KR20150049336A - 고집광형 태양전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 고집광형 태양전지모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 측면플레이트와 하부플레이트로 이루어지는 프레임; 태양전지가 구비되며, 상기 하부플레이트에 결합되는 태양전지 어셈블리; 및 상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 상기 태양전지로 집광하는 렌즈플레이트;를 포함하고, 상기 태양전지 어셈블리는, 가로방향으로 길게 이루어지는 히트파이프; 상기 태양전지가 장착되고, 상기 히트파이프에 부착되는 회로기판; 및 상기 복수개의 태양전지가 서로 통전되도록 하는 와이어;를 포함하고, 상기 하부플레이트 상부에는 상기 히트파이프가 안착하는 안착부가 가로방향으로 길게 구비되도록 한 쌍의 안착부형성리브가 가로방향으로 길게 돌출형성되고, 상기 하부플레이트 하부에는 방열리브가 돌출형성될 수 있다.
Description
본 발명은 고집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 고집광형 태양전지모듈에 관한 것이다.
근래 태양광을 이용한 태양광 발전(Photovoltaic, PV) 장치가 많이 사용되어 지는데, 특히 실리콘 태양전지를 이용한 태양광 발전 장치가 주로 사용된다.
그러나 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)의 비약적인 발전으로 다중접합 태양전지에 저가의 집광장치를 사용하여 태양광을 집중시키는 방식의 집광형 태양광 발전(Concetrating Photovoltaic, CPV) 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)는 실리콘 태양전지와 비교하여 높은 에너지 변환 효율을 가지는데, 일반적으로 다중접합 태양전지는 35%가 넘는 에너지 효율을 갖는 반면 실리콘 태양전지는 약 20% 효율을 갖는다. 특히 집광(concentration) 하에서, 현재 일부 다중접합 태양전지는 40%를 넘는 에너지 효율을 갖는다.
이러한 다중접합 태양전지를 이용한 집광형 태양전지 모듈은 태양전지, 태양광을 1차적으로 집광시키는 1차 렌즈, 상기 1차 렌즈로부터 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 렌즈로 구성되며, 태양전지는 회로기판 등의 셀마운트(cell mount)에 장착되거나 또는 한국공개특허 제10-2010-0135200호에 개시된 바와 같은 리시버(receiver)에 장착된다.
또한, 집광형 태양광 발전 시스템은 지지프레임에 다수의 집광형 태양전지 모듈을 어레이 형태로 구성하여 이루어지며, 다중접합 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 태양전지모듈이 태양과 직교한 상태를 유지하도록 태양전지 모듈 어레이를 회전시키는 트래킹 장치가 구비된다.
또한, 이러한 집광형 태양전지모듈에 주로 사용되는 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 태양전지는 열에 의해 그 효율이 급격하게 저하되므로, 집광형 태양전지모듈에는 태양전지에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 방열장치가 구비된다.
이러한 방열장치의 일예로서 한국공개특허 제10-2010-0083945호에는 "고집광 태양광 장치의 방열모듈"이 개시되는데, 상기 방열모듈은 방열핀이 상하부에 돌출된 구조를 가지므로 부피를 많이 차지하며 태양전지모듈에 별도로 조립결합시켜야 하는 문제가 있다.
다른 예로서 한국공개특허 제10-2011-0036221호에는 히트파이프를 포함하는 "태양광 발전장치"가 개시되는데, 상기 히트파이프를 포함하는 태양광 발전장치는 히트파이프를 구비하기 위한 구조가 복잡하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 고집광형 태양전지모듈를 제공한다.
본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 측면플레이트와 하부플레이트로 이루어지는 프레임; 태양전지가 구비되며, 상기 하부플레이트에 결합되는 태양전지 어셈블리; 및 상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 상기 태양전지로 집광하는 렌즈플레이트;를 포함하고, 상기 태양전지 어셈블리는, 가로방향으로 길게 이루어지는 히트파이프; 상기 태양전지가 장착되고, 상기 히트파이프에 부착되는 회로기판; 및 상기 복수개의 태양전지가 서로 통전되도록 하는 와이어;를 포함하고, 상기 하부플레이트 상부에는 상기 히트파이프가 안착하는 안착부가 가로방향으로 길게 구비되도록 한 쌍의 안착부형성리브가 가로방향으로 길게 돌출형성되고, 상기 하부플레이트 하부에는 방열리브가 돌출형성될 수 있다.
또한, 상기 회로기판은 상기 히트파이프에 가로방향으로 소정간격으로 복수개 배열될 수 있으며, 상기 안착부형성리브의 내측면에는 상기 안착부에 안착된 히트파이프를 고정하는 내측걸림턱이 형성될 수 있으며, 상기 회로기판과 상기 히트파이프 사이, 상기 안착부와 상기 히트파이프 사이 중 적어도 어느 하나의 사이에는 열전도성 밀착부재 시트가 개재될 수 있다.
