KR20210154397A - 양면태양광모듈 배면 발전장치 및 발전방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임에 플렉시블한 시트타입의 반사수단을 장착하여 양면태양광모듈의 배면으로 빛을 반사 또는 난반사시켜 발전을 수행하도록 함으로서, 설치와 유지관리에 소용되는 비용을 최소화 하면서 실질적인 발전효율을 높일 수 있도록 한 것으로서;
기초에 세워지는 수직바의 상단에 경사지게 연결하는 경사바와, 상기 경사바의 상면에 횡방향으로 구비하는 장착바로 구성되는 프레임과;
다수 개의 양면태양광모듈을 배열한 발전패널을 장착바에 장착하여 전기적인 연결을 통하여 발전이 이루어질 수 있게 구성되는 양면태양광모듈 배면 발전장치에 있어서;
상기 프레임의 저면에 발전패널의 배면과 소정의 간격을 이격시켜 반사수단을 장착하고;
상기 프레임에 장착되는 발전패널과 발전패널 사이에 발생하는 틈 사이로 조사되는 햇빛과 프레임 주변을 통하여 직접 조사되는 햇빛 및 간접조사되는 빛을 반사수단이 반사 또는 난반사시켜 양면태양광모듈의 배면에 조사시켜 발전할 수 있도록 하는 것이 특징이다.

Description

양면태양광모듈 배면 발전장치 및 발전방법{THE REAR POWER GENERATION DEVICE FOR DOUBLE SIDED SOLAR MODULE AND POWER GENERATION METHOD}
본 발명은 양면태양광모듈 배면 발전장치 및 발전방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 양면태양광모듈의 배면으로 햇빛을 반사시켜 태양광을 직접 조사받는 전면의 태양광모듈과 함께 발전효율을 높일 수 있도록 개선한 발전장치와 방법의 제공에 관한 것이다.
통상적으로 태양광발전장치를 구성하는 태양광모듈은 단면만 사용할 수 있도록 제공되고 있기 때문에 태양광모듈을 설치할 때 항상 태양을 향하도록 설치하여 사용하게 되며, 발전을 위해서는 태양광모듈의 면적이 넓어져야 하기 때문에 상당히 넓은 면적의 공간을 필요로하기 때문에 단위면적당 생산할 수 있는 전기량이 제한적이게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 근자에 들어서는 태양광모듈을 양면형태로 제공되어 전면은 태양광을 직접조사하여 발전을 수행하고, 배면을 통하여서도 발전을 수행하여 발전효율을 높일 수 있도록 구성하고 있는 실정이다.
상기와 같은 양면태양광모듈을 이용하여 발전을 수행하기 위한 다수의 선행기술들이 있으며 이러한 선행기술의 내용을 특허문헌을 통하여 살펴보면 다음과 같다.
특허문헌 1은, 바닥면; 상기 바닥면 상에서 지지체에 의해 설치되고 상면에 제1태양광 셀이 구비되며 하면에 제2태양광 셀이 구비된 태양광 모듈; 상기 바닥면 위에 설치되고 태양광 모듈의 주변으로 조사되는 태양광을 반사하는 태양광 반사체를 포함함으로써 상기 제1태양광 셀은 태양으로부터 직접 조사되는 태양광에 의해 발전하고, 상기 제2태양광 셀은 상기 태양광 반사체에 의해 반사된 태양광에 의해 발전하게 구성하고 있다.
