KR102382861B1 - 솔라셀 고장 회피 회로 구조 및 이를 이용한 태양전지 모듈 - Google Patents

솔라셀 고장 회피 회로 구조 및 이를 이용한 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수개의 솔라셀과 연결되는 제1라인과; 상기 제1라인의 기설정된 위치마다 설치되며, 전류를 체크하는 체크모듈과; 상기 체크모듈 간을 연결하는 제2라인;을 포함하며, 상기 체크모듈은 적어도 하나의 체크모듈에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 해당 체크모듈과 연계된 체크모듈 및 제2라인을 이용하여 솔라셀에서 생산된 전류의 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조 및 이를 이용한 태양전지 모듈이 개시된다.

Description

솔라셀 고장 회피 회로 구조 및 이를 이용한 태양전지 모듈{Solar cell failure avoidance circuit structure and solar cell module using the same}
솔라셀 고장 회피 회로 구조 및 이를 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 커튼월(Curtain Wall)이라 함은 건물에 있어서 건물의 하중을 지지하고 있지 않는 건물의 외벽을 말한다. 건물에 가해지는 수직하중과 바람이나 지진 등에 의한 수평하중을 기둥과 보의 골조로 지지하고, 커튼월은 단순히 공간을 칸막이하는 커튼역할을 하게 된다. 한편, 커튼월은 비내력 칸막이벽이라고도 불리며, 외부로부터의 비나 바람을 막고 소음이나 열을 차단하는 구실을 한다.
이러한 커튼월의 재료로는 스테인레스강, 알루미늄, 청동, 유리 등의 재료도 사용되지만, 최근에는 태양전지(Solar cell)를 이용하는 건물외장형 태양광 발전시스템인 BIPV 시스템(Building Integrated Photovoltaic System)이 새롭게 시도되고 있다.
BIPV 시스템과 관련된 선행 특허기술로는 "프로젝트 개폐방식의 BIPV형 모듈이 적용된 태양광 발전시스템용 창문(등록번호 제10-1922890호, 이하 특허문헌1)"과, "반투명 CIGS 태양전지 및 이의 제조방법 및 이를 구비하는 건물일체형 태양광 발전 모듈(등록번호 제10-1848853호, 이하 특허문헌2)"이 있다.
특허문헌1에는 "중앙에 개방구가 형성되고 건물의 외부 창틀에 설치되는 제1 프레임; 중앙에 개방구가 형성되고 상기 제1 프레임의 상단에 힌지 결합되는 제2 프레임; 각각 틸트 가능한 복수 개의 태양전지 유닛으로 구성되어 상기 제2 프레임의 내곽에 설치되는 태양전지 모듈; 상기 복수 개의 태양전지 유닛에 연결되는 각도 조절 링크 및 상기 각도 조절 링크에 연결되어 상기 복수 개의 태양전지 유닛의 경사를 조절하는 구동모듈을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 하며, 제2 프레임의 프로젝트 방식의 개방에 태양전지 유닛의 틸트 개방이 복합 작용하여 높은 전력 생산 효율을 나타낸다. 또한 제2 프레임이나 태양전지 유닛을 선택적 또는 복합적으로 개방함으로써 최적의 환기 및 시야 상태를 확보할 수 있다."와 같은 내용이 개시되어 있다.
