KR101965991B1

KR101965991B1 - 태양 전지들을 바이패스 다이오드 히트 싱크들로서 사용

Info

Publication number: KR101965991B1
Application number: KR1020177011474A
Authority: KR
Inventors: 클린턴 엘. 웨설; 매튜 에이. 누베
Original assignee: 엑스 디벨롭먼트 엘엘씨
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR20170060145A; US9691926B2; WO2016053627A1; CN107078176A; US20160099363A1; CN107078176B

Abstract

태양 전지 패널은 복수의 태양 전지, 바이패스 다이오드 유닛, 및 열 분산기를 포함한다. 바이패스 다이오드 유닛은 복수의 태양 전지 중 적어도 제1 태양 전지 양단에 전기적 분로 구성으로 제1 태양 전지의 고장 시에 적어도 제1 태양 전지 주위에 전류를 바이패스하도록 결합된 바이패스 다이오드를 포함한다. 열 분산기는 태양 전지들 중 하나 이상의 태양 전지의 부분 위에 배치된다. 바이패스 다이오드 유닛은 바이패스 다이오드가 열 분산기와 열 접촉하도록 열 분산기의 제1 면 상에 배치된다. 열 분산기의 제2 면은 바이패스 다이오드에서 발생된 열을 태양 전지들 중 하나 이상의 태양 전지에 방산하기 위해 태양 전지들 중 하나 이상의 태양 전지와 열 접촉하여 장착된다.

Description

태양 전지들을 바이패스 다이오드 히트 싱크들로서 사용{USING SOLAR CELLS AS BYPASS DIODE HEAT SINKS}

본 개시내용은 일반적으로 태양 전지들, 및 특히 그러나 배타적이 아니게, 태양 전지 시스템들과 관련한 열 방산에 관한 것이다.

태양 전지 가동 고고도 무인 비행체(UAV)의 전기 소자들에서 열을 방산하기 위해 실행 가능한 해결책이 필요하다. 60,000피트보다 높은 고도에서의 자유로운 기류는 공기가 지구 표면 상에서 갖는 것보다 상당히 낮은 밀도를 갖기 때문에 열을 방산하는 데는 비효과적으로 된다. 저속의 고고도 UAV들은 단열체로서 효과적으로 작용하는, 자유롭게 흐르는 공기와 날개의 표면 사이에 상당히 두꺼운 경계 층을 갖는다. 게다가, 태양 전지 어레이 자체는 동작 시에 태양으로부터 상당한 열을 흡수하고, 이것을 주위 환경으로 방산하고 주위 소자들의 주변 온도를 실제로 상승시킨다.

이들 조건의 결과는 태양 전지 어레이들 가까이에 배치된 전자 장치들을 그들의 명시된 동작 온도들보다 높은 온도로 상당히 가열시키고, 일부 경우들에서, 궁극적으로 열 폭주로 가게 한다. 종래의 히트 싱크들은 전형적으로 무겁고 비행체들과 같은 경량의 응용들에는 잘 맞지가 않고, 여기서 그들은 외부 표면들 상에 노출될 때 매우 높은 항력 패널티들을 야기할 수 있다.

본 발명의 비제한적이고 비한정적인 실시예들이 다음의 도면을 참조하여 설명되고, 도면에서, 유사한 참조 번호들은 달리 명시되지 않는다면 다양한 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분들을 참조한다. 도면은 반드시 축척에 맞게 도시되지 않고, 대신에 설명된 원리들을 도시하는 데는 강조된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따라, 태양 전지가 고장일 때 바이패스 다이오드의 동작을 도시한다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따라, 열을 인접한 태양 전지들에 방산하는 열 분산기 상에 장착된 바이패스 다이오드 유닛의 평면도 예시이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따라, 열 분산기 및 바이패스 다이오드 유닛의 분해 사시도 예시이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따라, 태양 전지들 위에 장착된 바이패스 다이오드 유닛 및 열 분산기의 분해 측면도 예시이다.
도 5a 및 5b는 본 개시내용의 실시예에 따라, 바이패스 다이오드 유닛의 상부 및 하부 평면도들을 도시한다.
도 6는 본 개시내용의 실시예에 따라, 날개-스킨 내에 매립된, 열 분산기들 상에 바이패스 다이오드들이 장착되어 있는 태양 전지 패널들을 갖는 비행체를 도시한다.

