KR20150049844A - 주집광기의 어레이가 용이한 박형 집광형 태양전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박형 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 초점거리를 줄임으로써 모듈의 전체적인 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있는 주집광기(primary opical element)를 정확한 위치에 쉽게 어레이시킬 수 있으며, 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 박형 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 박형 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 상부에 소정간격으로 복수개 배열되는 태양전지; 상기 태양전지 상부에 결합되어 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집공하는 2차렌즈; 및 입사된 광을 상기 2차렌즈로 1차적으로 집광하는 다수의 주집광기가 각각 상기 베이스플레이트 상부에 결합하여 서로 어레이를 이루는 주집광기어레이;를 포함하고, 상기 주집광기는 입사된 광을 상기 2차렌즈로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리부로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 결합하는 측면부를 포함한다
Description
본 발명은 박형 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 초점거리를 줄임으로써 모듈의 전체적인 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있는 주집광기(primary opical element)를 정확한 위치에 쉽게 어레이시킬 수 있으며, 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 박형 집광형 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 주집광기(primary optical element), 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.
한편, 종래의 집광형 태양전지모듈은 대표적인 1차렌즈로 사용되는 Fresnel Lens 또는 Mirror 등의 광학적 원리에 의해 적정 초점거리 유지가 필요한데, 이로 인해서 기존 실리콘 태양전지모듈에 비해 모듈의 부피가 5~10배 커지는 문제가 있어 제품의 제조원가 및 방법, 설치, 운영에 있어서 실리콘 태양전지모듈에 비해 불리한 점이 있다. 따라서, 일부 제조사에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1차 집광장치와 태양전지의 크기를 함께 줄임으로써 최적 효율의 집광비율은 유지하는 동시에 초점거리를 줄이려는 노력을 시도하고 있으나, 이 경우 동일 모듈출력을 위해 사용되는 부품 수의 증가로 인하여 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 초점거리를 줄임으로써 두께를 줄일 수 있는 내부전반사형 프레즈널 렌즈(Total Internal Reflection Fresnel Lens, TIR FL)를 1차렌즈로 이용한 집광형 태양전지모듈에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 종래기술로는 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 한국등록특허번호 제10-1272121호 및 제10-1289341호 등이 개시된다.
그러나 상기 종래기술에 개시된 바와 같이, 내부전반사형 프레즈널 렌즈는 그 형상이 상부가 둥근 대략 돔형(dome-type)으로 이루어진다는 점에서, 이러한 돔형의 주집광기(primary optical element)를 모듈의 정확한 위치에 어레이시키기가 쉽지 않다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 모듈의 두께를 감소시킬 수 있는 다수의 주집광기를 정확한 위치에 쉽게 어레이하여 결합시킬 수 있게 하여 각각의 주집광기 어레이 조립오차에 의한 각 태양전지 입사 태양광량 또는 균일도의 차이로 인해서 발생하는 태양전지 어레이의 출력차이를 최소화하여 복수의 직렬 연결된 태양전지 어레이의 출력저하를 최소화할 수 있는 박형 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
또한 본 발명은 간단한 구성만으로 방열기능과 조립성을 향상시킬 수 있는 박형 집광형 태양전지모듈를 제공한다.
