KR20170138478A - 태양광 모듈과 함께 사용하기에 유용한 광 방향전환 필름 - Google Patents

태양광 모듈과 함께 사용하기에 유용한 광 방향전환 필름 Download PDF

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Abstract

광 방향전환 필름은 세로 축을 정의하고, 기저 층, 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열, 및 반사 층을 포함한다. 미세구조물들은 기저 층으로부터 돌출하고, 각각의 미세구조물들은 기저 층을 가로질러 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의한다. 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있다. 반사 층이 기저 층에 대향하여 미세구조물들 위에 배치된다. 예를 들어, PV 모듈 태빙 리본의 일부분을 덮기 위해 사용될 때, 본 발명의 필름들은 입사 광을 고유하게 반사한다.

Description

태양광 모듈과 함께 사용하기에 유용한 광 방향전환 필름
본 발명은 반사 미세구조화 필름, 및 태양광 모듈에서 반사 미세구조화 필름의 사용에 관한 것이다.
재생가능 에너지는 태양광, 바람, 비, 조류(tide), 및 지열과 같은, 보충될 수 있는 천연 자원으로부터 유래된 에너지이다. 재생가능 에너지에 대한 요구가 기술의 발전 및 세계 인구의 증가에 따라 크게 증가하고 있다. 오늘날, 화석 연료가 에너지 소비의 대부분을 공급하지만, 이들 연료는 재생가능하지 않다. 이들 화석 연료에 대한 세계적인 의존은 그의 고갈에 관한 증가된 우려뿐만 아니라, 이들 연료를 연소시키는 것으로부터 기인하는 배출물과 관련된 환경적 우려를 갖는다. 이들 우려의 결과로서, 전세계의 국가들은 대규모 재생가능 에너지 자원 및 소규모 재생가능 에너지 자원 둘 모두를 개발하기 위한 계획을 수립하고 있다. 오늘날 유망한 에너지 자원 중 하나가 태양광이다. 세계적으로, 수백만의 가정이 현재 광기전(photovoltaic) 시스템으로부터 전력을 수득한다. 태양광 발전(solar power)에 대한 증가하는 요구는 이들 응용에 대한 요건들을 충족시킬 수 있는 장치 및 재료에 대한 증가하는 요구를 수반한다.
태양광을 동력화하는 것은 광전 변환(photoelectric conversion)에 사용되는 광기전(PV) 전지(태양광 전지라고도 지칭됨, 예를 들어, 규소 광기전 전지)의 사용에 의해 달성될 수 있다. PV 전지들은 크기가 비교적 작고, 전형적으로 상응하여 더 큰 전력 출력을 갖는 물리적으로 통합된 PV 모듈(또는 태양광 모듈)로 조합된다. PV 모듈은 일반적으로 PV 전지들의 2개 이상의 "스트링(string)"으로부터 형성되며, 이때 각각의 스트링은, 일렬로 배열되며 주석 도금된 평평한 구리 와이어(전기 커넥터, 태빙 리본(tabbing ribbon) 또는 버스 와이어(bus wire)로 또한 알려짐)를 사용하여 직렬로 전기적으로 연결되는 복수의 PV 전지로 이루어진다. 이들 전기 커넥터는 전형적으로 납땜 공정에 의해 PV 전지에 접착된다.
PV 모듈은 전형적으로 미국 특허 공개 제2008/0078445호(파텔(Patel) 등)에 개괄적으로 기술된 바와 같이, 봉지재(encapsulant)에 의해 둘러싸인 PV 전지(들)을 추가로 포함하며, 이 미국 특허 공개의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 구조들에서, PV 모듈은 PV 전지(들)의 양측에 봉지재를 포함한다. 유리(또는 다른 적합한 중합체 재료)의 2개의 패널이 봉지재의 대향하는 전면(front-side) 및 배면(back-side) 각각에 접합된다. 2개의 패널은 태양 방사선에 대해 투명하며, 전형적으로 전면 층 및 배면 층(또는 백시트)으로 지칭된다. 전면 층 및 백시트는 동일하거나 상이한 재료로 제조될 수 있다. 봉지재는, PV 전지를 봉지하고 또한 PV 전지를 물리적으로 밀봉하도록 전면 층 및 백시트에 접합되는 광-투명(light-transparent) 중합체 재료이다. 이러한 라미네이트형 구조물은 PV 전지들에 기계적 지지를 제공하고, 또한 이들을 바람, 눈, 및 얼음과 같은 환경 요인으로 인한 손상으로부터 보호한다. PV 모듈은 전형적으로 금속 프레임 내로 끼워맞춤되며, 이때 모듈의 에지를 덮는 밀봉재(sealant)는 금속 프레임에 의해 맞물린다. 금속 프레임은 모듈의 에지를 보호하고, 추가의 기계적 강도를 제공하며, 태양 방사선의 수용을 최대화하기에 적합한 원하는 각도로 모듈들을 함께 유지하는 적합한 지지체에 장착될 수 있는 보다 큰 어레이 또는 태양광 패널을 형성하도록 모듈을 다른 모듈들과 조합시키는 것을 용이하게 한다.
PV 전지를 제작하고 라미네이트형 모듈을 제작하기 위해 PV 전지들을 결합하는 기술은 하기의 미국 특허에 예시된다: 제4,751,191호(곤시오로우스키(Gonsiorawski) 등); 제5,074,920호(곤시오로우스키 등); 제5,118,362호(세인트.안젤로 등); 제5,178,685호(보렌스테인(Borenstein) 등); 제5,320,684호(아믹(Amick) 등); 및 제5,478,402호(하노카(Hanoka)).
많은 PV 모듈 설계에서, 태빙 리본은 비활성 차폐 영역(inactive shaded region)(즉, 입사 광이 광기전 또는 광전 변환을 위해 흡수되지 않는 영역)을 나타낸다. 따라서, 총 활성 표면적(즉, 입사 광이 광기전 또는 광전 변환에 사용되는 총 면적)은 이들 비활성 차폐 영역의 존재로 인해 본래 광기전 전지 면적의 100% 미만이다. 결과적으로, 태빙 리본의 개수 또는 폭의 증가는 비활성 차폐 영역의 증가 때문에 PV 모듈에 의해 생성될 수 있는 전류량을 감소시킨다.
상기 문제를 해결하기 위해, 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로 포함된 PCT 특허 출원 제2013/148149호(첸 등)는 태빙 리본들 위에 적용된 광 반사 층을 지지하는 미세구조화 필름의 스트립 형태의 광 지향 매체를 개시한다. 광 지향 매체는, 그렇지 않으면 비활성 차폐 영역에 입사할 광을 활성 영역으로 지향시킨다. 보다 구체적으로, 광 지향 매체는 입사 광을 전면 층으로부터 완전히 내부적으로 반사(totally internally reflect; TIR)하는 각도들로 방향전환하고; TIR 광은 후속적으로 활성 PV 전지 영역 상으로 반사하여 전기를 생성한다. 이러한 방식으로, 특히 태양의 위치에 대해 미세구조물들의 배열이 하루 동안 비교적 일정한 상황에서, PV 모듈의 총 전력 출력이 증가될 수 있다. 그러나, 태양의 위치에 대한 PV 모듈 설치(예, 비-추적(non-tracking) PV 모듈 설치, 세로(portrait) 배향 대 가로(landscape) 배향, 등)에 의해 비대칭 조건들이 생성되는 경우, 미세구조화 필름에 의해 야기된 광 반사는 바람직하지 않게도 반사된 광의 일부를 PV 모듈로부터 빠져나오게 할 수 있다.
상기를 고려하여, 예를 들어, 대응하는 전면 층의 임계각 내의 각도들에서 증가된 레벨의 입사 광을 반사한다는 점에서, PV 모듈과 함께 사용하기에 유용한 광 방향전환 필름에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 일부 양태는 광 방향전환 필름 물품에 관한 것이다. 이 물품은 세로 축을 정의하는 광 방향전환 필름을 포함한다. 광 방향전환 필름은 기저 층(base layer), 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열(ordered arrangement), 및 반사 층을 포함한다. 복수의 미세구조물들은 기저 층으로부터 돌출한다. 또한, 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축(primary axis)을 정의한다. 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있다. 최종적으로, 반사 층이 기저 층에 대향하여 미세구조물들 위에 배치된다. 이러한 구조로, 경사지게 배열된 반사형 미세구조물(들)은 축상(on-axis) 배열과는 상이한, 세로 축에 대한 고유한 방식으로, 광을 반사할 것이다. 일부 실시예들에서, 미세구조물들의 다수 또는 모두는, 대응하는 주 축들이 세로 축에 대해 모두 경사져 있도록 배열된다. 다른 실시예들에서, 미세구조물들 중 적어도 하나(선택적으로, 미세구조물들의 다수 또는 모두)의 주 축과 세로 축은, 1° 내지 89° 범위, 대안적으로 20° 내지 70° 범위의 편향각(bias angle)을 형성한다. 또 다른 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품은 미세구조물들에 대향하여 기저 층 상에 배치된 접착 층을 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 양태는, 태빙 리본들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들을 포함하는 PV 모듈에 관한 것이다. 또한, 광 방향전환 필름 물품이 태빙 리본들 중 적어도 하나의 적어도 일부 위에 배치된다. 광 방향전환 필름 물품은 상술된 구조들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 전면 층(예를 들어, 유리)이 PV 전지들 및 광 방향전환 필름 물품 위에 위치된다. 광 방향전환 필름 물품은 PV 모듈을 배향 독립적으로 만들 수 있고, 가로 배향 또는 세로 배향과 관계없이 고정(즉, 비-추적) 설치에서 비교적 균일한 연간 효율 성능을 보여준다.
도 1a는 본 발명의 원리에 따른 광 방향전환 필름 물품의 단순화된 평면도.
도 1b은 선 1B-1B를 따라 취해진, 도 1a의 물품의 일부분의 확대 단면도.
도 1c은 선 1C-1C를 따라 취해진, 도 1a의 물품의 일부분의 확대 단면도.
도 2는 본 발명의 물품들과 함께 사용하기에 유용한 다른 광 방향전환 필름의 일부분의 매우 단순화된 평면도.
도 3은 본 발명의 물품들과 함께 사용하기에 유용한 다른 광 방향전환 필름의 일부분의 단순화된 측면도.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 다른 광 방향전환 필름 물품의 일부분의 확대된 단면도.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 롤 형태로 제공된 다른 광 방향전환 필름 물품의 투시도.
