KR20150075165A - 건물 일체형 태양 전지 모듈 및 이를 포함하는 온실 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물 성장에 필요하거나 사람의 실내 활동에 필요한 광을 충분하게 투과시킬 수 있는 건물 일체형 태양 전지 모듈 및 이를 포함하는 온실을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈은 모듈 기판; 및 광 투과 영역을 가지도록 상기 모듈 기판 상에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하는 태양 전지부를 포함하며, 상기 광 투과 영역의 면적은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건물 일체형 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
태양 전지(photovoltaic)는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 즉, 태양 전지는 P(positive)형 반도체와 N(negative)형 반도체를 접합시킨 PN접합 구조를 하고 있으며, 이러한 구조의 태양 전지에 태양광이 입사되면, 입사된 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공(Hole) 및 전자(electron)가 발생하고, 이때, PN접합에서 발생한 전기장에 의해서 정공(+)는 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다.
이와 같은 태양 전지는 기판형 태양 전지와 박막형 태양 전지로 구분할 수 있다.
기판형 태양 전지는 실리콘과 같은 반도체 물질 자체를 기판으로 이용하여 태양 전지를 제조한 것이고, 박막형 태양 전지는 유리 등과 같은 기판 상에 박막의 형태로 반도체를 형성하여 태양 전지를 제조한 것이다.
기판형 태양 전지는 상기 박막형 태양 전지에 비하여 효율이 다소 우수하기는 하지만, 공정상 두께를 최소화하는데 한계가 있고 고가의 반도체 기판을 이용하기 때문에 제조비용이 상승되는 단점이 있다.
박막형 태양 전지는 기판형 태양 전지에 비하여 효율이 다소 떨어지기는 하지만, 얇은 두께로 제조가 가능하고 저가의 재료를 이용할 수 있어 제조비용이 감소되는 장점이 있어 대량생산에 적합하다.
최근에는 태양 전지의 광전 변환 효율이 개선됨에 따라 주택, 건축물, 또는 온실(greenhouse)의 유리창 대용으로 사용할 수 있도록 투명 유리에 태양 전지를 모듈화한 건물 일체형 태양 전지 모듈이 개발되고 있다. 이러한, 건물 일체형 태양 전지 모듈은 입사되는 태양광을 이용하여 전력을 생산함과 동시에 전력을 생산하는데 사용되지 않는 태양광을 건축물 내부로 투과시킨다.
그러나, 종래의 건물 일체형 태양 전지 모듈은 사람의 실내 활동을 불편하게 하거나 식물 성장을 저하시킨다는 문제점이 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 파장에 대한 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 태양 전지는 370nm ~ 700nm 파장 영역에서 30% 이상의 양자 효율을 가지는 것으로 알 수 있다. 즉, 일반적인 박막형 태양 전지는 370nm ~ 700nm 파장 영역을 흡수하여 전력을 생산하게 된다.
사람은 380nm ~ 780nm 파장 영역의 광을 감지하여 명암과 색채를 구분하는 것으로 알려져 있으며, 일반적인 녹색 식물은 300nm ~ 800nm 파장 영역의 광을 흡수하여 성장하는 것으로 알려져 있으며, 특히 430nm 또는 670nm 파장에서 광합성 작용이 최대가 되고, 440nm 또는 660nm 파장에서 식물의 엽록소 작용이 최대가 되는 것으로 알려져 있다.
따라서, 종래의 건물 일체형 태양 전지 모듈은 식물 성장에 필수적인 파장 영역의 광을 흡수하여 전력을 생산하기 때문에 식물 성장에 필요한 파장 영역의 광을 차단하여 식물의 성장을 저하시킨다는 문제점이 있으며, 사람이 감지할 수 있는 파장 영역의 광을 차단하여 사람의 실내 활동을 불편하게 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 식물 성장에 필요하거나 사람의 실내 활동에 필요한 광을 충분하게 투과시킬 수 있는 건물 일체형 태양 전지 모듈 및 이를 포함하는 온실을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
위에서 언급된 본 발명의 기술적 과제 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈은 모듈 기판; 및 광 투과 영역을 가지도록 상기 모듈 기판 상에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하는 태양 전지부를 포함하며, 상기 광 투과 영역의 면적은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%인 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지부는 상기 모듈 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀을 포함하며, 상기 광 투과 영역은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 마련된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 태양 전지 셀 각각은 전극 분리부에 의해 분리됨과 아울러 상기 광 투과 영역에 중첩되도록 상기 모듈 기판 상에 형성된 제 1 전극; 상기 광 투과 영역을 제외한 상기 전극 분리부와 상기 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환층; 상기 전극 분리부에 인접한 상기 광전 변환층의 일부가 제거되어 형성된 콘택부; 상기 광 투과 영역을 제외한 상기 콘택부와 상기 광전 변환층 상에 형성된 제 2 전극; 및 상기 콘택부에 인접하도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 상기 광전 변환층과 상기 제 2 전극의 일부가 함께 제거되어 형성된 셀 분리부를 포함하며, 상기 광 투과 영역은 상기 셀 분리부과 교차하도록 형성되며, 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 상기 광전 변환층과 상기 제 2 전극의 일부가 함께 제거되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 태양 전지 셀 각각은 실리콘계 물질, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 물질, Ⅱ-Ⅵ 화합물계 물질, 또는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 물질로 이루어지는 광전 변환층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 태양 전지부는 상기 모듈 기판 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 기판형 태양 전지를 포함하며, 상기 광 투과 영역은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 복수의 기판형 태양 전지 사이사이에 마련될 수 있다.
