KR101587605B1 - 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친환경적인 소재로 구성하여 중량은 경감하고 방수 성능은 향상시킨 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈에 관한 것이다.
종래의 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈은 상측과 하측의 부재가 유리(Glass)로 구성되어 있기 때문에 중량이 무거울 뿐만 아니라, 프레임과의 결합과정에서 밀폐가 용이하지 않아 수분이 유입되는 문제점이 있는데, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 수상용 태양광모듈에 있어서 전면재, 상측봉지재, 양면쏠라셀, 하측봉지재, 후면재가 순차적으로 적층된 양면 쏠라셀 모듈(20)의 테두리에는 상기 양면 쏠라셀 모듈의 외측 일부가 밀착 삽입될 수 있도록 몸체에 'ㄷ' 형상을 이루는 결합부가 형성된 프레임이 설치되고, 상기 프레임은 수상에 설치되는 고정구와 나사결합이 될 수 있도록 몸체의 외부 타측에 결합공이 구비된 고정부가 연장형성되며, 상기 양면 쏠라셀에 전기적으로 연결되는 리본은 표면에 삼각형 요철이 형성된 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)으로 이루어지고, 상기 라이팅 캡쳐 리본은 저압·저온공정에서 전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)인 이방전도성 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)와, 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 중 어느 하나에 의해 양면 쏠라셀(21)에 접착 밀봉되며, 상기 후면재는 수중에서 난반사된 태양광을 투과할 수 있도록 투명 합성수지재로 이루어지며, 5mm 두께 일반유리의 투과율 이상을 나타내는 85% 이상의 투명도를 유지하고, 수상환경에서 오염 및 부식을 방지하기 위해 외측에 투명한 소재의 불소가 코팅된 것을 특징으로 하는 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈을 제안한다.
따라서 본 발명에 따른 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈에 의하면, 후면재의 중량을 경감하여 프레임의 크기를 축소하고, 하측부가 투명한 합성수지계열의 소재로 구성되어 수면에서 난반사 되는 태양 빛을 최대한 수집하여 발전량을 증대할 수 있으며, 경감된 중량에 의해 수면에서의 안정성을 높이는 효과가 있다.

Description

양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈{Water surface solar cell module using both-sided solar cell}
본 발명은 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 합성수지재의 후면재를 사용하여 중량은 경감하고 방수 성능은 향상시키며, 프레임의 구조를 개선하여 수중에서 난반사된 태양광의 유입을 최대화하고, 수상 환경보호를 위해 무연납으로 이루어진 리본을 사용한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 쏠라셀이 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾼다. 광전효과를 이용하여 발전시키는 최소 단위를 셀(cell)이라 하고, 다수 개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전력을 발생시키는 것을 쏠라셀 모듈이라 한다. 태양광 발전소(일명, 태양광 발전시스템이라고도 함)는 다수 개의 쏠라셀 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결된 쏠라셀 모듈의 집합체이다.
이러한 태양광 발전소는 일반적으로 육상에 설치하게 되는데, 이로 인하여 막대한 부지구입 비용과 토목공사 비용이 소요되고, 주로 야산을 깎아서 부지로 사용하게 되므로 환경이 파괴된다. 또한, 육상에 설치하게 되면 여름철의 경우 지열에 의해 쏠라셀 모듈들이 가열되어 쏠라셀 모듈들이 효과적으로 냉각되지 못하게 된다. 이로 인하여, 쏠라셀 모듈의 발전 효율을 떨어뜨리게 된다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위하여 쏠라셀 모듈들을 호수, 강, 연못, 댐 등의 수면에 설치하는 수상용 태양광 모듈이 제안되고 있으며, 최근에는 수면에 난반사 된 태양 빛을 수집하여 발전량을 증가시키기 위한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈이 제안되고 있다.
이러한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈은 도 1에서 나타낸 바와 같이 프레임(F)의 상단부에 쏠라셀이 결합되어 구성되는데, 상기 쏠라셀은 유리로 이루어진 시트(G)의 내측에 구비된다.
즉, 복수의 쏠라셀이 내측에 연결되고, 상기 쏠라셀의 상측과 하측에는 유리로 이루어진 시트(G)가 결합되며, 이렇게 구성된 쏠라셀의 양측은 한 쌍의 프레임(F)에 각각 결합되어 수면에 설치되는 것이다.