도 6은 본 발명의 원리에 따른 PV 모듈의 일부의 단순화된 단면도.
도 7a는 중간 제조 단계에서 도 6의 PV 모듈의 단순화된 평면도.
도 7b는 나중의 제조 단계에서 도 7a의 PV 모듈의 단순화된 평면도.
도 8는 종래의 PV 모듈의 일부분의 개략 측면도.
도 9는 북위 30°에 대한 태양 경로의 코노스코픽(conoscopic) 표현.
도 10a는 가로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 단순화된 평면도.
도 10b는 세로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 단순화된 평면도.
도 11a는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 북위 30° 위치에서 가로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 11b는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 북위 30° 위치에서 세로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 12a는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 북위 30° 위치에서 가로 배향의 도 6의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 12b는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 북위 30° 위치에서 세로 배향의 도 6의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 13a는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 정남쪽을 향하고, 지면으로부터 10°, 북위 30° 위치에서 세로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 13b는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 정남쪽의 20° 동쪽을 향하고, 지면으로부터 10°, 북위 30° 위치에서 세로 배향의 도 8의 종래의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 13c는 도 9의 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 정남쪽의 20° 동쪽을 향하고, 지면으로부터 10°, 북위 30° 위치에서 세로 배향의 도 6의 PV 모듈의 모델링된 효율의 플롯.
도 14은 본 발명의 원리에 따른 PV 모듈의 제조를 도시하는 단순화된 평면도.
본 발명의 양태들은 광 방향전환 필름 및 광 방향전환 필름 물품을 제공한다. 본 발명의 광 방향전환 필름(종종 반사 필름 또는 광 지향 매체로 지칭됨)은 일반적으로 필름의 길이방향 또는 세로 축에 대해 경사지거나 편향된 각도로 배열된 반사 표면-보유 미세구조물들을 포함할 수 있다. 본 발명의 광 방향전환 필름 및 광 방향전환 필름 물품은 다수의 최종 사용 응용들을 가지며, 일부 실시예들에서, 하기에 기술되는 바와 같이 PV 모듈과 함께 사용하기에 유용하다. 그러나, 본 발명은 PV 모듈로 한정되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 미세구조 특징부, 특히 복수의 미세구조물들을 기술하기 위해 사용될 때, 용어 "정렬된 배열"은 자연적인 표면 강도 또는 다른 자연적인 특징들과는 상이한 부여된 패턴을 의미하며, 여기서 배열은 연속적 또는 불연속적일 수 있고, 반복 패턴, 비-반복 패턴, 랜덤 패턴, 등일 수 있다.
이 명세서에 사용되는 바로서, 용어 "미세구조물"은 특징부의 적어도 2개의 치수가 미시적인 특징부의 구성을 의미한다. 특징부의 부분도 및/또는 단면도가 미시적이어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "미시적"은 그 형상을 결정하기 위하여 임의의 시계 면(plane of view)으로부터 볼 때 육안에 광학적 도움(optic aid)이 필요할 정도로 충분히 작은 치수의 특징부를 말한다. 하나의 기준은 맥그로우 힐(McGraw-Hill)의 더블유. 제이. 스미드 (W. J. Smith)에 의한 현대적 광학 엔지니어링(Modern Optic Engineering), 1966, 104 면 내지 105 면에서 찾을 수 있는데, 이에 의하면 시력은 ". 인식될 수 있는 최소 문자의 각도 크기(angular size)와 관련해서 정의되고 측정된다". 정상 시력은 최소 인식가능 문자가 망막의 호(arc)의 각도 높이 5분에 대응할 때인 것으로 고려된다. 250 mm (10 인치)의 전형적인 작업 거리에서, 이것은 이 대상에 대해 0.36 mm (0.0145 인치)의 측면 치수를 생성한다.
광 방향전환 필름 물품
본 발명의 원리에 따른 광 방향전환 필름 물품(20)의 일 실시예가 도 1a 내지 도 1c에 도시되어 있다. 광 방향전환 필름 물품(20)은 기저 층(30), 복수의 미세구조물들(32)의 정렬된 배열, 및 반사 층(34)을 갖는 광 방향전환 필름(22)을 포함한다. 참고로, 미세구조물들(32)의 특징들은 광 방향전환 필름(22)의 세로 축과 관련하여 기술될 수 있다. 이와 관련하여, 광 방향전환 필름(22)은 길이(L) 및 폭(W)을 갖거나 정의하는 길쭉한 스트립으로서 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)의 스트립은 대향하는 단부 에지들(40, 42) 및 대향하는 측부 에지들(44, 46)에서 종단한다. 광 방향전환 필름(22)의 길이(L)는 대향하는 단부 에지들(40, 42) 사이의 직선 거리로서 정의되고, 폭(W)은 대향하는 측부 에지들(44, 46) 사이의 직선 거리로서 정의된다. 길이(L)는 폭(W)보다 크다(예를 들어, 대략 적어도 10 배 더 크다). 광 방향전환 필름(22)의 세로 축은 길이(L)의 방향으로 정의되며, 도 1a에서 "X-축"으로서 식별된다. 가로 축(또는 도 1a의 Y-축)은 폭(W)의 방향으로 정의된다. 일부 실시예들에서, 허용된 필름 제조 관례에 따라, 세로(X) 및 가로(Y) 축은 또한 각각 웨브(또는 기계) 및 크로스-웨브 축 또는 방향으로 보일 수 있다.
도 1b 및 도 1c에서 가장 잘 보여지는 바와 같이, 기저 층(30)은 대향하는 제1 및 제2 주 면(50, 52)을 가지고, 일부 실시예들에서 미세구조물들(32) 각각이 제1 주 면(50)으로부터 5 내지 500 마이크로미터의 높이(Z-축)까지 돌출한다. 미세구조물들(32) 각각의 형상은 실질적으로 프리즘형(예를 들어, 참 프리즘의 10% 이내)일 수 있는데, 예를 들어, 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상이 도시되며(그러나, 다른 프리즘 형상들 또한 허용 가능함), 적어도 두 개의 소면들(facets)(54)을 정의한다. 그럼에도 불구하고, 미세구조물들(32) 각각의 형상은 기저 층(30)에 대향하는 피크(60)를 종결 또는 정의한다. 일부 실시예들에서, 피크(60)는 대응하는 미세구조물(32)의 형상에 대해 약 120도(예를 들어, 플러스 또는 마이너스 5도)의 꼭지각(apex angle)을 정의할 수 있다. 미세구조물들(32) 각각의 피크(60)는 도시의 편의를 위해 뾰족한 모서리인 것으로 도 1b 및 도 1c에 도시되며, 다른 실시예들에서, 하나 이상의 피크들(60)이 하기에서 명백해지는 이유들로 인해 둥글게 될 수 있다. 피크들(60)(및 미세구조물들(32) 중 바로 인접한 것들 사이의 밸리들(62))은 또한 도 1a의 단순화된 평면도에 일반적으로 도시되어 있으나, 그렇지 않다면 이는 미세구조물들(32)이 기저 층(30)을 가로질러 연속적으로 연장되는 것을 반영한다(도 1a를 보면, 기저 층(30)이 일반적으로 식별되지만, 기저 층(30)은 복수의 미세구조물들(32)의 사실상 "뒤에" 있음이 이해됨).
연속적인, 길쭉한 형상은 미세구조물들(32) 각각에 대한 주 축(A)을 확립한다(즉, 각각의 개별 미세구조물이 주 축을 가진다). 미세구조물들(32) 중 임의의 특정한 하나의 주 축(A)이 그 특정한 미세구조물(32)을 따라 모든 위치들에서 대응하는 단면 형상의 중심을 이등분하거나 하지 않을 수 있음이 이해될 것이다. 특정한 미세구조물(32)의 단면 형상이 기저 층(30)을 완전히 가로지른 연장부에서 실질적으로 균일(즉, 참 균일 배열의 5% 이내)한 경우, 대응하는 주 축(A)은 그 길이를 따라 모든 위치들에서 단면 형상의 중심을 이등분할 것이다. 반대로, (하기에서 더 자세히 설명될 바와 같이) 단면 형상이 기저 층(30)을 가로지른 연장부에서 실질적으로 균일하지 않은 경우, 대응하는 주 축(A)은 모든 위치들에서 단면 형상의 중심을 이등분하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 2는 대안적인 광 방향전환 필름(22')의 단순화된 평면도이고, 본 발명의 원리에 따른 다른 미세구조물(32') 구성을 일반적으로 도시한다. 미세구조물(32')은 기저 층(30)을 가로지른 연장부에서, 하나 이상의 소면들(54') 및 피크(60')에 변형이 있는, "물결(wavy)" 형상을 가진다. 미세구조물(32')의 길쭉한 형상에 의해 생성된 주 축(A)이 또한 식별되며, 광 방향전환 필름(22')의 세로 축(X)에 대해 경사져 있다. 보다 일반적인 형태로, 이제 도 1a 내지 도 1c로 되돌아가면, 미세구조물들(32) 중 임의의 특정한 하나의 주 축(A)은 기저 층(30)을 가로지른 연장부에서 길쭉한 형상의 중심에 가장 잘 맞는 직선이다.
