KR102456284B1 - 태양광 모듈 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는, 태양 전지와, 태양 전지의 하부에 마련된 절연성의 제1 보호층과, 태양 전지 상에 마련된 투명한 절연성의 제2 보호층과, 제2 보호층 상에 마련되며 제2 보호층 보다 높은 강도를 가지는 투명한 제3 보호층과, 태양 전지 및 제1 보호층 내지 제3 보호층의 측면을 둘러싸는 프레임을 각각 구비한 태양광 모듈; 및 태양광 모듈의 하부를 둘러싸도록 마련된 콘크리트층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양광 모듈을 구비한 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 콘크리트를 이용한 태양광 모듈의 성능 향상이 구현된 태양광 모듈 구조체에 관한 것이다.
최근 들어, 기후 변화, 환경 오염 등으로 인해, 화석 연료를 이용한 에너지를 대체할 수 있는 청정 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 이러한 청정 에너지 관련 기술 중 그 활용이 쉽고 비용이 비교적 저렴한 태양 에너지 관련 기술, 즉 태양광 모듈 기술에 대한 연구가 국내외적으로 활발히 이루어지고 있다.
종래의 태양광 모듈의 경우, 일반 부지 및 유휴지, 건축물의 공간에 설치하는 경우가 대부분이었다. 하지만, 태양광 모듈이 설치될 경우, 해당 공간의 활용성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해, 도로 등에 태양광 모듈을 적용하려는 시도가 있었다.
하지만, 도로 등에 적용되는 종래의 태양광 모듈 관련 기술의 경우, 도로 등의 환경에 적용하기 위해, 강도, 내구성 등의 향상을 위한 기술에 불과하였다. 즉, 도로 등에 태양광 모듈을 적용 시 그 성능 향상이 가능한 기술이 부재한 상황이다. 특히, 콘크리트와의 접촉 관계에 따른 태양광 모듈의 성능 관련 연구와, 해당 연구를 반영한 기술이 부재한 상황이다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 도로 등에 적용 시 태양광 모듈의 성능 향상이 가능한 태양광 모듈 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는, (1) 태양 전지와, 태양 전지의 하부에 마련된 절연성의 제1 보호층과, 태양 전지 상에 마련된 투명한 절연성의 제2 보호층과, 제2 보호층 상에 마련되며 제2 보호층 보다 높은 강도를 가지는 투명한 제3 보호층과, 태양 전지 및 제1 보호층 내지 제3 보호층의 측면을 둘러싸는 프레임을 각각 구비한 태양광 모듈, (2) 태양광 모듈의 하부를 둘러싸도록 마련된 콘크리트층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는 상기 프레임의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮도록 마련된 실런트(sealant)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는 상기 콘크리트층의 측면 및 하부를 둘러싸는 외부 프레임을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 외부 프레임은, (1) 서로 이격된 복수의 격벽, (2) 복수의 격벽 사이에 채워진 절연성의 밀봉재를 포함할 수 있다.
상기 콘크리트층은 태양광 모듈의 측면에 대해서도 그 하측 부위를 둘러쌀 수 있으며, 상기 외부 프레임은 태양광 모듈의 측면 하측 부위를 둘러싼 콘크리트층의 상부도 함께 둘러쌀 수 있다.
상기 실런트는 상기 프레임의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계와, 최외곽 격벽의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계도 함께 덮도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는 상기 태양광 모듈의 하부와 상기 콘크리트층의 사이에 마련된 중공부를 더 포함할 수 있다.
상기 중공부는 프레임 내의 하부에 마련될 수 있다.
상기 콘크리트층은 태양광 모듈의 측면에 대해서도 그 하측 부위를 둘러쌀 수 있으며, 상기 외부 프레임은 태양광 모듈의 측면 하측 부위를 둘러싼 콘크리트층의 상부도 함께 둘러쌀 수 있다.
상기 실런트는 상기 프레임의 상면 모두를 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역과, 최외곽 격벽의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮도록 마련될 수 있다.
상기 각 격벽은 수분 침투를 차단하거나, 수분 침투율을 줄이는 재질로 이루어질 수 있다.
상기 실런트는 절연성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 실런트는 투명 재질로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 도로 등에 적용 시 태양광 모듈의 성능 향상이 가능한 이점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체(100)의 일측 단면을 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 태양광 모듈 구조체(100)의 제작 과정을 나타내는 사진이다.
도 7 및 도 8은 본 태양광 모듈 구조체(100)와의 성능 비교를 위해 제작된 태양광 모듈 구조체의 구성을 나타낸다.
도 9는 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전류/전압(I/V) 그래프를 나타낸다.
도 10 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전력/전압(P/V) 그래프를 나타낸다.
도 11은 측정된 I/V 데이터에서, DH 지속 시간에 따른 성능 매개 변수의 변화를 추출한 결과를 나타낸다.
도 12는 2000 시간의 DH 지속 시간 이후에 촬영된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)의 태양광 모듈(10)에 대한 electroluminescence(EL) 이미지를 나타낸다.
도 13은 다양한 DH 지속 시간에 따른 최대 출력 전력(Pm)의 변화와, 최대 전력 점에서의 상응하는 최대 전류(Im) 및 최대 전압(Vm)의 변화를 나타낸다.
