KR102453120B1

KR102453120B1 - 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조

Info

Publication number: KR102453120B1
Application number: KR1020200043784A
Authority: KR
Inventors: 고석환; 강기환; 황혜미; 주영철; 신우균
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2022-10-12
Also published as: KR20210126242A

Abstract

본 발명은 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스트링을 이용해 양면 수광형 태양전지모듈을 고정할 수 있도록 구성하고, 이를 통해 양면 수광형 태양전지모듈의 후면에 발생하는 음영면적을 최소화함으로써 수광 효율성을 높여여 발전 효율성을 극대화시킬 수 있는 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 관한 것이다.
이를 위해, 양면 수광형 태양전지와, 양면 수광형 태양전지의 둘레에 설치된 테두리 프레임으로 구성된 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈이 복수로 배열될 수 있는 설치공간이 형성된 외곽프레임; 상기 외곽프레임의 설치공간을 가로질러 설치된 스트링; 상기 테두리 프레임으로부터 외향 설치된 체결편; 및 상기 스트링과 상기 체결편을 체결시키는 체결수단:을 포함하며, 상기 스트링은 상기 설치공간에 격자 형태로 설치되고, 스트링이 교차되는 지점은 고정수단을 통해 결속되며, 상기 체결편은 하향 절곡되어 안착공간을 형성하는 절곡부를 포함하고, 상기 체결편은 상기 스트링을 덮어씌워 스트링에 안착되도록 한 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조를 제공한다.

Description

양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조{A setup structure of a both sides light reception type solar cell module}

본 발명은 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양면 수광형 태양전지모듈의 후면에 발생하는 음영면적을 최소화한 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 관한 것이다.

환경문제와 에너지 고갈에 대한 관심이 높아지면서, 환경오염에 대한 문제가 없고 무한에 가까운 자원량을 가지며, 에너지 효율이 높은 태양에너지를 활용하는 방안에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 태양에너지를 활용하는 태양전지는, 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지로 나눌 수있다. 그 중에서도 태양광을 흡수하여 전자와 정공을 생성함으로써 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 전지 셀(이하, '태양전지'라고 한다)에 대한 연구가 활발히 행해지고 있다.

태양전지를 활용한 태양광 발전장치는 육상이나 해상 또는 건물의 옥상에 설치되며, 상기 태양전지는 복수로 구성되어 프레임을 통해 통상 사각 형태의 태양전지모듈로 제공된다. 이와 같이 제공된 태양전지모듈은 복수로 제공된 후, 육상이나 해상 또는 건물에 설치된 구조물에 설치됨으로써 태양광 발전장치를 완성시킨다.

한편, 태양광 발전장치는 태양전지모듈에 음영이 발생하지 않도록, 상기 태양전지모듈들은 서로 일정한 거리만큼 떨어져 설치되어야 하지만, 현실적으로 공간 제약에 따른 많은 어려움이 있는바, 태양전지모듈의 발전 효율을 높이기 위한 다양한 시도가 진행되고 있다. 이러한 시도로써, 태양전지모듈의 전면은 물론 태양전지모듈의 배면으로도 태양광이 조사(照射)되도록 하여 발전효율을 높일 수 있는 양면 수광형 태양광 발전장치가 개발되었다.

양면 수광형 태양광 발전장치의 경우 태양전지모듈의 양면을 이용하여 발전하므로, 기존의 단면 수광형 태양전지모듈 대비 발전량이 최대 20% 이상 증가하기 때문에 시장 전망이 매우 밝다. 도 1a는 양면 수광형 태양광 발전장치의 후면을 나타낸 사진으로써, 복수의 태양전지모듈(10)은 복수의 프레임(20)에 고정되어 설치된다. 이때, 태양전지모듈(10)은 도 1b에 도시된 바와 같이 스크류 등의 체결수단(30)을 통해 프레임(20)에 고정된다. 도 2는 단면 수광형 태양전지모듈과 양면 수광형 태양전지모듈의 발전량 비교 그래프(출처 : Siyu Guo, TimothyMichael Walsh, Marius Peters: Vertically mounted bifacial photovoltaic modules: A global analysis, Energy, 61 (2013) 447-454)로써, 양면 수광형 태양전지모듈의 경우 기존의 단면 수광형 태양전지모듈과 달리 앞뒤 양면 모두 발전하는 큰 장점을 가지고 있음을 알 수 있다.

