專利名稱：用于瀝青屋面集成光電模塊的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及集成的光電屋面系統，更具體地說，涉及用于屋面蓋屋板(shingles)的方法和系統，這種蓋屋板具有集成到蓋屋板 中的光電模塊。
背景技術：
至少某些己知的帶瀝青屋面的屋面系統直接安裝在現存的蓋屋 板上。其它己知的屋面系統利用看起來像覆蓋屋面一部分的黑色或 藍色區域來替換屋瓦。這種產品時常被廣告稱之為"集成，，到蓋屋板屋 面中的光生伏特電池，但這些光生伏特電池只是簡單地:故標準瀝青 屋瓦所環繞。然而，這種屋面系統在設計或建造方法上缺乏容許各 種顏色和形狀的靈活性，這些顏色和形狀需要與瀝青屋面材料市場 中可得到的各種產品線相匹配，從而提供住宅屋面光電太陽能系統 所需要的美學外觀。發明內容在一個實施例中，光電屋面系統包括支承板(back sheet),其包括 長度L、寬度W和厚度T,所述支承板包括沿著長度L而延伸的具 有寬度W。的重疊部分，以及沿著長度L而延伸的具有寬度Wa的活 性部分(active portion),該系統還包括形成于活性部分表面上的光生 伏特電池，所述光生伏特電池包括對光子的吸收起電響應的光電部 件，聯接在光電部件表面上的負電極，以及聯接在光電部件表面上 的正電極，其中厚度T經過選擇而使得當光電屋面系統進行安裝時， 厚度T加上光生伏特電池的厚度基本上與緊鄰的非光電屋面部件的 厚度相匹配。在另一實施例中，裝配光電屋面系統的方法包括提供屋面材 料基底，其包括頂面、底面和在它們之間圍繞基底外周邊而延伸的 邊緣，基底包括重疊部分，其配置成能夠被相鄰的光電屋面系統和 相鄰的屋面蓋屋板中的至少其中一個所覆蓋，基底還包括活性部分， 活性部分的頂面上成形有光生伏特電池，光生伏特電池包括對光子 的吸收起電響應的光電部件，聯接在光電部件表面上的負電極，和 聯接在光電部件表面上的正電極，并且將負電極和正電極電聯接到 從邊緣延伸出來的電插頭上。
在又一實施例中，光電屋面系統包括具有第 一厚度的支承板， 該支承板包括重疊部分，配置成能夠允許屋面組件聯接到屋面表面 上的頂頭部分，以及從重疊部分延伸出來的相鄰的活性部分，所述 活性部分包括多個子片(tab)部分，光生伏特電池形成于各子片部分的 表面上，光生伏特電池包括第二厚度，光生伏特電池還包括光電部 件，聯接在光電部件表面上的負電極，和聯接在光電部件表面上的 正電極，其中當安裝光電屋面系統時，笫一厚度加上第二厚度基本 上等于緊鄰的非光電屋面部件的厚度。
圖1是根據本發明一個實施例的屋面的透視圖，其包括多個典
型的光電屋面系統；和
圖2是可供圖1中所示的光電屋面系統使用的一個典型的光生
伏特電池的分解圖3是圖2中所示的光生伏特電池在組裝之后的透視圖4是圖1中所示的典型的光電屋面系統的分解圖5是根椐本發明一個實施例的光電屋面系統的透視圖6A是根據本發明另 一 實施例的光電屋面系統的分解透視圖6B是根據本發明另一實施例的光電屋面系統的透^L圖；和
圖7是圖6A和6B中所示的電活性蓋屋板子片組件的典型實施例的分解圖。
零部件清單
100屋面；102光電屋面系統；104非光電屋面系統；200光 生伏特電池；202威化餅干狀網格結構；204光電材料；206第一 面；208開孔；210觸頭包覆穿通層；212第二面；214連接點；216 后觸頭匯流排；218后場層；220介電層；222開孔；224開孔；226 前觸頭匯流排；228引腳；402支承板；404互連部分；406插頭 連接件；408密封部分；410頂頭部分；412乙烯-乙酸乙烯酯(EVA) 層；414活性部分；416第二EVA層；418保護層；501凹槽；502 重疊部分；503子片；504上邊緣；505下邊緣；600光電屋面系 統；602屋面隔膜；604頂頭部分；606蓋屋板子片；608間隙；610 屋面隔膜邊緣；612互連導線；614插頭組件；616加強件；702第 一密封劑層；704互連部分；706前觸頭匯流結構；708介電層；710 后場層；712開孔；714后觸頭匯流排；716觸頭包覆穿通層；718光 電材料；720威化餅干狀網格結構；722第一面；724開孔；726第 二密封劑層；728保護層
具體實施例方式
