均匀且定向着色的光伏模块制造技术

描述了用于均匀着色和定向着色的光伏模块和屋顶瓦片的微结构以及定向和多向涂覆。光伏屋顶瓦片(650)包括在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖(652)，以及与带纹理的玻璃的第一侧邻接的被构造成反射一颜色的光的一层或多层透明材料(654、656)。玻璃盖可以在第一侧上具有纹理，以及与带纹理的玻璃盖的第一侧邻接的球形金属纳米颗粒层(810)。定向着色的太阳能模块可以包括在第一侧上具有纹理的带纹理的玻璃盖和在玻璃盖的第一侧上覆盖纹理的一个或多个分面(1106)的涂层。可以通过在一个或多个方向上涂覆带纹理的玻璃盖来沉积涂层。

Uniform and directional colored photovoltaic modules

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】均匀且定向着色的光伏模块
本公开一般而言涉及光伏(或“PV”)模块的设计。更具体而言，本公开涉及着色的光伏屋顶瓦片的设计和制造。
技术介绍
商业太阳能面板由光伏(或“PV”)模块阵列构造。每个PV模块又通常包括太阳能电池的二维阵列(例如6×12)。一般而言，这些模块的颜色外观是嵌入在PV模块中的太阳能电池的自然颜色，其可以是蓝色、深蓝色或黑色。但是客户通常希望选择PV模块的颜色外观，使得例如模块与其中集成它们的建筑物的颜色相匹配。有几种现有技术可为PV模块提供颜色。一种技术涉及施加有色玻璃和/或着色的封装片。但是，这些多余的结构会吸收大量的阳光，从而导致显著的PV功率损耗。此外，这些结构的颜色外观可能会随着时间的推移而退化。另一种着色技术涉及在PV模块或太阳能电池上涂膜。但是，通过在常规玻璃上的涂覆获得的颜色外观通常会遭受随角异色(flop)或角度敏感性的问题，并且也会在环境压力(诸如海洋天气)下随着时间的推移而退化。阴影或入射阳光的吸收会导致PV功率损耗，这是现有着色技术的必然问题。此外，用这些技术制造的着色PV模块以及更普遍的着色玻璃通常会遭受以下问题：闪耀或闪光；随角异色或与角度相关的颜色外观；以及颗粒感。注意的是，闪耀是指闪光或局部亮点。另一方面，随角异色通常是指角度相关的颜色，即，峰值反射波长的角度相关性。术语随角异色或明暗随角异色也可以指与角度相关的亮度，即，总反射率的角度相关性。
技术实现思路
本文描述的一个实施例提供了一种光伏屋顶瓦片。这种光伏屋顶瓦片包括在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖。此外，光伏屋顶瓦片包括被构造成反射第一颜色的光的一层或多层透明材料，其中该一层或多层透明材料与带纹理的玻璃盖的第一侧邻接。在该实施例的变型中，玻璃盖还具有带图案的第二纹理，该第二纹理在第一侧上包括特征阵列。特征阵列包括以下中的至少一个：凹槽阵列；圆锥体阵列；三棱锥阵列；三棱锥阵列；正方棱锥阵列；以及六棱锥阵列。在该实施例的变型中，透明材料包括氧化锌铝或透明导电氧化物。在该实施例的变型中，具有折射率的透明材料包括二氧化硅。在该实施例的变型中，微纹理在玻璃盖的第一侧上被化学蚀刻。在该实施例的变型中，微纹理在玻璃盖的第一侧上被喷砂处理。在本公开的另一方面，公开了一种光伏屋顶瓦片。该光伏屋顶瓦片包括玻璃盖和与玻璃盖的第一侧邻接的球形金属纳米颗粒层。在该实施例的变型中，玻璃盖在第一侧上具有纹理。在该实施例的变型中，球形金属纳米颗粒层包括锑的外层和金属的内层。球形金属纳米颗粒层进一步在玻璃盖上退火。在该实施例的变型中，纳米颗粒层优选地在玻璃盖的第一侧上生长、浸涂或旋涂。在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含银。在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含金。在该实施例的变型中，金属纳米颗粒包含铝。在本公开的另一方面，公开了一种定向着色的光伏屋顶瓦片。该定向着色的光伏屋顶瓦片包括在第一侧上具有纹理的带纹理的玻璃盖。该定向着色的光伏屋顶瓦片还包括在玻璃盖的第一侧上覆盖纹理的一个或多个分面(facet)的涂层，其中涂层通过在一个或多个方向上涂覆带纹理的玻璃盖来沉积。在该实施例的变型中，涂层包含金属纳米颗粒。在该实施例的变型中，涂层包括被构造成基于干涉来反射预定颜色的透明薄膜。在该实施例的变型中，沉积的涂层在不同分面上的厚度变化。在该实施例的变型中，涂层被构造成以特定视角为观看者提供颜色，同时在其它角度增强光学透明度。在该实施例的变型中，特定视角包括低于20°的掠射角。在该实施例的变型中，涂层被构造成在光伏屋顶瓦片的玻璃盖上产生颜色变化。附图说明专利或申请文件包含至少一张彩色附图。在请求并支付必要费用后，专利局将提供本专利或专利申请公开的带有(一个或多个)彩色附图的副本。图1示出了房屋上的光伏屋顶瓦片的示例性构造。图2示出了光伏屋顶瓦片的构造的透视图。图3示出了示例性光伏屋顶瓦片的横截面。图4A示出了具有级联太阳能电池条的光伏屋顶瓦片的示例性构造。图4B示出了通过重叠太阳能电池条相应的边缘而级联的太阳能电池条。图5A和图5B图示了带微纹理的均匀着色的玻璃与常规玻璃的比较。