JP5659970B2

JP5659970B2 - 太陽電池パネル

Info

Publication number: JP5659970B2
Application number: JP2011149892A
Authority: JP
Inventors: 菜穂子友田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: JP2013016726A

Description

本発明は宇宙空間を飛しょうする人工衛星等に搭載する太陽電池パネルに関するものである。特に、人工衛星の軌道上で生ずる放電対策として、太陽電池から電力を取出す導体線に二重被覆の電線を用いた太陽電池パネルに関するものである。

人工衛星等に搭載される太陽電池パネルの表面（太陽光入射面）には複数の太陽電池が搭載されており、各々の太陽電池は電気的に接続されて太陽電池回路を構成する。太陽電池回路からの電力取出し口には金属性部品（以下、バスバーという）が使用される。このバスバーに導体線をはんだ付け等により接続し、導体線を経由して太陽電池パネルから電力の取出しを行う。
太陽電池パネルは太陽光の入射を得る為に外部暴露環境下で使用されるため、多量の放射線を受けて被曝する。このため、導体線にはＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）等の耐放射線性の高い絶縁性の被覆を持つ電線が一般に使用される。

ＥＴＦＥ等の絶縁性被覆は高い耐放射線性を有するものであるが、ＥＴＦＥ等であっても放射線を継続的に受け続けると絶縁性被覆が硬化する。硬化した状態で熱サイクルがかかると絶縁性被覆の一部にクラックが生じる。そして、クラックにより剥き出しになった導体線の導体箇所を起点として、放電が生じることが懸念されている。
または、ＥＴＦＥ等の絶縁性被覆の被覆自体が帯電し、被覆の帯電により放電が生じ導体線を覆う絶縁性被覆が破壊されることが懸念されている。

この放電対策として導体線を二重の層で被覆し、内側のＥＴＦＥ等の絶縁性被覆の外周に、弱い導電性を有する層を被覆した二重被覆電線を適用することが考えられている（例えば、非特許文献１参照）。

外周にこの弱い導電性を有する層を被覆した二重被覆電線（以下、導電性二重被覆電線という）を適用した際には、次の２つの効果が期待される。
１つ目の効果として、導体線の被覆を二重にすることで、二重被覆のいずれか一方にクラックが入ったとしても他の被覆にクラックがなければ導体線は保護され、導体線が剥き出しになることを防止することができる。
２つ目の効果として、二重被覆のうち外側の弱い導電性をもつ被覆を衛星接地点に接続することにより外側被覆上に溜まった電荷を衛星接地点に移動可能となり、二重被覆電線の帯電を防止して放電の発生そのものを抑制できる。

Qualification Of European Triple-junction Solar Cells With Astrium PVA Technology,Proc.of the '8th European Space Power Space Power Conference',Constance,Germany,14-19 September 2008(ESA SP-661,September 2008),（Fig.4、Fig6）。

このように、太陽電池パネルの電力取出し口に導電性二重被覆電線を用い、かつ、その外側被覆を衛星接地点に接続することで、導体が剥き出しになるリスクを減らし、被覆上に溜まった電荷を移動させることで、放電の発生を抑制することができる。
しかしながら、衛星接地点に接続された導電性二重被覆電線の外側の弱導電性被覆とバスバーとが接触すると、太陽電池パネルの電力取出し口であるバスバーが地絡してしまうという課題が生じる。
すなわち、太陽電池パネルの電力取出し口に導電性二重被覆電線を用いた場合に、導電性二重被覆電線の外側の弱導電性被覆とバスバーが接触した場合には、バスバーが地絡して太陽電池の＋極と−極間の電位差が無くなり、結果として太陽電池で発電した電力を衛星構体の各機器に供給できないという不具合が生じる。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、太陽電池パネルの電力取出し用電線の表面帯電による放電を防止するとともに、太陽電池で発電した電力を確実に衛星搭載機器に供給できる太陽電池パネルを提供することを目的とする。

この発明に係る太陽電池パネルは、太陽電池が表面上に配置される太陽電池パネルであって前記太陽電池の電極に接続される導電性のバスバーと、前記バスバーと電気的に接続され、前記太陽電池で発生した電流を流す電線を備え、前記電線は、電流が流れる導体線と、前記導体線を覆う絶縁性の第１の被覆と、前記第１の被覆を覆う弱導電性の第２の被覆からなり、前記電線は所定の位置において前記第２の被覆が外周全体に除去され前記第１の被覆が表面に露出した被覆除去部を有し、前記被覆除去部は、前記バスバーと前記導体線が電気的に接続された接続点の近傍にあり、前記被覆除去部により電気的に分離された前記第２の被覆のうち、前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆は、衛星の接地点に接続されており、前記被覆除去部により電気的に分離された前記第２の被覆のうち、前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆は、前記バスバーと離れている。

