KR20210025235A - 시인성이 우수한 태양 전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 투명기판; 상기 투명기판 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 로 구성하되, 상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치함을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈을 제공한다.

Description

시인성이 우수한 태양 전지 모듈{SOLAR MODULE}
본 발명은 시인성이 우수한 태양 전지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 투명 기판 또는 유리와 접합된 투명기판에 솔라셀을 수평 배열로 설치하여 가시광선, 근적외선 및 자외선의 집광률을 향상시키면서 투명성에 영향을 주지 않도록 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 시스템은, 태양전지를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 시스템으로서, 일반 가정이나 산업용의 독립 전력원으로 이용되거나, 상용 교류전원의 계통과 연계되어 보조 전력원으로 이용된다.
이러한, 태양광 시스템은 광전 효과를 이용하여 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성되며, 다수의 태양전지 셀(cell)들이 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키게 되고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수 있게 되는 것이다.
통상적으로 사용되고 있는 건물외장형으로 사용되는 계통연계형 태양광 시스템은, 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 다수의 태양 전지판(Solar Cell Array)과, 상기 태양 전지판에서 변환된 전기에너지인 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용처로 공급하는 인버터(Inverter) 등으로 구성된다.
이러한 태양광 시스템은 태양광의 에너지를 얻기 위해 설치되는 태양 전지판의 설치가 시스템의 구성에 있어서 가장 중요한 요소이며, 이러한 태양 전지판의 설치는 별도로 확보된 부지에 설치하거나 또는 건물의 옥상 등에 설치하게 된다.
따라서 건물에 태양광 시스템을 설치하려면 별도의 공간이 확보되어야 하는데, 통상적으로 건물의 옥상에는 냉방장치를 구성하는 냉각탑이 설치되어 있으므로 태양 전지판을 설치하기 위한 장소가 협소하고 한정되어 태양 전지판의 설치에 제한을 받게 되고 설치작업이 어렵게 된다.
이러한 단점을 보완하고자 건축물의 채광 및 환기를 위해 설치된 창호시스템에 태양광 시스템이 적용된 사례가 있다.
즉, 대한민국 등록특허 제10-0765965호에는 태양전지를 이용한 창호가 개시되어 있다.
이러한 종래 기술 중 태양전지를 이용하는 창호에 관하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 창호의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 창호(10)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지판(1)과, 상기 태양전지판 (1)의 테두리에 결합되며 건물 벽체(2)의 개구부(3)상에 취부되어 고정되는 프레임(4)을 포함하여 구성된다.
즉, 종래의 창호(10)는 직사각형 형태를 이루는 프레임(4)의 내측 중앙부에 태양전지판(1)이 고정되고, 상기 태양전지판(1)의 전면측과 후면측에는 건물 벽체(2)의 외측에 위치하게 되는 외측 유리창과 내측에 위치하게 되는 내측 유리창이 상기 태양전지판(1)과 소정 거리 이격 배치되어 고정된 구조를 이루고 있다.
또 다른 한편, 대부분의 창호 설치시에는 사생활 보호를 위해 블라인드나 버티컬 등의 장치를 별도로 설치하는 경우가 있으며, 이에 따른 비용도 적지 않게 소요되고 있다.
이와 같이 종래에는 창호와 블라인드가 별도로 존재하여 비용이나 공간면에서 효율적이지 못하다.
최근에는 건축물의 유리에 직접 부착되어 설치되는 방법이 제시되고 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 단결정 또는 다결정으로 만들어진 다수의 태양전지 셀(11) 들을 강화유리 기판(12a, 12b)의 사이에 배치하고, EVA 필름(13)을 이용하여 이들을 부착시켜서 제작된다.
상기와 같이 제작된 종래의 태양전지모듈(10)은 보통 앞면이 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 파란색이나 검정색을 띄고, 후면은 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 거의 회색 색상을 띄우고 있다.
이와 같은 종래의 태양전지모듈(10)은 태양전지 셀(11)의 후면에 전극 선(13b)을 형성하기 위하여 실버 페이스트(Ag)로 폭 3- 5mm의 2개의 전극 선를 스크린 프린팅 형성하며, 적외선 램프(I.R Lamp)를 장착한 롤 컨베이어에서 건조시킨다. 이와 같이 건조된 전극 선(13b)의 색상은 밝은 회색에 가깝다.
이와 같은 태양전지 셀(110)들은 P-type 웨이퍼에 N층을 증착하거나, N-type 웨이퍼에 P층을 증착하여 만들어진다. P-type을 사용하였을 때, 각각의 태양전지 셀(110)의 뒷면이 플러스(+), 앞면이 마이너스(-)의 전기 극성을 갖는다.
이와 같은 태양전지 셀(11)들을 이용하여 태양전지모듈(10)을 만들 때에는 각각의 태양전지 셀(11)들을 직,병렬로 연결한다.
이때 태양전지 셀(11)들을 연결하기 위하여 연결 리본(Interconnector Ribbon)(14)을 사용하게 되며, 이와 같은 연결 리본(14)의 재질은 통상 Sn+Pb+Ag, Sn+Ag, Sn+Ag+Cu 로 되어있으며, 직렬연결시 태양전지 셀(11)의 앞면에 형성된 폭 1-3mm의 마이너스(-) 극성의 실버 페이스트 전극 선(13a)을 다른 태양전지 셀의 뒷면에 형성된 폭 3-5mm의 플러스(+) 극성의 실버페이스트 전극 선(13b)에 연결 리본(140)을 통하여 연결한다.
이와 같이 태양전지 셀(11)들을 연결하는 연결 리본(140)의 폭은 1.5 - 3mm, 두께 0.01 - 0.2mm을 사용한다.
그 연결방법은 적외선 램프(IR Lamp), 할로겐 램프, 고온 가열(Hot Air)에 의한 간접 연결방식과 인두기에 의한 직접 연결방식으로 이루어진다.
한편 상기 태양전지모듈(10)의 유리 기판(12a, 12b) 사이에 위치되는 EVA 필름(13)은 온도 80
Figure pat00001
에서 녹기 시작하여 온도 150
Figure pat00002
정도에서 맑고 투명하게 되어 태양전지 셀(11)과 유리 기판을 접합하게 되며, 태양전지 셀(11)로 향하여 외부로부터의 습기와 공기의 침투를 막아 태양전지 셀(11)의 실버(silver) 전극 선(13a)(13b)과 리본(14)의 부식이나 쇼트를 방지한다.
이러한 EVA 필름(13)은 라미네이터기(미도시)에 의하여 라미네이팅 시, 태양전지모듈(10)의 이중접합유리 기판(12a)(12b) 사이에서 녹아 맑고 투명하게 보이도록 하며, 이때 태양전지 셀(11)과 연결 리본(14)을 제외하고 나머지 부분이 투명하게 보인다.
이러한 종래의 BIPV용 태양전지모듈(10)은 단결정 또는 다결정의 태양전지 셀(11)을 이용하여 제작되는데, 태양전지 셀(11)의 제조 형태에 따라 건물의 이중유리 기판(12a, 12b) 사이에 배치되어 건물 안 밖에서 그대로 보이게 된다.
이와 같이 건물에 장착되는 태양전지모듈(10)은 그 앞면의 색상은 진공장비인 PECVD 및 APCVD(미 도시)에 의한 전극 형성과 반사 방지막을 스크린 프린팅으로 증착하는 과정에서 색상을 띄게 된다. 보통은 전면이 파란색이나 검정색의 색상을 띄게 되지만, 태양전지모듈(100)의 후면(BSF : Back-Surface Field)은 전극을 형성하기 위하여 알루미늄(Al)으로 진공장비(미 도시)에 의하여 증착되기 때문에 색상은 회색을 띄우게 된다.
