屋顶光伏系统的制作方法

专利名称：屋顶光伏系统的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及光伏领域、更具体而言涉及屋顶光伏系统以及制造和使用所 述系统的方法。
背景技术：
当前可用的商用光伏系统的屋顶安装常常是复杂的，并且需要安装技术人员/电 工进行大量的电连接。因此，存在开发如下屋顶光伏系统的需要其易于安装并且在安装期间需要最小 数目的电连接。

发明内容
根据第一实施例，一种屋顶光伏系统包括一个或多个排(string)，每排都包括 屋面材料件以及一个或多个单元，所述单元每个都包括被部署在该屋面材料件上的光伏模 块以及被配置为将来自光伏模块的DC转换成AC的逆变器。根据第二实施例，一种屋顶光伏系统包括至少一个活动单元，其包括一个或多个 光伏模块，所述光伏模块每个都包括被成形为木瓦以提供屋面材料外观的光伏电池；以及 一个或多个不活动单元，其具有屋面材料外观。


图1示意性地示出了包括两个光伏电池和挠性集流体连接器的光伏模块。图2A和2B示意性地示出了包括两个光伏电池和挠性集流体连接器的光伏模块。图3示意性地示出了包括多个光伏电池的光伏模块。图4是被形成在挠性不锈钢衬底上的挠性Cu(In，Ga)Se2(CIGS)电池的照片。图5是示出了被形成在挠性不锈钢衬底上的CIGS电池的挠性的照片。图6示意性地示出了包括被成形为木瓦的光伏电池的光伏模块。图7示意性地示出了具有逆变器的屋顶光伏系统，其中所述逆变器附着于该系统 的每个光伏模块。图8A示意性地示出了根据实施例之一的屋顶光伏系统。图8B示意性地示出了具有不活动单元(“边缘相配物(edge tie-ins) ”)的屋顶 光伏系统，其中所述不活动单元连同该系统的光伏模块一起与该系统被安装在上面的屋面 的形状相匹配。
具体实施例方式除非另行规定，单数形式指代一个或多个。下面的相关专利申请可能有益于理解和实施本发明，这些专利申请的全部内容通 过引用结合于此。l)Hachtmann等人的于2006年6月13日提交的美国专利申请 No.11/451,616 "Photovoltaic Module with Integrated CurrentCollection and Interconnection，，；2)Hachtmann等人于2006年6月13日提交的美国专利申请 No.11/451,605 "Photovoltaic Module with Insulatinglnterconnect Carrier，，；3)Dorn等人于2006年12月15日提交的美国专禾lj申请 No. 1 1/639,428 "Photovoltaic Module Utilizing a Flex Circuit forReconfiguration"；4) Croft等人于与本申请同一日提交的名称为‘‘PhotovoltaicModule with Integrated Devices”的美国专利申请(代理人案号No. 075122-0108)；5)Paulson等人于2007年6月19日提交的美国专利申请 No. 11/812,515 "Photovoltaic Module Utilizing an Integrated FlexCircuit and Incorporating a Bypass Diode，，。本发明人开发出了易于安装的屋顶光伏系统，所述系统可以在安装期间需要最少 量的电连接。根据第一实施例，一种屋顶光伏系统包括一个或多个排，每排都包括一个或多个 单元，所述单元每个都包括屋面材料件、被部署在该屋面材料件上的光伏模块以及被配置 为将来自光伏模块的DC转换成AC的逆变器。根据第二实施例，一种屋顶光伏系统包括一个或多个活动单元，使得所述单元的 每个都包括一个或多个光伏模块，所述光伏模块包括被成形为木瓦以提供屋面材料外观的 光伏电池；以及一个或多个不活动单元，其具有相同的屋面材料视觉外观。光伏模块用在本发明的屋顶光伏系统中的光伏模块可以是任意类型的光伏模块。在一些实 施例中，所述光伏模块中至少之一可以是包括至少两个光伏电池以及集流体连接器的光伏 模块。如在此所使用的那样，术语“模块”包括至少两个、优选地为三个或三个以上电互连 的光伏电池(亦可称为“太阳能电池”)的组件。“集流体连接器”是一种器件，其既充当集 流体以收集来自该模块的至少一个光伏电池的电流，还充当将所述至少一个光伏电池与该 模块的至少一个其他光伏电池电互连的互连。总的来说，所述集流体连接器获得从该模块 的每个电池所收集的电流并且将其组合以便在该模块的输出连接器处提供有用的电流和 电压。图1示意性地示出了模块1，其中模块1包括第一和第二光伏电池3a和3b以及集 流体连接器11。应当理解，模块1可以包含三个或三个以上电池、比如例如3-10，000个电 池。优选地，第一 3a和第二 3b光伏电池为彼此相邻的盘形电池(如图1示意性示出的那 样)。当从顶部观察时，所述电池可以具有方形、矩形(包括带形)、六边形或其它多边形、 圆形、椭圆形、或者不规则的形状。
