KR20150077849A - 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈 및 모듈 집합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 의하면, 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB; 상기 비아홀의 바닥면에 부착된 광소자;및 상기 광소자와 상기 PCB를 연결하는 와이어 본딩; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈을 제공한다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, PCB에 구비된 경사진 형태의 비아홀 바닥에 광소자를 구비하고 경사면에 금속을 도금함으로써, 광소자에 빛이 모아져서 발전 효율이 높아지는 효과가 있다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, PCB에 구비된 경사진 형태의 비아홀 바닥에 광소자를 구비하고 경사면에 금속을 도금함으로써, 광소자에 빛이 모아져서 발전 효율이 높아지는 효과가 있다.
Description
본 발명은 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈 및 모듈 집합체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광학 시스템의 조력없이 태양전지 근처의 빛을 집광하여 전기를 생산할 수 있는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈 및 모듈 집합체에 관한 것이다.
반도체의 발달에 따라 태양광을 직접 전기에너지로 전환하는 기술이 발전하였다. 태양광 발전에 있어서, 에너지 효율을 높이기 위하여 다양한 방법이 연구되어 왔는데, 가장 손쉬우면서 중요한 개발 방향은 더 많은 빛을 태양전지의 표면에 모으는 것이다.
한국 공개 특허 제10-2009-0015019호는 태양전지의 표면에 더 많은 빛을 모으기 위하여 태양전지를 빛의 각도에 따라 기울이는 방법이 개시되어 있다.
그러나 이런 방법은 빛의 방향을 항상 확인하고 태양전지 패널을 기울이는 동력기구가 필요한 단점이 있다.
이렇게 태양전지 판을 회전시켜서 집광시키는 것 이외에 광학적 방법을 이용하는 방법도 개발되고 있다.
도 1은 기존의 1, 2차 광학 시스템을 사용하여 집광하는 태양전지 모듈의 개념도이다.
1차 광학 시스템(13)이 원거리에서 대량의 빛을 모으고, 2차 광학 시스템(14)이 각 태양전지(12) 개개에 맞추어 빛을 다시 모은다. 빛은 발열이 가능한 재질, 예컨대 금속제 PCB(11, Plexible Circuit Board)와 같은 기판 위에 PCB(11)와 도전성 와이어(15)로 연결된다.
이러한 구조는 1. 2차 광학 시스템이 추가로 필요하고, 2. 기판이 금속제로 무겁고 비싸다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 금속제 PCB대신 폴리머 PCB와 같이 가벼운 PCB를 사용하는 태양전지 모듈을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 2차 광학 시스템 없이 집광이 가능한 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB; 상기 비아홀의 바닥면에 부착된 광소자;및 상기 광소자와 상기 PCB를 연결하는 와이어 본딩; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 비아홀은, 경사면이 금속으로 도금된 것일 수 있다.
여기서, 상기 금속은, 반사율이 기 설정된 수치보다 높을 수 있다.
여기서, 상기 금속은, 구리, 은, 알루미늄, 아연 및 니켈 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상기 경사면은, 오목거울 모양일 수 있다.
여기서, 상기 경사면의 형상은, 상기 광소자의 위치를 초점으로 하는 타원의 일부일 수 있다.
여기서, 상기 비아홀의 바닥면이 발열판일 수 있다.
여기서, 상기 발열판은 금속일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB와; 상기 비아홀 바닥면에 부착된 광소자; 및 상기 광소자와 상기 PCB를 연결하는 와이어 본딩;을 포함하는 집광형 광소자 모듈이 주기적으로 배열되고, 상기 배열에 생긴 공간에 단자가 구비된 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈 집합체를 제공한다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, PCB에 구비된 경사진 형태의 비아홀 바닥에 광소자를 구비하고 경사면에 금속을 도금함으로써, 광소자에 빛이 모아져서 발전 효율이 높아지는 효과가 있다.
또한, 경사진 형태를 오목거울 또는 타원 형태로 구비함으로써, 집광 효율을 극대화하는 효과가 있다.
또한, 비아홀의 바닥면에 얇은 금속제 발열판을 구비함으로써, 발열부재의 두께를 줄여서 무게를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 기존의 1,2차 광학 시스템을 사용하여 집광하는 태양전지 모듈의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 경사면을 사용하여 집광하는 태양전지 모듈의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈을 연속으로 배치한 집광형 태양전지 모듈 집합체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈 집합체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 경사면을 사용하여 집광하는 태양전지 모듈의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈을 연속으로 배치한 집광형 태양전지 모듈 집합체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈 집합체의 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
1cmX1cm의 크기 내외의 태양전지 각각에 빛을 집중시키는 수단을 제공한다. 구체적으로 각각의 태양전지 외곽에 반사판을 구비하여 태양전지 각각에 주변의 빛을 집중시킨다는 개념이다. 태양전지는 생성한 전력을 회로에 전달해야 하므로 반사판의 상단에 회로를 구성하여 전력을 전송한다. 이러한 반사판을 각각 만들기는 어려우므로 PCB 기판의 형상을 변형시켜서 반사판의 역할을 하는 영역을 생성한다.
