KR100276194B1 - 태양 전지 모듈 배치 방법 및 태양 전지 모듈 어레이 - Google Patents

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Abstract

장방형의 동일 크기를 갖는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈을 지붕 설치면상에 최적적으로 배치하기 위해, 지붕 설치면 상에 태양 전지 모듈이 배치될 수 있는 배치 범위가 결정된다. 태양 전지 모듈의 배치 방향이 결정된다. 배치 범위내의 결정된 배치 방향으로 거의 수평으로 일렬로 배치된 태양 전지 모듈의 수가 산출된다. 산출된 수보다 크지 않은 수의 일렬의 태양 전지 모듈이 태양 전지 모듈 그룹을 형성하도록 결합된다. 태양 전지 모듈 그룹의 중앙이 결정된 배치 범위내의 표면을 거의 수직으로 양분하는 열에 가까이 설치하도록 배치된다. 상술한 동작은 배치 범위내에서 결정된 배치 방향으로 수직적으로 배치될 수 있는 태양 전지 모듈 그룹의 열의 수에 대응한 회수만큼 반복된다.

Description

태양 전지 모듈 배치 방법 및 태양 전지 모듈 어레이
본 발명은 태양 전지 모듈 배치 방법 및 태양 전지 모듈 어레이에 관한 것으로, 특히, 지붕과 같은 설치면 상에 장방형의 동일한 크기를 갖는 태양 전지 모듈을 배치시키는 배치 방법 및 이러한 배치 방법에 의해 배치된 태양 전지 모듈 어레이에 관한 것이다.
지붕 표면에 루핑 재료, 특히 계단형 지붕 또는 버뮤다형(Bermuda-type) 루핑 재료를 배치하는 방법으로서, 더치-랩 방법(Dutch-lap method: 도 2) 또는 메치가이-루핑 방법(Mechigai-roofing method)/시프트-루핑 방법(shift-roofing method)(도 3)이 이용된다. 이러한 루핑 재료 배치 방법은 루핑 재료(201)가 지붕의 하단측인 처마(eaves: 202)로부터 지붕의 상단측인 마루(ridge: 203)까지의 선정 조인트 시프트 폭(205)으로 배치되므로 우수한 외관을 얻는데 유리하다. 이러한 배치 방법에서, 배수(weathering)를 위해, 조인트부가 수직 방향(vertical direction)으로 루핑 재료의 3개의 열에 해당하는 주기로 시프트된다(아래부터 조인트가 시프트되는 간격은 "시프트 폭"으로 칭함). 루핑 재료(201)는 모서리-마루 커버 또는 처마 커버에 대한 루프 경계부(204)를 따라 절단된다. "시프트-루핑 방법"은 루핑 재료 형성 열의 조인트의 위치를 루핑 재료의 열 단위로 규칙적으로 수평 변경하는 방법이다.
그러나, 상술한 루핑 재료 배치 방법을 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈에 바로 적용하면 다음과 같은 단점이 있다.
1. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈은 절단될 수 없으므로, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 설치 장소는 제한된다. 예를 들면, 모임 지붕(hip roof)에서, 허용 가능한 설치 범위는 처마에서 마루까지로 협소하여, 많은 수의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 배치될 수는 없다.
2. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 규칙적으로 배치되지 않는 경우, 지붕의 외관은 손상된다.
3. 전기 배선이 어렵다.
예를 들면, 도 2 및 3에서, 커버 폭이 200mm이고 길이가 2,000mm인 일반 루핑 재료(201) 각각은 5,000mm 길이의 지붕 상단측(마루: 203), 12,000mm 길이의 지붕 하단측(처마: 202), 및 시프트-루핑(도 2) 및 더치-랩 방법(도 3)에 의한 4,500mm 길이의 사면을 갖는 사다리꼴 지붕면에 배치된다.
도 2 및 3의 지붕 경계(204)에서, 2,000mm 길이의 일반 루핑 재료(201)는 지붕면으로부터 돌출하여, 일반 루핑 재료(201)는 지붕 경계(204)를 따라 절단된다. 도 4 및 5는 각각의 커버 폭이 200mm이고 길이가 2,000mm인 즉, 일반 루핑 재료(201)와 동일한 형상의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 이러한 지붕면에 배치되는 상태를 도시한다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 배치에 대한 개략적인 알고리즘이 아래에 설명된다.
도 4에서, A를 설치 가능 범위내의 경사 방향의 길이라고 하면, 설치될 수 있는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)은 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수로서 주어진다.
열의 수 ≤ A/(루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 커버 폭)
도 4에서, 열의 수는 19이다.
처마로부터 계수한 제1 열의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)설치 가능한 최대의 수가 산출된다. B를 타겟 열의 설치 가능 범위내의 상단측 모듈열(407) 및 하단측 모듈열(408)의 공통 길이라고 하면(도 4에서, 공통 길이는 상단측 모듈열(407)의 길이와 같음), 최대 설치 가능수는 아래의 부등식을 만족하는 최대 정수로서 주어진다.
최대 설치 가능 수 ≤ B / (루핑 재료 집적 태양 전지 모듈의 길이)
도 4에서, 처마(202)로부터 계수한 제1 열에 대한 최대 설치 가능 수는 4이다.
다음 열에 대해, 시프트 폭(205)을 유지하면서 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)이 배치된다. 4개의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)이 처마로부터 각각의 열 상에 배치된다. 제6 열에서, 우측 단부에서의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)은 설치 가능 범위를 벗어나고 배치될 수 없다. 제7 열에서, 좌측 단부에서의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)은 설치 가능 범위를 벗어나고 배치될 수 없다. 이러한 이유로, 제6 및 제7 열 각각에 설치된 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)의 수는 3개이다. 유사하게, 2개의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)은 제8 내지 제18 열 각각에 배치되고, 하나의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)이 제19 열 상에 배치된다.
도 5에서, 시프트 폭(205)이 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)의 길이의 1/2로 감소된다는 점만 제외하고는 상술한 것과 동일한 배치 방법이 이용된다. 이러한 경우, 설치된 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 수는 제1, 제3, 제5 열에 대해서는 4개이고, 제2, 제4, 제6, 제8, 제10, 및 제12 열에 대해서는 3개이며, 제7, 제11, 제13, 제15, 제17, 및 제19 열에 대해서는 2개이며, 제14, 제16, 및 제18 열에 대해서는 1개이다.
