KR20110025849A - 광발전 모듈 및 모듈 어레이 - Google Patents

광발전 모듈 및 모듈 어레이 Download PDF

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Abstract

광발전(PV) 모듈은 PV 소자와 프레임을 포함한다. PV 소자는 외주와 주면을 형성하는 PV 적층체를 갖는다. 프레임은 적층체 외주에 조립되고 외주를 둘러싸며, 선도, 후미 및 측면 프레임 부재들과, 적층체 반대쪽의 지지면을 형성하는 아암을 포함한다. 지지면은 수평의 설치 표면에 대한 배치를 위한 것으로서, 적층체를 평행하지 않거나 경사진 배열로 지지 및 배향시킨다. 최종 조립시에, 적층체와 프레임이 결합하여 단일 구조를 형성한다. 프레임은 수평으로부터 3° 내지 7°의 각도로 적층체를 배향시킬 수 있고, 전체적으로 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 선택적으로, 아암은 동일하게 형성된 제2 PV 모듈의 대응하는 특징부와의 상호 결합을 용이하게 하는 일체식 특징부(들)를 통합한다.

Description

광발전 모듈 및 모듈 어레이{PHOTOVOLTAIC MODULE AND MODULE ARRAYS}
연방 정부 후원의 연구 또는 개발에 대한 진술
본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여된 약정번호 DE-FC36-07GO17043 하에서 정부 지원으로 만들어졌다. 정부는 본 발명에 일정한 권리를 갖는다.
우선권 데이터
본 출원은 그 전체 내용이 본 출원에서 참조 원용되는 발명의 명칭이 "Photovoltaic Module and Module Arrays"이고 대리인 정리 번호가 S0134/S812.104.101인 2008년 6월 27일 출원된 미국 가출원 제61/076,492호에 대한 35 U.S.C §119(e)(1)에 규정에 따른 우선권을 주장한다.
관련 출원에 대한 크로스 - 레퍼런스
본 출원은 본원과 동일 날짜에 출원되었고 그 전체 내용이 본 출원에서 참조 원용되는 것으로, 발명의 명칭이 "Ballasted Photovoltaic Module and Module Arrays"이고 대리인 정리 번호 S0131 US/S812.101.102인 미국 출원 제12/492,640호와, 발명의 명칭이 "Photovoltaic Module Kit Including Connector Assembly for Non-Penetrating Array Installation"이고 대리인 정리 번호 S0132 US/S812.102.102인 미국 출원 제12/492,680호와, 발명의 명칭이 "Photovoltaic Module with Removable Wind Deflector"이고 대리인 정리 번호 S0133 US/S812.103.102인 미국 출원 제12/492,729호와, 발명의 명칭이 "Photovoltaic Module with Drainage Frame"이고 대리인 정리 번호 S0135 US/S812.105.102인 미국 출원 제12/492,838호에 관한 것이다.
본 발명은 태양열 지붕 타일에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 어레이형 옥상 광발전 시스템의 일부로서 신속히 설치하도록 된 광발전 모듈에 관한 것이다.
태양열은 오랫동안 중요하고도 매우 실용적인 대체 에너지원으로서 간주되어 왔다. 이를 위해, 태양 에너지 수집 기술에 대한 개발과 진보에 상당한 노력과 투자가 행해지고 있다. 특히 관심 사항은 상대적으로 다량의 태양 에너지를 수집하여 전력 요구를 보충하거나 만족시키는 데 활용하는 산업적 또는 상업적 형태의 용도이다.
태양광 발전 기술은 일반적으로 대규모의 태양 에너지의 수집을 위한 최적의 방안으로 간주되며, 1차 및/또는 2차(또는 보조) 에너지원으로서 사용될 수 있다. 일반적으로, 태양광 발전 시스템(또는 간단히 "태양광 시스템")은 실리콘 또는 기타 재료(예, GaAs와 같은 III-V 전지)로 제조된 광발전 패널을 채용하여 태양광을 전기로 변환시킨다. 보다 상세하게, 태양광 시스템은 통상적으로 하나(또는 그 이상)의 적절한 전기 성분(예, 스위치, 인버터, 접속 배선함 등)에 대한 배선과 상호 연결되는 복수의 광발전(PV) 모듈(또는 "태양광 타일")을 포함한다. PV 모듈은 전기적으로 상호 연결되고 캡슐화된 결정질 또는 비정질의 반도체 소자의 조립체를 형성하는 PV 적층체 또는 패널로 통상 이루어진다. PV 적층체는 태양광-발생 전류가 전도되는 전기 도전체를 하나 이상 포함한다.
PV 적층체의 정확한 구성에 무관하게, 대부분의 PV 적용은 태양광이 바로 제공되는 위치의 설치 장소에 PV 모듈의 어레이를 상호 연결하는 것을 수반한다. 이것은 상업용 건물의 옥상이 PV 모듈을 설치할 수 있는 적합한 표면을 제공함으로써 상당량의 에너지를 발생시키는데 상대적으로 다수의 PV 모듈이 바람직한 상업적 또는 산업적 적용의 경우에 특히 적합하다. 기준점으로서, 많은 상업용 건물은 크고 평탄한 지붕을 가지며, 이런 지붕은 아주 큰 PV 모듈 어레이의 배치에 도움이 된다. 사실상, PV 설치 장소로서 기존의 옥상을 활용하면, 빌딩/옥상 구조가 이미 존재하기 때문에 PV 모듈을 지지하는 데 필요한 추가적인 별개의 구조에 대한 요구를 최소화한다는 점에서 가장 효율적인 공간 사용이 된다. 따라서 옥상 설치가 매우 실용적이지만, 소정의 환경적 제약을 검토하여야 한다. 예컨대, PV 적층체가 대체로 평탄하거나 평면형이고, 따라서 다른 한편으로 평탄한 옥상에 단순히 "놓여진다면", PV 적층체는 낮 동안에 최대량의 태양광을 수집하도록 위치/배향되지 않을 수 있다. 그 대신, PV 적층체를 옥상에 대해 약간의 각도로 경사를 주는 것이 바람직하다(즉, 북반구 설치의 경우 남쪽 하늘을 향해 또는 남반구 설치의 경우 북쪽 하늘을 향해). 또한, 특히 전술한 바와 같이 PV 적층체를 옥상에 대해 경사를 주는 경우, 옥상에 설치된 PV 모듈은 흔히 바람을 맞는 상태가 되어, 걱정이 더 커진다.
상기의 관점에서, 종래의 PV 모듈 설치 기술은 모듈 어레이 중의 각각의 개별 PV 모듈을 기존의 옥상 구조에 또는 기존 옥상 구조 내로 직접 물리적으로 상호 연결하는 것을 포함하고 있다. 예컨대, 일부 PV 모듈 구성은 옥상을 통해 구동되는 볼트를 통해 옥상에 물리적으로 부착되는 복수의 프레임 부재를 포함한다. 이 기술은 옥상에 대해 보다 견고한 PV 모듈의 장착을 제공할 수 있지만, 시간 소모적인 공정이고 근본적으로 옥상을 영구 변형시킨다. 또한, 옥상에 구멍이 형성되기 때문에 물에 의한 손상 가능성이 매우 유력하다. 보다 최근에, 어레이형 PV 모듈이 비관통식으로 옥상에 대해 자체-유지되는 상업적이고 평탄한 옥상 설치 장소에 대한 PV 모듈 구성이 고안된 바 있다. 보다 구체적으로, PV 모듈은 일련의 분리된 보조 구성요소를 통해 서로 상호 결합되는데, 이때 상호 결합된 어레이(및 가능하게는 설치 장소에서 PV 모듈의 하나 이상에 장착된 추가적인 밸러스트 및/또는 풍향 편향 페어링(fairing) 또는 "풍향 편향판")의 총중량은 풍력을 집합적으로 오프셋하는 작용을 한다.
