KR102146306B1 - Edge concentrating type structure for increasing the light collection rate and solar window including the same - Google Patents
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Abstract
집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체에 관한 것이며, 본원의 엣지 집광형 구조체는 상측으로부터 진입한 광의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로를 통해 엣지 측으로 포집하도록 구비되는 광도파 집광층; 및 상기 엣지에 직접적으로 대향하도록 배치되는 엣지 집광부 및 상기 엣지 측으로 포집된 광의 외부 유출이 차단되도록 상기 엣지를 감싸게 구비되는 프레임 몸체를 포함하는 엣지 프레임부를 포함하되, 상기 프레임 몸체는, 상기 엣지의 상단과 상기 엣지 집광부의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임 및 상기 엣지의 하단과 상기 엣지 집광부의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임을 포함하고, 상기 엣지, 상기 엣지 집광부, 상기 상부 연결 프레임과 상기 하부 연결 프레임의 사이에는 프레임 내부 공간이 형성되며, 상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면에는 그에 도달한 광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성될 수 있다.It relates to an edge-converging type structure that increases a light-converging rate, and the edge-converging type structure of the present application comprises: an optical waveguide condensing layer provided to collect at least a portion of light entering from an upper side to the edge side through an internal optical waveguide path; And an edge frame portion including an edge condensing portion disposed to directly oppose the edge and a frame body provided to surround the edge so as to block outflow of light collected toward the edge, wherein the frame body comprises: An upper connection frame connecting an upper end and an upper side of the edge collecting unit, and a lower connection frame connecting a lower end of the edge and a lower side of the edge collecting unit, wherein the edge, the edge collecting unit, the upper connection frame and the A frame inner space is formed between the lower connection frames, and an upper reflective surface and a lower reflective surface for reflecting light reaching the upper and lower connection frames may be formed on an inner surface of the upper connection frame and an inner surface of the lower connection frame.
Description
본원은 집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체(광도파 집광층 및 프레임 구조) 및 이를 포함하는 창호형 태양전지 장치(시스템)에 관한 것이다.The present application relates to an edge condensing structure (a light waveguide condensing layer and a frame structure) that increases a condensing rate, and a window-type solar cell device (system) including the same.
태양광 집광 장치(solar concentrator) 및 창호형 태양광 발전 시스템은 태양광의 경로를 변경시켜 솔라셀(solar cell)로 향하게 하는 시스템이다.A solar concentrator and a window-type solar power generation system are systems that change the path of sunlight and direct it to a solar cell.
그런데, 일반적인 태양광 집광 장치 및 창호형 태양광 발전 시스템은 광도파 집광층의 엣지(edge)에서 나가는 광(빛)의 산란성이 강하여, 전력변환효율이 저하되는 측면이 있었다.However, the general solar concentrating device and the window-type solar power generation system have a strong scattering property of light (light) exiting from the edge of the optical waveguide condensing layer, and the power conversion efficiency is lowered.
도 1은 태양광을 엣지로 집광시키는 통상적인 시스템의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional system for condensing sunlight to an edge.
도 1은 태양광이 어떻게 엣지(300')로 진행하는지를 보여준다. 집광용 렌즈(400')를 활용하여 집광된 광(130')은 메탈 패턴(120')에 의해 반사될 수 있다. 메탈 패턴(120')에 의해 반사된 광(130')은 광도파 집광층(100')과 에어 클래딩(air cladding)(500') 사이의 임계각 이상의 각도로 광도파 집광층(100')의 경계면에 부딪히게 되고 엣지(300')로 나가기 전까지 광도파 집광층(100') 안에 가두어 질 수 있다.1 shows how sunlight travels to the edge 300'. The
도 1에서 확인되는 바와 같이, 태양광을 엣지로 집광시키는 통상적인 태양광 집광 시스템(장치)에서, 광도파 집광층(100')의 엣지(300')를 통해 나가는 광(130')은 솔라셀(210')에 도달하는 직진 성분보다 솔라셀(210')에 도달하지 못하고 산란되는 산란 성분이 오히려 주가 될 수 있다. 이처럼 통상적인 태양광 집광 시스템(장치)의 경우, 광(130')이 프레임(200')에 부착된 솔라셀(solar cell)(210')로 향하지 않을 확률이 높으며, 이는 전력변환 손실로 이어질 수 있다.As shown in FIG. 1, in a conventional solar condensing system (device) that condenses sunlight to an edge, the
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허공보 제10-1720651호에 개시되어 있다.The technology behind the present application is disclosed in Korean Patent Publication No. 10-1720651.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광도파 집광층의 엣지에서 나가는 광들이 산란되지 않도록 함으로써 광의 손실을 줄이고 집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체 및 이를 포함하는 창호형 태양전지 장치를 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is to solve the problems of the prior art described above, by preventing the light exiting from the edge of the light waveguide layer from being scattered, an edge condensing type structure that reduces light loss and increases a condensing rate, and a window type solar cell device including the same. It is intended to be provided.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiments of the present application is not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본원의 제1 측면에 따른 집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체는 상측으로부터 진입한 광의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로를 통해 엣지 측으로 포집하도록 구비되는 광도파 집광층; 및 상기 엣지에 직접적으로 대향하도록 배치되는 엣지 집광부 및 상기 엣지 측으로 포집된 광의 외부 유출이 차단되도록 상기 엣지를 감싸게 구비되는 프레임 몸체를 포함하는 엣지 프레임부를 포함하되, 상기 프레임 몸체는, 상기 엣지의 상단과 상기 엣지 집광부의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임 및 상기 엣지의 하단과 상기 엣지 집광부의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임을 포함하고, 상기 엣지, 상기 엣지 집광부, 상기 상부 연결 프레임과 상기 하부 연결 프레임의 사이에는 프레임 내부 공간이 형성되며, 상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면에는 그에 도달한 광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성될 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the edge condensing type structure that increases the condensing rate according to the first aspect of the present application is provided to collect at least a part of the light entering from the upper side to the edge side through the internal optical waveguide path. layer; And an edge frame portion including an edge condensing portion disposed to directly oppose the edge and a frame body provided to surround the edge so as to block outflow of light collected toward the edge, wherein the frame body comprises: An upper connection frame connecting an upper end and an upper side of the edge collecting unit, and a lower connection frame connecting a lower end of the edge and a lower side of the edge collecting unit, wherein the edge, the edge collecting unit, the upper connection frame and the A frame inner space is formed between the lower connection frames, and an upper reflective surface and a lower reflective surface for reflecting light reaching the upper and lower connection frames may be formed on an inner surface of the upper connection frame and an inner surface of the lower connection frame.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면 각각은 상기 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면일 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, each of the inner side surface of the upper connection frame and the inner side surface of the lower connection frame may be inclined surfaces having an inclination of a shape that increases as they become closer to the edge condenser side.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 프레임 내부 공간의 최내측에는 상기 엣지에 포집된 광이 내부로 진입되도록 개방되는 프레임 입구가 형성되고, 상기 프레임 내부 공간의 최외측에는 상기 엣지 집광부가 배치된 상태로 폐쇄되는 프레임 출구가 형성되며, 상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈는 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈보다 크게 설정되고, 상기 상부 연결 프레임의 내측면과 상기 하부 연결 프레임의 내측면은 상하 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present application, a frame entrance is formed at the innermost side of the frame inner space so that the light collected at the edge enters the inside, and the edge condenser is disposed at the outermost side of the frame inner space A frame outlet that is closed is formed, the vertical size of the frame outlet is set larger than the vertical size of the frame entrance, and the inner side of the upper connection frame and the inner side of the lower connection frame are vertically symmetrical. Can be formed.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈는, 상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈 이하이고 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈 이상으로 설정될 수 있다.According to the exemplary embodiment of the present disclosure, the size of the edge condensing part in the vertical direction may be less than or equal to the size of the frame outlet in the vertical direction and may be set to be greater than or equal to the size of the frame inlet.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 연결 프레임의 내측면은 위로 오목한 파라볼릭 형상으로서, 하기 식 1 내지 식 4를 만족하도록 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the inner side surface of the upper connection frame is a concave parabolic shape, and may be formed to satisfy the following
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 상부 연결 프레임의 내측면은 아래로 볼록한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로서, 하기 식 5 내지 식 8을 만족하도록 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the inner side surface of the upper connection frame is a convex downwardly curved shape or a shape maintaining a constant inclination, and may be formed to satisfy Equations 5 to 8 below.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지는 상기 엣지 집광부 측을 향해 돌출되는 적어도 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 상기 돌기의 상면 및 하면 각각은 상기 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 가까워지는 형태의 경사를 갖는 경사면일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present application, the edge is formed in a protruding shape having at least one protrusion protruding toward the edge condensing part, and each of the upper and lower surfaces of the protrusions is closer to the edge condensing part. It may be an inclined surface having an inclined shape that approaches.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 상기 돌기의 상면은 위로 볼록한 파라볼릭 형상으로서, 하기 식 9 내지 식 12를 만족하도록 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the edge is formed in a protruding shape having one protrusion having an upper surface and a lower surface symmetrical vertically, and the upper surface of the protrusion is a parabolic shape convex upward, so as to satisfy
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 상기 돌기의 상면은 아래로 오목한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로서, 하기 식 13 내지 식 16을 만족하도록 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the edge is formed in a protruding shape having one protrusion whose upper and lower surfaces are symmetrical vertically, and the upper surface of the protrusion is a downwardly concave curved shape or a shape maintaining a constant slope, the following formula It may be formed to satisfy Equation 13 to 16.
