KR102069367B1

KR102069367B1 - 방열 기능을 개선한 태양광 패널

Info

Publication number: KR102069367B1
Application number: KR1020190105666A
Authority: KR
Inventors: 유성운
Original assignee: 유성운
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2020-01-22

Abstract

본 발명은 방열 기능을 개선한 태양광 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광모듈에서 발생한 열을 방열시키기 위한 방열층의 구조를 개선하여 방열 효과를 높이되, 상기 방열층을 통해 태양광모듈에서 발생한 열이 태양광모듈을 고정하는 고정프레임측으로 열전도됨으로써 방열 효과를 극대화하고, 특히 발전효율이 높은 전지셀과 발전효율이 낮은 전지셀의 온도 차이를 방열층을 통해 열을 균일하게 전도시킴으로써 태양광모듈의 전체 면적 온도를 균일하게 유지하여 발전효율이 높은 전지셀의 수명이 단축되지 않도록 하는 한 방열 기능을 개선한 태양광 패널에 관한 것이다.

Description

방열 기능을 개선한 태양광 패널{Solar panel with improved heat dissipation function}

태양광 발전은 자연 에너지의 대표적인 태양열을 전기 에너지로 변환하는 것으로, 태양광을 태양광패널 집광시켜 전기를 발생시키는 것을 말한다. 이와 같은 태양광 발전은 화석원료를 바탕으로 하는 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성을 초래하지 않고, 기술혁신에 따른 원가절감과 효율성 제고로 발전단가가 하락하고 있어 점차 설치면적이 넓어지고 이를 활용하는 범위로 넓어지고 있다.

일반적으로 사용되고 있는 태양광패널은 다수개의 태양 전지셀이 배치되어 각각의 전지셀이 태양광을 전기 에너지로 변환하게 되는데, 여기서 전지셀이 입사된 태양광 중 전기에너지로 변환하는 발전효율은 평균 15~16% 이며 그 이외의 태양광은 전지셀의 온도를 상승시키는 요인으로 작용하게 된다. 또한 전지셀이 태양광을 전기에너지로 변환하는 과정에서도 전지셀 자체의 온도가 상승된다.

태양광 발전에서 발전효율은 발전의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 요인인데, 시간에 따른 출력감소 요인을 제거하여 지속적인 발전효율을 유지시키는 것이 필수적이다. 그러나, 태양광 발전의 특성상 태양광 발전량은 계절별 집광량과 평균온도에 따라 변동성을 갖는다. 즉 태양광 집광량이 최대인 하절기에 과다 일사량에 의한 태양광 패널의 과열로 인해 최대치 대비 5~15%의 발전효율 저하가 발생한다. 따라서 전력수요가 많은 하절기에 오히려 태양광 발전량이 감소하는 문제가 있다.

현재 사용되고 있는 태양광패널의 온도에 따른 발전효율의 변화를 도 ??을/를 참조하여 살펴보면, 태양광패널의 온도가 25℃일 때 시간당 발전용량이 최대이고, 이후 온도가 상승할 때마다 시간당 발전용량이 감소한다. 일 예로 태양광패널의 온도가 50℃일 대는 시간당 발전용량이 태양광패널이 25℃일 때에 비해 5.66%가 감소한다. 이어서 태양광패널의 온도가 80℃이면 25℃일 때에 비해 발전용량이 11.95%가 감소한다. 따라서 태양광패널의 온도를 적정 수준으로 유지하는 것이 매우 중요하며 특히 태양광패널의 온도를 3~5℃만 낮출 수 있더라도 3~5%의 발전효율을 높일 수 있기 때문에 태양광패널에 다양한 방열 구조가 제시된 바 있다.

종래의 태양광패널의 온도를 적절하게 유지하기 위해 제안된 기술로는, 특허문헌 1에 해당하는 대한민국 등록특허 제10-1527455호가 있다.

