一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法
【专利说明】一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及航天领域电源技术，特别涉及一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法。
【背景技术】
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是现有技术下太阳电池阵难以满足丽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。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法。其中，本发明提供的大功率轻质太阳电池阵，包括支撑件、多个太阳电池板、多根电缆，所述支撑件为由多边形周期排列构成的网状结构；所述太阳电池板的形状和支撑件的一个网格或相邻的多个网格相同，且固定在支撑件的网格上；所述电缆用于连接太阳电池板以及航天器舱体。
[0007]进一步，所述大功率轻质太阳电池阵的支撑件的网格为等边三角形或正六边形，网格的每个边采用柱状、管状或桁架结构；所述太阳电池板由正六边形基板、多片太阳电池片和多个输出端构成，所述的多片太阳电池片经过串联或并联构成具有一定输出功率的太阳电池组件并敷设在所述基板的一个表面，太阳电池组件的正、负极分别和输出端相连接。
[0008]进一步，所述支撑件由轻质的刚性材料制成，如铝合金、塑料、碳纤维等。所述基板由轻质的薄膜材料制成，如聚酰亚胺、玻璃纤维、碳纤维等。所述太阳电池片为正六边形。所述输出端为金属薄片，敷设在基板表面，并与太阳电池组件的正、负极连接。
[0009]本发明的另一技术方案在于:提供的大功率轻质太阳电池阵的实现方法，包括:步骤一，在地面进行太阳电池板的装配，将太阳电池片布贴在基板上，将太阳电池组件的正、负极分别和输出端相连接；步骤二，将多块装配好的太阳电池板堆叠并固定，将堆叠的太阳电池板、航天器舱体、装配太阳电池阵的专用设备以及制造支撑件和电缆的原材料发射入轨；步骤三，由装配太阳电池阵的专用设备在航天器舱体的外部在轨制造支撑件，将堆叠的太阳电池板逐块取出并固定在支撑件上，将电缆安装在太阳电池板或支撑件的上面并和输出端相连接，直至完成整个电池阵的制造。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、由于所述大功率轻质太阳电池阵的支撑件为由多边形周期排列构成的网状结构，刚性好，能够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。
[0011]2、由于所述太阳电池阵的支撑件采用在轨制造的方式，摒弃了传统太阳电池阵的展开机构，可以大幅度降低太阳电池阵的重量。
[0012]3、由于所述太阳电池板的基板采用轻质的薄膜材料制成，且在发射时采用堆叠的方式，可以大大节省太阳电池阵发射时占用的体积。
[0013]4、由于所述太阳电池板采用正六边形，支撑件采用正六边形网格的蜂窝状结构，太阳电池阵近似为圆型，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。
[0014]5、由于电池采用正六边形，可以在将圆形衬底片切割成电池片时，与矩形电池相比，可以获得更高的材料利用率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的大功率轻质太阳电池阵示意图；
图2为本发明的太阳电池阵支撑件采用桁架结构的示意图；
图3为本发明的太阳电池板示意图；
图4为本发明的太阳电池板在发射时堆叠放置的示意图；
图5为本发明在轨制造太阳电池阵支撑件的示意图；
图6为本发明在轨安装太阳电池板的示意图；
图7为本发明在轨制造电缆的示意图；
图8为本发明的完成在轨制造的太阳电池阵示意图；
图9为采用固定钉安装太阳电池板的示意图；
图10为采用焊接方法安装太阳电池板的示意图；
图11为采用3D打印在轨制造电缆的示意图；
图12为采用裁剪和焊接的方法在轨制造电缆的示意图。
【具体实施方式】
[0016]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。
[0017]请参照图1，本发明的大功率轻质太阳电池阵，包括支撑件2、多个太阳电池板3、多根电缆4 ;所述支撑件2固定在航天器舱体I上，支撑件2采用由正六边形网格周期排列构成的蜂窝状结构，在支撑件2实现轻量化的同时确保支撑件2具有足够的结构强度，所述支撑件2由轻质的刚性材料制成，如铝合金、塑料、碳纤维等；所述太阳电池板3为正六边形，且固定在支撑件2的一个正六边形网格上；所述电缆4用于连接太阳电池板3以及航天器舱体I。
[0018]请参照图2，所述支撑件的网格的每个边采用桁架结构，支撑件由主架21和副架22组成，主架21和副架22之间通过连接杆23连接。主架21用于安装太阳电池板，副架22用于加固主架21，进一步增强支撑件的结构强度。
[0019]请参照图3，所述太阳电池板由基板31、多片太阳电池片32、多个输出端33构成。所述基板3由轻质的薄膜材料制成，如聚酰亚胺、玻璃纤维、碳纤维等。多片太阳电池片32经过串联或并联构成具有一定输出功率的太阳电池组件并敷设在所述基板31的一个表面。输出端33由金属片制成，敷设在基板31的一个表面上并分别和太阳电池组件的正、负极相连接，用于和输送电能的电缆进行连接。太阳电池片32采用正六边形，与矩形电池相比，在将圆形晶片切割成电池时可以进一步提高晶片材料的利用率，并且可以更好地适应正六边形基板的形状，提高布片率。进一步地，还可以在基板31的周边增加刚性的框架34，提尚基板31的刚度。
[0020]本发明的大功率轻质太阳电池阵，其实现方法如下:
步骤一，参照图3在地面进行太阳电池板3的装配，即将太阳电池片32串联后布贴在基板31上，将太阳电池组件的正、负极分别与输出端33进行焊接；