DE1276830B - Sonnenbatterie - Google Patents
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Description
DEUTSCHES
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PATENTAMT
Deutsche Kl.: 21 g - 29/10
Nummer: 1276 830
Aktenzeichen: P 12 76 830.8-33 (N 26142)
J 276 830 Anmeldetag: 29.Januar 1965
Auslegetag: 5. September 1968
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sonnenbatterie mit einer Mehrzahl getrennter Sonnenzellen, die
elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind.
Es sind Sonnenbatterien dieser Art mit schindelartig angeordneten Sonnenzellen bekannt, bei denen
die Sonnenzellen derart miteinander verbunden sind, daß eine starre Ausführung erhalten wird. Hierzu
werden beispielsweise Sammelschienen verwendet oder die Zellen sind an einer Trägerplatte angeordnet,
die aus einer mit Epoxydharz gebundenen Glasfaserplatte besteht. Diese Trägerplatte stellt einen
verhältnismäßig starren Körper dar. In dem Zwischenraum zwischen den schindelartig angeordneten
Zellen und der Trägerplatte ist ebenfalls Epoxydharz vorgesehen, das auch starr ist.
Solch starre Sonnenzellenausführungen sind nachteilig, da sie gegenüber thermischen Schocks und
Schwingungsstößen bzw. -Schocks verhältnismäßig empfindlich sind. Da weiterhin die gesamte Ausführung
starr ist, ist sie hinsichtlich der Art und Weise, auf welche die Zellen angeordnet werden
können, begrenzt, d. h., es ist lediglich eine begrenzte Anzahl von Formen der Batterie möglich. Außerdem
kann in vielen Fällen eine angemessene Zuverlässigkeit nicht erhalten werden, und zwar zufolge ungenügender
elektrischer Verbindungsstellen zwischen benachbarten Sonnenzellen.
Die Schindeltechnik ist in weitem Ausmaß in Gebrauch. Sie hat jedoch den Nachteil, daß nicht
immer die gesamte Fläche der Sonnenzellen einer Lichtquelle ausgesetzt werden kann, weil ein Teil
der Fläche jeder Sonnenzelle von dem Schatten einer benachbarten Sonnenzelle überdeckt werden
kann. Weiterhin ist die Schindeltechnik hinsichtlich der Anzahl von Sonnenzellen begrenzt, die zur
Bildung eines Moduls bzw. einer Baueinheit von Sonnenzellen miteinander verbunden werden kann.
Demgegenüber ist eine Sonnenbatterie mit einer Mehrzahl getrennter Sonnenzellen, die elektrisch
und mechanisch miteinander verbunden sind, gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß für die
elektrische und mechanische Verbindung der Sonnenzellen wenigstens ein Streckmetallstreifen vorgesehen
ist, der durch ein leitendes Haftmittel mit den Sonnenzellen verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Streckmetallstreifen Maschenform
mit rautenförmigen Öffnungen haben, deren Abmessung in Längsrichtung des Streifens größer
als in der Querrichtung ist.
Das leitende Haftmittel kann vorzugsweise ein Sonnenbatterie
Anmelder:
National Aeronautics and Space Administration, Washington, D. C (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. E. Wiegand
Dr. E. Wiegand
und Dipl.-Ing. W. Niemann, Patentanwälte,
2000 Hamburg, Königstr. 28
2000 Hamburg, Königstr. 28
Als Erfinder benannt:
Joseph Gabriel Haynos, Rockville, Md.
(V.StA.)
(V.StA.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. Februar 1964
(344793)
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elektrisch leitendes Lötmittel aufweisen, welches die gesamte untere Fläche und eine Kante der oberen
Fläche jeder Sonnenzelle bedeckt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Streckmetallstreifen abwechselnd
oben und unten derart angeschlossen, daß er mit einem Teil der überzogenen Unterfläche von
Sonnenzellen einer Reihe der Matrix und der überzogenen oberen Kante von Sonnenzellen einer benachbarten
Reihe verbunden ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Grundkörper für die
Sonnenzellenmatrix vorgesehen, der durch ein Klebemittel mit der Matrix verbunden ist. Der Grundkörper
besteht vorzugsweise aus nachgiebigem Material, und das Klebemittel ist elastisch.
Gemäß einer abgeänderten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der nachgiebige
Grundkörper aus Glasfaserstoff oder -gewebe bestehen, das mit Silikonkautschuk überzogen ist,
und das elastische Klebemittel kann ein bei Raumtemperatur vulkanisierender Silikonkautschuk sein.