비관통식 PV 모듈 어레이 방안은 만족스럽게 받아들여졌지만, 어느 정도의 단점이 여전히 존재할 수 있다. 예컨대, PV 모듈 어레이의 비관통식의 상호 결합된 장착을 용이하게 하기 위하여 많은 부품이 필요할 뿐만 아니라 이들 부품의 물류 관리도 필요하다. 이와 관련하여, PV 모듈의 구조(예컨대, 개수, 위치 및 종류)가 각 설치 장소에 대해 변하게 된다. 따라서, 필수적인 보조 장착 구성요소의 개수 및 종류도 변하게 되어, 정확하게 주문하여 PV 모듈의 설치 장치로 운반해야 한다. 이에 따라, 상당한 선행 계획이 필수적이다. 동일선상에서, 여러 개의 비관통식 PV 모듈 포맷에 대한 설치 요건은 어레이형 PV 모듈의 결과적인 외주 형태 또는 기하학적 형태의 직접적인 상관 요소로서 구성되거나 크기가 정해지는 풍향 편향 보조 구성요소(예컨대, 외주 구속물)를 수반한다. 다시 한번, 이들 풍향 편향 구성요소 뿐만 아니라 기타 설치 구성요소가 PV 모듈 어레이의 예상된 형태에 따라 적절하게 크기 및 형상이 정해진 형태로 설치 장소로 제공되는 것을 보장하도록 상당한 선행 계획을 수행해야 한다. 선행 계획에서의 어떠한 에러, 설치 파라미터의 오전달, 부정확한 부품 리스트 주문 등이 설치 공정에 악영향을 미치고 설치 공정을 분명하게 지연시킨다는 점은 명백하다. 또한, 산업계에서 일반적인 것처럼 보조 설치 구성요소가 PV 모듈과 별도로 포장되는 경우, 설치자가 주문 에러 및/또는 선적 에러가 발생했는지를 신속하게 인지하는 것은 매우 어렵다. 그 대신, 이들 에러는 다만 실제 설치 공정 중에 분명히 나타나게 되고, 통상적으로 신속하게 수정할 수 없다. 유사하게, 상업용 건물의 옥상에 비관통식 PV 모듈을 설치하는 데에는 아주 상당한 노동과 전문적 기술(이에 따라, 비용)을 필요로 한다. 마지막으로, 모든 PV 모듈 뿐만 아니라 보조 장착 구성요소 및 관련 장비 모두를 제공하는 데 필요한 선적 재료의 취급 및 처분에 상당한 비용을 필요로 한다.
PV 모듈 기반 태양광 에너지는 종래의 천연 자원 기반 에너지에 대한 상업적 또는 산업적 사업의 의존을 감소하기 위해 매우 유망한 기술이다. 그러나, 전통적인 도시 전력원과 경쟁하기 위해서는, 태양 PV 시스템과 관련된 비용을 바람직하게는 가능한 어떤 경우에도 절감해야 한다. 따라서, 비관통식 형태로 상업적 옥상에 쉽게 장착되는 PV 모듈 및 관련 PV 모듈 시스템 또는 어레이에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 원리에 따른 일부 태양은 PV 소자와 프레임을 포함하는 광발전(PV) 모듈에 관한 것이다. PV 소자는 외주와 주면을 형성하는 전방면을 갖는 PV 적층체를 포함한다. 프레임은 PV 적층체의 외주에 조립되어 외주를 둘러싼다. 이와 관련하여, 프레임은 대향하는 선도 프레임 부재 및 후미 프레임 부재와, 대향하는 제1 측면 프레임 부재와 제2 측면 프레임 부재를 포함한다. 또한, 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되어 PV 적층체의 전방면에 대향하는 지지면을 형성하는 아암이 마련되고, 지지면은 별개의 설치 표면에 대한 배치를 위해 적합하게 됨으로써 설치 표면에 대해 PV 적층체를 지지 및 배향시킨다. 이것을 염두에 두고, 지지면의 평면과 PV 적층체의 주면은 평행하지 않다(예컨대, PV 적층체는 지지면에 대해 경사진다). 그럼에도 불구하고, 최종 조립(예컨대, 공장 조립)시, PV 적층체와 프레임은 단일 구조를 형성하도록 결합된다. 일부 실시예에서, 프레임은 지지면이 평탄한 표면 상에 배치될 때, PV 적층체가 평탄한 표면에 대해 평행하지 않은 각도로, 예컨대 3도 내지 7도 범위의 각도로 배향되도록 구성된다. 다른 실시예에서, PV 모듈의 단일 구조 특징은 프레임 부재들 중 적어도 하나를 파괴하지 않고는 프레임이 PV 적층체로부터 분리될 수 없다는 점을 수반한다. 또 다른 실시예에서, 프레임 부재들은 전체적으로 폴리머 재료로 형성된다. 또 다른 실시예에서, 프레임 부재들 중 하나 이상은 동일하게 형성된 제2 PV 모듈의 대응하는 특징부와의 상호 결합을 용이하게 하는 일체식 특징부를 포함한다.
본 발명의 원리에 따른 다른 태양은 PV 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 주면을 형성하는 전방면에 외주를 갖는 PV 적층체를 포함하는 PV 소자를 제공하는 것을 포함한다. 선도, 후미, 제1 및 제2 측면 프레임 부재를 포함하는 프레임이 또한 제공된다. 또한, 프레임은 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되어 지지면을 형성하는 아암을 포함한다. PV 적층체는 프레임 부재들이 외주를 둘러싸도록 프레임 부재들에 장착된다. 또한, 프레임 부재들은 서로 장착된다. 최종 조립(예컨대, 공장 조립)시, PV 적층체와 프레임은 단일 구조를 형성하도록 결합되고, 지지면의 평면과 PV 적층체의 주면은 평행하지 않다. 일부 실시예에서, 프레임 부재들은 서로에 대해 그리고 PV 적층체에 대해 동시에 장착됨으로써 전체 제조 공정을 단순화시킨다.
본 발명의 원리에 따른 다른 태양은 상업적 건물 옥상과 같은 실질적으로 평탄한 표면에서 비관통식 설치를 위한 광발전 모듈 시스템 키트에 관한 것이다. 이 시스템 키트는 PV 소자와 프레임을 각각 포함하는 적어도 두 개의 PV 모듈을 구비한다. PV 소자는 PV 적층체를 포함한다. 프레임은 단일 구조를 형성하도록 PV 적층체에 조립되어 PV 적층체를 둘러싼다. 또한, 프레임은 PV 적층체를 설치 표면에 대해 경사를 주도록 별개의 설치 표면에 대한 배치를 위한 평면형 지지면을 형성하는 아암을 포함한다. 지지면과 PV 적층체는 평탄한 옥상에 대한 비관통식 설치시에 경사진 구조를 달성하도록 평행하지 않다. 선적에 적절한 키트 형태에서, 제1 PV 모듈의 프레임은 제2 PV 모듈의 프레임의 상단에 포개짐으로써, 프레임에 포함된 아암이 중첩 관계를 방해하지 않는다.
도 1a는 본 발명의 원리에 따른 광발전 모듈의 상부 후방 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 광발전 모듈의 분해도이다.
도 2는 설치 표면에 장착된 도 1a의 광발전 모듈의 측면도이다.
도 3a는 도 1a 및 1b의 광발전 모듈에 유용한 프레임의 일부의 외부 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 프레임 부분의 내부 평면도이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 프레임 부분의 세그먼트의 확대 사시도이다.
도 3d는 도 3a 및 도 3b의 프레임 부분의 단순화한 단면도이다.
도 3e는 도 3d의 프레임 부분에 대한 광발전 적층체의 조립 상태를 도시한다.
도 4a는 조립 전에 도 1b의 프레임의 일부의 외부 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 프레임 부분의 내부 사시도이다.
도 5는 관련된 배선을 포함하는 도 1a의 광발전 모듈의 측면도이다.
도 6은 도 1a의 광발전 모듈의 일부의 내부 상면도이다.
도 7은 본 발명의 원리에 따른 광발전 모듈 어레이의 일부의 상부 사시도이다.
도 8은 도 7의 어레이의 측면도이다.
도 9는 도 7의 어레이의 평면도이다.
도 10은 적층 시스템으로서 제공된 도 1a의 모듈로 된 다중 모듈의 후방 사시도이다.
도 11은 서로에 대해 적층되고 풍향 편향판 구성요소를 통합한 본 발명에 따른 광발전 모듈의 후방 사시도이다.
본 발명의 원리에 따른 광발전(PV) 모듈(20)의 일 실시예가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. PV 모듈(20)은 PV 소자(22; 대략적으로 지칭함)와 프레임(24)을 포함한다. 이하, 다양한 구성요소들을 상세히 설명한다. 그러나, 일반적으로 PV 소자(22)는 프레임(24)에 의해 둘러싸인 PV 적층체(26)를 포함한다. 이와 관련하여, 프레임(24)은 평탄한 설치 표면(예컨대, 평탄한 옥상)에 대해 PV 적층체(26)의 경사진 배향을 달성하는 하나 이상의 지지면을 제공한다. 또한, 일부 실시예에서, 프레임(24)은 유사하게 구성된 하나 이상의 PV 모듈에 대한 PV 모듈(20)의 장착을 용이하게 하는 하나 이상의 특징부를 통합한다. 그럼에도 불구하고, 프레임(24)과 PV 적층체(26)는 서로 조립되어 단일 구조를 형성 또는 한정한다. PV 모듈(20)은 PV 시스템 어레이의 일부로서 PV 모듈(20)의 다중 모듈의 장착을 달성하는 데 추가의 부품이 최소로 요구된다는 점에서 비관통식의 상업용 옥상 설치에 매우 적합하다. 이는 예컨대 노동, 부품 및 선행 계획의 관점에서 설치 공정을 크게 단순화하는 한편, 선적 및 취급 비용을 크게 절감한다. 상업용 옥상, 주택 옥상 및 지면 장착 용례를 비롯하여 실질적으로 평탄한 임의의 표면(예컨대, 최대 피치가 2:12)에 대한 PV 모듈(20)의 설치시에 이익이 실현된다.
