KR101648773B1

KR101648773B1 - 전원 패널용 광전지 패널

Info

Publication number: KR101648773B1
Application number: KR1020137035181A
Authority: KR
Inventors: 제이. 슐츠 가쓰
Original assignee: 파워 패널, 인코퍼레이티드
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2016-08-17
Also published as: CN103918091A; JP6152096B2; JP2014520501A; EP2715800B1; KR20140034264A; US20110259402A1; CN103918091B; EP2715800A2; WO2012166786A2; EP2715800A4; WO2012166786A3; AU2012262313A1

Abstract

태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널이 태양복사를 접하는 상면, 저면 및 측벽들을 갖는 합성 성형 함체를 포함한다. 전력을 생성하는 광전지(photovoltaic cell: PV 전지) 패널이 복수의 태양광 전지를 포함하고, 각 전지는 금속재 PV 전지 접시부(tray)의 제1면에 고정연결된다. PV 전지 접시부는 합성 성형 함체의 상면과 접촉하는 상태로 위치된다. PV 전지 접시부의 제2면은 상기 상면을 따라 흐르는 유체와 접촉하는 제1면과 반대방향을 향한다. 투명 패널이 합성 성형 함체의 측면들과 직접 접촉하고 광전지 패널 위에 간격을 두고 배치된다. 투명 패널은 함체에 내포된 열에너지를 절연한다.

Description

전원 패널용 광전지 패널{Photovoltaic Panel for Power Panel}

본 발명은 열과 전기를 얻고 에어컨을 가동하기 위해 태양 에너지를 입수하는 광전지 패널에 관한 것이다. 특히 이 기술은 개별적으로 기능 할 수 있고 선택적으로 다수 연결하여 열 및 전기 에너지원을 구성할 수 있는 광전지 패널에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래 기술을 구성하는 것은 아니다.

태양은 인류가 매일 사용하는 에너지의 1만 배의 양을 제공한다. 하루에 태양이 제공하는 에너지는 현재 지구 인구가 27년 동안 소비하는 것보다 더 많다. 북미만 보더라도, 매년 2조 달러에 가까운 비용이 에너지에 지출되고 그 대부분은 석유, 석탄 등의 화석 연료와 같은 재생 불가능한 탄소 기반의 에너지원을 지향하는 것으로 여겨진다. 평균적인 미국 가정의 에너지 소비가 약 65~80%의 열 및 약 20~35%의 전기적 소비라고 하면 재생 가능 에너지원을 통해 이러한 수요를 모두 만족시킬 방법을 도출하는 것이 합리적이다.

과거 수십 년간 신재생 에너지 자원을 획득하는 노력에서 많은 진전이 있었고, 예를 들면 수력 터빈(이동하는 물의 운동 에너지를 전기로 변환하는), 풍력 발전기(바람 에너지를 전기 에너지로 변환), 지열 난방(안정성 있는 지중 온도를 이용하여 열에너지 제공) 및 태양전지(태양 에너지를 입수하여 전기 에너지로 변환)를 이용하는 방법이 있다.

광전지 패널은 실질적으로 평탄한 설치면을 갖는 접시부(tray) 안에 개별 태양광 전지들을 스트립 또는 일렬로 접합한 것으로 제조된다. 전지들은 접시부에 접착되고 투명 재료 내부에 둘러싸이거나 캡슐화되어 광전지 패널에 진입하는 빛이 그 전지용 투명 봉지부를 실질적으로 방해 없이 통과하여 개별 태양 에너지 전지의 노출면에 입사한다. 통상적으로, 일반적으로 광전지 패널은 얇은 3인치 직경 웨이퍼 형태의 적어도 하나의 태양 에너지 전지에서 형성되는데, 그 전지의 두 평탄면 가운데 하나는 광전지 패널의 베이스 요소를 구성하는 접시부의 편평 베이스에 접착되고 다른 평탄면은 접시부의 개방 상면을 향하여 입사하는 빛을 수광하게 되어 있다. 투명 재료는 일반적으로 빛이 봉지 재료를 통해 전지의 노출된 평탄면에 이르는 데 있어서 방해를 최소한으로 할 뿐만 아니라, 또한 주위 조건으로부터 캡슐화 전지를 보호하기 위해 완벽한 내후성을 가지는 것으로부터 선택된다. 이 예는 린드메이어(Lindmayer)의 미국 특허 제4057439호에서 볼 수 있다.

다른 유형의 재생 가능 에너지는 액체를 가열하기 위해 태양 에너지를 이용하여 난방 또는 냉방용 열에너지를 제공하는 태양열 열교환기이다. 이러한 유형의 에너지 활용에서, 일반적으로 평판의 전면부가 태양 방사선의 흡수를 향상시키기 위해 암처리되고, 그 암처리 표면을 태양을 향하도록 하면서 적절한 각도로 기울여 에너지 회수를 최적화한다. 일련의 관이 패널에 고정하고 그를 통해 가열할 물을 순환시켜 패널에 의해 수신된 열을 추출해 낸다. 패널의 뒷면은 종종 예를 들어, 유리, 울, 플라스틱 발포체로 된 절연재료 층을 이용하여 전기적으로 절연된다.

많은 경우 이러한 패널은 투명한 아크릴 또는 PVC와 같은 유리 또는 투명 플라스틱 소재로 만들어진 정면 스크린을 포함하고 있어, 태양 복사가 패널에 도달할 때 스크린을 통과하는 것을 허용하고 재복사 또는 대류 냉각으로 인한 손실을 줄여 열을 유지한다.

광전지 패널에서 데워진 물은 일반적으로 별도 탱크를 순환하여 시스템의 열 입력과 열 손실의 균형이라는 최대치까지 온도 축적이 일어날 수 있다. 이때 이 물은 메인 온수 탱크의 급수로 사용되는 동시에 뜨거운 물은 시스템에서 빼내어진다. 매우 더운 날씨와 패널이 더운 기후에서 사용되는 경우를 제외하고, 이 물은 보통 따뜻한 정도이기 때문에 바로 고온 수로 사용할 수 없고, 메인 온수 탱크 내의 별도의 히터가 그 물을 사용 가능한 물로 가열해야 한다. 또한 광전지 패널에서의 물은 메인 탱크 내의 고온 수의 온도를 유지하는 데 일반적으로 사용할 수 없는 것은 분명하다. 이러한 재생 가능 에너지원의 예는 베넷(Bennett)의 미국 특허 제4089957호에서 볼 수 있다.

이러한 유형의 태양 에너지 활용은 그 자체로는 효율적일 수 있지만, 세계의 가구 전체에서 사용할 열 및 전기 에너지의 경제적인 공급에 대한 해결책을 제공하지 못한다.

따라서, 태양에서 방출되는 빛의 변환에서 열에너지와 전기 에너지를 제공할 수 있는 전력패널을 제공하는 것이 본 발명의 기술적 목적이다.

한 구체 예에서, 태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널이 제공된다. 태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원패널은 태양 복사 원을 향하는 투명 패널; 및 상기 태양 복사의 근원을 바라볼 때 상기 투명 패널의 반대 측면에 배치되어 전기를 생산하는 광전지(photovoltaic: PV) 패널을 포함한다. 광전지 패널은 태양 복사의 근원으로 향하는 제1면을 가진 PV 전지 접시부(tray); PV 전지 접시부의 제1면에 도포된 제1접착제 층; 및 개별 전지 열들로 직렬 배열되는 다수의 광전지를 포함한다. 광전지는 PV 전지 접시부에 제1접착제 층에 의하여 고정적으로 연결된다.

