RU2164722C2

RU2164722C2 - Multipurpose solar battery

Info

Publication number: RU2164722C2
Application number: RU99110414/28A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Ефремов; Д.А. Минасбеков; В.Н. Трушков; А.А. Лизунов; А.В. Смирнов
Original assignee: Научно-производственное объединение машиностроения
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 1999-05-17
Publication date: 2001-03-27

Abstract

FIELD: cooled-module solar batteries using photoelectric converters. SUBSTANCE: multiple-module solar battery is built around photoelectric converters mounted in each module on bearing substrate provided with coolant carrying ducts; modules are secured in position and sealed in common inlet and outlet power collectors each made in the form of two angle sections rigidly fixed together. Flexible seals, composite inserts for sideways compression of seals, and longitudinal module displacement limiters set on sealing compound are mounted over perimeter of modules at their joint with collectors; limiters are mounted in a spaced relation to modules; one of angle sections of collector is secured for displacement perpendicular to location plane of photoelectric converters. EFFECT: improved efficiency of converter cooling and utilization of entire module surface for their location; reduced mass and cost o solar battery, facilitated manufacture. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области солнечных батарей (СБ) с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), а именно к солнечным батареям с охлаждаемыми модулями. The invention relates to the field of solar panels (SB) with direct conversion of solar energy into electrical energy using photovoltaic converters (PECs), and in particular to solar panels with cooled modules.

Известно, что энергетический КПД используемых в настоящее время ФЭП не превышает 15%, остальная световая энергия переходит в тепло и КПД ФЭП с ростом температуры падает. It is known that the energy efficiency of the solar cells currently used does not exceed 15%, the rest of the light energy goes into heat and the efficiency of the solar cells decreases with increasing temperature.

Известна многомодульная СБ с модулями, оснащенными ФЭП, охлаждаемыми естественной конвекцией воздуха ("Практическое применение солнечных элементов", Италия, ГПНТБ, МФ Пер. 85/510951). Недостатком известной конструкции является недостаточная эффективность охлаждения и несколько пониженный КПД
Известны модули (пат. США 5614033A, 6 H 01 L 31/052, 1995 г.), в которых имеется легкая подложка в виде решетчатой структуры с тонкими листами и легкой сердцевиной и имеющие теплоотвод в виде излучающей поверхности. Недостатком является отсутствие каналов для охлаждения хладагентом.Known multi-module SB with modules equipped with solar cells, cooled by natural convection of air ("Practical use of solar cells", Italy, GPNTB, MF Per. 85/510951). A disadvantage of the known design is the lack of cooling efficiency and somewhat lower efficiency
Known modules (US Pat. US 5614033A, 6 H 01 L 31/052, 1995), in which there is a light substrate in the form of a lattice structure with thin sheets and a light core and having a heat sink in the form of a radiating surface. The disadvantage is the lack of channels for refrigerant cooling.

Известны модули (пат. Германия 4021339, 5 H 01 L 31/048), имеющие каналы для прохождения хладагента, несущую основу в виде двух стекол с пенопластовым наполнением. Недостатком известной конструкции является уменьшение площади, занимаемой ФЭП, вследствие использования части площади под каналы охлаждения, отсутствие элементов крепления модуля и подачи и отвода хладагента. Known modules (US Pat. Germany 4021339, 5 H 01 L 31/048), having channels for the passage of refrigerant, bearing the basis in the form of two glasses with foam filling. A disadvantage of the known design is the reduction in the area occupied by the solar cells due to the use of part of the area for cooling channels, the absence of fastening elements for the module and the supply and removal of refrigerant.

