KR20160116851A - 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
태양전지 모듈은 상호 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀들, 상기 태양전지 셀들을 둘러싸도록 구비된 봉지 부재, 상기 봉지 부재의 상부에 배치된 전면 커버, 상기 봉지 부재 및 상기 전면 커버의 측부를 감싸도록 구비되며 전기적으로 접지된 프레임 및 상기 봉지 부재 및 전면 커버 사이에 개재되며, 상기 프레임과 전기적으로 연결된 접지 부재를 포함한다.
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 구체적으로는 상호 전기적으로 연결된 태양 전지 셀들를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
석유 및 석탄과 같은 기존의 화석에너지 자원이 고갈되고, 후쿠시마 원전사고의 예처럼 안전한 에너지원으로 대체할 수 있고, 지구 온난화 문제가 대두되면서 환경오염을 줄일 수 있는 에너지원 개발에 많은 연구가 되고 있으며 이 중 태양광을 이용한 태양 에너지는 무한히 이용할 수 있어 특히 많은 연구가 진행되고 있다.
태양광을 이용한 태양전지는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로 실리콘 태양전지가 대표적이고, 일반적인 상용 태양전지는 p형과 n형의 반도체로 구성되고, 전후면 전극을 갖추어 광조사에 의해 생성된 전자와 정공은 분리되어 전극에 수집된다. 이로써 태양전지 모듈의 단위 셀들이 형성된다.
하지만, 한 개의 태양전지 셀에서 생산되는 전압과 전류는 미미하여 출력을 얻기 위해서 다수의 태양전지 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한 후 옥외 사용을 위해 패키징하게 되고 이러한 형태를 태양전지 모듈이라 한다.
상기 태양전지 모듈이 장시간 사용됨에 따라 태양 전지의 모듈의 효율이 저하되는 열화 문제가 발생할 수 있다.
특히, 피아이디 현상(potential induced degradation; PID)은 최근 몇 년간 실리콘 태양전지 모듈의 열화의 원인으로 알려지고 있다. 즉, 태양전지 모듈이 직렬로 연결이 되면서 600V 이상의 높은 전압이 발생하여 고전압을 갖는 모듈 내부의 프레임 및 접지된 모듈 프레임 사이에 전위차가 형성된다.
이렇게 전위차에 의하여 태양전지 셀 및 상기 모듈 프레임 사이에 누설전류가 발생하게 되고, 동작 환경(온도 및 습도)에 따라 누설 전류가 가속이 될 수 있다. 가속된 누설 전류는 유리 내부의 Na 이온의 태양전지로의 이동을 수반하고, 그 결과 태양전지의 효율이 감소가 되면서 설치된 모듈의 출력이 감소하는 현상이 PID 이다. (결정질 실리콘 태양전지 모듈의 potential induced degradation(PID) 현상, 배수현, 한국재료학회지, Vol. 24, No. 6 (2014) 참고) 따라서, 상기 피아이디 현상을 억제하기 위한 연구가 요구되고 있다.
상술한 종래기술 상의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 피아디 현상을 억제하여 열화을 방지할 수 있는 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 모듈은 상호 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀들, 상기 태양전지 셀들을 둘러싸도록 구비된 봉지 부재, 상기 봉지 부재의 상부에 배치된 전면 커버, 상기 봉지 부재 및 상기 전면 커버의 측부를 감싸도록 구비되며 전기적으로 접지된 프레임 및 상기 봉지 부재 및 전면 커버 사이에 개재되며, 상기 프레임과 전기적으로 연결된 접지 부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지 부재는 광투과성 도전성 물질로 이루어 질 수 있다. 여기서, 상기 접지 부재는 투명도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide), 그래핀(graphene), 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프레임 및 상기 봉지 부재 사이에 개재되며, 상기 봉지 부재의 오염을 억제하는 보호 부재가 구비되고, 상기 접지 부재는 상기 보호 부재를 관통하여 상기 프레임과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 일반적으로 유리로 이루어진 전면 커버의 상부는 전기적으로 접지된 프레임과 컨택하며, 상기 전면 커버의 하부는 상기 프레임과 전기적으로 연결되어 접지된 접지 부재와 컨택한다. 따라서, 상기 전면 커버의 상부 및 하부는 모두 동일하게 그라운딩된 전위를 가진다. 이로써, 전면 커버 및 태양전지 셀들 사이에 상기 접지 부재가 개재됨으로써 상기 전면 커버로부터의 전위차에 의하여 발생하는 금속 이온, 예를 들면 나트륨 이온의 발생 및 이동이 억제될 수 있다.
