KR101131571B1 - 투광량 조절 태양 전지 모듈 및 투광량 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

투광량 조절 태양 전지 모듈 및 투광량 조절 시스템이 제공 된다. 본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 투광창이 형성 되도록 솔라 셀이 배치된 솔라 셀 층; 및 적어도 일부 투광 영역을 포함하는 차광막을 포함한다. 이때, 상기 차광막이 투광 위치 및 차광위치 간을 이동하여 투광량이 변경된다. 상기 차광 위치는 상기 투광 영역을 제외한 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치이고, 상기 투광 위치는 상기 투광 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치일 수 있다. 상기 차광막에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 투광 위치 및 상기 차광위치 간을 이동할 수 있다. 상기 전자기력은 상기 솔라 셀에 의해 생성된 전력을 이용하여 생성되는 것일 수 있다.

Description

투광량 조절 태양 전지 모듈 및 투광량 조절 시스템{Solar cell module and electricity generation system to adjust light transmission}

본 발명은 투광량 조절 태양 전지 모듈 및 투광량 조절 시스템에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 투광창이 형성되도록 솔라 셀을 배치하고 상기 투광창을 통하여 빛이 통과하는 양이 조절될 수 있도록 하는 태양 전지 모듈 및 상기 태양 전지 모듈을 이용한 투광량 조절 시스템에 관한 것이다.

일반적인 태양 전지 모듈은 솔라 셀의 하단을 지지하는 패널이 불투명하여, 태양 전지 모듈의 하부에는 태양광이 통과하지 못하는 것이 일반적이다. 따라서, 인삼 등 반음지 식물의 재배에 사용되는 차광 시설에 태양 전지 모듈을 활용하는 경우, 에너지 생산이 기대됨에도 불구하고 투광량 조절이 불가능한 문제점 때문에 사용되지 못하고 있다.

기존의 태양광이 모두 차단되는 태양 전지 모듈은 하부 공간에 태양광이 투광될 수 없어 태양 전지 모듈의 활용도를 제약하고 있다.

한편, 전통적으로 인삼 등의 반음지 식물을 재배하기 위해 해가림 구조로 설치할 때 목재 기둥을 세우고 상단에 짚이나 저가 직물차양을 얹어 사용하였다. 최근에는 철재기둥이 활용되고 있고 일부 증산을 할 수 있는 형태가 발표되기도 하였지만 여전히 정량적인 연구가 미흡하다. 그리고 인삼의 생육에 대한 최적 데이터가 알려져 있지만 그 것을 맞추기 위해 데이터를 얻고 또한 광도를 맞추기 위한 투광량의 조정에 노동력이 많이 필요하여 적절히 빠른 조치를 취하지 못하고 있는 실정이다. 특히 뜨거운 여름철에 조치가 늦은 경우 고온장애를 입을 수 있게 된다. 또한 시설이 목재나 철재로 이루어져 있어 잦은 폭설과 폭우, 폭풍 등의 기상재해에 시설피해를 자주 겪어 왔으며, 이는 농가의 경쟁력이 떨어지는 이유가 되고 있다.

한편, 태양전지를 이용한 태양광발전의 활성화를 위하여 발전차액 지원제, 의무할당제(RPS)가 시행 되고 있으나 태양전지 모듈을 설치할 충분한 토지 확보가 어려운 상황이다. 게다가, 기존의 태양전지 모듈을 이용하는 경우, 태양전지 모듈을 설치하는 토지 하부 공간에는 태양광이 전혀 미치지 못하므로, 기존의 농지를 사용하기도 어려운 상황이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 투광량이 조절 될 수 있는 태양 전지 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 태양 전지 모듈을 사용한 투광량 조절 시스템을 제공하여, 태양 전지 모듈 하부 공간의 환경에 따라 상기 태양 전지 모듈의 투광량이 자동으로 조절되도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 투광량 조절 시스템의 동작에 필요한 에너지를 상기 태양 전지 모듈에 의해 생산된 전력으로 충당하여 최소한의 비용으로 투광량 조절 시스템이 운영되도록 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 투광량 조절 시스템이 태양 전지 모듈 하부 공간의 온도에 따라 투광량을 최적으로 조절하고, 투광량을 최대치로 한 경우에도 필요 광량에 못미치는 경우, 즉 날씨가 매우 흐린 경우 등에, 인조 광원을 투입하여 태양 전지 모듈 하부 지면의 작물의 생육 환경을 최적으로 유지되도록 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 태양 전지 모듈은 투광창이 형성 되도록 솔라 셀이 배치된 솔라 셀 층; 및 적어도 일부 투광 영역을 포함하는 차광막을 포함한다. 이때, 상기 차광막이 투광 위치 및 차광위치 간을 이동하여 투광량이 변경된다. 상기 차광 위치는 상기 투광 영역을 제외한 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치이고, 상기 투광 위치는 상기 투광 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치일 수 있다.

