KR20140053224A - 단순화된 연결을 갖는 광기전 모듈 - Google Patents

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Abstract

전기적으로 연결된 복수의 광기전 셀(12)을 포함하는 광기전 모듈(11)이 개시되며, 상기 모듈은 정사각형 형상을 갖고, 상기 모듈은 상기 모듈의 각각의 에지(21; 22; 23; 24) 상에 적어도 4개의 커넥터(14, 15)를 포함하도록, 상기 모듈의 각각의 코너에 적어도 2개의 접촉 패드(17, 18)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

단순화된 연결을 갖는 광기전 모듈 {PHOTOVOLTAIC MODULE WITH SIMPLIFIED CONNECTION}
본 발명은 광기전 모듈과, 광기전 소자와, 이러한 복수의 광기전 모듈을 포함하는 광기전 전기를 생성하기 위한 플랜트에 관한 것이다.
광기전 소자를 설치하기 위해, 전기적으로 연결되는 어레이를 형성하고자 다양한 모듈들을 함께 연결하기 위해 복잡한 케이블링이 현재 요구되고 있다. 이러한 전기적 연결은, 예를 들어, 인버터에 연결하기 전에 다양한 모듈들을 직렬로 연결하는 과정을 포함한다. 이러한 연결에서는 후방 측부 상에 배치되는 정션 박스에 놓이는 각자의 단자의 연결을 통해 인접 모듈들이 전기적으로 연결되어야 한다. 실제로, 이러한 종래 기술의 연결 방법은 커넥터들이 크림핑되어야 한다. 이는 다음의 결점들을 갖는다:
- 광기전 소자의 설치에 시간 소요가 크고 가격도 비싸며,
- 예를 들어, 부정확한 크림핑으로 인해 연결이 불량하게 형성될 경우, 위험이 존재하며, 전기 아크가 사고를 야기하거나, 획득한 광기전 소자가 오작동하게 되거나 조기에 에이징될 수 있다. 이 결과 이러한 소자를 신뢰할 수 없게 된다.
예를 들어, 도 1은 종래 기술에 따른 기존의 광기전 모듈(1)을 개략적으로 도시한다. 이러한 장방형 모듈(1)은 케이블(3)에 의해 직렬로 함께 연결되는 복수의 셀(2)을 포함한다. 이러한 전기 연결의 두 단부는 모듈의 2개의 전극, 즉, 양극 및 음극을 형성하고, 이러한 전극은 모듈의 후방 측부 상에 배열되는 정션 박스(4)에 수용되는 전기 커넥터를 통해 접근가능하다. 이러한 광기전 모듈(1)은 대체로 다수의 광기전 모듈을 상관시킴으로써 구성되는 광기전 소자의 기본 요소다.
예를 들어, 도 2는 소자의 2개의 출력 단자 사이에 전기 경로를 형성하기 위해 정션 박스(4)를 연결하는 케이블(6)에 의해 직렬로 전기적으로 연결되는, 3개의 열로 배열되는 12개의 광기전 모듈(1)의 어레이를 포함하는 기존의 광기전 소자를 보여준다.
국제특허공보 제2008/136872호는 각각의 양극 및 음극에 대해 하나의 연결 박스를 포함하는 하나의 특정 광기전 모듈을 설명하며, 이러한 박스는 모듈의 일 에지 상에 위치한다. 이러한 기법은 앞서 설명한 기존의 해법과는 다르지만, 이러한 해법이 유연하지 않게 남아 있기 때문에 다수의 모듈의 조립을 단순화시키는 점에서 실제 우월하지 않다. 더욱이, 제안된 상호연결은 상술한 위험을 여전히 안고 있다.
국제특허공보 제2009/063855호는 모듈의 2개의 대향 에지 상에 위치하는 2개의 전극, 즉, 양극 및 음극을 마찬가지로 포함하는 광기전 모듈을 설명한다. 이 해법은 앞선 해법과 동일한 단점을 갖는다.
