ОХЛАЖДАЕМЫЙ МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2001 года по МПК H01L31/48 

Изобретение относится к солнечным батареям на основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к охлаждаемому модулю, входящему в их состав.

Известна конструкция модулей ("Практическое применение солнечных элементов", Италия, ГПНТБ, МФ Пер. 85/510951), в которых ФЭП размещаются между двумя стеклами, соединяемыми резиноподобным составом. Недостатком таких модулей является пониженный КПД из-за отсутствия принудительного охлаждения, повышенная масса из-за наличия силовой металлической рамки и стекол, создающих дополнительную массу.

Известны модули (пат. США 5614033А, 6 H 01 L 31/052, 1995 г.), в которых имеется легкая подложка в виде решетчатой структуры с тонкими листами и легкой сердцевиной и теплоотвод в виде излучающей поверхности. Недостатком является пониженная эффективность охлаждения и неиспользование отводимого тепла для повышения КПД установки.

Известны модули (пат. Германия 4021339, 5 H 01 L 31/048), имеющие каналы для прохождения хладагента, несущую основу в виде двух стекол с пенопластовым наполнителем и защитное покрытие в виде ламинированной пленки. Недостатком известной конструкции является уменьшение площади, занимаемой ФЭП, вследствие использования части площади под каналы охлаждения, пониженная эффективность охлаждения из-за малой поверхности охлаждения, отсутствие элементов крепления модуля и наличие пленки, создающей потери солнечной энергии, приходящейся на ФЭП.

Известен модуль солнечной батареи (пат. Япония, JP 86141421, H 01 L 31/042, 1986 г.), выбранный в качестве наиболее близкого аналога, содержащий несущую подложку, на которой закреплены ФЭП в виде сборки из прозрачных неметаллических пластин с полой структурой, соединенных с образованием определенного зазора с помощью прокладок, пустоты продольных пластин герметизированы и сообщены с атмосферой. Недостатком известной конструкции является то, что подложка является сборной, не является несущей, не имеет элементов передачи снятого хладагентом тепла внешнему потребителю.

Целью изобретения является повышение КПД ФЭП, снижение массы модуля, повышение его эксплуатационных свойств.

Указанная цель достигается тем, что несущая прозрачная неметаллическая подложка выполнена цельной в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента. В связи с тем что поперечное сечение подложки имеет вид прямоугольных труб, оно оптимально для восприятия изгибающих нагрузок в продольном направлении модуля и может обеспечить требуемую жесткость и прочность модуля с минимальной массой силового элемента.

Модуль имеет по краям упрочняющие буртики, позволяющие присоединять его и герметизировать в подводящем и отводящем коллекторе. Подложка покрыта с одной стороны теплопроводящим клеем-герметиком, на котором закреплены ФЭП, имеющем значение упругих деформаций не менее величины перемещений подложки относительно ФЭП при колебаниях температуры из-за разности коэффициентов теплового расширения подложки и ФЭП. Подложка вместе с ФЭП покрыта защитным тонким слоем жидкого стекла, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении, имеющем высокую степень пропускания - не менее 0,96 и легкую массу.

Расположение каналов хладагента вне зоны крепления ФЭП позволяет в наибольшей степени использовать площадь модуля под размещение ФЭП, равномерно и эффективно охлаждать ФЭП, т.к. тонкий лист подложки, на котором закреплены ФЭП, по всей ширине, за исключением тонких ребер, соприкасается с хладагентом. Для удобства эксплуатации при работе модуля совместно с аккумулятором, что необходимо при недостаточном освещении или в ночное время, модуль содержит устройство регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленное на подложке совместно с ФЭП.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3.

Охлаждаемый модуль солнечной батареи содержит неметаллическую, прозрачную подложку 1 с тонкостенными листами 2, ребрами 3, каналами для протекания хладагента 4. На подложке по краям выполнены упрочняющие буртики 5, например, из материала подложки с помощью клея-герметика для стыковки модуля с коллектором.

Подложка покрыта теплопроводящим клеем-герметиком 6, которым закреплены ФЭП 7 и устройство регулирования заряда аккумулятора 8. Подложка вместе с ФЭП покрыта тонким слоем защитного покрытия 9 в виде жидкого стекла, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. В качестве подложки могут быть использованы легкие, прозрачные панели из ячеистого поликарбоната, выпускаемые промышленностью и имеющие поперечное сечение в виде тонкостенных листов с ребрами. Устройство регулирования заряда аккумулятора является готовым малогабаритным изделием, применяющимся в солнечных энергетических установках.

Модуль используется как автономно, так и в многомодульной солнечной батарее со стыковкой и герметизацией по упрочняющим буртикам.

При солнечном освещении модуль вырабатывает электрическую энергию, идущую к потребителю и на заряд аккумулятора, а по каналам охлаждения проходит хладагент, в том числе воздух, снимающий тепло с ФЭП. Это тепло может быть использовано для обогрева помещений и в других бытовых целях при циркуляции хладагента по замкнутому циклу. В теплое время года при работе по открытому циклу нагрев воздуха может быть использован для создания тяги вентиляции помещений. Охлаждаемый модуль солнечной батареи ввиду наличия достаточных прочностных и жесткостных свойств может быть использован одновременно с основным назначением как материал для покрытия крыш домов.

Использование охлаждаемого модуля солнечной батареи с предлагаемой конструкцией позволяет повысить КПД ФЭП за счет эффективности охлаждения и высокой степени пропускания защитного покрытия, повысить общий КПД за счет использования тепловой энергии, снизить массу модуля за счет тонкостенности несущей подложки и отсутствия защитных стекол, повысить эксплуатационные свойства модуля за счет наличия устройства регулирования заряда аккумулятора и упрочняющих буртиков для стыковки к коллекторам.

Изобретение относится к солнечным батареям на основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к охлаждаемому модулю, входящему в их состав. Сущность: неметаллическая прозрачная подложка модуля, на которой закреплены ФЭП, выполнена цельной в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента с обеспечением заданных требований по прочности и жесткости как к несущему элементу модуля, снабжена по краям упрочняющими буртиками для крепления в коллекторах. На подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, с помощью которого закреплены ФЭП, имеющий значение упругих деформаций не менее величины перемещений подложки относительно ФЭП. Подложка вместе с ФЭП покрыта жидким стеклом со степенью пропускания солнечного света не менее 0,96, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. Модуль снабжен устройством регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленным на подложке совместно с ФЭП. Модуль используется как автономно, так и в многомодульной солнечной батарее со стыковкой и герметизацией в коллекторах по упрочняющим буртикам. Технический результат изобретения заключается в повышении КПД ФЭП, снижении массы модуля, повышении его эксплуатационных свойств. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Охлаждаемый модуль солнечной батареи, содержащий фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), закрепленные на прозрачной цельной подложке из неметаллического материала в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента, отличающийся тем, что модуль снабжен по краям упрочняющими буртиками для крепления в коллекторах подвода и отвода хладагента, на подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, с помощью которого закреплены ФЭП, имеющий значение упругих деформаций не менее величины перемещения подложки относительно ФЭП при изменении рабочей температуры модуля, подложка вместе с ФЭП покрыта жидким стеклом со степенью пропускания солнечного света не менее 0,96, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении, являющимся защитным покрытием ФЭП. 2. Охлаждаемый модуль солнечной батареи по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленным на подложке совместно с ФЭП.