ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01L31/05 H01L31/18 

Изобретение относится к технике прямого преобразования солнечной энергии в электрическую и может быть использовано в фотоэлектрических модулях электрической мощностью от десятков ватт до нескольких киловатт и при их изготовлении.

Известен фотоэлектрический модуль, содержащий панели солнечных элементов, которые выполнены в виде матриц, элементы крепления и соединительные элементы [1]
Недостатком известного фотоэлектрического модуля является сложность конструкции, обусловленная большим количеством соединительных элементов в системе крепления панелей и в электрических соединениях.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному фотоэлектрическому модулю является фотоэлектрический модуль, содержащий герметизированные панели солнечных элементов, снабженные профилями с продольными пазами, в которых расположены периферические участки панелей, фиксирующие элементы, размещенные на стыках профилей, и токоотводы [2]
Недостатками известного фотоэлектрического модуля являются низкая эксплуатационная надежность, обусловленная жестким соединением панелей с профилями, и значительный вес модуля вследствие сложности конструкции фиксирующих элементов. Так, стыковка профилей смежных панелей в модуле осуществляется при помощи сложной системы соединительных узлов, состоящих из вкладышей с несколькими выступами, нескольких соединительных элементов и стыковочных блоков.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления фотоэлектрического модуля, включающий изготовление панелей солнечных элементов с токоотводами, изготовление профилей с углублениями для фиксирующих элементов, размещение панелей в профилях, соединение панелей и электрическую коммутацию [3]
Недостатком известного способа является низкая производительность процесса изготовления вследствие большого количества ручных операций, связанных с необходимостью крепления большого числа различных деталей конструкции и сложностью совместной герметизации солнечных элементов в панели.

Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности и снижение веса фотоэлектрического модуля при одновременном увеличении производительности процесса его изготовления.

Для достижения указанного технического результата предложен новый фотоэлектрический модуль и способ его изготовления. В заявленном фотоэлектрическом модуле, содержащем герметизированные панели солнечных элементов, снабженных профилями с продольными пазами, в которых расположены периферические участки панелей, фиксирующие элементы, размещенные на стыках профилей и токоотводы, введены прокладки из упругого материала, размещенные между панелями и стенками пазов профилей, в профилях выполнены дополнительные пазы, в которых зафиксированы токоотводы, каждый фиксирующий элемент выполнен в виде стержня с проточками и расположен в углублениях, выполненных в стенках смежных профилей, при этом проточки стержня заполнены материалом профилей, при этом предпочтительно концевые участки профилей выполнять со скосами, и совмещать скосы смежных профилей.

В предложенном способе изготовления фотоэлектрических модулей, включающем изготовление панелей солнечных элементов с токоотводами, изготовление профилей с углублениями для фиксирующих элементов, размещение панелей в профилях, соединение панелей и электрическую коммутацию, до соединения панелей с профилями дополнительно изготавливают упругие прокладки с пазами и размещают их на периферийных участках панелей, при соединении панелей размещают фиксирующие элементы в углублениях профилей и вдавливают материал стенок профилей в проточки фиксирующих элементов, а электрическую коммутацию осуществляют, размещая токоотводы в пазах профилей, при этом предпочтительно токоотводы смежных панелей коммутировать между собой после соединения панелей; а при соединении панелей их фронтальные поверхности располагать в одной плоскости.

В заявленном фотоэлектрическом модуле за счет введения прокладок из упругого материала, размещенных между панелями и стенками пазов профилей, удалось не только повысить эксплуатационную надежность за счет компенсации механических и термомеханических нагрузок на панели, но и существенно снизить вес модуля посредством уменьшения количества соединительных элементов. Этой же цели служит и выполнение каждого фиксирующего элемента в виде стержня с проточками, в которые вдавливается материал тонкостенных участков профилей, что позволяет предельно упростить систему стыковки смежных панелей. Повышению эксплуатационной надежности способствует выполнение в профилях дополнительных пазов, в которых фиксируются токоотводы, поскольку таким образом токоотводы защищаются от всевозможных внешних воздействий. Выполнение концевых участков профилей со скосами способствует снижению веса, так как при стыковке смежных профилей их скосы совмещают и фиксируют при помощи самонарезающихся винтов.

В заявленном способе, при помощи которого изготавливают фотоэлектрический модуль предложенной конструкции, перед сборкой предварительно изготавливают профили с дополнительными пазами для токоотводов и с углублениями для фиксирующих элементов и дополнительно изготавливают упругие прокладки с пазами, в которых затем размещают периферические участки панелей. После установки профилей соединение смежных панелей в модуле осуществляют, размещая в углублениях профилей стержни и вдавливая материал профилей в проточки этих стержней, что позволяет предельно упростить операцию соединения смежных панелей. Процесс коммутации токоотводов смежных панелей упрощается за счет размещения токоотводов в дополнительных пазах профилей, при этом соединение токоотводов осуществляют после стыковки панелей. Ускорению процесса сборки модуля способствует размещение фронтальных поверхностей всех панелей модуля в одной плоскости, поскольку при этом облегчается процесс совмещения смежных отверстий.

На фиг. 1 показан фотоэлектрический модуль, вид сверху; на фиг. 2 часть фотоэлектрического модуля, поперечное сечение; на фиг. 3 угловая зона фотоэлектрического модуля; на фиг. 4 соединение панелей в фотоэлектрическом модуле.

