KR20220073753A - 발전 장치 - Google Patents

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KR20220073753A
KR20220073753A KR1020227011029A KR20227011029A KR20220073753A KR 20220073753 A KR20220073753 A KR 20220073753A KR 1020227011029 A KR1020227011029 A KR 1020227011029A KR 20227011029 A KR20227011029 A KR 20227011029A KR 20220073753 A KR20220073753 A KR 20220073753A
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KR1020227011029A
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제이미 라이포드
빅터 로젠버그
스티븐 쿠넨
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클리어뷰 테크놀러지스 엘티디
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Publication date
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Abstract

본 발명에 의하여 제공되는 발전 장치는:
가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역 및 광 수용 표면을 구비하는 패널; 및
적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀(solar cell)들로서, 각 솔라셀은 반대의 전기 극성을 가진 대향된 주 표면(major surface)들을 구비하고, 또한 각 솔라셀은 솔라셀들 중 다른 하나와 겹쳐지며 직렬로 전기 연결되는, 솔라셀들;을 포함하고,
상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명하고 상기 패널의 광 수용 표면에 대해 실질적으로 평행한 영역을 따라서, 상기 패널의 에지(edge) 근처에서 상기 에지를 따라 배치된다.

Description

발전 장치
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로서, 꼭 그러한 것은 아니지만 구체적으로는 솔라셀들을 포함하는 윈도우용 패널과 같은 패널에 관한 것이다.
사무용 건물, 고층 빌딩, 호텔과 같은 건물은 유리 패널을 포함하는 외부 윈도우 패널 및/또는 파사드를 대량으로 사용한다.
예를 들어 위와 같은 윈도우 패널을 통하여 태양광을 받는 공간인 내부 공간의 과열은, 냉방기를 이용하여 해결될 수 있는 문제이다. 글로벌하게, 냉방기를 작동시키기 위하여 많은 양의 에너지가 사용된다.
(본 출원인의 것인) PCT 국제출원 번호 PCT/AU2012/000778, PCT/AU2012/000787, 및 PCT/AU2014/000814 에는 윈도우 페인으로서 사용될 수 있고 또한 가시광선에 대해 대체적으로 투명한 스펙트럼 선택적 패널이 개시되어 있는바, 이것은 입사하는 적외선의 일부분을 패널의 측부로 방향전환시키고, 여기에서 솔라셀들이 적외선을 흡수하여 발전한다.
여기에서 어떤 종래 문헌이 언급되는 경우, 그 문헌이 호주 또는 세계의 본 기술분야에서 주지관용의 기술인 것을 인정하는 것으로 오인되지 말아야 할 것이다.
본 발명은 솔라셀들을 이용한 개선된 발전 장치를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태의 발전 장치는:
가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역 및 광 수용 표면을 구비하는 패널; 및
적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀(solar cell)들로서, 각 솔라셀은 반대의 전기 극성을 가진 대향된 주 표면(major surface)들을 구비하고, 또한 각 솔라셀은 솔라셀들 중 다른 하나와 겹쳐지며 직렬로 전기 연결되는, 솔라셀들;을 포함하고,
상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명하고 상기 패널의 광 수용 표면에 대해 실질적으로 평행한 영역을 따라서, 상기 패널의 에지(edge) 근처에서 상기 에지를 따라 배치되
상기 패널은 윈도우의 패널일 수 있고, 상기 발전 장치는 상기 패널을 지지하는 프레임 구조물을 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 발전 장치는 단열 글래스 유닛과 같은, 빌딩용 윈도우 유닛의 형태로 제공될 수 있다.
상기 열을 이루는 솔라셀들은 겹침 관계로 또는 지붕널(shingle)과 유사한 구조로 배치되는데, 이것은 윈도우 적용예에서 유리하다. 이와 같은 적용예에서, 공간은 제한적이고 솔라셀들은 가능한 작아야 한다. 본 발명의 실시예들은 인접한 솔라셀들 사이의 간극을 제거한다. 결과적으로, 면적당 변환 효율이 증대된다. 또한, 상부 접촉부 또는 손가락형상부(finger)가 필요없는데, 만일 이것이 필요하다면 발전을 위해 광자를 수용하기에 가용한 각 솔라셀의 면적이 감소될 것이다.
상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은 전면부를 구비할 수 있고, 상기 전면부는 상기 패널과 솔라셀들 사이에 공기 간극이 없게 되도록 상기 패널에 직접 또는 간접으로 접합된다. 접합을 위하여 추가적인 접착제가 사용될 수 있다. 일 실시예에서 접착제는 예를 들어 유리 또는 적합한 폴리머 재료일 수 있는 패널 재료의 굴절율과 적어도 유사한 굴절율을 갖는다. 대안적으로는, 솔라셀들이 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 다른 적합한 재료와 같은, 폴리머 재료의 외측 층을 구비할 수 있다. 이 실시예에서 솔라셀들은 패널에 직접 접합된다. 예를 들어, 만일 솔라셀들이 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 다른 적합한 재료의 층을 포함하면, 그 재료는 약간 연화된 다음에 패널에 직접 부착될 수 있다. 솔라셀들과 패널 사이의 간극이 없게 되기 때문에, 패널로부터 솔라셀로의 빛의 전파로 인한 광 강도 손실이 저감된다.
