专利名称：光伏系统及其制造方法
技术领域：
0002 本发明系关于一种光伏系统及其制造方法。
背景技术：
0003 虑于渐增之非可再生的矿物燃料的耗损及环境问题，以及对更干净、更具成本效益来源的能源的需求成长需求，已引起对于太阳能技术及其应用之注目。
0004 具有多个半导体电池的各种光伏装置已被开发，可将光转换成直流(dc)电。当通過光伏装置产生的电能正比于入射至自身电池之光时，于高度光照区是必需设置光伏装置。习知光伏电池的效率相对为低，则需相当大的太阳能收集区来产生可用的电能量。此等情况致使光伏装置在一些实例中装载于外部的结构，且特别是建筑物的屋顶结构。屋顶易于接收高度的光照及易于具充足有效表面区以容纳光伏装置之数组。
0005 然而，装载光伏装置于屋顶结构具有某种难度。屋顶结构必须可充分地支撑该光伏电池的重量，及该设备必须具抗典型地高风荷重(wind loads)能力。在一些应用中，应用钢装架来处理这些问题。然而，此解决方法却趋于昂贵。由于设备趋于耗时，因而需要特别的设备技术及硬件。此外，这些支撑结构趋于沉重且该建筑结构需加强以承载这些结构。另外，这些结构趋于需大规模的维护以保持该光伏装置的操作。上述等缺点趋使装载于屋顶的光伏系统无法广泛的应用在住宅或商业建筑。
0006 但，已有一些尝试并入光伏电池至不同屋顶系统的型式。例如，美国申请专利案第5,092,939号；5,232,518号及4,189,881号所揭示夹板及夹层型式的光伏屋顶结构。美国申请专利案第4,040,867号；4,321,416号及5,575,861号所揭示各式光伏屋顶板。
0007 美国申请专利案第4,860,509号，Laaly等人提出(合并于此为参考)，所教示的具有多层的层压结构之光伏屋顶系统。该屋顶系统包括单一层、连接至屋顶的柔性膜层。层压在膜层上为被包封及密封于柔性封装材料(flexible pottant material)的光伏电池的结构性柔性层。保护层覆盖于该柔性封装材料。
0008 在此技术领域中，Laaly等人的光伏屋顶系统已经趋于表现良好，特别是已使用薄膜光伏电池的应用。然而，已利用的相对地具刚性的晶态硅太阳能电池，所出现的某些问题却限制其在此技术领域中的有效应用。具体而言，晶态硅太阳能电池易脆裂且相较于其薄膜型对应物更易龟裂。此特性趋使晶态硅太阳能电池更具操作的考验。其易脆性需特别的操作基准及设备技术。再者，为了避免龟裂缺失，限制个别晶态硅太阳能电池的尺寸，因此不利于该电池在效率及其制造的成本的影响。如一已知应用之实例中，上述的限制促使该晶态太阳能电池的使用基准尺度为不超过约2英寸乘2英寸。
0009 薄膜型光伏电池的使用在一些应用中已发现是有利的，但其效率还无法与晶态硅太阳能电池相比。再者，假如大尺寸晶态硅电池可对此类电池的耐久性以最低影响地利用于光伏系统，在太阳能收集效率上即可进一步的实现。因此，需要光伏系统且特别是适用于搭载使用相对大刚性光伏电池。而进一步的需求為使用刚性光伏电池的系统，该系统能耐久且其在操作和设备上更容易。该光伏系统可利用在许多应用里，且特别有利于屋顶应用。
发明内容
0010 根据本发明的具体例的非限制性样态，提供一种光伏系统包括基部柔性膜层；具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；用于支撑光伏层及赋予其刚性的半刚性层；及顶部透明保护层，用以保护基部柔性膜层、半刚性层及光伏层免于暴露在环境中。该光伏层及半刚性层配置于基部柔性膜层及顶部保护层之间。该基部柔性膜层、半刚性层、光伏层及顶部保护层连接在一起而形成单一结构。
0011 在其它特征中，半刚性层配置于基部柔性膜层的顶上，及光伏层配置于半刚性层的顶上。于进一步的其它特征中，第一黏着层配置于基部柔性膜层及半刚性层之间。第二黏着层配置于半刚性层及光伏层之间。第三黏着层配置于光伏层及顶部保护层之间。
0012 根据本发明之具体例的另一非限制性样态中，提供制造具有多个层压层的光伏系统的方法。该方法包括提供基部柔性膜层及顶部透明保护层；设置半刚性层及具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层于该基部柔性膜层及顶部保护层之间；及将上述层连接在一起而形成单一结构。于其它特征中，设置包括堆栈半刚性层于基部柔性膜层的顶上；及堆栈光伏层于该半刚性层的顶上。
