KR20120104286A - 광전지를 포함하는 굽은 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직사각형 광전지가 매립되어 있는, 투명한 중합체 재료로 제조된 모듈에 관한 것으로서, 상기 광전지의 면은 모듈이 각각 곡률 반경 R1 및 R2를 갖는 각각의 수직 방향 d1 및 d2에서 길이 ℓ1 및 ℓ2를 갖고, et가 중합체 재료의 총 두께이고 esup가 태양을 대면하는 면의 광전지를 덮는 중합체 재료의 최소 두께인 경우 i=1 및 2에 대해 을 적용한다. 본 발명은 또한 그러한 모듈을 제조하기 위한 두 가지 방법, 운송 수단, 건축업 또는 가로시설물을 위한 모듈의 용도, 및 그러한 모듈을 포함하는 자동차의 루프 또는 루프의 일부분에 관한 것이다.
Description
본 발명은 광전지를 포함하는 모듈에 관한 것으로서, 모듈을 위하여 특히 작은 곡률 반경을 갖는, 즉 두드러진(pronounced) 곡률을 갖는 더욱 복잡한 형상을 추구한다.
특히 두 개의 시컨트 축(secant axis)을 따라 국부적으로 곡률을 갖는 모듈에서 고효율이고 강성 지지체를 구비한 타입의 광전지의 통합은 아직 이루어질 수 없었다.
이제, 이러한 문제는 본 발명으로 해결할 수 있는데, 본 발명의 한 주제는 직사각형 광전지가 매립되어 있는, 투명한 중합체 재료로 제조된 모듈이고, 상기 광전지의 면은 모듈이 각각 곡률 반경 R1 및 R2를 갖는 각각의 수직 방향 d1 및 d2에서 길이 ℓ1 및 ℓ2를 갖는다는 사실 및 et가 중합체 재료의 총 두께를 나타내고 esup가 태양을 지향하도록 의도된 면의 광전지를 덮는 중합체 재료의 최소 두께를 나타내는 경우 i=1 및 2에 대해 아래의 수학식인 사실로 인해 구별된다.
따라서, 본 발명은 한 개 또는 특히 수직인 두 개의 시컨트 축을 따라 곡률, 심지어 두드러진 곡률을 갖는 위치에서 광전지, 심지어 강성 광전지를 모듈에 통합하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 모듈은 두 개의 다른 치수에 비해 작은 두께를 갖는 시트로서 기하학적으로 정의할 수 있고, 시트의 표면은 대략 복잡하고 대략 굽은 형상을 가질 수 있다. 두 곡률 반경 중 하나인 R1 또는 R2는 다른 하나에 비해 충분히 클 수 있어, 다른 수직 방향을 따른 곡률에 관하여 대응 방향 d1 또는 d2를 따른 곡률을 무시할 수 있고, 그래서 모듈의 기하학적 구조가 (단일 축을 따른) 원통형 곡률인 것으로 생각할 수 있다.
임의의 투명한 중합체 재료, 즉 폴리카르보네이트(PC), 아크릴 예컨대 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리올레핀 예컨대 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA, 특히 PA66), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐 아세탈 특히 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리우레탄(PU), 공중합체 예컨대 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA), 이오노머 수지(폴리아민에 의해 중화되는, 이온 가교성을 갖는 에틸렌-(메트)아크릴산 공중합체) 등이 모듈을 구성할 수 있는데, 특히 이들은 단독으로 또는 복수의 중합체 재료의 블렌드로서 사출 성형될 수 있다.
본 발명의 모듈은 직사각형(또는 정사각형) 광전지가 매립되어 있는, 특히 사출 성형된 총 두께 et의 그와 같은 중합체 재료의 시트로 구성되어 있다. 그러나 이러한 시트는 PVB, PU, EVA와 같은 투명한 중간 접착제 층 또는 불투명한 중간 접착제 층 등에 의해 미네랄 또는 유기 유리로 제조된 다른 투명한 재료 또는 불투명한 재료에 조립되어 라미네이팅되어 있는 모듈을 구성할 수 있고/거나 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 건성 가스(dry gas)의 갭의 삽입으로 복수의 모듈을 구성할 수 있다.
그러나 모듈의 이러한 선택적인 추가 구성 성분은 바람직하게는 태양에 대해 반대쪽에 있도록 의도된, 광전지를 포함하는 중합체 재료 시트의 면, 또는 이러한 추가 구성 성분이 투명하고, 태양 복사(solar radiation)의 충분히 많은 부분을 통과하게 하고, 높은 광 투과성을 갖고, 특히 색깔이 없는 조건에서 임의로 태양을 지향하도록 의도된 면에 조립되어 있다.
