KR102508366B1 - 블록형 태양광 패널 - Google Patents

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KR102508366B1
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성태현
정인화
정세영
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

용이하게 조립 또는 분리될 수 있는 블록형 태양광 패널이 개시된다. 개시된 블록형 태양광 패널은 측면에 결합 구조가 형성된 직육면체 형상의 하우징; 상기 하우징에 결합된 태양광 전지; 상기 하우징의 서로 마주보는 제1 및 제2측면에 형성된 복수의 병렬 연결 커넥터; 상기 하우징의 서로 마주보는 제3 및 제4측면에 형성된 복수의 직렬 연결 커넥터; 및 상기 병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결을 차단하는 스위칭 유닛을 포함한다.

Description

블록형 태양광 패널{BLOCK-TYPE PHOTOVOLTAIC PANEL}
본 발명은 태양광 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용이하게 조립 또는 분리될 수 있는 블록형 태양광 패널에 관한 것이다.
태양광 패널은 과거, 발전을 위한 전용 용지에 주로 설치되었으나, 최근에는 아파트, 빌딩 등 다양한 건축물에도 설치되고 있으며, 건축물의 유리창이나 벽면에도 태양광 패널이 설치되고 있다.
건축물의 구조는 모두 다르기 때문에, 건축물의 유리창이나 벽면에 태양광 패널이 설치될 경우 건축물의 구조에 적합하도록 별도의 태양광 패널이 개발될 필요가 있다.
또한 인접한 태양광 패널들을 전기적으로 연결 할 때, 출력 전압을 높이기 위해서는 인접한 태양광 패널들을 상호 직렬 연결을 하고, 출력 전류 용량을 높이기 위해서는 상호 병렬 연결을 하며, 따라서 인접한 태양광 패널들과의 연결을 위해 상당한 길이의 케이블이 필요하다. 이러한 케이블이 배치될 수 있는 공간을 위해, 태양광 패널과 유리창 또는 벽면 사이에는 일정한 여유 공간이 필요한데, 이는 건물 벽면의 안정성 측면에서 문제를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 여유 공간에 의한 온도차로 발생하는 습기나 누수에 인해 전기적 화재가 발생할 위험도 높일 수 있다.
관련 선행문헌으로 대한민국 등록특허 제10-1509014호, 제10-1055616호가 있다.
본 발명은 용이하게 조립 또는 분리될 수 있으며, 외부로 배선이 노출되지 않는 블록형 태양광 패널을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 복수의 블록형 태양광 패널이 전기적으로 연결된 상태에서, 고장난 블록형 태양광 패널을 바이패스하여 나머지 블록형 태양광 패널의 전기적인 연결 상태를 유지할 수 있는 블록형 태양광 패널을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측면에 결합 구조가 형성된 직육면체 형상의 하우징; 상기 하우징에 결합된 태양광 전지; 상기 하우징의 서로 마주보는 제1 및 제2측면에 형성된 복수의 병렬 연결 커넥터; 상기 하우징의 서로 마주보는 제3 및 제4측면에 형성된 복수의 직렬 연결 커넥터; 및 상기 병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결을 차단하는 스위칭 유닛을 포함하는 블록형 태양광 패널이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 패널 외부로 노출된 배선에 의해 태양광 패널들이 전기적으로 연결되지 않고, 태양광 패널의 커넥터에 의해 전기적으로 연결되므로, 배선의 배치를 위한 여유 공간이 불필요하며, 이러한 여유 공간에 의해 발생할 수 있는 건물의 안정성 문제를 해결할 수 있으며 화재 위험성을 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 패널의 조립 및 분리가 용이하기 때문에, 주택, 아파트, 창고, 빌딩 등 다양한 구조물에 용이하게 설치 가능하며, 외부로부터 전력 공급이 어려운 장소에 위치한 건축물에 설치되어 전력을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 블록의 직렬 연결 및 병렬 연결을 모두 지원하기 때문에, 사용자는 필요에 따라서 출력 전압을 높이거나 출력 높이는 형태로 태양광 블록을 연결하여 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 최소한의 스위치를 이용하여, 블록형 태양광 패널 사이의 병렬 연결을 차단하면서 고장난 블록형 태양광 패널에 의해 주변 블록형 태양광 패널의 성능이 감소하거나 고장이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록형 태양광 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블록형 태양광 패널의 내부 회로를 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 유닛의 이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블록형 태양광 블록을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 블록형 태양광 패널을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 블록형 태양광 패널(100 내지 500)은, 하우징(110), 태양광 전지(120), 병렬 연결 커넥터(131 내지 134), 직렬 연결 커넥터(141, 142) 및 스위칭 유닛을 포함한다.
