KR102625589B1 - 파사드형 bipvt 모듈 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
파사드형 BIPVT 모듈 및 그의 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 시스템에 있어서, 복수의 BIPVT 단위모듈을 포함하며, 상기 BIPVT 단위모듈은 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈과 냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관과 상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징 및 태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BIPVT 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 시스템에 있어서, 복수의 BIPVT 단위모듈을 포함하며, 상기 BIPVT 단위모듈은 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈과 냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관과 상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징 및 태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BIPVT 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 파사드형 BIPVT 모듈 및 그것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어, 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서, 친환경적인 대체 에너지의 활용에 관심이 증가하고 있다. 특히, 태양광을 이용한 태양전지 시스템은 오랜 연구를 거치며 축적된 기술로 인해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.
이러한 태양전지 시스템의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW에 이를 것으로 전망된다. 또한, 국내에서는 태양전지 시스템에 관한 수요가 1년에 약 100MW 정도 발생하고 있으며, 태양전지 시스템을 이용한 전기 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 국내외 상황을 감안할 때, 태양광 산업은 향후 지속적으로 성장할 것으로 예상된다.
최근에는 태양광 발전의 기술이 점차 발전함에 따라, 건물 외장재를 이용하여 태양광 발전을 수행하는 건물 일체형 태양광 발전 기술이 각광받고 있다. 건물 외벽에 태양광열 시스템을 설치하여 전기와 열 에너지를 얻을 수 있는 시스템이다. 즉, 태양광·열 시스템(BIPVT: Building-Integrated Photovoltaic-Thermal)을 건물의 외벽재 혹은 창호재 등으로 활용한다.
이에 따라, 태양광·열 시스템을 별도로 설치할 공간이 필요하지 않으므로, 기존의 독립형 태양광·열 시스템보다 건축물의 건설 비용을 줄일 수 있어 경제성 측면에서 유리하다. 또한, 태양에너지를 받아들여 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈에서는 태양에너지의 20% 정도만 전기로 변환시킬 수 있고, 나머지 80%는 반사되거나 열로 없어진다. BIPVT는 이렇게 없어지는 열을 흡수하여 건물에서 소요되는 온수(혹은 난방)으로 건물에 공급함으로 태양 에너지 활용 효율을 70%이상 활용할 수 있다.
다만, 종래의 BIPVT는 BIPVT 내 각 구성들을 분리하여 제조하였기 때문에, 제조시간이 길어지고 제조공정이 복잡해지며 제조비용도 상승하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 태양전지 셀로의 집광효율 및 열의 흡수율을 향상시킨 BIPVT 모듈 및 그의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 제조과정을 간소화한 BIPVT 모듈 및 그의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 시스템에 있어서, 복수의 BIPVT 단위모듈을 포함하며, 상기 BIPVT 단위모듈은 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈과 냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관과 상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징 및 태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BIPVT 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하우징은 상기 태양전지 모듈로 광이 반사되는 방향으로, 상기 태양전지 모듈의 하단에 상기 냉각관을 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하우징은 기 설정된 형상을 가져, 입사되는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판과 상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하는 태양전지 모듈 지지부 및 상기 반사판에 의해 태양광이 반사되는 방향으로 상기 태양전지 모듈 지지부의 하단에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양광 모듈 지지부는 태양광이 입사되는 방향을 향하도록 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 기 설정된 형상은 포물선인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 단위모듈에 있어서, 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈과 냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관과 