屋頂光伏系統的製作方法

2023-06-09 06:44:41

專利名稱：屋頂光伏系統的製作方法
技術領域：
本發明總的來說涉及光伏領域、更具體而言涉及屋頂光伏系統以及製造和使用所 述系統的方法。
背景技術：
當前可用的商用光伏系統的屋頂安裝常常是複雜的，並且需要安裝技術人員/電 工進行大量的電連接。因此，存在開發如下屋頂光伏系統的需要其易於安裝並且在安裝期間需要最小 數目的電連接。

發明內容
根據第一實施例，一種屋頂光伏系統包括一個或多個排(string)，每排都包括 屋面材料件以及一個或多個單元，所述單元每個都包括被部署在該屋面材料件上的光伏模 塊以及被配置為將來自光伏模塊的DC轉換成AC的逆變器。根據第二實施例，一種屋頂光伏系統包括至少一個活動單元，其包括一個或多個 光伏模塊，所述光伏模塊每個都包括被成形為木瓦以提供屋面材料外觀的光伏電池；以及 一個或多個不活動單元，其具有屋面材料外觀。


圖1示意性地示出了包括兩個光伏電池和撓性集流體連接器的光伏模塊。圖2A和2B示意性地示出了包括兩個光伏電池和撓性集流體連接器的光伏模塊。圖3示意性地示出了包括多個光伏電池的光伏模塊。圖4是被形成在撓性不鏽鋼襯底上的撓性Cu(In，Ga)Se2(CIGS)電池的照片。圖5是示出了被形成在撓性不鏽鋼襯底上的CIGS電池的撓性的照片。圖6示意性地示出了包括被成形為木瓦的光伏電池的光伏模塊。圖7示意性地示出了具有逆變器的屋頂光伏系統，其中所述逆變器附著於該系統 的每個光伏模塊。圖8A示意性地示出了根據實施例之一的屋頂光伏系統。圖8B示意性地示出了具有不活動單元(「邊緣相配物(edge tie-ins) 」)的屋頂 光伏系統，其中所述不活動單元連同該系統的光伏模塊一起與該系統被安裝在上面的屋面 的形狀相匹配。
具體實施例方式除非另行規定，單數形式指代一個或多個。下面的相關專利申請可能有益於理解和實施本發明，這些專利申請的全部內容通 過引用結合於此。l)Hachtmann等人的於2006年6月13日提交的美國專利申請 No.11/451,616 "Photovoltaic Module with Integrated CurrentCollection and Interconnection，，；2)Hachtmann等人於2006年6月13日提交的美國專利申請 No.11/451,605 "Photovoltaic Module with Insulatinglnterconnect Carrier，，；3)Dorn等人於2006年12月15日提交的美國專禾lj申請 No. 1 1/639,428 "Photovoltaic Module Utilizing a Flex Circuit forReconfiguration"；4) Croft等人於與本申請同一日提交的名稱為『『PhotovoltaicModule with Integrated Devices」的美國專利申請(代理人案號No. 075122-0108)；5)Paulson等人於2007年6月19日提交的美國專利申請 No. 11/812,515 "Photovoltaic Module Utilizing an Integrated FlexCircuit and Incorporating a Bypass Diode，，。本發明人開發出了易於安裝的屋頂光伏系統，所述系統可以在安裝期間需要最少 量的電連接。根據第一實施例，一種屋頂光伏系統包括一個或多個排，每排都包括一個或多個 單元，所述單元每個都包括屋面材料件、被部署在該屋面材料件上的光伏模塊以及被配置 為將來自光伏模塊的DC轉換成AC的逆變器。根據第二實施例，一種屋頂光伏系統包括一個或多個活動單元，使得所述單元的 每個都包括一個或多個光伏模塊，所述光伏模塊包括被成形為木瓦以提供屋面材料外觀的 光伏電池；以及一個或多個不活動單元，其具有相同的屋面材料視覺外觀。光伏模塊用在本發明的屋頂光伏系統中的光伏模塊可以是任意類型的光伏模塊。在一些實 施例中，所述光伏模塊中至少之一可以是包括至少兩個光伏電池以及集流體連接器的光伏 模塊。如在此所使用的那樣，術語「模塊」包括至少兩個、優選地為三個或三個以上電互連 的光伏電池(亦可稱為「太陽能電池」)的組件。「集流體連接器」是一種器件，其既充當集 流體以收集來自該模塊的至少一個光伏電池的電流，還充當將所述至少一個光伏電池與該 模塊的至少一個其他光伏電池電互連的互連。總的來說，所述集流體連接器獲得從該模塊 的每個電池所收集的電流並且將其組合以便在該模塊的輸出連接器處提供有用的電流和 電壓。圖1示意性地示出了模塊1，其中模塊1包括第一和第二光伏電池3a和3b以及集 流體連接器11。應當理解，模塊1可以包含三個或三個以上電池、比如例如3-10，000個電 池。優選地，第一 3a和第二 3b光伏電池為彼此相鄰的盤形電池(如圖1示意性示出的那 樣)。當從頂部觀察時，所述電池可以具有方形、矩形(包括帶形)、六邊形或其它多邊形、 圓形、橢圓形、或者不規則的形狀。
