとして解釈されるべきではない。更には、前述の「技術分野」、「背景技術」、「発明の概要」、又は以下の「発明を実施するための形態」で提示される、明示又は暗示されるいずれの理論によっても、束縛されることを意図するものではない。
本明細書は、「一実施形態（ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態（ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」への言及を含む。「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」又は「一実施形態では（ｉｎ ａｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句の出現は、必ずしも、同じ実施形態を指すものではない。特定の機能、構造、又は特性を、本開示と矛盾しない任意の好適な方式で組み合わせることができる。
用語。 以下のパラグラフは、本開示（添付の「特許請求の範囲」を含む）で見出される用語に関する、定義及び／又はコンテキストを提供する。
「備える」。この用語は、オープンエンド型である。添付の特許請求の範囲で用いられるように、この用語は、追加的な構造又は段階を排除するものではない。
「～ように構成される」。 様々なユニット又は構成要素が、タスクを実行する「ように構成される」として説明又は請求されることがある。そのようなコンテキストでは、「～ように構成される」は、それらのユニット／構成要素が、動作中にそれらのタスクを実行する構造を含むことを示すことによって、その構造を含意するために使用される。それゆえ、ユニット／構成要素は、指定のユニット／構成要素が現時点で動作可能ではない（例えば、オン／アクティブではない）場合であっても、そのタスクを実行するように構成されていると言うことができる。ユニット／回路／構成要素が、１つ又はそれより多くのタスクを実行する「ように構成される」と記載することは、そのユニット／構成要素に関して、米国特許法第１１２条第６項が適用されないことを、明示的に意図するものである。
「第１の」、「第２の」等。本明細書で使用するとき、これらの用語は、それらが前に置かれる名詞に関する指標として使用されるものであり、いずれの種類の（例えば、空間的、時間的、論理的等の）順序付けも暗示するものではない。例えば、「第１の」縁部への言及は、この縁部が、順序として第１の縁部であることを必ずしも暗示するものではなく、その代わりに、「第１の」という用語は、この縁部を別の縁部（例えば、「第２の」縁部）から差異化するために使用される。
「結合される」－以下の説明は、要素若しくはノード又は機能が一体に「結合される」ことについて言及する。本明細書で使用するとき、明示的に別段の定めがある場合を除き、「結合される」とは、１つの要素／ノード／機能が、別の要素／ノード／機能に、直接的又は間接的に連結される（又は、それと直接的若しくは間接的に連通する）ことを意味するものであり、これは、必ずしも機械的なものではない。
更には、特定の語法はまた、以下の説明において参照目的のためにのみ使用される場合があり、それゆえ、限定的であることを意図されていない。例えば、「上側」、「下側」、「より上」、「より下」、「の前に」及び「背後に」等の用語は、参照される図面内での方向を指す。「表側」、「裏側」、「後方」、「側面」、「外側」、「内側」、「左側」及び「右側」等の用語は、議論されている構成要素について説明する本文及び関連図面への参照によって明らかにされる一貫性はあるが任意である基準枠内での、構成要素間の部分の向き及び／又は位置を説明するか、あるいは構成要素間の相対的な向き及び／又は位置を説明するものである。そのような語法は、具体的に上述された語、それらの派生語、及び類似の意味の語を含み得る。
「抑制する」－本明細書で使用するとき、抑制する、とは、効果を低減又は最小化することを説明するために使用される。構成要素又は機能が、作用、動作、若しくは条件を抑制するものとして説明される場合、それは、完全に、その結果若しくは成果又は将来の状態を完全に阻止し得るものである。更に、「抑制する」はまた、さもなければ生じ得るであろう成果、性能、及び／又は効果を低減又は減少させることに言及することができる。したがって、構成要素、要素、又は機能が、結果又は状態を抑制するとして言及される場合、これらの構成要素、要素、又は機能は、その結果若しくは状態を完全に阻止又は排除する必要はない。
ＰＶモジュールは、フロントシートとバックシートの間に封入されたＰＶセルを有するモジュール積層体を含み得る。例えば、ＰＶセルは、一般にフロントガラスシートとバックガラスシートの間に封入される。支持フレームが一般にＰＶモジュールの外縁部に装着され、ＰＶパネルが形成される。支持フレームは、外縁部に沿ってＰＶモジュールを支持する。それゆえ、外部荷重、例えば風荷重又は雪荷重によって、フロントガラスシートが下方へ押圧された場合、外部荷重全体が外縁部に沿って上向きの反発力によって相殺される。
図１を参照すると、外縁部に沿って支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルが示されている。既存の光起電力（ＰＶ）パネルは、外縁部１０４に沿ってＰＶモジュール１０６を支持する支持フレーム１０２を含む。支持フレーム１０２は、外部構造体１０８、例えば屋上に取り付けられ得る。それゆえ、例えばＰＶモジュール１０６が下方へ押圧されたことによって、環境負荷がＰＶモジュール１０６に加えられた場合、外部構造体１０８によって上向きの反発力が支持フレーム１０２を通じて外縁部１０４に伝達される。したがって、環境負荷が外縁部１０４に沿って分散された反発力によって打ち消され、外縁部間のＰＶモジュール１０６は端部を支持された梁として機能する。すなわち、ＰＶモジュール１０６は、環境負荷によって加えられた下向きの力を受けて垂下する。
