KR20180079955A - 태양광 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 양면으로 광이 수광되는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈; 및 적어도 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽에 위치하여 광을 반사시켜 상기 태양 전지 모듈의 후면으로 광을 제공하는 반사부를 포함한다.

Description

태양광 발전 장치{PHOTOVOLTAIC POWER GENERATING APPARATUS}
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는, 구조를 개선한 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예상되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 차세대 전지로서 각광받고 있다. 이러한 태양 전지는 외부 환경에 장기간 노출되어야 하므로, 태양 전지를 보호하기 위한 패키징(packaging) 공정에 의하여 모듈 형태로 제조된다. 이렇게 제조된 태양 전지 모듈은 원하는 위치에 설치되어 태양광 발전 장치를 구성한다.
한편, 발전량을 향상하기 위하여 양면으로 입사된 광을 모두 사용할 수 있는 태양 전지 모듈에 대한 관심이 높아지고 있다. 그런데, 태양 전지 모듈이 양면으로 입사한 광을 모두 사용할 수 있는 구조를 가진다고 하여도 태양광은 대부분 태양 전지 모듈의 전면으로만 입사되므로 태양 전지 모듈의 후면으로 입사되는 광이 적어 실제로는 발전량을 높이는 정도가 크지 않을 수 있다.
본 발명은 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈의 후면으로 입사되는 광량을 증가시켜 태양광 발전 장치의 발전량을 늘릴 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 양면으로 광이 수광되는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈; 및 적어도 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽에 위치하여 광을 반사시켜 상기 태양 전지 모듈의 후면으로 광을 제공하는 반사부를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 반사부에 의하여 태양 전지 모듈의 후면 쪽에 도달한 광을 반사하여 태양 전지 모듈의 후면으로 입사시키는 것에 의하여 광량을 증가시켜 태양광 발전 장치의 발전량을 늘릴 수 있다. 이때, 반사부에 의하여 광을 균일하게 반사시키는 것에 의하여 태양광 발전 장치의 발전량을 효과적으로 늘릴 수 있다. 또한, 반사부의 설치 각도에 의하여 반사부의 양면에서 반사가 이루어지도록 하여 다른 태양 전지 모듈에도 광을 제공하여 발전량을 더욱 늘릴 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 태양광 발전 장치에 포함된 태양 전지 모듈의 일 예를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III 선을 따라서 잘라서 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. 그리고 도면에서는 설명을 좀더 명확하게 하기 위하여 두께, 넓이 등을 확대 또는 축소하여 도시하였는바, 본 발명의 두께, 넓이 등은 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
그리고 명세서 전체에서 어떠한 부분이 다른 부분을 "포함"한다고 할 때, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 부분을 배제하는 것이 아니며 다른 부분을 더 포함할 수 있다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 위치하는 경우도 포함한다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 위치하지 않는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다. 명확하고 간략한 도면을 위하여 도 1에서는 태양 전지 모듈(100) 및 반사부(200)를 개략적으로 도시하였으며, 태양 전지 모듈 및 반사부의 지지 또는 설치를 위한 구조 등은 도시하지 않았다. 태양 전지 모듈 및 반사부의 지지 또는 설치를 위한 구조 등은 추후에 도 5 및 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 양면으로 광이 수광되는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈(100)과, 적어도 태양 전지 모듈(100)의 후면 쪽에 위치하여 광을 반사시켜 태양 전지 모듈(100)로 광을 제공하는 반사부(200)를 포함한다. 이하에서는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈(100)의 일 예를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한 다음, 다시 도 1을 참조하여 반사부(200)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1에 도시한 태양광 발전 장치에 포함된 태양 전지 모듈(100)의 일 예를 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III 선을 따라서 잘라서 본 단면도이다. 간략하고 명확한 도면을 위하여 도 2에서는 프레임(160)은 도시하지 않았다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100)은, 양면 수광형(bi-facial) 구조를 가지는 태양 전지(150)와, 태양 전지(150)의 전면에 위치하며 투광성을 가지는 전면 부재(110)와, 태양 전지(150)의 후면에 위치하며 투광성을 가지는 후면 부재(120)와, 태양 전지(150)를 감싸면서 전면 부재(110)와 후면 부재(120) 사이에 위치하는 밀봉재(130)를 포함한다. 그리고 태양 전지 모듈(100)은 태양 전지 모듈(100)의 가장자리를 따라 형성되어 태양 전지 모듈(100)의 외곽부를 보호하는 프레임(160)을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 전면 부재(110), 후면 부재(120) 및 밀봉재(130)가 모두 광 투과성을 가져 태양 전지 모듈(100)의 양면으로 입사된 광이 태양 전지(150)에 모두 사용되도록 할 수 있다. 여기서, 광 투과성을 가진다 함은 가시광선 영역의 광(일 예로, 300nm 내지 800nm 파장의 광)에 대한 투과율이 80% 이상(즉, 80% 내지 100%, 일 예로, 85% 이상)인 것을 의미할 수 있고, 일 예로, 별도의 안료 등을 포함하지 않아 투명한 것을 의미할 수 있다.
