KR20230016054A - 태양 전지 시스템 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20230016054A
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크리스토퍼 드와이트 반스
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타카 솔라 코포레이션
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Abstract

태양 전지 시스템(solar cell system) 및 플렉서블 태양광 패널(flexible solar panel)이 본 명세서에 개시된다. 태양 전지 시스템은 유리 하우징(glass housing), 각각 전면 및 후면을 정의하고 유리 하우징 내에 배열되는 일련의 태양 전지 열을 포함한다. 또한, 태양 전지 시스템은 유리 하우징에 배치되고 일련의 태양 전지 열의 후면을 향하는 반사 요소(reflective element), 및 일련의 태양 전지 열의 제1 단부에 결합되고, 유리 하우징의 제1 단부를 가로지르고, 유리 하우징의 제1 단부에 밀봉되는 제1 단자(terminal)를 포함할 수 있다. 태양 전지 시스템은 다른 태양 전지 시스템과 함께 광범위한 잠재적 어플리케이션에서 효율적으로 활용할 수 있는 플렉서블 태양광 패널에 구성될 수 있다.

Description

태양 전지 시스템 및 그 제조 방법
관련출원에 대한 상호참조
본 출원은 "태양 전지를 패키징하기 위한 시스템 및 방법"이라는 발명의 명칭으로 2020년 6월 26일에 출원된 미국 가출원 특허 제63/044,967호의 이익을 주장하고, 이는 본 참조로 그 전체가 포함된다. 본 출원은 "플렉서블 태양광 패널"이라는 발명의 명칭으로 2020년 8월 5일에 출원된 미국 가출원 특허 제63/061,728호의 이익을 주장하고, 이는 본 참조로 그 전체가 포함된다.
본 발명은 일반적으로는 태양광 발전 시스템(solar power system) 분야, 보다 구체적으로는 태양광 발전 시스템 분야에서 태양 전지를 패키징하고 효율적으로 사용하기 위한 새롭고 유용한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 제1 방법의 흐름도이다.
도 2a는 제1 태양 전지 시스템의 개략도이다.
도 2b는 제1 태양 전지 시스템의 단면도이다.
도 3은 제1 태양광 패널 시스템의 개략도이다.
도 4a는 제1 태양광 패널 시스템의 일부분에 대한 부분도이다.
도 4b는 제1 태양광 패널 시스템의 개략도이다.
도 4c는 제1 태양광 패널 시스템의 개략도이다.
도 5는 제1 태양광 패널 시스템의 일부분에 대한 부분도이다.
도 6은 제1 태양광 패널 시스템의 일부분에 대한 부분도이다.
도 7은 제1 태양광 패널 시스템의 일부분에 대한 부분도이다.
도 8a는 제1 태양광 패널 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다.
도 8b는 제1 태양광 패널 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다.
도 8c는 제1 태양광 패널 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다.
도 8d는 제1 태양광 패널 시스템의 예시적인 배치의 개략도이다.
본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명은 본 발명을 이들 실시예로 제한하기 위한 것이 아니라 당업자가 본 발명을 만들어 사용할 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 명세서에 기술된 변형, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예는 선택적이고 그들이 기술하는 변형, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예에만 국한되는 것은 아니다. 본 명세서에 기술된 발명은 이들 변형, 구성, 구현, 예시적인 구현, 및 예의 모든 순열을 포함할 수 있다.
1. 방법
태양 전지를 패키징하기 위한 방법(S100)은
블록(S110)에서 제1 열팽창 계수를 정의하는 유리 하우징(glass housing) 내에 일련의 페로브스카이트 태양 전지(a set of perovskite solar cells)를 배열하는 단계; 블록(S120)에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지 주위 및 유리 하우징에서 주변 가스 대기(ambient gaseous atmosphere)를 배기시키는 단계; 블록(S140)에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 근위 단부(proximal end)에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지에, 제1 열팽창 계수와 실질적으로 동일한 제2 열팽창 계수를 정의하고, 산화물 층 및 전도성 물질을 포함하는 단자(terminal)를 전기적으로 결합시키는 단계를 포함한다. 방법(S100)은 블록(S160)에서 유리 하우징 내 일련의 페로브스카이트 태양 전지 주위의 가스 대기를 밀봉하기 위해 단자 주변의 유리 하우징 일부분을 접착시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
후술되는 예시적인 구현의 변형에서, 방법(S100)은 블록(S130)에서 페로브스카이트와 양립할 수 있는 가스 대기(perovskite-compatible gaseous atmosphere)를 유리 하우징에 주입하는 단계 및 블록(S150)에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 원위 단부(distal end)에 근접한 유리 하우징의 일부분을 용융시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
2. 태양 전지 시스템(Solar Cell System)
태양 전지 시스템(100)은 단면(cross section), 제1 단부(104), 및 제1 단부(104) 반대쪽에 있는 제2 단부(106)를 정의하는 유리 하우징(102)을 포함한다. 태양 전지 시스템(100)은 각각 전면(120a) 및 후면(120b)을 정의하고 유리 하우징(102) 내에 배열되되는 일련의 태양 전지(120) 열을 더 포함할 수 있다. 일련의 태양 전지 열(120)은 제1 태양 전지 열(122) 및 유리 하우징(102) 단면 전체에 걸쳐 제1 태양 전지 열(122)로부터 위치적으로 오프셋(positionally offset)되어 있는 제2 태양 전지 열(124)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)에 배치되고 일련의 태양 전지(120) 열의 후면(120b)과 마주보고 있는 반사 요소(130), 및 일련의 태양 전지(120) 열의 제1 단부에 결합되고, 유리 하우징(102)의 제1 단부(104)를 가로지르고, 유리 하우징(102)의 제1 단부(104)에 밀봉되는 제1 단자(140)를 포함할 수 있다.
예시적인 태양 전지 시스템(100)의 변형은 제1 단부(104), 제1 단부(104) 반대쪽에 있는 제2 단부(106), 및 제1 직경(108) 및 제1 직경(108)에 수직인 제2 직경(110)을 정의하는 원형 단면(circular cross section)을 정의하는 유리 하우징(102)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 제1 직경(108)의 제1 측면 및 제2 직경(110)의 제1 측면에 정의된 유리 하우징(102)의 제1 공간(volume) 내에 배열되고, 유리 하우징(102)의 중심에서 바깥쪽으로 향하는 제1 전면(122a)을 정의하고, 유리 하우징(102)의 중심을 향하여 안쪽으로 향하는 제1 후면(122b)을 정의하는 제1 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(122); 및 제1 직경(108)의 제1 측면 및 제2 직경(110)의 제2 측면에 정의된 유리 하우징(102)의 제2 공간 내에 배열되고, 유리 하우징(102)의 중심에서 바깥쪽으로 향하는 제2 전면(124a)을 정의하고, 유리 하우징(102)의 중심을 향하여 안쪽으로 향하는 제2 후면(124b)을 정의하는 제2 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(124)을 포함하는 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(120)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 제1 직경(108)의 제2 측면에 있는 유리 하우징(102)의 내부 표면에 배치되고; 입사광을 제1 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(122)의 제1 후면(122b) 및 제2 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(124)의 제2 후면(124b)쪽으로 반사시키는 반사 요소(reflective element)(130)를 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(120)에 결합되고, 유리 하우징(102)의 제1 단부(104)를 가로지르고, 유리 하우징(102)의 제1 단부(104)에 밀봉되는 제1 단자(140); 및 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열(120)에 결합되고, 유리 하우징(102)의 제2 단부(106)를 가로지르고, 유리 하우징(102)의 제2 단부(106)에 밀봉되는 제2 단자(150)를 포함할 수 있다. 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)내에 밀봉된 페로브스카이트와 양립할 수 있는 가스 대기(160)를 더 포함할 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 일련의 태양 전지(120)는 제1 직경(110)의 양쪽 측면에 배열될 수 있다. 예를 들어, 일련의 태양 전지(120)는 제2 직경(112)을 중심으로 서로 각지게 오프셋(angularly offset)되어 있는 2개의 실질적으로 평평한 표면이 형성되도록 배열될 수 있다. 이러한 특정 변형에서, 일련의 태양 전지(120)는 단면을 따라 봤을 때 A자형 프레임 또는 V자형 기하학적 구조로 배열된다. 대안적으로, 추가적인 일련의 태양 전지(120)는 단면을 따라 봤을 때 일련의 태양 전지(120)가 삼각형, 사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 또는 다른 다각형 모양으로 배열되도록 유리 하우징(102)의 내부 표면에 배열될 수 있다. 또 다른 대안에서, 일련의 태양 전지(120)는 유리 하우징(102)의 단면을 따라 봤을 때 연속적인 360도 노출 표면을 제공하기 위해 유리 하우징(102)에 삽입된 또는 그 안에서 증착/성장한 통합된 관형 구조로서 형성될 수 있다.
3. 플렉서블 태양광 패널 시스템(Flexible Solar Panel System)
플렉서블 태양광 패널 시스템(200)은 각각, 단면, 제1 단부(104), 및 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부(106)를 정의하는 길쭉한 유리 하우징(elongate glass housing)(102); 길쭉한 밀봉된 유리 하우징(elongate sealed glass housing)(102)의 제1 단부(104)에 기밀하게(hermetically) 연결된 제1 캡(202); 및 밀봉된 유리 하우징(102)의 제2 단부(106)에 배치된 제2 캡(204)을 포함하는 일련의 태양 전지 모듈(100)을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 태양 전지 모듈(100)은 각각 전면(120a) 및 후면(120b)을 정의하고 길쭉한 유리 하우징(102) 내에 배열된 일련의 태양 전지(120), 일련의 태양 전지(120) 열의 후면(120b)과 마주보고 일련의 태양 전지(120)로부터 위치적으로 오프셋된 길쭉한 유리 하우징(102)에 배치된 반사 요소(130), 및 일련의 태양 전지 모듈(120) 각각을 전기적으로 결합시키기 위한 전기 하니스(electrical harness) 또는 단자(terminal)를 포함할 수 있다. 또한, 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)은 일련의 태양 전지 모듈(100) 각각의 제1 단부(104)에 있는 제1 캡(202)에 연결된 제1 케이블(212) 및 제1 케이블(212)을 따라 미리 결정된 거리에 태양 전지 모듈(100) 각각의 제1 단부(104) 및 제1 캡(202)을 배치하도록 구성된 제1 일련의 기점(a first set of fiducials)(222)을 포함할 수 있다. 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)은 일련의 태양 전지 모듈(100) 각각의 제2 단부(106)에 있는 제2 캡(204)에 연결된 제2 케이블(214), 및 각각의 태양 전지 모듈(100)이 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)에 실질적으로 수직하게 고정 배열되도록 제2 케이블(214)을 따라 제2의 미리 결정된 거리에 일련의 태양 전지 모듈(100) 각각의 제2 단부(106) 및 제2 캡(204)을 배치하도록 구성된 제2 일련의 기점(a second set of fiducials)(224)을 더 포함할 수 있다.
4. 어플리케이션(Applications)
일반적으로, 후술되는 방법(S100), 태양 전지 시스템(100), 및 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)은 태양열 발전 시스템의 제조, 보급 및 사용의 효율성 개선을 목표로 한다.
4.1 태양 전지 모듈(Solar Cell Modules)
일반적으로, 방법(S100)은 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 내내 이들 태양 전지를 보호 및/또는 보존하기 위해 기밀하게 밀봉된 환경(예를 들어, 진공, 불활성 가스, 태양 전지 화학에 상호 보완적인 가스 환경) 내에 일련의 태양 전지(a set of solar cells)를 수용하는 밀봉된 모듈형 태양 전지 시스템(100)을 제조하기 위해 실행될 수 있다. 예를 들어, 방법(S100)은 다양한 환경 조건(예를 들어, 수역에 떠 있는 경우(floating on a body of water); 농지 위에 설치된 경우(installed over an agricultural field); 지붕 또는 수직 벽에 설치된 경우(installed on a roof or vertical wall))에서 태양 에너지를 집광(harvest)하기 위해 배치될 때 전지 열화(cell degradation)를 억제하여 이들 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명을 연장하는 제어되고 기밀하게 밀봉된 환경 내에 - 페로브스카이트 태양 전지, 탠덤 페로브스카이트-실리콘 전지, 실리콘 기반 태양 전지, 또는 유기 태양 전지와 같은 - 불안정한 전지 화학의 태양 전지를 수용하는 태양 전지 시스템(100)의 유닛을 조립하기 위해 실행될 수 있다.
특히, 방법(S100)의 블록들은 유리 하우징 내에 배열된 일련의 태양 전지(예를 들어, 페로브스카이트 또는 결정성 실리콘 태양 전지)에 전기적으로 결합되는 한 쌍의 전극 주위에 진공 처리된 단단한 유리 하우징의 단부(들)을 밀봉 및/또는 접착시킴으로써, 이들 태양 전지에 의해 변환된 전력이 유리 하우징의 외부에 연결된 외부 트레이스(trace) 및/또는 전력선(power line)으로 전송될 수 있도록 하면서 진공 조건(예를 들어, 10-3 Torr) 하에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지를 밀봉하기 위해 실행될 수 있다. 또한, 유리 하우징(102)은 시간 경과에 따른 태양 전지의 열화를 감소 및/또는 저지하기 위해 태양 전지 시스템(100)을 제조하는 동안 태양 전지의 전지 화학과 유사한 가스 대기인 불활성 가스(예를 들어, 질소 가스) 대기로 다시 채울 수 있다.
도면들에 도시된 바와 같이, 방법(S100)의 블록들에 따라 일련의 페로브스카이트 태양 전지로 조립되고 밀봉된 태양 전지 시스템(100)의 경우, 이들 페로브스카이트 태양 전지는 외부 환경으로부터의 습기, 물 및 산소의 침입을 차단하고, 진공 또는 상호 보완적인 가스 대기 내에 이들 페로브스카이트 태양 전지를 가두는 기밀하게 밀봉된 환경에서 유지 및 작동될 수 있기 때문에, 페로브스카이트 물질을 안정화시키고 연장된 기간(예를 들어, 수년, 수십년) 동안 페로브스카이트 태양 전지의 전력 변환 효율을 유지할 수 있다. 또한, 이러한 예에서, 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 유리 하우징 내의 일부 페로브스카이트 태양 전지에 존재하는 미량의 납 및 잠재적 독성 화합물을 밀봉함으로써, 주거 또는 상업 지역, 농지, 또는 수역과 같이 페로브스카이트 태양 전지를 포함하는 태양광 배치의 환경적 영향을 감소시킬 수 있다.
또한, 전술한 예에서, 유리 하우징은 단단하고, 내구성이 있으면서, 투명한 하우징을 형성할 수 있고, 이들 페로브스카이트 태양 전지는 유리 하우징에서 페로브스카이트 태양 전지로의 기계적 응력 전달을 감소시키고, 작동하는 동안 페로브스카이트 태양 전지 전체에 걸친 열 응력을 감소시키기 위해 유리 하우징에 대해 튀어 나오거나, 유리 하우징에 운동학적으로 결합되거나, 달리 유리 하우징 내에 유연하게 장착될 수 있다.
따라서, 이러한 예에서 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 보다 전통적인 태양 전지 화학의 작동 수명과 페로브스카이트 태양 전지의 낮은 제조 비용 및 높은 전력 변환 효율을 모두 달성할 수 있는 모듈형의 기밀하게 밀봉된 태양 전지 시스템(100)을 정의할 수 있다.
유사한 예에서, 방법(S100)은 유리 하우징의 내부 표면에 직접 (예를 들어, 용액 및/또는 기상 증착을 통해) 일련의 페로브스카이트 태양 전지를 성장시키거나 형성하기 위해; 및 전극 주위의 유리 하우징 단부를 밀봉하기 전에 전극에 이들 태양 전지를 연결하기 위해 실행될 수 있다. 따라서, 이러한 예에서, 결과의 태양 전지 시스템(100)은 페로브스카이트 태양 전지가 제작되는 기판을 형성하고 주위 환경을 밀봉하는 유리 하우징을 포함함으로써, 태양 전지 시스템(100)의 제조 단계 및 제조 복잡성을 감소시킬 수 있다.
