29.03.2019
219.016.efad

Солнечная батарея

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено преимущественно для космического применения. Технический результат изобретения: снижение массы, повышение механической стойкости в эксплуатации, повышение мощности, конструктивное и техническое упрощение при изготовлении и ремонте, снижение трудоемкости изготовления, формирование последовательных цепей СЭ, имеющих магнитный момент, близкий к нулю, обеспечение возможности изготовления солнечных элементов на основе GaAs/Ge/ с минимальными технологическими потерями. Сущность: солнечная батарея, содержащая каркас в виде плоской трубчатой рамы с регулярно расположенными ячейками и с установленными в ячейках модулями, состоящими из солнечных элементов, которые имеют с лицевой стороны оптически прозрачную защитную пластину, а с тыльной - защитную пластину. Солнечные элементы в составе модуля объединены в последовательные или параллельные цепи токопроводными шинами. На каркас с лицевой стороны натянуты струны. Защитные пластины, установленные с тыльной стороны, выполнены из радиационно-стойкого фольгированного материала в виде плат, в металлизирующем слое которых сформированы токопроводные площадки и дорожки. Каждый солнечный элемент имеет токовыводы, выполнение в виде шин, которые соединены с токопроводными площадками плат. Токопроводные шины, объединяющие солнечные элементы, соединяют токопрводные площадки плат смежных солнечных элементов, причем последовательно установленные солнечные элементы в модуле механически соединены между собой продольными упругими элементами, приклеенными к тыльным пластинам и установленными между собой на расстоянии, равном расстоянию между параллельными им струнами, а солнечные элементы, установленные в модуле в параллельных цепях, соединены между собой с возможностью образования минимальных зазоров плоскими упругими скрепками. Модуль же крепится к струнам нитями или проволокой. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено преимущественно для космического применения.

Известна солнечная батарея (а.с. СССР №1614717, опубл. в БИ №9, 2003 г.) на способ изготовления гибких модулей СБ, из описания которой 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 солнечных элементов (СЭ), последовательно соединенных с помощью металлических коммутационных шин. Изгибы-компенсаторы в шинах расположены в промежутках между СЭ. Один край цельной шины, расположенной 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 тыльные стороны каждого СЭ установлены защитные стеклянные пластины.

Основными недостатками конструкции этой СБ 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 поврежденного или некачественного 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.

Признаки, общие СБ по а.с. №1614717 и предлагаемой батареи, следующие:

- использование каркаса в виде рамы;

- использование оптически прозрачных (стеклянных) защитных пластин с лица СЭ.

Известна также СБ (патент №2234166, опубл. 10.08.04), принятая за прототип. В соответствии с описанием вышеуказанного изобретения СБ состоит из рамы с натянутой гибкой сетчатой мембраной (сетеполотном), на которой установлены гибкие модули СЭ, скоммутированных между собой с помощью металлических шин и покрытых с лицевой и тыльной сторон защитными стеклянными пластинами. Причем на тыльной стороне модуля на краях стеклянных пластин, покрывающих смежные, последовательно соединенные солнечные элементы, преимущественно Ga-As/Ge-системы, установлены платы из пленочного фольгированного диэлектрика с несколькими, по крайней мере двумя, отверстиями, расположенными над промежутками между СЭ, и через отверстия в платах пропущены свободные концы разнополярных шин от контактов смежных СЭ и эти концы шин скоммутированы с металлизированым слоем платы, а диэлектрический слой платы соединен со стеклянными пластинами.

Данная конструкция имеет следующие недостатки:

- повышенная масса, обусловленная использованием сетеполотна;

- повышенная масса, обусловленная тем, что для обеспечения прочности соединения платы с тыльными пластинами необходима значительная площадь их клеевого соединения;

- повышенная механическая уязвимость (хрупкость) тыльной стеклянной пластины;

- отсутствие дистанцирующих элементов между соседними цепями СЭ, что требует увеличенных зазоров и, как следствие, потери полезной площади и мощности; параллельные цепи токопроводными шинами.

