KR101461042B1

KR101461042B1 - 태양광 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 지붕 일체형 태양광 발전모듈

Info

Publication number: KR101461042B1
Application number: KR1020140079961A
Authority: KR
Inventors: 박종언; 박동식; 김영진; 조성문
Original assignee: 에디슨솔라이텍(주)
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2014-11-17
Also published as: EP3151422A4; WO2015199308A1; US10033327B2; US20170099027A1; EP3151422A1

Abstract

본 발명은 태양광 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 지붕 일체형 태양광 발전모듈에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 태양광 발전모듈은, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈, 태양전지 모듈을 수용하는 수용부를 갖는 외부 프레임, 수용부 내에 배치되어 태양전지 모듈을 지지하며, 중앙에 관통부가 형성된 지지 프레임, 및 관통부 내에 장착되며, 태양전지 모듈의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양광 발전효율을 최적화시키는 발전효율 최적화 장치를 포함한다. 이와 같이, 태양전지 모듈을 독립적으로 제어할 수 있는 발전효율 최적화 장치를 각각의 태양전지 모듈에 설치함으로써, 태양광 발전시스템의 전체적인 발전효율을 극대화시킬 수 있며, 발전효율 최적화 장치를 프레임의 내부에 설치함으로써, 모듈 두께의 증가 없이 컴팩트한 태양광 발전모듈을 구성할 수 있으며, 별도의 구조물 없이 지붕에 일체형으로 설치될 수 있어 그 설치가 용이하고, 태양전지 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 주변으로 방열시킴으로써, 태양전지 모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

태양광 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 지붕 일체형 태양광 발전모듈{ROOF TILE TYPE PHOTOVOLTAIC MODULE WITH POWER OPTIMIZER}

본 발명은 태양광 발전모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지 모듈 간의 전력 최적화 및 음영에 따른 발전 손실 보정을 통해 태양광 발전의 효율을 향상시키고 최적화시킬 수 있는 태양광 발전효율 향상 및 최적화 장치를 포함하는 지붕 일체형 태양광 발전모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광 발전시스템은 신재생 에너지의 확대 보급을 촉진하기 위한 대체에너지 개발의 일원으로, 태양 에너지의 무공해성 및 무한정성에 힘입어 지구 환경 문제와 미래 에너지원의 다각화 대책으로서 선진 각국에서 활발히 연구 개발이 진행되고 있으며, 최근 태양광 발전시스템의 효율향상과 최적화 발전장치의 실용화에도 박차를 가하고 있는 실정이다.

이러한 태양광을 이용하여 에너지를 생산할 수 있는 태양광 발전시스템은 일반적으로 복수의 태양광 발전모듈들을 직병렬 접속하여 전력변환장치에 연결하게 된다. 즉, 하나의 태양광 발전모듈 단독으로는 출력전압이 매우 낮기 때문에, 전력변환장치에 필요한 입력전압으로 승압하기 위해서는 다수의 태양광 발전모듈들을 직렬접속하고, 이러한 직렬접속 어레이를 다수 병렬로 연결하여 최종 전력을 얻게 된다.

그러나, 태양광 발전모듈은 태양에너지를 받아 전력을 생산하는 과정에서 열을 발생시키며, 이때 발생되는 열은 태양광 발전모듈의 전기생산 능력을 저하시키는 요인이 되기 때문에 태양광 발전시스템의 효율을 증진시키기 위해서는 방열을 효과적으로 수행하는 것이 필요하다.

또한, 주택 등의 지붕 위에 태양광 발전모듈을 설치하기 위해서는 별도의 지지대 구조물을 설치하여야 하며, 신축 주택의 건축 시에도 지붕 자재와 별도로 지지대 구조물을 설치하여야 하므로, 주택 구조 및 도시 미관을 해치는 문제가 발생된다.

또한, 태양광 발전모듈을 건물 밀집지역이나 주택 등의 설치면적에 제약이 있는 곳에 이용할 경우, 인접하는 건물, 주택, 나무 등에 의한 음영, 태양각도에 의한 음영, 낙엽 등의 각종 오염물질 등에 의해 태양광 발전모듈간의 출력전력에 편차가 발생될 수 있으며, 이러한 태양광 발전모듈들을 직렬 접속할 경우 최종 발전전력이 저하되는 문제가 발생된다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명은 태양광 발전모듈의 방열 특성 및 시공성을 향상시키고, 태양광 발전모듈에서 생산되는 발전효율이 최적화 될 수 있도록 태양광 발전모듈을 독립적으로 제어함으로써, 태양광 발전모듈간의 전력 생산의 격차 해소 및 전력의 안정화를 통하여 태양광 발전시스템의 발전효율을 극대화시킬 수 있는 발전효율 향상 및 최적화 장치를 갖는 지붕 일체형 태양광 발전모듈을 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 태양광 발전모듈은, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈, 상기 태양전지 모듈을 수용하는 수용부를 갖는 외부 프레임, 상기 수용부 내에 배치되어 상기 태양전지 모듈을 지지하며, 중앙에 관통부가 형성된 지지 프레임, 및 상기 관통부 내에 장착되며, 상기 태양전지 모듈의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양광 발전효율을 최적화시키는 발전효율 최적화 장치를 포함한다.

상기 태양광 발전모듈은 상기 발전효율 최적화 장치의 장착을 위해 상기 관통부를 가로지르도록 형성된 장착 레일을 더 포함할 수 있다.

상기 발전효율 최적화 장치는, 상기 장착 레일에 결합되어 고정되는 케이스, 상기 태양전지 모듈의 출력선이 연결되도록 상기 케이스의 측면에 형성된 입력 단자부, 상기 케이스 내부에 설치되며, 상기 입력 단자부를 통한 입력에 대해 발전효율 최적화 작업을 수행하는 회로부, 및 상기 회로부의 출력을 외부로 출력시키기 위해 상기 케이스의 측면에 형성된 출력 단자부를 포함할 수 있다.

상기 발전효율 최적화 장치는 상기 발전효율 최적화 장치의 정상 또는 비정상 동작 상태를 표시하기 위한 표시 램프를 더 포함할 수 있다.

