KR102194268B1 - 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치 - Google Patents

롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102194268B1
KR102194268B1 KR1020190012385A KR20190012385A KR102194268B1 KR 102194268 B1 KR102194268 B1 KR 102194268B1 KR 1020190012385 A KR1020190012385 A KR 1020190012385A KR 20190012385 A KR20190012385 A KR 20190012385A KR 102194268 B1 KR102194268 B1 KR 102194268B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
condensing
solar cell
cell module
module device
power generation
Prior art date
Application number
KR1020190012385A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200094947A (ko
Inventor
윤세왕
박원규
Original Assignee
(재)한국나노기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (재)한국나노기술원 filed Critical (재)한국나노기술원
Priority to KR1020190012385A priority Critical patent/KR102194268B1/ko
Publication of KR20200094947A publication Critical patent/KR20200094947A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102194268B1 publication Critical patent/KR102194268B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0392—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
    • H01L31/03926—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate comprising a flexible substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 비집광형 발전(PV) 및 집광형 발전(CPV)을 동시에 활용할 수 있는 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것으로서, 비집광형 발전 및 집광형 발전을 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서, 비집광형 태양전지 셀 어레이와, 상기 비집광형 태양전지 셀의 모서리 부분의 비워진 영역에 각각 형성된 집광형 태양전지 셀이 배치된 하부패널과, 상기 하부패널의 상측에 형성되어, 태양광을 투과 또는 집광시키는 광학시트가 형성된 상부패널과, 상기 하부패널로부터 상기 상부패널을 소정 간격으로 이격시키고 고정시키는 지지대를 포함하며, 상기 상부패널에 형성되어 상기 광학시트를 롤러블 구동시키는 롤링수단이 구비된 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치를 기술적 요지로 한다. 이에 의해 비집광형 발전 및 집광형 발전을 위한 광학계가 롤러블 광학시트에 연속적으로 형성되어 태양광의 조사 조건에 대응하여 용이하게 대체가 가능하여 고효율 발전이 가능한 태양전지 모듈 장치를 제공하는 것이다.

Description

롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치{Rollable hybrid solar cell module device}
본 발명은 비집광형 발전(PV) 및 집광형 발전(CPV)을 동시에 활용할 수 있는 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것으로서, 특히 비집광형 발전 및 집광형 발전을 위한 광학계가 롤러블 광학시트에 연속적으로 형성되어 태양광의 조사 조건에 대응하여 용이하게 대체가 가능하여 고효율 발전이 가능한 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것이다.
화석연료의 고갈과 환경오염, 지구온난화 문제로 인해 신재생에너지의 개발 필요성이 높아지고 있으며, 환경 친화적이고 무한 재생이 가능한 태양전지가 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.
태양전지는 태양광 발전의 핵심소자이며, 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 소자로써, 효율 향상을 위한 많은 연구가 시도되고 있다.
이러한 태양광 발전은 집광 방식에 따라 비집광형 발전(PV) 및 집광형 발전(CPV)으로 나누고 있다.
비집광형 발전(PV)은 우리나라의 기후에 적합하도록 제작되어 주로 고정식으로 설치하여 사용되고 있으나, 고정식은 태양전지에 대한 태양광의 입사각이 커질수록 효율이 저하되므로 우리나라에서와 같이 일조시간의 차이가 큰 사계절형 지역에서는 발전량에 한계가 있다.
또한 비집광형 발전시 더 고효율을 얻기 위해서 추적식을 적용할 수 있는데, 추적식 시스템은 고정식 대비 일조시간 활용이 늘어나서 전력생산도 50% 이상 향상이 가능하지만, PV 모듈의 변환효율이 집광형 III-V족 화합물 태양전지 대비 낮아서 발전량을 대폭 증가시키는데 한계가 있다.