図２を参照すると、外縁部１０４に沿って支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルの偏向分布が示されている。ＰＶパネル１００に外部荷重が加えられた場合、ＰＶモジュール１０６は向かい合った外縁部１０４の間でたわむ。より具体的には、ＰＶモジュール１０６は、外縁部１０４の支持部間で様々な角度に偏向し得る。 例えば、ＰＶモジュール１０６は、外縁部１０４の近くで、最小偏向面積である支持偏向２０２を有し得る。 外縁部１０４から離れて、ＰＶモジュール１０６は設計偏向２０４を有し得る。 設計偏向２０４は、ＰＶモジュール１０６にクラックを生じる前に生じ得る最大偏向２０６と比べて、所定の安全係数を有する偏向であってよい。外縁部１０４からさらに離れた位置で、ＰＶモジュール１０６は最大偏向２０６を有し得る。 最大偏向２０６は、ＰＶモジュール１０６にクラックが生じる統計上の可能性が高い偏向であってよい。 最大偏向２０６は、ＰＶモジュール１０６を押圧する設計荷重に対応し得る。 例として、設計荷重は、ＰＶモジュール１０６の表面にわたって６，０００パスカルの圧力であってよい。設計荷重は、均一な降雪に対応し得る。しかしながら、実世界の荷重は設計荷重と異なる可能性があり、それゆえ、ＰＶモジュール１０６は外縁部１０４間の１つ又はそれより多くの位置で過偏向２０８に偏向し得る。 過偏向２０８は、ＰＶモジュール１０６にクラックが生じる偏向であり得る。
ＰＶモジュール１０６は、環境負荷の下でクラックの発生を抑制するために十分な厚さを有するガラス－ガラス積層体を含み得る。例えば、ＰＶモジュール１０６に過偏向２０８が生じる可能性を低減するべく、ガラス－ガラス積層体は３ｍｍを超える厚さを有するガラスシートを用いて形成され得る。しかしながら、そのようなＰＶモジュール１０６は、製造すること、および設置場所へ輸送することの両方に費用がかかる可能性がある。更には、ガラス－ガラス積層体モジュールは、取り扱い上の損傷が生じる可能性がより高くなり得るので、設置が特に困難である可能性がある。それゆえ、環境負荷の下でクラックの発生を抑制することができるより軽量なＰＶパネルは、従来技術に対する改善を提供することができる。
１つの態様では、ＰＶパネルは、提供されるＰＶモジュールの背面にわたって延在する支持部材を有する分散型支持フレームを含む。より具体的には、ＰＶパネルは、ガラス－ガラス積層体と比べて製造および輸送により費用がかからないフロントガラスシート並びに後部高分子シートを有するＰＶモジュールを含み得る。 更には、ＰＶパネルは、ＰＶモジュールを後部高分子シートの背面に亘って支持するための分散型支持フレームを含み得る。それゆえ、ＰＶ積層体がガラス－ガラス積層体より可撓性が高い場合でも、外部荷重がＰＶモジュールの幅にわたって分散され得るので、ＰＶモジュールは外部荷重の下での偏向がより少ない可能性がある。したがって、支持スパンは、向かい合った外縁部の間の支持スパンと比べて短くしてよく、モジュール偏向がこれに対応して低減し得る。したがって、背面にわたって支持されるＰＶモジュール内のＰＶセルは、クラックの発生による影響をより受けにくい可能性がある。
上述された態様は、本明細書に開示する分散型支持フレームによって支持されるＰＶモジュールを有するＰＶパネルによって実現され得る。以下の説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供すべく、具体的な材料の管理体制及び構成要素の構造等の多くの具体的な詳細が述べられる。これらの具体的な詳細なしに、本開示の実施形態を実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の例では、ＰＶモジュールの構成要素を積層するための機械的連結器又は技術の具体的な種類等の周知の製作技術又は構成要素の構造は、本開示の実施形態を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明されない。更には、図に示される様々な実施形態は、例示的な表現であって、必ずしも原寸に比例して描写されるものではないことを理解されたい。
一例として、分散型支持フレームによって支持されるＰＶモジュールを有するＰＶパネルが本明細書で開示される。一実施形態では、ＰＶモジュールは積層構造を有してよく、例えば、ガラスフロントシートと高分子バックシートの間にＰＶセルが封入され得る。分散型支持フレームは、バックシートの背面上に取り付けられた支持ハブを含んでよく、支持部材は支持ハブからＰＶモジュールの背面にわたって横方向に延在し得る。例えば、分散型支持フレームは、支持ハブから放射状に広がる複数の支持部材を含んでよく、支持部材は支持ハブを通って延在する鉛直軸を中心に対称的に配置され得る。したがって、分散型支持フレームは支持位置間のＰＶモジュールのスパン長を短くしてよく、それゆえ、モジュール積層体が環境負荷を受けてクラックを生じる可能性を低減し得る。
一実施形態では、支持ハブは、支持スタンドのスタンドコネクタと相互連結させることができるハブコネクタを含み得る。更には、支持スタンドは、外部構造体、例えば屋根に取り付けられ得る。それゆえ、設置中にＰＶパネルを支持スタンドに迅速に接続することができ、外部構造体は上向きの反発力を支持スタンドを通じてＰＶパネルに伝達させることができ、ＰＶモジュールにかけられた下向きの環境負荷、例えば雪荷重が打ち消される。
