KR20150138923A - 태양광 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광의 입사각 변화에도 태양 전지 모듈에 입사되는 태양광의 입사량을 최대화하여 태양 전지 모듈의 발전 효율을 극대화할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 태양광 발전 장치는 미세 요철 구조를 갖는 전면 투명 기판 및 상기 전면 투명 기판의 후면에 결합된 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈; 상기 태양 전지 모듈의 주변부에 중첩되도록 배치되고, 상기 태양 전지 모듈의 주변부를 투과하여 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽으로 반사시키는 측면 광학 모듈; 및 상기 태양 전지 모듈의 후면 아래에 배치되고, 상기 측면 광학 모듈에 의해 반사되어 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈 쪽으로 진행시키는 후면 광학 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 태양 전지 모듈의 발전 효율을 극대화할 수 있는 태양광 발전 장치에 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(+)은 P형 반도체 쪽으로 이동하고 전자(-)는 N형 반도체 쪽으로 이동하게 되어 전위가 발생하게 됨으로써 전력을 생산할 수 있게 되는 원리이다. 이와 같은, 태양 전지는 태양광을 전기로 변환하는 최소 단위인 태양 전지 셀(Cell)이 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된 형태로 형성된다.
태양광 발전 장치는 태양 전지 모듈을 포함하고, 태양 전지 모듈은 유리 기판, 및 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되도록 유리 기판에 결합된 복수의 태양 전지를 포함하여 구성될 수 있다.
태양광 발전 장치의 발전 효율을 극대화시키기 위해서는, 태양광은 항상 태양 전지 모듈의 전면에서 수직하게 입사되어야만 한다. 그러나, 태양은 오전과 오후 또는 계절에 따라 고도와 위치가 달라지기 때문에 발전 효율을 증대시키기 위해서는 별도의 수단이 필요하다. 예를 들어, 발전 효율을 증대시키기 위해, 종래의 태양광 발전 장치는 센서를 통해 태양의 궤적을 따라 태양 전지 모듈의 방위각과 경사각을 자동으로 조절하는 자동 조절 장치를 포함하여 구성된다.
그러나, 자동 조절 장치를 포함하는 종래의 태양광 발전 장치의 경우, 발전효율은 극대화될 수 있으나, 자동 조절 장치의 설치 비용과 기계적인 결함에 의해 유지 관리 비용이 증가되며, 자동 조절 장치가 주로 지면에 설치되므로 설치 장소에 대한 한계가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 태양광의 입사각 변화에도 태양 전지 모듈에 입사되는 태양광의 입사량을 최대화하여 태양 전지 모듈의 발전 효율을 극대화할 수 있는 태양광 발전 장치를 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 태양광 발전 장치는 미세 요철 구조를 갖는 전면 투명 기판 및 상기 전면 투명 기판의 후면에 결합된 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈; 상기 태양 전지 모듈의 주변부에 중첩되도록 배치되고, 상기 태양 전지 모듈의 주변부를 투과하여 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽으로 반사시키는 측면 광학 모듈; 및 상기 태양 전지 모듈의 후면 아래에 배치되고, 상기 측면 광학 모듈에 의해 반사되어 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈 쪽으로 진행시키는 후면 광학 모듈을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 후면 광학 모듈은 상기 태양 전지 모듈의 후면 아래에 배치되어 상기 측면 광학 모듈에 의해 반사되어 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈 쪽으로 진행시키는 광 경로 변경판; 상기 광 경로 변경판의 후면에 배치된 반사 시트; 및 상기 광 경로 변경판 상에 배치된 광학 시트부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 측면 광학 모듈은 입사되는 광을 상기 광 경로 변경판의 측면으로 반사시키기 위한 경사면 또는 곡면으로 이루어진 광 반사면을 갖는 복수의 광 반사 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 반사면에 형성된 미러 부재를 더 포함하며, 상기 미러 부재는 상기 광 반사 부재를 통해 입사되는 광을 상기 광 경로 변경판의 측면으로 반사시킬 수 있다.
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 경로 변경판의 측면과 마주하는 상기 광 반사 부재의 측면에 형성된 복수의 광 산란 입자를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 광 산란 입자는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 스킨부로 이루어지고, 상기 코어부는 중공 형태 또는 에어 포켓 형태로 형성되거나 상기 스킨부와 다른 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다.