상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징 및 태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하는 것을 특징으로 하는 BIPVT 단위모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하우징은 상기 태양전지 모듈로 광이 반사되는 방향으로, 상기 태양전지 모듈의 하단에 상기 냉각관을 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 하우징은 기 설정된 형상을 가져, 입사되는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판과 상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하는 태양전지 모듈 지지부 및 상기 반사판에 의해 태양광이 반사되는 방향으로 상기 태양전지 모듈 지지부의 하단에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 단위모듈 내 태양전지 모듈 및 냉각관을 지지하는 하우징에 있어서, 기 설정된 형상을 가져, 입사되는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판과 상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하는 태양전지 모듈 지지부 및 상기 반사판에 의해 태양광이 반사되는 방향으로 상기 태양전지 모듈 지지부의 하단에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하우징을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양광 모듈 지지부는 태양광이 입사되는 방향을 향하도록 경사를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 냉각관 유입부는 상기 태양전지 모듈 지지부의 경사로 인해 형성되는, 상기 반사판에서 태양광이 반사되는 방향으로의 하단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀과 광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 상에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제1 봉지재와 상기 태양전지 셀의 주변부에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제2 봉지재 및
상기 태양전지 셀 및 상기 제2 봉지재를 지지하며, 상기 태양전지 셀에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열을 외부로 전도하는 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 봉지재 및 제2 봉지재는 방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 제1 봉지재 및 제2 봉지재는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)로 구현되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양전지 셀로의 집광효율 및 열의 흡수율이 향상되어, 전기 에너지와 온수의 생산율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, BIPVT 모듈의 제조과정을 간소화시킴에 따라, 제조기간 및 제조비용을 감소시킨 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극리본이 부착된 태양전지 셀을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극리본이 부착된 태양전지 셀을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 모듈을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 도시한 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 모듈(100)은 복수의 BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 단위모듈(110)을 포함하고, BIPVT 단위모듈(110)은 하우징(210), 표면 보호부(220), 태양전지 모듈(230) 및 냉각관(240)을 포함한다.
BIPVT 단위모듈(110)은 태양광을 입사받아 태양전지를 이용해 전기 에너지를 생성하는 동시에, 태양전지에서의 열을 이용해 냉각관(240) 내를 흐르는 냉각수를 가열함으로써 태양열 온수도 동시에 생산할 수 있다. BIPVT 단위모듈(110)이 복수의 행으로 배치되어 있는 형태가 BIPVT 모듈(100)이다. 각 BIPVT 단위모듈(110)이 개별적으로 제조될 수 있으며, 각각이 배치됨에 따라 시스템(100)을 형성한다. 각 BIPVT 단위모듈(110)은 작업자가 운반하거나 고정시키는데 용이한 폭(x축 방향)을 가지며, 각 BIPVT 단위모듈(110)이 배치된 BIPVT 모듈(100) 역시, 작업자가 운반하거나 고정시키는데 용이한 높이(y축 방향)를 갖는다. BIPVT 단위모듈(110)의 폭과 BIPVT 모듈(100)의 길이는 수백 mm일 수 있으며, 보다 구체적으로, 400 내지 600mm의 범위 내의 값을 가질 수 있다. 전술한 범위 내의 폭과 높이를 가짐에 따라, 작업자가 어려움없이 BIPVT 단위모듈(110)을 운반하거나 고정시켜 BIPVT 모듈(100)으로 조립할 수 있다.
하우징(210)은 태양전지 모듈(230) 및 냉각관(240)을 지지하며, 입사되는 태양광을 태양전지 모듈(230)로 반사한다. 하우징(210)은 도 3에 도시된 구조를 갖는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈 내 하우징의 단면을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈(110) 내 하우징(210)은 반사판(310), 태양전지 모듈 지지부(320) 및 냉각관 유입부(330)를 포함한다.