집광형 발전(CPV)은 III-V족 화합물 태양전지의 효율이 실리콘에 비해 2배 가량 높으므로, 직달일사량이 높은 사막이나 저위도 지역의 맑은 날씨에서 효용성이 평가되고 있으나, 날씨가 맑지 않은 날이 많은 지역과 직사광이 유지되지 않는 지역에서는 그 실효성이 저하되는 지역 한계성이 있다.
이러한 비집광형 발전 및 집광형 발전의 장점을 활용하면서 단점을 보완하여 지역이나 날씨 등에 상관없이 고효율 발전을 위한 연구가 최근 이루어지고 있다.
특히 태양전지 모듈 내에 비집광형 발전장치 및 집광형 발전장치를 적절히 배치하여 이를 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈에 대한 기술이다.
종래 복합형 태양전지 모듈을 이용한 기술로 "발전효율을 향상시킨 태양전지모듈"(등록번호 10-1685178호)가 있다.
상기 종래기술은, 집광형 태양전지유닛과 비집광형 태양전지셀이 복합적으로 설치되어 태양광에 의해 발전하는 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 모서리가 절취된 사각 형태의 비집광형 태양전지셀, 비집광형 태양전지셀이 격자형태로 배치되는 셀지지패널, 셀지지패널에서 격자형태로 배치된 비집광형 태양전지의 절취된 모서리 부분이 모여 형성되는 미설치 영역마다 각각 설치되는 복수 개의 집광형 태양전지유닛, 및 태양전지모듈의 상부에 위치되어 집광형 태양전지유닛으로 빛을 집광시키도록 각 집광형 태양전지유닛이 위치된 부분마다 구비되는 렌즈부를 포함하는 집광커버를 포함하고 있다.
이는 비집광형 태양전지의 절취된 모서리 부분이 모여 형성되는 미설치 영역에 집광형 태양전지유닛을 배치함으로써, 비집광형 태양전지셀의 훼손을 방지하고 발전 효율을 향상시킨 것이다.
그러나, 상기 종래기술은 직달광이나 산란광의 발생량에 상관없이 동일한 광학계에 의해 태양광을 받아들이게 되므로 그 효율 향상에 한계가 있으며, 직달광이 많이 발생하는 조건이나, 산란광이 많이 발생하는 조건을 고려하여 태양전지 모듈의 광학계를 조정하여 효율을 보다 더 향상시킬 필요성이 있다.
특히, 태양광의 조사 조건이 산란광에 가까운 경우에는 효율 개선에 한계가 있다.
본 발명은 상기 필요성에 의해 안출된 것으로서, 태양광의 조사 조건에 따라 대응이 가능한 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 비집광형 발전 및 집광형 발전을 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서, 비집광형 태양전지 셀 어레이와, 상기 비집광형 태양전지 셀의 모서리 부분의 비워진 영역에 각각 형성된 집광형 태양전지 셀이 배치된 하부패널과, 상기 하부패널의 상측에 형성되어, 태양광을 투과 또는 집광시키는 광학시트가 형성된 상부패널과, 상기 하부패널로부터 상기 상부패널을 소정 간격으로 이격시키고 고정시키는 지지대를 포함하며, 상기 상부패널에 형성되어 상기 광학시트를 롤러블 구동시키는 롤링수단이 구비된 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치를 기술적 요지로 한다.
