WO2023101292A1 - Bipv 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a high-power shingled photovoltaic module applicable to BIPV (Building-integrated photovoltaics) and a method for manufacturing the same, and in particular, a module generated due to high light absorption of an aesthetic pattern cover in a sound barrier, BIPV, agricultural solar power generation facility, etc. It relates to a high-power shingled solar module applicable to BIPV that improves heat dissipation characteristics and a manufacturing method thereof.
- BIPV Building-integrated photovoltaics
- the photovoltaic module has a multilayer structure to protect solar cells from the external environment.
- the photovoltaic module frame maintains the mechanical strength of the photovoltaic module and serves to strongly bond the solar cell and the materials stacked on the front and rear surfaces of the photovoltaic cell.
- the solar module is configured by connecting a plurality of strings (string) in series.
- strings for example, 4 to 6 strings constitute one photovoltaic module, and each of them independently has a photovoltaic power generation function.
- the string is bonded by manufacturing bus bars on the lower and upper portions of the divided strips, respectively, and connecting the bus bars with ECA.
- Patent Documents 1 to 3 An example of such technology is disclosed in Patent Documents 1 to 3 below.
- Patent Document 1 Korean Patent Registration No. 10-2258304, registered on May 25, 2021
- a base plate made of a steel plate material, an insulating layer formed on top of the base plate to provide electrical insulation, and the insulating layer
- a protective layer attached to the top, a rear encapsulation layer formed on top of the protective layer, a plurality of solar cells attached to the top of the rear encapsulation layer, a color encapsulation layer formed on top of the solar cell, and attached to the top of the color encapsulation layer
- a photovoltaic module for building-integrated photovoltaic power generation including a front protective layer protecting an outer surface of the photovoltaic module is disclosed.
- a solar panel in the following Patent Document 2 (Korean Patent Registration No. 10-1437438, registered on August 28, 2014), a solar panel, an EVA sheet attached to both sides of the solar panel, and an EVA sheet attached to the EVA sheet as disposed in the front direction of the solar panel It includes a transparent substrate, a back sheet disposed on the back side of the solar panel and attached to the EVA sheet, and a module frame that accommodates and combines the solar panel, the EVA sheet, the transparent substrate, and the coupling module of the back sheet inside, and the transparent substrate
- a lightweight solar cell module made of a transparent plastic material and a module frame made of polyimide or polyamide is disclosed.
- Patent Document 3 Korean Patent Publication No. 2020-0079788, published on July 6, 2020 is a composite plastic film for replacing the front glass of a thin film solar cell, a polyester base film facing the encapsulant of a solar module, and It is formed on the polyester base film and includes at least one light trapping layer selected from a patterning layer and a matte coating layer, and the polyester base film is a composite plastic film containing a UV blocker that blocks UVA and UVB. about is disclosed.
- Patent Document 1 as described above discloses a technology capable of increasing aesthetic characteristics as well as power generation performance, but there is a problem in that it is not possible to provide convenience in construction by manufacturing a module as an integrated building material and there is a problem in heat dissipation characteristics.
- the front glass is made of ETFE (ethylene tetrafluoroethylene), PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PP (polypropylene), PC (polycarbornate), PS (polystylene), POM (polyoxyethylene),
- ETFE ethylene tetrafluoroethylene
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- PP polypropylene
- PC polycarbornate
- PS polystylene
- POM polyoxyethylene
- a lightweight module replaced with a transparent plastic selected from the group consisting of AS (acrylonitrile styrene copolymer) resin, ABS (acrylonitrile butadiene styrene copolymer) resin and TAC (Triacetyl cellulose) is disclosed, and in Patent Document 3, production costs are reduced and ,
- a composite plastic film for replacing the front glass of a thin film solar cell was prepared, but in Patent Documents 2 and
- the construction material-integrated solar module has been developed as a ground-based solar module (Framer, front glass, and rear back sheet) in a form with a uniform design and high reflectance, and recently As the BIPV market became active, there was a problem that aesthetics, reflection reduction, and output security could not be solved at the same time due to the increase in consumer needs.
- An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a high-power shingled solar module applicable to BIPV that can simultaneously solve aesthetic enhancement, reflectance reduction, and reduction of output degradation due to temperature and a manufacturing method thereof will be.
- Another object of the present invention is BIPV that is easy to install and construct, can prevent output degradation due to module temperature rise, and can secure mass productivity by manufacturing a lightweight module compared to existing modules with a 1-step lamination process. It is to provide an applicable high-power shingled solar module and a manufacturing method thereof.
- Another object of the present invention is to provide a BIPV-applicable high-output shingled solar module and a method for manufacturing the same, which can shorten the manufacturing time by vacuum-pressing the stack of stacked solar modules at a high temperature.
- Another object of the present invention is to provide a high-output shingled solar module applicable to BIPV and a method for manufacturing the same, which can provide convenience in construction by manufacturing the module as a solid and lightweight building material integral type.
- a high-power shingled solar module applicable to BIPV includes a solar panel having a shingled array structure, a first sealing material stacked on top of the solar panel to protect the solar panel, and the solar panel A second sealing material laminated below the solar panel to protect the solar panel, a front cover stacked on top of the first sealing material to allow sunlight to pass through and protect the first sealing material, and to protect the solar panel from the external environment.
- it is characterized in that it is provided by ECTFE (Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) film bonding.
- an aluminum honeycomb made of hexagons in a honeycomb shape, a second back sheet provided under the aluminum honeycomb, and the first 1 characterized in that it further comprises a first adhesive layer provided for bonding the back sheet and the aluminum honeycomb, and a second adhesive layer provided for bonding the aluminum honeycomb and the second back sheet.
- the first adhesive layer and the second adhesive layer are made of EVA (Ethylene Vinyl Acetate), Ionomer, or POE (Poly Olefin Elastomer) to eliminate the peeling phenomenon caused by the difference in thermal expansion. It is characterized in that it is provided with a film.
