Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков



Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков
Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков

 


Владельцы патента RU 2564819:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к электротехнике альтернативных источников энергии, в частности к устройствам для генерирования электрической и тепловой энергии путем преобразования энергии светового излучения, и предназначено для использования в конструкциях солнечных панелей. Сущность изобретения состоит в следующем. Несущая сотовая панель солнечной батареи состоит из двух тонкостенных листов с прямыми продольными ребрами между ними, образующими соты, и содержит упрочняющие буртики по краям. Соединенные с помощью металлических шин фотоэлектрические преобразователи закреплены на одном из двух листов несущей сотовой панели, который является подложечным и содержит перфорацию, вскрывающую большую часть тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей, для обеспечения прямого теплового контакта фотоэлектрических преобразователей с теплоносителем в этой части. Неперфорированная часть подложечного листа несущей сотовой панели перекрывает все промежутки как между отдельными фотоэлектрическими преобразователями, так и между фотоэлектрическими преобразователями и буртиками. Другой лист несущей сотовой панели защищен с внешней стороны теплоизоляционной подошвой. Со стороны фоточувствительной поверхности фотоэлектрических преобразователей расположена светопропускающая пластина, прикрепленная герметичным соединением к буртикам, причем между фотоэлектрическими преобразователями и светопропускающей пластиной создан газовый или вакуумный зазор. Изобретение обеспечивает повышение общего теплового и электрического КПД солнечной батареи. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике альтернативных источников энергии, в частности к устройствам для генерирования электрической и тепловой энергии путем преобразования энергии светового излучения, и предназначено для использования в конструкциях солнечных панелей.

Известен гибридный солнечный коллектор «Volther PVT» (http://renevita.com.ua/hybrid-solar-collector-volther-pvt.html), содержащий полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую; корпус, состоящий из алюминиевой рамы; стекло; листовую подошву; медный листовой адсорбер с электроизоляционным покрытием (подложечный слой) на медных трубках, выступающих в качестве каналов для теплоносителя. Фотоэлектрические преобразователи обычно крепятся на прозрачной пластине из каленого или триплексного стекла, а затем стекло с фотоэлектрическими преобразователями плотно прижимается к адсорберу, благодаря чему тыльная сторона фотоэлектрических преобразователей приводится в тепловой контакт с адсорбером. Этот солнечный коллектор предназначен для одновременного производства электричества и горячей воды или воздуха. Такой симбиоз позволяет в два раза сократить площадь установки при необходимости использования одновременно солнечных коллекторов и фотоэлектрических модулей на одном здании. Одним из вариантов этой конструкции является известное устройство (патент № CN 1021413 04 (А), авторы: Н. Shi; H. Zhu; С. Huang; X. Pei), где используется аналогичная основная конструкция, но при этом организован одновременный напуск двух теплоносителей разных типов через отдельные каналы, например напуск воды и воздуха. Указанные устройства обладают еще одной важной особенностью. Как известно, эффективность всех традиционных фотоэлектрических преобразователей падает при росте их температуры. Особенно производительность электроэнергии резко снижается при температуре фотоэлектрических преобразователей выше 50°С, что часто наблюдается в летнее время. Теплоноситель действует как охладитель и способен поддерживать температуру на поверхности абсорбера ниже 50°С. За счет постоянного охлаждения КПД фотоэлектрических преобразователей значительно увеличивается (дополнительно вырабатывается до 50% электроэнергии, можно добиться на 15% больше выработки электроэнергии от фотоэлектрических преобразователей в среднем за год), а полученное тепло передается для производства теплового потока. Недостатки описанных устройств состоят в относительно высокой стоимости конструкции из медных трубок, медного листового адсорбера и ударопрочного каленого или триплексного стекла, а также в ее относительно высокой массе.

Наиболее близким по технической сущности является устройство «Охлаждаемый модуль солнечной батареи» (патент № RU 2164721 МПК 7 H01L 31/048, авторы: Ефремов Г.А., Трушков В.Н., Лизунов А.А., Смирнов А.В.), выбранное за прототип. Устройство относится к солнечным батареям на основе прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей с охлаждаемым модулем. Техническая сущность описывается неметаллической (пластиковой) прозрачной подложкой модуля, на которой закреплены фотоэлектрические преобразователи. Подложка выполнена цельной в виде двух листов с продольными ребрами между ними, образующими каналы для протекания теплоносителя с обеспечением заданных требований по прочности и жесткости как к несущему элементу модуля, снабжена по краям упрочняющими буртиками для крепления в солнечных панелях. На подложку со стороны падения солнечных лучей нанесен теплопроводящий клей-герметик, закрепляющий фотоэлектрические преобразователи и имеющий значение упругих деформаций не менее величины перемещений подложки относительно фотоэлектрических преобразователей. Подложка вместе с фотоэлектрическими преобразователями покрыта жидким стеклом со степенью пропускания солнечного света не менее 0,96, отверждающимся при нормальной температуре и ультрафиолетовом облучении. Модуль используется как автономно, так и в многомодульной солнечной панели со стыковкой герметизацией в коллекторах по упрочняющим буртикам. К достоинствам изобретения относятся: повышение КПД, снижение массы модуля, повышение эксплуатационных свойств модуля (увеличение срока службы фотоэлектрических преобразователей). К недостаткам прототипа можно отнести сниженную теплоотдачу фотоэлектрических преобразователей из-за наличия подложечного пластикового листа между теплоносителем и фотоэлектрическими преобразователями, а также отсутствие конструктивных мер по усилению теплоотдачи. Наличие указанных недостатков не позволяет в описанной конструкции получить максимальные значения общего КПД.