상기 모듈 기판 상의 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치되고, 세로 방향으로는 h(단, h는 2 내지 7 사이의 자연수)개, i(단, i는 2 내지 6 사이의 자연수)개, 또는 j(단, j는 2 내지 12 사이의 자연수)개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 모듈 기판 상의 가로 방향으로는 8개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치되고, 세로 방향으로는 k(단, k는 2 내지 8 사이의 자연수)개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 온실은 외벽 유리창에 둘러싸이는 외벽 구조물; 상기 외벽 구조물의 상부에 설치된 지붕 구조물; 상기 지붕 구조물에 의해 마련된 복수의 개방 영역 각각을 덮는 복수의 지붕 유리창; 및 상기 복수의 지붕 유리창 각각에 결합된 복수의 태양 전지 모듈을 포함하며, 상기 복수의 태양 전지 모듈 각각은 상기 건물 일체형 태양 전지 모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 온실은 상기 복수의 태양 전지 모듈 사이사이에 배치된 복수의 보조 태양 전지 모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지붕 구조물은 복수의 가로 프레임과 복수의 세로 프레임의 교차에 의해 메시 형태로 형성되며, 상기 복수의 보조 태양 전지 모듈 각각은 복수의 가로 프레임 및 상기 복수의 세로 프레임 및 적어도 하나에 중첩되도록 설치될 수 있다.
상기 복수의 보조 태양 전지 모듈 각각은 상기 복수의 태양 전지 모듈 사이사이에 배치된 보조 모듈 기판; 및 상기 보조 모듈 기판에 형성된 복수의 보조 태양 전지를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 상기 복수의 보조 태양 전지 각각은 반도체 웨이퍼를 이용한 기판형 태양 전지, 실리콘계 박막형 태양 전지, 염료 감응 박막형 태양 전지, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, Ⅱ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, 또는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 박막형 태양 전지일 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈은 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 광 투과 영역을 포함함으로써 식물 성장에 필수적인 파장 영역, 사람이 실내에서 활동하거나 사람이 실내에서 실외를 충분히 조망할 수 있는 파장 영역의 광을 건물의 실내로 충분히 투과시키면서도 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 온실은 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 광 투과 영역을 포함하는 복수의 태양 전지 모듈을 포함하여 구성됨으로써 식물의 성장에 필수적인 파장 영역의 광을 식물에게 충분히 제공하여 식물의 성장을 저하시키지 않으면서 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 온실은 지붕 구조물에 중첩되도록 복수의 태양 전지 모듈 사이사이에 설치된 복수의 보조 태양 전지 모듈을 더 포함하여 구성됨으로써 복수의 보조 태양 전지 모듈에 의해 전력 생산 양이 증가될 수 있다.
도 1은 일반적인 태양 전지의 파장에 대한 양자 효율을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기판형 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 태양 전지 모듈에 있어서, 태양광의 파장에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 Ⅳ-Ⅳ'선의 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 B 부분의 확대도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 V-V'선의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 기판형 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 태양 전지 모듈에 있어서, 태양광의 파장에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 Ⅳ-Ⅳ'선의 단면도이다.
도 13은 도 12에 도시된 B 부분의 확대도이다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 V-V'선의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
"상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우 뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈 및 이를 포함하는 온실의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 I-I'선의 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)은 모듈 기판(110), 및 광 투과 영역(123)을 가지도록 모듈 기판(110) 상에 형성되어 입사되는 태양광(sunlight)을 흡수하여 전력을 생산하는 태양 전지부(120)를 포함한다. 이때, 상기 광 투과 영역(123)의 면적은 모듈 기판(110)의 30% ~ 88%로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 모듈 기판(110)은 투명 유리 또는 투명 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 모듈 기판(110)은 주택, 건축물, 또는 온실(greenhouse) 등의 건물 유리창에 결합될 수 있다.
상기 태양 전지부(120)는 상기 모듈 기판(110)에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하면서 전력 생산에 사용되지 않는 태양광의 30% ~ 88%를 상기 모듈 기판(110) 쪽으로 투과시킨다. 이러한 상기 태양 전지부(120)는 상기 모듈 기판(110)에 직렬 연결되도록 일정한 간격으로 형성된 복수의 태양 전지 셀(121), 및 복수의 태양 전지 셀(121) 사이사이에 마련된 광 투과 영역(123)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수의 태양 전지 셀(121) 각각은 제 1 전극(211), 전극 분리부(212), 광전 변환층(213), 투명 도전층(215), 콘택부(216), 제 2 전극(217), 및 셀 분리부(218)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 전극(211)은 상기 모듈 기판(110)에 형성된다. 이러한 상기 제 1 전극(211)은 SnO2, SnO2:F, SnO2:B, SnO2:Al, 또는 ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명한 도전 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 부가적으로, 상기 제 1 전극(211)은 태양광이 입사되는 면이기 때문에 입사되는 태양광이 태양전지 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위해서 텍스처(Texturing) 가공 공정을 통해 요철 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 전극 분리부(212)는 제 1 방향(X)(예를 들어, 상기 모듈 기판(110)의 가로 방향)을 따라 형성되어 제 1 전극(211)을 분리시킨다. 이러한 상기 전극 분리부(212)는 제 1 전극(211)의 일부 영역을 제거하여 상기 모듈 기판(110)의 소정 영역을 노출시키는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 제 1 전극(211)은 인접한 2개의 태양 전지 셀(121)에 중첩되게 된다.
상기 광전 변환층(213)은 상기 전극 분리부(212)와 제 1 전극(211) 상에 형성된다. 이러한 상기 광전 변환층(213)은 실리콘계 반도체 물질로 형성될 수 있으며, P형 반도체층, I형 반도체층 및 N형 반도체층이 순서대로 적층된 PIN구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 광전 변환층(213)이 PIN구조로 형성되면, I형 반도체층이 P형 반도체층과 N형 반도체층에 의해 공핍(Depletion)이 되어 내부에 전기장이 발생하게 되고, 태양광에 의해 생성되는 정공 및 전자가 상기 전기장에 의해 드리프트(Drift)되어 각각 P형 반도체층 및 N형 반도체층에서 회수되게 된다. 그리고, 상기 광전 변환층(213)이 PIN구조로 형성될 경우에는 제 1 전극(211) 상에 P형 반도체층을 형성하고 다음 I형 반도체층 및 N형 반도체층을 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 일반적으로 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도에 의해 낮기 때문에 입사광에 의한 회수효율을 극대화하기 위해서 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하기 위함이다. 부가적으로, 상기 광전 변환층(213)은 도 3의 확대도 "A"와 같이, 버퍼층(213a)을 사이에 두고 적어도 2층 이상으로 적층되는 적층 구조로 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 버퍼층(213a)은 광전 변환층들 사이에서 터널접합을 통해 정공 및 전자의 이동을 원활히 하는 역할을 한다.
