KR20170025382A - 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈에 관한 것으로서, 태양광을 집광하는 태양광 패널; 태양광 패널의 둘레를 감싸도록 형성되어 태양광 패널의 외주면을 지지하는 프레임; 및 태양광에 노출되는 프레임의 일측면에 검은색과 하얀색 패턴이 반복해서 형성되는 반복 패턴 시트;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 태양광 패널의 둘레를 감싸고 있는 프레임의 노출면에 검정색과 하얀색의 반복 패턴이 형성된 반복 패턴 시트를 부착하여 태양광 패널 주위에서 대류에 의한 공기 흐름이 형성되어 태양광 패널의 온도를 낮출 수 있다.

Description

반복 패턴이 구비된 태양광 모듈{Solar cell module having repeated pattern}

본 발명은 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈에 관한 것으로서, 태양광 패널 프레임에 검정색 및 하얀색의 반복 패턴을 형성하여 태양광 패널의 온도를 낮출 수 있는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이다. 태양광 발전은 태양전지와 축전지, 전력변환장치로 구성되어 있다. P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 태양양이 조사되면 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생한다. 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.

이때, 광전효과를 이용하여 발전시키는 최소 단위를 셀(cell)이라 하고, 다수 개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전력을 발생시키는 것을 태양전지 모듈이라 한다. 태양광 발전소(일명, 태양광 발전시스템이라고도 함)는 다수 개의 태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결된 태양전지 모듈의 집합체로서, 태양광을 따라 이동가능한 단축식, 양축식 등이 차례로 제안되었다.

태양광 발전에서 사막은 상당히 매력적인 지역이다. 사막은 일조량이 많고 전 대륙에 고루 분포 되어 있는데, 대부분 불모지로 버려져 있어 태양전지를 대규모로 설치 할 수 있는 최적의 장소이다. 사막에서 태양전지를 이용해 에너지를 얻을 경우 주변 지역으로 보낼 수 있다.

이러한 태양광 발전은 일정 온도 이상 올라가게 되면 변환효율이 급격히 떨어지게 되는 문제점이 있다. 또한 온도가 올라가게 되면 PID현상이 일어나기 쉬워지고, 고 온도에서는 태양전지의 수명이 줄어들기 때문에 일사량이 많음에도 불구하고 태양광 발전 설치가 활발하게 일어나지 못했다. 사막이 아닌 곳에서는 태양광 발전 시 온도를 낮춰 효율을 높이기 위해 물을 표면에 뿌리기도 하였고, 한국등록특허 제10-1298633호에 개시된 바와 같이 수상 플로트식 태양광 발전장치를 제안한 바 있으나, 구조가 복잡하며, 추가적인 전기가 들어가게 되며, 사막에서와 같은 지역에서는 물을 공급받을 수 없기 때문에 적용하기에 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 태양광 패널의 둘레를 감싸하고 있는 프레임의 태양광 노출면에 검정색과 하얀색의 반복 패턴으로 형성되는 반복 패턴 시트를 부착하여 태양광 패널의 온도를 낮출 수 있는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈을 제공하는데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈은 태양광을 집광하는 태양광 패널; 태양광 패널의 둘레를 감싸도록 형성되어 태양광 패널의 외주면을 지지하는 프레임; 및 검은색과 하얀색 패턴이 반복해서 형성되어 태양광에 노출되는 상기 프레임의 일측면에 부착되는 반복 패턴 시트;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 프레임은 수직재; 수직재의 상단에 연결되는 제1 수평재와 수직재의 하단에 연결되는 제2 수평재; 및 제1 수평재 및 제2 수평재 사이에 배치되는 중간재;를 포함하고, 태양광 패널은, 제1 수평재와 중간재 사이에 형성된 공간에 일 영역이 삽입되어 고정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 프레임은 제1 수평재의 내부에 공간이 형성되고, 공간에 방열 액체를 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 태양광 패널은 제1 수평재와 중간재에 마주보는 영역에 씰링재가 도포될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 반복 패턴 시트는 프레임에 부착되는 일면에 접착제가 도포될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 프레임은 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈은 태양광 패널의 둘레를 감싸고 있는 프레임의 노출면에 검정색과 하얀색의 반복 패턴이 형성된 반복 패턴 시트를 부착하여 태양광 패널 주위에서 대류에 의한 공기 흐름이 형성되어 태양광 패널의 온도를 낮출 수 있다.

