WO2020121506A1 - 太陽電池パネル - Google Patents

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WO2020121506A1
WO2020121506A1 PCT/JP2018/046023 JP2018046023W WO2020121506A1 WO 2020121506 A1 WO2020121506 A1 WO 2020121506A1 JP 2018046023 W JP2018046023 W JP 2018046023W WO 2020121506 A1 WO2020121506 A1 WO 2020121506A1
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solar cell
thermal link
cell panel
solar
heat
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Inventor
パーダビラ リカルド トゥビオ
Original Assignee
株式会社カーボンテック
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present disclosure relates to a technique for cooling solar cells.
  • a condensing lens that condenses sunlight, a condensing lens array structure, a solar cell that absorbs the concentrated sunlight and converts it into electric energy, and a solar cell are attached, and the solar cell is a flat plate.
  • the flat plate heat pipe releases the heat conducted from the package module to the outside or the atmosphere.
  • a flat copper heat collecting plate a copper heat collecting pipe integrally attached to the lower surface of the heat collecting plate to flow water as a heat medium, and an aluminum tape for attaching the heat collecting pipe to the heat collecting plate.
  • a heat insulator made of styrofoam covering the lower surface side of the heat collecting tube and the heat collecting plate, a steel back plate covering the lower surface of the heat insulating body, and a heat collecting plate disposed between the back plate and the panel mounting steel material.
  • a heat recovery device has been proposed that is configured integrally with a pressing tool that presses against the back surface of the solar cell panel and that recovers and cools the heat on the back surface of the solar cell panel (see Patent Document 2).
  • an infrared filtering element for filtering infrared rays
  • a light concentrating device for focusing the filtered light
  • a solar panel including a plurality of solar cells for converting the focused light into electric energy
  • heat insulation A vacuum chamber for the solar cell assembly, wherein the concentrator is provided in the vacuum chamber, wherein the vacuum chamber body minimizes heat transfer from the ambient to the solar cell by conduction and convection.
  • the solar cell panel includes a plurality of solar cells, a top surface on which the plurality of solar cells are mounted, and a bottom surface opposite to the top surface.
  • a power panel assembly has been proposed that includes a fluid flow path therebetween, which allows a fluid to flow between and absorb heat from a solar cell panel (see Patent Document 4).
  • a solar cell is an energy conversion element that converts sunlight energy into electric energy.
  • the output of the solar cell has temperature dependence, and when the temperature of the solar cell rises, the The rate of conversion into electric energy (conversion efficiency) decreases.
  • the life of a solar cell is usually shortened as the operating temperature increases. Therefore, in order to improve the conversion efficiency and extend the life of the solar cell, it is important to keep the temperature of the solar cell low.
  • conventionally, in a space solar battery panel there is a technique in which heat of a solar battery cell is conducted through the solar battery panel to the back surface of the panel and discharged to a heat sink connected to the solar battery panel for cooling. ..
  • the present disclosure aims to efficiently cool solar cells.
  • An example of the present disclosure includes a solar cell, a support member that supports the solar cell, and a thermal link that is a heat conductor, the thermal link is in contact with the non-light-receiving surface of the solar cell,
  • the solar cell panel is in contact with a heat dissipation member or a heat conduction member attached to the back surface of the support member, which is the surface on which the solar cells are not attached.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a conventional solar cell panel.
  • a conventional solar cell panel 10 is composed of a cover glass 1, an interconnector 2, a support member 3, solar cell 4 (4a-4d), and the like.
  • the solar cells 4 are connected to each other by an interconnector 2 which is a conductor for collecting electric power generated in the solar cells 4, and are attached to a support member 3 in a state of being covered with a cover glass 1. ..
  • FIG. 2 to 4 are schematic diagrams showing the configuration of the solar cell panel 200 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows the cross section of the solar cell panel 200
  • FIG. 3 shows the front
  • FIG. 4 shows the back.
  • a solar cell panel used in space is exemplified as the solar cell panel 200, but the application of the solar cell panel according to the present disclosure is not limited to this, and the solar cell panel according to the present disclosure is It can be mounted on various devices used in places other than outer space (ground, etc.).
  • the solar battery panel 200 includes a support member 204, solar battery cells 202 (202a to 202c), cover glasses 203 (203a to 203c), a thermal link 215, a flexible PCB (Printed Circuit Board, printed circuit board) circuit 220 (220a, 220b). And the like.
  • a support member 204 solar battery cells 202 (202a to 202c), cover glasses 203 (203a to 203c), a thermal link 215, a flexible PCB (Printed Circuit Board, printed circuit board) circuit 220 (220a, 220b). And the like.
  • the solar cell 202 is an energy conversion element that converts sunlight energy into electric energy, and is a silicon-based solar cell such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, or thin film silicon (amorphous silicon), or a compound system such as CIS or CIGS. Examples are solar cells.
  • the support member 204 is a member that physically supports the solar battery cells 202, and is a panel having a sandwich structure including a honeycomb core 230 and skins 210 (210a, 210b) that cover both side surfaces of the honeycomb core 230. ..
