KR20120116836A - 접속함 및 이를 포함하는 광기전력 모듈 - Google Patents

접속함 및 이를 포함하는 광기전력 모듈 Download PDF

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김진수
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 접속함은, 제1 태양전지 및 제2 태양전지와 전기적으로 연결되는 제1 로드선 및 제2 로드선을 고정하며, 상기 제1 로드선 또는 제2 로드선에 형성되어, 상기 제1 태양전지 또는 제2 태양전지로의 전류 흐름을 막는 블로킹부를 포함할 수 있다.

Description

접속함 및 이를 포함하는 광기전력 모듈{JUNCTION BOX AND PHOTOVOLTAIC MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 접속함 및 이를 포함하는 광기전력 모듈에 관한 것이다.
최근 석유 또는 석탄과 같은 기존 에너지 자원에 대한 고갈이 예측되면서 이들을 대체할만한 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 에너지는 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 특히 주목받고 있다. 태양 에너지를 이용하는 방법으로는, 태양열을 이용하여 증기를 발생시켜 터 빈을 회전시키는 방식의 태양열 이용방법과, 태양광(photons)을 전기에너지로 변환시키는 반도체의 성질을 이용하는 태양광 에너지 이용방법이 있다.
태양광 에너지 이용방법에서는, 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 반도체를 광기전력 모듈이라고 칭한다. 광기전력 모듈은 다이오드와 같이 p형 반도체와 n형 반도체의 접합 구조를 갖는다. 광기전력 모듈에 빛이 입사되면 빛과 광기전력 모듈의 반도체를 구성하는 물질과의 상호작용으로 (-) 전하를 띤 전자와 (+) 전하를 띤 정공이 발생하여 이들이 이동하면서 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력 효과(光起電力效果, photovoltaic effect)라고 한다. 광기전력 효과에 따르면, 전자는 n형 반도체 쪽으로, 정공은 p형 반도체 쪽으로 끌어 당겨지고, 전자와 정공은 각각 n형 반도체 및 p형 반도체와 접합된 전극들로 이동한다. 이 전극들을 전선으로 연결하면 전기가 외부로 흐른다.
최근에는 이와 같은 광기전력 모듈을 건축용으로도 사용하고 있다. 건축용으로 사용 시 다양한 용도 및 면적 요구에 따라 동종 또는 이종의 태양전지를 함께 배치하여 사용할 수도 있다.
도 1은 동종 또는 이종의 태양전지를 함께 배치하여 사용하는 경우 전체 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 제1 태양전지(11)와 제2 태양전지(12)가 함께 배치되어 사용되는 경우, 통상적으로는 제1 태양전지(11)로부터 연장되는 로드선(13)과 제2 태양전지(12)로부터 연장되는 로드선(14)이 각각 별개의 접속함(15, 16)에 고정된다.
이는 제1 태양전지(11)와 제2 태양전지(12) 간의 출력 전압의 차이에 기인한 것이다. 예를 들어, 제1 태양전지(11)의 출력 전압이 제2 태양전지(12)의 출력 전압보다 높은 경우, 제1 태양전지(11)와 제2 태양전지(12)로부터 각각 연장되는 로드선(13, 14)을 하나의 접속함에 고정하면, 제1 태양전지(11)로부터 흘러나오는 전류가 제2 태양전지(12)에 역전류로서 입력되어 정상적인 동작이 이루어질 수 없게 된다. 즉, 제2 태양전지(12)는 태양전지로서의 기능을 하지 못하게 되기 때문에, 제1 태양전지(11)와 제2 태양전지(12) 각각에 별도의 접속함(15, 16)을 마련하여야만 한다.
접속함(15, 16)을 하나로 형성하지 못하기 때문에, 접속함(15, 16) 형성을 위한 공간이 설계 시의 한계로 작용하게 된다. 또한, 접속함(15, 16)에는 태양전지(11, 12)에 의해 생성된 전류를 외부 장치로 공급하는 케이블(17, 18)이 형성되어 있는데, 이러한 케이블(17, 18)과 다른 구성요소 또한 접속함(15, 16)의 개수에 비례하여 증가하게 되며, 구현을 위한 비용 증가도 감수하여야 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 종래 기술의 문제점을 모두 해결하는 것이다.
