KR101437900B1 - 집광형 태양전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버; 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및 상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버; 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및 상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다.
근래 태양광을 이용한 태양광 발전(Photovoltaic, PV) 장치가 많이 사용되어 지는데, 특히 실리콘 태양전지를 이용한 태양광 발전 장치가 주로 사용된다.
그러나 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)의 비약적인 발전으로 다중접합 태양전지에 저가의 집광장치를 사용하여 태양광을 집중시키는 방식의 집광형 태양광 발전(Concetrating Photovoltaic, CPV) 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)는 실리콘 태양전지와 비교하여 높은 에너지 변환 효율을 가지는데, 일반적으로 다중접합 태양전지는 35%가 넘는 에너지 효율을 갖는 반면 실리콘 태양전지는 약 20% 효율을 갖는다. 특히 집광(concentration) 하에서, 현재 일부 다중접합 태양전지는 40%를 넘는 에너지 효율을 갖는다.
도 1은 종래의 집광형 태양광 발전장치에 사용되는 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 집광형 태양전지모듈은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지(1), 광을 1차적으로 집광시키는 1차 광학 구성요소(primary optical element)(2), 상기 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광을 상기 태양전지(1)로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소(secondary optical element)(3)를 포함한다.
여기서, 상기 2차 광학 구성요소(3)는 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광을 태양전지(1)로 2차적으로 집광함에 있어서 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광이 태양전지(1)로 균일하게 분배되도록 하는 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행한다.
이러한 집광형 태양전지모듈에 사용되는 다중접합 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 태양전지(1)로 입사되는 광이 균일하게 분배되도록 할 필요가 있으며, 이러한 기능은 1차 광학 구성요소(2)만으로 설계하기가 매우 어려우므로 종래의 집광형 태양전지모듈은 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행하는 2차 구성요소(3)를 포함하여 이루어지는 것이 일반적이다.
또한, 도 1 및 도 2에서 보이는 바와 같이, 태양전지(1)의 효율은 입사각(θ)의 크기에 선형적으로 비례하여 저하되기 때문에, 태양전지(1)의 효율을 극대화시키기 위해서는 태양전지(1)로 입사되는 광이 균일하게 분배되도록 할 뿐만 아니라 태양전지(1)로 입사되는 입사각(θ)이 작아지도록 할 필요가 있다.
그러나, 종래의 집광형 태양전지모듈은 대표적인 1차 광학 구성요소로 사용되는 Fresnel Lens 또는 Mirror 등의 광학적 원리에 의해 적정 초점거리 유지가 필요한데, 이로 인해서 기존 실리콘 태양전지모듈에 비해 모듈의 부피가 5~10배 커지는 문제가 있어 제품의 제조원가 및 방법, 설치, 운영에 있어서 실리콘 태양전지모듈에 비해 불리한 점이 있다. 따라서, 일부 제조사에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1차 집광장치와 태양전지의 크기를 함께 줄임으로써 최적 효율의 집광비율은 유지하는 동시에 초점거리를 줄이려는 노력을 시도하고 있으나, 이 경우 동일 모듈출력을 위해 사용되는 부품 수의 증가로 인하여 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 초점거리를 줄임으로써 두께를 줄일 수 있도록 내부전반사형 프레즈널 렌즈(Total Internal Reflection Fresnel Lens, TIR FL)를 이용한 집광형 태양전지모듈에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 종래기술로 US 2008/0092879 A1(이하, '선행기술'이라 한다)가 개시된다.
도 3은 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈은 태양전지(4), TIR FL 타입의 1차 광학 구성요소(5), 1차 광학 구성요소(4)로부터 집광된 광이 태양전지(4)로 집광되도록 굴절시키는 2차 광학 구성요소(6)를 포함한다.
