JP2012503871A

JP2012503871A - セルがその担体から機械的に切り離された光起電力セルアレー

Info

Publication number: JP2012503871A
Application number: JP2011528310A
Authority: JP
Inventors: ダブリジオン、ローラン
Original assignee: テールズ
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2012-02-09
Also published as: WO2010034730A2; EP2327105A2; US20110168231A1; FR2936649A1; RU2011116419A; CN102138223A; WO2010034730A3; FR2936649B1; RU2518021C2

Abstract

本発明は、太陽電池発電機の光起電力アレーのその支持基板に対する機械的な連結を低減するための解決策を提案する。実際、光起電力セルは非常に薄身であり（厚さ数１０ミクロン）かつ脆弱である。光起電力セルが基板上に接着されると、光起電力セルは、振動によりあらゆる幾何学的変形を受けることになるが、特に熱−弾性的影響によって、場合によってはセルが破壊される。本発明は、セル（６）を基板（７）の変形から切り離すことを可能にする柔軟な系（８）であって、基板に対するセルの十分な放射性連結を確保しながらフライト中のセルの加熱およびその効率の損失を回避する柔軟な系（８）を介して、セルを固定する点にある。この解決策は、高放射率の背面（金属化層の背面使用、またはＧｅまたはＡｇ基板をカプトン被膜処理したもの）を備えた光起電力セルであって、ベルクロによって基板上に固定される光起電力セルを用いることにある。

Description

本発明は、支持基板を備える光起電力セルのアレーであって、アレーのセルがその剛体の支持基板から機械的に切り離された光起電力セルのアレーに関する。このようなアレーは、一般的に、宇宙船、特に人工衛星に対する電力供給を確保するための太陽電池発電機パネルの製造に用いられる。

図１に、典型的な先行技術の光起電力素子１（「被覆相互接続セル（ＣｏｖｅｒｅｄＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄＣｅｌｌ）」または「太陽電池アセンブリ（ＳｏｌａｒＣｅｌｌＡｓｓｅｍｂｌｙ）」とも呼称される）の実施形態を図解的に示す。この素子は、軌道において必要な電力に応じて、数百から数万のこのような素子を備えるアレーの一部を形成する。この素子１は、数個のセルに共通の剛体の基板４に接着剤層３によって固定される光起電力セル２を備える。

このタイプのアレーにおいては、光起電力セルはきわめて脆弱である。それは、光起電力セルが、薄く、剛体の基板上への接着によってそれに通例的に加えられる変形に対して非常に敏感であるからである。実際、基板は、一般的に、熱−弾性的な安定性があまりない炭素表皮を備えたサンドイッチ構造である。すなわち、一方向において高強度の領域にはしわができることがあり、さもなければ、表皮がハニカム構造のメッシュ上でカップ状に変形する場合がある（「テレグラフィング（ｔｅｌｅｇｒａｐｈｉｎｇ）」と呼ばれる現象）。

さらに、接着による固定は、起こり得るセルの修理の際、基板に装着された、例えばＫａｐｔｏｎ（商標）のような絶縁材を細心の注意をもって剥ぎ取る必要があるので困難な作業となり、問題を惹起する。セルをその基板から取り外す操作は約１日を要する作業になると見積もられる場合がある。

セルを基板上に接着するとセルを変形する傾向が生じる。セルを基板から機械的に切り離す１つの方法は接着剤層を厚くすることであるが、この方法は、全質量を大幅に増大すると共に、接着剤の無秩序な脱ガスというリスクを生じる。このリスクはセルの破裂にさえつながる可能性がある（「ポップオフ（Ｐｏｐ−ｏｆｆ）と呼ばれる現象」）。

ρ柔軟なセル固定系（例えば「フィラメント」、「薄膜」など）は、太陽電池発電機の構造の重大な技術的破壊を引き起こすという問題を生じるだけでなく、セルの固定を柔軟な翼上で行う場合には、担体となる衛星を操舵するためのＡＯＣＳ（軌道上姿勢制御システム：ＡｔｔｉｔｕｄｅｏｎＯｒｂｉｔＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）に影響を及ぼすという問題を引き起こす。

セルをその支持基板上に、熱的な側面に配慮することなく、機械的に切り離して固定するという考え方は適切でない。その理由は、機械的切り離しによって伝導性連結が失われることになり、機械的切り離しの代わりに必ず放射性連結を用いなければならないからである。セル−基板間の熱的な連結が失われると、セルの温度が上昇し、その効率の大部分が失われるであろう。

本発明の主題は、光起電力セルおよび剛体の支持基板を備える素子のアレーであって、このアレーの各セルと支持基板との間を機械的に切り離し、しかも一方では相互の良好な熱の伝導を確保するアレーである。このアレーは、特に、人工衛星に電力供給する太陽電池発電機として用いられる。

本発明による光起電力アレーは、アレーの各光起電力素子が、自己付着性を有しかつ容易に分解し得る柔軟な固定装置によって基板に固定され、さらに、各セルの背面および基板の前面がその熱放射特質を改善する層を備える、という特徴を有する。