도 4 및 5에 도시된 배치 방법에서, 태양 전지 모듈에 의해 점유되지 않는 지붕 영역은 크다. 이러한 이유로, 많은 수의 태양 전지 모듈이 배치될 수 없다(상술한 문제점 1). 또한, 태양 전지 모듈이 불규칙하게 배치되므로(도 5), 외관은 미려하지 않다(상술한 문제점 2). 도 4 및 5에 도시된 배치 방법에서, 인접 열 상의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(401)들 사이의 간격이 크므로, 태양 전지 모듈의 콘넥터를 접속하기 위해서는 많은 접속 케이블(406)이 필요하여, 결과적으로 실행 효율이 낮으며 많은 비용이 든다(상술한 문제점 3).
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고 장방형 형태이며 설치면과 동일 크기인 태양 전지 모듈을 최적으로 배치하는 태양 전지 모듈 배치 방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 실현하기 위해서, 본 발명에 따라서, 청구 범위 1항이 제공된다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 태양 전지 모듈 배치 방법에 의해 배치된 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 실현하기 위해서, 본 발명에 따라서, 청구 범위 5항이 제공된다.
태양 전지 모듈 배치 방법 및 태양 전지 모듈 어레이에 따르면, 많은 수의 태양 전지 모듈이 태양력 발생을 위해 사용될 광-수신 영역을 증가시키도록 설치면 상에 배치될 수 있으며, 태양 전지 모듈은 설치면의 외관을 손상하지 않고 서로 전기적으로 용이하게 접속될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부된 도면과 결부한 아래의 상세한 설명으로부터 명백해지며, 전 도면을 통해 동일한 또는 유사한 부분에 동일한 참조 번호가 매겨진다.
도 1은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈 배치 방법을 설명하는 도면.
도 2는 시프트-루핑 방법을 설명하는 도면.
도 3은 더치-랩 방법을 설명하는 도면.
도 4는 태양 전지 모듈 및 일반 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 시프트-루핑 방법에 의해 동시에 배치되는 상태를 도시하는 도면.
도 5는 태양 전지 모듈 및 일반 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 더치-랩 방법에 의해 동시에 배치되는 상태를 도시하는 도면.
도 6은 시프트-루핑에 의해 얻어진 배치 상태(도 1)을 도시하는 도면.
도 7은 설치 가능 범위로부터 벗어난 태양 전지 모듈이 도 6에 도시된 배치 상태에서 제거되며, 이들 열들 상의 태양 전지 모듈이 재배치되는 상태를 도시하는 도면.
도 8은 프레임 장착 태양 전지 모듈의 배치를 도시하는 투시도.
도 9a 및 도 9b는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 배치를 도시하는 단면도 및 투시도.
도 10은 제1 비교예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 11은 제2 비교예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 12는 제3 실시예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 13은 제3 비교예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 14는 제4 비교예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 15는 제4 실시예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 16은 제5 비교예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 17은 제5 실시예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 18은 설치 가능한 태양 전지 모듈의 수 및 각 열에 대한 설치 가능한 태양 전지 모듈의 수를 산출하기 위한 방법을 설명하는 도면.
도 19는 본 발명의 태양 전지 모듈 배치 방법의 공정을 도시하는 흐름도.
도 20은 제1 및 제4 실시예에서의 태양 전지 모듈을 배치하는 공정을 도시하는 흐름도.
도 21은 제2 실시예의 태양 전지 모듈을 배치하는 공정을 도시하는 흐름도.
도 22는 제3 실시예의 태양 전지 모듈을 배치하는 공정을 도시하는 흐름도.
도 23은 제5 실시예의 태양 전지 모듈을 배치하는 공정을 도시하는 흐름도.
도 24는 제6 실시예의 태양 전지 모듈 배치 상태를 도시하는 도면.
도 25는 제1 내지 제4 실시예와 그 비교예들의 최대 설치 가능 수 및 지붕 점유율의 산출 결과를 도시하는 표.
도 26은 태양광 발전 장치의 배치를 도시하는 블럭도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
101 : 설치면
102 : 설치 가능 범위
103 : 태양 전지 모듈
104 : 처마
105 : 지붕 경계
106 : 마루
107 : 중앙선
108 : 접속 케이블
본 발명은 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 열 수 및 지붕 설치면(101) 상의 각 열 상에 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 최대 설치 가능 수가 산출되고, 열들을 접속함으로써 형성된 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈 그룹이 지붕 설치면(101)의 거의 중앙부에 배치되는 것을 특징으로 한다(도 1).
루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1803)의 열의 수 및 지붕 설치면(1801) 상의 각각의 열 상의 최대 설치 가능 수는 도 18을 참조로 설명된다.
설치 가능 범위(1802)의 경사 방향 길이를 A로 두면, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1803)의 열의 수는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수로서 주어진다.
열의 수 ≤ A/(루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 커버 폭(W))
도 18에서, 열의 수는 21이다.
상단측 모듈열과 타겟열의 설치 가능 범위(1802)내의 하단측 모듈열의 공통 길이를 B로 둘 때, 각각의 열 상의 최대 설치 가능한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1803)의 수는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수로서 주어진다.
최대 설치 가능 수 ≤ B/(루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 길이(λ))
도 18에서, 최대 설치 가능 수는 처마(1804)로부터 계수한 제1 열에 대해서는 4개이고, 처마(1804)로부터 계수한 제17 열에 대해서는 3개이다.
길이 A 및 B는 지붕이 단순 구조를 가지는 경우는 수동으로 용이하게 계산된다. 복잡한 구조의 지붕에서도, 길이는 예를 들면 CAD를 이용해서 용이하게 구할 수 있다.
루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103) 및 일반 루핑 재료가 시프트되려는 경우, 각 라인의 모듈 그룹은 중앙선(107)에 대해 좌측 또는 우측으로 시프트되어, 배수를 위한 선정된 시프트 폭(609)을 갖는다(도 6). 각 열의 모듈 그룹이 중앙선(107)에 대해 시프트되는 경우, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)은 지붕 경계로 이동한다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)가 설치 가능한 범위(102)를 벗어나지 않는 경우(603), 이러한 상태는 변화될 필요가 없다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)가 설치 가능 범위(102)로부터 벗어나는 경우, 그 열의 모듈 그룹으로부터 벗어나는 루핑 재료 일체형 모듈(608)은 제거되며, 나머지 모듈 그룹(708)은 시프트량을 고려하여 지붕 설치면(101)의 중앙부에 다시 정렬된다.