모듈 표면의 특정 부분이 투명하면 모듈은 글레이징(glazing)으로 부를 수 있다. 반면, 이러한 표면이 완전히 불투명하면, 즉 태양에 관하여 셀의 뒤에 배치되도록 의도된 모듈의 적어도 하나의 구성 성분이 그 전체 표면에 걸쳐 자체적으로 불투명하면 모듈은 자동차 또는 다른 운송 수단의 보디(body) 또는 카울링(cowling) 컴포넌트, 또는 건축업을 위한 보디 또는 카울링 컴포넌트를 구성할 수 있다.
모듈에서 각각 방향 d1 및 d2를 따라 있는 광전지들 사이의 간격 g1 및 g2는 모듈의 한 면 또는 다른 면에서 얻는 것이 바람직한 시각적 인상(impression)에 따라 임의로 선택된다는 점이 명시되어 있다. 모듈 표면의 한 부분이 투명한 경우 g1 및 g2의 값이 클수록 모듈 표면의 더욱 많은 규모가 투명해지기 쉽다. 따라서 모듈의 표면에 걸쳐 g1 및/또는 g2의 값을 변경함으로써 색깔이 있는 모듈 또는 음영 모듈의 효과에 필적하는 효과를 얻을 수 있다.
광전지는 예를 들어 3㎜ 내지 4㎜ 정도일 수 있는 모듈의 두께에 비해 무시해도 될 정도로 간주되는 0.5㎜ 이하의 두께를 갖는다.
광전지는 가요성 또는 강성 베이스에 단단하게 부착된 활성 면(active face)으로 구성되어 있다.
가요성 또는 강성 베이스는 25㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 75㎛ 내지 250㎛의 두께를 갖는 금속 또는 동등물, 또는 13㎛ 내지 125㎛의 두께를 갖는 폴리이미드와 같은 중합체일 수 있다. 그 예는
- 가요성이고, 25㎛ 내지 200㎛, 바람직하게는 100㎛ 내지 150㎛의 두께를 갖거나,
- 강성이고, 100㎛ 내지 500㎛, 바람직하게는 175㎛ 내지 225㎛의 두께를 갖는
강으로 제조된 셀 베이스(cell base)이다.
광전지의 활성 면은, 20㎛ 내지 200㎛의 두께를 갖고, 예를 들어 가요성 금속 또는 중합체 베이스와 조합되는 비정질 Si의 시트, 또는 100㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖고, 예를 들어 강성 금속 베이스와 조합되는 결정질 Si의 시트, 또는 대안으로 가요성 또는 강성 중합체, 금속 등의 베이스와 조합되는 CIGS(Cu In Ga Se) 또는 CdTe 타입의 박막으로 구성될 수 있다.
그러나 바람직하게는 상기 광전지 중 적어도 하나는 특히 그 효율이 비교적 높은 단결정질 또는 다결정질 규소의 활성 면을 갖는 강성 지지체를 구비한다.
본 발명의 모듈의 한 바람직한 실시양태에서, 모듈을 형성하는 중합체 재료는 폴리카르보네이트이고, 태양을 지향하도록 의도된 면의 광전지를 덮는 이러한 중합체 재료의 최소 두께 esup는 2.5㎜ 이상이다. 이러한 값은 특히 폴리카르보네이트의 사출 성형을 수행하는 경우 권장한다.
더욱이, 특히 자동차 수송과 같은 수송 분야에서 중량을 감안하여 간격 요건 등을 고려하면 중합체 재료의 총 두께 et는 유리하게는 4㎜ 이하이다.
본 발명의 모듈은 적어도 한 지점에서 두 개의 수직 축을 따른 곡률, 특히 R1 및 R2의 유한한 값을 갖는다. 더욱 구체적으로, 유리한 변형에 따르면, R1 및 R2는 2000㎜ 이하, 바람직하게는 1500㎜ 이하, 특히 바람직하게는 1000㎜ 이하이다.
방향 d1 또는 d2를 따른 곡률 중 하나는 바람직하게는 두드러질 수 있는데, 이는 곡률 반경 R1 및 R2 중 적어도 하나가 1000㎜ 이하, 바람직하게는 750㎜ 이하, 특히 바람직하게는 500㎜ 이하인 사실에 의한 모듈의 복잡한 형상의 표현이다. 따라서 두 곡률 반경 R1 및 R2 중 하나가 특히 작은 경우, 다른 하나는 훨씬 클 수 있어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 이 지점에서의 곡률은 (두 방향 중 하나의 방향 d1 또는 d2를 따르는) 원통형일 수 있다고 고려할 수 있다.
