KR102508961B1 - 태양광 접속함 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
태양광 접속함 및 그 제조방법에 관하여 개시한다. 본 발명은, 태양광 접속함 케이스; 상기 태양광 접속함 케이스에 연결된 속판과 대면하여 접착되는 특정 재질로 코팅된 부스바; 및 방열성과 내구성 향상, 안전사고 방지를 위하여 보다 효율적으로 기능하는 재질로 코팅된 상기 부스바로부터 발생되는 열을 태양광 접속함케이스의 외부로 방출시키기 위하여 상기 태양광 접속함 케이스에 연결된 속판으로 전도하는 열전도층;을 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 접속함의 방열성과 내구성을 향상시키고 화재 발생을 억제하여 안전하게 사용할 수 있는 태양광 접속함 및 그 제조방법에 관한 것이다.
태양광 발전시스템은 태양 빛을 전기로 바꾸어 주는 태양전지(solar cell)를 기반으로 전력을 생산하기 위한 것으로, 태양전지모듈로부터 발전된 직류전력이 케이블을 통해 태양광 접속함 내부로 인입되어 터미널 단자대를 거친 후 스트링별로 분기되어 전력용 퓨즈, 다이오드를 통과한 후 부스바에 각각 통합되어 배선용 차단기를 거친 후 외부에 설치된 인버터로 공급되는 구조이며, 이들 중에서 태양광 접속반은 인버터를 보호하고 태양전지모듈 간 충돌을 방지하고 보호하는 역할을 한다. 태양광 발전시스템에서 태양광 접속반을 비롯한 태양광 발전 설비는 주로 옥외에 설치되며, 태양광 접속반에는 내부 기기의 단자를 다양하게 서로 연결시키는 동(Cu) 또는 알루미늄계(Al) 재질의 부스바(bus-bar)가 설치되고 있다.
그런데, 태양광 접속함의 구성 부품으로 적용되고 있는 기존의 부스바는 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되거나 수상이나 해안가에 설치되는 경우도 많으므로 외부 불순물에 쉽게 오염될 가능성이 있고, 특히 해양 주변 공간에 설치되는 경우 대기 중 염분에 의해 부식 가능성이 있으며, 접속불량 등으로 인한 아크 발생에 의해 화재의 위험에 노출되는 등 기능 이상으로 발전될 수 있고, 정격전류가 통전될 때 발생하는 열에 의한 온도상승으로 안전사고를 일으키고 있으며, 설치 조건에 따라 사용연한을 충족시키지 못하고 있다.
그리고, 부스바의 재료로 사용되는 통상의 알루미늄의 경우 구리보다 가격이 저렴한 장점은 있으나 전기전도도가 좋지 않아 통전 시 온도가 상승되는 문제가 있고, 구리 부스바의 경우 중량이 무거운 관계로 배전반 내에 설치할 때 사고 발생률이 높고, 작업이 용이하지 않은 문제가 있다.
한편, 염해 내성이 강한 태양광 분전반에 관련된 기존 기술로서 국내 등록특허공보 제10-1985315호에는 분전반 함체, 부스바, 퓨즈 및 차단기의 표면에 내부식성을 개선하여 부식으로 인한 화재의 위험을 최소화하고, 내구연한을 연장할 수 있는 제안이 개시되어 있다. 상기 기술은 복잡한 다수층 코팅의 복잡한 작업을 필요로 하는 문제와 오염을 방지하면서 전도율을 향상시켜 접속저항을 낮추고 온도상승을 낮추는 것으로 제안되어 있으나 여전히 보완이 필요한 실정이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되고 수상이나 해상에 설치되는 경우 외부 불순물에 오염되는 문제를 해결하는 태양광 접속함을 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 해양 주변 공간에 설치되는 경우 대기 중 염분에 의해 부식이 발생되어 접속불량으로 인한 아크 발생에 의해 화재 위험에 대비할 수 있는 태양광 접속함을 제공하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 태양광발전모듈로부터 정격전류가 통전될 때 발생하는 열에 의해 온도가 급격히 상승되어 태양광 접속함의 내부 화재나 안전사고를 일으키는 문제를 해결하는데 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 수상이나 해상에 태양광발전모듈을 설치하는 경우 염분에 의해 부스바가 부식되는 문제를 해결하여 사용연한을 연장하는 고신뢰성의 태양광 접속함을 제공하는데 있다.
상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 태양광 접속함의 케이스; 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 대면하면서 접착되는 부스바; 및 상기 부스바를 상기 태양광 접속함의 케이스에 접착시켜 상기 부스바로부터 발생되는 열을 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판으로 전도하는 열전도층;을 포함하는 태양광 접속함으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 태양광 접속함의 케이스 표면적을 크게 하는 돌출부 또는 열교환 핀 중에서 선택된 어느 하나 또는 돌출부와 열교환 핀이 복합되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판은 상기 부스바가 접착되는 표면을 포함하며, 상기 표면은 상기 열전도층을 형성하는 접착제의 주입을 유도하여 경화시키기 위해 소정의 깊이로 파여진 홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 홀은 열전도층을 형성하는 접착제의 주입을 유도하는 아우터 홀 및 상기 아우터 홀을 통해 접착제를 주입 침투시켜 부스바를 면대면으로 접착시키기 위해 상기 아우터 홀로부터 연장되어 공간 넓이가 상기 아우터 홀에 비해 더 넓게 확장된 인너 홀;을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 부스바의 표면에는 방열성을 보다 향상시키는 코팅재가 도포될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코팅재는 조성물 총 중량에 대해 산화 그래핀 20 내지 30중량%, 알루미나, 티타니아, 지르코니아를 포함하는 복합 세라믹 5 내지 10중량%, 콜로이드 실리카 50 내지 70중량%, 분산제 4 내지 7중량% 및 커플링제 1 내지 3중량%로 조성하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 목적들은, 본 발명에 따르면, 사전 계획된 태양광 접속함의 설계 규격에 따라 부스바를 제조하는 단계; 태양광 접속함의 케이스와 이와 연결된 속판에 히트 싱크 기능을 하도록 제조하는 단계; 상기 부스바로부터 발생되는 열을 상기 태양광 접속함의 케이스에 전도하여 방열시키도록 상기 케이스에 연결된 속판과 부스바 사이에 열전도층을 형성하는 단계; 및 상기 단계로부터 형성된 열전도층에 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 대면하도록 부스바를 상기 케이스에 연결된 속판의 표면에 접착하는 단계;를 포함하는 태양광 접속함의 제조방법으로부터 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 부스바의 제조 단계는, 주조 성형된 부스바를 압연이 가능하도록 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 가열된 상태의 부스바를 압연하여 가공하는 압연단계; 상기 압연단계를 거친 부스바 표면에 생성되는 산화피막을 제거하고 표면을 처리하는 표면처리단계; 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 폭과 너비로 부스바를 절단하고 인발다이스를 통과시켜 정해진 규격 단면 형상을 갖추도록 성형하는 인발단계; 및 상기 인발단계를 거친 후 부스바 표면에 전도성 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코팅재 도포단계는, 상기 인발단계를 거친 부스바의 표면에 프레스 가공으로 연속 또는 불연속으로 이루어지는 홈 형상의 스크래치를 형성하는 표면처리단계; 상기 표면처리단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 코팅단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 코팅단계를 거친 부스바를 인발 다이스에서 인발하는 인발단계; 상기 인발단계를 거친 부스바를 80~100℃ 내외의 온도 분위기로 설정된 오븐에 투입하여 1시간 내외로 가열하는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 부스바를 10~15℃ 수조에 담아 10분 내외로 냉각하는 냉각단계; 및 상기 냉각단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 후처리 코팅단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은, 태양광 접속함의 시설 특성 상 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되고 수상이나 해상(해안)에 설치되는 경우 외부 불순물에 오염되는 문제를 태양광 접속함의 구조 변경을 통해 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 해양 주변 공간에 태양광 접속함을 설치하는 경우 대기 중 염분에 의해 부식이 발생되어 접속불량으로 인한 아크 발생에 의해 화재 위험에 효과적으로 대비할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 태양광발전모듈로부터 직류전력이 통전될 때 발생하는 열에 의해 온도가 급격히 상승되어 태양광 접속함의 내부에 화재나 안전 사고가 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 수상이나 해상에 태양광 접속함을 설치하는 경우 부스바가 염분에 의해 쉽게 부식되어 사용연한을 충족시키지 못하고 잦은 교체와 유지보수를 필요로하여 설비 관리 비용을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 제품 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일시시예에 따른 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 실제품 사진의 예시이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 부스바 사이에 형성되는 열전도층의 층 구조를 나타낸 예시이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판의 접착하는 부수바 표면의 홀 구조를 나타낸 예시이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판의 표면에 부스바를 접착하기 위한 표면 홀 구조를 나타낸 예시이다.
