一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣及其實現方法與流程

2023-12-06 11:58:01

本發明涉及航天領域電源技術，特別涉及一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣及其實現方法。

背景技術：

隨著航天的發展，太空飛行器對電源的功率需求越來越高，空間電站、大型太空飛行器的功率需求將高達mw級甚至gw級，相應的電池陣需要幾千平方米以上的面積。目前太空飛行器採用的大功率太陽電池陣均為在軌展開形式，即太陽電池陣在地面進行裝配，在太空飛行器發射時構成太陽電池陣的多塊太陽電池板為摺疊收攏裝態，使太陽電池陣的包絡尺寸能夠滿足運載火箭的整流罩的要求，太空飛行器進入軌道後太陽電池板在驅動機構的作用下展開成大面積的平面。

但是，上述這種太陽電池陣需要採用複雜的展開機構，一方面增加了電池陣的重量和體積，另一方面這種展開機構也難以滿足幾千平方米以上的大功率太陽電池陣機械支撐的需求。

技術實現要素：

本發明解決的問題是現有技術下太陽電池陣難以滿足mw級以上的功率需求以及結構複雜、重量較重、發射時佔用體積較大的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣，所述大功率太陽電池陣由多個太陽電池模塊在二維方向上周期性緊密排列構成，所述太陽電池模塊之間採用機械固定方式實現剛性連接，所述太陽電池模塊之間採用連接電纜實現電路連接，所述太陽電池模塊的機械固定以及電路連接的過程均在太空中完成。

進一步，所述太陽電池模塊的外形為長方形、等邊三角形或正六邊形中的一種，由框架、基板、若干的太陽電池組件以及匯流片構成，基板安裝在框架上，太陽電池組件設置在基板的正面，匯流電纜設置在基板的正面或背面

進一步，所述框架由輕質剛性材料製成，輕質剛性材料可採用鋁合金、塑料或碳纖維；所述基板由輕質薄膜材料製成，輕質薄膜材料採用聚醯亞胺、玻璃纖維或碳纖維；所述匯流片由導電率高的金屬材料製成，如銀、銅等。

本發明的另一技術方案在於：提供一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣的實現方法，包括：步驟一，在地面進行太陽電池模塊的製作，將太陽電池組件粘貼在基板上，將基板粘貼在框架上，將太陽電池組件的正、負極分別與匯流片進行焊接；步驟二，將多個裝配好的太陽電池模塊堆疊並固定，將堆疊好的太陽電池模塊採用火箭或其他運載工具發射入軌；步驟三，將堆疊的太陽電池模塊逐塊取出，採用機械固定方式將多個太陽電池模塊實現剛性連接，將連接電纜的兩端分別焊接在兩個太陽電池模塊的匯流片上實現太陽電池模塊之間的電路連接，直至完成整個電池陣的裝配。

進一步，所述太陽電池模塊之間的機械固定和電路連接由空間機器人或航天員實施。

進一步，所述太陽電池模塊依靠框架進行堆疊，使不同太陽電池模塊上的太陽電池組件保持一定的間隔。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、由於所述太陽電池模塊之間採用機械固定方式實現剛性連接，在相同的結構重量下，可以使電池陣具有更大的面積和結構強度，從而可以組成mw級以上功率的太陽電池陣。

2、由於所述大功率太陽電池陣由多個太陽電池模塊在二維方向上周期性緊密排列構成，所述太陽電池模塊之間採用機械固定方式實現剛性連接，摒棄了傳統的展開機構，因此結構簡單，重量較輕。

3、由於所述太陽電池模塊堆疊在發射時採用堆疊的方式，發射入軌後再進行組裝形成大功率的太陽電池陣，因此發射時佔用體積小。

附圖說明

圖1為本發明的模塊化組裝的大功率太陽電池陣示意圖；

圖2為本發明的太陽電池模塊的立體示意圖；

圖3為本發明的太陽電池模塊的背面示意圖；

圖4為本發明的太陽電池模塊的剖面結構示意圖；

圖5為本發明的太陽電池模塊的機械連接方式的示意圖；

圖6為本發明在太陽電池模塊的電路連接方式的示意圖；

圖7為本發明德太陽電池模塊在發射時的堆疊方式的示意圖。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所達成目的及功效，下面將結合實施例並配合附圖予以詳細說明。

請參照圖1，本發明的模塊化組裝的大功率太陽電池陣，由多個太陽電池模塊1在二維方向上周期性緊密排列構成，所述太陽電池模塊1之間採用機械固定方式實現剛性連接，所述太陽電池模塊1之間採用連接電纜實現電路連接。

請參照圖2、圖3、圖4，所述太陽電池模塊1由框架11、基板12、太陽電池組件13、匯流片14構成，其中框架11由金屬、塑料等硬質材料製成，基板12採用輕質的薄膜材料製成，並固定在基板12上，太陽電池組件13敷設在基板12的一個表面上，匯流片14敷設在基板12的另一個表面上。

進一步地，匯流片14分為正匯流片和負匯流片兩組，其中正匯流片和太陽電池組件13的正極連接，負匯流片和太陽電池組件13的負極連接。

進一步地，匯流片14也可以和太陽電池組件13敷設在基板12的同一個表面上。

進一步地，太陽電池組件13由多片太陽電池經過串聯和並聯構成，並採用矽橡膠粘貼在基板12上。

請參照圖5，太陽電池模塊1之間可以採用連接杆2和螺釘3固定的方式實現固定，即預先在太陽電池模塊1的框架上預留螺孔，用螺釘3穿過連接杆2並擰緊在框架上。

進一步地，還可採用將框架直接焊接或膠接的方法實現太陽電池模塊1之間的固定。

請參照圖6，所述太陽電池模塊1之間採用連接電纜4實現電路連接，即將連接電纜4的兩端分別和2個太陽電池模塊1上的匯流片進行連接，其中，2個太陽電池模塊1上的正匯流片進行相互連接，2個太陽電池模塊1上的負匯流片進行相互連接。

所述模塊化組裝的大功率太陽電池陣的實現方法如下：

步驟一，參照圖2、圖3、圖4在地面進行太陽電池模塊1的製作，即將太陽電池組件13粘貼在基板12上，將基板12粘貼在框架11上，將太陽電池組件13的正、負極分別與匯流片14進行焊接；

步驟二，將多個裝配好的太陽電池模塊1堆疊並固定，將堆疊好的太陽電池模塊1採用火箭發射入軌；

步驟三，將堆疊的太陽電池模塊逐塊取出，參照圖1、圖5，採用機械固定方式將多個太陽電池模塊實現剛性連接，參照圖6，將連接電纜的兩端分別焊接在兩個太陽電池模塊的匯流片上實現太陽電池模塊之間的電路連接，直至完成整個電池陣的裝配。

進一步地，太陽電池模塊1之間的機械固定和電路連接由空間機器人或航天員實施。

進一步地，參照圖7，所述太陽電池模塊依靠框架進行堆疊，使不同太陽電池模塊上的太陽電池組件保持一定的間隔，防止在發射時太陽電池組件因碰撞而碎裂。