Солнечная батарея как элемент строительной конструкции

Авторы патента:

Адамович Андрей Борисович (RU)

Черняков Владимир Владимирович (RU)

Добашин Алексей Алексеевич (RU)

Карабанов Евгений Владимирович (RU)

E04D13/18 - кровли, позволяющие размещать и использовать устройства, аккумулирующие энергию, например содержащие солнечные панели (тепловые коллекторы как таковые F24J, например солнечные тепловые коллекторы F24J 2/02; полупроводниковые устройства для преобразования солнечной энергии в электрическую H01L 25/00,H01L 31/00)

Владельцы патента RU 2313642:

ООО "ПСФ "КРОСТ" (RU)

Изобретение относится к строительству, в частности к солнечным батареям для строительной конструкции. Технический результат изобретения заключается в повышении технологичности изготовления, сборки и монтажа солнечной батареи как элемента строительной конструкции. Сущность изобретения: солнечная батарея включает корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной. В конструкции батареи используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций. 6 ил.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к устройству наземных фотоэлектрических генераторов на основе полупроводниковых солнечных элементов, и может быть использовано как для индивидуального, так и для корпоративного автономного электроснабжения.

Известны конструкции солнечных батарей, содержащие корпус в виде рамы из алюминиевого сплава и прозрачное остекление с размещенными на нем через прослойку из кремнийорганического каучука солнечными элементами, связанными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими и байпасными диодами, при этом тыльная сторона батарей для защиты от влаги и пыли покрыта слоем этиленвинилового ацетата /1, 2/.

Известные устройства могут устанавливаться как на земле /3, 4/, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, но только на специальных, устойчивых опорно-крепежных конструкциях, наличие которых в целом отрицательно сказывается на стоимостных показателях и в ряде случаев не всегда удовлетворяет существующим архитектурно-эстетическим требованиям.

Интеграция солнечной батареи в строительную конструкцию дает возможность комплексно решать указанные проблемы в рамках единой строительно-энергетической концепции.

К недостаткам аналогов можно также отнести существенное снижение эффективности работы солнечной батареи при повышении температуры солнечных элементов вследствие неудовлетворительного теплообмена последних с окружающей средой при наличии пылевлагозащитного покрытия.

Наиболее близким техническим решением является известная конструкция наземной солнечной батареи, включающей корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной /5/.

Недостатком прототипа является недостаточная экранированность солнечных элементов и межэлементных контактов от неблагоприятного воздействия различных климатических факторов и отсутствие единой цепи унифицированных звеньев для его сопряжения с несущими элементами опорно-крепежных конструкций, основанной на отработанных общих технологиях изготовления, сборки и монтажа.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение экранированности солнечных элементов и межэлементных контактов от неблагоприятного воздействия климатических факторов при достаточно эффективном теплообмене с окружающей средой, а также унификация свойств, повышение технологичности изготовления, сборки и монтажа солнечной батареи как элемента строительной конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом. В конструкции известной солнечной батареи, включающей корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной, используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций.

Указанные системы алюминиевых профилей находят в настоящее время широкое применение при строительстве гражданских объектов жилого и хозяйственного назначения /6/.

Корпус солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем и пристыкованным профилем штапика с внутренним уплотнителем, между которыми расположен стеклометаллический пакет, который вместе с корпусом крепится через внешний и внутренний уплотнители между ригельно-стоечными профилями и прижимными планками фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов, защитные крышки и терморазъемные проставки.

Сам стеклометаллический пакет состоит из листа лицевого прозрачного остекления с приклеенными кремнийорганическим каучуком солнечными элементами, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими диодами и гермоконтактами (герконами), установленными на тыльной металлической пластине.

Для повышения эффективности теплообмена металлическая пластина снабжена теплосбрасывающим оребрением.

Лист и пластина изнутри скреплены по контуру клейкой лентой с распорной рамкой, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха.

Торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком.

На фиг.1 представлен общий вид солнечной батареи с возможной схемой электрокоммутации; на фиг.2 схематично показана пространственная строительная алюминиевая конструкция с интегрированной в нее солнечной батареей; на фиг.3 представлено сечение А-А солнечной батареи как элемента строительной конструкции; на фиг.4 - сечение Б-Б; на фиг.5 показан фрагмент (узел I) стеклометаллического пакета; фиг.6 иллюстрирует схему работы солнечной батареи.

Солнечная батарея включает корпус 1 в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление 2 с приклеенными солнечными элементами 3 и резиновые уплотнители 4 и 5, соединяющие внешнее прозрачное остекление 2 с тыльной металлической пластиной 6.

