RU159649U1

RU159649U1 - FRAME FOR SOLAR PANELS

Info

Publication number: RU159649U1
Application number: RU2015118210/11U
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Белоглазов; Владимир Ильич Кузоро; Виктор Николаевич Сорокин; Татьяна Семеновна Васильева; Алексей Владимирович Габов; Иван Николаевич Путинцев; Сергей Эдуардович Матюшкин
Original assignee: Александр Павлович Белоглазов; Владимир Ильич Кузоро; Татьяна Семеновна Васильева; Виктор Николаевич Сорокин
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-02-20

Abstract

1. Каркас для панелей солнечных батарей, содержащий раму, выполненную из прямоугольных профилей из композиционного материала, отличающийся тем, что рама из прямоугольных профилей выполнена в виде единой конструкции, образованной слоями углеродных нитей, при этом слои многократно поочередно наложены в виде одного слоя вдоль ребер рамы с последующим наложением на этот слой двух последующих слоев углеродных нитей, накладываемых под углом друг к другу с охватом ребер и граней прямоугольных профилей, причем слои углеродных нитей при наложении пропитываются и скрепляются эпоксидным клеем.2. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что в раме выполнены внутренние соединительные элементы в виде прямоугольных профилей из композиционного материала, образующие с ней единую конструкцию.3. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродной нити используют или углеродные волокна, или пучки углеродных волокон, или углеродные ленты.4. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что два слоя углеродных нитей при охвате ребер и граней прямолинейных плоских профилей с прямоугольным сечением накладывают друг к другу под прямым углом.5. Каркас по п. 1, отличающийся тем, что в раме закреплено сетеполотно, выполненное с возможностью размещения и закрепления на нем фотоэлектрических преобразователей.1. The frame for solar panels, containing a frame made of rectangular profiles made of composite material, characterized in that the frame of rectangular profiles is made in the form of a single structure formed by layers of carbon filaments, while the layers are repeatedly alternately laid in the form of one layer along the edges frames with subsequent superposition on this layer of two subsequent layers of carbon filaments superimposed at an angle to each other with coverage of the ribs and faces of rectangular profiles, and the layers of carbon filaments when superimposed and impregnated and bonded epoxy kleem.2. The frame according to claim 1, characterized in that the frame has internal connecting elements in the form of rectangular profiles of composite material, forming a single structure with it. 3. The frame according to claim 1, characterized in that either carbon fibers or bundles of carbon fibers or carbon tapes are used as the carbon fiber. The frame according to claim 1, characterized in that two layers of carbon filaments, when covering the edges and faces of rectilinear flat profiles with a rectangular section, are superimposed to each other at a right angle. The frame according to claim 1, characterized in that a frame is fixed in the frame with a net-plate made with the possibility of placing and fixing photoelectric converters on it.

Description

Каркас для панелей солнечных батарейFrame for solar panels

Полезная модель относится к объемному конструированию и может быть использована, например, в космической технике для создания каркасов для панелей солнечных батарей.The utility model relates to volumetric design and can be used, for example, in space technology to create frames for solar panels.

Известна ферма из квадратных труб [RU 143426, U1, Е04С 3/08, 20.07.2014], грани которых расположены под углом 45° относительно плоскости решетки с образованием узлов, где все грани торцов элементов решетки охватывают две смежные грани каждого пояса, при этом, в верхнем поясе использована квадратная труба, сваренная для усиления со швеллером, причем швеллер размещен плашмя таким образом, что его горизонтальная полка и обе вертикальные стенки охватывают две смежные грани пояса, свободные в узлах от примыканий элементов решетки.A well-known farm of square pipes [RU 143426, U1, Е04С 3/08, 07/20/2014], the edges of which are located at an angle of 45 ° relative to the plane of the lattice with the formation of nodes, where all the faces of the ends of the lattice elements cover two adjacent faces of each belt, while , in the upper zone, a square pipe is used, welded for reinforcement with the channel, and the channel is placed flat so that its horizontal shelf and both vertical walls cover two adjacent edges of the belt, free at the nodes from the adjoining elements of the lattice.

Недостатком устройства является его относительно большие массогабаритные размеры, не позволяющие использовать его в космической технике.The disadvantage of this device is its relatively large overall dimensions, which do not allow its use in space technology.

Известна также конструкция [RU 2190900, С2, H01L 31/042, 10.10.2002], содержащая раму и сетеполотно для размещения и закрепления фотоэлектрических преобразователей, которое упруго натянуто в раме между противолежащими сторонами, при этом, сетеполотно приклеено поверх рамы по периметру и прикреплено к внутреннему стержневому набору рамы.Also known is a design [RU 2190900, C2, H01L 31/042, 10/10/2002] containing a frame and a mesh for placing and securing photoelectric converters, which is elastically stretched in the frame between opposite sides, while the mesh is glued over the frame around the perimeter and attached to the inner core set of the frame.

