ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 1999 года по МПК H01L31/04 

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности, к конструкциям полупроводниковых фотоэлектрических генераторов.

Известен модуль солнечной батареи, содержащий кристаллические фотопреобразователи, заламинированные между лицевым стеклянным и пленочным тыльным покрытиями, и силовую окантовочную раму. (Проспекты фирм "Совлакс", "ARCO Solar", "Siemens", "Helios Technology").

Недостатками известной конструкции являются:
большая масса на единицу фотоприемной поверхности, обусловленная использованием относительно толстого стекла;
сложность транспортирования, связанная с хрупкостью стекла;
отсутствие ремонтопригодности.

Известен модуль солнечной батареи, содержащий аморфные фотопреобразователи, нанесенные на тонкую металлическую основу, заламинированные между лицевым прозрачным пленочным покрытием и тыльным сплошным металлическим листом, закрытым с внешней стороны защитной пленкой, и окантовочной рамы. (Проспект фирмы ECD).

Недостатками этой конструкции являются:
большая масса на единицу фотоприемной поверхности из-за использования достаточно толстого, вследствие больших размеров, тыльного металлического листа;
необходимость принятия специальных мер для электрической изоляции фотопреобразователей и мест их коммутации от сплошного металлического листа, что требует дополнительного расхода материалов и, следовательно, увеличивает стоимость модуля;
нецелесообразность использования кристаллических фотопреобразователей из-за значительного коэффициента термического расширения материала тыльного листа и, как следствие, существенной циклической деформации межэлементных электрических соединений в процессе эксплуатации, снижающей надежность модуля;
отсутствие ремонтопригодности.

Известна солнечная батарея на основе стеклянных газонаполненных цилиндрических модулей, установленных в единый монолитный каркас (Гелиотехника, 1982, N 5, С. 25-28; Гелиотехника, 1989, N 2, С. 3-6; Энергоактивные здания, /Н.П.Селиванов, А.И. Мелуа, С.В. Заколей и др.; Под ред. Э.В.Сарнацкого и Н. П. Селиванова.: Стройиздат, 1988. - 376 с.: ил., С. 114-116).

Ее недостатками являются:
низкая механическая прочность стеклянных тонкостенных оболочек, защищающих фотопреобразователи от воздействия окружающей среды;
большая масса на единицу фотоприемной поверхности батареи, обусловленная применением монолитного каркаса.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гибкая фотоэлектрическая батарея, содержащая аморфные фотопреобразователи, нанесенные на тонкую металлическую основу, заламинированные между лицевым прозрачным пленочным покрытием и тыльной защитной пленкой. (Проспект фирмы ECD, 1992 г.).

Недостатками этой конструкции являются:
невозможность использования хрупких кристаллических фотопреобразователей;
отсутствие ремонтопригодности;
необходимость в ряде случаев применения специальных конструкций, обеспечивающих плоскостность фотоприемной поверхности при ориентации ее на Солнце, т.к. из-за неравномерности освещения произвольно искривленной фотоприемной поверхности эффективность модуля существенно снижается;
нецелесообразность использования батареи для комплектования фотоэлектрических установок вследствие низкого коэффициента заполнения площади батареи фотопреобразователями;
неудобство транспортирования из-за невозможности ее трансформирования в компактную установку.

Задачей данного изобретения является создание мобильной сборно-разборной фотоэлектрической батареи.

В результате использования изобретения уменьшается вес батареи, она становится ремонтопригодной и не требует значительного времени на развертывание в рабочее состояние и складывание в компактный объем для транспортирования.

Вышеуказанные результаты достигаются тем, что фотоэлектрическая батарея составлена из ленточных модулей, жесткость фотоприемной поверхности которых обеспечивается их натяжением, создаваемых раздвижной рамой, построенной на принципе пантографа.

Такое техническое решение позволяет:
получить наименьшую по сравнению с аналогами массу на единицу фотоприемной поверхности модуля, поскольку для кристаллических фотопреобразователей используется подложка, состоящая из отдельных секций с линейными размерами и формой, соответствующими единичному или нескольким фотопреобразователям, что позволяет существенно уменьшить ее толщину по сравнению со сплошной подложкой, а для гибких аморфных фотопреобразователей подложка не требуется вообще;
создать возможность компактной упаковки из сложенных вместе модулей и каркаса, который в транспортном состоянии имеет максимальный линейный размер близкий к длине модулей;
обеспечить ремонтопригодность батареи даже в полевых условиях за счет замены вышедших из строя модулей;
создавать крупные модули и батареи с линейными размерами, превышающими возможности технологического оборудования, на котором осуществляется ламинирование;
обеспечить малое время на развертывание батареи в рабочее состояние и складывание ее для транспортирования вследствие использования раздвижного каркаса и заранее скоммутированных с помощью гибких электрических перемычек модулей;
создавать каркасы с несколькими окнами, где размещаются модули, для более мощных солнечных батарей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 - приведен общий вид солнечной батареи в рабочем состоянии.