- каждая цепь СЭ не является самокомпенсированной по магнитному моменту и требуются дополнительные схемные решения в составе всей СБ;

- в СБ отсутствуют элементы шунтирования для защиты от затенений и трещин СЭ.

Признаки прототипа, общие с признаками предлагаемой солнечной батареи, следующие:

- каркас в виде трубчатой плоской рамы с регуляро расположенными ячейками и с установленными на нем модулями;

- на каждый солнечный элемент наклеены с лицевой стороны оптически прозрачная пластина и с тыльной стороны защитная пластина;

- солнечные элементы в составе модуля объединены в последовательные и параллельные цепи токопроводными шинами.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой конструкции СБ, складывается из:

- снижения массы;

- повышения стойкости к механическим внешним воздействиям;

- повышения мощности;

- формирования последовательных цепей СЭ, имеющих магнитный момент, близкий к нулю;

- конструктивно и технологически простой организации цепи шунтирования;

- упрощения технологически простой организации сборки и ремонта СБ;

- возможности изготовления СБ с применением тонких СЭ на основе GaAs/Ge с минимальными технологическими потерями.

Достигается вышеуказанный технический результат тем, что в солнечной батарее, содержащей каркас в виде плоской трубчатой рамы с регулярно расположенными ячейками и с установленными в размер ячейки модулями, состоящими из солнечных элементов с наклеенными на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной и защитной пластиной с тыльной стороны, кроме того, солнечные элементы в составе модулей объединены в последовательные или параллельные цепи токопроводными шинами, на каркас с лицевой стороны натянуты струны из упругого материала, регулярно расположенные в соответствии с габаритами солнечных элементов, а защитные пластины, установленные с тыльной стороны, выполнены из радиационно-стойкого фольгированного материала в виде плат, в меллизирующем слое которых сформированы токопроводные площадки и дорожки, при этом каждый солнечный элемент имеет гальванически соединенные с ним токовыводы, выполненные в виде шин из токопроводного материала, которые гальванически соединены с токопроводными площадками плат. Кроме того, токопроводные шины, объединяющие солнечные элементы в составе модуля в последовательные или параллельные цепи, гальванически соединяют токопроводные площадки плат смежных солнечных элементов, причем последовательно установленные солнечные элементы в модуле механически соединены между собой продольными упругими элементами, приклеенными к тыльным пластинам и установленными между собой на расстоянии, равном расстоянию между параллельными им струнами, а солнечные элементы, установленные в модуле в параллельных цепях, соединены между собой с возможностью образования минимальных зазоров плоскими упругими скрепками, приклееными к тыльным пластинам смежных солнечных элементов, модуль же крепится к струнам нитями или проволокой путем привязки или примотки продольных упругих элементов к пересечению струн.

Кроме того, в предлагаемой СБ солнечные элементы могут быть выполнены с интегральными диодами, а на тыльных защитных пластинах (платах) дополнительно сформированы токопроводные площадки и дорожки, гальванически соединенные при помощи токопроводных токовыводов с интегральными диодами и при помощи токопроводных шин со смежными солнечными элементами, образуя шунтирующую цепь диодов, электрически параллельную цепи шунтирующих солнечных элементов.

Также в предлагаемой СБ продольные упругие элементы могут быть выполнены из упругих проводов, расположенных симметрично относительно соответствующей продольной цепи солнечных элементов, гальванически соединенных в электрическую цепь с концевыми солнечными элементами с одной стороны модуля, то есть с плюсом или минусом.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой СБ критерию "новизна", следующие:

- применение изоляционного радиационно-стойкого фольгированного материала в качестве тыльной защитной пластины;

- использование тыльной защитной пластины в качестве платы для обеспечения требуемой схемы коммутации СЭ в СБ;

- формирование на тыльных пластинах (платах) цепи шунтирования СЭ для защиты СБ от влияния затенений и повреждений СЭ;

- применение упругих скрепок и упругих элементов;

- изготовление упругих элементов из проводов с целью их использования для передачи генерируемого тока с одновременной компенсацией магнитного момента;

- соединение токовыводов СЭ с защитной тыльной пластиной (платой) и межэлементная коммутация отдельной шиной.

