光電組件安裝單元和系統的製作方法
2023-11-05 02:03:07
專利名稱：光電組件安裝單元和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及在諸如建築物屋頂的結構上安裝光電組件。本發明還涉及用於安裝光電組件的光電組件單元，其中該單元結構堅固並且保護該光電組件，並且提供在諸如建築物屋頂的結構上容易的和迅速安裝。本發明還涉及安裝的組件的溫度能夠調節的光電組件單元，並且如果需要，除了電能量之外，從安裝的組件上還能夠回收熱能。
背景技術：
近年來，在利用光電組件和其他的光電裝置直接將太陽能和其他的光能量轉換成有用的電能量方面已經取得相當大的進步。通常，多個光電池(photovoltaie cell)被插入或夾在透明的第一板(例如，玻璃，塑料等)和透明的或不透明的背板之間，以形成平直的矩形形狀的組件，有時也叫做「疊層板」。這些組件被運輸到現場，在那裡他們單個地使用，或，更通常，在組件將曝露於太陽下的建築物的屋頂上或在一些其他的結構上，被組裝成陣列。為了利用由太陽能組件產生的電流，每個安裝的組件通常用電線電連接到另外一個組件，並且組件再一次用電線連接到一些中心點，在中心點得到電流，用於傳輸到使用太陽能產生的電流的一個或多個設施或系統。
許多太陽能組件用玻璃，或其他剛性的或易破的基片或板構造。在處理這樣的組件時，例如，在運輸和安裝時，必須非常小心，以免組件破裂或損壞。因此，希望有一種光電組件單元，在該單元中的光電組件不易於破裂或受到損壞。一些光電組件，特別是包括結晶或多結晶晶片元件的組件，在特定的溫度範圍中能夠更有效地運行。例如，如果組件的溫度超過這種範圍的上限，效率，並且在一些情況下，組件的壽命將會減少。因此，有時，在運行期間希望控制組件的溫度，以實現從來自太陽的光能到電能的轉換方面效率最佳化。還希望能夠利用由在屋頂或其他結構上暴露於太陽下的太陽能組件產生的熱能，並且希望有一種光電單元，具有連接太陽能組件的電線的可靠的和美學外觀的容器。
因此，需要容易安裝的光電組件單元。需要在運輸和安裝期間光電組件不易於損壞的光電組件單元。需要提供具有美學外觀，當安裝光電組件的時候，簡單和安全儲存用來連接組件的電線的光電組件單元。還需要能夠用來調節光電組件的溫度，並且能用來獲得熱能和電能的光電組件單元。本發明提供這樣的光電組件單元。
發明內容
本發明是用於安裝在支撐結構上的光電單元，其包括光電組件(在本文有時也稱作″太陽能組件″)，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和支撐基底，該支撐基底包括多個隆起，例如至少兩個隆起，和至少一個凹陷，優選多個凹陷，其中該支撐基底連接於該組件的底面。本發明也是適合於安裝在支撐結構上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接於該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，至少一個凹陷並且優選多個凹陷；位於該支撐基底和該組件底面之間和兩個相鄰的隆起之間的多個第一空間，選擇地，位於兩個相鄰凹陷之間的至少一個第二空間；以及至少一個設置在該至少一個空間中的導管。本發明還是製造這種光電組件單元的方法和將這種光電單元安裝在屋頂上或其他支撐結構上的方法。本發明用於從來自諸如太陽的光源產生電能，並且選擇地，產生熱能。
圖1是根據本發明實施例的光電單元的透視圖。
圖2是圖1的光電單元的剖視圖。
圖3示出用於本發明實施例的支撐基底的各種可能的形狀。
圖4是根據本發明實施例的光電單元的透視圖，具有設置在該支撐基底和太陽能組件之間的空間中的導管。
圖5是根據本發明實施例的光電單元的透視圖，具有設置在該支撐基底和太陽能組件之間的空間中的連續的導管。
圖6是根據本發明實施例的另一種光電單元的透視圖。
