(57)【要約】受光頂部側、該受光頂部側とは反対側の底部側を有する光起電モジュールと、該モジュールの底部側に取り付けられている複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を具備する支持基板とを具備する、支持構造体上への組み込みに適する光起電ユニット。
2007514088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光頂部側及び該頂部側と反対側の底部側とを有する光起電モジュールと、該モジュールの底部側に取り付けられていて複数の隆起部と少なくとも１の谷部とを含む支持基板とを具備する、支持構造体上への組み込みに適する光起電ユニット。
【請求項２】
前記隆起部は頂部を有し、少なくとも２の前記隆起部の頂部は前記モジュールに取り付けられている、請求項１に記載のユニット。
【請求項３】
少なくとも２の前記隆起部の頂部は、前記モジュールの底部側に取り付けられている、請求項２に記載のユニット。
【請求項４】
前記モジュール周囲のフレームをさらに具備し、前記支持基板は少なくとも該フレームによって前記モジュールの底部側に取り付けられている、請求項１に記載のユニット。
【請求項５】
前記モジュールを前記支持構造体に固定するクランプをさらに具備する、請求項１に記載のユニット。
【請求項６】
前記光起電モジュールの底部側は、支持基板に対して取り付けられている、請求項１に記載のユニット。
【請求項７】
前記光起電モジュールは、前記支持基板から離隔している、請求項１に記載のユニット。
【請求項８】
前記光起電モジュールは、前記支持基板に平行である、請求項７に記載のユニット。
【請求項９】
前記光起電モジュールは、接着剤によって前記支持基板に取り付けられている、請求項１に記載のユニット。
【請求項１０】
少なくとも１のクランプを具備する、請求項１に記載のユニット。
【請求項１１】
受光頂部側及び該頂部側とは反対側の底部側を有する光起電モジュールと、
該モジュールの底部側に取り付けられていて、複数の隆起部と少なくとも１の谷部とを含む支持基板と、
該支持基板と該モジュールの底部側との間及び２個の隣接する隆起部の間に位置づけられている１以上の第1の空隙と、少なくとも１の第1の空隙内の少なくとも１の導管と、
を具備する光起電ユニット。
【請求項１２】
前記導管は流体を含有する、請求項１１に記載の光起電ユニット。
【請求項１３】
前記導管は、電気配線を含む、請求項１１に記載の光起電ユニット。
【請求項１４】
前記導管は複数の空隙を通過する、請求項１１に記載の光起電ユニット。
【請求項１５】
前記支持基板は前記光起電モジュールよりも大きく、前記ユニットは、前記モジュールを超えて延在する支持基板の部分に対応するエッジ区域を具備する、請求項１に記載の光起電ユニット。
【請求項１６】
請求項１に記載の光起電ユニットを具備する支持構造体上に位置づけられているアレイ。
【請求項１７】
前記支持構造体は屋根である、請求項１６に記載のアレイ。
【請求項１８】
前記屋根は急勾配の屋根である、請求項１６に記載のアレイ。
【請求項１９】
光起電ユニットを形成する複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を具備する支持基板を光起電モジュールの底部側に取り付け、その後、該光起電ユニットを支持構造体上に位置づけることを含む、光起電モジュールを支持構造体上に載置する方法。
【請求項２０】
前記支持構造体は屋根である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
複数のユニットを前記支持構造体上に取り付ける、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも２の光起電ユニットを有するアレイの形態で前記光起電ユニットを支持構造体上に取り付ける、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記支持基板は光起電モジュールよりも大きく、前記光起電ユニットは、前記光起電ユニット内で前記光起電モジュールを越えて延在する前記支持基板の一部に対応する少なくとも１のエッジ区域を含み、前記アレイ内の隣接する光起電ユニットのエッジ区域にオーバーレイするように少なくとも１の光起電ユニットを前記アレイ内に位置づける、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を含み、隣接する２個の隆起部間に第１の空隙を形成する支持基板に、光起電モジュールの底部側を取り付ける工程と、少なくとも１の第１の空隙に空気を通過させ、該光起電モジュールから熱を除去するか又は該光起電モジュールに熱を加えて、該光起電モジュールの温度を所望の温度に調節する工程を含む、光起電モジュールの温度を調節する方法。
【請求項２５】
複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を含み、隣接する２個の隆起部間に第１の空隙を形成する支持基板に、光起電モジュールの底部側を取り付ける工程と、少なくとも１の第１の空隙内に位置づけられている導管に流体を通過させる工程と、を含み、流体は第１の空隙から熱を除去するか又は第１の空隙に熱を加えて、該光起電モジュールの温度を所望の温度に調節する、光起電モジュールの温度を調節する方法。
