KR20170030467A

KR20170030467A - 전력 전자 기기를 광기전 모듈에 연결하기 위한 장치 및 시스템

Info

Publication number: KR20170030467A
Application number: KR1020167029047A
Authority: KR
Inventors: 라이언 린더만
Original assignee: 엔페이즈 에너지, 인코포레이티드
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-03-17
Also published as: US10461530B2; WO2016007498A1; KR102377270B1; CN106464205A; US20160013642A1

Abstract

광기전(PV) 모듈로부터의 전력 출력을 제공하기 위한 장치 및 시스템이 제공된다. 일 실시예에서, 장치는, 커넥터 어셈블리를 포함하고, 이 커넥터 어셈블리는, (i) PV 모듈의 복수의 PV 셀에 전기적으로 연결되는 복수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부를 포함하고 PV 모듈과 통합되는 캡슐화된 리본 출구(ribbon egress); 및 (ii) 복수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부에 전기적으로 연결되는 2극 DC 전기 출력부를 포함하는 커넥터를 포함한다.

Description

전력 전자 기기를 광기전 모듈에 연결하기 위한 장치 및 시스템{APPARATUS AND SYSTEM FOR COUPLING POWER ELECTRONICS TO A PHOTOVOLTAIC MODULE}

일 유형의 재생 에너지 시스템에서, 광기전(PV) 모듈은, 각 모듈이 DC 옵티마이저(optimizer) 또는 DC-AC 인버터 등의 전력 조정부(power conditioning unit)와 일대일로 연결되는 어레이 형상으로 배치된다. DC 입력 전력을 AC 출력 전력으로 변환하도록 동작되는 DC-AC 인버터를 사용하는 시스템에서, AC 출력 에너지는 각 인버터로부터, 각 인버터를 인접 인버터에 연결하는 AC 케이블을 사용해서 수집되고, AC 케이블은 일반적으로, 생성된 AC 에너지를 파워 그리드(power grid)에 연결하는 정션 박스에서 끝된다.

종래, PV 모듈과 대응하는 전력 조정부 사이의 전기적 상호 연결은, PV 모듈로부터 생성된 DC 전력을 전력 조정부에 연결하기 위한 커넥터 단극 MC(multi-contact) 케이블링/커넥터 등의 단극 DC 케이블링/커넥터 및 PV 모듈에 연결되는 DC 정션 박스를 이용한다. 이러한 상호 연결 컴포넌트는 시스템에 대해 수고 및 재정적 비용 모두를 증가시킨다. 예를 들면, DC 정션 박스는 접착제에 의해 각 PV 모듈에 위치되어 고정되어야 하고, 각 DC 정션 박스와 대응하는 전력 조정부 사이에서 DC 케이블 연결이 수동으로 이루어져야 한다. 또한, PV 모듈 브래킷에 전력 조정부를 나사 고정하는 등 추가적인 컴포넌트 및 수고를 일반적으로 수반하는 기술을 사용해서, 전력 조정부는 PV 모듈에 기계적으로 장착되어야 한다.

따라서, 전력 조정부를 PV 모듈에 효율적이고 기계적으로 연결하며 전기적으로 연결하는 장치에 대한 종래기술에서의 필요가 있다.

본 발명의 실시예는, 적어도 하나의 도면과 관련해서 실질적으로 예시 및/또는 설명한 바와 같이, 보다 완전하게는 특허의 청구범위에서 제시하는 바와 같이, 일반적으로 광기전(PV) 모듈로부터의 전력을 연결하기 위한 시스템 및 장치에 관한 것이다.

예시된 실시예의 세부내용뿐만 아니라, 본원의 다양한 이점, 양태 및 신규한 특징은, 다음의 설명 및 도면에서 더 완전히 이해될 것이다.

본 발명의 상술한 특징이 상세하게 이해될 수 있는 방식으로, 위의 간략화된 본 발명의 보다 구체적인 설명은, 일부가 첨부 도면에 예시되는 실시예를 참조할 수 있다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 나타내며, 이에 따라 그 범위를 한정하는 것으로 간주되어서는 안 되고, 본 발명에 대해 다른 마찬가지인 유효한 실시예가 허용될 수 있음을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 광기전(PV) 시스템의 물리적 레이아웃을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, PV 모듈에 각각 연결되는 커넥터 어셈블리 및 PCU(power conditioning unit)의 경사 사시도.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 커넥터 어셈블리의 상부 경사 사시도.
도 4는 커넥터 어셈블리의 다른 실시예의 상부 경사 사시도.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 캡슐화된 리본 출구(egress)에 대한 출구 레이업(layup)을 나타내는 과장 표시된 측면 경사 사시도.
도 6은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 장착 레일의 기계적인 록킹(locking) 기능부의 측면 경사 사시도.
도 7은 장착 레일 쌍의 다른 실시예의 측면 경사 사시도.

