PL243010B1 - Ołowiana kratka płyty ujemnej bądź dodatniej magazynu energii do fotowoltaiki - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest struktura ołowianej elektrody ujemnej bądź dodatniej magazynu energii do fotowoltaiki w postaci kratownicy o budowie przestrzennej składającej się z ramki wyposażonej w chorągiewkę oraz pręcików poziomych oraz pionowych, krzyżujących się pod kątem α, charakteryzująca się tym, że przekrój poprzeczny pręcików poziomych (A) jest w kształcie ośmiokąta, pionowe pręciki (B) mają konstrukcję sinusoidalną utworzoną z powtarzalnych modułów w kształcie trapezów równobocznych w przekroju wzdłużnym, które przecinają pręciki poziome (A), a przekrój poprzeczny pręcików pionowych (B) jest w kształcie trójkąta równobocznego, a dwa sąsiadujące moduły trapezowe są odwrócone względem siebie o 180° przy zachowaniu tego samego środka symetrii; przy czym, oś umocowania pręcików poziomych (A) jest przesunięta względem siebie a środek symetrii sąsiadujących pręcików poziomych (A) przecina przeciwległą krawędź boku pionowych pręcików (B), które to pręciki pionowe (B) dzielą wnętrze ramki na wiele sektorów, które dzielą się na sektory lewe, sektory centralne zlokalizowane poniżej chorągiewki oraz sektory prawe, przy czym oczka kratki w sektorach centralnych mają kształt prostokąta, natomiast oczka w sektorach lewych oraz w sektorach prawych mają kształt trapezowy; pręciki poziome (A) są równoległe do ramki z chorągiewką wyłącznie w sektorach; odległości między pręcikami pionowymi (B) są równe w sektorach centralnych; natomiast w pozostałych sektorach pręciki pionowe (B) są rozmieszczone asymetrycznie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest ołowiana kratka płyty ujemnej bądź dodatniej magazynu energii do fotowoltaiki oraz rozmieszczenie elementów składowych kratki w tym relacji przestrzennych pomiędzy poszczególnymi jej pręcikami.

Elektrody ołowiane wykorzystywane w magazynach energii pozyskiwanej z paneli fotowoltaicznych muszą pracować w warunkach niepełnego naładowania oraz pracy cyklicznej. Podczas takiej pracy elektrolit może ulec rozwarstwieniu powodując przyśpieszenie korozji elektrod.

Ze stanu techniki znane są różne struktury kratownic elektrod wykorzystywanych w akumulatorach. Typowe znane elektrody w bateriach stacjonarnych z pastowanymi dodatnimi elektrodami charakteryzują się płaską budową kratki, których poszczególne pręciki kratki są masywne. Przykładem tego typu kratownicy jest siatka anodowa akumulatora kwasowo-ołowiowego ujawniona w dokumencie CN110299538 (A). Ujawniona siatka anodowa zawiera filc z włókna węglowego, który ma kształt włókniny z domieszką stopu ołowiu i wapnia i jest pokryty warstwą stopu ołowiu i wapnia. Natomiast sama siatka ma dobrą przewodność i niską rezystancję, poprawia wydajność rozładowywania akumulatorów, jest odporna na wysoką i niską temperaturę oraz kwasy, a także poprawia wydajność energetyczną i bezobsługową akumulatorów. Dokument CN201528010 (U) ujawnia siatkę odlewaną w całości, którą stanowi rama i krzyżujące się wewnątrz ramy żebra o przekroju sześciokątnym.

Ponadto w stanie techniki znane są kratownice elektrod o niesymetrycznym ułożeniu pręcików. Na przykład, dokument JP2017069123 (A) ujawnia akumulator kwasowo-ołowiowy wykorzystujący perforowaną wykrojoną kratownicę z folią formowaną na jej powierzchni. Przy czym, wykrojona kratownica do akumulatora kwasowo-ołowiowego ma górną i dolną ramę skierowaną do siebie, pierwszą i drugą ramę boczną skierowaną do siebie, oraz wiele elementów kratowych tworzących wzór kratownicy, a górna rama ma ucho płyty elektrody. Przy czym, ujawniona krata jest wyposażona w niesymetryczne hybrydowe oczka, których kształt jest wybrany spośród prostokąta, równoległoboku oraz trapezu.

