在结构体上安装光伏器件的系统的制作方法

专利名称：在结构体上安装光伏器件的系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种改进的光伏器件组合件及其制备方法，更具体地，涉及用于提 供太阳能能的在相邻行或列中具有相反电流的改进光伏器件组合件(套件)及其制备方法。
背景技术：
对改进光伏器件或“PV器件”，尤其是改进多个器件的连接、安装和使用的努 力在PV工业内正在进行继续开发。其中，特别令人感兴趣的是被集成到建筑物结构体 或平板(fascia)(例如，天花盖板、外墙表面、罩、遮阳蓬)内，或被结合到的孤立的PV 系统(例如，太阳能农场)内的那些PV器件。为了帮助它们的商业和功能生机，它们应 当满足很多标准。单个器件和整个组合件(有时候被称作套件)应当是鲁棒的，即，它 们应当能够保持在各种环境条件(例如，热、冷、风、雨、雪等)下的功能。在建筑物 结构体的情况下，它们还应当不会由于它们的存在而使建筑物结构体遭遇过多的不利改 性，比如用于电连接和/或定位多个器件的多个屋顶穿透，导致了可能必须随后密封的 结构体泄漏。屋顶穿透和/或大量的电布线/连接可能使得安装耗时而且昂贵。在建筑 物结构体或孤立的PV系统中，本发明所提供的安装的相对容易性可能是有利的。此外， 当器件部件(例如，单个面板和/或子部件(sub-component)，比如旁路二极管)变成被 损坏或需要被更换时，具有允许容易更换器件部件或子部件的系统可能是有价值的。在可以属于这种技术的文献中，包括下列专利文献US20080190047(A1)； US4321416 ； US5575861 ； US5437735 ； US5990414 ； US6840799 ； EP1744372 ； US6875914 ； US5590495 ； US 5986203 ； US2008/01 15822 ； EP1923920 ； US7365266 ； US20070295393A1 ； US20070295392A1 ； 和 WO 2008/139102、 美 国临时申请61/050,341 (2008年5月5日提交)；61/098,941 (2008年9月22日提 交)；61/149,451 (2009年2月3日提交)以及同时提交的PCT申请代理备案号 67558-WO-PCT (1062A-016WO) ； 67666-WO-PCT (1062A-017WC))以及与本申请同时 提交的66746-WO_PCT(1062A-012WO)，所有这些文献均处于所有的目的而通过引用结 合在此。
发明内容
本发明涉及对上述问题中的至少一个或多个的解决方案。尤其是，本发明寻求 提供一种鲁棒的光伏器件组合件以及方法，所述光伏器件组合件可以更容易地电连接多 个PV器件(同时使套件中的电连接的总数最少)和/或将这些器件定位在结构体(例 如，建筑物壁、建筑物屋顶或平台)上。还可以任选设置一些另外的部件(例如，隔体 件/器件和/或连接器件)，并且可以提高器件的适用性。因此，按照本发明的第一实施方案，设计出一种光伏器件套件，所述光伏器件 套件包括a.以至少第一和第二行或列应用于结构体的至少多个光伏器件，所述光伏器 件包括i.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边，在所述至少一 个周界边内侧的至少一个光伏电池，所述光伏电池包括光活性部分，其中所述至少一个 光伏电池包括允许光能传输到所述光活性部分上以转化为电能的表面；ii.至少一个正总 线端子(buss terminal)和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边内的至 少一个整体的光伏连接器组合件，将电流传送到所述光伏电池组合件或将电流从所述光 伏电池组合件中传送出；以及iii.主体部，所述主体部包括接触所述结构体的下表面部， 以及接收紧固件的上表面部，所述紧固件将所述光伏器件附着到所述结构体上，其中沿 所述主体部的底部区段(bottom segment)的至少一部分，所述主体部至少部分地接合到所 述光伏电池组合件的至少一个边缘部，同时使所述至少一个光伏电池的所述表面暴露； b.在至少上面的和相邻的下一行光伏器件的末端或在至少上面的和相邻的下一行光伏器 件之内设置的至少一个边缘件(edge piece)，所述至少一个边缘件包括至少一个边缘连接 器组合件，用于各个相应行的连接光伏器件；其中电流在一个方向上流过第一行或列， 而在相反的方向上流过第二行或列。因此，按照本发明的第二实施方案，描述一种光伏器件组合件，所述光伏器件 组合件包括a.成第一行的多个第一光伏器件，所述多个第一光伏器件各自经由多个光 伏器件连接器组合件单个地互连，其中在第一方向上产生电流；b.成第二行的多个离散 的第二光伏器件，所述多个第二光伏器件各自经由多个所述光伏器件连接器组合件单个 地互连，其中在与第一光伏器件的电流的流动相反的方向上产生电流；以及c.在一个末 端的跨接在第一和第二行之间并且连接第一和第二行的第一边缘件。第一和/或第二实施方案的发明可以进一步的特征在于本文中所述特征之一 或任意组合，比如至少一个隔体装置，所述隔体装置连接在两个光伏器件之间、在一 个光伏器件和一个边缘件之间，或连接在两个光伏器件之间并且连接在一个光伏器件和 一个边缘件之间；所述边缘件包括建筑物连接器组合件或电引线组合件；所述至少一个 一体化光伏连接器组合件、所述至少一个边缘连接器组合件或它们两者包括应变消除结 构元件(feature)；述至少一个一体化光伏连接器组合件、所述至少一个边缘连接器组合 件或它们两者进一步包括适于接收连接器元件的一体化连接器壳体；所述连接器元件包 括a.基底部，所述基底部包括第一末端部、第二末端部、中间部和外表面；b.定位器 部，所述定位器部位于所述中间部的外表面上，所述定位器部包括支承壁，所述支承壁 被成形为大体上补足一体化连接器壳体；以及c.至少一个导电构件，所述导电构件基本 上被所述基底部包围，并且跨接在所述第一和第二末端部之间，并且包括在相对末端上 的连接端子，所述连接端子被成形为与一体化连接器壳体中的相对端子互锁，以使得支承壁部分地接触所述一体化连接器壳体中的相对表面；所述至少一个边缘件包括至少一 个用于连接第二边缘件的边缘连接器组合件；所述至少一个边缘件包括用于传达电路状 态的指示器装置；所述结构体是建筑物。
