JP5495965B2

JP5495965B2 - 太陽電池パネル

Info

Publication number: JP5495965B2
Application number: JP2010135219A
Authority: JP
Inventors: 充大久保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: JP2012004176A

Description

本発明は、例えば、宇宙空間を飛翔する飛翔体用の太陽電池パネルに関するものである。

太陽電池アレイは、複数の太陽電池を貼り付けた板を構成する太陽電池パネルを複数結合したものである。
人工衛星の太陽電池アレイは、複数の太陽電池パネルを屈曲可能な蝶番で結合して構成され、人工衛星を輸送するロケットの飛行中には振動等（動的環境）で破損しないように蝶番部で折りたたまれ、人工衛星が所定の軌道に投入された後に蝶番部を伸ばして太陽電池に太陽光が照射される。

大きな電力を得るにはより多くの太陽電池を搭載する必要があるが、人工衛星を収納するためにロケット内に用意できる容積には限りがある。
そのため、太陽電池アレイを折りたたんだときに太陽電池パネル同士の間隔をできる限り狭くして、より多くの太陽電池パネルを収納できるようにしたい。
さらに、一つの太陽電池パネルにできる限り多くの太陽電池を搭載したい。

太陽電池パネルは、パネルの表面（太陽光入射面）に太陽電池を搭載し、パネルの裏面に配線を有し、太陽電池により得られた電力を流す電線を表面から裏面に通すための貫通孔を有する。
そこで、太陽電池パネルに搭載できる太陽電池の枚数が減らないように、太陽電池パネルに設ける貫通孔の大きさを小さくすることが望ましい。

従来、太陽電池パネル同士の間隔と貫通孔の大きさとを最小化するために屈曲が容易な被覆（例えば、フッ素樹脂被覆）を有する電線が使用されているが、以下の例に示すような放電等による故障に対して耐性を向上するためには硬くて傷が付き難い被覆（例えば、ポリイミド）を有する電線を使用したい。
しかし、電線の被覆が硬いと電線を貫通孔に挿入するために小さく曲げることができず、電線の屈曲部分が大きく盛り上がってしまい、太陽電池アレイを折りたたんで収納したときに隣接する太陽電池パネルに電線が干渉してしまう。

例えば、宇宙空間を飛翔する飛翔体、特に静止軌道を飛翔して通信回線や放送のサービスを提供する商用の人工衛星は、１機当りの回線容量を増やして回線単価を下げるために、通信や放送を行う機器へ供給する電力を増やす大電力化を志向している。この大電力化に伴い衛星内部での送電ロスを低減するために、衛星内部で使用する電流の電圧として従前の５０Ｖではなく１００Ｖを採用することが一般化している。このため、電圧の上昇に伴う放電現象によって短絡故障が発生する危険性が増加している。

非特許文献１では、衛星内部で使用する電圧の上昇に伴って隣り合う太陽電池間の電位差が増大し、隣り合う太陽電池間の電位差に起因する太陽電池間の放電が太陽電池回路と衛星接地点との間の短絡故障に至る、という現象が報告されている。
非特許文献２では、電源ケーブルの傷に起因する放電が電源ケーブル間の短絡故障に至る現象が報告されている。

Ｈｏｅｂｅｒ，Ｃ．Ｆ．，Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｅ．Ａ．，Ｋａｔｚ，Ｉ．，Ｄａｖｉｓ，Ｖ．Ａ．，ａｎｄＳｎｙｄｅｒ，Ｄ．Ｂ．， "ＳｏｌａｒａｒｒａｙａｕｇｍｅｎｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｄｉｓｃｈａｒｇｅｉｎＧＥＯ，" ＡＩＡＡＰａｐｅｒ＃９８−１４０１，ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＥｘｈｉｂｉｔ，１７ｔｈ，Ｙｏｋｏｈａｍａ，Ｊａｐａｎ，Ｆｅｂ．２３−２７，１９９８．細田聡史，金正浩，趙孟佑，岩田隆敬，三浦健史，杢野正明，高橋真人，川北史朗，野崎幸重： "極軌道衛星の太陽電池パドル裏面の帯電・放電抑制に関する地上試験"，日本航空宇宙学会論文集，Ｖｏｌ．５５（２００７），ｐｐ．３８０−３８７