본 발명의 실시예는 일반적으로, DC-AC 마이크로인버터 또는 DC 옵티마이저 등의 전력 조정부(PCU)를 광기전(PV) 모듈에 전기적이고 기계적으로 연결하기 위한 전기 및 열-기계적 상호 연결 시스템에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 제자리에 고정된(snap-in-place) 기계적 고정물은, 열 관리를 위해 획정된 간격을 두고 PCU를 PV 모듈의 이면에 기계적으로 연결하고, 신규한 PV 모듈 커넥터가 하위-열(sub-string) 바이패스 회로를 통합하고, 이로써 PV 모듈 장착 정션 박스, DC 케이블링 및 MC 커넥터에 대한 필요성을 없앤다. 상호 연결 시스템은, 점검을 위해 전력 전자 기기가 PV 모듈에서 분리 가능하게 하며 전력 전자 기기가 설치되지 않은 낮은 프로파일 출하 구성을 추가적으로 제공한다. 또한, 상호 연결 시스템은, (예를 들면, 연결된 PCU의 밀고 당기기로 인해) PV 모듈과 PCU 사이의 전기적 상호 연결에서 달리 일어날 수 있는 스트레스에 내성을 갖는 PV 모듈/PCU간의 견고한 전기적 접촉을 제공하도록, PV 모듈/PCU간에 전기적 및 기계적 연결을 디커플링(decoupling)한다.

도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 광기전(PV) 시스템(100)의 물리적 레이아웃을 나타내는 블록도이다.

PV 시스템(100)은, 복수의 전력 조정부(PCU)(102₁, 102₂ ... 102_n)(총칭해서, PCU(102)), 복수의 PV 모듈(104₁, 104₂ ... 104_n)(총칭해서, PV(104) 모듈), 및 복수의 장착 레일 쌍(110₁, 110₂ ... 110_n)(총칭해서, 장착 레일 또는 장착 레일 쌍(110))을 포함한다. 각 PCU(102₁, 102₂ ... 102_n)는 장착 레일 쌍(110₁, 110₂ ... 110_n)을 통해 대응하는 PV 모듈(104₁, 104₂ ... 104_n)에 일대일 대응해서 기계적으로 각각 연결된다. 각 장착 레일 쌍(110)은, PC(polycarbonate), PPO™(p-phenylene oxide)+PS(polystyrene), PPE(p-phenylene ether), NORYL™, LEXAN™ 등과 같은 비전도성(즉, 절연) 재료로 형성되고, 대응하는 PV 모듈(104)의 이면(즉, 햇빛에 노출되지 않는 PV 모듈(104)의 측면)에 접착된다. 장착 레일(110)은, 열 관리를 위해 컴포넌트들간의 공기 흐름을 가능하게 하는, PCU(102)와 PV 모듈(104) 사이에 획정된 간격을 두고 PV 모듈(104)에 근접해서 대응하는 PCU(102)를 유지한다. 일부 실시예에서, 간격은, 5㎜ 내지 25㎜ 정도일 수 있고, PCU 인클로저의 토폴로지 특징에 의존할 수 있다.

PV 모듈(104)에 기계적으로 장착되는 것 외에도, PCU(102₁, 102₂ ... 102_n)는, 커넥터 어셈블리(116₁, 116₂ ... 116_n)(총칭해서, 커넥터 어셈블리(116))에 의해 PV 모듈(104₁, 104₂ ... 104_n)에 전기적으로 각각 연결된다. 각 커넥터 어셈블리(116)는, 커넥터(112)에 연결되는 캡슐화된 리본 출구(114)를 포함한다(즉, 커넥터 어셈블리(116₁)는 커넥터(112₁)에 연결되는 캡슐화된 리본 출구(114₁)를 포함하고, 커넥터 어셈블리(116₂)는 커넥터(112₂)에 연결되는 캡슐화된 리본 출구(114₂)를 포함하고, 커넥터 어셈블리(116_n)는 커넥터(112_n)에 연결되는 캡슐화된 리본 출구(114_n)를 포함함). 각 커넥터 어셈블리(116)는, 도 2 내지 도 4와 관련해서 아래에 더 상세하게 기재하는 바와 같이, 2극 DC 연결부를 통해, 대응하는 PV 모듈(104)로부터 생성된 DC 전력을 PCU(102)에 연결한다.

일부 실시예에서, 도 1에 도시된 실시예와 같이, PCU(102)는, PV 모듈(104)에 의해 생성된 DC 전력을 AC 전력으로 인버팅하기 위한 DC-AC 인버터이다. 이러한 실시예에서, PCU(102)는, PCU(102)에 의해 생성되는 AC 출력을 분산하기 위해 AC 버스(106)를 통해 부하 센터(108)에 연결된다. 부하 센터(108)는, 생성된 AC 전력을 그리드에 연결하기 위해, AC 상용 전력 그리드 분산 시스템과 AC 버스(106) 사이에 연결부들을 수용할 수 있다. 추가적으로 또는 대체로서, 생성된 AC 전력은 부하 센터(108)를 통해 상용 및/또는 주택용 시스템에 연결될 뿐만 아니라, 나중에 사용하기 위해 저장될 수 있다(예를 들면, 생성된 에너지는 배터리, 가열되는 물, 수소 펌핑, H₂O-투-수소 변환 등을 이용해서 저장될 수 있음).

다른 실시예에서, PCU(102)는 다른 유형의 전력 조정부일 수 있고, 예를 들면 PCU(102)는 DC-DC 컨버터일 수 있고, 버스(106)는 DC 전력 분산 시스템 및/또는 단일 집중형 DC-AC 인버터에, DC 에너지를 반송할 수 있다. 추가적으로 또는 대체로서, 생성된 DC 전력은, 부하 센터(108)를 통해 상용 및/또는 주택용 시스템에 직접 공급될 뿐만 아니라, 나중에 사용하기 위해 저장될 수 있다(예를 들면, 생성된 에너지는 배터리, 가열되는 물, 수소 펌핑, H₂O-투-수소 변환 등을 이용해서 저장될 수 있음).

