KR20230075650A - 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스 - Google Patents

고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스 Download PDF

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KR20230075650A
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Abstract

본 발명은 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 관한 것으로, 전기에너지가 공급되는 터미널부재; 상기 터미널부재에 설치되는 다이오드; 및 상기 다이오드에 몰딩작업에 의해 밀착되는 방열판을 포함하는 태양광 모듈용 정션박스에 있어서; 방열판(10)과; 상기 방열판(10)에 몰딩으로 일체화된 다이오드(20)와; 상기 방열판(10)과 다이오드(20)가 실장되는 하우징(30)과; 상기 하우징(30)을 덮는 덮개커버(40)와; 상기 방열판(10)에 연결되는 태양광 케이블(50)과; 상기 태양광 케이블(50)을 결속하는 케이블 타이(60)와; 상기 태양광 케이블(50) 접속용 태양광 암수 컨넥터(70. 70') 및; 정션박스 손잡이(80)로 구성되어 방열판과 다이오드가 일체형으로 제작되어 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시키고, 접촉 불량에 의해 방열작용이 원활히 이루어지지 않아 발생하는 오동작 및 파손을 방지함으로써 내구성 및 신뢰성을 향상시키며, 제품의 크기를 극 소형화 할 수 있을 뿐만 아니라 버스바 단자와 접속단자를 하우징에 단단하게 고정할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Description

고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스{Junction box for high-efficiency ultra-small bifacial photovoltaic module}
본 발명은 태양광 모듈용 정션박스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열판과 다이오드를 일체형으로 지작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시킨 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 관한 것이다.
일반적으로, 태양빛을 직접 전력으로 변환하는 데 사용되는 태양전지 모듈 (Photovoltaic Module)은 평판형상으로 된 베이스판의 상면에 다수의 솔라셀(solar cell)이 설치되고, 솔라셀의 상부에는 투명한 재질로 된 커버판 이 설치된다.
이와 같이 구성되는 태양전지 모듈의 후면부에는 태양전지 모듈로부터 인출된 도체 재질의 리본부재가 구비되며, 리본부재와 케이블부재의 안정적인 전기연결을 위한 정션박스가 설치된다.
정션박스의 내측에는 터미널부재가 설치되며, 터미널부재의 양측에는 리본부재와 케이블부재가 각각 접속된다. 또한, 터미널부재에는 바이패스형 다이오드가 설치되어 발전량이 저하되는 솔라셀을 우회하여 전기가 흐르도록 안내하며, 다이오드에는 히트싱크가 설치되어 다이오드가 과열되는 것을 억제한다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종 래기술을 의미하는 것은 아니다.
종래기술에 따른 정션박스는 다이오드와 히트싱크의 연결이 체결부재에 의해 이루어지기 때문에 접촉 불량에 의해 방열작용이 원활히 이루지지 않아 오작동 및 파손이 발생될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 종래기술에 따른 정션박스의 히트싱크는 접촉 불량이 발생되기 쉬워 방열효율의 향상에 한계가 있으므로 큰 용량의 히트싱크의 설치가 요구되어 제품의 크기를 줄이기 어려운 문제점이 있다.
태양광 발전 분야에서는, 서로 연결된 셀(solar cell)들이 어레이를 이루며 배열되어 있는 태양광 모듈을 설치하고, 설치된 태양광 모듈로부터 접속함, 인버터 및 축전지 등을 통해 전력을 공급한다.
이러한 태양광 모듈은 태양광으로부터 직류 전기를 생산하는데, 태양광 모듈에 의해 생산된 전기를 수집하여 접속함에 제공하기 위해서는 단자함 역할을 하는 정션박스(Junction Box)를 사용하는 것이 일반적이다.
도 1을 참조하면, 정션박스(20)는 케이블과 커넥터를 포함하도록 구성되어 태양광 모듈(10)의 집광판에서 빛을 받아 생산된 전기를 인버터까지 전달한다. 더불어, 정션박스(20)는 태양광 모듈(10)로의 역전류를 방지하기 위한 바이패스 다이오드(Bypass Diode)를 내부에 밀폐시키거나 보호하는 역할을 한다.