도 19는 상술한 일련의 동작을 도시하는 흐름도이다. 도 19를 참조로 단계 S1 및 S2에서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 형상 및 지붕 설치면의 형상이 입력된다. 단계 S3 및 S4에서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 최대 설치 가능 수 및 각 열 상의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 최대 설치 가능 수가 산출된다. 이러한 산출 결과를 기준으로, 모듈 그룹이 단계 S5에서 지붕 설치면(101)의 중앙부에 배치된다. 시프트-루핑이 필요하지 않고, 동작은 단계 S6에서 종료된다(도 1). 시프트 루핑이 필요한 경우, 시프트 루핑이 단계 S7에서 수행된다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)이 시프트 루핑 시에 설치 가능 범위(102)로부터 벗어나지 않는 경우, 공정은 단계 S8에서 종료한다. 루핑 재료 일체형 모듈(608)이 설치 가능 범위(102)로부터 벗어나는 경우, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)이 제거되고, 나머지 모듈 그룹은 단계 S9에서 지붕 설치면(101)의 중앙부에 배치된다. 시프트-루핑이 단계 S10에서 수행되어, 도 7에 도시된 배치가 종료된다.
상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈 배치법에 따르면, 아래의 기능이 기대될 수 있다.
(1) 많은 수의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)이 종래 배치법에 비해 더욱 효과적으로 지붕 설치면(101)에 배치될 수 있다.
(2) 태양 전지 모듈 그룹이 지붕 설치면(101)의 중앙선(107)에 대해 대칭적으로 배치될 수 있으므로, 지붕 외관이 미려하게 된다.
(3) 지붕 설치면(101)의 중앙부에서 태양 전지 모듈 그룹이 배치되므로, 수행 효율을 개선하기 위해 모서리 커버에 대한 공간이 보장될 수 있다.
(4) 필요한 접속 케이블(108)의 수가 감소될 수 있다.
도 7은 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈 배치법을 기초한 지붕 제조를 도시하는 개략도이다. 시프트 루핑에 있어서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈은 좌측 및 우측으로 교대로 시프트된다. 도 7에 도시된 배치 결과에서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 시프트 루핑에 의해 좌측에서 우측으로 교대로 시프트되지 않는 적어도 한 부분이 있다. 예를 들면, 제5 열은 제1 내지 제4 열에서의 우측에서 좌측으로의 시프트 순서에 따라 좌측으로 시프트되어야 한다. 그러나, 전체 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)이 지붕 설치면(101)의 중앙선(107)에 대해 대칭적으로 배치되므로, 시프트에 있어서의 이러한 작은 불일치는 지붕의 외관을 손상시키지 않는다.
[프레임 탑재 태양 전지 모듈]
프레임 탑재 태양 전지 모듈은 단결정 실리콘, 폴리실리콘, 미세 결정 실리콘, 및 비정질 실리콘 태양 전지 중 임의의 하나로부터 형성될 수 있다. 도 8은 프레임 탑재 태양 전지 모듈의 예를 도시한다. 내후성을 보강하기 위한 충진제(filler; 801)가 캡슐화되는 태양 전지 셀(802)가 광 수신 표면인 전면 커버(803)와 하부 표면 상의 후면 커버(804) 사이의 중간에 위치한다. 주변부에서, 시일 부재(806)는 프레임(805)으로의 부착부에 이용되어 시일 특성을 개선하고, 부착 관통홀(807)은 구각(trestle) 상에 모듈을 설치하기 위해 모듈의 하부 표면 상의 긴 프레임내에 형성된다.
[건축 재료 일체형 태양 전지 모듈]
건축 재료 일체형 태양 전지 모듈은 루핑 재료 또는 벽 재료와 같은 일반 건축 재료와 일체화된 모듈로서, 수행 효율을 개선하기 위해 태양 전지 모듈은 종래 방법에 의한 구조물 상에 설치될 수 있다. 도 9a 및 9b는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 예를 도시한다.
도 9a는 하부 보강판(901) 상에 하부 커버 부재(902), 태양 전지 셀(903), 상부 시일 부재(904), 및 상부 커버 부재(905)를 갖는 태양 전지 모듈의 배치를 도시하는 단면도이다.
태양 전지 셀(903)은 단결정 실리콘, 폴리실리콘, 미세결정 실리콘, 및 비정질 실리콘 중 임의의 하나로부터 제조될 수 있다. 굽힘성 및 가요성을 갖는 비정질 실리콘이 양호하다.
하부 보강판은 내후성(耐候性), 강성(剛性), 및 가요성을 요하며, 스테인레스 강판, 도금 강판, 또는 갈바륨(galvarium) 강판으로 형성된다. 절연 특성 및 내구성을 요하는 하부 커버 부재(902)로서는, 나일론, 폴리비닐 불화물(PFV, 테들라(Tedlar)(듀퐁사 상표)), 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 접착제와 함께 이용된다.
상부 시일 부재(904)는 내후성, 접착성, 충진 특성, 내열성, 저온 내성, 및 충격 내성을 요하며, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer; EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(ethylene-ethyl acrylate copolymer; EEA), 폴리오레핀계 수지(polyolefin-based resin), 우레탄 수지, 실리콘 수지, 또는 플루오로플라스틱(fluoroplastic) 으로 형성된다. 이러한 재료 중에서, EVA는 태양 전지와 같은 용도에서는 균형잡힌(balanced) 물리적 특성을 가지므로 대중적으로 이용된다.
상부 커버 부재(905)는 야외 환경에 노출되는 태양 전지 모듈의 장기적 신뢰성을 보장하도록 내후성, 내식성, 및 기계적 강도와 같은 성능을 요한다. 상부 커버 부재(905)로서, 폴리비닐리덴 불화물 수지(polyvinylidene fluoride resin), 폴리비닐 불화물 수지, 또는 에틸렌 테트라플루오라이드-에틸렌 공중합체(ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer; ETFE)가 양호하게 사용된다.
단말부에 콘넥터를 갖는 단자함(906) 및 케이블(907)이 하부 보강판(901)의 하부 표면 상에 제공되어 태양 전지 셀(903)로부터 전력을 출력한다.
그러한 태양 전지 모듈은 적절히 굽히고 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈로서 사용된다. 도 9b는 태양 전지 모듈이 단차 루핑 재료로 제조되어 루핑 설치면 상에 위치하는 예를 도시하는 도면이다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(900)은 2개의 대향 측 상에 굽혀지고, 처마측 계합부(910) 및 처마측 계합부(911)는 굽힌 부분에 형성된다. 처마측 계합부(911)는 예를 들면 클립(clip; 912)에 의해 외장 지붕판과 같은 지붕 설치면(913) 상에 고정된다. 수평 (열)방향으로의 접속은 조인트(914) 및 조인트 커버(915)에 의해 수행된다. 수직 방향의 접속은 처마측 계합부(910)와 처마측 계합부(911)를 서로 꿰맴으로써 수행된다. 본 발명의 태양 전력 발생 지붕에서, 일반 루핑 재료(916)는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(900)과 결합하여 사용될 수 있다.
