KR20080075261A - 태양전지모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수직으로 구비되는 태양전지판과 반사판 사이에 태양광의 각도에 상관없이 입사되는 태양광을 굴절시켜 태양전지판으로 유도하게 하거나, 또는 반사판을 경유하여 태양전지판으로 유도하는 굴절부를 개재하여 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지모듈에 관한 것이다.

본 발명에 따른 태양전지모듈은 수직으로 이루어진 구성으로서 협소한 장소에서도 설치 가능하고, 태양으로부터 조사되는 태양광의 각도와 상관없이 태양광을 흡수할 수 있어, 넓이가 동일한 장소라 하더라도 종래의 태양전지모듈보다 많은 양의 모듈을 설치할 수 있다. 따라서, 전기에너지의 생산 능력이 우수하다.

태양광, 에너지, 전기, 프리즘, 태양전지

Description

태양전지모듈{Module of solar battery}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지모듈을 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈을 여러개 구비하여 서로 상반되게 배치한 것을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈을 여러개 구비하여 순차적으로 배치한 것을 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지모듈을 여러개 구비하여 서로 상반되게 배치한 것을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지모듈을 여러개 구비하여 순차적으로 배치한 것을 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10,10a: 반사판 20: 프리즘

30: 태양전지판 50: 태양

본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로, 보다 자세하게는 수직으로 구비되는 태양전지판과 반사판 사이에 태양광의 각도에 상관없이 입사되는 태양광을 굴절시켜 태양전지판으로 유도하게 하거나, 또는 반사판을 경유하여 태양전지판으로 유도하는 굴절부를 개재하여 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지모듈에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지모듈은 광전효과를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 무공해, 무소음, 무한 공급 에너지라는 이유로 최근들어 각광을 받고 있다. 특히 지구온난화를 막기 위하여 이산화탄소, 메탄가스 등의 온실가스 배출량을 규제하는 도쿄의정서가 2005년 2월 16일자로 발효되었고, 에너지원의 80% 이상을 수입에 의존하고 있는 우리나라로서는 태양에너지가 중요한 대체 에너지원중의 하나로 자리잡고 있다. 이와 같은 태양전지모듈은 전도성 리본을 통하여 직·병렬로 연결되는 다수의 태양전지 셀에 의해 사용자가 필요로 하는 전력을 발생시키고, 사용자는 이 전력을 이용하여 상용전원 등으로 사용할 수 있다.

최근들어, 태양전지모듈은 건물 옥상, 건물 벽면, 산간지역, 섬, 공원, 신호등, 도로 안내판 등에 설치되어 건물 등에 전력을 공급하거나 또는 도로 안내판 등의 전력원으로 널리 이용되고 있다.

이러한 태양전지모듈은 태양광의 흡수를 최적화하기 위해 태양광의 입사각을 기준 지면으로부터 수평으로 설치하거나, 수평의 설치가 여의치 않은 경우 지면으로부터 경사지게 설치하는 것이 보편적이었다.

그러나 종래의 태양전지모듈은 태양광의 에너지 밀도가 낮아, 일정 전력을 얻기 위해서는 태양 전지 모듈을 다량 사용해야 하므로 설치장소에 제한이 있었으며, 태양광의 각도에 따른 효율의 변화를 갖는 태양광 발전 시스템의 특성상 건물의 옥상, 지붕 또는 별도로 세운 지주 등에 설치해야 하며, 태양에너지를 흡수하는 태양전지 모듈의 방향이 남향으로 되어야 한다는 제한도 있었다.

이런 문제로 인해 한정되어 있는 건물의 옥상 또는 별도의 시설물을 사용해 태양전지를 설치하여 발전을 하고 있으며, 아파트나 다세대 주택, 공동건물, 옥외 구조물 등 에서의 개별 태양광 발전시설의 이용은 설치공간의 부족으로 인해 수급이 극히 제한되어 왔다.

한편, 태양전지모듈이 장기간 동안 자연 환경에 노출되어 있는 경우는 우박 또는 돌발적인 상황(돌이 날라왔다던지 등)들로 인해 태양전지판의 표면이 파손되는 일이 빈번히 발생되었으며, 이로 인해 교체비용이 추가되는 등의 문제와 에너지 전환 효율이 급격하게 저하 등의 문제가 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 설치장소가 협소한 곳에서도 태양광을 이용할 수 있도록 구성한 태양전지모듈을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 수직으로 구비되는 태양전지판과 반사판 사이에 태양광의 각도에 상관없이 입사되는 태양광을 굴절시켜 태양전지판으로 유도하 게 하거나, 또는 반사판을 경유하여 태양전지판으로 유도하는 굴절부를 개재하여 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지모듈에 의해 달성된다.

