Патенты по солнечным батареям

солнечная батарея

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем прямого преобразования светового излучения, и предназначено в основном для использования в конструкциях солнечных батарей. Технический результат изобретения: увеличение удельной мощности солнечной батареи; снижение массы солнечной батареи и снижение трудоемкости сборочных операций солнечной батареи. Сущность: солнечная батарея содержит каркас с равномерно расположенными ячейками и натянутым сетеполотном в виде ортогонально расположенных струн и пришитых к ним модулей. Модули состоят из скоммутированных между собой токопроводящими шинами в электрическую цепь солнечных элементов, которые, в свою очередь, объединены в блок-элементы. Солнечных элементов в блок-элементе может быть два или более и они защищены одной общей прозрачной пластиной, наклеенной на их тыльную и лицевую стороны соответственно. Солнечные элементы в модуле конструктивно объединены перфорированной пленочной подложкой, вклеенной между тыльными пластинами и солнечными элементами, и закреплены на каркасе путем пришивки в местах пересечения их и ортогонально расположенных струн, при этом струны на каркасе расположены с шагом, кратным геометрическим размерам блок-элементов. 2 ил.

Формула изобретения

Солнечная батарея, содержащая каркас с равномерно расположенными ячейками и натянутым сетеполотном в виде ортогонально расположенных струн и пришитых к ним модулей, состоящих из скоммутированных между собой токопроводящими шинами в электрическую цепь солнечных элементов, защищенных прозрачными пластинами, наклеенными на солнечные элементы с лицевой и тыльной сторон, и конструктивно объединенных перфорированной пленочной подложкой, вклеенной между тыльными пластинами и солнечными элементами, закрепленных на каркасе путем пришивки подложки в местах пересечения ортогонально расположенных струн, отличающаяся тем, что солнечные элементы каждого модуля объединены в блок-элементы, каждый из которых состоит из двух или более скоммутированных солнечных элементов, защищенных одной общей прозрачной пластиной, наклеенной на лицевую сторону солнечных элементов, и одной общей прозрачной пластиной, наклеенной на тыльную сторону солнечных элементов, при этом струны на каркасе расположены с шагом, кратным геометрическим размерам блок-элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем прямого преобразования светового излучения, и предназначено в основном для использования в конструкциях солнечных батарей.

Известна солнечная батарея (патент РФ на изобретение №2156522 от 29.03.1999 г.). содержащая раму и сетеполотно для крепления солнечных элементов, составляющих модули. В составе модулей на каждый солнечный элемент (фотопреобразователь) с лицевой и тыльной стороны наклеиваются по одной стеклянной защитной пластине; каждый солнечный элемент имеет угловые срезы для обеспечения места под крепление к сетеполотну.

Признаки вышеуказанного патента, общие с предлагаемой конструкцией солнечной батареи, следующие:

— упруго натянутое сетеполотно, закрепленное на раме;

— крепление солнечных элементов и модулей осуществляется с помощью ниток.

Недостатками данной батареии является:

— значительная масса сетеполотна;

— потеря полезной площади за счет большого числа угловых срезов и больших зазоров между смежными солнечными элементами и, как следствие, недобор мощности;

— высокая трудоемкость монтажа из-за большого числа точек крепления.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является солнечная батарея (патент РФ на изобретение №2220477 от 27.12.2003 г.), выполненная в виде трубчатой рамы с сетеполотном в виде струн, натянутых в ортогональных направлениях с шагом, равным шагу расположения солнечных элементов. На каждый солнечный элемент наклеены одна лицевая и одна тыльная защитные пластины. Каждый солнечный элемент имеет четыре угловых среза для мест под крепление модуля к сетеполотну.

Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией солнечной батареи, следующие:

— рама с упруго натянутым сетеполотном, выполненным из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях, и пришитых к ним модулей, состоящих из скоммутированных между собой токопроводящими шинами в электрическую цепь солнечных элементов, защищенных прозрачными пластинами, наклеенными на солнечные элементы с лицевой и тыльной сторон, и конструктивно объединенных перфорированной пленочной подложкой, вклеенной между тыльными пластинами и солнечными элементами;

— подложка с наклеенными на нее солнечными элементами закреплена на струнах в местах их пересечения.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой солнечной батарее, следующий:

— увеличение удельной мощности солнечной батареи;

— снижение массы солнечной батареи;

— снижение трудоемкости сборочных операций при изготовлении солнечной батареи.

