KR101081071B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents
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Abstract
태양광 발전장치가 개시된다. 태양광 발전장치는 제 1 전류 생성 능력을 가지는 제 1 태양전지 셀; 상기 제 1 태양전지 셀과 직렬로 연결되며, 상기 제 1 전류 생성 능력보다 작은 제 2 전류 생성 능력을 가지는 제 2 태양전지 셀; 및 상기 제 1 태양전지 셀 및 상기 제 2 태양전지 셀 상에 배치되며, 상기 제 2 태양전지 셀로 입사되는 광의 세기를 증가시키는 굴절부를 포함한다.
오목, 보호유리, 굴절, 보상
Description
실시예는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 빛에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전 모듈은 지구 환경의 보전에 기여하는 무공해 에너지를 얻는 수단으로 널리 사용되고 있다.
태양 전지의 광전 변환 효율이 개선됨에 따라, 태양광 발전 모듈을 구비한 많은 태양광 발전 시스템이 주거 용도로까지 설치되기에 이르렀다.
실시예는 향상된 효율을 가지는 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 제 1 전류 생성 능력을 가지는 제 1 태양전지 셀; 상기 제 1 태양전지 셀과 직렬로 연결되며, 상기 제 1 전류 생성 능력보다 작은 제 2 전류 생성 능력을 가지는 제 2 태양전지 셀; 및 상기 제 1 태양전지 셀 및 상기 제 2 태양전지 셀 상에 배치되며, 상기 제 2 태양전지 셀로 입사되는 광의 세기를 증가시키는 굴절부를 포함한다.
일 실시예에 따른 태양광 발전장치는 중앙 영역 및 상기 중앙 영역 주위에 배치되는 외곽 영역을 포함하는 지지기판; 상기 중앙 영역에 배치되는 제 1 태양전지 셀; 상기 외곽 영역에 배치되는 제 2 태양전지 셀; 및 상기 지지기판 상에 배치되며, 상기 제 1 태양전지 셀에 입사되는 태양광의 세기보다 상기 제 2 태양전지 셀에 입사되는 태양광의 세기를 증가시키는 굴절부를 포함한다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 굴절부를 사용하여, 전류 생성 능력이 낮은 태양전지 셀에 입사되는 광의 세기를 증가시킨다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 굴절부에 의해서, 각각의 태양전지 셀 사이의 전류 생성 능력의 차이를 보상한다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 각각의 태양전지 셀의 발전 효율 의 편차, 즉, 전류 생성 능력의 편차에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다.
특히, 외곽 영역의 태양전지 셀들은 중앙 영역의 태양전지 셀들보다 낮은 전류 생성 능력을 가질 수 있다. 이때, 굴절부는 중앙 영역을 향하여 입사되는 태양광을 굴절시켜서, 외곽 영역의 태양전지 셀들에 입사시킬 수 있다.
이에 따라서, 외곽 영역의 태양전지 셀들에 입사되는 광의 양이 더 증가되고, 외곽 영역의 태양전지 셀들의 낮은 전류 생성 능력이 보상된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 각각의 태양전지 셀의 성능의 편차를 보상하고, 전체적으로 향상된 발전효율을 가진다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 기판, 셀, 부, 층, 전극 또는 영역 등이 각 기판, 셀, 부, 층, 전극 또는 영역 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 분해 사시도이다. 도 2는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다. 도 3는 도 2 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다. 도 4는 태양전지 셀들의 일 단면을 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 태양전지 패널(10) 및 굴절부(20)를 포함한다.
상기 태양전지 패널(10)은 플레이트 형상을 가지며, 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환시킨다. 상기 태양전지 패널(10)은 지지기판(100) 및 다수 개의 태양전지 셀들(200)을 포함한다.
상기 지지기판(100)은 플레이트 형상을 가진다. 상기 지지기판(100)은 절연체이다. 상기 지지기판(100)은 리지드하거나 플렉서블할 수 있다. 상기 지지기판(100)은 예를 들어, 소다라임 글래스 기판일 수 있다. 또한, 상기 지지기판(100)은 상기 태양전지 셀들(200) 및 상기 보상부를 지지한다.
상기 지지기판(100)은 중앙 영역(CR) 및 외곽 영역(OR)을 포함한다. 더 자세하게, 상기 지지기판(100)은 상기 중앙 영역(CR) 및 상기 외곽 영역(OR)으로 구분된다.
상기 중앙 영역(CR)은 상기 지지기판(100)의 중앙 부분에 위치하고, 상기 외곽 영역(OR)은 상기 지지기판(100)의 외곽 부분에 위치한다. 상기 외곽 영역(OR)은 상기 중앙 영역(CR)의 주위를 둘러싼다.