다른 예시적인 구현에서, 방법(S100)은 유리 하우징의 원형 단면의 제1(예를 들어, 상부) 섹터 내에 배열된 일련의 인접하고 각지게 오프셋된 양면 태양 전지 열(예를 들어, 페로브스카이트 또는 결정성 실리콘 태양 전지); 및 유리 하우징의 원형 단면의 제2(예를 들어, 바닥) 섹터에 배열되고 양면 태양 전지 열과 마주보는 내부 반사기(internal refelctor)를 포함하는 태양 전지 시스템(100)을 생성하기 위해 실행될 수 있다.
이러한 예에서, 태양 전지 시스템(100)의 유닛들은 남-북 배향으로 설치될 수 있다. 따라서, 이러한 예에서, 태양이 하늘에 가장 높이 떠 있을 때(예를 들어, 오전 10시와 오후 2시 사이) 태양 전지 시스템(100)에 입사하는 광은 광을 전기 에너지로 변환하는 양면 태양 전지의 상부에 닿을 수 있다. 그러나, 태양이 동쪽 또는 서쪽의 수평선보다 낮게 떠 있을 때(예를 들어, 오전 5시와 오전 9시 사이 및 오후 3시부터 오후 7시까지) 태양광 하우징에 입사하는 일부 광은 광을 전기 에너지로 변환하는 양면 태양 전지의 후면으로 광을 반사시키는 내부 반사기에 닿을 수 있다.
특히, 이러한 예에서, 내부 반사기와 태양 전지 시스템의 상부 또는 태양을 마주보는 부분에 배열된 태양 전지의 조합은 이들 태양 전지에서 다시 - 유리 하우징에는 입사하지만 이들 태양 전지에는 바로 입사하지 않는 - 광을 반사시키는 정적 단일 축 태양광 트래커(static, single-axis solar tracker)로서의 기능을 할 수 있다. 따라서, 이러한 예에서, 방법(S100)은 광범위한 태양 각도, 계절 및 위도에서 높은 에너지 포획 효율(capture efficiency)을 나타내는 수동(또는 정적) 태양 전지 시스템(100)을 제조하기 위해 실행될 수 있다.
일반적으로, 방법(S100)은 실린더형 유리 하우징 내에 밀봉된 일련의 페로브스카이트 태양 전지를 포함하는 태양 전지 시스템(100)을 제작하기 위해 실행되는 것으로 후술된다. 그러나, 방법(S100)의 블록들은 진공 또는 밀봉된 가스 대기를 포함하는 (예를 들어, 타원형 단면, 다각형 단면, 부분 포물선 단면, 또는 다각형과 원형, 타원형 또는 포물선 단면의 조합을 정의하는) 다른 기하학적 구조의 더 큰 유리 하우징 구조 내에 다른 태양 전지 화학의 태양 전지(예를 들어, 실리콘 태양 전지, 페로브스카이트 태양 전지, 박막 태양 전지, 탠덤 태양 전지, 유기 태양 전지)를 밀봉하기 위해 추가적으로 및/또는 대안적으로 구현될 수 있다.
4.2 플렉서블 태양광 패널 시스템(Flexible Solar Panel System)
도면들에 도시된 바와 같이, 본 명세서에 기술된 시스템(100) 및 방법(S100)은 모듈형의 플렉서블 태양광 패널 시스템(modular and flexible solar panel system)(200)의 구성 및 배치에 적용 가능하다. 일반적으로, 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)은 농지 또는 주차장 위와 같이 네 기둥 사이에; 평평한 지붕, 경사진 지붕, 또는 수직 벽과 같이 2개의 레일을 따라; 또는 수역에 부유하게 설치하기 위해 구성된 2개의 케이블 사이에 기계적으로 배치되고 전기 하니스를 통해 전기적으로 연결된 일련의 관형 태양광 전기 모듈(100)을 포함한다.
특히, 플렉서블 태양광 패널(200)은 각각 일련의 밀봉된 태양 전지를 포함하는 일련의 단단한 관형 태양 전지 모듈(a set of rigid, tubular solar modules)(100)을 포함한다. 태양 전지 모듈(100)은 태양광 설치의 목표 개방 영역에 해당하는 피치 오프셋에 배열되고; 한 쌍의 유연한 케이블에 의해 지지되고 각 단부 상에 기계적으로 연결되고; 이들 케이블 중 인접한 케이블과 이들 태양 전지 시스템 사이에 연장되는 전기 하니스에 의해 직렬 또는 병렬로 전기적으로 결합된다. 예를 들어, 농지 위에 있는 일련의 기둥 사이에 매달려 있는 - 및 아래로 늘어져 있는 - 플렉서블 태양광 패널 아래 지면에서 80 %의 전체 예상 개방 영역에 대해, 일련의 2 인치 직경 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템 사이에 8 인치 개방 갭을 갖는 10 인치 피치 오프셋으로 일련의 케이블에 부착될 수 있다.
따라서, 태양 전지 모듈(100)의 제1 단부에서의 기계적 및 전기적 연결은 거의 공동 공간일 수 있다. 다수의 태양 전지 모듈(100)의 단부가 유연한 케이블과 기계적으로 연결되고 유연한 배선 하니스(wiring harness)와 전기적으로 연결되는 플렉서블 태양광 패널(200)의 경우, 플렉서블 태양광 패널(200)은 인접한 태양 전지 모듈(100) 사이의 기계적 또는 전기적 연결을 얽히게 하거나 그에 지장을 주지 않고, 예를 들어 보관 또는 수송을 위해 플렉서블 태양광 패널(200)을 스풀링하여, 빽빽한 구성(close-pack configuration)으로 감을 수 있다. 이후, 플렉서블 태양광 패널(200)은 수직 지지 부재 쌍 사이에 설치하는 동안, 수직 또는 경사진 방향으로 쌍 또는 스탠드오프(pairs or standoffs) 사이에 설치하는 동안, 또는 수역 상에 배치하는 동안 - 인접한 태양 전지 모듈(100) 사이의 기계적 또는 전기적 연결을 얽히게 하거나 그에 지장을 주지 않고 - 언스풀링될 수 있다. 설치되면, 플렉서블 태양광 패널(200)은 인접한 태양 전지 시스템(100) 사이의 기계적 또는 전기적 연결을 얽히게 하거나 그에 지장을 주지 않고 바람 조건의 변화, 주변 조건 및 태양광 노출 변화로 인한 열 팽창 등에 따라 구부러지고 움직일 수 있다.
또한, 플렉서블 태양광 패널(200)은 제한된 개수의 고유한 구성 요소로 구성되기 때문에, 플렉서블 태양광 패널(200)은 2개의 표준화된 케이블을 따라 상이한 피치 오프셋에서 태양 전지 시스템(100)을 설치하고, 대응하는 피치 오프셋에서 커넥터와 배선 하니스(wiring harness)를 조립함으로써 상이한 개방 영역 비율을 필요로 하는 상이한 어플리케이션에 맞게 주문 제작될 수 있다. 또한, 각각의 태양 전지 모듈(100)은 유리 패널 뒤 보다는 2개의 케이블 사이의 조립을 위해 구성된 하나의 완전한 태양광 구조를 정의하기 때문에, 플렉서블 태양광 패널(200의 출력 용량, 중량, 물질 소비 및 비용은 인접한 태양 전지 모듈(100) 사이의 피치 오프셋에 의해 직접 연관 및 제어될 수 있다.
5. 모듈형 태양 전지 시스템(Modular Solar Cell System)
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 예시적인 모듈형 태양 전지 시스템(100)은 한 쌍의 단자(140, 150)에 전기적으로 결합된 일련의 태양 전지(120); 일련의 태양 전지(120)를 포함하고, 진공 또는 상호 보완적인 가스 대기 내에 일련의 태양 전지(120)를 기밀하게 밀봉함으로써 습기 및 산화로 인한 열화에 대비하여 페로브스카이트 물질을 (무기한) 안정화시키기 위해 - 예를 들어, 일치하는 씰(seal) 및/또는 압축 씰(compression seal)을 통해 - 한 쌍의 단자(140, 150) 주위에 밀봉 및/또는 접착되는 유리 하우징(102)을 포함할 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 원하는 기하학적 구조로 유리 하우징(102)의 내부 벽에 일련의 태양 전지(120)를 부착하도록 구성된 광학적으로 투명한 봉합재(126)를 포함할 수 있다.
예시적인 태양 전지 시스템(100)은 장기간에 걸쳐 다양한 환경 조건에서 높은 전력 변환 효율을 유지할 수 있는 모듈형의 기밀하게 밀봉된 페로브스카이트 태양 전지를 정의한다. 특히, 태양 전지 시스템(100)은 일련의 태양 전지(120)에 전기적으로 결합되고 유리 하우징(102)의 제1 단부에 접착된 제1 단자(140); 및 일련의 태양 전지(120)에 전기적으로 결합되고 유리 하우징(102)의 반대쪽 단부(106)에 접착된 제2 단자(150)를 포함할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 단자는 이들 단자(140, 150)에 연결된 외부 트레이스 및/또는 전력선에 일련의 태양 전지(120)에 의해 변환된 전력을 전달하도록 구성된 일련의 태양 전지(120)의 양극 단자 및 음극 단자를 정의할 수 있고, 그에 따라 태양 전지 시스템(100)은 병렬로 상호 연결되고 공통(예를 들어, 고 전압) DC 선에 연결되어 태양광 패널 및/또는 태양 전지판(solar array)을 형성할 수 있다.
5.1 유리 하우징(Glass Housing)
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 일련의 태양 전지(120)를 수용하고, 밀봉 공정 동안 각 단자(140, 150) 주변에 대해 각 단자(140, 150)에 접착 및/또는 부착하도록 구성된 유리 하우징을 포함한다. 특히, 유리 하우징(102)은 대략적으로 15 ㎜ 내지 200 ㎜ 직경 및 0.5 m 내지 3 m 길이의 길쭉하고 단단한 유리 실린더 또는 실린더 모양을 정의할 수 있고, 따라서 유사한 치수를 갖는 일련의 태양 전지(120)를 받아들여 수용할 수 있다. 방법(S100)의 블록들에 따라 단자(140) 및/또는 한 쌍의 단자(140,150) 주위에 밀봉될 때, 유리 하우징(102)은 매우 긴 기간 동안 일련의 태양 전지(120) 주위의 내부 조건을 유지할 수 있는 연속적인 기밀한 인클로저(enclosure)를 정의한다. 또한, 예시적인 실린더 또는 실린더 모양의 기하학적 구조는 유리 하우징(102)이 구조적 손상 위험 없이 상대적으로 최소한의 유리 두께(예를 들어, 1 ㎜ 내지 10 ㎜)로 강력한 진공(예를 들어, 백만분의 1의 대기 압력, 수십억분의 1의 대기 압력) 및/또는 고압의 내부 가스 대기(예를 들어, 수십 대기 압력, 수백 대기 압력)를 포함 및/또는 유지할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 유리 하우징(102)은 원형 단면을 갖는 실린더 모양을 정의한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 원형 단면은 단면적을 이등분하는 제1 직경(108) 및 제1 직경(108)을 직각으로 이등분하는 제2 직경(110)에 의해 부분적으로 정의될 수 있다. 예시적인 구현의 다른 변형에서, 유리 하우징(102)은 타원형 단면을 갖는 실린더 모양을 정의한다. 이러한 변형에서, 제1 직경(108) 또는 제2 직경(110) 중 하나는 타원형 단면의 장축을 정의할 수 있고, 제1 직경(108) 또는 제2 직경(110) 중 다른 하나는 타원형 단면의 단축을 정의할 수 있다. 예시적인 구현의 다른 변형에서, 유리 하우징(102)은 그 길이의 일부분을 따라 원형 단면을 정의하고 그 길이의 다른 부분을 따라 타원형 단면을 정의할 수 있는 공간적으로 가변적인 모양을 정의한다. 예시적인 구현의 또 다른 변형에서, 유리 하우징(102)은 다각형 단면을 갖는 다각형 모양을 정의한다.
예시적인 구현에서, 유리 하우징(102)은 낮은 열팽창 계수를 갖는 붕규산 유리(borosilicate glass)로 형성되어, (예를 들어, 유리 하우징을 지공 처리하는 동안, 태양 전지 시스템(100)을 작동시키는 동안) 온도 변화에 반응하는 유리 하우징의 구조적 변형을 감소 및/또는 방지할 수 있다. 또한, 붕규산 유리는 상대적으로 낮은 분산 및 굴절률 및/또는 반사율을 갖는 외부 환경과 일련의 태양 전지(120) 사이의 광 인터페이스(optical interface)를 정의할 수 있고, 그로 인해 입사하는 태양광은 유리 하우징(102)을 통해 일련의 태양 전지(102)로 전달될 수 있다. 추가적으로, 이러한 예시적인 구현에서, 유리 하우징(102)의 내부 표면은 화학적 부식 및/또는 열화에 매우 강하기 때문에, 유리 하우징(102)은 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 내내 일련의 태양 전지(120) 주위의 가스 대기(예를 들어, 메틸암모늄 가스, 할로겐화물 가스)를 유지할 수 있다.
다른 구현에서, 유리 하우징(102)은 다양한 작동 조건에서 연장된 기간 동안 일련의 태양 전지(120)를 밀봉 및 보호하기 위해 알칼리-규산 알루미늄 유리, 소다-석회 유리, 또는 원하는 기계적, 화학적 및/또는 열적 특성을 갖는 다른 유형의 유리 또는 고분자 물질로 형성될 수 있다.
5.2 태양 전지(Solar Cells)
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 일반적으로 유리 하우징(102) 길이보다 약간(예를 들어, 5 ㎝) 짧은 길이를 정의하는 일련의 태양 전지(120)를 포함한다. 특히, 각 태양 전지(120)의 원위 단부는 방법(S100)에 따라 유리 하우징(102)을 밀봉하는 동안 용융 및/또는 열 손상으로부터 일련의 태양 전지(120) 및/또는 관련 전기 전송 배선을 보호하기 위해 유리 하우징(102)의 인접한 단부로부터 작은 세로 방향 삽입 거리(예를 들어, 3 ㎝)에 배열될 수 있다. 또한, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)의 내부 표면을 기준으로 특정 위치 또는 배향으로 일련의 태양 전지(120)를 고정하기 위해 및/또는 유리 하우징(102) 내에서 일련의 태양 전지(120)를 기계적으로 지지하기 위해 일련의 태양 전지(120)의 일부분 주위에 형성되고 유리 하우징(102)의 내부 표면에 접착되는 봉합재 물질(126)을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)의 길이에 걸쳐 있고, 입사하는 태양광을, 예를 들어 광전 효과(photoelectric effect)를 통해, 전력으로 변환하도록 구성된 일련의 태양 전지(120)를 포함할 수 있다. 예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102) 내에 페로브스카이트 태양 전지(120)를 배열하기 전에 및/또는 페로브스카이트 물질을 증착하기 전에 유리 하우징(102)의 곡률과 유사한 곡선으로 이루어진 표면으로 형상화될 수 있는, 금속 호일과 같은 플렉서블 기판 위에 증착된, 그 위에 형성된 및/또는 그 전체에 걸쳐 패터닝된 페로브스카이트 태양 전지(예를 들어, 단일 접합 페로브스카이트 태양 전지, 다중 접합 페로브스카이트 태양 전지)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 태양 전지 시스템(100)은 실리콘 태양 전지, 박막 태양 전지, 탠덤 태양 전지, 유기 태양 전지, 또는 전술한 것들의 조합 또는 하위 조합을 포함하여 태양 전지(120)를 포함할 수 있다.