На фиг. 2 - комплект ламинирования ленточного модуля на основе кристаллических фотопреобразователей.

На фиг. 3 - конструктивная схема раздвижного каркаса.

Солнечная батарея содержит раздвижную раму 1, в углах которой закреплены ограничители, например, в виде тросов 2. На ограничителях крепятся ленточные модули 3, скоммутированные между собой с помощью гибких перемычек 4.

Комплект для ламинирования ленточного модуля на основе кристаллических фотопреобразователей включает следующие детали: лицевое прозрачное пленочное покрытие 5, первый лист клеящего материала 6, скоммутированные между собой фотопреобразователи 7, второй лист клеящего материала 8, подложку 9, бандаж (при необходимости) 10, третий лист клеящего материала 11 и тыльную защитную пленку 12. Вместо данных двух последних слоев 11 и 12 можно использовать тыльную защитную пленку с нанесенным на нее клеящим составом. То же относится и к первым двум слоям 5 и 6.

При использовании гибких аморфных фотопреобразователей подложка 9 и второй лист клеющего материала не используются.

В случае достаточной прочности на растяжение лицевого и тыльного покрытий можно не использовать бандаж 9. В процессе ламинирования технологическим путем по периметру модуля создается утонение 13 с минимальным слоем клеящего материала. Собственно ламинирование проводится по известной технологии без каких-либо отклонений.

Единичная рама солнечной батареи состоит из четырех пар перекрещивающихся стержней 14, соединенных по углам шарнирами 15. В местах перекрещивания каждая пара стержней соединена шарниром 16, причем его расположение не обязательно должно находиться на середине стержней. Пара угловых шарниров 15, расположенных в одном углу каркаса и находящихся наиболее близко друг от друга, соединяется между собой натяжным устройством 17. Число натяжных устройств, особенно для каркаса с несколькими окнами, определяется исходя из жесткости используемых стержней 14 и конкретных условий эксплуатации. Окно, в котором размещены модули, образовано раздвинутым в рабочее состояние единичным каркасом. При необходимости создания более мощной солнечной батареи к угловым шарнирам 15 возможно присоединение дополнительных пар стержней 14, образующих в сочетании с дополнительными угловыми шарнирами новые окна для размещения модулей.

Солнечная батарея работает следующим образом:
Каркас 1 из транспортного положения 18 раздвигается до состояния, обеспечивающего удобное закрепление ограничителей 2 к четырем угловым шарнирам 14, находящимся в одной плоскости. Если ограничители гибкие и позволяют сложить модули 3 в компактное транспортное положение, то последние могут быть закреплены на ограничителях постоянно. Если ограничители жесткие, то модули закрепляются на них после установки ограничителей в каркас. Далее с помощью натяжных устройств 17 каркас раздвигается до положения, обеспечивающего натяжение ограничителей и модулей, расположенных между ними. Процесс приведения батареи в транспортное положение осуществляется в обратном порядке.

Использование: в преобразовании солнечной энергии в электрическую, в частности, в конструкциях полупроводниковых фотоэлектрических генераторов. Технический результат заключается в уменьшении веса батареи, батарея становится ремонтопригодной и не требует значительного времени на развертывание в рабочее состояние и складывание в компактный объем для транспортирования. Сущность: фотоэлектрическая батарея составлена из ленточных модулей, жесткость фотоприемной поверхности которых в рабочем состоянии осуществляется их натяжением, создаваемым раздвижной рамой, в узлах которой закреплены ограничители в виде тросов. Рама состоит из четырех пар перекрещивающихся стержней, соединенных по углам шарнирами. В местах перекрещивания каждая пара стержней соединена шарниром. Пара угловых шарниров, расположенных в одном углу каркаса и находящихся наиболее близко друг от друга, соединяется натяжным устройством. 3 ил.

Фотоэлектрическая батарея, содержащая модули, в которых фотопреобразователи заламинированы между лицевым прозрачным и тыльным защитным покрытием, раму и подложку, отличающаяся тем, что модули, выполненные в виде лент, закреплены через ограничители на раздвижной раме, состоящей из четырех пар перекрещивающихся стержней, соединенных по углам и местам перекрещивания шарнирами, причем пара соседних угловых шарниров, расположенных в одном или нескольких углах рамы, соединена между собой натяжным устройством.