Недостатком устройства является его относительно низкие надежность и прочность, вызванная использованием клеевого соединения.The disadvantage of this device is its relatively low reliability and strength caused by the use of adhesive bonding.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является каркас преимущественно космических конструкций [RU 1646215, A1, B64G 1/22, 20.04.1996], содержащий выполненные из композиционного материала раму и соединительные элементы, выполняющие функции ребер жесткости каркаса, при этом, рама и соединительные элементы выполнены в виде прямолинейных плоских профилей, склеиваемых между собой посредством заполняющего их отверждаемого материала.The closest in technical essence to the proposed one is the frame of predominantly space structures [RU 1646215, A1, B64G 1/22, 04/20/1996] containing a frame and connecting elements made of composite material that perform the functions of frame stiffeners, while the frame and connecting the elements are made in the form of rectilinear flat profiles glued together by means of a curable material filling them.

К особенностям этого технического решения можно также отнести то, что прямолинейные плоские профили заполнены или пенозаполнителем, или материалом с переменной пористостью, или изотропным материалом.The features of this technical solution can also include the fact that rectilinear flat profiles are filled with either a foam filler, or a material with variable porosity, or an isotropic material.

Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно недостаточная прочность и надежность, поскольку прямолинейные плоские профили заполнены или пенозаполнителем, или материалом с переменной пористостью, или изотропным материалом, к которому не предъявляются требования по прочности и качественному соединению с внутренней поверхностью прямолинейных плоских профилей, а контроль качества такой склейки с высокой достоверностью до сих пор представляет собой сложную задачу.The disadvantage of the closest technical solution is its relatively insufficient strength and reliability, since straight-line flat profiles are filled either with a foam filler, or with a material with variable porosity, or an isotropic material, which does not have requirements for strength and high-quality connection with the inner surface of straight-line flat profiles, and control The quality of such gluing with high reliability is still a difficult task.

Кроме того, это техническое решение обладает достаточно большой массой, поскольку рама и соединительные элементы, выполняющие функции ребер жесткости каркаса, выполнены с виде плоских элементов со сплошной поверхностью, а их внутренности заполнены или пенозаполнителем, или материалом с переменной пористостью, или изотропным материалом, что добавляет дополнительную массу всей конструкции.In addition, this technical solution has a sufficiently large mass, because the frame and connecting elements that perform the functions of the frame stiffeners are made in the form of flat elements with a continuous surface, and their insides are filled either with a foam filler, or with a material with variable porosity, or an isotropic material, which adds extra mass to the whole structure.

Задача, поставленная для решения в предложенной полезной модели, заключается в повышении прочности каркаса, его надежности и снижении его массы.The task set for the solution in the proposed utility model is to increase the strength of the frame, its reliability and reduce its weight.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и уменьшении массы.The required technical result is to increase reliability and reduce weight.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в каркасе, содержащем раму, выполненную из прямоугольных профилей из композиционного материала, согласно полезной модели, рама из прямоугольных профилей выполнена в виде единой конструкции, образованной слоями углеродных нитей, при этом, слои многократно поочередно наложены в виде одного слоя вдоль ребер рамы с последующим наложением на этот слой двух последующих слоев углеродных нитей, накладываемых под углом друг к другу с охватом ребер и граней прямоугольных профилей, причем, слои углеродных нитей при наложении пропитываются и скрепляются эпоксидным клеем.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in the frame containing the frame made of rectangular profiles from composite material, according to the utility model, the frame of rectangular profiles is made in the form of a single structure formed by layers of carbon filaments, while the layers are repeatedly alternately superimposed in the form of a single layer along the edges of the frame with subsequent superposition on this layer of two subsequent layers of carbon filaments superimposed at an angle to each other with the ribs and faces straight angular profiles, moreover, the layers of carbon filaments when imposed are impregnated and fastened with epoxy glue.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в раме выполнены внутренние соединительные элементы в виде прямоугольных профилей из композиционного материала, образующие с ней единую конструкцию.In addition, the required technical result is achieved by the fact that, in the frame, internal connecting elements are made in the form of rectangular profiles made of composite material, forming a single structure with it.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, в качестве углеродной нити используют или углеродные волокна, или пучки углеродных волокон, или углеродные ленты.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that, as the carbon filament, either carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes are used.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что два слоя углеродных нитей при охвате ребер и граней прямолинейных плоских профилей с прямоугольным сечением накладывают друг к другу под прямым углом.In addition, the desired technical result is achieved by the fact that two layers of carbon filaments, while covering the edges and faces of rectilinear flat profiles with a rectangular section, are superimposed to each other at right angles.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в раме закреплено сетеполотно, выполненное с возможностью размещения и закрепления на нем фотоэлектрических преобразователей.In addition, the required technical result is achieved by the fact that a frame is fixed in the frame, made with the possibility of placing and fixing photovoltaic converters on it.