상기 차광막에 작용하는 전자기력에 의하여 상기 투광 위치 및 상기 차광위치 간을 이동할 수 있다. 상기 전자기력은 상기 솔라 셀에 의해 생성된 전력을 이용하여 생성되는 것일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 투광량 조절 시스템은 상기 태양 전지 모듈, 상기 태양 전지 모듈의 하부에 설치된 환경 감지 센서 및 상기 환경 감지 센서로부터 데이터를 제공 받아 투광량 제어 신호를 생성하여 상기 전자기력 발생 수단에 제공하는 제어 장치를 포함한다. 상기 환경 감지 센서는 광량 센서 및 온도 센서를 포함하고, 상기 제어 장치는, 온도에 따라 연산되는 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 차광막이 투광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성하고, 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 높은 경우 상기 차광막이 차광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성할 수 있다.

상기 투광량 조절 시스템은 상기 태양 전지 모듈에 의해 생산된 전력을 저장하는 축전지를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 환경 감지 센서 및 상기 제어 장치는 상기 축전지에 저장된 전력을 공급 받는 것이 바람직하다. 또한, 상기 투광량 조절 시스템은 상기 제어 장치에 의해 생성된 램프 제어 신호에 의해 제어 되고 상기 태양 전지 모듈 하부를 향하여 빛을 조사하는 광량 보상 램프를 더 포함하고, 상기 제어 장치는 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 광량 보상 램프가 점등되도록 하는 상기 램프 제어 신호를 생성할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 태양 전지 모듈 하부의 공간에 투사되는 빛의 양이 조절 될 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양 전지 모듈 하부 공간의 환경에 따라 상기 태양 전지 모듈의 투광량이 자동으로 조절되도록 하여 태양 전지 모듈 하부의 필요 광량을 자동으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양 전지 모듈 하부 공간의 환경에 따라 상기 태양 전지 모듈의 투광량이 자동으로 조절되도록 하는 시스템의 동작에 필요한 에너지를 태양 전지 모듈에 의해 생산된 전력으로 충당할 수 있어, 최적 광량 유지 비용이 절감되는 효과가 있다. 예를 들어, 작물의 생육 환경을 최적으로 유지하기 위해 본 발명을 도입하는 경우 유지 비용을 최소화하거나, 더 나아가 생산된 전력을 판매하여 생긴 수입금으로 본 발명의 도입 비용을 충당할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 태양 전지 모듈의 투광량을 최대치로 한 경우에도 필요 광량에 못미치는 경우, 인조 광원을 투입하여 태양 전지 모듈 하부 지면의 작물의 생육 환경을 최적으로 유지되도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 상면 배치도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 하면 배치도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 하면 배치도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 측면 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 측면 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 측면 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈의 측면 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 투광량 조절 시스템의 개념도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 양 면 구조를 설명하기로 한다.

도 1은 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 상면 배치도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 태양 전지 모듈(100)에는 하나 이상의 솔라 셀(solar cell)(110)이 배치되고, 각 솔라 셀(110)에 연결된 전기 배열선(108)을 통해 생산된 전력이 인출된다.

일반적으로 생산성을 감안하여 좁은 영역에 많은 솔라 셀(110)을 배치하여야 하므로, 솔라 셀(110)간의 간격을 좁게 설계하나, 본 실시예에 따른 솔라 셀(110)은 투광창이 형성 되도록 배치된다.

