KR20110065018A

KR20110065018A - 건물 일체형 태양 전지 모듈용 접속함

Info

Publication number: KR20110065018A
Application number: KR1020090121840A
Authority: KR
Inventors: 장동식; 노동훈; 최철준
Original assignee: (주)엘지하우시스
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-06-15
Also published as: KR101155927B1

Abstract

건물 일체형 태양전지(BIPV) 모듈용 접속함을 개시한다. 건물 일체형 태양 전지의 버스바를 접속함에 연결할 때 종래의 납땜 방법을 사용하지 않고, 접속함의 아래 면에 결합 설치된 접속 단자의 고정편 삽입구 내부로 버스바를 삽입시키며, 접속함의 개폐 덮개를 접속함 윗면이 아닌 옆면에 둔다. 이로써 덮개를 닫는 동작에 의하여 탄성 소재의 버스바 고정바가 버스바 고정 단자 내부로 이동하여 버스바를 고정 단자 삽입부 내벽면에 가압 밀착시켜 고정할 수 있다. 이 때문에 버스바의 연결 작업이 더욱 간편하면서도 신속하게 이루어지고, 실리콘계 밀봉제로 접속함 이음매를 밀봉 처리하기도 쉬워져 설치 작업성이 뛰어나다.

태양 전지, 접속함, 밀봉

Description

건물 일체형 태양 전지 모듈용 접속함{Junction box for building-integrated photovoltaic modules}

본 발명은 태양광 발전용 태양 전지에 관련된 것이다. 더 구체적으로 본 발명은 건축물에 일체화하여 쓰이는 태양광 발전 시설에 설치하는 접속함에 관한 내용이다.

태양광 발전 시스템은 초기의 투자 비용 지출 후에는 유지비가 거의 들지 않으며, 구동부가 없고 고장이 적어 안정적으로 에너지를 공급할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이러한 장점이 있음에도 불구하고, 낮은 에너지 밀도를 갖는 태양 에너지의 특성 때문에 필요한 만큼의 용량을 얻기 위해서는 많은 설치공간이 필요하게 되며, 일사 장애가 없는 넓은 부지에 태양전지 모듈을 지지할 수 있는 구조물을 설치하여야 하므로 토지의 효율적인 이용이 어렵다. 따라서 집적화, 고밀도화 및 고층화 되어가고 있는 현대의 건축물이나 시설물에 태양광 발전을 적용하기에는 많은 제약이 따르게 된다.

이러한 제약을 극복하고 태양전지 모듈 사용 범위를 넓히기 위한 한 방편으로서 최근에는 건물 일체형 태양전지(building-integrated photovoltaics, BIPV) 모 듈이 주목을 받고 있다. 건물 일체형 태양전지(BIPV) 시스템은 건축물의 외벽면, 커튼월, 발코니 등 건물의 외관에 태양광 발전 모듈을 접착해 자체적으로 전기를 생산, 건축물에서 바로 활용할 수 있도록 구성한 태양광 발전 시스템을 말한다. BIPV 발전 시스템의 발전 효율은 고정식·추적식 시스템에 비하면 시간·면적당 태양광 집적량이 적어 낮지만, 건물의 외관을 흉하게 하지 않으면서 공간을 효율적으로 활용할 수 있어 앞으로 유망한 분야로 여기고 있다.

태양전지 발전 시스템은 P-N 접합 반도체 셀로서 햇빛으로부터 전력을 발생시키는 태양전지 셀을 갖추고 있고, 이 셀 여러 개를 적절한 용량으로 맞추어 모은 모듈들로 이루어진다. 이러한 모듈들을 회로로 직렬 또는 병렬로 연결하여 어레이를 구성하게 된다. 이러한 발전 시스템에는 셀에서 발생한 전력을 외부로 출력시키기 위해, 양 전극과 음 전극의 기능을 하는 전도체들을 갖추고 있으며, 전류를 외부로 출력시키기 위한 케이블이 연결되는 접속 단자들을 갖추고 있다. 접속 단자들과 케이블 사이의 연결된 부품들은, 접속된 부품들을 보호하기 위한 목적으로 그리고 전류의 누설을 방지하기 위해 접속함(junction box)라고 불리는 용기 속에 수용된다.

여기서 상기 건물의 외관에 장착된 태양 전지 모듈에서 생산되는 전기는 다이오드와 접속 단자를 이용하여 외부로 공급하여야 한다. 접속함은 태양전지에 발생한 전기를 외부로 출력하고, 태양전지 모듈들을 서로 이어주며(커넥터 연결), 바이패스 다이오드를 보호하는 역할을 맡는다. 보통 접속함은 모듈의 생산 공정 중에 방해가 되기 때문에, 태양전지 모듈에 최종 공정에서 부착된다. 접속함은 다이오 드, 커넥터 연결 단자, 버스바 단자 등의 접속 단자와 접속함을 밀폐하기 위한 뚜껑을 갖추고 있는 것이 전형적이다. 접속함은 태양전지 모듈과 함께 외부의 비바람에 노출되고, 전기가 흐르는 도선이 모여 있는 곳이므로 이음매 등을 밀봉제(sealant)로 밀봉하는 것이 필수적이다.