한편, 상기한 양면 수광형 태양광 발전장치는 태양전지모듈(10)을 지지하는 프레임(20)의 구성이 복잡하고, 많은 수의 프레임(20)으로 인해 태앙전지모듈(10)의 후면에 발생하는 음영면적이 큰 문제가 있다. 이에 따라, 종래의 양면 수광형 태양광 발전장치는 프레임(20)에 의해 발생한 음영으로 인해 수광 효율성이 떨어지므로 발전효율성을 극대화시키지 못하느 문제가 있다.

대한민국 공개특허 10-2020-0011162호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스트링에 양면 수광형 태양전지모듈을 걸어 설치함으로써, 태양전지모듈의 후면에 발생하는 음영 면적을 최소화하여 태양전지모듈의 수광 효율성을 높여, 발전효율성을 극대화시킬 수 있도록 한 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 양면 수광형 태양전지와, 양면 수광형 태양전지의 둘레에 설치된 테두리 프레임으로 구성된 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈이 복수로 배열될 수 있는 설치공간이 형성된 외곽프레임; 상기 외곽프레임의 설치공간을 가로질러 설치된 스트링; 상기 테두리 프레임으로부터 외향 설치된 체결편; 및 상기 스트링과 상기 체결편을 체결시키는 체결수단:을 포함하며, 상기 스트링은 상기 설치공간에 격자 형태로 설치되고, 스트링이 교차되는 지점은 고정수단을 통해 결속되며, 상기 체결편은 하향 절곡되어 안착공간을 형성하는 절곡부를 포함하고, 상기 체결편은 상기 스트링을 덮어씌워 스트링에 안착되도록 한 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조를 제공한다.

이때, 상기 체결편은 상기 스트링의 직경에 대응되는 평평한 플레이트로 제공되고, 상기 체결수단은 상기 스트링을 덮어씌워 상기 체결편에 나사 결합시킬 수 있는 유볼트인 것이 바람직하다.

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본 발명에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양전지모듈을 지지할 수 있는 구조물을 스트링으로 간소화함으로써, 태양전지모듈의 후면에 발생하는 음영 면적을 최소화하였다. 이에 따라, 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양전지모듈 후면의 수광 효율성을 높일 수 있으므로, 태양전지모듈의 발전 효율성을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 종래 기술에 따른 양면 수광형 태양광 발전장치의 후면 일부를 나타낸 사진이다.
도 1b는 종래 기술에 따른 양면 수광형 태양광 발전장치의 태양전지모듈이 프레임에 고정된 상태의 요부를 나타낸 도면이다.
도 2는 단면 수광형 태양광 발전장치의 태양전지모듈과 양면 수광형 태양광 발전장치의 태양전지모듈의 발전량을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조를 평면에서 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조 요부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조 요부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조를 저면에서 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조의 변형예를 나타낸 단면도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 대하여 설명하도록 한다.

양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양전지모듈 설치구성을 간소화하여, 태양전지모듈의 후면 수광 효율성을 높였다. 이에 따라 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 발전 효율성을 극대화시킬 수 있다.

양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지모듈(100)과, 체결편(200)과, 외곽프레임(300)과, 스트링(400)과, 체결수단(500)을 포함한다.

태양전지모듈(100)은 태양광을 집광하여 전기를 생산하는 역할을 하며, 태양전지(110)와 테두리 프레임(120)으로 구성된다. 태양전지(110)는 복수의 태양전지 셀로 구성된 것으로써, 양면 수광형으로 제공된다. 양면 수광형 태양전지(110)의 구성 및 원리는 일반적인 것와 동일하며 상세한 설명은 생략하도록 한다. 테두리 프레임(120)은 태양전지(110)의 가장자리를 감싸 보호하며, 테두리 프레임(120)의 재질은 알루미늄임이 바람직하다.

