KR101644721B1 - 장착 홀을 갖춘 무프레임 태양광 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐리어 기판과 이에 연결되는 커버층을 포함하고 이들 사이에는 광기전 에너지의 생성을 위해 직렬로 연결되는 복수의 태양 전지를 형성하는 층 구조물이 배치되되, 캐리어 기판 및/또는 커버층에는 태양광 모듈을 모듈 받침대에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀이 마련되는 무프레임 태양광 모듈에 관한 것이다. 장착 홀은 광기전 활성 영역 내의 무코팅 구역에 각각 생성된다. 본 발명은 또한 장착 홀을 관통하는 고정 요소를 포함하고 이런 태양광 모듈을 가지는 장착 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 장착 홀이 캐리어 기판 및/또는 커버층에 생성되는 이런 태양광 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 경우에는 장착 홀을 포함하거나 장착 홀을 위해 마련되는 무코팅 영역에서 층 구조물이 제거된다.
Description
태양광을 전기 에너지로 직접 변환하는 광기전 층 시스템은 널리 공지되어 있다. 이들 시스템은 대개 "태양 전지"로 지칭되는데, 용어 "박막 태양 전지"는 두께가 수 미크론에 불과하여 적절한 기계적 안정성을 위해 캐리어 기판을 필요로 하는 층 시스템을 가리킨다. 공지된 캐리어 기판으로는 무기 유리, 플라스틱(폴리머) 또는 금속, 특히 금속 합금이 있으며, 각각의 층 두께와 특유한 재료 특성에 따라 강성 판이나 가요성 필름으로 구성될 수 있다.
기술적 처리의 질과 효율성의 관점에서, 비정질, 미세형태(micromorphous) 또는 다결정질 규소, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 갈륨 아세나이드(GaAs) 또는 칼코피라이트 화합물, 특히 화학식 Cu(In,Ga)(S,Se)2로 줄여 쓰는 구리-인듐/갈륨-디설퍼/디셀레나이드로 이루어진 반도체층을 갖춘 박막 태양 전지가 유리한 것으로 입증되었다. 특히 구리-인듐-디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS)는 태양광의 스펙트럼에 적합화된 밴드갭으로 인한 특히 높은 흡수 계수를 특징으로 한다.
통상적으로, 개별 태양 전지로는 1 볼트 미만의 전압 레벨만을 얻을 수 있다. 기술적으로 유용한 출력 전압을 얻기 위해 많은 태양 전지가 태양광 모듈 내에서 서로 직렬 연결된다. 이를 위해, 박막 태양광 모듈은 필름의 제조 중에 태양 전지가 일체화된 형태로 사전에 직렬 연결될 수 있다는 장점을 제공한다. 박막 태양광 모듈은 이미 누차에 걸쳐 특허 문헌에서 설명되었다. 단지 예로서, 특허 공개 DE 4324318 C1과 EP 2200097 A1을 들 수 있다.
소위 "기판 구성"에서는, 태양 전지의 제조를 위해, 다양한 층이 투명한 전면 커버층에 부착("적층")되는 캐리어 기판에 직접 적용되어 내후성 복합체를 형성한다.
실제로, 태양광 모듈은 건물의 지붕에 장착되거나(온-루프 장착), 지붕 피복재의 일부를 형성한다(인-루프 장착). 또한, 특히 독립형 또는 자립식(무캐리어(carrier-free)) 유리 구조물 형태의 외벽(facade) 또는 벽 요소로서 태양광 모듈을 사용하는 경우도 흔하다.
온-루프 장착시, 태양광 모듈은 지붕에 고정되는 모듈 홀더에 지붕에 평행하게 장착되며, 태양광 모듈은 예컨대 모듈 클램프에 의해 모듈 홀더에 부착된다. 이를 위해, 태양광 모듈은 통상 알루미늄으로 제조되는 모듈 프레임을 가지는데, 모듈 프레임에는 태양광 모듈이 부착될 수 있다. 모듈 홀더는 예컨대 강재 앵커에 의해 기와 지붕에 부착되거나 나사에 의해 파형판 지붕 또는 사다리꼴 판금 지붕에 부착되는 알루미늄 레일로 제조되는 장착 선반(rack)을 일반적으로 포함한다. 인-루프 장착과 달리 온-루프 장착에서는 지붕 피복재가 완전히 보존되기 때문에 태양광 모듈은 지붕 기능을 떠맡을 필요가 없다. 인-루프 장착에서는 지붕 하부구조에 부착되는 모듈 홀더도 사용된다. 누출 방지를 보장하기 위해서는 태양광 모듈 사이의 이음부가 밀봉되어야 한다. 독립형 설치의 경우에는 태양광 모듈이 부착되는 지지 구조물이 마련된다. 자립식 구조물의 경우에는 태양광 모듈이 모듈 프레임에서 서로 연결된다.