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 복수의 돌기가 상하 방향을 따라 반복적으로 배열되는 프리즘 시트 형태로 돌출 형성되고, 상기 복수의 돌기 각각의 상면은 하기 식 17 및 식 18을 만족하도록 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present application, the edge is formed to protrude in the form of a prism sheet in which a plurality of protrusions having an upper surface and a lower surface symmetrical vertically are repeatedly arranged along the vertical direction, and the upper surface of each of the plurality of protrusions is Equation 17 below. It can be formed to satisfy
본원의 일 실시예에 따르면, 상기 광은 태양광이고, 상기 엣지 집광부는 솔라셀 어레이일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the light may be sunlight, and the edge condensing unit may be a solar cell array.
한편, 본원의 제2 측면에 따른 창호형 태양전지 장치는, 상측으로부터 입사되는 태양광을 하측에 집광시키는 집광용 렌즈 어레이; 상기 집광용 렌즈 어레이의 하측에 이격 배치되고, 상기 집광용 렌즈 어레이를 통과하여 상측으로부터 진입한 태양광의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로를 통해 엣지 측으로 포집하도록 구비되는 광도파 집광층; 및 상기 엣지에 직접적으로 대향하도록 배치되는 솔라셀 어레이 및 상기 엣지 측으로 포집된 태양광의 외부 유출이 차단되도록 상기 엣지를 감싸게 구비되는 프레임 몸체를 포함하는 엣지 프레임부를 포함하되, 상기 프레임 몸체는, 상기 엣지의 상단과 상기 솔라셀 어레이의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임 및 상기 엣지의 하단과 상기 솔라셀 어레이의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임을 포함하고, 상기 엣지, 상기 솔라셀 어레이, 상기 상부 연결 프레임과 상기 하부 연결 프레임의 사이에는 프레임 내부 공간이 형성되며, 상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면에는 그에 도달한 태양광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성될 수 있다.On the other hand, the window-type solar cell device according to the second aspect of the present application, a condensing lens array for condensing the sunlight incident from the upper side to the lower side; An optical waveguide condensing layer disposed below the condensing lens array and provided to totally reflect at least a part of sunlight that has passed through the condensing lens array and entered from an upper side to collect it toward an edge through an internal optical waveguide path; And an edge frame part including a solar cell array disposed to directly oppose the edge and a frame body provided to surround the edge so that external outflow of sunlight collected toward the edge is blocked, wherein the frame body comprises: the edge And an upper connection frame connecting an upper end of the cell array to an upper side of the solar cell array, and a lower connection frame connecting a lower end of the edge and a lower side of the solar cell array, and the edge, the solar cell array, and the upper connection frame A frame inner space is formed between the lower connection frames, and an upper reflective surface and a lower reflective surface for reflecting sunlight reaching the inner surface of the upper connection frame and the inner surface of the lower connection frame may be formed, respectively. have.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as limiting the present application. In addition to the above-described exemplary embodiments, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 프레임 몸체의 상부 연결 프레임의 내측면 및 하부 연결 프레임의 내측면에 그에 도달한 광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성됨으로써, 광도파 집광층의 엣지에서 나가는 광들 중 산란된 광들이 반사를 통해 엣지 집광부로 집광될 수 있어, 종래 대비 광의 손실이 줄어들고 집광율이 높아질 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, an upper reflective surface and a lower reflective surface for reflecting light reaching the inner surface of the upper connecting frame and the lower connecting frame of the frame body are formed respectively, thereby forming the optical waveguide condensing layer The scattered light of the light exiting from the edge of the light may be condensed to the edge condensing unit through reflection, so that loss of light may be reduced and a light condensing rate may be increased compared to the prior art.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 상부 연결 프레임의 내측면 및 하부 연결 프레임의 내측면 각각이 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면으로 형성됨으로써, 광(예를 들면, 태양광)의 손실을 줄이고, 집광효율을 보다 높일 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, each of the inner side surface of the upper connection frame and the inner side surface of the lower connection frame is formed as an inclined surface having an inclined shape that is inclined away from each other as it approaches the edge condensing unit side, so that light (for example, , Solar light) loss, and condensing efficiency can be improved.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 엣지가 엣지 집광부 측을 향해 돌출되는 적어도 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 돌기의 상면 및 하면 각각이 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 가까워지는 형태의 경사를 갖는 경사면으로 형성됨으로써, 엣지에서 나가는 광(예를 들면, 태양광)이 산란되지 않도록 집광하여 엣지 프레임부에 부착된 엣지 집광부로 향하게 할 수 있어, 광(예를 들면, 태양광)의 손실을 줄이고, 집광효율을 보다 높일 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, the edge is formed in a protruding shape having at least one protrusion protruding toward the edge condensing unit side, and the upper and lower surfaces of the protrusions are each closer to each other as they become closer to the edge condensing unit side. By being formed as an inclined surface with an inclined shape, light (e.g., sunlight) exiting the edge can be condensed so that it is not scattered and directed to the edge condenser attached to the edge frame. Loss of light) can be reduced, and the condensing efficiency can be improved.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effect obtainable in the present application is not limited to the effects as described above, and other effects may exist.
도 1은 광(예를 들면, 태양광)을 엣지로 집광시키는 통상적인 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 내측면이 플랫(flat)한 프레임 몸체에 대해 엣지로 집광된 광이 반사되는 광도파 경로를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체를 포함하는 창호형 태양전지 장치의 개략적인 입체도이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체를 포함하는 창호형 태양전지 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 점선 표시 부분의 확대도이다.
도 6a는 평평한 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다.
도 6b는 CPC 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다.
도 6c는 쌍곡선 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다.
도 6d는 프리즘 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다.
도 7은 프레임 몸체의 내측면 형상(프레임 내부 공간 형상)에 따른 프레임 제작 조건을 나타낸 표이다.
도 8은 광도파 집광층의 엣지의 형상 측면의 일 구현예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 광도파 집광층의 엣지의 형상 측면의 다양한 구현예를 설명하기 위해 개략적인 단면도를 나열한 표이다.
도 10은 엣지 형상에 따른 엣지 제작 조건을 나타낸 표이다.
도 11은 광 추적(Ray tracing) 시뮬레이션을 진행하여 엣지 형상의 다양한 구현예에 따른 집광율 및 휘도 특성을 도시한 표이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional system for condensing light (eg, sunlight) to an edge.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an optical waveguide path through which light collected by an edge is reflected with respect to a frame body having a flat inner surface.
3 is a schematic three-dimensional view of a window type solar cell device including an edge condensing type structure according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
4 is a schematic cross-sectional view of a window type solar cell device including an edge condensing type structure according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
5 is an enlarged view of a dotted line display portion of FIG. 4.
6A is a table showing the illuminance distribution in the edge condensing part of the edge condensing type structure provided with the frame body formed in a flat shape.
6B is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing structure provided with a frame body formed in a CPC shape.
6C is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing structure provided with a frame body formed in a hyperbolic shape.
6D is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing type structure provided with the frame body formed in a prism shape.
7 is a table showing frame manufacturing conditions according to the shape of the inner side of the frame body (shape of the inner space of the frame).
8 is a schematic cross-sectional view illustrating an exemplary embodiment of a shape side of an edge of an optical waveguide light collecting layer.
9 is a table listing a schematic cross-sectional view for explaining various embodiments of the shape side of the edge of the optical waveguide light collecting layer.
10 is a table showing edge manufacturing conditions according to the shape of the edge.