다른 양상에서 태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원패널은 일사(solar radiation)노출 상면, 저면 및 측벽들을 포함하는 합성 성형(molded) 함체를 포함한다. 발전용의 광전지(photovoltaic: PV) 패널이 PV 전지 접시부(tray)의 제 1면에 각각 고정연결된 복수의 태양광 전지를 가진다. PV 전지 접시부는 합성 성형 함체와 접하고 상기 상면 위에 간격을 두고 있는 위치에 있다. PV 전지 접시부는 상기 상면에 접하여 흐르는 액체와 접한 상기 제 1면에 대하여 반대방향을 향해 있는 제 2면을 가진다. 투명 패널은 상기 합성 성형 함체의 측벽들과 직접 접하고 상기 광전지 패널 위에 간격을 두고 있는 위치에 있어, 함체에 내포된 열에너지를 절연한다.

또 다른 양상에서, 태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널은 상기 태양 복사의 근원을 향하는 제1면과 외연을 형성하는 융기형 외벽을 가진 PV 전지(photovoltaic cell: 광전지) 접시부(tray)를 포함한다. 제1접착제 층은 외벽의 양측벽 부분들에 의해 경계 지어지는 PV 전지 접시부의 제 1면에 도포되고, 외벽의 마주하는 단부 벽들로부터 떨어져 있어 제 1면의 제1 및 제2비 피복부를 생성한다. 제1에너지 수집 스트립은 복수의 태양광 전지의 어레이의 제1단부에 배치된다. 제2에너지 수집 스트립은 상기 어레이 가운데 반대 측 제2단부에 배치된다. 제1 및 제2단자 스트립은 상기 제1접착제 층을 이용하여 PV 전지 접시부의 제 1면에 연결된다. 상기 복수의 태양광 전지의 어레이는 복수의 행들과 열들로 구성된다. 태양광 전지들은 제1접착제 층에 의해 PV 전지 접시부의 제 1면에 고정연결되고 상기 열들은 제1 및 제2에너지 수집 스트립 사이에 배치된다.

이들과 다른 목적은, 태양에 의해 만들어진 태양 에너지로부터의 열에너지 생 수단과 전기 에너지 생산 수단 모두를 포함하도록 설계되는 전원 패널을 포함하는 본 발명의 기술로부터 명백해질 것이다. 이 패널들은 용도에 따라 개별적으로 이용하거나 함께 연결하는 구성으로 보다 큰 순 에너지 생산을 할 수 있다. 개별 패널은 이미다른 분야에서 이용 중인 비용 효율적인 자동차 스타일의 제조 공정에 의해 제조되어, 소비자의 설치 후 에너지 비용을 상당히 낮출 수 있다. 발전 패널은 3 가지 구성으로 제조된다: 첫째, 광전지 및 열 패널(photovoltaic and thermal panel: PVT)로서, 패널 당 8%-40 와트의 전기 및 최대 500와트의 열에너지를 제공하는 구성; 둘째, 열 전용 전원 패널로서 550와트의 열에너지를 제공하는 구성; 및 마지막으로, 집중 광전지 열 패널(concentrated photovoltaic thermal panel: CPVT)로서, 패널 당 32%-240 와트의 전기 및 최대 300와트의 열에너지를 제공하는 구성이다.

새로운 적용 범위는 본 명세서에서 제공하는 설명에서 명백해질 것이다. 덧붙여 설명 및 구체적인 예는 예시만을 목적으로 한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아님을 이해해야한다.

본 발명은 일반적인 광전지 패널의 와트 비용(solar-per-watt cost)을 크게 절감하고 현재의 기존 실리콘 광전지 공급 부족 문제를 해소한다.

본 명세서에 기재된 도면은 예시 목적일 뿐이고 결코 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명 기술의 바람직한 실시예를 포함하는 2단 연결 전원 패널의 사시도이다.
도 1A는 하나 이상의 전원 패널을 연결하는 연결 요소의 부분 측단면도이다.
도 2는 본 기술 분야에서 알려진 종래 기술의 열교환기의 평판 수집기(collector plate)의 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명 교시에 의한 구성부의 전개도이다.
도 3A는 도 3의 함체의 상면을 나타내는 함체의 상면도이다.
도 3B는 도 3A의 부분 확대 평면도로서, 유체 유로 및 함체의 파티션과 선회 베인에 의해 정의된 배기 통로를 나타내는 도면이다.
도 3C는 직렬로 연결된 두 전원 패널의 단면도이다.
도 3D는 도 3C의 모서리 부분의 확대 단면도로서, 상부 커버, 광전지 패널 및 유체 흐름의 상대적인 위치를 나타내는 도면이다.
도 3E는 도 3C의 중앙부의 확대 단면도로서, 상부 덮개, 광전지 패널 퍽(puck) 및 유체 유동의 상대적인 위치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명 기술의 전원 패널의 함체 요소의 저면사시도이다.
도 4A는 대체 실시예의 전원 패널의 사시도로서, 광전지 패널이 함체 안에서 상단에 배치된 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명 기술의 실시예에 따라 구성되어 건축 구조물에 직렬로 구현된 다수의 전원 패널을 나타내는 투시도이다.
도 6은 본 발명의 광전지 패널 조립체의 우상면 사시도이다.
도 7은 도 6의 광전지 패널을 갖춘 전원 패널의 전개도이다.
도 8은 본 발명의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이다.
도 9는 도 8의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 접착제 층을 도포한 후 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 버스 바(bus bar)와 단자 스트립을 부가한 후 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 제2접착제 층을 도포한 후 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 제1태양광 전지 열(first column of solar cells)을 설치한 후 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 제2태양광 전지 열을 설치한 후 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 제3태양광 전지 열을 설치한 후 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14의 광전지 패널 접시부의 우상면 사시도이고, 제4태양광 전지 열을 설치한 후 나타낸 도면이다.
도 16은 도 15 원 부분(16)의 우상면 사시도이다.
도 17는 도 6의 광전지 패널 접시부의 우측 저면 사시도이다.
도 18은 본 발명의 정션 박스의 사시도이다.
도 19는 도 18의 정션 박스의 포팅 후의 사시도이다.

다음의 설명은 본질적으로 단순한 예시이며, 본 발명, 용도 또는 사용을 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다. 각 도면의 구성요소들과 특징에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들과 특징에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도면, 특히 도 1, 1A 및 도 3을 참조하면, 전원 패널(10)을 포함하는 본 기술의 일 실시예가 도시되어 있다. 전원 패널(10)은 태양 에너지 흡수부(20)을 갖는 대체로 직사각형의 발포 폴리프로필렌 함체(12)를 포함한다. 태양 에너지 흡수부(20)는 도 1의 화살표로 표시된 일련의 길이 방향 채널들을 포함한다. 이 채널은 유체가 인도되는(conduct) 통로가 되는 함체(12)의 상면에 배치된 평행 분할형 파티션(partition)들에 의해 형성된다. 그 유체는 예를 들어 증류수로서, 입구 포트(16)에 펌핑으로 주입되고 유입 트로프(trough)를 통해 진행하면서 길이 방향 채널을 따라 균등하게 분산된다. 유체는 흡수부(20)의 길이 방향의 채널들의 하류까지 가서 하단의 수직 유출 트로프에 모이고 거기서 출구 포트(14)로의 유출을 주도한다.