В конструкции батареи используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций.

Корпус 1 солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем 4 и пристыкованным профилем штапика 7 с внутренним уплотнителем 5, между которыми расположен стеклометаллический пакет 8, который вместе с корпусом 1 крепится через внешний 9 и внутренний 10 уплотнители между ригельно-стоечными профилями 11, 12 и прижимными планками 13 фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов 14, защитные крышки 15 и терморазъемные проставки 16.

Сам стеклометаллический пакет 8 состоит из листа лицевого прозрачного остекления 2 с приклеенными кремнийорганическим каучуком 17 солнечными элементами 3, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами 18, 19, 20, 21 с блокирующими диодами 22 и герконами 23, установленными на тыльной металлической пластине 6, снабженной теплосбрасывающим оребрением 24.

Лист 2 и пластина 6 изнутри скреплены по контуру клейкой лентой 25 с распорной рамкой 26, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом 27, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха.

Торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком 28.

Устройство работает следующим образом.

Поток солнечного излучения 29 падает на батарею, интегрированную в пространственную строительную алюминиевую конструкцию 30 (фиг.2).

Процесс сопровождается образованием электронно-дырочных пар в полупроводниковой структуре солнечных элементов 3 (фиг.6), в которых благодаря наличию контактной разности потенциалов происходит разделение неравновесных носителей заряда с одновременной генерацией фото-ЭДС и фототоков неосновных носителей заряда - фотоэлектронов и фотодырок.

При подключенной нагрузке (на схеме не показана) в цепи батареи будет протекать электрический ток, равный разности суммарного фототока и тока утечки, обусловленного снижением потенциального барьера в освещаемых солнечных элементах и возрастанием диффузионных потоков основных носителей заряда.

Блокирующие (изолирующие) диоды 22, установленные на выходных шинах 18 и 20, пропускают электрический ток от освещаемых солнечных элементов 3 через герконы 23 к нагрузке и блокируют токи, идущие в обратном направлении, во всех случаях, когда выходное напряжение солнечной батареи оказывается меньше напряжения в цепи нагрузки.

Источники информации:

1. High efficiency photovoltaic modules. Manufactured under license from SIMENS SOLAR INDUSTRIES. Warranted by SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

2. Module "SATURN BS-50". 564.186.003 Certificate. НПО "Сатурн", Россия.

3. Electricidad solar. SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

4. Modulo fotovoltaico. SOLARTEC S.A. (Проспект фирмы), Аргентина.

5. Колтун М.М. Солнечные элементы. - М.: Наука, 1987, с.165. - (Сер. "Планета Земля и Вселенная").

6. Системные профили для окон и дверей: каталог-справочник. Вып.1. - М.: ССК-Информ, 2001, 336 с.

Солнечная батарея как элемент строительной конструкции, включающая корпус в виде металлической оболочки из профилированного материала, лицевое прозрачное остекление с приклеенными солнечными элементами и резиновые уплотнители, соединяющие внешнее прозрачное остекление с тыльной металлической пластиной, отличающаяся тем, что в ее конструкции используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, при этом корпус солнечной батареи выполнен из фрагментов рамного алюминиевого профиля фасадного окна с внешним уплотнителем и пристыкованным профилем штапика с внутренним уплотнителем, между которыми расположен стеклометаллический пакет, который вместе с корпусом крепится через внешний и внутренний уплотнители между ригельно-стоечными профилями и прижимными планками фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, включающей также заполнение световых проемов, защитные крышки и терморазъемные проставки, а сам стеклометаллический пакет состоит из листа лицевого прозрачного остекления с приклеенными кремнийорганическим каучуком солнечными элементами, соединенными последовательно-параллельно друг с другом и с выходными шинами с блокирующими диодами герконами, установленными на тыльной металлической пластине, снабженной теплосбрасывающим оребрением, причем лист и пластина изнутри скреплены по контуру клейкой лентой с распорной рамкой, имеющей дегидратационные отверстия для доступа воздуха из межлистового промежутка во внутренний объем последней, заполненный влагопоглощающим молекулярным ситом, с образованием между листом и пластиной герметичной камеры с прослойкой осушенного воздуха, при этом торцы стеклометаллического пакета обработаны влагонепроницаемым, вулканизирующимся герметиком.