- EVA Ethylene Vinyl Acetate
- Ionomer Ionomer
- POE Poly Olefin Elastomer
- the first back sheet and the second back sheet are made of E-glass fiber (220 g / m2) and resin to reinforce insulation and mechanical durability, and have a thickness of 0.7 to 0.8 mm. It is characterized in that it is formed with a thickness of.
- a heat-dissipating steel plate formed on the bottom surface of the first back sheet to dissipate heat generated from the solar panel, and a first prepared for bonding the first back sheet and the heat-dissipating steel plate
- An adhesive layer is further included, the heat dissipation steel sheet is made of a zinc-coated steel sheet, and a junction box is provided on a rear surface of the heat dissipation steel sheet.
- both sides of the heat-radiating steel plate are characterized in that they are provided to be bent toward the solar panel so as to easily realize an assembly work when installed on a roof.
- the first sealing material, the second sealing material, and the first bonding layer are each made of EVA (Ethylene Vinyl Acetate) or POE (Poly Olefin Elastomer) for interlayer bonding. do.
- EVA Ethylene Vinyl Acetate
- POE Poly Olefin Elastomer
- a method for manufacturing a high-power shingled solar module includes (a) a front cover, a solar panel having a shingled array structure, a back sheet, a plurality of sealing materials, first and second adhesive layers, Preparing an aluminum honeycomb, (b) stacking and stacking the front cover prepared in step (a), a solar panel having a shingled array structure, a back sheet, a plurality of sealing materials, first and second adhesive layers, and an aluminum honeycomb Preparing a body; It is prepared by bonding patterned glass or ECTFE (Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) film so that it can be used as an element, and the photovoltaic module is produced as a set of modules by thermal compression in step (c). do.
- ECTFE Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene
- a method of manufacturing a high-power shingled solar module includes (a) a front cover, a solar panel having a shingled array structure, a back sheet, a plurality of sealing materials, a first adhesive layer, and a heat-radiating steel sheet preparing, (b) preparing a laminate by laminating the front cover prepared in step (a), the solar panel having a shingled array structure, a back sheet, a plurality of sealing materials, a first adhesive layer, and a heat radiation steel plate; (c ) Thermally compressing the laminate prepared in step (b), and the front cover is patterned so that it can be used as an external design element of the building by increasing the aesthetics and reflectance reduction of the high-power shingled solar module It is provided by bonding glass or ECTFE (Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) film, and the photovoltaic module is manufactured as one set of modules by thermal compression in step (c).
- ECTFE Ethylene-ChloroTrifluoro
- the high-power shingle It can be used as an external design element of a building by increasing the aesthetics and reflectance reduction of the photovoltaic module.
- the high-power shingled solar module applicable to BIPV and its manufacturing method according to the present invention by providing an aluminum honeycomb, durability against physical impact generated during transport or installation of the solar module can be enhanced. effect is obtained.
- the high-power shingled solar module applicable to BIPV and its manufacturing method according to the present invention by providing a heat-dissipating steel plate formed on the bottom surface of the back sheet layer to release heat generated from the solar panel, 20% of the same area In a shingled silicon photovoltaic module with high output, an effect of preventing a decrease in output due to an increase in temperature is obtained.
- FIG. 1 is a view for explaining the structure of a laminate of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a first embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a front view of the solar module manufactured by the laminate shown in Figure 1,
- FIG. 3 is a photograph showing the structure of the aluminum honeycomb shown in FIG. 1;
- FIG. 4 is a graph showing PID test results for a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a first embodiment of the present invention
- FIG. 5 is a process chart for explaining an example of a manufacturing process of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to the first embodiment of the present invention
- FIG. 6 is a view for explaining the structure of a laminate of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention.
- Figure 7 is a picture of the back of the solar module manufactured by the laminate shown in Figure 6,
- FIG. 8 is a graph showing the output of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a graph showing the relationship between output and temperature rise according to a second embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a process chart for explaining an example of a manufacturing process of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a fixing rail and a bending structure of a roof-type module to which a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention is applied;
- FIG. 12 is a cross-sectional view of a state in which a BIPV-applicable high-power shingled solar module according to a second embodiment of the present invention is mounted on the fixing rail shown in FIG. 11;
- wafer refers to a solar cell wafer made of monocrystalline or polycrystalline silicon
- photovoltaic structure refers to a device capable of converting light into electricity, comprising a plurality of semiconductors or other types of materials.
- “solar cell” is a photovoltaic (PV) structure, which is provided in the form of screen printing of electrodes on a P-type silicon substrate, and p-PERC (Passivated Emitter and Rearside Contact), n-HIT (Hetrojunction with Intrinsic Thin Layer), n-PERT (Passivated Emitter and Rear Totally diffused), CSC (Charge Selective Contact), and semiconductor (eg, silicon) wafer or substrate It can be one or more thin films fabricated on a PV structure or a substrate (eg glass, plastic, metal or any other material capable of supporting a photovoltaic structure).
- PV photovoltaic
- shingled array structure refers to forming a plurality of strips by cutting a solar cell provided with a front electrode and a rear electrode in order to increase the conversion efficiency and output per unit of a solar cell module, and the front and rear electrodes are It refers to a string structure connected by bonding with a conductive adhesive.
- a plurality of solar cell strings of a shingled array structure are electrically connected on a frame, glass is placed on the front side, an EVA sheet is formed on the back side, and a filler is placed in the middle to form a solar cell panel.
- FIG. 1 is a view for explaining the structure of a laminate of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a first embodiment of the present invention
- FIG. 2 is a photovoltaic module manufactured by the laminate shown in FIG. 3 is a photograph showing the structure of the aluminum honeycomb shown in FIG. 1 .
- the laminate for manufacturing the high-power shingled solar module 100 includes a front cover 110, a first sealing material 120, and a shingled from the top.
- the sheets 190 are stacked in order.
- the second back sheets 190 may be provided in sizes corresponding to each other.
- the photovoltaic module 100 as shown in FIG. 2 may be provided in a size of 1,050 mm ⁇ 1,000 mm ⁇ 6.2 mm (W * L * H) and may have a total weight of about 9 kg. .
