Гибкий модуль солнечной батареи

 

Изобретение относится к устройствам, генерирующим электроэнергию путем прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) с используемым преимущественно в системах электропитания космических аппаратов (КА). Сущность: гибкий модуль солнечной батареи, размещаемый на несущей (опорной) поверхности в виде гибкой сетчатой мембраны, закрепленной на раме, состоит из СЭ, скоммутированных между собой с помощью металлических шин и покрытых с лицевой и тыльной сторон защитными стеклянными пластинами. На тыльной стороне модуля на краях стеклянных пластин, покрывающих смежные, последовательно-соединенные СЭ, установлены платы, например, из пленочного фольгированного диэлектрика. В платах имеются несколько отверстий, по крайней мере два, которые расположены над промежутками между смежными СЭ. Через отверстия пропущены свободные концы разнополярных шин от контактов смежных СЭ и эти концы шин скоммутированы с металлизированным слоем платы. Диэлектрический слой платы соединен со стеклянными пластинами. Достигаемый технический результат - упрощение технологии изготовления гибкого модуля и повышение ремонтопригодности. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, генерирующим электроэнергию путем прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) и используемым преимущественно в космической технике в качестве первичных источников электрического тока различных типов космических аппаратов (КА).

Известна СБ по авторскому свидетельству СССР №688054 на способ изготовления СБ (М. кл.² H 01 L 31/18, опубликовано в бюллетене изобретений №9 за 2003 г.)

В соответствии с описанием этого изобретения СБ содержит солнечные элементы (СЭ), соединенные между собой монтажными проводами и собранные в модули посредством приклейки их к технологической подложке из стеклоткани. В качестве клея используется искусственный каучук СКТНФ. С помощью этого же клея на СЭ установлены радиационно-защитные стеклянные пластины. После проверки параметров модуля осуществляется крепление его к несущей поверхности каркаса СБ любым известным способом, например пришивкой подложки в промежутках между СЭ к несущей поверхности.

Основным недостатком этого исполнения СБ является низкая ремонтопригодность ее, обусловленная сложной технологией операций как по демонтажу из клеевого слоя поврежденного или некачественного СЭ и коммутации его, так и при вклейке нового СЭ, а также восстановлении коммутации в составе модуля.

Известна также СБ по а.с. СССР №1614717 на способ изготовления гибких модулей СБ (кл. H 01 L 31/18, опубликовано в бюллетене изобретений №9 за 2003 г.), принятая за прототип. Из описания и приведенных рисунков в а. с. следует, что гибкие модули предназначены для использования в СБ, выполненных в модульном варианте, с несущей (опорной) поверхностью в виде гибкой сетчатой мембраны, закрепленной на раме СБ. Модуль состоит из СЭ последовательно соединенных с помощью металлических коммутационных шин. Изгибы-компенсаторы в шинах расположены в промежутках между СЭ. Один край цельной шины, между двумя смежными СЭ, соединен с лицевым контактом СЭ, а другой край этой же шины - с тыльным контактом другого СЭ. Проволочные шины выполняют параллельное соединение шин. На лицевую и тыльную стороны каждого СЭ установлены защитные стеклянные пластины.

Основными недостатками конструкции этого гибкого модуля являются:

- сложная технология сборки модуля, обусловленная прежде всего проблемой позиционирования стеклянных пластин относительно краев скоммутированных СЭ и необходимостью создания сложных приспособлений в виде многоместных кассет;

- низкая ремонтопригодность, особенно при замене поврежденного или некачественного СЭ после приклейки стеклянных пластин;

- удаление такого СЭ из состава модуля связано со сложным, исключительно ручным, процессом как демонтажа стеклянных пластин и коммутации на смежных СЭ, так и последующей заменой их на новые пластины и восстановление коммутации.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемой конструкции модуля, является упрощение технологического процесса изготовления модуля и повышение ремонтопригодности его на всех стадиях сборки и наземной эксплуатации.

Обеспечивается этот результат за счет отличительных признаков гибкого модуля СБ, размещаемого на несущей (опорной) поверхности в виде гибкой сетчатой мембраны, закрепленной на раме. Модуль состоит из СЭ, скоммутированных между собой с помощью металлических шин и покрытых с лицевой и тыльной сторон защитными стеклянными пластинами. На тыльной стороне модуля, на краях стеклянных пластин, покрывающих смежные, последовательно-соединенные СЭ, преимущественно Ga-As/Ge-системы, установлены платы, например, из пленочного фольгированного диэлектрика, с несколькими, по крайней мере двумя, отверстиями, расположенными над промежутками между СЭ. Через эти отверстия пропущены свободные концы разнополярных шин от контактов смежных СЭ и эти концы шин скоммутированы с металлизированным слоем платы, а диэлектрический слой платы соединен со стеклянными пластинами.

