KR101561892B1 - 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈에 관한 것으로, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양 전지와, 상기 태양 전지 위에 덮어 씌워져 태양 전지로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재, 및 상기 방수용 접착 부재 위에 덮어 씌워져 방수용 접착 부재의 내후성을 증대시키는 커버로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 방수용 접착 부재는 UV 접착제이고 상기 커버는 글라스(Glass)이거나 ETFE Film 또는 PVDF Coating이며 상기 방수용 접착 부재에는 빛의 확산 투과율(Haze)을 높이는 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(Transparent nano plastic balls)이 첨가될 수 있다. 상기 투과형 나노 플라스틱 볼의 직경은 2 마이크로미터 내지 50 마이크로미터로 이루어질 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈은 전기를 생산하는 태양 전지 위에 태양 전지로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재를 도포하여 태양광 모듈의 내구성을 향상시킬 수 있고, 방수용 접착 부재 위에 수시로 변화되는 기후에 견딜 수 있는 부재를 덮어 태양광 모듈의 내구성을 향상시키며, 방수용 접착 부재 안에 확산 투과율을 증가시키는 아크릴 볼을 첨가하여 태양광 모듈의 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양 전지 위에 방수용 접착 부재를 도포하여 태양 전지로 유입되는 수분을 차단한 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 태양 전지 모듈이 전기 생산을 목적으로 외부에 설치되어 운영 시 기계적이나 전기적 또는 재료적으로 다양한 스트레스를 받게 된다.
이때, 기계적 변형은 전면 유리나 프레임, Junction Box 등의 파손이 있으며, 재료적으로는 EVA Sheet의 황변 현상, Back Sheet의 접착력 저하, Ribbon과 태양 전지의 부식 등이 있다.
그리고, 국부적 열집중(Hot Spot)에 의한 화재 등이 발생 될 수 있다.
또한, 필드(Field)에 설치되는 태양 전지 모듈은 가혹한 외부 환경에 노출되기 때문에 외부 하중이나, 온도 변화, 자외선, 또는 수분 등의 영향을 받게 된다.
특히, 태양 전지 모듈 내부로 수분이 침투되었을 경우에는 태양 전지와 전극의 부식 등 발전 성능을 크게 저하시킬 수 있다.
국내에서는 KS C IEC61215(결정계 실리콘 지상용 태양 전지 모듈_설계 인증 및 형식 승인)과 KS C IEC61646(지상용 박막 태양광 모듈의 설계 요건과 형식 승인)을 바탕으로 2007년 이후로 인증 시험을 진행하고 있다.
이를 기반으로 태양 전지 모듈의 내구성이 10년 또는 20년 이상이라고 제조자 측에서 주장하고 있으나, 상기 태양 전지 모듈이 제조되어 최종 설치되는 지역 및 장소는 매우 상이한 환경적 조건이 되어 예측되는 수명보다 오히려 짧거나 길 수도 있다.
공개 특허 공보 10-2014-0109546은 태양 전지의 최외각면(태양 빛을 받아들이는 면)에 적용 가능한 투명 기판으로서 그 표면상에 중간막, 투명 도전막, 및 하나 이상의 보호막을 순차적으로 포함하는 다층 코팅을 가짐으로써, 투명 도전막의 투과율을 증대시키고, 불순물 확산을 방지하여, 내구성을 증대시켰다.
또한, 등록 특허 공보 10-1133252는 실리콘계 태양 전지에 Mn이 도핑된 AIN계 투명 형광체 박막층을 형성하고, 반사 방지막으로 활용함으로써, 자외선 차단에 의한 태양 전지 셀의 내구성을 향상시켰고, 형광체 박막층에서 발산하는 550nm~650nm 파장의 빛에 의해서 태양 전지 효율을 더욱 증대시켰다.
