JP2010283353A - 太陽電池パネルの構造要素、及びそれらを含む構造 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池パネルの構造要素、及びそれらを含む構造を提供すること。
【解決手段】本発明は、少なくとも１つの誘電体層（３）を含む太陽電池パネルの構造要素（１）に関し、この構造要素は、上記誘電体層（３）に接触する導電手段（５）と、導電手段（５）を上記構造のアースに接続するための電気的接続手段（９）とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの誘電体層を含むタイプの太陽電池パネルの構造要素に関する。

一般に、太陽電池パネルは、太陽電池網を収容するための導電性構造部品を備える。この導電性構造部品は、少なくとも１つの誘電体層で覆われる。導電性構造部品と上記誘電材料との間には接着手段も提供される。

このような太陽電池パネルの構造は公知であり、一般に導電性構造は、炭素繊維からなる２枚の外皮間に接着接合されたアルミニウム製のハニカム構造の形で形成される。この導電性構造は、等電位性を保証するために衛星のアースに接続され、太陽電池は誘電体層に固定される。

この構造機能を遂行するために、ハニカム構造の両面が、エポキシ系構造用接着剤に組み込まれた炭素繊維により補強される。

一般に使用される誘電体層はポリイミド・ポリマー製であり、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）又はＵｐｉｌｅｘ（登録商標）という名前で一般に市販されている。

誘電体層は導電性構造に固定される。従って、この誘電体層は、シートを覆う炭素繊維のためのバインダの役割を果たすエポキシ接着剤に接触し、この接着剤は特に導電性ではない。

このように形成された構造の誘電体層に光電セルがマトリクス状に固定され、このようにして太陽電池パネルの構造が形成される。

このような構造が宇宙空間で使用された場合、誘電体層が電荷を蓄積する。このような電荷は、誘電体層又は隣接する金属被覆の辺りに静電放電を生じさせ、これが太陽電池パネルの深刻な劣化の原因となり得るので、太陽電池パネルの動作にとって危険であると証明することができる。

一般の動作モードにおいて、パネルが照射を受けた際の光子放出により、蓄積電荷が部分的に宇宙空間内に自然放電されたことが判明している。これらの蓄積電荷はまた、特に米国特許第４，５３４，９９８号の文献に記載されるように、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）の層を炭素繊維に固定するために、及び／又はパネルの構造の炭素繊維を埋め込むために使用されるエポキシ接着剤を通じて移動することによっても部分的に放電される。

従って、電荷は、等電位性を保証するという機能を有する導電性構造に自然に流れる。

従って、誘電体層を炭素繊維の面に単純に接続し、及び／又は金属シート上に補強要素を保持することが当初の機能であったエポキシ接着剤は、誘電体層に蓄積する電荷を放電するという付加的な機能を与えられている。

米国特許第４，５３４，９９８号公報

しかしながら、特定の条件下では、特に太陽電池パネルが日食の位置にあるときには、エポキシ接着剤が非常に冷たくなり、結果的に電気絶縁性となるので、エポキシ接着剤がこの機能を遂行できないことが判明している。

具体的には、太陽電池パネルが地球周辺の静止軌道（ＧＥＯ軌道）内に存在する衛星に取り付けられた場合、この太陽電池パネルは春分又は秋分の時に太陽からの光を完全に又は部分的に奪われる。

この太陽電池パネルの光喪失の総持続時間は、１日当たり約１時間、１年のうち２２日間であると計算されている。

このような光喪失の条件下では、温度は−１８０℃に達する可能性がある。

太陽電池パネルが数多くの劣化を受けるのは、これらの短い食の終了期間中である。

さらに、太陽電池パネルの光電セルの保護ガラス上にも同じ電荷蓄積の現象が認められている。

太陽電池パネルが光を捕捉すると、光子放出により、又は少なくとも部分的にガラスをセル上に保持するシリコン接着剤を通過する伝導により、ガラス上に蓄積した電荷が宇宙空間内へ放電される。