특허문헌2에는 "투명전도성 기판, 투명전도성 기판 위에 형성되고, 광흡수층 보다 큰 값의 밴드갭을 가지는 중간층, 중간층 위에 형성되는 밴드갭 1.5 eV 이상의 CIGS계 광흡수층, 광흡수층 위에 형성되 버퍼층, 버퍼층 위에 형성된 투명전도층, 투명전도층 위에 형성되는 전면전극을 포함하여 구성되는 것을 기술적 특징으로 하며, 후면전극으로 투명전도성 물질이 코팅된 유리 기판을 사용하여 양면 투과가 가능하고, 이에 따라 건물일체형 태양광 발전 모듈로 응용이 가능할 수 있다는 제1효과, 태양전지는 밴드갭이 1.5eV 이상이면서 두께가 400nm이하로 얇은 CIGS계 광흡수층을 포함함에 따라 20% 이상의 높은 투과도를 갖는다는 제2효과, 후면전극과 광흡수층의 사이에 밴드갭이 1.6eV이상으로 광흡수층 대비 높은 중간층을 포함하여 태양전지의 광전변환 효율 및 투과도를 동시에 향상시킬 수 있다는 제3효과를 갖는다."와 같은 내용이 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌1 및 2는 건물 내부에서 소비되는 전력을 태양광 발전과 같은 신재생 에너지로 활용하려는데 있어서 그 효율성을 개선하려는데 집중하고 있으나, 최근에는 건물의 외벽에 BIPV 시스템외에도 광고 목적으로 LED를 설치하는 사례가 증가하고 있는데 반해, 특허문헌1 및 2는 광고에 활용할 수 없는 문제가 있다.
한편, BIPV 시스템과 광고를 동시에 제공할 수 있는 관련 기술로는 "LED 광고 기능이 구비된 태양 전지 모듈(등록번호 제10-1909256호, 이하 특허문헌3)"이 있다.
특허문헌3에는 "태양광을 투과시키며, 복수 개의 LED(Light Emitting Diode)를 구비하는 LED층; 상기 LED 층의 상부에 배치되어 태양광을 투과시키며, 상기 LED층을 보호하는 커버층; 및 상기 LED층의 하부에 적층되어, 상기 커버층과 상기 LED층을 투과하여 조사되는 태양광을 통해 발전(發電)하며, 태양광 발전된 전력을 상기 LED층으로 공급하여 상기 복수 개의 LED가 발광(發光)되도록 하는 태양 전지층을 포함하되, 상기 LED층은, 상기 태양 전지층로부터 태양광 전력을 공급받아 각각 독립적인 파장대와 조도의 빛을 선택적으로 발광하며, 상기 복수 개의 LED의 군을 형성하는 LED셀부; 및 상기 LED셀부를 홀딩하며, 투명한 소재로 이루어져 태양광을 투과시키는 투명 기판부를 포함하고, 상기 LED 셀부는, pn접합(pn junction) 구조를 구비하며 전자 또는 정공의 에너지갭(energy gap)으로 인해 빛을 발광하는 발광부; 및 상기 발광부를 홀딩하며, 태양의 고도에 따라 상기 발광부가 태양을 대향하는 각도를 조절하도록 하는 각도 조절부를 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 태양광을 투과할 수 있는 투명한 LED 기판을 통해 태양광 발전에 필요한 공간과 LED 옥외 광고를 위한 공간을 동시에 활용할 수 있는 기술적 사상을 제시한다. 태양광 발전을 위한 면적과 LED 옥외 광고를 위한 면적을 공유하도록 하는바, 옥외 광고의 공간 효율성을 극대화하는 효과를 제공한다. 기존 백라이트 중심의 LED 광고의 원시성을 탈피하고, 다양하게 프로그래밍된 LED 광고를 통해 시간에 따라 다양한 영상을 디스플레이할 수 있는 태양광 기반의 LED 옥외 광고를 제시한다. 외부 단말기를 통해, LED 옥외 광고에 필요한 다양한 영상을 편집, 전송, 저장하도록 하는바, LED 광고를 위한 최적화된 관리 시스템을 제공한다."와 같은 내용이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌3의 경우 LED층과 태양전지층이 각각 독립적으로 구성된 것이이서 태양전지 모듈의 두께가 증가될 수밖에 없고, LED층이 태양전지층 보다 전방에 위치되는 것에 의해 LED층의 발광부로 인한 태양전지층에 도달될 태양광이 일부 제한되어 태양전지의 효율성이 떨어지는 문제가 있다. 물론 태양전지층에 도달될 태양광을 극대화하기 위해 LED층의 발광부의 각도를 조절하는 구성이 별도로 마련되어 LED층의 발광부에 의한 태양광 입사 간섭을 최대한 줄이고 있지만, 그럼에도 발광부에 의해 태양광이 가려지는 것을 원천적으로 해소할 수는 없다.
