KR20130078916A - 양면 수광형 태양전지 모듈 - Google Patents

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이영식
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Abstract

본 발명의 양면 수광형 태양전지 모듈은 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 태양전지 패널; 및 각 스트링의 단부 쪽에 위치하는 태양전지의 인터커넥터를 단자함에 전기적으로 연결하는 복수의 리드선(lead wire)을 포함하며, 복수의 스트링 중 적어도 하나는 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하고, 상기 적어도 하나를 제외한 나머지 스트링은 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함한다.

Description

양면 수광형 태양전지 모듈{BIFACIAL SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 양면 수광형 태양전지 모듈에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로서 널리 이용되고 있다. 그리고 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다.
태양광에 의해 발전하는 태양전지를 복수개 구비하는 태양전지 모듈은 외부 충격 및 습기 등의 외부 환경으로부터 상기 태양전지를 보호하기 위해 태양전지의 상부 및 하부에 배치되는 보호 부재를 포함한다.
통상의 태양전지 모듈은 하부 보호 부재로 불투명 재질의 시트를 사용하고 있으나, 최근에는 상기 하부 보호 부재로 광 투과성의 기판을 사용하여 채광성을 확보하고, 양면 수광형 태양전지를 사용하여 태양전지의 전면 및 후면에 입사되는 광을 활용하는 기술이 개발되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발전 성능이 향상된 양면 수광형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈은 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 태양전지 패널; 및 각 스트링의 단부 쪽에 위치하는 태양전지의 인터커넥터를 단자함에 전기적으로 연결하는 복수의 리드선(lead wire)을 포함하며, 복수의 스트링 중 적어도 하나는 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하고, 상기 적어도 하나를 제외한 나머지 스트링은 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함한다.
여기에서, n은 1 이상의 양의 정수(n=1, 2, 3, 4, 5, …)를 말한다.
n개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 스트링과 이웃하며 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 스트링의 첫 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지는 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 상기 스트링의 두 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지와 상기 리드선에 의해 직접 연결된다.
(n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 상기 나머지 스트링은 태양전지 패널의 모서리 쪽에 각각 위치하는 한 쌍의 외부 스트링(outer string)을 포함하며, n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 상기 적어도 하나의 스트링은 외부 스트링들 사이에 위치하는 내부 스트링 중 하나이다.
외부 스트링들 사이에는 제1 내부 스트링 내지 제4 내부 스트링이 위치할 수 있다.
이때, 제2 내부 스트링 및 제3 내부 스트링은 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하고, 한 쌍의 외부 스트링, 제1 내부 스트링 및 제4 내부 스트링은 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함할 수 있다.
이 경우, 제2 내부 스트링 및 제3 내부 스트링의 첫 번째 행에는 양면 수광형 태양전지가 위치하지 않으며, 제2 내부 스트링 및 상기 제3 내부 스트링의 첫 번째 행에 대응하는 위치의 태양전지 패널의 후면에는 단자함이 위치할 수 있다.
한 쌍의 외부 스트링을 단자함에 각각 연결하는 한 쌍의 외부 리드선은 해당 스트링의 인터커넥터에 접속되는 인터커넥터 접속부 및 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함할 수 있다.
이때, 외부 리드선의 단자함 접속부 및 인터커넥터 접속부는 서로 교차하는 방향으로 배열된다.
그리고 제1 내부 스트링 및 제2 내부 스트링을 단자함에 연결하는 제1 내부 리드선은 제1 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제1 인터커넥터 접속부와, 제1 인터커넥터 접속부와 이격되어 위치하며 제2 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제2 인터커넥터 접속부와, 제1 인터커넥터 접속부 및 제2 인터커넥터 접속부를 연결하는 연결부 및 제2 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함할 수 있다.
이때, 제1 인터커넥터 접속부와 제2 인터커넥터 접속부는 서로 동일한 방향으로 배열되고, 연결부 및 단자함 접속부는 제1 인터커넥터 접속부 및 제2 인터커넥터 접속부와 서로 교차하는 방향으로 배열된다.
그리고 제3 내부 스트링 및 제4 내부 스트링을 단자함에 연결하는 제2 내부 리드선은 제4 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제3 인터커넥터 접속부와, 제3 인터커넥터 접속부와 이격되어 위치하며 제3 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제4 인터커넥터 접속부와, 제3 인터커넥터 접속부 및 제4 인터커넥터 접속부를 연결하는 연결부 및 제4 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함할 수 있다.
이때, 제3 인터커넥터 접속부와 제4 인터커넥터 접속부는 서로 동일한 방향으로 배열되고, 연결부 및 단자함 접속부는 제3 인터커넥터 접속부 및 제4 인터커넥터 접속부와 교차하는 방향으로 배열된다.
제1 내부 리드선의 단자함 접속부와 제2 내부 리드선의 단자함 접속부는 외부 리드선의 단자함 접속부 사이에 위치할 수 있으며, 한 쌍의 외부 리드선의 단자함 접속부는 제1 내부 리드선의 연결부와 단자함 접속부 사이 및 제2 내부 리드선의 연결부와 단자함 접속부 사이에 각각 위치한다.
