Солнечный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Изобретение относится к автономным источникам электропитания, использующим энергию Солнца. Солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий скомммутированные фотопреобразователи, лицевую и тыльную пластины и внутренний вакуумированный объем модуля, сформированный при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, отличается тем, что внутренний вакуумированный объем модуля зафиксирован при помощи спейсеров, расположенных между пластинами по площади модуля, и заполнен оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля. В способе изготовления модуля, включающем формирование внутреннего объема модуля при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, путем вакуумирования и сжатия под действием атмосферного давления, согласно изобретению внутренний вакуумированный объем модуля фиксируют при помощи спейсеров, которые располагают между пластинами по площади модуля, и затем заполняют внутренний объем оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля, при этом спейсеры изготавливают из прозрачного материала с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления пластин и полисилоксанового геля, а структурирование геля осуществляют в диапазоне температур от комнатной до 150°С. Изобретение позволит увеличить срок службы и стабильность выходных электрических параметров на всем сроке эксплуатации. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к автономным источникам электропитания, использующим энергию Солнца.

Известны солнечные фотоэлектрические модули и способы их изготовления, аналогичные способу изготовления герметичных стеклопакетов, предполагающие размещение фотопреобразователей внутри замкнутого объема, образующегося между двумя стеклянными пластинами при помощи герметизирующей прокладки из неорганического материала, формируемой при температуре 380-480°С в течение 30 минут (WO 03038911, CN 1809933). Преимуществом таких конструкций является отсутствие органического полимерного заполнителя, ограничивающего срок эффективной эксплуатации модуля вследствие снижения светопропускания в рабочей области спектра. К недостаткам описанного способа можно отнести применение высоких температур формирования прокладки, отрицательно сказывающихся на параметрах фотопреобразователей, отсутствие оптического контакта между рабочей поверхностью фотопреобразователей и стеклянным покрытием, а также присутствие влаги воздуха в замкнутом объеме, приводящей к коррозии коммутационных элементов и изменению параметров просветляющих покрытий.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фотоэлектрический модуль и способ его сборки, согласно которому для создания замкнутого объема между стеклянными пластинами применяется герметизирующая прокладка из эластичного полимерного материала на основе полиизобутилена, а внутреннее пространство модуля сначала промывается инертным газом, а затем вакуумируется через отверстия, оставленные для этих целей в термопластичной прокладке (FR 2862427 H01L 31/048, опубл. 20.05.2005).

К недостаткам этой конструкции и способа можно отнести:

- снижение эффективности преобразования из-за отсутствия оптического контакта стеклянного защитного покрытия и поверхности фотопреобразователя, что приводит к увеличению оптических потерь;

- чувствительность к нарушению герметичности конструкции;

- невозможность обеспечения равномерности толщины по площади модуля в процессе вакуумирования и, соответственно, равномерности оптических свойств системы.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности фотоэлектрического модуля за счет снижения оптических потерь, гарантированное обеспечение заданных геометрических параметров (равномерной толщины) модуля, увеличение стойкости фотоэлектрического модуля к нарушению герметичности внутренней полости 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 предлагаемом солнечном фотоэлектрическом модуле, содержащем скомммутированные фотопреобразователи, лицевую и тыльную пластины и внутренний вакуумированный объем модуля, сформированный при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, внутренний вакуумированный объем модуля зафиксирован при помощи спейсеров, расположенных между пластинами по площади модуля, и заполнен оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля.

В фотоэлектрическом модуле в качестве фотопреобразователей использованы фотопреобразователи из монокристаллического кремния, из поликристаллического кремния, из микрокристаллического кремния.

В фотоэлектрическом модуле в качестве фотопреобразователей использованы любые тонкопленочные фотопреобразователи, а также использованы любые комбинации из вышеуказанных фотопреобразователей.

В фотоэлектрическом модуле в качестве одной или обеих пластин использованы листы атмосферостойкого оптически прозрачного полимерного материала.

В фотоэлектрическом модуле в качестве одной или обеих пластин использованы листы неорганического закаленного или упрочненного стекла.

Технический результат достигается также тем, что в предлагаемом способе изготовления солнечного фотоэлектрического модуля, включающем формирование внутреннего объема модуля при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, путем вакуумирования и сжатия под действием атмосферного давления, внутренний вакуумированный объем модуля фиксируют при помощи спейсеров, которые располагают между пластинами по площади модуля, и затем заполняют внутренний объем оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля, при этом спейсеры изготавливают из прозрачного материала с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления пластин и полисилоксанового геля, а структурирование геля осуществляют в диапазоне температур от комнатной до 150°С.

В способе изготовления фотоэлектрического модуля спейсеры выполняют в форме сферы, полусферы, двояковыпуклой линзы или цилиндра.

В способе изготовления фотоэлектрического модуля спенсеры фиксируют между пластинами при помощи оптически прозрачного клея с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления стекла и полисилоксанового геля.

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

Солнечный фотоэлектрический модуль содержит скоммутированные фотопреобразователи 1, тыльную и лицевую пластины 2 и 3, герметизирующую прокладку из термопластичного материала 4, внутренний объем модуля 5, заполненный оптически прозрачным низкомодульным гелем, и спейсеры 6.