그러나, 도 3에서 보이는 바와 같이, 1차 광학 구성요소(5)에서 전반사되어 2차 광학 구성요소(6)로 입사된 광(7)은 2차 광학 구성요소(6)에서 굴절되어 태양전지(4)로 입사되는 입사각(θ)이 매우 커지게 되어 태양전지(4)의 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 1차 광학 구성요소의 초점거리를 줄임으로써 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으면서도 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버; 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및 상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 측면부 하단에는 상기 베이스플레이트에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기가 구비될 수 있으며, 상기 측면부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합하는 결합부가 구비될 수 있으며, 상기 결합부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합시 실링재가 충진되는 실링공간이 형성될 수 있으며, 상기 측면부 하단에는 상기 다수의 리시버를 연결하기 위한 커넥터가 지나는 커넥터통로부가 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 결합부는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소의 양각단차부와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소의 음각단차부가 서로 결합하여 이루어지며, 상기 실링공간은 상기 음각단차부가 상기 양각단차부보다 상기 베이스플레이트로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간일 수 있다.
한편, 상기 1차 광학 구성요소는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어지며, 하방이 열려진 형태로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 렌즈부는 중심을 기준으로 동심원을 이루는 패턴이 구비될 수 있으며, 상기 렌즈부는 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 렌즈부는 수직단면상 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 1차 광학 구성요소는 사출성형으로 일체로(one body) 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고, 상기 중심부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광이 출사되는 구면 또는 비구면으로 이루어지는 출사면이 구비되고, 상기 주변부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광을 중심방향으로 전반사 또는 반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면과, 상기 반사면에서 전반사 또는 반사된 광이 출사되는 출사면이 구비될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광을 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고, 상기 2차 광학 구성요소에는 상기 중심부로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비되고, 상기 상면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비되며, 상기 측면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 상면에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사 시키도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 상면에는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사 시키도록 함몰형성되는 함몰부(dent)가 구비될 수 있으며, 상기 측면으로부터 입사된 광이 상기 함몰부의 내면에 전반사되어 상기 태양전지로 입사되는 입사각이 작아질 수 있도록 상기 측면과 상기 함몰부의 내면이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지도록 구비될 수 있으며, 상기 측면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지고, 상기 함몰부의 내면은 하방으로 만곡될 수 있으며, 상기 함몰부의 단면은 구면 또는 비구면으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소가 입사된 광을 2차 광학 구성요소로 집광시키는 렌즈부와, 베이스플레이트에 결합되고 다른 1차 광학 구성요소와 결합할 수 있도록 구비된 측면부로 이루어지도록 함으로써, 다수의 1차 광학 구성요소를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 렌즈부와 측면부로 이루어지는 1차 광학 구성요소를 일체로 제조할 수 있어서, 다수의 1차 광학 구성요소를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 하는 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소의 주변부로 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 2차 광학 구성요소의 측면으로 입사되도록 함으로써 태양전지모듈의 두께를 줄여 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 2차 광학 구성요소의 측면으로 입사된 광이 2차 광학 구성요소의 상면에서 전반사되어 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 함으로써 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 태양전지의 효율과 태양전지로 입사되는 태양광의 입사각과의 관계를 나타내는 도표이고,
도 3은 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소가 어레이를 이루는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 6은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소의 평면도이고,
도 7은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 위에서 바라본 사시도이고,
도 8은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 아래에서 바라본 사시도이고,
도 9는 본 발명에 따른 렌즈부와 2차 광학 구성요소의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 10 내지 도 13은 본 발명의 2차 광학 구성요소의 일실시 예들을 나타내는 도면이고,
도 14 및 도 15는 측면과 함몰부의 내측면이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 실시 예들을 나타내는 도면이다.