圖7是根據本發明實施例的光電單元的透視圖。
圖8是根據本發明實施例的光電單元的透視圖，所示的光電單元以搭疊的重疊設置形式安裝在屋頂上。
圖9是能用來將光電組件連接於支撐基底的夾緊裝置類型的透視圖，其中該支撐基底包括隆起和凹陷。
雖然本發明將結合優選實施例詳細描述，但是應當理解，本發明不限於此。相反，本發明旨在復蓋所有的替代物、修改以及被包括在本發明的精神實質和範圍內的同等物。
具體實施例方式
本發明是適合於安裝在諸如屋頂的支撐結構上的光電單元，其中該單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和基底，該基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，和一個或多個凹陷，其中該基底連接於組件的底面。本發明還是適合於安裝在支撐結構上的光電單元，該光電單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接於該組件底面的基底，該基底包括多個隆起例如至少兩個隆起，和一個或多個凹陷；設置在該支撐基底和該組件的底面之間以及兩個相鄰隆起之間的一個或多個第一空間，以及選擇地，設置在兩個相鄰凹陷之間第二空間；以及設置在該至少一個空間內的至少一個導管。
用於本發明的光電單元中的光電組件可以是任何類型的光電組件。例如，它可以是由結晶或多晶矽晶片的集合物製造的，或它可能是薄膜組件，例如包括非晶矽或包括碲化鎘/硫化鎘光電元件的薄膜組件。這種組件和製造這種組件的方法對於本領域的技術人員來說是廣為人知的。光電組件可以從許多製造商買到，例如，PB SolarInternational LLC。
通常，這種光電組件包括諸如塑料或玻璃的透明材料的第一基片或板。大多數組件利用尺寸合適的透明玻璃板或其他透明材料板，例如大約2到3英尺×大約3到5英尺的這種第一基片。
在包括結晶或多晶光電池的組件中，這種第一基片或板通常形成組件的接收光的表面。設置成需要的圖案並且以所希望的方式電連接的光電池，設置在第一基片和第二個基片或合適材料的板之間，並且通常用諸如聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)的合適的密封材料密封在一起防止來自雨，雪和其他形式的大氣水分的水分進入。該光電池被設置在第一和第二基片之間，他們的接收光的光電活性表面設置成面向第一基片。第二個基片可以是對第一基片形成合適的密封並且通常將會提供一些結構完整性和組件防水性的任何材料。雖然可以用諸如聚乙烯基氟化物的其他材料作為第二基片，但是玻璃可以用作第二基片。主要由於其光學特性，成本，以及作為第一基片的示範性的優良性能，玻璃是用於第一基片的主要材料。
另一種一般類型的光電組件是薄膜組件。用於製造薄膜組件的方法在本領域中也是知道的。如上所述，組件的薄膜元件例如可以包括非晶矽或碲化鎘/硫化鎘薄膜光電元件。不使用單個的矽或多晶晶片構造如結晶型光電組件那樣的光電組件，薄膜光電組件的光電元件在第一基片上沉積成薄膜。與結晶和多晶光電組件一樣，雖然可以使用諸如聚乙烯基氟化物的各種基片，但是板式的玻璃也是優選的第一基片。在光電裝置的薄膜元件沉積在第一基片上之後，該基片通常用合適的密封材料，例如EVA密封於另一個基片，以形成密封的組件。
由於這種組件的疊層結構，特別是當組件被構造成具有至少一個玻璃板的時候，在組件運輸及安裝期間需要特別小心謹慎，避免或減少打破或損壞組件的可能性。