양면 수광형 태양전지는 기판의 서로 다른 면에 위치하며 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동일한 구조로 형성된다.
이러한 특징에 따르면, 단자함이 위치하는 영역에는 양면 수광형 태양전지가 위치하지 않으므로, 단자함으로 인해 발생한 차광(shading) 현상으로 인해 태양전지 모듈의 발전 성능이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 주요부 후면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지의 주요부 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 후면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 패널의 일부 분해 사시도이다.
그리고 도 3은 도 1에 도시한 태양전지 패널의 주요부 후면도이고, 도 4는 도 1에 도시한 양면 수광형 태양전지의 주요부 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈(100)은 태양전지 패널(200)을 포함한다.
태양전지 패널(200)은 복수의 양면 수광형 태양전지(210)들, 열방향으로 인접한 양면 수광형 태양전지(210)들을 전기적으로 연결하는 인터커넥터(220), 양면 수광형 태양전지(210)들을 보호하는 보호막(EVA: Ethylene Vinyl Acetate)(230), 양면 수광형 태양전지(210)들의 전면(front surface) 쪽으로 보호막(230) 위에 배치되는 광 투과성 전면 기판(240), 및 양면 수광형 태양전지(210)들의 후면(back surface) 쪽으로 보호막(230)의 후면에 배치되는 광 투과성 후면 기판(250)을 포함한다.
그리고 양면 수광형 태양전지 모듈(100)은 라미네이션 공정에 의해 일체화 된 상기 부품들을 수납하는 프레임(300) 및 양면 수광형 태양전지(210)들에서 생산된 전력을 수집하는 단자함(junction box)(400)을 포함한다.
광 투과성 전면 기판(240) 및 광 투과성 후면 기판(250)은 양면 수광형 태양전지 모듈(100)의 외부에서 습기가 침투하는 것을 방지하여 양면 수광형 태양전지(210)를 외부 환경으로부터 보호한다.
이러한 광 투과성 전면 기판(240) 및 광 투과성 후면 기판(250)은 투과율이 높고 파손 방지 기능이 우수한 강화 유리 등으로 이루어져 있다. 이때, 강화 유리는 철 성분 함량이 낮은 저 철분 강화 유리(low iron tempered glass)일 수 있다.
이러한 광 투과성 전면 기판(240) 및 광 투과성 후면 기판(250)은 빛의 산란 효과를 높이기 위해서 내측면이 엠보싱(embossing) 처리될 수 있다.
광 투과성 전면 기판(240) 및 광 투과성 후면 기판(250)은 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 여기에서, 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Poly Ethylene Terephthlate, PET)가 사용될 수 있다.
보호막(230)은 양면 수광형 태양전지(210)들의 전면 및 후면에 각각 배치된 상태에서 라미네이션 공정에 의해 양면 수광형 태양전지(210)들과 일체화 되는 것으로, 습기 침투로 인한 부식을 방지하고 양면 수광형 태양전지(210)를 충격으로부터 보호한다.
이러한 보호막(230)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA, ethylene vinyl acetate) 또는 실리콘 수지(silicone resin)으로 이루어질 수 있다.
본 실시예의 태양전지 패널(200)에 구비된 양면 수광형 태양전지(210)는 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(211), 기판(211)의 한쪽 면, 예를 들면 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(212), 에미터부(212)의 위에 위치하는 제1 반사방지막(213), 제1 반사방지막(213)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(212) 위에 위치한 제1 전극(214), 기판(211)의 후면(back surface)에 위치하는 후면 전계(back surface field, BSF)부(215), 후면 전계부(215)의 후면에 위치하는 제2 반사방지막(216), 제2 반사방지막(216)이 위치하지 않는 영역의 후면 전계부(215)의 후면에 위치하는 제2 전극(217)을 포함한다.
기판(211)은 제1 도전성 타입, 예를 들어 n형 도전성 타입의 실리콘 웨이퍼로 이루어진다. 이때, 실리콘은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 기판 또는 비정질 실리콘일 수 있다.
기판(211)이 n형의 도전성 타입을 가지므로, 기판(211)은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 함유한다.
이와는 달리, 기판(211)은 p형 도전성 타입일 수 있고, 실리콘 이외의 다른 반도체 물질로 이루어질 수도 있다.
기판(211)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 기판(211)은 붕소(B), 갈륨, 인듐 등과 같은 3가 원소의 불순물을 함유할 수 있다.
이러한 기판(211)은 전면 및 후면 중 적어도 한 면이 텍스처링(texturing)된 텍스처링 표면(texturing surface)으로 형성된다.
기판(211)의 전면(front surface)에 위치하는 에미터부(212)는 기판(211)의 도전성 타입과 반대인 제2 도전성 타입, 예를 들어, p형의 도전성 타입을 갖는 불순물부로서, 기판(211)과 p-n 접합을 이룬다.
이러한 p-n 접합으로 인한 내부 전위차(built-in potential difference)에 의해, 기판(211)에 입사된 빛에 의해 생성된 전하인 전자-정공 쌍은 전자와 정공으로 분리되어 전자는 n형 쪽으로 이동하고 정공은 p형 쪽으로 이동한다.