상기 발전효율 최적화 장치는, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 직류전력의 레벨을 변환시키는 DC/DC 컨버터부, 상기 태양전지 모듈의 최대전력점을 추적하도록 상기 DC/DC 컨버터부를 제어하고, 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 제어하는 최적화 장치 제어부, 및 상기 최적화 장치 제어부의 제어에 따라 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 변환시키기 위하여 상기 DC/DC 컨버터부에 병렬로 연결되는 동작 모드 변환부를 포함할 수 있다.

상기 최적화 장치 제어부는 상기 태양전지 모듈이 기설정된 최적의 동작상태를 유지하는 것으로 판단되는 경우, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력이 상기 DC/DC 컨버터부를 거치지 않고 바로 출력되도록 상기 발전효율 최적화 장치를 태양전지 모드로 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 최적화 장치 제어부는 상기 태양전지 모드를 위해 상기 동작 모드 변환부를 온 상태로 유지하고, 상기 DC/DC 컨버터부를 셧다운시킬 수 있다.

상기 최적화 장치 제어부는 상기 태양전지 모듈이 기설정된 최적의 동작상태를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 상기 동작 모드 변환부를 오프 상태로 유지시키고, 최대전력점을 추적하도록 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 최적화 장치 제어부는 상기 태양전지 모듈의 최대전력점 전압이 출력전압보다 낮을 경우, 상기 DC/DC 컨버터부를 벅(buck) 모드로 동작시킬 수 있다. 다른 예로, 상기 최적화 장치 제어부는 상기 태양전지 모듈의 최대전력점 전압이 출력전압보다 높을 경우, 상기 DC/DC 컨버터부를 부스트(boost) 모드로 동작시킬 수 있다.

상기 발전효율 최적화 장치는 상기 태양전지 모듈에 결함이 발생된 경우, 스트링 전류를 바이패스시키기 위한 바이패스 다이오드를 더 포함할 수 있다.

상기 외부 프레임은 상판 및 하판을 포함할 수 있다. 상기 하판은 상기 상판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향으로 돌출되어 형성된 제1 하판 돌출부, 및 상기 상판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향에 수직인 길이 방향으로 돌출되어 형성된 제2 하판 돌출부를 포함하며, 상기 상판은 상기 하판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향으로 돌출되어 상기 제1 하판 돌출부와 반대측에 형성된 제1 상판 돌출부, 및 상기 하판에 대하여 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 돌출되어 상기 제2 하판 돌출부와 반대측에 형성된 제2 상판 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 제1 하판 돌출부의 상면 및 상기 제1 상판 돌출부의 하면에는 배선의 인출을 위한 배선홈이 형성될 수 있다.

상기 제1 하판 돌출부 및 상기 제2 하판 돌출부의 상면에는 결합홀이 형성되고, 상기 제1 상판 돌출부 및 상기 제2 상판 돌출부의 하면에는 상기 결합홀에 상응하는 결합 돌기가 형성될 수 있다.

상기 하판은 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 관통되어 형성된 제1 통기구를 포함하고, 상기 지지 프레임은 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 관통되어 상기 제1 통기구와 연통되도록 형성된 제2 통기구를 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전모듈은 상기 태양전지 모듈과 상기 지지 프레임 사이에 배치되는 방열판을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 방열판은 메쉬 형태일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전모듈은, 기와 형태의 외형으로 형성되고, 중앙에 관통부가 형성된 프레임, 상기 관통부를 커버하도록 상기 프레임의 상면에 배치되는 태양전지 모듈, 상기 관통부 내에 장착되며, 상기 태양전지 모듈의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양광 발전효율을 최적화시키는 발전효율 최적화 장치, 및 상기 발전효율 최적화 장치의 장착을 위해 상기 관통부를 가로지르도록 형성된 장착 레일을 포함한다.

상기 태양광 발전모듈은 상기 태양전지 모듈의 배면 상에 배치되는 방열판을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 태양광 발전모듈에 따르면, 인접하는 건물, 주택, 나무, 낙엽 등에 의한 음영 및 태양 위치에 의한 음영, 태양전지 모듈간의 부정합 등에 의해 발생되는 전력 손실을 방지하기 위하여, 각각의 태양전지 모듈을 독립적으로 제어할 수 있는 발전효율 최적화 장치를 각각의 태양전지 모듈에 설치함으로써, 태양전지 모듈의 동작 모드를 최적의 상태로 유지하고, 이를 통해 태양광 발전시스템의 전체적인 발전효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 발전효율 최적화 장치를 프레임의 내부에 설치함으로써, 모듈 두께의 증가 없이 컴팩트한 태양광 발전모듈을 구성할 수 있으며, 설치 및 시공의 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 태양광 발전모듈은 별도의 구조물 없이 지붕에 일체형으로 설치될 수 있어 그 설치가 용이하고, 태양전지 모듈에서 발생하는 열을 효율적으로 주변으로 방열시킴으로써, 태양전지 모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3는 도 2에 도시된 태양광 발전모듈의 결합 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 배면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 정면도이다.
도 7은 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 후면도이다.
도 8 및 도 9는 방열판의 다른 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 10은 발전효율 최적화 장치의 장착 상태를 나타낸 평면면이다.
도 11은 발전효율 최적화 장치를 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전모듈들의 결합 사시도이다.
도 13은 도 12에서 A 로 표시한 부분의 결합을 더욱 상세하게 나타내기 위하여 후면측에서 바라본 입체도이다.
도 14는 도 12에서 B 로 표시한 부분의 결합을 더욱 상세하게 나타내기 위한 입체도이다.
도 15는 도 10에 도시된 발전효율 최적화 장치의 회로부의 구성도이다.
도 16은 도 15에 도시된 DC/DC 컨버터부 및 동작 모드 변환부를 나타낸 회로도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전모듈을 나타낸 평면도이다.
도 18은 도 17에 도시된 태양광 발전모듈의 단면도이다.
도 19는 도 17에 도시된 태양광 발전모듈의 배면도이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전시스템은 복수의 태양광 발전모듈들(1000) 및 복수의 태양광 발전모듈들(1000)로부터 출력되는 직류전력을 교류전력으로 변환시키기 위한 인버터(2000)를 포함한다.

