KR101188647B1 - 개량된 태양광 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101188647B1
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로버트 크리어맨
마이클 제이. 레스니액
제임스 알. 키니한
조에 에이. 랑메이드
라이언 개스톤
제랄드 케이. 오이리히
미첼 보벤
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 개량된 태양광 장치("PVD") 및 사용 방법, 특히 필수적인 로케이터와 개량된 태양광 장치로 또는 장치로부터 전류를 전달하기 위한 전기 단자 메커니즘을 갖는 개량된 태양광 장치 및 시스템으로서의 사용을 전제로 한다.

Description

개량된 태양광 장치 및 방법{IMPROVED PHOTOVOLTAIC DEVICE AND METHOD}
본 발명은 에너지국에 의해 수여된 계약 DE-FC36-07G017054 하에 미국 정부 지원으로 이루어졌다. 미국 정부는 본 발명에 특정 권리를 갖는다.
우선권의 주장
본 출원은 참고로 그 내용이 완전히 여기에 통합되어 있는 미국 가출원 61/050,341호(2008년 5월 5일에 출원됨), 61/098,941호(2008년 9월 22일에 출원됨), 및 61/149,451호(2009년 2월 3일에 출원됨)의 출원일의 이득을 청구한다.
본 발명은 개량된 태양광 장치("PVD") 및 이용 방법에 관한 것으로, 특히 개량된 태양광 장치로 또는 그로부터 전류를 전달하기 위한 필수적인 로케이터(locator) 및 전기 단자 메커니즘을 갖는 개량된 태양광 장치, 및 시스템으로서의 이용에 관한 것이다.
PV 장치를 개량하고자 하는 노력, 특히 성공적으로 이용될 빌딩 구조물(예컨대, 지붕널 또는 외부 벽 피복재)에 통합되어 있는 그들 장치는 다수의 기준을 충족해야 한다. PV 장치는 내구성이 있어야 하고(즉, 긴 지속성, 습기에 대한 밀봉 및 다른 환경 조건), 제품의 원하는 수명, 바람직하게는 적어도 10년, 더욱 바람직하게는 적어도 25년 동안 기계적인 남용으로부터 보호되어야 한다. 그 장치는 쉽게 설치되거나(예컨대, 종래의 지붕널 또는 외부 벽 피복재와 유사한 설치), 또는(예컨대, 손상되면)교체되어야 한다. 개별 PV 장치를 서로 전기적으로 접속 및 그 후 시스템(BOS)의 밸런스에 전기적으로 접속하는 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, PV 장치는 전방 표면층의 재료를 저하하지 않고 UV 및 가시광을 적어도 전방 표면 상에 송신해야 한다.
소비자에게 바람직한 이러한 풀 패키지를 만들기 위해, 그리고 시장에서 넓은 수용성을 얻기 위해, 시스템은 생산 및 설치가 저렴해야 한다. 이것은 에너지의 생산 비용의 절감을 용이하게 하여, 전기를 생성하는 다른 수단에 비해 PV 기술이 더욱 경쟁력 있게 만드는 것을 도울 수도 있다.
PV 장치들은 현재 시판되고 있지만 그들은 하나 이상의 결함을 갖고 있다. 몇몇 경우에는, 특히 지붕 애플리케이션에서, 복수의 지붕 관통이 이루어져야 할 수도 있고, 그 결과 지붕에 누설에 대해 지속적으로 밀봉되어야 할 수도 있다. 다른 경우에, 광범위한 배선이 PV 시스템을 함께 연결하는 데 필요할 수도 있다. 지붕 관통 및/또는 광범위한 배선은 설치 시간 소비적이고 고가일 수 있다.
또한, 현재의 PV 장치는 그 구성 방법으로 인해 기능적인 결함을 포함할 수도 있다. 에지들을 캡슐화하지 않은 적층된 PV 장치들은 적층을 위한 기계적이고 환경적인 도전을 제공할 수도 있다. 부차적인 주변 에지를 갖는 PV 장치들은 이 문제를 다룰 수도 있지만, 이 동일한 보호 부가물로부터 에지에서의 결과적인 두께 변화로 인해, 먼지, 습기 및 다른 물질로부터의 오염에 민감할 수 있다.
PV 장치용의 기존 기술의 체결 시스템은 장치가 빌딩 구조물에 직접 장착될 수 있게 하거나, 그들 시스템이 빌딩 외부(예컨대, 지붕 데크(deck)나 외부 클래딩(cladding)) 위의 널, 채널 또는 "레일"("스탠드 오프(stand-offs)")에 장치들을 체결할 수도 있다. 이들 시스템은 복잡할 수 있어, 일반적으로 종래의 클래딩 재료(예컨대, 지붕 널 또는 외장용 자재(siding))와 같이 설치하지 않으며, 결과적으로 설치하는 데 비용이 많이 들 수도 있다. 또한, 그들 시스템은 종래의 빌딩 재료처럼 보이지 않기 때문에 시각적으로 매력적이지 않을 수도 있다. 2-4 피트마다 PV 장치를 장착하기 위한 "스탠드 오프"가 필요할 수도 있다. 따라서, 설치 비용은 부품의 비용보다 더 비싸질 수도 있다. 예를 들면, 이 타입의 장착 시스템의 1차 결점은 자체를 기후로부터 보호되게 할 필요가 있다는 것이다. 바꿔 말하면, 스탠드 오프는 지붕 시스템에 외부적으로 장착되어 그 시스템을 관통하여 잠재적인 누수 장소를 제공한다. 이것을 방지하기 위해, 각 스탠드 오프는 개별적으로 기후로부터 보호되어야 하고, 이는 고가이고, 시간 소비적이어서, 신뢰할 수 없다.
로케이팅(locating) 및/또는 전기 접속 특징은 반드시 통합될 필요는 없다(특정 종래 기술의 참조에 따른다). 기존 기술의 로케이팅 특징은 대부분의 빌딩 구조물, 특히 지붕 구조물의 변동성을 고려하지 않고, 기존의 지붕 재료 및 설계와 일치하지 않거나 않을 수도 있다. 이들 발전에도 불구하고, 여러 가지 애플리케이션에 대한 대안을 제공하고자 하는 요구가 남아 있다.
이 기술에 속할 수 있는 문헌 중에서 아래의 특허 문헌 즉, US4040867; US4321416; US4322261; US5575861; US5743970; US5647915; US5590495; US20060225776; US20060266406; US20070084501; US2008/0035140 A1; 7328534 B2; US4830038; US5008062; US5164020; US5437735; US7049803; JP-A-58021874; DE-A-2757765; EP867041; EP1744372; U.S. 가출원 61/050,341(2008년 5월 5일에 출원됨); 61/098,941(2008년 9월 22일에 출원됨); 61/149,451(2009년 2월 3일에 출원됨), 및 대리인 정리 번호 67558-WO-PCT(1062A-016WO); 67666-WO-PCT(1062A-017WO); 및 68428-WO-PCT(1062A-019WO)와 동시에 출원된 PCT 출원들을 포함하며, 모두 다목적으로 참조로 여기에 통합되어 있다.
본 발명은 빌딩 구조물에 설치하기 위해 물리적으로 그리고 전기적으로 장치들을 함께 쉽게 연결하기 위한 연결 수단을 제공하는 내구성이 있고 쉽게 설치되는 PV 장치에 관한 것이다. 본 발명은 "빌딩 구조물"이 예를 들면, 지붕 데킹(decking), 외부 벽, 독립 플랫폼(예컨대, 태양열 농장) 및/또는 빌딩 상의 차양을 포함할 수 있다고 가정하며, 이들은 모두 보호 피복(예컨대, 펠트(felt), 타르 페이퍼, 호일 라이너, 절연 재료 등)을 갖거나 갖지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 적어도 하나의 주변 에지, 상기 적어도 하나의 주변 에지의 안쪽의 적어도 하나의 태양광 전지, 광활성 부분, 및 적어도 하나의 버스 단자를 포함하는 태양광 전지 어셈블리로서, 상기 적어도 하나의 버스 단자는 상기 태양광 전지 어셈블리로 또는 어셈블리로부터 전류를 전달하고, 상기 적어도 하나의 태양광 전지는 전기 에너지로 변환하기 위한 상기 광활성 부분에 광 에너지의 투과를 허용하는 표면을 포함하는, 태양광 전지 어셈블리; 빌딩 구조물에 접촉하는 하면 부분, 및 태양광 장치를 상기 빌딩 구조물에 부착하는 잠금장치를 수용하는 상면 부분을 포함하는 바디 부분을 포함하며; 상기 바디 부분은 상기 적어도 하나의 태양광 전지의 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 바디 부분의 하부 세그먼트의 적어도 일부를 따라 상기 태양광 전지 어셈블리의 적어도 하나의 에지 부분에 적어도 부분적으로 접합되고, 또한, 상기 바디 부분은 상기 빌딩 구조물 상에 상기 장치를 설치하는 동안 다른 태양광 장치에 대한 상기 태양광 장치의 위치를 결정하도록 적응된 로케이터(locator)를 포함하는, 태양광 장치가 고려되고 있다.