상기 종래기술은 ‘태양광패널의 온도관리장치’에 관한 것으로, 태양광패널이 적층되어 설치되는 온도관리패널 및 내부에 냉온수가 유동하도록 상기 온도관리패널 내부에 형성되는 냉온수채널을 포함한다.

상기와 같이 이루어진 종래기술은 태양광패널의 온도에 따라 냉수 또는 온수를 이동시켜 태양광패널의 온도를 적정하게 유지하는 것이나 냉온수가 유동하기 위한 구성이 추가됨으로써 태양광패널의 제조단가가 상승하고, 전체적으로 두께가 두꺼워지고 이에 따라 무게가 증가하여 태양광패널의 설치시 증가한 무게를 지지하기 위하여 지지프레임도 같이 증가하고 이는 결국 설치 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

한편, 또 다른 종래기술로 특허문헌 2에 해당하는 대한민국 등록특허 제10-1929253호가 있는데, 태양광패널을 구성하는 백시트층의 저면에 방열층을 더 포함한 것이다. 그리고 상기 방열층은 탄소계 소재를 백시트층의 저면에 스프레이도포 또는 인쇄도포된 후 경화시켜 형성한다. 여기서 탄소계 소재는 입자크기가 10~30nm인 탄소나노튜브 1~20wt%, 입자크기가 2~20nnm인 그래핀 1~20wt%, 유기변경 폴리실록산(AFCONA) 5~20wt%, 에틸알콜 50~80wt%의 조성을 가지며, 이들 조성물을 혼합하여 액화질소를 통한 균질화 및 초음파를 통한 분산 과정을 거친 후, 교반하면서 응축한 다음, 응축된 소재에 열경화성수지 및 경화제를 첨가한 후 점착혼합기에서 혼합하여 형성되고, 상기 백시트층에 태양전지층의 태양전지셀에 대응하는 위치에 각각 관통홀이 형성되고, 상기 방열층을 형성하는 탄소계소재가 관통홀에 각각 충진되어 기둥형상의 열전달부를 형성하며, 상기 방열층과 열전달부가 일체화되어 태양전지셀의 열이 다수의 열전달부를 통해 상기 방열층으로 전달되도록 한다.

상기 특허문헌 2는 태양전지셀에서 발생한 열이 열전달부를 통해 방열층으로 전달되고, 방열층은 전달된 열을 외기의 순환을 통해 낮추도록 한 것이다.

이러한 특허문헌 2는 태양전지셀과 방열층을 직접 연결하는 열전달부를 통해 태양전지셀의 온도를 낮추는 효과는 기대할 수 있으나, 태양전지셀 사이의 온도를 낮추는 효과는 기대할 수 없다. 또한 열전달부의 크기 및 위치가 제한적이기 때문에 열전달부에서 처리할 수 있는 열전도의 기능을 초과하는 열이 태양전지셀에서 발생하는 경우에 방열 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 상기 특허문헌 1 및 2 모두 발전효율이 높은 전지셀에서 발생한 열에 의해 형성된 핫스팟을 해결할 수 있는 수단이 없었다. 즉, 태양광 패널에 배치된 태양전지셀은 각각이 모두 다른 발전효율을 나타내는데, 특히 발전효율이 높은 태양전지셀의 경우 동작 중 다른 태양전지셀에 비해 상대적으로 높은 온도를 형성한다. 이러한 발전효율이 높은 태양전지셀은 사용할수록 온도가 높게 형성되기 때문에 수명이 단축되는 문제점이 있고, 발전효율이 높은 태양전지셀이 열의 방출 또는 온도가 낮은 위치로의 열전도가 발생하지 않아 수명이 다한 경우 해당 태양광 패널의 전체적인 발전효율이 낮아지는 문제점이 있고, 발전효율이 낮아진 태양광 패널을 교체하는데 소요되는 유지 보수 비용도 증가하는 문제점이 있는 것이다.

