KR102423783B1 - 유체 냉각식 통합 광발전 모듈 - Google Patents

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로버트 레크킹어
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Abstract

유체 냉각식 광발전 모듈로서, 그 내부에서 폴리머 열 교환기가 광발전 모듈로부터 열을 순환되는 유체로 전달한다. 광발전 모듈은 차가운 온도로 유지되며 이는 증가된 전력 출력을 가능하게 하고, 반면 순환되는 유체로 전달되는 열은 열을 필요로 하는 애플리케이션들에 대하여 사용가능할 수 있다. 폴리머 열 교환기는 특히, 비용 효율적이고; 고 성능이며; 다양한 광발전 모듈 유형들 및 크기들에 대하여 용이하게 적응가능하고; 시스템들의 통상적인 광발전 모듈 밸런스와 호환가능하며; 물 살균제들 및 다른 화학제품들에 대하여 저항력이 있고; 석회-자국 및 열 교환기 오염에 대하여 저항력이 있으며; 용이하게 운송되고, 어셈블리되며, 설치되고, 및 유지되며; 및 고 생산 제조 방법들을 레베리지하는 견고한 설계를 달성하기 위하여 사용된다.

Description

유체 냉각식 통합 광발전 모듈{FLUID COOLED INTEGRATED PHOTOVOLTAIC MODULE}
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은, 2013년 03월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/778,204호의 이익을 주장하는 2014년 03월 07일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제14/201,652호와 연관된, 미국 정규 특허 출원 제14/290,517호에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한, 2014년 05월 29일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제14/290,517호의 부분-계속 출원인, 2015년 05월 29일자로 출원된 미국 정규 특허 출원 제14/725,825호에 대한 우선권을 주장한다.
기술분야
본 발명은 광발전 디바이스들 및 애플리케이션들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리 및 관련된 방법들을 제공한다.
전세계적인 화석 연료 소비를 보충하기 위하여 효율적인 재생 에너지 변환 메커니즘이 시도된다. 국제 에너지 기구(International Energy Agency; IEA)는 2010년에 세계적인 에너지 사용이 150조 킬로와트-시간이 될 것으로 추정하며, 이는 대략적으로 연간 지구 태양 에너지의 0.02%이다. 이는, 태양 에너지가 효율적인 태양 에너지 변환 및 저장 기술들을 이용하여 전 세계의 에너지의 전부를 공급할 잠재력을 갖는다는 것을 예증한다. 석유, 석탄 및 천연 가스는 주로 사용되는 세계적인 에너지원들로 남아 있으며, 이는 태양 에너지가 더 현실적이고 비용 경쟁성이 있게 되는 것을 가능하게 하기 위한 새로운 기술들 및 전략들에 대한 기회를 제공한다.
광발전(photovoltaic; PV) 모듈들은, 광발전 효과를 나타내는 반도체들을 사용하여 태양 방사를 전기로 변환한다. 광발전 모듈 설계 및 제조에 대한 상당한 투자가 광발전 시스템들의 비용을 낮추고 있다. 광발전 모듈들의 효율은 25% 미만으로, 전형적으로는 18% 효율 미만으로 상대적으로 낮게 남아 있다. 광발전 모듈 효율들은 태양의 가열로부터 온도가 상승함에 따라 추가로 감소된다. 이러한 효율 감소는 온도 계수의 형태로 제품 사양 시트들 상에 공표된다.
태양열(Solar thermal; ST) 수집기들은 흡수성 표면들 및 열 손실 완화 기술들을 사영하여 태양 방사를 열로 변환한다. 90%를 초과할 수 있는 높은 효율들에 의해 가능해지면, 태양열은 광발전소자(photovoltaics)보다 더 많은 재생 에너지 용량을 차지한다. 태양열 수집기들은, 이들이 차가운 온도로 유지될 때 높은 변환 효율을 갖는다. 이는, 수영장, 식수 예열, 및 상용/산업 프로세싱과 같이 차가운 물이 가열되는 별개의 애플리케이션들에 대하여 태양열 수집기들을 사용함으로써 가능해질 수 있다. 효율들은 환경적 변수들 및 유체 온도에 매우 의존한다. 폴리머 언글레이즈드(polymer unglazed) 태양열 수집기들은, 낮은 비용, 상이한 크기들로 제조하는 것에 대한 용이함, 경량, 결빙 상태들에 대한 내성, 물 살균제들 및 다른 화학물질에 대한 저항력; 석회-앙금 축적 및 열 교환기 오염(fouling)에 대한 저항력; 부식에 대한 저항력; 용이한 운송, 및 자외선 방사에 대한 저항력과 같은 이점들을 갖는다.
다수의 유형들의 광발전 디바이스들 및 방법들이 존재해왔다. 불행히도, 이들은 다양한 애플리케이션들에 대하여 부적합하였다. 종래 기술은 결합된 광발전 및 태양열의 향상된 성능을 주장하였지만, 기능적이고, 실제적이며, 효율적인 결합을 만드는데 실패하였다. 따라서, 개선된 광발전 디바이스들 및 방법들이 희망된다.
본 발명은 광발전 디바이스들 및 애플리케이션들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리 및 관련된 방법들을 제공한다. 광발전 및 태양열 기술들을 결합함으로써, 다수의 다른 이점들과 함께, 에너지 출력이 광발전 모듈 단독의 에너지 출력보다 3배 내지 5배 더 클 수 있다. 본 발명은 광발전 모듈 및 폴리머 열 교환기의 성공적인 결합을 설명하고, 이는 이용가능한 열뿐만 아니라 증가된 전기적 출력을 산출하며, 이는 실질적으로 이용가능한 태양 에너지의 사용을 증가시킨다.
유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리는, 프레임드 글래스(framed glass) 광발전 모듈, 광발전 모듈 뒤에 내포된(nested) 폴리머 열 교환기, 배면 구조체, 예컨대 폴리머 열 교환기를 지지하는 백시트(backsheet) 및 장착 하드웨어 또는 헤더(header) 구조체들의 쌍 및 복수의 스파(spar) 구조체들로 구성된다. 어셈블리는 지붕(roof) 또는 랙(rack) 구성들을 위하여 레일(rail) 시스템 상에 장착된다. 폴리머 열 교환기 및 배면 구조체는 그것의 프레임 내에서 광발전 모듈 뒤에 내포된다. 폴리머 열 교환기 튜브 시트는 광발전 모듈의 배면에 대하여 눌려지며, 이는 효율적인 열 접촉을 가능하게 한다. 프레임은 어셈블리를 위한 구조체를 제공한다.
강성 어셈블리 및 이용가능한 엔지니어링된(engineered) 장착 하드웨어는, 높은 바람 하중 저항, 루프 덱(roof deck)으로부터 상승된 장착, 태양 에너지 수집기들을 구조적 부재들에 묶기 위한 능력, 최소 지붕 관통들, 및 잔해 수집의 회피를 가능하게 만든다. 이는, 전형적으로 상당히 더 많은 지붕 침투들을 가지며, 루프 덱 바로 위에 태양 에너지 수집기를 배치하고, 그라운드(ground) 랙 상에서 또는 지붕으로부터 상승시킬 때 별개의 강성 지지 구조체를 요구하는 최신 언글레이즈드 폴리머 태양에너지 수집기(solar collector) 장착에 비하여 상당한 개선이다. 본 발명은, 광발전 모듈들 및 태양열 수집기들이, 최적의 이용가능한 장착 위치, 예컨대 남향 지붕을 공유하는 것을 가능하게 한다. 이는, 별개의 위치들에 광발전 모듈들 및 태양열 수집기들을 장착하는 것에 비하여 장착 관통들을 추가로 감소시킨다.
어셈블리는 다양한 광발전 모듈들에 대하여 용이하게 적응시킬 수 있으며 이들과 호환가능한 이점들을 갖는다. 광발전 모듈은 임의의 크기 및 유형 예컨대 단결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 비정질 실리콘, 카드늄 텔루라이드, 및 구리 인듐 갈륨 셀레나이드/설파이드일 수 있다. 이는 광발전 모듈 시장에서의 발전되는 비용 효율성들, 예컨대 낮은 비용의 프레임들, 글래스, 광발전 전지들, 봉지재들, 및 내부 백 시트들; 자동화된 어셈블리 프로세스들; 시설들을 제조하는 기술의 상태; 재료 최적화, 및 엔지니어링된 컴포넌트들을 레버리지(leverage)한다. 표준 및 시장 선도 광발전 모듈들에 대해 적응시킴으로써, 이러한 어셈블리는 비용 효율성들뿐만 아니라 시스템의 발전된 전기적, 기계적, 및 구조적 밸런스를 레버리지한다.
