具有抗滑动特征的改良光伏建筑物覆盖元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种至少包括能够贴附在建筑物结构上的光伏建筑物覆盖元件的组件。所述元件包括：光伏电池组件；附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；和至少第一和第二连接器组件，其能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个毗邻器件电连接；其中所述主体部分包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。
【专利说明】具有抗滑动特征的改良光伏建筑物覆盖元件
[0001]本发明在能源部(Departmentof Energy)资助合同 DE-FC36-07G017054 下利用美国政府支持完成。美国政府在本发明中具有一定权利。
[0002]优先权要求
[0003]本申请要求2011年3月22日提交的美国临时申请号61/466，241的优先权，所述临时申请通过引用并入本文。
【技术领域】
[0004]本发明涉及能够贴附在建筑物结构上的改良的光伏屋顶或建筑物光伏覆盖(sheathing)元件,所述屋顶或建筑物覆盖元件至少包括:面板形式的光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分上的主体部分，安置在所述光伏覆盖元件的相反侧面上的至少第一和第二连接器组件，其中所述主体部分包括一个或多个适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的几何特征。
【背景技术】
[0005]改良光伏(PV)器件、特别是整合到建筑物结构中的那些器件(例如光伏覆盖元件、间隔片、边缘片)以使成功应用的尝试应该满足多种标准。PV器件以及安装的阵列应该耐用(例如耐久，密封对抗湿气及其他环境条件)，并在产品的期望寿命(优选至少10年、更优选地至少25年)期间进行防护以免于机械损伤。所述器件应该容易安装在器件阵列中(例如类似于常规屋顶板或外墙面层的安装)或更换(例如如果受损的话)。它还应该被设计成尽可能地防止水到达器件下方和器件所贴附的建筑物表面。
[0006]为了使得这整个组合件适合消费者需要，以及为了得到市场的广泛接受，所述系统的建造和安装应该是经济的。这可以帮助促进降低能量的产生费用，使得PV技术相对于其他的发电手段更具竞争力。
[0007]现有技术的PV器件系统可以允许所述器件直接安装到建筑物结构上或者它们可以将所述器件固定到建筑物外部(例如屋顶盖板或外贴面)上方的板条、沟槽或“栏杆”(“护栏(stand-offs)”)上。这些系统可能是复杂的，通常不能像常规包覆材料(例如屋顶板或墙板)那样安装，因此安装可能是昂贵的。此外，因为它们看起来不像常规建筑材料，因此它们可能没有视觉上的吸引力。可能需要每2-4英尺的“护栏”来安装PV器件。因此，安装成本可能与制品的成本一样高或更高。它们也可能受到与环境条件相关问题的困扰，例如翘曲、褪色和物理性能的劣化。
[0008]据信，目前使用的大多数标准屋顶板使用浙青胶结料构造。这可能含有矿物颗粒和玻璃纤维毡，但是模量适当地低，以允许顺应屋顶上的不规则处。这种材料也被设计成允许在屋顶板的层之间粘合，以抵抗风和气候影响透过所述层。它们在其原始建筑材料与可能位于背侧的胶粘条之间提供高摩擦表面。
[0009]在开发具有更高耐用性的新的屋顶板或板片的过程中，建筑材料将发生改变。特别是在太阳能屋顶板的情形中，标准的浙青基材料不适用。使用具有或不具有无机填料的聚合材料例如聚烯烃来建造屋顶板、板片、瓦片或太阳能器件可能是理想的。这种材料成本低，耐湿气损伤，并且可以被设计成具有多种物理性能和颜色。当使用这些材料时，由于它们的低摩擦系数和在屋顶上修复或改造的能力，可能出现几个问题。
[0010]低摩擦系数的具体问题可能在屋顶高跨比变高(大于3:12)并且当太阳能器件被整合时加剧。在这些情形中，如果安装者不格外小心，屋顶板可能在安装期间从屋顶滑落。这不像标准的浙青屋顶板，后者将粘着并顺应于其他覆盖元件，并在安装期间倾向于保留在适当位置。太阳能屋顶产品的成本、重量和易碎性质可能使这一问题更加重要。由于太阳能屋顶产品可能含有易碎材料例如玻璃、太阳能电池和电连接器，如果它从屋顶滑落将非常可能损坏。这些材料还可能具有较高的重量和较大的尺寸，使得它们更难以在安装之前保持在屋顶上。
[0011]当在屋顶产品上使用高含量的无机填料或非弹性体聚合物时，可能还希望在部件中产生预弯曲，以便迫使底部边缘在钉住后进入屋顶板，以协助防风和水密封。由于在施加钉入力之前不接触关键钉入点处的屋顶，这可能使将屋顶产品保持在其正确位置中变得更加困难。这可能引起屋顶板在完全钉牢入位之前逐渐偏离其预定位置。
[0012]涉及这种技术的文献中包括以下专利文献:US20040206035A1，W02010151777A2,W02010144226A1, EP2216829A1和W01998036139A1，其全部为所有目的通过引用并入本文