따라서, 발전효율이 높은 태양전지셀의 수명을 단축시키지 않기 위해서는 해당 태양전지셀에서 발생한 높은 온도를 방출수단을 통해 방출시키거나 동일한 태양광패널에서 온도가 낮은 부위로 열전도할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1527455호 대한민국 등록특허 제10-1929253호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 태양광모듈에서 발생한 열을 방열시키기 위한 방열층의 구조를 개선하여 방열 효과를 높이되, 상기 방열층을 통해 태양광모듈에서 발생한 열이 태양광모듈을 고정하는 고정프레임측으로 열전도하고, 특히 발전효율이 높은 전지셀과 발전효율이 낮은 전지셀의 온도 차이를 방열층을 통해 열을 균일하게 전도시킴으로써 태양광모듈의 전체 면적 온도를 균일하게 유지하여 특정 전지셀의 수명이 단축되는 것을 최소화할 수 있도록 한 방열 기능을 개선한 태양광 패널을 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

다수개의 전지셀이 배치되어 입사된 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광모듈;

상기 태양광모듈의 밑면에서 장착되어 태양광모듈로부터 발생된 열을 외부로 방출하여 상기 태양광모듈의 발전 효율을 향상시키는 방열층;

상기 태양광모듈의 측부 둘레면이 삽입 결합되어 상기 태양광모듈을 외부 충격으로부터 보호하는 고정프레임;을 포함하되,

상기 방열층은,

상기 고정프레임과 직접 맞닿아 상기 태양광모듈에서 발생한 열을 고정프레임으로 열전도하여 태양광모듈의 발전 효율을 향상시키기 위한 확장부가 더 구비된다.

상기 확장부는, 상기 태양광모듈의 측부를 감싸도록 형성되어, 상기 다수개의 전지셀 중 발전효율이 높은 전지셀에서 발생한 열을 고정프레임 또는 태양광모듈에서 온도가 낮은 위치로 열전도시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 방열층은, 그라파이트 시트(Graphite Sheet)로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 확장부는, 그라파이트 시트를 길이 방향으로 연장된 띠 형태로 형성한 후 상기 고정프레임에서 태양광모듈의 측부 둘레면이 삽입되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 태양광모듈의 온도를 적정 수준으로 유지하도록 태양광모듈에서 생성된 열을 방열층을 통해 방출하되, 태양광모듈을 고정하기 위한 고정프레임에 태양광모듈에서 생성된 열을 열전도시켜 방열 효과를 극대화한 효과가 있다.

특히 발전효율이 높은 전지셀과 발전효율이 낮은 전지셀의 온도 차이를 방열층을 통해 열을 균일하게 전도시킴으로써 태양광모듈의 전체 면적 온도를 균일하게 유지하여 특정 전지셀의 수명이 단축되는 것을 최소화할 있는 효과가 있다.

또한, 제조단가의 상승을 방지하여 경제성을 높일 수 있고, 특히 종래 태양광패널의 제조 라인에 장치를 추가하지 않고도 제조할 수 있도록 함으로써 비용 발생을 억제한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널을 분해 도시한 분해도.
도 3은 본 발명에 따른 방열층을 도시한 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널과 종래 태양광 패널의 동작 중 온도를 열화상 카메라로 촬영한 비교도.
도 5는 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널과 종래 태양광 패널 등의 온도변화에 따른 개방전압을 테스트한 것을 표현한 그래프.
도 6은 온도변화에 따른 태양광패널의 발전효율을 도시한 개략도.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널(1)은,

다수개의 전지셀이 배치되어 입사된 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광모듈(10)과, 상기 태양광모듈(10)의 밑면에서 장착되어 태양광모듈(10)로부터 발생된 열을 외부로 방출하여 상기 태양광모듈(10)의 발전 효율을 향상시키는 방열층(20)과, 상기 태양광모듈(10)의 측부 둘레면이 삽입 결합되어 상기 태양광모듈(10)을 외부 충격으로부터 보호하는 고정프레임(30);을 포함한다.

