輕質的太陽電池子陣、該子陣的制作方法和電池陣的制作方法
【專利摘要】本發明公開輕質的太陽電池子陣、該子陣的制作方法和電池陣。該電池子陣包括采用輕質的薄膜材料或薄板材料的基板、設置在所述基板的正面的太陽電池組件和太陽電池焊盤以及設置在基板的背面的板內電纜，太陽電池焊盤和板內電纜均為敷設在所述基板上的金屬薄片，太陽電池焊盤和板內電纜均有二組，其中，至少有一組的太陽電池焊盤每個太陽電池焊盤和一組板內電纜的每根板內電纜的一端以一一對應的關系分別設置在基板的正面和背面的對應位置。由于基板采用輕質的薄膜材料或薄板材料，太陽電池焊盤和板內電纜均為金屬薄片，所以，具有重量輕、厚度小和通用性好的優點。另外，板內電纜、板間電纜等可以自動化敷設，所以，生產效率高、制作簡單。
【專利說明】輕質的太陽電池子陣、該子陣的制作方法和電池陣
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及航天領域電源技術，尤其涉及輕質的太陽電池子陣、該子陣的制作方法和電池陣。
【背景技術】
[0003]航天器絕大部分都采用太陽電池陣進行供電，太陽電池陣上的太陽電池串發出的電能通過電纜輸送至航天器內部供航天器使用。傳統的太陽電池陣采用剛性的鋁蜂窩基板，電纜采用多股導線，電纜通過捆扎成束狀后固定在基板背面，隔離二極管采用玻璃封裝的球狀二極管，太陽電池陣電路的連接主要采用錫焊方式。這種電池陣由于受到基板和電纜的限制其重量較大，另外基板和電纜束的厚度較大，其收攏體積受到很大的影響。此外傳統電池陣的電纜制作過程較為復雜，先要將多股導線裁剪成一定長度后按照設計圖紙捆扎成特定走向的電纜束，再將電纜束安裝在基板的背面，并分別和電連接器、隔離二極管焊接，另外還需要在基板上鉆孔，將電纜的另一端穿孔后與基板正面的太陽電池串焊接。這個電纜制作過程的工作量占了太陽電池陣整個生產過程的大部分，難以實現自動化操作，生產效率低下。
【發明內容】
[0004]本發明解決的問題是現有的太陽電池陣的制作方法生產效率低和制作過程復雜的問題。
[0005]本發明解決的另一個問題是現有的太陽電池陣重量和厚度都較大的問題。
[0006]為解決上述問題，本發明提供一種輕質的太陽電池子陣，該電池子陣包括基板、設置在所述基板的正面的太陽電池組件、設置在基板的正面的太陽電池焊盤和設置在基板的背面的板內電纜，所述基板采用輕質的薄膜材料或薄板材料，所述太陽電池焊盤和板內電纜均為敷設在所述基板上的金屬薄片，，所述太陽電池焊盤和板內電纜均有二組，其中，至少有一組的太陽電池焊盤每個太陽電池焊盤和一組板內電纜的每根板內電纜的一端以一一對應的關系分別設置在基板的正面和背面的對應位置。
[0007]作為一種可選方案，所述板內電纜由并列排放的多個細長的金屬薄片構成。
[0008]作為一種可選方案，所述太陽電池焊盤的材料為銀、銅或可閥合金，所述板內電纜的材料為銀、銅或可閥合金。
[0009]作為一種可選方案，所述太陽電池子陣還包括設置在基板背面的隔離二極管和隔離二極管焊盤，所述隔離二極管為薄片狀結構，所述隔離二極管焊盤為敷設在基板上的金屬薄片，所述隔離二極管和隔離二極管焊盤串聯在太陽電池焊盤和板內電纜之間。
[0010]作為一種可選方案，所述隔離二極管焊盤的材料為銀、銅或可閥合金。
[0011]本發明還公開輕質的太陽電池陣，該電池陣包括至少一個前述任何一種太陽電池子陣，每個電池子陣上設置的板內電纜和另一電池子陣的板間電纜或電池陣支架上的板間電纜連接而使得所述太陽電池子陣構成所述太陽電池陣。
[0012]作為一種可選方案，所述板間電纜由并列排放的多個細長的金屬薄片構成。
[0013]作為一種可選方案，所述板間電纜的材料為銀、銅或可閥合金。
