KR101382990B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널; 상기 태양전지 패널 상면에 배치되는 전면 EVA층; 상기 전면 EVA층 상면에 배치되는 상부 패널; 상기 태양전지 패널 하면에 배치되는 후면 EVA층; 및 상기 후면 EVA층 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet)를 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}

실시예는 방열 백시트(backsheet)를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.

태양전지는 p-n 접합 다이오드에 빛을 쪼이면 전자가 생성 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 소자로 정의할 수 있다. 태양전지는 접합 다이오드로 사용되는 물질에 따라, 실리콘 태양전지, I-III-VI족 또는 III-V족 화합물로 대표되는 화합물 반도체 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기물 태양전지로 나눌 수 있다.

태양전지의 최소단위를 셀이라고 하며, 보통 태양전지 셀 1 개로부터 나오는 전압은 약 0.5 V 내지 약 0.6 V로 매우 작다. 따라서, 여러 개의 태양전지 셀을 기판 상에 직렬로 연결하여 수 V 에서 수백 V 이상의 전압을 얻도록 패널 형태로 제작하게 된다.

일반적으로 태양광 발전은 일조량이 높은 지역에서 발전효율이 상대적으로 높은 것으로 알려져 있다. 상기 이론에 의하면, 일조량이 최고조가 되는 계절에 태양광 발전량이 높아져야 한다. 하지만, 실제로는 일조량이 최고조에 달하는 6월보다 일조량은 적지만 대기의 기온이 선선한 4월과 11월에 태양광의 평균 발전량이 높고, 대기의 기온이 가장 높은 8월에 태양광발전용 모듈의 표면온도가 대략 60~80℃의 높은 온도를 유지할 경우에는 태양광 평균 발전 효율이 12% 수준으로 떨어진다. 즉, 이와 같은 사실은 일반적으로 알려진 바와 같이 태양전지 모듈의 표면온도에 따른 발전량 혹은 효율이 태양전지 모듈에 의한 큰 영향을 받지 아니하며, 태양전지 모듈 자체 및 주변기기의 열이 태양전지 모듈에 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

실시예는 신뢰성 및 미관이 향상되고, 광-전 변환 효율이 증가된 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.

제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널; 상기 태양전지 패널 상면에 배치되는 전면 EVA층; 상기 전면 EVA층 상면에 배치되는 상부 패널; 상기 태양전지 패널 하면에 배치되는 후면 EVA층; 및 상기 후면 EVA층 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet)를 포함한다.

제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널; 상기 태양전지 패널 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet); 상기 방열 백시트의 일단으로부터 연장되며, 상기 태양전지 패널의 일 측면을 수용하는 제 1 측면 프레임; 및 상기 방열 백시트의 타단으로부터 연장되며, 상기 태양전지 패널의 타 측면을 수용하는 제 2 측면 프레임을 포함한다.

제 3 실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널; 상기 태양전지 패널 상면에 배치되는 전면 EVA층; 상기 전면 EVA층 상면에 배치되는 상부 패널; 상기 태양전지 패널 하면에 배치되는 후면 EVA층; 상기 후면 EVA층 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet); 상기 방열 백시트 하면에 배치되며, 결합부재가 삽입되는 관통공이 형성된 결합 유니트를 포함한다.

실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래 고분자 타입의 백시트를 제거하는 한편, 백시트와 방열 시트 기능을 동시에 수행할 수 있는 방열 백시트를 제공한다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래보다 더욱 원활한 방열 효과를 가져오고, 태양전지 모듈 및 그 주변기기의 냉각 효율을 높여 태양전지의 발전효율을 극대화시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따른 방열 백시트는 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 수분(H₂O) 또는 산소(O₂)의 침투를 보다 용이하게 차단할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

또한, 실시예에 따른 태양전지는 별도의 프레임 없이 방열 백시트를 프레임으로 사용 가능한 프레임리스(flameless)구조를 가진다. 따라서, 실시예에 따른 태양전지 모듈의 미시성은 매우 개선될 수 있으며, 건물의 외벽 등 창호형 태양광 모듈에 용이하게 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 3은 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도들이다.
도 4는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 제 3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도들이다.