이때, 상기 방열층(20)은, 상기 고정프레임(30)과 직접 맞닿아 상기 태양광모듈(10)에서 발생한 열을 고정프레임(30)으로 열전도하여 태양광모듈(10)의 발전 효율을 향상시키기 위한 확장부(40)가 더 포함된다.

상기와 같이 이루어진 본 발명은 태양광모듈에서 생성된 열을 상기 확장부를 통해 금속소재로 이루어진 고정프레임으로 열전도시켜 방열 효과를 극대화한 것으로, 이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 태양광모듈(10)은, 다수개의 전지셀(11)이 상호 이격된 위치에 배치되고, 상기 전지셀(11)을 보호하기 위한 상부보호층과 하부보호층과, 상기 하부보호층의 하면에 적층되는 백시트와, 상기 상부보호층의 상면에 적층되는 보호유리, 그리고 상기 전지셀(11)에 의해 생성된 전기를 인버터로 전달하는 전기선을 보호하는 정션박스를 포함한다.

여기서 상부보호층과 하부보호층은 이브이에이 필름(Ethylene vinyl acetate, EVA) 또는 피브이비 필름(Poly vinyl Butyral, PVB)으로 형성되어 태양광은 투과되면서도 외부 충격에 취약한 전지셀을 보호하는 것으로, 상기의 이브이에이 필름 또는 피브이비 필름으로 구성되나 이에 한정되지 않음은 물론이다.

그리고 백시트는 하부보호층의 하면에 적층되어 열, 습도, 자외선과 같은 외부환경으로부터 전지셀을 보호하며, 전지셀을 통과하여 유입된 태양광을 재반사시켜 태양광모듈의 발전효율을 추가적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

그리고 상기 보호유리는 통상 특수저철분 강화유리로 제작되어 모듈을 물리적 손상으로부터 보호하고, 태양광의 투과율을 높여주는 역할을 하는 것이다.

상기 방열층(20)은 상기 백시트의 하면에 적층되어 태양광모듈, 보다 정확하게는 전지셀(11)이 동작시 생성하는 열을 전달받아 이를 노출된 면을 통해 순환하는 외기에 의해 방열 처리하는 것이다.

이러한 방열층(20)은 열전도도가 높은 소재로 구성되는데, 사용하는 소재에 따라 탄소섬유타입, 실리콘타입, 아크릴타입 등이 있다.

탄소섬유타입의 경우 수직방향으로 높은 열전도성을 가지는 것으로, 높은 유연성을 가지며 열저항이 낮은 특성이 있고, 실리콘타입의 경우 열전도가 매우 신속하게 이루어지는 특성을 가지나 자체 방열 효과가 낮은 특성이 있고, 상대적으로 가격이 저렴하면서도 열전도율이 높고 유연성이 있는 특성이 있다.

본 발명을 구성하는 방열층(20)은 수직방향으로 높은 열전도성을 가지고 0.3~0.5mm 의 얇은 두께를 가지는 탄서섬유타입, 그 중에서도 그라파이트 시트(Graphite Sheet)로 구성된다.

상기 그라파이트 시트는, 천연 흑연을 적용하여 가격이 저렴하면서도 우수한 방열 성능을 가지는 것으로, 열전도율에서 면방향의 열전도율이 은, 동, 알루미늄보다 뛰어난 특성을 가진다. 즉, 그라파이트 시트의 열전도율이 500W/M.K 이고, 은은 400W/M.k, 동은 390W/M.k, 알루미늄은 230W/M.k 이다. 그리고 두께 방향(폭방향)의 열전도율은 10~20W/M.K로서 상기 실리콘타입에 비해 3~6배 높은 열전도율을 가진다. 그리고 면 전체로 균일하게 열을 확산하므로 시트 전체가 고온 또는 저온으로 형성되는 특성을 갖는다.

