Панель солнечной батареи

Авторы патента:

Халиманович Владимир Иванович (RU)

Калиновский Виталий Станиславович (RU)

Васильева Татьяна Семеновна (RU)

Кузоро Владимир Ильич (RU)

H01L31/042 - содержащие панели или матрицы фотоэлектрических элементов, например солнечных элементов

Владельцы патента RU 2575182:

Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" (RU)

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 устройствам энергообеспечения искусственного спутника Земли - космического аппарата (КА), служащим для преобразования солнечной энергии в электрическую.

В практике создания солнечных батарей для КА существует несколько видов несущей конструкции панели солнечной батареи.

Одним из видов такой несущей конструкции является каркас с натянутыми на его поверхности сетеполотном для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей (патент RU 2190900 C2) и каркас с натянутыми на его поверхности ортогональными струнами для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей (патент RU 2220477 C2).

Недостатком таких конструкций является то, что силовой элемент, рама из труб и подложка, в виде сетеполотна или ортогональных струн, функционально разъединены, что приводит к избыточной массе панели, а также на такую подложку не представляется возможным установка солнечных концентраторов. Но такая конструкция имеет и существенное преимущество за счет отсутствия конструктивных элементов под фотоэлектрическими преобразователями, что улучшает их тепловой режим и приводит к повышению их КПД.

Другим видом несущей конструкции является сотопанель с установленными на ней солнечными концентраторами, состоящими из трансформируемых гибких отражателей и солнечных элементов - фотоэлектрических преобразователей (патенты RU 2346355, US №6017002). Сотопанель состоит из двух обшивок и сотового заполнителя, расположенного между ними, соединение между ними является клеевым. Размещение и крепление фотоэлектрических преобразователей и отражателей производится непосредственно к верхней обшивке. Недостатком такой конструкции является то, что под фотоэлектрическими преобразователями находятся две обшивки, затрудняющие теплоотвод, также гибкие отражатели требуют специальных устройств для их фиксации в сложенном состоянии.

В качестве прототипа выбрано изобретение, патент US №6075200А, опубликованный в 13.06.2000 г, содержащее основные элементы концентраторных солнечных батарей. Оно содержит тонкие и гибкие линейно-фокусные линзы Френеля, сделанные из силиконового полимера, разворачивающиеся и поддерживающиеся концевыми арками, которые растягивают линзы в их протяженном направлении и формируют оптический элемент в виде натянутой мембраны. Эти растянутые линзы собирают солнечное излучение и фокусируют его на узкие солнечные элементы, которые монтируются на тонкие пластины-радиаторы для сброса тепла в космическое пространство.

Тем не менее, рассмотренная конструкция концентраторной солнечной батареи на основе растянутых на арках силиконовых линз Френеля имеет некоторые серьезные недостатки:

- для силиконовых линз Френеля на арочных держателях необходимы специальные высокотехнологические устройства для раскрытия, натяжения гибких силиконовых мембран, закрепленных на арочных держателях, и фиксации арочных держателей линз;

- процессы монтажа арочных держателей на поверхности панелей, закрепление краев гибких силиконовых линз Френеля на арочных держателях требуют применения прецизионной технологической оснастки и существенно усложняют процесс сборки концентраторных солнечных батарей, а также увеличивают погрешность установки компонентов приемников солнечного излучения в фокус линз Френеля.

Задачей изобретения является улучшение теплового режима фотоэлектрических преобразователей и уменьшение массы и толщины панели солнечной батареи, а также повышение надежности за счет исключения трансформации линз Френеля из сложенного положения в рабочее.

Поставленная задача решается за счет того, что в панели солнечной батареи, содержащей верхнюю и нижнюю обшивки и элементы, соединяющие их на требуемом расстоянии друг от друга, обшивки выполнены сетчатыми, 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.

В качестве примера использования несущей конструкции с фотоэлектрическими преобразователями рассмотрим панель солнечной батареи, представленную на фиг. 1.

Верхние 1 и нижние 2 обшивки выполнены с вырезами под фотоэлектрические преобразователи. Вырезы меньше, чем размер фотоэлектрических преобразователей, примерно на 2 мм по периметру фотоэлектрических преобразователей для возможности их закрепления в зоне 5. Толщина обшивок выбрана для обеспечения требуемой жесткости панели солнечной батареи. Ребра 3, соединяющие обшивки 1, 2 через клеевое соединение, выполнены ортогональными и обеспечивают требуемую толщину панели и соответственно ее жесткость. Фотоэлектрические преобразователи 4, закрепленные на верхней обшивке 1, с тыльной стороны практически полностью открыты и имеют возможность излучать тепло в космическое пространство без потерь на теплопроводность несущей конструкции. В ребрах выполнены отверстия 6, позволяющие располагать кабельную сеть внутри панели.