본 발명은 또한, 다음과 같은 여기에 설명된 특징들: 즉, 상기 로케이터는 적어도 하나의 전기 단자를 포함하는 것; 상기 태양광 장치는 가요성이며 상기 빌딩 구조물 내의 불규칙적인 윤곽에 일치하는 것; 상기 로케이터는 별개의 커넥터, 매설된 커넥터, 또는 태양광 장치 커넥터 어셈블리에 포함되는 것; 상기 상면 부분은 고정 영역을 포함하는 것; 상기 바디 지지 부분은 본질적으로 폴리머 프레이밍(framing) 재료로 구성되고, 상기 태양광 전지 어셈블리는 상기 폴리머 프레이밍 재료로 적어도 3 면 상에 프레임되는 것; 및 상기 폴리머 프레이밍 재료의 에지는 2차 접착제(예컨대, PV 산업에서는 흔한 부틸 기반 접착제)의 사용 없이 상기 환경에 대하여 상기 태양광 전지 어셈블리를 밀봉하여 보호하는 것 중의 하나 또는 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 양태에 따라, 빌딩 구조물 상에 태양광 시스템을 설치하는 방법으로서: a) 제1 태양광 장치의 비활성 부분에 위치하는 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 포함하는 적어도 하나의 로케이터를 포함하는 제1 태양광 장치를 제공하는 단계; b) 제2 태양광 장치의 비활성 부분에 위치하는 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 포함하는 적어도 하나의 로케이터를 포함하는 제2 태양광 장치를 제공하는 단계; c) 상기 제1 태양광 장치의 비활성 부분을 통해 잠금장치를 고정함으로써 상기 빌딩 구조물에 제1 태양광 장치를 부착하는 단계; d) 상기 제2 태양광 장치의 비활성 부분을 통해 잠금장치를 고정함으로써 상기 빌딩 구조물에 상기 제2 태양광 장치를 부착하는 단계; 및 e) 상기 제1 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 상기 제2 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자에 연결하는 단계를 적어도 포함하는, 방법이 고려되고 있다.
본 발명은 또한, 다음과 같은 여기에 설명된 특징들: 단계 c, d, 및 e는 임의의 순서로 일어날 수 있는 것; 상기 제1 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자 내의 홀을 통해 그리고 상기 전기 연결을 달성하기 위해 상기 추가의 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자 내의 홀을 통해 잠금장치를 위치 결정하는 단계를 포함하는 것; 상기 잠금장치는 스크류인 것; 및 상기 전기 연결을 달성하기 위한 태양광 장치 커넥터 어셈블리를 포함하는 것 중의 하나 또는 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 또 다른 양태에 따라, 태양광 전지 어셈블리를 포함하는 활성 부분; 빌딩 구조물에 태양광 장치를 부착하기 위한 비활성 부분; 및 인접한 태양광 장치들 사이의 정렬을 제어하기 위한 적어도 하나의 로케이터를 적어도 포함하며, 상기 로케이터는 전기 단자를 포함하는, 태양광 장치가 고려되고 있다.
본 발명은 또한, 다음과 같은 여기에 설명된 특징들: 상기 비활성 부분은 상기 태양광 장치가 상기 적어도 하나의 전기 단자와 간섭하지 않고 빌딩 구조물에 고정될 수 있도록 고정 영역을 포함하는 것; 상기 고정 영역은 상기 태양광 장치를 상기 빌딩 구조물에 체결하기 위한 체결 구역의 지정을 위한 적어도 하나의 표시를 포함하는 것; 상기 적어도 하나의 전기 단자는, 설치될 때, 그들 단자가 다음의 상위 태양광 장치의 활성 부분에 의해 덮이도록 상기 태양광 장치의 비활성 부분에 위치하는 것; 상기 활성 부분은 열가소성 프레이밍 재료로 적어도 3 면 상에 프레임되고, 또한 상기 폴리머 프레이밍 재료는 전기 회로 및 상기 로케이터를 포함하는 것; 상기 열가소성 프레이밍 재료의 에지는 추가의 접착제의 사용 없이 상기 환경에 대하여 상기 활성 부분을 밀봉하여 보호하는 것; 상기 태양광 장치의 반대 측에 배치되는 적어도 2개의 로케이터가 존재하는 것; 및 리턴 회로를 포함하는 것 중의 하나 또는 임의의 조합을 특징으로 할 수 있다.
상기 언급된 양태 및 예들은 여기에 도시 및 설명된 바와 같이, 다른 양태 및 예들이 본 발명 내에 존재하므로, 비제한적이라는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 의하면, 빌딩 구조물에 설치하기 위해 물리적으로 그리고 전기적으로 장치들을 함께 쉽게 연결하기 위한 연결 수단을 제공하는 내구성이 있고 쉽게 설치되는 PV 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 태양광 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 태양광 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 태양광 장치의 전개도이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 태양광 장치의 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 개시에 따르는 태양광 장치용의 예시적인 전기 단자의 단면도이다.
도 5c는 본 발명의 개시에 따르는 태양광 장치용의 다른 예시적인 전기 단자의 사시도이다.
도 5d는 본 발명의 개시에 따르는 태양광 장치용의 또 다른 예시적인 전기 단자의 사시도이다.
도 5e는 본 발명의 개시에 따르는 태양광 장치용의 또 다른 예시적인 전기 단자의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 복수의 태양광 장치의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 개시에 따르는 예시적인 복수의 태양광 장치의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 개시에 따르는 몰드의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 개시에 따르는 폴리머 흐름의 일례의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 개시에 따르는 칼럼 구조에 대한 예시적인 태양광 장치의 상부 및 하부 사시도이다.
제1 구성(로우(row) 구성)에서 도 1 내지 5를, 그리고 제2 구성(칼럼(column) 구성)에서 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 장치("PVD")(20)가 통상적으로, 태양광 전지 어셈블리(100) 및 비활성 부분(200)(바디 부분 또는 이들이 구조적 지지를 제공하는 몇몇 경우에는 바디 지지 부분이라고도 칭해질 수 있다)을 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 바디 부분(200)은 상면 부분(202), 하면 부분(204) 및 그 사이의 측벽 부분을 갖는다. 태양광 전지 어셈블리(100)는 전지 상면 부분(102), 전지 하면 부분(104) 및 그 사이의 측벽 부분을 갖는다. 간결성을 위해, 용어 "로우"는 아래의 개시내용/청구항에 걸쳐 이용되지만, "로우" 및 "칼럼"은 상호 교환 가능한 것으로 생각될 수 있음을 이해해야 한다.
태양광 전지 어셈블리(100)는 태양광 전지(110), 보호층(120) 및 PVD의 전기 회로(140)의 적어도 일부를 포함하는 것으로 더 설명될 수도 있다. 바디 부분(200)은 메인 바디 부분(210), 로케이터(220), 측면 바디 부분(230) 및 선택적 하부 바디 부분(240)을 포함하는 것으로 더 설명될 수도 있다.
PVD(20)는 활성 부분(500) 및 비활성 부분(510)을 갖는 것으로 설명될 수도 있다. 활성 부분(500)은 적어도 태양광 전지(110), 측면 바디 부분(230) 및 선택적 하부 바디 부분(240)을 포함할 수도 있다. 비활성 부분은 적어도 메인 바디 부분(210), 로케이터(220) 및 전기 회로(140)의 일부나 전부를 포함할 수도 있다.