상기 태양전지 셀들(200)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 태양전지 셀들(200)은 입사되는 태양광을 전기에너지로 변환시킨다. 또한, 상기 태양전지 셀들(200)은 일 방향으로 서로 나란히 연장되는 형상을 가질 수 있다.
상기 태양전지 셀들(200)은 상기 중앙 영역(CR) 및 상기 외곽 영역(OR)에 배치된다. 예를 들어, 상기 태양전지 셀들(200) 중 상기 중앙 영역(CR)에 대응하여 배치되는 태양전지 셀들(200)은 중앙 태양전지 셀들(201)이라고 지칭된다. 마찬가지로, 상기 태양전지 셀들(200) 중 상기 외곽 영역(OR)에 대응하여 배치되는 태양전지 셀들(200)은 외곽 태양전지 셀들(202)이라고 지칭된다.
즉, 상기 태양전지 셀들(200)은 상기 중앙 태양전지 셀들(201) 및 상기 외곽 태양전지 셀들(202)로 구분된다.
도 2에서는 상기 외곽 영역(OR)에는 최외곽 태양전지 셀들만 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 외곽 영역(OR)에는 상기 최외곽 태양전지 셀들을 포함하여, 최외곽으로부터 두 번째, 세 번째 또는 그 이상의 태양전지 셀들이 배치될 수 있다.
상기 태양전지 셀들(200)은 서로 다른 전류 생성 능력을 가질 수 있다. 여기서, 전류 생성 능력은 각각의 태양전지 셀(200)에 동일한 세기의 광이 조사될 때, 일정 시간 동안 각각의 태양전지 셀(200)이 생성하여 이동시키는 전하의 상대적인 양을 의미한다. 즉, 각각의 태양전지 셀(200)을 분리하여, 각각의 태양전지 셀(200)에 동일 세기로, 일정 시간 동안 광이 조사될 때, 각각의 태양전지 셀(200)에서 생성되는 전류의 비가 각각의 태양전지 셀(200)의 전류 생성 능력이다.
여기서, 태양전지 셀이 생성하는 전류의 상대적인 양은 상기 광 흡수층(300)에 입사된 광에 의해서 생성된 전하의 상기 윈도우(250)층(600) 및/또는 상기 이면전극(210)층(200)으로 이동되는 속도를 의미한다. 이때, 태양전지 셀이 생성하는 전류의 세기는 전하의 이동도 및 생존시간(life time) 등과 관련이 있다. 즉, 전하의 이동도가 높을수록, 전하의 생존시간이 길수록 셀이 생성하는 전류의 세기가 커 진다.
또한, 각각의 태양전지 셀(200)의 단위 면적당 전류 생성 능력은 서로 다를 수 있다. 즉, 각각의 태양전지 셀(200)의 단위 면적당 전류 생성 능력은 각각의 태양전지 셀(200)이 배치되는 위치에 따라서 달라질 수 있다.
여기서, 단위 면적당 전류 생성 능력은 각각의 태양전지 셀(200)의 전류 생성 능력을 각각의 태양전지 셀(200)의 평면적으로 나눈 값을 의미한다.
예를 들어, 상기 중앙 태양전지 셀들(201)은 높은 전류 생성 능력을 가지고, 상기 외곽 태양전지 셀들(202)은 낮은 전류 생성 능력을 가질 수 있다.
더 자세하게, 상기 지지기판(100)의 외곽에서 중앙부분으로 갈수록 상기 태양전지 셀들(200)은 점차적으로 높은 전류 생성 능력을 가질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지 셀들(200)은 CIGS계 태양전지일 수 있다. 이와는 다르게, 상기 태양전지 셀들(200)은 실리콘 박막 태양전지 등 다양한 구조의 태양전지 일 수 있다.
예를 들어, 상기 태양전지 셀(200)은 이면전극(210), 광 흡수부(220), 버퍼(230), 고저항 버퍼(240) 및 윈도우(250)를 포함할 수 있다.
상기 이면전극(210)은 상기 지지기판(100) 상에 배치된다. 상기 이면전극(210)은 도전층이며, 상기 이면전극(210)으로 사용되는 물질의 예로서는 몰리브덴 등을 들 수 있다.
상기 이면전극(210)은 두 개의 층으로 형성될 수 있다. 이때, 각각의 층은 서로 같은 금속으로 형성되거나, 서로 다른 금속으로 형성될 수 있다.
