KR20040068296A - 프로파일링된 광전지 지붕 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐리어와 태양 전지 유닛을 포함하는 광전지 지붕 패널에 관한 것이며, 태양 전지 유닛은 직렬 연결된 적어도 2개의 태양 전지를 갖는 개개의 태양 전지들로 나누어지고, 적어도 하나의 태양 전지는 이웃하지 않은 태양 전지와 직렬 연결된다. 바람직하게는, 직렬 연결된 각 전지는 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급할 것이다. 더욱 바람직하게는, 본 발명은 캐리어와 태양 전지 유닛을 포함하는 광전지 지붕 패널에 관한 것이며, 캐리어는 되풀이되는 패턴 길이(l)와 프로파일 길이(k)를 갖는 되풀이되는 프로파일을 가지고, 프로파일 길이(k)는 되풀이되는 패턴 길이(l)에 있는 프로파일의 길이이며, 캐리어는 폭 w1...wn을 갖는 태양 전지들 c1...cn로, 되풀이되는 패턴 길이(l)에 수직방향으로 나누어지는 태양 전지 유닛이 제공되고, w1...wn의 합은 프로파일 길이(k)와 동일하며, 적어도 하나의 전지 c1...cn은 또다른 되풀이되는 프로파일의 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결된다. 추가로 본 발명은 직렬 연결된 적어도 2개의 태양 전지들을 갖는 개개의 태양 전지들로 나누어진 태양 전지 유닛을 포함하는 유연성 태양 전지 포일에 관한 것이며, 여기서 적어도 하나의 태양 전지는 이웃하지 않은 태양 전지와 직렬 연결된다.
Description
본 발명은 프로파일링된 광전지 지붕 패널(profiled photovoltaic roofing panel)에 관한 것이며, 특히 직렬 연결된 태양 전지(solar cell)들을 포함하는 태양 전지 유닛과 캐리어를 포함하는 프로파일링된 광전지 지붕 패널에 관한 것이다. 추가로 본 발명은 프로파일링된 지붕 패널에 장착된 후, 직렬 연결된 각 셀이 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급하게 되는 방식으로 직렬 연결된 개개의 태양 전지들을 포함하는 적어도 하나의 태양 전지 유닛을 포함하는 유연성 태양 전지 포일(flexible solar cell foil)에 관한 것이다. 본 설명에서 태양 전지 유닛이라는 용어는 개개의 태양 전지들 중 적어도 두 개가 직렬 연결되어 있는 개개의 태양 전지들의 유닛을 의미한다. 본 설명에서 유연성 태양 전지 포일은 하나 이상의 태양 전지 유닛이 제공된 유연성 캐리어를 포함한다.
일반적으로 태양 전지는 전면 전극(전지의 전면에 있는)과 후면 전극(전지의 후면에 있는) 사이에 제공된 광전 물질로 구성된 광전지층을 포함한다. 전면 전극은 입사광이 광전 물질에 도달할 수 있도록 투명하거나 또는 가능한한 작으며, 입사된 복사는 광전 물질에서 전기 에너지로 변환된다. 이러한 방식으로 빛은 전류를 발생시키는데 사용될 수 있으며, 화석 연료나 핵 에너지에 대한 흥미로운 대안을 제공한다.
현재 태양 전지는 종종 평평한 시트의 형태로 사용된다. 그러나, 특히 그것이 주택에 사용될 때, 프로파일의 형태로, 특히 되풀이되는 프로파일의 형태로 태양 전지를 사용하는 것이 미학적인 관점에서 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로 태양 전지의 외관은 예를 들면, 타일이나 물결모양의 시트로 덮힌 지붕의 나머지의 외관과 통합될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해, WO 99/66563은 타일로 이루어진 다수의 행 및/또는 열 모양을 갖는 지붕 패널을 설명하고 있으며, 여기서 그 지붕 패널은 적어도 하나의 태양 전지가 제공된다.
US 4,670,293은 예를 들면 지붕 타일과 같이 평평하지 않은 표면을 갖는 기판상에 반도체 필름을 만드는 방법을 설명한다. 반도체 필름은 개개의 태양 전지들로 나누어질 수 있으며, 이들 태양 전지는 종래의 방법으로 이웃 전지와 직렬 연결되어 있다.
DE 공보(Offenlegungsschrift) 3626450은 유연성 태양 전지 시트가 제공된 유리 지붕 타일을 설명한다.
Y. 이치카와(Ichikawa) 등(플라스틱 필름 기판을 갖는 유연성 a-Si 베이스 태양 전지, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 577, pp. 703-712(1999))은 지붕 덮개 요소에서의 유연성 태양 전지 포일의 이용을 설명한다. 태양 전지들은 이웃 전지와 직렬 연결되어 있다.
