МНОГОЦЕЛЕВАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2001 года по МПК H01L31/58 

Изобретение относится к области солнечных батарей (СБ) с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к солнечным батареям с охлаждаемыми модулями.

Известно, что энергетический КПД используемых в настоящее время ФЭП не превышает 15%, остальная световая энергия переходит в тепло и КПД ФЭП с ростом температуры падает.

Известна многомодульная СБ с модулями, оснащенными ФЭП, охлаждаемыми естественной конвекцией воздуха ("Практическое применение солнечных элементов", Италия, ГПНТБ, МФ Пер. 85/510951). Недостатком известной конструкции является недостаточная эффективность охлаждения и несколько пониженный КПД
Известны модули (пат. США 5614033A, 6 H 01 L 31/052, 1995 г.), в которых имеется легкая подложка в виде решетчатой структуры с тонкими листами и легкой сердцевиной и имеющие теплоотвод в виде излучающей поверхности. Недостатком является отсутствие каналов для охлаждения хладагентом.

Известны модули (пат. Германия 4021339, 5 H 01 L 31/048), имеющие каналы для прохождения хладагента, несущую основу в виде двух стекол с пенопластовым наполнением. Недостатком известной конструкции является уменьшение площади, занимаемой ФЭП, вследствие использования части площади под каналы охлаждения, отсутствие элементов крепления модуля и подачи и отвода хладагента.

Известен многоцелевой преобразователь солнечной энергии (пат. США 5522944А, H 01 L 31/058, 1995 г), выбранный в качестве наиболее близкого аналога, преобразующий солнечную энергию в электрическую и тепловую, содержащий корпус с крышкой, задними и боковыми стенками, матрицу ФЭП, несколько соединенных между собой труб с жидкостью, служащих для охлаждения ФЭП и передачи тепловой энергии к внешним потребителям. Недостатком известной конструкции является пониженная эффективность теплосъема из-за неравномерности охлаждения ФЭП, т.к. ФЭП, находящиеся в середине между трубами охлаждаются хуже, чем прилегающие к ним, меньшая площадь, занимаемая ФЭП, из-за того, что часть площади под размещение ФЭП преобразователя занята трубами хладагента, одномодульность конструкции, что при мощности более 100 Вт приводит к ухудшению технологичности, увеличению стоимости, а также увеличению массы конструкции из-за отсутствия общих коллекторов модулей.

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков. Указанная цель достигается тем, что СБ является многомодульной, содержащей модули, в которых подложка, на которой крепятся ФЭП, выполнена несущей и содержащей каналы для хладагента, что позволяет в наибольшей степени использовать площадь модулей под размещение ФЭП и равномерно охлаждать ФЭП. Модули закреплены в двух общих коллекторах, служащих для подачи и отвода хладагента модулей и в качестве силовых балок для восприятия нагрузок от модулей, что приводит к снижению массы конструкции, по сравнению с конструкцией, содержащей коллекторы в каждом модуле.

Каждый из коллекторов выполнен в виде двух профилей уголкового типа, жестко соединенных с изогнутым листом, донышками и соединен с другим коллектором элементами конструкции; модули в месте стыка с коллектором загерметизированы по периметру с помощью упругих уплотнений (при этом содержатся ограничители хода модулей в продольном направлении и набор вкладышей регулировки поджатия уплотнений в боковом направлении, герметизируемых герметиком, обеспечивающие необходимое продольное и боковое перемещение модулей при колебаниях температуры из-за различия коэффициентов теплового расширения модулей, коллекторов и элементов конструкции, их соединяющих, за счет наличия зазора в продольном направлении и деформации уплотнений в боковом). Один из уголковых профилей коллектора закреплен с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости расположения ФЭП для обеспечения регулируемого поджатия уплотнений.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид многоцелевой солнечной батареи, на фиг. 2,3,4 - конструкция узлов.