FIG. 11 is a table showing light collection rates and luminance characteristics according to various embodiments of edge shapes by performing ray tracing simulation.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present application. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present application, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be "connected" with another part, it is not only the case that it is "directly connected", but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including the case.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is positioned "on", "upper", "upper", "under", "lower", and "lower" another member, this means that a member is located on another member. This includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the entire specification of the present application, when a certain part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
참고로 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상향, 하향 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설명한 것이다. 예를 들면, 도 4에서 보았을 때 전반적으로 12시 방향이 상향, 6시 방향이 하향일 수 있다.For reference, in the description of the embodiments of the present application, terms (upward, downward, etc.) related to directions or positions are described based on the arrangement state of each component shown in the drawings. For example, as seen in FIG. 4, the 12 o'clock direction may be upward and the 6 o'clock direction may be downward.
본원은 집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체(광도파 집광층 및 프레임 구조) 및 이를 포함하는 창호형 태양전지 장치(시스템)에 관한 것이다. 여기서, 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체는 태양광 집광 장치(solar concentrator) 및 창호형 태양전지 장치(시스템)에 적용될 수 있으나, 그 적용 분야는 이에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체는 엣지로 광을 집광하는 다양한 시스템(장치)에 적용될 수 있음은 물론이다.The present application relates to an edge condensing structure (a light waveguide condensing layer and a frame structure) that increases a condensing rate, and a window-type solar cell device (system) including the same. Here, the edge condensing type structure according to the exemplary embodiment of the present disclosure may be applied to a solar concentrator and a window-type solar cell apparatus (system), but the application field is not limited thereto. That is, it goes without saying that the edge condensing structure according to the exemplary embodiment of the present disclosure can be applied to various systems (devices) condensing light by an edge.
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 집광율을 높이는 엣지 집광형 구조체(1)를 설명의 편의상 본 장치(1)라 하기로 한다.Hereinafter, the edge condensing
도 2는 내측면이 플랫(flat)한 프레임 몸체에 대해 엣지로 집광된 광이 반사되는 광도파 경로를 도시한 개략적인 단면도이다. 또한, 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체를 포함하는 창호형 태양전지 장치의 개략적인 입체도이고, 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체를 포함하는 창호형 태양전지 장치의 개략적인 단면도이며, 도 5는 도 4의 점선 표시 부분의 확대도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an optical waveguide path through which light collected by an edge is reflected with respect to a frame body having a flat inner surface. In addition, FIG. 3 is a schematic three-dimensional view of a window type solar cell device including an edge condensing type structure according to an embodiment of the present application, and FIG. 4 is a window type including an edge condensing type structure according to an embodiment of the present application. A schematic cross-sectional view of a solar cell device, and FIG. 5 is an enlarged view of a dotted line display portion of FIG. 4.
본 장치(1)는 광도파 집광층(100) 및 엣지 프레임부(200)를 포함한다.The
도 5를 참조하면, 광도파 집광층(100)은 상측으로부터 진입한 광(130)의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로(110)를 통해 엣지(300) 측으로 포집하도록 구비될 수 있다. 예시적으로, 광(130)은 태양광일 수 있다. 광도파 집광층(100)의 하면에는 상측으로부터 진입한 광(130)의 일부를 전반사시키도록 복수의 메탈 패턴(120)이 형성될 수 있다. 광도파 집광층(100)의 메탈 패턴(120)에 반사된 광(130)은 광도파 집광층(100)과 에어 클래딩(500) 사이의 전반사 조건을 만족시키는 각도로 반사가 진행될 수 있다. 여기서, 전반사 조건을 만족시키는 각도는 임계각 이상의 각도일 수 있다. 광(130)은 임계각 이상의 각도로 광도파 집광층(100)의 경계면(상면 및 하면)에 부딪치게 되고, 엣지(300)로 나가기 전까지 광도파 집광층(100) 내에 갇힐 수 있다. 임계각 이상의 각도로 반사된 광(130)은 광도파 집광층(100) 내에서 계속 전반사되어 손실 없이 엣지(300) 쪽으로 나아갈 수 있다.Referring to FIG. 5, the optical
도 4 및 도 5를 참조하면, 엣지 프레임부(200)는 엣지 집광부(210) 및 프레임 몸체(220)를 포함할 수 있다.4 and 5, the
엣지 집광부(210)는 엣지(300)에 직접적으로 대향하도록 배치되는 구성이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 직접적으로 대향한다는 것은 엣지(300)와 엣지 집광부(210) 사이에 다른 구성이 배치되지 않아, 엣지(300) 측에서 보았을 때 엣지 집광부(310)가 가시적으로 확인되고, 반대로 엣지 집광부(310) 측에서 보았을 때에도 엣지(300)가 가시적으로 확인되도록 마주본다는 것을 의미할 수 있다. 또한, 집광되는 광이 태양광인 경우, 엣지 집광부(210)는 솔라셀 어레이를 포함하는 구성 또는 솔라셀 어레이에 대응하는 구성일 수 있다.The
프레임 몸체(220)는 엣지 집광부(210) 및 엣지(300) 측으로 포집된 광(130)의 외부 유출이 차단되도록 엣지(300)를 감싸게 구비되는 구성이다.The
도 4 및 도 5를 참조하면, 프레임 몸체(220)는, 엣지(300)의 상단과 엣지 집광부(210)의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임(221) 및 엣지(300)의 하단과 엣지 집광부(210)의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임(222)을 포함할 수 있다.4 and 5, the
상부 연결 프레임(221)의 내측면과 하부 연결 프레임(222)의 내측은 상하 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 상하 대칭이 되는 기준선은 광도파 집광층(100)의 횡 방향 중심선 또는 엣지(300)의 횡 방향 중심선일 수 있다. 프레임 몸체(220)는 이러한 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222)을 통해 엣지(300)의 상단 및 하단을 감쌀 수 있다. 또한, 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222) 각각은 엣지(300) 측으로 포집된 광(130)의 외부 유출이 차단될 수 있도록 슬롯(slot)이나 홀이 형성되지 않고 연속적으로 연장되는 부재 형태로 구비됨이 바람직하다.The inner side of the
참고로, 엣지 집광부(210)의 상측은 엣지 집광부(210)의 상단과 직접적으로 이웃하는 상측 및 엣지 집광부(210)의 상단으로부터 소정의 간격을 두고 이웃하는 상측을 모두 포괄하는 넓은 개념으로 이해함이 바람직하다. 엣지 집광부(210)의 하측 또한 마찬가지로 이해될 수 있다.For reference, the upper side of the
도 4를 참조하면, 엣지(300), 엣지 집광부(210), 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222)의 사이에는 프레임 내부 공간(230)이 형성될 수 있다. 온도 및 방열에 대한 문제로 인하여, 광도파 집광층(100)과 엣지 집광부(210) 사이에는 여유 공간이 필요할 수 있다. 본 장치(1)에서는 엣지(300), 엣지 집광부(210), 상부 연결 프레임(221) 및 하부 연결 프레임(222)으로 인해 형성된 프레임 내부 공간(230)이 광도파 집광층(100)과 엣지 집광부(210) 사이의 여유 공간일 수 있다.Referring to FIG. 4, a frame
도 4 및 도 5를 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면에는 그에 도달한 광(130)을 반사시키는 상부 반사면(223) 및 하부 반사면(224)이 각각 형성될 수 있다. 예시적으로, 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면에 반사 코팅을 함으로써 상부 반사면(223) 및 하부 반사면(224)이 형성될 수 있다. 상부 연결 프레임(221)의 내측면에 형성되는 상부 반사면(223)은 하부 연결 프레임(222)의 내측면에 형성되는 하부 반사면(224)과 상하 대칭되게 구비될 수 있다.4 and 5, the inner surface of the
이처럼 프레임 몸체(220)의 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면에 그에 도달한 광을 반사시키는 상부 반사면(223) 및 하부 반사면(224)이 각각 형성됨으로써, 광도파 집광층(100)의 엣지(300)에서 나가는 광들 중 산란된 광들이 반사를 통해 엣지 집광부(210)로 집광될 수 있어, 종래 대비 광의 손실이 줄어들고 집광율이 높아질 수 있다.In this way, an upper
한편, 도 2를 참조하면, 엣지(300), 엣지 집광부(210), 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222)의 사이의 프레임 내부 공간이 직사각형 형태로 플랫하게 형성된 경우, 엣지(300)에서 나가는 빛 중 엣지 집광부(210)로 향하는 광(빛)의 비율이 소정 이상 증가되기 어려운 측면이 있다.Meanwhile, referring to FIG. 2, when the frame inner space between the