태양광 발전모듈들(1000)은 인버터(2000)에서 필요로 하는 입력 전압까지 출력 전압을 승압시키기 위하여 서로 직병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전모듈들(1000)은 주택의 지붕에 타일 형태로 형성되어 주택의 지붕 기능과 함께 자가발전 기능을 수행하는 지붕 일체형 구조로 설치될 수 있다.

각각의 태양광 발전모듈(1000)은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈(100)과 태양광 발전모듈(1000)의 발전효율을 최적화시키기 위하여 태양전지 모듈(100)에 개별적으로 연결되는 발전효율 최적화 장치(200)를 포함하다. 예를 들어, 발전효율 최적화 장치(200)는 모든 태양전지 모듈(100)에 각각 하나씩 연결된다. 이와 달리, 발전효율 최적화 장치(200)는 3 ~ 5개의 태양전지 모듈(100) 간격으로 연결될 수 있다.

태양광 발전모듈들(1000)이 건물이나 주택의 밀집지역 또는 설치면적에 제약이 있는 곳에 설치될 경우, 인접하는 건물 또는 나무 등에 의한 음영, 태양각도에 의한 음영, 낙엽 등의 각종 오염물질 등에 의해 태양광 발전모듈들(1000) 간의 출력전력에 편차가 발생될 수 있으며, 이러한 태양광 발전모듈들(1000)을 직렬 접속할 경우 최종 발전전력이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명은 태양광 발전모듈들(1000)의 동작을 독립적으로 제어하기 위한 발전효율 최적화 장치(200)를 각각의 태양전지 모듈(100)에 개별적으로 연결함으로써, 태양광 발전시스템에서 최종적으로 출력되는 출력전력의 효율을 향상시키고 최적화시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전모듈을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3는 도 2에 도시된 태양광 발전모듈의 결합 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 평면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 배면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 정면도이며, 도 7은 도 3에 도시된 태양광 발전모듈의 후면도이다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 태양광 발전모듈(1000)은 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)을 수용하는 수용부(301)를 갖는 외부 프레임(300), 수용부(301) 내에 배치되어 태양전지 모듈(100)을 지지하고 중앙에 관통부(410)가 형성된 지지 프레임(400), 및 관통부(410) 내에 장착되는 발전효율 최적화 장치(200)를 포함한다.

태양전지 모듈(100)은 태양광을 이용하여 전력을 생산한다. 태양전지 모듈(100)은 태양광 에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 전지로서, 태양전지의 최소단위인 태양전지 셀들이 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결된 구성을 갖는다.

외부 프레임(300)은 상판(310) 및 하판(320)을 포함한다. 외부 프레임(300)은 상판(310)과 하판(320)이 적층된 구조를 가지며, 상판(310)에 대하여 하판(320)이 폭 방향 및 길이 방향으로 돌출되게 형성됨으로써, 다수의 외부 프레임(300)이 별도의 결합장치 없이 그 자체로 결합이 가능한 구조로 형성된다.

구체적으로, 하판(320)은 상판(310)에 대하여 외부 프레임(300)의 폭 방향(도 4에서 좌우 방향)으로, 예를 들어 도 4에서는 오른쪽 방향으로, 일부분이 돌출되어 형성된 제1 하판 돌출부(321)를 포함하고, 상판(310)에 대하여 외부 프레임(300)의 폭 방향에 수직인 길이 방향(도 4에서 상하 방향)으로, 예를 들어, 도 4에서는 하부 방향으로, 일부분이 돌출되어 형성돤 제2 하판 돌출부(322)를 포함한다.

또한, 상판(310)은 하판(320)에 대하여 외부 프레임(300)의 폭 방향으로, 예를 들어, 도 4에서는 왼쪽 방향으로, 일부분이 돌출되어 제1 하판 돌출부(321)의 반대측에 형성된 제1 상판 돌출부(311)를 포함하고, 하판(320)에 대하여 외부 프레임(300)의 길이 방향으로, 예를 들어, 도 4에서는 상부 방향으로, 일부분이 돌출되어 제2 하판 돌출부(322)의 반대측에 형성된 제2 상판 돌출부(312)를 포함한다.

예를 들어, 상판(310)과 하판(320)은 동일한 폭과 길이를 갖는 사각형의 판재 형상으로 형성되며, 이러한 형상의 상판(310)과 하판(320)을 폭 방향 및 길이 방향으로 약간 이동시켜 결합함으로써, 제1 하판 돌출부(321), 제2 하판 돌출부(322), 제1 상판 돌출부(311) 및 제2 상판 돌출부(312)를 형성할 수 있다.

이하에서는, 외부 프레임(300)들이 서로 결합되는 구성에 대해서 설명한다. 구체적으로, 서로 상대적으로 돌출되어 있는 상판(310)과 하판(320)의 구성에 의하여, 별개의 구성요소 없이, 다수의 외부 프레임(300)들이 상하 방향 및 좌우 방향으로 연속적으로 결합될 수 있다.

본 발명에서 외부 프레임(300)들의 결합은 결합홀과 결합 돌기에 의한 끼워맞춤 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 하판 돌출부(321) 및 제2 하판 돌출부(322)의 상면에는 각각 제1 결합홀(323) 및 제2 결합홀(324)이 형성되고, 제1 상판 돌출부(311) 및 제2 상판 돌출부(312)의 하면에는 각각 제1 결합홀(323) 및 제2 결합홀(324)에 상응하는 제1 결합 돌기(313) 및 제2 결합 돌기(314)가 형성된다.

제1 결합홀(323)은 예를 들어, 제1 하판 돌출부(321)의 상면에 2 열로 형성되고, 각 열별로 3 개가 등간격으로 형성된다. 또한, 제2 결합홀(324)은 예를 들어, 제2 하판 돌출부(322)의 상면에 1 열로 3 개가 등간격으로 형성된다.

제1 결합 돌기(313)는 예를 들어, 제1 결합홀(323)과 상응하게 2 열로 형성되고, 각 열별로 3 개가 등간격으로 형성된다. 또한, 제2 결합 돌기(314)는 예를 들어, 제2 결합홀(324)에 상응하게 1 열로 3 개가 등간격으로 형성된다.

