KR101128399B1 - 학습교구용 태양전지 모듈 - Google Patents

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정 욱 한
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Abstract

본 발명은 태양전지의 전극을 직렬 또는 병렬로 용이하게 배치하여 탈착할 수 있고, 배열되는 수에 따라 전압과 전류의 변화를 용이하게 관찰할 수 있도록 하여 태양 에너지에 대한 관심을 고취시킬 수 있는 학습교구용 태양전지 모듈에 관한 것으로, 프레임과, 프레임의 상면에 접합되는 태양전지 패널과, 프레임에 마련되며 프레임이 연속적으로 접합되어 배열되도록 서로 이웃하는 프레임을 상호 결합시키는 프레임 결합부재를 포함한다.

Description

학습교구용 태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 학습교구용 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지의 전극을 직렬 또는 병렬로 용이하게 배치하여 탈착할 수 있고, 배열되는 수에 따라 전압과 전류의 변화를 용이하게 관찰할 수 있도록 하여 태양 에너지에 대한 관심을 고취시킬 수 있는 학습교구용 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전지(PV) 또는 태양 전지는 태양광을 직류(DC) 전력으로 변환시키는 물질 접합 소자들이다. 접합부(junction)는 광-전압을 생성하는 한편, 소자의 면적(area) 및 다른 파라미터는 이용 가능한 전류를 결정한다.
실제적인 솔라 패널(solar panel)은 필요한 양의 전력을 공급하도록 그리고 다른 적용 파라미터들을 최적화하도록 그 면적이 결정된다. 솔라 패널은 제조 비용의 최소화를 위한 다양한 제조상의 제한을 통해 최적화된 크기를 가지는 다수의 태양 전지를 함께 타일작업(tiling)함으로써 구성된다. 사용되는 각 태양 전지의 개체수는 패널 작동 전압과 전류(I) 사이의 상쇄 효과에 의해 결정된다.
PV 시스템의 일 예는 일반적으로 직접적인 사용을 위해 전력을 공급하거나 로컬 스토리지(local storage)를 구비하는 독립형(stand-alone) 시스템을 포함한다. 다른 타입의 PV 시스템은 임의의 종래 유틸리티 그리드(utility grid)와 양립(compatible)할 수 있는 교류(AC)를 생성하기 위해 적절한 전력 변환 장비를 가지는 종래의 유틸리티 그리드에 연결된다. 전체적으로, PV 시스템은 원격지용도, 항해를 위한 배터리 충전, 원격통신장비, 그리고 계산기, 시계, 라디오 등의 사용자 전자 장치와 같은 다양한 용도를 위한 전력을 생성할 수 있다.
통상적인 PV 전지는, n-타입 실리콘을 상부에 구비함으로써 전기장을 형성하는 p-n 접합부를 형성하고 두께가 통상적으로 약 0.3 mm 미만인 p-타입 실리콘 웨이퍼 또는 시트를 포함한다.
아울러, 솔라 모듈(solar module)은 원하는 전력 출력을 위해 적절한 크기를 가지며 원하는 작동 전압 및 전류를 달성하기 위해 배선된 솔라 패널(solar panel)을 형성하기 위해 보호 필름 및 캐리어 유리에 정렬되고 접합된 다수의 PV 전지를 타일 작업함으로써 형성된다.
이와 같은 기존의 솔라 모듈은 상호 결합하여 배열하기 위해서는 볼트, 나사, 접착 등을 이용하여 결합하여야 하므로, 한 번 조립하게 되면 분해하기가 매우 어려워 그 조립성이 현저하게 저하될 뿐만 아니라, 그 배열을 다양하게 할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지의 전극을 직렬 또는 병렬로 용이하게 배치하여 탈착할 수 있으므로, 그 조립성이 향상될 뿐만 아니라, 전압과 전류의 변화를 용이하게 관찰할 수 있어 태양 에너지에 대한 관심을 고취시킬 수 있는 있는 학습교구용 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은, 프레임과, 프레임의 상면에 접합되는 태양전지 패널과, 프레임에 마련되며 프레임이 연속적으로 접합되어 배열되도록 서로 이웃하는 프레임을 상호 결합시키는 프레임 결합부재를 포함한다.
여기서, 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은 태양전지 패널과 접속되도록 프레임에 마련되며, 결합되는 프레임을 전기적으로 접속시키는 전극부재를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은 태양전지 패널을 보호함과 동시에 태양전지 패널 및 전극부재를 프레임에 고정시키는 보호부재를 더 포함한다.
또한, 보호부재는 투명한 수지인 것을 특징으로 한다.
