KR101172560B1 - Photovoltaic module for building exterior - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 셀(cell) 및 그 하부에 디자인 시트를 포함하여 디자인적으로 차별화되는 태양전지 모듈을 제공한다.The present invention relates to a solar cell module, and provides a solar cell module that is differentiated by design, including a cell and a design sheet thereunder.
태양전지 모듈 Solar cell module
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 특히 디자인 시트를 포함하여 디자인적으로 차별화되는 태양전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell module, and more particularly, to a solar cell module that is differentiated by design, including a design sheet.
태양전지의 최소 단위인 셀(Cell) 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5 V로 매우 작은데다 외부 환경에 쉽게 영향을 받는다.The voltage from one cell, the smallest unit of a solar cell, is about 0.5 V, which is very small and easily affected by the external environment.
모듈(Module)은 이러한 셀을 패키지화한 것이다. 이 모듈은 여러 개씩 이어 용도에 맞게 만든 것을 어레이(array)라 한다.A module is a package of these cells. This module is made up of several modules, called arrays.
일반적으로 벌크형 셀은 상하를 동등한 방법으로 커버해 보호하면서 모듈로 만든다. 박막형 셀은 기판을 포함한 모듈로 제작한다.In general, bulk cells are modularized while covering and protecting them in an equal way. Thin film cells are fabricated into modules containing substrates.
모듈은 일반적으로 셀, 표면재, 충진재, 블랙시트(black sheet), 씰(seal)재, 프레임재 6가지로 구성된다.Modules generally consist of six elements: cell, surface material, filler, black sheet, seal material, and frame material.
표면재는 대부분 수명을 길게 하기 위해 백판 강화유리를 쓴다.Most surface materials use white tempered glass for long life.
충진재로는 최근 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)가 주로 이용되고 있는데, 자외선 열화 문제가 지적받고 있다.Recently, EVA (Ethylene Vinyl Acetate) is mainly used as a filler, and an ultraviolet degradation problem has been pointed out.
블랙시트 재료로는 주로 PVF(Poly Vinyl Fluoride)가 사용된다. 그밖에 폴 리에스터, 아크릴 등도 사용된다. 내습성을 높이기 위해 알루미늄 호일을 씌우거나, 폴리에스터를 씌운다. 유리를 이용한 것으로 더블 그라스 타입(double glass type)이 있다. 현재에도 유럽을 위주로 미국에서도 일부 사용하고 있다.Polyvinyl fluoride (PVF) is mainly used as a black sheet material. Polyester, acrylic, etc. are also used. Cover with aluminum foil or polyester for better moisture resistance. There is a double glass type using glass. It is still used in the United States, mainly in Europe.
씰(Seal)재는 리드의 출입부나 모듈의 단면부를 처리하는데 사용한다. 실리콘 실란트, 폴리우레탄, 폴리 설파이드, 부틸고무 가운데 부틸고무가 자주 사용된다.Seal material is used to treat the entry and exit of the lead or the end face of the module. Butyl rubber is frequently used among silicone sealants, polyurethanes, polysulfides, and butyl rubber.
패널재는 통상 표면 산화 알루미늄을 쓰는데 민생용 등에서는 고무를 사용하기도 한다.Panel materials usually use surface aluminum oxide, but rubber may be used for public use.
BIPV(Building Integrated Photo Voltaic) 모듈은 건축계획 초기단계부터 건물의 일부분으로서 설계되어 건물에 일체화시키는 방식이다(건물 일체형). 이 모듈은 건물의 외장재로 사용되어 그에 상응하는 비용을 절감할 수 있고, 건물과의 조화가 잘 이루어지므로 건물의 부가적인 가치를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 온도 등 고려되어야 하는 부분이 있고, 신축 건물이나 기존 건물을 크게 개보수하는 경우에만 적용 가능하다는 단점이 있다.Building Integrated Photo Voltaic (BIPV) modules are designed as part of a building from the beginning of the building plan and integrated into the building (building integrated). This module can be used as a building exterior material to reduce the corresponding cost, and because it is well harmonized with the building has the advantage of improving the added value of the building. However, there is a part to be considered, such as temperature, there is a disadvantage that it can be applied only when the new building or existing building largely renovated.