전면 부재(110)는 밀봉재(130) 상에 위치하여 태양 전지 모듈(100)의 전면을 구성하고, 후면 부재(120)는 밀봉재(130) 상에 위치하여 태양 전지 모듈(100)의 후면을 구성한다. 전면 부재(110) 및 후면 부재(120)는 태양 전지(150)의 전면 및 후면에서 태양 전지(150)를 보호하는 층으로서, 방수, 절연 및 자외선 차단 기능을 한다.
예를 들어, 전면 부재(110)는 우수한 내구성, 절연 특성, 방습성, 광 투과성 등을 가지는 유리 기판일 수 있다. 후면 부재(120)는 필름 또는 시트 등의 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 후면 부재(120)가 수지를 포함하는 복수의 층을 구비하여 다양한 특성을 향상할 수 있다. 일 예로, 후면 부재(120)가, 베이스 부재와, 베이스 부재의 적어도 일면에 형성되는 수지층을 포함할 수 있다. 수지층은 밀봉재(130)에 인접하는 제1 수지층을 포함하고, 제1 수지층의 반대면에 위치하는 제2 수지층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 부재는 폴리아미드계 물질 또는 폴리에스테르계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 이때, 폴리에스테르계 물질로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephtalate, PET)를 포함할 수 있다. 제1 수지층은 불소계 고분자(fluoro polymer) 또는 폴리올레핀계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 제2 수지층은 불소계 고분자, 폴리올레핀계 물질, 폴리아미드계 물질을 베이스 물질로 포함할 수 있다. 불소계 고분자로는 폴리불화비닐(poly vinly fluoride, PVF), 폴리불화비닐리덴(poly vinylidene fluoride, PVDF), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE) 등을 포함할 수 있다. 불소계 고분자는 가수 분해의 우려가 있는 결합을 가지고 있지 않기 때문에 내후성, 내약품성 등이 우수하다. 폴리올레핀계 물질로는 에틸렌초산비닐(EVA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다. 일 예로, 제1 수지층은 비용이 상대적으로 저렴한 폴리올레핀계 물질을 포함하고, 제2 수지층은 내환경성이 우수한 불소계 고분자를 포함할 수 있다.
밀봉재(130)는 수분과 산소가 태양 전지(150)에 유입되는 것을 방지하며 태양 전지 모듈(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다. 밀봉재(130)는 투광성 및 접착성을 가지는 절연 물질을 베이스 물질로 포함한다. 본 명세서에서 베이스 물질이라 함은 각 층 내에서 가장 많은 중량%로 포함된 물질을 의미한다. 예를 들어, 밀봉재(130)는 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA), 폴리비닐부티랄, 규소 수지, 에스테르계 수지, 올레핀계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 아이오노머(ionomer) 등으로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 복수 개의 태양 전지(150)가 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)에 의하여 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 인커커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)으로는 리본, 와이어 등 태양 전지(150)를 연결할 수 있는 다양한 구조, 형상이 적용될 수 있다. 일 예로, 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)은 솔더 물질을 이용한 태빙(tabbing) 공정을 이용하여 태양 전지(150) 또는 인터커넥터(142)에 전기적 및 물리적으로 연결될 수도 있다. 또는, 인터커넥터(142) 및/또는 버스 리본(145)이 도전성 접착 물질로 구성된 도전성 필름일 수도 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 태양 전지 모듈(100)이 하나의 태양 전지(150)만을 포함할 수도 있다.
본 실시예에 따른 태양 전지(150)의 일 예를 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양 전지(150)를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 태양 전지(150)는, 베이스 영역(10)을 포함하는 반도체 기판(152)과, 반도체 기판(152)에 또는 반도체 기판(152) 위에 형성되는 도전형 영역(20, 30)과, 도전형 영역(20, 30)에 연결되는 전극(42, 44)을 포함한다. 여기서, 도전형 영역(20, 30)은 서로 다른 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)과 제2 도전형 영역(30)을 포함할 수 있고, 전극(42, 44)은 제1 도전형 영역(20)에 연결되는 제1 전극(42)과 제2 도전형 영역(30)에 연결되는 제2 전극(44)을 포함할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.
반도체 기판(152)은 제1 또는 제2 도전형 도펀트를 상대적으로 낮은 도핑 농도로 포함하여 제1 또는 제2 도전형을 가지는 베이스 영역(10)을 포함할 수 있다. 그리고 반도체 기판(152)의 일면(일 예로, 전면) 쪽에는 제1 도전형을 가지는 제1 도전형 영역(20)이 형성될 수 있다. 그리고 반도체 기판(152)의 후면 쪽에는 제2 도전형을 가지는 제2 도전형 영역(30)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 베이스 영역(10)과 다른 도전형을 가지거나, 베이스 영역(10)과 동일한 도전형을 가지면서 베이스 영역(10)보다 높은 도핑 농도를 가진다.