상기 발전 장치는 복수 열의 솔라셀들을 포함할 수 있고, 상기 복수 열의 솔라셀들은 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역 주위에 (그리고 둘러싸도록) 배치될 수 있다. 상기 복수 열의 솔라셀들은 상기 패널의 에지들에 인접하게 배치되어서, 상기 패널이 가시광선의 적어도 일부분에 대해 전체적으로 투명하게 되며, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역은 중앙의 영역이고 상기 솔라셀들의 열이 배치되는 상기 패널의 영역에 비하여 적어도 5, 10, 15, 20, 50, 100, 또는 심지어 500 배의 크기를 갖는다.
상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은 통상적으로 광 수용 표면의 반대측에 있는 패널 표면에 배치되어서, 광 수용 표면에 의해 수용되는 빛이 상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들에 도달하기 전에 패널의 적어도 일부분을 통해 전파된다.
상기 패널은 4개의 에지를 구비할 수 있고, 상기 솔라셀들의 열들의 적어도 하나는 패널의 각 에지에 배치될 수 있다.
특정의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은 적어도 2열의 솔라셀들을 포함하고, 상기 솔라셀들의 열들은 패널의 인접한 에지들에 배치될 수 있고, 직렬 또는 병렬로 전기 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열들은 서로에 대한 각도(예를 들어, 80-100도 범위 또는 실질적으로 90도의 각도)를 이루는 방위를 가질 수 있고, 광 수용 표면을 대면할 수 있다. 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀들 중에서 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐질 수 있다. 이로써, 상기 적어도 2열의 솔라셀들이 직렬로 전기 연결된다. 대안적으로, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀들 중에서 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지되 전기적으로는 절연될 수 있고, 상기 적어도 2열의 솔라셀들은 병렬로 전기 연결될 수 있다.
특정의 일 실시예에서, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 하나의 끝에 위치한 솔라셀은, 인접한 솔라셀들의 열이 각도(예를 들어, 실질적으로 90도)를 이루도록 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀과 겹쳐질 수 있다.
특정의 일 실시예에서, 상기 패널은 실질적인 직각을 가지며, 전체적으로 사각형 형상을 가질 수 있다. 상기 솔라셀들의 인접한 열들은 상기 패널의 인접한 에지들에 배치되되, 솔라셀들의 인접한 열들이 실질적인 직각을 형성하도록 배치된다. 이 실시예에서, 솔라셀들의 인접한 열들의 끝에 위치한 솔라셀은 솔라셀들의 인접한 열들의 끝에 위치한 솔라셀의 측부 표면과 겹침 관계를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열들은 서로에 대해 실질적으로 평행하고, 광 수용 표면을 대면한다. 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐질 수 있으며, 그 솔라셀과 직렬로 전기 연결되거나 전기 연결되지 않을 수 있다. 또한, 상기 솔라셀들의 제1 열 및 제2 열은 서로에 대해 바로 인접하게 (그리고 실질적을 평행하게) 배치될 수 있고, 상기 제1 열의 솔라셀들의 전부 또는 적어도 대부분은 개별적으로 상기 제2 열의 솔라셀들과 겹쳐질 수 있다. 상기 제1 열의 솔라셀들 중 적어도 일부 또는 전부는 제2 열의 솔라셀들과 개별적으로 전기 연결되거나 전기 절연될 수 있다. 특정의 일 실시예에서, 상기 제1 열의 솔라셀들은 제2 열의 솔라셀들과 개별적으로 전기 연결되고, 제2 열의 솔라셀들은 직렬로 전기 연결된다. 대안적으로, 상기 솔라셀들의 제1 열 및 제2 열은 서로에 대해 전기 절연될 수 있고, 제1 열의 솔라셀들은 직렬로 연결될 수 있으며, 제2 열의 솔라셀들은 직렬로 전기 연결될 수 있다.
상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 동일한 방식 및 방향으로 경사를 이룰 수 있다. 대안적으로는, 상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들이 반대인 방식 및 방향으로 경사를 이룰 수 있다. 또한, 상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 상기 수용 표면의 표면 법선에 대해 동일 또는 상이한 각도로 경사를 이룰 수 있다.