최근에는 모듈의 중량을 저감하고 제조비를 낮출 수 있는 무프레임 태양광 모듈의 사용이 증가하고 있다. 장착을 위해, 태양광 모듈의 이면에는 통상적으로 캐리어 기판에 접착 접합되는 강 또는 알루미늄 재질의 보강 지주(brace)가 마련된다. 무프레임 태양광 모듈은 보강 지주를 통해 모듈 홀더에 부착될 수 있다. 이 유형의 장착은 비교적 복잡하고 접착 접합으로 인해 마모되기가 쉽다. 또한, 이는 자립식 구조물에 대해서는 미적으로 매력적인 해법이 되지 못한다.
이와 달리, 본 발명의 목적은 장착을 단순화하고 장착 비용을 저감함으로써 종래의 무프레임 태양광 모듈의 장착을 유리하게 개선하는 데 있다. 특히 무프레임 태양광 모듈은 자립식 구조물의 형태로도 사용될 수 있어야 한다. 이들 목적과 다른 목적은 통합된 특허청구범위의 특징을 갖는 태양광 모듈 및 장착 장치와 무프레임 태양광 모듈의 제조 방법에 의해 본 발명의 제안에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 하위청구항의 특징에 의해 제시된다.
본 발명에 따르면, 캐리어 기판과 이에 연결되는 커버층을 포함하는 무프레임 태양광 모듈이 제시된다. 캐리어 기판과 커버층 사이에는 층 구조물이 배치되고, 이에 의해 직렬 연결되는 복수의 광기전 에너지 생성용 태양 전지가 형성된다. 캐리어 기판과 커버층은 예컨대 무기 유리, 폴리머 또는 금속 합금으로 제조되며, 층 두께와 재료의 특성에 따라서는 바람직하게는 강성 판으로 구성된다.
태양광 모듈은 바람직하게는 박막 태양 전지가 일체화된 형태로 직렬 연결되는 박막 태양광 모듈이다. 층 구조물은 이면 전극층, 전면 전극층 및 반도체층을 포함한다. 바람직하게는, 반도체층은 예컨대 구리-인듐/갈륨 디설퍼/디셀레나이드(Cu(InGa)(SSE)2) 군의Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 반도체, 예컨대 구리-인듐-디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS) 또는 관련 화합물일 수 있는 칼코피라이트 화합물로 제조된다.
캐리어 기판 및/또는 커버층에는 태양광 모듈을 모듈 홀더에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 복수의 장착 홀이 각각 마련되어야 한다. 따라서 특히 유리하게는 본 발명에 따른 태양광 모듈은 기술적으로 덜 복잡하고 융통성이 뛰어나고 경제적인 방식으로 태양광 모듈이 모듈 홀더에 장착될 수 있도록 하고 미적으로 매력적인 방식으로 태양광 모듈이 자립식 구조물에 연결될 수 있도록 한다. 특히 태양광 모듈은 추가적인 지지 요소 없이 작은 신축 이음부에 의해 서로 나란히 장착될 수 있다.
장착 홀은 각각 태양광 모듈의 광기전 활성 영역 내의 무코팅(coating-free) 구역에 구현된다. 이 조치로 인해 종래의 프레임형 태양광 모듈의 부착 방법과는 달리, 태양광 모듈의 안정적이고 견고한 장착을 위한 장착 홀의 선별적 배치가 모듈 프레임에 한정되지 않고 이루어질 수 있다. 또한, 장착 홀의 구현에 대비하여 태양광 모듈의 무코팅 가장자리 영역을 비교적 넓게 마련할 필요가 없어서, 태양 전지의 생성에 이용 가능한 캐리어 기판의 면적을 효율적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 모듈에서는, 장착 홀이 배치되는 무코팅 구역이 광기전 활성 영역에 마련된다. 통상적으로, 광기전 활성 영역은 직사각형 형상으로 구현된다. 무코팅 구역은 광기전 활성 영역의 리세스 또는 노치로서 구현된다. 따라서 광기전 활성 영역이 태양광 모듈의 무코팅 구역에 의해 축소된다.
태양광 모듈은 제1 태양 전지와 (제1 태양 전지와 상이한) 제2 태양 전지를 가지며, 제2 태양 전지는 각각 제1 태양 전지의 형상과 상이한 형상을 가진다. 제1 태양 전지는 무코팅 구역의 영향을 받지 않으며, 제1 전지는 무코팅 구역이 배치되지 않은 층 구조물의 섹션으로부터 각각 생성된다. 통상적으로, 태양광 모듈은 서로 동일한(예컨대, 모듈 레벨에서 서로 동일한 형상, 특히 직사각형 형상을 가지는) 제1 태양 전지를 가진다.
또한, 태양광 모듈은 무코팅 구역으로 인해 그 형상이 제1 태양 전지의 형상에 대해 변경된 제2 태양 전지를 가진다. 제2 태양 전지는 적어도 하나의 무코팅 구역이 배치되는 층 구조물의 섹션으로부터 각각 생성된다. 각각의 제2 태양 전지는 제1 태양 전지와 상이한 형상을 가진다. 제2 태양 전지는 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.