도 2는 본 발명의 일시시예에 따른 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 실제품 사진의 예시이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 부스바 사이에 형성되는 열전도층의 층 구조를 나타낸 예시이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판의 접착하는 부수바 표면의 홀 구조를 나타낸 예시이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판의 표면에 부스바를 접착하기 위한 표면 홀 구조를 나타낸 예시이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 '태양광 접속함 및 그 제조방법 그리고 코팅재'를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 제품 계통도이다. 도 2는 본 발명의 일시시예에 따른 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 실제품 사진의 예시이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 발전시스템의 경우 태양전지모듈로부터 발전된 직류전력을 케이블을 통해 태양광 접속함(100) 내부로 인입되도록 되어 있다.
태양광 접속함(100)은 박스형 케이스와 이에 연결된 속판(101)에 구성되는 부스바(200)를 포함하는 실장 부품들을 안전하게 보호하도록 되어 있다.
여기서, 미설명 부호 110은 '터미널 단자대'이다. 120은 발전 전압량을 측정하고 측정결과를 시각적으로 보여주는 '전압계'이고, 130은 발전 전류량을 측정하고 측정결과를 시각적으로 보여주는 '전류계'이다. 140은 DC 퓨즈가 설치된 '퓨즈홀더들'이다. 150은 과전압을 차단하는 '과전압 차단기'일 수 있다.
도 1 및 도 2에도시된 바와 같이, 태양전지모듈(미도시)로부터 발전되어 태양광 접속함(100) 내부로 인입되는 직류전력은 터미널 단자대(110)를 거친 후 스트링별로 분기되어 전력용 퓨즈, 다이오드를 통과한 후 부스바(200)에 각각 통합되어 배선용 차단기를 거친 후 외부에 설치된 인버터(미도시)로 공급되도록 되어 있다. 여기서, 태양광 접속함은 인버터를 보호하고 태양전지모듈 간 충돌을 방지하고 보호하는 역할을 하게 된다.
그리고, 태양광 접속함(100) 내부에 실장형으로 배치되는 부스바(200)는 태양광 접속함(100) 내부로 인입되는 직류 전류가 모아진 대전류를 양극 및 음극에 공급하는 도체의 역할을 하게 되는데 충분한 단면적, 치수나 배치 유형 등을 사전 계획에 따라 설계하여 제조하도록 되어 있다.
그러나, 태양광 발전시스템의 설비 및 시설 특성 상 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되거나 수상이나 해안가에 설치되는 경우가 많으므로 부스바는 구조적으로 외부 불순물에 쉽게 오염될 가능성이 있고, 특히 해양 주변 공간에 설치되는 경우 대기 중 염분에 의해 부식 가능성이 있으며, 접속불량 등으로 인한 아크 발생에 의해 화재의 위험에 노출되는 등 제기능 이상을 일으킬 수 있고, 정격전류가 통전될 때 발생하는 열에 의한 온도상승으로 안전사고를 일으키고 있으며, 설치 조건에 따라 사용연한을 충족시키지 못하고 있다.
이렇게, 일반적인 구리나 알루미늄을 모재로 제조되어 태양광 접속함에 설치되는 부스바의 제기능 이상 또는 다양한 결함의 문제들은 일반적인 제조방법으로 해결하기 어렵다.
일반적으로 태양광 접속함에 적용되는 부스바의 과정은 구리 또는 알루미늄을 모재로 사용하여 압연이 가능하도록 판형 상의 부스바로 주조하는 부스바의 성형단계; 상기 부스바의 성형단계에서 주조된 부스바를 압연이 가능하도록 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 가열된 상태의 부스바를 압연하여 가공하는 압연단계; 상기 압연단계를 거친 부스바 표면에 생성되는 산화피막을 제거하고 표면을 처리하는 표면처리단계; 상기 표면처리단계를 통해 산화피막을 제거한 부스바를 냉각된 상태에서 압연하는 냉각압연단계; 상기 냉각압연단계를 통해 2차로 압연된 부스바를 가열하여 열처리하는 열처리단계; 상기 열처리단계에서 가열된 부스바를 의도하는 두께로 가공하는 제1 가공처리단계; 상기 제1 가공처리단계에서 소정의 두께로 압연된 부스바를 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 폭과 너비로 절단하는 제2 가공처리단계; 상기 제2 가공처리단계에서 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 폭과 너비로 절단된 부스바를 인발다이스를 통과시켜 단면 형상을 갖추도록 성형하는 인발단계; 상기 인발단계를 통해 사전 계획된 태양광 접속함에 사용 가능한 규격 단면을 형성하고, 성형된 부스바의 비틀림 상태와 굽힘변형을 반복적으로 체크하여 사용가능한 양품과 사용 불가능한 불량품의 여부를 검사하여 분류하는 분류처리 단계; 및 상기 분류처리 단계에서 양품으로 분류된 부스바를 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 길이로 절단하여 공급하는 단계;로 제조될 수 있다.
