CN104241419B - 一种薄膜式半刚性太阳电池阵及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄膜式半刚性太阳电池阵及其制作方法。该电池阵包括基板、太阳电池组件、连接片、板内电缆和框架，所述基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，太阳电池组件设置在基板的正面，连接片为敷设在基板的正面的金属薄片，所述板内电缆的一端绕过基板的边缘与连接片相连接，所述框架采用轻质的刚性材料，所述基板固定在框架上。由于本发明的半刚性太阳电池阵的基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述连接片和板内电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，所述框架采用轻质的刚性材料，所以，具有重量轻、厚度小和强度高的优点。另外，太阳电池组件、板内电缆、连接片等可以自动化敷设，所以，生产效率高、制作简单。

Description

一种薄膜式半刚性太阳电池阵及其制作方法

技术领域

本发明涉及航天领域电源技术，尤其涉及一种薄膜式半刚性太阳电池阵及其制作方法。

背景技术

航天器绝大部分都采用太阳电池阵进行供电，太阳电池阵上的太阳电池串发出的电能通过电缆输送至航天器内部供航天器使用，目前应用最广泛的是刚性太阳电池阵，这种刚性太阳电池阵采用铝蜂窝刚性基板，虽然电池阵的刚性较好，但具有重量较重的缺点。

为克服这个缺点，国内外发展了一种半刚性太阳电池阵，这种电池阵是在刚性框架上敷设柔性的玻璃纤维网，采用钩挂的方式在玻璃纤维网的网格上安装太阳电池模块，采用绑扎的方式在玻璃纤维网的网格上安装电缆和隔离二极管等元器件，虽然这种半刚性太阳电池阵与传统的刚性太阳电池阵相比具有重量较轻的优点，但其太阳电池模块的制作与安装过程、电缆和隔离二极管等元器件的安装过程都非常复杂，只能依靠手工方式进行，难以实现自动化生产，生产效率低下。另外这种半刚性太阳电池阵的模块的正、背两面均采用玻璃盖片进行封装，多个模块之间的连接需要采用额外的导线从而组成太阳电池组件，模块安装在玻璃纤维网上需要采用金属制成的挂钩，这些增加的玻璃盖片、导线和金属挂钩也增加了电池阵的重量。

发明内容

本发明解决的问题是现有的半刚性太阳电池阵的制作方法生产效率低和制作过程复杂的问题，本发明解决的另一个问题是现有的半刚性太阳电池阵重量较重的问题；为解决所述问题，本发明提供一种薄膜式半刚性太阳电池阵及其制作方法。

本发明提供一种薄膜式半刚性太阳电池阵，包括：基板、太阳电池组件、连接片、板内电缆和框架，所述基板采用轻质的薄膜或薄板，所述太阳电池组件黏附在基板的一个表面，所述板内电缆敷设在基板的另外一个表面；所述板内电缆一端绕过所述基板，通过连接片与太阳电池组件电连接；所述框架采用轻质的刚性材料，所述基板固定在框架上。

进一步，所述基板和框架采用以下三种结构中的任意一种：

第一种、所述框架与基板连接的端面上有多个悬臂，悬臂和基板的边缘部分进行固定，板内电缆的一端通过两个悬臂之间的空隙处绕过基板的边缘和基板正面的连接片相连接；

第二种，所述基板的端面为齿状，突出的齿状结构和框架进行固定，板内电缆的一端通过两个齿状结构之间的空隙处绕过基板的边缘和基板的正面的连接片相连接；

第三种，所述框架上需要和基板固定的一面制成凹凸不平的结构，其中突出的部分和基板进行固定，板内电缆的一端通过两个突出部分之间的空隙处绕过基板的边缘和基板的正面的连接片相连接。

进一步，所述基板的材料为塑脂、碳纤维、玻璃纤维中的任意一种。

进一步，所述板内电缆由多根细长的金属线芯构成，每根线芯的一端并列排放在一起，另一端弯折后延伸出一段距离。

进一步，所述连接片的材料为银、铜或可阀合金中的一种，所述板内电缆的材料为银、铜或可阀合金中的一种。

进一步，所述太阳电池阵还包括设置在基板背面的板间电缆和隔离二极管，所述板间电缆为敷设在基板上的并列排放的多个金属薄片，所述隔离二极管为薄片状结构，所述隔离二极管和板内电缆相串联。

本发明所提供的薄膜式半刚性太阳电池阵的制作方法，包括： 步骤一、将板内电缆敷设在基板的一个表面，将连接片敷设在基板的另一个表面；步骤二、将板内电缆的线芯的一端进行弯曲成型后绕过基板的边缘与连接片相连接；步骤三、将基板固定在框架上；在上述三个步骤中的任意一步之前或之后将太阳电池组件敷设在基板的表面，并将连接片与太阳电池组件进行连接。

