DE1276830C2

DE1276830C2 - Sonnenbatterie

Info

Publication number: DE1276830C2
Application number: DE1965N0026142
Authority: DE
Inventors: Joseph Gabriel Rockville Haynos, Md (V St A )
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration, Washington, D C (V St A)
Priority date: 1964-02-13
Filing date: 1965-01-29
Publication date: 1975-07-31
Also published as: CH424008A; NL6500479A; GB1033681A; DE1276830B; US3459391A; BE659672A; NL143076B; DE1506146B1

Description

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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 erhaben 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 $_Q 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 _6s 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 durcii 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 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 vv-.bunden 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 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.

Fig.t ist eine Draufsicht auf die Unterseite einer Sonnenzellenmatrix;

Fig.2 ist eine Draufsicht auf die obere Seite der Sonnenzellenmatrix gemäß F i g. 1;

Fig.3 zeigt einen Querschnitt einer Ausführuigsform der Erfindung, bei welcher die Sonnenzellenmatrix gemäß F i g. 2 an einem starren Grundkörper angeordnet ist; S

Fig.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 Matrix 11 wiedergegeben, die aus p-n-Halbleitersonnenzellen 12 gebildet ist welche ein 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 dirSter 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 Fig.3 ist die Sonnenzellenmatrix U gemäß den F i g. 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 Matrix 11 mit einem Grundkörper 22 in Form eines Aluminiumwabenkörpers mittels eines nachgiebigen Klebemittels 23, beispielsweise einem bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuk, verbunden ist, ist die Sonnenzellenausführung 40 eine starre Leichtgewichtsausführung, bei welcher eine maximale Sonnenzellenfläche gegenüber einer Lichtquelle verfügbar ist bzw. frei liegt 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 Sonnenzellenan-Ordnung 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 Satelliten bildet, da sie bequem entsprechend der Form des Satelliten hergestellt werden kann, oder daß sie in nachgiebiger Ausführungsform in dem Satelliten aufgenommen wird, bis sie freigegeben und aus ihm ausgefahren wird.

In Fig.4 ist eine Ausführung wiedergegeben, bei welcher ein Grundkörper 55, beispielsweise aus Glasfaserstoff oder-gewebe, das mit Silikonkautschuk überzogen ist mit der Unterseite der Matrix 11 der Sonnenzellenanordnung 40 verbunden ist und zwar mittels eines Klebemittels 23', beispielsweise eines bei Raumtemperatur vulkanisierenden Silikonkautschuks. Der überzogene Glasfaserstoff verleiht der Matrix U genügende Festigkeit und schützt die Sonnenzellen und wirkt wenn die Sonnenzellenanordnung beispielsweise in dem Satelliten aufgerollt wird, zwischen den aufgerollten Lagen als weiches Dämpfungskissen.

Die nachgiebige Sonnenzellenanordnung kann außer für Satelliten auch als Energiequelle für robuste bzw. stabile elektronische Ausrüstungen einschließlich Empfangs- und Übertragungseinrichtungen Anwendung finden, wo es wesentlich ist daß die Energiequelle unempfindlich ist um außergewöhnlichen Umgebungsbedingungen widerstehen zu können. Bei solchen Anwendungen kann die Sonnenzellenanordnung in einem tragbaren Gehäuse ausfahrbar untergebracht sein, in welchem Anschlüsse zum Verbinden der Sonnenzellenanordnung mit der elektronischen Ausriistung vorgesehen sind. Auf ähnliche Weise kann die nachgiebige Sonnenzellenanordnung in Verbindung mit üblichen tragbaren Rundfunkgeräten und verschiedenen anderen elektronischen Geräten oder elektronischer Ausrüstung als Energiequelle verwendet werden. Bei einer derartigen Verwendung ist die nachgiebige Sonnenzellenanordnung sehr viel kleiner als bei Anwendung für Satelliten, jedoch ist die Arbeitsweise die gleiche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Sonnenbatterie mit einer Mehrzahl getrennter Sonnenzellen, die elektrisch und mechanisch mitecn- S ander 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 I bis 4, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (22 bzw. 55) für die Sonnenzellenmatrix (U), 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