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每个电池3a、3b都包括光伏材料5、比如半导体材料。例如，光伏半导体材料可以 包括如下材料的P_n或p-i-n结IV族半导体材料、比如非晶硅或晶硅；II-VI族半导体材 料、比如 CdTe 或 CdS ；I-III-VI 族半导体材料、比如 CuInSe2 (CIS)或 Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)； 和/或III-V族半导体材料、比如GaAs或InGaP。所述p_n结例如可以包括不同材料的异 质结、比如CIGS/CdS异质结。每个电池3a、3b还可以包含正侧电极和背侧电极7、9。所述 电极7、9可以被标为第一和第二极性电极，因为电极具有相反的极性。例如，正侧电极7可 以电连接到P_n结的n侧，并且背侧电极可以电连接到p-n结的p侧。所述电池的正面上 的电极7可以是适于朝向太阳的光学透明的正侧电极，并且可以包括透明的导电材料、比 如铟锡氧化物或者铝掺杂氧化锌。所述电池的背面上的电极9可以是适于背对太阳的背侧 电极，并且可以包括一种或多种导电材料、比如铜、钼、铝、不锈钢、和/或其合金。所述电 极9还可以包括衬底，其中光伏材料5和前电极7在所述电池的制造期间被沉积在所述衬 底上。该模块还包含集流体连接器11，所述集流体连接器11包括电绝缘载体13以及至 少一个电导体15。集流体连接器11以如下方式电接触第一光伏电池3a的第一极性电极 7 使得收集来自第一光伏电池的电流。例如，电导体15电接触第一光伏电池3a的第一极 性电极7的表面的主要部分，以收集来自电池3a的电流。集流体连接器11的导体15部分 还电接触第二光伏电池3b的第二极性电极9，以将第一光伏电池3a的第一极性电极7电连 接到第二光伏电池3b的第二极性电极9。优选地，载体13包括挠性的、具有板(sheet)形或带形的电绝缘聚合物膜，所述聚 合物膜支承至少一个电导体15。合适的聚合物材料的例子包括热塑性聚烯烃(TPO)。TP0 包括任何具有热塑性的烯烃、比如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。还可以使用其它被阳光降解 不明显的聚合物材料(比如EVA)、其它非烯烃热塑性聚合物(比如含氟聚合物、丙烯酸树 脂、或硅树脂)、以及多层层压板和共挤型材(比如PET/EVA层压板或共挤型材)。绝缘载 体13还可以包括任何其它电绝缘材料、比如玻璃或陶瓷材料。载体13可以是从卷筒或卷 盘展开的片或带，所述片或带被用于支承将模块1中的三个或三个以上电池3互连的导体 15。除片形或带形以外，载体13还可以具有其它合适地形状。导体15可以包括任何导电的迹线或导线。优选地，导体15被应用于绝缘载体13， 其中绝缘载体13在该导体的沉积期间充当衬底。然后，集流体连接器11被应用得接触电 池3，使得导体15接触电池3的一个或多个电极7、9。例如，导体15可以包括迹线、比如银 浆、例如聚合物银粉混合浆，其中所述浆被涂覆(比如丝网印刷)到载体13上以形成载体 13上的多个导电迹线。导体15还可以包括多层迹线。例如，所述多层迹线可以包括种子层 和镀层。种子层可以包括任何导电材料、比如银填充印剂或者碳填充印剂，其中所述导电材 料以所期望的图案被印刷在载体13上。种子层可以通过如下印刷形成高速印刷、比如圆 网辊筒印刷、平板印刷、转轮凹版印刷(rotary gravureprinting)等。镀层可以包括任意 的导电材料，所述镀层可以通过镀覆比如铜、镍、银、钴或其合金形成。所述镀层可以以如下 方式通过电镀形成有选择地在种子层上形成所述镀层，其中所述种子层被用作镀液中的 电极之一。