KR101947037B1 - 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지 - Google Patents

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Abstract

발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지가 개시되며, 상기 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지는 산란층, 상기 산란층의 하측에 배치되는 도광판, 및 상기 도광판의 하측에 배치되는 패턴층을 갖는 솔라 윈도우; 및 상기 솔라 윈도우의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치되는 솔라셀 어레이부를 포함하되, 상기 솔라 윈도우는 상기 산란층의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치되고, 상기 패턴층은 상기 도광판으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성될 수 있다.

Description

발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지{SOLAR WINDOW CAPABLE OF DISTRIBUTING GENERATED POWER}
본원은 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지에 관한 것이다.
창호형 태양 전지는 태양광을 이용하여 전력을 생산함과 동시에 창호로써 빛을 투과하는 역할을 수행한다. 이러한 창호형 태양 전지는 심미적으로 뛰어난 장점이 있어 BIPV 시장을 활성화 시킬 것이라 기대되는 제품 중 하나이다.
이러한 창호형 태양 전지와 관련하여, 솔라셀 어레이로 향하는 빛의 양을 조절하고, 빛의 양에 따라 솔라셀 어레이를 효율적으로 배치시킬 수 있는 창호형 태양 전지가 개발될 필요가 있어 왔다.
본원의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제 10-2011-0018575호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 솔라셀 어레이로 향하는 빛의 양을 조절하고, 빛의 양에 따라 솔라셀 어레이를 효율적으로 배치시킬 수 있는 창호형 태양 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지는, 산란층, 상기 산란층의 하측에 배치되는 도광판, 및 상기 도광판의 하측에 배치되는 패턴층을 갖는 솔라 윈도우; 및 상기 솔라 윈도우의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치되는 솔라셀 어레이부를 포함하되, 상기 솔라 윈도우는 상기 산란층의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치되고, 상기 패턴층은 상기 도광판으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되는 것일 수 있다.
본원의 제2 측면에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지는, 산란층, 상기 산란층의 하측에 배치되는 도광판, 상기 도광판의 하측에 배치되는 제1 패턴층 및 상기 제1 패턴층의 하측에 배치되는 제2 패턴층을 갖는 솔라 윈도우; 및 상기 솔라 윈도우의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치되는 솔라셀 어레이부를 포함하되, 상기 솔라 윈도우는 상기 산란층의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치되고, 상기 제1 패턴층은 상기 도광판으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되며, 상기 제2 패턴층은 상기 제1 패턴층으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되는 것일 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 산란층과 도광판을 통과한 빛은 패턴층의 패턴에 의해 방향성을 부여받을 수 있고, 이에 따라, 솔라셀 윈도우의 엣지(솔라셀 어레이부)의 각 부분으로 전달되는 입사광의 조절이 가능해질 수 있어, 솔라셀 어레이부의 각 부분에서의 발전량이 배분이 선택적으로 가능한 창호형 태양 전지가 구현될 수 있다.
또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 산란층과 도광판을 통과한 빛은 제1 패턴층의 패턴에 의해 방향성을 부여받을 수 있고, 제1 패턴층을 통과한 빛은 제2 패턴층의 패턴에 의해 방향성을 부여받을 수 있어, 제1 패턴층 및 제2 패턴층의 패턴에 의해 솔라셀 어레이부로 입사되는 광량의 증감 또는 감소가 조절될 수 있다.
도 1은 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 솔라 윈도우의 내면을 도시하기 위해 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 일부를 절개하여 그린 개략적인 개념도이다.
도 2는 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 솔라 윈도우를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이다.
도 3은 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 패턴층을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 4는 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴을 설명하기 위한 사진으로서, 도 2의 A를 확대한 사진이다.
도 5는 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 6은 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도에 따라 X축 방향으로 진행하는 빛의 비율과 y축 방향으로 진행하는 빛의 비율을 도시한 그래프이다.
도 7은 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 0˚인 경우에 형성되는 제2 방향에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 8은 본원의 제2 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지를 설명하기 위해, 제1 패턴층과 제2 패턴층이 겹쳐진 것을 도시한 개략적인 개념도이다.