바이패스 다이오드에 의해 발생된 열을 태양 전지들 내로 방산하는 장치, 시스템, 및 방법의 실시예들이 여기에 설명된다. 다음의 설명에서, 많은 특정한 상세들이 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나, 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 여기에 설명된 기술들이 특정한 상세들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 방법들, 소자들, 재료들 등으로 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 널리 공지된 구조들, 재료들, 또는 동작들이 소정의 양태들을 불명하게 하는 것을 피하기 위해 도시되지 않거나 설명되지 않는다.

본 명세서 전체에 걸쳐 "한 실시예" 또는 "실시예"라고 하는 것은 그 실시예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 내에 포함된다는 것을 의미한다. 그러므로, 본 명세서의 여러 군데에서의 문구들 "한 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예를 참조하지 않는다. 게다가, 특정한 특징들, 구조들, 또는 특성들이 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.

도 1은 본 개시내용의 실시예에 따라, 태양 전지가 고장일 때 바이패스 다이오드들의 동작을 도시한다. 도 1은 태양 전지들(110)의 2개의 그룹(105 및 106)을 포함하는 태양 전지 패널(100)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 그룹들(105 및 106)은 그들의 출력 전압들이 가산되도록 직렬로 결합된다. 다양한 다른 구성들에서, 그룹들(105 및 106)은 또한 그들의 출력 전류들이 가산되도록 병렬로 결합될 수 있다. 도 1이 5개의 태양 전지(110)를 각각 포함하는 태양 전지들의 2개의 그룹만을 단지 도시하지만, 실제로 태양 전지 패널(100)은 각각의 그룹이 단지 하나의 셀 내지 많은 수의 태양 전지를 포함하는 태양 전지들의 임의 수의 그룹들을 포함할 수 있다는 것을 알아야 한다.

바이패스 다이오드(115)는 그룹(105) 양단에 전기적 분로 구성으로 결합되고 바이패스 다이오드(120)는 그룹(106) 양단에 전기적 분로 구성으로 결합된다. 정상 동작 중에, 바이패스 다이오드들(115 및 120)은 역바이어스되고 본질적으로 분로 경로들을 개방 회로시킨다. 그러나, 태양 전지들의 그룹 내의 하나 이상의 태양 전지(110)가 고장나면, 대응하는 바이패스 다이오드가 순방향 바이어스되어, 분로 경로를 폐쇄 회로시키고 고장난 태양 전지 주위에 전류를 흐르게 한다. 예를 들어, 태양 전지(110A)가 고장나면, 그것은 그룹(105)을 통하는 전류 경로를 개방 회로시킬 수 있고, 바이패스 다이오드(115)가 순방향 바이어스된다. 전류는 다음에 순방향 바이어스된 바이패스 다이오드(115)를 통해 흘러서 태양 전지 패널(100) 내의 태양 전지들의 나머지 그룹들이 계속 동작하게 한다.

태양 전지 패널(100) 내의 태양 전지들(110) 중 어느 하나가 다양한 이유들로 인해 고장 날 수 있다. 열적 수축/팽창력들, 진동들, 기계적 응력들, 둔상, 또는 기타는 태양 전지를 부서지게 하거나 파손시킬 수 있다. 파손된 태양 전지들은 더 이상 실질적으로 동작하지 않으므로, 고장난 태양 전지를 통하는 전류 경로는 본질적으로 개방 회로된다. 고장은 여기서 태양 전지(110A)가 그룹(105) 내의 다른 태양 전지들(110)보다 많이 충분히 태양 에너지로부터 가려져서, 그것이 일시적으로 개방 회로되는 일시적 고장 시나리오들을 또한 포함하는 것으로 폭넓게 정의된다. 이 일시적 고장 시나리오에서, 그룹(106)으로부터의 전류는 또한 바이패스 다이오드(115)를 통해 그룹(105) 주위에 바이패스된다. 바이패스 다이오드들(115 및 120)은 태양 전지 패널(100) 내의 나머지 직렬 접속된 그룹들이 계속 동작하게 하여 하나 이상의 고장난 태양 전지(110A)에도 불구하고 전기를 발생하게 하는 고장 보호 메커니즘으로서 동작한다.