이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 전기를 생산하는 태양 전지 위에 태양 전지로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재를 도포하여 태양광 모듈의 내구성을 향상시킨 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
또한, 본 발명은 방수용 접착 부재 위에 수시로 변화되는 기후에 견딜 수 있는 부재를 덮어 태양광 모듈의 내후성을 향상시킨 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈을 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 방수용 접착 부재 안에 확산 투과율을 증가시키는 아크릴 볼을 첨가하여 태양광 모듈의 발전 효율을 증가시키는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈을 제공하는데 본 발명의 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양 전지와, 상기 태양 전지 위에 덮어 씌워져 태양 전지로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재, 및 상기 방수용 접착 부재 위에 덮어 씌워져 방수용 접착 부재의 내후성을 증대시키는 커버로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 방수용 접착 부재는 UV 접착제이고 상기 커버는 글라스(Glass)이거나 ETFE Film 또는 PVDF Coating이며 상기 방수용 접착 부재에는 빛의 확산 투과율(Haze)을 높이는 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(Transparent nano plastic balls)이 첨가될 수 있다. 상기 투과형 나노 플라스틱 볼의 직경은 2 마이크로미터 내지 50 마이크로미터로 이루어질 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈은 전기를 생산하는 태양 전지 위에 태양 전지로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재를 도포하여 태양광 모듈의 내구성을 향상시킬 수 있고, 방수용 접착 부재 위에 수시로 변화되는 기후에 견딜 수 있는 부재를 덮어 태양광 모듈의 내구성을 향상시키며, 방수용 접착 부재 안에 확산 투과율을 증가시키는 아크릴 볼을 첨가하여 태양광 모듈의 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
도면 1 내지 도면 4는 본 발명의 측단면도,
도면 5 내지 8은 방수용 접착 부재에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광 효율이 증대되는 태양광 모듈의 측단면도,
도면 9는 태양 전지의 측단면도,
도면 10은 나노 플라스틱 볼의 크기와 중량비에 따른 투과율과 확산 투과율을 도시한 도면,
도면 11은 나노 플라스틱 볼의 크기가 고정된 상태에서 중량비가 증가할 때 투과율과 확산 투과율을 도시한 도면,
도면 12는 표면 조직화된 TCO층의 적용 전후에 따른 실험 데이터.
도면 5 내지 8은 방수용 접착 부재에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광 효율이 증대되는 태양광 모듈의 측단면도,
도면 9는 태양 전지의 측단면도,
도면 10은 나노 플라스틱 볼의 크기와 중량비에 따른 투과율과 확산 투과율을 도시한 도면,
도면 11은 나노 플라스틱 볼의 크기가 고정된 상태에서 중량비가 증가할 때 투과율과 확산 투과율을 도시한 도면,
도면 12는 표면 조직화된 TCO층의 적용 전후에 따른 실험 데이터.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈은 도면 1과 도면 5에 도시한 바와 같이, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양 전지(1)와, 상기 태양 전지(1) 위에 덮어 씌워져 태양 전지(1)로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재(3), 및 상기 방수용 접착 부재(3) 위에 덮어 씌워져 방수용 접착 부재(3)의 내후성을 증대시키는 커버(5)로 이루어질 수 있다.
상기 태양 전지(1)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다.
상기 태양 전지(1)는 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 PN 접합에 태양광이 조사되면 광전 효과에 의해 광기전력이 생성되는 원리이다.
이때, 상기 태양 전지(1)는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌(Selenium) 광전지 또는 아황산구리 광전지와 반도체의 PN 접합을 이용한 실리콘 광전지 등이 이용될 수 있다.
또한, 상기 커버(5) 위에는 입사되는 태양광을 집광하는 집광부가 설치되고, 상기 집광부는 아크릴로 구성될 수 있으며, 상기 집광부에는 반사 방지 필름이 부착되거나 프라이머(Primer) 처리될 수도 있다.
상기 방수용 접착 부재(3)는 도면 1과 도면 8에 도시한 바와 같이, UV 접착제(9)일 수 있고, 상기 커버(5)는 글라스(11)(Glass)이거나 ETFE(Ethylene tetrafluoroethylene) Film(13) 또는 PVDF(불소) Coating(15)으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 방수용 접착 부재(3)에는 도면 5와 도면 8에 도시한 바와 같이, 빛의 확산 투과율(Haze)을 높이는 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)(Transparent nano plastic balls)이 첨가될 수 있는데, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 직경은 2 마이크로미터 내지 50 마이크로미터로 이루어질 수 있다.