Техническими результатами, достигаемыми в изобретении, являются увеличение общего теплового и электрического КПД, увеличение деформационной стойкости солнечной батареи, повышение эксплуатационных свойств модуля (увеличение срока службы фотоэлектрических преобразователей).

Указанные технические результаты достигаются тем, что в солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков, содержащей несущую сотовую панель, состоящую из двух соединенных между собой прямыми продольными ребрами листов и упрочняющих буртиков по краям, при этом к одному из двух листов несущей сотовой панели, являющемуся подложечным, прикреплены своей тыльной стороной спаянные с помощью металлических шин фотоэлектрические преобразователи, согласно изобретению подложечный лист содержит перфорацию, вскрывающую большую часть тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей, для обеспечения прямого теплового контакта фотоэлектрических преобразователей с теплоносителем в этой части, причем неперфорированная часть подложечного листа несущей сотовой панели перекрывает все промежутки как между отдельными фотоэлектрическими преобразователями, так и между фотоэлектрическими преобразователями и буртиками, при этом к другому листу несущей сотовой панели прикреплена теплоизоляционная подошва, а со стороны фоточувствительной поверхности фотоэлектрических преобразователей расположена светопропускающая пластина, прикрепленная герметичным соединением к буртикам, причем между фотоэлектрическими преобразователями и светопропускающей пластиной создан газовый или вакуумный зазор.

Увеличить теплоотдачу, электрический и тепловой КПД, тем самым оптимизировать характеристики устройства, позволяет вариант исполнения, при котором в сотах несущей сотовой панели под фотоэлектрическими преобразователями установлены выступы конфузор-диффузор, прикрепленные к нижней части внутренней поверхности сот, представляющие собой тонкостенные продолговатые плавно изогнутые тела, причем изгиб каждого такого тела является равноплечим и имеет ось симметрии перпендикулярную оси соты, при этом средний максимальный радиус изгиба, являющийся высотой выступа конфузор-диффузор, не превышает 3/4 диаметра окружности, вписанной в поперечное сечение соты.

Для дополнительного увеличения теплоотдачи, электрического и теплового КПД между фотоэлектрическими преобразователями и подложечным листом несущей сотовой панели могут быть установлены полые возвышающие основания фотоэлектрических преобразователей, при этом к высоте выступов конфузор-диффузор, которые находятся под каждым из полых возвышающих оснований, прибавлено значение, равное высоте полого возвышающего основания, умноженной на коэффициент от 1/2 до 1.

Возможен вариант, обеспечивающий дополнительный прирост теплоотдачи, электрического и теплового КПД, при котором к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением радиаторы, проникающие рабочей поверхностью через перфорированные участки подложечного листа в соты несущей сотовой панели, при этом образующие радиаторных лопастей параллельны вектору скорости потока теплоносителя для минимизации динамического сопротивления потоку теплоносителя.

Дополнительное увеличение теплоотдачи, электрического и теплового КПД достижимо, если к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением радиаторы, рабочие лопасти которых находятся в полом возвышающем основании, причем образующие радиаторных лопастей параллельны вектору скорости потока теплоносителя.

Возможен вариант исполнения радиаторов, при котором они приведены в тепловой контакт с изготовленными из теплопроводящего материала выступами конфузор-диффузор для дополнительного прироста теплоотдачи, электрического и теплового КПД и обеспечения лучшей прочности конструкции.

Наибольшие значения электрического выходного напряжения могут быть достигнуты, когда к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением термоэлектрические пластины, электрические контакты которых подключаются к металлическим шинам солнечной батареи, причем все остальные возможные соединения фотоэлектрических преобразователей, предусмотренные настоящим изобретением: с радиаторами, с полыми основаниями фотоэлектрических преобразователей, с подложечным листом несущей сотовой панели, производятся не напрямую, а через термоэлектрические пластины.

Целесообразно для обеспечения повышенных значений деформационной стойкости, теплоизоляции, электрического и теплового КПД между несущей сотовой панелью и теплоизоляционной подошвой размещение дополнительной сотовой панели, образованной из двух соединенных между собой прямыми продольными ребрами листов, так, что оси сот основной панели лежат в плоскости, параллельной плоскости осей сот дополнительной панели, но при этом оси сот одной из панелей перпендикулярны осям сот другой панели в проекции на любую параллельную им плоскость.

Возможен вариант повышения деформационной стойкости, теплоизоляции, электрического и теплового КПД, при котором между несущей сотовой панелью и теплоизоляционной подошвой размещена дополнительная сотовая панель, образованная из двух соединенных между собой изогнутыми продольными ребрами листов, причем соединяющие ребра, изгибаясь, проходят друг через друга и формируют тем самым соты, образующие которых перпендикулярны плоскости уровня этой дополнительной сотовой панели.

