KR20110129077A - 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회로기판의 상면을 태양전지셀과 일체로 에바(EVA; Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅함으로써 태양전지셀 및 회로기판에 먼지나 수분을 포함한 이물질의 침투를 막는 등 외부영향으로부터 태양전지셀을 보호함으로써 제품의 품질과 내구성을 담보할 수 있는 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은, 상면에 태양전지셀이 구비된 회로기판과, 상기 태양전지셀을 향하는 방향으로 태양광을 집중시키는 집광장치를 포함하여 구성되는 집광형 태양전지 모듈에 있어서, 상기 회로기판의 상면은 상기 태양전지셀과 일체로 에바(Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅된 것을 특징으로 한다.

Description

에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈{EVA SHEET LAMINATED CONCENTRARATOR PHOTOVOLTAIC SOLAR CELL MODULE}

본 발명은 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회로기판의 상면을 태양전지셀과 일체로 에바(EVA; Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅함으로써 태양전지셀 및 회로기판에 먼지나 수분을 포함한 이물질의 침투를 막는 등 외부영향으로부터 태양전지셀을 보호함으로써 제품의 품질과 내구성을 담보할 수 있는 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.

화석 연료의 대량 사용으로 인한 지구 온난화와 환경 파괴 등에 의해 기상 이변이 일어나고 자연 재해의 피해규모가 증가함에 따라 이를 해소하기 위한 방편으로 대체 에너지의 개발 및 사용이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 무공해 에너지이면서 경제성이 있는 태양광 발전 장치가 각광을 받고 있다.

일반적으로, 태양광 발전 장치인 태양전지 모듈은 태양전지셀(solar cell)을 이용하여 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 이때, 상기 태양전지셀은 PN접합 반도체로 구성되어 태양광의 조사시 자유전자를 발생시켜 전기를 유도하는 기능을 수행한다.

즉, 태양전지셀은 P형 반도체와 N형 반도체로 구성되어 있으며 태양광을 받으면 P형 및 N형 반도체에서 각각 전자와 전공을 일으켜 접합 영역에 있는 내부전장에 의해서 기전력이 발생하고 외부 부하로 전류가 흐르는 역할을 소행하는 소자로써 고체의 광감응소자 또는 광기전력효과, 광도전효과를 갖는 소자를 말한다.

다시 말하면, 상기 태양전지셀에 태양광을 조사하면 내부에서 전자와 정공이 발생하게 된다. 여기서 발생된 전하들은 P극과 N극으로 이동하며 이 현상에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하게 되고 이때, 태양전지셀에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는데 이를 광전효과라 한다. 태양전지셀은 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 나눌 수 있다.

한편, 집광형(CPV, Concentrator PhotoVoltaic) 태양전지 모듈에는 태양광을 집중하여 태양전지셀의 표면에 조사하는 집광장치가 사용된다. 상기 집광장치의 광집적도는 발전설비의 에너지효율과 직결된다.

상기 집광장치로는 통상 태양전지셀의 전방에 설치되는 태양광 집광용 광학장치 즉, 집광 렌즈를 사용하게 되는데 태양광 집광용 광학장치는 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 선형 집중 트러프 타입(linear-focus trough type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(point-focus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type)의 장치로 구분되고, 그 밖에 RXI, TIR 타입 등이 있다.

공개특허 제1997-0067949호(공개일자: 1997.10.13)에는 집광장치를 구비한 태양전지 장치가 개시되어 있고, 도 1에는 상기 공개특허 제1997-0067949호에 대한 도면을 도시하였다. 도면을 살펴보면 종래기술에 따른 집광형 태양전지 모듈은 다수의 볼록렌즈를 구비한 집광판(9)과, 상기 집광판(9)의 각 볼록렌즈의 촛점거리에 위치한 다수의 태양전지셀(13)과, 그 내부 밑면에 상기 다수의 태양전지셀(13)이 설치되며 상기 집광판(9)을 그 윗면 덮개로 하여 밀폐되는 박스형 모듈(12)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

