СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ
SOLAR BATTERY

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии светового излучения в электрическую энергию, и предназначено для использования в конструкциях солнечных батарей, содержащих несущие плоские панели.
Известна солнечная батарея (GuntherlaRoche.Solargeneratorenfur die Raumfahrt. Braunschweig, Wiesbaden Vieweg, Germany, 1997. ISBN 3-528-06945-7), предназначенная для обеспечения энергией космических аппаратов. Солнечная батарея состоит из солнечных элементов, соединенных друг с другом гибкими межэлементными соединителями, и из несущих панелей сотовой конструкции, поверхности которых образованы слоями углепластика, и изоляционного материала, между которыми расположен сотовый наполнитель из алюминиевой фольги.
Электрогенерирующая часть солнечной батареи, состоящая из солнечных элементов с защитными покрытиями, приклеивается к плоской поверхности несущей панели с помощью эластичных герметиков, при этом клеящий состав наносится сплошным слоем.
Недостатками данной конструкции являются: высокая масса сотовых панелей, большая масса клеящего состава, его наличие в межэлементных промежутках, что приводит к повышенной деградации характеристик солнечной батареи в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации, и технологическая сложность обеспечения межэлементных зазоров при наклейке.
Признаки, общие с предлагаемой солнечной батареей, следующие:
- солнечные элементы соединены друг с другом гибкими межэлементными соединителями;
- защитные покрытия расположены на солнечных элементах;
- солнечные элементы приклеиваются к плоской поверхности несущей панели.
Наиболее близкой и принятой за прототип является солнечная батарея (GLOBASTAR.Solar Generator Design And Layout For Low Earth Orbit Application in Consideration Of Commercial Aspects And Quantity Production. D-81663 Munich, Germany)для космического аппарата "GLOBALSTAR", состоящая из 8 плоских панелей сотовой конструкции размером 800×1778 мм. Сотовый наполнитель выполнен из алюминиевой фольги и вклеен между двумя листами из углепластика. Для обеспечения электроизоляции на углепластик наклеена полиимидная пленка Kapton. Солнечные элементы приклеиваются к полиимидной пленке Kapton с помощью силиконового клея RTV-S691.
В электрогенерирующей части солнечной батареи используются кремниевые элементы размером 65,0×40,0 мм и толщиной 200 мкм. Межэлементная коммутация выполняется шинками из серебряной фольги толщиной 12,5 мкм. На лицевую поверхность солнечных элементов наклеены пластины из стекла марки СМХ толщиной 100 мкм.
К недостаткам данной конструкции можно отнести следующее: большая масса сотовой панели, большая масса клея, используемого для крепления солнечных элементов, большие габариты выступающих элементов солнечной батареи из-за необходимости их монтажа на поверхности панели, а также связанные с ними габариты пакетов панелей в сложенном состоянии. Кроме того, в процессе приклеивания часть клея заполняет промежутки между солнечными элементами, а в процессе эксплуатации в результате воздействия факторов электризации продукты деструкции клея, оседая на поверхности стекол, приводят к ускоренной деградации их оптической прозрачности.
Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией батареи, следующие:
- солнечная батарея состоит из плоских несущих панелей;
- солнечные элементы с наклеенными на лицевую сторону оптически прозрачными пластинами;
- солнечные элементы объединены в последовательные и (или) параллельные цепи электропроводными шинами;
- кабельная сеть.
Техническим результатом, достигаемыми в предлагаемой конструкции солнечной батареи, является улучшение удельных характеристик солнечной батареи, обусловленное: снижением массы солнечной батареи за счет снижения массы панели и массы клеевого состава; более низкой деградацией электрических характеристик в процессе эксплуатации; уменьшением габаритов панелей и пакетов панелей в сложенном состоянии.
