KR20130027900A - 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은, 태양전지 모듈은, 복수의 태양 전지와, 태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본과, 복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본을 포함한다. 이에 의해, 음영 발생시 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.

Description

태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈{Solar cell module and photovoltaic module including the same}
본 발명은 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 음영 발생시 전력 손실을 저감할 수 있는 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양전지는 반도체 소자를 이용하여 태양광 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다.
본 발명의 목적은, 음영 발생시 전력 손실을 저감할 수 있는 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은, 복수의 태양 전지와, 태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본과, 복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수의 태양 전지, 태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본, 복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본을 구비하는 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 태양전지 모듈에서 공급되는 직류 전원을 저장하는 커패시터부, 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비하는 정션 박스를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 태양전지 모듈이, 태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본과, 복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본을 포함함으로써, 태양 전지 스트링의 병렬 접속으로 인해, 태양 전지의 일부에서 음영이 발생하더라도 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 태양전지 모듈에서 역방향 전압이 발생하는 경우, 바이패스 시키는 바이패스 다이오드의 개수를 줄이거나 아예 생략할 수 있게 된다.
한편, 태양 전지 내의 구조를 서브셀 구조로 구현함으로써, 태양전지 모듈에서 출력되는 전력을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹이, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹 주변에 배치됨으로써, 음영 발생 가능성이 높은, 태양전지 모듈의 외곽에서의 출력 전력 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 배면도이다.
도 4는 도 1의 A-A'을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 도 1의 B-B'을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 도 1의 태양전지 모듈과의 비교를 위한 비교예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 7은 도 6의 태양전지 모듈의 다이오드 배치를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 태양전지 모듈에서의 음영 발생의 일예를 예시한다.
도 9는 도 6의 태양전지 모듈에서의 음영 발생의 일예를 예시한다.
도 10은 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 일예를 도시한 도면이다.
도 11은 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 13은 도 8 및 도 9의 태양전지 모듈에서 음영 발생시의 전력 손실을 비교한 도면이다.
도 14는 도 1의 태양전지 모듈에 전기적으로 접속되는 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 15는 도 1의 태양전지 모듈에 전기적으로 접속되는 정션박스의 내부 회로도의 다른예이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
이하의 도면에서, 각 구성요소는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한, 각 구성요소의 설명에 있어서, "상(on)"에 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함하며, "상(on)" 또는 "하(under)"에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이고, 도 2는 도 1의 태양전지 모듈의 배면도이며, 도 3은 도 1의 태양전지 모듈의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(100), 태양전지 모듈(100)의 일면에 위치하는 정션 박스(115)를 포함한다. 또한, 태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(115) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지 모듈(100)은, 복수의 태양 전지(130)를 포함할 수 있다. 그 외, 복수의 태양전지(130)의 하면과 상면에 위치하는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150), 제1 밀봉재(120)의 하면에 위치하는 후면 기판(110) 및 제2 밀봉재(150)의 상면에 위치하는 전면 기판(160)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 태양전지(130)는, 태양전지(130)는, 태양 에너지를 전기 에너지로 변화하는 반도체 소자로써, 실리콘 태양전지(silicon solar cell), 화합물 반도체 태양전지(compound semiconductor solar cell) 및 적층형 태양전지(tandem solar cell), 염료감응형 또는 CdTe, CIGS형 태양전지 등일 수 있다.
태양전지(130)는 태양광이 입사하는 수광면과 수광면의 반대측인 이면으로 형성된다. 예를 들어, 태양전지(130)는, 제1 도전형의 실리콘 기판과, 실리콘 기판상에 형성되며 제1 도전형과 반대 도전형을 가지는 제2 도전형 반도체층인 에미터와, 에미터 상에 형성되는 반사 방지막과, 반사 방지막을 관통해 에미터의 일부 면에 접촉하는 전면전극과, 실리콘 기판의 후면에 형성된 후면전극을 포함할 수 있다.
각 태양전지(130)는, 전기적으로 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 태양 전지(130)는, 전지 리본(133)에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 전지 리본(133)은, 태양전지(130)의 수광면 상에 형성된 전면 전극과, 인접한 다른 태양전지(130)의 이면 상에 형성된 후면 전극에 접합될 수 있다.
도면에서는, 전지 리본(133)이 2줄로 형성되고, 이 전지 리본(133)에 의해, 태양전지(130)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(140)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다. 도면과 달리, 그 개수는 가변될 수 있다.
한편, 각 태양전지 스트링은, 스트링 리본에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
도 1은, 태양전지 모듈(100) 내의 제1 내지 제3 태양전지 스트링(140a,140b,140c)가, 제1 상부 스트링 리본(145a)과 제1 하부 스트링 리본(145b)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
또한, 태양전지 모듈(100) 내의 제4 내지 제6 태양전지 스트링(140d,140e,140f)가, 제2 상부 스트링 리본(145c)과 제2 하부 스트링 리본(145d)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
이에 의해, 각각 복수의 태양 전지 스트링이 병렬 접속되는 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 형성될 수 있다.
그리고, 각 태양 전지 스트링 그룹(140G1,140G2)은, 그룹 리본(147a)에 의해 전기적으로 직렬 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 하부 스트링 리본(145b)과 제2 하부 스트링 리본(145d)이 전기적으로 접속될 수 있다.
한편, 제1 상부 스트링 리본(145a) 및 제2 상부 스트링 리본(145c)은, 각각 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(115) 내의 커패시터부(도 14의 1420 등)와의 접속된다. 도면에서는, 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)이, 태양전지 모듈(100) 상에 형성된 개구부를 통해, 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 것을 예시한다.
한편, 정션 박스(115)는, 태양전지 모듈(100)의 양단부 중 도전성 라인이 연장되는 단부에 더 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
도 1 및 도 2에서는, 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)이, 태양전지 모듈(100)의 상부에서 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되므로, 정션 박스(115)가 태양전지 모듈(100)의 배면 중 상부에 위치하는 것을 예시한다. 이에 의해, 도전성 라인의 길이를 줄일 수 있어, 전력 손실이 줄어들 수 있게 된다.