또한, 프레임 결합부재는, 자성체와, 자성체가 삽입되어 고정되도록 프레임에 형성되는 고정홈부를 포함한다.
또한, 고정홈부는 프레임의 상면 테두리부를 따라 복수개 형성된다.
또한, 프레임 결합부재는, 프레임에 형성되는 삽입홈부와, 삽입홈부에 삽입되어 걸리도록 프레임에 형성되는 걸림부를 포함한다.
또한, 프레임 결합부재는, 프레임의 측면에 형성되는 오목부와, 오목부에 삽입되어 고정되도록 프레임에 형성되는 볼록부를 포함한다.
또한, 전극부재는, 프레임의 일 측면을 커버하는 제1 도전부와, 제1 도전부의 양단에서 절곡되어 프레임의 다른 측면 일부를 커버하는 제2 도전부를 포함한다.
또한, 전극부재는, 태양전지 패널에 접속되도록 프레임의 상면으로 연장형성되는 제3 도전부를 더 포함한다.
또한, 프레임은 제1 도전부에 의해 대응되는 일 측면에 (+)극, (-)극이 각각 형성되며, 제2 도전부에 의해 대응되는 다른 측면에 (+)극과 (-)극이 함께 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은 태양전지의 차성체를 이용한 프레임 결합부재에 의해 전극부재가 직렬 또는 병렬로 용이하게 탈착되므로, 그 조립성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은 직렬 또는 병렬로 용이하게 탈착되므로, 전압과 전류의 변화를 용이하게 관찰할 수 있어 태양 에너지에 대한 관심을 고취시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 학습교구용 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈이 직렬로 연결된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈이 병렬로 연결된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 프레임 결합부재의 변형된 형태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 프레임 결합부재의 또 다른 변형된 형태를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 패널 모듈 및 이의 제조방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 학습교구용 태양전지 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈이 직렬로 연결된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 학습교구용 태양전지 모듈이 병렬로 연결된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 따른 학습교구용 태양전지 모듈은 프레임(10)과, 태양전지 패널(20)과, 프레임 결합부재(30)를 포함한다.
또한, 학습교구용 태양전지 모듈은 전극부재(40) 및 보호부재(50)를 더 포함하여 구성된다.
프레임(10)은 전극부재(40)의 접촉이 원활하게 이루어질 수 있도록 사각 형태로 형성되며, 상면에 태양전지 패널(20)이 결합된다. 이러한 프레임(10)은 사용자의 필요에 따라 다양한 형태 예를 들어 5각형 이상 또는 3각형 이하로 변형될 수도 있다.
태양전지 패널(20)은 박판(薄板)으로 형태의 솔라(Solar) 전지가 사용되며, 프레임(10)의 상면에 좌우로 연속되게 배열된다. 이때, 태양전지 패널(20)은 그 가장 자리가 서로 접하도록 배치되어 전기적으로 서로 연결된다.
또한, 태양전지 패널(20)은 0.5V의 전압이 발생되도록 배열된다. 태양전지 패널(20)의 전압 발생은 0.5V에 한정되는 것이 아니며, 사용자의 필요에 따라 다양하게 변화될 수도 있다.
프레임 결합부재(30)는 프레임(10)에 마련되며 프레임(10)이 연속적으로 접합되어 배열되도록 서로 이웃하는 프레임을 상호 결합시키게 된다.
이를 위하여 프레임 결합부재(30)는 프레임(10)에 결합되는 자성체(31)와, 이 자성체(31)가 고정되도록 프레임(10)의 상면에 형성되는 고정홈부(33)를 포함한다.
자성체(31)는 프레임(10)의 대응되는 양 측면 예를 들어 좌측 및 우측이 서로 다른 극성을 가지도록 프레임(10)에 결합된다. 이로 인하여, 서로 다른 극성을 띠는 자성체(31)의 자력에 의해 어느 하나의 프레임(10) 좌측면과 다른 하나의 프레임(10) 우측면이 상호 접합된다.
또한, 자성체(31)는 프레임(10)의 대응되는 양 측면 예를 들어 정면 및 배면이 서로 다른 극성을 가지도록 프레임(10)에 결합된다.
이와 같이 자성체(31)를 프레임(10)의 테두리부에 서로 다른 극성을 가지도록 결합함으로써, 프레임(10)을 좌, 우측 방향 또는 정, 배면측 방향으로 연속되게 결합할 수 있게 된다.
본 실시 예에 따른 자성체(31)로는 영구자석인 네오디움 자석이 사용될 수 있다.
자성체(31)가 결합되는 고정홈부(33)는 프레임(10)의 상면 테두리 방향을 따라 형성된다. 이때, 고정홈부(33)의 내면에는 자성체(31)가 안정되게 고정될 수 있도록 자성체(31)의 상면을 지지하는 지지돌기(35)가 돌출 형성된다.
