KR102485598B1 - 태양전지모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 태양전지를 포함하며, 외측면으로 태양빛을 제공받는 태양전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일 면적에 대하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지모듈에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 태양전지모듈은 일측이 내측면을 향하고, 타측이 외측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제1 태양전지 및 일측이 상기 제1 태양전지의 타측과 접하여 외측면을 향하고, 타측은 내측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제2 태양전지를 포함한다.

Description

태양전지모듈 {SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일 면적에 대하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지모듈에 관한 것이다.
태양광은 지구상에서 가장 풍부하고 고갈의 염려가 없는 에너지원이다.
태양으로부터 지표면에 공급되는 에너지는 청명한 날 1 제곱 미터당 1,000W의 전력 (AM1.5)이 지구상에 도달하고 있으며, 총량은 현재 인류가 사용하는 에너지 총량인 12 테라와트 (TW)의 약 10,000배에 해당하는 약 12만 TW이다.
이와 같이 태양광 에너지는 재생에너지 중에서도 가장 풍부한 자원으로서 미래에 지배적으로 사용될 수 있는 에너지원이 될 수 있음을 예상하고 있다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환하기 때문에 전통적인 화석연료를 연소하는 방법과 달리 찌꺼기나 공해물질을 생성하지 않는다.
즉, 태양광발전은 화석연료와 달리 지구온난화 주범으로 알려진 탄소배출이 전혀 없는 청정한 에너지 기술이기도 하다.
이와 같이 태양광 발전은 그 양이 무한하게 많고 청정하기 때문에 차세대 인류의 에너지 문제를 해결해 줄 수 있는 가장 확실한 방안으로 인식되고 있어 지금 세계적으로 그 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
이러한 태양광 발전을 위한 태양전지는 태양광을 받을 수 있는 면적에 비례하여 발전량이 결정되므로 태양전지의 설치를 위한 큰 면적을 반드시 필요로 한다.
하지만, 도심과 같이 이용 가능한 면적이 제한된 지역에서는 충분한 발전량을 확보할 수 없어 태양광 발전의 효과가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 넓은 면적에 태양전지를 설치하더라도, 태양의 움직임에 따라 태양광이 입사되는 각도가 변경되며, 이에 따라 태양광발전의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 태양의 움직임을 추적하여 이동하는 태양광발전 시스템이 개발되었으나, 이러한 시스템 역시 태양전지를 회전시키고, 인접한 태양전지간의 그림자 간섭을 해소하기 위하여 간격을 벌리는 등 넓은 면적을 필요로 하는 문제점이 있다.
한국특허문헌 출원번호 10-2008-0006523 (2008.01.22)
본 발명의 기술적 과제는, 배경기술에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 면적에 대하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양전지모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 태양전지모듈은 복수개의 태양전지를 포함하며, 외측면으로 태양빛을 제공받는 태양전지모듈로서, 일측이 내측면을 향하고, 타측이 외측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제1 태양전지 및 일측이 상기 제1 태양전지의 타측과 접하여 외측면을 향하고, 타측은 내측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제2 태양전지를 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 태양전지모듈은 상기 제1 태양전지 및 상기 제2 태양전지가 반복적으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 태양전지는 박막형 태양전지로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 복수개의 태양전지는 다결정 Si 태양전지로 형성될 수 있다.
상기한 구성에 의한 본 발명은 아래와 같은 효과를 기대할 수 있다.
먼저, 동일 면적에 대하여 태양전지의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 다양한 각도로 입사되는 태양광에 대응하여 효과적으로 발전효율을 유지할 수 있다.
그리고, 다양한 패턴의 배치를 통하여 태양전지의 심미감을 향상시킬 수 있다.
이러한 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 태양전지의 기울기에 따른 태양광의 입사면적 차이를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 태양전지 기울기에 따라 발전효율의 변화에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
아울러, 본 발명을 설명하는데 있어서, 전방/후방 또는 상측/하측과 같이 방향을 지시하는 용어들은 당업자가 본 발명을 명확하게 이해할 수 있도록 기재된 것들로서, 상대적인 방향을 지시하는 것이므로, 이로 인해 권리범위가 제한되지는 않는다고 할 것이다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본적인 구성에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 1은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 태양전지의 기울기에 따른 태양광의 입사면적 차이를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지모듈의 태양전지 기울기에 따라 발전효율의 변화에 대한 실험결과를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지모듈은 복수개의 태양전지를 포함하며, 외측면으로 태양빛을 제공받는 태양전지모듈일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 태양전지모듈은 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)를 포함할 수 있다.
제1 태양전지(100)는 일측이 내측면을 향하고, 타측이 외측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 구성일 수 있다.
제1 태양전지(100)는 일반적으로 태양광 발전을 할 수 있도록 소정의 면적을 가지는 태양전지로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 박막형 태양전지 및 다결정 Si 태양전지로 구성되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 구성은 제한되지 않고 태양광 발전을 수행할 수 있도록 마련된다면 다양한 구성이 적용될 수 있다.
한편, 제2 태양전지(200)는 일측이 전술한 제1 태양전지(100)의 타측과 접하여 외측면을 향하고, 타측은 내측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 구성일 수 있다.
제2 태양전지(200)는 전술한 제1 태양전지(100)와 마찬가지로 태양광 발전을 할 수 있도록 소정의 면적을 가지는 태양전지로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 박막형 태양전지 및 다결정 Si 태양전지로 구성되는 것이 유리할 수 있다.
또한, 이러한 구성 역시 제한되지 않고 태양광 발전을 수행할 수 있도록 마련된다면 다양한 구성이 적용될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 태양전지의 기본 구성에서 전술한 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)의 구성은 반복적으로 배치될 수 있다.