따라서, 기판(211)이 n형이고 에미터부(212)가 p형일 경우, 분리된 전자는 기판(211)쪽으로 이동하고 분리된 정공은 에미터부(212)쪽으로 이동한다. 따라서, 기판(211)에서는 전자가 다수 캐리어가 되며, 에미터부(212)에서는 정공이 다수 캐리어가 된다.
에미터부(212)가 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(212)는 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등과 같은 3가 원소의 불순물을 기판(211)에 도핑하여 형성할 수 있다.
이와는 달리, 기판(211)이 p형의 도전성 타입을 가질 경우, 에미터부(212)는 n형의 도전성 타입을 가진다. 이 경우, 분리된 정공은 기판(211)쪽으로 이동하고 분리된 전자는 에미터부(212)쪽으로 이동한다.
에미터부(212)가 n형의 도전성 타입을 가질 경우, 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb) 등과 같이 5가 원소의 불순물을 기판(211)에 도핑하여 형성할 수 있다.
에미터부(212) 위에 형성된 제1 반사방지막(213)은 금속 산화물(metal oxide) 계열의 물질, 예를 들어 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 산화 알루미늄막(AlOx) 및 이산화티탄막(TiO2) 중에서 선택된 적어도 하나의 막으로 형성된다.
제1 반사방지막(213)은 기판(211)의 전면(front surface)을 통해 입사되는 빛의 반사도를 줄이고 특정한 파장 영역의 선택성을 증가시키는 반사방지막으로 기능하며, 또한 패시베이션 막으로도 기능한다.
제1 반사방지막(213)이 위치하지 않는 영역의 에미터부(212) 위에는 제1 전극(214)이 형성된다.
제1 전극(214)은 복수의 핑거 전극(214a) 및 복수의 버스바 전극(214b)을 포함할 수 있다.
제1 전극(214)은 도금 공정을 이용하여 형성하거나, 페이스트를 인쇄 및 소성하는 것에 따라 형성할 수 있다.
제1 전극(214)을 도금 공정에 의해 형성하는 경우, 제1 반사 방지막(213)은 에미터부(212)의 일부를 노출하기 위한 복수의 콘택 라인을 포함할 수 있으며, 콘택 라인에 의해 노출된 에미터부(212)에 제1 전극(214)이 도금 공정에 의해 형성될 수 있다.
도금 공정에 의해 형성된 제1 전극(214)은 에미터부(212) 위에 순차적으로 형성되는 금속 시드층, 확산방지층 및 도전층을 포함할 수 있으며, 도전층은 구리층 및 주석층을 포함할 수 있다.
이와는 달리, 제1 전극(214)을 인쇄 공정에 의해 형성하는 경우, 제1 전극 형성용 페이스트를 인쇄한 후 소성하는 동안에 상기 페이스트에 포함된 식각 성분에 의해 제1 반사 방지막(213)이 제거되는 것에 따라 제1 전극(214)이 에미터부(212)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제1 전극(214)은 에미터부(212)쪽으로 이동한 전하, 예를 들면 정공을 수집한다.
기판(211)의 후면에 위치하는 제2 전극(217)은 기판(211)쪽으로 이동하는 전하, 예를 들어 전자를 수집하여 외부 장치로 출력한다.
본 실시예에서, 제2 전극(217)은 제1 전극(214)과 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 전극(217)은 제1 전극(214)의 핑거 전극(214a)에 대응하는 위치에 형성되는 핑거 전극(217a)과, 제1 전극(214)의 버스바 전극(214b)에 대응하는 위치에 형성되는 버스바 전극(217b)을 포함한다. 그리고 제2 전극(217)은 제1 전극(214)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.
제2 전극(217)이 전기적 및 물리적으로 연결되는 후면 전계부(215)는 기판(211)의 후면 전체에 위치하며, 기판(211)과 동일한 도전성 타입의 불순물이 기판(211)보다 고농도로 도핑된 영역, 예를 들면, n+ 영역으로 형성된다.
후면 전계부(215)는 기판(211)과의 불순물 농도 차이로 인해 전위 장벽을 형성함으로써 기판(211) 후면쪽으로의 정공 이동을 방해한다. 따라서 기판(211)의 표면 근처에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 것이 감소된다.
제2 전극(217)이 위치하지 않는 상기 후면 전계부(215)의 후면에는 제2 반사 방지막(216)이 위치하며, 제2 반사 방지막(216)은 제1 반사 방지막과 같이 실리콘 질화막(SiNx), 실리콘 산화막(SiOx), 산화 알루미늄막(AlOx) 및 이산화티탄막(TiO2) 중에서 선택된 적어도 하나의 막으로 형성된다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지에서, 태양전지로 조사된 빛이 에미터부(212) 및 후면 전계부(215)를 통해 기판(211)으로 입사되면, 기판(211)으로 입사된 빛 에너지에 의해 전자-정공 쌍이 발생한다.
