KR20170137595A - 태양 전지용 정션 박스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양 전지용 정션 박스를 개시한다. 정션 박스는 박스 본체를 포함하는데, 박스 본체는 태양 전지 셀을 연결하기 위한 복수의 도전성 피스를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스는 다이오드에 의해 연결되고; 양단에 있는 도전성 피스는 각각 가이드 라인을 통해 외부에 연결되며; 중간에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력은 양단에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력보다 작다. 본 발명에 따르면, 낮은 순방향 소모 전력을 갖는 다이오드가 온도 상승을 감소시키기 위하여 온도 상승이 쉽게 발생하는 부분에서 사용되는 반면; 높은 순방향 소모 전력을 갖는 다이오드가 비용을 제어하기 위하여 온도 상승이 쉽게 발생되지 않는 부분에서 사용된다.

Description

태양 전지용 정션 박스{JUNCTION BOX FOR SOLAR CELL}
본 발명은 태양광 발전(solar power generation)의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 태양 전지용 정션 박스(junction box)에 관한 것이다.
태양광 발전의 분야에서, 정션 박스는 필수 부속품이다. 태양 전지 피스(solar cell pieces)에 의해 생성된 전류는 정션 박스를 통해 수렴되어 출력될 필요가 있다. 종래 기술에서, 정션 박스 구조는 박스 본체(box body)를 포함하고, 박스 본체는 태양 전지 피스를 접속하기 위한 복수의 도전성 피스(conducting pieces)를 가지고; 복수의 다이오드가 여러 도전성 피스 사이에 연결되어 바이패스를 위한 컴포넌트 셀 피스(component cell pieces)와 연결되며; 양단의 도전성 피스는 각각 가이드 라인(guide line)을 통해 외부에 연결된다.
종래 기술에서, 정션 박스가 직면하는 가장 큰 문제는 발열(heating)이다. 도전성 피스 및 다이오드는 전류가 흐를 때 가열될 것이다. 온도가 너무 높다면, 이러한 부품들의 정상 사용(normal use)에 영향이 미칠 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 일반적으로 2가지 해결책이 사용된다. 하나의 해결책은 발열을 줄이기 위해 다이오드의 전력 소비를 감소시키는 것이며; 다른 해결책은 열방출(heat dissipation)을 가속시키기 위해서 열방출 표면을 증가시키도록 도전성 피스의 표면을 확장시키는 것이다. 그러나, 둘다의 해결책은 정션 박스의 비용을 증가시킬 것이다.
일본 특허 JP4699060는 태양 전지 정션 박스를 개시하고 있는데, 서로 다른 열방출 영역이 모든 열방출 영역을 최대한 사용할 수 있도록 서로 다른 도전성 피스의 온도 상승의 정도에 따라 설계되며, 따라서 바람직하게는 열방출 효과 및 제조 비용의 균형을 이룬다.
일본 특허 JP4699060
본 발명의 목적은 경제적이고 합리적으로 발열을 감소시킬 수 있는 태양 전지용 정션 박스를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명에서 사용된 기술 방안은 다음과 같다:
태양 전지 피스와 접속하기 위한 복수의 도전성 피스를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스는 다이오드에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스는 각각 가이드 라인을 통해 외부 부품에 연결되는, 박스 본체를 포함하는 태양 전지용 정션 박스에 있어서, 중간에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력(forward dissipation power)은 양단에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력보다 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 칩 및 도전성 피스가 패키징되는 모듈 제품에 적용 가능하고, 본 발명에서의 다이오드는 모듈 제품 내의 칩이라고 한다. 더욱이, 본 발명은 병렬로 연결된, 즉 2개의 다이오드 또는 다이오드 칩이 동시에 2개의 도전성 피스 사이에 연결되는 다이오드를 구비한 제품에도 적용가능하다. 이때, 2개의 다이오드 또는 다이오드 칩은 하나의 그룹으로서 병렬로 접속된다. 상기 순방향 소모 전력은 다이오드 또는 다이오드 칩의 그룹에 대한 전체 순방향 소모 전력을 의미한다.
다른 기술 방안으로서, 상기 박스 본체는 N개의 다이오드에 의해 연결되는 N+1개의 도전성 피스를 가지며, 각 다이오드의 소모 전력은 하기의 조건을 만족한다:
N이 짝수일 때, 임의 방향으로 계산하면 하기 수학식 Ⅰ이 만족되고,
N이 홀수일 때, 임의 방향으로 계산하면 하기 수학식 Ⅱ가 만족된다.
<수학식 Ⅰ>
Figure pat00001
<수학식 Ⅱ>
Figure pat00002
여기에서, P는 순방향 소모 전력이며, 아래 첨자는 다이오드의 순서를 나타낸다.
상기 수학식에서, 괄호가 있는 아래 첨자는 괄호 내의 전체가 분자 또는 분모임을 나타내는 반면, 괄호가 없는 아래 첨자는 분수의 계산이 먼저 수행되고, 다음에 덧셈과 뺄셈 계산이 수행됨을 나타낸다.
순방향 소모 전력(P)을 측정하는 방법은:
동일한 조건하에서, 특정 순방향 전류(I)가 다이오드에 인가되고, 다이오드의 양단에서의 전압 강하(V)가 측정되는 것이며, P = I*V이다. 상이한 환경 조건 및 다른 측정 전류(I)의 환경하에서, 측정된 P는 다르지만, 측정 조건이 무엇이든 상관없이, 여러 다이오드(또는 다이오드 그룹)가 동일한 조건에서 측정되는 한, 측정된 순방향 소모 전력(P)은 수학식 Ⅰ 또는 수학식 Ⅱ에 부합한다.