在本發明的光電單元中，光電組件連接於支撐基底，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個並優選多個凹陷。雖然不是必需，但是該連接通過將至少兩個，並且優選多於兩個的隆起連接於該組件而合適地完成。支撐基底連接於組件的底面，使頂面，即接收光的面不被覆蓋，用於暴露於，例如，太陽下。支撐基底可以具有與其連接的組件相同的形狀。例如，如果組件在形狀上是矩形，該支撐基底在形狀上也可能是矩形，儘管它可以是一些其他的形狀，例如正方形。組件可以被設置並連接成使它與支撐基底平行，雖然它也可以被設置成使它相對於該支撐基底沿一個，甚至二個方向傾斜。例如，它可以沿這樣的一個或二個方向以約1到約90度的角度傾斜，優選約5到約50度，並且更優選約10到約45度，其中這種角度是在組件和支撐基底之間形成的角度。以傾斜的方式設置組件是有用的，例如，在緯度上，在這種情況下，如果該單元被安裝在屋頂或其他現有的結構上，並且支撐基底位於屋頂上，該傾斜的太陽能組件可以被設置成以便它更直接地面對太陽的光線。該支撐可以具有與組件同樣的尺寸，或它可以具有大於或小於組件的尺寸。本發明的光電單元可以包括在支撐基底的每個部分上的一個光電組件。然而，本發明不限於每個支撐基底上一個光電組件。二個或更多，例如三個，四個或更多的光電組件可以被連接於一個支撐基底。
如上所述，本發明單元的支撐基底部分包括多個隆起，至少一個凹陷，並且優選包括多個凹陷。例如，該支撐基底可以是，並且優選是，波紋材料的部分，例如波紋的金屬或塑料。支撐基底可以是用電鍍鋼或鐵，鋼，錫，鋁或其他金屬，或金屬合金製造。但是，支撐基底不必是用金屬或金屬合金製造。它可以用任何合適的材料製造，例如，用諸如玻璃纖維增強的環氧樹脂，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯的聚合物材料或合成材料，以及其他的聚合物或複合材料。支撐基底可以是兩個或多個組成部分的疊層體，每個部分用相同的材料或不同的材料製造。此外，具有這種隆起和一個或多個凹陷的支撐基底可以具有任何的合適外形，或邊緣視圖。該外形可以是波浪形的外形，其中隆起和凹陷全部是圓形的。該外形也可以具有角形的隆起和凹陷，在該隆起和凹陷之間具有直線部分。因此，代替圓形隆起和圓形的凹陷，隆起的頂部和凹陷的底部可以是角形的。外形可以是這樣的，使隆起和凹陷其中之一或兩者是截頭的並且是整平的。隆起的頂部和凹陷的底部之間的距離可以改變。但是，它通常是約0.5英寸到約12英寸，優選為約1英寸到約4英寸。雖然，在支撐基底上的所有隆起和所有凹陷都可以是均勻的，即他們將具有相同的形狀和相同的尺寸，但是這對他們不必是均勻的。考慮到它的構造材料，當支撐基底被連接於光電組件的時候，該支撐基底優選具有為該單元提供結構和強度的適合厚度。通常，根據製造基底的材料，支撐基底的厚度可以是約0.030到約0.125英寸。厚度，我們是指用來製造該支撐基底的，或者支撐基底是用它製造的材料，例如金屬材料、聚合物材料、或複合材料的厚度。因此，如果支撐基底通過彎曲或其它的成形諸如鋼板的金屬板，以形成所希望的隆起和凹陷，得到的支撐基底的厚度將是鋼板的厚度或尺寸。
在本發明的單元中組件被連接於支撐基底。在優選的實施例中，支撐基底的多個隆起的頂部，例如，至少兩個隆起的頂部，被連接於光電組件的底部。該支撐基底可以通過任何合適的連接被連接於組件，例如，用夾緊裝置、託架、螺栓、捆帶條等，或用粘結劑。如果用夾緊裝置、託架或螺栓，或類似的裝置，特別是當它是用金屬或其他硬材料製造時，優選在夾緊裝置、託架、螺栓或類似裝置和光電組件之間，並且優選在支撐基底和光電組件之間，使用諸如聚合物材料或橡膠材料部分的緩衝墊，以便金屬或其他硬材料不壓在光電組件上。如果組件圍繞其全部或一部分具有框架，諸如這種框架由金屬或聚合物材料製造，那麼該框架可以用將該框架連接於基底的任何合適的方式連接於支撐基底，例如通過一種或多種粘結劑、夾緊裝置、螺栓、鉚釘、捆帶條、螺釘等。因此，該框架本身，而且只有框架，作為將組件底面連接於支撐基底的裝置，能夠連接於該支撐基底。如果組件沒有框架，優選的連接方法是夾緊裝置、託架等，或粘結劑。合適的粘結劑是優選的連接方法。可以用粘接支撐基底和光電組件的任何合適的粘結劑，例如商業可得的環氧樹脂粘結劑或結構粘結劑。同時優選用於組件的底部，或者，如果該組件具有框架，那麼設置成與該支撐基底緊鄰的該框架，根據所用的夾緊裝置或用來將該組件連接於支撐結構的其他裝置，能夠例如與粘結劑、託架、夾緊裝置或其他的裝置一樣緊密，在支撐基底隆起的頂部和組件的底部之間也可以有空間。