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每個電池3a、3b都包括光伏材料5、比如半導體材料。例如，光伏半導體材料可以 包括如下材料的P_n或p-i-n結IV族半導體材料、比如非晶矽或晶矽；II-VI族半導體材 料、比如 CdTe 或 CdS ；I-III-VI 族半導體材料、比如 CuInSe2 (CIS)或 Cu (In，Ga) Se2 (CIGS)； 和/或III-V族半導體材料、比如GaAs或InGaP。所述p_n結例如可以包括不同材料的異 質結、比如CIGS/CdS異質結。每個電池3a、3b還可以包含正側電極和背側電極7、9。所述 電極7、9可以被標為第一和第二極性電極，因為電極具有相反的極性。例如，正側電極7可 以電連接到P_n結的n側，並且背側電極可以電連接到p-n結的p側。所述電池的正面上 的電極7可以是適於朝向太陽的光學透明的正側電極，並且可以包括透明的導電材料、比 如銦錫氧化物或者鋁摻雜氧化鋅。所述電池的背面上的電極9可以是適於背對太陽的背側 電極，並且可以包括一種或多種導電材料、比如銅、鉬、鋁、不鏽鋼、和/或其合金。所述電 極9還可以包括襯底，其中光伏材料5和前電極7在所述電池的製造期間被沉積在所述襯 底上。該模塊還包含集流體連接器11，所述集流體連接器11包括電絕緣載體13以及至 少一個電導體15。集流體連接器11以如下方式電接觸第一光伏電池3a的第一極性電極 7 使得收集來自第一光伏電池的電流。例如，電導體15電接觸第一光伏電池3a的第一極 性電極7的表面的主要部分，以收集來自電池3a的電流。集流體連接器11的導體15部分 還電接觸第二光伏電池3b的第二極性電極9，以將第一光伏電池3a的第一極性電極7電連 接到第二光伏電池3b的第二極性電極9。優選地，載體13包括撓性的、具有板(sheet)形或帶形的電絕緣聚合物膜，所述聚 合物膜支承至少一個電導體15。合適的聚合物材料的例子包括熱塑性聚烯烴(TPO)。TP0 包括任何具有熱塑性的烯烴、比如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等。還可以使用其它被陽光降解 不明顯的聚合物材料(比如EVA)、其它非烯烴熱塑性聚合物(比如含氟聚合物、丙烯酸樹 脂、或矽樹脂)、以及多層層壓板和共擠型材(比如PET/EVA層壓板或共擠型材)。絕緣載 體13還可以包括任何其它電絕緣材料、比如玻璃或陶瓷材料。載體13可以是從捲筒或卷 盤展開的片或帶，所述片或帶被用於支承將模塊1中的三個或三個以上電池3互連的導體 15。除片形或帶形以外，載體13還可以具有其它合適地形狀。導體15可以包括任何導電的跡線或導線。優選地，導體15被應用於絕緣載體13， 其中絕緣載體13在該導體的沉積期間充當襯底。然後，集流體連接器11被應用得接觸電 池3，使得導體15接觸電池3的一個或多個電極7、9。例如，導體15可以包括跡線、比如銀 漿、例如聚合物銀粉混合漿，其中所述漿被塗覆(比如絲網印刷)到載體13上以形成載體 13上的多個導電跡線。導體15還可以包括多層跡線。例如，所述多層跡線可以包括種子層 和鍍層。種子層可以包括任何導電材料、比如銀填充印劑或者碳填充印劑，其中所述導電材 料以所期望的圖案被印刷在載體13上。種子層可以通過如下印刷形成高速印刷、比如圓 網輥筒印刷、平板印刷、轉輪凹版印刷(rotary gravureprinting)等。鍍層可以包括任意 的導電材料，所述鍍層可以通過鍍覆比如銅、鎳、銀、鈷或其合金形成。所述鍍層可以以如下 方式通過電鍍形成有選擇地在種子層上形成所述鍍層，其中所述種子層被用作鍍液中的 電極之一。可替代地，所述鍍層可以通過化學鍍形成。