이에 따라 쏠라셀은 태양 빛을 상측에서 직접 수집할 뿐만 아니라, 수면에서 난반사 되는 태양 빛을 하측에서 수집함으로써 발전량을 더욱 증대시킬 수 있다.
그러나 이러한 종래의 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈은 상측과 하측의 시트(G)가 유리로 구성되어 있기 때문에 중량이 무거울 뿐만 아니라, 과도한 중량으로 인해 커진 프레임의 높이 때문에 수중에서 난반사 태양광이 프레임의 음영으로 인해 부분 차단되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 프레임의 구조를 개선하여 수중에 난반사되는 태양광의 유입을 최대화하고, 가벼운 후면재를 사용하여 전체 시스템의 하중을 경감할 뿐만 아니라, 봉지재를 사용하여 방수 성능이 향상된 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈은 수상용 태양광모듈에 있어서 전면재, 상측봉지재, 양면쏠라셀, 하측봉지재, 후면재가 순차적으로 적층된 양면 쏠라셀 모듈(20)의 테두리에는 상기 양면 쏠라셀 모듈의 외측 일부가 밀착 삽입될 수 있도록 몸체에 'ㄷ' 형상을 이루는 결합부가 형성된 프레임이 설치되고, 상기 프레임은 수상에 설치되는 고정구와 나사결합이 될 수 있도록 몸체의 외부 타측에 결합공이 구비된 고정부가 연장형성되며, 상기 양면 쏠라셀에 전기적으로 연결되는 리본은 표면에 삼각형 요철이 형성된 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)으로 이루어지고, 상기 라이팅 캡쳐 리본은 저압·저온공정에서 전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)인 이방전도성 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)와, 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 중 어느 하나에 의해 양면 쏠라셀(21)에 접착 밀봉되며, 상기 후면재는 수중에서 난반사된 태양광을 투과할 수 있도록 투명 합성수지재로 이루어지며, 5mm 두께 일반유리의 투과율 이상을 나타내는 85% 이상의 투명도를 유지하고, 수상환경에서 오염 및 부식을 방지하기 위해 외측에 투명한 소재의 불소가 코팅된 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈에 의하면, 후면재의 중량을 경감하여 프레임의 크기를 축소하고, 하측부가 투명한 합성수지계열의 소재로 구성되어 수면에서 난반사 되는 태양 빛을 최대한 수집하여 발전량을 증대할 수 있으며, 경감된 중량에 의해 수면에서의 안정성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래에 의한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈의 단면도,
도 2는 본 발명에 의한 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈의 단면도,
도 3은 도 2의 III 표시 부분 확대도,
도 4는 본 발명에 의한 리본에서 빛이 전반사되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈은 도 2에서 도시한 바와 같이 양측에 대향되게 구비된 프레임(10)의 결합부(10a)에는 복수의 소재가 적층형성된 양면 쏠라셀 모듈(20)이 밀착 삽입되는 구조로 형성된다.
상기 양면 쏠라셀 모듈(20)은 복수의 양면 쏠라셀(21)이 리본(21a)에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 양면 쏠라셀(21)의 상·하측에는 EVA(Ethlene Vinyl Acetate sheet) 또는 PVB(Poly Vinyl Butyral)중 어느 하나로 이루어진 상·하측봉지재(Encapsulant)(22)(22a)와, 상기 상측봉지재(22)의 전면에 구비되어 태양광을 투과하면서 외부 충격으로부터 양면 쏠라셀(21)을 보호하는 전면재(23)와, 상기 하측봉지재(22a)의 후면에 구비되어 수중에서 난반사된 태양광을 투과하면서 수분의 유입을 방지하는 후면재(24)를 포함하여 구성된다.
상기 프레임(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 내측이 빈 구조의 몸체 외부 일측에 'ㄷ' 형상을 이루어 일측으로 개구된 결합부(10a)와, 상기 몸체의 외부 타측에 연장형성되며, 수상에 설치되는 고정구에 양면 쏠라셀 모듈(20)이 삽입된 프레임(10)이 나사 결합될 수 있도록 결합공(10e)이 구비된 고정부(10d)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 고정구는 수상에 설치되는 본원발명의 태양광모듈이 바람이나 외부충격에 의해 이탈되지 않도록 위치를 고정하는 물체, 고정된 부유물 등을 의미하는 것이다.
