CN203659894U - 一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其包括从上到下依次封装的ETFE透光膜，EVA层，单晶硅片以及TPE背板，ETFE透光膜的厚度为40-60μm，EVA层的厚度为220-300μm，单晶硅片的厚度为100-160μm，TPE背板的厚度为300-360μm。本实用新型太阳能电池组件的面密度较传统太阳能电池组件的面密度至少减少约35%，大幅降低了单位面积太能电池组件的自身重量，进而可以使太阳能飞机能够携带更多的任务载荷；另外，这种封装方案还可以使整个太阳能电池组件的柔性更好，适度弯折后其恢复力及内应力均较小，进而提高太阳能电池组件在机身、机翼表面的贴附性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能电池组件领域，特别是涉及一种用于太阳能飞机的轻量化柔性太阳电池组件。
背景技术
太阳能驱动飞机相对于普通燃料飞机具有无污染、能源充足，且飞行高度高，可在平流层万米高空飞行等优点。由于其在高空中飞行稳定性受大气干扰也较小，飞行时间长，如果动力、储能、太阳能电池搭配合理，其飞行时间只受飞机零件寿命影响，理论可达数年之久。
为了保证太阳能飞机具有足够的飞行动力，往往需要在其机翼、机身上铺设较多的太阳能电池组件。但传统的太阳能电池组件一般采用200μmPET透光膜+500μmEVA层+单晶硅片或多晶硅片+TPE背光板，其面密度通常为2.0~2.5 kg/m2 ，由于其结构设计不合理，导致太阳能电池组件本身的质量较大，进而增加太阳能飞机的自身重量；而太阳能飞机的总设计重量是一定的，若要使太阳能飞机能够有效飞行，这就必须要消减太阳能飞机所携带的探测设备或其它装备，进而严重影响了飞机的应用性能，限制了太阳能飞机的使用范围。
另外，现有的太阳能飞机上的太阳能电池组件的透光膜采用PET材料，EVA层一般设计较厚，进而导致太阳能电池组件成型后的刚度较大，其粘附于飞机表面后会有很大的回复弹力，安装后内应力很大，与机体连接处不可靠，不易直接大面积整块安装；若采用小块拼装的方案，则会使飞机表面不光滑，具有很多棱线，对于本来就低速的太阳能飞机来说阻力明显增大，升阻比受棱线影响下降很多，气动性能将受到严重影响，而且组件由于块数太多焊接点极多，漏电风险大的同时，增加焊点重量。
实用新型内容
为此，本实用新型要解决的技术问题是现有安装于太阳能飞机的太阳能电池组件刚度较大，致使太阳能电池组件在贴附到机身、机翼上以后回复弹力较高、内应力较大、不能大块安装；且由于太阳能电池组件的自身密度较大，致使太阳能飞机所能携带的探测等装备较少，影响其整体功能。
为此本实用新型的目的在于提供一种用于太阳能飞机的轻量化柔性太阳能电池组件。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其包括从上到下依次粘结封装的ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）透光膜，EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）层，单晶硅片以及TPE（热塑性弹性体）背板；所述ETFE透光膜的厚度为40-60μm，所述EVA层的厚度为220-300μm，所述单晶硅片的厚度为100-160μm，所述TPE背板的厚度为300-360μm。
所述ETFE透光膜的厚度为50μm。
所述EVA层的厚度为300μm。
所述单晶硅片的厚度为160μm。
所述TPE背板的厚度为350μm。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型太阳能电池组件为从上到下依次粘结封装的ETFE透光膜、EVA层、单晶硅片以及TPE背板，且ETFE透光膜的厚度为40-60μm，EVA层的厚度为220-300 μm，TPE背板的厚度为300-360 μm。通过采用ETFE材料作透光膜和减小EVA层的厚度，本实用新型太阳能电池组件的自身密度较传统太阳能电池组件的密度减小很多，大幅降低了单位面积太能电池组件的自身重量，进而可以使太阳能飞机能够携带更多的任务载荷；另外，采用适当厚度的ETFE材料制作透光膜，并减小 EVA层的厚度，还可减小本实用新型太阳能电池组件适度弯折后的恢复力及内应力，进而提高太阳能电池组件在机身、机翼表面的贴附性能，适于大面积整块安装。
2.本实用新型的太阳能电池组件的ETFE透光膜的上表面采用压花处理，可以进一步增强整个太阳能电池组件各层之间的紧密程度，进而提高太阳能电池组件的可靠性。
附图说明
为了使实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1是本实用新型的太阳能晶硅电池组件封装方案的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-ETFE透光膜；2-EVA层；3-单晶硅片；4-TPE背板。
具体实施方式
实施例1
参见图1，本实用新型的轻量化柔性太阳能电池组件，其包括从上到下依次粘结封装的ETFE透光膜1、EVA层2、单晶硅片3以及TPE背板4。本实用新型的层压设备可直接使用市场上现有的平板ETFE透光膜太阳能电池组件层压设备，且无其它较高的技术要求，因此不会额外增加成本。
