KR101469131B1 - 태양전지 모듈의 열화 모니터링 필름 - Google Patents
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Abstract
태양전지 모듈의 열화 모니터링 필름이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름은 기판과 백시트 사이에 태양전지 셀 및 충진물이 배치되고, 전체 모듈의 가장자리에는 실런트(sealant)가 배치되는 태양전지 모듈 내부에 설치되는 열화 모니터링 필름이고, 상기 열화 모니터링 필름은 상호 대향하는 양 기재와, 상기 기재들 사이에 배치되는 열화검출부를 포함하고, 상기 열화검출부는 산소 및 수분에 노출되면 색이 변하거나 광학적으로 투과도가 변하는 재료로 형성된다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈의 열화 정도를 육안으로 구분할 수 있게 하는 태양전지 모듈의 열화 모니터링 필름에 관한 것이다.
태양광 발전에 이용되는 태양전지는 요구되는 특성에 맞추어 복수개의 태양전지 셀이 하나의 패키지 내에 배열된 태양전지 모듈(PV module) 형태로 제작되는 것이 일반적이다.
도 1은 종래 태양전지 모듈(10)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(10)은 기판(11, 주로 유리기판)과 백시트(14, backsheet) 사이에 복수개의 태양전지 셀(12)이 배치되고, 기판(11) 및 백시트(14) 사이의 공간에 충진물(13)이 추가적으로 배치된다. 충진물(13)은 EVA 필름(Ethylene Vinyl Acetate Film), 실리콘 수지, PVB 필름(Polyvinyl Butyral Film) 등이 있다.
구체적으로는 도 1을 기준으로 기판(11), 태양전지 셀(12), 충진물(13) 및 백시트(14)가 적층되는 구조를 갖는다. 여기에서 도 1은 충진물(13)이 태양전지 셀(12)과 백시트(14) 사이에 배치된 경우를 도시하고 있으나, 충진물(13)은 태양전지 셀(12)의 양면에 배치될 수도 있고 그 외의 다른 형태로도 배치될 수 있다. 한편, 태양전지 모듈(10)은 외부로부터의 수분 및 산소가 내부로 침투하지 못하도록 하기 위하여 가장자리를 따라 실런트(15, sealant)가 설치되고, 태양전지 모듈(10)을 둘러싸는 금속프레임(16)이 추가 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 태양전지 모듈(10)의 관리에 있어서 가장 중요한 것 중 하나는 태양전지 모듈(10)의 내부로 수분이나 산소가 침투하지 못하도록 하는 것이다(특히, 수분). 태양전지 모듈(10) 내부에 수분이 침투하는 경우에는 태양전지 셀(12)의 전극이 열화하는 등의 현상으로 인해, 태양전지 모듈(10)의 발전 효율이 저하하거나 고장이 나는 문제가 있다. 이를 위해 태양전지 모듈(10)에서는 실런트(15)등의 봉지재를 이용하여 실링기능을 부여하고 있으나, 여전히 태양전지 모듈(10) 내부의 완전한 실링은 이루어지지 않고 있는 실정이다. 특히, 화합물 반도체 태양전지 모듈이나 유기 태양전지 모듈에 있어 수분/산소 침투로 인한 모듈 손상은 치명적인 문제점으로 지적되고 있으므로 이를 해결하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다.
문제는 태양전지 모듈(10)을 외부에서 육안으로 확인하였을 때에는 산소/수분이 침투했는지 여부를 확인하기 어렵다는 점에 있다. 따라서, 태양전지 모듈(10)의 제작, 보관, 설치와 같은 일련의 과정에 있어 태양전지 모듈(10)의 기능고장이 일어나거나 열화 현상이 일어날 때에도, 이것이 산소/수분 침투에 의한 것인지 아니면 다른 원인에 의한 것인지를 규명하기 힘들뿐더러 어느 단계에서 문제의 원인이 발생하는지를 판단하기 어렵다는 문제가 있다.