예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 - 유리 또는 금속의 평면 스트립과 같은 - (별도의) 기판 위에 증착 및/또는 형성되고, 그 방사형(예를 들어, 중심) 축을 기준으로 유리 하우징의 내부 표면을 따라 인접한 페로브스카이트 태양 전지로부터 방사형으로 오프셋되어, 유리 하우징의 내부 표면적에 비해 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 감광성 표면적을 증가 및/또는 극대화시키고 다양한 태양 고도에 걸쳐(예를 들어, 하루 동안) 보다 일관된 및/또는 효율적인 에너지 집광을 가능하게 하는 일련의(예를 들어, 다수의) 페로브스카이트 태양 전지(120)를 포함할 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 각각 실리콘 태양 전지 또는 박막 태양 전지 위에 배열된 - 및 실리콘 태양 전지 또는 박막 태양 전지(예를 들어, 갈륨 비소 태양 전지, 카드뮴 텔루라이드 태양 전지 또는 상이한 밴드갭을 나타내는 다른 페로브스카이트 태양 전지)와 동일 평면에 있는 - 페로브스카이트 태양 전지를 정의하는 일련의 탠덤 태양 전지를 포함할 수 있다. 이러한 구현에서, 페로브스카이트 태양 전지에 의해 흡수되지 않은 입사광은 (투명한 또는 부분적으로 투명한) 페로브스카이트 물질을 통해 투과되어 아래에 있는 실리콘 태양 전지 또는 박막 태양 전지에 의해 포획됨으로써, 태양 전지 시스템(100)의 전력 변환 효율을 더 증가시킨다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)의 중심을 향하는 내부 표면 및 유리 하우징의 내부 표면을 향하고 내부 표면에 인접한 외부 표면 전체에 걸쳐 감광성인 일련의 양면 태양 전지(120)(예를 들어, 페로브스카이트 태양 전지, 결정성 실리콘 태양 전지, 박막 태양 전지, 또는 이들의 조합)를 포함한다. 예를 들어, 각각의 양면 태양 전지(120)는 붕규산 유리 스트립과 같은 높은 광 투과율의 투명한 기판 상에 형성 및/또는 배열된 태양 전지를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 각각의 양면 태양 전지(120)는 플렉서블 기판 또는 단단하고 평평한 기판과 같은 기판의 외부 표면 상에 형성, 증착 및/또는 배열된 제1 태양 전지; 및 외부 표면 반대쪽에 있는 기판의 내부 표면 상에 배열된 제2 태양 전지를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 일련의 양면 태양 전지(120)는 각각의 양면 태양 전지(120)가 유리 하우징(102)의 중심 축에서 나오는 가상 선에 실질적으로 직교하도록 유리 하우징(102)의 (세로 축에 평행하고) 방사형으로 오프셋될 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)에 삽입될 때 구부러지거나 휘어져 아크를 형성하는 플렉서블 기판 상에 배열된 하나 또는 다수의 양면 태양 전지(120)를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)의 내부 반경보다 (약간) 작은 반경의 곡면 기판 상에 배열된 하나 또는 다수의 양면 태양 전지(120)를 포함할 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 (예를 들어, 용액 증착 및/또는 기상 증착을 통해) 유리 하우징(102)의 내부 표면 상에 직접 증착, 성장 및/또는 형성되는 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)를 포함한다. 특히, 유리 하우징(102)의 단부를 밀봉하기 전에, 방법(S100)의 블록들은 유리 하우징(120)의 내부 표면을 원주 방향으로 에칭 또는 스크라이빙하고 페로브스카이트 전구체 화합물(예를 들어, 메틸암모늄 할로겐화물, 납 할로겐화물)의 상호 보완적인 농도를 포함하는 페로브스카이트 용액으로 유리 하우징(102)의 내부 표면을 세척 및/또는 스핀 코팅하기 위해 실행될 수 있다. 유리 하우징(102)의 내부 벽에 스핀 코팅되면, 그 결과의 페로브스카이드 용액 층은 베이킹되고, 추가 용매로 세척되고, 및/또는 특정 기체 대기의 존재 하에서 어닐링되어 결정화된(예를 들어, 고체) 페로브스카이트 물질의 필름을 생성할 수 있다. 이후, 상기 방법 및 기술을 반복하여 페로브스카이트 결정의 필름 및 그에 따른 페로브스카이트 태양 전지(120)의 흡수 층을 적절한 두께까지 스케일링 및/또는 성장시킬 수 있다. 방법(S100)의 블록들은 태양 전지 시스템(100)의 제조 및 조립 비용 및/또는 제조 복잡성을 더 감소시키기 위해, 유리 하우징(102)의 내부 표면을 기판으로 활용하는, 밀봉 공정 전에 유리 하우징(102) 내에서 직접 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)를 성장시키기 위해 실행될 수 있다.
5.3 반사 요소(Reflective Element)
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 또한 유리 하우징(102) 내에 또는 위에 배치되어 유리 하우징(102)의 측면을 통해 투과된 입사광을 일련의 양면 태양 전지(120)의 내부 표면(들) 쪽으로 다시 반사시키도록 구성된 반사 요소(130)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 반사 요소(130)는 일련의 태양 전지(120) 반대쪽에 있는 제1 직경(108)의 측면 상에 배열될 수 있다. 일반적으로, 반사 요소(130)는 확산 반사기(diffuse reflector) 또는 정반사기(specular reflector), 또는 이들의 조합일 수 있다. 예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 반사 요소(130)는 유리 하우징(102)의 내부 또는 외부 표면 상에 증착된, 백색 또는 거울 같은 페인트와 같은, 코팅(coating)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 반사 요소(130)는 특정 방향으로 입사광을 반사시키도록 구성된 정의된 기하학적 구조를 갖는 고체 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 반사 요소(130)는 각각 일련의 태양 전지(120) 중 하나 이상에 입사광을 수용 및 반사하도록 구성된 하나 이상의 포물면 반사기(parabolic reflector)를 정의할 수 있다. 대안적으로, 반사 요소(130)는 다양한 방향, 위도 또는 기후 조건에서 광자의 포획 및 반사를 최적화하기 위해 복합 포물선 같은 기하학적 구조(compound parabolic geometry) 또는 스캘럽트 거울 기하학적 구조(scalloped mirror geometry)로 구성될 수 있다. 예시적인 구현의 다른 변형에서, 반사 요소(130)는 또한 태양 전지 시스템(100)이 그 세로 축을 중심으로 회전할 수 있는 배치에서 태양 전지 시스템(100)의 선호하는 방향을 유지하기 위해 (예를 들어, 일련의 태양 전지(120)보다 더 무거운) 저울추(weight) 또는 밸러스트(ballast)로서 기능할 수 있다.
이러한 예시적인 구현에서, 반사 요소(130)는 일련의 태양 전지(120)의 효율을 증가시키기 위해 수동 태양광 트래커(passive solar tracker)로서 기능할 수 있다. 전술한 바와 같이, 일부 경우에서, 광의 일정량은 태양 전지 물질을 통해 투과될 수 있다. 따라서, 반사 요소(130)는 이러한 투과된 광을 다시 일련의 태양 전지(120)의 후면(120b) 쪽으로 반사시켜, 입사하는 광자가 일련의 태양 전지(120)에 의해 흡수될 가능성을 잠재적으로 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, 반사 요소(130)는 더 낮은 입사각을 통해 유리 하우징(102)에 들어오는 입사광의 방향을 바꿀 수 있다. 특히, 태양 전지 시스템(100)이 실질적으로 지리적인 남북 축을 따라 배열될 때, 반사 요소(130)는 - 이른 아침 및 늦은 오후 동안의 더 낮은 태양 고도에서와 같이 - 일련의 태양 전지(120)의 바깥쪽을 향하는 감광성 표면(120a)을 바이패스할 태양광을 일련의 태양 전지(120)의 내부 감광성 표면(120b)쪽으로 반사시킴으로써, 태양 전지 시스템(100)의 전체 전력 변환 효율을 증가시키고 다양한 시간대 및 위도에 걸쳐 다양한 태양 각도 동안 태양열 발전을 보다 균일하게 생산할 수 있다.
5.4 전극 및 전기 연결(Electrode and Electrical Connections)
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)은 한 쌍의 단자(140, 150)를 포함하고, 이들 단자는 각각 조립하는 동안 유리 하우징(102)의 단부에 접착 및/또는 밀봉되는 금속판, 디스크, 및/또는 와이어와 같은 전도체를 포함한다. 하나의 예시적인 구현에서, 단자(140, 150)는 유리 하우징(102)이 단자(140, 150) 각각의 주위에 밀봉되도록, 주변에 밀봉되도록, 또는 이들과 협력하여 밀봉되도록 유리 하우징(102) 내부와 유리 하우징(102) 외부 사이에서 연속적이다. 일반적으로, 단자(140, 150)는 단자(140, 150)에 연결된 트레이스 및/또는 배선에 일련의 태양 전지(120)에 의해 생성된 전류를 전달하도록 구성됨으로써, 태양 전지 시스템(100)에 의해 변환된 전류가 외부로(예를 들어, 태양 전지 시스템(100)을 포함하는 공유 전력선 또는 패널로, 인버터로) 전달될 수 있게 한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 각각의 단자(140, 150)는 단자(140, 150)와, 대응하는 단자(140, 150) 및 일련의 태양 전지(120)에 의해 생성된 전류를 전달하는 일련의 태양 전지(120) 사이에 결합된 전도성 태빙 리본(tabbing ribbon)(128) 또는 와이어를 통해 일련의 태양 전지(120)에 연결될 수 있다.
예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 접지 및 전위 단자 둘 다로서 기능하는 유리 하우징(102)의 제1 단부(104) 또는 제2 단부(106) 중 하나에 배치된 단일 단자(140, 150)를 포함할 수 있다. 이러한 변형에서, 단일 방향으로(예를 들어, 단자(150)쪽으로) 전류를 전달하는 기능을 하는 한 쌍의 단자(140, 150) 대신에, 단일 단자(140)는 원형 방식으로(예를 들어, 일련의 태양 전지(120) 한 쌍 주위를 시계 방향으로) 전달되는 전류에 대한 높은 전위 커넥터로서 또는 접지로서 기능할 수 있다. 단일 단자 구성에서, 유리 하우징(102)은 조립하는 동안 완전히 밀봉된 그 단부(104, 106) 중 하나를 가질 수 있고 다른 단부(104, 106)는 단일 단자(140, 150)에, 그 주변에, 또는 그와 함께 밀봉되어 잠재적으로 제조 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 단자(140, 150)의 물질 특성 및 구성은 태양 전지 시스템(100)의 제조 및 작동 특성과 부합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 단자(140, 150)의 몸체를 형성하는 전도성 물질은 밀봉 공정 동안 단자 표면과 (용융된) 유리 사이의 접착력을 증가시키기 위해 유리 하우징(102)의 열팽창 계수 및/또는 다른 열적 특성과 부합하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 유리 하우징(102)이 소다 석회 유리를 포함하는 하나의 예시적인 구현에서, 태양 전지 시스템(100)은 소다 석회 유리의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 정의하는 철-니켈(예를 들어, Dumet) 및/또는 백금 몸체를 갖는 단자(140, 150)를 포함할 수 있다. 유리 하우징(102)이 붕규산 유리를 포함하는 다른 예시적인 구현에서, 태양 전지 시스템(100)은 붕규산 유리의 열팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 정의하는 철-니켈-코발트(예를 들어, Kovar) 몸체를 갖는 단자(140, 150)를 포함할 수 있다.
예시적인 구현의 변형에서, 단자(140, 150)는 유리 하우징(102) 내에 밀봉된 가스 대기로부터의 부식에 대항하여 단자(140, 150)를 안정화시키기 위해 단자(140, 150) 위에 도금된 얇은 불활성 금속(예를 들어, 금) 층을 포함할 수 있다. 또한, 단자 몸체는 이들 가스 대기(160)(예를 들어, 메틸암모늄 가스, 할로겐화물 가스)의 특정 성분과 유리 하우징(102) 내에 배치된 단자(140, 150) 일부 사이의 화학적 반응성을 감소 또는 제거하여, 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 단자(140, 150)의 부식 또는 열화를 감소 및/또는 방지하기 위해 그 자체가 텅스텐, 몰리브덴 또는 다른 불활성 전도체로 형성될 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 각각의 단자(140, 150)는 또한 유리 하우징(102)의 유리 유형 및 두께에 부합되는 및/또는 단자(140, 150)의 치수에 비례하는 두께를 정의하는, 단자 몸체 표면 상에 형성된 산화물 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 밀봉 공정 동안, 산화물 층 내의 산화물은 (용융된) 유리 내의 유사한 산화물과 섞임으로써(예를 들어, 그 속으로 확산됨으로써), 냉각 시 단자(140, 150)의 인접한 표면과 유리 하우징(102) 사이의 접착력 및/또는 접착을 크게 증가사킬 수 있다.
6. 제조 방법(Method of Manufacture)
전술한 유형의 태양 전지 시스템(100)은 방법(S100)의 블록들을 실행함으로써 제조 및 조립될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 방법(S100)의 블록(110)은 제1 열팽창 계수를 정의하는 유리 하우징 내에 일련의 페로브스카이트 태양 전지를 배열하는 단계를 언급한다. 일반적으로, 유리 하우징(102)의 진공 처리 및/또는 밀봉 전에, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 이들 페로브스카이트 태양 전지(120)가 유리 하우징(102)의 상부 절반의 내부 표면적 대부분에 걸쳐 있도록 및/또는 그를 커버하도록 유리 하우징(102)의 길이를 따라 배열된다. 하나의 예시적인 구현에서, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 유리 하우징(102)의 곡률과 부합하는 플렉서블 및/또는 곡선으로 이루어진 기판 상에 형성되고, 이는 이후 유리 하우징(102)의 개방 단부에 삽입된다. 다른 예시적인 구현에서, 각각의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 별도의 (평평한) 기판 상에 형성되고, 유리 하우징(102)의 개방 단부에 삽입되고 및/또는 각각의 페로브스카이트 태양 전지(120)가 유리 하우징(102)의 내부 둘레를 따라 인접한 페로브스카이트 태양 전지(120)로부터 위치적으로 오프셋되도록 유리 하우징(102) 내에 배열될 수 있다. 상기 예시적인 구현에서, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 이후 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120) 주위에 형성되고 유리 하우징(102)의 내부 표면에 접착 또는 부착된 봉합재 물질(126)을 통해 특정 위치 및 방향에서 유리 하우징(102)에 결합 및/또는 부착될 수 있다. 또 다른 예시적인 구현에서, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 본 명세서에 기술된 방법 및 기술에 따라 유리 하우징(102)을 밀봉하기 전에 유리 하우징(102)의 내부 표면에 직접 용액 증착, 성장 및/또는 형성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방법(S100)의 블록(S120)은 일련의 페로브스카이트 태양 전지 주위 및 유리 하우징으로부터 주변 가스 대기를 배기시키는 단계를 언급한다. 일반적으로, 유리 하우징(102)의 개방 단부는 진공 펌프 또는 다른 차압(pressure differential)에 연결되어 유리 하우징(102) 내부로부터 공기 및/또는 다른 주변 대기를 제거함으로써 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)를 둘러싸고 있는 유리 하우징(102)의 내부 환경으로부터 실질적으로 모든 산소 및 습기를 제거할 수 있다. 일반적으로, 유리 하우징(102)은 낮은 내부 압력(예를 들어, 대기의 100만분의 1)을 유리 하우징(102) 내에서 유지하면서 태양 전지 시스템(100)을 배치 및 작동시키는 동안 및 밀봉 공정 동안 태양 전지 시스템(100)의 구조적 안정성을 유지하기에 충분한 벽 두께를 나타낼 수 있다. 방법(S100)의 블록(S120)을 실행할 때, 페로브스카이트 태양 전지(120)의 효율을 감소시키거나 손상시킬 수 있는 미량의 오염 물질(예를 들어, 산소 및 물 분자)는 태양 전지 시스템(100)의 예상 수명을 수십년까지 연장하기 위해 밀봉 공정 동안 유리 하우징(102)으로부터 배기될 수 있다.