可替代地，導體15可以包括多個金 屬導線、比如銅導線、鋁導線、和/或其合金導線，所述金屬導線被載體13支承或者附著於 載體13。導線或跡線15電接觸第一光伏電池3a的第一極性電極7的表面的主要部分，以收集來自該電池3a的電流。導線或跡線15還電接觸第二光伏電池3b的第二極性電極9 的表面的至少一個部分，以將電池3b的該電極9電連接到第一光伏電池3a的第一極性電 極7。導線或跡線15可以形成與電極7的柵格狀接觸。導線或跡線15可以包括細的柵格 線以及可選的粗的匯流條或匯流線，這將在下面更詳細地予以說明。如果存在匯流條或匯 流線，則柵格線可以被布置成從所述匯流條或匯流線延伸的細的「指(finger) 」。所述模塊提供電流一種電流收集和互連配置以及方法，其比現有技術模塊更廉 價、更耐用，並且允許更多的光照射到光伏模塊的有源區上。該模塊提供來自光伏(「PV」) 電池的電流收集、以及兩個或兩個以上PV電池的電互連以用於如下目的將一個PV電池中 所生成的電流轉移到相鄰電池和/或從光伏模塊轉移出轉移到到輸出連接器。另外，該載 體可以容易地被切割、成形、以及操縱。另外，當將薄膜太陽能電池與金屬襯底(比如不鏽 鋼)互連時，本發明的實施例允許在所使用的互連焊料與所述太陽能電池之間進行比用矽 PV電池上的傳統焊接接頭更佳的熱膨脹係數匹配。具體來說，該模塊的電池可以在不使用 現有技術的排互連技術和焊片的情況下被互連。然而，可以在需要時使用焊接。圖2A和2B分別圖解說明了模塊la和lb，其中載體膜13包含被印刷在一側上的 導電跡線15。跡線15電接觸電池3a的活性表面(即電池3a的正面電極7)，以收集該電 池3a上所生成的電流。導電的填隙材料可以被添加在導電跡線15與電池3a之間，以改善 傳導和/或使到環境應力或熱應力的界面穩定。到第二電池3b的互連由導電片25完成， 所述導電片25接觸導電跡線15和電池3b的背側二者(即電池3b的背側電極9)。片25 可以在所述電池的寬度的範圍內是連續的，或者可以包括間斷的片，其中所述間斷的片連 接到所述電池上的匹配的導體。可以利用導電的填隙材料、導電的粘合劑、焊料、或者通過 迫使所述片材料25直接緊密地接觸該電池或導電跡線來產生所述電連接。對片材料25進 行模壓可以改善該界面處的連接。在圖2A所示的配置中，集流體連接器11延伸到電池3b 的背側之上並且片25位於電池3b的背側之上，以產生電池3b的背側電極與跡線15之間 的電接觸。在圖2B的配置中，集流體連接器11位於電池3a的正側之上並且片25從電池 3a的正側延伸到電池3b的背側，以將跡線15電連接到電池3b的背側電極。簡言之，在圖2A和圖2B的模塊配置中，導體15位於載體膜13的一側上。載體 13的至少第一部分13a位於第一光伏電池3a的正面之上，使得導體15電接觸第一光伏電 池3a的正側上的第一極性電極7，以收集來自電池3a的電流。導電片25將導體15電連 接到第二光伏電池3b的第二極性電極9。此外，在圖2A的模塊la中，載體13的第二部分 13b在第一光伏電池3a與第二光伏電池3b之間延伸，使得載體13的包含導體15的側的反 側接觸第二光伏電池3b的背側。還可以使用在於2006年6月13日提交的美國專利申請 no. 11/451,616中所描述的其它互連配置。圖4和圖5是被形成在撓性不鏽鋼襯底上的撓性GIGS PV電池的照片。包含圖2 所示且在上面描述的導電跡線和撓性絕緣載體的集流體連接器被形成在所述電池的頂部 之上。該載體包括PET/EVA共擠型材，並且該導體包括無電鍍覆的銅跡線。圖5圖解說明 了該電池的撓性，其中正在用手舉起和彎曲該電池。儘管載體13可以包括任意合適地聚合物材料，但是在本發明的一個實施例中，第 一載體13a包括熱塑性烯烴(TP0)板，並且第二載體13b包括適於被安裝在屋面(roof)支 承結構之上的第二熱塑性烯烴膜屋面材料板。因此，在本發明的該方面，圖3所示的光伏模
