KR101337456B1 - 태양전지강화모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지 강화모듈에 관한 것으로, 특히 태양전지의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면에 각각 배치되는 제1및 제2충진재층과 상기 제1 및 제2 충진재층 상에 적층되는 전면기판 및 후면기판을 포함하되, 상기 태양전지와 상기 후면기판 사이에 보강플레이트층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양전지모듈에 적층구조로 들어가는 구조 사이에 섬유보강재 또는 와이어보강재로 구성되는 보강플레트층을 구비하여 태양전지 모듈의 강성을 강화하고, 이를 통해 태양전모듈의 강성을 위해 보강되던 종래의 강도 보강용구조물(보강프레임)을 제거하여 태양전지 모듈의 구조를 간소화하는 효과가 있다.

Description

태양전지강화모듈{SOLAR CELL STRENGTHENING MODULE}

본 발명은 태양전지 강화모듈에 관한 것으로, 특히 대형화하는 태양전지 모듈의 강성을 강화할 수 있는 구조에 관한 기술이다.

태양전지 소재는 단결정 실리콘(silicon) 기판이나 다결정 실리콘 기판을 이용하고 제작하는 것이 많기 때문에 태양전지 소재는 물리적 충격에 약하고, 또 옥외에 태양전지를 설치한 경우에는 비 등으로부터 이것을 보호할 필요가 있다. 또 태양전지 소재 1장에서 발생하는 전기출력이 작기 때문에 복수의 태양전지 소재를 직병렬에 접속하고, 실용적인 전기 출력을 꺼낼 수 있게 할 필요가 있다. 이 때문에 복수의 태양전지 소재를 접속하고, 투명기판 및 충전재로 봉입하고 태양전지 모듈을 제작하는 것이 통상 행해지고 있다.

도 1은 종래의 태양전지 모듈의 구조를 도시한 것으로, 태양전지(30)의 테두리부가 삽입되는 구조로 결합되는 프레임(F) 구조가 마련되며, 상기 태양전지 상부 하부에 각각 적층되는 구조로 충진재(20, 40)와 전면 및 후면유리(10, 50)이 순차 적층되는 구조로 배치되며, 각 구성부분이 상기 프레임(F)에 테두리부가 삽입되는 구조로 결합하게 된다.

도 2는 도 1의 구조물이 결합한 결과의 측단면도를 도시한 것으로, 프레임(F)에 각 구성층의 테두리부가 삽입되는 구조로 결합하는 동시에, 전면유리와 후면유리(10, 50)의 테두리가 삽입되는 구조에는 양면접착테이프(T)를 이용하여 프레임에 접착성을 부여하여 고정하고 있다. 그러나 이러한 구조는 태양전지에서 발생하는 열이 모듈 내부로 침투하는 것을 효율적으로 방지하지 못하는 문제가 있었다.

이러한 태양전지 모듈의 종류는 그 모양과 셀의 종류, 그리고 용도에 따라 일반 결정질실리콘모듈, 박막형 플렉시블 모듈, 지붕기와형 모듈, 삼각형 모듈, 유리창으로 쓸수 있는 건축자재이체형모듈(BIPV) 등 아주 다양한 형태로 개발되어 있으며, 우리가 사용하는 계산기나 시계 등에 붙어 있는 조그만 태양전지도 하나의 모듈이라고 볼 수 있다.

그러나 최근 태양전지를 이용한 태양에너지 발전에 관심이 증대되면서, 더욱 더 많은 에너지를 활용하기 위해 태양전지모듈의 크기도 점차 대형화되는 추세이며, 이에 따라 일정한 규격이상의 태양전지모듈을 프레임만으로는 지지할 수 없게 되는 문제가 초래하고 있다.