도 9는 본원의 제2 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 제1 패턴층의 θ1를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 10은 본원의 제2 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지의 제2 패턴층의 θ2를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어(상측, 상면, 하측, 하면 등)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설정한 것이다. 예를 들면, 도 1 내지 도 3을 보았을 때 전반적으로 12시 방향이 상측, 전반적으로 12시 방향을 향하는 면이 상면, 전반적으로 6시 방향이 하측, 전반적으로 6시 방향을 향하는 면이 하면 등이 될 수 있다.
본원은 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지에 관한 것이다.
먼저, 본원의 제1 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지(이하 '제1 창호형 태양 전지'이라 함)에 대하여 설명한다.
도 1은 제1 창호형 태양 전지의 솔라 윈도우의 내면을 도시하기 위해 제1 창호형 태양 전지의 일부를 절개하여 그린 개략적인 개념도이고, 도 2는 제1 창호형 태양 전지의 솔라 윈도우를 설명하기 위한 개략적인 개념 단면도이며, 도 3은 제1 창호형 태양 전지의 패턴층을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 제1 창호형 태양 전지는 솔라 윈도우(1)를 포함한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 솔라 윈도우(1)는 산란층(11), 산란층(11)의 하측에 배치되는 도광판(12) 및 도광판(12)의 하측에 배치되는 패턴층(13)을 갖는다.
솔라 윈도우(1)는 산란층(11)의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 창호형 태양 전지가 건물에 장착되는 경우, 솔라 윈도우(1)는 산란층(11)의 상면이 건물의 외부를 향하게 배치될 수 있다.
산란층(11)을 통과한 빛은 산란될 수 있고, 빛 중 적어도 일부는 도광판(12)을 향할 수 있다. 예를 들어, 산란층(11)은 기판을 포함할 수 있다. 기판은 PET, Polycarbonate(PC) 등의 재질일 수 있다. 또한, 산란층(11)은 기판 상에 형성되는 패턴부를 포함할 수 있다. 패턴부는 프리즘 패턴 및 도트 패턴 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한 패턴부는 아크릴 레진 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 패턴부는 빛을 산란시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 산란층(11)의 두께는 300 내지 400 마이크로미터일 수 있다. 예시적으로, 산란층(11)이 PET 기판을 포함하는 경우, 550 nm 파장대에서 기판은 n=1.63인 굴절률을 가질 수 있다. 다른 예로, 산란층(11)이 Polycarbonate 기판을 포함하는 경우, 550 nm 파장대에서 기판은 n=1.59인 굴절율을 가질 수 있다.
또한, 도광판(12)은 산란층(11)으로부터 그 내부로 입사되는 빛의 적어도 일부를 산란시킬 수 있다. 즉, 도광판(12)은 산란층(11)에서 산란된 빛이 2차적으로 산란되는 영역일 수 있다. 도광판(12)의 내부로 입사되는 빛 중 적어도 일부를 엣지측으로 진행될 수 있고, 다른 일부는 패턴층(13)으로 입사될 수 있다. 또한, 도광판(12)은 랜덤한 사이즈의 원모양 패턴(Bead)을 갖는 패턴부를 포함할 수 있다. 또한, 도광판(12)은 일반적인 글래스(glass)보다 굴절률이 낮은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도광판(12)은 산란층(11)과 동일 내지 유사하게 PET 또는 Polycarbonate 재질일 수 있다. 또는, 도광판(12)은 PMMA 재질일 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 패턴층(13)은 도광판(12)으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴을 가질 수 있다. 패턴층(13)은 빛의 반사율을 증가시키고 전반사 확률을 높이는 형태로 구비될 수 있다. 이에 따라, 산란층(11)과 도광판(12)을 통과해 패턴층(13)으로 입사된 빛은 패턴층(13) 내에서 반사되며 엣지측(솔라셀 윈도우(1)의 외곽)으로 진행될 수 있다. 구체적인 예로, 산란층(11)을 통과하며 산란된 빛은 도광판(12)을 통과하며 분산되고, 도광판(12)을 통과한 빛은 패턴층(13)의 하면에 형성된 패턴에 부딪혀 특정한 방향성을 부여받으며 다시 상측으로 반사될 수 있다. 이렇게 반사된 빛은 패턴층(13) 내에서, 또는 도광판(12)과 패턴층(13) 내에서 계속 반사되며 솔라셀 윈도우(1)의 외곽(엣지측)을 향하게 된다.