하나의 케이블로 연결되어 전기를 생성하는 여러 개의 태양광 모듈들 중에서, 한 개의 모듈이 고장 나게 되면, 역전류로 인해 쇼트(short) 상태가 유발된다. 즉, 고장난 한 개의 모듈로 인하여 모든 모듈들이 쇼트 상태가 되어 사용할 수 없게 되기 때문에, 바이패스 다이오드를 정션박스에 장착시켜 역전류를 방지하는 것이다.
일반적으로, 종래의 정션박스에 장착되는 바이패스 다이오드는 원통형 다이오드로서, 바이패스 다이오드의 양 끝단에 형성된 각 리드선이 정션박스에 형성된 파지수단에 삽입 및 파지되는 구조를 가진다.
그런데, 이러한 구조에서는, 바이패스 다이오드의 리드선과 이 리드선을 고정하기 위한 정션박스 내 파지수단의 접촉 부분이 분리되어 떨어져 나가기 쉽고, 발열이 많이 나는 문제점이 있다.
또한, 정션박스의 사용에 있어, 여러 개의 태양광 모듈들 중 하나에서 고장이 발생하는 경우, 역전류 방지는 가능하지만, 어떤 태양광 모듈에서 고장이 발생한 것인지 알기 어려운 문제점이 있다.
태양광 발전에 사용되는 태양전지 패널은 전지용량 등의 요구 특성에 걸맞게 다수의 태양전지 셀(Solar Cell)이 패키지 내에 배열된 모듈 형태로 제작된다.
태양전지 패널에 있어서 태양전지 셀들은 리본 케이블에 의해 상호 전기적으로 연결되고, 리본 케이블의 종단 부분은 태양전지 패널의 배면에 장착된 정션박스의 접속단자에 연결된다.
정션박스는 다수의 태양전지 패널에 의해 생성된 전력을 모아서 전력망에 제공하기 위한 장치이다.
정션박스와 관련된 특허문헌으로는 예컨대, US 7,097,516호, US 7,285,006호, US 2008/0110490호, 국내 특허 제1611435호, 국내 공개특허 제2011-89559호, 또는 국내 특허 제0981362호 등을 들 수 있다.
이들 종래기술에 의하면, 정션박스의 내부에는 태양전지 패널로부터 인입되는 리본 케이블의 종단을 체결하기 위한 복수개의 리본 케이블 접속단자가 구비되고, 이웃하는 리본 케이블 접속단자 사이에는 바이패스(Bypass) 다이오드가 개재되어 장애가 발생한 태양전지 셀이 연결된 특정 라인을 바이패스 시키거나, 정션박스 다음 단에 연결된 인버터 등의 전기 시스템으로부터 정션박스로 유입되는 역전류를 차단하는 기능을 제공한다.
그러나, 바이패스 다이오드를 하우징에 스크류로 체결 고정하고 리본 케이블 접속단자와 솔더링으로 연결하는데 있어서, 하우징의 깊이가 깊고 공간이 협소하여 작업성이 떨어지며, 리본 케이블 접속단자의 폭이 좁기 때문에 솔더링 강도가 저하하여 다이오드가 분리될 가능성이 크다는 문제점이 있다.
또한, 바이패스 다이오드를 교체하려면 정션박스 자체를 태양전지 패널로부터 분리해야 하기 때문에 교체에 많은 시간이 소요되고 작업성이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 태양전지 패널의 출력 버스바와 연결되는 버스바 단자나 케이블에 연결되는 접속단자를 고정하는데 따른 구조가 복잡하고 조립의 정밀도에 따라 케이스 내부의 밀폐력이 떨어져 외부로부터 물이나 이물질이 유입될 수 있다는 문제점이 있다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 태양광 모듈에 낙엽이나 어떠한 이유로 음영이 발생하게 되면, 해당부위를 담당하는 다이오드(정션박스)가 작동하여 전기가 끊기지 않게 한다.
