KR101281290B1 - 광 효율을 향상시킨 입체형상의 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

태양전지 셀(Solar cell)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구형(sphere) 또는 반구형 표면을 구비하여 표면적을 증가시키고 광 효율을 향상시킨 입체형상의 태양전지 셀에 관하여 개시한다.
본 발명은 복수개의 태양전지 기판이 연결되어 입체적인 구형의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.상기 태양전지 모듈은 구형의 투명 외피를 구비하거나, 표면에 상기 태양전지 기판의 형상에 대응하는 수용홈을 형성한 구형의 내피를 구비할 수 있다.
본 발명은 태양전지 모듈을 구형(또는 반구형)으로 형성하여 태양광을 받는 표면적을 확대함으로써, 효율을 향상시키는 효과를 가져온다.

Description

광 효율을 향상시킨 입체형상의 태양전지 모듈{SPHERICAL SOLAR CELL MODULE IMPROVED CONDENSING EFFICIENCY}

본 발명은 태양전지(Solar cell)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구형(sphere) 또는 반구형 표면을 구비하여 표면적을 증가시키고 광 효율을 향상시킨 입체형상의 태양전지 셀에 관한 것이다.

최근 석탄과 석유와 같은 화석연료의 고갈 문제 및 환경오염 문제의 심각성으로 인하여, 이를 대체할 수 있는 대체에너지에 대한 다양한 모델이 제시되고 있다. 이중 태양광 에너지를 이용한 발전 또는 난방은 화석 연료에 대한 에너지 의존도를 줄이고, 무공해 환경을 조성할 수 있어서, 세계 여러 나라에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.

태양광 에너지를 전기로 변환하기 위해서는 태양전지를 사용한다. 이러한 태양전지는 종래에는 대부분 태양전지가 평면형상을 가지고 있으며, 각도가 고정되어 있는 고정방식을 사용하고 있다. 그런데, 이러한 방식은 그 효율이 낮다.

태양전지의 효율을 향상시키기 위한 방법으로 태양의 위치에 따라 태양전지의 각도가 변경되는 태양광 추적 시스템도 제안되고 있다. 그런데 태양광 추적시스템은 태양전지의 각도를 실시간으로 이동시킬 수 있는 구동장치와 그에 따른 에너지가 소모되는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 별도의 태양광 추적 시스템을 사용하지 않고, 태양전지 모듈에 입체적인 구형 또는 반구형의 형상을 부여함으로써 태양의 위치를 추적하여 태양전지 모듈을 이동시키지 않고 고정된 상태에서도 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있는 입체 형상의 태양전지 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 평면 형태에서 탈피하여 입체적인 형상을 가지는 태양전지 모듈을 제공함으로써 태양의 고도 각에 관계없이 우수한 효율을 가질 수 있는 태양전지 모듈을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 입체적인 구형상을 가지는 태양전지 모듈이 상호 중첩되지 않도록 형성된 태양전지 모듈 어셈블리를 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수개의 태양전지 기판이 연결되어 입체적인 구형의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.

상기 태양전지 모듈은 구형의 투명 외피를 구비하거나, 표면에 상기 태양전지 기판의 형상에 대응하는 수용홈을 형성한 구형의 내피를 구비할 수 있다.

상기 복수개의 태양전지 기판은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되면 더욱 바람직하다.

또한, 상기 태양전지 기판은 평면형태 또는 곡면형태를 가질 수 있다.

그리고, 본 발명은 지면에서 수직방향으로 입설되는 수직지주; 및 복수개의 태양전지 기판이 연결되어 입체적인 구형의 표면을 가지며, 상기 수직지주에 매달려 연결되는 복수개의 태양전지 모듈;을 포함하는 태양전지 모듈 어셈블리를 제공한다.

이 때, 상기 복수개의 태양전지 모듈이 상호간에 일정간격을 유지할 수 있도록 연결하는 간격지주를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 간격지주는 복수개의 태양전지 모듈을 정사면체 형태로 연결하면 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 복수개의 태양전지 기판이 연결되어 입체적인 반구형의 표면을 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.

본 발명은 태양전지 모듈을 구형(또는 반구형)으로 형성하여 태양광을 받는 표면적을 확대함으로써, 효율을 향상시키는 효과를 가져온다.

그리고, 본 발명은 복수개의 태양전지 모듈이 상호 중첩되지 않도록 하는 태양전지 모듈 어셈블리를 제공하여 적은 공간에서도 많은 발전량을 가져올 수 있도록 하는 효과를 가져온다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체형상 태양전지 모듈을 나타낸 사시도,
도 2는 태양전지 기판의 형상을 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체형상 태양전지 모듈을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 태양전지 모듈을 포함하는 태양전지 모듈 어셈블리를 나타낸 사시도,
도 5는 태양전지 모듈 사이의 간격을 유지하는 간격지주를 나타낸 사시도,
도 6은 간격지주의 최소간격을 산출하는 방법을 나타낸 모식도,
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반구형 태양전지 모듈을 나타낸 것이다.
도 8 및 도 9는 반구형 태양전지 모듈이 배열되어 형성된 태양전지 모듈 어셈블리를 나타낸 사시도임.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 광 효율을 향상시킨 입체형상의 태양전지 모듈의 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입체형상 태양전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 태양전지 기판의 형상을 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 그 외관 형상이 구형상을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

태양전지 모듈(100)은 복수개의 태양전지 기판(120)을 연결하여 형성된다. 복수개의 태양전지 기판(120)은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되어 있다.