자성체(31)에 의해 상호 접합되는 프레임(10)의 태양전지 패널(20)을 전기적으로 접속시키기 위한 전극부재(40)는 프레임(10)이 접합되는 방향에 따라 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있도록 형성된다. 예를 들어 전극부재(40)는 프레임(10)이 좌, 우측 방향으로 연속되게 결합되면 학습교구용 태양전지 모듈을 직렬로 연결시키고, 프레임(10)이 정, 배면측 방향으로 연속되게 결합되면 학습교구용 태양전지 모듈을 병렬로 연결시킨다.
이를 위하여, 전극부재(40)는 제1 도전부(41)와, 제2 도전부(43) 및 제3 도전부(45)를 포함하며, 프레임(10)의 대응되는 양 측면에 각각 결합된다. 이때, 어느 하나의 전극부재(40)는 태양전지 패널(20)의 (-)극에 연결되어 (-)극성을 띠게 되고, 이와 대응되는 다른 하나의 전극부재(40)는 태양전지 패널(20)의 (+)극에 연결되어 (+)극성을 띠게 된다.
또한, 전극부재(40)의 제1 도전부(41)는 프레임(10)의 좌측 및 우측면을 커버하도록 프레임(10)에 접합된다. 이와 같은 제1 좌측 및 우측면을 완전하게 커버하는 제1 도전부(41)에 의해 프레임(10)을 좌, 우측 방향으로 연속되게 접합하게 되면 학습교구용 태양전지 모듈이 직렬로 연결된다.
또한, 전극부재(40)의 제2 도전부(43)는 제1 도전부(41)의 양단에서 절곡되어 프레임(10)의 정면 및 배면을 커버하게 된다. 이와 같은 제2 도전부(43)에 의해 프레임(10)의 정면 및 배면에 (+)극과 (-)극이 함께 형성되므로, 프레임(10)을 정, 배면측 방향으로 연속되게 접합하게 되면 학습교구용 태양전지 모듈이 병렬로 연결된다.
또한, 전극부재(40)의 제3 도전부(45)는 프레임(10)의 상면에 위치되어 태양전지 패널(20)과 전기적으로 접속된다. 이를 위하여 제3 도전부(45)는 제1 도전부(41)의 상단에서 프레임(10)의 내측으로 연장 형성되며, 태양전지 패널(20)의 하면에 위치된다.
한편, 프레임(10)의 상면에 결합되는 태양전지 패널(20), 프레임 결합부재(30) 및 제3 도전부(45)는 보호부재(50)에 의해 그 결합된 상태가 유지된다.
이러한 보호부재(50)는 태양전지 패널(20)을 보호함과 동시에 태양전지 패널(20) 및 상기 전극부재(40)를 프레임(10)에 고정시킨다. 이를 위하여, 보호부재(50)는 프레임(10)의 상면을 감싸도록 수지층에 의해 형성된다.
이때, 수지층으로 형성되는 보호부재(50)는 태양전지 패널(20), 프레임 결합부재(30) 및 제3 도전부(45)를 안전하게 보호함은 물론 태양전지 패널(20)에서 원활하게 전류가 발생될 수 있도록 투명재질에 의해 사출 형성된다.
또한, 보호부재(50)에 의해 태양전지 패널(20)과 제3 도전부(45)의 접촉된 상태가 보다 안정되게 유지된다.
이때, 보호부재(50)의 두께는 다양하게 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 학습교구용 태양전지 모듈의 작용을 설명한다.
학습교구용 태양전지 모듈을 좌, 우측 방향으로 연속되게 배열시키면 상호 이웃하는 학습교구용 태양전지 모듈의 좌측 및 우측이 프레임 결합부재(30)의 자성체(31)에 의해 상호 접합된다. 그러면, 전극부재(40)의 제1 도전부(41)에 의해 학습교구용 태양전지 모듈이 직렬로 접속 배치된다.
이때, 하나의 학습교구용 태양전지 모듈이 0.5V의 전압을 발생하게 되므로, 학습교구용 태양전지 모듈이 접지되는 수, 예를 들어 4개의 학습교구용 태양전지 모듈이 직렬로 접지되면 2V의 전압이 발생된다.
한편, 학습교구용 태양전지 모듈을 정, 배면측 방향으로 연속되게 배열하여 자성체(31)를 상호 접합시키면 제2 전극부(43)에 의해 학습교구용 태양전지 모듈이 병렬로 접속 배치된다.