この発明によれば、太陽電池パネルで発生した電力を取出す電線の表面が帯電することにより放電が発生することを防止するとともに、バスバーが地絡することを防止して、太陽電池で発生した電力を確実に衛星搭載機器に供給することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１に係る太陽電池パネルの構成を説明する図である。（ｂ）実施の形態１に係る太陽電池パネルのＡ−Ａ’断面を示す図である。本発明の実施の形態１に係る太陽電池パネルの一部を拡大した図である。本発明の実施の形態１に係る太陽電池パネルに用いる導電性二重被覆電線における被覆除去部の断面図である。従来の太陽電池パネルの一部を拡大した図である。

実施の形態１.
以下、図を参照しながら実施の形態１に係る太陽電池パネル１００の構成について説明する。

図１（ａ）は、実施の形態１に係る太陽電池パネル１００の概略構成を示す図である。図１（ｂ）はＡ-Ａ’の位置での断面図である。
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の表面に複数の太陽電池セル１ａ、１ｂ、・・・を設置する。ここで太陽電池セル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太陽電池のことであり、単に太陽電池ともいう。
太陽電池セル１の表側（太陽光入射側）には集電電極として表側電極を有し、裏側には集電電極として裏側電極を有している。
隣接する太陽電池セル１（例えば、図１の太陽電池セル１ａと１ｂ）の間には、太陽電池セル１の表側電極（例えば太陽電池セル１ａの表側電極）と隣の太陽電池セル１の裏側電極（例えば太陽電池セル１ｂの裏側電極）との間を直列に接続する接続金具であるインターコネクタ３が配置される。
同様にして複数の太陽電池セル１がインターコネクタ３により直列接続され、複数の太陽電池ストリングスが構成される。
また、太陽電池セル１の表側（太陽光入射側）にはカバーガラス等の太陽光を透過する保護材が接着剤によって接着されている（図示せず）。

インターコネクタ３により電気的に直列接続された太陽電池ストリングの両端にはバスバー２が配置される。
バスバー２には電力取出し用の導体線５がはんだ５０等により接続される。
導体線５は、太陽電池パネル基盤１１０の裏面側にも引き回しされて所望の衛星機器に接続される。このように各々の太陽電池ストリングで生成された電力（電流）はバスバー２に集められ、導体線５を経由して衛星搭載の機器に供給される。

導体線５の外周は耐放射線性の高い絶縁性の被覆（第一の被覆）と、第一の被覆の外側にあって第一の被覆を覆う弱導電性の被覆（第二の被覆）の二重の層で覆われて、導電性二重被覆電線７の構成を成す。
太陽電池パネル１００は宇宙空間において多量の放射線を受けて被曝する。そのため、導電性二重被覆電線７の被覆には耐放射線性の高い絶縁性の被覆が用いられる。耐放射線性の高い絶縁性の被覆としては、例えばＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）などが使用される。また、その外側の弱導電性の被覆（第二の被覆）には、例えばポリイミドにカーボンを練り込んだブラックカプトン（カプトンは登録商標）等が使用される。

本実施の形態の導電性二重被覆電線７では、第二の被覆４の一部に少なくとも一ヶ所、バスバー２と接触しない位置に弱導電性の被覆４（第二の被覆４）を除去した部分を設ける。ここでは、この第二の被覆４を除去した部分のことを被覆除去部３０という。
被覆除去部３０は、バスバーと導体線が電気的に接続された接続点のなるべく近傍にあって、バスバー２とは接触しない位置にあることが望ましい。
このように被覆除去部３０を設けることにより、第二の被覆４は電気的に独立した２つの導体層４ａ、４ｂとなる。

図３は、図２の被覆除去部３０のＢ-Ｂ’の位置での断面を表わした図である。
図３のように、導体線５の外周は耐放射線性の高い絶縁性の被覆６（第一の被覆６）及びその外側の弱導電性を有する被覆（第二の被覆４）で覆われている。そして、被覆除去部３０では外周全域に渡って第二の被覆４が除去されて、内側にある第一の被覆６が表面に露出するようになっている。
被覆除去部３０では第二の被覆４は電気的に分断されて、２つの独立した導体層を構成する。

更に本実施の形態の導電性二重被覆電線７では、電気的に分離された第二の被覆４のうち被覆除去部３０を間に挟んでバスバー２から離れた方の第二の被覆、すなわち、被覆除去部３０により電気的に分離された前記第２の被覆４ａ、４ｂのうち、バスバー２と導体線が接続された接続点から離れた側にある第２の被覆４ｂは、衛星接地点に接続される（図示せず）。

次に、本実施の形態の太陽電池パネルにおいて、太陽電池パネルの電力取出し用電線（導電性二重被覆電線）の表面帯電による放電を防止するとともに、バスバーが地絡して太陽電池で発電した電力を衛星搭載機器に供給できなくなる状況を回避する動作原理について説明する。