한편, 제1 하판 돌출부(321)의 상면 및 제1 상판 돌출부(311)의 하면에는 각각 배선(330)의 인출을 위한 제1 배선홈(325) 및 제2 배선홈(315)이 형성될 수 있다. 제1 배선홈(325) 및 제2 배선홈(315)은 외부 프레임(300)의 길이 방향을 따라 양단부까지 연장되도록 형성된다.

하판(320)의 측면에는 외부 프레임(300)의 길이 방향으로 관통되어 형성된 복수의 제1 통기구(326)가 형성될 수 있다. 또한, 지지 프레임(400)은 외부 프레임(300)의 길이 방향으로 관통하여 제1 통기구(326)와 연통되도록 형성된 제2 통기구(420)를 포함할 수 있다. 서로 연통되게 형성된 제2 통기구(420)와 제1 통기구(326)는 공기의 유로를 형성함으로써, 태양전지 모듈(100)에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 공기의 유로를 외부에 연결하여 태양전지 모듈(100)에서 발생한 열을 다시 재사용할 수도 있다.

한편, 태양광 발전모듈(1000)은 태양전지 모듈(100)과 지지 프레임(400) 사이에 배치되는 방열판(500)을 더 포함할 수 있다. 방열판(500)은 태양전지 모듈(100)의 태양광 발전 시 발생되는 열을 외부로 신속히 방출시킴으로써, 태양전지 모듈(100)의 발전 효율을 향상시킨다.

방열판(500)은 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전도성이 높은 알루미늄 합금 재질의 매쉬(mesh) 형태로 형성될 수 있다.

도 8 및 도 9는 방열판의 다른 실시예를 나타낸 사시도 및 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 방열판(510)은 저융점금속 내판부(512) 및 저융점금속 내판부(512)를 둘러싸도록 형성된 알루미늄 외판부(514)를 포함할 수 있다. 또한, 방열판(510)의 하면에는 다수의 방열핀(516)들이 형성된 구성을 가질 수 있다.

이와 같이, 방열판(510)의 구조를 이중으로 형성하되, 알루미늄 외판부(514)의 내부에 알루미늄보다 융점이 낮은 Hg, Na, Pb, Bi, 또는 Sn 으로 구성된 저융점금속 내판부(512)를 형성하게 되면, 외부의 알루미늄 외판부(514)는 열을 외부로 잘 방출하게 하며, 내부의 저융점금속 내판부(512)는 열을 받아 상변태를 하면서 액체로 바뀌어 열을 흡수하도록 하여 온도의 상승을 막을 수 있다. 즉, 저융점금속의 융점 이상으로 태양전지 모듈(100)의 온도가 올라가면, 내부의 저융점금속 내판부(512)가 상변태를 하면서 열을 흡수하고, 열전도가 높은 외부의 알루미늄 외판부(514)는 계속 열을 방출하면서 흡수된 열을 방출하여 방열효율을 높이되 일정 온도 이상으로 태양전지 모듈(100)의 열이 올라가는 것을 막아줄 수 있다.

다시 도 2 및 도 5를 참조하면, 발전효율 최적화 장치(200)는 지지 프레임(400)의 관통부(410) 내에 장착되며, 태양전지 모듈(100)의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양광 발전효율을 향상 및 최적화시킨다.

태양광 발전모듈(1000)은 발전효율 최적화 장치(200)의 장착을 위해 관통부(410)를 가로지르도록 형성된 장착 레일(500)을 더 포함할 수 있다. 장착 레일(500)은 태양전지 모듈(100)과 지지 프레임(400)의 사이, 특히, 방열판(500)과 지지 프레임(400)의 사이에 형성되며, 발전효율 최적화 장치(200)의 장착을 위해 관통부(410)에 의해 외부로 노출되도록 형성된다. 장착 레일(600)은 예를 들어, 외부 프레임(300)의 수용부(301) 내부에 위치하도록 외부 프레임(300)에 결합될 수 있다. 이와 달리, 장착 레일(600)은 지지 프레임(400)과 결합되거나, 또는 지지 프레임(400)과 일체로 형성될 수 있다.

장착 레일(600)은 방열판(500)을 통한 방열 효율을 최대한 높이기 위하여 최대한 작은 면적을 차지하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 장착 레일(600)은 2개의 가는 띠가 서로 평행하게 레일 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

도 10은 발전효율 최적화 장치의 장착 상태를 나타낸 평면면이며, 도 11은 발전효율 최적화 장치를 구체적으로 나타낸 사시도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 발전효율 최적화 장치(200)는 장착 레일(600)에 결합되어 고정되는 케이스(210), 태양전지 모듈(100)의 출력선이 연결되도록 케이스(210)의 측면에 형성된 입력 단자부(220), 케이스(210)의 내부에 설치되며 입력 단자부(220)를 통한 입력에 대해 발전효율 최적화 작업을 수행하는 회로부(230), 및 회로부(230)의 출력을 외부로 출력시키기 위해 케이스(210)이 측면에 형성된 출력 단자부(240)를 포함한다.

입력 단자부(220) 및 출력 단자부(240)는 잭 연결 구조로 형성되어, 배선(330)과의 연결이 간편한 구조로 형성된다.

발전효율 최적화 장치(200)는 발전효율 최적화 장치(200)의 정상 동작 상태 및 비정상 동작 상태를 표시하기 위한 정상 알림 램프(252) 및 비정상 알림 램프(254)를 포함할 수 있다. 정상 알림 램프(252) 및 비정상 알림 램프(254)의 표시를 통해 해당 태양광 발전모듈(1000)의 동작 상태를 용이하게 파악할 수 있으며, 원활한 유지 보수가 가능해 진다.

이와 같이, 태양광 발전모듈(1000)의 발전효율을 최적화시키기 위한 발전효율 최적화 장치(200)를 지지 프레임(400)의 관통부(410) 내에 설치함으로써, 두께의 증가 없이 컴팩트한 태양광 발전모듈(1000)을 구성할 수 있으며, 설치 및 시공의 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전모듈들의 결합 사시도이다.