0013 于其它特征中，上述方法于连接前進一步包括设置第一黏着层于基部柔性膜层及半刚性层之间；设置第二黏着层于半刚性层及光伏层之间；及设置第三黏着层于光伏层及顶部保护层之间。另一其它特征中，连接包括将复数层层压在一起。更于又一其它特征中，连接包括先将半刚性层、黏着层、光伏层、另一黏着层及顶部保护层一起层压；然后将该半刚性层固定至基部柔性膜层。
0014 藉由参考本发明的具体例而绘示于所附图式以详细说明于下，将能更清楚地了解本发明的具体例，其中0015 第1图为本发明之一具体例的光伏系统的分解的透视图；0016 第2图为显示于第1图的光伏系统的结构剖面图；0017 第3图为显示于第1图的光伏系统的透视图；0018 第4图为显示于第2图的另一选择的光伏系统的概要剖面图；0019 第5图为本发明的另一具体例的光伏系统的分解透视图；0020 第6图为显示于第5图的光伏系统的概要剖面图；及0021 第7图为用于连接光伏系统的各层而形成单一结构的热真空层压机的透视图。
具体实施例方式
0022 下列描述及描述于其中的具体例藉由实例的图式，或特别实施例的实例提供本发明的原则及样态。此等实例提供用于说明本发明的目的而非限制本发明的所述原则。具体而言，下文描述在屋顶的技术领域中的光伏系统的示范应用。然而，可了解的是本发明不受限于光伏系统用于屋顶应用。咸认为本文下文中所描述的光伏系统可有利地使用在广泛范围的应用及可设置于暴露于充足的日照量的任何表面。
0023 参考第1、2及3图，光伏系统的图式一般指定为参考数字20。光伏系统20适于装载至建筑物的屋顶结构(未图式)。该光伏系统20可具体表现于在制造中经折迭而易于运送至设置点的伸长板21(图标于第3图)。表现该光伏系统的该板可使用一般已知于技术领域的习知设置方法铺设及连接至屋顶结构。例如，该光伏系统20可直接机械地固着或连接至屋顶结构的承板(未图标)，或固着或连接至已设置且连接于屋顶结构的承板的木材、混凝土、波形钢、镀锌钢板或任何一般用于刚性热绝缘板。或者，光伏系统20与屋顶结构的连接可通過光伏系统20及屋顶结构之间所产生的真空而形成的负压系统来达成。此连接光伏系统至下伏屋顶结构的手段有利于最低化固着及连接的使用，因此促进光伏系统的设置。同样地，该黏着的手段可助于提供降低屋顶结构被刺穿或用其它方法贯穿而确保光伏系统在其上彻底的固定。
0024 光伏系统20具有复数层22互相连接而形成单一结构24。具体而言，该光伏系统20包括基部连接至屋顶结构的柔性膜层26；具有至少一个与光伏电池32结合的光伏层30；给予光伏层30刚性的半刚性层28；及用以保护层26、28及30免于暴露在环境中，配置于该等层上的顶部透明保护层34。
0025 基部柔性膜层26提供双重功能-保护其所连接的下层屋顶结构及充当基材使其余层堆栈于其上。柔性膜层26可由单一层屋顶膜性材料而制成，例如热塑性塑料、改质沥青、硫化弹性体、非硫化弹性体、EPDM(乙烯丙烯二烯单体)橡胶等等。较佳为基部柔性膜层26由热塑性塑料建造，且更佳由聚氯乙烯(PVC)建造。或者，可使用热塑性聚烯烃(TPO)或热塑性合金(TPA)而有相似的优势。如有需要，该基部柔性膜层26可藉加强纤维补强，例如编织物或非编织物纤维玻璃纤维垫。该等纤维的内含物趋使膜片层26可在广泛范围的温度保持其尺寸的安定性。该单一层屋顶膜片藉GAF Materials Corporation of Wayne公司，New Jersey之注册商标 是能适当的用于上述应用中的补强PVC屋顶膜片的实例。其包括碳黑PVC的下层、灰PVC的上层及配置在上层及下层间的中间物加强层。
0026 基部柔性膜层26由PVC制成，该层的厚度可变更于约0.04英寸及0.09英寸之间。在较佳具体例中，该膜层26的厚度为约0.06英寸。
0027 在该具体例中，半刚性层28设置于基部柔性膜层26及光伏层30之间。该半刚性层28支撑光伏层30且赋予其结构的刚性。加以详细地解说如下，此附加刚度提供该光伏层30以增加对缩裂及磨耗的抗性。在该具体例中，半刚性层28由玻璃纤维强化塑料(FRP)制成，可察知的是能使用表现相似于FRP的刚性特性的其它材料而有相似的优势。例如，铝、玻璃、某些塑料或甚至一般使用的屋顶板，皆能使用在半刚性层28中。