도 1은 종래의 단일 색상의 프레임이 적용된 태양광 패널을 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 온도변화를 나타내는 개념도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 종래의 단일 색상의 프레임이 적용된 태양광 패널을 나타내는 사진이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈의 온도변화를 나타내는 개념도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈은 태양광 패널(100), 프레임(200) 및 반복 패턴 시트(300)를 포함한다.

태양광 패널(100)은 태양광을 집광하는 반도체 소자로서 태양으로부터 생성된 빛 에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있다. 태양광 패널(100)에 사용되는 태양전지는 실리콘 반도체를 재료로 사용하는 것과 화합물 반도체를 재료로 하는 것으로 크게 구분될 수 있다. 또한, 실리콘 반도체에 의한 것은 결정계와 비결정계로 분류된다.

본 발명의 실시예에서의 태양광 모듈은 일반적으로 사용하고 있는 실리콘 반도체로서, 특히 결정계 실리콘 반도체의 단결정 및 다결정 태양전지(Single crystalline solar cell)이 사용되는 것이 바람직하만, 박막 태양전지(Thin film solar cell), 투명 태양전지(Transparent solar cell) 또는 염료 반응형 유기 태양 전지(Dye sensitized organic cell) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

본 실시예에서 태양광 패널(100)은 사각형으로 형성되었지만, 원형, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있는 것으로서 그 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.

프레임(200)은 태양광 패널(100)의 둘레를 감싸도록 형성되어 태양광 패널(100)의 외주면을 지지하고, 태양광 패널(100)외 외주면을 보호한다. 이때, 프레임(200)의 알루미늄으로 형성될 수 있으나, 가볍고 강도가 높으면서 온도에 대한 변형이 적은 다양한 재질이 적용될 수 있는 것은 자명한 사실이다.

이때, 프레임(200)은 수직재(210), 수직재(210)의 상단에 연결되는 제1 수평재(220) 및 수직재(210)의 하단에 연결되는 제2 수평재(230), 및 제1 수평재(220) 및 제2 수평재(230) 사이에 배치되는 중간재(240)를 포함하여 일체로 형성될 수 있다.

즉, 프레임(200)은 도 2에 도시된 바와 같이,"ㅌ" 형상으로 형성되어 상측과 하측에 공간이 각각 형성된다. 이때, 태양광 패널(100)은 제1 수평재(220)와 중간재 사이(240)에 형성된 상측 공간에 일 영역이 삽입되어 고정된다. 따라서 태양광 패널(100)은 프레임(200)에 삽입되어 흔들리지 않도록 고정될 수 있으며, 태양광 패널(100)의 외주면은 외부 충격으로부터 보호될 수 있다.

태양광 패널(100)은 제1 수평재(220)와 중간재 사이(240)에 형성된 상측 공간에 일 영역이 삽입되어 제1 수평재(220)와 중간재(240)에 마주보는 영역에 씰링재(110)가 도포될 수 있다. 씰링재(110)는 삽입된 태양광 패널(100)이 형성된 공간에서 움직이지 않도록 더욱 견고하게 고정시킬 수 있다.

씰링재는(210)는 온도 의존성이 적으며, 내열성, 내자외선성, 내구성이 좋은 실리콘 실란트가 사용될 수 있으나, 폴리설 파이드 실란트, 변성 실리콘 및 수성 아크릴 실리콘 등이 사용될 수 있는 것으로서 씰링재(210)가 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 수평재(220)는 태양광 패널(100)의 삽입방향을 따라 내부에 공간이 형성되고, 형성된 공간에 방열 액체(221)를 구비할 수 있다. 방열 액체(221)는 액체 냉각 방식을 채용함으로써 방열 효율을 높여 태양광 패널(100)로부터 전달되는 열을 방열하여 냉각할 수 있다.

방열 액체(221)는 절연액에 열전도성 입자(또는 자기성 입자)가 첨가된 물질로서, 태양광 패널(100)과 같은 발열부품의 발생되는 열을 흡수하여 방출하는 기능을 한다. 여기서, 절연액이란 전기 전도도값이 0이어서, 통전이 불가능한 액체로서, 이온 성분이 전혀 없는 초순수물(D.I water), 프로필렌 글리콜을 포함하거나, 트랜스포머 오일(transformer oil), 윤활유 오일, 실리콘 오일, 미나렐 오일, 올리브 오일, 콘 오일, 소이빈 오일 중 하나를 포함할 수 있다.

