一种模块化组装的大功率太阳电池阵及其实现方法与流程

本发明涉及航天领域电源技术，特别涉及一种模块化组装的大功率太阳电池阵及其实现方法。

背景技术：

随着航天的发展，航天器对电源的功率需求越来越高，空间电站、大型航天器的功率需求将高达mw级甚至gw级，相应的电池阵需要几千平方米以上的面积。目前航天器采用的大功率太阳电池阵均为在轨展开形式，即太阳电池阵在地面进行装配，在航天器发射时构成太阳电池阵的多块太阳电池板为折叠收拢装态，使太阳电池阵的包络尺寸能够满足运载火箭的整流罩的要求，航天器进入轨道后太阳电池板在驱动机构的作用下展开成大面积的平面。

但是，上述这种太阳电池阵需要采用复杂的展开机构，一方面增加了电池阵的重量和体积，另一方面这种展开机构也难以满足几千平方米以上的大功率太阳电池阵机械支撑的需求。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有技术下太阳电池阵难以满足mw级以上的功率需求以及结构复杂、重量较重、发射时占用体积较大的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种模块化组装的大功率太阳电池阵，所述大功率太阳电池阵由多个太阳电池模块在二维方向上周期性紧密排列构成，所述太阳电池模块之间采用机械固定方式实现刚性连接，所述太阳电池模块之间采用连接电缆实现电路连接，所述太阳电池模块的机械固定以及电路连接的过程均在太空中完成。

进一步，所述太阳电池模块的外形为长方形、等边三角形或正六边形中的一种，由框架、基板、若干的太阳电池组件以及汇流片构成，基板安装在框架上，太阳电池组件设置在基板的正面，汇流电缆设置在基板的正面或背面

进一步，所述框架由轻质刚性材料制成，轻质刚性材料可采用铝合金、塑料或碳纤维；所述基板由轻质薄膜材料制成，轻质薄膜材料采用聚酰亚胺、玻璃纤维或碳纤维；所述汇流片由导电率高的金属材料制成，如银、铜等。

本发明的另一技术方案在于：提供一种模块化组装的大功率太阳电池阵的实现方法，包括：步骤一，在地面进行太阳电池模块的制作，将太阳电池组件粘贴在基板上，将基板粘贴在框架上，将太阳电池组件的正、负极分别与汇流片进行焊接；步骤二，将多个装配好的太阳电池模块堆叠并固定，将堆叠好的太阳电池模块采用火箭或其他运载工具发射入轨；步骤三，将堆叠的太阳电池模块逐块取出，采用机械固定方式将多个太阳电池模块实现刚性连接，将连接电缆的两端分别焊接在两个太阳电池模块的汇流片上实现太阳电池模块之间的电路连接，直至完成整个电池阵的装配。

进一步，所述太阳电池模块之间的机械固定和电路连接由空间机器人或航天员实施。

进一步，所述太阳电池模块依靠框架进行堆叠，使不同太阳电池模块上的太阳电池组件保持一定的间隔。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于所述太阳电池模块之间采用机械固定方式实现刚性连接，在相同的结构重量下，可以使电池阵具有更大的面积和结构强度，从而可以组成mw级以上功率的太阳电池阵。

2、由于所述大功率太阳电池阵由多个太阳电池模块在二维方向上周期性紧密排列构成，所述太阳电池模块之间采用机械固定方式实现刚性连接，摒弃了传统的展开机构，因此结构简单，重量较轻。

3、由于所述太阳电池模块堆叠在发射时采用堆叠的方式，发射入轨后再进行组装形成大功率的太阳电池阵，因此发射时占用体积小。

附图说明

图1为本发明的模块化组装的大功率太阳电池阵示意图；

图2为本发明的太阳电池模块的立体示意图；

图3为本发明的太阳电池模块的背面示意图；

图4为本发明的太阳电池模块的剖面结构示意图；

图5为本发明的太阳电池模块的机械连接方式的示意图；

图6为本发明在太阳电池模块的电路连接方式的示意图；

图7为本发明德太阳电池模块在发射时的堆叠方式的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参照图1，本发明的模块化组装的大功率太阳电池阵，由多个太阳电池模块1在二维方向上周期性紧密排列构成，所述太阳电池模块1之间采用机械固定方式实现刚性连接，所述太阳电池模块1之间采用连接电缆实现电路连接。

请参照图2、图3、图4，所述太阳电池模块1由框架11、基板12、太阳电池组件13、汇流片14构成，其中框架11由金属、塑料等硬质材料制成，基板12采用轻质的薄膜材料制成，并固定在基板12上，太阳电池组件13敷设在基板12的一个表面上，汇流片14敷设在基板12的另一个表面上。

进一步地，汇流片14分为正汇流片和负汇流片两组，其中正汇流片和太阳电池组件13的正极连接，负汇流片和太阳电池组件13的负极连接。

进一步地，汇流片14也可以和太阳电池组件13敷设在基板12的同一个表面上。

进一步地，太阳电池组件13由多片太阳电池经过串联和并联构成，并采用硅橡胶粘贴在基板12上。

请参照图5，太阳电池模块1之间可以采用连接杆2和螺钉3固定的方式实现固定，即预先在太阳电池模块1的框架上预留螺孔，用螺钉3穿过连接杆2并拧紧在框架上。

进一步地，还可采用将框架直接焊接或胶接的方法实现太阳电池模块1之间的固定。

请参照图6，所述太阳电池模块1之间采用连接电缆4实现电路连接，即将连接电缆4的两端分别和2个太阳电池模块1上的汇流片进行连接，其中，2个太阳电池模块1上的正汇流片进行相互连接，2个太阳电池模块1上的负汇流片进行相互连接。

所述模块化组装的大功率太阳电池阵的实现方法如下：

步骤一，参照图2、图3、图4在地面进行太阳电池模块1的制作，即将太阳电池组件13粘贴在基板12上，将基板12粘贴在框架11上，将太阳电池组件13的正、负极分别与汇流片14进行焊接；

步骤二，将多个装配好的太阳电池模块1堆叠并固定，将堆叠好的太阳电池模块1采用火箭发射入轨；

步骤三，将堆叠的太阳电池模块逐块取出，参照图1、图5，采用机械固定方式将多个太阳电池模块实现刚性连接，参照图6，将连接电缆的两端分别焊接在两个太阳电池模块的汇流片上实现太阳电池模块之间的电路连接，直至完成整个电池阵的装配。

进一步地，太阳电池模块1之间的机械固定和电路连接由空间机器人或航天员实施。

进一步地，参照图7，所述太阳电池模块依靠框架进行堆叠，使不同太阳电池模块上的太阳电池组件保持一定的间隔，防止在发射时太阳电池组件因碰撞而碎裂。

技术特征：

技术总结
本发明公开模块化组装的大功率太阳电池阵及其实现方法。所述模块化组装的大功率太阳电池阵由多个太阳电池模块在二维方向上周期性紧密排列构成，太阳电池模块之间采用机械固定方式实现刚性连接，太阳电池模块之间采用连接电缆实现电路连接，太阳电池模块的机械固定以及电路连接的过程均在太空中完成。本发明的大功率太阳电池阵结构强度大，适合组成MW级以上功率的太阳电池阵，另外还具有结构简单、重量较轻、发射时占用体积小的优点。

技术研发人员：雷刚;曹佳晔;范襄;王凯;马聚沙
受保护的技术使用者：上海空间电源研究所
技术研发日：2017.02.14
技术公布日：2017.07.25