[0013]发明概沭
[0014]本发明涉及一种光伏(PV)器件，特别是改良的光伏覆盖元件例如光伏屋顶板，其直接贴附于建筑物结构(例如不使用在建筑物外部上方的板条、沟槽或“栏杆”(“护栏”))，并且用于PV覆盖元件和可能的其他器件的阵列中，其解决上面段落中描述的至少一个或多个问题。设想改良的覆盖元件至少包括光伏电池组件；附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；至少第一和第二连接器组件，其安置在所述覆盖元件的相反侧面上并能够直接或间接地将所述光伏电池组件与贴附于所述建筑物结构的至少两个毗邻器件电连接，并且其中所述主体部分包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的改良的光伏器件的实例的平面图。
[0016]图2是本发明的改良的光伏器件的实例的部件分解透视图。
[0017]图3是安置在建筑物结构上的示例性阵列。
[0018]图5是本发明的改良的光伏器件的实例的剖面侧视图。
[0019]图5A是本发明的一种实施方式的一种示例几何特征的透视图。
[0020]图5B是本发明的一种实施方式的示例几何特征的透视图。
[0021]图5C是本发明的一种实施方式的示例几何特征的透视图。
[0022]图6A是本发明的实施方式的一种示例几何特征的透视图。
[0023]图6B是本发明的另一种实施方式的另一种示例几何特征的透视图。
[0024]图6C是侧视图，示出了建筑物结构和角α。
[0025]图6D是示例性几何特征及其与竖直毗邻器件的界面的部分侧视图。
[0026]图7是示例性覆盖元件的侧视图，示出了预弯曲。[0027]优选实施方式的详细描述
[0028]本发明涉及如图1所示的改良的光伏覆盖元件10(以下称为“PV覆盖元件”)，其总体上可以描述为在受到太阳辐射(例如太阳光)时发挥提供电能的功能的多个部件和部件集合的组件。本公开的特别关注点和主要焦点是一种改良的PV覆盖元件10，其至少包括与含有一个或多个连接器组件300的主体部分200结合的光伏电池组件100，并且其中所述主体部分还包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。在优选实施方式中，通过采用光伏电池组件(和可能的其他部件和组件例如连接器部件)并在至少部分光伏电池组件的周围形成(例如通过注塑)主体部分来形成所述PV覆盖元件。设想在解决上面背景部分中讨论的一个或多个问题时，(PV覆盖元件10的)部件和部件集合与周围器件之间的关系(例如至少几何性质和/或材料性质)是特别地重要。本发明中特别关注的是PV覆盖元件10用于通常被称为光伏建筑一体化(Building-1ntegratedPhotovoltaics)或BIPV的场合，其中将PV覆盖元件10连接到其他器件(PV覆盖元件10或其他器件)以形成阵列1000，例如在图3中所示的阵列1000。在下面的段落中，更详细和专门地公开了各个部件和部件集合以及它们的关系。
[0029]因此，根据本发明的一个方面，设想了一种组件，其包括:能够贴附在建筑物结构上的光伏建筑物覆盖元件，所述光伏建筑物覆盖元件包括:光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；以及至少第一和第二连接器组件，其能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个毗邻器件电连接；其中所述主体部分包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。
[0030]因此，根据本发明的另一方面，设想了一种组件的阵列，所述阵列包括:能够贴附在建筑物结构上形成所述组件阵列的至少两个或更多个毗邻的光伏建筑物覆盖元件，各个所述光伏建筑物覆盖元件包括:光伏电池组件，附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；以及至少第一和第二连接器组件，其安置在所述光伏建筑物元件的相反侧面上，并且能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接；其中所述主体部分包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。
[0031]本发明的特征还在于本文中描述的特征之一或其任何组合，所述特征例如所述光伏建筑物覆盖元件包括预弯曲，所述预弯曲包括如在固定区域下并正交于所述建筑物结构测量的3至35mm的竖直弯曲距离；所述几何特征包含配置在所述光伏建筑物元件的底侧的一个或多个延伸的隆起肋条(ledge rib),所述延伸的隆起肋条能够接合竖直Btt邻器件的顶部周缘；所述几何特征包含一个或多个顶部外周耳片，所述耳片包括向上延伸部分；所述向上延伸部分始于距所述一个或多个顶部外周耳片的远端IOmm或更远，并且相对于由所述建筑物结构的安装表面所定义的平面具有约5至约80°的角度；所述向上延伸部分从所述一个或多个顶部外周耳片的上表面延伸；所述向上延伸部分能够在正交于所述向上延伸部分的远端施加的约7牛顿或更大的力的作用下被弄平(flatten out);所述延伸的隆起肋条能够在正交于所述延伸的隆起肋条的远端施加的7牛顿或更大的力的作用下被弄平；所述至少第一和第二连接器组件被安置在所述光伏建筑物覆盖元件的相反侧面上，并且能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接。