하우징(110)은 직육면체 형상으로서 좌우상하 4개의 측면에 결합 구조가 형성된다. 이러한 결합 구조는 일실시예로서, 놀이형 매트나 블록의 결합 구조일 수 있으며, 결합 구조에 의해 하우징(110)의 4개의 측면에 또 다른 블록형 태양광 패널(200, 300, 400, 500)이 결합될 수 있다. 하우징(110)은 다양한 재질로 제조될 수 있으며, 일실시예로서 폐섬유로 제조될 수 있다.
태양광 전지(120)는 하우징(110)에 결합된다. 태양광이 태양광 전지(120)로 입사될 수 있도록, 태양광 전지(120)는 하우징(110)의 외부로 노출되도록 하우징(110)에 결합될 수 있으며, 또는 실시예에 따라서 하우징(110)의 내부에 배치되대, 태양광 전지(120)로 태양광이 입사될 수 있도록, 하우징(110)에 개구부가 형성될 수 있다. 이 때 개구부는 투명한 패널로 보호될 수 있다.
병렬 연결 커넥터(131 내지 134)는, 하우징(110)의 측면에 형성되며, 서로 마주보는 제1 및 제2측면에 형성된다. 직렬 연결 커넥터(141, 142) 역시 하우징(110)의 측면에 형성되며, 서로 마주보는 제3 및 제4측면에 형성된다. 즉, 병렬 및 직렬 연결 커넥터(131 내지 134, 141, 142)는 하우징(110)의 서로 다른 측면에 형성되며, 태양광 전지(120)와 전기적으로 연결된다.
병렬 연결 커넥터는, 태양광 전지(120)의 양극에 전기적으로 연결되며, 제1측면에 형성되는 제1병렬 연결 커넥터(131), 태양광 전지(120)의 양극에 전기적으로 연결되며, 제2측면에 형성되는 제2병렬 연결 커넥터(132)를 포함한다. 제1병렬 연결 커넥터(131)와 제2병렬 연결 커넥터(132)는 전기적으로 연결된다.
또한 병렬 연결 커넥터는, 태양광 전지(120)의 음극에 전기적으로 연결되며, 제1측면에 형성되는 제3병렬 연결 커넥터(133), 태양광 전지(120)의 음극에 전기적으로 연결되며, 제2측면에 형성되는 제4병렬 연결 커넥터(134)를 포함한다. 제3병렬 연결 커넥터(133)와 제4병렬 연결 커넥터(134)는 전기적으로 연결된다.
전술된 바와 같이, 직렬 연결 커넥터(141, 142) 역시 하우징(110)의 측면에 형성되며, 서로 마주보는 제3 및 제4측면에 형성된다. 병렬 및 직렬 연결 커넥터는 태양광 전지와 전기적으로 연결되며, 커넥터의 전기적 연결을 위한 케이블이 하우징(110) 내부에 포함될 수 있다.
직렬 연결 커넥터는 태양광 전지(120)의 양극에 전기적으로 연결되며 제3측면에 형성되는 제1직렬 연결 커넥터(141), 태양광 전지(120)의 음극에 전기적으로 연결되며, 제4측면에 연결되는 제2직렬 연결 커넥터(142)를 포함한다.
복수의 블록형 태양광 패널이 결합될 경우, 전술된 측면의 결합구조에 의해 결합됨과 동시에, 병렬 연결 커넥터(131 내지 134) 및 직렬 연결 커넥터(141, 142)를 통해 복수의 태양광 패널이 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터는 핀을 통해 결합되는 암수 소켓 구조일 수 있으며, 도 1에서, 제1블록형 태양광 패널(100)은 병렬 연결 커넥터(131 내지 134)를 통해 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300)과 병렬로 연결되며, 직렬 연결 커넥터(141, 142)를 통해 제4 및 제5블록형 태양광 패널(400, 500)과 직렬로 연결된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 패널 외부로 노출된 배선에 의해 태양광 패널들이 전기적으로 연결되지 않고, 태양광 패널의 커넥터에 의해 전기적으로 연결되므로, 배선의 배치를 위한 여유 공간이 불필요하며, 이러한 여유 공간에 의해 발생할 수 있는 건물의 안정성 문제를 해결할 수 있으며 화재 위험성을 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 패널의 조립 및 분리가 용이하기 때문에, 주택, 아파트, 창고, 빌딩 등 다양한 구조물에 용이하게 설치 가능하며, 외부로부터 전력 공급이 어려운 장소에 위치한 건축물에 설치되어 전력을 공급할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양광 블록의 직렬 연결 및 병렬 연결을 모두 지원하기 때문에, 사용자는 필요에 따라서 출력 전압을 높이거나 출력 높이는 형태로 태양광 블록을 연결하여 사용할 수 있다.