바이패스 다이오드(115)가 태양 전지(110A)의 고장으로 인해 순방향 바이어스될 때, 그것은 그룹(105)을 분로시킨다. 다른 능동 그룹들(예를 들어, 그룹(106))로부터의 전류는 다이오드(115)를 통해 그룹(105) 주위에 바이패스된다. 이 전류는 상당할 수 있다. 적당한 열 방산이 없다면, 바이패스 다이오드(115)는 그것의 명시된 동작 온도보다 높은 온도로 상당히 가열할 것이고 심지어 결국 고장 날 것이다. 고고도 비행체들과 같은, 중량이 제한되는 고고도 응용들에서, 열 방산은 페이로드 제한들이 무거운 히트 싱크들의 사용을 하지 못하게 하고, 효율 제한들이 높은 항력 히트 싱크들의 사용을 하지 못하게 하고, 희박한 대기가 효율적인 대류적 열 방산을 제공하지 않는다는 사실에 의해 복잡하게 된다.

따라서, 본원의 실시예들은 순방향 바이어스된 바이패스 다이오드에서 발생된 열을 바이패스 다이오드용 히트 싱크들로서 동작하는, 하나 이상의 주변 태양 전지(110) 내로 전도시킨다. 태양 전지들(110)은 흑체 열적 복사 및 대류를 통해 주변 내로 과도한 항력을 발생하지 않고 주변 환경에 의해 가능한 정도까지 방산한다. 한 실시예에서, 바이패스 다이오드들은 그들 자신의 대응하는 그룹 내의 하나 이상의 태양 전지(110)에 열적으로 접속된다. 이 방식으로, 더 이상 기능하지 않는 태양 전지들만이 싱크들로서 목적에 맞게 다시 만들어진다. 다른 실시예들에서, 바이패스 다이오드들은 다수의 상이한 그룹으로부터 하나 이상의 태양 전지(110)에 열적으로 접속될 수 있다.

도 2, 3, 및 4는 본 개시내용의 실시예에 따라, 열을 인접한 태양 전지들에 방산하는 열 분산기 상에 장착된 바이패스 다이오드 유닛을 포함하는 태양 전지 패널(200)의 부분의 다양한 도면들을 도시한다. 도 2는 태양 전지 패널(200)의 동일한 부분의 평면도이고, 도 3은 그 분해 사시도이고, 도 4는 태양 그 모두의 분해 측면도이다. 태양 전지 패널(200)은 도 1에 도시된 태양 전지 패널(100)의 한가지 가능한 구현을 나타낸다.

태양 전지 패널(200)의 도시된 부분은 태양 전지들(205), 접착 테이프(210), 열 분산기(215), 접착 탭들(220), 및 바이패스 다이오드 유닛(225)을 포함한다(도면들을 어수선하게 하지 않도록 단지 요소들의 일부 예들만이 표시됨). 열 분산기(215)의 도시된 실시예는 가요성 막 층들(305, 310, 및 315)을 포함한다(도 3 및 4 참조). 바이패스 다이오드 유닛(225)의 도시된 실시예는 기판(405), 바이패스 다이오드(410), 및 전기 도선들(415)을 포함한다(도 4 참조). 도시된 실시예는 바이패스 다이오드 유닛(225)과 열 분산기(215) 사이에 배치된 홀(425) 및 열 전도성 페이스트(430)가 있는 전기적 절연 스트립(420)을 더 포함한다(도 4 참조).