또한, 특허문헌 1 내지 3은 '셀 온 보드(Cell on board) 구조'에 대해 언급되어 있지 않으며, 통신, 제어, 센서, 메모리, 방열 회로 등의 회로를 적용하고 있지 않아 데이터 저장/전송, 전압변환/감지/보호, 발열감지/보호, 일조량 감지 등의 운영은 이루어질 수 없다.
등록특허공보 제10-1922890호 등록특허공보 제10-1848853호 등록특허공보 제10-1909256호
본 발명의 목적은 복수개의 솔라셀이 구비된 태양전지 모듈에서 어느 하나의 솔라셀이 고장난 경우, 정상 작동이 가능한 나머지 솔라셀들까지도 사용이 중지되는 것을 방지하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 제공하려는데 있다.
즉, 태양전지 모듈에서 어느 하나의 솔라셀이 고장나더라도, 정상 작동이 가능한 나머지 솔라셀은 이용할 수 있도록 하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 제공하려는 것이다.
또한 본 발명은 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 채택하면서, 이에 더하여 부분 수리, 전력 생산, 데이터 저장/전송, 전압변환/감지/보호, 발열감지/보호, 일조량 감지 등이 가능한 태양전지 모듈을 제공하려는데 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 복수개의 솔라셀과 연결되는 제1라인; 상기 제1라인의 기설정된 위치마다 설치되며, 전류를 체크하는 체크모듈; 상기 체크모듈 간을 연결하는 제2라인;을 포함하며, 상기 체크모듈은 적어도 하나의 체크모듈에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 해당 체크모듈과 연계된 체크모듈 및 제2라인을 이용하여 솔라셀에서 생산된 전류의 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조에 의해 달성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 태양전지 모듈에 있어서, 상부에는 복수개의 LED 및 솔라셀이 구비되고, 하부에는 센서부, 통신부, 제어부가 구비되는 PCB 기판부를 포함하되, 상기 PCB 기판부는 센서부, 통신부, 제어부가 각각 구비되며 복수개로 분리된 PCB 기판의 그룹 형태이고, 상기 복수개의 솔라셀은 제1라인으로 연결되고, 전류를 체크하는 체크모듈이 상기 제1라인의 기설정된 위치마다 설치되며, 상기 체크모듈 간은 제2라인으로 연결되되, 상기 체크모듈은 적어도 하나의 체크모듈에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 해당 체크모듈과 연계된 체크모듈 및 제2라인을 이용하여 솔라셀에서 생산된 전류의 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조가 적용된 태양전지 모듈에 의해 달성된다.
여기서, 상기 센서부는 온도센서, 습도센서, 조도센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 센서부의 측정값과, 태양전지의 발전량을 통신부를 통해 원격지로 전송하고, 원격지의 신호에 따라 LED 및 솔라셀의 보호회로의 구동을 제어하며, 상기 PCB 기판은 서멀 비아 구조가 적용된 것일 수 있다.
또한, 상기 PCB 기판들은 공급되는 전원을 서로 간에 전달하기 위한 접속부가 구비되고, 하부에는 결합 돌기가 형성되며, 상기 PCB 기판들이 태양전지 모듈의 정해진 위치에 각각 접속되도록 상기 결합 돌기를 수용하는 수용부가 형성된 후면커버를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 LED의 상부와 솔라셀의 상부가 동일 수평선상이 되도록, 상기 솔라셀을 이루는 각각의 셀은 일정 간격을 두고 PCB 기판의 상부에 배치되고, 상기 LED는 셀과 셀 사이의 공간에 배치되되, LED가 배치되는 해당부위의 PCB 기판에는 LED 수용부가 형성되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 목적은 또 다른 카테고리로서, 상기와 같은 태양전지 모듈과; 상기 센서부의 측정값과 솔라셀의 발전량을 수신하여 전력 원격감시, 원격제어, 발전량 빅데이터 관리, 태양전지 모듈 관리를 수행하는 태양전지 운영 서버;를 포함하는 태양전지 모듈을 이용한 운영 시스템에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명은 태양전지 모듈에서 어느 하나의 솔라셀이 고장나더라도, 정상 작동이 가능한 나머지 솔라셀은 이용할 수 있다.