PV 적층체(26)를 포함하는 PV 소자(22)는 현재 알려지거나 미래에 개발될 태양 광발전 소자의 용도에 적절한 광범위한 형태를 가질 수 있다. 일반적으로, PV 적층체(26)는 광발전의 어레이를 포함한다. 환경적인 보호를 위해 광발전 위에 유리 적층체를 설치할 수 있다. 일부 실시예에서, 광발전은 미국 캘리포니아 산호세 소재의 선파워사(SunPower Corp.)로부터 구매 가능한 종류의 것과 같은 후면 접촉형 전지를 포함하는 것이 유리하다. 기준점으로서, 후면 접촉형 전지에서는, 외부 전기 회로로 연결되는 배선이 태양광 수집을 위해 증가된 면적을 갖도록 전지의 후면(즉, 설치시 태양의 반대쪽에 있는 면) 상에 결합된다. 후면 접촉형 전지는 여기에 그 전체가 참조로서 포함되는 미국 특허 제5,053,083호 및 제4,927,770호에도 개시되어 있다. 다른 종류의 광발전도 본 발명의 장점을 떨어뜨리지 않고 사용될 수 있다. 예컨대, 광발전은 실리콘 박막, 비-실리콘 소자(예, GaAs를 포함하는 III-V 전지) 등과 같은 박막 기술을 통합할 수 있다. 따라서, 도면에 도시되지는 않았지만, 일부 실시예에서 PV 소자(22)는 PV 적층체(26) 이외에 배선 또는 기타 전기적 구성요소와 같은 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
정확한 구성에 무관하게, PV 적층체(26)는 전방면(30)과 외주(32)(도 1a 및 도 1b에 개략적으로 지시됨)를 한정하는 것으로 설명될 수 있다. 기준점으로서, PV 소자(22)의 추가 구성요소(제공되는 경우)는 통상 PV 적층체(26)의 후면에 또는 그 후면을 따라 위치되는데, 해당 후면은 도 1a 및 도 1b의 도면에서 가려져 있다.
전술한 PV 소자(22) 그리고 특히 PV 적층체(26)에 대한 이해를 염두에 두고, 프레임(24)은 선도 프레임 부재(40), 후미 프레임 부재(42), 제1 측면 프레임 부재(44) 및 제2 측면 프레임 부재(46)를 포함한다. 후술하는 바와 같이, 프레임(24)은 옥상과 같은 실질적으로 평탄한 표면에 대해 원하는 배향으로(예컨대, 경사지게) PV 적층체(26)의 배열을 용이하게 하는 하나 이상의 추가적인 특징부를 통합한다. 추가 설명을 위하여, 도 2는 비교적 평탄한 수평면(S)에 대한 PV 모듈(20)의 단순화된 도시를 제공한다. 도 2에는 가려져 있지만, PV 적층체(26)의 위치는 달리 말하면 전방면(30)(도 1a 및 도 1b)에 의해 확립되는 PV 적층체(26)의 평면(PPV)인 것으로 대략적으로 지시되어 있다. 이를 감안해서, 도 2의 배열에 대해, 프레임(24)은 평탄한 표면(S)에 대해 소정 기울기 또는 경사각(θ)으로 PV 적층체(26)를 지지한다. 경사각(θ)은 달리 말하면 PV 적층체 평면(PPV)과 평탄한 표면(S)의 평면 사이에 형성된 사잇각으로서 정의될 수 있다. 이를 감안하여, 프레임(24)은 PV 적층체(26)를 1도 내지 30도, 일부 실시예의 경우 3도 내지 7도, 또 다른 실시예의 경우 5도의 경사각(θ)으로 지지하도록 구성된다. 기준점으로서, 경사진 PV 태양광 수집의 설치의 경우, PV 적층체(26)는 (북반구 설치시에) 남측을 향하거나 남측으로 경사지도록 위치되는 것이 바람직하다. 이런 통상의 설치 배향이 주어지면, 선도 프레임 부재(40)는 통상 남측 프레임 부재로 지칭되고, 후미 프레임 부재(42)는 북측 프레임 부재로서 지칭될 수 있다. 도 1a 및 도 1b로 돌아가면, 이러한 방향 지정과 일치하게, 제1 측면 프레임 부재(44)는 서측 프레임 부재로서 지칭될 수 있는 반면, 제2 측면 프레임 부재(46)는 동측 프레임 부재로서 지칭될 수 있다.
프레임 부재(40 내지 46)는 PV 적층체(26)의 외주(32)를 둘러쌀 뿐만 아니라 원하는 경사각(θ; 도 2)을 확립하는 데에 적절한 다양한 형태를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임 부재(40 내지 46)는 별개로 형성되고, 그 다음 최종 구성에서 단일 구조를 생성하는 방식으로 서로에 대해 그리고 PV 적층체(26)에 대해 조립된다.
각각의 프레임 부재(40 내지 46)는 일부 실시예에서 PV 적층체(26)에 대한 조립을 용이하게 하는 동일한 특징부를 통합할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 제1 측면 프레임 부재(44)에 대한 이들 특징부의 예를 도시하고 있다. 구체적으로, 제1 측면 프레임 부재(44)는 대체로 프레임 본체(50)와 브래킷 조립체(52)를 포함한다. 프레임 본체(50)는 다양한 형태나 형상을 가질 수 있고, 일부 실시예에서 도 3a에 반영된 바와 같이 단면이 I-빔과 유사하다. 그럼에도 불구하고, 브래킷 조립체(52)는 프레임 본체(50)로부터 (도 3a 및 도 3b의 배향에 대해) 상방으로 돌출되고 하부면(62), 상부면(64) 및 단부면(66)을 한정하거나 이들 표면에 의해 한정되는 C형 브래킷(60)을 포함한다. 하부면(62)은 프레임 본체(50) 근처에 형성되고, 상부면(64)은 하부면(62)에 대향하여 형성된다. 단부면(66)은 하부면(62)과 상부면(64)을 상호 결합시키는데, 채널(68)을 한정하도록 결합한 표면은 PV 적층체(26; 도 1b)를 수용하는 크기를 갖는다. 보다 구체적으로, 채널(68)은 PV 적층체(26)의 대응하는 엣지를 수용하는 크기를 갖고, PV 적층체(26)를 브래킷(60)에 영구적으로 고정 또는 접착하기 위하여 적절한 접착제가 채용된다.
하부면(62)과 상부면(64) 사이의 간격은 PV 적층체(26; 도 1b)의 예상되는 높이나 두께보다 클 수 있는데, 브래킷 조립체(52)는 일부 실시예에서 표면(62, 64) 사이에서 PV 적층체(26)를 중앙에 유지하도록 된 복수 개의 이격된 안내 특징부(70)를 더 포함한다. 안내 특징부(70) 중 하나는 도 3c에 보다 상세하게 도시되어 있고, 하부면(62)에서 돌출하는 하부 안내 탭(72a)과 상부면(64)에서 돌출하는 상부 안내 탭(72b)을 포함한다. 안내 탭(72a, 72b)은 수직방향으로 정렬될 수 있고 도 3d에 의해 반영된 바와 같이 단부면(66)을 향한 연장에서 높이 또는 두께가 증가한다. 따라서, 안내 탭(72a, 72b)의 영역에서, 채널(68)은 개방 단부(74)로부터 단부면(66)으로 높이가 테이퍼진다.
