[发明专利]一种机翼结构-太阳能电池一体化模块及其研制方法

说明书

一、技术领域：

本发明提供一种机翼结构-太阳能电池一体化模块及其研制方法，属于航空航天器能源系统技术领域。 

二、背景技术：

高空长航时无人机作为可在平流层及其以上高度运行的无人飞行器，可执行情报、监视与侦察，通信中继，目标指示，毁伤评估，电信和电视服务，大气环境监测与天气预报等多种军事及民事任务，已成为当今研究的热点。 

另一方面，以太阳能作为未来飞行器的辅助能源乃至主要能源，是人类发展具有方向性和前沿性的重要研究目标。太阳能飞机是在上世纪70年代随着太阳能电池成本的降低而出现，由于太阳能飞机飞行不需要自带燃料，为长航时飞行创造了条件。因此，不少发达国家均致力于基于太阳能的高空长航时无人机的研发。 

目前的太阳能无人机主要采用太阳能光伏电池作为主要供电部件，受制于飞机表面面积有限，必须对太阳能电池进行高效利用。针对高效太阳能电池阵的应用，目前首推刚性太阳能电池，可应用的主要有砷化镓太阳能电池和单晶硅太阳能电池，但由于受到太阳能无人机翼型弧度、安装结构和重量约束的限制，刚性电池阵平面与翼型曲面合理结合的问题至今仍未能有效解决。 

为此，本发明提供一种机翼结构-太阳能电池一体化模块及其研制方法，通过对柔性薄膜太阳能电池制造方法的合理改进与完善，将其应用到刚性太阳能电池的轻质化封装中，可有效综合两者的应用优势，开发出具有轻质、高效特点的刚柔一体的薄膜型太阳能电池模块，以此为基础，结合翼肋、主梁结构支撑作用的合理利用，可实现电池阵支撑、机翼外形维形的一体化设计。从而更加符合现行设计中对太阳能飞机结构轻质化、输出能量高效化的综合要求。 

三、发明内容：

（1）目的：本发明的目的在于提供一种机翼结构-太阳能电池一体化模块及其研制方法，基于该方法研制的太阳能无人机机翼可满足太阳能无人机在电池转换效率和单位面积电池比功率两方面的综合要求，并能有效解决刚性太阳能电池阵与飞机翼型曲面的有效结合问题。此外，基于该方法，可有效降低太阳能无人机在结构重量方面的损耗，进而提高太阳能无人机的载荷能力。 

（2）技术方案：本发明一种机翼结构-太阳能电池一体化模块及其研制方法，该方法的主要技术措施如下：以高效的刚性太阳能电池为基础，通过柔性薄膜太阳能电池封装技术的合理借鉴与改进，利用双层膜系材料，配以胶膜将刚性太阳能电池进行柔性模块化封装，形成刚柔一体太阳能电池模块；以蜂窝夹层结构构成的机翼肋板和主梁作为支撑框架，通过借鉴地面建筑行业的张拉膜结构，将上述刚柔一体太阳能电池模块利用锁紧机构在机翼的上表面进行有效固定；以软质密封胶将刚柔一体太阳能电池模块间的边沿进行密封和光滑过度处理。 

基于上述方案，既可满足无人机用太阳能电池模块轻质化、高效化的使用目的，又满足了太阳能电池模块与机翼结构有效结合的安装问题，可最大限度的降低太阳能无人机的机翼结构重量，提高太阳能无人机的飞行性能和载荷能力。 

所述刚柔一体的太阳能电池模块主要由自上而下依次叠放的6层材料组成，包括表面封装膜A、透明胶膜、刚性太阳能电池片、电极线、轻质胶膜A、表面封装膜B。 

该表面封装膜A位于刚柔一体太阳能电池模块的上表面，在满足足够透光率的情况下起保护太阳能电池片的作用；该透明胶膜填充于表面封装膜与刚性太阳能电池片上表面的间隙之中；该电极线主要用于输出刚性太阳能电池片所产生的电能；该轻质胶膜A填充于刚性太阳能电池片下表面与表面封装膜B的间隙之中，该表面封装膜B位于刚柔一体太阳能电池模块的下表面，在满足太阳能电池片密封保护的同时，起到结构支撑的作用。 

其中，该表面封装膜A可采用改性的PET膜或透明的TPT膜； 

其中，该表面封装膜A的透光率需达到90%以上； 

其中，该透明胶膜可采用透光率需达到90%以上的热熔性胶膜； 

其中，该刚性太阳能电池片可采用高效的砷化镓太阳能电池、高效的单晶硅太阳能电池或高效的多晶硅太阳能电池； 

其中，该电极线可采用镀银的退火无氧铜、退火的纯银箔或退火的镀银纯铝； 

其中，该轻质胶膜A可采用热熔性胶膜； 

其中，该表面封装膜B可采用改性的PET膜或TPT膜。 

所述翼肋和主梁主要采用碳纤维蜂窝夹层结构或玻璃纤维蜂窝夹层结构构成。为便于刚柔一体太阳能电池模块的固定，上述蜂窝夹层结构中需内埋加工有连接孔的预埋件。