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 반사면에 형성된 미러 부재를 더 포함하며, 상기 광 반사면은 상기 태양 전지 모듈의 주변부 후면과 직접적으로 마주함과 동시에 상기 광 경로 변경판의 측면과 직접적으로 마주할 수 있다.
상기 광 반사 부재는 금속 재질로 이루어지고, 상기 광 반사면은 상기 태양 전지 모듈의 주변부 후면과 직접적으로 마주함과 동시에 상기 광 경로 변경판의 측면과 직접적으로 마주할 수 있다.
상기 측면 광학 모듈은 상기 복수의 광 반사 부재 각각 상에 배치되어 상기 태양 전지 모듈의 주변부를 투과하여 입사되는 광을 상기 광 반사 부재의 광 반사면으로 굴절시키는 복수의 광 굴절 부재를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광학 시트부는 상기 광 경로 변경판 상에 배치된 확산 시트; 및 복수의 마이크로 렌즈를 포함하도록 형성되어 상기 확산 시트 상에 배치된 집광 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전면 투명 기판의 후면에는 복수의 태양 전지가 일정한 간격으로 나란하게 배열되고, 상기 집광 시트는 인접한 태양 전지 사이에 중첩되도록 형성된 광 분리 패턴을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 태양 전지 모듈은 미세 요철 구조를 포함하도록 형성되어 상기 적어도 하나의 태양 전지의 후면을 덮는 후면 투명 기판을 더 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 태양광 발전 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 양면 수광형 태양 전지를 이용하여 전면광에 따라 1차 발전하면서 측면 광학 모듈과 후면 광학 모듈의 광 가이드에 의한 후면광에 따라 2차 발전하여 전력을 생산함으로써 태양광의 입사각 변화에도 태양 전지 모듈에 입사되는 태양광의 입사량을 최대화하여 태양 전지 모듈의 발전 효율을 최대화할 수 있다.
둘째, 태양 전지 모듈과 측면 광학 모듈 및 후면 광학 모듈이 분리 가능한 하나의 모듈로 제작되기 때문에 제조 단가 및 설치 비용을 낮출 수 있으며, 유지 관리의 편리성을 향상시키면서 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 광 반사 부재의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 집광 시트의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 광 반사 부재의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 및 도 6은 도 2에 도시된 집광 시트의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
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 또 다른 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 태양광 발전 장치의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 평면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치는 태양 전지 모듈(100), 측면 광학 모듈(200), 후면 광학 모듈(300), 하우징(400), 및 커버 프레임(500)를 포함한다.
상기 태양 전지 모듈(100)은 전방에서 직접적으로 입사되는 태양광(SL)에 따라 1차 발전하면서 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300)의 광 가이드에 의해 후방에서 입사되는 태양광(SL)의 반사광을 이용하여 2차 발전하여 전력을 생산한다. 이를 위해, 태양 전지 모듈(100)은 전면 투명 기판(110), 적어도 하나의 태양 전지(120), 상부 접합 시트(130), 및 하부 접합 시트(140)를 포함한다.
상기 전면 투명 기판(110)은 투명 유리 재질 또는 투명 플라스틱 재질로 이루어져 복수의 태양 전지(120)의 전면(前面)을 보호한다. 전면 투명 기판(110)의 전면(前面)에는 전방에서 직접적으로 입사되는 태양광(SL)의 반사율을 감소시켜 태양광(SL)이 태양 전지(120) 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위한 미세 요철 구조(112)가 형성될 수 있다. 미세 요철 구조(112)는 평탄한 투명 기판에 대한 화학적 식각 공정 및 물리적 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 태양 전지(120)는 상부 접합 시트(130)에 의해 전면 투명 기판(110)의 후면에 결합된다. 예를 들어, 태양 전지 모듈(100)은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 태양 전지(120)를 포함하고, 복수의 태양 전지(120)는 전면 투명 기판(110)의 주변부(EP)를 제외한 나머지 전면 투명 기판(110)의 후면에 일정한 간격을 가지도록 격자 형태로 배열될 수 있다. 여기서, 전면 투명 기판(110)의 주변부(EP)는 전면 투명 기판(110)의 테두리 부분으로 정의될 수 있다.