미세구조물들(32)은, 주 축들(A) 모두가 서로 실질적으로 평행(예를 들어, 참 평행 관계의 5% 이내)하도록, 적어도 형상 및 배향에 있어서 서로 실질적으로 일치(예를 들어, 참 일치 관계의 5% 이내)할 수 있다. 대안적으로, 미세구조물들(32)의 일부는, 하나 이상의 주 축들(A)이 하나 이상의 다른 주 축들(A)과 실질적으로 평행하지 않을 수 있도록, 다른 미세구조물들(32)과 형상 및 배향 중 적어도 하나에 있어서 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 미세구조물들(32) 중 적어도 하나의 주 축(A)은 광 방향전환 필름(22)의 세로 축(X)에 대해 경사져 있다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)과 함께 제공된 미세구조물들(32) 중 적어도 다수의 주 축(A)은 세로 축(X)에 대해 경사져 있고; 또 다른 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)과 함께 제공된 미세구조물들(32) 모두의 주 축(A)이 세로 축(X)에 대해 경사져 있다. 달리 말하면, 미세구조물들(32) 중 적어도 하나의 세로 축(X) 및 주 축(A)은 편향각(B)을 정의하도록 결합된다. 편향각(B)은 1° 내지 89°의 범위이고, 대안적으로, 20° 내지 70°의 범위이다. 다른 실시예들에서, 편향각(B)은 약 45°(예를 들어, 플러스 또는 마이너스 5°)이다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)과 함께 제공된 미세구조물들(32) 중 적어도 다수의 주 축(A)이 세로 축(X)과 조합되어 상술된 바와 같이 편향각(B)을 정의하고; 또 다른 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)과 함께 제공된 미세구조물들(32) 모두의 주 축(A)이 세로 축(X)과 조합되어 상술된 바와 같이 편향각(B)을 정의한다. 이와 관련하여, 편향각(B)은 미세구조물들(32) 각각에 대해 실질적으로 일치(예를 들어, 참 일치 관계의 5% 이내)할 수 있거나, 미세구조물들(32) 중 적어도 하나가 미세구조물들(32) 중 다른 것들의 편향각(B)과는 상이한 편향각(B)을 확립할 수 있다(모든 편향각들(B)은 위에서 설명된 범위(들) 내에 있음). 하기에서 설명되는 바와 같이, 세로 축(X)에 대한 하나 이상의 미세구조물들(32)의 경사진 또는 편향된 배열은 광 방향전환 필름(22)을 하기에서 기술되는 것과 같은 PV 모듈들과 함께 사용하기에 매우 적합하게 만든다.
반사 층(34)은 미세구조물들(32) 각각의 외부 면을 균일하게 덮거나 형성한다. 따라서, 반사 층(34)이 미세구조물들(32)의 형상을 모방하여, 상기 설명에 부합하는 미세구조물들(32)의 적어도 일부(선택적으로 모두)에 대해, 세로 축(X)에 대해 비스듬하게 또는 편향되어 배열되는 반사 표면들(예를 들어, 소면들(54)에 대응함)을 제공한다. 일부 실시예들에서, 미세구조물(32)과 반사 층(34)의 조합은 "반사형 미세구조물" 또는 "반사형 프리즘"으로 지칭될 수 있다. 또한, 상술된 바와 같이 세로 축(X)에 대해 경사져 있는 주 축(A)을 갖는 하나 이상의 반사형 미세구조물들을 가진 본 발명의 광 방향전환 필름들 및 물품들은 또한 "편향각 광 방향전환 필름"으로 지칭된다.
기저 층(30)은 중합체 재료를 포함한다. 광범위한 중합체 재료가 기저 층(30)을 제작하기에 적합하다. 적합한 중합체 재료의 예는, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트; 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트; 셀룰로오스 트라이아세테이트; 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 폴리(메트)아크릴레이트; 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리에틸렌 나프탈레이트와 같은 폴리에스테르; 나프탈렌 다이카르복실산 기반 공중합체 또는 블렌드; 폴리에테르설폰; 폴리우레탄; 폴리카보네이트; 폴리비닐클로라이드; 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌; 환형 올레핀 공중합체; 실리콘-기반 재료; 및 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 기저 층(30)에 특히 적합한 중합체 재료는 폴리올레핀 및 폴리에스테르이다.
일반적으로, 미세구조물들(32)은 또한 중합체 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 미세구조물들(32)의 중합체 재료는 기저 층(30)과 동일한 조성이다. 다른 실시예들에서, 미세구조물들(32)의 중합체 재료는 기저 층(30)의 중합체 재료와 상이하다. 일부 실시예들에서, 기저 층(30) 재료는 폴리에스테르이고 미세구조물(32) 재료는 폴리(메트)아크릴레이트이다.
반사 층(34)은 금속, 무기 재료 또는 유기 재료와 같은 광을 반사하기에 적합한 다양한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사 층(34)은 미러 코팅(mirror coating)이다. 반사 층(34)은 입사 태양광의 반사율을 제공할 수 있고, 따라서 입사광의 일부가 미세구조물들(32)의 중합체 재료 상에 입사되는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 대략 30 내지 100 nm, 선택적으로 35 내지 60 nm의 임의의 요구되는 반사 코팅 또는 미러 코팅 두께가 사용될 수 있다. 일부 예시적인 두께는 광학 밀도 또는 %투과율에 의해 측정된다. 명백히, 보다 두꺼운 코팅은 보다 많은 UV 광이 미세구조물들(32)로 진행하는 것을 차단한다. 그러나, 너무 두꺼운 코팅 또는 층은 층 내의 증가된 응력을 유발하여, 원치 않는 균열을 초래할 수 있다. 반사 금속 코팅이 반사 층(34)에 사용된다면, 코팅은 일반적으로, 은, 알루미늄, 또는 이들의 조합이다. 알루미늄이 더 일반적이지만, 임의의 적합한 금속 코팅이 사용될 수 있다. 일반적으로, 금속 층은, 잘 이해된 절차를 사용하여, 증기 증착에 의해 코팅된다. 일부 예시적인 무기 재료들은, 광대역 반사체로서 사용하기에 적합한 반사 간섭 코팅을 제공하기 위해 교대하는 층들을 형성할 수 있는 산화물(예를 들어, SiO2, TiO2, Al2O3, Ta2O5, 등) 및 불화물(예를 들어, MgF2, LaF3, AlF3, 등)을 포함한다(그러나, 이들로 제한되지는 않음). 금속과 달리, 이들 적층형 반사체들은 PV 전지에 유익하지 않은 파장을, 예를 들어, 전달되게 할 수 있다. 일부 예시적인 유기 재료들은 광대역 반사체로서 사용하기에 적합한 적층형 간섭 코팅을 형성할 수 있는 아크릴 및 다른 중합체를 포함한다(그러나, 이들로 제한되지는 않음). 유기 재료들은 나노입자들을 사용하여 개질되거나 무기 재료와 함께 사용될 수 있다.
반사 층(34)이 금속 코팅으로 (및 선택적으로 반사 층(34)의 다른 구조들을 가지고) 제공되는 실시예들에서, 미세구조물들(32)은 대응하는 피크들(60)이 상기에서 언급된 바와 같이 둥글게 되도록 구성될 수 있다. 둥근 피크 구조의 하나의 제한적이지 않은 예가 도 3에 도시되어 있다. 둥근 피크들 상에 금속 층(즉, 반사 층(34))을 증착하는 것은 뾰족한 피크들 상의 증착보다 더 쉽다. 또한, 피크들(60)이 뾰족할 때(예를 들어, 점이 될 때), 금속 층으로 뾰족한 피크를 적절하게 덮는 것이 어려울 수 있다. 이것은, 결국, 금속이 거의 없거나 전혀 없는 피크(60)에서 "핀홀(pinhole)"을 초래할 수 있다. 이들 핀홀들은 광을 반사하지 않을뿐만 아니라, 미세구조물(32)의 중합체 재료로의 태양광의 통과를 허용할 수 있어서, 가능하게는 미세구조물(32)이 시간에 따라 열화되게 할 수 있다. 선택적인 둥근 피크 구조를 사용하면, 피크(60)를 코팅하기가 더 쉽고 핀홀들의 위험이 감소되거나 없어진다. 또한, 둥근 피크 필름들은 취급이 간편할 수 있고, 그렇지 않으면 가공, 선적, 개조 또는 기타 취급 단계들 동안에 손상되기 쉬울 수 있는 뾰족한 피크들이 없다.
도 1a 내지 도 1c로 되돌아가면, 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름(22)의 구조는 일반적으로 미세구조물들을 필름에 부여하는 것을 수반한다. 이들 실시예들에서, 기저 층(30) 및 미세구조물들(32)은 동일한 중합체 조성을 포함한다. 다른 실시예들에서, 미세구조물들(32)은 개별적으로(예를 들어, 미세구조화 층으로서) 제조되고 기저 층(30)에 라미네이팅된다. 이 라미네이션은 열, 열과 압력의 조합, 또는 접착제의 사용을 통해 행해질 수 있다. 다른 실시예들에서, 미세구조물들(32)은 엠보싱, 압출 등에 의해 기저 층(30) 상에 형성된다. 기저 층(30)과 떨어진 미세구조물들(32)의 형성은 미세복제에 의해 수행될 수 있다.
세로 축(X)에 대해 (예를 들어, 선택된 편향각(B)으로) 경사진 미세구조물들(32)을 미세복제하기 위해 수행되는 하나의 제조 기법은, 기저 층(30)과는 떨어진 적절히 구성된 미세복제 성형 공구(molding tool)(예를 들어, 워크피스 또는 롤)를 사용하여 미세구조물들(32)을 형성하는 것이다. 예를 들어, 경화성 또는 용융된 중합체 재료는 미세복제 성형 공구에 대해 주조될 수 있고, 경화 또는 냉각시켜 성형 공구에서 미세구조화 층을 형성하게 할 수 있다. 이어서, 금형(mold) 내에서 이 층은, 위에서 기술된 바와 같이, 중합체 필름(예를 들어, 기저 층(30))에 접착될 수 있다. 이 공정의 변형에서, 미세복제 성형 공구 내의 용융 또는 경화가능한 중합체 재료가 필름(예를 들어, 기저 층(30))에 접촉되고 이어서 경화 또는 냉각될 수 있다. 경화 또는 냉각 공정에서, 미세복제 성형 공구 내의 중합체 재료가 필름에 접착될 수 있다. 미세복제 성형 공구의 제거시, 결과적인 구조는 기저 층(30) 및 돌출한 미세구조물들(32)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 미세구조물들(32)(또는 미세구조화 층)은 방사선 경화성 (메트)아크릴레이트 재료로부터 제조되고, 성형된 (메트)아크릴레이트 재료는 화학 방사선에 노출됨으로써 경화된다.