상기 투광창은 솔라 셀(110)이 배치되지 않은 공간 중 투광을 위하여 의도적으로 솔라 셀(110) 간의 간격을 넓게 한 공간일 수 있다. 예를 들어, 솔라 셀(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 하나 이상의 행과 열을 이루도록 배치되되, 소정의 열 마다 투광창(104)이 형성되도록 인접한 열의 솔라 셀(110)과 이격하여 배치될 수 있다. 일반적으로 솔라 셀(110)간의 간격은 0.3cm 내외임에 비하여, 투광창(104)의 폭(106)은 0.5cm 이상인 것이 바람직하다.

태양 전지 모듈(100) 중, 투광창(104) 및 솔라 셀(110)간 간격을 제외한 영역은 필요 시 태양 전지 모듈(100)의 투광량을 0%로 하기 위해 불투명 영역(102)으로 배치하는 것이 바람직하다.

도 2a 및 도 2b는 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 하면 배치도이다. 보다 자세하게는, 도 2a는 차광막(112)이 전자기력 생성 수단(114)과 이격 되었을 때, 투광창(104)에 입사된 빛이 차광막(112)을 통과하는 경우의 태양 전지 모듈(100)의 하면 배치도이고, 도 2b는 차광막(112)이 전자기력 생성 수단(114)에 접촉할 때, 투광창(104)에 입사된 빛이 차광막(112)을 통과하는 경우의 태양 전지 모듈(100)의 하면 배치도이다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 차광막(112)은 솔라 셀(110)의 상면이 아닌, 하면에 배치 되어, 솔라 셀(110)이 언제나 태양광 발전을 할 수 있도록 한다.

차광막(112)은 종이, 직물, 플라스틱, 경량금속박, 세라믹 박 등 불투명한 시트 소재로 구성될 수 있다. 또한, 차광막(112)에는 불투명성을 증진시키기 위해 알루미늄 박 등의 가볍고 불투명성이 높은 소재가 라미네이팅 되거나 코팅이 추가될 수 있다. 차광막(112)은 적어도 일부 투광 영역을 포함하여야 한다. 상기 투광 영역은 투광창(104) 형상의 구멍일 수 있다.

차광막(112)은 투명 시트 소재로 구성될 수 있다. 이때, 차광막(112)은 적어도 일부 차광 영역을 포함하여야 한다. 상기 차광영역에는 알루미늄 박 등의 가볍고 불투명성이 높은 소재가 라미네이팅 되거나 코팅이 추가될 수 있다. 이하, 차광막(112)의 투광 영역은 빛이 투과될 수 있는 영역을 의미하고, 차광막(112)의 차광 영역은 빛이 투과 될 수 없는 영역을 의미한다.

이하, 상기 투광 위치는 투광창(104)의 영역과 상기 투광 영역이 정합되는 위치를 의미하고, 상기 차광 위치는 상기 투광 영역을 제외한 영역이 투광창의 영역과 정합되는 위치를 의미하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 차광막(112)이 상기 투광 위치에 있는 경우, 투광창(104) 영역에 해당하는 차광막(112)은 투광 영역이어서, 투광창(104)을 통해 입사된 빛이 차광막(112)을 통과할 수 있고, 차광막(112)이 상기 차광 위치에 있는 경우, 투광창(104) 영역에 해당하는 차광막(112)은 불투명한 소재로 되어 있어 투광창(104)을 통해 입사된 빛이 차광막(112)을 통과하지 못한다.

또한, 차광막(112)은 전자기력 반응 수단(116)을 구비할 수 있다. 전자기력 반응 수단(116)은 차광막(112)의 일 측단에 구비되는 것이 바람직하다. 특히, 전자기력 생성 수단(114)과 가장 가까운 차광막(112)의 일 측단에 구비되는 것이 바람직하다.

전자기력 생성 수단(114)은 외부의 신호를 받아 전자기력을 생성하거나 생성하지 않을 수 있다. 전자기력 생성 수단(114)은 예를 들어, 전류가 흐르면 자기화되는 전자석일 수 있다. 또한, 전자기력 반응 수단(116)은 예를 들어, 차광막(112)에 금속을 라미네이팅, 코팅, 부착한 것일 수 있다. 또한, 전자기력 반응 수단(116)은 차광막(112)을 자화 처리한 것일 수 있다.