Далее изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, описанием принципа его работы и конкретного примера его выполнения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1-5 схематично изображены вид сверху, продольный и поперечный разрезы солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков, выполненной согласно настоящему изобретению (1 - теплоизоляционная подошва, 2 - буртики, 3 - несущая сотовая панель, 4 - фотоэлектрические преобразователи, 5 - светопропускающая пластина, 6 - каналы напуска теплоносителя, 7 - выступ конфузор-диффузор, 8 - радиатор, 9 - полое возвышающее основание).

На фиг. 6 изображена зависимость температуры тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей от освещенности лицевой стороны естественным светом и температуре окружающего воздуха 24°C.

На фиг. 7 изображена зависимость температуры воздуха, прокаченного через соты несущей панели новой солнечной батареи (1) и прототипа (2) от времени прокачки при освещенности лицевой стороны солнечных модулей естественным светом E=130 кЛк и начальной температуре воздуха 24°C.

Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков содержит теплоизоляционную подошву 1, соединенную по краям с буртиками 2 и по внутренней стороне с несущей сотовой панелью 3. Фотоэлектрические преобразователи 4 размещены на подложечном листе несущей сотовой панели 3 и соединены между собой электрическими шинами последовательно или последовательно-параллельно. К буртикам 2 прикреплена герметичным соединением светопропускающая пластина 5, так что между этой пластиной и лицевой фотоактивной стороной фотоэлектрических преобразователей 4 создан газовый или вакуумный зазор. Подложечный лист несущей сотовой панели содержит перфорацию, благодаря которой достигается прямой теплообмен между большей частью тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей 4 и теплоносителем, напускаемым через каналы напуска теплоносителя 6.

Принцип действия предлагаемого изобретения состоит в следующем. Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков устанавливается под прямым воздействием солнечных лучей, которые проникают через светопрозрачную пластину 5 и достигают фотоэлектрических преобразователей 4, в результате чего в фотоэлектрических преобразователях 4 вырабатывается фотоЭДС. Часть солнечной энергии при этом затрачивается на нагревание фотоэлектрических преобразователей 4. Через каналы напуска 6 вводится и выводится теплоноситель для охлаждения фотоэлектрических преобразователей 4. Введенный в батарею теплоноситель циркулирует в ней через систему каналов, образованную сотами несущей сотовой панели 3. В ходе этого процесса происходит теплоотдача от фотоэлектрических преобразователей 4 к теплоносителю. Достижение положительных технических результатов в предлагаемом изобретении объясняется изложенными ниже обстоятельствами.

Как известно, плотность конвективного теплового потока на границе тел по закону Ньютона-Рихмана пропорциональна их разности температур q=αΔТ, где α - коэффициент теплоотдачи, равный количеству теплоты, отдаваемому с единицы площади поверхности за единицу времени при единичном температурном напоре, зависящий от: вида теплоносителя и его температуры, разности температур, вида конвекции, режима и скорости течения, состояния и геометрии поверхности тела, направления обтекания теплоносителем.

С точки зрения теплопередачи все тела можно разделить на три категории: теплоизоляторы, тела с умеренной проводимостью и теплопроводники. Подложечный лист сотовой панели, изготовленной из пластикового материала поликарбоната (прототип), имеет крайне низкую теплопроводность и относится к теплоизоляторам. В связи с этим, примененная в предлагаемом изобретении перфорация подложечного листа несущей сотовой панели 3 позволяет существенно увеличить теплопередачу от фотоэлектрических преобразователей к теплоносителю.

По закону Бернулли скорость движения частиц теплоносителя в суженой за счет выступов конфузор-диффузор 7 части канала под фотоэлектрическими преобразователями 4 увеличивается пропорционально отношению площадей поперечных сечений узкой и широкой части канала. Следует также отметить, что движение реальной жидкости или газа почти всегда является вихревым. При вихревом движении циркуляция скорости в любом однородном контуре сохраняется (теорема Кельвина). Если же область, охватываемая этим контуром сужается, то интенсивность вращательного движения внутри него возрастает. Таким образом, в области сужения соты за счет выступа конфузор-диффузор 7 под фотоэлектрическими преобразователями 4 происходит существенное возрастание скорости движения частиц теплоносителя, что проявляется подобно «эффекту вентилятора» и позволяет значительно интенсифицировать процесс теплоотдачи. Принципиальное устройство солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков с выступом конфузор-диффузор 7 показано на фиг. 2. Однако, с другой стороны, сужение канала приводит к нежелательному росту сопротивления потоку теплоносителя ФТ, величина которого для заданного частного случая оценивается с помощью формулы Дарси-Вейсбаха. Путем анализа зависимости коэффициента теплоотдачи и величины сопротивления потоку от высоты выступа конфузор-диффузор 7 определяется оптимальная высота выступа конфузор-диффузор 7. В большинстве практических случаев, если величина сужения составляет более 3/4 частей диаметра канала, зависимость сопротивления потоку переходит в область резкого возрастания. Поэтому средний максимальный радиус изгиба, являющийся высотой выступа конфузор-диффузор, не должен превышать 3/4 диаметра окружности, вписанной в поперечное сечение соты. Выступ конфузор-диффузор 7 крепится к нижней части внутренней поверхности соты и состоит из двух симметричных частей: конфузора и диффузора. Конфузор снижает величину сопротивления потоку. Диффузор располагается симметрично конфузору относительно оси перпендикулярной оси соты в центральной области. Наличие диффузора необходимо, во-первых, для предотвращения потерь напора теплоносителя, вызванных резким расширением канала, а во-вторых, наличие диффузора позволяет избежать увеличения сопротивления потоку теплоносителя при изменении направления этого потока на противоположное, так как конфузор и диффузор могут обмениваться выполняемыми функциями, вследствие чего исключается возможность критической ошибки подключения входа / выхода теплоносителя в каналы 6 при монтаже солнечных батарей. Кроме того, предлагаемая симметричная форма выступа конфузор-диффузор 7 позволяет придать конструкции вполне достаточную механическую прочность.