본 실시예에서는 제1 또는 제2 도전형 도펀트로는 n형 또는 p형을 나타낼 수 있는 다양한 물질을 사용할 수 있다. p형 도펀트로는 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등을 사용할 수 있고, n형일 경우에는 인(P), 비소(As), 비스무스(Bi), 안티몬(Sb) 등의 5족 원소를 사용할 수 있다. 일 예로, p형 도펀트가 보론(B)이고 n형 도펀트가 인(P)일 수 있다.
제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(10)과 다른 도전형을 가지는 하나의 영역은 에미터 영역의 적어도 일부를 구성한다. 에미터 영역은 베이스 영역(10)과 pn 접합을 형성하여 광전 변환에 의하여 캐리어를 생성한다. 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 베이스 영역(10)과 동일한 도전형을 가지는 다른 하나는 전계(surface field) 영역의 적어도 일부를 구성한다. 전계 영역은 반도체 기판(152)의 표면에서 재결합에 의하여 캐리어가 손실되는 것을 방지하는 전계를 형성한다. 일 예로, 본 실시예에서는 베이스 영역(10)이 제2 도전형을 가져, 제1 도전형 영역(20)이 에미터 영역을 구성하고, 제2 도전형 영역(30)이 후면 전계 영역을 구성할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
반도체 기판(152), 또는 이에 형성된 베이스 영역(10), 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)은 도펀트를 포함하는 단일 결정질 반도체(예를 들어, 단일 단결정 또는 다결정 반도체, 일 예로, 단결정 또는 다결정 실리콘, 특히 단결정 실리콘)로 구성될 수 있다. 이와 같이 결정성이 높아 결함이 적은 베이스 영역(10) 또는 반도체 기판(152)을 기반으로 한 태양 전지(150)은 전기적 특성이 우수하다. 그리고 반도체 기판(152)의 전면 및/또는 후면에는 반사를 최소화할 수 있는 반사 방지 구조(일 예로, 피라미드 형상 등을 가지는 텍스쳐링 구조)가 형성될 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30)이 반도체 기판(152)의 일부를 구성하는 도핑 영역으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 및 제2 도전형 영역(20, 30) 중 적어도 하나가 반도체 기판(152)의 위에서 반도체 기판(152)과 별개로 형성될 수 있다. 이 경우에 제1 또는 제2 도전형 영역(20, 30)이 비정질 반도체층, 미세 결정 반도체층, 또는 다결정 반도체층(일 예로, 비정질 실리콘층, 미세 결정 실리콘층 또는 다결정 실리콘층)으로 구성될 수 있다. 이때, 제1 또는 제2 도전형 영역(20,30)와 반도체 기판(152) 사이에 별도의 층(터널링층, 패시베이션층 등)이 형성될 수도 있다.
그리고 적어도 반도체 기판(152)의 전면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(152)의 전면에 형성된 제1 도전형 영역(20) 위)에 제1 절연막인 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24)이 위치할 수 있다. 그리고 적어도 반도체 기판(152)의 후면 위(좀더 정확하게는, 반도체 기판(152)의 후면에 형성된 제2 도전형 영역(30) 위)에 제2 절연막인 제2 패시베이션막(32)이 위치할 수 있다.
제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 및 제2 패시베이션막(32)은 개구부(102, 104)를 제외하고 실질적으로 반도체 기판(152) 위에 전체적으로 형성될 수 있다. 일례로, 제1 패시베이션막(22), 반사 방지막(24) 또는 패시베이션막(32)은 실리콘 질화막, 수소를 포함한 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 실리콘 산화 질화막, 알루미늄 산화막, 실리콘 탄화막, MgF2, ZnS, TiO2 및 CeO2로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 단일막 또는 2개 이상의 막이 조합된 다층막 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 패시베이션막(22) 및/또는 반사 방지막(24), 제2 패시베이션막(32)은 우수한 절연 특성, 패시베이션 특성 등을 가질 수 있도록 도펀트 등을 구비하지 않을 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 전극(42)은 제1 개구부(102)의 적어도 일부를 채우면서 형성되어 제1 도전형 영역(20)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)되고, 제2 전극(44)은 제2 개구부(104)의 적어도 일부를 채우면서 형성되며 제2 도전형 영역(30)에 전기적으로 연결(일 예로, 접촉 형성)된다. 제1 및 제2 전극(42, 44)은 다양한 도전성 물질(일 예로, 금속)으로 구성되며 다양한 형상을 가질 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 제1 및 제2 전극(42, 44)이 일정한 패턴을 가지면서 부분적으로 형성된다. 이에 따라 제1 및 제2 전극(42, 44)이 형성되지 않은 부분으로 광이 입사될 수 있다. 태양 전지(150)가 반도체 기판(152)의 전면 및 후면으로 광이 입사될 수 있는 양면 수광형 구조를 가진다. 일 예로, 제1 및 제2 전극(42, 44)이, 복수의 핑거 전극과, 이들과 교차하는 방향으로 형성되어 이들을 연결하는 버스바 전극을 포함할 수 있다. 본 발명이 특정한 제1 및 제2 전극(42, 44)의 형상에 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2 전극(42, 44)이 광을 수광할 수 있는 구조를 가질 수 있다.