도 2는 태양전지의 효율과 태양전지로 입사되는 태양광의 입사각과의 관계를 나타내는 도표이고,
도 3은 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소가 어레이를 이루는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 6은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소의 평면도이고,
도 7은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 위에서 바라본 사시도이고,
도 8은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 아래에서 바라본 사시도이고,
도 9는 본 발명에 따른 렌즈부와 2차 광학 구성요소의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 10 내지 도 13은 본 발명의 2차 광학 구성요소의 일실시 예들을 나타내는 도면이고,
도 14 및 도 15는 측면과 함몰부의 내측면이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 실시 예들을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
한편, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 1차 광학 구성요소가 어레이를 이루는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 베이스플레이트(11), 태양전지(photovoltaic cell)(12)가 구비되며 상기 베이스플레이트(11)에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버(receiver)(13), 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소(50)가 서로 결합하여 어레이(array)를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이 및 상기 1차 광학 구성요소(50)로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지(12)로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소(secondary optical element)(30)를 포함한다.
상기 리시버(13)는 태양전지(12)가 장착되는 회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 형태의 셀마운트로 이루어질 수도 있으며, 한국공개특허 제10-2010-0135200호에 개시된 바와 같이 태양전지(12) 외에 세라믹 기판, 히트싱크를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 즉, 본 발명은 상기 리시버(13)의 구체적인 구성에 의해 한정되지 않으며, 상기 리시버(13)는 태양전지(12)가 장착되며 베이스플레이트(18)에 결합 고정되기 위한 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
상기 태양전지(12)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 구성으로서, 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)가 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리시버(13)는 베이스플레이트(11) 상부에 소정간격으로 다수개 구비되며, 바람직하게는 가로방향과 세로방향으로 각각 다수개가 배열될 수 있으며, 다수의 리시버(13)는 커넥터(14)에 의하여 서로 연결될 수 있다.
상기 각각의 1차 광학 구성요소는(50)는 상기 각각의 리시버(13)를 둘러싼 상태로 베이스플레이트(11)에 결합하여 고정되며, 입사된 광을 2차 광학 구성요소(30)로 1차적으로 집광시킨다.
상기 2차 광학 구성요소(30)는 1차 광학 구성요소(50)와 태양전지(12) 사이에 구비되어 상기 1차 광학 구성요소(50)에서 1차적 집광된 광을 상기 태양전지(12)로 2차적으로 집광시킨다.
상기 1차 광학 구성요소(50)는 입사된 광을 2차 광학 구성요소(30)로 집광하기 위한 패턴이 구비되는 렌즈부(20)와, 상기 렌즈부(20)의 테두리로부터 하방으로 연장되어 베이스플레이트(11)에 고정되는 측면부(51)로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈부(20)는 입사된 광을 집광시키는 중심부(21)와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부(22)가 구비되며, 상기 2차 광학 구성요소(30)에는 중심부(21)로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부(22)로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 태양전지모듈(10)의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으면서도 태양전지(12)로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 측면부(51)에는 베이스플레이트(11)에 결합하기 위한 고정돌기(52), 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)와 결합하여 어레이를 이루기 위한 결합부(53), 커넥터(14)가 지나는 커넥터통로부(54)가 구비될 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소의 평면도이고, 도 7은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소를 위에서 바라본 사시도이고, 도 8은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 1차 광학 구성요소(50)는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어질 수 있으며, 하방이 열려진 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(20)는 수평단면상 중심을 기준을 동심원을 이루는 패턴이 구비될 수 있으며, 그에 따라 상기 주변부(22)의 외측 즉, 대략 4각형 형상을 가지는 수평단면의 모서리부(28)에는 동심원의 일부를 이루는 패턴이 구비되게 된다.