Durch die Erfindung werden die Nachteile der bekannten Ausführungen vermieden, indem eine
große Zahl von Formen mit den Sonnenzellen gebildet werden kann, wobei sowohl starre als auch
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flexible Ausführungen möglich sind. Gleichzeitig schafft die Erfindung eine Verbindung der Sonnenzellen,
welche Schwingungsschocks oder -stoßen und thermischen Schocks widerstehen kann, eine ausgezeichnete
Leitfähigkeit von Zelle zu Zelle und/oder von Zellengruppe zu Zellengruppe aufweist und nur
in einem minimalen Ausmaß zu dem Gewicht der Batterie beiträgt. Alle diese Vorteile werden bei sehr
großer Zuverlässigkeit erhalten.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
F i g. 1 ist eine Draufsicht auf die Unterseite einer SonnenzeUenmatrix;
F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die obere Seite der Sonnenzellenmatrix gemäß Fig. 1;
F i g. 3 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Sonnenzellenmatrix
gemäß F i g. 2 an einem starren Grundkörper angeordnet ist;
F i g. 4 stellt eine Seitenansicht eines Teiles einer Sonnenzellenanordnung dar, bei welcher die Matrix
auf einem nachgiebigen Grundkörper angeordnet ist.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Matrixll wiedergegeben, die aus p-n-Halbleitersonnenzellen 12 gebildet
ist, welche eine p-Schicht 13 und eine n-Schicht 14 aufweisen und welche durch Verbindungsteile
16 aus Streckmetall miteinander verbunden sind.
Unter der Bezeichnung Streckmetall ist ein sehr dünnes Metallblech zu verstehen, in welchem zunächst
durch seine Fläche hindurch Einschnitte gemacht worden sind und welches dann in einer
Richtung quer zu den Einschnitten derart gestreckt worden ist, daß die Einschnitte zu rautenförmigen
Öffnungen werden, wobei die Abmessungen der Öffnungen durch das Ausmaß bestimmt sind, in
welchem das Blech gestreckt wird. Demgemäß wird aus einem dünnen massiven Blech einer gegebenen
Breite ein viel breiteres Blech dadurch gebildet, daß aus dem massiven Blech ein Maschenblech gebildet
wurde. Durch die Maschenform wird das Streckmetall nachgiebig bzw. biegsam und etwas federnd.
Jeder Verbindungsteil 16 aus Streckmetall verbindet einen Teil allen n-Materials 14 der Sonnenzellen
12 einer Reihe elektrisch und mechanisch mit einem Kantenteil allen p-Materials 13 der Sonnenzellen
12 einer benachbarten Reihe durch eine Verbindung, die abwechselnd oben und unten liegt, wie
es aus F i g. 3 erkennbar ist.
Jeder Metallverbindungsteil 16 ist ein Streifen aus Streckmetall, der mit den Sonnenzellen 12 derart
verlötet ist, daß er in ihrer Längsrichtung eine elektrische Parallelverbindung und in ihrer Querrichtung
eine elektrische Reihenverbindung bildet. Es· ist wichtig, zu bemerken, daß die Metallverbindungsstreifen
16 derart an den Sonnenzellen 12 befestigt sind, daß die Maschenform in der Querrichtung
dichter ist. Damit ist gemeint, daß jeder der rautenförmigen Öffnungen in Längsrichtung des
Streifens 16 länger als in der Querrichtung ist. Es ist gefunden worden, daß ein Metallverbindungsstreifen
16 aus wärmebehandeltem Silber mit rautenförmigen Öffnungen, deren größere Abmessung etwa 4,75 mm
und deren kleine Abmessung etwa 1,27 bis 1,78 mm beträgt und die eine Dicke von etwa 0,0508 mm
haben, sehr gute Verbindungsteile darstellt.
In F i g. 3 ist die Sonnenzellenmatrix 11 gemäß den Fig. 1 und 2 wiedergegeben, die mit einem
Grundkörper eine Sonnenzellenanordnung 40 bildet. Weiterhin sind in dieser Figur die Einzelheiten der
Sonnenzellen 12 und die Lage ihrer Teile zu den Metallverbindungsstreifen 16 gezeigt. Jede p-n-Silicium-Sonnenzelle
12 weist p-Material 13 und n-Material 14 auf. Die gesamte Fläche des n-Materials 14 und eine schmale Fläche entlang
einer Kante des p-Materials 13 sind mit einer dünnen Schicht eines Haftmittels 17 bzw. 18, wie Kupfer,
Nickel, Silber und Platin überzogen, da das Lötmittel nicht unmittelbar an dem Silicium anhaftet.
Auf die dünne Schicht des Haftmittels 17 bzw. 18 ist eine dünne Schicht aus Zinn-Blei-Lötmittel 19
bzw. 21 aufgebracht, wobei das Lötmittel 19, 21 für eine bequeme Verbindung der Metallverbindungsstreifen
16 mit den Sonnenzellen 12 erforderlich ist. Die Metallverbindungsstreifen 16 sind mit der Lötmittelschicht
19 aller Sonnenzellen 12 einer Reihe und der schmalen Lötmittelschicht 21 aller Sonnenzellen
12 einer benachbarten Reihe verbunden und durch das Lötmittel an Ort und Stelle gehalten.