- the front cover 110 increases the aesthetics and reflectance reduction of the high-power shingled solar module 100 so that it can be used as an external design element of a building, for example, Rainy as shown in FIGS. 1 and 2 ) patterned glass or photovoltaic modules can be prepared by bonding ECTFE (Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) film to protect from the external environment for a long time.
- ECTFE Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene
- the first sealing material 120 and the second sealing material 140 are provided to protect fragile solar cells and circuits from impact and to bond between layers, for example, EVA (Ethylene Vinyl Acetate) or POE that transmits sunlight. (Poly Olefin Elastomer) can be applied. However, it is not limited thereto, and any material that serves as an electrically insulating sealant, has a bonding function, and has light transmittance can be applied as the sealant of the present invention.
- the first sealant 120 and the second sealant 140 are shingles It is attached to the front and rear surfaces of the solar panel 130 having a de-array structure to protect the solar panel 130 from the external environment, such as penetration of moisture, and has a buffering function to prevent damage. That is, the first sealing material 120 is laminated on the upper part of the solar panel to protect the solar panel 130, and the second sealing material 140 is laminated on the lower part of the solar panel to protect the solar panel 130. are stacked on
- the solar panel 130 having the shingled array structure for example, in order to increase the conversion efficiency and output per unit of the solar cell module, solar cells provided with a front electrode and a rear electrode are cut to form a plurality of strips, and the front electrode and the back electrode may be provided in a string structure connected by bonding with a conductive adhesive.
- the solar panel 130 having such a shingled array structure can increase output by 20% compared to a general solar panel compared to the same area.
- the first back sheet 150 and the second back sheet 170 are sheets for reinforcing insulation and mechanical durability, and can be formed of a material commonly used in the battery module field, for example, E-glass fiber ( 220g/m2) and resin, and may be formed with a thickness of 0.7 to 0.8 mm.
- the first backsheet 150 and the second backsheet 170 protect solar cells from external environments such as heat, humidity, and ultraviolet rays, and re-reflect sunlight introduced through the solar cell to improve the quality of the module. It is provided to add efficiency.
- first adhesive layer 160 is provided for bonding the first back sheet 150 and the aluminum honeycomb 170
- second adhesive layer 180 is provided between the aluminum honeycomb 170 and the second back sheet 190. ) is provided for bonding.
- the first adhesive layer 160 and the second adhesive layer 180 are provided to eliminate the peeling phenomenon caused by the difference in thermal expansion, and EVA (Ethylene Vinyl Acetate), Ionomer, or POE (Poly Olefin Elastomer) films can be applied.
- EVA Ethylene Vinyl Acetate
- Ionomer Ionomer
- POE Poly Olefin Elastomer
- the aluminum honeycomb 180 is made of a honeycomb-shaped hexagon, uses aluminum as a core material, and is formed to a thickness of 3 to 6 mm to enhance mechanical durability and heat insulation. It is provided for shock absorption, shock absorption that occurs during transport or installation of solar modules.
- a junction box for transmitting electricity generated by the solar panel 130 may be provided under the second back sheet 190 .
- the high-power shingled solar module 100 applicable to BIPV according to the first embodiment of the present invention further includes a frame provided on the front cover 110 and surrounding the circumference of the module, and the frame protects the module
- the frame may be made of a synthetic polymer material for light weight or an aluminum material to add light weight and heat dissipation functions.
- a front cover 110 As shown in FIG. 1, from the top, a front cover 110, a first sealing material 120, a solar panel 130 having a shingled array structure, a second sealing material 140, and a first backsheet 150 ,
- the first adhesive layer 160, the aluminum honeycomb 170, the second adhesive layer 180, and the second back sheet 190 are stacked in the order of compression and heating to form the solar module 100.
- the side surfaces of the photovoltaic module 100 formed in this way are provided so that each layer is in close contact with each other.
- . 4 is a graph showing PID test results for a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a process chart illustrating an example of a manufacturing process of a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to the first embodiment of the present invention.
- a front cover 110, a first sealant 120, a solar panel 130 having a shingled array structure, a second sealant 140, a first backsheet 150, a first adhesive layer 160, An aluminum honeycomb 170, a second adhesive layer 180, and a second back sheet 190 are prepared (S10), and sequentially laminated as shown in FIG. 1 to form a laminate (S20).
- step S30 the laminate prepared in step S20 is thermally compressed (S30).
- the laminate is placed in a vacuum pack, and a pressure of 30 kpa is applied for 10 to 15 minutes at a temperature of 120 to 150 ° C., preferably a pressure of 30 kpa is applied for 660 seconds at a temperature of 140 ° C.
- the high-power shingled solar module 100 according to the first embodiment of the present invention is manufactured by performing the lamination process in such a way.
- the lamination in the step S20 is performed for 9 minutes, and the thermal compression in the step S30 is performed for 11 minutes at a temperature of 140° C. to produce one set of modules.
- a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to the first embodiment of the present invention is manufactured.
- FIG. 6 is a view for explaining the structure of a laminate of a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention
- FIG. 7 is a photovoltaic module manufactured by the laminate shown in FIG. This is a picture of the back of the
- a laminate for manufacturing a high-power shingled solar module 100' includes a front cover 110, a first sealing material 120, and a shingle from the top.
- the solar panel 130 of the array structure, the second sealant 140, the first backsheet 150, the first adhesive layer 160, and the heat dissipation steel plate 200 are stacked in this order.
- the front cover 110, the first sealant 120, the second sealant 140, the first back sheet 150, and the first adhesive layer 160 may be provided in sizes corresponding to each other.
- the front cover 110 increases the aesthetics and reflectance reduction of the high-power shingled solar module 100' so that it can be used as an external design element of a building, for example, in FIG. 6 It may be provided with an ECTFE (Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) film bonding for protecting a glass or solar module patterned in a Rainy pattern as shown from an external environment for a long time.