열 분산기(215)는 바이패스 다이오드(410) 내에서 발생된 열을 전도성 열 전달을 통해 태양 전지들(205)로 방산하도록 동작한다. 도시된 실시예에서, 열 분산기(215)는 적층된 가요성 막 층들(305, 310, 및 315)로 형성된다. 3개의 층이 도시되지만, 더 많거나 더 적은 수의 층들이 구현될 수 있다는 것을 알아야 한다. 한 실시예에서, 가요성 막 층들(305, 310, 및 315)은 하부에(태양 전지들(205)에 근접하게) 최소 표면적 층(305)으로 그리고 상부에(바이패스 다이오드(410)에 근접하게) 최대 표면적 층(315)으로 동심으로 적층된다. 이 실시예에서, 가요성 막 층들은 하부로부터 위로 바이패스 다이오드(410)를 향해 표면적이 단조 증가한다. 이 기술은 개선된 전도성 열 방산을 위해 바이패스 다이오드(410)에 가장 가까운 열 저항을 감소시키는 역할을 한다. 한 실시예에서, 가요성 막 층(305)은 16㎜의 직경을 갖고, 가요성 막 층(310)은 32㎜의 직경을 갖고, 가요성 막 층(315)은 48㎜의 직경을 갖는다. 물론 다른 치수들 및 수들의 층들이 구현될 수 있다.

열 분산기(215)는 태양 전지 패널(200)이 물체의 스킨(예를 들어, 비행체의 날개-스킨) 내에 매립된 윤곽을 이루는 표면들 내의 바이패스 다이오드(410)로부터 열을 멀리 전도하기에 아주 적합하다. 이와 같이, 열 분산기(215)의 층들은 가요성 전도성 시트들로 형성된다. 한 실시예에서, 가요성 막 층들(305, 310, 및 315)은 열분해 흑연 시트("PGS") 재료로 제조된다. PGS는 경량 박형(예를 들어, 0.025㎜ 두께)이고 높은 전도성(예를 들어, 1600W/mK)이고, 이와 같이 비행체들의 중량 제한된 응용에 잘 맞는다. 물론, 다른 재료들 및 기술들이 알루미늄, 구리, 은, 진공 챔버들, 또는 기타를 포함하는 것과 같이 열 분산기(215)의 층들을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 가요성 막 층들(305, 310, 및 315)은 태양 전지들(205)의 표면 상에 배치되고 그에 따른다. 그들은 자체로 양호한 열 전도성을 갖는, 하나 이상(예를 들어, 2개 또는 4개)의 인접한 태양 전지들(205)에 열을 방산하도록 하는 형상 및 크기로 된다. 한 실시예에서, 태양 전지들(305)은 실리콘 태양 전지들이다. 다른 유형들의 열 전도성 태양 전지들이 또한 사용될 수 있다. 열을 태양 전지들(205)에 결합시키는 것은 비용 효과적이고 경량 해결책으로 바이패스 다이오드(410)에 열적으로 결합된 히트 싱크의 크기를 상당히 증가시킨다.

열 분산기(215)는 열을 다수의 태양 전지(205) 내로 분산시키기 위해 높은 열 전도성 층들(305, 310, 및 315)을 사용함으로써 종래의 히트 싱크 기술들보다 중량을 절약한다. 이들 태양 전지는 이미 존재한다. 이 해결책은 열 분산기(215)를 하부 기판의 스킨 구조 내로 매립하여 태양 전지들(205)로부터 멀리 위치하지 않게 함으로써 배선 복잡성을 감소시킨다. 이 해결책은 비행체의 공기 역학 성능에 나쁘게 영향을 줄 수 있는, 기류 내로 삽입된 열 핀들 또는 유사한 물체들의 사용을 무효화한다. 여기에 설명된 실시예들이 중량 제한된 비행체들에 잘 맞지만, 바이패스 다이오드 유닛(225) 및 열 분산기(215)도 또한 바이패스 다이오드들을 갖는 태양 전지 패널들을 사용하는 다른 응용들(예를 들어, 지상 차량들, 해양 선박들, 고정 물체들, 또는 기타)에 사용하기에도 적합하다.

한 실시예에서, 접착 테이프(210)는 열 분산기(215)의 층들을 함께 유지하기 위해 접착 면이 열 분산기(215)를 대면하는 단면 테이프이다. 접착 테이프(210)는 열이 태양 전지들(205)로 테이프를 통해 전도하게 하기 위해 열 전도성이어야 한다. 접착 테이프(210)는 또한 열 분산기(215)와 하나 이상의 태양 전지(205) 사이의 전기적 단락들을 방지하기 위해 전기적으로 절연성일 수 있다. 한 실시예에서, 접착 테이프(210)는 캡톤(Kapton) 테이프이다.

