KR20100011368U

KR20100011368U - 태양광 모듈의 냉각장치

Info

Publication number: KR20100011368U
Application number: KR2020090005782U
Authority: KR
Inventors: 임병덕
Original assignee: 주식회사 유나티앤이
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-23

Abstract

본 고안은 태양광 모듈의 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 모듈의 배면에 구비된 냉각장치를 통해 태양광 모듈에서 발생하는 고온의 열을 냉각시킴으로써 출력 효율을 높이고 사용 수명을 연장할 수 있는 태양광 모듈의 냉각장치에 관한 것이다.

본 고안에 따른 태양광 모듈의 냉각장치는, 다수의 태양전지가 직병렬 연결되어 형성되는 태양광 모듈에서 발생하는 열을 냉각시키는 장치에 있어서;

평평한 판상으로 이루어져 상기 태양광 모듈의 배면에 면접촉되는 접촉부와, 방열면적을 넓힐 수 있도록 상기 접촉부에 돌출 형성되는 다수의 방열핀과, 상기 태양광 모듈에 결합할 수 있도록 접촉부의 양측에서 태양광 모듈 측으로 절곡 형성되는 클립으로 구성된 히트싱크로 이루어진 것을 특징으로 한다.

태양광 모듈, 냉각장치, 히트싱크, 방열핀

Description

태양광 모듈의 냉각장치 {Cooling Apparatus of Solar Cell Module}

태양전지는 반도체의 성질을 이용하여 태양 빛(photons)을 전기에너지로 변환시키는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 위험이 없어 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈을 대체할 대체 에너지로 주목받고 있다.

이러한 태양전지는 태양 빛을 이용해 전기를 일으키는 최소 단위이고, 태양광 모듈은 적절한 전압과 전류를 얻기 위하여 다수의 태양전지를 직병렬로 연결한 후, 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 충진재, 유리 등과 함께 압축하여 모듈 형태로 제작되며 태양 빛을 많이 받을 수 있도록 북반구에서는 남쪽 하늘을 향해 경사지게 설치된다.

그런데 상기한 태양전지의 변환효율은 10~20%이고 이 변환효율이 떨어지는 큰 이유는 태양전지가 모든 빛을 전기로 변환하지 못하기 때문으로, 이에 의해 전 기에너지로 변환하지 못한 빛에너지가 열로 변환되어(이로 인한 손실이 전체 손실의 60% 정도를 차지함) 태양광 모듈의 온도가 상승하게 된다.

상기 태양광 모듈은 태양전지의 특성상 태양광 모듈의 온도 상승에 따라 출력이 떨어지게 되는 바, 25℃에 있어서의 발전 효율을 100%로 하면, 온도가 1℃ 상승할 때마다 0.45~0.55%의 출력이 감소한다.

즉, 태양전지의 온도와 전압은 반비례하는 특성이 있어 온도가 상승하면 전압이 낮아져 발전출력이 떨어지고, 따라서 더운 여름철 발전출력이 일사량에 비해 떨어진다.

또한, 이 온도 상승에 의해 태양전지가 열화되어 태양광 모듈은 시간이 지날수록 발전출력이 감소하고, 열화에 의해 태양광 모듈의 사용 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

이를 방지하기 위해 잔디를 심거나 거리를 이격시켜 자연풍에 의한 공랭식을 적용, 온도를 낮추고 있으나, 그 온도 절감 효과가 미미해서 발전 출력이 감소하고 사용 수명이 단축되는 문제점은 여전히 존재하고 있었다.

본 고안은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양광 모듈의 배면에 구비된 냉각장치를 통해 태양광 모듈에서 발생하는 고온의 열을 효율적으로 냉각시킴으로써 출력 효율을 높이고 사용 수명을 연장할 수 있는 태양광 모듈의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 태양광 모듈의 냉각장치는, 다수의 태양전지가 직병렬 연결되어 형성되는 태양광 모듈에서 발생하는 열을 냉각시키는 장치에 있어서;

상술한 과제 해결 수단에 의하면 냉각장치인 히트싱크와의 접촉면적 극대화로 냉각 효율을 향상시켜 온도를 효율적으로 줄일 수 있고 이에 따라 태양광 모듈의 출력 효율을 높일 수 있다.

또한, 상기 태양광 모듈의 온도 저감으로 태양전지의 열화를 방지하여 성능을 높이고 수명을 연장할 수 있다.

