Гибкий фотоэлектрический модуль

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к гибким фотоэлектрическим модулям для преобразовании энергии солнечного излучения в электричество и может быть использована для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.
Из уровня техники известен гибкий фотоэлектрический модуль, содержащий единичные фотоэлектрические преобразователи, расположенные внутри центрального электроизолирующего полимерного слоя, расположенные по обеим его сторонам прозрачные защитные электроизолирующие полимерные слои и токосъёмные элементы с низкотемпературным припоем (см. патент US10038113, кл. H01L 31/0224, опубл. 31.07.2018). Основными недостатками известного устройства являются излишняя трудоёмкость и затратность производства, а также необходимость использования дополнительных средств крепления в проектном положении.
Технической проблемой, решаемой созданием заявленной полезной модели, является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления гибкого фотоэлектрического модуля. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в гибком фотоэлектрическом модуле, содержащем единичные фотоэлектрические преобразователи, расположенные внутри центрального электроизолирующего полимерного слоя, расположенные по обеим его сторонам прозрачные защитные электроизолирующие полимерные слои и токосъёмные элементы с низкотемпературным припоем, каждый токосъёмный элемент образован параллельными проводящими проволоками, вмонтированными в защитный слой напротив фотоэлектрического преобразователя и покрытыми низкотемпературным припоем, и прикреплёнными перпендикулярно им поперечными шинами, расположенными между фотоэлектрическими преобразователями и выступающими над защитным слоем на толщину центрального слоя, при этом центральный слой выполнен из гибкого плоского листа с окнами под фотоэлектрические преобразователи и поперечные шины. Один из защитных слоёв снаружи предпочтительно снабжён прозрачным гидрофобным слоем, а другой – адгезионным слоем с защитной плёнкой.
На фиг.1 представлены составные элементы предлагаемого модуля в поперечном сечении;
на фиг.2 – то же, в сборе;
на фиг.3 – лист центрального слоя с окнами, вид сверху;
на фиг.4 – защитный слой с токосъёмными элементами.
Предлагаемый гибкий фотоэлектрический модуль состоит из следующих основных элементов:
1 – прозрачное гидрофобное покрытие;
2 – верхний защитный слой электроизолирующего прозрачного полимера;
3 – поперечная шина;
4 – проводящая проволока, покрытая низкотемпературным припоем;
5 – центральный слой электроизолирующего полимера;
6 – единичный фотоэлектрический преобразователь;
7 – нижний защитный слой электроизолирующего прозрачного полимера;
8 – адгезионный слой;
9 – защитная пленка адгезионного слоя;
10 – окна для поперечных шин 3;
11 – окна для фотоэлектрических преобразователей 6.
В рамках предлагаемой конструкции покрытие 1 предотвращает блокирование доступа света к фотоэлектрическим преобразователям 6 из-за пленки снега и льда на поверхности модуля. Защитные слои 2 и 7 предохраняют фотоэлектрические преобразователи 6 от воздействия окружающей среды и предотвращают поражение пользователя электрическим током, а также короткие замыкания между единичными фотоэлектрическими преобразователями 6.
Параллельно расположенные проводящие проволоки 4, вмонтированные в защитные слои 2 и 7 напротив фотоэлектрических преобразователей 6, и прикреплённые перпендикулярно им поперечные шины 3 образуют токосъёмные элементы. Проволоки 4 покрыты низкотемпературным припоем с температурой плавления <100˚С. Поперечные шины 3 выступают над защитным слоем 2 или 7 на толщину центрального слоя 5 и служат для последовательного соединения фотоэлектрических преобразователей 6 в модуль для набора требуемого рабочего напряжения, а проводящая проволока 4, вмонтированная в электроизолирующий полимер, служит для токосъема с поверхностей фотоэлектрических преобразователей 6.
Центральный слой 5 в виде гибкого плоского листа электроизолирующего полимера с пробитыми окнами 10 и 11 играет роль матрицы при сборке модуля (в окнах 10-11 фиксируются на своих местах отдельные фотоэлектрические преобразователи 6 и поперечные шины 3), а впоследствии снижает механические напряжения в защитных слоях 2 и 7 при деформации модуля.
Адгезионный слой 8 служит для быстрого и надежного крепления фотоэлектрического модуля на внешних поверхностях транспортных средств, а защитная пленка 9 предотвращает адгезию слоя к таре и технологическому оборудованию в процессе изготовления и транспортировки модуля (до его установки на транспортное средство).
Предлагаемый модель изготавливают следующим образом.
На заготовку защитного слоя 7 (из прозрачного электроизолирующего полимера, например, политиофена) наносят адгезив для формирования слоя 8, подвергают его необходимой термообработке и закрывают защитной пленкой 9.
На заготовку защитного слоя 2 (из прозрачного электроизолирующего полимера, например, политиофена) наносят из жидкой фазы гидрофобизирующее покрытие и подвергают сушке при температуре 20-60˚С для формирования слоя 1.
Заготовку защитного слоя 7 фиксируют в технологической оснастке и накладывают на неё проводящие проволоки 4, заранее припаянные к поперечным шинам 3, смазанным технологическим адгезивом.
Операцию повторяют для защитного слоя 2.
На один из слоев 2 или 7 помещают смазанный технологическим адгезивом центральный слой 5 с заранее пробитыми окнами 10 и 11 таким образом, что поперечные шины 3 этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах 10. В альтернативном варианте центральный слой 5 не смазывают адгезивом, а фиксируют в оснастке.
В окна 11 укладывают фотоэлектрические преобразователи 6, сборка симметрично накрывается слоем 7 (или 2) таким образом, что поперечные шины 3 этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах 10.
В заключении сборка помещается в ламинатор при температуре 100-180˚С на 10-15 минут.
Выполнение центрального слоя 5 из гибкого плоского листа с пробивными окнами 10-11, форма которых повторяет форму соответствующих элементов 3 и 6, позволяет значительно упростить сборку модуля, а нанесение на проволоки 4 низкотемпературного припоя позволяет осуществлять окончательную сборку за одну технологическую операцию ламинирования. При этом снабжение модуля адгезионным слоем 8 исключает необходимость выполнения дополнительных операциий для крепления модуля в проектном положении.