KR102120299B1 - 고효율 다층 태양 전지 모듈 - Google Patents

고효율 다층 태양 전지 모듈 Download PDF

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Abstract

다층 태양 전지 모듈은 발전부, 외부 전극부를 포함하는 적어도 하나 이상의 태양광 발전용 투명 시트 및 상기 적어도 하나 이상의 투명 시트를 측면에서 고정하는 시트 소켓부를 포함한다. 상기 시트 소켓부는 상기 투명 시트의 일 측면이 삽입되는 적어도 하나 이상의 시트 수용부, 상기 투명 시트의 외부 전극부와 전기적으로 연결되는 전극 연결부, 및 상기 투명 시트를 기계적으로 고정하는 고정부를 포함한다.

Description

고효율 다층 태양 전지 모듈{A HIGH EFFICIENT MULTI LAYER SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 다층 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
기존의 태양 전지는 대부분 태양광을 발전하는 면이 단일 하게 구성된다. 제한된 면적에 태양 전지를 설치할 수 밖에 없기 때문에, 단일 면적 내에서 효율을 올리는 방법으로 개선이 이루어져 왔다.
태양전지를 투명하게 설계할 수 있는 경우 상부층에서 발전되지 않고 전달되는 광들이 투과 된다. 이에 대해 텐덤 구조 등의 방법으로 해결하는 시도가 있었으나, 생산공정이 까다롭고 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1325572호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다층 구조를 사용하여, 제조 비용을 낮추면서 전체적인 효율을 높일 수 있는 다층 태양 전지 모듈을 제공하고자 한다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서 제공하는 다층 태양 전지 모듈은 발전부, 외부 전극부를 포함하는 적어도 하나 이상의 태양광 발전용 투명 시트 및 상기 적어도 하나 이상의 투명 시트를 측면에서 고정하는 시트 소켓부를 포함하고, 상기 시트 소켓부는, 상기 투명 시트의 일 측면이 삽입되는 적어도 하나 이상의 시트 수용부, 상기 투명 시트의 외부 전극부와 전기적으로 연결되는 전극 연결부, 및 상기 투명 시트를 기계적으로 고정하는 고정부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시트 소켓부는 투명한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 시트의 일 측부에는 고정용 홀을 포함하고, 상기 시트 소켓부의 고정부는 상기 고정용 홀에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시트 소켓부의 전극 연결부 및 고정부는 일체로 형성되고, 상기 고정용 홀의 내주면을 따라 상기 외부 전극부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 시트 소켓부는 일측면에 복수개의 광 컬랙터부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 투명 시트 사이에 광가이드부를 더포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광가이드부는 상기 투명시트의 상부 또는 하부에 형성된 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 시트와 상기 광가이드부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 시트의 적층된 순서에 따라 서로 다른 발전 밀도를 가지는 상기 투명 시트의 조합을 이루는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 투명 시트 중 상기 발전 모듈의 최외곽에 위치하는 투명 시트의 하부에 설치되는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 투명한 태양 전지를 활용하여 사용되지 않고 투과되는 광을 재활용할 수 있으므로, 단위 면적 당 전력 생산 효율을 높일 수 있다.
비교적 단순한 구조를 활용하여 용이하게 다층 태양 전지 모듈을 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈의 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈의 발전용 투명 시트를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 단면도이다
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 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.
본 발명은 본 발명의 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
다층 태양 전지 모듈의 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 2는 도 1의 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈의 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 3은 도 1의 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈의 발전용 투명 시트를 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈은 태양광 발전용 투명 시트(100) 및 시트 소켓부(200)로 구성된다.
태양광 발전용 투명 시트(100)는 발전부 및 외부 전극부를 포함한다. 이러한 투명 시트(100)는 높은 투명도를 가지는 것일 수도 있고, 낮은 투명도이나 광이 시트를 통과할 수 있을 정도인 것이 있다. 투명 시트(100)는 염료감응형, 박막형, 실리콘 웨이퍼 또는 실리콘 볼을 이용한 태양광 발전용 투명 시트일 수 있다. 투명 시트(100)의 길이는 정함이 없이 제작될 수 있으나, 두께는 수 내지 수십 mm의 범위로 형성될 수 있다.
시트 소켓부(200)는 시트 수용부(210), 전극 연결부 및 고정부를 포함한다. 시트 수용부(210)는 투명 시트(100)의 일 측면이 삽입되며, 삽입되는 시트의 수만큼 형성된다. 전극 연결부는 투명 시트의 외부 전극부(130)와 전기적으로 연결된다. 고정부는 투명 시트(100)를 기계적으로 고정한다.
시트 소켓부(200)는 내부 또는 표면에 전기회로패턴을 포함한다. 이것은 투명 시트(100)들을 전기적으로 연결하며, 직렬 또는 병렬로 회로 구성이 가능하며, 필요한 경우 직렬과 병렬을 혼합하여 기능적인 회로를 구성할 수 있다.
시트 소켓부(200)는 불투명한 재질로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 투명 시트(100)들을 기계적으로 고정하고, 전기적으로 접속하는 역할만을 담당할 수 있다.
또한, 시트 소켓부(200)는 투명한 재질로 형성될 수 있다. 이때에는 아크릴, PP, PE, PC 등의 재질로 형성된다. 이 경우 다양한 플라스틱 재질과 금속 또는 금속재질과의 혼합된 재료로 사용할 수 있다. 이 때에 투명도를 향상시키기 위하여 회로를 담당하는 금속재질은 ITO와 같은 투명한 전도성 재질을 사용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 시트 소켓부(200)가 복수개의 고정부(230)를 포함하고, 투명 시트(100)를 클램핑 하여 고정한다. 고정부(230)의 내부에는 전극 연결부가 형성될 수 있으며, 고정부(230) 중 일부는 투명 시트의 외부 전극부(130)와 연결될 수 있다. 고정부(230)의 개수와 투명 시트의 외부 전극부(130)의 개수는 본 도면의 형태에 한정하지 않으며, 다양한 개수와 형태로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 투명 시트(100)는 발전부(110)와 주변부(120)로 구성되며, 주변부(120)에는 외부 전극부(130)가 형성된다. 투명 시트(100)의 주변부(120)에는 고정용 홀(140)을 포함한다. 고정용 홀(140)은 시트 소켓부(200)의 고정부(230)가 삽입되어 투명 시트(100)를 고정한다.