반사판(310)은 기 설정된 형상을 가져 입사되는 태양광을 태양전지 모듈 지지부(320)의 면적 내로 반사시킨다. 반사판(310)은 평행광이 입사할 경우, 어느 각도에서 태양광이 입사되더라도 태양전지 모듈 지지부(320)의 면적 내로 반사시킨다. 이에 따라, 태양전지 모듈 지지부(320) 상에 태양전지 모듈(230)이 배치되어 있을 경우, 반사판(310)은 최종적으로 태양전지 모듈(230)로 입사되는 대부분의 태양광을 반사시킬 수 있다. 반사판(310)의 일 예가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 반사판(310)은 포물선 형태로 구현될 수 있다. 반사판(310)이 포물선 형태로 구현될 경우, 태양광과 같이 반사판(310)으로 평행하게 입사된다는 조건 하에서 어느 각도에서 광이 입사하더라도 태양전지 모듈 지지부(320) 또는 지지부 상에 배치된 태양전지 모듈(230)의 면적 내로 반사시킨다. 예로서, 반사판(310)의 우측 끝단을 원점으로 가정하고, 반사판이 y2=-100x의 수식을 만족하는 포물선 형태로 구현될 수 있다. 반사판(310)의 크기나 반사판의 (포물선) 각도는 태양전지 모듈 지지부(320) 상에 배치될 태양전지 모듈(230)의 면적이나 크기에 따라 조정될 수 있다. 다만, 반사판(310)의 형태는 반드시 포물선 형태로 한정되는 것은 아니고, 입사되는 광을 일정 면적 내로 반사시킬 수 있는 형상이면 어떠한 것으로 대체되어도 무방하다.
다시 도 3을 참조하면, 반사판(310)은 태양으로부터 광이 입사하는 방향을 향하도록 배치된다. 도 3을 예로 들면, 광이 +z축의 먼 위치로부터 -z축 방향으로 조사되는 경우라면, BIPVT 단위모듈(110) 또는 하우징(210)은 반사판(310)이 +z축을 향하며, 반사판(310)의 하단(-y축 방향)에 태양전지 모듈(230)이 배치될 수 있다.
태양전지 모듈 지지부(320)는 반사판(310)의 하단에 형성되어, 태양전지 모듈(230)을 지지한다. 태양전지 모듈 지지부(320)는 반사판(310)의 하단, 보다 구체적으로는, 반사판(310)에서 광이 반사되는 위치에 형성된다. 이때, 태양전지 모듈 지지부(320)는 태양광이 입사되는 방향(태양을 마주보는 방향)을 향하도록 경사를 가질 수 있다. 태양전지 모듈 지지부(320)가 해당 방향을 향하도록 경사를 가질 경우, 태양전지 모듈 지지부(320)에 배치된 태양전지 모듈(230)은 반사판(310)에서 반사되는 광 뿐만 아니라, 하우징(210)으로 입사되는 태양광도 직접 입사받을 수 있다. 또한, 태양전지 모듈 지지부(320)가 전술한 방향으로 경사를 가짐에 따라, 하우징(210)의 태양전지 모듈 지지부(320)의 경사로 인해 형성되는 하단(태양광이 반사되는 방향으로의 하단)에 냉각관 유입부(330)가 형성될 수 있는 공간이 마련될 수 있다.
냉각관 유입부(330)는 하우징(210)의 태양전지 모듈 지지부(320)가 경사를 가짐으로서 형성되는 공간(태양전지 모듈 지지부(320)의 하단부)에 형성되어, 내부로 냉각관이 배치될 수 있도록 한다. 냉각관 유입부(330)는 냉각관의 형상과 동일하도록 구현되며, 냉각관의 직경과 동일하거나 그로부터 기 설정된 오차범위 내에서 크도록 구현되어, 냉각관(240)이 자신의 내부로 인입되어 배치될 수 있도록 한다. 냉각관 유입부(330)가 해당 공간에 형성됨에 따라, 냉각관 유입부(330) 내에 배치된 냉각관(240)이 태양전지 모듈(230)에 최대한 인접해서 태양열을 공급받을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 하우징(210)은 도 3을 참조하여 설명한 구조와 같은 파사드형 구조를 갖는다. 즉, 별도의 구성이나 모듈들이 조립되어 제조될 필요없이, 기 설정된 재료들이 하나의 금형에서 압출됨에 따라 간단한 공정으로도 제조될 수 있다. 하우징(210)의 제조 후, 태양전지 모듈(230) 및 냉각관(240)이 배치되며, 전기적 연결이 마무리됨에 따라 BIPVT 단위모듈(110)이 제조될 수 있다.