도 1 및 도 2와 달리, 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)이, 태양전지 모듈(100)의 하부에서 태양전지 모듈(100)의 배면으로 연장되는 경우, 정션 박스(115)가 태양전지 모듈(100)의 배면 중 하부에 위치할 수도 있다.
후면 기판(110)은, 백시트로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 하며, TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 3에서는 후면 기판(110)이 직사각형의 모양으로 도시되어 있으나, 태양전지 모듈(100)이 설치되는 환경에 따라 원형, 반원형 등 다양한 모양으로 제조될 수 있다.
한편, 후면 기판(110) 상에는 제1 밀봉재(120)가 후면 기판(110)과 동일한 크기로 부착되어 형성될 수 있고, 제1 밀봉재(120) 상에는 복수의 태양전지(130)가 수 개의 열을 이루도록 서로 이웃하여 위치할 수 있다.
제2 밀봉재(150)는, 태양전지(130) 상에 위치하여 제1 밀봉재(120)와 라미네이션(Lamination)에 의해 접합할 수 있다.
여기에서, 제1 밀봉재(120)와, 제2 밀봉재(150)는, 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 결합할 수 있도록 한다. 이러한 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(150)는, 에틸렌 초산 비닐 수지 (Ethylene Vinyl Acetate;EVA) 필름 등 다양한 예가 가능하다.
한편, 전면 기판(160)은, 태양광을 투과하도록 제2 밀봉재(150) 상에 위치하며, 외부의 충격 등으로부터 태양전지(130)를 보호하기 위해 강화유리인 것이 바람직하다. 또한, 태양광의 반사를 방지하고 태양광의 투과율을 높이기 위해 철분이 적게 들어간 저철분 강화유리인 것이 더욱 바람직하다.
정션 박스(115)는, 태양전지 모듈(100)의 배면 상에 부착되며, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 이용하여 전력 변환할 수 있다. 구체적으로, 직류 전원을 저장하는 커패시터부(도 14의 1420)를 구비할 수 있다. 또한, 정션 박스(115)는, 직류 전원의 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부(도 14의 1430)를 더 구비할 수 있다. 또한, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터부(도 15의 1540)를 더 구비할 수 있다. 이에 대해서는 도 14 이하를 참조하여 후술하기로 한다.
이러한 정션 박스(115)가 태양전지 모듈(100)과 일체형으로 형성되는 경우, 각 태양전지 모듈(100)에서 생성된 직류 전원의 손실을 최소화하여 효율적으로 관리할 수 있게 된다. 한편, 일체형으로 형성된 정션 박스(115)는 MIC(Module Integrated Converter) 회로라고 명명될 수 있다.
한편, 정션 박스(115) 내의, 회로 소자들의 수분 침투 방지를 위해, 정션 박스 내부는, 실리콘 등을 이용하여, 수분 침투 방지용 코팅이 수행될 수 있다.
한편, 정션 박스(115)에는 개구(미도시)가 형성되어, 상술한 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)이 정션 박스 내의 커패시터부와 연결되도록 할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 모듈(70)은, 태양전지 모듈(100)과 정션 박스(115) 사이에 배치되는 방열부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 정션 박스(115)에서 발생되는 열을 분산시키기 위해, 방열 부재(400)의 단면적은, 플레이트(300)의 단면적 보다 큰 것이 바람직하다. 예를 들어, 태양전지 모듈(100)의 배면 전부에 형성되는 것이 가능하다. 한편, 방열부재(미도시)는 열 전도도가 좋은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등의 금속재질로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 정션박스(160)의 일 측면에는, 전력 변환된 직류 전원 또는 교류 전원을 외부로 출력하기 위한, 외부접속단자(미도시)가 형성될 수 있다.
도 4는 도 1의 A-A'을 따라 절개한 단면도이고, 도 5는 도 1의 B-B'을 따라 절개한 단면도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 도 1의 A-A'를 따라 절개한 태양전지 모듈(100)은, 모듈 상부에서 하부 방향으로, 각각 전면 기판(160), 제2 밀봉재(150), 태양 전지(130), 제1 밀봉재(120), 및 후면 기판(110)이 배치된다.
이때 복수의 태양 전지(130)는, 전지 리본(133)에 의해, 전기적으로 직렬 접속된다. 도면에서는, A에서 A' 방향을 따라, 제1 태양 전지(130a)의 전면 전극(131a)과 제2 태양 전지(130b)의 후면 전극(131b)이, 전지 리본(133)에 의해, 전기적으로 직렬 접속된다. 이와 같이, 각 태양 전지 사이의 전지 리본(133)에 의해, 복수의 태양 전지가 하나의 태양 전지 스트링(140a)을 형성한다.
다음, 도 5를 참조하면, 도 1의 B-B'를 따라 절개한 태양전지 모듈(100)은, 모듈 상부에서 하부 방향으로, 각각 전면 기판(160), 제2 밀봉재(150), 태양 전지(130), 제1 밀봉재(120), 및 후면 기판(110)이 배치된다.
이때 복수의 태양 전지(130)는, 전지 리본(133)에 의해, 전기적으로 직렬 접속된다. 도면에서는, B에서 B' 방향을 따라, 제x 태양 전지(130x)의 후면 전극(132x)과 제y 태양 전지(130y)의 전면 전극(131y)이, 전지 리본(133x)에 의해, 전기적으로 직렬 접속된다. 이와 같이, 각 태양 전지 사이의 전지 리본(133)에 의해, 복수의 태양 전지가 하나의 태양 전지 스트링(140f)을 형성한다.
한편, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 그룹 리본(147a)에 의해 직렬 접속되기 위해, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1) 내의 전지 리본의 접속 방향과, 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2) 내의 전지 리본의 접속 방향이, 서로 반대인 것이 바람직하다.
특히, 서로 인접하는, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1) 내의 전지 리본의 접속 방향과, 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2) 내의 전지 리본의 접속 방향이, 서로 반대인 것이 바람직하다.
도 4와 도 5를 비교하면, 도 4의 전지 리본의 접속 방향은, A에서 A' 방향에 따라, 우하(右下) 방향으로 연장되며, 도 5의 전지 리본의 접속 방향은, B에서 B' 방향에 따라, 우상(右上) 방향인 것을 알 수 있다. 그룹 리본(147a)의 길이를 단축시킬 수 있게 된다.
한편, 도 5의 전지 리본의 접속 방향이 도 4와 동일한 경우, 그룹 리본(147a)은, 제1 하부 스트링 리본(145b)과 제2 상부 스트링 리본(145c)을 전기적으로 접속시킬 수 있다. 즉, 태양 전지 모듈(100)의 하부에서 상부까지 연장될 수 있다.
도 6은 도 1의 태양전지 모듈과의 비교를 위한 비교예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도면에서는, 전지 리본(633)이 2줄로 형성되고, 이 전지 리본(633)에 의해, 태양전지(630)가 일렬로 연결되어, 태양전지 스트링(640)이 형성되는 것을 예시한다. 이에 의해 6개의 스트링(640a,640b,640c,640d,640e,640f)이 형성되고, 각 스트링은 10개의 태양전지를 구비하는 것을 예시한다.
한편, 각 태양전지 스트링(640a,640b,640c,640d,640e,640f)은, 스트링 리본에 의해 전기적으로 접속될 수 있다. 도 6은, 태양전지 모듈(600)의 하부에 배치되는 스트링 리본(645a,645c,645e)에 의해, 각각 제1 태양전지 스트링(640a)과 제2 태양전지 스트링(640b)이, 제3 태양전지 스트링(640c)과 제4 태양전지 스트링(640d)이, 제5 태양전지 스트링(640e)과 제6 태양전지 스트링(640f)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다. 또한, 도 6은, 태양전지 모듈(600)의 상부에 배치되는 스트링 리본(645b,645d)에 의해, 각각 제2 태양전지 스트링(640b)과 제3 태양전지 스트링(640c)이, 제4 태양전지 스트링(640d)과 제5 태양전지 스트링(640e)이 전기적으로 접속되는 것을 예시한다.
한편, 제1 태양 전지 스트링, 스트링 리본(645b,645d), 및 제4 태양 전지 스트링은, 각각 제1 내지 제4 도전성 라인(635a,635b,635c,635d)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제4 도전성 라인(635a,635b,635c,635d)은, 태양전지 모듈(600)의 배면에 배치되는 정션 박스 내의 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)와의 접속된다. 도면에서는, 제1 내지 제4 도전성 라인(635a,635b,635c,635d)이, 태양전지 모듈(600) 상에 형성된 개구부를 통해, 태양전지 모듈(600)의 배면으로 연장되는 것을 예시한다.
도 7은 도 6의 태양전지 모듈의 다이오드 배치를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하여 설명하면, 6개의 태양전지 스트링(640a,640b,640c,640d,640e,640f)에 대응하여, 바이패스 다이오드(Da,Db,Dc)가 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 바이패스 다이오드(Da)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 스트링 리본(645a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(640a) 또는 제2 태양전지 스트링(640b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링(640a) 및 제2 태양전지 스트링(640b)을 바이패스(bypass)시킨다.
다음, 제2 바이패스 다이오드(Db)는, 제1 스트링 리본(645a)과 제2 스트링 리본(645b) 사이에 접속되어, 제3 태양전지 스트링(640c) 또는 제4 태양전지 스트링(640d)에서 역전압 발생시, 제3 태양전지 스트링(640c) 및 제4 태양전지 스트링(640d)을 바이패스(bypass)시킨다.
다음, 제3 바이패스 다이오드(Dc)는, 제1 태양전지 스트링과, 제1 스트링 리본(645a) 사이에 접속되어, 제1 태양전지 스트링(640a) 또는 제2 태양전지 스트링(640b)에서 역전압 발생시, 제1 태양전지 스트링 및 제2 태양전지 스트링을 바이패스(bypass)시킨다.
도 8은 도 1의 태양전지 모듈에서의 음영 발생의 일예를 예시하며, 도 9는 도 6의 태양전지 모듈에서의 음영 발생의 일예를 예시한다.
먼저, 도 8은, 복수의 태양 전지(130)가 태양 전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)을 구비하며, 이 중 제1 내지 제3 태양 전지 스트링(140a,140b,140c)이 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)을 형성하고, 제4 내지 제6 태양 전지 스트링이 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)을 형성하며, 제1 및 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G1,140G2)이 전기적으로 직렬 접속된 상태에서, 그 중 어느 한 태양 전지(130m)에서 음영이 발생하는 것을 예시한다.
다음, 도 9는, 복수의 태양 전지(130)가 모두 직렬로 연결된 상태에서, 그 중 어느 한 태양 전지(630m)에서 음영이 발생하는 것을 예시한다.
각 태양 전지에서 출력되는 전류 1A이며, 음영이 발생한 태양 전지(130m,630m)에서 출력되는 전류는 0.8A라 가정한다.
도 9의 구조에서는 태양 전지(130)가 모두 직렬로 연결되므로, 음영이 발생한 태양 전지(630m)에서 출력되는 전류 값인 0.8A가 태양 전지 모듈(100)에서 최종 출력되게 된다. 즉, 모든 태양 전지(130)에서 0.2A의 손실이 있게 된다. 최종적으로는, 12A(0.2A×60)의 손실이 발생하게 된다. 정상적인 출력 전류를 60A라 가정하면, 20%의 손실이 발생하게 된다.
그러나, 도 8의 구조에서는, 음영이 발생한 태양 전지(130m)가 속하는 제1 태양 전지 스트링(140a)에서만 0.8A가 출력되고, 그 외의 태양 전지 스트링(140b,140c,140d,140e,140f)에서는 1A가 출력되게 된다. 제1 내지 제3 태양 전지 스트링(140a,140b,140c)을 구비하는 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)에서는 2.8A(= 0.8A+1A+1A)가 흐르며, 제4 내지 제6 태양 전지 스트링(140d,140e,140f)을 구비하는 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)에서는 3A(= 1A+1A+1A)가 흐른다. 최종적으로, 제1 및 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G1,140G2)이 전기적으로 직렬 접속되므로, 태양 전지 모듈(100)에서 2.8A의 출력 전류가 출력되게 된다.
즉, 제1 태양 전지 스트링(140a)과, 이에 대응하는 제4 태양 전지 스트링(140d)에서, 0.2A의 손실이 있게 된다. 최종적으로는, 4A(0.2A×20)의 손실이 발생하게 된다. 정상적인 출력 전류를 60A라 가정하면, 6.7%의 손실이 발생하게 된다.