무코팅 구역은 각각 예컨대 박리(decoated) 구역, 즉 태양 전지 형성용 층 구조물이 제거된 구역이다. 그러나, 무코팅 구역에 층 구조물이 적용되지 않도록 하는 방식도 가능한데, 이는 예컨대 층 구조물을 적용하는 동안 마스킹을 수행함으로써 이루어질 수 있다.
태양광 모듈의 광기전 활성 영역 내에 무코팅 구역이 마련되더라도, 서로 직렬 연결되는 태양광 모듈의 태양 전지가 서로 동일한 전지 면적을 가지는 것이 특히 유리하다. 이 경우, 각각의 태양 전지는 태양광 모듈의 다른 태양 전지 하나하나의 태양 전지 면적과 대등한 태양 전지 면적을 가진다. 어차피 제1 태양 전지는 통상적으로 서로 동일한 형상을 갖기 때문에 동일한 태양 전지 면적을 가진다. 제2 태양 전지는 이들의 태양 전지 면적도 서로 동일할 수 있도록 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 어떤 경우든 제2 태양 전지는 제1 태양 전지의 형상과 상이한 형상을 가지는데, 본 실시예에서는 태양광 모듈의 모든 태양 전지(제1 태양 전지와 제2 태양 전지)는 서로 동일한 태양 전지 면적을 가진다. 따라서 제2 태양 전지 하나하나는 제1 태양 전지의 태양 전지 면적과 대등한 태양 전지 면적을 가진다. 이를 위해, 예컨대 직사각형 제2 태양 전지는 각각 직사각형 제1 전지보다 넓은 폭(보다 짧은 치수)을 가지며, 제2 태양 전지의 길이(보다 긴 치수)는 각각 무코팅 구역으로 인해 제1 태양 전지의 길이보다 짧다. 이 조치로 인해 태양 전지는 적어도 대략 동일한 특성 곡선의 작업점에서 작동할 수 있어서, 무코팅 구역의 영향을 받는 태양 전지의 효율이 다른 태양 전지에 비해 저하되지 않는다.
바람직하게는, 밀봉재가 캐리어 기판과 커버층 사이에 배치되어 층 구조물에 대해 원주방향으로 장착 홀을 밀봉하며, 이로서 수분과 먼지가 광기전 활성 영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 무프레임 태양광 모듈의 다른 유리한 실시예에서, 강성 커버판 형태로 구현되는 커버층이나 캐리어 기판은 장착 홀이 구현되는 돌출 가장자리 섹션을 가진다. 따라서 캐리어 기판은 커버층에 대해 돌출되는 돌출 가장자리 섹션을 가진다. 대안으로서, 커버층은 캐리어 기판에 대해 돌출되는 돌출 가장자리 섹션을 가진다.
특히 유리하게는, 가장자리 섹션은 전면 또는 광입사측 커버층에 의해 형성되어 태양 전지를 예전과 다름없이 가공할 수 있으며, 캐리어 기판은 소위 "후방 단"에만 장착 홀이 마련된 커버층으로 적층된다. 또한, 태양 전지의 광기전 활성 영역은 부정적인 영향을 받지 않는다.
본 발명은 또한 상술한 적어도 하나의 무프레임 태양광 모듈을 포함하되 태양광 모듈이 장착 홀을 관통하는 체결 요소, 예컨대 볼트에 의해 모듈 홀더에 장착되는 장착 장치에 관한 것이다. 유리하게는, 장착 홀에 대한 기계적 하중을 저감하기 위해 탄성적으로 유연한 재료, 예컨대 고무로 제조되는 와셔가 체결 요소와 태양광 모듈 사이 및/또는 태양광 모듈과 모듈 홀더 사이에 배치된다.
본 발명은 또한 상술한 무프레임 태양광 모듈을 포함하되 인접한 태양광 모듈은 장착 홀을 관통하는 체결 요소, 예컨대 볼트에 의해 태양광 모듈에 장착되는 연결 요소에 의해 서로 연결되는 장착 장치에 관한 것이다. 유리하게는, 인접한 태양광 모듈 사이의 이음부는 밀봉 요소에 의해 밀봉된다.