상기 적어도 하나의 태양 전지(120)는 태양 전지 모듈의 전방에서 조사되는 태양광(SL)에 따라 1차 발전함과 동시에 태양 전지 모듈의 후방에서 조사되는 태양광에 따라 2차 발전하여 전력을 생산하기 위한, 양면 수광형 태양 전지(Bifacial Photovoltaic Solar Cell)일 수 있다. 일 예로서, 상기 태양 전지(120)는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정계 반도체로 이루어진 반도체 기판, 반도체 기판의 상면에 형성되어 반도체 기판과 PN 접합을 형성하는 제 1 반도체층, 제 1 반도체층 상면에 형성된 제 1 전극, 반도체 기판의 하면에 형성된 제 2 반도체층, 제 2 반도체층 상면에 형성된 제 2 전극을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 반도체 기판은 N형 실리콘 웨이퍼, 제 1 반도체층은 P형 반도체층, 및 제 2 반도체층은 N형 반도체층이 될 수 있다. 나아가, 상기 태양 전지는 반도체 기판과 제 1 반도체층 사이에 추가로 형성된 제 1 진성 반도체층, 및 반도체 기판과 제 2 반도체층 사이에 추가로 형성된 제 2 진성 반도체층을 더 포함할 수 있다.
상기 상부 접합 시트(130)는 전면 투명 기판(110)과 태양 전지(120) 사이에 배치되어 태양 전지(120)의 전면 투명 기판(110)의 후면에 결합시킨다.
상기 하부 접합 시트(130)는 태양 전지(120)를 덮도록 상부 접합 시트(130)와 결합됨으로써 태양 전지(120)를 보호한다.
이와 같은, 상기 태양 전지 모듈(100)은 전면 투명 기판(110) 상에 상부 접합 시트(130), 태양 전지(120), 및 하부 접합 시트(140)를 차례로 적층한 다음, 가열 압착 공정을 통해 태양 전지(120)를 전면 투명 기판(110)의 후면에 일체화시키는 공정에 제조됨으로써 태양 전지는 상부 및 하부 접합 시트(130, 140)에 의해 밀봉된다. 여기서, 상기 상부 접합 시트(130)와 하부 접합 시트(140) 각각은 에틸렌비닐아세테이트(ethylenevinylacetate)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 측면 광학 모듈(200)은 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)에 중첩되도록 배치되고, 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 투과하여 입사되는 광(SL')을 태양 전지 모듈(100)의 후면, 즉 후면 광학 모듈(300) 쪽으로 반사시킨다. 이를 위해, 측면 광학 모듈(200)은 후면 광학 모듈(300)의 각 측면과 나란하게 배치된 복수의 광 반사 부재(210)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 광 반사 부재(210) 각각은, 도 3에 도시된 바와 같이, 삼각 기둥 형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수의 광 반사 부재(210) 각각은 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)와 마주하는 전면(210a), 후면 광학 모듈(300)의 측면과 마주하는 측면(210b), 및 전면(210a)과 측면(210b) 사이에 일정한 기울기를 가지도록 형성되어 전면(210a)을 통해 입사되는 광(SL')을 후면 광학 모듈(300)의 각 측면으로 반사시키기 위한 광 반사면(210c)으로 이루어질 수 있다. 이러한, 상기 복수의 광 반사 부재(210)는 투명 재질의 플라스틱으로 이루어질 수 있으며, 일 예로서, 충격에 강한 아크릴 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 복수의 광 반사 부재(210) 각각은 일정한 굴절율을 가질 수 있다.
상기 측면 광학 모듈(200)은 상기 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 광 반사면(210c)에 형성된 미러 부재(220)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 미러 부재(220)는 광 반사 부재(210)를 투과하는 광의 손실을 방지하여 상기 광 반사 부재(210)의 반사 효율을 증가시킨다. 일 예로서, 미러 부재(220)는 금속 재질, 금속 테이프, 또는 반사층이 코팅된 유리 재질로 이루어져 광 반사면(210c)에 부착될 수 있다. 다른 예로서, 미러 부재(220)는 반사 물질로 이루어져 광 반사면(210c)에 코팅될 수 있다.
추가적으로, 상기 측면 광학 모듈(200)은 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 측면(210b)에 형성된 광 산란층(230)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 광 산란층(230)은 입사되는 광을 산란시키기 위한 복수의 광 산란 입자(232)를 포함하여 이루어질 수 있다.
복수의 광 산란 입자(232)는 광 반사면(210c) 및/또는 미러 부재(220)에 의해 반사되어 후면 광학 모듈(300)의 각 측면으로 진행하는 광을 다양한 각도로 산란시킨다.
