KR20200029251A - 분할셀을 이용한 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 병렬 연결되는 2개의 셀 스트링(예를 들어, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링)을 구성함에 있어서, 제 1 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기와 제 2 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기를 서로 다르게 하고, 제 1 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류와 제 2 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류의 합이 정상셀에 인가되는 전류보다 작게 함으로써 병렬연결리본 및 연결단자 등에서의 전력 손실을 줄일 수 있는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈은 직렬 연결되는 복수의 2분할셀을 포함하는 제 1 셀 스트링; 직렬 연결되는 복수의 n분할셀(3≤n≤10, n은 자연수)을 포함하는 제 2 셀 스트링; 및 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

분할셀을 이용한 태양전지 모듈{Solar cell module with half-cut cell}
본 발명은 분할셀을 이용한 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 병렬 연결되는 2개의 셀 스트링(예를 들어, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링)을 구성함에 있어서, 제 1 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기와 제 2 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기를 서로 다르게 하고, 제 1 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류와 제 2 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류의 합이 정상셀에 인가되는 전류보다 작게 함으로써 병렬연결리본 및 연결단자 등에서의 전력 손실을 줄일 수 있는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위해 다양한 구조가 제안되어 왔다. 수광면적을 증가시키기 위한 방법으로 후면전극형 태양전지가 제안된 바 있고, 태양전지의 양면을 통해 빛을 수광하는 양면수광형 태양전지도 적용되고 있다. 또한, 리본 인터커넥터에 의한 수광면적 축소를 회피하기 위해 최근에는 와이어 형태의 인터커넥터를 태양전지 모듈에 적용하는 방식이 제안된 바 있다.
태양전지의 광전변환효율을 향상시키기 위한 또 다른 방법으로 분할셀을 이용하는 방식이 있다. 분할셀이라 함은 통상의 태양전지 셀(이하, '정상셀'이라 함)을 이등분 또는 그 이상으로 등분한 것을 일컫는다. 정상셀은 일반적으로 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm)를 갖는데, 이를 이등분 또는 그 이상으로 등분한 것을 분할셀이라 한다. 분할셀은 정상셀에 비해 크기가 작음에 따라 저항이 줄어들고, 이로 인해 태양전지의 출력이 향상된다. 보고된 바에 따르면 분할셀로 이루어진 태양전지 모듈이 정상셀로 이루어진 태양전지 모듈보다 약 2% 이상 출력이 우수한 것으로 알려져 있다.
분할셀로 태양전지 모듈을 구성하는 경우, 도 1에 도시한 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 구체적으로, 태양전지 모듈은 복수개의 분할셀(1)을 포함하며, 복수개의 분할셀(1)은 복수개의 셀 스트링(S)으로 구분된다. 복수개의 셀 스트링(S)은 복수의 행을 이루는 형태로 나란히 배열되며, 각각의 셀 스트링(S)은 열을 이루는 복수개의 분할셀(1)로 구성된다. 달리 표현하여, 복수개의 분할셀(1)로 열 방향으로 배치되어 하나의 셀 스트링(S)을 이루며, 이와 같은 셀 스트링(S)이 복수개 행 방향으로 배열되는 구조이다.
한편, 정상셀로 태양전지 모듈을 구성하는 경우에 대비하여 분할셀(1), 예를 들어 이등분된 분할셀(1)로 태양전지 모듈을 구성하면, 단락전류는 1/2배, 개방전압은 2배인 전기적 특성을 갖는다. 정상셀 태양전지 모듈 제품과의 상이한 전기적 특성을 해결하기 위해, 분할셀(1)로 구성된 태양전지 모듈의 경우, 이웃하는 셀 스트링(S)은 병렬연결리본(2)을 매개로 병렬 연결되도록 설계된다.
이와 같은 구조를 갖는 분할셀 태양전지 모듈은 분할셀과 인터커넥터(분할셀과 분할셀을 연결하는 도전체)(1a)에 흐르는 전류값이 정상셀 대비 1/2 Isc[A]이어서 인터커넥터에서 발생되는 전력손실(P)이 정상셀 태양전지 모듈에 대비하여 1/4로 줄어드는 장점이 있다(P=I2xR). 그러나, 이웃하는 2개의 셀 스트링을 연결하는 병렬연결리본(2)에는 1 Isc[A]가 흐르고, 졍션박스(3)의 (+), (-) 연결단자에도 1 Isc[A]가 인가됨에 따라, 정상셀 태양전지 모듈과 동일한 전력손실이 발생된다.