[0032]应该理解，以上提及的方面和实例是非限制性的，本发明内存在其他方面和实例，正如在本文中示出和描述的。[0033]光伏电池组件100
[0034]设想光伏电池组件100可以是许多个层及元件/集合的汇集，例如如目前待决的国际专利申请N0.PCT/US09/042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。光伏电池组件至少含有阻挡层122和光伏电池层110 (通常位于阻挡层122周缘的内侧)。设想光伏电池组件100也可以包含其他层，例如封装层和其他保护层。说明性实施例显示在附图中并在下面讨论。示例性光伏电池组件100的分解图显示在图2中。设想总体光伏电池组件100的厚度Mt可以是约I至12mm,优选约2至9mm,并最优选小于约9.0mm。
[0035]在功能上，这些封装层及其他保护层可以包括多个不同的层，它们各自用来保护光伏电池组件100和/或将光伏电池组件100连接在一起。各优选的层从“顶部”(例如最暴露于自然环境(elements)的层)向“底部”(例如最密切接触建筑物或结构的层)进一步详细描述如下。一般而言，各个优选的层或片可以是单层或本身可以包含亚层。
[0036]阻挡层122
[0037]阻挡层122通常可以起到光伏电池组件100的环境护罩的作用，更特别是起到至少一部分光伏电池层110的环境护罩的作用。阻挡层122优选由透明或半透明材料构成，所述材料允许光能通过到达光伏电池层110的光活性部分。这种材料可以是柔性的(例如薄的聚合物薄膜、多层薄膜、玻璃或玻璃复合材料)或刚性的(例如厚玻璃或胶质玻璃例如聚碳酸酯)。所述材料也可以特征在于对湿汽/颗粒渗透或聚集的抗性。阻挡层122还可以起到过滤一定波长的光的功能，以使得非优选的波长可能不会到达光伏电池。在优选实施方式中，阻挡层122的材料的厚度还在约0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至4.0mm、并最优选2.5mm至3.5mm的范围内。其他物理特性(至少在薄膜的情况下)可以包括:抗张强度大于20MPa(如通过JIS K7127测量的)；拉伸伸长率I %或更大(如通过JIS K7127测量的)；和/或吸水率(23°C，24小时)0.05%或更小(如根据ASTM D570测量的)；和/或线性膨胀系数(“CLTE”)约 5xlCT6mm/mm°C至 100xlCT6mm/mm°C,更优选约 10xlCT6mm/mm°C至80xlCT6mm/mm°C,并最优选约20xlCT6mm/mm°C至50xlCT6mm/mm°C。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括:线性膨胀系数(“CLTE”)约5xlO_6mm/mm°C至约140xl0_6mm/mm°C，优选约 7xl(T6mm/mm°C 至约 50xl(T6mm/mm°C，更优选约 8xl(T6mm/mm°C 至约 30xl(T6mm/mm°C，并最优选约9xlO-6mm/mm°C至约15xlO-6mm/mm°C。其他物理特性(至少在厚玻璃的情况下)可以包括:密度约2.42g/cm3至约2.52g/cm3,抗张强度约75至200N/sq.mm之间,抗压强度500至1200N/sq.mm之间，弹性模量为60_80GPa之间，CLTE为约9xl(T6mm/mm°C，和可见光透射率为至少约85%、优选至少约87%，更优选至少约90%。
[0038]第一封装层124
[0039]在封装层的一个实例中，第一封装层124可以布置在阻挡层122下面，并且通常在光伏电池层110上面。设想第一封装层124可以用作粘合机构，以帮助将相邻层保持在一起。它还应该允许期望量和期望类型的光能透射到达光伏电池110。第一封装层124还可以起到补偿相邻层几何形状中的或在那些层之间转换(例如厚度改变)的不规则性的功能。它也可以用来允许层之间因温度变化以及物理移动和弯曲引起的弯折和移动。在优选实施方式中，第一封装层124可以基本由粘性薄膜或网组成，优选EVA (乙烯-乙酸乙烯酯)、热塑性聚烯烃、聚氨酯、离聚物、硅基聚合物或类似材料。该层的优选厚度范围从约0.1mm至
1.0mm,更优选约0.2mm至0.8mm,并最优选约0.25mm至0.5mm。[0040]光伏电池层110