또한 각 솔라셀을 연결하는 제1라인에 체크모듈이 형성되는 것에 의해 솔라셀의 전압(V) 또는 전류(A)의 양을 제어할 수 있다.
또한 다른 카테고리로서, 본 발명의 태양전지 모듈에 의하면, 온도, 습도, 고장감지 등의 센서 기능과 이를 이용한 지속적인 데이터 획득을 통한 기후변화 빅데이터화, 통신 기능을 통한 스마트 에너지 그리드 기능, LED를 활용한 디스플레이 기능이 구현 가능하다.
또한 산림 등 자연의 파괴 없이 기존 건물 외벽이나 도로에 태양광 패널을 적용하는 건물 부착형 구조로 활용시 기존의 단순 패널 구조에서 LED 디스플레이 기능이 추가되어 건물의 미관을 꾸밀 수 있는 역할 뿐아니라 광고효과, 공공알림, 지역 랜드마크 등으로도 활용이 가능하다.
또한 LED층과 솔라셀층이 동일선상에 위치시킬 수 있는 기술적 사상에 의해 기존의 LED층의 태양광 간섭에 의한 솔라셀층의 발전효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상의 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 나타낸 도면,
도 3 내지 도 5는 도 1과 같은 회로 구조에서의 다양한 솔라셀 고장 유형 및 이를 해결하는 동작관계를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 분리 사시도,
도 7은 태양전지 모듈의 단면도,
도 8은 태양전지 모듈의 구성 중 PCB 기판부를 나타낸 도면,
도 9 및 도 10은 태양전지 모듈의 구성 중 PCB 기판들 간의 결합관계 및 PCB 기판과 후면 커버와의 결합관계를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명에 따른 태양전지 모듈을 이용한 운영 시스템의 개략도.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이하에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1을 참조하면, 솔라셀 고장 회피 회로 구조는 솔라셀(5a,5b,5c,5d), 제1라인(7), 체크모듈(6a,6b,6c,6d), 제2라인(8)을 포함하여 구성될 수 있다.
제1라인(7)에 의해 솔라셀(5a,5b,5c,5d)는 직렬로 연결될 수 있다.
솔라셀(5a)는 단일 구성, 또는 여러개의 솔라셀이 그룹화된 것일 수 있다.
체크모듈(6a,6b,6c,6d)은 도 1과 같이 솔라셀(5a,5b,5c,5d) 사이마다 설치될 수 있다. 또는 두개 또는 세개 단위의 간격마다 설치될 수도 있는 등 다양한 실시예가 가능하다. 체크모듈(6a,6b,6c,6d)이 도 1과 같이 솔라셀(5a,5b,5c,5d) 사이마다 설치된 경우, 각각의 체크모듈은 솔라셀이 생산한 전류를 체크하며, 스위칭 역할도 담당 한다.
또한 체크모듈(6a,6b,6c,6d)은 적어도 하나의 체크모듈에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 해당 체크모듈과 연계된 체크모듈 및 제2라인을 이용하여 솔라셀에서 생산된 전류의 경로를 변경한다. 또한 솔라셀에서 생산된 전류 또는 전압을 제어하여 제1라인(7) 또는 제2라인에 전달한다.
제2라인(8)은 체크모듈(6a,6b,6c,6d)과 연결된다.