W stanie techniki znane są również kratownice o budowie przestrzennej. Na przykład z dokumentu PL216141 B1 znana jest kratka płyty ujemnej ogniwa kwasowo-ołowiowego w postaci kratownicy składającej się z prętów pionowych oraz poziomych, krzyżujących się pod kątem prostym i połączonych ze sobą w węzłach. Kratka ma budowę przestrzenną, na którą składają się pręty pionowe mające konstrukcję sinusoidalną utworzoną z powtarzalnych modułów w kształcie trójkątów równoramiennych z wierzchołkami połączonymi z prętami poziomymi. Przy czym trójkątne moduły są usytuowane naprzemiennie względem siebie, a każdy środek wierzchołków trójkątnych modułów przecina się z osią prętów poziomych o przekroju kołowym w węźle, utworzonym przez krzyżujące się pręty poziome i pionowe.

Celem wynalazku było opracowanie struktury kratownicy stosowanej jako elektroda dodatnia lub ujemna, która ogranicza zjawisko rozwarstwienia elektrolitu, spowalniając tym samym korozję powierzchni kratownicy.

Istotą wynalazku jest ołowiana kratka płyty ujemnej bądź dodatniej magazynu energii do fotowoltaiki składająca się z ramki wyposażonej w chorągiewkę oraz pręcików poziomych oraz pionowych, krzyżujących się pod kątem α, charakteryzująca się tym, że kąt α wynosi od 84 do 90°, przekrój poprzeczny pręcików poziomych jest w kształcie ośmiokąta, pionowe pręciki mają konstrukcję sinusoidalną utworzoną z powtarzalnych modułów w kształcie trapezów równobocznych w przekroju wzdłużnym, które przecinają pręciki poziome, a przekrój poprzeczny pręcików pionowych jest w kształcie trójkąta równobocznego, a dwa sąsiadujące moduły trapezowe są odwrócone względem siebie o 180° przy zachowaniu tego samego środka symetrii; przy czym, oś umocowania pręcików poziomych jest przesunięta względem siebie, a sąsiadujące pręciki poziome posiadają środek symetrii przecinający przeciwległą krawędź boku pionowych pręcików, które to pręciki pionowe stanowią podzielnik wnętrza ramki na wiele sektorów, stanowią sektory lewe, sektory centralne zlokalizowane poniżej chorągiewki oraz sektory prawe, przy czym oczka kratki w sektorach centralnych mają kształt prostokąta, natomiast oczka w sektorach lewych oraz w sektorach prawych mają kształt trapezowy; pręciki poziome są równoległe do ramki z chorągiewką wyłącznie w sektorach centralnych; odległości między pręcikami pionowymi są równe w sektorach centralnych, natomiast w pozostałych sektorach pręciki pionowe są rozmieszczon e asymetrycznie; przy czym kąt α w obszarze sektora centralnego (C) wynosi 90°, w obszarze sektorów lewych (L) oraz prawych (P) kąt α jest mniejszy niż kąt α sektora centralnego (C).

Korzystnie odległości pomiędzy pręcikami pionowymi wzrastają od sektorów centralnych w kierunku skrajnego sektora lewego oraz od sektorów centralnych w kierunku skrajnego sektora prawego.

Korzystnie pręciki poziome są tej samej grubości co pręciki pionowe.

Korzystnie struktura jest wyposażona w stopkę lewą oraz stopkę prawą.

Korzystnie stopka lewa oraz stopka prawa są wyposażone w co najmniej jedną wypustkę blokującą.

Wynalazek dostarcza następujących korzyści:

• elektrody ołowiane wykorzystywane w magazynach energii pozyskiwanej z paneli fotowoltaicznych muszą pracować w warunkach niepełnego naładowania oraz pracy cyklicznej. Podczas takiej pracy elektrolit może ulec rozwarstwieniu powodując przyśpieszenie korozji elektrod. Natomiast proponowane rozwiązanie ogranicza zjawisko rozwarstwienia elektrolitu, spowalniając tym samym korozję powierzchni kratownicy;

• proponowane rozwiązanie może być zamiennie stosowane jako elektroda ujemna bądź dodatnia;

• przestrzenne oraz przesunięte względem siebie poszczególnych elementów kratki poprawia parametry elektryczne elektrod poprzez wzrost powierzchni styków kratki z masą aktywną;