Солнечный интенсифицированный тепличный комплекс // 2264080

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для выращивания растений с меньшим потреблением извне электрической и тепловой энергии за счет расширенного использования энергии солнечных лучей для обогрева и освещения внутреннего пространства тепличного комплекса при одновременной интенсификации роста растений, а в некоторых вариантах комплекса - вообще без такого потребления.

Способ изготовления кровельной панели с солнечной батареей // 2215100

Изобретение относится к области строительства, в частности к панелям солнечных батарей. .

Кровельная панель с солнечной батареей // 2194827

Изобретение относится к устройству кровли зданий и сооружений. .

Энергоактивное ограждение здания // 2165504

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для энергоактивных ограждений зданий, например в многоэтажных гаражах для отбора и аккумулирования солнечной энергии.

Вытяжное устройство // 1795030

Трансформируемое энергоактивное здание // 1742440

Сводчатое сооружение // 1738947

Энергоактивное здание // 1719591

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в качестве мобильного здания с автономным источником энергоснабжения. .

Энергоактивная система освещения здания // 1546585

Изобретение относится к конструкциям зданий, использующих солнечную энергию, и позволяет повысить эффективность использования солнечной энергии. .

Многофункциональная плитка для крыши // 2483173

Изобретение относится к области строительства, в частности к плитке для покрытия скатных крыш

Фотоэлектрическая битумная черепица, способ изготовления фотоэлектрической битумной черепицы и способ укладки фотоэлектрической кровли // 2493338

Изобретение относится к фотоэлектрической битумной черепице для фотоэлектрической кровли. Технический результат: создание фотоэлектрической кровельной плитки с оптимизированной поверхностью с высокой улавливающей способностью, с высоким энергетическим выходом, обеспечение надежности, атмосферостойкости и снижение массы плитки. Фотоэлектрическая битумная черепица содержит битумную основу, прикрепленную к фотоэлектрическому модулю, который относится к рулонному типу с прозрачным верхним контактом, а также содержит, по меньшей мере, один солнечный элемент из аморфного кремния, поддерживаемый металлическим гибким слоем. Черепица представляет собой фотоэлектрическую асфальтовую кровельную плитку, которая состоит из битумной основы, прикрепленной к фотоэлектрическому модулю, причем соединение выполнено посредством наложения фотоэлектрического модуля на битумную основу и приклеивания, и причем битумная основа состоит из битумного слоя, по меньшей мере, с одной опорой из стеклянной пленки, пропитанной окисленным битумом и битумной самоклеющейся мастикой; причем фотоэлектрический модуль содержит, по меньшей мере, один солнечный элемент из аморфного кремния с тремя переходами и электрические соединительные средства с одной стороны; причем битумная основа характеризуется толщиной битумного слоя 5±0,5 мм; опора из стеклянной пленки характеризуется плотностью 85 г/м2 и имеет следующие характеристики: сопротивление разрыву в продольном направлении примерно 1500 Н; сопротивление разрыву в поперечном направлении примерно 1500 Н. Также описаны способ изготовления черепицы и способ укладки кровли черепицами. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 20 ил.

Солнечный коллектор для нагрева воды и способ использования его в строительстве в качестве листовых кровельных модулей при сооружении кровли любых размеров на скатных крышах зданий // 2539936

Изобретение относится к солнечной энергетике, используемой для преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию в солнечных коллекторах, одновременно являющихся элементами строительных конструкций кровель, и передачи тепла в системы горячего водоснабжения. Солнечный коллектор для нагрева воды состоит из двух свариваемых между собой металлических листов, верхнего и нижнего штампованного с гофрами либо с круглыми вмятинами для точечной сварки листов между собой, и четырех приваренных к нижнему листу резьбовых втулок, что дает возможность прокачивать через щелевидные полости между листами достаточное количество воды, для соединения с трубопроводами в системе горячего водоснабжения. Листы между собой свариваются по контуру и точечной сваркой по гофрам или круглым вмятинам, причем верхний лист по краям имеет волновые профили, что обеспечивает возможность использовать каждый коллектор как кровельный модуль, при этом экран (верхний лист) каждого коллектора покрывается селективным покрытием. Использование данного изобретения позволит сэкономить на затратах на приобретение кровельного материала, а также позволит сооружать сборные солнечные коллекторы на крышах зданий. 4 ил.