Достигается вышеупомянутый технический результат тем, что в солнечной батарее, содержащей каркас с равномерно расположенными ячейками и натянутым сетеполотном в виде ортогонально расположенных струн и пришитых к ним модулей, состоящих из скоммутированных между собой токопроводящими шинами в электрическую цепь солнечных элементов, защищенных прозрачными пластинами, наклеенными на солнечные элементы с лицевой и тыльной сторон, и конструктивно объединенных перфорированной пленочной подложкой, вклеенной между тыльными пластинами и солнечными элементами, которые при этом закреплены на каркасе путем пришивки подложки в местах ортогонально расположенных струн сетеполотна, модули представлены в виде блок-элементов, каждый из которых состоит из двух или более скоммутированных солнечных элементов, защищенных одной общей прозрачной пластиной, наклеенной на лицевую сторону солнечных элементов и одной общей пластиной, наклеенной на тыльную сторону солнечных элементов, струны на каркасе расположены с шагом, кратным геометричеким размерам блок-элементов.

Объединение солнечных элементов в блок-элементы позволяет:

— уменьшить количество угловых срезов солнечных элементов до двух и менее;

— увеличить шаг расстановки струн на каркасе, уменьшив их массу и массу элементов крепления к ним модулей;

— уменьшить зазоры между солнечными элементами внутри блок-элементов до минимальных.

Отличительные признаки предлагаемой солнечной батареи, обуславливающие ее соответствие критерию »новизна» следующие:

— солнечные элементы каждого модуля объединены в блок-элементы;

— каждый блок-элемент состоит из двух или более скоммутированных солнечных элементов, защищенных одной общей прозрачной пластиной, наклеенной на лицевую сторону солнечных элементов и одной общей пластиной, наклеенной на тыльную сторону солнечных элементов;

— струны на каркасе расположены с шагом, кратным геометрическим размерам блок-элементов.

Для доказательства соответствия предлагаемой солнечной батареи критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками вышеуказанный технический результат, в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая солнечная батарея соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая солнечная батарея состоит из каркаса 1 с равномерно расположенными ячейками 2 и натянутым сетеполотном 3, состоящим из струн 4, пересекающихся в ортогональных направлениях.

В каждую ячейку 2 установлены модули 5, состоящие из блок-элементов 6, в которых солнечные элементы 7 соединены между собой последовательно с помощью коммутационных шин 8 и подложки 9. В каждом блок-элементе 6 с лицевой и тыльной стороны приклеено по одной общей прозрачной пластине 10 и 11 соответственно. Блок-элементы 6 соединены последовательно с помощью коммутационных шин 12. Блок-элементы 6 имеют по четыре угловых среза 13 для образования свободных зон, предназначенных для крепления к струнам 4, в которых размещены специальные неметаллические пуговицы 14, имеющие отверстия, через которые осуществляется пришивка модулей 5 к струнам 4 в местах их пересечения. Пришивка осуществляется нитью.

Пример конкретного выполнения предлагаемой солнечной батареи.

Для космического аппарата связи была изготовлена солнечная батарея, которая включает восемь панелей. Каркас 1 каждой панели выполнен из углепластиковых труб, а панель разделена на шестнадцать ячеек 2. Габаритные размеры панели составляют 1600×3200 мм, наружный диаметр внешних труб панели каркаса 1 равен 25 мм, а внутренних, образующих ячейки 2 — 22 мм. На каркасе 1 установлено сетеполотно 3, состоящее из струн 4, пересекающихся в ортогональных направлениях. В каждую ячейку 2 панели установлены модули 5, состоящие из шестидесяти шести блок-элементов 6, по два солнечных элемента 7 в каждый блок-элемент 6. Солнечные элементы 7 последовательно соединены между собой с помощью коммутационных серебрянных шин 12 и подложки 9. Шаг струн 4 равен габаритным размерам блок-элемента 6. В каждом блок-элементе 6 с лицевой и тыльной сторон приклеено по одной общей стеклянной пластине 10 и 11 соответственно. В качестве подложки 9 используется перфорированная полиимидная пленка толщиной 120 мкм, которая вклеивается между солнечными элементами 7 и тыльными пластинами. Зазор между солнечными элементами 7 в блок-элементе 6 равен 0,3+0,1 мм, что в 3,3 раза меньше, чем между соседними блок-элементами 6. Блок-элементы 6 выполнены прямоугольной формы, имеют четыре угловых среза 13, по два на каждом солнечном элементе 7, для образования свободных зон для крепления к струнам 4, в которых размещены специальные неметаллические пуговицы 14, имеющие отверстия, через которые осуществляется пришивка (привязка) модулей 5 к струнам 4 в местах их пересечения. Пришивка (привязка) осуществляется нитью.

Источник

СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2018 года по МПК H01L31/42

Описание патента на изобретение RU2642487C1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей, содержащих несущие плоские панели.

