KR20080104128A - 지지 구조를 갖는 태양전지 모듈 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자립형 지지 구조 및 지지 구조 상에 배치된 적어도 하나의 태양전지 모듈부 또는 반사부를 포함하는 태양전지 모듈 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지지 구조는 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 반사 기능 영역을 구비하는 적어도 하나의 자립형 리브 세로 프로파일 및 또는 중공 세로 프로파일을 포함하고, 추가 지지 프로파일 또는 연결 프로파일 또는 측부에 위치하는 단말 프로파일을 결합시키기 위해 세로 방향의 측부에 구비된 플러그-인 프로파일 및 또는 지지 프로파일의 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 지지 프로파일의 반사 기능 영역에 열전도로 연결된 열분산 구조를 구비한다. 일례로, 옥외 또는 건물 위에 형성되는 광전지 시스템들에 이용된다.

Description

지지 구조를 갖는 태양전지 모듈 시스템{SOLAR MODULE SYSTEM WITH SUPPORT STRUCTURE}
본 발명은 지지 구조 및 지지 구조상에 배치될 수 있는 적어도 하나의 태양전지 모듈부 또는 반사부를 구비하는 태양전지 시스템에 관한 것이다. 이러한 태양전지 모듈 시스템은 광전지 시스템(photovoltaic systems)과 태양열 집열 시스템(thermal solar collector systems)과 같은 다양한 형태로 널리 이용된다. 즉, 본 본 발명은, 태양전지 모듈의 구현은 광전지 모듈과 태양열 집열 모듈에 모두 적용된다.
공개특허 DE 100 41 271 A1은 외관에 자립형 판금 판넬들(self-supporting sheet-metal panels)이 설치된 지붕 덮개(roof cover) 또는 벽 클래딩(wall cladding)을 개시하고 있다. 자립형 판금 판넬의 광전지 모듈(photovoltaic module)은 반투명 합성수지로 이루어진 외부 덮개층(outer covering layer)에 의해 보호된다. 열분산 및 또는 열공급을 조절하는 시스템은 하부에서 판금 판넬들과의 열전도 접촉(thermally conductive contact)을 유지한다. 광전지 모듈은 전 영역이 연성 합성 필름으로 커버된 상태로 각 판금 판넬에 제공될 수 있다. 공개특허 WO 01/67523 A1 및 미국등록특허 US 6,553,729 B1에는 이와 유사한 광전지 모듈이 각 각 개시되어 있으며, 여기에 개시된 광전지 모듈은 압착(pressing)이나 접착 본딩(adhesive bonding), 또는 접착식(self-adhesive) 구성에 의해 지지층 상에 평평하게 실장하기 위해 얇은 판 형태로 이루어진다.
공개특허 GB 340 993 A에는 모듈 마운트가 구비된 광전지 구조를 개시하고 있다. 모듈 마운트는 하부 평판 강철 플레이트, 절연물질로 이루어진 삽입물을 구비하고 하부 평판 강철 플레이트로부터 임의의 거리로 이격되어 배치되며 물결 모양으로 프로파일되어 덕트를 형성하는 강철 플레이트, 및 하부 평판 강철 플레이트 상에 배치된 상부 평판 강철 플레이트를 포함하고, 광전지 평판 모듈은 상부 강철 플레이트에 제공된다. 덕트를 형성하는 프로파일된 강철 플레트 및 냉각 덕트의 기능을 하는 상부 강철 플레이트와의 사이에는 중공 덕트들(hollow duct)이 형성된다.
알려진 바와 같이, 비집광형 평판 모듈 시스템(non-concentrating flat-module)과는 별개로, 예를 들어, 소위 말하는 V-골 형식(V-trough type) 및 포물선 집광 형식(parabolic concentrator type)의 집광형 태양전지 모듈 시스템(concentrating solar module systems) 또한 상업적으로 이용된다. V-골 형식은 미국공개특허 2003/0201007 A1에 그 일례가 개시되어 있고, 포물선 집광 형식은 미국등록특허 US 5,344,496과 학술 논문 「the Conference Proceedings Articles by C. K. Weatherby et al ., Further Development and Field Test Results of Two Low-Material-Cost Parabolic-Trough PV Concentrators, 2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, July 6 to 10, 1998, Vienna, Austria, page 2189」 및 「F. Dobon et . al ., Controlled Atmosphere PV Concentrator (CAC), 17th European Photovoltaic Solar Energy Conference, October 22 to 26, 2001, Munich, Germany, page 668」에 그 일례가 개시되어 있다.
공개실용신안 DE 20 2004 005 198 U1은 배면에 열 분사부 프로파일이 형성된 금속으로 이루어진 실장 선반(mounting rack)의 바로 위에 실장되는 태양전지 모듈을 갖는 태양전지 모듈 시스템을 개시하고 있다.
[기술적 과제]
본 발명은 초기 언급된 태양전지 모듈 시스템 공급의 기술적 문제를 극복하기 위한 것으로서, 비교적 작은 제조력으로 생산할 수 있고, 비교적 큰 중요 발전소 설비에 적합하며, 옥외에서 지붕 및 건물 외관에 건물 일체형으로 적합하다.
[기술적 해결방법]
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 청구항 제1항의 특징을 갖는 태양전지 모듈 시스템을 제공한다. 태양전지 모듈 시스템에 있어서, 상기 지지 구조는 지지 프로파일로 적어도 하나의 자립형 리브 세로 프로파일 및 또는 중공 세로 프로파일을 포함하고, 지지 프로파일은 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 반사 기능 영역을 구비한다. 지지 프로파일들은 비교적 작은 노력으로 제조할 수 있고, 지지 구조를 위한 자립력(self-supporting capability)을 제공하며, 요구된 구조의 복잡성을 감소시킨다. 여기서 "자립형(self-supporting)"이라는 표현은 본 발명의 기술 분야에 종사하는 당업자가 큰 어려움 없이 충분히 인지할 수 있다. 지지 프로파일의 형상은, 태양전지 모듈 시스템의 응용예에서 지지 프로파일들의 구성요소 또는 구성요소들에게 적합하고 그리고 각각의 미터들 단위로 일반적인 임의의 폭 범위, 예컨대, 2m 내지 10m의 범위를 포함할 수 있는 폭의 범위, 폐쇄된 그물 구조(close-mesh structure)를 제공하기 위해 어떤 필요한 것도 없이 적재물들을 지지할 수 있는 정확하게 산출된 적재량, 즉 작동시 바람과 눈의 적설량으로부터 산출된 적재량에 따라 선택된다. 자립형 지지 프로파일은 이러한 방식을 갖고, 상기 자립형 지지 구조는 이러한 방식의 결과로서, 본 특허에서 전형적으로 사용되는 길이들을 위해 임의의 서브구조 세로 지지부들을 필요로 하지 않으며, 일반적으로 오직 하나의 중앙 또는 두 개의 단부 지지부들을 필요로 하고, 후술하는 경우에서 대체로 약간 도시될 수 있으며, 짧은 분할(short separation)에 의해 구동할 경우, 각 지지 프로파일 단부로부터 지지 프로파일의 길이보다 작아진다.
특히, 본 발명에 따른 상기 지지 프로파일은 추가 지지 프로파일 또는 연결 프로파일 또는 측부에 위치하는 단말 프로파일을 결합시키기 위해 세로 방향의 측부에 구비된 플러그-인 프로파일, 및 또는 상기 지지 프로파일의 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 상기 지지 프로파일의 반사 기능 영역에 열전도로 연결된 열분산 구조를 구비한다. 첫 번째로, 다수의 태양전지 모듈 지지 프로파일 및 또는 반사-지지 프로파일은 상기 시스템 설계에 따라 상대적으로 큰 지지 영역들을 제공하기 위해 서로 측면이 결합되고, 상기 지지 프로파일들은 직접적으로 서로 접속 결합되거나, 중간 연결 프로파일에 의해 접속 연결될 수도 있다. 상기 단말 프로파일은 각각의 요구되는 측단부 단말을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 지지 프로파일 상에 제공된 상기 열분산 구조를 갖는 실시예에 있어서, 상기 열분산 구조는 상기태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 상기 반사 기능 영역의 냉각을 위해 구비된다.
각 지지 프로파일들의 측면을 서로 접속 연결하는 것은 상대적으로 널은 영역을 확보하기 위한 것으로서, 지지 구조들은 비집광 평판 모듈 시스템뿐만 아니라 소위 V-골 형식이라고 하는 집광 시스템들에도 이용될 수 있다. 청구항 제2항에 청구된 본 발명의 개선안에 대응하여, 상기 연결 프로파일은 상면에 반사 기능 영역이 형성된 중공-챔버 세로 프로파일의 형태로 제공되고, 적합한 영역이 반사 또는 반사 접촉면으로 작동되고, 분리 반사부와 결합될 수 있으며, 반사 시트와 같은 형태로 제공될 수 있으므로, 반사 V-골 격벽면을 제공한다.