예를 들어 0.5V의 전압을 발생하는 학습교구용 태양전지 모듈을 병렬로 접지하게 되면 그 접지되는 수에 관계없이 복수의 학습교구용 태양전지 모듈에서 0.5V의 전압이 발생하게 된다.
이와 같이 학습교구용 태양전지 모듈이 상호 접합되는 방향 좌, 우측 방향 또는 정, 배면측 방향에 따라 직렬 또는 병렬로 접합되므로, 이러한 학습교구용 태양전지 모듈을 학습교구로 상용할 경우 학습교구용 태양전지 모듈의 배열에 따른 전압과 전류 변화를 보다 용이하게 관찰할 수 있어 전기 에너지의 이해와 함께 태양 에너지에 대한 관심을 보다 고취시킬 수 있다.
즉, 본 실시 예에 따른 학습교구용 태양전지 모듈을 전류 및 전압 측정을 위한 학습교구로 활용할 수 있다.
또한, 학습교구용 태양전지 모듈을 직, 병렬 접합함에 있어 학습교구용 태양전지 모듈의 상호 결합이 자성체(31)에 의해 이루어지므로, 그 조립성 및 탈착이 보다 용이해 진다.
아울러, 제1 도전부(41) 및 제2 전극부(43)로 이루어진 전극부재(40)에 의해 학습교구용 태양전지 모듈이 접합되는 방향에 따라 직렬 또는 병렬을 용이하게 구분하면서 학습교구용 태양전지 모듈을 상호 접합할 수 있다.
한편, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 프레임 결합부재를 다양하게 변결할 수도 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 변형된 형태에 따른 프레임 결합부재(60)는 프레임(10)의 상면에 형성되는 삽입홈부(61)와, 이 삽입홈부(61)에 삽입되어 걸리는 걸림부(63)로 이루어진다.
이때, 삽입홈부(61)와 걸림부(63)는 프레임(10)의 대응되는 양측에 각각 형성된다. 예를 들어 프레임(10)의 좌측 및 정면에 삽입홈부(61)가 형성되면 프레임(10)의 우측 및 배면에 걸림부(63)가 형성된다. 이러한 삽입홈부(61) 및 걸림부(63)의 형성 위치는 사용자의 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 또 다른 변형된 형태에 따른 프레임 결합부재(70)는 프레임(10)의 측면에 형성되는 오목부(71)와, 이 오목부에 삽입되어 고정되도록 프레임(10)에 형성되는 볼록부(73)로 이루어진다.
이때, 오목부(71)와 볼록부(73)는 프레임(10)의 대응되는 양면에 각각 형성된다. 그리고 볼록부(73)는 오목부(71)에 보다 안정되게 결합될 수 있도록 길이방향을 따라 슬롯(75)이 형성된다. 이러한 슬롯(75)에 의해 오목부(71)에 삽입되는 볼록부(73)가 탄성을 가지게 되어 보다 안정되게 결합된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 프레임 20 : 태양전지 패널
30 : 프레임 결합부재 31 : 자성체
33 : 고정홈부 40 : 전극부재
41 : 제1 도전부 43 : 제2 도전부
45 : 제3 도전부 50 : 보호부재

Claims (11)

  1. 프레임;
    상기 프레임의 상면에 접합되는 태양전지 패널; 및
    상기 프레임에 마련되며, 상기 프레임이 연속적으로 접합되어 배열되도록 서로 이웃하는 상기 프레임을 상호 결합시키는 프레임 결합부재를 포함하고,
    상기 프레임 결합부재는, 자성체; 및
    상기 자성체가 삽입되어 고정되도록 상기 프레임에 형성되는 고정홈부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 패널과 접속되도록 상기 프레임에 마련되며, 상호 결합되는 상기 프레임을 전기적으로 접속시키는 전극부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양전지 패널을 보호함과 동시에 상기 태양전지 패널 및 상기 전극부재를 상기 프레임에 고정시키는 보호부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 보호부재는 투명한 수지인 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정홈부는 상기 프레임의 상면 테두리부를 따라 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 전극부재는,
    상기 프레임의 일 측면을 커버하는 제1 도전부; 및
    상기 제1 도전부의 양단에서 절곡되어 상기 프레임의 다른 측면 일부를 커버하는 제2 도전부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전극부재는 상기 태양전지 패널에 접속되도록 상기 프레임의 상면으로 연장형성되는 제3 도전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 제1 도전부에 의해 대응되는 일 측면에 (+)극, (-)극이 각각 형성되며, 제2 도전부에 의해 대응되는 다른 측면에 (+)극과 (-)극이 함께 형성되는 것을 특징으로 하는 학습교구용 태양전지 모듈.
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