KR101405279B1 - 태양전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지; 상기 각 태양전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 상기 태양전지의 전면과 후면에 구성되어 상기 태양전지를 보호하는 제 1 보호막 및 제 2 보호막; 상기 태양전지의 수광면 반대쪽 제 2 보호막의 하부에 구성되는 후면 시트; 상기 태양전지의 수광면 제 1 보호막 위에 구성되어 상기 태양 에너지 중 적외선만을 선택적으로 차단함과 함께 상기 태양전지의 파손을 방지하기 위해 구성되는 로이유리; 상기 태양전지, 제 1, 제 2 보호막, 후면 시트 및 로이유리를 수납하는 프레임; 상기 후면 시트의 하방에 이격되어 배치되며, 설치면으로부터 반사되는 복사열을 차단시키는 복사열 방지부 및 상기 후면 시트의 배면에 구성되는 정션박스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로, 특히 입사되는 태양광 중 적외선을 선택적으로 차단하여 발전효율을 향상시키도록 한 태양전지모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 복수의 태양전지 셀을 가진 태양전지모듈에는 빛을 투과하지 않은 필름으로 이면을 쓰고, 태양전지 셀의 표면 측에서의 몸의 입사광을 발전에 이용하는 단면광 입사형과, 이면에 투명한 필름을 사용하고 태양전지 셀의 표면 및 이면 측에서의 입사광을 어느 쪽도 발전에 이용하는 양면 빛 입사 형이 있다.
상기 단면광 입사형 태양전지모듈과, 양면 빛 입사형 태양전지모듈을 동일 조건으로 설치하고, 그 기전력 특성을 조사한다면, 단면광 입사형의 태양전지모듈에 비교하고, 양면 빛 입사 형의 태양전지모듈을 5~10% 정도의 출력 향상의 결과가 얻어진다.
상기 양면 빛 입사 형 태양전지모듈은 대게, 결정계 반도체로 되는 기판에 비정질 반도체층을 형성하고, 결정계 기판과 비정질 반도체층의 사이에 반도체 접합을 구성하고, 표면측 및 이면측에 투광성 도전막, 집전극을 형성하고, 표면 및 이면의 양측에서의 빛 입사에 의하여 광기전력을 발생하는 양면 빛 입사 형의 태양전지 셀이다.
이와 같은 복수의 태양전지 셀이 나란히 하는 셀 사이로 일정거리를 사이에 두고 배치한 상태로 EVA(ethylene vinyl acetate) 층 내에 매입된다.
또한, 상기 EVA 층의 표면측에는 강화유리로 되는 판유리가 설치되고, 상기 EVA 층의 이면측에는 전면이 투명 또는 불투명한 이면 필름이 마련되어 있다.
이 경우 이면측에서의 입사광을 발전에 이용하는 때에는 전면이 투명한 이면 필름을 사용하고, 이면 측에서의 입사광을 발전에 이용하지 않은 때에는 전면이 불투명한 이면 필름을 사용한다.
이로 인해 종래의 태양전지모듈에서는 나란히 하는 태양전지 셀 간의 영역에 입사되는 빛을 유효하게 이용할 수 있게 된다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 의한 태양전지모듈은 태양 빛이 강한 한여름 대낮의 경우, 60℃~70℃ 이상의 고열현상을 일으키고, 이러한 고열현상이 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 발전효율이 떨어질 뿐만 아니라, 파열 등과 같은 고장발생률이 높아지는 문제점이 있다.
즉, 종래 기술에 의한 태양전지모듈은 입사되는 태양광 중 적외선을 선택적으로 차단할 수 없기 때문에 다량의 태양광이 입사될 경우 열이 발생하게 됨으로써, 열에 의해 효율이 저하되는 것을 방지할 수 없고, 태양광의 직사량이 많은 중동, 중앙아시아 및 서남아시아 등에 용이하게 설치할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로써, 한국 등록실용신안공보 제20-0405790호 '태양광 발전기의 전지모듈 냉각장치'(2006년 1월 4일 등록)를 들 수 있다.
상기의 '냉각장치'는 통상의 태양광발전기의 태양전지모듈 뒷면에 일정량의 수분흡수가 가능한 부직포나 펠트 또는 섬유재로 형성된 수분함침재를 포함하는 것으로, 수분함침재의 상단에는 물공급호스와 더불어 노즐부가 구성된 형태로 이루어진다.
