KR100934358B1

KR100934358B1 - 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조

Info

Publication number: KR100934358B1
Application number: KR1020090068659A
Authority: KR
Inventors: 김용식; 이진섭
Original assignee: (주) 비제이파워
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2029-07-28

Abstract

본 발명은 태양 전지 모듈의 효율을 향상시키기 위하여 태양 전지의 전면에 설치되는 프리즘 유리 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양 전지 모듈의 전면으로 입사되는 빛을 태양 전지 쪽으로 반사와 굴절시키도록 형성된 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조에 관한 것이다.

본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조는 태양 빛을 투과시켜 태양 빛이 태양 전지에 도달하게 하고 외부로부터 태양 전지를 보호하는 전면 투명 유리와; 태양 빛에 의해 전력을 생산하는 다수 개의 태양 전지와; 뒷면에서 태양 전지를 보호하고 뒷면에서 태양 빛을 반사하여 발전 효율을 높이는 후면 시트을 포함하여 이루어지고, 상기 전면 투명 유리는 상부 표면에 프리즘 효과를 발생시키는 일정한 형상의 굴곡이 있는 것을 특징으로 하여 이루어진다.

본 발명에 의한 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조는 프리즘 원리에 의해 빛의 흡수 효율을 높여 태양 전지 모듈의 발전 효율이 높아지는 효과가 있고 경제적인 발전이 가능하게 한다. 또한, 프리즘 유리 수면을 엠보싱 처리함으로써 빛의 포집(집중) 현상을 방지하며, 빛이 분산되므로 단위 면적당 비슷한 양의 빛이 태양전지에 도달하도록 하는 효과가 있다.

태양 전지, 태양 전지 모듈, 프리즘 유리 구조, 태양 전지 모듈 프리즘 유리 구조

Description

태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조 {A Prism Glass Structure for Enhancing the Performance of Sollar Cell Module}

본 발명은 태양 전지 모듈의 효율을 향상시키기 위하여 태양 전지 모듈의 전면에 설치되는 프리즘 유리 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양 전지 모듈의 전면에서 반사되는 빛을 다시 태양 전지 쪽으로 반사와 굴절시키도록 형성된 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조에 관한 것이다

일반적으로, 태양 전지는 p-n접합으로 구성된 다이오드로서, 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양한 종류로 구분된다. 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 태양 전지는 결정질 기판형 태양 전지와, 비정질의 박막형 태양 전지로 구분된다. 이외에도 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양 전지, 염료감응 태양 전지, 유기 태양 전지 등이 있다.

태양 전지에서 생성되는 전기량은 빛의 양에 비례한다. 따라서, 태양 전지 모듈의 효율을 높이기 위해서는 태양 전지의 전면으로 입사되는 빛을 최대한 태양 전지 쪽으로 흡수되게 하여 빛의 반사에 의한 손실을 최소화시켜 빛을 최대한 흡수할 수 있는 구조가 필요하다.

그러나, 기존의 태양 전지 모듈은 도 5에서 보는 바와 같이 태양 전지 모듈의 전면 투명 유리(505)가 평면으로 되어 있어, 태양 전지 모듈로 입사한 빛(501)이 태양전지에 입사는 되지만, 입사각이 커질수록 반사되는 빛의 양이 증가하게 되어 태양 전지 모듈 밖으로 빠져나가 버리는 현상이 발생하게 되고, 이로 인해, 태양 전지 모듈의 효율이 저하되는 문제점이 있어 이에 대한 개선이 절실히 요구되고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 '태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조'는 피라미드 구조에 의해 태양 전지 모듈의 전면 투명 유리가 프리즘 효과를 내어 빛의 흡수 효과를 높일 수 있도록 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명에 의한 '태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조'는 태양 빛을 투과시켜 태양 빛이 태양 전지에 도달하게 하고, 외부로 태양 전지를 보호하는 전면 투명 유리와; 태양 빛에 의해 전력을 생산하는 다수 개의 태양 전지와; 뒷면에서 태양 전지를 보호하고 뒷면에서 태양 빛을 반사하여 발전 효율을 높이는 후면 시트 (Back Sheet)을 포함하여 이루어지고, 상기 전면 투명 유리는 상부 표면에 프리즘 효과를 발생시키는 일정한 형상의 굴곡이 있는 것을 특징으로 하여로 이루어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 '태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조'는 프리즘 원리에 의해 빛의 흡수 효율이 높아 기존 태양 전지 모듈에 비해 발전 효율이 높아지는 효과가 있어, 경제적인 발전이 가능하게 한다. 또 한, 프리즘 유리 수면을 엠보싱 처리함으로써 빛이 분산되므로 빛이 포집(집중)되는 현상을 방지할 수 있고, 단위 면적당 비슷한 양의 빛이 태양 전지에 도달되도록 하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 '태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조'에 대한 바람직한 실시 예를 이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다음의 실시 예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1a 및 도 1b는 굴절률이 적은 매질에서 굴절률이 큰 매질로 입사하는 경우의 입사각, 반사각, 굴절각에 대해 정의한 윈리도이며,