Вышеперечисленные признаки позволили обеспечить установку модулей на несущих струнах взамен сетеполотна и добиться нового весового качества, а также применить СЭ на основе GaAs/Ge, добившись нового качества по удельно-энергетическим параметрам.

Для обоснования соответствия предлагаемой конструкции СБ критерию "изобретательский уровень" был проведен анализ известных решений по литературным источникам. Отличительных признаков заявляемого решения в литературных источниках не обнаружено. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемая конструкция СБ соответствует критерию "изобретательский уровень".

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и техническим результатом следующая:

- снижение массы произошло за счет замены сетеполотна на несущие струны, совмещения функций тыльной защитной пластины и платы в одном элементе;

- повышение стойкости к механическим внешним воздействиям за счет замены хрупкой стеклянной пластины на тыле СЭ на нехрупкий фольгированный материал (например, текстолит), а также за счет организации шунтирующей цепи интегральных диодов;

- повышение мощности за счет уменьшения зазоров;

- минимизация магнитного момента за счет использования упругих элементов в качестве обратных проводов;

- простота организации цепи шунтирования за счет формирования на платах токопроводных площадок и дорожек, позволяющих конструктивно просто включить интегральные диоды СЭ в общую цепь шунтирования;

- упрощение технологии сборки и ремонта СБ за счет гальванического соединения токовыводов СЭ на собственную тыльную защитную пластину упростило технологию сборки СБ и ее ремонт, связанный с необходимостью замены поврежденных СЭ;

- возможность отдельного изготовления сборочной единицы в составе: СЭ с токоотводами и защитных пластин, позволяет использовать СЭ на основе GaAs/Ge, требующего по условиям сварки тонких токовыводов, при этом для обеспечения стойкости СБ к механическим нагрузкам на участке выведения на орбиту имеется возможность коммутацию смежных СЭ производить шинами с компенсационным изгибом требуемой для этого толщины.

Конструкция предлагаемой СБ изображена на фиг.1, 2, 3. Предлагаемая СБ состоит из рамного каркаса 1 в виде плоских панелей 2 с регулярно расположенными ячейками 3 с натянутыми регулярно в соответствии с габаритами примененных солнечных элементов 4 струнами 5 и с установленными в размер ячейки 3 модулями 6, состоящими из солнечных элементов 4 с интегральными диодами 7 с токовыводами 8 из тонкого токопроводящего материала, защищенных с лицевой стороны оптически прозрачными пластинами 9 в размер СЭ 4, а с тыльной стороны - пластинами из радиационно-стойкого фольгированного материала в виде плат 10, выполненных также в размер СЭ 4. На платах 10 из фольгирующего слоя сформированы токопроводящие площадки 11 и 19 и дорожки 12 и 13, обеспечивающие необходимую схему коммутации модулей в общую электрическую сеть СБ.

Токовыводы 8 СЭ 4 гальванически (сварка или пайка) соединены с соответствующими площадками 13 плат 10. Соединение СЭ 4 в электрическую последовательную или параллельную, или последовательно-параллельную цепь осуществимо при помощи токопроводных шин или проводов 14 с компенсационным зигом 15, гальванически соединенным с токопроводными площадками 13 смежных плат 10. Для взаимного позиционирования и обеспечения максимально возможных зазоров между СЭ 4 в соседних последовательных цепях между ними путем приклейки устанавливаются тонкие упругие скрепки 16. Для механической интеграции СЭ 4 в составе модуля 6 и для крепления модуля 6 к несущим струнам 5 каркаса 1 к платам 10 приклеиваются упругие элементы 17, за которые модули 6 при помощи нитей 18 или проволоки пришиваются к перекрестиям струн 5. Упругие элементы 17 могут быть выполнены из проводов, обладающих достаточной упругостью. В этом случае они могут быть использованы для передачи генерируемого тока по обратной цепи. Если оба провода расположены симметрично относительно солнечных элементов 4 в последовательной цепи, происходит практически полная компенсация магнитного момента соответствующей цепи.