안내 탭(72a, 72b)을 예상되는 PV 적층체(26)의 두께와 서로 관련시킴으로써, 브래킷 조립체(52)는 도 3e에 도시된 바와 같이 후속하는 접착제 접합을 위해 브래킷(60)에 대해 PV 적층체(26)를 신속하게 수용, 바람직하게는 위치 결정하도록 된다. 기준점으로서, 도 3e는 PV 적층체(26)를 단순화된 형태로 나타내며, PV 적층체(26)는 구체적으로 도시되지 않았지만 안내 특징부(70)에 의해 설명되는 다양한 특징부를 가질 수 있다[예컨대, PV 적층체(26)는 외주 엣지를 향해 두께가 테이퍼질 수 있다]. 그럼에도 불구하고, PV 적층체(26)는 표면(62 내지 66)에 대해 오프셋 또는 이격된 위치에서 안내 탭(72a, 72b)에 의해 채널(68) 내에 유지된다. 이 오프셋은 달리 말하면 PV 적층체(26)를 브래킷(60)[특히, 표면(62 내지 66)]에 접합하도록 사용되는 RTV 실리콘 접착제와 같은 적절한 양의 접착제(도시 생략)를 수용 및 유지하기에 충분한 간격을 채널(68) 내에 제공하는데, PV 적층체(26)는 일부 실시예에서 하부면(62)과 상부면(64) 사이에 센터링된다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 프레임 부재(40 내지 46; 도 1a)는 PV 적층체(26)와의 조립을 용이하게 하는 추가의 특징부를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 측면 프레임 부재(44)와 관련하여, 브래킷 조립체(52)는 하나 이상의 경사부(80)를 더 포함할 수 있다. 경사부(80)는 서로 측방향으로 떨어져 있고[예컨대, 각각의 안내 특징부(70)와 정렬되고], 프레임 본체(50)로부터 브래킷(60)의 하부면(62)으로 연장하는 경사면(82)을 제공한다. 보다 구체적으로, 경사면(82)은 하방으로 소정 각도 방식으로 그리고 하부면(62)으로부터 멀리 연장되어, PV 적층체(26, 도 3d)를 채널(68)로 안내하는 표면을 제공한다. 따라서, PV 적층체(26)의 조립은 PV 적층체의 엣지를 경사부(80)의 경사면(82)을 따라 활주시키는 것을 수반하는데, 경사면(82)은 전술한 바와 같이 각각의 하부 안내 탭(72a; 도 3c)을 통해 PV 적층체(26)를 채널(68)로 향하게 한다. 대안적으로, 전술한 특징부들 중 하나 이상이 생략될 수 있도록 프레임(24)과 PV 적층체(26)의 조립을 용이하게 하도록 광범위한 다른 구성들이 채용될 수 있다.
도 1b로 돌아가면, 프레임 부재(40 내지 46) 중 하나 이상 또는 전부는 I-빔형(또는 다른 형태)의 프레임 본체(50) 및/또는 전술한 브래킷 조립체(52; 도 3a)를 통합할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 프레임 부재(40 내지 46)는 서로에 대한 프레임 부재(40 내지 46)의 견고한 상호 결합 또는 조립을 용이하게 하도록 된 커넥터 피팅(fitting)을 포함하거나 형성한다. 예컨대, 선도 프레임 부재(40) 및 후미 프레임 부재(42)는 대향하는 수형 커넥터(100, 102)[도 1b에서 후미 프레임 부재(42)에 대해 확인됨]를 동일하게 포함하거나 형성하는 반면에, 각각의 측면 프레임 부재(44, 46)는 대향하는 제1 암형 커넥터(104)와 제2 암형 커넥터(106)[도 1b에서 제1 측면 프레임 부재(44)에 대해 확인됨]를 포함하거나 형성한다. 일반적으로, 각각의 암형 커넥터(104, 106)는 억지 끼워맞춤식 관계로 수형 커넥터(100, 102) 중 대응하는 커넥터를 수용하도록 구성된다. 수형/암형 결합쌍이 프레임 부재(40 내지 46)의 각각의 교차점에서 확립되는 한, 각각의 프레임 부재(40 내지 46)와 관련된 커넥터 종류(즉, 수형 또는 암형)는 변경될 수 있다[예컨대, 선도 프레임 부재(40)는 두 개의 암형 커넥터, 또는 하나의 암형 커넥터와 하나의 수형 커넥터를 형성할 수 있다].
본 발명에 유용한 수형 및 암형 커넥터의 일 실시예, 구체적으로 후미 프레임 부재(42)의 수형 커넥터(100)와 제1 측면 프레임 부재(44)의 암형 커넥터(104)가 도 4a와 도 4b에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 수형 커넥터(100)와 암형 커넥터(104)는 동일한 형태를 갖는데, 암형 커넥터(104)는 수형 커넥터(100)가 내부에 수용되는 리셉터클(110)을 형성한다. 커넥터(100, 104)와 관련된 대응하는 형태는 제1 세그먼트(112)와 제2 세그먼트(114)를 비롯하여 대체로 십자가형이다[도 4a의 수형 커넥터(100)에 대해 확인됨]. 세그먼트(112, 114)는 서로에 대해서 대략 수직 형태로 연장되는데, 제2 세그먼트(114)는 일부 실시예에서 제1 세그먼트(112)를 양분한다. 프레임(24)의 내부에 대해 프레임 부재(42, 44)의 향상된 지지를 제공하기 위하여[즉, PV 적층체(26; 도 1a)의 위치], 제2 세그먼트(114)는 [제1 세그먼트(112)에 대해] 긴 내부 연장부(116)를 갖는다. 또한, 일부 구성에서, 적어도 제2 세그먼트 (114)가 베이스 단부(120)로부터 자유 단부(122)까지 폭이 테이퍼진다. 달리 말하지 않는 한, 베이스 단부(120)에서 제2 세그먼트(114)의 수평 치수는 자유 단부(122)보다 크다. 암형 커넥터(104 또는 106)에 의해 형성된 대응하는 형태와 함께 이 테이퍼진 구성의 경우, 수형 커넥터(100)가 암형 커넥터(104)의 리셉터클(110) 내에 쉽게 삽입될 수 있다. 수형 커넥터(100)가 리셉터클(110) 내로 더욱 압박될 때(및/또는 그 반대도 마찬가지임), 테이퍼진 억지 끼워맞춤 결합이 달성됨으로써 수형 커넥터(100)가 암형 커넥터(104) 내에서 마찰에 의해 로킹된다.
도 1a 및 도 1b로 돌아가면, 프레임(24)은 프레임 부재(40 내지 46)의 견고한 조립을 용이하게 하도록 다른 구성을 통합할 수 있다. 그러나, 적어도 프레임 부재(40 내지 46)가 (접착제를 통해) PV 적층체(26)에 대해 그리고 [커넥터(100 내지 106)를 통해] 서로에 대해 동시에 조립되는 실시예의 경우, 최종 조립체는 단일 구조를 한정하도록 결합되는 PV 적층체(26)와 프레임(24)을 포함하는데, 프레임 부재(40 내지 46)는 PV 적층체(26)를 완벽히 "붙잡고 있다". 본 명세서를 통해 사용되는 바와 같이, "단일 구조"는 견고하고 변하지 않는 조립체를 지칭하는 것으로서, 프레임(24)은 프레임 부재(40 내지 46) 중 적어도 하나를 파괴하지 않고는 PV 적층체(26)로부터 분리될 수 없다. 상기 구성에 따라 프레임(24)과 PV 적층체(26)의 완전한 최종 조립을 달성하는 데 추가의 구성요소나 특정한 도구를 필요로 하지 않는다는 것은 명백하다. 이는 설치 장소에서 구성 부품들을 조립하여 개별 PV 모듈을 "완성"하는 데 설치자가 필요하지 않기 때문에 상당한 설치 시간 절감을 제공한다.
전술한 프레임 부재(40 내지 46) 외에, 일부 실시예에서, 프레임(24)은 설치 표면에 대해 PV 적층체(26)의 원하는 배향 뿐만 아니라 두 개의 이상의 PV 모듈(20)의 서로에 대한 장착을 용이하게 하는 하나 이상의 아암을 더 포함한다. 예컨대, 일부 실시예에서, 프레임(24)은 제1 아암(130), 제2 아암(132), 제3 아암(134) 및 제4 아암(136)을 포함한다. 아암(130 내지 136)은 프레임 부재(40 내지 46) 중 다양한 프레임 부재에 의해 형성되거나 그렇지 않을 경우 그와 관련될 수 있고, 도 1a 및 도 1b의 구성의 경우, 예컨대 제1 아암(130) 및 제3 아암(134)은 제1 측면 프레임 부재(44)의(또는 제1 측면 프레임 부재로부터) 대향하는 연장부로서 제공되는 반면, 제2 아암(132) 및 제4 아암(136)은 제2 측면 프레임 부재(46)의(또는 제2 측면 프레임 부재로부터) 대향하는 연장부로서 제공된다. 프레임(24)의 최종 조립시, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제1 아암(130) 및 제2 아암(132)은 종방향으로 선도 프레임 부재(40)를 지나서 (예컨대, 전방으로) 돌출되거나 연장되는 반면, 제3 아암(134) 및 제4 아암(136)은 종방향으로 후미 프레임 부재(42)를 지나서 (예컨대, 후방으로) 돌출되거나 연장된다.