태양전지 모듈(100)을 구성하는 태양전지 기판(120)은 곡면의 형상을 가진다.

도 2의 좌측은 평면 형상을 가지는 태양전지 기판(120-1)을 나타낸 것이고, 도 2의 우측은 곡면 형상을 가지는 태양전지 기판(120-2)을 나타낸 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 투명 재질의 외피(110)를 구비할 수 있다.

투명 재질의 외피(110)는 표면이 구형상을 가지고 있으며, 그 안쪽에 태양전지 기판이 고정된다. 투명 재질의 외피(110)는 태양전지 기판을 보호하는 역할을 수행하며, 또한 태양전지 모듈(100)이 특정한 입체적 형상을 유지할 수 있도록 하는 프레임 역할을 수행한다.

즉, 외피(110)의 내면에 평면 형상 또는 곡면 형상의 태양전지 기판(120)이 고정됨으로써, 전체적으로 태양전지 모듈(100)이 입체적인 형상을 가지게 되는 것이다.

곡면 형상의 태양전지 기판(120-2)의 경우 외피(110)의 내경에 대응하는 곡률 반경을 가지는 것이 바람직하다.

삭제

태양전지 모듈(100)이 구형상을 가지는 경우, 태양의 고도와 관계없이 항상 구의 표면적의 절반에 태양광이 비추어지게 된다. 따라서, 종래의 평면 형상의 태양전지 모듈에 비하여 우수한 집광 효과를 나타낼 수 있게 된다.

태양전지 모듈(100)의 반경을 R 이라고 하면, 태양전지 모듈 전체의 표면적은 4πR² 이 되는데, 구형으로 형성될 경우 태양의 고도에 관계없이 항상 반구면에는 빛이 비추게 되는 수광되는 표면적은 2πR² 이 된다.

입체적인 구형상이 아니고 반지름이 R인 원판형 태양전지 모듈은 빛을 받는 면적이 πR² 이 되므로, 이에 비하면 본원 발명에 따른 입체적인 구형의 형상을 가지는 태양전지 모듈은 2배의 수광 면적을 가지게 되는 것이다.

그런데, 평면형 태양전지 모듈의 경우 태양의 고도에 따라 빛이 입사되는 각도가 변화하게 되나, 구형 태양전지 모듈의 경우 항상 빛을 받는 반구면은 태양의 입사각에 대하여 직각을 이루게 되므로 실질적으로는 2배 이상의 발전량 증가 효과를 가져올 수 있다.

이러한 입체적인 구형상의 태양전지 모듈(100)은 단독으로 설치되어 사용될 수도 있지만, 복수개가 연결된 어셈블리 형태로 사용될 수도 있다. 복수개를 연결하는 경우 각각의 태양전지 모듈(100)이 서로 중첩되지 않도록 배치하는 것이 중요하며, 공간의 활용도를 높이기 위해서는 단위면적당 최대의 발전 효율을 가져올 수 있도록 배치하는 것이 중요하다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입체형상 태양전지 모듈을 나타낸 사시도이다.

제 1 실시예가 투명재질의 외피(110)의 안쪽에 태양전지 기판(120)을 부착하는 방식인 것에 비하여, 제 2 실시예는 내피(115)의 바깥쪽에 태양전지 기판(120)을 부착하는 방식이다.

즉 입체적인 구형상을 가지는 내피(115)의 표면에 태양전지 기판(120)을 부착하여, 태양전지 모듈(100)이 전체적으로 입체적인 구형상을 가지게 되는 것이다.

내피(115)의 표면에는 태양전지 기판(120)이 결합되는 부분에, 태양전지 기판(120)의 형상에 대응하는 수용홈(117)을 형성할 수 있다.

수용홈(117)은 태양전지 기판(120)을 고정하는 역할을 수행하며, 조립을 용이하게 해준다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 복수개의 태양전지 모듈을 포함하는 태양전지 모듈 어셈블리를 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 태양전지 모듈 어셈블리(10)는 복수개의 태양전지 모듈(100)을 포함하고, 각각의 태양전지 모듈(100)이 지면으로부터 이격되어 태양광을 받는 면적을 확보하는 것이 바람직하다.

태양전지 모듈 어셈블리(10)는 지면에서 수직방향으로 입설되는 수직지주(150)와, 이에 연결되는 복수개의 구형 태양전지 모듈(100)을 포함한다.

