СКЛАДНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ПАНЕЛЬ

Настоящая полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности к складным солнечным батареям, и может найти применение в портативных источниках электроэнергии.
Известна складная солнечная панель (см. заявка US 20130240015, МПК H01L 31/045, опубликована 19.09.2013), включающая жесткие субпанели, содержащие по меньшей мере один солнечный элемент, при этом соседние субпанели соединены шарнирными устройствами, что позволяет складывать субпанели гармошкой.
Применение в известной складной солнечной панели шарнирных устройств приводит как к увеличению веса и габаритов складной солнечной панели, так и к увеличению ее стоимости.
Известна складная солнечная панель (см. заявка CN 103516300, МПК H02S 30/10, H02S 30/20, опубликована 15.01.2014), включающая четыре субпанели солнечных элементов, одинаковых по структуре и примыкающих друг к другу, образуя прямоугольную структуру. С фронтальной стороны панели на смежных боковых кромках субпанелей симметрично расположены два комплекта петель, позволяющих складывать по две субпанели смежными сторонами. С тыльной стороны панели на смежных кромках двух субпанелей закреплен один комплект петель, который позволяет складывать уже сложенные субпанели еще раз. Таким образом, солнечная панель может быть сложена в виде стопки субпанелей.
Недостатком известной складной солнечной панели является сложность ее изготовления, наличие большого количества крепежных элементов (рамы, петли, болты). К тому же наличие рам значительно увеличивает вес конструкции панели.
Известна складная солнечная панель (см. заявка CN 103456813, МПК H01L 31/045, опубликована 18.12.2013), включающая субпанели, сгруппированные в виде матрицы из вертикальных и горизонтальных рядов и содержащие по меньшей мере один солнечный элемент, гибкое основание, например, из листа ткани, натуральной кожи, искусственной кожи, к которому с помощью клея прикреплены субпанели. Между субпанелями оставлен зазор, достаточный для обеспечения возможности их складывания.
Известная складная солнечная панель имеет недостаточную жесткость, что может привести к механическому повреждению солнечных элементов при эксплуатации солнечной панели.
Известна складная солнечная панель (см. заявка CN 105553412, H02S 30/20, опубликована 04.05.2016), включающая субпанели, содержащие по меньшей мере один солнечный элемент и сгруппированные в виде матрицы из вертикальных и горизонтальных рядов, первую прозрачную этиленвинилацетатную пленку, вторую прозрачную этиленвинилацетатную пленку, между которыми закреплены ламинированием солнечные элементы, и тканевый слой, который служит основанием солнечной панели. К внешним сторонам первой и второй вышеупомянутых пленок примыкают влагозащитные пленки в местах расположения солнечных элементов и предотвращающие попадание влаги на солнечные элементы.
В известной складной солнечной панели солнечные элементы не защищены надежно от механических повреждений, к тому же тканевый слой не обеспечивает достаточную жесткость субпанелей.
Известна складная солнечная панель (см. заявка CN 105471382, H01L 31/048, H02S 30/20, опубликована 04.05.2016), совпадающая с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. Складная солнечная панель-прототип включает субпанели, фронтальную прозрачную полимерную пленку, тыльную полимерную пленку и тыльные жесткие пластины. Каждая субпанель содержит по меньшей мере один солнечный элемент. Субпанели отделены друг от друга зазорами, сгруппированы в виде матрицы из вертикальных и горизонтальных рядов и закреплены ламинированием между фронтальной прозрачной полимерной пленкой и тыльной полимерной пленкой. Тыльные жесткие пластины расположены за субпанелями, повторяют их форму и прикреплены ламинированием к тыльной полимерной пленке. Солнечные элементы субпанелей соединены последовательно гибкими проводниками.
Складная солнечная панель-прототип является достаточно жесткой в местах расположения солнечных элементов, однако солнечные элементы не защищены от поверхностных механических повреждений, например царапин, так как с фронтальной стороны их закрывает только полимерная пленка, которая при небольших толщинах не сможет защитить солнечный элемент от механических воздействий, а при больших толщинах ухудшит светопропускание и соответственно эффективность солнечных элементов.
Задачей настоящего технического решения является разработка такой складной солнечной панели, у которой была бы минимизирована возможность механического повреждения солнечных элементов, что приведет к увеличению ее срока службы.
