JP2019119378A - ソーラーアレイパネル、ソーラーアレイパネルの補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーラーアレイパネルの端において補修を行った補修構造を有するソーラーアレイパネルを提供する。【解決手段】ハニカム構造を有するコア材３とコア材の表面側と裏面側に取り付けられる表皮材１とからなるソーラーアレイパネル４０で、端部に生じた損傷部３５を表皮材のオーバースキンを残して除去したソーラーアレイパネルと、補修用コア材６と補修用コア材の表面側と裏面側に取り付けられる補修用表皮材７、８とからなり、補修用表皮材のオーバースキンを備える補修用サンドイッチパネル５０と、突き合わせたソーラーアレイパネルと補修用サンドイッチパネルのオーバースキン上の空間に嵌め込むコア材とを備え、太陽電池を搭載する面側が面一となるように補強部材で一体固定した構造を有する。【選択図】図１

Description

この発明は、人工衛星などの宇宙構造物に電力を供給するソーラーアレイパネルに関する。特に、ソーラーアレイパネルの端において補修を行った補修構造を有するソーラーアレイパネルに関するものである。

現在、宇宙構造物に電力を供給するため、一般的に太陽電池を搭載したパネル（以下、ソーラーアレイパネルという）が使用される。その中で複合材料の表皮材を用いたサンドイッチパネル上に太陽電池を接合し搭載したソーラーアレイパネルが多用されている。
ソーラーアレイパネルが外力等を受けて損傷した場合、損傷したソーラーアレイパネルを補修する方法として、従来、様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０―２８５０９８号公報

ソーラーアレイパネルで太陽電池を搭載する側の面に損傷が生じた場合はその損傷部分の補修が必要となるが、複合材料の表皮材を損傷部分に接着すると接着部分に段差が生じて、補修部分に太陽電池を接合することができなくなる。

そこで従来、太陽電池の搭載面に損傷が生じた場合、その表面に段差が生じないようにするため表皮材の一部に穴を開け、損傷部分を包括するように、新しい表皮材および補修用補強材、補修用コア材を挿入することを行っていた。

しかしながら、ソーラーアレイパネルの端面に近い端部に生じた損傷部分を補修する場合、従来の補修方法により補修をすると、端部ではソーラーアレイパネルの表側と裏側とで接着剤の使用面積の差が大きく、接着剤の硬化収縮によってソーラーアレイパネルが片側に反り易くなる。ソーラーアレイパネルに反りが発生すると、太陽電池の接合面に対してソーラーアレイパネルの接合面が傾き、接合部分の信頼性が低下するとともに、太陽電池の位置精度を満足できなくなる。
このように従来、損傷部分がサンドイッチパネルの端部である場合、従来の補修方法ではサンドイッチパネルの端部に反りが発生するという課題があった。

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端部が破損した場合であっても、太陽電池の搭載に支障をきたす段差や反りの発生を抑えることが可能な補修構造を有するソーラーアレイパネルを提供することを目的とする。

この発明に係るソーラーアレイパネルは、宇宙構造物に搭載され、ハニカム構造を有するコア材と、前記コア材を挟んで前記コア材の表面側と裏面側に各々取り付けられる表皮材（表面）と表皮材（裏面）とからなり、複数の太陽電池が、前記表皮材（表面）の一方の面に備えられた絶縁層上に搭載されるソーラーアレイパネルであって、
前記ソーラーアレイパネルの端部に、前記ソーラーアレイパネルの端部を補修した補修構造を備え、
前記補修構造は、パネル中央側補修構造と、パネル端部補修構造と、補修箇所からなり、
前記パネル中央側補修構造は、所定の長さの前記表皮材（表面）を残し、前記コア材と前記表皮材（裏面）を除去した構造であり、
前記パネル端部補修構造は、ハニカム構造を有する補修用コア材と、前記補修用コア材を挟んで前記補修用コア材の表面側と裏面側に各々取り付けられる補修用パネル表皮材（表面）と補修用パネル表皮材（裏面）と、からなる補修用サンドイッチパネルで、所定の長さの前記補修用パネル表皮材（表面）を残し、前記補修用コア材と前記補修用パネル表皮材（裏面）を除去した構造であり、
前記補修箇所は、前記パネル中央側補修構造で残した前記表皮材（表面）と、前記パネル端部補修構造で残した補修用パネル表皮材（表面）を面一に位置合わせした前記表皮材（表面）と補修用パネル表皮材（表面）の内側に、補修用補強材を間に介して、前記表皮材（裏面）と前記補修用パネル表皮材（裏面）と面一となる厚さの補修用コア材が嵌めこまれ、面一である前記表皮材（表面）と、前記補修用コア材と、前記補修用パネル表皮材（裏面）は、接着剤により補修用表皮材（裏面）と固定される。