상술한 설명에서는 도 4를 참조하여 태양 전지(150)의 일 예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지(150)의 구조, 방식 등은 다양하게 변형될 수 있다. 일 예로, 태양 전지(150)는 화합물 반도체를 이용하거나, 염료 감응 물질을 이용하는 등의 다양한 구조를 가질 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 각각의 태양 전지 모듈(100)은 라미네이션 공정 등에 의하여 후면 부재(120), 제2 밀봉재(132), 태양 전지(150), 제1 밀봉재(131), 전면 부재(110)를 일체화하여 태양 전지 패널을 형성하고, 태양 저지 패널의 외곽부를 프레임(160)으로 고정하여 형성될 수 있다.
도면에서는 프레임(160)이 태양 전지 패널이 삽입되는 제1 부분(161)과 제1 부분(161)의 후면 쪽으로 연장된 제2 부분(162)를 구비한 것을 예시하였다. 이에 의하면, 제1 부분(161)이 태양 전지 모듈(100)의 가장자리를 따라 형성되어 외부 충격 등으로부터 태양 전지 모듈(100)을 보호할 수 있다. 그리고 태양 전지 모듈(100)을 일정한 위치에 고정할 때 제2 부분(162)에 체결 부재 등을 체결할 수 있어 안정성을 향상할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 프레임(160)의 구조, 형상 등은 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 적어도 태양 전지 모듈(100)의 후면 쪽에 광을 반사하는 반사부(200)가 위치할 수 있다. 본 실시예에서는 반사부(200)가 태양 전지 모듈(100)과 이격되어 위치하므로 설치 환경을 고려하여 원하는 위치에 반사부(200)를 설치할 수 있다.
좀더 구체적으로, 본 실시예에서는 제1 태양 전지 모듈(101) 및 제2 태양 전지 모듈(102)을 포함하는 복수의 태양 전지 모듈(100)이 구비된다. 제1 태양 전지 모듈(101)과 제2 태양 전지 모듈(102)이 동일한 경사 방향을 가질 수 있고, 일 예로, 서로 평행할 수 있다. 그리고 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101)과 제2 태양 전지 모듈(102) 사이에 위치하여, 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에 위치하고 제2 태양 전지 모듈(102)의 전면 쪽에 위치하게 된다.
이때, 태양 전지 모듈(100)은 바닥면(S)과 경사지게 설치되어, 태양 전지 모듈(100)의 전면으로 태양광이 많이 입사되도록 할 수 있다. 본 실시예에서 반사부(200)는 태양 전지 모듈(100)과 동일한 경사 방향을 가지도록 설치될 수 있다. 좀더 구체적으로, 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에 위치한 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101)과 동일한 경사 방향을 가질 수 있다. 이때, 반사부(200)가 태양 전지 모듈(100)(좀더 구체적으로, 제1 태양 전지 모듈(101))과 평행하게 위치할 수 있다.
상술한 바와 같이 태양 전지 모듈(100)이 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)을 포함하면, 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에 위치한 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101)과 제2 태양 전지 모듈(102)의 사이에 위치하게 된다. 이때, 제1 태양 전지 모듈(101)에 대향하는 반사부(200)의 일면은 제1 태양 전지 모듈(101)에 대향하면서 제1 태양 전지 모듈(101)과 동일한 경사 방향을 가지도록 위치하므로, 반사부(200)의 일면으로 제공된 광은 반사부(200)의 일면에서 반사되어 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면으로 제공된다. 그리고 제1 태양 전지 모듈(101)과 반대되는 반사부(200)의 타면은 제2 태양 전지 모듈(102)에 대향하므로, 반사부(200)의 타면으로 제공된 광은 반사부(200)의 타면에서 반사되어 제2 태양 전지 모듈(102)의 전면으로 제공된다. 이에 의하여 반사부(200)의 양면으로 반사가 모두 이루어지도록 하여 반사된 광이 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)에 각기 제공될 수 있다. 이에 의하여 반사에 의하여 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)에 제공되는 광량을 최대화할 수 있다. 일 예로, 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에 위치한 반사부(200)가 제2 태양 전지 모듈(102)과 평행할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 태양 전지 모듈(101)과 제2 태양 전지 모듈(102)이 바닥면(S)과 서로 다른 각도를 가질 수도 있는데, 이 경우에는 반사부(200)가 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102) 중 어느 하나(예를 들어, 제1 태양 전지 모듈(101))에 평행하고 다른 하나(일 예로, 제2 태양 전지 모듈(102))과는 동일한 경사 방향을 가지지만 평행하지는 않을 수 있다.