PVD(20)는 적어도 복수의 가요성(flexible) 재료(예컨대, 플라스틱, 합성 및 천연 고무, 필름, 탄성중합체 등과 같은 상당한 소성 또는 탄성 신장도를 갖는, 박막 또는 변형 가능한 재료)로 구성되어 빌딩 구조물의 불규칙적인 윤곽에 일치시키기 위한 적어도 다소의 가요성을 허용할 수 있는 것이 고려된다. 또한, 태양광 전지(110)를 전지 및/또는 어떤 배리어층의 어떤 균열을 방지하기 위해 전반적으로 적어도 비교적 단단하게 유지하는 것이 바람직할 수 있다고 고려된다. 따라서, PVD(20)의 몇몇 부분은 더욱 단단한 재료(예컨대, 유리판이나 폴리머 시트나 "플렉시 유리(Plexiglas)")로 구성될 수도 있다. 태양광 전지(110)는 부분적으로 또는 대체로 단단할 수 있지만, PVD(20)가 전반적으로 가요성인 것이 일반적으로 바람직하다. 본 발명에 있어서, 가요성적이란, PVD가 부착되는 기질(예컨대, 빌딩 구조물)보다 PVD가 더욱 가요성이거나 덜 단단한 것을 의미한다. 바람직하게는, PVD(20)는 성능의 저하나 중대한 손상 없이 약 1 m 직경 실린더를 구부릴 수 있다. 예를 들면, PVD 지붕널의 경우에, 지붕널들은 전반적으로 지붕 데크보다 덜 단단하고, 지붕 데크는 구조적인 강성을 제공한다. 몇몇 다른 예에서, 지붕 제품 자체가 필요한 강성을 제공하고 지붕 데크는 없거나 최소화된다.
태양광 전지 어셈블리
본 발명에서 고려되는 태양광 전지(110)는 시판되고 있는 임의의 수의 알려진 태양광 전지로 구성될 수 있거나 몇몇 장래에 개발될 태양광 전지로부터 선택될 수도 있다. 이들 전지는 광 에너지를 전기로 바꾸는 기능을 한다. 태양광 전지의 광활성 부분은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 재료이다. 그 기능을 제공하는 것으로 알려진 어떤 재료는 결정 실리콘, 비결정 실리콘, CdTe, GaAs, 염료 감응형(dye-sensitized) 태양 전지(소위 그라첼(Gratezel) 전지), 유기/폴리머 태양 전지, 또는 광전 효과를 통해 태양광을 전기로 변환하는 어떤 다른 재료를 포함하여 이용될 수도 있다. 그러나, 광활성층은 바람직하게는, ⅠB-ⅢA-셀레나이드, ⅠB-ⅢA-설파이드, 또는 ⅠB-ⅢA-셀레나이드 설파이드와 같은 ⅠB-ⅢA-칼코게나이드의 층이다. 더욱 구체적인 예들은 구리 인듐 셀레나이드, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드, 구리 갈륨 셀레나이드, 구리 인듐 설파이드, 구리 인듐 갈륨 설파이드, 구리 갈륨 셀레나이드, 구리 인듐 설파이드 셀레나이드, 구리 갈륨 설파이드 셀레나이드, 및 구리 인듐 갈륨 설파이드 셀레나이드(그 모두는 여기에서는 CIGSS라고 칭한다). 이들은 또한, 화학식 CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy로 표현될 수 있으며, 여기에서 x는 0 내지 1이고, y는 0 내지 2이다. 구리 인듐 셀레나이드 및 구리 인듐 갈륨 셀레나이드가 바람직하다. CIGSS 기반 전지에 유용하다고 당업계에서 알려진 바와 같은 하나 이상의 이미터(버퍼)층, 도전층(예컨대, 투명 도전층) 등과 같은 부가적인 전기 활성층도 여기에서 고려된다. 이들 전지는 가요성이거나 단단할 수 있고, 다양한 형상 및 사이즈일 수 있지만, 통상적으로 깨지기 쉽고 환경적 저하에 따른다. 바람직한 실시예에서, 태양광 전지 어셈블리(110)는 실질적인 균열 없이 및/또는 기능의 중대한 손실 없이 구부러질 수 있는 전지이다. 예시적인 태양광 전지는 US3767471, US4465575, US20050011550 A1, EP841706 A2, US20070256734 A1, EP1032051A2, JP2216874, JP2143468, 및 JP10189924a를 포함하는 다수의 US 특허 및 공보에 개시 및 기재되어 있고, 다목적으로 참고로 여기에 통합되어 있다.
보호층
PV 전지 어셈블리는 도 3 및 4a 내지 도 4h에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 보호층(120)을 포함할 수 있다. 이들 바람직한 보호층은 태양광 전지 어셈블리(100)를 함께 연결 및/또는 보호하는 역할을 각각 하는 다수의 별개의 층을 포함할 수도 있다. 각 바람직한 층은 이하 더욱 상세히 설명하며, "상부"(예컨대, 요소들에 대부분 노출되는 층)에서 "하부"(예컨대, 빌딩이나 구조물에 가장 가까이 접촉하는 층)로 이동한다. 보통 각 바람직한 층이나 시트는 단층일 수 있거나, 자체가 하위층을 포함할 수도 있다.
상부층이나 상부 시트(122)는 일반적으로 태양광 전지 어셈블리(100)에 대한 환경 차폐로서, 특히 태양광 전지(110)에 대한 환경 차폐로서 기능을 할 수 있다. 상부 시트(122)는 바람직하게는, 광 에너지가 태양광 전지(110)의 광활성 부분을 투과할 수 있게 하는 투명하거나 반투명한 재료로 구성된다. 이 재료는 가요성(예컨대, 얇은 폴리머 필름, 다층 필름, 유리 또는 유리 합성물) 또는 단단할(예컨대, 두꺼운 유리나 폴리카보네이트와 같은 플렉시 유리) 수도 있다. 그 재료는 또한, 습기/입자 투과나 생성에 내성이 있는 것을 특징으로 한다. 상부 시트(122)는 또한, 바람직한 파장이 태양광 전지에 쉽게 도달할 수 있도록 특정 파장의 광을 필터링하는 기능을 할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 상부 시트(122) 재료는 또한 약 0.05㎜ 내지 10.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 4.0㎜, 및 가장 바람직하게는 0.2㎜ 내지 0.8㎜의 두께의 범위에 있다. 적어도 필름의 경우에 다른 물리적인 특성은 (JIS K7127에 의해 측정된 바와 같이) 20 MPa보다 큰 인장 강도, (JIS K7127에 의해 측정된 바와 같이) 1% 이상의 인장 신장, 및 (ASTM D570에 대하여 측정된 바와 같이) 0.05% 이하의 물 흡수(23℃, 24시간)를 포함할 수도 있다.
제1 캡슐제(encapsulant)층(124)이 상부층(122) 아래 그리고 일반적으로 태양광 전지(110) 위에 배치될 수도 있다. 제1 캡슐제층(124)은 인접한 층들을 함께 유지하는 것을 돕는 접착 메커니즘으로서의 역할을 할 수도 있는 것이 고려된다. 또한, 태양광 전지(110)에 도달하도록 광 에너지의 원하는 양 및 타입의 투과를 허용해야 한다. 제1 캡슐제층(124)은 또한, 서로 접한 층 또는 그들 층을 통해 바뀐(예컨대, 두께가 변화) 기하학적 구조의 불규칙성을 보상하는 역할을 할 수도 있다. 제1 캡슐제층은 또한, 온도 변화 및 물리적인 이동 및 구부림으로 인해 층들 사이의 굴곡 및 이동을 허용하는 역할을 할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 캡슐제층(124)은 본질적으로, 접착 필름이나 메시(mesh), 바람직하게는 EVA(에틸렌-비닐-아세테이트) 또는 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 이 층의 바람직한 두께는 약 0.1㎜ 내지 1.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.2㎜ 내지 0.8㎜, 및 가장 바람직하게는 0.25㎜ 내지 0.5㎜의 범위에 있다.
보호층(120)의 다음, 제2 캡슐제층(126)이 몇몇 경우에는, 상부층(122) 및/또는 제1 캡슐제층(124)을 직접 접촉시킬 수도 있지만, 태양광 전지(110)의 아래에 통상적으로 연결하여 위치한다. 제2 캡슐제층(126)은 전자기 방사 또는 광 에너지를 투과시키는 것이 반드시 필요하지 않지만, 제1 캡슐제층과 유사한 역할을 할 수도 있다.
보호층(120)의 다음은 제2 캡슐제층(126) 아래에 연결하여 위치하는 후방 시트(128)이다. 후방 시트(128)는 (예컨대, 위의 층들로부터 습기 및/또는 미립자 물질을 들어가지 않게 하기 위해) 환경 보호층으로서 역할을 할 수도 있다. 바람직하게는, 가요성인 재료(예컨대, 얇은 폴리머 필름, 금속 호일, 다층 필름 또는 고무 시트)로 구성된다. 바람직하게는 EVA(에틸렌-비닐-아세테이트) 또는 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 양호한 실시예에서, 후방 시트(128) 재료는 습기 불침투성이고 또한 약 0.05㎜ 내지 10.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 4.0㎜, 및 가장 바람직하게는 0.2㎜ 내지 0.8㎜의 범위의 두께를 갖는다. 다른 물리적인 특성은 (ASTM D882에 의해 측정된 바와 같이) 약 20% 이상의 파괴 신장, (ASTM D882에 의해 측정된 바와 같이) 약 25MPa 이상의 인장 강도, 및 (그레이브(Graves)법으로 측정된 바와 같이) 약 70kN/m 이상의 파열 강도(tear strength)를 포함할 수도 있다. 바람직한 재료들의 예는 유리 판, 알루미늄 호일, 테드라(Tedlar?)(듀퐁사의 등록 상표) 또는 그 조합을 포함한다.