제1 아암(130) 및 제2 아암(132)은 프레임(24)의 최종 구성시에 거울상을 형성하도록 동일 구성일 수 있다. 이를 감안하여, 도 1b는 측벽(140)과 플랜지(142)를 포함하거나 형성하는 제1 아암(130)을 도시하고 있다. 플랜지(142)는 측벽(140)으로부터 그 외주를 따라 내측을 향해 돌출된다. 플랜지(142)는 제1 아암(130)의 전체 폭을 효율적으로 한정한다. 또한, 측벽(140)에 대한 플랜지(142)의 연장은 후술하는 바와 같이 제2 PV 모듈(20)의 아암(도시 생략)과의 장착을 촉진하도록 된 장착 영역(144)을 형성하는데, 장착 영역(144)은 측벽(140)을 통과하는 보어(146)를 포함하거나 형성한다. 그럼에도 불구하고, 장착 영역(144)은 제1 측면 프레임 부재(44) 뿐만 아니라 선도 프레임 부재(40)를 지나서 종방향으로 배치된다(또는 거리를 둔다). 이 관계는 선도 프레임 부재(40, 대략적으로 지칭함)에 대한 제2 아암(132)의 장착 영역(144)에 대하여 도 5에 가장 잘 반영되어 있다.
제1 아암(130) 및 제2 아암(132)의 추가의 선택적인 특징부는 도 5를 참조하여, 특히 달리 말하면 도 5의 도면에서 보이는 제2 아암(132)에 대해 추가 설명되어 있다. 도시된 바와 같이, 제2 아암(132)은 제2 측면 프레임 부재(46)[이에 따라 달리 말하면 도 5에 대략적으로 지칭한 선도 프레임 부재(40)]로부터 외측 및 하방을 향해 연장된다. 보다 구체적으로, 제2 아암(132)의 전방(도 5의 배향에 대해 좌측방) 연장은 선도 표면(150)에서 종결된다. [제1 아암(130; 도 1b)의 동일한 표면과 함께] 선도 표면(150)은 프레임(24), 이에 따라 PV 모듈(20)의 최전방 단부로서 기능한다. 후술하는 바와 같이, 장착 영역(144)의 종방향 위치 결정과 함께 이 전방 연장 또는 치수는 두 개의 PV 모듈(20)의 원하는 단부 대 단부 조립을 달성할 때 제4 아암(136)(및 이에 의해 형성된 장착 영역)의 치수에 대응하도록 선택된다. 제1 아암(130; 도 1b)과 제3 아암(134; 도 1b) 사이[단부 대 단부 위치한 두 개의 PV 모듈(20) 사이처럼]에 유사한 관계가 달성된다는 것을 이해할 것이다.
유사하게, 제2 측면 프레임 부재(46)로부터 제2 아암(132)의 하방 연장은 바닥면(152)에서 종결된다. [제1 아암(130; 도 1B)의 동일한 표면 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 제3 아암(134) 및 제4 아암(136)에 의해 제공되는 하나 이상의 표면과 함께] 바닥면(152)은 프레임(24)의 최바닥면으로서 기능하고 PV 모듈(20)이 설치 표면에 대해 지지되는 지지면을 제공한다. 보다 구체적으로, 제1 아암(130) 및 제2 아암(132)의 하방 연장은 제3 아암(134) 및 제4 아암(136)의 선택된 치수 속성에 따라 선택되어(보다 상세히 후술됨), 전술한 바와 같이 평탄한 설치 표면 상에 PV 모듈(26)의 원하는 경사 배향을 지시하는 공통적인 지지면[예컨대, 바닥면(152)을 포함]을 집합적으로 생성 또는 한정한다.
도 1b로 돌아가면, 제3 아암(134) 및 제4 아암(136)은 일부 실시예에서 프레임(24)의 최종 구성시에 서로의 거울상을 형성하도록 동일한 구성을 갖는다. 이를 감안하여, 제3 아암(134)의 특정 특징부가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 제3 아암(134)은 L형이고 견부(160)와 풋부(foot)(162)를 포함한다. 견부(160)는 제1 측면 프레임 부재(44)에 형성될 수 있고, 제1 측면 프레임 부재로부터 하방으로 부재를 지나서 연장된다. 도시된 바와 같이, 견부(160)와 제1 측면 프레임 부재(44)[특히, 프레임 본체(50)] 사이의 지지 계면은 제1 측면 프레임 부재(44)의 길이를 따라 그 후미 단부(164) 근처에서 달성된다. 이와 관련하여, 견부(160)의 하방 연장[뿐만 아니라 후술되는 풋부(162)의 위치 결정]은 견부(160)의 최내측면(166)이 제1 측면 프레임 부재(44)의 최외측면(168)으로부터 측방향으로 오프셋되도록 된다. 다시 말해서, 제1 측면 프레임 부재(44)로부터 연장되는 제3 아암(134)의 부분 전체는 제1 측면 프레임 부재(44)의 측면에 대해 부재로부터 간격을 두고 배치된다. 아래에 명백히 밝힌 이유로 인해, 이런 선택적인 배열은 병렬 배치될 때에 두 개의 PV 모듈(20) 간에 원하는 간격을 조성한다. 또한, 제3 아암(134)[및 제4 아암(136)]의 횡방향 오프셋 위치는 예컨대 선적 및/또는 보관 중에 PV 모듈(20)의 다중 모듈의 포개진 적층 배열을 용이하게 한다. 동일선상에서, 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, [제1 측면 프레임 부재(44)를 지나서 연장하는] 견부(160)의 최내측면(166)은 포개진 적층 배열을 더욱 용이하게 하는 트루프(170; trough)를 형성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b로 돌아가면, 풋부(162)는 견부(160)로부터 후방 연장되어 장착 영역(180), 하부면(182) 및 상부면(184)을 형성한다. 장착 영역(180)은 제1 측면 프레임 부재(44)로부터 종방향으로 이격된[이에 따라, 도 1a에 도시된 바와 같이 최종 구성시에 후미 프레임 부재(42)로부터 종방향으로 이격된] 공간 지점에 형성된다. 보다 구체적으로, 견부(160)로부터 풋부(162)의 종방향 연장은 장착 영역(180)을 제1 측면 프레임 부재(44) 뿐만 아니라 후미 프레임 부재(42)의 후방에 간격을 두고 위치 결정한다. 후술하는 바와 같이, 풋부(162)의 선택된 연장 치수[특히, 장착 영역(180)의 공간 좌표]는 제1 아암(130)과 관련된 연장 치수[특히, 장착 영역(144; 도 1b)의 공간 좌표]와 서로 관련되어 서로 장착될 때에 두 개의 PV 모듈(20)의 원하는 단부 대 단부 간격을 달성한다[동일한 관계가 제2 아암(132)과 제4 아암(136) 사이에 확립된다는 것이 이해된다]. 이를 감안하여, 장착 영역(180)은 내측면(192)과 외측면(194) 사이에서 연장되는 보어(190)를 포함할 수 있다.
도 5로 돌아가면, 하부면(182)은 풋부(162)의 길이를 따라 비교적 평면형이고, 제2 측면 프레임 부재(46)로부터의 연장에서 제4 아암(136)의 배열을 통해 PV 적층체(26; 대략적으로 지칭함)의 원하는 배향을 달성한다[일부 실시예에서 제3 아암(134; 도 3a 및 도 3b)이 동일한 구성을 갖는다는 것이 연상된다]. 특히, 하부면(182)은 전술한 PV 모듈 지지면의 일부로서 기능하고, PV 적층체(26)의 평면(PPV)에 대해 평행하지 않은 평면(PA)을 한정한다[달리 말하면, 프레임 부재(40 내지 46)에 의해 간격을 두고 유지됨]. 또한, 하부면(182)의 평면(PA)[뿐만 아니라 제3 아암(134)의 하부면을 형성한 동일한 평면]은 제2 아암(132)의 바닥면(152)[뿐만 아니라 제1 아암(130, 도 1b)의 동일한 바닥면)과 교차한다. 따라서, 아암(130 내지 136)은 평탄한 설치 표면에 대해 원하는 PV 적층체(26)의 경사 배향을 간격을 두고 달성하도록 결합된다.