태양전지 모듈의 설계에서는 전도체, 접속 단자 및 접속된 부품들 상의 중량 하중을 줄이기 위해, 그리고 진동으로 인한 풀어짐(looseness) 및 금속 피로를 피하기 위해, 접속함을 태양전지 모듈의 바깥측 프레임에 나사로 결합하거나 모듈에서 빛을 받는 표면의 반대쪽 면상에 접착하였다. 모듈 면의 반대쪽에 접속함이 놓이기 때문에 접속함의 크기는 별다른 제한을 받지 않았다.

그러나 건물 일체화형 태양전지 모듈에서는 모듈에서 빛을 받는 면 위에 접속함이 놓일 수밖에 없다. 따라서 접속함의 아랫쪽 면이 빛을 받는 면과 접촉하며, 셀에서 생산된 전기를 외부로 출력하는 버스바를 단자 연결하기 위하여 접속함의 아랫쪽에 홈이 있어 버스바가 연결된다. 건물 일체화형 태양전지 모듈에 쓰이는 접속함은 통상적으로 뚜껑을 모듈의 평면과 나란하게 두는 것, 즉 접속함의 윗면이 뚜껑이 되는 것이 보통이다. 그런데 이렇게 윗면에 뚜껑을 둘 경우 접속함 내부에 버스바 고정단자, 다이오드, 다이오드 고정단자 등이 복잡하게 연결되어 있어 밀봉제가 접촉할 작업공간이 거의 없어 밀봉하기가 힘들고 밀봉 처리 작업 시간이 많이 소모되며 다른 전기적 단자에 오염을 줄 수 있다는 문제점이 있었다.

본 발명의 기술적 과제는 납땜이 필요 없이 간편하게 설치할 수 있으며 실리콘계 밀봉제 등으로 이음매를 밀봉할 때 작업이 간편한 태양전지 모듈용 접속함을 제공하는 데에 있다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 BIPV용 태양 전지 모듈용 접속함(junction box)을 제공한다. 본 발명의 접속함은 태양 전지 모듈의 양극 및 음극의 양 전극과, 이들에 대응하는 외부 접속용 케이블의 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 단자들 및 이들 단자가 나란히 설치되어 있는 기판을 갖추고 있고, 상기 양 전극에서 연장되어 나오는 리드의 말단이 상기 단자들과 전기적으로 접속할 수 있게 되어 있는데, 접속함에는 다이오드, 한 쌍 이상의 버스바 고정 단자, 한 쌍 이상의 케이블 고정 단자가 포함된다. 본 발명의 접속함은 상기 태양전지 전극과 연결되는 하면에 버스바를 삽입할 수 있는 삽입구를 갖추고 있으며, 상기 하측면의 반대면인 상면은 막혀 있으며, 상기 하측면과 직교하는 개방된 한 측면에는 덮개를 설치할 수 있도록 되어 있고, 상기 버스바 고정 단자에는 탄성 소재의 버스바 고정바(bar)가 부착되어 있고, 이 버스바 고정바는 상기 개방된 한 측면의 반대면으로부터 상기 개방된 한 측면으로 향하여 돌출하는 형태를 하고 있어, 상기 덮개를 덮으면 버스바 고정바가 상기 개방된 측면의 반대면 쪽으로 이동하여 상기 삽입구를 관통한 버스바를 압박하여 고정한다.

본 발명에서는 건물 일체형 태양 전지(BIPV)의 버스바를 접속함에 연결할 때 종래의 납땜 방법을 사용하지 않고, 접속함의 아래 면에 결합 설치된 접속 단자의 고정편 삽입구 내부로 버스바를 삽입시키며, 접속함의 개폐 덮개를 접속함 윗면이 아닌 전면 또는 측면에 둔다. 이로써 덮개를 닫는 동작에 의하여 탄성 소재의 버스바 고정바가 버스바 고정 단자부 내부로 이동하면서 버스바를 고정 단자 내벽면에 가압 밀착시켜 고정할 수 있기 때문에 버스바의 고정시 용접이나 접착이 필요 없다. 그리고 실리콘계 밀봉제로 접속함 이음매를 밀봉 처리하기도 쉬워져 설치 작업성이 뛰어나다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 버스바의 용접이나 접착이 필요 없으며, 덮개를 접속함 본체의 전면 또는 측면에서 여닫을 수 있어 이음매 밀봉 처리가 용이한 건물 일체형 태양전지(building-integrated photovoltaics, BIPV) 모듈용 접속함(junction box)에 관한 것이다.