본 발명의 모듈의 한 특정 실시양태에서, 광전지가 매립되어 있는 투명한 중합체 재료는 라미네이트(laminate)의 중간 접착제 층을 구성하는데, 이러한 층은 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리우레탄(PU), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 등일 수 있다. 그래서 이러한 중간 접착제 층은 두 개의 유리 시트, 또는 한 개의 유리 시트와 한 개의 또 다른 재료, 예를 들어 폴리카르보네이트(PC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 이오노머 수지 등과 같은 중합체의 시트, 또는 또 다른 재료의 그와 같은 두 개의 시트를 결합한다. 게다가 라미네이트의 이러한 중간 접착제 층은 특히 모듈이 전기 운송 수단의 루프(roof) 또는 윈드실드(windshield)에 설치되도록 의도되는 경우 유리하게는 음향 특성이 있는데, 예를 들어 차 안에서는 빗소리가 더욱 적게 들린다.
한 가지 유리한 특징에 따르면, 광전지는 (특히 광전지와, 광전지가 매립되어 있는 투명한 중합체 재료 간의 차등 선형 열 팽창을 댐핑하기 위한) 댐핑 엔벨로프(damping envelope)에 봉입되어 있다. 이러한 댐핑 엔벨로프는 예를 들어 폴리카르보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리우레탄(PU), 플루오로폴리머 필름 예컨대 에틸렌-테트라플루오로에틸렌(ETFE), 플루오로에틸렌-프로필렌(FEP) 또는 등가물로 구성되어 있고, 13㎛ 내지 2㎜, 바람직하게는 500㎛ 이하의 두께를 갖는다. 이러한 엔벨로프는 또한 습기로부터 광전지를 보호한다. 이러한 댐핑 엔벨로프의 외부 표면은 바람직하게는 통합되도록 의도되는 재료와 동일한 재료(예를 들어 라미네이트로의 통합의 경우 폴리카르보네이트, 폴리비닐 부티랄 또는 에틸렌-비닐 아세테이트의 사출 성형의 경우 폴리카르보네이트)로 구성되어 있다.
또 다른 유리한 특징에 따르면, 모듈은 가장 두드러진 곡률의 영역에서 유리 또는 중합체 기재상의 광기전 박막과 조합된 이산화된(discretized) 강성 광전지를 포함한다. 게다가 이러한 이산화된 강성 광전지는 특히 높은 효율을 갖는 타입의, 상술한 본 발명의 모듈의 상기 직사각형 광전지로 특히 적어도 부분적으로 구성되어 있다. 이들은 곡률에 대한 적응, 이들 영역에서의 최적 광기전 효율 및 태양 복사 반대쪽 모듈의 면의 휘도의 심미적이고 시각적인 제어를 보장한다. 가장 두드러진 곡률의 영역은 에지 영역일 수 있고, 광기전 박막의 사용은 이산화된 강성 광전지의 증가한 전기 생산과 조합하는 것을 가능하게 하고, 모듈의 표면은 다양하고 복잡한 곡률을 갖는다. 라미네이팅된 모듈에서 광기전 박막은 예를 들어 라미네이트의 내부 면상에 있다.
본 발명의 다른 주제는 다음과 같다.
- 열가소성 중합체 재료의 사출 성형을 위한 몰드의 공동(cavity)에 광전지를 배치하고, 이어서 열가소성 중합체 재료를 사출 성형하는 것을 포함하는, 전술한 모듈을 제조하기 위한 방법;
- 라미네이트의 조립 전에 라미네이트의 중간 접착제 층에 광전지를 포함시키고(예를 들어 이러한 층의 두 구성 시트 사이에 광전지를 삽입함으로써), 이어서 통상의 수단(온도, 압력, 진공)으로 조립하는 것을 포함하는, 전술한 또 다른 모듈을 제조하기 위한 방법;
- 육상, 항공 또는 수상 운송 수단을 위한 이러한 모듈의 용도, 특히 자동차, 건축업(building trade) 또는 가로시설물(버스 정류소, 디스플레이 패널 등)을 위한 루프, 부분적으로 투명한 컴포넌트인 글레이징, 또는 완전히 불투명한 컴포넌트(보디, 카울링 등 컴포넌트) 중 하나로서의 용도;
- 전술한 바와 같은 모듈을 포함하는 자동차의 루프 또는 루프의 일부분.