도 12를 참조하면, 동일한 형태로 형성된 복수의 태양광 발전모듈들(1000a, 1000b, 1000c)이 폭 방향 및 길이 방향으로 결합될 수 있기 때문에, 동일한 형태의 태양광 발전모듈들을 서로 결합시켜 다양한 면적을 커버할 수 있는 태양광 발전모듈 어레이를 형성할 수 있다.

각각의 태양광 발전모듈(1000a, 1000b, 1000c)은 폭 방향 및 길이 방향으로 인접한 태양광 발전모듈(1000a, 1000b, 1000c)과 결합되어 있기 때문에, 그 결합이 견고하게 유지될 수 있으며, 제1 통기구(326) 및 제2 통기구(420)에 의하여 형성된 유로는 다수의 태양광 발전모듈(1000a, 1000b, 1000c)이 결합하더라도 중간에 끊어짐이 없이 연장되어, 효율적인 열배출 또는 열회수가 가능하다.

도 13은 도 12에서 A 로 표시한 부분의 결합을 더욱 상세하게 나타내기 위하여 후면측에서 바라본 입체도이다. 구체적으로, 도 13은 제2 태양광 발전듈(1000b)의 제1 하판 돌출부(321)와 제1 태양광 발전모듈(1000a)의 제1 상판 돌출부(311)의 결합 관계를 도시한다.

구체적으로, 제2 태양광 발전모듈(1000b)의 제1 하판 돌출부(321)의 상면에는 2 열로 다수의 제1 결합홀(323)이 형성되어 있고, 이에 상응하게 제1 태양광 발전모듈(1000a)의 제1 상판 돌출부(311)의 하면에는 제1 결합홀(323)의 위치에 상응하는 위치에 다수의 제1 결합 돌기(313)가 형성되어 있다.

이러한 배치에서, 제2 태양광 발전모듈(1000b)을 하측에 위치시키고, 제1 태양광 발전모듈(1000a)을 상측에 위치시킴과 동시에 각각의 제1 결합홀(323)과 제1 결합 돌기(313)의 위치를 정렬시킨 후, 제1 태양광 발전모듈(1000a)을 하측으로 이동시켜 제2 태양광 발전모듈(1000b)에 끼움으로써, 제1 태양광 발전모듈(1000a)과 제2 태양광 발전모듈(1000b)을 결합시킬 수 있다.

도 14는 도 12에서 B 로 표시한 부분의 결합을 더욱 상세하게 나타내기 위한 입체도이다. 구체적으로, 도 14는 제1 태양광 발전모듈(1000a)의 제2 하판 돌출부(322)와 제3 태양광 발전모듈(1000c)의 제2 상판 돌출부(312)의 결합 관계를 도시한다.

구체적으로, 제1 태양광 발전모듈(1000a)의 제2 하판 돌출부(322)의 상면에는 제2 결합홀(324)이 형성되어 있고, 이에 상응하게 제3 태양광 발전모듈(1000c)의 제2 상판 돌출부(312)의 하면에는 제2 결합홀(324)의 위치에 상응하는 위치에 다수의 제2 결합 돌기(314)가 형성되어 있다.

이러한 배치에서, 제1 태양광 발전모듈(1000a)을 하측에 위치시키고, 제3 태양광 발전모듈(1000c)을 상측에 위치시킴과 동시에 각각의 제2 결합홀(324)과 제2 결합 돌기(314)의 위치를 정렬시킨 후, 제3 태양광 발전모듈(1000c)을 하측으로 이동시켜 제1 태양광 발전모듈(1000a)에 끼움으로써, 제1 태양광 발전모듈(1000a)과 제3 태양광 발전모듈(1000c)을 결합시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 슁글 형태의 태양광 발전모듈(1000)은 별도의 구조물 없이 지붕에 일체형으로 설치될 수 있어 그 설치가 용이하고, 다수의 태양광 발전모듈(1000)들이 결합되더라고 설치 각도를 용이하게 변경할 수 있을 뿐만 아니라, 태양광 발전모듈(1000) 각각에 의하여 음영이 생기는 것을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 슁글 형태의 태양광 발전모듈(1000)은 태양전지 모듈(100)에서 발생하는 열을 효율적으로 주변으로 방열함으로써, 태양전지 모듈(100)의 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 태양광 발전모듈(1000)로부터 발생하는 열을 회수하여, 건물에 필요한 열을 제공할 수도 있다. 즉, 태양광 발전모듈(1000)의 효율저하를 방지하면서 동시에 방열되는 열을 집열하도록 하여 난방 등의 열원으로 사용하도록 함으로써, 기존 태양광 발전모듈과 태양열 집열기가 각각 단독으로 적용되는 것과는 달리 복합적으로 이용되어 단위면적당 더 많은 에너지를 동시에 생산할 수 있으므로 태양에너지 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 슁글 형태의 태양광 발전모듈(1000)은 다수의 태양광 발전모듈(1000)을 용이하게 결합할 수 있으며, 그 결합을 사용자가 원하는 형태로 손쉽게 변경이 가능하며, 다수의 태양광 발전모듈(1000)이 결합하더라도, 전기 배선을 용이하게 배치할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 각각의 태양광 발전모듈(1000)에 실장되는 발전효율 최적화 장치(200)의 기능에 대해 보다 상세하게 설명한다.

도 15는 도 10에 도시된 발전효율 최적화 장치의 회로부의 구성도이며, 도 16은 도 15에 도시된 DC/DC 컨버터부 및 동작 모드 변환부를 나타낸 회로도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 발전효율 최적화 장치(200)의 회로부(230)는 DC/DC 컨버터부(232), 최적화 장치 제어부(234) 및 동작 모드 변환부(236)를 포함한다.

DC/DC 컨버터부(232)는 태양전지 모듈(100)을 위한 전력변환 기능을 제공하도록 구성된다. 즉, DC/DC 컨버터부(232)는 최적화 장치 제어부(234)의 제어에 따라, 태양전지 모듈(100)로부터 출력되는 전력을 부하(예를 들어, 인버터(2000))의 구동에 적합한 전압 또는 전류 레벨로 변환시킨다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(232)는 태양전지 모듈(100)로부터 출력되는 전압을 승압시키거나 감압시키는 벅(buck) 또는 부스트(boost) 기능을 수행할 수 있다.

