KR101889522B1 - 다이오드-포함 커넥터, 광기전 라미네이트 및 이를 사용한 광기전 조립체 - Google Patents

다이오드-포함 커넥터, 광기전 라미네이트 및 이를 사용한 광기전 조립체 Download PDF

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Abstract

일 실시예는 다이오드(102)를 포함하는 커넥터에 관한 것이다. 다이오드는 애노드 및 캐소드를 갖는다. 커넥터는 애노드에 접속되는 제1 전기 접속부(108-1), 애노드에 또한 접속되는 제2 전기 접속부(108-2), 및 캐소드에 접속되는 제3 전기 접속부(108-3)를 추가로 포함한다. 다른 실시예는 광기전 라미네이트에 관한 것으로, 광기전 라미네이트는 광전지들의 스트링 및 라미네이트의 2개의 개별 관통부(212+, 212-)들로부터 연장되어 나오는 3개의 전기 도체들을 포함한다. 제1 전기 도체(208-1)는 스트링의 제1 단부에 접속되고, 제2 전기 도체(208-2)는 스트링의 제2 단부에 접속되며, 제3 전기 도체(208-3)가 또한 스트링의 제2 단부에 접속된다. 제1 및 제3 전기 도체들은 제1 개별 관통부(212-)로부터 연장되어 나오는 반면, 제2 전기 도체는 제2 개별 관통부(212+)로부터 연장되어 나온다. 다른 특징부들 및 실시예들이 또한 개시되어 있다.

Description

다이오드-포함 커넥터, 광기전 라미네이트 및 이를 사용한 광기전 조립체{DIODE-INCLUDED CONNECTOR, PHOTOVOLTAIC LAMINATE AND PHOTOVOLTAIC ASSEMBLY USING SAME}
본 발명은 일반적으로 회로 소자 및 광기전 모듈 조립체(photovoltaic module assembly)에 관한 것이다.
광전지(photovoltaic(PV) cell)("태양 전지"라고도 함)는 태양 방사선을 전기 에너지로 변환하기 위한 잘 알려진 소자이다. 광전지들이 광기전 모듈에서 함께 패키징될 수 있다.
종래의 광기전 모듈은 라미네이트 형태의 일련의 상호 접속된 태양 전지들을 포함할 수 있다. 전형적으로, 금속 탭(tab)들이 일련의 상호 접속된 태양 전지들의 단부들에 전기적으로 접속되고 라미네이트의 상부 중앙에서 배면으로부터 빠져나간다. 금속 탭은 라미네이트의 상부 중앙에서 배면에 부착된 외부 접속함(junction box)에 들어간다. 접속함에서, 모듈로부터 전력을 얻기 위해 입력 및 출력 케이블들이 탭들에 부착되고, 필요한 경우, 모듈 내의 전지들을 우회하도록 다이오드가 구성될 수 있다. 접속함과 관련된 이들 요소는 고가이며, 접속함 케이블들의 배선 및 관리에 대한 상당한 설치 비용이 있다.
광기전 모듈이 비용 효과적으로 제조되고 보다 효율적으로 설치될 수 있도록 광기전 모듈을 개선하는 것이 매우 바람직하다.
일 실시예는 다이오드를 포함하는 커넥터에 관한 것이다. 다이오드는 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)를 갖는다. 커넥터는 애노드에 접속되는 제1 전기 접속부, 애노드에 또한 접속되는 제2 전기 접속부, 및 캐소드에 접속되는 제3 전기 접속부를 추가로 포함한다.
다른 실시예는 광기전 라미네이트에 관한 것으로, 광기전 라미네이트는 광전지들의 스트링(string), 및 라미네이트의 2개의 개별 관통부(discrete penetration)들로부터 연장되어 나오는 3개의 전기 도체들을 포함한다. 제1 전기 도체는 스트링의 제1 단부에 접속되고, 제2 전기 도체는 스트링의 제2 단부에 접속되며, 제3 전기 도체가 또한 스트링의 제2 단부에 접속된다. 제1 및 제3 전기 도체들은 제1 개별 관통부로부터 연장되어 나오는 반면, 제2 전기 도체는 제2 개별 관통부로부터 연장되어 나온다.
다른 실시예는 전술된 광기전 라미네이트를 2개 포함하는 광기전 조립체에 관한 것이며, 각각의 광기전 라미네이트는 2개의 개별 내후성(weatherized) 관통부들로부터 연장되어 나오는 3개의 전기 도체들을 포함한다. 2개의 광기전 라미네이트들은 3개의 전기 접속부들을 갖는 전술된 다이오드-포함 커넥터를 사용하여 상호 접속된다.
다른 실시예는 다이오드를 포함하는 커넥터에 관한 것이다. 다이오드는 애노드 및 캐소드를 갖는다. 커넥터는 애노드에 접속되는 제1 전기 접속부, 애노드에 또한 접속되는 제2 전기 접속부, 캐소드에 접속되는 제3 전기 접속부, 및 애노드에 접속되는 제4 전기 접속부를 추가로 포함한다.
