KR101787894B1 - 건물 일체형 태양광발전모듈의 변색측정장치 - Google Patents

건물 일체형 태양광발전모듈의 변색측정장치 Download PDF

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KR101787894B1
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Abstract

본 발명의 목적은 건물 일체형 태양광발전모듈의 잔여수명을 예측할 수 있는 측정시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은,
태양광발전 모듈의 태양전지에 포함된 다수의 발전 셀들에 각각 접속되는 다수의 광케이블;
발전 셀들에 연결된 상기 광케이블들이 집속 되어 발전 셀들로부터 투과된 빛들이 집속되는 적분구;
상기 적분구에 광케이블로 연결되는 제1분광기;
상기 발전 셀들 사이에 노출되는 유리 부분에 접속되는 광케이블;및
유리부분에 접속된 광케이블에 연결된 제2분광기;를 포함하고,
제1분광기와 제2분광기로부터 각각 광 스펙트럼을 얻어 그들의 변화로부터 태양전지의 변색을 판단하는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치를 제공한다.

Description

건물 일체형 태양광발전모듈의 변색측정장치{DISCOLORATION MEASURMENT SYSTEM FOR BIPV MODULE}
본 발명은 건물 일체형 태양광발전(BIVP - Building Integrated Photovoltaic) 모듈의 변색측정 장치에 관한 것이다.
BIPV 시스템은 태양광발전 모듈을 건축물의 외장재로 사용하여 건물의 외벽, 창, 지붕, 차양 등을 구성하여 태양광발전을 건축물 자체에서 일으키게 된다. 에너지를 얻기 위한 별도의 태양광 발전시설을 요하지 않고 건물 자체의 구성품이 발전모듈로 이루어지기 때문에 비용면에서 유리하며, 창문이나 벽면에서 직접 에너지를 인출하여 사용할 수 있다는 점에서도 편리할 수 있다. 특히, 이러한 BIPV 시스템에 적용되는 태양광모듈의 패널은 투명 형을 사용하는 것이 더 넓은 적용성을 갖는다.
BIPV 시스템의 경우, 건물의 구성재가 태양광모듈로 이루어지기 때문에, 태양광모듈의 열화 또는 고장이 발생하여도 태양광 모듈을 교체하기 어려운 면이 있다. 따라서 건물 일체형 태양광발전 모듈을 이용하여 에너지를 사용하는 경우, 태양광발전 모듈의 잔여수명을 어느 정도 예측할 수 있어야 갑작스런 에너지 공급중단으로 인한 피해를 예방할 수 있다. 등록특허 10-1157310호 등에서 BIPV 모듈에 대해 기재하고 있지만, 상기와 같이 태양광발전모듈의 잔여수명을 예측하려는 시도는 나와있지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 건물 일체형 태양광발전모듈의 잔여수명을 예측할 수 있는 측정시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 건물 일체형 태양광발전모듈의 태양광발전패널의 변색상태를 측정하는 장치를 제공한다.
즉, 본 발명은, 건물 일체형 태양광발전패널 중 다수의 발전 셀들에 각각 광케이블을 접속하고, 발전 셀들에 연결된 광케이블들을 하나의 적분구에 접속하여 발전 셀들의 투과광을 집속하고, 적분구에 분광기를 배치하여 스펙트럼을 관찰함으로써 스펙트럼 변화에 따라 발전 셀의 변색 여부와 변색 정도를 측정하도록 하였다.
또한, 상기에서 발전 셀들 사이에 위치한 유리에도 별도의 광케이블을 접속하고 광케이블을 별도의 분광기에 연결하여 유리를 투과하는 태양광의 스펙트럼도 괸측하여 유리를 투과한 태양광 스펙트럼과 발전 셀을 투과한 태양광의 스펙트럼으로부터 발전 셀을 투과한 태양광의 투과율을 구하여 이로부터 발전 셀의 변색 추이를 판단하도록 하였다.
또한, 상기에서, 발전 셀에 접속되는 광케이블에는 디퓨저를 설치하도록 하였다.
