JP6399391B2

JP6399391B2 - Ｓ字形状太陽電池パネル

Info

Publication number: JP6399391B2
Application number: JP2014186316A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　武彦; 武彦伊藤; 一紀島▲崎▼
Original assignee: NEC Corp; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: NEC Corp; Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-09-12
Also published as: JP2016059241A

Description

本発明は、太陽電池パネルに関し、特に、人工衛星等に搭載される太陽電池パネルに関する。

人工衛星に搭載される太陽電池パネルとして、アルミニウム製のハニカム構造体の表裏面に、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製のスキン層を接着して構成されたものが知られている。

また、ハニカム構造体に代えてポリウレタン等からなる発泡材層を用い、その表裏面に上記と同様のスキン層を接着して構成されたものもある（例えば、特許文献１参照）。

他方、地上で使用される太陽電池に関する技術として、アーチ状のアルミニウム合金製の天板の上に太陽電池モジュールを搭載するものがある（特許文献２参照）。

また、面ファスナーを用いて太陽電池モジュールを支持体から取り外し可能にする技術がある（特許文献３参照）。

さらに、太陽電池に関するものではないが、曲面形状のカバーケースの強度を確保するためにＣＦＲＰを用いる技術がある（例えば、特許文献４参照）。

また、アーチ状を呈するフレームによって太陽電池フィルムの断面形状がアーチ状になるように保持した太陽電池パネルがある（例えば、本願出願人による特許文献５参照）。

さらに、それぞれ曲面または多面体の一部分の形状を呈する複数の太陽電池パネルをヒンジを介して連結しておき、曲面または多面体形状に展開する太陽電池アレイがある（例えば、特許文献６参照）。

特開２００６−１０８４８０号公報特開平１０−１７３２１２号公報特開２０１２−２３２９３号公報特開２００２−８４０７５号公報特開昭６２−１９１３００号公報特開２０１４−１３０９８４号公報

近年、人工衛星に搭載される機器の高性能化等により電力需要が増加する傾向にある。このため、人工衛星に搭載される太陽電池パドルの大面積化が求められている。

太陽電池フィルムは、薄くて軽量であるため、打ち上げ機の搭載容積および重量の増加を抑えつつ太陽電池パドルの大面積化に貢献することが期待される。その反面、太陽電池フィルムは、打ち上げ機を打ち上げる際の振動、衝撃および音響等に耐え得る強度・剛性を持たない。このため、太陽電池フィルムを人工衛星等に搭載する場合には、太陽電池フィルムを支持体に固定して、打ち上げ時の振動、衝撃および音響等に対して耐え得る機械的強度を与える必要がある。

一般に、太陽電池フィルムを備えた太陽電池パネルは、支持体としてハニカム構造体もしくは発泡材層とスキン層との組み合わせが用いられている。これらは、機械的強度の確保と軽量化との両立を目指しているが、厚さと、それに伴う重量がある。即ち、太陽電池フィルムを備えた太陽電池パネルの構造には、太陽電池フィルムの薄く軽量であるという特徴を十分に生かしていないという問題点がある。

尚、特許文献５に開示された太陽電池パネルは、装置として薄型化されたとしても、ある程度の強度・剛性を発揮することができるが、装置の幅寸法と厚さ寸法とからなるプロファイルによっては、アーチ形状の曲率半径がかなりの大径となって平板状と大差のない強度・剛性しか確保できない可能性がある。

また、特許文献６に開示された太陽電池アレイは、ヒンジを介して折り畳み／展開可能に結合された複数の太陽電池パネルを展開させたときの太陽電池アレイ全体としての曲げ剛性の向上を目的とした技術であり、太陽電池パネル単体の強度・剛性の向上については考慮されていない。

本発明は、上述した問題を解決すべく、パネル単体としての、軽量化と薄型化を図りつつ、必要な強度を確保することができるＳ字形状太陽電池パネルを提供することを目的とする。

本発明の一態様による太陽電池パネルは、太陽電池フィルムと、フレームとを有し、前記フレームが、断面形状がフレーム全体としてＳ字形状を呈し、前記太陽電池フィルムをその断面形状がＳ字形状となるように保持することを特徴としている。