보호층(120)의 다음은 후방 시트(128)의 아래에 연결하여 위치하는 보충 배리어 시트(130)이다. 보충 배리어 시트(130)는 PVD(20)가 종속되는 구조물의 특징들(예컨대, 지붕 데크의 불규칙성, 돌출물 등)에 의해 야기될 수 있는 물리적인 손상으로부터 및 환경 조건으로부터 위의 층들을 보호하는 배리어로서의 역할을 할 수도 있다. 이것은 선택적인 층이고 반드시 필요한 것은 아닌 것으로 고려된다. 또한, 이 층은 바디 지지 부분(200)과 동일한 기능을 서비스할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 보충 배리어 시트(130) 재료는 적어도 부분적으로 수분 불투과성이고, 또한 약 0.25㎜ 내지 10.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.5㎜ 내지 2.0㎜, 및 가장 바람직하게는 0.8㎜ 내지 1.2㎜의 두께의 범위에 있을 수 있다. 이 층은 (ASTM D882에 의해 측정된 바와 같이) 약 20% 이상의 파괴 신장, (ASTM D882에 의해 측정된 바와 같이) 약 10MPa 이상의 인장 강도, 및 (그레이브법으로 측정된 바와 같이) 약 35kN/m 이상의 파열 강도를 포함할 수도 있다. 바람직한 재료들의 예는 열가소성 폴리올레핀("TPO"), 열가소성 엘라스토머, 올레핀 블록 코폴리머(block copolymer)("OBC"), 천연 고무, 합성 고무, 폴리비닐 클로라이드 및 다른 탄성중합체 및 플라스토머 재료를 포함한다. 이와 달리, 보호층은 구조적 및 환경적(즉, 바람) 로딩(loading) 하에 부가적인 지붕 기능을 제공하기 위해 더욱 단단한 재료로 구성될 수 있다. 추가적인 강성이, PVD의 열 팽창의 계수를 향상시키고 온도 변동 중에 원하는 치수를 유지하기 위해 바람직하게 될 수도 있다. 구조적인 성질을 위한 보호층 재료의 예들은 폴리올레핀, 폴리에스테르 아미드, 폴리설폰, 아세텔, 아크릴, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 폴리카보네이트, 페놀, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 에폭시와 같은 폴리머 재료를 포함하며, 유리 및 미네랄 충전 합성물 또는 그들의 임의의 조합을 포함한다.
상술한 층은 다수의 조합으로 구성되거나 적층될 수도 있다. 3개의 가능한 층 조합의 예들이 도 4a 내지 도 4h에 도시되어 있다. 이들 예는 제한하고자 하는 의도가 아니라, 층의 순서, 층의 수, 오버랩하는 층 섹션의 추가의 변형, 또는 그들의 조합이 고려된다. 또한, 이들 층은 접착제 접합, 열 또는 진동 용접, 오버 몰딩(over-molding), 또는 기계적인 잠금장치에 제한하지는 않지만 이들을 포함하는 임의의 수의 방법을 통해 전체적으로 함께 접합될 수도 있다.
전기 회로
전기 회로는 PV 전지 어셈블리 내에 적어도 부분적으로 포함되지만, 전기 회로의 일 부분은 PVD의 바디 부분 또는 비활성 부분에 있을 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 회로(140)는 PVD(20)로 및/또는 로부터 원하는 전기 장치(예컨대, 브레이커 박스 또는 전기 저장 장치)로 및/또는 로부터 전기를 전기적으로 통하게 하는 역할을 하는 다수의 부품을 포함할 수도 있다. 그 부품들은 버스 와이어(buss wire: 142), 바이패스 다이오드(144), 적어도 2개의 버스 단자(146, 148), 및 적어도 2개의 리턴 단자(152, 154)를 갖는 리턴 회로(150)를 포함할 수 있다. 상기 전기 부품의 어느 하나 또는 전부가 태양광 전지 어셈블리(100) 내에 및 일체로 위치할 수 있거나, 별개로 부착될 수도 있다(예컨대, 리턴 회로가 태양광 전지 어셈블리(100)의 부분이 아닐 수도 있다).
버스 와이어(142)는 태양광 전지(110)에 전기 연결된다. 기능적으로, 버스 와이어(142)는 전지에 의해 생성된 전류가 적어도 2개의 단자(146, 148)로 이동하기 위한 경로를 제공한다. 버스 와이어는 임의의 수의 도전 또는 반도전 재료(예컨대, 금속 와이어, 금속 필름, 도전성 폴리머 등)로 구성될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 버스 와이어는 약 0.1㎜ 두께 및 약 10㎜ 폭의 얇게 코팅된 금속 스트립(예컨대, 구리의 은 코팅 스트립)으로 구성된다. 버스 와이어(142)는 약 0.05㎜ 내지 2.0㎜, 더욱 바람직하게는 약 0.1㎜ 내지 1.0㎜, 및 가장 바람직하게는 0.25㎜ 내지 0.8㎜의 두께의 범위에 있는 것이 바람직하다. 다른 물리적인 특성은 비교적 높은 전도도(예컨대, 미터당 약 30.0×106 지멘스(S·m-1) 이상)를 가질 수 있다. 바람직한 재료의 예들은 구리, 금, 황동, 은, 도전성 폴리머 또는 그들의 조합을 포함한다.
바이패스 다이오드(144)는 버스 와이어(142)에 병렬로 전기 연결된다. 바이패스 다이오드(144)는 전지(들)가 역 바이어스되면 다이오드가 도통하도록 기능을 한다. 이와 달리, 다이오드는 모듈의 태양 전지의 일 부분을 가로질러 역평행 연결될 수도 있다. 그 다이오드는, 다른 전지들이 강렬한 광에 노출되는 동안 개별 태양 전지의 셀 열 고장, 고장난 전지, 전체 또는 부분적인 쉐이딩(shading)의 경우에 이들 태양 전지를 열 파괴로부터 보호한다. 그러한 바이패스 다이오드의 이용은 당업계에 잘 알려져 있고, 본 발명에서는 선택적인 부품일 수도 있다.
적어도 2개의 버스 단자(146, 148)(하나는 전기적으로 양성이고, 하나는 전기적으로 음성이다)는 버스 와이어(142)의 단부에 (예를 들면, 각각의 단부의 각각에 하나가) 위치한다. 그 단자들은 PVD(20)로 및/또는 로부터 원하는 전기 장치로 및/또는 로부터 직접 또는 선택적인 리턴 회로(150)를 통해 전류를 전기적으로 통하게 하도록 전기 연결 포인트로서 역할을 한다. 그 단자들은 임의의 수의 물리적인 구성으로 구성될 수도 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 하나의 바람직한 실시예에서, 그 단자들은 연결 장치(예컨대, 스크류(160))를 받아들이도록 적응된다. 이 예시된 예에서, 연결 스크류는 2개의 서로 접하는 PVD(20)를 함께 연결한다. 적어도 하나의 단자와 전기 연결이 형성되는 한, 다른 체결 장치가 사용될 수도 있음(예컨대, 못, 푸시 핀(phsh pin) 등)이 고려된다. 바람직한 실시예의 다른 양태에서, 단자들이 로케이터(220)와 나란히 놓일 수도 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같은 예시적인 예에 의해, 별개의 또는 매설된 커넥터(156)가 활용된다. 다른 커넥터 구성은 U.S. 가출원 61/098,941호에 기초하는 공동 계류중인 특허 출원에서 고려되며, PVD 사이에 위치 결정 및 전기 연결 기능을 제공할 분명한 목적을 위해 참고로 여기에 통합되어 있다. 이들 다른 고려되는 커넥터 구성 중 몇몇의 예시적인 예들이 도 5d 내지 도 5e에 도시되어 있다. 이것은 또한 제1 단부(32'), 제2 단부(34') 및 외부면(36')으로 전반적으로 설명될 수 있는 본 발명에 따르는 태양광 장치 커넥터 어셈블리(156)로 또한 알려져 있을 수도 있으며, 외부면은 로케이터로서 역할을 할 수도 있다. 로케이터는 태양광 장치(20)에 위치할 수 있는 대향하는 암(female) 커넥터 하우징(50')을 전반적으로 보완하도록 성형될 수 있는 베어링 벽(40')을 포함하는 것으로 더 설명될 수도 있다.
