ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2284075

СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Имя изобретателя: Персиц Ирина Самуиловна (RU); Потапов Валерий Николаевич (RU); Стребков Дмитрий Семенович (RU); Чехунина Галина Сергеевна 
Имя патентообладателя: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ)
Адрес для переписки: 109456, Москва, 1-й Вешняковский пр-д, 2, ГНУ ВИЭСХ, О.В. Голубевой
Дата начала действия патента: 2005.06.03 

Изобретение относится к автономным источникам электропитания, использующим энергию Солнца. Техническим результатом изобретения является увеличение стойкости фотоэлектрического модуля к нарушению герметичности внутренней полости модуля, улучшение эксплуатационных свойств материала - заполнителя (повышение сцепления материала - заполнителя с поверхностью стекла) при сохранении уровня и долговременной стойкости оптических характеристик, а также упрощение и удешевление технологии изготовления модуля. Сущность: солнечный модуль состоит из двух герметично склеенных по торцам листов стекла, между которыми размещены скоммутированные фотопреобразователи. Указанные фотопреобразователи погружены в оптически прозрачную кремнийорганическую жидкость, представляющую собой смесь полисилоксана, содержащего диметил- или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платинового катализатора и сшивающего агента и образующую в процессе изготовления модуля слабоструктурированный гель. В предлагаемом способе скоммутированные фотопреобразователи с токовыводами размещают между двумя стеклами, склеенными между собой по трем сторонам с помощью любого клея, после чего собранный пакет заполняют оптически прозрачной жидкостью, представляющей собой смесь полисилоксана, содержащего диметил- или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платинового катализатора и сшивающего агента, которую путем нагревания до 50-150°С преобразуют в низкомодульный гель.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к автономным источникам электропитания, использующим энергию Солнца.

В известных конструкциях фотоэлектрических модулей в качестве заполнителя - адгезива, соединяющего поверхность фотопреобразователей (ФП) с лицевым и тыльным защитными покрытиями, широкое применение нашли эластомеры холодного отверждения на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков с различными боковыми группами (Патент США №4170507). Существенными недостатками таких заполнителей, также как и материалов, описанных в Патенте США №3957337, являются низкая производительность процесса вследствие длительности отверждения, низкая адгезия заполнителей к поверхностям ФП и стекла, приводящая к необходимости применения дополнительной обработки промоторами адгезии, неоднородность отверждения в относительно толстых слоях, а также возможность появления отслоений (отлипов) в процессе длительной эксплуатации за счет усадочных явлений.

Существуют также варианты конструкций фотоэлектрических модулей, в которых заполнителем модуля является оптически прозрачная нейтральная полиметилсилоксановая жидкость (Патент РФ №2205472).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является Патент РФ №2130670. В этом патенте предлагается способ изготовления солнечного фотоэлектрического модуля, включающий размещение скоммутированных фотопреобразователей между двумя слоями стекла, соединенными между собой с трех сторон по торцам путем сварки или склейки в стеклопакет, нагревания модуля до 50-80°С, заполнения оптически прозрачной нейтральной жидкостью, герметизацию стеклопакета путем сварки или склейки и охлаждение до комнатной температуры, причем в качестве оптически прозрачной жидкости используется полиметилсилоксановая жидкость.

Недостатком способа - прототипа является необходимость создания существенных компенсационных объемов вследствие практически линейной зависимости объемного коэффициента температурного расширения промышленных марок полиметилсилоксановых жидкостей от температуры. (Соболевский М.В. и др.. Олигоорганосилоксаны. Свойства, получение, применение. - М., Химия, 1985 г.).

Герметизация модуля, изготавливаемого в соответствии с предлагаемым в прототипе способом, накладывает жесткие ограничения на выбор соответствующих марок полиметилсилоксановых жидкостей, в частности, по молекулярной массе и тщательности очистки от низкомолекулярных примесей, активное выделение которых при температурах свыше 60°С может привести к разрушению герметичной конструкции.

К недостаткам солнечных фотоэлектрических модулей, изготовленных в соответствии со способом - прототипом, следует отнести то, что любое нарушение герметизации, например при нарушении целостности стекла, приводит к вытеканию части жидкого заполнителя. Это приводит к нарушению оптического и теплового контакта между поверхностями фотопреобразователей и стекла и, следовательно, к снижению выходных электрических параметров. К аналогичному эффекту приводит и нарушение герметичности конструкции по периметру.

Кроме этого, размещение скоммутированных цепочек фотопреобразователей и фиксация их расположения в готовом стеклопакете, в котором ширина зазора между стеклами сопоставима с толщиной ФП, представляется трудноосуществимой на практике, особенно при изготовлении модулей больших размеров.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение стойкости фотоэлектрического модуля к нарушению герметичности внутренней полости модуля, улучшение эксплуатационных свойств материала - заполнителя (повышение сцепления материала - заполнителя с поверхностью стекла) при сохранении уровня и долговременной стойкости оптических характеристик, а также упрощение и удешевление технологии изготовления модуля.

В результате использования предлагаемого изобретения увеличивается срок службы модуля и стабильность выходных электрических параметров на протяжении всего срока эксплуатации.

Вышеуказанный результат достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом модуле, состоящем из двух герметично склеенных по торцам листов стекла, между которыми размещены скоммутированные фотопреобразователи, указанные фотопреобразователи погружены в оптически прозрачную кремнийорганическую жидкость, представляющую собой смесь полисилоксана, содержащего диметил- или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платинового катализатора и сшивающего агента и образующую в процессе изготовления модуля слабоструктурированный гель.

