(57)【要約】  一実施形態は、光起電屋根モジュールを提供することができる。光起電屋根モジュールは、複数の光起電屋根タイルを含むことができる。それぞれの光起電屋根タイルは、ガラス製の前側カバーと、光起電バックシートのガラスを含むバックカバーと、封止材料によってガラス製の前側カバーとバックカバーとの間に封止された複数の光起電構造物とを含むことができる。光起電屋根タイルを、建物の屋根に配置されたときに屋根タイルとして機能して建物を気象要素から保護するように構成することができる。【選択図】図１
2020518999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光起電屋根タイルを備えており、
前記光起電屋根タイルのそれぞれは、
ガラス製の前側カバーと、
光起電バックシートのガラスを含むバックカバーと、
封止材料によって前記ガラス製の前側カバーと前記バックカバーとの間に封止された複数の光起電構造物と
を備え、
前記光起電屋根タイルは、建物の屋根に配置されたときに屋根タイルとして機能して建物を気象要素から保護するように構成されている、光起電屋根モジュール。
【請求項２】
前記光起電構造物のそれぞれは、第１の表面のエッジの付近に配置された第１のエッジバスバーと、第２の表面の反対側のエッジの付近に配置された第２のエッジバスバーとを備え、前記複数の光起電構造物は、第１の光起電構造物の前記第１のエッジバスバーが隣接する光起電構造物の前記第２のエッジバスバーに重なることによって縦続接続されたストリングが形成されるような方法で配置されている、請求項１に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項３】
第１の光起電屋根タイル内の前記縦続接続されたストリングおよび第２の光起電屋根タイル内の前記縦続接続されたストリングが、互いに並列に電気的に接続されている、請求項２に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項４】
前記第１および第２の光起電屋根タイル内の前記縦続接続されたストリングの対応するエッジバスバーに接続されるように構成された金属タブをさらに備え、前記金属タブは、細長い部材と、横方向に延びた複数のワイヤとを備えるひずみ緩和コネクタを介して、対応するエッジバスバーに接続される、請求項３に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項５】
前記ひずみ緩和コネクタは、導電性接着剤を介して前記対応するエッジバスバーに接続される、請求項４に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項６】
いくつかのタイルスペーサをさらに備え、前記タイルスペーサのそれぞれは、第１の光起電屋根タイルと隣接する光起電屋根タイルとの間に配置され、前記第１の光起電屋根タイルと前記隣接する光起電屋根タイルとを半剛性の様相に機械的に結合させる、請求項１に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項７】
前記タイルスペーサは、リッジと、反対の方向に前記リッジから延びる２つのウイングとを備え、前記タイルスペーサのそれぞれのウイングは、対応する光起電屋根タイルの前記ガラス製の前側カバーと前記バックカバーとの間に位置する前記封止材料に埋め込まれる、請求項６に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項８】
前記リッジは、
上面を前記リッジの長手軸に沿って延びることで、前記隣接する光起電屋根タイル間のギャップの視覚的効果を生み出す溝と、
前記隣接する光起電屋根タイルを電気的に接続する金属タブを通すことができるように構成された下面のチャネルと
を備える、請求項６に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項９】
特定の光起電屋根タイルの前記バックカバー上に配置された接続箱をさらに備え、前記接続箱は、物理的な筐体と、前記物理的な筐体の表面から実質的に垂直に延びた取り付けパッドとを備え、前記取り付けパッドは、前記バックカバーの貫通穴を介して、前記特定の光起電屋根タイル内に封止された光起電構造物に電気的にアクセスするように構成されている、請求項１に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項１０】
前記取り付けパッドは、
前記接続箱の外に延びる延長ポストと、
前記延長ポストの第１端に接続され、前記特定の光起電屋根タイル内に封止された前記光起電構造物の電極に電気的および機械的に接続されるように構成された接触パッドと、
前記延長ポストの他端に接続され、前記物理的な筐体の外に一部分が延びるリード線に電気的および機械的に接続されるように構成されたワイヤカプラと
を備える、請求項９に記載の光起電屋根モジュール。
【請求項１１】
光起電屋根モジュールを製造するための方法であって、
光起電構造物の複数の縦続接続ストリングを得るステップと、
前記光起電構造物の縦続接続ストリングを、複数の光起電屋根タイルの前側カバーとバックカバーとの間に封止するステップと
を含み、
前記縦続接続ストリングのそれぞれが、前記光起電屋根タイルのそれぞれの前側カバーとバックカバーとの間に封止され、前記光起電屋根タイルは、建物の屋根に配置されたときに屋根タイルとして機能して建物を気象要素から保護するように構成されている、方法。
【請求項１２】
前記光起電構造物のそれぞれは、第１の表面のエッジの付近に配置された第１のエッジバスバーと、第２の表面の反対側のエッジの付近に配置された第２のエッジバスバーとを備え、前記光起電構造物の縦続接続ストリングを得るステップは、複数の光起電構造物を、第１の光起電構造物の前記第１のエッジバスバーが隣接する光起電構造物の前記第２のエッジバスバーに重なるような方法で配置するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
第１の縦続接続ストリングを第２の縦続接続ストリングに並列に電気的に接続するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２の縦続接続ストリングを電気的に接続するステップは、前記第１および第２の縦続接続ストリングの対応するエッジバスバーに金属タブを接続するステップを含み、前記金属タブは、細長い部材と、横方向に延びた複数のワイヤとを備えるひずみ緩和コネクタを介して、対応するエッジバスバーに接続される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ひずみ緩和コネクタを前記対応するエッジバスバーに接続するために導電性接着剤を塗布するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１の光起電屋根タイルと隣接する光起電屋根タイルとの間にタイルスペーサを挿入して前記第１の光起電屋根タイルと前記隣接する光起電屋根タイルとを半剛性の様相に機械的に結合させるステップ
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記タイルスペーサは、リッジと、反対の方向に前記リッジから延びる２つのウイングとを備え、前記タイルスペーサのそれぞれのウイングは、対応する光起電屋根タイルの前記前側カバーと前記バックカバーとの間に位置する封止材料に埋め込まれる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記リッジは、
上面を前記リッジの長手軸に沿って延びることで、前記隣接する光起電屋根タイル間のギャップの視覚的効果を生み出す溝と、
前記隣接する光起電屋根タイルを電気的に接続する金属タブを通すことができるように構成された下面のチャネルと
を備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
特定の光起電屋根タイルの前記バックカバー上に接続箱を取り付けるステップをさらに含み、前記接続箱は、物理的な筐体と、前記物理的な筐体の表面から実質的に垂直に延びた取り付けパッドとを備え、前記取り付けパッドは、前記バックカバーの貫通穴を介して、前記特定の光起電屋根タイル内に封止された光起電構造物に電気的にアクセスするように構成されている、請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記取り付けパッドは、
前記接続箱の外に延びる延長ポストと、
前記延長ポストの第１端に接続され、前記特定の光起電屋根タイル内に封止された前記光起電構造物の電極に電気的および機械的に接続されるように構成された接触パッドと、
前記延長ポストの他端に接続され、前記物理的な筐体の外に一部分が延びるリード線に電気的および機械的に接続されるように構成されたワイヤカプラと
を備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、広くには、光起電構造物の製造に関する。より具体的には、本開示は、光起電屋根タイルの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]住宅および商業用の太陽エネルギー設備においては、典型的に、建物の屋根に、太陽電池の二次元アレイ（例えば、６×１２）を含むことができる光起電（ＰＶ）モジュール（ＰＶまたはソーラーパネルとも呼ばれる）が設置される。ＰＶ屋根タイル（または、ソーラー屋根タイル）は、家屋のための耐候性および喜ばしい外観を提供すると同時に、太陽エネルギーを電気に変換するＰＶモジュールとしても機能する特定の種類のＰＶモジュールであってもよい。ＰＶ屋根タイルは、従来からの屋根タイルと同様の形状であってもよく、前側カバーとバックカバーとの間に封止された１つ以上の太陽電池を含むことができるが、典型的には、収められる太陽電池の数が、従来からのソーラーパネルよりも少ない。前側カバーおよびバックカバーは、強化ガラスまたは天候要素からＰＶセルを保護することができる他の材料であってもよい。典型的な屋根タイルの寸法が、１５ｉｎ×８ｉｎ＝１２０ｉｎ２＝７７４ｃｍ２であってもよく、典型的な太陽電池の寸法が、６ｉｎ×６ｉｎ＝３６ｉｎ２＝２３２ｃｍ２であってもよいことに、注意すべきである。従来からのＰＶパネルと同様に、ＰＶ屋根タイルは、有機ポリマーなどの封止層を含むことができる。ラミネーション処理により、前側およびバックカバーの間に太陽電池を封じることができる。
【０００３】
[0003]高効率の太陽電池を、さまざまであり、ときには過酷である気象条件に耐えることができる屋根板またはタイルへとパッケージングすることは、簡単ではない。設置を容易にするために、複数の屋根板またはタイルを、モジュールとして一緒に製造することができる。モジュール内の個々のソーラー屋根板またはタイルの間の電気的な相互接続を、気象要素から保護する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]一実施形態は、光起電屋根モジュールを提供することができる。光起電屋根モジュールは、複数の光起電屋根タイルを含むことができる。それぞれの光起電屋根タイルは、ガラス製の前側カバーと、光起電バックシートのガラスを含むバックカバーと、封止材料によってガラス製の前側カバーとバックカバーとの間に封止された複数の光起電構造物とを含むことができる。光起電屋根タイルを、建物の屋根に配置されたときに屋根タイルとして機能して建物を気象要素から保護するように構成することができる。
【０００５】