도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, PV 모듈(104)에 각각 연결되는 커넥터 어셈블리(116) 및 PCU(102)의 경사 사시도이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)의 외부 및 커넥터(112)의 상부가, 이들 컴포넌트의 내부 회로를 더 명확하게 나타내도록, 투명하게 나타나 있다.

커넥터 어셈블리(116)는, PV 모듈로부터의 DC 출력을 커넥터(112)에 연결하는 캡슐화된 리본 출구(114)를 포함한다. 캡슐화된 리본 출구(114)는, PV 모듈(104)로부터 외부의 전류 경로를 제공하고 PV 모듈 셀에 의해 생성된 전력을 반송하도록, PV 모듈 하위-열 버스 리본에 연결되는 전기 전도성(예를 들면, 구리) PV 모듈 하위-열 상호 연결부(206-1, 206-2, 206-3, 및 206-4)(총칭해서, PV 모듈 하위-열 상호 연결부(206) 또는 PV 하위-열 상호 연결부(206))를 포함한다. PV 모듈 셀에의 역전류(reverse-current)에 의한 손상을 방지하도록, 제 1 바이패스 다이오드(210-1)가 PV 하위-열 상호 연결부들(206-1 및 206-2)간에 연결되고, 제 2 바이패스 다이오드(210-2)가 PV 하위-열 상호 연결부들(206-2 및 206-3)간에 연결되고, 제 3 바이패스 다이오드(210-3)가 PV 하위-열 상호 연결부들(206-3 및 206-4)간에 연결된다. 4개의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부(206) 및 3개의 바이패스 다이오드(210)가 도 2에 나타나 있지만, 다른 실시예는 다른 수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 다른 수의 PV 하위-열 상호 연결부(206) 및 바이패스 다이오드(210)가 존재할 수 있다. 일반적으로 임의의 수의 "M"개의 PV 하위-열 상호 연결부(206)는 "M-1"개의 대응하는 바이패스 다이오드(112)와 함께 존재할 수 있지만, 특정 실시예는 바이패스 다이오드를 포함하지 않고 2개의 하위-열 상호 연결부(206)를 포함할 수 있다.

캡슐화된 리본 출구(114)는, 바이패스 다이오드(210)에 의해 발생되는 열을 발산하도록, PV 하위-열 상호 연결부(206) 및 바이패스 다이오드(210)에 근접한 히트 스프레더(218)를 더 포함한다. 히트 스프레더(218)는, 알루미늄, 구리 또는 열전도성이 높은 다른 금속 등의 임의의 적절한 열전도성 재료로 형성될 수 있고, 히트 스프레더(318)를 PV 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210)로부터 전기적으로 격리시키는 박형 스트립의 재료(예를 들면, 백시트 또는 다른 절연 폴리머, 캡슐화 재료층, 접착제 등)에 의해, PV 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210)로부터 격리된다. 일부 실시예에서, 향상된 열 관리를 제공하기 위해, 금속박이 바이패스 다이오드(210)에 적층될 수 있다. 도 4에 대해 후술하는 실시예 등의 일부 다른 실시예에서, 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218)는 캡슐화된 리본 출구(114) 내보다는, 커넥터(112) 내에 위치될 수 있다. 또한, 또 다른 실시예에서, 종래의 정션 박스는 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218)를 포함하고, PV 모듈(104)로부터 생성된 DC 전력을 PCU(102)에 연결하기 위해 예를 들면 2극 DC 케이블을 통한 2극 DC 커넥터 플러그를 갖게 되어 있을 수 있다. 또 다른 실시예에서, 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218)는 PCU(102) 내에 위치될 수 있다. 특정 실시예에서, PCU(102)의 제어 전자 기기는, 바이패스 다이오드(210) 및 대응하는 히트 스프레더(218)에 대한 필요성을 완전히 없애는 셰이딩의 경우에, PV 모듈 셀을 보호할 수 있다(즉, 제어 전자 기기는, 시스템이 셀 셰이딩의 영향으로부터 보호되게 모듈 내의 전류를 검출 및 제한함).

PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는, 도 3에 대해 이하 더 상세히 설명하는 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)의 단부를 통해 히트 스프레더(218)를 지나서 나오고, 커넥터(112)에 연결된다.

커넥터(112)는 강성의 비전도성 재료(PC, PPO™+PS, PPE, NORYL™, LEXAN™ 등)로 형성되고, 생성된 DC 전류를 제공하기 위해 커넥터 플러그(204)의 일 단부에서 끝나는 커넥터 본체(208)를 포함한다. 커넥터 플러그(204)는, PV 모듈(104)로부터의 DC 출력 전력을 PCU(102)에 제공하도록, PCU(102)의 DC 입력 리셉터클(202)과 맞물리는 크기 및 형상을 갖는 2극 DC 커넥터 플러그이다. 일부 다른 실시예에서, 2극 DC 커넥터 플러그(204)를 종래 열의 PV 모듈들에 연결하는 데 어댑터가 사용될 수 있다.