다시 말하면, 상기 전면 커버의 상부 및 하부가 등전위를 이룸에 따라 상기 전면 커버 내부에 전압이 인가되지 않음으로써, 상기 전면 커버 내부에 금속 이온이 이동하는 현상이 억제될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
태양전지 모듈
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 태양전지 셀들(110), 봉지 부재(120), 전면 커버(130), 프레임(140) 및 접지 부재(150)를 포함한다.
상기 태양전지 셀들(110) 각각은 그 내부로 PN 접합을 통하여 광을 이용하여 기전력을 발생한다.
상기 태양전지 셀들(110) 각각은 인터 커넥터(115)를 이용하여 상호 전기적으로 연결된다. 상기 태양 전지 셀들(110) 각각은 직렬 연결되어 상대적으로 높은 전압을 갖는 태양 전지 모듈(100)이 형성될 수 있다. 이때 태양전지 셀들(110) 중 일측에 위치한 하나는 접지되는 한편, 상기 태양전지 셀들(110) 중 일측에 위치한 하나로부터 타측으로 갈수록 전압이 누적된다. 이로써 상기 태양전지 셀들(110) 중 타측에 위치하는 하나는 가장 높은 전압을 가질 수 있다.
상기 봉지 부재(120)는 상기 태양전지 셀들(110)을 둘러싸도록 구비된다. 상기 봉지 부재(120)는 상기 태양전지 셀들(110)을 외부로부터 보호한다. 이로써 상기 봉지 부재(120)는 상기 태양전지 셀들(110) 내부로 습도, 산소 등과 같은 오염원이 유입되는 것을 억제할 수 있다.
상기 봉지 부재(120)를 이루는 물질의 예로는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylen vinyl accetate; EVA)와 같은 고분자 수지를 들 수 있다.
상기 전면 커버(130)는 상기 봉지 부재(120)의 상부에 배치된다. 상기 전면 커버(130)는 광투과성을 가짐으로써 외부광이 상기 태양전지 모듈(100)의 내부로 유입될 수 있도록 한다. 상기 전면 커버(130)는 유리와 같은 광투과성 물질로 이루어진다.
상기 전면 커버(130) 및 상기 태양전지 셀들(110) 간의 전위차가 커질수록 상기 전면 커버(130) 및 태양전지 셀들(110) 사이에 누설 전류가 발생할 수 있다. 이는 상기 전면 커버(130)에 포함된 나트륨 이온이 상기 전위차에 의하여 태양전지 셀들(110)을 향하여 이동할 수 있다. 상기 나트륨 이온의 이동을 억제하기 위하여 상기 전위차를 감소시키는 것이 요구된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 프레임(140)은 상기 봉지 부재(120) 및 상기 전면 커버(130)의 측부를 감싸도록 구비된다. 즉, 상기 프레임(140)은 상기 봉지 부재(120)의 단부 및 상기 전면 커버(130)의 단부를 감싸도록 배치된다. 이로써 상기 프레임(140)은 상기 봉지 부재(120) 및 상기 전면 커버(130)를 상호 체결함으로써 태양전지 셀들(110)을 모듈화 할 수 있다. 상기 프레임(140)은 예를 들면 C자 형상을 가질 수 있다.
상기 프레임(140)은 전기적으로 접지됨으로써 전기적으로 기준 전위를 가진다.