다른 실시예는 광기전 라미네이트에 관한 것으로서, 광기전 라미네이트는 광전지들의 스트링, 및 라미네이트의 2개의 개별 관통부들로부터 연장되어 나오는 2개의 전기 도체들을 포함한다. 제1 전기 도체는 스트링의 제1 단부에 접속되고, 제2 전기 도체는 스트링의 제2 단부에 접속된다. 제1 전기 도체는 제1 개별 관통부로부터 연장되어 나오는 반면, 제2 전기 도체는 제2 개별 관통부로부터 연장되어 나온다.
다른 실시예는 전술된 광기전 라미네이트를 2개 포함하는 광기전 조립체에 관한 것이며, 각각의 광기전 라미네이트는 2개의 개별 내후성 관통부들로부터 연장되어 나오는 2개의 전기 도체들을 포함한다. 2개의 광기전 라미네이트들은 4개의 전기 접속부들을 갖는 전술된 다이오드-포함 커넥터를 사용하여 그리고 또한 외부 케이블을 사용하여 상호 접속된다.
다른 실시예는 2개의 다이오드들을 포함하는 커넥터에 관한 것이다. 커넥터는 제1 다이오드의 애노드 및 제2 다이오드의 캐소드에 접속되는 제1 전기 접속부, 및 제1 다이오드의 캐소드에 접속되는 제2 전기 접속부를 포함한다. 게다가, 커넥터는 제2 다이오드의 애노드에 접속되는 제3 전기 접속부, 및 제2 다이오드의 캐소드 및 제1 다이오드의 애노드에 접속되는 제4 전기 접속부를 포함한다.
다른 실시예는 광기전 라미네이트에 관한 것으로, 광기전 라미네이트는 광전지들의 스트링 및 라미네이트의 적어도 2개의 개별 관통부들로부터 연장되어 나오는 4개의 전기 도체들을 포함한다. 제1 전기 도체는 스트링의 제1 단부에 접속되고, 제2 전기 도체는 스트링의 내부 지점에 접속된다. 게다가, 제3 전기 도체가 또한 스트링의 내부 지점에 접속되고, 제4 전기 도체가 스트링의 제2 단부에 접속된다.
다른 실시예는 전술된 광기전 라미네이트를 2개 포함하는 광기전 조립체에 관한 것이며, 각각의 광기전 라미네이트는 개별 내후성 관통부들로부터 연장되어 나오는 4개의 전기 도체들을 포함한다. 2개의 광기전 라미네이트들은 2개의 다이오드들을 포함하는 커넥터를 사용하여 상호 접속된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예 및 특징은, 첨부 도면 및 특허청구범위를 포함하는 본 개시 내용 전체를 읽을 때, 당업자에게는 용이하게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터의 개략도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전 라미네이트의 개략도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전 조립체의 개략도.
도 4a는 정상 동작 모드에서의 도 2의 광기전 라미네이트를 도시하는 개략도.
도 4b는 바이패스 동작 모드에서의 도 2의 광기전 라미네이트를 도시하는 개략도.
도 5a는 정상 동작 모드에서의 도 1의 다이오드-포함 커넥터를 도시하는 개략도.
도 5b는 바이패스 동작 모드에서의 도 1의 다이오드-포함 커넥터를 도시하는 개략도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터의 개략도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전 라미네이트의 개략도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전 조립체의 개략도.
도 9a는 제1 부분 바이패스 모드에서의 도 7의 광기전 라미네이트를 도시하는 개략도.
도 9b는 제2 부분 바이패스 모드에서의 도 7의 광기전 라미네이트를 도시하는 개략도.
도 10a는 제1 부분 바이패스 모드에서의 도 6의 다이오드-포함 커넥터를 도시하는 개략도.
도 10b는 제2 부분 바이패스 모드에서의 도 6의 다이오드-포함 커넥터를 도시하는 개략도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터의 개략도.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전 라미네이트의 개략도.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전 조립체의 개략도.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터의 개략도.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광기전 라미네이트의 개략도.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광기전 조립체의 개략도.
상이한 도면들에서 동일한 도면 부호의 사용은 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
본 특허 출원은 다이오드-포함 커넥터, 광기전 라미네이트, 및 이 커넥터 및 라미네이트를 이용하는 광기전 조립체에 관한 혁신을 개시하고 있다. 본 명세서에 개시된 혁신은 유리하게도, 그렇지 않다면 많은 수의 접속함 케이블들을 배선하고 관리하는 것에 의해 필요하게 되는 설치 비용을 절감하는 데 사용될 수 있다. 게다가, 라미네이트에 바이패스 다이오드를 매립하는 것과 비교하여, 본 출원에 개시된 접근법은 결함있는 다이오드가 용이하게 꺼질 수 있게 하여서, 모듈의 다이오드가 고장나는 경우 전체 모듈을 교체할 필요성을 회피한다. 또한, 본 명세서에 개시된 바와 같은 커넥터에서 동작하는 다이오드는, 불리하게 모듈을 가열시킴이 없이, 열을 보다 용이하게 소산시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터(100)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 다이오드-포함 커넥터(100)는 환경으로부터 보호되는 하우징(104) 내에 다이오드 소자(102)를 포함할 수 있다. 예를 들어, O-링(105)은 외부 습기가 하우징(104)의 내부에 들어가는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 커넥터(100)를 내후성 처리하기 위해 봉지제(encapsulant)(예를 들어, 포팅(potting) 재료)가 하우징(104) 내에 삽입될 수 있다. 커넥터(100)는 또한 다이오드를 교체하거나 달리 수리하기 위해 도구를 사용하거나 사용함이 없이 분해될 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징을 폐쇄하기 위해 하나 이상의 나사(또는 다른 재개방가능 체결 기구)가 사용될 수 있다. 다이오드 소자(102)를 교체하거나 달리 수리하기 위해 다이오드-포함 커넥터(100)의 내부에 접근하도록 이들 나사가 풀려질 수 있다(또는 다른 기구가 개방될 수 있다). 외부 도체에 가해지는 힘이 내부 연결 지점으로 전달되지 않도록 변형 완화 기구(strain relief mechanism)가 또한 커넥터에 통합될 수 있다.
