KR101470059B1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 정션박스; 상기 정션박스와 연결되는 케이블; 및, 상기 정션박스에 일단이 전기적으로 연결되고, 타단이 PCS와 접하는 다이오드;를 포함한다.

Description

태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE}
실시예는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양광을 직접 전기로 변환하는 발전방식으로 그 핵심은 태양전지이다. 이러한 태양전지는 필요에 따라서 직렬 병렬로 연결하여 장기간 자연환경 및 외부 충격에 견딜 수 있는 구조로 만들어 사용하게 되는데, 그 최소 단위를 태양광 모듈이라 한다. 그리고 실제 사용 부하에 맞추어 모듈을 어레이 형태로 구성하여 설치하게 된다.
이때, 태양광 모듈은 대부분 다수 셀이 직접된 태양전지판을 사용하게 되는데, 여러 개의 전지 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 원하는 용량으로 조합하여 사용한다. 그리고, 대부분의 태양전지판은 주문자의 사양에 맞추어 정해진 조립공정에 따라 여러 개의 전지 셀을 조합하여 제작한다. 따라서 조립된 태양전지판은 전지 셀의 고장시 부분 교체 및 교환이 불가능하게 된다.
그리고 태양전지판을 구성하는 각각의 모든 전지 셀의 수명은 동일하지 않다. 이러한 각각의 전지 셀 고장 발생시 전체 또는 고장 셀이 포함된 집합부분의 발전효율이 현격히 저하된다. 또한 고장 셀의 발열은 전지판 전체에 대한 2차 고장의 원인이 되기도 한다.
태양전지(solar cell, photovoltaic cell)는 햇빛에 노출되었을 때, 그 빛 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 반도체 소자의 일종이다. 최근 들어서 태양전지(solar cell)보다 태양광 발전 전지(photovoltaic cell)라는 용어를 사용하는 추세이다.
태양광 발전(PV, Photovoltaic)은 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 발전방식으로서 태양전지, 태양전지 모듈, 태양전지패널, 태양전지 어레이(array), 전력변환 장치(PCS : Power Conditioning System), 축전장치 등으로 구성된다.
태양광 발전시스템은 크게 빛을 받아서 전기로 전환해 주는 부분과 생산된 전기를 수요에 맞도록 교류로 변환하고 계통에 연결해 주는 부분(PCS)으로 구분된다.
여기서 태양전지의 최소단위를 셀(cell)이라고 하며, 보통 셀 1개로부터 나오는 전압이 약 0.5V로 매우 작으므로 다수의 태양전지를 직병렬로 연결하여 사용범위에 따라 실용적인 범위의 전압과 출력을 얻을 수 있도록 1매로 패키징하여 제작된 발전장치를 사용하게 되는데, 이는 보통 태양전지모듈(PV Module)이라고 한다.
실시예는 별도의 분전함을 만들지 않고 태양전지 모듈이 PCS와 연결되는 커넥터에 착탈형의 다이오드를 연결하여 회로 구성을 간단하게 하는 것을 특징으로 한다.
발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 정션박스; 상기 정션박스와 연결되는 케이블; 및, 상기 정션박스에 일단이 전기적으로 연결되고, 타단이 PCS와 접하는 다이오드;를 포함한다.
실시예는 별도의 분전함을 만들지 않고 태양전지 모듈이 PCS와 연결되는 커넥터에 착탈형의 다이오드를 연결하여 회로 구성을 간단하게 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 어레이를 나타낸 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 어레이를 나타낸 도면이다.
실시 예의 설명에 있어서, 각 패널, 바, 프레임, 기판, 홈 또는 막 등이 각 패널, 바, 기판, 홈 또는 막 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 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 어레이를 나타낸 도면이다. 도 1에서 케이블(30)은 일단이 태양전지 모듈과 연결되고, 타단이 다이오드(10)와 연결된다. 상기 태양전지 모듈은 직렬로 복수개 연결될 수 있으며, 상기 케이블(30)이 병렬로 연결된 바와 같이, 직렬로 연결된 모듈이 다시 병렬로 연결될 때에는 역 전류 유입을 방지하기 위하여 각 직렬 군 앞에 역전류 방지 다이오드(blocking diode)를 부착하게 된다. 그러나 저전압 PCS를 이용하여 각각의 모듈을 모두 병렬로 연결하여 시스템을 구성하는 경우, 각각의 모듈 출력단에 역전류 방지 다이오드를 연결해야 하므로 회로 구성이 복잡해지는 문제점이 존재한다.
