RU2215100C2

RU2215100C2 - Process of manufacture of roof panel with solar battery

Info

Publication number: RU2215100C2
Application number: RU2001128631/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Кулаков; А.Н. Лавренов; А.А. Лизунов; А.В. Смирнов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-10-27

Abstract

FIELD: construction industry, panels of solar batteries, in particular. SUBSTANCE: solar battery is laid on bearing base and is encapsulated above level of photoelectric converters with the aid of sealing hardening composition that lets light radiation up to 30% pass through. Bearing base in point of installation of solar battery has configuration of flat platform. Flat platform for installation of solar battery is either sunk in body of bearing base or protected with wall placed along perimeter. In addition glass plate or multiple glass unit can be positioned above solar battery on side of incidence of luminous flux. EFFECT: enhanced strength and prolonged service life of solar battery. 1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к техническим объектам, включающим панели солнечных батарей (ПСБ), например кровельным и стеновым блокам (строительство, архитектура), автономным солнечным энергоустановкам (системы жизнеобеспечения, транспорт, сигнальные устройства) и т.п. The invention relates to technical objects, including solar panels (PSB), for example roofing and wall blocks (construction, architecture), autonomous solar power plants (life support systems, transport, signaling devices), etc.

Известны конструкции солнечных батарей (СБ), применяемые в технических устройствах и архитектуре (см., например, А.С.Пополов "Солнечный транспорт". М. : Транспорт, 1996; А.Э.Гутнов "Мир архитектуры". - М.: Молодая гвардия, 1985, с.58). При этом ПСБ, как правило, представляют собой независимый конструктив, механически соединяемый с несущим основанием (корпусом, специализированной консолью и т.п.) изделия. There are known designs of solar cells (SB) used in technical devices and architecture (see, for example, A.S. Popolov "Solar Transport." M.: Transport, 1996; A.E. Gutnov "The World of Architecture". - M. : Young Guard, 1985, p. 58). At the same time, PSBs, as a rule, are an independent construct, mechanically connected to the supporting base (case, specialized console, etc.) of the product.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является способ крепления ПСБ на несущем основании, представленный в монографии Г.Раушенбаха "Справочник по проектированию солнечных батарей". - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.178, рис.3.41. Солнечные батареи прототипа размещены на криволинейной поверхности несущего основания за счет использования клеящего соединения. При этом магистрали (электрокабели) токосъема с фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), как правило, располагаются в защищенных гаргротах (коробах), в т.ч. на внешней поверхности несущего основания, и не влияют на прочностные характеристики соединения "несущее основание - ФЭП (СБ)". The closest analogue of the proposed technical solution is the method of fastening the PSB on a supporting base, presented in the monograph by G. Rauschenbakh "Reference book on the design of solar batteries." - M.: Energoatomizdat, 1983, p. 178, Fig. 3.41. The solar panels of the prototype are placed on the curved surface of the supporting base due to the use of an adhesive joint. At the same time, the mains (electric cables) of the current collection from photovoltaic converters (PECs) are, as a rule, located in protected gargrot (boxes), including on the outer surface of the bearing base, and do not affect the strength characteristics of the connection "bearing base - FEP (SB)".

К недостаткам аналогов можно отнести явное недоиспользование несущего основания для силовой разгрузки относительно непрочных ПСБ, что сдерживает широкое применение экологически привлекательных и коммерчески доступных СБ в регионах со сложными климатическими условиями. The disadvantages of analogues include the obvious underutilization of the bearing base for power unloading of relatively weak PSB, which hinders the widespread use of environmentally attractive and commercially available SB in regions with difficult climatic conditions.

Целью предлагаемого изобретения является создание способа изготовления кровельных панелей с СБ, интегрированных в конструктив несущего основания изделия (панели, блока, устройства), обеспечивающего доведение прочности и долговечности сборки до уровня основного материала несущего основания изделия. The aim of the invention is the creation of a method of manufacturing roofing panels with SB, integrated into the structural base of the product (panel, block, device), ensuring the strength and durability of the assembly to the level of the main material of the base of the product.

Указанная цель достигается тем, что СБ укладывают (устанавливают) на несущее основание и заливают выше уровня ФЭП герметизирующей отверждающейся композицией с уровнем пропускания светового излучения не менее 30% (от располагаемого максимального уровня светового излучения в диапазоне работы СБ). This goal is achieved by the fact that SBs are laid (installed) on a bearing base and poured above the photomultiplier with a sealing curing composition with a light transmission level of at least 30% (of the available maximum level of light radiation in the SB range).