다이오드 소자(102)는 애노드 및 캐소드을 포함한다. 순방향 바이어스될 때, 다이오드 소자(102)는 전형적으로 전류가 그를 통해 애노드로부터 캐소드로 흐르게 한다. 역방향 바이어스될 때, 다이오드 소자(102)는 전형적으로 전류가 그를 통해 흐르는 것을 방지한다. 다이오드 소자(102)의 수동 냉각을 제공하도록 히트 싱크(103)가 다이오드 소자(102)에 열적으로 결합될 수 있다.
다이오드-포함 커넥터(100)는 애노드에 접속되는 제1 전기 접속부(108-1), 애노드에 또한 접속되는 제2 전기 접속부(108-2), 및 캐소드에 접속되는 제3 전기 접속부(108-3)를 추가로 포함한다. 제1 포트(114-1)는 제1 및 제3 전기 접속부(108-1, 108-3)들에 전기적으로 접속되도록 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 제1 포트는 동축 케이블에 접속되기 위해 동축 커넥터로서 구성될 수 있다(케이블 및 커넥터는 피크 동작 동안에 그들을 통해 흐르는 전류에 대한 충분한 암페어 전달 능력을 갖도록 구성됨). 제2 포트(114-2)는 제2 전기 접속부(108-2)에 전기적으로 접속되도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전 라미네이트(200)의 개략도이다. 광기전 라미네이트(200)는 직렬로 접속되는 광전지(태양 전지)(202)들의 스트링을 포함한다. 스트링 내의 각각의 광전지(202)는 대면적 PN-접합으로서 구성될 수 있고, 전기 전도성 상호 접속부(204)는 스트링 내의 하나의 전지의 음극 접점을 스트링 내의 다음의 전지의 양극 접점에 접속하도록 구성될 수 있다. 스트링의 제1 단부는 스트링의 음극 단부(-)에 있을 수 있고, 스트링의 제2 단부는 스트링의 양극 단부(+)에 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광기전 라미네이트(200)는 스트링의 제1 단부(음극 단부)의 부근에서 라미네이트의 코너에 있는 제1 개별 관통부(212-) 및 스트링의 제2 단부(양극 단부)의 부근에서 라미네이트의 코너에 있는 제2 개별 관통부(212+)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 개별 관통부(212-, 212+)들을 외부 습기로부터 밀봉하기 위해 밀봉제가 개별 관통부들에 삽입될 수 있다. 외부 도체들에 가해지는 힘이 개별 접속 지점으로 전달되지 않도록 변형 완화부가 또한 개별 관통부에 통합될 수 있다.
제1 전기 도체(208-1)가 스트링의 제1 단부에 전기적으로 접속될 수 있고 제1 개별 관통부 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 제2 전기 도체(208-2)가 스트링의 제2 단부에 전기적으로 접속될 수 있고 제2 개별 관통부 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 제3 전기 도체(208-3)가 스트링의 제2 단부에 전기적으로 접속될 수 있고 제1 개별 관통부 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 금속 버스 바아(metal bus bar)(220)가 광기전 라미네이트에 매설될 수 있고, 스트링의 제2 단부를 제2 전기 도체(208-2)에 접속시키도록 구성될 수 있다. 내부 버스 바아 대신에 외부 케이블을 이용하는 대안적인 실시예가 도 11 내지 도 13과 관련하여 이하에서 기술된다.
일 구현예에서, 제1 커넥터(214-1)는 제1 및 제3 전기 도체(208-1, 208-3)들의 단부에 구성될 수 있다. 제1 커넥터(214-1)는 도 1의 다이오드-포함 커넥터(100)의 제1 포트(114-1)와 접속되는 유형의 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 포트(114-1)가 암형 동축 커넥터(female coaxial-type connector)인 경우, 제1 커넥터(214-1)는 정합하는 수형(male) 동축 커넥터일 수 있다. 제1 커넥터(214-1)와 제1 포트(114-1)가 접속될 때, 제1 전기 도체(208-1)는 제1 전기 접속부(108-1)에 접속되고, 제3 전기 도체(208-3)는 제3 전기 접속부(108-3)에 접속된다.