또한, 본 발명은 포물선 집광 형식의 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 청구항 제3항에서 청구하고 있는 목적에 따르면, 상기 지지 프로파일은 태양전지 모듈부와 결합되는 포물선 반사 기능 영역을 구비하고, 상기 태양전지 모듈부는 측면이 상기 지지 프로파일에 결합되는 연결 프로파일 또는 단말 프로파일의 상면에 배치 또는 형성된다. 그 결과, 측부에서의 반사에 의한 복사가 지지 프로파일의 반사부로부터 태양전지 모듈로 이루어진다. 예를 들어, 상기 태양전지 모듈부가 연결 또는 단말 프로파일에 일체로 형성되거나 부착될 수도 있다. 본 응용예에 따르면, 상기 태양전지 모듈부는 전형적인 태양열 수집 튜브 또는 적합게 설계된 광전지부일 수도 있다.
또한, 청구항 제4항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 하나 또는 그 이상의 중공 챔버는 상기 지지 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일 및 또는 세로방향의 측부에 위치하는 상기 플러그-인 프로파일의 플러그 연결부 및 또는 상기 단말 프로파일 상에 형성되고, 중공 챔버 또는 챔버들을 형성하기 위한 형상을 가지며, 중공 챔버 또는 챔버들은 보다 강한 지지 구조를 형성할 수 있다. 또한, 보다 나은 냉각 또는 가열을 위해 중공 챔버들이 액상 또는 기체상태의 냉각 매질의 이송 통로 또는 라인 케이플 덕트로 사용될 수도 있다.
또한, 청구항 제5항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 상기 연결 프로파일의 연결은 연결 프로파일이 열 분산 몸체로 구동되도록 열전도성을 향상시킬 목적을로 상기 지지 프로파일에 결합된다.
또한, 청구항 제6항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 상기 플러그-인 프로파일은 두 개의 고정된 연결 프로파일들 사이에서 걸쇠 잠금 방식에 의해 각 지지 프로파일과 결합 될 수 있고, 제거될 수 있다. 그 결과, 각각의 지지 프로파일들은 조립된 태양전지 모듈 시스템으로부터 인접한 연결 프로파일 또는 지지 프로파일을 제거하지 않고 제거될 수 있으므로, 매우 간단하게 하나의 지지 프로파일을 교체할 수 있다.
또한, 청구항 제7항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 한 쌍의 단말 프로파일들은 단말 프로파일들을 이용하여 상대적으로 큰 유닛들을 형성하기 위해 방수 처리 방식으로 연결 및 서로 맞물려 결합하는 단말 프로파일을 구비하고, 서로 인접한 두 개의 단말 프로파일들은 지붕-타일 연결 또는 미로 결합 방식으로 방수 처리 방식에 의해, 각각 서로 맞물려 결합된다.
또한, 청구항 제8항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 상기 지지 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일 및 또는 상기 단말 프로파일은 압출 성형(extrude), 스트랜드 연신(strand-drawn) 또는 압연 프로파일(rolled-formed profile)의 방식으로 형성된다.
또한, 상기 지지 프로파일들을 형성하는 바람직한 물질들은 청구항 제9항에서 상세하게 설명하고 있다.
또한, 청구항 제10항에 청구된 본 발명의 개선안에 있어서, 상기 플러그-인 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일은 정렬 유효면을 갖는 두 개의 지지 프로파일들에 각각 연결되고, 연속적인 태양전지 모듈 유효면/반사 유효면을 형성한다. 이에 따라, 임의의 적절한 측면 삽입이나 단계 없이 태양전지 모듈 및 또는 폭 방향으로 다수의 지지 프로파일들을 커버하도록 연장된 반사 유효면을 제조할 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예들을 이하 본문에서 구체적으로 서술하며, 도면들을 통해 도시한다. 본 발명의 도면들은:
도 1은 상면에 모듈 접촉면을 구비하고 배면에 열전도 리브 구조(thermally conductive rib structure)를 갖는 지지 프로파일(support profile)을 나타낸 단면도,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 지지 프로파일의 변형된 일례들을 나타낸 단면도,
도 4는 지지 프로파일들을 직렬 결합하기 위한 사이드 플러그-인 프로파일(side plug-in profile)을 구비하는 지지 프로파일 변형례를 나타낸 단면도,
도 5 및 도 6은 도 4에 도시된 지지 프로파일의 측부 마감을 위한 각 경우에 따른 단말 프로파일(terminating profile)을 나타낸 단면도,
도 7은 도 4에 도시된 지지 프로파일에 도 5 및 도 6에 도시된 단말 프로파일들이 결합되어 지지 프로파일의 양측부가 마감된 상태를 나타낸 단면도,
도 8은 서로 결합된 도 4에 도시된 세개의 지지 프로파일과, 도 5 및 도 6에 도시된 측부 단말 프로파일들을 구비하는 지지 구조를 나타낸 단면도,
도 9는 플러그-인 프로파일 영역에서 큰 프로파일 깊이를 갖는 도 4에 도시된 지지 프로파일의 변형례를 나타낸 단면도,
도 10 및 도 11은 도 9에 도시된 지지 프로파일의 측부 플러그-인 프로파일들을 위한 각 경우에 따른 단말 프로파일을 나타낸 단면도,
도 12는 도 9에 도시된 지지 프로파일에 도 10 및 도 11에 도시된 프로파일들(plugged-on terminating profiles)과 결합되어 지지 프로파일의 양 측부가 마감된 상태를 나타낸 단면도,
도 13은 서로 결합되어 마감된 도 9에 도시된 네 개의 지지 프로파일들과, 도 10 및 도 11에 도시된 측부 단말 프로파일들을 구비하는 지지 구조를 나타낸 단면도,
도 14 및 도 14A는 중공 챔버들 없이 개별 맞춤 태양전지 모듈(individually fitted solar module)을 구비하는 도 4에 도시된 지지 프로파일의 다른 변형된 일 례를 각각 나타낸 단면도로서, 도 14는 좌측에 구비된 연합 단말 프로파일(associated terminating profile)과 우측에 구비된 연합 연결 프로파일(associated connecting profile)이 분리된 형태로 나타낸 분해도,
도 15 및 도 15A는 서로 결합되어 마감된 도 14에 도시된 지지 프로파일들을 구비하는 지지 구조의 일부분을 각각 나타낸 단면도로서, 각각 배면에 구비된 중공 챔버에 의한 변형을 나타낸 단면도,
도 16 내지 도 23은 도 14에 도시된 연결 프로파일의 변형된 실시예들을 나타낸 단면도로서, 서로 다른 강화 프로파일 형상들(reinforcing profile shapes) 및 프로파일 깊이들을 갖는 연결 프로파일들을 나타낸 단면도,
도 24는 도 14에 도시된 두 개의 지지 프로파일들을 나타낸 단면도로서, 도 22에 도시된 연결 프로파일 수단들에 의해 서로 마감된 지지 프로파일들을 나타낸 단면도,
도 25는 V-골 집광 형식의 광전지 시스템을 위한 태양전지 모듈 지지 프로파일을 나타낸 단면도,
도 26은 도 25에 도시된 지지 프로파일들 간을 서로 결합하기 위한 반사 기능 영역(reflector fuctional area)을 구비하는 연결 프로파일을 나타낸 단면도,
도 27은 도 25에 도시된 지지 프로파일들과 도 26에 도시된 연결 프로파일들을 구비하는 V-골 집광 형식의 광전지 시스템을 위한 지지 구조를 구체적으로 나타낸 단면도,
도 28 및 도 28A는 각각 중공 챔버 없이 V-골 집광 형식의 다른 광전지 시스 템을 위한 도 25에 도시된 지지 구조 프로파일의 변형례를 각각 나타낸 단면도,
도 29는 도 28에 도시된 지지 프로파일을 위한 연결 프로파일을 나타낸 단면도,
도 30은 도 28에 도시된 지지 프로파일들과 도 29에 도시된 연결 프로파일들을 구비하는 시스템 변형례를 나타낸 도 27에 대응하는 단면도,
도 31은 반사 기능을 갖는 연결 프로파일들을 통해 서로 마감된 다섯개의 태양전지 모듈 지지 프로파일들을 구비하는 도 30에 도시된 변형 시스템에 근거한 V-골 집광 형식의 광전지 시스템을 나타낸 평면도,
도 32는 도 31의 절단선 I-I에 따른 단면도,
도 33 및 도 34는 방수 결합(rainproof connection)을 위한 두 쌍의 단말 프로파일들의 각 일례를 나타낸 단면도,
도 35는 도 33 및 도 34에 도시된 두 개의 단말 프로파일에 의해 형성된 방수 결합을 나타낸 단면도,
도 36은 도 9에 도시된 형식으로 이루어진 인접한 두 개의 지지 프로파일들이 도 33 및 도 34에 도시된 것과 유사한 두 개의 단말 프로파일들에 의해 방수 방식으로 일 측부가 서로 결합된 것을 나타낸 단면도,
도 37은 포물선 반사 영역들(parabolic reflector areas)을 구비하는 지지 프로파일을 나타낸 단면도,
도 38은 태양전지 모듈부가 상면에 일체로 형성된 연결 프로파일을 나타낸 단면도, 및
도 39는 도 37에 도시된 지지 프로파일들 및 도 38에 도시된 연결 프로파일들을 갖는 포물선 집광 형식의 태양전지 모듈 시스템을 위한 지지 구조를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
[발명의 실시를 위한 최선의 형태]
이하에서는 본 발명의 다양한 바람직한 실시예들을 도면들을 참조하여 보다 구체적으로 설명하며, 명확성을 위하여 각각의 도면들에서 동일한 또는 기능적으로 동등한 구성요소들은 동일한 참조 부호를 부여한다.