상기 패널은 제1 패널일 수 있고, 상기 발전 장치는 제1 패널에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 패널을 포함할 수 있고, 상기 제2 패널은 제1 패널의 광 수용 표면에 의해 수용되는 빛이 제2 패널에 의해서 수용되기 전에 먼저 제1 패널을 통하여 전파되게끔 배치될 수 있다. 상기 제2 패널은, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역을 구비할 수 있다.
각 솔라셀은 후면부를 구비할 수 있고, 상기 후면부는 제2 패널에 직접 또는 간접으로 접합됨으로써, 상기 제1 열 및/또는 제2 열의 각 솔라셀이 제1 패널 및 제2 패널 모두에 직접 또는 간접으로 접합되며 제1 패널과 제2 패널 사이에 개재된다. 이 실시예에서 상기 발전 장치의 전면 및 후면 모두는 제1 패널 또는 제2 패널(유리 패널일 수 있음)의 표면들이고, 이와 같은 구성은 솔라셀들의 보호가 증진된다는 장점과, 윈도우 적용예에서 신뢰성있는 (진공의) 밀봉 표면들이 제공된다는 장점이 있다.
상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은 제1 솔라셀들일 수 있고, 상기 발전 장치는 제2 패널에 배치되고 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들을 더 포함할 수 있다. 각각의 제2 솔라셀은 반대인 전기 극성을 가진 대향된 주 표면들을 구비하고, 각각의 제2 솔라셀은 제2 솔라셀들 중 다른 하나와 겹쳐지되 직렬로 전기 연결되거나 그렇지 않을 수 있다. 상기 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들은 제2 패널의 에지에 인접하게 상기 에지를 따라서 배치되고, 제1 패널의 광 수용 표면을 대면하게끔 배치된다.
상기 제2 솔라셀들은, 제2 패널과 제2 솔라셀들 사이에 공기 간극이 없게 되도록 제2 패널에 접합, 예를 들어 직접적으로 접합될 수 있다.
상기 제2 패널은 4개의 에지를 구비할 수 있고, 상기 제2 솔라셀들의 열들 중 적어도 하나의 열은 제2 패널의 각 에지에 위치한다.
특정의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들은 복수 열의 제2 솔라셀들을 포함하고, 상기 제2 솔라셀들은 제2 패널의 ㅇ니접한 에지들을 향하는 방위를 갖는다. 제2 솔라셀들의 열들은 서로에 대해 상대적인 각도(예를 들어 80-100도 또는 실질적으로 90도)를 이루는 방위를 가질 수 있다. 상기 제2 솔라셀들의 열들 중 일 열의 적어도 하나의 솔라셀은 인접한 열의 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐질 수 있다. 특정의 일 예에서, 제2 솔라셀들의 열들 중 일 열의 끝에 위치한 솔라셀은, 솔라셀들의 인접한 열들이 각도를 형성하도록 제2 솔라셀들의 인접한 열들의 솔라셀과 겹쳐질 수 있다. 제2 솔라셀들의 인접한 열들의 끝들에 위치한 겹쳐지는 솔라셀들은 서로 전기 연결될 수 있으며, 이로써 솔라셀들의 인접한 열들이 직렬로 전기 연결될 수 있다. 대안적으로는, 상기 제2 솔라셀들의 인접한 열들의 끝들에 위치한 겹쳐지는 솔라셀들이 서로 전기 절연될 수 있고, 솔라셀들의 인접한 열들은 병렬로 전기 연결될 수 있다.
특정의 일 실시예에서, 상기 제2 패널은 실질적인 직각을 가지며, 전체적으로 사각형 형상을 갖는다. 제2 솔라셀들의 적어도 2개의 열들은 상기 제2 패널의 인접한 에지들에 배치되되, 인접한 열들이 실질적인 직각을 형성하도록 배치될 수 있다. 이 실시예에서, 제2 솔라셀들의 열들 중 일 열의 끝에 위치한 제2 솔라셀은, 제2 솔라셀들의 인접한 열의 끝에 위치한 제2 솔라셀의 측부 표면과 겹쳐질 수 있다.
상기 제2 패널은, 입사하는 적외선을 제2 패널의 에지들로 방향전환시키기 위하여, 회절 요소 및/또는 루미네슨트 재료(luminescent material)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 발전 장치는 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들을 포함할 수 있고, 상기 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들은, 제2 패널의 적어도 하나의 에지 표면에 배치되고 또한 제2 패널의 주 표면에 대해 실질적으로 직각인 방위를 가져서, 상기 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들이 제1 패널에 있는 제1 솔라셀들의 열 및 제2 패널에 있는 제2 솔라셀들의 열에 대해 실질적으로 직각으로 배치될 수 있다. 제3 솔라셀들의 열은 회절 요소 및/또는 루미네슨트 재료에 의해 방향전환되는 빛의 적어도 일부분을 수용하도록 배치된다. 회절 요소에 의한 적외선의 굴절은 (상기 패널이 윈도우 페인으로서 사용될 때에) 빌딩 안으로 통과하는 적외선이 감소될 수 있게 되어서, 결과적으로 빌딩 내 공간의 과열이 감소될 수 있고, 냉방을 위한 비용이 감소될 수 있다는 추가적 장점을 갖는다.