한편, 본 발명의 목적은 하나의 접속함만을 구현하는 것만으로도 동종 또는 이종의 태양전지를 함께 배치하여 사용할 수 있도록 함으로써, 설계를 간소화하고, 전체 광기전력 모듈의 설계 비용을 줄일 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 태양전지 및 제2 태양전지와 전기적으로 연결되는 제1 로드선 및 제2 로드선을 고정하며, 상기 제1 로드선 또는 제2 로드선에 형성되어, 상기 제1 태양전지 또는 제2 태양전지로의 전류 흐름을 막는 블로킹부를 포함하는 접속함이 제공된다.
상기 블로킹부는, 상기 제1 로드선에 형성되는 제1 블로킹 다이오드 또는 상기 제2 로드선에 형성되는 제2 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제1 태양전지의 양극과 연결되고, 상기 제2 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제2 태양전지의 양극과 연결될 수 있다.
상기 블로킹부는, 캐소드 측이 상기 제1 태양전지의 음극과 연결되는 제3 블로킹 다이오드 또는 캐소드 측이 상기 제2 태양전지의 음극과 연결되는 제4 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 접속함은 상기 제1 로드선 및 제2 로드선과 전기적으로 연결되는 케이블을 더 포함하고, 상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 케이블에 연결될 수 있다.
상기 케이블 상에는 바이패스 다이오드가 형성될 수 있다.
상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 바이패스 다이오드의 캐소드 측과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 태양전지 및 제2 태양전지, 상기 제1 태양전지 및 제2 태양전지에 의해 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 제1 로드선 및 제2 로드선, 상기 제1 로드선 및 제2 로드선을 고정하는 접속함, 상기 제1 로드선 또는 제2 로드선에 형성되며, 상기 제1 태양전지 또는 제2 태양전지로의 전류 흐름을 막는 블로킹부를 포함하는 광기전력 모듈이 제공된다.
상기 블로킹부는, 상기 제1 로드선에 형성되는 제1 블로킹 다이오드 또는 상기 제2 로드선에 형성되는 제2 블로킹 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 제1 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제1 태양전지의 양극과 연결되고, 상기 제2 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제2 태양전지의 양극과 연결될 수 있다.
상기 블로킹부는, 캐소드 측이 상기 제1 태양전지의 음극과 연결되는 제3 블로킹 다이오드 또는 캐소드 측이 상기 제2 태양전지의 음극과 연결되는 제4 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 접속함은, 상기 제1 로드선 및 제2 로드선과 전기적으로 연결되는 케이블을 포함하고, 상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 케이블에 연결될 수 있다.
상기 케이블 상에는 바이패스 다이오드가 형성될 수 있다.
상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 바이패스 다이오드의 캐소드 측과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1 태양전지와 제2 태양전지는 동종 또는 이종의 태양전지일 수 있다.
상기 제1 태양전지는 박막 태양전지이고, 상기 제2 태양전지는 결정질 태양전지일 수 있다.
본 발명에 따르면, 동종 또는 이종의 태양전지를 2 이상 함께 배치하여 설계할 시에 각 태양전지로부터 연장되는 로드선을 하나의 접속함에 모두 고정시킬 수 있기 때문에, 설계가 간소화되고, 접속함 구현을 위한 비용을 최소화할 수 있다.
도 1은 동종 또는 이종의 태양전지를 포함하는 종래 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 도 2a에 도시되는 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈을 실제로 구현한 구현예를 나타내는 도면이다.
도 5는 비정질 광전변환 층을 포함하는 박막 태양전지의 성능 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6는 결정질 태양전지의 성능 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 성능 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광기전력 모듈에 대해 상세히 설명하기로 한다.
