RU2164721C2 - Cooled module of solar battery - Google Patents

Abstract

FIELD: solar batteries using photoelectric solar-to-electric energy converters. SUBSTANCE: nonmetal transparent substrate of module that mounts photoelectric converter is integral structure built up of two thin-walled sheets with longitudinal ribs in-between that form coolant ducts and with reinforcing fillets for securing it in collectors and for ensuring desired strength and stiffness of module bearing member. Substrate side receiving incident sun rays is covered with sealing adhesive used to secure photoelectric converter whose elastic strain is not lower than displacement distance of substrate relative to photoelectric converter. Substrate and photoelectric converter are covered with liquid glass whose coefficient of sunlight transmission is minimum 0.96, its hardening occurring when exposed to normal temperature and ultraviolet radiation. Module is provided with device controlling battery cell charge and power supply from module or cell to user; this device is mounted on substrate together with photoelectric converter. Module can be used both as self-contained power supply and as part of multiple- module solar battery for which purpose it is joined and sealed in collectors through reinforcing fillets. EFFECT: enhanced efficiency of photoelectric converter, reduced mass, improved performance characteristics of module. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к солнечным батареям на основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к охлаждаемому модулю, входящему в их состав. The invention relates to solar panels based on the direct conversion of solar energy into electrical energy using photovoltaic converters (PECs), namely, to a cooled module included in their composition.

Известна конструкция модулей ("Практическое применение солнечных элементов", Италия, ГПНТБ, МФ Пер. 85/510951), в которых ФЭП размещаются между двумя стеклами, соединяемыми резиноподобным составом. Недостатком таких модулей является пониженный КПД из-за отсутствия принудительного охлаждения, повышенная масса из-за наличия силовой металлической рамки и стекол, создающих дополнительную массу. The known design of the modules ("Practical use of solar cells", Italy, GPNTB, MF Per. 85/510951), in which solar cells are placed between two glasses connected by a rubber-like composition. The disadvantage of such modules is reduced efficiency due to the lack of forced cooling, increased mass due to the presence of a power metal frame and glasses that create additional mass.

Известны модули (пат. США 5614033А, 6 H 01 L 31/052, 1995 г.), в которых имеется легкая подложка в виде решетчатой структуры с тонкими листами и легкой сердцевиной и теплоотвод в виде излучающей поверхности. Недостатком является пониженная эффективность охлаждения и неиспользование отводимого тепла для повышения КПД установки. Known modules (US Pat. US 5614033A, 6 H 01 L 31/052, 1995), in which there is a light substrate in the form of a lattice structure with thin sheets and a light core and a heat sink in the form of a radiating surface. The disadvantage is the reduced cooling efficiency and the non-use of heat to increase the efficiency of the installation.

Известны модули (пат. Германия 4021339, 5 H 01 L 31/048), имеющие каналы для прохождения хладагента, несущую основу в виде двух стекол с пенопластовым наполнителем и защитное покрытие в виде ламинированной пленки. Недостатком известной конструкции является уменьшение площади, занимаемой ФЭП, вследствие использования части площади под каналы охлаждения, пониженная эффективность охлаждения из-за малой поверхности охлаждения, отсутствие элементов крепления модуля и наличие пленки, создающей потери солнечной энергии, приходящейся на ФЭП. Known modules (US Pat. Germany 4021339, 5 H 01 L 31/048) having channels for the passage of the refrigerant, the bearing base in the form of two glasses with foam filling and a protective coating in the form of a laminated film. A disadvantage of the known design is the reduction in the area occupied by the solar cells due to the use of a part of the area for cooling channels, the reduced cooling efficiency due to the small cooling surface, the absence of module mounting elements and the presence of a film that creates solar energy losses due to the solar cells.

Известен модуль солнечной батареи (пат. Япония, JP 86141421, H 01 L 31/042, 1986 г.), выбранный в качестве наиболее близкого аналога, содержащий несущую подложку, на которой закреплены ФЭП в виде сборки из прозрачных неметаллических пластин с полой структурой, соединенных с образованием определенного зазора с помощью прокладок, пустоты продольных пластин герметизированы и сообщены с атмосферой. Недостатком известной конструкции является то, что подложка является сборной, не является несущей, не имеет элементов передачи снятого хладагентом тепла внешнему потребителю. A known module of the solar battery (US Pat. Japan, JP 86141421, H 01 L 31/042, 1986), selected as the closest analogue, containing a carrier substrate, on which are mounted photomultipliers in the form of an assembly of transparent non-metallic plates with a hollow structure, connected with the formation of a certain gap with the help of gaskets, the voids of the longitudinal plates are sealed and communicated with the atmosphere. A disadvantage of the known design is that the substrate is prefabricated, is not a carrier, has no elements of the transfer of heat removed by the refrigerant to an external consumer.