도 2a 및 도 2b는 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 적은 매질로 입사하는 경우의 입사각, 반사각, 굴절각에 대해 정의한 윈리도이며,

도 3은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 적은 매질로의 빛의 이동할 때, 입사각의 변화에 따라 전반사 효과를 나타낸 굴절각의 변화도이며,

도 4는 입사각에 따른 반사률의 변화를 나타낸 입사각 대 반사률 변화도이며,

도 5는 전면의 투명 유리가 평면으로 이루어진 기존 태양 전지 모듈의 단면도이다.

도 6은 전면 투명 유리가 피라미드형으로 이루어진 태양 전지 모듈의 단면도 이며,

도 7은 피라미드형으로 이루어진 전면 투명 유리에서 여러 가지 경로로 빛이 굴절과 반사를 하는 모양을 나타내는 굴절도이며,

도 8은 태양 전지와 맞닿는 면이 엠보싱 처리된 전면 투명 유리의 단면도이며,

도 9는 입사면이 둔각 사다리꼴을 이룬 전면 투명 유리의 단면도이며,

도 10은 입사면이 반원형을 이룬 전면 투명 유리의 단면도이며,

도 11은 입사면이 골판지형을 이루고, 골판지의 머리 및 골이 반원형을 이룬 전면 투명 유리의 단면도이다.

도 1a, 도 1b, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 빛(101)이 한 매질에서 다른 매질로 전파해 갈 때, 경계면에서 일부 빛(103)이 진행 방향을 바꾸어 원래의 매질쪽으로 되돌아 오는 현상을 반사라고 하며, 빛(101)이 서로 다른 매질(媒質)의 경계면을 지나면서 빛(105)의 진행 방향이 바뀌는 현상을 빛의 굴절이라고 한다. 굴절률은 진공 속에서의 빛의 속도에 대한 매질 내에서의 빛의 속도 비율로서 정의되며, 이를 절대 굴절률이라 한다. 또한, 빛이 매질 A에서 매질 B쪽으로 진행할 때, 매질 B에 절대 굴절률을 b, 매질 A에 대한 절대 굴절률을 a라고 하면, 매질 B의 매질 A에 대한 상대 굴절률은 b/a이다. 특정한 파장의 빛이 특정한 매질을 통과하는 빛의 굴절률은 매질마다 고유한 값을 갖는다.

도 3은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 적은 매질로의 빛의 이동에서 입사각의 변화에 따라 전반사 효과를 나타낸 굴절각의 변화도이며, 일정한 각(303) 이상 이 되면 전반사가 일어남을 나타낸 것이다.

일반적으로 프리즘(prism)은 삼각기둥 모양으로 유리를 가공한 것으로 평행광선이 입사했을 때 이를 두 번 굴절시켜 평행 광선으로 내보내거나, 빛을 확산시켜 내보내는 광학기구로, 경우에 따라서는 프리즘은 두 개 이상의 광학적 평면을 가진 투명체로서 이루어지고, 적어도 한 쌍의 면은 평행은 아닌 것을 말한다. 일반적으로 이러한 프리즘을 통과할 때, 빛은 입사각(θ_i)보다 프리즘을 투과하는 굴절각(θ_t)이 더욱 커져서 무지개처럼 분산되는 분산효과가 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 굴절률이 적은 매질에서 굴절률이 큰 매질쪽으로 빛(101)이 진행할 때, 일부 빛(103)은 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 일부(105)는 입사각보다 작은 굴절각으로 굴절되어 투과함을 나타내고 있다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 적은 매질쪽으로 빛(201)이 진행할 때, 일부 빛(203)은 입사각과 동일한 반사각으로 반사되고, 일부(205)는 입사각보다 큰 굴절각으로 굴절되어 투과함을 나타내고 있다.

도 3을 참조하면, 입사각을 점차 증가시켜가면, 입사각(θ_i)이 일정 각도(303)가 되면 굴절각이 90도가 된다. 이때의 입사각을 임계각(θ_c)이라 한다. 임계각 이상에서는 입사된 빛(305)은 모두 반사되는 전반사가 일어난다.

도 4를 참조하면, 도 1a 및 도 1b에서와 같이 입사각을 점차 증가시켜 갈 때, 입사한 빛(101)에서 투과되지 못하고 반사하는 빛(103)의 비율(401)을 나타낸 것으로 입사각이 커질수록 점차 반사되는 빛의 양은 지수함수적으로 증가하고 있음 을 나타내고 있다.