표면 보호부(220)는 태양광이 입사하는 방향으로 하우징(210)의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 하우징(210) 내부로 유입되는 것을 방지한다. 표면 보호부(220)는 하우징(210) 내부로 이물질의 유입을 방지하여, 이물질의 유입에 의한 태양전지 모듈(230)의 파손을 방지한다.
태양전지 모듈(230)은 태양전지 모듈 지지부(320) 상에 배치되어, 반사판(310)으로부터 반사되는 태양광을 입사받아 전기 에너지를 생성한다. 태양전지 모듈(230)은 태양광을 입사받아 전기 에너지를 생성하는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물, Si, CdTe 또는 CIGS로 구현된 태양전지 셀을 포함하여, 반사판(310)으로부터 반사되는 태양광으로부터 전기 에너지를 생성한다. 태양전지 모듈은 도 5 및 6에 도시된 구조를 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극리본이 부착된 태양전지 셀을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(230)은 태양전지 셀(510), 봉지재(520, 525), 집열판(530) 및 보호부(540)를 포함한다.
태양전지 셀(510)은 봉지재(520)를 거쳐 입사하는 태양광을 입사받아 전기 에너지를 생성한다. 전술한 대로, 태양전지 셀(510)은 광 에너지로부터 전기 에너지를 생성하는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물, Si, CdTe 또는 CIGS로 구현될 수 있다. 태양전지 셀(510)은 태양전지 모듈 지지부(320) 상에서 반사판(310)으로부터 반사되는 태양광 전부를 입사받을 수 있도록, BIPVT 단위모듈(110)의 폭으로부터 봉지재(525)의 폭만큼을 제외한 길이(폭)를 가질 수 있다. 예를 들어, BIPVT 단위모듈(110)의 폭이 510mm이고, 봉지재(525)의 폭이 각각 15mm일 경우, 태양전지 셀(510)은 480mm의 폭(도 1에서 x축 방향)을 갖는다. 태양전지 셀(510)은 기 설정된 폭을 갖는 단위 태양전지 셀을 복수 개 포함하여 전술한 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 태양전지 셀(510)이 480mm의 폭을 갖는 경우, 태양전지 셀(510)은 160mm의 폭을 갖는 단위 태양전지 셀 3개로 구현될 수 있다. 단위 태양전지 셀을 복수 개 가질지 여부 및 단위 태양전지 셀의 개수는 태양전지 셀(510) 전체의 폭에 따라 조정될 수 있다.
도 6을 참조하면, 단위 태양전지 셀에는 전극리본이 부착된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극리본이 부착된 단위 태양전지 셀(510)은 태양전지(610), p 전극리본(620) 및 n 전극리본(630)을 포함한다.
태양전지(610)는 태양광을 이용해 전기 에너지를 생성한다.
p 전극리본(620)은 태양전지(610)의 후면(태양광이 태양전지로 입사되는 방향으로의 후면, -y축 방향)에 배치된다. p 전극리본(620)의 일 끝단은 태양전지(610)로부터 태양광이 태양전지로 입사되는 방향과 수직한 일 방향(도 6에서는 +z축 방향)으로 돌출된다.
n 전극리본(630)은 태양전지(610)의 상면(태양광이 태양전지로 입사되는 방향으로의 상면, +y축 방향)에 배치된다. n 전극리본(630)의 일 끝단은 p 전극리본(620)의 일 끝단이 돌출된 방향과 반대되는 방향(도 6에서는 -z축 방향)으로 돌출됨으로써, n 전극과 p 전극의 단락(Short)을 방지한다.
이러한 구조를 가짐으로써 단위 태양전지 셀은 생성된 전기 에너지를 외부로 전달할 수 있다.