게다가, 제2 커넥터(214-2)가 제2 전기 도체(208-2)의 단부에 구성될 수 있다. 제2 커넥터(214-2)는 도 1의 다이오드-포함 커넥터(100)의 제2 포트(114-2)와 접속하는 유형의 것일 수 있다. 제2 커넥터(214-2)와 제2 포트(114-2)가 접속될 때, 제2 전기 도체(208-2)는 제2 전기 접속부(108-2)에 접속된다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광기전 조립체(300)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양광 모듈 내에 각각 구성된 복수의 광기전 라미네이트(200)들이 다이오드-포함 커넥터(100)들을 사용하여 직렬로 접속된다. 지시된 바와 같이, 각각의 다이오드-포함 커넥터(100)는 (도면에서 커넥터의 우측에 있는) 광기전 라미네이트(200)의 제1 커넥터(214-1)에 접속되는 제1 포트(114-1), 및 (도면에서 커넥터의 좌측에 있는) 다른 광기전 라미네이트(200)의 제2 커넥터(214-2)에 접속되는 제2 포트(114-2)를 갖는다.
도 4a는 정상 동작 모드에서의 도 2의 광기전 라미네이트(200)를 도시하는 개략도이다. 이러한 정상(비-바이패스) 동작 모드에서, 전류 I정상이 음극 단부에 있는 제1 전기 도체(208-1)로부터 흘러 들어가고, 스트링 내의 일련의 태양 전지들을 통해 흐르며, 양극 단부에 있는 제2 전기 도체(208-2)로부터 흘러 나간다.
도 4b는 바이패스 동작 모드에서의 도 2의 광기전 라미네이트(200)를 도시하는 개략도이다. 이 바이패스 동작 모드에서, 전류는 태양 전지들의 스트링을 통해 흐르지 않는다. 오히려, 전류 I바이패스가 음극 단부에 있는 제3 전기 도체(208-3)로부터 흘러 들어가고, 태양 전지들의 스트링을 우회하며, 양극 단부에 있는 제2 전기 도체(208-2)로부터 흘러 나간다.
도 5a는 정상(비-바이패스) 동작 모드에서의 도 1의 다이오드-포함 커넥터(100)를 도시하는 개략도이다. 특히, 제1 커넥터(114-1)에 접속된 광기전 라미네이트(200)가 정상 동작 모드에 있을 때, 다이오드-포함 커넥터(100)는 이 정상 동작 모드에 있다. 제1 커넥터(114-1)에 접속된 광기전 라미네이트(200)가 정상 동작 모드에 있기 때문에, 다이오드 소자(102)는 역방향 바이어스된다. 이와 같이, 전류 I정상이 제2 전기 접속부(108-2)로부터 흘러 들어가고 제1 전기 접속부(108-1)로부터 흘러 나간다. 다시 말하면, 108-2에서의 전압이 108-1에서의 전압보다 높을 때 다이오드-포함 커넥터(100)는 정상 동작 모드에 있다.
도 5b는 바이패스 동작 모드에서의 도 1의 다이오드-포함 커넥터를 도시하는 개략도이다. 다이오드-포함 커넥터(100)는 바이패스 동작 모드에 있을 수 있는데, 그 이유는 제1 커넥터(114-1)에 접속된 광기전 라미네이트(200)가, 예를 들어, 태양 전지를 비추는 광을 감소시키는 차광으로 인해 저전압에서 동작하고 있기 때문이다. 제1 커넥터(114-1)에 접속된 광기전 라미네이트(200)가 저전압에서 동작하고 있기 때문에, 다이오드 소자(102)는 순방향 바이어스될 수 있다. 다이오드 소자(102)가 순방향 바이어스될 때, 전류 I바이패스는 제2 전기 접속부(108-2)로부터 흘러 들어가고, 다이오드 소자(102)를 통해 흐르며, 제3 전기 접속부(108-3)로부터 흘러 나간다. 다시 말하면, 108-2에서의 전압이 108-1에서의 전압보다 높지 않을 때 다이오드-포함 커넥터(100)는 바이패스 동작 모드에 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터(600)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 다이오드-포함 커넥터(600)는 환경으로부터 보호되는 하우징(604) 내에서 2개의 다이오드 소자(602-1, 602-2)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, O-링(605)(또는 대안적으로, 포팅 재료)은 외부 습기가 하우징(104)의 내부에 들어가는 것을 방지하도록 하는 데 사용될 수 있다. 대안적으로, 커넥터(600)를 내후성 처리하기 위해 봉지제(예를 들어, 포팅 재료)가 하우징(604) 내에 삽입될 수 있다. 외부 도체에 가해지는 힘이 내부 연결 지점으로 전달되지 않도록 변형 완화 기구가 또한 커넥터에 통합될 수 있다.
각각의 다이오드 소자(602-1, 602-2)는 애노드 및 캐소드를 포함한다. 히트 싱크(603)는 소자의 수동 냉각을 제공하기 위해 다이오드 소자(602-1, 602-2)들에 열적으로 결합될 수 있다.
다이오드-포함 커넥터(600)는 제1 다이오드(602-1)의 애노드 및 제2 다이오드(602-2)의 캐소드에 접속되는 제1 전기 접속부(608-1), 제1 다이오드(602-1)의 캐소드에 접속되는 제2 전기 접속부(608-2), 제2 다이오드(602-2)의 애노드에 접속되는 제3 전기 접속부(608-3), 및 제2 다이오드(602-2)의 캐소드 및 제1 다이오드(602-1)의 애노드에 접속되는 제4 전기 접속부(608-4)를 추가로 포함한다.