図３を参照すると、本開示の実施形態による、外部構造体に取り付けられた分散型支持フレームを有する光起電力パネルの斜視図が示されている。ＰＶパネル３００は、下層の分散型支持フレーム３０４に取り付けられた１つ又はそれより多くのＰＶモジュール３０２を含み得る。 より具体的には、ＰＶモジュール３０２のそれぞれは、各分散型支持フレーム３０４がモジュールの下面を上方へ押圧されるように、各分散型支持フレーム３０４に装着することができる。分散型支持フレーム３０４は、外部構造体３０６によって順に支持され得る。 例えば、分散型支持フレーム３０４は、設置場所のレール、梁、及び／又は屋根構造に取り付けられ得る。したがって、分散型支持フレーム３０４は、外部構造体３０６より上にＰＶモジュール３０２を保持し得る。
図４を参照すると、本開示の実施形態による分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの正面斜視図が示されている。ＰＶパネル３００の代表的なＰＶモジュール３０２が示されているが、ＰＶパネル３００は複数のＰＶモジュール３０２を含み得る。ＰＶモデルモジュールのそれぞれは、１つ又はそれより多くのＰＶセル４０２を有し得る。例えば、ＰＶセル４０２は、ＰＶモジュール３０２の外縁部から内側に格子状に、すなわち複数の行又は列において配置され得る。より具体的には、ＰＶセル４０２は、ＰＶモジュール３０２の外縁部から横方向内側に１つ又はそれより多くのＰＶセルストリング内に電気的に接続され得る。外縁部はＰＶモジュール３０２のＰＶセル４０２の周りに側周部４０４が画定され得る。ＰＶパネル３００のＰＶモジュール３０２は、ＰＶセル４０２のストリングより下に隠れている分散型支持フレーム３０４によって保持され得る。
図５を参照すると、本開示の実施形態による、図４の線Ａ－Ａに関するモジュール積層体の断面図が示されている。ＰＶモジュール３０２は、モジュール積層体５０２を含み得る。より具体的には、モジュール積層体５０２は、前面層５０４と背面層５０６の間に複数のＰＶセル４０２を含む積層化構造体を含み得る。例えば、前面層５０４と背面層５０６の間にＰＶセル４０２を封入してよく、ＰＶセル４０２にわたって前面層５０４と背面層５０６との両方の間に封入材５０８を積層化し得る。封入材５０８は、優れた粘着特性及び光透過特性を有し得る。例えば、封入材５０８は、熱可塑性オレフィン、例えばポリエチレンを含み得る。したがって、封入材５０８はＰＶセル４０２を前面層５０４及び背面層５０６に接着することができ、光を前面層５０４又は背面層５０６に透過させて、エネルギー変換のためにＰＶセル４０２に取り込ませ得る。
前面層５０４及び背面層５０６は、平行な横断面に沿って同一の広がりを有し得る。例えば、前面層５０４は側周部４０４の向かい合った縁部の間を横断して延在する前面５１０を有してよく、背面層５０６は側周部４０４の向かい合った縁部の間を横断して延在する背面５１２を有してよい。
一実施形態では、フロントシートは透明素材のシートを含む。例として、前面層５０４はガラスシートを含み得る。更には、ＰＶセル４０２は、前面層５０４を通じて太陽光を受けるために上向きのセル面を有し得る。したがって、エネルギー変換のため、太陽光が前面層５０４を通ってＰＶセル４０２に伝達され得る。
一実施形態では、前面層５０４と背面層５０６は異なる材料から形成される。例として、前面層５０４はガラスシートを含んでよく、背面層５０６は高分子シートを含んでよい。そのようなものとして、前面層５０４と背面層５０６は弾性係数が異なり得る。より具体的には、前面層５０４は第１の係数を有する第１の材料から形成されてよく、背面層５０６は第２の係数を有する第２の材料から形成されてよい。そのような積層構造体は非対称積層構造体として言及され得る。一実施形態では、非対称積層構造体の層は外部荷重の下で異なる様々な仕方で偏向する傾向がある。例えば、非対称積層構造体は応力を積層体断面の全体にわたって不均衡に分散する場合があり、それゆえ、非対称積層構造体は所与の荷重の下で典型的なガラス－ガラスモジュールより大きく屈曲し得る。したがって、非対称積層構造体は、側周部４０４間で分散された方式で背面層５１２を支持する分散型支持フレーム３０４から恩恵を受け得る。
前面層５０４及び背面層５０６は異なる弾性係数を含み得るが、層は代替的に同じ弾性係数を含み得る。例えば、前面層５０４及び背面層５０６は、同じ材料、例えばガラス－ガラス又は高分子－高分子から形成され得る。高分子前面層５０４と高分子背面層５０６とを有するＰＶモジュール３０２の場合では、ＰＶモジュール１０２は可撓性を有するパネルであってよい。ＰＶモジュール３０２は、それにもかかわらず、分散型支持フレーム３０４によって適切に支持することができ、軽量かつ堅牢なＰＶパネル３００が提供される。
図６を参照すると、本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの背面斜視図が示されている。ＰＶパネル３００の分散型支持フレーム３０４は、ＰＶモジュール３０２の背面５１２上に取り付けられた１つ又はそれより多くの支持ハブ６０２を含む。以下に説明するように、支持ハブ６０２のそれぞれは、外部構造体３０６に取り付けることができ、上向きの反発力が背面５１２に伝達される。 支持ハブ６０２は、側周部４０４から内側に背面５１２上に取り付けられ得る。したがって、モジュール積層体５０２は中心鉛直軸６０４のより近くで支持され得る。例えば、制御鉛直軸６０４は、ＰＶモジュール３０２の中心で背面５１２に直交する中心支持ハブ６０２を通って延在し得る。同様に、支持ハブ６０２のそれぞれは各鉛直軸６０４に沿って配置することができ、この軸に沿って外部構造体３０６から支持ハブ６０２及びＰＶモジュール３０２に反発力が伝達される。それゆえ、スパン部、すなわちＰＶモジュール３０２の非支持部は、鉛直軸６０４間のスパン長を有してよく、スパン長は図１に示されるＰＶパネル１００のスパン長と比べて短くしてよい。すなわち、支持ハブ６０２間の非支持部は、外縁部１０４間の非支持部より小さくし得る。
