一种刚柔太阳电池阵的制作方法

本实用新型实施例涉及航天技术领域，尤其涉及一种应用于航天器的刚柔太阳电池阵。

背景技术：

太阳电池阵通过光生伏特效应将太阳能转换为电能，为航天器的用电装置提供电能。目前，应用于航天器(例如卫星)的太阳电池阵为刚性折叠式的太阳电池阵，该刚性折叠式的太阳电池阵具有可折叠的刚性基板。在卫星发射时，刚性折叠式的太阳电池阵的刚性基板以折叠的方式收拢在一起，而在卫星入轨后，再将折叠的刚性基板展开，以使太阳电池阵接收太阳辐射。

但是，通常刚性太阳电池阵重量较重，不利于卫星的发射和在轨运动；而将刚性太阳能电池替换为柔性太阳能电池时，虽然重量减轻了，但是柔性太阳电池阵的展开机构复杂，该柔性太阳电池阵由卷绕的状态展开时，会对卫星产生较大的在轨扰动。

技术实现要素：

针对上述存在问题，本实用新型实施例提供一种刚柔太阳电池阵，能够解决现有技术中太阳电池阵重量较重，不利于太阳能电池在航天器上的应用，以及太阳电池阵结构复杂，增加成本的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种刚柔太阳电池阵，包括：

多个柔性太阳能电池组件，所述柔性太阳能电池组件包括柔性衬底基板和至少一片柔性太阳能电池；所述柔性太阳能电池固定于所述柔性衬底基板的一侧；

网格状刚性框架；所述网格状刚性框架包括与多个所述柔性太阳能电池组件对应的镂空结构；所述柔性太阳能电池组件固定于所述镂空结构内。

可选的，所述网格状刚性框架包括沿第一方向延伸且沿第二方向排列的多个第一支撑杆，以及沿第二方向延伸且沿第一方向排列的多个第二支撑杆；多个所述第一支撑杆与多个所述第二支撑杆交叉设置构成多个所述镂空结构。

可选的，所述第一支撑杆和/或所述第二支撑杆具有镂空结构。

可选的，多个所述柔性太阳能电池通过内部的导线电连接；

所述导线贯穿所述第一支撑杆和/或所述第二支撑杆的镂空结构。

可选的，所述刚柔太阳电池阵包括多个网格状刚性框架；

相邻的两个所述网格状刚性框架的第一支撑杆通过铰接件连接；和/或，相邻的两个所述网格状刚性框架的第二支撑杆通过铰接件连接。

可选的，所述柔性太阳能电池包括柔性三结砷化镓太阳能电池。

可选的，所述柔性太阳能电池组件的各所述柔性太阳能电池通过焊接的方式串联和/或并联。

可选的，所述柔性太阳能电池组件还包括透明薄膜；所述透明薄膜位于所述柔性太阳能电池背离所述柔性衬底基板的一侧，且所述透明薄膜覆盖所述柔性太阳能电池组件的所有柔性太阳能电池。

可选的，柔性太阳能电池组件还包括用于粘贴所述柔性太阳能电池和所述柔性衬底基板的胶层。

可选的，述柔性衬底基板包括聚酰亚胺薄膜和玻璃纤维基板的任意一种。

本实用新型实施例提供了一种刚柔太阳电池阵，该刚柔太阳电池阵包括柔性太阳能电池组件和网格状刚性框架，通过将柔性太阳电池组件固定于网格状刚性框架的镂空结构内，以构成既具有刚性特点又具有柔性特点的刚柔太阳电池阵，一方面柔性太阳能电池组件相对于刚性太阳能电池组件具有较轻的重量，从而能够减轻刚柔太阳电池阵的重量；另一方面，柔性太阳能电池组件固定于网格状刚性框架的镂空结构内，能够防止柔性太阳电池组件卷曲，简化柔性太阳能电池组件的展开结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种刚柔太阳电池阵的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种柔性太阳能电池组件的俯视结构示意图；

图3是沿图2中a-a'截面的一种柔性太阳能电池组件的剖视结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种柔性太阳能电池组件的膜层结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种网格状刚性框架的结构示意图；

图6是沿图5中b-b'截面的一种支撑杆的剖视结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种网格状刚性框架的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的又一种刚柔太阳电池阵的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

众所周知，刚性的太阳能电池组件相较于柔性的太阳能电池组件具有较重的质量，当将该刚性的太阳能电池阵列应用于航天器时，会使航天器具有较大的额外负载，不利于航天器的运行。而柔性太阳能电池组件具有易弯曲卷绕的特点，使得柔性太阳能电池组件需要相应的支撑结构支撑其展开，以使柔性太阳能电池组件具有较平整的受光面，接收太阳辐射能，进行光电转换。现有的柔性太阳电池组件的支撑结构具有复杂的构造，且由柔性太阳能电池组件组成的太阳能电池阵列由于气流等原因会产生较大的扰动，当将该柔性太阳能电池阵列应用于航天器时，会对航天器的运动造成较大的阻力。