Для увеличения коэффициента использования лучистого светового потока конфигурацию (поверхность) несущего основания в месте установки СБ выполняют в виде плоской площадки (иначе: СБ устанавливают на плоской площадке, выполненной в несущем основании). При этом - в зависимости от принятой конструктивно-компоновочной схемы изделия - плоскую площадку (площадки) для размещения СБ либо утапливают в теле несущего основания, либо огораживают по периметру бортиком (до уровня заливки герметизирующей композиции). To increase the coefficient of use of the radiant light flux, the configuration (surface) of the carrier base at the installation site of the SB is made in the form of a flat platform (otherwise: the SB is installed on a flat platform made in the carrier base). In this case, depending on the adopted structural and layout scheme of the product, a flat platform (s) for placing the SB can either be recessed in the body of the carrier base or enclosed along the perimeter with a side (up to the fill level of the sealing composition).

Дополнительно над СБ со стороны падения лучистого потока может быть размещена стеклянная пластина или стеклопакет (с целью минимизации радиационного облучения ФЭП). Additionally, a glass plate or a double-glazed window (in order to minimize the radiation exposure of the solar cells) can be placed above the SB from the side of the incident radiant flux.

На фиг.1 показан вариант конструктивной схемы сечения кровельной панели с СБ, изготовленной согласно предложенному техническому решению. Приняты обозначения:
1 - несущее основание;
2 - фотоэлектрический преобразователь (солнечная батарея);
3 - герметизирующая отверждающаяся композиция.Figure 1 shows a variant of the structural scheme of the cross section of the roof panel with SB, made according to the proposed technical solution. Designations accepted:
1 - bearing base;
2 - photoelectric converter (solar battery);
3 - sealing curable composition.

На фиг.2 приведено сечение кровельной панели с СБ на базе (либо c преимущественным применением) поликристаллического кремния. Здесь поз.1-3 соответствуют принятым для фиг.1,
4 - термокомпенсатор (вариант).Figure 2 shows a cross section of a roofing panel with SB on the basis (or with primary use) of polycrystalline silicon. Here, poses 1-3 correspond to those adopted for Fig.1,
4 - temperature compensator (option).

На фиг.3, 4 представлено сечение панели и общий вид несущего основания с утопленной в его теле плоской площадкой (обозначения аналогичны принятым на фиг.2). Figure 3, 4 shows a section of the panel and a General view of the carrier base with a flat platform recessed in its body (designations are similar to those adopted in figure 2).

На фиг. 5 показан вариант сечения кровельной панели с плоской площадкой СБ, огороженной по периметру бортиком (обозначения аналогичны принятым на фиг.2). In FIG. 5 shows a variant of the cross-section of a roofing panel with a flat platform SB, fenced along the perimeter with a side (designations similar to those adopted in FIG. 2).

На фиг.6 приведено сечение кровельной панели с СБ и защитной стеклянной пластиной (стеклопакетом). Поз.1-4 аналогичны принятым на фиг.2,
5 - стеклянная пластина (стеклопакет).Figure 6 shows a cross section of a roofing panel with a SB and a protective glass plate (glass packet). Pos. 1-4 are similar to those adopted in figure 2,
5 - a glass plate (double-glazed window).

Для способа по предлагаемому техническому решению характерны следующие особенности. В простейшем случае (см. фиг.1) ФЭП (элемент СБ) поз.2 герметизируют на несущем основании поз.1 посредством отверждающейся композиции поз.3 (в данном случае предполагается, что условия эксплуатации и/или параметры температурного расширения элементов поз.1, 2, 3 допускают штатную работу конструкции в заданном интервале жизненного цикла изделия). For the method according to the proposed technical solution, the following features are characteristic. In the simplest case (see Fig. 1), the photomultiplier tubes (SB element) pos. 2 are sealed on the supporting base pos. 1 by means of a curable composition pos. 3 (in this case, it is assumed that the operating conditions and / or thermal expansion parameters of the elements pos. , 2, 3 allow the regular operation of the structure in a given interval of the product life cycle).

В зависимости от конструктивно-компоновочных особенностей устройств (комплектующих элементов), реализующих предложенное техническое решение (например, применение моно- либо поликристаллических структур ФЭП, разбежки коэффициентов расширения основных конструкционных материалов, наличия либо отсутствия термокомпенсаторов поз. 4 и т.п.), возможны различные варианты кровельных панелей с СБ - см. фиг.1-6. Depending on the structural and layout features of devices (components) that implement the proposed technical solution (for example, the use of single-crystal or polycrystalline PEC structures, the spacing of the expansion coefficients of the main structural materials, the presence or absence of temperature compensators, item 4, etc.), it is possible various options for roofing panels with SB - see Fig.1-6.

Так, на фиг. 2 представлен вариант кровельной панели с размещением СБ поз. 2 на криволинейной поверхности поз.1. При этом в случае несовпадения, температурного расширения главных конструкционных элементов поз.1, 2, 3 допускается введение термокомпенсаторов поз.4. So in FIG. 2 presents a variant of the roofing panel with the placement of SB pos. 2 on a curved surface, item 1. In this case, in case of mismatch, thermal expansion of the main structural elements pos. 1, 2, 3, the introduction of temperature compensators pos. 4 is allowed.