이에 따르면, 제1 창호형 태양 전지는 산란층(11) 및 도광판(12)을 통과한 빛이 패턴층(13)의 패턴에 부딧혀 엣지(후술하는 솔라셀 어레이부(2)가 구비된 곳)를 향하게 만들 수 있다.
예시적으로, 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 패턴은 패턴층(13)의 하면으로부터 하측 방향으로 돌출되는 돌출 단면(131)이 제1 방향으로 연장되는 형상으로서, 이러한 돌출 단면(131) 복수 개가 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성된 것일 수 있다.
도 4는 제1 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴을 설명하기 위한 사진으로서, 도 2의 A를 확대한 사진이다.
예시적으로, 도 4를 참조하면, 돌출 단면(131)은 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 2 개의 마루(1311) 및 2 개의 마루(1311) 사이에 형성되는 중간 골(1312)을 포함할 수 있다.
중간 골(1312)의 함몰 깊이는 복수개의 패턴 사이에 형성되는 사이드 골(132)의 함몰 깊이보다 작을 수 있다.
또한, 예를 들어, 사이드 골(132) 사이의 간격 T, 다시 말해, 패턴의 주기T는 300 마이크로미터 내지 450 마이크로미터일 수 있다. 또한, 마루(1131) 사이의 간격 L, 다시 말해, 패턴의 최하측의 길이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터의 범위에서 결정될 수 있다. 또한, 마루(1311)와 사이드 골(132)의 높이 차 H, 다시 말해, 패턴의 높이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터에서 결정될 수 있다.
참고로, 패턴층(13)은 글래스(glass)로 이루어질 수 있다. 또한, 패턴은 레이저 식각에 의해 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 패턴은 글래스 기판 상에 레이저 패터닝이 수행됨으로써 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 패턴층(13)의 단면 구조는 돌출될수록 그 폭이 좁아지는 사다리꼴 형태일 수 있다. 다만, 사다리꼴 형태인 패턴층(13)의 돌출된 외곽 부분(도 4 기준 하측 외곽 부분)에는 레이저 패터닝에 의한 굴곡(중간 골)이 형성될 수 있다. 패턴층(13)의 굴절률은 일반적인 글래스와 동일할 수 있다. 예를 들어, 패턴층(13)은 550 nm 파장대에서 n=1.51인 굴절률을 가질 수 있다. 이 같이 패터닝된 영역(돌출 단면)에서는 플랫한 영역과 달리 면이 소정의 각도로 기울어지게 되므로 동일한 광의 입사 방향에 대하여 반사되는 방향(반사각)이 플랫한 영역과는 달라지게 된다. 즉, 패턴 층(13)의 패터닝된 영역(돌출 단면)은 입사하는 광에 대하여 전반사가 될 조건인 크리티컬 앵글(Critical angle)을 만족하는 기울기의 면을 적어도 일부 형성하도록 구비될 수 있다. 도 4를 참조하면, 패턴 층(13)은 중간 골(1312)과 사이드 골(132)의 함몰 깊이(패터닝된 깊이)를 달리 설정하고 중간 골(1312)과 사이드 골(132)이 함몰되면서 형성되는 경사면의 각도를 달리 설정하여, 산란층(11)과 도광판(12)을 통과하여 다양한 각도로 비스듬하게 입사(도 2 참조)하는 광들의 전반사 확률을 플랫한 면과 대비하여 크게 높일 수 있다. 예를 들면, 사이드 골(132)이 함몰되는 경사면보다 중간 골(1312)이 함몰되는 경사면이 더 완만한 각도를 가질 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 제1 창호형 태양 전지는 솔라셀 어레이부(2)를 포함한다. 솔라셀 어레이부(2)는 입사된 빛을 전력으로 변환시킬 수 있다. 솔라셀 어레이부(2)는 솔라 윈도우(1)의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치된다. 이에 따라, 상술한 솔라 윈도우(1)에 의해 엣지측으로 입사된 빛 중 적어도 일부는 솔라셀 어레이부(2)로 입사되어 전력으로 변환될 수 있다.