이렇게 구리 또는 알루미늄을 모재로 사용하여 제조되는 기존의 태양광 접속함의 부스바는 시설 특성항 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되고 수상이나 해안가에 설치되는 경우 외부 불순물에 쉽게 오염되는 문제가 있다.
또한, 해양 주변 공간에 설치되는 경우 대기 중 염분에 의해 부식이 발생되어 접속불량으로 인한 아크 발생에 의해 화재 위험에 대비하기 어려운 문제가 있다.
또한, 태양광발전모듈로부터 정격전류(직류전력)가 통전될 때 발생하는 열에 의해 온도가 급격히 상승되어 태양광 접속함의 내부 화재나 안전사고를 일으키는 문제가 있다.
또한, 수상이나 해상에 설치되는 경우 부스바는 염분에 의해 쉽게 부식되어 사용연한을 충족시키지 못하고 잦은 교체와 유지보수를 필요로하여 설비 관리 비용을 증가시키는 문제가 있다.
이에 따라, 본 발명에서는, 태양광 발전시스템을 구성하는 태양광 접속함의 부스바를 제조하는데 있어서, 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되고 수상이나 해상(해안)에 설치되는 경우 외부 불순물에 오염되는 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 부스바를 구비한 태양광 접속함을 제시한다.
또한, 본 발명에서는, 해양 주변 공간에 설치되는 경우 대기 중 염분에 의해 부식이 발생되어 접속불량으로 인한 아크 발생에 의해 화재 위험에 대비할 수 있는 부스바를 구비한 태양광 접속함을 제시한다.
또한, 본 발명에서는, 태양광발전모듈로부터 정격전류(직류전력)가 통전될 때 발생하는 열에 의해 온도가 급격히 상승되어 태양광 접속함의 내부 화재나 안전사고를 일으키는 문제를 해결할 수 있는 부스바를 구비한 태양광 접속함을 제시한다.
또한, 본 발명에서는, 수상이나 해상에 설치되는 경우 염분에 의해 쉽게 부식되어 사용연한을 충족시키지 못하고 잦은 교체와 유지보수를 필요로 하여 설비 관리 비용을 증가시키는 문제를 해결할 수 있는 부스바를 구비한 태양광 접속함을 제시한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 접속함을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은 케이스와 이와 연결된 속판(101)이 히트 싱크의 기능을 하도록 구성될 수 있다.
그리고, 부스바(200)는 태양광 접속함(100) 케이스와 연결된 속판(101)에 대면하면서 접착하여 구성될 수 있다.
그리고, 부스바(200)를 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101)에 접착시켜 부스바(200)로부터 발생되는 열을 상기 태양광 접속함(100)의 케이스로 방출하기 위하여 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)과 부스바(200) 사이를 열전도층(300)으로 형성하여 구성될 수 있다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스와 이에 연결된 속판은 표면적을 크게 하는 돌출부 또는 열교환 핀 중에서 선택된 어느 하나 또는 돌출부와 열교환 핀을 형성하여 부스바(200)에 대한 냉각과 방열성 높이도록 구성될 수 있다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)은 부스바(200)가 접착되는 표면(102)을 포함하며, 표면(102)은 상기 열전도층(300)을 형성하는 접착제의 주입을 유도하여 경화시키기 위해 소정의 깊이로 파여진 홀을 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101)에 형성되는 홀은, 열전도층(300)을 형성하는 접착제의 주입을 유도하는 아우터 홀(103) 및 상기 아우터 홀(103)을 통해 접착제를 주입 침투시켜 부스바(200)를 면대면으로 접착시키기 위해 상기 아우터 홀(103)로부터 연장되어 공간 넓이가 상기 아우터 홀(103)에 비해 더 넓게 확장된 인너 홀(104)을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 부스바(200)의 표면에는 방열성을 향상시키는 코팅재를 도포하여 구성될 수 있다.
또한, 부스바(200)의 표면에 방열성을 향상시키는 코팅재로는 코팅재 조성물 총 중량에 대해 산화 그래핀 20 내지 30중량%, 알루미나, 티타니아, 지르코니아를 포함하는 복합 세라믹 5 내지 10중량%, 콜로이드 실리카 50 내지 70중량%, 분산제 4 내지 7중량% 및 커플링제 1 내지 3중량%로 조성된 것을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 '태양광 접속함의 제조방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사전 계획된 태양광 접속함의 설계 규격에 따라 부스바를 제조한다.
그리고, 태양광 접속함의 케이스와 이와 연결된 속판을 히트 싱크 기능을 하도록 제조한다.
예를 들면, 태양광 접속함이 동일한 부피 조건에서 태양광 접속함(100)의 케이스와 이와 연결된 속판(101)은 표면적을 크게 하는 돌출부 또는 열교환 핀 중에서 선택된 어느 하나 또는 돌출부와 열교환 핀을 형성하여 외부 공기 접촉면을 증가시키는 케이스를 통해 부스바(200)로부터 전도되는 열을 냉각시켜 방열성 높이도록 태양광 접속함의 케이스와 이와 연결된 속판(101)를 제조할 수 있다.
그리고, 부스바(200)로부터 발생되는 열을 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판(101)에 전도하여 케이스를 통하여 방열시키도록 케이스에 연결된 속판(101)과 부스바(200) 사이에 열전도층(300)을 형성한다.
그리고, 상기 단계로부터 형성된 열전도층(300)에 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판(101)과 대면하는 부스바(200)를 상기 케이스에 연결된 속판(101)의 표면에 접착하여 태양광 접속함을 제조한다.
또한, 부스바의 제조 단계는, 주조 성형된 부스바를 압연이 가능하도록 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 가열된 상태의 부스바를 압연하여 가공하는 압연단계; 상기 압연단계를 거친 부스바 표면에 생성되는 산화피막을 제거하고 표면을 처리하는 표면처리단계; 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 폭과 너비로 부스바를 절단하고 인발다이스를 통과시켜 정해진 규격 단면 형상을 갖추도록 성형하는 인발단계; 및 상기 인발단계를 거친 후 부스바 표면에 전도성 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계;를 포함할 수 있다.
또한, 코팅재 도포단계는, 상기 인발단계를 거친 부스바의 표면에 프레스 가공으로 연속 또는 불연속으로 이루어지는 홈 형상의 스크래치를 형성하는 표면처리단계; 상기 표면처리단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 코팅단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 부스바의 표면에 프레스 가공으로 연속 또는 불연속으로 이루어지는 홈 형상의 스크래치를 형성하는 경우, 코팅재를 구성하는 미세 입자들이 부스바 표면 스크래치 홈에 스며들어 고착될 수 있으므로 코팅재의 박리 이탈 현상을 효과적으로 줄여줄 수 있게된다.