  • the honeycomb core 230 may be made of aluminum, aramid fiber such as Nomex (registered trademark), or the like.
  • the skin 210 may be made of carbon fiber, glass fiber, (para-type) aramid fiber such as Kevlar (registered trademark), glass epoxy (FR-4, Frame Retardant Type 4), or the like. ..
  • the support member 204 is not limited to the panel having the above sandwich structure, and may be a support member that does not use the honeycomb core 230.
  • the cover glass 203 provides physical support, mechanical protection, and radiation protection for the solar cell 202.
  • a heat control function can be added by adding a function of removing infrared rays, and each solar cell is attached with an adhesive or the like. It should be noted that one cover glass 203 may be attached to the plurality of arranged solar cells 202. Then, the solar cell 202 covered with the cover glass 203 is attached (attached) to the surface of the support member 204. However, the cover glass may be omitted depending on the embodiment.
  • the flexible PCB circuit 220 is a circuit that electrically connects an electronic component (solar battery cell 202 or the like) attached to the front surface (light receiving surface) side of the support member 204 and an electronic component attached to the back surface (non-light receiving surface) side depending on the purpose of use. And is attached to the support member 204 so as to be embedded therein.
  • the flexible PCB circuit 220 includes an interconnector 251 (251a to 251e) that is a conductor that electrically connects the solar cells 202 and collects the electric power generated in the solar cells 202.
  • the flexible PCB circuit may be omitted depending on the embodiment.
  • the thermal link 215 is a heat conductor attached to the support member 204.
  • the thermal link 215 contacts (connects) with the back surface that is the non-light-receiving surface of the solar battery cell 202, and also contacts the heat conducting member, the heat dissipation member, and the like that are attached to the back surface that is the solar battery cell non-mounting surface of the support member 204. By (connecting), the heat of the solar battery cells 202 is absorbed and exhausted to other members.
  • one thermal link 215 is attached to one solar cell panel 200, but the present invention is not limited to this.
  • a thermal link 215 may be attached.
  • the thermal link 215 is embedded in the support member 204 in FIGS. 2 to 4
  • the thermal link 215 is not limited to the embedded type and may be attached to an end portion of the support member 204 or the like.
  • the heat-conducting member is a member for absorbing heat from the solar cell 202 and transferring the heat to other devices (members), and is a thermal port formed of aluminum, copper, graphene, or the like. And the like.
  • the heat dissipation member is a member that absorbs heat from the solar cells 202 and radiates heat to the external space, and is exemplified by a radiator or the like that is exposed to the outside of the spacecraft and radiates heat to the space.
  • the thermal link 215 is in contact with the thermal port 240, and the thermal port 240 is attached to the back surface of the support member 204 by bolting or the like, for example.
  • FIG. 5 to 7 are schematic diagrams showing the configuration of the thermal link 215 according to the embodiment.
  • FIG. 5 shows a state in which the thermal link 215 is viewed from an oblique front side
  • FIG. 6 shows a state in which it is viewed from an oblique rear side
  • FIG. 7 shows a disassembled state.
  • the thermal link 215 is composed of an internal heat conductor 206 and a covering material 205 (205a, 205b) that covers both side surfaces of the internal heat conductor 206.
  • the internal heat conductor 206 is a planar heat conductor having flexibility.
  • the internal heat conductor 206 may be formed of graphene, pyrolytic graphite, or the like.
  • the coating material 205 is a base material having electrical insulation and thermal insulation.
  • the covering material 205 may be formed of a polyimide film such as Kapton. Both sides of the internal heat conductor 206 are covered with a covering material 205. However, as shown in FIGS. 2 to 6, the covering material 205 serves as a back surface of the solar cell 202 and a heat conducting member and a heat radiating member.
  • there is an exposed portion (internal heat conductor contact portion/contact area) 201 (201a to 201d) which is an opening for exposing the internal heat conductor.
  • the internal heat conductor 206 can directly contact the back surface of the solar cell 202 and the heat conducting member or the heat radiating member.
  • FIGS. 2 to 7 in exposed portions 201a to 201c, internal heat conductor 206 is in contact with the back surface of solar cell 202, and in exposed portion 201d, internal heat conductor 206 is in contact with a heat conducting member or a heat radiating member.
  • the number of exposed portions 201 may be appropriately determined. For example, when there are a plurality of solar battery cells 202 that are in contact with the thermal link 215, the exposed portions 201 are provided on the covering material 205 for each solar battery cell 202. It may be provided.
  • the thermal link 215 is a belt-shaped (planar) heat conductor, and for example, one end surface is along the surface of the support member 204 and is bent at about 90 degrees in the longitudinal direction to penetrate the support member 204. However, it is further bent at about 90 degrees at a position penetrating the support member 204, and the surface of the other end is a shape along the back surface of the support member 204.
  • the thermal link 215 according to the present embodiment is a thermal conductor that is flexible and has a substantially U-shaped bend.