이때, 기판(211)의 전면(front surface) 및/또는 후면(back surface)이 텍스처링 표면으로 형성되므로, 기판(211)의 전면(front surface) 및 후면(back surface)에서의 빛 반사도가 감소하고, 텍스처링 표면에서 입사와 반사 동작이 행해져 태양전지 내부에 빛이 갇히게 되므로, 빛의 흡수율이 증가되어 양면 수광형 태양전지의 효율이 향상된다.
이에 더하여, 제1 반사 방지막(213) 및 제2 반사 방지막(216)에 의해 기판(211)으로 입사되는 빛의 반사 손실이 줄어들어 기판(211)으로 입사되는 빛의 양은 더욱 증가한다.
이들 전자-정공 쌍은 기판(211)과 에미터부(212)의 p-n접합에 의해 서로 분리되며, 전자는 n형의 도전성 타입을 갖는 기판(211)쪽으로 이동하고, 정공은 p형의 도전성 타입을 갖는 에미터부(212)쪽으로 이동한다.
이처럼, 기판(211)쪽으로 이동한 전자는 후면 전계부(215)를 통해 제2 전극(217)으로 이동하고, 에미터부(212) 쪽으로 이동한 정공은 제1 전극(214)으로 이동한다.
따라서, 어느 한 태양전지의 제1 전극(214)과 인접한 태양전지의 제2 전극(217)을 인터커넥터(220) 등의 도선으로 연결하면 전류가 흐르게 되고, 이를 외부에서 전력으로 이용하게 된다.
이하, 태양전지 패널의 전기적 연결 구조에 대해 도 2 및 도 3을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 3은 양면 수광형 태양전지(210) 간의 간격을 확대하여 도시하고 있지만, 실질적으로 양면 수광형 태양전지(210)들은 도 1에 도시한 바와 같이 인접한 태양전지들 간에 소정의 간격, 예컨대 대략 3㎜ 이내의 좁은 간격을 두고 배치된다.
태양전지 패널(200)에 구비된 복수의 양면 수광형 태양전지(210)는 복수의 스트링(string) 형태로 배열된다. 여기에서, 스트링은 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지들을 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 것을 말한다.
따라서, 도 1 및 도 3에 도시한 양면 수광형 태양전지 모듈(200)은 6개의 스트링, 예컨대 제1 스트링 내지 제6 스트링(S1, S2, S3, S4, S5, S6)을 갖는다.
이하에서는 설명의 편의상 태양전지 패널(200)의 모서리 쪽에 각각 위치하는 제1 스트링(S1) 및 제6 스트링(S4)을 외부 스트링이라 하며, 외부 스트링들 사이에 위치하는 제2 스트링(S2), 제3 스트링(S3), 제4 스트링(S4) 및 제5 스트링(S5)을 각각 제1 내부 스트링, 제2 내부 스트링, 제3 내부 스트링 및 제4 내부 스트링이라 한다.
각각의 스트링(S1-S6)에 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지(210)들은 인터커넥터(220)에 의해 전기적으로 연결된다.
보다 구체적, 하나의 스트링, 예를 들어 제1 스트링(S1) 내에서 열방향으로 서로 인접 배치된 복수의 양면 수광형 태양전지(210)들 중 어느 한 태양전지의 제1 전극(214)의 버스바 전극(243)은 인접한 태양전지의 제2 전극(217)의 버스바 전극(273)과 인터커넥터(220)에 의해 전기적으로 연결된다.
그리고 도시하지는 않았지만, 제1 스트링(S1)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 제2 스트링(S2)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 전기적으로 연결되고, 제2 스트링(S2)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 제3 스트링(S3)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 전기적으로 연결되며, 제3 스트링(S3)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 제4 스트링(S4)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 전기적으로 연결된다.
이와 마찬가지로, 제4 스트링(S4)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 제5 스트링(S5)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 전기적으로 연결되고, 제5 스트링(S5)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 제6 스트링(S6)의 하부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 전기적으로 연결된다.
그리고, 제1 스트링(S1)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터와 제6 스트링(S6)의 상부 쪽에 위치한 양면 수광형 태양전지에 연결된 인터커넥터는 각각 단자함(400)에 연결된다.
따라서, 태양전지 패널(200)에 포함된 복수의 양면 수광형 태양전지(210)는 직렬로 연결된다.
이러한 구성의 양면 수광형 태양전지 모듈에 있어서, 단자함(400)은 통상적으로 태양전지 패널(200)의 후면에 위치한다. 따라서, 단자함으로 인해 차광(shading) 현상이 발생되어 단자함이 배치된 위치에 위치하는 양면 수광형 태양전지에서는 다른 곳에 설치된 양면 수광형 태양전지에 비해 출력이 저하하고, 이로 인해 태양전지 모듈의 발전량이 저하하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 패널의 크기를 증가시킴과 동시에 단자함의 위치를 패널 상부에 위치시켜 차광 현상을 억제하거나, 단자함의 크기를 축소하는 등의 방법을 사용하고 있다.
하지만, 단자함의 위치를 변경시키는 경우에는 패널 크기가 불필요하게 증가하는 문제점이 있고, 단자함의 크기를 축소하는 경우에는 차광 현상을 줄이는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 단자함(400)이 위치하는 영역에 양면 수광형 태양전지를 배치하지 않는 것을 특징으로 한다.