이에 따라, 도 1과 같은, 태양 전지 모듈에서, 음영 발생시, 종래에 비해, 전력 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 서로 병렬 접속되는 태양 전지 스트링의 개수가 증가할수록, 음영 발생시, 출력 전류 손실을 감소하게 된다. 즉, 제1 내지 제6 태양 전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)을 모두 병렬 접속시킨 상태에서, 제1 태양 전지 스트링(140a) 내의 하나의 태양 전지(130m)에서만 음영이 발생하는 경우, 제1 태양 전지 스트링(140a)에서만 0.8A의 전류가 발생하게 된다. 즉, 제1 태양 전지 스트링(140a)에서만 0.2A의 손실이 있게 된다. 최종적으로는, 2A(0.2A×10)의 손실이 발생하게 된다. 정상적인 출력 전류를 60A라 가정하면, 3.3A의 손실이 발생하게 된다.
한편, 도 8 및 도 9에 대한 설명은, 태양 전지가 하나의 셀을 구비하는 것을 전제로 기술한 것이며, 태양 전지가 복수의 서브셀을 구비한 경우의 음영 발생시에 전력 손실 등에 대해서는, 이하를 참조하여 기술한다.
도 10은 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 일예를 도시한 도면이고,
도 11은 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 다른 예를 도시한 도면이며, 도 12는 도 1의 태양전지 모듈에서의 태양 전지의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 태양 전지(130)는, 소정 크기를 가지며, 결정질 반도체로 이루어진 태양 전지용 기판(110)과, 기판(110)에 형성된 복수개의 서브셀, 구체적으로 도면과 같이, 세 개의 서브셀(S1-S3)을 구비할 수 있다.
각 서브셀(S1-S3)은, p형 또는 n형의 도전성 타입(conductive type)의 반도체층으로 이루어진 기판(110)과 반대의 극성을 갖는 도전성 타입으로 형성되며, 기판(110)과 p-n 접합을 형성하는 에미터(미도시), 기판(110)에 전기적으로 접속되는 제1 전극(미도시)과, 에미터에 전기적으로 접속되는 제2 전극(미도시)를 구비할 수 있다.
이때 각 서브셀(S1-S3)은, 서로 직렬로 접속될 수 있다. 이를 위해, 인접하는 제1 서브셀(S1)의 제1 전극과, 제2 서브셀(S2)의 제2 전극이 전기적으로 접속될 수 있다. 그리고, 인접하는 제2 서브셀(S2)의 제1 전극과, 제3 서브셀(S3)의 제2 전극이 전기적으로 접속될 수 있다.
이러한 각 서브셀(S1-S3)은, 하나의 기판(110)에 형성되고 있으나, 각각 p-n 접합이 형성되어 있으므로, 별개의 태양전지로서 개별적으로 동작할 수 있다. 즉, 각 서브셀(S1-S3)은 해당 크기의 전류와 전압을 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 서브셀(S1-S3)은, 서로 직렬 접속되므로, 각 서브셀(S1-S3)을 포함하는 도 10의 태양 전지(130)에서 출력되는 전류는, 모두 동일한 값을 가지며, 출력되는 전압은, 각 서브셀(S1-S3)에서 출력되는 전압의 합이 된다.
예를 들어, 각 서브셀(S1-S3)에서 출력되는 전류가 약 2.7A이고, 각 서브셀(S1-S3)에서 출력되는 전압이 약 0.6V일 때, 하나의 태양 전지(130)는 약 2.7A의 전류와 약 1.8V(=0.6V×3)의 전압이 얻어진다.
다음, 도 11을 참조하면, 태양 전지(130)는, 소정 크기를 가지며, 결정질 반도체로 이루어진 태양 전지용 기판(110)과, 기판(110)에 형성된 복수개의 서브셀, 구체적으로 도면과 같이, 두 개의 서브셀(S1-S2)을 구비할 수 있다.
도 10과 비교하여, 기판(1000)의 크기는 동일하며, 서브셀의 개수가 줄어든 것을 알 수 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 설명한다.
각 서브셀(S1-S2)은, 서로 직렬로 접속될 수 있다. 이를 위해, 인접하는 제1 서브셀(S1)의 제1 전극과, 제2 서브셀(S2)의 제2 전극이 전기적으로 접속될 수 있다.
이러한 각 서브셀(S1-S2)은, 하나의 기판(110)에 형성되고 있으나, 각각 p-n 접합이 형성되어 있으므로, 별개의 태양전지로서 개별적으로 동작할 수 있다. 즉, 각 서브셀(S1-S3)은 해당 크기의 전류와 전압을 출력할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 서브셀(S1-S2)은, 서로 직렬 접속되므로, 각 서브셀(S1-S2)을 포함하는 도 11의 태양 전지(130)에서 출력되는 전류는, 모두 동일한 값을 가지며, 출력되는 전압은, 각 서브셀(S1-S2)에서 출력되는 전압의 합이 된다.
예를 들어, 각 서브셀(S1-S2)에서 출력되는 전류가 약 4A이고, 각 서브셀(S1-S2)에서 출력되는 전압이 약 0.6V일 때, 하나의 태양 전지(130)는 약 4A의 전류와 약 1.2V(=0.6V×2)의 전압이 얻어진다.
다음, 도 12를 참조하면, 태양 전지(130)는, 소정 크기를 가지며, 결정질 반도체로 이루어진 태양 전지용 기판(110)과, 기판(110)에 형성된 하나의 셀(S)을 구비할 수 있다.
도 10과 비교하여, 기판(1000)의 크기는 동일하며, 하나의 셀이 형성되는 것을 알 수 있다. 이하에서는 그 차이를 중심으로 설명한다.
상술한 바와 같이, 도 12의 태양 전지(130)는 하나의 셀(S)을 구비하므로, 하나의 셀(S)에서 출력되는 전류가 약 8A이고, 하나의 셀(S)에서 출력되는 전압이 약 0.6V일 때, 하나의 태양 전지(130)는 약 8A의 전류와 약 0.6V(=0.6V×1)의 전압이 얻어진다.
