JPS6239399A - ソ−ラ−・パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の分野〉 この発明は、特に宇宙での使用に有効な新規なソーラー
・パネルに関する。

〈発明の背景〉 ソーラー・パネルは人工衛星のような宇宙船用の電力源
として広く使用されている。宇宙船用として使用されて
いる代表的なソーラー・パネルは、基板と、その基板の
前表面上に取付けられた複数個の個々の光発電用ソーラ
ー・セルとを含んでいる。個々のソーラー・セルは互い
に接続されて直列−並列ソーラー・セル・アレーを構成
し、このアレーは太陽に向けて適正に配置されると、太
陽エネルギーを電気的エネルギーに変換することができ
る。

宇宙船で使用されるソーラー・パネルについて考慮しな
ければならない最も重要な事項は信頼性テする。もし、
ソーラー・パネルが宇宙で劣化すると、それによって生
ずる電力の低下を修正または補償することは不可能で（
いにしても極めて困難であり、宇宙船全体の有効寿命が
しばしば早期に尽きてしまうことになる。

宇宙で利用されるソーラー・パネルは、使用中に極めて
過酷でソーラー・パネルに損傷を与え、あるいはこれを
破壊する傾向のある広範囲にわたる各種の状況にさらさ
れるので、その信頼性を得ることは困難である。例えば
、人工衛星のような宇宙船を大気圏外の宇宙に打上げる
ときに、通常は打上げのために小さく折畳まれた状態で
しまい込まれているソーラー・パネルは、ロケットの発
射中、非常に大きな振動を受け、また大きな重力の作用
を受ける。人工衛星が打上げ用ロケットから切離されて
軌道上に配置された後、ソーラー・パネルは小さく折畳
まれた形状から展開されて、ソーラー・セルのアレーが
太陽に向けて配向される開いた形状に拡大される。展開
された形状では、ソーラー・パネルは相当な熱応力を受
ける。すなわち、ソーラー・セルおよび基板の前表面は
太陽の強い熱にさらされるのに対し、基板の裏面は大気
圏外の宇宙の極めて低い温度にさらされる。さらに、最
大効率で動作するソーラー・アレーを得るためには、基
板はすべてのソーラー・セルを太陽に対して正しく整列
した状態で維持するために比較的剛直したものであり、
また宇宙において展開して配置されたソーラー・パネル
に本来加工られる力のもとで破壊されないように充分な
強度をもつ必要がある。このような必要条件があるため
に、必要とする信頼性をもったソーラー・パネルを作る
ことは極めて困難である。

人工衛星のような宇宙船用のソーラー・パネルの構成に
当って信頼性の次に考慮する必要のある最も重要な点は
重量である。観測機器を増やし、人工衛星に乗せられて
蓄積される燃料の量を増大させるだめに、ソーラー・パ
ネルは出来る５１　リ怪量である必要がある。この点に
関して、人工衛星を適正な姿勢になるように方向を再調
整するだめに周期的に付勢される姿勢制御用ロケット用
としての燃料が使用されるので、人工衛星上に蓄積され
る燃料の相対量は特に重要であるということに注目する
必要がある。より軽いソーラー・パネルを使用して追加
の燃料を載込んで蓄積することができれば、これを人工
衛星の有効寿命を延長するだめに使用することができる
。

従来、高信頼度と軽量の双方を兼ね備えたソーラー・パ
ネルを構成することは不可能であった。

従来、ソーラー・パネルの信頼性を向上させると一般に
ソーラー・パネルの重量が増し、ソーラー・パネルの重
量を減すると全体の性能、特にソーラー・パネルのたわ
み強度が低下し、それによって信頼性が低下することが
指摘されている。例えば、より厚く、より強度のある基
板を使用し、および／またはソーラー・パネルの基板を
強化するために補強リブを加えることが提案された。こ
れらの提案および他の同様な提案によるものはソーラー
・パネルの重量を著しく増すことになる。ソーラー・パ
ネルを軽くするために支持基板として薄いグラスチック
・フィルムを使用することも提案されたが、これによる
と基板は極度に曲がり易く且つ不安定になり、その信頼
性を低下させる。

現在の技術水準による基板は外被をもったハニカムコア
からなっている。これらの基板は、アルミニウム外被ｔ
　モったアルミニウム・ハニカムコア、繊維強化プラス
チツク外被をもった繊維強化プラスチック・ハニカムコ
ア、繊維強化プラスチック外被をもったアルミニウム・
ハニカムコアを含む各種の材料の組合せによって作られ
ている。