예시적으로, 도 1을 참조하면, 제1 창호형 태양 전지는 솔라 윈도우(1)의 둘레를 따라 구비되는 프레임부(3)를 포함할 수 있는데, 솔라셀 어레이부(2)는 프레임부(3)와 솔라 윈도우(1) 사이에 배치될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 솔라셀 어레이부(2)는 솔라 윈도우(1)를 사이에 두고 X축 방향으로 대향하는 세로 솔라셀 어레이(22) 및 솔라 윈도우(1)를 사이에 두고 Y축 방향으로 대향하는 가로 솔라셀 어레이(21) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
가로 솔라셀 어레이(21) 및 세로 솔라셀 어레이(22) 각각은 직렬 혹은 병렬로 연결된 솔라셀들을 포함할 수 있다. 직렬 연결 구조 또는 병렬 연결 구조를 최적화하기 위해서는 솔라셀 어레이부(2)로의 입사광량이 조절될 필요가 있다.
도 5는 제1 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 6은 제1 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도에 따라 X축 방향으로 진행하는 빛의 비율과 y축 방향으로 진행하는 빛의 비율을 도시한 그래프이며, 도 7은 제1 창호형 태양 전지의 패턴층의 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 0˚인 경우에 형성되는 제2 방향에 대해 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
예를 들어, 도 5를 참조하면, 패턴에 있어서, 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도(θ)가 작아질수록 가로 솔라셀 어레이(21)로 입사되는 광량이 증가되고, 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90도 이하의 범위 내에서 커질수록 세로 솔라셀 어레이(22)로 입사되는 광량이 증가될 수 있다.
도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 제1 창호형 태양 전지에 있어서, 가로 솔라셀 어레이에서 검출되는 빛의 비율과 세로 솔라셀 어레이에서 검출되는 빛의 비율을 도시한 그래프이다.
도 6에서 파랑색 그래프는 가로 솔라셀 어레이(21)에서 검출되는 빛의 양을 가로 솔라셀 어레이(21) 에서 검출되는 빛의 양과 세로 솔라셀 어레이(22)에서 검출되는 빛의 양의 합으로 나눈 값을 도시한 것이고, 주황색 그래프는 세로 솔라셀 어레이(22)에서 검출되는 빛의 양을 가로 솔라셀 어레이(21) 에서 검출되는 빛의 양과 세로 솔라셀 어레이(22)에서 검출되는 빛의 양의 합으로 나눈 값을 도시한 것이다.
파랑색 그래프의 경향을 보면, 패턴의 제2 방향과 X축 방향 사이의 각도가 점차 증가할 수록 가로 솔라셀 어레이(21)에서 검출되는 빛의 양이 리니어하게 감소되는 것을 볼 수 있다. 또한, 주황색 그래프의 경향을 보면, 패턴의 제2 방향과 X축 방향 사이의 각도가 점차 증가할수록 세로 솔라셀 어레이(22)에서 검출되는 빛의 양이 리니어하게 증가되는 것을 볼 수 있다.
