KR101437438B1

KR101437438B1 - 경량화 태양전지 모듈

Info

Publication number: KR101437438B1
Application number: KR1020120152713A
Authority: KR
Inventors: 김남수; 홍원식; 한창운
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-09-16
Also published as: KR20140084382A

Abstract

경량화 태양전지 모듈이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 경량화 태양전지 모듈은 태양전지판; 태양전지판 양면에 각각 부착되는 EVA 시트; 태양전지판의 전면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 투명 기재; 태양전지판의 후면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 백시트; 및 태양전지판, EVA 시트, 투명 기재 및 백시트의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임을 포함하고, 투명 기재는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 모듈 프레임은 합성 고분자 재료로 형성된다.

Description

경량화 태양전지 모듈{SOLARCELL MODULE FOR WEIGHT LIGHTENING}

본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모듈의 무게를 크게 감소시켜 경량화를 달성하기 위한 경량화 태양전지 모듈에 관한 것이다.

태양전지 모듈은 여러 개의 태양전지를 배선으로 접속하여 충전재, 유리기판을 이용하여 밀봉 및 고정함으로써 전력을 발생시키도록 한 것을 말한다. 즉, 태양전지 한 개는 작은 전압밖에 발생시키지 못하므로, 적정 범위의 전압과 전류량을 얻기 위해 복수개의 태양전지를 프레임을 이용하여 설치한 것이 태양전지 모듈이다.

도 1은 종래 태양전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 태양전지 모듈은 태양전지판(10)과 태양전지판(10)의 양면에 부착되는 EVA(ethyl vinyl acetate) 시트(20)와, 태양전지판(10)의 전면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트(20)에 부착되는 유리 기판(30)과, 태양전지판(10)의 후면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트(20)에 부착되는 백시트(40, backsheet), 그리고 태양전지판(10), EVA 시트(20), 유리 기판(30) 및 백시트(40)의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임(50)을 포함하여 구성된다. 이 때, 상기 각 구성에 대해서는 공지된 내용이므로 구체적인 설명을 생략하도록 한다.

한편, 상기와 같이 구성되는 태양전지 모듈의 경우 상당히 무거운 무게를 가지고 있는데, 이와 같은 무거운 무게에서 유리 기판(30)과 모듈 프레임(50)이 차지하는 비중이 상대적으로 큰 편이다. 유리 기판(30)과 금속으로 형성되는 모듈 프레임(50)은 모두 단위부피당 무게가 높기 때문이다.

따라서, 종래 태양전지 모듈의 경우 전체 무게가 과중한 편으로 설치 비용이 증가되는 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제는 특히 건물의 지붕 위와 같은 곳에 주로 설치되는 태양전지 모듈에 있어 상당한 장애요소로 작용하게 되었다. 그러므로 태양전지 모듈을 보다 경량화 할 수 있는 기술개발이 요구되는 바이다.

본 발명의 실시예에서는 종래 태양전지 모듈보다 경량화시키면서도 동등한 수준의 강도를 유지할 수 있는 경량화 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지판; 상기 태양전지판 양면에 각각 부착되는 EVA 시트; 상기 태양전지판의 전면 방향에 배치되는 것으로 상기 EVA 시트에 부착되는 투명 기재; 상기 태양전지판의 후면 방향에 배치되는 것으로 상기 EVA 시트에 부착되는 백시트; 및 상기 태양전지판, EVA 시트, 투명 기재 및 백시트의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임을 포함하고, 상기 투명 기재는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 상기 모듈 프레임은 합성 고분자 재료로 형성되는 경량화 태양전지 모듈이 제공될 수 있다.

이 때, 상기 투명 플라스틱 재료는 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose)로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 합성 고분자 재료는 우레탄, PI(polyimide) 및 PA(polyamide)로 구성되는 군에서 선택될 수 있다.

또한, 상기 모듈 프레임은 상기 결합 모듈의 테두리에 형성되는 제1 프레임과, 상기 결합 모듈의 배면에 격자 형태로 형성되는 제2 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 태양전지판은 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지판, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지판, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지판, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지판 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지판 중에서 선택될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 종래 태양전지 모듈에서 유리 기판을 플라스틱 재료로 형성되는 투명 기재로 대체하고, 금속으로 형성되던 모듈 프레임을 합성 고분자 재료로 대체함으로써 태양전지 모듈의 경량화를 달성할 수 있다.

또한, 유리 및 금속을 고분자 소재로 대체함에 따른 태양전지 모듈의 강성 저하문제를 격자 형태의 프레임을 구비하여 해결함으로써, 종래 태양전지 모듈과 동등한 수준의 강도를 유지할 수 있다.

도 1은 종래 태양전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량화 태양전지 모듈의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 모듈 프레임의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량화 태양전지 모듈(100, 이하, 태양전지 모듈)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 태양전지판(110)과, 태양전지판(110) 양면에 각각 부착되는 EVA(ethyl vinyl acetate) 시트(120)와, 태양전지판(110)의 전면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트(120)에 부착되는 투명 기재(130)와, 태양전지판(110)의 후면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트(120)에 부착되는 백시트(140, backsheet)와, 태양전지판(110), EVA 시트(120), 투명 기재(130) 및 백시트(140)의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임(150)을 포함한다.

이 때, 투명 기재(130)는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 모듈 프레임(150)은 합성 고분자 재료로 형성된다. 상기 투명 플라스틱 재료는 유리보다 경량화 소재에 해당하고, 상기 합성 고분자 재료는 금속보다 경량화 소재에 해당한다. 따라서 종래 태양전지 모듈(도 1 참조)에서 유리 기판 및 금속 프레임을 사용하는 경우에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 상대적으로 무게가 낮게 된다.

이하, 각 구성에 대하여 설명한다.

태양전지판(110)은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지판, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지판, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지판, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지판 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지판 중에서 선택될 수 있다. 상기 열거한 태양전지판들은 공지된 것으로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

EVA 시트(120)는 태양전지판(110)의 양면에 각각 부착될 수 있다. 즉, 태양전지판(110)의 전면과 후면에 각각 EVA 시트(120)가 부착될 수 있다. 따라서, EVA 시트(120)는 태양전지판(110)의 크기와 대응하는 크기로 형성될 수 있다.

EVA 시트(120)는 습기침투 등 외부 환경으로부터 태양전지판(110)을 보호하는 기능을 하고, 태양전지판(110)의 파손을 방지하는 완충재 역할을 할 뿐더러, 투명기재(130) 및 백시트(140)를 접착해 봉입하는 기능을 한다. 이러한 EVA 시트(120)는 태양전지 모듈분야에서 공지된 구성인 바, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

투명 기재(130)는 EVA 시트(120)에 부착되는 것으로 구체적으로는 태양전지판(110)의 전면 방향에 배치된다. 투명 기재(130)는 EVA 시트(120)의 크기와 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 투명 기재(130)는 종래 태양전지 모듈(도 1 참조)의 유리 기판(30)을 대체하기 위한 것으로 투명 플라스틱 재료로 형성된다.

상기 투명 플라스틱 재료는 유리 재료에 비해 경량의 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 투명 플라스틱 재료는 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 또는 TAC(Triacetyl cellulose)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 투명 기재(130)를 유리 재료가 아닌 투명 플라스틱 재료로 형성하는 경우에는 외부 충격에 쉽게 깨지는 유리 재료에 비해 내구성이 향상되는 바, 태양전지 모듈(100)의 불량률, 파손률을 낮출 수 있다는 장점이 있다.

백시트(140)는 EVA 시트(120)에 부착되는 것으로 구체적으로는 태양전지판(110)의 후면 방향에 배치된다. 백시트(140)는 EVA 시트(120)의 크기와 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 백시트(140)는 태양전지 모듈 분야에서 일반적으로 사용되는 소재로 형성 가능하며, 예를 들면 알루미늄 또는 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 이와 같은 백시트(140)는 일반적인 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

모듈 프레임(150)은 태양전지판(110), EVA 시트(120), 투명 기재(130) 및 백시트(140)의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 것이다. 모듈 프레임(150)은 종래 태양전지 모듈(도 1 참조)의 금속 프레임(50)을 대체하기 위한 것으로 합성 고분자 재료로 형성된다.

상기 합성 고분자 재료는 금속 재료에 비해 경량의 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 합성 고분자 재료는 우레탄, PI(polyimide) 또는 PA(polyamide)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 종래 태양전지 모듈에서 유리 기판을 플라스틱 재료로 형성되는 투명 기재(130)로 대체하고, 금속으로 형성되던 모듈 프레임(150)을 합성 고분자 재료로 대체함으로써 태양전지 모듈의 경량화를 달성할 수 있다. 따라서 태양전지 모듈(100)의 설치 비용을 낮출 수 있으며, 태양전지 모듈(100)이 적용성을 확장시킬 수 있다.