Применение плат позволяет заменить общую для двух смежных СЭ коммутационную шину на индивидуальные шины для каждого СЭ, например по две шины от “+” и “-” контактов СЭ. В этом случае такие операции как присоединение щин к контактам СЭ, приклейка стеклянных пластин, контрольные проверки выполняются в составе отдельных СЭ, что значительно упрощает технологию сборки модуля, а также ремонта (замены) некачественных СЭ.

Исчезает, как таковая, проблема замены некачественных СЭ на этапах изготовления и наземной эксплуатации модуля и СБ, так как извлечение некачественного СЭ может легко выполняться путем отсоединения (например, отпайки) концов шин от металлизированного слоя платы и свободного удаления СЭ. Последующая установка нового СЭ взамен удаленного также легко выполнима без воздействия на смежные СЭ.

Перечисленные преимущества модуля, по сравнению с прототипом, чрезвычайно актуальны для СЭ Ga-As/Ge-системы, которые наряду с повышенным к.п.д. преобразования имеют очень высокую стоимость.

Для обоснования соответствия предлагаемой конструкции гибкого модуля критерию “изобретательский уровень” был проведен анализ известных решений по литературным источникам. Отличительных признаков заявляемого решения в литературных источниках не обнаружено.

По мнению авторов, предлагаемая конструкция гибкого модуля СБ соответствует критерию “изобретательский уровень”.

На фиг.1-4 показано конструктивное исполнение модуля.

На фиг.1 изображен вид с тыльной стороны на гибкие модули (1), расположенные на несущей поверхности в виде гибкой сетчатой мембраны (2), которая крепится к раме (3) СБ. Платы (4) установлены над каждым промежутком между смежными, последовательно соединенными СЭ (5).

Конструктивное исполнение последовательной коммутации СЭ (5) показано на фиг.2. Присоединение шин (6, 7) к контактам “+” и “-” на лицевой и тыльной сторонах СЭ выполнено точечной односторонней микросваркой (8), а для приклейки защитных стеклянных пластин (9) к обеим сторонам СЭ применен прозрачный клеящий состав СКТНФ (10) на основе искусственного каучука.

Последующей контрольной проверкой выявляются дефекты в СЭ и определяется годность их к последовательной коммутации. При последовательной коммутации СЭ свободные концы разнополярных шин (6,7) пропускаются через отверстия (12) прямоугольной формы (фиг.4), изгибаются в разные стороны до соприкосновения с платой (4) и с помощью пайки соединяются с металлизированным слоем (4 а) платы. Крепление самой платы (4) к краям стеклянных пластин (9) производится с помощью клеевой прокладки (11), например, на основе клея постоянной липкости, обеспечивающее эластичное соединение разных материалов - стекла и пластмассы (фиг.3). Для обеспечения требуемого ресурса изгибных деформаций участка платы (4) в промежутке между смежными СЭ зона установки клеевой прокладки (11) расположена между отверстиями (12), т.е. вне зон припайки шин (6, 7).

Генерирование электрического тока модулем осуществляется при ориентации его лицевой, фотоактивной поверхности на Солнце. При этом установка плат и расположение коммутации плат с шинами на тыльной стороне модуля не оказывает влияния на электрические параметры СЭ.

Работоспособность гибких модулей подтверждена на опытных образцах, которые подвергались испытаниям в условиях воздействия на них механических нагрузок (ударных, вибрационных и др.) и факторов космического пространства (вакуум, периодические изменения температуры и др.).

Формула изобретения

Гибкий модуль солнечной батареи, размещаемый на несущей (опорной) поверхности в виде гибкой сетчатой мембраны, закрепленной на раме, состоящей из солнечных элементов, скоммутированных между собой с помощью металлических шин и покрытых с лицевой и тыльной сторон защитными стеклянными пластинами, отличающийся тем, что на тыльной стороне модуля на краях стеклянных пластин, покрывающих смежные, последовательно-соединенные солнечные элементы, преимущественно Ga-As/Ge - системы, установлены платы, например, из пленочного фольгированного диэлектрика, с несколькими, по крайней мере двумя, отверстиями, расположенными над промежутками между солнечными элементами, и через отверстия в платах пропущены свободные концы разнополярных шин от контактов смежных солнечных элементов и эти концы шин скоммутированы с металлизированным слоем платы, а диэлектрический слой платы соединен со стеклянными пластинами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4