또한, 본 발명은 캐리어 기판과 이에 연결되는 커버층을 포함하고 이들 사이에는 층 구조물이 배치되어 이로써 직렬 연결된 복수의 광기전 에너지 생성용 태양 전지를 형성하는 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에서, 캐리어 기판 및/또는 커버층에는 태양광 모듈을 모듈 홀더에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀이 마련된다. 공정 기술의 관점에서 보면, 캐리어 기판에 층 구조물을 적용하기 전에 장착 홀이 캐리어 기판 및/또는 커버층에 구현되는 것이 유리할 수 있다. 본 발명에 따르면, 장착 홀을 포함하거나 장착 홀의 구현을 위해 마련되는 무코팅 구역에서 층 구조물이 제거되며, 이로써 공정 기술상의 장점을 역시 얻을 수 있다. 바람직하게는, 각각의 장착 홀에서, 층 구조물에 대해 원주방향으로 장착 홀을 밀봉하는 밀봉재가 캐리어 기판과 커버층 사이에 배치된다. 또한, 밀봉재가 장착 홀에 각각 도입되는 것이 유리할 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하는 예시적인 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 태양광 모듈의 온-루프 또는 인-루프 장착을 위한 본 발명에 따른 장착 장치를 개략적인 상면도로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 태양광 모듈의 장착 홀을 도시하기 위한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 태양광 모듈의 장착을 도시하기 위한 것으로, 장착 홀 영역의 개략적인 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (b)는 도 1의 태양광 모듈의 동일한 태양 전지 면적을 갖는 태양 전지를 도시하기 위한 개략적인 상면도이다.
도 5는 자립식 구조물 형태로 구현되는 본 발명에 따른 장착 장치를 상면도로 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 5의 태양광 모듈의 장착을 도시하기 위한 것으로, 장착 홀 영역의 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 다른 장착 장치를 개략적인 상면도와 단면도로 도시한다.
도 1은 태양광 모듈의 온-루프 또는 인-루프 장착을 위한 본 발명에 따른 장착 장치를 개략적인 상면도로 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 태양광 모듈의 장착 홀을 도시하기 위한 개략도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 태양광 모듈의 장착을 도시하기 위한 것으로, 장착 홀 영역의 개략적인 단면도이다.
도 4의 (a) 내지 (b)는 도 1의 태양광 모듈의 동일한 태양 전지 면적을 갖는 태양 전지를 도시하기 위한 개략적인 상면도이다.
도 5는 자립식 구조물 형태로 구현되는 본 발명에 따른 장착 장치를 상면도로 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 5의 태양광 모듈의 장착을 도시하기 위한 것으로, 장착 홀 영역의 개략적인 단면도이다.
도 7a 내지 도 7b는 본 발명에 따른 다른 장착 장치를 개략적인 상면도와 단면도로 도시한다.
먼저, 도 1, 도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3b를 참조한다. 도 1은 참조부호 1로 일괄 표기된 장착 장치(1)의 구조를 도시하는데, 여기서는 예컨대 박막 태양광 모듈인 복수의 태양광 모듈(2)이 모듈 홀더(3)에 장착된다. 도 1에는 네 개의 태양광 모듈(2)이 도시되어 있긴 하지만, 물론 장착 장치(1)는 보다 많거나 적은 수의 태양광 모듈(2)을 유지할 수도 있다. 태양광 모듈(2)은 관행대로 직사각형 형상의 평판체로서 각각 구현된다.
모듈 홀더(3)는 태양광 모듈(2)의 온-루프 또는 인-루프 장착을 위한 역할을 하며, 예컨대 알루미늄으로 제조되는 복수의 평행한 지지 레일(4)을 포함한다. 지지 레일(4)은 예컨대 나사나 강재 앵커에 의해 건물 지붕(미도시)(온-루프 장착시)이나 지붕 구조물에(인-루프 장착시) 고정된다. 각각의 지지 레일(4)은 지지 레일(4)에 수직하게 배치되고 레일의 길이를 따라 분포되며 태양광 모듈(2)을 장착하기 위한 역할을 하는 복수의 모듈 받침대(5)를 가진다.
도 2a 내지 도 2c에서 알 수 있는 바와 같이, 태양광 모듈(2)은 일체화된 형태로 서로 직렬 연결되고 직사각형 태양 전지 면적을 갖는 복수의 태양 전지(6)를 각각 포함한다. 각각의 태양광 모듈(2)은 대개 많은 수(예컨대, 약 100개)의 태양 전지(6)를 가진다.
도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(2)은 본 명세서에서는 예컨대 소위 "기판 구성"을 토대로 하며, 태양 전지(6)를 형성하도록 층 구조물(9)이 그 위에 적용되는 전기 절연성 이면 캐리어 기판(7)과, 캐리어 기판(7)에 연결되는 전면 또는 광입사측 커버판(8)을 포함한다. 층 구조물(9)이 구조화된 강성 캐리어 기판(7)은 예컨대 폴리비닐부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)를 함유하는 접착제층(10)에 의해 강성 커버판(8)에 부착("적층")된다.