도 1 내지 도 3은 적합한 지지 프로파일들, 예컨대, 차광막 설비들(shade laminate installations)과 통합된 광전지 시스템들을 위한 지지 프로파일들(supprot profiles)을 나타낸다. 도 1에 도시된 지지 프로파일(1)은 규정된 광전지 모듈(conventional photovoltaic module)(미도시)이 실장될 수 있는 모듈 접촉면(2)을 상면에 구비한다. 상기 지지 프로파일(1)은 상기 모듈 접촉면(2)과 바로 마주하는 열 분산 구조(heat dissipation structur)를 배면에 구비하고, 열 분산 구조는 길이 방향으로 연속하여 배치된 열전도 리브들(3)로 이루어지고, 상기 열전도 리브들(3)은 각각 나선홈들을 구비하거나 또는 측면들상에서 표면 영역을 증가시키기 위해 물결 모양으로 형성된다. 도면에는 이러한 방식이 도시되지는 않았으나, 상기 지지 프로파일(1)이 통합 광전지 기능과 함께 차광막(shade laminate)으로 사용될 때, 이동 박막 홀더(moving laminate holder)에 대한 일례로, 상기 지지 프로파일(1)의 단부에서, 상기 지지 프로파일(1)은 세로 방향의 측부에 구비된 단 부 프로파일링(edge profiling)(4)에 의해 마감되며, 상기 단부 프로파일링(4)은 상기 지지 프로파일(1)을 고정하기 위해 셀프-탭핑(self-tapping) 나사들을 삽입하기 위한 개구부(5)가 형성된다.
도 2에 도시된 지지 프로파일(6)은 수정 측단부 프로파일링(modified side edge profiling)(4a)을 제외하고는 도 1에 도시된 지지 프로파일(1)과 동일한 구성을 갖는다. 도시된 바와 같이, 상기 수정 측단부 프로파일링(4a) 역시 셀프-테핑 나사들을 삽입하기 위한 개구부들(5a)이 형성된다. 도 3에 도시된 지지 프로파일의 변형예(7)는 수정 측단부 프로파일링(4b) 및 중공-덕트 프로파일링(hollow-duct profiling)(8)을 제외하고는 도 1에 도시된 지지 프로파일과 동일한 구성을 갖는다. 상기 중공-덕트 프로파일(8)은 가로방향의 중앙부에 제공되고, 연합 중공 덕트(associated hollow duct)(8a)를 구비한다. 상기 가변 중앙 중공-덕트 프로파일링(alterally central hollow-duct profiling)(8)는 상기 지지 프로파일(7)의 세로 방향으로의 강도를 증가시키며, 상기 중공 덕트(8a)는 선택적으로 사용 가능하다. 예컨대, 상기 중공 덕트(8a)는 전선들 또는 냉각 기류 수단이 이를 관통하여 지나가는데 사용된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지지 프로파일들(1, 6, 7)은 압출성형(extrusion)이나 스트랜드 연신(strand drowing) 또는 압연 방식(roll forming)과 같이 알루미늄, 마그네슘, 스테인리스, 아연도금 강철, 열전도 합성수지 등과 같은 열전도 물질을 이용한 저가의 대규모 제조 방법들에 의해 제조될 수 있다. 상기 열전도 리브 구조(3)는 상기 모듈 접촉면(2)과 정반대 방향에서 상기 세로 지지 프로파일에 일체로 형성되고, 상기 지지 프로파일에 적합한 열전도성 물질의 선별과 함께 상기 광전지 시스템을 가동하는 동안 적합한 태양전지 모듈로부터 효과적으로 열을 분산시킨다.
도 4 내지 도 8은 다수의 지지 프로파일들 모두 측부에서 마감됨에 따라 다양한 폭들을 갖도록 디자인된 지지 구조 모듈을 구비하는 시스템 변형예를 나타낸다. 도 4는 시스템 변형예 중의 하나인 단일 지지 프로파일(single support profile)(9)을 나타내며, 지지 프로파일(9)은 세로방향의 측부에 구비된 단부 프로파일링(4c) 및 단부들로부터 외측으로 연장되어 서로 동일하게 형성된 플러그-인 프로파일들(10a, 10b)을 제외하고는 도 1에 도시된 지지 프로파일과 동일한 구성을 갖는다. 즉, 플러그-인 프로파일들(10a, 10b)은 어느 한 지지 프로파일의 플러그-인 프로파일이 다른 지지 프로파일의 플러그-인 프로파일과 측방향으로 접속되어 연결될 수 있으며, 접속 연결된 지지 프로파일들의 상면은 동일 높이에 위치한다. 이를 위해, 이 실시예에 있어서, 상기 플러그-인 프로파일들(10a, 10b)은 서로 이격되어 외측으로 돌출된 두 개의 연성 걸쇠 이음부들(flexible latching tongues)을 구비하며, 상기 제1 플러그-인 프로파일들, 즉, 도 4에 도시된 좌측 플러그-인 프로파일들(left-hand plug-in profiles)(10a)은 도시된 바와 같이 단부 걸쇠 탭들(end latching tabs)을 구비하며, 다른 플러그-인 프로파일들, 즉, 도 4에 도시된 우측 플러그인 프로파일들(right-hand plug-in profiles)(10b)은 도시된 바와 같이 상기 단부 걸쇠 탭에 대응하는 걸쇠 홈(latching groove)을 구비한다. 이것과는 별개로, 세로방향의 측부에 구비된 상기 단부 프로파일링(4c)에는 셀프-테핑 나 사들을 삽입하기 위한 개구부(5c)가 형성된다.
도 5 및 도 6은 지지 프로파일을 어떤 다른 지지 프로파일과 접속 연결하지 않을 때 도 4에 도시된 지지 프로파일(9)의 세로방향의 측부에 위치하는 각 플러그-인 프로파일(10a, 10b)을 마감시킬 수 있는 단말 프로파일(terminating profile)(11, 12)을 각각 나타낸다. 이런 목적으로, 상기 단말 프로파일(11, 12)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 횡단면을 갖는다. 도 5에 도시된 단말 프로파일(11)은 도 4에서 상기 지지 프로파일(9)의 좌측에 도시된 플러그-인 프로파일(10a)에 연결 접속되어 플러그-인 프로파일(10a)을 마감하고, 이를 위해, 도 4에 도시된 지지 프로파일(9)의 우측에 도시된 플러그-인 프로파일(10b)의 연성 걸쇠 이음부들과 동일한 걸쇠 이음부들을 구비한다. 도 6에 도시된 단말 프로파일(12)은 도 4에 우측에 도시된 플러그-인 프로파일(10b)과 접속되어 마감하기 위해 도 4에 도시된 좌측 플러그-인 프로파일(10a)의 형상과 동일한 걸쇠 이음부들을 구비한다.
도 7은 도 4에 도시된 단일 지지 프로파일(9) 및 세로방향의 측부에 접속 연결된 도 5 및 도 6에 각각 도시된 단말 프로파일들(11, 12)을 구비하는 완전히 서로 접속된 지지 구조(completely plugged-together support structure)의 횡단면을 나타낸다. 도 5 및 도 6과 관련하여서 도 7에 도시된 바에 따르면, 상기 지지 구조가 완전히 서로 접속될 때, 상기 지지 프로파일(9)에 의해 상면에 구비된 상기 모듈 접속 영역(2)을 위한 각 측면 경계에 대해서, 어느 하나의 단말 프로파일(11)은 상면에 돌기단(projected step)(13)을 구비하고, 다른 하나의 단말 프로파일(12)은 돌기 걸쇠 이음부(projecting latching tongue)(14)를 구비한다.
도 8은 도 4에 도시된 연결 마감된 세 개의 지지 프로파일들(9)과 도 5 및 도 6에 각각 도시된 측부 단말 프로파일들(11, 12)을 구비하는 지지 구조의 변형예를 나타낸다. 도 8에 도시된 바에 따르면, 상술한 상호 작용하는 플러그-인 프로파일들(10a, 10b)의 배치 관계에 의해 상면들이 서로 동일한 높이로 일렬로 연결되는 것과 같이 상기 지지 프로파일들(9)은 측면 플러그-연결 영역들(side plug-conneting areas)에서 서로 연결된다. 그 결과, 오직 상기 단부단들(edge steps)(13, 14)에 의해 측부의 경계가 결정되는 전반적으로 보다 광범위한 평판 모듈 접촉면(2)이 형성되고, 이는 태양전지 모듈 유효 영역과 같이 일반적으로 유효한 영역이다. 상기 플러그-연결 영역에서, 도 8에 도시된 것과 유사한 상기 상호 작용 플러그-인 프로파일들(10a, 10b)은 상기 연결 접속된 지지 구조의 상기 세로방향의 강도를 향상시키는 중공 챔버 구조(hollow-chamber structure)(15)를 형성한다. 상기 중공 덕트들(hollow ducts)(15)은 접속 연결들에 의해 형성되며, 라인들을 이송하거나 냉각제를 이송하는데 사용될 수도 있다.