  • the heat conductor is not limited to the above, and may be a heat conductor formed in a substantially V shape or the like.
  • the thermal link 215 penetrates the support member 204 and is embedded so as to sandwich the support member 204 from the front surface side and the back surface side.
  • a heat conductive gap filler (gap filler) having electrical insulation is provided at a contact portion between the internal heat conductor 206, the solar cell 202, and the heat conductive member or the heat radiating member in the exposed portion 201 of the thermal link 215. It may be filled, and the thermal conductivity can be further enhanced by the gap filler.
  • the heat of the solar battery cell 202 can be directly discharged to the internal heat conductor 206, and the heat conductive member and the heat dissipation member are By contacting the heat conductor 206, the heat of the solar battery cells 202 exhausted by the internal heat conductor 206 can be conducted to the heat conducting member or the heat radiating member.
  • the solar battery cell 202 is brought into direct contact with the internal heat conductor 206 in the exposed portion 201 of the thermal link 215 without passing through a device or the like that physically interferes with exhaust heat (heat conduction). , It is possible to exhaust heat efficiently and quickly. In this way, the solar battery cells 202 can be cooled efficiently, so that the performance such as the conversion efficiency of the solar battery cells 202 can be significantly improved.
  • the radiation intensity is high, and because it is a vacuum, there is no air convection, so the solar cells are likely to reach higher temperatures than on the ground. Therefore, for solar cells used in outer space, it is a more important problem to perform exhaust heat (cooling) of the solar cells, and the cooling effect of the thermal link 215 according to the present invention is expected more.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing Example 1 of the solar cell panel.
  • the solar cell panel 200 to which the thermal link 215 (see FIG. 2) is attached is mounted on the spacecraft (artificial satellite) 400 in which the solar cell 202 is attached to the spacecraft housing (artificial satellite). Configure the spacecraft case).
  • an artificial satellite is illustrated as a spacecraft, but the present invention is not limited to this, and other space such as a planetary explorer or an International Space Station equipped with a solar cell panel 200 is used. It may be a machine.
  • the thermal link 215 connected to the solar battery cells 202 (202d, 202e) attached to the solar battery panel 200a (first solar battery panel) constituting the artificial satellite casing is the artificial satellite. It is connected to another thermal link 215 connected to the solar battery cell 202 attached to another solar battery panel 200b (second solar battery panel) forming the housing.
  • the thermal port 240 is attached to the back surface of the solar cell panel 200 (support member 204), and the thermal link 215 is exposed at the exposed portion 201 (see FIG. 2). It contacts the thermal port 240.
  • the thermal port 240 in the solar cell panel 200a and the thermal port 240 in the other solar cell panel 200b are thermally connected via the heat transport section 401.
  • the heat transport unit 401 thermally connects the solar battery cell 202 attached to the solar battery panel 200a and the solar battery cell 202 attached to another solar battery panel 200b to exhaust heat. It is a transport element and is exemplified by a thermal strap and a heat pipe.
  • the thermal link 215 is connected to the other thermal link 215 via the thermal ports 240 and the heat transport section 401 of both panels.
  • the thermal link 215 connected to the solar cell 202 which is receiving light is connected to another thermal link 215 which is connected to the solar cell 202 which is not receiving light.
  • the other solar cell panel 200b (second solar cell panel) constituting the artificial satellite casing is, for example, a panel facing the solar cell panel 200a (first solar cell panel) in the artificial satellite. is there.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing Example 2 of the solar cell panel.
  • the solar battery panel 200 to which the thermal link 215 is attached is mounted on the artificial satellite 500 in which the solar battery cell 202 is attached to the spacecraft housing (constituting the spacecraft housing).
  • the thermal link 215 connected to the solar battery cell 202 attached to the solar battery panel 200 forming the artificial satellite housing is provided on the outer surface of the other panel 501 forming the artificial satellite housing. Is connected to the rear surface of the radiator 502.
  • the thermal port 240 is attached to the back surface of the solar cell panel 200 (support member 204), and the thermal link 215 contacts the thermal port 240 at the exposed portion 201. To do.
  • the thermal port 215 in the solar cell panel 200 and the back surface of the radiator 502 provided on the other panel 501 are thermally connected via the heat transport section 503.
  • the thermal link 215 is connected to the radiator 502 via the thermal port 240 and the heat transport unit 503.
  • the heat transport unit 503 is the same as the heat transport unit 401 of the first embodiment.
  • the radiator 502 provided with the thermal link 215 connected to the solar cell 202 receiving light is provided on the outer surface of the other panel 501 which does not receive light and constitutes the artificial satellite housing. (On the back).
  • the other panel 501 which is provided with the radiator 502 and constitutes the artificial satellite housing is, for example, a panel which faces the solar battery panel 200 to which the solar battery cells 202 are attached in the artificial satellite.
  • Example 3 of solar cell panel 10 to 12 are schematic diagrams showing Example 3 of the solar cell panel.