Многоцелевая солнечная батарея содержит модули 1 с ФЭП 2, закрепленные на несущей подложке 3, содержащей каналы для протекания хладагента 4, в том числе воздуха.

Подложка может быть металлической или из неметалла, например, цельной, изготавливаемой методом экструзии из поликарбоната с упрочняющими буртиками 5 в месте стыка. Модули установлены во входящий 6 и отводящий 7 коллекторы, содержащие два уголковых профиля 8, жестко соединенных с изогнутым листом 9, донышками 10. Модули загерметизированы с помощью упругих уплотнений 11. Для поджатия уплотнений в боковом направлении установлены наборные, имеющие близкие значения толщин, вкладыши 12 с уплотнением герметиком, для крепления модулей в продольном направлении - ограничители 13. Модули имеют свободу тепловых перемещений в продольном направлении за счет зазора между ними и ограничителями, в боковом - за счет деформации уплотнений. Коллекторы жестко соединены между собой элементами конструкции 14. Для обеспечения регулируемого поджатия уплотнений один из уголковых профилей 15 имеет возможность перемещения перпендикулярно плоскости размещения ФЭП за счет пазов в месте его крепления. При увеличенных размерах модулей они подкрепляются продольными профилями 16 и 17 с уплотнением герметиком мест стыковки и крепежа с каналами коллекторов.

Солнечная батарея имеет раму 18 для установки на земле или на крыше здания и может изменять угол наклона модулей по отношению к Солнцу за счет подкоса 19 и шарнира между подводящим коллектором и рамой.

При солнечном освещении солнечная батарея вырабатывает электрическую энергию, идущую к потребителю, 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.

Использование многоцелевой солнечной батареи позволяет повысить КПД ФЭП за счет эффективности охлаждения, увеличить электрическую мощность за счет увеличения площади, занимаемой ФЭП, снизить стоимость и массу конструкции за счет многомодульности и наличия общих коллекторов модулей.

Изобретение относится к солнечным батареям (СБ) с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к солнечным батареям с охлаждаемыми модулями. Сущность: солнечная батарея, содержащая ФЭП, выполнена многомодульной, ФЭП каждого модуля размещены на несущей подложке, имеющей каналы для протекания хладагента, а модули закреплены и загерметизированы в общих силовых подводящем и отводящем коллекторах, каждый из которых выполнен в виде двух профилей уголкового вида, жестко соединенных между собой. По периметру модулей в месте их стыка с коллекторами установлены упругие уплотнения, наборные вкладыши для поджатия уплотнений в боковом направлении, герметизируемые герметиком, ограничители перемещения модулей в продольном направлении, имеющие зазор с модулями, а один из уголковых профилей коллектора закреплен с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости размещения ФЭП. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности охлаждения ФЭП и использования располагаемой поверхности модуля для размещения ФЭП, снижение массы конструкции, стоимости СБ, улучшение технологичности изготовления. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многоцелевая солнечная батарея, содержащая матрицу фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), преобразующих солнечную энергию в электрическую и тепловую, устройство для передачи энергии от ФЭП к внешним потребителям, отличающаяся тем, что батарея выполнена многомодульной, ФЭП каждого модуля размещены на несущей подложке, имеющей каналы для хладагента, а модули закреплены и загерметизированы в общих силовых подводящем и отводящем коллекторах, каждый из которых выполнен в виде двух профилей уголкового вида, жестко соединенных между собой, при этом установлены упругие уплотнения по периметру модулей в месте их стыка с коллекторами, наборные вкладыши для поджатия уплотнений в боковом направлении, покрываемые герметиком, обеспечивающие герметизацию модулей по месту их стыка с коллекторами и тепловые перемещения модулей в боковом направлении, ограничители перемещения модулей в продольном направлении, имеющие зазор с модулями и обеспечивающие тепловое перемещение модулей в продольном направлении. 2. Многоцелевая солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что один из уголковых профилей коллектора закреплен с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости размещения ФЭП.