KR20160071486A - 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 컴팩트(compact)화가 가능하여 휴대성을 극대화시킬 수 있으며, 광원 면적, 발전 용량 등을 고려하여 다양한 크기로 설계 및 제작이 가능하도록 한 다중 적층 광발전 모듈에 관한 것으로, 빈 공간 없이 복수 개의 세트를 적층하여 이루어지되, 단일의 세트는 한 쌍의 도광체 사이에 태양전지 필름이 삽입되어 형성되며, 상기 도광체는 투명한 재질로 이루어지며, 상면과 태양전지 필름과 접하는 면을 제외한 나머지 표면에 빛 반사를 위한 광반사 코팅층이 구비되며, 상기 태양전지 필름은 양면으로 투입되는 광을 통해 발전이 가능하도록 양면에 태양전지 셀이 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치{Multi-stack photovoltaic module}

본 발명은 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 작은 공간에 다수의 광발전수단을 집적하여 배치할 수 있어서 이동성 및 휴대성을 높일 수 있도록 한 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치에 관한 것이다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1334092호(2013.11.28.공고)는 다수의 랙을 마련하고 상기 랙의 적층 공간에 태양광 모듈을 적층함으로써 적은 면적에서 발전 효율을 높일 수 있도록 한 태양광 충전장치이다.

그러나, 이와 같은 종래의 적층 타입의 광발전 장치는 태양전지모듈의 후면에 상당한 양의 광이 투입되어 열발생의 원인이 되므로 태양전지모듈의 발전 효율이 떨어지고 이를 해결하기 위해 별도의 냉각수단을 구비하여야 할 뿐만 아니라 적층 공간이 구비되어야 하므로 휴대용으로 사용하는 데는 어려움이 있는 문제점이 지적되고 있다.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1334092호(2013.11.28.공고)

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 컴팩트(compact)화가 가능하여 휴대성을 극대화시킬 수 있도록 한 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치를 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 광원 면적, 발전 용량 등을 고려하여 다양한 크기로 설계 및 제작이 가능하도록 한 다중 적층 광발전 모듈을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제작이 쉽고, 고장이 적은 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 태양광이 아니더라도 광원만 구비하면 고효율로 발전이 이루어져 충전 및 전기 사용이 가능하도록 한 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 다중 적층 광발전 모듈은,

빈 공간 없이 복수 개의 세트를 적층하여 이루어지되, 단일의 세트는 한 쌍의 도광체 사이에 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈이 삽입되어 형성되며,

상기 도광체는 투명한 재질로 이루어지며, 상면과 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈과 접하는 면을 제외한 나머지 표면에 빛 반사를 위한 광반사 코팅층이 구비되며,

상기 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈은 양면으로 투입되는 광을 통해 발전이 가능하도록 양면에 태양전지 셀이 구비되거나 2겹으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수 개의 도광체는 거울 또는 PMMA 수지인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기의 다중 적층 광발전 모듈을 이용한 내장형 태양광 발전장치로서,

사각형 또는 원형 단면으로 이루어지고 상광하협 형태로 이루어져 태양광을 응집시키는 반사갓,

상기 반사갓을 지지하는 알루미늄 재질의 지지대,

상기 지지대에 고정 설치되되 상기 광반사 코팅층의 상면이 상기 반사갓의 하부에 결합되도록 설치되는 상기 다중 적층 광발전 모듈 및

상기 다중 적층 광발전 모듈과 상기 지지대 사이에 위치하여 열을 차단하는 열경화성수지재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사갓의 내측 하부에 설치되어 태양광 발전을 수행하는 메타물질 도파관을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 반사갓의 내측 하부에 설치되어 태양광 발전을 수행하는 나노안테나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 다중 적층 광발전 모듈 및 이를 이용한 내장형 태양광 발전장치는, 컴팩트(compact)화가 가능하여 휴대성을 극대화시킬 수 있고, 광원 면적, 발전 용량 등을 고려하여 다양한 크기로 설계 및 제작이 가능하며, 제작이 쉽고 고장이 적으며, 태양광이 아니더라도 광원만 구비하면 고효율로 발전이 이루어져 충전 및 전기 사용이 가능한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 적층 광발전 모듈을 도시한 부분사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내장형 태양광 발전장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 내장형 태양광 발전장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 발명에 따른 다중 적층 광발전 모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 다중 적층 광발전 모듈을 도시한 부분사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다중 적층 광발전 모듈(10)은 복수 개의 도광체(1) 및 상기 도광체(1) 사이에 삽입 설치되는 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈(2)을 포함하여 구성된다.