7塊lj包括僅僅三個元件第一熱塑性烯烴板13a，其支承其內表面上的上導體15a ；第二熱 塑性烯烴板13b，其支承其內表面上的下導體15b;以及多個光伏電池3，其位於所述兩個熱 塑性烯烴板13a與13b之間。電導體15a、15b將該模塊中的多個光伏電池3電互連(如圖 3所示)。優選地，該模塊lj是建築一體化光伏(BIPV)模塊，其可用於代替建築物中的屋面 (如圖3所示)(與被安裝在屋面上形成對照)。在該實施例中，第二熱塑性烯烴板13b的 外表面附著於建築物的屋面支承結構、比如膠合板或者屋頂絕緣板。因此，模塊lj包括建 築一體化模塊，其中所述模塊形成建築物屋面的至少一部分。在需要時將粘合劑配備在太陽能模塊lj的背面(即底部載體板13b的外表面 上)，並且該模塊被直接粘附到屋面支承結構、比如膠合板或者屋頂絕緣板。可替代地，可以 利用機械緊固件(比如夾具、螺栓、釘書釘、釘等)將模塊1 j粘附到屋面支承結構。如圖3 所示，大部分布線可以被集成到TP0背面板13b匯流條印刷，這導致大面積模塊具有簡化的 布線和安裝。替代於常規安裝屋面(roofing)，該模塊被簡單地安裝，這大大降低了安裝成 本以及安裝者對勞動力和材料的加價。例如，圖3圖解說明了兩個模塊1 j，所述模塊1 j被安 裝在居住建築物、比如獨戶住宅或城鎮住宅的屋面或屋面板85上。每個模塊1 j都包含輸出 引線82，所述輸出引線82從位於背面板13b上或者與背面板13b相鄰之處的接線盒84延 伸。引線82可以使用簡單的插座連接83或者其它簡單的電連接而被簡單地插入到現有建 築物布線81 (比如逆變器)中(如圖3中的剖視圖所示)。對於包含閣樓86和屋簷87的 住宅而言，接線盒84可以位於模塊lj的位於閣樓86之上的部分(比如圖3所示的上部) 中，以便允許在可進入的閣樓中進行電連接83、允許電工或其它服務人員或安裝者通過達 到所述閣樓而不是通過除去該模塊或屋面的一部分來安裝和/或維修所述接線盒和連接。簡言之，模塊lj可以包括撓性的模塊，在該模塊中，第一熱塑性烯烴板13a包括該 模塊的撓性頂板，所述撓性頂板具有內表面和外表面。第二熱塑性烯烴板13b包括該模塊 的背面板，所述背面板具有內表面和外表面。多個光伏電池3包括多個撓性光伏電池，所述 光伏電池位於第一熱塑性烯烴板13a的內表面與第二熱塑性烯烴板13b的內表面之間。電 池3可以包括CIGS類型的電池，其中所述電池被形成在包括導電的箔材的撓性襯底上。電 導體包括撓性導線或跡線15a，其位於第一熱塑性烯烴板13a的內表面上或者被所述內表 面支承；以及撓性導線或跡線15b，其位於第二熱塑性烯烴板13b的內表面上或者被所述內 表面支承。如在前面的實施例中那樣，導體15適於在該模塊的運行期間收集來自多個光伏 電池3的電流，並且將所述電池互連。儘管TP0被描述為一種示例性的載體13材料，但是 載體13a、13b之一或者二者可以由其它絕緣聚合物或非聚合物材料(比如例如EVA和/或 PET)或者其它可以形成膜屋面材料的聚合物構成。例如，頂部載體13a可以包括丙烯酸樹 脂材料，而背面載體13b可以包括PVC或者浙青材料。載體13可以通過擠壓樹脂以形成單層(或者在需要時為多層)膜屋面而被形成， 並且然後被捲成捲筒。然後，柵格線和匯流條15被印刷在大卷清潔的TP0或其它將形成太 陽能模塊1 j的頂部板的材料上。TP0可以取代針對EVA的需求，同時兼作玻璃的取代物。 常規膜屋面的第二板13b將被用作背面板，並且例如可以是黑色或白色板。第二板13可以 由TP0或其它屋面材料構成。如圖3所示，電池3被層壓在經過預先印刷的聚合物材料(比 如TP0)的兩個層13a、13b之間。
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頂部TP0板13a可以取代現有技術剛性模塊的玻璃和EVA頂部層壓板二者，或者 其可以取代現有技術撓性模塊的Tefzel/EVA封裝。同樣，底部TP0板13b可以取代現有技 術EVA/Tedlar底部層壓板。模塊1 j架構將包括TP0板13a、導體15a、電池3、導體15b、以 及TP0板13b，這大大降低了材料成本和模塊組裝複雜度。模塊lj可以製造成尺寸非常大 並且其安裝被簡化。在需要時，可以將一種或多種如下的螢光染料摻到頂部TP0板13a中 其將陽光的較短波長(即藍色或紫色)部分轉換成較長波長(即橙色或紅色)光。如圖6所示，在一些實施例中，模塊lk可以包含PV電池3，所述PV電池3被成形 為木瓦，以便提供商用或居住建築物的常規屋面材料外觀、比如浙青瓦外觀。這可能對於座 落在如下社區中的建築物、比如居住用的獨戶住房、以及城鎮住宅是有利的所述社區需要 常規的屋面材料外觀、比如包含具有建築控制委員會和/或嚴格的住宅外觀盟約或規章的 鄰居協會的社區；還可能對於歷史保護區中的商業建築物或居住建築物是有利的，在所述 歷史保護區中，建築規範或其它類似類型的規章要求屋面具有木瓦類型的外觀。