KR102302158B1

KR102302158B1 - 방열핀이 구비된 태양광 패널

Info

Publication number: KR102302158B1
Application number: KR1020210020594A
Authority: KR
Inventors: 유정우
Original assignee: 유정우
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2021-09-14

Abstract

본 발명은 방열기능을 갖는 태양광 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 태양전지 셀의 방열 특성을 개선하기 위해 특정한 전열성필러를 포함하는 접착제를 사용하여 백시트를 적층시키고, 태양광 직사에 의한 가열 및 광전변환시 발생하는 폐열로 인한 태양전지 셀의 성능 저하를 효과적으로 방지함과 동시에 백시트의 박리를 최소화하며, 상기 백시트의 하부에 방열부를 설치하여 보다 향상된 방열성능을 갖는 방열핀이 구비된 태양광 패널에 관한 기술분야가 개시된다.

Description

방열핀이 구비된 태양광 패널{Solar panel with radiating fins}

본 발명은 방열기능을 갖는 태양광 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 태양전지 셀의 방열 특성을 개선하기 위해 특정한 전열성필러를 포함하는 접착제를 사용하여 백시트를 적층시키고, 태양광 직사에 의한 가열 및 광전변환시 발생하는 폐열로 인한 태양전지 셀의 성능 저하를 효과적으로 방지함과 동시에 백시트의 박리를 최소화하며, 상기 백시트의 하부에 방열부를 설치하여 보다 향상된 방열성능을 갖는 방열핀이 구비된 태양광 패널에 관한 기술분야이다.

태양광 에너지를 이용한 전기 에너지 생산과 이용을 위해서는 태양광 모듈(module)과 인버터(inverter)가 매우 중요한 역학을 한다. 특히, 태양광을 직접적으로 받아 전기를 생산하는 태양전지 모듈이 중요하다. 태양광 모듈을 이루는 티양전지의 최소단위를 셀(cell)이라고 하는데, 실생활에서는 다수의 태양전지 셀을 직렬과 병렬로 연결하여 사용한다.

이렇게 직렬과 병렬로 연결된 다수의 태양전지 셀은 주로 옥외에서 사용되며, 이에 따라 다양한 혹독한 환경에 처할 수 있다. 따라서 서로 접속된 다수의 태양전지 셀을 보호할 장치가 필요하고, 이를 위해 다수의 태양전지 셀을 패키지화한 태양전지 모듈 형태가 사용된다.

일반적으로, 태양전지 모듈은 태양전지 셀, 상기 태양전지 셀의 상부 표면 및 하부 표면에 부착된 상부 봉지층(EVA)과 하부 봉치층(EVA), 상부 봉지층의 상부에 부착된 표면층(유리) 및 하부 봉지층의 하부에 부착된 백시트로 구성된다.

하지만 일반적인 태양전지 모듈에서는 모든 구성 부재들이 밀봉되어 있고 열전도율이 낮으며 모듈의 최후방에 있는 백시트가 열을 원활히 외부로 방출할 수 있게 고안되어 있지 않다.

이로 인하여 태양전지 모듈 내부에서 발생하는 열을 외부로 신속히 방출하지 못하고 열화현상이 발행하여 모듈의 성능이 저하되고, 결과적으로 태양전지 모듈의 수명과 신뢰성이 크게 저하된다. 이에 따라 다양한 방열 소재의 백시트가 개발되고 있는 실정이다.

부가하여 설명하면, 기존 태양전지 모듈용 백시트는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)와 같은 불소 수지 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 폴리에스테르 필름, 및 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)과 같은 폴리올레핀 필름, 에틸렌-비닐아세테이트(EVA)와 같은 폴리올레핀계 공중합체 필름에서 선택되는 다수의 필름을 접착제를 사용하여 적절히 적층한 적층 필름을 기반으로 제작되고 있다. 예를 들면 PE/ PET/ PVDF, PVDF/PET/ PVDF, 및 EVA/PET/불소코팅 등 적층 필름이 태양전지 모듈용 백시트로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 고분자 적층 필름으로 이루어진 백시트는 02 W/mK 정도의 낮은 열전도도를 갖는 것으로서 방열 기능은 무시되고 태양전지 모듈의 동작 신뢰성만을 중시한 것이다. 이 때문에 태양전지 모듈의 최후방 백시트에서 열을 외부로 방출하지 못하여 태양전지 모듈의 발전량 감소의 큰 원인이 되고 있다.

이러한 낮은 방열 성능을 보완하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-0999460호는 알루미늄, 동, 스테인리스 스틸 등의 금속 시트에 피막층을 형성한 후, 양면 테이프 또는 접착제를 사용하여 태양전지 모듈에 부착하는 기술을 개시하고 있으나 금속 소재를 사용하는 방열시트는 고온다습한 지역에서 수분에 의해 쉽게 부식되는 문제점이 있다.

