新式光伏电池技艺前进情况和走向

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新式光伏电池技艺前进情况和走向
来源:中国电池网 时间:2018-11-20
  随着航天器对电源功率需求的日益提高、使用昂贵的高效率多结砷化稼太阳电池的日益增多,人们迫切希望太阳阵提高比功率和降低成本。为此,从事航天的国家都在致力于开发先进太阳阵技术,这里介绍的聚光太阳电池阵(以下简称聚光阵)就是其中很有前途的空间太阳能电源的一个发展方向。已开发的聚光阵,根据太阳光经过聚光器到达太阳电池上的方式,可以分为折射式和反射式两类。折射聚光阵是通过透镜聚光器界面的折射将太阳光会聚到电池上,反射聚光阵则是通过镜面聚光器的反射将太阳光会聚到电池上。
  这样,太阳电池表面会聚的太阳光辐射照度得以提高,电池的输出功率也相应提高,而太阳电池片的数量可以大大减少,以达到减轻太阳阵质量和降低太阳阵成本的目的。
  AstroEdge聚光阵的聚光器采用平板反射镜结构,其衬底较薄但刚性强,中间铺了一层泡沫软垫,外表面是一层反射膜。发射前聚光器折叠在太阳电池板上,发射后主翼采用包带解锁装置打开,副翼采用形状记忆合金释放装置打开,反射膜通过固定在四角的弹力线张紧,使其角偏差小于0.20。
  该聚光阵几何聚光比为1.5,可比常规平板太阳阵少贴3%太阳电池片。“克拉克”小卫星于1997年发射,在高为4%Km、倾角为97.30的圆形太阳同步轨道上运行约3年,AstroEdge聚光阵工作良好。此后,反射聚光阵技术开始在美国大功率航天器上推广应用。
  聚光阵两侧的反射镜为表面真空沉积铝膜的柔性聚酞亚胺膜,它被固定在每个框架的四角,通过弹性绳拉紧展平,两侧反射镜则依靠绳子精确定位,各与槽底基板倾斜60角。
  反射镜的宽度与太阳电池基板相等,使得聚光阵的几何聚光比为2,若考虑光学损失、制造误差和变形,实际的初期有效聚光比约为1.8。卫星发射前,反射镜被压缩、折叠并紧紧安装在电池面板的背面。当太阳翼在空间慢慢展开到某特定形状时,反射镜通过定序器释放,并在弹簧片和绳系统作用下旋转、展开和定位<4,5>。
  控制反射镜转角的弹簧片不仅支撑反射镜,还可消除反射镜在特有姿态时冷热变化和制造误差所形成的张力。但是,这种聚光阵在空间运行不久就发现输出功率的衰减要比预期的快,以致于影响后些年卫星的功率需求。
  现在已初步查明闹,这是由于槽底基板上太阳电池组件的温度过高(120℃一130℃),引起太阳帆板有机材料(如光学胶)大量出气,出气材料沉积在两侧的反射镜上,这些材料的一部分又会挥发沉积到太阳电池表面,并被光固化,使电池的光电转换效率降低过快。
  这时,由于聚光电池片散热面积与常规平板太阳阵的相同,其温度就不会太高了。它在每块太阳电池组件两边用厚度为25拌m的铁箔作反射镜,发射前太阳电池组件与反射镜合拢,发射后太阳翼展开时铁箔利用自身的弹力自动展开。这种多槽式聚光阵可以简单地附加在常规平板太阳阵的基板上,发射前反射镜与太阳电池板折叠合拢,其间距小于Icm,不会影响其合拢储存和展开结构。

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