СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2004 года по МПК H01L31/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для космического применения.

Известна солнечная батарея (1), расположенная на сотовой панели с углепластиковой несущей поверхностью и состоящая из модулей, образованных солнечными элементами, последовательно или последовательно-параллельно соединенными с помощью плоских металлических шин с термомеханическими компенсаторами, причем к лицевой поверхности каждого солнечного элемента (СЭ) приклеена защитная стеклянная пластина, а на тыльную поверхность солнечной батареи или ее часть приклеена перфорированная пленочная подложка, выполненная с возможностью перекрытия всех промежутков между СЭ, оставляя при этом открытой большую часть тыльной поверхности СЭ.

Недостатком конструкции является недобор мощности падающего излучения, обусловленный следующим: для обеспечения гарантированной радиационной защиты СЭ требуется высокая точность геометрических размеров стекла и точность его позиционирования с солнечным элементом; из-за крепления модулей за выступающие части пленочной подложки возникает необходимость отступа от габаритных контуров и вдоль границ смежных модулей панелей и, как следствие, потеря полезной площади; кроме того, стекло имеет невысокий коэффициент теплового излучения (ε~0,86), что приводит к существенному росту температуры солнечной батареи (СБ) и снижению ее мощности.

Известна солнечная батарея (2), принятая за прототип и содержащая плоские панели с установленными на них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных с помощью коммутационных молибденовых шин с многослойным металлическим покрытием фотопреобразователей, прикрепленных к пленочной подложке и снабженных защитными стеклянными пластинами, причем каждая плоская панель выполнена в виде каркаса с натянутым на него сетеполотном. Сетеполотно состоит из ячеек, в каждой из которых установлен модуль, пленочная подложка которого расположена между тыльной стороной фотопреобразователя и тыльной защитной стеклянной пластиной, приклеенной к тыльной стороне фотопреобразователя через перфорацию в пленочной подложке, которая, в свою очередь, пришита к сетеполотну через силовые неметаллические элементы крепления, установленные в местах схождения фотопреобразователей, имеющих прямоугольную форму с четырьмя угловыми срезами. Коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием проходят по всей длине фотопреоразователей с лицевой и тыльной стороны и закреплены пайкой или сваркой в отдельных точках, причем точки пайки или сварки лицевых и тыльных поверхностей смещены относительно друг друга. В зоне угловых срезов фотопреобразователей коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием снабжены площадками и имеют термокомпенсационные изгибы как в последовательных, так и параллельных цепях соединения фотопреобразователей.

Недостатком прототипа является недостаточное использование полезной площади плоских панелей СБ, высокая рабочая температура СБ, высокая трудоемкость изготовления СБ, недостаточная мощность СБ.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемой СБ, является возможность осуществить распайку концевых СЭ без дополнительных конструктивных элементов и упростить подключение модулей в электрическую цепь СБ; возможность повысить использование полезной площади плоских панелей СБ и снизить ее рабочую температуру; возможность снизить трудоемкость изготовления СБЮ и получить прибавку мощности, а также снизить массу СБ.

Достигается вышеуказанный технический результат тем, что в солнечной батарее, содержащей каркас в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками и с установленными в размер ячейки модулями, состоящими из подложки, на которую наклеены скоммутированные между собой металлическими шинами в электрическую сеть СЭ, защищенные прозрачными пластинами, наклеенными на СЭ с лицевой стороны, в качестве подложки и тыльной защиты СЭ применен изоляционный радиационно-стойкий фольгированный материал, а на тыльной поверхности подложки сформированы токопроводящие дорожки для коммутации СЭ в электрическую цепь СБ. Покрытие на тыльной стороне подложки выполнено из материала с высоким коэффициентом излучения. Плоские панели выполнены в виде трубчатого каркаса с натянутыми на него струнами. Модули установлены на трубчатом каркасе с нависанием над периферийными трубами вплоть до выступания за габариты панелей и с минимальными зазорами между смежными модулями.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой СБ критерию “новизна” следующие: применение изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала в качестве подложки и тыльной защиты СЭ; наличие токопроводящих дорожек, сформированных на тыльной поверхности подложки и необходимых для коммутации СЭ в электрическую цепь СБ; выполнение покрытия на тыльной стороне подложки из материала с высоким коэффициентом излучения; выполнение плоских панелей в виде трубчатого каркаса с натянутыми на него струнами; установка модулей на трубчатом каркасе с нависанием над периферийными трубами вплоть до их выступания за габариты панелей и с минимальными зазорами между смежными модулями.

Применение изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала в качестве подложки и тыльной защиты СЭ позволяет: снизить массу СБ и трудоемкость ее изготовления. Кроме того, позволяет нанести на тыльную поверхность подложки покрытие с высоким коэффициентом излучения и, как следствие, снизить температуру СБ и повысить ее мощность. Выполнение на поверхности из радиационно-стойкого фольгированного материала токопроводящих дорожек обеспечивает коммутацию СЭ в электрическую цепь СБ без дополнительных конструктивных элементов, что также снижает массу СБ и трудоемкость ее изготовления, и повышает надежность. Установка модулей на трубчатом каркасе с нависанием над периферийными трубами вплоть до выступания за габариты плоских панелей и с минимальными зазорами между смежными модулями приводит к повышенному использованию площади панелей и, как следствие, повышению мощности СБ. Выполнение каркаса с натянутыми струнами позволяет снизить массу СБ и трудоемкость ее сборки.