[0014]本發明還公開輕質的太陽電池子陣的制作方法，該方法包括:步驟一、將板內電纜敷設在基板的背面，將太陽電池焊盤敷設在基板的正面，將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接；步驟二、將太陽電池組件粘貼在基板的正面，將太陽電池組件的正負輸出端分別和太陽電池焊盤進行焊接；或者，步驟一、將板內電纜敷設在基板的背面并在敷設板內電纜的同時在基板的背面敷設隔離二極管焊盤，將太陽電池焊盤敷設在基板的正面，將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接，在將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接的同時將太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤進行連接；步驟二、將太陽電池組件粘貼在基板的正面，將太陽電池組件的正負輸出端分別和太陽電池焊盤進行焊接，將隔離二極管粘貼在基板的背面，將隔離二極管分別和隔離二極管焊盤和板內電纜進行焊接。
[0015]作為一種可選方案，所述隔離二極管焊盤、板內電纜、板間電纜以及太陽電池焊盤的敷設，采用先將整張金屬箔粘貼在基板上然后通過光刻和腐蝕將金屬箔制成預先設計的特定圖形的方法，或者，采用先將金屬箔裁剪成預先設計的特定形狀后再粘貼在基板相應位置上的方法。
[0016]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
由于本發明的基板采用輕質的薄膜材料或薄板材料，所述板內電纜、板間電纜、太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤均為敷設在所述基板上的金屬薄片，所述隔離二極管為薄片狀結構，所以，具有重量輕、厚度小和通用性好的優點。另外，板內電纜、板間電纜、太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤等可以自動化敷設，所以，生產效率高、制作簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的實施例1提供的輕質太陽電池子陣示意圖；
圖2為本發明的實施例1提供的輕質太陽電池子陣的單個太陽電池電路的連接示意圖；
圖3為本發明的實施例1提供的輕質太陽電池陣的多個太陽電池子陣的連接示意圖；圖4a?圖4c為本發明的實施例1提供的輕質太陽電池子陣的太陽電池組件的三種布局形式；
圖5為本發明的實施例1提供的太陽電池子陣的板內電纜示意圖；
圖6為本發明的實施例1提供的太陽電池子陣的板間電纜示意圖；
圖7為本發明的實施例1的太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤的連接方法示意圖；
圖8為本發明的實施例1的太陽電池組件和太陽電池焊盤的連接方法示意圖；
圖9為本發明的實施例1的輕質太陽電池子陣的背面電路制作示意圖；
圖10為本發明的實施例1的輕質太陽電池子陣的正面電路制作示意圖；
圖11為本發明的實施例1的隔離二極管安裝示意圖；
圖12為本發明的實施例1的太陽電池組件安裝示意圖；
圖13為本發明的實施例2提供的輕質太陽電池子陣示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合附圖予以詳細說明。
[0019]實施例一
如圖1所示，輕質的太陽電池子陣包括基板1、設置在基板I的正面(圖中基板的下表面)的太陽電池組件2、設置在基板I的正面的太陽電池焊盤3、設置在基板I的背面的板內電纜6，還包括設置在基板I的背面(圖中基板的上表面)的隔離二極管4、隔離二極管焊盤5和板間電纜7。在同一塊基板I上，可根據需要設置多個太陽電池組件2、太陽電池焊盤3、隔離二極管4、隔離二極管焊盤5、板內電纜6和板間電纜7。在本實施方式中，所述基板I采用輕質的薄膜材料或薄板材料制成以降低電池陣的重量，如玻璃纖維、碳纖維、聚酰亞胺等。所述太陽電池焊盤3、隔離二極管焊盤5、板內電纜6、板間電纜7均為敷設在基板上的具有特定形狀的金屬薄片。所述隔離二極管4為薄片狀結構。所述太陽電池焊盤3、隔離二極管焊盤5、板內電纜6以及板間電纜7采用易于焊接、電阻小、質軟、韌性好的金屬材料，優選銀、銅或可閥合金。
[0020]如圖2所示，本實施例的太陽電池焊盤3有兩組，圖2示意出的每組太陽電池焊盤3中的一個，以太陽電池焊盤31、32標記；板內電纜6也有兩組，示意出每組中的一個，以板內電纜61、62標記。太陽電池組件2的正、負輸出端分別和太陽電池焊盤31、32相連接，連接太陽電池組件2 —端的太陽電池焊盤31和隔離二極管焊盤5相連接，連接太陽電池組件2另一端的太陽電池焊盤32和板內電纜相62連接，隔離二極管4的正負極分別和隔離二極管焊盤5和板內電纜61相連接，從而形成一個太陽電池電路。一個太陽電池子陣上包含多個太陽電池電路。
[0021]請繼續參閱圖2并結合圖7，在本實施例中，一組太陽電池焊盤的每個太陽電池焊盤31和每個隔離二極管焊盤5以一一對應的關系分別設置在基板正面和背面的對應位置，另一組太陽電池焊盤的每個太陽電池焊盤32和一組板內電纜的每根板內電纜62的一端以一一對應的關系分別設置在基板正面和背面的對應位置，該對應位置可以理解為在基板I的厚度方向，一個太陽電池焊盤32在一個隔離二極管焊盤5的正下方或一板內電纜62的一端的正下方。這樣，可以便于太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤采用圖7所示的方法進行連接，同樣也便于太陽電池焊盤和板內電纜的一端參照圖7所示的方法進行連接。
[0022]如圖3所示，每個太陽電池陣包括多個太陽電池子陣，對于由二個太陽電池子陣構成的太陽電池陣，外側子陣11上的板內電纜6依次和內側子陣12上的板間電纜71以及電池陣支架13上的板間電纜72相連接，從而使外側子陣11上的太陽電池組件2發出的電能傳輸至航天器14。連接可通過電連接器實現，也可采用過渡電纜分別和板內電纜、板間電纜焊接的方法實現。
[0023]對于由一個太陽電池子陣構成的太陽電池陣以及更多個太陽電池子陣構成的太陽電池陣，可以參照圖3采用類似的方法將各子陣進行連接以使得各子陣上的太陽電池組件發出的電能傳輸至航天器。
[0024]如圖4a、4b和4c所示并結合圖1和圖2，所述太陽電池組件2由一定數量的太陽電池片通過串聯和并聯組成，具有一定的輸出電壓和輸出電流，太陽電池片的串聯可通過目前太陽電池陣普遍采用的互連片實現。根據需要太陽電池組件可布置成多種形式，本實施方式中敘述三種方式:第一種方式如圖4a所示的“一”字形，即多片太陽電池片串聯成一長串的太陽電池串21而構成所述太陽電池組件2，太陽電池串21的正、負輸出端211、212分別和太陽電池焊盤31、32相連接，這種形式的太陽電池組件2的太陽電池焊盤31、32分別在電池組件的兩側，相應地基板背面的板內電纜6也設置在基板I的兩側；第二種方式如圖4b所示的雙串并聯形，即多片太陽電池片分別串聯成2個太陽電池串22和23而構成所述太陽電池組件2，太陽電池串22的正輸出端221和太陽電池串23的正輸出端231同時和太陽電池焊盤33相連接，太陽電池串22的負輸出端222和太陽電池串23的負輸出端232同時和太陽電池焊盤34相連接；第三種方式如圖4c所示的“U”字形，即多片太陽電池片分別串聯成2個太陽電池串24和25，太陽電池串24的負輸出端242和太陽電池串25的正輸出端251同時和太陽電池焊盤39相連接，從而使太陽電池串24和太陽電池串25實現串聯構成所述太陽電池組件2，正輸出端241和太陽電池焊盤35相連接，負輸出端252和太陽電池焊盤36相連接，這種形式的太陽電池組件2的太陽電池焊盤35、36均在太陽電池組件的同一側，相應地基板背面的板內電纜也設置在基板的同一側。
[0025]如圖5所示，所述板內電纜6由細長的金屬薄片構成，分為兩組。一組板內電纜61的一端611設置在基板I的邊緣附近，便于和其余基板上的板間電纜相連接，板內電纜61的另一端612彎折后設置在基板I的另一側邊緣附近，便于和隔離二極管4相連接，多根板內電纜61并列排放在一起構成電纜束，在電纜束的上方可以覆蓋絕緣層81，電纜束的兩端應露出金屬薄片以便于進行焊接。另一組板內電纜62的一端621設置在基板I的邊緣附近，便于和其余基板上的板間電纜相連接，板內電纜62的另一端622彎折后設置在基板I的另一側邊緣附近，便于和基板I正面的太陽電池串相連接，多根板內電纜62并列排放在一起構成電纜束，在電纜束的上方可以覆蓋絕緣層82，電纜束的兩端應露出金屬薄片以便于進行焊接。