도 10 내지 도 12를 비교하면, 서브셀의 개수가 증가할수록, 태양 전지(130)에서 출력되는 전류는 작아지며, 출력되는 전압이 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 12에 비해, 도 10의 태양 전지(130)의 출력 전류는 1/3배이고, 출력 전압은 3배인 것을 알 수 있다.
이와 같이, 태양 전지(130) 내의 서브셀의 개수가 증가할수록, 태양 전지 모듈에서, 발생하는 전력 손실이 저감되게 된다.
예를 들어, 도 6과 같이, 복수의 태양 전지(130)가 모두 직렬로 연결되는 구조에서, 실질적으로 얻어지는 실제 전력(PT)은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
여기에서, PI는 이상 전력으로서, 태양 전지(130)에서 얻어지는 전력(Ps)에 태양 전지 모듈(100) 내의 태양 전지(130)의 개수(N)를 곱한 값, 즉, PI=Ps×N을 나타내고, PL은 전력 손실(power loss)을 나타낸다.
전력 손실(PL)은 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00002
여기서, I는 태양 전지(130)에서 출력되는 전류값을 의미하며, R은 태양 전지(130)를 연결하는, 리본 등의 저항값을 의미한다.
여기서, 저항값(R)은 거의 고정된 값이라 가정한다면, 전력 손실(PL)은, 태양 전지(130)에서 출력되는 전류값(I)의 영항을 받는 것을 알 수 있다.
즉, 도 12와 같이, 태양 전지(130)에서 출력되는 전류가 대략, 대략 8A인 경우에 비해, 도 10과 같이, 태양 전지(130)에서 출력되는 전류가 대략 2.7A인 경우, 전력 손실(PL)이 작아지게 되며, 이에 따라, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 실제 전력(PT)이 커지게 된다.
한편, 도 1과 같이, 복수의 태양 전지(130)가 태양 전지 스트링(140a,140b,140c,140d,140e,140f)을 구비하며, 이 중 제1 내지 제3 태양 전지 스트링(140a,140b,140c)이 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)을 형성하고, 제4 내지 제6 태양 전지 스트링이 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)을 형성하며, 제1 및 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G1,140G2)이 전기적으로 직렬 접속되는 경우, 태양 전지 모듈(100)에서 얻어지는 실제 전력은 다음과 같다.
이때, 태양 전지(100)의 구조는, 도 10과 같이 세 개의 서브셀(S1~S3)로 구성된 것을 가정한다.
각 태양 전지 스트링에 흐르는 전류(Ia)는 대략 2.7 A이며, 3개의 태양 전지 스트링(140a,140b,140c)이 병렬로 접속되는 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)에 흐르는 전류는, 약 8.1A(=2.7A×3)의 전류일 수 있다. 또한, 3개의 태양 전지 스트링(140d,140e,140f)이 병렬로 접속되는 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)에 흐르는 전류는, 약 8.1A(=2.7A×3)의 전류일 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전류(Isc)는, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 8.1A의 전류일 수 있다
한편, 10개의 태양 전지가 직렬 접속되는 각 태양 전지 스트링 양단에 걸리는 전압은, 약 18V(=1.8V×10)이며, 3개의 태양 전지 스트링(140a,140b,140c)이 병렬로 접속되는 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)에 흐르는 전압은, 약 18V의 전압일 수 있다. 또한, 3개의 태양 전지 스트링(140d,140e,140f)이 병렬로 접속되는 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)에 흐르는 전압은, 약 18V의 전압일 수 있다. 이에 따라, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전압(Voc)은, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 36V(=18V×2)의 전압일 수 있다.
다음, 태양 전지(100)의 구조는, 도 11과 같이 두 개의 서브셀(S1~S2)로 구성된 것을 가정한다.
각 태양 전지 스트링에 흐르는 전류(Ia)는 대략 4A이다. 이에 따라, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1) 및 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)에 각각 흐르는 전류는, 약 12A(=4A×3)의 전류일 수 있다. 결국, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전류(Isc)는, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 12A의 전류일 수 있다
한편, 10개의 태양 전지가 직렬 접속되는 각 태양 전지 스트링 양단에 걸리는 전압은, 약 12V(=1.2V×10)이다. 이에 따라, 각 태양 전지 스트링 그룹(140G1~140G2)의 양단에 걸리는 전압은 약 12V(=1.2V×10)이다. 결국, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전압(Voc)은, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 24V(=12V×2)의 전압일 수 있다.
다음, 이때, 태양 전지(100)의 구조는, 도 12와 같이 한 개의 셀(S)로 구성된 것을 가정한다.
각 태양 전지 스트링에 흐르는 전류(Ia)는 대략 8A이다. 이에 따라, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1) 및 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)에 각각 흐르는 전류는, 약 24A(=8A×3)의 전류일 수 있다. 결국, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전류(Isc)는, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 24A의 전류일 수 있다
한편, 10개의 태양 전지가 직렬 접속되는 각 태양 전지 스트링 양단에 걸리는 전압은, 약 6V(=0.6V×10)이다. 이에 따라, 각 태양 전지 스트링 그룹(140G1~140G2)의 양단에 걸리는 전압은 약 6V(=0.6V×10)이다. 결국, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전압(Voc)은, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2)이 직렬로 접속되므로, 약 12V(=6V×2)의 전압일 수 있다.
살펴보면, 도 1과 같은 구조에서, 서브셀의 개수가 증가할수록, 각 태양 전지 스트링에 흐르는 전류(Ia)는 작아지는 것을 알 수 있다. 그리고, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 출력 전류(Isc) 또한 작아지는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 상술한 수학식 1 및 2에 따라, 전력 손실(PL)이 작아지게 되며, 이에 따라, 태양 전지 모듈(100)에서 출력되는 실제 전력(PT)이 커지게 됨을 알 수 있다.
도 13은 도 8 및 도 9의 태양전지 모듈에서 음영 발생시의 전력 손실을 비교한 도면이다.
도면을 참조하면, 음영이 없이, 태양광이 태양 전지에 입사되는 것을 1 sun 이라하고, 이중 1개의 태양 전지(130)에, 음영이 20% 발생하는 경우를 0.8 sun 이라 하고, 음영이 40% 발생하는 경우를 0.6 sun 이라 하고, 음영이 60% 발생하는 경우를 0.4 sun 이라 하고, 음영이 80% 발생하는 경우를 0.2 sun 이라 한다.