Для доказательства соответствия предлагаемой конструкции СБ критерию “изобретательский уровень” была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в повышении использования полезной площади плоских панелей, снижении температуры СБ и трудоемкости ее изготовления, а также в снижении массы СБ и повышении ее мощности, в литературных источниках не обнаружено.

Таким образом, по мнению автора, предлагаемая солнечная батарея соответствует критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1-2 схематично изображена конструкция предлагаемой СБ, состоящей из трубчатого каркаса 1, выполненного в виде плоских панелей 2 с натянутыми струнами 3 и регулярно расположенными ячейками 4, в которые установлены в размер модули 5. Модули 5 состоят из подложки 6, выполненной из сплошного изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала, на который наклеены СЭ 7. защищенные с лицевой стороны прозрачными пластинами 8 и скоммутированные между собой металлическими шинами 9 в электрическую сеть. Коммутация между стрингами СЭ 7 осуществляется с помощью токопроводящих дорожек 10. Крепление модулей на трубчатом каркасе 1 выполнено с нависанием над периферийными трубами 11 с помощью пришивки или припаянной с тыла к подложке 6 проволоки 12.

Пример конкретного выполнения солнечной батареи. Предлагаемая СБ состоит из трубчатого каркаса 1, выполненного в виде плоских панелей 2 с натянутыми на него струнами 3 и регулярно расположенными ячейками 4, в которые установлены в размер модули 5. Модули 5 состоят из подложки 6, выполненной из сплошного изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала, например, электроизоляционного фольгированного материала МИ 1222.8-1-35-02, 1 кл. ТУ 2296-005-00213060-96, на который наклеены с помощью клея марки герметик УФ7-21 ТУ 38.303-04-04-90 СЭ 7, защищенные с лицевой стороны прозрачными пластинами 8. Толщина изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала выбирается из условия необходимой удельной массы для обеспечения радиационной защиты СЭ. Коммутация между стрингами СЭ 7 осуществляется посредством токопроводящих фольгированных дорожек 10. В зависимости от необходимости фольга может быть в основной своей массе стравлена или оставлена в качестве дополнительной радиационной защиты.

Для снижения температуры СБ тыльная сторона подложки 6 покрывается составом с высоким коэффициентом излучения (ε~0,9-0,98). Крепление модулей 5 на трубчатом каркасе 1 осуществляется на натянутых струнах 3 посредством пришивки или при помощи припаянной с тыла к фольгированной подложке 6 проволоки 12.

В случае применения фольгированного материала типа текстолита, не относящегося к хрупким материалам, возможна установка модулей 5 с нависанием над трубами 11 каркаса 1 вплоть до габаритов плоских панелей 2, при этом периферийные точки крепления модулей 5 организуются с отступом от края модуля 5 с внутренней стороны периферийной трубы 11.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент России №2156522 от 20.09.2000, МКИ H 01 L 31/042.

2. Патент России №2200357 от 10.03.2003, МКИ H 01 L 31/042.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для космического применения. Технический результат заключается в возможности осуществить распайку концевых солнечных элементов без дополнительных конструктивных элементов и упростить подключение модулей в электрическую цепь солнечной батареи; в возможности повысить использование полезной площади плоских панелей солнечной батареи и снизить ее рабочую температуру; в возможности снизить трудоемкость изготовления солнечной батареи и получить прибавку мощности, а также снизить массу солнечной батареи. Сущность: Солнечная батарея содержит каркас в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками и установленными в размер с ячейками модулями, состоящими из подложки, на которую наклеены скоммутированные между собой металлическими шинами в электрическую сеть солнечные элементы, защищенные прозрачными пластинами, наклеенными на солнечные элементы с лицевой стороны. В качестве подложки и тыльной защиты солнечных элементов применен изоляционный радиационно-стойкий фольгированный материал. На тыльной поверхности подложки сформированы токопроводящие дорожки для коммутации солнечных элементов в электрическую цепь солнечной батареи. Покрытие на тыльной стороне подложки выполнено из материала с высоким коэффициентом излучения. Плоские панели выполнены в виде трубчатого каркаса с натянутыми на него струнами. Модули установлены над периферийными трубами вплоть до выступания за габариты плоских панелей и с минимальными зазорами между смежными модулями. 2 ил.

Солнечная батарея, содержащая каркас в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками и с установленными в размер ячейки модулями, состоящими из подложки, на которую наклеены скоммутированные между собой металлическими шинами в электрическую цепь солнечные элементы, защищенные прозрачными пластинами, наклеенными на солнечные элементы с лицевой стороны, отличающаяся тем, что в качестве подложки и тыльной защиты солнечных элементов применяется изоляционный радиационно-стойкий фольгированный материал, а на тыльной поверхности подложки сформированы токопроводящие дорожки для коммутации солнечных элементов в электрическую цепь солнечной батареи, при этом покрытие на тыльной стороне подложки выполнено из материала с высоким коэффициентом излучения, кроме того, плоские панели выполнены в виде трубчатого каркаса с натянутыми на него струнами, а модули установлены на трубчатом каркасе с нависанием над периферийными трубами вплоть до их выступания за габариты плоских панелей и с минимальными зазорами между смежными модулями.