JP2012532443A - 太陽光発電装置 - Google Patents
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Abstract
太陽光発電装置が開示される。太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの下に配置される第１熱放出部材と、前記太陽電池パネル及び前記第１熱放出部材に挿入される多数個の第２熱放出部材と、を含む。太陽光発電装置は、熱を容易に放出することができる構造を有するので、向上した性能及び耐久性を有する。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽光発電装置に関するものである。
光電変換効果を用いて光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電モジュールは、地球環境の保全に寄与する無公害エネルギーを得る手段として広く使われている。
太陽電池の光電変換効率が改善されるにつれて、太陽光発電モジュールを備えた多い太陽光発電システムが居住用途にまで設置されるに至った。
このような太陽電池は、熱によって性能が低下することがあり、このような熱を効率良く放出する構造が研究されている。
本発明は、熱を効率良く放出し、温度上昇による発電効率の低下を防止し、高い耐久性を有する太陽光発電装置を提供することをその目的とする。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルの下に配置される第１熱放出部材と、前記太陽電池パネル及び前記第１熱放出部材に挿入される多数個の第２熱放出部材と、を含む。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、基板と、前記基板の下に配置される第１熱放出部材と、前記第１熱放出部材を貫通し、前記基板に挿入される第２熱放出部材と、を含む。
本発明の一実施形態に係る太陽光発電装置は、下部基板と、前記基板の上に配置される太陽電池セルと、前記太陽電池セルの上に配置される上部基板と、を含み、前記下部基板の下面には多数個の溝が形成される。
本発明による太陽光発電装置は、第１熱放出部材及び第２熱放出部材により熱を効率良く放出する。特に、太陽電池パネルから発生する熱は第２熱放出部材により効率良く第１熱放出部材に伝達することができる。
特に、第２熱放出部材は太陽電池パネルなどに挿入されるため、太陽電池パネルと熱放出部材の間の接触面積が向上する。これによって、太陽電池パネルの熱を熱放出部材に効率良く伝達できる。
これによって、本発明による太陽光発電装置は、温度上昇による発電効率の低下を防止し、劣化による耐久性の減少を防止する。また、本発明による太陽光発電装置は、追加的な装置などを使用せず、効率良く熱を放出することができる。
また、第１熱放出部材及び第２熱放出部材に、熱伝導度の高い金属などが使用できる。また、第１熱放出部材は、冷却フィンなどを更に含むことができる。これによって、本発明による太陽光発電装置は、空冷による冷却が可能である。
本発明を説明するに当たって、各パネル、フレーム、プレート、部、またはフィンなどが、各パネル、フレーム、プレート、部、またはフィンなどの“上（on）”に、または“下（under）”に形成されることと記載される場合において、“上（on）”と“下（under）”は、“直接（directly）”または“他の構成要素を介して（indirectly）”形成されるものを全て含む。また、各構成要素の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。図面において、各構成要素のサイズは説明のために誇張することがあり、実際に適用されるサイズを意味するものではない。
図１は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。図３は、第１熱放出部材及び第２熱放出部材を示す平面図である。図４は、下部基板の背面を示す平面図である。図５乃至図９は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールを製造する過程を示す図である。
図１乃至図９を参照すると、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールは、太陽電池パネル１００、第１熱放出部材２００、多数個の第２熱放出部材３００、及びフレーム４００を含む。
