KR20200042453A - 다중-영역 태양광 루핑 모듈들 - Google Patents

다중-영역 태양광 루핑 모듈들 Download PDF

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KR20200042453A
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찰스 알미
캐서린 오스틴 페시
데이비드 몰리나
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테슬라, 인크.
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Abstract

빌딩 일체형 광전지(BIPV) 시스템들은 관찰자에게 심미적으로 즐거움을 줄 수 있는 태양광 패널 어레이들을 제공한다. BIPV 시스템들은 지붕의 구조물에 구축된 지붕 표면들의 일부로서, 특히, 별개의 타일-사이즈의 영역들로 모듈의 본체에 임베딩되거나 통합된 광전지 엘리먼트들을 갖는 다중-영역 루핑 모듈들로서 통합될 수 있다. 이러한 다중-영역 광전지 모듈들은 개별 루핑 타일들 또는 슁글(shingle)들의 모양을 복제할 수 있다. 또한, 다중-영역 광전지 모듈들은 어느 정도의 유연성을 갖는 별개의 영역들 사이의 지지 구조물들을 포함할 수 있어서, 보다 효율적인 설치 프로세스를 가능하게 한다.

Description

다중-영역 태양광 루핑 모듈들
<관련 출원들에 대한 상호 참조>
본 출원은 2017년 8월 24일자로 출원된 "MULTI-REGION SOLAR ROOFING MODULES"이라는 제목의 미국 정규 특허 출원 번호 제15/686,109호의 우선권을 주장하고, 이는 2017년 6월 5일자로 출원된 "MULTI-REGION SOLAR ROOFING MODULES"이라는 제목의 미국 가출원 번호 제62/515,434호에 대한 35 USC 119(e)에 따른 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다. 이 출원은 또한 2017년 8월 24일자로 출원된 "SIDELAP INTERCONNECT FOR PHOTOVOLTAIC ROOFING MODULES"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 제15/686,064호(출원인 참조 번호 : P367-1NUS)와 관련이 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
<기술 분야>
이것은 일반적으로 광전지 어레이들과 관련이 있다.
미국과 해외에서 태양광이 점점 인기를 얻고 있지만, 태양광으로 이익을 볼 수 있는 주택 수에 비해 보급률은 상대적으로 낮게 머물고 있다. 태양광의 킬로와트 당 가격은 현재 대부분의 지역들에서 화석 연료 기반 유틸리티 전력의 가격과 경쟁력이 있거나 이보다 낮지만, 비용 절감, CO2 배출량 감소 또는 둘 다를 중요시하는 사람들에게 태양광은 대부분 틈새 제품으로 남아 있다.
태양광 기술의 채택을 제한할 수 있는 한 가지 팩터는 심미감이다. 대부분의 가정용 태양광 시스템들은 기존 타일 또는 컴포지션 슁글(composition shingle) 지붕 위에 모듈들로서 설치된다. 종종 지붕의 일부 또는 심지어 지붕의 하나의 장착면의 일부만을 덮는 태양광 어레이는 높이와 재료 모두에서 기존 지붕과 별개로 구분된다. 따라서, 이 차이는 길거리에서 및 심지어 먼 거리들에서도 보일 수 있다.
또한, 태양광 어레이 설치의 시간 및 복잡성이 태양광 기술의 채택에 장애물이 될 수 있다. 개별적인 태양광 패널들을 설치하고, 장착하고, 연결하는 프로세스를 능률화하고 개선하기 위해 많은 개선들이 이루어졌지만, 상이한 타입들의 광전지 어레이들을 설치하는 시스템들 및 방법들을 혁신하고 더욱 양호하게 정교화하기 위한 기회가 남아 있다.
기존 주택에서의 태양광 채택에 대한 또 다른 장애물은 기존 지붕의 연령과 태양광 시스템 사이의 불협화음으로서, 특히, 기존 지붕이 컴포지션 슁글들로 만들어진 경우이다. 현대 태양광 시스템의 예상 수명은 25년 이상이고, 컴포지션 슁글 지붕의 예상 수명은 국지 기후 및 특정 재료들에 따라 약 25-35년이다. 고객이 태양광으로 하는 것을 고려할 때, 기존 지붕의 수명은 수십 년이 아니라 몇 년일 수 있다. 따라서, 고객에게는 새 지붕을 먼저 구매하여, 태양광으로 하는 비용을 증가시키거나, 또는 작동 수명이 상대적으로 더 짧게 남아있을 수 있는 지붕에 25년짜리 태양광 시스템을 설치해야 하는 딜레마가 발생할 수 있다.
따라서, 태양광 시스템의 예상 수명과 지붕의 잔여 수명 사이의 불협화음을 해결하여, 전체 지붕 표면 또는 적어도 장착면과 더욱 심미적으로도 혼합되게 하고, 잠재 고객이 새 지붕 및 해당 지붕에 대한 새 태양광 시스템에 대해 지불할 필요가 없게 해야 할 필요가 있다.
다양한 실시예들은 새로운 지붕들 및 기존 지붕들 상에 태양광을 설치하는 것, 특히, 타일 지붕인 것으로 보이는 지붕을 제시하는 것에 대한 새롭고 개선된 접근법을 제공한다. 일부 양태들은 기존 타일 지붕 및/또는 다른 적절한 지붕 표면들(예를 들어, 금속 지붕, 복합 슁글, 지붕 데크, 언더레이먼트(underlayment) 또는 절연층) 위에 끼워진다. 특히, 본 발명의 양태들은 모듈식이고 유연하며, 이는 시스템의 개별 광전지 모듈들의 교체뿐만 아니라 설치를 단순화한다. 또한, 일부 양태들은 종래의 태양광 시스템들에 비해 제작 및 설치 비용이 저렴한다. 또한, 모듈들의 광전지 부분들(및/또는 비-광전지 부분들)의 일부 배열들은 전통적인 지붕 재료들과 일치하는 것처럼 보이는 시각적 패턴 및 심미감을 생성할 수 있다. 일부 태양광 시스템들은 기존 지붕에 대한 재-루핑 또는 장착이라기보다는 새로운 지붕으로서 설치될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들은 상세한 설명 및 도면들에서 더 상세하게 논의된다.
일부 실시예들에서, 본 개시내용은 복수의 광전지(photovoltaic)(PV) 엘리먼트들을 갖는 다중-영역(multi-region) 태양광 또는 광전지 모듈로서, 횡방향 측면(lateral side)들 및 종방향 측면(longitudinal side)들을 갖는 모듈 프레임; 제1 PV 영역; 제2 PV 영역; 제3 PV 영역 - 제1 PV 영역, 제2 PV 영역 및 제3 PV 영역은 PV 영역들 각각 사이에 이격 구역을 갖고 모듈 프레임 내에 선형으로 배열됨 -; 제1 PV 영역과 제2 PV 영역, 및 제2 PV 영역과 제3 PV 영역 사이의 이격 구역들에 대응하는 위치들에서의 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물(midlap structure)들; 및 PV 모듈을 회로와 전기적으로 연결하도록 적응된 전력 연결부들을 포함하는 다중-영역 태양광 또는 광전지 모듈에 관한 것이다. 일부 구현들에서, 다중-영역 PV 모듈은 또한 PV 모듈의 각각의 PV 영역의 밑면에 커플링된 트랙 장착 구조물들 - 트랙 장착 구조물들은 단일 축을 따라 정렬됨 -; 트랙 장착 구조물들 내에서 슬라이딩 가능하게 래치하도록 구성된 배튼 후크(batten hook)들 - 배튼 후크들은 트랙 장착 구조물들 내에 장착되어, 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼(batten)들에 기계적으로 고정시키도록 배열됨 -; 및 PV 모듈의 밑면에 고정되어, 모듈을 기저 지붕 구조물의 일부들에 기계적으로 커플링시키도록 적응된 오프셋 구조물들을 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 다중-영역 PV 모듈들의 미드랩 구조물은 브랜치형 헤드; 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 웨지 그루브는, 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및 구속 스트랩(restraint strap) - 구속 스트랩은, 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 - 을 추가로 포함할 수 있다. 다른 양태들에서, 본 명세서에 개시된 다중-영역 태양광 모듈들은 2개의 태양광 전지를 추가로 포함하는 각각의 PV 영역을 가질 수 있고, 각각의 PV 영역의 태양광 전지들은 서로 전기적으로 연결된다. 추가적인 양태들에서, 다중-영역 PV 모듈은 제3 PV 영역과 선형으로 인접하여 배열된 제4 PV 영역; 및 제3 PV 영역과 제4 PV 영역 사이의 이격 구역에 대응하는 위치에서의 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물을 추가로 포함할 수 있다.
일부 양태들에서, 다중-영역 PV 모듈들의 배튼 후크들은 후크 본체; 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지(upper-fore ledge) 및 상부-후단 레지(upper-aft ledge); 및 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지를 갖도록 형성될 수 있다. 다른 양태들에서, 다중-영역 PV 모듈들의 트랙 장착 구조물은 레일을 포함할 수 있고, 레일은 배튼 후크의 상부-전단 레지와 상부-후단 레지 사이의 레일 갭에 끼워지도록 구성되어, 배튼 후크가 레일을 따라 슬라이딩하고, 기저 지붕 구조물 상에 다중-영역 PV 모듈을 고정시키도록 구성된다.
다른 실시예들에서, 본 개시내용은 빌딩 일체형 광전지(building integrated photovoltaic)(BIPV) 루핑 시스템으로서, 복수의 다중-영역 태양광 모듈들 - 다중-영역 태양광 모듈들 각각은 3개 이상의 개별 루핑 타일과 유사한 외관을 가짐 -; 복수의 PV 지붕 타일들; 및 배튼들을 갖는 기저 지붕 구조물 - 지붕 구조물에 장착된 복수의 다중-영역 태양광 모듈들에 의해 지붕 외피(roof envelope)의 코스들이 형성되고, 지붕 외피의 코스들의 단부들에는 복수의 광전지 지붕 타일들의 개별 부재들이 배열되고, 복수의 다중-영역 태양광 모듈들과 복수의 광전지 지붕 타일들은 서로 전기적으로 연결되어 태양광 어레이를 형성함 - 을 포함하는 BIPV 루핑 시스템에 관한 것이다. 특히, 복수의 다중-영역 태양광 모듈들의 개별 다중-영역 태양광 모듈들은 제1 PV 영역; 제2 PV 영역; 제3 PV 영역 - 제1 PV 영역, 제2 PV 영역 및 제3 PV 영역은 PV 영역들 각각 사이에 이격 구역을 갖고 서로 선형으로 배열됨 -; 제1 PV 영역과 제2 PV 영역, 및 제2 PV 영역과 제3 PV 영역 사이의 이격 구역들에 대응하는 위치들에서의 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물들; 및 PV 모듈을 회로와 전기적으로 연결하도록 적응된 전력 연결부들을 포함한다.
일부 양태들에서, 각각의 미드랩 구조물은 브랜치형 헤드; 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 웨지 그루브는, 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및 구속 스트랩 - 구속 스트랩은, 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 - 을 포함한다. 다른 양태들에서, PV 모듈들은 또한 PV 모듈의 각각의 PV 영역의 밑면에 커플링된 트랙 장착 구조물들 - 트랙 장착 구조물들은 단일 축을 따라 정렬됨 -; 트랙 장착 구조물들 내에서 슬라이딩 가능하게 래치하도록 구성된 배튼 후크들 - 배튼 후크들은 트랙 장착 구조물들 내에 장착되어, 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼들에 기계적으로 고정시키도록 배열됨 -; 및 PV 모듈의 밑면에 고정되어, 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼들에 기계적으로 커플링시키도록 적응된 오프셋 구조물들을 포함한다. 추가적인 양태들에서, 배튼 후크들 각각은 후크 본체; 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지 및 상부-후단 레지; 및 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지를 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 각각의 트랙 장착 구조물은 레일을 가질 수 있고, 레일은 배튼 후크의 상부-전단 레지와 상부-후단 레지 사이의 레일 갭에 끼워지도록 구성되어, 배튼 후크가 레일을 따라 슬라이딩하고, 기저 지붕 구조물 상의 배튼에 다중-영역 PV 모듈을 고정시키도록 구성된다. 또한, BIPV 루핑 시스템은 다중-영역 태양광 모듈들 사이의 갭들에 배열되는 복수의 광전지 지붕 타일들의 개별 부재들을 가질 수 있다.
추가적인 실시예들에서, 본 개시내용은 다중-영역 태양광 모듈을 조립하는 방법으로서, 3개의 광전지 영역을 선형 배열로 갖고, 각각의 광전지 영역 사이에 갭 섹션들을 갖는 모듈을 제공하는 단계; 각각의 광전지 영역 내에 2개의 쌍을 이루는 태양광 전지를 설정하는 단계; 인접한 광전지 영역들에서 쌍을 이루는 태양광 전지들을 전기적으로 및 구조적으로 연결하는 단계; 3개의 광전지 영역 각각의 밑면에 트랙 구조물을 부착하는 단계 - 트랙 구조물은 단일 축을 따라 정렬되고, 각각의 트랙 구조물은 레일을 가짐 -; 각각의 레일 상에 배튼 후크를 장착하는 단계 - 각각의 배튼 후크는 각각의 개개의 레일의 길이를 따라 슬라이딩 가능함 -; 및 전력 출력들을 모듈 내에 설정된 가장 바깥쪽 태양광 전지들에 연결하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 일부 양태들에서, 각각의 갭 섹션은 약 3센티미터 폭이다. 다른 양태들에서, 방법은 또한 각각의 갭 섹션에서 모듈의 밑면에 미드랩 구조물을 부착하는 단계를 추가로 포함한다. 특히, 미드랩 구조물은 브랜치형 헤드; 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 웨지 그루브는, 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및 구속 스트랩 - 구속 스트랩은, 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다. 추가적인 양태들에서, 방법은 또한 PV 모듈의 밑면에 오프셋 구조물들을 고정시키는 단계를 포함할 수 있고, 오프셋 구조물들은 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼에 기계적으로 커플링시키도록 적응된다. 일부 양태들에서, 배튼 후크들 각각은 후크 본체; 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지 및 상부-후단 레지; 및 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지를 갖도록 형성된다.
본 개시내용의 예시적인 양태들은 다음의 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 본 명세서에 개시된 실시예들 및 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되도록 의도된다.
도 1a는 지붕에 설치된 종래 기술의 광전지 어레이의 예를 도시한다.
도 1b는 예시적인 종래 기술의 광전지 모듈을 도시한다.
도 2a는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈들을 갖는 부분적으로 설치된 빌딩 일체형 광전지 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2b는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈들을 갖는 완전히 설치된 빌딩 일체형 광전지 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2c는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 예시적인 다중-영역 광전지 모듈의 전력 그리드 출력에 대한 연결을 도시하는 혼합된 개략적인 블록도이다.
도 3a는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 3개의 PV 영역을 갖는 예시적인 다중-영역 광전지 모듈의 상부면 사시도를 도시한다.
도 3b는, 본 개시내용의 양태들에 따른, 도 3a에 도시된 바와 같은 예시적인 다중-영역 광전지 모듈의 하부면 사시도를 도시한다.
도 3c는 본 개시내용의 양태들에 따른 예시적인 다중-영역 광전지 모듈의 측 단면도를 도시한다.
도 4는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈의 밑면에 배튼 후크를 장착하기 위한 제1 예시적인 트랙을 도시한다.
도 5는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈의 밑면에 배튼 후크를 장착하기 위한 제2 예시적인 트랙을 도시한다.
도 6은, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈을 장착하기 위한 예시적인 배튼 후크를 도시한다.
도 7은, 본 개시내용의 양태들에 따라, 다중-영역 광전지 모듈의 밑면에 장착하기 위한 예시적인 오프셋을 도시한다.
도 8은, 본 개시내용의 양태들에 따라, 오프셋, 트랙 및 배튼 후크를 갖고 지붕의 배튼들에 장착된 PV 유리의 예시이다.
도 9a는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 미드랩 구조물들을 갖는 다중-영역 플렉서블 광전지 모듈의 밑면의 예시적인 개략도를 도시한다.
도 9b는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 도 9a에 도시된 다중-영역 플렉서블 광전지 모듈의 예시적인 개략적 후면 측면도를 도시한다.
도 9c는, 본 개시내용의 양태들에 따라, 도 9a에 도시된 다중-영역 플렉서블 광전지 모듈의 예시적인 개략도의 상세 섹션을 도시한다.
도 9d는 본 개시내용의 양태들에 따른 미드랩 구조물 및 미드랩 구조물의 가역적 구성들의 개략도이다.
본 개시내용은 광전지 루핑 시스템들 및 연관된 시스템들 및 방법들의 다양한 실시예들을 설명하며, 특히, 빌딩 일체형 광전지 루핑 시스템들의 구축에 대해 설명한다. 일부 실시예들은 빌딩 일체형 광전지 모듈 어셈블리들 및 연관된 시스템들 및 방법들을 구축하는 것에 관한 것이다. 다양한 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 시스템들은 종래 시스템들의 비용들을 낮추며, 여기서 광전지(photovoltaic)("PV") 시스템이 지붕 위에 설치되는 동시에, PV 지붕 시스템, 특히, 빌딩 일체형 광전지("BIPV") 시스템에 개선된 심미감을 제공할 수 있다.
본 기술의 다양한 실시예들에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 다음의 설명 및 도면들에 특정 세부 사항들이 제시된다. 그러나, 종종 PV 시스템들, 지붕들 등과 연관된 공지된 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부 사항들은 본 기술의 다양한 실시예들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 아래에 설명되지 않는다.
PV 시스템들의 설치 프로세스의 속도 및 효율성, 설치된 PV 어레이의 시각적 심미성뿐만 아니라, PV 시스템들 및 어레이들의 탄성력 및 작동 수명을 개선시킬 지속적인 필요성이 존재한다. 본 개시내용에 의해 고려되는 혁신들은 일반적으로 3개의 PV 타일(또는 슁글)과 동일한 폭에 걸쳐 있는 다중-영역 PV 모듈을 채택하며, 이는 설치 시간을 감소시키고, 시각적으로 매력적이며, 각각의 PV 모듈의 기능 수명을 개선시킬 수 있는 비-강성 피처들을 포함하는 구조적 컴포넌트를 제공한다. 특히, 본 명세서에 개시된 다중-영역 PV 모듈의 유연성은 PV 모듈들의 에지들이 어레이의 일부로서 배열될 때 이들을 조정할 수 있는 느슨함 및 능력으로 인해 용이한 설치를 허용하여, 설치 및 어셈블리 프로세스를 개선함으로써, 일반적으로 종래의 강성 PV 구조물의 어셈블리보다 시간이 덜 소요되게 한다. 또한, 모듈에 구축되지만, 서로 구별되고 마치 물리적으로 분리된 것처럼 보이도록 이격된 3개의 PV 타일을 갖는 것과 동등한 폼 팩터를 갖는 다중-영역 PV 모듈은 설치 시간을 개선시키고(한 번에 한 개만 설치하는 것과 대조적으로, "3개의 PV 타일"을 한 번에 설치), 개별 지붕 타일들 위의 커넥터 수들을 감소시키는 동시에, 시각적으로 만족스러운 지붕 구조물을 평균적인 관찰자에게 제공한다. 다중-영역 PV 모듈들의 유연성으로 인해, 환경적 스트레인들(예를 들어, 윈드 시어(wind shear), 업리프트, 열 팽창 및 수축 등), 및 다중-영역 PV 모듈의 쌍을 이루는 태양광 전지들 또는 PV 타일들 사이에 제공되는 틸팅 자유도 범위로 인한 고르지 않은 지붕 표면들을 양호하게 견딜 수 있는 구조를 생성할 수 있다. 특히, 본 개시내용의 다중-영역 PV 모듈들은 보강된 플렉서블 영역을 가지므로, 다중-영역 PV 모듈들은 설치 및 작동 수명에 대한 유연성의 이점들을 유지하면서, 물리적 마모 및 스트레스로부터 다중-영역 PV 모듈들의 개별 영역들 사이의 공간들을 추가로 보호하는 보강 구조물들로 유연성의 정도를 제어한다. 이러한 이점들에 대한 추가적인 세부 사항들이 아래에서 논의된다.
도면들에 도시된 많은 세부 사항들, 치수들, 각도들 및 다른 피처들은 단지 특정 실시예들을 예시한 것에 불과하다. 따라서, 다른 실시예들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 세부 사항들, 치수들, 각도들 및 피처들을 포함할 수 있다. 본 기술의 다양한 실시예들은 또한 도면들에 도시된 것들 이외의 구조들을 포함할 수 있고, 도면들에 도시된 구조들에 명백하게 제한되지 않는다. 또한, 도면들에 도시된 다양한 엘리먼트들 및 피처들은 실제 사이즈대로 그려지지 않을 수 있다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나, 또는 적어도 일반적으로 유사한 엘리먼트들을 식별한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "실질적으로"라는 용어는 액션, 특징, 특성, 상태, 구조, 아이템 또는 결과의 완전하거나 거의 완전한 정도를 지칭한다. 예를 들어, 다른 객체와 높이가 "실질적으로" 균일한 객체는 객체들이 높이가 완전히 또는 거의 완전히 균일하다는 것을 의미할 것이다. 절대적인 완전성으로부터의 허용 편차 정도는 일부 경우들에서는 특정 맥락에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 말하자면, 완료의 근접성은 절대적이고 전체적인 완료가 획득된 것과 같이 동일한 전체 결과를 갖게 될 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "약"이라는 용어는 주어진 값이 값의 "위" 또는 "아래"일 수 있음을 제공함으로써 수치 범위 종점에 유연성을 제공하기 위해 사용된다. 예를 들어, 약에 의해 수정된 주어진 값은 주어진 값에 대해 ±10%일 수 있다.
본 개시내용 및 청구 범위 전체에 걸쳐 사용되는 경우, "일반적으로"라는 용어는 "대략" 또는 "가까이" 또는 "근접도 또는 범위 내"의 의미를 갖는다. 본 명세서에서 사용된 "일반적으로"라는 용어는 수정하도록 선택된 용어에 대한 모호하거나 부정확한 확장이 아니라, 첨부된 청구 범위를 다른 방식으로 실시하고자 하되, 사소하거나 중요하지 않거나 작은 변형들에 의해 이들을 피하려고 하는 사람들에게 지향되는 명확성 및 잠재적인 정지 갭으로서 의도된다. 이러한 모든 중요하지 않거나 중요하지 않거나 작은 변형은 "일반적으로"라는 용어를 사용하여 첨부된 청구 범위의 일부로 커버되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "빌딩 일체형 광전지 시스템" 또는 "BIPV"라는 용어는 일반적으로 건축 재료들과 통합되어 빌딩 외피의 적어도 일부를 형성하는 광전지 시스템들을 지칭한다. 예를 들어, BIPV 시스템은 빌딩의 지붕 또는 루핑 막을 형성할 수 있다. 본 명세서에 설명된 BIPV 시스템들은 개장(retrofit)될 수도 있고, 새로 건축된 지붕의 일부일 수도 있고, 또는 이들의 조합일 수도 있다. 이러한 빌딩 일체형 광전지 구조물들은 대안적으로 빌딩 일체가능형 광전지(building integrable photovoltaic)("BIP") 또는 빌딩 적용형 광전지들(building applied photovoltaics)("BAPV")로 지칭될 수 있다. 실제 빌딩 외피(예를 들어, 지붕 막)의 일부로서 부분적으로 사용되는 BIPV 시스템의 컴포넌트들은 지붕 표면에 방수가 되는 또는 실질적으로 방수가 되는 시일을 제공할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 본 BIPV 시스템의 구조적 엘리먼트들을 구별하기 위해, "태양광 전지"라는 용어는 태양광 에너지 수집 엘리먼트들을 갖는 시스템의 구조물들을 지칭하고, "PV 지붕 타일"이라는 용어는 단일 구조 지붕 타일에 장착 또는 접착된 이러한 태양광 수집 엘리먼트들을 지칭하고, "PV 모듈"이라는 용어는 태양광 전지들, PV 모듈의 PV 영역들 및/또는 단일 구조물 유닛의 일부로서 서로 기계적으로 및 전기적으로 연결되는 다른 PV 유닛들의 세트를 지칭한다. PV 모듈과 관련하여, "PV 영역"이라는 용어는, 각각 PV 지붕 타일과 유사하게 보일 수 있고 단일 PV 지붕 타일과 유사하게 태양광 전지들을 지지하도록 구성되는 PV 모듈들의 섹션들을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "업-루프(up-roof)" 및 "다운-루프(down-roof)"라는 용어들은 본 명세서에 설명된 시스템들이 그 일부 상에 및/또는 그 일부로부터 설치되는 지붕 또는 루핑 표면에 대해 또는 이와 관련하여 방위, 방향, 포지션 또는 기준점을 제공하는 데 사용된다. 업-루프는 일반적으로 지붕 릿지에 상대적으로 더 가까운 방위 또는 부분을 지칭하고, 다운-루프는 지붕 처마와 상대적으로 더 가까운 방위 또는 부분을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"의 단수 형태들은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 형태들을 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어들은, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 피처들, 정수들, 단계들, 동작들, 엘리먼트들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
"밑(beneath)", "아래(below)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 본 명세서에서 도면들에 도시된 바와 같은 하나의 엘리먼트 또는 피처의 다른 엘리먼트(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 설명의 편의상 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 방위에 더하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 방위들을 포함하는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들에서 디바이스가 뒤집히는 경우, 다른 엘리먼트들 또는 피처들 "아래" 또는 "밑"에 있는 것으로 설명된 엘리먼트들은 그 후 다른 엘리먼트들 또는 피처들 "위"로 배향될 것이다. 따라서, "아래"와 같은 용어는 그 사용 맥락에 따라 위와 아래 방위를 모두 포함할 수 있다. 디바이스는 다른 방식으로 배향(예를 들어, 90° 또는 다른 방위들로 회전)될 수 있고, 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 서술어들은 이에 따라 해석된다.
"제1", "제2" 등의 용어들은 본 명세서에서 다양한 엘리먼트들, 컴포넌트들, 영역들, 층들 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 이들 용어들은 하나의 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션을 다른 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 교시들을 벗어나지 않고 제2 엘리먼트, 컴포넌트, 영역, 층 또는 섹션으로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "및/또는" 및 "중 적어도 하나"라는 용어들은 연관된 열거된 아이템들 중 하나 이상의 것의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.
일반적으로, PV 모듈들은 단결정질 태양광 패널들 또는 다결정질(다중-결정질) 태양광 패널들 중 어느 하나 또는 둘 다일 수 있는 결정질-기반 태양광 패널들을 포함한다. 이러한 PV 모듈들의 태양광 에너지 수집 표면을 형성하는 라미네이트 또는 웨이퍼는 구조적으로 지지하는 타일들에 기계적으로 커플링, 접착 또는 본딩될 수 있다. 일부 실시예들에서, PV 모듈들은 비정질 실리콘 또는 태양광 에너지 수집 라미네이트들의 박막 변형들, 또는 연속 시트들로서 직접 적용되는 박막 태양광 재료들의 층들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 태양광 전지들 및 라미네이트들을 포함할 수 있는 본 명세서에서 고려되는 PV 엘리먼트들은, 아래에서 설명되는 바와 같이, PV 모듈들과 같은 더 큰 태양광 어레이들 및/또는 빌딩 구조물들을 형성하기 위해 조합되어 사용될 수 있는 개별 구조물들을 갖는다. 대안적으로, 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride), 구리-인듐-갈륨-디셀레니드(copper-indium-gallium-diselenide)("CIGS"), 또는 비정질 박막 실리콘과 같은 박막 PV 모듈들이 사용될 수 있다. 또 추가적인 실시예들에서는, 페로브스카이트(perovskite) 또는 아직 비-상업적인 재료들과 같은 다른 것들에 기초한 셀들이 사용될 수 있다. 임의의 주어진 설비에 사용되는 특정 타입의 전지 기술이 본 개시내용과 관련하여 태양광 에너지 수집 기능 및 심미적 품질 모두에 대해 선택될 수 있다.
본 개시내용은 다중-영역 PV 모듈의 특정 구현 및 추가로 이러한 모듈들과 함께 지붕 상에 PV 어레이들을 조립하는 것에 관한 것이다. 많은 실시예들에서, 이러한 PV 어레이들은 BIPV 루핑 시스템들로서 구성된다. 여러 양태들에서, 본 PV 모듈은 3개의 PV 영역으로 형성되며, 각각의 PV 영역은 그 안에 장착된 태양광 전지들을 갖는다. PV 영역들은 일반적으로 선형으로 구성되어, PV 모듈에 길어진 형상을 제공한다. 본 명세서에서 고려되는 PV 모듈들은 3-PV 영역 실시예들에 제한되지 않고, 2개, 4개 또는 5개 이상의 PV 영역을 갖는 모듈들을 포함할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 이러한 PV 모듈들로 형성된 PV 또는 BIPV 어레이들은 또한, 전체 PV 어레이의 특정 간격, 갭들 또는 에지들에 적절한 경우, PV 모듈들과 조합하여 배치된 단일 PV 지붕 타일들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, PV 모듈의 PV 영역들 각각 사이의 접합부 또는 계면은 인접한 PV 영역들 사이의 유연성 및 구부러짐 정도를 허용하도록 구성되며, 이는 이러한 PV 모듈들을 사용한 PV 어레이 설치 수명 동안 어셈블리 및 탄성력에서 이점들을 제공한다. 일부 양태들에서, PV 영역들 사이의 접합부들에서의 PV 모듈들의 유연성은 PV 모듈들이 기저 지붕 표면의 윤곽을 따라갈 수 있게 하여(완벽하게 평평하지는 않을 수 있음), 보다 양호하게 끼워지고 보다 확실하게 시일된 지붕 외피를 형성할 수 있게 한다. 표준 구조의 지붕 타일들과 마찬가지로, BIPV 구현들의 경우, 이러한 건축 엘리먼트들은 종종 기존 지붕, 예를 들어, 그 수명이 다한 원래 지붕을 교체하는 재-루핑 작업의 일부로서 지붕의 외피를 형성하는 데 사용된다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 플렉서블 다중-영역 PV 모듈은, 3개의 타일 폭의 구조물 유닛을 갖는 PV 어레이를 조립(또는 분해)하는 것이 유사한 PV 어레이를 한 번에 하나의 타일로 조립하는 것보다 종종 더 빠르기 때문에, 개선된 건축 용이성을 제공한다. 일부 대안적인 실시예들에서, 모듈들은 2개의 타일, 4개의 타일, 5개의 타일 또는 6개 이상의 타일(모두 아래에서 설명되는 실시예들과 유사한 방식으로 연결되고, 모두 유사한 구조적 및 전기적 연결 고려 사항들을 가짐)을 가질 수 있다. BIPV 루핑 시스템은 단일 PV 타일 컴포넌트들과 함께 3-타일-폭의 플렉서블 PV 모듈들을 사용할 수 있으며, 여기서 단일 PV 타일들은 기저 지붕 상의 사이즈 또는 구성으로 인해 3-타일-폭의 플렉서블 PV 모듈이 끼워지지 않을 수 있는 에지들 또는 위치들에서 지붕 상에 배치될 수 있다. 기저 지붕 구조물은 플렉서블 PV 모듈들 및 단일 PV 타일 컴포넌트들과 결합하여 BIPV 루핑 시스템의 지붕 외피를 형성할 수 있다.