[0041]本发明中设想的光伏电池层110可以由多个可商购的已知光伏电池构成，或可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池发挥将光能转变为电的功能。光伏电池的光活性部分是将光能转变成电能的材料。可以使用已知提供该功能的任何材料，包括晶体硅、非晶娃、CdTe、GaAs、染料增敏的太阳能电池(所谓的Gratezel电池)、有机/聚合物太阳能电池或通过光电效应将阳光转换成电的任何其他材料。然而，所述光活性层优选是IB-1IIA-硫属化物层，例如IB-1IIA-硒化物、IB-1IIA-硫化物或IB-1IIA-硒化硫化物。更具体的例子包括铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、铜镓硒化物、铜铟硫化物、铜铟镓硫化物、铜镓硒化物、铜铟硫化硒化物、铜镓硫化硒化物和铜铟镓硫化硒化物(所有这些在本文中都称为CIGSS)。这些还可以由式CuIn(1_x)GaxSe(2_y)Sy来表示,其中x是O至I,和y是O至2。优选的是铜铟硒化物和铜铟镓硒化物。本文中还设想了附加的电活性层，例如一个或多个发射(缓冲)层、导电层(例如透明导电层)等等，如本【技术领域】中已知可用于CIGSS基电池中的。这些电池可以是柔性或刚性的，并具有各种各样的形状和尺寸，但是通常是脆性的并易发生环境退化。在优选实施方式中，所述光伏电池组件110是可以弯曲而没有显著破裂和/或没有显著功能性损失的电池。示例性的光伏电池在多项美国专利和出版物中教导并描述，包括 US3767471、US4465575、US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734A1、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924A，它们为了所有目的通过引用并入本文。
[0042]光伏电池层110，例如如图2B中所示，也可以包括电路，例如汇流条(buSSbar) 111，所述汇流条与所述电池、连接器组件元件300电连接并通常从PV覆盖元件10的一侧延伸到另一侧。这个区域可以称为汇流条区域311。
[0043]第二封装层126
[0044]在封装层的另一个实施例中，第二封装层126通常连接地位于光伏电池层110下方，但是在有些情况下，它可以直接接触顶层122和/或第一封装层124。设想第二封装层126可以起到类似第一封装层的功能，虽然它不一定需要透射电磁辐射或光能。
[0045]后板128
[0046]在保护层的实施例中，可以有连接地位于第二封装层126下方的后板128。后板128可以充当环境保护层(例如阻止湿汽和/或颗粒物质进入上面的层)。它优选由柔性材料(例如薄的聚合物薄膜、金属箔、多层薄膜或橡胶片)构成。在优选实施方式中，后板128的材料可以是湿汽不能透过的并且厚度还可以在0.05mm至10.0mm、更优选约0.1mm至
4.0臟、和最优选约0.2mm至0.8mm的范围内。其他物理特性可以包括:断裂伸长率约20%或更大(如通过ASTM D882-09测量的);抗张强度约25MPa或更大(如通过ASTM D882测量的);和撕裂强度约70kN/m或更大(如按Graves法测量的)。优选的材料的例子包括:玻璃板、铝箔、聚(乙烯基氟)(例如，可作为Tedlar? (DuPont的商标)商购的)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物(亦称“FEP”)、聚(乙烯四氟乙烯)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)和聚碳酸酯，或其组合。
[0047]补充阻挡板130
[0048]在保护层的另一个实施例中，可以有连接地位于后板128下方的补充阻挡板130。补充阻挡板130可以充当屏障，从而保护上面的层免于环境条件和物理损伤的影响，所述物理损伤可以由PV覆盖元件10所经受的任何结构特征(例如屋顶盖板的不规则性、突出物体等等)所引起。设想这是任选的层而可以是不需要的。还设想该层可以起到与主体部分200相同的功能。在优选实施方式中，补充阻挡板130的材料可以是至少部分地湿汽不能透过的，并且还可以厚度在约0.25mm至10.0mm、更优选约0.5mm至2.0mm和最优选0.8mm至1.2mm的范围内。优选该层表现出断裂伸长率约20%或更大(如通过ASTM D882测量的)；抗张强度约IOMPa或更大(如通过ASTM D882测量的)；和撕裂强度约35kN/m或更大(如按Graves法测量的)。优选的材料的例子包括热塑性聚烯烃(“TPO”)、热塑性弹性体、烯烃嵌段共聚物(“OBC”)、天然橡胶、合成橡胶、聚氯乙烯以及其他弹性体和塑性体材料。或者，所述保护层可以由更刚性的材料构成，以便在结构和环境(例如风)负荷下提供额外的遮蔽(roofing)功能。附加的刚性也可能是需要的，以便改善PV覆盖元件10的热膨胀系数并在温度波动期间保持期望的尺寸。为了结构性能的保护层材料的例子包括聚合材料例如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、酚树脂、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧树脂包括玻璃和矿物质填充复合材料或其任何组合。