Способ возведения крыши экологичного энергосберегающего здания или сооружения // 2552726

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу возведения крыши энергосберегающего здания. Технический результат изобретения заключается в повышении энергосбережения за счет использования солнечной энергии. Способ состоит в том, что изготовляют минибатареи наружных плиток, из которых возводят купольную крышу, из стеклобоя выплавляют наружные плитки в виде прозрачных коробов с двумя отверстиями для вывода упруго-растяжимых плюсового и минусового проводов солнечной минибатареи плитки. На стенде собирают и электрически соединяют по габаритам наружной плитки фотоэлементы для создания солнечной минибатареи наружной плитки. Сборку фотоэлементов помещают в прозрачный короб плитки наружного покрытия лицевой частью фотоэлементов наверх, герметизируют солнечную минибатарею наружной плитки затвердевающим веществом, упруго-растяжимые электросоединители после сборки каждого ряда перед заливкой ряд за рядом соединяют между собой с образованием солнечной батареи всей крыши здания, которую присоединяют к контроллеру и к аккумуляторной батарее всего здания.

Кровельная солнечная панель // 2557272

Изобретение относится к области строительства, в частности к кровельным солнечным панелям крыш зданий. Технический результат изобретения заключается в снижении расхода материала панели. В кровельной солнечной панели, содержащей корпус с внутренней полостью с защитным покрытием на рабочей поверхности, на которую падает солнечное излучение с углом входа лучей β0, и приемники из скоммутированных солнечных элементов, под защитным покрытием установлен составной концентратор, выполненный в виде прозрачной для излучения отклоняющей оптической системы из множества призм с острым углом Ψ между поверхностью входа и выхода лучей и нескольких полупараболоцилиндрических зеркальных отражателей с параметрическим углом δ, имеющих поверхности входа и выхода лучей. Фокальные области всех отражателей смещены к нижней или верхней стороне панели, а приемники излучения установлены параллельно фокальной оси и перпендикулярно плоскости панели между фокальной осью и зеркальным покрытием каждого отражателя. Приведено соотношение между углом входа лучей β0, острым углом Ψ, коэффициентом преломления n материала отклоняющей оптической системы и параметрическим углом δ полупараболоцилиндрического зеркального отражателя. 15 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Крыша из солнечных батарей // 2602532

Изобретение относится к области строительства, в частности к скатным крышам с солнечными батареями. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств крыши. Скатная крыша здания с внутренним водостоком включает опорные стойки высотой, обеспечивающей уклон установленных на них стропильных ног в сторону внутреннего водостока, парапет. К стропильным ногам прикреплен каркас для установки на нем солнечных батарей и коллекторов, а к внутренней поверхности парапетов и к стойкам вдоль лотка внутреннего водостока наклонно прикреплены каркасы для установки на них зеркальных экранов и/или солнечных батарей и коллекторов, обеспечивающих их положение вертикально относительно солнечных батарей и коллекторов, установленных на стропильных ногах, при этом солнечные батареи и коллекторы герметично соединены между собой. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Солнечная фотоэлектрическая станция // 2615622

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных фотоэлектрических станций, размещенных на строительных конструкциях зданий (козырьки или навесы над крыльцом, балконом, террасой и т.д.). Солнечная фотоэлектрическая станция состоит из солнечной батареи и закрепленной на стене здания опорной конструкции, выполненной, например, из двух дугообразных труб с отверстиями одного диаметра, выполненными с равным шагом, верхние концы труб соединены горизонтально стержнем и прикреплены к стене, нижние концы труб соединены горизонтально стержнем, к каждому нижнему концу трубы прикреплены стержни, упирающиеся в стену и соединенные между собой горизонтальным стержнем, коаксиально на каждую дугообразную трубу установлена с небольшим зазором дугообразная труба большего сечения и меньшей длины с отверстиями того же диаметра, что и на внутренней трубе, и тем же шагом, с возможностью ее перемещения и фиксации путем жесткого соединения труб через совпавшие отверстия, верхние и нижние концы наружных труб соединены горизонтально между собой стержнями, образуя раму для размещения солнечной батареи, к которой в верхней и нижней горизонтальных частях прикреплены гофры, противоположные концы которых соединены со стержнями, закрепленными на стене. Технический результат - простота и надежность конструкции для установки и регулировки солнечной батареи относительно положения солнца над горизонтом. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ установки энергообменного блока и конструкция для встраивания этого блока в конструкцию крыши здания // 2627330

Изобретение относится к области строительства, в частности к способу и конструкции для установки энергообменного блока в конструкцию крыши здания и к энергообменному элементу. Технический результат изобретения заключается в повышении энергической эффективности энергообменного блока. Энергообменный блок опирается на стропила в зоне установки, при этом нижняя поверхность энергообменного блока расположена между верхней поверхностью стропил крыши и нижней поверхностью обрешетки крыши. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.