상기 투명 도전층(215)은 상기 광전 변환층(213) 상에 형성된다. 이러한 상기 투명 도전층(215)은 상기 광전 변환층(213)을 투과한 태양광을 산란시켜 다양한 각으로 진행시킴과 아울러 후술되는 제 2 전극(217)에서 반사되어 광전 변환층(213)으로 재입사되는 광의 비율을 증가시킴으로써 태양전지의 효율을 향상시킨다. 이러한 상기 투명 도전층(215)은 생략 가능하다.
상기 콘택부(216)는 상기 전극 분리부(212)와 나란하도록 형성되어 상기 전극 분리부(212)에 인접한 상기 제 1 전극(211)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 콘택부(216)는 상기 제 1 전극(211) 상에 형성된 상기 광전 변환층(213)과 상기 투명 도전층(215)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성됨으로써 인접한 2개의 태양 전지 셀(121)이 전기적으로 직렬 연결되도록 한다. 이러한 상기 콘택부(216)는 상기 전극 분리부(212)에 인접한 상기 제 1 전극(211) 상에 형성되어 있는 상기 투명 도전층(215)과 상기 광전 변환층(213)의 소정 영역을 함께 제거하는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극(217)은 상기 콘택부(216)를 통해 인접한 상기 제 1 전극(211)에 전기적으로 접속되도록 상기 콘택부(216)의 내부와 상기 투명 도전층(215) 상에 형성된다. 이러한 상기 제 2 전극(217)은 Ag, Al, Cu, Ag+Mo, Ag+Ni, 또는 Ag+Cu 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
상기 셀 분리부(218)는 상기 콘택부(216)와 나란하도록 형성되어 상기 콘택부(216)에 인접한 상기 제 1 전극(211)의 소정 영역을 노출시킨다. 즉, 상기 셀 분리부(218)는 상기 제 1 전극(211) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(213)과 상기 투명 도전층(215) 및 상기 제 2 전극(217)의 소정 영역이 함께 제거됨으로써 인접한 2개의 태양 전지 셀(121)을 전기적으로 분리시킴과 동시에 전기적으로 직렬 연결되도록 한다. 이러한 상기 셀 분리부(218)는 레이저 스크라이빙 공정 또는 상기 제 2 전극(217)을 마스크로 한 식각 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 상기 셀 분리부(218)가 식각 공정에 의해 형성될 경우, 상기 제 2 전극(217)은 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있으며, 상기 프린팅 공정에서는 상기 셀 분리부(218)가 형성될 영역을 제외한 상기 투명 도전층(215) 상에 제 2 전극(217)을 형성하게 된다.
상기 광 투과 영역(123)은 상기 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)(예를 들어, 상기 모듈 기판(110)의 세로 방향)을 따라 일정한 폭(W)을 가지도록 형성되어 복수의 태양 전지 셀(121)을 공간적으로 분리함으로써 입사되는 태양광이 상기 모듈 기판(110) 쪽으로 투과되는 광 투과 경로를 제공한다. 이러한 상기 광 투과 영역(123)은 상기 제 1 전극(211) 상에 형성되어 있는 상기 광전 변환층(213)과 상기 투명 도전층(215) 및 상기 제 2 전극(217)의 소정 영역이 함께 제거되어 형성된다. 상기 광 투과 영역(123)은 상기 셀 분리부(218)과 동일한 공정에 의해 상기 셀 분리부(220)와 교차하도록 형성된다. 이러한 상기 광 투과 영역(123)은 상기 태양 전지부(120)의 광 개방율 및 광 투과율을 증가시켜 상기 모듈 기판(110) 쪽으로 투과되는 태양광이 증가되도록 한다.
상기 광 투과 영역(123)의 면적은 상기 복수의 태양 전지 셀(121) 각각에서 태양광을 통해 전력을 생산하면서도 370nm 이상을 가지는 파장의 광이 상기 모듈 기판(110) 쪽으로 투과시킬 수 있는 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다. 상기 광 투과 영역(123)의 면적은 상기 모듈 기판(110)의 크기, 상기 광 투과 영역(123)의 폭(W)과 길이, 및 상기 모듈 기판(110)에 형성되는 광 투과 영역(230의 개수에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 투과 영역(123)의 면적은 상기 모듈 기판(110) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 것이 바람직하며, 상기 광 투과 영역(123)의 폭(W)은 상기 모듈 기판(110)의 면적 대비 설정된 광 투과 영역(123)의 면적 비에 따라 설정되게 된다.