도 14는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)의 성능 매개 변수에 대한 본 태양광 모듈 구조체(100)의 성능 매개 변수의 상대적 증가 그래프를 나타낸다.
도 15는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 태양광 모듈(10)의 셀 매개 변수를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 본 태양광 모듈 구조체(100)의 제작 과정을 나타내는 사진이다.
도 7 및 도 8은 본 태양광 모듈 구조체(100)와의 성능 비교를 위해 제작된 태양광 모듈 구조체의 구성을 나타낸다.
도 9는 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전류/전압(I/V) 그래프를 나타낸다.
도 10 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전력/전압(P/V) 그래프를 나타낸다.
도 11은 측정된 I/V 데이터에서, DH 지속 시간에 따른 성능 매개 변수의 변화를 추출한 결과를 나타낸다.
도 12는 2000 시간의 DH 지속 시간 이후에 촬영된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)의 태양광 모듈(10)에 대한 electroluminescence(EL) 이미지를 나타낸다.
도 13은 다양한 DH 지속 시간에 따른 최대 출력 전력(Pm)의 변화와, 최대 전력 점에서의 상응하는 최대 전류(Im) 및 최대 전압(Vm)의 변화를 나타낸다.
도 14는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)의 성능 매개 변수에 대한 본 태양광 모듈 구조체(100)의 성능 매개 변수의 상대적 증가 그래프를 나타낸다.
도 15는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 태양광 모듈(10)의 셀 매개 변수를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어” 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어’ 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '～사이에'와 '직접 ～사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체(이하, “본 태양광 모듈 구조체”라 지칭함)(100)의 일측 단면을 나타낸다. 즉, 도 1 내지 도 4는 외부 프레임(50)의 다양한 형태에 따른 각 본 태양광 모듈 구조체(100A, 100B, 100C, 100D)의 일측 단면을 나타낸다.
본 태양광 모듈 구조체(100)는 태양광 모듈(photovoltaic module, PV)(10)을 포함하는 구조체로서, 도로 등에 적용 시 태양광 모듈의 성능 향상이 가능하다. 이때, “도로 등”은 도로, 건물, 유휴지 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈 구조체는 도로용 블록, 건축용 블록 등으로 사용될 수 있다.
본 태양광 모듈 구조체(100)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(10)과, 태양광 모듈(10)의 하부를 둘러싸도록 마련된 콘크리트층(20)을 각각 포함할 수 있다.
구체적으로, 태양광 모듈(10)은 태양광을 전기 신호로 바꾸는 모듈로서, 상부 쪽에서 입사되는 태양광에 의한 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 광전지인 태양 전지(solar cell)(11)와, 태양 전지(11)의 하부 및 상부를 보호하도록 그 하부 및 상부에 각각 마련된 제1 보호층(12) 내지 제3 보호층(14)과, 이들 구성, 즉 태양 전지(11)와, 제1 보호층(12) 내지 제3 보호층(14)(이하, “태양광 모듈 주요 구성”이라 지칭함)의 측면을 둘러싸는 프레임(15)을 포함한다.
태양 전지(11)은 실리콘 태양 전지, 화합물 반도체 태양 전지, 염료 감응형 태양 전지, 유기물 태양 전지 등 다양한 종류일 수 있다. 예를 들어, 태양 전지(11)는 pn 접합구조를 가질 수 있다. 즉, 태양 전지(11)에 광자(photon)가 유입되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양 전지(11) 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)이 생성된다. 이때, 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자가 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각 전극에서 수집된다. 각 전극에서 수집된 전하는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 될 수 있다.
제1 보호층(12)은 절연성 물질을 포함하며, 태양 모듈(10)의 하부에 마련된다. 또한, 제2 보호층(13)은 절연성 물질을 포함하며, 태양광 모듈(10) 상에 마련된다. 즉, 제1 보호층(12)과 제2 보호층(13)은 태양광 모듈(10)의 하부 및 상부에 충진되어, 열, 전기, 충격, 수분 등의 외부 요소로부터 태양 모듈(10)의 하부 및 하부를 각각 보호할 수 있다. 특히, 제2 보호층(13)은 태양광이 태양 전지(11)에 전달되도록 태양광을 투과시키는 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 제1 보호층(12)과 제2 보호층(13)은 밀봉재로서, EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제3 보호층(14)은 제2 보호층(13) 상에 마련되는 층으로서, 그 상부가 외부 환경에 직접 노출되는 구성이다. 이에 따라, 제3 보호층(14)은 그 강도가 일정 이상인 것이 바람직할 수 있다. 즉, 제3 보호층(14)은 제1 보호층(12) 또는 제2 보호층(13), 특히 제2 보호층(13) 보다 높은 강도를 가지는 투명한 절연성 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 제2 보호층(13)과 마찬가지로, 제3 보호층(14)은 태양광이 태양 전지(11)에 전달되도록 태양광을 투과시키는 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 보호층(14)은 유리 등의 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
프레임(15)은 태양광 모듈 주요 구성의 측면을 둘러싸는 구성이다. 서 지지하는 구성이다. 즉, 프레임(15)은 태양광 모듈 주요 구성을 지지하여 보호하는 기능과, 방열기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 프레임(15)은 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양광 모듈(10)의 효율은 태양 전지(11)의 면적이 비례하므로, 가능한 넓은 면적으로 태양 전지(11)가 태양광 모듈(10) 내에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 또한, 도면에 도시되지 않았지만, 태양광 모듈(10)은 백시트(back sheet)와, 정션 박스(junction box) 등을 포함할 수 있다.