특허문헌 2는, 옥상에 설치된 양면 수광형 태양전지모듈; 상기 옥상에 설치된 양면 수광형 태양전지모듈을 배열시키는 프레임; 및 상기 옥상에 설치된 양면 수광형 태양전지모듈의 후측에 위치되며, 상기 옥상의 바닥면에 설치된 다기능층을 포함하며, 상기 다기능층은 차열 및 방수 기능을 가지며, 상기 양면 수광형 태양전지모듈을 피해 상기 옥상 바닥면으로 직접 들어오거나, 상기 양면 수광형 태양전지모듈을 통과해서 상기 옥상 바닥면으로 들어오는 태양광 중, 380~1100nm 파장대의 태양광 85% 이상을, 상기 양면 수광형 태양전지모듈의 후측으로 난반사시키는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 3은, 태양광을 받아 상기 태양전지에서 발전을 하는 태양전지모듈부와; 상기 태양전지모듈부의 상단부에 장착되었다가 필드에서 당겨져서 지면에 고정설치되고, 필요시 원위치로 복귀되며, 전면에 빛 반사 기능을 가지고 후면에 열 반사 기능을 가진 스크린을 포함하여, 빛을 난반사 시켜 뒤쪽 열에 설치된 상기 태양전지모듈부의 출력을 높이고, 지열을 반사시켜 상기 태양전지모듈부의 온도 상승으로 인한 출력 감소를 방지하는 롤스크린부와; 상기 태양전지모듈부가 설치되는 모듈프레임부와, 상기 모듈프레임부의 상단에 연이어 형성되어 상기 롤스크린부가 설치되는 롤스크린프레임부로 이루어진 프레임부를 포함하며, 상기 롤스크린부는 출력을 높이기 위해 전면에 빛 반사 기능을 가지고 온도 상승에 의한 출력 감소를 방지하기 위해 후면에 열반사 기능을 가진 스크린과, 상기 스크린이 권취되고 권출되는 스크린축을 포함하는 스크린부하며, 상기 스크린(1211)은 천연섬유 또는 인공섬유로 직조되거나 PE 또는 일정 재질의 필름으로 형성된 기재층(12111)과; 상기 기재층(12111)의 상부에 형성되며, 빛을 난반사시키는 광반사물질이 도포되어 입사되는 빛을 난반사시키는 빛반사층(12112)과; 상기 기재층(12111)의 하부에 형성되며, 지열을 반사시키는 열반사물질이 도포된 열반사층(12113)으로 이루어진다.
특허출원 제 10 - 2018 - 0102542 호 특허출원 제 10 - 2018 - 0134326 호 특허 제 10 - 1889701 - 0000 호
없슴.
상기와 같은 선행기술 중 특허문헌 1과 특허문헌 2는 바닥(지면이나, 옥상 등)에 태양광반사체를 설치하여 배면의 태양광모듈이 발전할 수 있도록 하고 있으며, 특허문헌 3의 경우에는 스크린을 이용하여 인접한 위치의 태양광모듈의 전면으로 햇빛을 반사시켜 발전할 수 있도록 하고 있다.
바닥에 태양광반사체를 설치하는 경우에는 반사체 자체가 복잡한 구조와 구성물로 이루어져 있으면서 평탄한 상태를 유지하여야 하기 때문에 지면의 평탄화 작업과 더불어 태양광반사체의 제조와 더불어 이를 설치하는 데 많은 시간과 비용이 소요되기 때문에 발전효율에 비하여 투자비용이 과다하게 소요되기 때문에 실익이 없게되는 단점이 있다.
태양광반사체가 대체적으로 경질형태로 구성되기 때문에 전체적인 생산비용이 과다하게 소요되고, 이를 취급하여 설치하는 과정은 물론 설치 후에도 외압에 의하여 쉽게 파손되어 반사기능을 상실될 우려가 매우 높은 실정이다.
태양광반사체가 바닥에 설치되기 때문에 먼지 등과 같은 이물질이 바닥에 쉽게 쌓이고, 강우 및 강설에 의하여 오염이 쉽게 되기 때문에 실질적인 반사효율이 떨어져 발전성능을 기대하기 어렵고, 오염된 태양광반사체를 깨끗하게 유지하기 위한 별도의 인력과 비용이 소요되기 때문에 높지 않은 발전효율에 대비하여 지출비용이 과다하게 되는 요인이 된다.