즉, 전술한 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)가 서로 인접하여 상호 대향되는 방향으로 기울어져 배치되고, 이러한 패턴이 반복적으로 연결되며 본 발명에 따른 태양전지를 구성할 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 태양전지의 단면상에서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)가 기울어지며 전체 태양전지가 주름진 형태로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 평판형의 태양전지에 수직으로 태양광이 입사되는 경우, 단면상에서 태양전지의 길이(A)에 따라 발전효율이 비례할 수 있다.
따라서, 태양전지를 θ만큼의 각도로 기울여 배치하는 경우, 단면상에서 태양전지의 길이(A)에 cos(θ)를 곱한만큼의 길이(A’)에 대한 발전효율이 낮아질 수 있다.
하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 실제로 태양전지를 θ만큼의 각도로 기울인 상태에서 cos(θ) 이상의 발전효율이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이러한 경우, 동일 면적에 대해서는 태양전지를 기울인 상태로 배치하는 것이 발전효율을 보다 향상시킬 수 있다.
따라서, 전술한 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)의 배치를 통하여 본 발명에 따른 태양전지모듈의 발전효율이 동일면적의 평판형 태양전지에 비해 상대적으로 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 태양전지의 기본 구성에서는 단면상에서 일측으로부터 타측을 향하는 방향으로 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)가 서로 대향되는 방향으로 기울어지도록 배치되는 상태를 설명하였으며, 이러한 기본 구성은 전체 태양전지모듈의 가로 및 세로에 모두 적용될 수 있다.
즉, 전체 태양전지모듈 면적의 가로 및 세로 방향 모두에서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)가 서로 대향되는 방향으로 기울어지도록 배치될 수 있다.
이러한 구성에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 태양전지모듈의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 도 4는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제1 실시예를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제1 실시예는 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)는 전술한 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본 구성의 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)와 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)는 평행사변형 형태의 사각형태로 형성될 수 있다.
이때, 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)는 각각 서로 반전되는 형태의 평행사변형으로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
전후좌우를 기준으로, 제1 태양전지(100)의 전측으로부터 후측을 향하여 상방으로 기울어지는 형태로 배치되고, 제2 태양전지(200)의 전측이 전술한 제1 태양전지(100)의 후측에 접하여 하방으로 기울어지는 형태로 배치될 수 있다.
이와 동시에, 또 다른 제2 태양전지(210)가 제1 태양전지(100)의 우측에 접하여 전측으로부터 후측을 향하여 상방으로 기울어지는 형태로 배치되고, 또 다른 제1 태양전지(110)가 제2 태양전지(210)의 우측 및 또 다른 제2 태양전지(210)의 후측에 접하며 하방으로 기울어지는 형태로 배치될 수 있다.
이와 같이 형성되는 구성을 반복적으로 결합하여 본 실시예와 같은 형태의 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
이와 같은 형태는 본 발명에 따른 전체 태양전지모듈의 세로 및 가로방향으로 단면을 보았을 때, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본 구성과 같이 주름진 형태로 태양전지가 배치될 수 있다.
따라서, 동일 면적에 대하여 발전효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 제2 실시예는 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)를 포함할 수 있다.
여기서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)는 전술한 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본 구성의 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)와 동일한 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에서 제1 태양전지(100) 및 제2 태양전지(200)는 삼각형의 형태로 형성될 수 있다.
전후좌우를 기준으로, 삼각형 형태의 제1 태양전지(100)의 일측 선분이 전측에 배치되고, 타측의 꼭지점이 후측을 향하여 하방으로 기울어지는 형태로 배치되고, 삼각형 형태의 제2 태양전지(200)의 일측 꼭지점이 전술한 제1 태양전지(100)의 후측 꼭지점에 접하며 타측 선분이 상방으로 기울어지는 형태로 배치될 수 있다.
이와 동시에, 삼각형 형태의 또 다른 제1 태양전지(110)의 일측 선분이 좌측에 배치되고, 타측의 꼭지점이 우측을 향하여 하방으로 기울어지는 형태로 배치되고, 삼각형 형태의 또 다른 제2 태양전지(210)의 일측 꼭지점이 전술한 또 다른 제1 태양전지(110)의 우측 꼭지점에 접하며 타측 선분이 상방으로 기울어지는 형태로 배치될 수 있다.
즉, 두 개의 제1 태양전지(100) 및 두 개의 제2 태양전지(200)를 조합하여 사각뿔 모양의 함몰된 형태로 배치할 수 있다.
이와 같이 형성되는 구성을 반복적으로 결합하여 본 실시예와 같은 형태의 태양전지모듈을 형성할 수 있다.
이와 같은 형태는 본 발명에 따른 전체 태양전지모듈의 세로 및 가로방향으로 단면을 보았을 때, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본 구성과 같이 주름진 형태로 태양전지가 배치될 수 있다.
따라서, 동일 면적에 대하여 발전효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 태양전지모듈의 태양전지 배치 형태는 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명에 따른 태양전지모듈의 기본 구성과 같이 복수개의 태양전지가 기울어지며 배치되도록 형성된다면 다양하게 구성될 수 있다.
전술한 구성과 같은 본 발명에 따른 태양전지모듈은 박막형 태양전지 및 다결정 Si 태양전지에 적용되는 것이 유리할 수 있다.
박막형 태양전지 및 다결정 Si 태양전지는 내부에 결정 결함이 많아 전자의 재결합과정에서 손실이 발생하여 발전효율이 낮아지는데, 전술한 배치구조를 통하여 발전효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지모듈은 기본적으로 동일면적에 대한 발전효율이 높을 뿐만 아니라, 태양전지가 경사를 가지며 배치되므로, 다양한 각도로 입사되는 태양광에 대응하여 발전효율을 효과적으로 유지하는 효과도 얻을 수 있다.
즉, 경사지게 배치된 태양전지의 배치로 인하여 다양한 각도로 입사되는 태양광의 반사를 줄여 발전효율을 유지할 수 있다.
그리고, 태양전지를 기울여 배치하는 과정에서 다양한 패턴의 태양전지모듈을 조합할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 태양전지모듈의 실시예와 같이, 기울어진 태양전지의 조합은 일정한 패턴을 형성하여, 평판형의 태양전지모듈에 비하여 상대적으로 높은 심미감을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈을 부착 또는 설치하는 장소에 대한 제약이 크게 줄어들어 범용성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 효과들로 인하여 본 발명에 따른 태양전지모듈은 건물의 외벽 또는 지붕 등 도심 내에서 제한적인 공간에 설치되어 높은 발전효율을 달성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100 : 제1 태양전지
200 : 제2 태양전지