또한, 상기와 같은 종래의 태양전지모듈(100)은 유리 기판(12a, 12b)의 내부에 수개 내지 수십 개의 태양전지셀(11) 들을 연결 리본(14)으로 연결하고 있으며, 이와 같은 연결 리본(14)들은 일정하게 직선을 유지하지 못하고, 휘고 꾸불거린 상태로 된다.
이 상태에서 태양전지모듈(10)을 라미네이팅하여 완성시키면, 유리 기판(12a, 12b) 내에서 태양전지 셀(11)들을 연결하는 연결 리본(14)의 모양이 전체적으로 휘고, 균일하지 않아 보인다.
또한, 종래의 태양전지모듈(10)에서 연결 리본(14)의 색상은 은색을 띄우며, BIPV용 태양전지모듈(10)을 제작하는 경우, 연결 리본(14)은 그 색상 그대로 앞, 뒷면이 은색으로 노출된다.
따라서, 종래의 태양전지모듈(10)에서는 그 후면과 연결 리본(14)의 색상은 회색과 은색을 띄우고 있기 때문에, 이중 접합 태양전지모듈(10)을 제작할 때, 태양전지모듈(10)의 앞면에서 연결 리본(140)의 은색이 전면 유리 기판(12a)(12b)을 통하여 외부로 노출되고, 후면의 회색과 은색 색상이 그대로 보이며, 연결 리본(14) 선들이 휘고 꾸불꾸불하게 보이기 때문에, 도시 건물의 유리 대용으로 태양전지모듈(10)을 부착하였을 때, 미관상 좋지 않다.
[특허문헌 001] 대한민국 공개특허 제2012-0117085호,(2012년10월24일) [특허문헌 002] 대한민국 공개특허 제2013-0059170호,(2013년06월05일)
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 투명 기판 또는 유리와 접합된 투명기판에 솔라셀을 수평 배열로 설치하여 가시광선, 근적외선, 자외선의 집광률을 향상시키되, 솔라셀을 투명기판 또는 유리의 면과 수평배열인 수직선 방향에서 등간격으로 설치함에 따라 집광률은 향상시키면서 사람의 시야의 범위에서 간섭되지 않는 범위로 설치되어 투명한 시인성을 확보할 수 있도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 투명기판에서 솔라셀을 수평 배열시켜 광대역 가시광 투과율을 균형 있게 흡수할 수 있도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 태양광 전지를 통해 광대역 가시광 영역의 높은 평균 투과율을 바탕으로 자연광에 가까운 우수한 연색성 구현하도록 하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 투명기판 내부의 솔라셀 사이 공간에 복수의 광수집모듈이 설치되어 흡수된 광을 재방출하는 광방출기를 포함한 판상에서 광을 흡수하여 광 흡수 효율을 향상시키는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 투명기판; 상기 투명기판 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 로 구성하되, 상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치한다.
본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 유리; 상기 유리와 면 접합되는 투명기판; 상기 투명기판 면에 형성된 홈 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 로 구성하되, 상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치한다.
본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 유리; 상기 유리 전면에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 상기 유리 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀을 함침시킨 투명기판;으로 구성하되, 상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치한다.
본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 유리; 상기 유리 전면에 적층되어 에칭 마스크 프린팅 부위를 제외한 나머지 부위를 습식 식각하여 유리의 면에 수평 배열로 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 솔라셀; 상기 유리 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀을 함침시켜 고형화되는 투명기판;으로 구성한다.
본 발명에 따르면, 상기 수평배열은 기립된 투명기판의 전면과 -10° 내지 10° 사이의 수직선 방향으로 솔라셀이 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 수평배열은 유리의 전면과 -10° 내지 10° 사이의 수직선 방향으로 솔라셀이 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀은 복수개로 구비되어 등간격으로 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀은 복수개로 구비되어 투명기판에 등간격으로 설치되되, 상기 솔라셀 사이에 복수의 광수집모듈 배열되어 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 투명기판과 유리는 면 접합된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀에는 LED 발광체가 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀은 두께가 10nm~10um인 박막 태양전지형 솔라셀이 적용된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀은 두께가 50~300um인 양명수광 실리콘형 솔라셀이 적용된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀에는 색을 표현하는 박막층이 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 투명기판과 유리 사이에 투명전극이 설치되고 솔라셀과 통전되도록 구성한다.