在本發明的單元中，支撐基底和組件被設置成以便他們處於緊密的接近，例如，其中在組件的底表面與該支撐基底中的隆起的頂部不多於約4英寸，更優選不多於約1英寸，並且最優選，該組件的底表面用粘結劑或夾緊裝置連接成緊鄰該支撐結構，並且特別是，其中該組件設置成與支撐基底的平行，第一空間位於在組件的底部和支撐基底之間以及支撐基底兩個相鄰的隆起之間。當該單元為使用被安裝在，例如在屋頂或其他的支撐結構上的時候，這種空間可以用來調節組件的溫度，例如當由於組件被曝露於太陽下而被加熱時，排出來自組件的熱。例如，空氣可以通過這種空間把熱從組件的下面帶走。空氣的運動可以藉助於諸如吹風機或風扇的機械方法的促進而產生，或者通過對流空氣可以移動通過這種空間。因此，與通過提供空氣運動通過該組件的下面的這種空間以從該組件除去熱相比，本發明的單元可以將組件保持在，例如，一個較冷的溫度。這對包含結晶或多晶矽晶片電池的組件特別有用，其中這種電池在較低的溫度下可以更有效地運行。
在本發明的一方面中，上述空間可以包含一個或多個導管，例如管子或管路。該導管能用來循環流體，例如，例如，空氣、水、二醇或二醇和水的混合物，或能夠用傳熱介質的其他合適的流體。因此，在導管中的循環流體可以用來從組件的下面排出熱或對組件的下面加熱，從而將組件的溫度調節到需要的溫度或溫度範圍內。離開導管的流體中的熱可以用作任何合適目的能源。因此，包括太陽能組件、導管和支撐基底的本發明的單元可以用來獲得電能形式的以及被加熱的流體形式的熱能的太陽能。該導管也可以用來容納用於連接一個或多個太陽能組件的電線。導管也可以通過在二個凹陷之間的一個或更多第二空間，如果有的話。當該單元被安裝在屋頂上或其他的支撐結構上時，這種第二空間也可以用作與上面所述的第一空間同樣的目的。此外，通過一個空間的導管可以和一個單元中的一個或多個其他空間的導管連接成迴路形式。因此，導管可以是一個單元中的通過多個空間的連續的導管迴路。當一個或多個單元被設置在屋頂或其他的結構上時，該導管可以形成通過多個單元的一個或多個空間的迴路。例如互相連接的或連續的導管可以，例如，形成通過多個空間和通過多個光電單元的迴路。
該空間，優選第一空間，能用來容納電線，例如當諸如陣列中的一個或多個組件用來產生電流時，用來容納使組件相互連接的電線。
圖1-9示出本發明實施例，但是並不是想要限制本發明的範圍。
圖1是本發明光電單元1的實施例的透視圖。圖1示出在屋頂部分8上的光電組件5，其中該組件用多個粘結劑部分10連接於支撐基底15。該支撐基底15包括多個隆起20和凹陷25。所示的組件5有上玻璃板6和例如下玻璃板7。在板6和7之間的層板是構成該組件的單個的太陽能電池。在圖中未示出單個的太陽能電池。粘結劑10設置成以便組件5的底表面(圖中看不見該底表面)被粘結在隆起20的頂部35。圖1還示出位於該組件的底表面和基底之間以及二個隆起20之間的第一空間30，而且它示出示位於凹陷25之間的第二空間32。(為了清楚，隆起、凹陷、空間、隆起的頂部、凹陷的底部和粘結劑部分，每個在圖1中只有一個標以附圖標記)。
圖2是來自圖1的截面2的視圖。圖2中與圖1相同的元件標以相同的附圖標記。圖2示出將支撐基底15的隆起20的頂部35粘接於組件5的板7的底部的粘結劑部分10。圖2還示出空間30和32以及凹陷25。如圖1和2所示，第一空間30和第二個空間32可以延伸橫過該組件的整個寬度。空間30和32特別有用，因為，正如將在下面詳細地描述的，他們能用來從組件上將熱除去，從而能夠調節組件的溫度，而且他們能用來收集有用的熱能。(如在圖1中一樣，為了清楚起見，隆起，凹陷，空間、隆起的頂部、凹陷的底部和粘結劑部分、每個在圖2中只有一個標以附圖標記)。