부가적으로, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)은 상기 태양 전지부(120)를 덮는 보호 유리(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)은 상기 모듈 기판(110) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 상기 광 투과 영역(123)을 포함함으로써 식물 성장에 필수적인 파장 영역, 사람이 실내에서 활동하거나 사람이 실내에서 실외를 충분히 조망할 수 있는 파장 영역의 광을 건물의 실내로 충분히 투과시키면서도 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)이 온실에 적용될 경우, 상기 광 투과 영역(123)이 상기 모듈 기판(110) 면적의 최소 30%가 되어야 식물이 잘 자랄수 있으며, 상기 모듈 기판(110) 면적의 최소 88% 이상일 경우에는 발전 효율이 너무 낮아 태양 전지로서의 역할을 하지 못하게 된다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)에서는, 복수의 태양 전지 셀(121) 각각이 실리콘계 반도체 물질로 이루어지는 광전 변환층(213)을 포함하여 이루어지는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 상기 복수의 태양 전지 셀(121)은 CIGS(CuInGaSe)를 대표로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 물질, CdTe(cadmium telluride)를 대표로 하는 Ⅱ-Ⅵ 화합물계 물질, 또는 GaAs(Gallium arsenide)를 대표로 하는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 물질로 이루어지는 광전 변환층을 포함하여 이루어질 수도 있다. 결과적으로, 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)은 박막형 태양 전지로 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 기판형 태양 전지를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 7은 도 5에 도시된 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(300)은 모듈 기판(310), 및 광 투과 영역(323)을 가지도록 모듈 기판(310) 상에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하는 태양 전지부(320)를 포함한다. 이때, 상기 광 투과 영역(323)의 면적은 모듈 기판(310)의 30% ~ 88%로 설정되는 것이 바람직하다.
상기 모듈 기판(310)은 투명 유리 또는 투명 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다. 이러한 상기 모듈 기판(310)은 주택, 건축물, 또는 온실(greenhouse) 등의 건물 유리창에 결합될 수 있다.
상기 태양 전지부(320)는 상기 모듈 기판(310)에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하면서 전력 생산에 사용되지 않는 태양광의 30% ~ 88%를 상기 모듈 기판(310) 쪽으로 투과시킨다. 이러한 상기 태양 전지부(320)는 상기 모듈 기판(110)에 직렬 또는 병렬 연결되도록 일정한 간격을 가지도록 m(가로)×n(세로)(단, n 및 m은 서로 다른 자연수) 형태로 배치된 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)), 및 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 사이사이에 마련된 광 투과 영역(323)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 각각은 반도체 웨이퍼(410), 복수의 상면 홈 라인(420), 반도체층(430), 복수의 제 1 전극(440), 및 제 2 전극(450)을 포함하여 구성된다.
상기 반도체 웨이퍼(410)는 소정의 전기 전도 극성을 가지는 것으로, 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 웨이퍼(410)는 N형 실리콘 웨이퍼 또는 P형 실리콘 웨이퍼로 이루어질 수 있다. 이러한 반도체 웨이퍼(410)는 상기 반도체층(430)과 반대되는 전기 전도 극성으로 이루어진다.
상기 반도체 웨이퍼(410)의 상면은 상면 요철 패턴(412)을 가지도록 형성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서에서, 반도체 웨이퍼(410)의 상면은 태양 광이 직접 입사되는 면을 의미하고, 반도체 웨이퍼(410)의 하면은 태양 광이 직접 입사되지 않는 면을 의미한다.
복수의 상면 홈 라인(420) 각각은 레이저 또는 컷팅 휠을 이용한 홈 라인 형성 공정에 의해 소정 깊이와 일정한 간격을 가지도록 상기 반도체 웨이퍼(410)의 상면으로부터 오목하게 형성된다. 예를 들어, 상기 복수의 상면 홈 라인(420) 각각은 레이저에 의해 "┗┛" 또는 "∪" 형태의 단면을 가지도록 형성된다. 여기서, 상기 상면 홈 라인(420)이 레이저에 의해 형성될 수 있다.
상기 각 상면 홈 라인(420)은 반도체 웨이퍼(410)로부터 오목하게 형성될 수 있다. 그리고, 각 상면 홈 라인(420)은 상기 제 1 전극(440)을 형성할 수 있는 최소한의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 복수의 상면 홈 라인(420) 각각은 상기 상면 요철 패턴(412)의 형성 공정 이전 또는 이후에 형성될 수 있다. 상기 복수의 상면 홈 라인(420) 각각이 레이저에 의해 형성될 경우, 상기 복수의 상면 홈 라인(420) 각각은 상기 상면 요철 패턴(412)의 형성 공정 이전에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 상면 요철 패턴(412)의 형성 공정에 의해 형성되는 상면 요철 패턴(412)은 반도체 웨이퍼(410)의 상면뿐만 아니라 상기 복수의 상면 홈 라인(420)의 각 측면과 바닥면 각각에도 형성됨으로써 반도체층(430)과 제 1 전극(440) 간의 접촉 면적으로 증가시킨다.
상기 반도체층(430)은 상기 반도체 웨이퍼(410)의 상면과 상기 복수의 상면 홈 라인(420) 각각에 박막 형태로 형성된다. 즉, 상기 반도체층(430)은 반도체 웨이퍼(410)의 상면과 복수의 상면 홈 라인(420) 각각의 내측면 및 바닥면에 형성된다. 이에 따라, 복수의 상면 홈 라인(420) 각각의 내부에는 상기 반도체층(430)에 의해 둘러싸이는 전극 형성용 홈 라인이 마련된다.
상기 반도체층(430)은 상기 반도체 웨이퍼(410)와 함께 PN 접합을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼(410)가 N형 실리콘 웨이퍼로 이루어진 경우, 상기 반도체층(430)은 P형 반도체층으로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 반도체층(430)은 붕소(B)와 같은 3족 원소로 도핑된 P형 비정질 실리콘으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 정공의 드리프트 이동도(drift mobility)가 전자의 드리프트 이동도 보다 낮기 때문에 입사광에 의한 정공의 수집 효율을 극대화하기 위해서는 P형 반도체층을 수광면에 가깝게 형성하는 것이 바람직하고, 따라서, 수광면에 가까운 상기 반도체층(430)이 P형 반도체층으로 이루어진 것이 바람직하다.