층 구조물(9)(상세히 도시 안 됨)은 광 불투과성 금속, 예컨대 몰리브덴으로 제조되고 캐리어 기판(7)의 전면에 배치되는 이면 전극층과, 예컨대 구리-인듐-디셀레나이드(CuInSe2) 군 화합물, 특히 나트륨(Na)-도핑된 Cu(In,Ga)(S,Se)2와 같은 p-도전성 칼코피라이트 반도체를 포함하고 이면 전극층에 퇴적되는 광기전 활성 흡수층과, 버퍼층과, 반도체에 민감한 스펙트럼 범위의 방사선에 대해 투명하고 예컨대 도핑된 금속 산화물, 예컨대 n-도전성 알루미늄 도핑 산화아연을 토대로 하고 버퍼층에 적용되는 전면 전극층을 포함한다. 층 구조물(9)은 공지된 방법에 의해 태양 전지(6)로 분할되는데, 분할은 레이저 묘화와 같은 적절한 기술을 사용하는 절개에 의해 이루어진다. 태양 전지(6)가 직렬 연결된 이런 태양광 모듈(2)의 기본 구조는 본 기술분야의 기술자에게 자체로 공지되어 있기 때문에 본 명세서에서는 상세히 검토하지 않는다.
본 명세서에서는 강성 캐리어 기판(7)이 예컨대 광투과율이 비교적 낮은 유리로 제조되지만, 수행되는 공정 단계에 대해 충분한 강도 및 불활성 거동을 갖는 여타의 절연재를 사용하는 것도 동등하게 가능하다. 강성 커버판(8)은 예컨대 철 함량이 낮은 템퍼링된 초백색 강화 유리를 함유한다.
태양광 모듈(2)의 모서리 영역(11)에는 구멍 형태로 구현되는 장착 홀(12)이 각각 마련되는데, 장착 홀(12)은 태양 전지(6)의 광기전 활성 영역(13) 내에 구현된다. 각각의 경우, 장착 홀(12)의 주위에는 무코팅 구역(14)(층 구조물(9)의 리세스 또는 노치)이 구현되며, 따라서 무코팅 구역에는 층 구조물(9)이 배치되지 않는다. 도 2a와 도 2b에 도시된 바와 같이, 무코팅 구역(14)은 예컨대 직사각형 또는 곡면형 형상을 가진다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 예컨대 부틸 고무 재질의 밀봉재(16)가 캐리어 기판(7)과 커버판(8) 사이에서 장착 홀(12) 주위에 배치되며, 이에 의해 장착 홀(12)의 원주방향 가장자리의 밀봉이 이루어질 수 있다.
바람직한 태양광 모듈(2)의 제조 방법에서는, 사전 천공된 장착 홀(12')이 미리 마련된 캐리어 기판(7)에 층 구조물(9)이 적용되며, 이어서 캐리어 기판(7)은 사전 천공된 장착 홀(12")이 미리 마련된 커버판(8)에 적층된다. 캐리어 기판(7)의 장착 홀(12')은 커버판(8)의 장착 홀(12")과 정렬되도록 배치된다. 적층 전에, 층 구조물(9)은 예컨대 마찰 휠에 의해 기계적으로 마멸되어 무코팅 구역(14)에서 제거된다. 본 박리는 바람직하게는 태양광 모듈(2)의 가장자리 구역(15)의 가장자리 박리와 함께 이루어진다. 또한, 유리하게는 적층 중에 용융되어 고화 후에 장착 홀(12)의 가장자리 시일을 형성하는 재료로 제조되는 밀봉재(16)가 장착 홀(12) 주위에 배치된다.
대안적인 제조 방법에서, 장착 홀(12)은 예컨대 레이저 천공에 의해, 적층된 태양광 모듈(2)에 사후에 생성된다. 유리하게는, 무코팅 구역(14)은 적층 전에 박리되고 밀봉재(16)는 생성 대상 장착 홀(12)의 영역에 배치된다.
사후 박리에 의하지 않고, 캐리어 기판(7)에 층 구조물(9)을 적용하는 동안 마스킹을 수행함으로써 무코팅 구역(14)을 구현하는 것도 가능하다.
도 3a 내지 도 3b는 볼트 연결을 사용하여 모듈 받침대(5)에 태양광 모듈(2)을 장착하는 방식을 도시한다. 이를 위해 모듈 받침대(5)에는 장착 홀(12)과 정렬되게 배치되는 홀더 홀(18)이 마련된다. 장착을 위해, 장착 홀(12)과 홀더 홀(18)을 관통하는 볼트(17)가 배치되며, 해당 볼트는 잠금 너트(19)와 함께 나사고정된다. 볼트(17)는 볼트 헤드(20)에 의해 태양광 모듈(2)의 전면에 대해 안착되며, 태양광 모듈(2)은 그 이면에 의해 모듈 받침대(5)에 대해 안착된다. 탄성재, 예컨대 고무로 제조되는 와셔(21)를 볼트 헤드(20)와 태양광 모듈(2) 사이 및 태양광 모듈(2)과 모듈 받침대(5) 사이에 배치함으로써 국지적으로 과도한 기계적 응력을 방지할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 장착 홀의 추가적인 밀봉을 실현하기 위해 볼트(17)의 삽입 전에 밀봉재(16')가 장착 홀(12)에 도입될 수 있다. 선택적으로는, 캐리어 기판(7)과 커버판(8) 사이의 밀봉재(16)에 의한 가장자리 밀봉을 생략하는 것도 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장착 장치(1)에서, 태양광 모듈(2)은 직교하는 두 공간적 방향을 따라 서로 나란히 배치되며, 이음부(25)가 인접한 태양광 모듈(2) 사이에 각각 남아 있다. 각각의 경우, 예컨대 고무로 제조되는 밀봉 스트립(22)이 이음부(25)에 도입되며, 이에 의해 특히 인-루프 장착의 경우 누출 방지가 보장될 수 있다. 밀봉 스트립(22)은 예컨대 외벽 요소일 수도 있다.