이와 관련하여, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면 각각은 엣지 집광부(210) 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면일 수 있다.In this regard, referring to FIGS. 3 to 5, each of the inner side surface of the
예시적으로 도 4를 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면과 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 상하 대칭되는 형상으로, 상부 연결 프레임(221)의 내측면이 위로 오목한 형상이고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면이 아래로 오목한 형상일 수 있다. 다만, 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222)은 위로 오목한 형상과 아래로 오목한 형상으로 한정되는 것은 아니며, 이에 대해서는 보다 구체적으로 후술하기로 한다.Illustratively, referring to FIG. 4, the inner surface of the
이같이 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면으로 형성되는 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면 각각에 전술한 상부 반사면(223) 및 하부 반사면(224)이 형성됨으로써, 엣지(300)에서 나가는 광(130)이 엣지 집광부(210)로 향하는 비율을 크게 높일 수 있고, 이에 따라 전력변환 효율이 대폭 향상될 수 있다.The above-described upper
또한, 도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 프레임 내부 공간(230)의 최내측에는 엣지(300)에 포집된 광(130)이 내부로 진입되도록 개방되는 프레임 입구(240)가 형성되고, 프레임 내부 공간(230)의 최외측에는 엣지 집광부(210)가 배치된 상태로 폐쇄되는 프레임 출구(250)가 형성될 수 있다. 프레임 내부 공간(230)의 최내측은 프레임 내부 공간(230) 중 엣지(300)와 맞닿는 부분 또는 프레임 내부 공간(230) 중 엣지(300)와 바로 이웃하는 부분을 의미할 수 있고, 프레임 내부 공간(230)의 최외측은 프레임 내부 공간(230) 중 엣지 집광부(210)가 배치되는 부분을 의미할 수 있다. 다시 말해, 프레임 입구(240)는 엣지(300) 측의 프레임 내부 공간(230)이 시작되는 공간 경계 부분을 의미하며, 프레임 출구(250)는 엣지 집광부(210) 측의 프레임 내부 공간(230)이 끝나는 공간 경계 부분을 의미할 수 있다. 이러한 프레임 입구(240)와 프레임 출구(250)는 후술할 도 7을 참조하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, referring to FIGS. 4 and 5 together, a
이때, 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈는 프레임 입구(240)의 상하 방향 사이즈보다 크게 설정될 수 있다. 여기서 상하 방향 사이즈란 도 5를 기준으로 보았을 때 프레임 입구(240) 및 프레임 출구(250)의 상하 방향 높이를 의미할 수 있다.In this case, the vertical size of the
도 6a는 평평한 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다. 도 6b는 CPC 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다. 도 6c는 쌍곡선 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다. 도 6d는 프리즘 형상으로 형성된 프레임 몸체가 구비된 엣지 집광형 구조체의 엣지 집광부에서의 조도 분포를 나타낸 표이다. 도 7은 프레임 몸체의 내측면 형상(프레임 내부 공간 형상)에 따른 프레임 제작 조건을 나타낸 표이다.6A is a table showing the illuminance distribution in the edge condensing part of the edge condensing type structure provided with the frame body formed in a flat shape. 6B is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing structure provided with a frame body formed in a CPC shape. 6C is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing structure provided with a frame body formed in a hyperbolic shape. 6D is a table showing the distribution of illuminance in the edge condensing part of the edge condensing type structure provided with the frame body formed in a prism shape. 7 is a table showing frame manufacturing conditions according to the shape of the inner side of the frame body (shape of the inner space of the frame).
도 7을 참조하면, 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈(S)는, 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈(D out) 이하이고 프레임 입구(240)의 상하 방향 사이즈(D in)이상으로 설정될 수 있다.Referring to FIG. 7, the vertical size S of the
또한, 도 7을 참조하면, 프레임 입구(240)의 상하 방향 사이즈(D in)는 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈(D out) 미만으로 설정될 수 있다.In addition, referring to FIG. 7, the vertical size D in of the
또한, 도 6b 및 도 7의 "CPC 형상" 행을 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면은 위로 오목한 파라볼릭 형상일 수 있다. 또한, 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 아래로 오목한 파라볼릭 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 상부 연결 프레임(221)의 내측면과 상하 대칭인 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 CPC 형상은 파라볼릭(parabolic) 형상을 본 따 제작될 수 있다. 여기서 파라볼릭 형상이란 포물선 형상을 의미할 수 있다. 도 6b를 참조하면, 상부 연결 프레임(221) 의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 상부 반사면(223)이 형성되고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 하부 반사면(224)이 형성될 수 있다.Further, referring to the "CPC shape" row of FIGS. 6B and 7, the inner side surface of the
또한, 도 6b 및 도 7의 "CPC 형상" 행을 참조하면, 상기 CPC 형상은 수학식 1 내지 4를 만족하도록 형성될 수 있다.In addition, referring to the row of "CPC shape" in FIGS. 6B and 7, the CPC shape may be formed to satisfy
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
여기서, L은 프레임 입구(240)의 중심부터 프레임 출구(250)의 중심까지의 거리, D out은 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈, θ는 프레임 입구(240)의 최상단과 프레임 출구(250)의 최하단을 연결한 선과 프레임 입구(240)의 최하단과 프레임 출구(250)의 최상단을 연결한 선이 엣지 집광부(210)를 사이에 두고 이루는 각도의 절반, a는 프레임 입구(240)의 최상단과 프레임 출구(250)의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 프레임 입구(240)의 상하 방향 사이즈, S는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈일 수 있다.Here, L is the distance from the center of the
또한, 도 6c, 도 6d, 도 7의 "쌍곡선 형상" 행 및 도 7의 "프리즘 형상" 행을 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면은 아래로 볼록한 곡면 형상(도 6c 및 도 7의 "쌍곡선 형상" 행 참조) 또는 일정한 경사를 유지하는 형상(도 6d 및 도 7의 "프리즘 형상" 행 참조)일 수 있다.Further, referring to the "hyperbolic shape" row of FIGS. 6C, 6D, and 7 and the "prism shape" row of FIG. 7, the inner side of the
구체적으로, 도 6c 및 도 7의 "쌍곡선 형상" 행을 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면은 아래로 볼록한 곡면 형상으로 형성될 수 있고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 위로 볼록한 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 상부 연결 프레임(222)의 내측면과 상하 대칭인 형상으로 형성될 수 있다. 상부 연결 프레임(221)의 내측면이 아래로 볼록하고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면이 위로 볼록한 형상은 쌍곡선 형상(hyperboloid shape) 또는 쌍곡면 형상이라 할 수 있다. 구체적으로, 단면상에서 보았을 때는 쌍곡선 형상이라 할 수 있고 입체적으로 보았을 때는 쌍곡면 형상이라 할 수 있다. 도 6c를 참조하면, 상부 연결 프레임(221) 의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 상부 반사면(223)이 형성되고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 하부 반사면(224)이 형성될 수 있다.Specifically, referring to the "hyperbolic shape" row of FIGS. 6C and 7, the inner surface of the
또한, 도 6d 및 도 7의 "프리즘 형상" 행을 참조하면, 상부 연결 프레임(221)의 내측면과 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 엣지 집광부(210) 측으로 서로 멀어지는 일정한 경사(구배)를 유지하는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 상부 연결 프레임(221)의 내측면과 상하 대칭인 형상으로 형성될 수 있다. 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면이 일정한 경사를 유지하며 엣지 집광부(210) 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 형상은 프리즘(prism) 형상이라 할 수 있다. 도 6d를 참조하면, 상부 연결 프레임(221) 의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 상부 반사면(223)이 형성되고, 하부 연결 프레임(222)의 내측면에는 반사코팅 등을 통해 하부 반사면(224)이 형성될 수 있다.In addition, referring to the "prism shape" row of FIGS. 6D and 7, the inner side of the
또한, 상기 쌍곡선 형상 및 상기 프리즘 형상 각각은 수학식 5 내지 8을 만족하도록 형성될 수 있다.In addition, each of the hyperbolic shape and the prism shape may be formed to satisfy Equations 5 to 8.