本発明によれば、パネル単体としての、軽量化と薄型化を図りつつ、必要な強度を確保することができる。

（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の一実施の形態に係るＳ字形状太陽電池パネルを示す平面図、断面図および底面図である。図１に示されたＳ字形状太陽電池パネルの分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）ならびに図２を参照すると、本発明の一実施の形態に係るＳ字形状太陽電池パネル１０は、太陽電池フィルム１１と、フレーム１２とを有している。フレーム１２は、図１（ｂ）に示されるように、その断面形状がフレーム全体としてＳ字形状を呈し、換言すれば、断面形状が単一のＳ字形状を呈し、太陽電池フィルム１１をその断面形状がＳ字形状となるように保持する部材である。

太陽電池フィルム１１は、第１の太陽電池片１１Ａおよび第２の太陽電池片１１Ｂを含んでいる。

第１の太陽電池片１１Ａおよび第２の太陽電池片１１Ｂはそれぞれ、樹脂フィルム上に太陽電池層を形成したもので、可撓性を有している。ここでは、太陽電池フィルム１１の平面形状を矩形としたが、特に限定されるものではない。

本例において、第１の太陽電池フィルム片１１Ａと第２の太陽電池フィルム片１１Ｂとは、互いに同一サイズである。これにより、部品の共通化を図ることができ、コスト削減効果を奏する。

尚、第１の太陽電池フィルム片１１Ａと第２の太陽電池フィルム片１１Ｂとは、互いに異なる光電変換特性を有する太陽電池層を持つようにしてもよい。そうすることで、より広い範囲の波長の光を光源として発電可能となる。

一方、フレーム１２は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：（Carbon Fiber Reinforced Plastic）製で、所定の剛性を有している。フレームの厚さは、関連技術としての太陽電池パネルに使用されるスキン層と同程度とすることができる。フレーム１２は、図１（ｃ）に示されるように、格子状を呈している。格子状であるため、その重量はスキン層よりも軽くできる。

太陽電池フィルム１１（第１の太陽電池フィルム片１１Ａおよび第２の太陽電池フィルム片１１Ｂ）とフレーム１２の互いに対向する面には、それぞれ対応する位置に面ファスナー１６，１７が貼り付けられている。具体的には、面ファスナー１７は、フレーム１２の格子に沿って貼り付けられており、それに対応するように面ファスナー１６が太陽電池フィルム１１に格子状に貼り付けられている。

面ファスナー１６，１７を用いることで、太陽電池フィルム１１をフレーム１２に保持固定させる作業が、接着剤を用いて接着する場合に比べて容易になる。面状の広がりを持つ太陽電池フィルム１１自体をフレーム１２の表面に貼り付けるよりも、線状の面ファスナー１６を同じく線状の面ファスナー１７に貼り付ける方が容易だからである。尚、面ファスナー１６，１７を用いても、接着剤を用いた場合に比べて、厚さや重量が大きく増加することはない。

さらに、フレーム１２は、第１の曲面部１３ａと、第２の曲面部１３ｂと、第１の平面部１４ａと、第２の平面部１４ｂと、第３の平面部１４ｃとを有している。

第１の曲面部１３ａおよび第２の曲面部１３ｂは、第１の太陽電池フィルム片１１Ａおよび第２の太陽電池フィルム片１１Ｂそれぞれの断面形状が、断面Ｓ字に含まれる２つの曲線部分形状となるように第１の太陽電池フィルム片１１Ａおよび第２の太陽電池フィルム片１１Ｂをそれぞれ保持する。

第１の平面部１４ａおよび第２の平面部１４ｂは、太陽電池フィルム１１の断面Ｓ字の一端および他端に対応した位置に設けられている。また、第３の平面部１４ｃは、太陽電池フィルム１１の断面Ｓ字の変曲点に対応した位置に設けられている。

本例においては、図１（ｂ）に示されるように、第１の平面部１４ａ、第２の平面部１４ｂ、および第３の平面部１４ｃは、フレーム１２の厚さ方向における位置が相互に同一となるように構成されている。

また、図１（ａ）等に示されるように、第１の平面部１４ａ、第２の平面部１４ｂおよび第３の平面部１４ｃには、複数（本例では、９個）の保持部１５が形成されている。保持部１５は、図示しない構体への取付け用のボルト（図示せず）を受け入れる穴を規定する。尚、本発明による太陽電池パネルは、Ｓ字形状のフレームが十分に強度・剛性を有しているため、必ずしも構体に取り付けられなくともよい。