본 실시예에 따른, 태양 전지 모듈(100)은 전자기력 및 중력의 작용에 의하여 투광량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 전자기력 생성 수단(114)이 더 높은 곳에 위치하도록 비스듬히 태양 전지 모듈(100)을 설치하는 경우, 도 2a에 도시된 바와 같은 태양 전지 모듈(100)은 전자기력 생성 수단(114)이 전자기력을 생성하는 경우 전자기력 반응 수단에 작용하는 인력에 의하여 차광막(112)이 전자기력 생성 수단(114)에 달라 붙게 되고, 투광창(104)이 가려지게 되므로 태양 전지 모듈(100)은 차광 상태가 된다. 반대로, 전자기력 생성 수단(114)이 전자기력을 발생하지 않는 경우 차광막(112)에 작용하는 중력에 의하여 도 2a에 도시된 바와 같이 차광막(112)이 아래로 내려오게 되고, 투광창(104)이 가려지지 않게 되므로, 태양 전지 모듈(100)은 투광 상태가 된다.

전자기력 생성 수단(114)이 전자기력을 발생하는 데 사용하는 에너지의 소비를 줄이기 위하여, 투광 상태를 유지 하는 시간이 차광 상태를 유지 하는 시간보다 긴 경우, 전자기력을 생성하지 않아도 투광 상태를 유지 할 수 있도록 하기 위하여, 도 2a에 도시된 바와 같이, 차광막(112)이 중력에 의하여 아래로 내려왔을 때 투광 위치에 있도록, 차광막(112)의 투광 영역을 배치하는 것이 바람직하다.

반대로, 차광 상태를 유지 하는 시간이 투광 상태를 유지 하는 시간보다 긴 경우, 전자기력을 생성하지 않아도 차광 상태를 유지 할 수 있도록 하기 위하여, 차광막(112)이 중력에 의하여 아래로 내려왔을 때는 투광 위치에 있도록, 차광막(112)의 투광 영역을 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 차광막(112)에 전자기력 및 중력 외의 외력이 작용하는 경우, 마찰력에 의하여 상기 차광 위치 및 투광 위치 간의 이동이 원활하지 못할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 차광막(112)의 이동 공간을 구비하는 차광막 하우징 층을 더 포함할 수 있다. 즉, 이 경우 차광막(112)은 상기 차광막 이동 공간 내에서 상기차광 위치 및 상기 투광 위치 간을, 마찰력에 의한 방해 없이 이동할 수 있다. 이하, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 구성 및 동작에 대하여 도 3a 내지 4b를 참조하여 설명하기로 한다.

도 3a 내지 도 4b는 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 측면 단면도이다. 보다 자세하게는 도 3a 및 도 3b는 차광막(112)에 중력(G)만이 작용하는 경우에 태양 전지 모듈(100)이 투광 상태가 되도록 차광막(112)의 투광 영역이 배치되는 경우, 투광 상태의 태양 전지 모듈(100)의 측면 단면도(도 3a) 및 차광 상태의 태양 전지 모듈(100)의 측면 단면도(도 3b)이다. 또한, 도 4a 및 도 4b는 차광막(112)에 중력(G)만이 작용하는 경우에 태양 전지 모듈(100)이 차광 상태가 되도록 차광막(112)의 투광 영역이 배치되는 경우, 투광 상태의 태양 전지 모듈(100)의 측면 단면도(도 4a) 및 차광 상태의 태양 전지 모듈(100)의 측면 단면도(도 4b)이다.

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 솔라 셀(100)이 투광창이 형성 되도록 배치된 솔라 셀 층, 차광막(112) 이동 공간을 구비하는 차광막 하우징 층(308) 및 상기 차광막 이동 공간 내에서 상기 차광 위치 및 상기 투광 위치 간을 이동하는 차광막(112)을 포함할 수 있다. 차광막 하우징 층(308)은 차광막(112)이 상기 투광 위치 및 상기 차광 위치 간을 이동함에 있어서, 마찰력을 받지 않도록 하기 위한 것이므로, 차광막 하우징 층(308)에 구비된 상기 차광막 이동 공간의 두께는 적어도 차광막(112)의 두께 보다는 커야 한다.