다른 종래기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1362965호는 방열 특성이 우수한 그래핀 기반 소재를 이용한 백시트를 개시하고 있으나 그래핀 시트는 방열 특성뿐만 아니라 전기적인 특성도 우수하여 코팅 처리를 해야 하는 후처리 공정이 추가되어야 하는 문제점이 있다.

또 다른 종래기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1240714호는 전열성 필러를 포함하는 접착제를 사용하여 형성된 다층 구조의 태양전지 백시트를 개시하고 있으나, 태양전지 셀에서 발생되는 고온에 의해 백시트를 구성하고 있는 접착제층과 기재층이 박리되는 문제점이 있다.

상기와 연관하여, 백시트의 미미한 방열효과를 해소하기 위해 백시트의 하부에 방열핀을 설치하는 기술이 개발되고 있고, 일예로, 대한민국 등록튿허 제10-1035481호에 하나의 판재를 절첩 및 절곡시켜 다 수개의 방열핀을 구성한 후 태양전지의 후면에 접착용 백시트를 통해 접착시켜 방열효과를 얻을 수 있는 태양광 모듈의 방열장치가 개시되고 있으나, 백시트의 열전도율이 낮은 상태에서 큰 효과를 얻지 못하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1240714호(2013.02.28.) 대한민국 등록특허 제10-1035481호(2011.05.11.)

본 발명은 상술한 종래기술에 따른 문제점을 해결하고자 안출된 기술로서, 종래의 태양광 패널은 금속 소재를 사용하는 방열시트를 백시트에 설치하거나 그래핀 기반 소재를 이용한 백시트를 사용하거나 전열성필러를 포함하는 태양전지 백시트를 사용하거나, 백시트의 하부에 방열핀을 설치하고 있으나, 금속 소재의 경우 쉽게 부식되고, 그래핀 시트의 경우 전지적인 특성도우수하여 코팅처리를 해야 하는 후러치 공정이 추가되어야 하는 번거로운 문제가 있으며, 전열성필러를 포함하는 경우 태양전지 셀에서 발생되는 열에 의해 접착제층과 백시트의 기재층이 박리되는 문제 및 백시트에 방열성능이 없는 상태에서 방열핀에 의한 방열효과가 미미한 문제가 발생하여;

이에 대한 해결점으로 전열성필러를 포함하는 접착제를 사용하여 백시트를 적층시고, 상기 접착제에 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함시킴과 동시에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 백시트를 상기 접착제에 의해 태양전지 셀의 하부 즉, EVA층에 부착되도록 하여 태양전지 셀에서 발생되는 열에 의한 상기 백시트의 박리를 최소화함과 동시에 방열성능이 우수하도록 하는 한편, 상기와 같은 방열 성능을 갖는 백시트의 하부에 방열부를 설치하여 방열효과가 더욱더 우수하도록 하는 방열핀이 구비된 태양광 패널을 통하여 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

프론트유리판, 상부EVA층, 복수 개의 태양전지셀, 하부EVA층, 접착층, 백시트 순으로 적층되어 이루어진 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 하부 테두리에 설치되는 프레임으로 구성된 태양광 패널에 있어서, 상기 접착층은 접착제와 제1전열성필러 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함하여 구성되고, 상기 백시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하여 구성되며, 상기 태양광 모듈은 상기 백시트의 하부에 적층되는 접착층과 상기 접착층의 하부에 부착되어 설치되고, 가장자리가 상기 프레임의 상부에 안착되어 설치되는 방열부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널을 제시한다.

또한, 본 발명의 상기 접착층은 상기 접착제 20~35중량%와 상기 제1전열성필러 60~70중량% 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE) 5~10중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 백시트는 제2전열성필러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 백시트는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 발포성형하되, 발포성형시 상기 제2전열성필러가 기공의 내부에 포함되도록 원료에 상기 제2전열성필러를 혼합후 발포성형하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제1,2전열성필러는 실리카흄과 왕겨실리카를 포함하여 구성되고, 실리카흄과 왕겨실리카가 1.5~2:1의 비율로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열부는 상부가 뾰족하게 형성되고, 상부가 상기 백시트의 하부에 삽입되어 결합되는 복수 개의 방열핀과 상기 접착층의 하부에 상부면이 부착되어 설치되고, 하부에 복수 개의 방열날개가 형성되며, 상부면에 형성되되, 상기 방열날개까지 복수 개의 삽입홈이 형성되어 상기 방열핀의 하부가 상기 삽입홈에 내입되는 방열프레임을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열날개는 어느 하나의 삽입홈과 상기 어느 하나의 삽입홈과 인접한 어느 하나의 삽입홈의 사이에 위치되어 형성되는 복수 개의 관통홀을 포함하여 구성되고, 상기 관통홀은 상기 방열날개와 인접한 방열날개에 형성되는 경우 상기 어느 하나의 삽입홈과 인접한 다른 어느 하나의 삽입홈의 사이에 위치되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 방열 백시트가 구비된 태양광 패널은 전열성필러를 포함하는 접착제를 사용함에 따라 제조기술상 문제점과 같은 종래의 문제점 없이 백시트의 방열특성을 우수하게 하여 태양전지 셀의 온도 상승을 현저하게 억제할 수 있으므로, 결과적으로 태양전지 셀 내 온도를 종래 대비 낮게 유지할 수 있어 태양광 직사에 의한 가열 및 광전변환시 발생하는 폐열로 인한 태양전지 셀의 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있는 효과와,