최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 최대전력점(Maximum Power Point : MPP)을 추적하도록 DC/DC 컨버터부(232)를 제어한다. 이를 위해, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)로부터 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 특성을 갖는다. 최적화 장치 제어부(234)는 중앙처리유닛(CPU), 메모리 유닛, 입출력 유닛, DC/DC 컨버터부(232)와의 연결을 위한 적어도 하나의 인터페이스, 및 DC/DC 컨버터부(232)의 입력단 및 출력단에서의 전압 및 전류를 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다.

최적화 장치 제어부(234)는 DC/DC 컨버터부(232)의 입력전압 및 입력전류와 출력전압 및 출력전류를 서로 비교분석하여 태양전지 모듈(100)의 최대전력점(MPP)을 산출하고, DC/DC 컨버터부(232)의 듀티 사이클(duty cycle)을 변화시킨다. 따라서, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)로부터 가능한 한 최대전력을 추출할 수 있도록 DC/DC 컨버터부(232)의 듀티 사이클을 변화시키는 방식으로 동작을 제어한다.

또한, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태에 대한 실시간 평가를 근거로 하여, DC/DC 컨버터부(232)가 태양전지 모듈(100)의 최대전력점(MPP)을 추적할 수 있도록, 발전효율 최적화 장치(200)의 동작 모드를 제어한다.

이를 위해, 발전효율 최적화 장치(200)의 회로부(230)는 최적화 장치 제어부(234)의 제어에 따라 발전효율 최적화 장치(200)의 동작 모드를 변환시키기 위한 동작 모드 변환부(234)를 추가적으로 포함한다. 동작 모드 변환부(234)는 DC/DC 컨버터부(232)에 병렬로 연결된다. 예를 들어, 동작 모드 변환부(234)는 도 13에 도시된 바와 같이, 공통 게이트 및 공통 소스 구조의 2개의 MOSFET(Q5A 및 Q5B)로 구성된 전자 스위치를 포함할 수 있다.

최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태를 평가한 결과, 태양전지 모듈(100)이 기설정된 최적의 동작 상태를 유지하는 것으로 판단되는 경우, 발전효율 최적화 장치(200)를 태양전지 모드로 동작시킨다. 즉, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)과 거의 같을 경우, 발전효율 최적화 장치(200)를 태양전지 모드로 동작시킨다. 예를 들어, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태의 평가 결과, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 출력 전압(Vout)의 ±2%의 범위 내에 들어온다고 판단되는 경우, 발전효율 최적화 장치(200)를 태양전지 모드로 동작시킨다. 한편, 최적의 동작 상태를 판단하기 위한 전압 범위는 사용자의 설정에 따라 변화될 수 있다.

최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모드의 동작을 위해, 동작 모드 변환부(234)를 온 상태로 유지시키고, DC/DC 컨버터부(232)를 셧 다운(shutdown)시킨다. 이에 따라, 태양전지 모드에서는 태양전지 모듈(100)에서 출력되는 전력이 DC/DC 컨버터부(232)를 거치지 않고 동작 모드 변환부(234)를 거쳐 외부로 바로 출력된다. 따라서, 태양전지 모드에서는 DC/DC 컨버터부(232)의 동작 제어와 같이 전력 손실을 초래하는 별도의 전력처리과정이 제거됨으로 인해, 거의 전력손실이 없는 최적의 전력 획득을 달성할 수 있다.

또한, 최적화 장치 제어부(234)는 DC/DC 컨버터부(232)에 과전류가 흐르거나, 온도가 너무 높거나, DC/DC 컨버터부(232)에 손상이 발생하는 등의 상황에서 발전효율 최적화 장치(200)를 태양전지 모드로 전환함으로써, 발전효율 최적화 장치(200)의 보호 기능을 수행할 수 있다.

한편, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태를 평가한 결과, 태양전지 모듈(100)이 기설정된 최적의 동작 상태를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 동작 모드 변환부(234)를 턴-오프(turn-off)시키고, 최대전력점(MPP)을 추적하도록 DC/DC 컨버터부(232)의 동작을 제어한다. 즉, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)보다 비교적 높거나 낮을 경우, 최적화 장치 제어부(234)는 최적의 발전전력이 출력되도록 DC/DC 컨버터부(232)를 제어한다.

본 실시예에서, DC/DC 컨버터부(232)는 벅(buck) 모드와 부스트(boost) 모드로 동작할 수 있는 벅-부스트 컨버터의 구성으로 이루어진다. 예를 들어, DC/DC 컨버터부(232)는 H-브릿지(bridge) 구조를 갖는 4개의 FET(Q1, Q2, Q3, Q4)를 포함한다.

최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태에 대한 실시간 평가를 근거로, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점(MPP)을 추적하기 위하여 DC/DC 컨버터부(232)가 동작할 수 있는 최적의 모드를 결정한다.

일 예로, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태를 평가한 결과, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)보다 낮을 경우, DC/DC 컨버터부(232)를 벅(buck) 모드로 동작시킨다. 예를 들어, 최적화 장치 제어부(232)는 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)의 약 98%보다 낮을 경우, DC/DC 컨버터부(232)를 벅(buck) 모드로 동작시킨다. 벅(buck) 모드에서, 제1 FET(Q1) 및 제2 FET(Q2)는 스위칭되며, 제3 FET(Q3)는 오프 상태를 유지하고, 제4 FET(Q4)는 온 상태를 유지한다.

다른 예로, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 동작 상태를 평가한 결과, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)보다 높을 경우, DC/DC 컨버터부(232)를 부스트(boost) 모드로 동작시킨다. 예를 들어, 최적화 장치 제어부(234)는 태양전지 모듈(100)의 최대전력점 전압(Vmpp)이 DC/DC 컨버터부(232)의 출력 전압(Vout)의 약 102%보다 높을 경우, DC/DC 컨버터부(232)를 부스트(boost) 모드로 동작시킨다. 부스트(boost) 모드에서, 제3 FET(Q3) 및 제4 FET(Q4)는 스위칭되며, 제2 FET(Q2)는 오프 상태를 유지하고, 제1 FET(Q1)는 온 상태를 유지한다.

