空间太阳电池阵技术现状及发展趋势
发布时间：2021-11-29 01:53
在对空间太阳电池阵发展及应用情况进行回顾的基础上,总结了刚性、半刚性、柔性太阳电池阵的技术特点及工程应用情况。传统刚性、半刚性太阳电池阵质量比功率及体积比功率较低,无法满足未来航天任务对太阳电池阵轻质量、小收纳体积的需求。采用柔性电池、柔性基板及柔性伸展机构的全柔性太阳电池阵,质量比功率预计可达200 W/kg以上,体积比功率可达40 kW/m3以上,较传统太阳电池阵有大幅提升,是未来空间用太阳电池阵的重要发展方向。基于未来应用需求及国内外技术现状,对全柔性太阳电池阵亟待解决的柔性电连接、柔性组件封装、高性能伸展机构等关键技术进行了分析,提出了可行的技术攻关方案,为后续全柔性太阳电池阵的研制及应用提供参考。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３?国际空间站太阳电池阵??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．１０??
板类型，可分为刚性太阳电池阵、半??刚性太阳电池阵以及柔性太阳电池阵。??１．１刚性太阳电池阵??刚性太阳电池阵由刚性基板和刚性太阳电池组成，采用??铝蜂窝夹层结构基板作为承载结构，基板厚度为２０￣３０?ｍｍ，??表面贴装太阳电池，太阳翼质量比功率约为７０－１００?Ｗ／ｋｇ，收??拢体积比功率约为４?ｋＷ／ｍ３。目前，国内外通信、导航、遥感等??领域的大多数航天器均使用了这种技术成熟、可靠性高的太??阳电池阵技术。美国洛克希德－马丁公荀的“猎户座”飞船是??典型应用案例之一，如图１所示。??图１?“猎户座”飞船太阳电池阵??对于整个系统来说，刚性太阳电池阵的基板及展开机构??等机械部分在太阳翼的质量占比超过５０％，同时，由于铝蜂窝??基板较厚并且在收拢状态下太阳电池板之间需要留有２０?ｍｍ??左右的安全间距，收纳体积较大。因此，刚性太阳电池阵的质??量比功率和体积比功率相对较低。通常可以通过减少基板厚??度及间距、优化收拢结构等方式来实现减轻太阳翼质量，减少??发射收拢体积的目标，但指标提升幅度较为有限。??１．２半刚性太阳电池阵??半刚性太阳电池阵利用高强度框架和纤维网格作为基??板，将太阳电池封装成为电池模块后与基板进行安装连接，安??装固定方式主要包括两种：一种是通过电池模块背部安装的??固定钉将其钩挂在网格基板上［２］，如图２所示；另一种方式是??通过安装在电池模块背部的带有凹槽的固定扣将电池模块与??基板的网格粘接在一■起。??俄罗斯的卫星多采用半刚性太阳电池阵，例如“和平号”??空间站（Ｍｉｒ；）、天空实验室（Ｓｋｙｌａｂ）等，我国的天宫目标飞行器??以及东五平台卫星采用的也是半刚性太阳电池
ｈａｒｐ）公司??研制的ＰＩ柔性衬底ＩＭＭ３Ｊ太阳电池的效率也可以达到??３１．５％（ＡＭ０）。利用柔性薄膜电池以及超薄玻璃（５０?ｆｊｍ）封装的??太阳电池组件，于２０１３年进行了飞行验证，如图９所示。遥测??数据显示，在２０１６年飞行验证的电池模块，短路电流并没有??下降，而开路电压下降约２％，符合辐射衰降设计预期。??图９?柔性太阳电池阵飞行验证??中国电科十八所已研制出效率大于３２％的柔性薄膜砷化??镓太阳电池，并制作出了柔性太阳电池组件，可卷曲直径小于??７?ｃｍ，如图１０所示。??图１０?中国电科十八所研制的卷曲式太阳电池组件??率，但指标提升幅度较为有限。??２．２全柔性太阳电池阵??基于可实现无间隙收拢的结构特点，采用柔性太阳电池、??（２）高性能伸展机构??盘压杆、铰接杆、多级套筒杆等传统的柔性太阳翼展开机??构虽然具有较好的展开刚度？，但其质量较大、展开过程复杂，??１５５５??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型玻璃盖片的制备及性能研究[J]. 高剑锋,郝晓丽,吕伟. 电源技术. 2017(08)
[2]空间太阳电池阵的发展现状及趋势[J]. 刘志全,杨淑利,濮海玲. 航天器工程. 2012(06)
[3]半刚性太阳电池阵抗力学环境设计与分析[J]. 金海雯,于辉,赵颖,崔菲菲. 电源技术. 2012(06)
本文编号：3525600
【文章来源】：电源技术. 2020,44(10)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图３?国际空间站太阳电池阵??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．１０??