또한, 상기 코팅단계는 부스바를 인발 다이스에서 인발하는 인발단계; 상기 인발단계를 거친 부스바를 80~100℃ 내외의 온도 분위기로 설정된 오븐에 투입하여 1시간 내외로 가열하는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 부스바를 10~15℃ 수조에 담아 10분 내외로 냉각하는 냉각단계; 및 상기 냉각단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 후처리 코팅단계;를 포함할 수 있다.
이렇게, 인발-가열-냉각-후처리 코팅 공정을 차례대로 수행하는 경우, 부스바는 물성적으로 팽창과 수축 풀림과 냉각을 반복적으로 거치게 되고, 이 과정에서 최종적으로 도포되는 코팅재는 부스바의 입자 조직에 깊숙히 침투되어 박리 이탈 없이 안정되고 견고하면서도 균일한 상태의 코팅면을 형성한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 접속함을 구성하는 부스바의 표면 코팅재로는, 고팅재 조성물 총 중량에 대해 산화 그래핀 20 내지 30중량%, 알루미나, 티타니아, 지르코니아를 포함하는 복합 세라믹 5 내지 10중량%, 콜로이드 실리카 50 내지 70중량%, 분산제 4 내지 7중량% 및 커플링제 1 내지 3중량%로 조성하여 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 산화 그래핀의 제조는 그라파이트를 이소프로필알코올에 첨가하고 교반하여 산화반응을 유도하고 물을 첨가하여 산화 그래핀 졸 용액을 수득하는 것으로 제조될 수 있다.
그리고, 복합 세라믹 분말의 제조는 알루미나, 티타니아 및 지르코니아를 포함하여 복합 세라믹 분말로 제조될 수 있다. 예를 들면, 알루미늄 이소프로폭사이드를 이소프로필 알코올에 첨가하고, 티타늄 이소프로폭사이드를 이소프로필 알코올에 첨가하고, 지르코늄 프로폭사이드를 n-프로필알코올에 첨가하여 용해시킨다. 이렇게 제조된 알루미늄 이소프로폭사이드 용액, 티타늄 이소프로폭사이드 용액 및 지르코늄 프로폭사이드 용액을 혼합한 후 혼합 용액에 물을 첨가하고, 교반하여 겔화를 유도하여 제조될 수 있다.
겔화된 혼합 용액에 질산을 첨가하여 pH를 조정하고, 전기로에서 소성하여 10~20nm의 평균 입경을 갖는 다성분계 복합 세라믹 분말을 수득하는 것으로 제조될 수 있다.
그리고, 초고온 내열성 및 고 내식성 코팅재의 제조는 콜로이드 실리카 용액 과 물을 혼합 교반하여 가수분해를 진행시키고, 가수분해 중인 용액에 이소프로필알코올을 첨가하여 가수분해를 가속화하여 실리카 졸(silica-sol)을 제조한다.
이후 제조된 실리카 졸에 대하여 제조된 복합 세라믹 분말을 혼합하여 분산시키고, 이와는 별도로 분산제로서 질산(HNO3)과 암모니아수(NH4OH)를 혼합한 용액을 준비하여, 상기 실리카 졸 코팅 용액의 안정화를 위하여, 상기 가수분해 교반 과정 중인 실리카 졸 코팅 용액에 대하여, 앞서 준비된 분산제를 첨가한다. 이어서, 실란 커플링제로서 아미노프로필트레톡시실란(APS)을 첨가하고, 교반하여 부스바의 표면을 코팅하는 코팅액을 제조할 수 있다.
이렇게 제조되는 코팅재는 양호한 광택도, 6H 이상의 높은 연필경도와 0.2Ω 이하의 우수한 전기전도성을 나타냈으며, 특히 열전도성이 145W/m·K 이상으로 매우 높았으며, 부착성, 내열성 및 내화학성이 우수하고, 양호한 정전기 차폐효과를 나타내었다.
또한, 복합 세라믹 코팅재와 산화 그래핀을 결합시킨 코팅재는 물리적, 내화학적 특성이 뛰어나고, 특히 열전도성 및 전기전도성이 뛰어나 부스바의 표면 박막 코팅층을 효과적으로 형성할 수 있었다.
복합 세라믹 코팅재와 산화 그래핀의 결합에 의하여 전기저항성이 낮고 열전도율이 높은 박막층을 형성하게 되는 것은 세라믹 코팅재와 그래핀이 분리 합성되는 과정에서 하나로 묶이고 산화물은 표층으로 분리되어 순수 그래핀 함량이 높아지기 때문인 것으로 정전기 차폐성능은 그래핀 함량 증가에 따라 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
특히 부스바의 표면을 상기와 같은 방법으로 제조된 코팅재로 코팅층을 형성하는 경우, 부스바에 정전기 차폐성능을 부여할 수 있으며, 미세 먼지 및 오염물등의 접촉에 의한 부스바의 아크 발생을 효과적으로 억제할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 접속함을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 부스바 사이에 형성되는 열전도층의 층 구조를 나타낸 예시이다.
도 3을 참조하면, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)과 면대 면으로 대면하도록 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101) 사이를 열전도층(300)으로 형성하여 접착한 상태이다. 여기서, 태양광 접속함(100)의 케이스와 이에 연결된 속판(101)은 태양광 접속함(100)을 구성하는 각종 실장 부품들을 보호하고, 부스바(200)로부터 발생되는 열을 외부로 방열하는 히트 싱크로 기능하도록 구성될 수 있다.
즉 태양광 접속함(100)의 케이스와 이와 연결된 속판(101)은 부스바(200)와 대면하여 부스바(200)로부터 발생되는 열을 방열하는 부분이 된다. 이를 위하여 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)은 알루미늄 재료를 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 구리, 스테인리스(stainless steel), 은, 니켈, 티탄, 철 등의 금속계 재료, 또는 그래파이트(graphite), 알루미나(alumina), 질화알루미늄(aluminium), 산화지르코늄 등의 무기계 재료(inorganic material), 또는 이들의 복합재료(composite material)를 이용해도 좋다.
태양광 접속함(100)의 케이스와 이에 연결된 속판(101)의 형상은 가능하다면 표면적을 크게 하는 돌출부, 열교환 핀 등의 형상을 포함하여 성형될 수 있다.
열전도층(300)은, 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 면대 면으로 접착 지지할 수 있다. 그리고, 열전도층(300)은 열전도체를 구성 성분으로 가질 수 있다.
열전도층(300)에 의해 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 접착되는 부스바(200), 또는 태양광 접속함(100)의 케이스와 이에 연결된 속판(101)은 열전도층(300)을 기준으로 긴시간 사용에 의한 점착력의 약화, 열화에 의한 와해, 또는 충격에 의한 박리 등을 감안하여 열전도층(300)을 이루는 접착제가 침투하여 경화되는 지지부를 포함하도록 구성될 수 있다.