如圖6所 示(為了清楚起見，未示出光學透明的正面板13a)，電池3可以以階梯狀的行的形式位於背 面板13b上，以提供該屋面被覆蓋上木瓦的外觀。因此，背面板13b可以具有階梯狀的朝向 電池3的表面。每行中的電池可以在低一級的行中的電池之上部分重疊，或者相鄰的行中 的電池可以避免重疊(如圖6所示)，以增加每個電池的可用受光面積。分層的木瓦外表可 以連同大大簡化的現場布線要求一起在工廠中實現，以降低模塊和安裝成本。包含光伏電 池的被成形為木瓦的模塊可以用在第二實施例的屋頂光伏系統中。第一實施例的屋頂光伏系統圖7圖解說明了根據第一實施例的屋頂光伏系統。圖7中的屋頂光伏系統具有 十一排701，每排都包括屋面材料件和十六個活動單元702。每個活動單元702都包括光伏 模塊，其被部署在屋面材料件上；以及逆變器，其被配置為將來自光伏模塊的直流(「DC」) 轉換成交流(「AC」)。儘管圖7示出了多排，但是在一些情況下，屋頂光伏系統可以具有僅 僅一排。類似地，儘管圖7在每排上示出了多個活動單元，但是在一些情況下，光伏系統的 排可以包括僅僅一個活動單元。優選地，活動單元702的每個光伏模塊是包括薄膜光伏電池的撓性光伏模 塊、比如上面所討論的以及在相關美國專利申請no. 11/451,616,11/451,605以及 11/639，428(所述專利申請的全部內容均通過引用結合於此)中所討論的光伏模塊。所述 光伏模塊可以在屋面材料件上被部署得彼此相鄰(如圖7所示)。優選地，所述光伏模塊被 層壓到屋面材料件。所述排的光伏模塊在屋面材料件上的特定布置可以不同於圖7中的布 置。如上面所指出的那樣，屋面材料件可以包括屋面膜材料。屋面膜材料的例子包括 但不限於上述材料。優選地，屋面材料件具有捲筒或帶的形狀。所述排的光伏模塊可以是經過工廠互連的，也就是說，在光伏系統的安裝期間，不 需要執行所述排的光伏模塊之間的電連接。所述排的光伏模塊之間的工廠互連可以通過集 成在所述排中或者與所述排的屋面材料件相集成的電連接器、比如匯流條來完成。優選地， 這樣的集成電連接器為如下的AC匯流條其電連接與該排中的相鄰光伏模塊相關聯的逆 變器。在圖7的插圖中，所述AC匯流條被標為元件707。只要活動單元702的逆變器電連接到其相應的光伏模塊，則所述逆變器相對於所述模塊的位置就不受特別的限制。例如，在圖7的插圖中，逆變器703位於相鄰於其相應光 伏模塊之處，其中所述光伏模塊包括光伏電池704。逆變器703通過與該排相集成的DC匯 流條705電連接到模塊704。用在該光伏系統中的逆變器可以是可分離的逆變器、即可以容易地同其相應光伏 模塊分離的逆變器。例如，圖7的插圖中所示的逆變器703是可分離的逆變器，其包括可分 離的逆變器元件706 (比如DC/AC逆變器電路)、以及逆變器殼體/接線盒708。逆變器殼 體708通過DC匯流條705電連接到光伏模塊。逆變器殼體708還電接觸AC匯流條707。 不具有可分離逆變器元件706的逆變器殼體708是不活動的，也就是說，其不能將光伏模塊 的DC轉換成AC。逆變器元件706以可分離的形式位於殼體708中。例如，逆變器元件706 可以被卡扣安裝(即用張力固定)、螺栓連接、和/或夾持到殼體708中，並且可以相對容易 地被插入到殼體708中以及從殼體708中除去。可分離的逆變器可以有利於安全地航運所 述系統，因為所述系統可以在可分離的逆變器元件未被安裝的情況下在不活動的狀態下被 航運，並且之後通過安裝可分離的逆變器元件而被激活。第一實施例的光伏系統可以不需要任何DC安裝連接，也就是說，僅僅應當在在屋 面上安裝光伏系統期間進行AC連接。因此，如下的板從捲起的位置被展開所述板包括多 個光伏模塊，其中每個模塊包括光伏單元704 ；以及多個逆變器殼體708，其包含工廠預製 的到所述多個光伏模塊的DC電連接(即匯流條705)。然後，該板被安裝在某個結構(比如 住宅或建築物)的屋面上。然後，所述多個逆變器殼體708通過AC匯流條707電連接到該 結構的AC電氣系統。然後，可分離的逆變器元件706在殼體708的AC連接以前或者以後 被插入到相應的逆變器殼體708中。在屋面上安裝光伏系統期間所進行的AC安裝連接的數目可以基本上等於該系統 中的排數。例如，如果光伏系統具有僅僅一排，則在在屋面上安裝該系統期間需要僅僅一 個AC連接。