本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域電源技術(shù)，特別涉及一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣及其實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

隨著航天的發(fā)展，航天器對(duì)電源的功率需求越來越高，空間電站、大型航天器的功率需求將高達(dá)mw級(jí)甚至gw級(jí)，相應(yīng)的電池陣需要幾千平方米以上的面積。目前航天器采用的大功率太陽電池陣均為在軌展開形式，即太陽電池陣在地面進(jìn)行裝配，在航天器發(fā)射時(shí)構(gòu)成太陽電池陣的多塊太陽電池板為折疊收攏裝態(tài)，使太陽電池陣的包絡(luò)尺寸能夠滿足運(yùn)載火箭的整流罩的要求，航天器進(jìn)入軌道后太陽電池板在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下展開成大面積的平面。

但是，上述這種太陽電池陣需要采用復(fù)雜的展開機(jī)構(gòu)，一方面增加了電池陣的重量和體積，另一方面這種展開機(jī)構(gòu)也難以滿足幾千平方米以上的大功率太陽電池陣機(jī)械支撐的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)下太陽電池陣難以滿足mw級(jí)以上的功率需求以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量較重、發(fā)射時(shí)占用體積較大的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣，所述大功率太陽電池陣由多個(gè)太陽電池模塊在二維方向上周期性緊密排列構(gòu)成，所述太陽電池模塊之間采用機(jī)械固定方式實(shí)現(xiàn)剛性連接，所述太陽電池模塊之間采用連接電纜實(shí)現(xiàn)電路連接，所述太陽電池模塊的機(jī)械固定以及電路連接的過程均在太空中完成。

進(jìn)一步，所述太陽電池模塊的外形為長方形、等邊三角形或正六邊形中的一種，由框架、基板、若干的太陽電池組件以及匯流片構(gòu)成，基板安裝在框架上，太陽電池組件設(shè)置在基板的正面，匯流電纜設(shè)置在基板的正面或背面

進(jìn)一步，所述框架由輕質(zhì)剛性材料制成，輕質(zhì)剛性材料可采用鋁合金、塑料或碳纖維；所述基板由輕質(zhì)薄膜材料制成，輕質(zhì)薄膜材料采用聚酰亞胺、玻璃纖維或碳纖維；所述匯流片由導(dǎo)電率高的金屬材料制成，如銀、銅等。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案在于：提供一種模塊化組裝的大功率太陽電池陣的實(shí)現(xiàn)方法，包括：步驟一，在地面進(jìn)行太陽電池模塊的制作，將太陽電池組件粘貼在基板上，將基板粘貼在框架上，將太陽電池組件的正、負(fù)極分別與匯流片進(jìn)行焊接；步驟二，將多個(gè)裝配好的太陽電池模塊堆疊并固定，將堆疊好的太陽電池模塊采用火箭或其他運(yùn)載工具發(fā)射入軌；步驟三，將堆疊的太陽電池模塊逐塊取出，采用機(jī)械固定方式將多個(gè)太陽電池模塊實(shí)現(xiàn)剛性連接，將連接電纜的兩端分別焊接在兩個(gè)太陽電池模塊的匯流片上實(shí)現(xiàn)太陽電池模塊之間的電路連接，直至完成整個(gè)電池陣的裝配。

進(jìn)一步，所述太陽電池模塊之間的機(jī)械固定和電路連接由空間機(jī)器人或航天員實(shí)施。

進(jìn)一步，所述太陽電池模塊依靠框架進(jìn)行堆疊，使不同太陽電池模塊上的太陽電池組件保持一定的間隔。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、由于所述太陽電池模塊之間采用機(jī)械固定方式實(shí)現(xiàn)剛性連接，在相同的結(jié)構(gòu)重量下，可以使電池陣具有更大的面積和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而可以組成mw級(jí)以上功率的太陽電池陣。

2、由于所述大功率太陽電池陣由多個(gè)太陽電池模塊在二維方向上周期性緊密排列構(gòu)成，所述太陽電池模塊之間采用機(jī)械固定方式實(shí)現(xiàn)剛性連接，摒棄了傳統(tǒng)的展開機(jī)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)簡單，重量較輕。

3、由于所述太陽電池模塊堆疊在發(fā)射時(shí)采用堆疊的方式，發(fā)射入軌后再進(jìn)行組裝形成大功率的太陽電池陣，因此發(fā)射時(shí)占用體積小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的模塊化組裝的大功率太陽電池陣示意圖；

圖2為本發(fā)明的太陽電池模塊的立體示意圖；

圖3為本發(fā)明的太陽電池模塊的背面示意圖；

圖4為本發(fā)明的太陽電池模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的太陽電池模塊的機(jī)械連接方式的示意圖；