예시적인 구현의 변형에서, 방법(S100)은 블록(S130)에서 유리 하우징에 페로브스카이트와 양립할 수 있는 가스 대기를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유리 하우징(102)은 질소 또는 헬륨 가스와 같은 불활성 또는 비활성 가스의 대기로 다시 채워짐으로써, 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 내내 유리 하우징(102) 표면 상에서의 (예를 들어, 내부 진공과 외부 대기 압력 사이의 차압으로 인한) 변형을 감소시키면서 유리 하우징(102) 내부로부터 산소 및 물을 배제시킬 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 유리 하우징(102) 내부는 페로브스카이트 물질의 열화 경로(예를 들어, 열화 반응)를 안정화시키기 위해, 균형을 맞추기 위해 및/또는 평형화하기 위해 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)의 전지 화학과 유사한 가스 대기로 다시 채워질 수 있다. 특히, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)가 메틸암모늄 납 할로겐화물 화학을 포함하는 구현에서, 유리 하우징(102)은 상호 보완적인 부분압(예를 들어, 1 대기압 미만)에서 메틸아민 가스 및 수소 할로겐화물 가스를 포함하는 가스 대기로 다시 채워짐으로써, 페로브스카이트 결정 구조의 이들 가스 부산물로의 자연 발생적인 열화를 (무기한) 안정화 및/또는 저지할 수 있다. 따라서, 방법(S100)의 블록들은 작동하는 동안 일련의 페로브스카이트 태양 전지 내에서 페로브스카이트 물질을 열화시킬 수 있는 산소, 물 및/또는 습기를 유리 하우징(102) 내부로부터 배기시키기 위해; 및 특정 페로브스카이트 태양 전지 화학을 안정화시키기 위해 밀봉 전에 유리 하우징(102) 내부 내에 특정 가스 대기를 가두기 위해 실행될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 방법(S100)의 블록(S140)은 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)의 근위 단부에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)에 대한 제1 열팽창 계수와 실질적으로 동일한 제2 열팽창 계수를 정의하는 전도성 물질 및 산소 층을 포함하는 단자(140, 150)를 전기적으로 결합하는 단계를 언급한다. 일반적으로, 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)는 단자(140, 150)와 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)의 일련의 태양 전지 전극 사이에 연결된(예를 들어, 납땜된 또는 용접된) 전도성 태빙 리본(128)을 통해 유리 하우징(102) 내에 및/또는 유리 하우징(102)의 개방 단부에 배열된 단자(140, 150)에 전기적으로 결합될 수 있다. 예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 전도성 태빙 리본(128) 및 단자(140, 150)에 대한 그 연결은 밀봉 공정 동안 승온에 노출될 때 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)와 단자(140, 150) 사이의 전기적 연결을 유지하기 위해 유리 하우징(102)의 용융점보다 높은 용융점을 나타낼 수 있다. 추가적으로, 전도성 태빙 리본(128)은 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 전도성 태빙 리본(128)의 열화 및/또는 부식을 방지하기 위해 금 또는 보호 고분자 층과 같은 화학적으로 불활성인 얇은 보호 물질 층으로 도금될 수 있다.
방법(S100)의 블록들은 외부 환경 조건으로부터 유리 하우징(102)의 내부 조건을 밀봉하는 유리 하우징(102)과 단자(140, 150) 사이의 기밀한 정합 밀봉을 달성하기 위해 실행될 수 있다. 예를 들어, 방법(S100)은 블록(S150)에서 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120)의 원위 단부에 근접한 유리 하우징(102)의 일부분을 용융시키는 단계; 및 블록(S160)에서 유리 하우징 내의 일련의 페로브스카이트 태양 전지(120) 주위의 가스 대기를 밀봉하기 위해 단자(140, 150) 주변 유리 하우징(102)의 일부분을 접착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 유리 하우징(102)을 배기시키는 단계 및/또는 다시 채우는 단계 이후에, 유리 하우징(102)은 단자(140, 150) 중 하나를 둘러싸는 그 둘레의 국부적인 부분 주위로 (예를 들어, 국부적 가스 불꽃을 통해) 가열된다. 충분히 낮은 점도를 달성하면, 용융된 유리는 이후 단자(140, 150)와 접촉하는 유리 하우징(102)의 세로 축을 향해 변형 및/또는 붕괴되고, 그 표면의 연속적인 부분 주위에 단자(140, 150)를 둘러싸고, 단자(140, 150) 상의 산화물 층이 용융된 유리 내의 산화물로 확산될 수 있도록 하고, 단자(140, 150)의 산화물 표면과 유리 사이의 강한 접착 결합을 형성한다. 전술한 바와 같이, 단자 몸체 물질(예를 들어, 철-니켈-코발트, 텅스텐, 몰리브덴)은 일반적으로, 유리가 냉각 및 응고될 때 전극 표면과 유리 사이의 접착력을 유지하여 단자(140, 150)와 유리 하우징(102) 사이의 기밀한 정합 밀봉을 형성하기 위해 유리(예를 들어, 붕규산 유리)의 열팽창 계수와 동일하거나 실질적으로 동일한 열팽창 계수를 나타낼 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 추가적으로 및/또는 대안적으로, 단자(140, 150) 표면에 대해 유리 하우징(102)을 압축하도록 구성되고 밀봉 공정 동안 유리 하우징(102)의 한쪽 또는 양쪽 단부(104, 106)에 배열된 금속 링을 포함할 수 있다. 금속 링은 유리 하우징(102)의 열팽창 계수보다 큰 열팽창 계수를 정의하고 단자(140, 150)의 표면 치수와 유사한 및 부합하는 기하학적 구조의 강철, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 구조적 금속 밴드를 포함할 수 있다.
밀봉 공정 동안, 용융된 유리가 냉각 및 응고될 때, 금속 링은 아래에 있는 유리보다 빠른 속도로 수축하여 단자(140, 150)와 유리 하우징(102) 사이의 접착력 및 밀봉 강도를 더 증가시키는 실질적인 압축력을 행사한다. 사용 중에, 금속 링은 태양 전지 시스템(100)의 작동 수명 동안 내내 씰(seal) 강도를 추가로 개선 및/또는 유지할 수 있는 단자(140, 150) 주위의 유리 하우징(102)의 강하고 치수적으로 안정적인 엔드캡을 제공할 수 있다. 또한, 이러한 예시적인 구현의 변형에서, 금속 링에 의해 씰(seal) 주위에 가해진 압축력은 유리 하우징(102)과 단자(140, 150) 사이의 열팽창 계수를 일치시킴으로써 생성된 접착력을 증가 및/또는 대체할 수 있고, 그렇게 함으로써 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)을 위한 잠재적으로 부합하는 유리 물질의 더 넓은 선택 및 단자 몸체에 더 넓은 범위의 금속 및/또는 금속 합금을 포함할 수 있다.
7. 플렉서블 태양광 패널(Flexible Solar Panels)
도 3, 도 4, 도 5a, 도 5b, 도 5c, 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 각각의 태양 전지 시스템(100)은 더 큰 플렉서블 태양광 패널(200)의 모듈형 세그먼트 또는 일부로서 기능할 수 있다. 도 3에 도시된 예시적인 구현에서, 일련의 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)이 실질적으로 상호 평행한 방향으로 배열되도록 제1 및 제2 와이어 로프(이하 "케이블")(212, 214)를 따라 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템(100) 사이에 원하는 및 고정된 평행 간격을 유지하기 위해 앤드 캡(202, 204)과 협력하는 일련의 기점(222, 224)에 의해 케이블(212, 214)에 부착될 수 있다. 보다 상세하게 후술되는 바와 같이, 각각의 캡(202, 204)은 추가로 외부 전송선(230)에 의해 정의된 전기 전송 배선과 일련의 태양 전지(120) 각각 사이의 전기 연결을 라우팅하는 기능을 할 수 있다. 추가적으로, 예시적인 구현의 일부 변형에서, 캡(202, 204)은 추가로 태양 전지 시스템(100)에 전기 연결성 및 밀봉 특성을 모두 제공할 수 있고 단자(140, 150)로서 기능할 수 있다.
7.1 태양 전지 시스템 인터페이스(Solar Cell System Interfaces)
도 3, 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 각각의 태양 전지 시스템(100)은 유리 하우징(102)의 단부에 배열되고, 한 쌍의 케이블(212, 214)에 결합하도록 구성되고, 이들 케이블(212, 214)에 태양 전지 시스템(100)의 무게를 전달하도록 구성되고, 생성된 전기를 배터리, 전기 부하 장치 또는 전력 그리드에 전도하는 외부 전송선(230)에 일련의 태양 전지 시스템(100)을 연결하도록 구성된 일련의 기계적 커넥터(이하 "캡")(202, 204)를 더 포함한다.
하나의 예시적인 구현에서, 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)은 각각 제1 케이블(212) 또는 제2 케이블(214)이 통과할 수 있는 케이블 보어(cable bore)(234)를 포함할 수 있다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 케이블 보어(234)는 플렉서블 태양광 패널(200)에 함께 묶일 때, 유리 하우징(102)이 케이블(212, 214)에 상호 수직이고 서로 상호 평행하도록 유리 하우징(102)에 수직으로 배향될 수 있다. 또한, 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)은 유리 하우징(102)으로부터 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)을 분리하는 경향이 있는 플렉서블 태양광 패널(200)의 외부 응력에 대응하기 위한 기계적 구조 및/또는 접착제 화합물을 포함할 수 있다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)은 각각 내부 둘레를 정의하는 외부 플랜지(240) 및 외부 둘레를 정의하는 내부 플랜지(242)를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 구현에서, 내부 플랜지(242)의 외부 둘레 및 외부 플랜지(240)의 내부 둘레는 유리 하우징(102)의 내부 표면 및 외부 표면을 협조적으로 및 기밀하게 맞물리도록 하기 위해 기하학적으로 구성될 수 있기 때문에, 유리 하우징(102)에 원주 방향의 일관된 유지력을 가하고 유리 하우징(102)과 캡(202, 204) 사이의 우발적인 분리를 방지할 수 있다. 추가적으로, 유리 하우징(102) 및 캡(202, 204)을 추가로 접착 및 연결하기 위해 내부 플랜지(242)와 외부 플랜지(240) 사이의 공간에 에폭시 또는 다른 접착제가 증착 또는 주입될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 예시적인 구현에 대한 하나의 변형에서, 케이블 보어(234)는 유리 하우징(102)을 윗 부분과 아랫 부분으로 이등분하는 가상 평면(예를 들어, 원형 단면의 경우 도 2b에 표시된 제1 직경(108))과 실질적으로 동일 평면에 있는 위치에 배치된다. 따라서, 케이블(212, 214)은 태양 전지 시스템(100)의 중심 축을 따라 및 그 질량 중심을 따라 캡(202, 204)과 인터페이스로 접속한다. 대안적으로, 케이블 보어(234)는 유리 하우징(102) 내의 반사 요소(130) 또는 태양 전지(120)의 추가적 또는 선택적 구성에 의해 야기된 추가적인 비틀림력을 수용하기 위해 캡(202, 204)의 중심 축으로부터 오프셋될 수 있다. 도시된 바와 같이, 외부 요면(outboard indentation)(236)은 케이블 보어(234)와 동일한 평면에 배치된다. 그러나, 케이블 보어(234)와 외부 요면(236)의 상대적 배향은 태양 전지 시스템(100)의 모든 원하는 기하학적 구조 또는 무게 분포를 수용하기 위해 수정 또는 조정될 수 있다.
예시적인 구현의 다른 양태에서, 제1 캡(202)은 외부 전송선(230)에 태양 전지 시스템(100)을 직접 연결하도록 구성될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 캡(202)은 전송선(230)이 태양 전지 시스템(100)에 기계적으로 부착되고 각각의 유리 하우징(102) 내에 있는 일련의 태양 전지(120)에 전기적으로 결합될 수 있는 외부 요면(236)을 포함할 수 있다. 에폭시 또는 다른 접착제는 제1 캡(202)에 전송선(230)을 부착시킬 수 있다. 대안적으로, (예를 들어, 선택적으로 제거할 수 있는) 비전도성 클램프는 제1 캡(202)에 전송선(230)을 부착시킬 수 있다.
또한, 제1 캡(202)은 전송선(230)에 일련의 태양 전지(120)를 전기적으로 결합하거나 연결하는 전극(238)을 포함할 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 전극(238)은 외부 요면(236) 내에 전송선(230)을 맞물리게 하는 전기 접점을 제공하도록 구성되고 제1 캡(202) 내에 통합 또는 내장될 수 있다. 따라서, 플렉서블 태양광 패널(230)을 조립할 때, 각각의 태양 전지 시스템(100)에 대해, 제1 캡(202)은 유리 하우징(102)에 부착되고 전극(238)을 통해 일련의 태양 전지(120)에 전기적으로 연결된다. 이후, 태양 전지 시스템(100)은, 예를 들어 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)에 있는 각각의 케이블 보어(234)를 통해 케이블(212, 214)을 빠져나가게 함으로써, 케이블(212, 214)에 정렬 및 부착된다. 이후, 플렉서블 태양광 패널(200)은 (상세하게 후술되는) 원하는 위치에 배치되고 태양 전지 시스템(100) 각각의 제1 캡(202)에 전송선(230)을 부착함으로써 맞물릴 수 있기 때문에, 전송선(230)까지 및 그 원하는 종점까지 일련의 태양 전지(120) 각각으로부터 전류를 전달할 수 있다. 이러한 예시적인 구현의 일부 변형에서, 접지선 또는 와이어(도시되지 않음)는 일련의 태양 전지(120) 각각에서 대지 전위(ground potential)를 제공하기 위해 제2 캡(204)에 부착될 수 있다.
도 4b에 도시된 예시적인 구현의 다른 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 전송선(230)에 전기적으로 연결 가능하고 각 태양 전지 시스템(100) 내의 일련의 태양 전지(120)로의 역전류 흐름(들)을 방지하도록 구성된 전류 보호 회로(244)를 포함할 수 있다. 전류 보호 회로(244)는 전송선(230)을 따라 인접한 태양 전지 시스템(100) 사이에 배열된 외부 회로 또는 전기적 결합일 수 있다.
대안적으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 전류 보호 회로(244)는 제1 캡(202)에 포함되거나 제1 캡(202)과 통합될 수 있다. 이러한 대안적인 구현에서, 전류 보호 회로(244)는 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)이 작동되고 전기로 움직이게 될때 및 제1 캡(202)과 함께 전송선(230)에 자동으로 연결된다. 전류 보호 회로(244)는 예를 들어 일련의 인접한 태양 전지 시스템(100) 또는 인접한 태양 전지 시스템(100) 사이의 전송선(230)을 따라 전류 흐름을 편향시키는 다이오드(예를 들어, 보호 다이오드) 또는 다른 유사한 전자 장치(예를 들어, 집적 회로)로서 전극(238)에 인접하게 배열 또는 배치될 수 있다. 대안적으로, 전류 보호 회로(244)는 일련의 태양 전지(120)로부터 멀리 전류 흐름을 편향시키기 위해 전극(238)과 협력하도록 구성되는 별도의 모듈 또는 회로로서 구성될 수 있다.