  • FIG. 11 is a front view of the solar cell panel according to the third embodiment
  • FIG. 12 is a rear view.
  • the solar cell panel 200 to which the thermal link 215 is attached is mounted on the artificial satellite 600 of the type in which the solar cell panel is deployably attached to the spacecraft housing.
  • the thermal link 215 connected to the solar battery cell 202 attached to the solar battery panel 200 mounted so as to be deployable in the satellite case has the thermal link 215 connected to the exposed portions 201e and 201f. It is connected to the back surface of the radiator 601 attached to the back surface of the attached support member 204 (non-attached surface of the solar cell).
  • the radiator 601 is attached to the back surface of the solar cell panel 200 by adhesion or the like, and the thermal link 215 directly contacts the back surface of the radiator 601.
  • the thermal link 215 connected to the solar cell 202 receiving light is connected to the radiator 601 (rear surface) provided on the back surface of the solar cell panel 200 not receiving light. It As a result, when the solar cell 202 that is receiving light becomes high in temperature, the heat that the solar cell 202 (see FIG. 2) has is exhausted to the radiator 601 that is not receiving light via the thermal link 215. It becomes possible to do.

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Abstract

太陽電池セルを効率良く冷却することを課題とし、太陽電池パネル200に、太陽電池セル202と、太陽電池セル202を支持する支持部材204と、熱伝導体であるサーマルリンク215と、を備え、サーマルリンク215が、太陽電池セル202の非受光面に接し、かつ、支持部材204の太陽電池セル非取付け面である裏面に取り付けられた放熱部材または熱伝導部材に接するようにした。

Description

太陽電池パネル
 本開示は、太陽電池セルを冷却するための技術に関する。
 従来、太陽光を集光する集光レンズと、集光レンズアレイ構造体と、集光された太陽光を吸収して電気エネルギーに変換する太陽電池と、太陽電池が取り付けられ、太陽電池を平板型ヒートパイプに固定するパッケージモジュールと、平板型ヒートパイプと、平板型ヒートシンクとを含む集光型太陽電池モジュールにおいて、平板型ヒートパイプが、パッケージモジュールから伝導された熱を外部または大気に放出する方法、が提案されている(特許文献1を参照)。
 また、従来、銅製の平坦な集熱板と、その集熱板の下面に一体的に取り付けて熱媒体である水を流す銅製の集熱管と、その集熱管を集熱板に取り付けるアルミテープと、集熱管及び集熱板の下面側を覆う発泡スチロール製の断熱体と、その断熱体の下面を覆う鋼製の裏板と、その裏板とパネル取付鋼材の間に配置して集熱板を太陽電池パネルの裏面に押さえ付ける押さえ具とで一体的に構成された、太陽電池パネルの裏面の熱を回収して冷却する熱回収装置、が提案されている(特許文献2を参照)。
 また、従来、赤外線をフィルタリングするための赤外線フィルタリング素子と、前記フィルタリングされた光を集束させる集光装置と、前記集束された光を電気エネルギーに変換する複数の太陽電池を含むソーラーパネルと、断熱用の真空チャンバとを備え、前記真空チャンバ内に前記集光装置が設けられている太陽電池アセンブリにおいて、真空チャンバ本体が、伝導及び対流による周囲から太陽電池への熱伝達を最小にする断熱層として使用され、太陽電池の温度が上昇するのを防止する方法、が提案されている(特許文献3を参照)。