광기전력 모듈의 전체 구성
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 광기전력 모듈은 제1 및 제2 태양전지(110, 120), 제1 및 제2 태양전지(110, 120)에서 각각 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 제1 및 제2 로드선(111, 121), 제1 및 제2 로드선(111, 121)을 고정하기 위한 접속함(130)을 포함한다.
제1 및 제2 태양전지(110, 120)는 도 2a에 도시되는 바와 같이, 평면 상에서 서로 이격 또는 접합된 형태로 배치될 수도 있고, 도 2b에 도시되는 바와 같이, 서로 다른 평면 상에 적층되는 형태로 배치될 수도 있다. 그러나, 어떠한 형태로든지 제1 및 제2 태양전지(110, 120)가 포함되는 경우라면 본 발명의 광기전력 모듈로 이용될 수 있다. 또한, 도 2a 및 도 2b에는 제1 및 제2 태양전지(110, 120)가 포함되는 경우만을 도시하였으나, 3개 이상의 태양전지가 포함될 수도 있다.
제1 및 제2 태양전지(110, 120)는 동종 또는 이종의 광전변환 층을 갖는 광전변환 셀을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 태양전지(110, 120)를 이루는 광전변환 셀들은 결정질 광전변환 층(단결정 광전변환 층 또는 다결정 광전변환 층), 비정질 광전변환 층, 화합물 광전변환 층, 유기물 광전변환 층 중 하나를 포함할 수 있다. 단결정 광전변환 층은 3족 또는 5족 불순물이 도핑된 단결정 실리콘을 포함할 수 있으며, 다결정 광전변환 층은 3족 또는 5족 불순물이 도핑된 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 화합물 광전변환 층은 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 화합물 반도체, Ⅱ-Ⅵ 족 화합물 반도체, 또는 Ⅲ-Ⅴ 족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 비정질 광전변환 층은 3족 또는 5족 불순물이 도핑된 실리콘층 사이에 불순물이 도핑되지 않은 실리콘층을 포함한다. 유기물 광전변환 층을 포함하는 광전변환 셀은 염료감응형 또는 유기폴리머 형일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 태양전지(110, 120)는 CIGS 태양전지, CdTe 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 박막 태양전지 중 하나일 수도 있다. 한편, 제1 및 제2 태양전지(110, 120)는 동종 또는 이종의 광전변환 셀이 서로 적층된 형태로 형성되는 탠덤 구조의 광전변환 셀을 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)와 각각 전기적으로 연결되는 제1 로드선(111) 및 제2 로드선(112)이 하나의 접속함(130)에 접속되어 고정된다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 접속함(130)의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
접속함의 구성
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함(130)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 설명의 편의를 위해 광기전력 모듈을 회로도로 간략화하여 표현한 것이다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접속함(130)은 케이블(131), 바이패스부(132), 블로킹부(133)를 포함한다.
케이블(131)은 제1 및 제2 로드선(111, 112)을 외부 장치와 전기적으로 연결한다. 케이블(131)에는 바이패스부(132)가 형성될 수 있다. 바이패스부(132)는 예를 들면, 일 이상의 바이패스 다이오드(D1)를 포함하여 구성될 수 있다. 태양전지(110, 120)의 작동 시에는 여러가지 구조물 또는 자연 현상 등으로 인해 개개의 태양전지(110, 120)가 차광될 수 있다. 차광 시 보호수단이 없다면, 제너 효과 등이 발생하게 되고, 이에 따라 높은 전력 손실이 생길 수 있게 된다. 따라서, 이에 대한 보호를 위해서는 차광된 태양전지(110, 120)를 바이패스하는 바이패스부(132)가 필요하다. 이처럼 바이패스부(132)는 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)가 차광 되었을 때의 원활한 전류 흐름을 제공할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 접속함(130)에 있어서 전류가 나가는 방향을 양극, 반대 방향을 음극이라고 하고, 바이패스부(132)가 바이패스 다이오드(D1)를 포함한다고 가정할 경우, 바이패스 다이오드(D1)의 애노드 측은 접속함(130)의 음극과 연결되고, 캐소드 측은 접속함(130)의 양극과 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접속함(130)은 블로킹부(133)를 포함한다. 블로킹부(133)는 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)로 전류가 흘러 들어가는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 이는, 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)로부터 흘러나오는 전류가 각각의 다른 태양전지(110, 120)로 흘러 들어가는 것을 방지한다고도 할 수 있다. 즉, 제1 태양전지(110)로부터 생성된 전류가 제2 태양전지(120)로 흘러 들어가는 것을 방지하고, 제2 태양전지(120)로부터 생성된 전류가 제1 태양전지(110)로 흘러 들어가는 것을 방지한다. 도면에서는 블로킹부(133)가 제1 로드선(111) 및 제2 로드선(121) 모두에 형성되는 것으로 도시되었으나, 제1 로드선(111) 또는 제2 로드선(121) 중 하나에만 형성될 수도 있다.