Целью изобретения является повышение КПД ФЭП, снижение массы модуля, повышение его эксплуатационных свойств. The aim of the invention is to increase the efficiency of solar cells, reducing the mass of the module, increasing its operational properties.

Указанная цель достигается тем, что несущая прозрачная неметаллическая подложка выполнена цельной в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента. В связи с тем что поперечное сечение подложки имеет вид прямоугольных труб, оно оптимально для восприятия изгибающих нагрузок в продольном направлении модуля и может обеспечить требуемую жесткость и прочность модуля с минимальной массой силового элемента. This goal is achieved by the fact that the carrier transparent non-metallic substrate is made whole in the form of two thin-walled sheets with longitudinal ribs between them, forming channels for the flow of refrigerant. Due to the fact that the cross section of the substrate is in the form of rectangular pipes, it is optimal for the perception of bending loads in the longitudinal direction of the module and can provide the required rigidity and strength of the module with a minimum mass of the power element.

Модуль имеет по краям упрочняющие буртики, позволяющие присоединять его и герметизировать в подводящем и отводящем коллекторе. Подложка покрыта с одной стороны теплопроводящим клеем-герметиком, на котором закреплены ФЭП, имеющем значение упругих деформаций не менее величины перемещений подложки относительно ФЭП при колебаниях температуры из-за разности коэффициентов теплового расширения подложки и ФЭП. Подложка вместе с ФЭП покрыта защитным тонким слоем жидкого стекла, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении, имеющем высокую степень пропускания - не менее 0,96 и легкую массу. The module has reinforcing collars at the edges, allowing it to be connected and sealed in the inlet and outlet manifold. The substrate is coated on one side with a heat-conducting adhesive-sealant, on which a photomultiplier is fixed, having an elastic strain value not less than the displacement of the substrate relative to the photomultiplier with temperature fluctuations due to the difference in the thermal expansion coefficients of the substrate and photomultiplier. The substrate, together with the photomultiplier, is covered with a protective thin layer of liquid glass that cures at normal temperature and ultraviolet radiation, which has a high transmittance of at least 0.96 and a light weight.

Расположение каналов хладагента вне зоны крепления ФЭП позволяет в наибольшей степени использовать площадь модуля под размещение ФЭП, равномерно и эффективно охлаждать ФЭП, т.к. тонкий лист подложки, на котором закреплены ФЭП, по всей ширине, за исключением тонких ребер, соприкасается с хладагентом. Для удобства эксплуатации при работе модуля совместно с аккумулятором, что необходимо при недостаточном освещении или в ночное время, модуль содержит устройство регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленное на подложке совместно с ФЭП. The location of the refrigerant channels outside the zone of attachment of the photomultiplier makes it possible to use the module area to the greatest extent to place the photomultiplier, to cool the photomultiplier evenly and efficiently, as the thin substrate sheet on which the photovoltaic cells are fixed is in contact with the refrigerant over the entire width, with the exception of thin ribs. For ease of operation, when the module is operated together with the battery, which is necessary in case of insufficient lighting or at night, the module contains a device for regulating the battery charge and supplying power to the consumer from the module or from the battery, mounted on a substrate together with a photomultiplier.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3. The invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3.

Охлаждаемый модуль солнечной батареи содержит неметаллическую, прозрачную подложку 1 с тонкостенными листами 2, ребрами 3, каналами для протекания хладагента 4. На подложке по краям выполнены упрочняющие буртики 5, например, из материала подложки с помощью клея-герметика для стыковки модуля с коллектором. The cooled solar module contains a non-metallic, transparent substrate 1 with thin-walled sheets 2, ribs 3, channels for the flow of refrigerant 4. Reinforcing beads 5 are made on the substrate at the edges, for example, from the substrate material using adhesive sealant for joining the module with the collector.

Подложка покрыта теплопроводящим клеем-герметиком 6, которым закреплены ФЭП 7 и устройство регулирования заряда аккумулятора 8. Подложка вместе с ФЭП покрыта тонким слоем защитного покрытия 9 в виде жидкого стекла, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. В качестве подложки могут быть использованы легкие, прозрачные панели из ячеистого поликарбоната, выпускаемые промышленностью и имеющие поперечное сечение в виде тонкостенных листов с ребрами. Устройство регулирования заряда аккумулятора является готовым малогабаритным изделием, применяющимся в солнечных энергетических установках. The substrate is coated with heat-conducting adhesive-sealant 6, which fastens the solar cells 7 and the battery charge control device 8. The substrate, together with the solar cells, is coated with a thin layer of protective coating 9 in the form of liquid glass, which cures at normal temperature and ultraviolet radiation. As the substrate can be used light, transparent panels of cellular polycarbonate, manufactured by industry and having a cross section in the form of thin-walled sheets with ribs. The battery charge control device is a ready-made small-sized product used in solar power plants.