0028 半刚性层28的材料的选择，部分地根据用于光伏层30的光伏电池32的种类而定。某些光伏电池具有限的挠曲能力因此需有更多的刚性支撑以提供其适当功能。同样地，该半刚性层28的厚度可变化以给予其较多或较少的刚性。当制造FRP时，半刚性层28是经仔细考量的将具有界于约0.060英寸及约O.150英寸之间的厚度。在此情况中，较佳地，该半刚性层的厚度约为O.125英寸。半刚性层28的表面区域根据光伏系统20的应用而变化。例如，在特别的设置中，半刚性层28的表面区域可有近乎4呎乘8呎，或更多。
0029 参考第3图，光伏层30具有复数的光伏电池32。个别电池32之间提供的间隔可增加光伏层30的柔性，因此在操作及设置时可使光伏系统20折迭及不折迭。多个光伏电池32可分布在行及列的二维平数组中沿着光伏层30连续地排列。然而，可察知的是该需求并非为所有应用中的情况。多个光伏电池亦能以其它适合的形式布置。提供诸如扁平线31等等的电器接头，使多个光伏电池32互相连接而传导带有所需的电压及电流特性的电流的流动。该扁平线是于输出连接處馈入接线盒33。分流二极管35沿着光伏层30以预先决定的间隔距离(例如位于光伏电池的每两列的间隔距离)加以设置。该分流二极管35确保在某些光伏电池因设置于阴暗处或持续受伤害的原因而成为无效的电能时，电能连续地横越过光伏层30而传送。多个光伏电池32的互联可在一般习知的技术领域的多样方法中达成。
0030 较佳地，光伏电池32为晶态硅太阳能电池40，其已确定证明可非常有效率的收集太阳能而转换成电能。如前所述，晶态硅太阳能电池具有易脆的倾向，且就其本身而论，由于经重复的滚动或光伏层的弯曲，或自身的超过负载而具有易毁坏的倾向。因此，晶态硅太阳能电池的易脆性造成在习知利用光伏系统类的电池的问题，通常需要该系统在运输、设置及维持时特别地小心谨慎。在光伏系统中相较于其它太阳能电池的种类，相当广泛及更多易碎的太阳能电池的使用亦无法具有提高的效率。然而，可察知的是上述的不利点在光伏系统20中通過在半刚性层28的晶态硅太阳能电池40的本质中提供支撑或填料已有减轻。半刚性层28藉由提供其附加刚度以使增加对抗故障产生缩裂及磨耗而助于延长光伏电池32的使用寿命。如结果所示，整体光伏系统20的耐久性趋于增加。当半刚性层趋使系统20更易操作或连接至屋顶结构时亦有助于安装。因此，可察知的是光伏系统20处于半刚性层28保护光伏层30免于缩裂所提供的刚度，以及运输及安装简易度所需的可柔性之间的精密平衡中0031 虽然于此具体例中已应用晶态硅太阳能电池，但应了解取决于特定的应用，于其它具体例中可应用光伏电池的其它类型，不管是有机的或无机的来源，例如薄膜型太阳能电池、非硅化合物薄膜型太阳能电池、奈米结构太阳能电池、多晶硅太阳能电池等等。
0032 较佳地，各太阳能电池40为矩形且尺寸大于2英寸乘2英寸。更佳地，该晶态硅太阳能电池40有4英寸乘4英寸。然而，可察知的是大尺寸之太阳能电池(例为5英寸乘5英寸，或6英寸乘6英寸)亦可用于光伏系统而具相似的优点。该太阳能电池亦能有其它可选择的样式。各晶态硅太阳能电池40较佳是具有介于约0.010英寸至约0.018英寸间的厚度。
0033 在现行具体例中，顶部保护层34设置于光伏层30之上且封装经堆栈的层26、28及30。当保护层34的主要功能为给予不管是对光伏层30的抗性或是保护其避免不利的环境条件及暴露元素(例如污染、湿度)时，可察知的是光伏层34亦提供对支撑光伏系统20的其它层及屋顶结构的保护。特别是，该保护层34亦产生降低对柔性膜层26之维持及修复的需求及延长该膜预期的使用寿命。