可替代地，所述镀层可以通过化学镀形成。可替代地，导体15可以包括多个金 属导线、比如铜导线、铝导线、和/或其合金导线，所述金属导线被载体13支承或者附着于 载体13。导线或迹线15电接触第一光伏电池3a的第一极性电极7的表面的主要部分，以收集来自该电池3a的电流。导线或迹线15还电接触第二光伏电池3b的第二极性电极9 的表面的至少一个部分，以将电池3b的该电极9电连接到第一光伏电池3a的第一极性电 极7。导线或迹线15可以形成与电极7的栅格状接触。导线或迹线15可以包括细的栅格 线以及可选的粗的汇流条或汇流线，这将在下面更详细地予以说明。如果存在汇流条或汇 流线，则栅格线可以被布置成从所述汇流条或汇流线延伸的细的“指(finger) ”。所述模块提供电流一种电流收集和互连配置以及方法，其比现有技术模块更廉 价、更耐用，并且允许更多的光照射到光伏模块的有源区上。该模块提供来自光伏(“PV”) 电池的电流收集、以及两个或两个以上PV电池的电互连以用于如下目的将一个PV电池中 所生成的电流转移到相邻电池和/或从光伏模块转移出转移到到输出连接器。另外，该载 体可以容易地被切割、成形、以及操纵。另外，当将薄膜太阳能电池与金属衬底(比如不锈 钢)互连时，本发明的实施例允许在所使用的互连焊料与所述太阳能电池之间进行比用硅 PV电池上的传统焊接接头更佳的热膨胀系数匹配。具体来说，该模块的电池可以在不使用 现有技术的排互连技术和焊片的情况下被互连。然而，可以在需要时使用焊接。图2A和2B分别图解说明了模块la和lb，其中载体膜13包含被印刷在一侧上的 导电迹线15。迹线15电接触电池3a的活性表面(即电池3a的正面电极7)，以收集该电 池3a上所生成的电流。导电的填隙材料可以被添加在导电迹线15与电池3a之间，以改善 传导和/或使到环境应力或热应力的界面稳定。到第二电池3b的互连由导电片25完成， 所述导电片25接触导电迹线15和电池3b的背侧二者(即电池3b的背侧电极9)。片25 可以在所述电池的宽度的范围内是连续的，或者可以包括间断的片，其中所述间断的片连 接到所述电池上的匹配的导体。可以利用导电的填隙材料、导电的粘合剂、焊料、或者通过 迫使所述片材料25直接紧密地接触该电池或导电迹线来产生所述电连接。对片材料25进 行模压可以改善该界面处的连接。在图2A所示的配置中，集流体连接器11延伸到电池3b 的背侧之上并且片25位于电池3b的背侧之上，以产生电池3b的背侧电极与迹线15之间 的电接触。在图2B的配置中，集流体连接器11位于电池3a的正侧之上并且片25从电池 3a的正侧延伸到电池3b的背侧，以将迹线15电连接到电池3b的背侧电极。简言之，在图2A和图2B的模块配置中，导体15位于载体膜13的一侧上。载体 13的至少第一部分13a位于第一光伏电池3a的正面之上，使得导体15电接触第一光伏电 池3a的正侧上的第一极性电极7，以收集来自电池3a的电流。导电片25将导体15电连 接到第二光伏电池3b的第二极性电极9。此外，在图2A的模块la中，载体13的第二部分 13b在第一光伏电池3a与第二光伏电池3b之间延伸，使得载体13的包含导体15的侧的反 侧接触第二光伏电池3b的背侧。还可以使用在于2006年6月13日提交的美国专利申请 no. 11/451,616中所描述的其它互连配置。图4和图5是被形成在挠性不锈钢衬底上的挠性GIGS PV电池的照片。包含图2 所示且在上面描述的导电迹线和挠性绝缘载体的集流体连接器被形成在所述电池的顶部 之上。该载体包括PET/EVA共挤型材，并且该导体包括无电镀覆的铜迹线。图5图解说明 了该电池的挠性，其中正在用手举起和弯曲该电池。尽管载体13可以包括任意合适地聚合物材料，但是在本发明的一个实施例中，第 一载体13a包括热塑性烯烃(TP0)板，并且第二载体13b包括适于被安装在屋面(roof)支 承结构之上的第二热塑性烯烃膜屋面材料板。因此，在本发明的该方面，图3所示的光伏模