- ECTFE Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene
- the first sealing material 120 and the second sealing material 140 are provided to protect fragile solar cells and circuits from impact and to bond between layers, for example, EVA (Ethylene Vinyl Acetate) or POE that transmits sunlight. (Poly Olefin Elastomer) can be applied. Also, like the first sealing material 120, the first adhesive layer 160 may be applied with EVA or POE, and is provided for bonding the first back sheet 150 and the heat dissipating steel plate 200.
- EVA Ethylene Vinyl Acetate
- POE Poly Olefin Elastomer
- the first adhesive layer 160 may be applied with EVA or POE, and is provided for bonding the first back sheet 150 and the heat dissipating steel plate 200.
- the solar panel 130 of the shingled array structure forms a plurality of strips by cutting solar cells provided with front and rear electrodes to increase the conversion efficiency and output per unit of the solar cell module, and the front and rear electrodes are It may be provided as a string structure connected by bonding with a conductive adhesive.
- the first back sheet 150 may be formed of aluminum or plastic material to protect the solar cell from external environments such as heat, humidity, and ultraviolet rays, and may be formed of a module by re-reflecting sunlight introduced through the solar cell. It is provided to add the efficiency of
- the heat dissipation steel sheet 200 is provided as a zinc-coated steel sheet in order to impart heat absorption and/or heat dissipation characteristics, and imparts excellent heat dissipation, processability, corrosion resistance, solvent resistance, coating film adhesion and gloss to one or both surfaces of such a zinc-coated steel sheet.
- a heat dissipation coating layer may be provided.
- galvanizing steel (GI), galvannealed steel (GA), and electrogalvanized steel may be used.
- the heat dissipation steel plate 200 is provided with both sides bent as shown in FIG. 6 , for example, assembly work can be easily realized when installed on a roof.
- the heat dissipation steel plate 200 is provided in the same size as the first back sheet 150 , but is not limited thereto and may be provided longer than the length of the first back sheet 150 .
- the rear surface of the heat dissipation steel plate 200 is as shown in FIG. 7 , and a design for application of a junction box was secured on the rear surface.
- the high-power shingled solar module 100' includes a front cover 110, a first sealing material 120, and a solar panel having a shingled array structure from the top. (130), the second sealant 140, the first back sheet 150, the first adhesive layer 160, and the heat dissipation steel sheet 200 are stacked in this order by pressing and heating to form a module in which each layer is in close contact. is formed
- the thermal compression of the compression and heating was performed for 10 to 15 minutes at a temperature of 130 to 150 ° C., and was manufactured as one set of modules.
- the output of the high power shingled solar module applicable to BIPV according to the second embodiment of the present invention was measured.
- 8 is a graph showing the output of a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention.
- the module output characteristics open circuit voltage (Voc) 18.45V, short circuit current (Isc) 7.48A, curve factor (FF) 77.32% and measured power (Pm) 106.73W were obtained.
- Table 1 below shows the reduction rate and theoretically expected reduction rate in a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to the second embodiment of the present invention
- FIG. 9 shows the relationship between power output and temperature rise according to the second embodiment of the present invention. is a graph that represents
- the heat-dissipating steel plate 200 is applied to the rear of the module to improve the thermal characteristics of the module and prepare a bending structure that is easy to install, so that when installing the module on the roof, the operator can easily and quickly can run the job.
- FIG. 10 is a process chart illustrating an example of a manufacturing process of a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to a second embodiment of the present invention.
- a front cover 110, a first sealing material 120, a solar panel 130 having a shingled array structure, a second sealing material 140, a first back sheet 150, a first adhesive layer 160, and a heat-dissipating steel plate 200 are provided (S100), and sequentially stacked as shown in FIG. 6 to form a laminate (S200).
- step S300 the laminate prepared in step S200 is thermally compressed (S300).
- the laminate is placed in a vacuum pack, and a pressure of 30 kpa is applied for 10 to 15 minutes at a temperature of 120 to 150 ° C., preferably at a temperature of 140 ° C. for 660 seconds.
- a high-output shingled solar module 100' according to the second embodiment of the present invention is manufactured by uniformly performing the lamination process by applying a pressure of 30 kpa.
- the lamination in the step S200 is performed for 9 minutes, and the thermal compression in the step S30 is performed for 11 minutes at a temperature of 140° C. to produce one set of modules.
- a high-power shingled solar module applicable to BIPV according to the second embodiment is manufactured.
- FIGS. 11 and 12 An example of a structure in which a high-output shingled solar module according to a second embodiment of the present invention is mounted on a roof will be described with reference to FIGS. 11 and 12 .
- FIG. 11 is a cross-sectional view of a fixing rail and a bending structure of a roof-type module to which a BIPV-applicable high-power shingled solar module is applied according to a second embodiment of the present invention
- FIG. 12 is a view of the fixing rail shown in FIG. It is a cross-sectional view of a state in which a high-output shingled solar module applicable to BIPV according to the second embodiment of the present invention is mounted.
- the fixing rail and bending structure of the roof-type module to which the BIPV-applicable high-power shingled solar module is applied according to the second embodiment of the present invention is for fixing a plurality of fixings to the roof, for example. It is provided as a support plate 400 mounted between the rail 300 and the rail 300 for fixing.
- FIG. 11 in the plurality of fixing rails 300, lower wing portions are fixed on the roof at regular intervals by screws or the like, and support plates 400 are fixed to the concave portion of the upper portion.
- a flat portion held between the fixing rails 300 is provided on the support plate 400, and as shown in FIG. 12, a shingled solar module is mounted on the flat portion.
- one side of the support plate 400 is inserted into the concave portion of one fixing rail, and the other side is inserted into the concave portion of the other fixing rail.
- one side of the support plate 400 inserted into the concave portion can be mounted so as to overlap on the other side of the other support plate, securing rigidity and providing a side hole for heat dissipation. there is.
- the support plate 400 By providing the support plate 400 having such a structure, the support plate can be easily attached to the fixing rail 300 .