상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 그 성분과 구조상으로 볼 때 높은 투과율을 가질 뿐만 아니라, 태양 광을 확산시키는 볼록 렌즈 역할을 하여 보다 많은 태양 광을 확산 투과한 다음, 태양 전지(1)로 전달할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 서로 동일한 직경을 갖으며, 상기 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 5 마이크로미터(um)이거나 8 마이크로미터(um) 또는 12 마이크로미터(um)일 수 있다.
또, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)로 구성될 수 있으며, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 UV(Ultra Violet) 용액 속에서 UV 경화된 것이다.
또, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 중량비는 방수용 접착 부재(3)에 10 wt% 내지 80 wt%가 첨가될 수 있는데, 바람직하게는 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 중량비가 73 wt%가 됨이 바람직하다.
한편, 상기 태양 전지(1)는 도면 9에 도시한 바와 같이, 입사되는 태양 광을 굴절 및 반사시키기 위해 아래 면이 표면 조직화(Texturing)된 제 1 TCO층(19)(Transparent Conductive Oxide)과, 상기 제 1 TCO층(19)의 아랫면에 배치된 상태에서 입사된 태양 광을 전기 에너지로 변환하는 a-Si층(23)(amorphous-Silicon), 상기 a-Si층(23)의 아랫면에 배치되고 태양광을 굴절 및 반사하여 가두기 위해 윗면이 표면 조직화된 제 2 TCO층(25)(Transparent Conductive Oxide), 및 상기 제 2 TCO층(25)의 아랫면에 배치된 상태에서 태양 전지에서 발생한 광기전력을 외부 인출하기 위한 실버(Silver)층(27)이 갖추어진다.
또한, 상기 a-Si층(23)의 중간에는 a-Si층(23)의 내부에서 태양 광이 반사되도록 중간 반사층 역할을 하는 c-Si핀층(21)이 갖추어지고, 상기 태양 전지(1)의 후면에는 태양 광의 반사나 유출을 줄임과 동시에 라이트 트래핑(Light Trapping)을 위한 백 시트(Back Sheet)가 부착된다.
또, 상기 백 시트에는 태양 광이 반사되거나 유출되는 것을 방지하기 위해 표면 조직화(Texturing)된 TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 갖추어져 거친 면을 통해 태양 광이 굴절되고 그 경로가 연장되어 태양 전지(1)에 빛을 가둔다.
상기 백 시트에 의해 라이트 트래핑(Light Trapping)된 태양 광은 태양 전지(1)에서 전기를 생산하는데 사용된다.
이때, 제 1 TCO층(19)이 a-Si층(23)과 맞닿는 면과 제 2 TCO층(25)과 a-Si층(23)이 맞닿는 면은 표면 조직화(Texturing)되어 거친 면을 갖도록 구성되는데, 이는 a-Si층(23)에서 반사되거나 유출되는 태양 광을 거친 면을 통해 다시 굴절시켜 a-Si층(23)으로 입사시키기 때문에 라이트 트래핑을 증대시켜 기전 효율을 높일 수 있다.
상기 표면 조직화는 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 방식으로 형성된다.
도면 10은 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 크기와 중량비를 각각 달리하면서, 투과율과 확산 투과율을 실험한 결과이다.
실험을 위한 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 시편 1 내지 시편 3은 도면 10에 도시한 바와 같이, 5 마이크로미터의 직경을 가지고, 시편 4 내지 6은 8 마이크로미터의 직경을 가지며, 시편 7 내지 9는 12 마이크로미터의 직경을 갖는다.
그리고, 시편 1, 시편 4, 시편 7은 중량비를 0.111로 하였고, 시편 2, 시편 5, 시편 8은 0.161의 중량비, 시편 3, 시편 6, 시편 9는 0.211의 중량비를 갖도록 하였다.
도면 10과 도면 11에 도시한 바와 같이, 고정된 크기의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)에 대하여 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 중량비가 커질수록 확산 투과율이 증대되었다.
또한, 도면 12에 도시한 바와 같이, 표면 조직화된 TCO층을 적용하였을 경우, 적용 전보다 투과율이나 확산 투과율이 모두 증대되었다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명에 따른 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈은 전기를 생산하는 태양 전지(1) 위에 태양 전지(1)로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재(3)를 도포하여 태양광 모듈의 내구성을 향상시킬 수 있고, 방수용 접착 부재(3) 위에 수시로 변화되는 기후에 견딜 수 있는 부재를 덮어 태양광 모듈의 내구성을 향상시키며, 방수용 접착 부재(3) 안에 확산 투과율을 증가시키는 아크릴 볼을 첨가하여 태양광 모듈의 발전 효율을 증가시킬 수 있다.