전술한 바와 같이, 견부(160)는 대응하는 측면 프레임 부재(44, 46)[예컨대, 도 5의 도면에서 제2 측면 프레임 부재(46)]의 길이를 따라 소정 지점으로부터 연장된다. 이를 감안하여, 풋부(162)은 제2 측면 프레임 부재(46) 아래에[뿐만 아니라 후미 프레임 부재(42) 아래에] 간격을 두도록 상부면(184)을 형성한다. 따라서, 상부면(184), 견부(160) 및 제2 측면 프레임 부재(46)는 결합되어 간극(200, 도 5에 대략적으로 지칭됨)을 한정한다. 간극(200)은 달리 말하면 종래의 구성에 필요한 각 PV 모듈 아래의 배선의 경로를 정하는 번거로운 수고가 없이 PV 소자(22)와 관련된 배선(202)[예컨대, 동서(east-west) 배선][뿐만 아니라 어레이에 조립된 다른 PV 모듈(20)로부터의 배선]이 배치될 수 있는 매우 편리한 보호 영역을 제공한다. 이와 관련하여, 배선(202)은 상부면(184) 상에 배치되어 상부면에 의해 안전하게 유지될 수 있다.
두 개 이상의 PV 모듈(20)의 서로에 대한 장착을 용이하게 하는 데 있어서의 전술한 아암 구성의 유용성은 도 7을 참조하여 설명될 수 있다. 구체적으로, 도 7은 어레이(210)에 장착된 PV 모듈(20a 내지 20d)을 포함하는 본 발명에 따른 네 개의 동일하게 구성된 PV 모듈(20)의 관련 부분을 도시하고 있다. 제1 PV 모듈(20a) 및 제2 PV 모듈(20b)은 제3 PV 모듈(20c) 및 제4 PV 모듈(20d)처럼 단부 대 단부 관계로 서로 장착된다. 또한, 제1 PV 모듈(20a) 및 제3 PV 모듈(20c)은 제2 모듈(20b) 및 제4 PV 모듈(20d)처럼 병렬 관계로 서로 장착된다.
제1 PV 모듈(20a)과 제2 PV 모듈(20b)의 장착은 제2 PV 모듈(20b)의 제3 아암(134b)에 장착된 제1 PV 모듈(20a)의 제1 아암(130a)과, 제2 PV 모듈(20b)의 제4 아암(136b)에 장착된 제1 PV 모듈(20a)의 제2 아암(132a)을 포함한다. 제3 PV 모듈(20c)의 제1 아암(130c)과 제4 PV 모듈(20d)의 제3 아암(134d) 사이에 뿐만 아니라 제2 아암(132c)과 제4 아암(136d) 사이에 유사한 장착 관계가 달성된다. 끝으로, 제2 PV 모듈(20b)의 제4 아암(136b)은 제3 PV 모듈(20c)의 제3 아암(134c)에 장착된다.
각각의 아암 쌍[예컨대, 아암(130a/134b)] 사이에 보다 완벽한 장착을 달성하기 위해, 예컨대 볼트 구성요소(222)와 너트 구성요소(224)를 포함하는 커플링 장치(220)가 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 각각의 PV 모듈(20)[예컨대, 제1 PV 모듈(20a)과 제2 PV 모듈(20b)]을 단부 대 단부 관계로 배열시, 대응하는 아암쌍의 장착 영역[예컨대, 제1 아암(130a)의 장착 영역(144a)과 제3 아암(134b)의 장착 영역(180b)(대략적으로 지칭함)]은 각각의 보어(146; 도 1b, 190; 도 3a)가 볼트(222)를 공동으로 수용하게 정렬되도록 설치자에 의해 자연적으로 또는 직관적으로 배치된다. 또한, 아암(130 내지 136)은 제1 아암(130) 또는 제2 아암(132)의 바닥면(152)이 대응하는 제3 아암(134) 또는 제4 아암(136)의 하부면(182)과 정렬되거나 공통 평면에 있도록 구성된다. 예컨대, 도 8을 추가로 참조하면, 제3 PV 모듈(20c)의 제2 아암(132c)의 바닥면(152)은 제4 PV 모듈(20d)의 제4 아암(136d)의 하부면(182)과 정렬된다. 유사하게, 정렬 관계는 아암 장착 계면(130a/134b, 132a/136b 및 130c/134d)와 같이 다른 아암 장착 계면에서 달성된다. 이런 구성을 가짐으로써, 도 7 및 도 8의 장착된 어레이형 배열(210)에서, PV 적층체(26a 내지 26d)는 가상의 동일한 경사각으로 배향되고, 다양한 아암(130 내지 136)의 공통적으로 간격을 두고 배치된 표면(152, 182)은 어레이(210) 내에 PV 모듈(20)의 개수에 상관없이 그리고 [단일의 자립형 PV 모듈(20)을 비롯하여]개별 PV 모듈(20)에 장착된 PV 모듈(20)의 개수에 상관없이 대응하는 PV 모듈(26)의 원하는 경사 배향이 직접 설치 공정에 의해 제공된다는 것을 지시한다. 동일선상에서, PV 모듈(20)을 서로 상호 결합시킴으로써, 어레이(210)는 옥상 관통 구성요소나 임의의 특정한 공구없이도 옥상에 신속하게 설치될 수 있다.
그러나, 단순화된 어레이(210)는 본 발명에 의해 조장되는 PV 모듈 설치의 일례이다. 본 발명의 PV 모듈(20) 구성은 가상의 어떠한 어레이 설치 구성도 허용한다[예컨대, 실질적으로 평탄한 상업용 옥상에 서로 장착되는 PV 모듈(20)의 개수 및/또는 결과적인 어레이의 전체 "형상" 또는 "기하학적 형태"의 관점에서]. 원하는 어레이의 파라미터와 상관없이, 개별 PV 모듈(20)은 전술한 바와 같이 서로에 대해 간단하고도 신속하게 장착되고, 어레이 내의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 따라서, PV 모듈(20)은 범용 구성을 갖는다. 동서 배선(또는 기타 배선)이 (예컨대, 도 5에서) 전술한 바와 같이 장착된 PV 모듈(20)의 라인 "아래"에서 연장될 수 있다. 홈런(home run) 배선(예컨대, 북남 배선 또는 동서 배선)와 같은 다른 배선의 단순화되고 일관된 배열이 또한 본 발명의 PV 모듈(20)의 특징부에 의해 용이하게 된다. 예컨대, 달리 보면 어레이(210)의 평면도를 제공하는 도 9에 반영된 바와 같이, 병렬 배열된 PV 모듈(20a, 20c 및 20b, 20d)은 대응하는 PV 적층체(26a 내지 26d)에 대해 종방향 간극(230)을 형성한다. 보다 구체적으로, 각 PV 모듈(20)의 제3 아암(134)과 제4 아암(136)[예컨대, 도 9에서 제2 PV 모듈(20b)의 제4 아암(136b)과 제4 PV 모듈(20d)의 제3 아암(134d)]의 전술한 측방향 오프셋 위치는 PV 모듈(20)이 병렬 배치될 때 종방향 간극(230)을 생성한다. 배선은 종방향 간극(230)을 따라 연장될 수 있고, 각 아암(134, 136)과 관련된 상부면(184)에서의 배치에 의해 옥상 표면으로 떨어져서 또는 옥상 표면 "위에" 유지될 수 있다. 동서 및 북남 배선 모두에서, 상기 구성은 개별 PV 모듈 아래에 배선의 경로를 정하는 시간 소모적이고 번거로운 작업에 대한 필요성을 없앤다. 오히려, 설치자는 어레이(210)를 따라 또는 어레이를 통과하여 단순히 걸으면서 PV 모듈(20)을 들어올리고/거나 PV 모듈(20) 아래에 배선의 경로를 정할 필요없이 필요에 따라 배선을 배치할 수 있다.
위에서 명백한 바와 같이, 본 발명의 PV 모듈(20)은 옥상 설치 공정을 크게 단순화한다. 경사진 비관통식 PV 태양광 타일의 어레이를 설치하는 데 최소의 현장 조립이 요구된다. 추가의 이점은 선행 계획의 문맥에서 인지된다. PV 모듈(20)은 "현 상태 그대로" 효율적으로 (비관통식) 설치될 수 있기 때문에, 선행 설치 계획 공정은 실질적으로 특정한 설치 장소에 필요하다고 판단되는 PV 모듈(20)의 개수를 주문하는 단계를 수반한다. 종래의 상업용 옥상의 PV 태양광 타일 포맷과 달리, 본 발명의 PV 모듈(20)의 설치자는 정확한 추산이 이루어지는(그리고 정확한 구성요소 부품들이 실제로 운반되는) 시간 및 기대에 앞서 보조 설치 구성요소 부품의 개수 및 종류를 추산할 필요가 없다. 사실상, 각 PV 모듈(20)은 PV 모듈(20)과 표준 개수의 커플링 장치(220; 도 7) 및 선택적으로 풍향 편향판을 포함하는 키트 형태로 설치 장소에 제공될 수 있다. 이런 키트 형태의 경우, 설치자는 설치될 PV 모듈(20)의 개수 및/또는 원하는 어레이의 실제 "형상"에 상관없이 PV 모듈 어레이를 설치하는 데 필요한 모든 구성요소를 갖는다. 일부 설치 장소는 추가의 구성요소(예컨대, 밸러스트)를 필요로 할 수 있다고 인지되지만, 이들 구성요소의 원하는 양은 (종래의 경사진 비관통식 옥상 PV 태양광 타일에서 보조 설치 구성요소에 비해) 보다 신속하게 추산되어, 선행 계획이 본 발명에 의해 매우 용이해진다. 또한, PV 모듈(20)은 풍향 편향판 및/또는 밸러스트와 같은 일반적인 구성요소들의 조립을 용이하게 하는 선택적인 특징부를 포함할 수 있다.
