СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ

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, содержащих плоские панели сотовой конструкции.

Известна солнечная батарея [1], предназначенная для обеспечения энергией космических аппаратов. Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, соединенных друг с другом гибкими межэлементными соединителями, и из сотовых панелей, поверхности которых образованы слоями углепластика, и изоляционного материала, между которыми расположен сотовый наполнитель из алюминиевой фольги.

Электрогенерирующая часть солнечной батареи, состоящая из солнечных элементов с защитными покрытиями, приклеивается к плоской поверхности панели с помощью эластичных герметиков, при этом клеящий состав наносится сплошным слоем.

Недостатками данной конструкции являются наличие клеящего состава в межэлементных промежутках, что приводит к повышенной деградации характеристик солнечной батареи в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации, и технологическая сложность обеспечения межэлементных зазоров при наклейке.

Наиболее близкой и принятой за прототип, является солнечная батарея [2] для космического аппарата "GLOBALSTAR", состоящая из 8 плоских панелей сотовой конструкции размером 800х1778 мм. Сотовый наполнитель выполнен из алюминиевой фольги и вклеен между двумя листами из углепластика. Для обеспечения электроизоляции на углепластик наклеена полиимидная пленка Kapton. Солнечные элементы приклеиваются к полиимидной пленке Kapton с помощью силиконового клея RTV-S691.

В электрогенерирующей части солнечной батареи используются кремниевые элементы размером 65,0х40,0 мм, толщиной 200 мкм. Межэлементная коммутация выполняется шинками из серебряной фольги толщиной 12,5 мкм. На лицевую поверхность солнечных элементов наклеены пластины из стекла марки СМХ толщиной 100 мкм.

Недостатком данной конструкции является технологическая сложность приклеивания соединенных друг с другом солнечных элементов с обеспечением требуемых межэлементных зазоров и без повреждения межэлементных соединителей с термомеханическими компенсаторами. Кроме того, в процессе приклеивания часть клея заполняет промежутки между солнечными элементами, что приводит к повышенной деградации характеристик солнечной батареи в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации.

Техническими результатами, достигаемыми в предлагаемой конструкции солнечной батареи, являются: повышенная надежность в эксплуатации, более простая сборка и более низкая деградация электрических характеристик в процессе эксплуатации.

Достигается это тем, что в солнечной батарее, расположенной на панели сотовой конструкции и состоящей из модулей, образованных солнечными элементами, последовательно или последовательно-параллельно соединенными с помощью плоских металлических шин с термомеханическими компенсаторами, а к лицевой поверхности каждого солнечного элемента приклеена защитная стеклянная пластина, на тыльную поверхность солнечной батареи или ее часть наклеивается перфорированная пленочная подложка, перекрывающая все промежутки между солнечными элементами и оставляющая открытой большую часть тыльной поверхности солнечных элементов.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой солнечной батареи критерию "новизна", следующие: наличие перфорированной пленочной подложки на тыльной стороне солнечных элементов; выполнение пленочной подложки с возможностью перекрытия ею промежутков между солнечными элементами, оставляя при этом максимально открытой большую часть тыльной поверхности солнечной батареи.

Наличие перфорированной пленочной подложки, расположенной вышеуказанным образом, обеспечивает отсутствие клеящего вещества в промежутках между солнечными элементами и другими элементами конструкции, что существенно уменьшает деградацию электрических характеристик солнечной батареи в процессе ее эксплуатации и исключает проведение очистки межэлементных промежутков, при которой велика возможность повреждения межэлементной коммутации.

Кроме того, расположение перфорированной пленочной подложки вышеуказанным образом обеспечивает сохранение геометрических размеров и межэлементных промежутков при наклейке на каркас панели, чем существенно упрощается технология сборки и необходимая оснастка.

И наконец, перфорированная пленочная подложка предлагаемой конструкции солнечной батареи обеспечивает дополнительную электрическую изоляцию солнечной батареи от электропроводных поверхностей каркаса панели, что особенно важно для сотовых панелей с углепластиковыми поверхностями.

Для доказательства соответствия предложенной солнечной батареи 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 солнечной батареи (увеличение мощности в конце срока эксплуатации за счет уменьшения ее деградации) и уменьшении трудоемкости ее изготовления, в литературных источниках не обнаружено.

Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая солнечная батарея соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже схематично расположен разрез конструкции солнечной батареи на углепластиковой сотовой панели. Несущая часть сотовой панели состоит из двух слоев углепластика 1, между которыми расположен сотовый наполнитель 2, выполненный из алюминиевой фольги. На углепластиковую поверхность, предназначенную для наклейки солнечных элементов, наклеена электроизоляционная пленка 3. Электрогенерирующая часть солнечной батареи (модули) состоит из солнечных элементов 4, соединенных друг с другом с помощью коммутационных элементов 5 с термокомпенсаторами. На лицевую поверхность каждого солнечного элемента 4 наклеена стеклянная пластина 6; с тыльной стороны к солнечным элементам приклеена перфорированная пленочная подложка 7. Модули солнечной батареи приклеены к сотовой панели клеящим составом 8.

Пример конкретного выполнения предлагаемой конструкции солнечной батареи.

Предлагаемая солнечная батарея состоит из четырех прямоугольных плоских сотовых панелей размером 2,12х2,025 м. В качестве электроизоляции 3 в панелях использована полиимидная пленка толщиной 40 мкм. На каждой панели устанавливается 18 модулей, в которых используются солнечные элементы 4 толщиной 200 мкм и размером 57,4х30,7 мм. Солнечные элементы 4 соединены в последовательные цепочки с помощью серебряных шинок 5 толщиной 30 мкм, приваренных к контактам солнечных элементов 4. Шинки 5 имеют s-образный термокомпенсационный изгиб. К лицевой поверхности каждого солнечного элемента 4 приклеено защитное стекло 6. Цепочки последовательно соединенных солнечных элементов 4 с наклеенными стеклянными пластинами 6 укладываются тыльной стороной вверх в приспособление с разделителями, обеспечивающими требуемые размеры модуля и межэлементные зазоры. К тыльной стороне солнечных элементов 4 в модуле клеем ВК-9 приклеивается перфорированная полиимидная пленка 7 толщиной 40 мкм, причем проклеивается периметр каждого солнечного элемента. После отвердения клея модуль извлекается из приспособления, проверяется и приклеивается к панели в заранее отведенное место с помощью клеящего состава 8, в качестве которого используется герметик УФ 7-21, который предварительно тонким слоем наносится на подготовленную поверхность панели.

Источники информации
1. Gunther la Roche. Solargeneratoren fur die Raumfahrt. Braunschweig, Wiesbaden Vieweg, Germany, 1997. ISBN 3-528-06945-7.

2. GLOBASTAR. Solar Generator Design And Layout For Low Earth Orbit Application in Consideration Of Commercial Aspects And Quantity Production. D-81663 Munich, Germany.