KR102518579B1 - 투명층과 태양전지리본의 순차적 적층 구조를 갖는 태양광 발전패널과 그 제조 방법 - Google Patents

투명층과 태양전지리본의 순차적 적층 구조를 갖는 태양광 발전패널과 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명층과 태양전지를 패널 평면에 대해 수직방향으로 배열하여 투명성을 가지면서 동시에 태양광 발전을 할 수 있는 투명 태양광발전 패널과 그 제조방법에 관한 것이다. 건축물 창문에 설치하여 태양광발전과 동시에 외부 경치를 볼 수 있는 건물설치형 태양광발전 모듈이 요구되고 있다. 본 발명의 목적은 투명도가 높으면서 태양광 발전을 원활히 할 수 있도록 태양전지를 패널에 수직한 방향으로 배열하고, 태양전지사이에 가요성을 갖는 투명소재를 삽입하여 투명태양광발전이 가능하게 하고, 태양광의 추종이 가능한 투명태양광발전 패널을 제공하는데 있다.

Description

투명층과 태양전지리본의 순차적 적층 구조를 갖는 태양광 발전패널과 그 제조 방법 { Vertical arrayed photovoltaic transparent panel, and making method }
본 발명은 투명층과 태양전지리본을 태양광 발전패널 평면에 대해 수직방향으로 순차적으로 배열하여 투명성을 가지면서 동시에 태양광 발전을 할 수 있는 투명 태양광발전 패널과 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명을 출원하는 현 시점에 있어서 태양 발전 기술에 많은 진전이 이루어지고 있다. 실리콘 벌크 태양전지 발전 모듈이 광범위하게 사용되고 있는 가운데, 무기형(실리콘 박막, 집광형 GaAs, CIGS, 페로브스카이트 구조), 유기형, 염료형 태양전지가 활발히 연구되어지고 있고, 에너지 변환 효율을 높이기 위한 경쟁을 벌이고 있다.
건축물 창문에 설치하여 태양광발전과 동시에 외부 경치를 볼 수 있는 건물설치형 태양광발전 모듈이 요구되고 있지만, 태양광의 전기에너지 변환 효율을 높이기 위해서는 태양전지 패널을 광의 진행방향에 대해 수직으로 배열해야되고, 이는 시야를 가리게 되어 창문에 설치하기 어려운 문제점을 갖게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 투명태양전지로 염료형 태양전지가 연구되고 있지만 특정한 색상을 갖고 있으며 투명도가 높지 않은 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 또 다른 방법으로 대한민국 특허 출원 10-2009-0131227 "태양광 발전장치"에서는 넓은 투과 영역을 확보하고 동시에 발전효율을 향상시키기 위해, 투명기판에 수직 또는 경사지는 태양전지와 태양전지들을 각각 서로 연결하는 다수 개의 접속부재들을 포함하는 태양광 발전장치를 제안하였다. 이 발명은 태양전지들을 기판평면에 대해 수직 또는 경사지게 일정간격으로 이격시켜 배치하고, 각각의 태양전지들을 접속부재를 이용하여 서로 연결한 후 태양광 발전장치를 구성하였다. 하지만 태양전지들은 고정된 상태여서 태양광을 추종할 수 없는 문제점을 가지고 있고, 또한 제조공정의 어려움을 가지고 있다.
상기 문제들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 투명도가 높으면서 태양광 발전을 원활히 할 수 있도록 태양전지를 패널에 수직한 방향으로 배열하고, 태양전지사이에 가요성을 갖는 투명소재를 삽입하여 평판에서 태양광의 추종이 가능한 투명태양광발전이 가능하게 하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 투명태양광발전 패널의 새로운 제조방법을 제공하는데 있다.
태양광 발전 패널에 있어서,
가요성 부재와 그 가요성 부재 일측면에 제1전극, 태양광변환 층, 제2전극, 접착층이 순차적으로 적층된 태양전지리본;
상기 태양전지리본의 태양광변환층이 패널면에 대해 수직으로 배열되도록 구성되고, 적어도 하나이상의 태양전지리본 들이 접착층에 의해 결합된 패널;
상기 패널의 각 태양전지리본의 제1전극들을 연결하는 제1전극 연결부재;
상기 패널의 각 태양전지리본의 제2전극들을 연결하는 제2전극 연결부재;
상기 패널의 전면에 부착된 전면투명부재;
상기 패널의 후면에 부착된 후면투명부재;
상기 태양광을 추종하기 위하여 전면투명부재 혹은 후면투명부재를 상하좌우로 이동시키는 구동부를 포함하여 구성된 태양광 발전 패널을 활용하여 투명하면서 태양광 발전을 하고, 또한 패널을 움직이지 않으면서 태양광을 추종하는 기능을 달성할 수 있다.