图6A图示了由于干涉效应而导致的光伏屋顶瓦片中的着色的角度相关性。图6B呈现了根据本专利技术的实施例的具有微纹理和滤色器的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。图7A示出了根据本专利技术的实施例的具有纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。图7B示出了根据本专利技术的实施例的封装纳米颗粒层的均匀着色的光伏屋顶瓦片的示例性结构。图8图示了根据本专利技术的实施例的通过退火在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的示例性过程。图9示出了根据本专利技术的实施例的图示用于在均匀着色的光伏屋顶瓦片中沉积纳米颗粒层的方法的框图。图10示出了曲线图，该曲线图图示了对于各种波长的光，玻璃上的75nm银纳米球的散射和吸收的速率。图11A示出了根据本专利技术的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆的示例。图11B示出了根据本专利技术的实施例的垂直于玻璃-空气界面的带纹理的光伏屋顶瓦片分面的定向涂覆的示例。图11C图示了根据本专利技术的实施例的由于带纹理的光伏屋顶瓦片的定向涂覆而导致的涂覆厚度的变化。图11D图示了根据本专利技术的实施例的带纹理的光伏屋顶瓦片的多向涂覆。在各图中，相似的附图标记指代相同的图元素。具体实施方式呈现以下描述以使本领域的任何技术人员能够制造和使用实施例，并且在特定应用及其要求的上下文中提供以下描述。对于所公开的实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用。因此，本专利技术不限于所示的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最宽范围。概述本文公开的各种实施例提供了用于制造均匀和/或定向着色的光伏(PV)模块或屋顶瓦片的解决方案。本专利技术的实施例可以生产具有均匀颜色且几乎没有光吸收的PV屋顶瓦片。因此，(除模块预期颜色以外的颜色的)大部分的入射光被透射到PV电池。为了促进PV模块和屋顶瓦片的均匀着色，可以对顶部玻璃盖的内表面进行纹理化，并且可以将具有预定折射率或折射率组合的透明材料沉积在纹理化表面上。与常规的玻璃盖相比，这种具有微纹理或磨砂的玻璃盖可以显示明显更少的闪光、随角异色和颗粒感，从而改善了颜色均匀性和外观。可定制的定向着色和有意控制的角度相关颜色可以提供更多的美学选择，同时仍高效地进行太阳能转换。还可以在玻璃盖的内表面上产生球形金属纳米颗粒层。这些纳米颗粒可以高效地产生颜色，同时吸收很少的光。本文描述的另一个特征是PV模块或屋顶瓦片的定向着色。玻璃盖的纹理化表面可以具有覆盖纹理的一个或多个分面的滤色器层。该滤色器可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏屋顶瓦片，包括：/n在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖；以及/n一层或多层透明材料，被构造成反射第一颜色的光，其中所述一层或多层透明材料与所述带纹理的玻璃盖的第一侧邻接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170517 US 15/598,1941.一种光伏屋顶瓦片，包括：
在第一侧上具有微尺寸的纹理的玻璃盖；以及
一层或多层透明材料，被构造成反射第一颜色的光，其中所述一层或多层透明材料与所述带纹理的玻璃盖的第一侧邻接。


2.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述玻璃盖还具有图案化的第二纹理，所述第二纹理在所述第一侧上包括特征阵列，并且其中所述特征阵列包括以下中的至少一个：
凹槽阵列；
圆锥体阵列；
三棱锥阵列；
正方棱锥阵列；以及
六棱锥阵列。


3.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述透明材料包括氧化锌铝或透明导电氧化物。


4.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述透明材料包括二氧化硅。


5.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述微纹理在所述玻璃盖的第一侧上被化学蚀刻。


6.如权利要求1所述的光伏屋顶瓦片，其中所述微纹理在所述玻璃盖的第一侧上被喷砂处理。


7.一种光伏屋顶瓦片，包括：
玻璃盖；以及
与所述玻璃盖的第一侧邻接的球形金属纳米颗粒层。


8.如权利要求7所述的光伏屋顶瓦片，其中所述玻璃盖在所述第一侧上具有纹理。


9.如权利要求7所述的光伏屋顶瓦片：
其中所述球形金属纳米颗粒层包括锑的外层和金属的内层；以及
其中所述球形金属纳米颗粒层在所述玻璃盖上退火。

【专利技术属性】
技术研发人员：J·刘，O·J·勒菲弗尔，
申请(专利权)人：特斯拉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US