백시트는 제1 보호층(12)의 하부에 추가로 마련될 수 있는 구성으로서, 열, 습도, 자외선과 같은 외부환경으로부터 태양 전지(11)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 백시트는 태양 전지(11)를 통과하여 하부로 유입된 태양광을 재반사하여 태양광 모듈(10)의 효율을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 이 경우, 제1 보호층(12)은 투명한 재질로 이루어질 수 있으며, 백시트는 그 상부에 태양광을 반사하는 반사층을 포함할 수 있다.
정션 박스는 외부 회로와 전기적 연결을 위한 구성이다. 즉, 정션 박스는 태양 전지(11)에서 발생한 전기를 외부의 인버터 등으로 전달하는 전기선을 보호할 수 있다. 이러한 정션 박스는 태양광 모듈(10)의 하부, 특히 제1 보호층(12) 보다 하측에 마련될 수 있다.
상술한 태양광 모듈(10)의 구성은 종래에 제공되는 태양광 모듈의 일반적인 구성일 수 있다.
한편, 콘크리트층(20)은 태양광 모듈(10)의 하부를 둘러싸도록 마련된 층으로서, 콘크리트의 재질을 포함하는 층이다. 즉, 태양광 모듈(10)의 하부, 특히 프레임(15)의 하부와 태양광 모듈(10)의 내부 사이의 경계 영역을 통해, 열, 전기, 수분, 충격 등의 외부 요인의 태양광 모듈(10)로 쉽게 유입될 수 있으며, 이는 태양광 모듈(10)의 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 콘크리트층(20)은 그 구성을 통해, 외부 요소가 태양광 모듈(10)의 하부 등에 유입되는 것을 차단할 수 있어, 태양광 모듈(10)의 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 성능 향상에 관련된 실험은 후술하도록 한다.
특히, 외부 요인은 태양광 모듈(10)의 측면에도 영향을 미칠 수 있으므로, 콘크리트층(20)은 태양광 모듈(10)의 하부를 둘러쌀 뿐 아니라, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(10)의 측면을 완전히 둘러싸거나, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(10)의 측면의 일부, 즉 측면 중 그 하측 부위를 둘러쌀 수 있다. 이와 같이 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 적어도 측면 일부를 더 둘러쌀 경우, 태양광 모듈(10)의 성능이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 중공부(30)를 더 포함할 수 있다. 이때, 중공부(15)는 에어(air)로 채워진 빈 공간으로서, 태양광 모듈(10)과 콘크리트층(20)의 사이에 마련될 수 있다. 즉, 콘크리트층(20)을 통해 태양광 모듈(10)의 하부가 열, 전기, 충격, 수분 등의 외부 요인으로부터 보호될 수 있더라도, 태양광 모듈(10)의 하부는 중요 회로 등이 포함할 수 있어 태양광 모듈(10)의 상부에 비해 외부 요인에 더욱 취약할 수 밖에 없으며, 이는 태양광 모듈(10)의 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 중공부(15)는 그 구성을 통해, 외부 요소가 태양광 모듈(10)의 하부에 유입되는 것을 콘크리트층(20) 외에 추가적으로 차단할 수 있어, 태양광 모듈(10)의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 성능 향상에 관련된 실험은 후술하도록 한다.
구체적으로, 중공부(15)는 태양광 모듈(10)의 하부에 자체 마련된 공간을 그대로 활용하여, 해당 공간에 콘크리트층(20)이 채워지지 않은 영역일 수 있다. 이 경우, 중공부(15)는 태양광 모듈(10) 내에 마련되되, 프레임(15) 내에서 제1 보호층(12) 보다 하측에 마련될 수 있다. 이때, 태양광 모듈(10)의 정션 박스는 중공부(15)에 마련될 수 있다. 또는, 중공부(15)는 태양광 모듈(10)의 하부와 콘크리트층(20)의 상부 사이에 해당 빈 공간이 마련되도록 추가 구현된 층일 수 있다. 이때, 태양광 모듈(10)이 원래 가지고 있는 빈 공간, 예를 들어 정션 박스 주변 등은 절연성 물질 등의 충진재로 채워진 상태일 수 있다.
또한, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 콘크리트층(20)의 측면 및 하부를 둘러싸는 외부 프레임(50)을 더 포함할 수 있다. 즉, 콘크리트층(20)을 통해 태양광 모듈(10)의 하부 및 측면이 열, 전기, 충격, 수분 등의 외부 요인으로부터 보호될 수 있더라도, 콘크리트층(20)이 쉽게 수분을 흡수하는 성질이 있으므로, 태양광 모듈(10)은 그 측면 및 하부가 여전히 수분 등의 외부 요인에 대해 취약할 수 밖에 없으며, 이는 태양광 모듈(10)의 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 외부 프레임(50)은 그 구성을 통해, 외부 요소가 태양광 모듈(10)의 측면 및 하부에 유입되는 것을 콘크리트층(20) 외에 추가적으로 차단할 수 있어, 태양광 모듈(10)의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 성능 향상에 관련된 실험은 후술하도록 한다.