7块lj包括仅仅三个元件第一热塑性烯烃板13a，其支承其内表面上的上导体15a ；第二热 塑性烯烃板13b，其支承其内表面上的下导体15b;以及多个光伏电池3，其位于所述两个热 塑性烯烃板13a与13b之间。电导体15a、15b将该模块中的多个光伏电池3电互连(如图 3所示)。优选地，该模块lj是建筑一体化光伏(BIPV)模块，其可用于代替建筑物中的屋面 (如图3所示)(与被安装在屋面上形成对照)。在该实施例中，第二热塑性烯烃板13b的 外表面附着于建筑物的屋面支承结构、比如胶合板或者屋顶绝缘板。因此，模块lj包括建 筑一体化模块，其中所述模块形成建筑物屋面的至少一部分。在需要时将粘合剂配备在太阳能模块lj的背面(即底部载体板13b的外表面 上)，并且该模块被直接粘附到屋面支承结构、比如胶合板或者屋顶绝缘板。可替代地，可以 利用机械紧固件(比如夹具、螺栓、钉书钉、钉等)将模块1 j粘附到屋面支承结构。如图3 所示，大部分布线可以被集成到TP0背面板13b汇流条印刷，这导致大面积模块具有简化的 布线和安装。替代于常规安装屋面(roofing)，该模块被简单地安装，这大大降低了安装成 本以及安装者对劳动力和材料的加价。例如，图3图解说明了两个模块1 j，所述模块1 j被安 装在居住建筑物、比如独户住宅或城镇住宅的屋面或屋面板85上。每个模块1 j都包含输出 引线82，所述输出引线82从位于背面板13b上或者与背面板13b相邻之处的接线盒84延 伸。引线82可以使用简单的插座连接83或者其它简单的电连接而被简单地插入到现有建 筑物布线81 (比如逆变器)中(如图3中的剖视图所示)。对于包含阁楼86和屋檐87的 住宅而言，接线盒84可以位于模块lj的位于阁楼86之上的部分(比如图3所示的上部) 中，以便允许在可进入的阁楼中进行电连接83、允许电工或其它服务人员或安装者通过达 到所述阁楼而不是通过除去该模块或屋面的一部分来安装和/或维修所述接线盒和连接。简言之，模块lj可以包括挠性的模块，在该模块中，第一热塑性烯烃板13a包括该 模块的挠性顶板，所述挠性顶板具有内表面和外表面。第二热塑性烯烃板13b包括该模块 的背面板，所述背面板具有内表面和外表面。多个光伏电池3包括多个挠性光伏电池，所述 光伏电池位于第一热塑性烯烃板13a的内表面与第二热塑性烯烃板13b的内表面之间。电 池3可以包括CIGS类型的电池，其中所述电池被形成在包括导电的箔材的挠性衬底上。电 导体包括挠性导线或迹线15a，其位于第一热塑性烯烃板13a的内表面上或者被所述内表 面支承；以及挠性导线或迹线15b，其位于第二热塑性烯烃板13b的内表面上或者被所述内 表面支承。如在前面的实施例中那样，导体15适于在该模块的运行期间收集来自多个光伏 电池3的电流，并且将所述电池互连。尽管TP0被描述为一种示例性的载体13材料，但是 载体13a、13b之一或者二者可以由其它绝缘聚合物或非聚合物材料(比如例如EVA和/或 PET)或者其它可以形成膜屋面材料的聚合物构成。例如，顶部载体13a可以包括丙烯酸树 脂材料，而背面载体13b可以包括PVC或者浙青材料。载体13可以通过挤压树脂以形成单层(或者在需要时为多层)膜屋面而被形成， 并且然后被卷成卷筒。然后，栅格线和汇流条15被印刷在大卷清洁的TP0或其它将形成太 阳能模块1 j的顶部板的材料上。TP0可以取代针对EVA的需求，同时兼作玻璃的取代物。 常规膜屋面的第二板13b将被用作背面板，并且例如可以是黑色或白色板。第二板13可以 由TP0或其它屋面材料构成。如图3所示，电池3被层压在经过预先印刷的聚合物材料(比 如TP0)的两个层13a、13b之间。
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顶部TP0板13a可以取代现有技术刚性模块的玻璃和EVA顶部层压板二者，或者 其可以取代现有技术挠性模块的Tefzel/EVA封装。同样，底部TP0板13b可以取代现有技 术EVA/Tedlar底部层压板。模块1 j架构将包括TP0板13a、导体15a、电池3、导体15b、以 及TP0板13b，这大大降低了材料成本和模块组装复杂度。模块lj可以制造成尺寸非常大 并且其安装被简化。在需要时，可以将一种或多种如下的荧光染料掺到顶部TP0板13a中 其将阳光的较短波长(即蓝色或紫色)部分转换成较长波长(即橙色或红色)光。如图6所示，在一些实施例中，模块lk可以包含PV电池3，所述PV电池3被成形 为木瓦，以便提供商用或居住建筑物的常规屋面材料外观、比如浙青瓦外观。这可能对于座 落在如下社区中的建筑物、比如居住用的独户住房、以及城镇住宅是有利的所述社区需要 常规的屋面材料外观、比如包含具有建筑控制委员会和/或严格的住宅外观盟约或规章的 邻居协会的社区；还可能对于历史保护区中的商业建筑物或居住建筑物是有利的，在所述 历史保护区中，建筑规范或其它类似类型的规章要求屋面具有木瓦类型的外观。