 さらに、従来、太陽電池パネルおよびエンクロージャを含むパワーパネルアセンブリであって、太陽電池パネルは、複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セルが載置される上面と上面の反対側の底面とを有する太陽電池セルトレイを含み、エンクロージャは、太陽電池パネルを支持する内側プレートと、内側プレートを取り囲む複数の側壁を有する外側シェルとを含み、内側プレートおよび太陽電池パネルは、太陽電池パネルとエンクロージャとの間で流体が流れ、太陽電池パネルから熱を吸収することを可能にする流体流路をその間に含む、パワーパネルアセンブリが提案されている(特許文献4を参照)。
韓国特許第10-1465628号 特開2013-213651号公報 国際公開第2018-215963号 米国特許出願公開第2018/0234050号
 太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子であるが、通常、太陽電池出力には温度依存性があり、太陽電池の温度が上がると、太陽電池に入射した光エネルギーのうち電気エネルギーに変換する割合(変換効率)が低下してしまう。また、通常、太陽電池は、動作温度が高くなると、その寿命が短くなってしまう。そのため、太陽電池の変換効率の向上や長寿命化を図るため、太陽電池の温度を低く保つことが重要視されている。ここで、従来、宇宙用の太陽電池パネルでは、太陽電池セルが有する熱を、太陽電池パネルを通じて当該パネル裏面に伝導し、太陽電池パネルに接続されたヒートシンクに排出することで冷却する技術がある。しかし、通常、宇宙用の太陽電池パネルに用いられる複合材料は、異方性の熱伝導率を有するものが多く、熱伝導に適した材料ではないため、このような技術では、太陽電池セルの熱をパネル背面に効率良く(素早く)排出することが困難であり、太陽電池セルを効率良く冷却できないという問題があった。
 本開示は、上記した問題に鑑み、太陽電池セルを効率良く冷却することを課題とする。
 本開示の一例は、太陽電池セルと、前記太陽電池セルを支持する支持部材と、熱伝導体であるサーマルリンクと、を備え、前記サーマルリンクが、前記太陽電池セルの非受光面に接し、かつ、前記支持部材の太陽電池セル非取付け面である裏面に取り付けられた放熱部材または熱伝導部材に接する、太陽電池パネルである。
 本開示によれば、太陽電池セルを効率良く冷却することが可能となる。
従来の太陽電池パネルの構成を示す概略図である。 実施形態に係る太陽電池パネルの構成を示す概略図(断面図)である。 実施形態に係る太陽電池パネルの構成を示す概略図(正面図)である。 実施形態に係る太陽電池パネルの構成を示す概略図(背面図)である。 実施形態に係るサーマルリンクの構成を示す概略図(正面図)である。 実施形態に係るサーマルリンクの構成を示す概略図(背面図)である。 実施形態に係るサーマルリンクの構成を示す概略図(分解図)である。 実施形態に係る太陽電池パネルの実施例1を示す概略図である。 実施形態に係る太陽電池パネルの実施例2を示す概略図である。 実施形態に係る太陽電池パネルの実施例3を示す概略図である。 実施形態に係る太陽電池パネルの実施例3を示す概略図(正面図)である。 実施形態に係る太陽電池パネルの実施例3を示す概略図(背面図)である。
 以下、本開示に係る太陽電池パネルの実施の形態を、図面に基づいて説明する。但し、以下に説明する実施の形態は、実施形態を例示するものであって、本開示に係る太陽電池パネルを以下に説明する具体的構成に限定するものではない。実施にあたっては、実施の態様に応じた具体的構成が適宜採用され、また、種々の改良や変形が行われてよい。
 図1は、従来の太陽電池パネルの構成を示す概略図である。従来の太陽電池パネル10は、カバーガラス1、インターコネクタ2、支持部材3および太陽電池セル4(4a~4d)等により構成される。図1に示される通り、太陽電池セル4は、太陽電池セル4で発生した電力を集める導体であるインターコネクタ2によって相互接続され、カバーガラス1に覆われた状態で、支持部材3に取り付けられる。
 図2から図4は、本実施形態に係る太陽電池パネル200の構成を示す概略図である。ここで、図2は太陽電池パネル200の断面を、図3は正面を、図4は背面を示す。本実施形態では、太陽電池パネル200として、宇宙で用いられる太陽電池パネルを例示するが、本開示に係る太陽電池パネルの用途はこれに限定されるものではなく、本開示に係る太陽電池パネルは、宇宙以外の場所(地上等)で用いられる様々な装置に搭載可能である。太陽電池パネル200は、支持部材204、太陽電池セル202(202a~202c)、カバーガラス203(203a~203c)、サーマルリンク215、フレキシブルPCB(Printed Circuit Board、プリント基板)回路220(220a、220b)等を備えるパネルである。
 太陽電池セル202は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換素子であり、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン(アモルファスシリコン)等のシリコン系太陽電池や、CISやCIGS等の化合物系太陽電池等に例示される。
 支持部材204は、太陽電池セル202を物理的に支持する部材であり、ハニカムコア230およびハニカムコア230の両側表面を覆う表皮210(210a、210b)から構成される、サンドイッチ構造を有するパネルである。ハニカムコア230は、アルミニウムや、ノーメックス(Nomex、登録商標)等のアラミド繊維等により形成されるようにしてもよい。また、表皮210は、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー(Kevlar、登録商標)等の(パラ系)アラミド繊維、ガラスエポキシ(FR-4、Flame Retardant Type 4)等により形成されるようにしてもよい。なお、支持部材204は、上述のサンドイッチ構造を有するパネルに限定されるものではなく、ハニカムコア230を使用しない支持部材であってもよい。