본 발명에 따르면, 상기 투명기판과 유리 사이 및 솔라셀에 광흡수층이 코팅된다.
본 발명에 따르면, 유리와 접합되는 투명기판의 접합면에 색을 표현하는 박막층이 설치된다.
본 발명에 따르면, 상기 솔라셀의 선단에는 패시베이션 또는 반사방지층이 더 포함된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 투명 기판 또는 유리와 접합된 투명기판에 솔라셀을 수직선 방향으로 설치시켜 투명기판을 통해 가시광선, 근적외선, 자외선이 투과되는 동시에 박막의 솔라셀은 수평배열로 설치하여 최적의 태양광 입사각도에 맞추어 집광률을 향상시키는 동시에 사람의 시야의 범위에서 간섭되지 않는 범위로 설치되어 투명한 시인성을 확보하면서 집광률 효율이 향상된 태양광 전지 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 솔라셀을 등간격으로 수평 배열시킨 투명기판을 통해 광대역 가시광 투과율을 균형있게 흡수할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 태양광 전지를 통해 광대역 가시광 영역의 높은 평균 투과율을 바탕으로 자연광에 가까운 우수한 연색성 구현하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 투명기판 내부의 솔라셀 사이 공간에 복수의 광수집모듈이 설치되어 흡수된 광을 재 방출하는 광방출기를 포함한 판상에서 광을 흡수하여 광 흡수 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 시인성이 우수한 태양 전지 모듈은 건축물의 지붕, 벽 이외에 창문에 적용할 수 있어 기존 옥상 또는 벽면 등의 설치장소 이외에 외벽이 창문으로 적용된 건축물에 적용 가능하여 태양광 단위만큼 많은 전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 창호의 사시도.
도 2는 종래의 태양전지 모듈을 나타낸 단면도.
도 3은 종래의 태양전지 모듈을 나타낸 정면도.
도 4는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제1실시예를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제1실시예를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예에서 광수집모듈을 적용한 상태를 나타낸 단면도.
도 9a는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 배열 상태를 나타낸 구성도.
도 9b는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 배열 상태에 따라 달라지는 집광률을 나타낸 구성도.
도 10a는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 및 광수집모듈의 배열 상태를 나타낸 구성도.
도 10b는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 및 광수집모듈의 설치에 따른 광수집률 상태를 나타낸 구성도.
도 11은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제3실시예를 나타낸 제조 순서도.
도 12는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제4실시예를 나타낸 제조 순서도.
도 13은 본 발명의 투명 태양광에 적용된 투명기판의 다양한 적용 사례를 나타낸 도면.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.
도 1은 종래의 창호의 사시도이고, 도 2는 종래의 태양전지 모듈을 나타낸 단면도이며, 도 3은 종래의 태양전지 모듈을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제1실시예를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제1실시예를 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예를 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예를 나타낸 단면도이고, 도 8은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제2실시예에서 광수집모듈을 적용한 상태를 나타낸 단면도이며, 도 9a는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 배열 상태를 나타낸 구성도이고, 도 9b는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 배열 상태에 따라 달라지는 집광률을 나타낸 구성도이며, 도 10a는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 및 광수집모듈의 배열 상태를 나타낸 구성도이고, 도 10b는 본 발명의 태양 전지 모듈의 솔라셀 및 광수집모듈의 설치에 따른 광수집률 상태를 나타낸 구성도이며, 도 11은 본 발명의 태양 전지 모듈의 제3실시예를 나타낸 제조 순서도이고, 도 12는 본 발명의 태양 전지 모듈의 제4실시예를 나타낸 제조 순서도이며, 도 13은 본 발명의 투명 태양광에 적용된 투명기판의 다양한 적용 사례를 나타낸 도면이다.
