JP6564901B2 - プラスチック製光起電力モジュールフレーム及びラック、ならびにそれらを作製するための組成物 - Google Patents
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Description
(A) (A)プラスチック製フレーム内に1つ以上のPVセルを備えるPVモジュールであって、フレームは、プラスチック製前方及び後方基部取付具を備え、前方基部取付具は、PVモジュールのフレームに枢動可能に取り付けられ、後方基部取付具は、PVモジュールのフレームと摺動可能に係合する、PVモジュールと、
(B) コネクタボードによってともに接合される2つの離間された載置基部を備えるプラスチック製基部であって、各載置基部は、PVモジュールのフレームの前方基部取付具を枢動可能に係合するためのプラスチック製前方ペグ、及びPVモジュールの後方基部取付具とスナップフィット関係で係合する後方スロットを装備する、プラスチック製基部と、
(C) 2つの後方基部取付具のそれぞれとスナップフィット関係で係合する、プラスチック製ウインドディフレクタと、
(D) PVモジュールフレームと一体的なプラスチック製接続箱と、
(E) 隣接するPVモジュールを互いに対して接合し、それぞれが前記PVモジュールフレームと一体的である、2つのプラスチック製自己整合デバイスと、
を備える、ソーラーパネルアセンブリである。
(A)裏面支持体、正面支持体、及び前記正面支持体と裏面支持体との間の吸収体層を備える、ソーラーパネルモジュールと、
(B)モジュールを取り囲むワンピースの一体成形されたフレームと、
(C)フレームに一体化された接続箱と、
(D)モジュールをフレームの中へ挿入することができる、フレームの一端部の入口と、
(E)入口の上にあり、フレームとスナップフィット関係で係合する、密閉ブロックまたは蓋と、
(F)フレームの蓋と前記挿入したモジュールとの間のシーラント位置と、
を備える、光起電力アセンブリである。
逆のことを記述していない、文脈から暗示的ではない、または当技術分野において慣習的でない限り、全ての部及びパーセントは重量に基づく。米国特許実施の目的で、任意の参照した特許、特許出願、または特許公報の内容は、特に合成技術の開示、定義(本開示に具体的に提供されるいかなる定義とも矛盾しない範囲で)、及び当技術分野における一般知識に関して、参照によりその全体が組み込まれる(またはその等価的な米国版が、そのように参照により組み込まれる)。
一実施形態において、本発明は、(A)熱可塑性ポリマー、(B)強化要素、(C)ハロゲン非含有の膨張性難燃剤、(D)耐衝撃性改良剤、(E)カップリング剤、及び随意に、(F)1つ以上の添加剤を含む、組成物である。一実施形態において、本発明は、組成物の重量に基づいて、(A)10〜80重量%の熱可塑性ポリマー、(B)10〜55重量%の強化要素、(C)1〜30重量%のハロゲン非含有の膨張性難燃剤、(D)1〜20重量%の耐衝撃性改良剤、(E)0.001〜0.5重量%カップリング剤、及び随意に、(F)1つ以上の添加剤を含む、組成物である。
以下の図面は、従来技術及び本発明の種々の実施形態を例示する。同じ構成要素及び部品は、図面の全体を通して同じ番号が付される。
図1A及び1Bは、2つの従来の、従来技術によるソーラーパネルアレイを例示する。各実例では、複数のソーラーパネル11が、格子構成のアレイラックまたはフレーム12(図1C及び1Dで示される)に取り付けられる。アレイラック12は、複数のソーラーパネル11を受容し、保持する様式で組み立てられる、金属製、一般的にはアルミニウム製のクロスサポート12Aと、金属製、一般的にはアルミニウム製のトラス12Bとを備える。ソーラーパネルは、図1Eで例示されるように、任意の従来の様式で、一般的に複数の金属製締結具13によって、ラック12に取り付けられる。ソーラーパネルをアレイラックに固定するための他の手段としては、ナット及びボルト、ならびに溶接(いずれも示さず)が挙げられる。各ソーラーパネルは、他の取り付けたソーラーパネルとの整合を確保するために、アレイラックに取り付けるときにレベリングを必要とし、また、アレイラックは、全部でないとしても、大部分が金属であるので、接地することを必要とする(図示せず)。アレイラックを屋根に配置する場合は、一般的に、アレイラックを適所に保持するためにバラスト(図示せず)が必要とされる。アレイラックを地面に配置する場合は、一般的に、コンクリートまたは金属製の支柱も必要とされる。
