KR20230060384A - 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지 - Google Patents

조립형 테셀레이션 구조의 태양전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡면을 포함하는 다양한 형상의 설치면에 설치 가능한 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에 관한 것으로, 다각형 평판으로 형성되며, 요홈으로 이루어진 전극 수용부가 후면 평판 중심부에서 변 방향으로 형성되는 단위셀; 상기 단위셀 2개를 변에 접하도록 연속 배치시켰을 때, 상기 단위셀들이 형성시키는 전체 전극 수용부에 형합되는 형상으로 형성되는 전극;으로 구성되어, 상기 단위셀과 상기 전극을 레고식 끼움결합으로 연속 조립시키는 것을 특징으로 한다.

Description

조립형 테셀레이션 구조의 태양전지{SOLAR CELL WITH ASSEMBLED TESSELLATION STRUCTURE}
본 발명은 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡면을 포함하는 다양한 형상의 설치면에 설치 가능한 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈 및 환경오염, 이로 인해 발생하는 지구온난화 문제를 해결하기 위하여 신재생에너지의 개발 필요성이 높아짐에 따라 무한 재생이 가능한 태양전지가 주목받고 있다. 더불어, 국내에서 2030년까지 석탄발전과 원자력 발전의 비중을 줄이고, 태양광 발전과 풍력 발전 중심의 재생에너지 발전 비중을 20%까지 높이는 '재생에너지 3020' 정책을 발표함으로써 신재생에너지 사업이 더욱 빠르게 추진되고 있다.
이러한 추세에 따라 건물, 차량의 선루프와 같은 구조물의 최상단에 태양전지 모듈을 설치하여 에너지를 생산하는 기술이 발전하고 있으나, 종래 Glass-EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 기반의 태양전지 모듈은 소재의 특징에 의해 플렉시블한 기능의 구현이 어려워 곡면 형상의 구조물에 배치하는 데 어려움이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로서, 한국등록특허공보 제10-1775977호(플렉시블 태양전지 모듈의 제조방법 및 그에 의해 제조된 플렉시블 태양전지 모듈)와 같이 전도성 플렉시블 기판 및 전극회로가 인쇄된 필름을 이용하여 라미네이팅 공정을 적용시킨 플렉시블 태양전지가 개발되었다. 상기 종래기술은 곡면 형상의 구조물에 배치 가능하도록 이루어지는 장점이 있으나, 태양전지를 이루는 태양전지셀이 적층 형태로 이루어짐에 따라 내구성이 약한 단점이 있다. 또한, 종래기술에서는 전극회로가 직렬 및 병렬 연결구조로 설계되되, 직렬 연결구조를 채택하기 위해서는 전극회로와 셀이 직렬로 연결되는 부분이 셀의 두께보다 두껍게 형성되어야 하므로 설치 환경 및 용도에 따라 구분하여 제조해야 하는 단점이 있어 이를 개선한 기술의 개발이 시급한 실정이다.
[0001] 한국등록특허공보 제10-1775977호(플렉시블 태양전지 모듈의 제조방법 및 그에 의해 제조된 플렉시블 태양전지 모듈) [0002] 한국등록특허공보 제10-0567331호(레고형 연료감응 태양전지 모듈) [0003] 한국등록특허공보 제10-1470492호(태양전지 및 태양전지 블록)
본 발명의 일 목적은, 전극을 레고식 끼움 결합으로 단위셀에 연결시킬 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 전극이 서펜타인 형태로 형성되어 단위셀과 전극이 이루는 태양전지 구조 전체가 플렉시블 면상체로 형성될 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 단위셀 제조 시 염료를 첨가할 수 있도록 형성되어 단위셀이 다양한 색상으로 구현될 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 설치환경에 적합한 연결회로를 적용할 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 제공하는 것이다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는, 다각형 평판으로 형성되며, 요홈으로 이루어진 전극 수용부가 후면 평판 중심부에서 변 방향으로 형성되는 단위셀; 상기 단위셀 2개를 변에 접하도록 연속 배치시켰을 때, 상기 단위셀들이 형성시키는 전체 전극 수용부에 형합되는 형상으로 형성되는 전극;으로 구성되어, 상기 단위셀과 상기 전극을 레고식 끼움결합으로 연속 조립시키는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 발명의 요지로 한다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 상기 전극은, 서펜타인(serpentine) 형태로 이루어져, 상기 단위셀과 상기 전극을 레고식으로 연속 조립시 구조 전체가 플렉시블 면상체로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지로 되는 것이 바람직하다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 상기 전극 수용부는, 상기 단위셀의 중심에서부터 변에 수직하게 배치되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지로 되는 것이 바람직하다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 상기 단위셀은, 제조 시, 후면 프레임 에폭시에 염료를 첨가하여 색상 구현이 가능한 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지로 되는 것이 바람직하다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 상기 단위셀은, 삼각형, 사각형, 육각형 중 선택된 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지로 되는 것이 바람직하다.
본 발명이 제공됨으로써, 전극을 레고식 끼움 결합으로 연결하여 태양전지의 제조가 용이한 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지가 제공되는 효과가 있다.
또한, 전극이 서펜타인 형태로 이루어짐으로써 단위셀과 전극이 이루는 구조가 플렉시블 면상체로 형성되어 곡면 배치가 가능한 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지가 제공되는 효과가 있다.
또한, 단위셀 제조 시 염료를 첨가할 수 있도록 형성되어 단위셀이 다양한 색상으로 구현될 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지가 제공되는 효과가 있다.
또한, 테셀레이션 구조로 형성되되 전극과 단위셀이 레고식 끼움결합으로 이루어짐으로써, 설치환경에 따라 연결회로를 선택하여 적용할 수 있는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 단위셀과 전극의 조립상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 2개의 단위셀과 전극이 조립된 상태를 나타낸 후면도이다.
도 3은 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 테셀레이션 구조로 배치된 단위셀이 전극과 조립된 상태를 나타낸 실시도이다.
도 4는 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지가 곡면에 설치된 상태의 실시도이다.
도 5는 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지의 조립과정을 나타낸 과정도이다.
도 6은 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지의 육각형으로 이루어진 단위셀이 전극과 결합된 실시예를 나타낸 후면도이다.
도 7은 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지에서 전극의 구성을 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 태양전지, 모듈, 셀, 전극 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 단위셀(100), 전극(200)으로 구성되고, 단위셀(100)과 전극(200)을 레고식 끼움결합으로 연속 조립함으로써 형성된다.
단위셀(100)은 다각형 평판 형상으로서, 후면에 전극 수용부(110)가 형성된다.
전극 수용부(110)는 단위셀(100)의 후면 평판 중심부에서 변 방향으로 형성된다.
이때, 전극 수용부(110)는 단위셀(100)의 중심에서부터 변에 수직하게 배치되어 연결될 수 있다.
또한, 단위셀(100)은 후면 프레임(Back frame)부터 전면 시트(Front sheet)까지 캡슐화(Encapsulation)되어 단일체의 피스로 형성될 수 있으며, 이는 단일(one-step) 공정으로 이루어질 수 있다.
이때, 단위셀(100)의 캡슐화 소재는 폴리머(Polymer)로 이루어질 수 있다.
그리고, 단위셀(100)은 제조 시 후면 프레임 에폭시에 염료를 첨가하여 색상 구현이 가능하도록 형성될 수 있다.
전극(200)은 단위셀(100) 2개를 변에 접하도록 연속 배치시켰을 때, 단위셀(100)이 형성시키는 전체 전극 수용부(110)에 형합되는 형상으로 형성되어, 복수 개의 단위셀(100)을 전기적으로 연결시킨다.
이때, 전극(200)의 일단과 타단은 각각 단위셀(100)의 전극 수용부(110) 중심부에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 전극(200)은 서펜타인(serpentine) 형상으로 이루어져 단위셀(100)과 전극(200)을 레고식으로 연속 조립하였을 때, 구조 전체가 플렉시블 면상체로 형성될 수 있다.