- the support plate 400 it is possible to easily mount a photovoltaic module having a heat dissipating steel plate 200 prepared by bending both sides according to the present invention on the support plate 400 .
- the aesthetics and reflectance reduction of the high-power shingled solar module can be increased and used as an external design element of a building.
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Abstract
BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재, 태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버, 외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하는 구성을 마련하여, 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다.
Description
본 발명은 BIPV(Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 방음벽, BIPV, 영농형 태양광 발전 설비 등에서 심미성 패턴 커버의 높은 광 흡수율로 인해 발생하는 모듈의 방열 특성을 향상시키는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 청정에너지의 한 형태인 태양 에너지의 인기가 상승하고 있다. 또 반도체 기술의 진보로 인하여, 보다 효율적이고 더욱 큰 효율을 얻을 수 있는 태양광 모듈 및 태양광 패널의 설계가 가능하게 되었다. 또한, 태양광 모듈 및 태양광 패널을 제조하기 위해 사용되는 물질이 상대적으로 저렴하게 되면서, 태양광 발전의 생산 비용 감소에 기여하고 있다.
상기 태양광 모듈은 태양전지를 외부환경으로부터 보호하기 위하여 다층 구조로 이루어진다. 태양광 모듈 프레임은 태양광 모듈의 기계적인 강도를 유지하고, 태양전지와 태양전지의 전면 및 후면에 적층되는 재료들을 강하게 접합시키는 역할을 수행한다.
한편, 태양광 모듈은 다수의 스트링(string)이 직렬 연결되어 구성된다. 예를 들어, 4~6개의 스트링이 하나의 태양광 모듈을 구성하며, 이들 각각은 독립적으로 태양광 발전 기능을 갖는다. 상기 스트링은 분할된 스트립의 하부 및 상부 상에 각각 버스바를 제작하고, 이 버스바를 ECA로 연결하여 접합한다.
상술한 바와 같은 태양광 모듈을 건물 입면에 적용하기 위한 다양한 분야에서 건자재 일체형 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있으나, 기존 태양광 모듈은 유리의 무게(~14kg)로 인하여 내구성/안전성 확보와 동시에 고출력을 구현할 수 있는 건자재 태양광 모듈 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다.
또, 다양한 분야에서 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있으며, 기존 태양광 모듈은 유리의 무게로 인하여 이를 대체할 경량화 모듈에 대한 필요성이 부각되고 있다. 또한, 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 등에 활용됨에 따라 모듈 심미성 향상을 위해 블랙 백시트 사용해 모듈 온도증가에 대한 추가요인이 발생한다.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1(대한민국 등록특허공보 제10-2258304호, 2021.05.25 등록)에는 강판 재질로 구성되는 베이스판, 상기 베이스판 상단에 형성되어 전기적 절연을 제공하는 절연층, 상기 절연층 상단에 부착되는 보호층, 상기 보호층 상단에 형성되는 후면 봉지층, 상기 후면 봉지층 상단에 부착되는 다수의 태양전지, 상기 태양전지 상단에 형성되는 컬러 봉지층 및 상기 컬러 봉지층 상단에 부착되어 태양광 모듈 외면을 보호하는 전면 보호층을 포함하는 건물일체형 태양광 발전용 태양광 모듈에 대해 개시되어 있다.
또, 하기 특허문헌 2(대한민국 등록특허공보 제10-1437438호, 2014.08.28 등록)에는 태양 전지판, 태양 전지판 양면에 각각 부착되는 EVA 시트, 태양 전지판의 전면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 투명 기재, 태양 전지판의 후면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 백시트 및 태양 전지판, EVA 시트, 투명 기재 및 백시트의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임을 포함하고, 투명 기재는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 모듈 프레임은 폴리이미드 또는 폴리아미드로 형성된 경량화 태양전지 모듈에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3(대한민국 공개특허공보 제2020-0079788호, 2020.07.06 공개)에는 박막 태양전지의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름으로서, 태양광 모듈의 봉지재와 대면되는 폴리에스테르 기재필름 및 상기 폴리에스테르 기재필름상에 형성되며, 패터닝층 및 매트코팅층에서 선택되는 적어도 어느 하나의 광포획층을 포함하며, 상기 폴리에스테르 기재필름은 UVA 및 UVB를 차단하는 UV차단제를 포함하는 복합 플라스틱 필름에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에는 발전 성능과 더불어 심미적 특성을 증가시킬 수 있는 기술에 대해 개시되어 있지만, 건자재 일체형으로 모듈을 제조하여 시공의 편의성을 제공할 수 없는 문제 및 방열특성에 문제가 있었다.
또, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 전면유리를 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose)로 구성되는 군에서 선택된 투명 플라스틱으로 대체한 경량화 모듈에 대해 개시되어 있고, 특허문헌 3에서는 생산비용을 절감하고, 태양광 모듈의 무게를 현저히 감소시킬 수 있도록, 박막 태양전지의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름을 마련하였지만, 상기 특허문헌 2 및 3에서도 심미성 패턴, 방열 특성 및 경량화 문제를 동시에 해결할 수 없다는 문제가 있었다.