또 다른 대체예에서, 단자들은 로케이터로부터 분리될 수 있다(예를 들면, 와이어 단자가 인접한 PVD를 연결하는 데 사용되는 경우).
도 2에 도시된 바와 같이, 선택적 리턴 회로(150)는 바람직하게는 PVD(20)를 가로질러 간다. 기능적으로, 리턴 회로(150)는 그 회로의 양 및 음의 단자의 양자가 PVD(20)의 동일한 측면 상에 있을 수 있도록 전지에 의해 생성되는 전류를 위한 리턴 경로를 제공한다. 리턴 회로(150)는 임의의 수의 도전성 또는 반도전성 재료(예컨대, 금속 와이어, 금속 필름, 도전성 폴리머 등)로 구성될 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 버스 와이어(142)는 약 0.1㎜ 내지 1.0㎜ 두께 및 약 10㎜ 내지 20㎜ 폭의 범위인 얇게 코팅된 금속 스트립(예컨대, 구리의 주석 코팅된 스트립)으로 구성된다. 다른 물리적인 특성은 비교적 높은 전도도(예컨대, 미터당 약 30.0×106 지멘스(S·m-1) 이상)를 가질 수 있다. 바람직한 재료의 예들은 구리, 금, 황동, 은, 도전성 폴리머 또는 그들의 조합을 포함한다.
적어도 2개의 리턴 단자(152, 154)가 리턴 회로(150)의 단부에 또는 그 근처에 위치한다. 기능적으로 그리고 구조적으로, 적어도 2개의 리턴 단자(152, 154)는 버스 단자(146, 148)와 유사할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 양 단자들의 세트(예컨대, 버스 및 리턴)는 서로 아주 근접하게(약 25㎜ 이하 내로) 위치하여, 로케이터(220)와 나란히 놓인다.
비활성 부분/ 바디 부분
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 바디 부분(200)은 메인 바디 부분(210), 적어도 하나의 로케이터(220)(바람직하게는 2개의 로케이터(220, 222)), 측면 바디 부분(230), 및 선택적 하부 바디 부분(240)을 포함할 수 있다. 비활성 부분은 단일 또는 복수의 단편으로, 바람직하게는 단일 폴리머 제품으로부터 구성될 수 있다. 바디 지지 부분(200)은 PVD(20)용의 메인 구성 캐리어로서의 기능을 하고 이와 일치하는 방식으로 구성되어야 한다. 예를 들면, 비활성 부분은 근본적으로 플라스틱 프레이밍(framing) 재료로서 기능을 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 바디 지지 부분(200)은 충전되거나 충전되지 않은 성형 가능 플라스틱(예컨대, 폴리올레핀, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (SAN), 수소화된 스티렌 부타디엔 고무, 폴리에스테르 아미드, 폴리설폰, 아세텔, 아크릴, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 열가소성 및 열경화성 폴리우레탄, 합성 및 천연 고무, 에폭시, SAN, 아크릴, 폴리스티렌, 또는 그들의 임의의 조합)으로부터 구성된다. 충전재는 이하 즉, 착색제, 발화 지연제(FR) 또는 내점화(IR) 물질, 유리나 미네랄 섬유, 표면 개질제와 같은 보강 물질 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 플라스틱은 또한 항산화제, 이형제, 발포제 및 다른 공통 플라스틱 첨가제를 포함할 수도 있다.
바디 부분(200)은 임의의 수의 형상 및 사이즈로 될 수 있음이 고려된다. 예를 들면, 바디 부분은 사각형, 직사각형, 삼각형, 타원형, 원형 또는 그들의 임의의 조합일 수 있다. 바디 부분(200)은 각각 10㎝ 정도의 짧고 100㎝ 이상 정도의 큰 길이(L) 및 폭(W)을 가질 수 있다. 바디 부분은 또한, 약 5㎜ 정도의 짧은 것으로부터 20㎜ 이상 정도의 긴 범위일 수 있고, 바디 지지 부분(200)의 상이한 영역에서 변화할 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 바디 부분(200)은 약 10㎜의 두께 및 약 95㎝의 길이(L) 및 25㎝의 폭(W)을 갖는 사각형 형상이다.
내면 부분(즉 바디 부분의 측면이 빌딩 표면에 가장 가까운)의 전부 또는 일부가 단단할 수 있거나(예컨대, 단위 블록) 기하학적 특징(예컨대, 도 10에 도시된 바와 같은 리브(61))을 가질 수 있다. 기하학적 특징은 상기 채널로의 배선의 압입 끼워맞춤(press-fit)이 가능하게 되도록 하기 위해 채널을 포함할 수 있다.
바디 부분(200)은 메인 바디 부분(210)의 하부 세그먼트(212)의 적어도 일부분을 따라 태양광 전지 어셈블리(100)에 접합된다. 바람직하게는, 그들은 측면 바디 부분(230)의 세그먼트(232, 234) 또는 측면 세그먼트(232)의 적어도 일부분을 따라 접합된다. 바디 부분(200)의 태양광 전지 어셈블리(100)로의 접합은 접착제, 적층, 오버 몰딩 또는 그들의 조합으로 달성될 수 있다. 접합 인터페이스는 습기 및 미립자 불투과성이어야 한다. 바람직한 실시예에서, 바디 부분(200) 및 태양광 전지 어셈블리(100)는 아래의 예에서 더욱 상세히 설명되는 오버 몰딩 프로세스를 통해 접합된다.
바디 지지 부분(200)은 노출된 태양광 전지(110)의 상부면의 적어도 90%(바람직하게는 적어도 98% 이상)를 남기면서, 태양광 전지 어셈블리(100)의 적어도 하나의 에지 부분(102)을 부분적으로 둘러싸거나 완전히 에워쌀 수 있는 것이 고려된다. 여러 가지 고려된 구성이 도 4a 내지 도 4f에 도시되어 있다. 바람직한 실시예에서, 하부 세그먼트(212)에서 바디 지지 부분(200)은 전기 회로(140)의 적어도 부분(예컨대, 버스 와이어, 버스 단자, 바이패스 다이오드 및 선택적 리턴 회로의 부분)을 포함하여, 태양광 전지 어셈블리(100)의 상부 에지 부분을 완전히 에워싼다. 또한, 이 바람직한 실시예에서, 측면 바디 부분(230)에서 바디 지지 부분(200)은 태양광 전지 어셈블리(100)의 측면 에지 부분(106)을 적어도 부분적으로 둘러싼다. 선택적으로, 선택적 하부 바디 부분(240)에서 바디 지지 부분(200)은 태양광 전지 어셈블리(100)의 하부 에지 부분(108)을 적어도 부분적으로 둘러싼다.
바디 지지 부분(200)의 메인 바디 부분(210)은 도 4a 내지 도 4h에 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양광 전지(110) 위에 위치하는 PVD(20)의 영역으로 고려된다. 메인 바디 부분(210)은 적어도 하나의 로케이터(220)를 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 또한, 메인 바디 부분(210)은 PVD(20)를 빌딩 구조물에 (예컨대, 못, 스크류 등을 통해) 체결하기 위한 체결 영역(214)을 포함할 수 있다. 이 체결 영역은 바람직하게는, 어떤 기능적인 부품(예컨대, 전기 회로(140))이 전혀 없고, 메인 바디 부분(210)의 표면 상에 물리적으로 표시될 수도 있다.
적어도 하나의 로케이터(220)가 바디 지지 부분(200)의 주변 에지 상에 배치되는 것이 고려된다. 로케이터(220)는 다른 PVD(20)에 대한 하나의 PVD(20)의 위치 결정을 돕는 기능을 한다. 로케이터(220)는 바디 지지 부분(200)의 주변 에지로부터 돌출 및/또는 리세스(recess)될 수 있다. 로케이터는 또한, 바디 지지 부분(200)의 일부로서 일체로 형성될 수 있거나, 또는 별개의 부품일 수도 있다. 로케이터(220)는 하나의 PVD(20)를 다른 PVD(20)에 고정하는 기능을 하도록 적응된다. 그들 PVD는 못, 스크류, 스프링 클립 또는 어떤 다른 수단과 같은 기계적인 잠금장치의 사용을 통해 고정될 수 있다. 바람직하게는, 로케이터(220)는 비활성 부분(220)의 에지 내로 또는 그로부터 간격(D)만큼 돌출할 수 있다. 이 간격(D)은 바람직하게는 약 5 내지 40㎜의 범위, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 35㎜의 범위, 및 가장 바람직하게는 약 20 내지 30㎜의 범위에 있다.