또한, 상기 광학시트는, 비집광 광학부와 집광 광학부가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 광학시트의 집광 광학부는, 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태로 구현되며, 상기 집광형 태양전자 셀의 위치에 대응되게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 광학시트의 집광 광학부는, 상기 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태의 형상, 크기 및 갯수가 상이한 복수개의 집광 광학부가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 롤링수단은, 상기 상부패널의 양측단에 각각 형성된 롤러로 구현되며, 상기 광학시트가 상기 롤러에 감기거나 풀리도록 형성되어, 태양광의 조사 조건에 따라 상기 비집광 광학부 및 집광 광학부가 선택적으로 상기 하부패널 상에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 광학시트는, PET(Polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), PS(polystylene) 및 PC(polycarbonate) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부패널은, 강화유리기판과, 상기 강화유리기판에 배치된 비집광형 태양전지 셀 어레이와, 상기 강화유리기판에 상기 비집광형 태양전지 셀의 모서리 부분의 비워진 영역에 형성되며, 상기 집광형 태양전지 셀이 결합되도록 형성된 결합홀과, 상기 결합홀에 결합된 집광형 태양전지 셀 및 상기 강화유리기판의 테두리에 형성된 프레임을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광형 태양전지 셀은, 기판 상에 태양전지가 형성되며, 상기 태양전지 상에 반사경 도파로가 형성되고, 상기 기판 하측에는 방열핀이 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치는, 태양광추적기가 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명은 비집광형 발전(PV) 및 집광형 발전(CPV)을 동시에 활용할 수 있는 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것으로서, 특히 비집광형 발전 및 집광형 발전을 위한 광학계가 롤러블 광학시트에 연속적으로 형성되어 태양광의 조사 조건에 대응하여 용이하게 대체가 가능하여 고효율 발전이 가능한 태양전지 모듈 장치를 제공하는 것이다.
이에 의해 본 발명은 태양광 조사 조건이 집광에 유리한 시기와 산란광이 많아서 집광에 불리한 시기가 있는데, 이러한 태양광 조사 조건에 동시에 대응이 가능하도록 한 것으로서, 산란광이 많은 조건인 경우 태양전지 모듈의 광학계를 비집광 조건으로, 직달광이 많은 조건인 경우 태양전지 모듈의 광학계를 집광 조건으로 용이하게 변경이 가능하여 고효율 발전이 가능하도록 한 것이다.
또한 본 발명에 따른 태양전지 모듈 장치는 집광형 발전 및 비집광형 발전이 동시에 구현되도록 한 것으로, 직달일사량이 많은 지역에서는 집광 광학부(CPV 집광 렌즈)의 회절 효과로 직달광량을 감소시킴으로써 열에 의한 비집광형 태양전지 셀(PV Cell)의 효율감소를 방지할 수 있고, 집광형 태양전지 셀의 효율은 증가함으로 고효율 모듈을 구현할 수 있도록 한 것이다.
또한 우리나라와 같은 중위도에서는 직달일사량이 적은 지역에서는 집광형 태양전지 셀(CPV Cell)이 충분히 활용되지 못하나 비집광형 태양전지 셀(PV Cell)에 의하여 보상될 수가 있어 고효율을 도모할 수 있으며, 일사 조건에 따라 지역 맞춤형 모듈 설계를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 - 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 주요부에 대한 모식도.
도 2 - 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 롤러블 광학시트에 대한 모식도((a)는 집광 광학부가 형성된 광학시트, (b)는 비집광 광학부가 형성된 광학시트).
도 3 - 본 발명의 다양한 실시예에 따른 롤러블 광학시트에 대한 모식도.
도 4 - 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 하부패널(a) 및 비집광형 태양전지 셀 어레이(b)의 모식도.
도 5 - 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 집광 광학부 및 집광형 태양전지 셀에 대한 작용예시도.