Claims (4)

  1. 박막형 태양전지 또는 다결정 Si 태양전지 복수개로 구성되어 외측면으로 태양빛을 제공받는 태양전지모듈에 있어서,
    일측이 내측면을 향하고, 타측이 외측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제1 태양전지(100); 및
    일측이 상기 제1 태양전지(100)의 타측과 접하여 외측면을 향하고, 타측은 내측면을 향하여 기울어지도록 배치되는 제2 태양전지(200);를 포함하며,
    상기 제1 태양전지(100) 및 상기 제2 태양전지(200)는
    삼각형 형태의 평면 형상으로 형성되어 전후좌우를 기준으로 제1태양전지(100)의 일측 선분이 전측에 배치되며, 타측의 꼭지점이 후측을 향하여 하방으로 기울어지는 형태로 배치되고, 제2태양전지(200)의 일측 꼭지점이 상기 제1태양전지(100)의 후측 꼭지점에 접하며 타측 선분이 상방으로 기울어지는 형태로 배치되며,
    또 다른 제1 태양전지(110)의 일측 선분이 좌측에 배치되고, 타측의 꼭지점이 우측을 향하여 하방으로 기울어지는 형태로 배치되며, 또 다른 제2 태양전지(210)의 일측 꼭지점이 상기 또 다른 제1 태양전지(110)의 우측 꼭지점에 접하며 타측 선분이 상방으로 기울어지는 형태로 배치되어, 두 개의 제1 태양전지(100, 110) 및 두 개의 제2 태양전지(200, 210)가 사각뿔 모양으로 배치되며, 상기와 같은 배치를 반복 형성하여 전체적으로 복수의 사각뿔과 사각뿔 사이의 함몰공간이 반복되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.

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  3. 삭제
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