[0005]この実施形態の変形において、それぞれの光起電構造物は、第１の表面のエッジの付近に配置された第１のエッジバスバーと、第２の表面の反対側のエッジの付近に配置された第２のエッジバスバーとを含むことができる。複数の光起電構造物を、第１の光起電構造物の第１のエッジバスバーが隣接する光起電構造物の第２のエッジバスバーに重なることによって縦続接続されたストリングが形成されるような方法で配置することができる。
【０００６】
[0006]さらなる変形においては、第１の光起電屋根タイル内の縦続接続されたストリングおよび第２の光起電屋根タイル内の縦続接続されたストリングを、互いに並列に電気的に接続することができる。
【０００７】
[0007]さらなる変形において、光起電屋根モジュールは、第１および第２の光起電屋根タイル内の縦続接続されたストリングの対応するエッジバスバーに接続されるように構成された金属タブをさらに含むことができる。金属タブを、細長い部材と、横方向に延びた複数のワイヤとを含むことができるひずみ緩和コネクタを介して、対応するエッジバスバーに接続することができる。
【０００８】
[0008]さらなる変形においては、ひずみ緩和コネクタを、導電性接着剤を介して対応するエッジバスバーに接続することができる。
【０００９】
[0009]この実施形態の変形において、光起電屋根モジュールは、いくつかのタイルスペーサをさらに含むことができる。それぞれのタイルスペーサを、第１の光起電屋根タイルと隣接する光起電屋根タイルとの間に配置して、第１の光起電屋根タイルと隣接する光起電屋根タイルとを半剛性の様相に機械的に結合させることができる。
【００１０】
[0010]さらなる変形において、タイルスペーサは、リッジと、反対の方向にリッジから延びる２つのウイングとを含むことができる。タイルスペーサのそれぞれのウイングを、対応する光起電屋根タイルのガラス製の前側カバーとバックカバーとの間に位置する封止材料に埋め込むことができる。
【００１１】
[0011]さらなる変形において、リッジは、上面をリッジの長手軸に沿って延びることで、隣接する光起電屋根タイル間のギャップの視覚的効果を生み出す溝を含むことができる。さらに、リッジは、隣接する光起電屋根タイルを電気的に接続する金属タブを通すことができるように構成された下面のチャネルを含むことができる。
【００１２】
[0012]この実施形態の変形において、光起電屋根モジュールは、特定の光起電屋根タイルのバックカバー上に配置された接続箱をさらに含むことができる。接続箱は、物理的な筐体と、物理的な筐体の表面から実質的に垂直に延びた取り付けパッドとを含むことができる。取り付けパッドを、バックカバーの貫通穴を介して、特定の光起電屋根タイル内に封止された光起電構造物に電気的にアクセスするように構成することができる。
【００１３】
[0013]さらなる変形において、取り付けパッドは、接続箱の外に延びる延長ポストと、延長ポストの第１端に接続された接触パッドと、延長ポストの他端に接続されたワイヤカプラとを含むことができる。接触パッドを、特定の光起電屋根タイル内に封止された光起電構造物の電極に電気的および機械的に接続されるように構成でき、ワイヤカプラを、物理的な筐体の外に一部分が延びるリード線に電気的および機械的に接続されるように構成することができる。
【００１４】
[0014]一実施形態は、光起電屋根モジュールを製造するための方法を提供することができる。この方法は、光起電構造物の複数の縦続接続ストリングを得るステップと、光起電構造物の縦続接続ストリングを、複数の光起電屋根タイルの前側カバーとバックカバーとの間に封止するステップとを含むことができる。それぞれの縦続接続ストリングを、それぞれの光起電屋根タイルの前側カバーとバックカバーとの間に封止でき、光起電屋根タイルを、建物の屋根に配置されたときに屋根タイルとして機能して建物を気象要素から保護するように構成することができる。
【００１５】
[0015]「太陽電池」または「セル」は、光を電気に変換することができる光起電構造物である。セルは、任意のサイズおよび任意の形状を有することができ、さまざまな材料から作られてもよい。例えば、太陽電池は、シリコンウェーハ上に製造された光起電構造物、または基板材料（例えば、ガラス、プラスチック、または光起電構造物を支持することができる任意の他の材料）上の１つ以上の薄膜、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。
【００１６】
[0016]「太陽電池ストリップ」、「光起電ストリップ」、「小セル」、または「ストリップ」は、太陽電池などの光起電構造物の一部分または一セグメントである。光起電構造物を、いくつかのストリップに分割することができる。ストリップは、任意の形状および任意のサイズを有することができる。ストリップの幅および長さは、同じであっても、互いに違ってもよい。ストリップを、以前に分割されたストリップをさらに分割することによって形成することができる。
【００１７】
[0017]「フィンガーライン」、「フィンガー電極」、および「フィンガー」は、担体を集めるための光起電構造物の細長い導電性（例えば、金属）の電極を指す。
【００１８】
[0018]「バスバー」、「バスライン」、または「バス電極」とは、２つ以上のフィンガーラインによって集められた電流を集約するための光起電構造物の細長い導電性（例えば、金属）の電極を指す。バスバーは、通常はフィンガーラインよりも太く、光起電構造物の表面または内部の任意の場所に堆積させ、あるいはその他の方法で配置することができる。１つの光起電構造物が、１つ以上のバスバーを有することができる。
【００１９】
[0019]「光起電構造物」とは、太陽電池、セグメント、または太陽電池ストリップを指すことができる。光起電構造物は、特定の方法によって製造された装置に限られない。例えば、光起電構造物は、結晶シリコン系の太陽電池、薄膜太陽電池、非晶質シリコン系の太陽電池、多結晶シリコン系の太陽電池、またはこれらのストリップであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】家屋のＰＶ屋根タイルの典型的な構成を示している。
【図２Ａ】一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの斜視図を示している。
【図２Ｂ】一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの上面図を示している。
【図３】一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの断面を示している。
【図４Ａ】一実施形態によるマルチタイルモジュールの典型的な構成を示している。
【図４Ｂ】一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの断面を示している。
【図５Ａ】一実施形態による３つの隣接する縦続接続された光起電ストリップの間の直列接続を示している。
【図５Ｂ】一実施形態による縦続接続されたストリップのストリングの側面図を示している。
【図５Ｃ】一実施形態による典型的なソーラー屋根タイルの上面図を示している。
【図６】一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの上面図を示している。
【図７】一実施形態による典型的なマルチタイルモジュール内のタイル間の接続を示している。
【図８Ａ】一実施形態による典型的なひずみ緩和コネクタの詳細図を示している。
【図８Ｂ】一実施形態によるひずみ緩和コネクタと光起電構造物の前面との間の接続を示している。
【図８Ｃ】一実施形態によるひずみ緩和コネクタと光起電構造物の裏面との間の接続を示している。
【図９】一実施形態に従って重なり合う構成にて設置された複数の光起電屋根タイルを示している。
【図１０Ａ】一実施形態による典型的な補強スペーサの斜視図を示している。
【図１０Ｂ】一実施形態による典型的な補強スペーサの斜視図を示している。
【図１０Ｃ】一実施形態による典型的な補強スペーサの別の図を示している。
【図１０Ｄ】一実施形態による典型的な補強スペーサのもう１つの図を示している。
【図１１Ａ】一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された典型的な補強スペーサを示している。
【図１１Ｂ】一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された補強スペーサの底面図を示している。
【図１１Ｃ】一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された補強スペーサの正面図を示している。
【図１１Ｄ】一実施形態による２つの隣接する屋根タイルの間に配置された典型的なスペーサの断面図を示している。
【図１２Ａ】一実施形態による典型的な補強スペーサの斜視図を示している。
【図１２Ｂ】一実施形態による代案の補強スペーサを示している。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの底面図を示している。
【図１３Ｂ】一実施形態による切断面Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示している。
【図１３Ｃ】一実施形態による貫通穴の上面図を示している。
【図１３Ｄ】一実施形態による典型的なガスケットを示している。
【図１４Ａ】一実施形態による典型的な接続箱の側面図を示している。
【図１４Ｂ】一実施形態による典型的な取り付けパッドの詳細図を示している。
【図１４Ｃ】一実施形態による接続箱とタイルモジュールとの間の典型的な結合を示している。
【図１５】本発明の一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの底面図を示している。
【図１６】本発明の一実施形態による光起電屋根モジュールの典型的な製造プロセスを示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[0054]図面において、同様の参照番号は、図の同じ要素を指している。
【００２２】
[0055]以下の説明は、実施形態の作製および使用を当業者にとって可能にするために提示され、特定の用途およびその要件の文脈において提供される。開示される実施形態に対するさまざまな修正が、当業者には容易に明らかであり、本明細書に定められる一般原理は、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および用途に適用可能である。したがって、開示されるシステムは、示される実施形態に限定されず、本明細書に開示される原理および特徴に矛盾しない最も広い範囲が与えられるべきである。
【００２３】
[0056]概要
開示されるシステムの実施形態は、太陽電池または光起電構造物を光起電屋根タイルおよびタイルモジュールにパッケージするという技術的課題を解決する。いくつかの実施形態において、光起電屋根タイルは、従来からの正方形または擬似正方形の太陽電池を複数のピースに分割することによって得ることができる複数の光起電ストリップを、前側カバーとバックカバーとの間に封止して含むことができる。各々の光起電屋根タイル内の光起電ストリップは、直列に接続されたストリングを形成することができる。複数の光起電屋根タイルを、電気的に並列に接合し、タイル間スペーサによって接合して、マルチタイルモジュールを形成することができる。タイル間スペーサは、マルチタイルモジュール内の隣接する屋根タイル間の電気的接続を促進および保護する。さらに、マルチタイルモジュールは、モジュール間の電気的相互接続を容易にする接続箱を含むことができる。
【００２４】
[0057]ソーラー屋根タイルおよびタイルモジュール
