KR101152773B1 - 입체 태양전지판 - Google Patents

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Abstract

입체 태양전지판 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하는 조립체에 있어서, 상기 조립체는 각각이 복수의 수평으로 배치된 포지션들을 정의하는 복수의 중복 수직 공간 그리드 레이어를 포함하고, 상기 태양광 모듈은 수직으로 겹치지 않는 연속적인 그리드 레이어의 포지션에 배열되고 보유되어 어떠한 그리드 레이어 내의 태양광 모듈도 다른 어떠한 그리드 레이어 내의 다른 태양광 모듈을 수직으로 차광하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

입체 태양전지판{Three-Dimensional Solar Arrays}
본 발명은 태양광 모듈의 입체 태양전지판에 관한 것이다.
태양광 모듈은 일반적으로 연속적인 사이드 바이 사이드(side-by-side) 관계의 2차원 평면 태양전지판 내에 장착된다. 소위 이 "패널 집단(panel clustering)"은 배열상태가 각각의 태양광 모듈을 냉각시키는 것을 방해하고 그들의 지지대에 풍압을 증가시킨다. 실외의 태양광 모듈은 더 높은 풍압 때문에 구조적으로 더 튼튼한 장착 지지대를 필요로 하는 반면에 효율적인 냉각의 결핍으로 개별적인 태양광 모듈의 파워 출력을 감소시키고 따라서 전체 태양전지판의 파워 출력을 감소시킨다.
따라서 상기 문제점을을 해결할 필요가 있다.
발명의 요약
본 발명에 따르면, 입체 태양전지판로 복수의 태양광 모듈을 보유하는 조립체에 있어서, 상기 조립체는 각각이 복수의 수평 공간 포지션를 한정하는 복수의 수직공간 그리드 레이어을 포함하고, 상기 태양광 모듈은 실질적으로 겹치지 않는 수직 관계로써 연속적인 그리드 레이어의 위치에 배열되고 보유되어 어떠한 그리드 레이어 내의 태양광 모듈도 실질적으로 어떠한 다른 그리드 레이어의 태양광 모듈도 수직으로 차광하지 않는다.
상기 태양광 모듈은 각각 하나의 주변 프레임(peripheral frame)에 의해 둘러싸인 하나 이상의 태양전지를 포함하고, 상기 태양광 모듈은 실질적으로 겹치지 않는 수직 관계로써 연속적인 그리드 레이어 포지션에 배열되고 보유되어 태양광 모듈의 주변 프레임은 적어도 일부는 서로 수직적으로 겹치지만, 어떠한 태양광 모듈의 태양전지는 실질적으로 어떠한 다른 태양광 모듈에 의해서도 수직으로 차광되지 않는다.
연속적인 그리드 레이어들은 수직 및 경사 웹 부재(web members)에 의해서 서로 연결될 수 있다.
그리드 레이어들은 금속 그물망(wire mesh), 수평 현 부재(horizontal chord members), 십자 케이블(criss-crossed cables), 및 이들의 조합에 의해 선택적으로 형성될 수 있다.
상기 조립체는 복수층 공간격자구조, 예를 들면, 2층 또는 3층 공간격자구조일 수 있다.
상기 조립체는 인접한 태양광 모듈의 모서리들과 그리드 레이어 포지션의 인접한 모서리들을 서로 연동하기 위해 코너 브래킷(corner bracket)을 더 포함할 수 있다.
상기 코너 브래킷은 태양광 모듈 및 그리드 레이어 포지션 모두의 인접한 모서리를 고정시키기 위해 각각 패스너(fasteners)에 의해 서로 연결가능한 반대방향으로 대향한 코너 클램프를 포함할 수 있다.
상기 그리드 레이어 포지션 및 태양광 모듈은 반복적인 모양이 2차원 공간을 촘촘하게 채울 수 있는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형, 및 다른 2차원 기하각 형상으로부터 선택된 보충 구상 형상일 수 있다.