도면 9 내지 13은 보다 큰 세로 방향의 강도를 제공하고 상기 접속 연결 영역에서 보다 깊은 중공 덕트들을 갖는 점에서 도 4 내지 도 8에 도시된 시스템과 다른 변형예를 나타낸다. 이러한 목적을 위해, 도 9에 도시된 지지 프로파일(16)은 보다 깊은 측부 플러그-인 프로파일들(10c, 10d)을 구비한다. 상기 측부 플러그-인 프로파일들(10c, 10d)은 도 4 내지 도 8에 도시된 시스템 변형예의 측부 플러그-인 프로파일들 보다 더 큰 깊이을 갖기 위해 아래로 연장되고, 그 결과, 측부 플러그-인 프로파일들(10c, 10d)은 밖으로 돌출된 두 개의 걸쇠 이음부들 사이의 거리와 유사한 깊이를 갖는다. 이와 대응하는 방식으로, 도 10 및 도 11은 측부 단말들을 형성하고 잠그는 것을 통해 도 9에서 좌측과 우측에 각각 도시된 플러그-인 프로파일들(10c, 10d)에 접속되는 변형된 단말 프로파일들(11a, 12a)을 나타낸다. 도 12는 도 9에 도시된 지지 프로파일에 단말 프로파일들(11a, 12a)이 접속된 상태를 보여준다.
도 13은 서로 접속된 도 9에 도시된 네 개의 지지 프로파일들(16)과, 양 단부에 접속된 상기 측부 단말 프로파일들(11a, 12a)을 구비하는 지지 구조의 횡단면을 나타낸다. 도 13에서 도시된 바에 따르면, 상기 상호작용 플러그-인 프로파일들(10c, 10d)은 이에 대응하는 큰 단면과 이에 대응하는 큰 깊이의 중공 덕트 구조들(15a)을 형성한다. 이에 따라, 강도를 향상시킬 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 연결 접속된 지지 구조의 세로방향의 강도를 향상시킬 수 있다. 강도 향상 중공 덕트들(15b)은 상기 단말 프로파일들(11a, 12a)이 상기 지지 구조에 접속되는 것에 의해 형성된다. 상기 강도 향상 중공 덕트 구조들(15a, 15b)은 선택적으로 교대로 이용가능 하며, 예컨대, 전선들 또는 냉각 유체를 이송하는 데 사용될 수 있다. 동일 평면상에서 유지되고 전체 폭을 커버하도록 배치되는 유효 영역에 형성된다.
도 8 및 도 13에 도시된 바람직한 실시예들은 태양전지 모듈이 결합되기 전에 일반적으로 서로 접속된 상기 지지 프로파일들(9, 16)을 구비하는 지지 구조를 도시하였으나, 이는 상기 태양전지 모듈이 대응하는 보드 모듈 접촉면(2)에 결합되는 시점에 상기 지지 프로파일들(9, 16)을 조립하기 위함이다. 도 14 및 도 15는 태양전지 모듈들을 결합하기 전에, 상대적으로 큰, 즉, 폭이 넓은 유닛들을 형성하 기 위해 각기 다른 지지 파일들을 연결된 프로파일들을 이용하여 전형적으로 서로 접속된 시스템 변형예를 나타낸다. 이러한 목적을 위해, 본 바람직한 실시예는 도 14에 횡단면이 도시된 지지 프로파일(17)을 포함한다. 상기 지지 프로파일(17)은 세로방향의 단부들에 구비되어 도시된 형태로 변경된 플러그-인 프로파일들(10e)을 제외하고는 도 4에 도시된 지지 프로파일(9)과 유사하다. 본 일례에서 상기 플러그-인 프로파일들(10e)은 동일한 횡단면 형상을 갖고, 서로 이격되어 외측으로 돌출된 걸쇠 이음부들 및 단부들에 형성된 걸쇠 텝들을 구비한다.
조합 태양전지 모듈(18)은 접착 본딩이나 라미네이션(lamination) 등과 같은 것에 의해 지지 프로파일(17)의 상기 상면 모듈 접촉면(2)에 먼저 결합된다. 도 14A는 예를 들어 냉각 덕트들 및 또는 케이블 덕트들처럼 사용될 수 있는 중공 챔버들(hollow chambers)(8b) 또는 중공 덕트들을 구비하고, 지지 프로파일들의 기계적인 견고함을 향상시킬 수 있는 변형예를 나타낸다. 마찬가지로, 구현된 모들 지지 프로파일들을 위해, 중공 챔버들 또는 중공 덕트들과 같은 것들은 어떤 개수라도 상응하는 방식으로 제공될 수 있고, 어떤 요구되는 방식으로 분배될 수 있음은 자명하다.
도 14에서 횡단면으로 각각 도시된 다수의 지지 프로파일들(17)은 적절하게 고안된 연결 프로파일(19)을 이용하여 측부가 서로 접속되나, 도 14에는 아직 서로 접속되지 않은 상태를 도시하였다. 상기 연결 프로파일(19)은 양 측부에 동일한 형상을 갖는 각 플러그-인 프로파일(20)을 구비하고, 상기 연결 프로파일(19)의 상기 각 플러그-인 프로파일(20)은 상기 지지 프로파일(17)에서 대응하는 플러그-인 프 로파일(10e)에 서로 접속되는 것에 의해 상기 대응하는 플러그-인 프로파일(10e)과 결합될 수 있다. 도 15는 중간 연결 프로파일(19)을 이용하는 방식으로 두 개의 지지 프로파일들(17)이 서로 접속된 것을 나타내며, 상기 지지 프로파일들(17)은 각각 태양전지 모듈(18)과 결합된다.
도 14는 적절하게 고안된 연결 프로파일(21)이 아직 지지 프로파일(17)에 접속 결합되지 않은 상태를 나타내며, 연결 프로파일(21)은 지지 프로파일을 위해 측면 단말을 다시 한번 마감시킨다. 이러한 목적을 위해, 상기 단말 프로파일(21)은 적합한 플러그-인 프로파일, 즉, 상기 연결 프로파일(19)의 양 단부에 구비된 상기 플러그-인 프로파일(20)을 구비한다.
도 15에 도시된 바에 따르면, 지지 구조가 서로 접속되기 위한 구현 과정은 상기 각 연결 프로파일(19)의 영역과 상기 세로방향의 측부에서의 상기 단부 단말 영역 안에서 중공-챔버 구조(22)의 세로방향으로 강도를 향상시키는 형식으로 이루어진다. 상기 중공 덕트들은 전선들 또는 냉각 유체를 이송하는 것과 같은 제2 목적을 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
도 15A는 도 15에 도시된 지지 프로파일의 변형예를 나타내며, 상기 지지 프로파일은 배면 프로파일 격벽(rear-face profile wall)(17a)이 접속된다. 이에 따라, 상기 전체 지지 프로파일의 폭을 커버하도록 연장된 중공 챔버(17b)가 형성되고, 액상 또는 기체 상태의 가열 또는 냉각 매질이 단부에 위치하는 지지 프로파일 개구부들(17c)을 경유하여 상기 중공 챔버(17b)를 통해 이동할 수 있으며, 열전도성 리브 구조 또한 상기 중공 챔버(17b) 내에 위치한다. 이에 따라, 상기 지지 프 로파일(17)을 매우 효과적으로 가열 또는 냉각할 수 있다. 또한, 이 실시예에 있어서, 상기 중공 챔버(17b)는 기계적인 강도를 향상시키며, 이와 함께 또는 전선들을 이송 통로로 이용될 수 있다. 변형된 실시예들에 대응하여, 상기 프로파일 배후 격벽 대신 중공 챔버를 형성하기 위해 얇은막(membrane)과 같은 분리 격벽(seperate wall)이 상기 프로파일 배면에 결합될 수도 있다.
도 14, 도 14A 및 도 15에 도시된 시스템 변형의 일례를 이용한 실시예에서 나타낸 바와 같이, 사전에 상기 지지 프로파일들 상에 태양전지 모듈들이 설치된 시스템 변형예들은, 상기 지지 프로파일들이 이미 상기 태양전지 모듈에 결합되어 있기때문에, 특히 스스로 집짓기 어플리케이션들(do-it-yourself construction application)에 적합하고, 공급 또는 매매할 수도 있고, 보다 큰 완전한 유닛들을 형성하기 위해 필수적으로 서로 접속 연결될 수도 있다.