本発明は、例えば、硬い被覆を有する電線を使用して故障に対する耐性を高めても電線の屈曲部が小さく、太陽電池アレイを折りたたんだときに隣り合う太陽電池パネルに電線が干渉しない太陽電池パネルを提供できるようにすることを目的とする。

本発明の太陽電池パネルは、
太陽電池が表面に配置される太陽電池パネル基盤であって太陽電池パネル基盤を表面から裏面へ貫通する貫通孔を有する太陽電池パネル基盤と、
前記太陽電池パネル基盤の前記貫通孔に嵌め込まれる筒部を有する貫通孔スリーブと、
前記貫通孔スリーブの前記筒部に挿入され前記筒部の端部分で曲げられて前記太陽電池パネル基盤の表面と裏面とに配される電線であって太陽電池により得られた電流を流す導体線と前記導体線を覆う第１の被覆とを有すると共に前記筒部の端部分で曲げられる屈曲部を除いた部分に前記第１の被覆を覆う第２の被覆を有する電線とを備える。

本発明によれば、例えば、屈曲部を除いた部分で電線の第１の被覆に硬い被覆（第２の被覆）を被せて故障に対する耐性を高め、電線の屈曲部を小さくし、太陽電池アレイを折りたたんだときに隣り合う太陽電池パネルに電線が干渉しないようにすることができる。

実施の形態１における太陽電池パネル１００の断面図。第二の絶縁被覆を有さない電線２３０Ａを使用した太陽電池パネル２００を示す図。第二の絶縁被覆２３３を有さない部分がない電線２３０Ｂを使用した太陽電池パネル２００を示す図。実施の形態２における太陽電池パネル１００の断面図。実施の形態３における太陽電池パネル１００の断面図。実施の形態３における太陽電池パネル１００の別例を示す断面図。実施の形態３における太陽電池パネル１００の別例を示す断面図。実施の形態３における太陽電池パネル１００の別例を示す断面図。

実施の形態１．
電線の屈曲部以外に第２の被覆を設けることにより、電線の強度を高めると共に電線の屈曲部を小さくした太陽電池パネルについて説明する。

図１は、実施の形態１における太陽電池パネル１００の断面図である。
実施の形態１における太陽電池パネル１００について、図１に基づいて説明する。

太陽電池パネル１００は太陽電池パネル基盤１１０を備え、太陽電池パネル基盤１１０の表面（絶縁フィルム１１３側の面）に複数の太陽電池（図示省略）を設置する。
太陽電池パネル１００は太陽電池板ともいい、太陽電池は太陽電池セルともいう。太陽電池とは、光起電力効果により太陽光エネルギーを電力に変換する部品（素子）である。

太陽電池パネル基盤１１０は心材１１１を表皮１１２で挟んだサンドイッチ構造を成し、太陽電池パネル基盤１１０の表面の表皮１１２には太陽電池パネル基盤１１０と太陽電池とを絶縁する絶縁層として絶縁フィルム１１３を付設している。
心材１１１には軽量で強度が高い構造を有する材料（例えば、アルミハニカムコア）を用い、表皮１１２には炭素繊維や芳香族系高分子繊維などで強化したプラスチックが用いる。

太陽電池で得られた電力は電線１３０Ａを通して太陽電池パネル基盤１１０の表面側から裏面側に供給される。
そこで、太陽電池パネル基盤１１０には電線１３０Ａを表面側から裏面側に通すための貫通孔を設け、この貫通孔に貫通孔スリーブ１２０を嵌め込む。

貫通孔スリーブ１２０は、耐熱性および絶縁性を有する材料（例えば、耐熱性のプラスチック）で構成する。
貫通孔スリーブ１２０は、中空の円筒部を有すると共に円筒部の両端に鍔部を有して断面Ｉ字状を成す。円筒部は電線１３０Ａを通すと共に電線１３０Ａと心材１１１とを絶縁し、両端の鍔部は貫通孔の径よりも大きな径を有して基盤両面の貫通孔周囲を覆い、心材１１１の露出を防ぐ。
貫通孔スリーブ１２０は、上下に２分割しておき、上半分と下半分とを太陽電池パネル基盤１１０の表面側と裏面側とから貫通孔に挿入して太陽電池パネル基盤１１０に取り付ける。但し、貫通孔スリーブ１２０は３分割以上に分割しても構わない。