모든 지붕 표면들 위에 분포된 PV 엘리먼트들은 깔끔하고, 일반적으로 연속적이고, 우아한 시각적 균일성을 가질 수 있다. 지붕 표면의 PV 엘리먼트들의 밀도를 조정하면 전체 지붕의 외관과, 통상적으로 킬로와트(kW) 또는 킬로와트-시(kWh)로 측정되는 지붕의 태양광 어레이 에너지 생산 모두를 변경시킨다. 따라서, PV 엘리먼트들의 밀도는 일관된 시각적 심미성을 갖고 PV 엘리먼트들의 균일한 분포를 유지하면서, 원하는 킬로와트-시의 생산 목표를 달성하도록 조정될 수 있다. 일부 양태들에서, PV 엘리먼트들은 지붕의 표면에 무작위, 반-무작위 또는 비-규칙적 패턴으로 분포되어, 심미적으로 만족스러운 깔끔함, 일반적인 연속성 및 우아한 외관을 달성할 수 있다.
이제 도면들을 참조하면, 본 개시내용의 실시예들과 대조적으로, 도 1a는 지붕(100) 상에 설치된 예시적인 종래 기술의 PV 어레이를 도시한다. 도 1a의 예시적인 PV 어레이는 6개의 태양광 패널(101) 또는 모듈을 포함하며, 이들(세부적으로 도시되지는 않음)은 캘리포니아 팔로 알토에 기반한 Tesla, Inc.(구 SolarCity)와 같은 태양광 설치자들에 의해 현재 채택된 바와 같이, 다양한 공지된 레일 기반 또는 레일 프리 장착 시스템들 중 하나를 사용하여 지붕(100) 상에 장착된다.
도 1b는 하나의 타입의 종래의 태양광 패널(101)을 더 상세하게 도시한다. 태양광 패널(101)은 종래의 실리콘계 전지들과 함께 p-도핑 및 n-도핑된 실리콘 층들의 실리콘 샌드위치를 구성하는 PV 라미네이트(102), 라미네이트를 보호하는 상부 유리 시트, 및 복수의 층들을 포함할 수 있는 후면 시트 - 및 PV 라미네이트(102)를 지지하는 강성 금속 프레임(103) - 를 포함한다. 도 1b에 단일 구조로서 도시되지만, 라미네이트(102)는, 와이어에 의해 함께 연결되어 상부 유리 시트 아래에서 단일 유닛을 형성하는 복수의 개별 태양광 전지들을 포함할 수 있다. 도 1b에 도시된 예에서, 프레임(103)은 모든 면들에서 프레임(103)의 외부 표면을 둘러싸는 그루브(104)를 갖는 그루브형 프레임이다. 모듈(101)과 같은 그루브형 프레임 모듈들은 캘리포니아 팔로 알토의 Tesla, Inc.에 의해 제조 및 판매된다. 이러한 모듈에서, 그루브(104)는 다른 장착 하드웨어(예를 들어, 레벨링 풋(leveling foot), 인터록(interlock))를 부착하여 모듈들을 함께 결합시키고 지붕 표면 위에서 모듈들을 지지하기 위한 메커니즘으로서 역할한다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 패널(101)이 또한 평탄한 비-그루브형 프레임을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 비-그루브형 프레임들은 통상적으로 서로 상호 연결되고, 프레임의 상부 에지와 하부 에지 사이를 클램핑하는 커넥터들을 사용하여 지붕에 연결된다.
이러한 타입들의 프레임형 PV 모듈들은 그들의 구조적 기능을 달성하지만, 일부 잠재 고객들에게는 심미적으로 차선책이며, 재료 사용 비효율성들을 갖는다. 먼저, 도 1a에 도시된 것과 같은 종래의 PV 시스템들은 통상적으로 기존 지붕의 일부가 아닌 기존 지붕 위에 설치되어, PV 어레이가 그것이 위에 설치되는 지붕의 부분의 대부분을 쉴드할 것이기 때문에, 본질적으로 중복되는 구조물을 필요로 한다. 둘째, 종래 시스템들은 일부 사람들에 의해 매력이 없고, 고르지 못하고, 불연속적이고, 및/또는 이질적인 심미감을 갖는 것으로 간주된다. 종래의 PV 모듈들은 대개 다결정질 실리콘 구조물을 나타내는 청색과 단결정질 실리콘 또는 박막 구조를 나타내는 흑색의 두 가지 컬러 중 하나로 된다. 대안적으로, 박막 태양광 재료들은 연속적인 시트들로 퇴적되고, 통상적으로 흑색이다. 금속 프레임 부분은 지붕 표면과 혼합되는 것을 돕도록 흑색으로 칠해질 수 있고, 또는 어느 경우에서든 단순히 미가공 알루미늄일 수도 있으며, 태양광 패널들로 덮인 지붕의 일부의 모양과 지붕의 나머지 사이의 대비는 일반적으로 꽤 인상적이다. 종래의 PV 어레이가 타일 지붕 상에 장착될 때, 이러한 대비는 특히 거슬릴 수 있는데, 왜냐하면 타일 지붕은 컬러 및 텍스처뿐만 아니라 윤곽도 상이할 것이기 때문이다. 결과적으로, 이 두 개의 상이한 표면들 사이의 반사도, 고도, 높이 및/또는 컬러의 상대적인 차이들로 인해, 매우 먼 거리들로부터 보일 수 있는 태양광 패널들로 지붕들이 부분적으로 덮여 있다.
일체형 광전지 어레이들을 구축하는 다중-영역 태양광 모듈
본 명세서에서 논의된 바와 같이, PV 영역들의 일부로서 통합되어 차례로 플렉서블 PV 모듈들을 구성하는 태양광 전지들이 지붕, 특히, 균일한 타일 지붕의 외관 및 심미감을 갖는 태양광 지붕의 주요 표면을 구성하도록 함께 연결되고 배치될 수 있다. PV 영역들이 개별적으로 태양광 전지들을 포함하도록 함으로써, PV 영역들은 PV 모듈들을 통해 지붕의 일부를 형성하기 때문에, 지붕 표면으로부터 약간 상승된 전통적인 "오버-루프(over-roof)" 어레이들과 비교하여 이점들이 획득될 수 있다. 예를 들어, 적어도 구축된 BIPV 태양광 어레이가 기존 지붕 위에 제2 구조물을 필요로 하지 않기 때문에, 지붕의 프레임 구조물에 직접 구축되는 PV 모듈들로 형성된 지붕 표면들은 오버-루프 설치들보다 가벼울 수 있다. 또한, 재-루핑 설치 시에 교체되고 있는 지붕은 구형이거나 전통적인 지붕 타일들을 PV 모듈들(및 임의적으로는, 일부 PV 지붕 타일들)로 교체할 수 있어, 재-루핑 설치에 필요한 재료의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 전기 연결부들, 접합 박스들 및 배선들이 일반적으로 이러한 BIPV 어셈블리들의 PV 지붕 타일들 또는 PV 모듈들 아래에 하우징되어, 강수량, 바람 및 과도한 열로부터 이러한 컴포넌트들을 보호하고, 관찰자로부터 이러한 컴포넌트들을 추가로 숨겨서, 전체적인 BIPV 시스템을 시각적으로 매력적이거나 균일하게 할 수 있다.
BIPV 태양광 어레이들의 설계자들은 일반적으로 토폴로지 차이가 덜 급격하도록 하여, 지붕의 영역들 상에서 시각적으로 눈에 띄는 높이 차이들을 감소시킴으로써, 종래의 온-루프 PV 시스템들에 비해 이점들을 제공하고자 한다. 그러나, 이전 구현들의 BIPV 시스템들이 태양광 재료들과 표준 루핑 재료들 사이의 눈에 띄는 차이들을 효과적으로 최소화하여 현재 개시된 시스템과 동일한 방식으로 전체 PV 시스템을 형성하는 추가적인 시각적 품질들 또는 설계들을 반드시 제공할 필요는 없다. 사실, 이들은 통상적으로 상당히 상이하다. 본 개시내용의 실시예들은 PV 모듈 내의 개별 타일형 영역들 내에 포함되고 스트링들 또는 다른 회로들에 전기적으로 연결된 태양광 전지들을 갖는 BIPV 시스템을 제공하며, 이는 적어도 태양광 엘리먼트들과 루핑 재료들이 조합되어 태양광 컴포넌트들과 표준 건축 재료들 사이의 차이들을 최소화하거나 감추는 레이아웃으로 조립된다는 점에서 시각적으로 매력적이다.
본 시스템의 이점의 일부는 설치 프로세스가 타일 지붕을 배치하는 대부분의 간단한 특성을 구현하고, (개별 PV 영역들 내의) 플렉서블 다중-영역 모듈들 상의 PV 엘리먼트들을 고려하고, PV 모듈들 상의 태양광 전지들 사이에 전기 연결부들을 만들고, 따라서 단지 최소한의 추가 작업과 교육만을 필요로 한다는 점이다. 개별 타일 모듈들보다 설치가 더 빠른 것 외에, N-타일 부분 PV 모듈의 개별 타일 부분들 사이에 구축 유연성을 가짐으로써 지붕 평면의 변동들이 보상되게 할 수 있다. N개의 상호 연결된 타일 부분으로 구성된 강성 PV 모듈은 설치를 통해 이러한 변동들을 전파하여, 시각적으로 고르지 않은 설치를 초래한다. 본 명세서에서 고려되는 BIPV 타일 지붕은 표준 타일 지붕과 일반적으로 동일한 방식, 예를 들어, 지붕의 프레임 엘리먼트들에 언더레이먼트 또는 다른 덮개를 고정 및 시일링하는 것, 지붕 프레임의 일부들에 필요한 배튼들을 추가하는 것, 지붕의 주요 표면을 형성하도록 모듈들 및/또는 타일들을 설치하는 것, 필요에 따라 장애물들(예를 들어, 굴뚝들, 채광창들, 환기구들 등) 주위에서 작동하는 것, 및 지붕의 번쩍거리는 또는 다른 트림 구조물들과 결합하여 릿지 및 에지 타일들을 설치하는 것으로 장착된다. 각각의 PV 모듈은 태양광 지붕의 다른 전기 컴포넌트에 연결하기 위한 개개의 V + 및 V- 전력 출력을 추가로 포함한다. 셀 대 셀 연결들은 모듈들 내에서 내부적으로 보호된다. 본 시스템에서, PV 모듈들은 무게, 열 발생, 전자 장치들을 연결하는 능력, 및 지붕 표면의 일부로서 역할하는 유지 강도의 측면에서 타일형 영역들 내에서 PV 엘리먼트들을 수용하고 지지할 수 있는 구조적 무결성을 가져야 한다. 사용되는 모듈들 및 타일들은 업계에서 공지된 바와 같이 표준 사이즈들일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 고려되는 시스템들에 사용되는 모듈들 및 타일들은 청색, 흑색들, 회색들, 갈색들 및 천연 점토 채색들을 포함하되, 이에 제한되지 않는 PV 엘리먼트들과 매칭 또는 혼합하기 위한 광범위한 컬러들을 가질 수 있다. 타일 대신 슁글들과 매치되도록 성형되는 대응하는 PV 모듈을 사용하면 슁글 지붕들에 동일한 이점들이 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
많은 양태들에서, 본 개시내용의 실시예들은 3개의 별개의 PV 타일 영역에 근접하거나 기능적으로 유사한 3개의 영역을 갖는 다중-영역 PV 모듈들에 관한 것이다. 각각의 개별 영역 사이의 섹션들은 플렉서블 구조로 되어 있어, PV 모듈이 PV 어레이에 설치되거나 이로부터 제거되는 동안 구부러지게 할 수 있다. PV 어레이의 일부로서, 예를 들어, 지붕 상에서는, 이러한 PV 모듈들의 행들 및 코스들이 별개의 PV 지붕 타일들의 행들처럼 보일 수 있으며, 실제로 이러한 심미감은 바람직하다. 3개의 PV 영역을 갖는 본 명세서에서 고려되는 플렉서블 다중-영역 PV 모듈들의 경우, 이러한 PV 모듈들은 대안적으로 "3-타일" 모듈들, "직렬 트리플" 모듈들 등으로 지칭될 수 있다.
도 2a는 지붕 표면(202)의 일부로서 평면으로 설치된 다중-영역 PV 모듈들(204)을 갖는 부분적으로 설치된 예시적인 BIPV 시스템(200)의 개략도를 도시한다. 도 2b는 다중-영역 PV 모듈들(204)을 갖는 완전히 설치된 BIPV 시스템(200)의 개략도를 도시한다. BIPV 시스템(200)은 지붕 표면(202)의 길이를 따라 수평 행들 또는 코스들로 PV 모듈들(204)로부터 배열된다. 예시적인 BIPV 시스템(200)의 각각의 PV 모듈(204)은 3개의 PV 영역(205)을 포함하고, 여기서 각각의 PV 영역(205)은 2개의 태양광 전지(206)를 포함한다. 각각의 PV 모듈(204)은 3개의 개별 인접 PV 지붕 타일의 외관을 시뮬레이션하거나 복제하는 외관을 갖는다. PV 모듈들(204) 상의 PV 영역들(205) 사이 및 인접한 모듈들 사이의 분리는 인접한 종래의 지붕 타일들 사이에 존재하는 이음새들 또는 파단(break)들의 폭 및 외관을 모방할 수 있다. 다시 말해서, PV 모듈(204)의 개별 PV 영역들(205) 사이의 타일 간 갭들은 어레이가 전체적으로 개별 지붕 타일들(PV 또는 비-PV 지붕 타일들)로 구성된 것처럼 보이도록 인접한 PV 모듈들(204) 사이의 거리를 모방하도록 설정될 수 있다. 지붕 표면(202)은 지붕 표면(202)의 상부에 릿지 플래싱(208)을, 지붕 표면(202)의 바닥에 플래싱(210)을 추가로 포함한다. 플래싱(208)은 PV 모듈들(204)의 상부 코스의 와이어들 및 지붕/배튼 연결부들을 숨길 수 있고, 또한 어레이 아래에 환기 장치를 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, PV 모듈들(204)의 수직으로 인접한 코스들은 타일 영역의 폭의 절반만큼 서로로부터 오프셋될 수 있어서, PV 모듈들(204)의 2개의 수직으로 인접한 행 사이의 겉보기 이음새들 또는 파단들이 종래의 비-태양광 지붕 타일들에서 일반적으로 수행되는 바와 같이 지붕 표면(202)의 전체 경사를 따라 단일 이음새 또는 파단의 외관을 형성하지 않게 된다. 오히려, PV 모듈들(204)의 수직으로 인접한 행들은 교번하는 이음새들의 패턴을 형성할 수 있으며, 여기서 인접한 PV 모듈들(204) 사이의 파단들은 서로 상대적으로 등거리에 있다. 대안적인 실시예들에서, PV 모듈들(204)의 수직으로 인접한 코스들은 타일 영역의 폭의 1/3만큼 서로로부터 오프셋될 수 있어, 다시 PV 모듈들(204)의 2개의 수직으로 인접한 행들 사이의 겉보기 이음새들 또는 파단들이 종래의 비-태양광 지붕 타일들에서 일반적으로 수행되는 바와 같이 지붕 표면(202)의 전체 경사를 따라 단일 이음새 또는 파단의 외관을 형성하지 않게 된다.
지붕 표면(202)은 표준(전통적인 비-PV) 지붕 타일들(212) 또는 개별 PV 지붕 타일들(214)과 같은 다른 루핑 엘리먼트들을 추가로 포함할 수 있으며, 이들은 전체 지붕 표면(202) 내에서 사용되고 배치될 수 있다. 일부 양태들에서, 개별 PV 지붕 타일들(214)은 PV 모듈들(204) 사이의 갭들을 채우거나, 지붕 표면(202)의 에지에 가까운 PV 엘리먼트들의 행들 또는 코스들의 단부들을 마무리하거나, PV 모듈들(204)이 끼워지지 않거나 BIPV 시스템(200)에 이상적이지 않은 PV 어레이의 일부들을 지붕 표면 상에 다른 방식으로 수용 및 연결하는 데 사용될 수 있다. 다른 양태들에서, 표준 지붕 타일들(212)은 지붕 표면(202)의 에지에 가까운 PV 엘리먼트들의 행들 또는 코스들의 단부들을 마무리하거나, 지붕 표면의 PV 엘리먼트들과 지붕 표면(202)의 플래싱 또는 트림 컴포넌트들 사이의 공간들(예를 들어, 타일들의 대부분의 다운-루프 코스)을 덮거나, 타일들이 다른 지붕 구조물들(예를 들어, 환기구들, 굴뚝들 등)을 수용하기 위해 절단될 필요가 있는 지붕 표면(202)의 섹션들을 위해 사용될 수 있으며, 따라서 PV 지붕 타일(214) 또는 PV 모듈(204)을 절단하는 것은 재료들의 비효율적인 사용일 것이다. 다양한 실시예들에서, 설치 속도를 높이기 위해, 표준 지붕 타일들(212)은 N-타일 모듈들로도 형성될 수 있으며, 여기서 N은 1보다 큰 정수이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, BIPV 시스템(200)은 지붕 표면(202)의 일부로서 지붕 외피를 형성하도록 설치될 수 있으며, 여기서 PV 모듈들(204)(및 임의적인 표준 지붕 타일들(212) 및/또는 PV 지붕 타일들(214))은 배튼들(216)에 장착된다. PV 모듈들(204)(및 다른 지붕 타일링 컴포넌트들)이 본 명세서에서 논의된 다양한 하드웨어 연결들에 의해 배튼들(216)에 기계적으로 장착될 수 있다. 그러나, 지붕 구조물의 일부를 형성하는 크로스-배튼들(218)(대안적으로, "카운터-배튼들"이라 지칭됨)이 배튼들(216) 사이의 다양한 위치들에서 위치 결정될 수 있고, 배튼들(216)에 다른 방식으로 PV 모듈들(204)을 장착하는 장착 장치들과 물리적인 충돌을 생성할 것이다. 따라서, 본 명세서에 제공된 바와 같이, PV 모듈들(204)의 밑면 상에 가변 또는 조정 가능한 위치를 갖는 장착 구조물들은, 배튼들(216)에 대한 크로스-배튼들(218)의 규칙적 또는 불규칙적 배치와 상관없이, PV 모듈들을 배튼들(216)에 확실하게 장착시킬 수 있다.
여러 상이한 타입들의 PV 모듈들(204)(및/또는 PV 지붕 타일들(214))이 본 명세서에서 고려되는 바와 같이 지붕 표면(202)과 함께 사용될 수 있다. PV 모듈들(204)(및/또는 PV 지붕 타일들(214))은 돌, 석영, 슬레이트, 화강암, 세라믹, 콘크리트, 자기(porcelain), 강성 슁글, 점토, 유리, 오닉스 또는 이에 대한 복제 재료들을 포함하되, 이에 제한되지 않는 재료들로 제조될 수 있다. PV 모듈들(204)은 일반적으로 직사각형인 형상을 가질 수 있고, 임의적으로 둥근 모서리들, 날카로운 모서리들, 매끄러운 에지들, 에지들을 따른 노치들, 다양한 조합들 등을 갖는다. PV 모듈들(204)의 에지들은 추가로 경사지거나, 챔퍼(chamfer)되거나, 둥글게 되거나, 직각으로 되거나 또는 기타 등등으로 될 수 있다. 하나의 측면이 다른 측면보다 긴 PV 모듈들(204)은 PV 모듈(204)의 더 긴 에지가 일반적으로 폭 치수 지붕 표면(202)에 평행하도록 또는 PV 모듈(204)의 더 짧은 에지가 일반적으로 폭 치수 지붕 표면(202)에 평행하도록 배향될 수 있다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용되는 것으로 고려되는 PV 모듈들(204)은 기하학적으로 실질적으로 평면이지만, 다른 실시예들에서, PV 모듈들(204)은 곡선형 타일들, 배럴 타일들, s형 타일들, 스페인 타일들, 지붕의 에지들 상에 사용되는 형상의 타일들, 또는 인접한 타일들과 맞물리는 형상의 타일들을 포함하되, 이에 제한되지 않는 형상들을 모방하도록 구성될 수 있다. 추가적인 대안적인 실시예들에서, PV 모듈들(204)은 지붕 슁글들과 유사한 사이즈 및 무게를 가질 수 있고, 유리의 상부층에 직접 형성된 줄무늬의 또는 윤곽이 있는 상부 표면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 고려되는 모든 PV 모듈들(204)은 상부 표면의 둘레를 지나 연장되는 랩핑 탭들 또는 피처들로, 또는 PV 모듈들(204)의 바닥 평면 또는 표면으로부터 연장되는 과도한 트림 또는 재료 없이 형성될 수 있다.
BIPV 시스템(200)에 도시된 각각의 PV 모듈(204)은 각각의 PV 모듈(204)의 폭에 효과적으로 걸쳐 있는 각각의 PV 영역(205)의 "리빌(reveal)" 부분에 2개의 태양광 전지(206)를 도시하며, 리빌 부분은 루핑 설치의 일부로서 햇빛에 노출되는 PV 모듈들(204)의 섹션이다. 일반적으로, BIPV 시스템에서 PV 모듈들(204)의 상부 표면의 상부 또는 헤더 부분은 "랩핑" 또는 "중첩" 영역이고, 루핑 설치의 일부로서, PV 모듈들(204)의 다음 인접한 업-루프 코스의 PV 모듈들(204)(또는 다른 루핑 컴포넌트들)의 물리적으로 덮인 바닥 표면들이거나 그 바닥 표면들 아래에 있을 것이다.
태양광 전지들(206)은 본질적으로 프레임이 없거나 최소화된 프레임 구조물을 갖는 PV 모듈들(204)에 임베딩되거나 접착되어, PV 모듈들(204)이 태양광 전지들(206)을 위한 구조 기판 및 프레임 둘 다가 되게 한다. 일부 양태들에서, 태양광 전지들(206)은 모듈(204)의 헤더 부분과 같은 프레임 섹션에 전기 콘택트들을 가질 수 있지만, 이것은 임의적이다. 다시 말해서, 태양광 전지들(206)은 PV 재료의 에지들을 둘러싸거나 에워싸는, 일부 실시예들에서는, 태양 전지(206)의 상부가 아닌 바닥 및 측면들의 일부만을 둘러싸는 강성 프레임(예를 들어, 금속, 플라스틱으로 제조됨)없이 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, PV 영역들(205) 및 태양광 전지들(206)을 지지하는 모듈 프레임은 사출 성형된 플라스틱 또는 다른 적절한 경량의 내구성 좋은 전기 절연 재료로 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 태양광 전지들(206) 및 연관된 전기 커넥터들(예를 들어, 버스 바들)은, 열가소성 폴리올레핀(thermoplastic polyolefin)(TPO)과 같은 투명한 폴리머 층들 사이에 임베딩되고 전면 및 후면 태양광 유리 플레이트들 사이에 추가로 개재된 실리콘 층들로부터 형성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 BIPV 시스템(200)은 PV 모듈들(204), 개별 PV 지붕 타일들(214) 및 지붕 표면(202)을 위한 구조적 외피를 형성하는 표준 지붕 타일들(212)을 포함한다. 예시적인 실시예에서, PV 지붕 타일들(214) 및 표준 지붕 타일들(212)은 대략 다중-영역 PV 모듈들(204)의 폭의 1/3인 폭을 갖는다. 함께 볼 때, BIPV 시스템(200)을 형성하는 이들 PV 모듈들은 균일한 모양 및 외관을 제공하면서 종래의 PV 시스템 설치에 내재된 복잡성을 감소시킨다. BIPV 시스템(200)은 태양광 에너지 수집 회로뿐만 아니라 구조적으로 견실한 지붕 표면(202)을 형성하는 결합된 기능을 달성한다.
다양한 구현들에서, BIPV 시스템(200)의 태양광 에너지 수집 엘리먼트들은 음영, 기저 빌딩의 방위, 지붕 표면(202)이 위치 결정되는 각도 및 피치, 또는 지붕 표면(202)의 장소를 파단할 수 있는 지붕 피처들(채광창들, 파이프들, 환기구들 등)과 같은 환경 조건들을 고려하여, 적절한 경우, 지붕 표면(202)의 일부 또는 퍼센티지를 적절히 덮을 수 있다. 일부 구현들에서, PV 모듈들(204)은 지붕 표면의 적어도 38%를 덮을 수 있다. 다른 구현들에서, PV 모듈들(204)은 지붕 표면(202)의 약 50%를 덮을 수 있다. 다른 구현들에서, PV 모듈들(204)은 지붕 표면(202)의 최대 67% 또는 지붕 표면(202)의 67%를 초과해서 덮을 수 있다. 다양한 양태들에서, PV 모듈들(204)을 갖는(또는 태양광 전지들(206)을 갖는) 지붕 표면(202)의 커버리지는 지붕 표면(202)의 33% 내지 67%, 또는 그 내에서의 지붕 표면(202) 영역 커버리지의 임의의 증분 또는 기울기일 수 있다.
지붕 표면(202)의 다른 양태들은 기능적이고 방수성인 지붕을 형성하기 위해 BIPV 시스템(200)과 인터페이스할 수 있다. 예를 들어, 릿지 플래싱(208)은 생성된 BIPV 어레이의 상부에 릿지 캡을 포함할 수 있고, 환기구, 열 소산, 와이어 관리, 및 와이어들(예를 들어, 도관들 또는 케이블들)을 위해 또는 다른 장비(예를 들어, 팬들, 환기구들, 커넥터들, 인버터들, 점퍼들, 홈-런 연결부들)를 일반적으로 숨기고 보호하기 위해 사용될 수 있다. 라이너들 또는 트림과 같은 방수 컴포넌트들이 PV 모듈들, PV 타일들 및/또는 표준 지붕 타일들 아래에 또는 이들 사이에 설정되어, 지붕 표면(202)이 빌딩의 구조물에 물이 들어가는 것을 방지하는 지붕으로서 적절히 기능하게 할 수 있다. BIPV 시스템(200)은 또한, 예를 들어, 처마 플래싱(210), 추녀 마루(hip)들, 밸리들, 굴뚝들, 도머(dormer)들 또는 지붕의 측면들(도시 생략)에서 다른 루핑 컴포넌트들(예를 들어, 플래싱, 홈통들, 환기구들, 캡들, 커버들, 트림들)을 포함할 수 있다.
도 2c는 전력 그리드 출력에 연결된 예시적인 다중-영역 PV 모듈(204)을 갖는 시스템(200)을 도시하는 혼합된 개략적인 블록도이다. 다중-영역 PV 모듈(204)의 일부로서 PV 영역들(205) 사이의 갭 섹션들(207)(대안적으로, "이격 구역들" 또는 "미드랩 섹션들"로 지칭됨)이 추가로 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 갭 섹션들(207)은 약 3센티미터(3cm) 폭일 수 있다. 다른 실시예들의 경우, 갭 섹션들(207)은 BIPV 시스템(200)이 개별 PV 지붕 타일들(214) 및 표준 지붕 타일들(212)로 구성된 지붕과 유사하거나 동일한 외관을 갖도록 PV 영역들(205)을 멀리 이격시키도록 구성된 폭을 가질 수 있다. 따라서, 다양한 양태들에서, 갭 섹션들(207)은 약 1cm 내지 약 10cm의 폭, 또는 해당 범위 내에서의 길이의 임의의 증분 또는 기울기를 가질 수 있다. 추가적인 양태들에서, 3개의 PV 영역(205)을 멀리 이격시키는 단일 PV 모듈(204) 상의 2개의 갭 섹션(207)은 폭이 동일할 수 있다. 대안적으로, 다른 양태들에서, 3개의 PV 영역(205)을 멀리 이격시키는 단일 PV 모듈(204) 상의 2개의 갭 섹션(207)은 임의의 주어진 BIPV 시스템 설치에 적절한 경우, 상이한 폭들을 가질 수 있다. 또한, 다중-영역 PV 모듈(204)의 일부로서 출구 버스 바들(209)이 도시되어 있고, 이는 PV 모듈(204)을 직렬 회로의 일부로서 전기적으로 연결할 수 있으며, 여기서 출구 버스 바들(209)은 개개의 V+ 및 V- 전력 출력들을 형성할 수 있다.
PV 모듈들(204)의 다른 실시예들에서, PV(205) 영역들과 태양광 전지들(206) 사이의 전기 연결부들은 PV 모듈(204)의 헤더 영역 내에 위치될 수 있다. 이러한 실시예들에서, 로컬 버스 바(들)(211) 또는 다른 전기 연결부들이 PV 모듈(204)의 중첩 영역에 또는 그 아래에 위치되어, 태양광 전지들(206)을 PV 모듈(204)들 전반에 걸쳐 서로 연결하고, 출구 버스 바들(209)에 추가로 연결한다. 이러한 구현들에서, 갭 섹션들(207)은 PV 영역들(205) 사이에서 임의의 것이 물리적 구조물을 직접 연결하지 않는 완전한 갭들일 수 있다. 갭 영역들(207)에서 PV 영역들(205) 사이의 빈 공간은 PV 모듈(204)에 더 큰 유연성을 부여하고/하거나, PV 모듈(204)이 갭 영역(207) 위치들에서 더 쉽게 구부러지게 할 수 있다.