태양전지 셀에서 발생되는 고온의 열에 의한 백시트의 박리를 최소화하여 방열특성이 우수하면서도 내구성 및 내후성이 우수하여 방열효과 및 안정성이 확보되어 신뢰도 높은 설치상태를 유지할 수 있으므로 유지보수의 수요을 최소화할 수 있는 효과 및

상기와 같은 전열성필러가 포함되어 방열 성능을 갖는 백시트와 함게 상기 백시트의 하부에 방열부를 설치하여 백시트에 의한 방열효과와 함께 방열부의 방열효과에 의해 방열효율을 더욱더 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방열핀이 구비된 태양광 패널을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방열핀이 구비된 태양광 패널을 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방열핀이 구비된 태양광 패널을 나타낸 정단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방열핀이 구비된 태양광 패널을 나타낸 측단면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 방열부를 나타낸 저면 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 백시트가 발포 성형된 방열핀이 구비된 태양광 패널을 나타낸 측단면도.

본 발명은 방열기능을 갖는 태양광 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면, 프론트유리판(10), 상부EVA층(20), 복수 개의 태양전지셀(30), 하부EVA층(40), 접착층(50), 백시트(60) 순으로 적층되어 이루어진 태양광 패널의 상기 접착층(50)에 전열성필러를 포함시키되, 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함시켜 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어지는 백시트(60)의 부착력을 강화시켜 태양전지셀(30)에서 발생되는 고온의 열에 의한 상기 백시트(60)의 박리를 최소화킬 수 있고, 상기 전열성필러에 의한 열전달을 통해 태양광 직사에 의한 가열 및 광전변환시 발생하는 폐열로 인한 태양전지셀(30)의 성능 저하를 효과적으로 방지할 수 있으며, 상기 백시트(60)의 하부에 방열부(90)를 설치하여 보다 향상된 방열성능 효과를 얻을 수 있는 방열핀이 구비된 태양광 패널에 관한 기술이다.

상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 구성은 프론트유리판(10), 상부EVA층(20), 복수 개의 태양전지셀(30), 하부EVA층(40), 접착층(50), 백시트(60) 순으로 적층되어 이루어진 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 하부 테두리에 설치되는 프레임(80)으로 구성된 태양광 패널에 있어서, 상기 접착층(50)은 접착제와 제1전열성필러 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함하여 구성되고, 상기 백시트(60)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하여 구성되며, 상기 태양광 모듈은 상기 백시트(60)의 하부에 적층되는 접착층(50)과 상기 접착층(50)의 하부에 부착되어 설치되고, 가장자리가 상기 프레임(80)의 상부에 안착되어 설치되는 방열부(90);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 접착층(50)은 상기 접착제 20~35중량%와 상기 제1전열성필러 60~70중량% 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE) 5~10중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 백시트(60)는 제2전열성필러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 백시트(60)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 발포성형하되, 발포성형시 상기 제2전열성필러가 기공의 내부에 포함되도록 원료에 상기 제2전열성필러를 혼합후 발포성형하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열부(90)는 상부가 뾰족하게 형성되고, 상부가 상기 백시트(60)의 하부에 삽입되어 결합되는 복수 개의 방열핀(92);과 상기 접착층(50)의 하부에 상부면이 부착되어 설치되고, 하부에 복수 개의 방열날개(94a)가 형성되며, 상부면에 형성되되, 상기 방열날개(94a)까지 복수 개의 삽입홈(94b)이 형성되어 상기 방열핀(92)의 하부가 상기 삽입홈(94b)에 내입되는 방열프레임(80);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 방열날개(94a)는 어느 하나의 삽입홈(94b)과 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 복수 개의 관통홀(94a-1);을 포함하여 구성되고, 상기 관통홀(94a-1)은 상기 방열날개(94a)와 인접한 방열날개(94a)에 형성되는 경우 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 다른 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1 내지 6을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 태양광 패널은 복수 개의 태양광 모듈이 배열 및 연결되어 구성되고, 상기 태양광 모듈은 프론트유리판(10), 상부EVA층(20), 복수 개의 태양전지셀(30), 하부EVA층(40), 접착층(50), 백시트(60) 순으로 적층되어 구성고, 상기 태양광 모듈의 하부 테두리에 프레임(80)이 설치되어 태양광 패널을 구성한다.