對於圖7所示的具有十一排的光伏系統而言，所需AC安裝連接的數目可以是 十一。到排的AC連接可以通過被集成在該排中的AC出口(outlet)來進行。在一些情況 下，這樣的AC出口可以包括在該排的逆變器之一中所含有的被安裝在頂部的接線盒。第一實施例的光伏系統可以進一步包括中央監測站709，所述中央監測站709包 括計算機、邏輯電路、或者其它數據處理設備。站709可以通過無線網絡、有線網絡、或者 光網絡連接到該系統的一個或多個活動單元。優選地，該中央監測站連接到該系統的所述 一個或多個活動單元的每個。該中央監測站可以被連接，可以從集成在該系統中的任意光 伏模塊中的傳感器或多個傳感器接收關於該模塊的參數的信息。可以被集成在該模塊中的 傳感器例如在如下的文獻中被公開=Croft等人於與本申請的同一日提交的美國專利申請 "PhotovoltaicModules with Integrated Devices」(代理人案號 No. 075122-0108)，該專 利申請的全部內容通過引用結合於此。該中央監測站還可以被配置為通過無線網絡、有線 網絡、或者光網絡與該系統的一個或多個逆變器通信。優選地，該中央監測站可以與該系統 中的每個逆變器通信。該中央監測站可以通過無線網絡、有線網絡、或者光網絡進一步連接 到個人計算機。在一些實施例中，屋頂光伏系統可以包括智能AC切斷開關710。所述智能切斷開 關可以被集成在該中央監測站中。AC切斷開關710可以電連接到和路箱712，所述和路箱 712收集從該系統的每排所輸出的功率。如果關於該系統的一個或多個活動單元的一個或多個參數的變化的信息到達中央站、比如關於一個或多個排是否被瓦礫或樹枝遮蔽的信 息，則該中央監測站可以將信號發送給該AC切斷開關以將該系統的受影響的排(比如被遮 蔽的排)同消耗來自該系統的電功率的外部電路711電斷開。可以使用與屋面材料的安裝方法相同的方法來將屋頂光伏系統安裝在屋面上。第一實施例的屋頂光伏系統可以被安裝在商業的、即非居住用的建築物的平坦或者大致平坦 的屋面上。然而，該系統還可以被安裝在傾斜的居住和商業建築物屋面上。在一些實施例中，上面安裝有該光伏系統的屋面可能具有大小約束。例如，該屋面 可能具有比該光伏系統的排的長度短的尺寸。在這種情況下，可以在相鄰活動單元之間、即 在該排上的相鄰光伏模塊之間切割該排。切割該排可能導致在安裝該系統期間所需的AC 連接的數目增加。第二實施例的屋頂光伏系統圖8A圖解說明了根據第二實施例的屋頂光伏系統，所述屋頂光伏系統包括活動 單元804、805、806、807、808、809、810、811、以及812。所述活動單元的每個都包括一個或多 個光伏模塊，使得所述模塊的每個都包括被成形為木瓦的光伏電池。用在該光伏系統中的 每個光伏模塊都可以例如是圖6中所述以及上述的光伏模塊。所述活動單元的每個都可以包括背面板，其中該單元的一個或多個光伏模塊被布 置在所述背面板上。優選地，所述活動單元的所述一個或多個光伏模塊被層壓到背面板。所 述背面板可以包括屋面材料、比如上述屋面膜材料。該背面板的與上面部署有所述一個或 多個光伏模塊的側相反的側可以具有粘合層，所述粘合層可以用於將所述活動單元粘附到
該屋面。如果該光伏系統包括多個活動單元，則所述活動單元可以以多種方式來組織或布 置。例如，所述活動單元可以形成一個或多個排，其中在所述排中，所述活動單元被電互連。 排中的活動單元可以是經過工廠互連的，也就是說，不需要在該排內的活動單元之間執行 電連接。圖8A中的活動單元被按照如下方式組織排801包括活動單元804、805、以及806， 使得活動單元804電連接到活動單元805，所述活動單元805進而電連接到活動單元806 ； 排802包括活動單元807、808、以及809，使得活動單元807電連接到活動單元808，所述活 動單元808進而電連接到活動單元809 ；排803包括活動單元810、811、以及812，使得活動 單元810電連接到活動單元811，所述活動單元811進而電連接到活動單元812。當該系統 包括多排時，來自所述排中每個排的輸出可以被在圖8A中被標為816的和路箱收集。該屋頂光伏系統可以包括一個或多個不活動單元，所述不活動單元不具有被部署 在其上的光伏模塊。優選地，這樣的不活動屋面件具有該系統的活動單元的相同視覺外觀、 即由一個或多個光伏模塊的木瓦狀形狀的光伏電池所產生的屋面材料外觀。