또한, 본 발명의 방열층(20)을 구성하는 그라파이트 시트를 인공 흑연을 이용하여 형성할 수 있는데, 인공 흑연으로 구성된 그라파이트 시트는 천연 흑연에 비해 상대적으로 방열 성능이 높고, 80미크론 이하의 두께를 가지도록 제조할 수 있는 장점이 있는 반면 PI소결로 제조 및 양산이 어렵고 이로 인해 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 천연 흑연으로 구성된 그라파이트 시트를 사용하는 것이 바람직하나 태양광모듈의 크기 또는 배치된 전지셀의 개수, 그리고 이를 통해 생산할 수 있는 최대 발전 용량 등을 고려하여 인공 흑연으로 제조된 그라파이트 시트를 적용할 수 있다.

한편, 상기 방열층(20)은 상술한 바와 같이 천연 흑연 또는 인공 흑연으로 구성되기 때문에 도전성과 분진이 발생할 가능성이 있기 때문에 보호막이 부착되어야 한다.

상기와 같이 이루어진 방열층(20)은 종방향의 방열 효과 이외에도 횡방향의 방열 특성을 함께 가지기 때문에 열전도율이 높은 효과가 있다.

종래에는 탄소섬유로 구성된 방열시트를 상기 백시트에 부착하여 전지셀에서 생성된 열을 방열시켰으나, 전지셀이 위치한 부분 또는 전지셀이 배치된 소정 면적에 대응하는 형태로 방열시트가 부착되기 때문에 방열 효과를 높일 수 없는 단점이 있었다.

즉, 태양광모듈(10)의 측부는 고정프레임(30)에 삽입되는 부분이기 때문에 별도의 방열처리가 되지 않았고, 따라서 태양광모듈(10)에서 생성된 열이 백시트를 거쳐 방열시트로 전달되는 방향으로만 방열되기 때문에 방열 효율이 낮고, 이로 인해 발전 효율을 유지할 수 없는 문제점이 있었다. 특히 하절기에 지속적으로 상승하는 온도를 백시트와 방열층만으로는 낮출 수 없기 때문에 전력사용이 높은 하절기에 발전효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

또한, 상기 백시트는 단순히 태양광모듈의 온도를 외부로 방열하는 기능만을 가지기 때문에 태양광모듈에 배치된 다수개의 전지셀 중 특정 전지셀이 발전 효율이 높아 온도가 상승하는 경우 이를 해결할 수 없었고, 따라서 발전 효율이 높은 전지셀은 높은 온도에서 동작이 연속되고 이는 결국 해당 전지셀의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명에서는 백시트 및 방열층을 통한 방열 효과와 함께 태양광 패널을 구성하는 고정프레임을 통해 방열 효과를 기대할 수 있는 것으로, 이를 위해 상기 방열층에는 확장부(40)가 더 형성된다.

상기 확장부(40)를 설명함에 앞서 고정프레임(30)을 살펴보면 다음과 같다.

상기 고정프레임(30)은 태양광모듈(10)의 측부 둘레면이 삽입 결합되어 상기 태양광모듈(10)을 외부 충격으로부터 보호하는 것으로, 내구성이 높고 내부식성이 강한 금속재로 이루어진다. 이러한 금속재 중에서 가격이 저렴하면서도 성형이 용이하고, 상술한 높은 내구성과 내부식성의 특성을 가지고 열전도율이 높은 알루미늄이 사용되나 이에 한정되지 않음은 물론이다. 즉 내구성 및 내부식성의 향상을 위해 표면에 내부식성 도료를 코팅 처리하거나 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 고정프레임(30)은 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 태양광모듈(10)의 측부 둘레면이 삽입되는 삽입부(31)가 형성되고, 전체적으로 중앙에 태양광모듈(10)이 배치되는 사각틀의 형태로 이루어진다.

이러한 고정프레임(30)의 형태는 태양광모듈(10)의 형태에 따라 변경될 수 있는 것으로, 도시된 형태에 한정되지 않음은 물론이다.