一実施形態では、分散型支持フレーム３０４は、支持ハブ６０２から背面５１２にわたって横方向に延在する支持部材６０６を含む。より具体的には、背面５１２上の各支持ハブ６０２は、支持ハブ６０２と側周部４０４の間で横断方向又は横方向に放射状に広がる少なくとも１つの支持部材６０６を含み得る。支持部材６０６は支持ハブ６０２に装着された固定結合体であってよく、それゆえ、支持ハブ６０２と支持部材６０６は単一支持構造体として機能し得る。例えば、支持部材６０６は支持ハブ６０２より外側に延在する片持ち梁として機能してよく、それゆえ、外部構造体３０６から支持ハブ６０２へと伝達された上向きの力が支持ハブ６０２及び支持部材６０６によってモジュール積層体５０２に伝達され得る。すなわち、ＰＶモジュール３０２が外部荷重の加重を受けて屈曲した場合、そのモジュールは支持部材６０６に接触する可能性があり、それゆえ、支持ハブ６０２及び支持部材６０６にわたっての、並びに支持ハブ６０２と支持部材６０６との間のスパン長にわたっての、モジュール積層体５０２の屈曲は限定的であり得る。
複数の支持部材６０６が各支持ハブ６０２から横方向に延在してよい。例として、図６に示された鉛直軸６０４に沿って配置された中心支持ハブ６０２は、鉛直軸６０４を中心に対称的に配置された複数の支持部材６０６を含み得る。一実施形態では、支持ハブ６０２から横方向に３つの支持部材６０６が延在し、支持部材６０６のそれぞれが１２０°の角度で他の支持部材６０６から分離される。同様に、支持ハブ６０２から横方向に４つの支持部材６０６が延在してよく、支持部材６０６のそれぞれが９０°の角度で別の支持部材６０６から分離され得る。言うまでもなく、本説明の範囲内で、より多い又はより少ない、支持部材６０６が、対称若しくは非対称の配置において支持ハブ６０２から扇形に広がり得る。
図７を参照すると、本開示の実施形態による光起電力パネル、支持スタンド、及び外部構造体の分解図が示されている。支持ハブ６０２のそれぞれは、モジュール積層体５０２の背面５１２上に、例えば側周部４０４から内側に取り付けられた上端部７０２を含み得る。更には、上端部７０２から、取り付け面により近い下端部７０４にかけて、支持ハブ６０２が鉛直に延在し得る。より具体的には、鉛直軸６０４に沿って下端部７０４が上端部７０２から鉛直にオフセットされ得る。 したがって、支持ハブ６０２はＰＶモジュール３０２を取り付け面より上に保持することができ、設置後、空気をＰＶモジュール３０２の下に、すなわちＰＶモジュール３０２と外部構造体３０６の間に、流すことができる。そのような気流は、鉛直オフセットが１ｃｍの小ささであっても、ＰＶモジュール３０２に有益な冷却を提供することができる。
支持ハブ６０２は、外部構造体３０６への装着を容易にするために、機械的連結器を含んでよい。 より具体的には、支持ハブ６０２は下端部７０４におけるハブコネクタ７０６を含んでよい。ハブコネクタ７０６は、様々な相互連結機構のいずれかであってよい。例えば、ハブコネクタ７０６は、雄又は雌の固定具機能であってよく、これによってハブコネクタ７０６を支持スタンド７１０の嵌合スタンドコネクタ７０８に装着することが可能となる。例として、ハブコネクタ７０６及びスタンドコネクタ７０８は、留め金機能の嵌合構成要素であってよい。例えば、ハブコネクタ７０６は、スタンドコネクタ７０８のへりが係合して支持スタンド７１０が支持ハブ６０２に相互連結される溝を含み得る。但し、ハブコネクタ７０６及びスタンドコネクタ７０８は、他の相互連結機構によって具現化されてよい。例えば、コネクタは、ねじ付き固定具、掛合及び溝による固定具、クレビス固定具等の嵌合構成要素であってよい。
一実施形態では、支持スタンド７１０は、外部構造体３０６、例えば屋根と、分散型支持フレーム３０４の支持ハブ６０２の間の中間物である。より具体的には、上向きの反発力が支持スタンド７１０を通じて支持ハブ６０２に伝達され得る。したがって、支持スタンド７１０を外部構造体３０６に直接、取り付けてよい。例えば、支持スタンド７１０は、外部構造体３０６に固定又は装着することができる基部７１２、例えばフランジを含み得る。したがって、スタンドコネクタ７０８が支持ハブ６０２の上端部７０２と支持スタンド７１０の基部７１２との間でハブコネクタ７０６に連結され得る。より具体的には、スタンドコネクタ７０８がＰＶモジュール３０２と外部構造体３０６との間でハブコネクタ７０６に鉛直の位置に連結され得る。
図８を参照すると、本開示の実施形態による、外部構造体に取り付けられた支持スタンドに連結された光起電力パネルの側面図が示されている。ハブコネクタ７０６はスタンドコネクタ７０８と相互連結させることができ、支持ハブ６０２と支持スタンド７１０を組み合わせることによって単一支持体が形成される。一実施形態では、支持スタンド７１０の基部７１２がレール８０２に取り付けられる。レール８０２は、支持スタンド７１０を保持するために使用されるクロス部材であってよい。例えば、レール８０２は支持スタンド７１０（図８）と一体であってよく、又は代替的に、レール８０２は基部７１２より下に、及び支持スタンド７１０と外部構造体３０６との間に配置されてよい。それゆえ、支持スタンド７１０は、任意でレール８０２の上部に置いてよい。 一実施形態では、支持スタンド７１０の基部７１２は外部構造体３０６、例えば屋根に直接、装着される。いずれの場合でも、外部構造体３０６はＰＶモジュール３０２に鉛直の支持を提供することができ、支持が１つ又はそれより多くの支持スタンド７１０又は支持ハブ６０２を通じてＰＶモジュール３０２に伝達され得る。
支持ハブ６０２と支持スタンド７１０との間の相互連結機構、すなわちハブコネクタ７０６とスタンドコネクタ７０８との相互連結動作は、迅速な取り外しが可能な、２つの部分からなる、外部構造体３０６への装着部が提供される。例えば、ハブコネクタ７０６とスタンドコネクタ７０８を相互接続するために使用されるスナップ機能の場合では、支持スタンド７１０をレール８０２又は外部構造体３０６に取り付けることができ、構成要素を所定の位置にスナップさせることによって支持ハブ６０２を支持スタンド７１０に迅速に接続することができる。そのような迅速接続機構によって、ＰＶパネル３００を外部構造体３０６に設置するために必要となる時間が有利に短縮される。