进一步，对所述板内电缆的线芯的一端进行弯曲成型，采用具有圆弧面的工装固定在基板的边缘处，将线芯的一端沿着圆弧面弯折直至接触到基板的正面的连接片，然后取下工装。

进一步，所述太阳电池组件和连接片的连接、板内电缆和连接片的连接，采用电阻焊、钎焊、超声焊中的任意一种。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

由于本发明的基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述连接片、板内电缆、板间电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，所述隔离二极管为薄片状结构，太阳电池组件的安装采用直接粘贴在基板上的形式，与目前的半刚性太阳电池阵相比，省去了背面封装的玻璃盖片、模块间的连接导线以及金属挂钩等部件，所以，具有重量轻的优点。另外，板内电缆、板间电缆、太阳电池组件、连接片和隔离二极管等可以自动化敷设，所以，生产效率高、制作简单。

由于板内电缆的一端通过基板和框架之间的空隙处绕过基板的边缘和基板的正面的连接片相连接，所以，框架可以对板内电缆在基板边缘处的弯曲部分起到保护作用，防止板内电缆因碰撞等造成损坏。

由于采用先进行板内电缆的弯曲成型以及和连接片进行连接然后安装框架的方式，所以，在对板内电缆进行弯曲成型时不受到框架的影响，操作方便。

由于采用板内电缆和连接片直接进行连接的方式，而不采用其他过渡部件将板内电缆和连接片进行连接，所以，电路中的连接点少，连接点失效的风险小，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的实施例1提供的薄膜式半刚性太阳电池阵示意图；

图2为本发明的实施例1的太阳电池组件的示意图；

图3为本发明的实施例1的板内电缆示意图；

图4a为本发明的实施例1的板内电缆在单面敷设绝缘层的示意图；

图4b为本发明的实施例1的板内电缆在双面敷设绝缘层的示意图；

图5为本发明的实施例1的板内电缆和连接片进行连接的立体示意图；

图6为本发明的实施例1的板内电缆和连接片进行连接的剖面示意图；

图7为本发明的实施例1的板间电缆示意图；

图8a为本发明的实施例1的小型框架示意图；

图8b为本发明的实施例1的大型框架示意图；

图9a为本发明的实施例1的框架安装在基板背面的示意图；

图9b为本发明的实施例1的框架安装在基板正面的示意图；

图9c为本发明的实施例1的框架安装在基板正、背面的示意图；

图10a为本发明的实施例1的采用悬臂结构的框架和基板的连接方式示意图；

图10b为本发明的实施例1的框架和采用锯齿状边缘的基板的连接方式示意图；

图10c为本发明的实施例1的采用凹凸面结构的框架和基板的连接方式示意图；

图11为本发明的实施例1的隔离二极管和板内电缆进行串联的示意图；

图12为本发明的实施例1的在基板背面敷设板内电缆和板间电缆的示意图；

图13为本发明的实施例1的在基板正面敷设太阳电池组件和连接片的示意图；

图14为本发明的实施例1的采用工装对板内电缆的一端进行弯曲成型的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下文中结合实施例和附图对本发明作进一步阐述。

实施例一

如图1所示，薄膜式半刚性太阳电池阵包括基板1、敷设在基板1的一个表面的太阳电池组件2、设置在基板1的同一表面的连接片3、设置在基板1的另一个表面的板内电缆4。在本实施方式中，所述基板1采用轻质的薄膜材料或薄板材料制成以降低电池阵的重量，如玻璃纤维、碳纤维、聚酰亚胺等。所述连接片3、板内电缆4、板间电缆6均为敷设在基板上的具有特定形状的金属薄片。所述连接片3、板内电缆4以及板间电缆6采用易于焊接、电阻小、质软、韧性好的金属材料，优选银、铜或可阀合金。所述框架5采用轻质的刚性材料，如铝合金、碳纤维复合材料。敷设可以采用不导电的胶进行粘贴的方式。

为了对基板及板内电缆4形成保护，所述基板1通过基板边缘固定在框架5上。所述薄膜式半刚性太阳电池阵还可包括与板间电缆设置在基板1同一表面的板间电缆6。

在同一块基板1上，可根据需要设置多个太阳电池组件2、连接片3、板内电缆4和板间电缆6。

如图2所示，所述太阳电池组件由一定数量的太阳电池片21和互连片22通过串联组成，即采用互连片分别连接一片太阳电池的正极以及相邻的另一片太阳电池的负极的方式，使太阳电池组件具有一定的输出电压和输出电流，每个太阳电池组件两端的互连片分别构成太阳电池组件的正23、负输出端24。为保护太阳电池片21，在太阳电池片的上表面敷设玻璃盖片211，玻璃盖片211和太阳电池片21采用硅橡胶212实现粘结。