바람직한 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 로케이터(220) 및 제2 로케이터(222)는 서로 짝을 이루도록 적응되는 반원 형상이고, 잠금장치(예컨대, 스크류(160))용의 관통 홀(224)을 포함한다. 제1 로케이터(220)는 (메인 바디 부분(210) 내의) 주변 에지의 상반부(또는 두께(T)의 비율)로부터 돌출하고, 하반부에서 유사한 방식으로 리세스된다. 제2 로케이터(222)는 일반적으로 제1 로케이터(220)의 거울 상(mirror image)이고, 바람직하게는 PVD(20)의 반대측에 위치한다. 로케이터(220, 222)는 또한 바람직하게는 작은 갭(226)(예컨대, 약 15㎜ 이하)이 PVD들 사이에 유지되어 회전 조정이 가능하도록 구성된다.
버스 단자(146)의 적어도 하나가 로케이터(220) 내에, 바람직하게는 하나의 버스 단자(146)와 하나의 로케이터(220) 및 나머지 버스 단자(148)와 반대의 로케이터(222)가, 나란히 놓이는 것이 고려된다. 또한, 리턴 단자(152)의 적어도 하나가 또한 로케이터 내에 나란히 놓일 수도 있다. 단자나 단자들이 로케이터(220) 내에 나란히 놓이는 경우, 그들 단자는 서로 접하는 PVD들 사이에서 전기 회로를 완성하기 위해 상술한 잠금장치를 활용하도록 적응될 수 있다. 이것은 부가적인 배선을 필요로 하지 않고 복수의 PVD를 함께 전기적으로 잇는 것을 가능하게 할 수 있다.
측면 바디 부분(230)은 태양광 전지 어셈블리(100)의 측면 에지 부분(106) 다음에 그와 접합하여 위치하는 비활성 부분 재료의 스트립일 수도 있는 것으로 고려된다. 바람직하게는 로케이터(220, 222)가 메인 바디 부분(210) 내에 대체로 위치하지만, 측면 바디 부분은 상술한 로케이터(220, 222)를 포함할 수도 있다. 바디 지지 부분(200)의 나머지 부분과 마찬가지로, 측면 에지 부분(230)은 태양광 전지 어셈블리(100)의 측면 에지 부분(106)을 적어도 부분적으로 둘러싼다.
측면 바디 부분(230)은 약 2㎜ 정도의 작고 약 20㎜ 정도의 큰 폭(SW)을 가질 수 있다. 길이(SL)는 약 10㎜ 정도의 작은 것으로부터 200㎜ 이상의 크기까지일 수 있다. 하나의 바람직한 실시예에서, 측면 바디 부분의 두께가 메인 바디 부분(210)의 두께의 대략 절반이지만, 측면 바디 부분은 또한 바디 지지 부분(200)의 나머지와 근본적으로 같은 두께(ST)를 가질 수 있다.
선택적 하부 바디 부분(240)은 태양광 전지 어셈블리(100)의 하부 에지 부분(108) 다음에 위치하여 접합되는 비활성 부분 재료의 스트립일 수 있는 것으로 고려된다. 바람직하게는, 하부 부분(240)이 포함되면, 태양광 전지 어셈블리(100)와의 조인트는 노출된 상부 표면과 실질적으로 동일 표면이 되어, 물 및/또는 다른 물질이 PVD(20) 상에 갇히지 않게 된다.
제2 양태에서, 도 6 및 7을 참조하면, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 빌딩 구조물 상에 복수의 PVD(20)의 태양광 시스템(300)을 설치하는 방법을 고려한다. 빌딩 구조물은 지붕, 벽, 노출된 부분 또는 거기에 부착되는 임의의 다른 구조물과 같은 구조물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, PVD(20)는 바람직하게는 (예컨대, 공통 지붕널(shingle)인 것처럼) 오프셋 오버랩 모드로 설치될 수 있다. 설치 방법은 빌딩 구조물 상에 양단부 상에 전기 단자(146, 148)를 갖는 PVD(20)를 위치시키는 단계와, 그 PVD를 빌딩 구조물에 체결하는 단계를 포함할 수 있다. 전기 단자(146, 148)(예컨대, 버스 단자 및/또는 리턴 단자)는 로케이터(220, 222)와 결합될 수도 있고, 다음 PVD(20)용의 로케이터로서 역할을 할 수 있다. 제2 PVD(20)는 제1 커넥터에 기초한 제1 지붕널에 가장 가깝게 위치된 후 원하는 대로 정렬될 수 있으며, 일반적으로 빌딩 구조물의 하나의 에지에 직각을 이룬다. 제2 PVD(20)는 그 후 (예컨대, 메인 바디 부분(210)의 상면 부분(202)을 통해 기계적인 잠금장치에 의해) 빌딩 구조물에 체결될 수 있고, (일반적으로 스크류 잠금장치나 다른 기계적인 수단을 통해) 전기 단자(146, 148)가 연결될 수 있다. 추가의 PVD(20)가 유사한 방식으로 로우나 칼럼에 부가될 수 있다. 체결 구역을 한정하기 위한 라인이나 표시가 PVD(20)의 메인 바디 부분(210) 상에, 바람직하게는 체결 영역(214) 내에, 고정하거나 체결되는 위치를 설치자에게 나타내도록 제공될 수 있다.
제1 로우 또는 칼럼을 오버랩하는 제2 로우 또는 칼럼이 도 7에 도시된 바와 같이, 추가될 수도 있다. PVD(20)의 제2 로우 또는 칼럼의 활성 부분(500)은 PVD(20)의 제1 로우 또는 칼럼과 비교하여 오프셋될 수 있고, 장치의 제1 로우 또는 칼럼의 전기 단자(146,148)를 덮기 위해 제1 로우 또는 칼럼의 비활성 부분(510)을 오버랩할 수 있으며, 종래의 클래딩 재료와 마찬가지로, 장치를 빌딩 구조물에 부착하는 데 사용되는 잠금장치(예컨대, 못, 스테이플 등)를 덮는다.
종래의 클래딩 재료의 경우에서와 마찬가지로, 이 설치 방법은 오프셋 오버랩으로 인해 PVD(20) 사이의 누설을 감소시키거나 없애는 데 도움을 줄 수 있다. 이 방식으로 PVD(20)에 필수적인 전기 단자를 설치하여 사용할 능력이 PVD(20) 내에 설계될 고유의 단말 및 로케이터 시스템에 의해 가능하게 될 수 있다. 이것이 태양광 장치들(20) 사이에서 어떠한 추가의 전기 상호 연결 물질을 없애는 데 도움을 줄 수 있고, 통상의 클래딩 재료(예컨대, 지붕널 또는 타일)를 설치하는 것과 마찬가지로 각 로우 또는 칼럼의 설치를 가능하게 할 수 있다. 상호 연결된 태양광 장치(20)의 로우 또는 칼럼은 원하는 전력 출력을 생성하기 위해 당업계에 알려져 있는 바와 같이, "시스템의 밸런스" 또는 BOS에 연결될 수도 있다.
PVD(20)가 PV 지붕널 어레이(예컨대, 태양광 시스템(120))로서 지붕공사 애플리케이션에 사용되는 예시적인 예가 도 6에 도시되어 있다. 이것은 단자 및 로케이터 시스템이 회전(예를 들어, 도 6을 참조하면, 필요한 경우 기준선(예컨대, 초크 라인)에 장치 에지를 정렬하기 위해 로케이터 둘레로 제2 태양광 장치(20)를 회전시킴)을 통해 태양광 장치(20)의 정렬을 어떻게 허용할 수 있는지를 나타낸다. 장치들 사이의 회전 자유도의 크기는 허용량 갭(226)에 의해 제한될 수 있다. 허용량 갭(226)은 액체 및 쓰레기의 배출 경로로서의 역할을 할 수도 있는 것이 고려된다. 이 허용량 갭(226)은 로케이터(220, 222)의 기하학적 형상을 변화시킴으로써 증가 또는 감소될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 PVD(20)(예컨대, 지붕널로서)를 사용하는 조립된 PV 지붕널 어레이의 부분 도면을 도시한다. 이 예에서, 하부 로우에서 결합된 로케이터(220, 222)/단자(146, 148)가 덮여 지붕널의 다음 상위 로우의 오버래핑 영역에 의해 기후 요소로부터 보호된다.