예시적인 구현의 다른 변형에서, 유리 하우징(102) 한쪽 단부 또는 양쪽 단부는 캡(202, 204)과 인터페이스로 접속하기 전에 밀봉될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 유리 하우징(102)의 제2 단부(106)는 도시된 바와 같이 자체적으로 또는 단자(150) 또는 단자(150) 주위에 둘러싸일 수 있다. 제2 캡(204)은 에폭시 또는 다른 접착제를 사용하여 밀봉된 제2 단부(106)에, 그 주위에, 또는 그 주변에 부착될 수 있다. 마찬가지로, 유리 하우징(102)의 제1 단부(104)는 전술한 방식으로 제1 캡(202)과의 결합을 통해 밀봉될 수 있다. 다른 대안적인 구현에서, 유리 하우징(102)의 양쪽 단부(104, 106)는 단자(140, 150) 주위 또는 주변에 밀봉될 수 있고, 케이블(212, 214)에 부착하도록 구성되는 별도의 캡(202, 204)은 단자(140, 150) 주위 또는 그 주변의 태양 전지 시스템(100)에 부착될 수 있다. 또 다른 대안에서, 단자(140, 150)는 전송선(230) 및 케이블(212, 214)에 전기적으로 및 기계적으로 결합하기 위해 케이블 보어(234), 외부 요면(236) 및/또는 전류 보호 회로(244)를 포함함으로써 캡(202, 204)으로서 기능할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 플렉서블 태양광 패널(200)은 케이블(212, 214)을 따라 배치된 일련의 상호 평행한 태양 전지 시스템(100)으로서 구성될 수 있다. 따라서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)을 따라 각각의 태양 전지 시스템(100)을 부착 및 배치하기 위해 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)에 선택적으로 부착 가능한 일련의 기점(222, 224)을 포함할 수 있다. 일련의 기점(222, 224)은 관통하는 케이블(212, 214)에 대해 각각의 캡(202, 204)을 유지, 억제 또는 고정하기 위해 (제1 캡(202) 및 제2 캡(204) 각각 내의) 제1 및 제2 케이블 보어(234)와 협력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일련의 기점(222, 224)은 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)에 대해 케이블(212, 214)의 움직임을 방지하기 위해 기계적으로 협력하고 제1 및 제2 케이블 보어(234)에 인접하게, 그 안에, 또는 부분적으로 그 안에 배열 또는 배치될 수 있는 일련의 나사, 페룰(ferrule), 그로밋, 클램프 또는 가라앉힐 수 있는 너트와 같은 파스너를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 구현에서, 일련의 기점(222, 224)은 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)이 실질적으로 움직일 수 없고, 케이블(212)을 따라 선택된 위치에 비가역적으로 배열될 수 있는 플라스틱, 고무, 연질 금속, 또는 이들의 조합과 같은 연질의 변형 가능한 물질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 조립하는 동안, 케이블(212, 214)은 플렉서블 태양광 패널 시스템(200)에 포함된 각각의 태양 전지 시스템(100)에 대한 적절한 간격 표시로 표시될 수 있다. 각각의 캡(202, 204)은 한 쌍의 기점(222, 224)(예를 들어, 앞 및 뒤 기점)과 연관될 수 있고, 각각의 케이블(212, 214)은 각각의 캡(202, 204) 및 관련 기점(222, 224)을 빠져나갈 수 있다. 케이블(212, 214)을 따라 있는 표시에 따라 태양 전지 시스템(110)의 적절한 위치가 결정 및 확인되면, 기점(222, 224)은 태양 전지 시스템(100)을 영구적으로 배치하기 위해 캡(202, 204)과 협력하거나 그를 기준으로 그들의 영구적인 위치에 부착 또는 비가역적으로 배열될 수 있다. 이러한 프로세스는 모든 태양 전지 시스템(110)에 대해 직렬로 또는 병렬로 반복될 수 있다.
따라서, 일련의 태양 전지 시스템(100)이 일련의 케이블(212, 214)에 설치되면, 결과의 플렉서블 태양광 패널(200)은 저장 및/또는 수송을 위해 실린더형 롤로 롤링될 수 있다. 예를 들어, 플렉서블 태양광 패널(200)은 실린더와 유사한 코일로 롤링되고 플렉서블 슬리브 또는 강성 드럼에 보관될 수 있다. 또한, 플렉서블 태양광 패널(200)을 스풀 주위에 감고 나서, 연장된 저장 및/또는 목적지까지의 수송을 위해, 스풀 상의 태양 전지 시스템(100) 각 층 사이에 및/또는 감긴 스풀 외부 주위를 보호 연질 재료 같은 것으로 감을 수 있다.
7.2 인터페이스 변형(Interface Variations)
도 5, 도 6 및 도 7에 도시된 예시적인 구현의 변형에서, 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부에 배열된 제1 캡(202) 및 유리 하우징(102)의 제2 단부에 배열된 제2 캡(204)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 유리 하우징(102)의 단부는 밀봉된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 유리 하우징(102)의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부는 또한 캡(202, 204)을 영구적으로 부착함으로써 밀봉될 수 있다.
7.2.1 케이블 보어 인터페이스(Cable Bore Interface)
도 5에 도시된 예시적인 구현에서, 제1 캡(202)은 유리 하우징(102)의 제1 단부와 헐겁게 맞는(running fit) 크기의 내부 튜브 보어(internal tube bore)를 정의할 수 있다. 또한, 제1 캡(202)은 일련의 태양 전지(120)로부터 전기 핀(electrical pin)을 수용하기 위해 크기를 크게 할 수 있는 일련의 핀 보어 또는 다른 전기 커넥터를 포함할 수 있다. 유리 하우징(102)의 제1 단부 상에 제1 캡(202)을 조립하기 위해, 제1 캡(202)의 튜브 보어에 UV-안정성 에폭시를 채우고; 이후, 일련의 태양 전지(120)로부터의 전기 핀을 제1 캡(202)의 핀 보어와 정렬시키고; 유리 하우징(102)의 제1 단부를 핀 보어로 연장되고 핀 보어에서 오프셋된 전기 핀과 함께 튜브 보어에 삽입한다. 따라서, 에폭시는 플러그 커넥터에 액세스할 수 있고 제1 캡과 물리적으로 분리된 전기 핀과 함께 제1 캡(202)에 유리 하우징(102)의 제1 단부를 접착시킨다.
이러한 예시적인 구현에서, 제1 캡(202)은 다이캐스트 알루미늄과 같은 전도성 물질로 제작될 수 있다. 따라서, 제1 캡(202)의 핀 보어는 전기 핀에 비해 크기가 클 수 있고, 각 전기 핀과 그에 대응하는 핀 보어 사이의 갭은 포팅(potting) 물질로, 예를 들어, 유리 하우징(102)의 제1 단부에 제1 캡을 조립한 후 실리콘 고무 겔로 또는 유리 하우징(102)의 제1 단부에 제1 캡을 조립하는 것과 동시에 전술한 에폭시로 채워질 수 있다. 대안적으로, 제1 캡(202)은 성형된 유리 섬유 또는 사출 성형된 UV 안정성 고분자(예를 들어, PVDF, PTFE)와 같은 비전도성 물질로 제조될 수 있고; 제1 캡의 핀 보어는 제1 캡이 유리 하우징(102)의 제1 단부로부터 캔틸레버된 이들 핀을 기계적으로 지지하도록 전기 핀과 꼭 맞는(예를 들어,헐겁게 맞는) 크기로 조정될 수 있다.
이러한 예시적인 구현에서, 유리 하우징(102)의 제1 단부는 또한 캡으로부터의 유리 하우징(102)의 분리에 기계적으로 저항하도록 구성된 유지부(retention features)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제조하는 동안 유리 하우징(102)의 제1 단부가 폐쇄될 때 그 제1 단부 근처의 유리 하우징에 볼록한 딤플(dimple)이 성형될 수 있고; 제1 캡(202)은 튜브 보어의 세로 축에 수직이고 튜브 보어에 있는 상호 보완적인 수용부(receiver)를 정의할 수 있다. 따라서, 유리 하우징(102) 상의 딤플은 유리 하우징(102)의 제1 단부가 제1 캡(202)에 삽입되면 수용부에 안착할 수 있다. 대안적으로, 튜브 보어는 L자형 홈(groove)을 정의할 수 있고; 유리 하우징(102)의 제1 단부는 홈의 세로 부분에 딤플을 정렬시킨 다음 홈의 방사형 부분에 딤플을 안착시키기 위해 유리 하우징(102)을 회전시킴으로써 제1 캡(202)에 삽입될 수 있고, 그렇게 함으로써 유리 하우징(102)의 제1 단부에 제1 캡(202)을 세로로 잠글 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 캡(202)은 케이블 보어가 - 유리 하우징(102)의 축 위 및 아래로 오프셋된 유리 하우징(102)의 제1 단부로부터 연장되는 - 2개의 핀 사이를 지나가도록 유리 하우징(102)의 축에 수직으로 및 축과 일직선으로 그 본체를 통과하는 케이블 보어(234)를 정의한다. 마찬가지로, 제2 캡(204)은 유리 하우징(102)의 축에 수직으로 및 축과 일직선으로 그 본체를 통과하는 케이블 보어(234)를 정의할 수 있다.
이러한 구현에서, 유리 하우징(102)은 제1 캡(202)의 케이블 보어(234)를 통해 제1 케이블(212)을 삽입하고, 제2 캡(204)의 케이블 보어(234)를 통해 제2 케이블(214)을 삽입함으로써 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214) 상에 조립될 수 있다. 이후, 페룰(ferrle) 또는 다른 기점은 전술한 바와 같이 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)의 각 측면 상에서 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)에 클램핑될 수 있다.
대안적으로, 제1 일련의 나사(도시되지 않음)는, 예를 들어 케이블 보어(234)에 수직인, 제1 캡(202)의 나사산 보어에 설치되고, 제1 케이블(202) 상의 위치에 제1 캡(202)을 접착 및 잠그기 위해 제1 케이블(212)에 조여질 수 있고; 마찬가지로, 제2 일련의 나사는 제2 캡(204)의 나사산 보어에 설치되고, 제2 케이블(214) 상의 위치에 제2 캡(204)을 접착 및 잠그기 위해 제2 케이블(214)에 조여질 수 있다.
도 5에 도시된 예시적인 구현에서, 전기 하니스는 일련의 전도성 와이어 세그먼트(예를 들어, 절연된 고 전압 편복(braided) 구리 와이어); 제1 케이블(112) 및 제2 케이블(114)을 따라 배열된 태양 전지 시스템(100) 사이의 피치 거리와 동일한 (또는 약간 더 큰) 피치 거리에서 전도성 와이어 세그먼트를 따라 배열된(병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결된) 일련의 암 플러그 커넥터(female plug connector); 및 인접한 플렉서블 태양광 패널(200)에 또는 로드에 전기적으로 결합하도록 구성된 전도성 와이어 세그먼트의 한쪽 단부 또는 양쪽 단부에 있는 패널간 커넥터(inter-panel connector)를 포함한다.
예시적인 전기 하니스는 따라서 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이에 걸쳐 있는 인접한 "배선 하니스"를 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 전기 하니스는 플렉서블 태양광 패널(200)의 각 태양 전지 시스템(100)의 제1 캡(202)에 있는 대응하는 핀 소켓(똔느 핀 소켓 쌍)에 각각의 암 플러그 커넥터를 삽입함으로써 플렉서블 태양광 패널(200) 상에 설치될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 구현에서, 각각의 암 플러그 커넥터는 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부로부터 연장되는 전기 핀을 수용하고 전기적으로 결합하도록 구성된 한 쌍의 핀 리셉터클을 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 암 플러그 커넥터는 U자형 베이스; 및 U자형 베이스로부터 연장되고, 2개의 핀 사이의 거리 만큼 오프셋되고, 암 핀 리셉터클(female pin receptacle)을 각각 수용하는 한 쌍의 보스(boss)를 포함할 수 있다.
플렉서블 태양광 패널(200)에 태양 전지 시스템(100)을 조립하기 위해, 암 플러그 커넥터의 보스(boss)는 제1 케이블(212) 근처 또는 그 위에 안착되는 암 플러그 커넥터의 베이스와 함께 제1 캡(202)의 보어에 의해 형성된 핀 소켓에 삽입될 수 있다. 따라서, 암 플러그 커넥터가 태양 전지 시스템(100) 상에 설치될 때, 암 플러그 커넥터의 보스는 제1 캡(202)으로부터 핀을 절연하고; 제1 캡(202)의 그들의 대응하는 핀 보어 내에서 핀을 기계적으로 지지하고; 태양 전지 시스템(100)의 그 대응하는 핀에 각각의 암 플러그 커넥터의 암 핀 리셉터클을 전기적으로 결합할 수 있다. 또한, 이러한 예에서, 제1 캡(202)은 일련의 핀 주위에 단단한 구조를 형성함으로써, 예를 들어 태양 전지 시스템(100)을 제조하는 동안, 플렉서블 태양광 패널(200)의 초기 조립 동안, 또는 플렉서블 태양광 패널(200)의 현장 유지 보수 동안, 암 플러그 커넥터가 제1 캡(202)에서 제거될 때 손상으로부터 일련의 핀을 보호할 수 있다.
대안적으로, 태양 전지 시스템(100)의 전기 핀은 태양 전지 시스템(100)의 제1 캡(202)을 통해 및 그 너머로 연장될 수 있고, 암 플러그 커넥터는 태양 전지 시스템(100)과 암 플러그 커넥터 사이에 배치된 제1 케이블로 이들 핀 위에 설치될 수 있다. 다른 대안에서, 전기 하니스는 일련의 개별 "점퍼(jumper)"를 포함하고, 각각의 점퍼는 인접한 태양 전지 시스템(100)의 제2 전기 핀에 제1 태양 전지 시스템(100)의 제1 전기 핀을 연결하도록 구성되고; 제1 케이블(212)의 인접한 부분을 감싸도록, 클립하도록, 또는 묶도록 구성된 와이어 부분을 포함한다.
다른 대안적인 구현에서, 제1 캡(202)은 보어 및 태양 전지 시스템(100)의 세로 축과 평행한 태양 전지 시스템(100) 보어의 베이스로 연장되고; 제1 캡(202)의 원위(즉, 외부) 단부 전에 종료되고; 태양 전지 시스템(100)의 제1 측면으로부터 연장되는 2개의 핀 사이의 피치 거리 만큼 태양 전지 시스템(100)의 축으로부터 수직으로 오프셋되는 2개의 블라인드 핀 보어를 정의한다. 이러한 구현에서, 제1 캡(202)은 또한 제1 캡의 외부 표면으로부터 2개의 핀 보어까지 연장되는 전기 소켓을 포함한다. 예를 들어, 제1 캡(202)은 제1 캡의 전면에서 연장되고, 태양 전지 시스템(100)의 축에 수직이고, 태양 전지 시스템(100)의 상부 핀 근처에서 제1 캡의 상부 핀 보어와 만나는 제1 전기 소켓; 및 제1 캡의 후면에서 연장되고, 태양 전지 시스템(100)의 축에 수직이고, 태양 전지 시스템(100)의 하부 핀 근처에서 제1 캡(202)의 하부 핀 보어와 만나는 제2 전기 소켓을 포함할 수 있다.
이러한 구현에서, 제1 캡(202)은 또한 핀 보어의 베이스와 제1 캡(202)의 원위 단부 사이에 배열된 케이블 보어(234)를 포함할 수 있다. (대안적으로, 후크, 연속 루프, 또는 다른 케이블 인터페이스가 본 명세서에 기술된 바와 같이 제1 캡의 원위 단부 상에 또는 근처에 배열될 수 있다). 따라서, 제1 캡(202)은 전기 핀과 제1 캡(202)의 원위 단부 사이에서 제1 캡(202)에 결합된 제1 케이블(212)로, 예를 들어 전술한 바와 같이, 제1 케이블(212) 상에 설치 및 배치될 수 있다.
또한, 이러한 구현에서, 전기 하니스는 태양 전지 시스템(100) 전면에 있는 제1 전기 소켓에 삽입되어 태양 전지 시스템(100)의 상부 핀과 전기적으로 접촉하도록 구성된 제1 플러그; 태양 전지 시스템(100) 후면에 있는 제2 전기 소켓에 삽입되어 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100)의 하부 핀과 전기적으로 접촉하도록 구성된 제2 플러그; 및 제1 및 제2 플러그를 연결하는 절연된 전도성 와이어(예를 들어, 편복 구리 리본)를 포함할 수 있다. 따라서, 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 인접한 태양 전지 시스템(100)의 각 쌍에 대해, 시스템은 직렬로 이러한 인접한 태양 전지 시스템(100) 쌍의 상부 핀과 하부 핀 사이에 배열되어 이들을 연결하는 하나의 전기 하니스를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전기 하니스는 또한 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 음영 처리된 태양 전지 시스템(100) 그룹 주위로 전류가 흐를 수 있도록 구성되고 태양 전지 시스템(100) 커넥터 그룹 사이에 통합된 일련의 전류 보호 회로(예를 들어, 다이오드)를 포함할 수 있다.
