KR102424453B1 - 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템 - Google Patents

입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템 Download PDF

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Abstract

입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템이 개시된다. 이를 위하여 내측면에 입사된 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 육각 기둥 형태로 형성된 복수의 입체형 태양전지, 및 복수의 입체형 태양전지가 고정 및 결합되는 모듈 프레임을 포함하는 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 제공한다. 본 발명에 의하면, 태양전지에서 반사되는 태양광을 대부분 흡수하여 전기 에너지로 변환함으로써 광전변환 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템{SOLAR LIGHT MODULE COMPRISING CUBIC SOLAR CELLS AND SOLAR LIGHT POWER GENERATION SYSTEM WITH THE SAME}
본 발명은 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 육각 기둥 형태로 형성된 복수개의 태양전지를 프레임에 조립하여 태양광 흡수율을 향상시킨 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 관한 것이다.
최근 환경오염에 대한 우려로 석유나 석탁 같은 화석 에너지의 사용을 줄이고자 하는 노력과 함께 태양광, 풍력, 지열, 조력 등과 같은 신재생 에너지의 사용을 장려하고 있다. 이 중에서도 태양광 에너지는 고갈위험이 없으며 햇빛이 비치는 곳이면 어디든지 설치할 수 있고 여러 가지 발전 규모로 이용한다는 장점을 가지고 있어 널리 이용되고 있다.
태양광 발전시스템은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어주는 시스템으로 이러한 태양광 발전시스템의 핵심은 태양전지이다. 태양전지의 가장 기본 구성인 셀(CELL)은 pn접합구조를 가진 반도체의 일종으로 태양광이 태양전지에 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전류가 발생하게 된다. 즉, 태양전지에 입사된 태양광이 전기 에너지로 변환되는 것이다.
여기서, 기판으로 입사되는 태양광의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 태양광 투과도를 증가시켜 태양전지의 광전변환 효율을 증가시키기 위해, 기판의 수광면에는 반사방지막이 위치한다. 또한, 기존의 태양전지 모듈은 에너지 변환 효율을 높이기 위해 태양광을 흡수할 수 있는 태양전지 모듈의 면적이 넓어야 하며, 태양전지 모듈에서 태양광이 반사되는 것을 방지하거나 태양광 입사효율을 개선할 수 있는 별도의 구조물이 추가로 설치되어야 한다.
즉, 종래에는 대부분 평면형 태양전지 모듈을 이용하기 때문에 반드시 대면적이 필요하며 면적의 증가로 인해 설치장소가 제한적이었다. 또한, 태양광 효율을 향상시키기 위한 별도의 구조물이 설치되어야 하므로 태양광 모듈의 구성이 복잡해지고 설치하는데 비용이 많이 들게 된다.
대한민국 등록특허 제10-1205545호(2012.11.21.) 대한민국 등록특허 제10-1516151호(2015.04.23.)
따라서, 본 발명의 목적은 태양광의 입사 면적을 넓히고 태양광이 반사되는 것을 줄일 수 있는 육각기둥 형태로 형성된 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 태양광 모듈은 내측면에 입사된 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 육각기둥 형태로 형성된 복수의 입체형 태양전지, 및 상기 복수의 입체형 태양전지가 고정 및 결합되는 모듈 프레임을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 입체형 태양전지는 유연성을 갖는 플렉시블(Flexible) 태양전지를 육각기둥 형태로 접어서 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 모듈 프레임에는 상기 복수의 입체형 태양전지의 바닥면과 일치하는 정육각형 형태의 태양전지가 바닥에 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 태양광 발전시스템은 내측면에 입사된 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 육각기둥 형태로 형성된 복수의 입체형 태양전지로 구성된 태양전지 모듈이 복수개 연결된 태양광 어레이, 상기 태양광 어레이로부터 출력되는 직류전류를 단위 스트링별로 모아서 단일 전력으로 집합시키는 접속반, 상기 접속반으로부터 출력되는 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터, 및 외부 명령을 입력받아서 시스템을 컨트롤하고 결과를 표시하도록 제어하는 컨트롤러를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 입체형 태양전지는 유연성을 갖는 플렉시블 태양전지를 육각 기둥 형태로 접어서 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템에 따르면, 태양광 모듈의 설치 면적을 증가시키지 않고도 입체형 태양전지를 이용하여 태양광을 흡수할 수 있는 단면적을 넓힐 수 있게 되어 설치 장소에 제한을 받지 않게 된다.
또한, 육각기둥 형태로 형성된 입체형 태양전지를 사용하여 태양전지의 일면에서 흡수되지 않고 반사된 태양광을 흡수할 수 있으므로 태양광 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 태양전지를 육각형태로 접어서 모듈 프레임에 조립하므로 태양전지 파손시 수리 및 교체가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈을 구성하는 입체형 태양전지의 형상을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈의 모듈 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 모듈 프레임 구조를 나타낸 도면,
도 4에는 본 발명의 모든 실시예에 따른 입체형 태양전지가 모듈 프레임에 장착된 것을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 효율을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 6은 본 발명의 모든 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈을 구성하는 입체형 태양전지의 형상을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 입체형 태양전지(100)는 유연기판을 사용하여 구부리거나 휠 수 있는 플렉시블 태양전지(Flexible Solar Cell)로 형성된다. 대표적인 플렉시블 태양전지로는 구리, 인듐, 갈륨, 셀레늄 4원소로 이루어진 화합물을 플라스틱 박막에 증착하여 제조하는 CIGS(Cu(InGa)Se2) 박막 태양전지가 있으며, 높은 광흡수계수로 인해 두께1~2㎛의 광흡수층만으로도 교효율의 태양전지 제조가 가능하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 입체형 태양전지(100)는 플렉시블 태양전지(10)를 육각기둥 형태로 접어서 형성된다. 이때, 입체형 태양전지(100)의 평면은 여섯개의 변의 길이가 같은 정육각형으로 형성된다. 이러한 육각기둥 구조는 안정성과 공간 효율성이 가장 높은 형태이며, 시간에 따른 태양의 위치 변화에 따라 태양광을 효율적으로 흡수할 수 있는 구조이다. 입체형 태양전지(100) 1개가 태양광 모듈의 기본 구성인 셀이되며, 이러한 셀들이 각각 직렬 또는 병렬로 연결되어 태양광 모듈을 형성한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 모듈의 모듈 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 모듈 프레임(200)에 입체형 태양전지(100) 및 반쪽 입체형 태양전지(110,130)가 장착된다. 반쪽 입체형 태양전지(110,130)는 모듈 프레임(200)의 가장자리 부분에 장착된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 모듈 프레임 구조를 나타낸 도면이다.