이에 따라, 도 6의 태양 전지 모듈과 도 1의 태양 전지 모듈(도 10의 3 서브셀 구조, 도 11의 2 서브셀 구조)에서의 전력 손실을 테스트하면, 도면과 같다.
도 6의 태양 전지 모듈(600)은, 모든 태양 전지(630)가 직렬 연결되므로, 1개의 태양 전지(630)에, 음영이 20%(=0.8sun), 40%(=0.6sun), 60%(=0.4sun), 80%(=0.2sun) 발생하는 경우, 태양 전지 모듈(100)의 전체 전력 손실이, 각각 20%, 40%, 60%, 80% 발생하게 된다.
한편, 도 1의 태양 전지 모듈 구조에서, 도 10과 같이 3개의 서브셀을 갖는 경우, 또는 도 11과 같이 2개의 서브셀을 갖는 경우는, 도 8 및 도 9의 설명에서 상술한 바와 같이, 복수의 태양 전지 스트링이 서로 병렬로 연결되므로, 태양 전지 모듈 중 일부 태양 전지에서만 전력 손실이 발생한다. 또한, 서브셀을 구비하므로, 배선 저항 등의 전력 손실이 작아져, 실제 공급 전력이 높아지게 된다.
이에 따라, 도면과 같이, 도 1의 태양 전지 모듈(100) 구조에서, 1개의 태양 전지(130)에, 음영이 20%(=0.8sun) 발생하는 경우, 전력 손실은 30% 이하로 발생하게 된다. 그 외, 음영이, 40%, 60%, 80% 발생하는 경우, 전력 손실은 25% 내지 10% 등으로 발생하게 된다.
한편, 도면에서는, 도 10과 같이 3개의 서브셀을 갖는 경우의 전력 손실이, 도 11과 같이 2개의 서브셀을 갖는 경우의 전력 손실 보다 더 적은 것을 알 수 있다. 이는 수학식 1 및 수학식 2 등에서 상술한 바와 같이, 서브셀의 개수가 증가할수록, 태양 전지(130)에서 출력되는 전류값이 작아져, 전력 손실(PL)이 더 작아지기 때문이다.
도 14는 도 1의 태양전지 모듈에 전기적으로 접속되는 정션박스의 내부 회로도의 일예이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스(115)는, 커패시터부(1420), dc/dc 컨버터(1430), 및 제어부(1450)를 포함할 수 있다.
정션박스(115)는, 교류 전원을 출력하게 된다. 이러한 정션 박스(115)는, 마이크로 인버터(micro inverter)라 명명될 수 있다.
커패시터부(1420)는, 태양전지 모듈(100)에서 공급되는 직류 전원을 저장한다. 구체적으로, 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)에 각각 대응하는 a 노드, b 노드로부터 공급되는 직류 전원을 저장한다.
본 발명의 실시예에 따라 도 1의 태양 전지 모듈이 사용되는 경우, 도 7 또는 도 9와 같은 바이패스 다이오드가 사용되지 않을 수 있다. 즉, 정션 박스(115)는, 바이패스 다이오드를 구비하지 않을 수 있다. 이에 따라, 태양전지 모듈(100)에 구비되는 제1 내지 제2 도전성 라인(135a,135b)으로부터의 출력 전원이, 바로 커패시터부(1420)에 저장되는 것이 가능하다.
도면에서는, 3개의 커패시터(Ca,Cb,Cc)가 병렬 접속되는 것을 예시하나, 직렬 접속되거나, 직병렬 혼합 접속되는 것도 가능하다.
dc/dc 컨버터(1430)는, 커패시터부(1420)에 저장된 직류 전원을 이용하여, 레벨 변환을 수행한다. 도면에서는, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 및 변압기(T)의 권선비를 이용한, 플라이 백 컨버터(flyback converter)를 예시한다. 이에 의해, dc 레벨의 승압이 수행될 수 있다. 한편, 스위칭 소자(S1)의 턴 온 타이밍 제어를 위한, 컨버터 제어부(미도시)가 더 구비될 수 있다.
한편, dc/dc 컨버터(1430)는, 도면의 플라이백 컨버터외에, 부스트 컨버터(boost converter), 벅 컨버터(buck converter), 포워드 컨버터(forward converter) 등이 가능하며, 이들의 조합(예를 들어, Cascaded Buck-Boost Converter 등)도 가능하다.
한편, 입력 전류 감지부(A)는, dc/dc 컨버터(1420)로 공급되는 전류(ic1)을 감지하며, 입력 전압 감지부(B)는, dc/dc 컨버터(1420)로 입력되는, 즉 커패시터부(1420)에 저장된 전압(vc1)을 감지한다. 감지된 전류(ic1)와 전압(vc1)은, 제어부(1450)에 입력된다.
또한, 출력 전류 감지부(C)는, dc/dc 컨버터(1420)에서 출력되는 전류(ic2)을 감지하며, 출력 전압 감지부(D)는, dc/dc 컨버터(1420)에서 출력되는 전압(vc2)을 감지한다. 감지된 전류(ic2)와 전압(vc2)은, 제어부(1450)에 입력된다.
한편, 제어부(1450)는, 감지된 입력 전원(ic1 또는 vc1)을 이용하여, 입력 전력을 연산할 수 있다. 입력 전원(ic1 또는 vc1)이 직류이므로, 입력 전류와 입력 전압을 승산하여 입력 전력을 연산할 수 있다.
또한, 제어부(1450)는, 감지된 입력 전원(ic2 또는 vc2)을 이용하여, 입력 전력을 연산할 수 있다. 입력 전원(ic2 또는 vc2)이 직류이므로, 입력 전류와 입력 전압을 승산하여 입력 전력을 연산할 수 있다.
한편, 제어부(1450)는, 다른 모듈(미도시)의 출력 전원 정보(Sin)를 입력받을 수 있다. 또한, 해당 모듈의 출력 전원 정보(Sout)를 다른 모듈로 출력할 수 있다.
