ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H01L31/48 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к фотоэнергетике, и может быть использовано в энергосистемах с большим сроком активного существования.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий металлическую раму, лицевое и тыльное силикатные стекла и расположенный между стеклами пакет, состоящий из фотоактивного полотна, размещенного между двумя слоями низкомодульной клеящей пленки. Торцовые поверхности ФМ герметизированы мастикой [1].

Недостатками этого модуля являются следующие: герметизация лицевой и тыльной поверхности модуля осуществляется двумя силикатными стеклами, что существенно увеличивает его материалоемкость и массу; герметизация торцовой поверхности модуля при помощи мастики не обеспечивает качественную защиту фотоактивного полотна от атмосферной влаги в течение длительного срока эксплуатации и является основным элементом, определяющим долговечность модуля.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является фотомодуль, содержащий металлическую раму, фотоактивное полотно, заключенное между двумя слоями низкомодульной клеящей пленки, защищенное лицевым стеклом и тыльной пленкой. Герметизация торцов ФМ осуществляется при помощи мастики и резинового уплотнителя [2].

Недостаток данного модуля заключается в том, что при его изготовлении методом термического формования пакета с фотоактивным полотном требуется дополнительная герметизация открытых торцов ФМ. Причем герметизация торцов мастикой и резиновым уплотнителем для надежной работы ФМ недостаточна, так как через уплотнитель и мастику проникает внутрь модуля влага.

Многие низкомолекулярные клеящие полимерные пленки, несмотря на стойкость к влаге, солнечному свету, кислороду воздуха, озону, при длительной эксплуатации в условиях работы ФМ подвеpгаются со временем деструкции с образованием гидроперекисей и выделением альдегидов. Через поры в полимерной клеящей пленке влага попадает непосредственно на фотополотно, что является причиной его ускоренной деградации. Эти же факторы вызывают окисление тоководов, солевые мостики могут вызывать утечку тока и даже короткое замыкание.

Целью изобретения является увеличение долговечности ФМ за счет усиления герметичности путем заварки фотоактивного полотна между неорганическими защитными материалами: силикатным стеклом с лицевой стороны и металлической фольгой с тыльной стороны модуля.

Цель достигается тем, что создан фотоэлектрический модуль, содержащий металлическую раму с закрепленным в ней посредством уплотнителя пакетом, состоящим из фотоактивного полотна, размещенного между двумя слоями низкомодульной клеящей пленки, которые заключены в полости, образованной с лицевой стороны силикатным стеклом, а с тыльной стороны защитным слоем, отличающийся тем, что с целью увеличения долговечности модуля путем улучшения герметичности полости пакета защитный слой выполнен из металлической фольги, изолированной в зоне размещения фотоактивного полотна электроизоляционным материалом, при этом по периметру стекла к нему электростатически присоединена металлическая полоса, к которой приварена металлическая фольга.

На чертеже показан фотоэлектрический модуль.

Фотоэлектрический модуль состоит из металлической рамки 1, фотоактивного полотна 2, клеящей низкомодульной пленки 3, защитного силикатного стекла 4, металлической полосы 5 электростатически присоединенной к стеклу, металлической фольги 6 с электроизоляционным покрытием 7, кроме мест сварки, сварного шва 8, герметично соединяющего стекло с тыльной фольгой, резинового профиля.

Модуль выполняется следующим образом.

На защитное силикатное стекло 4 электростатически присоединяется металлическая полоса 5 (обычно алюминиевая) из фольги толщиной 50 мкм и шириной 5-10 мм. Полоса фольги присоединяется к стеклу под рабочим напряжением до 1,6 кВ прижатием ее роликом к поверхности нагретого до температуры 220-250^оС стекла с усилием до 150 Н при токе до 1,5 А. При этом возникает диффузия алюминия в глубь стекла с образованием алюмосиликатов, за счет чего обеспечивается надежное присоединение фольги к стеклу. Стекло с присоединенной металлической полосой подвергается технологическому процессу вакуумно-термического формования с низкомодульными клеящими пленками 3, фотоактивным полотном 2 и тыльной металлической фольгой 6, дублированной электроизоляционным покрытием 7. После термоформования создается сварной шов 8 между металлической полосой на стекле и тыльной фольгой.

При этом используется сварка с малой зоной теплового воздействия: ультразвуковая или лазерная, что обеспечивает герметичность ФМ в течение длительного срока службы. Герметизированное фотополотно помещается в резиновый уплотнитель 9 и металлическую рамку 1.

Технико-экономические преимущества предлагаемой конструкции ФМ заключаются в увеличении его долговечности и надежности. Способность герметизирующих полимерных материалов поглощать (сорбировать) воду вызывает падение электроизоляционных свойств и, как следствие, деградацию электрических характеристик ФМ. Это происходит из-за того, что межмолекулярное и внутримолекулярное пространство в полимерах составляет 10^-7-10^-9 м, тогда как размер молекул воды в наибольшем направлении равен 3˙ 10^-10 м, т.е. вода может проникать через любые герметики на основе полимерных композиций. Таким образом, защита торцов мастикой не создает условия долговечности ФМ. Низкомодульные клеящие пленки, применяемые в изготовлении ФМ, при длительной эксплуатации подвергаются действию влаги, кислорода воздуха, озона, различных кислот и солей, содержащихся в водяных парах, что вызывает деструкцию полимеров с образованием активных химических соединений типа гидроперекисей и альдегидов. Как продукты деструкции так и проникающие через мастику и пленку реагенты, содержащиеся в окружающей среде, попадая на фотополотно, вызывают его деградацию, коррозию тоководов, разрушают паяные соединения, создают микрошунты.

Применив в конструкции ФМ полную герметизацию стеклом и металлом, получим новое качество изделия - надежную защиту от воздействий окружающей среды. Это позволяет увеличить срок активного существования ФМ в два раза и довести его до 40 лет, снизить в 2 раза стоимость вырабатываемой им электрической энергии при одинаковых исходных капитальных затратах.

Применение плотной герметизации открывает возможность использования более эффективного фотополотна с малой устойчивостью к воздействию внешней среды с применением новых светотехнических материалов.

Использование: изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в фотоэлектрических энергосистемах с большим сроком службы. Сущность: фотоактивное полотно, состоящее из последовательно-параллельного набора фотопреобразователей, заключается в герметичное пространство, ограниченное с лицевой стороны силикатным стеклом, а с тыльной стороны металлической фольгой. По периметру стекла методом электростатического присоединения закрепляется металлическая полоса из материала, хорошо свариваемого с тыльной металлической фольгой шовной лазерной или ультразвуковой сваркой, фольга приваривается к металлической полосе, закрепленной на стекле. 1 ил.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ, содержащий металлическую раму с закрепленным в ней посредством уплотнителя пакетом, состоящий из фотоактивного полотна, размещенного между двумя слоями низкомодульной клеящей пленки, которые заключены в полости, образованной с лицевой стороны силикатным стеклом, с тыльной стороны - защитным слоем, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности модуля путем улучшения герметичности полости пакета, защитный слой выполнен из металлической фольги, изолированной в зоне размещения фотоактивного полотна электроизоляционным материалом, при этом по периметру стекла к нему электростатически присоединена металлическая полоса, к которой приварена металлическая фольга.