しかしながら、日食の状態では、ガラス上に蓄積した電荷が十分に放電されず、接着剤は３０℃未満の温度で絶縁性となるので、太陽電池パネルの劣化の原因にもなり得る。

本発明の目的は、誘電体層に蓄積した電荷を、この層がＫａｐｔｏｎ（登録商標）の層で構成されているか、或いは保護ガラスシートで構成されているかに関わらず、極低温であっても放電する機能を提供することにより、このような状態にあるエポキシ又はシリコン接着剤の不都合を改善することである。

この目的のために、本発明は上述したタイプの太陽電池パネルの構造要素に関し、この構造要素は、上記誘電体層に接触する導電手段と、この導電手段を上記構造のアースに接続するための電気的接続手段とを備えることを特徴とする。

このように形成した場合、この構造要素は、上記誘電体層に蓄積した電荷を、この層が例えばポリイミド・ポリマーの層であるか、或いは光電セルの保護ガラスの層のシートであるかに関わらず、及びいずれの温度条件下でも放電するという働きをする。一方では導電手段が誘電体層に接触し、他方では帯電した誘電体層と構造のアースとの間に電位差が存在する。

以下で説明及び図示する実施形態によれば、本発明による構造要素は、単独で又は組み合わせて利用される以下の特徴を有することができる。
‐上記導電手段が、金属線又は導体のグリッドを含む。
‐上記金属グリッドが、上記誘電体層の表面に接して配置されるとともに接着手段により保持され、又は真空蒸着される。
‐上記グリッドが、２つの誘電体層の間に配置される。
‐上記導電手段が、上記誘電体層を少なくとも部分的に覆う導電被膜を含む。
‐上記誘電体層がポリイミド・ポリマーで作製される。
‐上記誘電体層が、光電セルの保護ガラスシートである。
‐上記電気的接続手段が導体素子である。

本発明はまた、太陽電池パネルの構造にも関し、この構造は、上記で定めた少なくとも１つの構造要素を含むことを特徴とする。

最後に、本発明は、上記で定めた構造を含む太陽電池パネルに関する。

添付の図を参照しながら以下で説明する例示的な実施形態を読めば、本発明がより良く理解されるであろう。

本発明による第１の構造要素の断面図である。 図１に示す構造要素の底面図である。 本発明による第２の構造要素の断面図である。 本発明による太陽電池パネルの第１の構造の部分断面図である。 本発明による第３の構造要素の断面図である。 本発明による構造要素を含む第１の光電セルの断面図である。 本発明による構造要素を含む第１の光電セルの平面図である。 本発明による構造要素を含む第２のセルの断面図である。 本発明による構造要素を含む第３のセルの断面図である。 本発明による構造要素を含む第３のセルの平面図である。 本発明による構造要素を含む第４のセルの分解斜視図である。 本発明による太陽電池パネルの第２の構造の部分断面図である。

まず、光電セルを保持するための本発明による構造要素の様々な例を示す図１〜図５及び図９について検討する。

次に、光電セルを保護するための本発明による要素について説明する。

図１及び図２は、少なくとも１つの誘電体層３を含む、太陽電池パネルの第１の構造要素１を示している。

誘電体層３は、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）又はＵｐｉｌｅｘ（登録商標）という名前で市販されているようなポリイミド・ポリマーであってもよい。