ＰＶ屋根タイル（または、ソーラー屋根タイル）は、屋根タイルのような形状を有し、典型的には従来からのソーラーパネルよりも少数の太陽電池を収めているＰＶモジュールの一種である。このようなＰＶ屋根タイルが、ＰＶセルおよび屋根タイルの両方として同時に機能できることに注意されたい。図１が、家屋のＰＶ屋根タイルの典型的な構成を示している。ＰＶ屋根タイル１００を、家屋に従来からの屋根タイルまたは屋根板と同様に設置することができる。とくには、ＰＶ屋根タイルを、建物への水の侵入を防ぐなど、建物をさまざまな天候要素から保護するような方法で、他のタイルとともに建物の屋根の上面に配置することができる。
【００２５】
[0058]ＰＶ屋根タイルは、複数の太陽電池またはＰＶ構造物を収容することができ、それぞれのＰＶ構造物は、バスバーおよびフィンガーラインなどの１つ以上の電極を含むことができる。ＰＶ屋根タイル内のＰＶ構造物を、互いに電気的に接続でき、随意により互いに機械的に結合させることもできる。例えば、複数のＰＶ構造物を、金属タブによって、それぞれのバスバーを介して互いに電気的に接続して、直列または並列接続を生み出すことができる。さらに、いくつかのＰＶ屋根タイルが共同で電力をもたらすことができるように、２つの隣接するタイルの間に電気接続を形成することができる。
【００２６】
[0059]図２Ａが、一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの斜視図を示している。太陽電池２０４および２０６を、上側ガラスカバー２０２とバックシート２０８との間に密封することができ、上側ガラスカバー２０２およびバックシート２０８が協働して太陽電池を種々の気象要素から保護することができる。図２Ａに示される例では、金属タブストリップ２１２が、太陽電池２０４の前面電極（例えば、バスバー）と接触し、ガラス２０２の左エッジを過ぎて延びることで、ＰＶ屋根タイルの第１の極性の接触電極として機能することができる。さらに、タブストリップ２１２は、太陽電池２０６の裏面と接触し、太陽電池２０４と太陽電池２０６との間の直列接続を生成することができる。他方で、タブストリップ２１４が、太陽電池２０６の前面電極と接触し、ガラスカバー２０２の右エッジを過ぎて延び、ＰＶ屋根タイルの第２の極性の接触電極として機能することができる。
【００２７】
[0060]図２Ａに示される例では、各々の太陽電池は、４つのバスバーを有し、太陽電池を直列に接続するために４つの金属タブストリップが使用される。遮光を減らすために、バスバーおよびタブストリップの数を減らすことも可能である。さらに、バスバーの表面を実質的に覆うような長いタブストリップを使用する代わりに、隣接する太陽電池間の電気的接続のための短い金属タブを使用することも可能である。図２Ｂが、一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの上面図を示している。図２Ｂにおいて、太陽電池２２４および２２６を、透明な上側ガラスカバー２２２とバックシート（図２Ｂには示されていない）との間に封じることができる。理想的には、上側ガラスカバー２２２およびバックシートは、太陽電池を天候要素から保護する気密シールを生成することができる。それぞれの太陽電池は、単一のバスバーおよびいくつかのフィンガーラインを有することができる。例えば、太陽電池２２４は、単一のバスバー２２８およびフィンガーライン２３０を有することができる。太陽電池２２４および２２６を、タブ２３２によって、それぞれのバスバーを介して電気的に接続し、直列の電気接続を生成することができる。より具体的には、タブ２３２は、太陽電池２２４の前面の単一バスバー（すなわち、バスバー２２８）を、太陽電池２２６の背面電極に接続することができる。さらに、タブ２３４および２３６を使用して、太陽電池２２４の背面電極および太陽電池２２６の前面電極（すなわち、単一のバスバー）への外部接続を提供することができる。太陽電池の裏面電極が、単一のバスバーまたは太陽電池の裏面全体を覆うＡｌ層を含んでよいことに、注意すべきである。
【００２８】
[0061]図３は、一実施形態による典型的な光起電屋根タイルの断面を示している。太陽電池または太陽電池のアレイ３０８を、強化ガラスまたは通常のＰＶバックシートであってもよい上側ガラスカバー３０２およびバックカバー３１２の間に封止することができる。ポリマーに基づくことができる上側封止材料層３０６を使用して、上側ガラスカバー３０２ならびに太陽電池または太陽電池のアレイ３０８を封止することができる。具体的には、封止材料層３０６は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、熱可塑性ポリオレフィン（ＴＰＯ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、またはＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ジフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を含むことができる。同様に、同様の材料に基づくことができる下側封止材料層３１０を使用して、太陽電池のアレイ３０８およびバックカバー３１２を封止することができる。さらに、ＰＶ屋根タイルは、光学フィルタまたはコーティング層、あるいは所望の色の外観をもたらすナノ粒子の層など、他の随意による層を含むこともできる。図３に示される例において、モジュールまたは屋根タイル３００は、光学フィルタ層３０４をさらに含む。
【００２９】
[0062]よりスケーラブルな生産およびより容易な設置を促進するために、複数の光起電屋根タイルを一緒に製造することができる一方で、タイルは剛性または半剛性の方法で連結される。図４Ａが、一実施形態によるマルチタイルモジュールの典型的な構成を示している。この例では、３つのＰＶ屋根タイル４０２、４０４、４０６を一緒に製造することができる。製造時に、太陽電池４１２および４１３（タイル４０２に対応）、４１４および４１５（タイル４０４に対応）、ならびに４１６および４１７（タイル４０６に対応）を、タブストリップでそれぞれの対応するバスバーを相互接続して配置し、直列接続を形成することができる。さらに、これらの６つの太陽電池を、共通のバックシート上に配置することができる。続いて、前側ガラスカバー４２０を、これらの６つのＰＶセルに封止することができる。
【００３０】
[0063]ガラスカバー４２０として、単一のガラス片を使用することが可能である。一実施形態においては、３つの別個の屋根タイルの外観を実現できるように、ガラスカバー４２０に溝４２２および４２４を形成することができる。共通のバックシート上に配置された６つのセルを覆うために、３つの別々のガラス片を使用することも可能である。この場合、ギャップ４２２および４２４を封止材料でシールし、隣接するタイル間に半剛性の結合を確立させることができる。複数のタイルを剛性または半剛性のマルチタイルモジュールへと予め製造することにより、モジュール内のタイルがタブストリップによって接続されているため、屋根への設置の複雑さを大幅に軽減することができる。各々のマルチタイルモジュールに含まれるタイルの数は、図４Ａに示した数より多くても、少なくてもよいことに注意すべきである。
【００３１】
[0064]図４Ｂが、一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの断面を示している。この例において、マルチタイルモジュール４５０は、光起電屋根タイル４５４、４５６、および４５８を含むことができる。これらのタイルは、共通のバックシート４５２を共有でき、３つの個別のガラスカバー４５５、４５７、および４５９をそれぞれ有することができる。各々のタイルは、２つの太陽電池を封止することができる。例えば、タイル４５４は、バックシート４５２とガラスカバー４５５との間に封止された太陽電池４６０および４６２を含むことができる。タブストリップを使用して、各々のタイル内および隣接するタイル間の電気的接続をもたらすことができる。例えば、タブストリップ４６４は、太陽電池４６０の前面電極を太陽電池４６２の背面電極に接続し、これらの２つの電池の間に直列接続を生み出すことができる。同様に、タブストリップ４６６は、セル４６２の前面電極をセル４６４の背面電極に接続し、タイル４５４とタイル４５６との間に直列接続を生み出すことができる。
【００３２】
[0065]２つの隣接するＰＶタイルの間のギャップを封止材料で埋め、２つの隣接するタイルを相互接続するタブストリップを気象要素から保護することができる。例えば、封止材料４７０が、タイル４５４および４５６の間のギャップを埋め、タブストリップ４６６を気象要素から保護する。さらに、３つのガラスカバー、バックシート４５２、および封止材料は、マルチタイルモジュール４５０のための半剛性の構造を協働して形成する。この半剛性の構造は、タイル間に或る程度の柔軟性を提供しつつ、より容易な設置を促進することができる。いくつかの実施形態において、各々のＰＶ屋根タイルは、自身の前側カバーおよびバックシートを有することができ、隣接するＰＶ屋根タイルを、半剛性の補強スペーサによって接合することができる。
【００３３】
[0066]図４Ａおよび図４Ｂに示される例に加えて、ＰＶタイルは、さまざまな形態の光起電構造物を含むことができる。例えば、内部抵抗を低減するために、図４Ａに示される各々の正方形太陽電池を、複数（例えば、３つ）のより小さなストリップに分割し、各々のストリップの２つの対向するエッジに、異なる極性のエッジバスバーを持たせることができる。エッジバスバーによれば、ストリップを１つずつ縦続接続して、直列に接続されたストリングを形成することができる。
【００３４】
[0067]図５Ａが、一実施形態による３つの隣接する縦続接続された光起電ストリップの間の直列接続を示している。図５Ａにおいて、ストリップ５０２、５０４、および５０６が、ストリップ５０４が隣接する右側のストリップ５０６および左側のストリップ５０２に部分的に重なるように積み重ねられている。結果として生じるストリップのストリングは、屋根板と同様の縦続接続パターンを形成する。ストリップ５０２および５０４は、ストリップ５０２の上面のエッジバスバー５０８およびストリップ５０４の下面のエッジバスバー５１０を介して電気的に直列に接続される。ストリップ５０２および５０４を、下面のエッジバスバー５１０が上面のエッジバスバー５０８の上方に位置して上面のエッジバスバー５０８に直接接触するような方法で、配置することができる。ストリップ５０４および５０６の間の接続も、同様であってもよい。
【００３５】
[0068]図５Ｂが、一実施形態による縦続接続されたストリップのストリングの側面図を示している。図５Ａおよび図５Ｂに示される例において、ストリップは、６インチの正方形または擬似正方形の太陽電池のセグメントであってもよく、各々のストリップは、おおむね２インチ×６インチの寸法を有することができる。遮光を減らすために、隣接するストリップ間の重なり合いを、可能な限り小さく保たなければならない。したがって、図５Ａおよび図５Ｂに示される例では、単一のバスバー（上面および下面の両方）をストリップのまさにエッジまたはその付近に配置することができる。同じ縦続接続パターンを複数のストリップに沿って延ばして、直列に接続されたストリングを形成することができ、いくつかのストリングを直列または並列に接続することができる。
【００３６】
