CN103606580A - 柔性太阳能板及其制备方法、飞艇 - Google Patents

柔性太阳能板及其制备方法、飞艇 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇，包括光电能转化主体层，在光电能转化主体层下方设有隔热增强降温膜层，所述的隔热增强降温膜层包括依次叠加的芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层、导热层和散热隔热层；所述芳酰胺纤维编织层用于承载光电能转化主体层的重量载荷，所述纤维胶粘层用于粘合芳酰胺纤维编织层和导热层，所述导热层用于传递光电能转化主体层的热量至散热隔热层。本发明有效解决太阳能板温度过高引起的光电转换效率降低问题，提高了太阳能板的光电转换效率。

Description

柔性太阳能板及其制备方法、飞艇
技术领域
发明属于高空太阳能板隔热技术领域，具体涉及一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇。
背景技术
随着世界各国对高空空间资源的开发和竞争，高空飞艇作为高空空间飞行器的代表，具有太空探测、通信中继、对地观察、地质勘探等诸多领域的应用优势，并以定点驻留、飞行效费比低等特点已成为世界各国研究的热点，美国、加拿大、日本等国正在积极开展相关研究。
高空飞艇飞行在海拔20千米到50千米空间范围，大气密度稀薄，飞艇通过艇囊的大气浮力平衡自身的重量，飞艇艇囊体积巨大，飞艇长航时昼夜驻留和低速飞行所需要的电能主要依靠太阳能电池板供给。目前国内外高空太阳能电池板的光电转换效率较低，因此高空飞艇艇囊背面需要铺设巨大面积的太阳能电池板以提供飞艇昼夜运行所需的电能。然而高空飞艇常用的单晶硅、多晶硅以及非晶硅电池在高空光能转换过程中，柔性或硬质太阳能电池板内部的温度容易升高导致太阳能电池板光电转换效率明显降低，使得飞艇系统供能不足，无法实现昼夜在稳定的高度可控与可靠飞行，如进一步增加太阳能电池板的铺设面积，会导致飞艇结构重量增加。
另一方面，铺设在飞艇艇囊背部的太阳能电池板在高强度光照工况下，电池片温度升高，导致飞艇艇囊内部的浮力气体的温度升高，艇囊内部在相同的气体容量情况下，其内部压力迅速增大，使得艇囊蒙皮承担的应力载荷增加容易导致飞艇艇囊爆破或撕裂损伤而引发飞行安全事故。因此，对柔性太阳能电池板隔热增强降温结构的改进成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决太阳能板整体温度过高而导致光电转换效率降低的问题，提供一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种柔性太阳能板，包括光电能转化主体层，在光电能转化主体层下方设有隔热增强降温膜层，所述的隔热增强降温膜层包括依次叠加的芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层、导热层和散热隔热层；所述芳酰胺纤维编织层用于承载光电能转化主体层的重量载荷，所述纤维胶粘层用于粘合芳酰胺纤维编织层和导热层，所述导热层用于传递光电能转化主体层的热量至散热隔热层。
进一步的，光电能转化主体层包括依次叠加的表面封装透光膜、EVA热熔胶层和光伏功能膜层；所述光电能转化主体层通过轻质胶粘层与隔热增强降温膜层贴合。
进一步的，所述表面封装透光膜为透明的PET薄膜，透光率为92%，发射率为0.91，导热系数为0.24w/(m·k)。
进一步的，所述EVA热熔胶层为TPU热熔胶膜，透光率为92.5%，发射率为0.92，导热系数为0.32w/(m·k)。
进一步的，所述光伏功能膜层包括将光能转换为电能的单晶硅或多晶硅电池片，光伏功能膜层的厚度为1.7mm，导热系数为0.22w/(m·k)，光电转换效率为17.5%。
进一步的，所述的轻质胶粘层的柔性膜层厚度为0.45mm，导热系数为0.13w/(m·k)。
进一步的，所述芳酰胺纤维编织层的编织密度为100tex，每股纤维束交错编织时拉伸预应力为450N，导热系数为0.08w/(m·k)。
进一步的，所述导热层为聚酯/聚酰亚胺柔性抗拉伸导热薄膜，导热层内部嵌入金属导热片，金属导热片经纬向均匀分布，导热层的厚度为0.1mm～0.2mm，导热系数为0.32w/(m·k)。