도 2는 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 분해 사시도이다. 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 태양전지 패널(300), 상기 태양전지 패널(300)을 수용하는 프레임(100), 상기 프레임(100)과 접하고, 태양전지 패널(300)을 고정하는 고정부(200), 버스 바(400), 정션 박스(500), 케이블(600) 및 다이오드(800)를 포함한다.
상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)을 수용한다. 더 자세하게, 상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)의 측면을 둘러싼다. 예를 들어, 상기 프레임(100)은 상기 태양전지 패널(300)의 4개의 측면에 배치된다.
상기 프레임(100)으로 사용될 수 있는 물질의 예로서는 알루미늄 등의 금속을 들 수 있다. 상기 프레임(100)은 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)을 포함한다. 상기 제 1 서브 프레임(110), 상기 제 2 서브 프레임(120), 상기 제 3 서브 프레임(130) 및 상기 제 4 서브 프레임(140)은 서로 체결될 수 있다.
상기 제 1 서브 프레임(110)은 상기 태양전지 패널(300)의 일 측면을 둘러싼다. 상기 제 2 서브 프레임(120)은 상기 태양전지 패널(300)의 다른 측면을 수용한다. 상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 1 서브 프레임(110)과 마주본다. 상기 제 3 서브 프레임(130)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다. 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)의 또 다른 측면을 수용한다. 상기 제 4 서브 프레임(140)은 상기 태양전지 패널(300)을 사이에 두고, 상기 제 2 서브 프레임(120)과 마주본다.
상기 제 1 서브 프레임(110), 제 2 서브 프레임(120), 제 3 서브 프레임(130) 및 제 4 서브 프레임(140)은 유사한 구조를 가진다. 즉, 각각의 프레임은 상기 태양전지 패널(300)을 수용하기 위한 서포트부들을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1, 2, 3, 4 서브 프레임은 제 1 서포트부(121), 제 2 서포트부(122) 및 제 3 서포트부(123)를 포함한다.
상기 제 1 서포트부(121)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면에 배치된다. 상기 제 1 서포트부(121)는 상기 태양전지 패널(300)의 측면을 지지한다.
상기 제 2 서포트부(122)는 상기 제 1 서포트부(121)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 상면에 배치된다. 상기 제 2 서포트부(122)는 상기 태양전지 패널(300)의 상면을 지지한다. 상기 제 3 서포트부(123)는 상기 제 1 서포트부(121)로부터 연장되어, 상기 태양전지 패널(300)의 하면에 배치된다. 상기 제 3 서포트부(123)는 상기 태양전지 패널(300)의 하면을 지지한다. 도시되지는 않았지만, 상기 제 1 서포트부(121)로부터 하부로 연장되어, 상기 제 3 서포트부(123) 아래에 배치되는 제4 서포트부를 포함할 수도 있다. 상기 제 1 서포트부(121), 상기 제 2 서포트부(122) 및 상기 제 3 서포트부(123)는 일체로 형성된다.
상기 태양전지 패널(300)은 플레이트 형상을 가진다. 예를 들어, 상기 태양전지 패널(300)은 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 태양전지 패널(300)은 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 더 자세하게, 상기 태양전지 패널(300)의 외곽 영역이 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 즉, 상기 태양전지 패널(300)의 4 개의 측면이 상기 프레임(100) 내측에 배치된다. 상기 태양전지 패널(300)은 태양광을 입사받아 전기에너지로 변환시킨다. 상기 태양전지 패널(300)은 지지기판(310) 및 다수 개의 태양전지 셀들(320)을 포함한다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 보호유리 및 에바 필름(ethylene vinylene acetate;EVA)을 포함한다.
상기 보호유리는 상기 태양전지 셀들(320) 상에 배치된다. 상기 보호유리는 외부의 물리적인 충격 및/또는 이물질로부터 상기 태양전지 셀들(320)을 보호한다. 상기 보호유리는 투명하며, 예를 들어, 강화 유리일 수 있다.