0034 在较佳具体例中，透明的保护层34为抗污膜，经选择氟聚合物膜42具耐久性、优异的抗气候特性及保护抗湿度的能力。再者，该氟聚合物膜42有高太阳辐射透射比，以使其以显著数量的不吸收太阳能辐射。氟聚合物膜42可由任何下列化合物制造乙烯四氟乙烯(ETFE)、乙烯丙烯氟化物(FEP)、全氟烷氧基(PFA)、四氟乙烯/六氟丙烯/亚乙烯基氟化物(THV)、聚亚乙烯基氟化物或任何其它显示UV稳定/抗性特征之高度透明化合物。较佳地，该氟聚合物膜42是由ETFE制成且具有约0.002英寸的厚度。用于保护层34适合的ETFE实例是为ETFE毛面处理膜(matte finish film)，由Saint-Gobain PerformancePlastics of Wayne，New Jersey制成，销售为注册商标NortonTMETFE膜，及由E.I.Du Pont de Nemours and Company of Wilmington，Delaware制成，销售为注册商标TefzelTM。可察知的是氟聚合物膜42的机械特性(例如磨耗阻力)，能藉由改变氟聚合物膜42在保护性层34上的定向而改善。
0035 虽然较佳地为氟聚合物层42的上表面44为相当平滑，但此需求并非在各应用中的情况。如有需要，氟聚合物层的上表面可使用后文中所描述的点刻法而使其有纹路。在其它具体例中，顶部透明的层可由具有平滑或纹地的上表面的玻璃制造。使用作为保护层的玻璃，亦可考虑使用作为半刚性层。
0036 复数层22(具体而言，为层26、28、30及34)可通過黏着剂的方法而连接或装配在一起。较佳地，所使用的黏着剂为热活化黏着剂。具体而言，该热活化黏着剂为乙烯-醋酸乙烯酸(EVA)。聚乙烯醇缩丁醛(PVB)亦可使用作为EVA之代用品。同样地，应考量作为接合剂及缓冲之任何压缩层(pottant layer)皆能取代EVA。
0037 其它适合的黏着剂包括非热活化黏着剂，例如压敏黏着剂或接触黏着剂(例如胶)。在包括具有低于EVA的软化点/熔点的基部柔性膜层的材料的情况下可使用非热活化黏着剂，因此造成在此应用中不适合使用该黏着剂。举例说，此情况包括热塑性聚烯烃(TPO)的一些种类。在该情况中，胶能用于连接基部柔性膜层26至半刚性层28。在另外其它具体例中，基部柔性膜层及半刚性层通過熔融接合彼此连接，因此排除黏着剂的需求。
0038 可了解的是光伏系统20能经设置许多层一个越过另一个之上及将所述层连接在一起而形成单一结构24。具体而言，制成光伏系统20的较佳方法包括(a)堆栈半刚性层28至基部柔性膜层26；(b)堆栈光伏层30至该半刚性层28；(c)以顶部、保护性层34包覆该层26、28及30；及(d)将层26、28、30及34连接在一起而形成单一结构24。应注意的是，各层不需具有相同的尺寸以及较佳为基部柔性膜层26及顶部保护层34大于半刚性层28及/或光伏层34。
0039 虽然较佳为复数层22依下列顺序堆栈基部柔性膜层26，半刚性层28，光伏层30及顶部保护层34，可察知的是随着轻微的改变及材料合理的选择，此顺序是可被修改的。参考第4图，图式出其它的具体例，其光伏系统100的两个中间物层(半刚性层及光伏层)是已被倒置的。该光伏系统100一般相似于光伏系统20，包括基部柔性膜层102，光伏层104，半刚性层106及顶部透明保护层108；所有层可连接在一起而形成单一结构110。然而，在此具体例中，复数层排列为光伏层104设置于基部柔性膜层102及半刚性层106之间。为了确定光伏系统100的适当功能，半刚性层106为透明的以便提供充分之日照量到达光伏层104。可因此了解的是能利用不同方法来制造光伏系统100。该方法包括(a)堆栈光伏层104至基部柔性膜层102；(b)堆栈半刚性层106至该光伏层104；(c)以顶部保护层108包覆层102、104及106；及(d)将层102、104、106及108连接在一起而形成单一结构110。在另外经修饰的具体例中，顶部透明保护层可整个离开夹于半刚性层(现为最高层)及基部柔性膜层之间的光伏层而消除。在该具体例中，半刚性层可由玻璃制成。
0040 在其它具体例中，用于黏合不同层的黏着剂可施用以便形成所述层间的独立层。参考第5及第6图，图式为其它的光伏系统一般以参考数字46指定。光伏系统46一般相似于早先所述的光伏系统20，其具有柔性膜层48，半刚性层50，光伏层52及透明保护层54经堆栈的排列构形。该层48、50、52及54一般相当于光伏系统20之层26、28、30及34。然而，各邻接层48及50，50及52以及52及54之间设置黏着层。具体而言，黏着层56设置于柔性膜层48及半刚性层50之间；黏着层58设置于半刚性层50及光伏层52之间；及黏着层60设置于光伏层52及保护性层52之间。在此具体例中，黏着层56、58及60为EVA。如同在光伏系统20之层26、28、30及34的方式，当层48、56、50、58、52、60及54连接在一起时可形成单一结构62。在另外其它具体例中，可建造相似于光伏系统46的经倒置的半刚性层及光伏层之光伏系统，如此的光伏层设置于基部柔性膜层及半刚性层之间。