EP-A 884432는 태양 전지 시트가 제공된 곡선형 지붕 덮개 요소를 설명한다.태양 전지들은 종래의 방법으로 직렬 연결될 수 있다.
프로파일링된 지붕 덮개 요소 위에 태양 전지를 적용하는 것과 관련된 문제는, 태양의 특정 위치에서 태양 전지의 조사(irradiation) 각도가 프로파일상에서의 그것의 위치에 따른 표면 영역에 걸쳐 변화한다 - 새도우잉(shadowing)이라 불리는 효과 - 는 사실에 있다. 그리하여, 태양 전지의 모든 부분이 동일한 양의 입사광을 받지는 않으며, 그 결과 태양 전지의 다양한 부분에서 발생된 전류는 프로파일상의 위치에 따라 변화된다. 이는 전체적으로 태양 전지 유닛의 전류 발생 특성에 해로운 영향을 미친다.
종래에 모듈의 전압을 증가시키기 위해서, 태양 전지 포일은 다수의 개개 전지들로 나누어지며, 이들 개개 전지들은 하나의 전지의 전면 전극을 이웃 전지의 후면 전극과 연결함으로써 직렬로 연결된다.
이 경우에도 또한 새도우잉은 태양 전지 유닛의 성능에 문제를 야기하는데, 왜냐하면 유닛의 프로파일로 인해 태양의 특정 위치에서 모든 전지가 동일한 양의 입사광을 받지는 않기 때문이다. 가장 작은 조사를 갖는 전지가 발생되는 전류의 양을 결정한다. 또한, 가장 작은 조사를 갖는 전지는 직렬 연결된 저항기로서 행동하기 시작할 수 있으며, 이는 태양 전지 유닛의 출력이 추가적으로 감소하게 만든다.
그러므로, 이들 문제점이 해결된 태양 전지 유닛을 포함하는 프로파일링된 광전지 지붕 패널에 대한 요구가 존재한다.
본 발명에 따르면, 이것은 캐리어와 태양 전지 유닛을 포함하는 광전지 지붕 패널을 제공함으로써 성취되는데, 이때 태양 전지 유닛은 적어도 두 개의 태양 전지가 직렬 연결되어 있는 개개의 태양 전지들로 나누어지며, 여기서 적어도 하나의 태양 전지는 이웃하지 않은 태양 전지에 직렬로 연결되어 있다. 바람직하게는, 직렬 연결된 각 태양 전지는 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급할 것이다. 더 바람직하게는, 본 발명은 캐리어와 태양 전지 유닛을 포함하는 광전지 지붕 패널을 지향하는데, 캐리어는 되풀이되는 패턴 길이(l)와 프로파일 길이(k)를 갖는 되풀이되는 프로파일을 가지며, 프로파일 길이(k)는 되풀이되는 패턴 길이(l)에서의 프로파일의 길이이고, 캐리어는 폭 w1... wn을 갖는 태양 전지 c1...cn으로, 되풀이되는 패턴 길이에 수직 방향으로 나누어진 태양 전지 유닛이 제공되며, w1...wn의 합은 프로파일 길이(k)와 동일하고, 적어도 하나의 전지 c1...cn은 또다른 되풀이되는 프로파일의 상응하는 전지 c1...cn과 직렬로 연결되며, n은 2 이상의 값을 값는 정수이다.
되풀이되는 프로파일의 각 전지 c1...cn이 태양 전지 유닛내에서 다른 되풀이되는 프로파일의 상응하는 전지 c1...cn과 동일한 양의 입사광을 붙잡기 때문에, 본 발명에서 사용된 직렬 연결의 방식은 본질적으로 동일한 양의 전류를 발생하는전지들이 직렬로 연결되는 것을 보장한다. 또한, 본 발명의 근원적인 문제들도 해결되었다. 종래 기술의 지붕 패널과는 대조적으로, 본 발명에 따른 지붕 패널의 태양 전지 유닛에서는, 적어도 하나의 태양 전지가 이웃하지 않은 태양 전지와 직렬 연결된다.