상기 조립체는 연속적인 그리드 레이어의 태양광 모듈이 직접적으로 태양을 추적할 수 있도록 상기 조립체가 수직 및 수평 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 2중축 마운트(two-axis mount)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 입체 조립체로써 복수의 전광 모듈을 보유하는 방법을 더 포함하고, 상기 방법은 각각 복수의 수평공간 포지션를 정의하는 복수의 오버래핑 수직공간 그리드 레이어를 제공하는 단계, 및 연속적인 그리드 레이어 포지션 내의 태양광 모듈을 수직적으로 서로 겹치지 않도록 배열하고 보유하여 어떠한 그리드 레이어 내의 태양광 모듈도 어떠한 다른 그리드 레이어의 태양광 모듈도 수직으로 차광하지 않는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 조립체 또는 상기 방법을 사용하여 형성된 태양광 모듈의 입체 태양전지판을 제공한다.
본 발명은 하기 도면들을 참고로 실시예에 의하여 더 자세히 서술될 것이다:
도1은 입체 태양전지판 내에 태양광 모듈을 보유하는 조립체의 하나의 실시예에 대한 사시도이다.
도2는 조립체의 다른 실시예에 대한 사시도이다.
도3은 조립체 내에 태양광 모듈을 보유하기 위한 코너 브래킷에 대한 사시도이다.
도4 및 도5는 본 발명의 태양광 모듈의 2층 및 3층 조립체의 실시예에 대한 평면도 및 단면도이다.
도6은 제2도의 조립체의 2중축 마운트(two-axis mount)의 실시예에 대한 사시도이다.
도7은 도6의 2축 마운트에 사용되는 2중축 조인트(double-axis joint)의 사시도이다.
도1 및 도2는 입체 태양전지판 내에 복수의 태양광 모듈(12)을 보유하는 조립체(10)의 실시예를 도시한다. 상기 조립체(10)는 각각이 복수의 수평공간 포지션를 정의하는 오버래핑 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)를 포함한다. 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)은 일반적으로 상호 병렬이고 일반적으로 평면이다. 태양광 모듈(12)이 태양 복사 에너지를 수집하기 위해 일반적인 화살표 A 방향을 공통적으로 지향한다면 비병렬 및 비평면 그리드 레이어의 다른 등가물도 사용 가능하다.
상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)은 수직 및 경수 웹 부재(18, 20)에 의해 서로 연결되어 있다. 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)는 예를 들면, 서로 연결된 수평 현 부재(horizontal chord members, 22)로부터 형성된다. 그리드 레이어를 형성하기 위해 다른 등가 배열이 사용될 수도 있다, 예를 들면, 금속 그물망(wire mesh), 십자 케이블(criss-crossed cables)등이 있다. 함께, 서로 연결된 수직 및 경사 웹 부재(18, 20) 및 수평 현 부재(22)는 고정된 이중층 공간 그리드 구조(또는 공간 프레임)을 형성한다. 다른 등가 고정 공간 그리드 구조(또는 공간 프레임)은 예를 들면 3중 또는 4중층 공간 그리드 구조 등에 의해 사용될 수도 있다.
도4d를 참조하면, 각각의 태양광 모듈(12)은 상부 활성면(11) 및 하부 비활성면(13)을 구비한다. 상부 활성면(11)은 태양 복사 에너지를 수용하기 위한 유리(34) 아래에 배열된 하나 이상의 태양전지(32)를 포함한다. 상기 유리(34)는 밀봉재(36) 및 주변 프레임(38)에 의해 방수된다.
상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)는 전기적으로 연결된다, 예를 들면, 입체 태양전지판에 누적 파워 출력을 제공하기 위해 직렬로 연결한다. 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)의 위치 및 광전 모듈(12)은 예를 들면 보완적인 사각 평면형을 갖는다. 다른 보완적인 평면형으로는 직사각형, 삼각형, 6각형, 및 반복적인 모양이 2차원 공간을 촘촘하게 채울 수 있는 다른 2차원 기하각 형상으로부터 선택된 것일 수 있다.