PVIB(Photo Voltaic In Building) 모듈은 기존 건물 또는 신축 건물의 경우에는 본래 건물의 일부분으로서 계획되지 않았으나, 건물이 완전이 지어진 후에 건물에 태양광을 부착 또는 거치하는 방식이다. 이 모듈은 시공이 비교적 용이하고, 신축 및 기존 건물 어디에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 가대 등 별도의 지지물이 필요하고, 건물과의 조화가 잘 이루어지지 않을 가능성이 있다는 단점이 있다.Photovoltaic In Building (PVIB) modules are not originally planned as part of existing buildings or new buildings, but are attached or mounted to the building after the building is complete. This module is relatively easy to construct and can be applied to new and existing buildings. However, there is a disadvantage that a separate support such as a mount is required, and there is a possibility that harmony with the building may not be achieved well.
결정형 PV 모듈 시스템(BIPV 포함)은 직사광에 의한 효율을 최적 조건으로 세팅하여 사용하고 있다.The crystalline PV module system (including BIPV) is used by setting the efficiency of the direct light to an optimum condition.
태양광 셀의 특성상 입사각과 빛의 강도에 의한 효율 차이는 매우 크다고 할 수 있다.Due to the characteristics of the solar cell, the difference in efficiency due to the incident angle and the light intensity can be said to be very large.
입사각에 의한 효율을 극대화하기 위해 태양 추적 시스템을 도입하여 최적 방위각을 유지하는 방법이 있으나, 추적형 시스템을 도입하기 위해서는 건축물 구조 및 비용의 단점을 극복해야 한다.In order to maximize the efficiency by the angle of incidence, there is a method of maintaining the optimal azimuth by introducing a solar tracking system, but in order to introduce a tracking system, it is necessary to overcome the disadvantages of building structure and cost.
대한민국 특허공개 제2003-81662호에는 이중층 반사방지막이 형성된 태양전지가 개시되어 있다. 이 특허에서 셀 기판이 규칙적인 역 피라미드 패턴의 요철구조를 가지나, 강화유리가 아닌 셀 표면의 요철구조에 관한 것이다.Korean Patent Publication No. 2003-81662 discloses a solar cell in which a double layer antireflection film is formed. In this patent, the cell substrate has a concave-convex structure of a regular inverted pyramid pattern, but relates to a concave-convex structure of the cell surface rather than tempered glass.
대한민국 특허등록 제359846호에는 건축 자재용 태양전지 모듈이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제680654호에는 발광소자가 일체형으로 구비된 태양전지 모듈이 개시되어 있으며, 대한민국 실용신안등록 제420311호에는 건축외장용 일체형 복층유리 PV가 개시되어 있으나, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.Korean Patent Registration No. 359846 discloses a solar cell module for building materials, and Korean Patent Registration No. 680654 discloses a solar cell module with a light-emitting element integrated therein, and Korean Utility Model Registration No. 420311 Integral multilayer glass PV is disclosed, but the design is monotonous and difficult to differentiate due to structural limitations.
본 발명의 목적은 디자인적으로 차별화된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a solar cell module that is differentiated by design.
본 발명의 다른 목적은 에너지 효율을 개선시킨 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a solar cell module with improved energy efficiency.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 셀(cell) 및 그 하부에 디자인 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.The present invention provides a solar cell module comprising a design sheet in the cell (cell) and the lower part to achieve the above object.
본 발명에서 디자인 시트는 불투명 시트, 반투명 시트 또는 반사 시트일 수 있다.In the present invention, the design sheet may be an opaque sheet, a translucent sheet or a reflective sheet.
본 발명에서 디자인 시트는 종이, 섬유 시트(직포, 부직포 등), 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑(wrapping), 증착, 스퍼터링(sputtering), 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 것이다.In the present invention, the design sheet is printed, coated, wrapped, deposited, sputtered, such as paper, fiber sheet (woven fabric, non-woven fabric), synthetic resin sheet, metal sheet, inorganic sheet, wood sheet, glass sheet, leather sheet The design is formed by sputtering, painting, coating, plating, impregnation, or etching.
본 발명의 태양전지 모듈은 에너지 효율 개선을 위하여 셀 상부에 요철구조를 갖는 굴절유리를 포함할 수 있다.The solar cell module of the present invention may include a refractive glass having a concave-convex structure on the cell in order to improve energy efficiency.
본 발명에서 입사각 최적효율을 위하여 요철구조는 그 단면이 삼각형이며, 삼각형의 전방 모서리 각은 50 내지 60도인 것이 바람직하다.In the present invention, in order to optimize the angle of incidence, the uneven structure is triangular in cross section, and the front edge angle of the triangle is preferably 50 to 60 degrees.
