Солнечный фотоэлектрический модуль

Полезная модель относится к автономным источникам электропитания, использующим энергию солнца.
Известен солнечный фотоэлектрический модуль (см. патент РФ №2130670, опубликовано 20.05.1999 г.), включающий в себя скоммутированные между собой фотопреобразователи, установленные между двумя слоями стекла, которые соединены между собой с трех сторон по торцам в стеклопакет путем сварки или склейки. Стеклопакет заполнен оптически прозрачной нейтральной жидкостью. Герметизация стеклопакета осуществлена путем сварки или склейки, в качестве оптически прозрачной жидкости используется полиметилсилоксановая жидкость.
Недостатками данной конструкции являются
необходимость создания существенных компенсационных объемов вследствие практически линейной зависимости объемного коэффициента температурного расширения примененных полиметилсилоксановых жидкостей от температуры;
большая вероятность вытекания жидкого наполнителя из-за возможного нарушения герметичности конструкции при эксплуатации;
технологическая сложность размещения скоммутированных цепочек фотопреобразователей и фиксация их в готовом стеклопакете.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому полезной модели является патент РФ 2284075, опубликовано 20.09.2006 г.
В предлагаемом способе изготовления солнечного фотоэлектрического модуля скоммутированные фотопреобразователи с токовыводами размещают между двумя стеклами, склеенными между собой по трем сторонам с помощью любого клея, после чего собранный пакет заполняют оптически прозрачной жидкостью, представляющей собой смесь полисилоксана, платинового катализатора и сшивающего агента, которую путем нагревания до 50-15° в течение 30 минут преобразуют в низкомодульный гель. Низкомодульный гель является компенсатором (температурным демпфером) для поверхностей с различным коэффициентом теплового расширения, обеспечивающим работоспособность солнечного модуля в широком диапазоне температур. Дистанционирование стекол осуществляется при помощи временных фторопластовых проставок необходимой толщины или двусторонней липкой ленты. Герметизация стыков осуществляется при помощи нейтрального силиконового герметика.
Свободная (четвертая) сторона периметра стеклопакета герметизируется при помощи клея-герметика, в т.ч. для исключения загрязнения свободной поверхности геля в процессе эксплуатации.
К недостаткам солнечных модулей, изготовленных в соответствии со способом-прототипом, следует отнести следующее
низкая производительность процесса изготовления солнечного модуля вследствие необходимости смешивания нескольких составляющих, большой длительности отверждения оптически прозрачной жидкости;
высокая стоимость материалов для изготовления;
технологическая сложность равномерного заполнения всего внутреннего объема стеклопакета оптически прозрачной жидкостью, в т.ч. необходимость вакуумирования внутреннего объема стеклопакета с целью исключения возникновения воздушных пузырьков при его заполнении оптически прозрачной жидкостью, ухудшающих оптические свойства системы;
технологическая сложность выставки равномерного зазора по всему периметру конструкции стеклопакета;
технологическая сложность фиксации скоммутированных фотопреобразователей, внутри стеклопакета до его заполнения оптически прозрачной жидкостью.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение состоит в гарантированном обеспечении расширенного температурного диапазона эксплуатации солнечного фотоэлектрического модуля от минус 80°С до плюс 80°С за счет герметичной конструкции с использованием инертного газа аргона особой чистоты с низкой температурой точки росы, использования температурных демпферов, для поверхностей с различным коэффициентом теплового расширения, повышением его надежности за счет увеличения стойкости к возможным механическим воздействиям при эксплуатации; обеспечении стабильности оптических характеристик за счет упрощения и удешевления технологии изготовления, снижение себестоимости за счет применения простых и распространенных материалов, что способствует технологичности, ремонтопригодности конструкции.
Положительный результат заявленного решения достигается тем, что солнечный фотоэлектрический модуль состоит из жесткого металлического корпуса с антикоррозионным покрытием, снаружи с фронтальной части покрытого защитным закаленным стеклом. Ко дну металлического корпуса (с внутренней его части), с помощью клея герметика, приклеена пенополиуретановая подложка, служащая температурным демпфером, на которую закреплены (нерабочей частью) и скоммутированы между собой фотопреобразователи.
Для обеспечения температурного демпфирования рабочей поверхности фотопреобразователей относительно поверхности закаленного стекла внутреннее герметичное пространство солнечного фотоэлектрического модуля с рабочей стороны фотопреобразователей заполнено оптически прозрачным инертным газом аргоном особой чистоты, имеющим низкую температуру точки росы.