따라서, 태양전지 모듈(10)의 산소/수분 침투 여부만 육안으로 확인이 되어도 태양전지 모듈(10)의 유지 보수에 있어 큰 도움이 될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서는 태양전지 모듈 내부에 설치되어 태양전지 모듈 내부에 산소 및 수분 침투시에 이를 외부에서 육안으로 확인할 수 있도록 하는 태양전지 모듈의 열화 모니터링 필름을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판과 백시트 사이에 태양전지 셀 및 충진물이 배치되고, 전체 모듈의 가장자리에는 실런트(sealant)가 배치되는 태양전지 모듈 내부에 설치되는 열화 모니터링 필름이고, 상기 열화 모니터링 필름은 상호 대향하는 양 기재와, 상기 기재들 사이에 배치되는 열화검출부를 포함하고, 상기 열화검출부는 산소 및 수분에 노출되면 색이 변하거나 광학적으로 투과도가 변하는 재료로 형성되는 열화 모니터링 필름이 제공될 수 있다.
이 때, 상기 열화검출부를 이루는 상기 재료는 칼슘(Ca), 황산구리(CuSO4) 또는 염화코발트(CoCl2)일 수 있다.
또한, 상기 양 기재 사이의 공간에 충진되는 접착제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열화 모니터링 필름은 상기 태양전지 모듈의 실런트와 소정 간격 이격되어 1 이상 배치될 수 있고, 상기 태양전지 모듈의 상부, 하부 및 양 측부에 각각 1 이상 설치될 수 있다.
한편, 상기 태양전지 모듈은 결정질 실리콘 태양전지 모듈(c-Si PV module), 비정질 실리콘 태양전지 모듈(a-Si PV module), 화합물 반도체 태양전지 모듈(CIGS PV module), 염료감응 태양전지 모듈(DSSC PV module) 또는 유기 태양전지 모듈(Organic PV module)일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 태양전지 모듈 내부에 배치되어 산소 및 수분에 노출되면 색이 변하거나 광학적으로 투과도가 변하는 재료를 이용한 열화검출부를 포함하는 열화 모니터링 필름을 배치함으로써, 외부에서 육안으로 태양전지 모듈 내부의 산소/수분 침투 여부를 확인할 수 있다.
따라서, 태양전지 모듈의 제작, 보관, 설치와 같은 일련의 과정에 있어 어느 단계에서 산소/수분이 침투했는지 여부를 확인할 수 있으며, 이를 통한 태양전지 모듈의 유지 보수를 보다 효과적으로 수행할 수 있게 해 준다.
도 1은 종래 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름이 내부에 배치된 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 태양전지 모듈을 정면에서 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 열화 모니터링 필름에서 열화검출부의 일예를 촬영한 이미지이다.
도 5는 도 2의 열화 모니터링 필름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름이 내부에 배치된 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 태양전지 모듈을 정면에서 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 열화 모니터링 필름에서 열화검출부의 일예를 촬영한 이미지이다.
도 5는 도 2의 열화 모니터링 필름을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름(100)이 내부에 배치된 태양전지 모듈(10)을 개략적으로 도시한 도면이다.
열화 모니터링 필름(100)이 배치되는 태양전지 모듈(10)은 통상의 구조를 갖는 태양전지 모듈(10)일 수 있으며, 이에 대해서는 도 1에서 개략적으로 설명한 바 있다. 이하에서는 도 1에 도시된 태양전지 모듈(10)과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 병기하였음을 밝혀둔다. 한편, 태양전지 모듈(10)의 각 구성에 대해서는 공지되어 있으므로 본 명세서에서는 중복 설명을 생략하도록 한다.
태양전지 모듈(10)은 특정되지 않으며 예를 들면, 결정질 실리콘 태양전지 모듈(c-Si PV module), 비정질 실리콘 태양전지 모듈(a-Si PV module), 화합물 반도체 태양전지 모듈(CIGS PV module), 염료감응 태양전지 모듈(DSSC PV module) 또는 유기 태양전지 모듈(Organic PV module)일 수 있다.
즉, 상용화되는 태양전지 모듈이라면 어느 것이든지 정도의 차이만 있을 뿐 모듈 내부의 수분 및 산소 침투가 열화 현상 또는 기능 고장 등의 문제를 야기할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름(100)은 상용화되는 모든 태양전지 모듈에 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 다만, 수분 및 산소 침투가 특히 치명적인 태양전지 모듈로는 화합물 반도체 태양전지 모듈과 유기 태양전지 모듈이 있다.
