均质透明涂覆温室发电装置以及内部和外部电互连的制作方法

均质透明涂覆温室发电装置以及内部和外部电互连
1.相关申请的交叉引用
2.本技术根据35 u.s.c.119(e)要求于2019年5月29日提交的美国临时申请第62/854,276号(代理人卷号7006/0189pr01)和于2019年10月22日提交的美国申请第16/660,388号(代理人卷号7006/0190pus01)上述美国申请的全部内容通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及用于在温室环境中收集由均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)产生的电能的系统，更特别地，涉及包括均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)和相关的内部电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的温室系统，更特别地，涉及包括具有均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)和相关的内部电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的系统的温室。


背景技术：

4.现代商业温室(又名玻璃温室或暖房)正在成为技术上日益先进的建筑物，这些建筑物理想地能够以越来越高效的方式运行。现代温室需要能源效率和降低能源消耗来生产需求产品。典型的温室是具有主要由诸如玻璃或塑料的透明材料制成的壁和顶的结构，在其中种植需要调节气候条件的植物。这些温室结构的尺寸范围从小棚到占据大量空间的工业规模的建筑物。
5.使用常规单晶硅或多晶硅、薄膜等的典型温室可以包括太阳能光伏(pv)模块，太阳能光伏(pv)模块安装在地面上或放置在直接安装到框架的机架系统上，其会遮蔽植物或蔬菜最佳生长所需的自然光。目前常规的非透明黑体发电pv模块，虽然能够发电，但可能无法允许足够的光进入温室以使得能够同时进行发电和实现植物生长。典型的pv模块不被设计成让植物生长所需的光穿过模块，而是被设计成阻挡几乎所有的光，从而只允许发电。


技术实现要素：

6.本发明认识到，希望温室允许尽可能多的可见光完全通过发电装置，例如，替换典型温室玻璃或塑料材料的发电装置，从而使发电装置呈现为透明的或仅具有中等可见色调的大部分透明的。本发明进一步认识到，透明或半透明的有机光伏装置可以与温室玻璃或塑料窗结合无害地使用，以避免安装阻挡光的常规光伏温室框架安装阵列系统。
7.由于上述原因和下文所述的其他原因，对于本领域技术人员而言，在阅读和理解说明书后将变得明显的是，本领域需要透明的有机光伏温室结构和装置。
8.本发明的实施方式提供了用于透明有机光伏装置的方法和系统，并且将通过阅读和研究以下说明书来理解。
9.本发明还认识到，常规电气布线连接系统中的离散接触点或连接点对具有受限或受约束的空间或位置访问的均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)的安装提出了挑战。本发明还认识到，当前的温室框架系统在下述方面提出了挑战：将透明发电玻璃或塑料装置(tegd)安全地固定到典型的温室结构中的同时允许容易的不受损的布线配置。
10.在常规技术中，均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)以及与常规电气j-box装置的使用相关联的安装可能会受到困难的(如果不是不可能的)安装的损害或抑制，所述困难的安装是由于不允许正确或安全的模块安装或电连接的空间、固定装置、建筑和安装约束而导致的。
11.例如如图1b和图1c所示，当前常规技术的可再生产品和装置不被配置为允许，并且甚至不能允许所需的光通过该模块进入温室以允许植物生长，而同时通过同一装置同时提供充足的发电量。例如，如图1c所示，常规或透明光伏(pv)装置、双面通道涂覆模块和无定形二氧化硅类型pv模块具有带视觉和光线扭曲线条的未涂覆玻璃或塑料的线条以及可能会干扰、阻碍或限制光透射通过涂层进入温室内部的半透明宽涂覆线条，从而阻碍光透射进入温室并透射到温室内的植物上，这可能对此类植物的生长具有有害的负面影响。
12.此外，如图1b所示，非透明c-si(黑体)光伏(pv)模块的当前技术仅会允许在黑体半导体之间小部分的光穿过模块，这导致植物接收到非常有限的、对于适当或期望的植物生长而言不足量的光。
13.此外，在常规的pv互连系统和布置中，相关联的电气j-box被安装至附接至钻孔玻璃或塑料的背面的模块的背面并被定向成使得系统或其部分在温室内的表面上投射不需要的阴影。常规的系统和布置也可能受到不适当的线管理的影响，从而导致有瑕疵的美观和缺陷并且进一步影响光透射、阴影等。
14.本发明认识到，在工业中本领域需要在温室环境中用改进的均质透明发电装置(tegd)和用于收集由均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)产生的电能的相关和简化的内部和外部连接系统来取代无源无涂覆玻璃或塑料系统和常规pv发电装置以及相关j-box电连接。