상기 광 흡수부(220)는 상기 이면전극(210) 상에 배치된다. 상기 광 흡수부(220)는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ족계 화합물을 포함한다. 예를 들어, 상기 광 흡수부(220)는 구리-인듐-갈륨-셀레나이드계(Cu(In,Ga)Se2;CIGS계) 결정 구조, 구리-인듐-셀레나이드계 또는 구리-갈륨-셀레나이드계 결정 구조를 가질 수 있다.
상기 광 흡수부(220)의 에너지 밴드갭(band gap)은 약 1eV 내지 1.8eV일 수 있다.
상기 버퍼(230)는 상기 광 흡수부(220) 상에 배치된다. 상기 버퍼(230)는 상기 광 흡수부(220)에 직접 접촉한다. 상기 버퍼(230)는 황화 카드뮴(CdS)을 포함한다. 상기 버퍼(230)는 황화 카드뮴으로 이루어질 수 있다.
상기 고저항 버퍼(240)는 상기 버퍼(230) 상에 배치된다. 상기 고저항 버퍼(240)는 불순물이 도핑되지 않은 징크 옥사이드(i-ZnO)를 포함한다. 상기 고저항 버퍼(240)의 에너지 밴드갭은 약 3.1eV 내지 3.3eV이다.
상기 윈도우(250)는 상기 고저항 버퍼(240) 상에 배치된다. 상기 윈도우(250)는 투명하며, 도전층이다. 상기 윈도우(250)로 사용되는 물질의 예로서는 알루미늄이 도핑된 징크 옥사이드(Al doped ZnO;AZO) 등을 들 수 있다.
상기 태양전지 셀들(200)은 서로 직렬로 연결된다. 예를 들어, 하나의 태양전지 셀의 이면전극(210)과 인접하는 태양전지 셀의 윈도우(250)가 연결되는 방식으로, 서로 인접하는 태양전지 셀들(200)이 서로 직렬로 연결된다.
상기 태양전지 셀들(200)을 형성하는 공정에서, 각각의 층이 불균일하게 증착되기 때문에, 상기 태양전지 셀들(200)이 서로 다른 전류 생성 능력을 가질 수 있다. 즉, 각각의 태양전지 셀(200)의 광 흡수부(220), 버퍼(230), 고저항 버퍼(240) 및 윈도우(250)의 두께가 달라지기 때문에, 각각의 태양전지 셀(200)은 서로 다른 전류 생성 능력을 가질 수 있다.
또한, 각각의 태양전지 셀(200)의 광 흡수부(220), 버퍼(230), 고저항 버퍼(240) 및 윈도우(250)의 디펙 밀도가 달라지기 때문에, 각각의 태양전지 셀(200)은 서로 다른 전류 생성 능력을 가질 수 있다. 여기서, 상기 디펙밀도는 각각의 층에 형성되는 단위 면적당 디펙의 개수이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 굴절부(20)는 상기 태양전지 셀들(200) 상에 배치된다. 상기 굴절부(20)는 상기 외곽 태양전지 셀들(202)에 입사되는 광의 세기를 증가시킬 수 있다. 상기 굴절부(20)는 상기 중앙 태양전지 셀들(201)을 향하여 입사되는 광의 일부를 상기 외곽 태양전지 셀들(202)을 향하여 굴절시킬 수 있다.
즉, 상기 굴절부(20)는 높은 전류 생성 능력을 가지는 태양전지 셀에 입사되는 태양광의 일부를 굴절시켜서, 낮은 전류 생성 능력을 가지는 태양전지 셀에 입사시킬 수 있다.
상기 굴절부(20)는 곡면을 포함한다. 더 자세하게, 상기 굴절부(20)는 오목한 면을 포함한다.
예를 들어, 상기 굴절부(20)는 투명 플레이트 또는 보호 유리를 포함할 수 있다. 즉, 상기 굴절부(20)는 오목한 상면 및 오목한 하면을 포함하는 투명 플레이트 또는 보호 유리일 수 있다. 따라서, 상기 굴절부(20)는 외부의 물리적인 충격 및/또는 이물질로부터 상기 태양전지 셀들(200)을 보호한다. 상기 굴절부(20)는 투 명하며, 예를 들어, 강화 유리를 포함할 수 있다.
상기 굴절부(20)의 중앙 부분의 두께(T1)는 외곽 부분의 두께(T2)보다 더 얇을 수 있다. 즉, 상기 굴절부(20)의 상기 중앙 영역(CR)에 대응하는 부분의 두께는 상기 외곽 영역(OR)에 대응하는 부분의 두께보다 더 얇을 수 있다.
또한, 상기 굴절부(20)는 중앙 부분에서 외곽 부분으로 갈수록 점차적으로 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 굴절부(20)는 오목 렌즈 형상을 가질 수 있다.