도 26에 도시된 것처럼, 복수의 태양 전지 모듈은 직렬로 접속되어 태양 전지 스트링(string)을 형성한다. 복수의 태양 전지 스트링은 병렬로 접속되어 태양 전지 어레이(1)를 형성한다. 태양 전지 어레이(1)는 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위한 전력 변환 유닛으로서의 인버터(2)와 함께 태양 전력 발생 장치를 구성한다. 직렬로 접속된 태양 전지 스트링의 수는 통상 출력 전압이 인버터에 대한 입력 전압(예를 들면, 200V)에 근접하도록 설정된다. 태양 전력 발생 장치는 소위 접속 매듭을 형성하여, 전력을 건축물내의 로드에 공급함과 동시에 잉여 전력을 상용 전력선(5)으로 공급한다.
[지붕 설치면]
도 7에서, 지붕 설치면(101)은 주로 지붕 표면을 의미한다. 그러나, 지붕 설치면은 이에 국한되지 않는다. 박공 지붕(gable) 또는 모임 지붕(hip roof)과 같은 다양한 유형의 집 지붕이 있다. 본 발명은 가장 양호하게는 수평 방향으로의 지붕 대칭에 적용된다. 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 사용에 있어서, 일반 루핑 재료는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)을 갖지 않는 지붕 설치면(101) 상에 설치될 수 있다.
[설치 가능 범위]
태양 전지 모듈을 지붕 설치면 상에 설치하기 위해서, 아래의 조건이 충족되어야 한다.
프레임 탑재 태양 전지 모듈에 대해서는
(1) 지붕은 태양 전지 모듈 설치시에 예상되는 부하(태양 전지 모듈, 눈 및 바람 압력 포함)을 견딜 수 있는 강도를 가진다.
(2) 바람의 힘의 계수는 지붕의 중앙부보다는 처마의 연부, 가장자리, 및 마루에서 더 크다. 이러한 이유로, 태양 전지 모듈은 바람 압력을 고려하여 처마의 연부, 가장자리, 및 마루에 설치되지 않으며, 일본 건설성 고시 109호 "루핑 재료, 외장재, 및 외벽 기준"에 따라 설치된다.
루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈은 이것이 절단될 수 없다는 점만 제외하고는 종래의 루핑 재료와 동일한 방법으로 배치될 수 있다. 그러므로, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈이 설치되려면, 가장자리(verge), 추녀 마루골(hip valley), 및 마루(ridge)에 대한 연부 커버를 고려할 필요가 있다.
상술한 조건을 기초로, 프레임 탑재 또는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈은 전체 지붕 설치 표면 상에 설치될 수 없으며, 도 7에 도시된 것처럼 설치 가능 범위(점선으로 표시; 102)가 있다.
[시프트 폭]
루핑 재료가 지붕 설치면에 배치되는 경우, 루핑 재료의 조인트 부는 배수를 위해 수직 방향으로 열을 형성하지 않도록 설치된다. 상부 및 하부 루핑 재료는 수평 방향으로 시프트된다. 이를 시프트로 칭하며, 시프트의 폭은 "시프트 폭"으로 칭한다. 그러나, 본 발명에서 루핑 재료만이 아닌 인접열들의 태양 전지 모듈의 수평(열) 방향의 시프트가 시프트로 칭해지며, 시프트의 폭은 시프트 폭으로 칭한다. 시프트 폭은 양호하게는 세로 방향(longitudinal direction)의 장방형 태양 전지 모듈의 길이의 1/2과 같거나 더 작다.
[설치면 중앙선]
지붕 설치면(101)의 중앙선(107)은 설치 가능 범위(102)내의 열의 상부 및 하부측 모듈열의 공통 길이의 중앙을 통과하는 열을 의미한다. 수평 방향으로 대칭인 사다리꼴 지붕 표면에서, 도 7에 도시된 것처럼, 중앙선은 마루(106)의 중앙 지점 및 처마(104)의 중앙 지점을 접속하는 직선이다. 태양 전지 모듈 그룹은 태양 전지 모듈 그룹의 중앙을 중앙선(107)에 정렬시키면서 배치된다. 그러나, 실제 수행에서는, 중앙선(107)에 태양 전지 모듈 그룹의 중앙을 정확하게 정렬시킨다는 것은 불가능하며, 수 내지 수십 밀리미터의 오차가 발생한다. 태양 전지 모듈 그룹이 중앙에 위치하는 경우라도, 태양 전지 모듈의 약 1%의 오차가 발생할 수 있으며, 이는 지붕의 외관을 손상시키지는 않는다.
아래의 설명에서, "상이한 수의 모듈 직렬 접속"은 태양 전지 모듈이 상이한 수의 직렬 접속된 태양 전지 모듈 2 또는 그 이상을 결합함에 의해 형성된다.
[제1 실시예]
도 1은 CANON사 제조의 계단형 지붕용인 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈 SR-02(커버 폭 W=200mm, 길이 λ=2,000)은 도 20의 흐름도에 도시된 공정에 따라 처마(104) 길이(L1)이 12,000mm이고, 마루(106) 길이(L2)가 5,000mm이며, 지붕 경사 길이(A1)가 4,500mm인 사다리꼴 지붕 상에서 설치 가능 범위(102)내에서 배치됨과 동시에, 처마(104)에서 설치 가능 범위(102)까지의 틈(g1)이 0mm가 되고, 마루(106)에서 설치 가능 범위(102)까지의 틈(g2)이 200mm가 되며, 지붕 경계(105)에서 설치 가능 범위(102)까지의 틈(g3)이 200mm가 되도록 설치된다. 설치 공정은 아래에 간단히 설명된다. 도 19와 동일한 번호는 도 20의 흐름도의 동일 단계를 표시하며, 그 상세한 설명은 생략한다.
[열의 최대 설치 가능 수의 산출(단계 S1에서 S3)]
이 실시예에서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)은 모듈의 세로 방향이 지붕 경사 방향에 수직이 되도록 배치된다. 경사 방향에서의 설치 가능 범위(102)의 길이 A는
A = A1 - g1 = 4,500 - 200 = 4,300mm
열의 수(C)는
C ≤ A / W
값 A, W가 상술한 부등식에 대입되는 경우, 최대 설치 가능 수 Cmax 는 21이다.
C ≤ 4,300 / 200 = 21.5
[각 열에 대한 최대 설치 가능 수 산출(단계 S4)]
예를 들면, 처마(104)로부터 계수한 제1 열부터 제11 열 각각에 대한 태양 전지 모듈 수(N)가 산출된다. B를 설치 가능 범위(102)내의 열(c)의 상부 및 하부측 모듈 열으로 두면, 최대 설치 가능 수(Nmax)는 아래의 부등식을 만족하는 최대 정수로 주어진다.