또한, 상기 태양전지 어셈블리는 상기 회로기판을 덮도록 상기 히트파이프 상부에 구비되어 상기 렌즈플레이트에서 집광된 태양광을 상기 태양전지로 집광하는 2차렌즈를 더 포함하고, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 상기 2차렌즈를 압착하는 상태로 상기 한 쌍의 안착부형성리브에 결합하는 고정탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 고정탄성부재는 바디부, 상기 바디부의 양측에서 하방으로 연장되어 상기 한 쌍의 안착부형성리브의 외측면에 돌출된 외측돌기에 억지끼움되는 한 쌍의 다리부 및 상기 한 쌍의 다리부가 상기 외측돌기에 억지끼움된 경우에 상기 2차렌즈의 상부가 끼움되는 끼움고정홀을 포함하고, 상기 고정탄성부재는 상기 한 쌍의 다리부가 상기 외측돌기에 억지끼움된 경우에 상기 바디부가 상기 끼움고정홀에 끼움된 상태의 상기 2차렌즈를 압착하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 히트파이프에는 길이방향으로 길게 형성되는 홈이 구비되고, 상기 회로기판은 상기 홈에 구비되고, 상기 2차렌즈는 상기 회로기판을 덮는 커버부와, 상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 집광하는 렌즈부를 포함하고, 상기 홈의 깊이는 상기 회로기판의 두께와 상기 태양전지의 두께를 합한 두께보다 크게 형성되고, 상기 렌즈부의 밑면과 상기 태양전지의 상면은 소정의 간격을 두고 투광성 실링재에 의해 부착될 수 있다.
또한, 상기 와이어는 피복되지 않은 리본 와이어로 이루어지고, 상기 리본 와이어는, 소정의 폭과 길이를 가지는 길이부; 상기 길이부의 양측에서 하방으로 연장되는 한 쌍의 단차부; 및 상기 회로기판에 연결되어 상기 리본 와이어를 지지하도록 상기 단차부로부터 연장되는 한 쌍의 플랜지부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 측면플레이트는 가로플레이트와, 상기 가로플레이트보다 길게 형성되는 세로플레이트로 이루어지고, 상기 하부플레이트는 세로방향으로 배열되어 결합하며 상기 세로플레이트에 각각 나사 결합하는 다수의 조각(piece)하부플레이트로 이루어지고, 상기 각각의 조각하부플레이트에는 상기 한 쌍의 안착부형성리브, 상기 방열리브, 인접하는 조각하부플레이트와 결합하는 결합리브 및 상기 세로플레이트에 나사 결합하기 위한 나사결합리브가 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 태양전지가 장착된 회로기판을 자체로 방열기능을 가지는 길이방향으로 길게 이루어지는 히트파이프 바로 위에 부착결합시키고 이러한 히트파이프를 하부에 방열리브가 형성된 하부플레이트 바로 위에 결합시키기 때문에 태양전지에서 발생하는 열은 히트파이프에 의해 넓은 영역으로 효과적으로 방열된 후 순차적으로 하부플레이트에 의해 외부로 보다 효과적으로 방열될 수 있으며 따라서 방열효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 복수개의 회로기판이 히트파이프의 길이방향으로 배열되기 때문에 복수의 태양전지에서 발생한 열은 히트파이프의 길이방향을 따라 보다 효과적으로 전달될 수 있으며 그에 따라 방열효과가 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 회로기판과 히트파이프 사이에 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 동(Cu) 등이 함유된 저융점 솔더(Solder)와 같은 열전도성 밀착부재 시트가 개재되기 때문에 태양전지에서 발생한 열을 히트파이프로 더욱 효과적으로 방열시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 히트파이프와 하부플레이트 사이에 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 동(Cu) 등이 함유된 저융점 솔더(Solder)와 같은 열전도성 밀착부재 시트가 개재되기 때문에 태양전지에서 발생하여 히트파이프로 방열된 열을 하부플레이트로 더욱 효과적으로 방열시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 태양전지가 장착된 회로기판을 하나의 히트파이프 위에 복수개 부착결합시키기 때문에 그만큼 전체적인 구성과 조립성을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 히트파이프가 별도의 나사결합없이 하부플레이트에 결합되어 고정될 수 있어서 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 복수의 태양전지를 연결하는 와이어가 피복되지 않은 리본 와이어로 이루어지기 때문에 태양광으로부터 와이어를 보호하기 위한 별도의 와이어커버 구성이 필요없으며 따라서 그만큼 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 피복되지 않은 리본 와이어가 자체적인 절연적인 구조를 가지기 때문에 절연을 위한 별도의 구성이 필요없으며 따라서 그만큼 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 2차렌즈가 회로기판을 덮도록 구비되기 때문에 태양전지와 회로기판을 보호하기 위한 별도의 구성이 필요없으며 따라서 전체적인 구성을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 히트파이프의 길이방향으로 길게 형성된 홈에 회로기판을 구비시키기 때문에 회로기판을 덮도록 2차렌즈를 구비시키기가 용이하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 하부플레이트에 형성된 한 쌍의 안착부형성리브에 결합하여 2차렌즈를 압착하는 고정탄성부재를 더 포함하기 때문에 2차렌즈를 고정시키기가 용이할 뿐만 아니라 2차렌즈와 함께 히트파이프도 보다 견고하게 고정할 수 있으며, 또한 고정탄성부재의 압착에 의해 회로기판과 히트파이프의 접촉 및 히트파이프와 하부플레이트의 접촉이 보다 밀착될 수 있어서 그에 따라 방열효과가 더욱 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 히트파이프에 형성된 홈의 깊이가 회로기판과 태양전지의 두께를 합한 두께보다 크게 형성되기 때문에 하부에 위치하는 태양전지와 간섭이 없이 2차렌즈의 커버부 밑면과 렌즈부 밑면이 실질적으로 수평하게 이루어질 수 있으며 따라서 2차렌즈의 제조가 용이하다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 태양전지와 2차렌즈의 렌즈부 밑면을 투광성 실링재로 부착결합시키기 때문에 태양전지를 실링하기가 용이하다는 효과가 있다.
본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 고집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 어셈블리를 나타내는 사시도이고,
도 5는 도 2의 'C' 영역의 부분 확대도이고,
도 6은 도 3의 'D' 영역의 부분 확대도이고,
도 7는 태양전지 어셈블리가 하부플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고,
도 8은 태양전지 어셈블리와 하부플레이트의 분해사시도이고,
도 9는 회로기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 어셈블리를 나타내는 사시도이고,
도 5는 도 2의 'C' 영역의 부분 확대도이고,
도 6은 도 3의 'D' 영역의 부분 확대도이고,
도 7는 태양전지 어셈블리가 하부플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고,
도 8은 태양전지 어셈블리와 하부플레이트의 분해사시도이고,
도 9는 회로기판의 개략적인 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
또한, 첨부 도면에서 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
한편, 본 명세서에서 '세로방향' 및 '가로방향'과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향을 기준으로 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명은 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 고집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 고집광형 태양전지모듈(10)은 측면플레이트와 하부플레이트(30)로 이루어지는 프레임, 태양전지(102)가 구비되며 하부플레이트(30)에 결합되는 태양전지 어셈블리(solar cell assembly)(100), 프레임 상부에 구비되어 입사된 태양광을 태양전지(102)로 집광하는 렌즈플레이트(20)를 포함한다.
프레임은 세로방향(y) 길게 이루어지며, 자체로 강성(stiffness)을 가지도록 구비되며, 측면플레이트와 하부플레이트(30)로 이루어져 상방이 개구된 형태로 이루어질 수 있다.
측면플레이트는 가로방향(x)으로 짧게 이루어지는 가로플레이트(25)와, 세로방향(y)으로 가로플레이트(25)보다 길게 이루어지는 세로플레이트(50)로 이루어질 수 있다.
세로플레이트(50)에는 강성을 향상시키기 위한 다수의 방열리브(51)가 형성될 수 있으며, 방열리브(51)는 세로플레이트(50)의 외측면에 돌출형성되어 세로플레이트(50)의 강성을 향상시킴과 동시에 외부와 접촉면적을 증가시켜 밀폐된 프레임 내부에서 발생하여 세로플레이트(50)로 전달된 열을 원활하게 외부로 전도시켜 배출시킨다.
도면에는 도시되지 않지만, 가로플레이트(25)의 내측면 또는 외측면에는 세로플레이트(50)와 나사결합하기 위한 결합리브가 돌출형성될 수 있으며, 이러한 결합리브는 가로플레이트(25)의 강성을 향상시킴과 동시에 세로플레이트(50)와의 나사결합을 용이하게 한다.
프레임을 이루는 세로플레이트(50), 가로플레이트(25) 및 하부플레이트(30)는 가벼우면서도 자체적인 강성을 가지는 열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 전체적인 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있으며 자체로 강성(stiffness)을 가지는 구조를 가질 수 있도록 프레임 즉, 세로플레이트(50), 가로플레이트(25) 및 하부플레이트(30)는 압출성형으로 일체로 제조됨이 바람직하다.
렌즈플레이트(20)는 프레임 상부에 구비되어 입사된 태양광을 태양전지(102)로 집광시키기 위한 구성으로서, 렌즈플레이트(20)에는 입사된 태양광을 다수의 태양전지(102) 각각으로 집광하는 다수의 패턴부(22)가 구비될 수 있으며, 패턴부(22)는 프레넬 렌즈와 같은 형태로 구비될 수 있다. 즉, 렌즈플레이트(20)는 플레이트(plate)에 다수의 프레넬(Fresnel) 렌즈 패턴이 형성된 형태로 구비될 수 있다. 또한, 렌즈플레이트(20)는 하나의 플레이트로 이루어질 수도 있지만, 프레임 상부에 배열되어 결합하는 다수의 조각(piece)렌즈플레이트로 이루어질 수도 있다.
태양전지 어셈블리(100)는 간단한 구성으로 방열효과를 극대화함과 동시에 조립성을 간단히할 수 있도록 한 구성이다. 이하 태양전지 어셈블리(100)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 어셈블리를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 2의 'C' 영역의 부분 확대도이고, 도 6은 도 3의 'D' 영역의 부분 확대도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 어셈블리(100)는 길이방향으로(또는 가로방향(x))으로 길게 이루어지는 히트파이프(110), 태양전지(102)가 장착된 회로기판(104), 태양전지(102)가 서로 통전되도록 하는 와이어(130)를 포함한다.
태양전지(102)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 구성으로서, 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)가 사용될 수 있으며, 회로기판(104)은 다른 부품들과 함께 태양전지(11)가 장착되는 구성으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용하는 리시버(receiver) 또는 캐리어(carrier)일 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 회로기판(104)는 태양전지(102)가 장착되는 구성으로서, 그 실시형태는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
회로기판(104)은 히트파이프(110) 위에 납땜 또는 솔더링(soldering) 등에 의해 직접 부착결합된다. 즉, 본 발명에 따른 태양전지 어셈블리(100)는 태양전지(102)가 장착된 회로기판(104)이 자체로 방열기능을 가지는 길이방향으로 길게 이루어지는 히트파이프(110) 바로 위에 솔더링 등에 의해 직접 부착결합되기 때문에 태양전지(102)에서 발생하는 열을 보다 효과적으로 방열시킬 수 있으며, 나아가 태양전지(102)에서 발생한 열은 히트파이프(110)의 길이방향을 따라 효과적으로 전달되어 넓은 영역으로 방열될 수 있게 된다.
상세히 설명하면, 히트파이프(110)에는 냉매가 순환하는 냉매관(112)이 길이방향(또는 가로방향(x))으로 길게 형성되는데, 회로기판(104)에 장착된 태양전지(102)에서 발생한 열은 바로 아래에 위치하는 냉매관(112)으로 전달되고, 전달된 열에 의해 그 영역의 냉매관(112)에 존재하는 냉매는 증발하여 인접한 영역으로 흐르면서 응축이 일어나 최초에 증발했던 위치로 다시 돌아오게 되는데, 이와 같은 순환과정에 의해서 태양전지(102)에서 발생한 열은 히트파이프(110)의 길이방향을 따라 보다 넓은 영역으로 방열될 수 있게 되는 것이다.
도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 어셈블리(100)는 하나의 히트파이프(110) 위에 하나의 태양전지(102)가 장착된 회로기판(104)이 히트파이프(110)의 길이방향으로 소정간격으로 복수개 배열되도록 부착결합될 수 있다. 그러면 복수의 태양전지(102)에서 발생한 열은 히트파이프(110)의 길이방향을 따라 더욱 효과적으로 전달되어 보다 넓은 영역으로 방열될 수 있을 뿐만 아니라 전체적인 구성과 조립성을 간단히 할 수 있게 된다.
그러나, 도 4는 본 발명에 따른 태양전지 어셈블리(100)의 일실시 예를 나타내는 도면으로서, 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니며 하나의 히트파이프(110)에 하나의 회로기판(104)이 부착결합될 수도 있다. 그리고 회로기판(104)은 소정간격으로 구비되기 때문에, 하나의 히트파이프(110)에 하나의 회로기판(104)이 부착결합되더라도 히트파이프(110)는 상술한 바와 같은 효과를 가지도록 충분히 길이방향으로 길게 이루어질 수 있게 된다.
회로기판(104)과 히트파이프(110) 사이에는 TIM(Thermal Interface Material) 소재로 이루어지는 열전도성 밀착부재 시트(140)가 개재될 수 있다. 그러면 회로기판(104)에 장착된 태양전지(102)에서 발생한 열은 더욱 원활하게 히트파이프(110)로 전달될 수 있어서 방열효과를 극대화시킬 수 있게 된다. 여기서 열전도성 밀착부재 시트(140)로는 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 동(Cu) 등이 함유된 저융점 솔더(Solder)가 사용될 수 있다. 그러나 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니다.
와이어(130)는 소정간격으로 이격된 복수의 태양전지(102)들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 서로 통전되도록 하는 구성으로서, 피복되지 않은 리본 와이어(30)로 이루어짐이 바람직하다. 그러면 오프-액시스(off-axix)된 태양광으로부터 종래의 피복된 와이어를 보호하기 위한 별도의 와이어커버 구성이 필요없으며 따라서 그만큼 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있게 된다.
리본 와이어(30)는 길이부(32)와, 길이부(32)의 양측에서 하방으로 연장되는 한 쌍의 단차부(34)와, 단차로(34)로부터 연장되는 한 쌍의 플랜지부(36)를 포함하여 이루어질 수 있다.
한 쌍의 플랜지부(36)는 회로기판(104)에 연결되는 부위로서, 회로기판(104)과 납땜 등에 의해서 부착결합될 수 있으며, 부착결합된 이후에는 리본 와이어(30)를 지지한다. 즉, 리본 와이어(30)는 한 쌍의 플랜지부(36)가 서로 인접하여 이격된 회로기판(104)에 각각 납땜(soldering), 용접(welding) 등에 의해 부착결합됨에 따라 자체적으로 고정된 구조를 가지게 된다. 리본 와이어(30)는 자체적으로 더욱 안정된 상태로 고정될 수 있고, 충분한 통전능력을 갖도록 전체적으로 소정의 폭을 가지는 플레이트 형태로 이루어짐이 바람직하다.
또한 리본 와이어(30)는 한 쌍의 플랜지(36)와 한 쌍의 단차부(34)에 의해서 길이부(32)가 바닥으로부터 상방으로 소정거리 이격된 상태를 유지할 수 있으므로, 길이부(32)의 절연을 위한 별도의 구성이 필요없으며 따라서 그만큼 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있다.
태양전지 어셈블리(100)는 회로기판(104)을 덮도록 히트파이프(110) 상부에 구비되어 렌즈플레이트(20)에서 집광된 태양광을 태양전지(102)로 집광하는 2차렌즈(120)를 더 포함할 수 있다.
2차렌즈(120)는 회로기판(104)을 덮는 커버부(122)와, 커버부(122) 중심부로부터 하방으로 연장되어 커버부(122) 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 태양전지(102)로 집광하는 렌즈부(124)를 포함하며, 2차렌즈(120)의 내부에는 소정의 공간(126)이 형성될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 태양전지 어셈블리(100)는 2차렌즈(120)의 커버부(122)에 의해 태양전지(102)와 회로기판(104)이 외부로부터 보호될 수 있기 때문에 태양전지(102)와 회로기판(104)을 보호하기 위한 별도의 구성이 필요없으며 따라서 그만큼 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있게 된다.
2차렌즈(120)는 투명한 물질로 일체성형(one-body molding)에 의해 제조될 수 있으며, 투명한 물질로는 광의 투과율이 우수한 투명한 물질인 유리, 아크릴(Methylmethacrylate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
히트파이프(110) 상부에는 길이방향으로 길게 형성되는 홈(114)이 구비되고, 회로기판(104)은 홈(114)에 구비됨이 바람직하다. 그러면 2차렌즈(120)를 회로기판(104) 상부에 구비시키기가 용이해질 수 있다.
상세히 설명하면, 커버부(122)는 태양전지(102)와 회로기판(104)을 완전히 덮을 수 있을 정도의 크기로 이루어지므로 커버부(122)의 밑면(123)은 히트파이프(110)의 상면과 실질적으로 접촉하게 되고, 렌즈부(124)의 밑면(125)은 렌즈부(124)로 입사된 태양광이 태양전지(102)로 출사되는 출사면으로서 태양전지(102)와 최소한의 간격을 두고 접촉하여야 하는데, 히트파이프(110)가 홈(114) 없이 평평한 상태로 이루어진다면 커버부(122)의 밑면(123)과 렌즈부(124)의 밑면(125)은 회로기판(104)과 태양전지(102)의 두께를 합한 높이만큼 차이가 발생하게 되며, 이는 2차렌즈(120)를 히트파이프(110) 상부에 구비시키는데 어려움을 줄 뿐만 아니라 2차렌즈(120)를 제조하는데에도 많은 어려움을 주게 된다. 예를 들어 2차렌즈(120)를 투명한 물질로 일체성형으로 제조한 후에 렌즈부(124)의 밑면(125)이 커버부(122)의 밑면(123)보다 회로기판(104)과 태양전지(102)의 두께를 합한 높이만큼 짧아지도록 렌즈부(124)의 밑면(125)을 별도의 공정으로 가공하여야 하는 불편이 발생하게 된다. 그러나 상술한 바와 같이 히트파이프(110) 상부에 길이방향으로 길게 형성되는 홈(114)을 구비시키고 홈(114)의 밑면에 회로기판(104)을 부착결합시킨다면, 2차렌즈(120)의 제조가 용이해질 수 있을 뿐만 아니라 2차렌즈(120)를 회로기판(104) 상부에 구비시키기가 용이해질 수 있다.
홈(114)의 깊이는 회로기판(104)의 두께와 태양전지(102)의 두께를 합한 두께보다 깊계 형성됨이 바람직하다. 그러면 커버부(122)의 밑면(123)과 렌즈부(124)의 밑면(125)이 실질적으로 수평한 상태를 이루는 2차렌즈(120)를 회로기판(104) 상부에 구비시키면, 커버부(122)의 밑면(123)은 히트파이프(110)와 실질적으로 접촉될 수 있음과 동시에 렌즈부(124)의 밑면(125)은 태양전지(102)와 최소한의 간격을 두고 접촉될 수 있게 된다. 또한 이와 같이 2차렌즈(120)가 회로기판(104) 상부에 구비된 경우에 렌즈부(124)의 밑면(123)과 태양전지(102)가 최소한의 간격을 두고 접촉하게 되면, 태양전지(102)와 렌즈부(124)의 밑면(125)을 실리콘 등과 같은 투광성 실링재(103)를 이용하여 부착결합시킴으로써 2차렌즈(120)를 별도의 구성없이도 태양전지(102) 상부에 결합시킬 수 있을 뿐만 아니라 태양전지(102)를 쉽게 실링(sealing)할 수 있게 된다.