그러나, 상기의 '냉각장치'는 섬유소재의 수분함침재를 태양전지모듈 뒷면에 밀착 구성한 상태에서 단순히 물공 급호스 및 노즐부를 통해 수분함침재에 물을 공급함으로써, 열을 식히는 구조일 뿐임으로 설령, 태양전지모듈의 고열현상을 방지하는 것이라 하더라도 수분함침재에 함입된 물에 의해 태양전지모듈에서는 누전이 발생될 수 있는 등의 위험을 감수해야 하는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 상기의 '냉각장치'는 태양전지모듈에서 발생되는 고열로 인한 발전효율의 저하를 방지하고자 하는 해결과제에만 집중한 나머지 발전효율을 높이기 위해 사용한 냉매 즉, 물을 회수한다거나 하는 등과 같은 기술 사항에 대한 개시가 전혀 없는 것이므로 태양전지모듈의 고열이 지속 될 경우, 냉매로 쓰이는 물과 같은 자원의 낭비가 초래될 수밖에 없는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 태양전지의 전면에 로이유리를 부착하여 입사되는 태양광 중 선택적으로 적외선을 차단함으로써 모듈의 온도 상승을 방지하여 발전효율을 향상시키도록 태양전지모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지; 상기 각 태양전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터; 상기 태양전지의 전면과 후면에 구성되어 상기 태양전지를 보호하는 제 1 보호막 및 제 2 보호막; 상기 태양전지의 수광면 반대쪽 제 2 보호막의 하부에 구성되는 후면 시트; 상기 태양전지의 수광면 제 1 보호막 위에 구성되어 상기 태양 에너지 중 적외선만을 선택적으로 차단함과 함께 상기 태양전지의 파손을 방지하기 위해 구성되는 로이유리; 상기 태양전지, 제 1, 제 2 보호막, 후면 시트 및 로이유리를 수납하는 프레임; 상기 후면 시트의 하방에 이격되어 배치되며, 설치면으로부터 반사되는 복사열을 차단시키는 복사열 방지부 및 상기 후면 시트의 배면에 구성되는 정션박스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈을 제공한다.
본 발명에 의한 태양전지모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 태양전지의 전면에 로이(Low-E)유리를 부착하여 입사되는 태양광 중 선택적으로 적외선을 차단함으로써 모듈의 온도 상승을 방지하여 발전효율을 향상시킬뿐만 아니라, 후면 시트로 복사열이 전달되는 것을 차단하여 발전효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지모듈을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 분해 측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 분해 측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지모듈에 대해 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성품의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다. 또한 문장의 간결성을 위해, 앞 뒤의 문맥으로 볼 때, 지칭하는 구성품이 무엇인지 쉽게 이해할 수 있는 경우에는, 구성품 명칭 다음에 붙이는 괄호와 구성품 번호를 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지모듈을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 분해 측면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지모듈은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 갖고 배열되어 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지(110)와, 상기 각 태양전지(110)를 전기적으로 연결하는 인터커넥터(120)와, 상기 태양전지(110)의 전면과 후면에 구성되어 상기 태양전지(110)를 보호하는 제 1, 제 2 보호막(130,140)과, 상기 태양전지(110)의 수광면 반대쪽 제 2 보호막(140)의 하부에 구성되는 후면 시트(150)와, 상기 태양전지(110)의 수광면 제 1 보호막(130) 위에 구성되어 상기 태양 에너지 중 적외선만을 선택적으로 차단함과 함께 상기 태양전지(110)의 파손을 방지하기 위해 구성되는 로이유리(160)와, 상기 각 부품들을 수납하는 프레임(170)과, 상기 후면 시트(150)의 배면에 구성되는 정션박스(180)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 태양전지(110)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), CIGS 태양전지 등일 수 있다.
상기 태양전지(110)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성되고, 상기 태양전지(110)의 수광면 및 이면 상에는 집전 전극이 형성된다.
상기 인터커넥터(120)는 상기 각 태양전지(11)를 연결하여 전기적으로 접속하고, 상기 태양전지(110)를 다양한 형태로 연결할 수 있으며, 본 실시예에서 2줄로 구비되어 상기 태양전지(110)를 일렬로 연결한다.
상기 인터커넥터(120)는 도체로 형성되어 상기 태양전지(110)를 병렬 또는 직렬로 접속할 수 있으며, 본 실시예에서는 직렬로 접속한다. 상기 인터커넥터(120)는 상기 태양전지(110)의 수광면 상에 형성된 집전 전극과, 인접한 다른 태양전지(110)의 이면 상에 형성된 집전 전극에 접합된다.
상기 인터커넥터(120)는 플럭스(flux)가 도포된 상기 태양전지(110)에 올려진 후 열풍이나 레이저 등을 가하여 태양전지(110)와 접합되거나, 전도성 입자가 포함된 수지 접착제에 의하여 태양전지(110)에 접합된다. 상기 인터커넥터(120)는 박판 형성 또는 꼬임선 형상으로 성형된 구리 등의 도체로 형성된다.