단순화된 신속한 설치를 촉진하는 것 외에, 본 발명의 PV 모듈(20)의 특징부는 포장 및 선적 비용을 크게 감소시킨다. 도 1a 및 도 1b로 돌아가면, 일부 실시예에서, 프레임(24)은 전체적으로 플라스틱 또는 폴리머 재료로 형성된다. 예컨대, 프레임(24), 특히 프레임 부재(40 내지 46) 및 아암(130 내지 136)은 사출 성형된 PPO/PS(Polyphenylene Oxide co-polymer/polystyrene blend) 또는 PET(Polyethylene Terephthalate)와 같은 성형된 폴리머 구성요소이지만, 다른 폴리머 또는 전기 절연 재료가 또한 허용될 수 있다. 결과적인 PV 모듈(20)은 경량(예컨대, 3 lbs/ft2 정도)이고, 이에 따라 설치가 상대적으로 저렴하고 옥상 하중 문제를 최소화한다. 또한, 금속 프레임 및 관련 설치 구성요소에 주로 의존하는 종래의 PV 모듈 구성에 비해, 선택적인 비도전성 플라스틱 프레임(24)을 통합한 본 발명의 PV 모듈(20)은 추가의 접지 구성요소(및 관련 설치 절차)를 필요로 하지 않는다. 그러나, 대안적으로, 프레임(24)은 부분적으로 또는 전체적으로 금속으로 형성될 수 있다.
프레임(24)을 형성하는 데 사용된 재료에 상관없이, 동일하게 형성된 PV 모듈(20)은 설치 장소로의 선적을 위해 콤팩트하게 배치될 수 있다. 예컨대, 도 10은 키트 시스템(240)의 일부로서 포개진 배열로 적층된 본 발명의 세 개의 PV 모듈(20e 내지 20g)을 도시하고 있다. 제1 PV 모듈(20e)의 프레임 부재(40e 내지 46e)는 제2 PV 모듈(20f)의 대응하는 프레임 부재(40f 내지 46f)에 대해 접촉한다(도 10의 도면에서 선도 프레임 부재(40)와 제1 측면 프레임 부재(44)가 가려져 있는 것을 알 수 있다). 제2 PV 모듈(20f)의 프레임 부재(40f 내지 46f)와 제3 PV 모듈(20g)의 프레임 부재(40g 내지 46g) 사이에 유사한 배열이 달성된다. 대응하는 제3 아암(134)과 제4 아암(136)의 측방향으로 오프셋된 배열이 이런 적층된 조립을 촉진한다. 예컨대, 제1 PV 모듈(20e)의 제3 아암(134e)과 제4 아암(136e)은 제1 PV 모듈(20e)의 프레임(24e)를 제2 PV 모듈(20f)의 프레임(20f) 상에 배치할 때에 제2 PV 모듈(20f)의 프레임(24f)을 "통과한다". 도 6과 관련하여 전술한 제3 아암(134)과 제4 아암(136) 각각과 관련된 트루프(170)가 PV 모듈(20e 내지 20g)의 적층된 포개진 배열을 더욱 촉진한다는 것은 명백하다. 예컨대, 제2 PV 모듈(20f)의 제4 아암(136f)의 견부(160)는 제1 PV 모듈(20e)의 제4 아암(134e)의 트루프(170; 도 10에서 가려짐) 내에 슬라이드 가능하게 수용된다. 그 결과, 본 발명의 PV 모듈(20)은 높은 선적 밀도를 위해 밀접하게 적층될 수 있어, 선적(및 관련 포장) 소모품과 비용을 크게 최소화한다. 이 포개지거나 적층된 배열은 또한 도 11에 도시된 풍향 편향판(250)과 같은 추가의 구성요소를 포함하는 선적 포맷에 의해 또한 달성됨은 명백하다. 보다 구체적으로, 각각의 풍향 편향판(250)은 키트 시스템의 원하는 적층 배열을 방해하지 않는 방식으로 대응하는 후미 프레임 부재(42)와 제3/제4 아암(134/136) 사이에서 연장되도록 각각의 PV 모듈(20e 내지 20g)에 조립된다[예컨대, 풍향 편향판(250e)은 제1 PV 모듈(20e)의 후미 프레임 부재(42e)와 제3/제4 아암(134e/136e)에 조립된다].
본 발명의 PV 모듈은 종래 구성에 비해 현저한 개선을 제공한다. 프레임은 평탄한 상업용 옥상에 대해 PV 모듈 어레이의 간단하고 신속한 비관통식 설치를 허용하고, 대응하는 PV 적층체는 경사진 배향으로 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 프레임과 PV 소자(특히, PV 적층체)의 단일 구성은 이전에 고려될 수 없었던 방식으로 주문, 선적 및 취급 단계와 비용을 크게 감소시킨다. 요약하면, 본 발명의 PV 모듈은 종래의 비관통식의 경사진 PV 태양광 타일 설치와 관련된 문제의 대부분(전부가 아니면)을 처리함으로써, 환경적으로 피할 수 없는 에너지 기술의 시장 실용성을 향상시킨다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태와 세부 사항이 변경될 수 있음을 알 것이다. 예컨대, 프레임은 네 개의 아암을 포함하는 것으로 설명되었지만, 그보다 많거나 적은 수가 제공될 수 있다. 동일선상에서, 다양한 아암이 소정의 프레임 부재(예컨대, 측면 프레임 부재)의 부품으로서 형성된 것으로 설명되었지만, 다른 실시예에서는 하나 이상의 아암이 나머지 프레임 부재(들)로부터 돌출(또는 그 일부로 형성)될 수 있다.

Claims (34)

  1. 실질적으로 평탄한 표면 상에서의 비관통식 설치를 위한 광발전 모듈로서,
    외주와 주면을 형성하는 전방면을 갖는 광발전 적층체를 포함하는 광발전 소자, 및
    광발전 적층체의 외주에 조립되어 외주를 둘러싸는 프레임을 포함하며, 상기 프레임은,
    대향하는 선도 및 후미 프레임 부재와,
    대향하는 제1 및 제2 측면 프레임 부재와,
    상기 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되어 별개의 설치 표면에 대한 배치를 위해 상기 전방면에 대향하는 지지면을 형성하는 제1 아암을 포함하되, 상기 지지면의 평면과 상기 광발전 적층체의 주면은 평행하지 않으며,
    최종 조립시에, 상기 광발전 적층체와 상기 프레임이 결합되어 단일 구조를 형성하는 광발전 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 지지면이 평탄한 표면 상에 배치될 때 상기 광발전 적층체의 주면이 평탄한 표면에 대해 평행하지 않은 각도로 배향되도록 구성되는 광발전 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 지지면이 평탄한 수평 표면 상에 배치될 때 후미 프레임 부재가 선도 프레임 부재보다 수직 방향으로 높도록 구성되는 광발전 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광발전 적층체의 주면과 상기 지지면의 평면이 결합되어 1도 내지 30도의 범위의 사잇각을 형성하는 광발전 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 사잇각은 3도 내지 7도의 범위인 광발전 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단일 구조는 상기 프레임이 프레임 부재들 중 적어도 하나를 파괴하지 않고는 상기 광발전 적층체로부터 분리될 수 없도록 구성되는 광발전 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프레임 부재를 상기 광발전 적층체에 접합하는 접착제를 더 포함하는 광발전 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프레임 부재는 전체적으로 폴리머 재료로 형성되는 광발전 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 아암은 동일한 구성의 제2 광발전 모듈 조립체의 대응하는 프레임 상에 프레임의 적층을 허용하도록 구성되는 광발전 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 측면 프레임 부재는,
    대향하는 상부면 및 하부면과,
    대향하는 선도 및 후미 단부와,
    제2 측면 프레임 부재에 대향하게 형성된 외측 에지를 형성하되, 상기 광발전 적층체는 상기 상부면 근처에 배치되며,
    상기 제1 아암은 후미 단부 근처의 연장점에서 상기 제1 측면 프레임 부재로부터 돌출되는 견부를 포함하고, 하부면 아래에 및 연장점과 후미 단부 사이에 있는 견부의 전체는 제2 측면 프레임 부재의 반대 방향으로 외측 에지에 대해 측방향으로 이격되어 있는 광발전 모듈.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프레임 부재들 중 적어도 하나는 단면이 I형인 광발전 모듈.