Фотоэлектрический модуль содержит панели 1 батарей солнечных элементов, профили 2 с продольными пазами, размещенные в центральной зоне модуля, профили 3 с продольными пазами, размещенные по периметру модуля, прокладки 4 из упругого материала, фиксирующие элементы, выполненные в виде стержней 5 с проточками 6, заполненными материалом тонкостенных участков профилей 7, токоотводы 8, размещенные в дополнительных пазах 9 профиля, самонарезающиеся винты 10, при помощи которых соединяются профили.

Каждая панель 1 (см. фиг. 1) состоит из набора батарей высокоэффективных солнечных элементов (обычно кремниевых), электрически соединенных параллельно или параллельно-последовательно. Профили 2, 3 изготавливают, как правило, из алюминиевых сплавов. В профилях предусмотрены участки с тонкостенными стенками 7, которые при сборке модуля вдавливают в проточки 6 стержней 5. Токоотводы 8, предназначенные для электрической коммутации панелей, зафиксированы в дополнительных пазах 9 профилей.

Пример конкретной реализации заявленного способа изготовления фотоэлектрического модуля заявленной конструкции. Изготавливали солнечные элементы из кремниевых пластин толщиной 400 мкм по стандартной технологии. Солнечные элементы коммутировали в батарею, состоящую из последовательно соединенных элементов, и затем батарею при помощи прозрачного компаунда приклеивали к плите, выполненной из кремниевого стекла. Изготавливали профили с продольными пазами, дополнительными пазами и углублениями из алюминиевого сплава АД-31. Из резины литьем изготавливали прокладки с продольными пазами, которые затем размещали на периферических участках панелей. Прокладки панелей размещали в продольных пазах профилей, при этом совмещали скосы смежных профилей и соединяли их самонарезающимися винтами. Токоотводы панелей фиксировали в дополнительных пазах профилей и фронтальные поверхности всех панелей размещали на плоскости монтажного стола. При стыковке панелей между собой в углублениях их профилей размещали стержни и затем обжимали тонкостенные участки профилей, вдавливая материал стенок профилей в проточки стержней. После соединения панелей проводили электрическую коммутацию их токоотводов.

Изготовленный фотоэлектрический модуль работает следующим образом. Освещаемую поверхность панелей 1 размещали перпендикулярно потоку солнечного излучения. Присоединяли к концевым участкам токоотводов 8 электрическую нагрузку (не указана). Солнечная энергия превращалась солнечными элементами панелей 1 в электрическую и с токоотводов 8 в полезную нагрузку поступала электрическая энергия. При всевозможных механических и термомеханических нагрузках прокладки 4 из упругого материала полностью предохраняли панели 1 от воздействия указанных нагрузок.

Заявленный фотоэлектрический модуль удобен в изготовлении, обладает повышенной эксплуатационной надежностью, при этом вес модуля более чем на 10% ниже веса известных фотоэлектрических модулей.

Использование: в оптоэлектронике. Сущность изобретения: в фотоэлектрический модуль, содержащий герметизированные панели солнечных элементов, снабженные профилями с продольными пазами, в которых расположены периферические участки панелей, фиксирующие элементы, размещенные на стыках профилей, и токоотводы введены прокладки из упругого материала, размещенные между панелями и стенками пазов профилей, в профилях выполнены дополнительные пазы, в которых зафиксированы токоотводы, каждый фиксирующий элемент выполнен в виде стержня с проточками и расположен в углублениях, выполненных в стенках профилей, при этом проточки стержня заполнены материалом профилей. Концевые участки профилей могут быть выполнены со скосами, при этом скосы смежных профилей совмещены. В способе изготовления фотоэлектрического модуля, включающем изготовление панелей солнечных элементов с токоотводами, изготовление профилей с углублениями для фиксации элементов, размещение панелей в профилях, соединение и электрическую коммутацию панелей, до соединения панелей с профилями дополнительно изготавливают упругие прокладки с пазами и размещают их на периферических участках панелей, при соединении панелей размещают фиксирующие элементы в углублениях профилей и вдавливают материал стенок профилей в проточки фиксирующих элементов, а электрическую коммутацию осуществляют, размещая токоотводы в пазах профилей. Токоотводы смежных панелей коммутируют между собой после соединения панелей. При соединении панелей их фронтальные поверхности располагают в одной плоскости. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

1. Фотоэлектрический модуль, содержащий герметизированные панели солнечных элементов, снабженные профилями с продольными пазами, в которых расположены периферические участки панелей, фиксирующие элементы, размещенные на стыках профилей, и токоотводы, отличающийся тем, что в него введены прокладки из упругого материала, размещенные между панелями и стенками пазов профилей, в профилях выполнены дополнительные пазы, в которых зафиксированы токоотводы, каждый фиксирующий элемент выполнен в виде стержня с проточками и расположен в углублениях, выполненных в стенках смежных профилей, при этом проточки стержня заполнены материалом профилей. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что концевые участки профилей выполнены со скосами, при этом скосы смежных профилей совмещены. 3. Способ изготовления фотоэлектрического модуля, включающий изготовление панелей солнечных элементов с токоотводами, изготовление профилей с углублениями для фиксирующих элементов, размещение панелей в профилях, соединение и электрическую коммутацию панелей, отличающийся тем, что до соединения панелей с профилями дополнительно изготавливают упругие прокладки с пазами и размещают их на периферийных участках панелей, при соединении панелей размещают фиксирующие элементы в углублениях профилей и вдавливают материал стенок профилей в проточки фиксирующих элементов, а электрическую коммутацию осуществляют, размещая токоотводы в пазах профилей. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что токоотводы смежных панелей коммутируют между собой после соединения панелей. 5. Способ по п.3, отличающийся тем, что при соединении панелей их фронтальные поверхности располагают в одной плоскости.