0041 咸认为黏着层56的厚度为约0.008英寸至约0.018之间。如需产生连接或提供增加的缓冲可调整层56之厚度。
0042 黏着层58及60作为压缩层，提供封装层52的光伏电池并将其密封以防环境的影响，特别是湿度及环境污染。在此具体例中，各黏着层58、60的厚度为约0.018英寸，但如有需要可经修改。
0043 广泛而言，光伏系统46能通過设置层48、56、50、58、52、60及54一个越过另一个之上且永久地连接该不同层而形成单一结构62。具体而言，制造光伏系统46的方法包括(a)设置黏着层56至基部柔性膜层48的顶上；(b)设置半刚性层50至该黏着层56的顶上；(c)设置黏着层58至该半刚性层50的顶上(d)设置光伏层52至该黏着层58的顶上；(e)设置接着层60至该光伏电池层52的顶上；(f)设置保护性层54至该黏着层60的顶上；及(g)将层48、56、50、58、52、60及54连接在一起而形成单一结构62。可察知的是上述方法可易于经修改而使光伏系统的半刚性层及光伏层如上所讨论而倒置。
0044 连接该不同层的较佳方法包含将至少几个复数经堆栈层压在一起。经堆栈层的层压发生于一般习知技术领域的真空层压机64(图标于第6图)。具体而言，该真空层压机64具有定义上腔室68的上部分66、定义下腔室72的下部分70、设置在上部分66的可柔性硅氧橡胶隔板74，藉以分隔上腔室68及下腔室72、及位在层压机64的下部分70的加热板76。可察知的是具有两个加热板之其它层压机亦可被使用，一个位在其上部分且另一个位在下部分。
0045 层压机64之下部分包括基面78，其能被设置在复数经堆栈层之上而层压。加热板76可形成于基面78之内。层压机64的上部分66是有链的设置至其下部分68及形成适应在打开位置82及闭合位置(未图标)之间可动的匣盖80。
0046 层压制程包括真空循环、压力循环、热循环及硬化循环。具体而言，经堆栈的层48、56、50、58、52、60及54置于真空层压机64的基面78上，然后将匣盖80移动至其闭合位置。将上腔室68及下腔室72两者的空气抽空。此真空循环持续5至20分钟间且在压力循环开始前抽空在不同之经堆栈层间的空气，因而助于消除受陷的气泡。接着，停止抽取在上腔室68中的真空并放置上腔室68至流动的大气交流中。均匀地抽取在经堆栈层的最上表面而引起隔板70的压力差，因而使该隔板70对抗着加热板76而被压缩。该可柔性隔板70符合于经堆栈层的表面，因而确保所述层间确实及均匀接触并排除空隙。
0047 热循环时，自室温或不高于50℃的温度开始，加热加热板76到约160℃的最高温度。加热板76的斜坡式升温到最高温度需近乎5至10分钟。一旦加热板达到最高温度时，可维持大概3至5分钟而使黏着层56、58及60活化，因而开始所述层互相的黏合。在该期间内，持续施加压力至所述层。又，保护层54可充分地经软化而围绕其它层形成护膜。层压机64中仅自下部分72产生热度。具体而言，该热度可自加热板76转移至柔性膜层48而分配到经堆栈层。可了解的是亦可使用相对位于层压机的上及下部分的具有上及下加热板的其它层压机而助于光伏系统的产生。使用该层压机时，在停止上腔室的真空前，可通過上加热板预先加热隔板。在此具体例中，上及下加热板的供应可助于确使经堆栈层中的热分配更均匀及助于减少热循环的持续时间因而促进产量。
0048 热循环之后，经堆栈层可离开层压机64而冷却5至15分钟的时间。一旦经堆栈层冷却至低于近乎70℃时，层压机匣盖80可移至其打开位置82且该经堆栈层可自层压机64移开而在室温中进一步硬化、调节及冷却。