태양광반사체를 설치하는 과정에서도 현재는 단순하게 바닥에 평평한 형태로 설치하는 것으로 되어 있으나 이 경우에는 태양광반사체를 통하여 반사되는 빛이 배면의 태양광모듈로 가지 못하고 다른 곳으로 조사될 우려가 높기 때문에 시간별, 일별, 주간 및 계절별로 조사되는 햇빛의 각도에 맞게 조절되도록 하여야 적합한 효율을 얻을 수 있기 때문에 실질적인 발전효율이 높아지지 않고 있는 등 여러 문제점들로부터 자유롭지 못한 실정이다.
이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 기초(101)에 세워지는 수직바(102)의 상단에 경사지게 연결하는 경사바(103)와, 상기 경사바(103)의 상면에 횡방향으로 구비하는 장착바(105)로 구성되는 프레임(106)과;
다수 개의 양면태양광모듈(108)을 배열한 발전패널(110)을 장착바(105)에 장착하여 전기적인 연결을 통하여 발전이 이루어질 수 있게 구성되는 양면태양광모듈 배면 발전장치(100)에 있어서;
상기 프레임(106)의 저면에 발전패널(110)의 배면과 소정의 간격을 이격시켜 반사수단(120)을 장착하고;
상기 프레임(106)에 장착되는 발전패널(110)과 발전패널(110) 사이에 발생하는 틈 사이로 조사되는 햇빛과 프레임(106) 주변을 통하여 직접 조사되는 햇빛 및 간접조사되는 빛을 반사수단(120)이 반사 또는 난반사시켜 발전패널(110)을 구성하는 양면태양광모듈(108)의 배면에 조사시켜 발전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하여;
양면태양광모듈을 배열한 발전패널이 장착되는 프레임에 플렉시블한 시트타입의 반사수단을 장착하여 양면태양광모듈의 배면으로 빛을 반사 또는 난반사시켜 발전을 수행하도록 함으로서, 설치와 유지관리에 소용되는 비용을 최소화 하면서 실질적인 발전효율을 높일 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 태양광발전장치를 구성하는 프레임에 간단하게 설치하여 태양광발전장치를 구성하는 패널 사이를 통과하는 햇빛을 반사시켜 양면태양광모듈의 배면으로 조사되도록 하는 것은 물론, 측방으로 유입되는 햇빛을 난반사시켜 양면태양광모듈의 배면으로 조사시켜 발전을 수행하도록 함으로서 발전효율을 높일 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 프레임에 설치되는 반사수단을 경량이면서 플렉시블한 형태로 제공하여 설치의 용이성을 제공하는 것은 물론, 반사수단의 제조와 유지관리에 필요한 제반비용을 경감시켜 반사수단 설치와 관리에 소요되는 비용이 발전비용을 초과하지 않도록 함으로서 실질적인 양면발전 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.
본 발명은 반사수단을 바닥에 설치하지 않고 프레임에 소정간격을 이격시켜 별도의 설치(고정)을 위한 장치를 필요로하지 않고 간단한 구성의 클램프를 이용하여 타이트하게 유지할 수 있으면서 수명을 길게할 수 있고, 유지와 교체의 용이성을 제공할 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치를 도시한 예시적인 구성도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치의 반사수단부위를 발췌한 구성도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치에 사용되는 반사수단을 발췌한 파절사시도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치에 사용되는 반사수단을 발췌한 단면도.
도 5는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치의 발전상태 예시도.
도 6은 본 발명의 기술이 적용된 반사수단과 일반적인 반사시트를 이용하여 실험한 산화상태를 나타낸 실험결과표.
이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성과 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치를 도시한 예시적인 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치의 반사수단부위를 발췌한 구성도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치에 사용되는 반사수단을 발췌한 파절사시도, 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치에 사용되는 반사수단을 발췌한 단면도, 도 5는 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치의 발전상태 예시도, 도 6은 본 발명의 기술이 적용된 반사수단과 일반적인 반사시트를 이용하여 실험한 산화상태를 나타낸 실험결과표로서 함께 설명한다.