복수의 제 1 전극(440) 각각은 상기 반도체층(430)에 전기적으로 접속되도록 복수의 상면 홈 라인(420) 각각에 형성된다. 즉, 복수의 제 1 전극(440) 각각은 반도체층(430)에 의해 둘러싸이도록 복수의 상면 홈 라인(420) 각각의 내부에 마련된 전극 형성용 홈 라인에 형성됨으로써 상기 반도체 웨이퍼(410의 내부로 태양 광이 입사될 수 있도록 소정의 패턴 형태를 가지게 된다. 이러한 상기 복수의 제 1 전극(440)은 Cu, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, Ag+Al+Zn 등과 같은 금속 물질의 도전성 페이스트(Paste)를 이용한 전극 패턴 형성 공정, 및 소성 공정을 통해 형성될 수 있다.
제 2 전극(450)은 상기 반도체 웨이퍼(410)의 하면 전체에 형성된다. 즉, 상기 제 2 전극(450)은 태양 광이 입사되지 않는 상기 반도체 웨이퍼(410)의 후면(後面)에 형성되기 때문에 반도체 웨이퍼(410)의 하면 전영역에 형성될 수 있다. 다만, 반사되는 태양 광이 태양 전지의 하면을 통해 입사될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제 2 전극(450)도 패턴 형태로 형성될 수 있다. 이러한, 상기 제 2 전극(450)은 Cu, Ag, Al, Ag+Al, Ag+Mg, Ag+Mn, Ag+Sb, Ag+Zn, Ag+Mo, Ag+Ni, Ag+Cu, 또는 Ag+Al+Zn 등과 같은 금속 물질로 이루어지며, 스퍼터링(Sputtering) 공정, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 공정, 또는 상기 제 1 전극(440)과 동일한 전극 패턴 형성 공정에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은, 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 각각은 접착 시트 등의 접착 부재(350)에 의해 상기 모듈 기판(310)에 m×n의 격자 형태를 가지도록 배치된다. 이에 따라, 상기 모듈 기판(310)의 가로 방향인 제 1 방향(X)으로 배치된 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 사이사이마다 제 1 간격(Dx)이 마련되고, 상기 모듈 기판(310)의 세로 방향인 제 2 방향(Y)으로 배치된 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 사이사이마다 제 2 간격(Dy)이 마련된다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2 간격(Dx, Dy)은 서로 동일하거나 다를 수 있다.
상기 광 투과 영역(323)은 상기 모듈 기판(310)의 영역 중에서 상기 태양 전지부(320)가 형성되지 않는 영역으로서, 상기 모듈 기판(310)에 배치된 복수의 기판형 태양 전지(321(1,1) 내지 321(m,n)) 사이사이에 마련됨으로써 입사되는 태양광이 상기 모듈 기판(310) 쪽으로 투과되는 광 투과 경로를 제공한다. 이러한 상기 광 투과 영역(323)은 상기 태양 전지부(320)의 광 개방율 및 광 투과율을 증가시켜 상기 모듈 기판(310) 쪽으로 투과되는 태양광이 증가되도록 한다.
상기 광 투과 영역(123)의 면적은 상기 복수의 태양 전지 셀(121) 각각에서 태양광을 통해 전력을 생산하면서도 370nm 이상을 가지는 파장의 광이 상기 모듈 기판(110) 쪽으로 투과시킬 수 있는 범위 내에서 설정되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 광 투과 영역(323)의 면적은 상기 모듈 기판(310)에 배치되는 상기 기판형 태양 전지(321)의 개수, 상기 제 1 및 제 2 간격(Dx, Dy), 및 모듈 기판(310)의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 광 투과 영역(323)의 면적은 상기 모듈 기판(310) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 모듈 기판(310)에 배치되는 상기 기판형 태양 전지(321)의 개수, 상기 제 1 및 제 2 간격(Dx, Dy)은 상기 모듈 기판(110)의 면적 대비 설정된 광 투과 영역(323)의 면적 비에 따라 설정되게 된다.
아래의 표 1 내지 표 4는 상기 광 투과 영역(323)의 면적을 상기 모듈 기판(310) 면적의 30% ~ 88%로 설정하기 위한, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 태양 전지의 배치 방법을 설명하기 위한 것이다.
표 1 내지 표 4를 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 태양 전지의 배치 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아래의 표 1은 가로 크기가 985mm이고 세로 크기가 1642mm인 모듈 기판(310)에 가로와 세로 크기가 모두 156mm인 기판형 태양 전지가 배치될 경우에 있어서, 가로와 세로의 배치 개수, 기판 개수에 따른 간격(Dx, Dy), 출력, 차폐율, 및 광 투과율(또는 개방율)을 측정한 것이다.
위의 표 1의 실시 예 1 내지 6과 같이, 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 h개(단, h는 2 내지 7 사이의 자연수)의 기판형 태양 전지가 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 37.1% ~ 80.3%인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 42개 이하의 기판형 태양 전지를 일정한 간격으로 배치함으로써 상기 모듈 기판(310) 면적의 37.1% ~ 80.3%에 해당하는 상기 광 투과 영역(323)을 확보할 수 있고, 이를 통해 건물 일체형 태양 전지 모듈로 충분히 사용될 수 있다.
반면에, 위의 표 1의 비교 예 1 내지 3과 같이, 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 8개 내지 10개의 기판형 태양 전지가 각각 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 28.5% 이하인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 48개 이상의 기판형 태양 전지가 배치될 경우에는 상기 모듈 기판(310) 면적 대비 충분한 광 투과 영역(323)이 확보되지 않기 때문에 건물 일체형 태양 전지 모듈로 사용하는데 적합하지 않게 된다.
다음으로, 아래의 표 2는 가로 크기가 1100mm이고 세로 크기가 1300mm인 모듈 기판(310)에 가로와 세로 크기가 모두 156mm인 기판형 태양 전지가 배치될 경우에 있어서, 가로와 세로의 배치 개수, 기판 개수에 따른 간격(Dx, Dy), 출력, 차폐율, 및 광 투과율(또는 개방율)을 측정한 것이다.