도 3은 이러한 문제를 해결하기 위해, 도 1에서 상술한 구조의 후면유리(50)의 뒷면을 도시한 평면도로, 태양전지모듈의 후면에 도시된 것과 같

이, 컨트롤 박스인 정션박스(60)가 노출되는 부위 이외의 부분에 도 1에서 상술한 테두리부를 연결하는 강도보강용 구조물(P)를 하나 이상 형성하게 되였다. 그러나 상술한 강도보강용 구조물(P)는 알루미늄재질로 열전달율이 높아, 발생된 열을 열에 취약한 태양전지모듈로 전달하게 되어, 태양전지모듈의 효율을 떨어뜨리는 원인으로 작용하게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지모듈에 적층구조로 들어가는 구조 사이에 섬유보강재 또는 와이어보강재로 구성되는 보강플레트층을 구비하여 태양전지 모듈의 강성을 강화하고, 이를 통해 태양전모듈의 강성을 위해 보강되던 종래의 강도 보강용구조물(보강프레임)을 제거하여 구조가 간소화된 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.

특히, 태양전지셀과 전면 및 후면기판을 수용하는 외각 프레임의 접착을 열을 전달율이 떨어지는 절연성 접착제를 이용하여 고정하여 프레임으로부터 발생한 열이 태양전지모듈 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 하는 태양전지 모듈을 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 태양전지; 상기 태양전지의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면에 각각 배치되는 제1및 제2충진재층; 상기 제1 및 제2 충진재층 상에 적층되는 전면기판 및 후면기판;을 포함하되, 상기 태양전지와 상기 후면기판 사이에 보강플레이트층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 강화모듈을 제공할 수 있도록 한다.

특히, 이 경우 상기 태양전지 강화모듈에 포함되는 상기 보강플레이트층은, 상기 후면기판과 제2충진재층 사이에 배치되거나 상기 제2충진재층과 태양전지 사이에 배치될 수 있다.

이 경우 상기 보강플레이트층은, 섬유보강재 또는 와이어보강재 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 상기 태양전지 강화모듈은, 내부과 관통되는 구조의 프레임구조물;을 더 포함하며, 상기 태양전지, 제1 및 제2충진재층, 전면 및 후면기판, 보강플레이트의 테두리부가 상기 프레임 구조에 삽입되는 구조로 결합될 수 있다.

또한, 상기 프레임구조물은, 일측이 개구되며, 상기 일측을 제외한 타측 및 상하부가 절곡된 구조로 형성되는 삽입부를 구비하며, 상기 프레임구조의 내측면에 접촉하는 전면 및 후면기판의 테두리부는, 열을 전달하지 않는 절연성질을 가지는 접착재를 매개로 프레임에 상기 전면 및 후면기판의 테두리부가 결합한다.

본 발명에 따른 상기 태양전지 모듈은, 상기 후면기판에 결합되는 정션박스(juction box)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 태양전지모듈에 적층구조로 들어가는 구조 사이에 섬유보강재 또는 와이어보강재로 구성되는 보강플레트층을 구비하여 태양전지 모듈의 강성을 강화하고, 이를 통해 태양전모듈의 강성을 위해 보강되던 종래의 강도 보강용구조물(보강프레임)을 제거하여 태양전지 모듈의 구조를 간소화하는 효과가 있다.

특히, 태양전지셀과 전면 및 후면기판을 수용하는 외각 프레임의 접착을 열을 전달율이 떨어지는 절연성 접착제를 이용하여 고정하여 프레임으로부터 발생한 열이 태양전지모듈 내부로 전달되는 것을 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 태양전지 모듈의 분리사시도이다.
도 2는 도 1의 구조의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 후면기판의 평면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 분리사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 단면 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 배면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 4는 본 발명에 따른 태양전지 강화모듈의 일실시예에 따른 분해사시도이다.

도시된 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지 강화모듈은 태양전지(130)와 상기 태양전지(130)의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면에 각각 배치되는 제1및 제2충진재층(120, 140), 그리고 상기 제1 및 제2 충진재층(120, 140) 상에 적층되는 전면기판 및 후면기판(110, 150)을 포함하되, 특히, 상기 태양전지(130)와 상기 후면기판(150) 사이에 보강플레이트층(160)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 보강플레이트층(160)은 상기 후면기판(150)과 제2충진재(140)층 사이에 배치되거나, 상기 제2충진재층(140)과 태양전지(130) 사이에 배치될 수 있다. 나아가, 상기 후면기판(150)의 배면에 결합되는 컨트롤 박스인 정션박스(juction box; 170)을 더 구비할 수 있다.