この発明に係るソーラーアレイパネルによれば、ソーラーアレイパネルの端部が損傷した場合であっても、補修において太陽電池の搭載に支障をきたす段差や反りの発生を抑制し、信頼性の高いソーラーアレイパネルを提供することができる。

（ａ）この発明の実施の形態１によるパネル端部に欠損部を有するソーラーアレイパネル４０の構造を説明する図である。（ｂ）この発明の実施の形態１によるソーラーアレイパネル４００の補修構造を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるパネル元補修構造４００Ａの構造を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるパネル端補修構造４００Ｂの構造を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるソーラーアレイパネル４０の補修の構造を立体的に説明する図である。 （ａ）〜（ｅ）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。 ソーラーアレイパネルの内部構造を示す断面図の一例である。 ソーラーアレイパネルの内部構造を示す斜視図の一例である。

実施の形態１．
以下、図を用いて実施の形態１に係るソーラーアレイパネルの補修方法について説明する。
図６はソーラーアレイパネル４０の内部構造を表した断面図の一例であり、図７は同じく内部構造を表した斜視図の一例である。
図６、図７において、ソーラーアレイパネル４０はハニカム構造を有するコア３と、太陽電池を搭載する表面側の表皮材（表面）１と、サンドイッチパネル４０の裏面側の表皮材（裏面）２から構成される。コア３の両面には各々、表皮材（表面）１、表皮材（裏面）２が接着剤などで接着される。表皮材（表面）１、表皮材（裏面）２の材料は、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。
表皮材（表面）１の上には絶縁体フィルム層１１が設けられ、太陽電池（図示せず）はこの絶縁体フィルム層１１上に実装される。なお、宇絶縁体フィルム層１１には宙構造体の軽量化のためポリイミドフィルムなどが使用される。

図１はソーラーアレイパネル４０の補修前後の断面構造を説明する図である。図１（ａ）は表皮材（表面）１に損傷が生じた状態を示した図であり、図１（ｂ）は本発明により補修した後のソーラーアレイパネル４００の断面構造を示した図である。

図１（ａ）において損傷部３５は表皮材（表面）１に生じた傷やへこみ等の打痕であり、意図せずソーラーアレイパネル４０の表皮材（表面）に生じた損傷を表す。損傷部３５は表皮材（表面）１の内部に留まっているものもあるし、コア材３まで達するものもあるが、本発明ではどちらの場合も補修可能である。
埋め込み部材１２は他部品との締結に使用する部材であり、ソーラーアレイパネル４０端にあってコア３に置き換えて設けられている。埋め込み部材１２には例えば締結用のねじ穴が設けられている。埋め込み部材１２は本発明に直接関わらないが、埋め込み部材１２がある場合は、後述の補修用サンドイッチパネル５０も埋め込み部材１２を有するパネルを使用する。なお、図１〜図５では絶縁体フィルム層１１の記載は省略している。

図１（ｂ）は、損傷部３５を除去し、ソーラーアレイパネル４０を補修した後のソーラーアレイパネル４００の断面構造を示した図である。
補修後のソーラーアレイパネル４００は、パネル中央側補修構造４００Ａと、パネル端部補修構造４００Ｂと、補修用コア材６とからなる。
補修用コア材６は、補修用補強材５、補修用表皮材（裏面）７、絶縁体テープ４を用いてパネル中央側補修構造４００Ａ、パネル端部補修構造４００Ｂと接合される。
ここでは、表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８に接着固定される補修用補強材５と、補修用コア材６と、表皮材（裏面）と補修用コア材６と補修用パネル表皮材（裏面）９と接着固定される補修用表皮材（裏面）７とからなる箇所のことを補修箇所３０という。補修箇所３０として、表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８の繋ぎ目部分の補強用に貼り付ける絶縁体テープ４を加えてもよい。

図２に、パネル中央側補修構造４００Ａの詳細を示す。パネル中央側補修構造４００Ａは、ソーラーアレイパネル４０から損傷部３５を含むパネル端部を除去したものであり、ここで所定の長さの表皮材（表面）１は残すようにしている。ここでは、表皮材（表面）１の突き出た部分のことをオーバースキン５００Ａという。