즉, 도 7을 참조하면, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 0˚인 경우(돌출 단면이 X축 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 경우), Y축 방향으로의 엣지면(가로 솔라셀 어레이(21)가 배치되는 곳)으로만 빛이 입사될 수 있다. 다시 말해, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 0˚인 경우, Y축 방향으로의 엣지면에서만 빛이 검출될 수 있다. 이러한 경우, 솔라셀 어레이부(2)는 가로 솔라셀 어레이(21)를 포함할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 45˚에 가까워질수록 Y축 방향으로의 엣지면으로 입사되는 광량보다 적은 광량 범위 내에서 X축 방향으로의 엣지면(세로 솔라셀 어레이(22)가 배치되는 곳)으로 입사되는 광량이 증가할 수 있다. 다시 말해, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 45˚에 가까워질수록 Y축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량보다 적은 광량 범위 내에서 X축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량이 증가할 수 있다. 이러한 경우, 솔라셀 어레이부(2)는 패턴에 의해 특정된 방향성에 대응하여 가로 솔라셀 어레이(21) 중 적어도 일부 및 세로 솔라셀 어레이(22) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
또한, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 45˚인 경우, Y축 방향으로의 엣지면 및 X축 방향으로의 엣지면 각각으로 입사되는 광량은 대응 내지 동일할 수 있다. 다시 말해, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 45˚인 경우, Y축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량과 X축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량은 유사 또는 동일할 수 있다. 이러한 경우, 솔라셀 어레이부(2)는 패턴에 의해 특정된 방향성에 대응하여 가로 솔라셀 어레이(21) 중 적어도 일부 및 세로 솔라셀 어레이(22) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
또한, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90˚에 가까워질수록 Y축 방향으로의 엣지면으로 입사되는 광량보다 큰 광량 범위 내에서 X축 방향으로의 엣지면으로 입사되는 광량이 증가할 수 있다. 다시 말해, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90˚에 가까워질수록 Y축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량보다 큰 광량 범위 내에서 X축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 광량이 증가할 수 있다. 이러한 경우, 솔라셀 어레이부(2)는 패턴에 의해 특정된 방향성에 대응하여 가로 솔라셀 어레이(21) 중 적어도 일부 및 세로 솔라셀 어레이(22) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
또한, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90˚인 경우(돌출 단면이 Y축 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 경우), X축 방향으로의 엣지면으로만 빛이 입사될 수 있다. 다시 말해, 패턴의 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90˚인 경우, X축 방향으로의 엣지면에서만 빛이 검출될 수 있다. 이러한 경우, 솔라셀 어레이부(2)는 세로 솔라셀 어레이(22)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 제1 창호형 태양 전지는 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도를 0˚와 90˚ 사이에서 변경함으로써, X축 방향으로 진행하는 빛의 양과 Y축 방향으로 진행하는 빛의 양(X축 방향으로의 엣지면 및 Y축 방향으로의 엣지면에서 검출되는 빛의 양)을 조절할 수 있다. 이를 통해 가로 솔라셀 어레이(21) 및 세로 솔라셀 어레이(22)에서 생상되는 전력의 배분이 이루어질 수 있다. 또한, 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도를 0˚와 90˚ 사이에서 변경하고, 그에 따라 가로 솔라셀 어레이(21) 및 세로 솔라셀 어레이(22)의 배치 여부를 결정하여 솔라셀 어레이부(2)를 효율적으로 배치할 수 있다.
이하에서는, 본원의 제2 실시예에 따른 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지(이하 '제2 창호형 태양 전지'이라 함)에 대하여 설명한다. 다만, 제2 창호형 태양 전지의 설명과 관련하여 앞서 살핀 제1 창호형 태양 전지에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
제2 창호형 태양 전지는 솔라 윈도우(1)를 포함한다. 솔라 윈도우(1)는 산란층(11), 산란층(11)의 하측에 배치되는 도광판(12), 도광판(12)의 하측에 배치되는 제1 패턴층(13) 및 제1 패턴층의 하측에 배치되는 제2 패턴층(13')을 포함한다.
솔라 윈도우(1)는 산란층(11)의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치된다. 예를 들어, 제2 창호형 태양 전지가 건물에 장착되는 경우, 솔라 윈도우(1)는 산란층(11)의 상면이 건물의 외부를 향하게 배치될 수 있다.
또한, 제1 패턴층(13)은 도광판(12)으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴을 가질 수 있다. 또한, 제2 패턴층(13')은 제1 패턴층(13)으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴을 가질 수 있다.
예시적으로, 제1 패턴층(13)의 패턴은 패턴층(13)의 하면으로부터 하측 방향으로 돌출되는 돌출 단면(131)이 제1 방향으로 연장되는 형상으로서, 이러한 돌출 단면(131) 복수 개가 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성된 것일 수 있다.
또한, 돌출 단면(131)은 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 2 개의 마루(1311) 및 2 개의 마루(1311) 사이에 형성되는 중간 골(1312)을 포함할 수 있다.
중간 골(1312)의 함몰 깊이는 복수개의 패턴 사이에 형성되는 사이드 골(132)의 함몰 깊이보다 작을 수 있다.