상기 인터커넥터(120)는 버스 인터커넥터(121)에 연결되는데, 상기 버스 인터커넥터(121)는 상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)의 상부와 하부에 태양전지(110)가 배치되지 않은 부분에 배치되어 상기 인터커넥터(121)와 연결되며, 상기 정션 박스(180)의 리드선과 연결된다.
상기 버스 인터커넥터(121)는 태양전지(110)의 인터커넥터(120) 양끝단을 교대로 연결하여, 상기 태양전지(110)를 전기적으로 연결한다. 상기 버스 인터커넥터(121)는 복수 열 종대로 배치되는 태양전지 스트링의 양단에 횡으로 배치된다.
상기 버스 인터커넥터(121)는 복수의 태양전지 스트링을 직렬로 연결하는 것이 바람직하다. 상기 버스 인터커넥터(121)는 박판 형상으로 성형된 인터커넥터(120)와 동일한 재질인 구리 등의 도체로 형성된다.
상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)은 상기 로이유리(160)와 후면 시트(150) 사이에 태양전지(110)를 배치하고 밀봉하기 위한 접착 및 충전을 목적으로 한 층이다.
상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)은 상기 태양전지(110)에 악영향을 주는 수분이나 산소를 차단한다. 상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)은 가수분해 또는 적외선에 의한 열화 방지가 우수하고, 태양광의 입사율이 높은 재질인 것이 바람직하다. 상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)은 내가수분해성, 투명성, 내후성, 온도저항성, 경량화가 우수하고 열치수 변화율이 최소화되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 및 제 2 보호막(130,140)은 상기 태양전지(110)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 태양전지(110)와 일체화되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 태양전지(110)를 충격으로부터 보호한다. 이러한 상기 제 1, 제 2 보호막(130,140)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate), 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지 등으로 이루어질 수 있다.
상기 후면 시트(150)는 상기 태양전지(110)의 이면에서 태양전지를 보호하는 층으로서, 수증기의 차단성, 절연성이 요구된다. 상기 후면 시트(150)는 상기 로이유리(160) 측으로부터 입사된 태양광을 반사하여 재이용될 수 있도록 반사율이 우수한 재질인 것이 바람직하다.
상기 후면 시트(150)는 태양광이 입사될 수 있는 투명 재질로 형성되고, 상기 제 2 보호막(140)의 하부에 적층되어 접착된다.
상기 제 1 보호막(130) 위에 위치하는 상기 로이유리(160)는 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다. 상기 로이유리(160)는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
상기 로이유리(160)는 태양광을 효율적으로 입사시키고 상기 태양전지(110)의 수광면을 보호하는 층이다. 상기 로이유리(160)는 태양광의 입사율이 높으며 태양전지(110)를 보호하고 적외선을 차단하기 위해 강화 유리의 표면에 금속 또는 금속 산화물을 코팅한 것으로 열의 이동을 최소화시켜주는 에너지 절약형 유리이다.
상기 로이유리(160)의 종류는 코팅 제조방법에 따라 파이롤리틱 공법(pyrolytic process)에 의한 하드 로이(hard low-E)와 스퍼터링 공법(sputtering process)에 의한 소프트 로이(soft low-E)로 구분한다.
먼저, 하드 로이 코팅의 제조방법은 판유리 제조 공정 시 금속용액 또는 분말을 판유리 표면 위에 분사하고 열적 코팅을 시켜 생산한다. 코팅 물질은 금속산화물(SnO2) 단일물질이다. 장점은 열적 코팅으로 코팅 경도 및 내구성이 강하여 강화 가공 등의 열처리가 가능하다. 그러나 여러 금속 사용이 제한되어 색상이 단순하고, 코팅막이 탁하다는 단점을 가지고 있다.
이에 비해 소프트 로이 코팅의 제조방법은 이미 생산된 판유리를 별도의 진공챔버에 넣고 은(Ag), 티타늄(Ti), 스테인리스강(Stainless Steel) 등의 금속을 다층 박막 코팅시켜 생산한다. 장점은 투명도가 높고 여러가지 금속 사용으로 다양한 색상 구현이 가능하며, 광학 성능 및 열적 성능이 우수하다는 점이다. 그러나 하드코팅 대비 코팅 경도 및 내구성이 약하고, 복층유리 제작 시 에지 스트립핑 처리 설비가 필요한 단점이 있다.
상기 로이유리(160)는 광투과도가 높고, 표면 광반사 손실을 낮추기 위한 처리되고, 상기 제 1 보호막(130)위에 적층되어 접착된다.