如图6所 示(为了清楚起见，未示出光学透明的正面板13a)，电池3可以以阶梯状的行的形式位于背 面板13b上，以提供该屋面被覆盖上木瓦的外观。因此，背面板13b可以具有阶梯状的朝向 电池3的表面。每行中的电池可以在低一级的行中的电池之上部分重叠，或者相邻的行中 的电池可以避免重叠(如图6所示)，以增加每个电池的可用受光面积。分层的木瓦外表可 以连同大大简化的现场布线要求一起在工厂中实现，以降低模块和安装成本。包含光伏电 池的被成形为木瓦的模块可以用在第二实施例的屋顶光伏系统中。第一实施例的屋顶光伏系统图7图解说明了根据第一实施例的屋顶光伏系统。图7中的屋顶光伏系统具有 十一排701，每排都包括屋面材料件和十六个活动单元702。每个活动单元702都包括光伏 模块，其被部署在屋面材料件上；以及逆变器，其被配置为将来自光伏模块的直流(“DC”) 转换成交流(“AC”)。尽管图7示出了多排，但是在一些情况下，屋顶光伏系统可以具有仅 仅一排。类似地，尽管图7在每排上示出了多个活动单元，但是在一些情况下，光伏系统的 排可以包括仅仅一个活动单元。优选地，活动单元702的每个光伏模块是包括薄膜光伏电池的挠性光伏模 块、比如上面所讨论的以及在相关美国专利申请no. 11/451,616,11/451,605以及 11/639，428(所述专利申请的全部内容均通过引用结合于此)中所讨论的光伏模块。所述 光伏模块可以在屋面材料件上被部署得彼此相邻(如图7所示)。优选地，所述光伏模块被 层压到屋面材料件。所述排的光伏模块在屋面材料件上的特定布置可以不同于图7中的布 置。如上面所指出的那样，屋面材料件可以包括屋面膜材料。屋面膜材料的例子包括 但不限于上述材料。优选地，屋面材料件具有卷筒或带的形状。所述排的光伏模块可以是经过工厂互连的，也就是说，在光伏系统的安装期间，不 需要执行所述排的光伏模块之间的电连接。所述排的光伏模块之间的工厂互连可以通过集 成在所述排中或者与所述排的屋面材料件相集成的电连接器、比如汇流条来完成。优选地， 这样的集成电连接器为如下的AC汇流条其电连接与该排中的相邻光伏模块相关联的逆 变器。在图7的插图中，所述AC汇流条被标为元件707。只要活动单元702的逆变器电连接到其相应的光伏模块，则所述逆变器相对于所述模块的位置就不受特别的限制。例如，在图7的插图中，逆变器703位于相邻于其相应光 伏模块之处，其中所述光伏模块包括光伏电池704。逆变器703通过与该排相集成的DC汇 流条705电连接到模块704。用在该光伏系统中的逆变器可以是可分离的逆变器、即可以容易地同其相应光伏 模块分离的逆变器。例如，图7的插图中所示的逆变器703是可分离的逆变器，其包括可分 离的逆变器元件706 (比如DC/AC逆变器电路)、以及逆变器壳体/接线盒708。逆变器壳 体708通过DC汇流条705电连接到光伏模块。逆变器壳体708还电接触AC汇流条707。 不具有可分离逆变器元件706的逆变器壳体708是不活动的，也就是说，其不能将光伏模块 的DC转换成AC。逆变器元件706以可分离的形式位于壳体708中。例如，逆变器元件706 可以被卡扣安装(即用张力固定)、螺栓连接、和/或夹持到壳体708中，并且可以相对容易 地被插入到壳体708中以及从壳体708中除去。可分离的逆变器可以有利于安全地航运所 述系统，因为所述系统可以在可分离的逆变器元件未被安装的情况下在不活动的状态下被 航运，并且之后通过安装可分离的逆变器元件而被激活。第一实施例的光伏系统可以不需要任何DC安装连接，也就是说，仅仅应当在在屋 面上安装光伏系统期间进行AC连接。因此，如下的板从卷起的位置被展开所述板包括多 个光伏模块，其中每个模块包括光伏单元704 ；以及多个逆变器壳体708，其包含工厂预制 的到所述多个光伏模块的DC电连接(即汇流条705)。然后，该板被安装在某个结构(比如 住宅或建筑物)的屋面上。然后，所述多个逆变器壳体708通过AC汇流条707电连接到该 结构的AC电气系统。然后，可分离的逆变器元件706在壳体708的AC连接以前或者以后 被插入到相应的逆变器壳体708中。在屋面上安装光伏系统期间所进行的AC安装连接的数目可以基本上等于该系统 中的排数。例如，如果光伏系统具有仅仅一排，则在在屋面上安装该系统期间需要仅仅一 个AC连接。