配备聚光式太阳能发电机且使用优化太阳能电池布置来向飞行中的气球供电的气球制造技术

本发明专利技术涉及一种配备聚光式太阳能发电机且使用优化太阳能电池布置来向飞行中的气球供电的气球。气球(202)包括包含提升气体(6)的气囊(4)和聚集太阳辐射的太阳能发电机(8)。该太阳能发电机(8)包括：反射器(10)；光伏电池的一个或两个阵列(204)，其形成朝向反射器(210)的第一有源面(208)和朝向气球的气囊(4)的外部的第二有源面(36)。反射器(10)、光伏电池(206)的阵列(204)的第一有源面(208)和第二有源面(210)配置成如果反射器(10)的转动方向太阳失准角的绝对值小于或等于10度，则确保阵列(204)的第一有源面(208)和第二有源面(210)都产生电能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及配备聚光式太阳能发电机并且使用最优化的太阳能电池的布置来向飞行中的气球供电的所述气球。特别地，本专利技术涉及一种高空气球，其旨在于在平流层内巡航，并且承受紧固在下方的吊舱，该吊舱在舱内承载一个或多个负载。
技术介绍
一般来说，气球(balloon)有很大的潜在应用范围，这不仅因为它们相对于人造卫星成本更低，还因为高度的原因，特别是在12km至45km范围延伸的平流层的那些高度，在这些高度所述气球巡航并且可以得到有效利用。鉴于人造卫星是不能进入平流层的，并且探空火箭穿过平流层太快，气球(或使用科学术语来讲，轻航空器(aerostat))可在大气中的这个“中间”层巡航很长一段时间，并且对于一定数量的应用的需求来说是非常有前途的，特别是在通讯领域。常规上，高空气球必须满足两个要求：.-一方面，它们必须提供符合要求的升力(lift)，并因此气球的气囊必须有足够的容积；以及.-另一方面，必须提供推力，以便能够驾驶气球并能够使气球沿着所期望的路径，这需要足够的可利用能源。一般且常规而言，为了使一个可操纵的高空气球能够自主地维持其位置数月，有必要使高空气球使用光伏电池来产生其自己的动力。在平流层的风力条件下(通常具有高于10m/s的风速)，以及为了固定和连续的任务，白天产生的电能存储在舱内以便在夜间使用。白天发电迅速地达到几十千瓦，并且需要大面积的光伏电池，这显著且不利地影响了气球的重量预算。为了降低为给定任务产生足够电能所需的光伏电池的数量，并由此降低气球的总重量，专利申请FR2982840描述了配备有聚光式太阳能发电机的气球。该气球使用具有旨在接收太阳光线的有源面的光伏装置，并且包括气囊。该气囊包括至少一个对太阳光线透明的第一区域，反射所述太阳光线的第二区域，和包括所述光伏装置的第三区域。第二区域和第三区域被定位和相互作用，以便将太阳光线重新定向为朝向所述第三区域。这种配备有聚光式太阳能发电机的气球至少局部地经受温度上升，这导致了对于气囊和/或气囊包含的提升气体损坏的危险，特别是当提升气体是可燃气体时。此外，使用聚光式太阳能发电机意味着必须持续对聚光器或反射装置进行控制以使之朝向太阳对准。在太阳未对准(misalignment)的情况下，例如由特定的任务需求(指向天线或传感器)或气象条件或太阳本身的跟踪的限制所决定，可取的是在太阳辐射的入射角相对于气球变化时减缓由聚光式太阳能发电机输送的电能的快速下降。此外，太阳能或光伏电池的温度增高(该增高是由太阳辐射的聚集所诱导的)在将太阳能向电能的转化的方面降低了太阳能电池的效率。第一技术问题是降低聚光系统的温度，以减小关于气囊和包含在该气囊中的提升气体的危险。第二个技术问题是进一步减缓在太阳未对准的情况下，由太阳能面板输送的电能根据太阳辐射的入射角的迅速下降。第三个技术问题进一步是降低太阳能电池的温度，以使它们能以更好的效率工作。
技术实现思路