상기 정션 박스(180)는 상기 태양전지(110)로부터 생산된 전기 에너지를 모으는 것으로서 전기 에너지를 충전 및 방전시키는 콘덴서와 전기 역류를 방지하는 다이오드를 포함한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지모듈을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 태양전지모듈은 상기 후면 시트의 하방에 배치되어 설치면으로부터 반사되는 복사열을 차단시키는 복사열 방지부(200)를 포함한다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
상기 복사열 방지부(200)는 상기 후면 시트(150)의 저면 일 측에 결합되는 제1브라켓(220)과, 타 측에 결합되는 제2브라켓(230)과, 상기 제1브라켓(220)과 제2브라켓(230)에 결합되는 단열부재(210)를 포함한다.
상기 제1브라켓(220) 및 제2브라켓(230)은 상기 후면 시트(150)가 경사지게 배치되는 경우, 상기 후면 시트(150)의 저면에서 경사방향으로 상측에 상기 제1브라켓(220)이 결합되고, 상기 후면 시트(150)의 저면에서 경사방향으로 하측에 상기 제2브라켓(230)이 결합된다.
이는 상기 후면 시트(150)와 상기 단열부재(210) 사이의 간격 중, 상기 후면 시트(150)의 저면에서 상기 제1브라켓(220)이 결합되는 일 측의 간격(d)이 상기 제2브라켓(230)이 결합되는 타 측의 간격(D) 보다 작게 형성되도록 하기 위함이다.
이와 같이 상측에 배치되는 상기 일 측의 간격(d)이 상기 타 측의 간격(D) 보다 작게 형성되면, 상기 후면 시트(150)와 단열부재(210) 사이 공간에 형성된 대기의 열 이동에 따라서 자연 대류가 발생하게 된다.
따라서 상기 단열부재(210)는 설치면으로부터 복사되는 열을 차단하여 상기 후면 시트(150)로 복사열이 전달되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 상기 후면 시트(150)와 단열부재(210) 사이에 자연대류를 발생시켜 상기 태양전지모듈의 과열을 방지하는 효과를 제공한다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 태양전지 120 : 인터커넥터
130 : 제 1 보호막 140 : 제 2 보호막
150 : 후면 시트 160 : 로이유리
170 : 프레임 180 : 정션박스
200 : 복사열 방지부 210 : 단열부재
220 : 제1브라켓 230 : 제2브라켓
130 : 제 1 보호막 140 : 제 2 보호막
150 : 후면 시트 160 : 로이유리
170 : 프레임 180 : 정션박스
200 : 복사열 방지부 210 : 단열부재
220 : 제1브라켓 230 : 제2브라켓
Claims (6)
- 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지;
상기 각 태양전지를 전기적으로 연결하는 인터커넥터;
상기 태양전지의 전면과 후면에 구성되어 상기 태양전지를 보호하는 제 1 보호막 및 제 2 보호막;
상기 태양전지의 수광면 반대쪽 제 2 보호막의 하부에 구성되는 후면 시트;
상기 태양전지의 수광면 제 1 보호막 위에 구성되어 상기 태양 에너지 중 적외선만을 선택적으로 차단함과 함께 상기 태양전지의 파손을 방지하기 위해 구성되는 로이유리;
상기 태양전지, 제 1, 제 2 보호막, 후면 시트 및 로이유리를 수납하는 프레임;
상기 후면 시트의 하방에 이격되어 배치되며, 상기 후면 시트의 저면에서 경사방향으로 상측에 결합되는 제1브라켓과, 경사방향으로 하측에 결합되는 제2브라켓과, 상기 제1브라켓 및 제2브라켓의 단부에 결합되는 단열부재를 포함하여 설치면으로부터 반사되는 복사열을 차단시키는 복사열 방지부 및
상기 후면 시트의 배면에 구성되는 정션박스를 포함하고,
상기 단열부재는 상기 제1브라켓이 제2브라켓 보다 길이가 짧게 형성되어, 상기 단열부재와 상기 후면 시트 사이에 자연대류가 발생하도록 경사각이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1, 제 2 보호막은,
에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐부티랄, 에틸렌초산비닐 부분 산화물, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지를 일 군으로 하여 적어도 하나 이상의 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 로이유리는 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈. - 청구항 1에 있어서,
상기 로이유리는 태양광의 입사율이 높으며 태양전지를 보호하고 적외선을 차단하기 위해 강화 유리의 표면에 금속 또는 금속 산화물을 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
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| CN108110078A (zh) * | 2018-02-05 | 2018-06-01 | 通威太阳能（合肥）有限公司 | 一种太阳能电池背板及其太阳能电池组件 |
| CN112242452A (zh) * | 2019-07-16 | 2021-01-19 | Ａｇｃ株式会社 | 太阳能电池组件 |
| WO2023277476A1 (ko) * | 2021-06-30 | 2023-01-05 | (주) 엔피홀딩스 | 접이식 솔라 모듈 |
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2013
- 2013-02-27 KR KR1020130021412A patent/KR101405279B1/ko active IP Right Grant
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