태양광 모듈(12)은 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)의 포지션 내에 배열되고 보유되어 어떠한 상부 그리드 레이어(14) 내의 태양광 모듈도 실질적으로 어떠한 다른 하부 그리드 레이어(16) 내의 태양광 모듈을 수직으로 차광하지 않는다. 사용에 있어서, 이 조밀한 조립체는 조립체(10)의 입체 태양전지판 내의 모든 태양광 모듈(12)이 모두 태양 복사 에너지를 수용할 수 있도록 노출된 상태로 있어, 공간 효율적인 방법으로 태양 복사 에너지의 수집을 최적화한다. 또한, 조립체(10) 내의 태양광 모듈(12) 사이의 수직 및 수평 간격은 개별적인 태양광 모듈(12)의 냉각을 촉진하여, 입체 태양전지판에 의해 최적화된 전력 생산을 촉진한다. 또한, 그리드 레이어(14, 16) 사이의 태양광 모듈(12)의 분리는 조립체(10) 내의 바람에 의한 부하를 줄이면서 바람이 지나갈 수 있도록 허용한다.
도2의 점선은 조립체(10)가 수직 및 수평축을 중심으로 회전하도록 허용하여 상부 및 하부 레이어(14, 16) 내의 태양광 모듈이 태양을 직접 추적할 수 있도록 하는 2중축 마운트(40)를 나타낸다. 2중축 마운트(40)의 실시예는 도6 및 도7을 참고로 하기 상세한 설명에 의해 서술된다.
도3을 참조하면, 조립체(10)는 태양광 모듈(12)의 인접한 코너들끼리, 및 인접한 코너를 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16) 내 포지션의 인접한 코너에 연결하는 코너 브래킷(24)을 더 포함한다. 상기 코너 브래킷(24)은 각각 패스너(30)에 의해 서로 연결될 수 있는 서로 반대방향으로 대향하는 코너 클램프(26, 28)를 각각 포함하여 위와 아래의 반대방향으로 대향하는 양 태양광 모듈(12) 및 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)의 포지션를 고정시킨다. 태양광 모듈(12)을 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)의 포지션에 보유하기 위해 다른 등가의 연결장치들이 사용될 수도 있다. 각 그리드 레이어 내의 인접한 태양광 모듈(12)의 전기적 연결(도시되지 않음)은 코너 브래킷(24)에 의해 태양광 모듈(12)의 하부 비활성면 아래를 대각선으로 연결하도록 구비되어 밑에 있는 그리드 레이어 내의 태양광 모듈의 상기 활성면을 수직으로 가리는 것을 방지한다.
도4a 내지 도4c는 삼각 평면형의 태양광 모듈(12)이 육각 평면형의 상부 및 하부 그리드 레이어(14, 16)에(서로 반대 방향의 빗면으로 표현됨) 배열되고 보유된다(명확함을 위하여 조립체(10)의 구조적인 부품들은 생략됨). 상부 및 하부 그리드 레이어의 태양광 모듈(12)의 주변 프레임(38)은 서로 적어도 일부분은 수직으로 겹치지만, 하부 레이어의 태양광 모듈(12)은 실질적으로 수직으로 상부 레이어의 태양광 모듈(12)의 태양전지(32)에 의해 차광되지는 않는다. 사용에 있어서, 이 조밀한 배열은 입체 태양전지판 내의 모든 태양광 모듈(12)의 상부 활성면(11)이 태양 복사 에너지를 수용할 수 있도록 노출되도록 한다. 또한, 조립체(10) 내의 태양광 모듈(12)들 사이의 수직 및 수평 간격은 모두 개별 태양광 모듈의 냉각을 활성화시켜, 입체 태양전지판에 의해 전력의 생산이 최적화되는 것을 활성화한다. 도5는 수직으로는 주변 프레임을 겹치지만 태양전지들의 활성면은 수직으로 겹치지 않아 태양 복사 에너지를 수용할 수 있도록 노출된 태양광 모듈(12)의 3중층 조립체(10)의 하나의 구체예(상부, 중앙, 및 하부 그리드 레이어들은 다른 빗면에 의해 표현됨)를 도시한다(명확화를 위해 조립체(10)의 구조적인 부품들은 생략됨).