PCU(102)는, 장착 레일(110)(즉, 장착 레일(110-1) 및 장착 레일(110-2))을 통해 PV 모듈(104)에 연결된다. 장착 레일(110)은, PV 모듈(104)의 이면에 연결되는 비전도성(예를 들면, PC, PPO™+PS, PPE, NORYL™, LEXAN™ 등) 록킹 레일이고, 예를 들면 PV 모듈의 적층에 이어서, 장착 레일(110)은, 접착제(PV 모듈에 종래의 정션 박스 및 프레임을 부착하는 데 사용되는 것과 유사한 접착제 등)를 이용하여 후방 PV 모듈 표면에 접착될 수 있다. 종래의 정션 박스와는 달리, 장착 레일(110)은 시일을 요하지 않고 하이팟(hi-pot) 리스크가 없으며, 이는, 레일이 비전도성이고 전기 인클로즈 목적을 달성하지 않기 때문이다. 장착 레일(110)은 PCU(102)가 커넥터(112)에 가까운 위치에 슬라이딩 가능하게 하고, PCU 인클로저에 몰딩되는 하나 이상의 플라스틱 스프링 탭을 맞물리는 하나 이상의 리셉터클 또는 윈도우 등, PCU(102)를 제자리에 록킹하는 캐치-래치 기계적 록킹 메커니즘으로서 기능하는 하나 이상의 탄성의 일체형 스냅-핏 기능부를 포함한다. PCU(102)가 존재하지 않을 경우, 장착 레일(110)이 부착되는 PV 모듈(104)의 프로파일(110)은 낮게 유지되고(즉, PV 모듈(104) 단독의 프로파일과 실질적으로 유사함), 이에 의해 출하를 위한 PV 모듈/장착 레일 어셈블리의 조밀한 패킹이 가능해진다.

커넥터 어셈블리(116) 및 장착 레일(110)은, PV 모듈(104)/PCU(102)간의 전기 및 기계적 연결을 디커플링하는 전기 및 열-기계적 상호 연결 시스템을 제공하고, PCU(102)가 유연한 강성의 캡슐화된 리본 출구(114)를 통해 PV 모듈(104)에 전기적으로 연결되는 결과로서, 예를 들면 PCU(102)가 강성의 커넥터 통해 PV 모듈(104)에 전기적으로 접속될 때, PCU(102)가 만져지거나 (예를 들면, 바람에 의해) 움직여질 경우, PV 모듈(104)/PCU(102)간의 전기적 접촉은 발생한 응력에 대해 보다 영향을 받지 않는다.

도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 커넥터 어셈블리(116)의 상부 경사 사시도이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)의 외부 및 커넥터 본체(112)의 상부가, 이들 컴포넌트의 내부 회로를 더 명확하게 나타내도록, 투명하게 나타나 있다.

상술한 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)는 PV 하위-열 상호 연결부(206), 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218)를 포함한다. PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는 캡슐화된 리본 출구(114)의 단부를 통해 히트 스프레더(218)를 지나서 나오고 커넥터 본체(208) 내의 커넥터(112)에 연결된다.

일부 실시예에서, 캡슐화된 리본 출구(114)는, PV 모듈 레이업 프로세스 동안 PV 모듈(104)과의 통합 전에(즉, 적층 전에), PV 하위-열 상호 연결부(206), 바이패스 다이오드(210), 및 히트 스프레더(218)와 사전 조립될 수 있다. 이러한 실시예에서, PV 하위-열 상호 연결부(206)는 대응하는 PV 모듈 하위-열 버스 리본에 용접되고, 캡슐화 및 백시트 층이 제자리에 위치된다. 적층 후, 캡슐화된 리본 출구(114)는, 제조를 용이하게 하고 최종 제품의 기계적 인장 강도를 증가시키기 위해, 라미네이트에 펀칭되는 정렬 기능부를 가질 수 있다.

커넥터 본체(208)는, 커넥터 본체(208) 내에 배치되는 캡슐화된 리본 출구(114)의 일부의 대응하는 구멍과 맞물리는 정렬 포스트(302-1, 302-2, 및 302-3)(총칭해서, 정렬 포스트(302))를 포함한다. 정렬 포스트(302)는 캡슐화된 리본 출구가 적절히 정렬되게 할 수 있고, 커넥터 어셈블리(116)의 기계적인 인장 강도를 더 높이다. 3개의 위치 정렬 포스트(302)가 나타나 있지만, 임의의 적절한 수의 정렬 포스트(302) 및/또는 다른 정렬 기능부가 사용될 수 있다.

커넥터 본체(208)의 본체 캐비티 내에서, 캡슐화된 리본 출구(114)의 단부로부터 연장되는 PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는 리본 용접 패드(304-1 및 304-2)에 (예를 들면, 용접, 크림프 연결 등에 의해) 전기적으로 각각 연결된다. 일부 실시예에서, 커넥터 본체(208) 내에 배치되기에 앞서, PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4) 및/또는 캡슐화된 리본 출구(114)의 단부 아래에, 하측 계면을 시일하도록, 접착제가 배치될 수 있고; 예를 들면 접착제는 커넥터 본체(208)의 접착제 채널(306)에 배치되고, 이어서 캡슐화된 리본 출구(114)의 단부가 채널(306) 위에 놓인다. 커넥터 본체 캐비티 내에서, PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)의 상면/캡슐화된 리본 출구(114)의 단부에, 접착제 또는 다른 유형의 포팅 재료가 더 배치될 수 있다. 이어서, 플라스틱 커버 등의 커넥터 본체 커버(도시 생략)가, 외부 접촉 및 습기로부터 PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)를 완전히 시일하도록, 커넥터 본체 캐비티 위에 위치될 수 있다.

PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는 리본 용접 패드(304-1 및 304-2)를 통해 플러그 핀(308-1 및 308-2)에 전기적으로 각각 연결되지만, 다른 실시예에서, PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는 임의의 적절한 기술(용접, 크림핑 등)에 의해 플러그 핀(308)에 직접 전기적으로 연결될 수 있다. 플러그 핀(308-1 및 308-2)(총칭해서, 플러그 핀(308))은, 커넥터 플러그(204)가 PCU DC 입력 리셉터클(202)과 맞물릴 경우, DC 출력 전력을 PCU(102)에 제공하기 위해 커넥터 플러그(204)의 본체를 통해 연장된 전기 전도성 핀이다. 플러그(204)는, 플러그(204)를 PCU DC 입력 리셉터클(202)과 제자리에서 탈착 가능하게 록킹하기 위해, PCU DC 입력 리셉터클(202) 상의 대응하는 기계적 록킹 기능부와 맞물리는 플러그(204)의 상단 및 하단에 각각 배치된 유연한 래칭 클립(310-1 및 310-2) 등의 하나 이상의 기계적 스냅-핏 록킹 기능부를 포함할 수 있다. PCU DC 입력 리셉터클(202)로부터 플러그(204)를 제거하기 위해, 래칭 클립(310)은 손 또는 적절한 도구로 눌릴 수 있다.

도 4는 커넥터 어셈블리(116)의 다른 실시예의 상부 경사 사시도이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 커넥터(112)의 셸은, 더 명확하게 컴포넌트의 내부 회로를 나타내기 위해 투명하게 나타나 있다.

도 4에 나타난 실시예에서, 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218)는 캡슐화된 리본 출구(114) 내보다는 커넥터 본체(208) 내에 배치된다. 전술한 바와 같이, PV 하위-열 상호 연결부(206)는 캡슐화된 리본 출구(114)로부터 연장되고, 커넥터 본체(208)의 캐비티 내에서 바이패스 다이오드(210)에 연결된다(즉, 바이패스 다이오드(210-1)는 PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-2)간에 연결되고, 바이패스 다이오드(210-2)는 PV 하위-열 상호 연결부들(206-2 및 206-3)간에 연결되고, 바이패스 다이오드(210-3)는 PV 하위-열 상호 연결부들(206-3 및 206-4)간에 연결됨). 히트 스프레더(218)는, 바이패스 다이오드(210)에 의해 발생하는 열을 발산하기 위해, PV 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210) 아래에 배치된다. 히트 스프레더(218)를 PV 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210)로부터 전기적으로 격리시키는 박형 스트립의 재료(예를 들면, 백시트 또는 다른 절연 폴리머, 캡슐화 재료 층, 접착제 등)에 의해, 히트 스프레더(218)는 PV 하위-열 상호 연결부(206)/바이패스 다이오드(210)로부터 격리된다. 히트 스프레더(218)는 플라스틱 커넥터 본체(208)와 함께 몰딩될 수 있고(또는 대체로서, 히트 스프레더(218)는 커넥터 본체(208) 내에 어셈블리될 수 있음), 임의의 외부 표면이 노출되지 않는다(이에 의해, 그라운딩의 필요성이 제거됨).

PV 하위-열 상호 연결부(206-1 및 206-4)는, 리본 용접 패드(도시 생략)에 의한, 크림프-커넥터에 의한, 커넥터 본체 내의 노출된 플러그 핀(308)에의 직접 본딩에 의한 것 등의 임의의 적절한 기술에 의해, 플러그 핀(308-1 및 308-2)에 각각 전기적으로 연결된다. 외부 접촉 및 습기로부터 내부 컴포넌트를 완전히 시일하도록, 커넥터 본체 캐비티 위에 위치되는 플라스틱 커버 등의 커넥터 본체 커버(도시 생략) 및 커넥터 본체(208)의 캐비티 내에(즉, PV 하위-열 상호 연결부(206), 바이패스 다이오드(210) 및 히트 스프레더(218) 위에), 접착제 또는 다른 유형의 포팅 재료가 배치될 수 있다.

도 4에 나타난 실시예에서, 래칭 클립(310-1 및 310-2)은 커넥터 플러그(204)의 각 측면에 배치되지만, 다른 실시예에서, 하나 또는 2개의 래칭 클립(310-1 및 310-2)이 서로 다른 위치에서 커넥터(112)에 배치될 수 있거나 및/또는 단일 래칭 클립(310)만이 존재할 수 있다.

도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 캡슐화된 리본 출구(114)에 대한 출구 레이업(520)을 나타내는 과장 표시된 측면 경사 사시도이다. 도 5에 나타난 바와 같이, PV 유리 전면(前面) 캡슐화 시트(504)가 PV 모듈(104)의 PV 유리층(502) 위에 배치되고, PV 모듈(104)의 리본 상호 연결부(506)를 갖는 셀 열은 PV 하위-열 상호 연결부(206)에 연결된다. 출구 하부 캡슐화 시트(512) 및 출구 하부 백시트(514) 모두는 리본 상호 연결부(506)/PV 하위-열 상호 연결부(206)를 갖는 셀 열 위에 배치되고, PV 모듈(104)의 출구 지점(522)에서 (PV 하위-열 상호 연결부(206)와 함께 그 사이에서) 대략 U자형 또는 엘보형으로 구부려 꺾인다. 출구 상부 캡슐화 시트(510)는 PV 유리 전면 캡슐화 시트(504) 위에서 출구 지점(522)에 배치되고, 꺽인 PV 하위-열 상호 연결부(206) 위에서 계속된다. 출구 상부 백시트(516)는 출구 상부 캡슐화 시트(510) 위에 배치된다. 출구 상부 및 하부 캡슐화 시트(510 및 512)뿐만 아니라 PV 하위-열 상호 연결부(206)는 PV 모듈(104)을 관통하여, 얻어지는 캡슐화된 리본 출구(114)가 PV 모듈(104)과 통합된다.

