CN104854713A - 加强pv层压板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能模块(2)，其包含：(a)多个互连光伏电池(4)；(b)前向保护层(22)；(c)后向保护层(24)；以及(d)加强件(10)；其中所述加强件整体地位于所述太阳能模块内并且从实质上接近于所述前向保护层的位置延伸到实质上接近于所述后向保护层的位置。

Description

加强PV层压板
技术领域
本发明教示一般涉及一种太阳能模块的加强件并且更具体地说一种具有整体加强件的太阳能模块。
背景技术
通常，太阳能阵列放置在较高位置，如住宅或建筑物的屋顶处，使得太阳能阵列暴露在阳光下。住宅和建筑物的屋顶一般通过将多个板件添加在一起而形成，使得形成一个一般连续的屋顶表面。多个板件由一或多个支撑梁支撑。太阳能模块可以直接和/或间接地经由连接结构固定到多个板件。多个板件在施加重量到每个板时可以移动，可能使邻接太阳能模块移动并且折曲。移动可能使太阳能模块折曲和弯曲，可能损坏太阳能模块。另外，将太阳能模块定位在较高位置可能使太阳能模块经受如飞行碎片、冰雹等的环境条件，其可能冲击和损坏太阳能模块。将有吸引力的是具有耐动载荷、静载荷或两者的太阳能模块。
一些已知的太阳能模块的实例可以见于美国专利第7,238,879号和美国专利申请公开第2001/0054435号、2009/0283136号、2010/0132761号、2011/0220183号、2012/0097219号以及2012/0118349号中，所有这些出于所有目的都以引用的方式并入本文中。太阳能模块的加强结构的实例可以见于美国专利第4,394,529号和5,776,262号；美国专利申请第2011/0000524号、2011/0232728号、2012/0037214号以及2012/0097219号；以及国际专利第WO2005/078808号和WO2010/129420号中，所有这些出于所有目的都以引用的方式并入本文中。
将有吸引力的是具有一种装置，所述装置提供保护使太阳能模块免受静载荷，如在屋顶和/或太阳能模块上行走的人。将有吸引力的是具有一种装置，所述装置提供保护使太阳能模块免受动载荷，如来自飞行碎片和/或冰雹的冲击。所需的是一种加强件，其保护太阳能模块中的个别电池并且不需要将太阳能模块放置在包住太阳能模块的离散结构中。
发明内容
本发明教示通过提供以下满足一或多个本发明需求：太阳能模块，其包含多个互连光伏电池；(a)前向保护层；(b)后向保护层；以及(c)加强件；其中加强件整***于太阳能模块内并且从实质上接近于前向保护层的位置延伸到实质上接近于后向保护层的位置。
本发明教示的一个可能实施例包括：太阳能阵列，其包含本文中的教示的多个太阳能模块；其中多个太阳能模块直接附接到连接表面。
本文中的教示通过提供保护太阳能模块免受静载荷(如在屋顶和/或太阳能模块上行走的人)的装置出人意料地解决这些问题中的一或多者。本文中的教示提供一种装置，其保护太阳能模块免受如来自飞行碎片和/或冰雹的冲击的动载荷。本文中的教示是一种加强件，其保护太阳能模块中的个别电池并且不需要将太阳能模块放置在包住太阳能模块的离散结构中。
附图说明
图1说明包括本文中的教示的一个可能加强件的太阳能模块的实例；
图2说明图1的截面视图；
图3说明本文中的教示的加强件的一个实例；
图4A到4D说明本文中的教示的各种加强件的实例；
图5A到5D说明加强件中的通道位置的实例；
图6说明在屋顶结构上的形成太阳能阵列的一部分的多个太阳能模块。
具体实施方式
本文中呈现的解释和说明意图使本领域的技术人员熟悉本教示、其原理和其实际应用。本领域的技术人员可以本教示的多种形式调整并且应用本教示，从而可以最好地适合于特定用途的要求。因此，本发明教示的特定实施例如所阐述不打算为详尽的或限制本教示。因此，本教示的范围不应参考以上描述来确定，而实际上应参考所附权利要求书连同此类权利要求书所授权的等效物的全部范围来确定。所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用的方式并入。如将从以下权利要求书中发现，其它组合也是可能的，它们也在此以引用的方式并入这一书面说明中。
如本文中所论述的加强件包括在一或多个太阳能模块中。将多个太阳能模块组合在一起以形成太阳能阵列。太阳能阵列收集阳光并且将阳光转换成电。一般来说，每个太阳能模块可以单独放置在容纳形成太阳能阵列的全部或一部分的所有太阳能模块的结构中。本文中的教示的太阳能模块可以与含有组成太阳能阵列的所有个别太阳能模块的壳体一起使用。优选地，本文中教示的太阳能阵列不含容纳组成太阳能阵列的所有太阳能模块的独立结构。更优选地，每个个别太阳能模块可以直接连接到结构并且每个个别太阳能模块电连接在一起以使得形成太阳能阵列。最优选地，每个个别太阳能模块可以包括加强件以使得每个太阳能模块可以受到保护并且连接到连接表面。每个太阳能模块可以间接和/或直接连接到连接表面。优选地，每个太阳能模块可以直接连接到连接表面。