図3Aは、本発明のソーラーパネルアセンブリ及びその支持基部の一実施形態の分解図である。ソーラーパネルアセンブリ31は、光起電力アレイ32(裏側から視認される)と、一体化したまたは継ぎ合わせた接続箱33(図3B)と、電気ポート34(図3C)と、前方基部取付具35A及び35Bと、後方基部取付具35C及び35Dと、ウインドディフレクタ36とを備える。前方及び後方基部取付具は、光起電力アレイの裏面に対して平坦に折り畳むことができ、前方基部取付具は、一般的に、後方基部取付具よりも短く、一般的に50%を超えて短い。支持ラック37は、中間コネクタボード39によって互いに対して接合される、支持載置基部38A及び38Bを備える。
本発明の一実施形態において、PVモジュールフレームは、以下の特徴、(A)一体成形またはオーバーモールドした部品、(B)L字形状、(C)一方の部品がフレームの片側に位置し、もう一方の部品がフレームの反対側かつその上に位置する、ツーピースの接続箱、(D)(パネルの正面側から見て)パネルの裏側上にいかなるワイヤも見えないこと、(E)自己整合デバイス、及び(F)パネルに機械的強度を提供するための、パネルの裏面の少なくとも1つの構造部材、のうちの1つ以上を特徴とする。一実施形態において、本発明のPVモジュールは、図4A〜Dでより完全に説明されるこれらの特徴のうちの2つ、または3つ、または4つ、または5つ、または6つ全てを特徴とする。
本発明の一実施形態において、PVモジュールフレームは(i)好ましくは一体化接続箱を有する、裏面シート、及び(ii)4つのコーナーコネクタによってともに矩形構成に接合される、4つの直線状側部フレームセグメントを備える。裏面シートは、ソーラーセル層によって積層することができる。PVモジュールは、クロスアンカーブロックを使用してアレイに固定することができる。
(A) モジュールが、(1)後方支持体、(2)前方支持体、(3)前方支持体と裏面支持体との間の吸収体層、及び(4)前方及び後方支持体ならびに吸収体層を取り囲むフレームを備え、該フレームは、4つのコーナーコネクタによってともに矩形構成に接合される、4つの直線状側部セグメントを備えること、
(B) 複数のフレームモジュールをアレイ状に組み立て、保持し、該アレイを支持体、例えば屋根またはコンクリート製支柱に固定するためのクロスアンカーブロック、
(C) 接続箱及び電気端子機能と一体化することができる、別個の構造裏面シート、
(D) 別個の構造裏面シート上の中空または中実のリブ、
(E) 垂直及び/または水平及び/または波状及び/または傾斜した及び/または格子状である、裏面シートリブパターン、
(F) ソーラーセルアレイパネルに積層される別個の構造裏面シート、
(G) アセンブリが、ソーラーセルアレイパネルを1つ以上のフレームレールの中へ摺動させることを必要とすること、
(H) フレームレールが、構造裏面シートを係合するためのチャネルを備えること、
(I) クロスアンカーブロックが、モジュールに係合し、保持するためのスナップフィット、及び/またはPVモジュールと支持体、例えば屋根、コンクリート製支柱等との間に空間を作成するステップを含むこと、
(J) コーナーコネクタとクロスアンカーブロックのスナップフィットとの一体化が、モジュール間及びモジュールの中での電気接続を提供するためにPVモジュール同士を接続してすぐに使えるようにするための電気接続機能を有し、例えば、PVモジュールをクロスアンカーブロックの中へ押し込んだ時点で、電流が一方のモジュールからもう一方に流れることができるように電気接続が作成されること、及び
(K) フレームのプラスチックが、熱可塑性または熱硬化性であり、1.5MPa〜30MPaまでヤング率を有すること、