실시예의 설명에 있어서, 각 기판, 층, 막 또는 전극 등이 각 기판, 층, 막, 또는 전극 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1 내지 도 3은 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도들이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 태양전지 모듈은 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널(100), 상기 태양전지 패널(100) 상면에 배치되는 전면 EVA층(210), 상기 전면 EVA층(210) 상면에 배치되는 상부 패널(300), 상기 태양전지 패널(100) 하면에 배치되는 후면 EVA층(220), 및 상기 후면 EVA층(220) 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet, 400)를 포함한다.

상기 태양전지 패널(100)에는 다수개의 태양전지 셀들(C1, C2..)이 배치된다. 상기 다수개의 태양전지 셀들(C1, C2..)은 CIGS계 태양전지 등과 같은 I-III-IV족계 반도체 화합물을 포함하는 태양전지, 실리콘계 태양전지 또는 염료 감응 태양전지 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 다수개의 태양전지 셀들(C1, C2..)은 서로 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 다수개의 태양전지 셀들(C1, C2..)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 태양전지 패널(100)은 태양광을 전기에너지로 변환시킬 수 있다.

상기 태양전지 패널(100)의 양 측면에는 EVA층이 배치된다. 상기 태양전지 패널(100)의 상면에는 전면 EVA층(210), 상기 태양전지 패널(100)의 하면에는 후면 EVA층(220)이 각각 배치된다. 더 자세하게, 상기 전면 EVA층(210)은 상기 태양전지 패널(100)과 상기 상부 패널(300) 사이에 배치되어, 외부 충격에 약한 태양전지 패널(100)를 보호할 뿐만 아니라, 상기 태양전지 패널(100)과 상기 상부 패널(300) 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 후면 EVA층(220)은 상기 태양전지 패널(100)과 상기 방열 백시트(400) 사이에 배치되어, 외부 충격에 약한 태양전지 패널(100)를 보호할 뿐만 아니라, 상기 태양전지 패널(100)과 상기 방열 백시트(400) 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 상기 EVA층(210, 220)외에도 PVB(Poly vinyl butylo) 필름 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 전면 EVA층(210) 상면에는 상기 상부 패널(300)이 배치된다. 상기 상부 패널(300)은 외부의 물리적인 충격 및/또는 이물질로부터 상기 태양전지 패널(100)을 보호한다. 상기 상부 패널(300)은 투명하며, 예를 들어, 강화 유리 등을 포함할 수 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저(low) 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다.

상기 후면 EVA층(220) 하면에는 방열 백시트(400)가 배치된다. 실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래 고분자 소재 백시트 대신 시트와 방열 시트 기능을 동시에 수행할 수 있는 방열 백시트(400)를 제공한다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 종래보다 더욱 원활한 방열 효과를 가져오고, 태양전지 모듈 및 그 주변기기의 냉각 효율을 높여 태양전지의 발전효율을 극대화시킬 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈의 전력 생산량은 약 10% 이상 향상될 수 있다.

상기 방열 백시트(400)는 열전도율이 뛰어난 소재로서, 알루미늄, 구리, 망간, 아연, 리튬 또는 은을 포함하여 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 방열 백시트(400)는 알루미늄, 구리, 망간, 아연, 리튬 또는 은으로 구성될 수 있다. 소재의 가격, 열전도율 등을 종합적으로 고려할 경우, 상기 방열 백시트(400)는 알루미늄 기판 또는 구리 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와는 다르게, 상기 방열 백시트(400)는 열전도율을 보다 향상시키기 위하여 합금으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 백시트(400)는 구리/주석, 알루미늄/주석, 마그네슘/아연, 마그네슘/주석, 망간/주석, 비스무스/주석, 알루미늄/리튬, 칼슘/리튬 또는 수은/주석 중에서 선택되는 합금으로 제조될 수 있다. 상기 방열 백시트(400)는 내구성, 내부식성, 내습성 등의 물성을 증가시킬 수 있을 정도의 두께로서 약 0.1 mm 내지 약 3 mm 인 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