광발전 모듈이 개조되지 않는 경우, 기존의 목록들 및 보증들이 유지될 수 있다. 대안적인 실시예들에 있어서, 광발전 모듈이 폴리머 열 교환기 주변에서 개조되거나 또는 맞춤화될 수 있다. 열 교환기, 배면 구조체, 및 클로저(closure) 프로파일들은 비-금속성이며, 따라서 단락들 또는 접지 고장들과 같은 광발전 모듈 상의 어떠한 전기적 또는 접지 영향들을 갖지 않는다. PV 모듈 및 장착 시스템의 구조적 평가들이 유지될 수 있다. 광발전 모듈의 장착 배향은, 장착 옵션들(즉, 저 경사 지붕들, 밸러스트 마운트(ballast mount)들, 그라운드 랙들, 등)을 제한하지 않기 위하여 세로 방향 또는 가로 방향일 수 있다.
냉각이 광발전 모듈 및 그것의 열 민감성 컴포넌트들, 예컨대 다이오드들을 갖는 접합 박스(junction box) 또는 어쩌면 마이크로인버터 또는 전력 최적화기(optimizer)의 수명을 연장시킬 수 있다. 전지 과열 및 미세-균열 유도형 열점(hot spot)들을 회피하기 위하여 높은 품질의 모듈들 및 전지들이 필요하다. 이러한 경우에 있어서, 상품 폴리머들을 사용하는 열 교환기들 및 광발전 모듈의 온도들이 잘 매칭된다. 더 낮은 품질의 모듈들 또는 열점 민감도를 갖는 모듈들을 사용하기 위하여, 엔지니어링된 온도 폴리머가 폴리머 열 교환기에 대하여 사용될 수 있다.
폴리머 열 교환기는 전형적으로, 태양에너지 풀(pool) 가열 및 식수 예열 시스템들에서 사용되는 언글레이즈드 폴리머 태양에너지 수집기이다. 이는, 광발전 모듈 전지들 뒤의 영역을 충전(fill)하는 야외 등급 폴리머 튜브 시트로 구성되며, 이는 모든 광발전 전지들의 효율적이고 균일한 냉각을 가능하게 한다. WO 2009061495 A1과 같은 종래 기술에 있어서, 모든 전지들이 균일하게 냉각되지 않으며, 이는 전지들의 각각의 스트링 내의 가장 뜨거운 전지에 대한 전기적인 개선을 제한한다. 튜브 시트는 2개의 측(side)들 상의 매니폴드(manifold)들에 연결된다. 매니폴드들은, 광발전 모듈들 아래의 패널들의 로우(row)들을 통한 병렬 유체 흐름을 가능하게 하기 위하여 이들이 함께 배관(plumb)되는 것을 가능하게 하는 연결부들을 갖는다. 폴리머 연결부들은, 최신 PEX 유형 피팅들(푸시(push), 크림프(crimp), 플레어(flare), 등), 바브(barb)/호스/클램프 연결부들(태양에너지 풀 수집기들을 대표하는), 개스킷 및 o-링 유형, 및 융합 용접 연결부들을 레버리지함으로써 간단한 배관, 수리, 및 교체를 가능하게 한다. 폴리머 열 교환기의 제조 프로세스는, 폴리머 열 교환기가 다양한 광발전 모듈 크기들에 대하여 용이하게 구성되는 것을 가능하게 한다. 폴리머 열 교환기는, 큰 열 전달 면적을 갖는 비용 효율성, 상이한 크기들로 제조하기에 용이함, 경량, 결빙 상태들에 대한 내성, 물 살균제들 및 다른 화학물질에 대한 저항력; 석회-앙금 축적 및 열 교환기 오염에 대한 저항력; 부식에 대한 저항력; 용이한 운송, 및 자외선 방사에 대한 저항력과 같은 이점들을 갖는다.
열 전달 성능은, 상대적으로 낮은 이용가능한 태양 플럭스(solar flux) 및 폴리머 열 교환기의 큰 표면적에 기인하여 폴리머의 낮은 열 전도율에 의해 제한되지 않는다. 어셈블리의 가벼운 중량은, 무게가 제한되는 대부분의 상용/산업적 지붕들에 대한 장착을 가능하게 한다.
폴리머 백시트는, 광발전 모듈의 배면에 대하여 눌려질 때 튜브 시트의 배면 및 프레임의 배면 사이의 거리보다 약간 더 많은 높이를 갖는다. 백시트 설계는, 폴리머 열 교환기가 균일성을 유지하고 효율적인 열 전달을 위하여 광발전 모듈의 배면과 직접 접촉하는 것을 보장한다. 스프링력(spring force)들이 탄성 한계 내에 있고, 열적 휨 또는 크리프(creep)를 겪지 않기 때문에, 열경화성 백시트의 사용은 제품 수명에 걸쳐 일정하고 균일한 압축력을 유지한다. 백시트는 폴리머 열 교환기를 마모시킬 수 있는 거칠은 에지들을 갖지 않거나, 또는 이는 임의의 거칠은 에지들을 커버하기 위한 클로저 또는 트림(trim) 피스들을 갖는다. 레일 시스템 상에 장착될 때, 어셈블리는 타이트하며, 튜브 시트는 광발전 모듈의 배면에 대하여 확실하게 눌리지만, 광발전 모듈의 백시트를 손상시킬 정도로 강하지는 않다. 종래 기술은, 광발전 모듈과 폴리머 열 교환기 사이에 열적 인터페이스를 달성하는 것을 추구하였지만, US 6675580 B2의 경우에서 접착제를 사용함에 의한 열 팽창/수축에 의해 유도되는 박리에 기인하여 성공하지 못했다. 본 발명은 광발전 모듈과 열 교환기 사이의 임의의 2차 인터페이스 재료에 대한 필요성을 제거한다. 2개가 직접 기계적으로 접촉하게 된다. 광발전 모듈 내부에 폴리머 열 교환기를 내포시키는 방법은 팽창, 크리프, 늘어짐, 결합 및 어셈블리, 서비스 및 디스어셈블리(disassembly)의 일반적인 용이성과 관련된 문제들을 회피한다. 폴리머 열 교환기는 어셈블리의 상단에 속박(constrain)되며, 튜브 시트 및 하단 매니폴드는 강성 프레임 구조체 내에서 자유롭게 팽창 및 접촉하도록 허용된다. 튜브 시트의 연질 재료는 광발전 모듈의 배면 상의 임의의 잠재적인 마멸 마모(abrasion wear)를 제거한다. 일부 광발전 모듈들은, 잠재적인 마멸을 추가적으로 감소시키는 글래스 백시트들을 갖는다.
냉각식 광발전 시스템은 전형적인 태양열 시스템과 함께 전형적인 광발전 전기 시스템을 갖는다. 유체는 펌프에 의해서 광발전 모듈들 내에 내포된 폴리머 열 교환기들을 통해 그리고 열을 요구하는 부하(load)를 통해 순환된다. 전형적인 애플리케이션들은, 가정들, 아파트들, 호텔들/모텔들, 퇴직자 수용시설들, 빨래방들을 위해 식수, 수영장들의 가열, 프로세싱 가열, 상용 및 산업용 가열 동안에 태양 전기를 제공하는 것을 포함한다. 태양에너지 풀 가열기로서 이점들은, 전형적으로 일조 시간들과 일치하는 비싼 공공사업(utility) 피크 시간들 동안에 풀 펌프들이 동작되는 것을 가능하게 하는 것을 포함한다. 이는, 풀 펌프들이, 주간 동안에 더 낮은 비용으로 태양에너지 수집기들을 통해 수영장 물을 순환시키기 위하여 사용되는 것을 가능하게 한다. 상품 금속들과는 대조적으로 폴리머의 풀 살균 화학제품들과의 양립가능성 때문에, 이는 특히 수영장 가열을 위하여 유익하다. 어셈블리는 또한 열 펌프를 갖는 시스템 내에 구성될 수 있으며, 이는 더 높은 온도의 열을 생성하기 위한 낮은 온도의 열 및 압축기 동작에 기여하기 위한 전기를 사용할 수 있다.
냉각식 광발전 모듈의 결합된 전기 및 열 출력은 전형적인 광발전 모듈의 출력보다 2배 내지 4배 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. 냉각식 광발전 모듈 전기 출력은, 광발전 모듈 정체(stagnation) 테스트 및 공지된 광발전 모듈 온도 계수들에 기초하여 20% 넘게 증가될 수 있다. 프레임드 글래스 광발전 모듈이 어느 정도는 폴리머 열 교환기에 대한 글레이즈드 수집기 인클로저(enclosure)와 유사하게 작용한다는 것을 고려하면, 이는 또한 바람이 강한 상황들에서 언글레이즈드 폴리머 태양에너지 수집기들에 비하여 증가된 열적 성능을 가능하게 한다.
통상적인 실시예들 및 기술들을 뛰어 넘는 다수의 이점들이 본 발명을 이용하여 달성된다. 이러한 구현예들은 광발전 변환 효율 및 신뢰성을 유지하거나 또는 개선하는 몇몇 수단들을 제공하며, 이들은 특정 애플리케이션들의 다양한 요건들에 의존하여 조정될 수 있다. 본 발명의 성질 및 이점들의 추가적인 이해는 첨부된 도면 및 이후의 상세한 설명의 부분들을 참조함으로써 인식될 수 있다.