상기 솔라셀들은 실리콘 기반의 솔라셀들 일 수 있으나, 대안적으로는 CIGS 또는 CIS, GaAs, CdS 또는 CdTe 와 같은 임의의 다른 적합한 재료에 기반한 것일 수 있다.
특정의 일 실시예에서, 제1 솔라셀들의 열 및 제2 솔라셀들의 열에 있는 솔라셀들은 실리콘 기반의 솔라셀들이고, 제3 솔라셀들의 열에 있는 솔라셀들은 CIS 또는 CIGS 기반의 솔라셀들이다.
본 발명은 본 발명의 특정 실시예들에 관한 아래의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다. 상세한 설명은 하기의 첨부 도면을 참조하여 제공된다.
도 1 에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치의 개략적 평면도가 도시되어 있다.
도 2 에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치의 부품의 개략적인 횡단면도가 도시되어 있다.
도 3 에는 도 1 에 도시된 발전 장치의 일부분의 개략적 평면도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5 에는 본 발명의 일 실시예에 따른 장치의 일부분의 개략적 횡단면도가 도시되어 있다.
도 1 을 참조하면, 여기에는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 장치(100)의 개략적 평면도가 도시되어 있다. 발전 장치(100)는 패널(102)을 포함하고, 본 실시예에서는 4열의 솔라셀들(104, 106, 108, 110)이 패널(102)의 각 에지에 배치된다. 상기 4열의 솔라셀들(104, 106, 108, 110)은 상기 패널의 광 수용 표면을 대면하고, 빛에 대해 적어도 전체적으로 투명한 상기 패널의 영역을 함께 둘러싼다. 패널(102)은 예를 들어 건물 또는 다른 구조물의 윈도우의 패널을 형성할 수 있고, 상기 4열의 솔라셀들(104, 106, 108, 110)은 윈도우 유닛을 위한 패널(102) 및 적어도 하나의 다른 패널을 지지하는 프레임 구조물에 배치될 수 있다.
상기 패널(102)은 임의의 형상을 가질 수 있지만, 특정의 일 실시예에서 그것은 사각형이고, 정사각형일 수 있다. 패널(102)은 적합한 유리 또는 폴리머 재료로 형성될 수 있다.
도 2 에는 패널(102)의 일부분 및 솔라셀(108)들의 열의 일부분을 나타내는 횡단면도가 도시되어 있다. 솔라셀(108)들의 열의 솔라셀(112)들은 겹침 관계(overlapping relationship)로 배치되고, 도전성 접착제(116)를 이용하여 전기적으로 연결된다. 솔라셀(112)들은 반대의 주 표면을 갖는바, 그것은 상이한 극성을 갖는데, 동일한 극성의 표면들만이 패널(102)을 대면하게하는 방위를 갖는다. 상기 도전성 접착제는 솔라셀(112)들 중 하나의 후면을 인접한 솔라셀(112)의 전면에 연결시킨다. 결과적으로, 솔라셀들의 열을 이루는 솔라셀들은 전기적으로 직렬로 연결된다.
솔라셀(112)들은 패널(102)에 직접 부착된다. 이 실시예에서, 솔라셀(112)들은 외측의 ETA 층(ETA layer)들을 포함한다. 상기 솔라셀(112)들을 패널(102)에 부착시키기 전에, 상기 ETA 는(열의 주의깊은 적용에 의하여) 약간 연화되고, 그 다음에 솔라셀(112)들이 패널(102)에 대해 가압된다. 일단 상기 연화된 ETA 가 다시 경화되면, 상기 솔라셀들이 추가적인 접착제 필요없이 패널(102)에 부착된다.
도 2 는 개략도일 뿐이다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 솔라셀(112)들의 두께가 상대적으로 크게 도시되었음을 이해할 것이며, 따라서 솔라셀(112)들은(지붕널와 유사한) 겹침 관계로 배치되지만 실실적으로 패널(102)에 대해 평행하다.
도 3 을 참조하면, 여기에는 도 1 에 도시된 장치의 코너 녕역의 개략도가 도시되어 있다. 도 3 에는 패널(102)의 일부분과 솔라셀(108, 110)의 인접한 열들의 일부분이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 솔라셀(108, 110)들의 열들은 직각을 형성하고, 솔라셀(110)들의 열의 끝에 위치한 솔라셀의 단부 표면은 다른 솔라셀(108)들의 열의 끝에 위치한 솔라셀의 측부 부분과 겹쳐진다. 상기 솔라셀들의 겹침 부분들은 도 2 를 참조하여 위에 설명된 바와 동일한 방식으로 도전성 접착제(116)를 이용하여 전기적으로 직렬로 연결된다. 이 실시예의 변형예로서, 솔라셀(108)들의 열 및 솔라셀(110)들의 열의 끝에 있는 솔라셀들의 겹침 부분은 서로 전기적으로 절연되고, 솔라셀(108)들의 열과 솔라셀(110)들의 열은 병렬적으로 연결된다.