圖6為本發(fā)明在太陽電池模塊的電路連接方式的示意圖；

圖7為本發(fā)明德太陽電池模塊在發(fā)射時(shí)的堆疊方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明的模塊化組裝的大功率太陽電池陣，由多個(gè)太陽電池模塊1在二維方向上周期性緊密排列構(gòu)成，所述太陽電池模塊1之間采用機(jī)械固定方式實(shí)現(xiàn)剛性連接，所述太陽電池模塊1之間采用連接電纜實(shí)現(xiàn)電路連接。

請(qǐng)參照?qǐng)D2、圖3、圖4，所述太陽電池模塊1由框架11、基板12、太陽電池組件13、匯流片14構(gòu)成，其中框架11由金屬、塑料等硬質(zhì)材料制成，基板12采用輕質(zhì)的薄膜材料制成，并固定在基板12上，太陽電池組件13敷設(shè)在基板12的一個(gè)表面上，匯流片14敷設(shè)在基板12的另一個(gè)表面上。

進(jìn)一步地，匯流片14分為正匯流片和負(fù)匯流片兩組，其中正匯流片和太陽電池組件13的正極連接，負(fù)匯流片和太陽電池組件13的負(fù)極連接。

進(jìn)一步地，匯流片14也可以和太陽電池組件13敷設(shè)在基板12的同一個(gè)表面上。

進(jìn)一步地，太陽電池組件13由多片太陽電池經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成，并采用硅橡膠粘貼在基板12上。

請(qǐng)參照?qǐng)D5，太陽電池模塊1之間可以采用連接桿2和螺釘3固定的方式實(shí)現(xiàn)固定，即預(yù)先在太陽電池模塊1的框架上預(yù)留螺孔，用螺釘3穿過連接桿2并擰緊在框架上。

進(jìn)一步地，還可采用將框架直接焊接或膠接的方法實(shí)現(xiàn)太陽電池模塊1之間的固定。

請(qǐng)參照?qǐng)D6，所述太陽電池模塊1之間采用連接電纜4實(shí)現(xiàn)電路連接，即將連接電纜4的兩端分別和2個(gè)太陽電池模塊1上的匯流片進(jìn)行連接，其中，2個(gè)太陽電池模塊1上的正匯流片進(jìn)行相互連接，2個(gè)太陽電池模塊1上的負(fù)匯流片進(jìn)行相互連接。

所述模塊化組裝的大功率太陽電池陣的實(shí)現(xiàn)方法如下：

步驟一，參照?qǐng)D2、圖3、圖4在地面進(jìn)行太陽電池模塊1的制作，即將太陽電池組件13粘貼在基板12上，將基板12粘貼在框架11上，將太陽電池組件13的正、負(fù)極分別與匯流片14進(jìn)行焊接；

步驟二，將多個(gè)裝配好的太陽電池模塊1堆疊并固定，將堆疊好的太陽電池模塊1采用火箭發(fā)射入軌；

步驟三，將堆疊的太陽電池模塊逐塊取出，參照?qǐng)D1、圖5，采用機(jī)械固定方式將多個(gè)太陽電池模塊實(shí)現(xiàn)剛性連接，參照?qǐng)D6，將連接電纜的兩端分別焊接在兩個(gè)太陽電池模塊的匯流片上實(shí)現(xiàn)太陽電池模塊之間的電路連接，直至完成整個(gè)電池陣的裝配。

進(jìn)一步地，太陽電池模塊1之間的機(jī)械固定和電路連接由空間機(jī)器人或航天員實(shí)施。

進(jìn)一步地，參照?qǐng)D7，所述太陽電池模塊依靠框架進(jìn)行堆疊，使不同太陽電池模塊上的太陽電池組件保持一定的間隔，防止在發(fā)射時(shí)太陽電池組件因碰撞而碎裂。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開模塊化組裝的大功率太陽電池陣及其實(shí)現(xiàn)方法。所述模塊化組裝的大功率太陽電池陣由多個(gè)太陽電池模塊在二維方向上周期性緊密排列構(gòu)成，太陽電池模塊之間采用機(jī)械固定方式實(shí)現(xiàn)剛性連接，太陽電池模塊之間采用連接電纜實(shí)現(xiàn)電路連接，太陽電池模塊的機(jī)械固定以及電路連接的過程均在太空中完成。本發(fā)明的大功率太陽電池陣結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，適合組成MW級(jí)以上功率的太陽電池陣，另外還具有結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕、發(fā)射時(shí)占用體積小的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：雷剛;曹佳曄;范襄;王凱;馬聚沙
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上?？臻g電源研究所
技術(shù)研發(fā)日：2017.02.14
技術(shù)公布日：2017.07.25