적절한 미세복제 성형 공구는 플라이-컷팅 시스템 및 방법에 의해 형성될 수 있으며, 그 예들이 미국 특허 제8,443,704호 (버크(Burke) 등) 및 미국 특허 출원 공보 제 2009/0038450호(캠벨(Campbell) 등)에 기술되어 있고, 이들 각각의 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다. '704 특허 및 '450 공보에 기술된 기법들은 원통형 워크피스 또는 미세복제 성형 공구에서 원통의 중심 축에 대해 임의의 각도로 미세홈(microgroove)들을 형성할 수 있고; 이후, 바람직하게는 미세홈들은, 본 발명의 광 방향전환 필름 및 물품의 일부 실시예들을 형성할 때, 접선 방향으로 원통을 가로지르는 필름의 세로 축에 대해 편향된 또는 경사진 미세구조물들을 생성하도록 배열된다. 플라이-컷팅 기법들(여기서, 이산 컷팅 작업이 점진적으로 또는 증가하여 미세홈들의 완전체들을 형성함)은 그 길이를 따라 미세홈들의 하나 이상의 소면들에 미세한 변형을 부여할 수 있고; 이들 변형은 미세홈들에 의해, 그리고 미세구조물들(32)에 적용됨에 따라 결국 반사 층(34)에 의해 생성되는 미세구조물들(32)의 대응하는 면 또는 소면(54)에 부여될 것이다. 변형부들에 입사된 광은 확산된다. 하기에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 이 선택적 특징은 PV 모듈 구성의 일부로서 광 방향전환 필름(22)의 성능을 유리하게 개선할 수 있다.
본 발명의 원리에 따른 광 방향전환 필름 물품(100)의 다른 실시예가 도 4에 도시된다. 물품(100)은, 기저 층(30)의 제2 주 면(52)에 적용된(예를 들어, 코팅된) 접착제 층(102)과 함께, 상술된 바와 같은 광 방향전환 필름(22)을 포함한다. 접착제 층(102)은 다양한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 접착제 층(102)의 접착제는 에틸렌 비닐 아세테이트 중합체(EVA)와 같은 고온-용융 접착제일 수 있다. 적합한 고온-용융 접착제의 다른 유형은 폴리올레핀을 포함한다. 다른 실시예들에서, 접착제 층(102)의 접착제는 감압 접착제(PSA)이다. 적합한 유형의 PSA는 아크릴레이트, 실리콘, 폴리아이소부틸렌, 우레아, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, PSA는 아크릴 또는 아크릴레이트 PSA이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "아크릴" 또는 "아크릴레이트"는 아크릴 또는 메타크릴 기 중 적어도 하나를 갖는 화합물을 포함한다. 유용한 아크릴 PSA는, 예를 들어 2종 이상의 상이한 단량체(제1 단량체와 제2 단량체)를 조합함으로써 제조될 수 있다. 예시적인 적합한 제1 단량체는 2-메틸부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 아이소옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, n-데실 아크릴레이트, 4-메틸-2-펜틸 아크릴레이트, 아이소아밀 아크릴레이트, sec-부틸 아크릴레이트, 및 아이소노닐 아크릴레이트를 포함한다. 예시적인 적합한 제2 단량체는 (메트)아크릴산(예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 말레산, 및 푸마르산), (메트)아크릴아미드(예를 들어, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸 아크릴아미드, N-하이드록시에틸 아크릴아미드, N-옥틸 아크릴아미드, N-t-부틸 아크릴아미드, N,N-다이메틸 아크릴아미드, N,N다이에틸 아크릴아미드, 및 N-에틸-N-다이하이드록시에틸 아크릴아미드), (메트)아크릴레이트(예를 들어, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 사이클로헥실 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 또는 아이소보르닐 아크릴레이트), N-비닐 피롤리돈, N-비닐 카프로락탐, 알파-올레핀, 비닐 에테르, 알릴 에테르, 스티렌 단량체, 또는 말레에이트를 포함한다. 아크릴 PSA는 또한 제형 중에 가교결합제를 포함시킴으로써 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 접착제 층(102)은 예측된 최종-사용 표면(예를 들어, PV 모듈의 태빙 리본)에 대한 최적의 접합을 위해 제조될 수 있다. 도시되지 않았지만, 광 방향전환 필름 물품(100)은 광 방향전환 필름(22)에 대향하는 접착제 층(102) 상에 배치된, 본 기술분야에서 알려져 있는 것과 같은 이형 라이너(release liner)를 추가로 포함할 수 있다. 제공되는 경우, 이형 라이너는 광 방향전환 필름 물품(100)을 표면에 적용하기 전에 접착제 층(102)을 보호한다(즉, 이형 라이너는 의도된 최종-사용 표면에의 접합을 위해 접착제 층(102)을 노출시키기 위해 제거된다).
본 발명의 광 방향전환 필름 물품들(20, 100)은 다양한 폭과 길이로 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품은, 도 5의 롤(150)로 나타낸 바와 같이, 롤 포맷으로 제공될 수 있다. 롤(150)은 예측된 최종-사용 응용에 적합한 다양한 폭(W)을 가질 수 있다. 예를 들어, PV 모듈 최종-사용 응용들과 함께 사용하기에 유용한 일부 실시예들에서, 롤(150)의 광 방향전환 필름 물품(152)은 일부 실시예들에서 약 15.25 cm (6 인치) 이하 또는 일부 실시예들에서 7 mm 이하의 폭(W)을 가질 수 있다. 상기 설명에 따라, 광 방향전환 필름 물품(152)과 함께 제공되는 미세구조물들의 주 축(미도시)은 폭(W)(및 그것의 권취 길이)에 대해 경사져 있다.
PV 모듈
본 발명의 광 방향전환 필름 물품은 다수의 최종 사용 응용을 갖는다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 양태는 PV 또는 태양광 모듈의 부분으로서 광 방향전환 필름의 사용에 관한 것이다. 예를 들어, 도 6은 본 발명에 따른 PV 모듈(200)의 하나의 예시적인 실시예의 일부분의 단면도이다. PV 모듈(200)은 복수의 직사각형 PV 전지들(202a, 202b, 202c)을 포함한다. 임의의 PV 전지 포맷이 본 발명의 PV 모듈들(예를 들어, 박막 광기전 전지, CuInSe2 전지, a-Si 전지, e-Si 전지, 및 유기 광기전 장치)에서 사용될 수 있다. 가장 통상적으로 은 잉크의 스크린 인쇄에 의해, 금속화 패턴이 PV 전지에 적용된다. 이러한 패턴은 미세한 평행 그리드 라인(gridline)들의 어레이(핑거(finger)로 또한 알려짐)(도시되지 않음)로 이루어진다. 예시적인 PV 전지는 실질적으로 미국 특허 제4,751,191호(곤시오로우스키 등), 제5,074,921호(곤시오로우스키 등), 제5,118,362호(세인트 안젤로 등), 제5,320,684호(아믹 등), 및 제5,478,402호(하노카)에 예시되고 기술된 것과 같이 제조된 것들을 포함하며, 이들 특허들 각각은 그 전체가 본 명세서에 포함된다. 전기 커넥터들 또는 태빙 리본들(204)(도 7a에서 일반적으로 참조됨; 태빙 리본들 중 2개는 도 6에서 볼 수 있고 204a, 204b로 식별됨)이 PV 전지 위에 배치되며 전형적으로 그에 납땜되어, 핑거들로부터 전류를 수집한다. 일부 실시예들에서, 전기 커넥터들(204)은 코팅된(예를 들어, 주석 도금된) 구리 와이어의 형태로 제공된다. 도시되지는 않았지만, 일부 실시예들에서, 각각의 PV 전지가 그의 후방 표면 상에 후방 접점을 포함함이 이해되어야 한다.
하기에서 더 자세히 설명될 바와 같이, 광 방향전환 필름 물품(210)의 스트립이 전기 커넥터들(204) 중 적어도 하나의 적어도 일부분 위에 적용된다. 광 방향전환 필름 물품(210)은 상술된 형태들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품(210)은 접착제(212)(일반적으로 참조됨)에 의해 대응하는 전기 커넥터(204)에 접합된다. 접착제(212)는 광 방향전환 필름 물품(210)(예를 들어, 도 4에 대해 위에서 기술된 광 방향전환 필름 물품(100))의 컴포넌트일 수 있다. 다른 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품(210)의 스트립(들)을 적용하기 전에 접착제(212)(예를 들어, 열 활성 접착제, 감압 접착제, 등)가 전기 커넥터(들) (204) 위에 적용된다. 도시되지는 않았지만, 광 방향전환 필름 물품(210)의 추가의 스트립은 2개 이상의 PV 전지들 사이, 하나 이상의 PV 전지의 경계부(perimeter) 주위, 등과 같이 PV 모듈 (200)의 다른 영역들에 적용될 수 있다.
PV 모듈(200)은, 종종 백시트(220)의 형태의 배면 보호기 부재를 또한 포함한다. 일부 실시예들에서, 백시트(220)는 유리, 중합체 층, 보강 섬유(예를 들어, 유리, 세라믹 또는 중합체 섬유)로 보강된 중합체 층, 또는 목재 파티클 보드(wood particle board)와 같은 전기 절연성 재료이다. 일부 실시예에서, 백시트(220)는 유리 또는 석영의 유형을 포함한다. 유리는 열적으로 강화될 수 있다. 일부 예시적인 유리 재료는 소다-라임-실리카계 유리를 포함한다. 다른 실시예들에서, 백시트(220)는 다층 중합체 필름을 포함하는 중합체 필름이다. 백시트의 하나의 구매가능한 예는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 쓰리엠(3M)™ 스카치쉴드(Scotchshield)™ 필름으로 입수가능하다. 다른 예시적인 백시트(220)의 구성은 압출된 PTFE를 포함하는 것들이다. (예를 들어, 건물 통합형 태양광 발전(building integrated photovoltaics, BIPV)에서) 백시트(220)는 건축 재료, 예를 들어, 지붕형성 멤브레인(roofing membrane)에 연결될 수 있다.