【請求項２６】
各々、受光頂部側及び該受光頂部側とは反対側の底部側を有する光起電モジュールと、該光起電モジュールの該底部側に取り付けられていて複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を含む基板と、を具備する１以上の光起電ユニットを具備する、太陽エネルギーから電気エネルギーを発生させるシステム。
【請求項２７】
複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を具備し、隣接する２個の隆起部間に第１の空隙を形成する支持基板に、光起電モジュールの底部側を取り付ける工程と、少なくとも１の第１の空隙に空気を通過させて該光起電モジュールから熱を奪い、空気の温度を上昇させてより高い熱エネルギーを有する空気を形成する工程と、を含む光起電モジュールから熱エネルギーを得る方法。
【請求項２８】
複数の隆起部及び少なくとも１の谷部を具備し、隣接する２個の隆起部間に第１の空隙を形成する支持基板に、光起電モジュールの底部側を取り付ける工程と、少なくとも１の第１の空隙内に位置づけられている少なくとも１の導管内に流体を通過させる工程とを含み、該流体は該光起電モジュールから熱を奪い、流体の温度を上昇させて、より高い熱エネルギーを有する流体を形成する、光起電モジュールから熱エネルギーを得る方法。
【請求項２９】
前記光起電ユニットは、支持構造体用の耐水層を具備する、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電モジュールを建造物屋根などの構造体上に載置することに関する。本発明は、また、構造的に堅固であり、光起電モジュールを保護し、建造物屋根などの構造体上への光起電モジュールの組み込みを容易に且つ迅速に行う光起電モジュール載置用光起電モジュールユニットにも関する。本発明は、さらに、載置されたモジュールの温度を調節することができ、所望であれば、載置されたモジュールから電気エネルギーに加えて熱エネルギーを回収することができる光起電モジュールユニットにも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽その他の光エネルギーを有用な電気エネルギーに直接変換する光起電モジュールその他の光起電デバイスの使用は大きく進歩している。典型的には、複数の太陽電池が透明な第１のシート（例えば、ガラス、プラスチックなど）及び透明もしくは不透明なバックシートの間に入れられ又は挟まれて、フラットな矩形状のモジュール（ときに「積層板」と呼ばれる）を形成する。これらのモジュールは、個々に使用されるサイトまで搬送され、より典型的には建造物の屋根上に又はモジュールが太陽に露光されるであろう他の構造物上でアレイに組み立てられる。太陽電池モジュールにより発生する電流を使用するために、各載置されたモジュールは典型的には別のモジュールに電気配線を用いて電気的に接続され、接続されたモジュールは再び電気配線を用いて、電流が太陽電池発電電流を使用する１以上の装置又はシステムへの送信に利用されるセントラルポイントに接続される。
【０００３】
多くの太陽電池モジュールは、ガラス又は他の剛性若しくは脆弱な基板若しくはシートを用いて構築される。例えば搬送中及び組み立て中にこのようなモジュールの取り扱いは、モジュールの破壊その他の損傷を避けるために慎重になされなければならない。したがって、ユニット内にある光起電モジュールが破壊又は損傷を受けにくい光起電モジュールユニットが望ましい。ある種の光起電モジュール、特に結晶性もしくは多結晶性ウェハ成分を含むモジュールは、特定の温度範囲でより効率的に運転する。たとえば、モジュールの温度がこのような範囲の上限を超えると、モジュールの効率及びある場合には寿命が減少するであろう。よって、ときには、太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する最適な効率を達成するために、運転中、モジュールの温度を制御することが望ましい。屋上又は他の構造体上での太陽電池モジュールの太陽への露光により発生する熱エネルギーを活用し得ることが望ましく、複数の太陽電池モジュールを接続するために用いられる電気配線の安全で審美的な格納を提供する光起電ユニットが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、容易に組み立てられる光起電モジュールユニットに対する必要性がある。搬送及び組み立て中に光起電モジュールが損傷しにくい光起電モジュールユニットに対する必要性がある。光起電モジュールが組み立てられたときに、複数のモジュールを接続するために用いられる電気配線の審美的でシンプルで安全な格納を提供する光起電モジュールユニットに対する必要性がある。光起電モジュールの温度を調節するために用いることができ、電気エネルギーばかりでなく熱を得るために用いることができる光起電モジュールユニットに対する必要性がある。本発明は、このような光起電モジュールユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、受光頂部側及び該受光頂部側とは反対側の底部側を有する光起電モジュール