일 예로, 반사부(200)와 제1 태양 전지 모듈(101) 사이의 거리(L1), 반사부(200)와 제2 태양 전지 모듈(102) 사이의 거리(L2)가 서로 동일할 수 있다. 그러면, 반사부(200)가 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102) 사이로 입사된 광을 효과적으로 반사하여 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)에 제공할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
그리고 제2 태양 전지 모듈(102)의 후면 쪽에도 반사부(200)가 더 위치할 수 있다. 제2 태양 전지 모듈(102)의 후면에 또 다른 태양 전지 모듈이 위치하면, 반사부(200)가 제2 태양 전지 모듈(102)과 또 다른 태양 전지 모듈 사이에 위치하게 된다. 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102) 사이에 위치한 반사부(200)에 대한 설명이 제2 태양 전지 모듈(102)과 또 다른 태양 전지 모듈 사이에 위치한 반사부(200)에 그대로 적용될 수 있다.
반사부(200)는 가시광선 영역의 광(일 예로, 300 내지 800nm의 파장을 가지는 광)에 대한 반사도가 85% 이상(즉, 85 내지 100%)일 수 있다. 반사부(200)가 85% 이상의 반사도를 가져야 반사에 의한 효과를 충분하게 얻을 수 있다. 일 예로, 반사부(200)는 가시광선 영역의 광(일 예로, 300 내지 800nm의 파장을 가지는 광)에 대한 반사도가 85% 내지 95%일 수 있다. 이는 반사부(200)의 실질적인 반사도를 고려한 것으로 95%를 초과하는 반사도를 가지기 위해서는 반사부(200)의 재료 비용 또는 가공 비용이 증가할 수 있기 때문이다.
본 실시예에서 반사부(200)는 플레이트 형상을 가지는 반사판으로 구성될 수 있다. 이러한 반사판(200)은 일 예로 태양 전지 모듈(100)과 동일 또는 유사한 직사각형 형상을 가지며 동일 또는 유사한 크기를 가질 수 있다. 그러면, 기존에 태양 전지 모듈(100)이 설치되는 구조에 반사판(200)을 설치하여 간단하게 반사판(200)을 설치할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 하나의 반사판(200)이 복수 개의 태양 전지 모듈(100)에 대응하도록 반사판(200)이 태양 전지 모듈(100)보다 크게 형성될 수도 있다.
예를 들어, 반사부(200)가 금속 반사판일 수 있다. 그러면, 간단한 제조 공정으로 플레이트 형상의 반사부(200)를 형성할 수 있으며, 반사부(200)가 상대적으로 높은 강도 및 경도를 가지므로 바닥면(S)과 경사진 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 일 예로, 반사부(200)가 알루미늄을 포함하는 금속 반사판일 수 있다. 이에 의하면 반사부(200)를 낮은 제조 비용으로 제조할 수 있으며 높은 반사도를 가질 수 있다. 이에 의하면 반사부(200)가 고른 반사면을 가져 반사부(200)의 전체 면적에서 광을 균일하게 반사할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 반사부(200)를 구성하는 금속 반사판의 적어도 일면에 요철부를 형성하여 반사 특성을 좀더 향상할 수 있다.
그러나 본 발명이 상술한 반사부(200)의 물질에 한정되는 것은 아니다. 따라서 반사부(200)가 반사 특성을 가지는 수지를 포함하거나, 반사부(200)가 수지로 이루어진 플레이트에 티타늄 산화물, 백색 안료 등을 포함하는 반사 물질층을 도포하여 형성될 수도 있다. 그 외의 반사 특성을 가지는 다양한 물질이 반사부(200)로 사용될 수 있다.
상술한 태양 전지 모듈(100) 및 반사부(200)는 다양한 구조에 의하여 바닥면(S)과 경사지게 설치될 수 있다. 이의 일 예를 도 5을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100) 및 반사부(200)가 지지대(300)에 의하여 바닥면(S)과 경사지게 설치되는 것을 예시하였다. 좀더 구체적으로, 제1 지지대(301)에 태양 전지 모듈(100)(특히, 제1 태양 전지 모듈(101)의 프레임(도 3의 참조부호 160, 이하 동일))이 고정 설치되고, 그 후면 쪽에 위치한 제2 지지대(302)에 반사부(200)가 고정 설치되며, 그 후면 쪽에 위치한 제3 지지대(303)에 태양 전지 모듈(100)(특히, 제2 태양 전지 모듈(102)의 프레임(160))이 고정될 수 있다. 제3 지지대(303)의 후면 쪽에 위치한 제4 지지대(304)에 반사부(200)가 더 설치될 수 있다. 이와 같이 태양 전지 모듈(100)과 반사부(200)를 교대로 위치시키는 것에 의하여 반사에 의한 효과를 최대화할 수 있다.