まず従来の太陽電池パネルにおける放電抑制について説明する。図４は従来の太陽電池パネルの構成を示した図である。図４において太陽電池パネルのバスバー２には、本実施の形態の太陽電池パネル１００と同じく、外側に弱い導電性の被覆（第二の被覆）を有する二重被覆電線の導体線５が接続されており、かつ、第二の被覆４は衛星接地面（図示せず）に接続されている。ただし、従来の太陽電池パネルにおいては、本実施の形態の被覆除去部３０が設けられていない。
従来の太陽電池パネルでは、導電性二重被覆電線の第二の被覆４上の溜まった電荷は、第二の被覆４が衛星接地面に接続されているため衛星接地面に移動することができる。このため、以前の電力取出し用電線の被覆表面が帯電しこの表面帯電によって電位差が生じ放電が発生するという課題を防止することができる。

しかしながら従来の太陽電池では、導電性を有する第二の被覆４がバスバー２に接触してしまう恐れがある。第二の被覆４がバスバー２に接触した場合には、バスバー２が導電性を有する第二の被覆４を介して衛星接地面に短絡し、バスバー２の電位が衛星接地の電位と同電位となって、太陽電池回路の動作電圧が低下して電力を発生しなくなる。

これに対して本実施の形態の太陽電池パネル１００では、導電性を有する第二の被覆４の少なくとも１箇所において、第二の被覆が除去された被覆除去部３０が設けられている。被覆除去部３０が設けらていることによって、第二の被覆４とバスバー２が接触した場合であっても、バスバーと衛星接地面とは短絡せず、短絡を原因として太陽電池の動作電圧が低下し電力を発生しなくなるという現象を回避することができる。

なお、被覆除去部３０を設ける位置についてであるが、衛星打上げ時の振動やその後の経時変化により、その一端がバスバー２に固定された導電性二重被覆電線７自体が前後左右に動いた場合であっても、その動くことが可能な範囲内で、第二の被覆４ｂ（図２参照）がバスバー２に接触しない位置であることが望ましい。すなわち、被覆除去部３０により分離された第二の被覆４ｂとバスバー２とは離れており接触がないようにする。
一方で、第二の被覆４ａ（図２参照。被覆除去部３０によって電気的に分離された第二の被覆４ａ、４ｂにおいて、バスバー２側にある第二の被覆４ａ）では、宇宙空間では放射線を浴びて第二の被覆４ａ上に電荷が溜まり従来のように被覆表面が帯電することとなるため、第二の被覆４ａの長さはできるだけ短いほうが望ましい。
このように、被覆除去部３０を設ける位置は、衛星接地面に接地された側の第二の被覆４ｂがバスバーに接することがない範囲内において、第二の被覆４ａの長さができるだけ短くなる位置に設けることが望ましい。

以上のように本実施の形態の太陽電池パネル１００では、導電性二重絶縁電線７の所定の位置、すなわち分離される第二の被覆４のうち、バスバー２から離れた方にある第二の被覆４ｂがバスバー２と接触しなくなる位置に被覆除去部３０を設け、かつ、第二の被覆４ｂを衛星接地点に接地するようにした。
これにより、バスバー２が地絡することを回避すると共に、導電性二重絶縁電線７の表面が帯電することによる放電の発生を防止することができる。

１太陽電池セル、２バスバー、３インターコネクタ、４第二の被覆、５導体線、６第一の被覆、７導電性二重被覆電線、３０被複除去部、５０はんだ、１００太陽電池パネル、１１０太陽電池パネル基盤。

Claims

太陽電池が表面上に配置される太陽電池パネルであって
前記太陽電池の電極に接続される導電性のバスバーと、
前記バスバーと電気的に接続され、前記太陽電池で発生した電流を流す電線を備え、
前記電線は、電流が流れる導体線と、前記導体線を覆う絶縁性の第１の被覆と、前記第１の被覆を覆う導電性の第２の被覆からなり、前記電線は所定の位置において前記第２の被覆が外周全体で除去されて前記第１の被覆が表面に露出した被覆除去部を有し、
前記被覆除去部は、前記バスバーと前記導体線が電気的に接続された接続点の近傍にあり、前記被覆除去部により電気的に分離された前記第２の被覆のうち、前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆は、衛星の接地点に接続されており、
前記被覆除去部により電気的に分離された前記第２の被覆のうち、前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆は、前記バスバーと離れていることを特徴とする太陽電池パネル。
前記被覆除去部は、
前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆が、前記バスバーに接触しない位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
前記被覆除去部は、
前記バスバーと前記導体線が接続された接続点から遠い方の前記第２の被覆が、衛星打上げ時の振動により動いた場合であっても、前記バスバーに接触しない位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の太陽電池パネル。