前記太陽電池パネル１００は、太陽光の入射を受けて電気エネルギーに変換する。前記太陽電池パネル１００は、下部基板１０、太陽電池セル２０、及び上部基板３０を含む。また、前記太陽電池パネル１００は、前記太陽電池セル２０を覆う緩衝フィルムを更に含むことができる。
前記下部基板１０は、プレート形状を有する。前記下部基板１０は、前記太陽電池セル２０及び前記上部基板３０を支持する。前記下部基板１０は絶縁体でありうる。前記下部基板１０は、ガラス基板、プラスチック基板、または金属基板でありうる。前記支持基板は、ソーダライムグラス基板でありうる。前記支持基板は、透明でありえる。前記支持基板は、リッジドまたはフレキシブルである。
前記下部基板１０の下面には多数個の挿入溝５０が形成される。前記挿入溝５０は、前記第２熱放出部材３００に対応する形状を有することができる。前記挿入溝５０の深さは、前記下部基板１０の厚さの約１／３乃至２／３でありうる。
前記挿入溝５０は、レーザー加工やドリル加工により形成される。前記挿入溝５０のサイズ及び個数は、前記太陽電池パネル１００のサイズ及び前記第２熱放出部材３００の形状によって変えることができる。
前記下部基板１０の中央部分に位置する挿入溝の密度は、前記下部基板１０の外郭部分に位置する挿入溝の密度より大きい。前記下部基板１０は、中央部分に位置する中央領域ＣＡ及び前記中央領域ＣＡを囲む外郭領域ＯＡに区分できる。同様に、前記太陽電池パネル１００も前記中央領域ＣＡ及び前記外郭領域ＯＡに区分できる。
この際、前記中央領域ＣＡに配置される挿入溝の間の間隔は、前記外郭領域ＯＡに配置される挿入溝の間の間隔より小さい。即ち、前記中央領域ＣＡに配置される挿入溝は前記外郭領域ＯＡに配置される挿入溝より稠密に配置される。より詳しくは、前記挿入溝５０の間の間隔は中央部分から外郭部分に行くほど、より大きくすることができる。
前記挿入溝５０の直径は、約２ｍｍ乃至１５ｍｍでありうる。前記挿入溝５０の形状は円筒形状でありうる。
前記太陽電池セル２０は、前記下部基板１０の上に配置される。前記太陽電池セル２０は太陽光の入射を受けて電気エネルギーに変換する。前記太陽電池セル２０は、例えば、ＣＩＧＳ系太陽電池、シリコン系太陽電池、または染料感応太陽電池でありうる。
前記上部基板３０は、前記太陽電池セル２０の上に配置される。前記上部基板３０は透明で、太陽光が入射される受光面である。前記上部基板３０は、前記太陽電池セル２０を保護する保護ガラスである。また、前記上部基板３０に使われる物質の例としては、強化ガラスなどが挙げられる。
前記第１熱放出部材２００は、前記太陽電池パネル１００の下に配置される。前記第１熱放出部材２００は、前記太陽電池パネル１００から発生する熱を放出する。前記第１熱放出部材２００は、高い熱伝導度を有する。前記第１熱放出部材２００に使われる物質の例としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはこれらの合金などが挙げられる。
前記第１熱放出部材２００は、前記挿入溝５０に対応する多数個の貫通ホール６０を含む。前記貫通ホール６０は、前記第１熱放出部材２００を貫通する。また、前記貫通ホール６０は、各々対応する挿入溝５０と同一の平面形状を有する。
前記第１熱放出部材２００は、放熱プレート２１０及び多数個の放熱フィン２２０を含む。
前記放熱プレート２１０は、プレート形状を有する。前記放熱プレート２１０は、約１ｍｍ乃至約３ｍｍの厚さを有することができる。前記放熱プレート２１０は、前記下部基板１０と対向し、前記下部基板１０と同一の平面形状を有する。また、前記放熱プレート２１０は、前記太陽電池パネル１００と直接接触する。より詳しくは、前記放熱プレート２１０は、前記太陽電池パネル１００の下面、即ち、前記下部基板１０の下面に熱圧着などにより圧着される。
前記放熱フィン２２０は、前記放熱プレート２１０から下方に延びる。前記放熱プレート２１０及び前記放熱フィン２２０は一体形成できる。この際、前記放熱プレート２１０及び前記下部基板１０の結合はこれに限定されず、結合剤の反応温度によって他の方法でも結合できる。
前記第２熱放出部材３００は前記貫通ホール６０に各々貫通され、前記挿入溝５０に各々一部挿入される。前記第２熱放出部材３００は柱形状を有することができる。例えば、前記第２熱放出部材３００は、円柱または多角柱形状を有することができる。前記第２熱放出部材３００の直径は約２ｍｍ乃至約１５ｍｍであり、前記挿入溝５０との公差は約−０．１ｍｍ乃至約−１ｍｍでありうる。
前記第２熱放出部材３００は、前記太陽電池パネル１００、即ち、前記下部基板１０に直接接触する。また、前記第２熱放出部材３００は、前記第１熱放出部材２００に直接接触する。