이때, 각 지지대(300)는 태양광 트랙커를 구비할 수 있다. 즉, 지지대(300)에는 태양의 방위각과 고도각의 변화, 태양광의 유무를 인식하여 태양 추적을 수행하기 위한 태양광 센서 및 제어부, 그리고 제어부로부터 제어 신호를 받아 태양 추적을 위한 구동력을 제공하는 구동 모터 등이 포함될 수 있다. 이에 의하여 지지대(300)에서 태양 전지 모듈(100) 또는 반사부(200)가 고정된 부분은 구동 모터에 의하여 구동되어 회전되어 태양 전지 모듈(100) 또는 반사부(200)의 고저각을 조절할 수 있다. 이에 따라 태양의 움직임에 따라 태양 전지 모듈(100) 또는 반사부(200)의 경사도가 변화될 수 있어 사용되는 태양광의 양을 최대화할 수 있다. 이때, 태양 전지 모듈(100)과 이의 후면 쪽에 위치한 반사부(200)는 태양광 트랙터에 의하여 서로 동일한 경사도를 가지도록(일 예로, 평행하도록) 함께 움직일 수 있다. 태양광 트랙터의 구조, 방식 등으로는 알려진 다양한 구조, 방식 등이 적용될 수 있다.
도 5에서는 제1 태양 전지 모듈(101)이 위치하는 제1 지지대(301), 반사부(200)가 위치하는 제2 지지대(302), 제2 태양 전지 모듈(102)이 위치하는 제3 지지대(303), 반사부(200)가 위치하는 제4 지지대(304)가 별도의 트랙커를 구비하여 개별적으로 변화되는 것을 예시하였다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 변형예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 태양 전지 모듈(101)이 위치하는 제1 지지대(301), 반사부(200)가 위치하는 제2 지지대(302), 제2 태양 전지 모듈(102)이 위치하는 제3 지지대(303), 반사부(200)가 위치하는 제4 지지대(304)가 연동 부재(310)에 의하여 함께 연동되어 움직일 수도 있다. 이들을 연동하여 움직이게 하는 연동 부재(310)의 구성으로는 알려진 다양한 구조가 적용될 수 있다.
이러한 구조에 의하면 태양 전지 모듈(100)을 고정하는 지지대(300)에 반사부(200)를 설치할 수 있어 반사부(200)의 설치를 위한 별도의 구조를 구비하지 않아도 되므로 구조를 단순화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 반사부(200)가 다양한 설치 구조에 의하여 설치될 수 있다. 도 5 및 도 6에 도시된 지지대(300)의 구조 또한 일 예로 제시된 것에 불과하므로, 지지대(300)로 알려진 다양한 구조, 방식 등이 적용될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 반사부에 의하여 태양 전지 모듈(100)의 후면 쪽에 도달한 광을 반사하여 태양 전지 모듈(100)의 후면으로 입사시키는 것에 의하여 광량을 증가시켜 태양광 발전 장치의 발전량을 늘릴 수 있다. 이때, 반사판으로 구성된 반사부(200)에 의하여 광을 균일하게 반사시키는 것에 의하여 태양광 발전 장치의 발전량을 효과적으로 향상할 수 있다. 또한, 반사부(200)의 설치 각도에 의하여 반사부(200)의 양면에서 반사가 이루어지도록 하여 다른 태양 전지 모듈에도 광을 제공하여 발전량을 더욱 늘릴 수 있다. 즉, 간단한 구조 및 낮은 비용으로도 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈(100)을 포함하는 태양광 발전 장치에서 발전량을 최대화할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하면 본 발명의 다른 실시예들에 따른 태양광 발전 장치를 상세하게 설명한다. 간략하고 명확한 도시를 위하여 도 7 및 도 8에서는 태양 전지 모듈(100) 및 반사부(200)를 개략적으로 도시하였으며, 태양 전지 모듈(100)의 지지 또는 설치를 위한 구조 등은 도시하지 않았다. 이하에서 상술한 실시예와 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 상술한 설명이 그대로 적용될 수 있으므로 상세한 설명을 생략하고 서로 다른 부분에 대해서만 상세하게 설명한다. 그리고 상술한 실시예 또는 이를 변형한 예와 아래의 실시예들 또는 이를 변형한 예들을 서로 결합한 것 또한 본 발명의 범위에 속한다. 예를 들어, 도 1 내지 도 6에 도시한 실시예에 적용된 반사부(200)와 후술할 도 7 내지 도 9에 도시한 실시예에 적용될 반사부(200)를 함께 사용할 수도 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에서는 반사부(200)가 바닥면(S)과 평행하게 바닥면(S) 위에 위치할 수 있다. 반사부(200)가 바닥면(S)과 평행하게 바닥면(S) 위에 바닥면(S)과 접촉하도록 위치하면 반사부(200)를 설치 또는 지지하기 위한 별도의 구조가 구비되지 않으므로 구조를 단순화할 수 있다.