이때, 전술한 대로, 태양전지 셀(510)에는 복수의 단위 태양전지 셀이 포함될 수 있다. 하나의 단위 태양전지 셀은 도 6에서와 같이 p 전극리본(620) 및 n 전극리본(630)의 일 끝단이 향하도록 배치되며, 다른 단위 태양전지 셀은 도 6과 반대되는 방향으로 p 전극리본(620) 및 n 전극리본(630)의 일 끝단이 향하도록 배치된다. 이처럼 배치됨에 따라, 어느 하나의 태양전지에서의 p 전극리본과 나머지 태양전지에서의 n 전극리본이 전기적으로 연결되어 폐경로를 형성한다. 이처럼 복수 개의 단위 태양전지 셀이 전기적으로 연결될 수 있으며, 전기적으로 연결되지 않은 양 끝단의 p 전극리본과 n 전극리본은 태앙전지 셀(510)의 (+) 전극과 (-) 전극이 되어, 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 봉지재(520)는 태양광이 입사되는 방향으로 태양전지 셀(510)의 상단에 배치되어, 태양전지 셀(510)이 외부로 노출되는 것을 방지한다. 봉지재(520)는 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate) 등과 같이, 광을 투과시키면서도 방오 및/또는 방수 성질을 갖는 소재로 구현될 수 있다. 이에 따라, 봉지재(520)는 태양전지 셀(510)로의 태양광의 입사를 방해하지 않으면서도, 태양전지 셀(510)이 외부 환경에 노출됨으로 인해 파손될 위험을 최소화한다.
봉지재(525)는 태양전지 셀(510)의 주변부에 배치되어, 마찬가지로 태양전지 셀(510)이 외부로 노출되는 것을 방지한다. 봉지재(525)는 태양전지 셀(510)의 측면으로 이물질 또는 수분이 유입되며 태양전지 셀(510)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
집열판(530)은 태양광이 입사되는 방향으로 태양전지 셀(510) 및 봉지재(525)의 하단에 배치되어, 각 구성(510, 520 및 525)을 지지하며 열을 냉각관(240)으로 전도한다. 집열판(530)은 열 전도성이 우수한 금속, 예를 들어, 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등으로 구현되어, 태양전지 셀(510)이 전기 에너지를 생성하며 발산하는 열 또는 입사되는 태양광으로 인한 열을 외부로 전도한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 집열판(530)의 (태양광이 입사되는 방향으로의) 하부에 냉각관(240)이 배치됨에 따라, 냉각관(240)은 집열판(530)으로부터 전도되는 열을 전달받아 냉각수를 가열할 수 있다.
이때, 집열판(530)의 태양전지 셀(510) 및 봉지재(525)가 배치되는 면으로 알루미늄 산화피막(535, Al Anodizing)이 형성된다. 태양전지 셀(510)에서 방출되는 열 및 입사되는 태양광으로 인한 열에 의해, 경우에 따라, 봉지재(525)가 녹는 현상이 발생할 수 있다. 별도의 처리가 없을 경우, 녹은 봉지재(525)가 태양전지 셀(510) 및 집열판(530)의 사이에 유입되며, 양자를 단락(Short)시키는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 집열판(530)은 태양전지 셀(510) 및 봉지재(525)가 배치되는 면으로 알루미늄 산화피막(535)을 형성한다. 이에 따라, 양자(510, 530)가 단락되는 것을 방지할 수 있다.
보호부(540)는 태양광이 입사되는 방향으로 봉지재(520)의 상단에 배치되어, 봉지재(520, 525) 및 태양전지 셀(510)이 외부 환경으로 노출되는 것을 최소화한다. 보호부(540)는 유리 또는 PC(Poly Carbonate) 필름으로 구현된다. 보호부(540)는 봉지재(520)의 상단에서 습기나 외부 환경에 봉지재(520, 525) 및 태양전지 셀(510)가 직접 노출되는 것을 방지하여, 봉지재(520, 525) 및 태양전지 셀(510)의 수명을 향상시킨다.