또한, 예를 들어, 사이드 골(132) 사이의 간격 T, 다시 말해, 패턴의 주기T는 300 마이크로미터 내지 450 마이크로미터일 수 있다. 또한, 마루(1131) 사이의 간격, 다시 말해, 패턴의 최하측의 길이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터의 범위에서 결정될 수 있다. 또한, 마루(1311)와 사이드 골(132)의 높이 차, 다시 말해, 패턴의 높이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터에서 결정될 수 있다.
참고로, 패턴은 레이저 식각에 의해 형성될 수 있다.
또한, 예시적으로, 제2 패턴층(13')의 패턴은 제2 패턴층(13')의 하면으로부터 하측 방향으로 돌출되는 돌출 단면(131)이 제1 방향으로 연장되는 형상으로서, 이러한 돌출 단면(131) 복수 개가 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성된 것일 수 있다.
또한, 돌출 단면(131)은 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 2 개의 마루(1311) 및 2 개의 마루(1311) 사이에 형성되는 중간 골(1312)을 포함할 수 있다.
중간 골(1312)의 함몰 깊이는 복수개의 패턴 사이에 형성되는 사이드 골(132)의 함몰 깊이보다 작을 수 있다.
또한, 예를 들어, 사이드 골(132) 사이의 간격 T, 다시 말해, 패턴의 주기T는 300 마이크로미터 내지 450 마이크로미터일 수 있다. 또한, 마루(1131) 사이의 간격, 다시 말해, 패턴의 최하측의 길이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터의 범위에서 결정될 수 있다. 또한, 마루(1311)와 사이드 골(132)의 높이 차, 다시 말해, 패턴의 높이는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터에서 결정될 수 있다.
참고로, 패턴은 레이저 식각에 의해 형성될 수 있다.
또한, 제2 창호형 태양 전지는 솔라셀 어레이부(2)를 포함한다. 솔라셀 어레이부(2)는 입사된 빛을 전력으로 변환시킬 수 있다. 솔라셀 어레이부(2)는 솔라 윈도우(1)의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치된다.
제2 창호형 태양 전지는 솔라 윈도우의 둘레를 따라 구비되는 프레임부(3)를 포함할 수 있는데, 솔라셀 어레이부(2)는 프레임부(3)와 솔라 윈도우(1) 사이에 배치될 수 있다.
솔라셀 어레이부(2)는 솔라 윈도우(1)를 사이에 두고 X축 방향으로 대향하는 세로 솔라셀 어레이(22) 및 솔라 윈도우(1)를 사이에 두고 Y축 방향으로 대향하는 가로 솔라셀 어레이(21) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 패턴층(13, 13') 각각의 패턴에 있어서, 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 작아질수록 가로 솔라셀 어레이(21)로 입사되는 광량이 증가되고, 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90도 이하의 범위 내에서 커질수록 세로 솔라셀 어레이(22)로 입사되는 광량이 증가될 수 있다.
도 8은 제2 창호형 태양 전지를 설명하기 위해, 제1 패턴층과 제2 패턴층이 적층된 것을 도시한 개략적인 개념도이고, 도 9는 제2 창호형 태양 전지의 제1 패턴층의 θ1를 설명하기 위한 개략적인 개념도이며, 도 10은 제2 창호형 태양 전지의 제2 패턴층의 θ2를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
제2 패턴층(13')은 제1 패턴층(13)을 통과하여 입사된 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여할 수 있다.
구체적으로, 제1 패턴층(13)의 패턴의 제1 방향이 X축과 이루는 각도 θ1 및 제2 패턴층(13')의 패턴의 제1 방향이 X축과 이루는 각도 θ2에 대하여, 솔라셀 어레이부(2)로 입사되는 광량이 증가하는 보강 조정이 필요한 경우, 각각의 값이 같도록(θ1 = θ2) 설정되거나, 또는 합이 180˚(θ1 + θ2 = 180˚)가 되도록 설정될 수 있다. 즉, 제1 패턴층(13)의 패턴 형성 방향(제1 방향)과 제2 패턴층(13')의 패턴 형성 방향(제1 방향)이 이루는 각도가 180˚의 n의 배수(여기서, n은 정수) 관계에 있으면, 광의 중첩을 통해 광량이 보다 보강되는 방향으로의 조정이 이루어질 수 있다.