前記第２熱放出部材３００は高い熱伝導度を有する。前記第２熱放出部材３００は、約３４０Ｗ／ｍ．Ｋ乃至約４００Ｗ／ｍ．Ｋでありうる。前記第２熱放出部材３００に使われる物質の例としては、銅、アルミニウム、またはこれらの合金などが挙げられる。
また、前記第２熱放出部材３００の熱膨脹率は、前記下部基板１０の熱膨脹率に対応する。即ち、前記第２熱放出部材３００の熱膨脹率が前記下部基板１０の熱膨脹率と実質的に同一であるので、前記第２熱放出部材の膨脹に従う前記下部基板１０の損傷が防止される。
前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００は、同一の物質を含むことができる。より詳しくは、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００は、同一の金属からなることができる。また、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００は一体形成できる。
前記第２熱放出部材３００は、前記外郭領域ＯＡより前記中央領域ＣＡにより多く配置される。より詳しくは、前記第２熱放出部材３００は、前記中央領域ＣＡに一層密集して配置される。これによって、前記中央領域ＣＡに配置される第２熱放出部材の間の間隔は、前記外郭領域ＯＡに配置される第２熱放出部材の間の間隔より小さい。より詳しくは、前記第２熱放出部材３００の間の間隔は、前記太陽電池パネル１００の中央部分から外郭に行くほど、より大きくすることができる。
特に、本実施形態に係る太陽電池モジュールが太陽光により発電する時、前記太陽電池パネル１００の前記中央領域ＣＡが前記外郭領域ＯＡより加熱される。この際、前記中央領域ＣＡに前記第２熱放出部材３００がより多く配置されるので、前記太陽電池パネル１００の熱は均等に放出される。
前記フレーム４００は、前記太陽電池パネル１００、前記第１熱放出部材２００、及び前記第２熱放出部材３００を収容する。前記フレーム４００は、前記太陽電池パネル１００及び前記第１熱放出部材２００の側面を囲む。
前記フレーム４００は効率良い熱放出のために、前記太陽電池パネル１００及び前記第１熱放出部材２００の側面のみに配置される。また、前記フレーム４００の幅は前記太陽電池パネル１００の厚さ及び前記第１熱放出部材２００の厚さの合計より大きいことがある。
前記太陽電池パネル１００から発生する熱は、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００により外部に放出される。即ち、前記太陽電池パネル１００から発生する熱は、前記第２熱放出部材３００、前記放熱プレート２１０、及び放熱フィン２２０により外部に放出される。
この際、前記太陽電池パネル１００及び前記第１熱放出部材２００の間の接触面積及び前記太陽電池パネル１００及び前記第２熱放出部材３００の間の接触面積の合計が向上する。
これによって、前記太陽電池パネル１００から発生する熱は、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材に効果的に伝えられる。
また、前記第２熱放出部材３００は、前記下部基板１０に形成される挿入溝５０に挿入されて、前記第１熱放出部材２００を前記太陽電池パネル１００に結合させる。これによって、本発明に係る太陽電池モジュールは、向上した結合力により結合される。したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、向上した強度を有する。
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、追加的な冷却装置を使用せず、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００により効率良く冷却できる。
特に、前記放熱プレート２１０及び前記放熱フィン２２０により前記太陽電池パネル１００は空冷方式でも十分に冷却できる。
したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、温度上昇に従う性能の低下を防止し、劣化などによる耐久性の低下を防止することができる。したがって、本発明に係る太陽電池モジュールは、向上した性能及び耐久性を有する。
本発明に係る太陽電池モジュールを製造するために、まず、前記太陽電池パネル１００が提供される。
図５を参照すると、前記太陽電池パネル１００は、前記下部基板１０の上に前記太陽電池セル２０を形成し、前記太陽電池セル２０の上に緩衝フィルム及び前記緩衝フィルムの上に前記上部基板３０を配置する。以後、前記上部基板３０は前記緩衝フィルムを通じて前記太陽電池セル２０の上に圧着されて、前記太陽電池パネル１００が提供される。