열화 모니터링 필름(100)은 태양전지 모듈(10) 내부에 설치될 수 있다. 이 때, 열화 모니터링 필름(100)의 설치 위치는 특정되지 않는다. 예컨대 열화 모니터링 필름(100)은 도 2에 도시된 것과 같이 태양전지 모듈(10)의 가장자리를 따라 설치되는 실런트(15)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 태양전지 모듈(10)의 맨 가장자리에는 실런트(15)가 태양전지 모듈(10)의 테두리를 따라 설치되고, 열화 모니터링 필름(100)은 실런트(15)로부터 태양전지 모듈(10)의 내부 방향으로 소정 간격 이격된 곳에 위치될 수 있다.
태양전지 모듈(10)의 제작 공정중에서는, 봉지(encapsulation) 기능을 하는 실런트(15)를 설치하는 공정 또는 태양전지 모듈(10)의 각 구성을 적층하는 공정(라미네이팅 공정)이 산소 및 수분이 모듈 내부로 침투할 가능성이 가장 높다. 이 때, 태양전지 모듈(10)에 대하여 상술한 산소 및 수분은 태양전지 모듈(10)의 가장자리 부분에서부터 내부 방향으로 침투하기 마련이므로 열화 모니터링 필름(100)이 실런트(15)로부터 태양전지 모듈(10)의 내부 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는 경우에는, 산소 및 수분의 침투 여부를 다른 위치에 설치되는 경우보다 빠르게 감지할 수 있다는 장점이 있다.
열화 모니터링 필름(100)을 배치하는 방법은 특정되지 않으며, 태양전지 모듈(10)의 각 구성을 적층하는 공정(라미네이팅 공정)에서 같이 이루어질 수 있다. 예컨대 기판(11)에 태양전지 셀(12)을 라미네이팅 할 때에 열화 모니터링 필름(100)을 포함하여 함께 라미네이팅 한다면, 열화 모니터링 필름(100)이 태양전지 모듈(10) 내부에 배치될 수 있다. 물론 그 외에도 열화 모니터링 필름(100)을 태양전지 모듈(10) 내부에 배치시킬 수 있는 공정은 어느 것이나 사용 가능하다.
열화 모니터링 필름(100)은 태양전지 모듈(10) 내부로 산소/수분의 침투 여부를 외부에서 육안으로 확인할 수 있게 하는 기능을 수행한다. 열화 모니터링 필름(100)은 열화검출부(120, 도 4 참조)를 포함하여 구성되고, 열화검출부(120)는 산소 및 수분에 노출되면 색이 변하거나 광학적으로 투과도가 변하는 재료로 형성된다.
이와 같은 열화 모니터링 필름(100)의 설치 개수는 한정되지 않고, 적어도 1 이상이 태양전지 모듈(10) 내부에 배치될 수 있다. 관련하여 도 3은 도 2의 태양전지 모듈(10)을 정면에서 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 열화 모니터링 필름(100)은 태양전지 모듈(10) 내부에 설치되되, 태양전지 모듈(10)의 상부, 하부 및 양 측부에 각각 1 이상 설치될 수 있다. 이 경우에는 태양전지 모듈(10)에 대하여 어느 부분에서 산소/수분이 침투했는지를 빠르게 파악할 수 있다는 장점이 있다. 예컨대 태양전지 모듈(10)의 우측부에 설치된 열화 모니터링 필름(100)의 색이 변하거나 광학적으로 투과도가 변하고, 나머지 열화 모니터링 필름(100)에서는 변화가 없는 경우에는 태양전지 모듈(10)의 우측부에서 산소/수분이 침투했다는 것을 육안으로 확인할 수 있게 된다.
물론, 도 3에 도시된 형태 이외에도 열화 모니터링 필름(100)은 다양한 형태로 설치되는 것이 가능하다.
도 4는 도 2의 열화 모니터링 필름(100)에서 열화검출부(120)의 일예를 촬영한 이미지이다.