본 발명에 상기 고정프레임(30)은 상기의 삽입부(31)가 형성되어 상기 삽입부(31)에 태양광모듈(10)과 상기 확장부(40)가 삽입되는 것으로, 이러한 삽입부(31)가 구성된 것이면 전체 고정프레임(30)의 형태, 크기 그리고 삽입부(31)의 형태 또한 다양하게 변경될 수 있다.

한편, 상기 고정프레임(30)의 외면은 백시트, 방열층(20) 및 상기 확장부(40)를 통해 전달된 열을 방열 효과를 높이기 위해 일정 간격을 두고 배치된 다수개의 방열핀이 더 구비되거나 일정 간격으로 외측을 향해 돌출된 방열돌기가 형성될 수 있다.

상기 확장부(40)는 상기 방열층(20)에 구성되어 상기 태양광모듈(10)에서 삽입부(31)에 삽입되는 부위에 배치되어 태양광모듈(10)에서 생성된 열을 고정프레임(30)으로 열전도시킨다.

본 발명에 따른 확장부(40)는 종래에 단순히 태양광모듈(10)을 고정하기 위한 단순 고정용 프레임으로 사용되던 고정프레임을 열을 전도시키기 위한 매개체로서 활용하여 태양광모듈에 배치된 다수개의 전지셀 중 발전효율이 높아서 온도가 상승한 전지셀의 온도를 태양광모듈에서 상대적으로 온도가 낮은 위치로 열전도시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 확장부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 방열층(20)의 테두리를 확장하여 형성할 수 있고, 다른 실시예로서 길이 방향으로 연장된 띠 형태로 형성된 후 상기 삽입부(31)에 배치되고 배치된 확장부(40)에 태양광모듈(10)의 측부가 맞닿도록 배치될 수 있다.

상기 확장부(40)는 열전도율이 높은 소재로 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 방열층(20)과 일체로 형성되는 경우에는 방열층(20)을 구성하는 그라파이트 시트로 구성될 수 있고, 상기 방열층(20)과 별도로 형성되는 경우 그라파이트 시트 또는 탄소섬유계의 섬유 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

한편, 상기 확장부(40)는 도 3의 확대 원안에 도시된 바와 같이 태양광모듈(10)의 측부를 감싸도록 배치될 수 있는데, 즉 태양광모듈(10)의 상면, 하면, 그리고 측면을 모두 감싸는 형태로 배치되고 이후 삽입부(31)에 삽입되어 태양광모듈(10)에서 생성된 열을 상면, 하면, 그리고 측면으로부터 열전도 받은 후 이를 고정프레임측으로 열전도시켜 방열 효과를 극대화할 수 있고, 나아가 발전효율이 높은 전지셀에서 발생한 열을 고정프레임측으로 열전도도시키고, 고정프레임은 이를 외부에 노출된 상태에서 맞닿는 외기 또는 태양광모듈(10)에서 온도가 낮은 위치로 열을 전도시켜 발전효율이 높은 전지셀의 수명이 단축되는 것을 최소화할 수 있는 것이다.

또한, 상기 확장부(40)가 태양광모듈(10)의 측부를 모두 감싸는 형태로 배치된 후 삽입부(31)에 삽입될 때 상기 태양광모듈(10)과 고정프레임(30)사이의 간격이 발생하지 않도록 밀착시킬 수 있어 결합력을 높일 수 있고, 이물질, 습기 등의 유입이 차단되는 효과도 기대할 수 있는 것이다.

한편, 상기 확장부(40)의 외면에는 외측으로 돌출된 접촉돌기(41)가 더 형성되는데, 상기 접촉돌기(41)는 상호 간격을 두고 다수개가 형성되어 인접한 한 쌍의 접촉돌기(41) 사이에 공기순환공간(42)이 형성된다.