優選地，所述 不活動單元可以包括屋面材料、比如屋面浙青瓦或者其它合適的屋面木瓦或瓦材料。如同 活動單元那樣，不活動單元可以使用粘合劑或者其它附著方法(比如熱焊接)附著於屋面。 所述不活動的單元可以具有如下的形狀該形狀允許其連同活動單元一起與該光伏系統被 安裝在上面的屋面的形狀相匹配。所述不活動的單元還可以用於使得易於將該系統的活動 單元附著於屋面。例如，圖8B示出了活動單元820，其具有部署有一個或多個光伏模塊的區 域824。所述一個或多個光伏模塊包括被成形為如下木瓦的光伏電池所述木瓦產生常規 的複合屋面材料的視覺外觀。單元820的區域823標出背面板的未被所述一個或多個模塊覆蓋的部分。不活動的單元821和822具有與活動單元820的形成圖案的區域824相同的木瓦狀視覺外觀。連同活動單元820 —起，不活動單元821和822可以與該系統被安裝在 上面的屋面的形狀相匹配。不活動塊821和822可以通過與單元820的區域823相重疊來 使得易於將活動單元820接合到被常規構造的複合屋面。不活動的單元821和822與活動 單元820之間的重疊可以改善該屋面的防水保護。該系統的每個光伏模塊都可以與第一實施例的屋頂光伏系統的光伏模塊相類似 地包括與該系統相集成的逆變器。可替代地，該系統可以包括集成的電壓調節器，所述電壓 調節器可以跟蹤該系統中的每個光伏模塊的性能。例如，該電壓調節器可以使每個模塊的 電力生產最大化。該集成電壓調節器可以連接到中央逆變器，所述中央逆變器可以把由該 系統的光伏模塊所產生的DC轉換成AC。該中央逆變器可以是單級逆變器、即具有將DC轉 換成AC的單級並且不具有放大DC的級的逆變器。類似於第一實施例，第二實施例的屋頂光伏系統可以包括中央監測站(其被標為 圖8A中的813)，所述中央監測站可以通過無線連接、有線連接或光連接而連接到該系統 的一個或多個光伏模塊。優選地，所述中央監測站連接到該系統的一或多個光伏模塊的每 個。所述中央監測站可以從集成在該模塊中的傳感器或多個傳感器接收關於該系統中的任 意光伏模塊的參數的信息。可以被集成在該模塊中的傳感器例如在如下的文獻中被公開 Croft 等人的美國專利申請「PhotovoltaicModules with Integrated Devices」(代理人 案號No. 075122-0108)，該專利申請的全部內容通過引用結合於此。在一些情況下，所述中 央監測站可以通過無線連接、有線連接、或者光連接而連接到個人計算機。在一些實施例中，屋頂光伏系統可以包括圖8A所示以及關於相對於第一實施例 詳細描述的智能AC切斷開關814。智能AC切斷開關814可以將一個或多個排801-803同 外部電路815斷開。儘管前面的描述涉及特定的優選實施例，但是能夠理解，本發明並不被這樣限制。 本領域的技術人員能夠想到，可以對所公開的實施例進行各種修改，並且這樣的修改旨在 處於本發明的範圍內。在此所引用的所有出版物、專利申請和專利的全部內容通過引用接 合於此。
權利要求
一種屋頂光伏系統，包括一個或多個排，每排都包括屋面材料件以及一個或多個單元，所述單元每個都包括被部署在該屋面材料件上的光伏模塊以及被配置為把來自光伏模塊的DC轉換成AC的逆變器。
2.根據權利要求1所述的屋頂光伏系統，其中所述屋面材料件具有捲筒或者帶的形 狀，並且其中所述一個或多個單元之中的每個的光伏模塊都是包含薄膜光伏電池的撓性光 伏模塊。
3.根據權利要求2所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個單元之中的每個的光伏 模塊都是包括第一光伏電池和第二光伏電池以及集流體連接器的光伏模塊，所述集流體連 接器被配置為收集來自第一光伏電池的電流並且將第一光伏電池與第二光伏電池電連接。
4.根據權利要求2所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個單元之中的每個的光伏 模塊都被層壓到該屋面材料件。
5.根據權利要求2所述的屋頂光伏系統，其中該逆變器被部署在該屋面材料件上與光 伏模塊相鄰處。
6.根據權利要求2所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個單元之中的每個進一步 包括與該屋面材料件相集成的一個或多個AC匯流條。
