JP2003137199A - 太陽電池パネル及び太陽電池パネルを有する宇宙機 - Google Patents

太陽電池パネル及び太陽電池パネルを有する宇宙機

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JP2003137199A
JP2003137199A JP2001334648A JP2001334648A JP2003137199A JP 2003137199 A JP2003137199 A JP 2003137199A JP 2001334648 A JP2001334648 A JP 2001334648A JP 2001334648 A JP2001334648 A JP 2001334648A JP 2003137199 A JP2003137199 A JP 2003137199A
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solar cell
heat pipe
cell panel
skin
solar battery
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Kenji Nomiyama
賢治 野見山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 特別な熱移送手段や放熱手段を有しない太陽
電池パネルと形状では大差ない太陽電池パネルであっ
て、太陽光線が強く当たっている部分が高温になるのを
防止し、太陽光から電気エネルギーへのエネルギー転換
効率の低下を抑えることができる太陽電池パネルを提供
する。 【解決手段】 支持板13表面に複数の太陽電池セル1
を配列した太陽電池パネルにおいて、前記支持板13は
ハニカム構造体4を表側表皮5と裏側表皮とで挟んで形
成されており、前記裏側表皮を、ヒートパイプを有する
裏側表皮7とし、太陽パネルの太陽光線が強く当たって
いる部分から、日陰や、それほど太陽光線の照射密度が
高くない部分への熱移送能力を高くし、太陽光線が強く
当たっている部分の温度上昇を小さくして、太陽光から
電気エネルギーへのエネルギー転換効率の低下を抑える
ことができる太陽電池パネルであることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温環境下での使
用に耐え得る、ヒートパイプによる熱移送手段を有する
太陽電池パネル、及び、ヒートパイプによる熱移送手段
を有する太陽電池パネルを搭載した宇宙機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の太陽電池パネルの模式的断面図を
図3に示す。多数個の太陽電池セル1は、平面をなす支
持板(サブストレート)3の片側面に配列展開され、接
着剤等により貼り付けられている(以後、この太陽電池
セル1が貼り付けられている側を支持板3の「表側」と
し、その反対側を「裏側」とする)。支持板3は、通常
アルミ製のハニカム構造体4を表側表皮5と裏側表皮6
とで挟んだサンドイッチ構造をなし、上記表側表皮5及
び裏側表皮6はアルミあるいはCFRPなどを材料とす
る薄板である。太陽電池セル1と支持板3の間には必要
に応じてポリイミドフィルムなどを使用した絶縁膜2
や、図示していない導電性膜あるいは導電回路を有する
薄膜が配置されており、また、太陽電池セル1どうしを
接続する導電性連結金具や、太陽電池セル1と上記導電
回路を電気的に接続する導線類も太陽電池パネルに具備
されているが、この図3では省略されている。
【0003】上記従来構造の太陽電池パネルでは、太陽
電池セル1が貼り付けられている支持板3は、その構造
により、図の水平方向(太陽電池セルの展開面方向)に
は熱伝導率が小さく、太陽電池パネルへの日照が不均一
であった場合、太陽光線が強く当たっている部分から、
太陽光線の照射密度が低くて温度の低い部分、あるいは
陰になっていて温度の低い部分への熱移動はあまり望め
ず、太陽光線が強く当たっている部分は熱が蓄積し高温
となる。一方、太陽電池セルは温度が上昇するほど光エ
ネルギーから電気エネルギーへのエネルギー転換効率が
