一種大功率輕質(zhì)太陽電池陣及其實現(xiàn)方法
【專利說明】一種大功率輕質(zhì)太陽電池陣及其實現(xiàn)方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域電源技術(shù)，特別涉及一種大功率輕質(zhì)太陽電池陣及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0003]隨著航天的發(fā)展，航天器對電源的功率需求越來越高，空間電站、大型航天器的功率需求將高達(dá)MW級甚至GW級，相應(yīng)的電池陣需要幾千平方米以上的面積。目前航天器采用的大功率太陽電池陣均為在軌展開形式，即太陽電池陣在地面進(jìn)行裝配，在航天器發(fā)射時構(gòu)成太陽電池陣的多塊太陽電池板為折疊收攏裝態(tài)，使太陽電池陣的包絡(luò)尺寸能夠滿足運載火箭的整流罩的要求，航天器進(jìn)入軌道后太陽電池板在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用下展開成大面積的平面。
[0004]但是，上述這種太陽電池陣需要采用復(fù)雜的展開機(jī)構(gòu)，一方面增加了電池陣的重量和體積，另一方面這種展開機(jī)構(gòu)也難以滿足幾千平方米以上的大功率太陽電池陣機(jī)械支撐的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)下太陽電池陣難以滿足麗級以上的功率需求以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較重、發(fā)射時占用體積較大的問題。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種大功率輕質(zhì)太陽電池陣及其實現(xiàn)方法。其中，本發(fā)明提供的大功率輕質(zhì)太陽電池陣，包括支撐件、多個太陽電池板、多根電纜，所述支撐件為由多邊形周期排列構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；所述太陽電池板的形狀和支撐件的一個網(wǎng)格或相鄰的多個網(wǎng)格相同，且固定在支撐件的網(wǎng)格上；所述電纜用于連接太陽電池板以及航天器艙體。
[0007]進(jìn)一步，所述大功率輕質(zhì)太陽電池陣的支撐件的網(wǎng)格為等邊三角形或正六邊形，網(wǎng)格的每個邊采用柱狀、管狀或桁架結(jié)構(gòu)；所述太陽電池板由正六邊形基板、多片太陽電池片和多個輸出端構(gòu)成，所述的多片太陽電池片經(jīng)過串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成具有一定輸出功率的太陽電池組件并敷設(shè)在所述基板的一個表面，太陽電池組件的正、負(fù)極分別和輸出端相連接。
[0008]進(jìn)一步，所述支撐件由輕質(zhì)的剛性材料制成，如鋁合金、塑料、碳纖維等。所述基板由輕質(zhì)的薄膜材料制成，如聚酰亞胺、玻璃纖維、碳纖維等。所述太陽電池片為正六邊形。所述輸出端為金屬薄片，敷設(shè)在基板表面，并與太陽電池組件的正、負(fù)極連接。
[0009]本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于:提供的大功率輕質(zhì)太陽電池陣的實現(xiàn)方法，包括:步驟一，在地面進(jìn)行太陽電池板的裝配，將太陽電池片布貼在基板上，將太陽電池組件的正、負(fù)極分別和輸出端相連接；步驟二，將多塊裝配好的太陽電池板堆疊并固定，將堆疊的太陽電池板、航天器艙體、裝配太陽電池陣的專用設(shè)備以及制造支撐件和電纜的原材料發(fā)射入軌；步驟三，由裝配太陽電池陣的專用設(shè)備在航天器艙體的外部在軌制造支撐件，將堆疊的太陽電池板逐塊取出并固定在支撐件上，將電纜安裝在太陽電池板或支撐件的上面并和輸出端相連接，直至完成整個電池陣的制造。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、由于所述大功率輕質(zhì)太陽電池陣的支撐件為由多邊形周期排列構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，剛性好，能夠滿足幾千平方米以上的大功率太陽電池陣機(jī)械支撐的需求。
[0011]2、由于所述太陽電池陣的支撐件采用在軌制造的方式，摒棄了傳統(tǒng)太陽電池陣的展開機(jī)構(gòu)，可以大幅度降低太陽電池陣的重量。
[0012]3、由于所述太陽電池板的基板采用輕質(zhì)的薄膜材料制成，且在發(fā)射時采用堆疊的方式，可以大大節(jié)省太陽電池陣發(fā)射時占用的體積。
[0013]4、由于所述太陽電池板采用正六邊形，支撐件采用正六邊形網(wǎng)格的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，太陽電池陣近似為圓型，在相同的結(jié)構(gòu)重量下，可以使電池陣具有更大的面積和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0014]5、由于電池采用正六邊形，可以在將圓形襯底片切割成電池片時，與矩形電池相比，可以獲得更高的材料利用率。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的大功率輕質(zhì)太陽電池陣示意圖；
圖2為本發(fā)明的太陽電池陣支撐件采用桁架結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖3為本發(fā)明的太陽電池板示意圖；
圖4為本發(fā)明的太陽電池板在發(fā)射時堆疊放置的示意圖；
圖5為本發(fā)明在軌制造太陽電池陣支撐件的示意圖；
圖6為本發(fā)明在軌安裝太陽電池板的示意圖；
圖7為本發(fā)明在軌制造電纜的示意圖；
圖8為本發(fā)明的完成在軌制造的太陽電池陣示意圖；
圖9為采用固定釘安裝太陽電池板的示意圖；
圖10為采用焊接方法安裝太陽電池板的示意圖；
圖11為采用3D打印在軌制造電纜的示意圖；
圖12為采用裁剪和焊接的方法在軌制造電纜的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。
[0017]請參照圖1，本發(fā)明的大功率輕質(zhì)太陽電池陣，包括支撐件2、多個太陽電池板3、多根電纜4 ;所述支撐件2固定在航天器艙體I上，支撐件2采用由正六邊形網(wǎng)格周期排列構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，在支撐件2實現(xiàn)輕量化的同時確保支撐件2具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，所述支撐件2由輕質(zhì)的剛性材料制成，如鋁合金、塑料、碳纖維等；所述太陽電池板3為正六邊形，且固定在支撐件2的一個正六邊形網(wǎng)格上；所述電纜4用于連接太陽電池板3以及航天器艙體I。
[0018]請參照圖2，所述支撐件的網(wǎng)格的每個邊采用桁架結(jié)構(gòu)，支撐件由主架21和副架22組成，主架21和副架22之間通過連接桿23連接。主架21用于安裝太陽電池板，副架22用于加固主架21，進(jìn)一步增強(qiáng)支撐件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0019]請參照圖3，所述太陽電池板由基板31、多片太陽電池片32、多個輸出端33構(gòu)成。所述基板3由輕質(zhì)的薄膜材料制成，如聚酰亞胺、玻璃纖維、碳纖維等。多片太陽電池片32經(jīng)過串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成具有一定輸出功率的太陽電池組件并敷設(shè)在所述基板31的一個表面。輸出端33由金屬片制成，敷設(shè)在基板31的一個表面上并分別和太陽電池組件的正、負(fù)極相連接，用于和輸送電能的電纜進(jìn)行連接。太陽電池片32采用正六邊形，與矩形電池相比，在將圓形晶片切割成電池時可以進(jìn)一步提高晶片材料的利用率，并且可以更好地適應(yīng)正六邊形基板的形狀，提高布片率。進(jìn)一步地，還可以在基板31的周邊增加剛性的框架34，提尚基板31的剛度。
[0020]本發(fā)明的大功率輕質(zhì)太陽電池陣，其實現(xiàn)方法如下:
步驟一，參照圖3在地面進(jìn)行太陽電池板3的裝配，即將太陽電池片32串聯(lián)后布貼在基板31上，將太陽電池組件的正、負(fù)極分別與輸出端33進(jìn)行焊接；