도 4a에서는 열화검출부(120)가 불투명한 상태에 있으나 도 4b를 거쳐 도 4c에서는 열화검출부(120)가 투명한 상태로 변하였음을 확인할 수 있다. 이와 같이 열화검출부(120)는 산소 및 수분에 노출되기 전에는 광학적으로 불투명 상태에 있고(도 4a), 산소 및 수분에 노출되기 시작하면 점차 투명하게 변하기 시작하며(도 4b), 산소 및 수분 침투량이 많아질수록 광학적으로 투명 상태로 변하게 될 수 있다(도 4c). 따라서, 태양전지 모듈(10) 내부에 이와 같은 열화검출부(120)를 포함하는 열화 모니터링 필름(100)을 배치하는 경우에는, 태양전지 모듈(10)의 외부에서 열화검출부(120)의 투명 정도(투과도)를 살핌으로써 산소/수분 침투 여부를 육안으로도 확인할 수 있게 된다. 또는, 도 4에 나타나지는 않지만 열화검출부(120)는 산소 및 수분에 노출되면 색이 변할 수 있다.
상술한 열화검출부(120)를 이루는 상기 재료로는 칼슘(Ca), 황산구리(CuSO4) 또는 염화코발트(CoCl2) 등이 있으며, 상기 나열된 것들로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어 칼슘(Ca)의 경우 산소/수분 등에 의해 산화되기 시작하며 산화되는 정도가 높아질수록 투과도가 높아지는 특성이 있다. 그러므로 산화된 칼슘의 표면을 광학적으로 분석하여 산화 정도를 측정함으로써, 역으로 산소/수분 침투량을 측정하는 것이 가능하다. 또한, 황산구리의 경우에는 평상시에는 흰색을 띠다가 산소/수분에 노출되면 청색으로 변하는 특징이 있으며, 염화코발트의 경우에는 평상시에 적색을 띠다가 산소/수분에 노출되면 청색으로 변하는 특징이 있다. 따라서, 이들 물질들의 투과도 내지 색 변화를 통해 태양전지 모듈(10) 내부로의 산소/수분 침투 여부를 확인 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열화 모니터링 필름은 상기 특성을 지닌 재료를 이용하여 열화검출부(120)를 형성하고 태양전지 모듈(10) 내부에 배치함으로써, 태양전지 모듈(10) 내부로의 산소/수분 침투를 모듈의 외부에서 육안으로 확인하는 것을 특징으로 한다. 상술하였듯이 태양전지 모듈(10)의 산소/수분 침투 여부만 육안으로 확인이 되어도 태양전지 모듈(10)의 유지 보수에는 큰 효과를 가져올 수 있기 때문이다.
도 5는 도 2의 열화 모니터링 필름(100)을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 5a는 정면도이고, 도 5b는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 열화 모니터링 필름(100)은 상호 대향하는 양 기재(110)와, 기재(110)들 사이에 배치되는 열화검출부(120)를 포함한다. 또한 양 기재(110) 사이의 공간에 충진되는 접착제(130)를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 열화 모니터링 필름(100)의 구성(기재(110) 및 접착제(130) 구성)은 열화검출부(120)만을 태양전지 모듈(10)에 직접 설치하고자 하는 경우에 열화검출부(120)의 산화가 빠르게 이루어지는 것을 방지하기 위한 것으로, 본 발명의 실시예에서와 같이 열화검출부(120)를 기재(110) 사이에 배치하고 기재(110) 사이 공간을 접착제(130)로 충진함으로써 열화 모니터링 필름(100)을 기존의 태양전지 모듈(10) 제작 공정에 그대로 적용할 수 있다는 장점을 가지게 된다.
기재(110)는 열화검출부(120)를 보호하기 위한 것으로, 열화검출부(120)는 산소에 민감하게 반응하기 때문에 기재(110)를 통해 보호할 필요가 있다. 기재(110)는 도 4b에 도시된 것과 같이 상부기재(111) 및 하부기재(112)로 구분될 수 있으며 열화검출부(120)는 상부기재(111) 및 하부기재(112) 사이에 배치될 수 있다.
기재(110)는 투명성을 가진 재료로 형성되면 충분하고, 특정 재료로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 기재(110)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS) 또는 이축연신폴리스틸렌(biaxially oriented PS; BOPS) 등의 물질을 얇은 막 형태를 갖도록 함으로써 형성될 수 있으며, 상기 나열된 물질로 한정되는 것은 아니다.