도 2를 참조하면, 상기 방열 백시트(400)의 적어도 어느 일면 상에는 세라믹층(410)이 형성될 수 있다. 상기 세라믹층(410)은 상기 방열 백시트(400)의 하면에 형성될 수 있다. 상기 세라믹층(410)은 상기 태양전지 패널(100)에서 발생한 열이 한 방향으로 용이하게 흐르도록 하여 방사율을 보다 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹층(410)은 상기 태양전지 패널(100)에서 발생한 열이 상기 방열 백시트(400)로 전달되고, 상기 방열 백시트(400)의 열이 다시 상기 세라믹층(410) 용이하게 전달되도록 한다.

상기 세라믹층(410)은 알루미나(Al₂O₃)층일 수 있다. 즉, 상기 세라믹층(410)은 상기 방열 백시트(400)가 산화되어 형성된 것일 수 있다. 이 밖에도, 상기 세라믹층(400)은 통상 사용되는 금속 세라믹 소재나 비금속 세라믹 소재를 적의 선택하여 사용할 수 있다.

상기 방열 백시트(400) 및 상기 세라믹층(410) 각각은 소재의 특성상 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 수분(H₂O) 또는 산소(O₂)의 침투를 보다 용이하게 차단할 수 있다. 이에 따라, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 안정성 및 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 방열 백시트(400)의 상면은 돌기 패턴이 형성될 수 있다. 상기 방열 백시트(400)의 상면은 상기 후면 EVA층(220)과 마주보는 면을 의미한다. 상기 돌기패턴은 상기 방열 백시트(400)에 대하여 경사지는 제 1 경사면(401), 및 상기 제 1 경사면(401)과 다른 방향으로 연장되는 제 2 경사면(402)을 포함한다. 상기 제 1 경사면(401)과 상기 제 2 경사면(402)은 서로 대향 되어 배치될 수 있다. 상기 돌기 패턴은 상기 방열 백시트(400)와 상기 후면 EVA층(220)의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 접촉 면적을 향상시켜 방열 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

도 4는 제 2 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면을 도시한 단면도이다. 상기 언급한 바와 같이, 상기 방열 백시트(400)는 기계적 강도가 우수할 뿐만 아니라, 휨 특성이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 상기 방열 백시트(400)는 자체로 프레임(flame)의 기능을 할 수 있으며, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 프레임리스(flameless) 구조를 가질 수 있다.

도 4를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 방열 백시트(400)의 일단으로부터 상방으로 연장되며, 상기 태양전지 패널(100)의 일 측면을 수용하는 제 1 측면 프레임(500)과 상기 방열 백시트(400)의 타단으로부터 상방으로 연장되며, 상기 태양전지 패널(100)의 타 측면을 수용하는 제 2 측면 프레임(600)을 포함할 수 있다.

더 자세하게, 상기 제 1 측면 프레임(500)은 상기 태양전지 패널(100)의 일 측면을 둘러싸는 제 1 프레임(510)과 상기 제 1 프레임(510)의 상단으로부터 연장되어, 상기 상부 패널(300)의 일부를 둘러싸는 제 2 프레임(520)을 포함한다.

또한, 상기 제 2 측면 프레임(600)은 상기 태양전지 패널(100)의 타 측면을 둘러싸는 제 3 프레임(530)과 상기 제 3 프레임(610)의 상단으로부터 연장되어, 상기 상부 패널(300)의 일부를 둘러싸는 제 4 프레임(620)을 포함한다.