板类型，可分为刚性太阳电池阵、半??刚性太阳电池阵以及柔性太阳电池阵。??１．１刚性太阳电池阵??刚性太阳电池阵由刚性基板和刚性太阳电池组成，采用??铝蜂窝夹层结构基板作为承载结构，基板厚度为２０￣３０?ｍｍ，??表面贴装太阳电池，太阳翼质量比功率约为７０－１００?Ｗ／ｋｇ，收??拢体积比功率约为４?ｋＷ／ｍ３。目前，国内外通信、导航、遥感等??领域的大多数航天器均使用了这种技术成熟、可靠性高的太??阳电池阵技术。美国洛克希德－马丁公荀的“猎户座”飞船是??典型应用案例之一，如图１所示。??图１?“猎户座”飞船太阳电池阵??对于整个系统来说，刚性太阳电池阵的基板及展开机构??等机械部分在太阳翼的质量占比超过５０％，同时，由于铝蜂窝??基板较厚并且在收拢状态下太阳电池板之间需要留有２０?ｍｍ??左右的安全间距，收纳体积较大。因此，刚性太阳电池阵的质??量比功率和体积比功率相对较低。通常可以通过减少基板厚??度及间距、优化收拢结构等方式来实现减轻太阳翼质量，减少??发射收拢体积的目标，但指标提升幅度较为有限。??１．２半刚性太阳电池阵??半刚性太阳电池阵利用高强度框架和纤维网格作为基??板，将太阳电池封装成为电池模块后与基板进行安装连接，安??装固定方式主要包括两种：一种是通过电池模块背部安装的??固定钉将其钩挂在网格基板上［２］，如图２所示；另一种方式是??通过安装在电池模块背部的带有凹槽的固定扣将电池模块与??基板的网格粘接在一■起。??俄罗斯的卫星多采用半刚性太阳电池阵，例如“和平号”??空间站（Ｍｉｒ；）、天空实验室（Ｓｋｙｌａｂ）等，我国的天宫目标飞行器??以及东五平台卫星采用的也是半刚性太阳电池
ｈａｒｐ）公司??研制的ＰＩ柔性衬底ＩＭＭ３Ｊ太阳电池的效率也可以达到??３１．５％（ＡＭ０）。利用柔性薄膜电池以及超薄玻璃（５０?ｆｊｍ）封装的??太阳电池组件，于２０１３年进行了飞行验证，如图９所示。遥测??数据显示，在２０１６年飞行验证的电池模块，短路电流并没有??下降，而开路电压下降约２％，符合辐射衰降设计预期。??图９?柔性太阳电池阵飞行验证??中国电科十八所已研制出效率大于３２％的柔性薄膜砷化??镓太阳电池，并制作出了柔性太阳电池组件，可卷曲直径小于??７?ｃｍ，如图１０所示。??图１０?中国电科十八所研制的卷曲式太阳电池组件??率，但指标提升幅度较为有限。??２．２全柔性太阳电池阵??基于可实现无间隙收拢的结构特点，采用柔性太阳电池、??（２）高性能伸展机构??盘压杆、铰接杆、多级套筒杆等传统的柔性太阳翼展开机??构虽然具有较好的展开刚度？，但其质量较大、展开过程复杂，??１５５５??２０２０．１０?Ｖｏｌ．４４?Ｎｏ．１０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型玻璃盖片的制备及性能研究[J]. 高剑锋,郝晓丽,吕伟. 电源技术. 2017(08)
[2]空间太阳电池阵的发展现状及趋势[J]. 刘志全,杨淑利,濮海玲. 航天器工程. 2012(06)
[3]半刚性太阳电池阵抗力学环境设计与分析[J]. 金海雯,于辉,赵颖,崔菲菲. 电源技术. 2012(06)
本文编号：3525600
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