열화검출부(120)에 대해서는 이미 설명하였으므로 중복 설명은 생략하도록 한다. 한편, 열화검출부(120)는 산소/수분에 민감하게 반응하기(산화됨) 때문에 기재(110)들 사이에 열화검출부(120)를 배치할 때에는 진공 상태 또는 산소/수분이 없는 질소 환경 하에서 이루어지는 것이 바람직하다.
기재(110) 및 열화검출부(120)의 두께는 특정되지 않으며 예컨대 수백 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 열화검출부(120)의 경우 두께가 필요 이상 두꺼울 경우에는 산소/수분 침투에 의한 변화가 나타나는 데에 비교적 장시간이 걸릴 수 있으므로, 적절한 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하다.
접착제(130)는 기재(110)들 사이의 공간을 충진함과 동시에 기재(110)들을 접착시키기 위한 것으로, 상기 나열된 기재(110)들을 접착할 수 있는 통상의 접착제(130)들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 접착제(130)는 초산 비닐 에멀젼 접착제, 핫멜트 접착제, PBI(polybenizimidazole) 접착제, 폴리이미드 접착제, 실리콘 접착제, BMI(Bismaleimide) 접착제, 에폭시 수지 접착제 또는 풀(glue)등 일 수 있으며, 상기 언급된 것들로 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예들은 태양전지 모듈(10) 내부에 평상시 광학적으로 불투명하다가 산소 및 수분에 노출되면 광학적으로 투명하게 변하는 재료를 이용한 열화검출부(120)를 포함하는 열화 모니터링 필름(100)을 배치함으로써, 외부에서 육안으로 태양전지 모듈(10) 내부의 산소/수분 침투 여부를 확인할 수 있다. 따라서, 태양전지 모듈(10)의 제작, 보관, 설치, 구동(발전)과 같은 일련의 과정에 있어 어느 단계에서 산소/수분이 침투했는지 여부를 확인할 수 있으며, 이를 통한 태양전지 모듈(10)의 유지 보수를 보다 효과적으로 수행할 수 있게 해 준다.
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: 태양전지 모듈 11: 기판
12: 태양전지 셀 13: 충진물
14: 백시트 15: 실런트
16: 금속프레임 100: 열화 모니터링 필름
110,111,112: 기재 120: 열화검출부
130: 접착제
12: 태양전지 셀 13: 충진물
14: 백시트 15: 실런트
16: 금속프레임 100: 열화 모니터링 필름
110,111,112: 기재 120: 열화검출부
130: 접착제
Claims (6)
- 기판과 백시트 사이에 태양전지 셀 및 충진물이 배치되고, 전체 모듈의 가장자리에는 실런트(sealant)가 배치되는 태양전지 모듈 내부에 설치되는 열화 모니터링 필름이고,
상기 열화 모니터링 필름은 상호 대향하는 광학적으로 투명한 양 기재와, 상기 기재들 사이에 배치되는 열화검출부를 포함하고,
상기 열화검출부는 산소 또는 수분에 노출되면 광학적으로 투과도가 변하는 재료로 형성되어 상기 태양전지의 열화를 육안으로 확인할 수 있게 하는 열화 모니터링 필름. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 양 기재 사이의 공간에 충진되는 접착제를 더 포함하는 열화 모니터링 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 열화 모니터링 필름은 상기 태양전지 모듈의 실런트와 소정 간격 이격되어 1 이상 배치되는 열화 모니터링 필름. - 청구항 4에 있어서,
상기 열화 모니터링 필름은 상기 태양전지 모듈의 상부, 하부 및 양 측부에 각각 1 이상 배치되는 열화 모니터링 필름. - 청구항 1에 있어서,
상기 태양전지 모듈은 결정질 실리콘 태양전지 모듈(c-Si PV module), 비정질 실리콘 태양전지 모듈(a-Si PV module), 화합물 반도체 태양전지 모듈(CIGS PV module), 염료감응 태양전지 모듈(DSSC PV module) 또는 유기 태양전지 모듈(Organic PV module)인 열화 모니터링 필름.
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Citations (4)
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| KR101144382B1 (ko) * | 2009-09-30 | 2012-05-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 태양전지 및 이의 제조방법 |
-
2013
- 2013-05-27 KR KR1020130059887A patent/KR101469131B1/ko active IP Right Grant
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