KR101897748B1 - 곡면 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈은, 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.

Description

곡면 태양전지 모듈{CURVED SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 곡면에 설치 사용하는 곡면 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공쌍은 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이와 같은 태양 전지는 출력 전력을 높이기 위해 복수 개를 하나의 모듈 형태로 패키징하여 사용되었다.
또한, 최근에는 이와 같은 태양 전지 모듈이 태양광 발전소나 가정용으로 공급되는 등 여러 형태로 소비자 욕구를 충족시켜왔다.
태양 전지 모듈 내에 설치되는 태양 전지들은 서로 직렬로 연결(일 예로, 스트링)될 수 있는데, 직렬 회로 특성상 스트링에 포함된 태양전지 하나의 출력 전류가 낮아지는 경우에 스트링의 전체 출력 전류는 가장 낮은 출력 전류값으로 수렴하게 된다. 이 같은 경우, 태양 전지 모듈의 출력 전류값이 최소값으로 수렴하여, 모듈 전체의 출력이 낮아지는 문제가 발생한다.
한편, 태양 전지 모듈이 곡면 형상을 가지는 자동차 지붕이나 비행기 날개, 건축물의 외관 등에 사용되는 경우, 태양 전지 모듈도 설치 장소에 맞춰 곡면을 갖도록 설치가 된다.
그런데, 이 같은 경우 곡면 자체의 형상으로 인하여, 태양전지의 설치 각도가 달라져 태양전지가 발전하는 전류의 값이 위치에 따라 달라질 수 밖에 없고, 결과적으로 태양전지 모듈의 출력이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 곡면을 따라 배치된 태양전지들의 출력을 효율적으로 관리해 곡면 태양전지 모듈의 전체 출력을 향상하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈은, 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예예 따른 곡면 태양전지 모듈은 제1 영역과 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 곡면을 따라 제1 방향의 경사를 갖도록 배치된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제1 방향과 다른 제2 방향의 경사를 갖도록 배치된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 스트링들은 영역별로 나눠져 출력 전력을 조절하는 옵티마이저에 연결돼 출력부를 구성하고 있다. 따라서, 태양전지들은 m×n 행렬 배열을 이루고 있음에도 태양전지의 경사 각도가 다른 영역별로 출력 전력을 조절할 수가 있고, 결과적으로 전체 모듈의 출력 전력을 효과적으로 조절할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 모습을 예시하는 도면이다.
도 2는 곡면 태양전지 모듈을 구성하는 투명 기판을 보여주는 도면이다.
도 3은 곡면 태양전지 모듈을 열 방향에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습과, 태양의 위치에 따라 곡면 태양전지 모듈에 입사되는 빛의 진행 방향을 설명하는 도면이다.
도 4는 영역에 따른 태양전지의 경사를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 배치와 그에 따른 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 6에서 제1 영역이 복수 개로 분할되는 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 곡면 태양전지 모듈을 행 방향에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 열 방향에서 경사 방향이 다르게 배치된 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 행 방향에서 경사 방향이 다르게 배치된 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제와 다르게 구성 요소를 단순화해 도시한다.
이하의 상세한 설명에서는 실시예에 따라 차이가 없는 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
이하의 실시예 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 실시예를 설명하나, 건축물의 지붕과 같은 외관, 비행기의 몸체 등에 설치 사용될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 모습을 예시하며, 이중 도 2는 곡면 태양전지 모듈을 구성하는 투명 기판을 보여준다. 그리고, 도 3은 곡면 태양전지 모듈을 열방향(도면의 y축 방향)에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습과, 태양의 위치에 따라 곡면 태양전지 모듈에 입사되는 빛의 진행 방향을 설명하며, 도 4는 영역에 따른 태양전지의 경사를 설명하는 도면이다.
이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 곡면을 갖는 자동차의 지붕에 설치돼, 자동차의 운행에 필요한 전기를 생산하도록 구성될 수 있다.