低下する。このため、特に日照部分と日陰部分との温度
差が激しくなる宇宙機に搭載される太陽電池パネルで
は、太陽電池パネルに特別なラジェータを付加したり、
太陽電池パネルの形状を階段状などの特殊な形状にする
など、日照の強い高温部分からの放熱をしやすくする工
夫が考案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強度上
の観点や、各々の宇宙機の用途に適した形状などから、
宇宙機の外周にコンパクトに太陽電池を展開しようとし
た場合には、上記のような、特殊なラジェータを付加し
た太陽電池パネルや、階段状などの特殊な形状の太陽電
池パネルでは不都合である。
【0005】本発明の課題は、上記不都合を解消するた
めに、特別な熱移送手段や放熱手段を有しない太陽電池
パネルと形状では大差ないにもかかわらず、太陽光線が
強く当たっている部分から、日陰や、それほど太陽光線
の照射密度が高くない部分への熱移送能力の高い太陽電
池パネル、即ち、太陽電池セルの展開面方向に熱移送能
力の高い太陽電池パネルを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1の発明では、支持板表面に複数の太陽電池
セルを配列した太陽電池パネルであって、前記支持板は
ハニカム構造体を表側表皮と裏側表皮とで挟んで形成さ
れており、前記表側表皮もしくは前記裏側表皮の少なく
とも一方の表皮が、ヒートパイプを有する薄板である太
陽電池パネルであることを特徴とする。
【0007】請求項2の発明では、複数の太陽電池パネ
ルが請求項1記載の太陽電池パネルであって、前記複数
の太陽電池パネルの内、少なくとも一対の隣接する太陽
電池パネルが、少なくとも1枚の前記ヒートパイプを有
する薄板を共有する太陽電池パネルであることを特徴と
する。
【0008】請求項3の発明では、請求項1もしくは2
記載の太陽電池パネルであって、前記ヒートパイプがウ
ィックを有するマイクロヒートパイプである太陽電池パ
ネルであることを特徴とする。
【0009】請求項4の発明では、請求項1もしくは2
記載の太陽電池パネルであって、前記ヒートパイプが蛇
行細管ヒートパイプである太陽電池パネルであることを
特徴とする。
【0010】請求項5の発明では、請求項1もしくは2
記載の太陽電池パネルであって、前記ヒートパイプが二
成分ヒートパイプである太陽電池パネルであることを特
徴とする。
【0011】請求項6の発明では、太陽電池パネルを有
する宇宙機であって、前記太陽電池パネルが、請求項1
ないし5のいずれかに記載の太陽電池パネルである宇宙
機であることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の太陽電池パネルの実施の
形態について、図1および図2により説明する。図1は
本発明の第一の実施の形態である太陽電池パネルの模式
的断面図である。図1に示す本発明の第一の実施の形態
である太陽電池パネルは、図3で示した従来の太陽電池
パネルの、アルミあるいはCFRPなどを材料とする薄
板である裏側表皮6を、ヒートパイプを有する裏側表皮
7に置き換えた太陽電池パネルである。
【0013】すなわち、多数個の太陽電池セル1は、平
面をなす支持板13の表側面に配列展開され、接着剤に
より貼り付けられている。支持板13は、アルミ製のハ
ニカム構造体4をアルミあるいはCFRPなどを材料と
した薄板である表側表皮5とヒートパイプを有する裏側
表皮7とで挟んだサンドイッチ構造をなしている。ま
た、太陽電池セル1と支持板13の間にはポリイミドフ
ィルム製の絶縁膜2と、図示されない導電回路を有する
薄膜が配置されており、また、隣接する太陽電池セル1
どおしは図示されない導電性連結金具で互いに接続され
ており、太陽電池セル1と上記図示されない導電回路
は、図示されない導線により電気的に接続されている。
【0014】上記第一の実施の形態である太陽電池パネ
ルを構成する、熱移送能力の優れたヒートパイプを有す
る裏側表皮7に適用されるヒートパイプの種類として
は、管径を細くして薄板内に形成することができ、重力
の作用を作動原理として必要としないヒートパイプであ