（「太陽電池モジュール」と称することもある）と、複数の隆起部、例えば少なくとも２個の隆起部及び少なくとも１個、好ましくは複数の谷部を具備する支持基板とを具備し、支持基板はモジュールの底部側に取り付けられている、支持構造体上への組込みに適する光起電ユニットである。本発明はまた、受光頂部側及び該受光頂部とは反対側の底部側とを有する光起電モジュールと、モジュールの底部側に取り付けられていて、複数の隆起部、例えば少なくとも２個の隆起部及び少なくとも１個、好ましくは複数の谷部を具備する支持基板と、支持基板及びモジュールの底部側の間及び隣接する２個の隆起部間に位置づけられている複数の第１の空隙と、場合によっては隣接する２個の谷部間に位置づけられている少なくとも１の第２の空隙と、少なくとも１の空隙内に位置づけられている少なくとも１の導管と、を具備する、支持構造体上への組込みに適する光起電ユニットでもある。本発明は、さらに、このような光起電モジュールユニットを製造する方法及びこのような光起電ユニットを屋根その他の支持構造体上に組み込む方法にも関する。本発明は、太陽などの光エネルギー源から電気エネルギー、場合によっては熱エネルギーを発生させるために有用である。
【好ましい実施形態】
【０００６】
本発明を好ましい実施形態に関して記載するが、本発明はこれらに限定されない。むしろ、本発明は、本発明の範囲に含まれ得る全ての変形例、修飾例、均等物を包含することを意図する。
【０００７】
本発明は、屋根などの支持構造体上への組込みに適する光起電ユニットである。該ユニットは、受光頂部側及び該受光部頂部とは反対側の底部側を有する光起電モジュールと、複数の隆起部、例えば少なくとも２個の隆起部及び１以上の谷部を具備する基板とを具備し、該基板は該モジュールの底部側に取り付けられている。本発明はまた、受光頂部側及び該受光頂部側とは反対側の底部側を有する光起電モジュールと、モジュールの底部側に取り付けられていて複数の隆起部、例えば少なくとも２個の隆起部及び１以上の谷部を具備する基板と、基板とモジュールの底部側との間及び隣接する２個の隆起部間に位置づけられている１個又は複数の第１の空隙と、場合によっては隣接する２個の谷部間に位置づけられている１個又は複数の第２の空隙と、少なくとも１の空隙内に位置づけられている少なくとも１の導管とを具備する、支持構造体上への組込みに適するユニットでもある。
【０００８】
本発明の光起電ユニット内で用いられる光起電モジュールは、任意タイプの光起電モジュールでよい。例えば、モジュールは、結晶性もしくは多結晶性シリコンウェハの集合体からなるものでも、あるいはアモルファスシリコンを含む薄膜モジュール又はテルル化カドミウム／硫化カドミウム光起電成分を含む薄膜モジュールなどの薄膜モジュールでもよい。このようなモジュール及びこのようなモジュールの製造方法は当業者に周知である。光起電モジュールは、例えばBP Solar International LLC.などの多数の製造業者から商業的に入手可能である。
【０００９】
一般に、このような光起電モジュールは、プラスチック又はガラスなどの透明な物質の第１の基板もしくはシートを含む。殆どのモジュールは、このような第１の基板として、例えば約2〜3 フィート×約3〜5フィートの簡便な寸法の透明なガラス又は他の透明な物質のシートを利用する。
【００１０】
結晶性もしくは多結晶性太陽電池を含むモジュールにおいて、そのような第１の基板又はシートは、一般にモジュールの受光表面を形成する。所望パターンに配列され、所望態様に電気的に接続されている太陽電池は、適切な物質の第1の基板及び第2の基板又はシートの間に位置づけられ、例えば、ポリエチレンビニルアセテート(EVA)などの適切なシーリング物質を用いて一緒に密閉されて、雨、雪その他の形態の環境中水分からの水分の進入を防止する。太陽電池は、第1及び第2の基板の間に位置づけられ、受光・光起電的に活性な表面は第1の基板に面している。第2の基板は、第1の基板に対する適切なシールを形成して、一般にモジュールに構造的一体性及び耐水分性を提供する任意の物質でよい。ガラスを用いることができるが、ポリフッ化ビニルのシートなど他の材料も第2の基板として用いることができる。主として光学特性、費用及び実証されている第1の基板としての優れた性能ゆえに、ガラスは第1の基板用の主要な材料である。
【００１１】
他の一般的なタイプの光起電モジュールは薄膜モジュールである。薄膜モジュールを製造する方法もまた公知である。上述したように、モジュールの薄膜要素は、例えば、アモルファスシリコン若しくはテルル化カドミウム／硫化カドミウム薄膜光起電要素を含み得る。光起電モジュールの結晶性タイプと同様に光起電モジュールを構築するために個々のシリコン若しくは多結晶性ウェハを用いるよりもむしろ、薄膜光起電モジュールの光起電要素は薄膜として第1の基板上に堆積する。結晶性及び多結晶性光起電モジュールと同様にポリフッ化ビニルなどの多種の基板を用いることができるが、シートの形態でのガラスが好ましい第1の基板である。光起電デバイスの薄膜要素を第1の基板上に堆積させた後、基板は一般にEVAなどの適切なシーリング材料を用いて別の基板にシールされて、密閉型モジュールを形成する。
【００１２】
このようなモジュールの積層構造ゆえに、特にモジュールが少なくとも１のガラスシートを有するように構築される場合には、モジュールの破壊又は損傷の可能性を回避し又は減少させるために、モジュールの組み立て時ばかりでなく搬送時にも、慎重に注意を払うことが必要である。