更多关注投向第二实施方案，其可以进一步的特征在于本文中所述特征中的任 一个或任意组合，比如包括在相对末端的跨接在第一和第二行之间并且连接第一和第 二行的第二边缘件，其中至少所述第一边缘件包括第一电路，所述第一电路至少包括连 通(pass-though)电连接器或电引线组合件，并且其中至少所述第二边缘件包括第二电 路，所述第二电路至少包括电返回电路互连；多个离散的第一光伏器件和多个离散的 第二光伏器件包括a.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边、在 所述至少一个周界边内侧的至少一个光伏电池，其中所述光伏电池包括光活性部分，其 中所述至少一个光伏电池包括允许光能传输到所述光活性部分上以转化为电能的表面； b.至少一个正总线端子和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边内的 至少一个一体化光伏连接器组合件将电流传送到所述光伏电池组合件中或将电流从所述 光伏电池组合件中传送出；以及c.主体部，所述主体部包括接触结构体的下表面部，以 及接收紧固件的上表面部，所述紧固件将所述光伏器件附着到所述结构体上，其中沿所 述主体部的底部区段的至少一部分，所述主体部至少部分地接合到所述光伏电池组合件 中的至少一个边缘部，同时使所述至少一个光伏电池的所述表面暴露；所述主体部和至 少一个周界边至少包括整体聚合部；所述第一边缘件和所述第二边缘件包括聚合主体， 所述聚合主体基本上包封第一和第二电路各自的至少一部分；所述一体化光伏连接器组 合件包括定位器结构元件，所述定位器结构元件用于将多个离散的第一光伏器件和多个 离散的第二光伏器件中的一个定位至另一个上，或定位至在相应行内的第一或第二末端 件(endpiece)；所述第一行、第二行或它们两者包括至少一个隔体装置。因此，按照本发明的第三实施方案，描述一种在结构体的表面上构造光伏器件 组合件的方法，所述方法包括如下步骤a.设置多个单独的光伏器件，其中所述单独的 光伏器件包括i.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边、在所述 至少一个周界边内侧的至少一个光伏电池，所述光伏电池包括光活性部分，其中所述至 少一个光伏电池包括允许将光能传输到所述光活性部分以转化成电能的表面；ii.至少一 个正总线端子和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边内的至少一个 一体化光伏连接器组合件，将电流传递给所述光伏电池组合件或传递出所述光伏电池组 合件；以及iii.主体部，所述主体部包括接触结构体的下表面部，以及接收紧固件的上表 面部，所述紧固件将光伏器件附着到结构体上，其中沿着所述主体部的底部区段的至少 一部分，所述主体部至少部分地接合至光伏电池组合件的至少一个边缘部上，同时使所 述至少一个光伏电池的所述表面暴露；b.设置多个边缘件；c.将第一单独光伏器件附着 到表面上；d.经由连接器元件，将第二单独光伏器件附着到第一单独光伏器件上；e.将 所述第二单独光伏器件附着到表面上；f.重复步骤c-e，直到第一行附着到所述表面上， 其中电流可以在第一流动方向上流动；&使用与第一行相同的步骤，开始附着与第一行 相邻的第二行的单个光伏器件，不同之处在于所述电流流动在第二流动方向上；以及 h.经由连接器元件，将至少一个边缘件附着到第一和第二行的至少一个末端上。第三实施方案的发明可以进一步的特征在于本文所述特征中的一个或任意组合，比如包括设置隔体装置的步骤；所述第一行、第二行或它们两者包括至少一个隔体装 置，以用于代替所述单独光伏器件中的至少一个；重复步骤C-h以产生具有多个行的光伏 器件组合件；设置分开的连接器元件，所述分开的连接器元件包括i.基底部，所述基底 部包括第一末端部、第二末端部、中间部和外表面；ii.定位器部，所述定位器部位于所述 中间部的外表面上，所述定位器部包括支承壁，所述支承壁被成形为大体上补足一体化连 接器壳体；以及iii.至少一个导电构件，所述至少一个导电构件基本上被所述基底部包围， 并且跨接在所述第一和第二末端部之间并且包括在相对末端上的连接端子，所述连接端子 被成形为与在所述一体化连接器壳体中的相对末端互锁，以使得所述支承壁部分地接触所 述一体化连接器壳体中的相对表面；所述多个连接器元件中的一些或全部具有与所述边缘 件、所述光伏器件或它们两者形成一体的第一末端部；所述结构体是建筑物。还应当理解，本发明描述一种光伏器件组合件和方法，所述光伏器件组合件包 括上面或随后在本申请中描述的任意实施方案的多个PV器件。应当理解，上面提及的在本文中被显示和描述的实施方案和实施例均是非限制 性的，因为本发明中存在的其它实施方案和实施例。