상기 프론트유리판(10)과 복수 개의 태양전지셀(30)과 상기 복수 개의 태양전지셀(30)이 일정한 간격으로 배치된 에틸렌비닐아세테이트공중합체(EVA)로 이루어진 상부EVA층(20)과 하부EVA층(40) 및 프레임(80)은 통상적으로 태양광 모듈에 포함되는 공지의 기술로 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 접착층(50)은

상기 하부EVA층(40)에 도포되어 이후에 자세히 설명될 백시트(60)가 부착되어 설치되도록 하는 것으로서, 주재인 접착제와 제1전열성필러 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함하여 구성됨에 따라 상기 제1전열성필러를 통해 태양전지셀(30)에서 발생되는 열을 외부로 방출시켜 상기 태양전지셀(30)의 성능이 저하되는 것을 최소화하고, 상기 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 통해 이후에 자세히 설명될 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 백시트(60)의 부착력을 높여 상기 태양전지셀(30)에서 발생되는 고온의 열에 의한 박리가 최소화될 수 있도록 함으로써, 보다 안정적이고 신뢰도 높은 태양광 패널이 이루어질 수 있도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 접착층(50)은 상기 접착제 20~35중량%와 상기 제1전열성필러 60~70중량% 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE) 5~10중량%를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는데, 상기 접착제와 제1전열성필러의 조성비가 상기 범위를 벗어나면 제1전열성필러에 의한 열전도율이 낮아질 수 있다.

즉, 본 발명의 접착층(50)은 제1전열성필러를 첨가함으로써 열전도율을 크게 향상시킬 수 있고, 이로 인해 이후에 자세히 설명될 백시트(60)의 방열 특성을 향상시킬 수 있다.

상기 접착제는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계, 폴리아미드이미드계 등의 열전도율이 낮고, 열전도율은 약 010 ~ 030 W/(mㆍK) 정도이며, 열전도율이 높은 금속, 세라믹 등의 제1전열성필러를 첨가함으로써, 접착제에 전열성을 부여할 수 있다.

이때, 상기 접착제는 20중량% 미만으로 포함되는 경우 접착력이 미미하여 백시트(60)의 부착이 원활하게 이루어지지 못하고, 35중량%를 초과하여 포함되는 경우 제1전열성필러를 둘러싸는 형태를 취하기 때문에 상기 제1전열성필러에 의한 열전도율보다 지배적인 열전도율을 발현시킬 수 있으므로 상기와 같은 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 접착제와 제1전열성필러를 혼합함 복합재료의 열전도율을 구하기 위해 일반적으로 하기의 백스웰 이론식을 사용한다.

<맥스웰 이론식>

여기서, λc: 필러 배합 후 접착제 열전도율

λ: 필러 열전도율

λo: 접착제 열전도율

Ø: 필러 충진율

상기 제1전열성필러는 알루미늄, 동, 은, 철 등의 금속 또는 알루미나, 마그네시아, 베릴리아, 실리카, 질화붕소, 질화알루미늄, 탄화규소, 탄화티탄, 질화규소, 멀라이트, 그라파이트, 다이아몬드 등의 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택하여 사용할 수 있고, 경제성 및 수급 용이성을 고려하면 알루미나를 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1전열성필러는 상기와 같은 금속 또는 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택하여 사용하거나, 상기 금속 또는 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택하여 사용하지 않고 실리카흄과 왕겨실리카를 포함하여 구성할 수 있고, 금속 또는 세라믹으로 이루어진 그룹에서 선택되어진 어느 하나 이상과 실리카흄 및 왕겨실리카를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 실리카흄은 건식법으로 만들어진 실리카 미립자의 한 종류로서, 높은 분말도를 갖고, 상기 왕겨실리카가 함께 접착층에 포함됨에 따라 상기 왕겨실리카 자체에 형성되어 있는 수 나노미터의 미세기공을 채워 더욱더 높은 강도와 내구성 및 도포되는 접착층(50)의 두께를 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 열전도율을 보다 향상시킬 수 있어 우수한 방열특성을 얻을 수 있도록 한다.

상기 왕겨실리카는 친환경 재료로서, 자체에 수 나노미터의 기공을 가지고 있어 앞서 설명된 실리카흄과 함께 혼합됨에 따라 강도 및 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라 접착층(50)의 두께를 최소화할 수 있도록 하며, 열전도율을 향상시킬 수 있도록 한다.