도 16 내지 도 23은 도 14, 도 14A, 도 15 및 도 15A에 도시된 시스템 변형예의 상기 연결 프로파일(19)의 바람직한 변형예들을 나타낸 단면도이다. 도 16에 도시된 연결 프로파일(19A)은 도 14 및 도 15에 도시된 상기 연결 프로파일(19)의 중앙판(central web) 대신에 직사각형의 중공 프로파일을 구비하고, 상기 중공 프로파일의 모서리로부터 돌출된 플러그-인 프로파일들(20)을 구비한다. 상기 중공 프로파일은 배면이 개구되고, 세로 방향으로의 강도를 증가시킨다. 도 14, 도 14A, 도 15 및 도 15A에 도시된 연결 프로파일(19)과 비교해 볼 때, 도 17에 도시된 연결 프로파일(19b)은 셀프-테핑 홀딩 나사(미도시)를 삽입하기 위한 개구부(23)가 형성된 추가 하부 개구 프로파일을 더 포함한다. 도 18에 도시된 연결 프로파 일(19c)은 홀딩 나사 개구부(23)를 이루는 구조물, 상기 연결 프로파일(19c)의 배면에 인접하게 배치된 직사각 프로파일(24)과 결합한다. 상기 직사각 프로파일(24)은 배면이 개구되고, 부수적으로 세로방향의 강도를 향상시킨다. 도 19에 도시된 연결 프로파일(19d)은 도 14, 도 14A, 도 15 및 도 15A에 도시된 연결 프로파일(19)과 동일한 구성을 가지며, 배면이 개구된 추가 하부 직사각 프로파일을 더 포함한다.
도 20 내지 도 23에 도시된 연결 프로파일 변형예들은 보다 큰 세로 방향의 강도가 요구되는 환경에 적합하며, 이를 위해, 상기 연결 프로파일들은 배면에 동일하게 깊은 중공 프로파일들을 구비한다. 그 결과, 도 20에 도시된 연결 프로파일(19e)은 도 18에 도시된 연결 프로파일(19c)과 유사하다. 상기 연결 프로파일(19e)은 배면을 향해 아래로 더 길게 늘어진 직사각 프로파일(24a), 및 연결판(26) 상에 형성된 추가 홀딩 나사 개구부(23a)를 구비한다. 도 21에 도시된 연결 프로파일(19f)은 상기 연결판의 중앙에 형성된 상기 개구부(23a) 대신 두 개의 개구부들(23b)을 구비하는 것을 제외하고는, 도 20에 도시된 연결 프로파일(19e)과 동일하다. 상기 두 개의 개구부들(23b)은 상기 중간판(26)의 양 모서리와 인접하게 위치한다. 도 22에 도시된 연결 프로파일(19g)은 도 21에 도시된 연결 프로파일(19f)보다 상당히 더 넓은 점을 제외하고는 도 21에 도시된 연결 프로파일(19f)과 본질적으로 동일하다. 추가로, 상기 연결 프로파일(19f)의 배면에는 배면 프로파일링(27)이 구비된다. 도 23에 도시된 연결 프로파일(19h)은 직사각형의 횡단면이 아닌 삼각형의 횡단면을 갖는 세로 강화 중공-챔버 프로파일부를 구비하는 점에 서 도 22에 도시된 연결 프로파일을 변경한 것이다. 도 16 내지 도 23에 도시된 연결 프로파일의 형상들은 접속 연결된 지지 구조에 요구되는 강도 특성에 따라 선택될 수 있음이 자명하다.
다른 연결 프로파일 변형예들의 대표적인 사용예로서, 도 24는 도 14에 도시된 두 개의 지지 프로파일들(17)에 태양전지 모듈들(18)이 결합된 상태를 나타낸다. 상기 두 개의 지지 프로파일들(17)은 도 22에 도시된 연결 프로파일(19g)을 이용한 넓은 후방 세로 강화 중공-챔버 프로파일에 접속된다.
이상에서는 비집광 광전지 시스템들(non-concentrating photovoltaic systems)의 바람직한 실시예들에 대해 설명하였으나, 이하, 도 25 내지 도 27을 참조하여 V-골 집광 형식(V-trough concentrator type)의 광전지 시스템에 대해 설명한다. 도 25는 이러한 용도로 사용되는 지지 프로파일(28)의 횡단면을 나타낸다. 상기 지지 프로파일(28)은 상술한 지지 프로파일들과 유사하다. 상기 지지 프로파일(28)은 정면 모듈 접촉면(2) 및 배면에 일체로 형성된 열전도성 리브 구조(3)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 상기 지지 프로파일(28)의 상면에는 상기 모듈 접촉면(2)의 경계를 나타내기 위한 모듈 경계 멈춤턱들(module boundary stops)(29)이 일체로 형성되고, 상기 모듈 경계 멈춤턱들(29)은 상기 모듈 접촉면(2)의 측면에 형성된다. 다수의 지지 프로파일들(28)은 대규모 유닛들을 형성하기 위해 도 26에 횡단면이 도시된 각 연결 프로파일(30)을 개재하여 서로 접속될 수 있다. 이를 위해, 상기 연결 프로파일(30)은 양 측부의 각각에 형성된 세로 홈(31a, 31b)을 구비하고, 상기 플러그-인 프로파일 또는 각각의 지지 프로파일(28)의 세로 방향의 측단부가 상기 세로 홈(31a, 31b) 안에 끼워질 수 있다. 이는 도 27에 도시되어 있으며, 도 27은 대응하는 V-골 집광 시스템의 지지 프로파일(28)과 두 개의 인접한 연결 프로파일들(30)을 나타낸다.
도 26 및 도 27에 도시된 바와 같이, 바람직한 이 실시예에 있어서, 상기 연결 프로파일들(30)은 지지 프로파일 홀딩 홈들(31a, 31b)의 높이로부터 전방으로 연장되어 삼각형의 횡단면을 갖고, 이에 따라, 상기 V-골 집광 형식을 위한 반사 기능 영역들(32)을 제공한다. 즉, 상기 연결 프로파일들(30)은 횡단면이 삼각형으로 형성되고, V-골 반사 기능 영역들(32)을 형성하여, 상면에 입사된 입사복사(33)가 상기 지지 프로파일(28)의 모듈 접촉면(2)에 결합된 반사 태양전지 모듈(34) 위에 집광시킨다. 이것은 상기 태양전지 모듈들(34)의 유효 영역에 대한 상기 반사 V-골 면들(32)의 돌출 영역 비율에 따라 조절되며, 도시된 일례에서 상기 집광 요소는 두 개이다. 시스템 형상에 따라서, 상기 연결 프로파일들(30)의 상기 상면 삼각 면들(32)은 본질적으로 반사를 위해 또는 적합한 반사 시트와 같은 평판 반사부와 결합하기 위해 설계된다.
도 25 내지 도 27에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 상기 반사 지지 프로파일(28)은 상기 V-골 광전지 시스템이 완전하게 조립된 상태일지라도, 나머지 구조를 제거하지 않고 상기 태양전지 모듈(34)과 결합된 상태로 제거될 수 있다. 이를 위해, 상기 지지 프로파일(28)은 인접한 연결 프로파일들(30)의 대응하는 홀딩 홈들(31a, 31b) 안으로 이동가능하도록 측면이 가늘게 형성되고, 도 27에 도시된 바와 같이, 결합이 완료되면, 사용되고 있는 위치(in-use position) 안에서 걸쇠 연결부(latching connection)에 의해 단단하게 고정된 상태를 유지한다. 상기 걸쇠 연결부는 연성 걸쇠 이음부(35) 및 걸쇠 텝(36)을 포함한다. 상기 연성 걸쇠 이음부(35)는 외측으로 돌출되고, 상기 지지 프로파일(28)의 세로 방향의 측면에 일체로 형성된다. 상기 걸쇠 탭(36)은 상기 연결 프로파일(30)에 형성되고, 상기 연성 걸쇠 이음부(35)와 함께 상호 작용하여 잠금부를 형성한다. 상기 걸쇠 이음부(35)가 상기 걸쇠 탭(36)의 아래에 결합된 상태에서 상기 걸쇠 이음부(35)를 아래로 밀어 상기 걸쇠 탭(36)과의 결합을 해제할 수 있다. 이후, 도 27에서 우측 방향으로 상기 지지 프로파일(28)을 연결된 홀딩 홈(31a)의 끝단까지 이동시킬 수 있으므로, 상기 연결 프로파일들(30)이 그대로 머물러있는 상태에서 상기 지지 프로파일(28)이 다른 홀딩 홈(31a)으로부터 삽입해제되어 배면, 즉 도 27에서의 하부측으로 제거될 수 있다.