図３に、パネル端部補修構造４００Ｂの詳細を示す。パネル端部補修構造４００Ｂは、コア材１０を補修用パネル表皮材（表面）８と補修用パネル表皮材（裏面）９で挟んだサンドイッチパネル５０で、所定の長さの補修用パネル表皮材（表面）８を残すようにコア材１０と補修用パネル表皮材（裏面）９を除去した構造を有する。ここでは、補修用パネル表皮材（表面）８の突き出た部分のことをオーバースキン５００Ｂという。補修用パネルオーバースキン５００Ｂを含む表皮材（表面）８の大きさは、損傷部３５のパネル端からの位置に応じて、損傷部３５を含むように決める。
コア材１０は、コア材３と同一の材料、同一のハニカム構造のものであるが、異なるものであってよい。
なお、図３では埋め込み部材１２が端部に設けられているが、前述の通り、補修前のソーラーアレイパネル４０に設けられていたためである。仮に補修前のソーラーアレイパネル４０になければ、パネル端部補修構造４００Ｂにも埋め込み部材１２に設ける必要はない。

補修用コア材６は、コア材３、コア材１０と同一の材料および同一のハニカム構造を備えたものであるが、コア材３、コア材１０よりもハニカム構造を密としたものを用いてもよい。
補修用コア材６は、オーバースキン５００Ａとオーバースキン５００Ｂを突き合わせてできた面上に接着材で固定した補修用補強材５と、コア材３とコア材１０の側面でできた空間に挿入される。
挿入された補修用コア材６の上面と、表皮材（裏面）２と補修用パネル表皮材（裏面）９の面は面一であり、補修用表皮材（裏面）７は、補修用コア材６と表皮材（裏面）２と補修用パネル表皮材（裏面）９の上面を跨いで接着剤で固定される。このようにして、パネル中央側補修構造４００Ａとパネル端部補修構造４００Ｂと補修用コア材６は接着剤で繋ぎ合わせられる。
また、絶縁体テープ４はオーバースキン５００Ａとオーバースキン５００Ｂの繋ぎ部分に貼られて、パネル中央側補修構造４００Ａとパネル端部補修構造４００Ｂが一体化される。

損傷部３５が生じたソーラーアレイパネル４０の表皮材（表面）１は、新たに準備した補修用サンドイッチパネル５０の補修用パネル表皮材（表面）８により、交換補修される。
また、損傷部３５がソーラーアレイパネル４０のコア材３にまで達している場合は、新たに準備した補修用サンドイッチパネル５０の補修用パネル表皮材（表面）８と、新たに嵌め込む補修用コア材６により交換補修される。
なお、損傷部３５がソーラーアレイパネル４０のコア材３にまで達している場合は、補修用サンドイッチパネル５０の補修用パネル表皮材（表面）８と、補修用サンドイッチパネル５０の補修用コア材１０により、交換補修するようにしてもよい。

本実施の形態の補修方法では、表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８が面一となる。表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８を繋ぐ絶縁体テープ４の厚みによる段差が生じるが僅かであり、所望の厚さの絶縁体テープ４を用いることで、絶縁体テープ４上にも太陽電池（図示せず）を実装可能であり、補修前と変わりなく、太陽電池を実装することが可能である。

このように、本実施の形態１に係る補修構造では、補修部の位置にかかわらず補修部分に歪みを生じることなく、太陽電池８を搭載することができる。

次に、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４、図５を用いて説明する。
図４は補修後のソーラーアレイパネル４００の斜視図であって、補修用の部品の配置関係を立体的に示した斜視図である。また、図５（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態１によるソーラーアレイパネルの補修フローを説明する図である。

まず、図５（ａ）は、ソーラーアレイパネル４０の断面図であり、表皮材（表面）１からコア材３に向けて損傷部３５が生じていることを示している。本実施の形態では、損傷部３５はソーラーアレイパネル４０の端に近い箇所で生じているとする。損傷は、例えば太陽電池を表皮材（表面）１上に搭載する前の時点で、ソーラーアレイパネル４０が作業中に何らかの外力を受けて生じたものである。なお、絶縁体フィルム層１１は省略している。図４では、図中の損傷部３５で示す位置に損傷が生じていたとする。

表皮材（表面）１とコア材３が損傷すると、その損傷部３５を含む広い範囲で欠損部３５上にあるコア材３を除去する（図５（ｂ））。
図５（ｂ）では、ソーラーアレイパネル４０の端部から損傷部３５までの長さの約２倍の位置から端部側にある表皮材（裏面）２、コア材３、表皮材（表面）１を除去する。ここで、表皮材（表面）１については、オーバースキン５００Ａを残して表皮材（裏面）２、コア材３、表皮材（表面）１を除去する。ここでは除去した部分を除去部３５０として破線で示している。図４では、損傷部３５を含むようにソーラーアレイパネル４０の端部を凹状に除去する。

