[发明专利]一种平流层浮空器用柔性网状太阳能电池阵

说明书

一、技术领域：

本发明提供一种平流层浮空器用柔性网状太阳能电池阵的研制方案，属于航空航天器能源系统技术领域。 

二、背景技术：

平流层作为现有航空与航天领域的结合部，已受到众多航空航天大国的关注，成为目前技术开拓性研究的重点和热点。而作为平流层浮空器突出代表的平流层飞艇，由于其具有飞行高度高、使用时间长、可区域驻留、对环境污染小等优点，更是受到了美国的高度关注。NASA研究中心早在2003年就对高空长航时飞艇进行了深入的可行性研究，确定了高效太阳能电池阵、先进能源存储与管理系统、新型高空螺旋桨与电动推进系统以及轻质高强度囊体材料是实现高空长航时飞艇的几项主要关键技术，并一直为攻克上述技术做着不懈的努力。 

针对高效太阳能电池阵的应用，目前首推刚性太阳能电池，可应用的主要有砷化镓太阳能电池和单晶硅太阳能电池，但由于平流层飞艇自身圆弧曲率表面的限制，刚性电池阵平面与艇体曲面合理结合的问题至今仍未得到有效解决。近年来，由于柔性薄膜太阳能电池技术的发展，虽然可通过柔性薄膜电池来替代，但由于其自身转换效率偏低，必然会导致飞艇设计尺寸的增加，进而给飞艇的加工、制造与释放/回收带来困难。 

为此，通过对刚性太阳能的电池高效性与柔性薄膜电池的柔顺性的合理综合，本发明提供一种综合两者应用优势的、基于刚性太阳能电池阵的、具有轻质高效特点的平流层浮空器用柔性网状太阳能电池阵。 

三、发明内容：

（1）目的：本发明的目的在于提供一种基于刚性太阳能电池的、具有轻质 高效特点的平流层浮空器用柔性网状太阳能电池阵及其基本的研制流程，该太阳能电池阵可以在保持阵列电能转换效率高效的前提下，满足太阳能电池阵与平流层浮空器曲线表面有效接触与合理分布的需要，以解决现有刚性电池技术无法有效应用到平流层浮空器，尤其是平流层飞艇上的问题。 

（2）技术方案：本发明一种平流层浮空器用柔性网状太阳能电池阵，该太阳能电池阵以高效的刚性太阳能电池为基础，通过“鱼鳞化”的网状设计方式，将单片的高效刚性电池进行轻质化硬式封装以形成单片太阳能电池模块，再将其安装在利用柔性织物编织的贴合于浮空器表面的软质网上，并将刚性电池间的串并联线缆及最终的主输电线缆内置于位于该软质网上的各管道中。 

上述方案既达到了太阳能电池阵高效化使用的目的，又满足了平流层浮空器流线型曲面外形的安装需要，还可使用于刚性太阳能电池挂装的软质网兼具安装基底、输电线缆管道、艇体加强部件三者作用于一身，在满足应用需求的同时，最大限度的降低了系统的组成和总重。 

所述单片太阳能电池模块主要由单片太阳能电池板、表面隔热涂层、隔热保护套、固定搭扣组成。 

该单片太阳能电池板主要由表面封装膜、透明胶膜、刚性太阳能电池片、电极线、轻质胶膜A、绝缘基板所组成；而绝缘基板又是由按自上而下依次叠放的绝缘薄膜、碳纤维板、轻质胶膜B、蜂窝芯、轻质胶膜B、碳纤维板所组成。 

该表面封装膜位于本发明中单片太阳能电池板的外表面，在满足足够透光率的情况下起保护太阳能电池片的作用；该透明胶膜填充于表面封装膜与刚性太阳能电池片上表面的间隙之中；该电极线主要用于输出刚性太阳能电池片所产生的电能；该轻质胶膜A填充于刚性太阳能电池片下表面与绝缘基板的间隙之中；该绝缘基板位于本发明中单片太阳能电池板的底层，为单片太阳能电池板提供足够的刚度支持。对于绝缘基板中的各层结构：绝缘薄膜起电气绝缘的作用；碳纤维板由碳纤维预浸料经预压实处理后获得，起支撑面板的作用；轻质胶膜B用于连接碳纤维板与蜂窝芯。 

其中，该表面封装膜可采用改性的PET膜或透明TPT膜； 

其中，该透明胶膜和轻质胶膜A、B可采用改性的EVA胶膜或环氧树脂胶 膜，透明胶膜的透光率需达到90%以上； 

其中，该刚性太阳能电池片可采用高效的砷化镓太阳能电池、高效的单晶硅太阳能电池或高效的多晶硅太阳能电池； 

其中，该电极线可采用镀银的退火无氧铜、退火的纯银箔或退火的镀银纯铝； 

其中，该绝缘膜可采用聚酰亚胺薄膜或PET薄膜； 

其中，该碳纤维预浸料可采用密织型正交双向编织布或碳纤维单向布的叠层预浸而成； 

其中，该蜂窝芯可采用铝蜂窝或NOMEX纸蜂窝。 

该表面隔热涂层主要用于对太阳光中不被刚性太阳能电池有效吸收的红外光进行有效阻隔，可采用ITO膜的镀层方式形成，也可由纳米ZAO透明隔热涂层实现。