이때 도 1 및 도 2에 도시한 종래의 정션박스의 경우에는 다이오드가 통합으로 한곳에 있어 어느 하나라도 열이 발생하게 되면 전체에 영향을 미치는 것이 불가피하다.
이를 개선하기 위해서 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스는 도 4에 도시한 바와 같이 하나씩 분산하여 개별 부착하여 열을 분산시켜 궁극적으로는 태양광모듈의 효율을 향상시킬 수 있다.
1: 특허 제1097917호 공개특허공보, 2: 실용신안등록 제0468714호 등록실용신안공보, 3: 미국특허 제US7,097,516호 공보, 4: 미국특허 제US7,285,006호 공보, 5: 미국특허 공개 제US2008/0110490호 공개공보, 6: 특허공개 제2011-89559호 공개공보, 7: 특허 제0981362호 등록특허공보, 8: 특허 제1611435호 공개특허공보.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 정션박스에서 야기되는 여러 가지 결점 및 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시킨 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시켜 접촉 불량에 의해 방열작용이 원활히 이루어지지 않아 발생하는 오동작 및 파손을 방지함으로써 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시켜 제품의 크기를 극 소형화 할 수 있는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 버스바 단자와 접속단자를 하우징에 단단하게 고정할 수 있는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스는 전기에너지가 공급되는 터미널부재; 상기 터미널부재에 설치되는 다이오드; 및 상기 다이오드에 몰딩작업에 의해 밀착되는 방열판을 포함하는 태양광 모듈용 정션박스에 있어서; 방열판(10)과; 상기 방열판(10)에 몰딩으로 일체화된 다이오드(20)와; 상기 방열판(10)과 다이오드(20)가 실장되는 하우징(30)과; 상기 하우징(30)을 덮는 덮개커버(40)와; 상기 방열판(10)에 연결되는 태양광 케이블(50)과; 상기 태양광 케이블(50)을 결속하는 케이블 타이(60)와; 상기 태양광 케이블(50) 접속용 태양광 암수 컨넥터(70. 70') 및; 정션박스 손잡이(80)로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 발열과 정션박스의 조립 공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시키고, 접촉 불량에 의해 방열작용이 원활히 이루어지지 않아 발생하는 오동작 및 파손을 방지함으로써 내구성 및 신뢰성을 향상시키며, 제품의 크기를 극 소형화 할 수 있을 뿐만 아니라 버스바 단자와 접속단자를 하우징에 단단하게 고정할 수 있는 각별한 장점이 있다.
도 1은 종래 내부 발열 방지용 정션박스의 사시도,
도 2는 종래 태양전지 패널용 정션박스를 조립한 상태를 후면에서 보여주는 사시도,
도 3은 종래 태양광모듈과 정션박스 내부 회로도,
도 4는 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 내부 회로도,
도 5는 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 하우징과 방열판에 몰딩으로 일체화된 다이오드 및 덮개커버의 분해 사시도,
도 7은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 따른 하우징의 저면 사시도,
도 8은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 따른 덮개커버의 사시도,
도 9는 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사용 상태도,
도 10은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사용 상태를 보여주는 사진이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사시도, 도 6은 본 발명에 따른 하우징과 방열판에 몰딩으로 일체화된 다이오드 및 덮개커버의 분해 사시도, 도 7은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 따른 하우징의 저면 사시도, 도 8은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스에 따른 덮개커버의 사시도, 도 9는 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사용 상태도, 도 10은 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 사용 상태를 보여주는 사진으로서, 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스는 전기에너지가 공급되는 터미널부재; 상기 터미널부재에 설치되는 다이오드; 및 상기 다이오드에 몰딩작업에 의해 밀착되는 방열판을 포함하는 태양광 모듈용 정션박스에 있어서; 방열판(10)과; 상기 방열판(10)에 몰딩으로 일체화된 다이오드(20)와; 상기 방열판(10)과 다이오드(20)가 실장되는 하우징(30)과; 상기 하우징(30)을 덮는 덮개커버(40)와; 상기 방열판(10)에 연결되는 태양광 케이블(50)과; 상기 태양광 케이블(50)을 결속하는 케이블 타이(60)와; 상기 태양광 케이블(50) 접속용 태양광 암수 컨넥터(70. 70') 및; 정션박스 손잡이(80)로 구성되어 있다.