본 발명에 따르면, BIPV 태양광발전모듈의 변색을 지속적으로 관측할 수 있어, 잔여수명을 예측할 수 있다. 그에 따라 태양광발전으로부터 에너지를 얻도록 설치된 시설물이나 전기제품에 대해 적절한 시기에 에너지원을 교체하도록 미리 조치할 수 있다. 또한, BIPV 태양광발전 모듈이 조립식으로 설치된 경우, 잔여수명이 얼마 남지 않은 것에 대해 교체할 수 있다.
결과적으로 본 발명에 따르면, 태양광모듈의 열화현상을 지속적으로 관측함으로써 태양광발전을 이용하는 사용자가 에너지원의 급작스런 고갈로 인한 혼란을 예방할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 태양광발전모듈의 변색측정장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 태양광발전모듈의 변색측정장치의 개략적인 구성을 평면도로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 태양광발전모듈의 유리부분의 광 투과 스펙트럼과 셀부분의 광 투과스펙트럼을 보인 그래프이다.
도 4는 도 3을 이용하여 구한 셀 부분의 광 투과율 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전모듈의 변색측정실험결과이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따른 BIPV 태양광발전모듈의 변색측정장치의 구성이 개략적으로 나와있다.
건물의 외벽 등에 부착되는 태양광발전 모듈의 패널 부분을 보면, 발전 셀이 일정 간격으로 다수 배열되어있으며, BIPV용 태양전지는 셀 부분도 투명하게 되어있는 투과형 태양전지(200)로 구성된다. 이러한 투과형 태양전지(200)에 포함된 다수의 발전 셀들은 줄무늬를 이루며 셀 사이사이 유리기판 자체가 보여, 태양전지의 외관은 흔히 많은 줄무늬를 포함한다. 투과형 태양전지(200)에 포함된 발전 셀에 대해 도 1과 같이 광케이블(120)을 접속하며, 가급 다수의 발전 셀에 대해 각각 광케이블(120)을 접속시킨다. 하나의 태양전지 패널에 대해 전면적으로 고르게 변색 여부가 관측될 수 있도록 광케이블(120)이 접속되는 발전 셀의 분포를 전면에 대해 고르게 선택하는 것이 바람직하다. 도 1에는 세 가닥의 광케이블(120)이 그려져 있으나 이는 예시적이고 다수의 광케이블을 설치할 수 있다. 이들 광케이블(120)들은 적분구(150)에 연결되어 발전 셀을 투과한 빛이 집속 된다. 상기 광케이블(120)에는 광 디퓨저가 포함되어 있고, 적분구(150)에서 각 발전 셀들로부터 전송된 빛을 혼합하게 된다. 적분구(150)는 집속 되고 혼합된 빛을 광케이블을 통해 분광기(110)에 전달하며, 분광기(110)를 통해 발전 셀을 투과한 빛의 스펙트럼을 알 수 있다. 또한, 발전 셀들 사이마다 유리 자체가 노출되어 있으며, 유리에도 광케이블(102)를 연결하고 광케이블(102) 단부에 별도의 분광기(100)를 연결하여 유리를 투과한 빛의 스펙트럼을 얻는다. 이러한 구성은 도 2를 보면 좀 더 쉽게 이해할 수 있다. 상기 분광기(110)을 편의상 제1분광기로, 분광기(100)을 제2분광기라 칭할 수 있다.
또한, 변색상태를 측정하고자 하는 태양전지 패널의 최초 발전 셀과 최후 발전 셀 양단에 직류 전원(103)을 인가하여 발전 셀에 빛이 입사(入射)되지 않을 때에도 변색 상태를 지속 관측할 수 있게 하였다.
유리를 통과한 빛에 대한 분광기(100)와 발전 셀을 통과한 분광기(110)를 통해 나타난 스펙트럼이 도 3의 그래프에 도시되어 있다. 유리를 통과한 경우는 태양광 스펙트럼과 거의 비슷하지만 발전 셀을 통과한 경우, 상당량의 빛이 흡수되어 발전에 사용되어 매우 저조한 스펙트럼이 나타난다.
