СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ РАСКЛАДНАЯ Российский патент 2005 года по МПК H01L31/45 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, к системам с несколькими панелями, содержащими электрически взаимосвязанные фотоэлектрические преобразователи для производства электрического тока, и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры и подзарядки различных аккумуляторных батарей.

Известна портативная солнечная батарея, содержащая электрически и механически соединенные между собой фотоэлектрические панели, причем механическое соединение панелей выполнено при помощи закрытых электроизоляционными крышками токопроводящих рычагов, каждый из которых снабжен втулками, через которые посредством упругих элементов токопроводящие рычаги соединены с осями, расположенными на фотоэлектрических панелях, причем оси с одной стороны панелей соединены с положительными электрическими выводами панелей, а с противоположной стороны - с отрицательными выводами панелей (см. патент РФ №140099, МПК H 01 L 31/045, публ. 1994 г.).

Известна сборно-разборная мобильная солнечная батарея, составленная из ленточных модулей, жесткость фотоприемной поверхности которых обеспечивается натяжением, создаваемым раздвижной рамой, построенной на принципе пантографа (см. патент РФ № 2127470, МПК H 01 L 31/04, публ., 1999 г.).

Недостаток известных солнечных раскладных батарей в значительном весе из-за применения металлических деталей в механических средствах для раскладки батареи в рабочее положение и низкой стойкости конструкции к коррозии при эксплуатации в условиях повышенной влажности (на морских, речных судах). Другой недостаток заключается в сложности и длительности раскладки.

Известна облегченная переносная солнечная батарея раскладная, содержащая электрически взаимосвязанные между собой солнечные панели с множеством фотоэлектрических преобразователей, закрепленные с интервалом на гибкой основе с возможностью неоднократного зигзагообразного складывания в плоскую конструкцию, блокируемую застежкой из липкой ленты типа Velcro (см. патент WO/00253, Н 01 L 31/045, публ. 1984 г. - прототип).

Недостатки известной конструкции заключаются в ее сложности, малой долговечности, низкой ремонтопригодности, что ограничивает ее применение в полевых условиях, высокой стоимости.

Изобретение решает задачу создания простой, надежной, удобной, прочной, компактной, ударостойкой, ремонтопригодной солнечной батареи с высокой долговечностью, оптимальным весом. При этом одновременно обеспечивается упрощение сборки-разборки, быстрота ремонта, сокращение времени приведения солнечной батареи в рабочее состояние, снижение стоимости изготовления.

Поставленная задача достигается тем, что в солнечной батарее раскладной, содержащей электрически взаимосвязанные между собой фотоэлектрические панели с множеством фотоэлектрических преобразователей, закрепленные с промежутком на основе из гибкого материала с возможностью неоднократного складывания, и элементы крепления, фотоэлектрические панели имеют обрамление из продольных и поперечных накладных элементов, закрепленных на основе вдоль сторон фотоэлектрических панелей с возможностью их отворота при смене фотоэлектрических панелей, причем каждая из них соединена с основой и обрамлением соответственно разъемными средствами фиксации и элементами крепления.

Предпочтительно разъемные средства фиксации выполнить в виде полос ленты "липучка", соответственно закрепленных на основе и тыльной стороне каждой фотоэлектрической панели.

Целесообразно основу и ее продольные и поперечные накладные элементы выполнить из тканевого материала, в том числе из плотной сумочной ткани.

Предпочтительно обрамление выполнить с отверстиями под установку элементов крепления, при этом элементы крепления представляют собой винты.

Целесообразно в обрамлении продольные и поперечные накладные элементы выполнить с полостью с размещенными в них перфорированными планками.

Предпочтительно каждую фотоэлектрическую панель выполнить с пленочным защитным лицевым покрытием, элементы крепления установить в соответствующих отверстиях обрамления и фотоэлектрической панели таким образом, что в сложенном виде расстояние между лицевыми поверхностями смежных фотоэлектрических панелей не менее 3 миллиметров.