본 발명의 태양 전지 모듈(100)는 투명 기판에 솔라셀(130)을 설치하되, 기판을 통해 가시광선, 근적외선, 자외선이 투과되고, 박막의 솔라셀(130)은 기판에서 수평배열로 설치되어 시야의 범위에서 간섭되지 않는 범위에 설치된다.
이를 통해, 투명기판(110)을 통해 태양광의 투과도와 육안의 시인성을 확보할 수 있다.
여기서, 상기 솔라셀(130)은 두께가 10nm~10um인 박막 태양전지형 솔라셀(130)이 적용되거나, 두께가 50~300um인 양면수광 실리콘형 솔라셀(130)이 적용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 적용되는 솔라셀(130)은 그 종류에 제한을 두지 않으나, 본 발명에서는 실리콘 박막 태양전지 등을 적용할 수 있다.
즉, 실리콘 태양전지는 박막 증착 온도, 사용되는 기판의 종류 및 증착방법에 따라 다양하게 분류될 수 있는데, 광흡수층(150)의 결정 특성에 따라 크게 비정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 실리콘 박막 태양전지로 분류될 수 있다.
대표적인 실리콘 태양전지인 비정질 실리콘(amorphous Si, a-Si) 태양전지는 비정질 실리콘을 유리(120) 기판 사이에 주입해 만드는 태양전지이다.
또한, 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘 박막 위에 다결정 실리콘 막을 한 접 더 적층하는 이중접합(tandem) 또는 그 위에 실리콘 막을 한 겹 더 얹는 삼중접합(triple junction) 등의 다중접합 구조로 제조하거나, 하이브리드 구조로 제조하여 전환 효율을 결정질 실리콘 태양전지 수준으로 높이고 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 실리콘 태양전지가 적용된 솔라셀(130)은 투명 기능을 갖도록 투명기판(110) 또는 유리(120)가 접합된 투명기판(110) 또는 유리(120)에 몰딩된 투명기판(110)에 설치된다.
여기서, 상기 솔라셀(130)은 박막의 판재 형태로 형성되고, 상기 솔라셀(130)의 평면 면적은 다양하게 적용될 수 있다.
상기와 같은 박막의 솔라셀(130)은 기판에서 수평 배열로 설치되어 태양광의 입사각의 간섭에 방해되지 않고, 사람의 시야의 범위에서 간섭 되지 않는 범위로 설치된다.
즉, 수평 배열이란, 수직으로 기립된 상태의 투명기판 또는 유리의 전면에서 -10° 내지 10° 사이의 수직선 방향으로 솔라셀을 설치하는 것을 의미 한다.
통상적으로 수직선(perpendicular lines)은 90°를 이루며 만나는 두 직선이나 선분, 반직선을 말하고, 서로 직각으로 만나는 직선들을 수직선(orthogonal lines)이라고 한다.
본 발명에서의 수평배열은 수직선 방향으로 -10° 내지 10°범위의 각도를 포함한다.
상기와 같이, 박막의 솔라셀(130)은 기판의 내부에 수평배열로 내입되되, 상기 솔라셀(130)은 복수개로 구비되어 등간격으로 설치된다.
그리고, 상기 솔라셀(130)의 사이 공간의 투명 기판을 통해 가시광선, 근적외선, 자외선이 투과된다.
물론, 투명기판(110)을 통해 빛이 투과되어 시인성을 갖고 동시에 솔라셀(130)의 사이 간격을 통해 시야 간섭을 받지 않아 투명기판(110)의 투과성을 보장받는다.
상기와 같이 구성되는 태양광 전지는 4가지 실시예로 이루어진다.
도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(100)의 제1실시예는 투명기판(110); 상기 투명기판(110) 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀(130); 로 구성하되, 상기 투명기판(110)에 수평 배열로 솔라셀(130)을 설치한다.
이를 가능하도록 상기 투명기판(110) 어느 한 면에 홈을 등간격으로 설치하여 박막의 솔라셀(130)을 내입시켜 투명기판(110) 내부에 솔라셀(130)이 설치될 수 있도록 한다.
또는, 솔라셀(130)을 복수로 마련하되, 지면과 수직선 방향으로 솔라셀(130)을 배열시킨 다음 솔라셀(130)이 함침되도록 수지몰딩시켜 고형화로 투명기판(110)을 제작하면 투명기판(110)의 내부에 솔라셀(130)이 수평배열로 설치된다.
특히, 도 5에서 <A>, <B>에서 보는 바와 같이, 홈의 내부에 설치되는 솔라셀은 양면수광형 실리콘 태양전지 또는 박막 태양전지로 적용될 수 있다.
상기와 같은 제1실시예는 솔라셀(130)을 내입한 투명기판(110)을 이용하여 건축물에 유리(120) 대용으로 적용이 가능하다.
또한, 도 6 및 도 7에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(100)의 제2실시예는 유리(120); 상기 유리(120)와 면 접합되는 투명기판(110); 상기 투명기판(110) 면에 형성된 홈 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀(130);로 구성하되, 상기 투명기판(110)에 수평 배열로 솔라셀(130)을 설치한다.
이를 가능하도록, 투명기판(110) 어느 한 면에 홈을 등간격으로 설치하여 박막의 솔라셀(130)을 내입시켜 투명기판(110) 내부에 솔라셀(130)이 설치될 수 있도록 한다.
이렇게 제조된 솔라셀(130)을 갖는 투명기판(110)은 유리(120)와 접합시켜 투명의 기능을 수행하면서 창호로 적용이 가능한 동시에 단열 에너지의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
더불어 제1실시예의 도 4와 제2실시예의 도 6 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 투명기판(110)을 통상적으로 수지몰딩 방식으로 제작하게 되는데, 이때 수지몰딩에는 복수의 광수집모듈(140)을 혼합시켜 고형화에 의해 투명기판(110)으로 제작되면 솔라셀(130) 사이에 복수의 광수집모듈(140)을 설치할 수 있도록 한다.
또한, 도 9a는솔 라셀(130)을 수직배열 또는 수평배열로 정렬시킨 상태의 태양전지를 나타낸 단면도로서, 아래 [표 1]과 같이, 솔라셀(130)의 수직배열 또는 수평배열 상태에 따라 달라지는 집광률을 볼 수 있다.
입사각0도 가로2mm 가로3mm 가로4mm 세로2mm 세로3mm 세로4mm
Jsc(mA/㎠) 26.2 26.4 26.4 28.8 31.3 33.5
집광률 3.6 2.4 1.8 4 2.9 2.3
상기 [표 1]과 같이, 솔라셀(130)의 가로 방향 길이보다 세로 방향 길이가 클수록 집광률이 효율이 상승하는 것으로 나타났으며, 이를 통해 수직배열 보다는 수평배열이 집광률이 향상된 것을 볼 수 있다.
결국, 본 발명에서의 솔라셀(130)을 수평배열 방식으로 설치함이 바람직하다.
또한, 도 10a,b에서 도시한 바와 같이, 태양광은 솔라셀(130) 사이 간격이 넓을수록 태양광의 산란, 재발광 및 재흡수로부터 손실로 광수집률이 20% 낮아 지는 것을 볼 수 있다.
결국, 솔라셀(130) 사이에 복수의 광수집모듈(140)을 설치하여 광수집률을 향상시킬 수 있다.
그리고, 도 11에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(100)의 제3실시예는 유리(120); 상기 유리(120) 전면에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀(130); 상기 유리(120) 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀(130)을 함침시킨 투명기판(110);으로 구성하되, 상기 투명기판(110)에 수평 배열로 솔라셀(130)을 설치한다.