블로킹부(133)는 제1 블로킹 다이오드(D2) 및 제2 블로킹 다이오드(D3)로 구성될 수 있다. 제1 블로킹 다이오드(D2) 및 제2 블로킹 다이오드(D3)는 각각 제1 로드선(111) 및 제2 로드선(112)의 중간에 형성될 수 있다. 블로킹 다이오드(D2, D3)의 애노드 측은 태양전지(110, 120)와 전기적으로 연결되고, 캐소드 측은 케이블(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 도면에는 제1 및 제2 블로킹 다이오드(D2, D3)가 모두 형성되는 것으로 도시되었으나, 제1 블로킹 다이오드(D2) 또는 제2 블로킹 다이오드(D3) 중 하나만이 형성될 수도 있다. 블로킹 다이오드(D2, D3)는 역전류 흐름을 방지하기 위한 것인데, 예를 들면, 역전류 흐름의 가능성이 높은 출력 전압이 낮은 태양전지와 연결된 로드선에만 블로킹 다이오드가 형성될 수도 있다.
도 3에서는 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 양극, 즉, 전류가 흘러나오는 측과 연결된 로드선(111, 121)에 블로킹부(133)가 형성되는 경우가 예시되었으나, 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 음극에 연결된 로드선(111, 121)에 블로킹부(133)가 형성될 수도 있다. 블로킹부(133)가 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 음극에 연결된 로드선(111, 121)에 형성되는 경우에는, 제1 블로킹 다이오드(D2) 및 제2 블로킹 다이오드(D3)의 애노드 측이 케이블(131)에 형성된 바이패스 다이오드(D1)의 애노드 측과 연결될 수 있다. 블로킹부(133)가 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 음극에 연결된 로드선(111, 121)에 형성되는 경우, 확실한 역전류 흐름 방지를 위해서는 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 양극과 연결된 로드선(111, 121)에도 블로킹부(133)가 더 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 각각의 애노드가 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 양극과 연결되는 제1 블로킹 다이오드(D2) 및 제2 블로킹 다이오드(D3)에 더하여, 각각의 캐소드가 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)의 음극과 연결되는 제3 및 제4 블로킹 다이오드(미도시됨)가 더 형성될 수도 있다. 이 때, 제3 및 제4 블로킹 다이오드 중 어느 하나만이 형성될 수도 있음은 물론이다. 또한, 도 3에서는 접속함(130) 내부에 블로킹부(133)가 형성되는 것으로 도시되었으나, 블로킹부(133)는 로드선(111, 121)의 일부에 형성되면 족하며, 반드시 접속함(130) 내에 형성되지 않아도 무방하다.