7.2.2 클램쉘 인터페이스(Clamshell Interface)
도 6에 도시된 다른 구현에서, 제1 캡(202)은 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부를 둘러싸도록 구성되고; 캡이 유리 하우징(102)의 제1 단부에 설치될 때 유리 하우징(102)의 전기 핀을 교차하는 클램쉘 구조의 2개의 절반 사이에 분리 평면(parting plane)을 정의하는 클램쉘 구조를 포함한다. 따라서, 클램쉘 구조의 각 절반은 분리 평면에 전기 핀을 위한 리세스를 포함할 수 있다. 따라서, 클램쉘 구조는 - 클램쉘 절반에 있는 리세스에 배치된 및/또는 지지된 전기 핀으로 - 유리 하우징(102)의 제1 단부 위에 조립된 다음 클램쉘 구조에 있는 리세스 내로 (또는 그를 통해) 지나가는 전기 핀으로 유리 하우징(102)의 제1 단부 위에 클램쉘 구조를 클램핑하기 위해 함께 고정될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 캡(204)은 유사하거나 동일한 기하학적 구조를 정의할 수 있고, 유리 하우징(102)의 제2 단부에 유사하게 결합될 수 있다.
예를 들어, 제1 캡(202)은 제1 케이블(212)의 외부 반경과 유사한 내부 반경의 반원 베이스(semicircle base)를 정의하고; 유리 하우징(102)의 세로 축을 통해 수평면을 가로질러 대칭인 포크(fork)를 포함할 수 있다. 제1 케이블(212)의 반경과 유사한 내부 반경의 유사한 반원 베이스를 갖는 U자형 클램프는 일련의 나사산 파스너로 포크 위에 고정하여 포크와 U자형 클램프의 반원 베이스 사이에 제1 케이블(212)을 클램핑하도록 구성된다. 따라서, 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부는 태양 전지 시스템(100)의 제1 캡(202) 상의 포크와 U자형 클램프 사이에 제1 케이블(212)을 설치 및 클램핑함으로써 제1 케이블(212) 상의 특정 위치에 결합되고 그 위에서 유지될 수 있다. 마찬가지로, 태양 전지 시스템(100)의 제2 단부는 태양 전지 시스템(100)의 제2 캡(204) 상의 포크와 U자형 클램프 사이에 제2 케이블(214)을 유사하게 클램핑함으로써 제2 케이블(214) 상의 특정 위치에 결합되고 그 위에서 유지될 수 있다.
추가적인 태양 전지 시스템(100)은 인접한 태양 전지 시스템(100) 사이의 목표 피치에서 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214) 상에 유사하게 설치될 수 있다. 또한, 이러한 구현에서, 개별 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템(100)의 각 단부로부터 U자형 클램프를 풀어 - 교체 또는 유지 보수와 같은 이유로 - 플렉서블 태양광 패널(200)에서 제거될 수 있다. 추가적인 태양 전지 시스템(100)은, 예를 들어 플렉서블 태양광 패널(200)의 전력 출력을 증가시키기 위해 및/또는 플렉서블 태양광 패널(200)의 개방 영역을 감소시키기 위해, 제1 케이블(212)과 제2 케이블(214) 사이에 유사하게 설치될 수 있다.
7.2.3 루프 인터페이스(Loop Interfaces)
도 7에 도시된 또 다른 구현에서, 제1 캡(202)은 유리 하우징(102)의 제1 단부 반대쪽에 있는 제1 캡(202)으로부터 바깥쪽으로 연장되고 태양 전지 시스템(100)의 세로 축을 통해 수평면을 가로질러 아래쪽으로 반전되는 후크(hook)(예를 들어, "스플리트(split)" 또는 부분 루프)를 정의한다. 이러한 구현에서, 제1 캡(202)은 또한 후크의 자유 단부(또는 "노즈(nose)")에 걸쇠를 걸기 위해 캡(202)의 외부면으로부터 연장되는 힌지형 스프링 장착 게이트 및/또는 게이트 위에 배열되고 후크의 자유 단부에 대해 게이트를 잠그도록 구성된 잠금 슬리브(예를 들어, 스프링 장착 선형 슬리브 또는 나사산 슬리브)를 포함할 수 있다.
이러한 구현에서, 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)은 목표 피치 거리에서 케이블(212, 214)에 감기거나 케이블(212, 214)에 클램핑된 기점 또는 페룰로 제조될 수 있다. 일련의 태양 전지 시스템(100)은 이후 제1 케이블(212) 상의 기점에, 그와 인접하게, 또는 그 사이에 이들 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부 상의 제1 캡(202)으로부터 연장되는 후크를 클립핑한 후; 제2 케이블(214) 상의 기점에, 그와 인접하게, 또는 그 사이에 이들 태양 전지 시스템(100)의 제2 단부 상의 제2 캡(204)으로부터 연장되는 후크를 클립핑함으로써 제1 및 제2 케이블 상에 설치될 수 있다.
이러한 예시적인 구현에서, 개별 태양 전지 시스템(100)은 그들의 대응하는 케이블(212, 214)로부터 태양 전지 시스템(100)의 각 단부에서 후크를 풀어, 예를 들어 교체 또는 유지 보수를 위해 - 플렉서블 태양광 패널(200)에서 제거될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 구현에서, 추가적인 태양 전지 시스템(100)은 플렉서블 태양광 패널(200)의 기존 태양 전지 시스템(100) 사이에 있는 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214) 상에 이들 추가적인 태앵 전지 시스템(100)의 단부 상의 이들 후크를 클립핑함으로써 플렉서블 태양광 패널(200)에 설치될 수 있다.
대안적으로, 도 7에 도시된 부분 루프 중 하나 또는 둘 다는 전체 및 연속 루프로 교체될 수 있다. 예를 들어, 제1 캡(2022) 및 제2 캡(204) 중 하나 또는 둘 다는 각각 케이블(212, 214)을 수용하도록 구성되고 하우징의 세로 축을 통과하는 수평 및 수직 평면을 가로질러 대칭이고 유리 하우징(102)의 제1 단부와 반대인 바깥쪽으로 연장되는 연속 루프; 및 케이블(212, 214)로부터 루프를 절연하도록 구성되고 루프 내에 배열된 탄성 그로밋을 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 구현에서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 일련의 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부 상의 제1 캡(202)에서 이들 루프를 통해 제1 케이블(212)을 통과시키고; 일련의 태양 전지 시스템(100)의 제2 단부 상의 제2 캡(204)에서 루프를 통해 제2 케이블(214)을 통과시키고; 각 태양 전지 시스템(100) 사이에 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)을 따라 기점을 설치함으로써 조립될 수 있다.
예를 들어, U자형 볼트 케이블 클립은 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이를 따라 목표 피치에서 이들 태양 전지 시스템(100)을 배치하기 위해 각 캡(202, 204)의 각 측면 상에 있는 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214) 상에 설치될 수 있다. 대안적으로, 일련의 태양 전지 시스템(100)은 태양 전지 시스템(100) 상에 있는 각 인접한 제1 캡(202) 사이에 2개의 느슨한 페룰을 갖는 제1 케이블(212) 상에 설치될 수 있고; 태양 전지 시스템(100) 상에 있는 각 인접한 제2 캡(204) 사이에 2개의 느슨한 페룰을 갖는 제2 케이블(214) 상에 유사하게 설치될 수 있다. 각 제1 캡(202)의 각 측면 상에 있는 2개의 페룰은 이후 제 1 케이블(212)을 따라 목표 피치 거리에서 이들 태양 전지 시스템)100)의 제1 단부를 배치하기 위해 제1 케이블(212) 상에 클림핑될 수 있고; 제2 케이블(214) 상에 있는 페룰 쌍은 제2 케이블(214)을 따라 목표 피치 거리에서 이들 태양 전지 시스템)100)의 제2 단부를 배치하기 위해 마찬가지로 클림핑될 수 있다.
7.2.4 조정 가능한 인터페이스(Adjustable Interface)
전술한 구현에서, 제1 캡(202)은 또한 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부에 장착되고 태양 전지 시스템(100) 보어 및 핀 보어를 정의하는 내부 세그먼트; 및 내부 세그먼트에 피봇 가능하게 결합되고 케이블 인터페이스를 정의하는 외부 세그먼트로 분할될 수 있다. 마찬가지로, 제2 캡(204)은 내부 세그먼트 및 외부 세그먼트를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 구현에서, 제1 캡(202) 및 제2 캡(204)의 내부 및 외부 세그먼트 사이에 배열된 파스너 또는 클램프는 느슨해질 수 있고, 이들 캡의 내부 세그먼트 및 그에 결합된 태양 전지 시스템(100)은 외부 캡 세그먼트 및 케이블(212, 214)을 기준으로 회전(예를 들어, "롤링")될 수 있기 때문에, 플렉서블 태양광 패널(200)이 배치되고 설치된 후에도, 플렉서블 태양광 패널(200)이 배치되면 태양의 고도에 대한 케이블(212, 214)의 방향을 추적하는 것과 같이 케이블 상에서 태양 전지 시스템(100)의 각도 위치를 롤 조정할 수 있다.
7.2.5 통합된 기계식 커넥터(Integrated Mechanical Connector)
하나의 변형에서, 제1 케이블 보어(234)는 이러한 제1 케이블 보어(234) 주위에 밀봉된 유리 구조를 형성하기 위해, 예를 들어 유리 하우징(102)을 유리 전이 온도까지 가열한 후 유리 하우징(102)을 클림핑하고 피어싱하여, 유리 하우징(102)의 제1 단부에 근접한 유리 하우징(102)의 구조에 직접 제작된다. 이러한 변형에서, 유리 하우징(102)의 상부 및 하부 핀은 유리 하우징(102)의 제1 단부를 통해 및 제1 단부까지 연장될 수 있고, 각각 제1 케이블 보어 위 및 아래를 지나갈 수 있다. 마찬가지로, 제2 케이블 보어는 유리 하우징(102)의 제2 단부 근처에 제조될 수 있다. 따라서, 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)은 이들 통합된 케이블 보어 또는 이들 태양 전지 시스템(100)에 직접 설치될 수 있다.
이러한 변형에서, 추가적인 외부 지지 구조는 제1 및 제2 케이블 보어 주위의 태양 전지 시스템(100) 상에 또는 그 주변에 또한 설치될 수 있다. 예를 들어, 케이블 보어 근처의 태양 전지 시스템(100) 영역 전체에 걸쳐 태양 전지 시스템(100)의 무게를 분산시켜서 유리 하우징(102)에 대한 국부 응력을 감소시키기 위해 유리 하우징(102)의 제1 및 제2 단부 주위에 복합 재료(예를 들어, 유리 섬유, Kevlar)를 감싸고 접착시킬 수 있다. 이러한 예시적인 구현에서, 전기 하니스는 전술한 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)의 제1 단부로부터 연장되는 전기 핀 위에 직접 설치될 수 있다.
8. 배치(Deployments)
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이, 플렉서블 태양광 패널(200)은 다양한 설정으로 배치 및 설치될 수 있고, 예를 들어 베터리 저장 용량, 전기 차량 충전, 및 국부 그리드 전력 생성을 포함하여 다양한 추가 구조 및 기능을 포함할 수 있다.
8.1 농업(Agricultural)
도 8a에 도시된 바와 같이, 플렉서블 태양광 패널(200)은 농작물을 가리고 농작물 수확량을 늘리기 위해; 및 배터리 및/또는 충전소(310)를 통해 전기 농업용 차량(electric agricultural vehicles)에 전력을 공급하거나 국부 전기 그리드에 직접 전력을 출력하기 위해 농지 위에 배치될 수 있다.
일반적으로, 각각의 플렉서블 태양광 패널(200)의 개방 영역 및 그에 따른 플렉서블 태양광 패널(200)에 의한 태양광 차양 및 에너지 흡수는 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 태양 전지 시스템(100)의 피치 간격의 함수이다. 따라서, 농지 위에 배치하는 경우, 플렉서블 태양광 패널(200)은 농지 위에서 재배되는 농작물의 광 요구량에 비례하는; 농작물의 열 및 광 민감성에 반비례하는; 및/또는 농지의 지리적 영역에서의 과거 온도 또는 예측 온도 및 태양광 세기에 반비례하는 피치 간격에 따라 구성될 수 있다.
농지 위에 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)을 설치하기 위해, 양쪽 단부에 매달려 있을 때 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이(예를 들어, 지지 부재(300) 사이에 커티너리 곡선을 형성할 때의 플렉서블 태양광 패널(200)의 "처짐 길이")와 동일한 기둥 사이의 세로 방향 피치 및 플렉서블 태양광 패널(200)의 폭과 동일한 기둥 사이의 측면 방향 피치로 농지 전체에 걸쳐 있는 농작물 열 사이에 다수의 지지 부재(300)가 먼저 설치된다. 예를 들어, 4 피트의 농작물 열 간격을 갖는 200 피트 길이 농지의 경우, 50 피트 길이 및 약 8 피트 폭(즉, 2개의 농작물 열에 걸쳐 있는 폭)의 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)이 이러한 농지에 배치될 수 있다. 특정 장력에서, 각각의 플렉서블 태양광 패널(200)이 40 피트 길이에 걸쳐 있도록 설계될 수 있다. 따라서, 5개 플렉서블 태양광 패널(200)의 행(column)이 농지의 전체 길이에 걸쳐 있도록 조립될 수 있다. 따라서, 기둥(post)의 패널이 8 피트 측면 방향 피치 오프셋 및 40 피트 세로 방향 피치 오프셋으로 농지에 설치될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)은 플렉서블 태양광 패널(200)으로부터의 부하 일부를 견디고 지지 부재(300)를 지지하는 트러스 지지 부재(truss support member)를 포함하는 일련의 지지 부재(300) 사이에 또는 그 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 이러한 대안적인 구현에서, 트러스 부재는 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)을 지지하기 위해 필요한 지지 부재(300)의 개수를 감소시키면서 구조의 강성 및 회복력을 증가시키는 기능을 할 수 있다.
이어서, 코일형 플렉서블 태양광 패널(200)이 트럭, 평상형 침대, 또는 손수레 뒤쪽에 있는 스풀에 배치된다. 플렉서블 태양광 패널(200) 코일은 농지의 제1 단부, 기둥 패널의 제1 지지 부재(300) 위에 고리 모양으로 만들어진 제1 버팀줄, 및 기둥 패널의 제2 지지 부재(300) 위에 고리 모양으로 만들어진 제2 버팀줄로 구동된다. 제1 케이블(212)의 제1 단부는 이후 제1 버팀줄에 갈고리로 잠그게 되어 있고, 제2 케이블(214)의 제2 단부는 제2 버팀줄에 갈고리로 잠그게 되어 있고, 제1 버팀줄 및 제2 버팀줄은 제1 및 제2 지지 부재(300)의 상부까지 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)의 제1 단부를 잡아당기기 위해 팽팽해진다. 제1 및 제2 케이블의 제1 단부는 따라서 제1 및 제2 지지 부재(300)에 고정된다.
플렉서블 태양광 패널(200)은 이후 플렉서블 태양광 패널(200)이 지면에 풀릴 때 농지에 설치된 다음 지지 부재(300) 쌍으로 구동된다. 플렉서블 태양광 패널(200)이 제3 및 제4 지지 부재(300) 근처에 완전히 풀려 있는 상태에서, 제1 버팀줄은 기둥 패널의 제3 지지 부재(300)의 상부 위에서 고리 모양으로 만들어져서 제1 케이블(212)의 제2 단부에 연결되고; 제2 버팀줄은 기둥 패널의 제4 지지 부재의 상부 위에서 고리 모양으로 만들어져서 제2 케이블(214)의 제2 단부에 연결된다. 이후, 제1 및 제2 버팀줄은 제3 및 제4 지지 부재(300)의 상부까지 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)의 제2 단부를 끌어당기기 위해 팽팽해지고, 제1 및 제2 케이블의 제2 단부는 이후 제3 및 제4 지지 부재(300)에 고정된다.
