專利名稱：用于屋頂?shù)墓馍蚰K的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于產生電能的太陽能電池板，并且更具體地涉及集成到安裝在平屋頂上的層合的(laminated)、耐候的(weather resistant)夾層(sandwich)中的光生伏打模塊。
背景技術：
用于為住宅和企業(yè)產生電力的常規(guī)光生伏打板是平坦的并且布置在暴露于太陽下的屋頂?shù)囊徊糠稚?。過去，這種板被布置在直立在屋頂上以支撐和保護該板的結構上。最近，光生伏打板已經(jīng)變得能夠直接安裝在平屋頂上。例如，參見Laaly等人的美國專利申請公開No. 2005/0178248A1,其公開了將屋頂膜(roofing membrane)并入板結構中的板。意 圖將該板安裝在具有給下方的結構提供防潮保護以及提供電力的膜的新屋頂或者替換屋頂上。雖然一般適合于屋頂應用，但是附加膜增加了不必要的制造成本并需要在屋頂上安裝的附加步驟。

發(fā)明內容
在此描述的和在附圖中示出的光生伏打板使得發(fā)電的太陽能電池板能夠直接安裝在現(xiàn)有屋頂上方的現(xiàn)有平屋頂上。該板被形成為易于用膠帶或者其它適合的粘合系統(tǒng)安裝的常規(guī)的4英尺乘8英尺的板的尺寸和形狀。該板不包括膜，并更加易于制造和安裝。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的方面，光生伏打板包括下部的剛性襯底、具有電輸出連接器的中間的光生伏打層和上部的透明保護層。通過熱激活的透明的粘合劑(例如乙烯-醋酸乙烯(EVA))，將這些層形成為層彼此固定的層合夾層。這些層和EVA涂層用作層合的光生伏打板的層的粘結劑和襯墊(cushion)?？梢杂闷渌m當?shù)恼澈蟿?例如，聚乙烯醇縮丁醒(polyvinylbuterol, PVB))或者用作粘結劑和襯墊的其它灌封材料(pottantmaterial)來代替 EVA。中間的光生伏打層包括多個電互連的光生伏打電池。例如，中間的光生伏打層有利地包括排列成行和列陣列的160個光生伏打電池。上部的透明上層優(yōu)選包括適當厚度的防水、耐化學性的樹脂，例如氟化乙烯丙烯(FEP)樹脂。這種樹脂可從杜邦公司購買，如DuPont Teflon FEP膜。FEP膜是能夠被加熱密封、加熱成形、真空形成、加熱接合等來制造透明上層的透明熱塑性膜。在優(yōu)選實施例中，在固化處理期間使上部的透明層變軟以允許透明層的一部分沿著層合結構的側面形成保護層。光生伏打板還包括圍繞層合夾層的外邊緣的外框。優(yōu)選地，通過硅粘合劑或者其它適當?shù)姆浪澈蟿⑼饪蚬潭ǖ綄雍蠆A層。在優(yōu)選的實施例中，通過雙面膠帶(double-stick tape)的層(例如,具有配方(formulation)為樹脂、熱塑性塑料和未固化橡膠的自密封帶)，將剛性襯底的底部固定到現(xiàn)有的屋頂。美國伊利諾斯州Hawthorn Woods的Eternabond公司出售合適的雙面膠帶，如Eternabond Double Stick 。


下面結合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施例的某些方面，其中圖I示出了層合的光生伏打板的示例性實施例的透視圖；圖2示出了沿圖I的線2-2得到的圖I的光生伏打板的放大的截面圖；以及圖3示出了圖I的光生伏打板的分解透視圖。