상술한 바와 같이, 전원 패널(10)은 독립형 장치로 설치할 수도 있고 다수를 직렬로 연결하여 도 1 및 도 5와 같이 예를 들어, 전력발생 패널 같은 대규모 에너지 생산수단으로 형성할 수 있다. 두 개 이상의 패널(10)을 링크하기 위해서 함체(12)를 몰딩(molding)하면서 입구 포트(16)와 출구 포트(14)가 인접한 패널들과 수평으로 정렬할 수 있도록 해준다. 도 1A와 같이, 저널 관로(18, journal conduit)은 인접하는 전원 패널들의 인접 입구 포트(16)와 출구 포트(14)를 연결하고, 여기서 밀봉 및 고정 수단(19)이 관로(18)와 각 함체의 입구 포트(16) 또는 출구 포트(14) 사이에 구현되어 확실하고 누설 없는 연결을 보장한다.

본 기술의 일 실시예에서, 전원 패널(10)은 태양 복사 흡수성 상면(20), 하면 및 측벽들을 포함한 합성 성형 함체(12)로 구성될 수 있다. 함체(12)의 흡수 상면(20)은 태양 복사의 흡수력을 높이도록 검은 칠로 암처리되어 함체(12)의 상면에서 순환하는 유체를 가열한다. 함체(12)는 최상부에 배치되는 투명 패널(22)도 포함한다. 전원 패널(10) 전체에서 정해진 길을 따라 유체의 유도가 이루어지도록 다수의 분할형 파티션(40)을 추가해서 유입 유체가 인도될 유로들을 구성하고 투명 패널(22)을 분할형 파티션(40) 상에 배치하여 마무리한다. 이렇게 하면 분할형 파티션(40)과 근접 접촉하고 상기 함체(12)에 들어있던 유체와도 근접 접촉하는 유체 경계가 형성된다.

전원 패널(10)은 도 1C 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 광전지 패널(23)을 포함하여 그 열에너지 포착 능력뿐만 아니라 발전 기능을 갖도록 제조될 수 있다. 광전지 패널(23)은 전원 패널(10)의 표면에 접촉하는 태양 복사에서 직접 전력을 생산할 수 있다. 광전지 패널(23)은 함체(12)에서 순환하는 유체와 근접 접촉하고 있는 유체 경계나 “덮개”를 형성한다. 광전지 패널(23)과 순환액 사이의 이러한 접촉은 함체(12)와 외부 환경 사이의 열 및 유체 밀봉을 제공하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 광전지 패널(23) 상에 배치된 태양광 전지들에 의해 생성된 입사 열을 포착하기도 한다.

본 명세서에 기재된 전원 패널(10)은 도 2에 나타낸 종래의 평판 열교환 수집기(30)보다 뛰어나다. 이러한 수집기(30)는 일반적으로 액체 유입구(35), 액체 배출구(33) 및 이 둘을 잇는 일련의 세로 유체 파이프(34)를 가진 함체(31)로 구성되어 있다. 세로 파이프(34)는 일반적으로 구리이며 구리 흡수판(36)에 부착되고, 흡수판(36)이 태양 에너지를 흡수하여 파이프(34) 내의 유체에 열을 전달한다. 일반적으로 유리로 되는 커버 시트(32)는 파이프(34)와 흡수판(36)을 보호하도록 구현된다. 흡수판(36)은 부호 38 위치에서 함체(31)와 절연되고 수집기(30)를 시공한 구조물과도 절연된다. 이러한 종래 수집기에 비해서, 본 발명의 전원 패널(10)은 유체의 유로들이 함체(12) 안에 몰딩된 상태로 전원 패널(10)을 시공한 구조물은 물론 함체(12)의 외부로부터 절연되기 때문에 디자인과 효율성에서 뛰어나다.

본 발명 기술의 일 실시예에서, 도 3, 도 3A 및 도 3B에 가장 잘 나타낸 것과 같이, 전원 패널(10)은 함체(12)의 흡수부(20)를 덮도록 설치된 복수의 태양광 전지로 구성된 전기적인 광전지 패널(23)을 갖는다. 광전지 패널(23)은 어떤 유형이라도 좋지만 그 치수가 함체(12)의 측면에 맞아야 하고 광전지 패널(23)과 접하여 흐르는 유체에 대하여 절연 밀봉을 형성해야 하는 요구 사항이 있다. 광전지 패널(23) 위에 배치된 태양광 전지의 수는 중요하지 않다. 일 실시예에서, 본 발명의 광전지 패널(23)로 사용하기에 적합한 광전지 패널에 이용할 시판 제품도 있는데, 예를 들면, 박막 광전지 패널: EPV-42로서, 에너지 포토볼테익스 사(Energy Photovoltaics, Inc. 미국 뉴저지 로빈스빌 소재) 제품이다. 전기에너지와 열에너지를 수집하도록 된 이 제품을 이용하면, 전기에너지는 광전지 패널(23)에 설치된 도관(24)을 통해 원격 전력 저장장치(도시 안 됨)로 전달되고, 열에너지의 수집은 함체(12)를 통해 그 밑으로 흐르는 유체의 채널들로부터 이루어진다. 광전지 패널(23)은 함체(12) 내의 유체 경로(54)를 통과하는 유체에 대한 상위 경계로 기능하고 유체의 흐름에 대한 절연체 역할을 한다. 투명한 강화유리 재질의 창유리(glazing)인 투명 패널(22)은 전원 패널 조립체를 덮어 장착되고 풍우밀(weather-tight) 밀봉재(21)에 의하여 함체(12)에 밀봉 결합되어 폐쇄 시스템을 제공할 뿐만 아니라 조립체를 더욱 절연하여 전원 패널(10)의 에너지 효율을 훨씬 높여준다.

도 3, 도 3A 및 도 3B를 참조하면, 함체(12)는 일사(solar radiation)에 노출된 상면을 보여주는 평면도로 나타나 있다. 함체(12)는 단일체 성형 재료로 제조할 수 있다. 일반적으로 함체(12)는 직사각형이다. 함체(12)의 몰딩 예를 들어, 압축 몰딩은 UV 조사에 강하고 물 등의 액체와 친화성이 있는 합성 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 함체(12)는 열가소성 폴리올레핀(polyolefin)으로 성형된다. 일 실시예에서, 열가소성 폴리올레핀(thermoplastic polyolefin: TPO)은 폴리프로필렌 화합물과 올레핀 계 고무를 포함하여 구성되는 하나 이상의 공지된 열가소성 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 함체(12) 의 압축 성형에 사용하기에 적합한 조성물로서 시판되는 제품도 있는데 예를 들어, 열가소성 폴리올레핀: SEQUEL E3000으로서 솔베이 엔지니어드 폴리머 사(Solvay Engineered Polymers, Inc. 미국 미시간 디트로이트 소재) 제품이다.