다음의 도면들은 단지 예들이며, 이들은 본원의 청구항들의 범위를 부당하게 제한하지 않아야만 한다. 당업자는 다수의 다른 변형예들, 수정예들, 및 대안예들을 인식할 것이다. 본원에서 설명되는 예들 및 실시예들이 오로지 예시적인 목적들을 위한 것이고, 이를 고려하면 이들의 다양한 수정들 및 변화들이 당업자들에게 제시될 것이며, 이들은 첨부된 청구항들의 범위 및 이러한 프로세스의 사상 및 범위 내에 포함될 것이라는 것이 또한 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 분해도이다.
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 다양한 대안적인 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈에 대한 데이터를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 모듈에 대한 데이터를 예시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 백-시트이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 어셈블리의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 태양에너지 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯(plot)이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리 내의 냉각식 광발전 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 분해도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리 지지 컴포넌트들의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파 구조체의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 분해도이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리의 다양한 대안적인 도면들이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 커넥터의 사시도이다.
본 발명은 광발전 디바이스들 및 애플리케이션들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리 및 관련된 방법들을 제공한다. 광발전 및 태양열 기술들을 결합함으로써, 다수의 다른 이점들과 함께, 에너지 출력이 광발전 모듈 단독의 에너지 출력보다 3배 내지 5배 더 클 수 있다. 본 발명은 광발전 모듈 및 폴리머 열 교환기의 성공적인 결합을 설명하고, 이는 이용가능한 열뿐만 아니라 증가된 전기적 출력을 산출하며, 이는 실질적으로 이용가능한 태양 에너지의 사용을 증가시킨다.
다음의 설명은, 당업자가 본 발명을 만들고 사용하며 특정 애플리케이션의 맥락에서 이를 통합하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 상이한 애플리케이션들에서의 다양한 사용들뿐만 아니라, 다양한 수정예들이 당업자들에게 용이하게 자명해질 것이며, 본원에서 정의되는 일반적인 원리들이 매우 광범위한 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제공되는 실시예들을 제한하려고 의도되는 것이 아니라, 본원에서 개시되는 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 가장 광범위한 범위가 허용될 것이다.
다음의 상세한 설명에 있어서, 다수의 특정 세부사항들이 본 발명의 더 철저한 이해를 제공하기 위하여 기술된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 세부사항들에 반드시 한정되지는 않고 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 다른 사례들에 있어, 잘 알려진 구조들 및 디바이스들은, 본 발명의 모호하게 하는 것을 회피하기 위하여 상세히 도시되지 않고 블록도의 형태로 도시된다.
독자는 본 명세서와 동시에 출원되고 본 명세서를 가지고 공공 심사에 대해 공개된 모든 페이지들 및 문서들을 주목해야 하며, 이러한 모든 페이지들 및 문서들의 내용들이 본원에 참조로서 포함된다. (임의의 첨부된 청구항들, 요약서, 및 도면들을 포함하는) 본 명세서에서 개시되는 모든 특징들은, 명백히 달리 언급되지 않은 한, 동일하거나 동등하거나 또는 유사한 목적에 기여하는 대안적인 특징들로 대체될 수 있다. 따라서, 명백히 달리 언급되지 않는 한, 개시되는 각각의 특징은 단지 포괄적인 시리즈의 동등한 또는 유사한 특징들 중 하나의 예일뿐이다.
또한, 지정된 기능을 수행하기 "~을 위한 수단" 또는 특정 기능을 수행하기 "~을 위한 단계"를 명시적으로 언급하지 않는 청구항 내의 임의의 엘러먼트는, 35 U.S.C. 섹션 112, 단락 6에 명시된 것과 같은 "수단" 또는 "단계" 조항으로서 해석되지 않는다. 특히, 본원의 청구항들 내의 "~의 단계" 또는 "~의 행동(act)"는 35 U.S.C. 112, 단락 6의 조항들을 호출하도록 의도되지 않는다.
사용되는 경우, 라벨들, 좌측, 우측, 전면, 배면, 상단, 하단, 전방, 후방, 시계방향, 반시계방향은 오로지 편의적인 목적들만을 위하여 사용되었으며, 임의의 특정한 고정된 방향을 의미하도록 의도되지 않는다. 그 대신, 이들은 물체의 다양한 부분들 사이의 상대적인 위치들 및/또는 방향들을 반영하기 위하여 사용된다.
광발전 모듈(1), 상단 유체 연결부(2), 하단 유체 연결부(3), 및 장착 하드웨어(4)를 갖는 어셈블리가 도 1에 도시된다. 도 2의 어셈블리의 분해도는, 지지 백시트(2)를 갖는 폴리머 열 교환기(1), 클로저 프로파일들(3), 체결구들(4), 및 프레임드 글래스 광발전 모듈(6) 아래에 내포되는 상단 헤더 클램프(5)를 도시한다. 프레임은 어셈블리를 위한 구조체를 제공한다. 어셈블리는 지붕 또는 랙 구성들에 대하여 레일들(7) 상에 장착되고 레일 클램프들(8)을 가지고 고정되며, 이는 폴리머 열 교환기 튜브 시트를 광발전 모듈의 배면에 대하여 누른다. 폴리머 열 교환기는 세로 방향 또는 가로 방향 배향 중 하나로 장착될 수 있다. 컴포넌트들은, 공장, 창고, 현장, 대지 또는 최종 장착 위치에서 어셈블리될 수 있다. 컴포넌트들은, 그들의 광발전 모듈들 내로 통합하기 위하여 다른 업체들(즉, 제조사들, 도매업자들, 계약자들, 등)에 제공되는 광발전 모듈 냉각 키트로 구성될 수 있다. 어셈블리의 단면들이 도 3, 도 4 및 도 5에 도시된다.
도 6에 도시된 광발전 모듈은, 전형적인 60 전지, 72 전지, 96 전지, 또는 128 전지 결정질 실리콘 프레임드 글래스 유형이며, 이는 오늘날 세계적으로 현재 제조되고 판매되는 다수의 광발전 모듈들을 나타낸다. 기존의 광발전 모듈들이 사용되는 경우, 이들은 개조되지 않으며, 이는 그들의 기존의 목록들 및 보증들이 유지되는 것을 가능하게 한다. 광발전 태양에너지 모듈 글래스는 이에 대고 누르기 위한 폴리머 열 교환기에 대한 단단하고 평평한 표면을 제공한다. 광발전 모듈 글래스 및, 전지들, 봉지재, 및 필름 시트의 얇은 복합물은 적당히 열적으로 전도성이며, 이는 열 전달을 촉진한다. 특정 상황들에 있어서, PV 모듈 글래스는, 열 교환기가 접촉하지 않는 접합 박스 위의 영역을 포함하여, 열이 열 교환기로 균일하게 전달되기 위한 전도성 경로로서 역할할 수 있다.
대안적인 실시예들에 있어서, 광발전 모듈은, 다양한 방식들로 매니폴드를 수용하기 위하여, 열 교환기가 접합 박스 위치 위의 영역과 직접 접촉하는 것을 가능하게 하기 위해 접합 박스를 움직이도록, 또는 다른 개조된 향상들을 위해 개조될 수 있다. 광발전 모듈은 또한 글래스의 2개의 층들을 가질 수 있거나, 또는 프레임이 없을 수 있거나 및/또는 비-글래스 전면 시트를 사용할 수 있다. 프레임이 없는(frameless) 버전에 있어서, 대안적인 인터페이스 해법들을 가능하게 하기 위하여 낮은 열 팽창을 갖는 폴리머 열 교환기가 사용될 수 있다. 광발전 모듈이 글래스의 2개의 층들을 갖는 경우, 광발전 모듈은 불투명한 백시트를 생략할 수 있으며, 이는 태양광이 폴리머 열 교환기 상에 바로 비치는 것을 허용한다. 이는 추가로 열 성능을 증가시킬 수 있다. 백시트가 불투명한 경우, 이는 흑색 또는 백색과 같은 다양한 컬러들일 수 있다. 흑색 백시트 및 프레임은 그들의 흡수성의 어두운 컬러에 기인하여 증가된 열 출력을 가질 수 있다. 광발전 모듈은 전면 또는 배면 접촉 결정질 실리콘 전지들을 가질 수 있지만, 이는 또한 카드늄 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 및 비정질 실리콘(a-Si)과 같은 전지들을 갖는 박막을 가질 수 있다. 광발전 모듈은 또한, 성능을 증가시키고 설계 수명을 연장하기 위하여 폴리머 열 교환기에 의해 냉각될 수 있는 마이크로인버터 또는 전력 최적화기를 포함할 수 있다. 매니폴드 파이프 또는 연결부들이 들어 맞기 위하여 슬롯들이 광발전 모듈 프레임 내에서 커팅될 수 있다. 폴리머 열 교환기가 접합 박스 위에서 전지들의 배면과 직접 접촉하는 것을 가능하게 하기 위하여 그리고 이뿐 아니라 접합 박스 및 와이어들에 대한 튜브 시트 내의 슬릿(slit)들과 같은 폴리머 열 교환기 개조들을 제공하기 위하여, 접합 박스는 외측 프레임 또는 아래에 재위치될 수 있다.