В предлагаемом способе изготовления солнечного фотоэлектрического модуля скоммутированные фотопреобразователи с токовыводами размещают между двумя стеклами, склеенными между собой по трем сторонам с помощью любого клея с теплостойкостью не менее 50°С (в зависимости от выбранного режима структурирования), после чего собранный пакет заполняют оптически прозрачной жидкостью, представляющей собой смесь полисилоксана, содержащего диметил - или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платинового катализатора и сшивающего агента, которую путем нагревания до 50-150°С преобразуют в низкомодульный гель.

Продолжительность процесса зависит от выбранной температуры. Широкая гамма возможных исходных компонентов и широкий диапазон возможных режимов структурирования позволяют получать гели - заполнители, длительно работоспособные в интервале температур от минус 80 до плюс 260°С, без коррозионно-активных примесей и внутренних механических напряжений.

Образованная структура материала - заполнителя обладает повышенной липкостью к основным материалам модуля (фотопреобразователи, стекло), низким модулем упругости, но лишена текучести. Процесс структурирования происходит без выделения низкомолекулярных продуктов и без усадочных явлений. Свободная (четвертая) сторона периметра стеклопакета может быть загерметизирована при помощи любого атмосферостойкого клея - герметика для исключения загрязнения свободной поверхности геля в процессе эксплуатации.

СОЛНЕЧНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Одно из двух или оба силикатных стекла, в зависимости от требуемой жесткости и линейных размеров конструкции, могут быть заменены листами (оптически прозрачного для рабочей поверхности модуля) светостойкого пластика.

В качестве одного или обоих стекол используют листы атмосферостойкого оптически прозрачного (для рабочей поверхности модуля) полимерного материала.

В качестве одного или обоих стекол используют листы неорганического закаленного или упрочненного стекла.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид фотоэлектрического модуля.

Солнечный фотоэлектрический модуль содержит скоммутированные фотопреобразователи 1, стеклянный лист 2 со стороны рабочей поверхности, на которую падает солнечное излучение, стеклянный лист 3 с тыльной поверхности модуля, оптически прозрачный низкомодульный гель 4, заполняющий свободное пространство внутри модуля и между фотопреобразователями и стеклами.

 

Способ изготовления фотоэлектрического модуля реализуется следующим образом

На одном из листов стекла (обычно на "тыльном") фиксируют скоммутированные фотопреобразователи. Токовыводы выводят за пределы стекла (желательно с одной стороны). Лист стекла с фотопреобразователями соединяют со вторым листом стекла по трем сторонам, обеспечивая необходимый зазор и герметичность. Со свободной стороны заливают в зазор между стеклами оптически прозрачную жидкость так, что она заполняет зазоры между фотопреобразователями и свободное пространство между поверхностями фотопреобразователей и стекол. Осуществляют нагревание модуля до необходимой температуры, выдержку при заданной температуре и охлаждение до комнатной температуры.

Примеры конкретного выполнения солнечного фотоэлектрического модуля и способы его осуществления.

Пример 1

На одном из листов закаленного стекла толщиной 3 мм при помощи клеепереносящей ленты толщиной 0,05 мм фиксируется расположение скоммутированных необходимым образом фотопреобразователей. По периметру стекла с трех сторон наносится двухсторонняя липкая лента толщиной 1,5 мм, выполняющая одновременно две функции - дистанционирование стекол и склеивание. Поверх двухсторонней ленты укладывается и приклеивается второе стекло. Полость между стеклами заполняется оптически прозрачной полисилоксановой жидкостью, содержащей, например, диметил-, метилвинилсилоксановые и диэтилсилоксановые звенья, в смеси с различными циклическими и линейными гидридсилоксанами и платиновым катализатором. Заполненный модуль нагревают и выдерживают при температуре 60°С в течение 2 часов. Заполнитель после структурирования представляет собой низкомодульный бесцветный гель с показателем преломления 1,406.

Пример 2

Дистанционирование стекол осуществляется при помощи временных проставок необходимой толщины (например, из фторопласта), а склеивание и герметизация по трем сторонам осуществляется при помощи нейтрального силиконового герметика с повышенной тиксотропностью. Модуль заполняется жидкой смесью компонентов, нагревается до температуры 150°С и выдерживается в течение 30 минут.

Пример 3

Склеивание и герметизация по трем сторонам осуществляется клеем - расплавом (например, на основе полиэфира). Модуль заполняется жидкой смесью компонентов, нагревается до температуры 120°С и выдерживается в течение 1 часа.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Солнечный фотоэлектрический модуль, состоящий из герметично склеенных по торцам двух листов стекла, между которыми размещены скоммутированные фотопреобразователи, которые погружены в оптически прозрачную кремнийорганическую жидкость, отличающийся тем, что оптически прозрачная кремнийорганическая жидкость выполнена в виде слабоструктурированного геля из смеси полисилоксана, содержащего диметил-, этил- или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платиновый катализатор и кремнийорганический сшивающий агент.

2. Способ изготовления солнечного фотоэлектрического модуля, включающий соединение двух слоев стекол с трех сторон по торцам путем склейки в стеклопакет, размещение скоммутированных фотопреобразователей с токовыводами между слоями стекла, заполнение пространства между стеклами оптически прозрачной нейтральной кремнийорганической жидкостью, нагревание модуля и охлаждение до комнатной температуры, отличающийся тем, что в качестве оптически прозрачной кремнийорганической жидкости используют смесь полисилоксана, содержащего диметил-, этил- или (и) диэтилвинилсилоксановые звенья, платиновый катализатор и кремнийорганический сшивающий агент, которые путем нагревания до температуры 50-150°С преобразуют в низкомодульный слабоструктурированный гель.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве одного или обоих стекол используют листы атмосферостойкого оптически прозрачного (для рабочей поверхности модуля) полимерного материала.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве одного или обоих стекол используют листы неорганического закаленного или упрочненного стекла.

Версия для печати
Дата публикации 03.02.2007гг


вверх