KR101470255B1

KR101470255B1 - 태양전지 패널 구조체

Info

Publication number: KR101470255B1
Application number: KR1020130159097A
Authority: KR
Inventors: 김원중; 이은영; 김솔; 이용성; 송미연; 김상학; 어문정; 이지용
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-12-08

Abstract

본 발명의 기술을 이용하면 기존의 태양전지 모듈을 대면적화 시 모듈 간의 연결을 위해 사용되는 금속전선 또는 리본 등이 불필요하며 간편하게 모듈을 삽입하여 패널화를 제작할 수 있는 구조물을 통해 공정이 단순해지고 기존의 기술과는 다르게 박판 기판을 가지는 태양전지에도 적용 가능하며 만약 곡률이 있는 부위에 패널을 부착 시에도 적용 가능한 장점이 있다. 또한 박판 모듈의 경우 깨지기 쉬운 단점이 있어 취급이 어려우나 본 기술의 구조물에 삽입해 놓으면 파손의 위험이 줄어드는 장점도 있다.

Description

태양전지 패널 구조체 {A structure of solar cell panel}

본 발명은 태양전지 모듈의 대면적 패널화 구조물에 관한 것이다.

최근 신재생 에너지에 대한 관심이 급증되면서 태양전지를 이용한 전력 활용 연구가 지속되고 있으며 건물, 실내장식품, 가전 외에 IT화가 가속되고 있는 자동차에서도 태양전지를 활용한 전력을 이용하여 차량의 보조 전력원으로 사용하고자 하는 노력을 기울이고 있다. 태양전지는 일반적으로 대면적을 커버하기 위해서는 다수개의 모듈을 직, 병렬로 연결하여 원하는 크기로 제작하고 있는데, 이 때 모듈을 연결하기 위한 방법은 한 개의 모듈에서 이웃한 모듈과의 배선 연결을 통해 패널화를 이루게 된다.

그 후 철제 구조물에 어레이된 모듈을 설치하고 모듈의 테두리 부분을 체결하는 등의 작업을 통해 완제품이 만들어지게 되고, 만약 태양전지가 손상이 되어 교체를 하게 되면 작업이 불편한 문제가 발생한다. 따라서 간편하게 패널화를 만들 수 있는 구조물 구조의 고안이 필요하다.

태양전지 패널 구조에 관한 종래의 기술로서, 공개 제 10-2011-0129729호는 실리콘 태양전지를 이웃하는 모듈과 리본으로 연결하는 구조를 개시하고 있다.

공개 제10-2010-0022394호는 염료감응 태양전지를 이웃하는 모듈과 리본으로 연결하는 구조를 개시하고 있다.

그러나 이러한 구조는 설치하는 장소의 구조적인 제약이 따르며 접속 리본이 필연적으로 노출되어 안정성과 미관은 해치게 된다.

본 기술은 태양전지를 대면적 패널화를 위해 작은 크기의 모듈을 서로 직, 병렬로 연결하는 구조에 있어서 태양전지 모듈 간 전선 연결이 불필요하며 간편하게 삽입하여 패널을 제작할 수 있는 구조물 구조를 고안함으로써 패널화 공정이 간편하며 더 나아가 건물 벽면이나 유리, 자동차 차체 등 곡면이 있는 곳도 적용 가능한 구조물을 제시하고자 한다.

본 발명은, 복수 개의 빔 구조물(100)이 태양전지 모듈의 1개 길이만큼 떨어져 배치되어 있고, 두 개의 태양전지 모듈이 접층(200)되어 상기 빔 구조물 사이에 끼워져 있는 태양전지 패널에 있어서, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널을 제공한다.

구조체의 재질은 크게 제한을 두지 않으며 플라스틱, 고분자, 고무류, 금속, 세라믹 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등 어떠한 것도 사용가능하다.

도 1은 빔 구조물을 이용한 태양전지 패널 구조체를 도시화한 것이다.
도 2는 카세트형 모듈 프레임을 이용한 패널 구조체를 도시화한 것이다.
도 3은 구조물 내 전극 접속부를 삽입한 것을 도시화한 것이다.
도 4는 본 발명의 구조체를 이용하여 태양전지 모듈을 직렬 및 병렬로 연결한 패널을 도시화한 것이다.

본 발명은,

복수 개의 빔 구조물(100)이 태양전지 모듈의 1개 길이만큼 떨어져 배치되어 있고, 두 개의 태양전지 모듈이 접층(200)되어 상기 빔 구조물 사이에 끼워져 있는 태양전지 패널에 있어서, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널을 제공한다.

상기 빔 구조물은 곡면상의 접착 부위에 적용하기 위한 볼록부착 빔 구조물(110) 또는 오목부착 빔 구조물(120)일 수 있다.

한편, 상기 패널은 곡선형일 수 있다.