図９を参照すると、本開示の実施形態による分散型支持フレームの正面斜視図が示されている。分散型支持フレーム３０４は、単一支持構造体を形成するために一体に繋がれた複数の別個の構成要素を含み得る。例えば、分散型支持フレーム３０４は、１つ又はそれより多くの支持連結部９０４によって一体結合された複数のクロス構造体９０２を含み得る。例えば、分散型支持フレーム３０４は、４つのクロス構造体９０２を含み得る。クロス構造体９０２のそれぞれは、鉛直軸６０４を中心に十字模様に各支持ハブ６０２から延在する４つの支持部材６０６を含み得る。更には、各クロス構造体９０２の少なくとも１つの支持部材６０６を、中心支持連結部９０４によって他のクロス構造体９０２の対応する支持部材６０６に連結することができる。同様に、クロス構造体９０２のそれぞれは、横向き中心支持連結部９０４によってペリメータフレーム９０６に結合された支持部材６０６を含み得る。より具体的には、分散型支持フレーム３０４の支持部材６０６は、各部材先端部９０８を有してよく、その先端部は、例えばねじ付き固定具によって、対応する支持連結部９０４に固定することができる。したがって、分散型支持フレーム３０４は、相互接続された支持下部構造体を含んでよく、その構造体は一体結合されて、ＰＶモジュール３０２に局部的な支持を背面５１２にわたって、及びＰＶモジュール３０２の側周部４０４から内側に分散された位置で、提供するための骨格を形成する。
分散型支持フレーム３０４上でＰＶモジュール３０２に外部荷重が加えられた場合、その力は支持ハブ６０２及び支持部材６０６に亘って分散される。より具体的には、支持ハブ６０２及び／又は支持部材６０６は、ＰＶモジュール３０２の背面５１２に面する支持面９１２を含み得る。例えば、支持面９１２は、ＰＶモジュール３０２の下面に支持面９１２による切り傷がつかないようにＰＶモジュール３０２の加重を受けてその荷重を分散させるべく、平面、例えば矩形平坦部分又は環状平坦部分を含み得る。 すなわち、荷重は、ＰＶモジュール３０２の背面５１２に沿って分散型支持フレーム３０４の上面に亘って分散され得る。 以下に説明するように、荷重を分散型支持フレーム３０４の支持面９１２に亘って分散させることによって、ＰＶモジュール３０２内の局部的な応力を減少させることができ、ＰＶモジュール３０２が環境負荷を受けてクラックを生じる可能性を低減し得る。
図１０を参照すると、本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの底面図が示されている。分散型支持フレーム３０４のペリメータフレーム９０６は、ＰＶモジュール３０２に対応する形状を有し得る。例えば、ＰＶモジュール３０２は四角形であってよく、それゆえ、ペリメータフレーム９０６はＰＶモジュール３０２の矩形輪郭に一致する４つの角及び４つの辺を含み得る。それゆえ、分散型支持フレーム３０４は、ＰＶモジュール３０２のモジュール幅１００２に等しい幅を含み得る。
一実施形態では、分散型支持フレーム３０４は、側周部４０４より内側の背面５１２に取り付けられた複数の支持ハブ６０２を含む。更には、支持ハブ６０２は、背面５１２に沿って互いから横方向にオフセットされ得る。より具体的には、支持ハブ６０２のそれぞれは別の支持ハブ６０２から支持スパン１００４によって分離され得る。支持スパン１００４は、各支持ハブ６０２を貫通する鉛直軸間の距離であり得る。したがって、支持ハブ６０２の異なる対同士の間の支持スパン１００４は同じである場合もあれば異なる場合もある。すなわち、支持ハブ６０２の第１の対を分離している距離は、支持ハブ６０２の第２の対を分離している距離と異なり得る。
支持ハブ６０２は、ＰＶモジュール３０２からの外部荷重を均一に分散させる方式で、背面５１２に亘って分散され得る。例えば、分散型支持フレーム３０４の支持ハブ６０２は、背面５１２の各４分の１点１００６に取り付けられ得る。４分の１点１００６は、背面５１２の象限の中心として定義され得る。より具体的には、４分の１点１００６は、側周部４０４の第１の縁部（図１０に鉛直に示す）から、モジュール幅１００２を４で割った値に等しい距離を隔てて分離され得る。同様に、４分の１点１００６は、側周部４０４の第２の縁部（図１０に水平に示す）から、モジュール高さ（モジュール幅１００２に直交する）を４で割った値に等しい距離を隔てて分離され得る。したがって、支持スパン１００４は、モジュール幅１００２及び／又はモジュール高さの半分であってもよい。分散型支持フレーム３０４はまた、背面５１２の中心に、すなわち背面５１２のハーフポイント１０１０に、配置された支持ハブ６０２を含み得る。４分の１点１００６及びハーフポイント１０１０の説明は例として提示されるものであること、及び支持ハブ６０２は費用及び環境負荷に関する考慮事項に応じて背面５１２の任意の位置に取り付けられ得ることが理解されるであろう。それゆえ、ＰＶモジュール３０２からの荷重は、支持ハブ６０２における複数の点荷重の近くで、及び支持ハブ６０２を支持するために接続された複数の支持部材６０６に亘って、分散され得る。
ＰＶモジュール３０２及び分散型支持フレーム３０４は、矩形及び／又は四角形として例示され説明されてきた。しかしながら、ＰＶモジュール３０２及び分散型支持フレーム３０４は任意の形状を有し得ることが理解されるであろう。例えば、ＰＶパネル３００の構成要素は、円形、三角形、五角形等の輪郭を有するペリメータフレーム９０６及び／又は側周部４０４を含み得る。