본 발명의 기술이 적용되는 양면태양광모듈 배면 발전장치(100)는, 지면 또는 구조물에 구비되는 기초(101)에 세워지는 수직바(102)의 상단에 햇빛을 조사받기 용이한 각도로 경사지게 경사바(103)를 연결하고, 상기 수직바(102)와 경사바(103)의 강성을 보강할 수 있도록 연결하는 보강바(104)와, 상기 경사바(103)의 상면에 횡방향으로 다수개의 장착바(105)를 구비하여 프레임(106)을 구성한다.
상기 프레임(106)의 장착바(105)에는 다수 개의 양면태양광모듈(108)을 배열한 발전패널(110)을 다수개 장착하여 전기적인 연결을 통하여 발전이 이루어질 수 있도록 하는 구성이다.
본 발명에서는 상기 프레임(106)의 저면에 발전패널(110)의 배면과 소정의 간격을 이격시킨 상태에서 반사수단(120)을 장착하여 프레임(106)에 장착되는 발전패널(110)과 발전패널(110) 사이에 발생하는 미세한 틈 사이로 조사되는 햇빛과 프레임(106) 주변을 통하여 직접 조사되는 햇빛 및 간접조사되는 빛을 반사 또는 난반사시켜 발전패널(110)을 구성하는 양면태양광모듈(108)의 배면에 조사시켜 발전효율을 극대화할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사수단(120)은 경질보다는 얇으면서 플렉시블한 재질로 구성하여 롤타입으로 구비한 상태에서 발전패널(110)의 저면 위치에서 펼치면서 프레임(106)에 고정시키는 타입으로 설치의 용이성을 제공하면서 유지보수의 용이성을 제공할 수 있도록 하는 것이 좋다.
상기 반사수단(120)은, 알루미늄재질로 구성되는 반사층(121)의 양측에 외부로 노출되었을 때 알루미늄의 산화를 방지하여 수명을 길게 하면서 반사성을 지속적으로 유지하고 내구성을 높일 수 있도록 산화방지층(122)과, 강성을 확보하면서 플렉시블한 유연성을 가지고 설치작업의 용이성을 제공할 수 있도록 하는 내구성층(123)으로 구성한다.
상기 반사수단(120)은 박판이면서 소정의 폭을 가지로 롤타입으로 제공되어 시공과정에서는 펼치면서 프레임(106)에 통상적인 클램퍼를 이용하여 신속하고 간단하게 단속하여 긴장된 상태를 유지할 수 있도록 하는 것은 당연할 것이다.
상기 반사수단(120)을 프레임(106)에 고정시키는 고정수단은 비닐하우스의 프레임과 비닐을 고정하는 주지된 통상의 클램퍼 또는 프레임(106)에 긴 길이의 고정바를 클램퍼 또는 나사 등을 이용하여 신속하면서 간단하게 고정할 수 있도록 하는 것이 좋다.
상기 반사수단(120)을 프레임(106)에 직접 고정하기 않고 별도의 설치수단을 더 강구할 경우에는 불필요하게 설치비용과 시간이 과다하게 소요되는 단점이 있고, 이로 인하여 배면 발전의 효울성을 저하시킬 우려가 있고, 양면태양광모듈과의 이격거리가 멀어질 경우에는 불필요하게 이물질 유입으로 인한 반사성이 저하되어 발전효율을 저하시킬 우려가 높으므로 바람직하지 않다.
상기 반사수단(120)을 구성하는 반사층(121)은 박판의 알루미늄시트, 알루미늄의 증착 또는 메탈라이징을 통하여 구성할 수 있으며, 상기 반사층(121)의 경우 알루미늄의 특성으로 인하여 외부환경에 노출되었을 때 장기간으로 보아도 2-3개월이면 산화되기 때문에 반사기능이 상실된다.