한 실시예에서, 접착 탭들(220)은 또한 단면 테이프로 제조되고 열 분산기(215)를 태양 전지들(205) 위의 원하는 위치에 유지하는 역할을 한다. 접착 탭들(220)은 또한 캡톤 테이프의 작은 스트립들로 제조될 수 있다.

바이패스 다이오드 유닛(225)과 열 분산기(215) 사이의 전기적 단락들을 방지하기 위해서, 도시된 실시예는 바이패스 다이오드 유닛(225)과 열 분산기(215) 사이에 배치된 전기적 절연 스트립(420)을 포함한다. 전기적 절연 스트립(420)은 기판(405) 및 열 분산기(215)와 중첩하는 전기 도선들(415)의 부분들 아래에서 연장한다. 바이패스 다이오드(410)와 열 분산기(215) 사이의 양호한 열 접촉을 보장하는 열 전도를 개선시키기 위해서, 전기적 절연 스트립(420)과 도포된 열 전도성 페이스트(430)을 관통하여 홀(425)이 형성된다. 한 실시예예서, 전기적 절연 스트립(420)은 접착 면이 바이패스 다이오드 유닛(225)을 대면하는 캡톤 테이프로 제조된다.

도 5a 및 5b는 본 개시내용의 실시예에 따라, 바이패스 다이오드 유닛(500)의 상부 및 하부 평면도들을 도시한다. 바이패스 다이오드 유닛(500)은 도 2, 3, 및 4에 도시된 바이패스 다이오드 유닛(225)의 한가지 가능한 구현이다. 바이패스 다이오드 유닛(500)의 도시된 실시예는 기판(505), 바이패스 다이오드(510), 전기 도선들(515), 및 접점들(520)을 포함한다. 홀(530)을 갖는 전기적 절연 스트립(525)은 바이패스 다이오드 유닛(500)의 하부 면에 접착된다.

도시된 실시예에서, 바이패스 다이오드(510)는 기판(505)의 하부 면 상에 장착되고 전기 도선들(515)은 기판(505)의 상부 면으로부터 접점들(520)과 접속한다. 한 실시예에서, 접점들(520)은 하부 면 상의 바이패스 다이오드(510)를 상부 면 상의 전기 도선들(515)에 접촉시키는 관통-기판 접점들이다. 한 실시예에서, 기판(505)은 그것이 윤곽을 이루는 표면에 따르게 하기 위해 가요성 인쇄 회로 기판과 같이, 가요성이다.

전기적 절연 스트립(525)은 접점들(520) 및 전기 도선들(515)을 아래에 배치된 열 분산기와 전기적으로 절연시키기 위해 바이패스 다이오드 유닛(500) 아래에 배치된다. 전기적 절연 스트립(525)은 열 분산기를 브리지하고 그 사이의 전기적 접속을 방지하기 위해 전기 도선들(515) 아래에 충분히 멀리 연장하여야 한다. 한 실시예에서, 전기적 절연 스트립(525)은 접착 면이 기판(505)을 대면하는 단면 캡톤 테이프이다. 전기적 절연 스트립(525)은 바이패스 다이오드(510)가 열 분산기와의 직접 물리적 접촉을 이루게 하기 위해 홀(530)을 포함한다. 양호한 열 접촉을 보장하기 위해, 열 전도성 페이스트가 바이패스 다이오드(510)의 노출된 면 및/또는 열 분산기의 접촉부에 도포될 수 있다.

도 6는 본 개시내용의 실시예에 따라, 날개-스킨 내에 매립된 열 분산기들 상에 장착된 바이패스 다이오드들이 있는 태양 전지 패널들을 갖는 예시적인 비행체를 도시한다. 위에 설명된 것과 같은, 바이패스 다이오드에서 발생된 열을 주위 태양 전지들 내로 방산하는 경량 해결책들은 UAV와 같은 비행체들에 잘 맞는다.