图1是根据本发明的组装套件(行)的透视图的一个示例性说明图。图IA是根据本发明的图1所示的一个可能组装套件变体的示意图的一个示例性 说明图。图2是根据本发明的图1所示的一个可能组装套件变体的示意图的另一个示例性 说明图。图3是图2的套件的底部两行(左侧)的局部展开图。图4是根据本发明的PV器件件的展开图的一个示例性说明图。图5是根据本发明的连接器件的透视图的一个示例性说明图。图6是图5的两个PV器件和连接器的展开透视图的一个示例性说明图。图7是部分集杨的连接器的透视图的一个示例性说明图。
图8是根据本发明的一个可能边缘件的透视图(顶部)的一个示例性说明图。图9是根据本发明的一个可能边缘件的透视图(底部)的一个示例性说明图。图10是根据本发明的具有肋条和集成布线的边缘件的透视图(底部)的另一个 示例性说明图。图11是根据本发明的具有肋条和布线沟槽的边缘件的透视图(底部)的另一个 示例性说明图。图12是图11的肋条和布线沟槽的透视图。图13是根据本发明的一个可能套件变体的示意图的一个示例性说明图。图14是具有隔体装置的PV器件的行的一个示例性说明图。图15是根据本发明的一个组装套件(列)的透视图的一个示例性说明图。图16是根据本发明的一个可能套件(列)的示意图的一个示例性说明图。图17是根据本发明的PV器件(列套件)的两个透视图(顶部和底部)的一个示 例性说明图。
图18是根据本发明的边缘件(列套件_顶部)的两个透视图(顶部和底部)的 一个示例性说明图。图19是结构连通电连接器组合件的透视图的一个示例性说明图。优选实施方案详述本发明是光伏器件组合件(或 套件)及其制备方法。这种组合件可以包括多个光 伏器件(“PV器件”或“PVD”)，所述光伏器件被放置在多个行或列(例如，2以上 的行或列)中；其中所述器件可以通过连接器、边缘件、隔体件，或它们的任何组合同 时进行物理和电连接。组合件被构造成有助于提供快速并且容易的安装，并且降低可 能结构体的数量、(正面或屋顶_在建筑物屋顶应用的优选结构体的情况下)所需穿透。 优选地，光伏器件组合件使用了 PV器件和连接器，所述PV器件和连接器与在美国专利 申请61/050,341、61/098,941以及61/149,451中描述的那些相同或类似(功能上和/或结 构上)，所有的这些专利申请出于所有的目的均通过引用结合到此。通常地，本发明描述一种光伏器件组合件或套件20(例如，作为如图1、1A，和 2所示的完全组装的行构造，以及作为如图15和图16所示的完全组装的列构造)，所述 光伏器件组合件或套件20可以至少包括应用到建筑物(或其它结构体)上的至少两行或 列的多个PV器件100。如图2所示，在套件20的底部上的布线可以途径向上并且跨过 (例如，经由沟槽65)组装套件20，以使得电布线在套件的顶部上或附近。第一行/列 被构造成产生在一个方向上的电流流动21 (用箭头显示)，而第二行被构成具有相反的电 流流动。套件20可以包括至少一个位于光伏器件100的末端或在位于光伏器件100的所 述至少两行/列内的边缘件50。所述光伏器件100可以进一步被描述为至少包括光伏电 池组合件110和主体部120。边缘件50可以包括两个或更多个边缘连接器组合件52，用于各个相应行或列的 连接光伏器件。边缘件可以包括在边缘连接器组合件52之间被结合的一个或多个电元件 51，使得所述行被电连接在一起，或在套件的外边缘或附近具有来自套件20的单个电输 出500。在某些情况下，边缘件可以不具有电连接器组合件52，并且只起着作为垫片件 54或起始件53的作用。优选地，边缘连接器组合件和光伏器件连接器组合件58相同或 相似(例如，功能上和/或结构上)。对一个的描述意在应用于另一个，除非另外具体 说明。如在第一实施方案中，边缘件连接器组合件可以与边缘件(即，如3中所示，位 于边缘件的至少一个周界边内)形成一体，或它可以是单独元件，所述单独元件被用于 边缘件的一个周界边和PV器件的一个周界边之间或在相邻边缘件的周界边之间的组合件 中，并且与连接器壳体或在那些件中的连接器元件相配合，这取决于套件的设计。边缘件连接器组合件52可以包括与边缘件形成一体的壳体56 (例如，阴性壳 体)，如图6中的PV器件所示，所述壳体56适于接收分开的连接器件58 (S卩，成形为大 体上补足相对的连接器壳体)、具有至少部分集成在其中的连接器件的连接器一体化壳体 59(图7)，或其任何组合，以及至少一个导电构件，所述至少一个导电构件跨接在第一 和第二末端部之间并且包括在相对末端上的连接端子，所述连接端子被成形为与在相对 连接器壳体中的相对末端互锁。所述组合件还可以包括任何数量的隔体件400 (例如，如图14所示)，所述隔体 件可以包括或可以不包括任何光伏器件(例如，能量产生装置)或其它部件。还描述的是，隔体件可以给套件提供另外的功能性。在一个实例中，隔体件400可以设置用于屋顶通风的通孔。在另一个实例中，一个或多个隔体件400可以提供美学功能，比如使行 或列交错。还描述的是，组合件或套件可以被构造成提供目标的能量输出(例如，0.1至 SKWp以上(KWp被限定为千瓦-峰值)，并且可以构造为适合标准的建筑物设计(例 如，大规模制造的住宅)，这样的标准建筑物设计共享屋顶和/或墙板布局，或可以定制 构造用于一次性设计。例如，套件可以被构造成适合(例如，PV器件的数量，行的数 量，隔体/边缘件的数量和定位)一种特定的屋顶设计，这样的屋顶设计被用于由建筑商 所提供的特定的模型住宅(例如，由Pulte Homes 提供的Beaumont 模型)。下面将更详细地描述构成套件的单个部件，并且提供可能套件构造中某些的示 例性实例。