结合参考图3和图5，所述板内电缆4由多根细长的线芯41构成，线芯由金属薄片制成，每根线芯41的一端411并列排放在一起，便于和其余基板上的板间电缆相连接，线芯41的另一端412弯折后延伸出一段距离，便于和基板的正面的太阳电池组件相连接，多根线芯41排放在一起构成电缆束，在电缆束的上方还可以覆盖绝缘层42（如图5所示），线芯的两端应露出金属薄片以便于进行焊接。

如图4a所示，板内电缆4的绝缘层42可以仅覆盖在线芯41的一侧，如图4b所示，板内电缆4的绝缘层42也可以覆盖在线芯41的两侧。

如图5和图6所示，板内电缆4敷设在基板1的背面（图中基板的上表面），板内电缆4的每一线芯41的一端411设置在基板1的一侧边缘，另一端412经弯曲成型后绕过基板1的边缘与基板正面的连接片3相连接。

如图7所示，所述板间电缆6由多根细长的线芯61构成，线芯由金属薄片制成，每根线芯61的一端611并列排放在一起，便于和外侧基板上的板内电缆相连接，每根线芯61的一端612并列排放在一起，便于和内侧基板上板间电缆相连接，多根线芯61排放在一起构成电缆束，在电缆束的上方可以覆盖绝缘层62，线芯的两端应露出金属薄片以便于进行焊接。

如图8a所示，对于小面积的半刚性太阳电池阵，所述框架5可以采用“口”字结构。如图8b所示，对于大面积的半刚性太阳电池阵，所述框架5可以采用经过加强筋51加强的网状结构。

如图9a、9b和9c所示，所述框架5可采用胶接、螺栓等多种方法实现和基板1的固定，根据需要固定可以采用多种结构：如图9a所示，将框架5固定在基板1的背面，即安装板内电缆4的一面；如图9b所示，将框架5固定在基板1的正面，即安装太阳电池组件2的一面；如图9c所示，框架5由511和512两部分组成，其中511固定在基板1的背面，512固定在基板1的正面。

如图10a、10b和10c所示，为了便于板内电缆的一端412绕过基板1的边缘与基板正面的连接片3相连接，框架5或基板1可采用多种形式进行固定：如图10a所示，框架5的尺寸大于基板1的尺寸，在框架5上设置多个悬臂53，悬臂53和基板1的边缘部分通过胶接、螺栓等多种方法进行固定，板内电缆的一端412通过两个悬臂之间的空隙处绕过基板1的边缘；如图10b所示，框架5的尺寸和基板1的尺寸相当，基板1的边缘制成齿状，突出的齿状结构11和框架5进行固定，板内电缆的一端412通过两个齿状结构之间的空隙处绕过基板1的边缘；如图10c所示，框架5的尺寸不大于基板1的尺寸，框架5需要和基板1固定的一面制成凹凸不平的结构，其中突出的部分54和基板1进行固定，板内电缆的一端412通过两个突出部分之间的空隙处绕过基板1的边缘。

对于图8b所示的采用加强筋51加强的框架，为了避免加强筋和敷设在基板表面的板内电缆、太阳电池组件等部件的干涉，加强筋51可参照图10c采用类似的结构。

每个太阳电池组件1以及与之相连接的连接片3、板内电缆的线芯41、板间电缆的线芯61构成一个太阳电池电路。为防止个别太阳电池电路的短路造成整个电池阵的损毁，需要在各个太阳电池电路中串联隔离二极管，隔离二极管可设置在航天器内部，也可设置在太阳电池阵上。

如图11所示，隔离二极管7设置在太阳电池阵上时，可采用和板内电缆的线芯41串联的方式，即将线芯41分成二段413、414，并分别和隔离二极管7的正、负极相连接。

如前所述，与传统的半刚性太阳电池阵相比，由于本发明的基板采用轻质的薄膜材料或薄板材料，所述连接片、板内电缆、板间电缆均为敷设在所述基板上的金属薄片，所述隔离二极管为薄片状结构，太阳电池组件采用和刚性太阳电池阵相同的在正面通过玻璃盖片封装的形式，太阳电池组件的安装采用直接粘贴在基板上的形式，与目前的半刚性太阳电池阵相比，省去了背面封装的玻璃盖片、模块间的连接导线以及金属挂钩等部件，所以，具有重量轻的优点。另外，板内电缆、板间电缆、太阳电池组件、连接片和隔离二极管等可以自动化敷设，制作过程简单、生产效率高的优点，详细的制作过程如下：