[0069]図５Ｃが、一実施形態による典型的なソーラー屋根タイルの上面図を示している。ソーラー屋根タイル５１２は、上側ガラスカバー５１４ならびに太陽電池５１６および５１８を含む。ソーラー屋根タイル５１２の底部カバー（例えば、バックシート）は、図５Ｃでは見て取ることができない。太陽電池５１６および５１８は、６インチの太陽電池など、従来からの正方形または擬似正方形太陽電池であってもよい。いくつかの実施形態においては、太陽電池５１６および５１８の各々を、同様のサイズの３つの別個のピースに分割することができる。例えば、太陽電池５１６は、ストリップ５２２、５２４、および５２６を含むことができる。これらのストリップを、図５Ａおよび図５Ｂに示されているストリップと同様に、隣接するストリップがエッジにおいて部分的に重なるような方法で配置することができる。説明を簡単にするために、フィンガーラインおよびエッジバスバーを含むストリップの電極グリッドは、図５Ｃには示されていない。図５Ｃに示される例に加えて、ソーラー屋根タイルは、さまざまな形状およびサイズであってもよいより少数またはより多数の縦続接続されたストリップを含むことができる。
【００３７】
[0070]複数のタイルを事前に組み立ててマルチタイルモジュールを形成する場合、マルチタイルモジュール内で、タイル間の電気的接続を確立させる必要がある。１つの単刀直入な解決策は、タイルを直列に接続することである。図６が、一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの上面図を示している。マルチタイルＰＶモジュール６００は、並べて配置されたＰＶ屋根タイル６０２、６０４、および６０６を含むことができる。各々のＰＶ屋根タイルは、前側カバーとバックカバーとの間に封止された６つの縦続接続されたストリップを含むことができる。各々のＰＶ屋根タイル内の縦続接続されたストリップは、直列に接続されたストリングを形成する。さらに、金属タブを使用して、ストリングの負極性を隣接するストリングの正極性に接続することにより、隣接するタイルに収容されたストリングを直列に接続することができる。例えば、金属タブ６０８が、ストリップ６１２の前面のエッジバスバーをストリップ６１０の裏面のエッジバスバーに接続して、ストリップ６１０および６１２の間、ならびにタイル６０２内のストリングとタイル６０４内のストリングとの間の直列接続を生成することができる。図６の例は、光起電ストリップを相互接続する３つの金属タブを示しているが、他の数の金属タブを使用することもできる。さらに、隣接するタイルの隣接するエッジバスバーに重なる単一の幅の広い金属タブなどの他の接続機構も、タイルを直列に接続するために使用することができる。
【００３８】
[0071]いくつかの実施形態において、マルチタイルモジュール内のタイルは、互いに並列に接続される。図７が、一実施形態による典型的なマルチタイルモジュール内のタイル間の接続を示している。マルチタイルＰＶモジュール７００は、並べて配置されたソーラー屋根タイル７０２、７０４、および７０６を含むことができる。ソーラー屋根タイル７０２、７０４、および７０６は、図５Ｃに示したソーラー屋根タイル５１２と同様であってもよい。各々のソーラー屋根タイルには、前面カバーとバックカバーとの間に封止された６つの縦続接続されたストリップを含むことができ、すなわちストリップの縦続接続によるストリングの両方のエッジに位置するバスバーが、反対の極性を有する。例えば、ソーラー屋根タイル７０２におけるストリップの左端のエッジバスバーが、正極性を有する場合、ストリップの右端のエッジバスバーは、負極性を有する。同じ極性を有するバスバーを電気的に接続することにより、タイル間の並列接続を確立させることができる。
【００３９】
[0072]図７に示される例において、ソーラー屋根タイルは、太陽に面する側が同じ電気極性を有するような方法で配置される。結果として、同じ極性のエッジバスバーは、同じ左エッジまたは右エッジに位置する。例えば、すべてのソーラー屋根タイルの左端のエッジバスバーが、正極性を有することができ、すべてのソーラー屋根タイルの右端のエッジバスバーが、負極性を有することができ、あるいは逆もまた然りである。図７においては、すべてのストリップの左側のエッジバスバーが、正極性（「＋」符号で示されている）を有し、ストリップの太陽に面する表面（または、前面）に位置する一方で、すべてのストリップの右側のエッジバスバーは、負極性（「−」符号で示されている）を有し、背面に位置している。太陽電池の層構造物の設計に応じて、エッジバスバーの極性および位置は、図７に示した極性および位置と違ってもよい。
【００４０】
[0073]タイル間の並列接続を、すべての左端のバスバーを金属タブ７１０によって互いに電気的に接続し、すべての右端のバスバーを金属タブ７１２によって互いに電気的に接合することによって形成することができる。金属タブ７１０および７１２は、接続バスとしても知られ、典型的には、個々の太陽電池またはストリングを相互接続するために使用することができる。金属タブを、銅などの導電性材料から打ち抜き、切り出し、あるいはその他の方法で形成することができる。銅は導電性が高く、比較的低コストなコネクタ材料である。しかしながら、銀、金、またはアルミニウムなどの他の導電性材料を使用することも可能である。とくに、銀または金を、銅またはアルミニウムの酸化を防ぐコーティング材料として使用することができる。いくつかの実施形態においては、超弾性的特性を有するように熱処理された合金を、金属タブのすべてまたは一部に使用することができる。適切な合金として、例えば、銅−亜鉛−アルミニウム（ＣｕＺｎＡｌ）、銅−アルミニウム−ニッケル（ＣｕＡｌＮｉ）、または銅−アルミニウム−ベリリウム（ＣｕＡｌＢｅ）を挙げることができる。加えて、本明細書に開示される金属タブの材料を、機械的特性を変更するために全体的または部分的に操作することができる。例えば、金属タブ７１０および７１２のすべてまたは一部を、（例えば、強度を高めるために）鍛造し、（例えば、延性を高めるために）焼きなましし、かつ／または（例えば、表面硬度を高めるために）焼き戻しすることができる。
【００４１】
[0074]金属タブとバスバーと間の接続を、特別に設計されたひずみ緩和コネクタによって促進することができる。図７においては、ひずみ緩和コネクタ７１６を使用して、バスバー７１４と金属タブ７１０とを接続することができる。このようなひずみ緩和コネクタは、金属（例えば、Ｃｕ）とシリコンとの間の熱膨張係数の不一致ゆえに必要である。より具体的には、ソーラー屋根タイルが加熱または冷却されると、金属はＳｉ系の光起電ストリップよりも大きく膨張または収縮する傾向があり、したがって金属タブと光起電ストリップと間の接合部にせん断力が生じる。特別に設計されたひずみ緩和コネクタは、ソーラー屋根タイルにおける破壊的な熱膨張および熱収縮の影響の緩和を助けることができる。
【００４２】
[0075]図７に示されるように、金属タブ（例えば、タブ７１０および７１２）は、反対の極性のひずみ緩和コネクタとの経路を横切ることがある。光起電ストリップの電気的短絡を防止するために、金属タブおよび／またはひずみ緩和コネクタの一部を、絶縁フィルムで覆うことができ、あるいは絶縁材料のシートで包むことができる。
【００４３】
[0076]図８Ａが、一実施形態による典型的なひずみ緩和コネクタの詳細図を示している。図８Ａにおいて、ひずみ緩和コネクタ８００は、細長い接続部材８０２と、いくつかの湾曲した金属ワイヤ（例えば、湾曲した金属ワイヤ８０４）と、いくつかの接続パッド（例えば、接続パッド８０６）とを含むことができる。細長い接続部材８０２を、接続相手となる光起電構造物のバスバーに実質的に平行な方向に沿って延ばすことができる。湾曲した金属ワイヤを、細長い接続部材８０２から非直線の様相（すなわち、非直線の形状を有する）で横方向に延ばすことができる。非直線の形状は、湾曲したワイヤの中心を辿る経路（例えば、最も外側のエッジの間に位置する一連の最も中心の点に沿って延びる経路）、あるいはワイヤの任意の面またはエッジに沿う経路を含むことができる。非直線の形状を有する湾曲したワイヤは、延在の経路に沿って対称性を有することができるが、これは必須ではない。例えば、湾曲したワイヤの一方のエッジまたはエッジの一部は、真っ直ぐであってもよく、反対側のエッジは、１つ以上の曲線、切り込み、または延長部を含むことができる。非直線の形状を有する湾曲したワイヤは、非直線部分の前、後、および／または間に直線部分を含むことができる。非直線の形状は、第１の軸（例えば、Ｘ軸）に沿って横方向に延びながら、第１の軸に垂直な１つ以上の他の軸（例えば、Ｙ軸および／またはＺ軸）の負および正の方向に、正弦波またはらせんなど、繰り返しの様相で方向を交互に変える伝播経路を含むことができる。本明細書で開示される湾曲したワイヤは、湾曲したプロファイルを使用するが、非直線の形状を、一連の直線から構築することも可能であり、例えば方形波またはのこぎり波などの伝播形状が、非直線の形状を形成することができる。これらの湾曲したワイヤは、金属コネクタとＳｉ系の光起電構造物との間の熱膨張係数の不一致に起因して生じるひずみを、緩和することができる。
【００４４】
[0077]いくつかの実施形態においては、各々の湾曲した金属ワイヤを、接続パッドに取り付けることができる。例えば、湾曲した金属ワイヤ８０４を、接続パッド８０６に取り付けることができる。別の実施形態においては、２つ以上（例えば、２つまたは３つ）の湾曲したワイヤを、接続パッドに取り付けることができる。細長い接続部材８０２、湾曲したワイヤ、および接続パッドを、単一の材料片から形成（例えば、打ち抜きまたは切り出し）することができ、あるいははんだ付け、溶接、または接合などの任意の適切な電気的接続によって互いに対して取り付けることができる。
【００４５】
[0078]図８Ｂが、一実施形態によるひずみ緩和コネクタと光起電構造物の前面との間の接続を示している。より具体的には、ひずみ緩和コネクタ８１０は、その接続パッドをエッジバスバー８１２の前面と重ねることにより、光起電構造物８１４のエッジバスバー８１２に接続される。図８Ｂは、ひずみ緩和コネクタ８１０と金属タブ８０８との間の接続も示している。より具体的には、ひずみ緩和コネクタ８１０を金属タブ８０８に直接接触させることができ、金属対金属の接触が、電気的接続を生み出すことができる。いくつかの実施形態においては、導電性接着剤（ＥＣＡ）を塗布して、ひずみ緩和コネクタ８１０と金属タブ８０８とを電気的および機械的に接続することができる。金属タブ８０８は、図７に示される金属タブ７１０または７１２と同様であってもよく、１つのソーラータイルを隣接するソーラータイルに接続するために使用可能である。
【００４６】
[0079]図８Ｃが、一実施形態によるひずみ緩和コネクタと光起電構造物の裏面との間の接続を示している。より具体的には、ひずみ緩和コネクタ８２０は、その接続パッドをバスバー８２２に属する接点パッドと重ねることにより、光起電構造物８２４のバスバー８２２に接続される。ＥＣＡを塗布して電気的および機械的結合を生成することも可能である。前面とは異なり、裏面においては遮光を心配する必要がないため、光起電構造物の裏面は追加のバスバーを含むことができる。より良好な接着および電気的アクセスを促進するために、ＰＶ構造物の裏面の追加のバスバーは、接触パッドとして知られる広げられた領域も含むことができる。そのような接触パッドの詳細な説明は、２０１５年８月２０日に出願された「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｄｅｓｉｇｎ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｐａｄｓ  ｆｏｒ  Ｃａｓｃａｄｅｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ」という名称の米国特許出願第１４／８３１，７６７号（代理人整理番号Ｐ１４２−１ＮＵＳ）に見つけることができ、この米国特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００４７】
[0080]タイル間スペーサ