PV 器件在一个示例性实例中，PV器件100可以通常被描述为三维制品，其包括能量产 生装置(例如，太阳能电池)、转移所产生的能量的电路，以及保持能量产生装置并且允 许其有效地安装到结构体上的主体。描述的是本发明的PV器件100优选是在整个套件中 使用的离散的部件/部件。还描述的是在一行/列中使用的PV器件被构造成具有在一 个方向上的电流流动21，而在相邻或第二行/列中使用的PV器件被构成具有在相反方向 上的电流流动21。还可以描述一行/列的PV器件具有一种极性，而在第二行/列的 PV器件具有相反的极性。例如，如图3所示，PV器件100可以被进一步描述为包括光伏电池组合件110 和主体部120 (其还可以被称作提供结构支撑的主体支撑部)。主体部120具有上表面部 122、下表面部124以及跨接在它们之间的侧壁部126。主体部120可以被进一步描述为 包括主要主体部222、侧主体部224以及任选的底部主体部226和定位器(未显示)。PV 器件100还可以被描述为具有活性部130和非活性部135。活性部130可以至少包括光伏 电池组合件110、部分侧主体部224以及任选的底部主体部226。非活性部135可以至少 包括主体部222、部分侧主体部224，以及PV器件100的电路中的一些或全部。例如，如图4中的PV器件100的展开图所示，光伏电池组合件110可以被进一 步描述为包括光伏电池111、保护层113以及PV器件中的至少一些电路114。还可以以 备选的方式描述PV器件100。PV器件100可以包括部件比如光伏电池组合件110、至 少一个正总线端子140和至少一个负总线端子141 (未显示)，以及主体部120。PV器件100可以包括至少一个周界边112，在所述至少一个周界边112内侧的至 少一个光伏电池111。正和负总线端子140，141，可以起着经由位于至少一个周界边112内的至少一 个一体化光伏连接器组合件57将电流转移至光伏电池组合件110或将电流从光伏电池组 合件110转移出的作用。优选地，正和负总线端子140，141位于PV器件的相对边缘上， 并且各自经由设置在相对周界边上的一体化连接器组合件57传递电流。例如，在第一行 中使用的PV器件在PV器件的右侧上具有正总线端子140，而在左侧上具有负总线端子 141，在第二行中，则是相反的。在列的情况下，正总线端子140位于第一列的顶部上， 而负总线端子位于第一列的底部上，在相邻的列上则相反。
主体部120下表面部124可以接触结构体(例如，建筑物基底和/或结构体)。 而且还具有接收紧固件(未显示，例如钉子、螺杆、卡钉、铆钉等)，所述紧固件将光伏 器件100附着到结构体上。而且，主体部120可以沿着主体部120的底部区段156的至 少一部分而被至少部分地接合到光伏电池组合件110的至少一个边缘部分上，同时使至 少一个光伏电池111的至少一部分暴露以接收辐射。描述的是PV器件100可以至少部分由挠性材料(例如，具有显著塑性或弹性伸 长率的薄膜或可变形材料，如塑料、合成和天然橡胶、膜、弹性体等)构成，以允许至 少一些用于与建筑物结构体中的不规则轮廓相符的挠性。还描述的是，至少使光伏电池 保持相对刚性可能是理想的，通常这用于防止电池的任何破裂。因此，PV器件的一些部 件可以使用更刚性的材料(例如，玻璃板、矿物填充复合物或聚合片)构成。虽然，光 伏电池可以是部分或基本上刚性的，但是对于PV器件可以通常是挠性的。对于本发明， 挠性意味着PV器件比其所附着的基底(例如，结构体)具有更大的挠性或更小的刚性。 优选地，在挠性基底的情况下，PV器件可以绕着1米直径的圆筒弯曲而不降低性能或临界损坏。优选地，在刚性基底的情况下，PV器件可以绕着20米直径的圆筒弯曲而不降 低其性能或临界损坏。例如，在PV器件盖板的情况下，盖板通常比屋顶板的刚性差； 屋顶板提供结构刚性。在某些其它实例中，屋顶产品本身提供了必要的刚性，并且屋顶 板的使用可以省略或最少使用。在本发明中被描述的光伏电池110可以是由任何数量的已知可商购光伏电池构 成，或可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池起着将光能转化成电能的作用。光 伏电池的光活性部分是将光能转化成电能的材料。任何已知的用于提供所述功能的材料 均可以使用，包括晶体硅或非晶硅。然而，光活性层优选为下列物质的层IB-IIIA-硫 属元素比如IB-IIIA-硒化物、IB-IIIA-硫化物或IB-IIIA-硒化物硫化物。更具体的实 例包括硒化铜铟、硒化铜铟镓、硒化铜镓、硫化铜铟、硫化铜铟镓、硒化铜镓、硒化硫 化铜铟、硒化硫化铜镓以及硒化硫化铜铟镓(本文中将全部这些都称作CIGSS)。这些 还可以由式CuIn(1-x) GaxSe (2-y) Sy表示，其中χ为0至1，并且y为0至2。硒化铜 铟和硒化铜铟镓是优选的。在本文中还描述了另外的电活性层，比如一个或多个发射 器(缓冲)层，导电层(例如，透明导电层)等，这些是在本领域中已知可用于CIGSS 基电池中的。这些电池可以是挠性或刚性的，并且实现了各种形状和尺寸，但是通常 易碎，并且遭遇环境降解。在一个优选实施方案中，光伏电池组合件110是可以弯曲 而不明显破裂和/或不显著丧失功能性的电池。示例性的光伏电池中在很多美国专利 和出版物中都有教导和描述，这样的美国专利和出版物包括US3767471、US4465575、 US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734al、EP1032051A2、JP2216874、 JP2143468和JP10189924a，它们均处于所有目的而通过引起结合到此。