도 3에서는 도2에 나타낸 모듈 프레임(200)의 바닥에 육각형 태양전지(210) 및 육각형 홈(220)이 형성되고, 4개의 측벽에 사각형 태양전지(230) 및 직선 홈(240)이 형성된 것을 나타내었다.
육각형 태양전지(210)는 평면형이며 입체형 태양전지(100)의 바닥면과 일치하는 정육각형 형태로 모듈 프레임(200)의 바닥에 형성된다. 육각형 태양전지(210)는 입체형 태양전지(100)와 직렬 또는 병렬로 연결되며 입체형 태양전지(100)의 수만큼 모듈 프레임(200)의 바닥에 형성된다.
육각형 홈(220)은 입체형 태양전지(100)가 모듈 프레임(200)의 바닥에 결합되어 고정되도록 하며, 입체형 태양전지(100)와 육각형 태양전지(210)가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 입체형 태양전지(100)의 수만큼 모듈 프레임(200)의 바닥에 형성된다.
4개의 측벽에는 불완전한 형태의 반쪽 입체형 태양전지(110,130)가 설치되는 부분에 사각형 태양전지(230)가 반쪽 입체형 태양전지(110,130)의 일면에 대응되는 사각 형태로 형성된다. 사각형 태양전지(230)는 반쪽 입체형 태양전지(110,130)와 직렬 또는 병렬로 연결되어 태양광 모듈을 형성한다.
직선 홈(240)은 반쪽 입체형 태양전지(110,130)가 측벽에 고정되도록 하며, 반쪽 입체형 태양전지(110,130)와 사각형 태양전지(230)가 서로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 형성된다.
도 4에는 본 발명의 모든 실시예에 따른 입체형 태양전지가 모듈 프레임에 장착된 것을 나타낸 도면이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 입체형 태양전지(100)와 반쪽 입체형 태양전지(110,130)가 모듈 프레임(200)에 장착되어 하나의 태양광 모듈을 형성한다.
전면 유리(250)는 태양전지(100,210,230)를 외부 충격으로부터 보호하거나 이물질이 태양광 모듈 내부로 들어가서 태양광 흡수율을 떨어트리는 것을 방지한다. 또한, 전면 유리(250)에는 반사방지 표면처리가 되어 있어, 태양광이 전면 유리(250)에서 반사되는 것을 방지한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 효율을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참고하면, 전면 유리(250)를 통과한 태양광은 입체형 태양전지(100)의 내측면이나 측벽에 설치된 사각형 태양전지(230), 또는 바닥에 설치된 육각형 태양전지(210)에 흡수된다. 입체형 태양전지(100)의 내측면이나 사각형 태양전지(230) 또는 육각형 태양전지(210)에서 입사되지 못하고 반사된 태양광은 육각형 태양전지(210)나 입체형 태양전지(100) 또는 사각형 태양전지(230)에 흡수된다.
즉, 입체형 태양전지(100) 내부 공간으로 비스듬히 들어온 태양광 중에서 한번에 입체형 태양전지(100)에 입사되지 못하고 반사된 태양광은 바닥의 육각형 태양전지(210)나 측벽의 사각형 태양전지(230) 혹은 입체형 태양전지(100)의 다른 내측면으로 입사된다. 이로 인해 재입사된 태양광에서도 광전변환이 발생하여 전기 에너지를 생성하므로 태양광 모듈의 효율을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 모든 실시예에 따른 태양광 모듈을 포함하는 태양광 발전시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 태양광 발전시스템은 태양광 어레이(300), 접속반(310), 인버터(330), 공급부(350), 및 컨트롤러(370)를 포함한다.
태양광 어레이(300)는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 복수개의 태양광 모듈이 각각 직렬 또는 병렬로 연결되어 형성된다. 태양광 어레이(300)는 조도 및 휘도가 밝은 건물 옥상이나 공터에 설치되어 일정이상의 태양광을 흡수하도록 구성된다.
접속반(310)은 태양광 어레이(300)로부터 출력되는 직류전류를 단위 스트링별로 모을 수 있도록 접속 모듈로 구성된다. 즉, 태양광 어레이(300)에서 발생되는 전기 에너지를 직렬 혹은 병렬로 연결하여 시스템에서 필요로 하는 전력으로 집합시키는 장치로 태양광 어레이(300)에서 생성된 전기 에너지를 모두 연결하여 단일 전력으로 집합한다.
인버터(330)는 접속반(310)으로부터 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 즉, 태양광 어레이(300)에서 생성된 전기는 직류전기이며 인버터(330)는 각각의 접속 모듈에 모인 전체 직류전기를 교류전기로 변환하는 PCS(Power Conditioning System)을 포함하여 구성된다.
공급부(350)는 인버터(330)에서 변환된 교류전류가 저장되는 배터리(미도시)를 포함하며, 배터리에 충전된 교류전류나 인버터(330)에서 출력되는 교류전류를 각각의 전자기기로 공급한다.
컨트롤러(370)는 태양광 발전시스템 전체를 제어 및 관리하기 위한 제어부(372) 및 관리자의 명령을 입력받고 결과를 표시하는 인터페이스부(374)를 포함한다.
제어부(372)는 인터페이스부(374)를 통해 입력된 관리자 명령에 따라 태양광 발전시스템 전체를 제어하고, 시스템 내부의 결과값이나 고장 등이 발생하는 경우 상태를 인터페이스부(374)를 통해 표시하도록 제어한다.
도 6의 태양광 발전시스템은 태양광 어레이(300)를 구성하는 태양광 모듈이 입체형 태양전지(100)로 구성되어 있어 평면형 태양전지보다 태양광 흡수율이 높으므로 고효율로 전기 에너지를 생성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 등이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다. 즉, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 보호 범위는 후술되는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 플렉시블 태양전지 100 : 입체형 태양전지
110,130 : 반쪽 입체형 태양전지 200 : 모듈 프레임
210 : 육각형 태양전지 220 : 육각형 홈
230 : 사각형 태양전지 240 : 직선 홈
250 : 전면 유리 300 : 태양광 어레이
310 : 접속반 330 : 인버터
350 : 공급부 370 : 컨트롤러
372 : 제어부 374 : 인터페이스부