활성 부분(500)의 치수는 어떠한 원하는 사이즈 및 PV 전지 제조업자가 생산하기에 편리한 것일 수 있다. 그러나, 미적인 이유로 및 그 장치가 지붕널로서 사용되는 경우에, 완성된 PVD(20)가 빌딩 산업에 사용되는 종래의 지붕공사 타일이나 지붕널과 유사한 치수를 갖게 하는 것이 바람직할 수도 있다. 비활성 부분(510)의 치수는 원하는 회로를 통합할 필요에 의해 결정될 수 있지만, 이와 달리 원하는 만큼 커질 수도 있다. 지붕널의 경우에, 활성 부분(500)과 짝을 이룰 때, 제품이 설치될 기하학적 영역에 사용되는 종래의 지붕 재료와 유사한 치수를 갖도록 하는 크기로 되는 것이 바람직하다.
도 10에 도시된 바와 같은, 제2 구성에서, 유사하게 구성된 PVD가 칼럼 구성에 사용되도록 적응된 것이 도시되어 있다. 전기 연결/로케이터가 로우 구성에서와 마찬가지로 측면과 대조적으로 PVD(20)의 상부 및 하부에 위치할 수 있다. 또한, (칼럼 또는 로우 구성의 어느 것에) 사용될 수 있는 어떤 외부 배선에 대해 홀딩 장치로서 활용될 수 있는 예시적인 채널(65)이 도시되어 있다.
달리 언급하지 않으면, 여기에 도시된 여러 가지 구성의 치수 및 기하학적 형상은 본 발명을 제한하고자 의도되는 것이 아니라, 다른 치수나 기하학적 형상도 가능하다. 복수의 구성 부품이 단일의 통합된 구성에 의해 제공될 수 있다. 이와 달리, 단일의 통합된 구성이 별개의 복수의 부품으로 분할될 수도 있다. 또한, 본 발명의 특징이 예시된 실시예 중의 하나만의 상황에서 설명되어 있을 수 있지만, 그러한 특징은 어떤 주어진 애플리케이션을 위해 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수도 있다. 이상으로부터 여기에서 고유의 구조물의 제조 및 그 동작이 본 발명에 따른 방법을 또한 구성하는 것이 이해될 것이다.
사출 성형 예
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, PVD(20)의 사출 성형 구성 프로세스의 예시적인 예가 이하 설명된다. 이 예에서, 바디 지지 부분(200)이 생성되어(예컨대, 사출 성형되어) 오버 몰딩을 통해 미리 제작된 태양광 전지 어셈블리(100)에 접합된다. 오버 몰딩은 하나 이상의 부품이 성형틀 내 또는 둘레에 위치하고 폴리머가 하나 이상의 부품을 선택적으로 에워싸도록 성형틀에 도입되는 프로세스로서 정의된다. 이 예시적인 프로세스는 당업계에 알려진 성형 가능한 플라스틱 구성뿐만 아니라 유리 시트를 포함하는 다양한 상부 시트(122)에 부응할 수 있는 것이 고려된다. 본 발명의 PVD(20)를 제작하기 위한 이 예시적인 프로세스는 아래의 단계들을 통합한다.
먼저, 상술한 바와 같이 태양광 전지 어셈블리(100)를 제공하는 단계.
둘째로, 단계 1의 태양광 전지 어셈블리(100)를 도 8에 도시된 열가소성 사출 성형 기구(400)의 성형 캐비티(cavity)(410) 내로 위치시키고, 위치 결정 특징(420)을 사용하여 상기 기구 내의 원하는 위치에 태양광 전지 어셈블리(100)를 위치시키는 단계.
태양광 전지 어셈블리(100)는 필수적으로 설계된 물리적인 특징을 통해 또는 정확한 배치를 통해 (예컨대, 자동 기계 장치 등을 통해) 위치될 수 있다. 이들 특징은 기존의 태양광 전지 어셈블리(100)의 부분(예를 들면, 커넥터 접촉 또는 버스 와이어와 같은 전기 부품, 적층 에지, 또는 두께와 같은 적층 기하학적 형상의 변화)이거나 이 기능(예를 들면, 홀이나 슬롯의 형태로의 적층 내의 컷아웃(cut-outs), 또는 오목한 곳, 돌출부 등과 같은 불규칙함)을 위해 명확하게 설계될 수 있다. 단계 1의 태양광 전지 어셈블리(100)는 전기 단자(146, 148)가 PVD(20)를 어느 위치에서 빠져나가도록 설계될 수 있지만, 전기 단자(146, 148)는 PVD(20)의 로케이터(220, 222)와 나란히 놓이는 것이 바람직하다. 이들 특징은 또한 도 6 및 7에 도시된 바와 같은 지붕 어셈블리에서 서로에 대해 PVD를 위치시키는 역할을 할 수 있다.
배치 단계에서 설명한 바와 같이, 성형 캐비티(410) 내로 태양광 전지 어셈블리(100)의 삽입 후에, 적절한 압력, 흐름 속도 및 온도 하에 용융된 폴리머가 태양광 전지 어셈블리(100)에 의해 점유되지 않는 성형 캐비티(410) 내의 공간을 완전히 채워 캐비티(410) 내의 모든 공기를 배출시키도록 캐비티 내로 밀어 넣어진다. 기구는, 최종 부분을 원하는 형상으로 제공하고 최종 부분으로 다른 속성을 통합하도록 하기 위해 성형 프로세스 동안 태양광 전지 어셈블리(100) 및 캐비티(410)에 가해지는 압축된 폴리머의 힘에 부응하도록 설계된다. 그러한 속성은 PVD(20)의 설치 시에, 태양광 전지 어셈블리(100)의 에지의 추가의 밀봉 및 최종 오버 몰딩된 제품의 구부림 또는 만곡에 영향을 주는 것을 돕기 위한 위치 결정 장치에 한정되는 것은 아니지만, 그것을 포함할 수 있다.
사출 성형 캐비티(410) 및 태양광 전지 어셈블리(100)는 고압 폴리머가 에워싸기 위한 태양광 전지 어셈블리(100)를 적절히 위치시키거나 에지에서 제어하도록 강요하거나 평형을 이루게 하기 위해 설계될 수도 있다. 폴리머 압력은 사출 성형 시에 수백 Kg/cm 내지 2500 Kg/cm 이상일 수 있어, 적층을 그 설계된 형상으로 쉽게 구부리고 조작할 수 있다. 폴리머는 캐비티의 중앙(예컨대, 게이트 포인트(600))에서 최대의 흐름 용량을 갖는 "분수"로 및 벽에서 동결하는 제로 흐름으로 흐르는 것이 넓게 수용된다. 이 속성은 대부분의 경우에 불필요할 수 있는 벽에 태양광 전지 어셈블리(100)를 밀어 넣는다. 그러나, 적절한 태양광 전지 어셈블리(100) 단단함, 흐름 방향 및 툴링(tooling) 설계를 조합함으로써, 태양광 전지 어셈블리(100)가 적절한 단단함의 태양광 전지 어셈블리(100)를 위해 용융된 폴리머의 중앙에 위치될 수 있으며, 그것에 의해 태양광 전지 어셈블리 에지 부분(102)을 환경적으로 밀봉하여 손상으로부터 물리적으로 보호할 수 있다. 폴리머 흐름의 일례가 도 10에 도시되어 있다.
태양광 전지 어셈블리(100)는 후속하는 성형 동작에서의 고압 및 열 응력으로부터의 보호를 필요로 할 수 있다. 사출 성형 기구의 특징이 국소 영역에서 태양광 전지 어셈블리(100)를 압축하거나, 이와 달리 넓은 영역에 성형틀이 폐쇄되어 있을 때, 이들 힘을 분리시켜 태양광 전지 어셈블리(100)로부터 용융된 폴리머의 흐름을 제한하도록 통합될 수도 있다. 태양광 전지 어셈블리(100)를 압축하는 이들 특징은 통상적으로 태양광 전지(110)의 활성 부분에 있는 것이 아니라, 활성 태양광 전지(110) 영역을 최대화하고 내구성 있는 오버 몰딩 영역을 가능하게 하도록 태양광 전지(110)의 에지에 있는 얇은 밴드(예컨대, 1㎜ 내지 약 25㎜) 상에 있다. 이 압축 밴드(430)는 고압 사출 성형 프로세스 동안 용융된 폴리머를 밀봉하고 오버 몰딩 프로세스 동안 유도된 힘을 격리시키기에 충분하게 태양광 전지 어셈블리(100)를 압축하기 위해 사출 성형 기구 면 상의 적절한 돌기로 될 수도 있다.
또한, 다른 실시예에서, 압축 밴드(430)는 태양광 전지 어셈블리(100)의 더 넓은 영역(예컨대, 10%, 20%, 50% 이상)을 가로질러 확산되는 것으로 고려된다. 이것은, 특히 태양광 전지(110)의 활성 부분을 손상시킬 위험이 최소화되면, 처리 및 툴링에 유리할 수도 있다.