Способ изготовления фотоэлектрического модуля реализуется следующим образом.

По периметру одной из оптически прозрачных пластин, например тыльной 2, наносят прокладку из эластичного термопластичного материала 4, фиксируют положение фотопреобразователей 1, формируют спейсеры 6 в промежутках, свободных от фотопреобразователей. Соединяют лицевую пластину 3 с тыльной 2. Создают разрежение во внутреннем объеме модуля 5. Заполняют внутреннюю полость модуля жидким полисилоксановым компаундом. Выдерживают модуль при температуре в диапазоне от комнатной до 150°С до завершения процесса структурирования жидкости в низкомодульный гель.

Примеры конкретного выполнения солнечного фотоэлектрического модуля и способ его осуществления.

Пример 1.

На одну из пластин закаленного стекла толщиной 3 мм наносят прокладку из полиизобутилена толщиной 2,0 мм, фиксируют расположение скоммутированных необходимым образом фотопреобразователей. В промежутках между фотопреобразователями при помощи оптически прозрачного клея к пластине приклеивают спейсеры из оптически прозрачного стекла цилиндрической формы. Поверх первой стеклянной пластины укладывают вторую. Полость между стеклянными пластинами вакуумируют и заполняют оптически прозрачной полисилоксановой жидкостью, содержащей, например, диметил-, метилвинилсилоксановые и диэтилсилоксановые звенья, в смеси с различными циклическими и линейными гидридсилоксанами, платиновым катализатором и ингибитором вулканизации. Заполненный модуль нагревают и выдерживают при температуре 120°С в течение 10 минут. Заполнитель после структурирования представляет собой низкомодульный бесцветный гель с показателем преломления 1,406.

Пример 2.

На одну из пластин закаленного стекла толщиной 2,5 мм наносят прокладку из полиизобутилена толщиной 1,5 мм, фиксируют расположение скоммутированных фотопреобразователей. В промежутках между фотопреобразователями при помощи оптически прозрачного клея на пластине формируют спейсеры полусферической формы. Поверх первой стеклянной пластины укладывают вторую. Полость между стеклянными пластинами вакуумируют и заполняют оптически прозрачной полисилокеановой жидкостью, содержащей, например, диметил-, метилвинилсилоксановые и диэтилсилоксановые звенья, в смеси с различными циклическими и линейными гидридсилоксанами, платиновым катализатором и ингибитором вулканизации. Заполненный модуль выдерживают при комнатной температуре в течение 6 часов. Заполнитель после структурирования представляет собой низкомодульный гель с показателем пенетрации от 190 до 240 относительных единиц и массовой долей летучих веществ не более 2%.

1. Солнечный фотоэлектрический модуль, содержащий скомммутированные фотопреобразователи, лицевую и тыльную пластины и внутренний вакуумированный объем модуля, сформированный при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, отличающийся тем, что внутренний вакуумированый объем модуля зафиксирован при помощи спейсеров, расположенных между пластинами по площади модуля, и заполнен оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля.

2. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотопреобразователей использованы фотопреобразователи из монокристаллического кремния.

3. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотопреобразователей использованы фотопреобразователи из поли- кристаллического кремния.

4. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотопреобразователей использованы фотопреобразователи из микрокристаллического кремния.

5. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотопреобразователей использованы любые тонкопленочные фотопреобразователи.

6. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве фотопреобразователей использованы любые комбинации из фотопреобразователей на основе моно-, поли-, микрокристаллического и аморфного кремния и тонкопленочных фотопреобразователей любого типа.

7. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной или обеих пластин использованы листы атмосферостойкого оптически прозрачного полимерного материала.

8. Солнечный фотоэлектрический модуль по п.1, отличающийся тем, что в качестве одной или обеих пластин использованы листы неорганического закаленного или упрочненного стекла.

9. Способ изготовления солнечного фотоэлектрического модуля, включающий формирование внутреннего объема модуля при помощи соединительной прокладки из термопластичного материала, размещенной между пластинами, путем вакуумирования и сжатия под действием атмосферного давления, отличающийся тем, что внутренний вакуумированный объем модуля фиксируют при помощи спейсеров, которые располагают между пластинами по площади модуля, и затем заполняют внутренний объем оптической средой в виде низкомодульного полисилоксанового геля, при этом спейсеры изготавливают из прозрачного материала с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления пластин и полисилоксанового геля, а структурирование геля осуществляют в диапазоне температур от комнатной до 150°С.

10. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.9, отличающийся тем, что спейсеры выполняют в форме сферы.

11. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.9, отличающийся тем, что спейсеры выполняют в форме полусферы.

12. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.9, отличающийся тем, что спейсеры выполняют в форме двояковыпуклой линзы.

13. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.9, отличающийся тем, что спейсеры выполняют в форме цилиндра.

14. Способ изготовления фотоэлектрического модуля по п.9, отличающийся тем, что спенсеры фиксируют между пластинами при помощи оптически прозрачного клея с коэффициентом преломления, близким к коэффициенту преломления стекла и полисилоксанового геля.