Известен многоцелевой преобразователь солнечной энергии (пат. США 5522944А, H 01 L 31/058, 1995 г), выбранный в качестве наиболее близкого аналога, преобразующий солнечную энергию в электрическую и тепловую, содержащий корпус с крышкой, задними и боковыми стенками, матрицу ФЭП, несколько соединенных между собой труб с жидкостью, служащих для охлаждения ФЭП и передачи тепловой энергии к внешним потребителям. Недостатком известной конструкции является пониженная эффективность теплосъема из-за неравномерности охлаждения ФЭП, т.к. ФЭП, находящиеся в середине между трубами охлаждаются хуже, чем прилегающие к ним, меньшая площадь, занимаемая ФЭП, из-за того, что часть площади под размещение ФЭП преобразователя занята трубами хладагента, одномодульность конструкции, что при мощности более 100 Вт приводит к ухудшению технологичности, увеличению стоимости, а также увеличению массы конструкции из-за отсутствия общих коллекторов модулей. Known multi-purpose converter of solar energy (US Pat. US 5522944A, H 01 L 31/058, 1995), selected as the closest analogue, converting solar energy into electrical and thermal energy, containing a housing with a cover, rear and side walls, a photomultiplier matrix, several interconnected pipes with liquid, used to cool the solar cells and transfer thermal energy to external consumers. A disadvantage of the known design is the reduced efficiency of heat removal due to the uneven cooling of the solar cells, because PECs located in the middle between the pipes are cooled worse than adjacent to them, the smaller area occupied by the PECs, due to the fact that part of the area for the placement of the PECs of the converter is occupied by refrigerant pipes, the single-module design, which at a power of more than 100 W leads to a decrease in manufacturability , an increase in cost, as well as an increase in the mass of the structure due to the lack of common collector modules.

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков. Указанная цель достигается тем, что СБ является многомодульной, содержащей модули, в которых подложка, на которой крепятся ФЭП, выполнена несущей и содержащей каналы для хладагента, что позволяет в наибольшей степени использовать площадь модулей под размещение ФЭП и равномерно охлаждать ФЭП. Модули закреплены в двух общих коллекторах, служащих для подачи и отвода хладагента модулей и в качестве силовых балок для восприятия нагрузок от модулей, что приводит к снижению массы конструкции, по сравнению с конструкцией, содержащей коллекторы в каждом модуле. The aim of the invention is to remedy these shortcomings. This goal is achieved by the fact that the SB is multimodular, containing modules in which the substrate on which the photovoltaic cells are attached is made of a carrier and contains channels for the refrigerant, which makes it possible to use the area of the modules to the greatest extent to accommodate the photomultiplier tubes and uniformly cool the photomultiplier tubes. The modules are fixed in two common collectors, which serve for supplying and discharging the refrigerant of the modules and as power beams for absorbing the loads from the modules, which leads to a decrease in the mass of the structure, compared with the structure containing the collectors in each module.

Каждый из коллекторов выполнен в виде двух профилей уголкового типа, жестко соединенных с изогнутым листом, донышками и соединен с другим коллектором элементами конструкции; модули в месте стыка с коллектором загерметизированы по периметру с помощью упругих уплотнений (при этом содержатся ограничители хода модулей в продольном направлении и набор вкладышей регулировки поджатия уплотнений в боковом направлении, герметизируемых герметиком, обеспечивающие необходимое продольное и боковое перемещение модулей при колебаниях температуры из-за различия коэффициентов теплового расширения модулей, коллекторов и элементов конструкции, их соединяющих, за счет наличия зазора в продольном направлении и деформации уплотнений в боковом). Один из уголковых профилей коллектора закреплен с возможностью перемещения перпендикулярно плоскости расположения ФЭП для обеспечения регулируемого поджатия уплотнений. Each of the collectors is made in the form of two profiles of the angular type, rigidly connected to a curved sheet, bottoms and connected to another collector by structural elements; the modules at the junction with the collector are sealed around the perimeter with elastic seals (in this case, there are limiters for the modules in the longitudinal direction and a set of inserts for adjusting the lateral compression of the seals, sealed with a sealant, providing the necessary longitudinal and lateral movement of the modules during temperature fluctuations due to differences coefficients of thermal expansion of the modules, collectors and structural elements connecting them, due to the presence of a gap in the longitudinal direction and deformation seals in the side). One of the corner profiles of the collector is fixed with the ability to move perpendicular to the plane of the photomultiplier to provide adjustable compression of the seals.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид многоцелевой солнечной батареи, на фиг. 2,3,4 - конструкция узлов. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a general view of a multi-purpose solar battery; FIG. 2,3,4 - knot design.

Многоцелевая солнечная батарея содержит модули 1 с ФЭП 2, закрепленные на несущей подложке 3, содержащей каналы для протекания хладагента 4, в том числе воздуха. The multi-purpose solar battery contains modules 1 with photomultiplier tubes 2 mounted on a carrier substrate 3 containing channels for the flow of refrigerant 4, including air.