위의 표 2의 실시 예 7 내지 11과 같이, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 i개(단, i는 2 내지 6 사이의 자연수)의 기판형 태양 전지가 각각 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 38.6% ~ 77.7%인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 36개 이하의 기판형 태양 전지를 일정한 간격으로 배치함으로써 상기 모듈 기판(310) 면적의 38.6% ~ 77.7%에 해당하는 상기 광 투과 영역(323)을 확보할 수 있고, 이를 통해 건물 일체형 태양 전지 모듈로 충분히 사용될 수 있다.
반면에, 위의 표 2의 비교 예 4와 같이, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 7개의 기판형 태양 전지가 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 28.9%인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 42개 이상의 기판형 태양 전지를 배치할 경우에는 상기 모듈 기판(310) 면적 대비 충분한 광 투과 영역(323)이 확보되지 않기 때문에 건물 일체형 태양 전지 모듈로 사용하는데 적합하지 않게 된다.
다음으로, 아래의 표 3은 가로 크기가 985mm이고 세로 크기가 1642mm인 모듈 기판(310)에 가로와 세로 크기가 모두 125mm인 기판형 태양 전지가 배치될 경우에 있어서, 가로와 세로의 배치 개수, 기판 개수에 따른 간격(Dx, Dy), 출력, 차폐율, 및 광 투과율(또는 개방율)을 측정한 것이다.
위의 표 3의 실시 예 12 내지 22와 같이, 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 j개(단, j는 2 내지 12 사이의 자연수)의 기판형 태양 전지가 각각 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 31.9% ~ 87.2%인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 985mm×1642mm의 모듈 기판(310)에 72개 이하의 기판형 태양 전지를 일정한 간격으로 배치함으로써 상기 모듈 기판(310) 면적의 31.9% ~ 87.2%에 해당하는 상기 광 투과 영역(323)을 확보할 수 있고, 이를 통해 건물 일체형 태양 전지 모듈로 충분히 사용될 수 있다.
다음으로, 아래의 표 4는 가로 크기가 1100mm이고 세로 크기가 1300mm인 모듈 기판(310)에 가로와 세로 크기가 모두 125mm인 기판형 태양 전지가 배치될 경우에 있어서, 가로와 세로의 배치 개수, 기판 개수에 따른 간격(Dx, Dy), 출력, 차폐율, 및 광 투과율(또는 개방율)을 측정한 것이다.
위의 표 4의 실시 예 23 내지 29와 같이, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 8개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 k개(단, k는 2 내지 8 사이의 자연수)의 기판형 태양 전지가 각각 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 30.6% ~ 80.5%인 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 64개 이하의 기판형 태양 전지를 일정한 간격으로 배치함으로써 상기 모듈 기판(310) 면적의 30.6% ~ 80.5%에 해당하는 상기 광 투과 영역(323)을 확보할 수 있고, 이를 통해 건물 일체형 태양 전지 모듈로 충분히 사용될 수 있다.
반면에, 위의 표 4의 비교 예 5와 같이, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 가로 방향으로는 8개의 기판형 태양 전지가 배치되고, 세로 방향으로는 9개의 기판형 태양 전지가 각각 배치될 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310) 면적의 22.3%인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 1100mm×1300mm의 모듈 기판(310)에 72개 이상의 기판형 태양 전지가 배치될 경우에는 상기 모듈 기판(310) 면적 대비 충분한 광 투과 영역(323)이 확보되지 않기 때문에 건물 일체형 태양 전지 모듈로 사용하는데 적합하지 않게 된다.
따라서, 표 1 내지 표 4의 제 1 내지 제 29 실시 예에 따른 태양 전지의 배치 방법에 따르면, 모듈 기판(310)의 면적 대비 복수의 기판형 태양 전지에 따른 차폐율이 61.4%이하일 경우, 상기 광 투과 영역(323)의 면적이 상기 모듈 기판(310)의 30.6% ~ 87.2%인 것을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(300)은, 광 투과율의 측정 방법의 오차를 감안하더라도, 표 1 내지 표 4의 기판 배치 방법 중 어느 한 기판 배치 방법을 통해 상기 모듈 기판(310)의 면적 대비 30% ~ 88%의 광 투과 영역(323)을 확보할 수 있으며, 이를 통해 식물 성장에 필수적인 파장 영역, 사람이 실내에서 활동하거나 사람이 실내에서 실외를 충분히 조망할 수 있는 파장 영역의 광을 건물의 실내로 충분히 투과시키면서도 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있는 건물 일체형 태양 전지 모듈을 제공할 수 있다.
부가적으로, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(300)은 상기 태양 전지부(320)를 덮는 보호 유리(미도시)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 9는 도 8에 도시된 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)은 외벽 구조물(510), 지붕 구조물(520), 복수의 지붕 유리창(530), 및 복수의 태양 전지 모듈(540)을 포함하여 구성된다.
상기 외벽 구조물(510)은 지면에 수직하게 설치되어 온실(500)의 외벽을 형성한다. 이러한 상기 외벽 구조물(510)에는 적어도 하나의 외벽 유리창(512)이 설치되어 있으며, 이로 인해 온실(500)의 외벽은 외벽 유리창(512)에 의해 둘러싸이게 된다.
상기 지붕 구조물(520)은 메시 형태를 가지도록 상기 외벽 구조물(510)의 상부에 결합되어 온실(500)의 지붕을 형성한다. 이를 위해, 상기 지붕 구조물(520)은 상기 외벽 구조물(510)의 상부에 일정한 간격과 일정한 각도로 경사지도록 결합된 복수의 세로 프레임, 및 상기 복수의 세로 프레임과 교차하도록 복수의 세로 프레임에 결합된 복수의 가로 프레임을 포함한다.