도 4 를 참조하면, 여기에는 본 발명의 일 실시예에 따른 윈도우 유닛의 일부분의 횡단면도가 도시되어 있다. 윈도우 유닛(400)은(지붕널의 형태로 배치된) 제1 솔라셀들(104, 106, 108, 110)의 열들을 구비한 패널(102)을 포함하고, 상기 제1 솔라셀들은 ETA(109) 층에 의하여 캡슐화된다. 패널(102)은 광 수용 표면(103)을 구비한다. 이 실시예에서, 패널(102)은 제1 패널이고, 윈도우 유닛(400)은 제2 패널(402)도 포함하는데, 상기 제2 패널(402)은 제1 패널(102)에 대해 평행하게 그리고 떨어져 이격되게 배치된다. 제2 패널(402)은, 도 1, 도 2, 및 도 3 을 참조하여 위에서 제1 패널(102)에 대해 설명된 바와 동일한 방식으로 제2 패널(402)에 직접 부착된 솔라셀(404)들의 열을 구비한다. 이 실시예에서, 제1 패널(102) 및 제2 패널(402)은 사각형이고, 각각 도 1 에 도시된 바와 같이 배치된 제1 패널(102) 및 제2 패널(404)의 에지 부분들에 부착된 솔라셀들의 4개 열을 포함한다. 상기 솔라셀들의 열들은 도 2 에 도시된 바와 같이(지붕널 형태로 배치된) 겹쳐진 솔라셀들을 포함하고, 코너들은 도 3 을 참조하여 제1 패널(102)에 대해 설명한 바와 동일한 방식으로 형성된다.
또한 윈도우 유닛(400)은 프레임 구조물(405)을 포함하고, 프레임 구조물(405)은 패널들(102, 402)과 상기 솔라셀들의 열들을 제 위치에 유지시키도록 구성된다.
본 실시예에서 상기 패널들(102, 404)은 개별의 유리 페인(glass pane)를 포함하는데, 그 유리 페인들 각각은 가시광선에 대해 대체로 투명하다. 일 실시예에서 상기 패널들(102, 404)을 평성하는 유리 페인이 저철 울트라-투명 유리 페인(low iron ultra-clear glass pane)로 형성되며, 패널(404)은 추가적으로 로우-이 코팅(low-E coating)을 갖는다.
도 4 에 도시된 실시예에서, 패널(404)은 세 개의 서브 페인(sub-pane)들(404a, 404b, 404c)을 구비하는 라미네이트 구조물이다. 서브 페인(404a)은 4 mm 두께를 가진 저철 울트라-투명 유리로 형성되고, 제2 페인(404b) 및 제3 페인(404c)은 각각 4 mm 두께를 가진 울트라-투명 유리로 형성된다. 상기 서브 페인들(404a, 404b, 404c)은 서로 짝맞춤되어서 서로에 대해 실질적으로 평행한 서브 페인들의 적층체를 형성한다. 서브 페인들(404a, 404b) 사이에는 폴리비닐 부티랄(PVB)의 사이층(interlayer)(410)이 제공된다. 서브 페인들(404b, 404c) 사이에도 PVB 사이층(412)이 배치되지만, PVB 사이층(412)은 광 산란 요소(light scattering element)도 포함한다. 이 실시예에서, 광 산란 요소는 PVB 내에 내장된 루미네슨트 산란 파우더(luminescent scattering powder)를 포함하는데, PVB 내 내에는 접착력을 제공하는 에폭시도 포함된다. 또한 패널(404)은 회절 격자를 포함하는바, 상기 회전 격자는 패널(404)의 에지 영역을 향한(즉, 프레임(20)을 향한) 빛의 방향 전환과 내부 전반사에 의한 빛의 안내를 도모하도록 구성된다.
상기 패널(404)은 임의 갯수의 사이층을 구비한 임의 갯수의 페인들을 구비할 수 있다는 점에 유의해야 할 것이다. 일부 실시예에서는, 상기 패널(404)이 유리와 같은 광학적으로 투명한 재료의 단일 부재를 포함할 수 있다.
패널(404)은 광 수용 표면(103)에 대해 횡방향인 평면을 갖는 에지(411)를 갖는다. 도 2 의 실시예에서, 에지(411)와 광 수용 표면(103) 사이의 각도는 90°이다.