이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 본 실시예의 양면 수광형 태양전지 모듈은 한 쌍의 외부 스트링, 즉 제1 스트링(S1) 및 제6 스트링(S6)의 사이에 위치하는 제1 내부 스트링(S2) 내지 제4 내부 스트링(S5) 중 적어도 하나의 스트링이 나머지 스트링에 비해 적은 개수의 양면 수광형 태양전지(210)를 포함한다.
도 1 및 도 3은 제2 내부 스트링(S3)과 제3 내부 스트링(S4)이 n개의 양면 수광형 태양전지(210)를 포함하고, 한 쌍의 외부 스트링(S1, S6), 제1 내부 스트링(S2) 및 제4 내부 스트링(S5)이 제2 내부 스트링(S3) 및 제3 내부 스트링(S4)보다 1개 많은 개수, 즉 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지(210)를 포함하는 것을 도시하고 있다.
하지만, 단자함(400)의 크기에 따라, 제2 내부 스트링(S3) 및 제3 내부 스트링(S4) 중 하나의 스트링만 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 것도 가능하다.
이와는 달리, 단자함(400)은 한 쌍의 외부 스트링(S1, S6) 중 하나의 스트링 이 위치하는 영역에 배치될 수도 있으며, 이 경우 단자함(400)이 배치된 영역의 외부 스트링이 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 것도 가능하다.
제2 내부 스트링(S3) 및 제3 내부 스트링(S4)이 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함할 경우, 제2 내부 스트링(S3) 및 제3 내부 스트링(S4)은 첫 번째 행에 양면 수광형 태양전지가 위치하지 않으며, 제2 내부 스트링(S3) 및 제3 내부 스트링(S4)의 첫 번째 행에 대응하는 위치의 태양전지 패널(200)의 후면에는 단자함(400)이 위치한다.
따라서, 제1 내부 스트링(S2)의 첫 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지는 이웃하는 제2 내부 스트링(S3)의 두 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지와 리드선에 의해 연결되고, 제4 내부 스트링(S5)의 첫 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지는 이웃하는 제3 내부 스트링(S4)의 두 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지와 리드선에 의해 연결된다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 n개의 양면 수광형 태양전지를 구비한 스트링과 이웃하며 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 구비한 스트링은 첫 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지가 n개의 양면 수광형 태양전지를 구비한 스트링의 두 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지와 리드선에 의해 직접 연결된다.
이하에서는 설명의 편의를 위해, 제1 스트링(S1)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220a로 표시하고, 제2 스트링(S2)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220b로 표시하며, 제3 스트링(S3)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220c로 표시한다.
이와 마찬가지로, 제4 스트링(S4)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220d로 표시하고, 제5 스트링(S5)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220e로 표시하며, 제6 스트링(S6)에 포함된 양면 수광형 태양전지들을 연결하는 인터커넥터를 220f로 표시한다.
한 쌍의 외부 스트링(S1, S6)을 단자함(400)에 각각 연결하는 한 쌍의 외부 리드선(OL, Outer Lead)은 해당 스트링(S1, S6)의 인터커넥터(220a, 220f)에 각각 접속되는 인터커넥터 접속부(OL1) 및 각각의 인터커넥터 접속부(OL1)에 연결되는 단자함 접속부(OL2)를 각각 포함할 수 있다.
여기에서, 인터커넥터(220)에 접속되는 각 리드선의 인터커넥터 접속부는 "버스(바) 리본" 또는 "버스(바) 인터커넥터"라고도 한다.
이때, 외부 리드선(OL)의 인터커넥터 접속부(OL1) 및 단자함 접속부(OL2)는 서로 교차하는 방향으로 배열된다.
즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 외부 리드선(OL)의 인터커넥터 접속부(OL1)는 행방향으로 배열되고, 단자함 접속부(OL2)는 열방향으로 배열된다.
그리고 제1 내부 스트링(S2) 및 제2 내부 스트링(S3)을 단자함(400)에 연결하는 제1 내부 리드선(IL1)은 제1 내부 스트링(S2)의 인터커넥터(220b)에 접속되는 제1 인터커넥터 접속부(IL1-1)와, 제1 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 이격되어 위치하며 제2 내부 스트링(S3)의 인터커넥터(220c)에 접속되는 제2 인터커넥터 접속부(IL1-2)와, 제1 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 제2 인터커넥터 접속부(IL1-2)를 연결하는 연결부(IL1-3) 및 제2 인터커넥터 접속부(IL1-2)에 연결되는 단자함 접속부(IL1-4)를 포함한다.
이때, 제1 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 제2 인터커넥터 접속부(IL1-2)는 서로 동일한 방향, 예를 들면 행방향으로 배열되고, 연결부(IL1-3) 및 단자함 접속부(IL1-4)는 제1 인터커넥터 접속부(IL1-1) 및 제2 인터커넥터 접속부(IL1-2)와 서로 교차하는 방향, 예를 들면 열방향으로 배열된다.