되풀이되는 패턴 길이에 수직 방향으로 태양 전지 유닛을 개개의 태양 전지들로 나눔으로써, 전지의 표면에 걸쳐 본질적으로 균질하며 동시적인 조사가 각각의 개별 전지에 대해 성취되며, 이는 전지의 전류 발생 특성을 개선시킨다. 각각의 개별 전지에 대한 전지 표면에 걸쳐 본질적으로 균질적인 조사라고 함은 이 경우, 전지의 표면 영역에 걸쳐, W/m2로 표현되는, 조사에서의 최대 편차가 많아야 전지의 전체 표면 영역에 걸친 평균 조사의 20%임을 의미하며, 바람직하게는 많아야 10%, 더욱 바람직하게는 많아야 5%, 보다 더 바람직하게는 많아야 1%, 가장 바람직하게는 많아야 0.5%이다.
적어도 하나의 전지 c1...cn을 또다른 되풀이되는 프로파일의 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결하는 것은 본질적으로 동일한 양의 빛을 받고 그리하여 본질적으로 동일한 양의 전류를 발생시키는 전지들이 직렬로 연결되게끔 한다. 본질적으로 동일한 양의 전류를 발생시킨다고 하는 조건은 이 경우, 직렬 연결된 전지들의, 암페어(Ampere)로 표현되는, 전지당 발생되는 전류의 양에서의 최대 편차가 많아야직렬 연결된 전지들에 의해 발생된 평균 전류의 25%, 바람직하게는 많아야 10%, 더욱 바람직하게는 많아야 5%, 보다 더 바람직하게는 많아야 2%, 가장 바람직하게는 많아야 1%이다.
비록 본 발명의 패널은 지붕 패널로서 지시되고 있지만, 그것은 지붕에서뿐만 아니라 벽에서도 그리고 태양 전지 유닛이 제공된 프로파일링된 패널의 사용이 매력적일 수 있는 임의의 다른 응용분야에서도 사용될 수 있음이 명백하다.
본 발명은 도면을 참조하면서 보다 더 예시될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지붕 패널의 부분을 나타내는 사시도를 도시하며, 되풀이되는 패턴 길이(l), 프로파일링된 길이(k), 전지들 c1...cn, 전지의 폭 w1...wn이 도시되어 있다. 지붕 패널은 정현 프로파일을 갖는다. 제 1 프로파일 길이의 전지들 c1...cn중의 적어도 하나는 이웃하는 프로파일 길이의 전지들 c1...cn과 와이어링(도시되지 않음)에 의해서 직렬로 연결되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 상이한 지붕 패널의 부분의 단면을 도시하며, 톱니 유형 프로파일을 갖는 것이다. 되풀이되는 패턴 길이(l), 프로파일 길이(k), 전지들 c1...cn의 전지 폭 w1...wn이 도시되어 있다. 제 1 프로파일 길이의 전지들 c1...cn중의 적어도 하나는 이웃하는 프로파일 길이의 전지들 c1...cn과 직렬로 연결되어 있다.
도 3은 상이한 프로파일을 갖는, 본 발명에 따른 또다른 지붕 패널의 부분의 단면을 도시한다. 되풀이되는 패턴 길이(l), 프로파일 길이(k), 전지들 c1...cn의 전지 폭 w1...wn이 도시되어 있다. 제 1 프로파일 길이의 전지들 c1...cn중의 적어도 하나는 이웃하는 프로파일 길이의 전지들 c1...cn과 직렬로 연결되어 있다.
도 4는 평탄부에 융기를 갖는, 도 3의 지붕 패널의 변형을 도시한다. 전지들로의 분할은 도 3과 동일하다.
도 5는 타일로 이루어진 다수의 행과 열의 형태를 취하는 지붕 패널을 도시하고 있으며, 타일의 행은 태양 전지 포일이 제공된다.
이들 도면은 본질상 도식적임이 지적된다. 그것들은 말하자면, 되풀이되는 패턴 길이당 전지수라든가 전지의 길이나 폭에 대한 어떠한 정보도 제공하지 않는다.