체결편(200)은 태양전지모듈(100)을 스트링(400)에 체결시키기 위한 구성이며, 테두리 프레임(120)으로부터 외향 연장 형성된다. 체결편(200)은 테두리 프레임(120)에 일체로 형성됨이 바람직하다. 체결편(200)은 도 4에 도시된 바와 같이 테두리 프레임(120)으로부터 사방으로 연장 형성됨이 바람직하다. 이때, 체결편(200)의 연장 크기는 스트링(400)의 직경에 대응됨이 바람직하다. 이는 체결편(200)에 스트링(400)이 밀착된 상태에서, 후술하는 체결수단(500)을 통해 스트링(400)과 체결편(200)을 체결시켜야 하기 때문에, 체결편(200)의 너비는 스트링(400)의 직경에 대응됨이 바람직한 것이다. 체결편(200)에는 체결공(210)이 형성된다. 체결공(210)은 체결수단(500)의 체결을 위한 구성으로써, 체결편(200)의 상,하 방향으로 관통 형성된다. 체결공(210)은 체결편(200)에 복수로 형성됨이 바람직하다.

외곽프레임(300)은 태양전지모듈(100)을 육상이나 해상 또는 건물에 지지하는 구성이며, 복수의 금속 프레임으로 설치된다. 외곽프레임(300)은 프레임 구성을 최소화하여 심플하게 구성된다. 외곽프레임(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 중앙에 설치공간(310)을 형성하는 형태로 제공되며, 도시되지는 않았지만 하방을 향해 받침프레임을 구성할 수 있다. 외곽프레임(300)의 구성이 상기와 같이 간소화됨에 따라, 태양광에 의한 음영발생 면적을 최소화할 수 있으며, 특히, 태양전지모듈(100)의 후면에 발생하는 음영면적을 최소화할 수 있다. 즉, 종래에는 태양전지모듈(10)을 받쳐주기 위한 프레임(20)이 태양전지모듈(10)의 후면에 복수로 설치되었지만, 본 발명은 태양전지모듈(100)의 후면을 직접적으로 지지하는 프레임 구성을 생략함에 따라 태양광에 의해 태양전지모듈의 후면에 발생하는 음영면적을 최소화할 수 있는 것이다.

스트링(400)은 태양전지모듈(100)을 외곽프레임(300)에 고정시키는 역할을 하며, 외곽프레임(300)의 설치공간(310)을 가로질러 설치된다. 스트링(400)의 양단부는 외곽프레임(300)에 고정되며, 고정방법은 특정한 것으로 한정되지 않는다. 스트링(400)은 설치공간(310)에서 격자 형태로 설치됨이 바람직하다. 스트링(400)이 격자 형태로 설치됨에 따라, 스트링(400)의 설치 강성을 높일 수 있으며 처짐을 방지할 수 있다. 스트링(400)은 태양전지모듈(100)을 지지할 수 있는 재질이면 무방하며, 금속 와이어로 제공됨이 바람직하다. 본 발명은 스트림(400)의 구성을 통해 태양전지모듈(100)을 외곽프레임(300)에 매달아 설치함으로써 태양광발전장치의 전체 구성을 간소화하고, 구성 간소화에 따른 음영발생을 최소화할 수 있는 것이다.

체결수단(500)은 스트링(400)과 체결편(200)을 결속시키는 역할을 한다. 즉, 체결수단(500)은 스트링(400)에 태양전지모듈(100)을 매달 수 있도록 한 수단인 것이다. 본 발명의 바람직한 실시에에서는 체결수단(500)에 대하여 유볼트(510)인 것으로 한다. 유볼트(510)는 체결편(200)의 체결공(210)을 통해 너트로 체결된다..

이하, 상기한 구성으로 이루어진 바람직한 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조에 따른 태양전지모듈 설치 과정에 대하여 설명하도록 한다.

작업자는 외곽프레임(300)의 설치공간(310)에 스트링(400)을 설치한다. 작업자는 설치공간(310)을 가로질러 스트링(400)을 격자로 설치한다. 이때, 작업자는 스트링(400)이 가로 세로방향으로 교차되는 지점에 대하여 고정수단(600)으로 고정시킨다. 즉, 고정수단(600)은 격자로 설치된 스트링(400)의 강성을 위한 것으로써, 풍압 등 외부요인에 의해 스트링(400)이 유동되는 것을 억제하기 위한 것이다. 고정수단(600)은 와이어 클립, 납땜 등 다양하게 제공될 수 있다.