도 28 내지 도 32은 도 25 내지 도 27에 도시된 상기 V-골 집광 타입의 변형예를 나타내며, 도 28 내지 도 32에 도시된 지지 프로파일들(37)의 횡단면은 도 14 및 도 15에 도시된 바람직한 실시예의 지지 프로파일과 대체로 동일하다. 도 28은 이와 관련된 지지 프로파일들(37)을 나타내며, 상기 지지 프로파일들(37)은 두 개의 세로 방향의 측면들을 따라 각 측면에 대응하여 구비되는 플러그-인 프로파일(10f)을 포함하고, 상기 플러그-인 프로파일(10f)은 걸쇠 이음부들과 상기 걸쇠 이음부들의 단부에 형성된 걸쇠 탭들을 구비한다. 도 14에 도시된 상기 지지 프로파일(37)의 변형예로서, 도 28A는 추가 중공 덕트들(8c)을 구비하는 지지 프로파일(37A)을 나타내며, 상기 추가 중공 덕트들(8c)은 기계적인 강도를 향상시키고, 또한, 냉각 덕트 또는 케이블 덕트로 사용될 수도 있다. 도 29는 조합 연결 프로파일(38)의 횡단면을 나타내며, 상기 연결 프로파일(38)은 도 26에 도시된 연결 프로파일(30)과 본질적으로 동일하며, 특히, 상기 V-골 반사 기능 영역들(32)을 갖는다. 도 29에 도시된 상기 연결 프로 파일(38)은 세로 방향의 양측부에 형성된 상기 지지 프로파일 홀딩 홈들(31a, 31b) 대신에 상기 지지 프로파일(27)의 상기 플러그-인 프로파일(10f)에 결합되는 플러그-인 프로파일(20a)을 구비하는 점에서 본질적으로 사실상 도 26에 도시된 연결 프로파일(30)과 다르며, 상기 플러그-인 프로파일(20a)은 도 14 및 도 15에 도시된 바람직한 실시예에 따른 상기 연결 프로파일(19)의 상기 플러그-인 프로파일(20)과 유사하다. 도 30은 태양전지 모듈(34)과 결합되고 걸쇠 잠금에 의해 연결 프로파일들(38)이 양 측부에 결합된 상태로 사용중인 지지 프로파일(37)을 나타낸다. 이외에, 이 시스템 변형예는 도 25 내지 도 27에 도시된 상기 V-골 집광 시스템의 구성과 동일하다.
도 31 및 도 32는 도 28 내지 도 30에 도시된 일례와 동일한 상기 V-골 집광 형식의 완전한 시스템 유닛의 횡단면도와 평면도를 각각 나타내며, 상기 시스템 유닛은 서로 옆으로 나란히 배치된 다섯 개의 지지 프로파일들(37), 및 각각 해당 측면에 인접하여 위치하는 연결 프로파일들(38)을 구비하고, 상기 V-골 반사면들을 제공한다. 기존 형식으로 이루어진 네 개의 태양전지 모듈들(34)은 각 지지 프로파일(37)을 따라 길이 방향으로 연속적으로 배치되고, 특히, 이를 위해, 투명한 상면 시트(transparent front sheet)를 구비하는 박막 형식의 태양전지 모듈들을 사용할 수 있다.
다양한 바람직한 실시예들을 참조하여 상술한 바에 따르면, 다수의 지지 프로파일들이 연결 프로파일들을 이용하여 서로 연결 가능함으로써, 보다 넓은 유닛을 형성한다. 어떤 경우, 예를 들어, 일부 지붕 시설의 경우에는, 설치 장소에서 오직 한번 서로 접속 연결되기 위해 상기 지지 프로파일들과 상기 연결 프로파일을 구비하지 않는 것이 이로울 수 있다. 반면, 대규모 유닛들의 경우, 준비하고 설치 및 조립 장소로 이송해야 하므로, 비실용적일 수도 있다. 이와 같은 경우들은, 오직 일정 개수의 지지 프로파일들을 연결 프로파일들을 통해 서로 접속 연결하여 취급 가능한 특정 크기의 유닛들을 형성하고, 그 다음, 최종 설치 장소에 이동하고, 상대적으로 큰 최종 유닛을 형성하기 위해 측부들을 서로 연결함으로써, 제공 가능하다.
도 33 내지 도 36은 적합하게 고안된 단말 프로파일들을 이용한 응용예를 나타낸다. 특히, 도 33 및 도 34는 이와 관련하여 두 개의 단말 프로파일들(21a, 21b)이 한 조로 연결되는 것을 각각 나타내며, 상기 두 개의 단말 프로파일들(21a, 21b)은 도 14에 도시된 단말 프로파일(21)을 변형시켜 구현하였다. 후술하는 바와 같이, 상기 두 개의 단말 프로파일들(21a, 21b)은 대응하는 지지 프로파일(미도시)의 세로 방향의 측부에 형성된 단말처럼, 측부에 접속 연결되는 수단인 플러그-인 프로파일(20')을 구비한다. 상기 플러그-인 프로파일(20')과 반대 방향의 단말 측부에서, 도 14에 도시된 단말 프로파일(21)을 변형시킨 단말 프로파일들(21a, 21b)은 반전된 U-자 형상의 횡단면을 갖는 연결 플랜지들(connecting flanges)(210, 211)을 구비한다. 상기 연결 플랜지들(connecting flanges)(210, 211)은 상기 단말 프로파일들(21a, 21b)과 같이 선택적으로 설계될 수 있으며, 도 35에 도시된 바와 같이, 지붕 타일 어셈블리 또는 미로 결합(labyrinth seal)의 형상으로, 상기 플랜지들(210, 211)이 서로 중첩되어 서로 맞물려 결합되는 것에 의해 측부가 서로 결합되어 방수 처리된다.
이러한 방식으로, 적합한 지지 프로파일들과 연결 프로파일들에 의해 미리 조립된 두 개의 유닛들은, 상기 단말 프로파일들(21a, 21b)에 의해 측부가 마감되고, 최종 설치 장소로 이송될 수 있으며, 도 35에 도시된 바와 같이, 단말 프로파일들(21a, 21b)이 서로 맞물려 결합됨에 따른 방수 처리 방식으로 서로 연결될 수 있다. 상기 단말 프로파일들(21a, 21b)의 상기 플랜지들(210, 211)에 의한 상기 방수 처리 연결(rainproof connection)은, 임의의 조립 공차를 보상하고 특히 온도에 의한 확장(temperature-dependent expansion)에 대한 충격을 완화시킬 수 있는 확장 연결(expansion joint)과 같은 기능을 위해, 가급적 임의의 간격(S)을 형성한다.
도 36은 도 33 내지 도 35를 참조하여 상술한 바와 같이 도 9에 도시된 지지 프로파일들을 이용하여 형성된 지지 구조의 일례를 이용하여 적합하게 설계된 단말 프로파일들을 통한 방수처리 연결을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 36은 각각 두 개의 조립식 유닛들의 외부 지지 프로파일(outer support profile)을 구현하는 두 개의 지지 프로파일들(16a, 16b)을 상세하게 나타낸다. 명확성을 위하여 보다 상세하게 상기 두 개의 조립식 유닛들이 분리된 상태는 도시하지 않았으나, 상기 두 개의 조립식 유닛들은 도 13에 도시된 형상에 따른 삽입 연결 프로파일들을 구 비하는 다수의 지지 프로파일들로 구성 가능하다. 상기 두 개의 조립식 유닛들의 방수처리 연결을 위해, 접속 연결된 한 쌍의 단말 프로파일들(112, 111)을 구비하는 두 개의 지지 프로파일들(16a, 16b)이 서로 마주하는 세로 방향의 측부들에 설치된다. 상기 단말 프로파일들(112, 111)은 적합한 U차-형상의 연결 플랜지들(111a, 112a)을 갖고, 상기 연결 플랜지들(111a, 112a)은 도 35에 도시된 바와 같이 방수처리 방식으로 단말 측부에서 서로 중첩 및 맞물려 결합된다. 상기 단말 프로파일들(112, 111)의 플러그-인 프로파일은 도 10 및 도 11에 도시된 상기 연결 프로파일들과 동일하다. 상기 조립식 유닛들은 최종 설치 장소에 대규모 유닛들로 형성하기 위해 측면이 서로 연결되어 매우 간단한 방식으로 방수 처리된다. 또한, 이 연결은 확장 연결을 제공하는 유용한 임의의 간격(S)을 갖는다.
본 발명에 따른 지지 구조는 그 어떤 부수적인 측면 지지부들 없이 상기 시스템 배치 구조에 따라 상대적으로 긴 길이, 예컨대, 약 2m 내지 약 10m, 보다 상세히는, 약 4m 내지 약 6m의 길이를 갖을 수 있다.
응용예들에서 다수의 유닛들은 하나 또는 그 이상의 지지 프로파일들이 서로 접속 연결되고, 상기 지지 프로파일들이 길이 방향으로 연속적으로 배치되도록 상기 지지 프로파일들 사이에 개재되는 연결 프로파일들을 구비할 수 있다. 긴 띠모양의 벽면들(fascias)을 구비하는 지붕 상에 시스템들을 설치하기 위한 일례로, 적합한 측면 지지부들이 단부 연결부로서 이용될 수 있으며, 방습 지붕널들(weather-resistant shingles)의 형상으로 이루어진다. 이러한 경우, 상기 측면 지지부들은 상기 연결 프로파일들로 적합하거나 압출 성형된 프로파일과 같은 제조 방법으로 제조될 수 있으면 상기 지지 프로파일들의 단부 연결장치로도 이용될 수 있다.