앞에서 지적한 바와 같이, 목적은 본 발명에 따른 지붕 패널에서 각 전지의 표면 영역에 걸친 조사가 본질적으로 균질적이라는 것이다. 이것은 전지 표면 영역에서의 불규칙성이 전적으로 허용될 수 없다는 것을 의미하지는 않는다. 그리하여, 도 4의 실시예의 전지들 c3에 있는 융기의 존재는, 빛의 입사각에 따라서, 전지들 c3에 일정한 새도우 효과를 일으키며, 그 결과, 전지들 c3의 표면 영역의 전부가 동일한 양의 빛을 취하는 것은 아니다. 그러나, 그 융기는 그것의 존재의 결과를수용할 수 있을 만큼 충분히 낮다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 지붕 패널은 캐리어와 적어도 하나의 태양 전지 유닛을 포함한다. 태양 전지 유닛은 예를 들면, 후면 전극, 광전지층 및 전면 전극과 같은 태양 전지 유닛의 상이한 층들을 유리 캐리어 상에 직접 침전시킴으로써, 캐리어 상에 직접 제조될 수 있다. 그러나, 보다 매력적인 선택은 태양 전지 유닛이 유연성 태양 전지 포일의 형태로 분리되어 제작되는 것이며, 이후 유연성 태양 전지 포일은 캐리어 위로 인가된다. 이것의 이점은 다음과 같다. 즉, 직렬 연결의 수립을 포함하여, 태양 전지 포일의 제작은 평탄한 위치에 있는 태양 전지 포일로서 수행될 수 있으며, 동시에 태양 전지 포일의 유연성은 프로파일 상에서 자신이 이용되는 것을 가능하게 한다는 것이다. 또한 본 발명은 그 이유 때문에, 폭 w1...wn을 갖는 개개의 태양 전지 c1...cn의 세트들로 나뉘어진 적어도 하나의 태양 전지 유닛이 제공된 유연성 태양 전지 포일에 관한 것이며, 여기서 적어도 하나의 전지 c1...cn은 상응하는 전지 c1...cn와 직렬 연결되어 있고, n은 2 이상의 값을 갖는 정수이다. 이러한 직렬 연결은 예를 들면, 절연 스페이서가 제공된 태양 전지 유닛의 결과로서 수립될 수 있으며, 여기서 직렬 연결을 만드는 와이어링은 스페이서를 통과한다. 이 실시예에 대한 바람직한 옵션이 아래에서 보다 상세히 설명된다. 캐리어를 통과하는 직렬 연결을 이루는 것, 즉 직렬 연결을 만드는 와이어링이 캐리어를 통과하는 것이 또한 가능하다는 것이 명백하다.
되풀이되는 패턴 길이(l) 내의 태양 전지들 c1...cn의 갯수는 되풀이되는 패턴 길이(l)의 길이, 되풀이되는 패턴 길이(l)의 프로파일에서의 변형, 및 전지 c1...cn의 요구되는 크기에 의존할 것이다. 일반적으로, 되풀이되는 패턴 길이(l)가 더 클 수록 및/또는 프로파일이 더 복잡할 수록, 되풀이되는 패턴 길이(l)당 요구되는 전지의 갯수는 더 크다. 더 복잡한 프로파일은 되풀이되는 패턴 길이당 더 많은 태양 전지로 귀결된다는 사실은 개개의 태양 전지에 걸쳐 입사광의 균질성이 허용가능한 한계내에 유지된다는 것을 보장한다. 태양 전지들의 크기는 폭 w1...wn에 의존할 것이지만, 또한 당연히 그것들의 길이에도 의존한다.
태양 전지들의 적절한 길이는 지붕 패널의 프로파일에 의존할 것인데, 왜냐하면 태양 전지 유닛이 한 방향으로만, 즉 되풀이되는 패턴 길이(l)의 방향으로만 프로파일링되는 것이 바람직하기 때문이다. 2개의 방향으로 태양 전지 유닛을 프로파일링하는 것은 그것이 태양 전지에 부가하는 필요조건들 때문에 덜 바람직하다. 적절한 길이는 또한 선택된 전지 폭과 요구되는 전지 표면 영역에 의존할 것이다. 전술한 바와 같이, 전지 c1...cn의 폭 w1...wn의 합은 프로파일 길이(k)와 동일해야 한다. 이러한 연결에서 직렬 연결의 폭은 전지 폭 w1...wn에 포함된다는 것에 주목해야 한다.
지붕 패널 프로파일에 의존하면서, 전지 폭 w1...wn은 동일할 수도 있고 아닐 수도 있다. 전술한 바와 같이, 개개 전지에 걸쳐 빛의 입사각의 균질성이 허용가능한 한계내에 유지된다는 것이 중요하다. 그러한 이유로, 지붕 패널의 급하게 휘어진 부분에 보다 더 좁은 태양 전지들을 이용하는 것이 때때로 바람직할 수 있으며, 이 경우 덜 휘어진 부분들은 보다 더 넓은 전지의 이용을 허용한다. 그러나, 만약 프로파일이 적절하다면, 프로세싱의 이유 때문에 일정한 전지 폭 w1...wn을 선택하는 것이 바람직하다.
지붕 패널의 되풀이되는 패턴 길이(l)는 일반적으로 5에서 100cm 사이일 것이며, 바람직하게는 10에서 60cm 사이, 보다 더 바람직하게는 15에서 45cm 사이일 것이다.
되풀이되는 패턴 길이당 전지의 갯수(n)는 일반적으로 2개에서 100개 사이, 바람직하게는 5개에서 50개 사이일 것이다.