다음으로 작업자는 도 4에 도시된 바와 같이, 격자 형태로 설치된 스트링(400)에 태양전지모듈(100)의 체결편(200)을 밀착시킨다. 이후, 작업자는 유볼트(510)를 스트링(40))에 덮어씌워 체결공(210)을 통과시키고, 체결편(200)의 저면에 너트를 체결함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이 스트링(400)에 태양전지모듈(100)의 체결이 완료된다. 이와 같이 태양전지모듈(100)이 스트링(400)에 체결됨으로써, 태양전지모듈(100)의 전면은 물론 도 6에 도시된 바와 같이 태양전지모듈(100)의 후면을 가리는 구조물이 최소화됨으로써, 태양전지모듈(100)의 후면에 발생하는 음영면적을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 양면 수광형 태양전지모듈의 양면 모두 수광 효율성을 높여 발전량을 늘릴 수 있다.

한편 체결수단(500)의 예로써, 유볼트(510)외에 체결핀을 구성할 수 있다. 이를 첨부된 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하도록 한다. 설명하기에 앞서 전술한 실시예와 동일한 구성은 부호를 병기하도록 한다.

테두리 프레임(120)에 형성된 체결편(200)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상방으로 절곡된 상향 절곡부(220)를 형성한다. 이에 따라, 체결편(200)은 상향 개구된 안착공간(221)을 형성하며, 스트링(400)은 안착공간(221)에 안착될 수 있다. 이때, 상향 절곡부(220) 및 테두리 프레임(120)에는 스트링(400)의 상방으로 핀공(H)이 형성되며, 상기 핀공(H)에 삽입될 수 있는 체결핀(520)이 제공된다. 즉, 이와 같은 구성에 의해, 스트링(400)이 체결편(20))에 안착된 상태에서 작업자는 체결핀(520)을 핀공(H)에 삽입하여 태양전지모듈(100)을 스트링(400)에 체결할 수 있게 된다.

또한, 테두리 프레임(120)에 형성된 체결편(200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 하방으로 절곡된 하향 절곡부(230)를 형성한다. 이에 따라, 체결편(20))은 하향 개구된 안착공간(231)을 형성하며, 체결편(200)은 스트링(400)에 안착될 수 있다. 이때, 하향 절곡부(230) 및 테두리 프레임(120)에는 스트링(400)의 하방으로 핀공(H)이 형성되며, 상기 핀공(H)에 삽입될 수 있는 체결핀(520)이 제공된다. 즉, 이와 같은 구성에 의해, 체결편(200)이 스트링(400)에 안착된 상태에서 작업자는 체결핀(520)을 핀공(H)에 삽입하여 태양전지모듈(100)을 스트링에 체결할 수 있게 된다.

지금까지 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양전지모듈(100)을 스트링(400)에 설치할 수 있도록 구성하였다. 즉, 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양전지모듈 설치를 위한 구조물을 최소화할 수 있으므로, 구조물에 따른 음영발생 면적을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조는 태양광 수광 효율성을 높여 발전량을 극대화시킬 수 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 태양전지모듈 110 : 태양전지
120 : 테두리 프레임 200 : 체결편
210 : 체결공 220 : 상향 절곡부
221,231 : 안착공간 230 : 하향 절곡부
300 : 외곽프레임 310 : 설치공간
400 : 스트링 500 : 체결수단
510 : 유볼트 520 : 체결핀
600 : 고정수단 H : 핀공

Claims

양면 수광형 태양전지와, 양면 수광형 태양전지의 둘레에 설치된 테두리 프레임으로 구성된 태양전지모듈;
상기 태양전지모듈이 복수로 배열될 수 있는 설치공간이 형성된 외곽프레임;
상기 외곽프레임의 설치공간을 가로질러 설치된 스트링;
상기 테두리 프레임으로부터 외향 설치된 체결편; 및
상기 스트링과 상기 체결편을 체결시키는 체결수단:을 포함하며,
상기 스트링은 상기 설치공간에 격자 형태로 설치되고, 스트링이 교차되는 지점은 고정수단을 통해 결속되며,
상기 체결편은 하향 절곡되어 안착공간을 형성하는 절곡부를 포함하고, 상기 체결편은 상기 스트링을 덮어씌워 스트링에 안착되도록 한 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조.
제1항에 있어서,
상기 체결편은 상기 스트링의 직경에 대응되는 평평한 플레이트로 제공되고,
상기 체결수단은 상기 스트링을 덮어씌워 상기 체결편에 나사 결합시킬 수 있는 유볼트인 것을 특징으로 하는 양면 수광형 태양전지모듈의 설치구조.
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