본 발명의 태양전지 패널은 특히 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는다.

빔 구조물은 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질일 수 있다.

빔 구조물의 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅되고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입되어 있을 수 있다.

한편, 본 발명은, 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체(300)를 포함하는 태양전지 패널에 있어서, 상기 단위체에는 복수 개의 접층된 태양 전지 모듈(200)이 전, 후, 좌 또는 우 방향으로 끼워지는 것이고, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널을 제공한다.

상기 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체는 곡선형일 수 있고, 이 또한 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는다.

상기 단위체는 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질일 수 있으며, 상기 단위체는 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅되는 것이고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입되어 있을 수 있다.

한편, 본 발명은 개방형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체(400)를 포함하는 태양전지 패널에 있어서, 상기 단위체에는 복수 개의 접층된 태양 전지 모듈(200)이 전, 후, 좌 또는 우 방향으로 끼워지는 것이고, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널을 제공한다.

상기 개방형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체는 곡선형일 수 있고, 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는다.

상기 단위체는 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질일 수 있고, 상기 단위체는 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅될 수 있고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입될 수 있다.

본 발명의 기술은 특히 기존의 모듈 어레이 방법은 두꺼운 유리 (2.0mm~5.0mm) 또는 곡면화가 어려운 실리콘 웨이퍼 등을 기판으로 하는 실리콘 타입의 태양전지 뿐만 아니라 건물 벽면이나 자동차와 같이 곡면이 있는 부위에 태양전지를 장착하기 위해 사용되는 0.1mm~2.0mm 이하, 바람직하게는 0.1mm~1.0mm 이하의 박판 유리와 같은 기판을 사용하는 경우, 취급 문제나 기존 기술의 무거운 구조물로는 적용이 어려운 부분에도 적용 가능하다. 따라서 본 기술은 태양전지, 예를 들어 염료감응 타입, 비정질 실리콘 타입, 유기 태양전지 등의 모듈을 대면적화 시 간편하게 패널화가 가능한 새로운 구조물 구조를 제시하는데에 목적이 있으며 더 나아가 곡면에도 대응이 가능한 장점도 있다.

하기 구체예로 본 발명을 더욱 상세히 설명하며 이는 일례일 뿐 본 발명으로 청구하는 범위를 제한하는 것은 아니다.

구체예 1

태양전지 모듈의 패널화를 위해 사용되는 구조물의 예는 도 1에 도식화 하였으며, 이 구조물을 통해 태양전지 모듈을 삽입하여 연결할 수 있다. 도 1 (a)는 측면에서 보면 I자 기둥으로 이루어져 있으며 또 다른 측면에서 보면 II 모양으로 이루어져 있어 도 1 (b)와 같이 태양전지 모듈을 삽입할 수 있다. 염료감응 태양전지 모듈의 예를 보면 두 개의 기판이 접합하여 이루어져 있는데 이 때 전극 연결을 위해 각 기판은 각각 마주보는 면이 투명전도층으로 코팅되어 있고, 금속 집전극이 형성되어 있다. 또한 기 공지된 기술처럼 각 기판은 엇갈리지 않고 정확히 일치하게 접합될 수 도 있으며 이 때는 집전극이 기판 좌우 측면에 형성되므로 기판이 엇갈리지 않거나 한 개의 기판으로 이루어진 태양전지 모두 적용 가능하다.

도 1 (c)와 같이 서로 엇갈려 접합이 되며 이를 통해 전극이 연결되는 구조이므로 본 구조물을 이용 시 패널화를 위해 모듈 간 전원선의 연결이 필요 없으며 손쉽게 구조물에 삽입하여 원하는 크기로 패널화가 가능하므로 유리하다. 또한 곡률이 있는 건물 또는 자동차 차체에 부착이 필요할 때는 구조물의 한 면을 곡률에 맞게 둥글게 또는 오목하게 제작하여 부착할 수 도 있고, 곡률이 심하지 않으면 도 1 (a) 구조물을 적용하여 도 1 (d)와 같이 곡면화도 가능하다. 상기 구조물은 태양전지 모듈의 유효면적을 가리게 되면 태양전지 성능이 저하되므로 모듈의 디자인에 따라 구조물의 윗면 및 아랫면의 폭을 조절하는 것이 바람직하다. 구조물의 재질은 특별히 제한적이지 않으며 플라스틱, 고분자, 고무류, 금속, 세라믹 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등 어떠한 것도 사용가능하다. 곡률이 있는 부위에는 약간의 탄성이 있는 고분자를 적용하는 것이 바람직하다.