하지만, 상기와 같은 종래기술에 따른 집광형 태양 전지 모듈은 상기 집광 판(9)와 태양전지셀(13)이 형성하는 사이공간부에 먼지 또는 수분 등의 이물질이 침투되지 않도록 박스형 모듈(12)이 밀폐형 실링구조로 되어야 하고, 제품의 품질을 확보하기 위하여 높은 밀폐형 실링구조를 채택하는 경우에는 고가의 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 본 발명은 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회로기판의 상면을 태양전지셀과 일체로 에바(EVA; Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅함으로써 태양전지셀 및 회로기판에 먼지나 수분을 포함한 이물질의 침투를 막는 등 외부영향으로부터 태양전지셀을 보호함으로써 제품의 품질과 내구성을 담보할 수 있는 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 에바시트를 라미네이팅함에 있어 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드을 이용하여 가압함으로써 편평한 회로기판의 상부로 돌출된 태양전지셀을 일체로 라미네이팅할 수 있음은 물론, 가압단계 및 큐어링단계에서 에바시트에 기포가 발생되지 않는 온도, 압력 및 시간 조건을 제시함으로써 누구라도 손쉽게 고품질의 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈을 제작할 수 있도록 하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은, 상면에 태양전지셀이 구비된 회로기판과, 상기 태양전지셀을 향하는 방향으로 태양광을 집중시키는 집광장치를 포함하여 구성되는 집광형 태양전지 모듈에 있어서, 상기 회로기판의 상면은 상기 태양전지셀과 일체로 에바(Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은, 상기 에바시트는, 상기 태양전지셀의 상면에 놓인 상태에서 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드로 140 ~ 160℃의 온도에서 300 ~ 400초의 시간 동안 50 ~ 70kPa의 압력으로 상기 회로기판을 향하는 방향으로 가압되고, 상기 탄성가압패드가 제거된 상태에서 300 ~ 400초의 시간 동안 큐어링되며 라미네이팅되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은 에바시트가 라미네이팅됨으로써 태양전지셀 및 회로기판에 먼지나 수분을 포함한 이물질의 침투를 막는 등 외부영향으로부터 태양전지셀을 보호함으로써 제품의 품질과 내구성을 담보할 수 있는 효과가 있고, 에바시트를 라미네이팅함에 있어 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드을 이용하여 가압함으로써 편평한 회로기판의 상부로 돌출된 태양전지셀을 일체로 라미네이팅할 수 있는 효과가 있음은 물론, 가압단계 및 큐어링단계에서 에바시트에 기포가 발생되지 않는 온도, 압력 및 시간 조건을 제시함으로써 누구라도 손쉽게 고품질의 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈을 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 집광형 태양전지 모듈의 분해 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈의 단면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈의 제조 공정도

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈을 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈의 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈의 제조 공정도이다.

도면을 살펴보면 본 발명의 일실시예에 따른 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은 방열판(10)과, 회로기판(20)과, 태양전지셀(30)과, 에바시트(100)와, 집광장치(40)와, 밀폐하우징(50)를 포함하여 구성된다.

상기 방열판(10)은 상기 집광장치(40)가 구비된 집광형 태양전지 모듈의 특성상 상기 태양전지셀(30)에 태양광이 집중됨으로써 많은 열이 발생되는데, 발생된 열을 외부로 방출하기 위한 구성으로 하부로 돌출된 다수개의 방열핀(11)이 구비되어 있다.

상기 회로기판(20)은 통상 메탈PCB를 사용하게 되는데, 상기 방열판(10)의 상부에 써말 페이스트로 결합되고, 상기 태양전지셀(30)과 전기적으로 연결되며, 바이패스 다이오드 등의 반도체 소자가 실장되는 구성이다.

상기 태양전지셀(30)은 태양광을 수용하여 P형 반도체와 N형 반도체를 사용해 전기를 일으키는 것으로 태양광을 전기에너지로 변환시켜주는 반도체 화합물을 말하는데 상기 태양전지셀(30)의 작동원리는 배경기술에서 상술한 바 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 태양전지셀(30)은 통상 복수개가 하나의 세라믹기판(31)에 장착되고, 상기 세라믹기판(31)과 상기 회로기판(20)은 그 사이에 솔더링 페이스트를 도포하고 220℃ 정도의 상태에서 상호 솔더링된다.

상기 에바시트(100)는 상기 태양전지셀(30) 및 상기 회로기판(20)을 일체로 라미네이팅하는 구성으로 상기 에바시트(100)가 상기 태양전지셀(30)의 상면에 놓인 상태(준비단계)에서 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드(S)로 140 ~ 160℃의 온도에서 300 ~ 400초의 시간 동안 50 ~ 70kPa의 압력으로 상기 회로기판(20)을 향하는 방향으로 가압되고(가압단계), 상기 탄성가압패드(S)가 제거된 상태에서 300 ~ 400초의 시간 동안 큐어링되며(큐어링단계) 라미네이팅되게 된다.

즉, 상기 태양전지셀(30)을 라미네이팅하는 경우 라미네이팅 재료는 취급이 간편해야하고, 급변하는 온도에 형태(특히, 이탈, 공기층 형성, 변색, 탈착 등)의 변화가 없어야 하며, 수명이 20년 이상으로 길어야 하고, 높은 투과율이 유지되어야 하며, 물리적인 충격을 일정 정도 흡수할 수 있어야 하고, 전기적으로 절연되어야 하며, 염해 및 온도의 변화에 따라서 스트레스가 없어야 하는 등 비교적 까다로운 조건을 만족해야 하는데 상기 에바(EVA; Ethylne Vinyl Acetate)시트는 에틸렌(Ethylne)과 비닐 아세테이트(Vinyl Acetate)의 공중합체(coplymer)로서 상기의 성질을 만족하여 본 발명에 따른 집광형 태양전지 모듈의 라미네이팅 재료로 선정된 것이다.