일 예로서, 복수의 광 산란 입자(232) 각각은 실리콘 산화물(예컨대, SiO2 등의 실리콘 원소를 포함하는 산화물), 또는 전이금속 산화물(예컨대, TiO2, CeO2 등의 전이금속 원소를 포함하는 산화물) 등의 재질로 선택될 수 있으나, 반드시 그에 한정되는 것은 아니다.
선택적으로, 광 산란층(230)은 복수의 광 산란 입자(232) 각각이 동일한 물질로 형성되지 않고, 각기 다른 굴절률을 가지는 광 산란 입자(232)들의 혼합으로 형성될 수 있으며, 이 경우, 광 산란층(230)에 입사되는 광은 각기 다른 굴절율을 갖는 광 산란 입자(232)를 거치면서 다양한 각도로 굴절되는 효과를 얻을 수 있다.
다른 예로서, 복수의 광 산란 입자(232)는 코어(Core)부, 및 코어부를 둘러싸는 스킨부로 이루어질 수 있다. 이때, 코어부는 중공 형태 또는 에어 포켓 형태로 형성되거나 스킨부와 다른 굴절률을 가지는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 복수의 광 산란 입자(232)에 입사되는 광은 스킨부를 투과한 후 코어부를 통과할 때 1차로 굴절됨과 아울러 코어부를 투과한 후 스킨부를 통과할 때 2차로 굴절되게 된다.
이와 같은 광 산란층(230)은 복수의 광 산란 입자(232)를 포함하는 페이스트를 이용한 페이스트 코팅 방법에 의해 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 측면(210b)에 형성될 수 있다. 이때, 페이스트 코팅 방법으로는 프린팅(Printing) 방법, 스프레이 코팅(Spray Coating) 방법, 졸-겔(Sol-Gel) 방법, 딥 코팅(Dip Coating) 방법, 또는 스핀 코팅(Spin Coating) 방법이 될 수 있다.
추가적으로, 상기 광 산란층(230)은, 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 투과하여 입사되는 광(SL')이 다양한 각도로 굴절되어 광 반사면(210c)에 입사될 수 있도록, 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 전면(210a)에 추가로 형성될 수도 있다.
다시 도 1 및 2에서, 상기 후면 광학 모듈(300)은 태양 전지 모듈(100)의 후면 아래에 배치되고, 상기 측면 광학 모듈(200)에 의해 반사되어 입사되는 광을 태양 전지 모듈(100) 쪽으로 진행시킨다. 즉, 상기 후면 광학 모듈(300)은 태양 전지 모듈(100)에 후면 광을 제공하여 태양 전지(120)의 2차 발전에 의해 전력이 생산되도록 한다. 이를 위해, 후면 광학 모듈(300)은 광 경로 변경판(310), 반사 시트(320), 및 광학 시트부(330)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 광 경로 변경판(310)은 복수의 태양 전지(120)에 중첩되도록 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 제외한 태양 전지 모듈(100)의 후면 아래에 배치된다. 이때, 상기 광 경로 변경판(310)의 각 측면은 상기 복수의 광 반사 부재(210)에 의해 둘러싸이며, 복수의 광 반사 부재(210) 각각에 의해 반사되는 광이 입사되는 입광면이 될 수 있다. 이러한 광 경로 변경판(310)은 측면 광학 모듈(200)에 의해 반사되어 각 입광면으로 입사되는 광을 내부적으로 굴절 및/또는 반사시켜 태양 전지 모듈(100) 쪽으로 진행시킨다.
일 예에 따른 광 경로 변경판(310)은 일정한 두께를 가지는 평판 형태로 형성된 베이스 부재, 및 베이스 부재의 하면에 반사 패턴을 포함하여 이루어질 수 있다. 다른 예에 따른 광 경로 변경판(310)은 일정한 두께를 가지는 평판 형태로 형성되되, 사각뿔 형태로 오목하게 형성된 바닥면을 갖는 베이스 부재, 및 바닥면에 형성된 반사층(또는 반사 패턴)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 반사 시트(320)는 광 경로 변경판(310)의 후면에 배치되어 광 경로 변경판(310)의 후면 아래의 진행하는 광을 태양 전지 모듈(100) 쪽으로 반사시킴으로써 광의 손실을 방지한다.
상기 광학 시트부(330)는 광 경로 변경판(310) 상에 배치되어 광 경로 변경판(310)으로부터 태양 전지 모듈(100) 쪽으로 진행하는 광이 태양 전지(120)에 최대한 수직하게 입사되도록 한다. 이를 위해, 상기 광학 시트부(330)는 광 경로 변경판(310) 상에 차례로 적층된 확산 시트(332)와 집광 시트(334)로 이루어질 수 있다.