한국등록특허공보 제1199822호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 병렬 연결되는 2개의 셀 스트링(예를 들어, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링)을 구성함에 있어서, 제 1 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기와 제 2 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기를 서로 다르게 하고, 제 1 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류와 제 2 셀 스트링에 속하는 분할셀에 인가되는 전류의 합이 정상셀에 인가되는 전류보다 작게 함으로써 병렬연결리본 및 연결단자 등에서의 전력 손실을 줄일 수 있는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈은 직렬 연결되는 복수의 2분할셀을 포함하는 제 1 셀 스트링; 직렬 연결되는 복수의 n분할셀(3≤n≤10, n은 자연수)을 포함하는 제 2 셀 스트링; 및 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합이 반복 배치되어 태양전지 모듈을 구성하며, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합에서 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 배치 순서는 뒤바뀔 수 있다.
홀수번째 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합과 짝수번째 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합은 서로 다른 전기적 극성을 갖는다.
상기 2분할셀은 정상셀이 2개로 분할된 셀이며, n분할셀은 정상셀이 3∼10개로 분할된 셀이다.
제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본이 접속되는 졍션박스는 하나 또는 복수개 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈은 다음과 같은 효과가 있다.
제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링에 인가되는 전류의 합이 정상셀에 인가되는 전류보다 작게 설계함으로써 병렬연결리본 및 졍션박스의 연결단자에서의 전력 손실을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈의 구성도.
도 3은 도 2의 변형 실시예로서 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 배치 순서를 뒤바꾼 분할셀을 이용한 태양전지 모듈의 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈의 구성도.
도 5는 도 4의 변형 실시예로서 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 배치 순서를 뒤바꾼 분할셀을 이용한 태양전지 모듈의 구성도.
본 발명은 복수의 분할셀로 이루어진 태양전지 모듈을 제시한다.
태양전지 모듈을 구성하는 복수의 분할셀은 여러 개의 셀 스트링으로 구분되고, 각각의 셀 스트링에는 복수개의 분할셀이 배치된다.
앞서, '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 이웃하는 2개의 셀 스트링은 병렬연결리본을 매개로 병렬 연결되고, 병렬연결리본은 졍션박스(junction box)의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에 접속된다. 참고로, 정상셀로 태양전지 모듈을 구성하는 경우에는 병렬연결리본은 생략된다.
종래의 분할셀 태양전지 모듈은 정상셀을 2등분한 분할셀을 이용하여 태양전지 모듈을 구성함에 따라, 분할셀과 분할셀을 연결하는 인터커넥터에서의 전력 손실은 줄일 수 있으나 병렬연결리본과 졍션박스의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에는 정상셀 태양전지 모듈과 동일한 전류가 인가되어 정상셀 태양전지 모듈과 동일한 전력 손실이 발생된다. 정상셀에 인가되는 전류가 1 Isc[A]이면 2등분 분할셀에 인가되는 0.5 Isc[A]임에 따라, 2개의 셀 스트링을 연결하는 병렬연결리본에는 1 Isc[A]가 인가되고, 졍션박스의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에도 1 Isc[A]가 인가됨으로 인해 병렬연결리본, (+) 연결단자, (-) 연결단자에서는 정상셀 태양전지 모듈과 동일한 전력 손실이 발생된다.
본 발명은 병렬 연결되는 제 1 스트링과 제 2 스트링을 구성함에 있어서, 제 1 셀 스트링은 2분할셀로 구성하고, 제 2 셀 스트링은 n분할셀(n은 2보다 큰 자연수)로 구성함으로써 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본 및 병렬연결리본이 접속되는 졍션박스의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에 인가되는 전류가 정상셀에 인가되는 전류보다 작도록 하여 병렬연결리본, (+) 연결단자, (-) 연결단자에서의 전력 손실을 줄일 수 있는 기술을 제시한다.
본 발명에서 제 2 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기는 제 1 셀 스트링을 구성하는 분할셀의 크기보다 작으며, 2분할셀이라 함은 정상셀이 2개로 분할된 셀을 일컬으며, n분할셀(n은 2보다 큰 자연수)은 정상셀이 3개 이상으로 분할된 셀을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈을 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분할셀을 이용한 태양전지 모듈은 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)을 구비한다.
제 1 셀 스트링(S1)은 직렬 연결되는 복수의 2분할셀(10)을 포함하며, 제 2 셀 스트링(S2)은 직렬 연결되는 복수의 n분할셀(n은 2보다 큰 자연수)(20)을 포함한다. 2분할셀(10)은 통상의 태양전지 셀 즉, 정상셀이 2개로 분할된 셀이며, n분할셀(20)은 정상셀이 3개 이상으로 분할된 셀이다. 정상셀의 분할 한계를 고려하여, n분할셀(20)은 3∼10개로 분할된 셀을 의미할 수 있다. 또한, 정상셀은 가로, 세로 6인치 크기(약 156mm x 156mm) 또는 다른 크기로 이루어질 수 있다. 제 1 셀 스트링(S1)에 구비되는 복수의 2분할셀(10), 제 2 셀 스트링(S2)에 구비되는 복수의 n분할셀(20)은 각각 인터커넥터(11)(21)를 매개로 직렬 연결된다.
