Портативний сонячний зарядний пристрій

Реферат: Портативний сонячний зарядний пристрій для живлення і зарядки малопотужної апаратури в польових умовах містить напівпровідникові фотовольтаїчні модулі, підкладку, металевий корпус та захисне ламінуюче покриття, причому матеріал підкладки є теплопровідним. UA 123067 U (54) ПОРТАТИВНИЙ СОНЯЧНИЙ ЗАРЯДНИЙ ПРИСТРІЙ UA 123067 U UA 123067 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі відновлювальних джерел енергії, принцип роботи яких оснований на прямому перетворенні сонячного випромінювання в електричну енергію, а саме до мобільних пристроїв на основі напівпровідникових фотовольтаїчних перетворювачів, які призначені для живлення і зарядки широкого спектра малопотужної апаратури. Такі пристрої можуть використовуватися там, де немає доступу до централізованої електромережі. Відомий сонячний зарядний пристрій, що включає розкладний корпус прямокутної форми, сонячні батареї з аморфного кремнію, розташовані із внутрішньої сторони корпусу, вбудований перехідник у вигляді паралелепіпеда з розеткою на торці для підключення стільникового телефона, розташованого зовні з краю уздовж боку корпусу впритул до сонячної батареї [патент WO 0076051, МПК H02J 7/35, 2000 p.]. Пристрій компактний, зручний, однак призначений переважно для роботи зі стільниковим телефоном. Розташування перехідника в одній площині із сонячною батареєю зменшує площу її робочої поверхні. Також, даний пристрій не містить внутрішнього буферного акумулятора, що не дозволяє його використання при низькій освітленості або вночі. Відомий також портативний сонячний зарядний пристрій, який складається з розкладного корпусу, на внутрішніх поверхнях якого закріплені фотоелектричні перетворювачі, що містять зовнішнє захисне ламінуюче покриття і кабель для підключення навантаження. У даному пристрої фотоелектричні перетворювачі закріплені до внутрішніх плоских поверхонь розкладного корпусу клейовим з'єднанням. Корпус виконаний зі шкіри або щільної сумочної тканини [патент RU № 2276829. H02J 7/35, 2006 p.]. Недоліком даного пристрою є те, що фотовольтаїчні перетворювачі закріплені безпосередньо до внутрішніх поверхонь розкладного корпусу і при роботі в умовах великих температур або тисків через різницю коефіцієнтів розширення матеріалу основи і матеріалу, з якого виготовлений перетворювач, останні розтріскуються. Прототипом корисної моделі є пристрій, що містить монокристалічні сонячні елементи, розташовані на телдаровій підкладці у чотирьох секціях. З'єднання підкладки з елементами відбувається за рахунок спікання етилвінілацетату, який виступає як амортизуючий шар між підкладкою, елементами та захисним зовнішнім шаром [Фотоелектрична сонячна батарея: пат. 32385 Україна: МПК H02J 7/35/ Лєнков Сергій Васильович, Охрамович Михайло Миколайович, Вишнівський Віктор Вікторович, Лукомський Дмитро Васильович. № u200800693; заявл. 21.01.2008; опублік. 12.05.2008; Бюл. 9.]. Недоліками аналогів та прототипу є те, що дані мобільні пристрої на основі сонячних елементів мають низьку ефективність роботи через значний перегрів під час опромінення сонячним світлом. Вони не мають системи охолодження, через що коефіцієнт корисної дії суттєво падає (понад 50 %). Таким чином, в основу корисної моделі поставлено задачу покращити ефективність роботи пристрою (коефіцієнт корисної дії напівпровідникових перетворювачів) шляхом зменшення температури нагріву ламінованих елементів. Додатковою задачею є створення зарядного сонячного пристрою, що не матиме втрат під час перетворення напруги до необхідного значення для зарядки малопотужної апаратури. Поставлена задача вирішується тим, що збиткова температура сонячних елементів розсіюється у навколишнє середовище із тіньової сторони сонячної панелі за рахунок теплопровідної основи. Ця основа додатково кріпиться в металевому (алюмінієвому) корпусі, що має збільшену площу контакту із зовнішнім середовищем (повітрям), температура якого значно менша за температуру нагрітих сонцем елементів, це призводить до вивільнення тепла назовні і тим самим покращує ККД. Як показано на фіг. 1, корисна модель складається з розкладного корпусу 1, на внутрішніх поверхнях якого закріплені напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі 2, що містять зовнішнє захисне ламінуюче покриття. Батарея складається з двох фотоелектричних ламінатів, які, у свою чергу, розділені на декілька фрагментів фотоелектричних перетворювачів меншого розміру. Кількість фотовольтаїчних елементів підібрана та елекрично-поєднана таким чином, щоб напруга, яка генерується пристроєм, була в межах 4,5-5,5 В для зарядки мобільних пристроїв без використання перетворювачів напруги (DC-DC перетворювачів). Площа елементів підбирається з урахуванням необхідного струму зарядки, наприклад 1А, 2А, 4А. Пластини фотоелектричних ламінатів виконані на теплопровідній основі та вмонтовані в металевий корпус товщиною 7-9 мм. Матеріал теплопровідної підкладки (наприклад, сплав алюмінію) вибирається з урахуванням коефіцієнта температурного розширення фотовольтаїчних елементів, таким чином вдається уникнути розтріскування крихких елементів у процесі 1 UA 123067 U 5 10 15 20 25 нагрівання/охолодження пристрою під час роботи. Фотовольтаїчні елементи ззовні ламінуються етилвінілацетом та плівкою ПЕТ. Дане рішення виконане у вигляді окремого портативного сонячного зарядного пристрою, який є додатком до різної малопотужної апаратури. Пристрій у розрізі можна побачити та фіг. 2. На фіг. 3 показані складові частини підкладки, за рахунок чого вдається ефективно відводити тепло без короткого замкнення струмопровідних ліній. Запропонована корисна модель працює наступним чином. Сонячне випромінювання потрапляє на поверхню фотовольтаїчного модуля, де перетворюється на електричний струм та тепло, виникає розігрів елементів, що призводить до падіння ККД. Отримана електрична енергія надходить на під'єднаний через роз'єм пристрій і виконується зарядка. Тим часом, теплопровідна основа, на якій вмонтовані ламіновані сонячні елементи, передає тепло до металевого (алюмінієвого) корпусу, який працює як радіатор, відводячи отримане тепло в навколишнє середовище, температура якого значно нижча. При цьому діелектричний теплопровідний прошарок захищає електричні з'єднання від короткого замкнення та ефективно проводить теплову енергію. Працездатність корисної моделі була підтверджена дослідами в польових умовах. Зокрема було досліджено: стабільність роботи в температурному діапазоні від мінус 20 °C, до плюс 50 °C; незначне погіршення ККД пристрою при підвищенні температури понад 50 °C (падіння ККД не більше 20 %); збереження працездатності під час нагрівання пристрою понад 95 °C; збереження герметичності елементів під час занурення у воду на глибину 0,5 м протягом 24 годин. Технічним результатом корисної моделі є покращення ефективності охолодження пристрою (підвищення ККД роботи) шляхом розміщення сонячних елементів на тепловідводній основі. Додатково були зменшені втрати електричної енергії через відмову від перетворювачів напруги. Пристрій є більш надійним та мобільним і пристосованим для живлення і зарядки широкого спектра малопотужної апаратури (радіостанцій, мобільних телефонів, тепловізорів, планшетів, GPS-навігаторів тощо) в польових умовах. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Портативний сонячний зарядний пристрій для живлення і зарядки малопотужної апаратури в польових умовах, що містить напівпровідникові фотовольтаїчні модулі, підкладку, металевий корпус та захисне ламінуюче покриття, який відрізняється тим, що матеріал підкладки є теплопровідним. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що коефіцієнт температурного розширення матеріалу підкладки відповідає коефіцієнту теплового розширення фотовольтаїчних елементів. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кількість сонячних елементів відповідає напрузі 4,5-5,5 В, що дає можливість заряджати малопотужні пристрої, розраховані на живлення 5 В без перетворення напруги. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що для захисту та зменшення ваги фотовольтаїчних модулів використана ПЕТ-плівка. 5. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що всі елементи конструкції і з'єднання розміщені в об'ємному герметичному корпусі, що виготовляється з алюмінію. 2 UA 123067 U 3 UA 123067 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4