요즘의 자동차들은 공기 저항을 줄이고 디자인을 좋게 하기 위해 곡면을 많이 사용해 자동차를 설계한다. 자동차의 지붕 경우도 꼭대기 부분이 위로 볼록한 형상을 일반적으로 가지며, 차체와 연결되는 부분은 다른 부분보다 큰 곡면을 갖도록 형성되기도 한다.
본 발명의 일 실시예예 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 이런 지붕의 형상에 대응하기 위해서, 적어도 2개의 다른 곡면을 갖도록 형성되어야 한다. 때문에, 곡면 태양전지 모듈(1) 특히, 외관을 이루는 투명 기판(10)의 곡면 형태는 장착되는 대상물에 따라 곡률 반경, 곡면의 형상 등이 다양하게 변형될 수 있다.
실시예에서, 태양전지들(20)은 지붕에 많은 수가 배치될 수 있게, 열과 행을 이루는 m×n 행렬 배열(m과 n은 자연수)을 이룰 수 있다. 태양전지들(20) 사이의 연결은 스트링 내에서만 서로 물리적으로 연결되도록 구성되는데, 이에 대해서는 자세히 후술된다. 여기서 열은 제1 방향, 행은 제2 방향이라 하면, 자동차의 지붕은 열이 행보다는 긴 대략 직사각형 형상을 가지고 있으므로, 이에 맞춰 태양전지들도 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 태양전지들은 1열 기준으로 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들의 개수가 1행 기준으로 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 배열된 태양전지의 개수보다 많게 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
투명 기판(10)은 자동차의 길이 방향(도면의 y축 방향으로, 이하 제1 방향이라 함)이 자동차의 폭 방향(도면의 x축 방향으로, 이하 제2 방향이라 함)보다 긴 대략 직사각형 형상을 가질 수 있다.
또한, 투명 기판(10)은 전체적으로 지면(100)에 대해 위로 블록한 라운드진 형상을 가질 수 있으며, 특히 위치에 따라 곡률(또는 곡면)이 다르게 형성될 수 있다.
도시된 바처럼, 자동차의 지붕 형상에 대응할 수 있도록 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 영역(S1)보다 큰 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)으로 나눠질 수가 있다. 이에, 제1 영역(S1)에서 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 곡면(10a)으로 구성되고, 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 갖는 제2 곡면(10b)으로 구성될 수가 있다. 여기서, 제2 곡면(10b)은 제1 곡면(10a)과 곡률이 다르기 때문에 다른 경사를 갖도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 곡면(10b)의 곡률이 크다면 제1 곡면(10a)보다 가파른 경사를 가질 수 있고, 곡률이 작다면 제1 곡면(10a)보다 작은 경사를 가질 수 있다.
바람직한 한 형태에서, 제2 영역(S2)은 지붕이 차체와 연결되는 투명 기판(10)의 측면부를 포함하는 가장자리 영역일 수 있고, 제1 영역(S1)은 제2 영역(S2)사이의 중앙 영역일 수 있다. 여기서, 투명 기판(10)의 영역 구분은 곡률에 따른 이론적 분류이기 때문에, 도면에서 예시하는 바처럼 구획되지 않을 수도 있다. 도면에서 예시하는 바는 일 예들을 설명할 뿐이다. 따라서, 도면에서 예시한 제1 영역(S1)은 반드시 투명 기판(10)의 중앙에 해당하고, 제2 영역(S2)은 투명 기판(10)의 가장자리에 해당하지 않을 수 있다.
태양전지들(20)은 투명 기판(10)의 곡면에 맞춰 배열이 되므로, 영역에 따라 기울어진 경사가 다를 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 영역(S1)에 배치되는 제1 태양전지들(C1)은 투명 기판(10)의 곡률이 작아 평면에 수렴한다 가정할 수 있어, 지면(100)에 대해 평행할 수가 있다. 이와 비교해서, 제1 영역(S1)보다 곡률이 큰, 또는 큰 곡면을 갖는 제2 영역(S2)에 배치되는 제2 태양전지들(C2)은 제1 태양전지들(C1)보다 지면(100)에 대해 경사지도록 설치될 수가 있다.