对于图7所示的具有十一排的光伏系统而言，所需AC安装连接的数目可以是 十一。到排的AC连接可以通过被集成在该排中的AC出口(outlet)来进行。在一些情况 下，这样的AC出口可以包括在该排的逆变器之一中所含有的被安装在顶部的接线盒。第一实施例的光伏系统可以进一步包括中央监测站709，所述中央监测站709包 括计算机、逻辑电路、或者其它数据处理设备。站709可以通过无线网络、有线网络、或者 光网络连接到该系统的一个或多个活动单元。优选地，该中央监测站连接到该系统的所述 一个或多个活动单元的每个。该中央监测站可以被连接，可以从集成在该系统中的任意光 伏模块中的传感器或多个传感器接收关于该模块的参数的信息。可以被集成在该模块中的 传感器例如在如下的文献中被公开=Croft等人于与本申请的同一日提交的美国专利申请 "PhotovoltaicModules with Integrated Devices”(代理人案号 No. 075122-0108)，该专 利申请的全部内容通过引用结合于此。该中央监测站还可以被配置为通过无线网络、有线 网络、或者光网络与该系统的一个或多个逆变器通信。优选地，该中央监测站可以与该系统 中的每个逆变器通信。该中央监测站可以通过无线网络、有线网络、或者光网络进一步连接 到个人计算机。在一些实施例中，屋顶光伏系统可以包括智能AC切断开关710。所述智能切断开 关可以被集成在该中央监测站中。AC切断开关710可以电连接到和路箱712，所述和路箱 712收集从该系统的每排所输出的功率。如果关于该系统的一个或多个活动单元的一个或多个参数的变化的信息到达中央站、比如关于一个或多个排是否被瓦砾或树枝遮蔽的信 息，则该中央监测站可以将信号发送给该AC切断开关以将该系统的受影响的排(比如被遮 蔽的排)同消耗来自该系统的电功率的外部电路711电断开。可以使用与屋面材料的安装方法相同的方法来将屋顶光伏系统安装在屋面上。第一实施例的屋顶光伏系统可以被安装在商业的、即非居住用的建筑物的平坦或者大致平坦 的屋面上。然而，该系统还可以被安装在倾斜的居住和商业建筑物屋面上。在一些实施例中，上面安装有该光伏系统的屋面可能具有大小约束。例如，该屋面 可能具有比该光伏系统的排的长度短的尺寸。在这种情况下，可以在相邻活动单元之间、即 在该排上的相邻光伏模块之间切割该排。切割该排可能导致在安装该系统期间所需的AC 连接的数目增加。第二实施例的屋顶光伏系统图8A图解说明了根据第二实施例的屋顶光伏系统，所述屋顶光伏系统包括活动 单元804、805、806、807、808、809、810、811、以及812。所述活动单元的每个都包括一个或多 个光伏模块，使得所述模块的每个都包括被成形为木瓦的光伏电池。用在该光伏系统中的 每个光伏模块都可以例如是图6中所述以及上述的光伏模块。所述活动单元的每个都可以包括背面板，其中该单元的一个或多个光伏模块被布 置在所述背面板上。优选地，所述活动单元的所述一个或多个光伏模块被层压到背面板。所 述背面板可以包括屋面材料、比如上述屋面膜材料。该背面板的与上面部署有所述一个或 多个光伏模块的侧相反的侧可以具有粘合层，所述粘合层可以用于将所述活动单元粘附到
该屋面。如果该光伏系统包括多个活动单元，则所述活动单元可以以多种方式来组织或布 置。例如，所述活动单元可以形成一个或多个排，其中在所述排中，所述活动单元被电互连。 排中的活动单元可以是经过工厂互连的，也就是说，不需要在该排内的活动单元之间执行 电连接。图8A中的活动单元被按照如下方式组织排801包括活动单元804、805、以及806， 使得活动单元804电连接到活动单元805，所述活动单元805进而电连接到活动单元806 ； 排802包括活动单元807、808、以及809，使得活动单元807电连接到活动单元808，所述活 动单元808进而电连接到活动单元809 ；排803包括活动单元810、811、以及812，使得活动 单元810电连接到活动单元811，所述活动单元811进而电连接到活动单元812。当该系统 包括多排时，来自所述排中每个排的输出可以被在图8A中被标为816的和路箱收集。该屋顶光伏系统可以包括一个或多个不活动单元，所述不活动单元不具有被部署 在其上的光伏模块。优选地，这样的不活动屋面件具有该系统的活动单元的相同视觉外观、 即由一个或多个光伏模块的木瓦状形状的光伏电池所产生的屋面材料外观。优选地，所述 不活动单元可以包括屋面材料、比如屋面浙青瓦或者其它合适的屋面木瓦或瓦材料。