本発明は、非制限的な実施例に基づきかつ添付の図面に表現された実施形態に関する詳細説明を参照することによってさらによく理解されるであろう。

すでに上記に述べた先行技術の太陽電池パネルの光起電力アレー素子の模式的断面図である。本発明による太陽電池パネルの光起電力アレー素子の模式的断面図である。本発明による太陽電池パネルの光起電力アレーの隣接する４つのセルの平面図である。本発明による太陽電池パネルの光起電力アレー素子の、図２より詳しく表現された模式的断面図である。

本発明は、太陽電池発電機の光起電力アレーのその支持基板に対する機械的な連結を低減するための解決策を提案する。実際、光起電力セルは非常に薄身であり（厚さ数１０ミクロン）かつ非常に脆弱である。光起電力セルが基板に接着されると、光起電力セルは、振動によりあらゆる幾何学的変形を受けることになるるが、特に熱−弾性的影響によって、場合によってはセルが破壊される。本発明の考え方は、セルを基板の変形部分から切り離すことを可能にする柔軟な系であって、基板に対するセルの十分な放射性連結を確保しながらフライト中のセルの加熱およびその効率の損失を回避する柔軟な系を介して、セルを固定することにある。この解決策は、高放射率の背面（グリッドの背面使用、またはＧｅまたはＡｇ基板をカプトン被膜処理したもの）を備えた光起電力セルであって、ベルクロによって基板上に固定される光起電力セルを用いることにある。

図２に図解的に示される光起電力素子５は、基板７（この基板はいくつかのセルに共通である）の対応する領域の上に、Ｖｅｌｃｒｏ（商標）の結合パッド８、あるいは類似の自己付着性を有しかつ容易に分解し得る柔軟な固定装置によって固定される光起電力セル６を備える。これらの種々の素子を製造する詳細を、図３および４を参照して以下に説明する。基板７の背面７Ａは、それ自体既知の方法で処理されており、その前面は、この基板が固定される支持体（図示されていない）に向けて良好な熱放射伝導を確保するように、高い放射率を有する等級のＫａｐｔｏｎタイプの絶縁膜でカバーされたままである。この膜によって得られる熱放射率係数εは、例えば約０．６〜０．９である。

図３の平面図には、光起電力太陽電池パネルの一部を形成する隣接する４つの長方形セル９〜１２が表現されている（これ以外のセルは図示されていない）。セル９〜１２のそれぞれは、セルの角部の下部にそれぞれ配備される４つのＶｅｌｃｒｏパッド８を用いて、以下に説明する方式で支持基板に固定される。１つの同じ列のセルは、電気的な相互接続１３によって一緒に接続される。

図２の光起電力素子５の種々の構成要素が、図４に詳細に示されている。光起電力セル６そのものは、例えば従来方式のＳｉまたはＡｓＧａ型である。光起電力セル６は、その背面（その支持体の対向側）において、例えば約５０μｍの厚さの自己付着性のＫａｐｔｏｎ（商標）箔１４で被膜されている。変形態として、この被膜は、金属化層、例えば銀の層としてもよい。Ｋａｐｔｏｎの熱放射率係数εは約０．６１であるのに対して、銀のそれは約０．０５である。Ｋａｐｔｏｎは、熱的にはさほど良好ではないが、金属化よりも遥かに安価であるので有利に使用される。これによって、さらに、市場に流通しているセルの製造プロセスを変更しないで済ますことができる。

セル６に対向する基板面７は炭素の表皮１５であり、それ自体がＫａｐｔｏｎ層１６でカバーされている。基板７は、その前面およびその背面間の熱伝導を高くする目的で、一般的に「ハニカム」タイプになっている。

セル６に固定されたＶｅｌｃｒｏパッドの部品８Ａが、セル６の層１４に接着によって固定され、基板７に固定されるＶｅｌｃｒｏパッドの対応する部品８Ｂは基板の層１６の上に接着によって固定される。Ｖｅｌｃｒｏは有利にも自己付着タイプである。

従って、本発明によって、現状の光起電力セルを使用し、自己付着性のＫａｐｔｏｎ膜をその背面に装着することによって、光起電力セルと基板の間との放射性熱連結が確保される。さらに、全表面において接着するのではなく、背面において局所化された接着領域を有するセルを用いることによって、セルの背面においてもセルの前面における場合と同じ（良好な）放射率を有することが可能になる。

Claims

剛体の支持基板を備える光起電力セルのアレーにおいて、このアレーの各光起電力素子（５）が、自己付着性を有しかつ容易に分解し得る柔軟な固定装置（８）によって前記基板（７）に固定され、さらに、各セルの背面および前記基板の前面が、その熱放射特質を改善する層（１４、１６）を備えることを特徴とする、アレー。
前記柔軟な固定装置がＶｅｌｃｒｏ（商標）パッドから構成され、その片方の部品（８Ａ）が前記セルに固定され、もう一方（８Ｂ）が前記基板に固定されることを特徴とする、請求項１に記載のアレー。
各セルが、その表面の角部の下部にそれぞれ配備される４つのパッドによって前記基板に固定されることを特徴とする、請求項２に記載のアレー。
前記熱放射特質を改善する層がＫａｐｔｏｎ（商標）または金属化層であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアレー。
宇宙船の太陽電池発電機の一部を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアレー。