(57)【要約】【課題】従来の太陽電池パネルの設計では、放射線環境等の設計条件が異なる都度、太陽電池アレイの直列数および実装レイアウトを見直さなければならなかった。【解決手段】厚さの異なるガラス等のシールドを実装した太陽電池セルを用意する。これらのシールド厚の異なる太陽電池セルを所定の実装比率で直列接続した太陽電池アレイを作製する。実装比率は、想定される放射線総被爆量における設計寿命末期での出力電圧に基づき決定する。これにより太陽電池アレイの直列数の削減及び最適化を図ることができ、太陽電池パネルのコストを削減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙航行体に搭載され、インターコネクタを用いて太陽電池セルを直列接続した複数の太陽電池アレイからなる太陽電池パネルであって、
前記太陽電池アレイは、受光面側に、厚さの異なる複数のシールドを各々備えた太陽電池セルを、所定の比率で接続して成ることを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項２】
放射線総被爆量における前記厚さの異なるシールドを備えた太陽電池セルの各々の出力電圧に基づき、前記所定の比率を決定することを特徴とする請求項１記載の太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池パネルに関するものである。特に人工衛星や宇宙船などの宇宙航行体に搭載され、放射線による太陽電池セルの電圧の劣化を考慮する必要のある太陽電池パネルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで太陽電池パネルを搭載した数多くの宇宙船が宇宙空間に打ち上げられてきたが、宇宙船が高機能化するにつれて、大電力の供給が可能な太陽電池パネルが必要となり、太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの太陽電池セルの直列数、および太陽電池アレイの並列数は増加する傾向にある。
【０００３】
宇宙環境における太陽電池セルの電圧劣化の要因として、太陽電池セルに入射する放射線が挙げられる。従来、放射線による太陽電池セルの電圧劣化を緩和する対策として、太陽電池セルをガラス等のシールドで保護する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、太陽電池パネルの放射線環境等の設計条件が変更された場合の対処法としては、（１）太陽電池アレイの直列数および実装レイアウトの見直し、（２）太陽電池の上に実装しているガラス等のシールド厚の変更、が挙げられる。（１）の太陽電池アレイの直列数および実装レイアウトの見直しにおいては、太陽電池枚数の増加によるコストの増加、また場合によってはパネル枚数の増加による大幅なコスト/重量の増加が生じるという課題があった。また、（２）の太陽電池の上に実装しているガラス等のシールド厚の変更においては、前提として宇宙船および人工衛星に使用される太陽電池パネルは高い信頼性が求められるため、その宇宙船および人工衛星が晒される環境を模擬した検証/認定試験に合格したものしか宇宙船および人工衛星に搭載できないが、ガラス等のシールド厚の変更は再度の検証/認定試験が必要となり、太陽電池パネルのコストや製造計画に大きな影響を与えるという課題があった。
【０００６】
また、従来の太陽電池パネルの設計では、設計上必要となる太陽電池アレイの直列数が整数でない場合に少数点以下を切り上げた直列数を実装しなければならず、切り上げた数×太陽電池アレイの並列数分だけ、材料コストが余計に必要となるという課題があった。
【０００７】
この発明は係る問題を解決するためになされたものであり、放射線による電圧劣化を考慮する必要のある太陽電池パネルにおいて、コストの低減が可能な太陽電池パネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る太陽電池パネルは、宇宙航行体に搭載され、インターコネクタを用いて太陽電池セルを直列接続した複数の太陽電池アレイからなる太陽電池パネルであって、
前記太陽電池アレイは、受光面側に、厚さの異なる複数のシールドを各々備えた太陽電池セルを、所定の比率で接続するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、放射線環境等の設計条件が異なる太陽電池パネルに対して、太陽電池アレイを構成する太陽電池セルの実装数を削減することができる。太陽電池セルの実装数を削減することにより、コストの削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る太陽電池パネルの太陽電池アレイを構成する各太陽電池セルの電圧-電流特性図である。
【図３】従来の太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの側面図である。
【図４】従来の直列段数を増加させて放射線被爆量増加に対応する太陽電池パネルの側面図である。
【図５】従来の太陽電池セル上のガラス等のシールドを厚くして、予測放射線被爆量増加に対応する太陽電池パネルの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの側面図である。図１において太陽電池セル１同士はインターコネクタ３で接続されており、太陽電池セル１の受光面側にはガラス等のシールド２が配置されている。
太陽電池セル１の直列数はＮ個であり、直列接続された各々の太陽電池セル１は添え字により区分される（１1〜１N）。同様に、各々の太陽電池セル１（１1〜１N）の受光面側に配置されたシールド２は、太陽電池セルに付された添え字により各々区分される（２1〜２N）。