Поставленная задача решается тем, что складная солнечная панель включает субпанели, фронтальную прозрачную полимерную пленку, тыльную полимерную пленку и тыльные жесткие пластины. Каждая субпанель содержит по меньшей мере один солнечный элемент. Субпанели отделены друг от друга зазорами, сгруппированы в виде матрицы из вертикальных и горизонтальных рядов. Солнечные элементы субпанелей закреплены ламинированием между фронтальной прозрачной полимерной пленкой и тыльной полимерной пленкой. Тыльные жесткие пластины расположены за субпанелями, повторяют их форму и прикреплены ламинированием к тыльной полимерной пленке. Солнечные элементы субпанелей соединены последовательно гибкими проводниками. Новым в складной солнечной панели является то, что перед субпанелями установлены фронтальные жесткие светопрозрачные пластины, повторяющую форму субпанелей и прикрепленные ламинированием к фронтальной полимерной пленке.
В складной солнечной панели величина L зазора между соседними субпанелями может удовлетворять соотношению
L≥2nH, мм;
где Н - толщина солнечной панели, мм;
n - максимально возможное количество сгибов солнечной панели.
При такой величине зазора солнечная панель может быть сложена в одну стопку субпанелей.
Фронтальная прозрачная полимерная пленка и тыльная полимерная пленка могут быть выполнены толщиной 0,25-0,60 мм и изготовлены из этиленвинилацетата, или из поливинилбутираля, или из термопластичного олефина, которые прозрачны в видимой области светового спектра. Применение прозрачной пленки с фронтальной и тыльной сторон оправдано при использовании солнечных элементов с двухсторонней чувствительностью. Толщина пленки 0,25-0,60 мм обеспечивает надежное ламинирование и хорошие эксплуатационные свойств при сгибании солнечной панели.
Тыльные жесткие пластины могут быть выполнены из светопрозрачного материала, например из стекла или из прозрачной пластмассы.
Фронтальные жесткие светопрозрачные пластины могут быть выполнены из стекла толщиной 1,5-2,0 мм или из прозрачной пластмассы толщиной 0,8-1,2 мм, что обеспечивает надежную защиту солнечных элементов и в тоже время незначительно утяжеляет солнечную панель.
Фронтальные жесткие светопрозрачные пластины предотвращают изгибы на местах расположения солнечных элементов и защищают солнечные элементы от прямых механических воздействий (ударов). Собранная конструкция ламинируется при температуре, давлении и в небольшом вакууме. После процедуры ламинирования солнечная панель может быть сложена в компактную конструкцию по поперечным и продольным гибким зазорам.
Для обеспечения хорошего качества ламинирования и совместимости материалов складной солнечной панели могут быть использованы солнечные элементы, изготовленные по диффузионной, гетероструктурной и др. технологиям на основе подложек монокристаллического, поликристаллического и мультикристаллического кремния.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где
на фиг. 1 показан вид сверху настоящей складной солнечной панели их четырех субпанелей в разложенном состоянии;
на фиг. 2 представлен поперечный разрез настоящей складной солнечной панели по линии А-А;
на фиг. 3 изображен в аксонометрии общий вид настоящей складной солнечной панели при первом сгибе;
на фиг. 4 показана в аксонометрии подетальное изображение части (двух субпанелей) настоящей складной солнечной панели.
Настоящая складная солнечная панель (см. фиг. 1-фиг. 3) содержит субпанели 1, фронтальную прозрачную полимерную пленку 2, тыльную полимерную пленку 3, тыльные жесткие пластины 4 и фронтальные жесткие светопрозрачные пластины 5. Каждая субпанель 1 содержит по меньшей мере один солнечный элемент 6 (на фиг. 1-фиг. 5 субпанели 1 содержат по четыре солнечных элемента 6). Субпанели 1 отделены друг от друга зазорами 7. Величина L зазора 7 между соседними субпанелями 1 может удовлетворять соотношению
L≥2nH, мм.