如圖1所示，將組件連接、粘結或用其他方法粘附於支撐基底，特別是在該支撐基底上的多個位置或多個點將該支撐基底連接於組件的情況下，得到牢固的、容易處理的單元1。一個或多個這種單元能夠以所希望的圖案，例如以兩個或更多單元的陣列，容易設置在屋頂或其他的支撐結構上，大大減少組件的損壞或破裂，這種損壞或破裂會以別的方式引起，例如，組件的彎曲。在包括二個或更多單元的陣列的安裝期間希望，在該陣列中的一個單元可以設置在具有這種邊緣部分的另一個單元的邊緣部分之上，以形成搭疊形式的結構。圖1僅示出沿著矩形形狀組件5的較長尺寸的邊緣部分50。但是，類似的邊緣部分通過使用比該組件長的支撐基底15的部分，可以沿著該矩形組件5的其他較短側形成。
圖3示出支撐基底15的其他可能的形狀或外形。在圖3中示出的每個單元1是如圖2所示的光電單元的側視或剖視圖。圖3示出用粘結劑部分10連接於支撐基底15的隆起20的頂部35的組件5，從而形成第一空間30。第二空間32也出現在相鄰的凹陷之間。如圖3A所示，該支撐基底15可以具有這樣的形狀，其中該支撐基底的多個隆起的頂部和多個凹陷的底部是角形的而不是圓形的，他們可以有如圖3B所示的截頭的形狀，如圖3C所示的「變方的」形狀，或如圖3D所示的重疊的形狀。如圖3E所示，該支撐基底可以具與相鄰的支撐基底形成互鎖接縫的部分。一個這種的互鎖的，並且優選防水的接縫，如圖3E所示，包括支撐基底15的接片部分40，其安裝在，並且優選緊密地安裝在相鄰支撐基底15的狹槽44內。如圖3E所示，在接片部分和狹槽部分之間沒有其他隆起。如圖3E所示，該接片部分和狹槽部分形成隆起，如圖所示，它可以連接於該光電組件的下面或底表面。但是，在這樣的部分之間可以有另外的隆起和另外的凹陷。當具有這種互鎖接縫的本發明的光電單元被設置在被傾斜的屋頂上的時候，優選他們被設置成使得互鎖接縫沿著該屋頂上下地延伸，以在光電單元之間形成防水的接縫。諸如焦油、生石灰這樣的防水密封劑或其他的密封劑，可以施加於該互鎖的接縫，以進一步形成防水的接縫。
支撐基底的結構或形狀不限於圖1和3中所示的那些結構或形狀。他們可以是產生多個隆起和至少一個凹陷，並且優選多個凹陷的任何形狀或結構，以便當該支撐基底連接於組件時，優選得到包括至少一個第一空間30的堅固的單元，而且，優選得到包括第一空間30和一個或多個第二空間32的堅固的單元。
圖4示出與圖1所示的單元相同的本發明的光電單元1，其中光電組件5被連接於(圖4中未示出連接裝置)支撐基底15。在圖4所示的光電單元中，導管60位於第一空間30內(為了清楚起見，在圖4中僅標記一個空間30)。雖然在圖4中示出三個導管60，但是導管可以更多或更少。例如，每個空間30可以有一個導管。雖然在圖4中沒有示出，但是在第二空間32可以有一個或多個導管。該導管60可以包含諸如水、鹽/水溶液的液體，或一些其他液體，例如二醇或二醇/水混合物。每個空間30或32內可以有多於一個導管。該導管可以有任何的合適的尺寸和形狀。例如，他們可以有如圖4所示的圓形截面，或他們可以有一些其他截面形狀。導管可以具有任何合適的直徑或寬度。例如，導管可以有約0.5英寸到約5英寸的直徑或截面寬度。該導管可以用任何合適的材料製造，例如，玻璃、聚合物材料、陶瓷，或一種或多種金屬。在安裝在屋頂或其他的支撐結構上之後，如前所述，導管可以有包含在其中或流過該導管的流體。該導管中的流體可以用來吸收，例如，當該單元的太陽能組件5曝露於太陽下時由太陽生產的熱能。導管流體中的熱能其後通過將該流體引導到熱交換器以提取該流體中的熱能而能夠用作能源，從而產生被冷卻的水。在提取這種熱之後，利用泵或將該被冷卻的流體返回到導管的其他的合適裝置，被冷卻的流體能被循環到該導管中。因此，具有設置在一個或多個第一空間30或第二空間32中的導管的本發明的光電單元能用來從光電單元獲得熱能。