상기 방열 백시트(400), 상기 제 1 측면 프레임(500) 및 상기 제 2 측면 프레임(600)은 일체로 형성된다. 즉, 상기 방열 백시트(400), 상기 제 1 측면 프레임(500) 및 상기 제 2 측면 프레임(600)은 모두 동일한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 백시트(400), 상기 제 1 측면 프레임(500) 및 상기 제 2 측면 프레임(600)은 각각 알루미늄 기판으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 상기 제 1 측면 프레임(500)과 상기 제 2 측면 프레임(600)은 상기 방열 백시트(400)와 동일하게 모두 방열 효과가 있는 바, 실제 방열 가능한 표면적은 보다 향상될 수 있다.

도 5 및 도 6은 제 3 실시예에 따른 태양전지 모듈의 단면도들이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제 3 실시예에 따른 태양전지 모듈은 건물의 외벽과 태양전지 모듈의 결속을 가능하게 하는 결합 유니트(710, 720)가 상기 태양전지 모듈의 후면에 배치된다. 이에 따라, 전면에서는 연결 부위가 보이지 않아 태양전지 모듈의 미시성은 매우 개선될 수 있으며, 건물의 외벽 등 창호형 태양광 모듈에 용이하게 적용될 수 있다.

상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 일체로 형성된다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 상기 결합 유니트(710, 720)는 상기 방열 백시트(400) 상에 물리적으로 접착될 수 있다. 또한, 도 6에서와 같이, 상기 방열 백시트(400) 자체가 결합 유니트(710, 720)의 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 상기 결합 유니트(710, 720)는 프레스 공정으로 상기 방열 백시트(400)에 굴곡을 주어 제조될 수 있다.

상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 동일한 물질로 형성될 수 있다. 더 자세하게, 상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 각각 알루미늄, 구리, 망간, 아연, 리튬 또는 은으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 알루미늄 기판 또는 구리 기판일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와는 다르게, 상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 열전도율을 보다 향상시키기 위하여 합금으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 방열 백시트(400) 및 상기 결합 유니트(710, 720)는 구리/주석, 알루미늄/주석, 마그네슘/아연, 마그네슘/주석, 망간/주석, 비스무스/주석, 알루미늄/리튬, 칼슘/리튬 또는 수은/주석 중에서 선택되는 합금으로 제조될 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

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8. 다수개의 태양전지 셀들을 포함하는 태양전지 패널;
   상기 태양전지 패널 하면에 배치되는 방열 백시트(backsheet);
   상기 방열 백시트의 일단으로부터 연장되며, 상기 태양전지 패널의 일 측면을 수용하는 제 1 측면 프레임; 및
   상기 방열 백시트의 타단으로부터 연장되며, 상기 태양전지 패널의 타 측면을 수용하는 제 2 측면 프레임을 포함하고,
   상기 방열 백시트, 상기 제 1 측면 프레임 및 상기 제 2 측면 프레임은 일체로 형성되며,
   상기 방열 백시트, 상기 제 1 측면 프레임 및 상기 제 2 측면 프레임 각각은 알루미늄, 구리, 망간, 아연, 리튬 또는 은을 포함하고,
   상기 제 1 측면 프레임은,
   상기 태양전지 패널의 일 측면을 둘러싸는 제 1 프레임; 및
   상기 제1 프레임으로부터 연장되며, 상부 패널의 일부분을 둘러싸는 제 2 프레임을 포함하며,
   상기 제 2 측면 프레임은,
   상기 태양전지 패널의 타 측면을 둘러싸는 제 3 프레임; 및
   상기 제3 프레임으로부터 연장되며, 상기 상부 패널의 일부분을 둘러싸는 제 4 프레임을 포함하는 태양전지 모듈.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 방열 백시트, 상기 제 1 측면 프레임 및 상기 제 2 측면 프레임은 모두 동일한 물질로 형성되는 태양전지 모듈.
   
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