도시된 실시예에서, 비행체(600)는 하나 이상의 날개(622) 또는 다른 리프팅 표면들에 결합된 좁고 긴 동체(621)를 포함한다. 비행체(600)는 안정성 및 제어 기능들을 제공하는 하나 이상의 스테빌라이저(623)를 갖고 있는 스테빌라이저 붐 또는 미부(624)를 더 포함할 수 있다. 비행체(600)는 또한 그 각각이 대응하는 프로펠러(627)를 가동시키는 전기 모터(628)를 하우징하는, 하나 이상의 엔진실(629)을 결국 포함할 수 있는, 추진 시스템(626)을 더 포함할 수 있다.

UAV들은 그들이 유인 비행체와 관련된 비용들 및 위험들을 발생하지 않고 다양한 가치있는 작업들을 수행할 수 있기 때문에 최근에 급증하고 있다. 전형적인 UAV 작업들은 공중 안전 및 통신 작업들을 포함한다. 그러나, 많은 기존의 UAV들이 갖는 한가지 단점은 그들이 제한된 내구성을 갖고 그에 따라 단지 제한된 시간 기간 동안만 온-스테이션으로 남을 수 있다는 것이다. 결과적으로, 연장된 시간 기간 동안 일관성있게 상기 작업들을 제공하는 것이 어려울 수 있다.

상기 내구성 문제들을 다루는 한가지 방식은 태양 전지 전력을 UAV에 제공하여, 그것이 비행 중에 필요한 전력을 발생하기 때문에 연장된 시간 기간 동안 UAV가 온-스테이션으로 잠재적으로 남게 하는 것이다. 비행체(600)는 온-보드 전기 서브-시스템들(예를 들어, 추진 시스템들(626), 비행 표면들을 조정하는 작동기들, 통신 시스템들, 내비게이션 시스템, 제어 시스템들 등)을 가동시키는 하나 이상의 배터리 팩을 포함한다. 태양 전지 패널들(610)은 태양 에너지가 그들의 표면들 상에 입사할 때 계속적인 충전을 제공하기 위해 배터리 팩들에 결합된다. 도시된 바와 같이 하나 이상의 바이패스 다이오드 유닛 및 열 분산기를 각각 포함할 수 있는 태양 전지 패널들(610)은 날개-스킨들 및 다른 비행 제어 표면들 내에 매립된다. 비행 중에, 날개 구조 상의 응력들은 태양 전지를 파손시킬 수 있고, 결국 고장난 태양 전지 주위에 전류를 다시 향하게 하기 위해 바이패스 다이오드를 작동시킴으로써, 나머지 태양 전지들이 계속 기능하게 한다.

비행체(600)는 특히 그것의 태양 전지 패널들(610)에 의해 발생된 전력 하에서 매우 높은 고도(예를 들어, 65,000피트)로 비행하도록 구성될 수 있다. 매우 높은 고도에서, 희박한 대기는 대류를 통해 효율적인 열 전달을 제공하지 않는다. 따라서, 바이패스 다이오드로부터 발생된 열을 태양 전지 패널 내의 하나 이상의 태양 전지에 널리 분산시킴으로써, 통과하는 공기와의 보다 많은 열 접촉과 보다 증가된 흑체 복사 영역의 조합은 인접한 태양 전지들보다 약간만 높은 온도들에서 동작하게 한다. 한 실시예에서, 바이패스 다이오드들은 그들이 분로하는 바로 그 태양 전지들에 열적으로 접속된다. 이 실시예에서, 고장난 태양 전지들(또는 능동적으로 바이패스된 태양 전지들)만이 고장 시 히트 싱크들로서 목적에 맞게 다시 만들어진다.

요약서에 설명된 것을 포함하는, 본 발명의 도시된 실시예들의 상기 설명은 본 발명을 개시된 정밀한 형태들로 한정하거나 제한하려는 것은 아니다. 본 발명의 특정한 실시예들, 및 본 발명을 위한 예들이 여기에 예시의 목적들을 위해 설명되지만, 다양한 수정들이 관련 기술 분야의 통상의 기술자들이 인식하는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

이들 수정은 상기 상세한 설명에 비추어서 본 발명에 대해 이루어질 수 있다. 다음의 청구범위에서 사용된 용어들은 명세서에서 개시된 특정한 실시예들로 본 발명을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 본 발명의 범위는 청구범위 해석의 확립된 원칙들에 따라 해석될, 다음의 청구범위에 의해 전체적으로 결정될 것이다.