구체적으로, 외부 프레임(50)은 서로 이격된 복수의 격벽(41, 42)과, 복수의 격벽(41, 42) 사이에 채워진 절연성의 밀봉재(43)를 각각 포함할 수 있다. 이때, 복수의 격벽(41, 42)은 각각 수분 침투 방지하는 층으로서, 수분 침투를 차단하거나, 수분 침투율을 줄이는 금속 또는 비금속 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 각 격벽(41, 42)은 하나 이상의 층으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 각 격벽(41, 42)은 COP(Cyclo olefin polymer) 등과 같이 소수성이 강한 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 하부 및 그 측면의 하측 부위에 대해서 둘러싼 경우, 외부 프레임(40)은 태양광 모듈(10)의 하부를 둘러쌀 뿐 아니라, 태양광 모듈(10)의 측면의 하측 부위를 둘러싼 콘크리트층(20)의 상부(21)도 함께 둘러쌀 수 있다.
또한, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 태양광 모듈(10)의 상부의 적어도 일부를 덮는 실런트(sealant)(40)를 더 포함할 수 있다. 이때, 실런트(50)는 프레임(15)의 상면을 모두 덮도록 마련될 수 있으며, 특히 제3 보호층(14)의 상면과 프레임(15)의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮도록 마련될 수 있다. 즉, 해당 경계 영역을 통해, 열, 전기, 수분 등의 외부 요인이 태양광 모듈(10)로 쉽게 유입될 수 있으며, 이는 태양광 모듈(10)의 성능을 저하시키는 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 실런트(50)는 그 구성을 통해, 외부 요소가 태양광 모듈(10) 상부의 경계 영역을 통해 유입되는 것을 차단할 수 있어, 태양광 모듈(10)의 성능을 향상시킬 수 있다. 이러한 성능 향상에 관련된 실험은 후술하도록 한다.
다만, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 하부 및 측면을 완전히 둘러싼 경우, 실런트(40)는 프레임(15)의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층(14)의 상면과 프레임(15)의 상면 사이의 경계 영역과, 외부 프레임(40)의 상면과 콘크리트층(20)의 상면(21) 사이의 경계 영역도 함께 덮을 수 있다. 물론, 실런트(40)는 외부 프레임(40)의 상면을 완전히 덮을 수도 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 하부 및 그 측면의 하측 부위를 둘러싼 경우, 실런트(40)는 프레임(15)의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층(14)의 상면과 프레임(15)의 상면 사이의 경계 영역과, 최외곽 격벽(42)의 상면과 프레임(15)의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮을 수 있다. 물론, 이 경우에도 실런트(40)는 외부 프레임(40)의 상면을 완전히 덮을 수도 있다.
특히, 실런트(50)는 열, 전기, 수분 등의 외부 요인의 유입을 차단하기 위해 절연성의 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 실런트(50)는 그 일부가 제3 보호층(14)의 상면 일부를 덮을 수 있으므로, 태양광 유입의 차단을 줄이기 위해, 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 실런트(50)는 실리콘, 우레탄, 아크릴, 부틸 등의 재질을 포함할 수 있으며, 박막 절연 테이프 등의 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 성능 향상을 분석하기 위해 수행된 실험에 대해서 설명하도록 한다.
도 5 및 도 6은 본 태양광 모듈 구조체(100)의 제작 과정을 나타내는 사진이다. 또한, 도 7 및 도 8은 본 태양광 모듈 구조체(100)와의 성능 비교를 위해 제작된 태양광 모듈 구조체(이하, 각각을 “제1 비교 구조체” 및 “제2 비교 구조체”라 지칭함)의 구성을 나타낸다.
실험을 위해, 본 태양광 모듈 구조체(100)는, 도 5에 도시된 바와 같은 제작 과정을 통해, 도 3에 도시된 바와 같은 100C 유형으로 제작하였다. 즉, 도 5를 참조하면, 모래(Sand), 시멘트(Cement) 및 다수의 자갈(Stone)을 혼합한 혼합물(Mixture)에 물(Water)을 섞어 액체 혼합물(Wet mixture)를 준비한다. 이후, 상부가 개구된 형태로 내부 공간을 가지되 알루미늄 재질로 이루어진 2개 격벽(41, 42)을 가지고, 그 격벽(41, 42) 사이에 절연성의 충진재(43)가 채워진 박스(Metallic isolation box)인 외부 프레임(40)을 준비한다. 이후, 해당 외부 프레임(40)의 내부 공간에 액체 혼합물을 부어 콘크리트층(20)을 형성하되, 태양광 모듈(10)의 크기에 맞게 형성한다. 이후, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 콘크리트층(40)을 건조시킨다. 이후, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 콘크리트층(40)이 형성된 외부 프레임(40)의 내부 공간 상에 태양광 모듈(10)을 위치시키되 중공층(30)이 유지되도록 위치시킨 후, 절연 테이프(Kapton insulating tape)의 실런트(50)를 이용하여 본 태양광 모듈 구조체(100)의 상부 일부를 마감한다.
한편, 본 태양광 모듈 구조체(100)와의 성능 비교를 위해, 도 6에 도시된 바와 같은, 제1 비교 구조체(200)와, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 비교 구조체(300)를 각각 제작하였다. 즉, 제1 비교 구조체(200)는 본 태양광 모듈 구조체(100)에서 콘크리트층(20), 외부 프레임(40) 및 실런트(50)가 제외된 구조체인 반면, 제2 비교 구조체(300)는 본 태양광 모듈 구조체(100)에서 중공부(30)가 제외된 구조체이다. 즉, 제2 비교 구조체(300)는 태양광 모듈(10)의 하부가 완전히 콘크리트층(20)과 접촉하는 형태이다. 다만, 후술할 실험 결과에 따르면, 제2 비교 구조체(300)는 제1 비교 구조체(200)에 비해 그 성능의 열화가 줄어드는 구조체에 해당하므로, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 다른 실시예에 해당할 수도 있다. 이 경우, 중공부(30)가 제외되어 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 하부에 직접 접촉하는 형태인 것을 제외하고, 제2 비교 구조체(300)에 대한 구성의 설명은 상술한 본 태양광 모듈 구조체(100)의 구성에 대한 설명과 동일할 수 있다.
도 5 및 도 6에 따라 제작된 본 태양광 모듈 구조체(100)와, 도 7 및 도 8에 따라 제작된 제1 및 제2 비교 구조체(100, 200)는 모두 동일한 태양광 모듈(10), 즉 36개의 단결정 셀을 가진 태양 전지(11)을 구비한 태양광 모듈(10)(module area = 1540 cm2, cell area = 31.2 cm2)을 포함한다.
즉, 250 시간 + 250 시간 + 250 시간 + ... 4000 시간 동안, 85℃의 온도와 85%의 상대 습도에서 DH 테스트(Damp-Heat Test)가 수행되었다. DH 테스트는 환경 챔버(environment chamber, Model: DS-323MHPS-153, M/s DIMOSTECH, Korea)를 사용하여 수행되었다. 콘크리트층(20)이 없는 제1 비교 구조체는 그 하부가 외부 환경에 완전히 노출되는 경우에 대한 기준으로 사용되었다. 각 사이클(250 시간) 후, 각 구조체의 태양광 모듈(10)에 대한 상면 및 하면의 광학 사진을 통해, 육안 검사 수행되었다. 또한, 각 구조체에 대한 인공 태양광의 조명에 따른 전류/전압(I/V)의 특성 측정은 500 시간 동안의 DH 스트레스 이후에 수행되었다. 이때, 각 I/V 특성은 태양 시뮬레이터 M/s Spire(SPI-SUN SIMULATOR 4600SLP, USA)를 사용하여 25℃ 및 100mW/cm2 조도에서, Keithley 2420 시스템 소스 미터(sourcemeter)를 통해 획득됐다.
<제1 비교 구조체와의 비교 실험 결과>
1. 성능 매개 변수 분석(Performance parameters analysis)
온도 85 ℃및 85% 상대습도에서 4000 시간 동안, 본 태양광 모듈 구조체(100)와 제1 비교 구조체(200)에 대해 DH 테스트가 수행되었다.
도 9는 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전류/전압(I/V) 그래프를 나타낸다. 즉, 도 9(a)가 제1 비교 구조체(200)에 대한 I/V 그래프 나타내며, 도 9(b)가 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 I/V 그래프를 나타낸다.
도 10 다양한 DH 지속 시간에서 측정된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 전력/전압(P/V) 그래프를 나타낸다. 즉, 도 10(a)가 제1 비교 구조체(200)에 대한 P/V 그래프 나타내며, 도 10(b)가 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 P/V 그래프를 나타낸다.
도 11은 측정된 I/V 데이터에서, DH 지속 시간에 따른 성능 매개 변수의 변화를 추출한 결과, 즉 DH 지속 시간에 따른 단락 전류(Isc)의 변화(도 11(a)), DH 지속 시간에 따른 개방 회로 전압(Voc)의 변화(도 11(b)), DH 지속 시간에 따른 충전 계수(fill factor, FF)(도 11(c))의 변화, 및 DH 지속 시간에 따른 효율(η)(도 11(d))의 변화를 추출한 결과를 나타낸다. 단, 도 11 등에서, 제1 비교 구조체(200)는 “W/O”으로 표시하였고, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 “Concrete”로 표시하였다.