상기 렌즈부(20)는 중심부(21)로부터 주변부(22)로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 수직단면상 중심부(21)로부터 주변부(22)로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 측면부(51) 하단에는 베이스플레이트(11)에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기(52)와, 상기 다수의 리시버(13)를 연결하기 위한 커넥터(14)가 지나는 커넥터통로부(54)가 구비될 수 있으며, 바람직하게 상기 고정돌기(52)는 측면부(51) 하단 모서리부에 구비되며, 상기 커넥터통로부(54)는 측면부(51) 하단 모서리부 사이에 상방으로 형성되는 홈의 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 측면부(51)에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)의 측면부(51)와 결합하는 결합부(53)가 구비될 수 있으며, 바람직하게 상기 결합부(53)에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)의 측면부(51)와 결합시 실리콘 등의 실링재가 충진되는 실링공간(55)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 다수의 1차 광학 구성요소(50)가 결합하여 이루어지는 1차 광학 구성요소 어레이에 의하여 그 내부는 밀폐된 공간으로 형성되게 된다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 태양전지(12)의 효율과 내구성 향상 및 전체적인 광 효율 향상 등을 위하여 그 내부는 밀폐된 공간으로 형성됨이 바람직한데, 이와 같이 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 결합하여 이루어지는 1차 광학 구성요소 어레이 형성시 인접하는 1차 광학 구성요소(50) 간의 결합부(53)에 형성되는 실링공간(55)에 실링재를 충진한 상태에서 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 1차 광학 구성요소 어레이를 형성하면 모듈(10) 내부가 더욱 밀폐된 공간으로 형성될 수 있게 된다.
바람직하게, 도 6 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 상기 결합부(53)는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부(56)와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부(57)를 포함하여 이루어지고, 상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소(50)의 양각단차부(56)와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소(50)의 음각단차부(57)가 서로 결합하여 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 실링공간(55)은 상기 음각단차부(57)가 상기 양각단차부(56)보다 베이스플레이트(11)로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간일 수 있다.
예를 들어, 상기 1차 광학 구성요소(50)가 수평단면상 대략 4각형 형상으로 이루어져 4개의 측면부(51)가 구비되는 경우에는 상기 4개의 측면부(51) 중 2개의 측면부(51)의 결합부(53)는 양각단차부(56)의 형태로 형성되고, 다른 2개의 측면부(51)의 결합부(53)는 음각단차부(57)의 형태로 형성될 수 있다. 그러면, 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 어레이를 구성하기가 용이해 질 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 결합부(53)는 상기와 같은 구성에 의해 한정하는 것은 아니며, 상기 결합부(53)는 부분적으로 돌출되는 돌출부와 부분적으로 함몰되어 상기 돌출부가 끼워지는 삽입홈과 같은 형태로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 상기 실링공간(55)은 돌출부의 길이와 삽입홈의 깊이 차에 의하여 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 광의 투과율이 우수한 투명한 물질로 일체로(one body) 형성되는 것이 바람직하며, 여기서 상기 광의 투과율이 우수한 투명한 물질로는 유리, 아크릴(Methylmethacrylate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 사출성형(injection molding)에 의하여 일체(one body)로 형성함이 바람직하며, 이와 같이 1차 광학 구성요소(50)를 사출성형으로 일체로 형성하면 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 하는 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 사출성형으로 일체로 형성함이 바람직한데, 이러한 제조측면을 고려하면 상술한 바와 같이 상기 결합부(53)는 양각단차부(56)와 음각단차부(57)로 이루어지고, 상기 실링공간(55)은 음각단차부(57)가 양각단차부(56)보다 베이스플레이트(11)로부터 높은 곳에 위치하도록 하여 형성하는 것이 그 구조가 간단하여 사출성형으로 제조하기 위한 금형제작이 용이해서 바람직하다 할 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 렌즈부와 2차 광학 구성요소의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 렌즈부(20)는 태양전지(12) 상부에 위치하며, 상기 렌즈부(20)에는 입사된 광을 집광시키는 중심부(21)와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어(deflecting) 출광되도록 반사 또는 전반사시키는 주변부(22)가 구비될 수 있다.
