RU2187863C1

RU2187863C1 - Solar battery

Info

Publication number: RU2187863C1
Application number: RU2001110517A
Authority: RU
Inventors: С.И. Казьмин; А.И. Финтисов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Сатурн"
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-08-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; solar-to-electric energy conversion. SUBSTANCE: solar battery has frame assembled of flat panels made of carbon-plastic tubes or other structural materials of definite shape and provided with uniformly disposed cavities accommodating modules of series- or series/parallel-connected solar cells attached to perforated film substrate by means of rear glass strips; perforated film substrate is made of reinforced polyamide film and has strip projections uniformly disposed over module perimeter and used for securing module to solar battery frame. EFFECT: reduced mass of panels, enhanced power capacity, reduced space requirement, facilitated manufacture. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей (СБ), содержащих плоские панели, каркасы которых выполнены из углепластиковых труб или из других конструкционных материалов определенного профиля. The invention relates to electrical engineering, in particular to devices for generating electrical energy by converting light radiation energy into electrical energy, and is intended for use in the construction of solar panels (SB) containing flat panels, the frames of which are made of carbon fiber pipes or other structural materials of a certain profile.

Известна солнечная батарея (СБ) [1], предназначенная для обеспечения электрической энергией космической станции и космической платформы. СБ состоит из панелей, которые при транспортировании укладываются в контейнеры с демпфирующими прокладками. Электрогенерирующая часть СБ состоит из солнечных элементов (СЭ) из кремния размером 80•80 мм, толщиной 200 мкм с обволакивающим фронтальным контактом, выведенным на тыльную поверхность. СЭ приклеиваются к несущей подложке, состоящей из двух слоев полиимидной пленки толщиной 25 мкм с расположенным между ними армирующим слоем стеклоткани. Коммутация СЭ осуществляется методом контактной сварки с помощью медных коммутационных шин, которые вклеены в подложку между двумя слоями полиимидной пленки. Known solar battery (SB) [1], designed to provide electric power to a space station and space platform. SB consists of panels that, when transported, are stacked in containers with damping pads. The power generating part of the SB consists of solar cells (SE) made of silicon with a size of 80 • 80 mm, a thickness of 200 microns with an enveloping frontal contact brought to the back surface. SEs are adhered to a carrier substrate consisting of two layers of a polyimide film 25 μm thick with a reinforcing layer of fiberglass located between them. SC switching is carried out by the resistance welding method using copper switching buses, which are glued into the substrate between two layers of a polyimide film.

Недостатками данной конструкции являются технологическая сложность изготовления подложки, недостаточная надежность клеевых соединений СЭ и подложки, недостаточная защищенность СЭ от возникновения трещин в процессе эксплуатации, а также низкая ремонтопригодность СБ в целом. The disadvantages of this design are the technological complexity of the manufacture of the substrate, the insufficient reliability of the adhesive joints of the solar cells and the substrate, the insufficient protection of the solar cells from cracks during operation, and the low maintainability of the SB as a whole.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является СБ [2], содержащая плоские панели с установленными на них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных с помощью коммутационных молибденовых шин с многослойным металлическим покрытием, солнечных элементов (СЭ), прикрепленных к планочной подложке и снабженных защитными стеклянными пластинами, причем каждая плоская панель выполнена в виде каркаса с натянутым на него сетеполотном, состоящего из ячеек, в каждой из которых установлен модуль, пленочная подложка которого расположена между тыльной стороной СЭ и тыльной защитной стеклянной пластиной, приклеенной к тыльной стороне СЭ через перфорацию в пленочной подложке, которая, в свою очередь, пришита к сетеполотну через силовые неметаллические элементы крепления, установленные в местах схождения СЭ, имеющих прямоугольную форму с четырьмя угловыми срезами, кроме того, коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием проходят по всей длине СЭ с лицевой и тыльной стороны и закреплены пайкой или сваркой в отдельных точках, причем точки пайки или сварки лицевых и тыльных поверхностей смещены относительно друг друга, а в зоне угловых срезов СЭ коммутационные молибденовые шины с многослойным металлическим покрытием снабжены площадками и имеют термокомпенсационные изгибы как в последовательных, так и параллельных целях соединения СЭ. The closest adopted for the prototype is SB [2], containing flat panels with modules installed on them, consisting of solar cells (SEs) attached to a strip substrate in series or in series-parallel connection using molybdenum busbars with a multilayer metal coating and equipped with protective glass plates, and each flat panel is made in the form of a frame with a net-sheet stretched over it, consisting of cells, in each of which a module is installed, a film the lining of which is located between the back side of the SC and the back protective glass plate glued to the back side of the SC through perforation in the film substrate, which, in turn, is sewn to the net sheet through non-metallic power fasteners installed at the convergence points of the SC having a rectangular shape with four angular sections, in addition, the molybdenum patch bus with a multilayer metal coating runs along the entire length of the FE from the front and back sides and are fixed by soldering or welding in separate points, moreover, the soldering or welding points of the front and back surfaces are offset relative to each other, and in the zone of corner sections of the solar cells, molybdenum busbars with a multilayer metal coating are equipped with platforms and have thermal compensation bends for both serial and parallel purposes of connecting the solar cells.