Функцию сужающего соту выступа конфузор-диффузор 7 может выполнять и деталь, которая крепится с противоположной стороны соты к тыльной поверхности фотоэлектрических преобразователей 4. В данном случае эту деталь рационально изготовить в виде радиатора 8 - теплопроводящего тела с высокоразвитой площадью поверхности, так как увеличенная площадь поверхности позволяет дополнительно увеличить коэффициент теплоотдачи. Для минимального динамического сопротивления радиаторов относительно потока теплоносителя их рационально закрепить так, чтобы образующие радиаторных лопастей были параллельны вектору скорости потока теплоносителя. Принципиальное устройство солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков с радиатором 8 показано на фиг. 3.

Увеличить коэффициент теплоотдачи можно и другим способом. Согласно изобретению, необходимо изменить направление движения теплоносителя, уменьшив угол между вектором скорости ФТ и нормалью к нагретой поверхности фотоэлектрических преобразователей 4, установив полые возвышающие основания 9 для фотоэлектрических преобразователей 4 наряду с выступами конфузор-диффузор 7. Тем самым в предлагаемом устройстве образуются колена теплоотдачи - узлы конструкции, где происходит интенсификация теплоотдачи. Принципиальное устройство варианта солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков с коленом теплоотдачи показано на фиг. 4. При этом к высоте выступов конфузор-диффузор 7, которые находятся под каждым из полых возвышающих оснований, должно быть прибавлено значение, равное высоте полого возвышающего основания 9, умноженной на коэффициент от 1/2 до 1 для того, чтобы поток теплоносителя входил в колено теплоотдачи. При этом выступы конфузор-диффузор 7 нужны, в первую очередь, для перенаправления потока теплоносителя под более выгодным для теплоотдачи углом. Некоторая регулировка увеличения высоты выступов конфузор-диффузор 7 в диапазоне значений от целой высоты полого возвышающего основания 9 до ее половины необходима для вариантов с размещением на тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей 4 дополнительных элементов конструкции (в этих случаях размещение одного элемента не должно препятствовать размещению другого), о которых будет сказано далее.

Помимо того, что установленные полые возвышающие основания 9 позволяют перенаправить вектор скорости ФТ под более выгодным для теплоотдачи углом к поверхности фотоэлектрических преобразователей 4, они также увеличивают объем в области наиболее интенсивной теплоотдачи, что дает возможность использовать более рельефную поверхность фотоэлектрических преобразователей 4 и установить радиаторы 8 с большей эффективной площадью лопастей не чрезмерно перекрывая при этом соту. Принципиальное устройство варианта солнечной батареи для генерации электрических и тепловых потоков с полым возвышающим основанием 9 под каждым из фотоэлектрических преобразователей 4 (коленом теплоотдачи) и радиатором 8 внутри него показано на фиг. 5.

Наибольшие значения электрического выходного напряжения могут быть достигнуты, когда к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей 4 прикреплены теплопроводящим соединением термоэлектрические пластины, электрические контакты которых подключаются к металлическим шинам солнечной батареи. В этом варианте конструктивного исполнения к фотоЭДС прибавляется разность потенциалов Пельтье термоэлектрических модулей, что обуславливает рост выходного напряжения солнечной батареи.

Таким образом, в предлагаемом изобретении КПД увеличен за счет мультипликативного влияния на конвективный коэффициент теплопередачи q сразу нескольких факторов или их отдельно взятого сочетания: устранения теплоизоляционных преград, развитого рельефа нагретой поверхности; оптимизированного направления обтекания; повышенной скорости обтекания. Что же касается прототипа, то активный вклад в КПД его работы вносит лишь второй множитель в правой части уравнения Ньютона-Рихмана, т.е. разность температур ΔT, а конструктивные меры по увеличению коэффициента q при создании устройства-прототипа предприняты не были. Кроме того, как уже указывалось в описании, ΔT не достигает в прототипе максимально возможных значений из-за теплоизоляции со стороны подложечного листа несущей сотовой панели 3. В предлагаемом изобретении этот недостаток устранен, что также вносит вклад в увеличение КПД устройства. Еще одной причиной увеличения КПД в изобретении является создание «тепличного эффекта» со стороны лицевой, фотоактивной поверхности фотоэлектрических преобразователей 4, так как там размещается светопрозрачная пластина 5, причем имеется зазор между этой пластиной и фотоэлектрическими преобразователями 4, заполненный газом атмосферного или пониженного давления. Газы являются плохими проводниками тепла и их теплопроводность уменьшается при прочих равных нормальных условиях с понижением давления (создание технического вакуума), так как при этом увеличивается средняя свободная длина пробега молекулы. Таким образом, наличие газового или вакуумного зазора снижает потери тепла через лицевую сторону солнечной батареи.

