JP2010285098A

JP2010285098A - ソーラーアレイパネルの補修構造及びその補修方法

Info

Publication number: JP2010285098A
Application number: JP2009141157A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kunugi; 俊明功刀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP5439963B2

Abstract

【課題】人工衛星や宇宙ステーションなどの宇宙構造体に電力を供給するソーラーアレイパネルを構成するサンドイッチパネルの補修では、サンドイッチパネルの表面に段差を生じることなく、太陽電池を搭載する位置を制限することのない補修構造が求められていた。
【解決手段】表皮材（表面）と補修用表皮材（表面）を並べ、その内側から補修用補強材で補強する。補修用コア材を設け、表皮材（裏面）の外側に補修用表皮材（裏面）を設けた。さらに、補修用補強材を補修用表皮材（表面）よりも大きく、補修用表皮材（裏面）を補修用補強材５よりも大きくすることで、サンドイッチパネルの応力を伝達することが可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、人工衛星や宇宙ステーションなどの宇宙構造体に電力を供給するソーラーアレイパネルの補修方法に関するものである。

現在、宇宙構造体に電力を供給するためには、太陽電池を搭載したパネル（ソーラーアレイパネル）を使用することが一般的であり、その中でも複合材料の表皮材を用いたサンドイッチパネルの上に太陽電池を配列させたソーラーアレイパネルが多用されていることは周知のところである。

このようなソーラーアレイパネルが外力を受けて損傷した場合、太陽電池を交換する方法に関しては種種の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５１９６０号公報

然るに、外力を受けて損傷した場合は、太陽電池のみならず、サンドイッチパネルまでも損傷を受ける場合がある。太陽電池を搭載する面に損傷を生じた場合、損傷部分を強化するための複合材料の表皮材を接着すると、その補修部分に段差を生じて太陽電池を接合することができなくなる懸念がある。

また、サンドイッチパネルの損傷は、太陽電池を搭載する以前に生じることがある。太陽電池を搭載する面に損傷を生じた場合、損傷部分を強化するための複合材料の表皮材を接着すると、補修部分に段差を生じて、太陽電池を搭載する際に段差により太陽電池が破損する懸念がある。もしくは、この段差部分に太陽電池を搭載せずに周囲の太陽電池を電線で接合する方法も考えられるが、この場合はソーラーアレイパネルが発生する電力が低下する懸念がある。

従来のソーラーアレイパネルを構成するサンドイッチパネルの補修では、その表面に複合材料の表皮材を接着すると、接着した部分に段差を生じていた。段差部分に太陽電池を搭載すると太陽電池が破損するために、補修部分には太陽電池を搭載することができないといった課題があった。

この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、サンドイッチパネルの表面に太陽電池の搭載に支障をきたす段差を生じることなく、太陽電池を搭載する位置を制限することのない補修構造および強化するための構造を提供することを目的とする。

この発明のソーラーアレイパネルの補修構造は、複数の太陽電池を、絶縁層で覆われた一方の面に搭載するソーラーアレイパネルの表皮材と、前記表皮材の一部に穴の開いた欠損部に嵌め込まれ、一方の面が絶縁層で覆われた補修用表皮材と、当該欠損部の面積より大きい補強板であって、前記表皮材の他方の面及び前記補修用表皮材の他方の面と接着剤で固定された補修用補強材と、前記補修用補強材に接合された補修用コア材と、前記補修用コア材を、前記ソーラーアレイパネルを構成する他方の表皮材と一体固定する補修用部材とを備え、前記補修用表皮材の厚さは前記表皮材の厚さと略同一であり、前記表皮材の絶縁層と前記補修用表皮材の絶縁層は略面一な面をなすようにした。

この発明によれば、ソーラーアレイパネルのサンドイッチパネルに損傷があった場合であっても、サンドイッチパネルの表面に、太陽電池の搭載に支障をきたす段差を生じることなく、太陽電池の搭載位置が制限されることのないソーラーアレイパネルの補修構造を提供することができる。

この発明の実施の形態１によるソーラーアレイパネルの補修構造を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるソーラーアレイパネルの補修方法を説明する図である。この発明の実施の形態２によるソーラーアレイパネルを説明するための図である。この発明の実施の形態３によるソーラーアレイパネルを説明するための図である。ソーラーアレイパネルの人工衛星における配置を示す図である。従来のソーラーアレイパネルの断面図である。従来のソーラーアレイパネルの斜視図である。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
図５は人工衛星を示す図であり、２０はソーラーアレイパネル、２１は衛星構体、２２はアンテナリフレクタである。人工衛星は例えばソーラーアレイパネル２０、衛星構体２１、アンテナリフレクタ２２などの構造体から構成され、人工衛星や宇宙ステーションなどの宇宙構造体に電力を供給するためには、太陽電池が多用されている。

宇宙構造体には多くの太陽電池が必要であり、これらの太陽電池を保持するために、平板状のサンドイッチパネルが使用され、その表面に太陽電池を配列させている。このサンドイッチパネルの表皮材としては、比弾性率、比強度を高めるために炭素繊維強化複合材料やアルミニウムが多用されている。

