KR20100060912A - 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광발전모듈의 표면재를 입사각의 변화에도 태양광 에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층과, 상기 다방향성 에너지 흡수표면층을 투과한 태양광을 태양전지 표면에 일정한 방향으로 굴절시키는 유도층과, 상기 유도된 태양광을 동일면적에 균일하게 확산시키는 확산층으로 구성되는 복합 표면재로 구성하여 태양광의 입사각이 시간 또는 계절에 따라 변화되는 방위각 또는 경사각의 변화에도 태양광의 입사강도를 최대로 흡수함으로써 태양 빛 에너지의 흡수율을 높이고 태양광발전모듈의 발전성능을 향상시키는 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈에 관한 것이다.
본 발명의 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈은, 태양광을 조사받아 전력을 생산하는 태양전지와, 상기 태양전지의 상하부에 각각 설치되어 충격을 흡수해 태양전지가 파손되는 것을 방지하는 전면 및 후면 완충재와, 상기 전면완충재의 상부에 설치되어 태양광의 투과도를 향상시키고 외부충격으로부터 내부의 태양전지를 보호하는 표면재와, 상기 후면완충재의 하부에 설치되어 태양전지의 후면을 보호하도록 하는 후면보호재와, 상기 각 부재를 적층 고정시키는 프레임으로 구성되는 태양광발전모듈에 있어서, 상기 표면재는 외부에 표출되고 태양광의 입사각이 변화되어도 태양광에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층과; 상기 흡수된 태양광을 태양전지 방향으로 굴절시키는 태양광 유도층과; 상기 유도 층을 통과한 태양광을 분산시켜 빛의 입사강도를 균일하게 분포시키는 확산층;을 포함하여 구성된다.
태양광발전모듈, 입사각, 표면, 흡수, 발전량향상
Description
본 발명은 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광발전모듈의 표면재를 입사각의 변화에도 태양광 에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층과, 상기 다방향성 에너지 흡수표면층을 투과한 태양광을 태양전지 표면에 일정한 방향으로 굴절시키는 유도층과, 상기 유도된 태양광을 동일면적에 균일하게 확산시키는 확산층으로 구성되는 복합 표면재로 구성하여 태양광의 입사각이 시간 또는 계절에 따라 변화되는 방위각 또는 경사각의 변화에도 태양광의 입사강도를 최대로 흡수함으로써 태양 빛 에너지의 흡수율을 높이고 태양광모듈의 발전성능을 향상시키는 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈에 관한 것이다.
태양 에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분되는데, 태양열을 이용하는 방법은 태양 열에 의해 데워진 물 등을 이용하여 온수공급 및 난방을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양 빛을 이용하여 전기를 발생시키고, 이 전기를 이용하여 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.
태양광 발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 직접 전기로 바꿀 수 있도록 한 기술로서, 태양광을 이용한 발전은 무한한 청정에너지를 이용한 것으로, 별도의 에너지나 구동원이 불필요하고 소규모에서 대규모까지 시스템의 시공이 간단하며 환경문제에 따른 설치 제한에 영향을 받지 않는 이점이 있는 반면, 발전량이 일사 시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 많은 태양광모듈이 필요하다.
상기 태양광발전모듈(photovoltaic module)은 발전효율을 극대화시키기 위해서는 태양의 직사광선이 항상 태양광발전모듈의 전면에서 수직으로 입사할 수 있도록 하는 것이다. 그러나 태양은 오전오후 또는 계절에 따라 고도와 위치를 달리하기 때문에 발전효율을 증대시키기 위해서는 별도의 수단이 필요하다. 예컨대, 태양광의 고도에 관계없이 항상 위치가 고정되는 고정식 보다는 동력 또는 기기 조작을 통해 태양의 위치를 추적해 가는 추적식(양축추적, 단축추적), 계절 또는 월별로 상하로 위치가 변화되는 반고정식이 태양광 에너지 입사량이 많아 발전효율이 증대된다.
상기 추적식과 반고정식은 태양광발전모듈의 방위각과 경사각을 수동으로 조절하도록 하거나, 센서를 장착하여 태양을 궤적을 따라 자동으로 방위각과 경사각을 조절하는 자동조절장치가 구비된 형태로 제공되어 발전효율을 증대시키고 있다.
그러나 상기 종래 반고정식 방식중 수동조절의 경우에는 계절에 따른 경사각을 조절하는 수준이어서 고정형보다 발전효율이 크게 향상되지 않으며, 센서의 자동조절장치가 구비된 형태의 추적식의 경우에는 발전효율은 극대화시킬 수 있으나, 설치비용과 기계적인 결함에 의해 유지관리비용이 증가되고, 고장시 발생되는 태양광발전모듈의 열점현상에 의해 태양광발전모듈의 수명을 떨어뜨리는 문제점이 있으며, 설치장비가 고중량임으로 주로 지면에 설치되야 하는 등 설치장소에 대한 한계가 있다.