상기 접촉돌기(41)를 통해 태양광모듈(10)에서 발생한 열을 고정프레임(30)으로 열전도시키고, 상기 공기순환공간(42)을 통해 공기가 순환되면서 확장부(40)로 전도된 열을 냉각시키는 효과를 기대할 수 있다. 여기서 상기 공기순환공간(42)으로 외기가 유입되도록 상기 고정프레임(30)에 복수의 공기유입공(32)이 관통 형성될 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 공기유입공(32)을 통해 공기만 유입되고 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 메쉬 형태의 필터망이 공기유입공에 결합되는 것이다.

도 4는 상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널의 동작 중 온도 변화를 열화상 카메라로 촬영한 것으로, 도 4에서 상측에 배치된 이미지는 태양광 패널의 저면을 촬영한 것이고, 하측에 배치된 이미지는 태양광 패널의 상면을 촬영한 것이며, 상측에서 좌측에 배치된 이미지는 확장부가 없는 일반적인 태양광 패널이고, 상측에서 우측에 배치된 이미지는 본 발명에 따른 확장부가 구비된 태양광 패널을 촬영한 것이며, 하측에서 좌측에 배치된 이미지는 본 발명에 따른 확장부가 구비된 태양광 패널을 촬영한 것이며, 하측에서 우측에 배치된 이미지는 일반적인 태양광 패널을 촬영한 것이다.

특히 도 4의 상측에 배치된 이미지에서 확인할 수 있듯이 본 발명에 따른 확장부가 배치된 태양광 패널의 온도가 일반적인 태양광 패널에 비해 6~7℃ 낮은 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 4에서 본 발명에 따른 확장부가 구비된 태양광 패널은 일반적인 태양광 패널에 비해 발열 온도가 집중되는 부위 즉, 핫스팟의 발생 부위가 적고 이로 인해 전체 태양광 패널의 온도가 낮아짐을 확인할 수 있다.

여기서 핫스팟은 다수개의 전지셀 중 발전 효율이 다른 전지셀에 비해 상대적으로 높거나 혹은 표면에 이물질 등이 배치되어 부하저항이 발생한 전지셀에서 주로 발생한다. 도 4에서 발생한 핫스팟은 발전 효율이 다른 전지셀에 비해 상대적으로 높은 전지셀이 배치된 위치로서, 핫스팟 부위가 다른 부위에 비해 높은 온도인 적색으로 표현되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도 4에서 적색으로 표시된 부분이 핫스팟으로서 해당 핫스팟에 위치한 전지셀들의 발전 효율이 다른 부위에 비해 상대적으로 발전효율이 높고, 발전효율이 높다는 것은 그만큼 입사되는 태양광이 많은 것이며 이로 인해 해당 부위의 온도가 상승하는 것이다. 그리고 발전효율이 낮은 위치는 도면 중 파랑색으로 표현된 부위로서 핫스팟의 표면 온도가 온도가 낮은 부위로 열전도되지 못하는 것을 확인할 수 있다.

이를 다시 설명하면, 핫스팟이 발생한 위치에 배치된 전지셀은 다른 부위에 비해 상대적으로 높은 온도를 유지함으로써 전지셀 자체의 수명이 짧아지는 문제점이 발생하고, 수명이 짧아진 전지셀이 발생할수록 해당 태양광 패널의 전체 발전 효율은 저하된다. 이는 핫스팟이 발생한 이유가 전지셀의 발전 효율이 높기 때문에 온도가 상승하는 것이고, 온도가 상승한 전지셀의 온도를 방열층을 통해 외부로 방출하거나 태양광 패널에서 온도가 낮은 위치로 열을 전도시켜야 온도가 상승한 전지셀의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있는 것이다. 그러나 도 4에 형성된 핫스팟은 즉 발전 효율이 높은 전지셀은 열을 외부로 방출하는 기존의 백시트만으로는 온도를 낮출 수 없어 수명이 줄어드는 문제점이 있었다.