이제 도 4의 (a)를 참조한다. 이상의 언급을 통해 알 수 있는 바와 같이, 장착 홀(12)은 태양 전지(6)의 광기전 활성 영역(13) 내에서 태양광 모듈(2)에 구현되며, 그 결과, (x-방향을 따라) 폭이 동일할 경우 태양광 모듈(6)은 상이한 태양 전지 면적을 갖게 된다. 따라서, 무코팅 구역(14)에 의해, 예컨대 네 개의 태양 전지(6')(설명의 서문에서는 "제2 태양 전지")의 각각의 태양 전지 면적은 무코팅 구역(14)에 인접한 태양 전지(6)(설명의 서문에서는 "제1 태양 전지")의 각각의 태양 전지 면적에 비해 축소된다. (제1) 태양 전지(6)는 서로 동일한 형상과 태양 전지 면적을 가진다. 마찬가지로, (제2) 태양 전지(6')도 서로 동일한 형상과 태양 전지 면적을 가진다. 그러나, (제2) 태양 전지(6')의 형상 및 태양 전지 면적은 (제1) 태양 전지(6)의 형상 및 태양 전지 면적과 상이하다.
이는 광에 노출시 (제2) 태양 전지(6')가 인접한 (제1) 태양 전지(6)보다 낮은 전압을 산출하고 상이한 특성 곡선의 작업점에서 작동하게 되어 태양 전지(6')의 효율이 저하될 수 있는 불리한 결과를 낳는다. 이를 방지하기 위해서는, 태양광 모듈(2)의 모든 태양 전지(6, 6')가 서로 동일한 태양 전지 면적을 가지는 것이 유리하다. 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 이는 (제2) 무코팅 구역(14)의 영향을 받는 태양 전지(6')가 실제로 (제1) 태양 전지(6)보다 (y-축 방향으로) 짧은 길이를 가지지만 (x-축 방향으로) 넓은 폭을 가짐으로써 이루어질 수 있다. 따라서 모든 태양 전지(6)는 동일하고 특히 최적인 특성 곡선의 작용점에서 작동할 수 있다.
도 5, 도 6a 및 도 6b는 장착 홀(12) 영역의 개략적인 상면도와 단면도를 통해 자립식 구조물로서 구현되는 본 발명에 따른 다른 장착 장치(1)의 구조를 도시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해 위에 언급한 장치와의 차이점만을 설명하며, 그렇지 않을 경우에는 그에 대한 언급을 하기로 한다.
자립식 구조물에서, 태양광 모듈(2)은 작은 이음부(25)에 의해 일렬로 서로 나란히 배치된다. 인접한 태양광 모듈(2)은 각각 강성 연결 스트랩(23)에 의해 상하부가 서로 고정 연결되며, 연결 스트랩(23)은 이음부(25)에 인접한 태양광 모듈(2)에 걸쳐 이어진다. 연결 스트랩(23)은 볼트 연결에 의해 태양광 모듈(2)에 부착되며, 이를 위해 연결 스트랩(23)에는 장착 홀(12)과 정렬되게 배치되는 스트랩 홀(26)이 마련된다. 잠금 너트(19)와 함께 조여지는 볼트(17)가 각각의 장착 홀(12)과 두 개의 인접 스트랩 홀(26)을 관통한다(도 6a 내지 도 6b 참조). 도 6a에 도시된 바와 같이, 탄성재, 예컨대 고무로 제조되는 와셔(21)가 볼트 헤드(20)와 태양광 모듈(2) 사이 및 태양광 모듈(2)과 모듈 받침대(5) 사이에 각각 마련된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 두 개의 와셔(21)는 장착 홀(12) 내부에서 서로 연결될 수 있고, 장착 홀(12)을 채우는 연속 구조물인 밀봉 편(27) 형태로 구현될 수 있다. 밀봉 편(27)에 의해, 장착 홀(12)의 가장자리 밀봉이 유리하게 실현될 수 있어서, 선택적으로는 캐리어 기판(7)과 커버판(8) 사이의 밀봉재(16)에 의한 가장자리 밀봉이 장착 홀(12)의 영역에서 생략될 수 있다. 연결 스트랩(23)으로 인해 태양광 모듈(2)로 제조되는 미적으로 매력적인 자립식 구조물을 간단하고 경제적으로 구축할 수 있다. 장착 장치(1)의 누출 방지를 보장하기 위해 밀봉 스트립(22)이 이음부(25)에 각각 배치된다.