[0026]如圖6所示，所述板間電纜71由細長的金屬薄片構成，板間電纜71的一端711設置在基板I的邊緣附近，另一端712設置在基板I的另一側邊緣附近，便于和其余基板上的板內電纜或板間電纜相連接。多根板間電纜71并列排放在一起構成電纜束，在電纜束的上方可以覆蓋絕緣層83，板間電纜的兩端應露出金屬薄片以便于進行焊接。
[0027]如圖7所示，為實現太陽電池焊盤3和隔離二極管焊盤5的連接，將太陽電池焊盤3和隔離二極管焊盤5分別敷設在基板I的正、背面相對應的位置，在太陽電池焊盤3的中間位置鉆孔，然后，采用電鍍的方法在孔的側壁淀積金屬91，從而使太陽電池焊盤3和隔離二極管焊盤5實現連接。太陽電池焊盤和板內電纜的連接可采用同樣的方法。
[0028]如圖8所示，設置在基板I上的太陽電池組件2的輸出端211和太陽電池焊盤3的連接可采用分別和金屬薄片92焊接的方式實現，金屬薄片92上設置減應力環以防止金屬薄片92在高低溫交變過程中斷裂。隔離二極管和隔離二極管焊盤的連接，隔離二極管和板內電纜的連接，可采用同樣的方式實現。
[0029]如前所述，與傳統的剛性太陽電池陣相比，本發明的太陽電池陣的基板I采用輕質的薄膜材料或薄板材料，所述太陽電池焊盤3和板內電纜6均為敷設在所述基板I上的金屬薄片，所述隔離二極管4為薄片狀結構，所述隔離二極管焊盤5為敷設在基板上的金屬薄片，所以，具有重量輕、厚度小和通用性好的優點。另外，本發明的太陽電池陣，其電纜的敷設可采用自動化的方法進行，具有制作過程簡單、生產效率高的優點，詳細的制作過程如下:
步驟一，如圖9所示，在基板I的背面敷設隔離二極管焊盤5、板內電纜6和板間電纜7，板內電纜6和隔離二極管焊盤5的敷設同時進行；如圖10所示，在基板I的正面敷設太陽電池焊盤3 ;采用圖7所示的方法，將太陽電池焊盤3和隔離二極管焊盤5進行連接；參照圖7的方法將太陽電池焊盤3和板內電纜6進行連接，在本實施方式中，太陽電池焊盤3和板內電纜6的連接和太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤的連接同時進行。
[0030]所述隔離二極管焊盤5、板內電纜6、板間電纜7以及太陽電池焊盤3的敷設，可采用先將整張金屬箔粘貼在基板上然后通過光刻和腐蝕將金屬箔制成預先設計的特定圖形的方法，也可采用先將金屬箔裁剪成預先設計的特定形狀后再粘貼在基板相應位置上的方法。
[0031]步驟二，如圖11所示，在基板I的背面的隔離二極管焊盤5和板內電纜6之間的區域粘貼隔離二極管4，再將隔離二極管4分別和隔離二極管焊盤5、板內電纜6進行焊接；如圖12所示，在基板I的正面粘貼太陽電池組件2，再將太陽電池組件2的正負輸出端分別和太陽電池焊盤3進行焊接。
[0032]隔離二極管4和隔離二極管焊盤5、板內電纜6的焊接以及太陽電池組件2和太陽電池焊盤3的焊接，可參照圖8所示的方法。
[0033]需要注意的是，根據具體采用的工藝方法，上述制作過程可作適當的改動，如所述隔離二極管焊盤5、板內電纜6、板間電纜7以及太陽電池焊盤3的敷設采用先將金屬箔裁剪成預先設計的特定形狀后再粘貼在基板相應位置上的方法時，可采用如下的制作過程:
步驟一，在基板I的正面粘貼太陽電池組件2，在太陽電池組件2的正負輸出端附近粘貼太陽電池焊盤3，將太陽電池組件2和太陽電池焊盤3進行焊接，在基板I的背面粘貼隔離二極管4、隔離二極管焊盤5、板內電纜6以及板間電纜7，將隔離二極管4分別和隔離二極管焊盤5、板內電纜6進行焊接；
步驟二，在太陽電池焊盤3的中間位置鉆孔，然后采用金屬薄片穿孔后分別與太陽電池焊盤3、隔離二極管焊盤5、板內電纜6進行焊接，從而實現將基板正面地太陽電池焊盤與隔離二極管焊盤、板內電纜的連接。
[0034]實施例2
如果將電池陣的隔離二極管4設置在航天器內部，則電池陣的電路布局和制作方法更為簡單。