함체(12)의 상면(39) 역시 대체로 그 위로 배치된 분할형 파티션(40)을 다수 포함한다. 분할형 파티션들(40)은 상면(20) 상에 배치되어 도 3A 및 도 3B에서 점선 화살표로 나타내는 유체 경로(54)를 생성한다. 유체 경로들(54)은 유입 트로프(49)에서 발생하고 유출 트로프(50)에서 종료된다. 유체 경로(54)는 일반적으로 구불구불한 모양이지만, 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)의 배치에 의해 정의된 임의의 모양을 형성하도록 사용자 정의가 가능하다. 도 3A와 같이, 상면(39)은 다수의 분할형 파티션(40)과 다수의 선회 베인(42)을 각각 포함하는 두 개의 큰 영역으로 분할된다. 일 실시예에서 도 3A에 나타낸 대략 L자형의 분할형 파티션들(40)의 상호 간격은 1.0 cm와 약 10 cm 사이의 범위를 가질 수 있다. 상면(39)에 2개의 유체 경로(54)가 있는 것으로 나타나 있다. 그러나 소정의 방법으로 함체 전체에서 유체가 따라 흐르는 채널을 결정하도록 된 다양한 유체 경로(54)를 정의하는 분할형 파티션(40) 및 선회 베인(42) 구성을 변경하는 것을 생각할 수 있다. 일반적으로 유입 트로프(49)에서 유출 트로프(50)로의 유체 흐름은 중력에 의한 흐름에 더해서 일사 노출면의 표면 상 전원 패널(10)의 고저(pitch), 예를 들어 전원 패널(10)을 시공한 지붕의 지면에 대한 기울기에 따라 결정된다.

일 실시예에서는 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)이 구조화된 실란트(sealant)로 만들어진다. 구조화 실란트는 함체(12)에 광전지 패널(23)을 장착하기 전에 몰딩 함체(12)의 상면(39)에 도포된다. 일단 광전지 패널(23)이 함체(12)의 상면(39)에 장착되면, 광전지 패널(23)과 함체(12)의 상면 사이에 공간이 형성된다. 분할형 파티션(40) 및 선회 베인(42)은 함체(12)의 상면(39)에 배치되어 약 0.01 mm내지 약 10.0 mm의 높이를 가지며, 광전지 패널(23)과 함체(12)의 상면(39) 사이에 약 0.01 mm내지 약 10.0 mm, 더 좁혀서 약 0.1 mm내지 약 5.0 mm, 가장 좁게는 약 0.125 mm내지 약 3.0 mm의 내포 공간을 제공한다. 광전지 패널(23)과 함체(12)의 상면(39) 사이의 내포된 공간은 유체 경로를 제공하고 이 경로를 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)이 점선의 화살표와 같이 정의해준다. 광전지 패널(23)이 분할형 파티션(40)과 함체(12) 위에 배치되는 것이 광전지 패널(23)을 함체(12)에 접착하는 데 도움이 된다. 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)은 우레탄의 접착성과 기계적 특성을 가지면서 실리콘의 유연성과 자외선 저항성을 갖는 구조화된 실란트/접착제를 이용하여 제작될 수 있다. 구조화된 실란트는 단일 폴리머 또는 폴리머의 혼합물을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구조화된 실란트는 하나 이상의 실릴 변성 폴리머(silyl modified polymers)를 포함할 수 있다. 실릴 변성 폴리머는 물/실라놀 축합 촉매(water/silanol condensation catalyst)로 처리하여 가교 가능하다. 실릴 변성 폴리머에 포함되는 물질의 예로는, 불포화 실란 화합물을 더한 에틸렌, 프로필렌, 또는 1-부텐의 공중합체; 폴리에틸렌 또는 다른 적절한 중합체에 불포화 가수 분해성 실란 화합물을 이식하여 준비한 그래프트 중합체(graft polymer); 또는 에스테르 교환(transesterification)에 의해 도입된 가수분해성 그룹(hydrolysable group)을 갖는 중합체가 있다. 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)으로 사용하기에 편리한 실릴 변성 폴리머는 2006년 2월 16일 공개된 미국 특허 공개 제2006/0036008호, 출원 제11/140,230호에 설명되어 있다.

일 실시예에서, 함체(12)의 상면(39)에 배치된 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)으로 사용하기에 적합한 구조화된 실란트/접착제 조성물에 이용할 수 있는 시판 제품으로는, 예를 들어, 수분 경화된 실릴 변성 폴리머 구조화 실란트(moisture cured silyl modified polymer structured sealant): 940 FS로서 보스틱(Bostik, 미국 위스콘신 워와토사 소재) 제품이다. 도 3B는 특히 구조화된 실란트 또는 접착제로 제작한 분할형 파티션(40)과 선회 베인(42)으로 구성한 유체 경로(54)를 보여준다. 도 3B와 같은 분할형 파티션(40) 및 선회 베인(42)은 점선 화살표로 나타낸 유체 통로(54)를 정의할 뿐만 아니라 실선 화살표(56)로 나타낸 것과 같이 함체(12) 내부 공기가 배기 통로를 통해 외부로 빠져나가게 해주는 그러한 공기 통로를 제공하기도 한다. 따라서, 함체(12)는 자체 내 공기의 배기 흐름도 제공한다. 일 실시예에서 함체(12)를 통해 순환하는 물의 양은 약 0.38 리터/분(0.1 갤런/분)내지 약 7.57 리터/분(2.0 갤런/분)의 범위에 있다. 동작 시, 순환 액, 예를 들어 물의 온도는 약 20 ℃내지 70 ℃의 범위로 할 수 있다.

도 3B에 잘 나타낸 것과 같이, 브리지(46)는 함체(12)의 상면(39)에 설치되어 있다. 브리지(46)는 분할형 격벽(40)과 친화성 있고 함체(12) 상면(39)에 구현될 수 있는 어떤 재료로도 제조할 수 있다. 일 실시예에서, 브리지(46)는 열가소성 폴리올레핀으로 제조할 수 있다. 브리지(46)는 함체(12)의 배기 시스템을 전원 패널(10)에 장착된 저장소(reservoir, 도시 안 됨)에 연결한다. 브리지(46)는 함체(12) 내에 존재하는 공기를 실선 화살표(56)로 나타낸 공기 유로에 따라 방출하도록 구성되어 공기가 함체(12) 밖으로 나와 저장소(도시 안 됨)에 유입하도록 한다. 브리지(46)는, 함체(12)에 적절하게 접착되고 (분할형 파티션(40)을 이용하여) 광전지 패널(23)에 밀봉 결합하였을 때, 전력 보드(10)가 일정 각도로 배치된 경우 스노클(snorkel) 역할을 한다. 브리지(46)는 물을 배기 시스템에 들어오지 못하게 차단하면서 배기 공기를 유입 트로프(49)의 수위보다 높은 지점까지 흘릴 수 있다. 유체와 공기의 밀도 차 때문에, 전원 패널(10)이 물로 채워지면서, 공기는 이러한 각부를 통해서 밀려 탈출해 '상승'하고 브리지(46)를 건너 트로프(49) 내 공기 체적에 해당하는 공간으로 유입된다. 도 3D 및 도 3E는 전원 패널(10)의 일반적인 상부 표면층들을 나타낸다. 도 3D, 3E에 나타낸 것과 같이, 파티션(40)과 선회 베인(42)은 광전지 패널(23)과 함께 유체를 통과시키기 위한 채널 또는 유체 경로(54)를 위한 벽을 정의한다. 본 발명의 함체는 바람직하게 함체(12)의 제1단부에서 함체(12)의 제2단부까지 이어지는 유체 경로(54)를 통해 유체의 흐름을 제공한다. 유체 경로(54)를 통한 유체의 통과는 태양 광선에 따르는 열의 수집을 가능하게 한다. 또한, 유체 경로(54)에서 유체와 접촉하고 있는 광전지 패널(23)로부터의 발열은 유체에 의하여 수집되고 광전지 패널(23)의 효율 향상을 제공한다. 또한, 도 3B, 3D 및 3E에 나타낸 것과 같이, 파티션(40)은 공기의 배출과 그에 따른 전원 패널(10)의 평형 유지를 위한 공기 통로를 제공한다. 배기 되는 공기의 흐름이 실선 화살표(56)로 나타나 있다. 따라서 파티션(40)과 선회 베인(42)의 배치 및 위치가 유체 경로(54) 및 (56)을 정의하여 함체(12) 내의 열 수집과 공기 흐름의 효율을 향상시킨다. 배출할 공기는 결국 패널(10)을 통해서 이동하고 브리지(46)를 통해서 빠져나간다.

