KR101767502B1

KR101767502B1 - 태양광 발전 장치

Info

Publication number: KR101767502B1
Application number: KR1020110094756A
Authority: KR
Inventors: 강주완; 윤주환; 박희천
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2017-08-23
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: KR20130031067A

Abstract

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양광 발전 장치는 태양전지 모듈, 상기 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 프레임, 상기 프레임을 지지하는 가대, 상기 프레임과 상기 가대를 연결하는 고정부재, 상기 프레임은 암형결합부 및 상기 암형결합부와 대향하며, 상기 암형결합부보다 낮은 높이에 형성된 고정부를 포함하고, 상기 고정부재는 상기 고정부와 상기 가대의 상면에 접할 수 있다. 이에 의해, 태양전지 모듈 상에 형성되는 그림자를 방지하여 발전효율을 증가시키고, 핫 스팟 현상을 방지할 수 있다.

Description

태양광 발전 장치{Apparatus for photavoltaic power generation}

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 태양전지 모듈보다 낮게 위치하는 고정부재를 포함하여 그림자 생성을 방지하고, 프레임의 길이방향으로 연장되는 고정부재를 포함하여 지붕의 대체재로 사용 가능하며, 외관의 심미성 및 방수성을 증가시킨 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.

이러한 태양전지를 이용하기 위해서는 복수의 태양전지 모듈을 배치시킨 태양광 발전 장치를 구성해야 한다. 태양광 발전 장치는 태양전지 모듈에 그림자가 형성되면, 발전효율이 감소하며 전류 불균형으로 핫 스팟(Hot spot)현상이 일어날 수 있고, 태양광 에너지를 이용해야 하는 특성상 외부에 설치되게 되어 눈이나 비 또는 외부 이물질에 의해 영향을 받을 수 있다.

본 발명의 목적은, 프레임과 가대를 연결하는 고정부재를 태양전지 모듈보다 낮은 높이에 배치하여 태양전지 모듈 상에 형성되는 그림자를 방지하고, 태양전지 모듈 사이를 커버하는 고정부재를 포함하여 외관의 심미성, 방수성, 내부식성 및 내구성이 향상된 태양광 발전장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 모듈, 상기 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 프레임, 상기 프레임을 지지하는 가대, 상기 프레임과 상기 가대를 연결하는 고정부재, 상기 프레임은 암형결합부 및 상기 암형결합부와 대향하며, 상기 암형결합부보다 낮은 높이에 형성된 고정부를 포함하고, 상기 고정부재는 상기 고정부와 상기 가대의 상면에 접할 수 있다.

또한, 제1 태양전지 모듈, 제2 태양전지 모듈, 상기 제1 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 제1 프레임, 상기 제2 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 제2 프레임, 상기 제1 프레임 및 제2 프레임을 지지하는 가대, 상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임 및 상기 가대를 연결하는 고정부재, 상기 제1 프레임 및 제2 프레임은 암형결합부 및 상기 암형결합부와 대향하며, 상기 암형결합부보다 낮은 높이에 형성된 고정부를 포함하고, 상기 고정부재는 상기 고정부와 상기 가대의 상면에 접할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 모듈 상에 형성되는 그림자를 방지하여 발전효율을 증가시키고, 핫 스팟 현상을 방지할 수 있다.

또한, 태양전지 모듈 사이를 커버하여 외관의 심미성을 향상시키고, 방수성, 내부식성 및 내구성이 향상된 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 평면을 도시한 도이다.
도 2는 도 1의 A-A'의 단면을 도시한 도이다.
도 3은 도 1의 B-B'의 단면을 도시한 도이다.
도 4는 도 1의 B-B'의 다른 실시예에 따른 단면을 도시한 도이다.
도 5는 도 4의 C부분을 확대한 도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니며, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용하기로 한다.

또한, 각 구성요소의 설명에 있어서, "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.

또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 평면을 도시한 도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치(100)는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양전지 모듈(120), 태양전지 모듈(120)의 주변 가장자리부와 결합하는 프레임(200), 태양전지 모듈(120)을 지지하는 가대(110), 프레임(200)과 가대(110)를 연결 고정하는 제1 고정부재(130), 프레임(200)과 프레임(200)을 연결 고정하는 제2 고정부재(140)를 포함할 수 있다.

태양전지 모듈(120)은 복수의 태양전지, 복수의 태양전지를 양면에서 밀봉하는 밀봉재, 복수의 태양전지의 수광면을 보호하는 전면 기판 및 복수의 태양전지의 이면을 보호하는 후면 기판을 포함한다.