[0035]如圖13所示，在基板I的正面(圖中基板的下表面)設置太陽電池組件2和太陽電池焊盤3，在基板I的背面(圖中基板的上表面)設置板內電纜6，還可在基板I的背面設置板間電纜7。
[0036]所述太陽電池組件2、太陽電池焊盤3、板內電纜6和板間電纜7的結構形式均可參照實施例1，與實施例1的差異在于，由于基板I背面不設置隔離二極管4和隔離二極管焊盤5，太陽電池組件2正負輸出端的兩組太陽電池焊盤3分別和兩組板內電纜6直接連接。
[0037]本實施例的太陽電池陣的制作過程為:
步驟一，在基板I的背面敷設板內電纜6和板間電纜7，在基板I的正面敷設太陽電池焊盤3 ;將太陽電池焊盤3和板內電纜6進行連接。
[0038]步驟二，在基板I的正面粘貼太陽電池組件2，再將太陽電池組件2的正負輸出端分別和太陽電池焊盤3進行焊接。
【權利要求】
1.輕質的太陽電池子陣，該電池子陣包括基板、設置在所述基板的正面的太陽電池組件、設置在基板的正面的太陽電池焊盤和設置在基板的背面的板內電纜，其特征是:所述基板采用輕質的薄膜材料或薄板材料，所述太陽電池焊盤和板內電纜均為敷設在所述基板上的金屬薄片，所述太陽電池焊盤和板內電纜均有二組，其中，至少有一組的太陽電池焊盤每個太陽電池焊盤和一組板內電纜的每根板內電纜的一端以一一對應的關系分別設置在基板的正面和背面的對應位置。
2.如權利要求1所述輕質的太陽電池子陣，其特征是:所述板內電纜由并列排放的多個細長的金屬薄片構成。
3.如權利要求1所述輕質的太陽電池子陣，其特征是:所述太陽電池焊盤的材料為銀、銅或可閥合金，所述板內電纜的材料為銀、銅或可閥合金。
4.如權利要求1所述輕質的太陽電池子陣，其特征是:所述太陽電池子陣還包括設置在基板背面的隔離二極管和隔離二極管焊盤，所述隔離二極管為薄片狀結構，所述隔離二極管焊盤為敷設在基板上的金屬薄片，所述隔離二極管和隔離二極管焊盤串聯在太陽電池焊盤和板內電纜之間。
5.如權利要求4所述輕質的太陽電池子陣，其特征是:所述隔離二極管焊盤的材料為銀、銅或可閥合金。
6.輕質的太陽電池陣，其特征是:該電池陣包括至少一個權利要求1至5中任何一項所述的太陽電池子陣，每個電池子陣上的板內電纜和另一電池子陣的板間電纜或電池陣支架上的板間電纜連接而使得所述太陽電池子陣構成所述太陽電池陣。
7.如權利要求6所述輕質的太陽電池陣，其特征是:所述板間電纜由并列排放的多個細長的金屬薄片構成。
8.如權利要求6所述輕質的太陽電池陣，其特征是:所述板間電纜的材料為銀、銅或可閥合金。
9.輕質的太陽電池子陣的制作方法，其特征是:該方法包括:步驟一、將板內電纜敷設在基板的背面，將太陽電池焊盤敷設在基板的正面，將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接；步驟二、將太陽電池組件粘貼在基板的正面，將太陽電池組件的正負輸出端分別和太陽電池焊盤進行焊接； 或者，步驟一、將板內電纜敷設在基板的背面并在敷設板內電纜的同時在基板的背面敷設隔離二極管焊盤，將太陽電池焊盤敷設在基板的正面，將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接，在將太陽電池焊盤和板內電纜進行連接的同時將太陽電池焊盤和隔離二極管焊盤進行連接；步驟二、將太陽電池組件粘貼在基板的正面，將太陽電池組件的正負輸出端分別和太陽電池焊盤進行焊接，將隔離二極管粘貼在基板的背面，將隔離二極管分別和隔離二極管焊盤和板內電纜進行焊接。
10.如權利要求9所述輕質的太陽電池子陣的制作方法，其特征是:所述隔離二極管焊盤、板內電纜、板間電纜以及太陽電池焊盤的敷設，采用先將整張金屬箔粘貼在基板上然后通過光刻和腐蝕將金屬箔制成預先設計的特定圖形的方法，或者，采用先將金屬箔裁剪成預先設計的特定形狀后再粘貼在基板相應位置上的方法。
【文檔編號】H01L31/05GK104078522SQ201410311359
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】雷剛, 陳萌炯, 劉智, 韋祎, 王訓春 申請人:上海空間電源研究所