図４Ａおよび図４Ｂに示される例では、隣接するタイル間のギャップを封止材料で埋めて、隣接するタイル間に半剛性の接合部を形成することができる。しかしながら、マルチタイルモジュールの半剛性の構造には、いくつかの問題が依然として存在する。とくには、封止材料で満たされたタイル間のギャップが、構造的な弱点となり、信頼できる長期使用のための充分な柔軟性および強度をもたらさない可能性がある。さらに、封止材料をギャップに正確に配置することが困難であるかもしれない。例えば、封止材料が、ラミネーション処理の際にギャップからあふれ、清掃が困難であるかもしれない。審美的には、封止材料で満たされたギャップは不格好であり、標準的な屋根タイルとは著しく異なって見える可能性がある。最後に、雨および太陽放射などの気象要素が、とくには露出した電気接続部が存在する場合に、ＰＶ構成要素を損傷させる可能性がある。
【００４８】
[0081]いくつかの実施形態は、マルチタイルモジュールの柔軟性および機械的安定性を向上させるために補強スペーサを提供することによって、これらの問題を解決することができる。さらに、補強スペーサは、タイル間の電気バスを保護し、ラミネーション時の封止材料の流れを案内／制御することができる。図９が、一実施形態に従って重なり合う構成にて設置された複数の光起電屋根タイルを示している。図９において、ＰＶ屋根タイル９０４および９０６が、補強スペーサ９０８によって並べて接続されている。ＰＶ屋根タイル９０４および９０６は、タイル９０４および９０６の間のギャップ、したがって補強スペーサ９０８が、ＰＶ屋根タイル９０２の中心に或る程度整列するように、オフセットされた様相でＰＶ屋根タイル９０２に重なる。この配置により、タイル９０４および９０６の間のギャップを通る水漏れの可能性を、防止することができる。
【００４９】
[0082]図１０Ａが、一実施形態による典型的な補強スペーサの斜視図を示している。図９に示されるように、スペーサを、マルチタイルモジュールの２つの隣接するＰＶ屋根タイルの間に収まるように設計することができる。図１０Ａにおいて、スペーサ１０００は、隣接するＰＶ屋根タイルの間に挿入することができる本体（ベースまたはベースリッジと呼ぶことができる）１００２を含む。所定の位置にあるとき、ベース１００２を、その長手軸がタイルの隣接するエッジに平行な向きとなるような方法で配置することができる。ベース１００２の厚さを、所定の位置にあるときにベース１００２の上面または太陽に面する表面がＰＶタイルの上側ガラスカバーの表面に整列して、ベース１００２とＰＶタイルとの間に継ぎ目のない境界を生み出すことができるような方法で、設計することができる。ベース１００２は、その上面に溝１００４を含むことができる。このような溝は、隣接するＰＶ屋根タイルの間に存在するギャップの視覚的外観を提供するために不可欠である。すでに述べたように、ＰＶ屋根タイルは、伝統的な屋根タイルの外観によく似るように設計される。図１０Ａに示される例において、溝１００４の断面は、角張った角を有するＵ字形を形成することができる。あるいは、溝の断面は、丸みを帯びた角を有するＵ字形であってもよい。溝１００４は、Ｖ字形の断面または台形の断面など、他の種類の断面を有してもよい。溝１００４の深さは、ギャップの視覚的効果を生み出すことができるように充分に大きい限りにおいて、さまざまであってもよい。
【００５０】
[0083]いくつかの実施形態においては、溝の代わりに、「ギャップ」の視覚効果を、ベース１００２の上面に生成されたマーク（例えば、塗装されたマークまたは色のバリエーション）によって生み出すことができる。そのようなマークは、一般に、封止材料で満たされたタイル間ギャップと比較して、より綺麗またはより魅力的な審美的外観を提供することができる。
【００５１】
[0084]スペーサ１０００は、ベース１００２の両側に取り付けられた２つのウイング１００６および１００８を有することができる。各々のウイングの位置および厚さは、所定の位置にあるときにウイングを隣接する屋根タイルに挿入できるような方法で設計される。より具体的には、各々のウイングを、対応する屋根タイルの上側ガラスカバーとバックシートとの間に挿入することができる。したがって、ラミネーション後に、各々のＰＶタイルをウイングに機械的に拘束して、２つの隣接するＰＶタイル間の剛性または半剛性の結合を生み出すことができる。より具体的には、剛性スペーサが堅固な結合を提供できる一方で、やや柔軟なスペーサは、或る程度柔軟な結合または半剛性の結合を提供することができる。実際には、風の強い日などの特定の条件に対応するために、タイル間の結合が或る程度柔軟であることが望ましい可能性がある。
【００５２】
[0085]図１０Ａに示される例において、ウイングは、長方形であってもよく、溝１００４の壁から垂直に延びることができる。他の形状も可能である。例えば、ウイングは、先細りの厚さを有してもよい。ウイングの長さは、さまざまであってもよい。より長いウイングは、より強力な結合およびより高い柔軟性をもたらすことができる。とくに、ウイングが長いほど、ガラスおよびバックシートへの接着が向上し、スペーサを屋根タイルから分離することなくより大きな角度に曲げることが可能になる。しかしながら、ウイングが長くなると、過度に多くのタイル空間を占めることになりかねず、ラミネーション後の冷却時に収縮がより大きくなり、「気泡」または空所がラミネーションによって満たされずに残る可能性がある。いくつかの実施形態においては、ウイングの長さを、最大５°または１０°の角度での曲げに充分な柔軟性を提供するように選択することができる。例えば、ウイングの長さは、少なくとも３ｍｍ（例えば、３〜５ｍｍの間）であってもよい。いくつかの実施形態において、ウイングの長さは、１０ｍｍ〜２０ｍｍの間であってもよい。２０ｍｍのウイングを備えたスペーサは、隣接するＰＶ屋根タイルを互いに９０°ずらすことを可能にすることができる。ウイングの厚さも、スペーサ１０００の充分な構造強度を達成しつつ、ウイングとＰＶタイルの前側カバーおよびバックカバーとの間に充分な量の封止材料を流すことを可能にできる限りにおいて、さまざまであってもよい。
【００５３】
[0086]同様に、材料の選択が、スペーサ１０００の強度、性能、および長期信頼性にとって重要である。ＰＶ屋根タイルは、太陽および他の気象要素（例えば、雨および雪）にさらされるため、スペーサ１０００は、紫外線（ＵＶ）に耐えるとともに防水の材料で作られる必要がある。さらに、スペーサ１０００は、タイル間の電気接続部に接触する可能性があるため、電気絶縁性の材料で作られるべきである。また、材料は、理想的には、ラミネーションに起因する加熱、冷却、および関連の熱膨張に耐えることができる。とくに、材料は、ラミネーション後の冷却時に過度に熱収縮しないことが好ましい。一実施形態においては、スペーサ１０００を、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのポリマーまたは熱可塑性材料から作ることができる。他の材料も可能であることに注意すべきである（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））。代案の実施形態においては、スペーサ１０００を、シリコーンなどの柔らかい材料で作ることができる。
【００５４】
[0087]スペーサ１０００が提供される１つの重要な機能は、タイル間の電気バスを、雨、風、または泥などの気象要素から保護することである。風の力で雨水が屋根に沿って上方に移動する可能性があることに、注意すべきである。図１および図９に示されるように、ＰＶ屋根タイルは、典型的には、１つのタイル列が隣のタイル列をオフセットするような方法で設置されるため、雨水が上側の列のタイルの下方に侵入したり、溝１００４内に溜まったりすることがないように、スペーサ１０００の上部にランプ１０１０を使用することができる。
【００５５】
[0088]図１０Ｂが、一実施形態による典型的な補強スペーサの斜視図を示している。この例において、スペーサ１０２０は、上部溝１０２２、ウイング１０２４および１０２６、ならびにランプ１０２８を含むことができる。図示のように、ランプ１０２８は、溝１０２２の底から平坦な台地まで上昇する傾斜部分を含むことができ、平坦な台地は、溝１０２２の壁の上部と同じ高さであってもよい。
【００５６】
[0089]図１０Ｃが、一実施形態による典型的な補強スペーサの別の図を示している。より具体的には、この図は、スペーサのベースの下半分を示している。この例において、スペーサ１０４０のベースは、電気接続機構（例えば、バス配線、リボン、金属箔、またはタブストリップ）がタイル間ギャップを横断できるように構成された凹状の空間または下部チャネル１０４２を含むことができる。下部チャネル１０４２を、例えば図１０Ｂに示したランプ１０２８の反対側など、スペーサのランプの反対側に配置することができる。
【００５７】
[0090]図１０Ｄが、一実施形態による典型的な補強スペーサのもう１つの図を示している。図１０Ｄには、スペーサの下半分がさらに詳細に示されている。より具体的には、図１０Ｄは、スペーサ１０６０のベースの下半分が、下部チャネル１０６２と、２つの隣接するＰＶタイルの間にスペーサ１０６０を固定することができる下部固定パネル１０６４とを含むことができることを示している。ベース下部の残りの部分は、実際に、溝１０６６の下側の側壁および底壁である。いくつかの実施形態においては、固定パネル１０６４の側壁および底面を、溝１０６６の外側の側壁および底面にそれぞれ整列させることができる。
【００５８】
[0091]スペーサのベースの下側のチャネルは、タイル間の電気接続を容易にするために不可欠である。より具体的には、タブストリップ（例えば、図７に示した金属タブ７１０および７１２）が、１つのタイルから隣接するタイルへとチャネルを介してスペーサを横切ることができる。チャネルの長さは、電気の経路の必要性に基づいて決定されてもよい。タイル間の電気接続に使用される金属タブの幅および／または数に応じて、チャネルを、そのような金属タブの通過に対応するようにより広く、またはより狭く設計することができる。
【００５９】
[0092]図１１Ａが、一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された典型的な補強スペーサを示している。この図は、屋根の上方からの斜視図を示しており、すなわち屋根タイルのガラスカバー１１０４および１１０８が上方を向いている。図１１Ａにおいて、スペーサ１１０２は、２つの隣接するＰＶ屋根タイルのガラスカバー１１０４および１１０８の間に配置され、屋根に設置されたときにランプ１１１２が屋根の頂点に最も近い屋根タイルの上縁に位置し、すなわちランプ１１１２がスペーサの最も高い位置にある端部に位置するような向きにて配置されてもよい。図示のとおり、スペーサ１１０２の左側のウイングを、左側のＰＶタイルのガラスカバー１１０４とバックシート１１０６との間に挿入でき、右側のウイングを、右側の屋根タイルのガラスカバー１１０８とバックシート１１１０との間に挿入することができる。説明の目的で、ガラスカバーと対応するバックシートとの間にすき間が描かれている。実際には、ラミネーション後に、ガラスカバーと対応するバックシートとが、スペーサ１１０２のウイングを対応するガラスカバーおよびバックシートに結合させることもできる封止材料によって接合されてもよい。例えば、スペーサ１１０２の左側のウイングを、硬化した封止材料によって、ガラスカバー１１０４およびバックシート１１０６に結合させることができ、スペーサ１１０２の右側のウイングを、ガラスカバー１１０８およびバックシート１１１０に結合させることができる。いくつかの実施形態において、２つ以上の隣接する屋根タイルが共通のバックシートを共有してもよく、すなわちバックシート１１０６および１１１０を互いに接合してもよいことに注意すべきである。この場合、スペーサのウイングを、２つの隣接するＰＶ屋根タイルのそれぞれのガラスカバーと共通のバックシートとの間に挿入することができる。スペーサのウイングとガラスカバー／バックシートとの間の強力な接着は、マルチタイルアセンブリ全体に強度をもたらし、マルチタイルアセンブリを単一の部品として扱うことを可能にする。しかしながら、タイル間の激しい曲げは、接着の不具合、ひいてはマルチタイルアセンブリの故障をもたらす可能性がある。