のうちの1つ以上を特徴とする。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、アングルコーナーコネクタを備える。このコネクタは、十分な強度及び剛性、ならびにすっきりとした外観をPVモジュールに与え、一方で、モジュールの簡単な組み立てをもたらす。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、ヒンジ及びスナップ嵌めの特徴を有するフレーム構造を備える。本モジュールは、(i)一体化ヒンジ付フレームカバーを有する一体成形部品のフレーム、(ii)ソーラーセルアレイパネルを支持するための、フレーム縁部上の縁部ステップ、(iii)スナップフィットカバー、及び(iv)フレーム縁部上の一体化接続箱を特徴とする。ヒンジ付きフレームカバーは、フレーム底部とスナップ嵌めし、一体または多重のセグメントとすることができ、一体の場合、すなわち、単一成形部品である場合、フレームとともに、またはフレームとは別に成形することができる。この実施形態の設計は、多重部品構造の曲げ強度よりも良好な曲げ強度、組み立ての複雑さ及び時間の削減、カバー及びフレームの別々の製造と比較して製造コストの削減、及びフレームに対するソーラーパネルアレイの固定の支援をもたらすことができる。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、ブロー成形過程によって製造される。この過程は、複雑な形状を有する中空部品の製造を可能にし、構造裏面シート及び接続箱の一体化を可能にし、また、重量比に対する高い剛性を提供する(これは、モジュールの重量を、したがって、コストを削減する)。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、オーバーモールド過程を使用して生成される。この過程は、ワンステップであり、また、より良好な密閉性を有するフレームを生成する。PVモジュール、フレーム、及び/または過程は、以下の特徴、
(A) モジュールが、(1)裏面支持体、(2)前方支持体、(3)前方支持体と裏面支持体との間の吸収体層、及び(4)フレームが、(i)裏面支持体、及び(ii)一体化フレームと積層体との間の中間層と一体化されるように、裏面支持体及び正面支持体、ならびに吸収体層を取り囲む、一体化フレームを備えること、
(B) フレームが、ワンステップのオーバーモールド過程を介して作製されること、
(C) フレームが、単一の一体成形された部品であり、したがって、モジュールの組み立てを簡単にすること、
(D) フレームが、構造プラスチック裏面シートと一体化されること、
(E) フレームが、接続箱及び/または電気端子箱と一体化されること、
(F) フレームが、接続箱カバーと一体化されること、
(G) フレームが、その縁部を密閉するための接着剤を必要とせず、したがって、モジュールセルのためのより良好な密閉を提供すること、
(H) 中間層が、熱可塑性または熱硬化性であり、また、オーバーモールド材料及び積層材料と合致する、ある特定の線熱膨張係数(CLTE)を有すること、
(I) インターレイが、前方支持体及び吸収体層とともに積層されるか、または接着剤によって前方支持体及び吸収体層と接着されること、及び/または
(J) フレームのプラスチックが、熱可塑性または熱硬化性であり、1.5MPa〜30MPaのヤング率を有すること、
のうちの1つ以上を特徴とする。
本発明の一実施形態において、PVモジュールの載置ラックは、モジュール自体に一体化される。この設計は、据え付けコスト及び時間の節約をもたらす。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、ソーラーパネルアセンブリを挿入することができる、1つの縁部上の閉じることができる入口を有する、ワンピースの一体化したフレームを特徴とする。フレームは、アセンブリのための4つの縁部支持体を提供し、アセンブリをフレームの中へ挿入する入口ポートを、一般的にスナップフィットの蓋によって、閉じて、密閉することができる。
(A) 裏面支持体、正面支持体、及び正面支持体と裏面支持体との間の吸収体層を備え、1つのフレームがアセンブリを取り囲む、ソーラーパネルモジュール、
(B) ワンピースの一体化成形されたフレーム、
(C) フレームに一体化された接続箱、
(D) アセンブリをフレームの中へ挿入することができる、フレームの一端部上の入口、
