RU2242824C1 - Solar battery - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; spacecraft solar batteries designed to convert sun rays into electrical energy.

SUBSTANCE: proposed solar battery has tubular frame in the form of flat panels with regular compartments accommodating modules of same size as compartments; each module has solar cells interconnected in electric circuit by means of metal buses and shielded on face ends with transparent plates. Solar battery also has perforated film substrate. Rear ends of each pair of cells are glued together and perforated film substrate is pasted in-between; modules are secured to strings stretched on tubular frame at pitch which is a multiple of solar cell size.

EFFECT: enhanced mean capacity of solar battery without enlarging surface area of flat panels on non-oriented spacecraft.

1 cl 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройствам для генерирования энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей (СБ) космического применения.The invention relates to electrical engineering, in particular, to devices for generating energy by converting the energy of light radiation into electrical energy, and is intended for use in the construction of solar panels (SB) space applications.

Известна СБ [1], содержащая плоские панели с установленными на них модулями, состоящими из последовательно - параллельно соединенных с помощью коммутационных молибденовых шин с многослойным металлическим покрытием фотопреобразователей, прикрепленных к пленочной подложке и снабженных защитными стеклянными пластинами, причем каждая плоская панель выполнена в виде каркаса с натянутым на него сетеполотном, состоящего из ячеек, в каждой их которых установлен модуль, пленочная подложка которого расположена между тыльной стороной фотопреобразователя и тыльной защитной стеклянной пластиной, приклеенной к тыльной стороне фотопреобразователя через перфорацию в пленочной подложке, которая, в свою очередь, пришита к сетеполотну через силовые неметаллические элементы крепления, установленные в местах схождения фотопреобразователей, имеющих прямоугольную форму с четырьмя угловыми срезами, кроме того, коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием проходят по всей длине фотопреобразователя с лицевой и тыльной сторон и закреплены пайкой или сваркой в отдельных точках, причем точки пайки или сварки лицевых и тыльных поверхностей смещены относительно друг друга, а в зоне угловых срезов фотопреобразователей коммутационные молибденовые шинки с многослойным металлическим покрытием снабжены площадками и имеют термокомпенсационные изгибы как в последовательных, так и в параллельных цепях соединения фотопреобразователей.Known SB [1], containing flat panels with modules installed on them, consisting of photoconverters connected in series with molybdenum busbars with a multilayer metal coating attached to the film substrate and provided with protective glass plates in series, parallel to each other, and each flat panel is made in the form of a frame with a net hollow stretched over it, consisting of cells, in each of which a module is installed, the film substrate of which is located between the back of the photoconverter the developer and the back protective glass plate glued to the back of the photoconverter through perforation in the film substrate, which, in turn, is sewn to the net sheet through non-metallic power fasteners installed at the convergence points of the photoconverters having a rectangular shape with four angular sections, in addition, multi-layer metal coated molybdenum busbars run along the entire length of the photoconverter on the front and back sides and are fixed by soldering or welding at individual points, the soldering or welding points of the front and back surfaces are offset relative to each other, and in the area of the angular sections of the photoconverters, the molybdenum commutated busbars with a multilayer metal coating are equipped with platforms and have thermal compensation bends in both serial and parallel photoconverter connection chains.

Недостатком данной конструкции является невозможность выработки электроэнергии при ориентации к Солнцу тыльной стороной панелей.The disadvantage of this design is the inability to generate electricity when oriented to the Sun with the back of the panels.

Известна солнечная батарея [2], принятая за прототип и состоящая из каркаса в виде плоских панелей с равномерно расположенными ячейками и с установленными в них модулями, состоящими из последовательно-параллельно соединенных солнечных элементов, прикрепленных к перфорированной пленочной подложке с помощью тыльных стеклянных пластин, причем перфорированная пленочная подложка выполнена из армированной полиимидной пленки и имеет ленточные выступы, предназначенные для крепления модуля к каркасу солнечной батареи, расположенные равномерно по периметру модуля.A known solar battery [2], adopted as a prototype and consisting of a frame in the form of flat panels with evenly spaced cells and with modules installed in them, consisting of series-parallel connected solar cells attached to a perforated film substrate using rear glass plates, the perforated film substrate is made of a reinforced polyimide film and has tape protrusions designed to fasten the module to the frame of the solar battery, equally spaced but on the module perimeter.