도6은 조립체(10)가 수직 및 수평축 방향으로 회전하여 상부 및 하부 레이어(14, 16)가 직접 태양을 추적할 수 있도록 하는 2중축 마운트(40)의 실시예를 도시한다. 2중축 마운트(40)는 태양 추적 소프트웨어에 의해 프로그램된 제어기(도시되지 않음)에 의해 제어되는 모터 드라이브(도시되지 않음)에 의해 작동되도록 연결되어 있다. 2중축 마운트(40)는 조립체(10)가 수직축(A-A) 및 수평축(B-B)을 중심으로 회전하도록 허용하는 상부 및 하부 조인트(42, 44)를 포함한다. 수평축(B-B)을 중심으로 한 회전(또는 조립체의 상승)은 상부 조인트(44) 범위에서의 두 상호 경사 선형 작동기(46, 48)의 동시 확장 및 수축에 의해 구동된다. 도7은 스러스트 베어링(56)이 장착된 섀프트(54)와 연결된 두 평행 섀프트(50, 52)를 포함하는 상부 조인트(44)의 실시예를 도시한다. 베어링 캐리어(58)는 섀프트(54)를 중심으로 회전하고, 수직 회전 섀프트(60)는 베어링 캐리어(58)에 의해 지지된다. 두 평행 섀프트(50, 52)를 중심으로 한 두 접촉 플레이트(62, 64)의 회전은 작동기(46, 48)의 길이에 대한 동시 변화에 의한 조인트(44)의 최고각의 변화를 보유한다. 수직 회전 섀프트(60)의 한쪽 끝은 베어링 캐리어(58)에 의해 지지되고, 다른쪽 끝은 하부 조인트(42)에 의해 지지된다. 하부 조인트(42), 예를 들면 요크(도시되지 않음)는 예를 들면 수평축(B-B)을 중심으로 회전하도록 중앙 베어링(도시되지 않음)을 지지한다. 수직 회전 섀프트(60)의 하부 말단은 수직 회전 섀프트(60)의 높이가 태양을 직접 추적하도록 변하는 것을 허용하도록 요크의 중앙 베어링에 의해 지지된다. 다른 등가의 마운트 및/또는 조인트는 상기 조립체(10)가 수직 및/또는 수평축을 중심으로 회전하도록 허용하기 위해 사용될 수 있다.
상기 실시예들은 단지 예시를 위해 서술되었을 뿐 하기 청구항의 범위 내에서 수정들이 가능하다.

Claims (12)

  1. 입체 태양전지판 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하기 위한 조립체에 있어서, 상기 조립체는 각각이 복수의 수평으로 배치된 포지션들을 정의하는 복수의 중복 수직 공간 그리드 레이어를 포함하고, 상기 태양광 모듈은 수직으로 겹치지 않는 연속적인 그리드 레이어의 포지션에 배열되고 보유되어 어떠한 그리드 레이어 내의 태양광 모듈도 다른 어떠한 그리드 레이어 내의 다른 태양광 모듈을 수직으로 차광하지 않는 것을 특징으로 하는 3차원 어레이 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하기 위한 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속적인 그리드 레이어 내의 상기 태양광 모듈이 태양을 직접적으로 추적하도록 상기 조립체가 회전할 수 있도록 하는 단일 또는 이중축 마운트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 어레이 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하기 위한 조립체.
  3. 입체 태양전지판 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 각각 복수의 수평공간 포지션를 정의하는 복수의 중복 수직공간 그리드 레이어를 제공하는 단계, 및 어떠한 그리드 레이어 내의 태양광 모듈도 어떠한 다른 그리드 레이어의 태양광 모듈을 수직으로 차광하지 않도록 연속적인 그리드 레이어 포지션 내의 태양광 모듈을 수직적으로 서로 겹치지 않도록 배열하고 보유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 어레이 내에 복수의 태양광 모듈을 보유하기 위한 방법.
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