종래 기술에서는 BIPV 모듈의 접속함을 예를 들어 도 1과 같이 설치하였다. 도 1a에 나타낸 것처럼 마주보는 한 쌍의 유리판(13) 사이에 설치된 태양전지 모 듈(10)은 태양전지 셀들을 연결하는 탭(tab)들이 접속함에 연결되기 전에 양, 음극으로 나누어지는 버스바(11)를 갖추고 있는데, 이 버스바(11)를 외부 전선과 연결하는 역할을 접속함(A)이 맡게 된다. 접속함(A)은 접속함 본체(1) 내부에 다이오 드(미도시)와 그 다이오드의 양측 리드선에 설치되는 한 쌍의 접속 단자를 갖추고 있다. 상기 버스바(11)는 상기 한 쌍의 접속 단자에 체결됨으로써 전기적으로 다이오드를 거쳐 외부 전선과 연결된다. 그런데, 종래에는 태양전지 모듈(10)에 구비된 버스바(11)를 접속함(A)에 연결할 때 납땜을 이용하여 왔다. 즉, 도 1b에서 볼 수 있듯이, 접속함 내부에 설치된 한 쌍의 접속 단자에 구멍(3a)이 나 있고 이 구멍(3a)으로 버스바(11)를 삽입한 다음, 이들을 일일이 납땜으로 용접하여 접속 단자에 고정하여야만 하였다.

그리고 도 1a와 1b에 나타낸 종래 기술의 BIPV 모듈용 접속함은 태양전지 모듈(10)을 개폐하는 덮개를 닫았을 때, 덮개가 태양전지 셀들이 적층된 모듈면에 나란하게 놓였다. 즉 BIPV 모듈에서 접속함의 덮개는 윗쪽에 있었다. 접속함의 크기는 매우 작기 때문에 덮개가 위쪽에 있는 접속함의 이음매를 실리콘계 밀봉제로 밀봉할 때는 매우 불편할 수밖에 없었다.

본 발명의 BIPV용 접속함은 태양전지 모듈의 전면 또는 한 측면에 위치하되, 버스바 고정을 위하여 납땜이 필요 없이 인서트 방식으로 접속함에 버스바를 고정하면서, 접속함의 개폐용 덮개를 측면에 두어 접속함 연결과 밀봉 작업을 용이하게 한 것이다.

도 2는 본 발명의 한 실시 태양에 따른 BIPV 모듈용 접속함의 정면 덮개를 연 정면의 모습으로서, 여기서는 도 2의 아랫쪽 면이 BIPV 모듈의 평면과 닿게 된다. BIPV 모듈용 접속함은 한 쌍의 버스바 고정 단자(300)와 이를 고정하기 위한 버스바 고정 단자 고정대(330)를 갖추고 있으며, 외부 케이블과의 접속을 고정하는 한 쌍의 케이블 고정 단자(400)와 그를 고정하기 위한 고정대(430)를 포함한다. BIPV 모듈용 접속함은 하나 이상의 다이오드(150)도 포함한다. 상기 버스바 고정 단자(300)는 탄성 소재를 사용하여 덮개를 닫으면 탄성 소재가 접속함 안쪽으로 움직이면서 삽입된 버스바를 고정하도록 할 수 있다.

이러한 접속함에서 덮개의 위치는 닫혔을 때, 태양전지 모듈의 면과 수직하게 놓이게 된다.

상기 탄성 소재의 버스바 고정 단자(300)을 더 자세히 설명한 측면도가 도 3a와 3b이다. 도 3a의 버스바 고정 단자(300)는 덮개 쪽을 향한 방향으로 탄성 소재의 버스바 고정바(210)가 돌출하는 구조이다. 도 3a에서 아래쪽이 모듈의 태양전지 면인데, 여기서 버스바는 접속함의 아랫쪽의 버스바 삽입구(121)를 통하여 접속함 안으로 삽입되는 방식으로 접속함과 연결되는 인서트 구조이다.

즉 도 3a에서 왼쪽에서 접속함의 덮개(미도시)를 닫으면, 덮개가 버스바 고정바(210)를 오른쪽 아래로 내리누르면서 탄성 소재의 버스바 고정바(210)와 그에 연결된 고정 단자(300)를 탄성 변형하여, 버스바 삽입공(121)을 지나 접속함 안으로 들어온 버스바를 오른쪽 벽쪽으로 밀착시킨다. 이러한 방식의 버스바 고정을 채택하면 납땜 없이 간편한 인서트 방식으로 버스바를 접속함에 고정할 수 있다.