여기서, 상기 굴절부는 다수의 프리즘을 다단식 계층구조로 적재하되, 상기 프리즘은 2개 이상의 평면을 가진 투명한 물체로서 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아니어야 하고, 길이방향으로는 일정하며, 태양전지판에 면접되어 하부에 적재된 것일수록 평면의 크기가 커지는 형식의 계층구조로 이루어지는 것이 특징이다.

또한, 상기 태양전지판, 굴절부, 반사판의 배치순서는 반사판 - 굴절부 - 태양전지판 - 반사판 - 굴절부 - 태양전지판, 또는 반사판 - 굴절부 - 태양전지판 - 태양전지판 - 굴절부 - 반사판 형태의 무한 반복 구조로 이루어지는 것이 특징이다.

한편, 상기 굴절부는 프리즘을 제외한 공간은 빈 공간이게 하거나, 또는 태양광이 투과되도록 투명소재로 충진하는 것이 바람직하고, 삼각 기둥, 사각뿔, 원뿔, 구형의 프리즘 중 선택되는 어느 하나이거나 또는 둘 이상의 조합으로 구성되는 것이 특징이다.

아울러, 본 발명은 상기 반사판과 굴절부와 태양전지판의 하단에 또 다른 반사판과 태양전지를 더 구비하여 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 태양전지모듈은 반사판(10), 굴절부, 태양전지판(30)을 각각 구비하여 수직으로 배열한 것이 특징인 것으로, 협소한 장소에서도 시간에 따라 변 화되는 태양광의 입사각을 최대한 수용할 수 있도록 구비한 구성이며, 바람직하게는 태양전지판(30)과 반사판(10)이 세로로 설치되고 상기 세로로 설치된 태양전지판(30)과 반사판(10) 사이에는 굴절부를 개재한다.

반사판(10)은 빛을 반사하는 구성으로서, 대략 1mm의 두께를 갖는 얇은 거울 또는 0.1 mm 정도의 반사용 필름을 예로 들 수 있으며, 반사면이 굴절부를 향하도록 구비한다.

태양전지판(30)은 시중에 유통되고 있는 통상적인 태양전지판인 것으로, 빛을 흡수하여 전기에너지로 전환하는 표면이 상기 반사판(10)과 마찬가지로 굴절부를 향하게 구비한다.

굴절부는 두께가 대략 10mm 이며, 상기 두께 안에 빛을 굴절시키는 다수의 프리즘(20)을 수용한 구성으로서, 프리즘(20) 이외의 공간(20a)은 빈 공간 혹은 진공으로 남겨두거나, 투명소재(투명 플라스틱, 투명 유리 등)로 충진한 구성이다.

여기서, 상기 굴절부의 공간(20a)을 투명소재로 충진하는 이유는, 첫째 프리즘(20)의 외부면이 먼지나 기타 이물질로부터 더럽혀지면 빛의 굴절율이 저하될 우려가 있기 때문에 충진하는 것이고, 둘째로는 굴절부가 태양전지판(30)과 반사판(10) 사이에 면접되어 개재된 것이므로 외부의 피해(돌이 날아 온다든가, 우박에 의한 피해 등)로 인한 태양전지판(30)과 반사판(10)의 파손을 방지할 수 있기 때문이다.

한편, 프리즘(20)은 2개 이상의 평면을 가진 투명한 물체로서 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아니어야 하고, 길이방향으로는 일정하며, 태양전지판(30)에 면접 되어 하부에 적재된 것일수록 평면의 크기가 변화하는 형식인 것으로, 일반적인 삼각기둥 형식의 프리즘 또는 피라미드형 사각뿔, 원뿔, 반구형, 구형의 프리즘과 이것의 조합형식일 수 있으며, 상기 굴절부의 내부에 다단식 계층구조로 적재 또는 분포되어 구비되는 구성이다.

이러한 프리즘(20)을 보다 자세히 설명하면, 프리즘(20)은 태양전지판(30)의 일측에 면접되어 하부에서부터 상부에 이르기까지 단계별로 적재된 것으로, 태양전지판(30)의 하부에 면접된 프리즘(20)의 면적이 가장 크며, 적재되는 순서에 따라 프리즘(20)의 면적이 점차 감소된다. 이때 적재되는 각각의 프리즘(20)의 길이는 변화를 갖지 않는다.

또한, 이와 같은 프리즘(20)은 태양전지모듈의 설치장소 및 기타 태양전지모듈의 설치에 따른 모든 제반사항을 고려하여 삼각 기둥, 사각뿔, 원뿔, 반구형, 구형의 프리즘 중 선택되는 어느 하나이거나 또는 둘 이상의 조합으로 구성할 수 있다.