Достигается это тем, что в солнечной батарее плоская несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, соединенных между собой ребрами жесткости, изготовленными из упругого материала. Солнечные элементы, с наклеенной на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной и защитной пластиной с тыльной стороны, приклеены к лицевой обшивке плоской несущей плоской панели, причем окна перфорации выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов. В стенках ребер жесткости для облегчения и/или для прокладки кабельной сети выполнены отверстия, благодаря чему достигается дополнительное снижение массы и уменьшение габаритов солнечной батареи за счет прокладки кабельной сети внутри плоской несущей панели. Снижение массы также достигается за счет того, что уменьшена площадь приклейки солнечных элементов, которая ограничена площадью лицевой обшивки, попадающей в проекцию солнечных элементов, что дополнительно дает снижение деградации электрических характеристик солнечной батареи за счет уменьшения выделения продуктов деструкции клеевого слоя от факторов космического пространства.
Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой солнечной батареи критерию "новизна", следующие:
- плоская несущая панель состоит из лицевой и тыльной обшивок;
- лицевая и тыльная обшивки изготовлены из перфорированных листов упругого материала, соединенных межу собой ребрами жесткости;
- ребра жесткости изготовлены из упругого материала;
- в ребрах жесткости выполнены отверстия, сквозь которые внутри несущей плоской панели проложена кабельная сеть;
- окна перфорации лицевой и тыльной обшивок выполнены, а ребра жесткости расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов;
- на тыльную сторону солнечных элементов приклеены защитные пластины;
- солнечные элементы приклеены к плоской несущей панели по части поверхности тыльных защитных пластин, ограниченной площадью поверхности лицевой обшивки плоской несущей панели, попадающей в проекцию солнечных элементов.
Для доказательства соответствия предложенной солнечной батареи критерию "изобретательский уровень" была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении удельных характеристик солнечной батареи (уменьшение массы габаритных размеров, снижение деградации электрических характеристик от воздействия факторов космического пространства), в литературных источниках не обнаружено.
Таким образом, по мнению авторов, предлагаемая солнечная батарея соответствует критерию "изобретательский уровень".
На Фиг. 1 показана конструкция предлагаемой солнечной батареи. Солнечная батарея состоит из плоской несущей панели 1 и фотоэлектрической части 2. Плоская несущая панель 1 состоит из лицевой и тыльной обшивок 3, изготовленных из листов упругого материала, перфорированного для облегчения, и соединенных между собой ребрами жесткости 4, изготовленных из упругого материала. В стенках ребер жесткости 4 для облегчения и/или для прокладки кабельной сети 5 выполнены отверстия 6. Окна перфорации 7 в лицевой и тыльной обшивках 3 выполнены, а ребра жесткости 4 расставлены в соответствии с габаритами солнечных элементов 8 и с шагом, соответствующим шагу расстановки солнечных элементов 8. Солнечные элементы 8 с наклеенной на каждый из них с лицевой стороны оптически прозрачной защитной пластиной 9 и защитной пластиной с тыльной стороны 10 приклеены к лицевой обшивке 3 плоской несущей панели 1 клеевым составом 11. Зона приклейки 12 солнечных элементов 8 ограничена площадью лицевой обшивки 3, попадающей в проекцию солнечных элементов 8.
Пример конкретного выполнения предлагаемой конструкции солнечной батареи.
Образец предлагаемой солнечной батареи состоит из плоской несущей панели 1 размером 324×420 мм, лицевая и тыльная обшивки 3 и ребра жесткости 4 которой изготовлены из углепластика. В лицевой и тыльной обшивках 3 выполнена перфорация. Размер окон перфорации 7 - 35×22 мм и 35×47 мм. На плоскую несущую панель 1 установлены арсенид-галлиевые солнечные элементы 8 толщиной 80 мкм и размером 40×80 мм. Солнечные элементы 8 соединены в последовательные и параллельные цепочки. К лицевой поверхности каждого солнечного элемента 8 приклеено защитное стекло 9, а к тыльной - защитная стеклотекстолитовая пластина 10. Модуль приклеен к лицевой обшивке несущей плоской панели силиконовым герметиком 11. Образец солнечной батареи успешно прошел испытания, соответствующие эксплуатационным воздействиям. Плоская несущая панель 1 используется для обеспечения механической прочности батареи. Фотоэлектрическая часть 2 преобразует солнечное излучение в электроэнергию.