다양한 폴리머가 오버 몰딩 프로세스에 사용될 수 있는 것으로 고려된다. PVD(20)에 대해, 바디 지지 부분(200)에 사용되는 폴리머가 PVD(20)의 원하는 서비스 수명을 위해 환경 저하에 내성이 있는 것이 바람직할 수 있다. 현행 실무는 이것이 25년 이상을 요구하는 것을 제안할 수 있다. 유용한 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌, TPO's, OBC's, 열가소성 우레탄, 실리콘 및 (앞서 설명한 재료를 포함하는) 충전재가 있거나 없는 다수의 다른 폴리머를 포함할 수 있다.
오버 몰딩된 PVD(20)는 (예를 들면 수냉식 성형을 통해) 냉각되어 성형 캐비티(410)에서 제거된다. 바람직하게는, 트리밍(trimming)이나 추가의 처리가 필요 없다.
달리 언급하지 않으면, 여기에 도시된 다양한 구성의 치수 및 기하학적 형상은 본 발명을 제한하고자 의도되는 것이 아니라, 다른 치수나 기하학적 형상도 가능하다. 복수의 구성 부품이 단일의 통합된 구성에 의해 제공될 수 있다. 이와 달리, 단일의 통합된 구성이 별개의 복수의 부품으로 분할될 수도 있다. 또한, 본 발명의 특징이 예시된 실시예 중의 하나만의 상황에서 설명되어 있을 수 있지만, 그러한 특징은 어떤 주어진 애플리케이션을 위해 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수도 있다. 이상으로부터 여기에서 고유의 구조물의 제조 및 그 동작이 본 발명에 따른 방법을 또한 구성하는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 개시되어 있다. 그러나, 당업자는 본 발명의 개시내용에 어떤 변형이 있을 것이라는 것을 인식할 것이다. 따라서, 아래의 청구항들은 본 발명의 진정한 범위 및 내용을 결정하기 위해 연구되어야 한다.
상기 출원에서 인용된 어떤 수치는 어떤 하위 값과 어떤 상위 값 사이에 별개의 적어도 2 유닛이 존재한다고 가정하면 하나의 유닛의 증가시에 하위 값에서 상위 값까지 모든 값을 포함한다. 일례로서, 부품의 양이나 예컨대, 온도, 압력, 시간 등과 같은 프로세스 변수의 값이 예를 들어 1 내지 90, 바람직하게는 20 내지 80, 더욱 바람직하게는 30 내지 70이라고 언급되어 있으면, 15 내지 85, 22 내지 68, 43 내지 51, 30 내지 32 등과 같은 값들이 이 명세서에서 특별히 열거되는 것을 의도한다. 1 미만인 값에 대해, 하나의 유닛이 적절하게 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1인 것으로 생각된다. 이들은 특별히 의도된 것의 예들일 뿐이고, 열거된 최하 값과 최상 값 사이의 수치의 모든 가능한 조합이 유사한 방식으로 이 출원에서 특별히 언급되는 것으로 생각된다.
달리 언급하지 않으면, 모든 범위가 양 종점 및 종점들 사이의 모든 숫자를 포함한다. 범위와 관련하여 "약" 또는 "대략"의 사용은 범위의 양 단부에 적용한다. 따라서, "약 20 내지 30"은 적어도 지정된 종점을 포함하여 "약 20 내지 약 30"을 커버하도록 의도된다.
특허 출원 및 공보를 포함하는 모든 논문 및 참조물의 개시 내용은 다목적으로 참고로 통합되어 있다.
조합을 설명하기 위한 용어 "본질적으로 이루어진"은 확인되는 요소, 구성요소, 부품 또는 단계들을 포함하고, 그러한 다른 요소, 구성요소, 부품 또는 단계는 조합의 기본적이고 신규의 특징에 실질적으로 영향을 주지 않는다.
여기에서 요소, 구성요소, 부품 또는 단계의 조합을 설명하기 위한 용어 "포함하는" 또는 "구비하는"의 사용은 또한 본질적으로 요소, 구성요소, 부품 또는 단계로 이루어진 실시예를 고려한다.
복수의 요소, 구성요소, 부품 또는 단계들은 단일의 통합된 요소, 구성요소, 부품 또는 단계로 제공될 수 있다. 이와 달리, 단일의 통합된 요소, 구성요소, 부품 또는 단계가 별개의 복수의 요소, 구성요소, 부품 또는 단계들로 분리될 수도 있다. 요소, 구성요소, 부품 또는 단계를 설명하기 위한 "하나" 또는 "1"의 개시내용은 추가의 요소, 구성요소, 부품 또는 단계들을 배제하고자 의도된 것은 아니다. 여기에서 특정 군에 속하는 요소 또는 금속에 대한 모든 참조는 1989년 CRC 프레스 인코포레이티드에 의해 발간되어 저작권 등록된 원소의 주기율표를 참조한다. 군 또는 군들에 대한 어떠한 참조가 번호 붙인 군에 대한 IUPAC 시스템을 사용하는 이 원소의 주기율표에 반영된 것과 같은 군 또는 군들이어야 한다.

Claims (20)

  1. 태양광 장치로서,
    적어도 하나의 주변 에지, 상기 적어도 하나의 주변 에지의 안쪽의 적어도 하나의 태양광 전지, 광활성 부분, 및 적어도 하나의 버스 단자를 포함하는 태양광 전지 어셈블리로서, 상기 적어도 하나의 버스 단자는 상기 태양광 전지 어셈블리로 또는 상기 태양광 전지 어셈블리로부터 전류를 전달하고, 상기 적어도 하나의 태양광 전지는 전기 에너지로 변환하기 위한 상기 광활성 부분에 광 에너지의 투과를 허용하는 표면을 포함하는, 상기 태양광 전지 어셈블리; 및
    빌딩 구조물에 접촉하는 하면 부분, 및 상기 태양광 장치를 상기 빌딩 구조물에 부착하는 잠금장치를 수용하는 상면 부분을 포함하는 바디 부분을 포함하며;
    상기 바디 부분은 상기 적어도 하나의 태양광 전지의 표면을 노출된 상태로 두면서 상기 태양광 전지 어셈블리의 상기 적어도 하나의 주변 에지의 적어도 하나의 에지 부분에 그리고 상기 바디 부분의 하부 세그먼트의 적어도 일부를 따라 적어도 부분적으로 접합되고, 또한, 상기 바디 부분은 상기 빌딩 구조물 상에 상기 태양광 장치를 설치하는 동안 상기 바디 부분의 주변 에지에 배치되고 상기 태양광 장치를 다른 태양광 장치에 대해 위치 결정하도록 구성된 로케이터(locator)를 포함하고,
    상기 로케이터는 하기의 특징들 즉,
    a) 적어도 하나의 전기 단자 또는
    b) 상기 태양광 장치 및 상기 다른 태양광 장치 사이의 회전 조정을 제공하는 것들 중 적어도 하나를 포함하는, 태양광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 로케이터는 적어도 하나의 전기 단자를 포함하는, 태양광 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 태양광 장치는 가요성이며 상기 빌딩 구조물 내의 불규칙적인 윤곽에 일치하는, 태양광 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 로케이터는 별개의 커넥터, 매설된 커넥터, 또는 태양광 장치 커넥터 어셈블리에 포함되는, 태양광 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상면 부분은 고정 영역을 포함하는, 태양광 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디 부분은 폴리머 프레이밍(framing) 재료로 구성되고, 상기 태양광 전지 어셈블리는 적어도 3면에서 상기 폴리머 프레이밍 재료의 바디 부분에 의해 둘러싸이는, 태양광 장치.
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  8. 빌딩 구조물 상에 태양광 시스템을 설치하는 방법으로서:
    a) 제1 태양광 장치의 비활성 부분의 주변 에지에 위치하는 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 포함하는 적어도 하나의 로케이터를 포함하는 상기 제1 태양광 장치를 제공하는 단계;
    b) 제2 태양광 장치의 비활성 부분의 주변 에지에 위치하는 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 포함하는 적어도 하나의 로케이터를 포함하는 상기 제2 태양광 장치를 제공하는 단계;
    c) 상기 제1 태양광 장치의 비활성 부분 상의 체결 영역을 통해 잠금장치를 고정함으로써 상기 빌딩 구조물에 제1 태양광 장치를 부착하는 단계;
    d) 상기 제2 태양광 장치의 비활성 부분 상의 체결 영역을 통해 잠금장치를 고정함으로써 상기 빌딩 구조물에 상기 제2 태양광 장치를 부착하는 단계; 및
    e) 상기 제1 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자를 상기 제2 태양광 장치의 적어도 하나의 일체로 형성되는 전기 단자에 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
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