열전도층(300)은, 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 이루어지는 열전도성 접착제와, 열전도체로서 열전도성 접착제에 함침된 11 내지 14중량%의 필러를 포함하여 구성될 수 있다.
열전도층(300)을 형성하는 에폭시 레진은, 비스페놀 A(bisphenol A)와 에피클로로히드린(epichlorohydrin)의 축합 중합에 의해서 합성될 수 있다. 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 비를 조절하면 다양한 종류의 분자량을 가진 에폭시 수지를 제조할 수 있다.
에폭시 레진은 경화제와 반응하여 경화 후 가교 결합을 한 3차원적 고분자 구조를 만들어 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101) 사이에서 강력한 접착성을 나타낸다. 열전도층(300)에서 에폭시 레진의 함량이 55중량% 이하이면, 접착력이 낮아지고, 70중량% 이상이면, 파괴에 대한 저항도(인성)가 낮아질 수 있다. 열전도층(300)에서 에폭시 레진 55 내지 70중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
열전도층(300)을 형성하는 아크릴 레진은, 아크릴산, 메타크릴산 및 이것들의 유도체인 아크릴 아미드, 아크릴로니트릴 등의 중합체를 포함하는 고분자 화합물로서, 서로 다른 성질을 가지는 에폭시 레진과 공중합물로 될 때 에폭시 레진의 물성을 보완할 수 있다.
열전도층(300)에서 아크릴 레진의 함량이 15중량% 이하이면, 에폭시 레진의 물성에 영향을 거의 미치지 못하고, 25중량% 이상이면, 인성이 높아질 수 있으나 에폭시 레진의 물성을 급격히 떨어뜨려 접착력이 약화될 수 있다. 열전도층(300)에서 아크릴 레진 15 내지 25중량%의 함량은 접착력과 인성을 감안한 범위이다.
경화제로는, 에피클로로히드린을 반응시켜 얻어지는 프레폴리머에 아민, 산무수물, 삼플루오르화 붕소 등에서 선택된 1종 또는 1종 이상을 배합하여 얻어진 경화제를 사용할 수 있다. 이 경화제를 액상의 에폭시/아크릴 레진에 반응시켜 경화할 수 있다. 열전도층(300)에서 경화제가 4중량% 이하이면 경화시간의 지연, 6중량% 이상이면 경화시간의 단축으로, 안정화된 경화상태에 도달할 수 없다. 4 내지 6중량%의 경화제 함량은 액상의 에폭시/아크릴 레진의 경화반응 시간을 조절하여 경화상태를 안정화시킬 수 있는 함량일 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은, 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 사이를 별도의 나사로 체결하는 부착물 설치 작업 없이, 제조 과정에서 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 부스바(200)를 방열을 위해 열전도층(300)으로 접착하여 일체화시키는 방열형 태양광 접속함(100)으로 제품화될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은, 부스바(200)의 표면으로부터 집중적으로 발생되는 열을 열전도층(300)을 통해 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)을 통하여 케이스로 효율적으로 전도하여 외부로 방출할 수 있다.
열전도층(300)은 열 전달 재료로 선택되는 TIM 시트 및 판, 서멀 그리스 또는 서멀 컴파운드, HTP(heat transfer paste) 등의 열전도성 페이스트에 비해 박리 강도와 점착력 및 내전압 특성 등을 자유롭게 조절하여 적용할 수 있는 유리한 물성을 가지며, 열전도율을 조정하여 적용할 수 있으므로, 점착력의 저하나 박리 이탈 등의 문제가 없고 견고한 점착력으로 긴 시간 동안 열 저항 상승 없이 안정적인 열전도 상태를 지속시킨다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은, 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101)을 부스바(200)와 면대 면으로 설치하는데 있어서 부스바(200) 및 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101) 무게를 고려하여 열전도층(300)의 점착력을 사전에 조정하여 견고한 태양광 접속함(100)으로 제품화될 수 있으므로 완제품 상태에서 태양광 접속함(100)의 안정적인 방열 제어를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은, 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 상호 간 면대 면 접촉부의 박리 및 이탈 등의 문제 없이 사용할 수 있는 고 신뢰성 태양광 접속함(100)으로 제조될 수 있다.
이는 경량부터 중량급까지 부착 나사를 사용하여 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 부스바(200)를 부착하는 기존의 복잡한 제조 공정을 간단한 방법과 저렴한 비용으로 대체할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함(100)을 구성하는 열전도층(300)의 특성을 평가하기 위하여 실시예1,2와 같이 시료 1,2를 제조하였고, 대조군으로서 비교 예1,2와 같은 방법으로 시료 3,4를 비교적으로 구분하여 제조하였다.
본 발명에 따른 실시 예1,2 및 비교 예1,2를 구체적으로 설명한다.
열전도층(300)은 실시 예1의 시료 1, 실시 예2의 시료 2, 비교 예1의 시료 3, 비교 예2의 시료 4일 수 있다.
실시 예 1
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 63.0 |
| 아크릴 레진 | 아크릴 레진 20.0 | ||
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 12.5 | |||
접착제(경화제 포함): 87.5중량%(±1.5 기준)열전도체(필러): 12.5중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
실시예 2
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경 1~3㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 63.0 |
| 아크릴 레진 | 아크릴 레진 17.5 | ||
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 15.0 | |||
접착제(경화제 포함): 85중량%(±1.5 기준)열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준), 점유율: 12.5%(±1.5 기준)
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경15~30㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 85.5 |
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 10.0 | |||
접착제(경화제 포함): 90중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 10중량%(±1.5 기준)
| 항 목 |
구 분 | 함량비(중량%), 100중량% |
|
| 접착제 | 열전도체 | ||
| 성분 |
에폭시 레진 | 필러-그래파이트 평균 입경15~30㎛의 결정질 입자 |
에폭시 레진 80.5 |
| 경화제 | 경화제 4.5 | ||
| 필러 15.0 | |||
접착제(경화제 포함): 86중량%(±1.5 기준)
열전도체(필러): 15중량%(±1.5 기준)
실시 예 1
에폭시 레진 63중량%, 아크릴 레진 20중량%를 액상의 용융 상태로 가열 혼합하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 12.5중량%를 혼합된 액상의 상기 에폭시/아크릴 레진에 1차 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 45중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 열전도층에 상응하는 점착층을 형성하여 시료 1을 제조하였다. 제조된 시료 1은 열전도층에 대응하는 시료이다.
실시 예 2
실시 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 열전도층을 형성하는 시료 2를 제조하였다. 실시 예1과 다른 점은 아크릴 레진을 17.5중량%로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 열전도층에 대응하는 시료 2를 제조하였다.
