кровельная панель с солнечной батареей

Формула изобретения

1. Кровельная панель с солнечной батареей, включающая несущее основание, в т. ч. в виде криволинейной поверхности с размещенной на нем солнечной батареей на базе полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с электрокабелем токосъема, отличающаяся тем, что солнечная батарея размещена на утопленной относительно верхней поверхности основания на глубину до 20 мм плоской площадке и залита до верхней поверхности основания герметизирующей отверждающей композицией с уровнем пропускания светового излучения не менее 30% в диапазоне работы солнечной батареи.

2. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 1, отличающаяся тем, что плоская площадка выполнена прямоугольной формы в плане и ориентирована длинной стороной вдоль направления стока с кровли дождевой воды.

3. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 1, отличающаяся тем, что плоская площадка выполнена фигурной формы в плане.

4. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 1, отличающаяся тем, что от кромки несущего основания до плоской площадки выполнен паз глубиной до 20 мм и шириной до 30 мм, в который уложен и залит до верхней поверхности несущего основания герметизирующей отверждающейся композицией электрокабель токосъема солнечной батареи.

5. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 4, отличающаяся тем, что паз расположен со стороны вышележащей кромки несущего основания.

6. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 1, отличающаяся тем, что в несущем основании внутри периметра плоской площадки выполнено сквозное отверстие площадью до 10 см², куда пропущен электрокабель токосъема солнечной батареи.

7. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 1, отличающаяся тем, что солнечная батарея дополнительно жестко скреплена со стеклянной пластиной или стеклопакетом.

8. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 7, отличающаяся тем, что соединение сборки стеклянная пластина - солнечная батарея с несущим основанием выполнено по типу "ласточкин хвост".

9. Кровельная панель с солнечной батареей по п. 7, отличающаяся тем, что толщина стеклянной пластины или стеклопакета составляет 1-18 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройству кровли зданий и сооружений, включающей панели солнечных батарей (СБ).

Известны конструкции солнечных батарей, применяемые в технических устройствах и архитектуре (см., например, А.Э. Гутнов. "Мир архитектуры". - М.: "Молодая гвардия", 1985, стр. 58). При этом панели СБ, как правило, представляют собой независимые механические конструкции, соединяемые с кровлей посредством механических крепежных элементов (винтов, болтов и т.д.) либо склейкой.

Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является панель с СБ, представленная в монографии Г. Раушенбаха. "Справочник по проектированию солнечных батарей". - М.: Энергоатомиздат, 1983, стр. 178, рис.3.41.

Солнечные батареи ближайшего аналога размещены на криволинейной поверхности несущего основания за счет использования клеящего соединения. При этом электрокабели токосъема с фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), как правило, размещаются в защищенных гаргротах (коробах) также на внешней поверхности панели.

К недостаткам аналогов можно отнести недоиспользование механических (каркасирующих) качеств основания для защиты СБ от воздействия неблагоприятных (в т.ч. атмосферных) при длительной (годы) круглогодичной эксплуатации.

Целью предлагаемого изобретения является создание СБ, интегрированных в состав несущей кровельной панели (например, черепицы) таким образом, чтобы по прочности и долговечности соответствовать уровню основного материала кровли.

Указанная цель достигается тем, что кровельная панель с СБ, которая включает несущее основание (в т.ч. в виде криволинейной поверхности, например, типа черепицы) и СБ (на базе полупроводниковых ФЭП) с электрокабелем токосъема, имеет не менее одной плоской площадки, утопленной относительно верхней поверхности основания на глубину до 20 мм: на плоскую площадку (площадки) уложена солнечная батарея с электрокабелем токосъема; СБ залита вплоть до верхней поверхности основания герметизирующей отверждающейся композицией с уровнем пропускания светового излучения не менее 30% (от располагаемого максимального уровня светового излучения в диапазоне работы СБ).

Плоские площадки могут быть выполнены прямоугольной и/или фигурной формы в плане (причем в первом случае целесообразно ориентировать площадки длинной стороной вдоль направления стока с кровли дождевой воды). От кромки (обреза) несущего основания до плоской площадки может быть выполнен паз (пазы) глубиной до 20 мм и шириной до 30 мм, в который укладывают электрокабель токосъема с СБ; электрокабель затем заливают вплоть до верхней поверхности несущего основания герметизирующей отверждающейся композицией (в данном случае уровень пропускания светового излучения композицией не оговаривается). При этом паз целесообразно располагать со стороны вышележащей кромки (иначе, обреза панели, ориентированного к вершине кровли, - с целью "спрятать" паз под вышележащую кровельную панель при их соединении внахлест).

Альтернативным вариантом вывода электрокабеля от СБ может быть выполнение в несущем основании (например, черепице) внутри периметра плоской площадки сквозного отверстия площадью до 10 см².

Коммутация единичных СБ и в том, и в другом варианте токосъема осуществляется с внутренней (чердачной) стороны кровли, что следует признать оптимальным.

Дополнительно СБ может быть скреплена со стеклянной пластиной или стеклопакетом из нескольких пластин (толщиной от 1 до 18 мм); в частности, соединение (сборка) "пластина - СБ" с несущим основанием может выполняться по типу "ласточкин хвост".