包含有流體的這種導管可以通過把過多的熱量從該組件的下面除去或對該組件的下面加熱，也能夠用來控制該光電組件的溫度。如上所述，一些光電組件，特別是包含結晶矽或多結晶性結晶光電池的光電組件，當在特定的溫度下運行時，把日光轉換成電時其工作更加有效。經常，這種希望的溫度比如果熱能沒有從組件去掉時組件所獲得的溫度低。在這種的情況下，在一個或多個第一空間30或第二空間32包含導管的本發明的光電單元，由於在該導管內循環的流體將熱從組件的下面去掉，提供在較低溫度下運行的光電組件，這種溫度在將光能轉換成所希望的電能方面提供更高的效率。另外，流體可以經過導管循環將熱從諸如房屋的建築物除去。以這種方式，循環流體可以用來冷卻房屋或其他的結構。被加熱的流體可以循環經過導管使光電組件變暖。例如，如果光電組件被冰布滿或者被雪覆蓋，該組件能夠被循環經過導管的溫暖的流體加熱，使冰或雪融化。除了包含流體之外，導管可以用來保持或容納用來連接一個或多個光電組件的電線。
圖5出示本發明的光電單元1，其中導管62以盤旋方式通過該光電單元1的第一空間30。在這種設置中，具有與關於圖4的導管60所描述相同的大小，並且由相同的材料製造的導管能夠用來高效地收集或吸收來自組件5下面的熱能，或對組件5的下面加熱。在圖4和5中未加標號或未標識的光電組件1的元件或部件與在圖1-3中所示並且加標號的一樣。
圖6示出本發明的光電單元1，其中用玻璃板6和7製造的並具有層壓在其中的光電池的(單個的光電池在圖中沒有示出)的光電組件5，用粘結劑部分10連接於支撐基底15。該支撐基底15在隆起20的頂部35通過粘結劑部分10連接於光電組件5。如圖6所示，該光電組件5具有與支撐基底大約同樣的尺寸和形狀。這種光電單元能夠以大大減少損壞光電組件5的危險的方式容易被運輸和安裝。
圖7示出具有側邊緣部分52的本發明的光電單元的實施例，當設置在屋頂上和其他結構上時，該側邊緣52能夠被設置成與其相鄰的一個光電單元重疊。在圖7中所示的所有其他的元件與圖1描述的相同。支撐基底15上的多個孔70能用來用釘子或螺釘等將該單元固緊在屋頂或其他結構上。為了簡化圖，只有一個孔用數字70標記。
圖8示出四個本發明實施例的光電單元205-208，其在傾斜的屋頂200上以交疊方式設置為陣列。雖然在圖8的陣列中只有四個單元被示出，但是可以理解，可以有任何數目的單元以陣列或別的方式設置在屋頂或其他的結構上。如圖8所示，支撐基底210-213分別連接於組件214-217，以分別形成光電單元205-208。光電單元205-208被設置在屋頂200上，其中上部光電單元的206的一側放置在並重疊在上部光電單元205的邊緣部分上，同樣，下部光電單元208的對應側放置並重疊在另一個下部光電單元207的邊緣部分上。上部光電單元205和206的下部放置在並重疊在下部光電單元207和208的上部邊緣部分上，因此形成屋頂200的重疊的「搭接」型防水覆蓋。這是這樣一種結構，其中本發明的光電單元起兩種作用，即當它們被設置在屋頂或其他結構時，既作為電源，並且可任選地作為熱能源，又起防水作用，即屋頂或其他結構的最上層。
圖9示出一種合適的裝置，其將光電組件固定於支撐基底以形成本發明的光電單元。圖9示出光電單元300的一部分，其有支撐基底305和光電組件315。利用夾緊裝置320，組件315被連接於支撐基底305。該夾緊裝置320通過具有螺栓頭的螺栓325連接於支撐基底305的隆起322的頂部。在夾緊裝置320和組件315之間是緩衝墊330。該緩衝墊330例如，可以由合成或天然橡膠，或聚合物材料製造。雖然在圖9中沒有示出，但是諸如示於圖9的緩衝墊部分的緩衝墊，可以設置在該組件的底表面和支撐基底之間。為了簡單起見，圖9隻示出一個這種夾緊裝置。然而，應當理解，根據本發明，多個這種夾緊裝置，或其他夾緊裝置，可以將組件連接於支撐基底。圖9還示出可任選的孔335，通過將螺栓、螺釘、鉚釘、釘子或其他緊固件設置在該孔中並進入屋頂或其他支撐結構中，該孔能夠用於將光電組件300固定在屋頂或其他支撐結構上。