如同 活动单元那样，不活动单元可以使用粘合剂或者其它附着方法(比如热焊接)附着于屋面。 所述不活动的单元可以具有如下的形状该形状允许其连同活动单元一起与该光伏系统被 安装在上面的屋面的形状相匹配。所述不活动的单元还可以用于使得易于将该系统的活动 单元附着于屋面。例如，图8B示出了活动单元820，其具有部署有一个或多个光伏模块的区 域824。所述一个或多个光伏模块包括被成形为如下木瓦的光伏电池所述木瓦产生常规 的复合屋面材料的视觉外观。单元820的区域823标出背面板的未被所述一个或多个模块覆盖的部分。不活动的单元821和822具有与活动单元820的形成图案的区域824相同的木瓦状视觉外观。连同活动单元820 —起，不活动单元821和822可以与该系统被安装在 上面的屋面的形状相匹配。不活动块821和822可以通过与单元820的区域823相重叠来 使得易于将活动单元820接合到被常规构造的复合屋面。不活动的单元821和822与活动 单元820之间的重叠可以改善该屋面的防水保护。该系统的每个光伏模块都可以与第一实施例的屋顶光伏系统的光伏模块相类似 地包括与该系统相集成的逆变器。可替代地，该系统可以包括集成的电压调节器，所述电压 调节器可以跟踪该系统中的每个光伏模块的性能。例如，该电压调节器可以使每个模块的 电力生产最大化。该集成电压调节器可以连接到中央逆变器，所述中央逆变器可以把由该 系统的光伏模块所产生的DC转换成AC。该中央逆变器可以是单级逆变器、即具有将DC转 换成AC的单级并且不具有放大DC的级的逆变器。类似于第一实施例，第二实施例的屋顶光伏系统可以包括中央监测站(其被标为 图8A中的813)，所述中央监测站可以通过无线连接、有线连接或光连接而连接到该系统 的一个或多个光伏模块。优选地，所述中央监测站连接到该系统的一或多个光伏模块的每 个。所述中央监测站可以从集成在该模块中的传感器或多个传感器接收关于该系统中的任 意光伏模块的参数的信息。可以被集成在该模块中的传感器例如在如下的文献中被公开 Croft 等人的美国专利申请“PhotovoltaicModules with Integrated Devices”(代理人 案号No. 075122-0108)，该专利申请的全部内容通过引用结合于此。在一些情况下，所述中 央监测站可以通过无线连接、有线连接、或者光连接而连接到个人计算机。在一些实施例中，屋顶光伏系统可以包括图8A所示以及关于相对于第一实施例 详细描述的智能AC切断开关814。智能AC切断开关814可以将一个或多个排801-803同 外部电路815断开。尽管前面的描述涉及特定的优选实施例，但是能够理解，本发明并不被这样限制。 本领域的技术人员能够想到，可以对所公开的实施例进行各种修改，并且这样的修改旨在 处于本发明的范围内。在此所引用的所有出版物、专利申请和专利的全部内容通过引用接 合于此。
权利要求
一种屋顶光伏系统，包括一个或多个排，每排都包括屋面材料件以及一个或多个单元，所述单元每个都包括被部署在该屋面材料件上的光伏模块以及被配置为把来自光伏模块的DC转换成AC的逆变器。
2.根据权利要求1所述的屋顶光伏系统，其中所述屋面材料件具有卷筒或者带的形 状，并且其中所述一个或多个单元之中的每个的光伏模块都是包含薄膜光伏电池的挠性光 伏模块。
3.根据权利要求2所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个单元之中的每个的光伏 模块都是包括第一光伏电池和第二光伏电池以及集流体连接器的光伏模块，所述集流体连 接器被配置为收集来自第一光伏电池的电流并且将第一光伏电池与第二光伏电池电连接。
4.根据权利要求2所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个单元之中的每个的光伏 模块都被层压到该屋面材料件。
5.根据权利要求2所述的屋顶光伏系统，其中该逆变器被部署在该屋面材料件上与光 伏模块相邻处。
6.根据权利要求2所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个单元之中的每个进一步 包括与该屋面材料件相集成的一个或多个AC汇流条。
7.根据权利要求2所述的屋顶光伏系统，其中该逆变器包括逆变器壳体和可分离的逆 变器件。