제1 포트(614-1)는 제1 및 제2 전기 접속부(608-1, 608-2)들에 전기적으로 접속되도록 구성될 수 있다. 제2 포트(614-2)는 제3 및 제4 전기 접속부(608-3, 608-4)들에 전기적으로 접속되도록 구성될 수 있다. 일 구현예에서, 제1 및 제2 포트(614-1, 614-2)들은 동축 케이블에 접속되도록 동축 커넥터로서 구성될 수 있다(케이블 및 커넥터는 피크 동작 동안에 이들을 통해 흐르는 전류에 대한 충분한 암페어 전달 능력을 갖도록 구성됨).
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전 라미네이트(700)의 개략도이다. 광기전 라미네이트(700)는 직렬로 접속되는 광전지(태양 전지)(202)들의 스트링을 포함한다. 스트링 내의 각각의 광전지(202)는 대면적 PN-접합으로서 구성될 수 있고, 전기 전도성 상호 접속부(204)는 스트링 내의 하나의 전지의 음극 접속점을 스트링 내의 다음의 전지의 양극 접속점에 접속하도록 구성될 수 있다. 스트링의 제1 단부는 스트링의 음극 단부(-)에 있을 수 있고, 스트링의 제2 단부는 양극 단부(+)에 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광기전 라미네이트(700)는 스트링의 제1 단부(음극 단부)의 부근에서 라미네이트의 코너에 있는 제1 개별 관통부(712-) 및 스트링의 제2 단부(양극 단부)의 부근에서 라미네이트의 코너에 있는 제2 개별 관통부(712+)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 개별 관통부(712-, 712+)들을 외부 습기로부터 밀봉하기 위해 밀봉제가 이들 개별 관통부들에 삽입될 수 있다. 외부 도체들에 가해지는 힘이 개별 접속 지점으로 전달되지 않도록 변형 완화부가 또한 개별 관통부에 통합될 수 있다.
제1 전기 도체(708-1)가 스트링의 제1 단부(+)에 전기적으로 접속될 수 있고 제1 개별 관통부(712-) 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 제2 전기 도체(708-2)가 스트링의 내부 지점(720)에 전기적으로 접속될 수 있고 또한 제1 개별 관통부(712-) 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 제3 전기 도체(708-3)가 스트링의 내부 지점(720)에 전기적으로 접속될 수 있고 또한 제2 개별 관통부(712+) 밖으로 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 마지막으로, 제4 전기 도체(708-4)가 스트링의 제2 단부(+)에 전기적으로 접속될 수 있고 제2 개별 관통부(712+) 밖으로 또한 연장되어 나오도록 구성될 수 있다. 전기 도체(708-3, 708-4)들은, 적어도 부분적으로, 라미네이트에 매설된 금속 버스 바아를 포함할 수 있다. 내부 버스 바아 대신에 외부 케이블을 이용하는 대안적인 실시예가 도 14 내지 도 16과 관련하여 이하에서 기술된다.
태양 전지(202)들의 스트링 내의 특정의 내부 지점(720)이 예시 목적을 위해 도 7에 도시되어 있지만, 내부 지점(720)은 스트링 내의 임의의 2개의 태양 전지(202)들 사이에 위치될 수 있다. 더욱이, 하나의 내부 지점(720)에의 접속이 도 7에 도시되고 본 명세서에 상세히 기술되지만, 다른 대안적인 실시예가 다수의 내부 지점(720)들에의 접속을 이용할 수 있다. 이용되는 각각의 부가적인 내부 지점(720)은 스트링의 부가의 섹션을 독립적으로 우회할 수 있도록 부가의 바이패스 다이오드(602)를 필요로 할 것이다.
일 구현예에서, 제1 커넥터(714-1)는 제1 및 제2 전기 도체(708-1, 708-2)들의 단부에 구성될 수 있다. 제1 커넥터(714-1)는 도 6의 다이오드-포함 커넥터(600)의 제1 포트(614-1)와 접속되는 유형의 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 포트(614-1)가 암형 동축 커넥터인 경우, 제1 커넥터(714-1)는 정합하는 수형 동축 커넥터일 수 있다. 제1 커넥터(714-1)와 제1 포트(614-1)가 접속될 때, 제1 전기 도체(708-1)는 제1 전기 접속부(608-1)에 접속되고, 제2 전기 도체(708-2)는 제2 전기 접속부(608-2)에 접속된다.
게다가, 제2 커넥터(714-2)가 제3 및 제4 전기 도체(708-3, 708-4)들의 단부에 구성될 수 있다. 제2 커넥터(714-2)는 도 6의 다이오드-포함 커넥터(600)의 제2 포트(614-2)와 접속하는 유형의 것일 수 있다. 예를 들어, 제2 포트(614-2)가 암형 동축 커넥터인 경우, 제2 커넥터(714-2)는 정합하는 수형 동축 커넥터일 수 있다. 제2 커넥터(714-2)와 제2 포트(614-2)가 접속될 때, 제3 전기 도체(708-3)는 제3 전기 접속부(608-3)에 접속되고, 제4 전기 도체(708-4)는 제4 전기 접속부(608-4)에 접속된다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광기전 조립체(800)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양광 모듈 내에 각각 구성된 복수의 광기전 라미네이트(700)들이 다이오드-포함 커넥터(600)들을 사용하여 직렬로 접속된다. 지시된 바와 같이, 각각의 다이오드-포함 커넥터(600)는 (도면에서 커넥터의 우측에 있는) 광기전 라미네이트(700)의 제1 커넥터(714-1)에 접속되는 제1 포트(614-1), 및 (도면에서 커넥터의 좌측에 있는) 다른 광기전 라미네이트(700)의 제2 커넥터(714-2)에 접속되는 제2 포트(614-2)를 갖는다.