도 11을 참조하면, 최대 2000 시간까지, Isc의 더 느리고 유사한 감소 속도가 두 구조체(200, 100) 모두에서 발견된다. DH 지속 시간을 추가로 증가시키면 제1 비교 구조체(200)에 대한 Isc의 감소 속도는 본 태양광 모듈 구조체(100) 보다 보다 빠르다.즉, 제1 비교 구조체(200) 및 본 태양광 모듈 구조체(100) 각각에 대해, Isc 값은 DH 지속 시간 3000 시간 후 초기 값의 81.9% 및 91.5%로 감소하며, 최종 DH 시간(4000 시간) 이후의 경우, 각 53.2% 및 67.2%로 감소한다. 이는 본 태양광 모듈 구조체(100의 경우에 3000 시간 및 4000 시간의 DH 지속 시간 동안, 9.6% 및 14.0%가 각각 감소되었음을 나타낸다.
Voc의 경우, 1500 시간의 DH 지속 시간 동안, 두 구조체(200, 100) 모두 크게 변화되지 않았다. 하지만, DH 지속 시간이 추가로 증가하는 경우, 제1 비교 구조체(200)의 Voc 값은 상당히 저하되는 반면, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 Voc 값은 크게 감소하지 않았다. 즉, 4000 시간의 DH 지속 시간 후, 두 구조체(200, 100)의 Voc의 감소는 각각 4.5% 및 1.4%였다.
두 구조체(200, 100)의 FF 저하 속도는 2000 시간까지 비슷하게 느렸다. 제1 구조체(200)는 2500 시간 이상의 DH 지속 시간에서 빠른 감소율을 가진다. 즉, 제1 구조체(200)에서 Isc와 FF가 모두 태양광 모듈 구조체(100) 보다 빠르게 감소한다는 것을 알 수 있다.
본 태양광 모듈 구조체(100)의 η는 값은 t=2000, 3000 및 4000h에서 각각 초기 값의 96.5%, 85.9% 및 47.5%로 감소한다. 반면, PV 모듈 제1 비교 구조체(200)의 η는 t=2000, 3000 및 4000 시간에 대해 각각 초기 값의 95.9%, 65.9% 및 32.4%로 감소한다. 이에 따라, 제1 비교 구조체(200)의 출력 저하율은 본 태양광 모듈 구조체(100) 보다 높다.
도 12는 2000 시간의 DH 지속 시간 이후에 촬영된 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)의 태양광 모듈(10)에 대한 electroluminescence(EL) 이미지를 나타낸다. 즉, 도 12(a)가 제1 비교 구조체(200)의 태양광 모듈(10)을 나타내고, 도 12(b)가 본 태양광 모듈 구조체(100)의 태양광 모듈(10)을 나타낸다. 이때, 결함 영역은 빨간색 점선으로 표시하였다
도 12를 참조하면, 콘크리트층(20)이 없는 제1 비교 구조체(200)가 본 태양광 모듈 구조체(100) 보다 태양광 모듈(10)의 성능 저하가 더 빨랐다. 즉, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 태양광 모듈(10)에서 더 적은 결함이 발견되었다.
도 13은 다양한 DH 지속 시간에 따른 최대 출력 전력(Pm)의 변화와, 최대 전력 점에서의 상응하는 최대 전류(Im) 및 최대 전압(Vm)의 변화를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 2000 시간의 DH 지속 시간까지, 두 구조체(200, 100)의 Pm의 저하 속도는 느리다. 2000 시간, 2500 시간, 3000 시간, 3500 시간 및 4000 시간의 DH 지속 시간 동안, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 정규화된 Pm 값은 각각 96.5%, 93.2%, 85.9%, 67.6% 및 47.5%이다. 해당 시간 동안, PV 제1 구조체(200)의 정규화된 Pm 값은 각각 95.9%, 88.4%, 65.9%, 48.5% 및 32.4%이다. 4000 시간 후, Pm은 초기 값의 98%까지 유지했다. 임의 열화는 Vm보다 Pm의 열화에 더 많은 영향을 미친다. DH 지속 시간이 3000 시간인 경우, 정규화된 Im 값은 두 구조체(200, 100)에 대해 각각 초기 값의 89.6% 및 75.2%로 감소한다.
도 14는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)의 성능 매개 변수에 대한 본 태양광 모듈 구조체(100)의 성능 매개 변수의 상대적 증가 그래프를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 제1 비교 구조체(200)에 비해 그 성능 매개 변수가 유의미하게 개선되었음을 알 수 있다. 즉, 본 태양광 모듈 구조체(100)는 제1 비교 구조체(200) 비해 성능이 향상될 수 있음을 나타낸다.
이상의 결과를 참조하면, 제1 비교 구조체(200)의 경우, 수분이 태양광 모듈(10)의 통기성 백 시트(back sheet) 또는 제1 보호층(12)(즉, EVA sheet 등)를 통해 쉽게 태양광 모듈(10)로 확산될 수 있어, 그 성능이 저하되는 것으로 분석되었다. 반면, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 경우, 태양광 모듈(10)의 하부는 흡습기(moisture absorber)로 작용하는 콘크리트층(20)에 의해 보호될 수 있으며, 그 결과 성능 저하가 제1 비교 구조체(200) 비해 낮았다. 또한, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 경우, 콘크리트층(20)이 구비됨에 따라, 출력 전력 등의 정규화된 값이 제1 비교 구조체(200) 보다 향상될 수 있다. 또한, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 경우, 다중 격벽(41, 42)을 가진 외부 프레임(40)을 구비함에 따라, 태양광 모듈(10)의 열화를 줄일 수 있음을 알 수 있다. 특히, 본 태양광 모듈 구조체(100)와 같이, 그 상부에 실런트(50)를 포함하는 경우, 수분 유입은 더욱 줄어들 수 있어 그 열화는 더욱 줄어들 수 있다.