이제 본 발명은 첨부한 도면으로 예시한다.
도 1은 본 발명에 따른 글레이징(부분적으로 투명한 모듈)의 원근법에 따른 도식적인 표현이다.
도 2는 이러한 글레이징의 단면도이다.
도 2는 이러한 글레이징의 단면도이다.
도 1 및 2를 함께 참조하면, 글레이징(1)은 예를 들어 지점(O)에서 각각 두 수직 면 P1=(d1 d3) 및 P2=(d2 d3)을 따라 각각 반경 R1 및 R2를 갖는 이중 곡률을 갖는다.
글레이징(1)은, 단결정질 또는 다결정질 규소로 제조된 활성 면을 구비한 평평하고 강성인 직사각형 광전지(2)가 매립되어 있는, 두께(et)의 폴리카르보네이트 시트로 구성되어 있다.
광전지(2)의 두께는 et에 비해 무시해도 될 정도이다.
태양을 지향하도록 의도된 면의 광전지(2)를 덮는 폴리카르보네이트의 최소 두께는 esup이다.
여기서, Et 및 Esup는 각각 4㎜ 및 2.5㎜와 동일하다.
광전지의 치수(ℓ1×ℓ2)의 최댓값은 각각 2027.25㎜ 및 500㎜와 동일하다고 가정한, 국부적인 곡률 반경 R1 및 R2의 함수로서 계산한다.
동일한 계산으로 다음과 같다.
광전지들의 간격, 즉 간격 g1 및 g2의 값은 복수의 기준의 함수로서 선택하는데,
- 이러한 값들이 작을수록 전기를 생산하기 위한 표면은 커지지만;
- 이러한 값들이 작을수록 태양 광선의 더 많은 부분을 통과하게 할 수 있는 모듈의 표면의 부분이 작아진다.
따라서, 이 예에서처럼 모듈이 (부분적으로 투명한) 글레이징인 경우 g1 및 g2의 값의 선택은 태양에 반대쪽인 면(운송 수단의 안, 빌딩 내부 등)으로부터 보면 심미적인 입사(incidence)(다양한 시각적 효과, 예컨대 휘도의 음영화(shading) 등)를 갖는 반면, 모듈이 완전히 불투명한 경우 g1 및 g2의 값의 선택은 태양 쪽으로부터 보면 심미적인 입사를 갖는다.
복수의 광전지를 서로 연결하고 이러한 광전지를 집전장치(collector)에 연결하는 전기 연결부는 표현되어 있지 않다.
이와 같이, 고효율의 강성 광전지는 간단한 공정(폴리카르보네이트의 사출 성형, 라미네이션(lamination) 등)을 통해 복잡한 형상의 글레이징에 통합되어 있다.
Claims (13)
- 제1항에 있어서,
상기 광전지 중 적어도 하나는 강성 지지체를 구비하는 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 중합체 재료는 폴리카르보네이트이고, 태양을 지향하도록 의도된 면의 광전지를 덮는 중합체 재료의 최소 두께(esup)는 2.5㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
중합체 재료의 총 두께(et)는 4㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
R1 및 R2는 2000㎜ 이하, 바람직하게는 1500㎜ 이하, 특히 바람직하게는 1000㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
곡률 반경 R1 및 R2 중 적어도 하나는 1000㎜ 이하, 바람직하게는 750㎜ 이하, 특히 바람직하게는 500㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항, 제2항, 제4항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투명한 중합체 재료는 라미네이트(laminate)의 중간 접착제 층을 구성하는 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
광전지는 댐핑 엔벨로프(damping envelope)에 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
가장 두드러진(pronounced) 곡률의 영역에서 유리 또는 중합체 기재상의 광기전 박막과 조합된 이산화된(discretized) 강성 광전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈. - 열가소성 중합체 재료의 사출 성형을 위한 몰드의 공동(cavity)에 광전지를 배치하고, 이어서 열가소성 중합체 재료를 사출 성형하는 것을 포함하는, 제1항 내지 제6항, 제8항, 및 제9항 중 어느 한 항에 따른 모듈을 제조하기 위한 방법.
- 라미네이트의 조립 전에 라미네이트의 중간 접착제 층에 광전지를 포함시키고, 이어서 조립하는 것을 포함하는, 제1항, 제2항, 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 모듈을 제조하기 위한 방법.
- 육상, 항공 또는 수상 운송 수단, 건축업(building trade) 또는 가로시설물을 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 모듈의 용도.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 모듈을 포함하는 자동차의 루프 또는 루프의 일부분.
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