상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈은,
태양광을 조사받아 전력을 생산하는 태양전지와, 상기 태양전지의 상하부에 각각 설치되어 충격을 흡수해 태양전지가 파손되는 것을 방지하는 전면 및 후면 완충재와, 상기 전면완충재의 상부에 설치되어 태양광의 투과도를 향상시키고 외부충격으로부터 내부의 태양전지를 보호하는 표면재와, 상기 후면완충재의 하부에 설치되어 태양전지의 후면을 보호하도록 하는 후면보호재와, 상기 각 부재를 적층 고정 시키는 프레임으로 구성되는 태양광발전모듈에 있어서, 상기 표면재는 외부에 표출되고 태양광의 입사각이 변화되어도 태양광에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층과; 상기 흡수된 태양광을 태양전지 방향으로 굴절시키는 태양광 유도층과; 상기 유도층을 통과한 태양광을 분산시켜 빛의 입사강도를 균일하게 분포시키는 확산층;을 포함하여 구성된다.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈은,
태양광발전모듈의 표면재를 입사각의 변화에도 태양광 에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층과, 상기 다방향성 에너지 흡수표면층을 투과한 태양광을 태양전지 표면에 일정한 방향으로 굴절시키는 유도층과, 상기 유도된 태양광을 동일면적에 균일하게 확산시키는 확산층으로 구성되는 복합 표면재로 구성하여 태양광의 입사각이 시간 또는 계절에 따라 변화되는 방위각 또는 경사각의 변화에도 태양광의 입사강도를 최대로 흡수함으로써 태양 빛 에너지의 흡수율을 높이고 태양광발전모듈의 발전성능을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈(10)은 태양광을 조사받아 전력을 생산하는 태양전지(20)와, 상기 태양전지의 상하부에 각각 설치되어 충격을 흡수해 태양전지가 파손되는 것을 방지하는 전면 및 후면 완충재(30,40)와, 상기 전면완충재의 상부에 설치되어 태양광의 투과도를 향상시키고 외부충격으로부터 내부의 태양전지를 보호하는 표면재(50)와, 상기 후면완충재의 하부에 설치되어 태양전지의 후면을 보호하도록 하는 후면보호재(60)와, 상기 각 부재를 적층 고정시키는 프레임(70)으로 구성된다.
상기 태양전지(20)는 다수개의 태양전지 소자(21)의 배열로 이루어진다. 상기 태양전지 소자는 연결부재(22)에 의해 직렬로 연결되어 각각의 태양전지소자로부터 발생되는 전기를 전달하도록 한다.
또한 상기 태양전지는 다수개의 태양전지소자의 배열을 고정시키고 태양전지를 보호하기 위해 상기 태양전지(20)의 상하부에는 전면완충재(30)와 후면완충재(40)를 적층한다. 상기 전면 및 후면완충재는 각각 하나의 판재로 형성되고, 습기와 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하도록 한다. 상기 전후면완충재(30,40)로 사용될 수 있는 대표적인 재질로는 에틸렌 비닐 아세트산 수지계 시트이며, 이외에 충격을 흡수하고 빛의 투과율이 높은 다양한 재질의 사용이 가능하다.
다음으로 상기 후면보호재(60)는 상기 전후면완충재(30,40)와 동일 또는 유사한 크기로 형성되며, 시트형태나 유리 또는 금속재질의 판체형태로 형성될 수 있다.
한편, 상기 전면완충재(30) 상측에 적층되는 표면재(50)는 다방향성 에너지 흡수표면층(51)과 태양광유도층(52)과 확산층(53)이 일체로 적층되어 이루어진다. 상기 다방향성 에너지 흡수표면층은 외부에 직접 표출되고 태양광의 입사각이 변화되어도 태양광에너지를 최대로 흡수하는 층이다.
상기 태양광 흡수 표면층은 표면을 피라미드와 같은 뿔 또는 뿔대 형태로 돌출하거나 반구형으로 돌출된 형태 및 판상의 필름형태 등 다양한 형태로 형성하고, 재질은 레이져 가공이 가능한 폴리머를 사용해 홀로그램판 형태로 가공하여 태양 빛이 어느 방향에 있든 태양전지 표면에 위치시킬 수 있는 굴절율을 갖게 된다.
이러한 이유로 종래의 태양광발전모듈은 정남향 30도 경사각 고정식으로 설치될 경우 태양 빛이 태양광발전모듈과 직각이 되는 낮 12시 경에 최대의 전력을 생산할 수 있으며, 그 이전과 이후 시간 또는 봄, 여름, 가을, 겨울 등 태양 빛의 고도가 바뀔 때에는 지상에 도달되는 태양 빛 에너지를 최대로 흡수하지 못하게 된다.
그러나 상기 태양광 흡수 표면층은 시간과 계절에 따라서 태양 빛의 방향과 고도가 변하더라도 지상에 도달하는 태양 빛 에너지를 최대로 흡수하는데 목적이 있다.
또한, 상기 태양광 흡수 표면층의 재질은 유리, 아크릴판과 PET 필름 등 투과율을 높일 수 있는 형태의 재질이면 사용가능하며, 구조적으로 홀로그램 판 형태로 가공된다. 또한 흡수표면층의 두께는 태양 빛의 투과율을 90% 이상 확보할 수 있다면 두께에 상관없이 사용가능하며, PET 등을 사용한 필름 형태로 흡수 표면층 이 가공될 경우에는 태양전지를 외부의 물리적 요인으로부터 보호하기 위하여 최 상부에 유리층을 형성하여 접합된 단일 흡수표면층을 구성할 수 있다.