본 발명은 비집광형 발전 및 집광형 발전을 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것으로서, 태양광의 조사 조건에 따라 대응이 가능한 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 주요부에 대한 모식도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 롤러블 광학시트에 대한 모식도((a)는 집광 광학부가 형성된 광학시트, (b)는 비집광 광학부가 형성된 광학시트를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 롤러블 광학시트를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 하부패널(a) 및 비집광형 태양전지 셀 어레이(b)의 모식도를 나타낸 것이고, 도 5는 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 집광 광학부 및 집광형 태양전지 셀에 대한 작용예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치는, 비집광형 발전 및 집광형 발전을 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서, 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이와, 상기 비집광형 태양전지 셀(110)의 모서리 부분의 비워진 영역에 각각 형성된 집광형 태양전지 셀(120)이 배치된 하부패널(100)과, 상기 하부패널(100)의 상측에 형성되어, 태양광을 투과 또는 집광시키는 광학시트(210)가 형성된 상부패널(200)과, 상기 하부패널(100)로부터 상기 상부패널(200)을 소정 간격으로 이격시키고 고정시키는 지지대(300)를 포함하며, 상기 상부패널(200)에 형성되어 상기 광학시트(210)를 롤러블 구동시키는 롤링수단(400)이 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비집광형 발전(PV) 및 집광형 발전(CPV)을 동시에 활용할 수 있는 복합형 태양전지 모듈 장치에 관한 것으로서, 특히 비집광형 발전 및 집광형 발전을 위한 광학계가 롤러블 광학시트(210)에 연속적으로 형성되어 태양광의 조사 조건에 대응하여 용이하게 대체가 가능하여 고효율 발전이 가능한 태양전지 모듈 장치를 제공하는 것이다.
이에 의해 본 발명은 태양광 조사 조건이 집광에 유리한 시기와 산란광이 많아서 집광에 불리한 시기가 있는데, 이러한 태양광 조사 조건에 동시에 대응이 가능하도록 한 것으로서, 산란광이 많은 조건인 경우 태양전지 모듈의 광학계를 비집광 조건으로, 직달광이 많은 조건인 경우 태양전지 모듈의 광학계를 집광 조건으로 용이하게 변경이 가능하여 고효율 발전이 가능하도록 한 것이다.
먼저 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서 상기 하부패널(100)은 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이와, 상기 비집광형 태양전지 셀(110)의 모서리 부분의 비워진 영역에 각각 형성된 집광형 태양전지 셀(120)이 배치된 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 비집광형 태양전지 셀(110) 및 집광형 태양전지 셀(120)은 설치 환경이나 작업 환경에 따라 실리콘 태양전지 또는 화합물 태양전지로 형성된다.
구체적으로 상기 하부패널(100)은, 강화유리기판(130)과, 상기 강화유리기판(130)에 배치된 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이와, 상기 강화유리기판(130)에 상기 비집광형 태양전지 셀(110)의 모서리 부분의 비워진 영역에 형성되며, 상기 집광형 태양전지 셀(120)이 결합되도록 형성된 결합홀과, 상기 결합홀에 결합된 집광형 태양전지 셀(120) 및 상기 강화유리기판(130)의 테두리에 형성된 프레임을 포함한다.
도 4는 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서 하부패널(100)(a) 및 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이(b)의 모식도를 나타낸 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이는 박판의 강화유리기판(130) 상에 접착되어 형성되는 것으로서, 그 상부에 커버 강화유리기판(130)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이는 EVA 필름으로 라미네이트 인캡슐레이팅(laminate encapsulating) 처리되어 외부환경이나 수분으로부터 비집광형 태양전지 셀(110) 어레이를 보호하도록 하고, 그 후 강화유리기판(130) 상에 접착되어 제공될 수 있다.
그 후 상기 집광형 태양전지 셀(120)이 강화유리기판(130)에 형성되며, 상기 강화유리기판(130)의 테두리는 소정 프레임으로 둘러싸여, 하부패널(100)을 외부 충격으로부터 보호하거나, 태양광추적기가 설치되는 경우 상기 프레임에 고정되게 된다.
일반적으로 원형 또는 사각형태의 비집광형 태양전지 셀(110)의 경우 그 모서리가 절삭된 형태로 제공되어 배열 시 이웃하는 비집광형 태양전지 셀(110)의 모서리가 만나는 부분은 강화유리기판(130)만 존재하는 비워진 영역을 형성하게 된다.
상기 비워진 영역에 집광형 태양전지 셀(120)이 형성되게 되며, 상기 비워진 영역에 상기 집광형 태양전지 셀(120)이 결합되도록 결합홀을 형성한다.