제2 영역(S2)에서, 투명 기판(10)은 투명기판(10)의 곡면에 맞춰 지면(100)에 대해 경사지게 위치하므로, 제2 태양전지(C2)는 지면(100)에 대해 제1 각도(θ1)만큼 기울어져 위치할 수가 있다. 또한, 제2 영역(S2)의 경사 각도는 다를 수 있다. 즉, 차량의 전면에 가깝게 위치하는 제2 영역(S2)과 차량의 뒤쪽에 가깝게 위치하는 제2 영역(S2)의 경사각도를 각각 제1 각도(θa)와 제2 각도(θb)라고 하면, 제1 각도(θa)와 제2 각도(θb)는 서로 다를 수가 있다.
여기서, 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)는 m×n 행렬 배열된 태양전지들 중 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에 속한 태양전지들을 구분하기 위해서 사용된다. 즉, 제1 태양전지(C1)는 곡률이 작은 영역에 배치되는 태양전지들, 그리고 제2 태양전지(C2)는 제1 태양전지(C1)보다 곡률이 큰 영역에 위치해 제1 태양전지(C1)보다 경사지게 배치된 태양전지를 말한다.
태양전지들(20)은 이처럼 위치에 따라 경사각이 다르게 설치되기 때문에, 태양전지로 입사되는 빛의 양이 다를 수 있다.
도 3을 참조하면, (A) 지점에서 빛은 제1 내지 제3 경로(A1∼A3)를 통해 곡면 태양전지 모듈(1)로 입사된다고 가정한다. 여기서, 제1 경로(A1)는 제1 영역(S1)에 실질적으로 수직한 경로를 말하며, 제2 및 제3 경로(A2, A3)는 제1 영역(S1)의 양측에 위치하는 제2 영역(S1)으로 하는 빛의 경로를 말한다.
(A) 지점에서 제1 경로(A1)로 진행한 빛은 제1 태양전지(C1)에 수직하게 입사되는 반면, 제2 태양전지(C2)는 기울어져 배치되어 있기 때문에 빛이 비스듬하게 입사가 될 수 있다. 때문에, 제1 태양전지(C1)에 입사되는 빛이 제2 태양전지(C2)에 입사되는 빛보다 많을 수 있다.
(B) 지점에서, 빛은 제1 내지 제3 경로(B1∼B3)를 통해 곡면 태양전지 모듈(1)로 입사가 된다고 가정한다. 여기서, 제1 경로(B1)는 제1 영역(C1)을 바로 향하는 빛의 경로이며, 제2 및 제3 경로(B2, B3)는 각각 제2 영역(S2) 및 제3 영역(S3)을 각각 향하는 빛의 경로를 나타낸다. 제1 태양전지(C1)는 제1 내지 제3 경로(B1∼B3)로 진행한 빛이 도달하는 반면에, 제2 태양전지(C2)는 경사로 인해 일부 빛이 제대로 도달하지 못한다. 때문에, 제1 태양전지(C1)에 입사되는 빛이 제2 태양전지(C2)에 입사되는 빛보다 많을 수 있다.
유사하게, (C) 지점에서도 빛은 경사가 없는 제1 태양전지(C1)보다 경사지게 배치된 제2태양전지(C2)에 적게 입사될 수 밖에 없다.
빛이 이처럼 태양전지(C1∼C3)에 입사하면, 제2 태양전지(C2)에서 출력되는 전류값은 제1 태양전지(C1)에서 출력되는 전류값보다 작고, 출력 전류값의 편차로 인하여, 직렬 회로의 특성에 의해 최저 출력 전류값으로 모듈의 출력 전류가 결정되어, 곡면 태양전지 모듈(1)의 효율이 떨어질 수 있다.