Известна солнечная батарея (GuntherlaRoche.Solargeneratorenfur die Raumfahrt. Braunschweig, Wiesbaden Vieweg, Germany, 1997. ISBN 3-528-06945-7), предназначенная для обеспечения энергией космических аппаратов. Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, соединенных друг с другом гибкими межэлементными соединителями, и из несущих панелей сотовой конструкции, поверхности которых образованы слоями углепластика, и изоляционного материала, между которыми расположен сотовый наполнитель из алюминиевой фольги.

Электрогенерирующая часть солнечной батареи, состоящая из солнечных элементов с защитными покрытиями, приклеивается к плоской поверхности несущей панели с помощью эластичных герметиков, при этом клеящий состав наносится сплошным слоем.

Недостатками данной конструкции являются: высокая масса сотовых панелей, большая масса клеящего состава, его наличие в межэлементных промежутках, что приводит к повышенной деградации характеристик солнечной батареи в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации, и технологическая сложность обеспечения межэлементных зазоров при наклейке.

Признаки, общие с предлагаемой солнечной батареей, следующие:

— солнечные элементы соединены друг с другом гибкими межэлементными соединителями;

— защитные покрытия расположены на солнечных элементах;

— солнечные элементы приклеиваются к плоской поверхности несущей панели.

Наиболее близкой и принятой за прототип является солнечная батарея (GLOBASTAR.Solar Generator Design And Layout For Low Earth Orbit Application in Consideration Of Commercial Aspects And Quantity Production. D-81663 Munich, Germany)для космического аппарата «GLOBALSTAR», состоящая из 8 плоских панелей сотовой конструкции размером 800×1778 мм. Сотовый наполнитель выполнен из алюминиевой фольги и вклеен между двумя листами из углепластика. Для обеспечения электроизоляции на углепластик наклеена полиимидная пленка Kapton. Солнечные элементы приклеиваются к полиимидной пленке Kapton с помощью силиконового клея RTV-S691.

В электрогенерирующей части солнечной батареи используются кремниевые элементы размером 65,0×40,0 мм и толщиной 200 мкм. Межэлементная коммутация выполняется шинками из серебряной фольги толщиной 12,5 мкм. На лицевую поверхность солнечных элементов наклеены пластины из стекла марки СМХ толщиной 100 мкм.

К недостаткам данной конструкции можно отнести следующее: большая масса сотовой панели, большая масса клея, используемого для крепления солнечных элементов, большие габариты выступающих элементов солнечной батареи из-за необходимости их монтажа на поверхности панели, а также связанные с ними габариты пакетов панелей в сложенном состоянии. Кроме того, в процессе приклеивания часть клея заполняет промежутки между солнечными элементами, а в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации продукты деструкции клея, оседая на поверхности стекол, приводят к ускоренной деградации их оптической прозрачности.

Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией батареи, следующие:

— солнечная батарея состоит из плоских несущих панелей;

— солнечные элементы с наклеенными на лицевую сторону оптически прозрачными пластинами;

— солнечные элементы объединены в последовательные и (или) параллельные цепи электропроводными шинами;

Техническим результатом, достигаемыми в предлагаемой конструкции солнечной батареи, является улучшение удельных характеристик солнечной батареи, обусловленное: снижением массы солнечной батареи за счет снижения массы панели и массы клеевого состава; более низкой деградацией электрических характеристик в процессе эксплуатации; уменьшением габаритов панелей и пакетов панелей в сложенном состоянии.

Достигается это тем, что в солнечной батарее плоская несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, соединенных между собой ребрами жесткости, изготовленными из упругого материала. Солнечные элементы, с наклеенной на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной и защитной пластиной с тыльной стороны, приклеены к лицевой обшивке плоской несущей плоской панели, причем окна перфорации выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов. В стенках ребер жесткости для облегчения и/или для прокладки кабельной сети выполнены отверстия, благодаря чему достигается дополнительное снижение массы и уменьшение габаритов солнечной батареи за счет прокладки кабельной сети внутри плоской несущей панели. Снижение массы также достигается за счет того, что уменьшена площадь приклейки солнечных элементов, которая ограничена площадью лицевой обшивки, попадающей в проекцию солнечных элементов, что дополнительно дает снижение деградации электрических характеристик солнечной батареи за счет уменьшения выделения продуктов деструкции клеевого слоя от факторов космического пространства.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой солнечной батареи критерию «новизна», следующие:

— плоская несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок;

— лицевая и тыльная обшивки изготовлены из перфорированных листов упругого материала, соединенных межу собой ребрами жесткости;

— ребра жесткости изготовлены из упругого материала;

— в ребрах жесткости выполнены отверстия, сквозь которые внутри несущей плоской панели проложена кабельная сеть;

— окна перфорации лицевой и тыльной обшивок выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов;

— на тыльную сторону солнечных элементов приклеены защитные пластины;

— солнечные элементы приклеены к плоской несущей панели по части поверхности тыльных защитных пластин, ограниченной площадью поверхности лицевой обшивки плоской несущей панели, попадающей в проекцию солнечных элементов.