15.为了解决这些和其他相关的安装、光透射率和电连接问题，本发明提供了包括新颖的均质透明发电装置和相关的内部电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的系统，该系统降低了成本，增加了所需的光，提高了效率、安全和电连接性，并改进和简化了安装过程，从而为现代高效温室所需的均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)的发电提供了重要优势。
16.本发明还提供了一种新颖的均质且均匀施加的有机光伏(opv)涂层，该涂层甚至在玻璃或塑料的完整的、边缘到边缘的表面的整个范围上，从而实现均匀的光透射率。opv涂层使得均匀光线以各种颜色和可见光透射率(vlt)水平穿过整个模块而进入。修改颜色和vlt的能力使得根据生长的产品以最有效的方式专门设计温室。本发明还提供内部电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)，其允许均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)保持模块、层压单板等以及所有其他玻璃或塑料制造的产品和装置的连接紧密性、结构完整性、功能和用途等，以按照设计和制造的方式来运行，同时允许从透明发电玻璃或塑料装置(tegd)的发电表面或涂层到电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的内部和外部元件进行有效的电传输。本发明的示例性实施方式允许使用均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)实现最大光透射率和有效电传输，同时保持关于光传输、发电和动力生成以及期望的植物生长的所有性能特性。
17.本发明还认识到，示例性均质涂覆透明发电玻璃或塑料装置(tegd)和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的组合将实现从装置的生产性、高效性和有效的电传输以用于温室环境。根据本发明的示例实施方式，电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)可以被配置为任何
发电玻璃或塑料(egp)或均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)模块的组成部分。从发电玻璃或塑料装置(tegd)内部的电涂层和/或电连接的电子传输安全地，高效地和/或有效地互连至用于电传输的外部框架安装的布线系统是理想的，并且在一些情况下是关键的。
18.均质发电玻璃或塑料装置(tegd)和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)可以包括在相反的电串联或并联串端子连接处的接合装置，该接合装置被配置成最大化电压和电流以获得正确连接至其他系统平衡(bos)组件所需的有效功率水平。
19.均质发电玻璃或塑料装置(tegd)和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)可以集成到典型的双片层压玻璃或塑料产品或装置中。在一些示例中，opv发电涂层可以均匀地施加至第一低铁片(low iron lite)的第二表面，所述第一低铁片利用典型的层压膜进行层压并夹在第二低铁玻璃或塑料片之间。发电opv涂层一开始是新颖的，涂层与电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的连接可以包括刚性安装在适当位置的一个或更多个电连接器，它们之间通过保护和绝缘电触点的非导电介电绝缘材料物理分离。模块和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)之间的互连一开始也是新颖的，通过将电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)压在现有的opv模块电接线片上并将电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)牢固地固定在均质发电玻璃或塑料装置(tegd)的底部来完成连接。然后将内部电连接转换为典型或标准化的mc-4连接，类似于例如图1a中所示的普通的常规电连接。mc-4连接是通常用于连接太阳能板的单触点电连接器并且是关于模块到模块或模块到系统平衡(bos)端子线连接的典型的工业标准。
20.本发明的示例性实施方式是针对用于透明温室发电模块的均质发电玻璃或塑料装置(tegd)和相关的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)。均质发电装置(tegd)包括两个或更多个低铁玻璃或塑料片、均质施加的opv涂层和层压膜，并且电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)包括一个或更多个电连接器以及保护一个或更多个电连接器的非导电介电绝缘材料。均质发电玻璃或塑料装置(tegd)和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)可以包括电连接至一个或更多个电连接器的一个或更多个单触点电连接器。一个或更多个单触点电连接器可以包括mc-4连接。