외부 전극부(130)는 고정용 홀(140)의 내주면을 따라 형성될 수 있다. 시트 소켓부(200)의 전극 연결부와 고정부는 일체로 형성되어, 외부 전극부(130)가 형성된 고정용 홀(140)에 삽입되어, 고정과 전기적인 연결을 동시에 수행할 수 있다.
시트 소켓부(200)는 일측면에 복수개의 광 컬렉터부(220)를 포함할 수 있다. 이 경우 시트 소켓부(200)는 전부 또는 일부가 투명한 재질로 형성되며, 광 컬렉터부(220)는 오목한 렌즈 뿐 아니라 외부로 돌출되어 볼록한 렌즈으로 제작될 수 있다. 구체적인 기능에 대해서는 추후에 다시 설명한다.
다층 태양 전지 모듈 실시예 (양측 결합형)
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다.
시트 소켓부(200)는 투명 시트(100)의 최소한 한면에 설치되나, 설계에 따라서 두면, 세면 또는 네면 전체에 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 투명시트의 양쪽면에 시트 소켓부(200)가 설치되어, 투명 시트(100)를 양쪽에서 고정한다. 이 경우 시트 소켓부(200)가 투명하게 형성된 경우에는 광 컬렉터부(200)를 통해 측면에서 투명 시트(100) 방향으로 광을 공급할 수 있다. 이때에 공급되는 광은 투명 시트(100)에 공급되거나, 투명 시트(100)들의 사이에 공급되어 별도의 광가이드를 통하여 투명 시트(100)의 넓은 면으로 광을 공급할 수 있다.
다층 태양 전지 모듈 실시예 (4면 결합형)
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 5를 참조하면, 시트 소켓부(200a, 200b, 200c, 200d)는 투명 시트(100)의 전체면에 설치되며, 시트 소켓부(200a, 200b, 200c, 200d)는 서로 결합하여 전체적인 프레임을 형성한다.
시트 소켓부(200a, 200b, 200c, 200d)들간의 결합을 위하여 별도의 결합부가 형성될 수 있다. 이렇게 시트 소켓부(200a, 200b, 200c, 200d)가 전체적인 프레임을 형성하는 경우에는 별도로 상하부에 오염 방지를 위한 일반 시트가 포함될 수 있다. 일반 시트는 발전 요소를 포함하지 않는 일반 폴리머 시트가 사용될 수 있다.
광가이드부의 실시예
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 단면도이다
도 6을 참조하면, 시트 소켓부(200) 측면에 형성된 광 컬렉터부들이 투명 시트(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)들 사이에 있는 공간에 광을 공급한다. 이 경우 투명 시트(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)들 사이에는 광을 시트의 넓은 면의 방향으로 공급하기 위하여 광가이드부(310a, 310b, 310c, 310d)를 설치할 수 있다.
이때에 광 컬렉터부는 외부의 광을 모아 투명 시트(100) 사이에 있는 광가이드부에 광을 공급한다. 투명 시트(100)의 측면에 공급하는 경우 광을 이용하는 효율이 떨어지므로, 광가이드부를 통하여 투명 시트(100)의 넓은 면에 광을 공급한다. 이 경우 예를들어, 광 컬렉터부의 렌즈 초점 거리는 시트 소켓부(200)의 두께 와 유사하게 형성될 수 있다.
광가이드부(310a, 310b, 310c, 310d)는 측면에서 공급된 광을 수직 방향으로 전환하는 기능을 하며, 내부에 다양한 패턴이나 비드 등을 포함하여 빛을 산란하거나 굴절하여 측방향으로 공급된 빛을 수직방향으로 전환한다.
도 6에서는 여러개의 실시예들을 하나의 도면으로 도시하였다. 물론 첫번째 실시예에서는 광가이드부를 설치하지 않는 경우도 포함된다.
제1 광가이드부(310a)는 별도의 시트로 형성되어 투명 시트(100a, 100b) 사이에 삽입되는 것으로 설치될 수 있다. 이 경우는 별도로 제작되어 조립 과정에서 삽입되는 것으로 설치 된다.
제2 광가이드부(310b)는 투명 시트(100b)를 형성할 때에 투명 시트(100b)의 상부 또는 하부에 형성할 수 있다. 투명 시트(100b)를 제작한 후 투명 시트의 한쪽면에 광가이드부의 기능을 담당하는 패턴을 형성한다. 예를 들어 복수개의 비드를 코팅할 수 있고, 프리즘 형상의 패턴을 형성할 수도 있다.
제3 광가이드부(310c)는 투명 시트(100c)가 광이 제공하는 방향에 따라 두께를 달리하여 형성된 것이다. 제3 광가이드부(310c)의 바닥면에서 전반사가 일어나는 경우 수직 방향으로 굴절되므로 전체적인 광의 고른 공급을 위하여 두께를 달리하여 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 한쪽 측면으로부터 두께가 점차 감소하는 형태를 띄지만, 양방향에서 광이 공급되거나, 4방향에서 공급되는 경우에는 양쪽에서 두께가 감소하는 형태 또는 외곽에서 중심부로 갈수록 두께가 변화하는 형상으로 제작될 수 있다.
제4 광가이드부(310d)는 제2 광가이드부(310b)가 투명 시트(100)의 양면에 형성된 경우이다. 광가이드부의 형성은 실질적으로 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
광가이드부(310a, 310b, 310c, 310d)는 일반적으로 PMMA 등 아크릴 계통의 투명한 폴리머로 형성된다. 광가이드부는 광을 가이드하는 도광판의 역할과 공급된 광을 확산시키는 확산판의 기능을 모두 담당한다.
층별 태양전지 시트의 구성
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 다층 태양 전지 모듈은 각 투명 시트(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)의 발전 밀도를 다르게 하여 형성할 수 있다. 여기서 발전 밀도라는 의미는 태양광으로부터 전력을 행성하는 발전 엘리먼트의 집중도를 다르게 하거나, 효율의 차이가 있는 경우 각각 다른 효율의 투명 시트를 사용하는 것을 의미한다.
예를 들어, 실리콘 볼을 포함하는 태양광 발전용 투명 시트를 사용하는 경우, 실리콘 볼의 크기를 다르게 하거나, 실리콘 볼이 포함되는 밀도를 다르게 하여 형성할 수 있다.
실시예에 따라서, 이러한 효율이 아래의 순서로 갈수록 점차적으로 높아지게 설계할 수 있거나, 점차적으로 낮아지도록 설계할 수 있다. 또한, 순차적인 변형이 아닌 각각의 투명 시트의 발전 밀도의 조합을 최적의 조합으로 구성하여 하나의 발전 모듈을 구성하게 할 수 있다.
또한, 경우에 따라 투명 시트 중 최외곽에 위치하는 투명시트(100e)의 하부에는 반사판(410)을 추가적으로 설치할 수 있다. 이 반사판(410)은 별도의 반사판이 모듈 형성과정에서 삽입될 수 있다. 또는, 투명 시트(100e)를 제작하는 과정에서 하부에 별도의 반사층을 형성하여 제작할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 발전부, 외부 전극부를 포함하는 적어도 하나 이상의 태양광 발전용 투명 시트 및
    상기 적어도 하나 이상의 투명 시트를 측면에서 고정하는 시트 소켓부를 포함하고,

