СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КОНСТРУКЦИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ Российский патент 2007 года по МПК H01L31/42 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к конструкции и способу изготовления солнечных фотоэлектрических модулей для получения электричества.

Известна конструкция и способ изготовления фотоэлектрического модуля путем ламинирования двух листов стекла и расположенных между ними скоммутированных фотопреобразователей с промежуточными слоями пластика в виде этиленвинилацетата и тедлара при температуре 120-160°С в течение 5-10 минут в вакууме, а затем продолжения процесса под давлением в 1,5-2 кг/см² в течение 5-20 минут (J.I.Hanoka, P.M.Kane. Advanced Polimer PV Sistem, NREL/SNL, Photovoltaics Program Review/Proceedings of the 14^th Conference, Nov., 1996, Woodbury AIP New-York, p.859-866).

Недостатком известной конструкции и способа изготовления является недостаточно высокий срок службы модуля (10-20 лет) вследствие старения пластика под действием солнечного излучения и ухудшения его герметизирующих свойств. Другим недостатком является снижение прозрачности пластика с течением времени и, как следствие, уменьшение отдаваемой модулем электрической мощности. Еще одним недостатком является проблема утилизации модуля после выработки срока эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ изготовления фотоэлектрического модуля путем соединения двух листов стекла в стеклопакет с трех сторон с помощью сварки или склейки стекла по торцам пакета. В стеклопакет вставляют скоммутированные фотопреобразователи, внешние токоотводы располагают на тыльной поверхности модуля, нагревают полученный модуль до 50-80°С, в стеклопакет заливают оптически прозрачную жидкость, герметизируют стеклопакет путем сварки или склейки и затем охлаждают до комнатной температуры (патент РФ №2130670 кл. Н 01 L 31/18, 1998 г.).

Недостатком прототипа является большая трудоемкость изготовления модуля, ограничение срока его службы из-за возможности поломки стекла при экстремально высоких механических воздействиях (ураганный ветер, град и т.п.), невозможность ремонта модуля и нерешенность проблемы утилизации модуля по окончании срока эксплуатации.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение срока службы модуля до 100 лет и более, полная ремонтопригодность, возможность замены всех составных частей и утилизация вышедших из строя элементов.

В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается срок службы модуля и вырабатываемая им суммарная электрическая мощность в течение всего срока службы.

Указанный результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления фотоэлектрического модуля корпус модуля изготовляют в виде плоского сосуда со съемной крышкой на верхней торцевой стороне, на крышку устанавливают токопроводящие клеммы, к которым присоединяют токосъемы скоммутированных фотопреобразователей, в корпус вставляют скоммутированные фотопреобразователи и закрывают крышку.

Еще одним отличием способа изготовления модуля является то, что скоммутированные фотопреобразователи закрепляют на рамке или листе путем приклеивания или механического крепления.

Дополнительным отличием способа изготовления модуля является то, что лист изготовляют из смачиваемого жидкостью материала с развитой поверхностью, например микропористого стекловолокна.

Другим отличием способа изготовления модуля является то, что в корпус заливают незамерзающую жидкость.

Еще одним отличием способа изготовления модуля является то, что жидкость заливают в корпус перед вводом модуля в эксплуатацию через отверстие в крышке, закрываемое пробкой.

Еще одним отличием способа изготовления модуля является то, что в жидкость вводят гелеобразующие добавки.

Еще одним отличием способа изготовления модуля является то, что жидкость циркулирует через корпус по внешнему контуру.

Вышеуказанный результат достигается также тем, что в предлагаемой конструкции фотоэлектрического модуля корпус имеет форму сосуда с узкими стенками со съемной крышкой на верхней торцевой стороне, на крышке установлены токопроводяшие клеммы с узлом крепления токосъемов от скоммутированных фотопреобразователей.

Еще одним отличием конструкции модуля является то, что между стенками корпуса выполнены перемычки.

Еще одним отличием конструкции фотоэлектрического модуля является то, что на корпусе выполнены патрубки, подсоединенные к внешнему контуру циркуляции жидкости, расположенному ниже уровня модуля.

Другим отличием конструкции фотоэлектрического модуля является то, что крышка содержит по меньшей мере одну съемную пробку.

Еще одним отличием конструкции фотоэлектрического модуля является то, что корпус выполнен из стекла или пластика, например поликарбоната.