도 5를 참조하면, 태양 전지의 전면부에는 전면 투명 유리(505)가 설치되어 햇빛을 흡수하고, 투명 유리(505)를 통과한 빛이 태양 전지(507)에서 전기를 발생시킨다. 일부 빛은 후면 시트(509)에서 전면으로 반사되어 태양 전지(507)에서 다시 흡수되게 한다. 이때, 입사된 입사각(501)이 65도일 경우, 도 4를 참조하면, 입사광의 약 14%가 태양 전지로 입사되지 못하고 반사된다.

도 6을 참조하면, 도 6과 같이 전면 투명 유리(609)의 꼭지각이 90도인 피라미드형으로 만들면, 입사면의 입사각은 (65도 - 45도 = 20도) 20도가 된다. 도 4를 참조하면, 20도에서의 반사율은 약 5%가 되고, 약 9% 정도 빛의 흡수 효율이 높아진다. 뿐만 아니라, 도 5와 같이, 평면 투명 유리를 가진 태양 전지 모듈에서는 입사한 빛 중에서도 일부는 태양 전지 표면에서 다시 반사가 일어나, 전면 투명 유리(505) 밖으로 달아나는 빛이 있어 효율이 저하한다. 그러나, 도 6과 같이 전면 투명 유리(609)가 피라미드 구조로 되어 있으면, 프리즘 원리에 의해 반사된 빛도 도 7과 같이 내부 태양 전지에서 반사된 빛도 굴절을 통해(705) 다시 흡수되어 태양 광의 흡수 효율이 높아진다.

도 8은 전면 투명 유리 구조(801)의 다른 실시 예로, 이러한 프리즘 원리에 의한 빛의 흡수 효율을 극대화시키고자 전면 투명 유리(801)가 태양 전지와 맞닿는 면을 엠보싱 처리(803)하여 빛의 포집(집중) 현상을 방지하며, 빛이 분산되므로 단위 면적당 비슷한 양의 빛이 태양전지에 도달하여 태양전지 모듈의 효율을 극대화한다.

도 9는 전면 투명 유리 구조의 또 다른 실시 예로, 입사면이 둔각의 사다리꼴 형태(901)를 이루고 있어, 프리즘 원리에 의한 흡수 효율을 극대화한다.

도 10은 전면 투명 유리 구조의 또 다른 실시 예로, 입사면이 반원 형태의 원주형(1001)을 이루고 있어, 프리즘 원리에 의해 흡수 효율을 극대화한다.

도 11은 전면 투명 유리 구조의 또 다른 실시 예로, 입사면이 골판지 형태(1101)를 이루고 있고, 골과 산은 반원형으로 되어 있어, 프리즘 원리에 의해 흡수 효율을 극대화한다.

태양 전지모듈 원가에서 전면 투명 유리가 차지하는 비율은 약 4%정도이므로, 전면 투명 유리의 단면을 피라미드형으로 함으로 해서 증가하는 제조비용은 전체 모듈에서 차지하는 비율이 크게 차이가 없다.

상기 골판지형, 사다리꼴형, 반원형 및 피라미드형의 실시 예에서 형상의 굴곡간의 간격은 0.5mm 내지 10mm가 바람직하다.

도 3은 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 적은 매질로의 빛의 이동에서 입사각의 변화에 따라 전반사 효과를 나타낸 굴절각의 변화도이며,

도 6은 전면 투명 유리가 피라미드형으로 이루어진 태양 전지 모듈의 단면도이며,

도 7은 피라미드형으로 이루어진 전면 투명 유리에서 여러 가지 경로로 빛이 굴절과 반사하는 모양을 나타내는 굴절도이며,

Claims

삭제
삭제
전면 투명 유리를 가진 태양 전지 모듈에 있어서, 태양 빛을 투과시켜 태양 빛이 태양 전지에 도달하게 하고 외부로 태양 전지를 보호하는 전면 투명 유리와;

태양 빛에 의해 전력을 생산하는 다수 개의 태양 전지와;

뒷면에서 태양 전지를 보호하고 뒷면에서 태양 빛을 반사하여 발전 효율을 높이는 후면 시트을 포함하여 이루어지고,

상기 전면 투명 유리는 상부 표면에 빛의 분산 효과를 발생시키는 일정한 형상의 굴곡이 있으며,

상기 굴곡의 간격은 0.5mm 내지 10mm이고,

상기 전면 투명 유리의 하부면은 빛의 분산 효과를 향상시키기 위하여 표면이 엠보싱으로 처리된 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조.
제 3 항에 있어서, 상기 전면 투명 유리의 상부 표면은 빛의 분산 효과를 발생시키기 위하여 표면의 단면 형상이 피라미드 형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조.
제 3 항에 있어서, 상기 전면 투명 유리의 상부 표면은 빛의 분산 효과를 발생시키기 위하여 표면의 단면 형상이 사다리꼴로 되어 있는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조.
제 3 항에 있어서, 상기 전면 투명 유리의 상부 표면의 단면 형상이 반원형인 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈의 효율 향상을 위한 프리즘 유리 구조.
삭제