상기 집광형 태양전지 셀(120)은 상기 결합홀에 접착되거나 나사결합되어 결합되며, 집광 발전 효율을 고려하여 상기 모서리 영역 전체에 형성될 수도 있으며, 부분적으로 형성될 수도 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 하부패널(100)에는 집광형 발전 및 비집광형 발전이 동시에 구현되도록 하여, 각 셀들의 장점을 살리고 단점을 보완할 수 있도록 하였다. 즉, 직달일사량이 많은 지역에서는 집광 광학부(CPV 집광 렌즈)(212)의 회절 효과로 직달광량을 감소시킴으로써 열에 의한 비집광형 태양전지 셀(PV Cell)(110)의 효율감소를 방지할 수 있고, 집광형 태양전지 셀(120)(CPV Cell)의 효율은 증가함으로 고효율 모듈을 구현할 수 있도록 한 것이다.
한편, 상기 집광형 태양전지 셀(120)은 도 5에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 태양전지(122)가 형성되며, 상기 태양전지(122) 상에 반사경 도파로(123)가 형성되고, 상기 기판(121) 하측에는 방열핀(124)이 형성된 것을 특징으로 한다
상기 기판(121)은 산화알루미늄판재에 에폭시 코팅 동판회로를 설계하여 완성한 것으로, 그 상부에 태양전지(122)가 접합되게 된다.
상기 태양전지(122)는 이종의 화합물 태양전지가 접합된 고효율 태양전지를 사용하며, 집광된 빛이 입사되게 되므로 고열을 방사하기 위하여 방열핀(124)이 형성되게 된다. 또한, 상기 태양전지(122) 상에는 알루미늄 반사경 도파로(123)가 형성되어, 입사된 빛이 손실없이 태양전지(122) 상으로 제공되도록 한다.
그리고 상기 강화유리기판(130)의 테두리에는 강화유리기판(130)과 상기 비집광형 태양전지 셀(110) 및 집광형 태양전지 셀(120)을 보호하기 위한 프레임이 형성되며, 상기 프레임은 내구성 및 가공성, 경량성을 고려하여 알루미늄이나 스텐레스 재질로 형성된다.
그리고, 상기 상부패널(200)은 상기 하부패널(100)의 상측에 형성되어, 태양광을 투과 또는 집광시키는 광학시트(210)가 형성된 것이다.
상기 상부패널(200)은 상기 하부패널(100) 상측으로 지지대(300)에 의해 소정 간격으로 이격되어 고정되게 된다. 상기 지지대(300)는 알루미늄과 같은 재질로 형성되며, 집광 광학부(212)의 초점 거리를 고려하여 적절한 높이로 형성되고, 상부패널(200) 및 하부패널(100) 사이의 모서리에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부패널(200)에는 상기 광학시트(210)를 롤러블(Rollable) 구동시키는 롤링수단(400)이 형성된다. 본 발명의 일실시예로 상기 롤링수단(400)은 상기 하부패널(100) 네모서리에 형성된 상기 지지대(300) 상에 고정되어 구동되도록 하며, 태양광의 조사 조건에 따라 자동 또는 수동으로 구동될 수 있다.
상기 롤링수단(400)은 상기 상부패널(200)의 양측단에 각각 형성된 롤러(410) 및 이를 구동하기 위한 모터 등으로 구현된다. 상기 롤러(410)는 속도 및 방향 제어가 가능하도록 형성된 것으로서, 광학시트(210) 양측단에 형성되어 한쪽의 롤러(410)가 광학시트(210)가 감기는 쪽으로 회전하게 되면 다른쪽 롤러(410)는 광학시트(210)가 풀리는 쪽으로 회전하게 된다.
이에 의해 하부패널(100) 상측에 태양광 조사 조건에 따라 최적화된(집광 또는 비집광) 광학시트(210)의 광학계가 위치되도록 한다.