비교 예 1
에폭시 레진 85.5중량%을 가열하여 액상화 하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러 10중량%를 액상의 에폭시 레진에 투입하고, 다시 가열 교반을 실시한 후, 프레폴리머에 아민을 배합한 경화제 45중량%를 투입하여 골고루 혼합한 후 매끈한 평판 위에 두께가 0.15mm가 되도록 도포 경화시켜 평판 시트 상에 본 발명에서 형성하는 열전도층에 상응하는 접착층을 형성하여 시료 3을 제조하였다. 제조된 시료 3은 열전도층에 대응하는 시료이다.
비교 예 2
상기 비교 예 1과 동일한 과정과 방법으로 평판 시트 상에 열전도층을 형성하는 시료 4를 제조하였다. 비교 예1과 다른 점은 TORAY사 에폭시 레진을 80.5중량%으로 조정하고, 평균 입경 1~3㎛의 그래파이트 필러를 15중량%로 조정하여 열전도층에 대응하는 시료 4를 제조하였다.
상기 실시 예1,2 및 비교 예1,2에 의해 제조된 평판 상에 점착된 열전도층 시트인 시료 1 내지 시료 4에 대한 물성을 비교적으로 평가하기 위해 두께(thickness), 박리강도(peel strength), 열전도율(thermalconductivity), 내전압(withstand voltage/DC), 점착력(adhesion)으로 구분하여 측정하였다.
측정 방법은 KS 규격을 만족할 수 있도록 하였으며, 열전도율 측정은, 측정 온도 100℃, 루비 레이저(ruby laser) 빛을 조사광으로 하는 레이저 펄스법으로 측정하였으며 재료의 열전달 능력을 정확히 측정하기 위하여 측정 당 열확산 정수, 시료의 비중, 비열을 상수로 측정하여 계산하였다.
실시 예1의 시료 1에 대한 측정 평가결과는 아래의 [표 5]와 같이 측정되었다.
| 항목 | 단위 | 측정치 |
| thickness(두께) | mm | 0.15±0.02 |
| peel strength(박리강도) | Kgf/cm | 2이상 |
| thermal conductivity(열전도율) | W/(mk) | 3 |
| withstand voltage(내전압)/DC | KV | 5이상 |
| adhesion(점착력) | g/25mm | 1800 |
실시 예1의 시료 1에 대한 측정방법과 동일한 방법으로, 나머지 실시 예2의 시료 2 및 비교 예1,2로부터 제조된 시료 3,4를 측정하였고, 실시 예1의 시료 1 및 시료 2 내지 4에 대한 측정결과 및 평가는 아래와 비교적으로 평가되었다.
| 평가항목 | 두께 | 박리강도 | 열전도율 | 내전압 | 점착력 | |
| 실시 예 |
실시 예 1(시료 1) | 0.15±0.02 | 2이상 | 3 | 5이상 | 1800 |
| 실시 예 2(시료 2) | 0.15±0.02 | 2이상 | 3.2 | 5이상 | 1780 | |
| 대조군 |
비교 예 1(시료 3) | 0.15±0.02 | 2이하 | 2 | 4이하 | 1720 |
| 비교 예 2(시료 4) | 0.15±0.02 | 2이하 | 2.4 | 4이하 | 1700 | |
비교 평가결과 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화하고, 프레폴리머에 아민을 배합한 적정량의 경화제를 첨가제로 첨가한 실시 예1,2의 경우, 박리강도는 '2 이상', 내전압은 '5 이상', 점착력은 '1800'과 '1780'으로 측정되었고, 에폭시 레진만을 사용한 비교 대조군 분류의 비교 예1,2는 각각 박리강도 '2 이하', 내전압은 '4 이하', 점착력 '1780'과 '1700'으로 측정되었다.
이에 따라 에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼용하여 형성되는 상기 실시 예1,2의 열전도층은 에폭시 수지만을 사용하는 대조군인 비교 예1,2에 비해 박리강도, 내전압에 대한 대응력, 점착력 등이 우수한 것으로 평가되었다.
살펴본 결과, 아래와 같이, 에폭시 레진과 아크릴 레진은 태양광 접속함(100)의 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 사이에 열전도성 접착제로 사용하여 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다.
| 구분 | ACRYLIC TYPE | EPOXY TYPE | PHENOLIC TYPE | |
| 항목 |
물성 | THERMO PLASTIC | THERMO PLASTIC | |
| 장점 |
접착력 우수. 치수 안정성 뛰어남. 굴곡성 우수. |
흡수율이 낮음. 오랜시간 고온에 노출되어도 제품 이상 없음. POST BAKING이 필요없음. | 내화학성이 뛰어남. 내굴곡성이 좋음.흡습율이 낮음. |
|
| 단점 |
높은 온도에 장시간 노출되면 성질이 약해짐CULING TIME 필요. | 내굴곡성이 떨어짐. 작업이 완료되면 수정 불가. |
접착력이떨어짐. THERMAL SHOCK에 약함 |
|
| MAKER | DUPONT ROGERS SHELDAHL TORAY | SHELDAHL NIKKAN TORAY SONY | ROGERS OAK |
|
| 비고 | 접착 두께는 메이커별, 베이스와 커버레이별로 차이가 있음. | |||
상기 [표 7]은 열접착제로 사용되는 ACRYLIC, EPOXY 물성으로서, 아크릴계는에폭시계의 열접착제에 비해 접착력, 치수 안정성, 굴곡성이 우수한 물성을 가지는 것으로 평가된다. 이처럼 아크릴 레진과 에폭시 레진의 물성이 비교되고, 장단점을 물성적으로 나타내고 있음을 확인할 수 있고, 이들을 적정량으로 혼합하면, 물성이 다른 레진들의 혼합에 의한 접착제에 비해 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 아크릴, 에폭시 레진의 액상 혼합을 통한 열전도층은 본 발명이 속하는 방열형 태양광 접속함(100) 제작시 열전도층을 형성하는 접착제로 유용하게 사용될 수 있음을 확인할 수 있다.
에폭시 레진과 아크릴 레진을 혼합하여 액상화 하면 태양광 접속함(100)을 구성하는 부스바 및 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 등의 무게를 사전에 감안하여 점착력의 크기를 용이하게 조정할 수 있음을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 열전도층은 열전도체 필러를 포함하는 경우, 열전도성 또는 열도전성의 성질은 더욱 눈에 띄게 된다.
필러는 바람직하기로는, 그래핀, 그래파이트, 카본 나노 튜브에서 선택되는 분말 입자, 또는 탄소 화합물에서 선택될 수 있으며, 구리, 은, 알루미늄을 포함하는 금속 및 비금속 분말 입자를 포함할 수 있다.
열전도층에서 필러의 점유율(n%)은, 분말 입자의 평균 입경이 평균 입경이 1 내지 3㎛인 결정질 입자일 때, 열전도성 접착제의 부피 면적에서 12.5%를 점유하는 기준이 바람직한 것으로 평가되었다. 사용하는 필러의 점유율(n%)은 고유 특성을 제외하면 점유율에 따라 접착력 기질과 열전도율에 영향을 미칠 수 있다.