본원에 참조로서 통합되며 동일한 출원인에 의해 출원된 미국 특허 3934323호, 태양열 교환 패널 및 제조 방법에서 처음으로 설명된, FAFCO, INC의 노력에 의해 대규모로 가능해진 언글레이즈드 폴리머 태양열 수집기들은 미국 내에서 태양열 수용능력의 90% 이상을 점유한다(소스 IEA 2012).
도 7에 도시된 폴리머 열 교환기는1/8” 내지 3/8”의 직경들을 갖는 고체 시트 내의 병렬의 작은 직경의 튜브들인 100개 내지 300개 튜브들로 구성되며, 전체 시트 치수들은 프레임드 PV 모듈들의 내부 치수들(60개의 전지 모듈들에 대하여 39+/- 3” x 66”+/-3”, 72개의 전지 모듈들에 대하여39+/- 3” x 78”+/-3”, 96개의 전지 모듈들에 대하여 42+/- 3” x 62”+/-3”, 및 128개의 전지 모듈들에 대하여 39+/- 3” x 81”+/-3”) 및 열 교환기들을 함께 일조로 편성하는 것을 가능하게 하는 각각의 단부에서의 연결들을 갖는 1/2” 내지 2”의 직경들을 갖는 매니폴드 파이프들과 거의 매칭된다. 매니폴드 파이프들은, 그들이 튜브 시트 아래에 있도록 위치된다. 튜브 시트는, 이것이 약간의 반경을 갖는 PV 모듈의 내부 코너들에 인접하여 연장한다. 2개의 광발전 모듈 와이어들은 튜브 시트 내의 2개의 슬릿들을 통해 접합 박스로부터 연장한다. 튜브 시트는, 접합 박스 뒤에서뿐만 아니라 접합 박스의 주변부 둘레에서 광발전 모듈의 배면에 대하여 눌려진다. 열 교환기는 접합 박스 액세스를 위하여 옆으로 용이하게 제거되거나 또는 푸시될 수 있다. 대안적인 실시예들에 있어서, 폴리머 열 교환기는 분리된 병렬 튜브들, 튜브 및 핀(fin)들 또는 웹(web)들을 가질 수 있으며, 하나 이상의 구불구불한 튜브들을 가질 수 있거나, 또는 일체형 튜브 및 매니폴드 흐름 채널들을 갖는 박막 시트일 수 있다. 박막 실시예에 있어서, 시트는 접합 박스 주변에 용이하게 라우팅(route)될 수 있지만, 적당한 유체 압력을 전달하는 애플리케이션들에서 사용될 때 구조적으로 향상된 백시트를 필요로 한다. 폴리머 열 교환기는 또한 구조적 무결성(structural integrity)을 갖는 세로로 홈이 새겨진(fluted) 프로파일과 같은 무결성 백 시트를 가질 수 있다. 열 성능을 향상시키기 위하여 전도성 재료들이 또한 사용될 수 있다.
폴리머 열 교환기의 튜브 시트 및 매니폴드 파이프 구성은, 후프 응력(hoop stress)을 통해 압력을 해결함으로써 이것이 높은 압력을 취하는 것을 가능하게 한다. 이는, 주머니 유형 설계와 같은 높은 압력을 취할 수 없는 열 교환기 설계들에서 요구될 구조적 보강재를 회피한다. 폴리머 열 교환기의 병렬 튜브 구성은, 유체가 약간의 압력 강하 감소만을 가지고 높은 흐름 레이트(rate)로 순환되는 것을 가능하게 한다. 더 높은 흐름 레이트로 유체를 순환시키는 것은, 태양 패널 어셈블리의 더 낮은 평균 온도를 유지하면서 동시에 모든 모듈들 내의 균등한 흐름을 보장하여 더 높은 효율들을 가능하게 한다. 작은 직경의 튜브들을 갖는 튜브 시트는 튜브들 사이에 작은 계곡들을 갖는다. 튜브들의 두께는 열 전달을 개선하기 위하여 최소화되지만, 이는 애플리케이션에 의존하여 안전 계수를 갖는 적절한 후프 강도를 유지하기에 충분하다. 모든 재료 요건들을 충족시킬 수 있는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 상품 폴리머가 사용된다. 대안적인 실시예들에 있어서, 폴리머 열 교환기는 광발전 모듈 접합 박스 주변으로 라우팅될 수 있다. 매니폴드 파이프는 접합 박스 아래 또는 주변에 라우팅될 수 있다. 튜브 시트 구성들에 대한 파이프 및 다양한 매니폴드 파이프들은, 예컨대, 튜브 시트 또는 D-형, U-형 헤더, 또는 Z-형 매니폴드 파이프들 아래에 용접된 헤더로서 사용될 수 있다.
도 8에 도시된 백시트는, PV 모듈의 배면에 대하여 눌려질 때 튜브 시트의 배면 및 프레임의 배면 사이의 거리보다 약간 더 큰 높이를 갖는 주름진 폴리머 열경화성 수지(즉, 폴리카보네이트 또는 FRP)이다. 주름들은 대략적으로 1 인치 간격이다. 주름진 백시트는 그것의 형상을 유지하는 스프링으로서 역할하고, 이는 이것이 열경화성 수지로 만들어지며 변형이 그것의 탄성 한계 내이기 때문이다. 주름진 시트의 각각의 단부에서의 압출된 폴리머 클로저는, 열 교환기 튜브 시트와의 접촉부로부터 멀어지도록 주름진 시트의 계곡들을 통해 고정된다(즉, 나사결합된다). 레일 시스템 상에 장착될 때, 어셈블리는 타이트하며, 튜브 시트는 PV 백시트의 배면에 대하여 확실하게 눌리지만, PV 모듈의 백시트를 손상시킬 정도로 강하지는 않다. 대안적인 실시예들에 있어서, 백시트는 단열(insulate)되거나, 단열 보드이거나, 금속이거나, 분리된 립(rib)들이거나, 세로로 홈이 새겨진 프로파일을 사용하거나, 또는 전도성 재료들로 강화될 수 있다. 무-레일 시스템을 사용하는 장착 레일들이 없는 버전에 있어서, 구조적 백시트가 충분한 지지부일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 본 어셈블리의 단면도이다. 이러한 도면은 단지 일 예이며, 이는 본원의 청구항들의 범위를 부당하게 제한하지 않아야만 한다. 도시된 바와 같이, 어셈블리는 광발전 모듈, 복수의 튜브들을 포함하는 열적 태양에너지 모듈, 및 백시트를 포함한다. 도시된 바와 같이, 광발전 모듈들의 상부 영역은, 유체의 내부 가열을 가능하게 하기 위하여 광발전 모듈로부터 열적 태양에너지 모듈로 열을 끌어 당기기 위해 열적 태양에너지 모듈과 직접적으로 접촉한다.
광발전 모듈과 폴리머 열 교환기 사이의 효율적인 열 전달은, 광발전 모듈의 배면 표면과 폴리머 열 교환기의 상단 표면 사이의 직접 접촉에 의존한다. 본 실시예 내에서, 이는, 폴리머 열 교환기의 배면에 일정한 압력을 인가하는 스프링-형의 주름진 백시트, 폴리머 열 교환기의 큰 이용가능한 열 전달 영역, 반-전도성 상품 폴리머들(폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)을 갖는 얇은 벽 튜브 시트, 폴리머 열 교환기의 균일한 흐름, PV 전지들 뒤의 완전한 커버리지(coverage) 및 복합물의 적은 열 전도도를 이용하여 가능하게 된다. 테스트는 어셈블리의 열 출력이 언글레이즈드 태양에너지 풀 가열 수집기들의 고 효율 출력과 비교할 만 하다는 것을 보여주었다.
일 예에 있어서, 광발전 모듈 자체는, 이것을 측정가능한 성능 손상 없이 십(10) 인치 직경의 실린더로 감는(roll) 테스트에 의해 증명되는 바와 같이 실질적으로 가요성이다. 광발전 모듈은 전기적 전력을 출력하기 위하여 독립형으로서 효율적으로 사용될 수 있지만 사용가능한 열을 출력할 수 없으며, 이는 태양열 흡수기와의 결합에 의해 가능해진다. 이러한 가요성 형태에 있어서, 모듈은, 지붕 판자와 같은 평평한 표면 바로 위에 장착될 수 있거나, 또는 10 인치 또는 그 이상의 직경을 가지고 표면 둘레에 맞춰질 수 있다. 이는 모듈이 지붕 또는 장착 표면 내에 통합되는 것을 가능하게 한다.
결합 태양열 및 광발전 모듈은 또한 프레임 없이 생성될 수 있다. 이러한 구성에 있어서, 전체 어셈블리의 열 팽창 계수를 제한하거나 또는 이것이 어셈블리의 수명에 걸쳐서 반복적으로 팽창 및 수축하는 것을 허용하는 태양열 - 광발전 인터페이스 재료가 사용된다. 열 팽창 계수가 제한되는 버전에 있어서, 어떠한 인터페이스 재료도 사용되지 않는다.