도 2는 병렬형 솔라셀 고장 회피 회로 구조를 나타낸다.
병렬형 솔라셀 고장 회피 회로 구조는 4개의 솔라셀(5-1a,5-1b,5-1c,5-1d)로 이루어진 제1솔라셀그룹(5-1), 제2솔라셀그룹(4-2), 제3솔라셀그룹(4-3)과, 각각의 솔라셀그룹 내의 솔라셀을 연결하는 제1라인(7)(굵은선)과, 각각의 솔라셀그룹의 양단의 제1라인(7)에 연결되는 체크모듈(6-1a,6-1b,6-1c,6-2a,6-2b,6-2c)과, 상기 체크모듈(6-1a,6-1b,6-1c,6-2a,6-2b,6-2c)을 병렬로 연결하는 제2라인(8)(가는선)을 포함하여 구성될 수 있다.
병렬형 솔라셀 고장 회피 회로 구조의 경우 어느 하나의 솔라셀그룹에서 이상이 발생한 경우, 전류 평형에 문제가 발생하여 고장나지 않은 솔라셀그룹에도 부정적인 영향을 미치므로 체크모듈(6-1a,6-1b,6-1c,6-2a,6-2b,6-2c)에 의해 전류를 체크하여 이상이 있는 솔라셀그룹은 차단함으로써 고장나지 않은 솔라셀그룹을 보호한다.
도 3 내지 도 5는 도 1과 같은 회로 구조에서의 다양한 솔라셀 고장 유형 및 이를 해결하는 동작관계를 설명하기 위한 도면으로써, 도 3은 제2솔라셀(5b)이 고장난 유형이다.
제2솔라셀(5b)의 고장으로 제2체크모듈(6b)에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 제2체크모듈(6b)은 제2솔라셀(5b)이 고장인 것으로 판단하고, 제2체크모듈(6b)과 연계된 제1체크모듈(6a)과의 협력 및 제2라인(8)을 이용하여 제1솔라셀(5a)에서 생산된 전류의 경로를 변경한다.
여기서 '전류에 대한 이상 신호가 수신되면'이란, 예컨대 솔라셀의 정상 작동에서의 전류값 범위, 기상상황에 따른 솔라셀의 발전 예측값 범위 등을 벗어난 신호일 수 있다.
도 4는 제2솔라셀(5b), 제3솔라셀(5c), 제4솔라셀(5d)가 고장난 유형이다. 이 경우 제2체크모듈(6b)은 제2솔라셀(5b)의 고장으로 이상신호를 수신하고, 제1체크모듈(6a)과 협력하여 전류가 제2솔라셀(5b)을 경유하지 않도록 제1솔라셀(5a)에서 생산된 전류의 경로를 변경한다.
다음 제3체크모듈(6c)은 제3솔라셀(5c)의 고장으로 이상신호를 수신하고, 제1,2체크모듈(6a,6b)과 협력하여 전류가 제2,3솔라셀(5b,5c)을 경유하지 않도록 제1솔라셀(5a)에서 생산된 전류의 경로를 변경한다.
다음으로 제4체크모듈(6d)은 제4솔라셀(5d)의 고장으로 이상신호를 수신하고, 제1,2,3체크모듈(6a,6b,6c)과 협력하여 전류가 제2,3,4솔라셀(5b,5c,5d)을 경유하지 않도록 제1솔라셀(5a)에서 생산된 전류의 경로를 변경한다.
즉, 체크모듈들은 제1솔라셀(5a), 제2솔라셀(5b), 제3솔라셀(5c), 제4솔라셀(5d)을 순차적으로 체크하고 제어한다. 따라서 이러한 체크모듈의 제어는 응답속도와 연관이 있고, 발전량에도 영향이 있을 수 있다. 이를 위해 본 발명은 응답속도를 향상시키기 위하여 제1체크모듈(6a), 제2체크모듈(6b), 제3체크모듈(6c), 제4체크모듈(6d)을 동기화하고, 도 4와 같이 제2체크모듈(6b)에 이상신호가 수신되는 경우, 동시 다발적으로 제3체크모듈(6c)와 제4체크모듈(6d)에서 제3솔라셀(5c)과 제4솔라셀(5d)에 대한 정상 여부를 체크하고, 그 결과에 따라 전류의 경로를 결정할 수 있도 있다.