물론 반사판은 들어오는 빛을 반사하여 태양전지로 집광할 수도 있지만, 태양전지 위치에 있는 소자에서 생성한 빛을 평행하게 정면으로 반사하는 역할을 할 수도 있다. 다시 말해서 본 발명에서 반사판은 집광 또는 빛의 조사를 돕는 역할을 한다는 것에 특징이 있다. 따라서 본 발명에서 태양전지는 반사판이 빛을 집중시킬 수 있는 위치에 있어야 하는 소자를 말할 뿐이지 반드시 태양전지에 한정할 필요는 없다. 예컨대 광센서와 같이 빛을 감지하는 소자나 발광소자처럼 반사판을 이용하여 빛을 특정 방향으로 조사할 수 있는 소자도 본 발명의 태양전지를 대신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 경사면을 사용하여 집광하는 태양전지 모듈의 개념도이다.
1차 광학시스템이 빛을 정면에서 모아주므로 측면에서 오는 빛은 거의 없다. 따라서, 태양전지(130)가 굳이 평면 상에 노출될 필요가 없다. 다시 말해서, 태양전지(130) 주변에 빛을 반사할 수 있는 경사면(150)을 세워서 빛을 모아도 측면에서 오는 빛을 막지 않는다. 따라서 여기서 1차 광학시스템은 렌즈와 같이 빛을 1차적으로 모아주는 역할을 하는 장치뿐만 아니라 태양전지(130) 모듈을 빛의 방향에 수직으로 회전시켜주는 장치도 포함한다.
경사면(150)의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지(130) 모듈은 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB(120), 비아홀의 바닥면에 부착된 태양전지(130) 및 태양전지(130)와 PCB(120)를 연결하는 와이어 본딩을 포함한다.
PCB(120)는 더 이상 발열판으로서 기능하지 않으므로 금속에 한정되지 않는다. 다시 말해 일반적으로 사용되는 폴리머 기판일 수 있다. PCB(120)는 상면에 상면보다 하면이 좁은 구멍(비아홀)을 하나 이상 구비한다. 본 실시예에서는 제작의 편의성을 위하여 비아홀의 형상을 변형된 원기둥 형태로 가정하였으나 한쪽면이 넓은 정육각형 모양도 무방하다. 비아홀을 이루는 경사면(150)은 금속과 같이 반사율이 높은 재질로 코팅되어 빛을 반사할 수 있다. 상면보다 하면이 좁으므로 상면 방향에서 입사되는 빛은 반사되어 하면으로 집중된다. 이때, 금속은 구리와 같이 PCB(120)에 흔히 사용되는 도전성 금속뿐만 아니라 은, 알루미늄, 아연 및 니켈과 같이 반사율이 특히 높은 금속일 수 있으며 이들의 합금일 수도 있다. 경사면(150)은 적어도 일반적으로 사용되는 구리보다 반사율이 크거나 같은 금속이 바람직하다.금속의 표면이 식각되지 않도록 표면에 질화 실리콘(SiN)이나 산화피막을 추가로 코팅하여 반사율을 유지할 수 있다.
비아홀의 경사면(150)은 단순한 경사면(150) 모양일 지라도 (a)에서와 같이 빛을 모을 수 있다. (b)와 같이 비아홀의 경사면(150)이 빛을 모을 수 있는 오목거울 모양이나 태양전지(130)의 위치를 초점으로 하는 타원의 일부 형상으로 구성되어 상부에서 하부로 평행하게 입사하는 빛을 초점으로 모으는 형상일 수도 있다.
비아홀의 바닥면(110)은 금속과 같이 높은 발열 성능을 가진 소재로 구성되어 태양전지(130)가 생성한 열을 효과적으로 제거할 수 있다. 도면에서는 바닥면(110)이 PCB(120)의 밑면을 모두 덮은 모양으로 도시되었으나 얇은 판상으로 구성되어 비아홀의 바닥면(110)만을 선택적으로 가릴 수도 있다.
태양전지(130)는 빛을 전기로 전환할 수 있는 소자로서, 직접천이형 밴드 갭을 가지고 있어서, 낮은 빛의 세기에서도 높은 효율을 갖는 소자일 수 있다.
와이어 본딩에 대하여는 도 3을 참조하여 추가로 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈의 평면도이다.