连接表面可以是对一或多个太阳能模块提供支撑以使得形成太阳能阵列的任何表面。连接表面可以是支撑结构，如用于含有一或多个太阳能模块的壳体。连接表面可以是屋顶。屋顶可以由具有足够的强度来支撑多个太阳能模块的重量的任何材料制成。屋顶可以由任何材料制成，使得多个太阳能模块可以直接连接到屋顶。屋顶可以由多个由以下各者制成的板组成：木材、胶合板、结构胶合板、装饰胶合板、贴面胶合板、商业胶合板、实用胶合板、船用胶合板、中密度纤维板(MDF)、定向刨花板(OSB)、顺德拉(Sundela)、硬质纤维板、绝缘板等或其组合。多个太阳能模块可以连接到连接表面以使得太阳能模块彼此相邻。举例来说，一个太阳能模块的边缘可以实质上接近于邻接太阳能模块的边缘定位。太阳能模块可以彼此部分地重叠。举例来说，一个太阳能模块可以与如何将屋顶木瓦板施加到屋顶类似的方式重叠另一太阳能模块的一部分。
多个太阳能模块可以任何方式配置使得多个太阳能模块中的每一个可以电连接。每个个别太阳能模块可以通过一或多个互连元件电连接到相邻太阳能模块。一或多个互连元件可以是带、正极汇流条、负极汇流条、连接器、集成闪光件或其组合。优选地，互连元件是在两个或更多个相邻电池之间延伸的带。多个太阳能模块可以通过具有足够的强度来耐受环境条件并且形成安全连接的任何固定件连接到屋顶。多个太阳能模块可以通过机械固定件、粘合剂、与相邻太阳能模块和/或连接表面的互锁连接或其组合来连接。固定件可以是螺钉、钉子、螺栓、卡钉或其组合。粘合剂可以是具有足够的强度使太阳能模块连接到屋顶板的任何粘合剂。粘合剂可以是基于环氧树脂、基于硅酮、基于丙烯酸、氨基甲酸酯、聚酰胺、单组分粘合剂、多组分粘合剂、天然粘合剂、合成粘合剂或其组合。连接可以是永久连接、可去除连接或两者以使得太阳能模块连接到连接表面。太阳能模块可以是重量轻的并且具有低剖面以使得太阳能模块可以直接连接到连接表面。
太阳能模块可以具有任何厚度，使得太阳能模块可以直接连接到连接表面。太阳能模块的厚度可以是TO。太阳能模块的厚度可以是约2mm或更大，优选地约5mm或更大，或更优选地约8mm或更大。太阳能模块的厚度可以是约50mm或更小，约30mm或更小，优选地约20mm或更小，更优选地约15mm或更小，或最优选地约10mm或更小。太阳能模块的厚度可以是约3mm或更大、优选地约4mm或更大、或更优选地约5mm或更大(即，约6mm到约8mm)。太阳能模块可以足够厚以使得太阳能模块包括足够量的材料以使太阳能模块产生电。
太阳能模块可以由任何材料制成，使得在将阳光引导到太阳能模块上时将阳光转换成电。太阳能模块可以由一或多个具有光敏性部分的太阳能电池制成。优选地，太阳能模块由多个太阳能电池制成。太阳能电池可以由辅助将阳光转换成电的任何材料制成。太阳能电池可以具有本领域中已知的任何类型和材料。可以制成太阳能电池的材料的一些非限制性实例包括铜硫族化物类型电池(例如铜镓硒化物、铜铟镓硒化物、铜铟硒化物、铜铟镓硫化物、铜铟硫化物、铜铟镓硒化物硫化物等(即，一般称为CIGSS))、非晶硅电池、晶体硅电池、薄膜III-V电池、薄膜II-VI电池、IB-IIIA-硫族化物(例如，IB-IIIA-硒化物、IB-IIIA-硫化物或IB-IIIA-硒化物硫化物)、有机光伏电池、纳米粒子光伏电池、染料敏化太阳能电池和/或所描述的材料的组合。在一个特定实例中，铜铟镓硒化物可以由式CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy表示，其中x是0到1并且y是0到2。优选地，每个太阳能电池包括晶体硅元件。本文中的教示考虑可以在基于CIGSS的太阳能电池中使用额外电活性层，如发射极(缓冲)层、导电层(例如透明导电层)等中的一或多者。太阳能电池可以是柔性或刚性的并且以各种形状和大小出现，但一般是脆弱的并且经受环境退化。在一个优选实施例中，太阳能电池组合件是可以弯曲而无实质性开裂和/或无显著功能损失的电池。本文中考虑其它材料和/或组合，尤其美国专利申请公开第2012/0118349号的0054段中所公开那些组合物，所述公开关于太阳能电池的材料以引用的方式并入本文中。太阳能电池可以并联、串联、串并联混合配置和/或可以设置在独立电路中。电组合件可以是本文中所论述的任何电组合件。太阳能电池可以是组合件的一部分，并且优选地是组合件中的一个层。