Субпанели 1 сгруппированы в виде матрицы из вертикальных и горизонтальных рядов. Солнечные элементы 6 субпанелей 1 закреплены ламинированием между фронтальной прозрачной полимерной пленкой 2 и тыльной полимерной пленкой 3. Полимерные пленки 2, 3 мягкие и эластичные, выполненные, например, из этиленвинилацетата, или из поливинилбутираля, или из термопластичного олефина, являются мягкими и эластичными, поэтому легко поддаются сгибанию в разных направлениях. При использовании солнечных элементов 6 с двухсторонней чувствительностью тыльную полимерную пленку 3 выполняют прозрачной. Фронтальные жесткие светопрозрачные пластины 5 расположены перед субпанелями 1, повторяют форму субпанелей 1 и прикреплены ламинированием к фронтальной полимерной пленке 2. Фронтальные светопрозрачные жесткие пластины 5 могут быть выполнены, например, из стекла толщиной 1,5-2,0 мм или из прозрачной пластмассы толщиной 0,8-1,2 мм. Тыльные жесткие пластины 4 расположены за субпанелями 1, повторяют их форму и прикреплены ламинированием к тыльной полимерной пленке 3. При использовании солнечных элементов 6 с двухсторонней чувствительностью тыльные жесткие пластины 4 выполняют из светопрозрачного материала, например из прозрачной пластмассы или из стекла. Солнечные элементы 6 субпанелей 1 соединены последовательно гибкими проводниками 8, концы которых могут быть заканчиваться в клеммной коробке 9, которая позволяет соединяться с аналогичными складными солнечными панелями в батарею солнечных панелей.
Настоящую складную солнечную панель собирают следующим образом (см. фиг. 4). Солнечные элементы 6 соединяют по последовательной схеме при помощи гибких проводников 8, группируя в субпанели 1. На ровной поверхности размещают тыльные жесткие пластины 4 и сверху их накрывают тыльной полимерной пленкой 3. Поверх тыльной полимерной пленки 3 раскладывают собранные и сгруппированные по субпанелям 1 солнечные элементы 6. Необходимо, чтобы при этом внешние контуры тыльных жестких пластин 4 точно совпадали с внешними контурами групп солнечных элементов 1 каждой субпанели 1. На группы солнечных элементов 1 сверху накрывают фронтальную прозрачную полимерную пленку 2. Далее на фронтальной прозрачной полимерной пленке 2 размещают фронтальные жесткие светопрозрачные пластины 5 так, чтобы их внешние контуры точно совпадали с внешними контурами групп солнечных элементов 1 каждой субпанели 1. Собранную таким образом конструкцию солнечной панели ламинируют в ламинаторе при соответствующей температуре и давлении. Затем на солнечной панели устанавливают путем приклеивания клеммную коробку 9.
Пример 1. Была изготовлена складная солнечная панель из четырех субпанелей. Солнечные элементы на основе кристаллического кремния с односторонней чувствительностью были соединены проводниками последовательно и сгруппированы в четыре субпанели. В качестве фронтальной прозрачной полимерной пленки и тыльной полимерной пленки была использована светопрозрачная пленка из этиленвинилацетата толщиной 0,45 мм. С фронтальной и тыльной сторон размещались соответственно фронтальные жесткие светопрозрачные пластины и тыльные жесткие пластины из политэтилентерефталатного полимера толщиной 1 мм. Величина L зазора межу соседними субпанелями составляла 1,5 см. Ламинирование осуществляли в промышленном ламинаторе с предварительной откачкой воздуха при температуре порядка 155°С и при атмосферном давлении. Длительность ламинирования не превышала 15 мин. Изготовленный образец складной солнечной панели легко складывался в стопку из четырех субпанелей.
Пример 2. Была изготовлена складная солнечная панель из четырех субпанелей, отличавшаяся от складной солнечной панели из примера 1 тем, что фронтальные жесткие светопрозрачные пластины были изготовлены из стекла толщиной 1,5 мм, тыльные жесткие пластины были изготовлены, а величина L зазора межу соседними субпанелями составляла 2 см. Во втором модуле солнечные элементы также были соединены последовательно и сгруппированы в субпанели в таком же количестве. Как и в первом образце в качестве ламинирующих пленок использовалась светопрозрачная пленка EVA толщиной 0,45 мм. С фронтальной стороны сборки размещалось стекло толщиной 1,5 мм. Ламинирование осуществляли в промышленном ламинаторе с предварительной откачкой воздуха при температуре порядка 160°С и при атмосферном давлении. Длительность ламинирования не превышала 20 мин. Изготовленный образец складной солнечной панели легко складывался в стопку из четырех субпанелей. По сравнению со складной солнечной панелью из примера 1 складная солнечная панель имела несколько больший вес, но более надежно защищала от царапин. Электрические показатели были немного выше благодаря тому, что находящееся с фронтальной стороны стекло обладает лучшими светопропускающими характеристиками по сравнению с политэтилентерефталатным полимером.