Подложка может быть металлической или из неметалла, например, цельной, изготавливаемой методом экструзии из поликарбоната с упрочняющими буртиками 5 в месте стыка. Модули установлены во входящий 6 и отводящий 7 коллекторы, содержащие два уголковых профиля 8, жестко соединенных с изогнутым листом 9, донышками 10. Модули загерметизированы с помощью упругих уплотнений 11. Для поджатия уплотнений в боковом направлении установлены наборные, имеющие близкие значения толщин, вкладыши 12 с уплотнением герметиком, для крепления модулей в продольном направлении - ограничители 13. Модули имеют свободу тепловых перемещений в продольном направлении за счет зазора между ними и ограничителями, в боковом - за счет деформации уплотнений. Коллекторы жестко соединены между собой элементами конструкции 14. Для обеспечения регулируемого поджатия уплотнений один из уголковых профилей 15 имеет возможность перемещения перпендикулярно плоскости размещения ФЭП за счет пазов в месте его крепления. При увеличенных размерах модулей они подкрепляются продольными профилями 16 и 17 с уплотнением герметиком мест стыковки и крепежа с каналами коллекторов. The substrate may be metal or non-metal, for example, whole, made by extrusion of polycarbonate with reinforcing beads 5 at the junction. The modules are installed in the inlet 6 and outlet 7 collectors, containing two corner profiles 8, rigidly connected to the curved sheet 9, bottoms 10. The modules are sealed with elastic seals 11. To compress the seals in the lateral direction, type-setting inserts having close thicknesses are installed, liners 12 with sealant, for fastening the modules in the longitudinal direction - limiters 13. The modules have the freedom of thermal movement in the longitudinal direction due to the gap between them and the limiters, in the side - due to deformations ation seals. The collectors are rigidly interconnected by structural elements 14. To ensure adjustable compression of the seals, one of the corner profiles 15 has the ability to move perpendicular to the plane of the photomultiplier due to the grooves in the place of its attachment. With the increased dimensions of the modules, they are supported by longitudinal profiles 16 and 17 with sealing by the sealant of the joints and fasteners with collector channels.

Солнечная батарея имеет раму 18 для установки на земле или на крыше здания и может изменять угол наклона модулей по отношению к Солнцу за счет подкоса 19 и шарнира между подводящим коллектором и рамой. The solar battery has a frame 18 for installation on the ground or on the roof of the building and can change the angle of inclination of the modules with respect to the Sun due to the strut 19 and the hinge between the supply collector and the frame.

При солнечном освещении солнечная батарея вырабатывает электрическую энергию, идущую к потребителю, а по каналам охлаждения проходит хладагент, в том числе воздух, снимающий тепло с ФЭП. Это тепло может быть использовано для обогрева помещений и в других бытовых целях при циркуляции хладагента по замкнутому циклу. В теплое время года, при работе по открытому циклу, нагрев воздуха может быть использован для создания тяги вентиляции помещений. In sunlight, the solar battery produces electrical energy that goes to the consumer, and refrigerant passes through the cooling channels, including air that removes heat from the solar cells. This heat can be used for space heating and other domestic purposes when circulating refrigerant in a closed cycle. In the warm season, when working on an open cycle, air heating can be used to create draft ventilation.

Использование многоцелевой солнечной батареи позволяет повысить КПД ФЭП за счет эффективности охлаждения, увеличить электрическую мощность за счет увеличения площади, занимаемой ФЭП, снизить стоимость и массу конструкции за счет многомодульности и наличия общих коллекторов модулей. The use of a multi-purpose solar battery makes it possible to increase the efficiency of the solar cells due to the cooling efficiency, to increase the electric power by increasing the area occupied by the solar cells, to reduce the cost and weight of the structure due to the multi-modularity and the presence of common collector modules.

Claims

1. A multi-purpose solar battery containing a matrix of photovoltaic converters (photovoltaic converters) that convert solar energy into electrical and thermal energy, a device for transferring energy from photovoltaic cells to external consumers, characterized in that the battery is multi-module, photovoltaic modules of each module are placed on a carrier substrate having channels for the refrigerant, and the modules are fixed and sealed in a common power inlet and outlet manifolds, each of which is made in the form of two angular view profiles, rigidly connected between oh, while installing elastic seals around the perimeter of the modules at the junction with the collectors, type-setting inserts for compressing the seals in the lateral direction, covered with sealant, providing sealing of the modules at their junction with the collectors and thermal displacements of the modules in the lateral direction, limiters of the modules longitudinal direction, having a gap with the modules and providing thermal movement of the modules in the longitudinal direction.

2. The multi-purpose solar battery according to claim 1, characterized in that one of the corner profiles of the collector is fixed with the ability to move perpendicular to the plane of the solar cells.