한편, 2차렌즈(120)에는 렌즈플레이트(20)에서 집광되어 커버부(122)로 입사된 광 중 렌즈부(124)로 입사하지 않는 광이 회로기판(104)으로 입사되는 것을 방지하는 내측면(127)이 더 구비될 수 있다. 내측면(127)은 렌즈부(124)로 입사하지 않는 광을 반사시킬 수 있도록 코팅되거나 또는 전반사시키도록 광학적으로 설계될 수 있으며, 이러한 내측면(127)에 의해서 회로기판(104)에 장착된 다수 부품들은 태양전지모듈(10)과 태양광을 수직된 조건으로 유지하게 하는 태양광 추적장치의 고장 등에 의해 발생하는 렌즈부(124)로 입사하지 않는 오프-액시스(off-axis)된 광으로부터 손상되는 것이 방지될 수 있다.
도 7은 태양전지 어셈블리가 하부플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 태양전지 어셈블리와 하부플레이트의 분해 사시도이다.
도 2, 도 7 및 도 8을 참조하면, 하부플레이트(30)에는 길이방향으로 길게 이루어지는 히트파이프(110)가 안착하는 안착부(33)가 가로방향(x)으로 길게 구비되는데, 이러한 안착부(33)는 하부플레이트(30) 상부에 돌출형성되는 한 쌍의 안착부형성리브(32)가 가로방향(x)으로 길게 형성됨으로써 구비될 수 있다.
또한 하부플레이트(30)의 하부에는 방열리브(31)가 돌출형성될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈(10)은 태양전지(102)가 장착된 회로기판(104)을 자체로 방열기능을 가지는 길이방향으로 길게 이루어지는 히트파이프(110) 바로 위에 부착결합시키고, 이러한 히트파이프(110)를 하부에 방열리브(31)가 형성된 하부플레이트(30) 바로 위에 결합시키기 때문에, 태양전지(102)에서 발생하는 열은 히트파이프(110)에 의해 넓은 영역으로 효과적으로 방열된 후 순차적으로 하부플레이트(30)에 의해 외부로 보다 효과적으로 방열될 수 있으며 따라서 방열효과를 극대화시킬 수 있게 된다.
상세히 설명하면, 히트파이프(110)의 길이방향으로 배열되는 복수의 태양전지(102)에서 발생한 열은 모듈(10) 내부로 전달되기 전에 신속하게 히트파이프(110)를 통해 히트파이프(110)의 길이방향으로 전달될 수 있으며, 이와 같이 길이방향으로 신속하게 전달된 열은 하부플레이트(30)를 통해 외부로 방열되는데, 이때 하부플레이트(30)로 전달된 열은 하부에 형성된 방열리브(32)에 의해 더욱 효과적으로 외부로 방열될 수 있게 된다.
안착부형성리브(32)의 내측면에는 안착부(33)에 안착된 히트파이프(110)를 고정하는 내측걸림턱(34)이 형성될 수 있다. 그러면 히트파이프(110)를 안착부(33)에 억지끼움시키거나 또는 하부플레이트(30)를 살짝 구부린 상태에서 히트파이프(110)를 안착부(33)에 결합시키면, 히트파이프(110)는 양측이 내측걸림턱(34)에 걸림된 상태로 고정될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 모듈(10)은 태양전지 어셈블리(100)를 별도의 나사결합없이도 쉽게 하부플레이트(30)에 결합 고정시킬 수 있어서 전체적인 구성과 조립을 간단히 할 수 있게 된다.
안착부(33)와 히트파이프(110) 사이에는 TIM(Thermal Interface Material) 소재로 이루어지는 열전도성 밀착부재 시트(70)가 개재될 수 있다. 그러면 히트파이프(110)로 전달된 열은 더욱 원활하게 하부플레이트(30)로 전달될 수 있어서 방열효과를 극대화시킬 수 있게 된다. 여기서 열전도성 밀착부재 시트(70)로는 주석(Sn), 인듐(In), 은(Ag), 동(Cu) 등이 함유된 저융점 솔더(Solder)가 사용될 수 있다. 그러나 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니다.
도 7에서 보이는 바와 같이, 태양전지 어셈블리(100)는 하부플레이트(30)의 안착부(33)에 가로방향(x)으로 복수개가 어레이될 수 있으며, 하부플레이트(30)에는 이와 같이 가로방향(x)으로 어레이되는 복수의 태양전지 어셈블리(100)가 세로방향(y)으로 소정간격으로 어레이된 형태로 결합하게 되며, 이와 같이 배열되는 태양전지 어셈블리(100)에 구비되는 복수의 태양전지(102)들은 리번 와이어(130)에 의해 서로 통전될 수 있게 된다.
한편, 하부플레이트(30)는 세로방향(y)으로 소정의 폭을 가지며 세로방향(y)으로 배열되어 결합하며 세로플레이트(50)에 각각 나사 결합하는 다수의 조각(piece)하부플레이트(40)로 이루어질 수 있다. 또한 각각의 조각하부플레이트(40) 하부에는 방열리브(31)가 형성되고, 양끝 단부에는 인접하는 조각하부플레이트(40)와 결합하는 결합리브(35)가 형성되고, 상부에는 세로플레이트(50)와 나사결합하기 위한 나사결합리브(36)와 한 쌍의 안착부형성리브(32)가 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 도면에는 하나의 조각하부플레이트(40) 상부에 한 쌍의 안착부형성리브(32)가 하나 형성된 실시 예가 도시되지만, 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니며, 한 쌍의 안착부형성리브(32)가 두 개 이상 형성될 수 있으며, 따라서 하나의 조각하부플레이트(40)에는 가로방향(x)으로 배열되는 태양전지 어셈블리(100)가 세로방향(y)으로도 배열될 수 있다.
따라서 각각의 조각하부플레이트(40)는 방열리브(31), 한 쌍의 안착부형성리브(32), 결합리브(35), 나사결합리브(36) 등에 의해 강성이 향상될 수 있으며, 방열리브(31)에 의해 외부와 접촉하는 면적이 넓어지게 되어 밀폐된 프레임 내부에서 발생하여 조각하부플레이트(40)로 전달된 열을 원활하게 외부로 배출시킬 수 있으며, 또한 결합리브(35)와 나사결합리브(36)에 의해 얇은 판재로 이루어지는 조각하부플레이트(40)의 결합 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈(10)은 2차렌즈(120)를 압착하는 상태로 한 쌍의 안착부형성리브(32)에 결합하는 고정탄성부재(60)를 더 포함할 수 있다.
고정탄성부재(60)는 바디부(62), 바디부(62)의 양측에서 하방으로 연장되어 한 쌍의 안착부형성리브(32)의 외측면에 돌출형성된 외측돌기(37)에 억지끼움되는 한 쌍의 다리부(66) 및 한 쌍의 다리부(66)가 외측돌기(37)에 억지끼움된 경우에 2차렌즈(120)의 상부가 끼움되는 끼움고정홀(64)을 포함한다. 따라서 고정탄성부재(60)는 한 쌍의 다리부(66)가 외측돌기(37)에 억지끼움된 경우에 바디부(62)가 끼움고정홀(64)에 끼움된 상태의 2차렌즈(120)를 압착할 수 있게 된다. 여기서 끼움고정홀(64)은 렌즈플레이트(20)에서 집광된 태양광이 렌즈부(124)로 입사되도록 하기 위한 것으로서, 끼움고정홀(64)로 삽입되는 2차렌즈(120)의 상부는 대략 커버부(122)의 중심부가 된다.
그리고 이와 같이 고정탄성부재(60)가 2차렌즈(120)을 압착하게 되면, 그와 동시에 히트파이프(110)를 압착하게 되므로, 2차렌즈(120)를 하부플레이트(30)에 고정시키기가 용이할 뿐만 아니라 2차렌즈(120)와 함께 히트파이프(110)도 보다 견고하게 고정할 수 있게 된다. 또한 고정탄성부재(60)의 압착에 의해 회로기판(104)과 히트파이프(110)의 접촉 및 히트파이프(110)와 하부플레이트(30)의 접촉이 보다 밀착될 수 있어서 그에 따라 방열효과가 더욱 극대화시킬 수 있게 된다. 또한 고정탄성부재(60)의 끼움고정홀(64)로 돌출된 2차렌즈(120)의 상부로 입사하는 태양광은 거의 대부분이 렌즈부(124)로 입사하여 태양전지(102)로 집광될 수 있는 반면, 렌즈(124)로 입사되지 않는 오프-액시스(off-axis)된 광들은 대부분 고정탄성부재(60)의 바디부(62)에 의해 차단되거나 반사되기 때문에, 자연적으로 오프-액시스된 광들로 인한 회로기판(104)의 손상을 방지할 수 있는 효과도 가지게 된다.
도 9는 회로기판의 개략적인 평면도이다.
도 9를 참조하면, 태양전지(102)는 회로기판(104)의 대략 중심부에 장착되고, 회로기판(104)의 표면에는 태양전지(102)를 기준으로 양측으로 서로 전기적으로 연결되지 않는 2개의 전기전도성 연결부(105,106)가 형성될 수 있으며, 2개의 전기전도성 연결부(105,106) 중 어느 하나(105)는 태양전지(102)에 직접 연결되고, 다른 하나(106)는 리드선(108)에 의해 태양전지(102)에 연결될 수 있으며, 2개의 전기전도성 연결부(105,106) 사이에는 바이패스다이오드(by-pass diode)(107)가 구비될 수 있으며, 2개의 전기전도성 연결부(105,106)에는 리본 와이어(130)의 플랜지부(136)가 납땜(soldering), 용접(welding) 등의 방법으로 부착결합됨에 따라 연결될 수 있다. 따라서 서로 소정간격으로 이격된 복수의 태양전지(102)는 리본 와이어(130)에 의해 서로 통전될 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 고집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 고집광형 태양전지모듈 20 : 렌즈플레이트
30 : 하부플레이트 50 : 세로플레이트
60 : 고정탄성부재 70,140 : 열전도성 밀착부재 시트
100 : 태양전지 어셈블리 102 : 태양전지
104 : 회로기판 110 : 히트파이프
120 : 2차렌즈 130 : 리본 와이어
30 : 하부플레이트 50 : 세로플레이트
60 : 고정탄성부재 70,140 : 열전도성 밀착부재 시트
100 : 태양전지 어셈블리 102 : 태양전지
104 : 회로기판 110 : 히트파이프
120 : 2차렌즈 130 : 리본 와이어
Claims (9)
- 측면플레이트와 하부플레이트로 이루어지는 프레임;
태양전지가 구비되며, 상기 하부플레이트에 결합되는 태양전지 어셈블리; 및
상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 상기 태양전지로 집광하는 렌즈플레이트;를 포함하고,
상기 태양전지 어셈블리는,
가로방향으로 길게 이루어지는 히트파이프;
상기 태양전지가 장착되고, 상기 히트파이프에 부착되는 회로기판; 및
상기 복수개의 태양전지가 서로 통전되도록 하는 와이어;를 포함하고,
상기 하부플레이트 상부에는 상기 히트파이프가 안착하는 안착부가 가로방향으로 길게 구비되도록 한 쌍의 안착부형성리브가 가로방향으로 길게 돌출형성되고, 상기 하부플레이트 하부에는 방열리브가 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 회로기판은 상기 히트파이프에 가로방향으로 소정간격으로 복수개 배열되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 안착부형성리브의 내측면에는 상기 안착부에 안착된 히트파이프를 고정하는 내측걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 회로기판과 상기 히트파이프 사이, 상기 안착부와 상기 히트파이프 사이 중 적어도 어느 하나의 사이에는 열전도성 밀착부재 시트가 개재되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양전지 어셈블리는 상기 회로기판을 덮도록 상기 히트파이프 상부에 구비되어 상기 렌즈플레이트에서 집광된 태양광을 상기 태양전지로 집광하는 2차렌즈를 더 포함하고,
상기 고집광형 태양전지모듈은 상기 2차렌즈를 압착하는 상태로 상기 한 쌍의 안착부형성리브에 결합하는 고정탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 고정탄성부재는 바디부, 상기 바디부의 양측에서 하방으로 연장되어 상기 한 쌍의 안착부형성리브의 외측면에 돌출된 외측돌기에 억지끼움되는 한 쌍의 다리부 및 상기 한 쌍의 다리부가 상기 외측돌기에 억지끼움된 경우에 상기 2차렌즈의 상부가 끼움되는 끼움고정홀을 포함하고,
상기 고정탄성부재는 상기 한 쌍의 다리부가 상기 외측돌기에 억지끼움된 경우에 상기 바디부가 상기 끼움고정홀에 끼움된 상태의 상기 2차렌즈를 압착하는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 히트파이프에는 길이방향으로 길게 형성되는 홈이 구비되고, 상기 회로기판은 상기 홈에 구비되고,
상기 2차렌즈는 상기 회로기판을 덮는 커버부와, 상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 집광하는 렌즈부를 포함하고,
상기 홈의 깊이는 상기 회로기판의 두께와 상기 태양전지의 두께를 합한 두께보다 크게 형성되고,
상기 렌즈부의 밑면과 상기 태양전지의 상면은 소정의 간격을 두고 투광성 실링재에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 태양전지 어셈블리. - 제 1 항에 있어서,
상기 와이어는 피복되지 않은 리본 와이어로 이루어지고,
상기 리본 와이어는,
소정의 폭과 길이를 가지는 길이부;
상기 길이부의 양측에서 하방으로 연장되는 한 쌍의 단차부; 및
상기 회로기판에 연결되어 상기 리본 와이어를 지지하도록 상기 단차부로부터 연장되는 한 쌍의 플랜지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 측면플레이트는 가로플레이트와, 상기 가로플레이트보다 길게 형성되는 세로플레이트로 이루어지고, 상기 하부플레이트는 세로방향으로 배열되어 결합하며 상기 세로플레이트에 각각 나사 결합하는 다수의 조각(piece)하부플레이트로 이루어지고,
상기 각각의 조각하부플레이트에는 상기 한 쌍의 안착부형성리브, 상기 방열리브, 인접하는 조각하부플레이트와 결합하는 결합리브 및 상기 세로플레이트에 나사 결합하기 위한 나사결합리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130129756A KR20150049336A (ko) | 2013-10-30 | 2013-10-30 | 고집광형 태양전지모듈 |
| PCT/KR2013/009809 WO2015064788A1 (ko) | 2013-10-30 | 2013-10-31 | 태양전지 어셈블리 및 이를 포함하는 고집광형 태양전지모듈 |
| US14/914,259 US20160211794A1 (en) | 2013-10-30 | 2013-10-31 | Solar cell assembly and high concentration solar cell module including same |
| CN201380076554.3A CN105210195A (zh) | 2013-10-30 | 2013-10-31 | 太阳能电池组件及包括其的高聚光型太阳能电池模块 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130129756A KR20150049336A (ko) | 2013-10-30 | 2013-10-30 | 고집광형 태양전지모듈 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150049336A true KR20150049336A (ko) | 2015-05-08 |
Family
ID=53387432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020130129756A KR20150049336A (ko) | 2013-10-30 | 2013-10-30 | 고집광형 태양전지모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20150049336A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107644920A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-30 | 成都亿伏科技有限公司 | 便于光伏组件散热的散热装置 |
-
2013
- 2013-10-30 KR KR1020130129756A patent/KR20150049336A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107644920A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-01-30 | 成都亿伏科技有限公司 | 便于光伏组件散热的散热装置 |
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