21.通过阅读以下详细描述和附图，本发明的其他特征和优点对于本领域技术人员而言将变得明显。
附图说明
22.在阅读包含在本文中的以下详细描述以及附图后，将更好地理解本发明的这些和其他方面和特征实施方式：
23.图1a示出了光伏(pv)模块的常规公母mc-4连接器的示例；
24.图1b示出了常规双面光伏(pv)模块的示例；
25.图1c示出了常规透明光伏(pv)模块的示例；
26.图2a示出了根据本发明示例性实施方式的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的示意性侧视图；
27.图2b示出了根据本发明示例性实施方式的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的示意性俯视图；
28.图3a示出了根据本发明示例性实施方式的与均质发电玻璃或塑料装置(tegd)连
接的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的示意性左侧视图；
29.图3b示出了根据本发明的示例性实施方式的与均质发电玻璃或塑料装置(tegd)连接的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的示意性前侧视图；
30.图4示出了根据本发明示例性实施方式的包括电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的均质透明发电装置(tegd)系统的仰视图；
31.图5a示出了根据本发明示例性实施方式的温室发电系统的示意性仰视图；以及
32.图5b示出了根据图5a的示例性实施方式的温室发电系统的侧视图。
具体实施方式
33.现在参照附图在下文中更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应被解释为限于本文阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开内容将是透彻且完整的，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。
34.现在参照附图，现在将描述均质透明发电装置(tegd)和电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)的示例性实施方式。
35.出于背景和比较的目的，图1a图示了常规mc-4连接器的示例，其被配置成将在额定绝缘导体之外的发电玻璃或塑料装置(egd)紧固和连接至模块或其他装置。如上所说明的，这种mc-4连接是通常用于连接太阳能板的单触点电连接器并且是典型的关于模块到模块或模块到系统平衡(bos)端子线连接的工业标准。图1b示出了常规c-si(黑体)光伏(pv)模块的示例并且图1c示出了常规透明通道涂覆光伏(pv)模块的示例。
36.图2a至图5b示出了根据本发明的示例性实施方式的用于透明温室发电模块(gegm)的系统的示例性实施方式，该系统包括电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200和均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300。
37.特别地，图2a至图2b示出了电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的示例的侧视图和俯视图。如电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的前侧(图2a)所示，电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200可以具有主体201，该主体201包括被配置成按压至从均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300的前导缘出现的电接线片(例如，图3a、图3b中的接线片a 302)上的内部连接夹202(例如，电子传输夹；图3a、图3b中的夹a 202)。电子传输夹(夹a 202)从主体201的内部连接至外部集成的mc-4连接器208、210，这将允许无缝连接到普遍使用的电连接器(例如，通常用于连接太阳能板的符合关于模块到模块或模块到系统平衡(bos)端子线连接的典型工业标准的电连接器)。电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200可以包括非导电介电绝缘材料204，非导电介电绝缘材料204隔离正导体端子和负导体端子之间的电接触点以防止电弧放电。例如，非导电介电绝缘材料204可以是提供以隔离正导体端子和负导体端子之间的电接触点以防止电弧放电的单独部件，或者非导电介电绝缘材料204可以与主体201或其一部分一体地形成以隔离正导体端子和负导体端子之间的电接触点以防止电弧放电。在示例中，电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的主体201的前导缘可以覆盖有绝缘硅树脂材料206和207等，从而允许液密连接。此外，电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的俯视图(图2b)示出了电导体的接触点被完全封装在非导电介电绝缘材料204中的示例。而且，该俯视图示出了内部汇流条212等的示例，内部汇流条212用非导电介电材料204