상기 에바시트(100)에 140 ~ 160℃ 정도의 열이 가해지면 개시제에 해당하는 과산화물(peroxide)이 OH라디칼을 형성하여 에바(EVA) 고분자의 -C=O- 이중결합을 공격함으로써 3차원적 그물구조를 형성하게 되고, 이때 겔화(gelation)가 일어남으로써 상기 에바시트(100)가 라미네이팅되게 되는 것이다.

특히, 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 에바시트(100)의 라미네이팅 공정이 준비단계와, 가압단계와, 큐어링단계의 3단계로 이루어지는데, 특히 상기 가압단계에서는 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드(S)와, 상기 탄성가압패드(S)을 50 ~ 70kPa의 압력으로 하부방향으로 가압하는 가압수단(P)을 구비함으로써 상기 회로기판(20)의 상부로 상기 태양전지셀(30)이 돌출되어 입체적 형상을 취하고 있다 하더라도 상기 탄성가압패드(S)가 가압과 동시에 그 입체적 형상에 맞게 탄성변형됨으로써 상기 에바시트(100)를 상기 태양전지셀(30) 및 상기 회로기판(20)에 일체로 라미네이팅 할 수 있게 되는 것이다. 상기 탄성가압패드(S)는 소정의 탄성을 갖는 실리콘 재질의 패드가 이용될 수 있다 할 것이고, 상기 가압수단(P)으로서는 프레스 등이 이용될 수 있다 할 것이다.

또한, 상기의 온도, 시간 및 압력조건으로 가압단계를 하고, 상기의 시간조건으로 큐어링단계를 거치게 되면 비교적 짧은 시간에 라미네이팅이 완료되므로 상기 에바시트(100)에 기포가 발생되는 것을 억제할 수 있게 된다.

상기 집광장치(40)는 상기 태양전지셀(30)을 향하는 방향으로 태양광을 집중시키는 구성으로 프리넬 렌즈 또는 볼 렌즈와 같은 집광렌즈가 사용될 수 있다.

상기 밀폐하우징(50)은 본 발명에 따른 집광형 태양전지 모듈의 외형을 형성하는 구성으로 상기 집광장치(40)의 촛점이 상기 태양전지셀(30)에 맞춰질 수 있도록 상기 집광장치(40)와 상기 태양전지셀(30)을 소정의 간격으로 이격시키는 역할을 하고, 밀폐형 실링구조를 가짐으로써 그 내부의 사이공간(O)에 이물질이 침투하는 것을 방지하는 역할을 아울러 수행하게 된다.

도 1에 도시된 종래기술에 따른 집광형 태양전지 모듈은 본 발명에서와 같은 에바시트(100)와 같은 구성을 채택하지 않아 박스형 모듈(12)이 높은 진공, 밀폐형 실링구조를 취하여야 함으로써 고비용이 발생된다는 단점이 있는데 반하여, 본 발명에서는 상기 에바시트(100)가 상기 태양전지셀(30) 및 상기 회로기판(20)에 라미네이팅됨으로써 이물질이 상기 태양전지셀(30) 및 상기 회로기판(20)에 침투하는 것을 방지하고, 외부영향으로부터 상기 태양전지셀(30)을 보호할 수 있게 되어 상기 밀폐하우징(50)이 높은 진공, 밀폐형 실링구조를 취하지 않아도 되기 때문에 종래기술에 비하여 비교적 저비용으로도 제품의 품질과 내구성을 담보할 수 있는 집광형 태양전지 모듈을 제공할 수 있게 되는 것이다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

10 방열판
11 방열핀
20 회로기판
L1 써말 페이스트
30 태양전지셀
31 세라믹베이스
L2 솔더링 페이스트
40 집광장치(집광렌즈)
50 밀폐하우징
O 사이공간
100 에바시트
S 탄성가압패드
P 가압수단(프레스)

Claims (2)

1. 상면에 태양전지셀이 구비된 회로기판과, 상기 태양전지셀을 향하는 방향으로 태양광을 집중시키는 집광장치를 포함하여 구성되는 집광형 태양전지 모듈에 있어서,
   상기 회로기판의 상면은 상기 태양전지셀과 일체로 에바(Ethylne Vinyl Acetate)시트로 라미네이팅된 것을 특징으로 하는 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 에바시트는, 상기 태양전지셀의 상면에 놓인 상태에서 소정의 탄성을 갖는 탄성가압패드로 140 ~ 160℃의 온도에서 300 ~ 400초의 시간 동안 50 ~ 70kPa의 압력으로 상기 회로기판을 향하는 방향으로 가압되고, 상기 탄성가압패드가 제거된 상태에서 300 ~ 400초의 시간 동안 큐어링되며 라미네이팅되는 것을 특징으로 하는 에바시트가 라미네이팅된 집광형 태양전지 모듈.

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