Другим отличием конструкции фотоэлектрического модуля является то, что на светоприемной стороне расположен стеклопакет с вакуумным промежутком между стеклами, а вся остальная поверхность покрыта слоем теплоизоляции.

Еще одним отличием конструкции фотоэлектрического модуля является то, что модуль расположен в фокусе оптического концентратора.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 и 2 представлен продольный и поперечный разрезы конструкции модуля. На фиг.3-5 поперечный разрез конструкции модуля.

Согласно фиг.1 фотоэлектрический модуль содержит корпус 1 в форме плоского сосуда с узкими (щелеобразными) стенками из стекла или пластика, наклоненного к горизонту под некоторым углом и сообщающегося с атмосферой через верхнюю сторону сосуда, на которую надета крышка 2 с токопроводящими клеммами 3. Внутри корпуса 1 к клеммам 3 через узел крепления 4 прикреплены токосъемы 5 скоммутированных фотопреобразователей 6. Уровень 7 незамерзающей, прозрачной, диэлектрической жидкости не доходит до верхнего края сосуда корпуса, но располагается выше уровня фотопреобразователей 6. При этом плоскость модуля может быть наклонена к горизонту под углом от 10 до 90 градусов. Направление солнечного излучения показано стрелками. Показанная на фиг.2 конструкция модуля дополнительно содержит на крышке 2 пробку 8 для залива жидкости в собранный модуль и между стенками корпуса выполнены перемычки 9, предотвращающие деформацию стенок корпуса под давлением жидкости и повышающие механическую прочность модуля. Наличие пробки 8 делает модуль более удобным в эксплуатации, позволяя транспортировать, хранить и монтировать модуль сухим, заливать или добавлять жидкость непосредственно перед эксплуатацией.

На фиг.3 показан вариант конструкции модуля, в котором скоммутированные фотопреобразователи закреплены на рамке или листе 10, что позволяет изготовлять модули с большой площадью поверхности (свыше 0,5 м²) и большим числом соединенных фотопреобразователей.

На фиг.4 показан вариант конструкции модуля, подключенного к системе принудительной циркуляции жидкости через патрубки 11, расположенные на боковой стороне корпуса. Стрелки показывают направление движения жидкости. Внешний контур циркуляции жидкости располагается ниже уровня модуля. Циркуляция жидкости обеспечивает охлаждение фотопреобразователей, снижение рабочей температуры и повышение их КПД. Тепловая энергия от жидкости передается для накопления и использования во внешний контур. Стрелками показано направление солнечного излучения, которое может иметь повышенную интенсивность за счет использования оптического концентратора и размещения модуля в его фокусе. Жидкостная система теплоотвода позволяет сохранить высокий КПД фотопреобразователей в условиях использования концентрированного солнечного излучения.

На фиг.5 показан вариант конструкции модуля, где на боковой светоприемной стороне расположен вакуумированный стеклопакет 12, а остальная поверхность корпуса модуля покрыта слоем теплоизолятора 13. Вакуумированный стеклопакет 12 выполняет роль прозрачного теплоизолятора, что в сочетании с теплоизоляцией 13 повышает КПД преобразования солнечного излучения в тепловую энергию, которая отводится во внешний контур. Такая конструкция модуля обеспечивает получение на выходе с высоким КПД одновременно электрической и тепловой энергии.

Способ изготовления модуля, представленного на фиг.1, реализуется следующим образом. Из стекла или прозрачного пластика, например поликарбоната, изготовляют щелеобразный сосуд 1 с плоскими стенками. При изготовлении сосуда используются методы литья, экструзии, пайки или склеивания. Для повышения прочности торцы сосуда особенно с наружной стороны целесообразно сделать закругленными. Один из торцов оставляют открытым и к нему изготовляют крышку 2 из диэлектрического материала. На крышке 2 устанавливают токопроводящие клеммы 3 с узлом крепления 4 токосъемов 5. Фотопреобразователи 6 соединяют между собой посредством токосъемов 5 и прикрепляют их к крышке 2 через узел крепления 4. Заливают в сосуд 1 жидкость, например силоксановую, вставляют в сосуд фотопреобразователи и закрывают крышку 2. При необходимости ремонта модуль легко разобрать на части и заменить или отремонтировать любой из его элементов. Причем в утиль уходит лишь незначительная доля модуля, Например, самая дорогостоящая часть - фотопреобразователи могут быть отсоединены друг от друга, рассортированы по КПД и повторно использованы в отремонтированных модулях.