광기전력 모듈이 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)를 포함하는 경우, 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120) 간에는 소정의 전압차가 존재하게 된다. 이러한 경우 통상적으로는 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)로부터 연장되는 로드선(111, 112)을 별도의 접속함에 고정시킨다. 왜냐하면, 각 태양전지(110, 120)의 로드선(111, 112)을 하나의 접속함에 고정하게 되면 전압차로 인해 높은 전압을 갖는 태양전지로부터 흘러나오는 전류가 낮은 전압을 갖는 태양전지로 흘러 들어갈 수 있기 때문이다. 예를 들어, 제1 태양전지(110)가 박막 태양전지이고 제2 태양전지(120)가 결정질 태양전지인 경우, 높은 전압을 갖는 박막 태양전지로부터 흘러나오는 전류가 결정질 태양전지로 인입되어 각 태양전지(110, 120)의 성능이 저하되고 동작이 제대로 이루어질 수 없게 된다. 본 발명에서는 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)로부터 연장되는 로드선(111, 121)을 하나의 접속함(130)에 고정하기 위해, 로드선(111, 121)에 블로킹부(133)를 형성하였다. 이에 따라, 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120) 간의 전압차가 존재하더라도, 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)로부터 흘러나오는 전류가 각각의 다른 태양전지(110, 120)로 흘러 들어가지 않게 된다. 그러나, 이 경우에도 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)의 출력 간에 큰 전압차가 존재하는 경우에는 출력 전압이 큰 쪽의 출력만이 나오게 된다. 따라서, 전기적으로 원활한 매칭을 위해서는 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120) 간의 출력 전압 매칭을 어느정도는 해주는 것이 바람직하다. 출력 전압 매칭 방법으로는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)가 결정질 태양전지로 구성되는 경우에는 직렬로 연결된 셀의 수를 적절히 선택함으로써 출력 전압을 조절할 수 있고, 제1 태양전지(110) 또는 제2 태양전지(120)가 박막 태양전지로 구성되는 단위전지 간 셀 피치(pitch) 또는 서로 직렬 연결된 단위전지의 수를 적절히 선택하여 그 출력 전압을 조절할 수 있다. 또한, 박막 태양전지 자체를 복수개의 그룹으로 나누어 각 그룹을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써 전체 출력 전압을 조절할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 동종 또는 이종의 태양전지(110, 120)를 포함하는 광기전력 모듈에 있어서도, 하나의 접속함(130)만으로 모든 태양전지(110, 120)의 로드선(111, 121) 고정이 가능해진다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 실제 구현예를 예로 들어 설명하기로 한다.
실제 구현예
이하에서는 도 2a에 도시되는 광기전력 모듈에 대한 실제 구현예를 설명하되, 제1 태양전지(110)로서 비정질 광전변환 층을 포함하는 박막 태양전지가 사용되고, 제2 태양전지(120)로서 결정질 태양전지를 사용한 구현예에 대해 설명한다.
도 4는 도 2a에 도시되는 광기전력 모듈을 실제로 구현한 구현예를 모식적으로 나타낸다.
도 4에서는 로드선(111, 121) 및 접속함(130)을 생략하고, 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)만을 나타내었다.
도 4를 참조하면, 제1 태양전지(110)로서는 비정질 광전변환 층을 포함하는 박막 태양전지가 이용되었고, 제2 태양전지(120)로서는 결정질 태양전지가 이용되었다.
박막 태양전지는 결정질 태양전지를 사이에 두고 양 옆에 배치될 수 있다. 결정질 태양전지의 양 옆에 배치되는 박막 태양전지는 1270×405mm의 크기, 9.8mm의 셀 피치(p), 총 20개의 셀로 구현하였다. 결정질 태양전지의 양 옆에 배치되는 박막 태양전지는 서로 병렬로 연결된다.
한편, 박막 태양전지 사이에 배치되는 결정질 태양전지는 156×156mm 크기를 갖는 셀이 28개 포함되도록 구현하였다. 28개의 셀은 4×7로 배열하였다.
또한, 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)에 포함되는 글라스 기판으로서는 저철분 유리를 사용하였다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 광기전력 모듈의 동작 성능을 파악하기 위해 박막 태양전지 및 결정질 태양전지에 대한 성능을 별도로 측정하였다. 즉, 박막 태양전지와 결정질 태양전지로부터 연장되는 로드선이 각각 별도의 접속함에 의해 고정되는 경우를 상정하여 성능을 측정하였다.