일 실시예에서는 분할형 파티션들(40)이 도 3A와 다르게 선형이며 수평의 줄(row)을 따라 배열되고 유체 유로가 유입 트로프(49)와 유출 트로프(50)에 수직인 배향이 될 수 있다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 이 대안적 실시예는 다수의 평행한 분할형 파티션(40)을 포함한다. 함체의 밀봉은 광전지 패널(23)을 상단에 배치하면서 분할 파티션(40)과 접촉 상태로 만드는 것으로 이루어진다. 그런 다음 광전지 패널(23)을 투명 패널(22)로 덮어 광전지 패널(23)의 일사 노출면 상에 배치된 태양광 전지들을 보호한다.

함체(12)는 매우 좋은 화학적 저항성 및 내후성(weather-resistance)을 가지고 있으며, 단독 설치 또는 연속하여 다수를 설치하고 기설정 경사 파라미터 범위에 유지하면 유체가 전원 패널(10)을 통해 효율적으로 흐르도록 할 수 있다. 도 4와 같이, 다수의 융기 플랫폼(13)이 함체(12) 저면에 일체 성형되어, 시공할 때 간단한 나사못(lag screw)을 이용하여 전원 패널(10)을 원하는 일사 노출면에(예를 들어, 주거 또는 상업 건물의 지붕, 태양 복사를 향하게 보드를 부착한 가설 기둥 같은 데) 장착할 수 있도록 한다. 본 명세서에 기재된 전원 패널(10)을 이용하여 온수와 태양 유래의 전기 에너지를 발생하도록 동작 가능한 발전 기능의 패널 어레이를 제작할 수 있다. 전원 패널(10)의 설치는 도 5와 같이 1 곱하기 X 만큼 연속한 임의의 개수로, 임의의 구조물(11)의 일사 노출면에 따른 소정 면적에 맞게 가능하다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 전원 패널용 광전지(PV) 패널(58)은 실시예에 따라서는 양극 산화 피막을 갖는 알루미늄 재료로 만들어진 PV 전지 접시부(tray)(60)를 포함한다. 다수의 광전지(62)는 PV 전지 접시부(60)에 고정연결되고, 전지마다 보유하는 다수의 버스 바(bus bar, 64)는 인접 광전지(62)에 직렬로 상호 연결된다. 다수의 광전지(62)는 다수의 전지 행(row)(66)과 다수의 전지 열(column, 68) 형태로 배치되어있다. 일 실시예에 의하면, 각 광전지 패널(58)은 4 개의 열로 배치된 28 개의 광전지(62)를 포함한다.

도 7을 참조하면, 조립된 광전지 패널들(58)은 전술한 것과 같은 함체(12)의 상면에 설치된다. 다음으로 투명 패널(22)이 광전지 패널(58) 위에 배치되고 유지한다. 투명 패널(22)과 광전지 패널(58) 설치로 전원 패널(10)의 조립이 완료된다.

도 8을 참조하면, 개별 PV 전지 접시부들 각각은 실질적으로 평면인 상측 제1면(70)과 그 반대쪽을 향하는 하측 제2면(72)을 포함한다. 상측 제1면(70)에 대해 융기된 돌출 외벽(74)은 PV 전지 접시부(60)의 외연 벽을 정의한다. 돌출 외벽(74)은 제1면(70)과 제2면(72) 재료의 일체 연장부일 수 있으며, 일 실시예에 따라 상측 제1면(70)에 수직으로 배향된다. 일 실시예에 따르면 적어도 제2면(72)에 융기 표면과 공동(cavity)의 패턴을 형성하는 다수 딤플(76)이 있어서 하측 제2면(72)과 접촉하고 있는 유체의 난류 생성을 돕는다. 따라서 딤플(76)은 PV 전지 접시부(60)를 통해 전달되는 열에너지 증가를 촉진한다.

또한 PV 전지 접시부(60)에서 제1단부(78)는 상측 제1면(70) 재질로 만들어지고 상향 연장하는 제1융기 결절(nodule, 80) 다수를 그 인접 위치에 가지고 있다. 전력 전송 배선구멍들(82)도 접시부 제1단부(72) 가까이에 마련되어 광전지(62)의 에너지를 수집하는 전원 리드(lead)가 제1면(70)에서 제2면(72) 쪽으로 배선될 수 있게 해준다. 접시부 제2단부(84)에도 제1융기 결절(80)과 유사한 제2융기 결절(86)이 상측 제1면(70)에서 상향 연장하고 제2단부(84) 가까이에 마련되어 있다. 제1 및 제2융기 결절(80, 86)의 각각은, 도 10을 참조로 자세히 설명할 목적에 따라 소정의 위치들에 배치된다. 또한 제1 및 제2융기 결절(80, 86)의 각각은 치수적으로 제어되고, PV 전지 접시부(60)의 제조 시 예를 들어 하측 제2면(72)에 작용하는 스탬핑 가공으로 제1면(70)으로부터 재료를 밀어내는 방법으로 제공이 가능하다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 광전지 패널을 생성하는 제1조립 공정에서, 제1접착제 층(88)은 예를 들어 PV 전지 접시부(60)의 제1면(70) 위에 분무 또는 압연 작업으로 피복된다. 제1접착제 층(88)은 상측 제1면(70)의 실질적으로 전체에 피복되지만 직사각형이고 접시부 제1단부(78)와 제2단부(84)에 위치한 제1 및 제2비 피복부(90,92)는 제외된다. 제1접착제 층(88)은 제1 및 제2융기 결절(80, 86) 각각을 덮는다. 일 실시예에 따르면, 제1접착제 층(88)으로 사용할 수 있는 재료는 다우 코닝® 셀 인캡슐런트(Cell Encapsulant) PV-6010으로서, 유동성 액체로 도포되는 두 부분으로 구성된 실리콘 봉지재이다. 다른 종류의 제1접착제 층(88)용 접착제 재료도 태양광 전지 접착에 적합성을 가지고 실질적으로 투명하면 이용할 수 있다.

도 10과 다시 도 8을 참조하면, 제1접착제 층(88)의 재료가 경화할 시간을 준 후에, 예를 들어 알루미늄 재의 제1에너지 수집 스트립(94)을 알루미늄 산화 감소용 양극 산화 피막을 한 채로 제1접착제 층(88) 위에 부착한다. 제1에너지 수집 스트립(94)을 관통하는 다수의 정렬 구멍(96)의 하나하나는 제1융기 결절들(80)의 하나하나를 동축으로 정렬된 위치에서 수용한다. 제1융기 결절(80)이 정렬 구멍(96)에 수용되게 하면 제1에너지 수집 스트립(94)은 PV 전지 접시부(60) 상 소정의 위치에서 제1미 도포부(90)에 근접하지만 거기까지 도달하지 않는 자리에 있게 된다. 제1에너지 수집 스트립(94)을 부착하기 전이나 후에 다수의 리본 연결 영역(98)이 제1에너지 수집 스트립(94) 외향면에 생성된다. 리본 연결 영역(98)을 생성하는 방법은 예를 들어 국소적으로 스폿페이싱 가공(spot-face operation)하여 에너지 수집 스트립(94)의 표면에서 양극 도포재를 제거하여 광전지의 후속 전기 연결에 적합한 위치들에서 미 피복 알루미늄 재료를 남기는 것이다.