【００１２】
図３は従来の太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの側面図である。太陽電池セル１同士はインターコネクタ３で接続されており、太陽電池セル１の受光面側には、ガラス等のシールド２が配置されている。
太陽電池セル１の直列数はＮ個であり、直列接続された各々の太陽電池セル１には添え字１1〜１Nが付されている。
【００１３】
従来の太陽電池パネルでは、図３に示すように太陽電池パネル上の全ての太陽電池セル（１1〜１N）に対して、同じ厚さＡのシールド２が実装されていた。
これに対して、実施の形態１に係る太陽電池パネルでは、太陽電池セル（１1〜１N）に対して２種類の厚さＡ、Ｂのシールド２が配置される。
図１の例では、厚さＢのシールド２（２1〜２k）が実装されたＫ個の太陽電池セル（１1〜１K）と、厚さＡのシールド２（２k+1〜２N）が実装された（Ｎ−Ｋ）個の太陽電池セル（１k+1〜１N ）が直列に接続されて、太陽電池アレイが構成される。
【００１４】
ここで、宇宙船および人工衛星の設計寿命末期での放射線総被曝量がΦの場合を考える。
図２は、厚さＡのシールド２を実装した太陽電池の放射線総被爆量Φの場合の電圧−電流特性と、厚さＢのシールド２を実装した太陽電池の放射線総被爆量Φの場合の電圧−電流特性を示した図である。
【００１５】
厚さＡのガラス等のシールド２（２1〜２N）を実装した太陽電池アレイの設計寿命末期における最大出力電圧VAstは、厚さＡのガラス等のシールド２（２1〜２N）を実装した太陽電池セル１（１1〜１N ）の最大出力電圧をVApmax、所要とされる衛星の動作電圧をVL、Nを整数、sを０以下の少数とすると、０以下の少数ｓの有無により以下の２通りの状況が考えられる。
【００１６】
【数１】
2014212148.tif 000003
【００１７】
【数２】
2014212148.tif 000004
【００１８】
パターン１は、所要とされる衛星の動作電圧VLを満たすために、実装する太陽電池アレイの直列数を（N＋1）とする必要があることを示す。
太陽電池パネルを構成する太陽電池アレイの並列数をMとすると、（1−s）×M枚の太陽電池セルが余分に必要となる。
【００１９】
ここで、本実施の形態では、
【００２０】
【数３】
2014212148.tif 000005
【００２１】
を満たす厚さＢのシールド２を選定し、厚さＡのシールド（例えばガラス）を実装した太陽電池セルと、厚さＢのシールド（例えばガラス）を所定の比率で直列接続した太陽電池アレイを新たに設ける。このとき、所定の比率で直列接続した太陽電池アレイの出力電圧は、
【００２２】
【数４】
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【００２３】
となる。このように厚さＡのシールド２を実装した太陽電池の直列数（N−k）と、厚さＢのシールド２を実装した太陽電池の直列数kの比率を調整することで、（1−s）×M（枚）の太陽電池セルのコストを削減することができる。
【００２４】
なお、上記の説明では、厚さの異なる２種類のシールドを用いた太陽電池セルについて説明したが、シールドの厚さは２種類に限定されるものではなく、３以上の厚さの種類のシールドを用いて太陽電池アレイを構成するようにしてもよい。
【００２５】
次に、宇宙船および人工衛星の設計寿命末期での放射線総被曝量がΦ+ΔΦとなった場合を考える。
式（１）、式（２）で示したパターン１、パターン２のどちらの場合も、VApmaxは、
【００２６】
【数５】
2014212148.tif 000007
【００２７】
となる。ここで、
【００２８】
【数６】
2014212148.tif 000008
【００２９】
を満たすためには、
【００３０】
【数７】
2014212148.tif 000009
【００３１】
となり、太陽電池アレイの並列数をMとすると、n×M枚以上の太陽電池が追加で必要となる。
ここで、
【００３２】
【数８】
2014212148.tif 000010
【００３３】
を満たす厚さＢのシールド２を選定すれば
【００３４】
【数９】
2014212148.tif 000011
【００３５】
となり、図１のように厚さＡのガラス等のシールド２を実装した太陽電池の直列数（N-k）と、厚さＢのガラス等のシールド２を実装した太陽電池の直列数kの比率を調整することで、n×M枚以上の太陽電池の増加を回避することができる。
【００３６】
なお、図４は、従来の直列段数を増加させて放射線被爆量増加に対応する太陽電池パネルの側面図であるが、太陽電池アレイの直列数が増加するため、この方法ではコストの増加が生じていた。また、図５は、従来の太陽電池セル上に実装しているガラス等のシールド厚の変更を示したものであるが、この方法ではコストや製造計画に大きな影響を与えていた。
【００３７】
このように、実施の形態１によれば、２種類の厚さのガラス等のシールドを実装した太陽電池パネルの認定試験が完了すれば、その実装比率を変化させることによって、放射線環境等の設計条件が異なる太陽電池パネルに対して、太陽電池アレイ直列数の削減/最適化を図ることができる。太陽電池セルの実装数を削減/最適化することにより、コストの削減が可能になる。
【符号の説明】
【００３８】
１ 太陽電池セル、２ ガラス等のシールド、３ インターコネクタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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