또한, 솔라셀 어레이부(2)로 입사되는 광량이 감소하는 상쇄 조정이 필요한 경우, θ1 및 θ2는 차이의 절대값이 90˚(|θ2 - θ1| = 90˚)가 되도록 설정될 수 있다. 즉, 제1 패턴층(13)의 패턴 형성 방향(제1 방향)과 제2 패턴층(13')의 패턴 형성 방향(제1 방향)이 이루는 각도가 90˚ + 180 ˚ x n (여기서, n은 정수) 관계에 있으면, 광이 보다 상쇄되는 방향으로의 조정이 이루어질 수 있다.
이러한 제2 창호형 태양 전지에 있어서, 제2 패턴층(13')은 제1 패턴층(13)을 통과하여 입사된 빛을 엣지측으로 진행시키기 때문에, 제1 패턴층(13)에 의해 솔라 윈도우(1)의 엣지로 진행되는 광량이 제2 패턴층(13')에 의해 솔라 윈도우(1)의 엣지로 진행되는 광량보다 많을 수 있다. 이에 따라, 제1 패턴층(13)은 제2 패턴층(13')보다 많은 광량을 컨트롤 할 수 있기 때문에 광량 분배의 메인 컨트롤러라고 할 수 있다. 또한, 제2 패턴층(13')은 제1 패턴층(13)을 통과한 빛에 대한 광량의 진행을 조절할 수 있기 때문에 미세 조정을 할 수 있는 부분 컨트롤러라고 할 수 있다. 이와 같이, 제2 창호형 태양 전지는 2 장의 패턴층(13, 13')을 이용해 정확한 광량 제어를 할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 솔라 윈도우
11: 산란층
12: 도광판
13: 패턴층, 제1 패턴층
13': 제2 패턴층
131: 돌출 단면
1311: 마루
1312: 중간 골
132: 사이드 골
2: 솔라셀 어레이부
21: 가로 솔라셀 어레이
22: 세로 솔라셀 어레이
3: 프레임부

Claims (17)

  1. 창호형 태양 전지에 있어서,
    산란층, 상기 산란층에서 산란된 빛 중 그 내부로 입사되는 빛의 적어도 일부를 2차적으로 산란시키도록 상기 산란층의 하측에 배치되는 도광판, 및 상기 도광판의 하측에 배치되는 패턴층을 갖는 솔라 윈도우; 및
    상기 솔라 윈도우의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치되는 솔라셀 어레이부를 포함하되,
    상기 솔라 윈도우는 상기 산란층의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치되고,
    상기 솔라셀 어레이부는 상기 솔라 윈도우를 사이에 두고 X축 방향으로 대향하는 세로 솔라셀 어레이 및 상기 솔라 윈도우를 사이에 두고 Y축 방향으로 대향하는 가로 솔라셀 어레이 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 패턴층에는 상기 도광판으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되고,
    상기 패턴은 상기 패턴층의 하면으로부터 하측 방향으로 돌출되는 돌출 단면이 제1 방향으로 연장되는 형상으로서, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 복수개가 간격을 두고 형성되되,
    상기 돌출 단면은 상기 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 2개의 마루 및 상기 2개의 마루 사이에 형성되는 중간 골을 포함하며,
    상기 중간 골의 함몰 깊이는 상기 복수개의 패턴 사이에 형성되는 사이드 골의 함몰 깊이보다 작고, 상기 중간 골이 함몰되는 경사면은 상기 사이드 골이 함몰되는 경사면의 경사 각도보다 완만한 경사 각도를 가지며,
    상기 패턴층의 하면에 형성된 패턴에 반사된 빛 중 적어도 일부는, 상기 패턴층 내에서, 또는 상기 도광판과 상기 패턴층 내에서 반사되며 상기 솔라 윈도우의 엣지면을 향하는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔라 윈도우의 둘레를 따라 구비되는 프레임부를 더 포함하고,
    상기 솔라셀 어레이부는 상기 프레임부와 상기 솔라 윈도우 사이에 배치되는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사이드 골 사이의 간격T는 300 마이크로미터 내지 450 마이크로미터이고,
    상기 마루 사이의 간격은 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터이며,