На фиг.1 показана принципиальная конструктивная схема сечения кровельной панели с СБ. Приняты обозначения:

1 - несущее основание;

2 - плоская площадка;

3 - солнечная батарея;

4 - герметизирующая композиция.

На фиг. 2 представлен вид панели с плоской площадкой прямоугольной в плане формы, ориентированной длинной стороной вдоль направления стока с кровли дождевой воды, с пазом под верхний обрез для вывода электрокабеля токосъема СБ. Здесь:

1 - несущее основание;

2 - плоская площадка (прямоугольной формы в плане);

5 - паз.

На фиг. 3 приведен вид панели с плоской площадкой, фигурной в плане формы, со сквозным отверстием для вывода электрокабеля токосъема СБ. Здесь:

1 - несущее основание;

2 - плоская площадка (фигурной формы в плане);

6 - сквозное отверстие.

На фиг. 4, 5, 6, 7 показаны варианты кровельной панели с СБ и дополнительным введением в состав конструкции стеклянной пластины (стеклопакета). Приняты обозначения:

1 - несущее основание;

2 - плоская площадка;

3 - солнечная батарея;

4 - герметизирующая композиция;

7 - стеклянная пластина (стеклопакет);

8 - клей-герметик.

Устройство по предлагаемому техническому решению имеет следующие характерные особенности.

Несущее основание дорабатывается таким образом, чтобы на выпуклой (и/или вогнутой, в т.ч. боковой) его внешней поверхности образовать плоские площадки глубиной до 20 мм (размер выбран из условий технико-экономической целесообразности конструктивно-компоновочной схемы изделия с учетом реальных толщин СБ, уровня пропускания герметизирующей композиции и защитных накладок (экранов), прочностных характеристик доработанного основания, ремонтопригодности и т.п.).

Монтаж СБ осуществляется промышленным способом на специализированном производственном участке: из единичных стандартизированных ФЭП формируется СБ заданной геометрии, собранная СБ размещается на плоской площадке несущего основания, при этом электрокабель токосъема с СБ выводится через специализированный паз (либо специализированное сквозное отверстие) за контур кровельной панели. Ширина паза (до 30 мм), а также площадь отверстия (до 10 см²) выбраны из условия гарантированного вывода электрокабеля в защитной изоляции любого применяемого ныне типа. Далее, указанная сборка заливается до верхней поверхности основания (чтобы исключить скапливание на пути принимаемого СБ лучистого потока воды, грязи, пыли, снега и т.п.) герметизирующей отверждающейся композицией. Признано целесообразным - с учетом технико-экономических критериев "стоимость-эффективность" для современных и перспективных технологий - установить уровень пропускания герметизирующей композицией светового излучения на СБ не ниже 30% номинального значения (принимаемого "чистой" СБ при аналогичной ориентации) в диапазоне работы солнечной батареи. Собранные кровельные панели с СБ по традиционной методике устанавливаются на здания, сооружения и постройки. Электрокабели токосъема каждой единичной СБ коммутируются в общую электрическую сеть для использования в системе общего и/или автономного электроснабжения здания (сооружения, постройки).

В качестве дополнительного защитного экрана СБ в настоящем техническом решении предлагается установить либо поверх отверждающейся композиции поз.4 (см. фиг. 4), либо непосредственно поверх ФЭП СБ поз.3 (см. фиг.5, 6, 7) стеклянную пластину (либо стеклопакет из нескольких пластин) поз.7 толщиной от 1 до 18 мм (толщина стеклянной пластины (стеклопакета) выбрана из соображений оптимизации уровня пропускания светового потока СБ, прочностных и защитных характеристик, используемого технологического сортамента). При этом сборка "стеклянная пластина (стеклопакет) - солнечная батарея" с целью ее дополнительной защиты герметизируется по контуру периметра клеем-герметиком поз.8 (см. фиг.5, 6, 7), что, в принципе, позволяет при соединении с несущим основанием по типу "ласточкин хвост" обойтись без герметизирующей композиции поз. 4 (см. фиг. 6, 7). Отметим, что соединение типа фиг.6, 7 требует лишь простейших механических операций сборки и монтажа (демонтажа) СБ на несущее основание кровельной панели.

Следует отметить, что в предлагаемом техническом решении долговечность кровельных панелей с СБ уже в настоящее время обеспечивается на уровне традиционных кровельных материалов (деградация ФЭП СБ под воздействием радиации и иных неблагоприятных факторов для существующей элементной базы составляет 15-40% за 25 лет, перспективной элементной базы - 10-25% за 25 лет эксплуатации; даже через 150-200 лет интегрированные в кровлю СБ в состоянии обеспечить токосъем, достаточный, например, для работы систем охранной сигнализации и аварийного освещения). Снежный покров на кровле незначительно снижает токосъем с СБ.

Применение в конструкциях предложенных кровельных панелей с интегрированными СБ удачно подобранных материалов и комплектующих (по градиентам температурного расширения, прочности и долговечности, экологической безопасности, удачному включению в общий архитектурный ансамбль застройки и т.д.) позволяет считать данное техническое решение одним из перспективных направлений формирования облика жилища XXI века.