2. 태양광 모듈(10)의 셀 매개 변수 분석(PV cell parameters analysis)
성능 매개 변수의 저하는 태양광 모듈(10)에 대한 5개의 셀 매개 변수, 즉 포토 생성 전류(Iph), 션트 저항(Rsh), 직렬 저항(Rs), 다이오드 이상 계수(n) 및 역전 포화 전류(I0)를 사용하여 설명할 수 있다.
도 15는 다양한 DH 지속 시간에 따른 제1 비교 구조체(200)와 본 태양광 모듈 구조체(100)에 대한 태양광 모듈(10)의 셀 매개 변수를 나타낸다.
제4사분면에서 동작하는 다이오드 모델(one-diode model)에 기반한 pn 접합 태양 전지의 정상 상태 I-V 특성은 다음과 같이 설명된다.
단일 지수 모델을 기반으로 하는 분석 방법은 조명 조건 하에서 작동 온도 T에서 셀 매개 변수를 결정하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 단일 IV 특성 곡선을 사용하여, 5개의 셀 매개 변수를 결정한다. Isc, Voc, Rsc, Roc, Im 및 Vm의 값과, 다음 식을 사용하여, Iph, Rsh, Rs, n 및 I0의 값을 추출할 수 있다.
단, 단락 회로 조건(V=0, I=-Isc)에서 Rsc=(dI/dV)이고, 개방 회로 조건(V=Voc, I=0)에서 Roc=(dI/dV)-1 이며, Im은 최대 전력에서의 전류 밀도, Vm은 최대 전력 점에서의 전압이다. 또한, VT=kT/q에서 k는 볼츠만 상수, q는 기본 전자 전하이다.
Iph의 유사한 변형은 Isc와 같은 DH 지속 시간을 통해 얻어진다. 대부분의 경우, Iph는 Isc에 선형적으로 의존한다. 본 태양광 모듈(100)의 Rsh 값은 DH 지속 시간 1000 시간까지 거의 일정하다. Rsh의 값은 2500 시간에서 92.6%로 감소했고, 4000 시간 동안 91.5%로 감소했다. 반면, 제1 구조체(200)의 Rsh 값은 500 시간 동안 점진적으로 감소하고, 2500 시간과 4000 시간 동안 각각 초기 값의 89.6%와 77.9%로 감소했다. 일반적으로 Rsh는 많은 수의 트랩을 포함하는 국부적인 불완전한 영역으로 인해, 태양광 모듈(10)의 셀과 병렬인 높은 전도성 경로이다. 트랩은 대다수의 전하 운반자 또는 광 생성 소수 캐리어의 싱크대 역할을 하기 때문에, DH 스트레스가 증가함에 따라 더 많은 트랩이 생성된다. 불균일한 전류 흐름을 향상시키는 트랩의 국부적인 비균질성과 pn 접합부 또는 가장자리를 통한 누설 전류에 대한 결과, 이러한 트랩은 보다 동적인 저조도 조건이다. Rsh의 값이 낮으면 Voc, FF 및 이로 인해, 모듈 성능이 특히 저조도 또는 높은 작동 온도에서 나쁜 결과를 낳는다. Rs의 값은 DH 지속 시간이 증가함에 따라 지수 증가한다. Rs 증가분은 제1 비교 구조체(200)가 본 태양광 모듈 구조체(100) 보다 높다. Rs는 제1 비교 구조체(200)에서 더 빠르게 증가한다. 두 구조체(200, 100)의 Rs 값은 2500 시간에서 각각 40% 및 10%로 증가하며, 4000 시간에서 각각 114% 및 56%로 증가한다. R은 셀(베이스 및 이미터)의 저항, 상부면/하부면 접점, 솔더 본드의 저항 및 접합 상자의 저항을 결합한 것이다. n 및 I0 값은 DH 지속 시간의 증가에 따라 증가하며, 이들은 태양광 모듈(10)의 FF를 심각하게 감소시켜, 결과적으로 태양광 모듈(10)의 성능이 저하된다. 두 구조체(200, 100)의 n 값은 4000 시간에서 각가 4.0 배 및 3.1 배로 증가했다. 두 구조체(200, 100)의 I0 값은 4000 시간에서 각각 311645.4 배 및 111654.9 배로 증가했다. Voc 및 FF 값은 n 및 I0에 의해 크게 영향을 받으며, 특히 I0는 Voc에 결정적인 영향을 미친다. n 값의 증가는 Voc 값을 증가시키고, FF는 n 값이 증가함에 따라 감소한다. 제1 비교 구조체(200)의 셀 매개 변수의 변화 경향은 본 태양광 모듈 구조체(100)의 셀 매개 변수의 변화와 유사하다. 하지만, 본 태양광 모듈 구조체(100)의 경우, 손실이 줄어 들었다. 이는 외부 프레임(40)이 수분 장벽으로 작용하기 때문인 것으로 나타났다. 즉, 수분의 일부가 콘크리트층(20)에 흡수될 수 있으나, 외부 프레임(40)이 이를 차단할 수 있기 때문이다. 특히, 본 태양광 모듈 구조체(100)와 같이, 그 상부에 실런트(50)를 포함하는 경우, 수분 유입은 더욱 줄어들 수 있어 그 열화가 더욱 줄어들 수 있다.