구체예 2

구체예 2는 구체예 1과 유사하나 구조물이 일체형의 되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 구조물을 이용하면 측면으로 태양전지 모듈을 카세트와 같이 하나씩 삽입하면 되므로 구체예 1에 비해 더욱 간편하게 패널화를 이룰 수 있다. 구조물은 도 2(a)에 도식화 하였으며 전, 후, 좌, 우 방면으로 태양전지 모듈 개수에 따라 추가로 일체형 제작이 가능하며 (도2 (d)) 경우에 따라서는 도 2 (a)의 구조물 형태를 이용하여 전, 후, 좌, 우 방면으로 단순 배치하여 적용도 가능하다. 도 2 (c)와 같이 변형 구조도 가능하며 그 외 특징은 구체예 1과 동일하다.

구체예 3

구체예 3은 태양전지 모듈이 구체예 1 및 2와 유사하다, 즉 도 1(a) 또는 도 2(a), (c)에서 보이는 모듈끼리 삽입하기 위해 만들어진 빈 공간을 구조물로 채운 후 도 3과 같이 모듈의 전극 연결을 용이하게 하기 위해 금속 또는 전도성 물질을 추가로 구조물에 삽입한 구조로 이를 통해 더욱 모듈 간의 전극 접촉이 좋아지므로 유리한 구조이다. 쉽게 설명하면 건전지를 삽입할 때와 같이 +, - 전극 접촉을 원활하게 하기 위해 형성된 구조와 유사하다. 금속 또는 전도성 물질의 형상은 크게 제한적이지 않으며 이웃하는 모듈간 접촉이 원활하면 어떠한 형상도 가능하며 도 3에 예를 나타내었다. 또는 구조물 전체를 전도성 물질로 제작하고 구조물 위 아래에 절연물질을 코팅하여 제작하는 것도 가능하며 이는 도식화하지 않았다. 도 4는 구조물을 이용한 태양전지 패널화의 전면에 대한 예이다.

100 : 빔구조물
110: 볼록부착 빔 구조물
120: 오목부착 빔 구조물
200 : 태양전지 모듈
210 : 금속 집전극
300: 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체
310: 곡선형 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체
320: 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 조립체
400: 개방형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체
500: 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체(300)가 상, 하, 좌, 우 방향으로 연결된 조립체 또는 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 조립체(320)

Claims

복수 개의 빔 구조물(100)이 태양전지 모듈의 1개 길이만큼 떨어져 배치되어 있고, 두 개의 태양전지 모듈이 접층(200)되어 상기 빔 구조물 사이에 끼워져 있는 태양전지 패널에 있어서, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널.
제1항에 있어서, 상기 빔 구조물은 볼록부착 빔 구조물(110)인 것인 태양전지 패널.
제1항에 있어서, 상기 빔 구조물은 오목부착 빔 구조물(120)인 것인 태양전지 패널.
제1항에 있어서, 상기 패널은 곡선형인 것인 태양전지 패널.
제1항에 있어서, 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는 것인 태양전지 패널.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 구조물은 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질인 것인 태양전지 패널.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 빔 구조물의 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅되는 것이고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입되어 있는 것인 태양전지 패널.
폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체(300)를 포함하는 태양전지 패널에 있어서, 상기 단위체에는 복수 개의 접층된 태양 전지 모듈(200)이 전, 후, 좌 또는 우 방향으로 끼워지는 것이고, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널.
제8항에 있어서, 상기 폐쇄형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체는 곡선형인 것인 태양전지 패널.
제8항에 있어서, 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는 것인 태양전지 패널.
제8항에 있어서, 상기 단위체는 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질인 것인 태양전지 패널.
제8항에 있어서, 상기 단위체는 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅되는 것이고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입되어 있는 것인 태양전지 패널.
개방형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체(400)를 포함하는 태양전지 패널에 있어서, 상기 단위체에는 복수 개의 접층된 태양 전지 모듈(200)이 전, 후, 좌 또는 우 방향으로 끼워지는 것이고, 상기 접층된 모듈은 상부와 하부가 서로 엇갈려 접층되어 상부 및 하부 모듈의 금속 집전극(210)이 노출되어 있는 것이며, 노출된 상부 금속 집전극과 이웃하는 하부 금속 집전극이 접촉된 것인 태양전지 패널.
제13항에 있어서, 상기 개방형 카세트 타입의 모듈 프레임 단위체는 곡선형인 것인 태양전지 패널.
제13항에 있어서, 한 개의 모듈과 이웃하는 모듈을 전기적으로 연결하는 별도의 인터커넥션 리본은 존재하지 않는 것인 태양전지 패널.
제13항에 있어서, 상기 단위체는 플라스틱, 러버, 금속 세라믹 또는 이들의 2종 이상의 혼합물로 된 재질인 것인 태양전지 패널.
제13항에 있어서, 상기 단위체는 상부 또는 하부는 절연물질로 코팅되는 것이고, 기둥부에는 전도성 물질이 삽입되어 있는 것인 태양전지 패널.