• rozmieszczenie przestrzenne pręcików w pionie oraz poziomie kratki zwiększa właściwości mechaniczne elektrody. Masa aktywna wprasowywana w taką kratkę poprawia właściwości elektrody podczas głębokiego rozładowywania;

• zwiększa dostępną ilość energii do zmagazynowania poprzez możliwość upakowania większej ilości masy aktywnej;

• zapewnia wzrost odporności mechanicznej dzięki usztywnieniu konstrukcji;

• ostre krawędzie pręcików na kratce pozwalają na dobry kontakt z masą aktywną podczas eksploatacji w fotowoltaice;

• na stopkach elektrody są wypustki niesymetryczne uniemożliwiające przesuwanie się w naczyniu podczas pracy.

Wynalazek przedstawiono w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia strukturę kratownicy według wynalazku w widoku z przodu; fig. 2 przedstawia strukturę kratownicy według wynalazku w widoku poglądowym; fig. 3 przedstawia strukturę kratownicy według wynalazku w przekroju G-G ze szczególnym uwzględnieniem szczegółu I oraz szczegółu M; fig. 4 przedstawia strukturę kratownicy według wynalazku w przekroju F-F ze szczególnym uwzględnieniem szczegółu K oraz szczegółu N; fig. 5 przedstawia kratownicę według wynalazku w widoku poglądowym ze szczególnym uwzględnieniem przestrzennego rozmieszczenia pręcików.

Przykład 1

Elektrody ołowiane w postaci kratownicy można wytwarzać przy użyciu agregatów odlewniczych grawitacyjnych, ale i korzystnie na odlewarkach wysokociśnieniowych.

Struktura ołowianej elektrody ujemnej bądź dodatniej magazynu energii (np. ogniwa kwasowoołowiowego) do fotowoltaiki w postaci kratownicy o budowie przestrzennej składa się z ramki 1 wyposażonej w chorągiewkę 2 (fig. 1-2) oraz pręcików poziomych A oraz pionowych B, krzyżujących się pod kątem.

Pręciki A i B krzyżują się pod kątem α. Przy czym, w obszarze sektora centralnego C węzły pręcików poziomych A i pionowych B krzyżują się pod kątem 90°. Pręciki poziome A w obszarze od sektora centralnego C w kierunku lewego boku (tj. sektorów lewych L) krzyżują się pod kątem 84°. Pręciki poziome A w obszarze od sektora centralnego C w kierunku prawego boku (tj. sektorów prawych) krzyżują się pod kątem 86°.

Przy czym w tym nieograniczającym przykładzie wykonania ramka 1 jest prostokątna i u góry jest zakończona chorągiewką 2, a u dołu dwoma stopkami S1 i S2 wyposażonymi w wypustki blokujące przesuwanie się płyt na boki podczas eksploatacji. Kształt oraz rozmiar wypustek na stopkach S1 i S2 umożliwia na stabilnym umocowaniu płyt na pryzmach poprzecznych w naczyniu baterii. Natomiast pręciki pionowe B oraz pręciki poziome A są tej samej grubości.

Pionowe pręciki B mają konstrukcję modułową o budowie sinusoidalnej utworzoną z powtarzalnych modułów o kształcie trapezów równobocznych w przekroju wzdłużnym (fig. 2 i fig. 5) które przecinają pręciki poziome A. W przekroju poprzecznym pionowe pręciki B mają kształt trójkąta równobocznego, przy czym poszczególne moduły są tak względem siebie usytuowane, że korzystnie czubki trójkątów umocowane są w środku podstawy kolejnego trójkąta. Taka budowa znacznie poprawia klinowanie się masy aktywnej oraz poprawia sztywność całej kratki. Przekrój poprzeczny pręcików pionowych B jest w kształcie trójkąta równobocznego, a dwa sąsiadujące moduły trapezowe są odwrócone względem siebie o 180° przy zachowaniu tego samego środka symetrii co pokazano na fig. 3 (szczegół M).

Jak wskazano na fig. 4, przekrój poprzeczny pręcików poziomych A jest o kształcie ośmiokąta, a dokładniej ośmiokąta wpisanego w kwadrat. Kształt ośmiokąta, szczególnie ośmiokąta wpisanego w kwadrat jest bardzo korzystny, ponieważ większa ilość krawędzi poprawia styczność masy aktywnej do poszczególnych elementów (tj. ośmiokątnych pręcików poziomych A w miejscach przecięcia z pręcikami pionowymi B).

Natomiast oś umocowania pręcików poziomych A jest przesunięta względem siebie a środek symetrii sąsiadujących pręcików poziomych A przecina przeciwległą krawędź boku pionowych pręcików B (fig. 2, fig. 5).

Pręciki pionowe B dzielą wnętrze ramki 1 na wiele sektorów, które dzielą się na sektory lewe L, sektory centralne C zlokalizowane poniżej chorągiewki 2 oraz sektory prawe P. Przy czym oczka kratki w sektorach centralnych C mają kształt prostokąta, natomiast oczka w sektorach lewych L oraz w sektorach prawych P mają kształt trapezowy. W tym przykładzie wykonania pręciki pionowe B dzielą wnętrze ramki 1 na dwanaście sektorów obejmujących trzy sektory lewe L3, L2, L1, trzy sektory centralne C1, C2, C3 oraz sześć sektorów prawych P1, P2, P3, P4, P5, P6. Przy czym, odległości między pręcikami pionowymi A są równe w sektorach centralnych C1, C2, C3, natomiast w pozostałych sektorach pręciki pionowe A są rozmieszczone asymetrycznie, tj. odległości pomiędzy pręcikami pionowymi A wzrastają od sektorów centralnych C1, C2, C3 w kierunku skrajnego sektora lewego L3 oraz w kierunku skrajnego sektora prawego P6. Asymetrię odległości między pręcikami pionowymi B w zależności od sektora ramki 1 można przedstawić według następującej zależności:

L>L2>L1 >C1 =C2=C3<P1 <P2<P3<P4<P5<P6

Jak wskazano na fig. 1, pręciki poziome A są równoległe do ramki 1 z chorągiewką 2 wyłącznie w sektorach centralnych C1, C2, C3. Natomiast fragment pręcika w sektorach od L3 do L1 jak i od P6 do P1 przebiega pod kątem w kierunku fragmentu C1 - C3.

Przykład 2

Analiza porównawcza przedmiotowego zgłoszenia względem najbliższego stanu techniki, tj. dokumentu PL216141 B1.

Elektroda jak w przykładzie 1 zmniejsza zjawiska wynikające z rozwiązania znanego ze stanu techniki, w tym z dokumentu PL216141 stanowiącego najbliższy stan techniki.

Konstrukcja prętów pionowych w kratce ujawnionej w dokumencie PL216141 ma budowę o przekroju poprzecznym trójkątów równoramiennych o sinusoidalnej modułowej budowie a pręty poziome mają przekrój kołowy o grubości 4 krotnie mniejszych od prętów pionowych. Kratka znana ze staniu techniki stanowi kratkę elektrody ujemnej, a zatem nie jest tak uniwersalna jak rozwiązanie według wynalazku. Przeprowadzono analizę porównawczą stosując obie kratki (tj. kratkę znaną z dokumentu PL216141 oraz kratkę elektrody według wynalazku) jako elektrody dodatnie w fotowoltaice. Uzyskano następujące wyniki:

Rozwiązanie znane z dokumentu PL216141 przy stosowaniu jako kratka do płyt dodatnich jest wyjątkowo niekorzystne. Mała średnica pręcików poziomych przyśpiesza ich korozję. W wyniku korozji pręcików poziomych. Masa aktywna bardzo szybko traci podparcie w czasie eksploatacji. Przyczynia się to bardzo szybkiej degradacji płyty dodatniej, a w tym szybkiego opadania z kratek masy aktywnej. Ponadto przekrój pręcików pionowych jest niekorzystny do wykorzystania w aplikacji solarnej. Masa aktywna podczas pracy zwiększa oraz zmniejsza swoją objętość. Nieduża szerokość podstawy trójkątnego przekroju umożliwia na przemieszczenie się masy aktywnej w kierunku dołu. Brak równomiernego szkieletu ołowianego uniemożliwia na zbilansowany przepływ ładunku elektrycznego podczas ładowania. Pręciki poziome przecinają się z prętami pionowymi pod kątem prostym w węzłach utworzonych przez skrzyżowanie. Węzły łączenia się prętów poziomych z pionowymi są tylko przez środek poszczególnych wierzchołków. Natomiast rozwiązanie według wynalazku przezwyciężało wszystkie powyższe niekorzystne właściwości prezentowane przez znaną ze stanu techniki kratkę; tj.