수직지주(150)는 태양전지 모듈(100)이 지면에서 이격된 상태로 지지하는 역할을 수행하게 된다. 도시된 바와 같이 복수개의 태양전지 모듈(100)을 수직지주(150)에 연결하여 전체적인 형상이 포도 송이와 같은 형태가 되도록 할 수 있다.

도 5는 태양전지 모듈 사이의 간격을 유지하는 간격지주를 나타낸 사시도이다.

구형의 태양전지 모듈이 서로 겹쳐진 형태로 배열되면, 뒤쪽의 태양전지 모듈은 그림자에 가려져 빛을 수광하는 면적이 좁아 질 수 있다. 따라서 각각의 태양전지 모듈(100)이 일정한 간격을 유지할 수 있는 구조를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 이를 위하여 각각의 태양전지 모듈(100)이 간격지주(160)의 의하여 연결되는 형태를 제공한다. 도시된 바와 같이, 간격지주(160)는 태양전지 모듈(100)을 정사면체 형태로 연결하는 것이 바람직하다.

간격지주(160)의 이격거리는 태양전지 모듈(100)의 반지름에 따라 결정되는 것이 바람직하다.

도 6은 간격지주의 최소간격을 산출하는 방법을 나타낸 모식도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 정사면체 형태로 연결된 상태에서 일측면에서 보았을 때, 꼭지점 부분의 태양전지 모듈(100-4)이 다른 태양전지 모듈(100-1, 100-2, 100-3)에 중첩되지 않도록 하기 위해서는 간격지주(160)의 길이(L)는 태양전지 모듈(100) 반지름(R)의 1.4~2.0 배 범위인 것이 바람직하다.

정사면체 형태로 형성되는 경우 정사면체의 한변의 길이를 a, 태양전지 모듈의 반지름을 R, 간격지주의 길이를 L이라고 하면,

도 5를 참조하면, 정사면체의 일면에서 보았을 때 반대편 꼭지점에 위치하는 태양전지 모듈(100-4)과, 면에 위치하는 태양전지 모듈(100-1, 100-2, 100-3)이 서로 중첩되지 않도록 하는 최소의 길이 L을 구할 수 있다.

은 약 1.7이므로

최소 L의 길이, 간격지주(160)의 최소길이는 태양전지 모듈 반지름(R)의 1.4 배이다.

간격지주의 길이가 태양전지 모듈 반지름의 1.4배 미만인 경우에는 뒤쪽의 태양전지 모듈(100-4)이 앞쪽의 태양전지 모듈(100-1, 100-2, 100-3)의 그림자에 가려지는 부분이 발생하게 되며, 간격지주의 길이가 태양전지 모듈 반지름의 2배를 초과하면 단위 면적당의 집적도가 떨어지게 되어 공간 효율성이 저하된다.

따라서, 간격지주의 길이는 태양전지 모듈 반지름의 1.4 ~ 2.0 배인 것이 바람직하다.

또한, 간격지주(160)는 투명재질로 이루어져 간격지주에 의하여 그림자가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반구형 태양전지 모듈을 나타낸 것이다.

반구형의 태양전지 모듈(200)은 주택의 지붕 등과 같이 평면적인 배치가 필요한 부분에 적용될 수 있다. 반구형 태양전지 모듈은 평면형에 비하여 수광면적을 향상시킬 수 있어 단위 면적당의 발전효율이 증가하는 효과를 가져온다.

도 8 및 도 9는 반구형 태양전지 모듈이 배열되어 형성된 태양전지 모듈 어셈블리를 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 반구형 태양전지 모듈(200)은 도 8에 도시된 바와 같이 격자형태로 배열하여 태양전지 모듈 어셈블리(20)를 형성할 수 있으며, 도 9에 도시한 바와 같이 더 조밀한 배열을 위해서는 반구형 태양전지 모듈(200)을 벌집구조와 같이 배열하여 태양전지 모듈 어셈블리(20)를 형성할 수도 있다.

격자형태의 배열보다는 벌집구조의 배열이 집적도가 우수하여 단위면적당 더 많은 발전량을 가져올 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.

10, 20 : 태양전지 모듈 어셈블리
100,200 : 태양전지 모듈
110 : 외피
115 : 내피
117 : 수용홈
120 : 태양전지 기판
150 : 수직지주
160 : 간격지주

Claims (17)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 지면에서 수직방향으로 입설되는 수직지주; 및
   복수개의 태양전지 기판이 연결되어 입체적인 구형의 표면을 가지며, 상기 수직지주에 매달려 연결되는 복수개의 태양전지 모듈;
   상기 복수개의 태양전지 모듈이 상호간에 일정간격을 유지할 수 있도록 연결하는 간격지주;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어셈블리.
   
8. 삭제
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 간격지주는 복수개의 태양전지 모듈을 정사면체 형태로 연결하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어셈블리.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 간격지주는 태양전지 모듈 반지름의 1.4 ~ 2.0 배의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어셈블리.
    
11. 제 7 항에 있어서,
    상기 간격지주는 투명재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 어셈블리.
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

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