이때, 서펜타인 형상은 구불구불하게 이루어지는 웨이비 구조로 설명할 수 있다.
이러한 전극(200)은 연결부(210)와 전극단부(220)로 구분 형성될 수 있다.
연결부(210)는 서펜타인(serpentine) 형상으로 이루어진 금속으로 형성될 수 있으며, 신축성을 구비하는 폴리머에 의해 캡슐화되어 구비될 수 있다.
이때, 전극단부(220)를 연결하는 금속이 캡슐화됨으로써 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 연결부(210)는 전기적인 손실을 최소화하기 위하여 전기 저항이 작을수록 유리하며, 신축이 유리한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
전극단부(220)는 연결부(210)의 양끝단에 형성되며, 단위셀(100)의 후면에 형성되는 전극 수용부(110)에 고정될 수 있다.
즉, 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 단위셀(100)과 전극(200)이 각각 피스(piece)화되어, 레고식 끼움결합이 가능하도록 형성되어 연속 조립시 태양전지 구조체로 형성될 수 있다.
본 발명의 단위셀(100)은 복수 개가 연속 배열되어, 테셀레이션 구조를 형성시킬 수 있다.
테셀레이션(tessellation)은 평면 도형을 겹치지 않으면서 빈틈이 없게 모으는 구조로서, 정규 테셀레이션, 준정규 테셀레이션, 비정규 테셀레이션으로 구분할 수 있다.
그 중에서도 정규 테셀레이션이란 한 가지 정다각형으로만 이루어진 테셀레이션을 의미하며, 테셀레이션을 이루는 도형은 정삼각형, 정사각형, 정육각형으로 이루어질 수 있다.
복수 개의 단위셀(100)이 이러한 테셀레이션 구조를 형성하기 위해서는 폴리곤형으로 형성되며, 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 폴리곤형 중에서도 정규 테셀레이션 구조를 형성할 수 있는 삼각형, 사각형, 육각형 중 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성으로 형성되는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 단위셀(100)에 전극(200)을 레고식 끼움결합할 수 있도록 형성되되 테셀레이션 구조로 이루어지므로 방향에 구애받지 않고 단위셀(100)과 전극(200)이 직렬, 병렬, 직·병렬로 연결될 수 있다.
즉, 본 발명인 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 설치 환경에 따라 직렬, 병렬, 직·병렬 중 하나의 회로를 선택하여 연결 가능하도록 형성되는 특징이 있다.
실시예로서, 태양광은 직사광으로서, 곡면으로 이루어지는 태양전지의 경우 각 단위셀에 조사되는 빛이 일정하지 않아 직렬연결 회로를 채택한다면 출력이 떨어지는 단점이 있으므로 직·병렬연결 회로를 채택하는 것이 바람직하다. 이때, 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지는 단위셀(100)을 테셀레이션 구조로 배치시키되, 단위셀(100)의 후면에 전극(200)을 레고식으로 끼움결합시켜 조립함으로써 연결회로를 보다 자유롭게 선택하여 적용할 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100 : 단위셀
110 : 전극 수용부
200 : 전극
210 : 연결부
220 : 전극단부

Claims (5)

  1. 다각형 평판으로 형성되며, 요홈으로 이루어진 전극 수용부가 후면 평판 중심부에서 변 방향으로 형성되는 단위셀;
    상기 단위셀 2개를 변에 접하도록 연속 배치시켰을 때, 상기 단위셀들이 형성시키는 전체 전극 수용부에 형합되는 형상으로 형성되는 전극;으로 구성되어,
    상기 단위셀과 상기 전극을 레고식 끼움결합으로 연속 조립시키는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극은,
    서펜타인(serpentine) 형태로 이루어져,
    상기 단위셀과 상기 전극을 레고식으로 연속 조립시 구조 전체가 플렉시블 면상체로 형성되는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 수용부는,
    상기 단위셀의 중심에서부터 변에 수직하게 배치되어 연결되는 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀은,
    제조 시, 후면 프레임 에폭시에 염료를 첨가하여 색상 구현이 가능한 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀은,
    삼각형, 사각형, 육각형 중 선택된 어느 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 조립형 테셀레이션 구조의 태양전지.
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