誘電体層３の厚みは、２５μｍ〜５００μｍであってよい。

本発明によれば、構造要素１は、導電手段５、つまり真空金属蒸着物を含む。

導電手段５は、グリッド５を形成する織り合わせた金属線により形成される。

グリッド５は、誘電体層３と接触させて位置されるとともに、グリッドを組み込んだ、接着手段を構成する接着剤７によってこの位置に保持される。

接着剤７は、通常ｋａｐｔｏｎ（登録商標）接着テープに見られる、従来よりポリイミドの接着接合に使用されている接着剤であってもよい。

ポリイミド・ポリマーの層に蓄積する可能性のある電荷を放電できるようにするために、導線９がグリッド５に接続される。

導線９は、他のいずれかの導体素子であってもよい。

導線９は、グリッド５を構造のアースに接続するための接続手段を構成する。

図３は、本発明による太陽電池パネルの別の実施形態の構造要素１１を示している。

要素１１は、各々がポリイミド・ポリマーで作製された２つの誘電体層３を含む。

２つの層３は重ね合わされて、グリッド５を埋め込んだ接着剤７の層によって一体に接続され、上記接着剤の層７が２つの層３の間に挟まれることにより、この積層がいわゆる「サンドイッチ」構造を形成する。

図１及び図２に示す実施形態と同様に、グリッド５が金属線９と一体化され、その金属線９はグリッド５を構造のアースに接続するための接続手段を構成する。

図４は、図３に示す構造要素１１を含む本発明による構造１３を示している。構造１３は、構造要素１１に加えて、２つの補強層１９間に挟まれた導電体層１７を含むベースアセンブリ１５を備える。

導電体層１７は、ハニカム構造を有するアルミニウムのシート１７であってもよい。

アルミニウムのシート１７は、構造のアースに接続される。

補強層１９は各々、エポキシ接着剤の層内に捕捉された炭素繊維網を含む層の形をとる。

金属線のグリッド５は、導線９によりハニカム構造を有するアルミニウムのシート１７に接続される。グリッド５はまた、太陽電池の負（−）極にも接続される。

構造１３は光電セル２１も備える。

光電セル２１は、従来の方式で、誘電体層３上にマトリクス構成で配置される。

この理解を容易にするために、光電セル２１を２つのみ図４に示す。

光電セル２１は、シリコン接着剤である接着剤の層２３により誘電体層３に固定される（セルは壊れやすいので、剛性の高い構造の接合により頻繁に使用されるエポキシ接着剤でなく、シリコン接着剤を使用する）。

光電セル２１の各々は、セル２１の寸法と実質的に同じ寸法の保護ガラスシート２５で覆われる。

保護ガラスシート２５は、シリコン接着剤とすることができる接着剤２７により光電セル上に保持される。

図５は、本発明による別の変形例の構造要素２９を示している。

構造要素２９は、誘電体層３と導電体層３１とを含む。

導電体層３１は、例えば、当業者に元より周知の方法で誘電体層３の片面に堆積された金属被覆である。

この実施形態によれば、金属被覆３１が誘電体層３の片側の表面全体に堆積される。

金属被覆３１を構造のアースに接続するために、導線９が金属材料の層３１に接続される。

図６Ａ、図６Ｂ、図７、図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による構造要素の他の実施形態を示しており、これらによれば、自らが誘電体層を構成する光電セル２１の保護ガラスシート２５が、電荷を放電する手段に関連付けられる。

図６Ａは、導線に接続された金属線又は導体のグリッド５がセル２１に面した側に位置して固定された保護ガラスシート２５を示している。

グリッド５はガラス上に直接真空蒸着されることが好ましい。変形例では、グリッド５をシリコン接着剤の層３３内に埋め込むことにより、これをガラスシート２５に接して保持し、或いはこれに固定することができる。

シリコン接着剤の層３３はまた、ガラスシート２５を光電セル２１に固定する手段の役割も果たす。

図７は、本発明による構造要素のさらに別の実施形態を示しており、この実施形態によれば、セル２１の保護要素３５が、導線のグリッド５を埋め込んだシリコン接着剤の層３３により片面同士で接続された２枚のガラスシート２５を含む。