【００１３】
本発明の光起電ユニットにおいて、光起電モジュールは、複数の隆起部及び少なくとも１、好ましくは複数の谷部を具備する支持基板に取り付けられる。必要ではないが、少なくとも２個、好ましくは２個よりも多い隆起部をモジュールに取り付けることによって取付は簡便に達成される。支持基板は、モジュールの底部側に取り付けられ、頂部受光側は例えば太陽などに暴露されるように未被覆のまま残される。支持基板は、取り付けられるべきモジュールとほぼ同じ形状であってもよい。例えばモジュールが長方形である場合には、支持基板もまた長方形であってもよいが、正方形などの他の形状であってもよい。モジュールを支持基板に平行になるように位置づけ取り付けることができるが、支持基板に対して一方向あるいは二方向でさえ急傾斜するようにモジュールを位置づけることもできる。モジュール及び支持基板の間に形成される角度が例えば約1〜約90度の角度、好ましくは約5〜約50度の角度、より好ましくは約10〜約45度の角度で、一方向又は二方向に急傾斜させてもよい。例えば複数の緯度でモジュールを急傾斜態様で位置づけることは有用である。ユニットが屋根その他の予め存在する構造体上に載置され、支持基板が屋根上に置かれている場合には、急傾斜している太陽電池モジュールを太陽光線に対して、より直接面する状態で配置することができる。支持体は、モジュールと同じ寸法であってもよいし、モジュールよりも大きくても小さくてもよい。本発明の光起電ユニットは、支持基板の各区域に１個の光起電モジュールを具備することができる。しかし、本発明は、各支持基板に対して１個の光起電モジュールに限定されない。２個以上、例えば３個、４個以上の光起電モジュールを１枚の支持基板に取り付けてもよい。
【００１４】
本発明のユニットの支持基板部分は、上述のように、複数の隆起部、少なくとも１の谷部、好ましくは複数の谷部を含む。例えば、支持基板は、波形の金属又はプラスチックなどの波形の物質の区域であってもよく、好ましい。支持基板は、亜鉛メッキ鋼又は鉄、スチール、スズ、アルミニウムその他の金属又は合金製であってもよい。しかし、支持基板が金属又は合金製である必要はない。ガラス繊維強化エポキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンその他の高分子材料又は複合材料などの高分子材料又は複合材料など適宜の材料製であってもよい。支持基板は、同一材料又は異種材料製の２以上の構成部分からなる積層体であってもよい。さらに、そのような隆起部及び１以上の谷部を有する支持基板は、適宜のプロファイル又は側面図を有し得る。プロファイルは、隆起部及び谷部がすべて丸みを帯びている波状プロファイルでもよい。プロファイルはまた、角度が付されている隆起部及び谷部と、隆起部及び谷部の間の直線辺とを有するものでもよい。よって、丸みを帯びた隆起部及び丸みを帯びた谷部を有する代わりに、隆起部の頂部及び谷部の底部が角張っていてもよい。プロファイルは、隆起部及び谷部の何れか一方又は両者の頂部が切断されていて平らになっていてもよい。隆起部の頂部と谷部の底部との間の距離は変化していてもよい。しかし、距離は、一般に約0.5インチ〜約12インチ、好ましくは約1インチ〜約4 インチであろう。支持基板内の隆起部の全部及び谷部の全部が同じ形状及び同じ寸法を有するように均一であってもよいが、必ずしも均一である必要はない。支持基板を構築する材料に配慮して、光起電モジュールに取り付けられた際にユニットに構造を与えて強化するに適する厚みを有することが好ましい。一般に、基板を作る材料に依存するが、支持基板は約0.030〜約0.125インチの厚みを有し得る。「厚み」とは、支持基板を作るために用いられるか又は支持基板が作られる材料、例えば金属、高分子材料又は複合材料の厚みを意味する。よって、所望の隆起部及び谷部を形成するためにスチールシートなどの金属シートを曲げたりその他形状を付したりすることによって支持基板が作られるならば、得られる支持基板の厚みはスチールシートの厚み又はゲージとなるであろう。
【００１５】
本発明のユニットにおいて、モジュールは、支持基板に取り付けられる。好ましい実施形態において、支持基板の複数の隆起部、例えば少なくとも２個の隆起部の頂部は、光起電モジュールの底部に取り付けられる。支持基板は、例えばクランプ、ブラケット、ボルト、ストラップなど又は接着剤などの適宜アタッチメントによりモジュールに取り付けられてよい。クランプ、ブラケット、ボルト又は類似のデバイスを用いる場合、特にそれらが金属その他の硬い材料製のものである場合、高分子材料又は弾性材料の区域などの緩衝材をクランプ、ブラケット、ボルト又は類似のデバイスと光起電モジュールとの間、好ましくは支持基板と光起電モジュールとの間に用いて、金属その他の硬い材料を光起電モジュールに押しつけないようにすることが好ましい。モジュールがモジュール全体又は一部の周囲に金属又は高分子材料製のフレームなどのフレームを有する場合、接着剤、クランプ、ボルト、リベット、ストラップ、ねじなどの１以上の適宜取り付け手段によって、支持基板にフレームを取り付けることができる。よって、フレーム自身、またフレームだけでも、モジュールの底部側を支持基板に取り付ける手段として支持基板に取り付けることができる。モジュールがフレームを有していない場合には、好ましい取り付け手段はクランプ、ブラケットなど又は接着剤である。適切な接着剤は、好ましい取り付け手段である。市販のエポキシ接着剤又は建築用接着剤などの支持基板及び光起電モジュールに接着する適宜接着剤を用いることができる。モジュールの底部にとって、又はモジュールがフレームを有する場合にはフレームにとって、モジュールを支持構造体に取り付けるために用いられるクランプその他のデバイスに応じて、支持基板の隣に、例えば接着剤、ブラケット、クランプ又は他のデバイスが許す限り近くに位置づけられることが好ましいが、支持基板の隆起部の頂部とモジュールの底部との間に空隙があってもよい。
【００１６】
本発明のユニットにおいて、支持基板及びモジュールは、例えば、支持基板内で隆起部の頂部からモジュールの底面が約4インチ以下、より好ましくは約1インチ以下となるように近接近するように位置づけられ、最も好ましくはモジュールの底面が支持構造体の隣に接着剤又はクランプにより取り付けられ、特にモジュールが支持基板に平行に取り付けられる場合、モジュールの底部と支持基板の隣接する２個の隆起部との間に第１の空隙がある。使用時にユニットが屋根その他の支持構造体上などに組み込まれる場合、そのような空隙は、モジュールが太陽に暴露される結果として加熱される場合にモジュールから熱を除去するなど、モジュールの温度を調節するために用いることができる。例えば、空気はそのような空隙を通過して、モジュールの下側から熱を除去することができる。空気の移動は、ブロワー又はファンなどの機械的手段の補助により発生し得るし、あるいは空気は対流により、そのような空隙を通過して移動することができる。よって、本発明のユニットは、モジュールを例えば、モジュールのすぐ下のそのような空隙を通しての空気の移動によりモジュールから熱を除去することによって、そうしない場合よりも低い温度に維持することができる。このことは、結晶性もしくは多結晶性シリコンウェハセルを含むモジュールにとって、及びそのようなセルがより低い温度でより効率的に作用する場合に特に有用である。
【００１７】
本発明の一側面において、上述の空隙は、例えばチューブ又はパイプなどの１以上の導管を含むものでもよい。導管は、例えば空気、水、グリコール又はグリコールと水との混合物、その他熱移動媒体として用いることができる適切な流体などの流体を循環させるために用いることができる。よって、導管内を循環する流体をモジュールの下側から熱を除去したり熱を与えたりするために用いることができ、こうしてモジュールの温度を所望温度又は温度範囲に調節することができる。導管を出る流体内の熱は、適宜目的のエネルギー源として使用することができる。よって、太陽電池モジュール、導管及び支持基板を含む本発明のユニットは、電気エネルギーの形態で太陽エネルギーを得るため及び加熱された流体の形態で熱エネルギーをも得るために利用することができる。導管は、また、１以上の太陽電池モジュールを接続するために用いられる電気配線を格納するために用いることもできる。導管は、さらに、２個の谷部の間の１以上の第２の空隙（存在する場合）に通すこともできる。このような第２の空隙もまた、ユニットを屋根その他の支持構造体上に載置する場合に、第１の空隙について上述したと同じ目的のために用いることができる。さらに、１の空隙を通過する導管は、ユニット内の１以上の他の空隙内の導管とループ態様で連結されてもよい。よって、導管は、１のユニット内の複数の空隙をループ状に通過する１の連続導管であってもよい。１以上のユニットが屋根その他の構造体上に配設される場合、導管は複数のユニットの１以上の空隙を通過するループでもよい。例えば、相互連結された導管又は連続導管は、例えば、複数の空隙をループ状に通過して複数の光起電ユニットをループ状に通過してもよい。
【００１８】
アレイ内などの１以上のモジュールが電流を発生させるために用いられる場合に、空隙、好ましくは第１の空隙は、配線、例えば, モジュールを互いに連結するために用いられる配線を格納するために用いることができる。
【００１９】
図1〜9は、本発明の実施形態を示すが、本発明の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明の光起電ユニット1の一実施形態の斜視図である。図1は、屋上部分8上にある光起電モジュール5を示す。ここで、モジュールは、接着剤10の部分で支持基板15に取り付けられている。支持基板15は、複数の隆起部20及び谷部25を具備する。モジュール5は、例えば上部ガラスシート6及び下部ガラスシート7を有するものとして示されている。シート6及び7の間に積層されているのは、モジュールを作る個々の太陽電池である。個々の太陽電池は図に示されていない。接着剤10は、モジュール5の底面（底面は図中では見えない）が隆起部20の頂部35に接着されるように位置づけられている。図1は、さらに、モジュールの底面と２個の隆起部20間との間に位置づけられている第1の空隙30を示し、谷部25間に位置づけられている第2の空隙32を示す。（明瞭にするために、図1において、隆起部、谷部、空隙、隆起部の頂部、谷部の底部及び接着剤の部分のそれぞれについて、１カ所だけ符号を付した。）