즉, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 건자재 일체형 태양광 모듈이 지상용 태양광 모듈(Framer와 전면유리 및 후면 백시트)로서 획일화된 디자인과 높은 반사율이 보이는 형태로 진행되었으며, 최근 건물을 중심으로 BIPV 시장이 활성화됨에 따라 소비자의 요구(Needs) 증대로 인해 심미성, 반사성 저감, 출력 확보 등을 동시에 해결할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 심미성 강화, 반사율 저감, 온도에 의한 출력 저하 감소를 동시에 해결할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설치 및 시공이 용이하고, 모듈 온도상승에 따른 출력저하를 방지할 수 있으며, 기존 모듈 대비 경량화 모듈을 1 스텝의 라미네이션 공정으로 제조하는 것에 의해 양산성을 확보할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적층된 태양광 모듈의 적층체를 고온에서 진공 압착하여 제작 시간을 단축할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 견고하고 가벼운 건자재 일체형으로 모듈을 제조하여 시공의 편의성 제공할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈은 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재, 태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버, 외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 태양광 모듈의 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 벌집 모양의 육각형으로 이루어진 알루미늄 허니콤, 상기 알루미늄 허니콤의 하부에 마련된 제2 백시트, 상기 제1 백시트와 알루미늄 허니콤의 접합을 위해 마련된 제1 접착층, 상기 알루미늄 허니콤과 제2 백시트의 접합을 위해 마련된 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름으로 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 백시트 및 제2 백시트는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위해 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 상기 제1 백시트의 저면에 형성된 방열 강판, 상기 제1 백시트와 방열 강판의 접합을 위해 마련된 제1 접착층을 더 포함하고, 상기 방열 강판은 아연 코팅 강판으로 이루어지고, 상기 방열 강판의 후면에는 정션 박스가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 방열 강판의 양측면은 지붕에 설치하는 경우 조립 작업을 용이하게 실현할 수 있도록 상기 태양 전지판을 향해 절곡되게 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 밀봉재, 제2 밀봉재 및 제1 접합층은 각각 층간 접합을 위한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법은 (a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고, 상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법은 (a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고, 상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 전면 커버를 마련하는 것에 의해, 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 알루미늄 허니콤을 마련하는 것에 의해 태양광 모듈의 운반 또는 설치 작업 과정 등에서 발생하는 물리적 충격에 대한 내구성을 강화시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 백시트층의 저면에 형성된 방열 강판을 마련하는 것에 의해, 동일면적 대비 20% 출력이 높은 슁글드 실리콘 태양광 모듈에서 온도상승에 따른 출력저하를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 전면 사진,
도 3은 도 1에 도시된 알루미늄 허니콤의 구조를 나타내는 사진,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에 대한 PID 테스트 결과를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 후면 사진,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 출력과 온도 상승의 관계를 나타내는 그래프,
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도,
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 적용되는 지붕형 모듈의 고정용 레일 및 절곡 구조의 단면도,
도 12는 도 11에 도시된 고정용 레일에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 장착된 상태의 단면도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "웨이퍼"는 태양전지용 웨이퍼로서 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어지고, "태양전지 구조(photovoltaic structure)"는 빛을 전기로 변환할 수 있는 장치로서, 다수의 반도체 또는 다른 유형의 물질을 포함할 수 있는 것을 의미하며, "태양전지 셀"은 광전지(PV) 구조로서, P-형의 실리콘 기판에 전극이 스크린 프린트(screen print)된 형태로 마련되며, p-PERC(Passivated Emitter and Rearside Contact), n-HIT(Hetrojunction with Intrinsic Thin lyaer), n-PERT (Passivated Emitter and Rear Totally diffused), CSC(Charge Selective Contact)로 형성될 수 있으며, 반도체(예를 들어, 실리콘) 웨이퍼 또는 기판상에 제조된 PV 구조 또는 기판(예를 들어, 유리, 플라스틱, 금속 또는 광전지 구조를 지지할 수 있는 임의의 다른 물질) 상에 제조된 하나 이상의 박막일 수 있다.
또 용어 "슁글드(shingled) 어레이 구조"는 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조를 의미한다.
또 "태양광 모듈"은 프레임 상에서 다수개의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링이 전기적으로 연결되고, 전면에 유리가 위치하고, 후면에는 EVA 시트가 형성되고, 중간에 충진재 등이 배치되어 태양전지 패널을 형성하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
[ 제1 실시 예 ]
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 전면 사진이고, 도 3은 도 1에 도시된 알루미늄 허니콤의 구조를 나타내는 사진이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)을 제조하기 위한 적층체는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)의 순으로 적층된다. 상기 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)는 각각 서로 대응하는 크기로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 태양광 모듈(100)은 1,050㎜ × 1,000㎜ × 6.2㎜(W*L*H)의 크기로 마련될 수 있고 전체 무게는 9㎏ 정도로 마련될 수 있다.
상기 전면 커버(110)는 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 레이니(Rainy) 패턴으로 패턴화된 유리 또는 태양광 모듈을 장시간 외부 환경으로부터 보호하기 위한 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련될 수 있다.
상기 제1 밀봉재(120) 및 제2 밀봉재(140)는 각각 깨지기 쉬운 태양전지와 회로를 충격으로부터 보호하고 층간 접합을 위해 마련되며, 예를 들어 태양광을 투과하는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)를 적용할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전기절연성 밀봉재로 역할을 하고 접합 기능을 구비하며 광 투광성을 갖는 소재라면 본 발명의 밀봉재로 적용 가능하다, 상기 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)는 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)의 전면 및 후면에 부착되어 습기의 침투 등 외부 환경으로부터 태양 전지판(130)을 보호할 뿐만 아니라, 파손을 방지하는 완충 기능을 구비한다. 즉, 상기 제1 밀봉재(120)는 태양 전지판(130)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 상부에 적층되고, 상기 제2 밀봉재(140)는 태양 전지판(130)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 하부에 적층된다.
상기 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 예를 들어, 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조로 마련될 수 있다. 이와 같은 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 일반 태양 전지판에 비해 동일 면적대비 20% 출력을 증진시킬 수 있다.
상기 제1 백시트(150) 및 제2 백시트(170)는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위한 시트로서, 전지 모듈 분야에서 일반적으로 사용되는 소재로 형성 가능하며, 예를 들면 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 백시트(150) 및 제2 백시트(170)는 열, 습도, 자외선과 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하며, 태양전지 셀을 통과하여 유입된 태양광의 재반사를 통해 모듈의 효율을 부가하기 위해 마련된다.
또, 제1 접착층(160)은 제1 백시트(150)와 알루미늄 허니콤(170)의 접합을 위해 마련되고, 제2 접착층(180)은 알루미늄 허니콤(170)과 제2 백시트(190)의 접합을 위해 마련된다. 상기 제1 접착층(160)과 제2 접착층(180)은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 마련되며, EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름을 적용할 수 있다.