제어부(1450)는, 다른 모듈의 출력 전원을 고려하여, 해당 모듈의 출력 전원, 구체적으로는 출력 전력을 제어할 수 있다. 즉, 다른 모듈의 출력 전원을 고려하여, 파워 옵티마이징을 수행할 수 있다.
한편, 도면과 달리, a 노드와 b 노드 사이에, 1개의 바이패스 다이오드가 사용되는 것도 가능하다. 즉, 제1 태양 전지 스트링 그룹(140G1)과 제2 태양 전지 스트링 그룹(140G2) 사이의 역방향 바이어스 전압을 바이패스하기 위한 바이패스 다이오드가 사용되는 것도 가능하다. 즉, 정션 박스(115)는, 커패시터부(1420) 전단에, 바이패스 다이오드를 더 구비할 수도 있다.
한편, 도 1과 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 태양 전지 모듈 구조에 따르면, 바이패스 다이오드를 생략하거나, 그 개수를 줄일 수 있어, 태양 전지 모듈과 정션 박스를 포함하는 태양광 모듈(70) 제조시, 그 제조 비용이 저감될 수 있게 된다.
도 15는 도 1의 태양전지 모듈에 전기적으로 접속되는 정션박스의 내부 회로도의 다른예이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정션 박스(115)는, 도 14와 유사하나, dc/dc 컨버터(1530) 이후에, 인버터(1540)를 더 구비하는 것에 그 차이가 있다.
인버터(1540)는, 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환한다. 도면에서는, 풀 브릿지 인버터(full-bridge inverter)를 예시한다. 즉, 각각 서로 직렬 연결되는 상암 스위칭 소자(Sa,Sb) 및 하암 스위칭 소자(S'a,S'b)가 한 쌍이 되며, 총 두 쌍의 상,하암 스위칭 소자가 서로 병렬(Sa&S'a,Sb&S'b)로 연결된다. 각 스위칭 소자(Sa,S'a,Sb,S'b)에는 다이오드가 역병렬로 연결된다.
인버터(1540) 내의 스위칭 소자들은, 인버터 제어부(미도시)로부터의 인버터 스위칭 제어신호에 기초하여, 턴 온/오프 동작을 하게 된다. 이에 의해, 소정 주파수를 갖는 교류 전원이 출력되게 된다. 바람직하게는, 그리드(grid)의 교류 주파수와 동일한 주파수(대략 60Hz)를 갖는 것이 바람직하다.
한편, dc/dc 컨버터(1530)와 인버터(1540) 사이에, 레벨 변환된 dc 전원을 저장하기 위한 커패시터부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 커패시터부(미도시)는, 상술한 커패시터부(1520)와 유사하게, 복수의 커패시터를 구비할 수 있다.
한편, 제어부(1550)는, 도 14의 제어부(1450)와 동일하게, 상술한 바에 따른 파워 옵티마이징 제어를 수행할 수 있다.
한편, 도 14에서 상술한 바와 같이, 도 15의 정션 박스는, 바이패스 다이오드를 구비하지 않거나, 1개의 바이패스 다이오드를 구비하는 것이 가능하다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도면을 참조하면, 도 16의 태양 전지 모듈(200)은, 도 1의 태양 전지 모듈(100)과 달리, 제1 내지 제2 태양전지 스트링(240a,240b)이, 제1 상부 스트링 리본(245a)과 제1 하부 스트링 리본(245b)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
또한, 태양전지 모듈(100) 내의 제3 내지 제4 태양전지 스트링(240c,240d)가, 제2 상부 스트링 리본(245c)과 제2 하부 스트링 리본(245d)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
또한, 태양전지 모듈(100) 내의 제5 내지 제6 태양전지 스트링(240e,240f)가, 제3 상부 스트링 리본(245e)과 제3 하부 스트링 리본(245f)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
이에 의해, 각각 복수의 태양 전지 스트링이 병렬 접속되는 제1 태양 전지 스트링 그룹(240G1), 제2 태양 전지 스트링 그룹(240G2), 및 제3 태양 전지 스트링 그룹(240G3)이 형성될 수 있다.
그리고, 각 태양 전지 스트링 그룹(240G1,240G2,240G3)은, 그룹 리본(247a,247b)에 의해 전기적으로 직렬 접속될 수 있다. 구체적으로, 제1 하부 스트링 리본(245b)과 제2 상부 스트링 리본(245c)이, 제1 그룹 리본(247a)에 의해,전기적으로 직렬 접속되며, 제2 하부 스트링 리본(245d)과 제3 하부 스트링 리본(245f)이, 제2 그룹 리본(247b)에 의해, 전기적으로 직렬 접속될 수 있다. 이때, 제1 그룹 리본(247a)의 길이가 제2 그룹 리본(247b)의 길이 보다 더 길 수 있다.
한편, 제1 상부 스트링 리본(245a) 및 제3 상부 스트링 리본(245e)은, 각각 제1 내지 제2 도전성 라인(235a,235b)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제2 도전성 라인(235a,235b)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(115) 내의 커패시터부(도 14의 1420 등)와 접속된다.
도 16과 같은, 구조에 의하면, 태양 전지 스트링이 2개씩 병렬로 접속되므로, 일부 태양 전지에서 음영이 발생하더라도, 해당 음영이 발생한 태양 전지 스트링에서만 전력 손실이 발생하므로, 전체적인 태양 전지 모듈의 전력 손실은 도 6에 비해 감소하게 된다.
한편, 도 1 내지 도 16에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른, 태양 전지 모듈에서, 태양 전지 내의 서브셀의 개수와 태양 전지 스트링 그룹의 개수는 반비례하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 서브셀의 개수가 3개인 경우, 스트링 그룹은 2개로 설정할 수 있으며, 서브셀의 개수가 2개인 경우, 스트링 그룹은 3개로 설정할 수 있다. 이에 의해, 출력 전력은 그대로 유지하면서, 음영 발생시의 전력 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈의 정면도이다.
도면을 참조하면, 도 16의 태양 전지 모듈(300)은, 도 1의 태양 전지 모듈(100)과 달리, 제1 내지 제2 태양전지 스트링(340a,340b)이, 제1 상부 스트링 리본(345a)과 제1 하부 스트링 리본(345b)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
또한, 태양전지 모듈(100) 내의 제3 내지 제4 태양전지 스트링(340c,340d)은 , 다른 태양 전지 스트링과 병렬 접속되지 않는 것을 예시한다. 이에 의해, 제3 내지 제4 태양전지 스트링(340c,340d)은, 각각 별도의 태양전지 스트링 그룹을 형성한다.