이러한 문제를 반사층(121)의 표면(반사층의 상면)에는 PET와 같은 재질의 필름을 부착하거나 또는 멜라민 소재로 저방사코팅(Low Emissivity Coating)을 수행하여 산화방지층(122)을 형성하여 장기간(5년 이상에서 10년 정도의 기간) 사용하여도 반사층(121)의 산화를 방지할 수 있도록 한다.
상기 반사층(121)의 이면(반사층의 저면)에는 UV PE재질로 코팅을 수행한 내구성층(123)을 형성하여 외부환경에 노출되었을 때 반사층(121)의 산화를 방지하면서 내구성을 확보할 수 있도록 하고, 상기 반사층(121)과 내구성층(123) 사이에는 UV 타포린 재질로 구성되는 플렉시블층(124)을 더 구비하여 유연성을 확보하면서 강성을 더욱 높일 수 있도록 함과 아울러 난반사를 유도할 수 있도록 하여도 무방할 것이다.
상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 양면태양광모듈 배면 발전장치(100)의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.
롤타입으로 구비되는 반사수단(120)을 프레임(106)을 구성하는 경사바(103) 또는 장착바(105)에 클램퍼를 이용하여 긴장된 상태를 유지하도록 설치하여 다수 개의 양면태양광모듈(108)을 배열하여 장착바(105)의 상면에 설치되는 발전패널(110)과 발전패널(110) 사이의 틈으로 조사되는 햇빛과 반사수단(120) 주변으로부터 조사되는 햇빛 및 간접 조사되는 빛을 양면태양광모듈(108)의 배면으로 반사 및 난반사시켜 발전이 이루어지도록 한다.
이와 같이 양면태양광모듈(108)의 전면부는 햇빛을 직접 조사받아 발전을 수행하고, 배면은 프레임(106)의 저면에 더 설치되는 반사수단(120)에 의하여 직접 조사 또는 간접조사되는 빛을 반사 및 난반사시켜 발전이 이루어지도록 함으로서 발전 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
이 과정에서 반사수단(120)을 구성하는 반사층(121)이 외부환경에 노출되더라도 반사층(121)의 표면에 더 구비되는 산화방지층(122)과 반사층(121)의 이면에 더 구비되는 내구성층(123) 및 플렉시블층(124)에 의하여 산화방지와 더불어 유연성을 확보하면서 바람과 같은 외압에 유동하더라도 찢어지게 되는 등의 손상을 방지하면서 내구성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 기술이 적용된 반사수단(120)과 알루미늄재질의 일반 반사시트를 가로 1m X 세로 1m 크기로 구비하여 옥상에 밀착 고정시켜 6개월간 방치한 후 방사율과 반사율을 확인한 자체 실험결과를 도 7을 통하여 확인하여 보면 다음과 같다.
알루미늄재질의 일반 반사시트의 경우에는 초기에는 방사율이 0.02 - 0.03 이었고 반사율은 95 - 97% 였으나 6개월 후에는 방사율과 반사율이 전혀 측정되지 못하고 산화된 상태임을 확인할 수 있었다.
본 발명의 기술이 적용된 반사수단(120)의 경우에는 초기에는 방사율이 0.03 - 0.05 이었고 반사율은 85 - 88% 였으나 6개월 후에는 방사율과 반사율 모두 초기와 같은 0.03 - 0.05과 85 - 88%로 확인되어 장기간 외부에 노출되어도 산화방지층(122)과 내구성층(123) 및 플렉시블층(124)에 의하여 반사층(121)의 산화가 없기 때문에 햇빛의 직접적인 반사는 물론 간접조사되는 빛의 반사 및 난반사율이 지속적으로 유지될 수 있음이 입증되어 장기간 사용에도 정상적인 발전이 이루어질 수 있게 되는 것이다.
이러한 본 발명은 양면태양광모듈을 배열한 발전패널이 장착되는 프레임에 플렉시블한 시트타입의 반사수단을 장착하여 양면태양광모듈의 배면으로 빛을 반사 또는 난반사시켜 발전을 수행하도록 함으로서, 설치와 유지관리에 소용되는 비용을 최소화 하면서 실질적인 발전효율을 높일 수 있는 등의 장점을 가진다.