连接器描述的是套件20可以使用多个连接器58，例如如在美国临时申请61/098,941中 描述的那些，所述美国临时申请通过引用结合到此。这些连接器可以是单独的部件(例 如，如图5-6所示)或被部分集成到PV器件100、边缘件50或两者中(例如，图7所 示)。在图5所示的一个示例性实例中，连接器58可以通常被描述包括基底部210，所 述基底部210包括第一末端部212、第二末端部214和外表面216。它还可以包括位于外表面上的定位器部218。在一个特别的实施方案中，定位器部可以被描述为包括支承壁， 所述支承壁可以被成形为大体上补足位于PV器件100或边缘件50中的相对的阴性连接 器壳体56。而且，在安装时，支承壁可以至少部分地接触在阴性连接器壳体中的相对表 面。而且，连接器组合件可以包括至少一个导电构件，所述导电构件基本上被基底部包 围，而且跨接在第一和第二末端部之间并且包括在相对末端上的连接端子。这些端子可 以成形为与在相对阴性连接器壳体中的相对末端互锁。还描述的是，相对的阴性连接器壳体可以与PV器件100或边缘件50的外壁部 (例如，PV器件或边缘件的一些部分，比如顶部、底部或其侧面)形成一体。壳体可以 经由紧固件方案(例如，机械紧固件、粘合剂或它们的组合)连接到PV器件或边缘件， 或可以经由器件或/件的结构集成到PV器件或边缘件(例如，上模塑到PV器件上，或 PV器件或边缘件的框架的一部分上，例如如图10所示)。在任一情况下，描述的是与 PV器件或边缘件形成一体或结合到PV器件或边缘件上的阴性连接器壳体和/或连接器 组合件包括应变消除结构元件(或一个以上的结构元件的组合)，以允许组合件的移动， 同时保持各个端子之间的电接触。
边缘件连接器组合件可以进一步的特征在于本文中描述的特征中的一个或任何 组合，比如相对的阴性连接器壳体与边缘件或光伏器件的外壁部形成一体；连接器组合 件包括与至少一个导电构件电连接的旁路二极管；连接器组合件包括传达电路状态的指 示器装置；连接器组合件包括锁定装置，所述锁定装置在安装时将阳性连接器元件锁 定到相对的阴性连接器壳体上；连接器组合件包括第二导电构件，其第一末端部被与光 伏器件或边缘件的外壁部形成一体，连接器元件(阳性或阴性)与第一连接器壳体(阳性 或阴性)形成一体，在定位器部中向外突出的部分，所述部分向上朝大体上与光伏器件 或边缘件的顶表面共平面的顶表面突起。应当理解，上述的在本文中被显示和描述的方面和实例是非限制性的，因为在 本发明中存在其它方面和实例。边缘件边缘件50，例如，如图8-11和18所示，通常起着物理和/或电接触至少两行或 列的PV器件100的作用。还可以起着将一个边缘件与另一个边缘件连接的作用。边缘 件50可以设置在PV器件100的行/列内的单个末端，相对末端上或在PV器件100的行 /列的任意组合上。描述的是边缘件50可以包括贯穿屋顶(或建筑物结构体)的连接器 结构元件(例如，结构连通电连接器组合件510)或电引线或绝缘导线(例如，电引线组 合件)，其允许一个或多个PV器件的电输出，所述的PV器件与位于所述结构体内的辅 助(complimentary)电装置电连接。还描述的是，衬垫件54可以用于填充组装时的边缘 件中的任何可能的间隙。边缘件可以以与PV器件100相同的方式附着到结构体中，例 如，使用被驱动穿过主体的一部分的紧固件如钉子或螺杆。紧固件优选设置在没有包含 任何其它部件(例如，导线、连接器等)的区域中。描述的是紧固区域(未显示)可以 被标记在边缘件上，以帮助安装(例如，在PV器件或边缘件或这两者上的物理标记，如
“钉这里”或“紧固件”或一些其它图解分区)。边缘件50还可以包括另外的部件， 比如电传递线(例如，导线)，电开关，保险丝、旁路二极管，太阳能电池、电路状态指 示器，或它们的任何组合。
如图8-13所示，描述的是，主要主体部60可以具有外表面部62，内表面部 64(例如，接触建筑物或结构体表面的部分)以及连接外内表面部62，64的侧表面部 66。任选地，内表面部64可以是实心的(例如，整块)或具有几何结构元件(例如， 肋条61，例如，如图10所示)。主要主体部60可以具有大量的形状或尺寸，但是优选 地被成形为补足其所接触的PV器件100的形状。在这个实例中，主要主体部60是垂直
“阶梯式”的，从而允许互补适合于被堆叠并且分层的两行PV器件(例如，类似于天花 盖板)。如果器件是偏移安装的，则主体部60还可以是水平“交错式”的，从而允许互 补适合于两行PV器件(再次，类似于天花盖板)。它还可以包括前叠部68，所述前叠 部68可以适于与其它建筑材料交界和/或可以位于其它建筑材料下面(例如，邻接的标 准天花盖板、贴面材料、建筑壁板(siding)等)。在一个示例性实例中，如图9所示，边缘件50的底视图可以通常被描述为包括 主要主体部60和两个边缘连接器组合件52 (其一个实例可以是如上所述的“部分集成 的连接器组合件”)以及跨接在所述两个边缘连接器组合件52之间的一个或多个电元件 51 (例如，导线，导电箔或聚合物)，其中一个是隐藏在边缘件的主体部60后面。在如图10所示的另一个示例性实例中，(边缘件的一个备选底视图)电元件51 可以整体连接至边缘件50(例如，模塑在件内)。优选地，所述元件是沿着连接器组合件 52的至少一部分模塑到边缘件50 (部分或全部被边缘件包围)内的导线或箔片。在再另一个示意性实例中，如图11-12所示(还是边缘件的底视图)，电元件51 可以是经由任何数量的连接结构元件(例如，粘合剂、机械紧固件、按压-配合的沟槽 65，例如，切入肋条61，如图12所示，或其任何组合)而可拆卸附着的。出于任何所需 要的布线行程安排，还描述的是PV器件100还可以包括具有沟槽65的肋条61。