(E) フレームの中への入口は、スナップフィット閉鎖具による密閉ブロックまたは蓋によって閉じることができ、該蓋は、フレームにヒンジで結合することができ、またはフレームから取り外すことができること、
(F) フレームの閉じた蓋と挿入したアセンブリとの間のシーラント位置であって、一般的に、アセンブリがフレームに挿入された後、かつ蓋が閉じられる前に、十分なシーラントが塗布されること、
のうちの1つ以上を特徴とする。
本発明の一実施形態において、PVモジュールは、底部スキン及び複数の離間された支持脚部を備える裏面パネルを特徴とする。脚部は、PVモジュールの冷却を支援する開いたチャネルまたはチムニーを作成する様式で、光起電力積層体の底面に取り付けられる。図12は、裏面パネルの実施例を示す。
(A) 裏面パネルは、底部スキン及び複数の離間された支持脚部を備える。一般的に、裏面パネルは、単一の一体化成形プラスチック部品である。裏面パネルは、脚部を光起電力積層体の底面に接着すること、例えば糊付けすることによって、PV積層体に取り付けられる。
(B) 裏面パネルは、一般的に、繊維強化ポリマーで作製される。繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、バサルト繊維、ケブラー繊維、粗紡の高強度ポリマー繊維、マット組紐もしくは織布地、及び/またはそれらの2つ以上の組み合わせとすることができる。底部スキンは、最適な材料使用量で最大の剛性及び強度を与えるように設計することができる。例えば、底部スキンの外部層は、繊維マットまたは織った繊維強化ポリマーで作製することができる。
(C) 裏面パネルは、押出過程によって作製することができる。連続繊維または繊維マットが裏面パネルに組み込まれる場合は、引抜きによって作製することもできる。
(D) パックパネルの光起電力モジュールへの取り付けによって形成されるチャネルまたはチムニーは、ベントとしての役割を果たし、光起電力モジュールから熱を除去することができ、一般的に、従来のPVモジュール構造物よりも高い効率を有する。より低い温度で動作する能力によって、PVモジュールは、より効率的に電力を生成することができる。
(E) モジュール縁部のチャネルは、小さくて薄い接続箱を保持することができ、縁部の脚部は、機械加工して穴を作製して、電気ケーブルまたは他のケーブルが、接続箱または他のPVモジュール構造体と接続するために、縁部の脚部を通ることを可能にすることができる。
(F) 一部のチャネルのスキンは、モジュールを固定するための穴または係止機構を作製することを可能にするために、他のスキンよりも厚くすることができる。
(G) 裏面パネルは、いくつかの用途においてラックの使用量を削減または排除するために、及び/または正面ガラスプレートの厚さを削減するために、十分に強くすることができる。
(H) 裏面パネルの個々のチャネルの幅は、変化させることができる。例えば、PV積層縁部に対する支持を高めるために、モジュール縁部でより小さい幅のチャネルを使用することができ、一方で、ベント容量を高めるために、より大きい幅のチャネルを内部で使用することができる。
のうちの1つを特徴とする。
本発明の一実施形態では、単一のステップで、複数のPVモジュール層が、一体化フレーム及び構造裏面シートに積層される。複数のPVモジュール層は、頂部の透明ポリマーまたはガラス層、カプセル化層、及びシリコン層を備える。カプセル化層は、一般的に、エチレン酢酸ビニル(EVA)等のポリマーを含む。積層は、積層デバイスにおいて、及び圧力または真空条件下で行われる。積層の後に、ソーラーセル層の縁部を密閉するために、接着剤、例えばシリコーンゴムが塗布される。
表1は、これらの実施例において使用される材料を報告する。
FRマスターバッチの調製
FR添加剤、抗酸化剤、UV−安定剤、カラーマスターバッチ、ENGAGE8200、及びSK B391Gを、高速ミキサーにおいて毎分900回転(rpm)で3分間、予混合する。混合物を、ZSK40押出機(L/D=48)の主送給口に送給する。スクリュー速度は、250rpmに設定し、バレル温度は、190〜200℃に設定する。送給速度は、毎時30キログラム(kg/h)である。配合中に材料を保護するために、窒素流入口を第2の区間に使用する。揮発物を除去するために、真空を開放する。ストランドは、水で冷却し、次いで、ペレットに切断する。
