ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ
SOLAR BATTERY PANEL

Изобретение относится к устройствам энергообеспечения искусственного спутника Земли - космического аппарата (КА), служащим для преобразования солнечной энергии в электрическую.
В практике создания солнечных батарей для КА существует несколько видов несущей конструкции панели солнечной батареи.
Одним из видов такой несущей конструкции является каркас с натянутыми на его поверхности сетеполотном для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей (патент RU 2190900 C2) и каркас с натянутыми на его поверхности ортогональными струнами для размещения и крепления фотоэлектрических преобразователей (патент RU 2220477 C2).
Недостатком таких конструкций является то, что силовой элемент, рама из труб и подложка, в виде сетеполотна или ортогональных струн, функционально разъединены, что приводит к избыточной массе панели, а также на такую подложку не представляется возможным установка солнечных концентраторов. Но такая конструкция имеет и существенное преимущество за счет отсутствия конструктивных элементов под фотоэлектрическими преобразователями, что улучшает их тепловой режим и приводит к повышению их КПД.
Другим видом несущей конструкции является сотопанель с установленными на ней солнечными концентраторами, состоящими из трансформируемых гибких отражателей и солнечных элементов - фотоэлектрических преобразователей (патенты RU 2346355, US №6017002). Сотопанель состоит из двух обшивок и сотового заполнителя, расположенного между ними, соединение между ними является клеевым. Размещение и крепление фотоэлектрических преобразователей и отражателей производится непосредственно к верхней обшивке. Недостатком такой конструкции является то, что под фотоэлектрическими преобразователями находятся две обшивки, затрудняющие теплоотвод, также гибкие отражатели требуют специальных устройств для их фиксации в сложенном состоянии.
В качестве прототипа выбрано изобретение, патент US №6075200А, опубликованный в 13.06.2000 г, содержащее основные элементы концентраторных солнечных батарей. Оно содержит тонкие и гибкие линейно-фокусные линзы Френеля, сделанные из силиконового полимера, разворачивающиеся и поддерживающиеся концевыми арками, которые растягивают линзы в их протяженном направлении и формируют оптический элемент в виде натянутой мембраны. Эти растянутые линзы собирают солнечное излучение и фокусируют его на узкие солнечные элементы, которые монтируются на тонкие пластины-радиаторы для сброса тепла в космическое пространство.
Тем не менее, рассмотренная конструкция концентраторной солнечной батареи на основе растянутых на арках силиконовых линз Френеля имеет некоторые серьезные недостатки:
- для силиконовых линз Френеля на арочных держателях необходимы специальные высокотехнологические устройства для раскрытия, натяжения гибких силиконовых мембран, закрепленных на арочных держателях, и фиксации арочных держателей линз;
- процессы монтажа арочных держателей на поверхности панелей, закрепление краев гибких силиконовых линз Френеля на арочных держателях требуют применения прецизионной технологической оснастки и существенно усложняют процесс сборки концентраторных солнечных батарей, а также увеличивают погрешность установки компонентов приемников солнечного излучения в фокус линз Френеля.
Задачей изобретения является улучшение теплового режима фотоэлектрических преобразователей и уменьшение массы и толщины панели солнечной батареи, а также повышение надежности за счет исключения трансформации линз Френеля из сложенного положения в рабочее.
Поставленная задача решается за счет того, что в панели солнечной батареи, содержащей верхнюю и нижнюю обшивки и элементы, соединяющие их на требуемом расстоянии друг от друга, обшивки выполнены сетчатыми, с ячейками меньшего размера, чем фотоэлектрические преобразователи на величину, обеспечивающую возможность их крепления к обшивке, и обшивки соединены между собой элементами, выполненными в виде ребер.
В качестве примера использования несущей конструкции с фотоэлектрическими преобразователями рассмотрим панель солнечной батареи, представленную на фиг. 1.
Верхние 1 и нижние 2 обшивки выполнены с вырезами под фотоэлектрические преобразователи. Вырезы меньше, чем размер фотоэлектрических преобразователей, примерно на 2 мм по периметру фотоэлектрических преобразователей для возможности их закрепления в зоне 5. Толщина обшивок выбрана для обеспечения требуемой жесткости панели солнечной батареи. Ребра 3, соединяющие обшивки 1, 2 через клеевое соединение, выполнены ортогональными и обеспечивают требуемую толщину панели и соответственно ее жесткость. Фотоэлектрические преобразователи 4, закрепленные на верхней обшивке 1, с тыльной стороны практически полностью открыты и имеют возможность излучать тепло в космическое пространство без потерь на теплопроводность несущей конструкции. В ребрах выполнены отверстия 6, позволяющие располагать кабельную сеть внутри панели.
Пример использования несущей конструкции с солнечными концентраторами, включающими фотоэлектрические преобразователи и отражатели, показан на фиг. 2. Солнечные концентраторы состоят из фотоэлектрических преобразователей 4, размещенных на радиаторе 9, и отражателей 10. Несущая конструкция панели позволила разместить отражатели 10 и фотоэлектрические преобразователи 4 внутри панели. При этом верхняя часть отражателей 10 крепится на верхней обшивке 1, а радиатор 9 (теплоотводящая плата) с фотоэлектрическими преобразователями 4 - на нижней обшивке 2.
Пример использования несущей конструкции с солнечными концентраторами показан на фиг. 3, который включает в себя фотоэлектрические преобразователи и линейные линзы Френеля. При этом линзы Френеля 11 крепятся на верхней обшивке 1, а радиатор 9 (теплоотводящая плата) с фотоэлектрическими преобразователями 4 крепится на нижней обшивке 2.
Таким образом, заявленная несущая конструкция с солнечными концентраторами позволяет улучшить тепловой режим фотоэлектрических преобразователей, уменьшить массу и толщину панели для солнечной батареи за счет перемещения фотоэлектрических преобразователей внутрь несущей конструкции.