다시 도 2를 참조하면, 냉각관(240)은 열을 전달받아, 태양전지 셀(510)을 냉각시키는 동시에 냉각관(240) 내 냉각수를 가열한다. 전술한 대로, 냉각관(240)은 집열판(530)의 (태양광이 입사되는 방향으로의) 하부(-y축 방향)에 집열판(530)으로부터 기 설정된 범위 내에 배치됨에 따라, 집열판(530)으로부터 전도되는 열을 전달받는다. 이에 따라, 냉각관(240)은 자신의 내부를 흐르는 냉각수로부터 집열판(530)과 열 교환을 수행한다. 냉각관(240) 내 냉각수는 열을 흡수하여 온수로 가열될 수 있으며, 집열판(530)은 냉각수에 의해 냉각되며 태양전지 셀(510)의 온도를 낮출 수 있다.
이에 따라, BIPVT 모듈(110)은 입사되는 태양광을 최대의 효율로 전기 에너지 생성에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 입사되는 태양광에 의해 발생하는 열도 온수의 생산이 이용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 BIPVT 단위모듈을 제조하는 방법은 BIPVT 단위모듈 제조장치에 의해 수행될 수 있다.
빌렛(Billet)이 기 설정된 온도에서 가열되며 적정 크기로 절단된다(S710). 하우징(210)의 제조에 사용될 원료로서 빌렛(Billet)이 이용된다. 빌렛이 기 설정된 온도, 예를 들어, 400℃ 내외의 온도에서, 가열되며 압출에 적절한 크기로 절단된다.
절단된 빌렛이 금형에 고압으로 압출되며, BIPVT 단위모듈의 하우징으로 제조된다(S720). 하우징(210)은 폭 방향으로 동일한 형상을 갖는다. 이에 따라, 어려움없이 금형으로 압출성형에 의해 제조될 수 있다. 전술한 과정에 따라 적정 크기로 절단된 빌렛이 금형에서 고압으로 압출되며, 하우징(210)으로 제조된다.
압출된 성형체의 형상이 보정되고, 기 설정된 길이로 절단된다(S730). 이에 따라, 압출된 성형체가 하우징의 형상으로 구현된다.
절단된 성형체기 설정된 환경에서 열처리된다(S740). 전술한 공정에서 절단된 성형체는 205℃ 내외의 온도에서 4시간 내외의 시간 동안 열처리된다. 이와 같은 열처리를 거치며, 성형체 내 연성이 제거된다.
열처리된 성형체의 표면에 산화막 처리가 진행된다(S750). 열처리된 성형체의 표면에, 예를 들어, Al2O3 등의 산화막을 입혀, 절연성을 향상시키고 자연 산화를 방지한다. 이에 따라, 하우징이 제조된다.
하우징 내 기 설정된 위치에 태양전지 모듈(230) 및 냉각관(240)이 배치된다(S760). 태양전지 모듈 지지부(320) 및 냉각관 유입부(330)에 각각 태양전지 모듈(230) 및 냉각관(240)이 배치됨에 따라, BIPVT 단위모듈이 제조된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 제조하는 방법을 도시한 순서도이다.
집열판(530)의 일면에 알루미늄 산화피막이 형성된다(S810). 집열판(530)의 태양전지 셀(510) 및 봉지재(525)가 배치되는 면으로 알루미늄 산화피막이 형성된다. 집열판(530)의 해당 면으로 알루미늄 산화피막이 형성되며, 태양전지 셀(510)과 집열판(530)의 단락이 방지된다.
기 설정된 개수의 단위 태양전지 셀이 상호 간에 연결된다(S820).
태양전지 셀(510) 및 봉지재(520, 525)가 알루미늄 산화피막이 형성된 집열판(530)의 일면 상으로 적층된다(S830).