如上所述，當組件曝露於太陽下的時候，圖4中的導管60和圖5中的導管62能用來從組件的下面除去熱。但是，熱也能被藉助於通過，例如圖1-3所示的，空間30和32的空氣被去掉。空氣能夠以對流方式通過該空間，或藉助於使用風扇或吹風機或其他的裝置迫使空氣通過該空間。當空氣的溫度比組件下面的溫度低時，該空氣由於它通過該空間而被加熱。這種被加熱的空氣能在本發明光電單元的一端被收集，或在以交疊方式或以邊緣對邊緣方式設置的這種單元的系列的端部被收集。這種被加熱的空氣是一種有用的能量形式，它們能夠被回收並用於許多目的，例如為家庭產生熱水，或用於商業用途。此外，空間30和32可以容納用來連接光電組件的電線，或者它能用來容納光電組件或光電組件的陣列安裝在屋頂或其他支撐結構上的期間所用的其他元件。例如，這種空間能夠容納變換器，旁路二極體，電池和其他的元件。第一空間30能用來容納壓載物，在不用或利用其他裝置將該單元保持在屋頂或其他支結構上的情況下，將該單元保持在或有助於將該單元保持在屋頂或其他支撐結構上。
本發明的光電單元優選在安裝在屋頂或其他支撐結構上之前被構造。優選地，包括光電組件和支撐基底的本發明的單元藉助於在本文所描述的方法之一，或藉助於一些其他的合適方法，通過將光電組件連接或粘結於支撐基底在製造地構造。然後該光電單元在減少光電組件破裂或被損壞的機會的情況下運送到安裝現場。因此，有或沒有一個或多個導管的本發明的光電單元優選是獨立的單元，並且優選在製造或組裝之後安裝在屋頂或其他支撐結構上。導管，如果用的話，在安裝在屋頂或其他支撐結構上之前可以是該單元的一部分，或在安裝之後增加導管。
本發明的光電單元能夠設置在現有的防水屋頂上。他們能用一種或多種合適方法連接，例如將釘子、螺釘、螺栓、鉚釘等插入支撐基底的孔中並插進該防水屋頂之內，進行上述操作時應當小心，確保在屋頂上的任何穿入被密封，以避免漏水。本發明的光電單元，優選多個光電單元，能設置在屋頂結構上，並且如上所述，連接於屋頂結構上，在屋頂結構上形成最上層的防水覆蓋物。因此，本發明的光電單元用於雙重目的，即屋頂(優選傾斜的屋頂)上的防水覆蓋物或屋頂表面，以及電來源，任選為熱能的來源。
2003年12月16日提交的臨時專利申請60/529,799號，其整個內容結合於此供參考。
權利要求
1.合適於安裝在支撐結構上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；和連接於該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
2.如權利要求1所述的單元，其中該隆起具有頂部，並且至少兩個該隆起的頂部連接於該組件。
3.如權利要求2所述的單元，其中至少兩個該隆起的頂部連接於該組件的底面。
4.如權利要求1所述的單元，還包括圍繞組件的框架，並且其中該支撐基底用至少一個框架連接於該組件的底面。
5.如權利要求1所述的單元，還包括夾緊裝置，以將該組件夾緊在該支撐結構上。
6.如權利要求1所述的單元，其中該光電組件的底面設置為靠著該支撐基底。
7.如權利要求1所述的單元，其中該光電組件與該支撐基底間隔開。
8.如權利要求7所述的單元，其中該光電組件平行於該支撐基底。
9.如權利要求1所述的單元，其中該光電組件用粘結劑連接於該支撐基底。
10.如權利要求1所述的單元，包括至少一個夾緊裝置。
11.光電單元，包括光電組件，其具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面，連接於該組件底面的支撐基底，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，位於該支撐基底和組件底面之間以及兩個相鄰的隆起之間的一個或多個第一空間，以及在該至少一個第一空間內的至少一個導管。
