KR20120132928A - Hybrid solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 하이브리드 태양전지에 관한 것으로서, 구체적으로 집광형 태양전지와 결정질 실리콘 또는 박막 태양전지와 같은 비집광형 태양전지를 일체형으로 구성함으로써 기후에 상관없이 일정 수준 이상의 태양광 발전을 제공할 수 있는 하이브리드 태양전지에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid solar cell, and specifically, by concentrating a non-condensing solar cell such as a condensing solar cell and a crystalline silicon or a thin film solar cell as one body, it is possible to provide more than a certain level of photovoltaic power generation regardless of the climate. It relates to a hybrid solar cell.
최근 들어 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서 친환경적인 대체에너지의 활용에 관심이 커지고 있는 상황이다. 특히 태양광을 이용한 태양전지모듈의 경우 오랜 연구를 통해 축적된 기술을 통해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.Recently, as the reserves of traditional fossil fuels decrease and the environmental pollution caused by fossil fuels becomes serious, there is a growing interest in utilizing environmentally friendly alternative energy. In particular, the solar cell module using sunlight has been spotlighted as the most influential alternative energy to replace traditional energy in the future through technology accumulated through long research.
이러한 태양전지모듈의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW의 태양광 시장이 형성될 전망이다. 또 국내의 경우 1년에 약 100MW 정도의 수요가 발생하고 있으며, 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 장기적인 국내외 상황을 감안할 때 태양광 산업은 향후 지속적인 성장이 예상되고 있다.The installed capacity of such solar cell modules reaches about 30GW by 2010, and the solar market of 100GW is expected in 2020. In Korea, about 100MW is generated per year, and the production capacity is about 1GW. Given this long-term domestic and international situation, the solar industry is expected to continue to grow in the future.
태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 일종의 반도체로서, 크게 결정질 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 그리고 집광형 태양전지로 구분할 수 있다.A solar cell is a kind of semiconductor that converts sunlight into electrical energy using a photovoltaic effect, and can be classified into a crystalline silicon solar cell, a thin film solar cell, and a condensing solar cell.
이 중 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 덩어리를 얇은 기판으로 절단하여 제작하며, 실리콘 덩어리의 제조 방법에 따라 단결정(single crystal) 형태와 다결정(polycrystalline) 형태로 구분되며, 기본적으로 p-n 동종접합(homojunction)으로서 태양전지에 사용된다. 단결정은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮은 고품위의 재료로서 높은 효율을 달성할 수 있으나 고가이고, 다결정 재료는 상대적으로 저급한 재료를 저렴한 공정으로 처리하여 상용화가 가능한 정도의 효율의 전지를 생산한다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지의 이론적 최대 효율은 약 25%이며 이미 실험실 수준에서는 이 한계치에 가까운 효율이 보고된 바 있다. 하지만 단결정 또는 다결정 웨이퍼를 사용하며 양산용으로 제작되는 셀의 효율은 대략 14% ~ 17%를 보이고 있다. 이때, 변환효율 100%는 1m2의 너비에서 1KW의 전력생산을 하는 것을 의미한다.Among these, crystalline silicon solar cells are manufactured by cutting silicon agglomerates into thin substrates, and are divided into single crystal and polycrystalline forms according to a method of manufacturing silicon agglomerates, and are basically pn homojunctions. Used in solar cells. Single crystal is a high quality material with high purity and low crystal defect density, but high efficiency can be achieved, and polycrystalline material produces relatively efficient battery by treating relatively low material with low cost process. The theoretical maximum efficiency of this crystalline silicon solar cell is about 25% and has already been reported to be near this limit at the laboratory level. However, cells produced for mass production using monocrystalline or polycrystalline wafers show approximately 14% to 17% efficiency. At this time, the
한편, 태양광 발전에 있어서 가장 장애요인이 되는 것은 과도한 투자비용으로 다른 화석원료를 사용한 상업용 발전에 비해 경제성이 떨어진다는 것이다. 이러한 효율 대비 고가의 태양전지 가격을 낮추기 위하여 등장한 것이 대표적으로 박막 태양전지와 집광형 태양전지이다.On the other hand, the most obstacle for solar power generation is that it is less economical than commercial power generation using other fossil materials due to excessive investment cost. In order to lower the price of expensive solar cells compared to such efficiency, thin film solar cells and condensed solar cells are representative.