Пример использования несущей конструкции с солнечными концентраторами, включающими фотоэлектрические преобразователи и отражатели, показан на фиг. 2. Солнечные концентраторы состоят из фотоэлектрических преобразователей 4, размещенных на радиаторе 9, и отражателей 10. Несущая конструкция панели позволила разместить отражатели 10 и фотоэлектрические преобразователи 4 внутри панели. При этом верхняя часть отражателей 10 крепится на верхней обшивке 1, а радиатор 9 (теплоотводящая плата) с фотоэлектрическими преобразователями 4 - на нижней обшивке 2.

Пример использования несущей конструкции с солнечными концентраторами показан на фиг. 3, который включает в себя фотоэлектрические преобразователи и линейные линзы Френеля. При этом линзы Френеля 11 крепятся на верхней обшивке 1, а радиатор 9 (теплоотводящая плата) с фотоэлектрическими преобразователями 4 крепится на нижней обшивке 2.

Таким образом, заявленная несущая конструкция с солнечными концентраторами позволяет улучшить тепловой режим фотоэлектрических преобразователей, уменьшить массу и толщину панели для солнечной батареи за счет перемещения фотоэлектрических преобразователей внутрь несущей конструкции.

1. Панель солнечной батареи, состоящая из элементов, расположенных на несущей подложке, содержащей верхнюю и нижнюю обшивки и элементы, соединяющие их на требуемом расстоянии друг от друга, отличающаяся тем, что обшивки выполнены с прямоугольными ячейками и соединены между собой элементами, выполненными в виде ребер по периметру каждой ячейки.

2. Панель солнечной батареи по п. 1, отличающаяся тем, что для закрепления фотоэлектрических преобразователей без концентраторов светового потока ячейки обшивок несущей подложки выполнены меньшим размером хотя бы с одной стороны фотоэлектрического преобразователя на величину, обеспечивающую возможность его крепления к обшивке.

3. Панель солнечной батареи по п. 1, отличающаяся тем, что фотоэлектрические преобразователи закреплены на нижней обшивке несущей подложки, а оптические отражатели размещены между верхней и нижней обшивками несущей подложки и концентрируют световой поток на фотоэлектрические преобразователи.

4. Панель солнечной батареи по п. 1, отличающаяся тем, что фотоэлектрические преобразователи закреплены на нижней обшивке несущей подложки, а оптические линзы размещены на верхней обшивке несущей подложки и концентрируют световой поток на фотоэлектрические преобразователи.

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.

Ик матричный фотоприёмник с охлаждаемой диафрагмой и способ изготовления диафрагмы // 2571171

Изобретение относится к области создания детекторов излучения и касается фотоприемника ик-излучения с диафрагмой. Фотоприемник содержит держатель, фоточувствительный элемент, приклеенный на растре, и диафрагму.

Нанокристаллические слои на основе диоксида титана с низкой температурой отжига для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах и способы их получения // 2569086

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.

Искусственная сетчатка и бионический глаз на её основе // 2567974

Группа изобретений относится к области медицины. Искусственная сетчатка представляет собой матрицу сенселей, каждый из которых содержит светочувствительный элемент в виде фотодиода и электрод.

Солнечная батарея для генерации электрических и тепловых потоков // 2564819

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.

Фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства // 2559991

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

Трехслойная панель // 2559474

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

Устройство для преобразования солнечной энергии // 2555197

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.

Зажимное соединение для закрепления пластинообразных конструктивных элементов, в частности солнечных модулей // 2551349

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

Новые редокс медиаторы для электролитов фотоэлектрохимических солнечных элементов // 2550511

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.

Объемный фотоэлектрический модуль большой мощности // 2576348

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.

Концентраторный солнечный фотоэлектрический модуль // 2578735

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.

Материал для герметизации солнечных батарей и модуль солнечной батареи, изготовленный с его использованием // 2592608

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.

Рама солнечного модуля // 2593434

Солнечный модуль в раме включает в себя солнечный модуль, имеющий солнечные элементы между парой листов. Солнечный модуль устанавливается в раме, предпочтительно замкнутой раме, имеющей непрерывное основание и V-образные вырезы или частично V-образные вырезы в вертикальных полках, где должны располагаться углы модуля. Между внутренней поверхностью рамы и периферийным краем и боковыми краевыми участками солнечного модуля наносится слой пластичного влагостойкого герметика. Проставка, имеющая несколько расположенных на некотором расстоянии друг от друга выпуклостей, образованных на внутренней поверхности замкнутой рамы, контактирует с наружной поверхностью солнечного модуля для получения слоя равномерной толщины между рамой и солнечным модулем. Изобретение обеспечивает улучшенную защиту от проникновения влаги. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 15 ил.