열전도층의 전체 면적에 대한 필러의 점유율이 12.5%일 때 ±15의 범위는 허용될 수 있는 점유율이다. 실험 결과 평균 입경이 1 내지 3㎛인 그래파이트 파티클 12.5중량%를, 에폭시 레진 63중량%-아크릴 레진 20중량%-경화제 45중량%의 접착제와 혼합하는 경우 점유율은 그래파이트 파티클 평균 입자에 상응하는 정도를 나타내는 것으로 확인되었고, 점유율에 따라 열전도율의 변화가 있었고, 점착력의 세기도 차이를 나타내었다.
점유율은 11(n%) 이상, 14(n%)에서 우수한 열전도율, 만족할 정도의 점착력을 나타내는 것으로 측정되었다.
열전도층(300)의 열전도체는 탄소 화합물 복합 입자를 포함함으로서, 열전도 성능이 보다 우수한 탄소화합물 복합 입자로 간단히 대체될 수 있다.
열전도층(300)에는 별도의 열전도성 플레이트(미도시)를 둘 수 있다. 열전도성 플레이트는 얇은 박판과 같을 수 있다.
열전도성 플레이트 형상으로는 평면, 비평면 및 개구 홀이 있는 파형, 개구 홀이 있는 윗면 돌출 요철형, 개구홀이 있는 밑면 돌출 요철형을 포함할 수 있다.
이같이 열전도성 플레이트는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 개구 홀을 가지는 경우, 구율은 전체 면적에서 50% 이하로 두는 것이 바람직하다. 개구 홀은 방열형 태양광 접속함(100)의 제조시 겔 상태(액상)의 열전도층(300)이 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 사이에서 유동하도록 해주거나 자유로운 이동을 돕도록 기능할 수 있다. 개구 홀은 50%이하의 개구율 일 때 열전도율이 좋고, 접착력의 보존에 유리할 수 있다.
그리고, 열전도성 플레이트를 두는 경우 태양광 접속함(100)의 제조 공정 중 액상의 열전도층(300)이 열전도성 플레이트의 개구 홀을 따라 유동함으로써 접착제는 열전도성 플레이트 상하부에 고르고 균일한 분포를 이루어 상하부 기재에 견고한 점착 상태를 이루면서 경화되도록 유도할 수 있게된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스에 접착되는 부스바의 표면 홀의 구조를 나타낸 예시이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 부스바(200)에 내부로 파여진 홀(210)을 가공하여 형성하여 경우, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)와 마주하는 열전도층(300)의 표면적을 증가시키고 이를 통해 박리 강도를 높이고, 긴밀한 접착력을 지속시킬 수 있게 된다. 또한 부스바(200)의 홀(210)로부터 연장된 확장형의 홀(211)을 형성하는 경우 열전도층(300)의 접착제 침투를 유도하여 견고한 접착력을 형성하는데 유리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 접속함의 케이스와 연결된 속판 표면에 부스바를 접착하는 표면 홀 구조를 나타낸 예시이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 부스바(200)와 마주하는 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에는 홀을 가공하되, 케이스와 연결된 속판(101)의 표면(102)으로부터 형성된 아우터 홀(103)과 이 아우터 홀(103)로부터 연장되어 열전도층을 형성하는 접착체가 침투하는 확장된 인너 홀(104)을 형성하여 구성될 수 있다.
이렇게 상부측 아우터 홀(103)에 비해 하부측 인너 홀(104)의 넓이를 아우터 홀(103)에 비해 더 넓게 함으로써 이를 통해 열전도층의 접착제 침투 경화 후 케이스에 연결된 속판(101)과 부스바(200) 사이의 열전도층(300)을 통한 지지력을 구조적으로 증가시킬 수 있게 된다.
여기서, 확장된 인너 홀(104)로 침투되어 경화되는 열전도층(300)은 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 유동과 박리 이탈을 억제하고, 태양광 접속함(100)에 가해지는 부스바(200)에 대한 외부 충격에 대한 내충격성을 강화하고 구조적으로 접착 강도를 높여 내구성을 강화시킬 수 있게된다.
한편, 태양광 접속함(100)의 제조에서 부스바(200)와 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 접착은 아래와 설명하는 바와 같은 순서로 접착할 수 있다. 그러나 나열되는 순서로 한정되는 것은 아니다.
열전도층(300)을 형성하는 접착제를 제조하여 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 표면에 도포하고, 부스바(200) 도포된 접착제에 밀착시켜 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)와 부스바(200) 사이에 경화된 열전도층(300)을 형성하여 접착할 수 있다.
또한, 열전도체로서 복수의 개구 홀들이 뚫려진 열전도성 플레이트(미도시)를 제조하고, 열전도성 플레이트를 열전도층(300)에 함몰되도록 수용시킨 뒤 열전도성 플레이트가 수용된 열전도성 접착제를 겔화(가경화) 상태로 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 올려놓고 가압한 후 부스바(200)를 압착하여, 태양광 접속함(100)의 케이스와 연결된 속판(101)과 부스바(200) 사이에 경화된 열전도층(300)을 형성하여 접착할 수 있다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101) 표면에 접착제가 투입되는 홀을 형성하되 그 홀의 형상을 아우터 홀(103) 및 아우터 홀(103)에 비해 넓이가 확장된 인너 홀(104)로 형성하여, 겔(액)상의 열전도성 접착제를 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 표면에 형성된 아우터 홀(103) 및 인너 홀(104)에 주입 침투시키는 가압 주입 또는 분사 공정을 통해 열전도층(300)을 형성하여 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 부스바(200)를 긴밀하고 견고한 상태로 지지 접착시킬 수 있다.
여기서, 열전도층(300)을 형성하는 열전도성 접착제는 에폭시 레진 55 내지 70중량%, 아크릴 레진 15 내지 25중량%, 경화제 4 내지 6중량%로 조성하고, 여기에 11 내지 14중량%의 함량으로 필러를 함침하여 사용함으로써, 방열을 위한 안정적인 열전도성을 제공하고 긴 시간 동안 견고한 접착력을 유지시킨다.
이렇게 형성되는 열전도층(300)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 열 저항을 감안하여 정하는 것이 바람직하고 열전도층의 도포와 가압 분사 등에서는 열전도층의 증착 두께를 기계적으로 고려하여 유동적으로 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 접속함(100)은 태양광 접속함(100)의 속판(101)에 연결된 케이스 자체의 대부분 면적이 외부 공기와 접촉하므로 자연 냉각식 방열형 태양광 접속함(100)의 특성을 나타낸다. 즉 태양광 접속함(100) 내부에 별도의 강제 송풍 냉각 방식의 장치를 적용하지 않아도 되므로 통풍성이 지속되는 조건만으로도 충분한 방열성을 확보할 수 있게 된다.