電線１３０Ａは、貫通孔スリーブ１２０に挿入されて貫通孔スリーブ１２０の端部分で曲げられ、太陽電池パネル基盤１１０の表面側と裏面側とを繋ぐ電流経路を形成する。
電線１３０Ａは、太陽電池により得られた電流を流す導体線１３１と、導体線１３１を覆う第一の絶縁被覆１３２と、第一の絶縁被覆１３２を覆う第二の絶縁被覆１３３とで構成している。
第一の絶縁被覆１３２にはやわらかくて可撓性（曲げやすい性質）に優れた材料を用い、第二の絶縁被覆１３３には硬くて機械的強度が高く耐放射線性に優れた材料を用いる。
例えば、導体線１３１は複数の細い金属線を縒り合せたものであり、第一の絶縁被覆１３２は管状のフッ素樹脂絶縁被覆から成り、第二の絶縁被覆１３３は管状のポリイミドプラスチックから成る。

第二の絶縁被覆１３３には傷がつきにくいため、第二の絶縁被覆１３３および第一の絶縁被覆１３２が損傷し、導体線１３１が露出し、短絡故障が発生してしまう可能性を低減できる。
例えば、衛星軌道上の架電粒子環境での放電等の現象により導体線１３１と基盤裏面の表皮１１２との間で短絡故障が発生する、という可能性を低減できる。

但し、電線１３０Ａは、図１に示すように、太陽電池パネル基盤１１０の表面側と裏面側との屈曲部間、つまり、貫通孔スリーブ１２０に挿入される部分と貫通孔スリーブ１２０の端部分の屈曲部、には第二の絶縁被覆１３３を有さない。
したがって、電線１３０Ａの屈曲部は可撓性が高いため小さい曲率半径で曲げることができ、太陽電池パネル基盤１１０から突き出る電線１３０Ａの屈曲部の高さＨ（太陽電池パネル基盤１１０の表面または裏面から電線１３０Ａの屈曲部の頂部までの高さ）を低くすることができる。

これにより、複数の太陽電池パネル１００で構成される太陽電池アレイを折りたたんだときに、隣り合う太陽電池パネル１００に電線１３０Ａが接触して傷をつけ、太陽電池パネル１００を故障させてしまう、ということを防ぐことができる。

また、第二の絶縁被覆１３３を有さない部分は貫通孔スリーブ１２０を配置する部分であるため、当該部分で第一の絶縁被覆１３２が何らかの原因で損傷して導体線１３１が露出してしまっても、当該部分を貫通孔スリーブ１２０により絶縁して短絡故障を防ぐことができる。

電線１３０Ａは、貫通孔スリーブ１２０の端部分の屈曲部にのみ第二の絶縁被覆１３３を有さず、貫通孔スリーブ１２０に挿入される部分に第二の絶縁被覆１３３を有しても構わない。

実施の形態１において、例えば、以下のような太陽電池パネル１００について説明した。

太陽電池パネル１００において、絶縁フィルム１１３、表皮１１２、心材１１１からなる太陽電池パネル基盤１１０に貫通孔を設ける。
さらに、太陽電池パネル基盤１１０の表皮１１２及び太陽電池パネル基盤１１０の心材１１１が上記貫通孔内で露出しないように、上記貫通孔の径よりも大きな径の鍔を持つ絶縁性材料製の貫通孔スリーブ１２０を上記貫通孔に取り付ける。
そして、導体線１３１と第一の絶縁被覆１３２よりなる電線を貫通孔スリーブ１２０に通して太陽電池パネル１００の表裏に電流経路を設け、上記貫通孔近傍を除いた全ての区間に上記電線を覆うように第二の絶縁被覆１３３を付設する。

これにより、衛星の接地点に接続された太陽電池パネル基盤１１０の表皮１１２及び心材１１１と電線の導体線１３１との間に２層以上の絶縁層を配し、１つの絶縁層に傷等が生じても絶縁を保つことができる。
さらに、電線が貫通孔に入るところで電線の高さＨを低くし、ロケット打上時に隣接する太陽電池パネル１００との干渉を回避することができる。

図２は、第二の絶縁被覆を有さない電線２３０Ａを使用した太陽電池パネル２００を示す図である。
例えば、図２に示すように第二の絶縁被覆を有さない電線２３０Ａを使用した場合、電線２３０Ａの屈曲部の大きさＨを上記の太陽電池パネル１００と同様に小さくできる。
しかし、絶縁被覆２３２はやわらかくて可撓性が高い分、傷が付き易いため、導体線２３１が露出しやすく、太陽電池パネル基盤１１０の裏面側で導体線２３１と太陽電池パネル基盤１１０とが短絡しやすい。