일부 양태들에서, 태양광 전지들(206)을 지지하거나 이와 함께 임베딩된 PV 모듈들(204)은 PV 모듈들(204)의 바닥 표면(밑면)에 위치된, 각각의 개별 PV 모듈들(204) 상의 전기 접합 박스들(220) 또는 마이크로-인버터들(222)을 수용하도록 구체적으로 구성될 수 있다. PV 모듈들(204)을 전기적으로 연결하기 위한 배선, 케이블들, 및/또는 전력 버스들, 및 확장하여, PV 영역들(205) 내의 태양광 전지들(206)은 복수의 PV 모듈들(204)을 함께 묶을 수 있다. 기저 샛기둥들, 서까래들, 조인트들, 배튼들, 크로스-배튼들, 버트레스들 또는 지붕의 다른 인프라스트럭처와의 간섭을 피하기 위해, 이러한 전기 컴포넌트들은 물리적 충돌들을 피하는 위치들에서 PV 모듈들(204)의 밑면에 부착될 수 있다. 조합하여 또는 대안적으로, 그 밑면 상에 전기 커넥터들 또는 컴포넌트들을 포함하지 않는 비-PV 지붕 타일들(210)은 이러한 전기 커넥터들이 다르게는 기저 지붕 인프라스트럭처와 물리적으로 충돌하는 위치들에서 사용될 수 있다.
PV 모듈들(204)의 스트링은 특정 또는 원하는 수의 태양광 전지들 및 대응하는 전기 부하를 달성하기 위해 브랜치(branch)(224)로 지칭되는 서브세트 회로로서 함께 전기적으로 연결될 수 있다. 브랜치들(224)은 원하는 전압 또는 킬로와트 생산으로 구축하기 위해 특정 수의 태양광 전지들을 가질 수 있다. 예를 들어, 전기적으로 연결된 PV 모듈들(204)의 서브세트 회로는 6개(6), 12개(12), 18개(18), 24개(24), 30개(30), 36개(36) 또는 해당 수치 범위 내의 또는 그보다 많은 임의의 증분된 수의 태양광 전지들을 가질 수 있다. 60-72개의 전지 모듈을 갖는 종래의 태양광의 스트링은 집계 전압이 600-1000볼트인 12-15개의 직렬 연결된 모듈 이상을 포함할 수 있으므로, BIPV 모듈들의 단일 스트링 또는 트렁크는 유사한 집계 전압들을 달성하기 위해 4개의 모듈의 12개 이상의 브랜치를 포함할 수 있다. 이들 예시적인 서브세트 회로들은, 개별 다중-영역 PV 모듈들(204) 상에 각각 2개의 태양광 전지(206)를 갖는 3개의 PV 영역(205)의 예시적인 배열로 인해, 태양광 전지들(206)이 6의 배수들로 증가하는 구성들을 고려한다. 그러나, 추가적인 실시예들은 상기 고려된 증분들 위에서, 아래에서 또는 그 안에서 다른 수의 태양광 전지를 갖는 다중-영역 PV 모듈들(204) 실시예들을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 서브세트 회로는 서브세트 회로의 일부로서 전기적으로 연결된 6개 미만의 태양광 전지(206)를 갖는 1개 또는 2개의 PV 지붕 타일을 포함할 수 있다. 상이한 수들의 태양광 전지들을 갖는 스트링들의 다양한 실시예들은 임의의 주어진 시스템 설치에 적절한 태양광 패널들을 선택하는 데에 있어서의 유연성을 허용한다. 확장하여, 브랜치들(224)은 대안적으로 더 높은 전압 및 킬로와트 레벨들로 구축하기 위해 더 많은 태양광 전지들(206)을 가질 수 있으며, 예를 들어, 42-셀, 48-셀, 54-셀, 60-셀, 66-셀, 72-셀, 78-셀, 또는 84-셀 실시예들, 또는 그 안의 다른 증분된 수의 태양광 전지들을 가질 수 있다.
많은 실시예들에서, 브랜치들(224)은 일반적으로 직렬로 연결된 1개(1), 2개(2), 3개(3) 또는 4개(4)의 PV 모듈로 형성될 것이다. 임의의 주어진 브랜치(224)의 설치에 사용되는 PV 모듈들(204)의 수는 타겟 전압(예를 들어, 600V)에 도달하기 위해 또는 다이오드에서의 과열을 완화시키기 위해 변할 수 있다. 브랜치들(224)은 다이오드 트렁크들(226)에 연결될 수 있으며, 이는 임의의 주어진 브랜치(224)를 형성하는 모든 PV 모듈들(204)을 전기적으로 연결할 수 있다. 다이오드 트렁크(226)는 바이패스 다이오드를 하우징하며, 필요에 따라 전류를 전환함으로써 다이오드 트렁크(226)가 연결되는 브랜치(224)를 전기적으로 보호할 수 있다. 예를 들어, 다이오드 트렁크(226)는 부분적으로 음영 처리된 브랜치(224)로부터 전류를 전환할 수 있고, 따라서 지붕 표면(202) 상의 다른 PV 모듈들(204) 및 브랜치 회로들(224)에 필적하는 레벨로 전기를 생성하지 않는 태양광 전지들(206)을 갖는다. 대안적으로, 다이오드 트렁크(226)는 브랜치(224) 내에서 개방 커넥터(예를 들어, 전기 연결부들에서의 파단)를 갖는 브랜치(224)를 우회할 수 있다. 각각이 개개의 다이오드 트렁크들(226)을 통과하는 브랜치들(224)은 패스-스루 박스(pass-through box)(228)에 추가로 연결할 수 있다. 패스-스루 박스(228)는 BIPV 지붕으로부터의 광전지 배선을 기저 애틱 또는 지붕 처마의 배선으로 전환할 수 있다. 일부 구현들에서, 패스-스루 박스(228)는 급속 셧다운 디바이스(229)(rapid shutdown device)(RSD)에 추가로 연결될 수 있다. RSD(229)는 안전 또는 전기 부하 문제들에 필요한 경우 BIPV 시스템(200) 내에서 PV 모듈들(204)의 자동 분리를 허용할 수 있다.
조합하여 (임의적으로, 작은 전기 박스들, 인버터들 등과 같은 추가 컴포넌트들을 포함하여, 직렬로 또는 병렬로) 서로 전기적으로 연결된 다수의 브랜치들(224)은 지붕 표면(202)의 일부로서 태양광 어레이(230)를 형성하고, 따라서 전체 BIPV 시스템(200)을 형성한다. 태양광 어레이(230) 및 BIPV 시스템(200)에 의해 생성된 전기는 로컬 전기 그리드(232)(예를 들어, BIPV 시스템(200)이 설치된 빌딩)에 제공될 수 있다. 태양광 어레이(230) 및 BIPV 시스템(200)에 의해 생성된 전기는 공공 전기 그리드(234)에 추가로 제공될 수 있다. 접합 박스들 또는 배선/케이블 커넥터들(예를 들어, MC4 커넥터들)과 같은 추가 회로 컴포넌트들은 또한 로컬 전기 그리드(232)에 대한/로부터의 전기 부하를 제어하기 위해 브랜치들(224)에 커플링될 수도 있다.
주로 PV 모듈들(204)을 사용하는 BIPV 시스템(200)에 대한 상기와 같은 이러한 엘리먼트들의 조합은 관찰자의 눈을 산만하게 하는 최소한의 대비 지점들 또는 날카로운 에지들을 갖고 시각적으로 만족스러운 전체 지붕 외관을 제공할 수 있다. 명백한 심미적 이점은 지붕 표면(202)이 일관된 시각적 외관을 가지며, 고르지 않거나 불연속적으로 보이지 않는다는 사실을 포함한다.
이들 실시예들에서, 이러한 시스템들이 설치되는 지붕 피치들은 일반적으로 0이 아니며, (평평하지 않은) 지붕들의 각도 또는 경사를 고려하기 위해 시스템들이 설치된다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 타일들, 행들, 코스들 또는 그 어셈블리들 사이의 거리들 또는 갭들, 및 이러한 갭들이 숨겨지는 정도는 지붕 피치, 지붕 치수들, 지붕으로부터 보는 사람의 거리 및 보는 사람의 높이에 따라 달라질 것이다.
도 3a는 3개의 PV 영역(302a, 302b 및 302c)을 갖는 예시적인 다중-영역 PV 모듈(300)의 상면도를 도시한다. 다양한 실시예들에서, PV 영역들(302a/302b/302c)을 지지하는 모듈 프레임(301)은 사출 성형된 플라스틱 또는 다른 적절한 경량의 내구성 좋은 전기 절연 재료로 제조될 수 있다. 미드랩 섹션들(304)은 PV 영역들(302b 및 302c) 사이뿐만 아니라 PV 영역들(302a 및 302b) 사이에 위치된다. (이러한 PV 영역들은 일반적으로 PV 영역들(302)로 식별될 수 있다.) 예시된 바와 같이, 다중-영역 PV 모듈(300)은 반투명하므로, 장착 트랙들(500) 및 오프셋 구조물들(700)을 포함하는 다중-영역 PV 모듈(300)의 밑면 상의 구조물들 또한 표시되고, 이들 엘리먼트들은 본 명세서의 도 3b, 도 3c, 도 5 및 도 7에서 더 상세하게 설명된다.
도 3a의 상면도에서, 제1 PV 영역(302a)은 다중-영역 PV 모듈(300)의 좌측에 도시되어 있고, 제2 PV 영역(302b)에 인접하고, 이들 PV 영역들 사이에 미드랩 섹션(304)이 있다. 유사하게, 제3 PV 영역(302c)은 다중-영역 PV 모듈(300)의 우측에 도시되어 있고, 제2 PV 영역(302b)에 인접하고(제1 PV 영역(302a)과 비교하여 제2 PV 영역(302b)의 대향하는 측), 이들 PV 영역들 사이에 별개의 미드랩 섹션(304)이 있다. 제2 PV 영역(302b)은 다중-영역 PV 모듈(300)의 중심 영역으로 간주될 수 있다. 양 미드랩 섹션들(304)은 인접한 팬들, PV 영역들(305) 또는 다중-영역 PV 모듈(300)의 일부들을 연결할 수 있고, 양 미드랩 섹션들(304)은 버스 바들(310)에 의해 형성된 모듈 간 셀-대-셀 전기 연결부 또는 태양광 전지들(306) 사이의 다른 전기 연결부들을 수용할 수 있다.
도 3a에 도시된 각각의 PV 영역(302a/b/c)은 2개의 태양광 전지(306)를 수용 및 지지하도록 구성된다. 태양광 전지(306) 위에 걸쳐 있는 것은 태양광 전지들(306) 전역에서 더 큰 도전성을 제공하는 버스 바들(310)이다. 도 3a에는 슁글형 태양광 전지들이 표현되어 있지만, 본 발명의 다양한 실시예들이 전통적인 비-슁글형 전지들 또는 심지어 박막 태양광 섹션들도 활용할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 임의의 특정 태양광 전지 기술에 얽매이지 않는다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 버스 바들(310)은 미드랩 섹션들(304)을 지나거나, 그 아래에서, 또는 이를 통과하여 다중-영역 PV 모듈(300) 내의 모든 태양광 전지들(306)을 가로 질러 걸쳐 있을 수 있다. 태양광 전지들(306)에 의해 생성되고 수집된 전력을 출력하기 위해, 버스 바들(310)은 또한 다중-영역 PV 모듈(300)을 회로에 결합하기 위한 버스 바들 또는 (도 2c에 도시된 바와 같은) 다른 전기 연결 엘리먼트들과 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 PV 영역(302)은 면적이 동일하고, 특히, 폭이 동일하여, PV 모듈(300)이 3개의 개별 PV 타일 컴포넌트와 유사한 외관을 갖게 된다.
각각의 PV 영역(302a/b/c)에는 각각의 PV 영역(302) 내의 각각의 쌍의 태양광 전지들(306) 위에 별도의 개별 유리층이 추가로 덮인다. PV 모듈(300)의 전체 폭에 단일 유리층이 걸쳐 있는 것과 대조적으로, 개별 유리 층을 갖는 각각의 PV 영역(302)은 PV 모듈(300)이 이격 구역들(304)에서 구부러지고 유연하게 할 수 있다. 다양한 양태들에서, 이러한 유리층들은 태양광 전지들(306)의 일부로서 또는 태양광 전지들(306) 위에 배치된 추가 층들로서 통합될 수 있다.
도 3b는 예시적인 다중-영역 PV 모듈(300)의 저면도를 도시하며, 도 3a에도 도시된 바와 같이, 그 사이에 PV 영역들(302)과 미드랩 섹션들(304)이 있다. 각각의 PV 영역(302)은 각각의 개개의 PV 영역(302) 내에서 2개의 태양광 전지(306)의 일부에 걸쳐 있는 장착 트랙(500)을 갖는 것으로 도시되어 있으며, 각각의 장착 트랙(500)은 그에 부착되고 그로부터 연장되는 배튼 후크(600)를 갖는다(본 명세서에서, 도 6에서 더 상세하게 설명됨). PV 모듈(300)은 PV 모듈(300)의 업-루프 에지를 따라 (즉, PV 모듈(300)의 중첩 영역 아래의 PV 모듈(300)의 밑면 상에) 오프셋 구조물들(700)을 추가로 포함하며, 이들은 BIPV 시스템 내에서 PV 모듈(300)의 업-루프 측을 지지하는 배튼들을 장착하거나 이와 커플링되도록 배열된다. 인접한 PV 영역들(302)의 태양광 전지들(306)을 기계적으로 연결하는 MC4 모듈 커넥터들(312)이 추가로 도시되어 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 일부 양태들에서는, 운송 및 이송 구성에서 모듈 커넥터들(312)이 있다. 설치 시, 전기 리드들이 모듈 커넥터들(312), 및 이송을 위해 와이어들을 제자리에서 유지하는 개개의 와이어 개더러들로부터 인출되고, 인접한 모듈들 상의 개개의 V- 및 V+ 상호 커넥터들에 연결된다. 대안적인 양태들에서, 모듈 커넥터들(312)은 또한 모듈의 영역들 사이, 또는 태양광 전지들(306)을 따라 버스 바들(310)과 함께 또는 대안적으로 이에 결합되어 태양광 전지들(306) 사이의 전기 연결부들을 제공하는 별도의 모듈들에 걸친 배선 접합부들일 수 있다. 모듈 커넥터들(312)은 PV 모듈(300)에 대한 구조적 지지 및 안정성을 제공할 뿐만 아니라, PV 모듈(300)로부터 PV 모듈(300)이 그 일부인 태양광 어레이 또는 BIPV 시스템의 스트링, 서브세트 회로 또는 다른 부분으로의 전력 출력에 대한 연결 포인트(들)를 제공할 수 있다. 그러나, 각각의 모듈 커넥터(312)는 또한 미드랩 섹션들(304)에서 PV 모듈(300)의 구부러짐 및 유연성의 정도를 수용하도록 배열되며, 여기서 모듈 커넥터(312)의 PV 모듈(300)의 밑면에 대한 앵커링은 슬라이딩 가능할 수 있고, 또는 모듈 커넥터(312)가 일부 텔레스코핑 허용오차로 구성될 수 있다. (이하에서, 미드랩 구조물들은 도 9a 내지 도 9d에서 더 상세하게 볼 수 있다.)