Недостатком конструкции прототипа являются невысокие средние значения мощности солнечной батареи при ее использовании на не ориентируемых космических аппаратах (КА), обусловленные невозможностью выработки электроэнергии при ориентации СБ тыльной стороной к Солнцу.The disadvantage of the prototype design is the low average values of the power of the solar battery when it is used on non-orientable spacecraft (SC), due to the inability to generate electricity when the SB is oriented with the back to the Sun.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой конструкции СБ, заключается в увеличении средних значений мощности СБ без наращивания площади плоских панелей на не ориентируемых КА, за счет способности эксплуатации СБ при освещении ее двух противоположных сторон.The technical result achieved in the proposed design of the SB consists in increasing the average power of the SB without increasing the area of flat panels on non-orientable spacecraft, due to the ability to operate the SB when illuminating its two opposite sides.

Достигается вышеуказанный технический результат тем, что в солнечной батарее, состоящей из трубчатого каркаса в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками и с установленными в них модулями в размер ячейки, каждый из которых состоит из солнечных элементов, соединенных между собой в электрическую цепь металлическими шинами и защищенные с лицевых сторон прозрачными пластинами, а, кроме того, содержащей пленочную перфорированную подложку, солнечные элементы склеены попарно между собой тыльными сторонами, а перфорированная пленочная подложка вклеена между ними, при этом крепление модулей осуществляется к натянутым на трубчатый каркас струнам с шагом, кратным размерам солнечных элементов.The above technical result is achieved in that in a solar battery consisting of a tubular frame in the form of flat panels with regularly arranged cells and with modules installed in them in the size of the cell, each of which consists of solar cells interconnected into an electric circuit by metal buses and protected from the front by transparent plates, and, in addition, containing a film perforated substrate, the solar cells are glued in pairs between themselves with the back sides, and the perforated the ribbon substrate is glued between them, while the modules are fastened to strings stretched over the tubular frame with a pitch that is a multiple of the sizes of the solar cells.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой СБ критерию “новизна” следующие: попарно склеенные и обращенные друг к другу тыльными сторонами солнечные элементы в модуле с вклеенной между ними пленочной перфорированной подложкой; крепление модулей к трубчатому каркасу, осуществляемое посредством натянутых на каркас струн, расположенных с шагом, кратным размерам солнечных элементов.Distinctive features that determine whether the proposed Security Council meets the “novelty” criterion are as follows: solar cells in pairs glued and facing each other with the backs in a module with a perforated film substrate glued between them; fastening modules to the tubular frame, carried out by means of strings stretched over the frame, arranged in increments of multiple sizes of solar cells.

Возможность связать солнечные элементы в модуле без затенения их лицевых поверхностей с обеих сторон плоских панелей и, следовательно, без потерь мощности, а также обеспечить функционирование СБ при освещенности с двух любых сторон панелей для не ориентируемых КА, дает прирост средних значений мощности в пересчете на ту же площадь СБ.The ability to bind solar cells in the module without shading their front surfaces on both sides of the flat panels and, therefore, without loss of power, as well as ensuring the functioning of the SB in illumination from two sides of the panels for non-oriented spacecraft, gives an increase in average power values in terms of that the same area of the SB.

Крепление модулей к трубчатому каркасу к натянутым на него струнам, расположенным с шагом, кратным размерам солнечных элементов позволяет обеспечить установку модулей на панели с минимальными потерями мощности от затенении солнечных элементов в широком диапазоне углов падения света на СБ с любой стороны панелей.Fastening the modules to the tubular frame to the strings stretched over it, arranged in increments of multiple sizes of the solar cells, allows for the installation of the modules on the panel with minimal power loss from the shading of the solar cells in a wide range of light incidence angles on the SB from either side of the panels.

Для доказательства соответствия предлагаемой СБ критерию “изобретательский уровень” была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков в совокупности с известными признаками, дающих технический результат, заключающийся в увеличении средних значений мощности СБ на не ориентируемых КА без наращивания площадей плоских панелей, за счет возможности работы СБ при освещении с двух противоположных сторон, в литературных источниках не обнаружено.To prove the compliance of the proposed SB with the criterion of “inventive step”, the entire set of features and separately distinctive features were analyzed. It has been established that the use of the above distinguishing features in combination with the known features that give a technical result, consisting in increasing the average power of SB on non-oriented spacecraft without increasing the area of flat panels, due to the possibility of the SB working under illumination from two opposite sides, in literature detected.