상기 에바 필름은 상기 보호유리 및 상기 태양전지 셀들(320) 사이에 개재된다. 상기 에바 필름은 상기 보호유리 및 상기 태양전지 셀들(320) 사이에서 완충 기능을 수행한다.
상기 버스 바(400)는 상기 태양전지 패널(300)에 접속된다. 더 자세하게, 상기 버스 바(400)는 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 배치된다. 상기 버스 바(400)는 상기 최 외곽에 배치되는 태양전지 셀들(320)의 상면에 직접 접촉하여, 상기 태양전지 셀들(320)에 접속된다.
상기 지지기판(310)의 일부 영역에 홀을 형성하여 상기 버스 바(400)가 홀을 통해 상기 케이블(600)에 연결될 수 있다.
정션 박스(500)는 상기 태양전지 패널(300) 아래에 배치된다. 상기 정션 박스(500)는 상기 태양전지 패널(300)의 하면에 부착될 수 있다. 상기 정션 박스(500)는 상기 버스 바(400) 및 상기 케이블(600)에 연결되는 회로기판을 수용할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 태양전지 모듈은 상기 버스 바(400)와 상기 회로기판을 연결하기 위한 배선을 더 포함할 수 있다. 상기 케이블(600)은 상기 회로기판에 연결되며, 다른 태양전지 패널(300)에 연결된다.
다이오드(800)는 상기 케이블(600)과 연결될 수 있다. 상기 다이오드(800)는 일단이 상기 케이블(600)과 연결되고, 타단이 PCS(700)와 연결될 수 있다. 자세하게, 상기 다이오드(800)는 애노드가 상기 케이블(600)을 통해 정션박스(500)와 연결되고, 캐소드는 상기 PCS(700)와 연결될 수 있다. 상기 다이오드(800)는 복수개가 직렬로 연결될 수 있다.
일반적으로, 태양전지판을 구성하는 전지 셀의 연결방식에서, 병렬 구성은 배선의 전류가 커서 굵어지며 별도의 배선이 필요하다. 전지 셀 간 및 배선의 절연성에 유리하다.
상기한 병렬 구성에서 전류로 인한 고장을 해소하기 위해서는 순방향 다이오드를 적용하면 된다. 이를 위해, 발명의 실시예에서와 같이 일단이 케이블(600)을 통해 정션박스(500)와 연결되고, 타단이 PCS(700)와 연결되는 다이오드(800)를 통해 이러한 문제를 해결할 수 있다. 상기 다이오드(800)를 통해 PCS(700)로부터 정션박스(500)로 전류가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 태양전지 모듈의 어레이를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 태양전지 모듈이 병렬로 연결되어 사용되는 경우 다이오드(800)가 연결되어 사용될 수 있으며, 상기 태양전지 모듈이 직렬로 연결되어 사용되는 경우 다이오드(800)는 분리될 수 있다. 이를 위해 상기 다이오드(800)는 착탈이 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 다이오드(800)는 상기 케이블(600)과 착탈이 가능하도록 형성되는 착탈부를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 케이블(600)은 양극이 상기 다이오드(800)의 애노드와 연결될 수 있다.
또한, 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.
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 (5)

  1. 태양전지 패널;
    상기 태양전지 패널의 하면에 부착되는 정션박스;
    상기 정션박스와 연결되는 케이블;
    상기 케이블을 통해 일단이 상기 정션 박스에 연결되고, 타단이 외부의 전력변환장치(PCS)에 연결되는 커넥터; 및
    상기 커넥터 내에 형성되며, 상기 커넥터로부터 착탈이 가능하도록 하는 착탈부를 포함하는 다이오드를 포함하며,
    상기 다이오드는,
    상기 착탈부를 통해 상기 커넥터와 결합하거나, 상기 커넥터로부터 분리되며,
    상기 커넥터에 결합되는 다이오드는 애노드가정션박스와 연결되고 캐소드가 전력변환장치와 연결되는 태양전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다이오드는 복수개가 직렬로 연결되는 태양전지 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 케이블은 양극이 상기 다이오드의 애노드와 연결되는 태양전지 모듈.
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