한편, 스위칭 유닛은 병렬 연결 커넥터(131 내지 134) 사이의 전기적 연결을 차단하며, 도 2에서 보다 상세히 설명된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 블록형 태양광 패널의 내부 회로를 도시한 도면이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 유닛의 이점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에서는 3개의 블록형 태양광 패널(100, 200, 300)이 병렬로 연결된 형태가 도시된다. 도 2에서 제1블록형 태양광 패널(100)은 병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결이 차단된 상태이며, 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300)은 병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결이 유지된 상태이다. 그리고 도 2에서, 제1 내지 제4노드(1311, 1322, 1333, 1344)는 각각, 제1 내지 제4병렬 연결 커넥터(131 내지 134)에 대응된다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 스위칭 유닛은 제1 및 제2스위치(151, 152)를 포함한다. 제1스위치(151)는 제1노드(1311)와 제2노드(1322) 사이에 위치하며, 제1노드(1311) 즉, 제1병렬 연결 커넥터(131)와 제2노드(1322) 즉, 제2병렬 연결 커넥터(132)는 제1스위치(151)를 통해 전기적으로 연결되거나 차단된다. 제2스위치(152)는 제3노드(1333)와 제4노드(1344) 사이에 위치하며, 제3노드(1333) 즉, 제3병렬 연결 커넥터(133)와 제4노드(1344) 즉, 제4병렬 연결 커넥터(134)는 제2스위치(152)를 통해 전기적으로 연결되거나 차단된다.
이 때, 태양광 전지(120)의 양극은, 제1스위치(151)와, 제2병렬 연결 커넥터(132) 사이의 노드에 전기적으로 연결되며, 일실시예로서 태양광 전지(120)의 양극은, 제2노드(1322)에 연결될 수 있다. 또한 태양광 전지(120)의 음극은 제2스위치(152)와, 제3병렬 연결 커넥터(133) 사이의 노드에 전기적으로 연결되며, 일실시예로서 태양광 전지(120)의 음극은 제3노드(1333)에 연결될 수 있다.
제1블록형 태양광 패널(100)이 주변의 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300)과 전기적으로 병렬로 연결되고, 제4 및 제5블록형 태양광 패널(400, 500)과 전기적으로 연결된 상태에서, 제1블록형 태양광 패널(100)의 고장이 감지된 경우, 스위칭 유닛, 즉 제1 및 제2스위치(151, 152)는 오픈되며 제1 및 제2병렬 연결 커넥터(131, 132)의 전기적 연결을 차단하고, 제3 및 제4병렬 연결 커넥터(133, 134) 사이의 전기적 연결을 차단한다.
블록형 태양광 패널의 고장을 감지하기 위한 감지 회로가 하우징 내부에 배치될 수 있으며, 일실시예로서 감지 회로는 커넥터 사이의 전압이나 전류를 측정하여 블록형 태양광 패널의 고장을 감지할 수 있다. 그리고 감지 회로의 감지 결과에 따라서, 제1 및 제2스위치(151, 152)는 오픈될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1블록형 태양광 패널(100)에 고장이 발생하더라도, 제1블록형 태양광 패널(100)과 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300) 사이의 병렬 연결은 차단되지만, 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300)과 제1블록형 태양광 패널(100)의 전기적인 연결이 완전히 차단되지는 않는다. 이는 사용되는 스위치의 개수를 줄이면서, 고장난 제1블록형 태양광 패널에 의해 주변 블록형 태양광 패널에 미치는 악영향을 줄이기 위함이다.
만일, 도 3과 같이, 제1 및 제2스위치가 배치된 경우, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제2블록형 태양광 패널(200) 사이의 전기적 연결은 완전히 차단되지만, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제3블록형 태양광 패널(300)은 병렬로 전기적으로 연결된 상태이다. 따라서, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)에 의해, 제3블록형 태양광 패널(300) 역시 고장나거나 성능이 감소할 수 있다.
반대로 도 4와 같이, 제1 및 제2스위치가 배치된 경우, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제3블록형 태양광 패널(300) 사이의 전기적 연결은 완전히 차단되지만, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제2블록형 태양광 패널(200)은 병렬로 전기적으로 연결된 상태이다. 따라서, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)에 의해 제2블록형 태양광 패널(200) 역시 고장나거나 성능이 감소할 수 있다.
고장난 블록형 태양광 패널이 주변 블록형 태양광 패널에 미치는 악영향을 줄이기 위해서, 도 3의 제1 및 제2스위치와, 도 4의 제1 및 제2스위치를 모두 사용할 수도 있지만, 이 경우 총 4개의 스위치가 필요하므로, 블록형 태양광 패널의 단가가 상승할 수 있다.