基于上述技术问题，本实用新型实施例提供一种刚柔太阳电池阵，该太阳电池阵能够进行光电转换，可应用于航天器中，为航天器的用电装置提供电能。图1是本实用新型实施例提供的一种刚柔太阳电池阵的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种柔性太阳能电池组件的俯视结构示意图。结合图1和图2，本实用新型实施例提供的刚柔太阳电池阵100包括多个柔性太阳能电池组件10和网格状刚性框架20。

其中，柔性太阳能电池组件10包括柔性衬底基板11和至少一个柔性太阳能电池12；该柔性太阳能电池12固定于柔性衬底基板11的一侧；网格状刚性框架20包括与多个柔性太阳能电池组件10一一对应的多个镂空结构25，且柔性太阳能电池组件10固定于网格状刚性框架20的镂空结构25内。

其中，网格状刚性框架20的材料例如可以为碳纤维。由碳纤维构成的网格状刚性框架20具有许多优良性能，强度和模量高、密度低、无蠕变、非氧化环境下耐超高温和耐疲劳性好，以使网格状刚性框架20具有刚性和柔性的双重特点。该网格状刚性框架20的质量比相同结构的金属铝轻，但网格状刚性框架20强度却高于钢铁。

柔性太阳能电池组件10的柔性衬底基板11可以为聚酰亚胺薄膜和玻璃纤维基板中的任意一种。当柔性太阳能电池组件10的柔性衬底基板11为聚酰亚胺薄膜时，该柔性衬底基板11可具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和机械性能；而当柔性太阳能电池组件10的柔性衬底基板11为玻璃纤维基板时，该柔性衬底基板11具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高等特点，且该玻璃纤维基板的材料可以包括玻璃纤维和其它有机材料，以使柔性衬底基板既具有柔性特点，又具有较高的强度。

通过采用网格状刚性框架20作为柔性太阳能电池组件10的支撑结构，一方面能够使多个柔性太阳能电池组件10组成的刚柔太阳电池阵100具有简单的结构，以降低该刚柔太阳电池阵100的成本；另一方面，网格状的刚性框架20相较于现有技术中柔性太阳能电池组件10的支撑结构，具有较轻的质量和较高的强度，从而在满足对太阳能电池组件的支撑作用的前提下，使得刚柔太阳电池阵100具有较轻的质量，便于该刚柔太阳电池阵100在航天器等上的应用。

可选的，图3是沿图2中a-a'截面的一种柔性太阳能电池组件的剖视结构示意图。结合图2和图3，柔性太阳能电池组件10包括至少一个柔性太阳能电池12和柔性衬底基板11。其中，柔性太阳能电池12与柔性衬底基板11之间设置有胶层13，该胶层13能够将柔性太阳能电池12和柔性衬底基板11粘贴在一起。该胶层13例如可以为硅橡胶，该硅橡胶具有耐高、低温的性能，而可应用于航天器上，且当刚柔太阳电池阵应用于航天器上时，该硅橡胶可以为空间级的硅橡胶，以满足刚柔太阳电池阵在航空领域的应用。其中，柔性太阳能电池组件10的各柔性太阳能电池12可通过焊接的方式串联和/或并联，以满足不同用电设备的用电需求。且各柔性太阳能电池12的焊接方式可选为电阻式焊接。

需要说明的是，图1、图2和图3均为本实用新型实施例示例性的附图。其中，图1中刚柔太阳电池阵100的柔性太阳能电池组件10的数量以及网格状刚性框架20的镂空结构的数量均不作具体限定；图2中示例性的给出了一个柔性太阳能电池组件10示例性的包括6个柔性太阳能电池12，但本实用新型实施例对柔性太阳能电池组件中柔性太阳能电池的数量并不做具体限定；图3中，柔性太阳能电池12通过块状的胶层13与柔性衬底基板11粘贴在一起，该胶层13还可以为面状的，为增加胶粘性，胶层13的表面还可以进行特殊处理，本实用新型实施例对胶层13的形状不做具体限定。

可选的，继续结合参考图2和图3，柔性太阳能电池12可以包括柔性三结砷化镓太阳能电池。

具体的，砷化镓电池的工作温度范围宽、耐空间辐照性能优良，且相较于单结的砷化镓太阳能电池，三结的砷化镓太阳能电池能够利用不同带隙宽度吸收不同光谱范围的太阳辐射能，从而能够提高太阳辐射能的利用率。当刚柔太阳电池阵中柔性太阳能电池组件10的柔性太阳能电池12为柔性三结砷化镓太阳能电池时，该刚柔太阳电池阵能够应用于较恶劣的环境中，且具有较高的光电转换效率。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的一种柔性太阳能电池组件的膜层结构示意图。如图4，柔性太阳能电池组件10还包括透明薄膜14；该透明薄膜14位于柔性太阳能电池12背离柔性衬底基板11的一侧，且透明薄膜14覆盖柔性太阳能电池组件10的所有柔性太阳能电池12。