부가하여 설명하면, 상기 왕겨실리카는 왕겨를 중해 처리한 후 중해 잔류물과 중해액을 수득하는 단계와, 중해액에서 왕겨 실리카를 분리하는 단계를 통해 수득할 수 있고, 종래에 어떠한 방법을 사용하여도 무방하므로 왕겨 실리카를 수득하는 자세한 방법 설명은 생략하도록 한다.

아울러, 왕겨는 외피가 실리카로 치밀하게 피복되어 있어 부식되기 어려울 뿐만 아니라 마모성이 높고, 부피가 크며, 자체 영양소가 적은 특성 등으로 사료 및 공업용 원료로의 사용에 적절치 않은 특성을 가지고 있어 사용에 많은 제약을 받아왔으나, 자체에 수 나노미터의 미세 기공을 가지고 있는 실리카가 10 내지 20 중량% 정도가 포함되어 있어 외부에 노출되는 태양광 패널의 특성에도 부식이 최소화되는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에서 사용되는 왕겨실리카는 앞서 설명된 바와 같이, 초미립자의 실라카흄과 함께 사용되어 상기 실리카흄에 의한 강도 및 내구성의 향상 효과와 열전도율을 증대시킬 수 있다.

이때, 상기 실리카흄과 왕겨실리카는 1.5~2:1의 비율로 구성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 실리카흄이 1.5 비율 미만으로 혼합되면 강도와 내구성 및 열전도율의 향상 효과가 미미하고, 2의 비율을 초과하여 혼합되면 상기 왕겨실리카의 기공에 채워지지 않고 접착층(50) 전체 조성물의 물성을 저해하여 접착성이 저하되는 문제점이 있으며, 상기 왕겨실리카가 1 비율 미만으로 혼합되면 상기 실리카흄의 2의 비율을 초과하여 혼합되는 것과 동일한 문제점이 있고, 1 비율을 초과하여 혼합되면 상기 실리카흄이 기공에 충분히 채워지나 도리어 채워지지 않은 기공에 의해 단열효과가 발생되어 열전도율이 저하되는 문제점이 있기 때문에 상기와 같은 비율로 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제1전열성필러는 60중량% 미만으로 포함되는 경우 앞서 접착제에서 설명한 바와 같이, 접착제에 둘러싸여 있는 형태이므로 접착제에 의한 열전오율이 지배적으로 발형될 수 있고, 70중량%를 초과하여 포함되는 경우 열전도율은 우수하나 접착제에 의한 접착력이 저하되어 백시트(60)의 부착이 원활하게 이루어지지 않을 수 있으므로 상기와 같은 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

아울러, 이후에 자세히 설명될 백시트(60)에 포함되는 제2전열성필러는 상기 제1전열성필러와 동일하게 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 연관하여, 상기 폴리하이드록시아미노에테르(polyhydroxy aminoether, PHAE)는 에폭시화합물과 아미노화합물로 생성된 수지다. 이 수지의 뛰어난 접착성은 분자 중심체인에서 내려가는 수산기가 분자 중심에 있는 다른 부분과 층간 극성 작용을 가지기 때문이다. 이 수지를 내연강판에 180℃에서 접착시킨 경우 라인업 강도는 약 3500psi로 이는 열경화성의 2액형 에폭시수지의 강도 1500-5000psi 범위에 들어간다. PHAE는 극성기를 가지는 PET 같은 수지와 녹는점보다 꽤 낮은 온도에서 잘 접착한다. PHAE를 220℃에서 PET에 적층시킨 필름 경계면의 파괴에너지(Gic)는 45-60J/㎡에 있다.

이와 대조적으로 고배리어성 나일론수지는 PET와의 적층 필름에서 Gic는 10 J/㎡ 이하다. Gic절대치 차는 크지 않으나 각종 배리어층을 이용해 통풍 성형한 다층 PET 낙하실험에서 PHAE를 배리어층으로 사용한 경우와 EVOH나 나일론수지를 배리어층으로 이용한 경우를 비교하면 3-4배 가까이 층간 박리에 대해 내성이 있는 것을 알 수 있다. PET 융점(275℃) 이상의 고온에서 PHAE를 접착하면 폴리에스테르와 PHAE 경계 영역은 용융해 그 결과 Gic치가 크게 상승해 540 J/㎡ 정도가 된다.

이와 같은 고온 접착 메카니즘은 PHAE 일급 수산기와 용융된 PET중심체인 중의 에스테르기가 에스테르 교환반응을 일으켜 PET와 PHAE 사이에 공유결합이 생성된 것으로 생각된다. PHAE의 뛰어난 접착성은 이 수지의 필러로 혼입된 무기물 등의 입자와의 사이에서 관찰 가능하다. 기존 열가소성수지 매질과 필러로서 접착강도가 그다지 크지 않아 필러가 들어 있는 수지의 기계적 강도 특히 인장응력은 필러 혼입량 증가에 따라 감소된다.