PP樹脂及び400〜800ppmのDPO−ビスルホニルアジドカップリング剤、及びガラス繊維を、50:50の重量比で、処方に従ってZSK40(L/D=48)押出機の中央ポートに送給する。ガラス繊維は、区間5のベントポートの中へ送給する。スクリュー速度は、250rpmに設定し、バレル温度は、190〜200℃に設定する。送給速度は、40kg/hである。揮発物を除去するために、真空を開放する。ストランドは、水で冷却し、次いで、ペレットに切断する。
GF強化IPPマスターバッチペレット及びFRマスターバッチを、50:50の重量比で、射出成型装置の中へ送給する。バレル温度は、70℃、190℃、200℃、200℃、及び200℃に設定する。金型温度は、30℃である。機械試験、電気試験、及びFR試験のためのASTM標準試験片をFANUC製機械において射出成形する。
試験
引張強度及び曲げ強度の試験は、ASTM D638に従って、INSTRON5565によって行う。
UL94垂直燃焼性試験は、ASTM D3801に従って、UL94チャンバによって行う。
1000時間のUV曝露は、IEC61215に従って、Q−labによるQUVによって行う。
表2は、異なるガラス繊維強化IPP複合体の性能を報告する。膨張性FR系50A−2の追加は、FRの性能を飛躍的に高める。20%の50A−2(本発明の実施例1)に関して、複合体は、UL94 V−0(3.2mm)を達成することができ、また、比較実施例1と比較して、機械的性能及び耐候性に対して良好なバランスを示す。25%の50A−2(本発明の実施例1)に関して、複合体は、UL94 V−0(1.6mm)を達成することができる。対照的に、40%のMg(OH)2(比較実施例2)に関して、複合体は、UL94 V−0(3.2mm)の試験で不合格になる。
Claims (4)
- (A) プラスチック製フレーム内に1つ以上のPVセルを備えるPVモジュールであって、前記フレームは、プラスチック製前方及び後方基部取付具を備え、前記前方基部取付具は、前記PVモジュールの前記フレームに枢動可能に取り付けられ、前記後方基部取付具は、前記PVモジュールの前記フレームと摺動可能に係合する、PVモジュールと、
(B) コネクタボードによってともに接合される2つの離間された載置基部を備えるプラスチック製基部であって、各載置基部は、前記PVモジュールの前記フレームの前記前方基部取付具を枢動可能に係合するためのプラスチック製前方ペグ、及び前記PVモジュールの前記後方基部取付具とスナップフィット関係で係合する後方スロットを装備する、プラスチック製基部と、
(C) 前記2つの後方基部取付具のそれぞれとスナップフィット関係で係合する、プラスチック製ウインドディフレクタと、
(D) 前記PVモジュールフレームと一体的なプラスチック製接続箱と、
(E) 隣接するPVモジュールを互いに対して接合し、それぞれが前記PVモジュールフレームと一体的である、2つのプラスチック製自己整合デバイスと、
を備えるソーラーパネルアセンブリ。 - 前記接続箱は、前記自己整合デバイスの一方と一体的である第1の部品と、前記自己整合デバイスのもう一方と一体的である第2の部品とを備える、請求項1に記載の前記ソーラーパネルアセンブリ。
- 前記接続箱は、前記自己整合デバイスとは別体である、請求項1に記載の前記ソーラーパネルアセンブリ。
- (A) 裏面支持体、正面支持体、及び前記正面支持体と前記裏面支持体との間の吸収体層とを備える、ソーラーパネルモジュールと、
(B) 前記モジュールを取り囲むワンピースの一体成形されたフレームと、
(C) 前記フレームに一体化された接続箱と、
(D) 前記モジュールを前記フレームの中へ挿入することができる、前記フレームの一端部の入口と、
(E) 前記入口の上にあり、前記フレームとスナップフィット関係で係合する、密閉ブロックまたは蓋と、
(F) 前記フレームの前記蓋と前記挿入したモジュールとの間のシーラント位置と、
を備える、光起電力アセンブリ。
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