Недостатком данной конструкции солнечной батареи является низкая удельная мощность, большая удельная масса и трудоемкость в изготовлении. The disadvantage of this design of the solar battery is its low power density, large specific gravity and the complexity of manufacturing.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемой конструкции СБ, являются уменьшение удельной массы панелей, увеличение удельной мощности СБ за счет повышения коэффициента использования полезной площади и уменьшение трудоемкости изготовления СБ. The technical result achieved in the proposed design of the SB is to reduce the specific gravity of the panels, increase the specific power of the SB by increasing the utilization of the usable area and reduce the complexity of manufacturing SB.

Достигается это тем, что в солнечной батарее, состоящей из каркаса в виде плоских панелей с равномерно расположенными ячейками и с установленными в них модулями, состоящими из последовательно или последовательно-параллельно соединенных СЭ, прикрепленных к перфорированной пленочной подложке с помощью тыльных стеклянных пластин, перфорированная пленочная подложка имеет ленточные выступы, предназначенные для крепления модуля к каркасу солнечной батареи, расположенные равномерно по периметру модуля, и выполнена из армированной полиимидной пленки. This is achieved by the fact that in a solar battery consisting of a frame in the form of flat panels with uniformly spaced cells and with modules installed in them, consisting of series-wise or series-parallel-connected solar cells attached to a perforated film substrate using rear glass plates, perforated film the substrate has tape protrusions designed to mount the module to the solar panel frame, located uniformly around the perimeter of the module, and is made of polyim reinforced hydrochloric film.

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой СБ критерию "новизна", следующие: перфорированная пленочная подложка выполнена из армированной полиимидной пленки и снабжена ленточными выступами, равномерно расположенными по периметру модуля и предназначенными для крепления модуля к каркасу СБ. Distinctive features that determine the proposed SB as a criterion of "novelty" are as follows: the perforated film substrate is made of reinforced polyimide film and is equipped with tape protrusions evenly spaced around the perimeter of the module and designed to attach the module to the SB frame.

Армированная полиимидная пленка, из которой изготовлена перфорированная пленочная подложка, имеет очень высокие прочностные характеристики и высокую стойкость к воздействию факторов космического пространства: радиации, ультрафиолету, низким температурам и термоциклам. Характеристики армированной полиимидной пленки позволяют также использовать ее в качестве несущей конструкции СБ без использования дополнительных поддерживающих структур, например, таких как сетеполотно, и позволяют исключить из конструкции дополнительные элементы крепления, что приводит к существенному уменьшению трудоемкости изготовления СБ и позволяет использовать прямоугольные СЭ без угловых срезов, что, в свою очередь, приводит к увеличению удельной мощности СБ. The reinforced polyimide film of which the perforated film substrate is made has very high strength characteristics and high resistance to the effects of outer space factors: radiation, ultraviolet, low temperatures and thermal cycles. The characteristics of the reinforced polyimide film also make it possible to use it as a supporting structure of the SB without the use of additional supporting structures, for example, such as net canvas, and to exclude additional fastening elements from the structure, which leads to a significant decrease in the complexity of manufacturing SB and allows the use of rectangular SC without angular cuts , which, in turn, leads to an increase in the specific power of the SB.

Выполнение пленочной подложки с ленточными выступами, предназначенными для крепления модуля к каркасу СБ, обеспечивает возможность одновременного закрепления на каркасе всех модулей и значительное снижение доли ручного труда в технологии изготовления СБ. The implementation of the film substrate with tape protrusions intended for fastening the module to the frame of the SB, provides the possibility of simultaneously fixing on the frame of all modules and a significant reduction in the share of manual labor in the manufacturing technology of SB.

Для доказательства соответствия предлагаемой конструкции СБ критерию "изобретательский уровень" была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении удельных характеристик СБ (увеличение мощности и уменьшение массы) и уменьшении трудоемкости ее изготовления, в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая конструкция СБ соответствует критерию "изобретательский уровень". To prove the compliance of the proposed design of the SB with the criterion of "inventive step", the entire set of features and separately distinctive features were analyzed. It was found that the use of the above distinctive features, which, together with the known features, give a technical result consisting in improving the specific characteristics of SB (increasing power and reducing mass) and reducing the complexity of its manufacture, was not found in literary sources. Thus, according to the authors, the proposed design of the Security Council meets the criterion of "inventive step".