В надежной теплоизоляции нуждается и оборотная, тыльная сторона солнечной батареи, где, согласно изобретению, предлагается крепить теплоизоляционную подошву 1 - внешний слой утеплителя (материала с низкой теплопроводностью). В качестве такой теплоизоляционной подошвы 1 или ее части может использоваться другая, дополнительная сотовая панель, образованная из двух соединенных между собой прямыми продольными ребрами листов, так, что оси сот основной несущей сотовой панели 3 лежат в плоскости, параллельной плоскости осей сот дополнительной панели, но при этом оси сот одной из панелей перпендикулярны осям сот другой панели в проекции на любую параллельную им плоскость. Такое размещение прямых продольных ребер несущей сотовой панели 3 относительно прямых продольных ребер дополнительной сотовой панели позволяет получить прочную структуру «крест-накрест» для ребер обеих панелей. Таким образом, эта мера позволяет добиться дополнительной механической прочности солнечной батареи, повысить ее деформационную стойкость. Того же эффекта можно добиться путем использования другого варианта дополнительной сотовой панели, структура соединительных ребер которой соответствует принципу «медовые соты», то есть содержит изогнутые продольные ребра пересекающиеся друг с другом и формирующие соты. Образующие сот при этом перпендикулярны горизонтальной плоскости уровня дополнительной сотовой панели основной несущей сотовой панели 3.

Резюмируя описанное выше, важно отметить, что конструктивные меры изобретения напрямую направлены на увеличение теплового КПД работы устройства. Однако, как и для аналогов, увеличение теплового КПД сопровождается увеличением электрического КПД, так как происходит более интенсивное охлаждение фотоэлектрических преобразователей 4. Кроме того, при этом повышаются эксплуатационные характеристики устройства, так как солнечные модули с лучшим охлаждением имеют более высокий срок службы. Дополнительные несущие панели, установленные нужным образом, повышают деформационную стойкость солнечной батареи.

Пример конкретной реализации, отражающий также состав минимальной комплектации, состоит в следующем. К несущей панели из сотового поликарбоната с одной стороны приклеивается теплоизоляционная подошва из пенофола. На другой, перфорированный лист несущей сотовой панели приклеиваются тыльной стороной фотоэлектрические преобразователи, спаянные электрическими шинами, содержащими общие отводы батареи «+» и «-». Перфорация достигает 80-85% площади поверхности тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей, так что склеивание с неперфорированной частью подложечного листа производится по краям фотоэлектрических преобразователей (краевые поля склеивания 1-1,2 см). По бортам с помощью диметилдихлорсилана приклеиваются буртики из экструзионного поликарбоната. К верхней грани буртиков тем же способом приклеивается светопрозрачная пластина из экструзионного прозрачного поликарбоната толщиной 4 мм. В буртиках с двух разных сторон солнечной батареи делаются подводы каналов входа-выхода теплоносителя.

Результаты испытания образца, собранного по указанному примеру конкретной реализации, при использовании в качестве теплоносителя атмосферного воздуха иллюстрируются на фиг. 6 и фиг. 7. Эти результаты свидетельствуют о существенном превосходстве технических характеристик (общего КПД) предлагаемой солнечной батареи над прототипом даже в минимальной комплектации новой солнечной батареи.

1. Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков, содержащая несущую сотовую панель, состоящую из двух соединенных между собой прямыми продольными ребрами листов и упрочняющих буртиков по краям, при этом к одному из двух листов несущей сотовой панели, являющемуся подложечным, прикреплены своей тыльной стороной спаянные с помощью металлических шин фотоэлектрические преобразователи, отличающаяся тем, что подложечный лист содержит перфорацию, вскрывающую большую часть тыльной стороны фотоэлектрических преобразователей, для обеспечения прямого тепловою контакта фотоэлектрических преобразователей с теплоносителем в этой части, причем неперфорированная часть подложечного листа несущей сотовой панели перекрывает все промежутки как между отдельными фотоэлектрическими преобразователями, так и между фотоэлектрическими преобразователями и буртиками, при этом к другому листу несущей сотовой панели прикреплена теплоизоляционная подошва, а со стороны фоточувствительной поверхности фотоэлектрических преобразователей расположена светопропускающая пластина, прикрепленная герметичным соединением к буртикам, причем между фотоэлектрическими преобразователями и светопропускающей пластиной создан газовый или вакуумный зазор.