상기 접지 부재(150)는 상기 봉지 부재(120) 및 상기 전면 커버(130) 사이에 개재된다. 이로써 상기 접지 부재(150)는 상기 전면 커버(130)와 전체적으로 면접하도록 구비된다.
상기 접지 부재(150)는 투명 도전성 물질로 이루어진다. 예를 들면, 상기 접지 부재(150)을 이루는 투명 도전성 물질의 예로는, 투명도전성 산화물, 그래핀, 전도성 고분자 물질을 들 수 있다. 이로써 상기 접지 부재(150)는 광투과성 및 전기적 도전성을 가질 수 있다.
상기 접지 부재(150)는 상기 프레임(140)과 전기적으로 연결된다. 따라서, 상기 프레임(140)이 접지됨으로써 프레임(140)과 전기적으로 연결된 상기 전지 부재(150) 또한 접지된다. 따라서, 상기 접지 부재(150)가 그라운딩 됨으로써 상기 전면 커버(130)가 그라운딩된 접지 부재(150)와 전체적으로 면접하게 된다. 이로써 상기 전면 커버(130)에 포함된 금속 이온, 예를 들면 상기 전면 커버(130) 및 상기 태양전지 셀들(110) 간의 전위차에 의하여 상기 나트륨 이온이 상기 태양전지 셀들(110)을 향하여 이동하는 현상이 억제될 수 있다. 따라서, 누설 전류의 발생이 억제됨으로써 피아이디(potential induced degradation; PID) 현상이 방지될 수 있다. 결과적으로 태양전지 모듈(100)의 열화 현상이 억제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 프레임(140) 및 상기 봉지 부재(120) 사이에 개재되며, 상기 봉지 부재(120)의 오염을 억제하는 보호 부재(160)가 추가적으로 배치될 수 있다. 상기 보호 부재(160)가 배치됨으로써 상기 봉지 부재(120) 내부로 수분 또는 습기가 유입되는 것이 억제될 수 있다.
상기 보호 부재(160)는 상기 프레임(140)의 내측벽을 따라 수직으로 연장되도록 구비된다. 상기 보호 부재(160)는 고분자 수지로 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 접지 부재(150)는 상기 보호 부재(160)를 관통하여 상기 프레임(140)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이로써 상기 접지 부재(150)는 전기적으로 그라운드 전위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 태양전지 모듈은 복수의 태양전지 셀들을 상호 연결하여 고출력을 이루는 태양전지 모듈 등에 적용될 수 있다. 상기 태양전지 셀들의 예로는 비정질 실리콘 태양전지, CIGS 태양전지, CdTe 태양 전지 등과 같이 그 종류에 무관하게 본 발명은 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (4)
- 상호 전기적으로 연결된 복수의 태양전지 셀들;
상기 태양전지 셀들을 둘러싸도록 구비된 봉지 부재;
상기 봉지 부재의 상부에 배치된 전면 커버;
상기 봉지 부재 및 상기 전면 커버의 측부를 감싸도록 구비되며 전기적으로 접지된 프레임; 및
상기 봉지 부재 및 전면 커버 사이에 개재되며, 상기 프레임과 전기적으로 연결된 접지 부재를 포함하는 태양전지 모듈. - 제1항에 있어서, 상기 접지 부재는 광투과성 도전성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
- 제2항에 있어서, 상기 접지 부재는 투명도전성 산화물(Transparent Conductive Oxide), 그래핀(graphene), 전도성 고분자 물질 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
- 제1항에 있어서, 상기 프레임 및 상기 봉지 부재 사이에 개재되며, 상기 봉지 부재의 오염을 억제하는 보호 부재를 더 포함하고,
상기 접지 부재는 상기 보호 부재를 관통하여 상기 프레임과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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2015
- 2015-03-31 KR KR1020150045187A patent/KR101680462B1/ko active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101680462B1 (ko) | 2016-11-28 |
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