이하 본 고안의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 제1실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 의한 결합 평단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 열 전달 효율이 우수한 알루미늄(Al)이나 동(Cu)을 재료로 제조되는 히트싱크(10)는 접촉부(12), 방열핀(16) 및 클립(14)을 포함하여 구성된다.

상기 접촉부(12)는 평평한 판상으로 이루어져 태양광 모듈(20)의 배면에 접촉되고 그 접촉부(12)의 타측면에는 방열면적을 넓힐 수 있도록 설계된 다수의 방열핀(16)이 길이방향(도면에서는 수직방향)을 따라 접촉부(12)에서 일체로 돌출 형성된다.

또한, 접촉부(12)의 양측에는 태양광 모듈(20)에 결합할 수 있도록 클립(14)이 태양광 모듈(20) 측으로 절곡 형성된다.

상기 태양광 모듈(20)은 다수의 태양전지(22)를 직병렬로 연결한 후, 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 충진재, 유리 등과 함께 압축하여 모듈 형태로 제작된다.

상기 태양광 모듈(20)의 배면이 접촉부(12)와 접촉되도록 하여 양 클립(14) 사이로 슬라이딩시키면 상기 태양광 모듈(20)이 열을 방출시키기 위한 방열기구인 히트싱크(10)에 결합한다.

이와 같이 태양광 모듈(20)과 히트싱크(10)가 결합하고 상기 태양광 모듈(20)을 태양 빛을 많이 받을 수 있도록 남쪽 하늘을 향해 경사지게 설치한 상태에서 필요한 전력을 얻고자 하는 경우, 태양광 모듈(20)을 구성하는 태양전지(22)는 태양 빛을 받아 전기에너지로 변환하여 전압을 발생하고, 각 태양전지(22)에서 발생한 전압은 한군데 모아져 태양광 모듈(20) 외부로 출력된다.

이때 태양전지(22)는 태양 빛을 모두 전기에너지로 변환하지 못하기 때문에 전기에너지를 변환하지 못한 빛에너지는 열에너지로 변환되어 태양광 모듈(20)의 온도가 상승하게 된다.

상기 태양광 모듈(20)의 열은 태양광 모듈(20)의 배면과 면접촉한 히트싱크(10)에 전달되고, 이 열은 방열핀(16)을 통해 대기에 방출되면서 태양광 모듈(20)에서 발생하는 열을 냉각하게 된다.

이에 의해 태양광 모듈(20)의 출력 효율을 높일 수 있고, 태양전지(22)의 열화를 방지하여 수명을 연장할 수 있다.

여기서 태양광 모듈(20)과 히트싱크(10)를 클립(14)을 이용하여 슬라이딩식으로 쉽고 간단하게 결합하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 히트싱크(10)에 클립(14)을 형성하지 않고 태양광 모듈(20)의 배면과 히트싱크(10)의 접촉부(12)를 열전도성 접착제를 이용하여 부착하여 결합할 수도 있고, 볼트와 너트의 볼팅 작업 등에 의해 결합할 수도 있다.

도 3은 본 고안의 제2실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 결합 평단면도이다.

도시된 바와 같이 히트싱크(30)가 접촉부(32), 방열핀(36) 및 클립(34)으로 이루어지되, 제1실시예와 다른 점은 열이 방출되는 대기 면적을 넓힐 수 있도록 상기 히트싱크(30)의 방열핀(36)이 평면에서 보아 접촉부(32)에서 멀어질수록 방사상으로 퍼져나가는 형태를 취하도록 형성된다는 것이다.

상기 태양광 모듈(20)은 태양전지(22)를 직병렬 연결하여 모듈 형태로 제작해서 이루어지며, 클립(34)을 이용해서 태양광 모듈(20)과 히트싱크(30)가 슬라이딩식으로 간단히 결합한다.

이 결합 구조에 의하면 태양광 모듈(20)에서 발생하는 열은 히트싱크(30)에 전달되고 이 열이 방열핀(36)을 통해서 대기에 방출되되, 이때 방열핀(36)이 방사상으로 형성되어 열이 방출되는 대기 면적을 넓게 함으로써 냉각 효율을 더 향상시킬 수 있게 된다.

제2실시예에서도 히트싱크(30)에 클립(34)을 형성하지 않고 상기 태양광 모듈(20)과 히트싱크(30)를 열전도성 접착제나 볼팅 작업 등에 의해 결합할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 고안의 제3실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 결합 사시도이다.