또한, 태양전지 모듈(100) 내의 제5 내지 제6 태양전지 스트링(340e,340f)가, 제2 상부 스트링 리본(345c)과 제2 하부 스트링 리본(345d)에 의해, 전기적으로 병렬 접속되는 것을 예시한다.
이에 의해, 복수의 태양 전지 스트링이 병렬 접속되는 제1 태양 전지 스트링 그룹(340G1)과 제4 태양 전지 스트링 그룹(340G4)이 형성된다. 또한, 하나의 태양 전지 스트링을 구비하는 제2 태양 전지 스트링 그룹(340G2), 및 제3 태양 전지 스트링 그룹(340G3)이 형성될 수 있다.
그리고, 각 태양 전지 스트링 그룹(340G1,340G2,340G3,340G4)은, 그룹 리본(347a,347b,347c)에 의해 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.
구체적으로, 제1 하부 스트링 리본(345b)과 제3 태양전지 스트링(340c)의 하부가 제1 그룹 리본(347a)에 의해,전기적으로 직렬 접속되며, 제3 태양전지 스트링(340c)의 상부와 제4 태양전지 스트링(340d)의 상부가 제2 그룹 리본(347b)에 의해,전기적으로 직렬 접속되며, 제4 태양전지 스트링(340d)의 하부와 제2 하부 스트링 리본(345d)이, 제3 그룹 리본(347c)에 의해, 전기적으로 직렬 접속될 수 있다.
한편, 제1 상부 스트링 리본(345a) 및 제2 상부 스트링 리본(345c)은, 각각 제1 내지 제2 도전성 라인(335a,335b)에 전기적으로 접속되며, 제1 내지 제2 도전성 라인(335a,335b)은, 태양전지 모듈(100)의 배면에 배치되는 정션 박스(115) 내의 커패시터부(도 14의 1420 등)와 접속된다.
도 17과 같은, 구조에 의하면, 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹이, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹 주변에 배치됨으로써, 음영 발생 가능성이 높은, 태양 전지 모듈의 외곽부에서의 출력 전력 저하를 방지할 수 있게 된다. 특히, 태양 전지 모듈의 외곽부에, 태양 전지 스트링이 2개씩 병렬로 접속되므로, 일부 태양 전지에서 음영이 발생하더라도, 해당 음영이 발생한 태양 전지 스트링에서만 전력 손실이 발생하므로, 전체적인 태양 전지 모듈의 전력 손실은 도 6에 비해 감소하게 된다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈 및 이를 포함하는 태양광 모듈은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (19)

  1. 복수의 태양 전지;
    태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본; 및
    복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링이 전기적으로 병렬 접속되는 태양 전지 스트링 그룹을 전기적으로 서로 직렬 접속시키는 제1 그룹 리본;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링 그룹 중
    서로 인접하는, 제1 태양 전지 스트링 그룹 내의 전지 리본의 접속 방향과, 상기 제2 태양 전지 스트링 그룹 내의 전지 리본의 접속 방향이, 서로 반대인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지는 복수의 서브셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서브셀의 개수가 증가할수록, 상기 태양 전지에서 출력되는 전류가 감소하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 서브셀의 개수와 상기 태양 전지 스트링 그룹의 개수는 반비례하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 서브셀 각각은,
    제1 도전성 타입의 실리콘 기판;
    상기 기판과 반대의 극성을 갖는 제2 도전성 타입의 에미터;
    상기 에미터에 전기적으로 접속되는 제1 전극;
    상기 기판과 전기적으로 접속되는 제2 전극;을 구비하며,
    인접하는 제1 서브셀의 제1 전극과, 제2 서브셀의 제2 전극은, 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양전지의 하면과 상면에 형성되는 제1 밀봉재와 제2 밀봉재;
    상기 제1 밀봉재의 하면에 형성되는 후면 기판; 및
    상기 제2 밀봉재의 상면에 형성되는 전면 기판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹과, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹을 전기적으로 서로 직렬 접속시키는 제2 그룹 리본;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹이, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  11. 복수의 태양 전지와, 태양 전지 스트링을 형성하도록, 인접하는 태양 전지를 전기적으로 직렬 접속시키는 전지 리본과, 복수의 태양 전지 스트링을 전기적으로 병렬 접속시키는 스트링 리본을 구비하는 태양전지 모듈; 및
    상기 태양전지 모듈의 일면에 부착되며, 상기 태양전지 모듈에서 공급되는 상기 직류 전원을 저장하는 커패시터부와, 상기 저장된 직류 전원을 레벨 변환하여 출력하는 dc/dc 컨버터부를 구비하는 정션 박스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은,
    상기 복수의 태양 전지 스트링이 전기적으로 병렬 접속되는 태양 전지 스트링 그룹을 전기적으로 서로 직렬 접속시키는 제1 그룹 리본을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링 그룹 중
    서로 인접하는, 제1 태양 전지 스트링 그룹 내의 전지 리본의 접속 방향과, 상기 제2 태양 전지 스트링 그룹 내의 전지 리본의 접속 방향이, 서로 반대인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 태양 전지는 복수의 서브셀을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 서브셀 각각은,
    제1 도전성 타입의 실리콘 기판;
    상기 기판과 반대의 극성을 갖는 제2 도전성 타입의 에미터;
    상기 에미터에 전기적으로 접속되는 제1 전극;
    상기 기판과 전기적으로 접속되는 제2 전극;을 구비하며,
    인접하는 제1 서브셀의 제1 전극과, 제2 서브셀의 제2 전극은, 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 정션 박스는,
    상기 레벨 변환된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 인버터부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은,
    상기 제1 그룹 리본과 상기 정션 박스를 전기적으로 접속시키는 도전성 라인;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹과, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹을 전기적으로 서로 직렬 접속시키는 제2 그룹 리본;을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 태양 전지 스트링을 포함하는 제1 태양 전지 스트링 그룹이, 하나의 태양 전지 스트링을 포함하는 제2 태양 전지 스트링 그룹 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.

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