  12. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면 프레임 부재는 상기 후미 프레임 부재의 대응하는 제2 커넥터와 억지 끼워맞춤 조립을 위해 구성된 제1 커넥터를 포함하는 광발전 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 커넥터는 리셉터클을 형성하는 암형 구성요소와 리셉터클의 형태에 대응하는 형태를 갖는 수형 구성요소 중 하나이고,
    상기 제2 커넥터는 수형 및 암형 구성요소 중 다른 하나인 광발전 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수형 구성요소는 제1 및 제2 세그먼트를 포함하고, 상기 세그먼트들은 서로 교차하고 대략 직각을 이루는 광발전 모듈.
  15. 제13항에 있어서, 각각의 프레임 부재는 대향하는 제1 및 제2 단부를 형성하고:
    상기 제1 단부에 암형 및 수형 구성요소 중 하나와, 상기 제2 단부에 암형 및 수형 구성요소 중 하나를 더 포함하는 광발전 모듈.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 측면 프레임 부재는 긴 프레임 본체와, 상기 프레임 본체로부터 연장되고 광발전 적층체를 수용하는 크기를 갖는 채널을 형성하는 C형 브라켓을 포함하는 광발전 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 브래킷은 프레임 본체 근처의 하부면과, 프레임 본체에 대향하는 상부면과, 상부면과 하부면 사이에서 연장되는 단부면을 포함하고, 상기 상부면과 하부면은 각각 단부면으로부터의 연장에서 91°이상의 각도를 형성하는 광발전 모듈.
  18. 제16항에 있어서, 상기 제1 측면 프레임 부재는 채널 내로 광발전 적층체의 삽입을 용이하게 하도록 상기 프레임 본체로부터 채널로 테이퍼진 안내 표면을 각각 형성하는 복수 개의 이격된 탭을 더 포함하는 광발전 모듈.
  19. 제1항에 있어서, 상기 제1 아암의 지지면은 선도 프레임 부재의 반대 방향으로 후미 프레임 부재를 지나서 연장되고, 상기 프레임은 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되고 후미 프레임 부재를 지나 연장되어 제1 아암의 지지면과 동일 평면에 있는 지지면을 형성하는 제2 아암을 더 포함하는 광발전 모듈.
  20. 제19항에 있어서, 상기 프레임은 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되고 선도 프레임 부재를 지나는 지지면을 형성하는 제3 아암과, 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되어 선도 프레임 부재를 지나는 지지면을 형성하는 제4 아암을 더 포함하고, 제1 아암 내지 제4 아암의 지지면은 공동 평면에 있는 광발전 모듈.
  21. 제20항에 있어서, 상기 프레임은 제1 아암의 종결 섹션에 구비된 장착 영역을 더 포함하고, 상기 장착 영역은 동일한 구성의 제2 광발전 모듈의 제3 아암과 관련된 대응하는 장착 영역에 대한 조립을 위해 구성된 광발전 모듈.
  22. 제20항에 있어서, 상기 지지면을 별개의 설치 표면 상에 배치할 때, 상기 지지면은 상기 프레임 부재 아래에 있는 광발전 모듈.
  23. 제20항에 있어서, 상기 프레임 부재와 아암은 각각 전체적으로 폴리머 재료로 형성되는 광발전 모듈.
  24. 제20항에 있어서, 상기 아암은 동일한 구성의 제2 광발전 모듈의 대응하는 프레임에 대해 프레임의 적층을 허용하도록 구성되는 광발전 모듈.
  25. 제20항에 있어서, 상기 제1 및 제3 아암은 상기 제1 측면 프레임 부재로부터 연장되고,
    상기 제2 및 제4 아암은 상기 제2 측면 프레임 부재로부터 연장되는 광발전 모듈.
  26. 외주와 주면을 형성하는 전방면을 갖는 광발전 적층체를 포함하는 광발전 소자를 제공하는 단계와,
    선도 프레임 부재, 후미 프레임 부재, 제1 및 제2 측면 프레임 부재를 포함하는 프레임을 제공하되, 지지면을 형성하는 아암이 프레임 부재들 중 하나로부터 돌출되는 단계와,
    상기 프레임 부재들이 외주를 둘러싸도록 상기 광발전 적층체를 프레임 부재에 장착하는 단계와,
    상기 프레임 부재를 서로에 대해 장착하는 단계를 포함하고,
    최종 조립시에, 상기 광발전 적층체와 상기 프레임이 결합하여 단일 구조를 형성하며,
    상기 지지면의 평면과 상기 광발전 적층체의 주면은 평행하지 않은 광발전 모듈의 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 프레임 부재를 광발전 적층체에 장착하는 단계는 각 프레임 부재를 접착제에 의해 상기 광발전 적층체에 접합하는 것을 포함하는 광발전 모듈의 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 프레임 부재를 광발전 적층체에 장착하는 단계와 상기 프레임 부재를 서로에 대해 장착하는 단계는 동시에 일어나는 광발전 모듈의 제조 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 프레임 부재를 광발전 적층체에 장착하는 단계와 상기 프레임 부재를 서로에 대해 장착하는 단계는,
    상기 선도 프레임 부재를 상기 적층체에 장착하는 단계와,
    상기 제1 측면 프레임 부재를 상기 광발전 적층체 및 선도 프레임 부재에 동시에 장착하는 단계를 포함하는 광발전 모듈의 제조 방법.
  30. 실질적으로 평탄한 표면에서의 비관통식 설치를 위한 광발전 모듈 시스템 키트로서,
    제1 및 제2 광발전 모듈을 포함하며,
    각 광발전 모듈은,
    광발전 적층체를 포함하는 광발전 소자와,
    단일 구조를 형성하도록 광발전 적층체에 조립되어 적층체를 둘러싸는 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 별개의 설치 표면에 대한 배치를 위한 평면형 지지면을 형성하는 아암을 포함하며,
    상기 지지면과 상기 광발전 적층체는 평행하지 않고,
    상기 키트는 각각의 광발전 적층체가 평행하고, 제1 광발전 모듈의 아암이 제2 광발전 모듈의 프레임으로부터 횡방향으로 오프셋되도록 제1 광발전 모듈의 프레임이 제2 광발전 모듈의 프레임에 대해 배치되는 보관 상태를 제공하도록 구성되는 광발전 모듈 시스템 키트.
  31. 제30항에 있어서, 상기 보관 상태는 제1 광발전 모듈의 아암의 트루프 내에 수용된 제2 광발전 모듈의 아암을 더 포함하는 광발전 모듈 시스템 키트.
  32. 제30항에 있어서, 비관통식 어레이의 부품으로서 상기 제1 광발전 모듈의 장착을 위해 제1 광발전 모듈과 관련된 제1 커플링 장치와,
    비관통식 어레이의 부품으로서 상기 제2 광발전 모듈의 장착을 위해 제2 광발전 모듈과 관련된 제2 커플링 장치를 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 커플링 장치는 동일한 광발전 모듈 시스템 키트.
  33. 실질적으로 평탄한 표면에서 비관통식 설치를 위한 광발전 모듈 시스템 키트로서,
    제1 및 제2 광발전 모듈을 포함하되,
    제1 및 제2 광발전 모듈 각각은 외주를 형성하는 광발전 적층체를 포함하는 광발전 소자와 프레임을 포함하며,
    상기 프레임은,
    외주를 둘러싸는 선도, 후미 및 대향하는 측면 프레임 부재들과,
    선도 프레임 부재를 지나서 돌출되는 제1 및 제2 아암과,
    후미 프레임 부재를 지나서 돌출되는 제3 및 추가 아암들을 포함하고, 상기 프레임과 상기 광발전 적층체의 조립은 단일 구조를 형성하고, 상기 아암 중 적어도 두 개는 설치 표면에 대한 배치를 위한, 그리고 광발전 적층체에 대한 평행하지 않은 평면형 지지면을 형성하며,
    상기 키트는 광발전 모듈을 비관통식으로 수평의 설치 표면에 설치할 때 제1 광발전 모듈의 제1 및 제2 아암이 제2 광발전 모듈의 제3 및 제4 아암에 각각 장착되는 설치 상태를 제공하도록 구성되는 광발전 모듈 시스템 키트.
  34. 제33항에 있어서, 상기 아암을 장착하기 위한 두 개의 커플링 조립체를 더 포함하는 광발전 모듈 시스템 키트.
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