Wenn die Matrixll mit einem Grundkörper 22 in Form eines Aluminiumwabenkörpers mittels eines
nachgiebigen Klebemittels 23, beispielsweise einem bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuk,
verbunden ist, ist die Sonnenzellenausführung40 eine starre Leichtgewichtsausführung,
bei welcher eine maximale Sonnenzellennache gegenüber einer Lichtquelle verfügbar ist bzw. freiliegt.
Infolge der Verwendung der Verbindungsstreifen 16 aus Streckmetall, hat die Sonnenzellenmatrix
11 eine ausgezeichnete Leitfähigkeit von Zelle zu Zelle, und sie ist gleichzeitig in der Lage, Schwingungsschocks
und -stoßen sowie thermischen Schocks zufriedenstellend zu widerstehen.
Die bisherige Beschreibung bezieht sich auf eine starre Ausführung, bei welcher die Sonnenzellen 12
durch Verbindungsstreifen 16 aus Streckmetall miteinander verbunden sind, es ist jedoch wichtig, festzustellen,
daß die Metallverbindungsstreifen 16 ebenfalls für nachgiebige Sonnenzellenanordnungen
gleich gut verwendbar sind. Eine solche nachgiebige Sormenzellenanordnung ist zufolge der Metallverbindungsstreifen
16 sowohl fest und nachgiebig als auch etwas elastisch bzw. federnd. Diese Eigenschaften
verleihen der Ausführung nicht nur einen Widerstand gegen beträchtliche Stöße und Schocks
sowie Schwingungen ohne Beschädigung der Sonnenzellen, sondern ermöglichen weiterhin, daß sie entweder
einen integralen Teil der äußeren Hülle eines SatelUten bildet, da sie bequem entsprechend der
Form des Satelüten hergestellt werden kann, oder daß sie in nachgiebiger Ausführungsform in dem
SatelUten aufgenommen wird, bis sie freigegeben und aus ihm ausgefahren wird.
In F i g. 4 ist eine Ausführung wiedergegeben, bei welcher ein Grundkörper 55, beispielsweise aus
Glasfaserstoff oder -gewebe, das mit Silikonkautschuk überzogen ist, mit der Unterseite der Matrixll der
SollenzeUenanordnung 40 verbunden ist, und zwar mittels eines Klebemittels 23', beispielsweise eines
bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuks. Der überzogene Glasfaserstoff verleiht
der Matrix 11 genügende Festigkeit und schützt die SonnenzeUen und wirkt, wenn die SonnenzelIenanordnung
beispielsweise in dem SatelUten aufgeroUt wird, zwischen den aufgeroUten Lagen als
weiches Dämpfungskissen.
Claims (7)
1. Sonnenbatterie mit einer Mehrzahl getrennter Sonnenzellen, die elektrisch und mechanisch
miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektrische und mechanische Verbindung der Sonnenzellen
wenigstens ein Streckmetallstreifen (16) vorgesehen ist, der durch ein leitendes Haftmittel
(17, 18, 19) mit den Sonnenzellen (12) verbunden ist.
2. Sonnenbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Streckmetallstreifen (16)
Maschenform mit rautenförmigen Öffnungen hat,
deren Abmessung in Längsrichtung des Streifens größer als in der Querrichtung ist.
3. Sonnenbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Haftmittel
ein elektrisch leitendes Lötmittel (19, 21) aufweist, welches die gesamte untere Fläche und
eine Kante der oberen Fläche jeder Sonnenzelle (12) bedeckt.
4. Sonnenbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Streckmetallstreifen (16)
abwechselnd oben und unten derart angeschlossen ist, daß er mit einem Teil der überzogenen
Unterfläche von Sonnenzellen (12) einer Reihe der Matrix (11) und der überzogenen
oberen Kante von Sonnenzellen (12) einer benachbarten Reihe verbunden ist.
5. Sonnenbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Grundkörper
(22 bzw. 55) für die Sonnenzellenmatrix (11), der durch ein Klebemittel (23 bzw. 23') mit der
Matrix verbunden ist.
6. Sonnenbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (55) aus
nachgiebigem Material besteht und das Klebemittel (23') elastisch ist.
7. Sonnenbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Grundkörper
(55) aus Glasfaserstoff oder -gewebe besteht, das mit Silikonkautschuk überzogen ist,
und daß das elastische Klebemittel (23') ein bei Raumtemperatur vulkanisierender Silikonkautschuk
ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
L'Onde Electrique (1962), S. 563 bis 575.
L'Onde Electrique (1962), S. 563 bis 575.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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