본 발명은 태양전지 원리와 관계없이 투명성과 동시에 발전이 가능하게 하는 수직구조태양광발전에 관한 것으로써, 본 발명의 일 실시예에 따르면 건물의 창문에 설치되어 커튼과 같은 역할을 하면서 태양광 발전이 가능하여 인테리어를 겸한 태양광발전 응용분야에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명을 구성하는 태양전지리본의 구성도이다.
도 2은 본 발명의 태양광 발전 시트(200)의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 태양광 발전 패널(300)의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 태양광 발전 패널(300)의 동작설명도이다.
도 5, 도 6, 도 7은 본 발명의 태양광 발전 시트 제조 방법에 대한 공정도이다.
도 8은 태양광 발전 시트(200)를 구성하는 태양전지리본(100)들의 제1전극(120), 제2전극(140)을 편리하게 연결하기 위한 본 발명의 설명도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.
본 발명에서 사용하는 가요성은 "휘어지는, 플렉서블, 형상가변, 스트레처블" 의 의미를 포함한다.
또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
본 발명에서는 구성요소들의 적층방향이나 결합관계를 명확하게 하기 위하여 3차원 직교좌표계를 활용한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명을 구성하는 태양전지리본(100)의 구성도로써, 가요성 부재(110)와 가요성 부재(110) 일측면에 제1전극(120), 태양광변환층(130), 제2전극(140), 접착층(150)이 순차적으로 형성되어 구성된다. 태양광변환층(130)은 실리콘태양전지, 유기태양전지, 염료형태양전지, CIGS태양전지, 적층형태양전지, 집광형태양전지 등 하나 혹은 복합하여 구성될 수 있다. 가요성 부재(110)는 광투과율이 높은 소재로 구성되어 투명한 효과를 가질 수 있다. 가요성 부재(110)는 Ln3+ , Ti 2+ , Ni 2+ , Mo 3+ , Re 4+ , Os 4+와 같은 이온을 포함하여 적외선을 가시광선으로 변환하여 태양광 활용 효율을 높일 수 있다. 또한 가요성 부재(110)는 X축 방향으로 굴절률구배 가지게 하여 집광효과를 부여할 수 있다.
접착층(150)은 열전달이 잘되게하는 부재를 포함하여 태양전지리본(100) 들이 잘 부착되면서도 태양광변환층(130)의 열을 잘 배출되게 하는 것이 바람직하다.
도 2은 본 발명의 태양광 발전 시트(200)의 구성도로써, 도 1에서 구성된 태양전지리본(100)의 태양광변환층이 패널면에 대해 수직으로 배열되도록 구성되고, 적어도 하나이상의 태양전지리본(100) 들이 접착층에 의해 결합된 패널;
상기 패널의 각 태양전지리본(100)의 제1전극(120)들을 연결하는 제1전극 연결부재(220);
상기 패널의 각 태양전지리본(100)의 제2전(140)극들을 연결하는 제2전극 연결부재(240); 로 구성된다.
가요성 부재(110)는 탄력성을 가지고 있어서 패널에 가해지는 충격을 흡수하여 충격에 강한 패널을 구현할 수 있다. 가요성 부재(110)는 하이드로젤 재질일 수 있다.
도 3은 본 발명의 태양광 발전 패널(300)의 구성도로써, 도 2에서 구성된 태양광 발전 시트(200)의 태양광 입사면에 전면투명부재(250)을 부착하고, 또 다른 한면에 후면투명부재(260)를 부착하고, 태양광을 추종하기 위하여 전면투명부재(250) 혹은 후면투명부재(260)를 상하 또는 좌우로 이동시키는 구동부(미도시)로 구성된다. 전면투명부재(250)와 후면투명부재(260)는 태양광 발전 시트(200)를 보호하기 위해 투명하면서 경도를 갖는 재질이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 태양광 발전 패널(300)의 동작설명도이다. 태양광 발전 시트(200)를 구성하는 가요성 부재(110)는 제1전극(120), 태양광변환층(130), 제2전극(140)들에 무리를 주지않으면서 방향을 쉽게 전환해주기 때문에 전면투명부재(250)와 후면투명부재(260)을 서로 미끌려지게 제어함으로써 태양광변환층(130)이 태양광(310)에 대해서 최적의 각도를 유지할 수 있게 한다. 가요성 부재(110)가 투명성을 갖기 때문에 가요성 부재(110)를 통하여 외부 환경은 가려짐없이 투명하게 보인다. 태양광 발전 패널(300)에 입사되는 태양광(310)은 태양전지리본(100)들 사이에서 반사되면서 태양광 접촉횟수를 늘려 태양광 이용 효율을 높일 수 있다.