박막 태양전지는 유리, 스테인리스 강 또는 플라스틱과 같은 저가의 기판에 반도체 막을 코팅하여 제작된다. 결정질 실리콘 전지에 비해 소재를 적게 사용하고 자동화를 통해 모듈 공정까지 일관화할 수 있다는 장점이 있지만 대체로 효율이 낮고 모듈의 수명에 관한 실증 연구가 부족하다는 단점을 가지고 있다. 양산 관련 기술의 부족으로 아직까지는 결정질 실리콘에 비하여 가격 경쟁력이 검증되지 않은 상태이다.Thin film solar cells are fabricated by coating a semiconductor film on a low cost substrate such as glass, stainless steel or plastic. Compared to crystalline silicon cells, it has the advantage of using less material and automating the module process. However, it has the disadvantage of low efficiency and lack of empirical research on the life of the module. Due to the lack of mass production related technology, the price competitiveness has not yet been verified compared to crystalline silicon.
집광형 태양전지는 프레넬 렌즈나 반사경을 이용하여 넓은 면적의 빛을 태양전지에 집중시키는 방식으로, 대체로 수배 ~ 500배 정도로 집광한다. 동일한 면적에 대하여 태양전지의 크기를 감소시키고 이에 따라 시스템 가격을 낮출 수 있는 장점이 있지만 집광도를 높일 경우 산란광을 활용하기 어려고 추적 장치를 통해 항상 태양방향을 향하도록 해야 한다는 점과 냉각장치가 필요하다는 점 등이 단점으로 지적되고 있다. 특히, 국내 기후 환경의 경우 구름 생성으로 인해 청명일이 연간 약 100일 정도에 불과하여 집광형 시스템이 그 기능을 충분히 발휘하지 못하여 작동에 적합하지 못한 단점이 있었다. 더구나 인버터를 통하여 교류로 반전함에 있어서 구름 등으로 인해 직달 일사량이 급감하는 경우, 인버터 작동이 멈추는 현상이 발생하는 등 문제점이 제기되어 왔다.Condensing solar cells focus on a large area of light using a Fresnel lens or reflector, condensing light on solar cells. It has the advantage of reducing the size of the solar cell and thus lowering the system price for the same area. However, if the concentration of light is increased, the tracking device must always face the sun in order to utilize the scattered light. Necessity is pointed out as a disadvantage. In particular, in the case of the domestic climate environment, due to cloud generation, the clearing day is only about 100 days per year, and the condensing type system is not suitable for its operation because it is not suitable for operation. In addition, the problem has been raised, such as a phenomenon that the inverter operation stops when the direct solar radiation suddenly decreases due to clouds or the like inverting the alternating current through the inverter.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로서, 본 발명의 목적은 고효율의 태양광 발전을 제공하는 집광형 태양전지와 비집광형 태양전지를 일체형으로 구성함으로써 기후 환경에 관계없이 일정 수준 이상의 안정적인 태양광 발전을 제공할 수 있는 하이브리드 태양전지를 제공하는 것이다. 즉, 청명일에는 집광형 태양전지를 통해 고효율의 태양광 발전을 제공하고, 구름이 많은 날의 경우 비집광형 태양전지를 통해 저효율의 태양광 발전을 제공함으로써, 집광형 태양전지와 비집광형 태양전지의 단점을 보완할 수 있는 하이브리드 태양전지를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high efficiency of photovoltaic solar cells and non-condensing solar cells that provide a high-efficiency photovoltaic integrated into a certain level or more regardless of the climate environment It is to provide a hybrid solar cell that can provide stable solar power generation. That is to say, in Cheongmyeongil, high efficiency photovoltaic power generation is provided through condensing solar cells, and low efficiency solar power generation is provided through non-condensing solar cells on cloudy days. It is to provide a hybrid solar cell that can compensate for the disadvantages of solar cells.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지는, 집광형 태양전지와 비집광형 태양전지를 일체형으로 구성하는 하이브리드 태양전지로서, 태양광을 직접 조사받아 태양광 발전을 수행하는 다수의 비집광형 태양전지 및 태양광을 집광하여 태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 집광형 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the hybrid solar cell according to the present invention is a hybrid solar cell comprising a condensing type solar cell and a non-condensing type solar cell integrally, a plurality of solar cells are directly irradiated with sunlight to perform photovoltaic power generation It characterized in that it comprises a non-condensing solar cell and at least one condensing solar cell for collecting solar light to perform photovoltaic power generation.