도 5 및 표 1은 비정질 광전변환 층을 포함하는 박막 태양전지만의 성능을 나타내며, 도 6 및 표 2는 결정질 태양전지만의 성능을 나타낸다.
항목 측정값
Isc 3.100 A
Voc 17.17 V
Ipm 2.707 A
Vpm 13.15 V
FF(fill factor) 66.86 %
Pmax 35.59 W
항목 측정값
Isc 7.427 A
Voc 17.42 V
Ipm 6.980 A
Vpm 13.93 V
FF(fill factor) 75.14 %
Pmax 97.23 W
여기서, 필 팩터(FF)는 최대 전력(Pmax)을 나타내는 지점에서의 전류 밀도와 전압값의 곱을 개방 전압(Voc)과 단락 전류(Isc)의 곱으로 나눈 값이다. 즉, 필 팩터(FF)는 빛이 가해지는 상태에서 전류-전압 곡선의 모양이 사각형에 얼마나 가까운지를 나타내는 지표라고 할 수 있다.
도 5 및 표 1을 참조하면, 박막 태양전지의 단락 전류(Isc)는 3.100A, 개방 전압(Voc)은 17.17V, 최대 전류(Ipm)는 2.707A, 최대 전압(Vpm)은 13.15V, 필 팩터(FF)는 66.86%, 최대 전력(Pmax)은 35.59W로 측정되었다.
한편, 도 6 및 표 2를 참조하면, 결정질 태양전지의 단락 전류(Isc)는 7.427A, 개방 전압(Voc)은 17.42V, 최대 전류(Ipm)는 6.980A, 최대 전압(Vpm)은 13.93V, 필 팩터(FF)는 75.14%, 최대 전력(Pmax)은 97.23W로 측정되었다.
전술한 바와 같이, 박막 태양전지의 단위전지 간 셀 피치 조절 및 결정질 태양전지의 셀의 수 조절 등을 통해 박막 태양전지와 결정질 태양전지의 개방 전압(Voc)은 어느정도 매칭을 시켜주었다.
도 7 및 표 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 상기 구현한 박막 태양전지 및 결정질 태양전지를 각각 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)로 하여 도 4에 도시되는 광기전력 모듈을 구현하였을 때의 성능 측정 결과를 나타낸다.
항목 예상 측정값 유의차
Isc 10.52 A 10.5 A -0.02
Voc 17.3 V 17.3 V 0
Ipm 9.687 A 9.589 A -0.098
Vpm 13.5 V 13.15 V -0.35
FF(fill factor) - 57.71 % -
Real Pmax(순수 출력) 132.8 W 132.9 W +0.1
J/B Out Pmax(블로킹 다이오드 손실 포함 출력) 126.0 W 126.1 W +0.1
도 7 및 표 3을 참조하면, 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120)로부터 연장되는 제1 로드선(111) 및 제2 로드선(121)을 하나의 접속함(130)을 이용하여 고정하였을 경우, 단락 전류(Isc)는 제1 태양전지(110)만을 대상으로 측정한 단락 전류(3.200A)와 제2 태양전지(120)만을 대상으로 측정한 단락 전류(7.427A)의 합과 동일하게 측정되었고, 최대 전류(Ipm) 또한 제1 태양전지(110)만을 대상으로 측정한 최대 전류(2.707A)와 제2 태양전지(120)만을 대상으로 측정한 최대 전류(6.980A)의 합과 미세한 차이는 있으나, 대략 동일하게 측정되었다.
또한, 개방 전압(Voc)은 제1 태양전지(110) 및 제2 태양전지(120) 만의 개방 전압의 중간값 정도로 측정되었고, 최대 전압(Vpm)은 제1 태양전지(110)의 최대 전압(13.15V)과 제2 태양전지(120)의 최대 전압(13.93V)의 중간값과 대략 동일하게 측정되었다.
한편, 순수 최대 전력(Real Pmax)은 제1 태양전지(110)의 최대 전력(35.59W)과 제2 태양전지(120)의 최대 전력(97.23W)의 합(132.8W)보다 오히려 0.1W 높게 측정되어 상당히 이상적인 값을 보임을 알 수 있었다.