제1에너지 수집 스트립(94)의 부착 후 또는 도중에, 제1 및 제2의 버스 플레이트(100, 102)가 접촉 상태 또는 근접 상태로 제1접착제 층(88) 위에 부착하는데, 제1에너지 수집 스트립(94)에는 근접하지만 직접 닿지 않게 한다. 제1에너지 수집 스트립(94)과 유사하게 제1 및 제2의 버스 플레이트(100, 102)의 각각에는 일 실시예에 따르면 적어도 하나씩의 정렬 구멍(96')이 형성되어 다수를 이루고 그 하나하나에도 제1융기 결절들(80)의 하나하나가 수용되어 제1 및 제2의 버스 플레이트(100, 102)를 PV 전지 접시부(60) 상 소정의 위치에 정렬한다.

PV 전지 접시부 제2단부(84)에서, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)의 각각은 제1접착제 층(88)에 부착된다. 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위해 그 두 스트립 기단부(proximate ends) 사이에 간극(108)을 유지한다. 제1에너지 수집 스트립(94)과 마찬가지로, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)의 각각에 하나 이상씩의 정렬 구멍(96＂)을 도 8에서 설명한 제2융기 결절들(86)의 하나하나와 동축으로 정렬되게 포함하고 비슷한 용도로 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)의 각각을 PV 전지 접시부(60) 상 소정의 위치에 정렬시키는 목적을 달성한다. 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)의 각각은 PV 전지 접시부(60)의 미 도포부(92)의 외부에 배치된다. 일 실시예에 의하면, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)은 길이 방향으로 서로 정렬되어 있으며, 둘 다 제1에너지 수집 스트립(94)에 평행하게 배향하게 한다. 또한 일 실시예에서 제1, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(94,104,106)은 산화를 최소화하도록 하드 코트 양극 재료(hard coat anodized material)를 피복한 3003 H14 알루미늄 등의 도전성 금속으로 만들어진다. 제1에너지 수집 스트립(94)과 마찬가지로, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106) 각각에도 일 실시예에 따르면 리본 연결 영역(98')을 적어도 하나씩 다수 포함하고, 그 영역들에서 양극 도포재를 제거하여 노출 알루미늄 표면을 남겨서 후속 단계에서 광전지를 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106) 각각에 전기적 연결을 할 수 있도록 한다.

도 11을 참조하면, 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106)의 부착에 이어서, 제2접착제 층(110)이 제2 및 제3에너지 수집 스트립(104, 106) 위에 부착된다. 제2접착제 층(110) 의 재료는 제1접착제 층(88)의 재료와 같을 수 있다. 제2접착제 층(110)은 제1 및 제2버스 플레이트(100,102) 각각의 제1 및 제2버스 플레이트 비 피복부(uncoated portion)(112, 114)에서 생략되어 있다. 제1 및 제2버스 플레이트 비 피복부(112, 114)는 광전지의 개별적 전기 연결을 가능하게 하도록 마련된다.

도 12를 참조하면, 일 실시예에서 광전지(62)는 독일 보쉬 태양 에너지 AG(Bosch Solar Energy AG, 독일 에르푸르트 소재)에서 제공하는 보쉬 솔라 셀 M 3BB, C3 1220일 수 있다. 광전지들(62)은 직렬로 인접한 전지에 전기적으로 연결되어 제1전지 열(68a)을 생성한다. 제1전지 열(68a)의 개별 광전지들(62)의 도시된 것과 같은 정렬 방식에 따라 전기 연결 탭 또는 유연성 리본들이 광전지(62a)의 전지 열(68a)의 정해진 양극단 자리에서 제2버스 플레이트(102) 가운데 제2버스 플레이트 비 피복부(114)에 전기적으로 연결된다. 전지 열(68a)의 반대쪽 음극 단을 정의하는 광전지(62b)의 전기 연결 탭 또는 유연성 리본들은 제2에너지 수집 스트립(104)에 전기적으로 연결된다.

도 13을 참조하면, 제2전지 열(68b)은 제1전지 열(68a)처럼 PV 전지 접시부(60)에서 떨어져 생성된다. 광전지(62'c)는 제1버스 플레이트(100)의 제1버스 플레이트 비 피복부(112)에 전기적으로 연결된다. 다음으로 광전지(62'd)는 제3에너지 수집 스트립(106)에 전기적으로 연결된다. 제2전지 열(68b)의 광전지들의 전기적인 방향은 제1전지 열(68a)과는 반대로 되어 제2전지 열(68b)의 전지 음극단 접속부들은 제1버스 플레이트 비 피복부(112)에 연결되고 광전지(62'd)의 전지 양극단 접속부들은 제3에너지 수집 스트립(106)에 연결된다.

도 14를 참조하면, 광전지들(62＂)의 제3전지 열(68c)은 제2전지 열(68b)의 외측에 위치하고 양극과 음극 단자가 제2전지 열(68b)의 광전지들과는 반전된 상태로 된다. 제3전지 열(68c)의 광전지(62＂e)는 제1에너지 수집 스트립(94)에 연결된다. 제3전지 열(68c)의 광전지(62＂f)는 제3에너지 수집 스트립(106)에 전기적으로 연결된다.

도 15를 참조하면, 광전지 패널(58)의 광전지(62) 설치를 완료하기 위해, 제4전지 열(68d)은 제1전지 열(68a)과 반대로 그 광전지 양극과 음극 방향을 배향 설치한다. 광전지(62＂'g)는 제1에너지 수집 스트립(94)에 전기적으로 연결된다. 제4전지 열(68d)의 광전지(62＂'h)는 제2에너지 수집 스트립(104)에 전기적으로 연결된다.

도 16을 참조하면, 광전지들을 연결하는 데 사용되는 예시적인 전기적 접속부에 제1, 제2 및 제3유연성 리본(116,118,120)이 사용례를 포함하는데, 이 리본들은 개별적으로 제3전지 열(68c)의 광전지(62＂f)의 버스 바(64a, 64b 및 64c)에 연결된다. 제1유연성 리본(116)은 제3에너지 수집 스트립(106)의 리본 연결영역(98')에 스폿 용접, 접촉 용접 또는 유사한 접합 공정을 이용하여 연결된다. 마찬가지로 버스 바(64b)로부터 연장하는 제2유연성 리본(118)은 리본 연결영역(98＂)에 연결되고, 제3유연성 리본(120)은 리본 연결영역(98＂')에 전기적으로 연결된다. 또한 이 도면에서 제2융기형 결절들(86) 중 하나가 제3에너지 수집 스트립(106)의 구멍(96')과 동축으로 정렬하여 수용된 것이 잘 나타나 있다. 일 실시예에 의하면, 융기 외벽부(74b) 및 융기 외벽부(74c)와 같은 융기형 외벽(74)의 개별 외연 벽부들은 벽 연결부(122)를 이용하여 접합될 수 있다. 벽 연결부(122)는 융기형 외벽부(74b)와 (74c) 중 하나의 연장부일 수 있고 그들 중 인접한 것에 용접될 수 있다. 융기형 외벽(74)은 여러 가지 이유로 제공되고 있다. 여러 가지 이유 가운데 하나만 제시하면, PV 전지 접시부(60)의 제1상면(70)에 사실상 수직으로 배향되는 융기형 외벽(74)이면 강성이 커진다는 점이 있다. 융기형 외벽(74)은 제1접착제 층(88)을 도포하는 동안 제1접착제 층(88)의 넘침(overflow)을 방지하는 경계도 제공한다.