위에 놓이는 PV 전지들(202a. 202b, 202c)은 대체로 평면인 광 투과성 및 전기 비전도성 전면 층(230)이며, 이는 또한 PV 전지들(202a, 202b, 202c)에 지지를 제공한다. 일부 실시예들에서, 전면 층(230)은 유리 또는 석영의 유형을 포함한다. 유리는 열적으로 강화될 수 있다. 일부 예시적인 유리 재료는 소다-라임-실리카계 유리를 포함한다. 일부 실시예에서, 전면 층(230)은 낮은 철분 함량(예를 들어, 약 0.10% 미만의 총 철분, 보다 바람직하게는 약 0.08, 0.07 또는 0.06% 미만의 총 철분) 및/또는 광 투과율을 최적화하기 위한 그 상의 반사방지 코팅을 갖는다. 다른 실시예에서, 전면 층(230)은 배리어 층(barrier layer)이다. 일부 예시적인 배리어 층은, 예를 들어 미국 특허 제7,186,465호(브라이트(Bright)), 제7,276,291호(브라이트), 제5,725,909호(쇼우(Shaw) 등), 제6,231,939호(쇼우 등), 제6,975,067호(맥코믹(McCormick) 등), 제6,203,898호(쾰러(Kohler) 등), 제6,348,237호(쾰러 등), 제7,018,713호(파디야스(Padiyath) 등), 및 미국 공보 제2007/0020451호 및 제2004/0241454호에 기술된 것들이며, 이들 모두는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
일부 실시예들에서, PV 전지들(202a, 202b, 202c) 및 전기 커넥터들(204)을 둘러싼 봉지재(240)가 백시트(220)와 전면 층(230) 사이에 개재된다. 봉지재는 적합한 광-투명의, 전기적으로 비전도성인 재료로 제조된다. 일부 예시적인 봉지재는, 경화성 열경화성 수지, 열경화성 풀루오로 중합체, 아크릴, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리올레핀, 열가소성 우레탄, 투명 폴리비닐클로라이드, 및 이오노머를 포함한다. 하나의 예시적인 구매가능한 폴리올레핀 봉지재는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 상표명 "PO8500™"로 입수가능하다. 열가소성 폴리올레핀 봉지재 및 열경화성 폴리올레핀 봉지재 둘 모두가 사용될 수 있다.
봉지재(240)는 PV 전지들(202a, 202b, 202c)의 어레이의 아래 및/또는 위에 위치되는 분리된(discrete) 시트들의 형태로 제공될 수 있고, 이때 그 구성요소들은 차례로 백시트(220)와 전면 층(230) 사이에 개재된다. 후속하여, 라미네이트 구조물은 진공 하에서 가열되어, 봉지재 시트가 PV 전지들(202a, 202b, 202c) 주위로 유동하여 이를 봉지하면서 동시에 전면 층(230)과 백시트(220) 사이의 공간 내의 임의의 공극(void)을 충전하기에 충분히 액화되게 한다. 냉각 시, 액화된 봉지재는 고화된다. 일부 실시예에서, 봉지재(240)는 투명 고체 매트릭스를 형성하도록 현장에서 추가로 경화될 수 있다. 봉지재(240)는 전면 층(230) 및 백시트(220)에 접착되어 라미네이팅된 부조립체를 형성한다.
PV 모듈(200)의 일반적인 구조를 고려하여, 도 6은 제1 PV 전지(202a)가 제1 전기 커넥터 또는 태빙 리본(204a)에 의해 제2 PV 전지(202a)에 전기적으로 연결된 것을 반영한다. 제1 전기 커넥터(204a)가 제1 PV 전지(202a)의 길이 전체에 걸쳐 그리고 그 위에서 연장되고, 제1 PV 전지(202a)의 에지를 넘어 연장되고, 하향으로 그리고 제2 PV 전지(202b) 아래로 구부러진다. 제1 전기 커넥터(204a)는 이어서 제2 PV 전지(202b)의 길이 전체에 걸쳐 그리고 그 아래에서 연장된다. 유사한 관계가 제2 및 제3 PV 전지(202b, 202c)에 대해 제2 전기 커넥터 또는 태빙 리본(204b)에 의해, 뿐만 아니라 PV 모듈(200)과 함께 제공된 추가적인 PV 전지들의 인접한 쌍들에 대해 추가적인 전기 커넥터에 의해, 확립된다. 도 7a는 광 방향전환 필름 물품(들)(210)의 적용 전 제조 중간 단계 동안의 PV 모듈(200)의 간략화된 평면도 표현이다. PV 전지들(202)의 어레이는 길이 방향(LD) 및 폭 방향(WD)을 생성하며, 태빙 리본들(204)의 다양한 것들이 길이 방향(LD)으로 정렬되어(예를 들어, 도 7a는 상술한 제1 및 제 2 전기 커넥터들(204a, 204b)을 식별함) 집합적으로 태빙 리본 라인들(250)(일반적으로 참조됨)을 확립한다. 도 7b를 추가적으로 참조하면, 광 방향전환 필름 물품(210)의 스트립들은 태빙 리본 라인들(250) 각각의 것들을 따라 적용될 수 있어서, 대응하는 전기 커넥터들(204)과 완전히 겹쳐진다(예를 들어, 광 방향전환 필름 물품(210a)의 제1 스트립이 제1 태빙 리본 라인(250a)을 따라 연장되어, 제1 및 제2 태빙 리본(204a, 204b), 및 제1 태빙 리본 라인(250a)의 모든 다른 태빙 리본들을 덮음; 광 방향전환 필름 물품(210b)의 제2 스트립이 제2 태빙 리본 라인(250b)을 따라 연장됨, 등). 이러한 예시적인 구성으로, 광 방향전환 필름 물품(210)의 각각의 스트립은 선택적으로 PV 모듈(200)의 길이를 가로질러 연속적으로 연장된다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품(210)은 PV 전지들(202) 중 인접한 것들 사이, 하나 이상의 PV 전지들(202)의 경계부 주위, 등과 같이 PV 모듈(200)의 다른 비활성 영역에 적용될 수 있다. 관련된 실시예들에서, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품의 (적어도 편향각(B)의 측면에서) 다른 포맷의 버전들이 PV 모듈(200)의 상이한 비활성 영역들에서 이용될 수 있다. 예를 들어, 길이 방향(LD)(예를 들어, PV 전지들(202) 중 2개의 바로 인접한 것들 사이)으로 연장되도록 배열된 광 방향전환 필름 물품의 편향각(B)은 폭 방향(WD)(예를 들어, 또 다른 2개의 바로 인접한 PV 전지들(202) 사이)으로 연장되도록 배열된 광 방향전환 필름 물품의 편향각(B)과 상이할 수 있다.
도 7b는 위의 설명에 상응하는 광 방향전환 필름 물품(210)의 스트립들 각각과 함께 제공된 반사형 미세구조물들(260)을, 매우 과장된 형태로, 추가로 도시한다. 일부 예시적인 실시예들에서, 반사형 미세구조물들(260)은 광 방향전환 필름 물품들(210) 중 적어도 하나를 따라 동일하게 형성되며, 모든 반사형 미세구조물들(260)의 주 축(A)은 실질적으로 평행하고 광 방향전환 필름 물품(210)의 대응하는 세로 축(X)에 대해 경사져 있다. 예로서, 도 7b에서 식별된 제1 광 방향전환 필름 물품(210a)의 반사형 미세구조물들(260)은 제1 광 방향전환 필름 물품(210a)의 세로 축(X)에 대해 경사져 있다. 제1 광 방향전환 필름 물품(210a)은 길이 방향(LD)으로 적용되어, 제1 광 지향 필름 물품(210a)의 세로 축(X)이 PV 모듈(200)의 길이 방향(LD)과 평행하다. 따라서, 제1 광 방향전환 필름 물품(210a)의 반사형 미세구조물들(260) 각각의 주 축(A)은 또한 길이 방향(LD)에 대해 경사져 있다. 세로 축(X)과 길이 방향(LD)이 평행하기 때문에, 전술한 편향각(B)은 또한 길이 방향(LD)에 대해서도 존재한다. 다시 말하면, 최종 조립시, 제1 광 방향전환 필름 물품(210a)의 반사형 미세구조물들(260) 중 하나 이상 또는 모두의 주 축(A)은 길이 방향(LD)과 결합 또는 교차하여 전술한 바와 같이 편향각(B)을 설정한다. 편향각(B)은 몇몇 비-제한적인 실시예들에서 대략 45°(± 5°)일 수 있다. 관련된 실시예들에서, 태빙 리본 라인들(250)의 각각의 것을 따라 적용되는 바와 같이, 광 방향전환 필름 물품(210)의 스트립들 각각은 동일하게 형성되고 길이 방향(LD)에 대해 실질적으로 일치(예를 들어, 참 일치 관계의 10% 이내)하게 배향된다. 광 방향전환 필름 물품(210)은 도 7b에 각각이 PV 모듈(200)을 가로질러 연속적으로 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품(210)은 예를 들어 PV 전지들(202) 중 개개의 것에 적용되는 더 작은 길이의 스트립 또는 세그먼트일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 구성에서, (적어도 태빙 리본 라인들(250) 위에 적용된 바와 같이) 광 방향전환 필름 물품들(210) 모두의 반사형 미세구조물들(260) 모두의 주 축(A)은 일부 실시예들에서 길이 방향(LD)에 대해 경사져 있다. PV 모듈의 다른 비활성 영역들이 본 발명의 광 방향전환 필름 물품에 의해 덮이고 폭 방향(WD) (또는 길이 방향 (LD) 이외의 임의의 다른 방향)으로 연장되도록 배열되는 관련된 임의의 실시예들에서, (편향각(B)의 측면에서) 그와 같이 적용된 광 방향전환 필름 물품 포맷은 도시된 것과 같은 광 방향전환 필름 물품(210)의 포맷과 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 방향전환 필름 물품 포맷은 특정 설치 사이트의 함수로서 선택될 수 있는데, 예를 들어 최종 설치시 대응하는 반사형 미세구조물들의 주 축은 모두 설치 사이트의 동-서 방향과 실질적으로 정렬된다(예를 들어, 주 축이 동-서 방향으로부터 45도 이하, 선택적으로 20도 이하, 대안적으로 5도 이하로 벗어남).
놀랍게도, 본 발명에 따른 광 방향전환 필름 물품을 포함하는 PV 모듈들은 종래의 설계에 비해 증가된 광 효율을 갖는 것으로 밝혀졌다. 참고로, 도 8은 PV 전지(302) 및 전기 커넥터(304)를 포함하는 종래의 PV 모듈 (300)의 일부의 단순화된 표현이다. 종래의 광 반사 필름(306)이 전기 커넥터(304) 위에 배치된다. 전면 층(308)(예를 들어, 유리)이 조립체를 덮는다. 광 반사 필름(306)은 반사 미세프리즘들(microprisms)(310)을 포함한다(도 8에서는 그 각각의 크기가 크게 과장되어 있음). 광 반사 필름(306)에 충돌하는 입사 광(화살표 320으로 식별됨)은 이산적으로 반사되고(화살표 322로 표시됨), 전면 층(308)의 임계각보다 더 큰 각도들로 이산적으로 다시 반사된다. 이 광은 흡수를 위해 PV 전지(302)(또는 PV 모듈(300)의 다른 PV 전지)로 다시 반사(화살표 324로 식별됨)되는 총 내부 반사(TIR)를 겪는다. 전형적으로, 수직 입사 빔(320)은 TIR이 꺾이기 전에 반사 미세프리즘들(310)의 주 축에 수직인 평면에서 26°보다 큰 총 편차를 겪을 수 있다.