프로파일의 일정 부분들에서 인접 전지들이 동일한 조사를 갖는 그러한 프로파일을 가지는 루프 패널의 경우에, 동일한 조사를 갖는 이웃 전지들은 직렬로 연결될 수 있으며, 직렬로 연결된 전지들의 이러한 세트는 이제 프로파일의 상응하는 부분과 직렬 연결된 전지들의 상응하는 세트와 직렬 연결될 수 있다. 이 설명의 용어법에서, 동일한 조사를 갖는 이웃 전지들은 서브전지 s1...sm으로 나타낼 수 있다. 그러한 경우에 직렬 연결된 전지 s1...sm의 세트는 폭 w1...wn을 갖는 세트 c1...cn으로부터의, 폭 w를 갖는 전지 c에 상응한다.
본 발명의 지붕 패널은 특정한 방법으로 직렬 연결된 태양 전지들이 제공된 태양 전지 유닛와 캐리어를 포함한다. 캐리어는 하나 이상의 서브-패널로 구성될 수 있으며, 지붕 패널은 하나 이상의 태양 전지 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지붕 패널은 태양 전지들이 제공되며 하나의 되풀이되는 패턴 길이(l)의 폭을 갖는 분리된 유닛들로 구성될 수 있으며, 하나의 유닛 상의 전지들 c1...cn중의 적어도 하나와 다른 유닛 상의 상응하는 전지들 c1...cn사이의 직렬 연결은 유닛들이 지붕에 놓여질 때 수립된다. 본 실시예가 매력적일지의 여부는 유닛의 크기에 크게 의존할 것이다. 만약 유닛이 종래의 지붕 타일의 크기라면, 각 유닛의 연결과 연관된 노동 비용은 아주 비쌀 수 있다. 반면에, 예를 들면 적어도 15cm의 폭과 적어도 1미터의 길이, 바람직하게는 용마루에서 홈통까지의 지붕 길이와 일치하는 길이를 갖는 유닛과 같은 보다 큰 유닛에 대해서, 이것은 본 발명의 바람직한 실시예일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예는 적어도 되풀이되는 패턴 길이(l)의 두 배의 폭을 갖는 지붕 패널, 보다 바람직하게는 되풀이되는 패턴 길이(l)의 4배에서 20배까지의 폭을 갖는 지붕 패널이다. 바람직하게는 지붕 패널은 30-250cm의 폭, 보다 바람직하게는 30-150cm의 폭을 갖는다. 폭을 가로질러 지붕 패널은 서너개의 태양 전지 유닛들로 덮일 수 있으나, 만약 태양 전지 유닛들이 태양 전지 포일 상에 존재한다면, 직렬 연결된 태양 전지들을 갖는 하나의 태양 전지 유닛을 패널의 폭에 걸쳐 포함하는 태양 전지 포일로 지붕 패널이 자신의 폭에 걸쳐 덮일 때 그것은 바람직하다. 포일은 지붕 패널의 높이에 걸쳐 서너개의 유닛들이 제공될 수 있다.
본 설명의 맥락에서 지붕 패널의 폭이라 함은 프로파일 방향으로의 지붕 패널의 폭을 의미한다. 지붕 패널의 높이는 폭에 수직방향이다.
본 발명에 따른 지붕 패널의 높이는 결정적인 것은 아니며, 일반적으로 종래의 구성 크기에 의존할 것이다. 지붕 패널 상에 세로방향으로 제공된 태양 전지 유닛들의 갯수는 상황에 따라 변할 수 있다. 지붕 패널이 말하자면 타일의 띠 모양을 가질 때, 높이방향으로의 하나의 태양 전지 유닛은 아마도 충분한 것으로 간주될 것이다. 지붕 패널이 말하자면 물결모양 시트나 알루미늄 지붕 프로파일의 경우에 더 높을 때, 패널의 높이를 따라 더 많은 태양 전지 유닛을 제공하는 것이 요구될 것이다. 이것은 태양 전지 유닛의 높이가 그것을 필요로 하기 때문에 요구될 것이다. 또는, 지붕 패널이 또한 그 방향으로 프로파일을 가질 때, 예를 들면 지붕 패널은 다수 행의 타일들이 하나 위에 다른 하나라는 모양을 가지기 때문에 그것은 요구될 것이다. 특히 더 높은 지붕 패널의 경우에, 다수의 태양 전지 유닛이 제공된 유연성 태양 전지 포일을 사용하는 것이 매력적일 것이다.