도 7의 광기전 라미네이트(700)는 다음과 같은 4가지 모드들 중 하나에서 동작할 수 있다: 정상 동작, 완전 바이패스, 제1 부분 바이패스 및 제2 부분 바이패스. 정상 동작 모드는 도 4a와 관련하여 전술된 것과 유사하고, 완전 바이패스 모드는 도 4b와 관련하여 전술된 것과 유사하다. 이러한 정상 동작 모드에서, 전류 I정상이 음극 단부에 있는 제1 전기 도체(708-1)로부터 흘러 들어가고, 스트링 내의 일련의 태양 전지들을 통해 흐르며, 양극 단부에 있는 제4 전기 도체(708-4)로부터 흘러 나간다. 완전 바이패스 모드에서, 전류는 태양 전지들의 스트링을 통해 흐르지 않는다. 오히려, 전류 I바이패스가 음극 단부에 있는 제2 전기 도체(708-2)로부터 흘러 들어가고, 태양 전지들의 스트링을 우회하며, 양극 단부에 있는 제3 전기 도체(708-3)로부터 흘러 나간다.
도 9a는 제1 부분 바이패스 모드에서의 도 7의 광기전 라미네이트(700)를 도시하는 개략도이다. 이러한 제1 부분 바이패스 모드에서, 최좌측의 2개 열들의 태양 전지(202)들은 우회되지만, 최우측 4개 열들은 바이패스되지 않는다. 예를 들어, (최우측 4개 열들은 대부분 차광되지 않은 채로 두면서) 최좌측 2개 열들의 상당 부분을 덮는 라미네이트의 부분 차광은 라미네이트가 이 모드에 들어가게 할 수 있다.
태양 전지들의 스트링의 최좌측 2개 열들을 통해 흐르는 대신에, 전류 IA가 음극 단부에 있는 제2 전기 도체(708-2)로부터 흘러 들어가고, 처음 2개의 열들을 우회하며, 스트링 내의 내부 지점(720)으로 흐른다. 내부 지점(720)으로부터, 전류 IA가 태양 전지들의 스트링의 최우측 4개 열들을 통해 흐르고 양극 단부에 있는 제4 전기 도체(708-4)로부터 흘러 나간다.
도 9b는 제2 부분 바이패스 동작 모드에서의 도 7의 광기전 라미네이트를 도시하는 개략도이다. 이러한 제2 부분 바이패스 모드에서, 최좌측 2개 열들의 태양 전지(202)들은 우회되지 않지만, 최우측 4개 열들은 우회된다. 예를 들어, (최좌측 2개 열들은 대부분 차광되지 않은 채로 두면서) 최우측 4개 열들의 상당 부분을 덮는 라미네이트의 부분 차광은 라미네이트가 이 모드에 들어가게 할 수 있다.
전류 IB가 음극 단부에 있는 제1 전기 도체(708-1)로부터 흘러 들어가고, 스트링 내의 처음 2개의 열들의 태양 전지들을 통해 흘러 내부 지점(720)에 도달한다. 그 후에, 태양 전지들의 스트링의 최우측 4개 열들을 통해 흐르는 대신에, 전류 IB는 최우측 4개 열들의 태양 전지들을 우회하기 위해 제3 전기 도체(708-3)를 통해 흘러 나간다.
도 10a는 제1 부분 바이패스 모드에서의 도 6의 다이오드-포함 커넥터(600)를 도시하는 개략도이다. 다이오드-포함 커넥터(600)는 제1 부분 바이패스 모드에 있을 수 있는데, 그 이유는, 예를 들어 제1 커넥터(614-1)에 접속된 광기전 라미네이트(700)의 최좌측 2개 열들이 실질적으로 차광되는 반면, 제2 커넥터(614-2)에 접속된 광기전 라미네이트(700)의 최우측 4개 열들이 대부분 차광되지 않기 때문이다. 이와 같이, 제1 다이오드 소자(602-1)는 순방향 바이어스될 수 있는 반면, 제2 다이오드 소자(602-2)는 역방향 바이어스된 채로 있다. 따라서, 전류 IA가 제4 전기 접속부(608-4)로부터 흘러 들어가고, 제1 다이오드 소자(602-1)을 통해 흐르며, 제2 전기 접속부(608-2)로부터 흘러 나간다.