2. Солнечная батарея по п. 1, отличающаяся тем, что в сотах несущей сотовой панели под фотоэлектрическими преобразователями установлены выступы конфузор-диффузор, прикрепленные к нижней части внутренней поверхности сот, представляющие собой тонкостенные продолговатые плавно изогнутые тела, причем изгиб каждого такого тела является равноплечим и имеет ось симметрии перпендикулярную оси соты, при этом средний максимальный радиус изгиба, являющийся высотой выступа конфузор-диффузор, не превышает 3/4 диаметра окружности, вписанной в поперечное сечение соты.

3. Солнечная батарея по п. 1, отличающаяся тем, что к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением радиаторы, проникающие рабочей поверхностью через перфорированные участки подложечного листа в соты несущей сотовой панели, при этом образующие радиаторных лопастей параллельны вектору скорости потока теплоносителя.

4. Солнечная батарея по п. 2, отличающаяся тем, что между фотоэлектрическими преобразователями и подложечным листом несущей сотовой панели установлены полые возвышающие основания фотоэлектрических преобразователей, при этом к высоте выступов конфузор-диффузор, которые находятся под каждым из полых возвышающих оснований, прибавлено значение, равное высоте полого возвышающего основания, умноженной на коэффициент от 1/2 до 1.

5. Солнечная батарея по п. 4, отличающаяся тем, что к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением радиаторы, рабочие лопасти которых находятся в полом возвышающем основании, причем образующие радиаторных лопастей параллельны вектору скорости потока теплоносителя.

6. Солнечная батарея по п. 5, отличающаяся тем, что радиаторы приведены в тепловой контакт с изготовленными из теплопроводящего материала выступами конфузор-диффузор.

7. Солнечная батарея по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что между несущей сотовой панелью и теплоизоляционной подошвой размещена дополнительная сотовая панель, образованная из двух соединенных между собой прямыми продольными ребрами листов, так, что оси сот основной панели лежат в плоскости, параллельной плоскости осей сот дополнительной панели, но при этом оси сот одной из панелей перпендикулярны осям сот другой панели в проекции на любую параллельную им плоскость.

8. Солнечная батарея по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что между несущей сотовой панелью и теплоизоляционной подошвой размещена дополнительная сотовая панель, образованная из двух соединенных между собой изогнутыми продольными ребрами листов, причем ребра, изгибаясь, проходят друг через друга и формируют тем самым соты, образующие которых перпендикулярны плоскости уровня этой дополнительной сотовой панели.

9. Солнечная батарея по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением термоэлектрические пластины, электрические контакты которых подключаются к металлическим шинам солнечной батареи, причем все остальные возможные соединения фотоэлектрических преобразователей, предусмотренные настоящим изобретением: с радиаторами, с полыми основаниями фотоэлектрических преобразователей, с подложечным листом несущей сотовой панели, производятся не напрямую, а через термоэлектрические пластины.

10. Солнечная батарея по п. 7, отличающаяся тем, что к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением термоэлектрические пластины, электрические контакты которых подключаются к металлическим шинам солнечной батареи, причем все остальные возможные соединения фотоэлектрических преобразователей, предусмотренные настоящим изобретением: с радиаторами, с полыми основаниями фотоэлектрических преобразователей, с подложечным листом несущей сотовой панели, производятся не напрямую, а через термоэлектрические пластины.

11. Солнечная батарея по п. 8, отличающаяся тем, что к тыльной стороне фотоэлектрических преобразователей прикреплены теплопроводящим соединением термоэлектрические пластины, электрические контакты которых подключаются к металлическим шинам солнечной батареи, причем все остальные возможные соединения фотоэлектрических преобразователей, предусмотренные настоящим изобретением: с радиаторами, с полыми основаниями фотоэлектрических преобразователей, с подложечным листом несущей сотовой панели, производятся не напрямую, а через термоэлектрические пластины.



 

Похожие патенты:

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой.

Изобретение относится к композиционным материалам, используемым в сверхлегких каркасах солнечных батарей и элементов конструкций космических аппаратов, и касается трехслойной панели.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Устройство для преобразования солнечной энергии содержит, по крайней мере, одну пару подложек, каждая из которых выполнена в виде полосы, при этом, по крайней мере, одна из полос выполнена профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, и установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы, при этом полосы выполнены из материала, обеспечивающего возможность формирования их профилированными посредством изгибания, полоса, выполненная профилированной с периодически повторяющимся профилем, образующим полости траншейного типа, установлена с возможностью соединения своей лицевой поверхностью с тыльной поверхностью второй полосы и образования их профилями, по крайней мере, одного ряда траншей, а из полос одной пары - гибкого устройства для преобразования солнечной энергии, профили, по крайней мере, одного ряда траншей выполнены с возможностью образования части окружности, и/или части гиперболы, и/или части параболы, и/или траншеи с плоским, выпуклым или вогнутым дном и наклонными расширяющимися боковыми стенками, при этом все траншеи выполнены с направленными наружу перпендикулярными или наклонными относительно воображаемой плоскости, наложенной на края соответствующей траншеи первой полосы, бортами по контуру соответствующей траншеи, причем траншеи выполнены с нанесенным на их рабочую поверхность фотоприемным слоем, а борты траншей - с нанесенным на их поверхность фотоприемным слоем или отражающим покрытием.

Устройство относится к области электротехники. Техническим результатом является повышение прочности.