복수의 태양전지는 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직,병렬로 연결될 수 있으며, 예를 들어, 태양전지는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층과, 제2 도전형 반도체층의 일부면을 노출시키는 적어도 하나 이상의 개구부를 포함하며 제2 도전형 반도체층 상에 형성되는 반사방지막과, 적어도 하나 이상의 개구부를 통해 노출된 제 2 도전형 반도체층의 일부면에 접촉하는 전면전극과, 상기 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있는 실리콘 태양전지(silicon solar cell)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 태양전지는 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell) 등일 수 있다.

밀봉재는, 일 예로, 에틸렌초산비닐 공중합체 수지(EVA) 필름일 수 있으며, 복수의 태양전지의 상면 및 하면에서 라미네이션에 의해 접착하여, 태양전지에 악영향을 미칠 수 있는 수분이나 산소 등을 차단한다.

전면 기판은 광 투과성이 우수한 유리 등으로 형성되어 외부의 충격 등으로부터 태양전지를 보호하고, 후면 기판은 태양전지의 이면에서 태양전지를 보호하는 층이다.

이와 같이, 다수의 층으로 구성될 수 있는 태양전지 모듈(120)은 가장자리부가 프레임(200)과 결합한다.

가대(110)는 태양전지 모듈(120)이 결합된 프레임(200)의 하측을 지지하여 태양전지 모듈(120)이 설치될 수 있게 구성되는 것으로, 일반 주택이나 건물 등의 기초 구조물의 형태에 따라 다양한 형태로 시공될 수 있다. 또한, 외부 환경에 직접 노출되는 특성상 저 중량 고 강도인 알루미늄 등으로 형성될 수 있다.

태양전지 모듈(120)은 종/횡 방향으로 연결 배치되어 태양전지 어레이를 구성할 수 있는데, 이때, 종/횡 방향으로 연결 배치된 태양전지 어레이의 양끝에 위치하는 태양전지 모듈(120)은 제1 고정부재(130)를 이용하여 가대(110)에 연결 및 고정될 수 있으며, 태양전지 어레이의 중간에 위치하는 태양전지 모듈(120)은 사이에 위치한 제2 고정부재(140)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제1 고정부재(130) 및 제2 고정부재(140)에 대해서는 후술하기로 한다.

도 2는 도 1의 A-A'의 단면을 도시한 도이다.

도 2를 참조하면, 프레임(200)은 암형결합부(204) 및 고정부(205)를 포함할 수 있다.

암형결합부(204)는 상부결합부(201), 하부결합부(202) 및 이를 연결하는 연결결합부(203)를 포함하며 태양전지 모듈(121)의 가장자리와 결합할 수 있다. 또한, 고정부(205)는 연결결합부(203)에서 연장되어 암형결합부(204)와 대향하여 돌출되고, 암형결합부(204)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다.

제1 고정부재(130)는 고정부(205)와 가대(110)의 상면에 접하며, 고정부(205)와 가대(110)를 연결한다. 구체적으로, 돌출된 고정부(20) 전체는 제1 고정부재(130) 및 가대(110) 사이 영역에 위치하고, 제1 고저부재(130)의 전면 전체가 외부에 노출될수 있다. 제1 고정부재(130)는 고정용 클립 등으로 형성될 수 있고, 플라스틱 또는 금속 소재의 구조물일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

제1 고정부재(130)가 프레임(200)의 상부결합부(201)보다 높이 위치하면 태양전지 모듈(121) 상에 그림자가 형성되어 태양전지 모듈(121)의 발전효율이 저하될 수 있고, 전류 불균형이 일어나 핫 스팟 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 제1 고정부재(130)의 상면의 높이는 상부결합부(201)의 높이와 같거나 낮게 위치할 수 있고, 상기와 같이 위치하기 위해, 고정부(205)는 암형결합부(204)보다 낮은 높이에 형성될 수 있다. 또한, 제1 고정부재(130)의 두께를 고려했을 때, 프레임(200)의 하면에서 고정부(205)의 상면까지의 높이(h1)는 5 내지 50mm일 수 있고, 제1 고정부재(130)가 안정적으로 고정부(205)의 상면에 접하여 연결되기 위해서 고정부(205)의 폭(w1)은 5 내지 30mm일 수 있다.

상기와 같이 위치하면, 제1 고정부재(150)에 의해 태양전지 모듈(121) 상에 그림자가 생기는 것을 방지할 수 있어 발전효율 개선 및 장기적인 신뢰성을 개선시킬 수 있다.

제1 고정부재(130)와 가대(110)는 체결부재(170)에 의하여 체결될 수 있고, 일 예로 체결부재(170)는 고정볼트 및 너트일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

가대(110)에는 관통홀(미도시)이 형성되고 이에 대응되도록 제1 고정부재(130)에는 체결홀이 형성되며, 고정볼트(171)가 관통홀(미도시) 및 체결홀(미도시)을 통과하도록 끼우고 제1 고정부재(150)의 상면에서 고정볼트(171)의 수나사부에 너트(172)를 체결하여 고정할 수 있다.