특히, 상기 프레임(10)의 몸체는 본 발명의 일실시예로, 단면이 사각형 구조를 이루고 있으며, 수상에서 난반사되어 하측으로 유입되는 태양광에 음영이 발생되지 않도록 결합부(10a)와 몸체의 높이가 동일하게 형성되어 있다.
상기 결합부(10a)의 상부에 형성된 상측가압부(10b)는 결합부(10a) 내측으로 삽입된 전면재(23)가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 외측 끝부분이 하측으로 기울어져 하방으로 일정한 텐션(tention)이 작용되는 구조를 이루고 있으며, 전면재(23)와 접촉되는 부위에는 미끌어짐을 방지하기 위해 요철 또는 엠보싱 등의 별도의 미끄러짐방지구조를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 결합부(10a)의 하부에 형성된 하측지지부(10c)는 삽입된 양면 쏠라셀 모듈(20)의 하방 이탈을 방지하고, 바람 또는 외부의 충격에서 양면 쏠라셀 모듈(20)을 견고하게 지지할 수 있도록 상측 가압부(10b)에 비해 1.5배이상 더 돌출형성된다.
또한, 상기 고정부(10d)는 수상에 설치되는 고정구에 양면 쏠라셀 모듈(20)이 삽입된 프레임(10)을 나사 결합하여 바람 또는 외부 충격에 의해 위치를 이탈하지 않도록 형성된 것이다.
한편, 본 발명에 의한 양면 쏠라셀 모듈(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 내부로 물이 유입될 수 없도록 복수의 부재가 밀착 적층된 구조로 구성된다.
먼저, 프레임(10)의 최상측을 이루는 전면재(23)는 저철분 유리를 강화공정을 통해 강도를 높인 저철분 강화유리로 이루어져 있다.
상기 저철분 유리(Low-Iron Glass)는 백유리, 크리스탈유리 등으로 불리는데, 투명한 유리라고 하더라도 여러 장 겹치면 연한 녹색인 것을 확인할 수 있는데, 이것은 유리에 철분(Fe)이 포함되어 있기 때문이다. 유리의 기본적인 원료인 규사에 소량의 Fe이 포함되어 있기 때문에 따로 Fe를 첨가하지 않더라도 정도의 차이는 있지만 녹색을 띄게 된다. 따라서 유리를 통해서 봤을 때 색의 변화없는 완전 투명한 유리를 얻기 위해선 불순물로 포함되어 있는 Fe를 제거해야 하며, Fe가 제거된 유리는 자체의 색이 없으며 이러한 유리를 저철분 유리라고 한다.
따라서 이러한 저철분 유리를 강화공정을 통해 강도를 높인 저철분 강화유리는 물체가 가지고 있는 색감을 원색 그대로 선명하게 보여줄 뿐만 아니라, 태양광 모듈에 적용했을 때에는 태양광을 최대한 수집할 수 있는 것이다.
상기 전면재(23)의 하부에는 상측봉지재(22)가 결합되어 있으며, 상기 상측봉지재(22)는 이브이에이(Ethlene Vinyl Acetate; EVA) 시트 또는 피브이비 (Poly Vinyl Butyral; PVB) 시트 중 어느 하나로 구성되어 있다.
여기서 봉지재(Encapsulant)는 본딩와이어(Bonding Wire), 서브스트레이트(Substrate)와 함께 반도체 후공정에 사용되는 3대 기능성 재료 중 하나로서, 외부의 열에 의해 3차원 경화구조를 형성하는 열경화성 고분자 재료이면서 재료의 기능성을 높이기 위해 다양한 무기 소재를 혼용하는 유무기 복합 소재로 만들어진다.
상기 이브이에이(EVA) 시트는 습기침투 등 외부 환경으로부터 양면 쏠라셀(21)을 보호해 20년 이상이 되는 쏠라셀의 수명을 유지하기 위한 것으로서, 양면 쏠라셀(21)의 파손을 방지하는 완충재 역할과, 전면재(23)와 후면재(24)를 접착해 봉합하는 역할을 한다.
그리고 상기 피브이비(PVB)는 폴리비닐 알코올에 부틸 알데히드를 반응시켜서 만든 투명 접착제로서, 안전유리의 중간막, 금속 도료의 초벌칠 등에 주로 사용된다. 접착력이 강해서 대부분의 재질 접착에 사용된다.