図６は従来のソーラーアレイを示す断面図であり、図７は従来のソーラーアレイを示す斜視図である。図において、４０はサンドイッチパネル、１はサンドイッチパネル４０の表皮材（表面）、２はサンドイッチパネル４０の表皮材（裏面）、３はサンドイッチパネルのコア、８は太陽電池、１１は絶縁体フィルム層である。

絶縁体層１１はサンドイッチパネルの表皮材（表面）１に取り付けられている。宇宙構造体の軽量化のために絶縁体フィルム層には、ポリイミドフィルムが使用されている。
太陽電池８は接着剤等により絶縁体層１１上に搭載される。

図１は、実施の形態１によるソーラーアレイパネルの補修構造を示している。
ソーラーアレイパネル２０を構成するサンドイッチパネルは、表皮材（表面）１と表皮材（裏面）２でコア材３を挟んだ構造をしている。コア材３は、例えばハニカム構造を有する。なお、図６の従来のソーラーアレイパネルと同機能の部材には同符号を付し、必要ある場合を除き、説明を省略する。

ソーラーアレイパネル２０の補修箇所３０の補修構造は、表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４を並べ、その内側から補修用補強材５で補強した構造をとる。さらに補修用コア材６を設け、表皮材（裏面）２の外側に補修用表皮材（裏面）７を設ける。
この補修構造では表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４が並んでおり、段差を生じない。従って、補修部の位置に影響されることなく、太陽電池８を搭載することが可能である。

実施の形態１のソーラーアレイパネルの補修方法について、図２を用いて説明する。
図２はソーラーアレイパネルの補修フローを示す図である。

図２（ａ）は、太陽電池８を搭載する前の時点においてソーラーアレイパネル４０が外力を受けて損傷し、これから補修を開始する際のソーラーアレイパネルの断面図である。絶縁体フィルム層１１は省略している。
まず、図２（ａ）のように、損傷を受けた表皮材（表面）１の欠損部３５より広い範囲で欠損部３５下にあるコア材３を除去する。また、除去したコア材３とほぼ同じ範囲で、表皮材（裏面）２を除去する。
次に、図２（ｂ）のように、欠損部３５の面積と略同一あるいは、若干小さめの大きさの補修用表皮材（表面）４を用意し、補修用表皮材（表面）４を表皮材（表面）１の欠損部３５に嵌め込む。補修用表皮材（表面）４は表皮材（表面）１と略同じ厚さの板を使用する。補修用表皮材（表面）４は表面に絶縁層を有し、補修用表皮材（表面）４を欠損部３５に嵌め込む際は、補修用表皮材（表面）４の絶縁層が表皮材（表面）１上の絶縁層１１側となるように配置する。なお、補修用表皮材（表面）４は表皮材（表面）１と同じ材料を用いてもよい。また、補修用表皮材（表面）４の表面の絶縁層は表皮材（表面）１上の絶縁層１１と同一材の層であってもよい。
次に、補修用補強材５を内側（コア材３の側）から当てて、表皮材（表面）１と補修用補強材５、及び補修用補強材５と補修用表皮材（表面）４とを接着剤等で固定する。これにより、補修用表皮材（表面）４の表面と表皮材（表面）１の表面とは凹凸がなく、略面一な面となる。
次に、図２（ｃ）のように、補修用補強材５下方の空間に、この空間とほぼ同じ大きさの補修用コア材６と嵌め込み、接着剤１５等により固定する。
ソーラーアレイパネルの裏面側は、図２（ｄ）のように、補修用コア材６の断面よりも面積が大きい補修用表皮材（裏面）７を用い、補修用表皮材（裏面）７と表皮材（裏面）２の間、及び補修用表皮材（裏面）７と補修用コア材６の間を接着剤１５等により接着し、補修用表皮材（裏面）７と表皮材（裏面）２と補修用コア材６とが一体となるように固定する。
このように、サンドイッチパネル４０の補修を行った後、図２（ｅ）のように太陽電池８をサンドイッチパネル４０に搭載する。

補修用補強材５は以下のように機能する。
表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４は並んでおり、補修用補強材５がない場合、その境界はサンドイッチパネルに負荷される応力を伝達することができなく、サンドイッチパネルの強度が低下することとなる。
補修用補強材５を設けることにより、応力を伝達することができ、サンドイッチパネルの強度を維持することができる。
補修用補強材５は、表皮材（表面）１の応力を伝達することができるように、大きさを表皮材（表面）１よりも大きくする。
なお、図１では補修用表皮材（表面）４と補修用補強材５は分離しているが、これらの部材は一体構造としてもよい。

補修用表皮材（裏面）７も、表皮材（裏面）２の応力を伝達するために、大きさを表皮材（裏面）２よりも大きくする。

なお、ここではサンドイッチパネルの補修を例に挙げて説明したが、この構造はサンドイッチパネルを形成してから部分的に強度を増す必要が生じた場合に、サンドイッチパネルを強化する場合にも適用することができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２によるソーラーアレイパネルの構成を示している。
一般的には、表皮材（表面）１は炭素繊維強化複合材料やアルミニウムが用いられており、導電性を有している。太陽電池に発生する電位が表皮材（表面）１と短絡しないように、表皮材（表面）１は太陽電池８の側に絶縁層を設けている。絶縁層にはポリイミドフィルムが多用されている。