이와 같이, 태양전지 모듈(100)이 최적의 동작 상태를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 태양전지 모듈(100)의 최대전력점(MPP)을 추적하도록 DC/DC 컨버터부(232)를 제어함으로써, 태양전지 모듈(100)의 최적의 동작 상태를 유지시키고, 발전효율을 최적화시킬 수 있다.

한편, 발전효율 최적화 장치(200)는 스트링 전류를 바이패스(bypass)시키기 위한 바이패스 다이오드(D1)를 더 포함할 수 있다. 바이패스 다이오드(D1)는 태양전지 모듈(100)의 음영에 의한 전력 손실이 발생되거나, 또는 태양전지 모듈(100) 또는 DC/DC 컨버터부(232)에 파손이 발생된 경우, 스트링 전류의 손실을 방지하기 위하여 스트링 전류가 DC/DC 컨버터부(232) 및 태양전지 모듈(100)을 거치지 않도록 바이패스시킨다. 이를 위해, 바이패스 다이오드(D1)는, 정상 동작 상태에서는 역 바이어스(reverse bias) 상태를 유지하는 반면, 이상 동작 상태에서는 스트링 전류가 바이패스될 수 있도록 순 바이어스(forward bias) 상태를 유지한다.

이와 같이, 각각의 태양전지 모듈(100)을 독립적으로 제어할 수 있는 발전효율 최적화 장치(200)를 각각의 태양전지 모듈(100)에 설치함으로써, 태양전지 모듈(100)의 동작 모드를 최적의 상태로 유지하고, 이를 통해 태양광 발전시스템의 전체적인 발전효율을 향상 및 최적화시킬 수 있다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전모듈을 나타낸 평면도이며, 도 18은 도 17에 도시된 태양광 발전모듈의 단면도이며, 도 19는 도 17에 도시된 태양광 발전모듈의 배면도이다.

도 17, 도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전모듈(700)은 기와 형태의 외형으로 형성되고 중앙에 관통부(701)가 형성된 프레임(710), 관통부(701)를 커버하도록 프레임(710)의 상면에 배치되는 태양전지 모듈(720), 및 관통부(701) 내에 장착되며, 태양전지 모듈(720)의 출력단에 전기적으로 연결되어 태양광 발전효율을 최적화시키는 발전효율 최적화 장치(730)를 포함한다.

프레임(710)은 건물 지붕에 사용되는 기와를 대체하여 사용될 수 있도록 기와 형태와 동일한 외형을 갖도록 형성된다. 예를 들어, 프레임(710)은 태양전지 모듈(720)이 실장될 수 있도록 평탄한 구조를 갖는 평탄부(712), 평탄부(712)의 일측으로부터 제1 방향으로 굴곡지게 연장된 제1 굴곡부(714), 및 평탄부(712)의 타측으로부터 상기 제1 방향에 반대인 제2 방향으로 굴곡지게 연장된 제2 굴곡부(716)를 포함한다. 제1 굴곡부(714)와 제2 굴곡부(716)는 서로 반대 방향으로 굴곡지게 형성되어, 서로 인접한 태양광 발전모듈(700)간의 연결이 가능한 구조로 형성된다.

태양광 발전모듈(700)은 태양전지 모듈(720)의 배면 상에 배치되는 방열판(750)을 더 포함할 수 있다. 방열판(750)은 태양전지 모듈(720)의 태양광 발전 시 발생되는 열을 외부로 신속히 방출시킴으로써, 태양전지 모듈(720)의 발전 효율을 향상시킨다. 방열판(750)은 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 전도성이 높은 알루미늄 합금 재질의 매쉬(mesh) 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 방열판(750)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 저융점금속 내판부 및 저융점금속 내판부를 둘러싸도록 형성된 알루미늄 외판부를 포함하는 구성으로 형성될 수 있다.

또한, 태양광 발전모듈(700)은 발전효율 최적화 장치(730)의 장착을 위해 관통부(701)를 가로지르도록 형성된 장착 레일(740)을 더 포함할 수 있다. 장착 레일(740)은 태양전지 모듈(720) 및 방열판(750)의 하부에 형성되며, 발전효율 최적화 장치(730)의 장착을 위해 관통부(701)에 의해 외부로 노출되도록 형성된다. 장착 레일(740)은 예를 들어, 프레임(710)의 관통부(701) 내부에 위치하도록 프레임(710)에 결합될 수 있다. 장착 레일(740)은 방열판(750)을 통한 방열 효율을 최대한 높이기 위하여 최대한 작은 면적을 차지하도록 형성되는 것이 바람직하며, 이를 위해, 장착 레일(740)은 2개의 가는 띠가 서로 평행하게 레일 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

발전효율 최적화 장치(730)는 장착 레일(740)에 결합되어 프레임(710)의 관통부(701) 내에 설치된다. 발전효율 최적화 장치(730)는 모든 태양광 발전모듈(700)에 각각 하나씩 설치되거나, 복수의 태양광 발전모듈들을 그룹으로 형성하여 그룹 당 하나씩 설치될 수 있다.

이와 같이, 태양광 발전모듈(700)의 발전효율을 최적화시키기 위한 발전효율 최적화 장치(730)를 프레임(710)의 관통부(701) 내에 설치함으로써, 모듈 두께의 증가 없이 컴팩트한 태양광 발전모듈(700)을 구성할 수 있다. 또한, 기와 형태의 태양광 발전모듈(700)은 별도의 구조물 없이 지붕에 일체형으로 설치될 수 있어 그 설치가 용이하다. 또한, 기와 형태의 태양광 발전모듈(700)은 태양전지 모듈(100)에서 발생하는 열을 효율적으로 주변으로 방열함으로써, 태양전지 모듈(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1000 : 태양광 발전장치 2000 : 인버터
100 : 태양전지 모듈 200 : 발전효율 최적화 장치
300 : 외부 프레임 400 : 지지 프레임
500 : 방열판 600 : 장착 레일
232 : DC/DC 컨버터부 234 : 최적화 장치 제어부
236 : 동작 모드 변환부