【００６０】
[0093]図１１Ｂが、一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された補強スペーサの底面図を示している。図示のとおり、１つ以上の金属タブ１１３８などの電気接続が、スペーサ１１３２の下部チャネルを横切って延び、屋根タイル１１３４および１１３６を電気的に接続することができる。金属タブに加え、他の種類の電気接続機構（例えば、タブストリップ、箔フォイル、折り畳まれたバス、ならびに「ｏ」または「ｎ」形バス）を使用して２つの隣接するＰＶタイルを電気的に接続することもできる。種々の実施形態において、屋根タイルを電気的に直列または並列に接続することができる。
【００６１】
[0094]スペーサの底部は建物に向かって内側を向いており、電気接続（例えば、金属タブ）は他の場所では封止材料によって保護されているため、スペーサの下部チャネルにおいては、電気接続を絶縁しないままにしておくことができる。タイル間ギャップの下側を封止材料でラミネーションすることは、一貫したコーティング厚さを達成することが技術的に困難であり得る。金属タブをさらに保護するために、いくつかの実施形態においては、スペーサの下部チャネルを追加のプラスチック（例えば、ＰＶＤＦまたはＰＴＦＥ）片で覆うことができる。
【００６２】
[0095]図１１Ｃは、一実施形態による２つの隣接する光起電屋根タイルの間に配置された補強スペーサの正面図を示している。スペーサ１１６０のベースを、２つの隣接するＰＶタイルに属する前側ガラスカバー１１６２および１１６４の間に挿入することができる。図１１Ｃに示される例では、スペーサ１１６０の外側の側壁を、２つのガラスカバーのエッジに直接接触させることができる。
【００６３】
[0096]スペーサ１１６０の上面を、前側ガラスカバーの上面と同じ平面に配置することができる。いくつかの実施形態においては、ラミネーション後に、スペーサ１１６０の下面をバックシートの下面に整列させることができる。説明の目的で、図１１Ｃにおいては、バックシート１１６６および１１６８が、スペーサおよび上側ガラスカバーから離して図示されている。実際には、ラミネーション後に、バックシート１１６６および１１６８を、スペーサ１１６０のウイングおよび対応する前側ガラスカバーに取り付けることができる。図１１Ｃにおいて、バックシート１１６６および１１６８は、別々であるものとして示されている。しかしながら、種々の実施形態においては、モジュール内の複数の屋根タイルが共通のバックシートを共有することができる。図１１Ｃは、ガラスカバーとバックシートとの間に配置されたＰＶ構造物も示している。例えば、ＰＶ構造物１１７０は、ガラスカバー１１６４とバックシート１１６６との間にあるものとして図示されている。
【００６４】
[0097]図１１Ｄが、一実施形態による２つの隣接する屋根タイルの間に配置された典型的なスペーサの断面図を示している。この例において、ＰＶ屋根タイル１１８０は、上側ガラスカバー１１８２、上側封止材料層１１８４、ＰＶ構造物のアレイ１１８６、下側封止材料層１１８８、およびバックシート１１９２を含むことができる。ＰＶ屋根タイル１１９０は、ＰＶ屋根タイル１１８０と同様の構造を有することができる。図１１Ｄにおいて、スペーサ１１７２がＰＶ屋根タイル１１８０および１１９０の間に挿入されている。より具体的には、図１１Ｄに示される例において、スペーサ１１７２のウイングを、ＰＶタイルの上側封止材料層と下側封止材料層との間に挿入することができる。例えば、スペーサ１１７２の右側のウイングを、上側封止材料層１１８４と下側封止材料層１１８８との間に挿入することができる。スペーサのウイングを封止材料に挿入するための場所をもたらすために、上側ガラスカバー１１８２およびバックシート１１９２をＰＶ構造物のアレイ１１８６よりも延ばすことができることに、注意すべきである。この構成により、スペーサによる壊れやすいＰＶ構造物の損傷を防止することができる。
【００６５】
[0098]スペーサのベースの幅を、屋根タイルの寸法に基づいて決定することができる。いくつかの実施形態においては、ベースの幅を、良好な美的効果を達成するように選択することができる。例えば、標準サイズのＰＶ屋根タイルの場合、スペーサのベースの幅は、数ミリメートルであってもよい。ウイングが構造的に強く、ウイングと前側カバー／バックシートとの間に充分な量の封止材料を流すことができる限りにおいて、ウイングの厚さに特段の要件は存在しない。いくつかの実施形態においては、スペーサのウイングの厚さを、その長さに沿って変化させることができる（例えば、先細りを導入することができる）。さらに、ウイングの表面にテクスチャを施して、ウイングと封止材料との間の接着を向上させることができる。ウイングと上側ガラスカバー１１８２／バックシート１１９２との間の空間を、とくにはラミネーション後に封止材料で満たすことができる。屋根タイル、スペーサ、および／またはタイル間のギャップのラミネーションに使用される封止材料は、ＰＶＢ、ＴＰＯ、ＥＶＡ、ＴＰＤ、または他の材料を含むことができる。図１１Ｄに示される例では、スペーサ１１７２の上面および下面を、ＰＶタイルの上面および下面に整列させることができる。実際には、スペーサ１１７２の下面は、ＰＶタイルの下面よりも上方に位置してもよい。より具体的には、マルチタイルモジュールのバックシートが連続した単一のシートである場合、スペーサをバックシートの上に配置することができる。
【００６６】
[0099]図１０Ａ〜図１１Ｄに示した典型的なスペーサに加えて、他の種類のスペーサも可能である。例えば、図１２Ａに示されるように、２つの横ウイングは、ベースの全長にわたって延びる代わりに、ベースの長さの一部分に沿って延びるなど、より短くてもよい。図１２Ｂは、一実施形態による代案の補強スペーサを示している。この例において、スペーサ１２００は、ウイング１２０２および１２０４、上部溝１２０８、ならびに傾斜側壁１２０６を含むことができる。Ｕ字形またはＶ字形のスペーサと同様に、ウイング１２０２および１２０４の長さとマルチタイルモジュールの強度および柔軟性との間に、バランスが存在し得る。図１２Ｂに示される例では、ウイング１２０２および１２０４が、図１０Ａに示したウイングよりもはるかに長い。これらの長いウイングは、屋根タイルへの強力な接着をもたらし、隣接する屋根タイルを９０°で曲げることを可能にすることができる。この例において、上部溝１２０８は、正方形ではなくて曲線状であってもよいが、依然としてＰＶ屋根タイル間のギャップの視覚的外観をもたらすことができる。最後に、傾斜側壁（例えば、側壁１２０６）は、ＰＶ屋根タイルの上部から見たときに封止材料の視覚的外観を隠すことができる。さらに、これらの傾斜側壁は、封止材料のあふれを防ぐことによって、ラミネーション時の封止材料の流れを導くことができる。
【００６７】
[0100]製造時に、スペーサは、マルチタイルモジュール内のガラスシートの整列を容易することができる。例えば、事前に配置されたスペーサを、上側ガラスカバーを配置するロボットアームのための視覚的なガイドとして使用することができる。あるいは、事前に配置敷したスペーサを、ガラスカバーのアンカーとして使用することができる。例えば、ガラスカバーを配置するときに、ロボットアームがガラスカバーをスペーサに押し付けることができる。さらに、最終製造段階（トリミングおよび屋根構成要素の取り付けなど）において、バスを保護するためにマルチタイルモジュールを慎重に取り扱う必要がある。スペーサは、マルチタイルモジュールが単一の部品として取り扱われているときに、マルチタイルモジュールに構造的な完全性および剛性を提供することができる。
【００６８】
[0101]モジュール間接続
光起電構造物ならびにタイル内およびタイル間の電気的相互接続がソーラータイルの前側カバーとバックカバーとの間に封止されているため、モジュール間の電気的相互接続を容易にするために、外部リード線が必要である。従来からのＰＶパネルにおいて、外部リード線は、ＰＶパネルの裏側に位置する事前に切断されたスロットを介して太陽電池の電極にアクセスすることができる。例えば、バスリボンが、ＰＶパネルのバックシートの事前に切断されたスロットを通って、ＰＶパネルの裏側に取り付けられた接続箱に到達することができる。同様の手法を、ソーラー屋根タイルまたはタイルモジュールに使用することができる。例えば、ソーラー屋根タイルまたはタイルモジュールの裏側に、事前に切断された穴またはスロットを生成することができる。ラミネーション後に、金属タブ（例えば、図７に示される金属タブ７１０および７１２）を、事前に切断された穴を通って引き出すことができる。しかしながら、事前に切断された貫通スロットまたは穴から金属タブの一部分を引き出すために、金属タブの曲げおよび折り畳みが必要になり、場合によってはトリミングが必要になる可能性がある。引っ張り操作を含むこれらの操作は、典型的には手作業によるプロセスであり、面倒かつ時間がかかる可能性がある。他方で、ソーラー屋根タイルまたはタイルモジュールの製造には、高いスループットがきわめて重要である。数秒（例えば、２秒または３秒）以内に接続箱をタイルまたはタイルモジュールに取り付けることができるシステムまたはプロセスを有することが、好ましい可能性がある。手作業での操作では、このような課題に対処することが明らかに不可能である。
【００６９】
[0102]この問題を解決するために、いくつかの実施形態においては、接続箱と封止された光起電ストリングとの間の自動化された結合を可能にすることができる独自の接続箱を提供することができる。より具体的には、接続箱と封止された光起電ストリングとの間の結合を可能にするために、タイルモジュールのバックカバーに１つ以上の貫通穴を生成することができる。
【００７０】
[0103]図１３Ａが、本発明の一実施形態による典型的なマルチタイルモジュールの底面図を示している。説明のために、ソーラー屋根タイルの底部カバーは、透明であるものとして示されている。実際には、底部カバーは、典型的には、暗い色のコーティングが施されたバックシートまたはガラスなど、不透明である。マルチタイルモジュール１３００は、ＰＶタイル１３０２、１３０４、および１３０６を含み、各々のタイルは、いくつか（例えば、６つ）の縦続接続された光起電ストリップを含むことができる。金属タブ１３０８および１３１０が、正極性のエッジバスバーが金属タブ１３０８に接続され、負極性のエッジバスバーが金属タブ１３１０に接続されるように、ＰＶタイルを並列に接続する。マルチタイルモジュール１３００を電池として見る場合、金属タブ１３０８および１３１０は、それぞれ電池の正および負の出力を提供することができる。したがって、外部リード線と金属タブ１３０８および１３１０との間の接触を可能にすることにより、外部ワイヤを介してマルチタイルモジュール１３００から電力を出力することができる。いくつかの実施形態においては、１対の外部リード線と金属タブ１３０８および１３１０との間の電気的接触を可能にするために、マルチタイルモジュール１３００のバックカバーに貫通穴を生成することができる。
【００７１】
[0104]図１３Ａにおいて、貫通穴１３１２および１３１４を、それぞれタイル１３０２および１３０６のバックカバーに生成することができる。より具体的には、貫通穴１３１２を、金属タブ１３０８の一部分の上方に配置でき、貫通穴１３１４を、金属タブ１３１０の一部分の下方に生成することができる。ラミネーション中に封止材料が貫通穴に流れ込むことがないように、いくつかの実施形態においては、封止材料阻止リングをバックカバーの内面において貫通穴の周囲に配置することができる。封止材料阻止リングを、ポリエチレンまたは他の同様の材料など、ラミネーション温度に耐えることができる材料で作ることができる。リングの厚さは、数百ミクロン〜数ミリメートルの間であってもよい。封止材料阻止リングの表面は、貫通穴の表面よりも高いため、ラミネーション時に封止材料の流れを封止材料阻止リングによって止めることができる。結果として、封止材料が金属タブ１３０８および１３１０を汚すことがない。あるいは、ラミネーションの際に封止材料が貫通穴に流れ込むことがないように、ラミネーション処理に先立って各々の貫通穴にガスケット（例えば、ゴムまたはＰＴＦＥ  Ｏリングなど）を挿入することができる。
【００７２】
[0105]図１３Ｂが、一実施形態による切断面Ｂ−Ｂ’に沿った断面図を示している。矢印が日光の方向を示している。図１３Ｂにおいて、光起電ストリップ１３２２がバックカバー１３２４と前側カバー１３２６との間に位置し、金属タブ１３０８が光起電ストリップ１３２２の前面に隣接して位置する。金属タブ１３０８は、光起電ストリップ１３２２の前面に位置するバスバーに接続される。貫通穴１３２８が、金属タブ１３０８の一部分の真上において、バックカバー１３２４に生成される。ガスケット１３３０が貫通穴１３２８の内側に挿入され、金属タブ１３０８への通路を生成する。封止材料１３３２が、前側カバー１３２６とバックカバー１３２４との間の残りの空隙を埋めることができる。図１３Ｂから見て取ることができるとおり、金属タブ１３０８への妨げのない通路を、貫通穴１３２８およびガスケット１３３０によって形成することができる。ガスケット１３３０のサイズおよび形状を貫通穴１３２８のサイズおよび形状に調和するように注意深く設計することにより、ラミネーション時の封止材料１３３２による金属タブ１３０８の汚染を防止することができる。
【００７３】
[0106]図１３Ｃが、一実施形態による貫通穴の上面図を示している。図１３Ｃにおいて、金属タブ１３０８の一部分が貫通穴１３２８を介して露出している。図１３Ｄが、一実施形態による典型的なガスケットを示している。いくつかの実施形態において、ガスケット１３３０はＯリングに類似していてもよい。
【００７４】
[0107]いくつかの実施形態においては、特別に設計された接続箱を使用して、タイルモジュール内に封止された光起電ストリングへの電気的アクセスを容易にすることができる。より具体的には、接続箱は、接続箱の底面から貫通穴に上方に延びて、金属タブ（例えば、金属タブ１３０８または１３１０）の露出部分と接触するように構成された電気接続機構を含むことができる。電気接続機構は、金属タブの露出部分と接触するための平らな（ときには円形の）部品と、バックカバーの表面を過ぎて延びる延長ポストとを含む取り付けパッドの形態であってもよい。光起電ストリップのバスバー、金属タブ、および取り付けパッドが、光起電ストリップの片側からタイルの外部への導電経路を協働して生成することができる。いくつかの実施形態においては、取り付けパッドの延長ポストを接続箱の内部に収め、取り付けパッドに電気的絶縁および耐候性をもたらすことができる。
【００７５】
[0108]図１４Ａは、一実施形態による典型的な接続箱の側面図を示している。図１４Ａにおいて、接続箱１４００は、物理的な筐体１４０２と、特別に設計された取り付けパッド１４１０と、リード線１４０６とを含むことができる。接続箱１４００は、バイパスダイオードなどの他の従来からの電気構成要素（図示されていない）も含むことができる。
【００７６】
[0109]物理的な筐体１４０２は、種々の電気構成要素（例えば、取り付けパッド１４１０、リード線１４０６、バイパスダイオード、など）を収容し、電気回路を気象要素から保護する耐候性容器であってもよい。いくつかの実施形態において、物理的な筐体１４０２は、取り付けパッド１４１０を物理的な筐体１４０２から実質的に垂直な方法で延ばすことができるように、タイルモジュールに面する表面に開口部を含むことができる。あるいは、取り付けパッド１４１０を物理的な筐体１４０２から延ばすことができるように、トラップまたはスライドドアを生成することができる。取り付けパッド１４１０を、低抵抗材料（例えば、金属材料）から作ることができ、物理的な筐体１４０２の外に延ばすことができる。いくつかの実施形態においては、取り付けパッド１４１０を、タイルモジュールのバックカバーに位置する貫通穴に挿入し、タイルモジュール内に封止された金属電極（例えば、図１３に示される金属タブ１３０８または１３１０）に直接接触させることができる。
【００７７】
[0110]リード線１４０６が、取り付けパッド１４１０への接続のための接続箱１４００内に位置する部分と、他のタイルモジュールのリード線への接続のための接続箱１４００から延びる部分とを含むことができる。いくつかの実施形態において、リード線１４０６の内側部分は、取り付けパッド１４１０と金属対金属の接触を形成する裸の銅線を含むことができる。リード線１４０６の外側部分を、耐候性ジャケット１４０８に挿入することができる。
【００７８】
[0111]図１４Ｂが、一実施形態による典型的な取り付けパッドの詳細図を示している。取り付けパッド１４１０は、平らな片（または、接触パッド）１４１２と、延長ポスト１４１４と、ワイヤカプラ１４１６とを含むことができる。平らな片または接触パッド１４１２は、円形などのさまざまな形状を有することができる。タイルモジュールのバックカバーの貫通穴に挿入されると、接触パッド１４１２は、光起電ストリングのエッジバスバーに電気的に接続された金属タブの露出部分に直接接触することができる。ガスケットが貫通穴の内側に配置されている場合、接触パッド１４１２をガスケットに挿入できることに注意すべきである。いくつかの実施形態においては、導電性接着剤（ＥＣＡ）を塗布して、接触パッド１４１２を金属タブに接着することができる。あるいは、はんだを使用して、接触パッド１４１２を金属タブに接合することも可能である。タイルモジュールの稼働時に、接触パッド１４１２がタイルモジュールの裏側に位置し、したがってコンタクトパッド上にマスキング層は不要であり、はんだ付けが接合に適した選択肢になることに注意すべきである。いくつかの実施形態においては、接触パッド１４１２をはんだ（例えば、Ｓｎ６２Ｐｂ３６Ａｇ２などのＰｂ系またはＳｎ系のはんだ）の層で事前にコーティングすることができる。貫通穴への挿入後に、熱を（例えば、はんだガンを使用することによって）局所的に加えてはんだを溶かし、接触パッド１４１２をタイルモジュールの内部の金属ストリップに接合することができる。
【００７９】
[0112]延長ポスト１４１４を、その長さが少なくともバックカバーの厚さ以上であるような方法で設計することができる。いくつかの実施形態において、タイルモジュールのバックカバーは、約２．５ｍｍの厚さを有するガラスを含むことができ、延長ポスト１４１４は、わずかに長くてもよく、物理的な筐体から約２．５ｍｍ突出することができる。したがって、接続箱から垂直に延びたとき、延長ポスト１４１４はバックカバーを超えて到達し、接触パッド１４１２を光起電ストリングの電極（例えば、エッジバスバーに接続された金属タブまたはエッジバスバー自体）に接触させることができる。いくつかの実施形態において、延長ポスト１４１４は、図１４Ｂに示されるように湾曲したネック部分を含むことができる。このような設計により、延長ポスト１４１４の突出長の調整を可能にすることができる。ワイヤカプラ１４１６は、接触パッド１４１２の反対側の延長ポスト１４１４の他端に配置される。ワイヤカプラ１４１６を、リード線に接続されるように構成することができる。いくつかの実施形態において、ワイヤカプラ１４１６は、半円筒の表面のような形状にすることができる。ワイヤカプラ１４１６を、ワイヤカプラ１４１６とリード線との間の接続を促進するために、はんだ層で事前にコーティングすることもできる。
【００８０】
[0113]取り付けパッド１４１０は、Ｃｕなどの低抵抗金属材料で作ることが可能である。いくつかの実施形態においては、取り付けパッド１４１０内の３つの異なる構成要素を、単一の金属片から形成することができる。あるいは、それらをはんだ付け、溶接、または接着などの任意の適切な電気的接続によって互いに対して取り付けることができる。
【００８１】
[0114]図１４Ｃが、一実施形態による接続箱とタイルモジュールとの間の典型的な結合を示している。より具体的には、図１４Ｃは、接続箱の付近の場所におけるＰＶタイルモジュールの拡大図を示している。タイルモジュール１４２０は、バックカバー１４２２と、前側カバー１４２４と、バックカバー１４２２と前側カバー１４２４との間に封止された光起電ストリップ１４２６とを含むことができる。金属タブ１４２８が、光起電ストリップ１４２６上のバスバー（例えば、エッジバスバー）と接触しており、光起電ストリップ１４２６を隣接するソーラー屋根タイルに封止された光起電ストリップに電気的に接続するために使用可能である。貫通穴１４３２を、金属タブ１４２８の一部分の真上の位置で、バックカバー１４２２内に形成することができる。貫通穴１４３２の位置を、接続箱、モジュール間スペーサ、などのタイルモジュールの他の構成要素の位置および／またはサイズに基づいて決定することができる。ガスケット１４３４を貫通穴１４３２に挿入し、ラミネーション時に封止材料１４３０が貫通穴１４３２へとあふれることを防止することができる。図１４Ｃにおいて見て取ることができるとおり、ガスケット１４３４の縁はバックカバー１４２２の内面をわずかに過ぎ、したがって封止材料１４３０のあふれを効果的に防止する。封止材料１４３０は、バックカバー１４２２と前側カバー１４２４との間の残りの空き空間を満たすことができる。
【００８２】
[0115]接続箱の物理的な筐体１４０２を、貫通穴１４３２の直上でバックカバー１４２２上に配置することができる。物理的な筐体１４０２は耐候性であるため、貫通穴１４３２の上部に配置されると、貫通穴１４３２によって露出する構成要素（例えば、金属タブ１４２８）を天候要因への曝露から保護することができる。取り付けパッドをガスケット１４３４を通って挿入し、接触パッド１４１２を金属タブ１４２８に直接物理的に接触させることができる。いくつかの実施形態においては、低抵抗の接触を確保するために、金属タブ１４２８が、接触パッド１４１２と接触する幅の広い部分を含むことができる。取り付けパッドの延長ポスト１４１４が、貫通穴１４３２から物理的な筐体１４０２の中に延びる。筐体１４０２の内部において、リード線１４０６を取り付けパッドのワイヤカプラ１４１６に接続することができる。いくつかの実施形態において、リード線１４０６は裸の銅線を含むことができる。接続は、金属対金属の接触を含むことができる。接続箱の筐体１４０２を出る前に、リード線１４０６を耐候性ジャケット１４０８に挿入することができる。リード線１４０６の外側部分の長さは、タイルモジュールのサイズに基づいて決定することが可能である。リード線は、隣接するタイルモジュールからのリード線に接続できるような充分な長さであることが望ましい。
【００８３】
[0116]図１５が、本発明の一実施形態による典型的なタイルモジュールの底面図を示している。マルチタイルモジュール１５００は、３つのＰＶタイル１５０２、１５０４、および１５０６を含むことができる。いくつかの実施形態においては、ＰＶタイル１５０２、１５０４、および１５０６を金属タブ１５０８および１５１０を介して並列に接続することができる。例えば、金属タブ１５０８をモジュール内のすべてのＰＶタイルの正極性のバスバーに接続でき、金属タブ１５１０をすべてのＰＶタイルの負極性のバスバーに接続することができる。さらに、マルチタイルモジュール１５００は、どちらもマルチタイルモジュール１５００の裏側に配置される接続箱１５１２および１５１４を含むことができる。図１４Ａに示した接続箱１４００と同様に、接続箱１５１２および１５１４は、耐候性のリード線とＰＶ屋根タイルを接続する金属タブとの間の電気的接続を容易にする。例えば、接続箱１５１２は、耐候性のリード線１５１６と金属タブ１５０８との間の電気的接続を容易にする。同様に、接続箱１５１４は、耐候性のリード線１５１８と金属タブ１５１０との間の電気的接続を容易にする。したがって、耐候性のリード線１５１６および１５１８は、それぞれすべてのＰＶタイルの正極性および負極性に電気的に接続される。各々の耐候性のリード線は、別のタイルモジュールのリード線への接続のためのやはり耐候性のケーブルカプラをさらに含むことができる。リード線１５１６はケーブルカプラ１５２０を含み、リード線１５１８はケーブルカプラ１５２２を含む。屋根の設置時に、設置者は、屋根のレイアウトおよび電気設計に応じて、耐候性のリード線を使用して個々のマルチタイルモジュールを相互接続することができる。モジュール間の電気的接続を容易にするために、追加のバスケーブルを使用することも可能である。
【００８４】
[0117]接続箱の独自の設計により、ＰＶタイルモジュールの内部に封止された光起電構造物またはストリングへの電気的アクセスが容易になり、したがってモジュール相互接続の堅牢な設計が可能になる。図７および図１５に示した例では、マルチタイルモジュール内の複数のＰＶ屋根タイルが、水平に配置されている。実際には、モジュール内に複数のＰＶタイルを垂直に配置することも可能である。タイルモジュールの形状およびサイズに関係なく、特別に設計された接続箱をモジュール間の電気的接続に使用することができる。いくつかの実施形態において、タイルモジュールはＰＶ屋根タイルを１つだけ含むことができ、タイルモジュールのバックカバーに取り付けられる接続箱は、同様の方法で封止された光起電ストリングのエッジバスバーに電気的にアクセスするように構成されてもよい。例えば、取り付けパッドをエッジバスバー（例えば、ストリングの裏側のエッジバスバー）に直接接続でき、あるいはひずみ緩和コネクタを介してエッジバスバー（例えば、ストリングの前側のエッジバスバー）に接続できる。シングルタイルモジュールは、レイアウトの柔軟性を高めることができ、屋根を形成するときにマルチタイルモジュールと組み合わせることができる。
【００８５】
[0118]モジュールの製造
図１６が、本発明の一実施形態による光起電屋根モジュールの典型的な製造プロセスを示している。製造時に、光起電ストリップの１つ以上のストリングを入手することができる（工程１６０２）。より具体的には、光起電ストリップを、標準的な正方形または擬似正方形の太陽電池を複数のピースに分割することによって入手でき、ストリップのストリングを、複数のストリップをエッジにおいて縦続接続することによって形成することができる。縦続接続は、ストリップ間の直列接続を形成する。光起電ストリップの縦続接続ストリングの形成についての詳細な説明を、２０１５年８月１３日に出願された「ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＣＬＥＡＶＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１４／８２６，１２９号（代理人整理番号Ｐ１０３−３ＮＵＳ）、２０１５年９月２５日に出願された「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＣＡＳＣＡＤＩＮＧ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」という名称の米国特許出願第１４／８６６，７７６号（代理人整理番号Ｐ１０３−４ＮＵＳ）、２０１５年７月２０日に出願された「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＳＣＲＩＢＩＮＧ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」という名称の米国特許出願第１４／８０４，３０６号（代理人整理番号Ｐ１０３−５ＮＵＳ）、２０１５年９月２５日に出願された「ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＦＯＲ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＥ  ＡＤＨＥＳＩＶＥ  ＰＡＳＴＥ  ＯＮ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」という名称の米国特許出願第１４／８６６，８０６号（代理人整理番号Ｐ１０３−６ＮＵＳ）、および２０１５年９月２５日に出願された「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＴＡＲＧＥＴＥＤ  ＡＮＮＥＡＬＩＮＧ  ＯＦ  ＰＨＯＴＯＶＯＬＴＡＩＣ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ」という名称の米国特許出願第１４／８６６，８１７号（代理人整理番号Ｐ１０３−７ＮＵＳ）において見つけることができ、これらの米国特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００８６】
[0119]いくつかの実施形態においては、個々のソーラー屋根タイルの各々が、１つのストリングを含むことができ、各々のストリングは、６つの縦続接続されたストリップを含むことができる。ストリングの出力は、ストリングの両面および両エッジに位置するバスバーである。接続箱に課せられる空間的制約を満たすために、追加のバスバーをストリングに追加することも可能である。追加のバスバーを、エッジバスバーと平行に延びてもよいが、エッジから離れている。ストリングの形成に続いて、ひずみ緩和コネクタを適切なバスバー（例えば、エッジバスバーまたはエッジから離れた追加のバスバー）に取り付けることができる（工程１６０４）。これらに限られるわけではないが、はんだ付け、溶接、または導電性接着剤（ＥＣＡ）による接着など、さまざまな電気接続方法を使用して、ひずみ緩和コネクタをバスバーに取り付けることができる。いくつかの実施形態においては、ひずみ緩和コネクタをマスキング層（例えば、アクリル塗料の層）でコーティングすることができ、マスキング層の完全性を保護するために、ＥＣＡを使用してひずみ緩和コネクタがバスバーに接着される。バスバーは光起電ストリングの両面に位置する可能性があるため、ひずみ緩和コネクタをバスバーに取り付けるために、ストリングを裏返す必要があるかもしれない。
【００８７】
[0120]次いで、複数のストリングをそれぞれのひずみ緩和コネクタとともに、タイルモジュールの構成に対応するマトリックスまたはアレイの構成に配置することができる（工程１６０６）。例えば、３つの横並びのタイルを有するマルチタイルモジュール（例えば、図７に示されるような）を得るために、３つのストリングを直線に沿って配置することができ、隣接するストリングの間の距離をタイルのサイズおよびタイル間のギャップに基づいて決定することができる。同様に、複数のソーラー屋根タイルの前側カバーを、タイルモジュールの構成に対応する構成へと配置することができ（工程１６０８）、前側封止材料層を、カバー上に配置することができる（工程１６１０）。
【００８８】
[0121]いくつかの実施形態においては、それぞれがそれぞれのタイルに対応する３つの別々のカバーを、タイルモジュールに使用することができる。あるいは、３つのタイルのすべてに単一のガラスカバーを使用し、この単一のガラスカバーに溝をエッチングして、３つの個別の屋根タイルの外観を生み出すことができる。さらなる実施形態においては、タイルモジュールの前側カバーが３つの別個のガラス片を含むことができる一方で、タイルモジュールのバックカバーは、単一の連続したバックシートを含むことができる。同様に、封止材料層は、３つの別々の材料片または連続した材料片であってもよい。
【００８９】
[0122]次に、ストリングのアレイを移動させ、前側封止材料層およびカバーの上に配置することができ（工程１６１２）、隣接するタイルの間にスペーサを挿入することができる（工程１６１４）。前側カバーおよびバックカバーの両方が単一のガラスで作られている場合、スペーサは使用できないことに注意すべきである。
【００９０】
[0123]次いで、金属タブ（例えば、図７に示される金属タブ７１０および７１２）を配置し、ひずみ緩和コネクタに直接接触させることができる（工程１６１６）。いくつかの実施形態においては、複数のストリングを互いに並列に接続できるような方法で金属タブを配置することができる。金属タブおよびひずみ緩和コネクタを電気的および機械的に接続するために、ＥＣＡを使用することも可能である。金属タブを、スペーサのベース／リッジに形成されたチャネルを通ることができるような方法で配置する必要があるかもしれない。いくつかの実施形態においては、金属タブが所定の位置に配置された後に、追加のプラスチック片を使用してチャネルを覆うことができる。その後に、裏側封止材料層およびバックカバー（または、複数のバックカバー）がストリングのアレイの上に配置される（工程１６１８）。いくつかの実施形態において、タイルモジュールの裏側封止材料層およびバックカバーは貫通穴を含むことができ、ガスケットを貫通穴の内側に挿入することができる。貫通穴の位置は、金属タブの少なくとも一部分を貫通穴によって露出させることができるような方法で慎重に設計される。これは、バックカバーの正確な配置も必要とする。いくつかの実施形態においては、スペーサを位置合わせの補助として使用して、バックカバーを配置することができる。例えば、バックカバーを配置する自動化ツールが、スペーサを視覚的なガイドとして使用して、バックカバーのエッジをスペーサのエッジに整列させることができる。
【００９１】
[0124]次いで、ストリング、ひずみ緩和コネクタ、および金属タブを前側カバーとバックカバーとの間に封止するために、ラミネーション処理を実行することができる（工程１６２０）。貫通穴に挿入されたガスケットが、金属タブの露出部分への妨げのない経路を生成する。ラミネーションに続いて、マルチタイルモジュールのエッジをトリミングして余分な封止材料を除去し（工程１６２２）、接続箱を取り付けることができる（工程１６２４）。接続箱の取り付けは、接続箱内の事前に作製された取り付けパッドを、ガスケットの中心に挿入することを含むことができる。いくつかの実施形態においては、接続箱から突出する取り付けパッドをバックカバーの貫通穴に収めることができるように、接続箱をバックカバーの所定の位置に配置するために、自動化された工程を実行することができる。熱を局所的に加えて、貫通穴によって露出した金属ストリップに取り付けパッドをはんだ付けすることができる。例えば、接続箱は、接続箱の設置時にはんだガンを取り付けパッドに近づけることを可能にするための取り外し可能なカバーを有することができる。接続箱の取り付けに加えて、屋根ふき構成要素（例えば、マルチタイルモジュールの屋根板への取り付けを容易にすることができる構成要素）をマルチタイルモジュールの裏側に取り付けて、製造プロセスを完了させることができる（工程１６２６）。
【００９２】
[0125]種々の実施形態の以上の説明は、あくまでも例示および説明の目的で提示されているにすぎない。それらは、すべてを述べ尽くそうとするものでも、本システムを開示された形態に限定しようとするものでもない。したがって、多数の修正および変形が、当業者には明らかであろう。さらに、上記の開示は、本システムを限定しようとするものではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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