    상기 마루와 상기 사이드 골의 높이 차는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터인 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 작아질수록 상기 가로 솔라셀 어레이로 입사되는 광량이 증가되고, 상기 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90도 이하의 범위 내에서 커질수록 상기 세로 솔라셀 어레이로 입사되는 광량이 증가되는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  9. 창호형 태양 전지에 있어서,
    산란층, 상기 산란층에서 산란된 빛 중 그 내부로 입사되는 빛의 적어도 일부를 2차적으로 산란시키도록 상기 산란층의 하측에 배치되는 도광판, 상기 도광판의 하측에 배치되는 제1 패턴층 및 상기 제1 패턴층의 하측에 배치되는 제2 패턴층을 갖는 솔라 윈도우; 및
    상기 솔라 윈도우의 엣지면 중 적어도 일부에 대향하여 배치되는 솔라셀 어레이부를 포함하되,
    상기 솔라 윈도우는 상기 산란층의 상면을 통해 빛이 입사되도록 배치되고,
    상기 솔라셀 어레이부는 상기 솔라 윈도우를 사이에 두고 X축 방향으로 대향하는 세로 솔라셀 어레이 및 상기 솔라 윈도우를 사이에 두고 Y축 방향으로 대향하는 가로 솔라셀 어레이 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 제1 패턴층에는 상기 도광판으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되며,
    상기 제2 패턴층에는 상기 제1 패턴층으로부터 입사되는 빛의 적어도 일부에 대하여 반사되는 방향성을 부여하는 패턴이 형성되며,
    상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층 각각의 상기 패턴은 상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층 각각의 하면으로부터 하측 방향으로 돌출되는 돌출 단면이 제1 방향으로 연장되는 형상으로서, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 복수개가 간격을 두고 형성되되,
    상기 돌출 단면은 상기 제2 방향을 따라 간격을 두고 형성되는 2개의 마루 및 상기 2개의 마루 사이에 형성되는 중간 골을 포함하며,
    상기 중간 골의 함몰 깊이는 상기 복수개의 패턴 사이에 형성되는 사이드 골의 함몰 깊이보다 작고, 상기 중간 골이 함몰되는 경사면은 상기 사이드 골이 함몰되는 경사면의 경사 각도보다 완만한 경사 각도를 갖는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 솔라 윈도우의 둘레를 따라 구비되는 프레임부를 더 포함하고,
    상기 솔라셀 어레이부는 상기 프레임부와 상기 솔라 윈도우 사이에 배치되는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 사이드 골 사이의 간격T는 300 마이크로미터 내지 450 마이크로미터이고,
    상기 마루 사이의 간격은 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터이며,
    상기 마루와 상기 사이드 골의 높이 차는 50 마이크로미터 내지 T/2 마이크로미터인 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 패턴은 상기 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 작아질수록 상기 가로 솔라셀 어레이로 입사되는 광량이 증가되고, 상기 제2 방향과 X축 방향이 이루는 각도가 90도 이하의 범위 내에서 커질수록 상기 세로 솔라셀 어레이로 입사되는 광량이 증가되는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 제1 패턴층의 상기 패턴의 상기 제1 방향이 X축과 이루는 각도 θ1 및 상기 제2 패턴층의 상기 패턴의 상기 제1 방향이 X축과 이루는 각도 θ2에 대하여,
    상기 솔라셀 어레이부로 입사되는 광량이 증가하는 보강 조정이 필요한 경우, 상기 θ1 및 상기 θ2는 각각의 값이 같도록 설정되거나, 또는 합이 180˚가 되도록 설정되고,
    상기 솔라셀 어레이부로 입사되는 광량이 감소하는 상쇄 조정이 필요한 경우, 상기 θ2 및 상기 θ1은 차이의 절대 값이 90˚가 되도록 설정되는 것인, 발전량 분배가 가능한 창호형 태양 전지.
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