따라서, 발전효율이 높은 전지셀에서 핫스팟이 발생하더라도 상대적으로 온도가 낮은 부위로 열전도가 빠르게 진행되고, 이를 통해 발전효율이 높은 전지셀의 수명이 단축되는 것을 방지해야 하는데, 이를 본원발명의 확장부를 통해서 구현하고, 발전효율이 높은 전지셀의 수명이 단축되지 않음으로서 해당 태양광 패널의 전체적인 발전효율을 높게 유지할 수 있는 것이다.

즉 전체 태양광 패널의 표면 온도를 균일하게 형성함으로써 특정 전지셀의 수명이 단축되는 것을 최소화하고, 이를 통해 태양광 패널의 전체적인 발전 효율을 높게 유지한 상태에서 수명도 연장할 수 있는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널과 종래 태양광 패널 등의 온도변화에 따른 개방전압을 테스트한 것을 표현한 그래프로서, 여기서 개방전압이란 특정한 온도와 조사 강도 조건에서 태양광발전 소자에 출력 전류가 흐르지 않을 때 즉, 회로 개방 상태에 있을 때 태양광발전 소자의 출력 단자에 걸리는 전압이다. 즉 개방전압이 높을수록 태양광발전을 통해 얻을 수 있는 발전 효율이 높은 것이다.

본 발명에 따른 방열 기능을 개선한 태양광 패널은 그래프상 적색(red)로 표현되었으며, 방열층만 구성된 시편의 경우 청색(blue)로 표현되었으며, 백시트만으로 구성된 시편은 백색(white)로 표현되었다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1 : 방열 기능을 개선한 태양광 패널
10 : 태양광모듈
11 : 전지셀
20 : 방열층
30 : 고정프레임
31 : 삽입부 32 : 공기유입공
40 : 확장부
41 : 접촉돌기 42 : 공기순환공간

Claims

다수개의 전지셀이 배치되어 입사된 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광모듈(10);
상기 태양광모듈(10)의 밑면에서 장착되어 상기 태양광모듈(10)로부터 발생된 열을 외부로 방출하여 상기 태양광모듈(10)의 발전 효율을 향상시키는 방열층(20);
상기 태양광모듈(10)의 측부 둘레면이 삽입 결합되어 상기 태양광모듈(10)을 외부 충격으로부터 보호하는 고정프레임(30);을 포함하되,
상기 방열층(20)은,
상기 고정프레임(30)과 직접 맞닿아 상기 태양광모듈(10)에서 발생한 열을 고정프레임(30)으로 열전도하여 상기 태양광모듈(10)의 발전 효율을 향상시키기 위한 확장부(40)가 더 구비되고,
상기 방열층(20)은,
그라파이트 시트(Graphite Sheet)로 구성되고,
상기 확장부(40)는,
그라파이트 시트를 길이 방향으로 연장된 띠 형태로 형성한 후 상기 고정프레임(30)에서 상기 태양광모듈(10)의 측부 둘레면이 삽입되는 위치에 배치되고,
상기 확장부(40)는,
상기 태양광모듈(10)의 상면, 하면 및 측면을 감싸는 형태로 배치되고 이후 삽입부(31)에 삽입되어 상기 태양광모듈(10)에서 생성된 열을 상면, 하면 및 측면으로부터 열전도 받은 후 상기 고정프레임(30)측으로 열전도시키도록 형성되고,
상기 확장부(40)의 외면에는,
외측으로 돌출된 접촉돌기(41)가 더 형성되고 상기 접촉돌기(41)는 상호 간격을 두고 다수개가 형성되어 인접한 한 쌍의 접촉돌기(41) 사이에 공기순환공간(42)이 형성되며,
상기 고정프레임(30)에는,
복수의 공기유입공(32)이 관통 형성되고 상기 공기유입공(32)을 통해 이물질이 유입되는 것을 방지하는 메쉬 형태의 필터망이 상기 공기유입공(32)에 결합되는 것을 특징으로 하는 방열 기능을 개선한 태양광 패널.
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