이와 마찬가지로, 제3 내부 스트링(S4) 및 제4 내부 스트링(S5)을 단자함(400)에 연결하는 제2 내부 리드선(IL2)은 제4 내부 스트링(S5)의 인터커넥터(220e)에 접속되는 제3 인터커넥터 접속부(IL2-1)와, 제3 인터커넥터 접속부(IL2-1)와 이격되어 위치하며 제3 내부 스트링(S4)의 인터커넥터(220d)에 접속되는 제4 인터커넥터 접속부(IL2-2)와, 제3 인터커넥터 접속부(IL2-1)와 제4 인터커넥터 접속부(IL2-2)를 연결하는 연결부(IL2-3) 및 제4 인터커넥터 접속부(IL2-2)에 연결되는 단자함 접속부(IL2-4)를 포함한다.
이때, 제3 인터커넥터 접속부(IL2-1)와 제4 인터커넥터 접속부(IL2-2)는 서로 동일한 방향, 예컨대 행방향으로 배열되고, 연결부(IL2-3) 및 단자함 접속부(IL2-4)는 제3 인터커넥터 접속부(IL2-1) 및 제4 인터커넥터 접속부(IL2-2)와 교차하는 방향, 예컨대 열방향으로 배열된다.
이와 같이, 제2 내부 리드선(IL2)은 제1 내부 리드선(IL1)과 대칭하는 형상으로 형성된다.
따라서, 제1 내부 리드선(IL1)의 단자함 접속부(IL1-4)와 제2 내부 리드선(IL2)의 단자함 접속부(IL2-4)는 외부 리드선(OL)의 단자함 접속부(OL2) 사이에 위치할 수 있으며, 한 쌍의 외부 리드선(OL)의 단자함 접속부(OL2)는 제1 내부 리드선(IL1)의 연결부(IL1-3)와 단자함 접속부(IL1-4) 사이 및 제2 내부 리드선(IL2)의 연결부(IL2-3)와 단자함 접속부(IL2-4) 사이에 각각 위치한다.
한편, 한 쌍의 외부 리드선(OL)과 제1 내부 리드선(IL1) 및 제2 내부 리드선(IL2)은 각각 여러 개의 부분으로 분할 구성되거나, 하나의 몸체로 구성될 수 있다.
하기의 표 1은 통상(종래)의 양면 수광형 태양전지 모듈과 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈의 발전량(Kwh/Kwp)을 비교한 실험 데이터로서, 표 1의 실험을 실시함에 있어서 통상의 양면 수광형 태양전지 모듈은 제1 스트링 내지 제6 스트링 각각이 10개씩의 양면 수광형 태양전지를 구비한 것을 사용하였으며, 본 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 제2 내부 스트링과 제3 내부 스트링이 9개씩의 양면 수광형 태양전지를 구비하고, 나머지 스트링들은 각각 10개씩의 양면 수광형 태양전지를 구비한 것을 사용하였다.
7시 8시 9시 10시 11시
발전량
(Kwh/Kwp)
종래 2.5 2.6 2.8 3 3.4
본 발명 2.8 2.9 3.3 3.5 3.9
상기 표 1에서 알 수 있듯이, 본원 발명의 실시예에 따른 양면 수광형 태양전지 모듈은 통상(종래)의 것보다 2개의 양면 수광형 태양전지를 적게 사용함에도 불구하고 통상의 것에 비해 발전량이 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 태양전지 모듈의 제조 원가를 절감하면서도 발전량을 증가시킬 수 있는 효과를 갖는다.
그리고 도 3에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 외부 리드선(OL)과 제1 내부 리드선(IL1) 및 제2 내부 리드선(IL2)이 양면 수광형 태양전지와 중첩하지 않도록 배열하면, 리드선 간의 절연 및/또는 리드선과 태양전지 간의 절연을 위한 절연 필름을 배치할 필요가 없다.
따라서, 태양전지 모듈의 제조 원가를 더욱 절감할 수 있으며, 절연 필름 사용으로 인해 제조 공정수가 증가하는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 태양전지 패널의 후면으로 단자함이 부착되는 위치에 착색 필름 등을 부착한 후 단자함을 착색 필름에 부착하면, 양면 수광형 태양전지 모듈의 전방에서 단자함이 관측되는 것을 방지할 수 있으므로, 외관성을 향상시킬 수 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 후면도이다.
도시한 것처럼, 도 5 내지 도 7에 도시한 태양전지 패널은 외부 리드(OL)의 적어도 일부분이, 제1 내부 리드(IL1), 제2 내부 리드(IL2) 및 양면 수광형 태양전지(210) 중 적어도 하나의 일부분과 중첩하는 경우에 관한 것으로, 리드 간의 중첩 또는 리드와 양면 수광형 태양전지의 중첩으로 인한 전기적인 단락을 방지하기 위해 절연 필름(500)을 사용한 실시예에 대한 것이다.
먼저, 도 5의 실시예에 대해 설명하면, 본 실시예는 외부 리드(OL)가 계단형 구조로 형성되어 있다. 따라서, 외부 리드(OL)는 인터커넥터 접속부(0L1-1), 단자함 접속부(OL1-4), 그리고 인터커넥터 접속부(OL1-1)와 단자함 접속부(OL1-4)를 연결하는 연결부(OL1-2, OL1-3)를 포함한다.