또한, 윈도우 유닛(400)은 제3 솔라셀(114)들의 열을 구비한다. 제3 솔라셀(414)들의 열은 제1 패널(102)과 제2 패널(204) 사이의 공동과 에지(411)를 대면한다. 제3 솔라셀(414)의 열은 실질적으로 제2 패널(404)을 둘러싸고, 산란 재료 및/또는 회절 요소(미도시)에 의하여 제2 패널(404)의 에지(416)들로 방향전환되는 빛을 수신하도록 배치된다. 또한, 제3 솔라셀(414)들의 열은, 제1 패널(102)과 제2 패널(404) 사이의 공동을 대면하는 영역에서 빛을 수용한다.
도 5 에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발전 장치가 도시되어 있다. 도 5 에 도시된 장치(500)는 제1 패널(502) 및 제2 패널(504)을 구비한다. 제1 패널(502) 및 제2 패널(504)은 입사하는 가시광선의 적어도 70%(유리와 같은 패널 재료의 투명도에 의해 제한됨)의 투과도를 갖는다. 상기 장치(500)는 패널들(502, 504)의 각 에지들에 위치한 전술된 솔라셀들(104, 106, 108, 110)의 열들을 포함한다(도 5 에는 솔라셀(104)들의 열만이 도시되어 있음).
솔라셀(104, 106, 108, 110)들 각각은 패널(502)을 대면하고 패널(502)에 부착되는 광 수용 표면을 구비하여서, 제1 패널(502)과 솔라셀(104, 106, 108, 110) 사이에는 공기 간극이 존재하지 않는다. 또한, 솔라셀(104, 106, 108, 110)들 각각은 패널(504)을 대면하고 패널(504)에 부착되는 후면부를 구비한다. 이 예에서, 솔라셀(104, 106, 108, 110)들은 전면에 외측의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 또는 폴리비닐 부티랄(PVB) 층들을 포함한다. 패널들(502, 504)의 사이에는 EVB(excluded-volume-branched-polymers) 또는 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(Ethylene tetrafluoroethylene; ETFE)의 시트가 배치되어서, 상기 시트도 솔라셀(104, 106, 108, 110)들과 패널(504)의 후면들 사이에 배치된다. 솔라셀(104, 106, 108, 110)들을 패널들(502, 504)(그리고 패널들(502, 504)을 서로에 대해) 부착시키기 전에, PVB, ETA, EVB, 또는 ETFE 가(세심한 열의 적용에 의하여) 연화되고, 그 다음에 패널(502, 504)이 서로 가압되어서, 솔라셀(104, 106, 108, 110)들이 패널들(502, 504) 사이에 배치된다. 일단 상기 연화된 PVB, ETA, EVB, ETFE가 다시 경화된 다음에는, 상기 솔라셀들이 추가적인 접착제 필요없이 패널들(502, 504) 사이에 개재되고 또한 이 패널들에 부착됨으로써, 라미네이트 구조물이 형성된다. 상기 패널(502, 504)은 솔라셀(104, 106, 108, 110)들을 보호하고, 또한 상기 장치의 전방측 및 후방측 모두에서 신뢰성있는 밀봉 표면을 제공하는데, 이것은 윈도우 적용예에 있어서 유리한 것이다.
본 실시예에서, 제1 및 제2 솔라셀들(104, 106, 108, 110, 408)의 열들은 실리콘 기반의 솔라셀들일 수 있으나, CdS, CdTe, GaAs, CIS, 또는 CIGS 와 같은 임의의 다른 적합한 재료에 기반한 것일 수도 있다. 제3 솔라셀(414)들의 열은 CIS 또는 CIGS 기반의 것일 수 있으나, 대안적으로는 SI, CdS, CdTe, 또는 GaAs 와 같은 임의의 다른 적합한 재료에 기반한 것일 수 있다.
다수의 특정 실시예들에 대해 설명하였으나, 여기에 개시된 유닛(400)은 많은 다른 형태로 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 유닛(400)은 반드시 사각형이지 않을 수 있으며, 대안적으로는(예를 들어, 둥근 형태와 같은) 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 패널(404)은 임의의 적합한 갯수의 서브 패널을 포함할 수 있다. 또한, 상기 윈도우 유닛은 제3 패널을 포함할 수 있으며, 이로써 3중 글레이징 유닛(triple glazing unit)이 형성된다.
본 발명의 설명에 기재된 배경기술은 해당 배경기술이 종래 기술임을 의미하거나 또는 그 배경 기술이 호주 또는 세계의 본 기술분야에서 주지관용의 기술인 것을 의미하는 것으로 고려되지 말아야 할 것이다.