광발전 모듈이 프레이밍(frame)될 때, 이는 덜 가요성이게 되며 반-강성이 된다. 이러한 구성의 이점은, 이러한 구성이 이러한 큰 포맷 모듈이 일반적인 지붕 재료(아스팔트 싱글(asphalt shingle)들, 타일, 랙, 등)와 같은 평평하지 않은 표면 위에 장착되는 것을 가능하게 한다는 점이다. 지붕 표면과 직접적으로 접하게 장착하는 것이 아니라, 모듈을 지붕 표면 위로 상승시키는 것은 지붕 재료 수명을 늘리고 모듈이 불규칙적인 지붕 재료 표면들 주변에서 변형하는 것을 방지한다. 변형들이 존재할 수 있지만, 그것의 통합된 장착 하드웨어를 갖는 이러한 프레임드 버전의 무결성이 155 mph에 이르는 풍속을 견디는 것으로 테스트되었다. 프레임드 버전은 태양열 수집기와 함께 또는 태양열 수집기 없이 사용될 수 있다.
대안적인 예에 있어서, 결합 태양열 및 광발전 모듈은 또한, 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 또는 다른 유형들의 비-글래스 광발전 모듈들과 함께 사용될 수 있다. 이러한 구성들에 있어서, 광발전 모듈 제조 프로세스는 결합 태양열 및 광발전 모듈 생산 프로세스 외부에 존재한다. 대안적인 광발전 모듈들의 사용은 결합 태양열 및 광발전 모듈이 임의의 수의 상용적으로 이용가능한 광발전 모듈들을 가지고 사용되는 것을 가능하게 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열 태양에너지 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯이다. 이러한 도면은 단지 일 예이며, 이는 본원의 청구항들의 범위를 부당하게 제한하지 않아야만 한다. 도시된 바와 같이, 효율은 전반적으로 온도가 증가함에 따라서 증가한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 광발전 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯이다. 이러한 도면은 단지 일 예이며, 이는 본원의 청구항들의 범위를 부당하게 제한하지 않아야만 한다. 도시된 바와 같이, 실리콘 기반 모듈들에 대하여, 효율은 온도가 증가함에 따라서 감소한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리 내의 냉각식 광발전 모듈에 대한 온도 대 효율의 플롯이다. 이러한 도면은 단지 일 예이며, 이는 본원의 청구항들의 범위를 부당하게 제한하지 않아야만 한다. 도시된 바와 같이, 광발전 모듈의 온도는 확실하게 일관되며, 그럼으로써 어셈블리의 전체 효율을 증가시킨다.
일 예에 있어서, 본 발명은 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리를 제공한다. 어셈블리는 프레임 구조체를 포함하는 광발전 모듈을 갖는다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 복수의 실리콘 기반 전지들 또는 박막 기반 전지들을 포함한다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 글래스 개구 영역 및 배면 영역을 포함한다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 독립형 유닛으로서 동작하는 것이 가능하다. 일 예에 있어서, 배면 영역은 백시트를 포함하며, 이는 글래스 또는 폴리머 백-시트 또는 금속 재료, 또는 다른 것들로 만들어진다. 일 예에 있어서, 어셈블리는, 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하는 복수의 튜브들, 복수의 유체들의 각각으로부터 유체를 모으기 위하여 제 1 단부 상에서 복수의 튜브들에 결합된 제 1 매니폴드, 및 복수의 유체들의 각각으로부터 유체를 모으기 위하여 제 2 단부 상에서 복수의 튜브들에 결합된 제 2 매니폴드를 포함하는, 재료의 폴리머 기반 층(thickness)을 포함한다. 일 예에 있어서, 어셈블리는, 재료의 폴리머 기반 층의 배면 영역 및 상부 표면 영역을 특징짓는 인터페이스 영역을 갖는다. 일 예에 있어서, 인터페이스 영역은 실질적으로 임의의 공극들 또는 간극들이 없으며, 배면 영역과 상부 표면 영역 사이의 실질적으로 연속적인 온도 프로파일에 의해 특징지어진다. 일 예에 있어서, 어셈블리는, 인터페이스 영역이 연속적인 온도 프로파일을 갖도록 광발전 모듈을 재료의 폴리머 기반 층으로 누르도록 구성된 장착 어셈블리를 갖는다.
일 예에 있어서, 광발전 모듈은 프레임이 없다. 일 예에 있어서, 유체는 물 또는 다른 액체를 포함한다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 또는 고무 또는 다른 것들과 같은 폴리머들로 구성된다. 일 예에 있어서, 재료의 폴리머 기반 층은 균질한 구조체이다.
일 예에 있어서, 광발전 모듈은 글래스가 없거나, 또는 프레임이 없는 방식으로 구성되고 글래스가 없으며, 또는 여기에서 광발전 모듈은 배면 글래스 시트에 결합된 상단 글래스 시트를 포함한다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은, 증가된 열 출력을 위하여 백시트 및 프레임을 포함하여 흑색이다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 광발전 전지들의 각각 사이에 복수의 투명한 영역들 및 글래스 백시트를 가지며, 이는 태양으로부터 얻어지는 전자기 방사가 폴리머 백시트의 노출된 부분들 상으로 직접적으로 비치는 것을 가능하게 한다.
일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는, 세로 방향 또는 가로 방향 장착 배향들 중 하나로 적응가능한 폴리머 열 교환기로서 구성된다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층은 서로 병렬로 100개 내지 300개의 튜브들을 갖는 튜브 시트이다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는, 하나 이상의 구불구불한 튜브들을 갖는 폴리머 열 교환기로서 구성된다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는, 일체형 튜브 흐름 채널들을 갖는 박막인 폴리머 열 교환기로서 구성된다.
일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는 60 결정질 실리콘 전지 광발전 모듈에 대하여 의도된 39+/- 3” 너비 x 66”+/-3” 길이인 폴리머 열 교환기로서 구성되거나, 또는 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는 72 결정질 실리콘 전지 광발전 모듈에 대하여 의도된 39+/- 3” 너비 x 78”+/-3” 길이인 폴리머 열 교환기로서 구성되거나, 또는 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는 96 결정질 실리콘 전지 광발전 모듈에 대하여 의도된 42+/- 3” 너비 x 62”+/-3” 길이인 폴리머 열 교환기로서 구성된다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는 128 결정질 실리콘 전지 광발전 모듈에 대하여 의도된 39+/- 3” 너비 x 81”+/-3” 길이인 폴리머 열 교환기로서 구성된다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는 광발전 모듈 접합 박스 주변으로 라우팅되는 폴리머 열 교환기로서 구성된다.
일 예에 있어서, 어셈블리는 접합 박스 및 주변 광발전 모듈 냉각을 촉진시키기 위한 하나 이상의 전도성 엘러먼트들을 더 포함한다. 일 예에 있어서, 어셈블리는 낮은 경사도의 지붕들에 대하여 최적화된 장착 구성을 포함한다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 결정질 실리콘 전면 접촉 전지들로 구성된다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 결정질 실리콘 배면 접촉 전지들로 구성된다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은, 카드늄 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 및 비정질 실리콘(a-Si), 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나로부터 선택된 박막이다.
일 예에 있어서, 마이크로인버터 또는 최적화기를 더 포함하는 어셈블리가 광발전 모듈에 장착된다. 일 예에 있어서, 마이크로인버터 또는 최적화기를 더 포함하는 어셈블리는 재료의 폴리머 기반 층에 의해 냉각된다. 일 예에 있어서, 광발전 접합 박스를 더 포함하는 어셈블리는 재료의 폴리머 기반 층으로 구성된 폴리머 열 교환기에 의해 냉각된다. 일 예에 있어서, 장치는 공장, 창고, 현장, 대지 또는 최종 장착 위치에서 어셈블리된다.
일 예에 있어서, 폴리머 재료은 층은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 고무 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머 또는 폴리머들의 조합으로 만들어진다. 일 예에 있어서, 폴리머 기반 층, 제 1 열 매니폴드, 및 제 2 매니폴드는, 독립형 유닛들로서 수영장들을 가열하고 물을 예열하기 위하여 제공되는 언글레이즈드 폴리머 태양에너지 수집기로서 구성된 폴리머 열 교환기로서 구성된다. 일 예에 있어서, 광발전 모듈은 반-투명하며, 이는, 광발전 모듈 온도를 낮춤으로써 전기적 성능을 증가시키고, 반-투명 광발전 모듈을 통해 태양 방사를 사용함으로써 향상된 열 성능을 증가시키며, 및 폴리머 열 교환기를 사실상 글레이징(glaze)하는 바람 및 다른 손실들을 낮춤으로써 향상된 열 성능을 증가시키기 위한 폴리머 열 교환기를 가지고 구성된다.