Производные фуллеренов с пониженным сродством к электрону и фотовольтаическая ячейка на их основе // 2598079

Настоящее изобретение относится к новым соединениям общей формулы (1), которые используются в качестве основы тонкой полупроводниковой пленки в структуре солнечной батареи, к композиции, содержащей соединения формулы (1), и к применению новых соединений. В формуле (1): C2n - углеродный каркас фуллерена С60 или С70 с присоединенным циклопропановым аддендом; Y - заместитель, представляющий собой алкильную группу C1-C20, незамещенную фенильную группу, фенильную группу с заместителями в положениях 2 и 4 или 3 и 4, представляющими собой алкоксигруппы C1-C8; R1 и R2 представляют собой алкильную группу С2-С20, если Х=Н; R1 и R2 представляют собой алкильную группу C1-C20, если X является алкоксигруппой C1-C20. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл., 2 пр.

Кремниевый двухсторонний солнечный элемент и способ его изготовления // 2601732

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, в частности к кремниевым солнечным элементам и технологии их изготовления. В кремниевом двухстороннем солнечном элементе, выполненном в виде матрицы из последовательно скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-p-p+ (p+-n-n+) структурой, у которых ширина базы соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей заряда базовой области, а плоскости p-n переходов перпендикулярны рабочим поверхностям, на рабочих поверхностях солнечного элемента размещены пассивирующие покрытия из изолирующего материала со встроенным электрическим зарядом, противоположным по знаку типу проводимости низлежащих слоев кремния, рабочие поверхности ориентируются в кристаллографической плоскости (111). Для пассивации p-областей фотопреобразователя используется покрытие из оксида алюминия, для n-областей - покрытие из нитрида кремния. Наноструктурированное покрытие из оксида алюминия получают методом атомно-слоевого осаждения. Изобретение обеспечивает получение больших значений встроенного заряда и тем самым уменьшение скорости поверхностной рекомбинации и увеличение кпд кремниевого двухстороннего солнечного элемента. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Неорганический многослойный пакет и относящиеся к нему способы и композиции // 2605560

Изобретение относится к многослойному пакету на подложке для использования в качестве капсулы. Многослойный пакет содержит: один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; неорганический химически активный слой, содержащий неорганический связующий материал и расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, и химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара. При этом в рабочем состоянии многослойного пакета молекулы газа или пара диффундируют через один или более неорганических барьерных слоев, вступают в реакцию с неорганическим химически активным слоем. Изобретение позволяет эффективно защитить изделия, находящиеся в капсуле, чувствительные к влаге и газам окружающей среды, за счет непроницаемости для молекул газа или пара многослойного пакета. 8 н. и 27 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство и способ изготовления двухстороннего кремниевого матричного солнечного элемента // 2606794

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, в частности к кремниевым солнечным элементам и технологии их изготовления. Согласно изобретению в кремниевом двухстороннем солнечном элементе, выполненном в виде матрицы из последовательно скоммутированных микрофотопреобразователей с n+-р-р+ (р+-n-n+)-структурой, у которых ширина базы соизмерима с диффузионной длиной неосновных носителей заряда в базовой области, а плоскости р-n-переходов перпендикулярны рабочим поверхностям, на рабочих поверхностях размещены изолирующая пассивирующая пленка хлорида одного из металлов цинка, алюминия, тантала, бериллия, гафния, циркония или тория, наносимая методом химического осаждения из органических растворов, и просветляющее покрытие из полимерной силановой пленки, наносимой методом химического осаждения из органозамещенных низкомолекулярных силанов. Изобретение позволяет повысить эффективность преобразования и КПД кремниевого двухстороннего матричного солнечного элемента и снизить его стоимость. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Солнечная электростанция // 2612670

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, к конструкции солнечных электростанций с концентраторами. Солнечная электростанция содержит концентраторы, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора, установленные в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабженные устройством для отвода теплоты, прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения из набора плоских тонких пластин из оптически прозрачного материала, размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника, ширина каждой пластины равна расстоянию между токоотводами, произведение толщины пластин на их количество определяет размер гомогенизатора вдоль плоскости р-n переходов диодных структур, длина гомогенизатора в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника, плоскости диодных структур параллельны двум из четырех граней гомогенизатора, а устройство отвода тепла выполнено в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам каждой секции твердотельной матрицы путем пайки или сварки параллельно плоскости р-n переходов диодных структур, размер секций между пластинами теплообменника составляет 4-20 мм, а суммарная их площадь при естественном охлаждении равна площади миделя концентратора. Технический результат заключается в снижении потерь электроэнергии, увеличении КПД и срока службы солнечной электростанции. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов // 2615041

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов для солнечных батарей. Концентратор солнечных лучей для солнечной батареи выполнен в форме полуцилиндра с веерным расположением зеркальных отражающих электродов и прозрачных полупроводниковых солнечных батарей. Причем концентратор и солнечная батарея являются интегрально единым устройством. Если расположить солнечную батарею таким образом, чтобы ось полуцилиндра была направлена параллельно оси вращения земного шара, то вне зависимости от угла падения солнечных лучей в течение дня излучение будет проходить через все p-n-переходы, причем практически все фотоны будут поглощены и преобразованы в электрический ток. Изобретение должно повысить эффективность солнечной батареи. 1 ил.