この場合は補修用表皮材（表面）４も同様に太陽電池側の面に絶縁層を設けることにより、太陽電池８の電位の短絡を防ぐことができる。
さらに、表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４の境界から、太陽電池８の電位が短絡することを防ぐために、図３に示すような絶縁層９を設けることが適している。補修用表皮材（表面）４を覆うように絶縁層９を設けることにより、表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４の境界の短絡を防止することができる。

なお、絶縁フィルムを設ける方法としては、絶縁層９を接着剤で表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４に接着しても良く、絶縁層９を粘着剤で表皮材（表面）１と補修用表皮材（表面）４に取り付けても良い。

実施の形態２の場合は、絶縁層９がサンドイッチパネルの表面から突出する。しかしながら、太陽電池を搭載する接着剤の厚さは０．０５ミリメートルから０．２ミリメートルの範囲であり、太陽電池を搭載する接着剤の厚さよりも絶縁層９の厚さを薄くすることにより、太陽電池搭載時の影響を抑えることができる。

実施の形態３．
図４は実施の形態３によるソーラーアレイパネルの構成を示している。
ソーラーアレイパネルはその組立において、垂直に保持することがある。補修用の部材は一般的に接着等によって取り付けていくが、垂直状態では取り付け時の部材保持が困難である。図４では、ねじ部材１０を設けることにより、ねじにボルトを挿入することにより、部材保持が可能になる。

なお、図４ではねじ部材１０はサンドイッチパネルの表裏面にねじを有しているが、取り付けの形態により、片側のみにねじを有する構造でも可能であることはいうまでもない。例えば、あらかじめ補修用コア材６、補修用表皮材（裏面）７、ねじ部材１０を結合しておけば、補修用表皮材（裏面）７側のねじは不要とすることができる。

１表皮材（表面）、２表皮材（裏面）、３コア材、４補修用表皮材（表面）、５補修用補強材、６補修用コア材、７補修用表皮材（裏面）、８太陽電池、９絶縁層、１０ねじ部材、１１絶縁体フィルム層、１５接着剤、２０ソーラーアレイパネル、２１衛星構体、２２アンテナリフレクタ、３０補修箇所、３５欠損部、４０サンドイッチパネル。

Claims

複数の太陽電池を、絶縁層で覆われた一方の面に搭載するソーラーアレイパネルの表皮材と、
前記表皮材の一部に穴の開いた欠損部に嵌め込まれ、一方の面が絶縁層で覆われた補修用表皮材と、
当該欠損部の面積より大きい補強板であって、前記表皮材の他方の面及び前記補修用表皮材の他方の面と接着剤で固定された補修用補強材と、
前記補修用補強材に接合された補修用コア材と、
前記補修用コア材を、前記ソーラーアレイパネルを構成する他方の表皮材と一体固定する補修用部材と、を備え、
前記補修用表皮材の厚さは前記表皮材の厚さと略同一であり、前記表皮材の絶縁層と前記補修用表皮材の絶縁層は略面一な面をなすことを特徴とするソーラーアレイパネルの補修構造。
前記表皮材の絶縁層と前記補修用表皮材の絶縁層との境界を覆う絶縁層を有することを特徴とする請求項１記載のソーラーアレイパネルの補修構造。
複数の太陽電池を絶縁層で覆われた一方の面に搭載する表皮材であり、前記表皮材の一部に穴の生じた欠損部を修理するソーラーアレイパネルの補修方法であって、
前記欠損部に、前記表皮材と略同じ厚さであって表面が絶縁層で覆われた補修用表皮材を嵌め込む第１の工程と、
前記欠損部に、当該欠損部の面積より大きい補修用補強材を前記表皮材の他方の面から当て、前記表皮材の絶縁層と前記補修用表皮材の絶縁層とが略面一な面をなすように前記補修用表皮材と前記補修用補強材と前記表皮材とを接着剤により固定する第２の工程と、
を含むことを特徴とするソーラーアレイパネルの補修方法。
更に、前記表皮材の絶縁層と前記補修用表皮材の絶縁層との境界を覆うように新たな絶縁層を設ける第３の工程を含むことを特徴とする請求項３記載のソーラーアレイパネルの補修方法。
更に、補修用コア材を前記補修用補強材に固定する第４の工程と、
前記補修用コア材の断面より面積の大きい補修用表皮材を、片面を前記補修用補強材に固定した前記補修用コア材の他方の面に当て、前記補修用コア材と前記補修用補強材とソーラーアレイパネルとを一体固定する第５の工程を含むことを特徴とする請求項３、４いずれか記載のソーラーアレイパネルの補修方法。
前記第４の工程において、補修用コア材と前記補修用補強材とをねじ部材で固定すると共に、前記第５の工程において、前記補修用コア材と前記補修用補強材と前記ソーラーアレイパネルとをねじ部材で固定することを特徴とする請求項５記載のソーラーアレイパネルの補修方法。