N ≤ B / λ
도 1에서 분명한 것처럼, B는 상부측 모듈열의 길이다. 제1 및 제11 열의 상부측 모듈열의 길이는 각각 11,288mm 및 8,178mm이다. 제1 열에 대한 최대 설치 가능 수 Nmax(1)는 5이며, 제11 열에 대한 Nmax(11)는 4이다.
N(1) ≤ 11,288 /2,00 = 5.6
N(11) ≤ 8,178 / 2,000 = 4.1
[설치면의 중앙부 배치(단계 S5)]
최대 설치 가능 수를 가지며 각 열에 대해 상술한 것처럼 산출되는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)은 지붕 설치면(101)의 중앙부에 배치된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)는 짝수이고, 2개의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 중간부는 중앙선(107)에 정렬된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)가 홀수인 경우, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 중앙은 중앙선(107)에 정렬된다.
이 실시예에서, 전체 지붕 설치면 상의 최대 설치 가능 수는 74이고, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103) 대 지붕 영역의 비를 표시하는 지붕 점유율은 77.4%이다. 이 실시예에 따르면, 최대 설치 가능 수를 갖는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)은 지붕 설치면(101) 상에 배치된다. 이는 지붕 점유율 측면에서 볼 때 효율적인 배치 방법이다. 도 1에서 분명한 것처럼, 태양 전지 모듈 그룹은 지붕 설치면(101)의 중앙부에 위치하여 중앙선(107)에 대해 거의 대칭이되어, 지붕의 외관 손상에 관한 문제는 제기되지 않는다.
[제2 실시예]
도 7은 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)가 지붕 설치면(101) 상의 설치 가능 범위(102)내에서 배치되는 상태를 도시하는데, 이는 도 21의 흐름도에 도시된 공정에 따르면 도 1과 동일하고, 시프트 폭(609)이 200mm가 되도록 설치한다. 설치 공정은 아래에 간략히 설명된다. 도 19와 동일한 번호가 도 21의 흐름도내에 동일 단계를 표시하며, 그 상세한 설명은 생략된다. 최대 설치 가능 수 Cmax의 산출(단계 S1 내지 S3), 각 열에 대한 최대 설치 가능 수 Nmax의 산출(단계 S4), 및 설치면의 중앙부에 배치(단계 S5)는 제1 실시예와 동일한 동작이며, 그 상세한 설명은 생략된다.
[시프팅 (단계 S7)]
시프트 폭(609)이 200mmdlamfh, 모듈 그룹은 열 단위로 100mm만큼 좌에서 우측으로 교대로 시프트된다.
[결정 (단계 S8)]
모듈 그룹이 시프트되는 경우, 제11 및 제17 열은 설치 가능 범위(102)를 벗어난다(도 6). 이에 대한 이유는 아래와 같다. 즉 제11 열에서, 모듈 그룹이 지붕 설치면(101)의 중앙부에 배치되는 경우, 단부 모듈로부터 설치 가능 범위(102)의 경계 열까지의 간격은 (8,178 - 4 × 2,000) / 2 = 89mm이고, 시프트 간격은 100mm보다 작다.
[재배치 (단계 S9)]
단계 S7에서 시프팅에 의해, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 수는 제11 열에서 4에서 3으로 변하며, 제17열에서 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 수는 3에서 2로 변한다. 그러므로, 제11 열에서의 3개의 모듈 그룹은 중앙에서 재배치되고, 제12 열에 대한 시프트 방향 즉, 100mm 만큼좌측으로 시프트된다. 제17 열의 2개의 모듈 그룹은 중앙에서 재배치되고, 제18 열에 대한 시프트 방향 즉, 100mm만큼 우측으로 시프트된다.
이 실시예에서, 시프팅으로 인해, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)은 설치 가능 범위(102)내에 있지 않다. 도 7로부터 분명한 것처럼, 모듈의 수는 처마(104)로부터 계수한 제11 열에 대해 4에서 3으로 감소하며, 제17열에 대해 3에서 2로 감소한다. 이러한 경우, 전체 지붕 설치면(101) 상의 최대 설치 가능 수는 72이며, 지붕 점유율은 75.3%이다. 즉, 시프트된 루핑(609)이 수행되는 경우라도, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈의 수는 제1 실시예의 경우보다 단지 2개 정도 작아지며, 지붕 점유율은 여전히 75.3%로 높다. 모듈이 시프트 폭(609)만큼 지붕 설치면(101)의 중앙선(107)에 대해 좌우측으로 시프트되므로, 배수 기능이 유지되는 동시에, 지붕의 양호한 외관이 유지된다.
[제1 비교예]
도 10은 종래의 시프트-루핑 방법(도 2)에 의해 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)가 지붕 설치면(101) 상의 설치 가능 범위(102), 도 1과 동일함, 내에서 수평 방향으로 대칭이 되도록 배치되면서, 시프트 폭(609)을 200mm가 되도록 설치하는 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 최대 설치 수는 59이고, 지붕 점유율은 61.7% 이다.
[제2 비교예]
도 11은 종래의 더치-랩 방법(도 3)에 의해 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)가 도 1과 동일한 지붕 설치면(101)에서 설치 가능 범위(102)로 배치되는 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 최대 설치 가능 수는 62개이고, 지붕 점유율은 64.8%이다.
[제3 실시예]
도 12는 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)이 도 22의 흐름도내에 도시된 공정에 따라서 처마(1204) 길이(L1)이 9,200mm이고 주붕 경사 길이(A1)가 5,050mm인 삼각형 지붕상에 설치 가능 범위(1202)내에서 배치됨과 동시에, 처마(1204)에서 설치 가능 범위(1202)까지의 틈(g1)을 0mm가 되고, 지붕 경계(1205)에서 설치 가능 범위(1202)까지의 틈(g3)은 200mm가 되도록 설치한다. 설치 공정이 아래에 간략하게 설명된다. 도 19에서의 동일 번호는 도 22의 흐름도와 동일한 단계를 표시하며, 상세한 설명은 생략된다.
[최대 설치 가능 열의 수의 산출(단계 S1 내지 S3)]
경사 방향의 설치 가능 범위(1202)의 길이(A)는
A = A1 - g1 = 5,050 - 200= 4,850 mm이다.
열의 수(C)는 아래의 부등식으로 주어지며, 최대 설치 가능 열의 수(Cmax)는 24이다.
C ≤ 4,850/200 = 24.25
[각 열에 대한 최대 설치 가능 수 산출(단계 S4)]
예를 들면, 처마(1204)로부터 계수한 제1 내지 제18 열 각각에 대해 태양 전지 모듈의 수(N)이 산출된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수로서 주어진다.
N ≤ B / λ
B에 해당하는 제1 내지 제18 열들의 상부측 모듈 열의 길이는 각각 8,436mm 및 2,242mm이다. 제1 열에 대한 최대 설치 가능수 Nmax(1)는 4이고, 제18 열에 대한 Nmax(18)은 1이다.