具體實施例方式如圖I、圖2和圖3所示，層合的光生伏打板100被配置為通常的矩形板，其根據(jù)常規(guī)建筑材料的尺寸和形狀而按尺寸制作和成形。因此，板100能夠由施工人員處理，而不需要任何特殊材料處理設備。在工廠或者其它適合的環(huán)境中裝配板100，使得該板100是完整的且準備好安裝在充分暴露于太陽下的平屋頂或者其它位置上。在所示出的實施例中，安裝時，板100具有約96英寸(8英尺)乘48英寸(4英尺)的尺寸并且具有小于約0. 2英寸的厚度。因此，板100沒有給屋頂結構增加顯著的高度。雖然不意圖用作能行走的表面，但是板100具有足夠的結構完整性來承受建筑工人或者屋頂檢查員的重量并耐得住落在板100上的物體的撞擊。板100具有面朝上并暴露于太陽下的透明上保護層110。在上保護層110的下方放置中間層120。中間層120包括多個電互連的光生伏打電池122以形成光生伏打陣列。中間層120安置在剛性下層130上。通過下粘合層140將中間層120固定到剛性下層130。通過上粘合層150將中間層120固定到上保護層110。因此中間層120被密封在下粘合層140和上粘合層150之間。上保護層110為板100提供撞擊保護及惡劣天氣保護。上保護層110有利地包括DuPont Teflon 氟化乙烯丙烯(FEP)樹脂，其被形成為適當厚度(例如，大約0. I英寸)的膜層。因此，使中間層120中的光生伏打電池122暴露于直射的陽光，而不會暴露于濕氣和其它氣候條件且不會暴露于由腳、落下的物體和碎片引起的直接撞擊。具有適當厚度的鋼化玻璃也可用作上保護層110。在所示出的實施例中，剛性下層130包括纖維增強塑料(FRP)。例如，F(xiàn)RP層有利地包括具有嵌入的絞合玻璃纖維的聚酯樹脂。在一個優(yōu)選實施例中，F(xiàn)RP層具有大約0. 079英寸的厚度。FRP的剛性下層提供了剛性、輕重量、極低滲透性和平坦性的有利結合。優(yōu)選地，提供下粘合層140作為放置在剛性下層130的上表面上的薄膜。然后在下粘合層140上放置中間層120中的光生伏打電池122的陣列。在所示出的實施例中，下粘合層140有利地包括透明粘合劑，例如，乙烯-醋酸乙烯(EVA)。EVA是特別適合于固定電池的透明的熱激活的粘合劑?？梢杂闷渌m合的粘合劑(例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB))或者其它灌封材料來代替EVA。在下粘合層140上放置光生伏打電池122的陣列之后，在中間層120的上方布置上透明粘合層150使得光生伏打電池122夾在兩個透明粘合層之間。上粘合層150應與下粘合層的物理特性相匹配。在所示出的實施例中，上粘合層150和下粘合層140兩者都包括EVA，但是可以用其它適當?shù)耐该髡澈蟿﹣泶鍱VA。然后在上透明粘合層150的上方放置透明上保護層110以實現(xiàn)在圖2中放大的局部截面所示的層合結構。例如，在Lewis的美國專利No. 4，499，658中，描述了 EVA材料以及用EVA材料來粘合層合的光生伏打電池的層。除了用作將光生伏打電池122固定在上保護層110和下剛性層130之間的粘結劑之外，上部的EVA層150和下部的EVA層140還用作這兩個外層之間的襯墊。以常規(guī)方式的串-并聯(lián)配置使光生伏打電池122電互連以提供適當?shù)妮敵鲭妷骸＠?，在所示出的實施例中?60個光生伏打電池122排列成9行，每行18個電池；然而，最上面的一行去掉了兩個電池以提供用于放置接線盒170的空間，接線盒170具有第一耐候的導電體172和第二耐候的導電體174。如圖3所示，在被去掉的光生伏打電池的區(qū)域中，光生伏打板100包括從中間層120的頂表面伸出來的兩個板輸出導體176、178。在層合光生伏打板100之后，使該板輸出導體176、178中的每一個分別連接到接線盒170內部的耐 候的導電體172、174中的一個，如下面所討論的。以圖2和圖3所示的順序堆疊并對準上保護層110、中間層120、下層160和兩個粘合層140和150以形成圖I、圖2和圖3中示出的夾層結構。