Таким образом, предлагаемая СБ соответствует критерию “изобретательский уровень”.Thus, the proposed SB meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1, 2 схематично представлена предлагаемая СБ, состоящая из трубчатого каркаса 1 в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками 2 и с установленными в них модулями 3 в размер ячейки, состоящих из электрически соединенных металлическими шинами 4 солнечных элементов 5, обращенных друг к другу тыльными сторонами и имеющих с лицевой стороны радиационные защитные прозрачные пластины 6. Между тыльными сторонами солнечных элементов 5 вклеена перфорированная пленочная подложка 7. Модули 3 крепятся к трубчатому каркасу 1 посредством натянутых на него струн 8 при помощи средств крепления 9.1, 2 schematically shows the proposed SB, consisting of a tubular frame 1 in the form of flat panels with regularly arranged cells 2 and with modules 3 installed in them in cell size, consisting of solar cells 5 electrically connected by metal tires 4 facing each other to the other with the back sides and radiation protective transparent plates 6 on the front side. A perforated film substrate 7 is glued between the back sides of the solar cells 5. The modules 3 are attached to the tubular frame 1 by strings stretched over it 8 by means of fasteners 9.

Пример конкретного применения предлагаемой СБ.An example of a specific application of the proposed SB.

Предлагаемая СБ состоит из трубчатого углепластикового каркаса 1, выполненного в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками 2 с натянутыми на них струнами 8, выполненными из шнура ШТС-0,7. (ТУ 8153-229-0020669-95) и с установленными в них модулями 3 в размер ячейки. Модули 3 состоят из электрически соединенных серебряными шинами 4 кремниевых солнечных элементов 5, обращенных попарно друг к другу тыльными сторонами и склеенных между собой каучуком СКТНФ-А ТУ 38-103-129-77. Между тыльными сторонами солнечных элементов 5 вклеена перфорированная пленочная подложка 7 из пленки ПМ-А ТУ 6-19-121-85. Модули 3 крепятся к струнам 8 при помощи проволочных хомутов 9. Коммутация солнечных элементов 5 выполнена так, что с одной и другой стороны модуля 3 образованы два независимых генератора, скоммутированных с другими модулями в солнечную батарею. При падении света на любую из сторон происходит генерация электрического тока.The proposed SB consists of a tubular carbon fiber frame 1, made in the form of flat panels with regularly arranged cells 2 with strings 8 stretched over them, made of a cord ШТС-0.7. (TU 8153-229-0020669-95) and with modules 3 installed in them in the cell size. Modules 3 consist of silicon solar cells 5 electrically connected by silver tires 4, facing the other in pairs and glued together with rubber SKTNF-A TU 38-103-129-77. Between the rear sides of the solar cells 5, a perforated film substrate 7 of PM-A film TU 6-19-121-85 is glued. The modules 3 are attached to the strings 8 using wire clips 9. The switching of the solar cells 5 is made in such a way that on the one and the other side of the module 3 two independent generators are formed, which are connected to the other modules in the solar battery. When light falls on either side, an electric current is generated.

Источники информацииSources of information

1. Патент РФ №2156522, МКИ H 01 L 31/42, 2000 г.1. RF patent No. 2156522, MKI H 01 L 31/42, 2000

2. Патент РФ №2187863, МКИ Н 01/42, 2002 г. (прототип).2. RF patent No. 2187863, MKI H 01/42, 2002 (prototype).

Claims (1)

Солнечная батарея, состоящая из трубчатого каркаса в виде плоских панелей с регулярно расположенными ячейками и с установленными в них модулями в размер ячейки, каждый из которых состоит из солнечных элементов, соединенных между собой в электрическую цепь металлическими шинами, и защищенных с лицевых сторон прозрачными пластинами, а также перфорированной пленочной подложки, отличающаяся тем, что солнечные элементы склеены попарно между собой тыльными сторонами, а перфорированная пленочная подложка вклеена между ними, при этом крепление модулей осуществляется к натянутым на трубчатом каркасе струнам с шагом, кратным размерам солнечных элементов.A solar battery consisting of a tubular frame in the form of flat panels with regularly located cells and with modules installed in them in the size of the cell, each of which consists of solar cells connected to each other in an electric circuit by metal buses, and protected from the front by transparent plates, as well as a perforated film substrate, characterized in that the solar cells are glued in pairs between themselves with the back sides, and the perforated film substrate is glued between them, while e modules are strung on a tubular frame strings in increments that are multiples of the size of the solar cell.

Images