상기 복수의 지붕 유리창(530)은 교차하는 복수의 세로 프레임과 복수의 가로 프레임에 의해 상기 지붕 구조물(520)에 마련되는 복수의 개방 영역 각각을 덮도록 인접한 세로 프레임과 가로 프레임에 결합됨으로써 온실(500)의 지붕을 덮는다.
상기 복수의 태양 전지 모듈(540) 각각은 상기 복수의 지붕 유리창(530) 각각에 일체화되도록 결합되어 온실(500)의 외부로부터 입사되는 태양광을 온실(500)의 내부로 투과시키면서 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산한다. 이러한 상기 복수의 태양 전지 모듈(540) 각각은 도 2 내지 도 4에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(100)과 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 태양 전지 모듈에 있어서, 태양광의 파장에 따른 광 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 10에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 태양 전지 모듈(540) 각각은 상기 광 투과 영역(123)에 따른 광 개방율의 증가로 인하여, 370nm 이상의 파장에 대해서는 30% 이상의 광 투과율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)은 상기 모듈 기판(110) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 상기 광 투과 영역(123)을 포함하는 복수의 태양 전지 모듈(540)을 포함하여 구성됨으로써 식물(10)의 성장에 필수적인 파장 영역의 광을 식물에게 충분히 제공하여 식물(10)의 성장을 저하시키지 않으면서 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다.
한편, 도 8에서는 상기 태양 전지 모듈(540) 각각이 상기 지붕 구조물(520)에만 설치되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 외벽 구조물(510) 중에서 상대적으로 많은 태양광이 입사되는 적어도 한 곳의 외벽 구조물(510)을 덮는 외벽 유리창(512)에 추가로 설치될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 Ⅳ-Ⅳ'선의 단면도이며, 도 13은 도 12에 도시된 B 부분의 확대도로서, 이는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)에 복수의 보조 태양 전지 모듈(550)을 추가로 구성한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 복수의 보조 태양 전지 모듈(550)에 대해서만 설명하기로 하고, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)과 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온실(600)에 있어서, 상기 복수의 보조 태양 전지 모듈(550) 각각은 태양광이 온실(600)의 내부로 입사되지 못하는 지붕 구조물(520)에 중첩되도록 상기 복수의 태양 전지 모듈(540) 사이사이에 설치되어 태양광을 이용해 전력을 추가로 생산한다. 이를 위해, 상기 복수의 보조 태양 전지 모듈(550) 각각은 보조 모듈 기판(131), 및 복수의 보조 태양 전지(137)를 포함하여 구성된다.
상기 보조 모듈 기판(131)은 상기 지붕 구조물(520)의 가로 프레임 및/또는 세로 프레임에 중첩되도록 설치된다. 이러한 상기 보조 모듈 기판(131)은 가로 프레임 또는 세로 프레임에 결합되거나, 가로 프레임 또는 세로 프레임을 사이에 두고 인접한 지붕 유리창(530) 간에 결합될 수 있다.
상기 복수의 보조 태양 전지(137)는 접착 시트 등과 같은 접착 부재(125)에 의해 상기 보조 모듈 기판(131)의 상면에 결합되어 상기 지붕 구조물(520) 쪽으로 입사되는 태양광을 이용하여 전력을 생산한다. 일 예에 따른 복수의 보조 태양 전지(137) 각각은, 도 6에 도시된 기판형 태양 전지(321)로 이루어지며, 이의 구체적인 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하기로 하고 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 다른 실시 예에 따른 복수의 보조 태양 전지(137)는 도시하지 않았지만, 실리콘계 박막형 태양 전지, 염료 감응 박막형 태양 전지, CIGS(CuInGaSe)를 대표로 하는 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, CdTe(cadmium telluride)를 대표로 하는 Ⅱ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, 또는 GaAs(Gallium arsenide)를 대표로 하는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 박막형 태양 전지로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 온실(600)은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)과 동일한 효과를 제공하면서 지붕 구조물(520)에 중첩되도록 복수의 태양 전지 모듈(540) 사이사이에 설치된 복수의 보조 태양 전지 모듈(550)에 의해 전력 생산 양이 증가될 수 있다.
도 14는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 15는 도 14에 도시된 V-V'선의 단면도로서, 이는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)에서 복수의 태양 전지 모듈을 변경하여 구성한 것이다. 이에 따라, 이하에서는 복수의 태양 전지 모듈에 대해서만 설명하기로 하고, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 온실(500)과 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실(700)에 있어서, 상기 복수의 태양 전지 모듈(740) 각각은 상기 복수의 지붕 유리창(530) 각각에 일체화되도록 결합되어 온실(700)의 외부로부터 입사되는 태양광을 온실(500)의 내부로 투과시키면서 입사되는 태양광을 이용해 전력을 생산한다. 이러한 상기 복수의 태양 전지 모듈(740) 각각은 도 5 내지 도 7에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 건물 일체형 태양 전지 모듈(300)과 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 복수의 태양 전지 모듈(740) 각각은 상기 모듈 기판(310) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 상기 광 투과 영역(323)을 포함하여 구성됨으로써, 도 10에서 알 수 있듯이, 상기 광 투과 영역(323)에 따른 광 개방율의 증가로 인하여, 370nm 이상의 파장에 대해서는 30% 이상의 광 투과율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실(700)은 상기 모듈 기판(310) 면적의 30% ~ 88%로 설정되는 상기 광 투과 영역(323)을 포함하는 복수의 건물 일체형 태양 전지(300)를 포함하여 구성됨으로써 식물(10)의 성장에 필수적인 파장 영역의 광을 식물에게 충분히 제공하여 식물(10)의 성장을 저하시키지 않으면서 태양광을 이용해 전력을 생산할 수 있다.