a. krawędzie pręcików na kratce pozwalają na dobry kontakt z masą aktywną podczas eksploatacji w fotowoltaice;

b. kształt pręcików pionowych B w postaci trapezów równobocznych w przekroju wzdłużnym oraz kształt trójkąta równobocznego w przekroju poprzecznym znacznie poprawia klinowanie się masy aktywnej oraz poprawia sztywność całej kratki;

c. rozwiązanie skutecznie pracuje w warunkach niepełnego naładowania oraz pracy cyklicznej, ograniczając przy tym zjawisko rozwarstwienia elektrolitu i spowalniając tym samym korozję powierzchni kratownicy;

d. rozwiązanie jest wysoce uniwersalne i może być zamiennie stosowane jako elektroda ujemna bądź dodatnia;

e. masa aktywna wprasowywana w kratkę według wynalazku poprawia właściwości elektrody podczas głębokiego rozładowywania;

f. ukształtowanie pręcików na kratce pozwala na dobry kontakt z masą aktywną podczas eksploatacji w fotowoltaice.

Claims (5)

1. Ołowiana kratka płyty ujemnej bądź dodatniej magazynu energii do fotowoltaiki składająca się z ramki wyposażonej w chorągiewkę oraz pręcików poziomych oraz pionowych, krzyżujących się pod kątem α, znamienna tym, że kąt α wynosi od 84 do 90°, przekrój poprzeczny pręcików poziomych (A) jest w kształcie ośmiokąta, pionowe pręciki (B) mają konstrukcję sinusoidalną utworzoną z powtarzalnych modułów w kształcie trapezów równobocznych w przekroju wzdłużnym, przecinającą pręciki poziome (A), a przekrój poprzeczny pręcików pionowych (B) jest w kształcie trójkąta równobocznego, a dwa sąsiadujące moduły trapezowe są odwrócone względem siebie o 180° przy zachowaniu tego samego środka symetrii; przy czym, oś umocowania pręcików poziomych (A) jest przesunięta względem siebie, a sąsiadujące pręciki poziome (A) posiadają środek symetrii przecinający przeciwległą krawędź boku pionowych pręcików (B), które to pręciki pionowe (B) stanowią podzielnik wnętrza ramki (1) na wiele sektorów, które stanowią sektory lewe (L), sektory centralne (C) zlokalizowane poniżej chorągiewki (2) oraz sektory prawe (P), przy czym oczka kratki w sektorach centralnych (C) mają kształt prostokąta, natomiast oczka w sektorach lewych (L) oraz w sektorach prawych (P) mają kształt trapezowy; pręciki poziome (A) są równoległe do ramki (1) z chorągiewką (2) wyłącznie w sektorach centralnych (C); odległości między pręcikami pionowymi (B) są równe w sektorach centralnych (C), natomiast w pozostałych sektorach pręciki pionowe (B) są rozmieszczone asymetrycznie; przy czym kąt α w obszarze sektora centralnego (C) wynosi 90°, natomiast w obszarze sektorów lewych (L) oraz prawych (P) kąt α jest mniejszy niż kąt α sektora centralnego (C).

2. Ołowiana kratka według zastrz. 1, znamienna tym, że odległości pomiędzy pręcikami pionowymi (B) wzrastają od sektorów centralnych (C) w kierunku skrajnego sektora lewego (L) oraz od sektorów centralnych (C) w kierunku skrajnego sektora prawego (P).

3. Ołowiana kratka według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że pręciki poziome (A) są tej samej grubości co pręciki pionowe (B).

4. Ołowiana kratka według dowolnego z poprzednich zastrz. od 1 do 3, znamienna tym, że jest wyposażona w stopkę lewą (S1) oraz stopkę prawą (S2).

5. Ołowiana kratka według zastrz. 4, znamienna tym, że stopka lewa (S1) oraz stopka prawa (S2) są wyposażone w co najmniej jedną wypustkę blokującą.