비집광형 태양전지는 결정질 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 박막 실리콘 태양전지, 화합물 박막 태양전지 등일 수 있다. 집광형 태양전지는 비집광형 태양전지 셀 중 하나의 위에 배치될 수 있다. 또는 본 발명의 하이브리드 태양전지는 집광부가 부가되는데, 집광부는 집광렌즈, 반사경 또는 평면형 마이크로 집광판 등으로 이루어질 수 있다. The non-condensing solar cell may be a crystalline silicon solar cell, a polycrystalline silicon solar cell, a thin film silicon solar cell, a compound thin film solar cell, or the like. The condensing solar cell may be disposed on one of the non-condensing solar cell. Alternatively, the hybrid solar cell of the present invention may include a light collecting part, which may be made of a light collecting lens, a reflector, or a planar micro light collecting plate.
또 집광형 태양전지가, 집광부를 통해 입사되는 태양광이 상기 태양전지에 정확히 집광되도록 하는 태양광 추적 시스템을 더 포함할 수도 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 상기 하이브리드 태양전지는, 구름이 적은 청명일의 경우 각 집광형 태양전지가 태양광 발전을 수행하고, 구름이 많은 흐린 날의 경우 각 비집광형 태양전지가 태양광 발전을 수행할 수 있다.In addition, the condensing solar cell may further include a solar tracking system that allows the sunlight incident through the condenser to be accurately condensed on the solar cell. Through this, in the hybrid solar cell according to the present invention, each condensing solar cell performs photovoltaic power generation in the case of the blue sky with few clouds, and each non-condensing solar cell performs photovoltaic power generation in the cloudy day. Can be performed.
이상 설명한 바대로, 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지는 집광형 태양전지와 비집광형 태양전지를 함께 구성함으로써 구름이 적은 청명일 또는 구름이 많은 흐린 날과 같은 기후변화에 무관하게 일정 효율 이상의 태양광 발전을 제공할 수 있다.As described above, the hybrid solar cell according to the present invention comprises a condensing type solar cell and a non-condensing type solar cell together so that solar light having a certain efficiency or higher regardless of climate change, such as cloudy days with few clouds or cloudy days with many clouds. Can provide development.
구체적으로, 구름이 적은 청명일의 경우 집광형 태양전지를 통해 고효율의 태양광 발전이 가능하므로, 설치비용에 비해 효율이 적은 비집광형 태양전지의 단점을 보완할 수 있다. 또한, 구름이 많은 흐린 날의 경우 비집광형 태양전지를 통해 일정 수준 이상의 태양광 발전이 가능하므로, 청명일이 아닌 날씨에서 제 기능을 발휘하지 못하는 집광형 태양전지의 단점을 보완할 수 있을 뿐만 아니라, 구름으로 인해 일사량이 감소하는 경우 집광형 태양전지의 인버터 작동이 멈추는 문제점을 해결할 수 있다.Specifically, in the case of Cheongmyeongil with few clouds, high efficiency photovoltaic power generation is possible through the condensing solar cell, which can compensate for the disadvantage of the non-condensing solar cell having low efficiency compared to the installation cost. In addition, in a cloudy day, non-condensable solar cells can generate more than a certain level of photovoltaic power, which can compensate for the shortcomings of condensed solar cells that do not perform well in the weather. In addition, when the solar radiation is reduced due to the cloud can solve the problem that the inverter operation of the condensing solar cell stops.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 집광형 태양전지의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지에서 집광형 태양전지가 비집광형 태양전지 사이에 배치되는 방식을 보여주는 도면이다. 1 is a perspective view of a hybrid solar cell according to the present invention.
