KR101176083B1

KR101176083B1 - 산란광 집광으로 공간 이용 효율을 향상시킨 태양전지 모듈

Info

Publication number: KR101176083B1
Application number: KR1020100060757A
Authority: KR
Inventors: 김미지
Original assignee: 김미지
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2012-08-22
Also published as: KR20120000406A

Abstract

본 발명은 양극 및 음극의 전극을 갖는 태양전지 셀 한 쌍을 서로 배면이 마주보도록 연결설치하고, 각각의 태양전지 셀의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시킨 태양전지 모듈 및 이를 이용한 태양전지 어레이에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 양측면으로 태양광을 집광할 수 있도록 하는 다수개의 태양전지 모듈을 방사형으로 배열하여 태양전지 에레이를 구성함으로써, 태양전지의 집광 면적을 증가시키고, 태양의 직사광선과 산란광을 효과적으로 집광하여 안정적이며 공간대비 고 효율의 태양광 발전이 가능하도록 한다.
또한, 본 발명은 상기 태양전지 어레이의 설치면적을 최소화하여 건축물의 외벽, 지붕, 옥상 등 인공 구조물의 형태에 관계없이 적용이 가능하도록 한다.

Description

산란광 집광으로 공간 이용 효율을 향상시킨 태양전지 모듈{Solar Cell Module Having Improved Spatial Efficiency by Collecting Defusing Light}

본 발명은 태양전지 모듈 및 이를 이용한 태양전지 어레이에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 한 쌍의 태양전지 셀의 배면이 서로 마주보도록 연결설치한 태양전지 모듈 및 다수의 태양전지 모듈을 본체의 외주면에 직립되도록 연결설치하여 집광 면적이 넓어지고 태양의 직사광선과 산란광을 효율적으로 이용할 수 있도록 함으로써, 안정적이며 공간대비 고 효율의 태양광 발전이 가능하도록 한 태양전지 어레이에 관한 것이다.

태양광 발전은 태양의 광(光) 에너지를 전기에너지로 변환하는 것이기 때문에 태양광의 강도와 태양전지에서 나오는 전기의 양은 서로 비례한다.

태양광은 대기중의 산소, 질소분자나 부유 미립자에 의해 산란된 상태의 산란광, 눈이나 지면에 의해 반사되는 반사광과 산란되거나 반사되지 않고 직접 도달되는 직달광으로 분류되며, 직달광과 반사광, 산란광을 합친 빛의 총량을 전천 일사량이라 한다.

이러한 전천 일사량은 지역에 따라 불규칙한 평균 전천 일사량 분포를 가지고 있다.

특히, 태양광을 이용한 태양광 발전 시 태양광과 발전량의 상관관계는 다양한 요소에 의해 영향을 받게 된다.

대표적인 예로서 태양전지 셀의 광전 변환 효율, 일사강도, 계절에 따른 일사량 및 일사 시간, 태양전지 어레이의 설치 각도 및 방위, 날씨와 그림자 등에 따라 발전량이 영향을 받는바, 상기 태양광 발전의 적정한 효율을 확보하기 위해서는 태양광 발전 시스템의 설치 장소, 기후조건, 설치 면적 등 다양한 요소를 고려하여야 한다.

태양광 발전에 영향을 미치는 요소로서 인위적인 조정이 불가능한 일사강도, 지역적인 특성인 계절에 따른 일사량 및 일사시간, 날씨 등을 배제하는 경우, 적정량의 태양광 발전을 위해서는 태양전지 셀의 설치면적을 확보하는 것이 필요하다.

특히, 지역에 따른 전천 일사량이 측정된 경우에는 소요 전력량을 기준으로 태양전지의 소요 설치 면적을 계산하는 것이 가능하다.

일예로써, 1가구당 전기량을 조달하기 위해서 대략 30~40m² 정도의 면적이 필요하다는 점을 고려한다면, 실용성 있는 충분한 전력 생산을 위해서는 결코 적지 않은 부지의 확보가 필요하게 되며, 넓은 부지 소요는 태양광 발전 시스템 구축에 있어 커다란 제한 요소로 작용하게 된다.

실제로 태양광 발전소 건설을 위해 파헤쳐지는 산림 자원은 결코 간과하기 어려운 정도에 이르고 있으며, 현재에는 일부 건축물 옥상이나 인공 구조물의 외벽에 태양광 어레이를 설치하여 공간적인 제한을 극복하려는 노력을 기울이고 있다.

소요 부지를 줄이기 위해서 인위적인 기후 조절이 불가능하므로 전천 일사량 분포를 고려한 태양광 발전 시스템의 위치 선정, 좀 더 많은 일사량 확보를 위한 태양전지 어레이의 설치 각도 및 방위 조정, 태양의 위치에 따라 태양전지 어레이의 방향을 조정할 수 있는 태양 추적형 태양광 발전 시스템 설치 등으로 어느 정도 부지 이용 효율은 높일 수 있다.

태양광 발전을 위한 태양전지 셀은 복수로 배열되어 어레이(array), 바람직하게는 태양전지 어레이를 형성하는바, 상기 어레이는 태양광 입사 각도에 따르는 어레이 상호간에 발생하는 그림자 간섭을 고려하여 어레이 간의 간격을 조정하여야 하고, 태양전지 어레이의 개수에 비례하여 태양광 발전의 발전량이 증가하므로, 적정량의 태양광 발전을 위해서는 상기 어레이, 특정적으로 태양전지 어레이를 보다 많이 설치하기 위한 공간을 확보하는 것이 가장 중요하다.

그러므로 동일한 태양전지 셀을 사용한다는 조건에서 보다 많은 태양광 발전량을 확보하기 위해서는 다수의 태양전지 셀을 포함하는 태양전지 에레이의 공간 활용을 극대화하여 태양광의 집광면적을 증가시켜야 한다.

하지만, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 태양전지 어레이(12)는 통상적으로 다수의 태양전지 셀(2)을 평면적으로 연결설치한 태양전지 모듈(10)로 구성되므로, 원하는 태양광 발전량을 얻기 위해서 태양전지 어레이(12)를 설치하기 위한 장소를 다수 확보하여야 한다.

또한, 전술한 종래의 태양전지 어레이(12)는 전체적으로 사각형 평면으로 구성되어 건물의 옥상, 외벽 등에 설치할 경우 건축 구조물에 따라 설치가 용이하지 않을 수 있다.

본 발명은 양측면으로 태양광을 집광할 수 있도록 하는 태양전지 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명의 양측면으로 태양광을 집광할 수 있는 모듈을 다수개 방사형으로 배열하여 태양전지의 집광 면적을 증가시키고, 태양의 직사광선과 산란광 등을 효과적으로 집광하여 안정적이며 공간대비 고 효율의 태양광 발전이 가능하도록 한 태양전지 어레이를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 태양전지 어레이의 설치면적을 최소화하여 건축물의 외벽, 지붕, 옥상 등 인공 구조물 및/또는 지면의 형태에 관계없이 태양전지 어레이를 적용하는 것이 가능하도록 한다.

본 발명은 양극 및 음극의 전극을 갖는 태양전지 셀 한 쌍을 서로 배면이 마주보도록 연결설치하고, 각각의 태양전지 셀의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시킨 태양전지 모듈을 제공한다.

또한, 본 발명은 본체의 외주면에 적어도 두개 이상의 태양전지 모듈이 직립되도록 연결설치되고, 상기 직립되도록 연결설치된 태양전지 모듈의 전극을 서로 직렬 또는 병렬로 연결한 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이를 제공한다.

본 발명은 양측면으로 태양광을 집광할 수 있도록 하는 다수개의 태양전지 모듈을 배열하여 태양전지 에레이를 구성함으로써, 태양전지의 집광 면적을 증가시키고, 태양의 직사광선 및/또는 산란광 등을 효과적으로 집광하여 안정적이며 공간대비 고 효율의 태양광 발전이 가능하도록 한다.

또한, 본 발명은 상기 태양전지 어레이의 설치면적을 최소화하여 건축물의 외벽, 지붕, 옥상 등 인공 구조물 및/또는 지면의 형태에 관계없이 태양전지 어레이를 적용 가능하도록 한다.

도 1은 종래의 태양전지 어레이를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 일 양태를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 결합양태를 나타내는 도,
도 7은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 일 양태를 나타내는 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 양태를 나타내는 측면도,
도 9는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 양태를 나타내는 평면도,
도 10은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 양태를 나타내는 구성도,
도 11은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 양태를 나타내는 평면도,
도 12는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 적용 양태를 나타내는 도,
도 13은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 적용 양태를 나타내는 도,
도 14는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도,
도 15는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도,
도 16은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도이다.

한 가지 관점에서, 본 발명은 양극 및 음극의 전극을 갖는 태양전지 셀 한 쌍을 서로 배면이 마주보도록 연결설치하고, 각각의 태양전지 셀의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시킨 태양전지 모듈을 제공한다.

다른 관점에서, 본 발명은 본체의 외주면에 적어도 두개 이상의 태양전지 모듈이 직립되도록 연결설치되고, 상기 직립되도록 연결설치된 태양전지 모듈의 전극을 서로 직렬 또는 병렬로 연결한 것을 특징으로 하는 태양전지 어레이를 제공한다.

본 발명에 따른 태양전지 모듈은 한 쌍의 태양전지 셀이 결합, 바람직하게는 배면이 합지되도록 결합되는 것을 포함한다.

이때, 상기 태양전지 셀의 배면은 태양광이 조사되어 전기 에너지를 발생시키는 일측면을 정면으로 간주할 때, 상기 정면에 대향되는 타측면을 의미한다.

상기 태양전지 셀은 태양의 광 에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 태양전지 셀이라면 특별히 한정되지 않는다.

태양전지 셀은 그 일측에 전극, 예를 들면 음극 및 양극의 전극이 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양전지 어레이는 상기 태양전지 모듈이 다수개 연결설치, 바람직하게는 직립되도록 연결설치되도록 구성된 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 태양전지 어레이를 나타내는 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 평면도, 도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 나타내는 구성도, 도 5는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 일 양태를 나타내는 구성도, 도 6은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 결합양태를 나타내는 도, 도 7은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 일 양태를 나타내는 평면도, 도 8은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 양태를 나타내는 측면도, 도 9는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 양태를 나타내는 평면도, 도 10은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 양태를 나타내는 구성도, 도 11은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 양태를 나타내는 평면도, 도 12는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 적용 양태를 나타내는 도, 도 13은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 다른 적용 양태를 나타내는 도, 도 14는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도, 도 15는 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도, 도 16은 본 발명에 따른 태양전지 어레이의 또 다른 적용 양태를 나타내는 도로써 함께 설명한다.

도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 모듈(10)은 양극(6) 및 음극(8)의 전극을 갖는 태양전지 셀(2) 한 쌍을 서로 배면이 마주보도록 연결설치하고, 각각의 태양전지 셀(2)의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀(2)의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시키는 것을 포함한다.

본 발명에 따른 태양전지 셀(2)은 태양의 광 에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 태양전지 셀(2)이라면 특별히 한정되지 않는다.

상기 태양전지 셀(2)은 그 일측에 전극, 예를 들면 양극(6) 및 음극(8)의 전극이 구비되어 있다.

본 발명에 따른 태양전지 모듈(10)은 태양전지 어레이(12)를 구성하기 위한 것으로서, 한 쌍의 태양전지 셀(2)이 결합, 바람직하게는 배면이 마주보도록 결합되어 연결설치된다.

여기서, 상기 배면이 마주보도록 연결설치되는 태양전지 셀(2) 한 쌍의 사이에는 판상의 연결부재(4)가 더 구비되어 상기 한 쌍의 태양전지 셀(2) 사이의 전기적인 연결을 방지할 수 있다.

이때, 상기 태양전지 셀(2)의 배면은 태양광이 조사되어 전기 에너지를 발생시키는 일측면을 정면으로 간주할 때, 상기 정면에 대향되는 타측면을 의미한다.

상기 연결부재(4)는 비전도성 재료, 예를 들면 고분자 수지, 목재 등의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결부재(4)는 그 형태가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 판상으로 구성되어, 연결부재(4)의 양측면에 태양전지 셀(2)의 배면이 결합되면 그 연결부재(4)의 두께에 해당되는 공간을 통해 한 쌍의 태양전지 셀(2)의 전극(6, 8)이 서로 연결설치될 수 있다. 이때 상기 전극은 전선(14)을 통해 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 용이한 설명을 위해 상기 한 쌍의 태양전지 셀(2) 중 임의로 하나의 태양전지 셀(2)을 제 1 태양전지 셀(2')로 지칭할 경우, 다른 태양전지 셀(2)을 제 2 태양전지 셀(2")로 지칭할 수 있다.

상기 태양전지 모듈(10)을 구성하는 한 쌍의 태양전지 셀(2)의 전극 연결방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 제 1 태양전지 셀(2')의 음극(8)이 제 2 태양전지 셀(2")의 양극(6)에 연결설치되면, 상기 연결설치된 전극을 제외한 다른 전극, 예를 들면 제 1 태양전지 셀(2')의 양극(6) 및 제 1 태양전지 셀(2")의 음극(8)은 다른 태양전지 모듈(10)의 전극 또는 태양전지 셀(2)로부터 제공되는 전기를 저장하는 수단(미도시)과 외부에서 연결 가능하도록 노출된다.

한편, 본 발명에 따른 태양전지 모듈(10)은 적어도 두 개 이상 서로 연결설치되어 태양전지 어레이(12)를 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지 어레이(12)는 본체(16)의 외주면에 적어도 두개 이상의 태양전지 모듈(10)이 직립되도록 연결설치되고, 상기 직립되도록 연결설치된 태양전지 모듈(10)의 전극(6, 8)을 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 포함한다.

상기 본체(16)는 태양전지 모듈(10)이 연결설치되는 장소를 제공하기 위한 구조물, 바람직하게는 입체형 구조물로서, 그 외주면에 태양전지 모듈(10)이 삽입되어 안착될 수 있는 모듈홈(18)이 형성되어 있다.

여기서, 상기 본체(16)는 태양전지 어레이(12)가 설치되는 장소, 예를 들면 가로등 및/또는 신호등 등의 단일 목적의 구조물 또는 건축물의 외벽, 지붕, 옥상 등 인공 구조물, 또는 지면 등의 적용 양태에 따라 변형 가능하지만, 적어도 다수의 태양전지 모듈(10)이 연결설치될 경우, 태양의 직사광선과 산란광 등을 효과적으로 집광할 수 있는 형태로 제공되는 것이 바람직하다.

바람직한 본체(16)의 형태는 그 단면이 원형, 반원형 또는 평면형인 구조물인 것이 좋고, 추천하기로는 그 단면이 원형, 반원형 또는 평면형인 입체형 구조물인 것이 좋다.

상기 태양의 직사광선 및/또는 산란광 등을 효과적으로 집광할 수 있는 형태로서 본체(16)에 연결설치되는 태양전지 모듈(10)의 전체적인 형태는 방사형을 갖는 것이 바람직하다.

상기 모듈홈(18)은 태양전지 모듈(10)을 구성하는 연결부재(4), 바람직하게는 비전도성 연결부재(4)가 삽입되어 안착될 수 있도록 길이방향으로 확장된 형태를 갖는 것이 좋다.

특정적으로, 본 발명에 따른 본체(16)에 형성된 모듈홈(18)의 일측에는 태양전지 모듈(10)을 구성하는 태양전지 셀(2)의 전극(6, 8) 및 상기 전극(6, 8)을 서로 연결할 수 있는 전선(14)이 관통할 수 있는 관통홈(20)이 구비될 수 있다.

여기서, 상기 전선(14)은 양극(6)과 양극(6), 음극(8)과 음극(8) 또는 양극과 음극(8)을 서로 연결한다.

전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양전지 어레이(12)는 태양광 발전 시스템을 위해 태양광이 조사되는 장소, 예를 들면 가로등 및/또는 신호등 등의 단일 목적의 구조물 또는 건축물의 외벽, 지붕, 옥상 등 인공 구조물, 또는 지면 등의 장소에 설치될 수 있다.

이러한 일례로서, 태양전지 어레이(12)의 다양한 적용 양태를 도 12 내지 도 16으로 나타냈다.

도 12 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 어레이(12)는 태양전지 어레이(12)가 설치되는 장소에 따라 다양한 형태, 예를 들면 단면이 원형, 반원형 또는 평면형 본체(16)에 태양전지 모듈(10)이 직립된 형태로 구성된다.

특히, 본 발명에 따른 태양전지 어레이(12)는 단독으로 설치될 수도 있지만, 태양전지 모듈(10)이 복수개 연결설치된 하나의 태양전지 어레이(12)를 다수개 서로 연결설치하여 그 전체를 하나의 태양전지 어레이(12)로 구성할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

2 : 태양전지 셀 4 : 연결부재
6 : 양극 8 : 음극
10 : 태양전지 모듈 12 : 태양전지 어레이
14 : 전선 16 : 본체
18 : 모듈홈 20 : 관통홈

Claims

양극 및 음극의 전극을 갖는 태양전지 셀 한 쌍을 서로 배면이 마주보도록 연결설치하고, 상기 태양전지 셀 한 쌍 사이에는 판상의 연결부재가 구비되고, 각각의 태양전지 셀의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시킨 태양전지 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배면이 마주보도록 연결설치되고, 상기 연결부재의 두께에 해당하는 공간을 통해 양극 및 음극의 전극을 갖는 태양전지 셀 한 쌍이 각각의 태양전지 셀의 배면에 위치하는 하나의 전극을 직렬로 연결하고, 직렬로 연결되지 않은 각 태양전지 셀(2)의 다른 전극을 외부에서 연결 가능하도록 노출시키고, 상기 태양전지 셀 한 쌍의 사이에 구비되는 비전도성 연결부재를 더 포함하는 태양전지 모듈.
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