부가적으로, 도 11에서는 상기 복수의 태양 전지 모듈(740) 각각이 상기 지붕 구조물(520)에만 설치되는 것으로 도시하였지만, 이에 한정되지 않고, 외벽 구조물(510) 중에서 상대적으로 많은 태양광이 입사되는 적어도 한 곳의 외벽 구조물(510)을 덮는 외벽 유리창(512)에 추가로 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실(700)은, 도 16에 도시된 바와 같이, 태양광이 온실(700)의 내부로 입사되지 못하는 지붕 구조물(520)에 중첩되도록 설치되어 태양광을 이용해 전력을 추가로 생산하는 복수의 보조 태양 전지 모듈(550)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 보조 태양 전지 모듈(550) 각각은 도 11 내지 도 13에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 온실(600)의 보조 태양 전지 모듈과 동일한 구성을 가지므로, 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 300: 건물 일체형 태양 전지 모듈 110, 310: 모듈 기판
120, 320: 태양 전지부 121: 태양 전지 셀
123, 323: 광 투과 영역 321: 기판형 태양 전지
500, 600, 700: 온실 520: 지붕 구조물
530: 지붕 유리창 540, 740: 태양 전지 모듈
550, 750: 보조 태양 전지 모듈
120, 320: 태양 전지부 121: 태양 전지 셀
123, 323: 광 투과 영역 321: 기판형 태양 전지
500, 600, 700: 온실 520: 지붕 구조물
530: 지붕 유리창 540, 740: 태양 전지 모듈
550, 750: 보조 태양 전지 모듈
Claims (13)
- 모듈 기판; 및
광 투과 영역을 가지도록 상기 모듈 기판 상에 형성되어 입사되는 태양광을 흡수하여 전력을 생산하는 태양 전지부를 포함하며,
상기 광 투과 영역의 면적은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%인 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지부는 상기 모듈 기판 상에 형성된 복수의 태양 전지 셀을 포함하며,
상기 광 투과 영역은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 복수의 태양 전지 셀 사이사이에 마련된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 태양 전지 셀 각각은,
전극 분리부에 의해 분리됨과 아울러 상기 광 투과 영역에 중첩되도록 상기 모듈 기판 상에 형성된 제 1 전극;
상기 광 투과 영역을 제외한 상기 전극 분리부와 상기 제 1 전극 상에 형성된 광전 변환층;
상기 전극 분리부에 인접한 상기 광전 변환층의 일부가 제거되어 형성된 콘택부;
상기 광 투과 영역을 제외한 상기 콘택부와 상기 광전 변환층 상에 형성된 제 2 전극; 및
상기 콘택부에 인접하도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 상기 광전 변환층과 상기 제 2 전극의 일부가 함께 제거되어 형성된 셀 분리부를 포함하며,
상기 광 투과 영역은 상기 셀 분리부과 교차하도록 형성되며, 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 제 1 전극 상에 형성된 상기 광전 변환층과 상기 제 2 전극의 일부가 함께 제거되어 형성된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 태양 전지 셀 각각은 실리콘계 물질, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 물질, Ⅱ-Ⅵ 화합물계 물질, 또는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 물질로 이루어지는 광전 변환층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 태양 전지부는 상기 모듈 기판 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 기판형 태양 전지를 포함하며,
상기 광 투과 영역은 상기 모듈 기판 면적의 30% ~ 88%의 면적을 가지도록 상기 복수의 기판형 태양 전지 사이사이에 마련된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 모듈 기판 상의 가로 방향으로는 6개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치되고, 세로 방향으로는 h(단, h는 2 내지 7 사이의 자연수)개, i(단, i는 2 내지 6 사이의 자연수)개, 또는 j(단, j는 2 내지 12 사이의 자연수)개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 제 5 항에 있어서,
상기 모듈 기판 상의 가로 방향으로는 8개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치되고, 세로 방향으로는 k(단, k는 2 내지 8 사이의 자연수)개의 기판형 태양 전지가 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양 전지 모듈. - 외벽 유리창에 둘러싸이는 외벽 구조물;
상기 외벽 구조물의 상부에 설치된 지붕 구조물;
상기 지붕 구조물에 의해 마련된 복수의 개방 영역 각각을 덮는 복수의 지붕 유리창; 및
상기 복수의 지붕 유리창 각각에 결합된 복수의 태양 전지 모듈을 포함하며,
상기 복수의 태양 전지 모듈 각각은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 청구항에 기재된 건물 일체형 태양 전지 모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온실. - 제 8 항에 있어서,
상기 외벽 유리창에는 상기 적어도 하나의 태양 전지 모듈이 결합된 것을 특징으로 하는 온실. - 제 8 항에 있어서,
상기 복수의 태양 전지 모듈 사이사이에 배치된 복수의 보조 태양 전지 모듈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온실. - 제 10 항에 있어서,
상기 지붕 구조물은 복수의 가로 프레임과 복수의 세로 프레임의 교차에 의해 메시 형태로 형성되며,
상기 복수의 보조 태양 전지 모듈 각각은 복수의 가로 프레임 및 상기 복수의 세로 프레임 및 적어도 하나에 중첩되도록 설치된 것을 특징으로 하는 온실. - 제 10 항에 있어서,
상기 복수의 보조 태양 전지 모듈 각각은,
상기 복수의 태양 전지 모듈 사이사이에 배치된 보조 모듈 기판; 및
상기 보조 모듈 기판에 형성된 복수의 보조 태양 전지를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 온실. - 제 12 항에 있어서,
상기 복수의 보조 태양 전지 각각은 반도체 웨이퍼를 이용한 기판형 태양 전지, 실리콘계 박막형 태양 전지, 염료 감응 박막형 태양 전지, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, Ⅱ-Ⅵ 화합물계 박막형 태양 전지, 또는 Ⅲ-Ⅴ 화합물계 박막형 태양 전지인 것을 특징으로 하는 온실.
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2013
- 2013-12-24 KR KR1020130162554A patent/KR20150075165A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101974004B1 (ko) * | 2017-12-07 | 2019-08-23 | 한국남동발전 주식회사 | 다공성 태양광발전용패널 |
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