상기 보강플레이트층(160)은 도시된 것과 같이, 판 형상의 기판구조물로, 프레임(200)의 내부로 삽입될 수 있는 테두리를 구비하며, 특히 상술한 태양전지 모듈의 라미네이트 공정 시 섬유보강재나 와이어보강재를 결합하여 태양전지의 강도를 강화하는 기능을 한다. 즉, 태양전지모듈의 제조시 전면기판, 충진재층, 태양전지 소자, 후면기판 등을 순차적으로 적층하고, 이것들을 진공 흡인하고 가열 압착하는 라미네이션법 등을 이용하고 제조하게 되는데, 이러한 공정에 보강플레이트층을 삽입하여 함께 라미네이션하여 제조할 수 있다.

본 발명에서는 상기 보강플레이트층(160)을 평판형상의 플레이트 구조를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광투과율이 확보되는 특성을 가지는 구조물에 다양한 패턴을 형성하여 광투과율을 높이는 동시에 강화기능을 구비하도록 할 수 있다. 이를 테면, 플레이트 자체에 다수의 관통홀을 구비하는 구조로 그물형, 망사형, 벌집구조 등의 패턴을 구현하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 상기 보강플레이트층(160)은 내화용 폴리프로필렌선뮤(PP섬유), 고인성 PVA, 나이콘 화이버(NYCON FIBER), PVA(Polyvinyl Acohol), ARBOCEL Fiber, 파워메쉬화이버, 유리섬유보강재, 강섬유보강재와 같은 섬유보강재나 와이어를 평행 또는 교차하도록 배열하여 구성한 와이어 보강재를 이용할 수 있으며, 이는 상기 열거한 종류에 한정하지 않고 사용할 수 있는 모든 섬유보강재 및 와이어보강재를 이용할 수 있다고 할 것이다.

본 발명에 따른 태양전지모듈을 구성하는 전면기판은(110) 저 철분 강화유리를 이용할 수 있으며, 주로 태양전지 모듈(module)을 보호하기 위해, 기계강도가 우수하고 또한 내후성, 내가수분해성 등의 내구성을 가지는 것이 필요로 하며, 스펙트럼 투과율이 90% 이상인 것을 사용할 수 있다. 태양전지는 그 성질상, 옥외에서 사용되는 것이 많기 때문에 태양전지 모듈을 구성하는 부재에는 높은 내구성이 요구된다. 태양전지 모듈에 사용되는 기판인 저 철분 강화유리는 주로 태양전지 모듈의 이면을 보호하기 때문에, 기계 강도가 우수하고 또한 내후성, 내가수분해성 등의 내구성을 가지는 것을 이용함이 바람직하다.

상기 후면기판(150)은 PVF(Polyvinyl fluoride), 폴리에스테르, 아크릴로 구성되는 시트재나 기판재를 이용하거나, PVF의 내습성을 높이기 위해 PVF에 알루미늄 호일이나 폴리에스테르를 씌운 샌드위치 구조의 기판재를 이용할 수 있다.

또한, 상기 충진재층(120, 140)은 보통 에틸렌 비닐 아세테이드(EVA: Etylene Vinyl Acetate)나 폴리부티랄(PVB:Poluvinyl Butyral)를 사용하는데, 상기 EVA나 상기 PVB는 표면 유리, 태양전지, 후면시트 또는 후면유리를 접합 밀봉하여 외부의 습기 먼지, 공기 등을 차단해주거나 깨지기 쉬운 셀을 보호해주는 복합적인 역할을 한다.

그리고 상기 프레임(200)은 도시된 구조와 같이, 일측이 개구된 구조로 타측과 상하면은 연결되는 'ㄷ'자형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 절곡된 내측부분(이하, '삽입부'라 한다.)으로 상술한 상기 태양전지, 제1 및 제2충진재층, 전면 및 후면기판, 보강플레이트의 테두리부가 상기 삽입부에 삽입되는 구조로 결합하게 된다. 이 경우, 프레임(150)의 안쪽에는 밀봉을 위한 밀봉재로서 부틸고무 등이 끼워진다.

또한, 상기 태양전지(130)는 pn 접합부가 형성되어 있는 반도체 기판으로 이루어지며, 적절한 용량의 전압과 전류를 생성하기 위하여 복수 개가 직렬 또는 병렬로 연결되는 구조로 구현될 수 있다.

