[发明专利]电池与其载体机械解耦的光伏电池阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有支撑衬底的光伏电池阵列，其中阵列的电池相对于其刚性支撑衬底机械解耦，该阵列通常用在太阳能发电机板的制造中，以保证航天器的供电，特别是卫星的供电。

背景技术

图1中示意性地显示了现有技术的光伏元件1(也称作“有盖互联电池”或“太阳能电池组件”)的示例性实施例，该元件形成阵列的一部分，根据轨道中所需的能量，阵列包括几百至上万个这样的元件。元件1包括通过粘合剂层3固定到多个电池的公共刚性衬底4上的光伏电池2。

在这种阵列中，光伏电池很脆，因为它们厚度小，并且对通常施加于其上的由于其粘合在刚性衬底上而引起的变形非常敏感。实际上，衬底通常是具有碳表皮的夹层结构，其热弹性稳定性有限：单向增强的区域可能起皱，或者表皮在蜂巢网上可能变形为杯状(被称为“浮印(telegraphing)”现象)。

此外，通过粘合来固定引起的问题是可能要修理电池，这是费力的，因为必须非常精细地刮掉施加到衬底上的绝缘材料，例如Kapton^TM。根据估计，将电池从其衬底上去除的操作可能耗费大约一天的工作。

将电池粘合到衬底上容易使电池变形。将电池从衬底机械解耦的一个方式包括加厚粘合层，但是这显著增大了总质量，并引入粘合剂不受控排气(anarchic degassing)的风险，这甚至可能导致电池爆炸(被称为“爆破(pop-off)”现象)。

柔性电池固定系统(例如“细丝”、“薄膜”等)的问题在于太阳能发电机结构的严重的技术性断裂，而且当在柔性翼上执行电池的固定时，会引入影响用于操纵载体卫星的AOCS(“轨道控制系统上的姿态”)的问题。

以机械解耦的方式将电池固定在其支撑衬底上而不考虑热学方面的问题的想法是不适当的，因为机械解耦导致丧失传导性耦合，以及必须用辐射性耦合来代替。在丧失电池-衬底热耦合的情况下，电池的温度将上升，并失去其大部分效力。

发明内容

本发明的主题是一种具有光伏电池以及具有刚性支撑衬底的元件阵列，在阵列的每个电池和支撑衬底之间表现出机械解耦，同时保证良好的相互热传导，该阵列特别用于太阳能发电机的外表，用于向卫星提供电能。

根据本发明的光伏阵列的特征在于，所述阵列的每个光伏元件通过自粘结而且易分解的柔性固定器件固定到衬底上，每个电池的后面和所述衬底的前面包括增强其热辐射特性的层。

附图说明

通过阅读以非限制性示例给出的以及显示在附图中的实施例的详细描述，将更好地理解本发明，其中：

图1如上所述是现有技术的太阳能板光伏阵列元件的示意性剖面图，

图2是根据本发明的太阳能板光伏阵列元件的示意性剖面图，

图3是根据本发明的太阳能板光伏阵列的四个相邻电池的平面图，以及

图4是根据本发明的太阳能板光伏阵列元件的示意性剖面图，其比图2提供更多细节。

具体实施方式

本发明提出一种减小太阳能发电机的光伏阵列相对于光伏阵列的支撑衬底的机械耦合的方案。实际上，光伏电池很薄(几十微米厚)且很脆。当光伏电池被粘合到衬底上时，由于振动，其经受几何变形，特别是热弹性效应，这可能导致电池破裂。本发明包括通过柔性系统固定电池，从而能够解耦电池与衬底的变形部分，同时保证电池朝衬底的足够的辐射性耦合，以便避免飞行中衬底的升温及其效力损失。该方案包括使用借助于维可牢尼龙搭扣固定在衬底上的具有高发射率的后面(Ge或Ag衬底的栅格(grid)或Kapton胶合(kaptoning)的后面使用)的光伏电池。

图2中示意性显示的光伏元件5包括通过维可牢(Velcro)^TM连结垫8或者类似的自粘结且易分解的柔性固定器件固定到衬底7(多个电池的公共衬底)的相应区域的光伏电池6。下面参考图3和4描述制造这些不同元件的细节。衬底7的后面7A以本身已知的方式被处理，其前面保持被绝缘膜覆盖，该绝缘膜是Kapton型的具有高发射率等级的绝缘膜，以便保证朝固定该衬底的支撑物(未显示)的良好的热辐射性传导。通过该膜获得的热发射率系数ε例如大约为0.6至0.9。

在图3的平面图中显示了形成光伏太阳能板的一部分的四个相邻的矩形电池9至12(光伏太阳能板的其他电池未显示)。电池9至12中的每一个均通过以下详述的方式借助于四个维可牢垫8固定到支撑衬底，其中每个维可牢垫设置在电池角落的下方。同一列的电池通过电互联13连接到一起。