상기 굴절부(20) 및 상기 태양전지 패널(10) 사이에는 에바(ethylene vinylene acetate;EVA) 필름이 개재된다. 상기 에바 필름은 상기 보호유리 및 상기 태양전지 셀들(200) 사이에서 완충 기능을 수행한다.
또한, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 태양전지 패널(10) 및 상기 굴절부(20)를 수용하는 프레임을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 굴절부(20)에 의해서, 상기 태양전지 셀들(200) 사이의 전류 생성 능력의 차이를 보상할 수 있다. 즉, 상기 굴절부(20)는 오목한 면을 포함하기 때문에, 상기 중앙 영역(CR)을 향하여 입사되는 광의 일부를 상기 외곽 영역(OR)으로 굴절시킬 수 있다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 굴절부(20)를 사용하여, 전류 생성 능력이 낮은 태양전지 셀에 입사되는 광의 세기를 증가시킨다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 굴절부(20)에 의해서, 각각의 태양전지 셀(200) 사이의 전류 생성 능력의 차이를 보상한다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 각각의 태양전지 셀(200)의 발전 효율의 편차, 즉, 전류 생성 능력의 편차에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다.
특히, 상기 외곽 태양전지 셀들(202)은 상기 중앙 태양전지 셀들(201)보다 낮은 전류 생성 능력을 가질 수 있다. 이때, 상기 굴절부(20)는 상기 중앙 영역(CR)을 향하여 입사되는 태양광을 굴절시켜서, 상기 외곽 영역(OR)의 태양전지 셀들(200)에 입사시킬 수 있다.
이에 따라서, 상기 외곽 태양전지 셀들(202)에 입사되는 광의 양이 더 증가되고, 상기 외곽 태양전지 셀들(202)의 낮은 전류 생성 능력이 보상된다.
따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 각각의 태양전지 셀(200)의 성능의 편차를 보상하고, 전체적으로 향상된 발전효율을 가진다.
즉, 서로 직렬로 연결되는 태양전지 셀들(200) 사이에 흐르는 전체 전류의 세기는 낮은 전류 생성 능력을 가지는 태양전지 셀에 의해서 결정된다. 이때, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 굴절부(20)에 의해서, 상기 외곽 태양전지 셀들(202)의 낮은 발전 효율(예를 들어, 낮은 전류 생성 능력)을 보상한다. 즉, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 상기 외곽 태양전지 셀들(202)에 입사되는 광의 세기를 증가시켜서, 낮은 발전 효율을 보상한다.
이에 따라서, 실시예에 따른 태양광 발전장치는 전체적으로 높은 발전 효율을 가진다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아 가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 태양광 발전장치를 도시한 평면도이다.
도 3는 도 2 에서 A-A`를 따라서 절단한 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 태양전지 셀들의 일 단면을 도시한 단면도이다.
Claims (9)
- 제 1 전류 생성 능력을 가지는 제 1 태양전지 셀;상기 제 1 태양전지 셀과 직렬로 연결되며, 상기 제 1 전류 생성 능력보다 작은 제 2 전류 생성 능력을 가지는 제 2 태양전지 셀; 및상기 제 1 태양전지 셀 및 상기 제 2 태양전지 셀 상에 배치되며, 상기 제 2 태양전지 셀로 입사되는 광의 세기를 증가시키는 굴절부를 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 굴절부는 오목한 면을 포함하는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 굴절부는 오목한 상면 및 오목한 하면을 가지는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 굴절부는 중앙 부분에서 외곽 부분으로 갈수록 더 두꺼운 두께를 가지는 태양광 발전장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 굴절부는 보호유리 또는 투명 플레이트인 태양광 발전장치.
- 중앙 영역 및 상기 중앙 영역 주위에 배치되는 외곽 영역을 포함하는 지지기판;상기 중앙 영역에 배치되는 제 1 태양전지 셀;상기 외곽 영역에 배치되는 제 2 태양전지 셀; 및상기 제 1 태양전지 셀 및 상기 제 2 태양전지 셀 상에 배치되는 굴절부를 포함하고,상기 굴절부는 상기 제 1 태양전지 셀에 입사되는 태양광의 세기보다 상기 제 2 태양전지 셀에 입사되는 태양광의 세기를 더 증가시키는 태양광 발전장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 굴절부는 오목렌즈 형상을 가지는 태양광 발전장치.
- 제 6 항에 있어서, 상기 굴절부의 상기 중앙 영역에 대응하는 부분의 두께는 상기 외곽 영역에 대응하는 부분의 두께보다 더 작은 태양광 발전장치.
- 삭제
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