광발전 모듈(1), 상단 유체 연결부(2), 및 하단 유체 연결부(3)를 갖는 대안적인 어셈블리가 도 13에 도시된다. 도 14의 어셈블리의 분해도는, 지지 스파들(2), 헤더 리테이너(retainer)들(3), 스파 단부 클립들(4), 및 헤더 지지부들(5)을 포함하는 어셈블리 배면 구조체와 광발전 모듈(6) 사이의 폴리머 열 교환기(1)를 도시한다. 광발전 모듈은 복수의 실리콘 기반 전지들 또는 박막 기반 전지들을 포함할 수 있다. 이러한 광발전 모듈은 또한 PV 전면 영역 및 PV 배면 영역을 가질 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 프레임은 광발전 모듈을 둘러싼다.
폴리머 열 교환기(1)는, 제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하는 복수의 튜브들을 갖는 폴리머 기반 재료의 층을 포함하는 열 수집기 모듈일 수 있다. 이러한 폴리머 기반 재료의 층은 수집기 전면 영역 및 수집기 배면 영역을 가질 수 있다. 열 수집기 모듈은 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 제 1 단부 상에서 복수의 튜브들에 결합된 제 1 매니폴드를 포함할 수 있다. 열 수집기 모듈은 또한 마찬가지로 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 제 2 단부 상에서 복수의 튜브들에 결합된 제 2 매니폴드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 인터페이스 영역은 PV 배면 영역 및 제어기 전면 영역을 특징짓는다. 이러한 인터페이스 영역은, PV 배면 영역과 수집기 전면 영역 사이의 실질적으로 연속적인 접촉에 의해 특징지어진다. 이러한 인터페이스 영역은, 폴리머 열 교환기가 광발전 모듈의 배면과 직접 접촉하는 도 9에서 설명된 구성과 유사하다. 그러나, 백시트 대신에 배면 구조체가 사용된다. 이러한 배면 구조체는, 인터페이스 영역이 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하도록 PV 모듈에 대하여 폴리머 기반 재료의 층을 누르도록 구성된다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 어셈블리 지지 컴포넌트들의 사시도이다. 일 실시예에 있어서, 배면 구조체는 (각 하나가 각각의 매니폴드를 위한 것인) 2개의 헤더 구조체들을 포함한다. 헤더 구조체들의 각각은 하나 이상의 지지 스파들에 의해 결합된 헤더 지지부들의 쌍을 포함할 수 있다. 헤더 구조체 상의 이러한 스파들 중 하나는 하나 이상의 헤더 리테이너들을 가지고 구성될 수 있다. 헤더 지지부들의 쌍은 매니폴들의 제 1 단부 및 제 2 단부 상에 구성될 수 있으며, 반면 하나 이상의 헤더 리테이너들은 제 1 및 제 2 단부들 사이의 매니폴드의 섹션들과 접촉한다. 특정 실시예에 있어서, 헤더 지지부들은 물리적으로 광발전 모듈의 프레임에 결합된다. 헤더 리테이너는 열 수집기의 매니포드들을 PV 배면 영역에 대하여 추가적으로 고정한다. 이러한 헤더 지지부들
일 실시예에 있어서, 배면 구조체는 복수의 스파 구조체들을 포함한다. 복수의 스파 구조체들은 2개의 헤더 구조체들 사이에 구성되며, 또한 프레임에 물리적으로 결합된다. 특정 실시예에 있어서, PV 모듈은 제 1 프레임 측(side) 및 제 2 프레임 측을 갖는 프레임을 포함한다. 복수의 스파 구조체들은, 폴리머 재료의 층이 PV 모듈에 대하여 눌려서 인터페이스 영역이 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하게끔 하도록 프레임에 결합된다. 복수의 스파 구조체들은 PV 배면 영역에 걸쳐서 주기적인 간격으로 구성될 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파 구조체의 사시도이다. 일 실시예에 있어서, 스파 구조체들의 각각은 스파, 제 1 스파 지지부, 및 제 2 스파 지지부를 포함한다. 스파는, 제 1 스파 지지부에 의해 제 1 프레임 측에 결합되는 제 1 단부 및 제 2 스파 지지부에 의해 제 2 프레임 측에 결합되는 제 2 단부를 갖는다. 이러한 스파 지지부들의 각각은 스파 마운트/스파 단부 및 스파 리테이너를 포함할 수 있다. 스파 지지부들과 유사하게, 스파 마운트들/스파 단부들은 프레임에 물리적으로 결합되며, 반면 스파 리테이너들은 스파들을 스파 마운트에 결합한다.
다양한 실시예들에 있어서, 헤더 구조체들 및 스파 구조체들을 갖는 배면 구조체는 알렌 렌치(allen wrench)와 같은 단일 툴 또는 유사한 것을 사용하여 용이하게 부착되고 제거될 수 있다. 스파들은 알루미늄으로 만들어질 수 있거나, 또는 다른 가볍고 단단한 재료들로 만들어질 수 있다. 다른 부분들은 폴리머, 예컨대, 나일론 또는 유사한 것으로 만들어질 수 있다. 본 발명의 실시예들은, 단순하고, 저-비용이며, 어셈블/디스어셈블하기 용이하고, 용이하게 자동화되며, 가벼운 중량이고(≤4PSF), 최소 압력을 가지고 열 접촉을 달성하는 실제적이고 상업적으로 성공이 가능한 유체 냉각식 PV 모듈 어셈블리를 제공한다.
일 실시예에 있어서, PV 전면 영역은 글래스가 없을 수 있거나, 글래스 전면 시트를 포함하거나, 하는 등일 수 있다. PV 배면 영역은 글래스 백 시트, 폴리머 백 시트, 또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 광발전 모듈은 또한 프레임이 없는 PV 모듈일 수 있다. 또한, 어셈블리는, DC 대 AC 변환 디바이스, 대표적으로 그러나 비제한적으로, 마이크로 인버터들, 스트링 인버터들, 최적화기들, 또는 유사한 것을 포함할 수 있다. 다른 경우들에 있어서, DC 대 AC 변환 디바이스들이 사용되지 않는다.
도 1의 어셈블리와 유사하게, 폴리머 열 교환기는 세로 방향 또는 가로 방향 배향 중 하나로 장착될 수 있다. 컴포넌트들은, 공장, 창고, 현장, 대지 또는 최종 장착 위치에서 어셈블리될 수 있다. 컴포넌트들은, 그들의 광발전 모듈들 내로 통합하기 위하여 다른 업체들(즉, 제조사들, 도매업자들, 계약자들, 등)에 제공되는 광발전 모듈 냉각 키트로 구성될 수 있다.
도 17은 도 13에 도시된 것과 대향되는 측으로부터의 다른 분해도를 도시한다. 여기에서, 우리는 또한, 헤더 지지부 캡(cap) 및 헤더 지지부를 포함하는 헤더/매니폴드 지지부들에 대한 추가적인 세부사항들을 확인한다. 일 실시예에 있어서, 매니폴드 지지부는 매니폴드 마운트 및 매니폴드 캡을 포함한다. 매니폴드 마운트들은 이상에서 설명된 바와 같이 PV 프레임의 제 1 프레임 측 및 제 2 프레임 측에 결합될 수 있다. 매니폴드 캡들은, 열 수집기 모듈의 매니폴드들의 제 1 및 제 2 단부들이 PV 프레임에 부착되도록 매니폴드 마운트들에 결합될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 광발전 모듈과 폴리머 열 교환기 사이의 효율적인 열 전달은, 광발전 모듈의 배면 표면과 폴리머 열 교환기의 상단 표면 사이의 직접 접촉에 의존한다. 이러한 실시예 내에서, 이러한 효율적인 열 전달은, 폴리머 열 교환기의 배면에 일정한 압력을 인가하는 배면 구조체를 이용하여 가능해진다. 이러한 구성은, 폴리머 열 교환기의 큰 이용가능한 열 전달 영역, 반-전도성 상품 폴리머들(폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)을 갖는 얇은 벽 튜브 시트, 폴리머 열 교환기의 균일한 흐름, PV 전지들 뒤의 완전한 커버리지 및 복합물의 적은 열 전도도를 제공한다. 테스트는 어셈블리의 이러한 어셈블리의 열 출력이 언글레이즈드 태양에너지 풀 가열 수집기들의 고 효율 출력과 비교할 만 하다는 것을 보여주었다.
이러한 어셈블리의 단면들이 도 18 및 도 19에 도시된다. 도 18은 어셈블리의 PV 모듈 측으로부터의 단면 사시도를 도시하며, 반면 도 19는 배면 구조체 측으로부터의 단면 사시도를 도시한다. 이러한 도면에서, 우리는 PV 모듈의 배면 영역에 걸쳐 균등하게 분포된 스파들의 단면들을 볼 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 폴리머 기반 재료의 층은, 열 수집기 모듈의 길이 방향 정렬을 실질적으로 유지하기 위하여 제 1 단부 및 제 2 단부에서 공칭적으로(nominally) 90 도로 굽어진다. 일한 90 도 굽음은, 어셈블리 단면의 협소한 단부인 매니폴드의 단면 근처에서 보여질 수 있다.