아울러 상기 흡수표면층 이외에 태양광 유도층과 확산층의 경우에도 홀로그램 판 형태로 구성되며, 폴리머를 사용하여 원하는 굴절율과 균일하게 확산할 수 있는 레이져 가공기술이 접목될 수 있으며, 재질로는 PET 또는 OPP 필름 형태로 가공될 수 있고, 흡수표면층과 유도층 확산층이 단일 복합층으로 형성되어 판재 또는 필름형태로 구성된다.
상기한 구성을 갖는 에너지 흡수형 태양광발전모듈은 태양광이 시간에 따라 계절에 따라 입사각이 변하더라도 언제나 최대의 태양광을 흡수하기 때문에 발전효율이 높다. 또한, 고정방식으로 설치하여도 기존의 태양광발전모듈보다 대폭적인 성능향상이 이루어짐으로 추적장치의 설치비용과 유지보수비용을 절감할 수 있다. 또한, 건축물의 외벽과 같이 지면과 90도 수직으로 설치하여도 발전효율을 유지할 수 있으므로, 건물일체형 태양광모듈(BIPV; Building Integrated Photovoltaic)로써의 사용이 가능하다.
도 4는 정남향으로 30도 경사각으로 설치시 기존 태양광발전모듈과 본 발명에 따른 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈의 발전량을 도시한 그래프이다.
본 발명의 태양광발전모듈은 도시된 바와같이 태양 빛의 위치가 태양광발전모듈과 직각으로 위치하는 12시 전후 시간대에는 종래의 태양광발전모듈과 태양 빛 에너지의 흡수량이 동일하여 발전량의 차이가 없지만, 오전과 오후에는 태양 빛의 위치를 추적하는 것과 같은 효과를 얻음으로 인해서 태양 빛 에너지를 최대로 흡수하여 발전량을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 정남향 90도 수직 경사각 설치시 기존 태양광발전모듈과 본 발명에 따른 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈의 발전량을 도시한 그래프이다.
도시된 바와같이 기존 태양광발전모듈은 90도 수직 경사각으로 설치시 태양 빛 에너지가 가장 좋은 봄, 여름, 가을의 경우 태양 빛의 고도가 높음으로 인해서 태양 빛 에너지가 가장 높은 12시 경에도 발전량이 많이 부족하지만, 본 발명의 경우 태양 빛의 방향, 고도에 관계없이 태양 빛의 위치를 추적하는 것과 같은 효과를 얻음으로 인해서 태양 빛 에너지를 최대로 흡수하여 발전량을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 태양광발전모듈은 종래의 정남향 30도 경사각 고정식과 수직의 경사각으로 설치하여도 기존 태양광발전모듈에 추적장치를 장착하여 발전하는 것과 같은 효과를 얻음으로써, 더 향상된 발전성능을 나타남을 알 수 있다.
한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈의 부분절단 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광발전모듈 표면재의 작동과정을 도시한 상태도.
도 4 및 도 5는 경사각에 따른 본 발명과 기존 태양광발전모듈의 발전량을 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 태양광발전모듈
20 : 태양전지
21 : 소자 22 : 연결부재
30 : 전면완충재
40 : 후면완충재
50 : 표면재
51 : 흡수표면층 52 : 태양광유도층 53 : 확산층
60 : 후면보호재
70 : 프레임
Claims (3)
- 태양광을 조사받아 전력을 생산하는 태양전지와, 상기 태양전지의 상하부에 각각 설치되어 충격을 흡수해 태양전지가 파손되는 것을 방지하는 전면 및 후면 완충재와, 상기 전면완충재의 상부에 설치되어 태양광의 투과도를 향상시키고 외부충격으로부터 내부의 태양전지를 보호하는 표면재와, 상기 후면완충재의 하부에 설치되어 태양전지의 후면을 보호하도록 하는 후면보호재와, 상기 각 부재를 적층 고정시키는 프레임으로 구성되는 태양광발전모듈에 있어서,상기 표면재(50)는, 외부에 표출되고 태양광의 입사각이 변화되어도 태양광에너지를 최대로 흡수할 수 있는 다방향성 에너지 흡수표면층(51)과;상기 흡수된 태양광을 태양전지 방향으로 굴절시키는 태양광 유도층(52)과;상기 유도층을 통과한 태양광을 분산시켜 빛의 입사강도를 균일하게 분포시키는 확산층(53);을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈.
- 제1항에 있어서,상기 흡수표면층과 태양광유도층과 확산층은 단일 복합접합층으로 형성된 것을 특징으로 하는 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈.
- 제1항에 있어서,상기 흡수표면층은 외면이 피라미드와 같은 뿔 또는 뿔대 형태 및 반구형으로 돌출된 형태로 형성됨을 특징으로 하는 다방향성 에너지 흡수형 태양광발전모듈.
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