기 설정된 환경에서 라미네이션된다(S840). 태양전지 셀(510) 및 봉지재(520, 525)가 적층된 집열판(530)이 기 설정된 환경에서 라미네이션된다. 여기서, 기 설정된 환경은 130℃ 내외의 온도에서 수분 동안 진행되는 환경일 수 있다. 이와 같이 라미네이션이 진행됨에 따라, 태양전지 셀(510)의 주변부 및 상단에 각각 배치된 봉지재(520, 525)의 광 투과도가 향상된다. 라미네이션의 진행이 없다면, 봉지재(520, 525)는 불투명한 상태를 가지며 상대적으로 현저히 낮은 광 투과도를 갖는다. 봉지재(520, 525)가 기 설정된 환경에서 라미네이션되며, 투명한 상태를 가지며 광 투과도가 현저히 상승한다. 전술한 대로, 봉지재(520)의 광 투과도가 우수해야, 봉지재(520)의 하단에 배치된 태양전지 셀(510)이 광 에너지로부터 전기 에너지를 생성할 수 있다. 이를 위해, 태양전지 셀(510) 및 봉지재(520, 525)가 적층된 집열판(530)이 기 설정된 환경에서 라미네이션된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: BIPVT 모듈
110: BIPVT 단위모듈
210: 하우징
220: 표면 보호부
230: 태양전지 모듈
240: 냉각관
310: 반사부
320: 태양전지 모듈 지지부
330: 냉각관 유입부
510: 태양전지 셀
520, 525: 봉지재
530: 집열판
610: 태양전지
620: p 전극리본
630: n 전극리본
110: BIPVT 단위모듈
210: 하우징
220: 표면 보호부
230: 태양전지 모듈
240: 냉각관
310: 반사부
320: 태양전지 모듈 지지부
330: 냉각관 유입부
510: 태양전지 셀
520, 525: 봉지재
530: 집열판
610: 태양전지
620: p 전극리본
630: n 전극리본
Claims (14)
- BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 시스템에 있어서,
복수의 BIPVT 단위모듈을 포함하며,
상기 BIPVT 단위모듈은,
태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈;
냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관;
상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징; 및
태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하고,
상기 하우징은,
포물선 형태로 구현되어, 입사하는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판;
상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하고, 외부에서 광이 입사되는 방향을 향하도록 경사를 가짐에 따라, 상기 반사판에서 반사되는 광 뿐만 아니라 하우징으로 직접 입사되는 광도 입사받을 수 있도록 하는 태양전지 모듈 지지부; 및
상기 태양전지 모듈 지지부가 경사를 가짐으로써 형성되는 태양전지 모듈 지지부의 하단부 공간에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하고,
상기 태양전지 모듈은,
태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 상에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제1 봉지재;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 상기 태양전지 셀의 주변부에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제2 봉지재; 및
태양광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 및 상기 제2 봉지재의 하단에 배치되어, 각 구성을 지지하며 열을 상기 냉각관으로 전도하는 집열판을 포함하고,
상기 집열판의 상기 태양전지 셀 및 상기 봉지재가 배치되는 면으로 알루미늄 산화 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 BIPVT 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 단위모듈에 있어서,
태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 모듈;
냉각수를 유입시켜 상기 태양전지를 냉각시키고 상기 태양전지에서 발생하는 열 또는 입사되는 태양광으로부터 발생하는 열로 냉각수를 가열하여 외부로 유출시키는 냉각관;
상기 태양전지 모듈 및 상기 냉각관을 지지하고, 기 설정된 형상을 가져 입사되는 광을 상기 태양전지 모듈로 반사시키는 하우징; 및
태양광이 입사하는 방향으로 상기 하우징의 최외곽에 형성되어, 외부에서 이물질이 상기 하우징 내부로 유입되는 것을 방지하는 표면 보호부를 포함하고,
상기 하우징은,
포물선 형태로 구현되어, 입사하는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판;
상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하고, 외부에서 광이 입사되는 방향을 향하도록 경사를 가짐에 따라, 상기 반사판에서 반사되는 광 뿐만 아니라 하우징으로 직접 입사되는 광도 입사받을 수 있도록 하는 태양전지 모듈 지지부; 및