독일특허공보 4 140 682호, 일본특허공보 58 063 181호 및 독일특허공보 10 2005 050883호와 같은 다른 해법들은 앞선 해법을 개선하려 시도하지만, 만족스럽지 못하게 남아 있다.
따라서, 발명의 일반적 목적은 종래 기술의 해법의 결점을 감소시키는 광기전 소자 설치 해법을 제공하는 것이다.
더욱 정확하게 말하자면, 발명은 다음의 목적 일부 또는 전부를 실현하고자 한다:
발명의 제 1 목적은 종래 기술의 상호연결과 연관된 위험을 수반하지 않는 광기전 소자 생산 해법을 제공하는 것이다.
발명의 제 2 목적은 다수의 광기전 모듈의 기계적 및/또는 전기적 조립을 단순화시키는 광기전 소자 생산 해법을 제공하는 것이다.
발명은 청구항에 의해 더욱 정밀하게 규정된다.
광기전 모듈은 모든 셀들을 포함하는 케이블을 포함할 수 있고, 이러한 모든 셀들은 모듈의 일 에지 상에 양극성의 제 1 접촉 패드에 연결되는 제 1 단부를 포함하고, 제 2 인접 에지 상에서 동일 극성의 제 2 접촉 패드를 통과하며, 직렬로 이들을 전기적으로 연결하기 위해 모듈의 모든 셀들이, 제 4 에지 상의 제 4 접촉 패드에 도달하기 전에, 제 3 에지 상의 음극성의 제 3 접촉 패드를 통과한다.
일 변형예로서, 광기전 모듈은 모든 셀들을 연결하는 2개 이상의 케이블을 포함할 수 있고, 이러한 모든 셀들은 모듈의 일 에지 상에 양극성의 제 1 접촉 패드에 연결되는 제 1 단부를 포함하고, 제 2 인접 에지 상에서 동일 극성의 제 2 접촉 패드를 통과하며, 직렬로 그리고 병렬로 이들을 전기적으로 연결하기 위해 모듈의 모든 셀들이, 제 4 에지 상의 제 4 접촉 패드에 도달하기 전에, 제 3 에지 상의 음극성의 제 3 접촉 패드를 통과한다.
발명은 앞서 설명한 바와 같은 광기전 모듈들이 전기적 및 기계적으로 연결된, 복수의 광기전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 소자에 또한 관련된다.
발명은 앞서 설명한 바와 같은 복수의 광기전 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전기 생산용 플랜트에 또한 관련된다.
본 발명의 목적, 특징, 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 비-제한적 예를 들어 제시되는 특정 실시예에 대한 다음의 설명에서 세부적으로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 광기전 모듈을 걔략적으로 도시한다.
도 2는 종래 기술에 다른 광기전 소자를 개략적으로 도시한다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 광기전 모듈을 개략적으로 도시한다.
도 4는 발명의 일 실시예에 따른 광기점 도류의 다층 구조의 일부분의 측단면도를 도시한다.
도 5 내지 도 7은 발명의 일 실시예에 다른 광기전 모듈들을 포함하는 광기전 소자를 개략적으로 도시한다.
도 3은 도 1에 도시되는 종래 기술의 기존의 해법에서와 같이, 하지만, 정사각형의 윤곽선을 갖는 프레임에 배열되는, 래미네이트에 통합된 셀(12)을 포함하는 광기전 모듈(11)의 일 실시예를 보여준다. 단순화를 위해, 모듈은 정사각형 형상을 갖는다고 소개된다. 다양한 셀(12)들이 케이블(13)에 의해 직렬로 함께 연결된다. 일 변형예(도시되지 않음)로서, 셀들이 2개 이상의 케이블(13)에 의해 매트릭스로 연결될 수 있다.
모듈(11)은 모듈의 코너 근처에 배치되는 커넥터(14, 15)를 포함한다. 구체적으로, 각각 양극성 및 음극성의 2개의 접촉 패드(17, 18)가 모듈의 각 코너 인근에 배열된다. 각각의 접촉 패드(17, 18)는 접촉 패드가 배치되는 이러한 코너 주위로 위치하는 모듈의 2개의 인접 에지에 걸쳐 공유되는 2개의 커넥터(14, 15)에 연결된다. 따라서, 모듈의 각각의 에지(21, 22, 23, 24)는 각각의 극성에 대해 2개씩, 4개의 커넥터를 포함한다. 따라서, 본 실시예는 다수의 전기 연결을 가능하게 하고, 따라서, 모듈의 어레이를 생성하기 용이하다.
모듈의 주변부 상의 다수의 위치에서 이러한 다양한 접촉 패드(17, 18)를 얻기 위해, 도 4에 도시되는 일 해법은 절연층 상에 전도체의 생성과, 이러한 층의 적층에 기초한다. 이를 위해, 집적 회로 제조에 사용되는 기술을 이용하여, 예를 들어 다층 조립체를 형성하기 위해 PET, 에폭시, 또는 폴리아미드와 같은 폴리머를 포함하는 절연층 상에서 에칭되는, 예를 들어, 구리 또는 알루미늄으로 제조되는 전도체를 형성할 수 있다. 따라서 도 4는, 제 1 전도체(25)가 제 1 절연층(26)의 금속 배선에 의해 형성되고 제 2 전도체(27)가 제 1 전도체 상에 포개어지는 제 2 절연층(28) 상에 형성되는, 예를 개략적으로 예시한다. 최종 절연층(29)이 조립체를 덮는다. 본 조립체에서 제 1 요홈(35)이, 제 1 전도체(25) 상에 포개어져 본 구조에서 생성되어, 이러한 전도체와의 연결을 구성하게 된다. 따라서, 이러한 요홈은 제 2 전도체(27)를 포함하는 제 2 절연층(28)과 표면 절연층(29)을 통과한다. 제 2 요홈(37)은 제 2 전도체(27)와의 전기적 연결을 위해, 표면 절연층(29) 단독으로 생성된다. 일 변형예로서, 절연 클래딩으로 클래딩된 와이어 또는 스트립이 모듈의 두께를 단락 회로 위험없이 교차할 수 있어서, 다양한 주변 커넥터에 도달할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서, (PET, PVF, 등으로 제조되는) 절연층들 사이에 삽입되는 (100 내지 300㎛ 두께 사이의) 전도 스트립들이 포개어지는 다층 래미네이트가 사용될 수 있다. 접촉부는 다양한 타입의 용접 또는 스프링-하중 커넥터를 이용하여 제조될 수 있다.
일 변형예로서, 본 실시예는 전기화학 또는 전해질 증착(10-100㎛ 두께 사이)에 의해 생성되는 등전위 평면을 이용하여 얻을 수 있다: 강체형(글래스, 에폭시 섬유, PET, 등) 플레이트가 예를 들어, 가요성 알루미늄 또는 구리로 제조되는 전도성 금속으로 양 측부 상에서 덮이고, 각각의 측부는 극성을 나타낸다. 접촉부는 그 후 코너에 전도성 스트립을 용접함으로써 생성된다.
서로 다른 케이블링 패턴을 더욱이 이용하여, 비-제한적 예를 이용하여 도시되는 다양한 구현예에서 제시되는 바와 같이, 모듈의 다양한 셀들을 함께 연결할 수 있다. 직렬 연결은 모듈의 출력 전압을 최대화시키는 장점을 갖는다. 병렬 연결은, 예를 들어, 셀이 동일하게 조명되지 않을 때, 자동 전류 밸런싱을 가능하게 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 모듈의 제 1 구현예를 보여준다. 16개의 모듈(11)이 전기 연결부(43)에 의해 함께 연결되어, 광기전 소자(40)를 형성한다. 이러한 모듈들의 케이블링 패턴은 소자의 두 출력 단자(47, 48) 사이에서 매트릭스 구조를 갖는 경로를 형성하도록 이루어진다.
도 6은 직렬로 연결되는 8개의 모듈(11)들의 2개의 스트링 형태로 그룹형성되는, 동일 기계적 구조로 배열되는 16개의 모듈을 포함하는 제 2 구현예를 보여주며, 이러한 2개의 스트링은 광기전 소자(50)의 2개의 출력 단자(57, 58) 사이에서 병렬로 배열된다.
가독성을 위해, 모듈(11)의 에지 상에 위치하는 접촉부(14, 15)가 모두 보이는 것은 아니다. 더욱이, 보이는 것들은 에지의 중심에 위치하지만, 코너에 더 가까울 수 있다.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시되는 두 실시예에서와 같이, 최소 크기의 컴팩트 정사각형 어레이를 형성하도록, 4개의 모듈의 4개의 칼럼으로 기계적으로 연결되고 직렬로 전기적으로 연결되는 16개의 모듈(11)의 어레이로 구성되는 광기전 소자(60)를 형성하는, 본 실시예에 따른 모듈(11)의 구현예를 보여준다. 컴팩트 소자는 비교를 용이하게 하기 위해 도 2에 도시되는, 게다가 도 7에 도시되는, 종래 기술의 장치와 동일한 크기다. 이러한 부피 절감은 본 발명에 따른 새로운 모듈 구조를 이용하여, 도면에 명시적으로 보이는 바와 같이, 케이블링의 감소 및 실질적 단순화에 의해, 획득된다.
따라서, 위 기법은 정사각형, 또는 장방형, 또는 심지어 그외 다른 기하학적 형상의 어레이를 형성하도록 서로의 근처에서 그룹형성될 수 있는 모듈들의 기계적 조립체의 단순성 및 유연성을 증가시킨다. 추가적으로, 전기 커넥터의 위치는 다양한 모듈들을 연결하기 위해 넓은 범위의 선택(직렬, 및/또는 병렬, 또는 매트릭스 방식)이 가능함을 의미한다. 따라서, 이러한 기법은 모듈들의 어레이의 전체 크기를 최소화시키면서도, 전기적 연결을 단순화시키고 비용을 절감하면서 신뢰도를 증가시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 전기적으로 연결되는 복수의 광기전 셀(12)을 포함하는 광기전 모듈(11)에 있어서,
    상기 모듈은 정사각형 형상을 갖고, 상기 모듈은, 상기 모듈의 각각의 에지(21; 22; 23; 24) 상에 적어도 4개의 커넥터(14, 15)를 포함하도록, 상기 모듈의 각각의 코너에서 적어도 2개의 접촉 패드(17, 18)를 포함하는
    광기전 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 적어도 하나의 전도체(25; 27)와 접촉시키기 위해, 적어도 하나의 요홈(35; 37)과, 상기 모듈의 다층 구조의 절연층(26; 28)에서 에칭되는 적어도 하나의 전도체(25; 27)를 통한 전기적 연결을 포함하는
    광기전 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 모듈은 전기화학적 또는 전해질 증착에 의해 생성되는 등전위 평면을 포함하고, 글래스 또는 에폭시 섬유 또는 PET와 같은 물질로 제조되는 강체형 플레이트가 가요성 알루미늄 또는 구리와 같은 전도성 금속으로 양 측부 상에서 덮이며, 상기 측부 각각은 극성을 나타내는
    광기전 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈은 상기 모듈의 두께에 위치하는 적어도 하나의 절연된 전도성 스트립을 통해 전기 연결을 포함하는
    광기전 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈은 정사각형 둘레 주위로 배열되는 양극성 및 음극성의 복수의 커넥터를 포함하는
    광기전 모듈.
  6. 전기적 및 기계적으로 연결된 복수의 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 광기전 모듈(11)을 포함하는
    광기전 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소자는 장방형 또는 정사각형을 형성하는 어레이로 연결되는 복수의 광기전 모듈(11)을 포함하고, 상기 모듈들은 직렬로, 또는, 병렬로, 또는 매트릭스 구조로 연결되는
    광기전 소자.
  8. 복수의 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 광기전 소자를 포함하는
    광전기 생산용 플랜트.
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