 カバーガラス203は、太陽電池セル202の物理的支持、機構的保護および放射線防護を行うものである。赤外線を除去する機能を追加することで熱制御の機能を持つこともでき、太陽電池セル毎に接着剤等により取り付けられる。なお、配列された複数の太陽電池セル202に対して、1枚のカバーガラス203が取り付けられるようにしてもよい。そして、このカバーガラス203により覆われた太陽電池セル202は、支持部材204の表面に取り付けられる(貼り付けられる)。但し、実施の形態によっては、カバーガラスは省略されてもよい。
 フレキシブルPCB回路220は、使用目的によって支持部材204の表面(受光面)側に取り付けられる電子部品(太陽電池セル202等)と裏面(非受光面)側に取り付けられる電子部品とを電気接続する回路であり、例えば、支持部材204に埋め込まれる形で取り付けられる。フレキシブルPCB回路220は、太陽電池セル202を電気的に接続し、当該太陽電池セル202で発生した電力を集める導体であるインターコネクタ251(251a~251e)を備える。但し、実施の形態によっては、フレキシブルPCB回路は省略されてもよい。
 サーマルリンク215は、支持部材204に取り付けられた熱伝導体である。サーマルリンク215は、太陽電池セル202の非受光面である裏面と接触(接続)し、かつ、支持部材204の太陽電池セル非取付け面である裏面に取り付けられる熱伝導部材や放熱部材等と接触(接続)することで、太陽電池セル202の熱を吸収し他の部材に排熱する。本実施形態では、図2から図4に示される通り、1つの太陽電池パネル200に1つのサーマルリンク215が取り付けられるが、これに限定されるものではなく、1つの太陽電池パネル200に複数のサーマルリンク215が取り付けられてもよい。また、図2から図4において、サーマルリンク215は支持部材204に埋め込まれているが、埋め込み型に限定されるものではなく、支持部材204の端部等に取り付けられてもよい。
 熱伝導部材は、太陽電池セル202からの熱を吸収し他の機器(部材)に伝導する際に、その熱を仲介するための部材であり、アルミニウムや銅、グラフェン等により形成されるサーマルポート等に例示される。放熱部材は、太陽電池セル202からの熱を吸収し外部空間に熱放射する部材であり、宇宙機外部に露出し宇宙空間に熱を放射させるラジエータ等に例示される。本実施形態では、サーマルリンク215はサーマルポート240と接触しており、当該サーマルポート240は、例えば、支持部材204の裏面にボルト締め等により取り付けられる。
 図5から図7は、実施形態に係るサーマルリンク215の構成を示す概略図である。ここで、図5はサーマルリンク215を斜め正面から見た様子を、図6は斜め背面から見た様子を、図7は分解された様子を示す。サーマルリンク215は、内部熱伝導体206および内部熱伝導体206の両側表面を覆う被覆材205(205a、205b)から構成される。
 内部熱伝導体206は、可撓性を有する面状の熱伝導体である。内部熱伝導体206は、グラフェンや熱分解グラファイト等により形成されるようにしてもよい。被覆材205は、電気絶縁性および熱絶縁性を有する基材である。被覆材205は、カプトン等のポリイミドフィルム等により形成されるようにしてもよい。内部熱伝導体206は、その両側表面が被覆材205により覆われているが、図2から図6に示される通り、被覆材205は、太陽電池セル202の裏面および熱伝導部材や放熱部材との接触箇所において、内部熱伝導体を露出させるための開口である露出部(内部熱伝導体接触部/接触領域)201(201a~201d)を有している。被覆材205が露出部201を有することにより、内部熱伝導体206が太陽電池セル202の裏面および熱伝導部材や放熱部材と直接接触することが可能である。図2から図7では、露出部201a~201cにおいて、内部熱伝導体206が太陽電池セル202の裏面と接し、露出部201dにおいて、内部熱伝導体206が熱伝導部材や放熱部材と接する。なお、露出部201の数は適宜決定されるようにしてよく、例えば、サーマルリンク215と接触する太陽電池セル202が複数ある場合は、太陽電池セル202毎に当該露出部201が被覆材205に設けられるようにしてもよい。
 サーマルリンク215は、帯状(面状)の熱伝導体であり、例えば、一方の端部の面が支持部材204の表面に沿い、長手方向の途中で略90度に屈曲し支持部材204を貫通し、支持部材204を貫通した箇所で更に略90度に屈曲し、他方の端部の面が支持部材204の裏面に沿う形状である。図5から図7に示されるように、本実施形態におけるサーマルリンク215は、可撓性を有することによる、略コの字形(U-shape)に屈曲形成された熱伝導体であるが、これに限定されるものではなく、略エの字形等に形成された熱伝導体であってもよい。本実施形態において、サーマルリンク215は、支持部材204を貫通し、支持部材204を表面側と裏面側とから挟むように埋め込まれる。なお、サーマルリンク215の露出部201における内部熱伝導体206と太陽電池セル202および熱伝導部材や放熱部材との接触箇所には、電気絶縁性を有する熱伝導性ギャップ充填材(ギャップフィラー)が充填されるようにしてもよく、当該ギャップフィラーにより、熱伝導性をさらに高めることができる。