본 발명에서의 광학시트(210)는 롤러블 가능하여야 하므로 유연성이 있는 고분자 필름 소재로 형성되어야 하며, 투명성 및 내구성을 고려하여, PET(Polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), PS(polystylene) 및 PC(polycarbonate) 중 어느 하나를 사용한다.
상기 광학시트(210)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 비집광 광학부(211)와 집광 광학부(212)가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성되어, 상기 롤링수단(400)에 의해 태양광 조사 조건에 따라 비집광 광학부(211) 및 집광 광학부(212)가 용이하게 대체가 가능하게 형성된 것이다.
즉, 태양광의 조건이 산란광에 유리한 상황이라면 상기 광학시트(210)는 비집광 광학부(211)를 상기 하부패널(100) 상에 위치하도록 하여 비집광 발전이 주로 이루어지도록 하고, 태양광의 조건이 집광에 유리한 상황이라면 상기 광학시트(210)는 집광 광학부(212)를 상기 하부패널(100) 상에 위치하도록 하여 집광 발전이 주로 이루어지도록 한다.
이를 위해 롤러블 광학시트(210)를 구비하고, 상기 광학시트(210)를 롤러블 구동시킬 수 있도록 롤링수단(400)이 제공되게 된다.
상기 광학시트(210)의 비집광 광학부(211)는 투명한 필름 형태로 형성되게 되며, 집광 광학부(212)는 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태로 구현되며, 상기 집광형 태양전자 셀의 위치에 대응되게 형성된다.
여기에서 상기 집광 광학부(212)를 구성하는 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태를 구현하기 위해서 투명한 고분자 필름 상에 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태의 광학계를 라미네이팅하여 형성하거나, 고분자 필름 자체에 임프린팅하여 형성할 수 있다.
또한, 상기 광학시트(210)의 집광 광학부(212)는 도 3에 도시한 바와 같이 상기 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태의 형상, 크기 및 갯수가 상이한 복수개의 집광 광학부(212)가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성될 수 있다.
이는 태양광의 조사 조건 또는 하부패널(100)의 집광형 태양전지 셀(120)의 종류, 배치 형태에 따라 상기 집광 광학부(212)의 형태, 집광 성능 및 집광 효율을 용이하게 변동이 가능하도록 한 것이다.
도 3(a)는 광학시트(210) 상에 비집광 광학부(211)와 단일 종류의 집광 광학부(212)가 형성된 것을 도시하였으며, 도 3(b)는 광학시트(210) 상에 비집광 광학부(211)와 다양한 종류의 집광 광학부(212)가 연속적으로 형성된 것을 도시하였다.
이에 의해 필요에 따라 롤링수단(400)을 가동하여 하부패널(100) 상에 적절히 선택된 집광 광학부(212)가 위치되도록 하여, 다양한 설치 환경에 맞춤형으로 사용할 수 있도록 한다.
한편 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치는 고정식으로 제공되거나, 보다 고효율을 위해 태양광 추적기가 결합된 추적식으로 제공될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치의 집광 광학부(212) 및 집광형 태양전지 셀(120)에 대한 작용예시도를 나타낸 것으로, 상부패널(200)에 형성된 집광광학부(Fresnel lens 형태)에 의해 입사된 태양광이 집광되어 상기 집광형 태양전지 셀(120)로 입사되게 되고, 이 과정에서 발생하는 산란광은 비집광형 태양전지 셀(110)로 입사되게 된다.
즉, 태양광 조건이 직달광에 유리한 상황이라면, 상기 롤링수단(400)을 이용하여 상기 광학시트(210)의 집광 광학부(212)가 상기 하부패널(100) 상측에 위치하도록 하여 집광 발전 효율 향상을 도모하도록 하는데, 이 경우에도 산란광은 발생하게 되며 발생된 산란광은 비집광형 태양전지 셀(110)로 입사되게 된다.