도시된 바와 같은 장착 트랙(500)의 각각의 섹션은 미드랩 섹션들(304)에 걸쳐 있지 않으며 하나의 PV 영역(302)의 영역 내에 위치 결정되고, 이에 의해 미드랩 섹션들(304)을 형성하는 재료 및 미드랩 섹션들(304)의 형상에 따라, PV 영역들(302) 사이에 어느 정도의 유연성을 허용한다. 따라서, 배튼 후크들(600)이 각각의 장착 트랙(500)에 부착되어(예를 들어, 단일 PV 모듈 상의 3개의 장착 트랙 각각에 대해 하나의 배튼 후크), 각각의 PV 영역(302)이 지붕의 기저 배튼에 개별적으로 고정될 수 있게 한다. 대안적인 실시예들에서, PV 모듈(300)은, 특정 PV 영역들(302) 아래에, 지붕 상의 주어진 설치에 적절한 단지 1개 또는 2개의 장착 트랙(500)만을 가질 수 있다. 일부 양태들에서, 각각의 장착 트랙(500)은 하나의 배튼 후크(600)와 쌍을 이루는 반면, 다른 양태들에서, 임의의 주어진 장착 트랙(500)은 둘 이상의 배튼 후크(600)를 수용할 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에서, 장착 트랙(500)은 PV 모듈(300)의 밑면 상에서 1개 초과의 PV 영역(302)에 걸쳐 있을 수 있으며, 여기서 장착 트랙(500)은 다중-영역 PV 모듈(300)의 전체 유연성을 제어하기 위해 상대적으로 강성이거나 유연할 수 있다.
도 3c는 예시적인 다중-영역 광전지 모듈의 단면도를 도시한다. 도 3a 및 도 3b와 유사하게, 도 3c는 오프셋 구조물(700), 배튼 후크(600), 및 다중-영역 PV 모듈(300)의 밑면에 커플링된 모듈 커넥터(312)를 갖는 다중-영역 PV 모듈(300)을 포함한다. 도 3c는 본 명세서의 도 4에 더 상세하게 설명된 대안적인 장착 트랙(400)을 도시한다. 도 3b와 유사하게, 장착 트랙(400)은 각각의 PV 영역(302) 아래의 PV 모듈(300)의 밑면에서 위치 결정될 수 있고, 개개의 배튼 후크(600)가 그에 부착된다. 장착 트랙(400)의 레일(404)이 배튼 후크(600)의 상부-전단 레지(602) 및 상부-후단 레지(604)에 커플링되어 있는 것을 도 3c에서 더 명백하게 알 수 있다. 레일(404)과 쌍을 이루는 상부-전단 레지(602) 및 상부-후단 레지(604) 사이의 마찰 계면은 배튼 후크(600)가 레일(404)을 따라 슬라이딩할 수 있도록 충분한 마찰 계수를 가지며, 이로써 지붕의 기저 배튼들에 대한 장착 트랙(400) 상의 배튼 후크(600) 포지션을 조정할 수 있다. 레일(404)과 쌍을 이루는 상부-전단 레지(602) 및 상부-후단 레지(604) 사이의 마찰 계수는 또한, 배튼 후크(600)가 배튼에 커플링되고 지붕 구조물 상에서 PV 모듈(300)을 지지하고 있을 때, 배튼 후크(600)가 의도치않게 슬라이딩하지 않도록 확실한 끼움을 보장하기에 충분하다. 배튼 후크(600)의 본체는 PV 모듈(300)의 밑면으로부터 아래쪽으로 연장되고, 배튼 후크(600)의 한쪽 측면 상에서, 하부 레지(610)가 횡방향으로 연장되어, 배튼 또는 지붕 구조물의 다른 지지 엘리먼트와 커플링할 수 있는 후크 형상을 형성한다. 다른 실시예들에서, PV 모듈(300)은 PV 모듈(300)의 전체 구조 및 장착을 지원하는 것을 돕기 위해 그 횡방향 에지들(도시 생략)에서 사이드랩 구조물을 추가로 포함할 수 있다.
도 4는 배튼 후크들(600)을 다중-영역 PV 모듈들(300)의 밑면에 장착하기 위한 장착 트랙(400)에 대한 제1 예시적인 구조를 도시한다. 트랙 구조물(400)의 상부 표면(402)은 실질적으로 평면이며, 다중-영역 PV 모듈들(300)의 밑면에 부착되거나 접착되도록 구성된다. 레일(404)은 트랙 구조물(400)의 밑면으로부터 아래쪽으로 연장되고, 레일(404)에 수직으로(및 일반적으로 상부 표면(402)에 평행하게) 돌출하는 레일 레지(406)를 갖고, 배튼 후크(600) 또는 기계적으로 커플링할 다른 장착 컴포넌트들을 위한 물리적 구조물을 제공한다. 배튼 후크(600)와 같은 장착 컴포넌트들은, 장착 트랙(400)에 커플링될 때, 레일(404)을 따라 슬라이딩할 수 있어, 배튼 후크(600)가 레일(404)의 길이에 의해 정의된 이동 범위 내에서 지붕의 배튼에 인접하여 부착되어 위치 결정되게 할 수 있다. 이로써, 레일(404)의 이동 범위는 배튼 후크(600)가 슬라이딩을 조정 가능할 수 있게 하여, 지붕의 다른 컴포넌트들(예를 들어, 크로스-배튼들, 전기 박스들, HVAC 구조물들 등)과의 물리적 충돌을 피하면서, BIPV 시스템의 일부로서 원하는 위치에서 PV 모듈(300)에 대한 장착 지지물을 여전히 제공할 수 있게 한다.
도 4는 리세스(408) 및 프롱(prong)(410)을 추가로 도시한다. 리세스(408) 및 프롱(410)은 서로와 적층, 특히, 이송을 위해 이들 컴포넌트들의 부피 및 프로파일을 최소화하기 위해 장착 트랙들(400)을 적층하기 위한 장착 트랙들(400)을 정렬하는 데 사용될 수 있다.
장착 트랙(400)은 기계적 구조물(예를 들어, 너트들 및 볼트들)에 의해, 또는 풀, 에폭시 등으로 PV 모듈(300)에 상부 표면(402)을 접착시킴으로써, PV 모듈(300)에 물리적으로 고정될 수 있다.
도 5는 배튼 후크들(600)을 다중-영역 PV 모듈들(300)의 밑면에 장착하기 위한 장착 트랙(500)에 대한 제2 예시적인 구조를 도시한다. 트랙 구조물(500)의 (도시된 바와 같이, 도 5의 대향하는 측 상의) 상부 표면(502)은 실질적으로 평면이며, 다중-영역 PV 모듈들(300)의 밑면에 부착되거나 접착되도록 구성된다. 레일(504)은 트랙 구조물(500)의 밑면으로부터 아래쪽으로 연장되고, 레일(504)에 수직으로(및 일반적으로 상부 표면(502)에 평행하게) 돌출하는 레일 레지(506)를 갖고, 배튼 후크(600) 또는 기계적으로 커플링할 다른 장착 컴포넌트들을 위한 물리적 구조물을 제공한다. 배튼 후크(600)와 같은 장착 컴포넌트들은, 장착 트랙(500)에 커플링될 때, 레일(504)을 따라 슬라이딩할 수 있어, 배튼 후크(600)가 레일(504)의 길이에 의해 정의된 이동 범위 내에서 지붕의 배튼에 인접하여 부착되어 위치 결정되게 할 수 있다. 이로써, 레일(504)의 이동 범위는 배튼 후크(600)가 슬라이딩을 조정 가능할 수 있게 하여, 지붕의 다른 컴포넌트들(예를 들어, 크로스-배튼들, 전기 박스들, HVAC 구조물들 등)과의 물리적 충돌을 피하면서, BIPV 시스템의 일부로서 원하는 위치에서 PV 모듈(300)에 대한 장착 지지물을 여전히 제공할 수 있게 한다.
장착 트랙(500)은 장착 트랙(500)의 본체를 통해 개방된 가이드 홀(510)을 포함하며, 이는 장착 트랙(500)을 PV 모듈(300)에 부착시키는 데 사용될 수 있거나 또는 다른 지붕 구조물들을 장착 트랙(500)을 통과하는 하드웨어와 고정시키는 데 사용될 수 있는 볼트들, 나사들 등과 같은 장착 하드웨어를 수용하도록 구성된다. 가이드 홀(510)은 또한 장착 트랙(500)을 PV 모듈(300)의 밑면 상의 대응하는 포지션에 정렬시키는 것을 도울 수 있다. 장착 트랙(500)은 장착 트랙(500)의 메인 본체의 에지들을 지나 연장되는 가이드 탭들(512)을 추가로 포함한다. 가이드 탭들(512)은 설치를 위한 장착 트랙(500)의 정렬, 및/또는 PV 모듈(300)의 밑면 상의 대응하는 포지션에 대한 정렬을 용이하게 할 수 있다. 가이드 탭들(512)은 또한 장착 트랙들(500)의 이송을 위한 적층 구성들을 개선시킬 수 있고, 또한 사출 성형을 통해 형성될 수 있다. 일부 양태들에서, 가이드 탭들(512)은 레일 레지(506)를 포함하지 않는 레일(504)의 일부들로부터 형성될 수 있다. 다른 양태들에서, 가이드 탭들(512)은 상부 표면(502)으로부터 부분적으로 연장될 수 있고, PV 모듈(300)의 밑면 내의 매치되는 그루브 또는 공간에 끼워질 수 있다. 추가적인 양태들에서, 2개 이상의 장착 트랙(500)을 갖는 다중-영역 PV 모듈(300)은 가이드 탭들(512)을 수용하고 PV 모듈(300)의 개별 PV 영역들(302)에 걸쳐 장착 트랙들(500)을 서로에 대해 정렬하도록 구성된 그루브들 또는 공간들을 가질 수 있다. 다시 말해서, 장착 트랙들(500)(또는 장착 트랙들(400))은, 다수의 PV 영역들(302)을 가로 질러 걸쳐 있는 단일 축을 따라 정렬되지만 불연속적이고 분리된 장착 트랙들(500)로서 다중-영역 PV 모듈(300)의 밑면에 고정될 수 있다.
장착 트랙(500)은 기계적 구조물(예를 들어, 너트들 및 볼트들)에 의해, 또는 풀, 에폭시 등으로 PV 모듈(300)에 상부 표면(502)을 접착시킴으로써, PV 모듈(300)에 물리적으로 고정될 수 있다.
도 6은 다중-영역 광전지 모듈을 배튼에 장착하기 위한 예시적인 배튼 후크(600)를 도시한다. 배튼 후크(600)는 트랙 구조물(예를 들어, 장착 트랙(400) 또는 장착 트랙(500))과 기계적으로 커플링하도록, 특히, 트랙 구조물의 레일에 단단히 부착하도록 구성된다. 배튼 후크(600)는 배튼 후크(600)의 상부에 배열된 상부-전단 레지(602)와 상부-후단 레지(604)를 가지며, 그 사이에 레일 갭(606)을 형성한다. 레일 갭(606)의 사이즈는 장착 트랙의 레일 폭과 매치되도록 설정될 수 있어서, 장착 트랙 레일과 쌍을 이루는 상부-전단 레지(602)와 상부-후단 레지(604) 사이의 마찰 계면이 (i) 배튼 후크(600)가 레일을 따라 슬라이딩할 수 있고, 이에 따라 지붕의 기저 배튼들에 대해 개개의 장착 트랙 상의 배튼 후크(600) 포지션의 수동 조정을 가능하게 하고, 또한 (ii) 배튼 후크(600)가 배튼에 커플링되고 지붕 구조물 상에서 PV 모듈(300)을 지지하고 있을 때, 배튼 후크(600)가 의도치않게 슬라이딩하지 않도록 확실한 끼움을 보장하도록 충분한 마찰 계수를 갖는다.
배튼 후크(600)는 상부-전단 레지(602) 및 상부-후단 레지(604)로부터 아래쪽으로 연장되는 후크 본체(608)를 포함하며, 후크 본체(608)의 바닥에 하부 레지(610)를 갖는다. 하부 레지(610) 및 상부-전단 레지(602)는 둘 다 후크 본체(608)로부터 동일한 방향으로, 일반적으로는 배튼 후크(600)의 높이에 수직하게 연장될 수 있다. 하부 레지(610)와 상부-전단 레지(602) 사이의 공간은 그립핑 영역(gripping region)(612)으로 지칭될 수 있다. 그립핑 영역(612)은 지붕 구조물의 배튼과 매치되고, 이와 커플링하고, 이에 고정되도록 구성된다. 그립핑 영역(612) 내의 배튼 후크(600)의 일부 부분들은 배튼과 함께 커플링될 때 동일한 평면 상에 있을 수 있는(flush) 반면, 그립핑 영역(612) 내의 배튼 후크(600)의 다른 부분들은 배튼과 함께 커플링될 때 이에 가까울 수 있지만, 접촉되지 않을 수 있다.
장착 트랙(500)에 커플링되고 PV 모듈(300)의 밑면으로부터 연장되는 하나 이상의 배튼 후크(600)를 갖는 PV 모듈을 설치하는 것은 기저 지붕의 중력 및 자연적인 경사를 이용할 수 있다. 특히, PV 모듈(300)은 배튼 후크(600)가 커플링될 배튼의 업-루프 또한 되도록 루핑 엘리먼트들의 코스 내에서 PV 모듈(300)의 원하는 위치로부터 약간 업-루프로 위치 결정될 수 있다. PV 모듈(300)은 배튼 후크(600)의 하부 레지(610)가 배튼 후크(600)가 커플링될 배튼의 바닥면보다 낮도록 설정된다. PV 모듈(300)은 그립핑 영역(612)이 관련된 배튼의 업-루프 대면 표면에 대해 접촉하고 정지하도록 다운-루프 방향으로 슬라이딩하도록 허용된다. 따라서, 중력은 기저 지붕 상에서 PV 모듈(300)을 제자리에 유지시킬 수 있고, PV 모듈(300)의 무게는 해당 배튼들에 인접한 그립핑 영역들(612)을 통해 배튼들에 의해 운반된다. 배튼 후크들(600)의 하부 레지들(610)은 배튼들의 바닥 측면들에 인접하여 이와 접촉하고, 바람의 상승기류가 배튼들로부터 PV 모듈들(300)을 들어올리는 것을 추가로 방지할 수 있다. PV 모듈(300)의 제거는 프로세스를 반전시킴으로써 달성될 수 있으며, PV 모듈을 업-루프 방향으로 슬라이딩시켜, 하부 레지(610)가 배튼 후크(600)가 고정되어 있는 배튼을 제거한 후, 기저 지붕으로부터 PV 모듈(300)을 들어올리도록 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 배튼 후크(600)는 일반적으로 기능적인 정도의 유연성을 갖도록 구성되지 않는 강성 조각이다. 다른 실시예들에서, 배튼 후크(600)는 약간 유연하거나 스프링형의 재료로 제조될 수 있어, 배튼 후크(600)가 그립핑 영역(612)이 배튼 주위에 끼워진 후, 디폴트 형상으로 복원 가능하게 리턴하도록 구부러지거나 유연할 수 있다. 또한, 배튼 후크(600) 및 후크 본체(608)의 일부들은 상당한 히스테리시스없이 장착 또는 설치 프로세스 동안 구부러지거나 유연해질 수 있는 영역들을 제공하도록 만곡될 수 있다. 다양한 양태들에서, 배튼 후크들(600)은 금속들, 합금들, 플라스틱들, 다른 적절한 폴리머 재료들 또는 이들의 조합들로 형성될 수 있다. 배튼 후크들(600)은 성형 프로세스들, 주조 프로세스들, 3D 인쇄 프로세스들, 다이 커팅 등에 의해 형성될 수 있다.