Для доказательства соответствия предложенной солнечной батареи критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении удельных характеристик солнечной батареи (уменьшение массы габаритных размеров, снижение деградации электрических характеристик от воздействия факторов космического пространства), в литературных источниках не обнаружено.

Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая солнечная батарея соответствует критерию «изобретательский уровень».

На Фиг. 1 показана конструкция предлагаемой солнечной батареи. Солнечная батарея состоит из плоской несущей панели 1 и фотоэлектрической части 2. Плоская несущая панель 1 состоит из лицевой и тыльной обшивок 3, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, и соединенных между собой ребрами жесткости 4, изготовленных из упругого материала. В стенках ребер жесткости 4 для облегчения и/или для прокладки кабельной сети 5 выполнены отверстия 6. Окна перфорации 7 в лицевой и тыльной обшивках 3 выполнены, а ребра жесткости 4 расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов 8 и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов 8. Солнечные элементы 8 с наклеенной на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной 9 и защитной пластиной с тыльной стороны 10 приклеены к лицевой обшивке 3 плоской несущей панели 1 клеевым составом 11. Зона приклейки 12 солнечных элементов 8 ограничена площадью лицевой обшивки 3, попадающей в проекцию солнечных элементов 8.

Пример конкретного выполнения предлагаемой конструкции солнечной батареи.

Образец предлагаемой солнечной батареи состоит из плоской несущей панели 1 размером 324×420 мм, лицевая и тыльная обшивки 3 и ребра жесткости 4 которой изготовлены из углепластика. В лицевой и тыльной обшивках 3 выполнена перфорация. Размер окон перфорации 7 — 35×22 мм и 35×47 мм. На плоскую несущую панель 1 установлены арсенид-галлиевые солнечные элементы 8 толщиной 80 мкм и размером 40×80 мм. Солнечные элементы 8 соединены в последовательные и параллельные цепочки. К лицевой поверхности каждого солнечного элемента 8 приклеено защитное стекло 9, а к тыльной — защитная стеклотекстолитовая пластина 10. Модуль приклеен к лицевой обшивке несущей плоской панели силиконовым герметиком 11. Образец солнечной батареи успешно прошел испытания, соответствующие эксплуатационным воздействиям. Плоская несущая панель 1 используется для обеспечения механической прочности батареи. Фотоэлектрическая часть 2 преобразует солнечное излучение в электроэнергию.

Похожие патенты RU2642487C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 642 487 C1

Реферат патента 2018 года СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

Изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию.

В солнечной батарее согласно изобретению несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, и соединенных между собой ребрами жесткости, изготовленными из упругого материала; солнечные элементы с наклеенной на каждый из них тс лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной и защитной пластиной с тыльной стороны, приклеены к лицевой обшивке панели, причем окна перфорации выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов, с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов. В стенках ребер жесткости для облегчения и/или для прокладки кабельной сети выполнены отверстия. Изобретение обеспечивает улучшение удельных характеристик за счет снижения массы солнечной батареи, снижения деградации электрических характеристик в процессе эксплуатации, уменьшение габаритов панелей и пакетов панелей в сложенном состоянии. 1 ил., 1 пр.

Формула изобретения RU 2 642 487 C1

Солнечная батарея, состоящая из плоской несущей панели, кабельной сети и солнечных элементов с наклеенными на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачными защитными пластинами и защитными пластинами с тыльной стороны, причем солнечные элементы в составе солнечной батареи объединены в последовательные и/или параллельные цепи электропроводными шинами, отличающаяся тем, что плоская несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок, изготовленных из перфорированных листов упругого материала, соединенных между собой ребрами жесткости, изготовленных из упругого материала, в которых выполнены отверстия, сквозь которые, внутри плоской несущей панели проложена кабельная сеть, причем окна перфорации обшивок выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов, кроме того, на тыльную сторону солнечных элементов приклеены защитные пластины, а солнечные элементы приклеены к плоской несущей панели по части поверхности тыльных защитных пластин, ограниченной площадью поверхности лицевой обшивки плоской несущей панели, попадающей в проекцию солнечных элементов.

Источник