이 같은 문제점을 방지하기 위해서, 실시예들의 곡면 태양전지 모듈(1)은 태양전지(C1, C2) 별로 출력을 제어하도록 구성된다. 이에 대해서 첨부한 도면을 통해 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈의 태양전지 배치와 그에 따른 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 제1 영역(S1)에서 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들(C1)과, 상기 제1 태양전지들(C1)에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저(CT1)를 포함하는 제1 출력부(100), 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들(C2)과, 상기 제2 태양전지들(C2)에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저(CT2)를 포함하는 제2 출력부(200)를 포함한다.
옵티마이저(optimizer; CT1, CT2)는 연결된 스트링에서 발전해 입력되는 전력을 주기적으로 모니터링하여 과거 주기보다 현재 주기의 입력 전력이 떨어지는 경우에 현재 주기의 전력을 능동적으로 높이도록 동작한다. 이러한 옵티마이저(CT1, CT2)는 일 예로, 벅 컨버터(buck converter) 회로를 포함해 구성되며, 입력 전력이 떨어지면 컨버터의 듀티(duty)를 변동시켜 MPPT를 찾아 전압(V)은 감소시키는 한편, 전류(I)를 상승시켜 입력 전력이 떨어지는 것을 방지한다.
도 5에서, 태양전지들(20)은 행 방향(도면의 z축 방향)에서 서로 직렬 연결되어 제1 내지 제10 스트링(ST1∼ST10)을 이루고 있으며, 전체적으로는 m×n 행렬 배열을 이루고 있다.
여기서, 태양전지들은 열방향(도면의 y축 방향)으로 연결되기 보다는 행방향(도면의 z축 방향)으로 연결되는 것이 바람직하다. 이렇게 태양전지들을 연결시켜 제1 내지 제10 스트링(ST1∼ST10)을 배치함으로써, 영역(S1, S2)에 따라 태양전지들의 출력을 개별적으로 조절할 수가 있다.
즉, 열방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들을 연결시켜 스트링을 구성하게 되며, 스트링에 속한 일부는 제2 영역(S2)에 위치하고, 일부는 제1 영역(S1)에 위치하게 된다. 때문에, 영역별(S1, S2)로 태양전지를 출력 제어하는 것이 사실상 불가능하다. 그러나, 이 실시예와 같이 태양전지들이 행방향(도면의 z축 방향)으로 연결되면, 스트링이 하나의 영역에만 위치할 수가 있어 영역별(S1, S2)로 태양전지의 전력을 제어하는 것이 가능하다.
이처럼 이 실시예에서는 행방향(도면의 z축 방향)으로 태양전지를 연결해 스트링을 구성하다 보니, m×n 행렬 배열된 태양전지들에서 스트링에 속한 태양전지의 개수가 스트링의 개수보다 적을 수 있다.
한편, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)은 각각 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)에 의해 형성되므로, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에 속한 태양전지들(C2)은 소정의 경사각도(θ1)를 갖도록 설치된다. 그리고, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)은 제1 영역(S1)에 배치된 제1 태양전지(C1)에 의해 형성되므로, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)에 속한 태양전지들(C1)은 경사 없이 설치될 수가 있다. 여기서, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)은 서로 직렬 연결될 수가 있다.
따라서, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10) 각각에서 발전해 출력되는 전력의 크기는 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10) 각각에서 발전해 출력되는 전력보다 작을 수가 있으나, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)과 별개로 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에서 출력되는 전력을 관리해, 곡면 태양전지 모듈(1)의 전체 출력 전력이 떨어지는 것을 방지한다.
이를 위해, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에는 각각 제2 옵티마이저(CT1)가 연결되어 제2 출력부(200)를 형성하고, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)과는 제1 제어기(CT1)가 연결되어 제1 출력부(100)를 형성할 수 있다.
제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)는 연결부(300)에 의해 직렬, 또는 병렬로 연결될 수가 있다.