도 3은 도 2의 모듈 프레임(150)의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 모듈 프레임(150)은 다양한 형태로 설치될 수 있다. 예를 들어, 모듈 프레임(150)은 상술한 것과 같이 태양전지판(110), EVA 시트(120), 투명 기재(130) 및 백시트(140)의 결합 모듈(M)을 내측에 수용하여 결합될 수 있다. 이 때의 모듈 프레임(150)은 결합 모듈(M)의 테두리에 결합되는 형태로 형성될 수 있다(도 3a 참조).

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)에서의 모듈 프레임(150)은 금속이 아닌 합성 고분자 재료로 형성되는 바, 금속에 비하여 강도가 비교적 낮을 수 있다. 즉, 태양전지 모듈(100)의 전체 강성 저하가 우려될 수 있다. 이러한 강성 저하는 태양전지 모듈(100)에 휨 현상등을 발생시킬 수 있다.

이를 해결하기 위하여 모듈 프레임(150)은 결합 모듈(M)의 테두리에 결합되는 형태와 더불어, 결합 모듈(M)의 배면에 격자 형태로 추가 형성될 수 있다. 본 명세서에서는 결합 모듈(M)의 테두리에 형성되는 모듈 프레임(150)을 제1 프레임(151)으로 칭하고, 결합 모듈(M)의 배면에 격자 형태로 형성되는 모듈 프레임(150)을 제2 프레임(152)으로 칭하기로 한다. 즉, 모듈 프레임(150)은 제1 프레임(151)과 제2 프레임(152)을 포함하여 형성될 수 있다.

제2 프레임(152)은 제1 프레임(151)만 적용되는 경우의 강성 저하 문제를 해결하기 위한 것으로 태양전지 모듈(100)의 강성을 보완하는 기능을 한다. 제2 프레임(152)은 결합 모듈(M)의 배면에 횡방향으로 설치되는 바(bar) 형태의 프레임과, 결합 모듈(M)의 배면에 종방향으로 설치되는 바(bar) 형태의 프레임 복수개가 엮여서 격자(lattice) 형태를 이룰 수 있다.

예를 들어, 도 3b에 나타난 것과 같이 횡방향으로 2개의 프레임이 설치되고 종방향으로 1개의 프레임이 설치되어 결합 모듈(M)의 배면을 6 구역으로 나눌 수 있도록 설치되거나, 도 3c에 나타난 것과 같이 횡방향으로 2개의 프레임이 설치되고 종방향으로 2개의 프레임이 설치되어 결합 모듈(M)의 배면을 9 구역으로 나눌 수 있도록 설치될 수 있다. 물론, 그 이외에도 다양한 형태의 격자를 구성하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)에서는 금속 프레임을 고분자 소재의 모듈 프레임으로 대체함에 따른 태양전지 모듈의 강성 저하문제를 격자 형태의 프레임을 구비하여 해결함으로써, 종래 태양전지 모듈과 동등한 수준의 강도를 유지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10, 110: 태양전지판
20, 120: EVA 시트
30: 유리 기판
130: 투명 기재
40, 140: 백시트
50: 금속 프레임
150: 모듈 프레임
151: 제1 프레임
152: 제2 프레임

Claims

태양전지판;
상기 태양전지판 양면에 각각 부착되는 EVA 시트;
상기 태양전지판의 전면 방향에 배치되는 것으로 상기 EVA 시트에 부착되는 투명 기재;
상기 태양전지판의 후면 방향에 배치되는 것으로 상기 EVA 시트에 부착되는 백시트; 및
상기 태양전지판, EVA 시트, 투명 기재 및 백시트의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 것으로, 상기 결합 모듈의 테두리에 형성되는 제1 프레임과, 상기 결합 모듈의 배면에 격자 형태로 형성되는 제2 프레임을 포함하는 모듈 프레임을 포함하고,
상기 투명 기재는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 상기 모듈 프레임은 폴리이미드 또는 폴리아미드로 형성되는 경량화 태양전지 모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 투명 플라스틱 재료는 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose)로 구성되는 군에서 선택되는 경량화 태양전지 모듈.
삭제
삭제
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 태양전지판은 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지판, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지판, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지판, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지판 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지판 중에서 선택되는 경량화 태양전지 모듈.