本实施方式中，所述ETFE透光膜1的厚度为50μm，所述EVA层2的厚度为300μm，所述TPE背板4的厚度为350 μm，所述单晶硅片3的厚度为160 μm。该优选方案所制作出来的太阳能电池组件的面密度为1.23kg/m2，相比与传统的太阳能电池组件的层压方案，其面密度减小46%左右。假设飞机表面铺设的太阳能电池面积为3.5 m2，则仅太阳能电池组件就可减少3.64kg左右，对重量极为敏感的太阳能驱动飞机来说，可以少克服3.64kg的重力或增加相应的任务载荷，进而使太阳能飞机能够安装更多的探测设备，扩展整个太阳能飞机的性能，若太阳能飞机尺寸更大，光伏组件重量优化将更为显著。
本实施例中，为了使上表面ETFE透光膜1层压更加可靠，对其上表进行压花处理。对于低速低雷诺数太阳能飞机来说，其机翼、机身表面均为低速层流，经风洞测试，压花对表面气动影响很小，因此在ETFE透光膜的上表面上进行压花处理不仅不会影响太阳能飞机的飞行稳定性，同时还能够增加太阳能电池组件各层间的紧密程度，提高安全性能，延长使用寿命。
例如，某碳纤维结构太阳能飞机，要求总重量低于17kg，低速10~20m/s巡航，能源方面采用单晶硅组件，组件优化前后的测试结果如下：
优化前：PET200μm+EVA500μm+单晶硅片160μm+TPE背板350μm
优化后：ETFE50μm+EVA300μm+单晶硅片160μm+TPE背板350μm
所述ETFE透光膜为上表面经压花处理的ETFE膜，组件总面积1.93㎡，优化前组件总重量为4.38kg，面密度为2.27kg/㎡（通常组件量级）；优化后组件总重量为2.37kg，面密度为1.228kg/㎡，风洞测量表面气动变形量接近于0，满足气动指标要求。可见在该实例中，优化后的光伏组件满足飞机使用要求的同时，组件重量减轻约46%，为飞机节省重量约2kg，这对于整体密度较小的太阳能飞机来说，可以多携带2kg的任务载荷。
实施例2
本实施方式中，所述ETFE透光膜1的厚度为40μm，所述EVA层2的厚度为220μm，所述单晶硅片3的厚度为150μm，所述TPE背板4的厚度为300μm。
实施例3
本实施方式中，所述ETFE透光膜1的厚度为60μm，所述EVA层2的厚度为250μm，所述TPE背板4的厚度为300 μm，所述单晶硅片3的厚度为140 μm，面密度低至0.6kg/㎡，比传统组件重量减少73.5%，且低速气压变形量几乎不对飞机气动造成影响。
其他实施方式中，根据实际应用情况，所述ETFE透光膜1的厚度可以选择为40-60 μm之间的任意值，所述EVA层2的厚度选择为220-300 μm之间的任意值，所述TPE背板4的厚度选择为300-360 μm之间的任意值，所述单晶硅片3的厚度为100-160 μm之间的任意值。只要上述各层的厚度值选择在上述范围内，则可以使本实用新型太阳能电池组件的自身面密度较传统太阳能电池组件的面密度减小很多，且满足一般低速飞机蒙皮动压及低阻力要求，大幅降低了单位面积晶硅太阳能电池组件的自身重量，进而可以使太阳能飞机能能够携带更多的其它探测装置；另外，这种封装方案还可以使整个太阳能电池组件的柔性更好，适度弯折后其恢复力及内应力均较小，进而提高太阳能电池组件在机身、机翼表面的贴附性能。
本实用新型的太阳能电池组件具有质轻、柔性好的优点，特别适合安装于太阳能飞机机身和机翼上；但本领域技术人员应该明白，本实用新型的太阳能电池组件还可安装于其它曲面或平面的装备表面上，如太阳能汽车；另外，本实用新型的太阳能电池组件还可以通过模具来制作各种形状的曲面太阳能电池组件，如机翼迎风面、机翼机身过度曲面等。
上述具体实施方式只是对本实用新型的技术方案进行详细解释，本实用新型并不仅仅局限于上述实施例，凡是依据上述原理及精神在本实用新型基础上的改进、替代，都应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其包括从上到下依次粘结封装的ETFE透光膜（1），EVA层（2），单晶硅片（3）以及TPE背板（4）；其特征在于：所述ETFE透光膜（1）的厚度为40-60μm，所述EVA层（2）的厚度为220-300μm，所述单晶硅片（3）的厚度为100-160μm，所述TPE背板（4）的厚度为300-360μm。
2. 根据权利要求1所述的一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其特征在于：所述ETFE透光膜（1）的厚度为50μm。
3. 根据权利要求2所述的一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其特征在于：所述EVA层（2）的厚度为300μm。
4. 根据权利要求3所述的一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其特征在于：所述单晶硅片（3）的厚度为160μm。
5. 根据权利要求4所述的一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其特征在于：所述TPE背板（4）的厚度为350μm。
6. 根据权利要求1-5任一所述的一种用于太阳能飞机上的轻量化柔性太阳能电池组件，其特征在于：所述ETFE透光膜（1）为上表面经压花处理的ETFE膜。
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