또한 태양광 조건이 산란광에 유리한 상황(예컨대 식물 공장 등)이라면 상기 롤링수단(400)을 이용하여 상기 광학시트(210)의 비집광 광학부(211)가 상기 하부패널(100) 상측에 위치하도록 하여 비집광 발전 효율 향상을 도모한 것이다.
이에 의해 본 발명은 태양광이 집광에 유리한 시기와 산란광이 많아서 집광에 불리한 시기가 있는데, 이러한 태양광 조사 조건에 동시에 대응이 가능한 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
이와 같이 본 발명에 따른 태양전지 모듈 장치는 집광형 발전 및 비집광형 발전이 동시에 구현되도록 하여, 각 셀들의 장점을 살리고 단점을 보완할 수 있도록 하였다. 즉, 직달일사량이 많은 지역에서는 집광 광학부(CPV 집광 렌즈)의 회절 효과로 직달광량을 감소시킴으로써 열에 의한 비집광형 태양전지 셀(PV Cell)의 효율감소를 방지할 수 있고, 집광형 태양전지 셀의 효율은 증가함으로 고효율 모듈을 구현할 수 있도록 한 것이다.
또한 우리나라와 같은 중위도에서는 직달일사량이 적은 지역에서는 집광형 태양전지 셀(CPV Cell)이 충분히 활용되지 못하나 비집광형 태양전지 셀(PV Cell)에 의하여 보상될 수가 있어 고효율을 도모할 수 있으며, 일사 조건에 따라 지역 맞춤형 모듈 설계를 제공할 수 있는 장점이 있다.
100 : 하부패널 110 : 비집광형 태양전지 셀
120 : 집광형 태양전지 셀 121 : 기판
122 : 태양전지 123 : 반사경 도파로
124 : 방열핀 130 : 강화유리기판
131 : 결합홀 140 : 프레임
200 : 상부패널 210 : 광학시트
211 : 비집광 광학부 212 : 집광 광학부
300 : 지지대 400 : 롤링수단
410 : 롤러

Claims (9)

  1. 비집광형 발전 및 집광형 발전을 동시에 활용하는 복합형 태양전지 모듈 장치에 있어서,
    비집광형 태양전지 셀 어레이와, 상기 비집광형 태양전지 셀의 모서리 부분의 비워진 영역에 각각 형성된 집광형 태양전지 셀이 배치된 하부패널;
    상기 하부패널의 상측에 형성되어, 태양광을 투과 또는 집광시키는 광학시트가 형성된 상부패널;
    상기 하부패널로부터 상기 상부패널을 소정 간격으로 이격시키고 고정시키는 지지대;를 포함하며,
    상기 상부패널에 형성되어 상기 광학시트를 롤러블 구동시키는 롤링수단;이 구비되고,
    상기 광학시트는,
    비집광 광학부와 집광 광학부가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성되어, 상기 롤링수단에 의해 상기 비집광 광학부 및 집광 광학부 중 어느 하나가 상기 하부패널 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광학시트의 집광 광학부는,
    집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태로 구현되며, 상기 집광형 태양전자 셀의 위치에 대응되게 형성된 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 광학시트의 집광 광학부는,
    상기 집광 패턴 또는 Fresnel lens 형태의 형상, 크기 및 갯수가 상이한 복수개의 집광 광학부가 서로 다른 영역에 연속적으로 형성된 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 롤링수단은,
    상기 상부패널의 양측단에 각각 형성된 롤러로 구현되며,
    상기 광학시트가 상기 롤러에 감기거나 풀리도록 형성되어,
    태양광의 조사 조건에 따라 상기 비집광 광학부 및 집광 광학부가 선택적으로 상기 하부패널 상에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 광학시트는,
    PET(Polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), PS(polystylene) 및 PC(polycarbonate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 하부패널은,
    강화유리기판;
    상기 강화유리기판에 배치된 비집광형 태양전지 셀 어레이;
    상기 강화유리기판에 상기 비집광형 태양전지 셀의 모서리 부분의 비워진 영역에 형성되며, 상기 집광형 태양전지 셀이 결합되도록 형성된 결합홀;
    상기 결합홀에 결합된 집광형 태양전지 셀; 및
    상기 강화유리기판의 테두리에 형성된 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 집광형 태양전지 셀은,
    기판 상에 태양전지가 형성되며,
    상기 태양전지 상에 반사경 도파로가 형성되고,
    상기 기판 하측에는 방열핀이 형성된 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
  9. 제 1항, 제 3항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치는,
    태양광추적기가 결합되는 것을 특징으로 하는 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치.