図３は、第二の絶縁被覆２３３を有さない部分がない電線２３０Ｂを使用した太陽電池パネル２００を示す図である。
例えば、図３に示すように第二の絶縁被覆２３３を有さない部分がない電線２３０Ｂを使用した場合、電線２３０Ｂに第二の絶縁被覆２３３を有するため導体線２３１が露出する可能性は上記の太陽電池パネル１００と同様に低減することができる。
しかし、第二の絶縁被覆２３３は強固な分、可撓性が低く小さく曲げることが困難なため、電線２３０Ｂの屈曲部の大きさＨを小さくすることができない。

一方、太陽電池パネル１００は、上記したように、導体線１３１が露出する可能性が低いことに加えて電線１３０Ａの屈曲部の大きさＨが小さい、という特徴を有する。

人工衛星の電源装置に対する信頼性向上の要求が高まっており、実施の形態１は電源装置に含まれるコンポーネントの一つである太陽電池パネルについて信頼性の向上を図るものである。

但し、太陽電池パネル１００は人工衛星以外の用途に用いても構わない。例えば、太陽電池パネル１００は、建物の屋根や屋上に取り付けられる家庭用または業務用のものであっても構わない。

実施の形態２．
貫通孔スリーブの鍔部に電線１３０Ａの第二の絶縁被覆１３３を接する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態１と同様である。

図４は、実施の形態２における太陽電池パネル１００の断面図である。
実施の形態２における太陽電池パネル１００について、図４に基づいて説明する。

貫通孔スリーブ１２１の鍔部は、電線１３０Ａの屈曲部の曲率半径の大きさに応じた大きさを有する。
電線１３０Ａの第二の絶縁被覆１３３の端部は、貫通孔スリーブ１２１の鍔部に配置する。つまり、電線１３０Ａは第二の絶縁被覆１３３の端部が貫通孔スリーブ１２１の鍔部に載るように配される。
これにより、第二の絶縁被覆１３３を有さない電線１３０Ａの屈曲部（特に、第二の絶縁被覆１３３との境界部分）を第一の絶縁被覆１３２と貫通孔スリーブ１２１の鍔部とで二重に絶縁することができる。

実施の形態３．
貫通孔スリーブの筒部を斜めにして電線を斜めに貫通孔スリーブに挿入する形態について説明する。
以下、実施の形態１および実施の形態２と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項については実施の形態１または実施の形態２と同様である。

図５は、実施の形態３における太陽電池パネル１００の断面図である。
実施の形態３における太陽電池パネル１００について、図５に基づいて説明する。

貫通孔スリーブ１２２は、斜めの形成された筒部を有する。
太陽電池パネル基盤１１０には貫通孔スリーブ１２２の筒部の形状に合わせて太陽電池パネル基盤１１０の表面から裏面へ斜めに貫通する貫通孔を有する。
したがって、電線１３０Ｂを貫通孔スリーブ１２２に挿入するために電線１３０Ｂを浅い角度で曲げればよく、電線１３０Ｂの屈曲部に第二の絶縁被覆１３３を有しても電線１３０Ｂの屈曲部の曲率半径は小さく、太陽電池パネル基盤１１０から突き出る電線１３０Ｂの高さＨは低い。

実施の形態３において、例えば、以下のような太陽電池パネル１００について説明した。

太陽電池パネル１００において、絶縁フィルム１１３、表皮１１２、心材１１１からなる太陽電池パネル基盤１１０に貫通孔を設ける。
さらに、太陽電池パネル基盤１１０の表皮１１２及び心材１１１が上記貫通孔内で露出しないように、上記貫通孔の径よりも大きな径の鍔を持つ絶縁性材料製の貫通孔スリーブ１２２を上記貫通孔に取り付ける。
そして、導体線１３１、第一の絶縁被覆１３２及び第二の絶縁被覆１３３よりなる電線１３０Ｂを貫通孔スリーブ１２２に通して太陽電池パネル１００の表裏に電流経路を設ける。
上記貫通孔の中心軸は、太陽電池パネル基盤１１０の絶縁フィルム１１３または表皮１１２と直交していない。
電線１３０Ｂは、上記貫通孔の中心軸と絶縁フィルム１１３または表皮１１２とのなす角度が直角よりも小さい側から貫通孔スリーブ１２２の穴に通す。
これにより、貫通孔スリーブ１２２上での電線１３０Ｂの高さＨの増加を回避することができる。