封装并且从内部夹202延伸到输出线连接(例如，208、210)。mc-4公连接208和母连接210是通常用于固定正导体端子连接和负导体端子连接的输出的连接。在工业中，母连接器210通常为正( )而公连接器208通常为负(-)。这种插头和插座连接被设计成防止意外的导体连接。
38.图3a至图3b示出了电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200在装配到层压均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)或模块300上时的示例性侧视图和前视图。图3a至图3b示出了侧视图和前视图以及从egp装置/模块300延伸的电接线片302如何无缝连接至e-jbtd 200的电连接器夹202的示例。而且，图3a至图3b示出了包括硅树脂绝缘防水密封件206和207的示例，硅树脂绝缘防水密封件206和207装配在e-jbtd 200和tegd或模块300的玻璃/玻璃或塑料/塑料叠层之间(例如，在e-jbtd200的主体201或其一部分和tegd或模块300的玻璃/玻璃或塑料/塑料叠层之间)。
39.图4示出了连接有电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)的俯视图。图4示出了tegd或模块300上的完全连接的电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200的示例。在所示的示例中，均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)的尺寸基于当今用于安装温室玻璃或塑料的典型技术。然而，尺寸不限于本示例中所示的尺寸，其他示例可以通过不同的尺寸进行不同的配置。例如，可以根据温室开口的设计缩小或放大均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300的尺寸。图3b示出了(e-jbtd)200的固定连接可以被配置成通过一次卡箍(click)(即，单个卡箍连接)固定到tegd或模块300的示例。电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200可以配置成容易地应用于模块或均质发电玻璃或塑料装置(tegd)300，从而实现安全可靠的连接。在示例中，一旦电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200与均质发电玻璃或塑料装置(tegd)300之间形成连接，则不能被移除并重新安装到另外的模块或透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300上。在一些示例中，电气模块接线盒传输装置(e-jbtd)200可以是不可重复使用的，并且旨在一旦在工厂被安装则不会被移除(例如，不能被移除)。
40.图5a和图5b示出了根据本发明实施方式的温室发电系统500的示例。如图5a和图5b所示，温室的一部分可以包括具有框架502(即温室框架)的模块，该框架支承允许阳光进入或穿过模块进入温室内部的一个或更多个均质透明面板。本领域普通技术人员将认识到，可以提供温室或温室模块的其他配置。本发明的实施方式不限于任何特定类型的温室布置或构造。
41.示例性温室发电系统可以包括均质涂覆透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300和电气接线盒传输装置(e-jbtd)200。均质涂覆透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300可以允许光透射到温室中并且透射到温室内的植物上。与例如如图1b所示的常规的透明c-si(黑体)光伏(pv)模块和例如如图1c所示的具有通道涂覆线的常规透明光伏(pv)模块相比，本发明的示例性实施方式可以允许更大量的光通过系统，以及允许光通过系统的均质透射，从而能够透射足够量的均匀且一致的均质光以用于适当或期望的植物生长。
42.与参照图2a至图4描述的示例实施方式类似，图5a和图5b的示例中的电气接线盒传输装置(e-jbtd)200可以包括主体、主体上的一个或更多个电连接器、以及保护一个或更多个电连接器的非导电介电绝缘材料。如图5a和图5b所示，示例性电气接线盒传输装置(e-jbtd)200可以位于均质透明发电玻璃或塑料装置(tegd)300上，使得可以避免或最小化光
透射穿过涂层进入温室内部的干扰或阻碍，从而使得更大量的的光以及光透射进入温室中并且透射到温室内的植物上，以改善这些植物的均匀且有效的生长，同时提供所需的发电量。
43.在本文中已经根据若干个优选实施方式描述了本发明。然而，对于本领域的普通技术人员而言，在阅读了前面的描述之后，对这些实施方式的修改和添加将变得明显。所有这些修改和添加都旨在构成本发明的一部分，只要它们落入所附的若干权利要求的范围内即可。