상기 중심부(21)는 2차 광학 구성요소(30)의 상부에 위치하며, 상기 중심부(21)에는 광이 입사되는 입사면(23)과, 상기 입사면(23)으로 입사된 광이 출사되는 출사면(24)이 구비될 수 있으며, 상기 출사면(24)은 입사된 광이 2차 광학 구성요소(30)의 상면에 집광될 수 있도록 구면 또는 비구면으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 출사면(24)은 굴절에 의해 광을 집광시킬 수 있도록 아래로 볼록한 비구면 형태로 구비될 수 있다. 도 9에는 입사된 광을 집광하는 기능이 출사면(24)에서 이루어지도록 출사면(24)이 아래로 볼록한 형태로 구비된 것이 도시되지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 광을 집광시키기 위한 기능이 입사면(23)에서도 이루어질 수 있도록 상기 입사면(23)과 출사면(24)은 다양한 형태로 구비될 수 있다.
상기 주변부(22)는 중심부(21)를 둘러싸는 부위로서, 입사된 광을 중심방향으로 편향되도록 출광시켜 출광된 광이 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사될 수 있도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 주변부(22)는 대략 수직으로 입사된 수직광을 반사 또는 전반사시켜 중심방향으로 편향되도록 하여 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사될 수 있도록 구비될 수 있으며, 상기 주변부(22)의 가장자리부분 예를 들어, 모서리부(28)의 하단은 2차 광학 구성요소(30)보다 아래에 위치할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 태양전지(12)보다 아래에 위치할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)에 의하면 1차 광학 구성요소(50)의 초점거리를 줄일 수 있으며 그에 따라 모듈(10)의 두께를 줄여 전체적인 부피를 감소시킬 수 있게 된다.
상기 주변부(22)에는 광이 입사되는 입사면(25)과, 상기 입사면(25)으로 입사된 광을 중심방향으로 반사 또는 전반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면(26)과, 상기 반사면(26)에서 반사 또는 전반사된 광이 출사되는 출사면(27)이 구비될 수 있다. 상기 반사면(26)은 입사면(25)으로 입사된 광이 전반사되도록 광학적으로 설계될 수도 있으며, 반사되도록 반사 코팅되어 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 입사면(25), 반사면(26) 및 출사면(27)은 서로 대응되도록 즉, 하나의 입사면(25)으로 입사된 광은 하나의 반사면(26)에서 반사 또는 전반사되며, 상기 반사면(26)에서 반사 또는 전반사된 광은 하나의 출사면(27)으로 출사되도록 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 상기 1차 광학 구성요소(50)의 렌즈부(20)는 수직단면상 대략 우산 형태의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 주변부(22)의 상부와 하부는 불연속적인 면으로 구비될 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 상기 렌즈부(20)의 구체적인 구성 및 형상에 의해 한정되지 않으며, 상기 렌즈부(20)는 일반적인 내부전반사형 프레넬 렌즈(Total Internal Reflection Fresnel Lens, TIR FL) 형태로 구비될 수 있다.