Claims

태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈;
상기 태양전지 모듈을 수용하는 수용부를 갖는 외부 프레임;
상기 수용부 내에 배치되어 상기 태양전지 모듈을 지지하며, 중앙에 관통부가 형성된 지지 프레임;
상기 관통부 내에 장착되며, 상기 태양전지 모듈의 출력단에 전기적으로 연결되어 상기 태양전지 모듈의 최대전력점을 추적하는 발전효율 최적화 장치; 및
상기 발전효율 최적화 장치의 장착을 위해 상기 관통부를 가로지르도록 형성된 장착 레일을 포함하는 태양광 발전모듈.
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제1항에 있어서, 상기 발전효율 최적화 장치는,
상기 장착 레일에 결합되어 고정되는 케이스;
상기 태양전지 모듈의 출력선이 연결되도록 상기 케이스의 측면에 형성된 입력 단자부;
상기 케이스 내부에 설치되며, 상기 입력 단자부를 통한 입력에 대해 발전효율 최적화 작업을 수행하는 회로부; 및
상기 회로부의 출력을 외부로 출력시키기 위해 상기 케이스의 측면에 형성된 출력 단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제3항에 있어서, 상기 발전효율 최적화 장치는,
상기 발전효율 최적화 장치의 정상 또는 비정상 동작 상태를 표시하기 위한 표시 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제1항에 있어서, 상기 발전효율 최적화 장치는,
상기 태양전지 모듈에서 출력되는 직류전력의 레벨을 변환시키는 DC/DC 컨버터부;
상기 태양전지 모듈의 최대전력점을 추적하도록 상기 DC/DC 컨버터부를 제어하고, 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 제어하는 최적화 장치 제어부; 및
상기 최적화 장치 제어부의 제어에 따라 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 변환시키기 위하여 상기 DC/DC 컨버터부에 병렬로 연결되는 동작 모드 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제5항에 있어서, 상기 최적화 장치 제어부는
상기 태양전지 모듈이 기설정된 최적의 동작상태를 유지하는 것으로 판단되는 경우, 상기 태양전지 모듈에서 출력되는 전력이 상기 DC/DC 컨버터부를 거치지 않고 바로 출력되도록 상기 발전효율 최적화 장치를 태양전지 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제6항에 있어서, 상기 최적화 장치 제어부는
상기 태양전지 모드를 위해 상기 동작 모드 변환부를 온 상태로 유지하고, 상기 DC/DC 컨버터부를 셧다운시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제5항에 있어서, 상기 최적화 장치 제어부는
상기 태양전지 모듈이 기설정된 최적의 동작상태를 벗어난 것으로 판단되는 경우, 상기 동작 모드 변환부를 오프 상태로 유지시키고, 최대전력점을 추적하도록 상기 DC/DC 컨버터부의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제8항에 있어서, 상기 최적화 장치 제어부는
상기 태양전지 모듈의 최대전력점 전압이 출력전압보다 낮을 경우, 상기 DC/DC 컨버터부를 벅(buck) 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제8항에 있어서, 상기 최적화 장치 제어부는
상기 태양전지 모듈의 최대전력점 전압이 출력전압보다 높을 경우, 상기 DC/DC 컨버터부를 부스트(boost) 모드로 동작시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제5항에 있어서, 상기 발전효율 최적화 장치는
상기 태양전지 모듈에 결함이 발생된 경우, 스트링 전류를 바이패스시키기 위한 바이패스 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 외부 프레임은 상판 및 하판을 포함하며,
상기 하판은 상기 상판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향으로 돌출되어 형성된 제1 하판 돌출부, 및 상기 상판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향에 수직인 길이 방향으로 돌출되어 형성된 제2 하판 돌출부를 포함하며,
상기 상판은 상기 하판에 대하여 상기 외부 프레임의 폭 방향으로 돌출되어 상기 제1 하판 돌출부와 반대측에 형성된 제1 상판 돌출부, 및 상기 하판에 대하여 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 돌출되어 상기 제2 하판 돌출부와 반대측에 형성된 제2 상판 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1 하판 돌출부의 상면 및 상기 제1 상판 돌출부의 하면에는 배선의 인출을 위한 배선홈이 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제12항에 있어서,
상기 제1 하판 돌출부 및 상기 제2 하판 돌출부의 상면에는 결합홀이 형성되고, 상기 제1 상판 돌출부 및 상기 제2 상판 돌출부의 하면에는 상기 결합홀에 상응하는 결합 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제12항에 있어서,
상기 하판은 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 관통되어 형성된 제1 통기구를 포함하고,
상기 지지 프레임은 상기 외부 프레임의 길이 방향으로 관통되어 상기 제1 통기구와 연통되도록 형성된 제2 통기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제1항에 있어서,
상기 태양전지 모듈과 상기 지지 프레임 사이에 배치되는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제16항에 있어서,
상기 방열판은 메쉬 형태인 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
기와 형태의 외형으로 형성되고, 중앙에 관통부가 형성된 프레임;
상기 관통부를 커버하도록 상기 프레임의 상면에 배치되는 태양전지 모듈;
상기 관통부 내에 장착되며, 상기 태양전지 모듈의 출력단에 전기적으로 연결되어 상기 태양전지 모듈의 최대전력점을 추적하는 발전효율 최적화 장치; 및
상기 발전효율 최적화 장치의 장착을 위해 상기 관통부를 가로지르도록 형성된 장착 레일을 포함하는 태양광 발전모듈.
제18항에 있어서,
상기 태양전지 모듈의 배면 상에 배치되는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.
제18항에 있어서, 상기 발전효율 최적화 장치는,
상기 태양전지 모듈에서 출력되는 직류전력의 레벨을 변환시키는 DC/DC 컨버터부;
상기 태양전지 모듈의 최대전력점을 추적하도록 상기 DC/DC 컨버터부를 제어하고, 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 제어하는 최적화 장치 제어부; 및
상기 최적화 장치 제어부의 제어에 따라 상기 발전효율 최적화 장치의 동작 모드를 변환시키기 위하여 상기 DC/DC 컨버터부에 병렬로 연결되는 동작 모드 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전모듈.