차광막 하우징 층(308)은 상기 차광막 이동 공간이 형성되도록 하는 하우징을 구비할 수도 있으나, 상기 하우징이 별도로 존재하지 않고 바로 위 또는 바로 아래 적층 되는 타 층에 의해 상기 차광막 이동 공간이 형성될 수도 있으며, 이경우 차광막 하우징 층(308)은 상기 차광막 이동 공간 자체를 의미하는 것임을 이해하여야 한다.

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 광산란 판(312)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 차광막 하우징 층(308)은 상기 솔라 셀 층과 광산란 판(312) 사이에 배치되어야 한다. 광산란 판(312)은 광산란 시트나 간유리로 구성될 수 있다. 광산란 판(312)은 투광창(104)을 통과한 빛이 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100) 하부 영역에 균일하게 투과되도록 빛을 산란시킨다.

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 차광막 하우징 층(308)과 상기 솔라 셀 층 사이에 배치되는 투명 백시트 층(306)을 더 포함할 수 있다. 종래 기술에 따른 태양 전지 모듈의 내후성 백시트(back sheet)는 불투명한 TPT(TEDLAR/PET/TEDLAR)이 사용되고 있는데, 상기 TPT를 태양 전지 모듈의 백시트로 사용하는 경우, 빛이 솔라 셀 사이의 투광창을 통과한다 하더라도, 상기 TPT를 통과할 수 없어, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 투명한 백시트를 사용한다. 상기 투명 백시트 층(306)은 PET 필름 또는 유리판으로 구성될 수 있다.

상기 차광막 하우징 층(308)에 구비되는 상기 차광막 이동 공간은 도 3a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 광산란 판(312) 및 투명 백시트 층(306)의 측단에 부착된 지지 수단(310)에 의하여 광산란 판(312)의 일 면 및 투명 백시트 층(306)의 일면 사이에 형성되는 폐공간일 수 있다. 지지 수단(310)은 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)의 측면을 따라 광산란 판(312) 및 투명 백시트 층(306)의 측면에 부착된 프레임일 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이 지지 수단(310)의 일부는 전자기력 발생 수단(114)으로 구성될 수 있다.

본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 외부의 충격 및 수분 유입으로부터 솔라 셀(110)을 보호하기 위한 항 충격판(302)을 더 포함할 수 있다. 항 충격판(302) 및 투명 백시트 층(306)은 상기 솔라 셀 층의 양 면에 EVA(Ethyl Vinyl Acetate) 수지를 이용하여 접착 될 수 있다. 항 충격판(302)은 일반 유리판 또는 저철분강화유리가 사용될 수 있다.

한편, 차광막(112)은 차광막(112)에 작용하는 외력에 의해 상기 투광 위치 및 상기 차광 위치 간을 이동함으로써, 태양 전지 모듈(100)의 투광량을 변경 시킨다. 상기 차광막(112)에 작용하는 외력은 관리자가 직접 작용하는 힘일 수도 있고, 전력에 의해 모터가 동작하면서 작용하는 힘일 수도 있다.

또한, 상기 차광막(112)에 작용하는 외력은 상기 차광막(112) 간에 작용하는 전자기력일 수도 있다. 이 경우 전자기력 반응 수단은 차광막(112)에 구비되고, 전자기력 발생 수단(114)은 차광막 하우징 층(308)의 측단에 구비될 수 있다. 이미 기재된 바와 같이, 전자기력 생성 수단(114)은 외부의 신호를 받아 전자기력을 생성하거나 생성하지 않을 수 있다. 전자기력 생성 수단(114)은 예를 들어, 전류가 흐르면 자기화되는 전자석일 수 있다. 또한, 전자기력 반응 수단(116)은 예를 들어, 차광막(112)에 금속을 라미네이팅, 코팅, 부착한 것일 수 있다. 또한, 전자기력 반응 수단(116)은 차광막(112)을 자화 처리한 것일 수 있다.

전자기력 반응 수단(116)은 차광막(112)의 일 측단에 구비되고, 전자기력 발생 수단(114)은 차광막 하우징 층(308)의 측단 중, 전자기력 반응 수단(116)이 구비된 차광막(112)의 일 측단과 가장 평행하게 근접한 측단에 구비될 수 있다.