상기 2차 광학 구성요소(30)는 1차 광학 구성요소(50)와 태양전지(12) 사이에 구비되어 1차 광학 구성요소(50)의 렌즈부(20)로부터 집광된 태양광을 태양전지(12)로 2차적으로 집광하는 구성으로서, 상기 렌즈부(20)로부터 집광된 광이 태양전지(12)로 균일하게 분배하는(uniform light distribution) 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)에 있어서, 상기 2차 광학 구성요소(30)는 렌즈부(20)의 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광을 태양전지(12)로 반사 또는 전반사시키며, 특히 태양전지(12)로 입사되는 입사각이 작아지도록 반사 또는 전반사시키도록 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 선행기술과 비교하여 더욱 모듈(10)의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다. 상세히 설명하면, 도 3에서 보이는 바와 같이, 선행기술에 따른 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소(5)의 끝단에서 전반사된 광이 2차 광학 구성요소(6)를 향해 편향됨에 있어서 구조상 1차 광학 구성요소(5)에서 전반사된 광은 중심방향을 향하면서도 하방으로만 출광되어야 하며, 1차 광학 구성요소(5)의 끝단의 위치는 2차 광학 구성요소(6)보다 위에 위치하여야 한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)은 렌즈부(20)의 주변부(22)에서 전반사된 광은 다시 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사되어 전반사됨으로써 태양전지(12)로 집광될 수 있기 때문에, 주변부(22)의 가장자리 부위 예를 들어, 모서리부(28)에서 전반사되는 광(S1)은 중심방향을 향해 상방으로 편향되어 출광되어도 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사되어 전반사됨으로써 태양전지(12)로 집광될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)은 그만큼 1차 광학 구성요소(20)의 초점거리를 더욱 줄일 수 있으며, 렌즈부(20)의 주변부(22)의 가장자리 부위 예를 들어, 모서리부(28)가 2차 광학 구성요소(30)보다 아래에 위치할 수 있기 때문에, 태양전지모듈(10)의 전체적인 두께와 부피도 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 2차 광학 구성요소(30)의 구체적인 구성 및 다양한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차 광학 구성요소(30)는 렌즈부(20)의 중심부(21)로부터 집광된 광(S4)이 입사되는 상면(32)과, 주변부(22)로부터 중심방향을 향해 편향되어 출광된 광(S1,S2,S3)이 입사되는 측면(34)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상면(32)은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면(34)으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비될 수 있으며, 상기 측면(34)은 주변부(22)로부터 출광되어 입사된 광은 굴절시키고 상기 상면(32)에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사시키도록 구비될 수 있다.
상기 상면(32)에 직접 입사되는 광은 중심부(21)로부터 집광되어 입사된 광뿐만 아니라 주변부(22)로부터 편향되어 입사된 광도 포함될 수 있는데, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)에 있어서 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광은 측면(34)으로 입사되는 것이 바람직하지만, 광학 설계상 중심부(21)와 인접한 주변부(22)의 소정부위로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광은 상기 상면(32)에 직접 입사될 수도 있으며, 이와 같이 주변부(22)로부터 편향된 광이 측면(34)으로 입사되지 않고 상면(32)으로 입사되는 경우에는 상면(32)에서 굴절된 후 측면(34)에서 전반사되면서 입사각이 작아진 상태로 태양전지(12)로 집광될 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)에 있어서, 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광 중 대부분은 측면(34)으로 입사되어 상면(32)에서 전반사된 후 입사각이 작아진 상태로 태양전지(12)로 집광되지만, 주변부(22)로부터 출광된 광 중 일부는 상면(32)으로 직접 입사될 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정되지 않는다 할 것이다.
바람직하게, 상기 상면(32)에는 직접 입사된 광은 굴절시키며 측면(34)으로부터 입사된 광은 전반시키도록 중심부에 함몰부(dent)(40)가 형성될 수 있다. 여기서, '함몰(dent)' 이라는 용어는 사전적으로 눌려서 옴폭 들어간 곳을 의미하지만, 본 발명에 있어서 상기 함몰부(dent)(40)는 그에 한정하지 않으며 홈도 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 상면(32)에 함몰부(40)가 형성되면, 측면(34)으로부터 입사된 광은 상기 함몰부(40)의 내측면(42)에 전반사되어 태양전지(12)로 집광될 수 있으며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)과 저면(44) 즉, 상기 함몰부(40)의 내면(46)으로 직접 입사된 광은 굴절되어 태양전지(12)로 집광될 수 있다.
한편, 상기 함몰부(40)의 내면(46)은 내측면(42)과 저면(44)이 불연속적으로 이어짐으로써 명확하게 구별되게 형성될 수도 있지만, 상기 함몰부(40)의 단면이 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내측면(42)과 저면(44)이 연속적인 면으로 형성될 수도 있으며, 따라서 측면(34)으로부터 입사된 광은 상기 함몰부(40)의 내측면(42)에서 전반사된다고 말할 수도 있으며, 또는 상기 함몰부(40)의 내면(46)에서 전반사된다고도 말할 수도 있을 것이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 2차 광학 구성요소의 일실시 예들을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11에서 보이는 바와 같이, 상기 2차 광학 구성요소(30)는 상면(32) 전체가 함몰형성되는 함몰부(40)로 형성될 수도 있으며, 도 12 및 도 13에서 보이는 바와 같이, 상기 상면(32)에는 대략 중심부에 형성되는 함몰부(40)와, 상기 함몰부(40)와 측면(34)을 연결하는 연결면(33)이 구비될 수도 있다. 상기 함몰부(40)는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 측면(34)으로부터 입사되어 굴절된 광은 전반사시키며, 상기 연결면(33)은 직접 입사되는 광을 굴절시킨다.
또한, 도 10 및 도 12에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되지 않는 연속적인 면으로 형성될 수도 있으며, 도 11 및 도 13에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되는 불연속적인 면으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 10 내지 도 13에는 상기 2차 광학 구성요소(30)의 단면이 사각형인 것이 도시되지만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며 상기 2차 광학 구성요소(30)의 단면은 삼각형, 그 이상의 다각형 또는 원형으로도 이루어질 수 있으며, 특히 그 단면의 크기가 높이방향으로 변화되는 형상 예를 들어, 측면(34)이 테어퍼(taper)진 형상 또는 오목하거나 볼록한 형상으로도 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 측면(34)으로부터 입사된 광이 함몰부(40)의 내면(46) 또는 내측면(42)에서 전반사되어 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아질 수 있도록 상기 함몰부(40)의 내면(46) 또는 내측면(42)과 측면(34)이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지도록 구비될 수 있다.
도 14 및 도 15는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 실시 예들을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 14에는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 하나의 실시 예로서, 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지도록 대략 수직하게 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이 도시된다.
상기 측면(34)이 대략 수직하게 이루어지고, 상기 내측면(42)이 하방으로 만곡되면, 상기 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커질 수 있음을 알 수 있다(θ1＜θ2). 그리고, 이와 같이 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지면 주변부(22)로부터 편향되어 측면(34)으로 입사된 광이 상기 내측면(42)에 전반사됨에 따라 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아질 수 있다.
상세히 설명하면, 주변부(22)로부터 편향되어 입사되는 광은 측면(34)으로 대략 상방으로 입사되는 광(S1)과, 대략 수평하게 입사되는 광(S2)과, 대략 하방으로 입사되는 광(S3)으로 나뉘어질 수 있는데, 상방으로 입사되는 광(S1)은 주로 주변부(22)의 외측 부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 측면(34)에서 굴절되어 대략 내측면(42)의 하부에서 전반사되게 되며, 수평하게 입사되는 광(S2)은 주로 주변부(22)의 중간부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 대략 내측면(42)의 중간부분에서 전반사되게 되며, 하방으로 입사되는 광(S3)은 주로 주변부(22)의 내측 부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 측면(34)에서 굴절되어 대략 내측면(42)의 상부에서 전반사되게 된다.
따라서, 주변부(22)로부터 편향되어 측면(34)으로 입사되는 광 중 하방으로 입사되는 광(S3)은 내측면(42)의 상부에서, 상방으로 입사되는 광(S1)은 내측면(42)의 하부에서 전반사되게 되므로, 전반사된 후 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아지도록 하기 위해서는 특히 대략 상방으로 입사되어 내측면(42)의 하부에 전반사되는 광(S1)의 입사각(θ)이 작아지도록 할 필요가 있으며, 이는 측면(34)이 대략 수직하게 이루어지고 내측면(42)이 하방으로 만곡된 것과 같이 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비됨에 의해 가능해질 수 있다.
도 15는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 다른 하나의 실시 예들을 나타내는 도면으로서, 도 15에는 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지는 경사진 직선으로 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이 도시된다.