도 5, 도 6, 도 7은 본 발명의 태양광 발전 시트 제조 방법에 대한 공정도이다. 도 5를 참조하면 가요성시트(410)위에 제1전극시트(420), 태양광전지시트(430), 제2전극시트(440), 접착시트(450)을 순차적으로 적층하여 시트(400)을 만든다. 실리콘태양전지 등의 패널이 완성되어진 전지를 사용할 경우에는 가요성 시트(410)위에 패널, 접착시트(450)을 순차적으로 적층하여 새로운 시트(400)을 만든다. 유기 태양전지의 경우 인쇄공정에 의해 순차적으로 적층하여 새로운 시트(400)을 만들 수 있다.
도 6을 참조하면 도 5에서 제작된 시트(400)를 규격에 맞도록 적층하여 태양광발전잉곳(480)을 만든다. 시트(400)를 적어도 하나 이상 적층하여 만든 태양광발전시트적층체로써 반도체봉의길이 방향에 수직으로 잘라서 웨이퍼를 만드는 개념을 차용하여 태양광발전잉곳(480)이란 용어를 정의한다.
도 7을 참조하면 태양광발전잉곳(480)으로부터 절단수단(484)을 사용하여 원시시트(490)를 만들 수 있다. 절단수단(484 )은 와이어쏘로 구성될 수 있다. 잘려서 구성된 원시시트(490)에 제1전극(120)들을 제1전극 연결부재(220)로 연결하고, 제2전(140)극들을 제2전극 연결부재(240)로 연결하여 도 2와 같은 태양광 발전 시트(200)를 만들 수 있다. 이 태양광 발전 시트(200)에 전면투명부재(250)와 후면투명부재(260)를 부착하여 태양광 발전 패널(300)을 제조할 수 있다. 이 과정에서 제1전극(120), 태양광변환층(130), 제2전극(140)들을 전면투명부재(250)와 후면투명부재(260)에 부착하고 가요성부재(110)를 제거하여 투명상태를 만들 수 있다. 이때 제1전극(120), 태양광변환층(130), 제2전극(140)와 전면투명부재(250), 후면투명부재(260)의 부착재는 탄성을 가져야한다. 필요에 따라서 제1전극(120), 태양광변환층(130), 제2전극(140)의 강도를 위해서 강도를 갖는 부재를 추가할 수 있다.
도 8은 태양광발전시트(200)를 구성하는 태양전지리본(100) 들의 제1전극(120), 제2전극(140)을 편리하게 연결하기 위한 본 발명의 설명도로써, 도 6의 태양광발전잉곳(480)을 제조시 시트(400)를 적층하면서 제1전극은 위면으로 약간 접고, 제2전극은 아래 방향으로 약간 접어서 전극연결부재를 쉽게 연결할 수 있게 한다. 이와같이 제작된 태양광발전잉곳(480)을 절단수단(484)을 사용하여 원시시트(490)를 만들 경우 편리하게 전극연결부재를 연결할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 태양전지리본 110 : 가요성 부재
120 : 제1전극 130 : 태양광변환층
140 : 제2전극 150 : 접착층
200 : 태양광발전시트 250 : 전면투명부재
260 : 후면투명부재 300 : 태양광 발전 패널
400 : 시트 410 : 가요성시트
420 : 제1전극시트 430 : 태양광전지시트
440 : 제2전극시트 450 : 접착시트
480 : 태양광발전잉곳 484 : 절단수단

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 태양광 발전 패널의 제조방법에 있어서,
    가요성시트(410)위에 제1전극시트(420), 태양광전지시트(430), 제2전극시트(440), 접착시트(450)을 순차적으로 적층하여 새로운 시트(400)를 만드는 제1단계;
    제 1단계의 시트(400)를 적어도 하나 이상 순차적으로 적층하여 태양광발전잉곳(480)을 만드는 제2단계;
    제 2단계의 태양광발전잉곳(480)으로부터 절단수단(484)을 사용하여 원시시트(490)를 만드는 제 3단계;
    제 3단계의 원시시트(490)에 제1전극 연결부재(220), 제2전극 연결부재(240), 전면투명부재(250), 후면투명부재(260)를 부착하여 태양광 발전 패널(300)을 제조하는 제 4단계로 구성된 태양광 발전 패널의 제조방법

  5. 삭제
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