DE1276830C2 - Sonnenbatterie - Google Patents
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Description
45
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.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.
Claims (7)
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
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