본 발명에 따른 지붕 패널의 바람직한 실시예는 본 발명에 따라 직렬로 연결된 태양 전지 유닛이 제공되는 적어도 하나의 행 또는 열의 타일들을 갖는 하나 이상의 행들 또는 열들의 타일들의 모양을 갖는 지붕 패널이다. 이 실시예는 도 5에 예시되어 있다. 이 도면은 외관은 각각 5개의 타일들을 갖는 5개의 행의 형태를 취하며, 길이방향으로 5개의 타일의 태양 전지 유닛은 각 행(빗금친 부분)에 제공되는 지붕 패널을 도시한다. 전지들로의 분할과 직렬 연결은 도시되지 않았다. 본 실시예의 이점은 외관상 종래의 타일로 덮여진 지붕의 외관과 잘 맞는 동시에 그 크기는 설치에 용이하다는 것이다. 개개의 행 또는 열에 태양 전지 유닛을 제공하는 것은 태양 전지 유닛이 두 방향으로 프로파일을 노출하는 것을 막는다. 이런 유형의 지붕 패널에 대해서 취급을 용이하게 하기 위해, 1-10개 "타일" 폭과 1-8개 "타일" 높이를 갖는 패널이 바람직하며, 타일의 총 갯수는 바람직하게는 적어도 4개, 보다 바람직하게는 적어도 8개, 더욱 바람직하게는 적어도 12개이다. "타일"의 갯수의 바람직한 최대값은 "타일"의 크기와 최종 유닛의 요구되는 크기에 의존한다.
본 발명에 따른 지붕 패널에서의 직렬 연결의 핵심은 직렬로 연결될 전지들의 선택이다. 그러한 직렬 연결은 단순히 하나의 전지의 후면 전극과 다른 전지의 전면 전극을 연결하는 것을 포함한다. 필요한 와이어링을 설계하고 설치하는 것은 당업자의 능력 내에 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 또한 개개의 태양 전지들로 나누어진 적어도 하나의 태양 전지 유닛이 제공된 유연성 태양 전지 포일에 관한 것이며, 태양 전지들은 프로파일링된 지붕 패널에 설치된 후, 직렬 연결된 각 전지가 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급하도록 직렬 연결된다. 직렬 연결을 수립하는 한가지 매력적인 방법은 상호연결층(interconnection layer)을 거치는 것이다. 그 원리가 반도체 산업으로부터 잘 알려져 있는 상호연결층은 상호 절연된 전도 스트립의 패턴으로 구성된다. 전지 c1...cn의 세트로부터의 적어도 하나의 전지는 이웃하는 전지 세트로부터의 상응하는 전지 c1...cn의 후면 전극을 갖는 상호연결층에 있는 전도 스트립을 통해 연결된다. 상응하는 전지 c1은 상호연결층의 제 1 스트립을 통해 연결되고, 상응하는 전지 c2는 제 2 스트립을 통해 연결되는 식이다. 전지의 TCO가 동일 전지의 후면 전극과 연결되는 것을 방지하기 위해, 상호연결층에 있는 전도 스트립은 전기적 절연 물질에 의해 차단된다. 이 차단은 스트립을 자르거나 절연 물질의 분리 제공에 의해서 수행될 수 있다.
그리하여 또한 본 발명은 개개의 태양 전지 c1...cn의 세트로 나누어지는 태양 전지 유닛이 제공된 태양 전지 포일에 관한 것이며, 이들 개개의 태양 전지 c1...cn는 태양광 입사면으로부터 아래쪽으로, 전면 전극, 광전지층, 후면 전극, 및 전기적 절연 물질이 제공된 상호 절연된 전도 스트립 p1...pn을 포함하는 상호연결층을 포함하고, 적어도 하나의 전지 c1...cn은 전도 스트립 p1...pn중의 하나를 통해 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결되며, n은 2 이상의 값을 갖는 정수이다.
이러한 태양 전지 포일의 간단한 실시예는 상호연결층의 스트립들이 태양 전지 포일 분할에 대해서 비스듬한 포일이다. 그 각도는 바람직하게는 60°에서 120°사이, 보다 바람직하게는 80°에서 100°사이, 더욱 바람직하게는 88°에서 92°사이이다. 가장 바람직하게는, 상호연결층의 스트립들은 태양 전지 유닛 분할에 본질적으로 수직이다. 이 실시예에서, 직렬 연결은 하나의 전지 c1...cn의 TCO층과 상호연결층 그리고 전지들의 이웃하는 세트로부터의 상응하는 전지 c1...cn의 후면 전극과 상호연결층 사이에 전도성 연결을 "찔러 만듦(pricking)"으로써 매우 간단히 수립될 수 있다.