N(1) ≤ 8,436 / 2,000 = 4.2
N(18) ≤ 2,242/ 2000 = 1.1
제19 열으로부터, 상부측 모듈열의 길이는 2,000mm보다 작아서, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)가 설치될 수 없다.
[설치면의 중앙부에 배치(단계 S5)]
최대 설치 가능 수를 가지며 각 열들에 대해 산출되는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1203)이 지붕 설치면(1201)의 중앙부에 배치된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)가 짝수인 경우, 2개의 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(103)의 중간 부분이 지붕 설치면(1201)의 중앙선에 정렬된다. 최대 설치 가능 수 Nmax가 홀수인 경우, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1203)의 중앙은 지붕 설치 표면(1201)의 중앙선에 정렬된다.
[시프팅(단계 S7)]
시프트 폭(1206)이 200mm이므로, 모듈 그룹은 열 단위로 100mm 만큼 좌우측으로 교대로 시프트된다.
[결정(단계 S8)]
설치 가능 범위(1202)의 단부 모듈로부터 경계 열까지의 간격이 제1 열에서 제18 열까지 100mm 이상이므로, 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1203)은 설치 가능 범위(1202)로부터 벗어나지 않는다. 이 실시예에서, 최대 설치 가능 수는 37이며, 루프 점유율은 63.7%이다.
[제3 비교예]
도 13은 종래 시프트-루핑 방법에 의해 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)이 도 12와 동일한 지붕 설치면(1201) 상에 설치 가능 범위(1202)내에서 수평 방향으로 대칭이되도록 배치되면서 시프트 폭(1206)을 200mm가 되도록 설치하는 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 최대 설치 가능 수는 24이고, 지붕 점유율은 41.3%이다.
[제4 비교예]
도 14는 종래 더치-랩 방법에 의해 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)이 도 12와 동일한 지붕 설치면(1201) 상에 설치 가능 범위(1202)내에서 설치되는 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 최대 설치 가능 수는 29이며, 지붕 점유율은 49.9%이다.
[제4 실시예]
도 15는 프레임 탑재 태양 전지 모듈(W = 822mm, 및 λ = 1,220mm)이 도 20의 흐름도에 도시된 공정에 따라 처마(1504)의 길이(L1)이 12,000mm이고, 마루(1506)의 길이(L2)가 3,640mm이고, 지붕 경사 길이(A1)이 4,957mm인 마름모꼴 지붕 상에 설치 가능 범위(1502)내에서 배치되면서, 처마(1504)로부터 설치 가능 범위(1502)까지의 틈(g1)이 500mm, 마루(1506)로부터 설치 가능 범위(1502)까지의 틈(g2)가 500mm이고, 지붕 경계(1505)로부터 설치 가능 범위(1502)까지의 틈(g3)가 300mm가 되도록 설치되는 상태를 도시하는 도면이다. 설치 공정은 간략하게 아래와 같다.
[열의 최대 설치 가능 수 산출(단계 S1 내지 S3)]
경사 방향의 설치 가능 범위(1502)의 길이(A)는
A = A1 -g1 - g2 - 4,957 - 500 - 500 = 3,957mm이다.
열의 수(C)는 아래의 부등식으로 구해지고, 열의 최대 설치 가능 수(Cmax)는 3이다.
C ≤ A1 / W = 3,957 /1,220 = 3.24
이로부터, 열의 최대 설치 가능 수는 3이다.
[각 열에 대한 최대 설치 가능 수(단계 S4)]
예를 들면, 처마(1504)로부터 계수한 제1, 제2, 및 제3 열 각각에 대한 태양 전지 모듈의 수(N)이 산출된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수에 의해 주어진다.
최대 설치 가능 수 N ≤ B (상부측 모듈 열의 길이) / (태양 전지 모듈의 길이)
제1, 제2 및 제3 열의 상부측 모듈열의 길이는 각각 8,499mm, 6,442mm, 및 4,384mm이다. 제1 열에 대한 최대 설치 가능수 Nmax(1)는 10이고, 제2 열에 대한 Nmax(2)은 7이고, 제3 열에 대한 Nmax(3)은 5이다.
N(1) ≤ 8,499/822 = 10.33
N(2) ≤ 6,422/822 = 7.83
N(3) ≤ 4,384/822 = 5.33
[설치면의 중앙부에 배치(단계 S5)]
최대 설치 가능 수를 가지며 각 열들에 대해서 상술한 것처럼 산출되는 프레임 탑재 태양 전지 모듈(1503)은 지붕 설치면(1501)의 중앙부에 배치된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)가 짝수인 경우, 2 프레임 탑재 태양 전지 모듈(1503)의 중간부는 지붕 설치면(1501)이 중앙선에 정렬된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)가 홀수인 경우, 프레임 탑재 태양 전지 모듈(1503)의 중앙은 지붕 설치면(1501)의 중앙선에 정렬된다. 제1 열에 대해서, 2 프레임 탑재 태양 전자 모듈의 중간부는 지붕 설치면(1501)의 중앙선에 정렬된다. 제2 및 제3 열에 대해서, 프레임 탑재 태양 전지 모듈의 중앙은 지붕 설치면(1501)의 중앙선에 정렬된다. 이 실시예에서, 최대 설치 가능 수는 22이고, 지붕 점유율은 56.9%이다.
[제5 비교예]
도 16은 그 단부가 수직 방향으로 정렬된 모듈을 배치하기 위한 종래의 배치 방법에 의해 상술한 822mm×1,220mm 프레임 탑재 태양 전지 모듈(1503)이 도 15와 동일한 지붕 설치면(1501) 상의 설치 가능 범위(1502)내에 배치되는 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서, 최대 설치 가능 수는 20이며, 지붕 점유율은 51.7%이다.
[평가]
도 25는 상술한 제1 내지 제4 실시예 및 그 비교예들의 최대 설치 가능 수 및 지붕 점유율의 평가 결과를 도시한다. 도 25에서 분명한 것처럼, 실시예들의 태양 전지 모듈 배치 방법은 비교예에 비해 최대 설치 가능 수 및 지붕 점유율면에서 이득적이다.
후술하는 제5 실시예에서와 같이, 장방형 지붕이 아닌 다각형 지붕 설치면에서도, 지붕 설치면을 마름모꼴 및 장방형으로 분할함으로써 본 발명의 배치 방법이 적용되는 경우, 지붕 점유율 및 지붕의 외관은 높은 레벨을 유지할 수 있다.