组合件可以包括以下组件中的一或多者：前向保护层、后向保护层、加强件、太阳能电池、一或多个内部保护层或其组合。本文中所论述的层中的一或多个可以是层的组合。举例来说，前向保护层可以是组合在一起的多个玻璃层的组合。作为另一实例，加强件可以是粘结在一起的多个层。如本文中所论述，每个个别层可以包括粘合剂以使得一或多个层粘结在一起形成层，每一层可以在另一层上方和/或下方包括粘合剂以使得一或多个相邻层粘结在一起。本文中考虑可以与本文中教示的加强件一起使用的太阳能模块的其它组件和层，尤其美国专利申请公开第2012/0118349号的段落号0048-0053以及2011/0220183的段落号0027-0038和图2A和2B中所公开的那些组件、层和/或材料，所述两个公开关于可以与本文中所论述的加强件和太阳能模块结合使用的太阳能电池的组件、层和/或材料都明确地以引用的方式并入本文中。太阳能模块组合件和/或子组件可以具有在约30×10-6mm/mm℃到150×10-6mm/mm℃、更优选地约50×10-6mm/mm℃到100×10-6mm/mm℃范围内的总CLTE。太阳能电池的层中的一或多个可以是电路。
太阳能电池的电路可以是一或多个汇流条、一或多个带或两者。电路可以从电池延伸到电池，从太阳能模块延伸到太阳能模块，从电池延伸到太阳能模块，或其组合。电路可以集成到一或多个太阳能电池中、连接一或多个太阳能电池、电连接到一或多个太阳能电池或其组合。电路可以集成到太阳能模块的一或多个层(如加强件)中和/或周围。
优选地，组合件的至少一个组件是加强件。更优选地，组合件包括一或多个太阳能电池和一或多个太阳能电池中的每一个周围的加强件。太阳能电池可以被保护一或多个太阳能电池中的每一个的一或多个加强件部分或完全地包围。
加强件可以是具有足够的强度以使加强件保护太阳能电池免受静载荷、动载荷或两者的任何加强件。加强件可以具有足够的强度以使太阳能电池、太阳能模块中的每一个或两者在静载荷、动载荷或两者期间实质上无偏转。加强件可以具有任何形状和/或配置，使得加强件实质上防止每个个别太阳能电池、太阳能模块或两者的弯曲、折曲、扭曲或其组合。加强件可以是部分和/或完全地包围太阳能模块中的每个太阳能电池的外部结构。优选地，加强件是部分和/或完全地并入到太阳能模块中的内部结构以使得加强件保护太阳能电池。更优选地，加强件是太阳能模块的组成部分并且并入在每个个别太阳能电池之间。甚至更优选地，加强件是太阳能模块的一部分，使得太阳能模块和加强件可以直接连接到支撑结构，以使得太阳能模块和加强件不含独立连接步骤。
加强件可以由任何材料制成，使得加强件具有足够的强度，以使得加强件实质上防止一或多个太阳能电池、太阳能模块或两者的偏转。加强件可以由绝缘材料制成，可以涂布有绝缘材料，可以具有绝缘的部分，或其组合。优选地，加强件可以由具有高强度的绝缘材料制成。加强件材料可以由热膨胀系数实质上等于太阳能电池的材料的热膨胀系数的任何材料制成。加强件可以由具有与太阳能电池、前向保护层、后向保护层或其组合实质上类似的热膨胀系数的材料制成，使得太阳能模块无开裂、弯曲、太阳能模块之间的磨损、屈曲、翘曲、一个太阳能模块推倒另一太阳能模块、一或多个层的分层、对一或多个封装层的损坏、对连接器的损坏、对集成闪光件的损坏或其组合。加强件材料可以由热膨胀系数是约4ppm/C或更大、约7ppm/C或更大或约10ppm/C或更大的材料制成。加强件材料可以由热膨胀系数是约4ppm/C到约30ppm/C、优选地约5ppm/C到约24ppm/C并且更优选地约7ppm/C到约20ppm/C的材料制成。加强件可以由重量轻、薄、刚性、低剖面或其组合的任何材料制成。材料可以是实质上防止偏转的任何材料。材料可以是可以耐受静载荷、动载荷或两者的任何材料。加强件可以由任何刚性材料制成，其可以对多个电池和/或太阳能模块提供支撑、防止偏转、防止弯曲、防止扭曲、防止折曲或其组合。加强件可以由天然材料、合成材料、复合材料、聚合物、塑料、金属、陶瓷、玻璃、增强材料、涂布材料或其组合制成。优选地，加强件由铝、玻璃、陶瓷、增强聚合物复合材料、涂布加强件或其组合制成。加强件可以由可以通过以下工艺中的一或多者制成的材料制成：注射成型、吹塑成型、压缩成型、挤出成型、塑料成型、旋转成型、热成型或其组合。
加强件的材料可以具有比不包括加强件的太阳能模块更高的硬度。太阳能模块的材料可以具有足够的弹性模量，因此加强件防止太阳能电池弯曲、扭曲、折曲或其组合，使得多个太阳能电池中的每一个不被损坏。太阳能模块的材料可以具有足够的弹性模量，使得如本文中所论述太阳能模块在静载荷、动载荷或两者期间实质上无偏转。加强件的材料可以具有比玻璃高的弹性模量。材料的弹性模量可以是约10GPa或更大、约20GPa或更大、约30GPA或更大、优选地约40GPa或更大、更优选地约50GPa或更大或甚至更优选地约60GPa或更大。材料可以具有比钢小的弹性模量。材料的弹性模量可以是约300GPa或更小或约250GPa或更小。加强件可以具有任何配置，使得加强件为一或多个太阳能电池、一或多个太阳能模块或两者提供支撑。
