一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法技术

本发明专利技术公开一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法。其中，所述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。所述大功率轻质太阳电池阵的实现方法为：先在地面进行太阳电池板的装配，将装配好的太阳电池板、航天器舱体、以及制造支撑件和电缆的原材料发射入轨，在轨制造支撑件并将太阳电板和电缆安装支撑件上，直至完成整个电池阵的制造。本发明专利技术的大功率轻质太阳电池阵的支撑件刚性好，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。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率轻质太阳电池阵的实现方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供一种大功率轻质太阳电池阵及其实现方法。其中，本专利技术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。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。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。本专利技术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。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：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。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。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。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。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。附图说明图1为本专利技术的大功率轻质太阳电池阵示意图；图2为本专利技术的太阳电池阵支撑件采用桁架结构的示意图；图3为本专利技术的太阳电池板示意图；图4为本专利技术的太阳电池板在发射时堆叠放置的示意图；图5为本专利技术在轨制造太阳电池阵支撑件的示意图；图6为本专利技术在轨安装太阳电池板的示意图；图7为本专利技术在轨制造电缆的示意图；图8为本专利技术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。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、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，本专利技术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1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1。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。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，提高基板31的刚度。本专利技术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；步骤二，参照图4将多块装配好的太阳电池板2堆叠并固定；步骤三，将堆叠的太阳电池板3、航天器舱体1、装配太阳电池阵的专用设备以及制造支撑件2和电缆4的原材料发射入轨；步骤四，参照图5，由装配太阳电池阵的专用设备在航天器舱体1的外部制造出支撑件2的一个网格；步骤五，参照图6，由装配太阳电池阵的专用设备的机械手从堆叠的太阳电池板中取出一块太阳电池板3并固定在支撑件2上，参照图7，由装配太阳电池阵的专用设备将电缆4安装在太阳电池板3或支撑件2的上面。参照图8，重复步骤四和步骤五制造支撑件2的其他网格并安装其他的太阳电池板3，直至电池阵的形状和面积满足设计要求。支撑件2可采用3D打印技术在轨进行制造，也可在地面预先制作一定长度的棒材或管材，将棒材或管材发射入轨后通过焊接、装配来实现；太阳电池板3的安装固定，可参照图9，在太阳电池板3的边缘预先制作通孔，将太阳电池板3放置在支撑件2上，采用3D打印技术在太阳电池板3的通孔内打印出固定钉5，固定钉5采用和支撑件2相同的材料，使固定钉5直接连接在支撑件2上，从而实现太阳电池板3的安装固定。太阳电池板2的安装固定，还可参照图10，在太阳电池板3的边缘安装刚性框架34，将太阳电池板3放置在支撑件2上，采用焊接技术将刚性框架34直接连接在支撑件2上。电缆4的安装，可参照图11，支撑件2为管状结构，采用3D打印技术先制作支撑件2的管状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率轻质太阳电池阵，包括支撑件、太阳电池板、电缆，其特征是：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。

【技术特征摘要】
1.一种大功率轻质太阳电池阵的实现方法，所述大功率轻质太阳电池阵包括支撑件、太阳电池板、电缆，其特征是：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；所述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；所述支撑件由轻质刚性材料制成，轻质刚性材料采用铝合金、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；其特征是：包括以下步骤：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷刚，吴镛宪，陆剑峰，陈萌炯，贾巍，范襄，尤黔林，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31