가장 일반적인 기술 방안으로서, 상기 박스 본체는 3개의 다이오드에 의해 연결되는 4개의 도전성 피스를 가지고, 중간 다이오드의 순방향 소모 전력은 양단 다이오드의 순방향 소모 전력보다 작다.
다이오드의 순방향 소모 전력의 차이는 다른 모델의 다이오드를 사용함으로써, 또는 다른 수의 다이오드가 병렬로 연결되도록 설정함으로써, 또는 순방향 소모 전력을 감소시키는 기술을 변경함으로써 구현될 수 있다.
다이오드가 연결된 후, 정션 박스의 온도가 상승하고, 발열의 주요 원인은 다이오드의 순방향 소모 전력으로부터 발생된다. 따라서, 온도 상승을 추가로 억제하기 위해서 순방향 소모 전력을 저하시킴으로써 발열이 감소될 수 있다. 그러나, 다이오드의 순방향 소모 전력을 맹목적으로 감소시키는 것은 비용을 크게 증가시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않은 것으로 보인다. 본 출원인에 의한 여러 연구는 상이한 위치에 있는 다이오드들의 온도 상승이 다르다는 것을 발견했다. 전체적으로, 중간에 있는 다이오드의 온도 상승이 양단에 있는 다이오드의 온도 상승보다 더 크다. 따라서, 본 출원인은, 낮은 순방향 소모 전력을 갖는 다이오드가 온도 상승을 감소시키기 위하여 온도 상승이 쉽게 발생하는 부분에서 사용되는 반면, 높은 순방향 소모 전력을 갖는 다이오드가 비용을 제어하기 위하여 온도 상승이 쉽게 발생되지 않는 부분에서 사용되도록 하는 기술 방안을 설계한다.
이하 본 발명이 도면 및 본 발명의 예시적인 실시예를 참조하여 더욱 상세히 기술된다.
도 1은 종래의 정션 박스의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예의 중간 다이오드 칩의 측면도이다.
도면을 참조하면, 실시예에 개시된 정션 박스는 박스 본체를 포함한다. 박스 본체는 태양 전지 피스를 연결하기 위한 복수의 도전성 피스(1)를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스(1)는 다이오드(2)에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스(1)는 각각 버스바(busbar)를 통해 외부에 연결되고; 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에서, 박스 본체는 3개의 다이오드(2)에 의해 연결되는 4개의 도전성 피스(1)를 가지고, 모든 다이오드(2)의 제1 칩(31)의 순방향 소모 전력은 동일하다. 다이오드의 순방향 소모 전력이 감소되면 비용이 크게 증가하므로 바람직하지 않은 것으로 보인다.
중간에 있는 다이오드의 온도 상승이 양단에 있는 다이오드의 온도 상승보다 크기 때문에, 본 실시예에서 사용된 방법은 중간에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력이 양단에 있는 다이오드의 칩의 순방향 소모 전력보다 작아지도록 감소시키는 것이다.
제1 실시예
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 박스 본체는 태양 전지 피스를 연결하기 위한 4개의 도전성 피스(1)를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스(1)는 다이오드에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스(1)는 각각 버스바를 통해 외부에 연결되고; 중간 다이오드(21)의 제2 칩(32)의 모델은 양단 다이오드(22)의 제1 칩(31)의 모델과 다르다. 순방향 소모 전력은 25℃에서 통전류(galvanization) I=15A이고, 3개의 다이오드 칩의 전압 강하(V)는 각각 0.5V, 0.4V 및 0,5V이며, 3개 다이오드 칩의 순방향 소모 전력은 P1=V*I=0.5*15=7.5W, P2=V*I=0.4*15=6W 및 P3=V*I=0.5*15=7.5W이다. 중간 다이오드(21) 상의 제2 칩(32)의 순방향 소모 전력은 양단 다이오드(22) 상의 제1 칩(31)의 순방향 소모 전력보다 작다. 따라서, 발열의 감소로 인하여, 비용 증가가 제어된다.
제2 실시예
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 박스 본체는 태양 전지 피스를 연결하기 위한 4개의 도전성 피스(1)를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스(1)는 총 3개의 다이오드에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스(1)는 각각 버스바를 통해 외부 부품에 연결되고; 중간 다이오드(21)는 중간 다이오드(21) 상의 2개의 제1 칩(31)의 순방향 소모 전력이 양단 다이오드(22)의 순방향 소모 전력보다 작도록 각각 2개의 제1 칩(31)과 병렬로 연결된다. 따라서, 발열의 감소로 인하여, 비용 증가가 제어된다.
제3 실시예
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 박스 본체는 태양 전지 피스를 연결하기 위한 4개의 도전성 피스(1)를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스(1)는 총 3개의 다이오드에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스(1)는 각각 버스바를 통해 외부 부품에 연결되고; 중간 다이오드(21) 상의 제3 칩(33)의 표면은 트렌치(trench) 또는 그루브(groove)를 가지고, 제3 칩(33)의 순방향 소모 전력은 양단 다이오드(22) 상의 제1 칩(31)의 순방향 소모 전력보다 작도록 트렌치/그루브(34)에 의해 감소된다. 따라서, 발열의 감소로 인하여, 비용 증가가 제어된다.
1 : 도전성 피스 2 : 다이오드
21 : 중간 다이오드 22 : 양단 다이오드
31 : 제1 칩 32 : 제2 칩
33 : 제3 칩 34 : 트렌치/그루브(34)