В других вариантах несущее основание поз.1 дорабатывается таким образом, чтобы на выпуклой (и/или вогнутой, и/или боковой) его внешней поверхности образовать плоские площадки (см. фиг.3, 4, 5) - их размер выбирается из условий технико-экономической целесообразности конструктивно-компоновочной схемы изделия с учетом свойств материалов и реальных толщин ФЭП (СБ), уровня пропускания лучистого потока герметизирующей композицией, прочностных свойств доработанного основания, ремонтопригодности и т.п. In other embodiments, the bearing base, item 1, is refined in such a way that on a convex (and / or concave and / or lateral) outer surface to form flat platforms (see Figs. 3, 4, 5) - their size is selected from the technical conditions -economic feasibility of the structural and layout scheme of the product, taking into account the properties of materials and the actual thickness of the solar cells, the level of transmission of the radiant flux by the sealing composition, the strength properties of the modified base, maintainability, etc.

Из единичных стандартизированных ФЭП формируется СБ заданной геометрии, собранная СБ поз.2 размещается на несущем основании (кровельной панели) поз. 1, при этом магистраль токосъема с СБ выводится, например, через специализированный паз либо специализированное сквозное отверстие за контур несущего основания поз.1. Далее указанная сборка заливается (как правило, до верхней поверхности основания либо бортиков ограждения - см. фиг.3, 5) герметизирующей отверждающейся композицией поз.3, обеспечивающей защиту СБ поз.2 от неблагоприятных внешних воздействий (дождя, снега, града, пыли, грязи и т.п. ). From a single standardized photomultiplier, a SB of a given geometry is formed, the assembled SB pos.2 is placed on a bearing base (roof panel) pos. 1, while the current collector line with the SB is discharged, for example, through a specialized groove or a specialized through hole beyond the bearing base contour, pos. 1. Further, this assembly is poured (as a rule, to the upper surface of the base or the sides of the fence - see Figs. 3, 5) with a sealing curing composition, pos. 3, which provides protection for the pos. 2 from adverse external influences (rain, snow, hail, dust, dirt, etc.).

Признано целесообразным - с учетом технико-экономических критериев "стоимость-эффективность" для современных и перспективных технологий - установить уровень пропускания герметизирующей композицией светового излучения на ПСБ не ниже 30% от номинального значения (принимаемого "чистой" СБ при аналогичной ориентации) в диапазоне работы солнечной батареи. It has been recognized that it is expedient, taking into account the cost-effectiveness technical and economic criteria for modern and promising technologies, to establish the transmittance of the light radiation on the PSB as a sealant composition not less than 30% of the nominal value (adopted by a “pure” SB with a similar orientation) in the solar operating range batteries.

Следует отметить, что в предлагаемом техническом решении долговечность функционирования (работы) ПСБ существенно увеличена (поскольку деградация ФЭП под воздействием радиации и иных неблагоприятных факторов замедляется вследствие наличия относительно мощного защитного экрана, роль которого выполняет герметизирующая композиция). It should be noted that in the proposed technical solution, the durability of the functioning (operation) of the PSB is significantly increased (since the degradation of the solar cells under the influence of radiation and other adverse factors is slowed down due to the presence of a relatively powerful protective shield, the role of which is performed by the sealing composition).

В случае максимального ужесточения требований по радиационной стойкости СБ дополнительно может осуществляться защита ФЭП стеклянной пластиной (стеклопакетом) поз.5 - см., например, фиг.6. In the case of maximum tightening of the requirements for radiation resistance of the SB, an additional solar cell protection can be carried out with a glass plate (glass packet) pos.5 - see, for example, Fig.6.

Применение в рамках предложенного способа близких по градиентам температурного расширения долговечных материалов позволит создавать перспективные кровельные панели (несущие конструктивы), обладающие качественно новыми потребительскими свойствами - дополнительной способностью к генерации электрического тока для бытовых и технологических нужд (что с каждым годом становится все более экономически и экологически привлекательным). The use of close-in thermal expansion gradients of durable materials within the framework of the proposed method will make it possible to create promising roofing panels (load-bearing structures) with qualitatively new consumer properties - an additional ability to generate electric current for domestic and technological needs (which becomes more and more economically and environmentally every year attractive).

Claims

1. A method of manufacturing a roofing panel with a solar battery, characterized in that the solar battery is installed on a flat platform made in a supporting base, and poured above the photovoltaic cells of the solar battery with a sealing curing composition with a light transmittance of at least 30% in the range of the solar battery .

2. A method of manufacturing a roofing panel with a solar battery according to claim 1, characterized in that a glass plate or a double-glazed window is placed above the solar battery.