[수학식 5][Equation 5]
[수학식 6][Equation 6]
[수학식 7][Equation 7]
[수학식 8][Equation 8]
여기서, a는 프레임 입구(240)의 최상단과 프레임 출구(250)의 최상단의 상하 방향 단차, D out은 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈, D in은 프레임 입구(240)의 상하 방향 사이즈, b는 프레임 입구(240)의 중심부터 프레임 출구(250)의 중심까지의 거리, S는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈일 수 있다.Here, a is the vertical step difference between the uppermost end of the
상기 수학식 6과 관련하여, 쌍곡선 형상 및 프리즘 형상으로 형성된 프레임 몸체(220)의 경우, 프레임 입구(240)의 중심부터 프레임 출구(250)의 중심까지의 거리는 광도파 집광층(100)과 엣지 집광부(210)가 가까울 때 생기는 발열현상 때문에 프레임 입구(240)의 최상단과 프레임 출구(250)의 최상단의 상하 방향 단차보다 1.5배 이상 크게 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 쌍곡선 형상 및 프리즘 형상으로 형성된 엣지 프레임부(200)는 상기 수학식 6을 만족하도록 형성될 수 있다.In relation to
한편, 도 6a 내지 도 6d는 각각의 프레임 몸체(220)의 프레임 내부 공간(230)의 형상(프레임 형태)별로 엣지(300)에서 출력된 광(130)이 엣지 집광부(210)로 향하는 광 경로, 및 엣지 집광부(210)에 도달한 광(130)의 조도 분포를 보여준다. 도 6a 내지 도 6d에 도시된 조도 분포 차트의 색상은 빨간색일수록 더 강한 값이고, 초록색일수록 더 약한 값일 수 있다. 참고로, 도 6a의 조도 분포의 범례에서 최상단에 위치한 최대값은 0.00124이고, 최하단에 위치한 최소값은 0이다. 또한, 도 6b의 조도 분포의 범례에서 최상단에 위치한 최대값은 0.00158이고, 최하단에 위치한 최소값은 0이다. 또한, 도 6c의 조도 분포의 범례에서 최상단에 위치한 최대값은 0.00133이고, 최하단에 위치한 최소값은 0이다. 또한, 도 6d의 조도 분포의 범례에서 최상단에 위치한 최대값은 0.00129이고, 최하단에 위치한 최소값은 0이다. 단위는 복사 조도의 단위인 W/mm2(와트/제곱밀리미터)이다. 참고로, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행의 각각의 그래프에서 X축의 값은, 도 6a 내지 도 6d의 "프레임 형상" 행에서 엣지 집광부(210)의 면의 법선 방향에 대한 길이에 대응하는 값을 의미하며 그 값은 -26에서 26까지이고, 단위는 mm(밀리미터)이다. 또한, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행의 각각의 그래프에서 Y축 방향에 대한 전체 크기는 프레임 출구(250)의 상하 방향 사이즈(D out)에 대응되는 값이다. 또한, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행의 각각의 그래프에서 사각형으로 표시된 부분은 엣지 집광부(210) 에 대응되는 영역이다. 즉, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행의 각각의 그래프에서 사각형으로 표시된 부분의 Y축에 대한 전체 크기는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈(S)에 대응되는 값이다. 또한, 사각형으로 표시된 부분의 Y축의 범위는 -2에서 2까지이고, 단위는 mm(밀리미터)이다. 본 장치(1)가 창호형 태양전지 장치(시스템)에 적용될 경우, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행에 표시된 엣지 집광부(210)는 솔라셀 어레이(210)일 수 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6d의 "엣지 집광부에서 조도 분포" 행에 표시된 엣지 집광부(210)는 광(130)이 도달하는 활성 영역(active area)일 수 있다. 프레임 내부 공간(230)이 직사각형 형태로 평평한(flat) 형상인 경우, 광(130)의 경로를 분석할 수 없을 정도로 복잡하며, 엣지 집광부(210)에 도달한 광(130)이 중간 영역보다 외곽 영역 및 엣지 집광부(210)를 벗어나는 영역에서 더 강할 수 있다. 프레임 몸체(220)가 CPC 형상, 쌍곡선 형상 및 프리즘 형상으로 형성된 경우, 광(130)의 경로가 엣지 집광부(210)로 향할 수 있으며, 광(130)의 조도 분포는 외곽 영역 및 엣지 집광부(210)를 벗어나는 영역보다 중간 영역에서 더 높을 수 있다. 이러한 조도 분포 차트 분석에 따르면, 프레임 몸체(220)가 CPC 형상, 쌍곡선 형상 및 프리즘 형상으로 형성된 경우, 프레임 몸체(220)가 평평한 형상으로 형성된 경우보다 더 높은 전력변환 효율을 기대할 수 있음이 확인된다.Meanwhile, FIGS. 6A to 6D show that light 130 output from the
도 8은 광도파 집광층의 엣지의 형상 측면의 일 구현예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 9는 광도파 집광층의 엣지의 형상 측면의 다양한 구현예를 설명하기 위해 개략적인 단면도를 나열한 표이다. 또한, 도 10은 엣지 형상에 따른 엣지 제작 조건을 나타낸 표이다.FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining an embodiment of the shape side of the edge of the optical waveguide light collecting layer, and FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining various embodiments of the shape side of the edge of the optical waveguide light collecting layer. It is a table. In addition, Figure 10 is a table showing the edge manufacturing conditions according to the shape of the edge.
도 8 및 도 9를 참조하면 엣지(300)는 엣지 집광부(210) 측을 향해 돌출되는 적어도 하나의 돌기(310)를 갖는 돌출 형태로 형성될 수 있다. 이러한 돌출 형태의 엣지(300)를 통해 엣지(300)에서 출력되는 광(130)이 보다 높은 비율로 엣지 집광부(210)로 향하게 될 수 있으며, 전력변환 효율이 높아질 수 있다.Referring to FIGS. 8 and 9, the
도 8 내지 도 10을 참조하면, 돌기(310)의 상면 및 하면 각각은 엣지 집광부(210) 측에 가까워질수록 서로 가까워지는 형태의 경사를 갖는 경사면일 수 있다.Referring to FIGS. 8 to 10, each of the upper and lower surfaces of the
도 9 및 도 10의 "CPC 형상" 행을 참조하면, 엣지(300)는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기(310)를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 돌기(310)의 상면은 위로 볼록한 파라볼릭 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 돌기(310)의 하면은 아래로 볼록한 파라볼릭 형상으로 형성될 수 있다. 이처럼 엣지(300)의 돌기(310)를 하나로 구비하되, 그 하나의 돌기(310)가 CPC 형상으로 돌출되도록 구비함으로써, 플랫(평평)한 면을 갖는 엣지(300)와 대비하여 엣지(300)에서 나가는 광(130)들이 산란되지 않도록 할 수 있으며, 전력변환 효율을 높일 수 있다. 또한, CPC 형상은 파라볼릭 형상을 본 따 제작될 수 있다.Referring to the "CPC shape" row of FIGS. 9 and 10, the
상기 CPC 형상의 하나의 돌기(310) 형태를 갖는 엣지(300)는 수학식 9 내지 12를 만족하도록 형성될 수 있다.The
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 10][Equation 10]
[수학식 11][Equation 11]
[수학식 12][Equation 12]
여기서, L은 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 중심부터 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 중심까지의 거리, D out은 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈, θ는 돌출 시작단(311)의 최상단과 돌출 끝단(312)의 최하단을 연결한 선과 돌출 시작단(311)의 최하단과 돌출 끝단(312)의 최상단을 연결한 선이 엣지 집광부(210)를 사이에 두고 이루는 각도의 절반, a는 돌출 끝단(312)의 최상단과 돌출 시작단(311)의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈, S는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈일 수 있다.Here, L is the distance from the center of the protruding start end 311 of the
상기 수학식 11에 따르면, 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈는 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈보다 크거나 같고, 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈보다 작거나 같을 수 있다.According to Equation 11, the vertical size of the
또한, 상기 수학식 12에 따르면, 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈는 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈 미만으로 설정될 수 있다.In addition, according to
도 9 및 도 10의 "프리즘 형상" 행 및 "쌍곡선 형상" 행을 참조하면, 엣지(300)는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기(310)를 갖는 돌출 형태로 형성되고, 돌기(310)의 상면은 아래로 오목한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 돌기(310)의 하면은 위로 오목한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로 형성될 수 있다. 여기서 돌기(310)의 상면이 아래로 오목한 곡면 형상이고, 하면이 위로 오목한 곡면 형상은 쌍곡선 형상(hyperboloid shape) 또는 쌍곡면 형상이라 할 수 있다. 구체적으로, 단면상에서 보았을 때는 쌍곡선 형상이라 할 수 있고 입체적으로 보았을 때는 쌍곡면 형상이라 할 수 있다. 또한, 돌기(310)의 상면 및 하면이 일정한 경사를 유지하며 엣지 집광부(210) 측에 가까워질수록 서로 가까워지는 형태의 경사를 갖는 형상은 프리즘(prism) 형상이라 할 수 있다. 이처럼 엣지(300)의 돌기(310)를 하나로 구비하되, 그 하나의 돌기(310)가 쌍곡선 형상 또는 프리즘 형상으로 돌출되도록 구비함으로써, 플랫(평평)한 면을 갖는 엣지(300)와 대비하여 엣지(300)에서 나가는 광(130)들이 산란되지 않도록 할 수 있으며, 전력변환 효율을 높일 수 있다.Referring to the "prism shape" row and the "hyperbolic shape" row of FIGS. 9 and 10, the