도 17과 다시 도 6 및 8을 참조하면, PV 전지 접시부(60)의 상측 제1면(70)으로 광전지(62)의 설치를 완료한 후, 제1 및 제2의 버스 플레이트(100, 102)와 제1에너지 수집 스트립(94)중 다양한 것들에 연결된 리드선들이 배선구멍(82)을 통해 하측 제2면(72)에 설치된 정션 박스 조립체(124)로 배선된다. 각종 리드 선이 정션 박스(126)에서 모이고 제1 및 제2전원선(128, 130)은 정션 박스(126)에서 바깥쪽으로 뻗어 하나 이상의 광전지 패널(58)로부터 전력을 수집하는 분전반(도시 안 됨)으로 배선된다.

도 18을 참조하면, 정션 박스(126)는 정션 박스 본체(132)를 포함하고, 여기에 형성된 공동(136) 안에 다수의 연결선(134)이 배선되어 있다. 제1 및 제2전원선(128, 130)에서 피복을 박리하고 공동(136) 내에서 전기적으로 연결한다.

도 19를 참조하면, 정션 박스 조립체(124)를 완성하기 위해, 정션 박스 덮개(138)를 정션 박스 본체(132)에 부착한다. 충전 개구부(140)는 정션 박스 본체(132)의 공동 안에 포팅(potting) 재료(도시 안 됨)를 주입하도록 정션 박스 덮개(138)에 마련된다. 배기구(142)도 정션 박스 덮개(138)에 마련하여 포팅 재료 충전 작업 중에 공기가 배출될 수 있게 한다.

10: 전원 패널 11: 구조물
12: 함체 14: 출구 포트
16: 입구 포트 18: 연결 요소
20: 상면 21: 밀봉재
22: 투명 패널 23: 광전지 패널
24: 도관 30: 열교환 수집기
39: 상면 40: 분할형 파티션
42: 선회 베인(turning vein) 46: 브리지
49: 유입 트로프 50: 유출 트로프
54: 유체 경로 58: 광전지 패널
60: PV전지 접시부 62: 광전지
64: 버스 바 66: 전지 행(row)
68: 전지 열 68a: 제1전지 열
68b: 제2전지 열 68c: 제3전지 열
68d: 제 4 전지 열 70: 제1면
72: 제2면 74: 융기형 외벽
76: 딤플 78: 제1단부
80: 제1융기 결절 82: 배선 구멍
84: 제2단부 86: 제2융기 결절
88: 제1접착제 층 90: 제1비 피복부
92: 제2비 피복부 94: 제1에너지 수집 스트립
96, 96', 96": 정렬 구멍 98,98',98"' : 리본 연결영역
100, 102: 제1, 제2버스 플레이트
104: 제2에너지 수집 스트립 106: 제3에너지 수집 스트립
108: 간극 110: 제2접착제 층
112: 제1버스 플레이트 비 피복부
114: 제2버스 플레이트 비 피복부
116: 제1유연성 리본 118: 제2유연성 리본
120: 제3유연성 리본 122: 벽 연결부
124: 정션 박스 조립체 126: 정션 박스
128: 제1전원선 130: 제2전원선
132: 정션 박스 본체 134: 연결선
136: 공동 138: 박스 덮개
140: 충전 개구부 142: 배기구
관련 출원(CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS)
본 특허출원은 2007년 10월 4일 미국에 출원한 특허 가출원번호 제60/977,407호를 우선권으로 주장하여 2008년 10월 3일 국제출원한 특허출원번호 PCT/US2008/078822호를 우선권으로 주장하여 국내단계로서 2010년 4월 5일 미국에 진입한 특허출원번호 제12/681,749호의 부분연속출원으로서 2011년 5월 31일 미국에 출원한 특허출원번호 제13/149,153호에 대해 우선권을 주장한다. 상기 출원 각각의 모든 내용은 참고문헌으로 본 특허출원에 병합된다.