KR1020190012385A 2019-01-31 2019-01-31 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치 KR102194268B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190012385A KR102194268B1 (ko) 2019-01-31 2019-01-31 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190012385A KR102194268B1 (ko) 2019-01-31 2019-01-31 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200094947A KR20200094947A (ko) 2020-08-10
KR102194268B1 true KR102194268B1 (ko) 2020-12-22

Family

ID=72049373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190012385A KR102194268B1 (ko) 2019-01-31 2019-01-31 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102194268B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102526602B1 (ko) * 2020-12-28 2023-04-27 한국광기술원 개폐형 태양광 발전장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101370703B1 (ko) * 2012-12-31 2014-03-07 이태균 태양광 발전장치
KR101685178B1 (ko) * 2016-07-28 2016-12-09 정에디영 발전효율을 향상시킨 태양전지모듈
KR101771948B1 (ko) 2016-09-21 2017-08-29 광주과학기술원 태양 추적 장치 및 그의 동작 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110097110A (ko) * 2010-02-24 2011-08-31 주식회사 티지솔라 태양전지 모듈 커버

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101370703B1 (ko) * 2012-12-31 2014-03-07 이태균 태양광 발전장치
KR101685178B1 (ko) * 2016-07-28 2016-12-09 정에디영 발전효율을 향상시킨 태양전지모듈
KR101771948B1 (ko) 2016-09-21 2017-08-29 광주과학기술원 태양 추적 장치 및 그의 동작 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200094947A (ko) 2020-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8039731B2 (en) Photovoltaic concentrator for solar energy system
CN202930413U (zh) 太阳能模组装置
WO2017206394A1 (zh) 一种轻型光伏组件
US9157662B2 (en) Photovoltaic module
JP2014514758A (ja) 屋根板型光起電力モジュール
CN112262479A (zh) 用于优化两面太阳能模块的性能的光管理***
US9660122B2 (en) Compact LCPV solar electric generator
US9905718B2 (en) Low-cost thin-film concentrator solar cells
US20120031467A1 (en) Solar Energy Harvesting System Using Luminescent Solar Concentrator With Distributed Outcoupling Structures And Microoptical Elements
CN102428571A (zh) 太阳能光伏聚光器面板
US6472593B1 (en) Hybrid roof covering element
JP2011233649A (ja) 太陽電池モジュール、太陽光発電装置、および太陽光発電システム
CN101702410B (zh) 一种双斜面反射聚光太阳能光伏电池组件
KR102194268B1 (ko) 롤러블 복합형 태양전지 모듈 장치
JP5507375B2 (ja) 太陽光発電装置
KR101217540B1 (ko) 하이브리드 태양전지
US20120247535A1 (en) System and method for the generation of electrical power from sunlight
KR20100071246A (ko) 태양전지 모듈
US20100170559A1 (en) System and Method for the Generation of Electrical Power from Sunlight
US20140345670A1 (en) Passively Tracking Partially Concentrating Photovoltaic Solar Panel
JP2007019300A (ja) 太陽光発電装置
EP3413358A1 (en) Photovoltaic assembly
US20120000505A1 (en) Thin film photoelectric coversion module
Leiner et al. CPV membranes made by roll-to-roll printing: A feasible approach?
KR20180091619A (ko) 복합 태양 에너지 획득 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant