KR20140060384A - Concentrated solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집광형 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 광학적 손실을 최소화하고, 보다 자유로운 태양전지 셀 배열이 가능한 집광형 태양전지 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a light collecting type solar cell module, and more particularly, to a light collecting type solar cell module capable of minimizing optical loss and capable of arranging a solar battery cell more freely.
집광형 태양전지 모듈은 렌즈 또는 반사경과 같은 광학계를 사용하여 수백 배의 높은 배율로 태양광을 집광시킨 후, 태양전지 셀에 입사시켜 발전하는 태양광 발전 모듈이다. The light-gathering type solar cell module is a solar cell module that collects sunlight at a high magnification of several hundred times using an optical system such as a lens or a reflector, and then enters a solar cell to generate electricity.
특히, Ⅲ-V족 화합물 태양전지 셀은 종래에 널리 사용되던 실리콘계 태양전지 셀의 전력 생산 능력과 비교 시, 1/500 내지 1/1000의 작은 크기로도 동등한 정도의 전력 생산이 가능하다. 따라서, Ⅲ-V족 화합물 태양전지 셀은 높은 발전 효율과 함께 낮은 제조 원가의 구현이 가능한 장점이 있어, 차세대 태양전지로서의 사용이 기대되고 있다.In particular, the III-V compound solar cell can produce power equivalent to a small size of 1/500 to 1/1000 in comparison with the power production capacity of a conventional silicon solar cell. Therefore, the III-V compound solar cell has advantages of high power generation efficiency and low manufacturing cost, and it is expected to be used as a next generation solar cell.
그러나, 실리콘계 태양전지 셀 및 Ⅲ-V족 화합물 태양전지 셀 모두에 있어서, 이들을 집광형 태양전지 셀로 모듈화하는 경우, 태양광 집광 시 발생하는 효율 감소 및 다수의 태양전지 셀들 간의 전기적 연결 과정에서 발생하는 효율 감소가 문제점으로 대두되고 있다. 따라서, 이러한 문제점은 본격적인 태양전지 모듈 제작에 있어 장애 요인이 되고 있다.However, in the case of modularizing the silicon-based solar cell and the III-V compound solar cell with a light-converging solar cell, it is necessary to reduce the efficiency of the solar light condensing and the electrical connection between the plurality of solar cells Reduced efficiency is becoming a problem. Therefore, these problems are obstacles to the production of full-scale solar cell modules.
도 1 및 도 2를 참조하여, 종래의 집광형 태양전지 모듈에서 발생되는 효율 감소 문제에 대해 설명한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a problem of efficiency reduction occurring in a conventional light-converging type solar cell module will be described.
도 1은 종래의 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다. 도 2는 종래의 집광형 태양전지 모듈에서의 태양전지 셀 배열을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 집광형 태양전지 모듈(100)은 프레넬 렌즈(frensnel lens; 10), 로드 렌즈(rod lens; 20), 태양전지 셀(30) 및 방열판(40)을 포함한다. 1 is a schematic view for explaining a conventional condensing type solar cell module. 2 is a schematic view for explaining a solar cell array in a conventional condensing type solar cell module. 1 and 2, a conventional condensing type
프레넬 렌즈(10)란, 태양광을 집광하기 위해 구비되는 것으로, 일반적으로 볼록 렌즈처럼 빛을 모아주는 역할을 하면서도 두께는 줄인 렌즈로 설명된다. 이 때, 프레넬 렌즈(10)의 두께를 줄여도 프레넬 렌즈(10)가 볼록 렌즈와 같은 역할을 할 수 있는 이유는, 프레넬 렌즈(10)를 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 수차(收差)를 작게 했기 때문이다. 또한, 빛을 한 곳에 모으기 위하여 굴절률의 차이를 줄여야 하는데, 프레넬 렌즈(10)는 표면에 수많은 동심원 형상의 홈들이 있어, 이 홈들에 따라 굴절률이 조절되기 때문에 빛을 한 곳에 집중시킬 수 있다. The Fresnel
로드 렌즈(20)란 입사면에서 밝기 균질도를 갖지 못한 광이 입사되어도 출사면에서는 밝기 균질도를 갖는 광을 출사시키기 위한 렌즈로서, 프레넬 렌즈(10)를 통과한 태양광을 후술할 태양전지 셀(30)에 조사할 때에 균질한 광이 입사되게 하기 위해 사용된다.The
태양전지 셀(30)은 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각 (+), (-)의 극성을 띄는 반도체 박막으로 구성된다. 즉, 태양전지 셀(30)에 빛을 비추면 태양전지 셀(30) 내부에서 전자와 정공이 발생하며, 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동한다. 이러한 현상에 의하여 P극과 N극 사이에 전위차가 발생하며, 이 때 태양전지 셀(30)에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는 것이다. 태양전지 셀(30)의 구동원리에 대한 상세한 설명은 공지의 기술로부터 터득할 수 있는 것으로서, 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.The
방열판(40)은 태양전지 셀(30)을 인입하여 방열을 달성하기 위해 구비되며, 도 1에서는 설명의 편의를 위해 판상 형태로 형성된 방열판(40)을 도시하였다.The
이하에서는, 태양전지 셀(30)의 변환효율에 관해 설명한다. 태양전지 셀(30)의 변환효율이란, 태양전지 셀(30)에서 태양광에 따른 태양광 에너지가 전기 에너지를 얼마만큼 발생시키는가를 나타내는 양을 의미하는 것으로서, 예를 들어, 퍼센트(%)를 사용하여 표시한다. 종래의 집광형 태양전지 모듈(100)은 프레넬 렌즈(10)와 로드 렌즈(20) 및 태양전지 셀(30)이 도 1에 도시된 바와 같이, 직렬적으로 형성되고, 태양광이 프레넬 렌즈(10)와 로드 렌즈(20)의 2가지 종류의 렌즈를 투과하여야 한다. 따라서, 종래의 집광형 태양전지 모듈(100)에서는 약 20% 내지 30%의 광학적 손실(optical loss)이 발생된다.Hereinafter, the conversion efficiency of the
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 집광형 태양전지 모듈(100)에 따르면, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)의 간격은 임의로 조절될 수 없고, 프레넬 렌즈(10)의 크기 및 간격에 따라 결정된다. 즉, 일반적으로 프레넬 렌즈(10)의 크기가 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)에 비해 크고, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)은 직렬적인 형태로 형성되므로, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)의 간격은 임의로 좁혀질 수 없다. 이러한 이유로, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)의 분산도가 높아지고, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34) 간 거리 증가에 따른 저항 증가로 약 15% 내지 20%의 전기적 손실(electrical loss)이 발생된다. 2, the spacing between the
따라서, 종래의 집광형 태양전지 모듈(100)에 의하면, 프레넬 렌즈(10) 및 로드 렌즈(20)를 통한 광학적 손실(약 20% 내지 30%) 및 프레넬 렌즈(10) 간격에 의한 태양전지 셀(30)간의 전기적 연결에서 발생하는 전기적 손실(약 15% 내지 20%)로 인하여, 집광형 태양전지 모듈(100) 제작 시 태양전지 셀(30)의 광효율 대비 약 60% 내지 70%의 성능을 보이는 문제점이 있다(즉, 셀효율 약 40%, 모듈효율 약 28%). 이와 같이, 태양전지 셀(30)과 태양전지 모듈(100)의 효율이 상이한 이유는, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)들을 태양전지 모듈(100)로서 부착하였을 때, 이웃하는 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)들 사이에 빈 공간이 발생하고, 이들 이웃하는 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)들 사이를 선으로 연결하는 경우 또한 전력 손실이 발생하기 때문이다.Therefore, according to the conventional condensing type
그리하여 통상적으로 태양전지 셀(30)의 효율보다 태양전지 모듈(100)의 효율이 저하되는 것이 일반적이다. 이는, 상술한 바와 같이, 프레넬 렌즈(10)의 크기가 태양전지 셀(30)에 비해 상대적으로 크고, 로드 렌즈(20)가 프레넬 렌즈(10)와 수직적, 직렬적으로 형성되어야 하므로, 태양전지 셀(31, 32, 33, 34)들 간의 간격은 필연적으로 일정 거리 이상 떨어져 배치되어야 하는 이유에서 비롯된다.In general, the efficiency of the
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프레넬 렌즈를 통해 집광된 태양광이 태양전지 셀로 전송됨에 있어서 발생하는 광학적 손실(광 손실)을 최소화하기 위한 집광형 태양전지 모듈을 제공하는 것에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a light-concentrating solar cell module for minimizing optical loss (light loss) caused when sunlight condensed through a Fresnel lens is transferred to a solar cell.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 프레넬 렌즈의 크기 및 위치에 의해 태양전지 셀들 간의 간격이 커짐에 따라 발생하는 전기적 손실을 최소화하기 위한 집광형 태양전지 모듈을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a light-concentrating solar cell module for minimizing an electrical loss caused by a size and a position of a Fresnel lens as a distance between solar cells increases.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 프레넬 렌즈의 크기 및 위치에 따라 정해지는 태양전지 셀들의 배열에 자유도를 부여할 수 있는 집광형 태양전지 모듈을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a condensing type solar cell module capable of imparting a degree of freedom to the arrangement of solar cell cells determined according to the size and position of the Fresnel lens.
그러나, 본 발명의 기술적 과제는 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned matters, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈은, 태양광을 집광하는 적어도 하나의 프레넬 렌즈(fresnel lens)와, 프레넬 렌즈에서 집광된 광을 전반사시켜 전송하는 적어도 하나의 광섬유 케이블와, 광섬유 케이블을 통해 전송되는 광을 수광하는 적어도 하나의 태양전지 셀 및 태양전지 셀을 인입하며 태양전지 셀을 방열시키기 위한 방열판을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a light-condensing solar cell module including at least one Fresnel lens for condensing sunlight, a light source for totally reflecting and condensing the light condensed by the Fresnel lens, At least one photovoltaic cell, at least one photovoltaic cell, at least one photovoltaic cable, at least one photovoltaic cell for receiving light transmitted through the optical fiber cable, and a heat sink for drawing the photovoltaic cell and radiating heat to the photovoltaic cell.
여기서, 광섬유 케이블은 프레넬 렌즈에서 집광된 광이 전송되는 코어부 및 코어부를 감싸는 클래딩부를 포함하되, 코어부의 직경은 200㎛이하이며, 코어부와 클래딩부 간의 굴절율 차이가 4%이하인 멀티모드 광섬유를 포함할 수 있다.Here, the optical fiber cable includes a core portion through which light condensed by the Fresnel lens is transmitted and a cladding portion surrounding the core portion, wherein a diameter of the core portion is 200 占 퐉 or less, and a refractive index difference between the core portion and the cladding portion is 4% . ≪ / RTI >
또한, 태양전지 셀은 광섬유 케이블의 단면적 이하의 크기로 형성되며, 상호 전기적으로 연결될 수 있으며, 바람직하게는, 집광형 태양전지 모듈은 방열판과 연결되는 보조 방열부를 더 포함할 수 있다.The solar cell may be formed to have a size equal to or smaller than a cross sectional area of the optical fiber cable, and may be electrically connected to each other. Preferably, the light collecting type solar cell module further includes an auxiliary heat dissipating unit connected to the heat sink.
또한, 프레넬 렌즈의 배열과 태양전지 셀의 배열은 미리 결정된 임의의 위치에 각각 배열되어도 좋다.Further, the arrangement of the Fresnel lens and the arrangement of the solar cell may be arranged at predetermined predetermined positions, respectively.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈에서 태양전지 셀은 Ⅲ-V족 화합물 반도체를 이용하는 화합물 태양전지 셀인 것으로 해석될 수 있음에 유의해야 할 것이다. Meanwhile, it should be noted that the solar cell in the light-collecting solar cell module according to an embodiment of the present invention can be interpreted as a compound solar cell using a III-V compound semiconductor.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈의 광섬유 케이블은, 후술하겠지만, 멀티모드 광섬유의 집합, 싱글모드 광섬유의 집합, 및 멀티모드 광섬유와 싱글모드 광섬유를 혼재하여 형성한 광섬유의 집합 중 어느 하나로 형성할 수 있다.The optical fiber cable of the light-condensing type solar cell module according to an embodiment of the present invention may include a set of multimode optical fibers, a set of single mode optical fibers, and an optical fiber formed by mixing a multimode optical fiber and a single mode optical fiber Or a combination thereof.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.The embodiments of the present invention have at least the following effects.
즉, 프레넬 렌즈를 통해 집광된 태양광이 태양전지 셀로 전송되는 과정에서 발생되는 광 손실을 최소화하는 집광형 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.That is, it is possible to provide a light-collecting type solar cell module that minimizes light loss generated in the process of transmitting sunlight condensed through a Fresnel lens to a solar cell.
또, 집광형 태양전지 모듈 내의 태양전지 셀들 간의 간격을 최소화 할 수 있어 셀과 셀 간의 분산도가 커짐에 따라 발생되는 전기적 손실을 최소화하는 집광형 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.Also, it is possible to provide a light-collecting type solar cell module that minimizes an interval between solar cells in a light-collecting type solar cell module and minimizes electrical loss caused by a dispersion degree between the cell and the cell.
또, 집광형 태양전지 모듈을 구성함에 있어서, 프레넬 렌즈, 로드 렌즈, 태양전지 셀로 이어지는 수직적, 직렬적 배치를 탈피할 수 있을 뿐 아니라, 태양전지 셀들 간의 배열을 자유롭게 할 수 있어, 설계적 자유도를 확보할 수 있는 집광형 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.Further, in constructing the light-convergence type solar cell module, vertical and serial arrangement leading to a Fresnel lens, a rod lens, and a solar cell can be omitted, arrangement of the solar cells can be freely arranged, A light-collecting type solar cell module can be provided.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the specification.
도 1은 종래의 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 종래의 집광형 태양전지 모듈에서의 태양전지 셀 배열을 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈의 광섬유 케이블의 광섬유에 의한 광전송을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6 내지 도 9는 멀티모드 광섬유와 싱글모드 광섬유의 차이를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 형성되는 태양전지 셀의 배열을 설명하기 위한 개략도들이다.1 is a schematic view for explaining a conventional condensing type solar cell module.
2 is a schematic view for explaining a solar cell array in a conventional condensing type solar cell module.
3 is a schematic view illustrating a light-collecting type solar cell module according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views illustrating optical transmission of an optical fiber cable of an optical concentrating solar cell module according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views for explaining the difference between the multimode optical fiber and the single mode optical fiber.
10 is a schematic view for explaining a light collecting type solar cell module according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 11 to 13 are schematic views for explaining the arrangement of solar cell cells formed according to various embodiments of the present invention. FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.It is to be understood that elements or layers are referred to as being "on " other elements or layers, including both intervening layers or other elements directly on or in between. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various components, it goes without saying that these components are not limited by these terms. These terms are used only to distinguish one component from another. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical scope of the present invention.
본 명세서에서 사용되는 용어인 태양전지 셀은 전기를 발생시키는 최소 단위로 정의되며, 태양전지 모듈은 대형의 태양전지 시스템에서 여러 태양전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 전력을 발생시키는 모듈로 정의된다. 한편, 본 명세서에서 태양전지 셀은, 특히, Ⅲ-V족 화합물 반도체를 이용하는 화합물 태양전지 셀일 수 있음을 밝히는 바이다.As used herein, the term solar cell is defined as a minimum unit for generating electricity, and a solar cell module is a module for generating electric power by connecting several solar cells in series and / or in parallel in a large solar cell system Is defined. On the other hand, in the present specification, it is revealed that the solar cell may be a compound solar cell using a III-V compound semiconductor.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3을 참조하면, 집광형 태양전지 모듈(200)은 프레넬 렌즈(110), 광섬유 케이블(150), 태양전지 셀(130) 및 방열판(140)을 포함한다.3 is a schematic view illustrating a light-collecting type solar cell module according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the condensing type
프레넬 렌즈(110)는 태양광을 집광하여 광섬유 케이블(50)에 전달하기 위한 구성이다. 프레넬 렌즈(110)는 다수개의 동심원 형상의 홈을 표면에 형성하고 있어, 볼록 렌즈와 같이 태양광을 모아주는 역할을 하면서도 두께를 줄인 렌즈이다. 프레넬 렌즈(110)의 두께를 줄여도 프레넬 렌즈(110)가 볼록 렌즈와 같은 역할을 할 수 있는 이유는, 프레넬 렌즈(110)를 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 수차(收差)를 작게 했기 때문이다. 또한, 빛을 한 곳에 모으기 위하여 굴절률의 차이를 줄여야 하는데, 이는 프레넬 렌즈(110)의 표면에 형성된 다수의 동심원 형상의 홈에 의해 달성된다. The
즉, 프레넬 렌즈(110)는 집광하기 위한 볼록 렌즈로서, 많은 광을 얻고자 하면 초점 거리가 짧아지고 두께가 두꺼워지기 때문에, 무게가 무거워지며 광 흡수 또한 증가하므로, 여러 개의 동심원 형상의 띠로 나누어 중심 주변의 부분을 얇게 한 렌즈로 구현된다.In other words, the
태양전지 셀(130)은 태양광의 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 구성이다. 즉, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소자이다. 태양전지 셀(130)은 지금까지의 화학 전지와는 다른 구조를 가진 것으로 ‘물리 전지’라고도 지칭되며, 태양전지 셀(130)은 P형 반도체와 N형 반도체의 2종류의 반도체를 사용해 전기를 발생시킨다. The
즉, 태양전지 셀(130)에 빛을 비추면, 태양전지 셀(130) 내부에서 전자와 정공이 발생되고, 발생된 전하들은 P극과 N극으로 이동하게 되며, 이러한 현상에 의해 P극과 N극 사이에 전위차가 발생한다. 이 때, 태양전지 셀(130)에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는데, 이를 일컬어 광전효과라고 지칭하며, 태양전지 셀(130)은 이러한 광전효과를 이용하여 전류를 생성하는 소자를 의미할 수 있다.That is, when light is irradiated to the
방열판(140)은, 태양전지 셀(130)을 인입하여 태양전지 셀(130)을 방열시키기 위한 구성으로서, 일반적으로 복사나 대류 현상을 이용하여 열을 방출하기 위해 구비된다. 즉, 집광형 태양전지 모듈(200)을 사용하면, 통상적으로 입사되는 태양광의 수배에 달하는 광이 하나의 태양전지 셀(130)에 집중되므로 태양전지 셀(130) 내부의 온도가 급상승하여 광전 전환 효율을 저하시키는 요인이 된다. The
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)은 태양전지 셀(130)과 인접한 하부면에 방열판(140)을 부착하여, 방열이 이루어지도록 하여야 한다. 방열판(140)의 재료로는, 예를 들어, 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 방열판(140)과 태양전지 셀(130)은 열전도성 수지(resin) 등을 이용하여 부착될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서는 방열판(140)과 태양전지 셀(130)을 부착시키는 물질을 한정되지 않는다.Therefore, in the light collecting type
한편, 프레넬 렌즈(110)에 의해 집광된 태양광에 의하여 발생되는 고온의 열로 인해, 열전도성 수지의 접착력이 감소하여 하부면에 부착된 방열판(140)이 쉽게 박리되는 문제점이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서는 태양전지 셀(130)을 방열판(140) 내부에 인입시키는 구조를 사용하므로, 상술한 박리의 문제를 해소할 수 있다.On the other hand, due to the high temperature generated by the sunlight condensed by the
광섬유 케이블(150)은 프레넬 렌즈(110)에서 집광된 광을 태양전지 셀(130)로 전송하기 위한 매개체로서, 입력되는 광(입력광)을 전반사에 의해 출력시켜, 출력되는 광(출력광)을 태양전지 셀(130)이 수광할 수 있도록 구비된다. 광섬유 케이블(150)은 광섬유(151)의 집합으로 구성될 수 있다. 광섬유 케이블(150) 및 광섬유 케이블(150)의 전반사에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 4 및 도 5를 참조한다.The
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈의 광섬유 케이블의 광섬유에 의한 광전송을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 4는 광섬유(151)의 길이방향에 수직한 단면을 도시하고, 도 5는 광섬유(151)의 길이방향으로의 단면을 도시한다.FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views illustrating optical transmission of an optical fiber cable of an optical concentrating solar cell module according to an embodiment of the present invention. FIG. Fig. 4 shows a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
광섬유 케이블(150)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 광섬유(optical fiber; 151)의 집합으로 구성될 수 있다. 광섬유(151)는 코어부(core; 153) 및 클래딩부(cladding; 152)로 구성된다. The
코어부(153)는 광도파 이론(전반사)에 따라 입력광을 전송하며, 클래딩부(152)는 코어부(153)를 감싸는 형태로 형성되어 코어부(153)에서의 입력광의 전반사를 유도한다. 즉, 코어부(153)로 입력되는 입력광은 코어부(153)와 클래딩부(152) 간의 굴절율 차이를 이용하여 전반사되어 진행된다. The
여기서, 광을 전송하는 코어부(153)의 물질 종류 및 직경에 따라, 광섬유(151)는 UV(Ultra Violet) 내지 NIR(Near InfraRed) 영역(광파장 약 350㎚ 내지 1,800㎚)의 광을 전송할 수 있다.The
이때, 코어부(153)와 클래딩부(152) 간의 굴절율 차이가 적을수록 전송 가능한 광파장이 한정될 수 있는데, 이는 도 6 내지 도 9를 함께 참조하여 설명한다.At this time, as the refractive index difference between the
도 6 내지 도 9는 멀티모드 광섬유와 싱글모드 광섬유의 차이를 설명하기 위한 단면도들이다. 도 6 및 도 7은 멀티모드 광섬유(multi-mode fiber; 154)에 관한 단면도이며, 도 8 및 도 9는 싱글모드 광섬유(single-mode fiber; 157)에 관한 단면도이다.FIGS. 6 to 9 are cross-sectional views for explaining the difference between the multimode optical fiber and the single mode optical fiber. FIGS. 6 and 7 are cross-sectional views of a multi-mode
먼저, 도 6 및 도 7을 참조하면, 멀티모드 광섬유(154)는 다파장(visible ~ NIR)영역의 광을 전송할 수 있다. 멀티모드 광섬유(154)에서는 코어부(156)의 직경이 약 200㎛이하이며, 코어부(156)와 클래딩부(155) 간의 굴절율 차이는 약 4%이하로 구성된다. 6 and 7, the multimode
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 싱글모드 광섬유(157)는 단파장의 광을 전송할 수 있다. 싱글모드 광섬유(157)에서는 코어부(159)의 직경이 약 10㎛이하이며, 코어부(159)와 클래딩부(158) 간의 굴절율 차이는 약 1%이하로 구성된다. Next, referring to FIGS. 8 and 9, the single mode
본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서 사용되는 광섬유(151)는 싱글모드 광섬유(154) 및 멀티모드 광섬유(157) 모두 가능하나, 태양전지 셀(130)의 수광 효율을 높이기 위해서는 다파장 영역의 광 전송이 가능한 멀티모드 광섬유(157)를 사용하는 것이 바람직하다. The
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서 사용되는 광섬유 케이블(150)은 멀티모드 광섬유(157)의 집합으로 이루어질 수 있고, 경우에 따라 태양광을 수광하는 태양전지 셀(130)의 특성을 고려하여 광섬유 케이블(150)은 멀티모드 광섬유(157)와 싱글모드 광섬유(154)를 함께 사용하여 이루어질 수도 있다. Therefore, the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서 사용되는 광섬유 케이블(150)은 연성(flexibility)이 있는 것으로 구성될 수 있으므로, 프레넬 렌즈(110)와 태양전지 셀(130)의 직렬적 배열을 탈피함이 가능하고, 사용 중 프레넬 렌즈(110)의 위치 변경이나, 태양전지 셀(130)의 위치 변경이 용이할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)에서는 광섬유 케이블(150)의 특성으로 인해 프레넬 렌즈(110)의 배열과 태양전지 셀(130)의 배열은 미리 결정된 임의의 위치에 자유롭게 배열하는 것이 가능하다.Since the
또한, 하나의 프레넬 렌즈(110)로부터 집광된 광은 광섬유 케이블(150)을 통해 대응하는 태양전지 셀(130)로 전송됨이 일반적이나, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈(200)은 하나의 프레넬 렌즈(110)로부터 집광된 광을 복수 개의 태양전지 셀들(예를 들어, 도 11 내지 도 13의 131, 132, 133, 134, 135, 136)로 전송하기 위해 하나의 광섬유 케이블(150)을 여러 갈래로 분기시켜 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 집광형 태양전지 모듈(200)은 이러한 목적으로 형성된 다분기 광섬유 케이블이 사용된 구성까지도 포함할 수 있다.In addition, the light condensed from one
또한, 이러한 다분기 광섬유 케이블에서도, 다분기 광섬유 케이블에 포함된 광섬유가 태양전지 셀의 특성을 고려하여 멀티모드 광섬유 또는 싱글모드 광섬유 2종 중 1종만 사용하거나, 2종을 혼재하여 사용하는 것도 가능함에 유의해야 한다. Also, in this multi-branching optical fiber cable, the optical fiber included in the multi-branching optical fiber cable may use only one of the two types of multimode optical fiber or single mode optical fiber, or two types of optical fibers may be used in combination, considering the characteristics of the solar cell. .
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈을 설명하기 위한 개략도이다. 도 10을 참조하면, 집광형 태양전지 모듈(300)은 프레넬 렌즈(110), 광섬유 케이블(150), 태양전지 셀(130), 방열판(140) 및 보조 방열부(260)를 포함한다. 설명의 편의 상, 도 3에 도시된 도면에 나타낸 각 엘리먼트와 실질적으로 동일한 엘리먼트는 동일 부호로 나타내고, 이에 대한 중복 설명을 생략한다.10 is a schematic view for explaining a light collecting type solar cell module according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the condensing type
보조 방열부(260)는 도 10에 도시된 바와 같이 태양전지 셀(130)과 인접하며, 방열판(140)에 연결되어 방열판(140)과 동일한 판상 형태의 방열판을 복수 개로 구비하는 형태로 형성 가능하다. 도 10에서는 하나의 예로서, 보조 방열부(260)를 알루미늄 재질의 복수 개의 방열판 형상으로 형성하여, 공기를 통한 방열이 이루어지도록 한 구성을 도시하였다. 나아가, 도 10에 도시되지는 않았으나, 보조 방열부(260)는 수냉식 또는 공랭식의 각종 방열 수단을 채용하여 형성하는 것도 가능하다.10, the auxiliary
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광형 태양 전지 모듈(300)의 보조 방열부(260)는 기존의 방열판에 더하여 태양전지 셀(130)의 방열을 더욱 용이하게 하는 모든 방열 수단을 포함할 수 있음에 유의하여야 한다.Accordingly, the
이하에서는, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예들에서 태양전지 셀의 배열이 자유롭게 될 수 있음을 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 11 to 13, it will be described that the arrangement of the solar cell in the various embodiments of the present invention can be freely configured.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 형성되는 태양전지 셀의 배열을 설명하기 위한 개략도들이다.FIGS. 11 to 13 are schematic views for explaining an arrangement of solar cell cells formed according to various embodiments of the present invention. FIG.
먼저, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 집광형 태양전지 모듈에 있어서, 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136)의 배열은 디자인적 자유도를 갖도록 배열, 배치될 수 있다. 즉, 사용자의 설계에 따라 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136)을 임의의 위치에 배열시키고, 이들을 전기적으로 연결하여도, 광섬유의 연성에 의해 태양광의 수광이 용이하게 이루어질 수 있고, 이에 따라, 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136)의 배열이 자유롭게 구성될 수 있는 것이다.11 to 13, in the light collecting type solar cell module according to various embodiments of the present invention, the arrangement of the
이는 종래의 집광형 태양전지 모듈에서는 프레넬 렌즈의 크기 및 프레넬 렌즈와 로드 렌즈의 직렬적 배열을 유지해야 함에 따라, 태양전지 셀들의 배열이 제한될 수 밖에 없음에 비추어 상당히 유리한 것임을 알 수 있다(도 1 내지 도 2 참조).It can be seen that the conventional condensing type solar cell module is advantageous in view of the size of the Fresnel lens and the arrangement of the Fresnel lens and the rod lens in series so that the arrangement of the solar cell is inevitably limited (See Figs. 1 and 2).
보다 상세히 살펴보면, 도 11에 도시된 바와 같이, 각 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136)을, 종래의 로드 렌즈를 사용하는 집광형 태양전지 모듈에서의 태양전지 셀 배열에 비해 현격히 좁은 간격으로 형성할 수 있으므로, 태양전지 셀들 간의 간격이 커짐에 따라 발생하는 전기적 손실이 줄어들 수 있는 것이다. 11, each of the
또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 각 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136)을 광섬유 케이블(150)의 단면적 이하의 크기로 집적화하여 태양전지 셀들(131, 132, 133, 134, 135, 136) 간의 간격을 최소화하는 구조로 형성하는 것도 가능하다. 12, the respective
또한, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 집광형 태양전지 모듈에서의 광섬유 케이블(150)은 그 형상 및 길이를 변경하는 것이 용이하므로, 필요에 따라서는 각각의 프레넬 렌즈(110)에 대응되는 태양전지 셀들의 위치를 비정형적인 형상으로 형성하는 것도 가능하다. 이에 대해서는, 도 12에 도시하였다.In addition, since it is easy to change the shape and length of the
또한, 상술한 바와 같이, 광섬유 케이블은 그 내부에 삽입되는 광섬유의 집단으로 이루어지므로, 태양전지 셀에 열집중 등의 문제가 발생하는 경우를 해소하기 위해서 하나의 프레넬 렌즈로부터 집광된 태양광이 복수 개의 태양전지 셀로 수광될 수 있도록 광섬유 케이블을 적절히 분기하여 사용할 수 있을 것이다.In addition, as described above, since the optical fiber cable is formed of a group of optical fibers inserted therein, in order to solve the problem of heat concentration in the solar cell, the sunlight condensed from one Fresnel lens The optical fiber cable may be appropriately branched so as to be received by a plurality of solar cells.
또한, 태양광을 수광하는 태양전지 셀의 성능에 따라 광섬유 케이블 내부의 광섬유를 멀티모드 광섬유, 싱글모드 광섬유로 또는 이들의 혼재 구성으로 하여, 각각의 태양전지 셀에 적합한 태양광이 입력되는 것이 가능할 것이다.Also, according to the performance of the solar cell receiving sunlight, the optical fiber inside the optical fiber cable can be a multimode optical fiber, a single mode optical fiber, or a mixed structure thereof, and solar light suitable for each solar cell can be input will be.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
110: 프레넬 렌즈
120: 로드 렌즈(rod lens)
130, 131, 132, 133, 134, 135, 136: 태양전지 셀
140: 방열판
150: 광섬유 케이블
151, 154, 157: 광섬유
152, 155, 158: 클래딩부
153, 156, 159: 코어부
200, 300: 집광형 태양전지 모듈
260: 보조 방열부110: Fresnel lens
120: rod lens
130, 131, 132, 133, 134, 135, 136:
140: heat sink
150: Fiber optic cable
151, 154, 157: Optical fiber
152, 155, 158:
153, 156, 159:
200, 300: condensing type solar cell module
260: auxiliary heat-
Claims (7)
상기 프레넬 렌즈에서 집광된 광을 전반사시켜 전송하기 위해 구비되는 적어도 하나의 광섬유 케이블;
상기 광섬유 케이블을 통해 전송되는 상기 광을 수광하는 적어도 하나의 태양전지 셀; 및
상기 태양전지 셀을 방열시키기 위한 방열판을 포함하는 집광형 태양전지 모듈.At least one Fresnel lens for condensing sunlight;
At least one optical fiber cable provided for totally reflecting and condensing the light condensed by the Fresnel lens;
At least one solar cell receiving the light transmitted through the optical fiber cable; And
And a heat sink for dissipating heat of the solar cell.
상기 광섬유 케이블은,
상기 프레넬 렌즈에서 집광된 광이 전송되는 코어부; 및
상기 코어부를 감싸는 클래딩부를 포함하되,
상기 코어부의 직경은 200㎛이하이며, 상기 코어부와 상기 클래딩부 간의 굴절율 차이가 4%이하인 멀티모드 광섬유를 포함하는 집광형 태양전지 모듈.The method according to claim 1,
The optical fiber cable includes:
A core portion through which the condensed light is transmitted by the Fresnel lens; And
And a cladding portion surrounding the core portion,
Wherein the core portion has a diameter of 200 mu m or less and a refractive index difference between the core portion and the cladding portion is 4% or less.
상기 태양전지 셀은, 상기 광섬유 케이블의 단면적 이하의 크기로 형성되며, 상호 전기적으로 연결되는 집광형 태양전지 모듈.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the photovoltaic cell is formed to have a size equal to or smaller than a cross sectional area of the optical fiber cable and electrically connected to each other.
상기 집광형 태양전지 모듈은 상기 방열판과 연결되는 보조 방열부를 더 포함하는 집광형 태양전지 모듈.The method of claim 3,
Wherein the light-condensing solar cell module further comprises an auxiliary heat-dissipating unit connected to the heat sink.
상기 프레넬 렌즈의 배열과 상기 태양전지 셀의 배열은 미리 결정된 임의의 위치에 각각 배열되는 것인 집광형 태양전지 모듈.5. The method of claim 4,
Wherein the arrangement of the Fresnel lens and the arrangement of the solar cell are arranged at predetermined predetermined positions, respectively.
상기 태양전지 셀은 Ⅲ-V족 화합물 반도체를 이용하는 화합물 태양전지 셀인 집광형 태양전지 모듈.6. The method of claim 5,
Wherein the solar cell is a compound solar cell using a III-V compound semiconductor.
상기 광섬유 케이블은, 멀티모드 광섬유의 집합, 싱글모드 광섬유의 집합, 그리고 상기 멀티모드 광섬유 및 상기 싱글모드 광섬유를 혼재하여 형성한 광섬유의 집합 중 어느 하나인 집광형 태양전지 모듈.
The method of claim 3,
Wherein the optical fiber cable is any one of a set of multimode optical fibers, a set of single mode optical fibers, and a set of optical fibers formed by mixing the multimode optical fiber and the single mode optical fiber.
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