ればよい。すなわち、以下に記述する三種類のヒートパ
イプのうち、どのヒートパイプであっても構わない。
【0015】上記裏側表皮7に適用されるヒートパイプ
の種類として、まず第一に挙げられるのは、一般にマイ
クロヒートパイプと呼ばれる種類のもので、ヒートパイ
プ構造内に多孔性であるウィックを有し、作動流体の還
流に毛細管圧力を利用するヒートパイプである。
【0016】裏側表皮7に適用されるヒートパイプとし
てあげられる第二のヒートパイプとしては、蛇行細管ヒ
ートパイプがある。蛇行細管ヒートパイプには、蛇行細
管内の作動流体を、閉ループ細管内に封入した振動子に
より強制的に振動させるタイプと、蛇行細管が閉ループ
であるか、ループを形成していないかにかかわらず、細
管内作動流体の核沸騰によって生じる振動を利用するタ
イプとがあるが、そのどちらのタイプの蛇行細管ヒート
パイプであってもよい。
【0017】さらに、裏側表皮7に適用されるヒートパ
イプとしてあげられるヒートパイプに二成分ヒートパイ
プがある。これは、表面張力の異なる複数の液体を作動
流体として細管に封入し、マランゴニ効果を凝縮液の還
流に利用するヒートパイプである。
【0018】上記のウィックを有するマイクロヒートパ
イプ、蛇行細管ヒートパイプおよび二成分ヒートパイプ
のいずれのヒートパイプも、熱移送に重力の作用を不要
としており、無重力下で作動しなければならない宇宙機
搭載の太陽電池パネルへの適用が可能である利点や、地
上において使用する太陽電池パネルであっても、重力方
向を考慮しないで太陽電池パネルを設置できるという利
点がある。
【0019】なお、上記実施の形態では、ヒートパイプ
を有する表皮を、裏側表皮としたが、表側表皮をヒート
パイプを有する表皮としても、また、表側、裏側両面の
表皮ともヒートパイプを有する表皮としても構わない。
表側表皮をヒートパイプを有する表皮にすると、裏側表
皮にヒートパイプを有している上記第一の実施の形態の
太陽電池パネルに比べ、太陽電池セル1とヒートパイプ
を有する表皮との間に、ハニカム構造体4が介在しない
分だけ、太陽光線が強く当たっている部分の太陽電池セ
ル1から熱を移送するのには効率がよい。ただし、この
場合、太陽電池セル1どうしを接続する図示しない導電
性連結金具の取付けなどで、表側表皮に形成されている
ヒートパイプの管路を損傷しないような手立てが必要と
なる。
【0020】次に、本発明の太陽電池パネルの第二の実
施の形態について説明する。図2には、本発明の第二の
実施の形態である太陽電池パネルの主要部分について模
式的断面図を示している。この第二の実施の形態である
太陽電池パネルは、上記第一の実施の形態の太陽電池パ
ネル複数枚が、それぞれの太陽電池パネル8a、8b、
8c等を構成するヒートパイプを有する裏側表皮(図1
のヒートパイプを有する裏側表皮7に相当する)を共有
している太陽電池パネルである。すなわち、複数の太陽
電池パネル8a、8b、8c等(ヒートパイプを有する
裏側表皮27及び支持板23a以外の太陽電池セル、絶
縁膜等、それぞれの太陽電池パネルを構成する部材は、
図1に使用した符号に、それぞれa、b、cを加えた符
号で示す)に1枚の、ヒートパイプを有する裏側表皮2
7が備えられ、該ヒートパイプを有する裏側表皮27が
複数の太陽電池パネル8a、8b、8c等を接続してい
る形状の一連の太陽電池パネルである。
【0021】上記第二の実施の形態の太陽電池パネル
を、宇宙機の周囲を取り巻くように搭載された太陽電池
パネルに適用すると、宇宙機の日照部分にある太陽電池
パネルから、日陰や、それほど太陽光線の照射密度が高
くない位置にある太陽電池パネルへ効率よく熱移送が行
なわれ、太陽光線が強く当たっている太陽電池パネルの
温度上昇を小さくして、太陽光から電気エネルギーへの
エネルギー転換効率の低下を抑えることができる。
【0022】なお、この第二の実施の形態の太陽電池パ
ネルにおいても、上記第一の実施の形態の太陽電池パネ
ルと同様、共有されるヒートパイプを有する表皮は、裏
側表皮のみに限らず、表側表皮であってもよく、また、
表側、裏側両側の表皮であってもよいのは言うまでもな
い。
【0023】