为了这个目的，本专利技术的主题是一种配备有聚光式太阳能发电机的气球，该气球包括含有提升气体的气囊和聚集太阳辐射的太阳能发电机，该太阳能发电机包括：.-太阳光线的反射器，该反射器在气囊中放置在该气囊的第一区域；.-气囊的第二区域，其对太阳光线是透明的，以便让太阳光线传至所述反射器；以及.-光伏电池的第一阵列，该阵列被放置在气囊的第三区域，具有朝向所述反射器的第一有源面；光伏电池的第一阵列和反射器配置成当所述反射器被放置在太阳对准位置时使得所述反射器将太阳光线聚集在光伏电池的第一阵列的第一有源面上；所述气球的特征在于.-所述太阳能发电机还包括光伏电池的第二阵列，该阵列被放置在气囊的第四区域或气囊的第三区域，并具有朝向气囊的外部的第二有源面；或.-所述太阳能发电机包括单个第一阵列，该第一阵列的太阳能电池是双面太阳能电池，且所述第一阵列包括朝向气囊的外部的第二有源面；以及.-反射器，双面光伏电池的单个第一阵列或光伏电池的第一阵列和第二阵列配置成如果反射器的转动方向的太阳失准角绝对值小于或等于10度，则确保所述第一有源面和第二有源面都产生电能。根据特定实施方案，配备有聚光式太阳能发电机的气球包括以下特征中的一个或多个：.-反射器，双面光伏电池的单个第一阵列或光伏电池的第一和第二阵列配置成如果第二有源面的转动方向的太阳失准角小于或等于80度，则保持所述第二有源面受到照射；.-光伏电池的第一和第二阵列是分开的，并分别放置在不同的第三和第四区域；.-光伏电池的第一和第二阵列是分开的，且各自包括单面光伏电池；且所述第一和第二阵列在同一区域在气囊的外侧放置在气囊上；并且所述第一和第二阵列彼此叠置，所述第二阵列被放置于气囊的最外侧，第一阵列和第二阵列的光伏电池的有源面定向在相反的方向；.-第一阵列和第二阵列按照气囊的变形而与所述气囊机械隔离，和/或与所述气囊和所述气囊所包含的提升气体热隔离；.-光伏电池的第一阵列是双面光伏电池的阵列，该阵列位于气囊的第三区域上方，每个双面电池具有与第一电偏压相关联的第一面和与第二电偏压相关联的第二面；.-用于制造双面电池的技术选自PERT(发射结钝化全背场扩散)硅技术、硅异质结(HTJ)技术和IBC(交指背接触)硅技术；.-用于制造和连接双面电池的技术是与SmartWire或SWCT连接技术相结合的双面异质结太阳能电池制造技术；.-双面电池是双面异质结光伏电池，其彼此相关地布置，以产生串联电连接的一串或多串太阳能电池，且从而使电池的对应面经由平面的互连而连接，而不需要使用从阵列的一个面到另一个面的穿过阵列的厚度的互连；.-光伏电池的阵列包括多个保护电子开关，所述多个保护电子开关各自包括至少一个形成用于保护一个或多个光伏电池的二极管的结，以便保护一个或多个光伏电池免受反射器对第二有源面的照射均匀性的缺陷所导致的温度连续上升的影响。.-通过用于支撑电池的阵列和将电池的阵列与气囊隔开的结构，双面光伏电池的阵列与气囊和气囊所包含的提升气体热隔离，隔开和支撑结构在第三区域被紧固到所述气囊，而双面太阳能电池的阵列被紧固至所述隔开和支撑结构，并且由所述气囊、所述结构和电池阵列界定的空间形成用于通过自然或强制对流来冷却该双面太阳能电池的空气流动通道；.-所述气球进一步包括一个或多个风扇，其用于使空气流动通过所述通道并冷却光伏电池的阵列；.-隔开和支撑结构是可变形的，以便吸收气囊的热机械变形，和/或在气囊和电池的阵列之间保持足够大的间隔，以使所述电池能得到冷却；.-气囊的第二区域(其对太阳光线是透明的)部分地或完全地围绕所述第三区域，旨在从所述反射器接收太阳光线的光伏电池的第一阵列位于第三区域，并且所述第二区域的面积被调整以确保对第一阵列的光伏电池的足够的照射，并防止太阳能电池和/或气囊和/或气囊所包含的提升气体过热。附图说明在阅读下面对多个实施方案的描述的基础上，本专利技术将得到更好的理解，其中描述仅以示例的方式并参考附图给出，附图中：-图1是根据本专利技术的配备有聚光式太阳能发电机和单面太阳能电池的两个阵列的气球的第一实施方案的视图，该气球被放置在第一工作配置，其中聚光器的反射器产生小于或等于10度的并不是很高的太阳对准角度；-图2是根据本专利技术的如图1所示的气球的视图，该气球被置于第二工作配置，其中单面太阳能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配备有聚光式太阳能发电机的气球，该气球包括包含有提升气体(6)的气囊(4)以及聚集太阳辐射的太阳能发电机(8)，该太阳能发电机(8)包括：太阳光线的反射器(10)，该反射器在气囊(4)的内部放置在气囊(4)的第一区域(14)，气囊(4)的第二区域(16)，其对太阳光线是透明的，以便使太阳光线传到所述反射器(10)，以及光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)，该阵列放置在气囊的第三区域(26)，具有朝向所述反射器(10)的第一有源面(28；208)；光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)和所述反射器(10)配置成，当所述反射器(10)放置在太阳对准位置时，使得所述反射器(10)将太阳光线聚集在光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)的第一有源面(28；208)上；其特征在于：.