加强件可以具有波纹状、蜂窝状、实心、多孔、空心或其组合的内部结构。举例来说，加强件的截面可以是空心箱体结构。在另一实例中，截面可以具有外部结构，所述外部结构具有在外部结构内的形成蜂窝结构的互连网状结构。加强件的截面可以是防止加强件偏转以使得加强件保护太阳能电池、太阳能模块或两者的任何形状。加强件的截面可以是几何、正方形、矩形、菱形、三角形、八边形、对称、非对称等或其组合。加强件可以具有一种结构，使得任何施加的载荷在整个太阳能模块中转移。
加强件可以包括包围太阳能模块的每个电池的一或多个结构，使得施加到太阳能模块的任何载荷分布在整个加强件中。加强件可以包括内框架、外框架或两者。在载荷施加期间，可以将载荷施加到内框架、外框架或优选地两者，使得加强件实质上防止太阳能模块偏转并且使得保护电池。加强件可以经配置以使得施加到前向保护层、后向保护层或两者的载荷可以防止前向保护层、后向保护层或两者偏转成与电池接触。加强件可以具有足够的强度，使得加强件可以耐受50Kg或更大、优选地约75Kg或更大、更优选地约100Kg或更大或甚至更优选地约125Kg或更大的静载荷。加强件可以具有足够的强度，使得加强件可以耐受动能是约2J或更大、优选地约5J或更大、更优选地约10J或更大、甚至更优选地约15J或更大或最优选地约20J或更大的动载荷。可以用来测试太阳能模块的冲击强度的一种测试方法的实例是IEC 61646。在一个实例中，太阳能模块可以具有足够的强度，使得太阳能模块可以耐受来自以约30m/s速度行进的具有45mm直径和约45克质量的冰球的冲击。加强件结构可以包括一或多个内框架、一或多个外框架或两者，使得动力被加强件转移和吸收，以使得前向保护表面、太阳能电池或两者不受损坏。
外框架可以部分和/或完全地围绕太阳能模块的外边缘延伸。外框架可以部分和/或完全地围绕太阳能模块的周边延伸。外框架可以包围内框架。内框架可以是独立于外框架的组件。内框架和外框架可以是一个整体件。内框架和外框架可以整体地连接。内框架可以部分和/或完全地包围一或多个太阳能电池。内框架可以完全和/或部分地形成每个太阳能电池周围的周边。内框架和外框架一起可以部分和/或完全地包围每个太阳能电池。内框架、外框架或两者可以由一或多个离散片段制成。举例来说，内框架可以由多个离散片段组成，其中在每个离散片段之间形成通道。内框架、外框架或两者可以在加强件中形成容纳一或多个电池的一或多个窗口。
一或多个窗口可以是任何大小和形状以使得每个窗口可以容纳一或多个太阳能电池。窗口可以是任何大小和形状，使得光透射到每个太阳能电池并且加强件提供足够量的强度到每个太阳能电池以使得保护每个太阳能电池免受损坏。一或多个窗口可以是加强件中的通孔。举例来说，加强件可以沿前边缘、后边缘、侧边缘、前表面、后表面或其组合不与一或多个太阳能电池接触。在另一实例中，加强件可以仅位于每个太阳能电池周边的周围以使得前向表面、后向表面或两者不与加强件接触。后保护层可以与一或多个电池接触以使得后保护层为一或多个电池中的每一个提供支撑。每个窗口可以由内框架、外框架或两者组成。内框架、外框架或两者可以包括一或多个通道。
一或多个通道可以是任何大小和形状，使得两个相邻太阳能模块可以电连接、物理连接或两者。一或多个通道可以是任何大小和形状，使得一或多个互连元件可以延伸穿过通道并且将两个或更多个相邻太阳能模块连接在一起。一或多个通道可以是任何大小和形状，使得一或多个带、一或多个汇流条、一或多个连接器、一或多个集成闪光件或其组合可以延伸穿过通道。通道可以形成于内框架、下框架或两者的上部分、下部分、中心部分或其组合中。一或多个通道可以完全延伸穿过内框架、外框架或两者。一或多个通道可以不存在材料。
通道可以在加强件的两个相邻片段之间形成。举例来说，由内框架、外框架或两者组成的片段可以终止并且另一片段可以开始，形成穿过内框架、外框架或两者的通道。片段可以是加强件的任何部分，其形成离散结构，包括终止的一或多个端，没有与加强件的相邻部分的连接，或其组合。片段可以具有任何长度、宽度、厚度或其组合，使得加强件的每一片段辅助保护每个太阳能电池、太阳能模块或两者。优选地，每一片段的厚度实质上相等以使得太阳能模块具有实质上恒定的厚度。