図2は、図1の2-2線断面図である。図1中の要素と同じ図2中の要素には同じ符号を付した。図2は、支持基板15の隆起部20の頂部35をモジュール5のシート7の底部に接着させる接着剤10の部分を示す。図2は、また、空隙30及び32及び谷部25も示す。図1及び2に示されているように、第1の空隙30及び第2の空隙32は、モジュールの幅全体を横断して延在してもよい。空隙30及び32は、特に有用である。なぜなら、以下に詳述するように、これらはモジュールから熱を除去してモジュールの温度を調節するために用いることができ、有用な熱エネルギーを集めるために用いることができるからである。（図1にあるように、図2において、明瞭にするために、隆起部、谷部、空隙、隆起部の頂部、谷部の底部及び接着剤の部分のそれぞれについて１カ所だけ、符号を付した。）
図1に示したように、モジュールを支持基板に結合させるか、接着させるか、さもなければ取り付けることは、特にモジュールへの支持基板の取り付けが支持基板上の多数の位置又はポイントでなされる場合に、頑丈で取り扱いが容易なユニット1を生じさせる。１又は多数のこのようなユニットは、２個以上のユニットのアレイなどの所望パターンで屋根その他の支持構造体上に容易に位置づけることができ、さもなければ例えばモジュールの屈曲により引き起こされるであろうモジュールの損傷又は破壊を大幅に減少する。２以上のユニット含むアレイの組み立て中、アレイ内の１ユニットを、屋根板タイプの構造体を形成するためにエッジ区域を有する別のユニットのエッジ区域に重ねて置くことができることが望ましい。図1は、長方形モジュール5の長辺に沿ったエッジ区域50だけを示す。しかし、モジュールよりも長い支持基板15の区域を用いて長方形モジュール5の他方の短辺に沿って類似のエッジ区域を形成してもよい。
【００２０】
図3は、支持基板15に対する他の可能な形状又はプロファイルを示す。図3に示されている各ユニット1は、図2に示されている光起電ユニットの側面図又は断面図である。図3は、接着剤10の部分によって隆起部20の頂部35に取り付けられ第1の空隙30を形成する、支持基板15に取り付けられているモジュール5を示す。第2の空隙32もまた、隣接する谷部間に存在する。支持基板15は、図3のAに示されるように支持基板の複数の隆起部の頂部と複数の谷部の底部とが丸みを帯びているよりもむしろ角度が付されている形状を有するものでも、図3のBに示されているように錘台形状を有するものでも、図3のCに示されているように「四角にされた」形状でも、図3のDに示されているようにオーバーラップする形状でもよい。図3のEに示されるように、支持基板は、隣接する支持基板と噛み合う継ぎ目を形成する区域を有するものでもよい。１のそのような噛み合う継ぎ目、好ましくは耐水性の継ぎ目は、図3のEに示すように、好ましくは隣接する支持基板のスロット区域44に嵌合、好ましくは緊密に嵌合する支持基板15のタブ区域40を含む。図3のEに示すように、タブ区域とスロット区域との間に他の隆起部はない。図3のEに示すように、タブ区域及びスロット区域は、図示するように光起電モジュールの下側又は底面に取り付けられ得る隆起部を形成する。しかし、このような区域の間に追加の隆起部及び追加の谷部があってもよい。このような噛み合う継ぎ目を有する本発明の光起電ユニットは急勾配の屋根上に置かれ、好ましくは噛み合っている継ぎ目が屋根に沿って上下に走るように光起電ユニットが位置づけられ、光起電ユニット間に耐水継ぎ目を提供する。タール、コーク（calk）その他のシーラントなどの耐水シーラントを噛み合っている継ぎ目に塗布して、さらに耐水継ぎ目を提供してもよい。
【００２１】
支持基板のデザイン又は形状は、図1及び3に示されているものに限定されない。支持基板がモジュールに取り付けられる際に、好ましくは少なくとも１の第1の空隙30、好ましくは複数の第1の空隙30と１以上の第2の空隙32とを含む強いユニットを生じさせるように、隆起部及び少なくとも１の谷部、好ましくは複数の谷部を生じさせる任意の形状又はデザインでよい。
【００２２】
図4は、図1に示したユニットと同じであり、光起電モジュール5は（図4に示されていない取り付け手段によって）支持基板15に取り付けられている本発明の光起電ユニット1を示す。図4に示した光起電ユニットにおいて、導管60は、第1の空隙30（明瞭にするために、図4において１の空隙30だけを標識化した）内に位置づけられている。３本の導管60が図4に示されているが、もっと多くても少なくてもよい。例えば、各空隙30に１本の導管があってもよい。図4に示されていないが、第2の空隙32内に１以上の導管があってもよい。導管60は、水、塩／水溶液又はグリコール又はグリコール／水混合物などの他の流体などの流体を含み得る。各空隙30又は32には１本以上の導管があってもよい。導管は、適宜寸法及び形状を有していてよい。例えば、導管は、図4に示すように円形断面を有していても、他の断面形状を有していてもよい。導管は、適宜直径又は幅のものでよい。例えば、導管は、約0.5インチ〜約5インチである直径又は断面幅を有するものでもよい。導管は、適宜材料製、例えばガラス製、高分子材料製、セラミック製又は１以上の金属製でもよい。屋根その他の支持構造体への組み込み後、上述のように、導管は、導管内に含まれるか又は導管を流通する流体を含み得る。導管内の流体は、例えばユニットの太陽電池モジュール5が太陽に暴露される際には太陽により発生する熱エネルギーを吸収するために用いられ得る。