확산 시트(332)는 광 경로 변경판(310) 상에 배치되어 광 경로 변경판(310)으로부터 입사되는 광을 확산시킨다.
집광 시트(334)는 확산 시트(332)에 의해 확산된 광을 최대한 수직하게 집광하여 태양 전지(120)의 후면에 조사한다. 이를 위해, 집광 시트(334)는 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스 필름(334a), 및 베이스 필름(334a)의 상면에 형성된 복수의 마이크로 렌즈(334b)를 포함하여 구성된다.
일 예에 따른 복수의 마이크로 렌즈(334b) 각각은 베이스 필름(334a)의 상면으로부터 렌즈 형상을 가지도록 볼록하게 형성되어 일정한 방향으로 길게 연장되어 나란하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 형상은 반원 또는 반타원 형태일 수 있다. 다른 예에 따른 복수의 마이크로 렌즈(334b) 각각은 베이스 필름(334a)의 상면으로부터 상기 렌즈 형상을 가지도록 볼록하게 형성되고 격자 형태로 배열될 수 있다.
추가적으로, 상기 집광 시트(334)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 인접한 태양 전지(120) 사이의 갭 공간(GP)에 중첩되는 베이스 필름(334a)의 하면에 형성된 광 분리부(334c)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광 분리부(334c)는 확산 시트(332)에 의해 확산되어 입사되는 광을 상기 갭 공간(GP)에 인접한 태양 전지(120) 쪽으로 분리 진행시킴으로써 복수의 마이크로 렌즈(334b)에 의해 집광되는 광이 인접한 태양 전지(120) 사이의 갭 공간(GP)으로 진행하는 것을 방지해 태양 전지(120)에 입사되는 광량을 증가시킨다.
상기 광 분리부(334c)는 태양 전지 모듈의 X축 방향으로 배열된 인접한 태양 전지(120) 사이의 갭 공간(GP)에 중첩되는 베이스 필름(334a)의 하면에 형성된 복수의 제 1 광 분리 패턴, 및 복수의 제 1 광 분리 패턴 각각과 교차하면서 태양 전지 모듈의 Y축 방향으로 배열된 인접한 태양 전지(120) 사이의 갭 공간(GP)에 중첩되는 베이스 필름(334a)의 하면에 형성된 복수의 제 2 광 분리 패턴을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한, 복수의 제 1 및 제 2 광 분리 패턴 각각은 삼각 기둥 형태를 가지도록 상기 갭 공간(GP)에 중첩되는 베이스 필름(334a)의 하면에 오목하게 형성되거나 볼록하게 형성될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2에서, 상기 하우징(400)은 상기 측면 광학 모듈(200)과 상기 후면 광학 모듈(300)을 수납 지지한다. 이를 위해, 하우징(400)은 수납 공간을 마련하는 바닥부(410)와 측벽부(420)를 포함하여 이루어진다. 바닥부(410)는 상기 측면 광학 모듈(200)과 상기 후면 광학 모듈(300)을 지지한다. 측벽부(420)는 바닥부(410) 상에 둘러싸이는 수납 공간을 정의하고, 수납 공간에 수납된 측면 광학 모듈(200)의 각 측면을 둘러싼다. 나아가, 측벽부(420)는 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300) 상에 안착된 태양 전지 모듈(100)의 각 측면을 둘러쌀 수도 있다.
상기 커버 프레임(500)는 상기 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP) 테두리 부분을 덮음과 아울러 하우징(400)의 측벽부(420)를 감쌈으로써 하우징(400)에 수납된 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300) 및 태양 전지 모듈(100)을 고정한다. 이를 위해, 커버 프레임(500)은 상기 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP) 테두리 부분을 제외한 나머지 부분을 외부의 태양광(SL)에 노출시키기 위한 개구부를 갖는 "┏"자 형태의 단면을 가지는 사각띠 형태로 형성된다. 이때, 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)에서 상기 커버 프레임(500)에 의해 덮이는 부분의 폭은 태양광(SL)이 상기 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 통해 측면 광학 모듈(200)에 충분히 입사되면서 상기 태양 전지 모듈(100)을 고정할 수 있는 범위 내에서 최소한으로 설정되는 것이 바람직하다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치의 제작 방법은 다음과 같다.
먼저, 상기 하우징(400)의 수납 공간에 반사 시트(320)와 광 경로 변경판(310)을 수납한다.