상기 연결 프로파일들을 이용한 바람직한 응용예들에 있어서, 상기 지지 프로파일들 뿐만아니라 연결 프로파일들 또한 높은 열전도성 물질로 제조하는 것이 보다 바람직하며, 또한, 상기 지지 프로파일들과 상기 연결 프로파일들의 연결을 위해 열전도성이 요구된다. 이에 따라, 상기 지지 프로파일들과 상기 연결 프로파일들 모두 유효한 냉각 영역들에서 구동한다. 일례로서, 도 26 내지 도 32에 도시된 상기 V-골 형식의 실시예들은 상기 연결 프로파일들(30, 38)이 상대적으로 큰 영역(large-area) 또는 큰 부피(large-volume)의 프로파일 몸체들을 형성하기 때문에, 상기 지지 프로파일들의 표면 영역들과 열 분산 구조와 더불어 동일하게 큰 열 분산 영역들 및 높은 열 흡수력들을 제공하는 이점을 갖는다.
도 37 내지 도 39는 플러깅(plugging) 방식에 의해 측부가 서로 결합되는 도 37에 도시된 지지 프로파일들(60), 및 도 38에 도시된 연결 프로파일들(61)을 구비하는 포물선 집광 형식(parabolic concentrator type)의 시스템 변형예를 나타낸다. 보다 구체적으로, 각 지지 프로파일(60)은 도 37에 구체적으로 도시된 바와 같이, 세로 방향의 중심부에 대해 대칭으로 형성된 중공-덕트 프로파일의 형태로 이루어지고, 포물선 반사부(62a, 62b)로 이루어진 두 개의 반사 기능 영역들과 세로방향의 측부에 형성된 플러그-인 프로파일들(63)을 구비하며, 상기 플러그-인 프로파일들(63)의 형상은 도 14에 도시된 상기 지지 프로파일(17)의 상기 플러그-인 프로파일들(10e)의 형상과 동일하다. 상기 연결 프로파일들(61)은 도 38에 도시된 횡 단면의 형상을 갖고, 상기 지지 프로파일(60)의 플러그-인 프로파일(63)과 대응하여 양 측부에 형성된 플러그-인 프로파일들(64)을 구비하며, 이 정도로 플러그-인 프로파일들(64)은 도 14에 도시된 연결 프로파일과 동일하다. 또한, 관형 프로파일부(tubular profiled part)(65)는 상기 플러그-인 프로파일들(64)이 결합된 상기 연결 프로파일들(61)의 상기 프로파일 베이스 몸체(profiled base body)의 상면에 일체로 형성되고, 태양전지 모듈 기능 영역 또는 태양전지 모듈부와 동일한 기능을 한다.
도 39는 두 개의 기본 요소들을 이용하여 서로 접속 연결된 시스템을 상세하게 나타낸다. 즉, 도 37에 도시된 상기 지지 프로파일(60)과 도 38에 도시된 연결 프로파일(61)이 요청된 상기 지지 프로파일들(60)의 임의의 개수로 상기 연결 프로파일들(61)을 개재시켜 세로 방향의 측부에서 서로 접속 연결된다. 이 정도에서, 상술한 내용을 참조하면, 예를 들어, 변형예들은 도 15에 도시된 시스템으로부터 파생된다. 각각의 상기 반사면들(62a, 62b)은 상기 지지 프로파일(60)의 상면에 구비되고, 반사복사가 각각의 태양전지 모듈부(65) 측으로 집중되도록 상기 반사면들(62a, 62b)의 상면에 입사된다. 상기 태양전지 모듈부(65)는 측방으로 인접하에 위치하며, 상기 연결 프로파일(61)의 상면으로부터 돌출되며, 연결된 반사부(62a, 62b)의 초점에 위치한다. 도 39에 도시된 바와 같이, 인접한 두 개의 반사부들(62a, 62b)은 상기 인접한 두 개의 반사부들(62a, 62b)의 사에에 개재된 상기 태양전지 모듈부(65)와 각각 동일한 기능을 한다. 상기 반사부들(62a, 62b)은 관련된 지지 프로파일면과 일체로 형성되거나, 반사 시트 또는 코팅과 같은 방식으로 그 표면에 제공될 수도 있다.
응용예에 따르면, 상기 태양전지 모듈부(65)는 태양열 집열부(thermal solar collector element) 또는 광전지부(photovoltaic element) 일 수도 있다. 기존에는 상기 태양전지 모듈부(65)는, 예를 들면, 그 자체가 전형적인 방식의 태양열 집열관(thermal solar collector tubular)들을 형성하고, 그 내부에서 열 이동 매질이 형성되며, 상기 관들의 내부에서 이동되는 집광된 입사 복사에 의해 가열될 수 있다. 하기에서는 상기 태양전지 모듈부가, 예를 들어, 단일체 광전지 모듈 몸체(monolithic photovoltaic moldule body)나 광전지 시트부 또는 광전지 코팅으로 형성되고, 적절한 실장 형상, 예컨대, 바람직한 실시예의 대안으로 도시된 바와 같은 관 형상이나 마찬가지로 다른 요청된 형상을 제공한다.
도시된 일례에 따르면, 상기 태양전지 모듈부(65)는 단일 프로파일 몸체로 연합되어 제조될 수 있도록 상기 연결 프로파일(61)의 필수 구성 요소를 형성하고, 박판(web)(66)을 통해 상기 연결 프로파일 베이스 몸체에 연결된다. 상기 연결 프로파일(61)이 열 전도 물질로 이루어질 경우, 상기 박판(66)은 상기 태양전지 모듈부(65)로부터 상기 연결 프로파일 베이스 몸체까지의 열전도성 연결을 형성하고, 이에 따라, 도 39에 도시된 바와 같이, 상기 상호 접속 시스템의 상기 지지 구조 전체로 열전도성 연결이 형성된다. 실시예들의 대안으로, 상기 태양전지 모듈부는 분리 구성 요소(separate component)에 의해 조립되며, 상기 연결 프로파일로부터 분리되고, 상기 연결 프로파일 또는 전체 시스템의 지지 구조를 이루는 다른 구성 요소에 결합된다. 예를 들면, 상기 각 연결 프로파일의 결합은 상기 태양전지 모듈 을 요구되는 방식으로 상기 지지 구조의 받침대에 열적 결합시키기 위해 또는 서로 열적으로 분리된 상태를 유지하도록, 열전도 또는 단열 연결 방식에 의한 요구로 이루어진다.
상술한 바람직한 실시예들에 따르면, 도시된 V-골 및 포물선 집광 형식에 따라, 효율적으로 분산시켜 가열하기 위해, 본 발명은 비교적 쉽게 제조할 수 있는 지지부와 냉각 프로파일을 구비하고, 리브 세로방향 프로파일 및 또는 세로방향 중공 프로파일과 같이 자립적으로 설계되며, 모듈 홀딩면 및 또는 반사 기능 영역에 열전도 가능하게 연결된 열분산 구조와 일체로 형성된다. 본 발명은 태양전지 모듈의 온도 조절을 감소시키고, 보다 많은 에너지를 생산한다. 본 발명은 투명한 실리콘으로 이루어진 광 전지 셀들 및 시트나 금속 시트 또는 박막 실장으로 이루어진 박막 태양전지(thin-film solar cell)들을 모두 제공한다. 상기 지지 프로파일들은 알루미늄, 마그네슘, 스테인레스, 아연도금된 강철 또는 열전도성 합성 수지 재질과 같은 열전도성 물질을 이용하여 압출 성형이나 스트랜드 연신 또는 압연 방식과 같은 방식을 통해 매우 쉽게 저가로 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 상기 지지 구조의 개념은 대응하는 광전지 시스템들을 위해 매우 높은 레벨의 조립식 제조방식과 병렬 형태의 결합 방식을 제공한다. 본 발명이 태양열 집열 시스템들 위해 동일한 방식으로 이용될 수 있음은 자명하다.
본 발명에 따른 지지 구조의 개념은, 동일한 방식으로 옥외에서 대용량의 스테이션에 대규모 일체형 광전지 시스템과 통합형 건물에 적합하다. 차광막 설치부들을 포함하는 지붕 또는 외관 요소들은 복합 구조 없이 설치할 수 있고, 건물 외 관에 상대적으로 설치가 용이하다. 외관 및 지붕 시스템들과 같은 높은 단계의 모듈 방식을 달성하고, 외관 배관망과 건물층의 높이와 같은 물리적인 제약에 우선적으로 적응시킬 수 있다.
상술한 바에 따르면, 상대적으로 가벼운 자립형 광전지 모듈 유닛들은 높은 강도를 가질 수 있으며, 특히, 스트랜드 연신(strand-drwan) 요소들에 따라 제조되는 것과 같이, 알루미늄으로 이루어진 지지 프로파일들의 조합에 의해 특히 유리한 세로 방향로의 강도를 갖고, 광전지 시트 박막을 구비하며, 본 실시예들은 평판 모듈 형식(flat module type)과 V-골 집광 형식(concentrated V-trough type) 뿐만 아니라 집광 포물선 리니어 집광 형식 또한 가능하다. 집광 형식들은 설치 및 설비 재조정을 위해 보다 바람직하게 안정적이다. 상기 평판 모듈 형식의 시스템들은 야외 고정 설치뿐만 아니라 재조정에 의한 야외 설치, 그리고 건물 외관과 지붕에 일체로 설치하는 데 접합하다.