主要主体部60可以由许多材料(例如，聚合物、金属和/或陶瓷)构成，只要 它耐环境降解即可，因为它要暴露户外使用数十年(例如，10、20或30年以上)。优 选的材料或材料组合包括填充或未填充的可模塑塑料(例如，聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯 乙烯、氢化苯乙烯丁二烯橡胶、聚酯酰胺、聚砜、缩醛(acetel)、丙烯酸类、聚氯乙烯、 尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、热塑性和热固性聚氨酯、合成和天然橡胶、 环氧化物、苯乙烯_丙烯腈(“SAN”)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或它们的任意 组合)。填料可以包括下列各项中的一项或多项着色剂、阻燃(“FR”)或耐点火 ("IR")材料、增强材料，比如玻璃或无机纤维、表面改性剂。塑料还可以包括抗氧 化剂、脱模剂、起泡剂以及其它通常的塑料添加剂。示例性实施例下面论述以及在图中显示的各种实例通常试图呈现用于产生光伏器件套件20的 PV器件、边缘件、连接器和任选的其它部件(例如，如图14中显示的隔体400)，所述光 伏器件套件20在组装时可以被构造成提供目标能量输出并且优选需要两个或更少的与转 换器或下面建筑电系统的电连接。描述的是这些套件的几何形状可以变化，并且下面的 实例不应当被视为是限制性的。因此，出于清楚考虑，提供下面的实例来说明本发明， 但是这些实例不应当认为是限制本发明的范围。PV器件的多个行可以交错(例如，作为 常规的天花盖板)，或排出多个列。行和/或列可以是垂直、水平或之间的任何位置。 在下面论述的所有示例性的实例中，认为PV器件可以经由前面描述的连接器组合件在所述行内彼此物理和电连接。所显示的线600表示在PV器件100和/或边缘件50内的电 传递线或电路，并且点表示连接器。参考图13，显示了本发明的第一个示例性实例(示意图)。在实例中，光伏器 件套件20可以至少包括处于多个行中的多个PV器件100以及包括多个边缘件50(在每 一个行的末端上设置一个)。在一行PV器件100的两个末端上，PV器件可以经由边缘 件连接器组合件52物理和电连接到边缘件50上。边缘件可以包括将多个行电连接在一 起的一个或多个电元件51，并且在套件的内边缘上或附近具有来自套件20的2个电输出 500。描述的是电输出500可以经由连通电连接器组合件510 (例如，如图19所示，作 为连接器组合件的一部分)或电引线组合件(例如，附着至边缘件或连接器组合件上的一 组线-未显示)而完成。参考图14，显示包括示例性隔体件400的单行PV器件100。根据另一个实施方案，瓦片型安装(例如，列)优选如图15和16所示布置。参 考图15-18，显示了本发明的第二示例性实例。在这个实例中，显示了 PV器件100的一 种可能的竖直构造(例如，2行x3列)。在这个实例3中，PV器件100的3列包括在一 侧上的流动沟槽1100，所述流动沟槽1100可以有助于水流的控制和/或提供互锁功能。 此外，边缘件50设置有适合于配合这个竖直构造的几何形状，并且在相对于列的底部的 列的顶部上的边缘件之间设置有不同几何形状(例如，如图18所示)。图15和16显示 了完全组装的套件20。此外，在这个实例中显示的是肋条61，所述肋条61形成在PV器 件和边缘件的背侧上。这些肋条61可以帮助降低部件的质量以及有助于提供部件所需的 刚性。肋条设计均可以被结合到竖直(列)和水平(行)的实例或实施方案中。 在图16中，一个可能电路的示意图显示具有连接器52和电元件51 (优选集与PV 器件和边缘件形成一体的布线)。在套件20的竖直构造中，在器件的顶部和底部上或附 近(相对于前面实例中描述的行构造中的侧面上)出现与PV器件100的物理和电连接。除另有说明之外，在本文中描述的各种结构的尺寸和几何形状并不打算限制本 发明，并且可以由其它的尺寸或几何形状。多个结构部件可以通过单个集成的结构体提 供。备选地，单个集成的结构体可以被分成为单独的多个部件。此外，尽管本发明的特 征可能仅在所示实施方案中的一个实施方案的上下文中进行了描述，但是对以任何给定 的应用，这样的特征可以与其它实施方案的其它特征中的一个或多个进行结合。从上面 还应理解，本文中独特的结构体的制备及其操作也构成根据本发明的方法。本发明的优选实施方案已经被公开了。然而，本领域技术人员将意识到，在本 发明的教导的范围内将进行一些改变。因此，应当研究下面的权利要求书来确定本发明 的真正范围和内容。上述申请中提及的任何数值均 包括以一个单位的增量从低值到高值的所有值， 条件是在任何低值和任何高值之间有至少2个单位的分隔。作为实例，如果表述为例如 组分的量或工艺变量比如温度、压力、时间等的值，例如为1至90，优选为20至80，更 优选为30至70，则意欲这些值比如15至85，22至68，43至51，30至32等被确切地列 举在本说明书中。对于小于1的值，合适地，将1个单位认为是0.0001、0.001、0.01或 0.1。这些仅是被具体描述的一个实例，并且在所列举的低值和高值之间的数值的所有可能组合均被认为是以类似方式确切地表述在本申请中。除另有说明之外，所有的范围均包括两个端点以及介于所述端点之间的所有值。与范围相关的“约”或“近似”的使用应用于范围的两个端点。因此，“约20至 30”意欲是指涵盖“约20至约30”，至少包括所规定的端点。包括专利申请和出版物在内的所有文章和参考文献的公开内容均出于所有目的 通过引用而结合。用于描述一种结合的术语“基本上由......构成”应当包括所规定的要素、成