[0049]以上描述的层可以以多种组合来配置或堆叠，但是优选阻挡层122是顶层。另外，设想这些层可以通过许多方法整体接合在一起，所述方法包括但不限于:粘接、热或振动焊接、包覆成型(over-molding)或机械紧固件。
[0050]对于下面讨论的一些实施方式，为清楚起见，光伏电池组件100可以用另一种方式(作为两部分组件)进一步描述。第一部分，光伏电池组件子组件101，包含光伏电池组件100的所有层(除了阻挡层122之外)，和第二部分是阻挡层122。阻挡层122还可以描述为具有长度U和宽度1%”，例如如图2A中所标记的。优选地，Lbl范围是下面讨论的Lbp的约0.75至约1.25倍，更优选所述长度在彼此的约5-10%范围之内。还设想光伏电池组件子组件101的总体CLTE ( “子组件CLTE”)可以在约30xl(T6mm/mm°C至150xl(T6mm/mm°C、更优选约 50xlCT6mm/mm°C至 100xlCT6mm/mm°C 的范围内。
[0051]主体部分200
[0052]设想主体部分200可以是元件/集合的汇集，但是通常优选是通过将聚合物(或聚合物掺合物)注入模具(有或者没有插入物例如光伏电池组件100或本申请中后面讨论的其他元件(例如连接器元件))而形成的聚合物制品，例如如当前待决的国际专利申请N0.PCT/US09/042496中所公开的，所述专利申请通过引用并入本文。主体部分200起到PV覆盖元件10的主要结构载体的功能，并应该以符合这种功能的方式来构造。例如，它可以基本起到塑性框架材料的功能。设想主体部分200粘接到光伏覆盖元件100上的粘附强度应该不低于由热膨胀引起的应力。
[0053]设想构成主体部分200的组合物还表现出约0.5xl(T6mm/mm°C至约140xl(T6mm/mm°C，优选约 3xl(T6mm/mm°C 至约 50xl(T6mm/mm°C，更优选约 5xl(T6mm/mm°C 至约 30xl(T6mm/mm°C,和最优选约7xlO_6mm/mm°C至约15xlO_6mm/mm°C的线性热膨胀系数(“CLTE”)。最理想地，构成主体部分200的组合物的CLTE应该与阻挡层122的CLTE紧密匹配。优选本文中公开的构成主体部分200的组合物的CLTE特征还在于，线性热膨胀系数(CLTE)与阻挡层122的CLTE相差20倍之内，更优选相差15倍之内，更加优选相差10倍之内，甚至更优选相差5倍之内，并最优选相差2倍之内。使构成主体部分200的组合物与阻挡层122之间的CLTE匹配对于温度变化期间使BIPV器件上的热诱导应力最小化而言是重要的，所述热诱导应力可能潜在地导致PV电池的破裂、断裂等等。
[0054]对于本文中公开的光伏制品的一些实施方式而言，阻挡层122包括玻璃阻挡层。如果阻挡层122包括玻璃层的话，模制组合物的CLTE优选小于80X10_6mm/mm°C，更优选小于70xlCT6mm/mm°C,再更优选小于50xlCT6mm/mm°C,和最优选小于30xlCT6mm/mm°C。优选地，所述新型组合物的CLTE大于5xl(T6mm/mm°C。
[0055]当使用玻璃(作为阻挡层122)时，主体材料的组合物优选断裂伸长率为至少3%，但通常不超过200%。还设想，当不使用玻璃时，所述主体材料的断裂伸长率优选为至少100%，更优选至少200%，再更优选至少300%并且优选不超过500%。在组合物断裂时的拉伸伸长率通过试验方法ASTM D638-08 (2008)在23°C下采用50mm/min的测试速度进行测定。
[0056]在优选实施方式中，主体支持部分200可以包含主体材料(基本上由其构成)。这种主体材料可以是填充的或未填充的可模制塑料(例如聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氢化丁苯橡胶、聚酯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚砜、缩醛、丙烯酸树脂、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、环氧树脂、SAN、丙烯酸橡胶、聚苯乙烯或其任何组合)。填料(优选最多约50重量％ )可以包括下列一种或多种:着色剂、阻燃(FR)或耐火(IR)材料、强化材料例如玻璃纤维或矿物纤维、表面改性剂。塑料还可以包括抗氧化剂、脱模制、发泡剂及其他常用的塑料添加剂。在优选实施方式中，使用玻璃纤维填料。所述玻璃纤维优选纤维长度(模制之后)的范围是从约0.1mm至约2.5mm，平均玻璃长度范围是从约0.7mm至1.2mm。
[0057]在优选实施方式中，所述主体材料(组合物)的熔体流动率为至少5g/10分钟，更优选至少10g/10分钟。所述熔体流动率优选小于100g/10分钟,更优选小于50g/10分钟，和最优选小于30g/10分钟。组合物的熔体流动率按照ASTM D1238-04试验法“挤压式塑性计测量热塑性塑料的熔体流动速率的REV C标准试验法(REV Standard Test Methodfor Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer)，，2004ConditionL (230 °C /2.16kg)测定。本申请中使用的聚丙烯树脂也使用这种相同的试验方法和条件。本发明中的聚乙烯和乙烯-α -烯烃共聚物的熔体流动率利用ConditionE(190°C /2.16Kg)测量，通常称为熔体指数。