도 3은 도 1의 B-B'의 단면을 도시한 도이다.

도 3을 참조하면, 제1 프레임(210)은 제1 암형결합부(216) 및 제1 고정부(235)를 포함할 수 있고, 제2 프레임(220)은 제2 암형결합부(226) 및 제2 고정부(245)를 포함할 수 있다.

제1 암형결합부(216) 및 제2 암형결합부(226)는 상부결합부(213,223), 하부결합부(214,224) 및 이들을 연결하는 연결결합부(215,225)를 포함하고, 제1 암형결합부(216)는 제1 태양전지 모듈(121)의 가장자리와 결합하며, 제2 암형결합부(226)는 제2 태양전지 모듈(122)의 가장자리와 결합할 수 있다.

또한, 제1 고정부(235)는 제1 암형결합부(216)에서 연장되어 제1 암형결합부(216)와 대향하여 돌출되며, 제1 암형결합부(216)보다 낮은 높이에 형성될 수 있고, 제2 고정부(245)도 제2 암형결합부(226)에서 연장되어 제2 암형결합부(226)와 대향하여 돌출되며, 제2 암형결합부(226)보다 낮은 높이에 형성될 수 있다.

제2 고정부재(140)가 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220)의 상부결합부(213,223)보다 낮게 위치함으로써 제1 태양전지 모듈(121) 및 제2 태양전지 모듈(122)상에 그림자가 형성되는 것을 방지할 수 있으며, 제2 고정부재(140)는 제1 고정부(235), 제2 고정부(245) 및 가대(110)를 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220) 사이에서 연결한다. 구체적으로, 돌출된 제1 고정부(235) 및 제2 고정부(245) 전체는 제2 고정부재(140)와 가대(110) 사이 영역에 위치하고, 제2 고정부재(140)의 전면 전체가 외부에 노출된다.

또한, 제2 고정부재(140)는 도 1 에 도시한 바와 같이, 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220)의 길이방향(D)으로 연장되어, 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220) 사이 공간을 커버할 수 있다.

상기와 같이 형성되면, 제2 고정부재(140)는 제1 태양전지 모듈(121)과 제2 태양전지 모듈(122)의 결합력을 향상시키고 제1 태양전지 모듈(121)과 제2 태양전지 모듈(122) 사이의 벌어진 공간을 커버하여, 사이 공간으로 눈이나 비 등이 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 태양광 발전 장치(100)를 지붕의 대체재로 사용할 수 있으며, 방수성, 내구성, 내부식성 및 외관의 심미성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제2 고정부재(140)와 제1 고정부(235) 사이 및 제2 고정부재(140)와 제2 고정부(245) 사이에는 삽입재(150)를 포함할 수 있다.

삽입재(150)는 방수재로 형성될 수 있으며, 고무재질, 실리콘 및 가스켓 구조 등일 수 있다. 상기와 같이 삽입재(150)가 방수재로 형성되면, 눈, 비와 같은 물이 새는 것을 방지할 수 있다.

제1 고정부재(150)와 가대(110)는 체결부재(170)에 의하여 체결될 수 있고, 일 예로 체결부재(170)는 고정볼트 및 너트일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

도 4는 도 1의 B-B'의 다른 실시예에 대한 단면을 도시한 도이고, 도 5는 도 4의 C부분을 확대한 도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 프레임(210)은 제1 암형결합부(216)와 제1 오목부(217)를 포함하고, 제2 프레임(220)은 제2 암형결합부(226)와 제2 오목부(227)를 포함할 수 있다.

한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 제1 암형결합부(216)와 제1 태양전지 모듈(121) 또는 제2 암형결합부(226)와 제2 태양전지 모듈(122) 사이에는 실리콘 등이 도포 되어, 외부 충격을 흡수하고, 결합력을 향상시키며, 외부 이물질의 침투를 방지할 수 있다.

제1 오목부(217)는 제1 프레임(210)의 측면에 형성되어 제1 암형결합부(216)와 대향하고, 제2 오목부(227)는 제2 프레임(220)의 측면에 형성되어 제2 암형결합부(226)와 대향할 수 있다.

제1 오목부(217) 및 제2 오목부(227)는 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220)의 동일한 높이에 형성될 수 있다.

도면에서는 제1 오목부(217) 및 제2 오목부(227)의 단면 형상을 'ㄷ'형상으로 도시하였으나 '⊂'형상, '＜'형상 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.

제1 오목부(217) 및 제2 오목부(227)의 높이(h2)는 2 내지 5mm일 수 있으며, 제1 오목부(217) 및 제2 오목부(227)의 깊이(w2)는 1 내지 3mm일 수 있다.