8.根据权利要求1所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个排之中的每个都包括第 一单元和第二单元，第二单元与第一单元相邻并且被工厂互连到第一单元。
9.根据权利要求1所述的屋顶光伏系统，进一步包括监测站，其通过无线网络、有线网络、或者光网络连接到所述一个或多个排之中的每个 的一个或多个单元之中的每个，其中该监测站通过无线网络、有线网络、或者光网络连接到 所述一个或多个排之中每个的一个或多个单元之中的每个的逆变器；以及AC切断开关，其电连接到所述一个或多个排之中的每个。
10.一种屋顶光伏系统，包括至少一个活动单元，其包括一个或多个光伏模块，所述光伏模块每个都包括被成形为 木瓦以提供屋面材料外观的光伏电池；以及一个或多个不活动单元，其具有屋面材料外观。
11.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个光伏模块之中的每个都包括薄膜光伏电池；以及所述一个或多个光伏模块之中的每个的光伏模块都是包括第一光伏电池和第二光伏 电池以及集流体连接器的光伏模块，所述集流体连接器被配置为收集来自第一光伏电池的 电流并且将第一光伏电池与第二光伏电池电连接。
12.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中光伏模块之中的一个或多个被层压到 膜背面板。
13.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个光伏模块之中的每个 都包括集成的逆变器。
14.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，进一步包括中央逆变器以及集成的电压调节器，所述电压调节器被配置为调节所述一个或多个模块之中的每个的电压输出，其中所 述电压调节器电连接到所述中央逆变器。
15.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中所述至少一个单元包括第一单元和第 二单元，第二单元被工厂互连到第一单元。
16.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，进一步包括监测站，其通过无线网络、有线网络、或者光网络连接到所述一个或多个光伏模块之中 的每个；以及AC切断开关。
17.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中所述一个或多个不活动的单元被配置 为使得易于将所述至少一个活动单元附着于屋面。
18.根据权利要求10所述的屋顶光伏系统，其中当所述至少一个活动单元被安装在屋 面上时，所述一个或多个不活动的单元被配置为连同所述至少一个活动单元一起与屋面的 形状相匹配。
19.一种屋顶光伏系统，包括至少一个光伏模块，其每个都包括光伏电池；至少一个逆变器壳体，其电连接到所述至少一个光伏模块；以及可分离的逆变器元件，其以可分离的形式位于所述逆变器壳体中。
20.一种安装屋顶光伏系统的方法，包括提供一种板，其包括多个光伏模块，每个模块都包括光伏电池；以及多个逆变器壳 体，其包含预制的到所述多个光伏模块的DC电连接；将所述板安装在结构的屋面上；以及将所述多个逆变器壳体连接到该结构的AC电气系统。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括将可分离的逆变器元件插入到相应的逆 变器壳体中。
22.根据权利要求20所述的方法，所述提供步骤包括在将可分离的逆变器元件插入到 相应的逆变器壳体中的步骤以前展开所述板。
全文摘要
提供了一种易于安装的屋顶光伏系统。一种屋顶光伏系统包括屋面材料件；光伏模块，其被部署在该屋面材料件上；以及逆变器，其被配置为把来自光伏模块的DC转换成AC。另一屋顶光伏系统包括至少一个活动单元，其包括一个或多个光伏模块，所述光伏模块每个都包括被成形为木瓦以提供屋面材料外观的光伏电池；以及一个或多个不活动单元，其具有屋面材料外观。
文档编号H01L31/042GK101816074SQ200880106990
公开日2010年8月25日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月13日
发明者B·塔贝尔, S·克罗夫特, W·桑德斯 申请人:米亚索尔公司