Модуль используется как автономно, так и в многомодульной солнечной батарее со стыковкой и герметизацией по упрочняющим буртикам. The module is used both autonomously and in a multi-module solar battery with docking and sealing along hardening flanges.

При солнечном освещении модуль вырабатывает электрическую энергию, идущую к потребителю и на заряд аккумулятора, а по каналам охлаждения проходит хладагент, в том числе воздух, снимающий тепло с ФЭП. Это тепло может быть использовано для обогрева помещений и в других бытовых целях при циркуляции хладагента по замкнутому циклу. В теплое время года при работе по открытому циклу нагрев воздуха может быть использован для создания тяги вентиляции помещений. Охлаждаемый модуль солнечной батареи ввиду наличия достаточных прочностных и жесткостных свойств может быть использован одновременно с основным назначением как материал для покрытия крыш домов. In sunlight, the module generates electrical energy that goes to the consumer and to charge the battery, and refrigerant passes through the cooling channels, including air that removes heat from the solar cells. This heat can be used for space heating and other domestic purposes when circulating refrigerant in a closed cycle. In the warm season, when working on an open cycle, air heating can be used to create draft ventilation of the premises. Due to the presence of sufficient strength and stiffness properties, the cooled solar module can be used simultaneously with the main purpose as a material for covering roofs of houses.

Использование охлаждаемого модуля солнечной батареи с предлагаемой конструкцией позволяет повысить КПД ФЭП за счет эффективности охлаждения и высокой степени пропускания защитного покрытия, повысить общий КПД за счет использования тепловой энергии, снизить массу модуля за счет тонкостенности несущей подложки и отсутствия защитных стекол, повысить эксплуатационные свойства модуля за счет наличия устройства регулирования заряда аккумулятора и упрочняющих буртиков для стыковки к коллекторам. The use of a cooled solar module with the proposed design can increase the efficiency of the solar cells due to the cooling efficiency and a high degree of transmission of the protective coating, increase the overall efficiency due to the use of thermal energy, reduce the mass of the module due to the thinness of the supporting substrate and the absence of protective glasses, and increase the operational properties of the module beyond due to the presence of a device for regulating the battery charge and reinforcing collars for docking to the collectors.

Claims (2)

1. Охлаждаемый модуль солнечной батареи, содержащий фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), закрепленные на прозрачной цельной подложке из неметаллического материала в виде двух тонкостенных листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания хладагента, отличающийся тем, что модуль снабжен по краям упрочняющими буртиками для крепления в коллекторах подвода и отвода хладагента, на подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, с помощью которого закреплены ФЭП, имеющий значение упругих деформаций не менее величины перемещения подложки относительно ФЭП при изменении рабочей температуры модуля, подложка вместе с ФЭП покрыта жидким стеклом со степенью пропускания солнечного света не менее 0,96, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении, являющимся защитным покрытием ФЭП. 1. The cooled module of the solar battery containing photovoltaic cells (FEC), mounted on a transparent solid substrate of non-metallic material in the form of two thin-walled sheets with longitudinal ribs between them, forming channels for the flow of refrigerant, characterized in that the module is provided at the edges with reinforcing collars for fasteners in the manifolds for supplying and discharging refrigerant; heat-conducting adhesive-sealant is applied to the substrate from the side of incidence of sun rays, with the help of which a photomultiplier has been fixed elastic deformations is not less than the displacement of the substrate relative to the photomultiplier with a change in the operating temperature of the module, the substrate together with the photomultiplier is covered with liquid glass with a transmittance of sunlight of at least 0.96, which cures at normal temperature and ultraviolet radiation, which is a protective coating of the photomultiplier. 2. Охлаждаемый модуль солнечной батареи по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством регулирования заряда аккумулятора и подачи электропитания потребителю от модуля или от аккумулятора, закрепленным на подложке совместно с ФЭП. 2. The cooled solar module according to claim 1, characterized in that it is equipped with a device for regulating the battery charge and supplying power to the consumer from the module or from the battery, mounted on a substrate together with a photomultiplier.

Images