상기 태양전지 모듈 지지부가 경사를 가짐으로써 형성되는 태양전지 모듈 지지부의 하단부 공간에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하고,
상기 태양전지 모듈은,
태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 상에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제1 봉지재;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 상기 태양전지 셀의 주변부에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제2 봉지재; 및
태양광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 및 상기 제2 봉지재의 하단에 배치되어, 각 구성을 지지하며 열을 상기 냉각관으로 전도하는 집열판을 포함하고,
상기 집열판의 상기 태양전지 셀 및 상기 봉지재가 배치되는 면으로 알루미늄 산화 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 BIPVT 단위모듈. - 삭제
- 삭제
- BIPVT(Building-Integrated Photovoltaic-Thermal) 단위모듈 내 태양전지 모듈 및 냉각관을 지지하는 하우징에 있어서,
기 설정된 형상을 가져, 입사되는 광을 기 설정된 면적만큼 반사시키는 반사판;
상기 반사판이 광을 반사시키는 위치에 형성되어 상기 태양전지 모듈을 지지하고, 외부에서 광이 입사되는 방향을 향하도록 경사를 가짐에 따라, 상기 반사판에서 반사되는 광 뿐만 아니라 하우징으로 직접 입사되는 광도 입사받을 수 있도록 하는 태양전지 모듈 지지부; 및
상기 태양전지 모듈 지지부가 경사를 가짐으로써 형성되는 태양전지 모듈 지지부의 하단부 공간에 형성되어, 내부로 상기 냉각관이 배치될 수 있도록 하는 냉각관 유입부를 포함하고,
상기 태양전지 모듈은,
태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 상에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제1 봉지재;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 상기 태양전지 셀의 주변부에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제2 봉지재; 및
태양광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 및 상기 제2 봉지재의 하단에 배치되어, 각 구성을 지지하며 열을 상기 냉각관으로 전도하는 집열판을 포함하고,
상기 집열판의 상기 태양전지 셀 및 상기 봉지재가 배치되는 면으로 알루미늄 산화 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 하우징. - 삭제
- 삭제
- 태양광을 입사받아 태양광으로부터 전기 에너지를 생산하는 태양전지 셀;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 상에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제1 봉지재;
방오 및 방수특성을 갖는 소재로 구현되고, 상기 태양전지 셀의 주변부에 위치하여, 상기 태양전지 셀이 외부로 노출되는 것을 방지하는 제2 봉지재; 및
태양광이 입사되는 방향으로 상기 태양전지 셀 및 상기 제2 봉지재의 하단에 배치되어, 각 구성을 지지하며 열을 냉각관으로 전도하는 집열판을 포함하고,
상기 집열판의 상기 태양전지 셀 및 상기 봉지재가 배치되는 면으로 알루미늄 산화 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 제1 봉지재 및 제2 봉지재는,
EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)로 구현되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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|---|---|---|---|---|
| KR100867655B1 (ko) * | 2007-05-23 | 2008-11-12 | 김현민 | 지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지수집 장치 |
| JP2015511810A (ja) * | 2012-03-30 | 2015-04-20 | サン−ゴバン グラス フランスＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｇｌａｓｓ Ｆｒａｎｃｅ | 冷却装置を備えた光起電力モジュール |
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| CN101375111A (zh) * | 2006-01-17 | 2009-02-25 | 索利安特能源公司 | 聚光式太阳能电池板及相关系统和方法 |
| KR102319732B1 (ko) * | 2019-11-08 | 2021-11-01 | 한국광기술원 | 집광 효율이 향상된 건물 일체형 태양광 모듈 |
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