太阳能模块的厚度可以是任何厚度，使得在光接触太阳能模块时太阳能模块产生电。太阳能模块的厚度可以是任何厚度，使得太阳能模块中的每个电池足够厚以使得每个电池产生电。太阳能模块的厚度可以是任何厚度，使得太阳能模块可以间接地连接到支撑结构。优选地，太阳能模块具有一种厚度，使得太阳能模块可以直接连接到支撑结构。更优选地，太阳能模块具有一种厚度，使得一个太阳能模块可以至少部分地重叠相邻太阳能模块。加强件的厚度可以与太阳能模块的总厚度相同。加强件的厚度可以实质上等于太阳能模块的总厚度。如本文中所论述的太阳能模块的总厚度可以是厚度TO。加强件的厚度可以是约TO、约TO-0.5mm、约TO-1.0mm、约TO-1.2mm或约TO-1.5mm。加强件的厚度可以是约1.0mm或更大、约1.2mm或更大、约1.5mm或更大(即，约1.7mm)。加强件的厚度可以是约48mm或更小、约30mm或更小、约20mm或更小、约14mm或更小或约9mm或更小。优选地，加强件的厚度小于太阳能模块的总厚度。更优选地，加强件的厚度小于前向保护层、后向保护层或两者的厚度的总厚度。
前向保护层和后向保护层可以由相同材料制成。前向保护层和后向保护层可以由不同材料制成。前向保护层、后向保护层或两者可以由可以保护太阳能模块免受静载荷、动载荷、流体、灰尘、碎片或其组合的任何材料制成。前向保护层、后向保护层或两者可以实质上封装太阳能模块的前向表面、后向表面或两者。前向保护层、后向保护层或两者可以是实质上透明的、完全透明的或两者。优选地，阳光可以穿透前向保护层以使得太阳能电池、太阳能模块或两者可以产生电。前向保护层可以由允许阳光穿过以使得太阳能模块可以产生电的任何材料制成。前向保护层可以由充当一或多个太阳能电池的保护罩的任何材料制成。前向保护层可以是柔性的(例如聚合薄膜、多层膜、玻璃或玻璃复合材料)或刚性的(例如厚玻璃或树脂玻璃，如聚碳酸酯)。前向保护层可以耐湿气和/或粒子穿透或积聚。前向保护层可以过滤某些波长的光以使得不优选波长可能不会到达光伏电池。在一个优选实施例中，前向保护层的厚度可以是约0.05mm到10.0mm、更优选地约0.1mm到4.0mm并且最优选地2.5mm到3.5mm。前向保护层的其它物理特征可以包括：拉伸强度大于20MPa(如根据JIS K7127测量)；拉伸伸长率是1％或更大(如根据JIS K7127测量)；和/或吸水率(23℃，24小时)是0.05％或更小(如根据ASTM D570测量)；和/或线性膨胀系数(“CLTE”)是约5×10-6mm/mm℃到100×10-6mm/mm℃，更优选地约10×10-6mm/mm℃到80×10-6mm/mm℃，并且最优选地约20×10-6mm/mm℃到50×10-6mm/mm℃。前向保护层的其它物理特征可以包括：线性膨胀系数(“CLTE”)是约5×10-6mm/mm℃到约140×10-6mm/mm℃，优选地约7×10-6mm/mm℃到约50×10-6mm/mm℃，更优选地约8×10-6mm/mm℃到约30×10-6mm/mm℃，并且最优选地约9×10-6mm/mm℃到约15×10-6mm/mm℃。前向保护层可以包括：密度是约2.42g/cm3到约2.52g/cm3，拉伸强度在约75到200牛顿/平方毫米(N/sq.mm)之间，抗压强度在500与1200牛顿/平方毫米之间，弹性模量是约60GPa到约80GPa，CLTE是约9×10-6mm/mm℃，并且可见光透射率是至少约85％、优选地约至少87％、更优选地至少约90％。后向保护层和前向保护层可以由相同或类似材料制成，使得本文中所论述的前向层的特征中的一或多者可以描述后向层的特征。
前向保护层、后向保护层或两者可以实质上防碎、实质上防裂、耐凹痕、耐冲击、耐划伤、耐穿刺或其组合。前向保护层、后向保护层或两者优选地具有足够的强度，使得其可以耐受本文中所论述的对于加强件的相同静载荷、动载荷或两者。前向保护层、后向保护层或两者可以由具有足够的强度以使得前向保护层、后向保护层或两者可以耐受50Kg或更大、优选地约75Kg或更大、更优选地约100Kg或更大或甚至更优选地约125Kg或更大的静载荷的任何材料制成。前向保护层、后向保护层或两者可以由具有足够的强度以使得前向保护层、后向保护层或两者可以耐受动能是约2J或更大、优选地约5J或更大、更优选地约10J或更大、甚至更优选地约15J或更大或最优选地约20J或更大的动载荷的任何材料制成。前向保护层、后向保护层或两者可以由玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMM)、碱金属-铝硅酸盐、lotus glassTM、增强纤维透明材料或其组合制成。优选地，前向保护层由玻璃制成。前向保护层、后向保护层或两者可以由耐穿刺、耐切割或两者的任何材料制成。优选地，后向保护层由热塑性聚烯烃制成。
前向保护层、后向保护层或两者可以分别连接到加强件的前向表面或后向表面，使得最外表面是前向保护层、后向保护层或两者。加强件可以夹在前向保护层与后向保护层之间。前向保护层、后向保护层或两者可以在加强件的外向表面内连接到加强件，使得加强件的外向表面延伸超出前向保护层、后向保护层或两者。前向保护层、后向保护层或两者可以连接到加强件，使得在前向保护层、后向保护层或两者和太阳能模块的一或多个电池之间形成间隙。间隙可以是任何大小，使得前向保护层、后向保护层或两者在施加载荷期间不与一或多个电池接触。前向保护层、后向保护层或两者以及一或多个电池之间的间隙可以大于约0mm，优选地约0.1mm或更大、更优选地约0.5mm、甚至更优选地约1mm或最优选地约2mm。前向保护层、后向保护层或两者和一或多个电池之间的间隙可以是约10mm或更小，优选地约8mm或更小，或更优选地约5mm或更小。前向保护层、后向保护层或两者可以连接到加强件，使得间隙在移动、载荷、安装或其组合期间保持实质上恒定。
前向保护层、后向保护层或两者可以通过任何结构连接到加强件，可以形成：密封连接、永久连接、可去除连接或其组合。前向保护层与加强件之间以及后向保护层与加强件之间的连接可以相同方式、不同方式或两者的组合进行。连接可以是具有足够的强度以使得前向保护层、后向保护层或两者可以耐受50Kg或更大、优选地约75Kg或更大、更优选地约100Kg或更大或甚至更优选地约125Kg或更大的静载荷的任何连接。连接可以是具有足够的强度以使得前向保护层、后向保护层或两者可以耐受动能是约2J或更大、优选地约5J或更大、更优选地约10J或更大、甚至更优选地约15J或更大或最优选地约20J或更大的动载荷的任何连接。连接可以是机械连接、化学连接或两者。连接可以使用粘合剂、焊接、密封剂、钩环扣、机械互锁、摩擦配合、干涉配合、舌槽、螺钉、固定件或其组合进行。举例来说，连接可以是前向保护层和/或后向层滑入的加强件中的凹槽，并且所述凹槽可以包括形成前向保护层与加强件之间和/或后向层与加强件之间的密封连接的粘合剂。前向保护层、后向保护层或两者可以形成封装层。
前向层、后向层或两者可以是多个封装层中的一个。封装层、第一封装层或两者可以安置于前向保护层下方并且一般一或多个太阳能电池上方，后向保护层上方并且一或多个太阳能电池下方，或两者。封装层可以包括太阳能电池上方和/或下方的一或多个层。封装层可以充当粘结机制，帮助将相邻层固持在一起。封装层可以允许需要量和类型的光能透射到达一或多个太阳能电池。封装层可以起补偿邻接层的几何形状的不规则性或平移通过那些层的作用(例如厚度变化)。封装层可以允许层之间因温度变化以及物理移动和弯曲所致的弯曲和移动。封装层可以位于加强件上方，使得加强件粘附到前向保护层、后向保护层、一或多个太阳能电池或其组合；完全或部分地在太阳能模块的一或多个层上方和/或之间；在太阳能模块的一或多个内部层内；沿太阳能模块的后侧；沿太阳能模块的一或多个侧；或其组合。优选地，每个太阳能电池实质上由封装层封装。封装层可以由保护太阳能模块、每个太阳能电池或两者免受流体的任何材料制成。封装层可以保护太阳能模块、每个太阳能电池或两者免受水、水蒸气、酸雨或其组合。封装层可以包括粘合膜、网状物、液体或两者；优选地，乙烯-乙酸乙烯酯(ethylene-vinyl-acetate；EVA)、热塑性聚烯烃、聚氨基甲酸酯、离聚物、硅系聚合物或类似材料。可以在涂覆期间、在涂覆之后或其组合固化液体封装层。液体封装层可以经热固化、辐射固化、紫外光(UV)固化、化学固化(例如，双组分)或其组合。液体封装层可以包括硅酮、橡胶、丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯改性的热固性树脂。封装层的厚度可以是约0.1mm到1.0mm，更优选地约0.2mm到0.8mm，并且最优选地约0.25mm到0.5mm。背层可以位于封装层与后向保护层之间。
背层可以充当环境保护层(例如阻止湿气和/或微粒物质从上方的层进入)。背层可以由柔性材料(例如聚合薄膜、金属箔、多层膜或橡胶片)构造。背层可以由湿气不可渗透并且厚度是约0.05mm到10.0mm、更优选地约0.1mm到4.0mm并且最优选地约0.2mm到0.8mm的材料制成。背层的其它物理特征可以包括：断裂伸长率是约20％或更大(如根据ASTM D882测量)；拉伸强度是约25MPa或更大(如根据ASTM D882测量)；以及撕裂强度是约70kN/m或更大(如用格雷夫斯方法(Graves Method)测量)。优选材料的实例包括：玻璃板；铝箔；聚(氟乙烯)(例如以市售(杜邦(DuPont)的商标))；聚(对苯二甲酸乙二酯)；四氟乙烯和六氟乙烯的共聚物(也称为“FEP”)；聚(乙烯四氟乙烯)；聚(萘二甲酸乙二酯)；聚(甲基丙烯酸甲酯)；以及聚碳酸酯或其组合。背层可以直接接触后向保护层，或后向保护层可以接触封装层，或两者的组合。