반사 미세프리즘들(310)은 도 8에서 종래의 광 반사 필름(306)의 세로 축과 인-라인 또는 평행한 것으로서 도시된다(즉, 광 반사 필름(306)은 본 발명의 광 방향전환 필름 및 물품과 상이하고, 대응하는 PV 모듈(300)은 본 발명의 PV 모듈들과 상이하다). PV 모듈(300)이 2 차원 추적형 PV 모듈 설치의 일부인 환경 하에서, PV 모듈(300)은 태양의 이동을 추적할 것이며, 하루 동안 입사광은 도시된 바와 같은 반사 미세프리즘들(310)에 대해 근사적인 관계를 가질 것이고, 바람직하게는 임계각보다 큰 각도들에서 반사를 겪을 것이다. PV 모듈(300)이 1 차원 추적형 PV 모듈 설치의 일부인 환경 하에서, PV 모듈(300)은 태양의 이동을 추적할 것이지만, 하루 동안 입사 광은 도시된 바와 같은 반사 미세프리즘들(310)에 대해 근사적인 관계를 가질 것이라 보장되지 않고, 항상 TIR에 대응하는 반사 각도들을 생성하지는 않을 수 있다. 또한, 특정 설치가 고정적이거나 비-추적인 경우, 반사 미세프리즘들(310)의 소면 각도(들)에 대해 태양의 각도가 변함에 따라, 광의 일부는 임계각 이외의 각도들로 반사되어 전면 층(308)을 통해 다시 빠져나올 것이다. 비-추적 시스템은 본질적으로 PV 모듈에 대한 태양의 위치가 하루 내내 그리고 일년 내내 변함에 따라 어느 정도의 비대칭성을 가지고 있다. PV 모듈의 면에 대한 태양의 입사각은 하루 동안 (동서로) 최대 180°, 일년 동안 (남북으로) 최대 47°만큼 변할 것이다. 도 9는 북위 30° 위치에 대한 태양의 경로의 코노스코픽 표현 플롯이다. 플롯의 중심은 천정(Zenith)이다. 동쪽은 3시 위치에 표시되고 북쪽은 12시 위치에 표시된다. 하지에 태양은 플롯의 중심에 가장 가까운 호를 따라간다. 동지에 태양은 플롯의 중심으로부터 가장 먼 호를 따라간다. 흰 영역 내의 어두운 영역들은 샘플링 주파수로 인한 디스플레이 오류이다.
도 8로 되돌아가면, (비-추적 또는 고정 PV 모듈 설치와 관련하여) 하루 동안 및 일년 동안의 태양의 위치 변화로 인해, 반사 미세프리즘들(310)의 각도 응답이 모든 입사각에서 균일하지 않다. 태양 경로와 결합된 이 각도 응답은 종래의 PV 모듈(300), 및 특히 그 내부에 통합된 것으로서의 종래의 광 반사 필름(306)이 배향 의존적임을 효과적으로 지시한다. 보다 구체적으로, 반사 미세프리즘들(310)이 PV 모듈(300)의 길이 방향(LD)(도 8에서는 식별되지 않지만, 도 8의 페이지의 평면 내에 있는 것으로 이해될 것임)과 평행 또는 정렬되는 종래의 구조에서는, 광 반사 필름(306)은 PV 모듈(300)에 대한 에너지 출력을, 태양의 위치가 하루 및 일년 동안 변함에 따라 최적 수준보다 낮지만, 어느 정도까지 증가시킬 것이다. 태양에 대한 길이 방향(LD)의 공간적 배향은 또한 PV 모듈(300)/광 반사 필름(306)의 광학 효율에 영향을 미칠 것이다. 전형적으로, 도 10a 및 도 10b의 비교에 의해 도시된 바와 같이, 비-추적 PV 모듈들은 가로 배향(도 10a) 또는 세로 배향(도 10b)으로 설치된다. 가로 배향에서, 반사 프리즘들(310)(도 8)은 동-서 방향으로 정렬되고; 세로 배향에서, 반사 프리즘들(310)은 남-북 방향으로 정렬된다. 태양 경로와 결합된 반사 프리즘들(310)의 각도 응답은 하기에 설명되는 바와 같이 세로 배향의 동일한 PV 모듈(300)과 비교하여 증가된 에너지 출력을 갖는 PV 모듈(300)의 가로 배향이 되게 한다.
가로 배향(도 10a)에서, 반사 프리즘들(310)(도 8)로부터 반사하는 광은 거의 전적으로 외부 공기와 전면 층(308)(도 8)의 계면에서 TIR에 의해 포획된 각도 내로 지향된다. 세로 배향(도 10b)에서, 반사 프리즘들(310)로부터 반사하는 광은 일광의 특정 시간들 사이(예를 들어, 10:00 AM과 2:00 PM 사이와 같은 한낮)에 TIR에 의해 포착된 각도들 내로 지향된다. 하루의 나머지 시간 동안, 광은 외부 공기와 전면 층(308)의 계면에서 단지 부분적으로 반사된다. 예를 들어, 도 11a는 도 9의 태양 경로 코노스코픽 플롯 상에 중첩된, 비-추적, 남향, 가로 배향, 북위 30° 위치에서 지면으로부터 10°의 설치 조건들 하에서 반사 프리즘들(310) (도 8)이 PV 모듈 (300)(도 10a)에 대해 반사된 광을 효과적으로 포획하는 각도들을 표시한다. 도 11b는 PV 모듈(300)이 세로 배향(즉, 도 10b의 배향)으로 있는 것을 제외하고는 동일한 PV 모듈 설치 조건들에 대한 정보를 나타낸다. 광 반사 필름(306)(도 8)의 효율은 그레이 스케일로 도시되고, 밝은 영역들이 가장 효율적이고 어두운 영역들은 가장 비효율적이다. 가로 배향(도 11a)은 겨울철 한낮을 제외하고는 매우 효율적이다. 세로 배향(도 11b)은 일년 내내 한낮에만 효율적이다.
본 발명은 이전의 PV 모듈 설계들의 배향 의존적인 결점들을 극복한다. 특히, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들을 PV 모듈 구성에 포함시킴으로써, 결과적인 PV 모듈의 광학 효율은 세로 또는 가로 배향에 관계없이 유사하게 증가된다. 예를 들어, 도 7b의 제한적이지 않은 실시예로 되돌아가서, 그렇지 않으면 태빙 리본들(204)(도 7a)을 덮는 광 방향전환 필름 물품들(210)은, 반사형 미세구조물들(260) 각각의 주 축(A)이 세로 축(X) 및 따라서 길이 방향(LD)에 대해 45° 편향되도록(즉, 전술한 바와 같은 편향각(B)이 45°임), PV 모듈(200)의 길이 방향(LD)에 대해 구성 및 배열될 수 있다. 도 12a는, 도 9의 태양 경로 코노스코픽 플롯 위에 중첩된, 도 11a와 동일한 조건들(즉, 가로 배향, 남향, 북위 30° 위치에서 지면으로부터 10°) 하에서 설치된, 그대로 구성된 PV 모듈(200)의 모델링이다. 도 12b는, 도 9의 태양 경로 코노스코픽 플롯 위에 중첩된, 도 11b와 동일한 조건들(즉, 세로 배향, 남향, 북위 30° 위치에서 지면으로부터 10°) 하에서 설치된, 그대로 구성된 PV 모듈(200)의 모델링이다. 다시, 밝은 영역들이 높은 효율을 나타낸다. 어두운 영역들은 가장 비효율적이다.
도 12a와 도 12b의 비교는 PV 모듈(200)의 연간 효율이 가로 배향 및 세로 배향 둘 모두에서 매우 유사하다는 것을 보여준다. 두 배향들 모두 계절적으로 더 낮은 효율을 가짐에 유의하여야 한다. 가로 배향은 여름 동안 오후에 더 낮은 효율을 갖지만, 세로 배향에서는 더 낮은 효율이 아침 동안에 나타난다. 유사하게, 가을, 겨울, 및 봄에는 가로 배향에서의 더 낮은 효율은 오전에 있지만 세로 배향에서는 오후에 있다. 또한, 도 12a 및 도 12b와 도 11a 및 도 11b의 비교는 (45° 편향된 반사형 미세구조물들을 갖는) PV 모듈(200)의 연간 효율이 가로 배향 및 세로 배향에서 ("정렬된" 또는 축상 반사 미세프리즘들을 갖는) 종래의 PV모듈의 평균과 일치함을 보여준다.
도 12a 및 12b의 모델은 PV 모듈과 조합된 본 발명의 광 방향전환 필름 물품(즉, 45°의 편향각(B)을 가짐)의 하나의 제한적이지 않은 예의 성능을 나타낸다. 본 발명의 원리에 따른 PV 모듈들의 다른 실시 예에서, 제공된 광 방향전환 필름 물품(들)의 경사지게 배열된 반사형 미세구조물들(예를 들어, 하나 이상의 태빙 리본들의 적어도 일부를 덮음)은 45° 이외의 편향각을 가질 수 있고 향상된 효율을 달성할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 미세구조물들(및 그에 따른 결과적인 반사형 미세구조물들)의 소면(들)은 반사된 방사 조도(irradiance)를 더욱 감소시키는 불균일성을 보여줄 수 있다. 예를 들어, 상술한 바와 같이, 일부 실시예에서, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들과 함께 사용하기에 유용한 광 방향전환 필름은 미세복제 공구 - 미세 복제 공구는 본질적으로 공구에, 그리고 따라서 반사형 미세구조물 소면(들)에 변형을 부여하는 플라이 휠 (또는 유사) 절단 공정에 의해 생성됨 - 를 사용하여 제작될 수 있다. PV 모듈의 일부로서 사용될 때(예를 들어, 태빙 리본의 적어도 일부를 덮음), 소면 변형부들 상에 충돌하는 광은, 그렇지 않으면(즉, 변형부들이 존재하지 않음) 정반사(specular reflection)일 반사 빔을 결국 퍼뜨리는 확산을 겪는다. 참고로, 정반사 빔이 TIR에 대한 임계각 외의 각도에 있다면, 정반사 빔은 좁은 각도 범위로 PV 모듈을 벗어나 미광(stray light) 또는 휘광(glare)을 유발할 수 있다. 반사 광의 플러스 또는 마이너스 1° 만큼의 적당한 확산조차도 이 미광의 방사도(radiance)를 25 배만큼 감소시키는 것과 같은 방식으로 반사를 퍼뜨릴 것으로 예상된다.