2 is a perspective view of a light collecting solar cell of a hybrid solar cell according to the present invention.
3 and 4 are views for explaining the operation of the hybrid solar cell according to the present invention.
5 is a view showing a method in which a condensing solar cell is disposed between non-condensing solar cells in a hybrid solar cell according to the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 장점, 특징 및 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the advantages, features and preferred embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지(100)는 다수의 비집광형 태양전지(10)와 하나의 집광형 태양전지(20)를 포함하는 모듈로서 이루어진다. 모듈 내 셀의 수는 실제로는 더 많아서 36개, 72개 등이지만, 도시를 위해 일부만 표시하였다.1 is a perspective view of a hybrid solar cell according to the present invention. As shown in FIG. 1, the hybrid
비집광형 태양전지(10)로는 종래의 결정질 실리콘 태양전지 또는 박막 태양전지와 같이 태양광을 집광하지 않은 태양전지를 사용할 수 있다. 결정질 실리콘 태양전지로 단결정 형태 또는 다결정 형태를 모두 사용할 수도 있음은 물론이다.As the non-condensing
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 집광형 태양전지의 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 집광형 태양전지(20)에 태양광을 모아서 공급하는 집광부(22)가 부가될 수 있다.2 is a perspective view of a light collecting solar cell of a hybrid solar cell according to the present invention. As shown in FIG. 2, a
도 2에 도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 집광형 태양전지(20)는 태양광 추적 시스템을 포함할 수도 있다. 이 경우 집광형 태양전지(20)는 고정식, 2축, 3축 추적시스템 등에 의해 설치가 가능하며, 고집광의 경우 집광부(22)를 통해 입사되는 빛이 정확히 태양전지에 집광될 수 있도록 한다.Although not shown in FIG. 2, the light collecting
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3은 구름이 적은 청명일에 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 동작을 설명하는 도면이고, 도 4는 구름이 많은 날에 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지의 동작을 설명하는 도면이다.3 and 4 are diagrams for explaining the operation of the hybrid solar cell according to the present invention, Figure 3 is a view for explaining the operation of the hybrid solar cell according to the present invention on the clear day with less clouds, Figure 4 is a cloud It is a figure explaining the operation | movement of the hybrid solar cell which concerns on this invention on many days.
먼저, 도 3에 도시한 바와 같이, 구름이 적은 청명일의 경우 태양광의 조사율이 높으므로 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지(100)는 집광형 태양전지(20)를 통해 태양광 발전을 수행한다. First, as shown in FIG. 3, in the case of the bright cloud with few clouds, the irradiation rate of sunlight is high, so the hybrid
한편, 구름이 많은 흐린 날씨의 경우 태양광의 조사율이 떨어지게 되므로, 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 태양전지(100)는 비집광형 태양전지(10)를 통해 태양광 발전을 수행한다. 즉, 조사되는 태양빛이 비집광형 태양전지(10)로 공급되고 비집광형 태양전지를 통해 태양광 발전을 하게 된다.On the other hand, in the case of cloudy weather is cloudy because the irradiation rate of sunlight falls, as shown in Figure 4, the hybrid
한편, 도 5는 집광형 태양전지(20)가 배치되는 서로 다른 예를 나타내는데, (a)는 비집광형 태양전지(10) 위에 배치되는 경우이며, (b)는 비집광형 태양전지(10) 가운데 매립되는 형태이다. 기타 다양한 경우로 배치될 수도 있다.On the other hand, Figure 5 shows a different example where the condensing
본 발명의 바람직한 실시예가 특정 용어들을 사용하여 기술되어 왔지만, 그러한 기술은 오로지 설명을 하기 위한 것이며, 다음의 청구범위의 기술적 사상 및 범위로부터 이탈되지 않고서 여러 가지 변경 및 변화가 가해질 수 있는 것으로 이해되어져야 한다.While the preferred embodiments of the present invention have been described using specific terms, such description is for the purpose of illustration only, and various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the following claims Should be.
10: 비집광형 태양전지 20: 집광형 태양전지
22: 집광부 100: 하이브리드 태양전지10: non-condensing solar cell 20: condensing solar cell
22: condenser 100: hybrid solar cell
Claims (8)
태양광을 직접 조사받아 태양광 발전을 수행하는 다수의 비집광형 태양전지; 및
태양광을 집광하여 태양광 발전을 수행하는 하나 이상의 집광형 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
As a hybrid solar cell which consists of a condensing solar cell and a non-condensing solar cell,
A plurality of non-condensing solar cells that are directly irradiated with sunlight to perform photovoltaic power generation; And
A hybrid solar cell comprising at least one condensing type solar cell for collecting solar light to perform photovoltaic power generation.
상기 비집광형 태양전지가, 결정질 태양전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The non-condensing solar cell is a hybrid solar cell, characterized in that the crystalline solar cell.
상기 비집광형 태양전지가, 박막형 태양전지인 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The non-condensing solar cell is a hybrid solar cell, characterized in that the thin-film solar cell.
상기 집광형 태양전지가 상기 비집광형 태양전지 위에 배치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The condensing solar cell is a hybrid solar cell, characterized in that disposed on the non-condensing solar cell.
상기 집광형 태양전지가 상기 비집광형 태양전지에 매몰된 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The condensing solar cell is a hybrid solar cell, characterized in that buried in the non-condensing solar cell.
상기 집광형 태양전지가,
상기 집광부를 통해 입사되는 태양광이 상기 태양전지에 정확히 집광되도록 하는 태양광 추적 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The condensing solar cell,
Hybrid solar cell further comprises a solar tracking system to accurately collect the solar light incident through the light collecting portion to the solar cell.
상기 하이브리드 태양전지가,
구름이 적은 청명일의 경우 상기 각 집광형 태양전지가 태양광 발전을 수행하고,
구름이 많은 흐린 날의 경우 상기 각 비집광형 태양전지가 태양광 발전을 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 태양전지.
The method according to claim 1,
The hybrid solar cell,
In the case of Chun-myeong-il with few clouds, each of the concentrating solar cells performs photovoltaic power generation,
In the case of a cloudy day with a lot of clouds, each of the non-condensing solar cells is characterized in that the hybrid solar cell.
구름이 적은 청명일에는 집광형 태양전지가 발전을 수행하며,
구름이 많은 흐린 날에는 비집광형 태양전지가 발전을 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 방법.
As a method of generating power using a module that combines a condensing solar cell and a non-condensing solar cell,
On Cheongmyeongil with few clouds, condensing solar cells generate power,
The solar power generation method characterized in that the non-condensing solar cell performs the power generation on a cloudy day.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110051333A KR101217540B1 (en) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Hybrid solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110051333A KR101217540B1 (en) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Hybrid solar cell |
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| KR101217540B1 KR101217540B1 (en) | 2013-01-02 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101685178B1 (en) * | 2016-07-28 | 2016-12-09 | 정에디영 | a Solar cell module with improved power generation efficiency |
| KR20200137566A (en) * | 2019-05-30 | 2020-12-09 | (주)디에코에너지 | Manufacturing of hybrid photoboltaic thermal module |
| KR20220094006A (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-05 | 한국광기술원 | Switchable Solar Power Generation Device |
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-
2011
- 2011-05-30 KR KR1020110051333A patent/KR101217540B1/en active IP Right Grant
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