[0058]在所有实施方式中，组合物的挠曲模量为至少200MPa，更优选至少400MPa，最优选至少700MPa。根据其中光伏电池组件100包括玻璃层的优选实施方式，挠曲模量优选至少IOOOMPa并且不大于7000MPa。根据第二种实施方式，挠曲模量不大于1500MPa，更优选不大于1200MPa，最优选不大于lOOOMPa。组合物的挠曲模量通过试验法ASTM D790-07 (2007)利用2mm/min的测试速度来测定。设想构成主体部分200的组合物还表现出约25xl0_6mm/mm°C 至 70xlCT6mm/mm°C,更优选约 27xlCT6mm/mm°C 至 60xlCT6mm/mm°C,最优选约 30xlCT6mm/mm°C至40xl0-6mm/mm°C的线性热膨胀系数(“主体CLTE” )。
[0059]设想主体部分200可以有许多形状和尺寸。例如，它可以是正方形、长方形、三角形、椭圆形、圆形或其任何组合。主体部分200还可以描述为具有长度“LBp”和宽度“WBP”，例如如图2中所标记的，并且分别可以小至IOcm和大至500Gm或更大。它还可以具有小至约Imm至大至20mm或更大的范围内的厚度(t),所述厚度可以在主体部分200的不同区域中变化。优选地，主体部分200可以描述为具有主体下表面部分202、主体上表面部分204以及在上和下表面部分之间延伸并形成主体周缘208的主体侧表面部分206。主体部分200还可以具有突起形式的过渡部分210，其位于光伏电池组件100与主体部分200之间界面的一部分处(在主体下表面部分202上)，如图5中所不。
[0060]几何特征250
[0061]设想了主体部分200还可以包括一个或多个几何特征250。这些特征250可以起到防止竖直毗邻覆盖元件10在最终附连之前相对于彼此滑动，例如防止PV覆盖元件10在安装期间从屋顶掉落。设想了这些特征250应该具有上面陈述的功能，并同时不干扰覆盖元件10的基本功能或不干扰安装者方便地将覆盖元件10安装到阵列1000中的能力。设想了所述几何特征从主体下表面部分202、主体上表面部分204或两者突出。还希望所述特征不干扰覆盖元件10在紧固到结构上时相对平坦地铺设的能力。优选地，无论使用特征250的何种组合，该特征能够“弄平”或不对上面提到的功能造成影响。甚至更优选地，“弄平”特征250所需要的力至少大于在铺设于平坦表面上时由覆盖元件10的质量所施加的力，并且不超过安装覆盖元件10所需要的力。在一种示例性实施方式中，“弄平”特征250所需要的力可以低至约5牛顿(“N”)，并且可以高达约200牛顿。在优选实施方式中，所述力大于约5N，更优选地大于约7N，甚至更优选地大于约10N，并且优选地小于约200N，更优选地小于约100N，最优选地小于约50N。
[0062]设想了特征250可以安置在主体下表面部分202、主体上表面部分204或两者上。还设想了特征250可以包括被弱化的局部区域，以便产生自然铰接点。这可以通过形成自然铰接点的多种方式来实现，包括但不限于在该特征的基部处或附近使横截面变薄。下面更详细地描述几个说明性实例和优选实施方式。
[0063]在第一实施方式中，特征250位于主体下表面部分202上。设想了这种特征采取一个或多个延伸的隆起肋条230的形式。肋条230可以位于主体下表面部分202上，并且能够接合竖直毗邻器件的顶部周缘(例如主体周缘208)，例如如图5A-C中所示。设想了耳片可以在覆盖元件上(例如图5A)或跨过覆盖元件10(例如图5B-C)前后移动。在一种优选实施方式中，肋条230的长度(Rt)为约IOmm或更长，并且约35mm或更短。在另一种优选实施方式中，肋条230基本上跨过覆盖元件10。设想了如果肋条过长或过短，它可能不符合上面讨论的力的标准，或者可能不能正确接合竖直毗邻器件的顶部周缘。图5A示出了一种光伏覆盖元件10，其具有位于所述光伏覆盖元件10的主体下表面部分202上的突起230形式的几何特征250。图5B示出了安置在光伏覆盖元件10的主体下表面部分202上的突起230形式的几何特征250。图示了所述突起的突起肋条长度(Rt)。图5C示出了光伏覆盖元件10，示出了光伏覆盖元件10，其具有位于光伏覆盖元件10的主体下表面部分202上的突起230形式的几何特征250，所述突起跨过光伏覆盖元件的宽度以实质上形成突起肋条。
[0064]在第二实施方式中，特征250位于一个或多个顶部外周耳片600上。一般来说，顶部外周耳片600可以通常被定义为主体段200的局部延伸，例如如图1中所示。
[0065]在一个说明性实例中，耳片600本身可以是特征250，例如如图6A、6C和6D中所示。在另一个说明性实例中，耳片600为特征250提供了基础，例如如图6B中所示。