 上述のとおり、太陽電池セル202が内部熱伝導体206と接触することで、太陽電池セル202の有する熱を内部熱伝導体206に直接排熱することができ、熱伝導部材や放熱部材が内部熱伝導体206と接触することで、内部熱伝導体206に排熱された太陽電池セル202の熱を熱伝導部材や放熱部材へ伝導することができる。換言すれば、太陽電池セル202を、サーマルリンク215の露出部201において、物理的に排熱(熱伝導)を妨害する機器等を介することなく、内部熱伝導体206と直接接触させたことにより、排熱を効率良く素早く行うことができる。このようにして、太陽電池セル202の冷却を効率良く行うことができるため、太陽電池セル202の変換効率等の性能を大幅に改善することができる。
 なお、宇宙空間では、放射線強度が高く、また、真空であることから空気の対流がないため、地上に比べて太陽電池セルがより高温になりやすい。そのため、宇宙空間で使用される太陽電池セルにとって、太陽電池セルの排熱を行うこと(冷却を行うこと)はさらに重要な問題であり、本発明に係るサーマルリンク215による冷却効果がより期待される。
 (太陽電池パネルの実施例1)
 図8は、太陽電池パネルの実施例1を示す概略図である。実施例1では、サーマルリンク215(図2を参照)が取り付けられた太陽電池パネル200は、宇宙機筐体に太陽電池セル202を貼り付ける方式の宇宙機(人工衛星)400に搭載される(宇宙機筐体を構成する)。なお、実施例1~3では、宇宙機として人工衛星を例示するが、これに限定されるものではなく、惑星探査機や国際宇宙ステーション等のように太陽電池パネル200が搭載された他の宇宙機であってもよい。
 本実施例では、人工衛星筐体を構成する太陽電池パネル200a(第1の太陽電池パネル)に貼り付けられた太陽電池セル202(202d、202e)に接続されたサーマルリンク215が、当該人工衛星筐体を構成する他の太陽電池パネル200b(第2の太陽電池パネル)に貼り付けられた太陽電池セル202に接続された他のサーマルリンク215に接続される。具体的には、本実施形態における人工衛星において、太陽電池パネル200(支持部材204)の裏面にはサーマルポート240が取り付けられており、サーマルリンク215は露出部201(図2を参照)において、当該サーマルポート240と接触する。そして、太陽電池パネル200aにおけるサーマルポート240と、他の太陽電池パネル200bにおけるサーマルポート240とが、熱輸送部401を介して熱接続される。熱輸送部401は、当該人工衛星において、太陽電池パネル200aに貼り付けられた太陽電池セル202と他の太陽電池パネル200bに貼り付けられた太陽電池セル202とを熱接続し排熱を行う熱輸送素子であり、サーマルストラップやヒートパイプに例示される。以上より、サーマルリンク215は、両パネルのサーマルポート240および熱輸送部401を介して、他のサーマルリンク215に接続される。
 本実施形態における上記構成により、例えば、受光している太陽電池セル202に接続されたサーマルリンク215が、受光していない太陽電池セル202に接続された他のサーマルリンク215に接続される。これにより、受光している太陽電池セル202が高温になった場合、当該太陽電池セル202が有する熱を、受光側のサーマルリンク215および非受光側のサーマルリンク215を介して、受光していない太陽電池セル202側へ排熱する(491)ことが可能となる。ここで、人工衛星筐体を構成する他の太陽電池パネル200b(第2の太陽電池パネル)は、例えば、当該人工衛星において、太陽電池パネル200a(第1の太陽電池パネル)に対向するパネルである。
 (太陽電池パネルの実施例2)
 図9は、太陽電池パネルの実施例2を示す概略図である。実施例2では、サーマルリンク215が取り付けられた太陽電池パネル200は、宇宙機筐体に太陽電池セル202を貼り付ける方式の人工衛星500に搭載される(宇宙機筐体を構成する)。
 本実施例では、人工衛星筐体を構成する太陽電池パネル200に貼り付けられた太陽電池セル202に接続されたサーマルリンク215が、当該人工衛星筐体を構成する他のパネル501の外面に設けられたラジエータ502の背面に接続される。具体的には、本実施形態における人工衛星において、太陽電池パネル200(支持部材204)の裏面にはサーマルポート240が取り付けられており、サーマルリンク215は露出部201において、当該サーマルポート240と接触する。そして、太陽電池パネル200におけるサーマルポート215と、他のパネル501に設けられたラジエータ502の背面とが、熱輸送部503を介して熱接続される。以上より、サーマルリンク215は、サーマルポート240および熱輸送部503を介して、ラジエータ502に接続される。なお、熱輸送部503については、実施例1の熱輸送部401と同様である。
 本実施形態における上記構成により、例えば、受光している太陽電池セル202に接続されたサーマルリンク215が、人工衛星筐体を構成する受光していない他のパネル501の外面に設けられたラジエータ502(の背面)に接続される。これにより、受光している太陽電池セル202が高温になった場合、当該太陽電池セル202が有する熱を、サーマルリンク215を介して、受光していないラジエータ502へ排熱する(591)ことが可能となる。ここで、ラジエータ502が設けられた、人工衛星筐体を構成する他のパネル501は、例えば、当該人工衛星において、太陽電池セル202が貼り付けられた太陽電池パネル200に対向するパネルである。
 (太陽電池パネルの実施例3)
 図10から図12は、太陽電池パネルの実施例3を示す概略図である。ここで、図11は、実施例3に係る太陽電池パネルの正面図であり、図12は背面図である。実施例3では、サーマルリンク215が取り付けられた太陽電池パネル200は、宇宙機筐体に太陽電池パネルを展開可能に取り付ける方式の人工衛星600に搭載される。