12.如權利要求11所述的單元，其中該導管裝有流體。
13.如權利要求11所述的單元，其中該導管裝有電線。
14.如權利要求11所述的單元，其中該導管通過多個空間。
15.如權利要求1所述的單元，其中該支撐基底比該光電組件大，並且該單元包括邊緣部分，該邊緣部分對應於該支撐基底延伸超過該組件的部分。
16.設置在支撐結構上的包括權利要求1的光電單元的陣列。
17.如權利要求16所述的陣列，其中該支撐結構是屋頂。
18.如權利要求16所述的陣列，其中該屋頂是傾斜的屋頂。
19.將光電組件安裝在支撐結構上方法，包括將支撐基底連接於光電組件的底面以形成光電單元，其中該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，並且然後將該單元設置在支撐結構上。
20.如權利要求19所述的方法，其中該支撐結構是屋頂。
21.如權利要求19所述的方法，其中多個單元被設置在該支撐結構上。
22.如權利要求21所述的方法，其中該光電單元以陣列的形式設置在該支撐結構上，該陣列具有至少兩個光電單元。
23.如權利要求22所述的方法，其中該支撐基底比該光電組件大，並且該光電單元包括至少一個邊緣部分，該邊緣部分對應於該光電單元中的該支撐基底延伸超過組件的部分，並且其中至少一個單元設置在該陣列中，以便該單元重疊該陣列中的相鄰光電單元的邊緣部分。
24.用於調節光電組件的溫度的方法，包括將光電組件的底面連接於支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，並且使空氣穿過至少一個第一空間以從該組件除去熱或對該組件加熱，從而將該組件的溫度調節到所希望的溫度。
25.用於調節光電組件的溫度的方法，包括將光電組件的底面連接於支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，並且使流體穿過設置在至少一個第一空間中的導管，從而，該流體從該第一空間內除去熱或對該第一空間加熱，因而將該組件的溫度調節到所希望的溫度。
26.用於從太陽能產生電能的系統，該系統包括一個或多個光電單元，其中每個光電單元包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，和與該頂面相對的底面；連接於該組件底面的基底，該基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
27.從光電組件獲得熱能的方法，包括將光電組件的底面連接於支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，並且使空氣穿過至少一個第一空間，以從該組件除去熱，因而升高空氣的溫度並且形成有較高熱能的空氣。
28.從光電組件獲得熱能的方法，包括將光電組件的底面連接於支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷，從而在兩個相鄰的隆起之間形成第一空間，並且使流體穿過設置在至少一個第一空間內的至少一個導管，從而該流體從該組件除去熱，因而升高該流體的溫度並且形成有較高熱能的流體。
29.如權利要求19所述的方法，其中該單元包括用於該支撐結構的防水層。
全文摘要
本發明提供了合適於安裝在支撐結構上的光電單元，其包括光電組件，該光電組件具有接收光的頂面，與該頂面相對的底面，以及連接於該組件底面的支撐基底，該支撐基底包括多個隆起和至少一個凹陷。
文檔編號H01L31/00GK1894804SQ200480037443
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月15日 優先權日2003年12月16日
發明者保羅·蓋爾維森, 唐納多·B·沃菲爾德 申請人:Bp北美公司