적층 프로세스 동안, 출구 레이업(520)이 진공에서 PV 모듈(104)의 백시트에 평평하게 가압되고, 이에 의해 임의의 갇힌 공기를 제거하고, PV 하위-열 상호 연결부(206)/리본 상호 연결부(506)를 갖는 셀 스트링 주위에 견고한 시일을 확보한다. 캡슐화된 리본 출구(114)는, 예를 들면 미리 정의된 형상 프로파일을 갖는 가열된 플래턴(platen)을 이용해서, 커넥터(112)의 장착을 용이하게 하도록, 적층 후 약간 다시 형태가 형성될 수 있다. 하나 이상의 다른 실시예에서, 커넥터(112)는, 리본 상호 연결부(506)를 갖는 셀 열의 레이업에 앞서 PV 하위-열 상호 연결부(206)에 사전 조립될 수 있다(예를 들면, 고정부가 부품을 유지하고, 부드러운 프로파일을 생성해서 적층체 블래더(bladder)를 보호하고 캡슐화를 개선하도록 사용될 수 있다).

도 5에 나타난 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)는, PV 모듈(104)을 위한 적층 프로세스 이전에, 캡슐화 시트(504, 510 및 512), 리본 상호 연결부(506)를 갖는 셀 열, 및 상부 및 하부 백시트(514 및 516)의 레이업 중에, PV 모듈(104)과 통합될 수 있다. PCU(102)가 PV 모듈(104)의 내부 영역에 사전 위치되는 하나 이상의 실시예에서, 캡슐화된 리본 출구(114)는 적층 후에 비교적 평평한 상태로 유지되며, 적층 후 평면으로부터 다시 형태가 형성될 필요가 없다.

도 5에 나타난 바와 같이, 캡슐화된 리본 출구(114)는, PV 모듈(104)에 대한 적층 프로세스에(516) 이전에, 캡슐화 시트(504, 510 및 512), 리본 상호 연결부(506)를 갖는 셀 열, 및 상부 및 하부 백시트(514 및 516)의 레이업 중에 PV 모듈(104)과 통합될 수 있다. PCU(102)가 이미 PV 모듈(104)의 내부 영역에 위치된 하나 이상의 실시예에서, 캡슐화된 리본 출구(114)는 적층 후 비교적 평평하게 유지될 수 있고, 적층 후 평면에서 다시 형상을 형성할 필요는 없다.

캡슐화된 리본 출구(114)는 어셈블리 툴링을 위해 백시트의 단부를 올려 그 길이를 따른 구부림 시 유연함을 갖고, 캡슐화된 리본 출구(114)의 양 사이드에 배치된 상부 및 하부 백시트(514 및 516)와 함께, 캡슐화 시트(504, 510 및 512)는, 캡슐화된 리본 출구(114)가 설치 중에 갑자기 당겨지거나 부하를 받을 경우, 생성될 수 있는 임의의 부하를 분산시키는 데 도움이 된다. 사전에 PV 모듈(104)에 사용되는 적층 프로세스와, 캡슐화된 리본 출구(114)의 생성을 통합함으로써, 종래의 PV 정션 박스에 사용되는 것과 같은 부차적인 부착 프로세스(예를 들면, 접착제 배치, j-박스 장착, 접착제 경화, j-박스 단자에의 리본 용접, 정션 박스의 포팅 등) 없이 매우 높은 품질의 캡슐화가 실현될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 실시예는, PV 셀의 캡슐화에 이미 사용되는 것과 동일한 염가의 재료를 사용하고 새로운 재료계를 도입하지 않는다. 캡슐화된 리본 출구(114)는, 정션 박스를 필요로 하는 종래의 PV 모듈과 비교해서, 비용 및 제조 오버헤드 모두에 있어서 대폭적인 삭감을 가능하게 한다. 또한, 캡슐화된 리본 출구(114)를 PV 모듈(104)과 통합하는 것은, PCU(102)가 일대일 대응으로 PV 모듈(104)에 연결되는 적용에 최적화된 구성으로 되게 한다.

일부 실시예에서, 견고성을 높이기 위해, 적층에 앞서, PV 모듈 출구에 적층되게, 슬리브, 삭(sock) 또는 붓(boot) 등의 응력 완화 기능부가 출구 레이업(520) 위를 슬라이딩할 수 있다. 이러한 응력 완화 기능부는, PVC(polyvinyl chloride) 플라스틱 등의 두꺼운 유형의 플라스틱으로 형성될 수 있다. 응력 완화 기능부를 위한 재료는 일반적으로 백시트 재료에 비해 더 견고하고, 하나 이상의 실시예에서, 응력 완화 기능부는 출구 하부 백시트(516) 및 출구 상부 백시트(516)를 대신할 수 있다.

하나 이상의 다른 실시예에서, PV 하위-열 상호 연결부(206)가 약 180°반대로 꺽이기보다는, PV 하위-열 상호 연결부(206)는, 180°꺽인 후측 출구 하부 캡슐화 시트(512)/출구 하부 백시트(514) 위로 작은 S자 굽힘을 갖는다.