상기 상측봉지재(22)의 하측에는 복수의 양면 쏠라셀(21)이 무연납(Pb free)으로 이루어진 리본(21a)에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 양면 쏠라셀(21)의 하부에는 하측봉지재(22a)가 결합되어 있다.
그리고 상기 하측봉지재(22a)의 하부에는 수중에서 난반사된 태양광을 투과할 수 있도록 투명 합성수지재로 이루어진 후면재(24)가 결합되어 있다.
상기 후면재(24)는 5mm 두께 일반유리의 투과율 이상을 나타내는 85% 이상의 투명도를 유지하고, 수상환경에서의 방수성능을 확보해야 하며, 수상환경에서 오염 및 부식을 방지하기 위해 상기 후면재(24)의 외측에는 투명한 소재의 불소가 코팅되어 있다.
상기 불소는 원자의 안정적인 구조로 되어 있어 내오염성 및 내부식성의 강화재로 많이 사용되는 원소로서, 본 발명의 후면재(22)에 적용하여 제품의 안정성 및 수명을 연장하는 효과가 있다.
한편, 본 발명에서는 종래의 태양광 모듈에서 사용하는 리본(21a)에서 효율이 떨어지는 것을 보완하기 위해, 도 4와 같은 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)을 사용한다.
상기 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)은 표면에는 삼각형 요철이 형성되어 리본(21a)에 반사된 태양광이 전면재(23)의 후면에서 다시 전반사되어 양면 쏠라셀(21)로 전달됨으로써 약 2% 이상의 효율 향상이 있는 제품이다.
이때, 상기 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)은 저압저온공정에 의해 양면셀에 부착되며, 전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)인 이방전도성 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)와, 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)중 어느 하나에 의해 접착 밀봉된다.
상기 전도성 접착제란 전기 및 전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용하는 전기전도성을 가진 접착제로, 유기고분자화합물을 매트릭스로 하여 전도성 미립자를 분산시킨 것이다. 이하 구체적인 기술설명은 생략한다.
따라서 본 발명은 투명한 수지계열의 소재로 구성되어 수면에서 난반사 되는 태양 빛을 최대한 수집하여 발전량을 증대할 수 있으며, 중량을 경감하여 수면에서 더욱 원활하게 부유 되는 장점이 있다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
10 : 프레임 10a: 결합부
10b: 상측가압부 10c: 하측지지부
10d: 고정부 10e: 결합공
20 : 양면 쏠라셀 모듈
21 : 양면 쏠라셀 21a: 리본
22,22a : 상·하측봉지재 23 : 전면재
24 : 후면재

Claims (4)

  1. 수상용 태양광모듈에 있어서,
    전면재(23), 상측봉지재(22), 양면쏠라셀(21), 하측봉지재(22a), 후면재(24)가 순차적으로 적층된 양면 쏠라셀 모듈(20)의 테두리에는 상기 양면 쏠라셀 모듈(20)의 외측 일부가 밀착 삽입될 수 있도록 몸체에 'ㄷ' 형상을 이루는 결합부(10a)가 형성된 프레임(10)이 설치되고, 상기 프레임(10)은 수상에 설치되는 고정구와 나사결합이 될 수 있도록 몸체의 외부 타측에 결합공(10e)이 구비된 고정부(10d)가 연장형성되며,
    상기 양면 쏠라셀(21)에 전기적으로 연결되는 리본(21a)은 표면에 삼각형 요철이 형성된 라이팅 캡쳐 리본(light capture ribbon)으로 이루어지고, 상기 라이팅 캡쳐 리본은 저압·저온공정에서 전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)인 이방전도성 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)와, 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 중 어느 하나에 의해 양면 쏠라셀(21)에 접착 밀봉되며,
    상기 후면재(24)는 수중에서 난반사된 태양광을 투과할 수 있도록 투명 합성수지재로 이루어지며, 5mm 두께 일반유리의 투과율 이상을 나타내는 85% 이상의 투명도를 유지하고, 수상환경에서 오염 및 부식을 방지하기 위해 외측에 투명한 소재의 불소가 코팅된 것을 특징으로 하는 양면 쏠라셀을 이용한 수상용 태양광 모듈.
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  3. 삭제
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