도 5를 참조하면, 이는 도 4에서 상술한 본 발명에 따른 태양전지모듈의 결합구조를 단면으로 도시한 것이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 상기 프레임(200)에 태양전지(130), 제1 및 제2충진재층(120, 140), 전면 및 후면기판(110, 150)의 테두리부가 상기 삽입부에 결합하게 된다. 특히 이 경우, 본 발명에서는 상기 전면기판(110)과 후면기판(150)이 상기 프레임의 내측 표면과 접촉하는 부분에 절연성질을 가지며 반영구적인 접착력을 가지는 실리콘 실란트와 같은 접착제(300)을 이용하여 고정 부착함으로써, 상기 프레임(200)에서 발생한 열이 태양전지모듈의 내부로 전도되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 도 5에서는 도시되지 않았으나, 상기 태양전지(130)와 제1및 제2 충진재층(120, 140) 사이에, 즉 태양전지(130)의 표면에는 보호시트를 더 부가하여 결합시킬 수 있다. 이는 상기 충진재층(120, 140)이 EVA인 경우에는 태양전지모듈의 설치 후 자외선 환경에 장시간 노출되는 경우에 산성 기체나 초산을 생성시켜 태양전지셀의 표면에 있는 금속라인을 손상시킬 우려가 있어 내구성면에서 취약하다. 이를 막기 위해 상술한 보호시트를, 실리콘, 아크릴, PE(Poly Ethylene), PET(Poly Ethylene Terephthalate) 재질의 것을 사용하여 형성할 수 있다. 이 경우 PE, PET는 자외선에 의해 변질될 우려가 있으므로 표면에 자외선 차단 코팅된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가, 이러한 보호시트가 너무 두꺼우면 충진재층(120, 140)이 그 기능을 제대로 수행할 수 없을 수 있으므로, 태양전지(130)의 앞면 및 뒷면 각각에서 보호시트: 충진시트 또는 보호시트: 충진시트의 두께비는 1:1~1:5인 것이 바람직하다.

물론, 본 발명에서는 상술한 바와 같이, 전체적인 태양전지 모듈을 강화하기 위한 보강플레이트층을 모듈 내에 삽입함으로써, 도 3에서 상술한 종래의 강화보강용구조물을 제거하여도 충분한 강성을 구비하는 장점을 구현할 수 있으며, 절연성 접착제를 이용하여 열전달을 차단하여 태양전지 모듈의 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 전면기판
120: 제1충진재층
130: 태양전지
140: 제2층진재층
150: 후면기판
160: 보강플레이트
170: 정션박스
200: 프레임
300: 접착제

Claims (8)

1. 태양전지;
   상기 태양전지의 일면 및 상기 일면에 대향하는 타면에 각각 배치되는 제1및 제2충진재층;
   상기 제1 및 제2 충진재층 상에 적층되는 전면기판 및 후면기판;을 포함하되,
   상기 태양전지와 상기 후면기판 사이에 와이어 보강재가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 강화모듈.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 와이어 보강재가 상기 후면기판과 제2충진재층 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 강화모듈.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 와이어 보강재가 상기 제2충진재층과 태양전지 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 강화모듈.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양전지 강화모듈은,
   내부과 관통되는 구조의 프레임구조물;을 더 포함하며,
   상기 태양전지, 제1 및 제2충진재층, 전면 및 후면기판, 상기 와이어 보강재의 테두리부가 상기 프레임 구조에 삽입되는 구조로 결합되는 태양전지 강화모듈.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 프레임구조물은,
   일측이 개구되며, 상기 일측을 제외한 타측 및 상하부가 절곡된 구조로 형성되는 삽입부를 구비하는 태양전지 강화모듈.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 프레임구조의 내측면에 접촉하는 전면 및 후면기판의 테두리부는,
   열을 전달하지 않는 절연성질을 가지는 접착재를 매개로 프레임에 상기 전면 및 후면기판의 테두리부가 결합하는 태양전지 강화모듈.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 태양전지 모듈은,
   상기 후면기판에 결합되는 정션박스(juction box)를 더 포함하는 태양전지 강화모듈.

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