    상기 시트 소켓부는,
    상기 투명 시트의 일 측면이 삽입되는 적어도 하나 이상의 시트 수용부,
    상기 투명 시트의 외부 전극부와 전기적으로 연결되는 전극 연결부, 및
    상기 투명 시트를 기계적으로 고정하는 고정부를 포함하고,
    상기 시트 소켓부는 투명한 재질로 형성되고, 내부 또는 표면에 전기회로패턴을 포함하며,
    상기 투명 시트의 일 측부에는 고정용 홀을 포함하고, 상기 시트 소켓부의 고정부는 상기 고정용 홀에 삽입되어 고정되며,
    상기 시트 소켓부의 전극 연결부 및 고정부는 일체로 형성되고,
    상기 고정용 홀의 내주면을 따라 상기 외부 전극부가 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시트 소켓부는 일측면에 복수개의 광 컬랙터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 투명 시트 사이에 광가이드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광가이드부는 상기 투명 시트의 상부 또는 하부에 형성된 패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 투명 시트와 상기 광가이드부는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 시트의 적층된 순서에 따라 서로 다른 발전 밀도를 가지는 상기 투명 시트의 조합을 이루는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 시트 중 상기 다층 태양 전지 모듈의 최외곽에 위치하는 투명 시트의 하부에 설치되는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 태양 전지 모듈.
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