0049 一旦系统处于近乎室温时，可对光伏系统46进行最后精整。最后精整可包括(a)修整光伏系统的任何附加的材料，如有需要包括移除保护性层54的厚度；(b)设置电连接器至光伏系统46等；及(c)执行光伏系统46品质控制测试。光伏系统的电连接器装置可包括安装连接器至输出铅连接器(未图标)以及用黏着剂及覆盖的面板封装出口面积。品质控制测试可包括使用数字电压及电流计量器在人造光源下测试光伏系统46而验证本说明书所述的光伏系统46系可作用。
0050 保护层54的顶面84(ETFE制造)如有需要可经点刻，例如为了安全或美化的理由，玻璃纤维网(fiberglass screen)或其它可能在经堆栈层放置至层压机64之前可设置于保护层54的顶上。将可使该网型样可永久地浮雕至顶面84创造具纹路的頂表面。可察知的是此步骤可能不适合将玻璃使用作为保护层54。在该步骤中，假使需要点刻，可在制造前提供带有点刻之玻璃。
0051 可了解的是层压制程及/或装备可经修改作为适当适合于层的特别布置所需或其它可能。
0052 在包括具有低于黏着层的软化点/熔点的柔性膜层的材料或在可实现操作或设置效率的实例中，可使用利用两阶段建造的其它制造方法。广泛而言，该其它方法包括堆栈层(除了柔性膜层外)，如上所述将所述层连接在一起的配置而使一个越过另一个之上(例如藉由层压之方式)及稍后接着使用非热活化黏着剂将经黏合的层固定至柔性膜层。具体而言，该可选择的方法包括步骤(a)放置黏着层58至半刚性层50的顶上；(b)放置光伏电池层52至该黏着层58的顶上；(c)放置黏着层60至该光伏电池层52的顶上；(d)放置顶部保护层54至该黏着层60的顶上；(e)将层50、58、52、60及54互相连接；(f)之后将半刚性层50固定至柔性膜层48成为经堆栈关系。
0053 将层50、58、52、60及54互相连接可包括使用上述的真空层压机64及热层压制程将所述层层压在一起。将柔性膜层48固定至半刚性层50可包括通過非热活化黏着剂的方式连接柔性膜层48至半刚性层50。可察知的是在经层压的层完全充分地冷却后，固定之操作可在制造厂或是在更后期时间例如在设置位置被完成。经层压的层与柔性膜层的连接发生在设置位置，可期于完成固定的操作前将柔性膜层50牢固至屋顶结构。
0054 依照发明人所深思熟虑，虽然本发明的特别较佳具体例及制造的特别方法已如上所解释并附相关图标，应了解的是可在不违反本发明的本意下进行不同的变化、修饰及适应过程。
权利要求
1.一种光伏系统，包括基部柔性膜层；具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；用于支撑光伏层及赋予其刚性的半刚性层；及顶部透明保护层，用以保护基部柔性膜层、半刚性层及光伏层免于暴露在环境中；该光伏层及半刚性层配置于基部柔性膜层及顶部保护层之间；该基部柔性膜层、半刚性层、光伏层及顶部保护层连接在一起而形成单一结构。
2.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该光伏层配置于基部柔性膜层的顶上；以及该半刚性层配置于光伏层的顶上且为透明的。
3.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该半刚性层配置于基部柔性膜层的顶上；以及该光伏层配置于半刚性层的顶上。
4.根据权利要求3所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层、半刚性层及光伏层通过粘着剂彼此连接。
5.根据权利要求4所述的光伏系统，其中该粘着剂为热活化粘着剂。
6.根据权利要求5所述的光伏系统，其中该热活化粘着剂为乙酸-亚乙基-乙烯酯。
7.根据权利要求4所述的光伏系统，其中该粘着剂为非热活化粘着剂。
8.根据权利要求7所述的光伏系统，其中该非热活化粘着剂为压敏粘着剂。
9.根据权利要求8所述的光伏系统，其中该非热活化粘着剂为胶。
10.根据权利要求3所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层及半刚性层通过熔融接合彼此连接。
11.根据权利要求3所述的光伏系统，进一步包括第一粘着层，配置于基部柔性膜层及半刚性层之间；第二粘着层，配置于半刚性层及光伏层之间；及第三粘着层，配置于光伏层及顶部保护层之间。