分、组分或步骤，以及本质上不影响所述结合的基本特性和新的特性的这样的其它要素 成分、组分或步骤。用于描述本文中的要素、成分、组分或步骤的术语“包括”或“包含”的使用 也描述了基本上由所述要素、成分、组分或步骤构成的实施方案。通过单个结合的要素、成分、组分或步骤，可以提供多个要素、成分、组分或 步骤。备选地，可以将单个结合的要素、成分、组分或步骤分成单独的多个要素、成 分、组分或步骤。用于描述一个要素、成分、组分或步骤的“一个”或“一种”的公 开并不意欲排出另外的要素、成分、组分或步骤。元件编号表光伏器件组合件或套件20电流流动21边缘件5O边缘件的电元件51边缘连接器组合件52起始件53衬垫件54末端件55阴性连接器壳体56单独的连接器件58集成的光伏连接器组合件57阳性连接器壳体59主要主体部60肋条6I外表面部62内表面部64沟槽 65侧表面部66前叠部68光伏器件100光伏电池组合件110光伏电池111周界边112
保护层113电路 114主体部120上表面部122下表面部124侧壁部126
活性部130非活性部135正总线端子140负总线端子141底部区段156基底部210第一末端部212第二末端部214夕卜表面216定位器部218主要主体部222侧主体部224主体部226隔体件400电输出500连通电连接器组合件510PV器件中的电传递线600流动沟槽1100
权利要求
1. 一种光伏器件套件，所述光伏器件套件包括a.以至少第一和第二行或列应用于结构体的至少多个光伏器件，所述光伏器件包括1.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边，在所述至少一个周界 边内侧的至少一个光伏电池，所述光伏电池包括光活性部分，其中所述至少一个光伏电 池包括允许光能传输到所述光活性部分上以转化为电能的表面；ii.至少一个正总线端子和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边 内的至少一个一体化光伏连接器组合件，将电流传送到所述光伏电池组合件或将电流从 所述光伏电池组合件中传送出；以及iii.主体部，所述主体部包括接触所述结构体的下表面部，以及接收紧固件的上表 面部，所述紧固件将所述光伏器件附着到所述结构体上，其中沿所述主体部的底部区段 的至少一部分，所述主体部至少部分地接合到所述光伏电池组合件中的至少一个边缘部 上，同时使所述至少一个光伏电池的所述表面暴露；b.在至少上面的和相邻的下一行光伏器件的末端或在至少上面的和相邻的下一行光 伏器件之内设置的至少一个边缘件，所述至少一个边缘件包括至少一个边缘连接器组合 件，用于连接各个相应行的光伏器件；其中电流在一个方向上流过第一行或列，而在相反的方向上流过第二行或列。
2.根据权利要求1所述的光伏器件套件，所述光伏器件套件还包括至少一个隔体装 置，所述隔体装置连接在两个光伏器件之间、在一个光伏器件和一个边缘件之间，或连 接在两个光伏器件之间并且连接在一个光伏器件和一个边缘件之间。
3.根据权利要求1或2所述的光伏器件套件，其中所述至少一个边缘件包括建筑物连 接器组合件或电引线组合件。
4.根据权利要求1、2或3所述的光伏器件套件，其中所述至少一个一体化光伏连接 器组合件、所述至少一个边缘连接器组合件或它们两者包括应变消除结构元件。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的光伏器件套件，其中所述至少一个一体化光伏连 接器组合件、所述至少一个边缘连接器组合件或它们两者进一步包括适于接收连接器元 件的一体化连接器壳体。
6.根据权利要求5所述的光伏器件套件，其中所述连接器元件包括a.基底部，所述基底部包括第一末端部、第二末端部、中间部和外表面；b.定位器部，所述定位器部位于所述中间部的外表面上，所述定位器部包括支承 壁，所述支承壁被成形为大体上补足所述一体化连接器壳体；以及c.至少一个导电构件，所述导电构件基本上被所述基底部包围，而且所述导电构件 跨接在所述第一和第二末端部之间并且包括在相对末端上的连接端子，所述连接端子被 成形为与所述一体化连接器壳体中的相对端子互锁，以使得所述支承壁部分地接触所述 一体化连接器壳体中的相对表面。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的光伏器件套件，其中所述至少一个边缘件 包括用于连接至第二边缘件上的至少一个边缘连接器组合件。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的光伏器件套件，其中所述至少一个边 缘件包括用于传达电路状态的指示器装置。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的套件，其中所述结构体是建筑物。
10.一种光伏器件组合件，所述光伏器件组合件包括a.成第一行的多个第一光伏器件，所述多个第一光伏器件经由多个光伏器件连接器 组合件单个地互连，其中在第一方向上产生电流流动；b.成第二行的多个离散的第二光伏器件，所述多个第二光伏器件经由所述多个光伏 器件连接器组合件单个地互连，其中在与所述第一光伏器件的电流流动相反的方向上产 生电流流动；以及c.在一个末端的跨接在第一和第二行之间并且连接所述第一和第二行的第一边缘件。
11.根据权利要求10所述的光伏器件组合件，所述光伏器件组合件包括在相对末端的 跨接在第一和第二行之间并且连接第一和第二行的第二边缘件，其中至少所述第一边缘 件包括第一电路，所述第一电路至少包括连通电连接器或电引线组合件，并且其中至少 所述第二边缘件包括第二电路，所述第二电路至少包括电返回电路互连。