도 10b는 제2 부분 바이패스 모드에서의 도 6의 다이오드-포함 커넥터(600)를 도시하는 개략도이다. 다이오드-포함 커넥터(600)는 제2 부분 바이패스 모드에 있을 수 있는데, 그 이유는, 예를 들어 제1 커넥터(614-1)에 접속된 광기전 라미네이트(700)의 최좌측 2개 열들이 대부분 차광되지 않은 반면, 제2 커넥터(614-2)에 접속된 광기전 라미네이트(700)의 최우측 4개 열들이 실질적으로 차광되기 때문이다. 이와 같이, 제2 다이오드 소자(602-2)는 순방향 바이어스될 수 있는 반면, 제1 다이오드 소자(602-1)는 역방향 바이어스된 채로 있다. 따라서, 전류 IB가 제3 전기 접속부(608-3)로부터 흘러 들어가고, 제2 다이오드 소자(602-2)를 통해 흐르며, 제1 전기 접속부(608-1)로부터 흘러 나간다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터(1100)의 개략도이다. 도 1의 다이오드-포함 커넥터(100)와 비교하여, 도 11의 다이오드-포함 커넥터(1100)는 1114-1, 1114-2, 1114-3 및 1114-4로 표시된 4개의 포트들을 갖는다. 제1 포트(1114-1)는 제1 전기 접속부(108-1)에 의해 다이오드 소자(102)의 애노드에 결합된다. 제2 포트(1114-2)는 제2 전기 접속부(108-2)에 의해 다이오드 소자(102)의 애노드에 결합된다. 제3 포트(1114-3)는 제3 전기 접속부(108-3)에 의해 다이오드 소자(102)의 캐소드에 결합된다. 마지막으로, 제4 포트(1114-4)는 제4 전기 접속부(108-4)에 의해 다이오드 소자(102)의 애노드에 결합된다. 제1, 제2 및 제4 전기 접속부들은 서로 유효하게 접속되는데, 그 이유는 이들 각각이 애노드에 접속되기 때문이다. 도 11에 도시된 구현예에 따르면, 제1 및 제3 포트(1114-1, 1114-3)들은 다이오드-포함 커넥터(1100)의 제1 측에 위치되고, 제2 및 제4 포트(1114-2, 1114-4)들은 다이오드-포함 커넥터(1100)의 제2 (반대)측에 위치된다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전 라미네이트(1200)의 개략도이다. 도 12의 광기전 라미네이트(1200)는 제1 전기 도체(208-1)를 통해 태양 전지들의 스트링의 제1 단부(음극 단부)에 전기적으로 접속되는 제1 커넥터(1214-1) 및 제2 전기 도체(208-2)를 통해 스트링의 제2 단부(양극 단부)에 전기적으로 접속되는 제2 커넥터(1214-2)를 포함한다. 제1 전기 도체(208-1)는 제1 개별 관통부(212-)로부터 연장되어 나오고, 제2 전기 도체(208-2)는 제2 개별 관통부(212+)로부터 연장되어 나온다. 도 2의 광기전 라미네이트(200)와 비교하여, 도 12의 광기전 라미네이트(1200)는 내부 버스 바아(220) 및 제3 전기 도체(208-3)를 필요로 하지 않는다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광기전 조립체(1300)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 다이오드-포함 커넥터(1100)는 2개의 광기전 라미네이트(1200)들을 상호 접속시키는 데 사용된다. 각각의 다이오드-포함 커넥터(1100)는 그의 제1 측에서 그의 제1 포트(1114-1)가 광기전 라미네이트(1200)의 제1 전기 커넥터(1214-1)에 전기적으로 접속되고, 그의 제2 측에서 그의 제2 포트(1114-2)가 광기전 라미네이트(1200)의 제2 전기 커넥터(1214-2)에 전기적으로 접속된다. 외부 케이블이 다이오드-포함 커넥터(1100)의 제1 측에서의 제3 포트(1114-3)를 다음의 다이오드-포함 커넥터(1100)의 제2 측에서의 제4 포트(1114-4)에 전기적으로 접속시키는 데 사용된다.