더욱이, 강제 송풍 냉각 방식의 치명적 약점인 외부 공기 및 오염물의 유입으로 인한 스파크 발생 및 쇼트 발생 등의 문제를 해결하는데 효과적일 수 있다.
또한, 태양광 접속함(100)의 부스바와 이와 연결된 속판(101)에는 광촉매 코팅제를 전면 또는 부분적으로 코팅함으로써, 먼지 등의 오염물 접촉으로부터 차단하고 보호할 수 있게 된다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)에 광촉매 코팅층을 두는 경우, 미세먼지 및 불순물의 표면 흡착에 따른 방열성 저하를 방지하고 먼지 분해능으로 케이스 표면 오염을 제거하도록 함으로써, 먼지 및 불순물에 의한 아크 발생을 억제하여 화재나 고장 등에 대비할 수 있는 안전한 고효율의 태양광 접속함을 제공할 수 있게된다.
또한, 태양광 접속함(100)의 케이스에 연결된 속판(101)의 표면을 중심으로 일체형으로 부스바(200)를 배치함으로써, 별도의 부착나사 설치 작업을 하지 않아도 되고, 많은 수의 부착나사 결합에 따른 부스바의 열화에 따른 뒤틀림 이탈 등의 문제를 방지하면서 상대적으로 무게를 가볍게 하고, 구조적으로 간결하면서도 단순하게 부스바를 케이스 내부에 설치할 수 있으며, 필요에 따라 전체적으로 가벼우면서도 슬림화된 태양광 접속함을 제조할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양광 접속함 및 그 제조방법 그리고 코팅재에 의하면, 태양광 접속함의 시설 특성 상 눈, 비, 먼지, 태양의 직사광선과 같은 자연 기상조건에 직접 노출되고 수상이나 해상(해안)에 설치되는 경우 외부 불순물에 오염되는 문제를 해결할 효과적으로 해결할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 해양 주변 공간에 태양광 접속함을 설치하는 경우 대기 중 염분에 의해 부식이 발생되어 접속불량으로 인한 아크 발생에 의해 화재 위험에 효과적으로 대비할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 태양광발전모듈로부터 직류전력이 통전될 때 발생하는 열에 의해 온도가 급격히 상승되어 태양광 접속함의 내부에 화재나 안전 사고가 발생되는 문제를 사전에 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 수상이나 해상에 태양광 접속함을 설치하는 경우 부스바가 염분에 의해 쉽게 부식되어 사용연한을 충족시키지 못하고 잦은 교체와 유지보수를 필요로하여 설비 관리 비용을 증가시키는 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 이점이 있다.
이상, 설명된 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 실시 예로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있으며 수정과 변형이 이루어진 것은 본 발명의 기술 사상에 포함된다.
100: 태양광 접속함 101: 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판
102: 표면 103: 아우터 홀 104: 인너 홀
200: 부스바(bus-bar) 210: 홀
211: 확장형의 홀 300: 열전도층
102: 표면 103: 아우터 홀 104: 인너 홀
200: 부스바(bus-bar) 210: 홀
211: 확장형의 홀 300: 열전도층
Claims (10)
- 태양광 접속함의 케이스, 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판; 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 대면하면서 접착되는 부스바; 상기 부스바로부터 발생되는 열을 상기 태양광 접속함의 케이스로 방열하기 위하여 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판으로 전도하는 열전도층;을 포함하여 이루어지며, 상기 부스바의 표면에는 방열성을 향상시키는 코팅재가 도포된 것을 특징으로 하는 태양광 접속함.
- 제 1 항에 있어서,
상기 태양광 접속함 케이스 또는 이에 연결된 속판에는 표면적을 크게 하는 돌출부 또는 열교환 핀 중에서 선택된 어느 하나 또는 돌출부와 열교환 핀이 복합되어 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 접속함. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판 또는 상기 부스바의 표면은 상기 열전도층을 형성하는 접착제의 주입을 유도하여 경화시키기 위해 소정의 깊이로 파여진 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 접속함. - 제 3 항에 있어서,
상기 홀은 열전도층을 형성하는 접착제의 주입을 유도하는 아우터 홀 및 상기 아우터 홀을 통해 접착제를 주입 침투시켜 부스바를 면대면으로 접착시키기 위해 상기 아우터 홀로부터 연장되어 공간 넓이가 상기 아우터 홀에 비해 더 넓게 확장된 인너 홀;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 접속함. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 코팅재는 조성물 총 중량에 대해 산화 그래핀 20 내지 30중량%, 알루미나, 티타니아, 지르코니아를 포함하는 복합 세라믹 5 내지 10중량%, 콜로이드 실리카 50 내지 70중량%, 분산제 4 내지 7중량% 및 커플링제 1 내지 3중량%로 조성된 것을 특징으로 하는 태양광 접속함. - 사전 계획된 태양광 접속함의 설계 규격에 따라 부스바를 제조하는 단계; 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판을 히트 싱크 기능을 하도록 제조하는 단계; 상기 부스바로부터 발생되는 열을 상기 태양광 접속함의 케이스로 방열하기 위하여 상기 태양광 접속함의 케이스에 연결된 속판과 부스바 사이에 열전도층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 부스바의 제조 단계는, 주조 성형된 부스바를 압연이 가능하도록 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 가열된 상태의 부스바를 압연하여 가공하는 압연단계; 상기 압연단계를 거친 부스바 표면에 생성되는 산화피막을 제거하고 표면을 처리하는 표면처리단계; 사전 계획된 태양광 접속함의 사용 규격의 폭과 너비로 부스바를 절단하고 인발다이스를 통과시켜 정해진 규격 단면 형상을 갖추도록 성형하는 인발단계; 및 상기 인발단계를 거친 후 부스바 표면에 전도성 코팅재를 도포하는 코팅재 도포단계;를 포함하는 태양광 접속함의 제조방법.
- 삭제
- 제 7 항에 있어서,
상기 코팅재 도포단계는, 상기 인발단계를 거친 부스바의 표면에 프레스 가공으로 연속 또는 불연속으로 이루어지는 홈 형상의 스크래치를 형성하는 표면처리단계; 상기 표면처리단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 코팅단계;를 포함하는 태양광 접속함의 제조방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 코팅단계를 거친 부스바를 인발 다이스에서 인발하는 인발단계; 상기 인발단계를 거친 부스바를 80~100℃ 내외의 온도 분위기로 설정된 오븐에 투입하여 1시간 내외로 가열하는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 부스바를 10~15℃ 수조에 담아 10분 내외로 냉각하는 냉각단계; 및 상기 냉각단계를 거친 부스바의 표면에 전도성 코팅재를 가압 분사하는 후처리 코팅단계;를 포함하는 태양광 접속함의 제조방법.
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| KR1020220114549A KR102508961B1 (ko) | 2022-09-08 | 2022-09-08 | 태양광 접속함 및 그 제조방법 |
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2022
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