次に、除去した除去部３５０に相当する大きさのサンドイッチパネル５０を用意する（図５（ｃ））。サンドイッチパネル５０は、補修用コア材１０と、埋め込み部材１２と、補修用パネル表皮材（表面）８と、補修用パネル表皮材（裏面）９からなる。サンドイッチパネル５０の端には埋め込み部材１２が設けられている。また、サンドイッチパネル５０にはオーバースキン５００Ａと略同じ長さのオーバースキン５００Ｂを備えている。
用意したサンドイッチパネル５０を破線で示した除去部３５０の箇所に、オーバースキン５００Ａとオーバースキン５００Ｂが面一となるように位置合わせする。
なお、サンドイッチパネル５０のサンドイッチパネル５０の表皮材（表面）８は表面に絶縁層を有し、サンドイッチパネル５０を除去部に位置合わせする際は、表皮材（表面）８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。
サンドイッチパネル５０を位置合わせした状態で、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のオーバースキン５００Ａ、補修用パネル表皮材（表面）９のオーバースキン５００Ｂと接着剤等で固定する。
これにより、補修用表皮材（表面）８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。なお、補修用補強材５は表皮材（表面）１と同じ材料を用いてもよい。更に、絶縁体テープ４を、表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８の繋ぎ目部分に外側（図５（ｃ）でコア３、コア１０の反対側）から張り付ける。
図４では、補修用サンドイッチパネル５０をソーラーアレイパネル４０の凹部に嵌め込み、内側から補修用補強材５を接着材で固定し、外側から絶縁体テープ４で表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８の繋ぎ目部分を貼り付ける。

次に、補修用補強材５の上方の空間に、この空間とほぼ同じ大きさの補修用コア材６を嵌め込み、接着剤１５（図示せず）等により、コア材３と補修用コア材６の間、補修用コア材６と補修用コア材１０の間、補修用コア材６と補修用補強材５の間を固定する（図５（ｄ））。ここで、補修用コア材６を嵌め込んだ後の表皮材（裏面）２と補修用パネル表皮材（裏面）９と補修用コア材６は略面一となっている。
図４では、補修用コア材６を補修用補強材５上に嵌め込み、補修用コア材６の上面はソーラーアレイパネル４０の上面と、補修用サンドイッチパネル５０の上面と略同一なっている。

次に、ソーラーアレイパネルの裏面側は、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、補修用表皮材（裏面）７と補修用コア材６の間、補修用表皮材（裏面）７と表皮材（裏面）９の間を、接着剤１５等により接着する（図５（ｅ）、図４）。
このようにして、補修用表皮材（裏面）７と表皮材（裏面）２と補修用コア材６及び補修用パネル表皮材（裏面）９が一体となるように固定する。

このように本実施の形態に係る補修方法では、事前に、補修用サンドイッチパネル５０、補修用コア材６を用意し、補修用コア材６を、補修用サンドイッチパネル５０と補修用補強材５と絶縁体テープ４と補修用表皮材（裏面）７でソーラーアレイパネル４０と繋ぎ合わせるように、接着するようにした。

次に、本実施の形態に係るソーラーアレイパネルの補修方法によれば、ソーラーアレイパネルの端部での反りの発生が抑制される理由について説明する。
図５（ｅ）において、（ａ）表皮材（裏面）２と補修用表皮材（裏面）７の間、（ｂ）補修用パネル表皮材（裏面）９と補修用表皮材（裏面）７の間、（ｃ）補修用コア材６と補修用表皮材（裏面）７の間、（ｄ）補修用コア材６と補修用補強材５の間、（ｅ）補修用補強材５と表皮材（表面）１と補修用パネル表皮材（表面）８の間は、接着剤で固定される。
上記の（ａ）の接着固定と（ｂ）の接着固定とが補修用コア材６に対してほぼ対象位置であり、また、ソーラーアレイパネルの表側の接着である（ｄ）の固定と（ｅ）の固定の接着剤領域と、ソーラーアレイパネルの裏側の接着である（ａ）の固定と（ｂ）の固定と（ｃ）の固定の接着剤領域の差が小さい。これにより、ソーラーアレイパネルの表側と裏側とで、硬化収縮による内部応力の差が小さくなり、ソーラーアレイパネルの端部で反りの発生が抑制される。