后向保护层可以充当阻挡层，保护上方的层免受环境条件和可能由其上承受太阳能模块的结构的任何特征造成的物理损坏(屋顶平台、突出物等的不规则性)。后向保护层可以与前向保护层、封装层或两者起相同作用，包括桥接和密封功能。后向保护层材料可以是至少部分湿气不可渗透的并且厚度还在约0.25mm到10.0mm、更优选地约0.5mm到2.0mm并且最优选地0.8mm到1.2mm的范围内。后向保护层可以显示断裂伸长率是约20％或更大(如根据ASTM D882测量)；拉伸强度是约10MPa或更大(如根据ASTM D882测量)；以及撕裂强度是约35kN/m或更大(如用格雷夫斯方法测量)。后向保护层可以由热塑性聚烯烃(“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、其它弹性体以及塑性体材料或其组合制成。替代地，后向保护层可能由更刚性的材料组成以便在结构和环境(例如风)载荷下提供额外屋顶功能。刚性也可以是合乎需要的以便改进太阳能模块的热膨胀系数并且在温度波动期间维持所需尺寸。就结构特性来说后向保护层材料的实例包括聚合材料，如聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯酰胺、聚砜、乙缩醛、丙烯酸、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、酚醛树脂、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂(包括玻璃和矿物填充的复合材料)或其任何组合。
上述层可以多个组合进行配置或堆叠，但优选的是前向保护层是顶层。另外，这些层可以经由许多方法整体地接合在一起，所述方法包括(但不限于)：粘合剂接合；热或振动焊接；包覆成型；机械紧固件或其组合。
图1说明一个太阳能模块2。太阳能模块2如所说明包括八个个别电池4。个别电池4中的每一个经电连接以形成一个单一的太阳能模块2。电池4经由在电池之间延伸的一或多个带28进行电连接。太阳能模块2包括整体形成的加强件10。
图2说明图1的太阳能模块2的截面视图。如所说明，太阳能模块2包括透明的前向保护层22和后向保护层24。在前向保护层22与电池4之间通过在每个电池4上方延伸并且支撑前向保护层22的加强件10形成间隙(G)。用于产生电力的光伏电池4位于前向保护层22与后向保护层24之间。如所说明，太阳能模块2具有厚度(TO)，其中加强件10在前向保护层22与后向保护层24之间延伸，使得加强件10具有厚度(TR)，其保护光伏衬底免受因载荷(L)(如静载荷、动载荷或两者)所致的移动。
图3说明加强件10，其包括外框架16和内框架18。加强件10包括通道14。如所说明，通道14延伸穿过内框架18。在内框架18与外框架16之间形成窗口12以使得电池(未示出)位于加强件10内并且受其保护。
图4A到4D说明太阳能模块2的加强件10的各种配置。图4A说明太阳能电池4周围的加强件10。带28在电池4之间延伸并且连接电池4。加强件10包括内框架18和外框架16。内框架18和外框架16都包括通道14。图4B说明具有外框架16和内框架18的加强件10。外框架16具有穿过中心部分的通道14并且内框架包括穿过顶部的通道14。图4C说明具有外框架16和内框架18的加强件10。外框架16包括穿过中心部分的通道14，并且内框架18具有不含通道的一部分和包括完全延伸穿过内框架18的通道14的一部分。图4D说明其中通道10延伸穿过外框架16和内框架18的中心部分的加强件10。
图5A到5D说明加强件10中的通道14的各种配置。图5A说明加强件10，其包括完全延伸穿过加强件10，使得形成两个离散片段20的通道14。图5B说明具有延伸穿过上部分的通道14的加强件10。图5C说明具有延伸穿过下部分的通道14的加强件10。图5D说明具有延伸穿过中心部分的通道14的加强件10。
图6说明包括多个太阳能模块10的太阳能阵列50，每个太阳能模块10包括多个太阳能电池4。太阳能电池4经由带28连接在一起。每个太阳能模块10都经由连接器54电连接在一起，连接器54将每个太阳能模块10的正极汇流条58和负极汇流条60连接在一起以使得电力可以流过太阳能阵列50。每排太阳能模块10经由一或多个集成闪光件56连接在一起。太阳能阵列50连接到连接表面52，其支撑太阳能阵列50。
本文中所述的任何数值包括以一个单位的增量从下限值到上限值的所有值，条件是在任何较低值与任何较高值之间存在至少2个单位的间隔。作为一个实例，如果陈述组分的量或过程变量(例如，温度、压力、时间等)的值是例如1到90、优选地20到80、更优选地30到70，那么意图在本说明书中明确地列举如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，一个单位按需要被视为0.0001、0.001、0.01或0.1。这些仅是特定意图的实例，并且在所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能组合被视为以类似方式在本申请中明确地陈述。
除非另外陈述，否则所有范围包括两个端点以及在所述端点之间的所有数。与范围结合使用的“约”或“大约”适用于所述范围的两个端值。因此，“约20到30”意图涵盖“约20到约30”，包括至少指定的端点。
所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用的方式并入。用于描述组合的术语“基本上由......组成”应包括所识别的元件、成分、组件或步骤，以及不实质上影响组合的基本和新颖特征的此类其它元件、成分、组件或步骤。本文中用于描述元件、成分、组件或步骤的组合的术语“包含”或“包括”的使用也涵盖基本上由所述元件、成分、组件或步骤组成的实施例。通过在本文中使用术语“可以”，意图“可以”被包括的任何所描述的属性是任选的。
可以通过单个集成的元件、成分、组件或步骤提供多个元件、成分、组件或步骤。替代地，单个集成的元件、成分、组件或步骤可以分成独立的多个元件、成分、组件或步骤。用于描述元件、成分、组件或步骤的“一”或“一个”的公开内容并不意图排除额外的元件、成分、组件或步骤。
应理解，以上描述意图是说明性并且非限制性的。在阅读以上描述之后，除所提供的实例以外的许多实施例以及许多应用对本领域的技术人员将是显而易见的。因此，本教示的范围不应参考以上描述来确定，而实际上应参考所附权利要求书连同此类权利要求书所授权的等效物的全部范围来确定。所有文章和参考文献(包括专利申请和公开)的公开内容出于所有目的以引用的方式并入。本文所公开的主题的任何方面的以下权利要求书中的省略不是此类主题的放弃，也不应视为本发明人不考虑此类主题为所公开的发明主题的一部分。

Claims (15)

1.一种太阳能模块(2)，包含：
a.多个互连光伏电池(4)；
b.前向保护层(22)；
c.后向保护层(24)；以及
d.加强件(10)；
其中所述加强件(10)整体地位于所述太阳能模块内并且从实质上接近于所述前
向保护层的位置延伸到实质上接近于所述后向保护层的位置。
2.根据权利要求1所述的太阳能模块，其中在静载荷、动载荷或两者期间，所述加强件实质上防止所述电池的弯曲和折曲。
3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述加强件(10)包括外部部分(16)和内部部分(18)。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述多个电池中的每一个实质上由所述加强件包围，使得所述加强件在载荷施加期间限制所述多个电池中的每一个的偏转。
5.根据权利要求3所述的太阳能模块，其中所述内部部分包括一或多个通道(14)。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块直接连接到连接表面。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述光伏电池包含晶体硅。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述太阳能模块的厚度是约20mm或更小、优选地约15mm或更小或更优选地约10mm或更小。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述加强件具有足够的强度以使得所述电池在载荷施加期间实质上无偏转。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中一或多个互连元件将所述多个电池电连接在一起。
11.根据权利要求10所述的太阳能模块，其中所述一或多个互连元件延伸穿过所述加强件中的所述一或多个通道。
12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的太阳能模块，其中所述加强件具有波纹状结构、蜂窝状结构或两者。
13.一种太阳能阵列，包含：
根据前述权利要求中任一权利要求所述的多个太阳能模块；
其中所述多个太阳能模块直接附接到连接表面。
14.根据权利要求13所述的太阳能阵列，其中一或多个相邻太阳能模块的至少一部分在安装时彼此重叠。
15.根据权利要求13到14所述的太阳能阵列，其中所述太阳能模块中的每一个不含用于将所述太阳能模块连接到连接表面的独立加强件。
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