7.根據權利要求2所述的屋頂光伏系統，其中該逆變器包括逆變器殼體和可分離的逆 變器件。
8.根據權利要求1所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個排之中的每個都包括第 一單元和第二單元，第二單元與第一單元相鄰並且被工廠互連到第一單元。
9.根據權利要求1所述的屋頂光伏系統，進一步包括監測站，其通過無線網絡、有線網絡、或者光網絡連接到所述一個或多個排之中的每個 的一個或多個單元之中的每個，其中該監測站通過無線網絡、有線網絡、或者光網絡連接到 所述一個或多個排之中每個的一個或多個單元之中的每個的逆變器；以及AC切斷開關，其電連接到所述一個或多個排之中的每個。
10.一種屋頂光伏系統，包括至少一個活動單元，其包括一個或多個光伏模塊，所述光伏模塊每個都包括被成形為 木瓦以提供屋面材料外觀的光伏電池；以及一個或多個不活動單元，其具有屋面材料外觀。
11.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個光伏模塊之中的每個都包括薄膜光伏電池；以及所述一個或多個光伏模塊之中的每個的光伏模塊都是包括第一光伏電池和第二光伏 電池以及集流體連接器的光伏模塊，所述集流體連接器被配置為收集來自第一光伏電池的 電流並且將第一光伏電池與第二光伏電池電連接。
12.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中光伏模塊之中的一個或多個被層壓到 膜背面板。
13.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個光伏模塊之中的每個 都包括集成的逆變器。
14.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，進一步包括中央逆變器以及集成的電壓調節器，所述電壓調節器被配置為調節所述一個或多個模塊之中的每個的電壓輸出，其中所 述電壓調節器電連接到所述中央逆變器。
15.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中所述至少一個單元包括第一單元和第 二單元，第二單元被工廠互連到第一單元。
16.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，進一步包括監測站，其通過無線網絡、有線網絡、或者光網絡連接到所述一個或多個光伏模塊之中 的每個；以及AC切斷開關。
17.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中所述一個或多個不活動的單元被配置 為使得易於將所述至少一個活動單元附著於屋面。
18.根據權利要求10所述的屋頂光伏系統，其中當所述至少一個活動單元被安裝在屋 面上時，所述一個或多個不活動的單元被配置為連同所述至少一個活動單元一起與屋面的 形狀相匹配。
19.一種屋頂光伏系統，包括至少一個光伏模塊，其每個都包括光伏電池；至少一個逆變器殼體，其電連接到所述至少一個光伏模塊；以及可分離的逆變器元件，其以可分離的形式位於所述逆變器殼體中。
20.一種安裝屋頂光伏系統的方法，包括提供一種板，其包括多個光伏模塊，每個模塊都包括光伏電池；以及多個逆變器殼 體，其包含預製的到所述多個光伏模塊的DC電連接；將所述板安裝在結構的屋面上；以及將所述多個逆變器殼體連接到該結構的AC電氣系統。
21.根據權利要求20所述的方法，進一步包括將可分離的逆變器元件插入到相應的逆 變器殼體中。
22.根據權利要求20所述的方法，所述提供步驟包括在將可分離的逆變器元件插入到 相應的逆變器殼體中的步驟以前展開所述板。
全文摘要
提供了一種易於安裝的屋頂光伏系統。一種屋頂光伏系統包括屋面材料件；光伏模塊，其被部署在該屋面材料件上；以及逆變器，其被配置為把來自光伏模塊的DC轉換成AC。另一屋頂光伏系統包括至少一個活動單元，其包括一個或多個光伏模塊，所述光伏模塊每個都包括被成形為木瓦以提供屋面材料外觀的光伏電池；以及一個或多個不活動單元，其具有屋面材料外觀。
文檔編號H01L31/042GK101816074SQ200880106990
公開日2010年8月25日 申請日期2008年7月11日 優先權日2007年7月13日
發明者B·塔貝爾, S·克羅夫特, W·桑德斯 申請人:米亞索爾公司