図１１を参照すると、本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールの側面図が示されている。横方向に延在する、分散型支持フレーム３０４の支持部材６０６は、部材高さ１１０２、すなわち上述したように上端部７０２と下端部７０４との間の鉛直距離を含み得る。一実施形態では、部材高さ１１０２は支持ハブ６０２から部材先端部９０８に向かって横方向に漸減する。例えば、支持ハブ６０２における支持部材６０６の部材高さ１１０２が部材先端部９０８における支持部材６０６の部材高さ１１０２より大きい場合がある。支持部材６０６の輪郭が徐々に小さくなることによって、ＰＶパネル３００の側面から、すなわちＰＶモジュール３０２と外部構造体３０６との間の間隙を通じて、ＰＶモジュール３０２の下面により接近し易くなり得る。 容易に接近可能な間隙を設けることによって、ＰＶモジュール３０２の下面に取り付けられた電子回路、例えばマイクロインバーター（図示せず）の、挿入及び／又はそれへの接近が可能になり得る。
分散型支持フレーム３０４、及びＰＶモジュール３０２と外部構造体３０６との間の容易に接近可能な間隙を設けることによって、従来型の支持フレームと比べて、冷却を増強するためにＰＶモジュール３０２から離れて熱放散及び／又は熱伝導を増強させることができるという付加的な利点が生まれ得る。例えば、分散型支持フレーム３０４とＰＶモジュール３０２との間の表面接触が増えると、ＰＶモジュール３０２のＰＶセルから離れて伝導性熱伝達が増強され得る。更には、容易に接近可能な間隙を設けることによって、ＰＶモジュール３０２の下の気流が増加し、分散型支持フレーム３０４の部材を対流によって冷却することが可能になり得る。それゆえ、ＰＶモジュール３０２に提供されている機械的支持が向上していることに加え、分散型支持フレーム３０４がヒートシンクとして機能し、ＰＶモジュール３０２から離れて熱伝導を向上させ、ＰＶモジュール３０２の動作温度を下げることができる。
分散型支持フレーム３０４の構成要素は、様々な材料から作製され得る。例えば、支持ハブ６０２及び／又は支持部材６０６は、プラスチック製又は金属製のいずれかであり得る。分散型支持フレーム３０４をプラスチックから作製することは有利であり得る。それは、例えば図１に示したアルミニウム製支持フレーム１０２と比べて、分散型支持フレーム３０４の重量がそうすることでより軽くなるからである。一実施形態では、分散型支持フレーム３０４は、低強度ポリプロピレン、例えば高密度ポリエチレンと少なくとも同程度に高い強度を有するプラスチックから作製される。プラスチック製分散型支持フレーム３０４は外部荷重を受けても不具合を生じない場合があるが、支持フレーム１０２はそのフレームがプラスチックから作製された場合は不具合を生じ得ることが理解されるであろう。分散型支持フレーム３０４では荷重が支持フレーム１０２より広い表面積に亘って広がり、それゆえ、分散型支持フレーム３０４の構成要素にかかる局部的な応力が支持フレーム１０２の構成要素にかかる局部的な応力より比較的小さくなり得るので、プラスチック製分散型支持フレーム３０４は不具合を生じない場合がある。しかしながら、分散型支持フレーム３０４は、金属又は炭素繊維複合材等の複合材料を含む任意の材料から形成され得る。
一実施形態では、分散型支持フレーム３０４を軽量の絶縁材から作製することにより、システムの安全性が強化され得る。例えば、上述したように環境負荷がフレームシステムに亘って分散され得ることを考えると、分散型支持フレーム３０４を作製すべく、比較的低い材料強度を有する絶縁材、例えば高分子材又はガラス材を使用してもよい。絶縁材を使用すると、分散型支持フレームは、ＰＶシステムの作業を行う設置者又は技術者を感電させ得る電荷を帯びないため、フレームを接地する必要がなくなり得る。したがって、絶縁材から作製された分散型支持フレーム３０４を使用することによって、電気ショックが生じる可能性が低減され得る。
支持部材６０６の上面が、ＰＶモジュール３０２に直接隣接して示されている。より具体的には、ＰＶモジュール３０２の背面５１２が支持部材６０６の支持面９１２に接触して表示されている。しかしながら、一実施形態では、ＰＶモジュール３０２の背面５１２が無荷重間隙（図示せず）によって支持部材６０６の支持面９１２から分離されている。無荷重間隙は、ＰＶモジュール３０２に外部荷重が加えられていない場合の背面５１２と支持面９１２との間の間隙又は空隙として定義され得る。より具体的には、無荷重間隙は、ＰＶモジュール３０２が環境負荷を受けずに支持ハブ６０２によって支持されている場合の支持面９１２と背面５１２との間の距離であり得る。無荷重間隙は、設計荷重によって前面層５０４が押圧された場合のＰＶモジュール３０２の最大偏向より小さくてよい。例えば、ＰＶモジュール３０２は、６，０００パスカルの外部荷重が前面層５０４に加えられたときに分散型支持フレーム３０４の支持スパン１００４にわたって１０ｍｍより小さく、例えば５ｍｍで、偏向するように設計され得る。したがって、無荷重間隙は、ＰＶモジュール３０２が、外部荷重が加えられていない場合に支持ハブ６０２間でぶら下がり、その後、外部荷重が加えられた場合に屈曲して支持部材６０６と接触することを可能にするため、５ｍｍより小さく、例えば３ｍｍであってよい。同様に、支持スパン１００４は、設計荷重によって前面層５０４が押圧された場合のＰＶモジュール３０２の屈曲を所定偏向より小さく、例えば１０ｍｍより小さく限定するための所定距離であり得る。それゆえ、ＰＶモジュール３０２は、外部荷重が加えられていない場合には側周部４０４より内側の支持ハブ６０２のみによって支持されることができ、外部荷重が加えられた場合には比較的より広い分散表面積にわたって支持ハブ６０２及び支持部材６０６の両方によって支持され得る。更には、ＰＶモジュール３０２の偏向は、分散型支持フレーム３０４より上の位置の両方、及び、分散型支持フレーム３０４の構成要素間の支持スパン１００４内で、所定の最大偏向より小さくてよい。