进一步的，所述散热隔热层包括若干片状金属片，片状金属片之间设有等间距的间隙，片状金属片截面为正四方形，散热隔热层厚度为3.5mm，导热系数为0.23w/(m·k)。
进一步的，所述散热隔热层下方设有内表面耐磨层，所述内表面耐磨层为聚氟乙烯透明薄膜，导热系数为0.135w/(m·k)。
根据上述所述的柔性太阳能板的制备方法，包括以下步骤：
a、对表面封装透光膜的膜层内表面与相邻膜层进行无尘化处理，裁剪表面封装透光膜；
b、在60℃～70℃的温度条件下，将EVA热熔胶层均匀铺设在表面封装透光膜的内表面，并在250Pa～450Pa外压力垂直作用下，循环滚压多次，压合至整体，将光伏功能膜层一侧贴合在EVA热熔胶层的内表面，在200Pa～300Pa的外压力垂直作用下，挤压光伏功能膜层至压合成型；
c、将光伏功能膜层另一侧铺设轻质胶粘层，轻质胶粘层一侧粘合光伏功能膜层，另一侧粘合芳酰胺纤维编织层；
d、在200Pa～300Pa的挤压力作用下，依次粘合芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层及导热层，层相邻膜层之间挤压贴合时工况温度为65℃～75℃，纤维胶粘层的粘贴面无可见的空气气泡；
e、在挤压贴合压力为200Pa～300Pa，工况温度为65℃～75℃下，展开并铺设散热隔热层，将散热隔热层的外表面与导热层压合，散热隔热层的内表面上紧密压合贴附内表面耐磨层；
f、将压合成型后的柔性太阳能板放置在压力450Pa～550Pa，温度为60℃～70℃环境箱中固化2～4小时。
一种飞艇，包括飞艇艇囊蒙皮、飞艇环向承载加强筋，在飞艇艇囊蒙皮上铺设上述所述的柔性太阳能板。
本发明提供的一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇，有效解决太阳能板温度过高引起的光电转换效率降低问题，以及避免因艇囊背部温度过高引起的高空飞艇艇囊超压爆破或撕裂破坏，板内部为柔性高性能纤维编织承载，增加太阳能板的柔韧性和抗拉强度，提高太阳能板的光电转换效率和高空飞艇艇囊蒙皮的可靠性和使用寿命。
 
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明柔性太阳能板结构的结构示意图。
图2为本发明柔性太阳能板结构的剖面选取示意图。
图3为本发明柔性太阳能板结构的剖面结构示意图。
图4为本发明飞艇柔性太阳能板位置结构示意图。
其中，1.表面封装透光膜，2.EVA热熔胶层，3.光伏功能膜层，4.轻质胶粘层，5.芳酰胺纤维编织层，6.纤维胶粘层，7.导热层，8.散热隔热层，9.小型低功率风机，10.内表面耐磨层，11.柔性太阳能板，12.飞艇艇囊蒙皮，13.飞艇环向承载加强筋。
具体实施方式
本发明提供了一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示的柔性太阳能板，包括光电能转化主体层，在光电能转化主体层下方设有隔热增强降温膜层，所述的隔热增强降温膜层包括依次叠加的芳酰胺纤维编织层5、纤维胶粘层6、导热层7和散热隔热层8；所述芳酰胺纤维编织层5用于承载光电能转化主体层的重量载荷，所述纤维胶粘层6用于粘合芳酰胺纤维编织层和导热层，所述导热层7用于传递光电能转化主体层的热量至散热隔热层。
其中，光电能转化主体层包括依次叠加的表面封装透光膜1、EVA热熔胶层2和光伏功能膜层3；所述光电能转化主体层通过轻质胶粘层4与隔热增强降温膜层贴合。
本发明提供的一种柔性太阳能板及其制备方法、飞艇，有效解决太阳能板温度过高引起的光电转换效率降低问题，提高太阳能板的光电转换效率和高空飞艇艇囊蒙皮的可靠性和使用寿命。
为了进一步提高本发明，所述表面封装透光膜1为透明的PET薄膜，即聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，位于柔性太阳能板的最外层，具有高透光率、防水以及保护内层光伏功能层的作用。表面封装透光膜1厚度为0.1mm，薄膜幅宽为1.2m，透光率为92%，发射率为0.91，导热系数为0.24w/(m·k)。
所述EVA热熔胶层2为TPU热熔胶膜(即热塑性聚氨酯弹性热熔胶膜)，用于紧密粘合表面封装透光膜1与邻层的光伏功能膜层3,透光率为92.5%，发射率为0.92，导热系数为0.32w/(m·k)， EVA热熔胶层2的薄膜厚度为0.3mm，采用加压刮涂方式首先涂覆在EVA热熔胶层2的外表面，再在65℃的真空环境条件下，使用300N的挤压力黏合表面封装透光膜1。