具体的，通过在柔性太阳能电池组件10的柔性太阳能电池12的受光面上覆盖一层透明薄膜14，以对柔性太阳能电池12起到保护的作用。该透明薄膜14可以为柔性太阳能电池组件10的封装结构，如此柔性太阳能电池组件10具有透明的封装结构，从而能够使太阳辐射透过透明薄膜到达柔性太阳能电池12的受光面，以使柔性太阳能电池12进行光电转换。同时，覆盖柔性太阳能电池组件10中所有柔性太阳能电池12的透明薄膜14能够降低空间紫外线、粒子等对柔性太阳能电池12的受光面101的影响。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的一种网格状刚性框架的结构示意图。如图5，网格状刚性框架20包括沿第一方向x延伸且沿第二方向y排列的多个第一支撑杆21，以及沿第二方向y延伸且沿第一方向x排列的多个第二支撑杆22；多个第一支撑杆21与多个第二支撑杆22交叉设置构成多个镂空结构205。

具体的，第一支撑杆21与第二支撑杆22纵横交叉构成多个镂空结构205，该镂空结构205内可固定柔性太阳能电池组件。其中，第一支撑杆21与第二支撑杆22可以编制的方式相互压合构成网格状刚性框架20，柔性太阳能电池组件也可以编制的方式固定于网格状刚性框架20的镂空结构205内；第一支撑杆21与第二支撑杆22也可以通过焊接或铆接的方式固定在一起。

可选的，继续参考图5，第一支撑杆21和/或第二支撑杆22可具有镂空结构。一方面，将网格状刚性框架20的第一支撑杆21和/或第二支撑杆22设置为镂空结构，可进一步减轻网格状刚性框架20的重量；另一方面，将网格状刚性框架20的第一支撑杆21和/或第二支撑杆22设置为镂空结构，能够便于各柔性太阳能电池组的汇流。

示例性的，图6是沿图5中b-b'截面的一种支撑杆的剖视结构示意图。结合图5和图6，网格状刚性框架20的第二支撑杆22为空心圆筒状的结构，此时网格状刚性框架20的第二支撑杆22的质量相较于实心圆筒状的结构具有较轻的质量；且当相邻的柔性太阳能电池组件通过内部的导线电连接时，该导线可贯穿该第二支撑杆22汇合连接，并引出后为相应的用电装置供电。此外，第一支撑杆21的结构可与第二支撑杆22的结构相同，在此不再赘述。

示例性的，图7是本实用新型实施例提供的另一种网格状刚性框架的结构示意图。如图7，第一支撑杆21和第二支撑杆22可以包括条状的镂空结构。此时，也可减轻网格状刚性框架20的重量，且当相邻的柔性太阳能电池组件通过导线电连接时，该导线可沿镂空状的汇合在一起，实现柔性太阳能电池组的汇流，以为相应的用电装置供电。

需要说明的是，图6和图7仅为本实用新型实施例示例性的附图，在满足太阳电池阵的强度和刚性需求的前提下，网格状刚性框架的第一支撑杆和/或第二支撑杆的镂空结构可以为任意形状，本实用新型实施例对此不做具体限定。

可选的，图8是本实用新型实施例提供的又一种刚柔太阳电池阵的结构示意图。如图8，刚柔太阳电池阵100包括多个网格状刚性框架20，相邻两个网格状刚性框架20的第一支撑杆21通过铰接件23连接；和/或，相邻的两个网格刚性状框架20的第二支撑杆22通过铰接件23连接。

具体的，网格状刚性框架20的第一支撑杆21沿第一方向x延伸且沿第二方向y排列，而网格状刚性框架20的第二支撑杆22沿第二方向y延伸且沿第二方向x排列。在第一方向x上，相邻的两个网格状刚性框架20的第一支撑杆21通过铰接件23连接，以使网格状刚性框架20的第一支撑杆21能够支撑同一网格状刚性框架20的镂空结构内的柔性太阳能电池组件10展开，从而位于同一网格状刚性框架20的镂空结构内的柔性太阳能电池组件10能在第一方向x上保持平整，且能够使太阳电池阵的各网格状刚性框架20沿第二方向y折叠，以使刚柔太阳电池阵具有折叠的功能，方便刚柔太阳电池阵的运输。

相应的，在第二方向y上，相邻的两个网格状刚性框架20的网格状刚性框架20的第二支撑杆22能够支撑同一网格状刚性框架20的镂空结构内的柔性太阳能电池组件10展开，从而位于同一网格状刚性框架20的镂空结构内的柔性太阳能电池组件10能在第二方向y上保持平整，且能够沿第一方向x折叠，以使太阳能电池同样具有折叠功能，方便刚柔太阳电池阵的运输。

如此，一方面，刚柔太阳电池阵的各柔性太阳能电池组件能够保持平整状态，使得该刚柔太阳电池阵能够具有类似于刚性太阳能阵列的简单的折叠结构，以简化刚柔太阳电池阵的结构，降低太阳电池阵的制备成本；另一方面，刚柔太阳电池阵中的柔性太阳能电池组件通过网格状刚性框架支撑，能够减小柔性太阳能电池组件的扰动作用；同时，柔性太阳能电池具有较轻的质量，能够便于其运输和应用。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。