도시된 바와 같이 히트싱크(40)가 접촉부(42), 방열핀(46) 및 클립(44)으로 이루어지되, 제1실시예와 다른 점은 방열핀(46)이 히트싱크(40)의 상부 중앙에 조밀한 이격거리를 두고 형성되어 하부로 갈수록 방열핀(46) 사이의 이격거리가 커지는(하부로 갈수록 방열핀(46) 사이의 골이 넓어지는) 형태를 취하도록 형성된다는 것이다.

즉, 상기 방열핀(46)은 방열핀(46) 사이가 하부로 갈수록 멀어지도록 히트싱크(40)의 상부 중앙에서 하부 외측으로 경사지게 형성되고, 이는 후술하는 냉각 효율을 높이기 위한 송풍팬(50)을 소형으로 사용하기 위함이다.

또한, 상기 방열핀(46) 상부에 전기에 의해 바람을 일으켜 방열핀(46) 사이로 공기를 강제로 공급하는 송풍팬(50)이 설치된다.

상기 태양광 모듈(20)은 태양전지(22)를 직병렬 연결하여 모듈 형태로 제작해서 이루어지며, 클립(44)을 이용해서 태양광 모듈(20)과 히트싱크(40)가 슬라이딩식으로 간단히 결합한다.

이 결합 구조에 의하면 태양광 모듈(20)에서 발생하는 열은 히트싱크(40)에 전달되고 이 열이 방열핀(46)을 통해서 대기에 방출되되, 이때 상측에 위치된 송풍팬(50)에 의해 방열핀(46) 사이로 차가운 공기가 강제로 공급되어 냉각 효과를 높일 수 있다.

도 1과 도 3의 실시예에서도 방열핀(16,36)의 상부나 하부에 송풍팬(50)을 설치하여 방열핀(16,36) 사이로 열을 강제로 공급할 수 있으나, 이때는 방열핀(16,36)이 수직 방향으로 형성되어 있어 모든 방열핀(16,36) 사이로 공기를 공급하기 위해서는 큰 송풍팬(50)이 필요하다.

제3실시예에서도 히트싱크(40)에 클립(44)을 형성하지 않고 상기 태양광 모듈(20)과 히트싱크(40)를 열전도성 접착제나 볼팅 작업 등에 의해 결합할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 열전도성이 높은 재료로 히트싱크(10,30,40)를 제작하여 슬라이딩 방식으로 태양광 모듈(20)에 배면에 면접촉 하도록 결합함으로써 태양광 모듈(20)의 열을 히트싱크의 방열핀(16,36,46)을 통해 대기에 방출하여 냉각하되, 방열핀(36)을 방사상으로 형성하거나 송풍팬(50)을 설치함으로써 냉각 효율을 높일 수 있다.

본 고안은 상기한 실시예에서 한정되는 것이 아니라, 본 고안의 요지에서 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며, 이 역시 본 고안의 등록청구범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 본 고안의 제1실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 분해 사시도,

도 2는 도 1에 의한 결합 평단면도,

도 3은 본 고안의 제2실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 결합 평단면도,

도 4는 본 고안의 제3실시예에 따른 히트싱크와 태양광 모듈과의 결합 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,30,40: 히트싱크 12,32,42: 접촉부

14,34,44: 클립 16,36,46: 방열핀

20: 태양광 모듈 22: 태양전지

50: 송풍팬

Claims

다수의 태양전지가 직병렬 연결되어 형성되는 태양광 모듈에서 발생하는 열을 냉각시키는 장치에 있어서;

평평한 판상으로 이루어져 상기 태양광 모듈의 배면에 면접촉되는 접촉부와, 방열면적을 넓힐 수 있도록 상기 접촉부에 돌출 형성되는 다수의 방열핀과, 상기 태양광 모듈에 결합할 수 있도록 접촉부의 양측에서 태양광 모듈 측으로 절곡 형성되는 클립으로 구성된 히트싱크로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방열핀은 태양광 모듈의 길이방향을 따라 형성되되, 열이 방출되는 대기 면적을 넓힐 수 있도록 접촉부에서 멀어질수록 방사상으로 퍼져나가는 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방열핀이 히트싱크의 상부 중앙에 조밀한 이격거리를 두고 형성되어 하부로 갈수록 방열핀 사이의 이격거리가 벌어지는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
제 3 항에 있어서,

상기 방열핀 상부에 설치되어 방열핀 사이로 공기를 강제로 공급하는 송풍팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.