СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2002 года по МПК H01L31/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей (СБ), содержащих плоские панели, каркасы которых выполнены из углепластиковых труб или из других конструкционных материалов определенного профиля.

Известна солнечная батарея (СБ) [1], предназначенная для обеспечения электрической энергией космической станции и космической платформы. СБ состоит из панелей, которые при транспортировании укладываются в контейнеры с демпфирующими прокладками. Электрогенерирующая часть СБ состоит из солнечных элементов (СЭ) из кремния размером 80•80 мм, толщиной 200 мкм с обволакивающим фронтальным контактом, выведенным на тыльную поверхность. СЭ приклеиваются к несущей подложке, состоящей из двух слоев полиимидной пленки толщиной 25 мкм с расположенным между ними армирующим слоем стеклоткани. Коммутация СЭ осуществляется методом контактной сварки с помощью медных коммутационных шин, которые вклеены в подложку между двумя слоями полиимидной пленки.

Недостатками данной конструкции являются технологическая сложность изготовления подложки, недостаточная надежность клеевых соединений СЭ и подложки, недостаточная защищенность СЭ от возникновения трещин в процессе эксплуатации, а также низкая ремонтопригодность СБ в целом.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является СБ [2], содержащая плоские панели с установленными на них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных с помощью коммутационных молибденовых шин с многослойным металлическим покрытием, солнечных элементов (СЭ), прикрепленных к планочной подложке и снабженных защитными стеклянными пластинами, причем каждая плоская панель выполнена в виде каркаса с натянутым на него сетеполотном, состоящего из ячеек, в каждой из которых установлен модуль, пленочная подложка которого расположена между тыльной стороной СЭ и тыльной защитной стеклянной пластиной, приклеенной к тыльной стороне СЭ через перфорацию в пленочной подложке, которая, в свою очередь, пришита к сетеполотну через силовые неметаллические элементы крепления, установленные в местах схождения СЭ, имеющих прямоугольную форму с четырьмя угловыми срезами, кроме того, коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием проходят по всей длине СЭ с лицевой и тыльной стороны и закреплены пайкой или сваркой в отдельных точках, причем точки пайки или сварки лицевых и тыльных поверхностей смещены относительно друг друга, а в зоне угловых срезов СЭ коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием снабжены площадками и имеют термокомпенсационные изгибы как в последовательных, так и параллельных целях соединения СЭ.

Недостатком данной конструкции солнечной батареи является низкая удельная мощность, большая удельная масса и трудоемкость в изготовлении.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемой конструкции СБ, являются уменьшение удельной массы панелей, увеличение удельной мощности СБ за счет повышения коэффициента использования полезной площади и уменьшение трудоемкости изготовления СБ.

Достигается это тем, что в солнечной батарее, состоящей из каркаса в виде плоских панелей с равномерно расположенными ячейками и с установленными в них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных СЭ, прикрепленных к перфорированной пленочной подложке с помощью тыльных стеклянных пластин, перфорированная пленочная подложка имеет ленточные выступы, предназначенные для крепления модуля к каркасу солнечной батареи, расположенные равномерно по периметру модуля, и выполнена из армированной полиимидной пленки.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой СБ критерию "новизна", следующие: перфорированная пленочная подложка выполнена из армированной полиимидной пленки и снабжена ленточными выступами, равномерно расположенными по периметру модуля и предназначенными для крепления модуля к каркасу СБ.

Армированная полиимидная пленка, из которой изготовлена перфорированная пленочная подложка, имеет очень высокие прочностные характеристики и высокую стойкость к воздействию факторов космического пространства: радиации, ультрафиолету, низким температурам и термоциклам. Характеристики армированной полиимидной пленки позволяют также использовать ее в качестве несущей конструкции СБ без использования дополнительных поддерживающих структур, например, таких как сетеполотно, и позволяют исключить из конструкции дополнительные элементы крепления, что приводит к существенному уменьшению трудоемкости изготовления СБ и позволяет использовать прямоугольные СЭ без угловых срезов, что, в свою очередь, приводит к увеличению удельной мощности СБ.