図示はしないが、フレーム１２の裏面に１つ以上のリブを形成するようにしてもよい。リブの断面形状は、安定性を高めるために断面Ｌ字型とすることができる。また、本例のようにフレームが格子状である場合には、リブをフレームの格子に沿って１または複数列に配列形成することができる。これにより、大した重量増加を伴うことなく、強度・剛性をさらに向上させることができる。また、後述するように複数のＳ字形状太陽電池パネルを折り畳み／展開可能に結合して太陽電池アレイを構成する場合は、折り畳み時に重なり合ったパネルの厚さ寸法が過剰に大きくならないように、リブは低背ものとすることが好ましい。

さらに、以上説明したＳ字形状太陽電池パネル１０と同一の構成有する太陽電池パネルを複数用意し、これら太陽電池パネルをヒンジを介して折り畳み／展開可能に結合し、太陽電池アレイを構成してもよい。その場合、それら複数の太陽電池パネルと同士は、折り畳まれたときに、相互に重なり合うような向きで結合されることが好ましい。

以上説明した本実施の形態によれば、太陽電池フィルム１１の断面形状を、フレーム１２を用いてＳ字形状にすることで、太陽電池フィルム１１の面外方向の強度及び剛性を高めることができる。これにより、人工衛星等に搭載した場合に、打ち上げ時の振動や衝撃に対する耐性を確保することができる。

そして、このような構成を採用したことで、太陽電池パネル組立体の全体としての厚さを薄くし、軽量化を実現することができる。こうして、太陽電池パネル組立体の全体の薄型化と軽量化を実現しつつ、必要な機械的強度を確保することができる。即ち、太陽電池パネル組立体の薄型化及び軽量化により、限られた人工衛星の搭載スペースにより多くの太陽電池パネルを搭載できる。これにより、太陽電池パドルの大面積化と供給電力の増加を実現することが可能になる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された技術範囲内であれば、種々の変形が可能であることは云うまでもない。

１０太陽電池パネル
１１太陽電池フィルム
１１Ａ第１の太陽電池フィルム片
１１Ｂ第２の太陽電池フィルム片
１２フレーム
１３ａ第１の曲面部
１３ｂ第２の曲面部
１４ａ第１の平面部
１４ｂ第２の平面部
１４ｃ第３の平面部
１５保持部
１６，１７面ファスナー

Claims

太陽電池フィルムと、フレームとを有し、
前記フレームが、断面形状がフレーム全体としてＳ字形状を呈し、前記太陽電池フィルムをその断面形状がＳ字形状となるように保持し、
前記太陽電池フィルムが、断面Ｓ字に含まれる２つの曲線部分それぞれに対応した第１の太陽電池フィルム片および第２の太陽電池フィルム片を含み、
前記フレームが、
前記第１の太陽電池フィルム片および前記第２の太陽電池フィルム片それぞれの断面形状が断面Ｓ字に含まれる２つの曲線部分の形状となるように該第１の太陽電池フィルム片および該第２の太陽電池フィルム片をそれぞれ保持する第１の曲面部および第２の曲面部と、
前記太陽電池フィルムの断面Ｓ字の一端、断面Ｓ字の他端および断面Ｓ字の変曲点それぞれに対応した位置に設けられた第１の平面部、第２の平面部および第３の平面部とを有し、
前記第１の太陽電池フィルム片と第２の太陽電池フィルム片とが、互いに異なる光電変換特性を有することを特徴とするＳ字形状太陽電池パネル。
前記フレームが、格子状を呈することを特徴とする請求項１に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記太陽電池フィルムと前記フレームとが、面ファスナーを用いて互いに固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記フレームが、炭素繊維強化プラスチック製フレームであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記第１の太陽電池フィルム片と第２の太陽電池フィルム片とが、互いに同一サイズであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記第１、前記第２および前記第３の平面部が、該フレームの厚さ方向における位置が相互に同一となるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記Ｓ字形状太陽電池パネルである第１の太陽電池パネルと同一の構成を有する第２の太陽電池パネルをさらに有し、前記第１の太陽電池パネルと前記第２の太陽電池パネルとが、ヒンジを介して折り畳み／展開可能に互いに結合されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記第１の太陽電池パネルと前記第２の太陽電池パネルとが、折り畳まれたときに、互いに重なり合うような向きで結合されていることを特徴とする請求項７に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記フレームが、その裏面にリブを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＳ字形状太陽電池パネル。
前記フレームが格子状を呈し、前記リブは、格子に沿って１または複数列に配列形成されていることを特徴とする請求項９に記載のＳ字形状太陽電池パネル。