본 발명의 접속함은 덮개가 접속함의 윗면이 아니라 일 측면 또는 전면에 있으므로 이음매를 접착성 밀봉제로 채우기가 간편하다. 접착성 밀봉제는 미국 제너럴 일렉트릭사(General Electric Company)나 다우 코닝(Dow Corning)사 등의 공급 업체에서 입수할 있는 실리콘 밀봉제와 같은 임의의 적절한 접착성 밀봉제를 사용하면 적당하다. 접착성 밀봉제는 또한 핫멜트 접착제, 에폭시 또는 양면 테이프일 수 있다. 접착성 밀봉제는, 접속함이 태양전지 모듈의 표면에 적용되었을 때, 이음매에서 벗어나 태양전지 모듈의 표면에 흐르기 쉽지 않은 점성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 밀봉제는 난연성인 것이 바람직하다. 적절한 접착성 밀봉제는 Dow Corning 732 또는 732, 또는 General Electric RTV 108 등의 재료를 포함한다. 밀봉제는 셀프 레벨링 (self-leveling) 및 난연성이어야 하고, 양호한 유동 특성을 가지며, 또 빨리 굳어야 한다. 적절한 에폭시 재료는 Loctite, 3M, Aremco, Devcon, Botic 및 Emerson & Cuming 등의 공급업체로부터 구입할 수 있다. 적절한 두 부분 실리콘 접착제는 Dow Corning 및 Columbus Adhesive & Chemical Company 등의 공급업체로부터 구입할 수 있다. 적절한 밀봉제로는 3M DP-100, Dow Corning RTV 3140 또는 General Electric TSE 3664 가 있다. 밀봉제는 접속함의 이음매를 밀폐하고 비바람으로부터 접속함을 보호한다.

도 1은 종래 기술의 BIPV 태양전지 모듈과 그 접속함을 나타낸 그림이다. 도 1a는 버스바(11)를 갖춘 태양전지 모듈(10)과 접속함(A)를 위에서 내려다 본 개략도이며, 도 lb는 전극 조립체(300)와 이를 포함하는 파우치형 2차 전지(100)의 분해 사시도이다. 도 1b는 이 태양전지 모듈의 길이 방향의 측면에서 바라본 단면도이다.

도 2는 본 발명의 한 실시 태양에 따른 접속함의 내부를 전면의 덮개를 떼어 들여다본 정면도이다.

도 3a와 3b는 본 발명의 한 실시 태양에 따른 접속함의 내부를 나타낸 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

A: 건물 일체형(BIPV) 태양전지 모듈

3a: 접속 단자의 구멍

10: 태양전지 모듈 11: 버스바 13: 유리판

121: 버스바 삽입구 150: 다이오드 210: 탄성 버스바 고정바

300: 버스바 고정 단자 330: 버스바 고정 단자 고정대

400: 케이블 고정 단자 430: 케이블 고정 단자 고정대

Claims

태양전지 모듈의 양극 및 음극의 양 전극과, 이들에 대응하는 외부 접속용 케이블의 사이를 전기적으로 연결하는 복수의 단자들 및 이들 단자가 나란히 설치되어 있는 기판을 갖추고, 상기 양 전극에서 연장되어 나오는 리드의 말단이 상기 단자들과 전기적으로 접속할 수 있게 되어 있는 태양전지 모듈용 접속함에 있어서,

상기 접속함은 다이오드, 한 쌍 이상의 버스바 고정 단자, 한 쌍 이상의 케이블 고정 단자를 갖추고 있고,

상기 접속함은 상기 태양전지 전극과 연결되는 하면에 버스바를 삽입할 수 있는 삽입구를 갖추고 있으며, 상기 하측면의 반대면인 상면은 막혀 있으며, 상기 하측면과 직교하는 개방된 한 측면에는 덮개를 설치할 수 있도록 되어 있고,

상기 버스바 고정 단자에는 탄성 소재의 버스바 고정바(bar)가 부착되어 있고, 이 버스바 고정바는 상기 개방된 한 측면의 반대면으로부터 상기 개방된 한 측면으로 향하여 돌출하는 형태를 하고 있어, 상기 덮개를 덮으면 버스바 고정바가 상기 개방된 측면의 반대면 쪽으로 이동하여 상기 삽입구를 관통한 버스바를 압박하여 고정하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 접속함.
제1항에 있어서,

상기 접속함은 실리콘계 밀봉제를 사용하여 연결 부위들을 밀봉하는 것을 특징 으로 하는 태양전지 모듈용 접속함.
제1항에 있어서,

상기 버스바는 용접하지 않고 삽입구에 삽입하여 고정하는 인서트 방식인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 접속함.
제1항에 있어서,

상기 태양전지 모듈은 건물 일체형 태양전지 모듈인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 접속함.