상기 프리즘 형상 또는 쌍곡선 형상의 하나의 돌기(310) 형태를 갖는 엣지(300)는 수학식 13 내지 16을 만족하도록 형성될 수 있다.The
[수학식 13][Equation 13]
[수학식 14][Equation 14]
[수학식 15][Equation 15]
[수학식 16][Equation 16]
여기서, a는 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 최상단과 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 최상단의 상하 방향 단차, D out은 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈, D in은 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈, b는 돌출 시작단(311)의 중심부터 돌출 끝단(312)의 중심까지의 거리, S는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈일 수 있다.Here, a is the vertical step difference between the uppermost end of the
쌍곡선 형상 또는 프리즘 형상으로 형성된 돌기(310)에서 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 중심부터 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 중심까지의 거리는 광도파 집광층(100)과 엣지 집광부(210)가 가까울 때 생기는 발열현상 때문에 돌출 끝단(312)의 최상단과 돌출 시작단(311)의 최상단의 상하 방향 단차보다 1.5배 이상 크게 설정함이 바람직하다. 즉, 쌍곡선 형상 또는 프리즘 형상으로 형성된 돌기(310)가 구비된 엣지(300)는 상기 수학식 14를 만족하도록 형성될 수 있다.The distance from the center of the protruding start end 311 of the
또한 상기 수학식 15에 따르면, 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈는 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈보다 크거나 같고, 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈보다 작거나 같을 수 있다.In addition, according to Equation 15, the vertical size of the
또한, 상기 수학식 16에 따르면, 돌출 끝단(312)의 상하 방향 사이즈는 돌출 시작단(311)의 상하 방향 사이즈 미만으로 설정될 수 있다.In addition, according to
도 9 내지 도 10의 "프리즘 시트 형상" 행을 참조하면, 엣지(300)는 상면과 하면이 상하 대칭인 복수의 돌기(310)가 상하 방향을 따라 반복적으로 배열되는 프리즘 시트(prism sheet) 형태로 돌출 형성될 수 있다. 예시적으로 도 10을 참조하면, 프리즘 시트 형태로 형성된 돌기(310)의 개수는 6개일 수 있지만, 이에만 한정된 것은 아니다. 또한, 프리즘 시트 형상이란 일반적으로 알려진 프리즘 시트의 형상을 일컫는 것으로서, 뾰족한 프리즘 단면(삼각형 단면)을 가지는 복수의 돌기가 상하 방향을 따라 반복적으로 배치되는 형상을 의미할 수 있다. 이처럼 프리즘 형태의 돌기 복수개가 상항 방향을 따라 배열된 프리즘 시트 형상으로 돌출되도록 엣지(300)를 구비함으로써, 플랫(평평)한 면을 갖는 엣지(300)와 대비하여 엣지(300)에서 나가는 광(130)들이 산란되지 않도록 할 수 있으며, 전력변환 효율을 높일 수 있다.Referring to the "prism sheet shape" row of FIGS. 9 to 10, the
복수의 돌기(310) 배열을 통해 상기 프리즘 시트 형상을 갖는 엣지(300)는 수학식 17 및 18을 만족하도록 형성될 수 있다.The
[수학식 17] [Equation 17]
[수학식 18][Equation 18]
여기서, a는 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 최상단과 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 돌출 시작단(311)에서의 복수의 돌기(310) 전체의 상하 방향 사이즈, b는 돌출 시작단(311)의 중심부터 돌출 끝단(312)의 중심까지의 거리, S는 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈일 수 있다.Here, a is the vertical step difference between the uppermost end of the
프리즘 시트 형상으로 형성된 돌기(310)에서 돌기(310)의 돌출 시작단(311)의 중심부터 돌기(310)의 돌출 끝단(312)의 중심까지의 거리는 광도파 집광층(100)과 엣지 집광부(210)가 가까울 때 생기는 발열현상 때문에 돌출 끝단(312)의 최상단과 돌출 시작단(311)의 최상단의 상하 방향 단차보다 1.5배 이상 크도록 설정함이 바람직하다. 즉, 프리즘 시트 형상으로 형성된 돌기(310)가 구비된 엣지(300)는 상기 수학식 17을 만족하도록 형성될 수 있다.The distance from the center of the protruding start end 311 of the
또한 상기 수학식 18에 따르면, 엣지 집광부(210)의 상하 방향 사이즈는 돌출 시작단(311)에서의 복수의 돌기(310) 전체의 상하 방향 사이즈보다 작거나 같을 수 있다.In addition, according to
도 11은 광 추적(Ray tracing) 시뮬레이션을 진행하여 엣지 형상의 다양한 구현예에 따른 집광율 및 휘도 특성을 도시한 표이다.FIG. 11 is a table showing light collection rates and luminance characteristics according to various embodiments of edge shapes by performing ray tracing simulation.
도 11을 참조하면, 프레임 내부 공간(230)이 플랫(평평)한 형태의 엣지(300)가 구비된 엣지 집광형 구조체에서의 집광율이 가장 낮으며, CPC 형태의 돌기(310)를 가진 엣지(300)가 구비된 엣지 집광형 구조체에서의 집광율이 가장 높다는 것이 확인된다. 또한, 휘도 특성과 관련하여서는 엣지(300)의 돌기(310)가 프리즘 형상 및 쌍곡선 형상으로 형성된 경우, 엣지 집광부(210)로 향하는 광(130)의 직진성이 가장 높다는 것이 확인된다. 이처럼, 엣지(310)의 형태를 종래 대비 변경함으로써 전력변환 효율을 높일 수 있다.Referring to FIG. 11, the frame
본 장치(1)에서 광(130)은 태양광(130)이고, 엣지 집광부(210)는 솔라셀 어레이(solar cell array)(210)일 수 있다. 광(130)은 창호형 태양전지 장치에 적용될 경우 태양광(130)일 수 있다. 또한, 전술한 엣지 집광부(210)는 창호형 태양전지 장치에 적용될 경우 솔라셀 어레이(210)일 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 장치(1)인 엣지 집광형 구조체는 창호형 태양전지 장치에 적용될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.In the
한편, 본원은 엣지 집광형 구조체(1)를 포함하는 창호형 태양전지 장치(1000)를 제공할 수 있다. 다만, 본원의 일 실시예에 따른 창호형 태양전지 장치(1000)를 설명함에 있어서 본원의 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체(1)에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 간략히 하거나 생략하기로 한다.Meanwhile, the present application may provide a window-type
본원의 일 실시예에 따른 창호형 태양전지 장치(1000)는 집광용 렌즈 어레이(400), 광도파 집광층(100) 및 엣지 프레임부(200)를 포함할 수 있다. 참고로, 광도파 집광층(100) 및 엣지 프레임부(200)는 전술한 엣지 집광형 구조체(1)에 대응되는 구성이므로, 본원의 일 실시예에 따른 창호형 태양전지 장치(1000)는 본원의 일 실시예에 따른 엣지 집광형 구조체(1)를 포함하는 장치라 할 수 있다.The window-type
집광용 렌즈 어레이(400)는 상측으로부터 입사되는 태양광(130)을 하측에 집광시킬 수 있다. 집광용 렌즈 어레이(400)는 태양광(130)을 광도파 집광층(100)에 집광시키는 용도로 사용될 수 있다. 집광용 렌즈 어레이(400)의 구조는 구면, 비구면, 프레즈넬 렌즈 등과 같이 광을 집광시키는 구조일 수 있다.The condensing
도 2를 참조하면, 광도파 집광층(100)은 집광용 렌즈 어레이(400)의 하측에 이격 배치되고, 집광용 렌즈 어레이(400)를 통과하여 상측으로부터 진입한 태양광(130)의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로(110)를 통해 엣지(300) 측으로 포집하도록 구비될 수 있다. 이격 배치된다는 것은 광도파 집광층(100)의 상면과 집광용 렌즈 어레이(400)의 하면이 소정의 간격을 두고 서로 마주보게 배치된다는 것을 의미할 수 있다. 이러한 광도파 집광층(100)의 구성에 대해서는 전술한 바 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 2, the light
엣지 프레임부(200)는 엣지(300)에 직접적으로 대향하도록 배치되는 솔라셀 어레이(210) 및 엣지(300) 측으로 포집된 태양광(130)의 외부 유출이 차단되도록 엣지(300)를 감싸게 구비되는 프레임 몸체(220)를 포함할 수 있다. 프레임 몸체(220)는, 엣지(300)의 상단과 솔라셀 어레이(210)의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임(221) 및 엣지(300)의 하단과 솔라셀 어레이(210)의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임(222)을 포함할 수 있다. 상부 연결 프레임(221)의 내측면과 하부 연결 프레임(222)의 내측면은 상하 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다. 상부 연결 프레임(221)의 내측면 및 하부 연결 프레임(222)의 내측면에는 그에 도달한 태양광(130)을 반사시키는 상부 반사면(223) 및 하부 반사면(224)이 각각 형성될 수 있다. 이러한 엣지 프레임부(200)의 구성에 대해서는 전술한 바 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The
엣지(300), 솔라셀 어레이(210), 상부 연결 프레임(221)과 하부 연결 프레임(222)의 사이에는 프레임 내부 공간(230)이 형성될 수 있다.A frame
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will be able to understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application.