구체적으로는, 한 쌍의 도광체와 단일의 태양전지 필름을 하나의 세트로 하여 복수 개의 세트를 적층하여 이루어진다. 이때, 일 세트와 인접하는 다른 세트는 밀착되어 빈 공간이 없게 된다.

상기 복수 개의 도광체(1)는 얇은 판(板,Plate)상의 부재로서, 수직으로 세워 설치하되 동일한 간격으로 서로 이격되어 배치되고, 투명한 재질로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상면과 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈(2)과 접하는 면을 제외한 나머지 표면에는 광을 내부로 반사시킬 수 있는 광반사 코팅층이 형성되어 상부로부터 광이 투입되면 투입된 광은 여러 면의 광반사 코팅층에 반사되어 후면을 향하게 된다.

상기 도광체(1)의 전면은 내부 및 외부로 광을 반사할 수 있는 구조로 형성한다.

상기 도광체(1)는 투명한 재질이며 경량인 합성수지를 활용할 수 있으며, 재료의 가격 및 구매 용이성 등을 고려할 때 거울을 활용할 수 있으며, 투명성, 내광성, 기계적 강도, 성형성 등이 우수한 PMMA(Polymethylmethacrylate)수지가 사용될 수 있다.

상기 복수 개의 태양전지 필름(2)은 상기 복수 개의 도광체(1) 사이마다 삽입되어 광발전을 수행하는 장치로서, 얇은 필름 형태로 제작되어 공간을 적게 차지하면서도 효율적으로 광발전을 수행할 수 있다.

공간을 최적으로 활용함으로써 모듈 자체의 부피를 최소화하기 위해, 상기 태양전지 필름은 양면으로 투입되는 광을 통해 발전이 가능하도록 양면에 태양전지 셀이 구비된다.

또한, 상기 태양전지 필름(2)을 대신하여 태양전지 모듈(2)이 사용될 수 있는데, 태양전지 모듈(2)은 태양전지 셀이 내부에 위치하는 투명 패널로서, 액상의 MMA(Methyl Metha Acrylate), 우레탄수지, 에폭시수지 등으로 이루어진다.

이와 같이 태양전지 모듈(2)을 사용하는 경우 태양전지 셀이 바깥을 향하도록 2 개의 태양전지 모듈(2)을 겹쳐서 사용하며, 태양광의 투입을 용이하게 하기 위해 태양광이 투입되는 면(즉, 상면)에 삼각 단면의 태양광 유도부재(3)가 설치되는데, 태양광 유도부재(3)는 상기 태양전지 모듈(2)과 접하는 면을 제외한 면은 태양광을 반사시킬 수 있도록 광반사 코팅층이 구비된다. 이를 통해 태양광은 도광체(1)로 안내되고 상기 도광체(1)에 설치되는 광반사 코팅층에 반사되어 태양전지 셀로 투입되게 된다.

상기 도광체(1)의 광반사 코팅층의 내측에는 난반사층을 형성하여 투입되는 태양광들이 다양한 방향으로 반사되게 함으로써 태양전지 셀에 골고루 투입될 수 있도록 하여 전체적인 발전량을 높일 수 있도록 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 다중 적층 광발전 모듈(10)을 이용한 내장형 태양광 발전장치에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 내장형 태양광 발전장치를 개략적으로 도시한 사시도 및 부분 사시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내장형 태양광 발전장치는 반사갓(20), 지지대(30), 상기 다중 적층 광발전 모듈(10), 열경화성 수지재 등을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 반사갓(20)은 사각형 또는 원형 단면으로 이루어지고 상광하협(上廣下夾) 형태로 이루어져 상부로부터 투입되는 태양광을 응집시키는 부재로서, 내부에 태양광을 반사시킬 수 있는 구조의 재질로 선택하되 경량인 알루미늄 재질이 바람직하다.

상기 지지대(30)는 상기 반사갓(20)을 지지하며, 상기 다중 적층 광발전 모듈(10)이 고정 설치되는 부재로서, 트래킹 부재 등에 연결 설치된다. 상기 지지대(30)는 열전도가 우수하여 외부로 열 배출이 용이하고 무게가 가벼운 알루미늄 재질을 구성함이 바람직하다.