Изобретение относится к новым редокс парам для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах СКСЭ. Редокс-пары образованы по общей формуле (производное бипиридина)nMe(Ion)m, где производное бипиридина есть: где R1, R2, R3 - любой заместитель из ряда метил, этил, пропил, бутил, пентил, гексил, Me - металл из ряда Cr, Mo, Nd, Ni, Pd, Pt, Ir, Co, Rh, Cu, W, Mn, Та, Fe, Ru, Ion - противоион - любой анион из ряда ClO4 -, Cl-, I-, BF4 -, PF6 -, CF3SO3 -, n, m - соответствуют валентности иона металла.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным энергетическим модулям для получения электричества и тепла. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечной энергии, снижение удельных затрат на получение электроэнергии и тепла.

Фотогальваническое устройство, содержащее по меньшей мере один фотогальванический элемент (60), содержащий нанесенные на подложку (10) тонкие активные слои (15), при этом указанные активные слои не подвергают сегментированию, и по меньшей мере один статический преобразователь (50), связанный с каждым фотогальваническим элементом (60).

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения углов в машиностроении, а также к приборам навигации космических аппаратов. Способ повышения разрешающей способности измерения угловых координат светящегося ориентира по величинам сигналов и порядковым номерам фоточувствительных элементов, расположенных симметрично с заданным угловым шагом относительно некоторой оси, заключается в увеличении скорости изменения сигнала по углу указанных фоточувствительных элементов.

В настоящем изобретении предложены оконные жалюзи для сбора солнечной энергии с регулируемым положением. В оконных жалюзи используются солнечный датчик и амперметр для определения зависимости между углом падения солнечного света и оптимальным расположением солнечного датчика.

Фотогальваническое устройство, содержащее: набор по меньшей мере из двух фотогальванических элементов (160, 260), промежуточный листовой материал (300), расположенный между каждым фотогальваническим элементом, при этом каждый фотогальванический элемент содержит: два токовых вывода (185, 185'), по меньшей мере один фотогальванический переход (150, 250), токосъемную шину (180, 180'), и соединительные полосы (190, 190'), которые проходят от токосъемной шины до токовых выводов, при этом все токовые выводы расположены с одной стороны.

Группа изобретений относится к области медицины. Искусственная сетчатка представляет собой матрицу сенселей, каждый из которых содержит светочувствительный элемент в виде фотодиода и электрод. При этом матрица сенселей представляет собой матрицу с мозаичными светофильтрами и включает в себя центральную и периферийную области. В центральной области матрицы расположены сенсели меньшего размера или сенсели меньшего размера с расположенными между ними сенселями большего размера при соотношении не более одного сенселя большего размера к шести сенселям меньшего размера. В периферийной области матрицы расположены сенсели большего размера или сенсели большего размера с расположенными между ними сенселями меньшего размера при соотношении не более одного сенселя меньшего размера к шести сенселям большего размера. На сенсели меньшего размера нанесены светофильтры красного, зеленого и синего цветов. Бионический глаз содержит искусственное стекловидное тело из прозрачного геля и последовательно установленные в нем искусственные роговицу, радужку, представляющую собой фотохромную полимерную пленку или фотохромное стекло с отверстием в центре, хрусталик и сетчатку с электродами, расположенную в фокальной плоскости хрусталика. Применение данной группы изобретений позволит улучшить цветопередачу и детализацию, сохранит высокую скорость передачи изобразительных сигналов, а также позволит уменьшить размер бионического глаза. 2 н. и 7 з.п.ф-лы, 1 пр., 5 ил.