한편, 차광막(112)은 중력의 영향을 받을 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은 전자기력 발생 수단(114)이 더 높은 곳에 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다. 차광막(112)은 자체의 하중에 의하여 중력(G)에 의해 발생하는 더 낮은 곳으로 내려가려는 힘(F1)을 항상 받는다.

따라서, 전자기력이 생성되지 않는 경우, 도 3a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 차광막(112)이 전자기력 생성 수단(114)과 멀어지는 방향으로 이동한다. 그 결과, 차광막(112)의 투광 영역 배치에 따라 태양 전지 모듈(100)이 투광 상태가 되거나(도 3a) 차광 상태가 된다(도 4b).

반대로, 전자기력 생성 수단(114)에 전자기력이 생성되는 경우, 전자기력 생성 수단(114)이 전자기력 반응 수단(116)을 끌어당기는 힘, 즉 인력은 F1보다 큰 F2이다. 즉, F2-F1의 힘에 의하여 차광막(112)은 전자기력 생성 수단(114)에 접근하는 방향으로 이동한다. 그 결과, 차광막(112)의 투광 영역 배치에 따라 태양 전지 모듈(100)이 차광 상태가 되거나(도 3b) 투광 상태가 된다(도 4a).

정리하자면, 차광막(112)은 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 중력에 의하여 제1 방향으로 이동하고, 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하는 경우 전자기력 발생 수단(114) 및 전자기력 반응 수단(116) 간의 인력에 의하여 상기 제1 방향의 반대 방향으로 이동한다. 이때, 차광막(112)은 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 상기 투광 위치에 위치하고, 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하는 경우 상기 차광 위치에 위치할 수도 있다. 반대로, 차광막(112)은 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 상기 차광 위치에 위치하고, 전자기력 발생 수단(114)으로부터 전자기력이 발생하는 경우 상기 투광 위치에 위치할 수도 있다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 투광량 조절 시스템의 구성에 대하여 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5는 본 실시예에 따른 투광량 조절 시스템의 개념도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 투광량 조절 시스템은 태양 전지 모듈(100), 환경 감지 센서(510) 및 제어 장치(508)를 포함할 수 있다.

태양 전지 모듈(100)은 제1 기둥(502) 및 제2 기둥(504) 및 고정대(506)로 구성되는 장착대에 장착될 수 있다. 제1 기둥(502) 및 제2 기둥(504)의 길이를 다르게 하여, 태양 전지 모듈(100)의 전자기력 발생 수단(114)이 더 높은 곳에 위치하도록 비스듬히 설치되는 것이 바람직하다. 제1 기둥(502) 및 제2 기둥(504) 중 짧은 기둥의 길이가 100 내지 150 cm이고, 긴 기둥의 길이가 150 내지 250cm 일 수 있다. 제1 기둥(502) 및 제2 기둥(504) 및 고정대(506)는 부식이 되지 않는 내부식 철강재, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 섬유강화 프라스틱(FRP)을 사용하여 10Kg/m2이상의 하중을 견딜 수 있도록 조립 가능한 구조로 설계될 수 있다.

환경 감지 센서(510)는 태양 전지 모듈(100)의 하부에 설치된다. 환경 감지 센서(510)는 예를 들어, 제1 기둥(502) 및 제2 기둥(504) 중 하나에 고정될 수 있다. 태양 전지 모듈(100)의 하부 지면이 농지인 경우, 환경 감지 센서(510)는 농지의 실제 환경에 가장 가깝도록, 지면에 최대한 가깝게 고정 되는 것이 바람직하다. 또한, 제어 장치(508)는 환경 감지 센서(510)로부터 데이터를 제공 받아 투광량 제어 신호를 생성하여 태양 전지 모듈(100)에 포함된 전자기력 발생 수단(114)에 제공한다.

환경 감지 센서(510)는 광량 센서 및 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 제어 장치(508)는, 온도에 따라 연산되는 목표 광도에 비하여 환경 감지 센서(510)로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 차광막(112)이 투광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성하고, 목표 광도에 비하여 환경 감지 센서(510)로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 높은 경우 상기 차광막이 차광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성할 수 있다.