직렬 연결을 수행하는 다른 방법은 태양 전지 유닛의 측면을 따라 그것이 연결될 전지로 나아가며 하나의 전지의 전면 전극에 연결되어 있는 코팅된 전도 스트립이나 와이어를 통하는 것이다.
본 발명에 따른 지붕 패널의 캐리어 재료는 결정적인 것은 아니다. 캐리어가 투명할 때, 예를 들면 유리나 합성 재료일 때, 태양 전지 유닛은 선택적으로 캐리어의 하부에 제공될 수 있으며, 이는 태양 전지 유닛에 대한 외부 영향에 대해 적절한 보호를 보장한다. 태양 전지 유닛이 캐리어의 상부에 제공될 때, 캐리어는 투명할 필요가 없다. 그 경우 적절한 재료는 종래의 지붕 재료, 즉 콘크리트, 돌 등과 같은 세라믹 재료와 합성 재료, 선택적으로는 재활용된 합성 재료에 기초한 것, 및 강, 아연, 알루미늄과 같은 금속을 포함한다.
본 발명에 따른 지붕 패널에서 사용되는 태양 전지 유닛은 뒤쪽에서 앞쪽 순으로, 후면 전극, 광전지층, 전면 전극을 포함한다. 종종, 캐리어는 또한 태양 전지 유닛에 고유의 강도을 더해주기 위해 존재한다. 이들 재료의 성질은 본 발명에 따른 지붕 패널에서 결정적인 것은 아니다. 다음의 설명은 오직 예시의 목적으로만 기능한다.
만약 존재한다면, 태양 전지 유닛의 캐리어는 임의의 알려진 캐리어일 수 있다. 캐리어가 전면 전극의 측면에 존재할 때, 그것은 투명해야 한다. 캐리어는 예를 들면, 유리나 투명 폴리머로 만들어질 수 있다. 캐리어가 후면 전극의 측면에 배치될 때, 그것은 태양 전지 유닛의 예상 쓰임에 따라 투명할 수도 있고 아닐 수도 있다. 적합한 재료는 폴리머 포일이나 금속 포일과 같이, 롤-투-롤(roll-to-roll) 프로세스에서의 사용에 적합한 유연성 재료를 포함한다.
일반적으로 전면 전극은 투명 전도 산화물(TCO)이다. 적합한 TCO는 인듐 주석 산화물, 아연 산화물, 알루미늄이나 불소 또는 붕소로 도핑된 아연 산화물, 카드뮴 황화물, 주석 산화물, F-도핑된 SnO2를 포함한다.
광전지층은 당업자에게 알려진 임의의 적절한 계, 예를 들면 비결정질 실리콘(a-Si:H), 미정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 단결정질 실리콘, 비결정질 실리콘 탄화물(a-SiC) 및 s-SiC:H, 비결정질 실리콘-게르마늄(a-SiGe) 및 a-SiGe:H, a-SiSn:H, a-SiSn:H를 포함할 수 있다. 또한, 이용은 CIS(구리 인듐 디셀레나이드(diselenide), CuInSe2), 카드뮴 텔루르화합물, Cu(In,Ga)Se, ZnSe/CIS, ZnO/CIS, 및 Mo/CIS/CdS/ZnO로 만들어질 수 있다. 말하자면 비결정질 또는 미정질 실리콘의 박막 태양 전지의 사용이 바람직하다.
태양 전지 유닛의 사용에 따라서 또한 반사기로서 기능할 수 있는 후면 전극은 예를 들면, 알루미늄, 은, 또는 그 둘의 화합물로 구성될 수 있다.
필요하다면, 태양 전지 유닛은 유닛을 환경 영향으로부터 보호하기 위해서 인캡슐런트(encapsulant)와 같은 공지의 추가적인 성분을 포함할 수 있다.
바람직한 것은, 만약 태양 전지 유닛이 제공된 유연성 태양 전지 포일이 본 발명에 따른 지붕 패널에 사용된다면, 이것은 연속 프로세스, 바람직하게는 롤-투-롤 프로세스에 의해서 제조된 유연성 태양 전지 포일이 바람직하다. WO 98/13882나 WO 99/49483에서 설명된 바와 같이 제조된 유연성 태양 전지 포일이 특히 바람직하다. 이들 공보는 유연성 태양 전지 포일을 제조하는 프로세스와 거기에서 사용되는 재료에 관한 본 설명에 참조에 의해 통합되지만, 상기 공보들에 개시된 직렬 연결 방법은 본 발명에 따른 지붕 패널에서의 사용을 위한 태양 전지 유닛에서 사용되기에는 적합하지 않다는 조건하에서이다.