Герметизация и температурное демпфирование места соединения закаленного стекла с боковой стенкой корпуса солнечного фотоэлектрического модуля осуществляется по первому варианту с использованием клея-герметика и п-образного металлического профиля. По второму варианту герметизация и температурное демпфирование закаленного стекла с боковой стенкой корпуса солнечного фотоэлектрического модуля осуществляется с помощью фторопластового замкнутого кольца круглого сечения, установленного в канавку по всему периметру боковой стенки корпуса, поджим закаленного стекла к стенке корпуса осуществляется за счет пружинного поджимного упора, а температурное демпфирование осуществляется за счет возможности скольжения по поверхности фторопластового кольца поверхностей закаленного стекла и корпуса относительно друг друга.
Конструкция заявляемого солнечного фотоэлектрического модуля поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показана конструкция солнечного фотоэлектрического модуля в разрезе. Солнечный фотоэлектрический модуль состоит из металлического корпуса с антикоррозионным покрытием 1, на его дно вклеена с помощью клея-герметика пенополиуретановая подложка 3, на пенополиуретановую подложку 3 с помощью клея-герметика закреплены и скоммутированы фотопреобразователи 4. Пенополиуретановая подложка является температурным демпфирующим элементом между корпусом и фотопреобразователями, исключающим возможные механические повреждения фотопреобразователей при изменении температуры окружающей среды за счет разного коэффициента теплового расширения фотопреобразователей и корпуса. С рабочей наружной стороны фотопреобразователей корпус закрыт закаленным стеклом 2. Механическое крепление корпуса 1 и закаленного стекла 2 осуществляется за счет п-образного металлического профиля 6. Внутреннее пространство солнечного модуля герметично, заполнено оптически прозрачным инертным газом аргоном 5 для обеспечения температурного демпфирования рабочей поверхности фотопреобразователей и закаленного стекла. Оптически прозрачный газ аргон позволяет практически без потерь передавать солнечную энергию фотопреобразователям для преобразования ее в электрическую энергию.
Герметизация места соединения защитного стекла с боковой стенкой корпуса осуществляется по 2 вариантам, представленным на фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 2 показан вариант 1 соединения закаленного стекла 2 с боковой стенкой металлического корпуса с антикоррозионным покрытием 1 с использованием герметизирующего клея - клея-герметика 7 в качестве герметизирующего и скрепляющего материала в термодинамичных сопряжениях. Дополнительное механическое крепление осуществляется за счет п-образного металлического профиля 6. Клей-герметик также является температурным компенсатором (температурным демпфером) для материалов с различным коэффициентом теплового расширения - металлического корпуса и защитного стекла.
На фиг. 3 показан вариант 2 соединения и герметизации закаленного стекла 2 с боковой стенкой корпуса 1 с помощью уплотнения - фторопластового замкнутого кольца круглого сечения 8, установленного в канавку по всему периметру боковой стенки корпуса 1. Гарантированный поджим стекла к стенке корпуса осуществляется за счет пружинного поджимного упора 9. Фторопластовое кольцо также является температурным компенсатором (температурным демпфером) для материалов с различным коэффициентом теплового расширения - металлического корпуса и защитного стекла. Температурное демпфирование осуществляется за счет возможности перемещения поверхностей стекла и корпуса в поджатом состоянии относительно друг друга за счет скольжения по поверхности фторопластового кольца.
Солнечный фотоэлектрический модуль работает следующим образом (фиг. 4):
Солнечный свет проходит через закаленное стекло 2 и оптически прозрачный газ аргон 5, попадает на рабочую поверхность фотопреобразователей 4, установленных в герметичном металлическом корпусе с антикоррозионным покрытием 1 и соединенных между собой токопроводами, при этом происходит преобразование солнечной энергии в электрическую для дальнейшей ее передачи потребителям.
Таким образом за счет герметичной конструкции с использованием инертного газа аргона особой чистоты с низкой температурой точки росы, использования температурных демпферов для поверхностей с различным коэффициентом теплового расширения, обеспечивается работоспособность солнечного модуля в широком диапазоне рабочих температур. Отсутствие конденсата внутри корпуса значительно замедляет окислительные процессы на токоведущих поверхностях фотопреобразователей внутри корпуса за счет отсутствия влаги в инертном газе аргоне особой чистоты. Оптически прозрачный газ аргон позволяет практически без потерь передавать солнечную энергию фотопреобразователям. Простота и распространенность применяемых материалов, способствует технологичности, ремонтопригодности и снижению себестоимости. Жесткий металлический корпус обеспечивает высокую нагрузочную способность при значительных ветровых нагрузках, упрощает конструкцию стационарного крепления солнечного модуля.