복수의 2분할셀(10)을 포함하는 제 1 셀 스트링(S1)과 복수의 n분할셀(20)을 포함하는 제 2 셀 스트링(S2)은 병렬연결리본(30)을 매개로 병렬 연결된다. 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)이 병렬 연결되는 구조임에 따라, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)은 동일 극성이라 할 수 있다.
한편, 정상셀에 인가되는 전류값이 1 Isc[A]이면 2분할셀(10)에 인가되는 전류값은 0.5 Isc[A]이고, n분할셀(20)에 인가되는 전류값은 1/n Isc[A]이 된다. n분할셀(20)이 4분할셀이면 4분할셀에 인가되는 전류값이 0.25 Isc[A]이 된다.
제 1 셀 스트링(S1)이 2분할셀(10)로 구성되고 제 2 셀 스트링(S2)이 4분할셀로 구성되는 경우, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)을 병렬 연결하는 병렬연결리본(30)에는 제 1 셀 스트링(S1)의 0.5 Isc[A]와 제 2 셀 스트링(S2)의 0.25 Isc[A]가 합해져 0.75 Isc[A]의 전류가 인가된다. 또한, 병렬연결리본(30)이 접속되는 (+) 연결단자, (-) 연결단자에도 0.75 Isc[A]의 전류가 인가된다. 반면, 정상셀 태양전지 모듈의 경우, 정상셀에 1 Isc[A]의 전류가 흐름에 따라 정상셀로 구성된 버스리본 그리고 버스리본이 접속되는 (+) 연결단자, (-) 연결단자에도 1 Isc[A]의 전류가 인가된다. 또한, 종래 기술과 같이 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2) 각각을 2등분 분할셀로 구성하는 경우, 병렬연결리본(30)에 제 1 셀 스트링(S1)의 0.5 Isc[A]와 제 2 셀 스트링(S2)의 0.5 Isc[A]가 합해져 1 Isc[A]의 전류가 인가되며, 병렬연결리본(30)이 접속되는 (+) 연결단자, (-) 연결단자에도 1 Isc[A]의 전류가 인가된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예로 2분할셀(10)로 제 1 셀 스트링(S1)을 구성하고 4분할셀로 제 2 셀 스트링(S2)을 구성하는 경우, 병렬연결리본(30) 그리고 병렬연결리본(30)이 접속되는 졍션박스(40)의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에 0.75 Isc[A]의 전류가 인가됨에 따라, 정상셀 태양전지 모듈 및 2등분 분할셀 태양전지 모듈보다 0.25 Isc[A]의 전류가 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 병렬연결리본(30) 그리고 병렬연결리본(30)이 접속되는 졍션박스(40)의 (+) 연결단자, (-) 연결단자에 인가되는 전류가 감소됨에 따라, 해당 부위에서의 전력 손실 또한 감소된다.
복수의 2분할셀(10)을 포함하는 제 1 셀 스트링(S1)과 복수의 n분할셀(20)을 포함하는 제 2 셀 스트링(S2)의 조합은 반복하여 배치되며 또한, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 배치 순서는 뒤바뀔 수 있다(도 2 내지 도 5 참조). 즉, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합이 반복, 배치되어 태양전지 모듈을 구성하며, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합에서 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 배치 순서는 서로 뒤바뀔 수 있다. 다만, 홀수번째 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합과 짝수번째 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합은 서로 다른 전기적 극성을 갖도록 배치되어야 한다. 예를 들어, 첫번째 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합이 (-) 극성이며, 두번째 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)의 조합은 (+) 극성이어야 한다.
한편, 제 1 셀 스트링(S1)과 제 2 셀 스트링(S2)을 병렬 연결하는 병렬연결리본(30)이 접속되는 졍션박스(40)는 도 2 내지 도 5에 도시한 바와 같이 하나 또는 복수개 구비시킬 수 있다.
10 : 2분할셀 20 : n분할셀
11, 21 : 인터커넥터 30 : 병렬연결리본
40 : 졍션박스

Claims (5)

  1. 직렬 연결되는 복수의 2분할셀을 포함하는 제 1 셀 스트링;
    직렬 연결되는 복수의 n분할셀(3≤n≤10, n은 자연수)을 포함하는 제 2 셀 스트링; 및
    제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합이 반복 배치되어 태양전지 모듈을 구성하며, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합에서 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 배치 순서는 뒤바뀔 수 있는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서, 홀수번째 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합과 짝수번째 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링의 조합은 서로 다른 전기적 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 2분할셀은 정상셀이 2개로 분할된 셀이며, n분할셀은 정상셀이 3∼10개로 분할된 셀인 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 셀 스트링과 제 2 셀 스트링을 병렬 연결하는 병렬연결리본이 접속되는 졍션박스는 하나 또는 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 분할셀을 이용한 태양전지 모듈.
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CN113659036A (zh) * 2021-08-05 2021-11-16 中节能太阳能科技(镇江)有限公司 一种光伏组件的切片方式及其连接结构
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