1000: 창호형 태양전지 장치
1: 엣지 집광형 구조체
100: 광도파 집광층 100': 광도파 집광층
110: 광도파 경로 120: 메탈 패턴
120': 메탈 패턴 130: 광
130': 광 200: 엣지 프레임부
200': 프레임 210: 엣지 집광부
210': 솔라셀 220: 프레임 몸체
221: 상부 연결 프레임 222: 하부 연결 프레임
223: 상부 반사면 224: 하부 반사면
230: 프레임 내부 공간 240: 프레임 입구
250: 프레임 출구 300: 엣지
300': 엣지 310: 돌기
311: 돌출 시작단 312: 돌출 끝단
400: 집광용 렌즈 어레이 400': 집광용 렌즈
500: 에어 클래딩 500': 에어 클래딩1000: window type solar cell device
1: Edge condensing structure
100: optical waveguide condensing layer 100': optical waveguide condensing layer
110: optical waveguide path 120: metal pattern
120': metal pattern 130: optical
130': light 200: edge frame part
200': frame 210: edge condensing unit
210': solar cell 220: frame body
221: upper connecting frame 222: lower connecting frame
223: upper reflective surface 224: lower reflective surface
230: frame interior space 240: frame entrance
250: frame exit 300: edge
300': edge 310: protrusion
311: protrusion start 312: protrusion end
400: condensing lens array 400': condensing lens
500: air cladding 500': air cladding
Claims (12)
상측으로부터 진입한 광의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로를 통해 엣지 측으로 포집하도록 구비되는 광도파 집광층; 및
상기 엣지에 직접적으로 대향하도록 배치되는 엣지 집광부 및 상기 엣지 측으로 포집된 광의 외부 유출이 차단되도록 상기 엣지를 감싸게 구비되는 프레임 몸체를 포함하는 엣지 프레임부를 포함하되,
상기 프레임 몸체는, 상기 엣지의 상단과 상기 엣지 집광부의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임 및 상기 엣지의 하단과 상기 엣지 집광부의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임을 포함하고,
상기 엣지, 상기 엣지 집광부, 상기 상부 연결 프레임과 상기 하부 연결 프레임의 사이에는 프레임 내부 공간이 형성되며,
상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면에는 그에 도달한 광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성되고,
상기 프레임 내부 공간의 최내측에는 상기 엣지에 포집된 광이 내부로 진입되도록 개방되는 프레임 입구가 형성되며,
상기 프레임 내부 공간의 최외측에는 상기 엣지 집광부가 배치된 상태로 폐쇄되는 프레임 출구가 형성되고,
상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈는 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈보다 크게 설정되며,
상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면은, 각각은 상기 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면이되, 상하 대칭되는 형상으로 형성되는 것인, 엣지 집광형 구조체.In the edge condensing structure,
An optical waveguide condensing layer provided to totally reflect at least a part of the light entering from the upper side and collect it toward the edge through the internal optical waveguide path; And
An edge frame portion including an edge condensing portion disposed to face the edge directly and a frame body surrounding the edge so as to block outflow of light collected toward the edge,
The frame body includes an upper connecting frame connecting an upper end of the edge and an upper side of the edge condensing unit, and a lower connecting frame connecting a lower end of the edge and a lower side of the edge condensing unit,
A frame inner space is formed between the edge, the edge condensing part, and the upper connection frame and the lower connection frame,
An upper reflective surface and a lower reflective surface are formed on the inner side of the upper connecting frame and the inner side of the lower connecting frame, respectively, for reflecting light reaching the upper and lower reflecting surfaces,
A frame entrance is formed at the innermost side of the frame inner space so that the light collected at the edge enters the inside,
A frame outlet is formed at the outermost side of the frame inner space in a state in which the edge condensing unit is disposed,
The vertical size of the frame outlet is set larger than the vertical size of the frame entrance,
The inner surface of the upper portion connecting the inside and the lower connecting frame of the frame, each of which would be are the inclined surfaces having the closer to the edge light condensing side of the tilt of the form away from each other, formed into a shape which is vertically symmetrical, the edge Condensing type structure.
상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈는, 상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈 이하이고 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈 이상으로 설정되는 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 1,
The vertical size of the edge condensing part is equal to or less than the vertical size of the frame outlet and is set to be equal to or greater than the vertical size of the frame entrance.
상기 상부 연결 프레임의 내측면은 위로 오목한 파라볼릭 형상으로서, 하기 식 1 내지 식 4를 만족하도록 형성되고,
[식 1]
[식 2]
[식 3]
[식 4]
여기서, L은 상기 프레임 입구의 중심부터 상기 프레임 출구의 중심까지의 거리, D out은 상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈, θ는 상기 프레임 입구의 최상단과 상기 프레임 출구의 최하단을 연결한 선과 상기 프레임 입구의 최하단과 상기 프레임 출구의 최상단을 연결한 선이 상기 엣지 집광부를 사이에 두고 이루는 각도의 절반, a는 상기 프레임 입구의 최상단과 상기 프레임 출구의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈, S는 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈인 것인, 엣지 집광형 구조체. The method of claim 1,
The inner side of the upper connection frame is a parabolic shape concave upward, and is formed to satisfy the following equations 1 to 4,
[Equation 1]
[Equation 2]
[Equation 3]
[Equation 4]
Here, L is the distance from the center of the frame entrance to the center of the frame exit, D out is the vertical size of the frame exit, θ is the line connecting the uppermost end of the frame entrance and the lowermost end of the frame exit and the frame entrance Half of the angle formed by the line connecting the lowermost end of the frame and the uppermost end of the frame outlet between the edge condensing part, a is the vertical step difference between the uppermost end of the frame entrance and the uppermost end of the frame exit, and D in is the frame entrance The vertical size of, S is the vertical size of the edge condensing part, the edge condensing structure.
상기 상부 연결 프레임의 내측면은 아래로 볼록한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로서, 하기 식 5 내지 식 8을 만족하도록 형성되고,
[식 5]
[식 6]
[식 7]
[식 8]
여기서, a는 상기 프레임 입구의 최상단과 상기 프레임 출구의 최상단의 상하 방향 단차, D out은 상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈, D in은 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈, b는 상기 프레임 입구의 중심부터 상기 프레임 출구의 중심까지의 거리, S는 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈인 것인, 엣지 집광형 구조체. The method of claim 1,
The inner side surface of the upper connection frame is formed to satisfy the following Equations 5 to 8 as a convex downward curved shape or a shape maintaining a constant inclination,
[Equation 5]
[Equation 6]
[Equation 7]
[Equation 8]
Here, a is the vertical step difference between the uppermost end of the frame entrance and the uppermost end of the frame exit, D out is the vertical size of the frame exit, D in is the vertical size of the frame entrance, b is a distance from the center of the frame entrance to the center of the frame exit, S is the vertical size of the edge condensing unit, edge condensing type structure.
상기 엣지는 상기 엣지 집광부 측을 향해 돌출되는 적어도 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고,
상기 돌기의 상면 및 하면 각각은 상기 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 가까워지는 형태의 경사를 갖는 경사면인 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 1,
The edge is formed in a protruding shape having at least one protrusion protruding toward the edge condensing part,
Each of the upper surface and the lower surface of the protrusion is an inclined surface having an inclination of a shape closer to each other as it approaches the edge-converging part side.