所述光伏功能膜层3包括将光能转换为电能的单晶硅或多晶硅电池片，光伏功能膜层3的厚度为1.7mm，导热系数为0.22w/(m·k)，光电转换效率为17.5%。光伏功能膜层3采用局部并联、整体再串联的阵列组接模式，减少光电转化过程中的电阻热消耗，提高电能输出的稳定性。
所述的轻质胶粘层4的柔性膜层厚度为0.45mm，导热系数为0.13w/(m·k)。轻质胶粘层4的材料为热塑性胶体，在低温环境条件下和温度70℃~85℃时仍具有良好的柔性功能。
所述芳酰胺纤维编织层5的编织密度为100tex，每股纤维束交错编织时拉伸预应力为450N，导热系数为0.08w/(m·k)。芳酰胺纤维编织层5为太阳能板的柔性承力层，承受太阳能板的全部重量载荷。芳酰胺纤维编织层5为双轴向平纹经编织物，内部经纬向每股纤维丝的数量为25根,纤维束的编织密度为100tex，每股纤维束交错编织时加载450N的拉伸预应力，以使得纤维束中纤维束编织时均处于直线状态，芳酰胺纤维编织层5的厚度为1.6mm。
所述导热层7为聚酯/聚酰亚胺柔性抗拉伸导热薄膜，导热层7内部嵌入金属导热片，金属导热片经纬向均匀分布，导热层7的厚度为0.1mm～0.2mm，导热系数为0.32w/(m·k)。导热层7内部的导热金属片密度为15根/米，经纬向均匀分布，其截面长度为2mm，厚度为0.1mm。导热层7整体膜层厚度优选为0.15mm。
所述散热隔热层8包括若干片状金属片，片状金属片之间设有等间距的间隙，便于高空散热气体流通。片状金属片截面为正四方形，散热隔热层8厚度为3.5mm，导热系数为0.23w/(m·k)。片状金属片截面为正四方形，其边长为2mm，以提高散热效率。
散热隔热层8的底部和内表面耐磨层10预留直径为30mm的圆形通风孔，并在通风孔处安装小型低功率风机9，小型低功率风机9安装在通风孔内侧，通过胶黏剂与通风孔处的上下相邻膜层，即散热隔热层8和内表面耐磨层10的边缘柔性粘接，小型低功率风机9的额定电压及功率分别为12v和0.1w，强制空气流动进入通风孔以增强散热隔热层8的热流动效率和隔热效果，降低散热隔热层8内部的温度。圆形通风孔纬向间距为0.5m，径向间距为0.4m。
所述散热隔热层8下方设有内表面耐磨层10，所述内表面耐磨层10为聚氟乙烯透明薄膜，导热系数为0.135w/(m·k)。耐磨层内表面含有安装支点，支点内段直接与芳酰胺纤维编织层5粘接，外段与飞艇艇囊蒙皮连接，并跟随艇囊蒙皮表面柔性变形，防止太阳能板与艇囊蒙皮发生刮擦而导致的太阳能板损伤。内表面耐磨层10的安装支点的经纬向间距相同，均为1.5m，内表面耐磨层10的整体厚度为1.5mm。
根据上述所述的柔性太阳能板的制备方法，包括以下步骤：
a、对表面封装透光膜的膜层内表面与相邻膜层进行无尘化处理，裁剪表面封装透光膜；
b、在60℃～70℃的温度条件下，将EVA热熔胶层均匀铺设在表面封装透光膜的内表面，并在250Pa～450Pa外压力垂直作用下，循环滚压多次，压合至整体，将光伏功能膜层一侧贴合在EVA热熔胶层的内表面，在200Pa～300Pa的外压力垂直作用下，挤压光伏功能膜层至压合成型；
c、将光伏功能膜层另一侧铺设轻质胶粘层，轻质胶粘层一侧粘合光伏功能膜层，另一侧粘合芳酰胺纤维编织层；
d、在200Pa～300Pa的挤压力作用下，依次粘合芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层及导热层，层相邻膜层之间挤压贴合时工况温度为65℃～75℃，纤维胶粘层的粘贴面无可见的空气气泡；
e、在挤压贴合压力为200Pa～300Pa，工况温度为65℃～75℃下，展开并铺设散热隔热层，将散热隔热层的外表面与导热层压合，散热隔热层的内表面上紧密压合贴附内表面耐磨层；
f、将压合成型后的柔性太阳能板放置在压力450Pa～550Pa，温度为60℃～70℃环境箱中固化2～4小时。
如图4所示的一种飞艇，包括飞艇艇囊蒙皮、飞艇环向承载加强筋，在飞艇艇囊蒙皮上铺设上述所述的柔性太阳能板。本发明提供的一种飞艇，有效解决太阳能板温度过高引起的光电转换效率降低问题，避免因艇囊背部温度过高引起的高空飞艇艇囊超压爆破或撕裂破坏，提高高空飞艇艇囊蒙皮的可靠性和使用寿命。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (12)

1.一种柔性太阳能板，包括光电能转化主体层，其特征在于：在光电能转化主体层下方设有隔热增强降温膜层，所述的隔热增强降温膜层包括依次叠加的芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层、导热层和散热隔热层；所述芳酰胺纤维编织层用于承载光电能转化主体层的重量载荷，所述纤维胶粘层用于粘合芳酰胺纤维编织层和导热层，所述导热层用于传递光电能转化主体层的热量至散热隔热层。
2.根据权利要求1所述的柔性太阳能板，其特征在于：光电能转化主体层包括依次叠加的表面封装透光膜、EVA热熔胶层和光伏功能膜层；所述光电能转化主体层通过轻质胶粘层与隔热增强降温膜层贴合。
3.根据权利要求2所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述表面封装透光膜为透明的PET薄膜，透光率为92%，发射率为0.91，导热系数为0.24w/(m·k)。
4.根据权利要求3所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述EVA热熔胶层为TPU热熔胶膜，透光率为92.5%，发射率为0.92，导热系数为0.32w/(m·k)。
5.根据权利要求2所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述光伏功能膜层包括将光能转换为电能的单晶硅或多晶硅电池片，光伏功能膜层的厚度为1.7mm，导热系数为0.22w/(m·k)，光电转换效率为17.5%。
6.根据权利要求2所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述的轻质胶粘层的柔性膜层厚度为0.45mm，导热系数为0.13w/(m·k)。
7.根据权利要求1所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述芳酰胺纤维编织层的编织密度为100tex，每股纤维束交错编织时拉伸预应力为450N，导热系数为0.08w/(m·k)。
8.根据权利要求1所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述导热层为聚酯/聚酰亚胺柔性抗拉伸导热薄膜，导热层内部嵌入金属导热片，金属导热片经纬向均匀分布，导热层的厚度为0.1mm～0.2mm，导热系数为0.32w/(m·k)。
9.根据权利要求1所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述散热隔热层包括若干片状金属片，片状金属片之间设有等间距的间隙，片状金属片截面为正四方形，散热隔热层厚度为3.5mm，导热系数为0.23w/(m·k)。
10.根据权利要求1所述的柔性太阳能板，其特征在于：所述散热隔热层下方设有内表面耐磨层，所述内表面耐磨层为聚氟乙烯透明薄膜，导热系数为0.135w/(m·k)。
11.一种根据权利要求1～10任一所述的柔性太阳能板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、对表面封装透光膜的膜层内表面与相邻膜层进行无尘化处理，裁剪表面封装透光膜；
b、在60℃～70℃的温度条件下，将EVA热熔胶层均匀铺设在表面封装透光膜的内表面，并在250Pa～450Pa外压力垂直作用下，循环滚压多次，压合至整体，将光伏功能膜层一侧贴合在EVA热熔胶层的内表面，在200Pa～300Pa的外压力垂直作用下，挤压光伏功能膜层至压合成型；
c、将光伏功能膜层另一侧铺设轻质胶粘层，轻质胶粘层一侧粘合光伏功能膜层，另一侧粘合芳酰胺纤维编织层；
d、在200Pa～300Pa的挤压力作用下，依次粘合芳酰胺纤维编织层、纤维胶粘层及导热层，层相邻膜层之间挤压贴合时工况温度为65℃～75℃，纤维胶粘层的粘贴面无可见的空气气泡；
e、在挤压贴合压力为200Pa～300Pa，工况温度为65℃～75℃下，展开并铺设散热隔热层，将散热隔热层的外表面与导热层压合，散热隔热层的内表面上紧密压合贴附内表面耐磨层；
f、将压合成型后的柔性太阳能板放置在压力450Pa～550Pa，温度为60℃～70℃环境箱中固化2～4小时。
12.一种飞艇，包括飞艇艇囊蒙皮、飞艇环向承载加强筋，其特征在于，在飞艇艇囊蒙皮上铺设权利要求1～10任一所述的柔性太阳能板。
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