Предпочтительно фотоэлектрические панели электрически соединить последовательным или параллельным подключением посредством гибких проводников, встроенных в отвороты на длинных сторонах основы.

Целесообразно иметь от двух до десяти фотоэлектрических панелей, при этом солнечная батарея представляет собой в сложенном виде сумку с ручкой для переноса.

Сущность изобретения в обеспечении простоты и надежности сборно-разборного соединения фотоэлектических панелей с основой и обрамлением, что позволяет получить долговечную, ремонтопригодную, удобную в эксплуатации, прочную, ударостойкую, простую в изготовлении конструкцию солнечной батареи, имеющую оптимальный вес для ручного переноса. При этом достигается компактность конструкции, сокращение времени приведения батареи в рабочее состояние, повышение коррозионной стойкости конструкции, обеспечивается легкость ручного переноса, доставки, простота транспортировки, возможность транспортировки без ограничения расстояния, скорости и высоты в различных климатических условиях,

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупностях признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого устройства, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.

Фиг.1 изображает солнечную батарею из четырех фотоэлектрических панелей в раскрытом (рабочем) состоянии (вид сверху).

Фиг.2 изображает увеличенный фрагмент солнечной батареи, изображенной на фиг.1.

На фиг.3 показано сечение А-А на фиг.2.

На фиг.4 показано сечение Б-Б на фиг.2.

Фиг.5 изображает солнечную батарею в сложенном виде.

Солнечная батарея раскладная состоит из нескольких (например, четырех) одинаковых электрически взаимосвязанных фотоэлектрических панелей 1 (фиг.1) с пленочным защитным лицевым покрытием, соединенных между собой последовательно и/или параллельно. Фотоэлектрические панели 1 содержат множество фотоэлектрических преобразователей 2 и закреплены в продольном направлении с промежутком 3-5 сантиметров на основе 3 из гибкого материала в обрамлении 4.

Каждая фотоэлектрическая панель 1 соединена с основой 3 разъемными средствами фиксации, представляющими собой полосы 5 ленты "липучка", закрепленные соответственно на основе 3 и на тыльной стороне каждой фотоэлектрической панели 1. Крепление фотоэлектрической панели 1 к основе 3 с помощью полос 5 ленты "липучка" показано на фиг. 4, где 5а и 5б - две полосы ленты "липучки", соответственно с петельками и крючками.

Обрамление 4 состоит из продольно и поперечно расположенных накладных элементов 6, 7, соединенных с основой 3 с возможностью отворота (поворота), и выполнено из гибкого материала, идентичного или аналогичного материалу основы 3, в том числе плотной сумочной ткани. Соединение продольно и поперечно расположенных накладных элементов 6, 7 с основой 3 машинной строчкой или клеевым соединением обеспечивает возможность их отворота (поворота) до 180° соответственно относительно шва или линии соединения (фиг.3, 4). Обрамления 4 исключают повреждения фотоэлектрических панелей 1 при складывании-раскладывании и транспортировке солнечной батареи и в целом представляют собой специальные сборно-разборные межпанельные карманы.

В конкретном примере выполнения (фиг.1) обрамление 4 может быть выполнено из продольно и поперечно расположенных накладных элементов 6, 7, образованных симметричным сгибом полос гибкой плотной ткани и пришитых машинной строчкой к основе 3 вдоль сторон фотоэлектрических панелей 1. При этом указанные накладные элементы 6, 7 имеют полости (каналы) с установленными в них перфорированными планками 8, обеспечивающими жесткость крепления краев фотоэлектрических панелей 1. Таким образом, крепление каждой фотоэлектрической панели 1 дополнительно осуществляется через четыре перфорированные планки 8, встроенные в полости (каналы) продольно и поперечно расположенных накладных элементов 6, 7 обрамления 4 вдоль сторон фотоэлектрических панелей 1.