Claims (17)
- 광전지 지붕 패널에 있어서,캐리어와태양 전지 유닛을 포함하고,상기 태양 전지 유닛은 적어도 2개의 태양 전지가 직렬로 연결되어 있는 개개의 태양 전지들로 나누어지며,적어도 1개의 태양 전지는 이웃하지 않은 태양 전지에 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 1 항에 있어서,직렬로 연결된 각 전지는 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 캐리어는 되풀이되는 패턴 길이(l)와 프로파일 길이(k)를 갖는 되풀이되는 프로파일을 가지며,상기 프로파일 길이(k)는 상기 되풀이되는 패턴 길이(l)에 있는 상기 프로파일의 길이이고,상기 캐리어에는 상기 되풀이되는 패턴 길이(l)에 수직방향으로, 폭 w1...wn을 갖는 태양 전지들 c1...cn으로 나누어진 태양 전지 유닛이 제공되며,상기 w1...wn의 합은 상기 프로파일 길이(k)와 동일하고,적어도 하나의 전지 c1...cn은 다른 되풀이되는 프로파일의 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결되며,상기 n은 2 이상의 값을 값는 정수인 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 태양 전지 유닛은 유연성 태양 전지 포일을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 전지 폭 w1...wn은 일정한 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,1개의 되풀이되는 패턴 길이(l)의 폭을 값는 분리된 유닛들로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 되풀이되는 패턴 길이(l)의 적어도 2배의 폭, 보다 바람직하게는 상기 되풀이되는 패턴 길이(l)의 4배에서 20배까지의 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 7 항에 있어서,직렬 연결된 태양 전지들을 갖는 태양 전지 포일을 포함하는 하나의 태양 전지 유닛이 그 폭을 가로질러 덮고 있는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,타일들로 이루어진 하나 이상의 행 이나 열의 모양을 가지며,타일들로 이루어진 적어도 하나의 행 이나 열에 태양 전지 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,하나의 태양 전지 유닛내에서 모든 전지들 c1...cn은 상기 태양 전지 유닛내에 있는 모든 상응하는 전지들 c1...cn과 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 세트 c1...cn으로부터의 적어도 하나의 전지 c는 직렬 연결된 이웃하는 서브전지들 s1...sm의 세트로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 지붕 패널.
- 유연성 태양 전지 포일에 있어서,직렬 연결된 적어도 2개의 태양 전지를 갖는 개개의 태양 전지들로 나누어진 태양 전지 유닛을 포함하고,적어도 하나의 태양 전지는 이웃하지 않은 태양 전지와 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지 포일.
- 유연성 태양 전지 포일에 있어서,개개의 태양 전지들로 나누어진 태양 전지 유닛을 포함하고,상기 태양 전지들은 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항을 따르는 지붕 패널에 설치된 후, 직렬 연결된 각 전지가 본질적으로 동일한 양의 전류를 공급하도록 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지 포일.
- 유연성 태양 전지 포일에 있어서,폭 w1...wn을 갖는 개개의 태앙 전지들 c1...cn의 세트들로 나누어진 태양 전지 유닛을 포함하고,적어도 하나의 전지 c1...cn은 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결되며,상기 n은 2 이상의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지 포일.
- 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,절연 스페이서가 제공되며,상기 스페이서를 통과해서 상기 직렬 연결을 수립하는 와이어링을 갖는 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지 포일.
- 유연성 태양 전지 포일에 있어서,개개의 태양 전지들 c1...cn의 세트들로 나누어지는 태양 전지 유닛을 포함하고,상기 개개의 태양 전지들 c1...cn는 태양광 입사면으로부터 아래쪽으로, 전면 전극, 광전지층, 후면 전극, 및 전기적 절연 물질이 제공된 상호 절연된 전도 스트립들 p1...pn을 포함하는 상호연결층을 포함하고,적어도 하나의 전지 c1...cn은 상기 전도 스트립 p1...pn중의 하나를 통해 상응하는 전지 c1...cn과 직렬 연결되며,상기 n은 2 이상의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지포일.
- 제 16 항에 있어서,상기 상호연결층의 상기 스트립들은 상기 태양 전지 포일 분할에 본질적으로 수직이며,상기 직렬 연결은 하나의 전지 c1...cn의 TCO층과 상기 상호연결층 그리고 전지들의 이웃하는 세트로부터의 상응하는 전지 c1...cn의 상기 후면 전극과 상기 상호연결층 사이에 전도성 연결을 "찔러 만듦"으로써 수립되는 것을 특징으로 하는 유연성 태양 전지 포일.
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