이어서, 광 경로 변경판(310)의 각 측면과 하우징(400)의 측벽부(410) 사이에 측면 광학 모듈(200)의 광 반사 부재(210)를 삽입 배치한다.
이어서, 광 경로 변경판(310) 상에 광학 시트부(330)의 확산 시트(332)와 집광 시트(334)를 차례로 적층 배치한다.
이어서, 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300) 상에 태양 전지 모듈(100)을 안착시킨다.
이어서, 스크류 등의 체결 부재를 이용하여 커버 프레임(500)을 하우징(400)의 측벽부(420)에 결합함으로써 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP) 테두리 부분을 덮음과 아울러 하우징(400)의 각 측면을 감싼다.
이상과 같은, 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치는 양면 수광형 태양 전지(120)를 이용하여 직접적으로 입사되는 태양광(SL)에 따라 1차 발전하면서 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300)의 광 가이드에 의해 후방에서 입사되는 태양광(SL)의 반사광(SL')에 따라 2차 발전하여 전력을 생산함으로써 태양광의 입사각 변화에도 태양 전지 모듈(100)에 입사되는 태양광의 입사량을 최대화하여 태양 전지 모듈(100)의 발전 효율을 최대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치는 태양 전지 모듈(100)과 측면 광학 모듈(200) 및 후면 광학 모듈(300)이 분리 가능한 하나의 모듈로 제작되기 때문에 제조 단가 및 설치 비용을 낮출 수 있으며, 유지 관리의 편리성을 향상시키면서 유지 관리 비용을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다. 이러한, 본 발명의 제 2 예에 따른 태양광 발전 장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치에서 후면 광학 모듈의 반사 시트의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 반사 시트의 구조 변경 및 이와 관련된 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 반사 시트(320)는 광 경로 변경판(310)의 후면에 배치되어 광 경로 변경판(310)의 후면으로 진행하는 광을 태양 전지 모듈(100)로 반사시킴과 아울러, 측면 광학 모듈(200)의 광 반사 부재(210)에 입사되는 광을 광 경로 변경판(310)의 각 측면으로 반사시키는 역할을 동시에 수행한다. 이를 위해, 반사 시트(320)는 바닥 반사부(322)와 복수의 측면 반사부(324)를 포함하여 구성될 수 있다.
바닥 반사부(322)는 광 경로 변경판(310)의 후면과 동일한 면적으로 가지도록 형성되어 광 경로 변경판(310)의 후면을 지지함과 아울러 광 경로 변경판(310)의 후면으로 진행하는 광을 태양 전지 모듈(100) 쪽으로 반사시킨다.
복수의 측면 반사부(324) 각각은 바닥 반사부(324)의 각 측면으로부터 연장되어 투명 접착제에 의해 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 광 반사면(210c)에 부착됨으로써 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 투과하여 복수의 광 반사 부재(210)에 입사된 광(SL')을 광 경로 변경판(310)의 각 측면 쪽으로 반사시킨다. 이때, 복수의 측면 반사부(324) 각각은 광 반사 부재(210)의 광 반사면(210c)에 대응되는 면적을 가지도록 바닥 반사부(324)의 각 측면으로부터 연장될 수 있다. 이러한, 복수의 측면 반사부(324) 각각은, 도 2 내지 도 3에 도시된 미러 부재(220)와 동일한 반사 기능을 수행한다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 예에 따른 태양광 발전 장치는 후면 광학 모듈(300)의 반사 시트(320)를 측면 광학 모듈(200)의 광 반사 부재(210)에 입사되는 광을 광 경로 변경판(310)의 각 측면으로 반사시킴으로써 후면 광학 모듈(300)의 미러 부재(220)를 제거하여 후면 광학 모듈(300)의 구조를 단순화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다. 이러한, 본 발명의 제 3 예에 따른 태양광 발전 장치는 도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제 1 예에 따른 태양광 발전 장치에서 측면 광학 모듈의 구조를 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 측면 광학 모듈의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 상기 측면 광학 모듈(200)은 전술한 바와 같이, 복수의 광 반사 부재(210)를 포함한다.
상기 복수의 광 반사 부재(210) 각각은 일정한 기울기를 갖도록 형성된 경사면 또는 일정한 곡률을 갖도록 오목하게 형성된 곡면으로 이루어진 광 반사면(210c)을 포함한다. 상기 광 반사면(210c)은 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP) 후면과 직접적으로 대향됨과 동시에 광 경로 변경판(310)의 각 측면과 직접적으로 대향됨으로써 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 투과하여 직접적으로 입사되는 광(SL')을 광 경로 변경판(310)의 각 측면 쪽으로 반사시킨다.