12.根据权利要求10所述的光伏器件组合件，其中多个离散的第一光伏器件和多个离 散的第二光伏器件包括a.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边、在所述至少一个周 界边内侧的至少一个光伏电池，所述光伏电池包括光活性部分，其中所述至少一个光伏 电池包括允许光能传输到所述光活性部分上以转化为电能的表面；b.至少一个正总线端子和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边 内的至少一个一体化光伏连接器组合件将电流传送到所述光伏电池组合件中或将电流从 所述光伏电池组合件中传送出；以及c.主体部，所述主体部包括接触结构体的下表面部，以及接收紧固件的上表面部， 所述紧固件将所述光伏器件附着到所述结构体上，其中沿所述主体部的底部区段的至少 一部分，所述主体部至少部分地接合到所述光伏电池组合件中的至少一个边缘部，同时 使所述至少一个光伏电池的所述表面暴露。
13.根据权利要求12所述的光伏器件组合件，其中所述主体部和至少一个周界边至少 包括整体聚合部。
14.根据权利要求10、11、12或13所述的光伏器件组合件，其中所述第一边缘件和 所述第二边缘件包括聚合主体，所述聚合主体基本上包封所述第一和第二电路各自的至 少一部分。
15.根据权利要求10、11、12、13或14所述的光伏器件组合件，其中所述一体化光 伏连接器组合件包括定位器结构元件，所述定位器结构元件用于将多个离散的第一光伏 器件和多个离散的第二光伏器件中的一个定位至另一个上，或定位至在相应行内的第一 或第二末端件上。
16.根据权利要求10、11、12、13或14中所述的光伏器件组合件，其中所述第一 行、第二行或它们两者包括至少一个隔体装置。
17.根据权利要求10-16中任一项所述的器件组合件，其中所述结构体是建筑物。
18.一种用于在结构体的表面上构造光伏器件组合件的方法，所述方法包括如下步骤a.设置多个单独的光伏器件，其中所述单独的光伏器件包括i.光伏电池组合件，所述光伏电池组合件包括至少一个周界边、在所述至少一个周界边内侧的至少一个光伏电池，所述光伏电池包括光活性部分，其中所述至少一个光伏电 池包括允许光能传输到所述光活性部分上以转化为电能的表面；ii.至少一个正总线端子和至少一个负总线端子，用于经由位于所述至少一个周界边 内的至少一个一体化光伏连接器组合件，将电流传送到所述光伏电池组合件中或将电流 从所述光伏电池组合件中传送出；以及iii.主体部，所述主体部包括接触所述结构体的下表面部，以及接收紧固件的上表 面部，所述紧固件将所述光伏器件附着到所述结构体上，其中沿所述主体部的底部区段 的至少一部分，所述主体部至少部分地接合到所述光伏电池组合件中的至少一个边缘部 上，同时使所述至少一个光伏电池的所述表面暴露；b.设置多个边缘件；c.将第一单独光伏器件附着到所述表面上；d.经由连接器元件，将第二单独光伏器件附着到所述第一单独光伏器件上；e.将所述第二单独光伏器件附着到所述表面上；f.重复步骤c_e，直到第一行被附着到所述表面上，其中电流可以在第一流动方向上 流动；&使用与第一行相同的步骤，开始附着与第一行相邻的第二行的单个光伏器件，不 同之处在于所述电流流动在第二流动方向上；以及h.经由连接器元件，将至少一个边缘件附着到所述第一和第二行的至少一个末端上。
19.在根据权利要求18所述的在结构体的表面上构造光伏器件组合件的方法，所述方 法包括设置隔体装置的步骤。
20.根据权利要求19所述的在结构体的表面上构造光伏器件组合件的方法，其中所述 第一行、第二行或它们两者包括至少一个隔体装置，以用于代替所述单独光伏器件中的 至少一个。
21.根据权利要求18、19或20所述的在结构体的表面上构造光伏器件组合件的方 法，其中重复所述步骤c_h以产生具有多个行的光伏器件组合件。
22.根据权利要求18、19、20或21所述的在结构体的表面上构造光伏器件组合件的 方法，其中设置分开的连接器元件，所述分开的连接器元件包括i.基底部，所述基底 部包括第一末端部、第二末端部、中间部和外表面；ii.定位器部，所述定位器部位于所 述中间部的外表面上，所述定位器部包括支承壁，所述支承壁被成形为大体上补足一体 化连接器壳体；以及iii.至少一个导电构件，所述至少一个导电构件基本上被所述基底部 包围，并且跨接在所述第一和第二末端部之间并且包括在相对末端上的连接端子，所述 连接端子被成形为与在所述一体化连接器壳体中的相对末端互锁，以使得所述支承壁部 分地接触所述一体化连接器壳体中的相对表面。
23.根据权利要求18、19或20所述的在结构体的表面上构造光伏器件组合件的方 法，其中所述多个连接器元件中的一些或全部具有与所述边缘件、所述光伏器件或它们 两者形成一体的第一末端部。
24.权利要求18-23中任一项所述的方法，其中所述结构体是建筑物。
全文摘要
本发明提出了可以更容易地电连接多个PV器件和/或将这些器件以具有相反电流流动的两行/列定位在建筑物或结构体上的连接器装置以及方法。还可以任选设置一些辅助部件(例如，旁路二极管和/或指示器装置)并且可以提高所述器件的适用性。
文档编号H01L31/05GK102017180SQ200980116088
公开日2011年4月13日 申请日期2009年5月1日 优先权日2008年5月5日
发明者乔伊·A·兰梅德, 安德鲁·T·格雷厄姆, 詹姆斯·R·基尼安, 赖安·加斯东 申请人:陶氏环球技术公司