導管内流体の熱エネルギーは、その後、例えば流体を熱交換器に送って、流体から熱エネルギーを抽出して、冷却された流体を作り出すことによって、エネルギー源として利用され得る。そのような熱抽出の後、冷却された流体は、ポンプその他の冷却された流体を導管に戻す適切な手段を用いて導管に再循環させることができる。よって、第1の空隙30又は第2の空隙32の１以上の中に置かれた導管を有する本発明の光起電ユニットは、光起電ユニットから熱エネルギーを得るために用いることができる。流体を含むこのような導管は、また、モジュールの下側から過剰の熱を取り除いたり熱を加えたりすることによって、光起電モジュールの温度を制御するためにも用いることができる。上述のように、いくつかの光起電モジュール、特に結晶性シリコン又は多結晶性シリコンを含む光起電モジュールすなわち結晶性太陽電池は、特定の温度で運転される場合に、太陽光線を電気により効率的に交換する。しばしば、このような所望の温度は、熱エネルギーがモジュールから取り除かれなかったならばモジュールが到達したであろう温度よりも低い。このような場合、第1の空隙30又は第2の空隙32の１以上に導管を含み導管内を循環する流体がモジュールの下側から熱を除去する本発明の光起電ユニットは、より低い温度で運転され得る光起電モジュールを提供する。このような温度は、光エネルギーを所望の電気エネルギーに変換する際により高い効率を提供する。さらに、流体は導管を通して循環して、家屋などの建造物から熱を取り除くことができる。このような態様において、循環する流体は、家屋その他の構造体を冷やすために用いることができる。加熱された流体は、導管を通して循環して、光起電モジュールを暖めることができる。例えば、光起電モジュールが氷又は雪で覆われた場合、暖かい��体を導管に通して循環することによりモジュールを加熱して、氷や雪を溶かすことができる。流体を含むことに加えて、導管は１以上の光起電モジュールを連結するために用いられる電気配線を保持又は格納するために用いることができる。
【００２３】
図5は、導管62が光起電ユニット1の第1の空隙30を蛇行態様で通過する本発明の光起電ユニット1を示す。このような配置において、図4の導管60に関して記載したものと同じ寸法であってもよく同じ材料で作られていてもよい導管は、モジュール5の下側から熱エネルギーを効率的に集めるか又は吸収するか、モジュール5の下側に熱エネルギーを効率的に追加するために用いることができる。図4及び5において符号が付されていないか識別されていない光起電モジュール1の要素又は成分は、図1〜3に示し符号を付したものと同じである。
【００２４】
図6は、ガラスシート6及び7の間に積層された太陽電池（個々の太陽電池は図に示していない）で作られた光起電モジュール5が接着剤の部分10によって支持基板15に取り付けられている本発明の光起電ユニット1を示す。支持基板15は、隆起部20の頂部35で接着剤の部分10によって光起電モジュール5に取り付けられている。図6に示したように、光起電モジュール5は、支持基板とほぼ同じ寸法及び形状である。このような光起電ユニットは、光起電モジュール5を損傷するリスクを一般に減少する態様で容易に搬送でき組み立てることができる。
【００２５】
図7は、屋根その他の支持構造体上に置かれた際に、隣接して置かれた光起電ユニットによってオーバーラップされ得るサイドエッジ区域52を有する本発明の光起電ユニットの一実施形態を示す。図7に示されている他のすべての要素は、図1と同じである。支持基板15内の穴70は、釘又はねじなどを用いて、ユニットを屋根その他の構造体上に締結するために用いることができる。図を簡略化するために、穴70の一つだけに符号を付した。
【００２６】
図8は、オーバーラップ状態でアレイとして急勾配の屋根200上に位置づけられた本発明の一実施形態による４個の光起電ユニット205〜208を示す。図8において、アレイに４個のユニットだけを示しているが、アレイ又は別の態様で屋根その他の支持構造体上に置かれた任意数のユニットがあってもよいことは理解されるべきである。図8に示すように、支持基板210〜213は、それぞれモジュール214〜217に取り付けられ、それぞれ光起電ユニット205〜208を形成する。光起電ユニット205〜208は屋根200上に置かれ、上方の光起電ユニット206の一側は、上方の光起電ユニット205のエッジ区域の上に置かれオーバーラップしている。同様に、下方の光起電ユニット208の対応する側は下方の光起電ユニット207のエッジ区域上に置かれオーバーラップしている。上方の光起電ユニット205及び206の下方部分は、下方の光起電ユニット207及び208の上方エッジ区域に置かれオーバーラップするので、屋根200用のオーバーラップする「屋根板」耐水被覆を形成する。これは、本発明の光起電ユニットが電気エネルギー源及び場合によっては熱エネルギー源並びに屋根その他の構造体に置かれる際に屋根その他の構造体の耐水最上層の両者として作用する立体配置である。
【００２７】