일 예에 따른 복수의 광 반사 부재(210)는 상기 광 반사면(210c)을 갖는 금속 재질 또는 아크릴 재질로 이루어질 수 있다.
복수의 광 반사 부재(210) 각각이 아크릴 재질로 이루어지는 경우, 상기 측면 광학 모듈(200)은 상기 광 반사면(210c)에 형성된 미러 부재(220)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로서, 미러 부재(220)는 금속 재질, 금속 테이프, 또는 반사층이 코팅된 유리 재질로 이루어져 광 반사면(210c)에 부착될 수 있다. 다른 예로서, 미러 부재(220)는 반사 물질로 이루어져 광 반사면(210c)에 코팅될 수 있다.
선택적으로, 상기 측면 광학 모듈(200)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 광 굴절 부재(240)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
복수의 광 굴절 부재(240) 각각은 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 광 반사면(210c) 또는 복수의 광 반사 부재(210) 각각의 광 반사면(210c)에 부착된 미러 부재(220) 각각에 형합되는 경사면을 가지도록 삼각 기둥 형태로 형성되어 복수의 광 반사 부재(210) 각각 상에 안착된다. 이러한, 복수의 광 굴절 부재(240) 각각은 태양 전지 모듈(100)의 주변부(EP)를 투과하여 입사되는 광을 일정한 각도로 굴절시킴으로써 복수의 광 반사 부재(210) 각각에 의해 광 경로 변경판(310)에 입사되는 광량을 증가시킨다. 이를 위해, 복수의 광 굴절 부재(240) 각각은 일정한 굴절율을 가지는 투명한 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 4 예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 이는 도 1에 도시된 선 I-I'의 단면도이다. 이러한, 본 발명의 제 4 예에 따른 태양광 발전 장치는 전술한 본 발명의 제 1 내지 제 3 예 중 어느 한 예에 따른 태양광 발전 장치에서 태양 전지 모듈의 구성을 변경한 것이다. 이에 따라, 이하의 설명에서는 태양 전지 모듈의 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 태양 전지 모듈(100)은 전방에서 직접적으로 입사되는 태양광(SL)에 따라 1차 발전하면서 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300)의 광 가이드에 의해 후방에서 입사되는 태양광(SL)의 반사광을 이용하여 2차 발전하여 전력을 생산한다. 이를 위해, 태양 전지 모듈(100)은 전면 투명 기판(110), 적어도 하나의 태양 전지(120), 상부 접합 시트(130), 하부 접합 시트(140), 및 후면 투명 기판(150)을 포함한다. 이러한 구성을 갖는 태양 전지 모듈(100)은 후면 투명 기판(150)을 추가로 포함하는 것을 제외하고는 전술한 태양 전지 모듈과 동일하므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 후면 투명 기판(150)은 전술한 측면 광학 모듈(200)과 후면 광학 모듈(300) 각각과 직접적으로 마주하도록 하부 접합 시트(140)에 결합되어 태양 전지 모듈(100)의 후면에 형성된다. 이러한 상기 후면 투명 기판(150)은 투명 유리 재질 또는 투명 플라스틱 재질로 이루어져 복수의 태양 전지(120)의 후면을 보호한다.
추가적으로, 상기 후면 투명 기판(150)의 전면(前面) 또는/및 후면에는 입사되는 광의 감소시켜 광이 태양 전지(120) 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위한 미세 요철 구조(152)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 미세 요철 구조(152)는
후면 광학 모듈(300)로부터 후방에서 입사되는 광의 반사율을 감소시켜 광이 태양 전지(120) 내부로 최대한 흡수될 수 있도록 하기 위한 미세 요철 구조(152)가 형성될 수 있다. 이러한, 미세 요철 구조(152)는 평탄한 투명 기판에 대한 화학적 식각 공정 및 물리적 식각 공정에 의해 형성될 수 있다.
이와 같은, 태양 전지 모듈(100)은 전면 투명 기판(110) 상에 상부 접합 시트(130), 태양 전지(120), 하부 접합 시트(140), 및 후면 투명 기판(150)을 차례로 적층한 다음, 가열 압착 공정을 통해 태양 전지(120)를 전면 투명 기판(110)과 후면 투명 기판(150) 사이에 밀봉하는 공정에 제조될 수 있다.