100; 양면태양광모듈 배면 발전장치
106; 프레임
110; 발전패널
120; 반사수단
121; 반사층
122; 산화방지층
123; 내구성층
124; 플렉시블층

Claims (5)

  1. 기초(101)에 세워지는 수직바(102)의 상단에 경사지게 연결하는 경사바(103)와, 상기 경사바(103)의 상면에 횡방향으로 구비하는 장착바(105)로 구성되는 프레임(106)과;
    다수 개의 양면태양광모듈(108)을 배열한 발전패널(110)을 장착바(105)에 장착하여 전기적인 연결을 통하여 발전이 이루어질 수 있게 구성되는 양면태양광모듈 배면 발전장치(100)에 있어서;
    상기 프레임의 저면에 발전패널의 배면과 소정의 간격을 이격시켜 장착되는 플렉시블한 반사수단에 의하여 발전패널과 발전패널 사이에 발생하는 틈으로 조사되는 햇빛과 프레임 주변을 통하여 직접 조사되는 햇빛 및 간접조사되는 빛을 반사 또는 난반사시켜 양면태양광모듈의 배면이 발전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 양면태양광모듈 배면 발전방법.
  2. 기초(101)에 세워지는 수직바(102)의 상단에 경사지게 연결하는 경사바(103)와, 상기 경사바(103)의 상면에 횡방향으로 구비하는 장착바(105)로 구성되는 프레임(106)과;
    다수개의 양면태양광모듈(108)을 배열한 발전패널(110)을 장착바(105)에 장착하여 전기적인 연결을 통하여 발전이 이루어질 수 있게 구성되는 양면태양광모듈 배면 발전장치(100)에 있어서;
    상기 프레임(106)의 저면에 발전패널(110)의 배면과 소정의 간격을 이격시켜 반사수단(120)을 장착하고;
    상기 프레임(106)에 장착되는 발전패널(110)과 발전패널(110) 사이에 발생하는 틈 사이로 조사되는 햇빛과 프레임(106) 주변을 통하여 직접 조사되는 햇빛 및 간접조사되는 빛을 반사수단(120)이 반사 또는 난반사시켜 발전패널(110)을 구성하는 양면태양광모듈(108)의 배면에 조사시켜 발전할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 양면태양광모듈 배면 발전장치.
  3. 제 2 항에 있어서;
    상기 반사수단(120)은 얇으면서 플렉시블한 재질로 롤타입으로 구비하여 발전패널(110)의 저면 위치에서 펼치면서 프레임(106)에 고정시켜 긴장된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 양면태양광모듈 배면 발전장치.
  4. 제 2 항에 있어서;
    상기 반사수단(120)은, 알루미늄재질로 구성되는 반사층(121)과;
    상기 반사층(121)의 표면에 형성하여 외부에 노출되었을 때 알루미늄의 산화를 방지하여 수명을 길게 하면서 반사성을 지속적으로 유지하고 내구성을 높일 수 있게하는 산화방지층(122)과;
    상기 반사층(121)의 이면에 형성하여 외부환경에 노출되었을 때 반사층(121)의 산화를 방지하면서 내구성을 확보할 수 있게하는 내구성층(123)과;
    상기 반사층(121)의 이면과 내구성층(123) 사이에 형성하여 유연성을 확보하면서 강성을 높이고 난반사를 유도할 수 있는 플렉시블층(124)을 포함하는 것을 특징으로 하는 양면태양광모듈 배면 발전장치.
  5. 제 4 항에 있어서;
    상기 산화방지층(122)은 PET필름 재질을 부착하거나 또는 멜라민 소재로 저방사코팅(Low Emissivity Coating)을 수행하고;
    상기 내구성층(123)은 UV PE재질로 코팅을 수행하고;
    상기 플렉시블층(124)은 UV 타포린 재질로 구성하는 것을 특징으로 하는 양면태양광모듈 배면 발전장.
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