이에 대해 PHAE에 운모, 활석 탄산칼슘, 목분, 그래뉼상 등의 필러를 넣은 경우 기계적 강도는 필러양 증가에 따라 향상된다. 구체적인 예를 보면 압축 성형한 PHAE 40mil 두께 판은 필러가 없는 경우 파괴응력이 6300psi를 보이나, 이 수지에 지름 125㎛ 미만인 단단한 나무 가루를 수지 중량의 30%로 균일하게 분산시킨 후 용융 성형해 만든 40mil 두께의 판 파괴응력은 11000psi로 크게 증가한다. 이 필러 첨가 PHAE 성형판 인장계수는 필러가 없는 경우 415000psi에 비해 813000psi로 된다. PHAE에 운모, 활석을 필러로 수지 중량의 20%를 균일하게 혼입한 경우 인장 강도는 13000psi나 된다.

즉, 상기 폴리하이드록시아미노에테르는 접착층(50)에 포함되어 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 백시트(60)와 강한 결합으로 박리에 대한 내성이 우수한 효과를 실현케 하고, 상기 필러는 운모, 활석, 탄산칼슘, 목분 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성됨으로써, 앞서 설명된 바와 같이, 상기 폴라하이드록시아미노에테르의 인장강도를 높여 접착층(50)이 높은 내구성을 갖도록 하는 효과를 실현케 한다.

이때, 상기 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)는 5중량% 미만으로 포함되는 경우 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 백시트(60)와의 반응이 미미하여 부착력이 저하되고, 10중량%를 초과하여 포함되는 경우 불필요한 폴리하이드록시아미노에테르의 사용으로 인해 접착력이 저하되어 내구성을 기대하기 어려울 수 있으므로 상기와 같은 범위로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 백시트(60)는

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하여 구성되는 것으로서, 상기 하부EVA층(40)과 접착층(50)에 의해 부착되어 설치되어 상기 태양전지셀(30)을 보호함과 동시에 상기 접착층(50)으로부터 열을 전달받아 외부로 열을 방출시켜 상기 태양전지셀(30)이 방열되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 발명의 백시트(60)는 폴리에텔렌테레프탈레이트(PET)의 낮은 열전도율으로 인해 상기 태양전지셀(30)에서 발생된 열이 상기 접착층(50)에 잔류하는 시간이 증가되어 접착제의 물성이 저하되어 박리될 수 있는데, 상기 접착층(50)에 포함된 폴라하이드록시아미노에테르에 의한 박리에 대한 내성이 우수하므로 박리를 최소화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

아울러, 본 발명의 백시트(60)는 상기 접착층(50)에 고온의 열이 잔류하는 것을 최소화하고 보다 높은 방열 특성을 갖도록 하기 위해 제2전열성필러를 포함하여 구성될 수 있는데, 상기 제2전열성필러는 앞서 설명된 제1전열성필러과 같은 구성으로 이루어져 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로만 이루어진 백시트(60)보다 높은 열전도율을 얻을 수 있는 효과를 실현케 한다.

이때, 상기 제2전열성필러는 상기 백시트(60)에 우수한 열전도율을 실현할 수 있도록 상기 백시트(60)에 충진율이 50~70부피%로 구성되는 것이 바람직한데, 50부피% 미만일 경우 백시트(60)에 충분한 열전도성을 부여할 수 없고, 70부피%를 초과하는경우 백시트(60)에 균일하게 분산시키는 것이 어려울 뿐만 아니라 백시트(60)의 파손이 쉽게 저하 이루어질 수 있어 즉, 안정성이 낮아질 수 있어 상기와 같은 부피로 상기 백시트(60)에 충진되는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 백시트(60)는 상기 제2전열성필러를 상기와 같은 부피로 충진하되, 보다 높은 열전도율과 안정성을 향상시키기 위해 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트를 발포성형하여 상기 제2전열성필러가 기공의 내부에 포함되도록 하는 것을 특징으로 한다.

다시 말해, 본 발명의 백시트(60)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 발포성형하되, 발포성형시 상기 제2전열성필러가 기공의 내부에 포함되도록 원료에 상기 제2전열성필러를 혼합후 발포성형하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 백시트(60)는 제1전열성필러를 포함하는 접착층(50)과 함께 제2전열성필러를 포함하여 구성됨에 따라 보다 높은 방열 특성으로 우수한 방열효과를 얻을 수 있도록 한다.