В собранной солнечной батарее продольные и поперечные накладные элементы 6, 7 расположены поверх соответствующих краев лицевой поверхности фотоэлектрических панелей 1 так, что обрамление 4 имеет ширину 2-3 сантиметра. Обрамление 4, перфорированные планки 8, фотоэлектрические панели 1 имеют соответствующие отверстия под установку элементов крепления в виде винтов 9 (фиг.3). Наличие в обрамлении 4 перфорированных планок 8 обеспечивает плотное его прилегание к лицевой поверхности фотоэлектрической панели 1, что обеспечивает защиту торцов фотоэлектрических панелей 1 от неблагоприятных воздействий, в том числе от пыли, влаги.

Для исключения перекосов, обеспечения ровности рабочей поверхности солнечной батареи фотоэлектрические панели 1 соединены с обрамлением 4 винтами 9, расположенными, в частности, с одинаковым шагом симметрично относительно сгибов основы 3 солнечной батареи (в сложенном виде). Пример соединения фотоэлектрической панели 1 с обрамлением 4 и основой 3 с помощью винтов 9 показан на фиг.4. При таком соединении в сложенном виде (фиг.5) расстояние между лицевыми поверхностями смежных фотоэлектрических панелей 1 не менее 3 миллиметров, что обеспечивает их защиту от трения, механических повреждений при многократном раскладывании солнечной батареи.

Основа 3 с установленными в обрамления 4 фотоэлектрическими панелями 1 в нерабочем состоянии складывается в сверток типа "сумка" (или "портфель"). На фиг. 5 система сложена зигзагообразно (гармошкой) в сверток с использованием основы 3 из гибкого тканевого материала. При этом фотоэлектрические панели 1 расположены лицевой поверхностью друг к другу и закреплены в сложенном положении с помощью замков-защелок 10. В таком виде солнечная батарея готова к транспортировке на любые расстояния, для удобства имеется ручка 11.

Для простоты складывания солнечная батарея содержит четное число (от двух до десяти) фотоэлектрических панелей 1. В зависимости от требуемой выходной мощности и напряжения количество фотоэлектрических панелей 1 и их соединения могут быть различны. Вариант солнечной батареи из четырех фотоэлектрических панелей 1 в развернутом виде представлен на фиг.1. Фотоэлектрические панели 1 соединяются между собой в систему проводниками 12, размещенными в отвороте 13 (в виде подшивки) основы 3 вдоль длинной стороны солнечной батареи. Крепление фотоэлектрической панели 1 к основе 3 и проводники 12, соединяющие фотоэлектрические панели 1 в систему, показаны на фиг.2.

Комбинируя расположение и место соединения проводников (12), можно получить на выходе солнечной батареи напряжение и ток, кратные номинальным значениям тока и напряжения отдельной фотоэлектрической панели 1. Выходной кабель 14 заканчивается разъемом 15.

Работает солнечная батарея следующим образом.

Для раскладывания солнечной батареи в рабочее положение необходимо расстегнуть замки-защелки 10 и растянуть зигзагообразно сложенные фотоэлектрические панели 1 до их рабочего плоского состояния. При этом фотоэлектрические панели 1 раздвигаются "гармошкой" и в крайнем раздвинутом положении фотоактивная площадь батареи оказывается равной сумме фотоактивных площадей отдельных фотоэлектрических панелей 1. Потребитель электрической энергии подключается к разъему 15.

Эксплуатацию солнечной батареи осуществляют следующим образом. Развернув батарею рабочей поверхностью на Солнце, подключают ее к потребителю (нагрузке), соблюдая полярность (не показано). Солнечная батарея раскладная может храниться и эксплуатироваться при температуре от минус 20°С до плюс 40°С. Основное ее назначение - заряд и подзарядка аккумуляторных батарей бытовой аппаратуры (ноутбуки, переносные телевизоры, радиоприемники и т.д.) в полевых условиях. Поэтому она может снабжаться малогабаритным зарядным контролером для аккумуляторных батарей номинальным напряжением 6 В, 12 В или 24 В. Процесс приведения солнечной батареи в транспортное положение осуществляется в обратном порядке. Применение оптимальных габаритов в сложенном и разложенном виде обеспечивает высокую эффективность работы солнечной батареи.