모든 응용예들에 있어서, 본 발명은 쉽게 제조할 수 있고 조합된 지지/냉각 프로파일을 구비하는 지지 구조를 구현하고, 비교적 높은 비틀림과 휨 강도 및 최소한으로 긴 지지 폭을 갖는다. 상기 지지/냉각 프로파일은 적당한 조임 조인트들을 이용하거나 결합 기법 및 또는 접착 결합과 같은 방식으로 결합된 상기 태양전지 모듈부들 및 또는 반사부들을 위한 완전한 지지 기능을 수행한다. 이러한 기능과 함께, 상기 지지 프로파일은 가열 싱크와 같은 기능도 수행한다.
대형 지지 유닛들의 형성이 요구되는 경우, 통합 나사 덕트들 및 또는 슬롯 덕트들을 이용하여 드로운-인 접착(drwan-in attachment) 방식과 같은 방법으로 상 기 지지 프로파일들의 단부를 적합한 기존의 측부 지지부들을 연결한다. 측부 플러그-인 프로파일들을 구비하는 변형예에 있어서, 지지 프로파일들은 직접으로 또는 각각 그 사이에 연결 프로파일들을 개재하여 서로 접속 연결되어 보다 큰 태양전지 모듈 및 또는 반사부들을 수용하기 위해 요구되는 대형 지지 유닛들을 형성한다. 이러한 형식에 따르면, 상기 지지 프로파일들은 우선 첫째로 폐쇄된 접촉면을 형성하기 위해 연결되고, 이후, 상기 태양전지 모듈 및 또는 반사부들이 제공되므로, 매우 높은 수준의 적용 범위를 제공한다. 또는, 기본 방식(building-block method)에 따라, 상대적으로 큰 기능 영역을 형성하기 위해, 우선 먼저 각 지지 프로파일들에 태양전지 모듈 및 또는 반사부들이 결합되고, 이후, 상기 지지 프로파일들이 연결된다. 물론, 유사한 절차로 다수의 연결된 지지 프로파일로 이루어진 지지 프로파일 그룹들이 채택될 수도 있다.
상기 지지 모듈들은 보다 바람직하게 상부 유리들 대신에 투명한 상면 시트들을 구비하고, 이에 따라, 열분산율, 무게, 균열 위험 및 규격 제한의 관점에서 볼 때 유리하다. 상기 투명한 상면 시트들은 그 아래에 위치된 상기 지지 프로파일과 바람직한 열접촉을 통해 연결되며, 예를 들어, 직접적으로 적층하거나 또는 접착 본딩을 통한 간접적인 연결, 또는 유리를 구비하지 않는 광전지 박막과 같이 사전 적층된 유닛들과 같은 클램핑 방식에 의해 연결된다.
건물 외관에 평판 모듈 유닛들을 고정 통합할 시킬 때, 상기 지지 프로파일들은 건물 배관망 시스템과 부합하는 상대적으로 큰 지지 유닛들을 형성하기 위해 측부 플러그-인 프로파일과 함께 사전 조립될 수 있으며, 이후, 박막으로 이루어진 태양전지 모듈과 접착 본딩 등으로 이루어진 광전지 시트 합성물이 제공된다. 재조정 시스템들의 경우, 지지 유닛들은 교체 가능한 적당한 측면 지지부들 상에 실장된다. 대응하는 실시예들에 있어서, 다수의 지지 유닛들은 상대적으로 큰 시스템 유닛들을 형성하기 위해 타이 로드들(tie rods) 및 분산 로드들(compression rods)과 같은 적합한 결합 부재들을 이용하여 결합되며, 공통 구동(common drive) 방식에 의해 입사광에 따라 재조정된다. 예를 들어, 각각 약 7.5㎡의 태양전지 모듈 영역을 갖는 열개 또는 그 이상의 교환 유닛들은 서브 시스템을 형성하기 위해 연결될 수 있다. 대기중인 설비들은 옥외는 물론 평판 지붕들 위 및 경사진 지붕들에 모두 설치 가능하다. 재조정 시스템들을 위해, 평판 모듈 형식 및 집광 V-골 형식 및 집광 포물선 골 형식 모두 본 발명에 따른 태양전지 모듈 유닛들이 사용될 수 있다.
또한, 상기 지지 프로파일들은 태양전지 재조정을 위해 조립되어 큰 테이블 유닛들을 형성하고, 드로운-인 측면 지지부들을 통해 수직 회전 축을 구비하는 중앙 회전 장치들과 연결된다. 이러한 배치 구조에서, 상기 지지 프로파일들은 특히 야외 사용으로 적합하고, 회전 유닛들 또는 서브시스템들은 100㎡ 이상의 태양전지 모듈 영역을 구비할 수 있다. 또한 최적화된 바람직한 형태에 따르면, 회전 테이블의 입사각은 또한 선회될 수 있으며, 게다가, 시간에 따라 두 개의 X축들의 재조정할 수 있다.
본 발명의 지지 프로파일들에 따른 구현은, 자립 리브 세로 방향 프로파일들 및 또는 세로 방향 중공 프로파일들에 의해 단부에서 이런식으로 조립된 상기 지지 구조들을 충분히 지지하고, 단부 홀더 사이에 개재되거나 또는 이러한 방식으로 조립된 상기 지지 구조들을 실장하는 추가 측면 지지대를 필수적으로 구비할 필요가 없다. 즉, 상기 지지 프로파일들의 리브-프로파일 및 또는 중공-프로파일 구조에 따른 장점을 통해 상기 지지 프로파일들은 자립하는 데 충분한 세로 방향의 강도와 비교적 낮은 고유 무게를 갖는다.

Claims (10)

  1. 자립형(self-supporting) 지지 구조; 및
    상기 지지 구조상에 적응적으로 배치되는 적어도 하나의 대양 전지 모듈부 또는 반사부를 포함하고,
    상기 지지 구조는 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 반사 기능 영역을 구비하는 지지 프로파일인 적어도 하나의 자립형 중공 세로 프로파일을 포함하고, 상기 지지 프로파일은 추가 지지 프로파일 또는 연결 프로파일 또는 측부에 위치하는 단말 프로파일을 결합시키기 위해 세로 방향의 측부에 구비된 플러그-인 프로파일, 및 또는 상기 지지 프로파일의 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 상기 지지 프로파일의 반사 기능 영역에 열전도로 연결된 열분산 구조를 구비하고, 또는
    상기 지지 구조는 태양전지 모듈 기능 영역 및 또는 반사 기능 영역을 갖는 지지 프로파일인 적어도 하나의 자립형 리브 세로 프로파일을 포함하고, 상기 지지 프로파일은 추가 지지 프로파일 또는 연결 프로파일 또는 측부에 위치하는 단말 프로파일을 결합시키기 위해 세로 방향의 측부에 구비된 플러그-인 프로파일을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    태양전지 모듈 시스템은 V-골 집광 형식으로 이루어지며, 상기 연결 프로파일은 중공-챔버 세로 프로파일의 형태로 제공되고, 상기 중공-챔버 세로 프로파일 은 반사 V-골 격벽면을 제공하기 위해 반사 기능 영역으로 작동하는 적어도 하나의 프로파일 측면을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    태양전지 모듈 시스템은 포물선 집광 형식으로 이루어지며, 상기 지지 프로파일은 태양전지 모듈부와 결합되는 포물선 반사 기능 영역을 구비하고, 상기 태양전지 모듈부는 측면이 상기 지지 프로파일에 결합되는 연결 프로파일 또는 단말 프로파일의 상면에 배치 또는 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 중공 챔버는 상기 지지 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일 및 또는 세로방향의 측부에 위치하는 상기 플러그-인 프로파일의 플러그 연결부 및 또는 상기 단말 프로파일 상에 형성되고, 중공 챔버 또는 챔버들을 형성하기 위한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 프로파일은 열전도성 연결 방식에 의해 측면이 상기 지지 프로파일에 결합 될 수 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플러그-인 프로파일은 두 개의 고정된 연결 프로파일들 사이에서 걸쇠 잠금 방식에 의해 각 지지 프로파일과 결합 될 수 있고, 걸쇠 해제 방식에 의해 제거될 수 있도록 설계되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 한 쌍의 단말 프로파일들은 방수 처리 방식으로 연결 및 서로 맞물려 결합하기 위해 제공되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일 및 또는 상기 단말 프로파일은 압출 성형(extrude), 스트랜드 연신(strand-drawn) 또는 압연 프로파일(rolled-formed profile)의 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일 및 또는 상기 단말 프로파일은 알루미늄, 스테인리스, 아연도금 강철 물질 또는 열도전성 합성수지 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
  10. 제1항에 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플러그-인 프로파일 및 또는 상기 연결 프로파일은 정렬 유효면을 갖는 두 개의 지지 프로파일들에 각각 연결되고, 연속적인 태양전지 모듈 유효면/반사 유효면을 형성하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 시스템.
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