본 발명을 달성하기 위한 주요 구성요소인 방열부(90)는

상기 백시트(60)의 하부에 도포되어 적층되는 접착층(70)에 의해 상기 백시트(60)의 하부에 설치되는 것으로서, 상기 접착층(70)과 함께 둘레가 앞서 자세히 설명되지 않은 프레임(80)의 상부에 위치되도록 하여 상기 백시트(60)의 하부와 상기 프레임(80)의 상부면에 의해 둘레가 고정되어 상기 백시트(60)의 하부에 설치되고, 상기 백시트(60)에 전달된 열을 전달받아 보다 효과적으로 외부로 열을 방출시켜 상기 태양전지셀(30)이 방열되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 백시트(60)의 하부에 도포되는 접착층(70)은 앞서 설명된 접착층(50)과 유사하게 구성되는 것으로서, 앞서 설명된 접착제 25~40중량%와 제1전열성필러 60~75중량%로 구성되어 상기 접착층(50)에 비해 접착제와 제1전열성필러의 조성을 높여 상기 방열부(90)의 부착력을 높이고, 상기 제1전열성필러에 의한 열전도율이 높아지도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명의 방열부(90)는 일반적으로 사용되는 방열핀의 재질 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하므로 자세한 설명은 생략하도록 하고, 일예로, 알루미나 등과 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 이후에 자세히 설명될 방열핀(92)과 방열프레임(80)은 동일한 재질로 이루어진다.

구체적으로, 본 발명의 방열부(90)는 상부가 표쪽하게 형성되고, 뾰족한 상부가 상기 백시트(60)의 하부에 삽입되어 결합되는 복수 개의 방열핀(92)과, 상기 접착층(70)의 하부에 상부면이 부착되어 설치되고, 하부에 복수 개의 방열날개(94a)가 형성되며, 상부면에 형성되되, 상기 방열날개(94a)까지 복수 개의 삽입홈(94b)이 형성되어 상기 방열핀(92)의 하부가 상기 삽입홈(94b)에 내입되는 방열프레임(80)을 포함하여 구성된다.

상기 방열핀(92)은 상기 접착층(70)을 통과하여 앞서 설명된 백시트(60)의 내부에 상부가 내입되도록 삽입되어 결합됨으로써, 상기 백시트(60)에 전달된 열이 보다 원활하게 상기 방열프레임(80)에 전달되도록 하고, 상기 백시트(60)에 제2전열성필러가 포함되는 경우 보다 효과적으로 열이 전달되므로 보다 우수한 방열 효과를 얻을 수 있다.

부가하여, 상기 백시트(60)가 제2전열성필러를 포함하고 발포성형되는 경우 상기 방열핀(92)의 상부가 상기 제2전열성필러와 접촉될 수 있는 가능성이 높아 보다 우수한 방열 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

아울러, 상기 방열프레임(80)은 상기 접착층(70)에 의해 상기 백시트(60)의 하부에 부착되어 설치되고, 둘레 즉, 테두리가 상기 프레임(80)에 의해 상기 백시트(60)와의 사이에 고정되어 보다 안정적으로 고정되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 방열프레임(80)은 상기 방열핀(92)의 하부가 내입되는 삽입홈(94b)이 형성되어 상기 방열핀(92)과의 접촉면적이 넓어져 보다 효과적으로 열을 전달받아 방열날개(94a)를 통해 열을 방출하는 효과를 실현케 한다.

이때, 상기 방열프레임(80)은 상기 삽입홈(94b)에 서멀그리스가 충진되어 상기 방열핀(92)의 하부가 내입됨에 따라 상기 방열핀(92)과 삽입홈(94b)의 사이에 상기 서멀그리스에 의한 열전도율이 높아져 보다 효과적으로 열을 전달받아 방출할 수 있는 효과를 실현케 한다.

아울러, 상기 방열핀(92)은 상기 백시트(60)의 하부면에 일정한 간격으로 다수의 열 또는 횡으로 설치될 수 있고, 상기 방열프레임(80)의 방열날개(94a)는 상기 방열핀(92)이 설치된 형상과 대응되는 형상으로 형성된다.

즉, 상기 방열프레임(80)은 하부에 방열날개(94a)가 횡방향으로 일정간격 이격되어 복수 개가 돌출형성되는 경우 상기 방열핀(92)이 상기 백시트(60)의 하부면에 상기 복수 개의 방열날개(94a)와 대응되도록 삽입되어 설치되고, 상부면에 상기 방열날개(94a)까지 연장형성된 삽입홈(94b)에 상기 방열핀(92)의 하부가 내입되어 설치되는 것이다.

아울러, 본 발명의 방열부(90)는 외부에 설치되는 태양광 패널의 특성상 바람에 의한 자연 방열이 이루어지고, 이에 따라 상기 복수 개의 방열날개(94a) 사이로 바람 즉, 공기가 통과되어 보다 원활하게 방열이 이루어진다.

이때, 상기 방열날개(94a)는 어느 하나의 삽입홈(94b)과 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 복수 개의 관통홀(94a-1)을 포함하여 구성될 수 있는데, 이는 상기 복수 개의 방열날개(94a)의 사이로 공기가 통과되는 것과 더불어 공기가 상기 관통홀(94a-1)을 통해 방열날개(94a)를 관통하여 이동되도록 함으로써, 보다 우수한 방열 효과를 얻을 수 있다.