본 발명에 따른 박형 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트 상부에 소정간격으로 복수개 배열되는 태양전지; 상기 태양전지 상부에 결합되어 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집공하는 2차렌즈; 및 입사된 광을 상기 2차렌즈로 1차적으로 집광하는 다수의 주집광기가 각각 상기 베이스플레이트 상부에 결합하여 서로 어레이를 이루는 주집광기 어레이를 포함하고, 상기 주집광기는 입사된 광을 상기 2차렌즈로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리부로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 결합하는 측면부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 모듈은 상기 복수개의 태양전지가 서로 통전되도록 하는 와이어를 더 포함하고, 상기 주집광기의 측면부에는 상기 와이어가 지나가는 와이어홈이 형성되고, 상기 베이스플레이트에는 가로방향으로 길게 돌출되는 한 쌍의 리브와, 상기 한 쌍의 리브의 일측에서 외측으로 돌출되는 외측돌기가 형성되고, 상기 외측돌기에는 상기 주집광기가 상기 베이스플레이트에 결합하는 경우에 상기 와이어홈의 내측면이 끼움되는 끼움홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 베이스플레이트는 세로방향으로 배열되어 결합하는 다수의 조각(piece) 베이스플레이트로 이루어지고, 상기 조각 베이스플레이트에는 인접하는 다른 조각 베이스플레이트와 결합하는 결합부가 형성되고, 본 발명에 따른 모듈은 상기 다수의 조각 베이스플레이트를 고정하는 세로플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 모듈은 가로방향으로 길게 이루어지며 상기 한 쌍의 리브에 의해 형성된 안착부에 결합하는 히트파이프, 상기 태양전지가 장착되며 상기 히트파이프에 부착되는 회로기판을 더 포함하고, 상기 회로기판은 상기 히트파이프에 가로방향으로 소정간격으로 복수개 배열되고, 상기 베이스플레이트 하부에는 방열리브가 돌출형성될 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 리브의 내측면에는 상기 안착부에 안착된 히트파이프를 고정하는 내측걸림턱이 형성될 수 있다.
도한, 상기 회로기판과 상기 히트파이프 사이, 상기 안착부와 상기 히트파이프 사이 중 적어도 어느 하나의 사이에는 열전도성 밀착부재 시트가 개재될 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.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 박형 집광형 태양전지모듈은 모듈의 두께를 줄일 수 있는 다수의 주집광기를 정확한 위치에 쉽게 어레이하여 결합시키는 것이 가능하여 각각의 주집광기 어레이 조립오차에 의한 각 태양전지 입사 태양광량 또는 균일도의 차이로 인해서 발생하는 태양전지 어레이의 출력차이를 최소화하여 복수의 직렬 연결된 태양전지 어레이의 출력저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 박형 집광형 태양전지모듈은 태양전지가 장착된 회로기판을 자체로 방열기능을 가지는 길이방향으로 길게 이루어지는 히트파이프 바로 위에 부착결합시키고 이러한 히트파이프를 하부에 방열리브가 형성된 베이스플레이트 바로 위에 결합시키기 때문에 태양전지에서 발생하는 열은 히트파이프에 의해 넓은 영역으로 효과적으로 방열된 후 순차적으로 베이스플레이트에 의해 외부로 보다 효과적으로 방열될 수 있으며 따라서 방열효과를 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고집광형 태양전지모듈은 히트파이프가 별도의 나사결합없이 베이스플레이트에 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.
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 박형 집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 모듈의 개략적인 평면도이고,
도 3은 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 4는 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 5는 주집광기가 베이스플레이트에 결합하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 6은 태양전지, 2차렌즈 및 와이어가 히트파이프에 결합된 상태를 나타내는 사시도이고,
도 7은 도 3의 'C' 영역의 부분 확대도이고,
도 8은 도 4의 'D' 영역의 부분 확대도이고,
도 9는 태양전지 어셈블리가 베이스플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10은 태양전지 어셈블리와 베이스플레이트의 분해사시도이고,
도 11은 회로기판의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1에 따른 모듈의 개략적인 평면도이고,
도 3은 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 4는 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분 단면도이고,
도 5는 주집광기가 베이스플레이트에 결합하는 상태를 나타내는 도면이고,
도 6은 태양전지, 2차렌즈 및 와이어가 히트파이프에 결합된 상태를 나타내는 사시도이고,
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도 8은 도 4의 'D' 영역의 부분 확대도이고,
도 9는 태양전지 어셈블리가 베이스플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고,
도 10은 태양전지 어셈블리와 베이스플레이트의 분해사시도이고,
도 11은 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 박형 집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 모듈의 개략적인 평면도이고, 도 3은 도 1의 A-A 선을 따라 절개한 부분단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B 선을 따라 절개한 부분단면도이고, 도 5는 주집광기가 베이스플레이트에 결합하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 박형 집광형 태양전지모듈(10)은 베이스플레이트(30), 베이스플레이트(30) 상부에 소정간격으로 복수개 배열되는 태양전지(102), 태양전지(102) 상부에 결합되는 2차렌즈(120), 입사된 광을 2차렌즈(120)로 1차적으로 집광하는 다수의 주집광기(primary optic element)(21)가 각각 베이스플레이트(30) 상부에 결합하여 서로 어레이를 이루는 주집광기 어레이(20)를 포함한다.
주집광기(21)는 초점거리를 줄임으로써 모듈(10)의 전체적인 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있도록 전반사형 프레즈널 렌즈 형태로 이루어질 수 있으며, 그에 따라 상부가 대략 둥근형태를 가지는 돔(dome) 형상으로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명은 그에 한정하는 것은 아니다. 또한 2차렌즈(120)는 이러한 대략 돔 형상을 가지는 주집광기(21)에서 1차적으로 집광된 광을 효율적으로 태양전지(102)에 집광하도록 구비될 수 있다. 주집광기(21)와 2차렌즈(120)의 구체적인 구성에 대해서는 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 한국등록특허번호 제10-1272121호 및 제10-1289341호 등에 상세히 개시되므로, 여기서는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 이와 같이 모듈(10)의 두께를 감소시킬 수 있는 다수의 주집광기(21) 각각이 직접 베이스플레이트(30)의 정확한 위치에 쉽게 결합되어 주집광기어레이(20)를 이루도록 함으로써, 각각의 주집광기(21) 조립오차에 의한 각 태양전지(102) 입사 태양광량 또는 균일도의 차이로 인해서 발생하는 태양전지(102) 어레이의 출력차이를 최소화하여 복수의 직렬 연결된 태양전지(102) 어레이의 출력저하를 최소화할 수 있도록 한 것이다.
도면에서 보이는 바와 같이, 주집광기(21)는 상부가 대략 둥근형태를 가지는 돔(dome) 형상으로 이루어지며 평면이 대략 사각형 형상으로 이루어질 수 있으며, 주집광기어레이(20)는 이와 같이 평면이 대략 사각형 형상으로 이루어진 주집광기(21)가 모듈(10)의 가로방향(x)과 세로방향(y)으로 각각 복수개 어레이되는 대략 바둑판 형태로 이루어질 수 있다.
주집광기(21)는 각각 베이스플레이트(30)의 정확한 위치에 직접 결합하는데, 이를 위해 주집광기(21)는 입사된 광을 2차렌즈(120)로 집광하는 렌즈부(22)와, 렌즈부(22)의 테두리부로부터 하방으로 연장되어 베이스플레이트(30)에 결합하는 측면부(23)를 포함한다.
또한 모듈(10)은 복수개의 태양전지(102)가 서로 통전되도록 하는 와이어(130)를 더 포함하고, 주집광기(21)의 측면부(23)에는 와이어(130)가 지나가는 와이어홈(24)이 형성된다.
도 5에서 보이는 바와 같이, 베이스플레이트(30)에는 가로방향(x)으로 길게 돌출되는 한 쌍의 리브(32)와, 상기 한 쌍의 리브(32) 각각에는 각각의 일측에서 외측으로 돌출되는 한 쌍의 외측돌기(37)가 형성되고(따라서 한 쌍의 외측돌기(37)는 도면상 서로 반대방향으로 돌출되는 형태를 가지게 된다), 외측돌기(37)에는 주집광기(21)가 베이스플레이트(30)에 결합하는 경우에 와이어홈(24)의 마주하는 한 쌍의 내측면(25)이 끼움되는 끼움홈(36)이 형성될 수 있다.
바람직하게, 외측돌기(37)에 형성된 끼움홈(36)은 각각의 주집광기(21)가 베이스플레이트(30)에 결합할 정확한 위치에 형성될 수 있다. 그러면 주집광기(21) 각각을 베이스플레이트(30)의 정확한 위치에 결합시키기 위해서는, 각각의 주집광기(21)의 내측면(25)을 끼움홈(36)에 끼우기만 하면 되므로, 쉽고 정확하게 주집광기(21)를 베이스플레이트(30)에 결합시킬 수 있게 된다. 이때 어느 하나의 주집광기(21)의 측면부(23)와 인접한 다른 하나의 주집광기(21)의 측면부(23)는 실리콘과 같은 실링재(27)에 의해 결합될 수 있다.
베이스플레이트(30)는 세로방향으로 배열되어 결합하는 다수의 조각(piece) 베이스플레이트(40)로 이루어지고, 조각 베이스플레이트(40)에는 인접하는 다른 조각 베이스플레이트(40)와 결합하는 결합부(35)가 형성되고, 모듈(10)은 다수의 조각 베이스플레이트(40)를 고정하는 세로플레이트(50)를 더 포함할 수 있다.
결합부(35)는 인접하는 조각베이스플레이트(40)가 소정길이 겹쳐지도록 단차진 형태로 이루어질 수 있으며, 다수의 조각베이스플레이트(40)는 서로 인접하는 결합부(35)가 소정길이 겹쳐진 상태에서 체결부재에 의해 체결고정될 수 있다.
또한 세로플레이트(50)는 세로방향으로 배열되는 다수의 조각베이스플레이트 각각과 체결부재에 의해 체결되는 수평부(52)와, 주집광기(21)의 측면부(23)와 체결부재에 의해 체결되는 수직부(51)로 이루어져, 대략 'ㄴ' 형상을 가질 수 있다.
베이스플레이트(30)와 세로플레이트(50)는 가벼우면서도 자체적인 강성을 가지는 열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 전체적인 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있도록 압출성형으로 일체로 제조됨이 바람직하다.
도 6은 태양전지, 2차렌즈 및 와이어가 히트파이프에 결합된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 3의 'C' 영역의 부분 확대도이고, 도 8은 도 4의 'D' 영역의 부분 확대도이고, 도 9는 태양전지 어셈블리가 베이스플레이트에 결합된 상태를 나타내는 도면이고, 도 10은 태양전지 어셈블리와 베이스플레이트의 분해사시도이다.
도6 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 모듈(10)은 길이방향(또는 가로방향(x))으로 길게 이루어지며 한 쌍의 리브(32)에 의해 형성된 안착부(33)에 결합하는 히트파이프(110)와, 태양전지(102)가 장착되며 히트파이프(110)에 부착되는 회로기판(104)을 더 포함할 수 있다.
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(102)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 모듈(10)은 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.
회로기판(104)은 히트파이프(110)에 가로방향(x)으로 소정간격으로 복수개 배열되고, 베이스플레이트(30) 하부에는 방열리브(31)가 구비됨이 바람직하다. 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.
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.
한편, 히트파이프(110) 상부에는 길이방향으로 길게 형성되는 홈(114)이 구비되고, 회로기판(104)은 홈(114)에 구비될 수 있다. 또한 2차렌즈(120)는 밑면이 태양전지(102)의 상면과 투광성 실링재(103)에 의해 부착됨으로써, 태양전지(102) 상부에 결합될 수 있다. 즉, 2차전지(120)는 밑면이 태양전지(102)에 실리콘 등과 같은 투광성 실링재(103)를 이용하여 부착결합됨으로써 태양전지(102)를 실링(sealing)한 상태로 태양전지(102) 상부에 결합될 수 있다.
한편, 베이스플레이트(30)의 하부에는 방열리브(31)가 돌출형성될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 모듈(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 베이스플레이트(30) 바로 위에 결합시키기 때문에, 태양전지(102)에서 발생하는 열은 히트파이프(110)에 의해 넓은 영역으로 효과적으로 방열된 후 순차적으로 베이스플레이트(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 베이스플레이트(30)를 통해 외부로 방열되는데, 이때 베이스플레이트(30)로 전달된 열은 하부에 형성된 방열리브(32)에 의해 더욱 효과적으로 외부로 방열될 수 있게 된다.
한 쌍의 리브(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 베이스플레이트(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 히트파이프(110)를 별도의 나사결합없이도 쉽게 베이스플레이트(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 베이스플레이트(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 11은 회로기판의 개략적인 평면도이다.
도 11을 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 모듈의 두께를 감소시킬 수 있는 다수의 주집광기를 정확한 위치에 쉽게 어레이하여 결합시킬 수 있게 하여 각각의 주집광기 어레이 조립오차에 의한 각 태양전지 입사 태양광량 또는 균일도의 차이로 인해서 발생하는 태양전지 어레이의 출력차이를 최소화하여 복수의 직렬 연결된 태양전지 어레이의 출력저하를 최소화할 수 있는 박형 집광형 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 : 주집광기어레이
21 : 주집광기 30 : 베이스플레이트
50 : 세로플레이트 70,140 : 열전도성 밀착부재 시트
102 : 태양전지 104 : 회로기판
110 : 히트파이프 120 : 2차렌즈
130 : 리본 와이어
21 : 주집광기 30 : 베이스플레이트
50 : 세로플레이트 70,140 : 열전도성 밀착부재 시트
102 : 태양전지 104 : 회로기판
110 : 히트파이프 120 : 2차렌즈
130 : 리본 와이어
Claims (7)
- 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트 상부에 소정간격으로 복수개 배열되는 태양전지;
상기 태양전지 상부에 결합되어 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집공하는 2차렌즈; 및
입사된 광을 상기 2차렌즈로 1차적으로 집광하는 다수의 주집광기가 각각 상기 베이스플레이트 상부에 결합하여 서로 어레이를 이루는 주집광기어레이;를 포함하고,
상기 주집광기는 입사된 광을 상기 2차렌즈로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리부로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 결합하는 측면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 모듈은 상기 복수개의 태양전지가 서로 통전되도록 하는 와이어를 더 포함하고, 상기 주집광기의 측면부에는 상기 와이어가 지나가는 와이어홈이 형성되고,
상기 베이스플레이트에는 가로방향으로 길게 돌출되는 한 쌍의 리브와, 상기 한 쌍의 리브의 일측에서 외측으로 돌출되는 외측돌기가 형성되고,
상기 외측돌기에는 상기 주집광기가 상기 베이스플레이트에 결합하는 경우에 상기 와이어홈의 내측면이 끼움되는 끼움홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 박형 집광형 태양전지모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 베이스플레이트는 세로방향으로 배열되어 결합하는 다수의 조각(piece) 베이스플레이트로 이루어지고, 상기 조각 베이스플레이트에는 인접하는 다른 조각 베이스플레이트와 결합하는 결합부가 형성되고,
상기 모듈은 상기 다수의 조각 베이스플레이트를 고정하는 세로플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박형 집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 모듈은 가로방향으로 길게 이루어지며 상기 한 쌍의 리브에 의해 형성된 안착부에 결합하는 히트파이프, 상기 태양전지가 장착되며 상기 히트파이프에 부착되는 회로기판을 더 포함하고,
상기 회로기판은 상기 히트파이프에 가로방향으로 소정간격으로 복수개 배열되고, 상기 베이스플레이트 하부에는 방열리브가 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 리브의 내측면에는 상기 안착부에 안착된 히트파이프를 고정하는 내측걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 고집광형 태양전지모듈. - 제 4 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 2 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.
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|---|---|---|---|
| KR1020130130917A KR20150049844A (ko) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 주집광기의 어레이가 용이한 박형 집광형 태양전지모듈 |
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| KR1020130130917A KR20150049844A (ko) | 2013-10-31 | 2013-10-31 | 주집광기의 어레이가 용이한 박형 집광형 태양전지모듈 |
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| KR20150049844A true KR20150049844A (ko) | 2015-05-08 |
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| KR (1) | KR20150049844A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108898966A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-27 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及显示装置 |
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- 2013-10-31 KR KR1020130130917A patent/KR20150049844A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN108898966B (zh) * | 2018-08-01 | 2020-11-06 | 京东方科技集团股份有限公司 | 显示面板及显示装置 |
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