На платах 10 могут быть сформированы токопроводные площадки 19 и дорожки 13 для обеспечения коммутации в цепь шунтирующих интегральных диодов 7, обладающих высокой стойкостью к механическим повреждениям при минимальных весовых потерях.

Пример конкретного выполнения СБ

Каркас 1 может быть выполнен в виде рамки из углепластиковых труб с натянутыми струнами 5 из аримидных нитей. Используются арсенид-галиевые СЭ 4 производства фирмы RWE Space Solar Power GmbH (Германия) типа GAGET2-ID2L с интегральными диодами 7. К ним приварены токовыводы 8 из шин толщиной 16 мкм. Лицевые защитные пластины 9 выполнены из стекла К-208, а тыльные пластины - из фольгированного материала МИ 1222.8-1-35-02, 1 кл. ТУ 2296-005-00213060-96, из того же материала выполнены скрепки 16. Продольные упругие элементы выполнены из проводов в полиимидной изоляции МС26-15. Пришивка модуля 6 к струнам 5 выполнена аримидными нитями 18.

1.Солнечнаябатарея,содержащаякаркасввидеплоскойтрубчатойрамысрегулярнорасположеннымиячейкамиисустановленнымивразмерячейкимодулями,состоящимиизсолнечныхэлементовснаклеенныминакаждыйизнихслицевойстороныоптическипрозрачнойзащитнойпластинойизащитнойпластинойстыльнойстороны,причемсолнечныеэлементывсоставемодуляобъединенывпоследовательныеилипараллельныецепитокопроводнымишинами,отличающаясятем,чтонакаркасслицевойсторонынатянутыструныизупругогоматериала,регулярнорасположенныевсоответствиисгабаритамисолнечныхэлементов,азащитныепластины,установленныестыльнойстороны,выполненыизрадиационно-стойкогофольгированногоматериалаввидеплат,вметаллизирующемслоекоторыхсформированытокопроводныеплощадкиидорожки,приэтомкаждыйсолнечныйэлементимеетгальваническисоединенныеснимтоковыводы,выполненныеввидешинизтокопроводногоматериала,которыегальваническисоединеныстокопроводнымиплощадкамиплат,крометого,токопроводныешины,объединяющиесолнечныеэлементывсоставемодулявпоследовательныеилипараллельныецепи,гальваническисоединяюттокопроводныеплощадкиплатсмежныхсолнечныхэлементов,причемпоследовательноустановленныесолнечныеэлементывмодулемеханическисоединенымеждусобойпродольнымиупругимиэлементами,приклееннымиктыльнымпластинамиустановленнымимеждусобойнарасстоянии,равномрасстояниюмеждупараллельнымиимструнами,асолнечныеэлементы,установленныевмодулевпараллельныхцепях,соединенымеждусобойсвозможностьюобразованияминимальныхзазоровплоскимиупругимискрепками,приклееннымиктыльнымпластинамсмежныхсолнечныхэлементов,модульжекрепитсякструнамнитямиилипроволокойпутемпривязкиилипримоткипродольныхупругихэлементовкпересечениюструн.12.Солнечнаябатареяпоп.1,отличающаясятем,чтосолнечныеэлементывыполненысинтегральнымидиодами,анатыльныхзащитныхпластинах(платах)дополнительносформированытокопроводныеплощадкиидорожки,гальваническисоединенныеприпомощитокопроводныхтоковыводовсинтегральнымидиодамииприпомощитокопроводныхшинсосмежнымисолнечнымиэлементами,образуяшунтирующуюцепьдиодов,электрическипараллельнуюцепишунтирующихсолнечныхэлементов.23.Солнечнаябатареяпоп.1,отличающаясятем,чтопродольныеупругиеэлементывыполненыизупругихпроводов,расположенныхсимметричноотносительносоответствующейпродольнойцеписолнечныхэлементов,гальваническисоединенныхвэлектрическуюцепьсконцевымисолнечнымиэлементамисоднойсторонымодуля,тоестьсплюсомилисминусом.3
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 18
Всего документов: 5

Похожие РИД в системе

Защитите авторские права с едрид