또한, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 여기에서 설명된 실시예들의 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 각 열 내의 솔라셀들은 반드시 직렬로 연결되어야 하는 것은 아니다. 또한 상기 장치는 상기 솔라셀들의 인접하고 실질적으로 평행한 열들을 포함할 수도 있다. 상기 인접하고 실질적으로 평행한 솔라셀들의 열들은, 제1 열이 바로 인접하고 실질적으로 평행한 솔라셀들의 열에 있는 솔라셀(또는 개별의 솔라셀)과 겹쳐질 수 있다. 제1 열의 솔라셀들은 서로 직렬로 전기 연결되거나, 대안적으로는 서로 전기적으로 절연되되 제2 열의 개별 솔라셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 열의 솔라셀들은 제2 열의 솔라셀들 각각과 전기 연결되도, 제2 열의 솔라셀들은 직렬로 연결될 수 있다. 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 동일한 방식 및 방향으로 경사를 이룰 수 있다. 대안적으로, 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 반대의 방식 및 방향으로 경사를 이룰 수 있다. 또한, 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 상기 수용 표면의 표면 법선에 대해 동일 또는 상이한 각도로 경사를 이룰 수 있다.

Claims (37)

  1. 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역 및 광 수용 표면을 구비하는 패널; 및
    적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀(solar cell)들로서, 각 솔라셀은 반대의 전기 극성을 가진 대향된 주 표면(major surface)들을 구비하고, 또한 각 솔라셀은 솔라셀들 중 다른 하나와 겹쳐지며 직렬로 전기 연결되는, 솔라셀들;을 포함하는 발전 장치로서,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명하고 상기 패널의 광 수용 표면에 대해 실질적으로 평행한 영역을 따라서, 상기 패널의 에지(edge) 근처에서 상기 에지를 따라 배치되는, 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패널은 윈도우의 패널이고, 상기 발전 장치는 상기 패널을 지지하는 프레임 구조물을 더 포함하는, 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전 장치는, 단열 글래스 유닛(insulated glass unit)과 같은, 빌딩용 윈도우 유닛의 형태로 제공되는, 발전 장치.
  4. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열을 이루는 솔라셀들은 겹침 관계로 또는 지붕널(shingle)과 유사한 구조로 배치되는, 발전 장치.
  5. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은, 상기 패널과 솔라셀들 사이에 공기 간극이 없게 되도록, 상기 패널에 접합되는, 발전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 솔라셀들은 폴리머 재료로 된 외측 층을 포함하고, 상기 패널에 직접 접합되는, 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 폴리비닐 부티랄(Polyvinyl butyral; PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate; EVA)인, 발전 장치.
  8. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 장치는 복수 열의 솔라셀들을 포함하고, 상기 복수 열의 솔라셀들은 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역 주위에 배치되며,
    상기 복수 열의 솔라셀들은 상기 패널의 에지들에 인접하게 배치되어서, 상기 패널이 가시광선의 적어도 일부분에 대해 전체적으로 투명하게 되며, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역은 중앙의 영역이고 상기 솔라셀들의 열이 배치되는 상기 패널의 영역에 비하여 적어도 10 배의 크기를 갖는, 발전 장치.
  9. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패널의 인접한 에지들을 따라서 배치된 적어도 2열의 솔라셀들을 포함하는, 발전 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 솔라셀들은 서로에 대해 각도를 이루는 방위를 가지며, 상기 패널의 광 수용 표면에 대해 실질적으로 평행한, 발전 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀들 중에서 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지는, 발전 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀들 중에서 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지고 전기 연결됨으로써, 상기 적어도 2열의 솔라셀들이 직렬로 전기 연결되는, 발전 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은, 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀들 중에서 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지되 전기적으로는 절연되고, 상기 적어도 2열의 솔라셀들은 병렬로 전기 연결되는, 발전 장치.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 하나의 끝에 위치한 솔라셀은, 인접한 솔라셀들의 열이 각도를 이루도록 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 솔라셀과 겹쳐지는, 발전 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 솔라셀들은 광 수용 표면을 대면하고 서로에 대해 실질적으로 평행한, 발전 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 적어도 하나의 솔라셀은 상기 적어도 2열의 솔라셀들 중 인접한 열의 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지는, 발전 장치.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 솔라셀들의 제1 열 및 제2 열은 서로에 대해 바로 인접하게 배치되고, 상기 제1 열의 솔라셀들의 전부 또는 적어도 대부분은 개별적으로 상기 제2 열의 솔라셀들과 겹쳐지는, 발전 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 열의 솔라셀들은 제2 열의 솔라셀들과 개별적으로 전기 연결되고, 제2 열의 솔라셀들은 직렬로 전기 연결되는, 발전 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 솔라셀들의 제1 열 및 제2 열은 서로에 대해 전기 절연되고, 제1 열의 솔라셀들은 직렬로 연결되며, 제2 열의 솔라셀들은 직렬로 전기 연결될 수 있는, 발전 장치.
  20. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 동일한 방식 및 방향으로 경사를 이루는, 발전 장치.
  21. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 반대인 방식 및 방향으로 경사를 이루는, 발전 장치.