특히, 태양 전지 모듈(100)의 하부 지면이 인삼 재배지인 경우, 상기 목표 광도는 60-2T(T=온도(°C))로 연산되며, 상기 목표 광도의 단위는 룩스(Klux)일 수 있다. 이 경우, 인삼의 생리생태적 특성 중에 양향을 미치는 인자 중 온도와 일조량을 최적화 하여 인삼의 생육을 도울 수 있는 효과가 있다.

인삼의 적절한 생육을 위해는 온도와 광도를 같이 연계하여 맞추어 주어야만 한다. 즉, 인삼생육의 최적광도는 10?15klux로 외부광도의 10?15% 이지만, 온도에 따라서 최적광도는 크게 달라진다는 사실이 알려져 있다. 다시말하면, 온도가 15℃ 일 때 30,000Lux 이상, 온도가 20℃ 내외일 때 15,000Lux이상, 온도가 30℃ 내외일 때 5,000Lux이내, 온도가 30℃ 이상일 때 광량의 최소화를 유지하는 경우, 인삼생육에 최적의 환경이 갖춰진다는 사실이 알려져 있다. 상기, 온도가 15℃ 일 때 30,000Lux, 온도가 30℃일 때 0 Klux의 데이터를 이용하여 지배함수(Governing Equation)을 구하면 Light(Klux) = 60-2T(T=온도(°C)) 가 된다.

본 실시예에 따른 투광량 조절 시스템은 태양 전지 모듈(100)에 의해 생산된 전력을 저장하는 축전지(미도시)를 더 포함하고, 환경 감지 센서(510) 및 제어 장치(508)는 상기 축전지에 저장된 전력을 공급받을 수 있다. 이 경우, 태양 전지 모듈 하부 공간의 환경에 따라 상기 태양 전지 모듈의 투광량이 자동으로 조절되도록 하는 시스템의 동작에 필요한 에너지를 태양 전지 모듈에 의해 생산된 전력으로 충당할 수 있어, 최적 광량 유지 비용이 절감되는 효과가 있다. 예를 들어, 작물의 생육 환경을 최적으로 유지하기 위해 본 발명을 도입하는 경우 유지 비용을 최소화하거나, 더 나아가 생산된 전력을 판매하여 생긴 수입금으로 본 발명의 도입 비용을 충당할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 실시예에 따른 투광량 조절 시스템은 제어 장치(508)에 의해 생성된 램프 제어 신호에 의해 제어 되고 상기 태양 전지 모듈 하부를 향하여 빛을 조사하는 광량 보상 램프(미도시)를 더 포함하고, 제어 장치(508)는 목표 광도에 비하여 환경 감지 센서(510)로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 광량 보상 램프가 점등되도록 하는 상기 램프 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어 장치(508)는 목표 광도에 비하여 환경 감지 센서(510)로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우, 먼저 차광막(112)이 투광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성하고, 일정 시간 경과시에도 목표 광도에 비하여 환경 감지 센서(510)로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 광량 보상 램프가 점등되도록 하는 상기 램프 제어 신호를 생성할 수 있다.

또한, 제어 장치(508)는 중앙 관리 서버(미도시)에 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터를 실시간 송신하기 위한 인터페이스 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지 모듈(100)의 하부 지면이 인삼 재배지인 경우, 상기 중앙 관리 서버는 현재 광도가 목표 광도에 미치지 못하는 시간이 소정의 시간 이상인 경우, 비상 알람 신호를 인삼 재배자에 송신할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

104 투광창
110 솔라 셀
112 차광막
114 전자기력 발생 수단
116 전자기력 반응 수단
302 항 충격 판
304 EVA
306 투명 백시트 층
312 광산란 판

Claims (18)