在層合工藝期間用臨時覆蓋物(例如，布管(cloth tube)等)覆蓋板輸出導體176、178中每個的自由端。以已知的方式使用熱和壓力永久地層合該結構。在一個有利的實施例中，以例如Laaly等人的美國專利申請公開No. 2005/0178248A1中描述的方式在真空層合機中層合該結構。尤其是，使該結構首先經(jīng)受真空以移除EVA粘合劑中任何被俘獲的氣泡。之后使該結構受到高壓以將層盡可能緊地強壓在一起。之后將該結構加熱到適當?shù)臏囟?例如，大約160°C)以固化層140和150中的粘合劑從而永久地接合相鄰的層。使層合結構保持足夠時間的高溫，以固化上透明粘合層150和下透明粘合層140并使這兩個透明粘合層粘合在一起以成為完全密封光生伏打電池122的組合層。高溫還會使上透明層110變軟和流動以提供上述的保護上部涂層。之后允許將層合結構冷卻到環(huán)境溫度。雖然結果形成的層合結構具有防潮性并且足夠堅固以耐受在正常狀態(tài)下在板100的平常處理期間可能出現(xiàn)的撓曲，但在優(yōu)選實施例中，為了改善防潮性和結構穩(wěn)定性，增加了附加的結構元件。尤其是，板100還包括圖3示出的耐候的塑料框。在優(yōu)選實施例中，該框包括第一半框180和第二半框182。這些半框圍繞層合結構的邊緣放置，如針對第一半框180的圖2的截面圖所示。這兩個半框的暴露端對接在一起以形成圍繞板100周界的完整框。雖然示出的是兩個分離的半框，但應該理解通過使圍繞板100邊緣的材料彎曲并使兩個自由端對接還可以使用單個長度的框材料。還如圖2所示，半框180、182優(yōu)選包括具有壁厚度為約O. 05英寸的U形截面的塑料壓出品(extrusion)。例如,塑料材料有利地包括聚氯乙烯(PVC)、熱塑性聚烯烴(TPO)或者其它合適的材料。在所示出的實施例中，U形壓出品的兩個平行支柱具有從壓出品底部內部測量的大約為O. 1875英寸的長度。選擇U形壓出品底部的寬度以適應板100的層合層的厚度。在所示出的實施例中，選擇底部的內部寬度為大約O. 18英寸。在所示出的實施例中，每個半框180、182圍繞板100外周界的大約一半。還如圖2所示，通過適當?shù)恼澈蠈?90將每個半框固定到每層的外邊緣以及上層110的上表面的一部分和剛性下層130的下表面的一部分。例如，在一個實施例中，粘合層190有利地包括硅粘合劑，其粘性足夠強以將半框180、182永久地固定到板100。在板100上放置半框之后，通過膠合或者如所希望的其它適當?shù)姆椒蓪肟?80的末端分別固定到半框182的末端。如上面所討論的，如果使用單一長度的框材料，則框的兩個末端可以在單個位置處連接。在完成層合工藝并且將兩個半框180、182固定到板100的邊緣之后，以常規(guī)的方式(例如，使用硅粘合劑)將接線盒170固定到上層110。當安裝接線盒170時，從光生伏打層120伸出來的兩個板輸出導體176、178穿過接線盒170底部中的孔(未示出)。移除在兩個板輸出導體176、178上方的臨時遮蓋物，并使用常規(guī)互連器件使兩個板輸出導體176、178在接線盒170的內部電連接到兩個耐候的外部導體172、174。之后將接線盒170的可移動頂部固定在導體互連器件的上方以提供耐候的密封。如圖2和圖3所示，安裝板100的優(yōu)選方法包括將膠帶層200應用到剛性下層130的底表面上。優(yōu)選地，膠帶層200包括合適的雙面膠帶，例如，具有配方為樹脂、熱塑性塑料 和未固化橡膠的自密封帶。美國伊利諾斯州Hawthorn Woods的Eternabond公司出售合適的自密封雙面膠帶，如Eternabond Double Stick 。雙面膠帶在兩個側面上都帶粘性。當制造時，雙面膠帶在每個側面上具有防止粘貼的剝離層(release layer)。