圖1是根據本發明一個實施例的屋面100的透視圖，其包括多 個典型的光電屋面系統102。多個非光電屋面蓋屋板104與光電屋面 系統102混合組合，而形成屋面100。在圖1中，僅僅出于說明目的， 所顯示的光電屋面系統102比非光電屋面蓋屋板104更黑。在典型 的實施例中，光電屋面系統102著上色彩，以匹配非光電屋面蓋屋 板104。雖然這里將非光電屋面蓋屋板描述為"蓋屋板"，但是它可能 是比一般屋面蓋屋板更為復雜的組件，例如，非光電屋面蓋屋板可 包括多個構件，并且可平鋪在屋面100上，或可以構造或成形成具 有特殊的特征。光電屋面系統102配置成能夠與非光電屋面蓋屋板104的色彩、形狀和/或鄉丈理相匹配，從而獲得美學外觀。另外，光電屋
面系統102的厚度選擇成可基本上與非光電屋面蓋屋板104的厚度 相匹配，使得非光電屋面蓋屋板104和光電屋面系統102之間的輪 廓差異基本上是難以辨別的。
圖2是可供(圖1中所示的)光電屋面系統102使用的一個典型的 光生伏特電池200的分解圖；光生伏特電池200包括當光生伏特電 池200進行操作時，暴露于太陽光下的威化餅干狀(waffle)網格結構 202。光電材料204的模制晶片定位在威化餅干狀網格結構202上。 相鄰威化餅干狀網格結構202的第一面206在操作期間通過形成于 威化餅干狀網格結構202中的開孔208而暴露于太陽光下。前觸頭 包覆穿通層(front contact wrap through layer)210施加在光電材料204 的第二面212上。前觸頭包覆穿通層210配置成能夠在第二面212 上提供多個連接點214,用于連接到電匯流排上，所述電匯流排將光 電材料204的輸出傳送到光生伏特電池200的外部。后觸頭匯流排 (back contact bussing)216聯接在光電材料204的負電極部分上。后場 層(back field layer)218和介電層220施加在帶開孔222,224的光電材 料204上，其分別與前觸頭包覆穿通層210和后觸頭匯流排216互 補，使得前觸頭包覆穿通層210和后觸頭匯流排216通過后場層218 和介電層220而暴露于外。在典型的實施例中，后場層218由金屬 印墨制成，例如，但并不局限于鋁或銅。前觸頭匯流排226施加在 介電層220上，使得前觸頭匯流排226的引腳228設置成可覆蓋開 孔222,并通過連接點214而構成與光電材料204的連接。在典型的 實施例中，連接點214聯接在光電材料204上，處于光電材料204 的陰極位置，使得前觸頭**;〔流排在操作期間帶負電荷，并且后觸頭 匯流排216聯接在光電材料204上的陽極位置，使得后觸頭匯流排216 在操作期間帶正電荷。在一個備選實施例中，后觸頭匯流排216和 前觸頭匯流排226的極性在操作期間可通過分別將其聯接到陰極位 置和陽極位置而反向。這兩個匯流條系統都聯接在光電材^1" 204的單個面上，并且在典型的實施例中，這個面是與接受日光而在光電
材料204中提供便于電子流動動力的那 一 面相反的 一 面。
圖3是(圖2中所示的)光生伏特電池200在組裝之后的透視圖。 前觸頭匯流排226通過連接點214而電連接在光電材料204上，其 聯接在光電材料204的面212上。連接點214通過介電層220和后 場層218的開孔222暴露給前觸頭匯流排226。后觸頭匯流排216電 連接在光電材料上，并通過介電層220和后場層218的開孔224而 暴露于外。在典型的實施例中，前觸頭匯流排和后觸頭匯流排226,216 分別電聯接在光電材料204的同一面上。
圖4是(圖1中所示的)一個典型的光電屋面系統102的分解圖。 光電屋面系統102包括支承板402，其包括例如聚氟乙烯(PVF)薄膜。 互連部分404允許多個電導線將一個或多個光生伏特電池彼此聯接 起來或聯接到電插頭連接件406上。密封部分(encapsulation portion)408允許電導線和插頭連接件406相對于周圍環境密封起來。 在典型的實施例中，頂頭部分410配置成能夠接受一個或多個緊固 件，用于將光電屋面系統102固定到屋面上。在典型的實施例中， 光電屋面系統102包括第一乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)層412,其施加在 支承板402的活性部分414上。 一個或多個光生伏特電池200定位 在EVA層412上，使得EVA層412的邊緣在所有四個邊上都超出 光生伏特電池200的邊緣。第二EVA層416施加在光生伏特電池200 上，使得第二 EVA層416的邊緣超出光生伏特電池200的邊緣，并 且與第一 EVA層412的邊緣基本匹配。在典型的實施例中，第一 EVA 層412和第二 EVA層416的邊緣被密封而在第一 EVA層412和第 二EVA層416和包圍的光生伏特電池200中形成氣密環境。光電屋 面系統102包括保護層418，例如日光玻璃(solar glass)。用于制造光 電感光材料204的生產技術經過選擇，使得最后裝配時的光電屋面 系統102的色彩配置成與光電屋面系統102相鄰定位的非光電屋面 蓋屋才反或系統相匹配。圖5是根據本發明一個實施例的光電屋面系統102的透視圖。 光電屋面系統102包括具有長度和寬度W。的支承板402。在這個實 施例中，支承板402包括由穿過支承板402,并且至少部分地穿過活 性部分414寬度Wa而延伸的縫隙或切口所限定的一個或多個凹槽 501，從而將活性部分414劃分成多個子片503。在各種其它實施例 中，支承板402不包括凹槽501。光電屋面系統102還包括位于支承 板402上的活性部分414，以及重疊部分502。重疊部分包括互連部 分404、密封部分408、頂頭部分(header portion)410和插頭連接件 406。插頭連接件406從上邊緣504或下邊緣505相對于屋面間距而 延伸出，從而構成與位于各組件200上面或下面的其它組件200的 電連接。位于支承板402的上表面上的威化餅干狀網格結構208暴 露于太陽光下。互連部分404包括多條導電跡線或導線，其將電流 從光電材料204攜帶至插頭連接件406處。
圖6A和6B是根據本發明另一實施例的光電屋面系統600的透 視圖。圖6A是關于圖6B的分解圖。光電屋面系統102包括屋面隔 膜602配置成能夠在整個光電屋面系統600組件下面延展，并且還 包括頂頭部分604。在典型的實施例中，屋面隔膜602不包括用于分 開蓋屋板子片的切口 。通過在組件606之間，并沿著屋面隔膜邊緣610 將多個電活性蓋屋板子片組件606間隔開一定的間隙608,從而獲得 子片的"外觀"。電活性蓋屋板子片組件606例如通過利用粘合劑而聯 接在屋面隔膜602上，從而將子片組件606固定到屋面隔膜602上。 互連導線612將電活性蓋屋板子片606與插頭組件614串聯地連接 在一起。互連導線612利用粘合密封劑而夾在加強件616和屋面隔 膜602之間。加強件616在互連導線612的上面延伸，并且與頂頭 部分604 —起用作用于將光電屋面系統600固定到屋面上的上釘頂 頭部。類似于標準的屋面蓋屋板安裝過程的是，可使用兩排屋面釘。 插頭組件614包括從插頭組件614中間向下延伸的小導線，其將組 件606連接到屋面上的下一排插頭組件上。 一旦裝配到屋面上時，插頭組件614被蓋屋板子片從上排完全覆蓋了 。圖7是(圖6A和6B中所示的)電活性蓋屋板子片組件606的一 個典型實施例的分解圖。在典型的實施例中，子片組件606包括屋 面隔膜602,以及由例如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)制成的笫一密封劑層 702。互連部分704允許多個電導線將一個或多個光生伏特電池彼此 聯接起來或聯接到電插頭連接件(未顯示)上。前觸頭匯流排結構706 電聯接在互連部分704上。介電層708施加在前觸頭匯流排結構706 上，并且后場層710施加在介電層708上。介電層708和后場層710 的開孔712便于穿過介電層708和后場層710的電連接。后觸頭匯 流排714和前觸頭包覆穿通層716通過開孔712而暴露給前觸頭匯 流排結構706。光電材料718的模制晶片定位在前觸頭包覆穿通層716 上，并且可選的威化餅干狀網格結構720施加在光電材料718上。 威化餅干狀網格結構720的第一面722在操作期間通過形成于威化 餅干狀網格結構720中的多個開孔724而暴露于太陽光下。由例如 乙烯-乙酸乙烯酉旨(EVA)制成的第二密封劑層726,如果使用的話，其 將被施加在威化餅干狀網格結構720上，并且被密封到第一密封劑 層702上，從而在它們之間形成氣密環境。保護層728 (例如日光玻 璃)^支施加在第二密封劑層726上。上面詳細地描述了光電屋面系統的典型實施例。所示的光電屋 面系統構件并不局限于這里所述的特定實施例，相反，各光電屋面 系統的構件可獨立地，且與這里所述的其它構件分開地使用。例如， 上述光電屋面系統構件還可結合不同的光電屋面系統構件來使用。上迷光電屋面系統和方法是具備成本效率的，并且是高度可靠 的。所述方法允許利用彼此相鄰定位的光電和非光電屋面系統而保 持蓋屋板類型的屋面的美學外觀。各屋面系統的厚度配置成當由用 戶看過去時，可匹配而賦予均勻的輪廓。這種外觀和輪廓允許利用 上述光電屋面系統和各種非光電屋面系統，這兩個系統之間具有最 小的明顯的美學差異。因此，這里所述的系統和方法便于光電屋面系統以極具成本效率且可靠的方式進行操作。雖然已經根據各種不同的具體實施例描述了本發明，但是本領 域中的技術人員將認識到，在權利要求的精髓和范圍內可利用改型 來實施本發明。