부가하여, 상기 관통홀(94a-1)은 상기 방열날개(94a)와 인접한 방열날개(94a)에 형성되는 경우 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 다른 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 것을 특징으로 하는데, 이는 다시 말해 어느 하나의 방열날개(94a)에 형성된 복수 개와 관통홀(94a-1)과 상기 어느 하나의 방열날개(94a)에 인접한 어느 하나의 방열날개(94a)에 형성된 복수 개의 관통홀(94a-1)이 대향되지 않도록 형성됨으로써, 상기 관통홀(94a-1)을 통과한 공기가 상기 방열날개(94a)에 부딪혀 방열날개(94a)와 방열날개(94a)의 사이로 이동되도록 하여 본 발명의 방열프레임(80) 하부 표면 전체를 공기가 이동하여 더욱더 우수한 방열 효과를 얻을 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 방열핀이 구비된 태양광 패널은 전열성필러를 포함하는 접착층과 백시트(60)를 통해 태양전지셀(30)에서 발생되는 열을 보다 효과적으로 방열할 수 있고, 상기 접착층(50)에 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함할 뿐만 아니라 상기 백시트(60)가 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 주재로 이루어지도록 함으로써, 보다 높은 박리에 대한 내성으로 높은 강도 및 내구성을 얻을 수 있어 보다 안정적이고 신뢰도 높으며 방열 효과가 높은 효과를 얻을 수 있는 한편, 방열부(90)를 통해 더욱더 효율적으로 방열이 이루어지도록 함으로써, 태양전지셀(30)의 과열에 의한 성능저하를 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10 : 프론트유리판
20 : 상부EVA층
30 : 태양전지셀
40 : 하부EVA층
50, 70 : 접착층
60 : 백시트
80 : 프레임
90 : 방열부
92 : 방열핀
94 : 방열판
94a : 방열날개
94a-1 : 관통홀
94b : 삽입홈

Claims

프론트유리판(10), 상부EVA층(20), 복수 개의 태양전지셀(30), 하부EVA층(40), 접착층(50), 백시트(60) 순으로 적층되어 이루어진 태양광 모듈과 상기 태양광 모듈의 하부 테두리에 설치되는 프레임(80)으로 구성된 태양광 패널에 있어서,
상기 접착층(50)은
접착제와 제1전열성필러 및 폴리하이드록시아미노에테르(PHAE)를 포함하여 구성되고,
상기 백시트(60)는
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함하여 구성되며,
상기 태양광 모듈은
상기 백시트(60)의 하부에 적층되는 접착층(70)과
상기 접착층(70)의 하부에 부착되어 설치되고, 가장자리가 상기 프레임(80)의 상부에 안착되어 설치되는 방열부(90);를 포함하여 구성되는 한편,
상기 접착층(50)은
상기 접착제 20~35중량%와
상기 제1전열성필러 60~70중량% 및
폴리하이드록시아미노에테르(PHAE) 5~10중량%를 포함하여 구성되고,
상기 백시트(60)는
제2전열성필러를 포함하여 구성되며,
상기 백시트(60)는
폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 발포성형하되, 발포성형시 상기 제2전열성필러가 기공의 내부에 포함되도록 원료에 상기 제2전열성필러를 혼합후 발포성형하는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널.
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제1항에 있어서,
상기 제1,2전열성필러는
실리카흄과 왕겨실리카를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널.
제5항에 있어서,
상기 제1,2전열성필러는
실리카흄과 왕겨실리카가 1.5~2:1의 비율로 구성되는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널.
제1항 또는 제6항에 있어서,
상기 방열부(90)는
상부가 뾰족하게 형성되고, 상부가 상기 백시트(60)의 하부에 삽입되어 결합되는 복수 개의 방열핀(92);과
상기 접착층(70)의 하부에 상부면이 부착되어 설치되고, 하부에 복수 개의 방열날개(94a)가 형성되며, 상부면에 형성되되, 상기 방열날개(94a)까지 복수 개의 삽입홈(94b)이 형성되어 상기 방열핀(92)의 하부가 상기 삽입홈(94b)에 내입되는 방열프레임(80);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널.
제7항에 있어서,
상기 방열날개(94a)는
어느 하나의 삽입홈(94b)과 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 복수 개의 관통홀(94a-1);을 포함하여 구성되고,
상기 관통홀(94a-1)은
상기 방열날개(94a)와 인접한 방열날개(94a)에 형성되는 경우 상기 어느 하나의 삽입홈(94b)과 인접한 다른 어느 하나의 삽입홈(94b)의 사이에 위치되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방열핀을 구비한 태양광 패널.