CN112367030B - 一种可卷曲式太阳能电池板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于航天器/卫星应用的柔性太阳能电池板，具体涉及一种可卷曲式太阳能电池板，本发明相对于刚性或多铰链结构的太阳能电池板，采用了大量的柔性和弹性结构，通过滚轴、弹性支撑件、弹簧件和基板的配合，使透镜与基板可以贴合，从而实现太阳能电池板整体卷曲收纳，降低了质量、使存储体积更小；本发明不需要任何动力驱动机构便能通过弹性件、弹簧件、和基板的配合自动展开，并可以有效保证展开的形态；通过弹簧件与基板的配合，使透镜下端与基板先行进行贴合，再通过弹性支撑件与滚轴的配合，使滚轴、基板和弹性支撑件整体贴合，大大降低了滚轴的质量和体积。

Description

一种可卷曲式太阳能电池板

技术领域

本发明涉及用于航天器或卫星应用的柔性太阳能电池板，具体涉及一种可卷曲式太阳能电池板。

背景技术

太阳能阵列涉及附接到某些航天器车辆或卫星的结构，用以为航天器提供动力，太阳能电池阵列存放时占用空间需要小以方便装运和发射，并且可以在太空中将光伏太阳能电池板展开以将太阳能转化为操作航天器所需的动能。

用于空间应用的动力系统面临许多设计约束，包括最小化重量，最小化存储体积，最大化寿命到寿命终止性能以及最小化成本的标准。

现有技术方案多采用刚性或多铰链结构，例如公开号为US5496414的美国专利采用弹性体支撑结构、多铰链的整体结构实现收纳展开。导致整体收纳时占用空间大，重量大，太阳能电池效率较低，只能通过数量的增加以使航天器或卫星正常工作。

为了允许可展开的太阳能电池阵列重量和存放体积的进一步减小，太阳能电池可以安装到轻质柔性基板或毯子而不是大而重的刚性蜂窝板。已经使用了各种柔性太阳能电池覆盖基板，例如由玻璃纤维网或薄聚合物片制成的那些，其上粘合有众多晶体太阳能电池。

柔性光伏(PV)毯式太阳能电池阵列通常限于封装在长连续辊或褶皱和折叠叠层上的晶体太阳能电池，其通过单独的部署臂架致动器，毂结构或需要外部电动机电源的其它可展开结构连接和展开。

太阳能电池是迄今为止太阳能电池阵列中最昂贵的部件。由于系统成本和质量都直接随着所使用的太阳能电池的数量而增加，因此减少航天器携带的太阳能电池的数量具有相当大的经济动机。为了降低太阳能电池阵列成本并且更有效地保护太阳能电池阵列免受辐射暴露，可以使用反射或折射聚光器元件来减少电池的数量。

通过使用相对便宜的菲涅耳透镜光学器件来收集太阳光并将其聚焦到更小的太阳能电池上，用于等效供电的太阳能电池阵列的电池的成本和重量显着降低。通过使用非常高效的电池，所需的阵列面积最小化，降低了整体系统重量。

透镜组件和透镜排为薄型轻质可卷曲线性元件，扁平或拱形，由柔性DC93500硅树脂弹性材料制成，带有保护性前侧涂层，直接安装在太阳能电池排上方并精确定位，以便它捕获入射的太阳辐射(光)并将其折射到正下方的太阳能电池行上，以增加照射强度。

发明内容

本发明目的在于提供一种可卷曲式太阳能电池板，通过大量的柔性和弹性结构，通过滚轴、弹性支撑件、弹簧件和基板的配合，从而实现太阳能电池板整体卷曲收纳，降低了质量、使存储体积更小。本发明是通过以下技术方案实现上述目的：

一种可卷曲式太阳能电池板，包括滚轴，所述滚轴底部右侧固定连接有太阳能基板，所述太阳能基板上部固定连接有太阳能电池，所述滚轴右侧中部通过内张力弦固定连接有左弹性支撑件，所述滚轴右侧设置的各太阳能基板之间通过弹簧件相互固定连接；所述左弹性支撑件右侧固定连接有透镜，所述透镜设置在太阳能电池正上方；所述左弹性支撑件右侧设置的各透镜之间通过中弹性支撑件相互固定连接；所述太阳能基板远离中弹性支撑件一端固定连接有外置板，所述外置板左侧设置有右弹性支撑件，所述右弹性支撑件顶部与透镜右端固定连接；所述外置板与右弹性支撑件通过左侧设置的外张力弦固定连接；所述左弹性支撑件，中弹性支撑件和右弹性支撑件下端均与太阳能基板上部固定连接。