도 7a 내지 도 7b는 장착 홀(12) 영역의 상면도와 단면도를 통해 온-루프 장착 또는 인-루프 장착이나 자립식 구조물에 동등하게 적절한 본 발명에 따른 다른 장착 장치(1)의 구조를 도시한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 도 1, 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3b 및 도 4의 (a) 내지 도 4의 (b)에 도시된 장착 장치(1)와의 차이점만을 설명하며, 그렇지 않을 경우에는 그에 대한 언급을 하기로 한다.
이에 따르면, 태양광 모듈(2)은 캐리어 기판(7)에 대해 돌출되는 원주방향 가장자리 섹션(24)을 가지고 따라서 캐리어 기판(7)보다 큰 커버판(8)을 가진다. 장착 홀(12)은 커버판(8)의 돌출된 가장자리 섹션(24)에만 분포되도록 구현된다. 이는 태양 전지(6)의 가공이 종래의 방식으로 수행될 수 있고 캐리어 기판(7)의 적층을 위해 사전 천공된 장착 홀(12)을 갖춘 커버판(8)만을 마련하면 된다는 장점을 가진다. 돌출 가장자리 섹션(24)에 장착 홀(12)을 사후에 마련하는 것도 동등하게 가능하다. 태양 전지(6)의 영역에서의 박리가 불필요하여 광기전 활성 영역이 상실되지 않고 제조 과정이 단순화된다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 모듈 받침대(5) 또는 대안으로서 연결 스트랩(23)에 대한 볼트 접합은 이미 설명한 방식대로 이루어질 수 있다. 대안으로서, 캐리어 기판(7)의 돌출 가장자리 섹션에 장착 홀(12)을 구현하는 것도 가능하다.
이상의 설명에서 드러나는 바와 같이, 본 발명은 간단하고 안정적이고 경제적인 방식으로 모듈 홀더에 장착될 수 있거나 자립식 구조물 형태로 다른 태양광 모듈에 연결될 수 있는 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈을 제공한다. 특히, 동일한 태양광 모듈이 온-루프 장착이나 인-루프 장착을 위해, 또는 자립식 구조물을 위해 선별적으로 사용될 수 있다. 또한, 태양광 모듈의 간단하고 경제적인 교체가 가능하다. 도난 방지 보호책이 간단한 방식으로, 예컨대 캐리지 볼트를 사용하거나 예컨대 용접에 의해 볼트와 잠금 너트의 비분리식 연결을 창출함으로써 실현될 수 있다. 장착 홀이 태양광 모듈의 광기전 활성 영역에 마련되는 경우에는, 태양 전지 면적을 이용해야 하기 때문에 모듈의 출력은 필연적으로 종래의 이면 장착 기술에 의한 유사 태양광 모듈에 비해 어느 정도 낮아진다. 대략 66cm×154cm의 면적을 갖는 태양광 모듈의 경우, 각각 대략 4cm×4cm의 면적을 갖는 네 개의 무코팅 구역으로 인한 출력 손실이 모듈의 크기에 따라 대략 1% 내지 2%에 달한다. 장착 홀이 커버판(또는 캐리어 기판)의 돌출 가장자리 섹션에 구현되는 태양광 모듈의 경우에는 출력 손실이 발생하지 않지만 이에 대응하여 보다 큰 커버판(또는 캐리어 기판)이 마련되어야 한다.
본 발명은 캐리어 기판과 이에 연결되는 커버층을 포함하고 이들 사이에 층 구조물이 배치되어 직렬 연결된 복수의 광기전 에너지 생성용 태양 전지를 형성하되, 캐리어 기판 및/또는 커버층에는 태양광 모듈을 모듈 홀더에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀이 마련되는 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈에 관한 것이다.
본 발명은 또한 캐리어 기판과 이에 연결되는 커버층을 포함하고 이들 사이에 층 구조물이 배치되어 직렬 연결된 복수의 광기전 에너지 생성용 태양 전지를 형성하되, 캐리어 기판 및/또는 커버층에는 태양광 모듈을 모듈 홀더에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀이 마련되는 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.