상기 알루미늄 허니콤(180)은 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 벌집 모양의 육각형으로 이루어지고, 심재의 재료로서 알루미늄을 사용하며, 3~6㎜의 두께로 형성되어 에너지 충격 흡수, 태양광 모듈의 운반 또는 설치시 발생하는 충격 흡수용으로 마련된다.
한편, 제2 백시트(190)의 하부에는 태양 전지판(130)에서 생성된 전기의 전달을 위한 정션 박스가 마련될 수 있다.
또 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)에서는 상기 전면 커버(110) 상에 마련되어 모듈의 둘레를 감싸는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 모듈을 보호하기 위해 마련되며 예를 들어, 경량화를 위한 합성 고분자 재질 또는 경량화 및 방열 기능을 부가하도록 알루미늄 재질로 마련될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)의 순으로 적층된 적층체는 압착 및 가열되어 태양광 모듈(100)로 형성된다. 이와 같이 형성된 태양광 모듈(100)의 측면은 각각의 층이 밀착되게 마련된다.
예를 들어, 1,050㎜ × 1,000㎜ × 6.2㎜(W*L*H)의 크기로 형성된 태양광 모듈(100)에 대한 PID 테스트 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 전기적 내구성이 우수함을 알 수 있었다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에 대한 PID 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 도 4의 (a)에 나타난 바와 같이, 높은 전위차에 의해 유도된 출력 저하 현상을 나타내는 PID(potential induced degradation) 전 모듈 출력 특성인 개방전압(Voc) 37.26V, 단락전류(Isc) 6.67A, 곡선인자(FF) 77.37%, 측정 전력(Pm) 192.41W와 대비하여 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, PID 후 모듈 출력 특성은 개방전압(Voc) 37.35V, 단락전류(Isc) 6.54A, 곡선인자(FF) 77.87%, 측정 전력(Pm) 190.34W를 얻어 1.09%의 출력 감소율로 전기적 내구성의 우수함을 확인할 수 있었다.
다음에 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건물 입면용 고출력 슁글드 건자재 일체형 태양광 모듈의 제조 과정의 일 예에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)를 각각 마련(S10)하여 도 1에 도시된 바와 같이 순차 적층하여 적층체를 형성한다(S20).
다음에 상기 단계 S20에서 마련된 적층체를 열 압착한다(S30).
상기 단계 S30에서는 적층체를 진공 팩에 안착하고, 120~150℃의 온도에서 10~15분 동안 30kpa의 압력을 적용하여, 바람직하게는 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하는 것에 의해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)이 제조된다.
한편, 상기 단계 S20에서의 적층은 예를 들어 9분 동안 실행되고, 상기 단계 S30에서의 열 압착은 140℃의 온도에서 11분 동안 실행되어 1세트의 모듈로 제작될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제작된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)의 둘레를 프레임으로 감싸는 것에 의해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 제조된다.
[ 제2 실시 예 ]
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 후면 사진 이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')을 제조하기 위한 적층체는 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)의 순으로 적층된다. 상기 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160)은 각각 서로 대응하는 크기로 마련될 수 있다.
상기 전면 커버(110)는 상술한 제1 실시 예와 같이, 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 레이니(Rainy) 패턴으로 패턴화된 유리 또는 태양광 모듈을 장시간 외부 환경으로부터 보호하기 위한 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련될 수 있다.
상기 제1 밀봉재(120) 및 제2 밀봉재(140)는 각각 깨지기 쉬운 태양전지와 회로를 충격으로부터 보호하고 층간 접합을 위해 마련되며, 예를 들어 태양광을 투과하는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)를 적용할 수 있다. 또, 상기 제1 접착층(160)도 제1 밀봉재(120)와 같이, EVA 또는 POE를 적용할 수 있고, 제1 백시트(150)와 방열 강판(200)의 접합을 위해 마련된다.
상기 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조로 마련될 수 있다.
상기 제1 백시트(150)는 열, 습도, 자외선과 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해 알루미늄 또는 플라스틱 소재로 형성될 수 있으며, 태양전지 셀을 통과하여 유입된 태양광의 재반사를 통해 모듈의 효율을 부가하기 위해 마련된다.
상기 방열 강판(200)은 흡열 및/또는 방열특성을 부여하기 위해 아연 코팅 강판으로 마련되고, 이와 같은 아연 코팅 강판의 일면 또는 양면에는 우수한 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막 밀착성 및 광택을 부여하는 방열 코팅층이 마련될 수도 있다. 상기 방열 강판(200)은 예를 들어, 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연 도금 강판(GA, galvannealed steel) 및 전기 아연 도금강판(electrogalvanized steel) 등이 사용될 수 있다.
또, 상기 방열 강판(200)은 도 6에 도시된 바와 같아, 양측이 절곡되어 마련되므로, 예를 들어 지붕에 설치하는 경우 조립 작업을 용이하게 실현할 수 있다. 한편, 도 6에서는 방열 강판(200)이 제1 백시트(150) 등과 동일 크기로 마련되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 백시트(150)의 길이보다 길게 마련될 수 있다. 이와 같이 마련된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')을 지붕에 설치하는 경우, 태양 전지판(130)이 마련되지 않은 방열 강판(200)의 상부의 절곡 부분만을 절단하고, 상부 부분을 기준으로 하여 고출력 슁글드 태양광 모듈의 하부를 중첩 설치하는 것에 의해 시공 작업을 용이하게 실현할 수 있다.
상기 방열 강판(200)의 후면은 도 7에 도시된 바와 같으며, 후면에서 정션 박스 적용을 위한 디자인을 확보할 수 있었다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')은 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)의 순으로 적층된 적층체가 압착 및 가열되어 각각의 층이 밀착된 모듈로 형성된다. 상기 압착 및 가열의 열 압착은 130~150℃의 온도에서 10~15분 동안 실행되었으며, 1세트의 모듈로 제작되었다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 측정하였다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 나타내는 그래프이다.
