СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ КАК ЭЛЕМЕНТ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2007 года по МПК E04D13/18 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к устройству наземных фотоэлектрических генераторов на основе полупроводниковых солнечных элементов, и может быть использовано как для индивидуального, так и для корпоративного автономного электроснабжения.

Известны конструкции солнечных батарей, содержащие корпус в виде рамы из алюминиевого сплава и прозрачное остекление с размещенными на нем через прослойку из кремнийорганического каучука солнечными элементами, связанными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими и байпасными диодами, при этом тыльная сторона батарей для защиты от влаги и пыли покрыта слоем этиленвинилового ацетата /1, 2/.

Известные устройства могут устанавливаться как на земле /3, 4/, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, но только на специальных, устойчивых опорно-крепежных конструкциях, наличие которых в целом отрицательно сказывается на стоимостных показателях и в ряде случаев не всегда удовлетворяет существующим архитектурно-эстетическим требованиям.

Интеграция солнечной батареи в строительную конструкцию дает возможность комплексно решать указанные проблемы в рамках единой строительно-энергетической концепции.

К недостаткам аналогов можно также отнести существенное снижение эффективности работы солнечной батареи при повышении температуры солнечных элементов вследствие неудовлетворительного теплообмена последних с окружающей средой при наличии пылевлагозащитного покрытия.

Наиболее близким техническим решением является известная конструкция наземной солнечной батареи, включающей корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной /5/.

Недостатком прототипа является недостаточная экранированность солнечных элементов и межэлементных контактов от неблагоприятного воздействия различных климатических факторов и отсутствие единой цепи унифицированных звеньев для его сопряжения с несущими элементами опорно-крепежных конструкций, основанной на отработанных общих технологиях изготовления, сборки и монтажа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экранированности солнечных элементов и межэлементных контактов от неблагоприятного воздействия климатических факторов при достаточно эффективном теплообмене с окружающей средой, а также унификация свойств, повышение технологичности изготовления, сборки и монтажа солнечной батареи как элемента строительной конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом. В конструкции известной солнечной батареи, включающей корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной, используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций.

Указанные системы алюминиевых профилей находят в настоящее время широкое применение при строительстве гражданских объектов жилого и хозяйственного назначения /6/.

Корпус солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем и пристыкованным профилем штапика с внутренним уплотнителем, между которыми расположен стеклометаллический пакет, который вместе с корпусом крепится через внешний и внутренний уплотнители между ригельно-стоечными профилями и прижимными планками фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов, защитные крышки и терморазъемные проставки.

Сам стеклометаллический пакет состоит из листа лицевого прозрачного остекления с приклеенными кремнийорганическим каучуком солнечными элементами, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими диодами и гермоконтактами (герконами), установленными на тыльной металлической пластине.

Для повышения эффективности теплообмена металлическая пластина снабжена теплосбрасывающим оребрением.

Лист и пластина изнутри скреплены по контуру клейкой лентой с распорной рамкой, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха.

Торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком.

На фиг.1 представлен общий вид солнечной батареи с возможной схемой электрокоммутации; на фиг.2 схематично показана пространственная строительная алюминиевая конструкция с интегрированной в нее солнечной батареей; на фиг.3 представлено сечение А-А солнечной батареи как элемента строительной конструкции; на фиг.4 - сечение Б-Б; на фиг.5 показан фрагмент (узел I) стеклометаллического пакета; фиг.6 иллюстрирует схему работы солнечной батареи.

Солнечная батарея включает корпус 1 в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление 2 с приклеенными солнечными элементами 3 и резиновые уплотнители 4 и 5, соединяющие внешнее прозрачное остекление 2 с тыльной металлической пластиной 6.

В конструкции батареи используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций.

Корпус 1 солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем 4 и пристыкованным профилем штапика 7 с внутренним уплотнителем 5, между которыми расположен стеклометаллический пакет 8, который вместе с корпусом 1 крепится через внешний 9 и внутренний 10 уплотнители между ригельно-стоечными профилями 11, 12 и прижимными планками 13 фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов 14, защитные крышки 15 и терморазъемные проставки 16.

Сам стеклометаллический пакет 8 состоит из листа лицевого прозрачного остекления 2 с приклеенными кремнийорганическим каучуком 17 солнечными элементами 3, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами 18, 19, 20, 21 с блокирующими диодами 22 и герконами 23, установленными на тыльной металлической пластине 6, снабженной теплосбрасывающим оребрением 24.

Лист 2 и пластина 6 изнутри скреплены по контуру клейкой лентой 25 с распорной рамкой 26, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом 27, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха.

Торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком 28.

Устройство работает следующим образом.

Поток солнечного излучения 29 падает на батарею, интегрированную в пространственную строительную алюминиевую конструкцию 30 (фиг.2).

Процесс сопровождается образованием электронно-дырочных пар в полупроводниковой структуре солнечных элементов 3 (фиг.6), в которых благодаря наличию контактной разности потенциалов происходит разделение неравновесных носителей заряда с одновременной генерацией фото-ЭДС и фототоков неосновных носителей заряда - фотоэлектронов и фотодырок.

При подключенной нагрузке (на схеме не показана) в цепи батареи будет протекать электрический ток, равный разности суммарного фототока и тока утечки, обусловленного снижением потенциального барьера в освещаемых солнечных элементах и возрастанием диффузионных потоков основных носителей заряда.

Блокирующие (изолирующие) диоды 22, установленные на выходных шинах 18 и 20, пропускают электрический ток от освещаемых солнечных элементов 3 через герконы 23 к нагрузке и блокируют токи, идущие в обратном направлении, во всех случаях, когда выходное напряжение солнечной батареи оказывается меньше напряжения в цепи нагрузки.

Источники информации:

1. High efficiency photovoltaic modules. Manufactured under license from SIMENS SOLAR INDUSTRIES. Warranted by SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

2. Module "SATURN BS-50". 564.186.003 Certificate. НПО "Сатурн", Россия.

3. Electricidad solar. SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

4. Modulo fotovoltaico. SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

5. Колтун М.М. Солнечные элементы. - М.: Наука, 1987, с.165. - (Сер. "Планета Земля и Вселенная").

6. Системные профили для окон и дверей: каталог-справочник. Вып.1. - М.: ССК-Информ, 2001, 336 с.

Изобретение относится к строительству, в частности к солнечным батареям для строительной конструкции. Технический результат изобретения заключается в повышении технологичности изготовления, сборки и монтажа солнечной батареи как элемента строительной конструкции. Сущность изобретения: солнечная батарея включает корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной. В конструкции батареи используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций. 6 ил.

Солнечная батарея как элемент строительной конструкции, включающая корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной, отличающаяся тем, что в ее конструкции используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, при этом корпус солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем и пристыкованным профилем штапика с внутренним уплотнителем, между которыми расположен стеклометаллический пакет, который вместе с корпусом крепится через внешний и внутренний уплотнители между ригельно-стоечными профилями и прижимными планками фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов, защитные крышки и терморазъемные проставки, а сам стеклометаллический пакет состоит из листа лицевого прозрачного остекления с приклеенными кремнийорганическим каучуком солнечными элементами, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими диодами герконами, установленными на тыльной металлической пластине, снабженной теплосбрасывающим оребрением, причем лист и пластина изнутри скреплены по контуру клейкой лентой с распорной рамкой, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха, при этом торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком.