一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件的製作方法
2023-09-12 01:52:10 1
一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其包括從上到下依次封裝的ETFE透光膜，EVA層，單晶矽片以及TPE背板，ETFE透光膜的厚度為40-60μm，EVA層的厚度為220-300μm，單晶矽片的厚度為100-160μm，TPE背板的厚度為300-360μm。本實用新型太陽能電池組件的面密度較傳統太陽能電池組件的面密度至少減少約35%，大幅降低了單位面積太能電池組件的自身重量，進而可以使太陽能飛機能夠攜帶更多的任務載荷；另外，這種封裝方案還可以使整個太陽能電池組件的柔性更好，適度彎折後其恢復力及內應力均較小，進而提高太陽能電池組件在機身、機翼表面的貼附性能。
【專利說明】—種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能電池組件領域，特別是涉及一種用於太陽能飛機的輕量化柔性太陽電池組件。
【背景技術】
[0002]太陽能驅動飛機相對於普通燃料飛機具有無汙染、能源充足，且飛行高度高，可在平流層萬米高空飛行等優點。由於其在高空中飛行穩定性受大氣幹擾也較小，飛行時間長，如果動力、儲能、太陽能電池搭配合理，其飛行時間只受飛機零件壽命影響，理論可達數年之久。
[0003]為了保證太陽能飛機具有足夠的飛行動力，往往需要在其機翼、機身上鋪設較多的太陽能電池組件。但傳統的太陽能電池組件一般採用200 μ mPET透光膜+500 μ mEVA層+單晶矽片或多晶矽片+TPE背光板，其面密度通常為2.0-2.5 kg/m2，由於其結構設計不合理，導致太陽能電池組件本身的質量較大，進而增加太陽能飛機的自身重量；而太陽能飛機的總設計重量是一定的，若要使太陽能飛機能夠有效飛行，這就必須要消減太陽能飛機所攜帶的探測設備或其它裝備，進而嚴重影響了飛機的應用性能，限制了太陽能飛機的使用範圍。
[0004]另外，現有的太陽能飛機上的太陽能電池組件的透光膜採用PET材料，EVA層一般設計較厚，進而導致太陽能電池組件成型後的剛度較大，其粘附於飛機表面後會有很大的回覆彈力，安裝後內應力很大，與機體連接處不可靠，不易直接大面積整塊安裝；若採用小塊拼裝的方案，則會使飛機表面不光滑，具有很多稜線，對於本來就低速的太陽能飛機來說阻力明顯增大，升阻比受稜線影響下降很多，氣動性能將受到嚴重影響，而且組件由於塊數太多焊接點極多，漏電風險大的同時，增加焊點重量。
實用新型內容
[0005]為此，本實用新型要解決的技術問題是現有安裝於太陽能飛機的太陽能電池組件剛度較大，致使太陽能電池組件在貼附到機身、機翼上以後回復彈力較高、內應力較大、不能大塊安裝；且由於太陽能電池組件的自身密度較大，致使太陽能飛機所能攜帶的探測等裝備較少，影響其整體功能。
[0006]為此本實用新型的目的在於提供一種用於太陽能飛機的輕量化柔性太陽能電池組件。
[0007]為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案:
[0008]一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其包括從上到下依次粘結封裝的ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物)透光膜，EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)層，單晶矽片以及TPE (熱塑性彈性體)背板；所述ETFE透光膜的厚度為40-60 μ m,所述EVA層的厚度為220-300 μ m，所述單晶矽片的厚度為100-160 μ m，所述TPE背板的厚度為300-360 μ m。
[0009]所述ETFE透光膜的厚度為50 μ m。[0010]所述EVA層的厚度為300 μ m。
[0011]所述單晶矽片的厚度為160 μ m。
[0012]所述TPE背板的厚度為350 μ m。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014]1.本實用新型太陽能電池組件為從上到下依次粘結封裝的ETFE透光膜、EVA層、單晶矽片以及TPE背板，且ETFE透光膜的厚度為40-60 μ m, EVA層的厚度為220-300 μ m，TPE背板的厚度為300-360 μ m。通過採用ETFE材料作透光膜和減小EVA層的厚度，本實用新型太陽能電池組件的自身密度較傳統太陽能電池組件的密度減小很多，大幅降低了單位面積太能電池組件的自身重量，進而可以使太陽能飛機能夠攜帶更多的任務載荷；另外，採用適當厚度的ETFE材料製作透光膜，並減小EVA層的厚度，還可減小本實用新型太陽能電池組件適度彎折後的恢復力及內應力，進而提高太陽能電池組件在機身、機翼表面的貼附性能，適於大面積整塊安裝。
[0015]2.本實用新型的太陽能電池組件的ETFE透光膜的上表面採用壓花處理，可以進一步增強整個太陽能電池組件各層之間的緊密程度，進而提高太陽能電池組件的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]為了使實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據本實用新型的具體實施例並結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中
[0017]圖1是本實用新型的太陽能晶矽電池組件封裝方案的結構示意圖。
[0018]圖中附圖標記表示為:
[0019]1-ETFE透光膜；2_EVA層；3_單晶矽片；4_TPE背板。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