둘 이상의 조합으로 구성할 때 주의할 점은 태양광의 입사각과 상관없이 태양전지판(30)에 유도될 수 있도록 하는 것이 중요하므로 태양광이 태양전지판(30)에 유도되도록 조합하되, 입사한 태양광이 태양전지에 최대한 굴절되도록 조합과 분포에 따른 프리즘(20)의 크기, 모양, 적재순서, 분포 등에 대한 제한을 두지 않는다.

그리고 태양전지모듈의 배치순서를 태양전지판 - 굴절부 - 반사판 - 태양전지판 - 굴절부 - 반사판의 형태로 무한 반복하여 설치하거나, 또는 태양전지판 - 굴절부 - 반사판 - 반사판 - 굴절부 - 태양전지판의 형태로 무한 반복하여 설치할 수 있는데, 전자는 오전 또는 오후에 한정하여 태양광을 입사 받을 수 있는 지역에 설치하는 형태이고, 후자는 오전, 오후 고르게 태양광을 입사 받을 수 있는 지역에 설치하는 것이 적합하다. 이는 본 발명이 태양광을 굴절부 및 반사판(10)으로 태양전지판(30)에 유도하는 것이어서 설치의 제한을 두는 것이 무의미 하지만, 태양광이 태양전지판(30)에 유도됨에 있어 반사판(10)을 경유하여 굴절부를 거쳐 유도되는 것 보단 굴절부를 거쳐 태양전지판(30)에 유도되도록 경유하는 곳이 적을수록 더 효율이 좋기 때문이다.

따라서, 오전에 많은 태양광을 입사 받을 수 있고, 오후에 태양광의 입사율이 적을 경우 또는 그 반대의 경우에도 전자와 같은 구성으로 배치하는 것이 바람직하고, 오전, 오후에 태양광을 고르게 입사 받을 수 있는 지역은 후자의 구성으로 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 태양전지판(30)과 반사판(10) 사이에 굴절부가 개재된 하나의 태양전지모듈의 하부에 또 다른 반사판(10a)과 태양전지를 추가로 구비하여 구성하면, 보다 효율적인 구성이 될 수 있다.

아울러 전술한 바와 같은 상기 구성들은 태양(50)이 어느 위치에 있더라도 도 3 내지 도 6에 나타난 바와 같이 반사판(10)과 굴절부의 사용으로 태양전지판(30)을 수직으로 구성할 수 있는 것이며, 태양전지모듈을 수직으로 구성함에 따라 태양전지판(30)의 파손을 최소화할 수 있고, 협소한 장소에서도 설치할 수 있으며, 같은 장소에 종래의 태양전지모듈을 배치하는 방식과 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 배치방식을 비교하면 태양광 수집능력 및 전력생산이 수천 내지는 수만 배에 이르는 차이를 보인다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 태양광의 각도에 상관없이 입사되는 태양광을 반사판과 굴절부를 이용하여 태양광을 태양전지판으로 유도하게 함으로, 세로설치가 가능하여 설치장소가 협소한 곳에서 유리하고, 태양전지판을 외력으로부터 보호하는 굴절부로 인하여 내구성의 향상 및 또 태양전지판의 표면을 보호하는 보호막을 공정을 실시할 필요가 없어 공정의 절감효과를 기대할 수 있다.

Claims (6)

1. 수직으로 구비되는 태양전지판(30)과 반사판(10) 사이에 태양광의 각도에 상관없이 입사되는 태양광을 굴절시켜 태양전지판(30)으로 유도하게 하거나, 또는 반사판(10)을 경유하여 태양전지판(30)으로 유도하는 굴절부를 개재하여 구성한 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 굴절부는 다수의 프리즘(20)을 다단식 계층구조로 적재하되, 상기 프리즘(20)은 2개 이상의 평면을 가진 투명한 물체로서 적어도 한 쌍의 면은 평행이 아니어야 하고, 길이방향으로는 일정하며, 태양전지판(30)에 면접되어 하부에 적재된 것일수록 평면의 크기가 변화하는 형식의 계층구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 태양전지판(30), 굴절부, 반사판(10)의 배치순서는 반사판 - 굴절부 - 태양전지판 - 반사판 - 굴절부 - 태양전지판, 또는 반사판 - 굴절부 - 태양전지판 - 태양전지판 - 굴절부 - 반사판 형태의 무한 반복 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 굴절부는 프리즘(20)을 제외한 공간(20a)은 빈 공간이게 하거나, 또는 태양광이 투과될 수 있는 투명소재로 충진하는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 굴절부는 삼각 기둥, 사각뿔, 원뿔, 구형, 반구형의 프리즘 중 선택되는 어느 하나로 구성하거나, 또는 둘 이상의 조합과 분포로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 반사판(10)과 굴절부와 태양전지판(30)의 하단에 또 다른 반사판(10a)을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.

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