이때, 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에서 제1 태양 전지 모듈(101)과 제2 태양 전지 모듈(102) 사이의 바닥면(S)에 위치할 수 있다. 그리고 또 다른 반사부(200)가 제2 태양 전지 모듈(102)의 후면 쪽에서 바닥면(S) 위에 위치할 수 있다. 즉, 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽에 위치하는 반사부(200)와 제2 태양 전지 모듈(102)의 후면 쪽에 위치하는 반사부(200)가 서로 별개로 구비될 수 있다. 그러면, 태양 전지 모듈(100)의 설치 후 또는 설치 전에 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)의 후면 쪽에 반사부(200)를 설치 또는 형성하는 단순한 공정에 의하여 원하는 구조를 구현할 수 있다.
이때, 반사부(200)는 플레이트 형상의 반사판으로 구비되어 바닥면(S)에 접촉하나 바닥면(S)에 접합되지 않고 놓여진 상태일 수 있다. 다른 예로, 반사부(200)가 바닥면(S)에 접합된 상태일 수도 있다. 이러한 반사부(200)는 반사 물질을 포함하는 반사 물질층(예를 들어, 티타늄 산화물, 백색 안료를 포함하는 도료 등)을 코팅 등으로 바닥면(S)에 접착하여 형성하는 것에 의하여 형성될 수 있다.
도 7 및 상술한 설명에서는 태양 전지 모듈(100)의 지지 또는 설치를 위한 구조를 명확하게 도시 및 설명하지 않아 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102) 사이에 반사부(200)가 위치한 것으로 도시되었으나, 실제로는 제1 및 제2 태양 전지 모듈(101, 102)이 지지 또는 설치되는 구조(일 예로, 지지대(도 5 또는 도 6의 참조부호 300, 이하 동일)) 사이의 바닥면(S)에 반사부(200)가 위치할 수 있다. 태양 전지 모듈(100)이 지지 또는 설치되는 구조로는 도 5 또는 도 6에 도시한 구조가 그대로 적용될 수도 있고 그 외의 다양한 구조가 적용될 수 있다. 이 경우에 태양 전지 모듈(100)을 지지하는 지지대(300)에는 태양광 트랙커를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에서는 반사부(200)가 바닥면(S)과 평행하게 바닥면(S) 위에 위치한다. 이때, 반사부(200)가 제1 태양 전지 모듈(101) 및 제2 태양 전지 모듈(102)에 모두 대응하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 태양 전지 모듈(101) 및 제2 태양 전지 모듈(102)이 동일한 반사부(200) 위에 위치하여, 제1 태양 전지 모듈(101)의 후면 쪽 바닥면(S)에 위치한 반사부(200)가 연장되어 제2 태양 전지 모듈(102)의 후면 쪽 바닥면(S)에 위치한 반사부(200)를 구성할 수 있다. 이에 의하면 반사부(200)를 설치한 후에 태양 전지 모듈(100)를 설치하는 것에 의하여 반사부(200)를 쉽고 간단하게 설치할 수 있으며 태양 전지 모듈(100)에 의하여 반사부(200)를 안정적으로 고정할 수 있다.
이때, 반사부(200)는 플레이트 형상의 반사판으로 구비되어 바닥면(S)에 접촉하나 바닥면(S)에 접합되지 않고 놓여진 상태일 수 있다. 다른 예로, 반사부(200)가 반사 물질을 포함하는 반사 코팅층 등으로 구성되어 바닥면(S)에 접합된 상태일 수도 있다.
도 8 및 상술한 설명에서는 태양 전지 모듈(100)의 지지 또는 설치를 위한 구조를 명확하게 도시 및 설명하지 않아 반사부(200) 위에 바로 태양 전지 모듈(100)가 위치한 것으로 도시되었으나, 실제로는 반사부(200) 위에 태양 전지 모듈(100)이 지지 또는 설치되는 구조(일 예로, 지지대(300))가 위치하고 그 위에 태양 전지 모듈(100)이 위치할 수 있다. 태양 전지 모듈(100)이 지지 또는 설치되는 구조로는 도 5 또는 도 6에 도시한 구조가 그대로 적용될 수도 있다. 이 경우에 태양 전지 모듈(100)을 지지하는 지지대(300)에는 태양광 트랙커를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 태양 전지 모듈(100)이 지지 또는 설치되는 구조로는 그 외의 다양한 구조가 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에서는 바닥면(S)에 평행하게 바닥면(S) 위에 위치하는 반사부(200)가 접착층(202)에 의하여 바닥면(S)에 부착될 수 있다. 접착층(202)으로는 실리콘계 물질, 아크릴계 물질 등 알려진 다양한 접착 물질이 사용될 수 있다. 반사부(200)가 바닥면(S)에 접합되지 않는 구조를 가지는 경우(일 예로, 반사부(200)가 반사판인 경우)에는 반사부(200)가 바닥면(S)에 고정되지 않아 불안정할 수 있으므로, 접착층(202)을 이용하여 반사부(200)를 안정적으로 고정할 수 있다.