도 6은, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 장착 레일(110)의 기계적인 록킹 기능부의 측면 경사 사시도이다. 도 6에서, 도시된 장착 레일(110)의 일부는 컴포넌트에 대한 기능부를 보다 명확하게 나타내기 위해 투명하게 나타나 있다.

장착 레일 쌍(110)은, 열 관리를 위해 PCU(102)와 PV 모듈(104)의 이면 사이에 획정된 간격을 두고 PCU(102)를 유지하는 제자리 스냅 기계적 고정부이다. 장착 레일들(110) 중의 하나(예를 들면, 장착 레일(110-1))의 단부는, 예를 들면 베이스의 단부에서, 장착 레일(110-1)의 베이스로부터 수직으로 연장되는 전방 정지 돌기(602)를 포함한다. PCU(102)가 장착 레일들(110)간에 삽입 및 슬라이딩될 경우, 에지, 플랜지, 탭 등과 같은 PCU 본체의 부분(612)은 PCU(102)가 더 전방으로 슬라이딩되는 것을 막도록 전방 정지 돌기(602)에 맞닿게, 전방 정지 돌기(602)는 크기, 형상, 및 위치를 갖는다.

장착 레일들(110)간의 적절한 위치에서 PCU(102)를 탈착 가능하게 록킹하기 위해 스프링 탭(604) 등의 PCU(102)의 대응하는 캐치-래치 기계적 록킹 기능부를 수용하게 크기, 형상 및 위치를 갖는 스프링 탭 리셉터클(606)을, 장착 레일(110-1)은 장착 레일(110-1)의 단부 근방에서 추가적으로 획정한다. PCU(102)를 분리하도록, 스프링 탭(604)이 (손 또는 적절한 툴에 의해) 눌려, 스프링 탭(604)이 스프링 탭 리셉터클로부터 맞물림 해제될 수 있다. 도 6에는 장착 레일(110-1)의 일부만이 나타나 있지만, 2개의 장착 레일(110)은 전방 정지 돌기(602)를 포함할 수 있고, 하나 또는 2개의 장착 레일(110)은, PCU(102)의 대응하는 캐치-래치 기능부와 맞물리기 위해 추가적인 스프링 탭 리셉터클(606)을 획정할 수 있다. 하나 또는 2개의 장착 레일(110)은, PCU(102)가 장착 레일들(110)간에 삽입되는 동안, PCU(102)의 적절한 정렬을 보장하기 위해 하나 이상의 정렬 및/또는 가이드 기능부를 추가적으로 포함할 수 있다.

도 7은 장착 레일(110) 쌍의 다른 실시예의 측면 경사 사시도이다. 도 7에는 제 1 장착 레일(110-1)만이 전체적으로 시인 가능하지만, 제 2 장착 레일(110-2)(도 7에서 부분적으로 시인 가능)은 장착 레일(110-1)과 실질적으로 동일하고 유사한 특징을 포함한다.

장착 레일(110-1)은 PC, PPO™+PS, PPE, NORYL™, LEXAN™ 등과 같은 절연 재료로 형성되고, 본원에서 설명하는 바와 같이 PCU(102)를 지지하기 위한 길이, 폭, 및 두께를 갖는 가늘고 긴 평평한 베이스(720)를 포함한다. 베이스(702)의 하측 또는 하측의 일부가, 적절한 접착제를 사용해서, PV 모듈(104)의 이면에 접착된다. 일부 실시예에서, 베이스(702)는 베이스(702)의 각 단부에 하나씩 풋(foot)부(712-1 및 712-2)(총칭해서, 풋부(712))를 포함하고, 이들 풋부는 PV 모듈(104)에 접착된다.

장착 레일(110-1)은, 풋부(712-1 및 712-2)로부터 수직으로 배치되는 제 1 및 제 2 장착 레일 포스트(704-1 및 704-2)(총칭해서, 장착 레일 포스트(704))를 각각 더 포함하고, 예를 들면 베이스(702)의 각 단부에 장착 레일 포스트(704)가 하나씩 있다. 장착 레일 포스트(704)는, 베이스(702)에 평행하게 배치되는 장착 레일 암(706)을 지지한다. 장착 레일 암(706)의 안쪽에는, PCU(102)가 각 장착 레일(110)의 장착 레일 암들(706)간에 슬라이딩되고 유지될 수 있도록, PCU(102)를 수용하기 위해 적절히 형성된다. 예를 들면, 장착 레일 암(706) 각각의 안쪽은, PCU(102)의 측부를 따라 이어지는 대응하는 리지(ridge), 심(seem) 등을 수용 및 지지하는 길이를 따른 수평 채널을 획정할 수 있다. 장착 레일 암(706)은, 열 관리를 위해 PCU(102)와 PV 모듈(10) 사이에 공기 흐름을 가능하게 하는, PCU(102)와 PV 모듈(104)의 이면 사이에 획정된 간격을 두고 PCU(102)를 유지한다. 추가적으로, 장착 레일 베이스(702)와 장착 레일 암(706) 사이의 공간에서 공기 흐름이 발생할 수 있다.