Claims

바이패스 다이오드에 의해 발생된 열을 태양 전지들 내로 방산하는 장치로서,
복수의 태양 전지;
상기 복수의 태양 전지 중 적어도 제1 태양 전지 양단에 전기적 분로 구성으로 상기 제1 태양 전지의 고장 시에 적어도 상기 제1 태양 전지 주위에 전류를 바이패스하도록 결합된 바이패스 다이오드를 포함하는 바이패스 다이오드 유닛; 및
상기 태양 전지들 중 하나 이상의 태양 전지의 부분 위에 배치된 열 분산기
를 포함하고,
상기 바이패스 다이오드 유닛은 상기 바이패스 다이오드가 상기 열 분산기와 열 접촉하도록 상기 열 분산기의 제1 면 상에 배치되고, 상기 열 분산기의 제2 면은 상기 바이패스 다이오드에서 발생된 열을 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지로 방산하기 위해 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지와 열 접촉하고, 상기 태양 전지들은 상기 열 분산기의 상기 제1 면과 반대편인 상기 제2 면 상에 배치되고, 상기 열 분산기는 상기 바이패스 다이오드로부터의 열을 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지에게 전도하는 서로 물리적 접촉하도록 적층된 복수의 막 층들을 포함하고, 상기 복수의 막 층들은 최대 면적 층이 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지보다 상기 바이패스 다이오드에 가깝고 최소 면적 층이 상기 바이패스 다이오드보다 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지에 가깝게 표면적이 단조 증가하는. 장치.
제1항에 있어서, 상기 열 분산기는 가요성(flexible) 열 분산기를 포함하고, 상기 복수의 막 층들은 상기 바이패스 다이오드로부터의 열을 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지로 전도하는 가요성 막의 2개 이상의 층들을 포함하는, 장치.
제2항에 있어서, 상기 가요성 막은 열분해 흑연 시트("PGS")를 포함하는, 장치.
삭제
제2항에 있어서, 상기 가요성 막의 상기 2개 이상의 층들은 동심으로 적층되고 상기 바이패스 다이오드 아래에 정렬되는 장치.
제5항에 있어서, 상기 가요성 막의 상기 2개 이상의 층들은 열분해 흑연 시트들의 3개의 층들을 포함하는, 장치.
제1항에 있어서, 상기 바이패스 다이오드 유닛은
제1 면 및 제2 면을 갖는 가요성 기판;
상기 제1 면 상에 배치된 상기 바이패스 다이오드;
상기 제2 면으로부터 연장하는 전기 도선들; 및
상기 제1 면 상의 상기 바이패스 다이오드를 상기 제2 면 상의 상기 전기 도선들에 전기적으로 접속하기 위해 상기 가요성 기판을 통해 연장하는 접점들을 포함하는, 장치.
제7항에 있어서,
상기 전기 도선들을 상기 열 분산기와 전기적으로 절연시키기 위해 상기 열 분산기와 상기 바이패스 다이오드 유닛 사이에 배치된 전기적 절연 스트립 - 상기 전기적 절연 스트립은 상기 바이패스 다이오드 아래에 홀을 포함함 -; 및
상기 바이패스 다이오드를 상기 열 분산기에 열적으로 접속하기 위해 상기 홀 내에 배치된 열 전도성 페이스트를 더 포함하는, 장치.
제1항에 있어서,
상기 열 분산기와 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지 사이에 배치된 단면 접착 테이프를 더 포함하고, 상기 단면 접착 테이프의 접착 면은 상기 열 분산기와 접착하기 위해 상기 열 분산기를 대면하고, 상기 단면 접착 테이프는 상기 열 분산기를 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지와 전기적으로 절연시키는, 장치.
제9항에 있어서, 상기 열 분산기를 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지에 고정시키기 위해 상기 열 분산기와 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지를 브리지하는 단면 접착 탭들을 더 포함하는, 장치.