<제2 비교 구조체와의 비교 실험 결과>
한편, 제2 비교 구조체(300)도 상술한 제1 비교 구조체(200)와 동일한 실험을 수행하였다. 즉, 제2 비교 구조체(300)에 대해서 DH 테스트 등을 수행하였다. 그 결과, 구체적인 수치 및 그래프 등으로 나타내지 않았지만, 제2 비교 구조체(300)는 그 성능(성능 매개 변수 변화 등)이 제1 비교 구조체(200)에 비해 높은 수치를 나타낸 반면, 본 태양광 모듈 구조체(100)에 비해 떨어진 수치를 나타내었다.
즉, 제2 비교 구조체(300)는 콘크리트층(20) 및 외부 프레임(40)을 포함하므로, 제1 비교 구조체(200)에 비해 수분 유입이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 제2 비교 구조체(300)는 제1 비교 구조체(200)에 비해 그 성능의 열화가 줄어들 수 있다. 다만, 제2 비교 구조체(300)는 콘크리트층(20)이 태양광 모듈(10)의 하부에 직접 접촉하는 형태이면서 중공부(30) 및 실런트(50)를 포함하지 않으므로, 본 태양광 모듈 구조체(100)에 비해 수분 유입이 더 많을 수 있다. 이에 따라, 제2 비교 구조체(300)는 본 태양광 모듈 구조체(100)에 비해 그 성능의 열화가 더 심화될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 태양광 모듈 11: 태양 전지
12: 제1 보호층 13: 제2 보호층
14: 제3 보호층 16: 프레임
20: 콘크리트층 30: 중공부
40: 외부 프레임 41, 42: 격벽
43: 밀봉재 50: 실런트
100: 태양광 모듈 구조체
12: 제1 보호층 13: 제2 보호층
14: 제3 보호층 16: 프레임
20: 콘크리트층 30: 중공부
40: 외부 프레임 41, 42: 격벽
43: 밀봉재 50: 실런트
100: 태양광 모듈 구조체
Claims (13)
- 태양 전지와, 태양 전지의 하부에 마련된 절연성의 제1 보호층과, 태양 전지 상에 마련된 투명한 절연성의 제2 보호층과, 제2 보호층 상에 마련되며 제2 보호층 보다 높은 강도를 가지는 투명한 제3 보호층과, 태양 전지 및 제1 보호층 내지 제3 보호층의 측면을 둘러싸며 상기 제1보호층이 구비된 태양 전지의 하측을 개방하는 프레임을 각각 구비한 태양광 모듈;
태양광 모듈의 하부를 둘러싸도록 마련된 콘크리트층; 및
상기 콘크리트층 상부에 위치하고, 상기 프레임 내에 마련되되, 상기 제1보호층보다 하측에 위치하는 중공부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 프레임의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮도록 마련된 실런트(sealant)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제1항에 있어서,
상기 콘크리트층의 측면 및 하부를 둘러싸는 외부 프레임을 더 포함하되,
상기 외부 프레임은,
서로 이격된 복수의 격벽과, 상기 서로 이격된 복수의 격벽 사이에 채워진 절연성의 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제3항에 있어서,
상기 콘크리트층은 태양광 모듈의 측면에 대해서도 그 하측 부위를 둘러싸며,
상기 외부 프레임은 태양광 모듈의 측면 하측 부위를 둘러싼 콘크리트층의 상부도 함께 둘러싸는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제3항에 있어서,
상기 프레임의 상면을 모두 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계와, 최외곽 격벽의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계도 함께 덮도록 마련된 실런트(sealant)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 콘크리트층의 측면 및 하부를 둘러싸는 외부 프레임을 더 포함하되,
상기 외부 프레임은,
소수성 물질을 포함하는 하나 이상의 층으로 이루어는 복수의 격벽과, 상기 복수의 격벽 사이에 채워진 절연성의 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제8항에 있어서,
상기 콘크리트층은 태양광 모듈의 측면에 대해서도 그 하측 부위를 둘러싸며,
상기 외부 프레임은 태양광 모듈의 측면 하측 부위를 둘러싼 콘크리트층의 상부도 함께 둘러싸는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제9항에 있어서,
상기 프레임의 상면 모두를 덮도록 마련되되, 제3 보호층의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역과, 최외곽 격벽의 상면과 프레임의 상면 사이의 경계 영역도 함께 덮도록 마련된 실런트(sealant)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제3항에 있어서,
상기 격벽 각각은 수분 침투를 차단하거나, 수분 침투율을 줄이는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제5항 또는 제10항에 있어서,
상기 실런트는 절연성 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체. - 제12항에 있어서,
상기 실런트는 투명 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 구조체.
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