これらの基板は、ハニカムコアおよびそれに付帯する外
被に加えて充分の強度を得るために補強リブを必要とす
る。しかしながら、これらのリブを使用すると全体の重
量が増す。さらに、比較的複雑なハニカム状基板は製造
に要する費用が高価になり、また、特に外被とハニカム
コアとの接続部において機械的な故障が生じ易くなる。

非常に望ましいとされるソーラー・パネルは、比較的強
度があり、構成が簡単で、しかも信頼性が高く、さらに
これまで使用されてきたソーラー・パネルに比して比較
的軽量の基板をもったものである。

〈発明の概要〉 ここでは宇宙船用として使用するのに特に適した新規な
ソーラー・パネルについて示されている。

このソーラー・パネルは、１層あるいはそれ以上の層か
らなる樹脂強化ノボロイド基布からなる支持基板を持っ
ている。新規なソーラー・パネルは、より軽量であり、
また通常のソーラー・パネルに比して全体として少なく
とも等価の物理的特性をもっている。

〈実施例の説明〉 以下、図を参照しつ＼この発明の詳細な説明する。第１
図には通信用人工衛星１０が示されておシ、その本体２
０には主反射器１２．１４、および副反射器１６．１８
が設けられている。人工衛星１０の本体２ｏにはまたこ
の人工衛星１０ｆ：新しい方向に向けるために燃料源お
よび姿勢制御用ロケット（図示せず）も含まれている。

人工衛星ｌＯの本体２０の両側から支柱（ブーム）２２
．２４が伸びており、それには多数の個々のソーラー・
パネル・ニニット２６．２８．３０．３２．３４．３６
が取付けられている。

使用中のソーラー・パネルは太陽の方向に指向されてお
り、太陽エネルギを電気的エネルギに変換する。

この発明の新規なソーラー・パネル３８の構造は、第２
図および第３図に詳細に示されている。ソーラー・パネ
ル３８は基板４０からなり、その表面４２にはソーラー
・セル４４のアレーが取付けられている。

基板４０およびソーラー・セル４４のアレーに加工て、
ソーラー・パネル３８にはまた図示されていない他の通
常の素子、例えばソーラー・セル４４のアン−を保護す
るカバー、個々のソーラー・セルを相互シて接２読する
ための電気的回路網、ソーラー・パネルを支柱２２．２
４に固定するだめのブラケットおよび支持構体等の素子
が設けられている。

この発明のソーラー・パネル３８の基板４０は、少なく
とも一層の樹脂強化ノボロイド基布からなっている。ノ
ボロイド基布はノボロイド繊維によって製造されたもの
である。ノボロイド繊維は、化学的には溶融スパン・ノ
ボラック樹脂をホルムアルディトで酸触媒架橋によって
得られた架橋フェノール・アルデヒド繊維である。ノボ
ロイドという総称的な用語は、少なくとも８５％の架橋
ノボラックを含む製造された繊維を表わすものとして連
邦取引委員会（Ｆｅｄｅｒａｌ　Ｔｒａｄｅ　Ｃｏｍｍ
１ｓＳｉｏｎ　）によって認められている。ノボロイド
繊維は、日本キノール　インコーホレーテッド、アメリ
カン・キノール　インコーホレーテッドより１キノール
（Ｋｙｎｏｌ　）　’という商品名で市販されている。

それらは直径が約１４乃至３３μｍの範囲で使用される
。この発明の目的のためには、基板４０の母体を作るの
に使用される樹脂とのより強力な接着が可能であること
から、より小径のノボロイド繊維が好ましいことが判っ
た。

ノボロイド繊維は、大気圏外で使用されるソーラー・パ
ネル用として特に有効なノボロイド基布を作る物理的特
性の唯一の組合せをもっている。

ノボロイド繊維は、大気圏外のような特に配素の存在し
ない状態で長期間にわたって比較的高温にさらされ、ま
た非常な低温にさらされるときに安定している。これら
の繊維はまだ紫外線輻射に対しても安定している。