[0066]在与第一说明性实例相关的优选实施方式中，耳片600本身构成特征250，并且耳片包括向上延伸部分610。甚至更优选地，向上延伸部分610始于距耳片600的远端至少10mm，并且相对于由建筑物结构的安装表面所定义的平面具有优选地约80°或以下、更优选地约60°或以下、更优选地约50°或以下并且优选地约5°或以上、更优选地约10°或以下的角α ,如图6C中所示。例如，这个角可以非常小。例如，在具有9.5°的角α的60mm耳片中可以获得IOmm的距离。在这种实施方式中，设想了特征250能够在过渡部分210处接合竖直紙邻器件(例如覆盖元件10),例如如图6D中所示。
[0067]预弯曲
[0068]设想了覆盖元件10可以具有形成在结构中的预弯曲或“斜面”，如图15中所示。据信，在覆盖元件中具有预弯曲可以在部件安装在建筑物结构1100上时为部件提供更好的环境稳定性(例如对风吸力的抗性)，以及可能解决在本申请中先前描述的其他问题。优选地，光伏建筑物覆盖元件包括预弯曲，所述预弯曲包括在固定区域下并与建筑物结正交地测量时约3至约35mm的竖直弯曲距离。覆盖元件10的预弯曲在形状上优选地为弓形，并且当安装在建筑物结构上时可以被基本消除(例如弄平)。优选地，不论覆盖元件10中存在多大预弯曲，移除弯曲所需的力与钉接或螺接或其他连接机构(例如夹子)所提供的力相一致，或者说在安装时弯曲被显著减少或消除，并且根据一种实施方式，优选地移除非PV电池部分或非活性部分中的弯曲。换句话说，优选地，大部分预弯曲存在于覆盖元件10中当被弯曲时不会遭受损伤的区域中。顶点可以位于沿着PV覆盖元件的任何位置处，以使得PV覆盖元件保持在贴附于结构上的结构单元上。在一种实施方式中，预弯曲被设计成使得在将PV覆盖元件贴附于结构之前，光伏覆盖元件的凹形表面朝向它将要贴附的结构表面。为了简化，预弯曲可以进一步被定义为在平坦表面与固定区域800处的覆盖元件10的底面之间的竖直弯曲距离(PBd)。在优选实施方式中，预弯曲的量(竖直弯曲距离(PBd))可以在最小约3mm至最大约35_的范围内。在优选的实施方式中，竖直弯曲距离为约3mm或更大，更优选地至少约6mm或更大，最优选地至少约IOmm或更大，并且所述弯曲距离为约35mm或以下，更优选地至多约30mm或以下，最优选地至多约25mm或以下。设想随着预弯曲在安装期间被弄平，覆盖元件在安装期间弯曲的部分优选地在上部主体部分200中，最优选地高于钉子的位置。为了最小化光伏区域100中的应力，这是优选的。
[0069]固定区域800
[0070]固定区域800是PV覆盖元件10的一个区域，希望的是通过它将覆盖元件10固定(例如通过紧固件例如钉子、螺栓、夹子等)到建筑物结构上。区域800优选地在PV覆盖元件10上明确标示，以便安装者可以容易地确定施加钉子、螺栓或其他紧固件的正确区域。如图1中所示，在一个说明性实例中，多个半圆形和文字标出了优选的固定区域800。
[0071]连接器组件300
[0072]连接器组件一般起到允许通向和/或来自PV覆盖元件10的电连通的作用。这种连通可以结合与光伏电池层110连接的电路，或者可以仅仅帮助经由其他电路的通过和越过PV覆盖元件10的连通。所述连接器组件可以由各种部件和组件构成，并且可以部分或完全地与PV覆盖元件10构成整体(包埋在其中)。它可以包括刚性和柔性部分两者。组件300可以需要或者不需要与独立的部件(例如参见桥接连接器330) —起使用以利于电连通。可能的构造的说明性实例/实施方式示出在图中，并在下面的段落中讨论。
[0073]优选地，连接器组件300包含至少聚合物基外壳310和从外壳向外突出并一般包埋在PV覆盖元件10中的电导线320，尽管也可以设想其他构造。设想外壳310可以适应于容纳匹配连接器或被容纳到匹配的连接器中。[0074]器件阵列1000
[0075]器件(例如PV覆盖元件10、间隔器件“S”、边缘片“E”等)的阵列起到在经受日光辐照(例如太阳光)时提供电能的作用。阵列是安装在建筑物结构1100上的互连器件的集合。出于本发明的目的，设想了将阵列1000直接安装在建筑物结构1100的已有屋顶板(或外表面)上或以前安装的屋顶遮蔽材料(例如浙青覆盖元件)上方，其方式与施加常规屋顶覆盖元件相同(除非本文中另有指明)。这些阵列1000可以由两行或更多行毗邻的器件构成，所述的行自身含有至少两个或更多器件。作为说明性实例，如图3中所示，示出的阵列1000具有4行，每行3个器件，并在每一端共用边缘片(PV覆盖元件10，边缘片“E”，间隔器件“S”)。边缘片“E” 一般起到将多行器件连接在一起的作用，并且可以包含或可以不包含其他功能元件。间隔器件“S” 一般可以起到连接一行内的器件的作用，并且可以包含或可以不包含其他功能元件。
[0076]设想上面描述的实施方式或实例可以不互相排斥，并且可以彼此组合使用。
[0077]除非另外说明，本文中描绘的各种结构的尺寸和几何形状并没有意图限制本发明，其他尺寸或几何形状是可能的。多个结构元件可以由单一的整体结构提供。或者，单一整体结构可以被分成独立的多个元件。另外，虽然本发明的特征可能只在一个说明性实施方式的情形中描述，但是对于任何给定的应用而言，这样的特征可以与其他实施方式的一个或多个其他特征组合。从上文还可以理解，本文中独特结构的制造及其操作也构成本发明的方法。除非另有说明，否则本文中公开的材料和组件的线性膨胀系数(“CLTE”)是在2940型TA Instruments TMA上，利用仪器配备的标准软件，按照试验方法ASTME1824-08(2008)在_40°C至90°C的温度范围中以5°C /分钟测定的。有经验的技术人员将理解，组合物可以表现出CLTE随着材料发生热转化而从其他区域发生改变的温度范围。在这种情况下，上文对于CLTE的优选范围是指所述组合物、组件和/或阻挡层122的最大测量CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有显著不同CLTE的材料。例如，PV组件可以包括太阳能电池、金属导体、聚合物密封剂、屏障材料例如玻璃、或其他迥异的材料，它们全都具有不同的CLTE。PV组件的CLTE可以通过在_40°C和90°C之间的多种温度下测量所述组件的尺寸来确定，除非另作说明，对于所有其他物理性能(测试)也采用这个温度范围。
[0078]本发明的优选实施方式已经公开。然而，本【技术领域】的普通技术人员将认识到，某些修改将在本发明教导的范围内。因此，应该研究下列权利要求来确定本发明的真实范围和内容。
[0079]上面申请中列举的任何数值包括以一个单位的增量的从下限值到上限值的所有值，条件是在任何下限值和任何上限值之间至少相隔2个单位。例如，如果说明元件的量或工艺变量的值如温度、压力、时间等是例如I到90、优选20到80、更优选30到70的话，意图是例如15到85、22到68、43到51、30到32等等的值都在本说明书中被明确列举。对于小于I的值，一个单位被认为是0.0001,0.001,0.01或0.1，视情况而定。这些只是具体想到的例子，而所列举的最低值和最高值之间数值的所有可能的组合被认为以类似的方式在本申请中被明确陈述。除非另有说明，所有范围包括两个终点和终点之间的所有数字。对于范围使用“约”或“大致”适用于所述范围的两个端值。因此，“约20至30”意图涵盖“约20至约30”，包括至少所指定的终点在内。所有文献和参考资料(包括专利申请和公布)的公开内容为了所有目的通过引用并入本文。
[0080]描述组合的术语“基本由...组成”应该包括所指明的要素、成分、元件或步骤，以及不显著影响所述组合的基本和新型特性的这类其他元素、成分、元件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述本文中的要素、成分、元件或步骤的组合也考虑到基本由所述要素、成分、元件或步骤组成的实施方式。多个要素、成分、元件或步骤可以由单一的整体要素、成分、组件或步骤来提供。或者，单一的整体要素、成分、组件或步骤可以分成独立的多个要素、成分、组件或步骤。描述要素、成分、组件或步骤时公开的“一”或“一个”不意图排除另外的要素、成分、组件或步骤。
【权利要求】
1.一种组件，其包括: 能够贴附在建筑物结构上的光伏建筑物覆盖元件，其包含: 光伏电池组件， 附着于所述光伏电池组件的一个或多个部分的主体部分；以及 至少第一和第二连接器组件，其能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个毗邻器件电连接； 其中所述主体部分包括适合于在安装之前接合竖直毗邻器件的一个或多个几何特征。
2.权利要求1的组件，其中所述光伏建筑物覆盖元件包括预弯曲，所述预弯曲包括在固定区域下并与所述建筑物结构正交测量时3至35mm的竖直弯曲距离。
3.权利要求1或2的组件，其中所述几何特征包括配置在所述光伏建筑物元件的底侧的一个或多个延伸的隆起肋条，所述延伸的隆起肋条能够接合竖直毗邻器件的顶部周缘。
4.权利要求1、2或3的组件，其中所述几何特征包含一个或多个顶部外周耳片，所述耳片包括向上延伸部分。
5.权利要求4的组件，其中所述向上延伸的部分始于距所述一个或多个顶部外周耳片的远端IOmm或更远，并且相对于由所述建筑物结构的安装表面所定义的平面具有5至80°的角度。
6.权利要求4的组件，其中所述向上延伸部分从所述一个或多个顶部外周耳片的上表面延伸。
7.权利要求4的组件，其中所述向上延伸部分能够在正交于所述向上延伸部分的远端施加的7牛顿或更大的力的作用下被弄平。
8.权利要求3的组件，其中所述延伸的隆起肋条能够在正交于所述延伸的隆起肋条的远端施加的7牛顿或更大的力的作用下被弄平。
9.前述权利要求任一项的组件，其中所述至少第一和第二连接器组件被安置在所述光伏建筑物覆盖元件的相反侧面上，并且能够直接或间接地将所述光伏电池组件与一个或多个水平毗邻器件电连接。
10.一种组件的阵列，其包含: 至少两个或更多个权利要求1至9任一项的组件。
【文档编号】H01L31/048GK103650158SQ201280014487
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年3月22日 优先权日:2011年3月22日
【发明者】J·R·基尼汉, J·A·兰梅德, L·C·洛佩斯 申请人:陶氏环球技术有限责任公司