 本実施例では、人工衛星筐体に展開可能に取り付けられた太陽電池パネル200に貼り付けられた太陽電池セル202に接続されたサーマルリンク215が、露出部201e、201fにおいて、当該サーマルリンク215が取り付けられた支持部材204の裏面(太陽電池セル非取付け面)に取り付けられたラジエータ601の背面に接続される。具体的には、本実施形態における人工衛星において、太陽電池パネル200の裏面には接着等によりラジエータ601が取り付けられており、サーマルリンク215は直接、当該ラジエータ601の裏面と接触する。
 本実施形態における上記構成により、例えば、受光している太陽電池セル202に接続されたサーマルリンク215が、太陽電池パネル200の受光していない裏面に設けられたラジエータ601(の背面)に接続される。これにより、受光している太陽電池セル202が高温になった場合、当該太陽電池セル202(図2を参照)が有する熱を、サーマルリンク215を介して、受光していないラジエータ601へ排熱することが可能となる。
 なお、人工衛星筐体を構成する太陽電池パネルおよび人工衛星筐体に展開可能に取り付けられる太陽電池パネルの両者のパネルを搭載する人工衛星の場合は、実施例1~3を組み合わせた構成にしてもよい。
   200 太陽電池パネル
   204 支持部材
   202 太陽電池セル
   215 サーマルリンク
 

Claims (13)

  1.  太陽電池セルと、
     前記太陽電池セルを支持する支持部材と、
     熱伝導体であるサーマルリンクと、
     を備え、
     前記サーマルリンクが、前記太陽電池セルの非受光面に接し、かつ、前記支持部材の太陽電池セル非取付け面である裏面に取り付けられた放熱部材または熱伝導部材に接する、
     太陽電池パネル。
  2.  前記サーマルリンクは、
     熱伝導体である内部熱伝導体と、
     前記内部熱伝導体を覆う、電気絶縁性および熱絶縁性を有する被覆体と、を備え、
     前記被覆体は、該サーマルリンクと前記太陽電池セルとの接触箇所および該サーマルリンクと前記放熱部材または熱伝導部材との接触箇所において前記内部熱伝導体を露出させるための開口である露出部を有する、
     請求項1に記載の太陽電池パネル。
  3.  前記サーマルリンクは、可撓性を有する面状の部材であって、
     前記支持部材の太陽電池セル取付け面である表面において前記太陽電池セルに面接続される部分と、
     屈曲して前記支持部材を貫通する部分と、
     貫通して前記支持部材の裏面に出た部分であって前記放熱部材または熱伝導部材に面接続される部分と、を備える、
     請求項1または2に記載の太陽電池パネル。
  4.  前記サーマルリンクは、略コの字形に屈曲形成され、前記支持部材を貫通し、該支持部材を表面側と裏面側とから挟むように埋め込まれる、
     請求項3に記載の太陽電池パネル。
  5.  前記太陽電池セル毎に、前記被覆体において前記露出部が設けられる、
     請求項2に記載の太陽電池パネル。
  6.  前記太陽電池セルから得られた電力を用いる装置の筐体に搭載される太陽電池パネルであって、
     前記サーマルリンクは、該サーマルリンクが取り付けられた太陽電池パネルが搭載された前記装置において、該装置の筐体に搭載される他の太陽電池パネルに取り付けられた他のサーマルリンクに接続される、
     請求項1から5の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
  7.  前記サーマルリンクは、前記熱伝導部材および熱輸送部を介して、前記他のサーマルリンクに接続される、
     請求項6に記載の太陽電池パネル。
  8.  前記装置の筐体に搭載される他の太陽電池パネルは、該装置において、前記太陽電池パネルに対向するパネルである、
     請求項6または7に記載の太陽電池パネル。
  9.  前記太陽電池セルから得られた電力を用いる装置の筐体に搭載される太陽電池パネルであって、
     前記サーマルリンクは、該サーマルリンクが取り付けられた太陽電池パネルが搭載された前記装置において、該装置の筐体に搭載される他のパネルの外面に設けられた前記放熱部材に接続される、
     請求項1から5の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
  10.  前記サーマルリンクは、前記熱伝導部材および熱輸送部を介して、前記放熱部材の背面に接続される、
     請求項9に記載の太陽電池パネル。
  11.  前記装置の筐体に搭載される他のパネルは、前記装置において、前記太陽電池パネルに対向するパネルである、
     請求項9または10に記載の太陽電池パネル。
  12.  前記太陽電池セルから得られた電力を用いる装置の筐体に、展開可能に取り付けられる太陽電池パネルであって、
     前記サーマルリンクは、該サーマルリンクが埋め込まれた前記支持部材の裏面に取り付けられた前記放熱部材に接続される、
     請求項1から5の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
  13.  前記支持部材の表面側に取り付けられる電子部品と裏面側に取り付けられる電子部品とを電気接続するフレキシブルPCB回路を更に備える、
     請求項1から12の何れか一項に記載の太陽電池パネル。
     

     
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