1. 태양 전지 3. 방수용 접착 부재
5. 커버 9. UV 접착제
11. 글라스 13. ETFE Film
15. PVDF Coating 17. 투과형 나노 플라스틱 볼
19. 제 1 TCO층 21. 마이크로 c-Si핀층
23. a-Si층 25. 제 2 TCO층
27. 실버층
5. 커버 9. UV 접착제
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23. a-Si층 25. 제 2 TCO층
27. 실버층
Claims (7)
- 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양 전지(1)와;
상기 태양 전지(1) 위에 덮어 씌워져 태양 전지(1)로 유입되는 수분을 차단하는 방수용 접착 부재(3);
및 상기 방수용 접착 부재(3) 위에 덮어 씌워져 방수용 접착 부재(3)의 내후성을 증대시키는 커버(5)로 이루어지고,
상기 태양 전지(1)는 입사되는 태양광을 굴절 및 반사시키기 위해 아래 면이 표면 조직화(Texturing)된 제 1 TCO층(19)(Transparent Conductive Oxide)과,
상기 제 1 TCO층(19)의 아랫면에 배치된 상태에서 입사된 태양 광을 전기 에너지로 변환하는 a-Si층(23)(amorphous-Silicon),
상기 a-Si층(23)의 아랫면에 배치되고 태양광을 굴절 및 반사하여 가두기 위해 윗면이 표면 조직화된 제 2 TCO층(25)(Transparent Conductive Oxide),
및 상기 제 2 TCO층(25)의 아랫면에 배치된 상태에서 태양 전지(1)에서 발생한 광기전력을 외부 인출하기 위한 실버(Silver)층(27)이 형성되고,
상기 a-Si층(23)의 중간에는 a-Si층(23)의 내부에서 태양 광이 반사되도록 중간 반사층 역할을 하는 c-Si핀층(21)이 갖추어지며,
상기 태양 전지(1)의 후면에는 태양 광의 반사나 유출을 줄임과 동시에 라이트 트래핑(Light Trapping)을 위한 백 시트(Back Sheet)가 부착되며,
상기 백 시트에는 태양 광이 반사되거나 유출되는 것을 방지하기 위해 표면 조직화(Texturing)된 TCO(Transparent Conductive Oxide)층이 갖추어져 거친 면을 통해 태양 광이 굴절되고 그 경로가 연장되어 태양 전지(1)에 빛을 가두는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 방수용 접착 부재(3)는 UV 접착제(9)이고,
상기 커버(5)는 글라스(11)(Glass)이거나 ETFE Film(13) 또는 PVDF(불소) Coating(15) 인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 방수용 접착 부재(3)에는 빛의 확산 투과율(Haze)을 높이는 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)(Transparent nano plastic balls)이 첨가되고,
상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)의 직경은 2 마이크로미터 내지 50 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 제 3항에 있어서,
상기 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 서로 동일한 직경을 갖으며,
상기 복수 개의 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 5 마이크로미터(um)이거나 8 마이크로미터(um) 또는 12 마이크로미터(um)이고,
상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate)로 구성되며,
상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 UV(Ultra Violet) 용액 속에서 UV 경화된 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 제 3항에 있어서,
상기 투과형 나노 플라스틱 볼(17)은 방수용 접착 부재(3)에 10 wt% 내지 80 wt%가 첨가되는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 제 1항에 있어서,
상기 커버(5) 위에는 입사되는 태양광을 집광하는 집광부가 설치되고,
상기 집광부는 아크릴로 구성된 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 집광형 태양광 모듈.
- 삭제
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2003179241A (ja) | 2001-12-10 | 2003-06-27 | Kyocera Corp | 薄膜太陽電池 |
| JP2013149803A (ja) * | 2012-01-19 | 2013-08-01 | Keiwa Inc | 太陽電池モジュール用フロントシート及びこれを用いた太陽電池モジュール |
-
2014
- 2014-09-29 KR KR1020140130273A patent/KR101561892B1/ko active IP Right Grant
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