이와 같이, 이 실시예의 곡면 태양전지 모듈(1)은 영역별로 태양전지 모듈이 독립적으로 발전하고, 제어기의 제어에 의해 출력되는 전력이 조절될 수 있도록 구성된다. 때문에, 발전량의 변동이 심한 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)에 의해 모듈 전체의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
제1 옵티마이저(CT1)는 제1 스트링(ST1) 또는 제10 스트링(ST1)에서 출력되는 전력을 주기적으로 모니터링하여 과거 주기보다 현재 주기의 입력 전력이 떨어지는 경우에 현재 주기의 전력을 능동적으로 높여 제2 옵티마이저(CT2)로 연결부(300)를 통해 입력해 곡면 태양전지 모듈의 전체 출력 전력이 제1 및 제10 스트링(ST1, ST2)에 의해 떨어지는 것을 조절한다.
한편, 제1 옵티마이저(CT1)에 연결된 태양전지의 개수는 제2 옵티마이저(CT2)에 연결된 태양전지의 개수보다 많을 수 있다. 이에, 상기 제1 옵티마이저(CT1)의 처리 용량은 상기 제2 옵티마이저(CT2)의 처리 용량보다 큰 것이 바람직할 수가 있다. 여기서 처리 용량이 크다는 것은 입력 값과 출력 값의 최대치가 크다는 것을 의미한다. 일 예로, 제1 옵티마이저(CT1)에 입력되는 전압과 전류의 크기는 제2 옵티마이저(CT2)보다 크며, 또한 출력되는 전압과 전류 역시 제2 옵티마이저(CT2)보다 클 수가 있다.
한편, 도 5에서 설명하는 곡면 태양전지 모듈(1)에서 제1 영역(S1)은 하나의 영역으로 구성되는 것으로 설명하였으나, 복수의 영역으로 형성해, 제1 영역(S1)에 배치된 태양전지들의 출력 전력을 더 효과적으로 관리할 수 있다.
도 6은 제1 영역(S1)이 제11 영역과 제12 영역으로 분할 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
도 6에서, 제1 영역(S1)은 제11 영역(S11)과 제12 영역(12)로 더 분할 될 수가 있다. 여기서, 제11 영역(S11)과 제12 영역(S12)은 동일한 면적을 가지거나 다를 수 있으며, 영역의 분할은 행 방향(도면의 z축 방향)을 따라 분할되는 것이 바람직하다. 또한, 제11 영역(S11)과 제12 영역(S12)에 배치되는 태양전지들은 동일한 경사각도를 갖거나, 다른 경사각도를 갖도록 설치된 것일 수 있다.
또한, 제1 출력부(CT1)는 분할된 영역에 맞춰 제11 출력부(CT11)와 제12 출력부(CT12)를 포함해 구성되어, 분할된 영역(S11, S12)별로 출력 전력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
제11 영역(S11)에서 제2 내지 제5 스트링(ST2∼ST5)은 스트링 세트를 이뤄 직렬 연결되며, 제11 옵티마이저(CT11)가 연결되어 제11 출력부(100a)를 구성한다. 그리고 제12 영역(S12)에서 제6 내지 제9 스트링(ST6∼ST9)도 스트링 세트를 이뤄 직렬 연결되며, 제12 옵티마이저(CT12)와 연결되어 제12 출력부(100b)를 구성한다.
복수의 제어기(CT2, CT11, CT12)는 연결부(300)에 의해 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제11 제어기(CT11), 제12 제어기(CT12) 그리고 제2 제어기(CT1)의 처리 용량은 각 제어기에 연결된 스트링의 개수에 따라 그 처리 용량이 결정될 수가 있다. 스트링의 개수가 작아짐에 따라 처리 용량의 크기도 작아지고, 스트링의 개수가 커지면 처리 용량의 크기도 커질 수 있다.
이 실시예의 곡면 태양전지 모듈(1)에서 태양전지들은 m×n 행렬 배열을 이루고 있지만, 제11 영역(S11), 제12 영역(S12), 제2 영역(S2)으로 나눠 각각 발전하며, 일부 영역의 발전 전력이 떨어지더라도 제어기가 동작해 떨어진 전력을 보상하기 때문에 모듈 전체의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 곡면의 투명 기판(10)이 도면의 y축 방향으로 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)을 포함하는 경우에 대한 태양전지의 배치 및 출력부의 구성을 설명하였다.
이하, 곡면의 투명 기판(10)이 도면의 x축 방향으로 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)을 포함하는 경우에 대한 실시예를 설명한다.
도 7에서 예시하는 바처럼, 투명 기판(10)은 도면의 x축 방향에서 1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 영역(S1)보다 큰 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)으로 나눠질 수가 있다. 이에, 제1 영역(S1)에서 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 곡면(10a)으로 구성되고, 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 갖는 제2 곡면(10b)으로 구성될 수가 있다.
또한, 제1 곡면 및 제2 곡면을 따라 배치되는 태양전지들은 제1 경사를 갖는 제1 태양전지(C1), 제1 경사보다 큰 제2 경사를 갖는 제2 태양전지(C2)를 포함할 수가 잇다.
이에 따른 태양전지의 배치 및 출력부의 구성을 도 8을 참조로 설명한다.
도 8에서, 서로 다른 경사를 갖는 제1 태양전지들(C1) 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치된다. 여기서, 스트링(ST1∼ST6)의 길이 방향을 따라서 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)이 구획될 수 있다. 이와 같이 제1 영역과 제2 영역을 구획함으로써 스트링이 제1 또는 제2 영역 중 하나에만 위치할 수가 있다.
제1 영역(S1)에 위치하는 제1 태양전지들(C1)과 제2 영역(S2)에 위치하는 제2 태양전지들(C2)은 함께 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수 있다. 이 중 제1 스트링(ST1)과 제6 스트링(ST6)은 제2 영역(S2)에 위치할 수 있고, 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)은 제1 영역(S1)에 위치할 수가 있다. 여기서, 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)은 직렬 연결될 수가 있다.
제1 옵티마이저(CT1)은 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)에 연결되며, 제2 옵티마이저(CT2)는 제1 및 제6 스트링(ST1, ST6)에 각각 연결될 수 있고, 제1 및 제2 옵티마이저(CT1, CT2)는 연결부(300)에 의해 연결된 구성을 갖는다.
이 실시예에서는 스트링의 길이 방향이 m×n 행렬 배열을 이루고 있는 태양전지들의 열 방향(도면의 y축 방향)과 나란하고 있다. 때문에, 각 스트링(ST1∼ ST6)에 속한 태양전지의 개수를 이전의 실시예보다 늘릴 수가 있다.
또한, 태양전지들(20)은 곡면의 투명 기판이 동일한 곡면으로 형성되더라도 위치에 따라 경사 방향이 다르게 설치될 수가 있다. 태양전지의 경사 방향이 다르면 태양전지로 입사되는 빛의 양이 위치에 달라질 수가 있고, 결국 모듈의 전체 출력 전력을 떨어트릴 수가 있다. 이하에서는 서로 다른 방향의 경사를 갖는 경우에 따른 출력부의 구성과 이에 따른 태양전지의 배치 관계를 설명한다.
먼저, 도 9 및 도 10을 참조하면, 곡률이 일정한 곡면의 투명 기판(10)은 정점을 기준으로 좌, 우 대칭하는 모양을 가질 수 있다. 때문에, 곡면을 따라 배치되는 태양전지들 중 일부, 즉 제1 태양전지(C1)는 제1 영역(S1)에서 오르막 경사를 갖는 제1 각도(θa)를 가지며, 일부(S2)에서는 내리막 경사를 갖는 제2 각도(θb)를 가지도록 설치될 수가 있다.
도 11은 도 10에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여준다.
도 11을 참조하면, 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수가 있다.
제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에서 제1 태양전지(C1)과 제2 태양전지(C2)는 각각 복수의 스트링을 이루고 있다. 제1 영역(S1)에서, 제1 태양전지(C1)는 제1 영역(C1)에 속한 열 방향(도면의 y축 방향)의 복수 개 태양전지들이 각각 개별적으로 연결되어 복수 개의 스트링(ST1∼ST6)을 이룰 수 있다. 그리고, 각 스트링(ST1∼ST6)은 제1 옵티마이저(CT1)와 연결되어 제1 출력부(100)를 구성할 수가 있다. 이에 따라, 제1 영역(S1)으로는 복수의 제1 출력부(100)가 형성될 수가 있다.
또한, 제2 영역(S2)에서, 제2 태양전지(C2)는 제2 영역(S2)에 속한 열 방향의 복수 개 태양전지들이 각각 모여 스트링(ST7∼ST12)을 이루고, 각 스트링(ST7∼ST12)에 제2 옵티마이져(CT2)가 연결되어 복수의 제2 출력부(CT2)를 이룰 수 있다.
이에 제1 영역(S1)에 속한 스트링들(ST1∼ST6)은 제2 영역(S2)에 속한 스트링들(ST7∼ST12)과 도면의 y축 방향에서 동일한 선 상에 위치하게 된다.
따라서, 제1 및 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루면서 제1 및 제2 출력부를 구성할 수가 있고, 각 출력부마다 옵티마이저가 동작해 출력 전력이 낮아지지 않도록 조정될 수가 있고, 결과적으로 전체 모듈의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
여기서, 열 방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들이 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에 속해 제1 및 제2 출력부를 각각 구성하는 한편, 행 방향(도면의 z축 방향)을 따라서는 복수의 출력부가 구성된다. 때문에, 스트링의 총 개수보다 각 스트링에 속한 태양전지의 개수가 작을 수 있다. 또한 각 옵티마이저(CT1, CT2)에 연결된 태양전지의 개수는 각 출력부마다 동일하므로, 모든 출력부의 옵티마이저(CT1, CT2) 용량은 동일할 수가 있다.
이상의 실시예는 곡면의 투명 기판(10)을 열 방향(도면의 y축 방향)으로 배치된 태양전지의 경사 방향이 다른 경우에 대한 실시예를 설명하였다. 이하, 행 방향(도면의 x축 방향)으로 배치된 태양전지의 경사 방향이 다른 경우에 대한 실시예를 도 12 및 도 13을 참조로 설명한다.
도 12에서, 곡면의 투명 기판(10)은 행 방향(도면의 x축 방향)으로 동일한 곡면을 갖도록 구성되므로, 정점을 기준으로 좌, 우 대칭하는 모양을 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(S1)에 배치된 제1 태양전지(C1)는 오르막 경사를 갖도록 설치되고, 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)는 내리막 경사를 갖도록 설치되 수가 있다.
도 13은 도 12에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여준다.
도 13에서, 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수가 있다.
제1 영역(S1)에서 제1 태양전지들은 열 방향으로 연결되어 복수의 스트링(ST1∼ST3)을 이루며 또한 제1 옵티마이저(CT1)에 연결되어 제1 출력부(CT1)를 구성할 수 있다. 그리고, 제2 영역(S2)에서 제2 태양전지들도 열 방향으로 연결되어 복수의 스트링(ST4∼ST6)을 이루며 또한 제2 옵티마이저(CT2)에 연결되어 제2 출력부(CT2)를 구성할 수 있다.