장착 레일들(110)간에서 제자리에 PCU(102)를 탈착 가능하게 록킹하기 위해 캐치-래치 기계적 록킹 메커니즘(즉, 스냅-핏 체결체)으로서 기능하는 하나 이상의 탄성 일체형 스냅-핏 기능부를, PCU(102)의 대응하는 기능부와 함께, 장착 레일(110)은 포함한다. 도 7에 나타난 실시예에서, 장착 레일(110-1)은, PCU(102)를 제자리에 유지하기 위해 PCU(102) 측의 노치(710)와 맞물리는 스프링 클립(708)을 포함한다. 스프링 클립(708)은 장착 레일 암(706)의 대략 중앙에 배치되지만, 다른 실시예에서 장착 레일 암(706)의 다른 위치에 배치될 수 있다. PCU(102)가 장착 레일들(110)간을 슬라이딩함에 따라, 스프링 클립(708)은, 노치(710)가 스프링 클립(708)의 자유-이동 단부에 도달할 때까지, PCU(102)에 의해 눌리고, 이어서 스프링 클립(708)은, 스프링 클립(708)의 자유-이동 단부 상의 플랜지 또는 돌기가 노치(710)와 맞물리도록 후퇴된다. PCU(102)를 제거하도록, 스프링 클립(708)은 (손 또는 적절한 툴에 의해) 눌려, 스프링 클립(708)이 PCU 노치(710)로부터 맞물림 해제될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 장착 레일(110-1)은, 스프링 클립(708)이 파괴 지점까지 눌리는 것을 방지하는 하나 이상의 기능부를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 장착 레일(110)은, PCU(102)를 제자리에 로킹하기 위한 하나 이상의 서로 다른 및/또는 추가적인 캐치-래치 록킹 메커니즘을 포함할 수 있다.

각 장착 레일(110)에 대해, 베이스(708)의 각 단부에서의 2개 풋부들(712)는, PV 모듈(104)이 단지 얇은 플라스틱 및 접착층을 가져서 2개의 지점들간에서 휠 수 있도록(즉, 2개 풋부들간에 만곡이 존재할 수 있도록) 서로 충분히 이간된다(예를 들면 75㎜ 정도). PCU(102)가 장착 레일들(110)간에서 제자리에 유지될 경우, PV 모듈(104)이 장착된 컴포넌트에 대해 (평면으로부터) 휘거나 구부러지거나, (제자리에서) 신장되거나 수축될 수 있고, 이에 의해 PV 모듈(104)에 부착된 컴포넌트로 인해 달리 발현될 수 있는 응력을 완화할 수 있도록, 장착 레일(110)의 폼 팩터가 이루어진다.

본 발명의 실시예 전술한 설명은, 설명되는 다양한 기능을 행하는 다수의 요소, 디바이스, 회로 및/또는 어셈블리를 포함한다. 이들 요소, 디바이스, 회로, 및/또는 어셈블리는 그 각각 설명되는 기능을 행하기 위한 수단의 예시적인 실시예이다.

전술한 것은 본 발명의 실시예에 대한 것이지만, 본 발명의 다른 및 추가적인 실시예가 그 기본적인 범위에서 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 그 범위는 다음의 특허의 청구범위에 의해 결정된다.

Claims

광기전(photovoltaic; PV) 모듈로부터의 전력 출력을 제공하기 위한 장치로서,
커넥터 어셈블리를 포함하고,
상기 커넥터 어셈블리는,
상기 PV 모듈의 복수의 PV 셀에 전기적으로 연결되는 복수의 PV 모듈 하위-열(substring) 상호 연결부를 포함하고 PV 모듈과 통합되는 캡슐화된 리본 출구(ribbon egress), 및
상기 복수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부에 전기적으로 연결되는 2극 DC 전기 출력부를 포함하는 커넥터를 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 캡슐화된 리본 출구는, 상기 PV 모듈에의 역전류(reverse current) 흐름이 방지되도록, 상기 복수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부에 연결되는 복수의 바이패스 다이오드를 더 포함하는, 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 캡슐화된 리본 출구는, 발생되는 열을 발산하기 위해 상기 복수의 바이패스 다이오드에 연결되는 히트 스프레더(heat spreader)를 더 포함하는, 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 복수의 바이패스 다이오드에는 복수의 열 전도성 포일이 연결되는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 커넥터는, 상기 PV 모듈에의 역전류 흐름이 방지되도록, 상기 복수의 PV 모듈 하위-열 상호 연결부에 연결되는 복수의 바이패스 다이오드를 더 포함하는, 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 커넥터는, 발생되는 열을 발산하기 위해 상기 복수의 바이패스 다이오드에 연결되는 히트 스프레더를 더 포함하는, 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 캡슐화된 리본 출구가 적층되는 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2극 DC 전기 출력부는, 전력 조정부(power conditioning unit; PCU)와 맞물림 가능하게 되어 있는 2극 DC 전기 플러그인, 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 PCU는 DC-DC 컨버터인 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 PCU는 DC-AC 인버터인 장치.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PV 모듈에 기계적으로 연결되고, 상기 PCU와 상기 PV 모듈 사이에 획정된 간격을 두고 상기 PCU를 유지 가능하게 되어 있는 장착 레일 쌍을 더 포함하고,
상기 PV 모듈과 상기 PCU 사이의 전기적 연결 및 상기 PV 모듈과 상기 PCU 사이의 기계적 연결이 서로 디커플링(decoupling)되는, 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 장착 레일 쌍은, 상기 PCU를 상기 장착 레일 쌍에 탈착 가능하게 연결하기 위해 적어도 하나의 스냅-핏형(snap-fitting) 기계적 록킹 메커니즘을 포함하는, 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 PV 모듈을 더 포함하는 장치.