以上のように、本実施の形態のソーラーアレイパネルの補修方法によれば、太陽電池の搭載に支障をきたす段差や、従来、補修部分に生じていた端部の反りを抑制することができる。

１ 表皮材（表面）、２ 表皮材（裏面）、３ コア材、４ 絶縁体テープ、５ 補修用補強材、６ 補修用コア材、７ 補修用表皮材（裏面）、８ 補修用パネル表皮材（表面）、９ 補修用パネル表皮材（裏面）、１０ 補修用コア材、１１ 絶縁体フィルム層、１２ 埋め込み部材、１５ 接着剤、３０ 補修箇所、３５ 損傷部、４０ ソーラーアレイパネル、５０ 補修用サンドイッチパネル、３５０ 除去部、４００ 補修後のソーラーアレイパネル、４００Ａ パネル中央側補修構造、４００Ｂ パネル端部補修構造、５００Ａ パネル中央側補修構造４００Ａのオーバースキン、５００Ｂ パネル端部補修構造４００Ｂのオーバースキン。

Claims (4)

1. 宇宙構造物に搭載され、ハニカム構造を有するコア材と、前記コア材を挟んで前記コア材の表面側と裏面側に各々取り付けられる表皮材（表面）と表皮材（裏面）とからなり、複数の太陽電池が、前記表皮材（表面）の一方の面に備えられた絶縁層上に搭載されるソーラーアレイパネルであって、前記ソーラーアレイパネルの端部に、前記ソーラーアレイパネルを補修した補修構造を備え、
   前記補修構造は、
   パネル中央側補修構造と、パネル端部補修構造と、補修箇所からなり、
   前記パネル中央側補修構造は、所定の長さの前記表皮材（表面）を残し、前記コア材と前記表皮材（裏面）を除去した構造であり、
   前記パネル端部補修構造は、
   ハニカム構造を有する補修用コア材と、前記補修用コア材を挟んで前記補修用コア材の表面側と裏面側に各々取り付けられる補修用パネル表皮材（表面）と補修用パネル表皮材（裏面）と、からなる補修用サンドイッチパネルで、所定の長さの前記補修用パネル表皮材（表面）を残し、前記補修用コア材と前記補修用パネル表皮材（裏面）を除去した構造であり、
   前記補修箇所は、
   前記パネル中央側補修構造で残した前記表皮材（表面）と、前記パネル端部補修構造で残した補修用パネル表皮材（表面）を面一に位置合わせした前記表皮材（表面）と補修用パネル表皮材（表面）の内側に、補修用補強材を間に介して、前記表皮材（裏面）と前記補修用パネル表皮材（裏面）と面一となる厚さの補修用コア材が嵌めこまれ、面一である前記表皮材（表面）と、前記補修用コア材と、前記補修用パネル表皮材（裏面）は、接着剤により補修用表皮材（裏面）と固定される、
   ことを特徴とするソーラーアレイパネル。
2. 前記表皮材（表面）と前記補修用パネル表皮材（表面）の外側には絶縁体テープが貼られ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。
3. 前記補修用サンドイッチパネルは、他部品との締結に使用する埋め込み部材を備えることを特徴とする請求項１、２いずれか記載のソーラーアレイパネル。
4. 宇宙構造物に搭載され、ハニカム構造を有するコア材と、前記コア材を挟んで前記コア材の表面側と裏面側に各々取り付けられる表皮材（表面）と表皮材（裏面）とからなり、複数の太陽電池が、前記表皮材（表面）の一方の面に備えられた絶縁層上に搭載されるソーラーアレイパネルの端部に生じた損傷を補修するソーラーアレイパネルの補修方法であって、
   前記損傷を含むソーラーアレイパネルの端部を、所定の長さの表皮材（表面）を残して前記コア材と前記表皮材（裏面）を除去する工程と、
   補修用コア材と、補修用パネル表皮材（表面）と、補修用パネル表皮材（裏面）とからなる補修用サンドイッチパネルにおいて、所定の長さの補修用パネル表皮材（表面）を残して前記補修用コア材と前記補修用パネル表皮材（裏面）を除去する工程と、
   前記表皮材（表面）と前記補修用パネル表皮材（表面）とが面一となるように位置合わせをした後に、前記除去後の空間に補修用コア材を嵌め込み、表皮材（裏面）と補修用コア材と補修用パネル表皮材（裏面）を、補修用表皮材（裏面）を用いて接着剤で固定することを特徴とするソーラーアレイパネルの補修方法。

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