그리고 제1 내부 리드(IL1)는 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 단자함 접속부(IL1-2)로 구성되며, 제2 내부 리드(IL2)는 인터커넥터 접속부(IL2-1)와 단자함 접속부(IL2-2)로 구성된다.
이때, 절연 필름(500)은 외부 리드(OL)와 양면 수광형 태양전지(210)의 사이 공간에 위치하며, 절연 필름(500)의 폭은 외부 리드(OL)의 연결부(OL1-2) 사이의 간격보다 크게 형성된다.
따라서, 외부 리드(OL)는 양면 수광형 태양전지(210), 제1 내부 리드(IL1) 및 제2 내부 리드(IL2)와 전기적으로 단락되지 않는다.
이와는 달리, 도 6에 도시한 것처럼, 외부 리드(OL)는 도 3에 도시한 것과 동일하게 형성되고, 제1 내부 리드(IL1) 및 제2 내부 리드(IL2)도 외부 리드(OL)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
즉, 제1 내부 리드(IL1)는 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 단자함 접속부(IL1-2)로 구성되고, 제2 내부 리드(IL-2)는 인터커넥터 접속부(IL2-1)와 단자함 접속부(IL2-2)로 구성된다.
이때, 제1 내부 리드(IL1)의 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 제2 내부 리드(IL2)의 인터커넥터 접속부(IL2-1)는 외부 리드(OL)의 인터커넥터 접속부(OL1)에 비해 양면 수광형 태양전지(210)에 가깝게 배열된다. 즉, 제1 내부 리드(IL1)의 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 제2 내부 리드(IL2)의 인터커넥터 접속부(IL2-1)는 외부 리드(OL)의 인터커넥터 접속부(OL1)는 2열 구조로 배열된다.
절연 필름(500)은 외부 리드(OL)와 제1 및 제2 내부 리드(IL1, IL2)의 사이에 위치하며, 절연 필름(500)의 폭은 외부 리드(OL)의 단자함 접속부(OL2) 사이의 간격보다 크게 형성된다.
그리고, 제1 내부 리드(IL1)의 단자함 접속부(IL1-2)와 제2 내부 리드(IL2)의 단자함 접속부(IL2-2)는 절연 필름(500)에 형성된 구멍을 통해 절연 필름(500)의 상면으로 노출된다.
따라서, 외부 리드(OL)는 제1 내부 리드(IL1) 및 제2 내부 리드(IL2)와 전기적으로 단락되지 않는다.
도 7은 도 6의 변형 실시예에 따른 태양전지 패널의 주요부 후면도를 도시한 것으로, 외부 리드(OL), 제1 내부 리드(IL1) 및 제2 내부 리드(IL2)는 전술한 도 6에 도시한 것들과 동일한 형상으로 형성된다.
하지만, 제1 내부 리드(IL1)의 인터커넥터 접속부(IL1-1)와 제2 내부 리드(IL2)의 인터커넥터 접속부(IL2-1)는 각각 외부 리드(OL)의 인터커넥터 접속부(OL1)와 동일한 열에 배열된다.
이때, 절연 필름(500)은 외부 리드(OL)와 양면 수광형 태양전지(210)의 사이 공간에 위치하며, 절연 필름(500)의 폭은 제1 내부 리드(IL1)의 인터커넥터 접속부(IL1-1)의 끝단과 제2 내부 리드(IL2)의 인터커넥터 접속부(IL2-1)의 끝단 사이의 간격보다 크게 형성된다.
여기에서, 인터커넥터 접속부(IL1-1)의 끝단은 제1 내부 스트링(S2)에 배열된 양면 수광형 태양전지를 연결하는 인터커넥터(220b)와 접속되는 부분일 수 있고, 인터커넥터 접속부(Il2-1)의 끝단은 제4 내부 스트링(S5)에 배열된 양면 수광형 태양전지를 연결하는 인터커넥터(220e)와 접속되는 부분일 수 있다.
그리고, 제1 내부 리드(IL1)의 단자함 접속부(IL1-2)와 제2 내부 리드(IL2)의 단자함 접속부(IL2-2)는 절연 필름(500)에 형성된 구멍을 통해 절연 필름(500)의 상면으로 노출된다.
따라서, 외부 리드(OL)는 양면 수광형 태양전지(210), 제1 내부 리드(IL1) 및 제2 내부 리드(IL2)와 전기적으로 단락되지 않는다.