図9は、光起電モジュールを支持基板に締結して、本発明の光起電ユニットを形成する１の適切な手段を示す。図9は、支持基板305及び光起電モジュール315を有する光起電ユニット300の断面を示す。モジュール315は、クランプ320を用いて、支持基板305に取り付けられている。クランプ320は、マイナスねじを有するボルト325によって、支持基板305の隆起部322の頂部に取り付けられている。クランプ320とモジュール315の間には緩衝材330がある。緩衝材330は、例えば、合成又は天然ゴム又は高分子材料で作ることができる。図9には示していないが、緩衝材（図9には緩衝材の断面が示されている）などをモジュールの底面と支持基板との間に置いてもよい。簡略にするために、図9は、このようなクランプを１個だけ示す。しかし、複数のこのようなクランプその他のクランプを本発明に従ってモジュールを支持基板に取り付けるために用いることができることは理解されるべきである。図9はまた、任意の穴335を示す。穴335は、穴を通してボルト、ねじ、リベット、釘、その他の締結具を屋根その他の支持構造体に位置づけることによって光起電モジュール300を屋上その他の支持構造体に締結するために用いることができる。
【００２８】
上述のように、図4における導管60及び図5における導管62は、モジュールが太陽に暴露される際にモジュールの下側から熱を取り除くために用いることができる。しかし、熱は、例えば図1〜3に示すように空気を空隙30及び32に通過させることによっても取り除くことができる。対流又はファンもしくはブロワーその他の空気を空隙に強制的に通過させるデバイスを使用して、空気を空隙に通過させることができる。空気がモジュールの底部の温度よりも低い温度である場合、空気は空隙を通過する際に加熱される。このように加熱された空気は、本発明の光起電ユニットの一端部で、オーバーラップ関係すなわちエッジとエッジが重なるように配置されたこのようなユニットの列の一端部で、集められ得る。このような加熱された空気は、回収でき、家庭用又は商業用の加熱された水を発生させるなどの多くの目的に用いることができる有用なエネルギーの一形態である。さらに、空隙30及び32は、光起電モジュールを連結するために用いられる電気配線を格納するために用いることができ、又は光起電モジュール又は光起電モジュールのアレイを屋根その他の支持構造体上に組み込む間に用いられる他の成分を格納するために用いることができる。例えば、このような空隙は、インバーター、バイパスダイオード（bypass diodes）、バッテリその他の成分を格納することができる。第1の空隙30は、ユニットを屋上その他の支持構造体上に保持する他の手段を伴うか又は伴わずに、ユニットを屋上その他の支持構造体上に保持するか又は保持を補助するバラスト（ballast）を格納するために用いることができる。
【００２９】
本発明の光起電ユニットは、好ましくは屋根その他の支持構造体上での組み立ての前に構築される。好ましくは、本発明の光起電モジュール及び支持基板を具備するユニットは、本明細書に記載の何れかの方法により又は他の適切な方法により光起電モジュールを支持基板に取り付けるか又は接着することによって、製造場所で構築される。次いで、光起電モジュールの破壊又は損傷の機会を減少させて、光起電ユニットを組み立て場所に搬送することができる。よって、１以上の導管を有するか又は有していない本発明の光起電ユニットは、好ましくは独立ユニットで、好ましくはアセンブリの製造後に屋根その他の支持構造体上に組み込まれる。導管が用いられる場合、屋根その他の支持構造体に組み込まれる前にすでに導管はユニットの一部であってもよいし、又は導管は組み立て後に加えられてもよい。
【００３０】
本発明の光起電ユニットは、現存する耐水屋根上に位置づけることができる。本発明の光起電ユニットは、釘、ねじ、ボルト、リベットなどを支持基板内の穴に通して耐水屋根に挿入するなど１以上の簡便な方法によって取り付けることができ、注意深く屋根の全ての貫通孔を密閉して水漏れを防止する。本発明の光起電ユニット、好ましくは複数の光起電ユニットを屋根構造体上に置いて、上述のように屋根構造体に取り付けて、屋根構造体上の最上耐水被覆を形成することができる。このように、本発明の光起電ユニットは、屋根、好ましくは急勾配の屋根上の耐水被覆又は表面として、及び電気エネルギー源及び場合によっては熱エネルギー源としての二重目的を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図1は、本発明の一実施形態による光起電ユニットの斜視図である。
【図２】図2は、図1の光起電ユニットの断面図である。
【図３】図3は、本発明の実施形態に有用な支持基板の種々可能な形態を示す。
【図４】図4は、支持基板及び太陽電池モジュール間の空隙内に位置づけられた導管を有する本発明の一実施形態による光起電ユニットの斜視図である。
【図５】図5は、支持基板及び太陽電池モジュール間の空隙に位置づけられた連続導管を有する本発明の一実施形態による光起電ユニットの斜視図である。
【図６】図6は、本発明の一実施形態による別の光起電ユニットの斜視図である。
【図７】図7は、本発明の一実施形態による光起電ユニットの斜視図である。
【図８】図8は、屋根板オーバーラップ配列で屋根に載置された状態で示されている本発明の一実施形態による４個の光起電ユニットの斜視図である。
【図９】図9は、複数の隆起部及び谷部を具備する支持基板に光起電モジュールを取り付けるために用いることができるクランプの１タイプの斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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