일단 전술된 바와 같이 상호 접속되면, 도 13의 광기전 조립체(1300)는 도 3의 광기전 조립체(300)의 동작과 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 바이패스 전류가, 내부 버스 바아(220)를 통해 지나가는 대신에, 외부 케이블(1302)을 통해 지나간다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다이오드-포함 커넥터의 개략도이다. 도 6의 다이오드-포함 커넥터(600)와 비교하여, 도 14의 다이오드-포함 커넥터(1400)는 1414-1, 1414-2, 1414-3 및 1414-4로 표시된 4개의 포트들을 갖는다. 제1 포트(1414-1)는 제1 전기 접속부(608-1)에 의해 제1 다이오드 소자(602-1)의 애노드 및 제2 다이오드 소자(602-2)의 캐소드에 결합된다. 제2 포트(1414-2)는 제2 전기 접속부(608-2)에 의해 제1 다이오드 소자(602-1)의 캐소드에 결합된다. 제3 포트(1414-3)는 제3 전기 접속부(608-3)에 의해 제2 다이오드 소자(602-2)의 애노드에 결합된다. 마지막으로, 제4 포트(1414-4)는 제4 전기 접속부(608-4)에 의해 제1 다이오드 소자(602-1)의 애노드 및 제2 다이오드 소자(602-2)의 캐소드에 결합된다. 제1 및 제4 전기 접속부들은 서로 유효하게 접속된다. 도 14에 도시된 구현예에 따르면, 제1 및 제2 포트(1414-1, 1414-2)들은 다이오드-포함 커넥터(1400)의 제1 측에 위치되고, 제3 및 제4 포트(1414-3, 1414-4)들은 다이오드-포함 커넥터(1400)의 제2 (반대)측에 위치된다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 광기전 라미네이트(1500)의 개략도이다. 도 15의 광기전 라미네이트(1500)는 제1 전기 도체(1508-1)를 통해 태양 전지들의 스트링의 제1 단부(음극 단부)에 전기적으로 접속되는 제1 커넥터(1514-1) 및 제4 전기 도체(1508-4)를 통해 스트링의 제2 단부(양극 단부)에 전기적으로 접속되는 제4 전기 커넥터(1514-4)를 포함한다. 제1 전기 도체(1508-1)는 (스트링의 음극 단부의 부근에 있을 수 있는) 제1 개별 관통부(1512-)로부터 연장되어 나오고, 제4 전기 도체(1508-4)는 (스트링의 양극 단부의 부근에 있을 수 있는) 제2 개별 관통부(1512+)로부터 연장되어 나온다. 게다가, 제2 커넥터(1514-2)는 제2 전기 도체(1508-2)를 통해 스트링의 내부 지점(720)에 전기적으로 접속되고, 제3 커넥터(1514-3)는 제3 전기 도체(1508-3)를 통해 스트링의 동일한 내부 지점(720)에 전기적으로 접속된다. 제2 및 제3 전기 도체(1508-2, 1508-3)들은 (스트링의 내부 지점의 부근에 있을 수 있는) 제3 개별 관통부(1502)로부터 연장되어 나올 수 있다. 전기 도체(1508-1, 1508-2, 1508-3, 1508-4)는 절연된 와이어 또는 케이블을 포함할 수 있다.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 광기전 조립체(1600)의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 다이오드-포함 커넥터(1400)는 2개의 광기전 라미네이트(1500)들을 상호 접속시키는 데 사용된다. 각각의 다이오드-포함 커넥터(1400)는 그의 제1 측에서 그의 제1 및 제2 포트(1414-1, 1414-2)들이 광기전 라미네이트(1500)의 제1 및 제2 전기 커넥터(1514-1, 1514-2)들에 각각 전기적으로 접속된다. 각각의 다이오드-포함 커넥터(1400)는 그의 제2 측에서 그의 제3 및 제4 포트(1414-3, 1414-4)들이 광기전 라미네이트(1500)의 제3 및 제4 전기 커넥터(1514-3, 1514-4)들에 각각 전기적으로 접속된다.
일단 전술된 바와 같이 상호 접속되면, 도 16의 광기전 조립체(1600)는 도 8의 광기전 조립체(800)의 동작과 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 바이패스 전류가 라미네이트에 매설된 와이어 또는 케이블(708-2, 708-3)을 통해 지나가는 대신에, 외부 와이어 또는 케이블(1508-2, 1508-3)을 통해 지나간다.
본 개시 내용에서, 본 발명의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 장치, 구성요소 및 방법의 예와 같은 다수의 구체적인 상세 사항이 제공되어 있다. 그러나, 당업자는 본 발명이 구체적인 상세 사항들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우에서는, 본 발명의 태양들을 불명료하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 상세 사항이 도시 또는 기술되지 않았다.
본 발명의 특정의 실시예들이 제공되었지만, 이들 실시예들이 예시 목적을 위한 것이고 제한하는 것이 아님이 이해될 것이다. 본 개시 내용을 읽은 당업자에게는 많은 추가의 실시예들이 명백해질 것이다.

Claims (27)

  1. 다이오드-포함 커넥터(diode-included connector)로서,
    애노드(anode) 및 캐소드(cathode)를 각각 갖는 제1 다이오드 및 제2 다이오드;
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드를 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내에서 상기 제1 다이오드의 애노드에 직접 접속되고 상기 제2 다이오드의 캐소드에 직접 접속되는 제1 전기 접속부;
    상기 하우징 내에서 상기 제1 다이오드의 캐소드에 직접 접속되는 제2 전기 접속부;
    상기 하우징 내에서 상기 제2 다이오드의 애노드에 직접 접속되는 제3 전기 접속부;
    상기 하우징 외부로부터 상기 제1 전기 접속부 및 상기 제2 전기 접속부에 직접 전기적으로 접속되는 제1 포트; 및
    상기 하우징 외부로부터 상기 제3 전기 접속부 및 상기 제1 전기 접속부에 직접 전기적으로 접속되는 제2 포트를 포함하는, 다이오드-포함 커넥터.
  2. 제1항에 있어서, 다이오드와 제1, 제2 및 제3 전기 접속부를 외부 습기로부터 보호하는 시일(seal)을 추가로 포함하는, 다이오드-포함 커넥터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다이오드에 열적으로 결합된 히트 싱크(heat sink)를 추가로 포함하는, 다이오드-포함 커넥터.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 커넥터를 손상시킴이 없이 다이오드의 교체를 위해 또는 달리 커넥터를 수리하기 위해 손에 의한 또는 통상의 현장 도구에 의한 분해를 허용하는 기구를 추가로 포함하는, 다이오드-포함 커넥터.
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  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 포트는 동축 케이블에 부착되도록 구성되는, 다이오드-포함 커넥터.
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