‑所述太阳能发电机(8)还包括光伏电池的第二阵列(32)，该阵列放置在气囊的第四区域或气囊的第三区域(26)，并具有朝向气囊(4)的外部的第二有源面；或.‑所述太阳能发电机(8)包括单个第一阵列(204)，该第一阵列的太阳能电池是双面太阳能电池，且所述第一阵列(204)包括朝向气囊(4)的外部的第二有源面(36)；以及.‑反射器(10)，双面光伏电池(206)的单个第一阵列(204)或光伏电池(24，34)的第一阵列和第二阵列(22，32)配置成，如果反射器(10)的转动方向的太阳失准角的绝对值小于或等于10度，则确保所述第一有源面(28；208)和所述第二有源面(36；210)都产生电能。...

【技术特征摘要】
2015.07.15 FR 15014861.一种配备有聚光式太阳能发电机的气球，该气球包括包含有提升气体(6)的气囊(4)以及聚集太阳辐射的太阳能发电机(8)，该太阳能发电机(8)包括：太阳光线的反射器(10)，该反射器在气囊(4)的内部放置在气囊(4)的第一区域(14)，气囊(4)的第二区域(16)，其对太阳光线是透明的，以便使太阳光线传到所述反射器(10)，以及光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)，该阵列放置在气囊的第三区域(26)，具有朝向所述反射器(10)的第一有源面(28；208)；光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)和所述反射器(10)配置成，当所述反射器(10)放置在太阳对准位置时，使得所述反射器(10)将太阳光线聚集在光伏电池(24；206)的第一阵列(22；204)的第一有源面(28；208)上；其特征在于：.-所述太阳能发电机(8)还包括光伏电池的第二阵列(32)，该阵列放置在气囊的第四区域或气囊的第三区域(26)，并具有朝向气囊(4)的外部的第二有源面；或.-所述太阳能发电机(8)包括单个第一阵列(204)，该第一阵列的太阳能电池是双面太阳能电池，且所述第一阵列(204)包括朝向气囊(4)的外部的第二有源面(36)；以及.-反射器(10)，双面光伏电池(206)的单个第一阵列(204)或光伏电池(24，34)的第一阵列和第二阵列(22，32)配置成，如果反射器(10)的转动方向的太阳失准角的绝对值小于或等于10度，则确保所述第一有源面(28；208)和所述第二有源面(36；210)都产生电能。2.根据权利要求1所述的配备有聚光式太阳能发电机的气球，其特征在于，所述反射器(10)、双面光伏电池(206)的单个第一阵列(204)或光伏电池(24，34)的第一阵列和第二阵列(22，32)配制成，如果所述第二有源面(36；210)的转动方向的太阳失准角小于或等于80度，则保持第二有源面(36；210)受到照射。3.根据权利要求1或2所述的配备有聚光式太阳能发电机的气球，其特征在于，光伏电池的所述第一阵列和第二阵列(22，32)是分开的，并分别放置在不同的第三区域和第四区域。4.根据权利要求1或2所述的配备有聚光式太阳能发电机的气球，其特征在于，光伏电池的第一阵列和第二阵列(22，32)是分开的，且各自包括单面光伏电池；以及所述第一阵列和第二阵列在同一区域(26)在气囊的外部放置在气囊上；所述第一阵列和第二阵列(22，32)彼此叠置，所述第二阵列(32)设置在气囊(4)的最外侧，第一阵列和第二阵列(22，32)的光伏电池的有源面定向在相反的方向。5.根据权利要求1至4中任一项所述的配备有聚光式太阳能发电机的气球，其特征在于，所述第一阵列(22)和第二阵列(32)按照气囊的变形而与气囊机械隔离，和/或与气囊和气囊所包含的提升气体热隔离。6.根据权利要求1或2所述的配备有聚光式太阳能发电机的气球，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·布朗热，JP·普罗斯特，JP·谢塞尔，T·达让特，
申请(专利权)人：泰勒斯公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR