KR101194684B1 - 태양전지 변환효율 측정장치 - Google Patents

태양전지 변환효율 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED를 이용한 인공 태양광원에 관한 것으로, 발광하는 빛의 파장이 다른 복수의 LED를 조합한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양광 모사장치는, LED를 이용한 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부 및 광원부의 점등을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양전지의 변환효율 측정장치는, LED를 이용한 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부, 광원부의 점등을 제어하는 제어부, 측정대상 태양전지를 거치하는 거치부 및 광원부와 측정대상 태양전지 사이의 거리 및 방향을 조절하는 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, LED를 이용함으로써, 제어 및 유지관리비용을 절감할 수 있고, 발열의 문제가 크게 감소하는 효과가 있다.
특히, 발광하는 파장이 다른 복수의 LED를 선택적으로 점등함으로써, 다양한 스펙트럼의 빛을 재현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 소형에서 대형까지 다양한 크기의 장치를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양전지 변환효율 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING CONVERSION EFFICIENCY OF A SOLAR CELL}
본 발명은 태양전지 변환효율 측정장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 태양광 모사장치용 인공 태양광원을 이용하여 태양전지의 변환효율을 측정하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 빛을 전기로 변환하는 광전소자(photovoltaic cell)인 태양전지는 태양에너지를 효율적이고 친환경적으로 이용하는 기술로서, 태양전지의 성능을 평가하는 가장 중요한 항목은 에너지 변환효율이다.
태양전지의 에너지 변환효율은 국제규격에서 정한 조건에 따라 일정한 태양광의 복사조도에 대하여 태양전지가 출력하는 광전류의 비율로 측정한다.
태양전지의 에너지 변환효율을 측정하는 방법은 복사출력과 광전류를 직접 측정하는 방법과 에너지 변환효율을 알고 있는 기준 태양전지와 비교하여 측정하는 방법으로 구분할 수 있다. 또 다른 분류로는 태양광 모사장치(solar simulator) 등의 인공광원을 사용하는 실내측정 방법과 자연 태양광에 대하여 측정하는 측정방법으로 구분할 수 있다.
이중 실제 현장에서는 인공광원에 대하여 기준 태양전지와 비교하여 측정대상 태양전지의 에너지 변환효율을 측정하는 방법이 보편적으로 사용되고 있다.
태양광모사장치의 경우 태양광을 재현하기 위하여 종래에는 할로겐램프 또는 적외선램프를 이용하였으나, 태양광의 전 스펙트럼을 재현할 수 없었다.
최근에는 메탈 할라이드(Metal-Halide)램프나 아크 제논(Arc Xenon)램프를 인공광원으로 사용하는 태양광모사장치가 개발되었으며, 특히, 실제 태양광과 매우 유사한 환경을 재현할 수 있는 아크 제논램프의 이용이 증가하고 있다.
그러나 아크 제논램프는 램프 자체의 가격이 높을 뿐만 아니라, 램프의 제어 및 유지 관리 비용이 매우 높은 문제가 있다. 또한, 아크 제논램프에서 발생하는 열로 인하여, 인공광원과 측정용 태양전지와의 거리를 멀게 유지해야 하므로 태양광모사장치의 크기가 매우 커지는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 관리비용이 저렴하고 발열의 문제가 적은 LED를 이용한 인공 태양광원과 이를 이용한 태양광 모사장치 및 태양전지 변환효율 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 인공 태양광원은, 발광하는 빛의 파장이 다른 복수의 LED를 조합한 것을 특징으로 한다.
LED는 순방향으로 전압을 가했을 때 발광하는 반도체 소자이다. 발광되는 빛의 파장은 PN 접합을 형성하는 소재의 띠간격의 크기와 관련 있으며, 자외선 영역에서 가시광선 및 적외선 영역까지 발광하는 것을 제조할 수 있다.
본 발명은 다양한 파장의 빛을 발광하는 LED를 조합하여, 태양광의 스펙트럼에 가까운 인공 태양광원을 제작한 것이다. 따라서 태양광의 스펙트럼 범위인 적외선 영역에서 자외선 영역까지의 파장을 발광하는 LED들 중에서 선택하여 조합하는 것이 바람직하다.
이때, 복수의 LED를 선택적으로 점등함으로써 전체적인 발광 스펙트럼을 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 태양광은 시간대에 따라서 스펙트럼의 파형이 다르므로, 다양한 스펙트럼의 빛을 재현할 수 있는 것이 좋다.
이러한 복수의 LED를 배치하는 방법은 평면상에 배치할 수 있으며, 특히 원형으로 배치할 수 있다. 또한 중심부가 오목한 원호형으로 배치하거나, 유연한 판상에 배치시켜 구부릴 수 있도록 할 수도 있다.
그리고 본 발명의 태양광 모사장치는, 상기한 인공 태양광원을 이용한 것으로서,
상기 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부; 및
상기 광원부의 점등을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제어부는 복수의 LED를 선택적으로 점등하여 광원부의 스펙트럼을 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 태양전지의 변환효율 측정장치는, 상기한 인공 태양광원을 이용한 것으로서,
상기 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부;
상기 광원부의 점등을 제어하는 제어부;
측정대상 태양전지를 거치하는 거치부; 및
상기 광원부와 측정대상 태양전지 사이의 거리 및 방향을 조절하는 조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 제어부는 복수의 LED를 선택적으로 점등하여 광원부의 스펙트럼을 조절하는 것이 바람직하다.
그리고 조절수단은 복수의 링크가 일렬로 연결되고 상기 링크들 사이사이에 관절이 형성되어 구부러질 수 있는 다관절장치이며, 한쪽 끝이 상기 광원부에 연결되고 다른 쪽 끝은 상기 거치부에 연결된 것일 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, LED를 이용함으로써, 제어 및 유지관리비용을 절감할 수 있고, 발열의 문제가 크게 감소하는 효과가 있다.
특히, 발광하는 파장이 다른 복수의 LED를 선택적으로 점등함으로써, 다양한 스펙트럼의 빛을 재현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 소형에서 대형까지 다양한 크기의 장치를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 변환효율 측정장치를 나타내는 도면.
본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 인공 태양광원은 발광하는 빛의 파장이 다른 LED를 조합하여 구성된다.
표 1은 LED로 사용되는 대표적인 재료와 그 재료가 발광하는 빛의 색을 정리한 것이다.
재료 발광색
AlGaAs 적외선, 빨간색
GaAsP 빨간색, 오렌지색, 노란색
GaN, InGaN, AlGaN 녹색, 파란색, 보라색, 자외선
GaP 빨간색, 노란색, 녹색
ZnSe 녹색, 파란색
AlGaInP 오렌지색, 노란색, 녹색
C(다이아몬드) 자외선
표 1에 나타낸 것과 같이 발광색이 다른 재료로 제작된 LED를 조합하면, 적외선에서부터 가시광선을 거쳐 자외선에 이르는 모든 파장을 발광하는 인공 태양광원을 구성할 수 있다.
특히, 특정 파장을 발광하는 LED의 수를 조절함으로써 태양광에 더욱 유사한 빛을 발광하는 인공 태양광원을 제작할 수 있다. 또한, 복수의 LED를 선택적으로 점등할 수 있도록 구성함으로써, 다양한 스펙트럼의 빛을 재현할 수 있다.
본 발명의 인공 태양광원에 사용되는 복수의 LED를 배치하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 각 LED에서 발광된 빛이 소정 거리에서 합쳐질 수 있도록 배치되면 된다. 예를 들면, 복수의 LED를 평면상에 원형으로 배치할 수 있으며, 중심부가 오목한 원호형으로 배치할 수도 있다. 만약에 복수의 LED를 유연한 판에 배치하면, 판의 형상을 조절하여 다양한 배치형태를 구성할 수 있을 것이다.
본 발명의 태양광 모사장치는 발광하는 빛의 파장이 다른 복수의 LED를 조합한 인공 태양광원을 이용하며, 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부와 광원부의 점등을 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
제어부는 복수의 광원부들의 점등을 제어하며, 동시에 각 광원부에 포함된 복수의 LED를 선택적으로 점등함으로써 각 광원부의 발광 스펙트럼을 조절한다. 태양광 모사장치는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 그 용도에 따라서 중요하게 사용되는 파장영역이 다르다. 본 발명의 태양광 모사장치는 필요한 파장영역에 따라서 광원부의 발광 스펙트럼을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 변환효율 측정장치를 나타내는 도면이다.
본 발명의 태양전지 변환효율 측정장치는 발광하는 빛의 파장이 다른 복수의 LED를 조합한 인공 태양광원을 이용하며, 인공 태양광원을 적어도 하나이상 구비한 광원부(100), 광원부의 점등을 제어하는 제어부(도면에 표시되지 않음), 측정대상 태양전지를 거치하는 거치부(200) 및 조절수단(300)을 포함하여 구성된다.
특히 본 실시예의 태양전지 변환효율 측정장치는 15X15 정도 크기의 태양전지 셀에 적용할 수 있도록 특화된 소형의 태양전지 변환효울 측정장치이다.
본 실시예의 거치부(200)는 바닥에 놓이며, 그 위에 태양전지 셀을 올려놓는다.
거치부(200)에 놓인 태양전지 셀과 광원부(100) 사이의 거리와 각도를 조절하는 조절수단(300)은 복수의 링크(310)가 관절로 연결된 다관절장치이며, 한쪽 끝에는 광원부(100)가 위치하고 다른 쪽 끝은 거치부(200)에 체결된다. 조절수단(300)의 관절을 조절하여 광원부(100)의 위치를 변경함으로써, 거치부(200)에 놓인 태양전지 셀과 광원부(100) 사이의 거리와 각도를 조절할 수 있다.
제어부는 복수의 광원부들의 점등을 제어하며, 동시에 각 광원부에 포함된 복수의 LED를 선택적으로 점등함으로써 각 광원부의 발광 스펙트럼을 조절한다. 이때, 제어부가 실제 태양의 발광 스펙트럼 데이터를 기준으로 광원부의 발광 스펙트럼을 조절하도록 구성할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 광원부 200: 거치부
300: 조절수단

Claims (12)

  1. 발광하는 빛의 파장이 다른 복수의 LED에서 발광된 빛이 소정거리에서 합쳐질 수 있도록 평면, 원형 및 중심부가 오목한 원호면 중 어느 하나에 배치되어 조합된 인공 태양광원을 이용한 태양전지 변환효율 측정장치로,
    상기 인공 태양광원을 적어도 하나 이상 구비한 광원부;
    상기 광원부의 점등을 제어하는 제어부;
    측정 대상 태양전지를 거치하는 거치부; 및
    상기 광원부와 측정대상 태양전지 사이의 거리 및 방향을 조절하는 조절수단을 포함하고,
    상기 조절수단은 복수의 링크가 일렬로 연결되고 상기 링크들 사이사이에 관절이 형성되어 구부러질 수 있는 다관절장치이며, 한 쪽 끝이 상기 광원부에 연결되고, 다른 쪽 끝이 상기 거치부에 연결된 것을 특징으로 하는 태양전지의 변환효율 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 광원부의 발광 스펙트럼을 조절하기 위해 상기 복수의 LED가 선택적으로 점등되도록 상기 광원부의 점등을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지의 변환효율 측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 LED는 연성 기판에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지의 변환효율 측정장지.
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