Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРОВЕЛЬНОЙ ПАНЕЛИ С СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕЕЙ

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.

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.

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)".

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.

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.

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).

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).

Дополнительно над СБ со стороны падения лучистого потока может быть размещена стеклянная пластина или стеклопакет (с целью минимизации радиационного облучения ФЭП).

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.

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).

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).

На фиг. 5 показан вариант сечения кровельной панели с плоской площадкой СБ, огороженной по периметру бортиком (обозначения аналогичны принятым на фиг.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).

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).

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.

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.

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.

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. ).

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.

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).

В случае максимального ужесточения требований по радиационной стойкости СБ дополнительно может осуществляться защита ФЭП стеклянной пластиной (стеклопакетом) поз.5 - см., например, фиг.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).