Claims

태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널에 있어서,
상기 태양 복사의 근원을 향하는 투명 패널; 및
상기 태양 복사의 근원을 바라볼 때 상기 투명 패널의 반대 측면에 배치되어전기를 생성하는 PV 전지(photovoltaic cell: 광전지) 패널을 포함하되, 상기 PV 전지 패널은,
상기 태양 복사의 근원으로 향하는 제1면을 가진 PV 전지 접시부(tray);
상기 PV 전지 접시부의 상기 제1면에 도포된 제1접착제 층; 및
개별 전지 열들로 직렬 배열되고 상기 PV 전지 접시부의 상기 제1면에 상기 제1접착제 층에 의하여 고정연결되는 다수의 태양광 전지를 포함하며
상기 PV 전지 접시부의 제1단부에 인접하여 연결된 제1에너지 수집 스트립; 및
상기 PV 전지 접시부의 제2단부에 인접하여 위치된 제2 및 제3 에너지 수집 스트립을 더 포함하고,
상기 에너지 수집 스트립들의 각각이 상기 전지 열들의 바깥에 위치하고 상기 제1접착제 층에 의하여 상기 PV 전지 접시부에 고정 연결되며
상기 제2 및 제3에너지 수집 스트립은 길이 방향으로 서로 정렬되어 있으며, 상기 제1에너지 수집 스트립에 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
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제1항에 있어서,
상기 제1접착제 층에 직접 부착되는 제1 및 제2 버스 플레이트를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 버스 플레이트에 도포된 제2접착제 층을 이용하여 상기 제1 또는 제2버스 플레이트에 일대일로 고정된 태양광 전지들을 가진 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제3항에 있어서,
상기 개별 전지 열들은 양극 접속단자와 음극 접속단자를 각각 가진 제 1, 제2, 제3 및 제4전지 열을 포함하고,
상기 제1전지 열의 상기 양극 접속단자는 상기 제2버스 플레이트에 연결되고 상기 제1전지 열의 상기 음극 접속단자는 상기 제2에너지 수집 스트립에 연결되고,
상기 제2전지 열의 상기 음극 접속단자는 상기 제1버스 플레이트에 연결되고 상기 제2전지 열의 상기 양극 접속단자는 상기 제3에너지 수집 스트립에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 4 항에 있어서,
상기 제3전지 열의 상기 양극 접속단자는 상기 제1에너지 수집 스트립에 연결되고 상기 제3전지 열의 상기 음극 접속단자는 상기 제3에너지 수집 스트립에 연결되고,
상기 제4전지 열의 상기 음극 접속단자는 상기 제1에너지 수집 스트립에 연결되고 상기 제4전지 열의 상기 양극 접속단자는 상기 제2에너지 수집 스트립에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제3항에 있어서,
상기 제2접착제 층은 상기 제1 및 제2버스 플레이트에 도포되되, 제1버스 플레이트 비 피복부와 제2버스 플레이트 비 피복부를 제외하고 도포되며 상기 제1 및 제2버스 플레이트 비 피복부는 상기 제1에너지 수집 스트립에 인접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제3항에 있어서,
상기 PV 전지 접시부의 상기 제1단부에 인접하여 배치된 상기 제1면으로부터 멀어지는 방향으로 연장된 제1 결절들(nodules), 및
상기 제1에너지 수집 스트립과 상기 제1 및 제2버스 바의 각각에 생성된 복수의 정렬 구멍들을 더 포함하고,
상기 제1결절들이 상기 정렬 구멍들에 일대일로 수용되어 상기 제1에너지 수집 스트립과 상기 제1 및 제2버스 바의 위치를 고정하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제3항에 있어서,
상기 PV 전지 접시부의 상기 제2단부에 인접하여 배치된 상기 제1면으로부터 멀어지는 방향으로 뻗어 있는 제2결절들, 및
상기 제2 및 제3에너지 수집 스트립의 각각에 생성된 복수의 정렬 구멍들을 더 포함하고,
상기 제2결절들이 상기 정렬 구멍들에 일대일로 수용되어 상기 제2 및 제3에너지 수집 스트립의 위치를 고정하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제1항에 있어서,
상기 PV 전지 접시부가 상기 제1면에 대하여 반대방향을 향하는 제2면을 포함하고,
상기 태양 복사의 열 부분이 상기 PV 전지 접시부의 제2면과 직접 접촉하는 유체로 전달되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널에 있어서,
일사(solar radiation)노출 상면, 저면 및 측벽들을 포함하는 합성 성형(molded) 함체;
금속재 PV 전지 접시부(tray)의 제1면에 각각 고정연결된 복수의 태양광 전지를 가진 발전용의 PV 전지(photovoltaic cell: 광전지) 패널로서, 상기 PV 전지 접시부는 합성 성형 함체와 접하고 상기 상면 위에 간격을 두고 있는 위치에 있고, 상기 PV 전지 접시부는 상기 상면에 접하여 흐르는 유체와 접한 상기 제1면에 대하여 반대방향을 향해 있는 제2면을 가진 광전지 패널; 및
상기 합성 성형 함체의 측벽들과 직접 접하고 상기 광전지 패널 위에 간격을 두고 있는 위치에 있어 상기 함체에 내포된 열에너지를 절연하는 작용을 하는 투명 패널을 포함하며,
상기 PV 전지 접시부의 제1단부에 인접하여 연결된 제1에너지 수집 스트립;, 및
상기 PV 전지 접시부의 제2단부에 인접하여 위치된 제2 및 제3 에너지 수집 스트립을 더 포함하고,
상기 에너지 수집 스트립들의 각각이 상기 전지 열들의 바깥에 위치하고 제1접착제 층에 의하여 상기 PV 전지 접시부에 고정 연결되며
상기 제2 및 제3에너지 수집 스트립은 길이 방향으로 서로 정렬되어 있으며, 상기 제1에너지 수집 스트립에 평행하게 배향되는 것는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 10 항에 있어서,
상기 태양광 전지들이 복수의 행들과 열들을 가진 어레이로 구성된 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 11 항에 있어서,
상기 제1에너지 수집 스트립은 어레이의 제1단부에 위치하며,
상기 제2에너지 수집 스트립은 상기 어레이 가운데 반대측 제2단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 12 항에 있어서,
상기 제1접착체층은 상기 PV 전지 접시부의 상기 제1면에 도포 되어 상기 태양광 전지들을 상기 PV 전지 접시부의 제1면에 정착시키는 제1접착제 층인 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 13 항에 있어서,
상기 복수의 태양광 전지에 직접 도포 되는 제2접착제 층을 더 포함하고 상기 제1 및 제2에너지 수집 스트립은 도포 되지 않는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 10 항에 있어서,
적어도 상기 제2면은 상기 유체의 난류발달을 돕는 일정 패턴의 융기표면들을 형성하는 다수의 딤플을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 10 항에 있어서,
상기 태양광 전지들이 복수의 버스 바를 가지며 상기 버스 바들 각각에는 유연성 리본이 뻗어나와 있어서 상기 태양광 전지들 중 가까운 것들과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
태양 복사로부터 열 및 전기 에너지를 발생시키기 위한 전원 패널에 있어서,
상기 태양 복사의 근원을 향하는 제1면과 외연을 형성하는 융기형 외벽을 가진 PV 전지(photovoltaic cell: 광전지) 접시부(tray);
상기 외벽의 양측벽 부분들에 의해 경계 지어지는 상기 PV 전지 접시부의 상기 제 1면에 도포되고, 상기 외벽의 마주하는 단부 벽들로부터 떨어져 있어 상기 제 1면의 제1 및 제2비 피복부를 생성하는 제1접착제 층;
복수의 행들과 열들로 구성되는 복수의 태양광 전지의 어레이의 제1단부에 배치된 제1에너지 수집 스트립과 상기 어레이 가운데 반대 측 제2단부에 배치된 제2에너지 수집 스트립; 및
상기 제1접착제 층을 이용하여 상기 PV 전지 접시부의 제 1면에 연결된 제1 및 제2단자 스트립;을 포함하며,
상기 태양광 전지들은 상기 제1접착제 층에 의해 상기 PV 전지 접시부의 제 1면에 고정연결되고 상기 열들은 상기 제1 및 제2에너지 수집 스트립 사이에 배치되는 복수의 태양광 전지로 이루어지고
상기 제2에너지 수집 스트립은 길이 방향으로 연장되며, 상기 제1에너지 수집 스트립에 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 17 항에 있어서,
일사(solar radiation)노출 상면, 저면 및 측벽들을 포함하는 합성 성형(molded) 함체를 더 포함하고 상기 PV 전지 접시부는 상기 성형 함체의 상면에 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 18 항에 있어서,
상기 함체는 적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트를 포함하고, 상기 입구 포트와 출구 포트는 상기 함체의 안팎으로 상기 PV 전지 접시부의 상면과 제 2면 사이를 지나는 유체의 유입구 및 유출구를 제공하고 상기 유체는 상기 제 2면과 접하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 18 항에 있어서,
적어도 상기 PV 전지 접시부의 제2면은 열에너지를 상기 PV 전지 접시부로부터 상기 유체로 전달하는 작용을 하는 다수의 딤플을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 17 항에 있어서,
상기 태양광 전지들의 각각은 복수의 버스 바를 가지며 상기 버스 바들 각각에는 유연성과 전기전도성을 가진 리본이 자유롭게 뻗어나와 있는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 21 항에 있어서,
상기 제1 및 제2에너지 수집 스트립 각각에, 상기 제1 및 제2에너지 수집 스트립의 피복재료를 국부적으로 제거하여 리본 연결영역들이 생성되어, 상기 전기전도성 리본의 각각의 리본과 연결되는 복수의 장소를 제공하는 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 17 항에 있어서,
상기 태양 복사의 근원으로 향하는 투명 패널을 더 포함하고, 상기 PV 전지 접시부가 상기 투명 패널 가운데 상기 태양 복사의 근원의 반대 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 전원 패널.
제 17 항에 있어서,
상기 제1접착제 층에 직접 부착되는 제1 및 제2버스 플레이트를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2버스 플레이트 모두에 도포된 제2접착제 층을 이용하여 상기 제1 또는 제2버스 플레이트에 일대일 고정된 태양광 전지들을 가진 것을
것을 특징으로 하는 전원 패널.