グリッド５をアースに接続するために、導線９がグリッドに固定される。

要素３５は、セル２１に隣接するガラスシートの自由面上に分布するシリコン接着剤の層２７により、それ自体がセル２１の表面に固定される。

図８Ａ及び図８Ｂは、本発明による太陽電池パネルの構造要素のさらに別の変形例を示している。

光電セル２１の保護要素３７は保護ガラスシート２５を含む。

ガラスシート２５の片面上には、金属被覆又は被膜３９が点状に、すなわち表面の一部のみに堆積されている。

導線９を金属被膜３９に接続することにより、構造要素３７をそのアースに接続することができる。

このように形成された要素３７は、シリコン接着剤の層２７により光電セル２１に固定される。

光電セル２１の効率に関する理由により、被膜３９がセル２１をわずかに覆うように被膜３９を形成することが適切である。図を理解するために、被膜３９を意図的に誇張している。

しかしながら、セル２１の容量の変化をできるだけ少なくするために、被覆又は被膜をできるだけ控えめにする必要があることを理解すべきである。

図９は、被覆３９がガラスシート２５の片側で延びる金属櫛の形をした別の変形例を示している。セル２１の上面には同一の金属櫛４０が形成されてセル２１に面し、セル２１の反対面には金属被覆４２を有する。従って、２つの櫛を重ね合わせることによりセルの有用な部分が覆われることはない。シリコン接着剤を通じて導電性プラグと直接接触させることも可能である。

図１０は、エポキシ接着剤の層２３により、図５に示すような構造要素２９に固定された光電セル２１を含む本発明による構造４１を示している。

構造要素２９は、上記で定めたような、３つの重ね合わせた材料の層、より詳細には２つの補強層１９の間に導電体層１７を挟んだベースアセンブリ１５に固定される。

導電体層１７は構造のアースに接続される。

構造４１の光電セル２１は各々、図８Ａ及び図８Ｂに示すような保護要素３７で覆われる。

要素３７の個々の被覆３９を導線９によって構造のアースに接続することにより、ガラスシート上の電荷が導線９により放電されるようになる。

上述の説明から、本発明がいかにして誘電部品の層に蓄積した電荷の放電を可能とするかが理解されよう。しかしながら、本発明は、ポリイミド・ポリマー或いはエポキシ又はシリコン接着剤などの、説明した実施形態で提示したもののような特定の材料に限定されるものではないことを理解すべきである。

また、別の実施形態によれば、導電手段５が、グリッドではなく、誘電体層３に接触するとともに導電手段を構造のアースに接続するための接続手段を形成する電気的接続手段と一体化したコイル又は螺旋を形成する。

１ 構造要素
３ 誘電体層
５ 導電手段（グリッド）
７ 接着剤
９ 導線

Claims (10)

1. 少なくとも１つの誘電体層（３、２５）を含む太陽電池パネルの構造要素（１、１１、２９、３５、３７）であって、
   前記誘電体層（３、２５）に接触する導電手段（５、３１、３９）と、
   前記導電手段（５、３１、３９）を構造のアースに接続するための電気的接続手段（９）と、
   を備えることを特徴とする構造要素。
2. 前記導電手段（５）が金属線又は導体のグリッドを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造要素。
3. 前記金属グリッド（５）が、前記誘電体層（３、２５）の表面に接して位置するとともに接着手段（７、３３）により保持され、又は真空蒸着される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の構造要素。
4. 前記グリッド（５）が、２つの誘電体層（３）の間に配置される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の構造要素。
5. 前記導電手段（３１、３９）が、前記誘電体層（３、２５）の表面を少なくとも部分的に覆う導電被膜（３１、３９）を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造要素。
6. 前記誘電体層（３）がポリイミド・ポリマーで作製される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の構造要素。
7. 前記誘電体層（２５）が、光電セル（２１）の保護ガラスシートである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の構造要素。
8. 前記電気的接続手段が導体素子（９）である、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の構造要素。
9. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の少なくとも１つの構造要素（１、１１、２９、３５、３７）を含む、
   ことを特徴とする太陽電池パネルの構造（１３、４１）。
10. 請求項９に記載の構造を含む、
    ことを特徴とする太陽電池パネル。

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