[제5 실시예]
도 17은 도 23의 흐름도에 도시된 공정에 따라 상술한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(SR-02)이 처마(1704) 길이(L1)이 9,000mm, 처마(1706) 길이(L2)가 5,000mm, 마름모꼴 부분의 지붕 경사 방향 길이(A1)이 1,390mm인 이리모야형 지붕(Irimoya-type roof) 상에 배치되면서, 처마(1704), 마루(1706), 및 지붕 경계(1705)로부터 설치 가능 범위까지의 틈(g1 내지 g3)이 200mm가 되도록 설치되는 상태를 도시하는 도면이다. 도 19와 동일한 번호는 도 23의 흐름도의 동일한 단계를 표시하며, 그 상세한 설명은 생략된다. "이리모야형 지붕"은 한 지붕 표면의 상부가 박공 지붕으로 형성되고, 지붕면이 하부의 4개의 하부측에 형성되는 것을 의미한다.
[열들의 최대 설치 가능 수의 산출(단계 S1 내지 S3)]
경사 방향으로의 설치 가능 범위(1702)의 길이(A)는
A = A1 + A2 g1- g2 = 1,390 + 2,570 - 200 -200 = 3,560mm
열의 수(C)는 아래의 부등식으로 주어지며, 열의 최대 설치수(Cmax)는 17이다.
C ≤ 3,560/200 = 17.8
[각 열에 대한 최대 설치 가능 수의 산출(단계 S4)]
예를 들면, 처마(1704)로부터 계수된 제1 및 제7 열 각각에 대한 태양 전지 모듈의 수(N)가 계산된다. 최대 설치 가능 수(Nmax)는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수에 의해 주어진다.
N ≤ B/λ
제1 및 제7 열의 상부측 모듈 열의 길이는 각각 7,449mm 및 4,600mm이다. 제1 열에 대한 최대 설치 가능 수 Nmax(1)는 3이고, 제7 열에 대한 Nmax(7)은 2이다.
N(1) ≤ 7,449/2,000 = 3.72
N(7) ≤ 4,600/2,000 = 2.3
[설치면의 중앙부에 배치(단계 S5)]
최대 설치 가능 수를 가지며 각 열들에 대해 상술한 것처럼 계산되는 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1703)이 지붕 설치면(1701)의 중앙부에 배치된다.
[시프팅 (단계 S7)]
시프트 폭(1706)이 200mm이므로, 모듈 그룹은 열 단위로 100mm만큼 좌우측으로 교대로 시프트된다.
[결정 (단계 S8)]
모듈이 설치면의 중앙부에 배치되는 경우 설치 가능 범위(1702)의 단부 모듈로부터 경계 열까지의 간격의 최소값은 100mm 또는 그 이상이므로(단계 S5), 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈(1703)은 시프팅 시에 설치 가능 범위(1702)로부터 벗어나지 않는다.
이 실시예에서, 최대 설치 가능 수는 37이고, 루프 점유율은 65.5%이다. 본 발명의 배치 방법에 따르면, 도 17에 도시된 이리모야형 지붕과 같은 복합적 형상을 갖는 지붕의 경우에도 외관은 손상되지 않으며, 많은 태양 전지 모듈이 배치될 수 있다.
[제6 실시예]
도 24에서, 프레임(1,100×822mm) 탑재 태양 전지 모듈(2403)은 도 20의 흐름도에 도시된 공정에 따라 마름모꼴 지붕상에 배치되며, 처마(2404)로부터 설치 가능 범위(2402)까지의 틈(g1)이 0mm이고, 마루(2406)로부터 설치 가능 범위(2402)까지의 틈(g2)이 500mm이며, 지붕 경계(2405)로부터 설치 가능 범위(2402)까지의 틈(g3)이 500mm가 되도록 설치된다. 설치 공정은 아래에 간략히 설명된다.
[열들의 최대 설치 가능 수 산출]
이 실시예에서, 프레임 탑재 태양 전지 모듈(2403)은 각 모듈의 짧은 측이 지붕 경사 방향에 수직이되도록 배치된다. 경사 방향의 설치 가능 범위(2402)의 길이(A)는 아래와 같이 주어진다.
A = 5,000 - 500 = 4,500 mm
열의 수(C)는 아래의 부등식에 의해 주어지며, 최대 설치 수(Cmax)는 4이다.
C ≤ A / (세로 방향의 프레임 탑재 태양 전지 모듈의 길이)
C ≤ 4,500 / 1,100 = 4.1
[각 열에 대한 최대 설치 가능 수의 산출 (단계 S4)]
B를 상부 및 하부측 모듈 열의 공통 길이라고 하면, 최대 설치 가능 수 Nmax는 아래의 부등식을 만족시키는 최대 정수에 의해 주어진다.
N ≤ B / (폭 방향의 프레임 탑재 태양 전지 모듈의 길이)
지붕 설치면(2401)이 마름모꼴이므로, 전체 열은 아래와 같이 주어지는 B와 동일한 값을 갖는다.
B = 8,000 - 1,000 - 822 × 4/5 = 6,342
그러므로, 아래의 부등식으로부터, 전체 열에 대한 최대 설치 가능 수 Nmax는 7이다.
Nmax ≤ 6,342 / 822 = 7.7
[설치면의 중앙부에 배치 (단계 S5)]
최대 설치 가능 수를 가지며 상술한 것처럼 산출되는 프레임 탑재 태양 전지 모듈(2403)은 지붕 설치면(2401)의 각 열의 중앙부에 배치된다.
도 24에서, 특정 열의 모듈의 짧은 측은 수평 방향으로 다음 열의 모듈의 짧은 측으로부터 시프트된다. 이러한 관점으로부터, 이러한 배치 방법은 모듈이 프레임 탑재 태양 전지 모듈보다는 상대적으로 좀더 자유롭게 시프트될 수 있는 계단형 지붕을 위한 루핑 재료 일체형 태양 전지 모듈에서 더욱 충분히 활용될 수 있다.
[제7 실시예]
태양 전지 어레이는 복수의 태양 전지 모듈을 직렬로 접속함에 의해 각각 형성된 복수의 태양 전지 스트링을 병렬로 접속함에 의해 구성된다. 각각의 태양 전지 스트링을 형성하기 위해 직렬로 접속된 모듈의 수가 가변하는 경우, 출력 손실이 발생한다. 제1 실시예에서, 최대 설치 가능 수는 74이다. 태양 전지 어레이가 CANON사 제조의 S102 인버터를 사용하는 것을 전제로 설계하면, 직렬 접속된 태양 전지 모듈의 수는 5개의 상이한 값(15, 16, 17, 18, 및 19)으로부터 선택될 수 있다. 태양 전지 모듈의 수는 최대로는 18개의 직렬 접속과 4개의 병렬 접속 태양 전지 모듈의 곱인 72개가 된다. 그러나, 태양 전지 어레이가 72개의 태양 전지 모듈로 구성되는 경우, 태양 전지 모듈의 수는 최대 설치 가능 수인 74개 보다 2개만큼 줄어든다.