12.根据权利要求11所述的光伏系统，其中该第一粘着层具有约0.008英寸至约0.018英寸之间的厚度。
13.根据权利要求11所述的光伏系统，其中该第二及第三粘着层具有约0.018英寸的厚度。
14.根据权利要求11所述的光伏系统，其中该第一、第二及第三粘着层中的至少一个为乙酸-亚乙基-乙烯酯。
15.根据权利要求11所述的光伏系统，其中该第一、第二及第三粘着层中的至少一个为聚乙烯醇缩丁醛。
16.根据权利要求11所述的光伏系统，其中第二及第三粘着层为乙酸-亚乙基-乙烯酯；基部柔性膜层是由熔点低于乙酸-亚乙基-乙烯酯的热塑性聚烯烃所制成；以及第一粘着层为非热活化粘着剂。
17.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层由选自以下的单层屋顶材料制成(a)热塑性屋顶膜；(b)硫化弹性体膜；(c)非硫化弹性体膜；或(d)改质沥青屋顶膜。
18.根据权利要求17所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层被强化。
19.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层由聚氯乙烯制成。
20.根据权利要求19所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层具有约0.04英寸及约0.09英寸之间的厚度。
21.根据权利要求20所述的光伏系统，其中该基部柔性膜层的厚度约为0.06英寸。
22.根据权利要求3所述的光伏系统，其中该半刚性层为玻璃纤维强化塑料。
23.根据权利要求22所述的光伏系统，其中该半刚性层具有约0.060英寸及约0.150英寸之间的厚度。
24.根据权利要求23所述的光伏系统，其中该半刚性层的厚度约为0.125英寸。
25.根据权利要求3所述的光伏系统，其中该半刚性层由选自以下的材料而制成(a)铝；或(b)玻璃。
26.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该光伏电池为晶体硅太阳能电池。
27.根据权利要求26所述的光伏系统，其中该光伏电池的尺寸大于约2英寸乘2英寸。
28.根据权利要求27所述的光伏系统，其中该光伏电池的尺寸约为4英寸乘4英寸。
29.根据权利要求27所述的光伏系统，其中该光伏电池的尺寸大于约4英寸乘4英寸。
30.根据权利要求26所述的光伏系统，其中该光伏电池具有约0.01英寸及约0.018英寸之间的厚度。
31.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该光伏层包括分布在行及列的二维平数组中的多个光伏电池。
32.根据权利要求31所述的光伏系统，进一步包括互相连接该多个光伏电池的电连接器以使可以从那提取电能。
33.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该顶部保护层为抗污、含氟聚合物膜。
34.根据权利要求33所述的光伏系统，其中该含氟聚合物膜为糙面精整膜。
35.根据权利要求33所述的光伏系统，其中该含氟聚合物膜由选自以下的化合物而制成(a)亚乙基-四氟乙烯；(b)乙烯丙烯氟化物；(c)全氟烷氧基；(d)四氟乙烯/六氟丙烯/亚乙烯基氟化物；或(e)聚亚乙烯基氟化物。
36.根据权利要求33所述的光伏系统，其中该含氟聚合物膜由亚乙基-四氟乙烯制成并具有约0.002英寸的厚度。
37.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该顶部保护层由玻璃制成。
38.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该顶部保护层具有平滑的顶表面。
39.根据权利要求1所述的光伏系统，其中该顶部保护层有具纹路的顶表面。
40.一种光伏系统，包括基部柔性膜层；具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；用于赋予光伏层刚性且保护光伏层免于暴露在环境中的顶部透明半刚性层；该光伏层配置于基部柔性膜层及顶部半刚性层之间；该基部柔性膜层、光伏层及顶部半刚性层连接在一起而形成单一结构。