한편, 본 발명의 다른 카테고리로서, 도 6을 참조하면 태양전지 모듈(100)은 프레임(1), 전면커버(2), 후면커버(3), LED(4), 솔라셀(5), PCB 기판부(10), ICT층(30)을 포함하는 모듈 형태로서, 복수개 구비되어 빌딩, 공장, 아파트, 터널, 방음벽 등에 설치될 수 있다. 그리고 솔라셀(5)은 전술한 솔라셀 고장 회피 회로가 적용될 수 있다.
도 7은 태양전지 모듈(100)의 단면도이다. 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 하측부터 후면커버(3), ICT층(30), PCB 기판부(10), 솔라셀(5), LED(4), 전면커버(2)가 적층되고, 이들 구성의 테두리는 프레임(1)으로 마감될 수 있다. 여기서, 테두리 마감은 프레임으로 한정하지 않고, 상기 구성들을 고정할 수 있는 방법으로 대체될 수 있다.
PCB 기판부(10)의 상부에는 LED(4)와 솔라셀(5)이 실장되고, 하부에는 ICT층(30)을 이루는 센서부, 통신부, 제어부가 실장될 수 있다. 또한 PCB 기판부(10)는 열방출을 위한 서멀 비아(Thermal Via)(10a)가 형성될 수 있다.
도 8은 태양전지 모듈(100)을 이루는 구성 중 PCB 기판부(10)를 나타낸 도면으로서, PCB 기판부(10)는 센서부, 통신부, 제어부가 각각 구비될 수 있으며, 복수개로 분리된 PCB 기판(11,12,13)이 모여 이루어진 그룹일 수 있다.
PCB 기판부(10)는 LED(4)의 상부와 솔라셀(5)의 상부가 동일 수평선상이 되도록 상기 솔라셀(5)을 이루는 각각의 셀은 일정 간격을 두고 PCB 기판(11)의 상부에 배치할 수 있으며, 상기 LED(4)는 셀과 셀 사이의 공간에 배치할 수 있다. 또한, LED(4)가 배치되는 해당부위의 PCB 기판에는 LED 수용부를 형성할 수 있다. LED(4)의 상부와 솔라셀(5)의 상부가 동일 수평선상이 되도록하는 것과 태양전지 모듈(100)을 복수개 배치하였을 때에도 LED(4)의 간격이 균등하게 유지될 수 있게 하는 구체적 내용은 본 출원인이 선출원한 제10-2019-0061689호(LED가 장착된 태양광 패널 기판 구조)를 참조하면 명확하게 이해할 수 있으며, 이러한 구조적 특징은 본 발명의 태양전지 모듈(100)에도 적용될 수 있다.
ICT층(30)은 센서부, 통신부, 제어부, 보호회로를 포함할 수 있다. 센서부는 온도센서(31), 습도센서, 조도센서를 포함한다. 제어부(34)는 상기 센서부의 측정값과 솔라셀(5)의 발전량을 통신부(32)를 통해 원격지로 전송하고, 원격지의 신호에 따라 LED(4) 및 솔라셀(5)의 보호회로의 구동을 제어한다.
도 9 및 도 10은 태양전지 모듈(100)의 구성 중 PCB 기판(11,12,13)들 간의 결합관계 및 PCB 기판과 후면 커버와의 결합관계를 나타낸 도면이다. 상기 PCB 기판(11,12,13)들은 공급되는 전원을 서로 간에 전달하기 위한 접속부(11b,12b)가 구비될 수 있으며, 하부에는 결합 돌기(11a,12a)가 형성될 수 있다. 후면커버(3)는 상기 PCB 기판(11,12,13)들이 태양전지 모듈(100)의 정해진 위치에 각각 접속되도록 상기 결합 돌기(11a,12a)를 수용하는 수용부(3a)가 형성될 수 있다.
