ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ Российский патент 2008 года по МПК H01L31/42 

Изобретение относится к устройствам, генерирующим электроэнергию путем прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых фотопреобразователей (ФП), и используемым преимущественно в космической технике в качестве первичных источников электрического тока.

Известна солнечная батарея (СБ) по патенту РФ №2156522, кл. H01L 31/042, опубл. 20.09.2000 г., БИ №26. СБ состоит из плоских панелей, выполненных в виде каркаса с натянутым на него сетеполотном, разделенного на ячейки. В ячейках установлены модули, состоящие из ФП, соединенных коммутационными молибденовыми шинами, защитных стеклянных пластин на лицевой и тыльной сторонах ФП, пленочной подложки, установленной между тыльной стороной ФП и стеклянной пластиной и приклеенной к ФП через перфорацию в ней. Пленочная подложка пришита к сетеполотну через силовые неметаллические элементы крепления, которые расположены в местах схождения ФП в зоне угловых срезов на них. Коммутационные молибденовые шины проходят по всей длине ФП на их лицевой и тыльной сторонах, при этом точки крепления шин пайкой (сваркой) взаимно смещены на лицевой и тыльной сторонах ФП. Молибденовые шины в зонах угловых срезов на ФП имеют площадки и термокомпенсационные изгибы в цепях коммутации ФП.

Описанная конструкция имеет ряд недостатков:

- угловые срезы на ФП, необходимые для размещения элементов крепления пленочной подложки к сетеполотну, а также площадок шин и термокомпенсационных изгибов в них, приводят к уменьшению фотоактивной поверхности ФП и соответственно к снижению мощности СБ (в том числе удельной мощности - Вт/м²);

- наличие в конструкции СБ двух подложек, основной - из сетеполотна (воспринимающей перегрузки) и пленочной, создает избыточную массу СБ и увеличивает ее удельную массу - кг/м².

Известна также панель СБ (прототип) по патенту РФ №2220477, кл. H01L 31/042, опубл. 27.12.2003 г, БИ №36. Панель СБ состоит из рамы, сетеполотна для размещения и крепления ФП. Сетеполотно в упруго натянутом состоянии закреплено на раме и выполнено из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях. Поверх струн, в узлах их пересечения прикреплена подложка с наклеенными на нее ФП, причем шаг расположения струн в каждом из направлений не меньше фактических размеров ФП. Подложка прикреплена к струнам через перфорационные отверстия с помощью застежек из двух частей, входящих одна в другую, обеспечивающих контакт струн и подложки, например, так, что одна из частей застежки выполнена в виде шайбы, а другая, входящая внутрь отверстия шайбы, выполнена в виде кнопки, имеющей в ножке ортогонально пересекающиеся прорези, равные ширине струны, в которых располагаются струны. Струны облегают стержни периметра рамы поверх бобышек, прилегающих к стержням рамы и приподнимающих уровень сетеполотна над рамой для увеличения зоны установки ФП на панели.

В этой конструкции панели СБ за счет приподнятия уровня струн над рамой увеличена зона размещения ФП и создается возможность увеличения мощности СБ. Но установка струн и застежек в промежутках между ФП приводит к уменьшению размеров ФП, отчего нейтрализуется не только преимущество увеличения зоны размещения ФП, но и уменьшается мощность СБ.

Для установки и монтажа застежек необходимо точное совмещение центров перфорации с перекрестиями струн, а также точное расположение перфорации относительно краев ФП. Эти требования приводят к усложнению технологии изготовления панели СБ.

Техническим результатом, достигнутым в предлагаемой конструкции панели СБ, является:

- увеличение мощности панели СБ (также удельной мощности - Вт/м²), пропорциональное увеличению площади ФП;

- упрощение технологии изготовления панели СБ, обусловленное возможностью независимого расположения струн и застежек относительно краев ФП, а также подложки.

Технический результат реализуется в конструкции панели СБ, содержащей раму, сетеполотно для размещения и крепления ФП, выполненное из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях и закрепленных в упруго натянутом состоянии на раме, ФП и подложку в виде модулей, установленных поверх струн и прикрепленные к струнам в узлах пересечения их с помощью застежек.

Отличительные признаки, соответствующие критерию «новизна», следующие: размер шага расположения струн обеспечивает расположение узлов пересечения струн под ФП и застежка (держатель) выполнена в виде цельного диска с углублениями для струн на стороне, прилегающей к тыльной стороне модулей, при этом застежки (держатели) соединены (склеены) со струнами по поверхности углублений, а с тыльной стороной модулей - по плоским поверхностям между углублениями.

В качестве примера использования изобретения предложена конструкция панели СБ, показанная на фиг.1-4.