도 9에서는 반사부(200)가 도 7과 같은 형상을 가지는 것을 예시하였으나 도 8과 같은 형상을 가지는 것도 가능하다. 그 외의 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 태양 전지 모듈
200: 반사부
300: 지지대

Claims (18)

  1. 양면으로 광이 수광되는 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지 모듈; 및
    적어도 상기 태양 전지 모듈의 후면 쪽에 위치하여 광을 반사시켜 상기 태양 전지 모듈의 후면으로 광을 제공하는 반사부
    를 포함하는 태양광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈이 바닥면과 경사지게 위치하고,
    상기 반사부가 상기 태양 전지 모듈과 동일한 경사 방향을 가지도록 상기 바닥면과 경사지게 위치하는 태양광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사부가 상기 태양 전지 모듈과 평행한 태양광 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은 상기 제1 태양 전지 모듈 및 이의 후면에 위치한 제2 태양 전지 모듈을 포함하도록 복수로 구비되고,
    상기 반사부가 상기 제1 태양 전지 모듈과 상기 제2 태양 전지 모듈 사이에 위치하며,
    상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈이 바닥면과 경사지게 위치하고,
    상기 반사부가 상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈과 동일한 경사 방향을 가지도록 상기 바닥면과 경사지게 위치하여, 상기 제1 태양 전지 모듈에 대향하는 상기 반사부의 일면이 광을 반사하여 상기 제1 태양 전지 모듈의 후면으로 광을 제공하고 상기 반사부의 타면이 광을 반사하여 상기 제2 태양 전지 모듈의 전면으로 광을 제공하는 태양광 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반사부가 상기 제1 및 제2 태양 전지 모듈 중 적어도 하나와 평행한 태양광 발전 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 태양 전지 모듈과 상기 반사부 사이의 거리와 상기 제2 태양 전지 모듈과 상기 반사부 사이의 거리가 서로 동일한 태양광 발전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈 및 상기 반사부를 각기 지지하는 복수의 지지대를 더 포함하고,
    상기 지지대가 태양광 트랙커를 포함하는 태양광 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 지지대가 각기 상기 태양광 트랙커를 구비하여 별도로 구동되거나, 상기 복수의 지지대가 연동 부재에 의하여 함께 연동되어 구동되는 태양광 발전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈 및 상기 반사부을 각기 지지하는 복수의 지지대를 더 포함하고,
    상기 복수의 지지대 중에서 상기 태양 전지 모듈을 지지하는 지지대와 상기 반사부를 지지하는 지지대의 구조가 서로 동일한 태양광 발전 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반사부가 바닥면과 평행하게 상기 바닥면 위에 위치하는 태양광 발전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반사부가 상기 바닥면에 접착된 상태로 고정된 태양광 발전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은 상기 제1 태양 전지 모듈 및 이의 후면에 위치한 제2 태양 전지 모듈을 포함하도록 복수로 구비되고,
    상기 반사부가 상기 제1 태양 전지 모듈과 상기 제2 태양 전지 모듈 사이에 위치하는 태양광 발전 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은 상기 제1 태양 전지 모듈 및 이의 후면에 위치한 제2 태양 전지 모듈을 포함하도록 복수로 구비되고,
    상기 반사부 위에 상기 제1 태양 전지 모듈 및 상기 제2 태양 전지 모듈이 위치하는 태양광 발전 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈을 지지하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 지지대가 태양광 트랙커를 포함하는 태양광 발전 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 반사부의 반사도가 85% 이상인 태양광 발전 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반사부가 플레이트 형상을 가지는 반사판으로 구성되는 태양광 발전 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반사부가 금속을 포함하는 금속 반사판으로 구성되는 태양광 발전 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지 모듈은, 양면 수광형 구조를 가지는 태양 전지, 상기 태양 전지의 전면에 위치하며 투광성을 가지는 전면 부재, 상기 태양 전지의 후면에 위치하며 투광성을 가지는 후면 부재, 그리고 상기 태양 전지를 감싸면서 상기 전면 부재와 상기 후면 부재 사이에 위치하는 밀봉재를 포함하는 태양광 발전 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102149749B1 (ko) * 2019-08-23 2020-08-31 황인환 태양광 양면모듈을 이용한 자립형 농가주택

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