제2 고정부재(140)는 제1 오목부(217) 및 제2 오목부(227)에 끼워져 제1 프레임(210)과 제2 프레임(220)을 연결 및 고정할 수 있다.

제2 고정부재(140)는 플라스틱 또는 금속 소재의 구조물로 형성될 수 있고, 탄성을 가지는 물질로 형성되어 외부충격을 흡수할 수 있다.

또한, 제2 고정부재(140)와 제1 오목부(217) 사이 및 제2 고정부재(140)와 제2 오목부(227) 사이에는 삽입재(230)를 포함할 수 있다.

삽입재(230)는 제1 오목부(217)와 접하는 면, 제2 오목부(227)와 접하는 면 및 제2 고정부재(140)와 접하는 면 중 적어도 어느 하나에 접착제(미도시)를 포함하여, 제2 고정부재(140)와 제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220) 사이의 결합력을 강화시킬 수 있다.

제1 프레임(210) 및 제2 프레임(220)은 체결부재(180)에 의하여 가대(110)에 체결될 수 있다. 일 예로, 체결부재(180)는 고정볼트 및 너트일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

가대(110)에는 제1,2 관통홀(미도시)이 형성되고 이에 대응되도록 제1 프레임(210)에는 제1 체결홀(미도시)이, 제2 프레임(220)에는 제2 체결홀(미도시)이 형성될 수 있다.

고정볼트(181)를 가대(110)의 하면에서 제1 관통홀(미도시) 및 제1 체결홀(미도시)을 통과하도록 끼우고 제1 프레임의 상면에서 고정볼트(181)의 수나사부에 너트(182)를 체결하여 고정할 수 있다.

제2 관통홀(미도시) 및 제2 체결홀(미도시)도 고정볼트(181) 및 너트(182)를 이용하여 상기와 동일한 방법으로 체결하여 고정할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전 장치는 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110: 가대 120: 태양전지 모듈
130: 제1 고정부재 140: 제2 고정부재
200: 프레임

Claims

태양전지 모듈;
상기 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 프레임;
상기 프레임을 지지하는 가대; 및
상기 프레임과 상기 가대를 연결하는 고정부재를 포함하고,
상기 프레임은 암형결합부 및 상기 암형결합부와 대향하여 돌출되고, 상기 암형결합부보다 낮은 높이에 형성된 고정부를 포함하고,
상기 고정부재는 상기 암형결합부보다 낮은 높이에서 고정부와 상기 가대의 상면에 접하며,
상기 돌출된 고정부 전체는 상기 고정부재 및 상기 가대 사이 영역에 위치하고,
상기 고정부재의 전면 전체가 외부에 노출되는 태양광 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부재는 플라스틱 재질 또는 금속 재질을 포함하는 태양광 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 고정부재와 상기 가대를 체결하는 체결부재를 더 포함하는 태양광 발전 장치.
제1 태양전지 모듈;
제2 태양전지 모듈;
상기 제1 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 제1 암형결합부, 상기 제1 암형결합부와 연결되며, 상기 제1 암형결합부보다 낮은 높이에 형성되고 상기 제1 암형결합부와 대향하여 돌출된 제1 고정부를 포함하는 제1 프레임;
상기 제2 태양전지 모듈의 가장자리와 결합하는 제2 암형결합부, 상기 제2 암형결합부와 연결되며, 상기 제2 암형결합부보다 낮은 높이에 형성되고 상기 제2 암형결합부와 대향하여 돌출된 제2 고정부를 포함하는 제2 프레임;
상기 제1 프레임 및 제2 프레임을 지지하는 가대; 및
상기 제1 프레임의 제1 고정부 및 상기 제2 프레임의 제2 고정부와 각각 상기 제1 및 제2 암형결합부보다 낮은 높이에서 접하도록 배치되고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에서 체결부재에 의해 상기 가대와 결합하는 고정부재를 포함하며,
상기 돌출된 제1 고정부 및 제2 고정부 전체는 상기 고정부재와 상기 가대 사이 영역에 위치하고,
상기 고정부재의 전면 전체가 외부에 노출되는 태양광 발전 장치.
제4항에 있어서,
상기 고정부재는 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임의 길이방향으로 연장되어 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임의 사이를 커버하는 태양광 발전장치.
제4항에 있어서,
상기 고정부재와 상기 제1 프레임의 고정부 사이 또는 상기 고정부재와 상기 제2 프레임의 고정부 사이 중 적어도 어느 하나에 위치하는 삽입재를 포함하는 태양광 발전장치.
제6항에 있어서,
상기 삽입재는 고무재질, 실리콘 및 가스켓 구조 중 어느 하나인 태양광 발전 장치.