この発明のソーラー・パネル３日の製造に当っては、ノ
ボロイド繊維は最初、通常の織物製造法を使って織布あ
るいは編布の形に形成される。特許請求の範囲を含めて
本件明細書中では、これらの織物、編布等を「基布」と
いう用語で総称している。繊維とは対称的に基布を使用
したことにより、基板４０の製造が容易になり、基板４
０全体の強度も相当に向上する。基布は各種の、織布、
各種の編布の形で製造することができる。しかしながら
、軽量で目の粗い構造をもった基布を形成することが望
ましい。これによると、ノボロイド繊維は基板４０を準
備するに当って使用される樹脂によって適当にぬらされ
る。平方メートル当り約３０５乃至３３９ダラム（平方
ヤード当り約９乃至１０オンス）の重量の平織あるいは
あや織のいずれかにおいて最適の結果の得られることが
判った。

宇宙で遭遇する各種の環境条件に対して良好な強度と良
好な安定性をもつものであれば、基板４０を製造するた
めに各種の樹脂を使用することができる。エポキシをペ
ースとした樹月旨はこのような適用例に対して適してい
ることが知られておシ、この発明で使用することができ
る。ある種のポリエステル樹！、特にイソフタル・ポリ
エステル樹脂は、この発明の基板４０の製造のために特
に適している。適当なポリエステル樹脂は、ニー・ニス
、ニス　　グミカルズ（［Ｊ、Ｓ、Ｓ、　Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌｓ　）から発売されているＭＲ１４０４２のように
、色々な企業から市販されている。

基板４０は通常の成形技術を用いて製造される。

指定された基板を形成するのに必要とするノボロイド基
布の層数は予め所定寸法に切断される。基板の層は比較
的重い１層だけでもよいが、重い１層よりもむしろ第３
図に示すように、何層かの怪童の層４８．５０．５２．
５４．５６．５８を使用することが望ましい。実際には
、約６層の基布は、製造処理が過度に複雑にならず、ま
た優れた物理的特性の組合せをもった最終的な基板が得
られる等の理由によシ約６層を使用することが好ましい
ことが判った。

ノボロイド基布の層には樹脂が充分にしみ込み、処理中
に個々の７ボロイド繊維が充分にぬれるようになる。基
板４０を製造するに当って使用されるノボロイド基布と
樹脂の相対的な量は多少は変更することができるが、基
板４０は約４０乃至６０重量％のノボロイド繊維を含ん
でおり、残りが樹脂である必要がある。ノボロイド繊維
の樹脂含浸層は互いに積重ねられて、その積層物は圧縮
成形されて薄板状に形成され、適当に切断された後、こ
の発明のソーラー・パネル３８の基板４０として使用さ
れる。基板４０の製造に当って使用される樹脂は、基板
４０の７ボロイド基布の層４８．５０．５２．５４．５
６．５８を貫通すると共にこれらの層相瓦間を結合する
母体（マトリックス）を形成する。

基板４０が得られると、ソーラー・セル・アレー４４お
よびその他の必要な素子が通常の方法で基板４０に取付
けられる。

この発明によって得られる基板４０は、ガラス繊維ある
いはアラミド繊維（アミドリンクージが芳香族リング間
に形成された芳香族ポリアミド）のような通常の材料で
作られた等価な強度の基板よシも少なくとも約１０乃至
１１％重量が軽くなった。

重量がこのように減少することにより、人工衛星ｌ○に
さらに多くの燃料を積込むことができ、前述のように、
使用中、必要に応じて人工衛星１０の方位を更に調整す
ることによって人工衛星１０の寿命を相当に延長するす
とができる。

従来技術による基板と比較したときのこの発明による基
板４０の利点をより直接的に比較するために、各種の形
式の基布および樹脂系を使用して１組の基板を準備した
。使用される基布の量および重量は、その特定の使用材
料について最高の評価が得られるように選択された。次
の表はその比較結果を示すものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は完全に広がった状態にあるソーラー・パネルを
示すサテライトの全体の形態を示す斜視図、第２図はこ
の発明によるソーラー・パネルの一部の部分断面を等角
写像的に示した図、第３図はこの発明のソーラー・パネ
ルの好ましい実施例の断面図である。 ４０・・・基板、４２°・・前表面、４４・・・ソーラ
ー・セルのアレー、４８．５０．５２．５４．５６．５
８・・・樹脂強化ノボロイド基布層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）前表面を有する基板と、該前表面に取付けられた
   ソーラー・セルのアレーとからなり、上記基板は少なく
   とも一層の樹脂強化ノボロイド基布からなるソーラー・
   パネル。