【発明の効果】請求項1及び請求項3ないし5記載の発
明によれば、特別な熱移送手段や放熱手段を有しない太
陽電池パネルと形状では大差ない太陽電池パネルであり
ながら、支持板を構成する表側表皮もしくは裏側表皮の
少なくとも一方の表皮がヒートパイプを有する薄板であ
るので、太陽光線が強く当たっている部分から、日陰
や、それほど太陽光線の照射密度が高くない部分への熱
移送能力が高く、太陽光線が強く当たっている部分の温
度上昇を小さくして、太陽光から電気エネルギーへのエ
ネルギー転換効率の低下を抑えることができる。
【0024】請求項2及び請求項3ないし5記載の発明
によれば、複数の太陽電池パネルが1枚のヒートパイプ
を有する表皮を共有しているため、日照部分にある太陽
電池パネルから、日陰や、それほど太陽光線の照射密度
が高くない位置にある太陽電池パネルへ効率よく熱移送
が行なわれ、太陽光線が強く当たっている太陽電池パネ
ルの温度上昇を小さくして、太陽光から電気エネルギー
へのエネルギー転換効率の低下を抑えることができる。
【0025】請求項6記載の発明によれば、日照部分と
日陰部分との温度差が激しくなる宇宙機において、強度
上の観点や、各々の宇宙機の用途に適した形状などから
は望ましくない特殊なラジェータを付加した太陽電池パ
ネルや、階段状などの特殊な形状の太陽電池パネルでは
なく、特別な熱移送手段や放熱手段を有しない太陽電池
パネルと形状では大差ないが、表皮がヒートパイプを有
する薄板である太陽電池パネルを搭載することにより、
強度上の観点や宇宙機の用途に不都合なく、宇宙機搭載
の太陽電池パネルの日照部分において、太陽光から電気
エネルギーへのエネルギー転換効率の低下を抑えること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態である太陽電池パネ
ルの模式的断面図である。
【図2】本発明の第二の実施の形態である太陽電池パネ
ルの主要部分についての、模式的断面図である。
【図3】従来の太陽電池パネルの模式的断面図である。
【符号の説明】
1 太陽電池セル 1a、1b、1c 太陽電池セル 2 絶縁膜 2a、2b、2c 絶縁膜 3 支持板 4 ハニカム構造体 4a、4b、4c ハニカム構造体 5 表側表皮 5a、5b、5c 表側表皮 6 裏側表皮 7 ヒートパイプを有する裏側表皮 8a、8b、8c 太陽電池パネル 13 支持板 23a 支持板 27 ヒートパイプを有する裏側表皮

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持板表面に複数の太陽電池セルを配列し
    た太陽電池パネルであって、前記支持板はハニカム構造
    体を表側表皮と裏側表皮とで挟んで形成されており、前
    記表側表皮もしくは前記裏側表皮の少なくとも一方の表
    皮が、ヒートパイプを有する薄板であることを特徴とす
    る太陽電池パネル。
  2. 【請求項2】複数の太陽電池パネルが請求項1記載の太
    陽電池パネルであって、前記複数の太陽電池パネルの
    内、少なくとも一対の隣接する太陽電池パネルが、少な
    くとも1枚の前記ヒートパイプを有する薄板を共有する
    ことを特徴とする太陽電池パネル。
  3. 【請求項3】請求項1もしくは2記載の太陽電池パネル
    であって、前記ヒートパイプがウィックを有するマイク
    ロヒートパイプであることを特徴とする太陽電池パネ
    ル。
  4. 【請求項4】請求項1もしくは2記載の太陽電池パネル
    であって、前記ヒートパイプが蛇行細管ヒートパイプで
    あることを特徴とする太陽電池パネル。
  5. 【請求項5】請求項1もしくは2記載の太陽電池パネル
    であって、前記ヒートパイプが二成分ヒートパイプであ
    ることを特徴とする太陽電池パネル。
  6. 【請求項6】太陽電池パネルを有する宇宙機であって、
    前記太陽電池パネルが、請求項1ないし5のいずれかに
    記載の太陽電池パネルであることを特徴とする宇宙機。
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