На фиг.1 изображен фрагмент панели СБ, в состав ее входят рама (1), сетеполотно (2), модули (3), застежки-держатели (4).

Рама (1) содержит трубчатые стержни (5), соединительные фитинги (6), в совокупности образующие несущую конструкцию, воспринимающую натяжение струн (8, 9) и инерционные нагрузки на этапе полета ракеты-носителя. Бобышки (7) на стержнях (5) обеспечивают приподнятие уровня струн (8, 9) над рамой (1) для расширения зоны установки модулей (3). Сетеполотно (2), являющееся опорной поверхностью для модулей (3), состоит из продольных (8) и поперечных (9) струн, склеенных в растянутом состоянии с бобышками (7) и трубчатыми стержнями (5). Размер шага между струнами зависит от размеров L, В (фиг.1) модулей (3) и принимается из условия наличия не менее 3^х, 4^х узлов пересечения струн под отдельным ФП, например, с размерами 80х80 мм, или под блоком из нескольких ФП с общей защитой стеклянной пластиной, например, с размерами 76,2×50,4 мм.

Конструктивное исполнение модуля (3) показано на фиг.4 и включает ФП (10) прямоугольной формы без скосов (срезов) в углах, защитные стеклянные пластины (12, 13) на лицевой и тыльной сторонах ФП, подложку (11), устанавливаемую в местах гибких участков шин. Для клеевого соединения ФП (10), пластин (12, 13), положки (11) между собой применяется светопрозрачный адгезив (14), например, на основе состава СКТНФ. В составе модуля (3) имеется также электрическая коммутация между ФП, не показанная на фиг.4.

Исполнение крепления модулей (3) к сетеполотну (2) показано на фиг.2 и 3. Застежка-держатель (4) выполнена в виде цельного диска, например, прессованием из полимера АГ-4. На стороне держателя (4), прилегающей к тыльной стороне модуля (3), выполнены углубления (15, 16). Расположение углублений по направлению и по высоте идентично струнам (8, 9) в узле их пересечения.

Клеевые соединения (17) держателей (4), например, термопластичным герметиком типа RTV, выполняются со струнами (8, 9) по поверхностям углублений (15, 16), а с тыльной стороной модулей (3) по поверхностям секторов (18). Полимеризация герметика происходит в температурном диапазоне условий цеха.

Расположение узлов пересечения струн под ФП, а застежек (держателей) на тыльной стороне модулей позволяет:

- минимизировать величину промежутков между ФП и увеличить фотоактивную поверхность ФП, при этом пропорциональное увеличение удельной мощности СБ составит примерно 2%;

- снизить трудоемкость и упростить технологию изготовления панели СБ за счет исключения перфорации в подложке и соответственно требования совмещения центров ее и узлов пересечения струн, актуальное для крупногабаритных панелей (например, 2×3 м).

На опытном образце панели СБ проведен комплекс механических и термовакуумных испытаний. Результаты испытаний подтверждают требуемый ресурс работоспособности и возможности ремонта.

Изобретение может быть использовано в системах электропитания космических аппаратов (КА). Панель солнечной батареи (СБ) состоит из рамы, сетеполотна для размещения и крепления фотопреобразователей (ФП), ФП и подложки в виде модулей. Сетеполотно выполнено из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях и закрепленных в упруго натянутом состоянии на раме. Модули установлены поверх струн и прикреплены к струнам в узлах пересечения их с помощью застежек. Размер шага расположения струн обеспечивает расположение узлов пересечения струн под ФП, застежка (держатель) выполнена в виде цельного диска. На диске выполнены углубления для струн на стороне, прилегающей к тыльной стороне модулей. Застежки (держатели) соединены (склеены) со струнами по поверхностям углублений, а с тыльной стороной модулей - по плоским поверхностям между углублениями. Технический результат: изобретение обеспечивает повышение удельной мощности СБ за счет минимизации промежутков между ФП и увеличения фотоактивной поверхности ФП, снижение трудоемкости и упрощение технологии изготовления панели СБ. 4 ил.

Панель солнечной батареи, содержащая раму, сетеполотно для размещения и крепления фотопреобразователей, выполненное из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях и закрепленных в упруго натянутом состоянии на раме, фотопреобразователи и подложку в виде модулей, установленных поверх струн и прикрепленных к струнам в узлах пересечения их с помощью застежек, отличающаяся тем, что размер шага расположения струн обеспечивает расположение узлов пересечения струн под фотопреобразователями и застежка (держатель) выполнена в виде цельного диска с углублениями для струн на стороне, прилегающей к тыльной стороне модулей, при этом застежки (держатели) соединены (склеены) со струнами по поверхностям углублений, а с тыльной стороной модулей по плоским поверхностям между углублениями.