배튼 후크(600)는 그립핑 영역(612)의 대향하는 측면 상에서 후크 본체(608)로부터 연장되는 핑거 그립(614)을 추가로 포함할 수 있다. 약간 유연한 버전들의 배튼 후크(600)에서는, 배튼 후크(608)의 형상을 부분적으로 및 일시적으로 변형하도록 후크 본체(608)에 힘을 인가하기 위해 장착 설치 또는 제거 동안 설치자에 의해 핑거 그립(614)이 사용될 수 있어서, 하부 레지(610)와 상부-전단 레지(602) 사이의 거리가 서로로부터 약간 더 멀리 이동하고, 이에 따라 그립핑 영역(612)의 길이를 증가시키고, 배튼 후크(600)를 배튼에 커플링하거나, 배튼으로부터 배튼 후크(600)를 디커플링하는 것을 가능하게 한다. 배튼 후크(600)의 그립핑 영역(612)은, 배튼 후크(600)의 일부들이 배튼의 전체 폭을 지나 연장되지 않고, 배튼의 일 측면 주위에서 실질적으로 끼워지도록 적응될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 7은 다중-영역 광전지 모듈의 밑면에 장착하기 위한 예시적인 오프셋 구조물(700)을 도시한다. 오프셋 구조물(700)은 기저 지붕 배튼, 지붕 데크 또는 다른 지지 구조물에 고정시키기 위한 가이드 홀들(702)을 갖도록 성형될 수 있으며, 이를 통해 하드웨어(예를 들어, 볼트들, 나사들)가 오프셋 구조물(700)을 통과하여 이를 배튼에 물리적으로 유지시킬 수 있다. 오프셋 구조물(700)은 오프셋 구조물(700)의 메인 본체의 에지들을 지나 연장되는 가이드 탭들(712)을 추가로 포함할 수 있다. 가이드 탭들(712)은 설치를 위한 오프셋 구조물(700)의 정렬, 및/또는 배튼 상의 대응하는 포지션에 대한 정렬을 용이하게 할 수 있다. 가이드 탭들(712)은 또한 오프셋 구조물(700)의 이송을 위한 적층 구성들을 개선시킬 수 있고, 또한 사출 성형을 통해 형성될 수 있다.
오프셋 구조물(700)은, 설치될 때, 배튼 또는 다른 지붕 표면 지지 구조물과 접촉하는 밑면(706)을 포함한다. 일부 양태들에서는, 오프셋 구조물(700)의 밑면(706) 상에서, 오프셋 구조물(700)을 배튼에 고정시키기 위해 접착제, 풀, 에폭시 등이 사용될 수 있다. 오프셋 구조물(700)은 또한 공동들(708)을 포함할 수 있으며, 여기서 공동들은 와이어 관리를 돕는 전용 공간들 및 임의적으로 탭들 또는 플랜지들을 포함할 수 있고, 다시 말해서, 공동들(708)은 느슨한 배선 섹션들을 수용할 수 있어서, 이러한 배선이 PV 모듈 아래에서 헐겁게 매달리지 않게 된다.
도 8은 (투명한) PV 유리(800)가 지붕의 배튼들(B)에 장착되고, 오프셋(700), 장착 트랙(500) 및 배튼 후크(600)를 갖는 어셈블리(800)의 예시이다. 또한, PV 유리(800)의 밑면으로부터 인접한 PV 유리(800')에 걸쳐 있는 모듈 커넥터(312)가 도시되어 있다. (도 8의 이들 컴포넌트들을 명확하게 설명하기 위해, 태양광 전지들 및 PV 모듈들의 다른 부분은 여기에 도시되어 있지 않다.) 다양한 양태들에서, PV 유리(800)는 전통적인 루핑 타일 또는 슬레이트와 유사한 시각적 외관 및 심미성을 갖도록 적절하게 텍스처링되거나 매끄러울 수 있다. 도시된 바와 같이, 장착 트랙(500)은 PV 유리(800)에 접착되고, 추가 하드웨어를 사용하여 PV 유리(800)에 기계적으로 고정되지 않는다. 개스킷(802)은 PV 유리(800)의 밑면과 PV 유리(800)의 리빌 부분 아래의 개개의 배튼(B) 사이에 위치 결정될 수 있다.
PV 유리(800)(및 대응하는 PV 모듈)의 다운-루프(리빌) 부분은 배튼(B)에 끼운 배튼 후크(600)를 갖고, 하부 레지(610)가 배튼의 바닥면을 그립핑한다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 트랙 장착 트랙(500)을 통해, PV 유리(800)(및 PV 모듈(300)의 해당 영역)가 전체 지붕 구조물의 일부로서 제자리에 장착 및 유지된다. 오프셋 구조물(700)은 모듈 커넥터(312)와 같은 추가 구조물들 및 배선을 위해 PV 유리(800) 모듈 아래에 공간이 있도록 PV 유리(800)의 업-루프(중첩) 부분을 상승시킨다. 또한, PV 유리(800)(및 확장에 의해, PV 모듈(300))의 업-루프 부분의 상승은 또한, 전체 지붕의 경사를 따라 관찰자에 의해 보여지는 바와 같이, 배튼들(B)에 장착된 PV 모듈들에 대해 일정한 평면 및/또는 경사를 유지한다.
도 9a는 PV 영역들(902) 사이에 미드랩 구조물들(904)을 갖는 다중-영역 플렉서블 PV 모듈(900)의 밑면의 예시적인 개략도를 도시한다. 도 9b는 도 9a에 도시된 다중-영역 플렉서블 PV 모듈(900)의 예시적인 개략적 후면도를 도시한다. PV 모듈(900)은 미드랩 구조물들(904)(대안적으로, "중간-영역 구조물들"이라고 지칭됨)에 대해 PV 모듈(900)의 밑면 상에 위치 결정된 오프셋 구조물들(700), 개스킷(802) 및 장착 트랙들(500)을 추가로 예시한다. 미드랩 구조물들(904)은 PV 모듈들(900)에 대한 유연성 및 견고성의 이중 요구의 균형을 맞추는 PV 모듈들(900)에 대한 지지 구조물들이다. 태양광 어레이로부터 PV 모듈들(900)을 설치 또는 제거하는 동안, 미드랩 구조물들(904)은 PV 영역들(902) 사이에서 제어된 구부러짐 정도를 허용하여, PV 모듈이 원하는 위치에 쉽게(및 강제 또는 갑작스러운 모션들 없이) 끼워질 수 있게 한다. 이러한 양태들에서, 미드랩 구조물들(904)은 플렉서블 조인트 영역들에 위치되는 것으로 이해될 수 있다. 미드랩 구조물들(904)은 태양광 어레이의 일부로서 설치될 때, 이러한 플렉서블 조인트 영역에서 PV 모듈(900)을 지지하고, PV 모듈들(900)이 표준 설치 스트레스(예를 들어, 모듈들의 위에서 설치자들이 걸어다님, 이송 동안의 물리적 충격들) 및 장기간 스트레인들(예를 들어, 바람, 강수량 등) 모두를 견디는 것을 도울 수 있다.
다양한 양태들에서, 미드랩 구조물들(904)은 금속들, 합금들, 플라스틱들, 다른 적절한 폴리머 재료들 또는 이들의 조합들로 형성될 수 있다. 미드랩 구조물들(904)은 성형 프로세스들, 주조 프로세스들, 3D 인쇄 프로세스들, 다이 커팅 등에 의해 형성될 수 있다.
도 9c는 도 9a에 도시된 바와 같은 다중-영역 플렉서블 PV 모듈(900)의 상세 섹션을 도시한다. 도시된 바와 같은 미드랩 구조물(904)은 브랜치형 헤드(908)를 가질 수 있고, 여기서 브랜치형 헤드(908)의 측면들은 개스킷들(802)에 인접하게 끼워질 수 있어, PV 모듈(900)에 대한 방수 시일을 형성할 수 있다. 일부 양태들에서, 브랜치형 헤드(908)는 미드랩 구조물(904)의 종방향 축으로부터 약 90°로 직접 연장되는 브랜치들을 갖는 "T-헤드"를 가질 수 있어, 브랜치형 헤드(908)의 폭에 걸쳐 있는 평평한 단일 에지를 형성할 수 있다. 다른 양태들에서, 도 9c에 도시된 바와 같이, 브랜치형 헤드(908)는, 미드랩 구조물(904)의 종방향 축으로부터 궁극적으로 약 90°로 횡방향으로 돌출하기 전에, 브랜치들이 미드랩 구조물(904)의 종방향 축으로부터 각도 θ로 대칭적으로 연장되는 "Y-헤드"를 가질 수 있다. 이러한 양태들에서, 각도 θ는 약 135°, 또는 95° 내지 175°의 범위 내일 수 있다. 다른 양태들에서, 브랜치형 헤드(908)는 "K-헤드" 형상 또는 인접한 PV 영역들(902)을 지지하고 미드랩 구조물(904)에 근접한 개스킷들(802)을 갖는 시일을 형성하기에 적절한 다른 형상들을 가질 수 있다.
미드랩 구조물(904)은 또한 PV 모듈(900)의 밑면에 부착될 때, 오프셋 구조물(700)과 중첩될 수 있는 테일 영역(910)을 포함한다. 미드랩 구조물(904)의 종방향 축을 따라 웨지 그루브(912)가 있으며, 이는 미드랩 구조물(904)이 예각으로 압축되거나 구부러질 수 있도록 미드랩 구조물(904)에 부분적인 갭을 제공한다. 웨지 그루브(912)는 미드랩 구조물(904)의 중심선 재료에 대해 절단되고, 여기서 웨지 그루브(912)에 의해 제공되는 공간의 양은 PV 모듈(900)의 2개의 (밑면의) PV 영역(902)이 서로를 향해 구부러질 수 있는 유연성의 정도를 제어한다. 테일 영역(910)은 미드랩 구조물(904)의 폭의 일부에 걸쳐 있고 웨지 그루브(912)의 피봇 포인트 위에 위치되는 보강 엘리먼트(916)를 포함할 수 있어, 미드랩 구조물(904)이 미드랩 구조물(904)의 본체에 의해 정의된 일반적인 수평면으로부터 예각 또는 둔각으로 유연해질 수 있거나 휠 수 있는 정도를 제어할 수 있다. 보강 엘리먼트(916)는 제한기로서 작동할 수 있으며, 웨지 그루브(912)의 어느 한 측면 상에 있는 미드랩 구조물의 레그들이 서로를 향해 이동하는 정도에 구속된다. 일부 양태들에서, 미드랩 구조물(904) 자체의 본체는 미드랩 구조물(904)을 형성하는 라미네이트를 포함한다. 미드랩 구조물(904)의 본체 상의 측면 또는 윙 섹션들은 텍스처링되거나 다른 방식으로 오프셋될 수 있고, 미드랩 구조물(904)을 그립핑하거나 유연하게 하는 데 사용될 수 있다.
도 9d는 미드랩 구조물(904) 및 미드랩 구조물(904)의 가역적 구성들에 대한 개략도이다. 특히, 단면 선(901)을 따라 보이는 바와 같이, 개략도들(901a, 901b, 901c)은 미드랩 구조물(904)이 어떻게 유연성 및 견고성 요구들을 수용하는지를 도시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 미드랩 구조물(904)은 웨지 그루브(912), 웨지 그루브의 어느 한 측면 상의 레그들(914) 및 보강 엘리먼트(916)를 갖도록 구성된다. 미드랩 구조물은 또한 구속 스트랩(918)을 포함할 수 있으며, 이는 2개의 레그(914)를 연결하는 성형된 결합부일 수 있다. 도면(901a)에서, 미드랩 구조물(904)의 디폴트의 구부러지지 않은 구성은 일반적으로 평평하고, 다시 말해서, 미드랩 구조물(904)의 상부 표면은 180°각도로 있다. 웨지 그루브(912)는 미드랩 구조물(904)의 종방향 축을 따른 갭이다. 구속 스트랩(918)은 미드랩 구조물(904)의 대향하는 레그들(914)에 부착되고, 느슨하다. 미드랩 구조물(904)에 연결된 (도 9b에서와 같은) PV 모듈(900)의 인접한 PV 영역들(902)은 또한 일반적으로 서로에 대해 평평하다(180°수평면을 형성함). 도면(901b)에서, 웨지 그루브(912)의 측면들은 서로에 대해 가압되어, 웨지 그루브(912)에 의해 형성된 갭을 폐쇄한다. 구속 스트랩(918)은 느슨하게 유지된다. 미드랩 구조물(904)에 연결된 PV 모듈(900)의 인접한 PV 영역들(902)은 180°평평한 것으로부터 아래쪽으로 구부러져 서, PV 모듈(900)의 밑면에 예각을 형성한다. 다시 말해서, 웨지 그루브(912)는 PV 모듈(900)이 안쪽으로 구부러질 공간을 제공하지만, 그 거리는 제한적이며, 웨지 그루브(912)의 2개의 대향하는 측벽(다시 말해서, 레그들(914))이 서로에 대해 접할 때, 정지된다. 일부 양태들에서, 보강 엘리먼트(916)는 레그들(914)이 서로 접촉하는 것을 방지하여, PV 모듈(900)이 안쪽으로 구부러질 수 있는 정도를 제한할 수 있다. 도면(901c)에서, 웨지 그루브(912)의 측면들은 서로로부터 더 멀리 연장되지만, 구속 스트랩(918)은 팽팽하다. 미드랩 구조물(904)에 연결된 PV 모듈(900)의 인접한 PV 영역들(902)은 180°평평한 것으로부터 위쪽으로 휘어져, PV 모듈(900)의 밑면에 둔각을 형성한다. 다시 말해서, 웨지 그루브(912)는 PV 모듈(900)이 바깥쪽으로 연장되거나 유연해지게 할 수 있지만, 그 거리는 제한적인데, 왜냐하면 미드랩 구조물(904)의 대향하는 측면들이 추가 연장으로부터 구속 스트랩(918)의 길이만큼 유지되기 때문이다.
본 명세서에서 고려된 다중-영역 PV 모듈들의 이러한 실시예에서, PV 영역들 사이의 플렉서블 구조물들 또는 조인트들은 PV 모듈들의 예상 스트레인, 피로 및 스트레스를 견디기에 충분한 탄성력 및 작동 수명을 가져야 한다. 특히, 다중-영역 PV 모듈들은 물리적 스트레스 요인들로부터 기인하는 부하 또는 장력의 느슨함 및 완화를 제공하는 플렉서블 조인트들을 사용하여 물리적 스트레스 요인들을 견딜 것으로 예상된다. 이러한 물리적 스트레스 요인들은, 이송 동안의 구부러짐, 설치하는 동안 위로 걸어다니는 것, 설치된 태양광 어레이의 일부로서의 윈드 시어 및 상승, 다른 물리적으로 연결된 태양광 어레이 컴포넌트들의 무게, 열 팽창 및 수축, 및 이들의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 플렉서블 조인트들이 형상을 변경한 후 복원하는 능력은 주기적 모션으로 간주될 수 있는데, 여기서 플렉서블 조인트는 정의된 스트레인-수명(대안적으로, 피로 또는 스트레스-한계라고 지칭됨)을 갖는다.