상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고,
상기 돌기의 상면은 위로 볼록한 파라볼릭 형상으로서, 하기 식 9 내지 식 12를 만족하도록 형성되며,
[식 9]
[식 10]
[식 11]
[식 12]
여기서, L은 상기 돌기의 돌출 시작단의 중심부터 상기 돌기의 돌출 끝단의 중심까지의 거리, D out은 상기 돌출 끝단의 상하 방향 사이즈, θ는 상기 돌출 시작단의 최상단과 상기 돌출 끝단의 최하단을 연결한 선과 상기 돌출 시작단의 최하단과 상기 돌출 끝단의 최상단을 연결한 선이 상기 엣지 집광부를 사이에 두고 이루는 각도의 절반, a는 상기 돌출 끝단의 최상단과 상기 돌출 시작단의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 상기 돌출 시작단의 상하 방향 사이즈, S는 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈인 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 7,
The edge is formed in a protruding shape having one protrusion whose upper and lower surfaces are symmetrical,
The upper surface of the protrusion is a parabolic shape convex upward, and is formed to satisfy the following Equations 9 to 12,
[Equation 9]
[Equation 10]
[Equation 11]
[Equation 12]
Here, L is the distance from the center of the protruding end of the protrusion to the center of the protruding end of the protrusion, D out is the size in the vertical direction of the protruding end, θ is the uppermost end of the protruding end and the lowermost end of the protruding end. Half of the angle between the connected line and the lowermost end of the protruding start end and the uppermost end of the protruding end, and a is the vertical direction of the uppermost end of the protruding end and the uppermost end of the protruding end Step, D in is the vertical size of the protrusion start end, S is the vertical size of the edge condensing part, edge condensing structure.
상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 하나의 돌기를 갖는 돌출 형태로 형성되고,
상기 돌기의 상면은 아래로 오목한 곡면 형상 또는 일정한 경사를 유지하는 형상으로서, 하기 식 13 내지 식 16을 만족하도록 형성되며,
[식 13]
[식 14]
[식 15]
[식 16]
여기서, a는 상기 돌기의 돌출 끝단의 최상단과 상기 돌기의 돌출 시작단의 최상단의 상하 방향 단차, D out은 상기 돌출 끝단의 상하 방향 사이즈, D in은 상기 돌출 시작단의 상하 방향 사이즈, b는 상기 돌출 시작단의 중심부터 상기 돌출 끝단의 중심까지의 거리, S는 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈인 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 7,
The edge is formed in a protruding shape having one protrusion whose upper and lower surfaces are symmetrical,
The upper surface of the protrusion is a curved shape that is concave downward or a shape that maintains a constant inclination, and is formed to satisfy Equations 13 to 16 below,
[Equation 13]
[Equation 14]
[Equation 15]
[Equation 16]
Where a is a vertical step difference between the uppermost end of the protruding end of the protrusion and the uppermost end of the protruding start end of the protrusion, D out is the vertical size of the protruding end, D in is the vertical size of the protruding start end, b is a distance from the center of the protruding start end to the center of the protruding end, and S is the size of the edge condensing part in the vertical direction.
상기 엣지는 상면과 하면이 상하 대칭인 복수의 돌기가 상하 방향을 따라 반복적으로 배열되는 프리즘 시트 형태로 돌출 형성되고,
상기 복수의 돌기 각각의 상면은 하기 식 17 및 식 18을 만족하도록 형성되며,
[식 17]
[식 18]
여기서, a는 상기 돌기의 돌출 끝단의 최상단과 상기 돌기의 돌출 시작단의 최상단의 상하 방향 단차, D in은 상기 돌출 시작단에서의 상기 복수의 돌기 전체의 상하 방향 사이즈, b는 상기 돌출 시작단의 중심부터 상기 돌출 끝단의 중심까지의 거리, S는 상기 엣지 집광부의 상하 방향 사이즈인 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 7,
The edge is formed protruding in the form of a prism sheet in which a plurality of protrusions having an upper surface and a lower surface symmetrical vertically are repeatedly arranged along the vertical direction,
The upper surface of each of the plurality of protrusions is formed to satisfy the following Equations 17 and 18,
[Equation 17]
[Equation 18]
Here, a is the vertical step difference between the uppermost end of the protruding end of the protrusion and the uppermost end of the protruding start end of the protrusion, D in is the vertical size of the entire plurality of protrusions at the protruding start end, and b is the protruding start end The distance from the center of the protruding end to the center of the protruding end, S is the vertical size of the edge condensing part, edge condensing type structure.
상기 광은 태양광이고,
상기 엣지 집광부는 솔라셀 어레이인 것인, 엣지 집광형 구조체.The method of claim 1,
The light is sunlight,
The edge condensing unit is a solar cell array, edge condensing structure.
상측으로부터 입사되는 태양광을 하측에 집광시키는 집광용 렌즈 어레이;
상기 집광용 렌즈 어레이의 하측에 이격 배치되고, 상기 집광용 렌즈 어레이를 통과하여 상측으로부터 진입한 태양광의 적어도 일부를 전반사시켜 내부의 광도파 경로를 통해 엣지 측으로 포집하도록 구비되는 광도파 집광층; 및
상기 엣지에 직접적으로 대향하도록 배치되는 솔라셀 어레이 및 상기 엣지 측으로 포집된 태양광의 외부 유출이 차단되도록 상기 엣지를 감싸게 구비되는 프레임 몸체를 포함하는 엣지 프레임부를 포함하되,
상기 프레임 몸체는, 상기 엣지의 상단과 상기 솔라셀 어레이의 상측을 연결하는 상부 연결 프레임 및 상기 엣지의 하단과 상기 솔라셀 어레이의 하측을 연결하는 하부 연결 프레임을 포함하고,
상기 엣지, 상기 솔라셀 어레이, 상기 상부 연결 프레임과 상기 하부 연결 프레임의 사이에는 프레임 내부 공간이 형성되며,
상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면에는 그에 도달한 태양광을 반사시키는 상부 반사면 및 하부 반사면이 각각 형성되고,
상기 프레임 내부 공간의 최내측에는 상기 엣지에 포집된 광이 내부로 진입되도록 개방되는 프레임 입구가 형성되며,
상기 프레임 내부 공간의 최외측에는 엣지 집광부가 배치된 상태로 폐쇄되는 프레임 출구가 형성되고,
상기 프레임 출구의 상하 방향 사이즈는 상기 프레임 입구의 상하 방향 사이즈보다 크게 설정되며,
상기 상부 연결 프레임의 내측면 및 상기 하부 연결 프레임의 내측면은, 각각은 상기 엣지 집광부 측에 가까워질수록 서로 멀어지는 형태의 경사를 갖는 경사면이되, 상하 대칭되는 형상으로 형성되는 것인, 창호형 태양전지 장치.In the window type solar cell device,
A condensing lens array for condensing sunlight incident from the upper side to the lower side;
An optical waveguide condensing layer disposed at a lower side of the condensing lens array and provided to collect at least a portion of the sunlight passing through the condensing lens array and entering from an upper side to collect it toward an edge through an internal optical waveguide path; And
Including an edge frame portion including a solar cell array disposed to face the edge directly and a frame body provided to surround the edge so as to block outflow of sunlight collected toward the edge,
The frame body includes an upper connection frame connecting an upper end of the edge and an upper side of the solar cell array, and a lower connection frame connecting a lower end of the edge and a lower side of the solar cell array,
A frame inner space is formed between the edge, the solar cell array, and the upper connection frame and the lower connection frame,
An upper reflective surface and a lower reflective surface are formed on the inner surface of the upper connection frame and the inner surface of the lower connection frame, respectively, for reflecting sunlight reaching therein,
A frame entrance is formed at the innermost side of the frame inner space so that the light collected at the edge enters the inside,
The frame outlet is formed at the outermost side of the frame inner space with the edge condensing unit disposed thereon,
The vertical size of the frame outlet is set larger than the vertical size of the frame entrance,
The inner surface of the upper portion connecting the inside and the lower connecting frame of the frame, each of which would be are the inclined surfaces having the closer to the edge light condensing side of the tilt of the form away from each other, formed into a shape which is vertically symmetrical, windows Type solar cell device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180083295A KR102146306B1 (en) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | Edge concentrating type structure for increasing the light collection rate and solar window including the same |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020180083295A KR102146306B1 (en) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | Edge concentrating type structure for increasing the light collection rate and solar window including the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200009215A KR20200009215A (en) | 2020-01-30 |
| KR102146306B1 true KR102146306B1 (en) | 2020-08-20 |
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ID=69321346
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| WO2010033859A2 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | The Regents Of The University Of California | System and method for solar energy capture and related method of manufacturing |
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