태양전지 모듈(100)의 PCB 기판부(10)가 분리된 복수개의 PCB 기판(11,12,13)으로 이루어지는 것에 의해 부분 수리 또는 부분 교체가 가능하다.
한편, 본 발명의 또 다른 카테고리로서, 운영 시스템은 전술한 바와 같은 구성의 태양전지 모듈(100)과 상기 센서부의 측정값과 솔라셀(5)의 발전량을 수신하여 전력 원격감시, 원격제어, 발전량 빅데이터 관리, 태양전지 모듈 관리를 수행하는 태양전지 운영 서버(110)를 포함할 수 있다.
운영 시스템은 태양전지 모듈(100)의 LED(4), 솔라셀(5), PCB 기판부(10), ICT층(30)에 의해 특히 센서부의 온도센서(31), 습도센서, 조도센서 데이터, 태양전지(5)의 발전량 데이터를 수집하는 것에 의해 그리고 태양전지 모듈(100)과의 통신이 가능한 것에 의해 태양전지 모듈(100)의 전력 생산 및 감시/제어, 데이터 저장 및 전송, 전압변환/감지/보호, 발열감지/보호, 일조량 감지, 지역별 발전량 빅데이터, 설치/정비/수리 등 작업관리, 모듈 진단, 회수, 보수, 교환 및 스케줄 관리를 수행할 수 있다.
태양전지 모듈(100)은 표면으로 조사되는 일사량과 전기생산과정에서 발생되는 태양전지 모듈(100)의 자체 열과 태양전지 모듈(100)이 설치된 주변 대기 상태 및 태양전지 모듈(100)이 설치되는 건축물 실내공간의 열부하 등에 따라 전기에너지 변환효율과 발전량이 영향을 받게 되므로 일사량과 발전량은 비례하지 않는다.
예컨대, 태양전지 모듈(100)의 온도가 약 1℃ 상승하면 전기에너지 변환효율은 0.5% 전후로 떨어지고, 약 20℃ 정도 상승하면 전기에너지 변환효율은 10% 전후로 크게 떨어질 뿐 아니라, 구조적으로 방열이 어려운 구조여서 본 발명은 태양전지모듈의 자체온도를 가능한 낮게 유지하도록 PCB 기판부(10)에 서멀 비아 구조를 채택할 수 있다. 또한, 온도센서의 측정값이 임계값을 초과하는 경우, 제어부가 자체적으로 보호회로를 구동하거나, 원격지의 운영 서버(110)가 보호회로를 구동할 수 있다. 또는 태양전지 모듈(100)에 냉각수를 분사하는 장치를 이용하여 태양전지 모듈(100)의 표면에 분사되는 냉각수를 제어함으로써 태양전지 모듈(100)의 온도를 낮출 수 있다.