도 7b로 되돌아가면, 광 방향전환 필름 물품들(210)은 PV 모듈(200)의 특정한 설치 조건들에 "동조"되는 공통 편향각(B)을 제공하도록 포맷팅될 수 있으며, 선택적으로 배향 및 계절성을 밸런싱한다. 예를 들어, 본 발명의 일부 실시예들에서, PV 모듈 제조자는 이용 가능한 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들의 상이한 버전들을 가질 수 있으며, 각각의 버전은 상이한 반사형 미세구조물 편향각을 제공한다. 이어서 PV 모듈 제조자는 특정 설치 사이트의 조건들을 평가하고 이 조건들에 가장 적합한 반사형 미세구조물 편향각을 갖는 광 방향전환 필름 물품을 선택한다. 관련된 실시예들에서, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들의 제조자는 PV 모듈 제조자에 의해 특정 설치 조건들을 통지받을 수 있고, 이후 이 조건들에 가장 적합한 편향각을 갖는 광 방향전환 필름 물품을 생성할 수 있다.
선택적으로 PV 모듈(200)을 (태빙 리본들(204) 위에 적용된 것과 같은 광 방향 전환 필름 물품들(210)(도 7a)의 광학 효율의 관점에서) 배향 독립적으로 만드는 것에 부가하여, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들 및 대응하는 PV 모듈들은 축상 방향으로 배열된 반사 미세프리즘들을 갖는 광 반사 필름을 통상적으로 포함하는 PV 모듈들에 비해 다른 장점들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 축상 반사 미세프리즘들을 가지며 세로 배향으로 배열된 종래의 PV 모듈(예를 들어,도 10b의 PV 모듈 (300))의 경우, 휘광은 종종, 광 반사 필름(306)에 의해 반사된 광이 외부 공기와 전면 층(308)(도 8) 사이의 계면에서 TIR을 겪지 않는 시간 동안에 뚜렷하다. 태양이 움직임에 따라 휘광이 움직인다. 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들 및 대응하는 PV 모듈들을 사용하여, 휘광의 하루 중의 시간 및 계절성은, 만약 존재한다면, (PV 모듈 내에 통합된 광 방향전환 필름 물품들에 대해 선택된 편향각의 함수로서) 원하는 대로 이동될 수 있다. 예를 들어, 태빙 리본들 위에 적용된 것과 같은 광 방향전환 필름 물품은, PV 모듈 설치에 근접한 빌딩 내로의 휘광이 오후 동안에 회피되도록 포맷팅될 수 있다.
추가로, 때때로 설치 사이트 제한이 PV 모듈이, 그렇지 않은 경우에 희망될 (북반구 위치들에서) 정남쪽을 향하는 것을 허용하지 않는 경우가 종종 있다. 비-남향(북반구), 종래의 PV 모듈들(그렇지 않으면 축상 반사 미세프리즘들을 갖는 광 반사 필름을 포함함)의 성능은 바람직하지 않게 치우친다(scew). 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들 및 대응하는 PV 모듈들은, 예상된 치우침에 대해 정정하는 편향된 반사형 미세구조물 배향을 포함하여, 이들 문제들을 극복하도록 포맷팅될 수 있다. 예를 들어, 도 13a는, 도 9의 태양 경로 코노스코픽 플롯 위에 중첩된, 오전-오후 대칭을 갖는, 남향, 세로 배향, 및 북위 30° 위치에서 지면으로부터 10°로 설치된 (축상 반사 미세프리즘들을 갖는 종래의 광 반사 필름을 포함하는) 종래의 PV 모듈에 대한 성능 결과를 도시한다. 도 13b는 동쪽을 향해 20° 회전된 것을 제외하고 동일한 설치 조건들 하에서 PV 모듈에 대한 성능 결과를 도시한다. 오전-오후 대칭은, 오전에 더 높은 효율 및 오후에 더 낮은 효율로, 깨어진다. 최종적으로, 도 13c는, 각각이 20° 편향된 주 축을 가지며 도 13b와 동일한 조건들(즉, 세로 배향, 지면으로부터 10°, 정남쪽으로부터 20° 동쪽으로 회전됨) 하에서 배열된 반사형 미세구조물들을 갖는 광 방향전환 필름 물품을 포함하는, 본 발명에 따른 PV 모듈의 성능을 모델링한다. 편향된 반사형 미세구조물들은 비-남향 PV 모듈의 성능을 남향 PV 모듈의 성능과 매우 비슷하게 되도록 조정(centering)한다.
본 발명의 일부 실시예들과 관련된 추가의 선택적 이점들은 PV 모듈의 제조에 있어서의 유연성에 관한 것이다. 도 14를 참조하면, PV 제조자는 종종, 길이 방향(LD)에서 광 방향전환 필름 물품의 스트립들을 적용(예를 들어, 태빙 리본과 동일한 방향으로 태빙 리본들 중 하나 위에 적용)하기를 원할 수 있다. 이 접근법은, 제1 롤(352A)로부터 제1 태빙 리본 라인(360)을 따라 길이 방향(LD)으로 적용되는 광 방향전환 필름 물품(350A)의 스트립에 의해, 도 14에 반영된다. 다른 예들에서, 광 방향전환 필름 물품을 폭 방향(WD)으로 (예를 들어, 태빙 리본들 중 하나의 길이에 수직이고 그 위치에서 태빙 리본의 폭으로 절단하여) 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도 14는 제2 롤(352B)로부터 제2 태빙 리본(362)으로 적용되는 광 방향전환 필름 물품(350B)의 스트립을 도시한다. 45°의 반사형 미세구조물 편향각(B)을 가지며 본 발명의 원리에 따른 광 방향전환 필름 물품이 PV 모듈 제조자에게 제공되는 제한적이지 않은 실시 예에서, PV 모듈 제조자는 광 방향전환 필름 물품을 어느 방향으로든 적용할 수 있는 유연성을 제공받으면서도 여전히 위에서 설명한 이점을 달성한다. 예를 들어, 동일한 롤(352A 또는 352B)이 대응하는 광 방향전환 필름 물품(350A 또는 350B)을 길이 방향(LD) 또는 폭 방향(WD)으로 적용하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 광 방향전환 필름 물품은 이전의 설계들에 비해 현저한 개선을 제공한다. 광 방향전환 필름 물품들의 편향된 각도, 반사 표면 미세구조물들은 종래의 축상 광 방향전환 필름들에서는 이용 가능하지 않은 독특한 광학 특성을 제공한다. 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들은, 예를 들어, PV 모듈들과 함께 사용하는 것과 같은, 다수의 최종 사용 응용들을 갖는다. 본 발명의 PV 모듈들은 배향에 독립적인 개선된 효율성을 가질 수 있다. 더욱이, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품을 사용하여 PV 모듈 성능의 다른 개선이 달성될 수 있다.
본 발명이 선호되는 실시 형태를 참조하여 기재되었을지라도, 당업자는 본 발명의 사상과 범주로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항을 변경할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 광 방향전환 필름 물품들은 PV 모듈들과 함께 사용하기에 유용한 것으로 기술되었으나, 다수의 다른 최종-사용 응용들이 동등하게 허용가능하다. 본 발명은 PV 모듈들로 한정되지 않는다.
예시적인 실시예
실시예 1 광 방향전환 필름 물품으로서,
광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은, 세로 축을 정의하고,
기저 층;
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열;
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고;
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 2 실시예 1에 있어서, 미세구조물들의 다수의 주 축이 세로 축에 대해 경사져 있는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 3 실시예 1에 있어서, 미세구조물들 모두의 주 축이 세로 축에 대해 경사져 있는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 4 실시예 1에 있어서, 적어도 하나의 미세구조물의 주 축과 세로 축은 1° 내지 89° 범위의 편향각을 형성하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 5 실시예 4에 있어서, 편향각은 20° 내지 70°의 범위인, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 6 실시예 5에 있어서, 미세구조물들 각각의 주 축과 세로 축은 20° 내지 70° 범위의 편향각을 형성하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 7 실시예 4에 있어서, 편향각은 약 45°인, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 8 실시예 1에 있어서, 광 방향전환 필름은 대향하는 단부 에지들 및 대향하는 측부 에지들을 갖는 스트립이고, 스트립의 길이는 대향하는 단부 에지들 사이로 정의되고, 스트립의 폭은 대향하는 측부 에지들 사이로 정의되며, 또한 길이는 폭의 적어도 10배이고, 또한 세로 축은 길이 방향인, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 9 실시예 1 있어서, 미세구조물들 각각은 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상을 갖는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 10 실시예 9에 있어서, 주 축은 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상의 피크를 따라 정의되는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 11 실시예 10에 있어서, 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상은 대응하는 피크로부터 기저 층까지 연장되는 대향하는 소면들을 포함하고, 또한 미세구조물들 중 적어도 하나의, 피크 및 대향하는 측면들 중 적어도 하나는 기저 층을 따른 연장부에서 비-선형인, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 12 실시예 10에 있어서, 미세구조물들 중 적어도 일부의 피크는 둥글게 되어 있는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 13 실시예 1에 있어서, 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상의 피크는 약 120°의 꼭지각을 정의하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 14 실시예 1에 있어서, 미세구조물들은 기저 층으로부터 5 내지 500 마이크로미터 돌출하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 15 실시예 1에 있어서, 기저 층은 중합체 재료를 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 16 실시예 1에 있어서, 미세구조물들은 중합체 재료를 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 17 실시예 16에 있어서, 미세구조물들은 기저 층과 동일한 중합체 재료를 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 18 실시예 1에 있어서, 반사 층은 금속 재료, 무기 재료, 및 유기 재료로 이루어진 군으로부터 선택된 재료 코팅을 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 19 실시예 1에 있어서,
미세구조물들에 대향하는 기저 층에 의해 지지되는 접착제를 추가로 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 20 실시에 1에 있어서, 광 방향전환 필름은 15.25 cm(6 인치) 이하의 롤 폭을 갖는 롤로서 형성되는, 광 방향전환 필름 물품.