Изобретение относится к области фотогальванических устройств, в частности тонкопленочных композитных материалов, пригодных для изготовления гибких высокоэффективных преобразователей солнечной энергии, и касается нанокристаллических слоев на основе диоксида титана с низкой температурой отжига для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах и способов их получения. Указанные материалы содержат прозрачную подложку с прозрачным проводящим слоем и нанесенную на указанную подложку пленку, содержащую сенсибилизированные красителями кристаллические наночастицы оксида металла, в особенности диоксида титана, и полимерное связующее (полилинкер), образованное продуктами поликонденсации титанорганических соединений - алкоголятов титана. Последние могут представлять собой алкоголяты с хелатирующим органическим заместителем, алкоголяты с варьируемыми при гидролизе структурными свойствами и смеси указанных алкоголятов в различных соотношениях; и/или продукты частичного гидролиза указанных алкоголятов. Предложены также жидкий предшественник указанного полилинкера и способ получения последнего, включающий стадию контролируемого гидролиза алкоголятов титана. Также описан способ нанесения пленки на подложку, используемый для получения указанного тонкопленочного композитного материала, где применяется указанный жидкий предшественник полилинкера. Изобретение позволяет осуществить контролируемый гидролиз алкоголятов в качестве промежуточных связующих в различных условиях и реализовать эффективный способ получения тонкопленочного наноструктурированного электродного материала с оптимальными фотоэлектронными, механическими и связующими свойствами. 5 н. и 51 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области создания детекторов излучения и касается фотоприемника ик-излучения с диафрагмой. Фотоприемник содержит держатель, фоточувствительный элемент, приклеенный на растре, и диафрагму. Диафрагма состоит из средней конусной детали, крышки, дискового основания и экрана, выполняющего функцию защиты от паразитного излучения. Детали диафрагмы соединены сваркой и криостойким клеем. Диафрагма присоединена к растру криостойким клеем. Детали диафрагмы получают выдавливанием на пресс-форме. Внешние поверхности деталей зеркально полируют, проводят матирование и утоньшение внутренних стенок. Внутренние поверхности деталей подвергают электрохимическому чернению. Среднюю конусную деталь и крышку сваривают между собой, а экран приклеивают к боковой поверхности конусной детали. Технический результат заключается в уменьшении влияния паразитного излучения, уменьшении тепловой массы и увеличении скорости охлаждения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способу получения структурированного электропроводящего покрытия на подложке. Технический результат - предоставление способа получения структурированного металлического покрытия на подложке, при реализации которого формируют структурированный металлический слой с четко определенными кантами и краями, что позволяет напечатать картину с высоким разрешением и структурами малых размеров, применимую в солнечных батареях. Достигается тем, что сначала на поверхность подложки наносят монослой или олигослой вещества, гидрофобизирующего поверхность, а затем на подложку наносят вещество, содержащее электропроводящие частицы, в соответствии с заранее заданным узором. Кроме того, изобретение касается применения этого способа для изготовления солнечных батарей или печатных плат, а также электронной детали, включающей в себя подложку, на которую нанесена структурированная электропроводящая поверхность, причем на подложку нанесен монослой или олигослой материала, гидрофобизирующего поверхность, а на монослой или олигослой нанесена структурированная электропроводящая поверхность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к устройствам энергопитания космического аппарата, предназначенным для преобразования солнечной энергии в электрическую с максимальной эффективностью и удельной мощностью. Панель солнечной батареи содержит верхнюю и нижнюю обшивки и элементы, соединяющие их на требуемом расстоянии друг от друга, обшивки выполнены с ячейками меньшего размера, чем фотоэлектрические преобразователи, на величину, обеспечивающую возможность их крепления к обшивке, и обшивки соединены между собой элементами, выполненными в виде ребер жесткости. Изобретение обеспечивает возможность улучшить тепловой режим фотоэлектрических преобразователей, уменьшить массу и толщину панели за счет перемещения фотоэлектрических преобразователей внутрь несущей конструкции. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, использующих солнечное излучение для генерирования экологически чистой электроэнергии в больших объемах. Объемный фотоэлектрический модуль выполнен в виде плоских фотоэлектрических элементов, вертикально расположенных на внутренних сторонах полого многогранника с соотношением размеров ширины к длине как 1/6. Для выполнения условий максимального использования внутренней поверхности многогранника и площади мест установки объемных фотоэлектрических модулей в качестве основы модуля выбрана трехгранная призма. Внутренние поверхности призмы, за исключением торцов, покрываются фотоэлектрическими элементами. Применение объемных модулей большой мощности позволит: повысить КПД преобразования солнечной энергии в электрическую до 0,8; снизить цены на электроэнергию, генерируемую объемными ФЭП, до уровня 0,1-0,4 евроцента/кВт·ч.; повысить в 10-12 раз эффективность использования площади, занимаемой солнечной электроустановкой; исключить необходимость использования системы слежения за Солнцем. 7 ил.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Фотоэлектрический модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами Френеля (4) на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель (5), солнечные фотоэлементы (б) с байпасными диодами, планки (11), выполненные из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием (12), (13), и металлические платы (9) с регулярно расположенными углублениями (8) для солнечных фотоэлементов (6) и параллельными канавками (10) для планок (11). Металлические платы (9) прикреплены к светопрозрачной тыльной панели (5), солнечные фотоэлементы (6) установлены в центрах углублений (8) металлических плат (9), служащих нижним контактом солнечных фотоэлементов (6) и нижних металлических покрытий (12) планок (11). Изобретение обеспечивает увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к герметизирующему материалу для солнечных батарей и модулю солнечной батареи, полученному при использовании герметизирующего материала. Герметизирующий материал содержит, по меньшей мере, адгезивный слой (I) и слой (II) композиции смолы (С), который содержит статистический сополимер этилена-α-олефина (А) с теплотой плавления кристаллов от 0 до 70 Дж/г, измеренной при скорости нагрева 10° С/мин посредством дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), и блок-сополимер этилена-α-олефина (В), который имеет измеренные при скорости нагрева 10° С/мин посредством ДСК максимальную температура плавления кристаллов 100° С или выше и теплоту плавления кристалла от 5 до 70 Дж/г. При этом адгезивный слой (I) выполнен из композиции смолы (Z), которая имеет теплоту плавления кристаллов от 0 до 70 Дж/г, измеренную при скорости нагрева 10° С/мин посредством ДСК, и содержит смолу на основе полиэтилена (X) и смолу на основе силан-модифицированного этилена (Y). Герметизирующий материал по изобретению удовлетворяет высоким требованиям адгезивности, долговременной стабильности адгезионной прочности, прозрачности и термостойкости, а также облегчает изготовление модулей солнечных батарей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 12 пр.
Наверх