이후, 이러한 프로세스는 농지의 나머지 지지 부재(300)에 추가적인 플렉서블 태양광 패널(200)을 설치하기 위해 반복될 수 있다.
이후, 이들 설치된 플렉서블 태양광 패널(200)이 접지되고, 플렉서블 태양광 패널(200)의 전기 하니스가 상호 연결되고 플렉서블 태양광 패널(200) 설치를 완료하기 위해 파워 싱크(power sink)(310)에 연결된다.
유사한 구현에서, 농지에 수평으로 놓이고 그 교각에 핀으로 고정된 각 지지 부재(300)의 베이스와 함께 전술한 측면 및 세로 방향 피치 거리에서 농지 전체에 걸쳐 있는 기둥 위치에 지지 부재(300) 교각이 배치될 수 있다.
제1 플렉서블 태양광 패널(200)의 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)의 제1 단부는 이후 제1 및 제2 지지 부재(300)의 상부에 연결되고; 이후, 제1 플렉서블 태양광 패널(200)이 다음 지지 부재(300) 쌍에 접근하는 그 제2 단부와 함께 농지에 풀리고; 제1 플렉서블 태양광 패널(200)의 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)의 제2 단부는 이들 제3 및 제4 지지 부재(300)의 상부에 연결된다.
이러한 프로세스는 농지에 놓여 있는 이들 기둥 및 플렉서블 태양광 패널(200)과 함께 그들의 대응하는 기둥에 추가적인 플렉서블 태양광 패널(200)을 연결하기 위해 반복된다.
이들 플렉서블 태양광 패널(200)이 그들의 대응하는 지지 부재(300)에 조립되면, 지지 부재(300)의 제1 행에 있는 마지막 지지 부재(300) 쌍이 팽팽해지고 수직 방향으로 들어올려져 농지 위에 있는 이러한 행의 마지막 플렉서블 태양광 패널(200)을 들어 올리고, 다음 일련의 지지 부재(300)를 수직 방향으로 들어 올리고, 농지 위에 있는 이러한 행의 다음 플렉서블 태양광 패널(200)을 들어 올린다.
이후, 플렉서블 태양광 패널(200) 설치 및 지지 부재(300)를 지지하기 위해 이들 지지 부재(300)로부터 지면까지 및/또는 지지 부재(300) 사이에 버팀대(bracing)(예를 들어, 압축에 견디는 인장 케이블 또는 빔)가 설치될 수 있다.
이후, 플렉서블 태양광 패널(200)이 접지될 수 있고, 전기 하니스가 이들 플렉서블 태양광 패널(200) 사이에 설치되고 파워 싱크(310)를 연결하여 플렉서블 태양광 패널(200) 설치를 완료할 수 있다.
설치된 플렉서블 태양광 패널(200)은, 예를 들어 전기 그리드 전력을 증가시키기 위해 또는 다른 농업 작업 또는 농기구(예를 들어, 전기 농업용 차량)에 전력을 공급하기 위해 전기를 출력할 수 있다. 또한, 이들 설치된 플렉서블 태양광 패널(200)은 관개 후 증발 속도를 늦추어 전체 관개량을 감소시키기 위해; 및 농지 전체에 걸쳐 전체 물 소비를 감소시키고 관개를 통해 농작물을 냉각시킬 필요성을 줄이기 위해, 예를 들어 더 낮은 위도에 있는, 아래의 농작물을 부분적으로 가릴 수 있다.
국부 태양광 조건에 따라 및 아래에 있는 농작물의 광 요구량에 따라 이들 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100) 사이의 피치 간격을 설정함으로써, 이들 설치된 플렉서블 태양광 패널(200)은 농지에서의 에너지 접근을 증가시키고 물 소비를 줄이면서 농지에서의 농작물 수확량을 전혀 감소시키지 않거나 최소한으로 감소시킬 수 있다(및 오히려 작물 수확량을 증가시킬 수 있다).
8.2 수직 설치(Vertical Installation)
도 8b에 도시된 다른 변형에서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 강성 버팀대 또는 한 쌍의 수평 배향된 지지 부재(300)를 사용하여 경사진 표면 또는 수직 표면 상에 설치하도록 구성된다. 하나의 구현에서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 일련의 버팀대(300)와 쌍을 이루고, 각각의 버팀대(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100) 사이의 피치 간격과 동일한 - 그 길이를 따르는 - 피치 거리에서 오프셋된 일련의 태양 전지 시스템(100) 컵을 정의한다. 이러한 구현에서, 각각의 컵은 태양 전지 시스템(100) 컵을 수용 및 유지하도록 구성된 오목한(예를 들어, 반원의) 리셉터클을 정의하고; 각 버팀대(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100) 사이에 연장되는 케이블을 수용하도록 구성되고, 이들 컵을 교차하는, 그 길이를 따라 연장되는 채널을 또한 정의할 수 있다. 또한, 각 버팀대(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이와 유사한 길이를 정의할 수 있고, 또는 다수의 버팀대(300)가 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이로 조립될 수 있다.
버팀대(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100)을 견고하게 만들기 위해, 평평한 지붕 데크 또는 경사진 지붕과 같은 수평 또는 경사진 표면에 설치될 수 있고; 플렉서블 태양광 패널(200)은 플렉서블 태양광 패널(200)을 풀어 버팀대에 의해 정의된 한 쌍의 대응하는 컵에 각 태양 전지 시스템(100)을 떨어뜨림으로써 이러한 설치에서 빠르게 배치될 수 있다. 대안적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 버팀대(300)는 수직 표면에 대해 (및 그로부터 오프셋된) 플렉서블 태양광 패널(200)의 태양 전지 시스템(100)을 견고하게 만들기 위해, 외부 벽과 같은, 수직 표면 상에 설치될 수 있다.
반대로, 빌딩의 지붕 또는 벽과 같은 평평한, 경사진, 또는 수직의 표면 상에서의 낮은 프로파일(low-profile) 플렉서블 설치를 위해, 짧은 삼각형 지지 구조(300)의 패널이 전술한 측면 및 세로 방향 피치 오프셋에서 목표 표면에 장착될 수 있고; 플렉서블 태양광 패널(200)이 삼각형 지지 구조(300) 사이에 연결될 수 있다. 일반적으로, 일련의 삼각형 지지 구조(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)의 단부에 배열될 수 있다. 예시적인 구현의 변형에서, 제2 일련의 삼각형 지지 구조(300)는 플렉서블 태양광 패널(200)에 추가적인 지지 및 회복력을 제공하기 위해 플렉서블 태양광 패널(200)의 길이를 따라 하나 이상의 위치에 배치될 수 있다.
8.3 주차장(Parking Lot)
도 8c에 도시된 바와 같이, 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)은 또한 주차장을 점유하고 잇는 차량 및 보행자를 가리고; 로컬 그리드, 배터리, 또는 전기 차량 충전소(310)에 전력을 출력하기 위해 주차장 위에 배치 및 설치될 수 있다.
하나의 구현에서, 일련의 지지 부재(300)는 전술한 바와 같이 플렉서블 태양광 패널(200)의 매달린 길이 만큼 세로 방향으로 오프셋되고; 플렉서블 태양광 패널(200)의 폭과 동일한 피치 거리만큼 측면 방향으로 오프셋된 지지 부재 패널을 형성하기 위해 주차장의 반대쪽 끝을 따라 및 주차 공간의 2개의 인접하는 열 사이의 구획을 따라 설치된다. 전술한 프로세스는 이후 주차장 위 및 4개의 지지 부재의 각 클러스터 사이에 플렉서블 태양광 패널(200)을 묶기 위해 구현될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)은 플렉서블 태양광 패널(200)로부터의 부하 일부를 견디고 지지 부재(300)를 지지하는 트러스 지지 부재를 포함하는 일련의 지지 부재(300) 사이에 또는 그 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 이러한 대안적인 구현에서, 트러스 부재는 일련의 플렉서블 태양광 패널(200)을 지지하기 위해 필요한 지지 부재(300)의 개수를 감소시키면서 구조의 강성 및 회복력을 증가시키는 기능을 할 수 있다.
이러한 구현에서, 흰색 나일론 또는 캔버스 천막(또는 "차양 천")과 같은 반투명한 커버(320)가 플렉서블 태양광 패널(200) 아래 및 기둥 사이에 또한 설치될 수 있다. 반투명한 커버는 플렉서블 태양광 패널(200) 설치 아래에 추가적인 접지 연결 또는 프레임워크가 필요하지 않으면서 증가된 에너지 포획을 위해 입사하는 태양광을 양면 태양 전지(120)의 후면까지 다시 반사시키고 비 및 대부분의 태양광으로부터 아래에 있는 차량 및 보행자를 가리는 기능을 할 수 있다.
8.4 배치 : 물 위(Deployment: On Water)
도 8d에 도시된 다른 변형에서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 수역 상에 배치되도록 구성된다. 이러한 변형에서, 전기 하니스는 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 태양 전지 시스템(100)의 전기 핀 주위를 밀봉하도록 구성된 방수 암 플러그 커넥터를 포함할 수 있다. 조립되면, 플렉서블 태양광 패널(200)은 호수 또는 바다와 같은 수역의 표면 상에 수송되는 드럼 또는 스풀에서 직접 풀 수 있다. 또한, 플렉서블 태양광 패널(200)에 있는 제1 케이블(212) 및 제2 케이블(214)의 단부는 지지 부재(300)에, 예를 들어, 일련의 부표, 교각, 물속에 가라앉은 앵커, 무어(moor), 매잡이 줄(mooring rope), 또는 도크에 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 태양 전지 시스템(100)의 하나의 변형에서, 유리 하우징(102)은 그들의 대응하는 캡(202, 204)에 피봇 가능하게 결합된다. 이러한 변형에서, 2차 케이블 또는 강성 버팀대의 열은 도 8d에 도시된 바와 같이, 근처에 있는 액추에이터(330)에; 및 제1 케이블(212) 아래 (또는 위) 태양 전지 시스템의 제1 캡에 결합될 수 있다. 이러한 변형에서, 플렉서블 태양광 패널(200)은 또한 액추에이터(330) 및/또는 태양 전지 시스템(100)의 제2 캡(204)에 결합된 2차 케이블 또는 강성 버팀대의 열을 포함할 수 있다. 사용 중에, 액추에이터(330)는 수역 위로 태양 전지 시스템(100)을 피복(즉, "롤링")하기 위해, 예를 들어 태양 전지 시스템(100) 상단을 태양까지 추적하기 위해, 강성 버팀대 또는 2차 케이블을 선택적으로 팽팽하게 하고 해제할 수 있다.
유사한 구현에서, 상부 케이블 또는 강성 버팀대의 열은 제1 케이블 위의 태양 전지 시스템(100)의 제1 캡에 결합될 수 있고; 하부 케이블 또는 강상 버팀대의 열은 제1 케이블 아래의 태양 전지 시스템(100)의 제1 캡에 결합될 수 있고; 액추에이터는 태양 전지 시스템(100)을 피봇하여 태양 전지 시스템(100)의 상단을 태양까지 추적하기 위해 상부 및 하부 케이블 또는 강성 버팀대를 선택적으로 팽팽하게 하고 해제할 수 있다.
또한, 이러한 변형에서, 각 태양 전지 시스템(100)은 그 하부를 따라(예를 들어, 제1 직경의 제2 측면 상에서) 운영되는 일련의 태양 전지를 포함할 수 있다. 이러한 변형에서, 각 태양 전지 시스템은 또한 아래에 있는 태양 전지에 입사하는 광을 집광하도록 구성되고 그 내부 보어의 상단을 따라 운영하는 태양광 집광기를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 구현에서, 이들 태양 전지 시스템(100)의 태양 전지는 플렉서블 태양광 패널(200)이 떠 있는 주변 물에 의해 냉각될 수 있고, 액추에이터(330)는 시간에 따라 태양의 고도까지 태양광 집광기를 추적하기 위해 다양한 롤 위치에서 태양 전지 시스템(100)을 구동할 수 있다.
전술한 바와 같이 지상 기반 배치를 위해 구성된 플렉서블 태양광 패널(200)은 태양까지 태양 전지 시스템(100)을 추적하기 위해 케이블을 기준으로 프로젝션 시스템을 롤링하도록 구성된 2차 상부 및/또는 하부 케이블을 유사하게 포함할 수 있다.
당업자는 이전의 상세한 설명으로부터 및 도면 및 청구 범위로부터 다음 청구 범위에서 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 실시예에 대한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (40)

  1. 태양 전지 시스템으로서,
    제1 단부, 상기 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부, 및 제1 직경 및 상기 제1 직경에 수직인 제2 직경을 정의하는 원형 단면을 정의하는 유리 하우징;
    양면 페로브스카이트 태양 전지의 제1 열 및 양면 페로브스카이트 태양 전지의 제2 열을 포함하는 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열;
    상기 양면 페로브스카이트 태양 전지의 제1 열은,
    상기 제1 직경의 제1 측면 및 상기 제2 직경의 제1 측면에 정의된 상기 유리 하우징의 제1 공간 내에 배열되고,
    상기 유리 하우징의 중심에서 바깥쪽으로 향하는 제1 전면을 정의하고, 및
    상기 유리 하우징의 중심을 향해 안쪽으로 향하는 제1 후면을 정의하고,
    상기 양면 페로브스카이트 태양 전지의 제2 열은,
    상기 제1 직경의 제1 측면 및 상기 제2 직경의 제2 측면에 정의된 상기 유리 하우징의 제2 공간 내에 배열되고,
    상기 유리 하우징의 중심에서 바깥쪽으로 향하는 제2 전면을 정의하고, 및
    상기 유리 하우징의 중심을 향해 안쪽으로 향하는 제2 후면을 정의하고;
    반사 요소, 상기 반사 요소는,
    상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징의 내부 표면에 배치되고, 및
    입사광을 상기 양면 페로브스카이트 태양 전지 제1 열의 제1 후면쪽으로 및 상기 양면 페로브스카이트 태양 전지 제2 열의 제2 후면쪽으로 반사시키고;
    상기 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열에 결합되고, 상기 유리 하우징의 상기 제1 단부를 가로지르고, 상기 유리 하우징의 상기 제1 단부에 밀봉되는 제1 단자;
    상기 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 열에 결합되고, 상기 유리 하우징의 상기 제2 단부를 가로지르고, 상기 유리 하우징의 상기 제2 단부에 밀봉되는 제2 단자; 및
    상기 유리 하우징 내에 밀봉되는 상기 페로브스카이트와 양립할 수 있는 가스 대기,
    를 포함하는, 태양 전지 시스템.
  2. 태양 전지 시스템으로서,
    단면, 제1 단부, 및 상기 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부를 정의하는 유리 하우징;
    각각 전면 및 후면을 정의하고, 상기 하우징 내에 배열되는 일련의 태양 전지 열로서, 태양 전지 제1 열 및 상기 유리 하우징의 상기 단면을 가로질러 상기 태양 전지 제1 열로부터 위치적으로 오프셋된 태양 전지 제2 열을 포함하는 일련의 태양 전지 열; 및
    상기 일련의 태양 전지 열의 제1 단부에 결합되고, 상기 유리 하우징의 상기 제1 단부를 가로지르고, 상기 유리 하우징의 상기 제1 단부에 밀봉되는 제1 단자,
    를 포함하는, 태양 전지 시스템.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 일련의 태양 전지 열의 제2 단부에 결합되고, 상기 유리 하우징의 상기 제2 단부를 가로지르고, 상기 유리 하우징의 상기 제2 단부에 밀봉되는 제2 단자를 더 포함하는 태양 전지 시스템.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 유리 하우징은
    상기 일련의 태양 전지 열이 배열되는 관형 공간;
    상기 유리 하우징 안에 배치되고 상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하는 반사 요소; 및
    상기 일련의 태양 전지 열이 상기 제1 직경의 제1 측면에 배열되고 상기 반사 요소가 상기 제1 직경의 제2 측면에 배치되도록, 제1 직경 및 상기 제1 직경에 수직인 제2 직경을 정의하는 원형 단면을 포함하는 태양 전지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 태양 전지 제1 열은 상기 제1 직경의 상기 제1 측면에 배열되고 상기 제2 직경의 제1 측면에 배열된 페로브스카이트 태양 전지 열을 포함하는 태양 전지 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 태양 전지 제2열은 상기 제1 직경의 상기 제1 측면에 배열되고 상기 제2 직경의 제2 측면에 배열된 페로브스카이트 태양 전지 열을 포함하는 태양 전지 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 반사 요소는 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징의 내부 표면에 배치되고, 상기 반사 요소에 입사하는 광의 일부가 상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면쪽으로 반사되도록 상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하는 코팅을 포함하는 태양 전지 시스템.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 반사 요소는 제1 포물선 단면 및 제2 포물선 단면을 정의하는 정반사기(specular reflector)를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 포물선 단면은 각각 상기 원형 단면과 동일 평면에 있고, 상기 제1 및 제2 포물선 단면은 각각 상기 반사 요소에 입사하는 상기 광의 일부를 상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면쪽으로 반사시키기 위해 배열되는 태양 전지 시스템.