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 도 8에 나타난 바와 같이, 모듈 출력 특성인 개방전압(Voc) 18.45V, 단락전류(Isc) 7.48A, 곡선인자(FF) 77.32%, 측정 전력(Pm) 106.73W를 얻었다.
또, 상술한 바와 같이 마련된 태양광 모듈의 온도에 따른 출력 변환을 시험하였다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈을 지붕(RT)에 설치하는 경우, 직사광선의 영향으로 모듈 온도 상승에 따른 출력 저하의 개선이 필요하다. 일반적인 태양광 모듈의 온도와 출력 감소율과 비교(1℃ 상승 시 0.5% 출력 감소)하였다.
하기 표 1은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서의 감소율과 이론적 예상 감소율을 나타내고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 출력과 온도 상승의 관계를 나타내는 그래프이다.
온도(℃) | RT | 30 | 40 | 50 | 60 |
출력(W) | 106.73 | 106.95 | 103.92 | 95.67 | 94.25 |
실질 감소율(%) | 0 | -0.21 | 2.63 | 10.36 | 11.69 |
예상 감소율(%) | 0 | 2.5 | 7.5 | 12.5 | 17.5 |
상기 표 1 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 온도에 따른 출력 감소율이 일반 모듈보다 개선되었음을 알 수 있었다. 즉, 표 1 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, STC(25℃)에서 모듈 전면 온도 40℃일 때 가장 좋은 출력 감소율로 2.63%를 보였다.상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 방열 강판(200)을 모듈 후미에 적용하여 모듈의 열적 특성 개선 및 설치에 용이한 절곡 구조를 마련하여, 모듈을 지붕에 설치하는 경우, 작업자가 용이하고 신속하게 작업을 실행할 수 있다.
다음에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 과정의 일 예에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)을 각각 마련(S100)하여 도 6에 도시된 바와 같이 순차 적층하여 적층체를 형성한다(S200).
다음에 상기 단계 S200에서 마련된 적층체를 열 압착한다(S300).
상기 단계 S300에서는 제1 실시 예와 같이, 적층체를 진공 팩에 안착하고, 120~150℃의 온도에서 10~15분 동안 30kpa의 압력을 적용하여, 바람직하게는 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하는 것에 의해 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')이 제조된다.
한편, 상기 단계 S200에서의 적층은 예를 들어 9분 동안 실행되고, 상기 단계 S30에서의 열 압착은 140℃의 온도에서 11분 동안 실행되어 1세트의 모듈로 제작될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제작된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')의 둘레를 프레임으로 감싸는 것에 의해 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 제조된다.
다음에 본 발며의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈이 지붕에 장착되는 구조의 일 예를 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 적용되는 지붕형 모듈의 고정용 레일 및 절곡 구조의 단면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 고정용 레일에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 장착된 상태의 단면도이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 적용되는 지붕형 모듈의 고정용 레일 및 절곡 구조는 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어 지붕에 고정되는 다수의 고정용 레일(300)과 고정용 레일(300) 사이에 장착되는 지지판(400)으로 마련된다.
상기 다수의 고정용 레일(300)은 도 11에 도시된 바와 같이, 하부의 날개 부분이 지붕상에 나사 등에 의해 일정 간격으로 고정되고, 상부의 오목 부분에 지지판(400)이 고정된다. 지지판(400)에는 고정용 레일(300) 사이에 유지되는 평탄부가 마련되고, 이 평탄부 상에 도 12에 도시된 바와 같이, 슁글드 태양광 모듈이 장착된다. 또 지지판(400)의 일측은 하나의 고정용 레일의 오목부에 삽입되고, 타측은 다른 하나의 고정용 레일의 오목부에 삽입된다. 한편, 오목부에 삽입되는 지지판(400)의 일측은 도 11에 도시된 바와 같이, 다른 하나의 지지판의 타측상에 중첩되도록 장착될 수 있어 강성을 확보하면서, 방열을 위한 사이드 홀을 마련할 수 있다.
이와 같은 구조의 지지판(400)을 마련하는 것에 의해 고정용 레일(300)에 지지판을 용이하게 장착할 수가 있다. 또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 양측이 절곡되어 마련된 방열 강판(200)을 구비한 태양광 모듈을 지지판(400) 상에 용이하게 장착할 수가 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 사용하는 것에 의해 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다.
Claims (10)
- 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈로서,슁글드 어레이 구조의 태양 전지판,상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재,상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재,태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버,외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하고,상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제1항에서,상기 태양광 모듈의 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 벌집 모양의 육각형으로 이루어진 알루미늄 허니콤,상기 알루미늄 허니콤의 하부에 마련된 제2 백시트,상기 제1 백시트와 알루미늄 허니콤의 접합을 위해 마련된 제1 접착층,상기 알루미늄 허니콤과 제2 백시트의 접합을 위해 마련된 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제2항에서,상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름으로 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제2항에서,상기 제1 백시트 및 제2 백시트는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위해 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제1항에서,상기 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 상기 제1 백시트의 저면에 형성된 방열 강판,상기 제1 백시트와 방열 강판의 접합을 위해 마련된 제1 접착층을 더 포함하고,상기 방열 강판은 아연 코팅 강판으로 이루어지고,상기 방열 강판의 후면에는 정션 박스가 마련되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제5항에서,상기 방열 강판의 양측면은 지붕에 설치하는 경우 조립 작업을 용이하게 실현할 수 있도록 상기 태양 전지판을 향해 절곡되게 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 제5항에서,상기 제1 밀봉재, 제2 밀봉재 및 제1 접합층은 각각 층간 접합을 위한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈.
- 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법으로서,(a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 마련하는 단계,(b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 적층하여 적층체를 마련하는 단계,(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고,상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고,상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법.
- 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈로서,(a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 마련하는 단계,(b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 적층하여 적층체를 마련하는 단계,(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고,상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고,상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법.
- 제9항에서,상기 방열 강판의 양측면은 지붕에 설치하는 경우 조립 작업을 용이하게 실현할 수 있도록 상기 태양 전지판을 향해 절곡되게 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법.
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