바닥면(110)에 있는 태양전지(130)는 단자(170)와 도전성의 와이어 본딩으로 연결된다. 도전성 와이어 본딩은 금과 같이 연성이 높고 전도성도 높은 금속일 수 있다. 와이어 본딩은 경사면(150) 아래의 태양전지(130)와 경사면(150) 위의 PCB(120) 상에 있는 단자(170)를 연결한다. 경사면(150)은 금속이므로 와이어 본딩의 전류가 샐 수 있으므로 와이어 본딩은 절연 피막이 덮인 도선으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 태양전지 모듈을 연속으로 배치한 집광형 태양전지 모듈 집합체의 단면도이다.
도 2와 도 3에서 설명한 집광형 태양전지(130) 모듈은 여러 개가 연속하여 PCB(120)에 위치할 수 있다. 태양전지(130)의 크기에 한계가 있을 때 작은 태양전지(130)를 연속으로 나열할 수도 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예로서 제시한 집광형 태양전지(130) 모듈은 주변의 빛을 집광시킬 수 있으므로 기 설정된 간격으로 연속으로 배치함으로써, 적은 수의 태양전지(130)로 높은 효율의 성능을 획득할 수 있다. 각각의 태양전지(130)는 경사면(150)으로부터 반사된 빛과 직접 조사된 빛을 전기로 바꾸어 와이어 본드(160)를 통해 PCB(120) 상의 단자(170)로 전달한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지 모듈 집합체의 사시도이다.
보이는 바와 같이, 집광형 태양전지(130) 모듈은 바둑판의 눈에 하나씩 위치하도록 배열할 수 있으며, 칸에는 단자(170)를 배치하여 PCB(120)의 면을 최대한 효율적으로 사용할 수 있다.
물론 집광형 태양전지(130) 모듈을 주기적으로 배치하고 빈 공간에 단자(170)를 배치하는 것으로 충분할 뿐, 어떠한 방법으로 배치하여도 무방하다. 다시 말해서, 육각형으로 채워진 형태로 배치될 수도 있다.
집광형 태양전지(130)에 연결된 한 쌍의 와이어 본드(160)는 각각 양극과 음극에 대응되므로 이들을 직렬로 연결하여 높은 전압을 유도할 수도 있고, 병렬로 연결하여 높은 전류를 유도할 수도 있으나, 이는 PCB(120)의 회로 구성에 따라 결정될 것이다. 본 실시예에서는 직렬로 연결된 것을 도시하였다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.
110: 바닥면
120: PCB
130: 태양전지 140: 1차 광학 시스템
150: 경사면 160: 와이어 본드
170: 단자
130: 태양전지 140: 1차 광학 시스템
150: 경사면 160: 와이어 본드
170: 단자
Claims (10)
- 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB;
상기 비아홀의 바닥면에 부착된 광소자; 및
상기 광소자와 상기 PCB를 연결하는 와이어 본딩;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 비아홀은, 경사면이 금속 또는 합금으로 도금된 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 금속은, 반사율이 적어도 구리보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제2항에 있어서,
상기 금속은, 구리, 은, 알루미늄, 아연 및 니켈 중 어느 하나 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 경사면은, 오목거울 모양인 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 경사면의 형상은, 상기 광소자의 위치를 초점으로 하는 타원의 일부인 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 비아홀의 바닥면이 발열판인 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제7항에 있어서,
상기 발열판은 금속인 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 광소자는, 태양전지, 광센서 및 발광소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집광형 광소자 모듈. - 경사진 형태의 비아홀을 포함하는 PCB와; 상기 비아홀 바닥면에 부착된 광소자; 및 상기 광소자와 상기 PCB를 연결하는 와이어 본딩;을 포함하는 집광형 광소자 모듈이 주기적으로 배열되고, 상기 배열에 생긴 공간에 단자가 구비된 것을 특징으로 하는 경사면의 반사광을 활용하는 집광형 광소자 모듈 집합체.
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| KR (1) | KR101566854B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017191992A1 (ko) * | 2016-05-03 | 2017-11-09 | 주식회사 아모센스 | 열광 발전 장치 |
| KR102320002B1 (ko) * | 2020-05-08 | 2021-11-01 | 광주과학기술원 | 레이저 전력 수신기 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101251577B1 (ko) | 2011-07-18 | 2013-04-08 | (주)애니캐스팅 | 집광형 태양광 발전 장치 및 리시버 하우징 제조방법 |
-
2013
- 2013-12-30 KR KR1020130166739A patent/KR101566854B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017191992A1 (ko) * | 2016-05-03 | 2017-11-09 | 주식회사 아모센스 | 열광 발전 장치 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR101566854B1 (ko) | 2015-11-06 |
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