优选的，所述左弹性支撑件，中弹性支撑件和右弹性支撑件顶部均与透镜相匹配。

优选的，所述左弹性支撑件，中弹性支撑件和右弹性支撑件下部均通过固定件与太阳能基板顶部固定连接。

本发明的有益效果如下：

1、本发明相对于刚性或多铰链结构的太阳能电池板，采用了大量的柔性和弹性结构，通过滚轴、弹性支撑件、弹簧件和基板的配合，使透镜与基板可以贴合，从而实现太阳能电池板整体卷曲收纳，降低了质量、使存储体积更小；

2、本发明不需要任何动力驱动机构便能通过弹性件、弹簧件、和基板的配合自动展开，并可以有效保证展开的形态；

3、本发明通过弹簧件与基板的配合，使透镜下端与基板先行进行贴合，再通过弹性支撑件与滚轴的配合，使滚轴、基板和弹性支撑件整体贴合，大大降低了滚轴的质量和体积；

4、本发明通过采用透镜将光聚集在太阳能电池上的方法，在保证相同效能的情况下，大大降低了太阳能电池的使用数量，从而降低了使用成本。

附图说明

图1为本发明整体展开示意图。

图2为本发明收纳第一阶段示意图。

图3为本发明收纳第二阶段示意图。

图4为本发明收纳第三阶段示意图。

图5为本发明收纳第四阶段示意图。

图6为本发明展开状态基板示意图。

图7为本发明收纳状态基板示意图。

图8为本发明展开状态右弹性支撑件示意图。

图9为本发明收纳第一阶段右弹性支撑件示意图。

图10为本发明收纳第四阶段右弹性支撑件示意图。

图11为本发明展开状态中弹性支撑件示意图。

图12为本发明收纳第一阶段中弹性支撑件示意图。

图13为本发明收纳第三阶段中弹性支撑件示意图。

图14为本发明展开状态左弹性支撑件示意图。

图15为本发明收纳第一阶段左弹性支撑件示意图。

图16为本发明收纳第二阶段左弹性支撑件示意图。

附图标记：100、滚轴；110、内张力弦；200、透镜；300、外置板；310、外张力弦；400、太阳能基板；410、太阳能电池；420、弹簧件；510、左弹性支撑件；520、中弹性支撑件；530、右弹性支撑件；540、固定件。

具体实施方式

本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例。然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例。另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。

请参阅图1-5所示，一种可卷曲式太阳能电池板，包括：太阳能基板400，所述太阳能基板400上安装有呈阵列排布的太阳能电池410，太阳能电池410左侧固定有左弹性支撑件510，左弹性支撑件510通过内张力弦110与安装在太阳能基板400最左侧的滚轴100相连接，太阳能基板400中部具有弹簧件420，在弹簧件420上方固定有中弹性支撑件520，太阳能电池410右侧固定有右弹性支撑件530，右弹性支撑件530通过外张力弦310与安装在太阳能基板400最右侧的外置板300相连接，在太阳能电池410上方安装有通过左弹性支撑件510、中弹性支撑件520、右弹性支撑件530固定的透镜200；

请参阅图6、图7，太阳能基板400中部具有将整体平均分为两部分的弹簧件420，弹簧件420为弹性材料；

所述弹簧件420正常状态时为波纹状并呈收紧状态；当将太阳能基板400拉伸时，所述弹簧件420伸直并其上表面与太阳能基板400上表面为同一平面；

请参阅图1-16所示，滚轴100通过内张力弦110与左弹性支撑件510上方进行连接以保证太阳能基板400展开时太阳能电池410与透镜200准确定位；

所述外置板300通过外张力弦310与右弹性支撑件530上方进行连接以保证太阳能基板400展开时太阳能电池410与透镜200准确定位；外置板300下部与太阳能基板400右端固定连接；