비행체로서,
날개-스킨을 갖는 날개;
상기 비행체의 하나 이상의 전기적 서브-시스템을 가동시키기 위해 상기 날개-스킨 내로 매립된 태양 전지 패널을 포함하고, 상기 태양 전지 패널은
복수의 태양 전지;
상기 태양 전지들의 그룹 양단에 전기적 분로 구성으로 상기 그룹 내의 상기 태양 전지들 중 하나의 태양 전지의 고장 시에 상기 그룹 주위에 전류를 바이패스하도록 결합된 바이패스 다이오드를 포함하는 바이패스 다이오드 유닛; 및
상기 태양 전지들 중 하나 이상의 태양 전지의 부분 위에 배치된 열 분산기
를 포함하고, 상기 바이패스 다이오드 유닛은 상기 바이패스 다이오드가 상기 열 분산기와 열 접촉하도록 상기 열 분산기의 제1 면 상에 배치되고, 상기 열 분산기의 제2 면은 상기 바이패스 다이오드에서 발생된 열을 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지로 방산하기 위해 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지와 열 접촉하고, 상기 태양 전지들은 상기 열 분산기의 상기 제1 면과 반대편인 상기 제2 면 상에 배치되고, 상기 열 분산기는 서로의 상부 위에 적층된 열 전도성 필름의 2개 이상의 층들을 포함하고, 상기 열 전도성 필름의 2개 이상의 층들은 최대 면적 층이 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지보다 상기 바이패스 다이오드에 가깝고 최소 면적 층이 상기 바이패스 다이오드보다 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지에 가깝게 표면적이 단조 증가하는, 비행체.
제11항에 있어서, 상기 열 분산기는 가요성 열 분산기를 포함하고, 상기 열 전도성 필름의 2개 이상의 층들은 상기 바이패스 다이오드로부터의 열을 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지로 전도하는 가요성 막의 2개 이상의 층들을 포함하는, 비행체.
제12항에 있어서, 상기 가요성 막의 상기 2개 이상의 층들 각각은 열분해 흑연 시트("PGS")를 포함하는, 비행체.
삭제
제12항에 있어서, 상기 가요성 막의 상기 2개 이상의 층들은 동심으로 적층되고 상기 바이패스 다이오드 아래에 정렬되는, 비행체.
제15항에 있어서, 상기 가요성 막의 상기 2개 이상의 층들은 열분해 흑연 시트들의 3개의 층들을 포함하는, 비행체.
제11항에 있어서, 상기 바이패스 다이오드 유닛은
제1 면 및 제2 면을 갖는 가요성 기판;
상기 제1 면 상에 배치된 상기 바이패스 다이오드;
상기 제2 면으로부터 연장하는 전기 도선들; 및
상기 제1 면 상의 상기 바이패스 다이오드를 상기 제2 면 상의 상기 전기 도선들에 전기적으로 접속하기 위해 상기 가요성 기판을 통해 연장하는 접점들을 포함하는, 비행체.
제17항에 있어서,
상기 전기 도선들을 상기 열 분산기와 전기적으로 절연시키기 위해 상기 열 분산기와 상기 바이패스 다이오드 유닛 사이에 배치된 전기적 절연 스트립 - 상기 전기적 절연 스트립은 상기 바이패스 다이오드 아래에 홀을 포함함 -; 및
상기 바이패스 다이오드를 상기 열 분산기에 열적으로 접속하기 위해 상기 홀 내에 배치된 열 전도성 페이스트를 더 포함하는, 비행체.
제11항에 있어서,
상기 열 분산기와 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지 사이에 배치된 단면 접착 테이프를 더 포함하고, 상기 단면 접착 테이프의 접착 면은 상기 열 분산기와 접착하기 위해 상기 열 분산기를 대면하고, 상기 단면 접착 테이프는 상기 열 분산기를 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지와 전기적으로 절연시키는, 비행체.
제19항에 있어서, 상기 열 분산기를 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지에 고정시키기 위해 상기 열 분산기와 상기 태양 전지들 중 상기 하나 이상의 태양 전지를 브리지하는 단면 접착 탭들을 더 포함하는, 비행체.