41.根据权利要求40所述的光伏系统，其中该半刚性层由玻璃制成。
42.一种制造光伏系统的方法，包括提供基部柔性膜层及顶部半刚性层；在基部柔性膜层及顶部半刚性层之间设置具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；将所述层连接在一起而形成单一结构。
43.一种制造光伏系统的方法，包括提供基部柔性膜层及顶部透明保护层；在基部柔性膜层及顶部保护层之间设置半刚性层及具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；将所述层连接在一起而形成单一结构。
44.根据权利要求43所述的方法，其中设置包括堆栈光伏层至基部柔性膜层的顶上；及堆栈半刚性层至光伏层的顶上。
45.根据权利要求43所述的方法，其中设置包括堆栈半刚性层至基部柔性膜层的顶上；及堆栈光伏层至半刚性层的顶上。
46.根据权利要求45所述的方法，在连接前进一步包括设置第一粘着层于基部柔性膜层及半刚性层之间；设置第二粘着层于半刚性层及光伏层之间；及设置第三粘着层于光伏层及顶部保护层之间。
47.根据权利要求46所述的方法，其中该连接包括连接至少基部柔性膜层至顶部保护层。
48.根据权利要求46所述的方法，其中该连接包括将所述层层压在一起。
49.根据权利要求48所述的方法，其中层压包括放置所述层至层压机，该层压机具有定义上腔室的上部分，定义下腔室的下部分，安装于上部分的隔板，用于分隔上腔室及下腔室，及位于下部分中的加热板；抽空层压机的上及下腔室的空气；压缩隔板及加热板之间的所述层；将加热板加热至足够的温度以使第一、第二及第三粘着层活化，从而使所述层开始互相接合；及冷却所述层。
50.根据权利要求49所述的方法，进一步包括在冷却之后精整光伏系统，精整包括从光伏系统修整任何过量的材料；安装电连接器至光伏系统；及对光伏系统执行品质控制测试。
51.根据权利要求48所述的方法，其中层压包括放置所述层至层压机，该层压机具有定义上腔室的上部分，定义下腔室的下部分，安装于上部分的隔板，用于分隔上腔室及下腔室，及位于上部分中的上加热板，及位于下部分中的下加热板；抽空层压机的上及下腔室的空气；加热第一上加热板以实现隔板的预热；压缩预热隔板及下加热板之间的所述层；将下加热板加热至足够的温度以使第一、第二及第三粘着层活化，从而使所述层开始互相接合；及冷却所述层。
52.根据权利要求45所述的方法，连接前进一步包括设置第一粘着层于半刚性层及光伏层之间；及设置第二粘着层于光伏层及顶部保护层之间。
53.根据权利要求52所述的方法，其中连接包括先将半刚性层、第一粘着层、光伏层、第二粘着层及顶部保护层层压在一起；及然后将该半刚性层固定至该基部柔性膜层。
54.根据权利要求53所述的方法，其中层压的步骤进一步包括放置半刚性层、第一粘着层、光伏层、第二粘着层及顶部保护层至层压机，该层压机具有定义上腔室的上部分，定义下腔室的下部分，安装于下部分的隔板，用以分隔上腔室及下腔室，及位于层压机的下部分中的加热板；抽空层压机的上及下腔室的空气；压缩隔板及加热板间的半刚性层、第一粘着层、光伏层、第二粘着层及顶部保护层；将加热板加热至足够的温度以活化第一及第二粘着层，从而开始半刚性层、光伏层的互相接合；及冷却层压层。
55.根据权利要求54所述的方法，其中该固定包括通过非热活化粘着剂的方法使基部柔性膜层粘着至半刚性层。
全文摘要
本发明关于一种光伏系统及其制造方法。该光伏系统具有互相连接而形成单一结构之复数层。具体而言，该光伏系统包括基部柔性膜层；具有至少一个与其结合的光伏电池的光伏层；用于支撑光伏层及赋予其刚性的半刚性层；及顶部透明保护层，用以保护基部柔性膜层、半刚性层及光伏层免于暴露在环境中。该光伏层及半刚性层配置于基部柔性膜层及顶部保护层之间。可于各层之间配置额外的黏着层以助于使其黏合。
文档编号H01L31/18GK1950954SQ200580011571
公开日2007年4月18日 申请日期2005年2月4日 优先权日2004年2月17日
发明者J·A·钱尼, H·O·拉里, S·B·利维 申请人:太阳能屋顶系统公司