Преимущества солнечной батареи заключаются в том, что простота предлагаемого сборно-разборного электрического и механического соединения фотоэлектрических панелей обеспечивает быстрое приведение батареи в рабочее состояние и возможность дублирования фотоэлектрических панелей, что повышает надежность солнечной батареи в целом. Такое техническое решение позволяет:

- обеспечить ремонтопригодность солнечной батареи даже в полевых условиях за счет замены вышедших из строя фотоэлектрических панелей;

- создать компактную упаковку из сложенных вместе фотоэлектрических панелей и основы, которая в транспортном состоянии имеет линейные размеры, близкие к размерам фотоэлектрических панелей;

- создавать крупные батареи с линейными размерами, превышающими возможности технологического оборудования, на котором осуществляется ламинирование;

- обеспечить малое время на ремонт, развертывание батареи в рабочее состояние и складывание ее для транспортирования вследствие использования легкой гибкой основы и простоты сборно-разборного соединения;

- получить оптимальную массу на единицу фотоприемной поверхности солнечной батареи;

- создавать конструкции, имеющие от 4 до 8 солнечных батарей для более мощных солнечных станций.

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано для питания радиоэлектронной аппаратуры и подзарядки различных аккумуляторных батарей. Технический результат изобретения: создание простой, надежной, удобной, прочной, компактной, ударостойкой, ремонтопригодной солнечной батареи с высокой долговечностью, оптимальным весом. Сущность: солнечная батарея раскладная состоит из одинаковых по размеру фотоэлектрических панелей, закрепленных в продольном направлении с промежутком на основе из гибкого материала в обрамлении с возможностью неоднократного складывания в сверток. Каждая фотоэлектрическая панель соединена с основой разъемными средствами фиксации. Обрамление выполнено из продольно и поперечно расположенных накладных элементов, соединенных с основой вдоль сторон фотоэлектрических панелей с возможностью отворота при смене фотоэлектрической панели. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Солнечная батарея раскладная, содержащая электрически взаимосвязанные между собой фотоэлектрические панели с множеством фотоэлектрических преобразователей, закрепленные с промежутком на основе из гибкого материала с возможностью неоднократного складывания, элементы крепления, отличающаяся тем, что фотоэлектрические панели имеют обрамление из продольных и поперечных накладных элементов, закрепленных на основе вдоль сторон фотоэлектрических панелей с возможностью их отворота при смене фотоэлектрических панелей, причем каждая из них соединена с основой и обрамлением соответственно разъемными средствами фиксации и элементами крепления.2. Солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что разъемные средства фиксации представляют собой полосы ленты "липучка", соответственно закрепленные на основе и тыльной стороне каждой фотоэлектрической панели.3. Солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что основа и ее продольные и поперечные накладные элементы выполнены из тканевого материала, в том числе из плотной сумочной ткани.4. Солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что обрамление имеет отверстия под установку элементов крепления, при этом элементы крепления представляют собой винты.5. Солнечная батарея по п.4, отличающаяся тем, что в обрамлении продольные и поперечные накладные элементы имеют полости с размещенными в них перфорированными планками.6. Солнечная батарея по п.5, отличающаяся тем, что каждая фотоэлектрическая панель имеет пленочное защитное лицевое покрытие, элементы крепления установлены в соответствующих отверстиях обрамления и фотоэлектрической панели таким образом, что в сложенном виде расстояние между лицевыми поверхностями смежных фотоэлектрических панелей не менее 3 мм.7. Солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что фотоэлектрические панели электрически соединены последовательным или параллельным подключением посредством гибких проводников, встроенных в отвороты на длинных сторонах основы.8. Солнечная батарея по п.1, отличающаяся тем, что она содержит от двух до десяти фотоэлектрических панелей и представляет собой в сложенном виде сумку с ручкой для переноса.