1: 장착 장치
2: 태양광 모듈
3: 모듈 홀더
4: 지지 레일
5: 모듈 받침대
6, 6': 태양 전지
7: 캐리어 기판
8: 커버판
9: 층 구조물
10: 접착제층
11: 모서리 영역
12, 12', 12": 장착 홀
13: 활성 영역
14: 무코팅 구역
15: 가장자리 구역
16, 16': 밀봉재
17: 볼트
18: 홀더 홀
19: 잠금 너트
20: 볼트 헤드
21: 와셔
22: 밀봉 스트립
23: 연결 스트랩
24: 가장자리 섹션
25: 이음부
26: 스트랩 홀
27: 밀봉 편
2: 태양광 모듈
3: 모듈 홀더
4: 지지 레일
5: 모듈 받침대
6, 6': 태양 전지
7: 캐리어 기판
8: 커버판
9: 층 구조물
10: 접착제층
11: 모서리 영역
12, 12', 12": 장착 홀
13: 활성 영역
14: 무코팅 구역
15: 가장자리 구역
16, 16': 밀봉재
17: 볼트
18: 홀더 홀
19: 잠금 너트
20: 볼트 헤드
21: 와셔
22: 밀봉 스트립
23: 연결 스트랩
24: 가장자리 섹션
25: 이음부
26: 스트랩 홀
27: 밀봉 편
Claims (12)
- 캐리어 기판(7)과 이에 연결되는 커버층(8)을 포함하고, 이들 사이에 층 구조물(9)이 배치되어 직렬 연결된 복수의 광기전 에너지 생성용 태양 전지(6, 6')를 형성하는 무프레임 태양광 모듈(2)로서, 캐리어 기판(7)과 커버층(8) 중 적어도 하나에는 태양광 모듈을 모듈 홀더(3)에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀(12)이 마련되고, 장착 홀은 광기전 활성 영역(13) 내의 무코팅 구역(14)에 각각 구현되며, 태양 전지(6, 6')는 무코팅 구역(14)에 인접한 직사각형 제1 태양 전지(6) 및 직사각형 제2 태양 전지(6')를 포함하고, 제2 태양 전지(6')의 길이는 제1 태양 전지(6)의 길이보다 작으며 제2 태양 전지(6')의 폭은 제1 태양 전지(6)의 폭보다 크고, 제1 및 제2 태양 전지(6, 6')는 동일한 태양 전지 면적을 갖는 무프레임 태양광 모듈(2).
- 제1항에 있어서, 각각의 장착 홀(12)에서, 층 구조물(9)에 대해 원주방향으로 장착 홀(12)을 밀봉하는 밀봉재(16)가 캐리어 기판(7)과 커버층(8) 사이에 배치되는 무프레임 태양광 모듈(2).
- 제1항에 있어서, 캐리어 기판(7)은 커버층(8)에 대해 돌출하는 가장자리 섹션(28)을 갖거나 커버층(8)은 캐리어 기판(7)에 대해 돌출하는 가장자리 섹션(28)을 갖고, 장착 홀(12)은 가장자리 섹션(28)에 구현되는 무프레임 태양광 모듈(2).
- 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 무프레임 태양광 모듈(2)을 포함하는 장착 장치(1)로서, 태양광 모듈은 장착 홀(12)을 관통하는 체결 요소에 의해 모듈 홀더(3)에 장착되는 장착 장치(1).
- 제4항에 있어서, 장착 홀(12)에서, 탄성적으로 유연한 재료로 제조된 와셔(21)가 체결 요소(17)와 태양광 모듈(2) 사이 또는 태양광 모듈(2)과 모듈 홀더(3) 사이 또는 체결 요소(17)와 태양광 모듈(2) 사이와 태양광 모듈(2)과 모듈 홀더(3) 사이 모두에 각각 배치되는 장착 장치(1).
- 제1항, 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 무프레임 태양광 모듈(2)을 포함하는 장착 장치(1)로서, 인접한 태양광 모듈(2)들은 장착 홀(12)을 관통하는 체결 요소에 의해 태양광 모듈(2)에 장착되는 연결 요소(23)에 의해 서로 연결되는 장착 장치(1).
- 제6항에 있어서, 인접한 태양광 모듈(2)들 사이의 이음부(25)가 밀봉 요소(22)에 의해 밀봉되는 장착 장치(1).
- 태양광 모듈을 모듈 홀더(3)에 장착하거나 적어도 하나의 추가 태양광 모듈에 연결하기 위한 장착 홀(12)을 캐리어 기판(7)과 커버층(8) 중 적어도 하나에 마련하는 단계,
장착 홀(12)을 포함하거나 장착 홀(12)의 구현을 위하여 마련된 무코팅 구역(14)에서 층 구조물(9)을 제거하는 단계
를 포함하는 제1항에 따른 무프레임 태양광 모듈의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 장착 홀(12)은 캐리어 기판(7)에 층 구조물(9)을 적용하기 전에 캐리어 기판(7)과 커버층(8) 중 적어도 하나에 구현되는 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 각각의 장착 홀(12)에서, 층 구조물(9)에 대해 원주방향으로 장착 홀(12)을 밀봉하는 밀봉재(16)가 캐리어 기판(7)과 커버층(8) 사이에 배치되는 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 각각의 경우에, 밀봉재(16')가 장착 홀(12)에 도입되는 방법.
- 삭제
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