또한 본 발명의 PCB 기판부(10)는 복수개로 분리된 셀 온 보드(Cell on board) 구조의 PCB 기판(11,12,13)이 모여 이루어진 그룹 형태여서, 운영 서버(110)는 각각의 PCB 기판(11,12,13)의 발전량을 모니터링 할 수 있으며, PCB 기판(11,12,13)의 정상 발전량에 대한 기준이 있어서, 동일한 태양전지 모듈(100) 내에 구성된 PCB 기판(11,12,13) 중 전체가 아닌 일부만이 이상 징후(현저하게 낮은 발전량을 보이는)를 보이는 경우, 해당 PCB 기판이 고장이라고 판단할 수도 있으나 이러한 현상이 오염에 의한 것인지, 이물질에 의한 그늘막 형성에 의한 것인지도 현장 검증을 통해 확인해 볼 필요가 있다. 이때 오염 또는 이물질에 의한 경우는 비전문가도 충분히 해결할 수 있는 것이므로, 본 발명은 전문 인력의 투입을 최소화할 수 있는 것이다. 또한, 해당 PCB 기판이 오염, 이물질에 의한 것이 아니고 고장인 경우라 하더라도, 해당 PCB 기판만을 교체하면 되는 것이고, 본 발명은 PCB 기판의 교체가 용이하도록 PCB 기판에는 결합 돌기(11a,12a)가, 후면커버(3)에는 수용부(3a)가 형성되어 있어 비전문가도 충분히 수행할 수 있다. 따라서 전문가를 활용한 교체 비용 대비 비용의 절감 효과를 가질 수 있다. 또한 각각의 PCB 기판(11,12,13)에는 고유 번호가 부여될 수 있고, 고유 번호가 부여되는 것에 의해 고장난 PCB 기판을 현장에서 쉽게 찾아낼 수 있어 교체를 신속하게 수행할 수 있다.
또한 운영 서버(110)는 태양전지 모듈(100)의 LED(4)를 제어하여 다양한 형태의 광고를 제공할 수 있다. 그리고 온도 센서, 습도 센서의 측정값을 통해 주변 환경과 발전량과의 상관관계를 데이터로서 축적할 수 있는 것에 의해 빅데이터로 활용하면 기상청의 당일의 기상정보만으로도 해당하는 날의 발전량을 예측할 수 있어, 부하의 스케줄 관리에도 효과적이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 스마트 태양전지 모듈
1: 프레임 2: 전면커버
3: 후면커버 4: LED
5: 솔라셀 6a: 체크모듈
7: 제1라인 8: 제2라인
10: PCB 기판부
30: ICT층
110: 운영 서버

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 태양전지 모듈에 있어서,
    상부에는 복수개의 LED 및 솔라셀이 구비되고, 하부에는 센서부, 통신부, 제어부가 구비되는 PCB 기판부를 포함하되,
    상기 PCB 기판부는 센서부, 통신부, 제어부가 각각 구비되며 복수개로 분리된 PCB 기판의 그룹 형태이고,
    상기 복수개의 솔라셀은 제1라인으로 연결되고, 전류를 체크하는 체크모듈이 상기 제1라인의 기설정된 위치마다 설치되며, 상기 체크모듈 간은 제2라인으로 연결되되,
    상기 체크모듈은 적어도 하나의 체크모듈에서 전류에 대한 이상 신호가 수신되면, 해당 체크모듈과 연계된 체크모듈 및 제2라인을 이용하여 솔라셀에서 생산된 전류의 경로를 변경하고,
    상기 체크모듈은 솔라셀에서 생산되는 전류 또는 전압을 제어하여, 제1라인 또는 제2라인에 전달하며,
    상기 태양전지 모듈과 통신하는 운영 서버는 상기 센서부의 측정값과 솔라셀의 발전량을 수신하여 전력 원격감시, 원격제어, 발전량 빅데이터 관리, 태양전지 모듈 관리를 수행하고,
    온도센서의 측정값이 임계값을 초과하는 경우, 제어부가 자체적으로 보호회로를 구동하거나, 원격지의 운영 서버가 보호회로를 구동하며,
    상기 태양전지 모듈에 냉각수를 분사하는 장치를 이용하여 태양전지 모듈의 표면에 분사되는 냉각수를 제어함으로써 태양전지 모듈의 온도를 낮출 수 있으며,
    온도 센서, 습도 센서의 측정값을 통해 주변 환경과 발전량과의 상관관계를 데이터로서 축적할 수 있는 것에 의해 빅데이터로 활용하면 기상청의 당일의 기상정보를 통하여 해당하는 날의 발전량을 예측할 수 있는 것을 특징으로 하는 솔라셀 고장 회피 회로 구조가 적용된 태양전지 모듈.
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