그러나, "상이한 모듈 수의 직렬 접속" 이라 칭하는 접속 방법 즉, 직렬-접속된 태양 전지 모듈의 수가 상이한 태양 전지 스트링을 병렬로 접속하기 위한 접속 방법이 사용되면, 태양 전지 어레이는 종종 18 직렬-접속 × 2 병렬-접속 + 19 직렬-접속 × 2 병렬-접속 태양 전지 모듈일 수 있다. 이러한 조합은 2개의 추가 태양 전지 모듈로 인한 출력 전력의 증가가 직렬-접속 모듈의 수의 불일치로 인한 출력 손실보다 더 큰 경우 가능하다. 제1 실시예에서, 실질 지붕 점유율은 75.3%에서 77.4%로 증가하고, 태양 전지 어레이의 출력 전력 또한 증가한다.
상술한 실시예에 따르면, 지붕 설치면 상에 장방형의 태양 전지 모듈을 배치하기 위한 배치 방법에 있어서, 임의의 모듈 설치 방향이 결정되고, 태양 전지 모듈의 최대 배치 수가 그 방향으로의 열 단위로 산출되며, 최대 배치 가능 수를 갖는 태양 전지 모듈이 열 단위로 지붕 설치면의 중앙부에 배치되어, 태양 전지 모듈의 실질 지붕 점유율을 증가시킨다. 또한, 지붕의 외관을 손상시키지 않고 지붕면에 태양 전지 모듈을 배치하기 위한 배치 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 기술 사상과 범위로부터 벗어나지 않고도 다양한 상이한 실시예가 가능하며, 본 발명은 첨부된 청구 범위에서 한정된 바를 제외하고는 그 특정 실시예에 국한되지 않는다.

Claims (15)

  1. 한 표면 상에 장방형의 동일 크기를 갖는 태양 전지 모듈들을 배치하기 위한 배치 방법에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈들이 상기 표면 상에 배치될 수 있는 배치 범위를 결정하는 단계;
    상기 태양 전지 모듈들의 배치 방향을 결정하는 단계;
    상기 결정된 배치 범위내에서 상기 결정된 배치 방향으로 실질적으로 수평으로 일렬로 배치될 수 있는 상기 태양 전지 모듈들의 수를 산출하는 단계;
    일렬의 태양 전지 모듈들을 상기 산출된 수보다 크지 않은 수로 조합하여 태양 전지 모듈 그룹을 형성하는 단계; 및
    상기 태양 전지 모듈 그룹의 중앙을 상기 결정된 배치 범위내에서 상기 표면을 실질적으로 수직으로 양분(兩分)하는 선에 가까이 설치하도록 상기 태양 전지 모듈 그룹들을 배치하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배치 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배치 범위내에서 상기 결정된 배치 방향으로 실질적으로 수직으로 배치될 수 있는 상기 태양 전지 모듈 그룹들의 열의 수를 산출하는 단계를 더 포함하되,
    상기 수평-방향 산출 단계, 상기 형성 단계, 및 상기 배치 단계는 상기 산출된 열의 수보다 크지 않는 회수만큼 반복되는 것을 특징으로 하는 배치 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 태양 전지 모듈 그룹들의 중앙들을 상기 표면을 양분하는 선에 대해 좌우측으로 교대로 선정된 간격만큼 실질적으로 수평 시프팅하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시프팅 단계에서 상기 배치 범위로부터 벗어난 상기 태양 전지 모듈 그룹의 태양 전지 모듈을 제거하는 단계, 및 상기 태양 전지 모듈 그룹의 상기 중앙을 상기 표면을 양분하는 상기 선에 가까이 설치하고 인접 열에 대하여 적절한 간격만큼 상기 중앙을 시프트하도록 상기 태양 전지 모듈이 제거된 상기 태양 전지 모듈 그룹을 재배치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배치 방법.
  5. 청구항 1에 따른 배치 방법에 의해 표면 상에 배치되는 장방형의 동일 크기를 갖는 태양 전지 모듈 어레이에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈들은 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈 어레이.
  6. 제5항에 있어서, 각각이 상기 태양 전지 모듈들을 직렬로 접속함에 의해 형성되는 복수의 스트링과 상기 복수의 스트링이 병렬로 접속된 어레이가 전기적 접속에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈 어레이.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 스트링 중 적어도 하나는 나머지 스트링과는 상이한 수의 태양 전지 모듈들을 갖는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈 어레이.
  8. 제5항에 있어서, 상기 태양 전지 모듈은 건축 재료와 일체화되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈 어레이.
  9. 청구항 1에 따른 배치 방법에 의해 장방형의 동일 크기를 갖는 태양 전지 모듈 그룹이 배치된 태양 전지판 지붕(solar panel roof).
  10. 제9항에 있어서, 일반 루핑 재료(roofing material)가 태양 전지 모듈이 배치되지 않은 지붕 표면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양 전지판 지붕.
  11. 제9항에 있어서, 상기 태양 전지 모듈은 건축 재료와 일체화되는 것을 특징으로 하는 태양 전지판 지붕.
  12. 제11항에 있어서, 상기 건축 재료 일체형 태양 전지 모듈이 계단형 지붕(stepping roof)으로 되는 것을 특징으로 하는 태양 전지판 지붕.
  13. 청구항 5에 따른 태양 전지 모듈 어레이; 및
    상기 어레이로부터 공급된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
  14. 한 면 상에 배치된 장방형의 동일 크기를 갖는 태양 전지 모듈 어레이에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈들은 상기 면 상에 배치되어 실질적으로 수평 방향으로 복수의 열을 형성하고, 각 열의 중앙은 상기 면을 실질적으로 수직으로 양분하는 선에 가까이 설치되며, 상기 태양 전지 모듈들은 실질적으로 수평 방향으로의 시프트가 불규칙한 부분들을 부분적으로 갖는 것을 특징으로 갖는 태양 전지 모듈 어레이.
  15. 한 면 상에 배치된 장방형의 동일 크기를 갖는 태양 전지 모듈 어레이에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈들은 상기 면 상에 배치되어 실질적으로 수평 방향으로 복수의 열을 형성하고, 각 열의 중앙은 상기 면을 실질적으로 수직으로 양분하는 선에 가까이 설치되며, 적어도 하나의 열의 각각의 태양 전지 모듈의 수평측의 위치는 실질적으로 수평 방향의 인접 열의 각각의 태양 전지 모듈의 수평측의 위치에 대하여 시프트되는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈 어레이.
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