図１２を参照すると、本開示の実施形態による、分散型支持フレームによって支持される光起電力モジュールを有する光起電力パネルの偏向分布が示されている。ＰＶパネル３００の分散型支持フレーム３０４は、ＰＶモジュール３０２の偏向を限定するように設計され得る。より具体的には、最大支持スパン１００４、すなわちＰＶモジュール３０２が支持される任意の２つの位置間の最大距離、を提供してＰＶモジュール３０２の偏向を所定の範囲内で維持すべく、支持ハブ６０２及び支持部材６０６がＰＶモジュール３０２の背面５１２にわたって分散され得る。一実施形態では、ＰＶモジュール３０２は分散型支持フレーム３０４にわたっての領域内で支持偏向２０２を有し得る。すなわち、支持部材６０６にわたってのＰＶモジュール３０２の偏向は、ＰＶモジュール３０２がクラックの発生によって不具合を生じるまで許容される最大偏向の範囲内に十分に収まり得る。ＰＶモジュール３０２は、分散型支持フレーム３０４から横方向に離間した領域内で設計偏向２０４を有し得る。 例えば、支持スパン１００４の中間の位置、すなわち、対になっている支持部材６０６及び／又は対になっている支持ハブ６０２の中間は、設計荷重、例えば６，０００パスカルの雪荷重がＰＶモジュール３０２に加えられた場合、所定の量だけ偏向し得る。したがって、ＰＶパネル３００に生じる偏向の最大量は、同じ外部荷重下のＰＶパネル１００に生じる偏向の最大量より小さくてよい。そのようなものとして、分散型支持フレーム３０４では、環境負荷下のＰＶモジュール３０２の偏向を限定することによって、ＰＶパネル３００に耐クラック特性がもたらされ得る。それゆえ、ＰＶモジュール３０２は、フィールドに不具合を生じるリスクなしに、薄くすることができる。例えば、図１２に示されたＰＶパネル３００は２．０ｍｍ厚のガラスシートを含む前面層５０４を有する場合があり、図１に示されたＰＶパネル１００は３．２ｍｍ厚のフロントガラスシートを有し得る。ＰＶパネル１００は、比較的より厚いにもかかわらず、所与の荷重の下でＰＶパネル３００より大きな偏向を生じる場合があり、それゆえ、ＰＶパネル３００は所与の荷重の下でＰＶパネル１００よりクラックを生じる可能性が少ないことがある。ＰＶパネル３００のガラスシートを薄くすることによって、また、パネル重量が減少するという利点が提供され、そのことが製造費並びに輸送費の低減、及び設置し易さの向上につながり得ることが理解されるであろう。
図１３を参照すると、本開示の実施形態による、分散レールフレームによって支持される光起電力モジュールの背面斜視図が示されている。ＰＶパネル３００は、ＰＶモジュール３０２の背面５１２上に取り付けられた分散レールフレーム１３００を含み得る。分散レールフレーム１３００は、分散型支持フレーム３０４の一実施形態であってもよく、ＰＶモジュール３０２に加えられた環境負荷を支持するために、背面５１２に亘って延在する複数の細長いレール１３０２を有する。細長いレール１３０２は、上述された支持部材６０６に類似し、同じ効果を達成するよう同様の方式で分散され得る。例えば、分散レールフレーム１３００は、側周部４０４から内側に背面５１２にわたって直交方向で延在する、少なくとも１つのｘ軸レール１３０４と少なくとも１つのｙ軸レール１３０６とを含み得る。横断方向に延在するレールは、１つ又はそれより多くのレール交差点１３０８で交差してもよい。その交差点は上述された支持ハブ６０２に類似する。レール交差点１３０８は、それゆえ、同じ効果を達成するよう同様の方式で分散され得る。
図示されていないが、分散レールフレーム１３００は１つ又はそれより多くの支持スタンド７１０を用いて外部構造体３０６に取り付けられ得る。例えば、相互接続点１３０８で分散レールフレーム１３００に鉛直支持を提供すべく、支持スタンド７１０をレール交差点１３０８で対応するコネクタに装着することができる。支持スタンド７１０はまた、ｘ軸レール１３０４又はｙ軸レール１３０６の全長に沿って取り付けることができ、レール長に沿ってＰＶモジュール３０２の重量が支持される。
ｘ軸レール１３０４及びｙ軸レール１３０６は、様々な材料及び形状のレールを含んでよい。例えば、レールは、レール軸に沿った全長であって、レール軸を中心とした矩形断面図の幅又は高さの少なくとも５倍の全長、を有する押し出しアルミニウムレール、例えばＴ溝付きアルミニウムレールであってよい。同様に、細長いレールは、機械的固定具による方法又は熱溶接を含む様々な方式で、レール交差点１３０８で連結し得る。分散レールフレーム１３００のレールが、同じ横断面内にあるものとして、及び、同じ数のｘ軸レール１３０４及びｙ軸レール１３０６を有するとして示されているが、他の実施形態は異なり得る。例えば、分散レールフレーム１３００はｙ軸レール１３０６よりｘ軸レール１３０４をより多く含んでよく、ｘ軸レール１３０４は、ＰＶモジュール３０２の偏向を限定するよう、所定のスパン長を隔てて分離され得る。ｙ軸レール１３０６は、主として、密集したｘ軸レール１３０４を支持するために機能してもよく、それゆえ、スパン長より大きい距離を隔てて互いに離間されたｙ軸レール１３０６の数はより少なくてよい。
分散型支持フレームによって支持されるＰＶモジュールを有するＰＶパネルが説明される。具体的な実施形態が上述されてきたが、これらの実施形態は、特定の機能に関して単一の実施形態のみが説明される場合であっても、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。本開示で提供される機能の例は、別段の定めがある場合を除き、制約的であることよりも、むしろ例示的であることを意図するものである。上記の説明は、本開示の利益を有する当業者には明らかとなるような、変更、修正、及び均等物を包含することを意図するものである。