이와 같이 구성되는 상기 반사갓(20)과 지지대(30)에 상기 다중 적층 광발전 모듈(10)은 그 광반사 코팅층의 상면이 상기 반사갓(20)의 하부에 밀착 결합되도록 설치되는데, 이를 통해 상기 반사갓(20)을 통해 집광된 태양광은 상기 광반사 코팅층의 상면을 통해 상기 다중 적층 광발전 모듈(10)로 투입되어 발전이 이루어지게 된다.

상기 반사갓(20)으로부터 상기 다중 저층 광발전 모듈로 전달되는 열을 차단하기 위해 상기 지지대(30)와 다중 적층 광발전 모듈(10) 사이에는 열경화성수지재(40)가 설치된다.

이와 같이 상기 다중 적층 광발전모듈에 열경화성수지재(40)를 도포하고 상기 지지대(30) 사이에 삽입하여 고정함으로써 제작이 쉽고 가공오차를 줄일 수 있는 등의 이점이 있다.

태양광 발전 효율을 높이고 특히 반사갓(20)의 내부 하측에서 주로 외부로 반사되는 태양광을 활용하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 반사갓(20)의 내측 하부에 메타물질 도파관(50) 또는 나노안테나(50)가 설치된다.

상기 메타물질 도파관(50,Hyperbolic metamaterial waveguide)은 파장보다 매우 작은 크기로 만든 물질인 메타물질을 활용하여 태양광을 굴절시켜 저에너지 광자를 유용한 파장으로 변환시킴으로써 태양광 발전효율을 증대시킬 수 있는 것으로 이를 상기 반사갓(20)의 내측 하부에 배치함으로써, 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 나노안테나(50)는 극미세 은나노선 안테나를 통해 다양한 파장의 태양광을 전기에너지로 전환시킴으로써 태양광 발전 효율 증대시킬 수 있다.

이를 통해, 상대적으로 태양광이 반사되는 확률이 높은 반사갓(20)의 내측 하부에 태양광 발전 효율을 높일 수 있는 메타물질 도파관(50) 또는 나노안테나(50)가 설치됨으로써 태양광 발전효율을 더욱 높일 수 있는 이점이 있다.

이와 같이, 본 발명은 도광체(1)와 태양전지 필름(2)의 크기와 세트의 수를 변경하여 다양한 크기와 형태로 제작이 가능하므로 활용도가 우수하고 종래기술과 같이 빈공간이 없으므로 장치의 컴팩트화가 용이하게 실현될 수 있고 휴대성도 높일 수 있게 되는 것이다.

1: 도광체
2: 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈
3: 태양광 유도부재
10: 다중 적층 광발전 모듈
20: 반사갓
30: 지지대
40: 열경화성수지재
50: 메타물질 도파관, 나노안테나

Claims (5)

1. 빈 공간 없이 복수 개의 세트를 적층하여 이루어지되, 단일의 세트는 한 쌍의 도광체 사이에 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈이 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는
   다중 적층 광발전 모듈
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도광체는 투명한 재질로 이루어지며, 상면과 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈과 접하는 면을 제외한 나머지 표면에 빛 반사를 위한 광반사 코팅층이 구비되며,
   상기 태양전지 필름 또는 태양전지 모듈은 양면으로 투입되는 광을 통해 발전이 가능하도록 양면에 태양전지 셀이 구비되거나 2겹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
   다중 적층 광발전 모듈
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 복수 개의 도광체는 거울 또는 PMMA 수지인 것을 특징으로 하는
   다중 적층 광발전 모듈
   
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 다중 적층 광발전 모듈을 이용한 내장형 태양광 발전장치에 있어서,
   사각형 또는 원형 단면으로 이루어지고 상광하협 형태로 이루어져 태양광을 응집시키는 반사갓,
   상기 반사갓을 지지하는 알루미늄 재질의 지지대,
   상기 지지대에 고정 설치되되 상기 광반사 코팅층의 상면이 상기 반사갓의 하부에 결합되도록 설치되는 상기 다중 적층 광발전 모듈 및
   상기 다중 적층 광발전 모듈과 상기 지지대 사이에 위치하여 열을 차단하는 열경화성수지재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   내장형 태양광 발전장치
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 반사갓의 내측 하부에 설치되어 태양광 발전을 수행하는 메타물질 도파관 또는 나노안테나를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는
   내장형 태양광 발전장치
   

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