На фиг.1 и 2 схематично изображена конструкция СБ. Figure 1 and 2 schematically shows the design of the SB.

На фиг. 1 показана отдельная плоская панель, из которых состоит СБ. Панель содержит несущий каркас 1, состоящий из ячеек 2, в каждой из которых установлен модуль 3. Модуль 3 состоит из солнечных элементов (СЭ) 4, стеклянных пластин 5 и 6 и перфорированной пленочной подложки 7. СЭ 4 соединены между собой коммутационными шинами 8 с компенсационным изгибом. СЭ 4 закреплены в модуле 3 с помощью перфорированной пленочной подложки 7, расположенной между СЭ 4 и тыльной стеклянной пластиной 5. Крепление СЭ 4 осуществляется путем приклеивания тыльной стеклянной пластины 5 к тыльной стороне СЭ 4 через отверстия 9 в подложке 7. In FIG. 1 shows a separate flat panel of which the SB consists. The panel contains a supporting frame 1, consisting of cells 2, in each of which a module 3 is installed. Module 3 consists of solar cells (SE) 4, glass plates 5 and 6 and a perforated film substrate 7. The SE 4 are interconnected by patch buses 8 s compensation bend. SE 4 are fixed in module 3 using a perforated film substrate 7 located between the SE 4 and the back glass plate 5. The SE 4 is fixed by gluing the back glass plate 5 to the back side of the SE 4 through holes 9 in the substrate 7.

На фиг.2 показан внешний вид модуля, готового для установки на каркас. Figure 2 shows the appearance of the module, ready for installation on the frame.

Крепление модуля к каркасу панели осуществляется путем приклейки ленточных выступов 10 подложки 7 к силовым элементам каркаса 1. The module is fastened to the panel frame by gluing the tape protrusions 10 of the substrate 7 to the power elements of the frame 1.

Пример конкретного выполнения предлагаемой СБ. An example of a specific implementation of the proposed SB.

Предлагаемая СБ состоит из прямоугольных плоских панелей размером 1,8•1,5 м, каркасы 1 которых выполнены из углепластиковых труб диаметром 15 мм. Каждая панель разделена на 8 ячеек 2 размером 450•750 мм каждая. В каждую ячейку каркаса устанавливается модуль 3, содержащий 192 СЭ 4 размером 54,8•30,1 мм, соединенных последовательно с помощью серебряных шин 8 с термомеханическими компенсаторами. В качестве подложки используется армированная стеклотканью полиимидная пленка 7 толщиной 100 мкм, которая располагается между тыльной стороной СЭ 4 и тыльной стеклянной пластиной 5. Крепление СЭ 4 осуществляется путем приклеивания тыльной стеклянной пластины 5 к тыльной стороне СЭ 4 через отверстия 9 в подложке 7 с помощью эластичного кремний-органического каучука СКТНФ. На лицевую поверхность СЭ 4 наклеена стеклянная пластина 6. В ячейках 2 модули 3 закреплены путем приклейки ленточных выступов 10 подложки 7 к силовым элементам каркаса 1 клеем ВК-9. The proposed SB consists of rectangular flat panels measuring 1.8 • 1.5 m, frames 1 of which are made of carbon fiber pipes with a diameter of 15 mm. Each panel is divided into 8 cells 2 each 450 • 750 mm in size. A module 3 is installed in each cell of the frame, containing 192 SE 4 measuring 54.8 • 30.1 mm, connected in series using silver buses 8 with thermomechanical compensators. As the substrate, a fiberglass-reinforced polyimide film 7 of a thickness of 100 μm is used, which is located between the back side of the SE 4 and the back glass plate 5. The SE 4 is fastened by gluing the back glass plate 5 to the back side of the SE 4 through holes 9 in the substrate 7 using elastic silicon-organic rubber SKTNF. A glass plate 6 is glued onto the front surface of the SE 4. Modules 3 are fixed in cells 2 by gluing the tape protrusions 10 of the substrate 7 to the power elements of the frame 1 with VK-9 glue.

Источники информации
1. "Проектирование, разработка солнечной батареи космической станции". РЖ 22Ф, 2Ф282, с.41, 1989г.Sources of information
1. "Design, development of a solar battery space station." RZh 22F, 2F282, p. 41, 1989.

2. Патент на изобретение 2156522 "Солнечная батарея", ОАО "Сатурн". 2. Patent for invention 2156522 "Solar battery", OJSC "Saturn".

Claims

A solar battery consisting of a frame in the form of flat panels with uniformly spaced cells and with modules installed in them, consisting of series or parallel-parallel-connected solar cells attached to a perforated film substrate using rear glass plates, characterized in that the perforated film substrate made of reinforced polyimide film and has tape protrusions designed for fastening the module to the frame of the solar battery, located equal angles on the module perimeter.