Claims (5)

  1. 내측면에 입사된 태양광을 흡수하여 전기 에너지로 변환하는 육각기둥 형태로 형성된 복수의 입체형 태양전지; 및
    상기 복수의 입체형 태양전지가 고정 및 결합되는 모듈 프레임;을 포함하고,
    상기 복수의 입체형 태양전지는, 유연성을 갖는 플렉시블(Flexible) 태양전지를 육각기둥 형태로 접어서 형성되며,
    상기 모듈 프레임의 바닥에는, 상기 입체형 태양전지가 모듈 프레임의 바닥에 고정 결합되도록 상기 복수의 입체형 태양전지의 바닥면과 일치하는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항의 태양광 모듈이 직렬 또는 병렬로 복수 연결된 태양광 어레이;
    상기 태양광 어레이로부터 출력되는 직류전류를 단위 스트링별로 모아서 단일 전력으로 집합시키는 접속반;
    상기 접속반으로부터 출력되는 직류전류를 교류전류로 변환하는 인버터; 및
    외부 명령을 입력받아서 시스템을 컨트롤하고 결과를 표시하도록 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전시스템.
  5. 삭제
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KR1020210138060A KR102424453B1 (ko) 2021-10-18 2021-10-18 입체형 태양전지로 구성된 태양광 모듈 및 이를 이용한 태양광 발전시스템

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020074100A (ko) * 2002-08-13 2002-09-28 김재송 3차원태양광발전시스템-파워
KR20110060083A (ko) * 2009-11-30 2011-06-08 현대중공업 주식회사 태양전지용 기판 및 그 제조방법 그리고 이를 이용한 태양전지 모듈
KR101205545B1 (ko) 2006-08-31 2012-11-27 김기영 태양광 입사효율이 개선된 보호층을 갖는 태양전지
KR101516151B1 (ko) 2013-01-16 2015-05-04 영창케미칼 주식회사 태양 광전지 커버 유리용 매크로 기공성 반사방지 조성물과 이를 사용한 태양광전지
KR20160125622A (ko) * 2015-04-22 2016-11-01 한명전기주식회사 태양광 발전장치용 모니터링 장치

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