즉, 솔라셀(130)을 복수로 마련하되, 유리(120) 전면과 수직선 방향으로 솔라셀(130)을 배열시킨 다음 솔라셀(130)이 함침되도록 수지몰딩시켜 고형화로 투명기판(110)을 제작하면 투명기판(110)의 내부에 솔라셀(130)이 수평배열인 수직선 방향으로 설치된다.
여기서, 수지몰딩에는 복수의 광수집모듈(140)이 혼합되어 고형화에 의해 투명기판(110)으로 제작되면 솔라셀(130) 사이에 복수의 광수집모듈(140)이 설치된다.
여기서, 광수집모듈(140)은 방사 태양 집중기(LSC)라고도 칭하며, 통상 태양광을 직접 흡수하고 이를 전기로 전환하는 일반적인 태양전지들과 달리 광수집모듈(140)은 광을 이후 긴 파장에서 흡수된 광을 재방출하는 광방출기를 포함한 판상에서 광을 흡수한다.
상기와 같은 제1실시예, 제2실시예 및 제3실시예에 적용된 솔라셀(130) 밑단에 LED 발광체가 설치될 수 있다.
이는, LED발광체를 통해 다양한 빛의 발광을 통해 소비자 맞춤형 디자인 연출이 가능하다.
또는, 상기 솔라셀(130)에는 색을 표현하는 박막층(160)이 더 포함될 수 있고, 유리(120)와 접합되는 투명기판(110)의 접합면에 색을 표현하는 박막층(160)이 설치될 수 있다.
이를 통해, 투명 태양전지를 통해 투과도, 색상, 연색성, 사생활보호용으로 다양한 기능 수행이 가능하도록 한다.
도 11에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양 전지 모듈(100)의 제4실시예는 유리(120); 상기 유리(120) 전면에 적층되어 에칭 마스크 프린팅 부위를 제외한 나머지 부위를 습식 식각하여 유리(120)의 면에 수평 배열로 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 솔라셀(130); 상기 유리(120) 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀(130)을 함침시켜 고형화되는 투명기판(110);으로 구성한다.
즉, 유리(120)와 솔라셀(130)은 접합된 상태에서 등간격으로 배치된 솔라셀(130)의 상면에 에칭마스크 프린팅을 실시한다.
이후, 습식식각(laser ablation) 과정을 통해 에칭 마스크 프린팅을 제외한 부분이 식각시킨다.
이를 통해, 솔라셀(130)은 복수로 구분되면서 등간격으로 배치된다.
이때, 솔라셀(130)은 유리(120)의 면과 수직선 방향으로 입설된 상태이다.
또한, 상기 솔라셀(130)의 선단에는 패시베이션 또는 반사방지층을 형성하여 솔라셀(130)을 보호한다.
이렇게, 유리(120) 면과 수직선 방향으로 솔라셀(130)을 배열시킨 다음 솔라셀(130)이 함침되도록 수지몰딩시켜 고형화로 투명기판(110)을 제작하면 투명기판(110)의 내부에 솔라셀(130)이 설치되도록 한다.
상기와 같이 제1실시예 내지 제4실시예에서 설명된 솔라셀(130) 사이에는 복수의 광수집모듈(140)들이 배열되어 투며기판으로 투과된 광을 흡수하도록 하여 광 효율을 향상시킨다.
그리고, 제1실시예 내지 제4실시예에서 상기 투명기판(110)과 유리(120) 사이에 투명전극이 설치되고 솔라셀(130)과 통전되도록 한다.
또한, 제1실시예 내지 제4실시예에서 상기 투명기판(110)과 유리(120) 사이 및 솔라셀(130)에 광흡수층(150)이 코팅한다.
특히, 도 13에서 도시한 바와 같이, 제3실시예 및 제4실시예를 통해 제조되는 투명기판(110)은 단면의 형상의 변화가 자유롭다.