本開示の範囲は、本明細書で対処される問題のいずれか又は全てを軽減するか否かにかかわらず、本明細書で（明示的又は暗示的に）開示される、あらゆる機能若しくは機能の組み合わせ、又はそれらのあらゆる一般化を含む。したがって、本出願（又は、本出願に対する優先権を主張する出願）の実施の間に、任意のそのような機能の組み合わせに対して、新たな請求項を形式化することができる。具体的には、添付の特許請求の範囲を参照して、従属請求項からの機能を、独立請求項の機能と組み合わせることができ、それぞれの独立請求項からの機能を、任意の適切な方式で、単に添付の請求項で列挙される特定の組み合わせのみではなく、組み合わせることができる。

Claims (16)

  1. 前面層と背面層との間に光起電力電池を有する光起電力モジュールであって、前記背面層が側周部を有する背面を含む、光起電力モジュールと、
    分散型支持フレームであって、
    前記光起電力モジュールの前記背面上に取り付けられた複数の支持ハブであり、前記側周部から内側に取り付けられた少なくとも１つの第１の支持ハブ及び前記第１の支持ハブに対してさらに内側に取り付けられた第２の支持ハブを含む前記複数の支持ハブ、及び
    前記背面にわたって前記第１の支持ハブと前記側周部との間で横方向に延在する第１の支持部材と、前記第１の支持ハブと前記第２の支持ハブと間で横方向に延在する第２の支持部材と、を有する複数の支持部材と、を含む、分散型支持フレームと
    を備える
    光起電力パネル。
  2. 前記第１の支持ハブは、前記側周部から前記背面の内側に取り付けられた上端部と、下端部におけるハブコネクタとを含み、
    前記第１の支持ハブの前記上端部と支持スタンドの基部との間で前記分散型支持フレームの前記ハブコネクタに連結されたスタンドコネクタを有する支持スタンドを更に備える、請求項１に記載の光起電力パネル。
  3. 前記少なくとも１つの第１の支持ハブは、支持スパンによって互いに横方向にオフセットされた複数の第１の支持ハブを含む、請求項１または２に記載の光起電力パネル。
  4. 前記支持スパンが前記背面のモジュール幅の半分になるように、前記複数の第１の支持ハブは、前記背面の各４分の１地点に取り付けられている、請求項３に記載の光起電力パネル。
  5. 前記第１の支持部材は、前記背面に面する支持面を含み、外部荷重によって前記前面層が押圧されたとき、前記支持面は、前記背面に接触する、請求項３または４に記載の光起電力パネル。
  6. 前記支持面は、前記光起電力モジュールに外部荷重が加えられていない場合に無荷重間隙だけ前記背面から分離され、前記無荷重間隙は、前記外部荷重によって前記前面層が押圧された場合の前記光起電力モジュールの最大偏向より小さい、請求項５に記載の光起電力パネル。
  7. 前記複数の支持部材のそれぞれは、各支持ハブから各部材先端部に向かって漸減する部材高さを有し、前記複数の支持部材の前記各部材先端部に連結された支持連結部を更に備える、請求項３から６のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  8. 前記第２の支持ハブは、前記複数の第１の支持ハブのそれぞれから前記支持スパンの２分の１だけ横方向にオフセットされる、請求項３から７のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  9. 前記前面層と前記背面層は弾性係数が異なる、請求項１から８のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  10. 前記前面層は、ガラスシートを含み、前記背面層は、高分子シートを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  11. 前記第１の支持部材は、前記背面に直交する前記第１の支持ハブを通って延在する鉛直軸を中心に対称的に複数配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  12. 複数の前記第１の支持部材は、前記鉛直軸を中心にクロス構造において前記第１の支持ハブから延在する４個の支持部材を含む、請求項１１に記載の光起電力パネル。
  13. 前記第１の支持ハブは、前記第２の支持ハブを中心に対称的に複数配置され、
    前記第２の支持部材は、前記第２の支持ハブを通って延在する鉛直軸を中心に対称的に複数配置される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光起電力パネル。
  14. 前記第２の支持ハブは、前記背面に取り付けられた上端部と、下端部におけるハブコネクタとを含み、前記第２の支持ハブの上端部と支持スタンドの基部との間で前記分散型支持フレームの前記ハブコネクタに連結されたスタンドコネクタを有する第２の支持スタンドを更に備える、請求項１３に記載の光起電力パネル。
  15. 複数の前記第２の支持部材は、前記鉛直軸を中心にクロス構造において前記第２の支持ハブから延在する４個の支持部材を含む、請求項１３又は１４に記載の光起電力パネル。
  16. 前面層と背面層との間に光起電力電池を有する光起電力モジュールであって、前記背面層が側周部を有する背面を含む、光起電力モジュールと、
    分散型支持フレームであって、
    前記光起電力モジュールの前記背面上に取り付けられた第１の支持ハブ、及び
    前記背面にわたって前記第１の支持ハブから横方向に延在する第１の支持部材を含む、分散型支持フレームと、を備え、
    前記第１の支持部材は、前記背面に面する支持面を含み、外部荷重によって前記前面層が押圧されたとき、前記支持面は、前記背面に接触し、
    前記支持面は、前記光起電力モジュールに外部荷重が加えられていない場合に無荷重間隙だけ前記背面から分離され、前記無荷重間隙は、前記外部荷重によって前記前面層が押圧された場合の前記光起電力モジュールの最大偏向より小さい、
    光起電力パネル。
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