1. 투광창이 형성 되도록 솔라 셀이 배치된 솔라 셀 층; 및
   적어도 일부 투광 영역을 포함하는 차광막을 포함하되,
   상기 차광막이 투광 위치 및 차광 위치 간을 이동하여 투광량이 변경되는 태양 전지 모듈.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 솔라 셀은 하나 이상의 행과 열을 이루도록 배치되되, 소정의 열 마다 투광창이 형성되도록 인접한 열의 솔라 셀과 이격하여 배치되는 태양 전지 모듈.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 차광 위치는 상기 투광 영역을 제외한 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치이고,
   상기 투광 위치는 상기 투광 영역이 상기 투광창의 영역과 정합되는 상기 차광막의 위치인 태양 전지 모듈.
4. 제1 항에 있어서,
   차광막 이동 공간을 구비하는 차광막 하우징 층을 더 포함하고,
   상기 차광막은 상기 차광막 이동 공간 내에서 상기 차광 위치 및 상기 투광 위치 간을 이동하는 태양 전지 모듈.
5. 제4 항에 있어서,
   광산란 판을 더 포함하되,
   상기 솔라 셀 층과 상기 광산란 판 사이에 상기 차광막 하우징 층이 배치되는 태양 전지 모듈.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 차광막 하우징 층과 상기 솔라 셀 층 사이에 배치되는 투명 백시트 층을 더 포함하고,
   상기 차광막 이동 공간은 상기 광산란 판 및 상기 투명 백시트 층의 측단에 부착된 지지 수단에 의하여 상기 광산란 판면 및 상기 투명 백시트 층면 사이에 형성되는 폐공간인 태양 전지 모듈.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 투명 백시트 층은,
   PET 필름 또는 유리판인 태양 전지 모듈.
8. 제7 항에 있어서,
   항 충격판을 더 포함하고,
   상기 항 충격판 및 상기 투명 백시트 층은 상기 솔라 셀 층의 양 면에 접착되는 태양 전지 모듈.
9. 제4 항에 있어서,
   상기 차광막은 전자기력 반응 수단을 구비하고,
   상기 차광막 하우징 층의 측단에는 전자기력 발생 수단이 구비되는 태양 전지 모듈.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 전자기력 반응 수단은 상기 차광막의 일 측단에 구비되고,
    상기 전자기력 발생 수단은 상기 차광막 하우징 층의 측단 중, 상기 전자기력 반응 수단이 구비된 상기 차광막의 일 측단과 가장 평행하게 근접한 측단에 구비되는 태양 전지 모듈.
11. 제9 항에 있어서,
    상기 차광막은 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 중력에 의하여 제1 방향으로 이동하고, 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하는 경우 상기 전자기력 발생 수단 및 상기 전자기력 반응 수단 간의 인력에 의하여 상기 제1 방향의 반대 방향으로 이동하는 태양 전지 모듈.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 차광막은 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 상기 투광 위치에 위치하고, 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하는 경우 상기 차광 위치에 위치하는 태양 전지 모듈.
13. 제10 항에 있어서,
    상기 차광막은 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하지 않는 경우 상기 차광 위치에 위치하고, 상기 전자기력 발생 수단으로부터 전자기력이 발생하는 경우 상기 투광 위치에 위치하는 태양 전지 모듈.
14. 제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항의 태양 전지 모듈,
    상기 태양 전지 모듈의 하부에 설치된 환경 감지 센서; 및
    상기 환경 감지 센서로부터 데이터를 제공 받아 투광량 제어 신호를 생성하여 상기 전자기력 발생 수단에 제공하는 제어 장치를 포함하는 투광량 조절 시스템.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 환경 감지 센서는 광량 센서 및 온도 센서를 포함하고,
    상기 제어 장치는, 온도에 따라 연산되는 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 차광막이 투광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성하고, 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 높은 경우 상기 차광막이 차광 위치에 위치하도록 하는 상기 투광량 제어 신호를 생성하는 투광량 조절 시스템.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 목표 광도는 60-2T(T=온도(°C))로 연산되며, 상기 목표 광도의 단위는 룩스(Klux)인 투광량 조절 시스템.
17. 제15 항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈에 의해 생산된 전력을 저장하는 축전지를 더 포함하고,
    상기 환경 감지 센서 및 상기 제어 장치는 상기 축전지에 저장된 전력을 공급받는 투광량 조절 시스템.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 제어 장치에 의해 생성된 램프 제어 신호에 의해 제어 되고 상기 태양 전지 모듈 하부를 향하여 빛을 조사하는 광량 보상 램프를 더 포함하고,
    상기 제어 장치는 목표 광도에 비하여 상기 환경 감지 센서로부터 제공된 데이터에 따른 현재 광도가 낮은 경우 상기 광량 보상 램프가 점등되도록 하는 상기 램프 제어 신호를 생성하는 투광량 조절 시스템.

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