  22. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 열 및 제2 열의 솔라셀들은 상기 수용 표면의 표면 법선에 대해 동일 또는 상이한 각도로 경사를 이루는, 발전 장치.
  23. 제7항에 있어서, 또는 제8항 내지 제22항 중 어느 한 항이 제7항을 인용하는 경우에 있어서,
    상기 패널은 실질적인 직각을 가지며, 전체적으로 사각형 형상을 가지고,
    상기 솔라셀들의 인접한 열들은 상기 패널의 인접한 에지들에 배치되되, 솔라셀들의 인접한 열들이 실질적인 직각을 형성하도록 배치되며,
    솔라셀들의 인접한 열들의 끝에 위치한 솔라셀은 솔라셀들의 인접한 열들의 끝에 위치한 솔라셀의 측부 표면과 겹침 관계를 형성하는, 발전 장치.
  24. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패널은 제1 패널이고,
    상기 발전 장치는 제1 패널에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 제2 패널을 포함하고, 상기 제2 패널은 제1 패널의 광 수용 표면에 의해 수용되는 빛이 제2 패널에 의해서 수용되기 전에 먼저 제1 패널을 통하여 전파되게끔 배치되며,
    상기 제2 패널은, 가시광선의 적어도 일부분에 대해 투명한 영역을 구비하는, 발전 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    각 솔라셀은 전면부 및 후면부를 구비하고, 상기 전면부는 제1 패널에 직접 또는 간접으로 접합되며 상기 후면부는 제2 패널에 직접 또는 간접으로 접합됨으로써, 상기 제1 열 및/또는 제2 열의 각 솔라셀이 제1 패널 및 제2 패널 모두에 직접 또는 간접으로 접합되며 제1 패널과 제2 패널 사이에 개재되는, 발전 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 솔라셀들은 제1 솔라셀들이고,
    상기 발전 장치는 제2 패널에 배치되고 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들을 더 포함하며,
    각각의 제2 솔라셀은 반대인 전기 극성을 가진 대향된 주 표면들을 구비하고, 각각의 제2 솔라셀은 제2 솔라셀들 중 다른 하나와 겹쳐지며,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들은 제2 패널의 에지에 인접하게 그리고 제1 패널의 광 수용 표면에 실질적으로 평행하게 배치되는, 발전 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 제2 솔라셀들은, 제2 패널과 제2 솔라셀들 사이에 공기 간극이 없게 되도록 제2 패널에 접합되는, 발전 장치.
  28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 제2 솔라셀들은, 제2 패널의 인접한 에지들로의 방위를 가진 복수 열의 제2 솔라셀들을 포함하는, 발전 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제2 패널은 4개의 에지를 구비하고, 상기 제2 솔라셀들의 열들 중 적어도 하나의 열은 제2 패널의 각 에지에 위치하는, 발전 장치.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서,
    상기 제2 솔라셀들의 열들은 서로에 대해 각도를 이루는 방위를 갖는, 발전 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제2 솔라셀들의 열들 중 일 열의 적어도 하나의 솔라셀은 인접한 열의 적어도 하나의 솔라셀과 겹쳐지는, 발전 장치.
  32. 제28항 내지 제31항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 제2 패널은 실질적인 직각을 가지며, 전체적으로 사각형 형상을 가지고,
    제2 솔라셀들의 복수의 열들은 상기 제2 패널의 인접한 에지들에 배치되되, 솔라셀들의 인접한 열들이 실질적인 직각을 형성하도록 배치되는, 발전 장치.
  33. 제32항에 있어서,
    제2 솔라셀은 솔라셀들의 제2 열 중 하나의 끝에 위치하고, 제2 솔라셀의 단부 표면은 제2 솔라셀들의 인접한 열들의 끝에 위치한 제2 솔라셀의 측부 표면과 겹쳐지는, 발전 장치.
  34. 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 패널은, 입사하는 적외선을 제2 패널의 에지들로 방향전환시키기 위하여, 회절 요소 및/또는 루미네슨트 재료(luminescent material)를 더 포함하는, 발전 장치.
  35. 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 장치는 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들은, 제2 패널의 적어도 하나의 에지 표면에 배치되고 또한 제2 패널의 주 표면에 대해 실질적으로 직각인 방위를 가져서, 상기 적어도 하나의 열을 이루는 제3 솔라셀들이 제1 패널에 있는 제1 솔라셀들의 열 및 제2 패널에 있는 제2 솔라셀들의 열에 대해 실질적으로 직각으로 배치되는, 발전 장치.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 제3 솔라셀들은 CIS 또는 CIGS 기반의 솔라셀들인, 발전 장치.
  37. 제26항 내지 제36항 중 어느 한 항이 제22항을 인용하는 경우에 있어서,
    제1 솔라셀들 및 제2 솔라셀들은 실리콘 기반의 솔라셀들인, 발전 장치.
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