На чертеже представлен фрагмент каркаса для панелей солнечных батарей, выполненного в варианте с одним внутренним соединительным элементом.The drawing shows a fragment of the frame for solar panels, made in the embodiment with one internal connecting element.

Каркас для панелей солнечных батарей содержит раму 1, выполненную из прямоугольных профилей из композиционного материала, которая может содержать также внутренний соединительный элемент 2 в виде прямоугольного профиля из композиционного материала.The frame for solar panels contains a frame 1 made of rectangular profiles of composite material, which may also contain an internal connecting element 2 in the form of a rectangular profile of composite material.

Причем, и вариант выполнения каркаса с отдельной рамой 1, и вариант выполнения каркаса с рамой 1 и соединительными элементами 2, выполняющими функции элементов жесткости, образуют единую конструкцию, образованную слоями углеродных нитей, при этом, слои многократно поочередно наложены в виде одного слоя 3 вдоль ребер рамы с последующим наложением на этот слой двух последующих слоев 4, 5 углеродных нитей, накладываемых под углом друг к другу с охватом ребер и граней прямоугольных профилей, причем, слои углеродных нитей при наложении пропитываются и скрепляются эпоксидным клеем.Moreover, both the embodiment of the frame with a separate frame 1, and the embodiment of the frame with a frame 1 and connecting elements 2, acting as stiffeners, form a single structure formed by layers of carbon filaments, while the layers are repeatedly alternately laid in the form of one layer 3 along the edges of the frame, followed by the imposition of two subsequent layers of 4, 5 carbon filaments on this layer, imposed at an angle to each other, covering the ribs and faces of rectangular profiles, moreover, I impregnate the layers of carbon filaments They are bonded and bonded with epoxy glue.

В качестве углеродной нити могут быть использованы или углеродные волокна, или пучки углеродных волокон, или углеродные ленты, а два слоя углеродных нитей при охвате ребер и граней прямолинейных плоских профилей с прямоугольным сечением, могут быть преимущественно накладываться друг к другу под прямым углом.As the carbon filament, either carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes can be used, and two layers of carbon filaments, while covering the edges and faces of rectilinear flat profiles with a rectangular cross section, can advantageously be superimposed to each other at right angles.

При использовании каркаса для панелей солнечных батарей они могут быть закреплены в раме различными способами.When using the frame for solar panels, they can be fixed in the frame in various ways.

Для минимизации массо-весовых характеристик в раме 1 может быть закреплено (например, приклеено по краям) сетеполотно, выполненное с возможностью размещения и закрепления на нем фотоэлектрических преобразователей.To minimize the mass-weight characteristics in the frame 1 can be fixed (for example, glued at the edges) net-grid made with the possibility of placing and fixing photovoltaic converters on it.

Предложенный каркас изготавливают следующим образом.The proposed frame is made as follows.

Предварительно изготавливается заготовка в форме каркаса, например, из нетермостойкого пластикового или металлического жесткого прута, повторяющего ребра каркаса требуемой формы.The preform is prefabricated in the form of a frame, for example, of a non-heat-resistant plastic or metal rigid rod, repeating the edges of the frame of the desired shape.

Далее используется комбинированный метод выкладки и намотки. Выкладка применяется при нанесении вдоль ребер каркаса продольных слоев материала (углеродных нитей) преимущественно для обеспечения максимальной прочности только по одному слою пропитанных эпоксидным клеем нитей. После каждого наложения нитей вдоль ребер далее накладываются одновременно два слоя углеродных, пропитанных эпоксидным клеем, углеродных нитей (кольцевых слоев) с охватом ребер и граней прямолинейных плоских профилей с прямоугольным сечением, преимущественно, под прямым углом друг к другу. Кольцевые слои наносятся методом намотки. Описанные выше процессы повторяются многократно. Количество продольных и кольцевых слоев углеродных нитей подбирается в зависимости от требуемой жесткости в заданных направлениях. Для продольных слоев могут быть использованы нити типа М-46, для кольцевых слоев - нити IMS-65, а в качестве связующего (эпоксидного клея) - клей ЭХД-М, а число слоев углеродных нитей, например, от 10 до 100.Next, a combined method of laying and winding is used. The layout is used when applying longitudinal layers of material (carbon filaments) along the edges of the carcass, mainly to ensure maximum strength in only one layer of epoxy-impregnated filaments. After each overlapping of filaments along the ribs, then two layers of carbon impregnated with epoxy glue and carbon filaments (ring layers) are simultaneously applied, covering the ribs and faces of rectilinear flat profiles with a rectangular section, mainly at right angles to each other. Ring layers are applied by winding. The processes described above are repeated many times. The number of longitudinal and annular layers of carbon filaments is selected depending on the required stiffness in given directions. For longitudinal layers, yarns of the M-46 type can be used, for ring layers - IMS-65 yarns, and as a binder (epoxy adhesive) - EHD-M glue, and the number of carbon yarn layers, for example, from 10 to 100.