權利要求
1.一種光電屋面系統(102，600)，包括包括長度L、寬度W和厚度T的支承板(402)，所述支承板包括沿著長度L而延伸的具有寬度Wo的重疊部分，以及沿著長度L而延伸的具有寬度Wa的活性部分(414)；形成于所述活性部分表面上的光生伏特電池(200)，所述光生伏特電池包括對光子的吸收起電響應的光電部件，聯接在所述光電部件表面上的負電極，以及聯接在所述光電部件的所述表面上的正電極，其中，所述厚度T經過選擇，使得當安裝所述光電屋面系統時，所述厚度T加上所述光生伏特電池的厚度基本上與緊鄰的非光電屋面部件的厚度相匹配。
2. 根據權利要求1所述的系統(102,600),其特征在于，還包括 某一厚度的子板，所述子板定位在所述支承板(402)的背面上，使得 當安裝所述光電屋面系統時，所述厚度T加上所述光生伏特電池的 厚度加上所述子板的厚度基本上與緊鄰的非光電屋面部件的厚度相 匹配。
3. 根據權利要求1所述的系統(102，600),其特征在于，所述重 疊部分包括頂頭部分(410),其配置成能夠允許所述屋面組件聯接在 屋面表面上。
4. 根據權利要求1所述的系統(102,600),其特征在于，還包括 形成于所述活性部分(414)中的多個光生伏特電池(200)，'所述光生伏 特電池在光生伏特電池的相鄰邊緣(504,505)之間間隔開 一 間隙 (608)。
5. 根據權利要求1所述的系統(102,600)，其特征在于，所述重 疊部分包括電互連插頭(614),其配置成能夠電聯接多個光電屋面組 件。
6. 根據權利要求1所述的系統(102,600)，其特征在于，所述重 疊部分包括電互連部分(704),其配置成能夠實現從多個所述光生伏 特電池(200)至電互連插頭(614)的電匯流連才妄。
7. 根據權利要求3所述的系統(102,600)，其特征在于，所述頂 頭部分(604)配置成能夠允許利用標準屋面釘將所述屋面組件釘在屋 面表面上。
8. 根據權利要求1所述的系統(102,600)，其特征在于，所述光電層(708),和覆蓋所述介電層至少一部分的負極匯流條，所述介電 層(708)包括與所述正極匯流條互補的第一開孔(222,712),所述介電 層還包括與所述負極匯流條互補的笫二開孔(224,724)，從而可通過所 述第二開孔將所述負極匯流條電聯*接到所述光電部件上。
9. 一種光電屋面系統(102,600)，包括包括第一厚度的支承板(402),所述支承板包括重疊部分，配置 成能夠允許所述屋面組件聯接到屋面表面上的頂頭部分(410),以及 從所述重疊部分延伸出來的相鄰的活性部分(414);形成于所述活性部分表面上的光生伏特電池(200)，所述光生伏 特電池包括笫二厚度，所述光生伏特電池還包括光電部件，聯接在 所述光電部件表面上的負電極，以及聯接在所述光電部件的所述表 面上的正電極，其中，當安裝所述光電屋面系統時，所述第一厚度加上所述第 二厚度基本上等于緊鄰的非光電屋面部件的厚度。
10. 根據權利要求9所述的系統(102,600)，其特征在于，所述 重疊部分包括電互連插頭(614),其配置成能夠電聯接多個光電屋面 組件。
全文摘要
本發明涉及用于瀝青屋面集成光電模塊的方法和系統。具體而言，本發明提供了一種光電屋面系統(102，600)。這種光電屋面系統(102，600)包括支承板(402)和光生伏特電池(200)，支承板(402)具有長度L，寬度W，和厚度T，支承板包括沿著長度L而延伸的具有寬度W<sub>O</sub>的重疊部分，以及沿著長度L而延伸的具有寬度W<sub>a</sub>的活性部分(414)，和光生伏特電池(200)成形的表面活性部分，光生伏特電池包括對光子的吸收起電響應的光電部件，聯接在光電部件表面上的負電極，以及聯接在光電部件表面上的正電極，其中厚度T經過選擇使得當安裝光電屋面系統時，厚度T加上光生伏特電池的厚度基本上與緊鄰的非光電屋面部件的厚度相匹配。
文檔編號E04D13/18GK101220700SQ200710165089
公開日2008年7月16日 申請日期2007年11月7日 優先權日2006年11月7日
發明者A·格倫科, J·A·蘭德, R·榮茨克, S·G·皮斯克拉克 申請人:通用電氣公司