Выполнение пленочной подложки с ленточными выступами, предназначенными для крепления модуля к каркасу СБ, обеспечивает возможность одновременного закрепления на каркасе всех модулей и значительное снижение доли ручного труда в технологии изготовления СБ.

Для доказательства соответствия предлагаемой конструкции СБ критерию "изобретательский уровень" была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении удельных характеристик СБ (увеличение мощности и уменьшение массы) и уменьшении трудоемкости ее изготовления, в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая конструкция СБ соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 и 2 схематично изображена конструкция СБ.

На фиг. 1 показана отдельная плоская панель, из которых состоит СБ. Панель содержит несущий каркас 1, состоящий из ячеек 2, в каждой из которых установлен модуль 3. Модуль 3 состоит из солнечных элементов (СЭ) 4, стеклянных пластин 5 и 6 и перфорированной пленочной подложки 7. СЭ 4 соединены между собой коммутационными шинами 8 с компенсационным изгибом. СЭ 4 закреплены в модуле 3 с помощью перфорированной пленочной подложки 7, расположенной между СЭ 4 и тыльной стеклянной пластиной 5. Крепление СЭ 4 осуществляется путем приклеивания тыльной стеклянной пластины 5 к тыльной стороне СЭ 4 через отверстия 9 в подложке 7.

На фиг.2 показан внешний вид модуля, готового для установки на каркас.

Крепление модуля к каркасу панели осуществляется путем приклейки ленточных выступов 10 подложки 7 к силовым элементам каркаса 1.

Пример конкретного выполнения предлагаемой СБ.

Предлагаемая СБ состоит из прямоугольных плоских панелей размером 1,8•1,5 м, каркасы 1 которых выполнены из углепластиковых труб диаметром 15 мм. Каждая панель разделена на 8 ячеек 2 размером 450•750 мм каждая. В каждую ячейку каркаса устанавливается модуль 3, содержащий 192 СЭ 4 размером 54,8•30,1 мм, соединенных последовательно с помощью серебряных шин 8 с термомеханическими компенсаторами. В качестве подложки используется армированная стеклотканью полиимидная пленка 7 толщиной 100 мкм, которая располагается между тыльной стороной СЭ 4 и тыльной стеклянной пластиной 5. Крепление СЭ 4 осуществляется путем приклеивания тыльной стеклянной пластины 5 к тыльной стороне СЭ 4 через отверстия 9 в подложке 7 с помощью эластичного кремний-органического каучука СКТНФ. На лицевую поверхность СЭ 4 наклеена стеклянная пластина 6. В ячейках 2 модули 3 закреплены путем приклейки ленточных выступов 10 подложки 7 к силовым элементам каркаса 1 клеем ВК-9.

Источники информации
1. "Проектирование, разработка солнечной батареи космической станции". РЖ 22Ф, 2Ф282, с.41, 1989г.

2. Патент на изобретение 2156522 "Солнечная батарея", ОАО "Сатурн".

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей (СБ), содержащих панели, каркасы которых выполнены из углепластиковых труб или других конструкционных материалов определенного профиля. Техническим результатом, достигаемым в предлагаемой конструкции СБ, является уменьшение удельной массы панелей, увеличение удельной мощности СБ за счет повышения коэффициента использования полезной площади и уменьшение трудоемкости изготовления СБ. Сущность: в СБ, состоящей из каркаса в виде плоских панелей с равномерно расположенными ячейками и с установленными в них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных солнечных элементов, прикрепленных к перфорированной пленочной подложке с помощью тыльных стеклянных пластин, перфорированная пленочная подложка выполнена из армированной полиимидной пленки, имеет ленточные выступы, предназначенные для крепления модуля к каркасу СБ и равномерно расположенные по периметру модуля. 2 ил.

Солнечная батарея, состоящая из каркаса в виде плоских панелей с равномерно расположенными ячейками и с установленными в них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных солнечных элементов, прикрепленных к перфорированной пленочной подложке с помощью тыльных стеклянных пластин, отличающаяся тем, что перфорированная пленочная подложка выполнена из армированной полиимидной пленки и имеет ленточные выступы, предназначенные для крепления модуля к каркасу солнечной батареи, расположенные равномерно по периметру модуля.