Продольные слои необходимо чередовать с поперечными для получения равномерно нагруженной структуры каркаса. Пропитка нитей и каркаса в целом может осуществляться инфузионным методом, а отверждение готового каркаса в термошкафу.The longitudinal layers must be alternated with the transverse to obtain a uniformly loaded frame structure. Impregnation of the threads and the frame as a whole can be carried out by the infusion method, and curing the finished frame in a heating cabinet.

По окончании заготовка в форме каркаса либо расплавляется, если сделана из нетермостойкого пластика или разбирается и удаляется, если изготовлена из металлического прута.At the end, the preform in the form of a frame either melts if it is made of non-heat-resistant plastic or is disassembled and removed if it is made of a metal rod.

Такое изготовление каркаса позволяет получить его максимально прочную и легкую конструкцию.This manufacture of the frame allows you to get its most durable and lightweight design.

Возможно также изготовление рамы в виде отдельных прямоугольных профилей (сетчатых прямоугольных труб) по описанной выше технологии комбинированным методом выкладки и намотки, которые затем соединяются в раму фитингами.It is also possible to manufacture the frame in the form of separate rectangular profiles (mesh rectangular pipes) according to the technology described above by the combined method of laying and winding, which are then connected to the frame by fittings.

Используется предложенный каркас следующим образом.The proposed framework is used as follows.

На готовый каркас прикрепляют, например, панели солнечных батарей, а внутренние полости элементов каркаса могут быть использованы для прокладки кабелей и размещения необходимого дополнительного оборудования.For example, solar panels are attached to the finished frame, and the internal cavities of the frame elements can be used for laying cables and placing the necessary additional equipment.

Для минимизации массо-весовых характеристик в раме 1 может быть закреплено сетеполотно, выполненное с возможностью размещения и закрепления на нем панелей или отдельных фотоэлектрических преобразователей. Края сетеполотна могут быть приклеены эпоксидным клеем на сторонах рамы.To minimize the mass-weight characteristics in the frame 1 can be fixed mesh, made with the possibility of placing and fixing on it panels or individual photoelectric converters. The edges of the net can be glued with epoxy on the sides of the frame.

Таким образом, предложенная конструкция каркаса из прямоугольных сетчатых труб из углеродного композиционного материала по отношению к сплошным профилям, в том, числе, и с внутренним пенозаполнителем, отличается легкостью, прочностью и надежностью конструкции, которые могут быть усилены внутренним соединительными элементами, ориентированными в плоскости каркаса. Это позволяет снизить массу каркаса и увеличить площадь поверхности, занимаемой фотоэлектрическими преобразователями, что обеспечивает достижение требуемого технического результата.Thus, the proposed design of the frame of rectangular mesh pipes made of carbon composite material with respect to continuous profiles, including those with an internal foam filler, is characterized by lightness, strength and reliability of the structure, which can be reinforced by internal connecting elements oriented in the plane of the frame . This allows you to reduce the mass of the frame and increase the surface area occupied by photoelectric converters, which ensures the achievement of the desired technical result.

Claims

1. The frame for solar panels, containing a frame made of rectangular profiles made of composite material, characterized in that the frame of rectangular profiles is made in the form of a single structure formed by layers of carbon filaments, while the layers are repeatedly alternately laid in the form of one layer along the edges frames with subsequent superposition on this layer of two subsequent layers of carbon filaments superimposed at an angle to each other with coverage of the ribs and faces of rectangular profiles, and the layers of carbon filaments when superimposed and impregnated and bonded with an epoxy adhesive.

2. The frame according to claim 1, characterized in that the frame has internal connecting elements in the form of rectangular profiles of composite material, forming a single structure with it.

3. The frame according to claim 1, characterized in that either carbon fibers, or bundles of carbon fibers, or carbon tapes are used as the carbon fiber.

4. The frame according to p. 1, characterized in that two layers of carbon filaments while covering the edges and faces of rectilinear flat profiles with a rectangular cross section are superimposed to each other at right angles.

5. The frame according to claim 1, characterized in that a frame is fixed in the frame, made with the possibility of placing and fixing photovoltaic converters on it.