図６を参照すると、前記下部基板１０の下面にレーザーまたはドリルなどにより前記挿入溝５０が形成される。これとは異なり、前記下部基板１０に前記挿入溝５０が先に形成され、以後、前記太陽電池セル２０及び前記上部基板３０が後で形成されてもよい。
図７を参照すると、前記下部基板１０の下に前記第１熱放出部材２００が合着される。この際、前記貫通ホール６０は前記挿入溝５０に対応するように、前記第１熱放出部材２００は前記太陽電池パネル１００にアラインされる。
本実施形態では、前記下部基板１０に形成された挿入溝５０と前記第１熱放出部材２００に形成された貫通ホール６０を別に形成した後に結合した。しかしながら、これに限定されず、前記第１熱放出部材２００を前記下部基板１０に結合した後、前記挿入溝５０と貫通ホール６０を同時に形成することもできる。
そして、図８に示すように、前記貫通ホール６０を通じて前記挿入溝５０に各々前記第２熱放出部材３００が結合される。また、図９に示すように、前記第２熱放出部材３００が挿入される前記挿入溝５０は段差加工されることもできる。
即ち、前記挿入溝５０は、第１挿入溝１及び第２挿入溝２を含むように段差加工して、前記貫通ホール６０及び第１挿入溝１まで前記第２熱放出部材３００を挿入し、より大きい圧力で前記第２熱放出部材３００を前記第２挿入溝２まで挿入する。
したがって、前記第２熱放出部材３００と前記下部基板１０との結合力が向上する。この際、前記第２熱放出部材３００は前記挿入溝５０に挿入され、前記貫通ホール６０にも一部が挿入される。
即ち、前記貫通ホール６０に挿入された前記第２熱放出部材３００の一部が前記第１熱放出部材２００と連結される。また、前記第２熱放出部材３００は熔接工程などにより前記第１熱放出部材２００と一体形成される。
したがって、前記太陽電池パネル１００から発生する熱は、前記第２熱放出部材３００及び前記第１熱放出部材２００を通じて外部に放出される。この際、前記挿入溝５０の深さが制御されて、前記下部基板１０と第２熱放出部材３００が接触する面積を調節することができる。
これによって、本発明に係る太陽電池モジュールは、前記下部基板１０の強度を維持しながら、同時に前記第２熱放出部材３００及び前記下部基板１０の間の接触面積を極大化させることができる。
以後、図２に示すように、前記太陽電池パネル１００及び前記第１熱放出部材２００の側面を前記フレーム４００で囲む。これによって、本発明に係る太陽電池モジュールが完成する。
また、前記フレーム４００は、前記第１熱放出部材２００の前記放熱フィン２２０より長く形成される。この際、前記フレーム４００は、前記太陽電池パネル１００及び第１熱放出部材２００の側面だけ囲むように形成される。これによって、本発明に係る太陽電池モジュールは、外部から風をよく受け入れる構造を有することができる。
以上、説明した本実施形態に係る太陽電池モジュールは、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００により熱を効率良く放出する。
特に、前記太陽電池パネル１００から発生する熱を前記太陽電池パネル１００に挿入された第２熱放出部材３００を通じて効率良く前記第１熱放出部材２００に伝達することができる。
これによって、本発明に係る太陽電池モジュールは、温度上昇による発電効率の低下を防止し、耐久性の減少を防止する。また、本発明に係る太陽電池モジュールは、追加的な動力を使用せず、効率良く熱を放出することができる。
また、前記第１熱放出部材２００及び第２熱放出部材３００の熱伝導度が高いので、冷却能力が良好である。特に、風がなくても冷却が可能であり、風がある時は空冷による冷却能力が向上する。
また、前記太陽電池パネル１００自体だけでも太陽電池モジュールに適用できる。即ち、前記第１熱放出部材２００及び前記第２熱放出部材３００が付着されない状態でも、前記太陽電池パネル１００は効率良く熱を放出することができる。これは、前記挿入溝５０により前記下部基板１０の背面の表面積が増加するためである。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するのでない。本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、多様な変形及び応用が可能であることは同業者にとって明らかである。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができ、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明に係る太陽光発電装置は、太陽光発電分野に用いられる。