실시예 21 PV 모듈로서,
태빙 리본들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들; 및
태빙 리본들 중 적어도 하나의 적어도 일부 위에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 포함하고, 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은,
세로 축을 정의하고,
기저 층,
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열,
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, PV 모듈.
실시예 22 실시예 20에 있어서, 적어도 하나의 태빙 리본이 길이 방향을 정의하고, 또한 적어도 하나의 태빙 리본 위에 적용된 것과 같은 광 방향전환 필름 물품은 적어도 하나의 미세구조물의 주 축을 길이 방향에 대해 경사지도록 배열하는, PV 모듈.
실시예 23 실시예 21에 있어서, PV 전지들이 없는 적어도 하나의 추가 영역에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 추가로 포함하는, PV 모듈.
실시예 24 실시예 23에 있어서, 적어도 하나의 추가 영역은 PV 전지들 중 적어도 하나의 경계부인, PV 모듈.
실시예 25 실시예 23에 있어서, 적어도 하나의 추가 영역은 바로 인접한 PV 전지들의 쌍 사이의 영역인, PV 모듈.
실시예 26 실시예 21에 있어서, PV 모듈은 가로 배향 또는 세로 배향으로 설치될 때 실질적으로 유사한 연간 효율 성능을 보여주는, PV 모듈.
실시예 27 태빙 리본들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들을 포함하는 PV 모듈을 제작하는 방법으로서,
태빙 리본들 중 적어도 하나의 적어도 일부 위에 광 방향전환 필름 물품을 적용하는 단계를 포함하고, 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은,
세로 축을 정의하고,
기저 층,
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열,
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, 방법.
실시예 28 실시예 27에 있어서,
PV 전지들 중 바로 인접한 것들 사이의 영역에 광 방향전환 필름 물품의 길이를 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 29 실시예 27에 있어서,
PV 전지들 중 적어도 하나의 경계부 주위에 광 방향전환 필름 물품의 길이를 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
실시예 30 설치 사이트에 PV 모듈을 설치하는 방법으로서, PV 모듈은 PV 전지들이 없는 PV 모듈의 영역들을 정의하도록 배열된 복수의 이격된 PV 전지들을 포함하고,
PV 전지들이 없는 영역들 중 하나의 적어도 일부 위에 제1 광 방향전환 필름 물품 - 제1 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름을 포함하고, 광 방향전환 필름은,
세로 축을 정의하고,
기저 층,
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열,
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 적용하는 단계; 및
설치 사이트에 PV 모듈을 장착하는 단계를 포함하며;
장착 단계 후에, 적어도 하나의 미세구조물의 주 축은 설치 사이트의 동-서 방향과 실질적으로 정렬되는, 방법.
실시예 31 실시예 30에 있어서, 광 방향전환 필름을 적용하는 단계 후에, PV 모듈을 완성할 때 전면 층이 PV 전지들 위에 배치되는, 방법.
실시예 32 실시예 30에 있어서, 장착 단계 후에, 적어도 하나의 미세구조물의 주 축은 동-서 방향에 대해 45도 이하의 각도를 정의하는, 방법.
실시예 33 실시예 32에 있어서, 각도는 20도 이하인, 방법.
실시예 34 실시예 32에 있어서, 각도는 5도 이하인, 방법.
실시예 35 실시예 30에 있어서, PV 모듈이 길이 방향 및 폭 방향을 정의하고, 또한 광 방향전환 필름 물품이 PV 전지들 중 두 개의 바로 인접한 것들 사이에 배치되고 길이 방향으로 연장되는, 방법.
실시예 36 실시예 30에 있어서, PV 모듈이 길이 방향 및 폭 방향을 정의하고, 또한 광 방향전환 필름 물품이 PV 전지들 중 두 개의 바로 인접한 것들 사이에 배치되고 폭 방향으로 연장되는, 방법.
실시예 37 실시예 30에 있어서,
PV 전지들이 없는 영역들 중 제2의 영역의 적어도 일부 위에 제2 광 방향전환 필름 물품 - 제2 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름을 포함하고, 광 방향전환 필름은,
세로 축을 정의하고,
기저 층,
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열,
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 적용하는 단계를 추가로 포함하고,
제1 및 제2 광 방향전환 필름 물품은 PV 모듈의 경계부 형상에 대해 상이한 방향들로 연장되고,
또한, 장착 단계 후에, 제2 광 방향전환 필름 물품의 적어도 하나의 미세구조물의 주 축은 설치 사이트의 동-서 방향과 실질적으로 정렬되는, 방법.
실시예 38 실시예 37에 있어서, 제1 광 방향전환 필름 물품의 적어도 하나의 미세구조물의 편향각은 제2 광 방향전환 필름 물품의 적어도 하나의 미세구조물의 편향각과 상이한, 방법.
실시예 39 PV 모듈로서,
태빙 리본들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들; 및
PV 전지들이 없는 적어도 하나의 영역에 적용된 물품 위에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 포함하고, 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은,
세로 축을 정의하고,
기저 층,
기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열,
- 미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 - 및
기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, PV 모듈.
실시예 40 실시예 39에 있어서, 적어도 하나의 태빙 리본이 길이 방향을 정의하고, 또한 적어도 하나의 태빙 리본 위에 적용된 것과 같은 광 방향전환 필름 물품은 적어도 하나의 미세구조물의 주 축을 길이 방향에 대해 경사지도록 배열하는, PV 모듈.
실시예 41 실시예 39에 있어서, 적어도 하나의 영역은 PV 전지들 중 적어도 하나의 경계부인, PV 모듈.
실시예 42 실시예 39에 있어서, 적어도 하나의 영역은 바로 인접한 PV 전지들의 쌍 사이의 영역인, PV 모듈.
실시예 43 실시예 39에 있어서, PV 모듈은 가로 배향 또는 세로 배향으로 설치될 때 실질적으로 유사한 연간 효율 성능을 보여주는, PV 모듈.

Claims (20)

  1. 광 방향전환 필름 물품(light redirecting film article)으로서,
    광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은, 세로 축을 정의하고,
    기저 층(base layer);
    기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열 -
    미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축(primary axis)을 정의하고;
    또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 -; 및
    기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 미세구조물의 주 축과 세로 축은 1° 내지 89° 범위의 편향각(bias angle)을 형성하는, 광 방향전환 필름 물품.
  3. 제2항에 있어서, 편향각은 20° 내지 70°의 범위인, 광 방향전환 필름 물품.
  4. 제2항에 있어서, 편향각은 약 45°인, 광 방향전환 필름 물품.
  5. 제1항에 있어서, 광 방향전환 필름은 대향하는 단부 에지들 및 대향하는 측부 에지들을 갖는 스트립이고, 스트립의 길이는 대향하는 단부 에지들 사이로 정의되고, 스트립의 폭은 대향하는 측부 에지들 사이로 정의되며, 또한 길이는 폭의 적어도 10배이고, 또한 세로 축은 길이 방향인, 광 방향전환 필름 물품.
  6. 제1항에 있어서, 미세구조물들 각각은 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상을 갖는, 광 방향전환 필름 물품.
  7. 제6항에 있어서, 주 축은 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상의 피크를 따라 정의되는, 광 방향전환 필름 물품.
  8. 제7항에 있어서, 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상은 대응하는 피크로부터 기저 층까지 연장되는 대향하는 소면들(facets)을 포함하고, 또한 미세구조물들 중 적어도 하나의, 피크 및 대향하는 측면들 중 적어도 하나는 기저 층을 따른 연장부에서 비-선형인, 광 방향전환 필름 물품.
  9. 제7항에 있어서, 미세구조물들 중 적어도 일부의 피크는 둥글게 되어 있는, 광 방향전환 필름 물품.
  10. 제1항에 있어서, 실질적으로 삼각형인 프리즘 형상의 피크는 약 120°의 꼭지각(apex angle)을 정의하는, 광 방향전환 필름 물품.
  11. 제1항에 있어서, 기저 층은 중합체 재료를 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
  12. 제1항에 있어서, 미세구조물들은 중합체 재료를 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
  13. 제1항에 있어서, 반사 층은 금속 재료, 무기 재료, 및 유기 재료로 이루어진 군으로부터 선택된 재료 코팅을 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
  14. 제1항에 있어서,
    미세구조물들에 대향하는 기저 층에 의해 지지되는 접착제를 추가로 포함하는, 광 방향전환 필름 물품.
  15. PV 모듈로서,
    태빙 리본(tabbing ribbon)들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들; 및
    태빙 리본들 중 적어도 하나의 적어도 일부 위에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 포함하고, 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은, 세로 축을 정의하고,
    기저 층,
    기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열 -
    미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
    또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 -, 및
    기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, PV 모듈.
  16. 제15항에 있어서, PV 전지들이 없는 적어도 하나의 추가 영역에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 추가로 포함하는, PV 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 추가 영역은 PV 전지들 중 적어도 하나의 경계부(perimeter)인, PV 모듈.
  18. PV 모듈로서,
    태빙 리본들에 의해 전기적으로 연결된 복수의 PV 전지들; 및
    PV 전지들이 없는 적어도 하나의 영역에 적용된 물품 위에 적용된 광 방향전환 필름 물품을 포함하고, 광 방향전환 필름 물품은 광 방향전환 필름 - 광 방향전환 필름은, 세로 축을 정의하고,
    기저 층,
    기저 층으로부터 돌출한 복수의 미세구조물들의 정렬된 배열 -
    미세구조물들 각각은 기저 층을 따라 연속적으로 연장되어 대응하는 주 축을 정의하고,
    또한, 미세구조물들 중 적어도 하나의 주 축은 세로 축에 대해 경사져 있음 -, 및
    기저 층에 대향하는 미세구조물들 위의 반사 층을 포함함 - 을 포함하는, PV 모듈.
  19. 제18항에 있어서, 적어도 하나의 영역은 PV 전지들 중 적어도 하나의 경계부인, PV 모듈.
  20. 제18항에 있어서, 적어도 하나의 영역은 바로 인접한 PV 전지들의 쌍 사이의 영역인, PV 모듈.
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