Способ изготовления модуля согласно фиг.2 отличается тем, что в корпусе создают внутренние перемычки 9, на крышке 2 создают пробку 8 и в готовый модуль заливают жидкость через пробку 8.

Способ изготовления модуля согласно фиг.3 отличается тем, что фотопреобразователи в начале крепят механически или приклеивают к рамке или листу, а затем все вместе вставляют в сосуд 1. Для снижения текучести жидкости в ее состав вводят гелеобразующие добавки, а в качестве листа 10 используют стекловолокнистый материал с большой площадью поверхности, что позволяет эксплуатировать модуль в походных условиях.

Способ изготовления модуля согласно фиг.4 отличается тем, что для снижения рабочей температуры фотопреобразователей и использования выделяющейся тепловой энергии, жидкость в модуле циркулирует, отдавая тепло во внешний контур. Система жидкостного охлаждения модуля позволяет эксплуатировать модуль в условиях концентрированного солнечного излучения, размещая модуль в фокусе оптического концентратора.

Способ изготовления модуля согласно фиг.5 отличается тем, что корпус модуля покрывают теплоизоляцией - со светоприемной стороны вакуумированным стеклопакетом, а остальную поверхность непрозрачной теплоизоляцией с закрытопористой структурой. Изготовленный модуль эффективно работает в качестве солнечного теплового коллектора и одновременно фотоэлектрического преобразователя.

Подобно стационарного типа жидкостным аккумуляторным батареям большой емкости предлагаемая конструкция фотоэлектрических модулей имеет практически неограниченный срок службы, удобна в обслуживании, ремонте, проста в изготовлении и обеспечивает высокие энергетические характеристики.

Изобретение относится к гелиоэнергетике. В предлагаемом способе изготовления фотоэлектрического модуля корпус модуля изготовляют в виде плоского сосуда со съемной крышкой на верхней торцевой стороне. В корпус вставляют скоммутированные фотопреобразователи и закрывают крышку. Корпус имеет форму сосуда с узкими стенками со съемной крышкой на верхней торцевой стороне, на крышке установлены токопроводяшие клеммы с узлом крепления токосъемов от скоммутированных фотопреобразователей. Изобретение позволяет увеличить срок службы модуля до 100 лет и более, обеспечивает полную ремонтопригодность, возможность замены всех составных частей и утилизацию вышедших из строя элементов. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ изготовления фотоэлектрического модуля, включающий создание влагозащитного, ударопрочного, светопропускающего корпуса и заполнение его объема прозрачной жидкостью, отличающийся тем, что корпус модуля изготовляют в виде плоского сосуда со съемной крышкой на верхней торцевой стороне, на крышку устанавливают клеммы, к которым присоединяют токосъемы скоммутированных фотопреобразователей, в корпус вставляют скоммутированные фотопреобразователи и закрывают крышку.2. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что скоммутированные фотопреобразователи закрепляют на рамке или листе путем приклеивания или механического крепления.3. Способ изготовления плоского солнечного фотоэлектрического модуля по п.2, отличающийся тем, что лист изготовляют из смачиваемого жидкостью материала с развитой поверхностью, например микропористого стекловолокна.4. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что в корпус модуля заливают незамерзающую жидкость.5. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что жидкость заливают в корпус перед вводом модуля в эксплуатацию через отверстие в крышке, закрываемое пробкой.6. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что в жидкость вводят гелеобразующие добавки.7. Фотоэлектрический модуль, содержащий скоммутированные фотопреобразователи, погруженные в прозрачную жидкость и расположенные в корпусе из ударопрочного, светопропускающего материала со светоприемной стороны модуля, с токоотводящими контактами, выведенными наружу модуля, отличающийся тем, что корпус имеет форму плоского сосуда с узкими стенками со съемной крышкой на верхней торцевой стороне, на крышке установлены токопроводящие клеммы с узлом крепления токосъемов от скоммутированных фотопреобразователей,8. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что между стенками корпуса выполнены перемычки.9. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что крышка содержит, по меньшей мере, одну съемную пробку.10. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что корпус выполнен из стекла или пластика, например поликарбоната.11. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что модуль расположен в фокусе оптического концентратора.12. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что на корпусе выполнены патрубки, подсоединенные к внешнему контуру циркуляции жидкости, расположенному ниже уровня модуля.13. Фотоэлектрический модуль по п.7, отличающийся тем, что на светоприемной стороне расположен стеклопакет с вакуумным промежутком между стеклами, а вся остальная поверхность покрыта слоем теплоизоляции.