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 반사 요소는 상기 반사 요소에 입사하는 상기 광의 일부를 상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면쪽으로 반사시키기 위한 확산 반사기(diffuse reflector)를 포함하는 태양 전지 시스템.
  10. 제2 항에 있어서, 상기 태양 전지 제1 열은
    페로브스카이트 층; 및
    상기 페로브스카이트 층에 인접하게 배치되어 상기 페로브스카이트 층을 통해 투과된 광의 일부가 입사되는 결정성 실리콘 층을 포함하는 태양 전지 시스템.
  11. 제2 항에 있어서, 상기 단면은
    장축 및 단축을 정의하는 실질적으로 타원인 단면을 정의하고,
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지는 상기 장축의 제1 측면에 배열되는 태양 전지 시스템.
  12. 제2 항에 있어서,
    입사하는 태양광 에너지를 포획하기 위해 상기 태양 전지 시스템의 방향을 편향시키기 위해 상기 단면 전체에 걸쳐 상기 일련의 태양 전지 열 반대쪽에 위치적으로 오프셋되어 상기 유리 하우징 내에 배열된 밸러스트를 더 포함하는 태양 전지 시스템.
  13. 태양 전지를 패키징하기 위한 방법으로서,
    제1 열팽창 계수를 정의하는 유리 하우징 내에 일련의 페로브스카이트 태양 전지를 배열하는 단계;
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지 주위 및 상기 유리 하우징으로부터 주변 가스 대기를 배기하는 단계;
    페로브스카이트와 양립할 수 있는 가스 대기를 상기 유리 하우징에 주입하는 단계;
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 근위 단부에 있는 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지에 상기 제1 열팽창 계수와 실질적으로 동일한 제2 열팽창 계수를 정의하는 전도성 물질 및 산화물 층을 포함하는 단자를 전기적으로 결합시키는 단계;
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 원위 단부에 근접한 상기 유리 하우징 부분을 용융시키는 단계; 및
    상기 유리 하우징 내 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지 주위의 상기 가스 대기를 밀봉하기 위해 상기 단자 주변에 상기 유리 하우징의 부분을 접착시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 유리 하우징은
    제1 직경을 정의하는 실질적으로 원형인 단면을 포함하고,
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지는 상기 제1 직경의 제1 측면에 배열되고, 및
    반사 요소에 입사하는 광의 일부가 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 후면쪽으로 반사되도록 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징 내에 상기 반사 요소를 배열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 방향을 편향시키기 위해 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 상기 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징 내부에 밸러스트를 배열하는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 유리 하우징 내에 반사 요소를 배열하는 단계는 상기 반사 요소에 입사하는 상기 광의 일부를 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 상기 후면쪽으로 반사시키기 위해 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 상기 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징의 내부 표면 일부에 반사 코팅을 증착시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 유리 하우징 내에 반사 요소를 배열하는 단계는 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징의 내부 표면 일부에 인접하게 정반사기를 배열하는 단계를 포함하고; 상기 정반사기는 제1 포물선 단면 및 제2 포물선 단면을 정의하고, 상기 제1 및 제2 포물선 단면은 각각 상기 원형 단면과 동일 평면에 있고, 상기 제1 및 제2 포물선 단면은 각각 상기 반사 요소에 입사하는 상기 광의 일부를 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 상기 후면쪽으로 반사시키기 위해 배열되는 방법.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 유리 하우징 내에 반사 요소를 배열하는 단계는 상기 반사 요소에 입사하는 상기 광의 일부를 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지의 상기 후면쪽으로 반사시키기 위해 상기 제1 직경의 상기 제1 측면 반대쪽에 있는 상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 상기 유리 하우징의 내부 표면 일부에 인접하게 확산 반사기를 배열하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제14 항에 있어서, 상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지는
    페로브스카이트 층; 및
    상기 페로브스카이트 층에 인접하게 배치되어 상기 페로브스카이트 층을 통해 투과된 광의 일부가 입사되는 결정성 실리콘 층을 포함하는 방법.
  20. 제13 항에 있어서, 상기 유리 하우징은
    장축 및 단축을 정의하는 실질적으로 타원인 단면을 정의하고;
    상기 일련의 페로브스카이트 태양 전지는 상기 장축의 제1 측면에 배열되는 방법.
  21. 플렉서블 태양광 패널 시스템으로서,
    상기 플렉서블 태양광 패널 시스템은,
    일련의 태양 전지 모듈, 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각은,
    제1 단부, 상기 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부, 및 제1 직경을 포함하는 실질적으로 원형인 단면을 정의하는 단면을 정의하는 밀봉된 유리 하우징,
    상기 밀봉된 유리 하우징의 상기 제1 단부에 배치되는 제1 캡 및 상기 밀봉된 유리 하우징의 상기 제2 단부에 배치되는 제2 캡,
    상기 제1 직경의 제1 측면에 있는 상기 유리 하우징 내에 배열되고, 전면 및 후면을 정의하는 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지,
    상기 제1 직경의 제2 측면에 있는 내부 표면에서 상기 유리 하우징에 배치되는 반사 요소, 및
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각을 전기적으로 결합시키기 위한 전기 하니스,
    를 포함하고;
    제1 케이블로서, 상기 제1 케이블을 따라 미리 결정된 거리에서 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제1 단부에 있는 상기 제1 캡에 연결되는 상기 제1 케이블; 및
    제2 케이블로서, 상기 태양 전지 모듈 각각이 상기 제1 및 제2 케이블에 실질적으로 수직으로 배열되도록 상기 제2 케이블을 따라 미리 결정된 거리에서 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제2 단부에 있는 상기 제2 캡에 연결되는 상기 제2 케이블,
    을 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 태양 전지 모듈 각각에 대해,
    상기 제1 캡은 상기 제1 케이블이 가로지르고 상기 밀봉된 유리 하우징에 수직으로 배향된 제1 케이블 보어를 포함하고;
    상기 제2 캡은 상기 제2 케이블이 가로지르고 상기 밀봉된 유리 하우징에 수직으로 배향된 제2 케이블 보어를 포함하고; 및
    상기 제1 및 제2 케이블을 따라 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각을 부착 및 배치하기 위해 상기 제1 및 제2 케이블 보어에 인접하게 상기 제1 및 제2 케이블에 선택적으로 부착 가능한 일련의 기점을 더 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  23. 제22 항에 있어서, 상기 일련의 기점은
    상기 제1 케이블을 따라 제1 기점 위치에 비가역적으로 배열되고 상기 제1 케이블 보어에 있는 상기 제1 케이블에 선택적으로 배치할 수 있는 제1 파스너; 및
    상기 제2 케이블을 따라 제2 기점 위치에 비가역적으로 배열되고 상기 제2 케이블 보어에 있는 상기 제2 케이블에 선택적으로 배치할 수 있는 제2 파스너,
    를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  24. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 캡은 전기 전송선을 부착할 수 있는 외부 요면을 더 포함하고;
    상기 제1 캡은 상기 전기 전송선에 상기 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지를 연결하는 전극을 더 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 전기 전송선에 전기적으로 연결 가능하고, 상기 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 각각으로의 역전류 흐름을 방지하기 위해 편향되는 전류 보호 회로를 더 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 전류 보호 회로는 상기 제1 캡에 상기 전기 전송선을 부착할 때 상기 전기 전송선에 전기적으로 연결되도록 상기 제1 캡에 일체로 배치되는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  27. 제26 항에 있어서, 상기 전류 보호 회로는 상기 전기 전송선에 연결 가능하고, 상기 일련의 양면 페로브스카이트 태양 전지 각각으로의 역전류 흐름을 방지하기 위해 편향되는 다이오드를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  28. 플렉서블 태양광 패널 시스템으로서,
    상기 플렉서블 태양광 패널 시스템은,
    일련의 태양 전지 모듈, 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각은,
    단면, 제1 단부, 및 상기 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부를 정의하는 길쭉한 유리 하우징;
    상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 제1 단부에 기밀하게 연결되는 제1 캡;
    상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 제2 단부에 배치되는 제2 캡;
    각각 전면 및 후면을 정의하고, 상기 길쭉한 유리 하우징 내에 배열되는 일련의 태양 전지; 및
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각을 전기적으로 결합하는 전기 하니스,
    를 포함하고;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제1 단부에 있는 상기 제1 캡에 연결되는 제1 케이블;
    상기 제1 케이블을 따라 미리 결정된 거리에 상기 태양 전지 모듈 각각의 상기 제1 단부 및 상기 제1 캡을 배치하도록 구성되는 제1 일련의 기점;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제2 단부에 있는 상기 제2 캡에 연결되는 제2 케이블; 및
    상기 태양 전지 모듈 각각이 상기 제1 및 제2 케이블에 실질적으로 수직하게 고정 배열되도록 상기 제2 케이블을 따라 제2의 미리 결정된 거리에 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제2 단부 및 상기 제2 캡을 배치하도록 구성되는 제2 일련의 기점,
    을 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  29. 제28 항에 있어서, 상기 제2 캡이 상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 제2 단부에 기밀하게 연결됨으로써, 상기 제1 캡과 협력하여 상기 길쭉한 유리 하우징 내에 상기 일련의 태양 전지를 기밀하게 밀봉하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 제2 단부는 밀봉됨으로써, 상기 제1 캡과 협력하여 상기 길쭉한 유리 하우징 내에 상기 일련의 태양 전지를 기밀하게 밀봉하고;
    상기 제2 캡은 상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 제2 단부 주변에 배치되는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 제1 캡은 내부 둘레를 포함하는 외부 플랜지 및 외부 둘레를 포함하는 내부 플랜지를 포함하고; 및
    상기 내부 플랜지의 상기 외부 둘레 및 상기 외부 플랜지의 상기 내부 둘레는 상기 길쭉한 유리 하우징의 내부 표면 및 외부 표면과 협력적으로 기밀하게 맞물리도록 하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  32. 제28 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하고 상기 일련의 태양 전지로부터 위치적으로 오프셋된 상기 유리 하우징에 배치된 반사 요소를 더 포함하고;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각에 대해, 상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 단면은 장축 및 단축을 포함하는 실질적으로 타원인 단면을 정의하고,
    상기 일련의 태양 전지는 상기 장축의 제1 측면에 배열되고;
    상기 반사 요소는 상기 장축의 제2 측면에 배열되고; 및
    상기 장축은 상기 제1 및 제2 케이블에 실질적으로 평행한, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  33. 제28 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하고 상기 일련의 태양 전지로부터 위치적으로 오프셋된 상기 유리 하우징에 배치된 반사 요소를 더 포함하고;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각에 대해, 상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 단면은 제1 직경 및 상기 제1 직경에 수직인 제2 직경을 포함하는 실질적으로 원형인 단면을 정의하고;
    상기 일련의 태양 전지는 상기 제1 직경의 제1 측면에 배열되고;
    상기 반사 요소는 상기 제1 직경의 제2 측면에 배열되고; 및
    상기 제1 직경은 상기 제1 및 제2 케이블에 실질적으로 평행한, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  34. 제28 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하고 상기 일련의 태양 전지로부터 위치적으로 오프셋된 상기 유리 하우징에 배치된 반사 요소를 더 포함하고;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각에 대해, 상기 길쭉한 유리 하우징의 상기 단면은 가상 분할선에 의해 분할된 제1 부분 및 제2 부분으로 나눌 수 있는 다각형 단면을 정의하고;
    상기 일련의 태양 전지는 상기 가상 분할선의 제1 측면에 배열되고;
    상기 반사 요소는 상기 가상 분할선의 제2 측면에 배열되고; 및
    상기 분할선은 상기 제1 및 제2 케이블에 실질적으로 평행한, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  35. 플렉서블 태양광 패널 시스템으로서,
    상기 플렉서블 태양광 패널 시스템은,
    일련의 태양 전지 모듈, 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각은,
    단면, 제1 단부, 및 상기 제1 단부 반대쪽에 있는 제2 단부를 정의하는 길쭉한 유리 하우징;
    상기 길쭉한 밀봉된 유리 하우징의 상기 제1 단부에 배치된 제1 캡 및 상기 밀봉된 유리 하우징의 상기 제2 단부에 배치된 제2 캡;
    각각 전면 및 후면을 정의하고 상기 유리 하우징 내에 배열된 일련의 태양 전지; 및
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각을 전기적으로 결합하기 위한 전기 하니스,
    를 포함하고;
    상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제1 단부에 있는 상기 제1 캡에 연결되는 제1 케이블;
    상기 태양 전지 모듈 각각이 상기 제1 케이블 및 제2 케이블에 실질적으로 수직하게 배열되도록 상기 일련의 태양 전지 모듈 각각의 상기 제2 단부에 있는 상기 제2 캡에 연결되는 상기 제2 케이블; 및
    상기 제1 케이블 및 상기 제2 케이블이 연결되는 일련의 지지 부재,
    를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  36. 제35 항에 있어서, 상기 일련의 지지 부재는
    상기 제1 케이블이 사이에 연장되는 제1 및 제2 수직 지지 부재; 및
    상기 제2 케이블이 사이에 연장되는 제3 및 제4 수직 지지 부재 - 상기 일련의 태양 전지 모듈이 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 수직 부재 사이에 유연하게 매달려 있음 -;
    를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  37. 제36 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 모듈에 의해 생성된 전력을 수용 및 저장하기 위해 상기 일련의 태양 전지 모듈에 전기적으로 연결된 국부 전력 저장 시스템을 더 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  38. 제37 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 모듈 및 상기 전력 저장 시스템에 전기적으로 연결된 전기를 이용하는 농업용 차량 충전소를 더 포함하여,
    상기 태양 전지 모듈에 의해 생성된 전력을 수용 및 저장하고;
    생성된 태양광 발전을 전기를 이용하는 농업용 차량에 분배하고; 및
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 수직 부재는 농지(an agricultural plot of land)에 대해 배열되는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  39. 제35 항에 있어서,
    상기 일련의 태양 전지 열의 상기 후면을 향하고 상기 일련의 태양 전지로부터 위치적으로 오프셋된 상기 유리 하우징에 배치된 반사 요소를 더 포함하고,
    상기 일련의 지지 부재는,
    상기 제1 케이블이 부착되는 제1 및 제2 앵커(anchor); 및
    상기 일련의 태양 전지 모듈이 수역에 배치될 수 있도록 상기 제2 케이블이 부착되는 제3 및 제4 앵커,
    를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
  40. 제35 항에 있어서, 상기 일련의 지지 부재는
    상기 제1 케이블이 사이에 연장되는 제1 및 제2 수평 지지 부재; 및
    상기 일련의 태양 전지 모듈이 실질적으로 수직 평면에 유연하게 매달려 있도록 상기 제2 케이블이 사이에 연장되는 제3 및 제4 수평 지지 부재;
    를 포함하는, 플렉서블 태양광 패널 시스템.
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