또한, 상기 솔라셀(130)은 투명기판(110)의 단면 형상에 맞추어 배치 상태가 자유롭다.
이와 같은, 본 발명의 태양 전지 모듈은 투명 기판(110) 또는 유리(120)와 접합된 투명기판(110)에 솔라셀(130)을 수직선 방향으로 설치시켜 투명기판(110)을 통해 가시광선, 근적외선, 자외선이 투과되는 동시에 박막의 솔라셀(130)은 수직선 방향에 등간격으로 설치됨에 따라 시야의 범위에서 간섭되지 않는 범위로 설치되어 투명하면서 태양광 전지 기능을 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 솔라셀(130)을 등간격으로 수직 배열시킨 투명기판(110)을 통해 광대역 가시광 투과율을 균형있게 흡수할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 태양광 전지를 통해 광대역 가시광 영역의 높은 평균 투과율을 바탕으로 자연광에 가까운 우수한 연색성 구현하도록 하는 효과가 있다.
또한, 투명기판(110) 내부의 솔라셀(130) 사이 공간에 복수의 광수집모듈(140)이 설치되어 흡수된 광을 재 방출하는 광방출기를 포함한 판상에서 광을 흡수하여 광 흡수 효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 건축물의 지붕, 벽 이외에 창문에 적용할 수 있어 기존 옥상 또는 벽면 등의 설치장소 이외에 외벽이 창문으로 적용된 건축물에 적용 가능하여 태양광 단위만큼 많은 전력을 얻을 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
100 : 태양 전지 모듈 110 : 투명기판
120 : 유리 130 : 솔라셀
140 : 광수집모듈 150 : 광흡수층
160 : 박막층

Claims (17)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 로 구성하되,
    상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치함을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  2. 유리;
    상기 유리와 면 접합되는 투명기판;
    상기 투명기판 면에 형성된 홈 내부에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀; 로 구성하되,
    상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치함을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  3. 유리;
    상기 유리 전면에 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 박막의 솔라셀;
    상기 유리 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀을 함침시킨 투명기판;으로 구성하되,
    상기 투명기판에 수평 배열로 솔라셀을 설치함을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  4. 유리;
    상기 유리 전면에 적층되어 에칭 마스크 프린팅 부위를 제외한 나머지 부위를 습식 식각하여 유리의 면에 수평 배열로 설치되어 태양광을 광전으로 변환시키는 솔라셀;
    상기 유리 전면에 수지 몰딩시켜 솔라셀을 함침시켜 고형화되는 투명기판;으로 구성한 것을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수평배열은 기립된 투명기판의 전면과 -10° 내지 10° 사이의 수직선 방향으로 솔라셀이 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 수평배열은 유리의 전면과 -10° 내지 10° 사이의 수직선 방향으로 솔라셀이 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀은 복수개로 구비되어 등간격으로 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀은 복수개로 구비되어 투명기판에 등간격으로 설치되되,
    상기 솔라셀 사이에 복수의 광수집모듈 배열되어 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판과 유리는 면 접합되는 것을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀에는 LED 발광체가 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀은 두께가 10nm~10um인 박막 태양전지형 솔라셀이 적용됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀은 두께가 50~300um인 양명수광 실리콘형 솔라셀이 적용됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 솔라셀에는 색을 표현하는 박막층이 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  14. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판과 유리 사이에 투명전극이 설치되고 솔라셀과 통전되도록 구성한 것을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  15. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투명기판과 유리 사이 및 솔라셀에 광흡수층이 코팅되는 것을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  16. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유리와 접합되는 투명기판의 접합면에 색을 표현하는 박막층이 설치됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
  17. 제4항에 있어서,
    상기 솔라셀의 선단에는 패시베이션 또는 반사방지층이 더 포함됨을 특징으로 하는 시인성이 우수한 태양 전지 모듈.
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