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: 태양 전지 모듈 110: 전면 투명 기판
120: 태양 전지 150: 후면 투명 기판
200: 측면 광학 모듈 210: 광 반사 부재
220: 미러 부재 230: 광 산란층
240: 광 굴절 부재 300: 후면 광학 모듈
310: 광 경로 변경판 320: 반사 시트
330: 광학 시트부 334: 집광 시트
400: 하우징 500: 커버 프레임
120: 태양 전지 150: 후면 투명 기판
200: 측면 광학 모듈 210: 광 반사 부재
220: 미러 부재 230: 광 산란층
240: 광 굴절 부재 300: 후면 광학 모듈
310: 광 경로 변경판 320: 반사 시트
330: 광학 시트부 334: 집광 시트
400: 하우징 500: 커버 프레임
Claims (13)
- 미세 요철 구조를 갖는 전면 투명 기판 및 상기 전면 투명 기판의 후면에 결합된 적어도 하나의 태양 전지를 포함하는 태양 전지 모듈;
상기 태양 전지 모듈의 주변부에 중첩되도록 배치되고, 상기 태양 전지 모듈의 주변부를 투과하여 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽으로 반사시키는 측면 광학 모듈; 및
상기 태양 전지 모듈의 후면 아래에 배치되고, 상기 측면 광학 모듈에 의해 반사되어 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈 쪽으로 진행시키는 후면 광학 모듈을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 후면 광학 모듈은,
상기 태양 전지 모듈의 후면 아래에 배치되어 상기 측면 광학 모듈에 의해 반사되어 입사되는 광을 상기 태양 전지 모듈 쪽으로 진행시키는 광 경로 변경판;
상기 광 경로 변경판의 후면에 배치된 반사 시트; 및
상기 광 경로 변경판 상에 배치된 광학 시트부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 측면 광학 모듈은 입사되는 광을 상기 광 경로 변경판의 측면으로 반사시키기 위한 경사면 또는 곡면으로 이루어진 광 반사면을 갖는 복수의 광 반사 부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 반사면에 형성된 미러 부재를 더 포함하며,
상기 미러 부재는 상기 광 반사 부재를 통해 입사되는 광을 상기 광 경로 변경판의 측면으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 경로 변경판의 측면과 마주하는 상기 광 반사 부재의 측면에 형성된 광 산란층을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 광 산란층은 복수의 광 산란 입자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 복수의 광 산란 입자는 코어부와 상기 코어부를 둘러싸는 스킨부로 이루어지고,
상기 코어부는 중공 형태 또는 에어 포켓 형태로 형성되거나 상기 스킨부와 다른 굴절률을 가지는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 측면 광학 모듈은 상기 광 반사면에 형성된 미러 부재를 더 포함하며,
상기 광 반사면은 상기 태양 전지 모듈의 주변부 후면과 직접적으로 마주함과 동시에 상기 광 경로 변경판의 측면과 직접적으로 마주하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 광 반사 부재는 금속 재질로 이루어지고,
상기 광 반사면은 상기 태양 전지 모듈의 주변부 후면과 직접적으로 마주함과 동시에 상기 광 경로 변경판의 측면과 직접적으로 마주하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 측면 광학 모듈은 상기 복수의 광 반사 부재 각각 상에 배치되어 상기 태양 전지 모듈의 주변부를 투과하여 입사되는 광을 상기 광 반사 부재의 광 반사면으로 굴절시키는 복수의 광 굴절 부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 시트부는,
상기 광 경로 변경판 상에 배치된 확산 시트; 및
복수의 마이크로 렌즈를 포함하도록 형성되어 상기 확산 시트 상에 배치된 집광 시트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 전면 투명 기판의 후면에는 복수의 태양 전지가 일정한 간격으로 나란하게 배열되고,
상기 집광 시트는 인접한 태양 전지 사이에 중첩되도록 형성된 광 분리 패턴을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태양 전지 모듈은 미세 요철 구조를 포함하도록 형성되어 상기 적어도 하나의 태양 전지의 후면을 덮는 후면 투명 기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020140065878A KR20150138923A (ko) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 태양광 발전 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020140065878A KR20150138923A (ko) | 2014-05-30 | 2014-05-30 | 태양광 발전 장치 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20150138923A true KR20150138923A (ko) | 2015-12-11 |
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ID=55020179
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