그리고, 태양전지 모듈의 전면에서 단자함이 관측되는 것을 방지하기 위해, 절연 필름(500)은 양면 수광형 태양전지(210)의 기판과 동일한 색상으로 착색될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100: 양면 수광형 태양전지 모듈 200: 태양전지 패널
210: 양면 수광형 태양전지 220: 인터커넥터
230: 보호막 240: 광 투과성 전면 기판
250: 광 투과성 후면 기판 400: 단자함
500: 절연 필름 IL1: 제1 내부 리드선
IL2: 제2 내부 리드선 OL: 외부 리드선

Claims (17)

  1. 열방향으로 인접하여 배열된 복수의 양면 수광형 태양전지를 인터커넥터에 의해 전기적으로 연결하여 형성한 스트링(string)을 행방향으로 복수개 구비하는 태양전지 패널; 및
    각 스트링의 단부 쪽에 위치하는 태양전지의 인터커넥터를 단자함에 전기적으로 연결하는 복수의 리드선(lead wire)
    을 포함하며,
    상기 복수의 스트링 중 적어도 하나는 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하고, 상기 적어도 하나를 제외한 나머지 스트링은 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    n개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 스트링과 이웃하며 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 스트링의 첫 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지는 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함한 상기 스트링의 두 번째 행에 위치하는 양면 수광형 태양전지와 상기 리드선에 의해 직접 연결되는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에서,
    상기 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 상기 나머지 스트링은 상기 태양전지 패널의 모서리 쪽에 각각 위치하는 한 쌍의 외부 스트링(outer string)을 포함하며, 상기 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 상기 적어도 하나의 스트링은 상기 외부 스트링들 사이에 위치하는 내부 스트링 중 하나인 태양전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 외부 스트링들 사이에는 제1 내부 스트링 내지 제4 내부 스트링이 위치하는 태양전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 제2 내부 스트링 및 상기 제3 내부 스트링은 n개의 양면 수광형 태양전지를 포함하고, 상기 한 쌍의 외부 스트링, 제1 내부 스트링 및 제4 내부 스트링은 (n+1)개의 양면 수광형 태양전지를 포함하는 태양전지 모듈.
  6. 제5항에서,
    상기 제2 내부 스트링 및 상기 제3 내부 스트링의 첫 번째 행에는 상기 양면 수광형 태양전지가 위치하지 않는 태양전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 제2 내부 스트링 및 상기 제3 내부 스트링의 첫 번째 행에 대응하는 위치의 상기 태양전지 패널의 후면에는 상기 단자함이 위치하는 태양전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 한 쌍의 외부 스트링을 상기 단자함에 각각 연결하는 한 쌍의 외부 리드선은 해당 스트링의 인터커넥터에 접속되는 인터커넥터 접속부 및 상기 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함하는 태양전지 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 외부 리드선의 단자함 접속부 및 인터커넥터 접속부는 서로 교차하는 방향으로 배열되는 태양전지 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 제1 내부 스트링 및 상기 제2 내부 스트링을 상기 단자함에 연결하는 제1 내부 리드선은 상기 제1 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제1 인터커넥터 접속부와, 상기 제1 인터커넥터 접속부와 이격되어 위치하며 상기 제2 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제2 인터커넥터 접속부와, 상기 제1 인터커넥터 접속부 및 상기 제2 인터커넥터 접속부를 연결하는 연결부 및 상기 제2 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함하는 태양전지 모듈.
  11. 제10항에서,
    상기 제1 인터커넥터 접속부와 상기 제2 인터커넥터 접속부는 서로 동일한 방향으로 배열되고, 상기 연결부 및 상기 단자함 접속부는 상기 제1 인터커넥터 접속부 및 상기 제2 인터커넥터 접속부와 서로 교차하는 방향으로 배열되는 태양전지 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 제3 내부 스트링 및 상기 제4 내부 스트링을 상기 단자함에 연결하는 제2 내부 리드선은 상기 제4 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제3 인터커넥터 접속부와, 상기 제3 인터커넥터 접속부와 이격되어 위치하며 상기 제3 내부 스트링의 인터커넥터에 접속되는 제4 인터커넥터 접속부와, 상기 제3 인터커넥터 접속부 및 상기 제4 인터커넥터 접속부를 연결하는 연결부 및 상기 제4 인터커넥터 접속부에 연결되는 단자함 접속부를 포함하는 태양전지 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 제3 인터커넥터 접속부와 상기 제4 인터커넥터 접속부는 서로 동일한 방향으로 배열되고, 상기 연결부 및 상기 단자함 접속부는 상기 제3 인터커넥터 접속부 및 상기 제4 인터커넥터 접속부와 교차하는 방향으로 배열되는 태양전지 모듈.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 내부 리드선의 상기 단자함 접속부와 상기 제2 내부 리드선의 상기 단자함 접속부는 상기 외부 리드선의 상기 단자함 접속부 사이에 위치하는 태양전지 모듈.
  15. 제13항에서,
    상기 한 쌍의 외부 리드선의 상기 단자함 접속부는 상기 제1 내부 리드선의 상기 연결부와 상기 단자함 접속부 사이 및 상기 제2 내부 리드선의 상기 연결부와 상기 단자함 접속부 사이에 각각 위치하는 태양전지 모듈.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에서,
    상기 복수의 리드선 간의 전기적 단락 또는 상기 복수의 리드선과 상기 양면 수광형 태양전지 간의 전기적 단락을 방지하는 절연 필름을 더 포함하는 태양전지 모듈.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에서,
    상기 양면 수광형 태양전지는 기판의 서로 다른 면에 위치하며 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 동일한 구조로 형성되는 태양전지 모듈.
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