여러 양태들에서, 미드랩 구조물들(902)은 반복적이고 주기적인 물리적 구부러짐 스트레인들에 대해 탄성력을 갖는 작동 수명을 갖도록 구성된다. 일부 양태들에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 미드랩 구조물들(902)은 적어도 30,000회의 주기의 5°구부러짐들에 대한 그들의 구조적 무결성을 유지한다. 다른 양태들에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 미드랩 구조물들(902)은 적어도 1,000회의 주기의 15°구부러짐들에 대한 그들의 구조적 무결성을 유지한다.
추가적인 대안적인 실시예들에서, 본 명세서에서 논의된 바와 같은 PV 모듈들은 기저 전력 매트(들) 또는 격자와 유도성 커플링될 수 있다. 이러한 유도-기반 시스템은 대부분의 배선 및 물리적 커넥터들에 대한 필요성을 제거할 것이다. 기저 전력 매트(들) 또는 격자는 지붕 데크 또는 지붕 구조물의 배튼들 상에 배치될 것이고, 전기 메인 박스와 추가로 연결되는 작은 전기 박스들 또는 최적화기들과 전기적으로 커플링될 것이다. PV 타일들은 전력 매트(들) 또는 격자의 대응하는 섹션들 위에 배열되고 고정되어, 기저 전력 매트(들) 또는 격자가 유도를 통해 태양광 전지들에 의해 수집된 전기를 수신하고, 후속하여 해당 전기를 작은 전기 박스들 및/또는 전기 메인 박스에 전달할 것이다.
이상으로부터, 본 발명의 특정 실시예들이 예시의 목적으로 본 명세서에서 설명되었지만, 본 발명의 다양한 실시예들의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 특정 실시예들과 연관된 다양한 이점들이 이들 실시예들과 관련하여 위에서 설명되었지만, 다른 실시예들도 이러한 이점들을 나타낼 수 있으며, 모든 실시예들이 반드시 본 발명의 범주 내에 속하는 이러한 이점들을 나타낼 필요는 없다. 시스템의 세부 사항들은 본 개시내용에 의해 여전히 포함되면서 그 특정 구현에서 상당히 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구 범위에 의한 것을 제외하고는 제한되지 않는다.
상기 설명은 본 발명의 다양한 실시예들 및 고려되는 최상의 모드를 설명하지만, 상기 텍스트를 얼마나 상세하게 설명하든, 본 발명은 여러 방식들로 실시될 수 있다. 일반적으로, 다음의 청구 범위에서 사용된 용어들은, 상기 상세한 설명 섹션이 이러한 용어들을 명시적으로 정의하지 않는 한, 본 발명을 명세서에 개시된 특정 예들로 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 특정 피처들 또는 양태들을 설명할 때 사용된 특정 용어는 용어가 해당 용어와 연관된 본 발명의 임의의 특정 특징들, 피처들 또는 양태들로 제한되도록 본 명세서에서 재정의되고 있음을 암시하는 것으로 취해져서는 안된다. 또한, 본 명세서에서 언급된 임의의 특정 숫자들은 단지 예들일 뿐이며, 대안적인 구현들은 상이한 값들 또는 범위들을 채택할 수 있고, 이러한 범위들 내에서 및 그 경계들에서 값들의 다양한 증분들 및 기울기들을 수용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실제 범위는 개시된 예들뿐만 아니라, 청구 범위에 따라 본 발명을 실시 또는 구현하는 모든 동등한 방식들을 포함한다.
상기 설명 전반에 걸쳐 피처들, 이점들 또는 유사한 언어에 대한 참조들은 본 기술로 실현될 수 있는 모든 피처들 및 이점들이 본 발명의 임의의 단일 실시예에 있어야 하거나 있음을 암시하지 않는다. 오히려, 피처들 및 이점들을 참조하는 언어는 실시예와 관련하여 설명된 특정 피처, 이점 또는 특성이 본 기술의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 피처들 및 이점들, 및 유사한 언어에 대한 논의는 동일한 실시예를 지칭할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다.
첨부된 출원 서류들에 열거될 수 있는 임의의 것을 포함하여 상기 언급된 임의의 특허들 및 출원들 및 다른 참고 문헌들은 본 명세서에서 참조로 포함된다. 본 발명의 양태들은, 필요한 경우, 본 발명의 또 다른 구현들을 제공하기 위해 상술한 다양한 참조 문헌들의 시스템들, 기능들 및 개념들을 채택하도록 수정될 수 있다.
문맥이 달리 명확하게 요구하지 않는 한, 상세한 설명 및 청구 범위 전반에 걸쳐, "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등의 단어들은 배타적이거나 철저한 의미가 아니라 포함적인 의미로 해석되어야 하며, 즉, "포함하지만, 이에 제한되지 않는(including, but not limited to)"의 의미로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "연결된(connected)", "커플링된(coupled)" 또는 그 임의의 변형의 용어들은 2개 이상의 엘리먼트 사이의 직접 또는 간접의 임의의 연결 또는 커플링을 의미하고, 엘리먼트들 사이의 커플링 또는 연결은 물리적, 논리적 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 본 출원의 텍스트 맥락에서 사용될 때, "여기서(herein)", "위(above)", "아래(below)"라는 단어들 및 유사한 의미의 단어들은 본 출원의 임의의 특정 부분들이 아닌 전체로서 본 출원을 참조한다. 맥락상 허용되는 경우, 단수 또는 복수를 사용하는 상기 상세한 설명에서의 단어들은 각각 복수 또는 단수를 포함할 수도 있다. 2개 이상의 아이템의 리스트와 관련하여 "또는"이라는 단어는 다음의 단어 해석들: 리스트의 아이템들 중 임의의 것, 리스트의 아이템들 전부 및 리스트의 아이템들의 임의의 조합 전부를 커버한다.
본 발명의 특정 양태들이 특정 청구항 형태들로 이하에 제시되지만, 출원인은 본 발명의 다양한 양태들을 임의의 수의 청구항 형태로 고려한다. 따라서, 출원인은 본 출원을 출원한 후 추가 청구항을 추구할 권리를 보유하여, 본 출원에서 또는 연속 출원에서 이러한 추가 청구항 형태들을 추구할 수 있다.

Claims (20)

  1. 다중-영역(multi-region) 광전지(photovoltaic)(PV) 모듈로서,
    횡방향 측면(lateral side)들 및 종방향 측면(longitudinal side)들을 갖는 모듈 프레임;
    제1 PV 영역;
    제2 PV 영역;
    제3 PV 영역 - 상기 제1 PV 영역, 상기 제2 PV 영역 및 상기 제3 PV 영역은 상기 PV 영역들 각각 사이에 이격 구역을 갖고 상기 모듈 프레임 내에 선형으로 배열됨 -;
    (i) 상기 제1 PV 영역과 상기 제2 PV 영역, 및 (ii) 상기 제2 PV 영역과 상기 제3 PV 영역 사이의 이격 구역들에 대응하는 위치들에서의 상기 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물(midlap structure)들; 및
    상기 PV 모듈을 회로와 전기적으로 연결하도록 적응된 전력 연결부들
    을 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 미드랩 구조물은,
    브랜치형 헤드;
    상기 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 상기 웨지 그루브는, 상기 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 상기 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및
    구속 스트랩(restraint strap) - 상기 구속 스트랩은, 상기 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 상기 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -
    을 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 PV 영역은 2개의 태양광 전지를 추가로 포함하고, 각각의 PV 영역의 상기 태양광 전지들은 서로 전기적으로 연결되는 다중-영역 PV 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PV 모듈의 각각의 PV 영역의 밑면에 커플링된 트랙 장착 구조물들 - 상기 트랙 장착 구조물들은 단일 축을 따라 정렬됨 -;
    상기 트랙 장착 구조물들 내에서 슬라이딩 가능하게 래치하도록 구성된 배튼 후크(batten hook)들 - 상기 배튼 후크들은 상기 트랙 장착 구조물들 내에 장착되어, 상기 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼(batten)들에 기계적으로 고정시키도록 배열됨 -; 및
    상기 PV 모듈의 밑면에 고정되어, 상기 모듈을 상기 기저 지붕 구조물의 일부들에 기계적으로 커플링시키도록 적응된 오프셋 구조물들
    을 추가로 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 배튼 후크들 각각은,
    후크 본체;
    상기 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지(upper-fore ledge) 및 상부-후단 레지(upper-aft ledge); 및
    상기 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 상기 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지
    를 갖도록 형성되는 다중-영역 PV 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 트랙 장착 구조물은 레일을 포함하고, 상기 레일은 상기 배튼 후크의 상부-전단 레지와 상부-후단 레지 사이의 레일 갭에 끼워지도록 구성되어, 상기 배튼 후크가 상기 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 기저 지붕 구조물 상에 상기 다중-영역 PV 모듈을 고정시키도록 구성되는 다중-영역 PV 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3 PV 영역과 선형으로 인접하여 배열된 제4 PV 영역; 및
    (iii) 상기 제3 PV 영역과 상기 제4 PV 영역 사이의 이격 구역에 대응하는 위치에서의 상기 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물
    을 추가로 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  8. 빌딩 일체형 광전지(building integrated photovoltaic)(BIPV) 루핑 시스템으로서,
    복수의 다중-영역 태양광 모듈들 - 상기 다중-영역 태양광 모듈들 각각은 3개 이상의 개별 루핑 타일과 유사한 외관을 가짐 -;
    복수의 광전지(PV) 지붕 타일들; 및
    배튼들을 갖는 기저 지붕 구조물 - 상기 지붕 구조물에 장착된 복수의 다중-영역 태양광 모듈들에 의해 지붕 외피(roof envelope)의 코스들이 형성되고, 상기 지붕 외피의 코스들의 단부들에는 상기 복수의 광전지 지붕 타일들의 개별 부재들이 배열되고, 상기 복수의 다중-영역 태양광 모듈들과 상기 복수의 광전지 지붕 타일들은 서로 전기적으로 연결되어 태양광 어레이를 형성함 -
    을 포함하는 BIPV 루핑 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 다중-영역 태양광 모듈들의 개별 다중-영역 태양광 모듈들은,
    제1 PV 영역;
    제2 PV 영역;
    제3 PV 영역 - 상기 제1 PV 영역, 상기 제2 PV 영역 및 상기 제3 PV 영역은 상기 PV 영역들 각각 사이에 이격 구역을 갖고 서로 선형으로 배열됨 -;
    (i) 상기 제1 PV 영역과 상기 제2 PV 영역, 및 (ii) 상기 제2 PV 영역과 상기 제3 PV 영역 사이의 이격 구역들에 대응하는 위치들에서의 상기 PV 모듈의 밑면 상의 미드랩 구조물들; 및
    상기 PV 모듈을 회로와 전기적으로 연결하도록 적응된 전력 연결부들
    을 포함하는 BIPV 루핑 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 각각의 미드랩 구조물은,
    브랜치형 헤드;
    상기 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 상기 웨지 그루브는, 상기 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 상기 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및
    구속 스트랩 - 상기 구속 스트랩은, 상기 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 상기 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -
    을 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 PV 모듈의 각각의 PV 영역의 밑면에 커플링된 트랙 장착 구조물들 - 상기 트랙 장착 구조물들은 단일 축을 따라 정렬됨 -;
    상기 트랙 장착 구조물들 내에서 슬라이딩 가능하게 래치하도록 구성된 배튼 후크들 - 상기 배튼 후크들은 상기 트랙 장착 구조물들 내에 장착되어, 상기 모듈을 상기 기저 지붕 구조물의 배튼들에 기계적으로 고정시키도록 배열됨 -; 및
    상기 PV 모듈의 밑면에 고정되어, 상기 모듈을 상기 기저 지붕 구조물의 배튼들에 기계적으로 커플링시키도록 적응된 오프셋 구조물들
    을 추가로 포함하는 다중-영역 PV 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 배튼 후크들 각각은,
    후크 본체;
    상기 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지 및 상부-후단 레지; 및
    상기 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 상기 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지
    를 갖도록 형성되는 다중-영역 PV 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 각각의 트랙 장착 구조물은 레일을 포함하고, 상기 레일은 상기 배튼 후크의 상부-전단 레지와 상부-후단 레지 사이의 레일 갭에 끼워지도록 구성되어, 상기 배튼 후크가 상기 레일을 따라 슬라이딩하고, 상기 기저 지붕 구조물 상의 배튼에 상기 다중-영역 PV 모듈을 고정시키도록 구성되는 다중-영역 PV 모듈.
  14. 제8항에 있어서, 상기 복수의 광전지 지붕 타일들의 개별 부재들은 다중-영역 태양광 모듈들 사이의 갭들에 배열되는 BIPV 루핑 시스템.
  15. 다중-영역 태양광 모듈을 조립하는 방법으로서,
    3개의 광전지 영역을 선형 배열로 갖고, 각각의 광전지 영역 사이에 갭 섹션들을 갖는 모듈을 제공하는 단계;
    각각의 광전지 영역 내에 2개의 쌍을 이루는 태양광 전지를 설정하는 단계;
    인접한 광전지 영역들에서 쌍을 이루는 태양광 전지들을 전기적으로 및 구조적으로 연결하는 단계;
    상기 3개의 광전지 영역 각각의 밑면에 트랙 구조물을 부착하는 단계 - 상기 트랙 구조물은 단일 축을 따라 정렬되고, 각각의 트랙 구조물은 레일을 가짐 -;
    각각의 레일 상에 배튼 후크를 장착하는 단계 - 각각의 배튼 후크는 각각의 개개의 레일의 길이를 따라 슬라이딩 가능함 -; 및
    전력 출력들을 상기 모듈 내에 설정된 가장 바깥쪽 태양광 전지들에 연결하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 각각의 갭 섹션은 약 3센티미터 폭인 방법.
  17. 제15항에 있어서, 각각의 갭 섹션에서 상기 모듈의 밑면에 미드랩 구조물을 부착하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 미드랩 구조물은,
    브랜치형 헤드;
    상기 미드랩 구조물의 종방향 축을 따라 연장되는 웨지 그루브 - 상기 웨지 그루브는, 상기 웨지 그루브의 대향하는 벽들이 서로 접할 때까지, 상기 미드랩 구조물이 안쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -; 및
    구속 스트랩 - 상기 구속 스트랩은, 상기 구속 스트랩이 팽팽해질 때까지, 상기 미드랩 구조물이 바깥쪽으로 구부러질 수 있도록 구성됨 -
    을 포함하는 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 PV 모듈의 밑면에 오프셋 구조물들을 고정시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 오프셋 구조물들은 상기 모듈을 기저 지붕 구조물의 배튼에 기계적으로 커플링시키도록 적응되는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 배튼 후크들 각각은,
    후크 본체;
    상기 후크 본체의 상부에서 서로 대향하여 위치 결정되고, 그 사이에 레일 갭을 형성하는 상부-전단 레지 및 상부-후단 레지; 및
    상기 후크 본체의 바닥에서 위치 결정되어, 상기 후크 본체로부터 횡방향으로 연장되는 하부 레지
    를 갖도록 형성되는 방법.
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