[0021]參見圖1，本實用新型的輕量化柔性太陽能電池組件，其包括從上到下依次粘結封裝的ETFE透光膜1、EVA層2、單晶矽片3以及TPE背板4。本實用新型的層壓設備可直接使用市場上現有的平板ETFE透光膜太陽能電池組件層壓設備，且無其它較高的技術要求，因此不會額外增加成本。
[0022]本實施方式中，所述ETFE透光膜I的厚度為50 μ m，所述EVA層2的厚度為300 μ m,所述TPE背板4的厚度為350 μ m,所述單晶矽片3的厚度為160 μ m。該優選方案所製作出來的太陽能電池組件的面密度為1.23kg/m2，相比與傳統的太陽能電池組件的層壓方案，其面密度減小46%左右。假設飛機表面鋪設的太陽能電池面積為3.5 m2，則僅太陽能電池組件就可減少3.64kg左右，對重量極為敏感的太陽能驅動飛機來說，可以少克服
3.64kg的重力或增加相應的任務載荷，進而使太陽能飛機能夠安裝更多的探測設備，擴展整個太陽能飛機的性能，若太陽能飛機尺寸更大，光伏組件重量優化將更為顯著。
[0023]本實施例中，為了使上表面ETFE透光膜I層壓更加可靠，對其上表進行壓花處理。對於低速低雷諾數太陽能飛機來說，其機翼、機身表面均為低速層流，經風洞測試，壓花對表面氣動影響很小，因此在ETFE透光膜的上表面上進行壓花處理不僅不會影響太陽能飛機的飛行穩定性，同時還能夠增加太陽能電池組件各層間的緊密程度，提高安全性能，延長使用壽命。
[0024]例如，某碳纖維結構太陽能飛機，要求總重量低於17kg，低速l(T20m/s巡航，能源方面採用單晶矽組件，組件優化前後的測試結果如下:
[0025]優化前:ΡΕΤ200μ m+EVA500 μ m+ 單晶矽片 160 μ m+TPE 背板 350 μ m
[0026]優化後:ETFE50μ m+EVA300 μ m+ 單晶矽片 160 μ m+TPE 背板 350 μ m
[0027]所述ETFE透光膜為上表面經壓花處理的ETFE膜，組件總面積1.93 Itl2，優化前組件總重量為4.38kg，面密度為2.27kg/ m2(通常組件量級);優化後組件總重量為2.37kg，面密度為1.228kg/Hf，風洞測量表面氣動變形量接近於0，滿足氣動指標要求。可見在該實例中，優化後的光伏組件滿足飛機使用要求的同時，組件重量減輕約46%，為飛機節省重量約2kg，這對於整體密度較小的太陽能飛機來說，可以多攜帶2kg的任務載荷。
[0028]實施例2
[0029]本實施方式中，所述ETFE透光膜I的厚度為40 μ m，所述EVA層2的厚度為220 μ m,所述單晶矽片3的厚度為150 μ m,所述TPE背板4的厚度為300 μ m。
[0030]實施例3
[0031]本實施方式中，所述ETFE透光膜I的厚度為60μπι，所述EVA層2的厚度為250 μ m，所述TPE背板4的厚度為300 μ m，所述單晶矽片3的厚度為140 μ m，面密度低至
0.6kg/ m%比傳統組件重量減少73.5%，且低速氣壓變形量幾乎不對飛機氣動造成影響。
[0032]其他實施方式中，根據實際應用情況，所述ETFE透光膜I的厚度可以選擇為40-60μ m之間的任意值，所述EVA層2的厚度選擇為220-300 μ m之間的任意值，所述TPE背板4的厚度選擇為300-360 μ m之間的任意值，所述單晶矽片3的厚度為100-160 μ m之間的任意值。只要上述各層的厚度值選擇在上述範圍內，則可以使本實用新型太陽能電池組件的自身面密度較傳統太陽能電池組件的面密度減小很多，且滿足一般低速飛機蒙皮動壓及低阻力要求，大幅降低了單位面積晶矽太陽能電池組件的自身重量，進而可以使太陽能飛機能能夠攜帶更多的其它探測裝置；另外，這種封裝方案還可以使整個太陽能電池組件的柔性更好，適度彎折後其恢復力及內應力均較小，進而提高太陽能電池組件在機身、機翼表面的貼附性能。
[0033]本實用新型的太陽能電池組件具有質輕、柔性好的優點，特別適合安裝於太陽能飛機機身和機翼上；但本領域技術人員應該明白，本實用新型的太陽能電池組件還可安裝於其它曲面或平面的裝備表面上，如太陽能汽車；另外，本實用新型的太陽能電池組件還可以通過模具來製作各種形狀的曲面太陽能電池組件，如機翼迎風面、機翼機身過度曲面等。
[0034]上述【具體實施方式】只是對本實用新型的技術方案進行詳細解釋，本實用新型並不僅僅局限於上述實施例，凡是依據上述原理及精神在本實用新型基礎上的改進、替代，都應在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其包括從上到下依次粘結封裝的ETFE透光膜(1)，EVA層(2)，單晶矽片(3)以及TPE背板(4);其特徵在於透光膜(I)的厚度為40-60 μ m,所述EVA層(2)的厚度為220-300 μ m,所述單晶矽片(3)的厚度為100-160 μ m，所述TPE背板(4)的厚度為300-360 μ m。
2.根據權利要求1所述的一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其特徵在於:所述ETFE透光膜(I)的厚度為50 μ m。
3.根據權利要求2所述的一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其特徵在於:所述EVA層(2)的厚度為300 μ m。
4.根據權利要求3所述的一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其特徵在於:所述單晶矽片(3)的厚度為160 μ m。
5.根據權利要求4所述的一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其特徵在於:所述TPE背板(4)的厚度為350 μ m。
6.根據權利要求1-5任一所述的一種用於太陽能飛機上的輕量化柔性太陽能電池組件，其特徵在於:所述ETFE透光膜(I)為上表面經壓花處理的ETFE膜。
【文檔編號】H01L31/049GK203659894SQ201320848268
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】楊漢波 申請人:北京漢能創昱科技有限公司