블로킹 다이오드의 손실이 반영된 최종 출력단(즉, 접속함(J/B)의 출력단)에서 측정한 최대 전력(J/B Out Pmax) 역시 예상 출력값(126.0W)보다 0.1W 높게 측정되었다.
따라서, 발명의 실시예에 따르면, 동종 또는 이종의 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)로부터 연장되는 로드선(111, 121)을 하나의 접속함(130)에 고정시키더라도 제1 태양전지(110)와 제2 태양전지(120)를 별도로 사용하였을 때에 비해 성능 저하가 없음을 알 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로
110: 제1 태양전지
120: 제2 태양전지
111: 제1 로드선
121: 제2 로드선
130: 접속함
131: 케이블
132: 바이패스부
133: 블로킹부

Claims (16)

  1. 제1 태양전지 및 제2 태양전지와 전기적으로 연결되는 제1 로드선 및 제2 로드선을 고정하며,
    상기 제1 로드선 또는 제2 로드선에 형성되어, 상기 제1 태양전지 또는 제2 태양전지로의 전류 흐름을 막는 블로킹부를 포함하는 접속함.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블로킹부는,
    상기 제1 로드선에 형성되는 제1 블로킹 다이오드 또는 상기 제2 로드선에 형성되는 제2 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 포함하는 접속함.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제1 태양전지의 양극과 연결되고, 상기 제2 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제2 태양전지의 양극과 연결되는 접속함.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 블로킹부는,
    캐소드 측이 상기 제1 태양전지의 음극과 연결되는 제3 블로킹 다이오드 또는 캐소드 측이 상기 제2 태양전지의 음극과 연결되는 제4 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 더 포함하는 접속함.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 로드선 및 제2 로드선과 전기적으로 연결되는 케이블을 더 포함하고,
    상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 케이블에 연결되는 접속함.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 케이블 상에는 바이패스 다이오드가 형성되는 접속함.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 바이패스 다이오드의 캐소드 측과 전기적으로 연결되는 접속함.
  8. 제1 태양전지 및 제2 태양전지;
    상기 제1 태양전지 및 제2 태양전지에 의해 생성된 전류를 외부로 공급하기 위한 제1 로드선 및 제2 로드선;
    상기 제1 로드선 및 제2 로드선을 고정하는 접속함; 및
    상기 제1 로드선 또는 제2 로드선에 형성되며, 상기 제1 태양전지 또는 제2 태양전지로의 전류 흐름을 막는 블로킹부를 포함하는 광기전력 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 블로킹부는,
    상기 제1 로드선에 형성되는 제1 블로킹 다이오드 또는 상기 제2 로드선에 형성되는 제2 블로킹 다이오드를 포함하는 광기전력 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제1 태양전지의 양극과 연결되고, 상기 제2 블로킹 다이오드의 애노드 측은 상기 제2 태양전지의 양극과 연결되는 광기전력 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 블로킹부는,
    캐소드 측이 상기 제1 태양전지의 음극과 연결되는 제3 블로킹 다이오드 또는 캐소드 측이 상기 제2 태양전지의 음극과 연결되는 제4 블로킹 다이오드 중 적어도 하나를 더 포함하는 광기전력 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 접속함은,
    상기 제1 로드선 및 제2 로드선과 전기적으로 연결되는 케이블을 포함하고,
    상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 케이블에 연결되는 광기전력 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 케이블 상에는 바이패스 다이오드가 형성되는 광기전력 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 블로킹 다이오드 및 제2 블로킹 다이오드의 캐소드 측은 각각 상기 바이패스 다이오드의 캐소드 측과 전기적으로 연결되는 광기전력 모듈.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제1 태양전지와 제2 태양전지는 동종 또는 이종의 태양전지인 광기전력 모듈.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 제1 태양전지는 박막 태양전지이고, 상기 제2 태양전지는 결정질 태양전지인 광기전력 모듈.
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