有利地在制造板的工藝期間移除一個剝離層。在載運板100之前將膠帶層200的暴露的粘合面放置在并粘附到剛性下層130的底表面上。之后，在安裝板100期間，移除剩余的剝離層使得板能夠粘附到現(xiàn)有屋頂?shù)谋砻妗，F(xiàn)有屋頂?shù)谋砻姹磺鍧嵅⒈贿m當?shù)販蕚湟越邮瞻?00。在安裝之后，給板100的上層110施加適當?shù)膲毫σ詫逵谰玫卣掣降轿蓓數(shù)谋砻?。在圖2中，膠帶層200被示出為包括多條窄的膠帶(例如，4英寸寬)。還可以得到更寬的膠帶以改善制造工藝。在這里根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例公開了本發(fā)明，本發(fā)明提供了如所附權利要求限定的外部建筑板。在不脫離所附權利要求的預期的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可以預想到在本發(fā)明教導上的各種改變、修改和變更。本發(fā)明意圖包括這樣的改變和修改。
權利要求
1.一種光生伏打模塊，包括 包括防水、耐化學性的樹脂的上透明層； 放置在所述上透明層下方的光生伏打層，所述光生伏打層包括(i)多個電互連的、布置成矩陣的光生伏打電池，在所述光生伏打層上布置包括這樣的區(qū)域的空間，在所述區(qū)域中電所述矩陣中去掉；和(ii)電輸出連接器，布置在通過去掉所述電池創(chuàng)建的所述空間上，所述電輸出連接器置于所述光生伏打模塊與電池的矩陣相同的一側； 第一層熱激活透明粘合劑，其置于所述上透明層和所述光生伏打層之間以將所述光生伏打層粘附到所述上透明層； 放置在所述光生伏打層下方的剛性層；和 第二層熱激活透明粘合劑，其置于所述光生伏打層和所述剛性層之間以將所述光生伏 打層粘附到所述剛性層。
2.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述剛性層包括纖維增強塑料。
3.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述粘合層包括具有第一粘合面和第二粘合面的膠帶，所述第一粘合面固定到所述剛性層的下表面，所述第二粘合面具有可剝離的覆蓋物，能夠移除所述可剝離的覆蓋物以將所述粘合層粘附到所述剛性層的下表面，從而將所述光生伏打板固定到屋頂表面。
4.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述熱激活透明粘合劑包括乙烯-醋酸乙烯。
5.如權利要求I所述的光生伏打模塊，還包括 框，具有上部和下部，該框被定位成將上透明層、光生伏打層、剛性層的邊緣保持在所述上部和所述下部之間；及 粘合層，具有附著到剛性層的露出的下表面的第一表面和用于將所述光生伏打模塊粘附到屋頂表面的第二表面。
6.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述電輸出連接器包括接線盒。
7.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述接線盒包括至少兩個電連接器。
8.如權利要求I所述的光生伏打模塊，其中所述防水、耐化學性的樹脂包括氟化乙烯共聚物樹脂。
9.一種光生伏打模塊，包括 上透明層； 放置在所述上透明層下方的光生伏打層，所述光生伏打層包括(i)多個電互連的光生伏打電池和電輸出連接器，所述多個光生伏打電池布置成矩陣陣列，該矩陣陣列上的至少兩個電池缺失，以為電路提供空間，所述電路置于所述光生伏打模塊與電池的矩陣陣列相同的一側； 第一透明粘合層，其置于所述上透明層和所述光生伏打層之間以將所述光生伏打層粘附到所述上透明層； 放置在所述光生伏打層下方的剛性層； 第二透明粘合層，其置于所述光生伏打層和所述剛性層之間以將所述光生伏打層粘附到所述剛性層；以及 粘合層，具有僅附著到所述剛性層的露出的下表面的第一表面和用于將所述光生伏打模塊粘附到屋頂表面的第二表面。
10.如權利要求9所述的光生伏打模塊，其中所述上透明層、所述光生伏打層、所述第一透明粘合層、所述剛性層、所述第二透明粘合層的組合厚度小于約O. 508厘米，即O. 2英寸。
11.如權利要求9所述的光生伏打模塊，其中所述上透明層、所述光生伏打層、所述第一透明粘合層、所述剛性層、所述第二透明粘合層的強度足以支撐建筑工人的重量。
12.如權利要求9所述的光生伏打模塊，其中所述剛性層包括纖維增強塑料。
13.如權利要求9所述的光生伏打模塊，其中所述粘合層包括具有第一粘合面和第二粘合面的膠帶，所述第一粘合面固定到所述剛性層的下表面，所述第二粘合面具有可剝離的覆蓋物，能夠移除所述可剝離的覆蓋物以將所述粘合層粘附到所述剛性層的下表面，從而將所述光生伏打板固定到屋頂表面。
14.如權利要求9所述的光生伏打模塊，其中所述第一透明粘合層和所述第二透明粘合層的每一層包括熱激活的透明粘合劑，所述熱激活的透明粘合劑包括乙烯-醋酸乙烯。
15.如權利要求9所述的光生伏打模塊，還包括半導電的、柔韌性的框，該框具有上部和下部，該框被安置成將所述上透明層、所述光生伏打層、所述剛性層的邊緣保持在所述上部和所述下部之間。
16.一種制造光生伏打模塊的方法，包括以下步驟 提供包括氟化乙烯丙烯樹脂的上透明層； 將光生伏打層放置在所述上透明層下方，所述光生伏打層包括(i)多個電互連的、布置成矩陣的光生伏打電池，在所述光生伏打層上布置包括這樣的區(qū)域的空間，在所述區(qū)域中偶數(shù)個電池從所述矩陣中去掉jP(ii)電輸出連接器，布置在通過去掉所述電池創(chuàng)建的所述空間上，所述電輸出連接器置于所述光生伏打模塊與電池的矩陣相同的一側； 將第一層熱激活透明粘合劑放置于所述上透明層和所述光生伏打層之間以將所述光生伏打層粘附到所述上透明層； 將剛性層放置在所述光生伏打層下方；和 將第二層熱激活透明粘合劑置于所述光生伏打層和所述剛性層之間以將所述光生伏打層粘附到所述剛性層。
17.如權利要求16所述的方法，還包括步驟設置半導電的、柔韌性的框，該框具有上部和下部，該框被安置成將所述上透明層、所述光生伏打層、所述剛性層的邊緣保持在所述上部和所述下部之間。
18.如權利要求16所述的方法，其中所述剛性層包括纖維增強塑料。
19.如權利要求16所述的方法，其中所述粘合層包括具有第一粘合面和第二粘合面的膠帶，所述第一粘合面固定到所述剛性層的下表面，所述第二粘合面具有可剝離的覆蓋物，能夠移除所述可剝離的覆蓋物以將所述粘合層粘附到所述剛性層的下表面，從而將所述光生伏打板固定到屋頂表面。
20.如權利要求16所述的方法，其中所述第一透明粘合層和所述第二層透明粘合層的每一層包括熱激活的透明粘合劑，所述熱激活的透明粘合劑包括乙烯-醋酸乙烯。
21.如權利要求16所述的方法，其中所述上透明層、所述光生伏打層、所述第一透明粘合層、所述剛性層、所述第二層透明粘合層的強度足以支撐建筑工人的重量。
全文摘要
光生伏打模塊(100)在被安裝在屋頂上時產生電力。模塊(100)被構造為具有粘附到光生伏打層(120)的透明保護上層(110)的層合夾層。將光生伏打層(120)粘附到由纖維增強塑料形成的剛性層(130)上。層合夾層具有圍繞周界的框(180、182)。層合板(100)在底面上具有雙面膠帶的層(200)以將該板粘附到屋頂表面上。
文檔編號H01L31/042GK102820353SQ20121018781
公開日2012年12月12日 申請日期2007年6月30日 優(yōu)先權日2006年12月22日
發(fā)明者B·J·弗萊厄蒂, T·M·戴維 申請人:路美它公司