PV 모듈과 열 수집기 모듈 사이의 밀접한 접촉의 이점들에 더하여, 폴리머 튜브의 90 도 굽음이 또한 다수의 이점들을 제공한다. 이러한 이점들은, PV 모듈의 프레임을 개조하지 않고 냉각 유체가 개별적인 헤더들/매니폴드들 안팎으로 흐르는 것을 가능하게 하는 것을 포함한다. 이러한 구성은 또한, 튜브 시트 굽음이 CTE(열 팽창 계수)를 흡수하거나 또는 CTE의 효과들을 감소시킬 수 있는 헤더-대-프레임 부착을 허용한다. 이러한 효과는 헤더들/매니폴드들의 길이 방향 정렬을 유지하는데 도움을 준다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 매니폴드 커넥터의 사시도이다. 도시된 바와 같이, 매니폴드 커넥터는 제 1 잠금(lock) 단부 및 제 2 잠금 단부를 갖는 트위스트(twist) 잠금 메커니즘을 포함한다. 이러한 매니폴드 커넥터들은 열 수집기 모듈의 매니폴드들의 단부들에서 구성될 수 있다. 이러한 트위스트 잠금 메커니즘은 유체 냉각식 PV 모듈 어셈블리의 간단한 삽입 및 추출을 위하여 구성될 수 있다. 하나 이상의 밀봉 링들이 트위스트 잠금 메커니즘의 각각의 단부 상에 제공될 수 있다. 이러한 밀봉 링들은 실질적으로 측방 정렬을 유지하도록 구성될 수 있다. 헤더 정렬을 유지하는 90 도 튜브 시트 굽음과 함께, 이러한 매니폴드 수집기들은 측방 차등(differential) CTE에 대한 내부 밀봉들을 제공하기 위한 밀봉 링들의 사용을 가능하게 한다. 이러한 내부 밀봉 링들을 사용하는 것은 면 밀봉(face seal)의 사용을 가능하게 하며, 이는 이러한 유체 냉각식 PV 모듈 어셈블리들이 설치를 위하여 서로 용이하게 연결되고 수선 및 설치해제를 위하여 서로 용이하게 제거되는 것을 허용한다. 이러한 특징부들의 사용은 또한 최소 배압(back pressure)을 가지고 상대적으로 큰 흐름 레이트들을 가능하게 한다. 특정 실시예에 있어서, 공칭적으로 90 도 굽은 헤더들의 사용은, 낮은 배압을 유지하면서 제품의 수명(25 년 이상) 동안 무-누설 동작을 보장하는 밀봉들을 마련하는 정렬을 허용한다.
다양한 실시예들에 있어서, 유체 냉각식 PV 모듈 어셈블리는, 이상에서 설명된 PV 모듈 정체 온도를 크게 상승시키지 않고 높은 열 전달을 달성한다. 다른 통상적인 실시예들은 오븐을 효율적으로 생성하기 위하여 배면을 절연시킴으로써 밀접한 열적 열 전달을 달성하려고 시도한다. 이러한 종류의 접근방식은 무거우며, 공간을 차지고, 비싸지만, 가장 최악인 것은, 이것이 PVT 시스템 성능을 크게 낮출 수 있다는 것이다. 유체-냉각이 없으면, 이러한 종류들의 PVT 설계들은 정체 온도를 30도 만큼이나 상승시킬 수 있으며, 이는 시스템 성능을 상당히 열화시킬 것이다.
실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 다양한 예시적인 실시예들이 설명되었다. 그러나, 이러한 발명의 개념은 다수의 상이한 형태들로 구현될 수 있으며, 본원에서 기술되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이러한 실시예들은 본 발명이 완전하고 철저해질 수 있도록 제공되며, 발명의 개념의 범위를 당업자들에게 완전하게 전달하였다. 본 출원 전체에 걸쳐 유사한 참조 번호들은 유사한 엘러먼트들을 지칭한다.
제 1, 제 2, 제 3 등의 용어들이 다양한 엘러먼트들을 설명하기 위하여 본 명세서에 사용될 수 있지만, 이들 엘러먼트들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되었을 것이다. 이러한 용어들은 하나의 엘러먼트를 다른 엘러먼트와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 발명의 개념의 범위를 벗어나지 않고 제 1 엘러먼트가 제 2 엘러먼트로 지칭될 수 있으며, 유사하게, 제 2 엘러먼트가 제 1 엘러먼트로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 열거된 항목들의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.
엘러먼트가 다른 엘러먼트에 "연결된" 또는 "결합된" 것으로 언급될 때, 이는 다른 엘러먼트에 직접적으로 연결되거나 또는 결합될 수 있으며, 또는 개재 엘러먼트들이 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그에 반해, 엘러먼트가 다른 엘러먼트에 " 직접적으로 연결되는" 또는 "직접적으로 결합되는" 것으로서 지칭될 때에는, 어떠한 개재 엘러먼트들도 존재하지 않을 수 있다. 엘러먼트들 사이의 관계를 설명하기 위해 사용된 다른 단어들도 유사한 방식으로 해석되어야만 한다(예를 들어, "사이에" 대 "직접적으로 사이에", "인접한" 대 "직접적으로 인접한", 등).
본원에서 사용되는 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적만을 위한 것이며, 발명의 개념을 제한하도록 의도되지 않는다. 본 출원에서 사용될 때, 단수 형태들은 문맥이 분명하게 다르게 표시하지 않는 한, 복수 형태도 또한 포함하도록 의도된다. 용어들 "구성하다", "구성하는", "포함하다" 및/또는 "포함하는"이 본원에서 사용될 때, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘러먼트들, 및/또는 컴포넌트들의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 것들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가적으로 이해될 것이다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 (기술적 및 과학적 용어들을 포함하는) 모든 용어들은 본 발명의 개념이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전들에 정의된 것들과 같은 용어들이 관련된 기술분야의 맥락에서의 그들의 의미와 부합하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야만 하며, 본원에서 명백히 표현되지 않는 한 이상화되거나 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 추가적으로 이해되었을 것이다.
이상에서 상술된 설명이 본 개시의 일 예이며, 예들에 대한 수정들 및 변화들이 청구된 개시의 범위 내에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 일 예에 있어서, 열적 태양에너지 모듈은, 캘리포니아 치코에 위치한 FAFCO 주식회사에 의해 제조된 Sungrabber™ 태양에너지 수집기일 수 있지만, 다른 것들일 수도 있다. 수집기는 특별하게 개발되고 매우 안정화된 폴리올레핀이며, 이는 병렬의 순환 채널 설계이다. 이는, 수영장 가열, 열 펌프들, 및 수경법과 같은 저온 애플리케이션들에 대하여 설계되고, 언글레이즈되며, 및 비-절연된다. 따라서, 첨부된 청구항들의 범위는, 균등물들의 완전한 범위를 포함하여 이러한 모든 수정예들 및 유사한 배열들을 포괄하도록 가장 광범위하게 해석되어야만 한다.
이상이 특정한 실시예들의 완전한 설명이지만, 다양한 수정예들, 대안적인 구성들 및 균등물들이 사용될 수 있다. 따라서, 이상의 설명 및 예시들은 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 취해지지 않아야만 한다.