반복 패턴 시트(300)는 검은색(B)과 하얀색(W) 패턴이 반복해서 형성되며, 태양광에 노출되는 프레임(200)의 일 측면에 부착된다. 이때, 반복 패턴 시트(300)는 일 측면에 접착제가 도포되어 프레임(200)에 밀착하여 부착될 수 있다.

반복 패턴 시트(300)를 이용하여 온도를 낮추는 것은 얼룩말이 자신의 갖고 있는 얼룩무늬를 이용해 몸의 표면온도를 낮추는 것과 같다.

얼룩말의 흰색은 빛을 반사하고, 검은색은 빛을 흡수하기 때문에 흰 줄무늬 위의 공기 온도는 검은 줄무늬 위의 공기 온도보다 낮게 된다. 이로 인하여, 검은 줄무늬 위의 더운 공기는 위로 상승하면서 아래쪽에 있는 흰 줄무늬 위의 공기와 기압 차이를 발생시키고, 검은색 줄무늬와 흰색 줄무늬의 상호작용으로 공기 흐름이 형성되어, 얼룩말은 자신의 온도를 낮출 수 있다.

즉, 반복 패턴 시트(300)에 형성된 하얀색(W)과 검은색(B)은 얼룩말의 얼룩무늬와 같이 하얀색(W)과 검은색(B)에 따라 빛의 반사 또는 흡수로 인한 온도 차이가 발생하게 된다.

이로 인하여, 하얀색(W) 위의 공기 온도(T2)는 검은색(B) 위의 공기 온도(T1)보다 낮게 된다. 검은색(B) 위의 더운 공기는 위로 상승하면서 하얀색(W) 위의 공기와 기압 차이를 발생시켜, 프레임(200)과 태양광 패널(100)의 표면에 공기 흐름이 형성되어 대류를 일으킨다. 이렇게 형성된 대류는 외부의 더운 공기를 밀어내는 역할을 하기 때문에 태양광 패널(100)의 온도가 일정 온도 이상으로 증가하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 반복 패턴 시트(300)에 형성된 하얀색(W)과 검은색(B)은 별도의 냉각장치 없이도 태양광 패널(100)의 온도가 일정온도까지 올라가지 못하도록 제어할 수 있다.

이러한 원리를 이용하여, 스웨덴의 건축가 안데르스 나이퀴스트(Anders Nyquist)는 일본 다이와 시에 이를 응용해 건물을 시공하였으며, 여름철에 기계적 통풍장치를 사용하지 않고도 건물 내부의 온도를 약 5도까지 낮춰 약 20퍼센트의 에너지 절감 효과를 거둔바 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100 : 태양광 패널 110 : 씰링재
200 : 프레임 210 : 수직재
220 : 제1 수평재 230 : 제2 수평재
240 : 중간재 300 : 반복 패턴 시트
B : 검정색
W : 하얀색

Claims (5)

1. 태양광을 집광하는 태양광 패널;
   상기 태양광 패널의 둘레를 감싸도록 형성되어 상기 태양광 패널의 외주면을 지지하는 프레임; 및
   검은색과 하얀색 패턴이 반복해서 형성되어 태양광에 노출되는 상기 프레임의 일측면에 부착되는 반복 패턴 시트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임은,
   수직재;
   상기 수직재의 상단에 연결되는 제1 수평재와 상기 수직재의 하단에 연결되는 제2 수평재; 및
   상기 제1 수평재 및 제2 수평재 사이에 배치되는 중간재;를 포함하고,
   상기 태양광 패널은,
   상기 제1 수평재와 상기 중간재 사이에 형성된 공간에 일 영역이 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 수평재는,
   내부에 공간이 형성되고, 상기 공간에 방열 액체를 구비하는 것을 특징으로 하는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈.
4. 제2항에 있어서,
   상기 태양광 패널은,
   상기 제1 수평재와 상기 중간재에 마주보는 영역에 씰링재가 도포된 것을 특징으로 하는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   반복 패턴 시트는,
   상기 프레임에 부착되는 일면에 접착제가 도포된 것을 특징으로 하는 반복 패턴이 구비된 태양광 모듈.
   

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