본 발명에서 굴절유리의 요철구조와 상승작용을 하여 입사각에 의한 에너지 효율을 극대화하기 위해, 셀의 표면에도 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이때 셀과 굴절유리의 요철구조 형상이 일치하는 것이 바람직하다.In the present invention, in order to maximize the energy efficiency due to the angle of incidence by synergistically with the uneven structure of the refractive glass, it is preferable that the uneven structure is formed on the surface of the cell, wherein the shape of the uneven structure of the cell and the refractive glass is consistent. Do.
본 발명의 태양전지 모듈은 디자인 요소를 가미하여 건축자재로 외장효과를 극대화시킬 수 있고, 고부가가치의 모듈 생산이 가능하며, 반사 디자인 시트의 경우 태양광을 반사시킴으로써 온도 상승을 억제하여 효율을 상승시킬 수 있다.The solar cell module of the present invention can maximize the exterior effect as a building material by adding a design element, it is possible to produce a high value-added module, in the case of the reflective design sheet to increase the efficiency by suppressing the temperature rise by reflecting sunlight You can.
또한, 굴절유리를 사용함으로써 아침과 저녁의 빛이 굴절유리로 수직 입사하게 됨에 따라 태양광 전지의 에너지 효율이 상승하게 되고 더 많은 전기의 생산이 가능하게 된다.In addition, the use of refractive glass allows the light of morning and evening to enter the refractive glass vertically, thereby increasing the energy efficiency of the photovoltaic cell and allowing more electricity to be produced.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(1)은 프레임(9)에 지지되어 위로부터 상부 러버 프로파일(rubber profile)(2), 강화유리(3), 상부 EVA 필름(4), 셀(5), 하부 EVA 필름(6), 백 시트(back sheet)(7), 하부 러버 프로파일(8)로 구성된다.1 is a structural diagram of a conventional solar cell module, wherein the
러버 프로파일(2, 8)은 실링재로서 고무로 이루어진다.The
강화유리(3)는 표면재로서 외부의 충격 등으로부터 셀(5)을 보호하는 역할을 한다.The tempered glass 3 serves as a surface material to protect the cell 5 from external impact or the like.
EVA 필름(4, 6)은 충진재의 역할을 하며, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다.
셀(5)은 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 다수 개의 셀이 전도성 리본에 의해 직렬 또는 병렬로 배열된다.The cell 5 serves to convert light energy into electrical energy, and a plurality of cells are arranged in series or in parallel by conductive ribbons.
백 시트(7)는 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 역할을 하며, PVF, 폴리에스터, 아크릴 등으로 이루어진다.The
프레임(9)은 알루미늄 등으로 구성되어 모듈(10)의 각 구성요소들을 지지한다.The frame 9 is made of aluminum or the like to support the respective components of the module 10.
도 2는 종래 일반적인 태양전지 모듈의 사진으로, 위로부터 강화유리, EVA 필름, 셀, EVA 필름, 백 시트로 구성되고, 셀과 백 시트의 색깔 및 셀의 배치에 의해 디자인이 결정되며, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.Figure 2 is a photograph of a conventional general solar cell module, consisting of tempered glass, EVA film, cell, EVA film, back sheet from above, the design is determined by the color and arrangement of the cell and the back sheet, structural Due to limitations, the design is monotonous and difficult to differentiate.
도 3은 종래 유리-유리(G-G) 타입 태양전지 모듈의 사진으로, 위로부터 강화유리, EVA 필름, 셀, EVA 필름, 강화유리로 구성되고, 셀의 색깔 및 셀의 배치에 의해 디자인이 결정되며, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.3 is a photograph of a conventional glass-glass (GG) type solar cell module, consisting of tempered glass, EVA film, cell, EVA film, tempered glass from above, and the design is determined by the color of the cell and the arrangement of the cells. However, due to structural limitations, the design is monotonous and difficult to differentiate.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10a)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 불투명 디자인시트(15a), 하부 EVA 필름(16), 백 시트(17)를 포함하여 이루어진다.4 is a structural diagram of a solar cell module according to a first embodiment of the present invention, wherein the
유리(11)는 일반적인 평판 강화유리 또는 도 7에 도시된 굴절유리를 사용할 수 있다.The
굴절유리(11)의 표면에는 요철구조가 형성되고, 요철구조는 입사각 최적효율을 위하여 그 단면이 삼각형인 것이 바람직하다. 요철구조의 폭이나 깊이보다는 각도가 중요하며, 삼각형의 전방 모서리 각을 기준으로 50 내지 60도인 것이 바람직하다.Concave-convex structure is formed on the surface of the
본 발명에서 사용되는 굴절유리는 강화유리를 식각 처리하여 요철구조를 형성한 것이며, 이와 같이 유리 식각이 셀 식각에 비하여 공정상 용이하고 효율적이 며 비용도 저렴하다.Refractive glass used in the present invention is to form a concave-convex structure by etching the tempered glass, as described above, glass etching is easier, more efficient and less expensive than the cell etching process.
요철구조는 레이저, 약품 등을 이용하여 강화유리를 식각 처리함으로써 형성하며, 이때 노트북용 프리즘 필름처럼 식각 표면에 의해 인체의 손상이 일어나지 않는 범위의 미세 식각이 이루어져야 하며, 식각층의 상층부가 너무 돌출되어 마모가 일어나는 현상을 지양해야 한다.The uneven structure is formed by etching tempered glass using laser, chemicals, etc. At this time, like the laptop prism film, the etching surface should be finely etched in a range that does not cause damage to the human body. Wear and tear should be avoided.
셀(13)의 표면에도 굴절유리(11)의 요철구조에 대응하는 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 굴절유리(11)의 요철구조와 상승 작용을 하여 입사각에 의한 에너지 효율을 극대화할 수 있다.It is preferable that an uneven structure corresponding to the uneven structure of the
불투명 디자인시트(15a)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 불투명 시트이다.The
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10b)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 반투명 디자인시트(15b), 하부 EVA 필름(16), 유리(18)를 포함하여 이루어진다. 이 실시예의 경우 반투명 디자인시트(15b)를 사용함으로써 채광 효과를 구현할 수 있다.5 is a structural diagram of a solar cell module according to a second embodiment of the present invention, wherein the
반투명 디자인시트(15b)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 반투 명 시트이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10c)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 반사 디자인시트(15c), 하부 EVA 필름(16), 백 시트(17)를 포함하여 이루어진다. 이 실시예의 경우 반사 디자인시트(15c)를 사용함으로써 태양광을 반사시켜 온도상승을 억제하여 에너지 효율을 상승시킬 수 있다.6 is a structural diagram of a solar cell module according to a third embodiment of the present invention, wherein the
반사 디자인시트(15c)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 반사 시트이다.
도 7은 본 발명에 따른 굴절유리의 빛 입사 효율을 도시한 것으로, 최적 굴절이 용이한 식각 굴절유리(11)에 의하여 빛이 어느 방향으로 입사하든지 셀(13) 쪽으로 모두 수직 입사하게 됨으로써 입사각을 최적효율로 만들어 준다.FIG. 7 illustrates the light incidence efficiency of the refractive glass according to the present invention, and the incident angle is obtained by vertical incidence toward the
도 1은 종래 태양전지 모듈의 구조도이다.1 is a structural diagram of a conventional solar cell module.
도 2는 종래 일반적인 태양전지 모듈의 사진이다.2 is a photograph of a conventional general solar cell module.
도 3은 종래 유리-유리(G-G) 타입 태양전지 모듈의 사진이다.3 is a photograph of a conventional glass-glass (G-G) type solar cell module.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.4 is a structural diagram of a solar cell module according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.5 is a structural diagram of a solar cell module according to a second embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.6 is a structural diagram of a solar cell module according to a third embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 굴절유리의 빛 입사 효율을 도시한 것이다.7 shows the light incidence efficiency of the refractive glass according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 10: 태양전지 모듈1, 10: solar cell module
2: 상부 러버 프로파일2: upper rubber profile
3: 강화유리3: tempered glass
4, 12: 상부 EVA 필름4, 12: upper EVA film
5, 13: 셀5, 13: cell
6, 16: 하부 EVA 필름6, 16: bottom EVA film
7, 17: 백 시트7, 17: back sheet
8: 하부 러버 프로파일8: lower rubber profile
9: 프레임9: frame
11, 18: 유리11, 18: glass
14: 중간 EVA 필름14: middle EVA film
15a: 불투명 디자인시트15a: Opaque design sheet
15b: 반투명 디자인시트15b: translucent design sheet
15c: 반사 디자인시트15c: reflective design sheet
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