Claims (6)

  1. 태양 전지 피스를 연결하기 위한 복수의 도전성 피스를 가지고; 2개의 인접한 도전성 피스는 다이오드에 의해 연결되고; 양단의 도전성 피스는 각각 가이드 라인을 통해 외부 부품에 연결되는, 박스 본체를 포함하는 태양 전지용 정션 박스에 있어서,
    중간에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력(forward dissipation power)은 양단에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박스 본체는 N개의 다이오드에 의해 연결되는 N+1개의 도전성 피스를 가지며, 각 다이오드의 소모 전력은 하기의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
    N이 짝수일 때, 임의 방향으로 계산하면 하기 수학식 Ⅰ이 만족되고,
    N이 홀수일 때, 임의 방향으로 계산하면 하기 수학식 Ⅱ가 만족된다.
    <수학식 Ⅰ>
    Figure pat00003

    <수학식 Ⅱ>
    Figure pat00004

    여기에서, P는 순방향 소모 전력이며, 아래 첨자는 다이오드의 순서를 나타낸다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 박스 본체는 3개의 다이오드에 의해 연결되는 4개의 도전성 피스를 가지고, 중간에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력은 양단에 있는 다이오드의 순방향 소모 전력보다 작은 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이오드의 순방향 소모 전력의 차이는 다른 모델의 다이오드를 사용함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이오드의 순방향 소모 전력의 차이는 다른 수의 다이오드가 병렬로 연결되도록 설정함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이오드의 순방향 소모 전력의 차이는 양의 전력 소모(positive power dissipation)가 감소되도록 프로세스를 변경함으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 태양 전지용 정션 박스.
KR1020160162667A 2016-06-03 2016-12-01 태양 전지용 정션 박스 KR20170137595A (ko)

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