상기 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 일 형태로는 도 14 및 도 15에서 도시된 형태 외에도 다양한 형태로 구현 가능하며, 바람직한 형태로는 도 9에서 보이는 바와 같이, 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지도록 대략 수직하게 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이라 할 수 있다.
또한, 광학 설계와 제조 측면에서는 측면(34)의 형태와 무관하게 상기 함몰부(40)의 내측면(42)이 하방으로 만곡된 형태를 가지는 것이 바람직하며, 따라서 도 10 및 도 12에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되지 않는 연속적인 면으로 형성되는 것이 바람직하다 할 것이다.
또한, 도 10에는 상면(32) 전체가 함몰형성되는 함몰부(40)로 이루어져 대략 크라운(crown) 형상을 가지는 2차 광학 구성요소(30)의 일실시 예가 도시되는데, 도 10에 도시된 2차 광학 구성요소(30)의 일실시 예가 상면(32)에 함몰부(40)가 형성된 바람직한 일실시 예 중 하나라 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있도록 1차 광학 구성요소와 2차 광학 구성요소를 구성시킨 것을 특징으로 하는 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 집광형 태양전지모듈 11 : 베이스플레이트
12 : 태양전지 13 : 리시버
20 : 렌즈부 21 : 중심부
22 : 주변부 30 : 2차 광학 구성요소
40 : 함몰부(dent) 50 : 1차 광학 구성요소
51 : 측면부
12 : 태양전지 13 : 리시버
20 : 렌즈부 21 : 중심부
22 : 주변부 30 : 2차 광학 구성요소
40 : 함몰부(dent) 50 : 1차 광학 구성요소
51 : 측면부
Claims (17)
- 베이스플레이트;
태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버;
입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소 각각이 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및
상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고,
상기 각각의 1차 광학 구성요소는 서로 결합하여 어레이를 이룰수 있도록, 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부를 가지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 측면부 하단에는 상기 베이스플레이트에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 측면부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합하는 결합부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 베이스플레이트;
태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버;
입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및
상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고,
상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지고,
상기 측면부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합하는 결합부가 구비되고,
상기 결합부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합시 실링재가 충진되는 실링공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 4 항에 있어서,
상기 결합부는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부를 포함하고,
상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소의 양각단차부와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소의 음각단차부가 서로 결합하여 이루어지며, 상기 실링공간은 상기 음각단차부가 상기 양각단차부보다 상기 베이스플레이트로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 측면부 하단에는 상기 다수의 리시버를 연결하기 위한 커넥터가 지나는 커넥터통로부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 1차 광학 구성요소는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어지며, 하방이 열려진 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 렌즈부는 중심을 기준으로 동심원을 이루는 패턴이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 렌즈부는 중심으로부터 주변으로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 7 항에 있어서,
상기 렌즈부는 수직단면상 중심으로부터 주변으로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 1차 광학 구성요소 각각은 투명한 물질로 일체성형(one-body molding)되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고,
상기 중심부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광이 출사되는 구면 또는 비구면으로 이루어지는 출사면이 구비되고,
상기 주변부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광을 중심방향으로 전반사 또는 반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면과, 상기 반사면에서 전반사 또는 반사된 광이 출사되는 출사면이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 베이스플레이트;
태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버;
입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및
상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고,
상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지고,
상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광을 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고,
상기 2차 광학 구성요소에는 상기 중심부로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비되고,
상기 상면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비되며, 상기 측면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 상면에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사 시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 13 항에 있어서,
상기 상면에는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사 시키도록 함몰형성되는 함몰부(dent)가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 14 항에 있어서,
상기 측면으로부터 입사된 광이 상기 함몰부의 내면에 전반사되어 상기 태양전지로 입사되는 입사각이 작아질 수 있도록 상기 측면과 상기 함몰부의 내면이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 14 항에 있어서,
상기 측면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지고, 상기 함몰부의 내면은 하방으로 만곡되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈. - 제 14 항에 있어서,
상기 함몰부의 단면은 구면 또는 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
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