所述内张力弦110与外张力弦310均为弹性材料；

所述左弹性支撑件510、中弹性支撑件520、右弹性支撑件530各自通过其上固定件540固定在太阳能基板400上；

所述左弹性支撑件510、中弹性支撑件520、右弹性支撑件530上端均为拱形并具有与滚轴100曲面相同的弧度，并与透镜200相固定以控制透镜200的形状；

所述透镜200由柔性DC93500硅树脂弹性材料制成，带有保护性前侧涂层，直接安装在太阳能电池410排上方并精确定位，以便它捕获入射的太阳辐射(光)并将其折射到正下方的太阳能电池410行上，以增加照射强度；

所述太阳能基板400、太阳能电池410均由柔性材料制成。

工作原理：

当太阳能基板400处于展开状态时：弹簧件420处于收紧状态，右弹性支撑件530上端向右倾斜，左弹性支撑件510上端向左倾斜，所中弹性支撑件520上端向右倾斜并倾斜幅度小于右弹性支撑件530；

当太阳能基板400处于第一阶段时：将外置板300一端向右移动，使弹簧件420处于伸直状态，使透镜200下端与太阳能基板400贴合，并使左弹性支撑件510向右下方移动直至左弹性支撑件510下端与太阳能基板400贴合，中弹性支撑件520向右下方移动直至中弹性支撑件520下端与太阳能基板400贴合、右弹性支撑件530向左下方移动直至右弹性支撑件530下端与太阳能基板400贴合，并其各自为拱形的上端与太阳能基板400所呈角度相同；

当太阳能基板400处于第二阶段时：左弹性支撑件510上端与滚轴100相吻合并给与其上端向右下方的压力，直至左弹性支撑件510上端与太阳能基板400贴合；

当太阳能基板400处于第三阶段时：中弹性支撑件520上端与滚轴100相吻合并给与其上端向右下方的压力，直至中弹性支撑件520上端与太阳能基板400贴合；

当太阳能基板400处于第四阶段时：右弹性支撑件530上端与滚轴100相吻合并给与其上端向右下方的压力，直至右弹性支撑件530上端与太阳能基板400贴合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种可卷曲式太阳能电池板，包括滚轴（100），其特征在于：所述滚轴（100）底部右侧固定连接有太阳能基板（400），所述太阳能基板（400）上部固定连接有太阳能电池（410），所述滚轴（100）右侧中部通过内张力弦（110）固定连接有左弹性支撑件（510），所述滚轴（100）右侧设置的各太阳能基板（400）之间通过弹簧件（420）相互固定连接，太阳能基板（400）中部具有弹簧件（420），所述弹簧件（420）正常状态时为波纹状并呈收紧状态，当将太阳能基板（400）拉伸时，所述弹簧件（420）伸直并其上表面与太阳能基板（400）上表面为同一平面，在弹簧件（420）上方固定有中弹性支撑件（520），中弹性支撑件（520）设置在弹簧件（420）的两侧，所述左弹性支撑件（510）右侧固定连接有透镜（200），所述透镜（200）设置在太阳能电池（410）正上方；所述左弹性支撑件（510）右侧设置的各透镜（200）之间通过中弹性支撑件（520）相互固定连接，所述太阳能基板（400）远离中弹性支撑件（520）一端固定连接有外置板（300），所述外置板（300）左侧设置有右弹性支撑件（530），所述右弹性支撑件（530）顶部与透镜（200）右端固定连接；所述外置板（300）与右弹性支撑件（530）通过左侧设置的外张力弦（310）固定连接；所述左弹性支撑件（510），中弹性支撑件（520）和右弹性支撑件（530）下端均与太阳能基板（400）上部固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种可卷曲式太阳能电池板，其特征在于：所述左弹性支撑件（510），中弹性支撑件（520）和右弹性支撑件（530）顶部均与透镜（200）相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种可卷曲式太阳能电池板，其特征在于：所述左弹性支撑件（510），中弹性支撑件（520）和右弹性支撑件（530）下部均通过固定件（540）与太阳能基板（400）顶部固定连接。