반면, 본 발명의 일실시예는 2개의 스위치를 이용하여, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)의 커넥터와 마주보는 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300) 각각의 2개의 커넥터 중 1개 커넥터의 전기적인 연결만을 차단시킴으로써, 보다 적은 개수의 스위치를 이용하면서도, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제2블록형 태양광 패널(200)의 병렬 연결 상태와 함께 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)과 제3블록형 태양광 패널(300)의 병렬 연결 상태를 차단시킬 수 있음과 동시에, 고장난 제1블록형 태양광 패널(100)에 의해 제2 및 제3블록형 태양광 패널(200, 300)의 성능이 감소하거나 고장이 발생하는 문제가 해결될 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 스위칭 유닛은 태양광 전지를 바이패스하여, 직렬 연결 커넥터를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 이 경우, 스위칭 유닛은 태양광 전지에 병렬로 연결되는 다이오드와, 다이오드에 직렬로 연결된 제3스위치를 포함할 수 있다. 제3스위치가 턴온된 경우, 제1 및 제2직렬 연결 커넥터는 다이오드에 의해 연결될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블록형 태양광 블록을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 하우징은 관통홀(160) 및 커버를 포함할 수 있다.
관통홀(160)은, 병렬 연결 커넥터 중 적어도 하나 및 직렬 연결 커넥터 중 적어도 하나의 금속핀(170)을 외부로 노출시킨다. 관통홀(160)은 하우징(110)에서, 금속핀이 돌출된 병렬 및 직렬 연결 커넥터의 위치에 대응되는 영역에 형성될 수 있다.
그리고 커버는 외부의 이물질이나 습기가 커넥터로 유입되지 않도록, 관통홀(160)에 결합되며, 관통홀(160)로부터 제거될 수 있다.
감지 회로에 의한 블록형 태양광 블록의 고장 감지와 별도로, 사용자는 관통홀(160)에 결합된 커버를 제거한 후, 커넥터의 금속핀(170)을 이용하여, 블록형 태양광 블록의 전류나 전압을 측정할 수 있으며, 블록형 태양광 블록의 고장을 체크할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 측면에 결합 구조가 형성된 직육면체 형상의 하우징;
    상기 하우징에 결합된 태양광 전지;
    상기 하우징의 서로 마주보는 제1 및 제2측면에 형성된 복수의 병렬 연결 커넥터;
    상기 하우징의 서로 마주보는 제3 및 제4측면에 형성된 복수의 직렬 연결 커넥터; 및
    상기 병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결을 차단하며, 제1 및 제2스위치를 포함하는 스위칭 유닛을 포함하며,
    상기 병렬 연결 커넥터는
    상기 태양광 전지의 양극에 전기적으로 연결되며, 상기 제1측면에 형성된 제1병렬 연결 커넥터;
    상기 제1스위치를 통해 상기 제1병렬 연결 커넥터와 전기적으로 연결되며, 상기 제2측면에 형성된 제2병렬 연결 커넥터;
    상기 태양광 전지의 음극에 전기적으로 연결되며, 상기 제1측면에 형성된 제3병렬 연결 커넥터; 및
    상기 제2스위치를 통해 상기 제3병렬 연결 커넥터와 전기적으로 연결되며, 상기 제2측면에 형성된 제4병렬 연결 커넥터를 포함하며,
    상기 태양광 전지의 양극은
    상기 제1스위치와, 상기 제2병렬 연결 커넥터 사이의 노드에 전기적으로 연결되며,
    상기 태양광 전지의 음극은
    상기 제2스위치와, 상기 제3병렬 연결 커넥터 사이의 노드에 전기적으로 연결되며,
    상기 하우징은
    상기 병렬 연결 커넥터 중 적어도 하나, 상기 직렬 연결 커넥터 중 적어도 하나의 금속핀을 외부로 노출시키는 관통홀; 및
    상기 관통홀에 결합되는 커버
    를 포함하는 블록형 태양광 패널.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 스위칭 유닛은
    상기 블록형 태양광 패널이 주변 블록형 태양광 패널과 전기적으로 직렬 및 병렬로 연결된 상태에서, 상기 블록형 태양광 패널의 고장이 감지된 경우, 상기 제1 및 제2병렬 연결 커넥터의 전기적 연결을 차단하고, 상기 제3 및 제4병렬 연결 커넥터 사이의 전기적 연결을 차단하는
    블록형 태양광 패널.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 직렬 연결 커넥터는
    상기 태양광 전지의 양극에 전기적으로 연결되며, 제3측면에 형성된 제1직렬 연결 커넥터; 및
    상기 태양광 전지의 음극에 전기적으로 연결되며, 상기 제4측면에 형성된 제2직렬 연결 커넥터
    를 포함하는 블록형 태양광 패널.
  6. 삭제
KR1020200126516A 2020-02-14 2020-09-29 블록형 태양광 패널 KR102508366B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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