步骤一，如图12所示，在基板1的背面采用粘结剂粘贴板内电缆4和板间电缆6，板内电缆4的线芯的一端412伸出到基板1的边缘之外，如图13所示，在基板1的正面敷设太阳电池组件2和连接片3，将太阳电池组件2和连接片3进行连接。

所述太阳电池组件2和连接片3的连接，采用电阻焊、钎焊、超声焊等焊接的方法实现。

步骤二，如图5和图6所示，将板内电缆的线芯的一端412进行弯曲成型后绕过基板1的边缘与连接片3相连接。

如图14所示，所述板内电缆的线芯的一端412的弯曲成型，采用具有圆弧面的工装8固定在基板1的边缘处，将线芯的一端412沿着工装8的圆弧面弯折直至接触到基板1的正面的连接片3，然后取下工装。所述板内电缆的线芯的一端412和连接片3的连接，采用电阻焊、钎焊、超声焊等焊接的方法实现。

步骤三，如图1、图9a、图9b和图9c所示，将基板1固定在框架5上。

所述基板1和框架5的固定，可以采用粘结剂实现，也可通过螺钉或螺栓的方式实现。

需要注意的是，根据具体采用的工艺方法，上述制作过程可作适当的改动，其中太阳电池组件2的敷设以及太阳电池组件2和连接片3的连接可以在以上三个步骤中的任意一步的前后进行。

另外，需要在基板上设置隔离二极管时，参照图11将板内电缆分成二个子段，安装时将板内电缆和隔离二极管分别敷设在基板的背面，再将二个子段的线芯分别与隔离二极管的正、负极相连接。

Claims (8)

1.一种薄膜式半刚性太阳电池阵，包括：基板、太阳电池组件、连接片、板内电缆和框架，其特征在于，所述基板采用轻质的薄膜或薄板，所述太阳电池组件黏附在基板的一个表面，所述板内电缆敷设在基板的另外一个表面；所述板内电缆一端绕过所述基板，通过连接片与太阳电池组件电连接；所述框架采用轻质的刚性材料，所述基板固定在框架上;所述基板和框架采用以下三种结构中的任意一种：

第一种、所述框架与基板连接的端面上有多个悬臂，悬臂和基板的边缘部分进行固定，板内电缆的一端通过两个悬臂之间的空隙处绕过基板的边缘和基板正面的连接片相连接；

第二种，所述基板的端面为齿状，突出的齿状结构和框架进行固定，板内电缆的一端通过两个齿状结构之间的空隙处绕过基板的边缘和基板的正面的连接片相连接；

第三种，所述框架上需要和基板固定的一面制成凹凸不平的结构，其中突出的部分和基板进行固定，板内电缆的一端通过两个突出部分之间的空隙处绕过基板的边缘和基板的正面的连接片相连接。

2.依据权利要求1所述的一种薄膜式半刚性太阳电池阵，其特征在于，所述基板的材料为塑脂、碳纤维、玻璃纤维中的任意一种。

3.依据权利要求1所述的薄膜式半刚性太阳电池阵，其特征在于，所述板内电缆由多根细长的金属线芯构成，每根线芯的一端并列排放在一起，另一端弯折后延伸出一段距离。

4.依据权利要求1所述的薄膜式半刚性太阳电池阵，其特征在于，所述连接片的材料为银、铜或可阀合金中的一种，所述板内电缆的材料为银、铜或可阀合金中的一种。

5.依据权利要求1所述的薄膜式半刚性太阳电池阵，其特征在于，所述太阳电池阵还包括设置在基板背面的板间电缆和隔离二极管，所述板间电缆为敷设在基板上的并列排放的多个金属薄片，所述隔离二极管为薄片状结构，所述隔离二极管和板内电缆相串联。

6.权利要求1至5中任意一项所提供的薄膜式半刚性太阳电池阵的制作方法，其特征在于，包括：步骤一、将板内电缆敷设在基板的一个表面，将连接片敷设在基板的另一个表面；步骤二、将板内电缆的线芯的一端进行弯曲成型后绕过基板的边缘与连接片相连接；步骤三、将基板固定在框架上；在上述三个步骤中的任意一步之前或之后将太阳电池组件敷设在基板的表面，并将连接片与太阳电池组件进行连接。

7.依据权利要求6所述的薄膜式半刚性太阳电池阵的制作方法，其特征在于，对所述板内电缆的线芯的一端进行弯曲成型，采用具有圆弧面的工装固定在基板的边缘处，将线芯的一端沿着圆弧面弯折直至接触到基板的正面的连接片，然后取下工装。

8.依据权利要求6所述的薄膜式半刚性太阳电池阵的制作方法，其特征在于，所述太阳电池组件和连接片的连接、板内电缆和连接片的连接，采用电阻焊、钎焊、超声焊中的任意一种。