상기 두 스펙트럼으로부터 발전 셀의 광 투과율 그래프(도 4)를 얻을 수 있다. 즉, 본래 태양광이 유리를 통과함에 따라 나타나는 스펙트럼과 동일한 유리를 통과하면서 발전 셀에서 흡수된 빛을 제외한 나머지 빛의 투과 스펙트럼의 비를 구하면 도 4의 광투과율이 나온다. 단파장 대역에 비해 장파장 대역에서 발전 셀의 광 투과율이 높게 나타나있다. 발전 셀에서 광전변환에 주로 쓰여 지는 파장 대역이 단파장대역 임을 예측할 수 있다. 상기에서 발전 셀을 투과한 광 스펙트럼은 광케이블(120)이 연결된 발전 셀들에 대한 빛이 적분구에 의해 혼합된 것이므로 측정되는 발전 셀들에 대한 일종의 평균적 정보라 할 수 있다.
이와 같은 발전 셀의 광 투과율 스펙트럼은 발전 셀을 사용함에 따라 점차 달라지며 발전 셀의 잔여 수명이 얼마 남지 않게 될수록 발전 셀의 광 투과율이 높아지게 되고, 이러한 광 투과율 스펙트럼의 추이는 결과적으로 태양전지의 변색으로 나타난다. 발전 셀을 통해 투과된 빛에 의해 셀의 색상이 결정되기 때문이다.
따라서 태양전지의 초기 상태에 대한 광 투과율 스펙트럼을 기준으로 저장해 놓고 이에 대한 광 투과율 스펙트럼의 변화를 지속적으로 관측하여 그 변화가 임계점을 넘으면 더 이상 해당 태양전지로부터 에너지를 얻어 사용하는 것이 위험하다고 판단하여 태양전지를 이용하고 있는 기기들의 에너지원을 다른 것으로 교체하는 조치를 취하거나 태양전지모듈을 교체하는 조치를 취하게 한다. 이러한 조치는 급작스런 블랙아웃으로 인한 피해를 예방할 수 있다.
즉, 본 발명의 BIPV 태양광발전모듈의 변색측정장치에 따르면 태양전지의 변색 추이를 관측하여 태양전지의 잔여수명을 예측하고, 사용중단 시점을 판단하는 것이 가능하게된다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광모듈의 변색실험측정 결과를 나타내는 사진과 테이블이다.
도2처럼 측정된 전 파장에 대한 투과율에서 RGB 영역만 선택적으로 투과율 모니터링을 통해서 모듈의 수명을 평가하였다. 사람 눈에 가장 잘 띄는 색으로 BIPV 와 같은 외장재에세는 특히 중요한 색으로 이들 색을 통해 투과율 대비 태양광 모듈의 개방전압의 관계로 모듈 수명을 예측할 수 있다.
실험 결과, 모듈의 개방전압 감소 시 적색의 변색 보다 파랑색 및 녹색의 변색이 심하게 발생 하는 것을 확인 했다.
발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
분광기(100)
분광기(110)
태양전지(200)
광케이블(120)
직류 전원(103)
적분구(150)

Claims (4)

  1. 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치로서,
    태양광발전 모듈의 태양전지에 포함된 다수의 발전 셀들에 각각 접속되는 다수의 광케이블;
    발전 셀들에 연결된 상기 광케이블들이 집속 되어 발전 셀들로부터 투과된 빛들이 집속되는 적분구;
    상기 적분구에 광케이블로 연결되는 제1분광기;
    상기 발전 셀들 사이에 노출되는 유리 부분에 접속되는 광케이블;및
    유리부분에 접속된 광케이블에 연결된 제2분광기;를 포함하고,
    제1분광기와 제2분광기로부터 각각 광 스펙트럼을 얻어 그들의 변화로부터 태양전지의 변색을 판단하는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 발전 셀들에 접속된 광케이블에는 광 디퓨저가 설치된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1분광기의 광 스펙트럼과 제2분광기의 광 스펙트럼으로부터 발전 셀에 대한 투과율을 얻어 상기 발전 셀의 투과율의 변화를 관측하여 태양전지의 변색을 판단하는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 태양전지의 변색 추이를 관측하여 태양전지의 잔여수명을 예측하고, 사용중단 시점을 판단하는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 모듈의 변색측정장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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