Claims (15)

  1. 유체 냉각식 광발전(photovoltaic; PV) 모듈 어셈블리에 있어서,
    광발전(PV) 모듈로서,
    복수의 실리콘 기반 전지들 또는 박막 기반 전지들,
    PV 전면 영역, 및
    PV 배면 영역을 포함하는, 상기 광발전 모듈;
    열 수집기 모듈로서,
    제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하는 복수의 튜브들을 갖는 폴리머 기반 재료의 층(thickness)으로서, 상기 폴리머 기반 재료의 층은 수집기 전면 영역 및 수집기 배면 영역을 갖는, 상기 폴리머 기반 재료의 층,
    상기 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 상기 제 1 단부 상의 상기 복수의 튜브들에 결합된 제 1 매니폴드(manifold), 및
    상기 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 상기 제 2 단부 상의 상기 복수의 튜브들에 결합된 제 2 매니폴드를 포함하는, 상기 열 수집기 모듈;
    상기 PV 배면 영역 및 상기 수집기 전면 영역을 특징짓는 인터페이스 영역으로서, 상기 인터페이스 영역은 상기 PV 배면 영역과 상기 수집기 전면 영역 사이의 실질적으로 연속적인 접촉에 의해 특징지어지는, 상기 인터페이스 영역; 및
    상기 인터페이스 영역이 상기 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하도록 상기 PV 모듈에 대하여 상기 폴리머 기반 재료의 층을 누르도록 구성되는 배면 구조체를 포함하는, 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 PV 전면 영역은 글래스(glass) 전면 시트를 포함하거나 또는 상기 PV 전면 영역은 글래스가 없으며, 상기 PV 배면 영역은 글래스 배면 시트 또는 폴리머 배면 시트를 포함하는, 어셈블리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리머 기반 재료의 층은, 상기 열 수집기 모듈의 길이 방향 정렬을 실질적으로 유지하기 위하여 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부에서 공칭적으로(nominally) 90 도로 굽어지는, 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 PV 모듈은 제 1 프레임 측(side) 및 제 2 프레임 측을 갖는 프레임을 포함하며; 및
    상기 배면 구조체는 상기 프레임에 결합된 복수의 스파(spar) 구조체들을 포함하고, 상기 스파 구조체들은 상기 인터페이스 영역이 상기 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하도록 상기 PV 모듈에 대하여 상기 폴리머 기반 재료의 층을 누르도록 구성되는, 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스파 구조체들의 각각은,
    제 1 스파 단부 및 제 2 스파 단부를 갖는 스파,
    상기 제 1 스파 단부 및 상기 제 1 프레임 측에 결합된 제 1 스파 지지부, 및
    상기 제 2 스파 단부 및 상기 제 2 프레임 측에 결합된 제 2 스파 지지부를 포함하는, 어셈블리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제 1 스파 지지부들의 각각은 제 1 스파 마운트(mount) 및 제 1 스파 리테이너(retainer)를 포함하고, 상기 제 1 스파 마운트는 상기 제 1 프레임 측에 결합되며, 상기 제 1 스파 리테이너는 상기 제 1 스파 단부를 상기 제 1 스파 마운트에 결합하고; 및
    상기 제 2 스파 지지부들의 각각은 제 2 스파 마운트 및 제 2 스파 리테이너를 포함하며, 상기 제 2 스파 마운트는 상기 제 2 프레임 측에 결합되고, 상기 제 2 스파 리테이너는 상기 제 2 스파 단부를 상기 제 2 스파 마운트에 결합하는, 어셈블리.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 매니폴드는 제 1 매니폴드 제 1 단부 및 제 1 매니폴드 제 2 단부를 포함하며, 상기 제 2 매니폴드는 제 2 매니폴드 제 1 단부 및 제 2 매니폴드 제 2 단부를 포함하고; 및
    상기 어셈블리는 상기 제 1 매니폴드의 각각의 단부 및 상기 제 2 매니폴드의 각각의 단부에 결합된 매니폴드 커넥터를 더 포함하며,
    각각의 매니폴드 커넥터는,
    제 1 잠금 단부 및 제 2 잠금 단부를 갖는 트위스트(twist) 잠금 메커니즘으로서, 상기 트위스트 잠금 메커니즘은 상기 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리의 간단한 삽입 및 추출을 위하여 구성되는, 상기 트위스트 잠금 메커니즘, 및
    상기 트위스트 잠금 메커니즘의 각각의 단부 상에 제공되는 하나 이상의 밀봉 링들로서, 상기 하나 이상의 밀봉 링들은 측방 정렬을 실질적으로 유지하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 밀봉 링들을 포함하는, 어셈블리.
  8. 유체 냉각식 광발전(PV) 모듈 어셈블리에 있어서,
    광발전(PV) 모듈로서,
    복수의 실리콘 기반 전지들 또는 박막 기반 전지들,
    제 1 프레임 측 및 제 2 프레임 측을 갖는 프레임;
    PV 전면 영역, 및
    PV 배면 영역을 포함하는, 상기 광발전 모듈;
    열 수집기 모듈로서,
    제 1 단부로부터 제 2 단부로 연장하는 복수의 튜브들을 갖는 폴리머 기반 재료의 층으로서, 상기 폴리머 기반 재료의 층은 수집기 전면 영역 및 수집기 배면 영역을 갖는, 상기 폴리머 기반 재료의 층,
    상기 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 상기 제 1 단부 상의 상기 복수의 튜브들에 결합된 제 1 매니폴드로서, 상기 제 1 매니폴드는 제 1 매니폴드 제 1 단부 및 제 1 매니폴드 제 2 단부를 포함하는, 상기 제 1 매니폴드,
    상기 제 1 매니폴드를 상기 PV 모듈의 상기 프레임에 결합하도록 구성된 제 1 매니폴드 지지부들의 쌍,
    상기 복수의 튜브들의 각각으로부터의 유체를 모으기 위하여 상기 제 2 단부 상의 상기 복수의 튜브들에 결합된 제 2 매니폴드로서, 상기 제 2 매니폴드는 제 2 매니폴드 제 1 단부 및 제 2 매니폴드 제 2 단부를 포함하는, 상기 제 2 매니폴드, 및
    상기 제 2 매니폴드를 상기 PV 모듈의 상기 프레임에 결합하도록 구성된 제 2 매니폴드 지지부들의 쌍을 포함하는, 상기 열 수집기 모듈;
    상기 PV 배면 영역 및 상기 수집기 전면 영역을 특징짓는 인터페이스 영역으로서, 상기 인터페이스 영역은 상기 PV 배면 영역과 상기 수집기 전면 영역 사이의 실질적으로 연속적인 접촉에 의해 특징지어지는, 상기 인터페이스 영역; 및
    상기 인터페이스 영역이 상기 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하도록 상기 PV 모듈에 대하여 상기 폴리머 기반 재료의 층을 누르도록 구성되는 배면 구조체를 포함하는, 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 PV 전면 영역은 글래스 전면 시트를 포함하거나 또는 상기 PV 전면 영역은 글래스가 없으며, 상기 PV 배면 영역은 글래스 배면 시트 또는 폴리머 배면 시트를 포함하는, 어셈블리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 폴리머 기반 재료의 층은, 상기 열 수집기 모듈의 정렬을 실질적으로 유지하기 위하여 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부에서 공칭적으로 90 도로 굽어지는, 어셈블리.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 매니폴드의 지지부들의 쌍의 각각은 제 1 매니폴드 마운트 및 제 1 매니폴드 캡(cap)을 포함하며; 상기 제 2 매니폴드의 지지부들의 쌍의 각각은 제 2 매니폴드 마운트 및 제 2 매니폴드 캡을 포함하는, 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제 1 매니폴드 마운트들은 상기 제 1 프레임 측 및 상기 제 2 프레임 측에 결합되고, 상기 제 1 매니폴드 캡들은 상기 제 1 매니폴드의 상기 제 1 및 제 2 단부들을 상기 제 1 매니폴드 마운트들에 결합하며; 및
    상기 제 2 매니폴드 마운트들은 상기 제 1 프레임 측 및 상기 제 2 프레임 측에 결합되고, 상기 제 2 매니폴드 캡들은 상기 제 2 매니폴드의 상기 제 1 및 제 2 단부들을 상기 제 2 매니폴드 마운트들에 결합하는, 어셈블리.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 배면 구조체는 상기 프레임에 결합된 복수의 스파 구조체들을 포함하고, 상기 스파 구조체들은 상기 인터페이스 영역이 상기 실질적으로 연속적인 접촉을 유지하도록 상기 PV 모듈에 대하여 상기 폴리머 기반 재료의 층을 누르도록 구성되며; 및
    상기 스파 구조체들의 각각은,
    제 1 스파 단부 및 제 2 스파 단부를 갖는 스파,
    상기 제 1 스파 단부 및 상기 제 1 프레임 측에 결합된 제 1 스파 지지부, 및
    상기 제 2 스파 단부 및 상기 제 2 프레임 측에 결합된 제 2 스파 지지부를 포함하는, 어셈블리.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제 1 스파 지지부들의 각각은 제 1 스파 마운트 및 제 1 스파 리테이너를 포함하고, 상기 제 1 스파 마운트는 상기 제 1 프레임 측에 결합되며, 상기 제 1 스파 리테이너는 상기 제 1 스파 단부를 상기 제 1 스파 마운트에 결합하고; 및
    상기 제 2 스파 지지부들의 각각은 제 2 스파 마운트 및 제 2 스파 리테이너를 포함하며, 상기 제 2 스파 마운트는 상기 제 2 프레임 측에 결합되고, 상기 제 2 스파 리테이너는 상기 제 2 스파 단부를 상기 제 2 스파 마운트에 결합하는, 어셈블리.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 제 1 매니폴드는 제 1 매니폴드 제 1 단부 및 제 1 매니폴드 제 2 단부를 포함하며, 상기 제 2 매니폴드는 제 2 매니폴드 제 1 단부 및 제 2 매니폴드 제 2 단부를 포함하고; 및
    상기 어셈블리는 상기 제 1 매니폴드의 각각의 단부 및 상기 제 2 매니폴드의 각각의 단부에 결합된 매니폴드 커넥터를 더 포함하며,
    각각의 매니폴드 커넥터는,
    제 1 잠금 단부 및 제 2 잠금 단부를 갖는 트위스트 잠금 메커니즘으로서, 상기 트위스트 잠금 메커니즘은 상기 유체 냉각식 광발전 모듈 어셈블리의 간단한 삽입 및 추출을 위하여 구성되는, 상기 트위스트 잠금 메커니즘, 및
    상기 트위스트 잠금 메커니즘의 각각의 단부 상에 제공되는 하나 이상의 밀봉 링들로서, 상기 하나 이상의 밀봉 링들은 측방 정렬을 실질적으로 유지하도록 구성되는, 상기 하나 이상의 밀봉 링들을 포함하는, 어셈블리.
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