図６、図７および図８は、実施の形態３における太陽電池パネル１００の別例を示す断面図である。
実施の形態３において、実施の形態１（図１参照）と同様に、電線１３０Ａから屈曲部間の第二の絶縁被覆１３３を取り除き、太陽電池パネル基盤１１０から突き出る電線１３０Ａの屈曲部の高さＨをさらに低くしてもよい（図６参照）。
また、実施の形態２（図４参照）と同様に、電線１３０Ｂの第二の絶縁被覆１３３を貫通孔スリーブ１２１の筒部に接して絶縁性を高めてもよい（図７参照）。
さらに、電線１３０Ａから屈曲部間の第二の絶縁被覆１３３を取り除くと共に電線１３０Ａの第二の絶縁被覆１３３を貫通孔スリーブ１２１の筒部に接してもよい（図８参照）。

１００太陽電池パネル、１１０太陽電池パネル基盤、１１１心材、１１２表皮、１１３絶縁フィルム、１２０，１２１，１２２，１２３貫通孔スリーブ、１３０Ａ，１３０Ｂ電線、１３１導体線、１３２第一の絶縁被覆、１３３第二の絶縁被覆、２００太陽電池パネル、２３０Ａ，２３０Ｂ電線、２３１導体線、２３２絶縁被覆、２３３第二の絶縁被覆。

Claims

太陽電池が表面に配置される太陽電池パネル基盤であって太陽電池パネル基盤を表面から裏面へ貫通する貫通孔を有する太陽電池パネル基盤と、
前記太陽電池パネル基盤の前記貫通孔に嵌め込まれる筒部を有する貫通孔スリーブと、
前記貫通孔スリーブの前記筒部に挿入され前記筒部の端部分で曲げられて前記太陽電池パネル基盤の表面と裏面とに配される電線であって太陽電池により得られた電流を流す導体線と前記導体線を覆う第１の被覆とを有すると共に前記筒部の端部分で曲げられる屈曲部を除いた部分に前記第１の被覆を覆う第２の被覆を有する電線と
を備えたことを特徴とする太陽電池パネル。
前記電線は、前記筒部に挿入される部分と前記屈曲部とを除いた部分に前記第２の被覆を有する
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
前記貫通孔スリーブは、前記筒部の端部分に太陽電池パネル基盤の貫通孔周囲を覆う鍔部を有し、
前記電線の前記第２の被覆の端部は、前記貫通孔スリーブの前記鍔部に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の太陽電池パネル。
前記太陽電池パネル基盤の前記貫通孔は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通し、
前記貫通孔スリーブの前記筒部は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通する前記貫通孔に嵌め込まれ、
前記電線は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通する前記貫通孔スリーブの前記筒部に挿入される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の太陽電池パネル。
太陽電池が表面に配置される太陽電池パネル基盤であって太陽電池パネル基盤を表面から裏面へ貫通する貫通孔を有する太陽電池パネル基盤と、
前記太陽電池パネル基盤の前記貫通孔に嵌め込まれる筒部を有する貫通孔スリーブと、
前記貫通孔スリーブの前記筒部に挿入され前記筒部の端部分で曲げられて前記太陽電池パネル基盤の表面と裏面とに配される電線であって太陽電池により得られた電流を流す導体線と前記導体線を覆う第１の被覆とを有する電線と
を備え、
前記太陽電池パネル基盤の前記貫通孔は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通し、
前記貫通孔スリーブの前記筒部は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通する前記貫通孔に嵌め込まれ、
前記電線は、前記太陽電池パネル基盤を斜めに貫通する前記貫通孔スリーブの前記筒部に挿入される
ことを特徴とする太陽電池パネル。
前記電線は、前記第１の被覆を覆う第２の被覆を有する
ことを特徴とする請求項５記載の太陽電池パネル。
前記第１の被覆は前記第２の被覆より可撓性が高く、前記第２の被覆は前記第１の被覆よりも強度が高い
ことを特徴とする請求項１〜請求項４、請求項６いずれかに記載の太陽電池パネル。