이에 따르면, 제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)는 각각 스트링이 직렬 연결된 복수의 스트링 세트에 연결될 수 이다. 한편 도 13에서는 제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)에 각각 연결되는 스트링의 개수가 동일한 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 다를 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판;
    상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들로 이뤄진 제1 스트링과, 상기 제1 스트링에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부;
    상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들로 이뤄진 제2 스트링과, 상기 제2 스트링에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부; 및
    상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부;
    를 포함하고,
    상기 제1 옵티마이저는 상기 제1 스트링의 현재 주기의 출력 전력이 과거 주기보다 떨어지지 않도록 제어하고,
    상기 제2 옵티마이저는 상기 제1 옵티마이저와 별도로 상기 제2 스트링의 현재 주기의 출력 전력이 과거 주기보다 떨어지지 않도록 제어하는 곡면 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 곡률이 상기 제1 곡률보다 큰 곡면 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들에 대한 상기 제2 태양전지들의 기울어짐이 큰 곡면 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 옵티마이저에 연결된 상기 제1 태양전지들의 개수는 상기 제2 옵티마이저에 연결된 제2 태양전지들의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 옵티마이저의 처리 용량은 상기 제2 옵티마이저의 처리 용량보다 큰 곡면 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 제1 스트링과 상기 제2 스트링의 길이 방향을 따라 상기 곡면의 투명 기판을 구획한 곡면 태양전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 mХn 행렬 배열을 이루도록 배치되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 배치된 상기 제1 및 제2 스트링의 총 개수는 각 스트링에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 상기 제1 스트링의 개수는 상기 제2 영역에 배치된 제2 스트링의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 제1 스트링은 서로 직렬 연결된 복수의 스트링들을 포함하고,
    상기 복수의 스트링들은 하나의 상기 제1 옵티마이저에 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 제1 스트링은 적어도 2개 이상이 직렬 연결된 스트링 세트를 복수 개 포함하고,
    상기 제1 옵티마이저는 상기 복수의 스트링 세트에 각각 연결된 복수의 옵티마이저들을 포함하는 곡면 태양전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 상기 제1 및 제2 옵티마이저에 의해서만 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 mХn 행렬 배열을 이루도록 배치되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 배치된 상기 제1 및 제2 스트링의 총 개수는 각 스트링에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 작은 곡면 태양전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 곡면의 투명 기판의 측면부를 포함하는 가장자리 영역인 곡면 태양전지 모듈.
  14. 제1 영역과 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판;
    상기 제1 영역에서 상기 곡면을 따라 제1 방향의 경사를 갖도록 배치된 제1 태양전지들로 이뤄진 제1 스트링과, 상기 제1 스트링에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부;
    상기 제2 영역에서 상기 제1 방향과 다른 제2 방향의 경사를 갖도록 배치된 제2 태양전지들로 이뤄진 제2 스트링과, 상기 제2 스트링에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부; 및
    상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부;
    를 포함하고,
    상기 제1 옵티마이저는 상기 제1 스트링의 현재 주기의 출력 전력이 과거 주기보다 떨어지지 않도록 제어하고,
    상기 제2 옵티마이저는 상기 제1 옵티마이저와 별도로 상기 제2 스트링의 현재 주기의 출력 전력이 과거 주기보다 떨어지지 않도록 제어하는 곡면 태양전지 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 mХn 행렬 배열을 이루도록 배치된 곡면 태양전지 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 스트링과 상기 제2 스트링은 각각 직렬 연결된 적어도 2개 이상의 스트링들을 포함하고,
    상기 제1 스트링과 제2 스트링은 각각 하나의 옵티마이저에 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 제1 및 제2 스트링의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상기 곡면의 투명 기판을 구획한 것인 곡면 태양전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 영역에 위치한 상기 제1 출력부와 상기 제2 영역에 위치한 상기 제2 출력부는 각각 복수 개로 이뤄진 곡면 태양전지 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 스트링의 길이 방향에서, 상기 제1 영역에 배치된 복수의 제1 스트링과 상기 제2 영역에 배치된 복수의 제2 스트링은 동일한 선 상에 위치하는 곡면 태양전지 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 스트링의 총 개수는 상기 제1 또는 제2 출력부 각각에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.

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