Claims (19)
- 太陽電池パネルと、
前記太陽電池パネルの下に配置される第１熱放出部材と、
前記太陽電池パネル及び前記第１熱放出部材に挿入される多数個の第２熱放出部材と、
を含むことを特徴とする、太陽光発電装置。 - 前記太陽電池パネルは、
基板と、
前記基板の上に配置される後面電極層と、
前記後面電極層の上に配置される光吸収層と、
前記光吸収層の上に配置される前面電極層と、を含み、
前記基板には多数個の挿入溝が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。 - 前記第１熱放出部材には、前記挿入溝に各々対応する多数個の貫通ホールを含むことを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電装置。
- 前記第２熱放出部材は、前記挿入溝及び前記貫通ホールに挿入されることを特徴とする、請求項３に記載の太陽光発電装置。
- 前記挿入溝の深さは、前記基板の厚さの１／３乃至２／３であることを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電装置。
- 前記第１熱放出部材は、
前記太陽電池パネルと対向する放熱プレートと、
前記放熱プレートから延びる多数個の放熱フィンと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。 - 前記第２熱放出部材の熱膨張率は、前記基板の熱膨張率に対応することを特徴とする、請求項２に記載の太陽光発電装置。
- 前記第２熱放出部材の熱伝導度は３４０Ｗ／ｍ．Ｋ乃至４００Ｗ／ｍ．Ｋであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 前記太陽電池パネル及び前記第１熱放出部材を収容するフレームを含み、
前記フレームの幅は前記太陽電池パネルの厚さ及び前記第１熱放出部材の厚さより大きいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。 - 前記太陽電池パネルは中央領域及び前記中央領域を囲む外郭領域を含み、
前記中央領域に配置される第２熱放出部材の間の間隔は、前記外郭領域に配置される第２熱放出部材の間の間隔より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。 - 前記第２熱放出部材は、銅、アルミニウム、またはこれらの合金を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽光発電装置。
- 基板と、
前記基板の下に配置される第１熱放出部材と、
前記第１熱放出部材を貫通し、前記基板に挿入される第２熱放出部材と、
を含むことを特徴とする、太陽光発電装置。 - 前記第２熱放出部材の直径は２ｍｍ乃至１５ｍｍであることを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電装置。
- 前記第２熱放出部材は柱形状を有することを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電装置。
- 前記第１熱放出部材及び前記第２熱放出部材は、同一の物質を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電装置。
- 前記基板の上に配置される太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの上に配置される上部基板と、
を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の太陽光発電装置。 - 下部基板と、
前記基板の上に配置される太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの上に配置される上部基板と、を含み、
前記下部基板の下面には多数個の溝が形成されることを特徴とする、太陽光発電装置。 - 前記溝の間の間隔は前記下部基板の中央部分から外郭部分に行くほど、大きくなることを特徴とする、請求項１７に記載の太陽光発電装置。
- 前記下部基板は、
中央部分に位置する中央領域と、
前記中央領域の周囲を囲む外郭領域に区分され、
前記中央領域に位置する溝の間の間隔は前記外郭領域に位置する溝の間の間隔より小さいことを特徴とする、請求項１７に記載の太陽光発電装置。
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