상기 방열판(10)과 다이오드(20)의 일체화는 다이오드(20)를 방열판(10) 프레스물에 인서트(Insert) 사출(Injection molding) 하여 고정한다.
상기 하우징(30)의 바닥면(31)에는 태양광 모듈의 버스바(Busbar)를 끼우기 위한 경사진 관통부(32)가 형성되어 있고, 방열판(10)의 선단 "U"자형 단부의 홈에 태양광 케이블(50)의 단부를 삽입한 다음 연결 고정하기 위한 공간부(33)가 형성되어 있으며, 정션박스를 태양광 모듈에 부착했을 때 완전히 눌리지 않고 공간확보를 위해 상기 바닥면(31) 가장자리 바깥측으로 다수의 돌출부(34)가 형성되어 있다.
상기 하우징(30)과 덮개커버(40)는 플라스틱 소재로 형성하되, 하우징(30)은 엔지니어링 플라스틱, 덮개커버(40)는 유리섬유강화 플라스틱 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성하는 것이 강한 태양광 및 높은 온도에 내구성을 강하게 하여 정션박스의 크기를 소형화 할 수 있어 바람직하다.
또한, 상기 방열판(10)의 양측 단부는 "U"자 형으로 형성하여 "U"자 형 단부의 홈에 태양광 케이블(50)의 단부를 삽입한 다음 연결 고정하도록 되어 있다.
본 발명에 따른 정션박스의 사이즈는 가로 × 세로 × 높이 = 65mm ∼ 70mm × 21mm ∼ 25mm × 14mm ∼ 18mm 로 소형임에도 불구하고 다이오드(20)를 방열판(10)과 일체화시켜 다이오드이 주요 전기적 성능(perfomence)을 실현하고 고효율과 심미적 기능을 달성하였다.
그리고, 상기 덮개커버(40)에는 정션박스 손잡이(80)를 형성하여 하우징(30)과 덮개커버(40)의 조립 및 정셩박스를 모듈에 부착하기 쉽게하고 있다.
다음에는 상기한 바와 같이 구성된 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스의 작용을 상세하게 설명한다.
먼저 도 6에 도시한 바와 같이 하우징(30)에 몰딩으로 일체화된 방열판(10)과 다이오드(20)를 실장한다. 이때 하우징(30)을 프레스로 압착하여 방열판(10)을 고정하고, 방열판(10) 및 다이오드(30)와 하우징(30) 상단 전체를 실리콘으로 포팅(potting) 처리하여 방수가 되도록 한다.
이어서 방열판(10)의 선단 "U"자형 단부의 홈에 태양광 케이블(50)의 단부를 삽입한 다음 클램필(clamping) 처리 등으로 고정하고, 상기 하우징(30)에 덮개커버(40)를 덮어 씌운 다음 태양광 암수 컨넥터(70. 70')를 결합하여 태양광 케이블(50)을 접속한다.
계속하여 마지막으로 케이블 타이(60; 일반케이블 타이가 아닌 전용 사출물임))로 태양광 케이블(50)을 정리한다.
이와 같이 하여 구성된 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스는 도 9 및 도 10의 사용 상태도에 도시한 바와 같이 다수의 태양광모듈(SM) 중앙부 뒷면에 횡으로 다수 설치한 후 태양광 암수 컨넥터(70. 70')를 결합하여 사용하게 된다.
이러한 본 발명 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스는 방열판과 다이오드를 일체형으로 제작하여 다이오드와 방열판과의 접촉저항으로 인한 방열과 정션박스의 조립공정을 줄여 방열성과 생산성을 동시에 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 소형임에도 불구하고 다이오드의 주요 전기적 성능(perfomence)을 최대한 실현할 수 있어 고효율과 심미적 기능을 달성할 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예로서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.
10 : 방열판 20 : 다이오드
30 : 하우징 31 : 하우징(30)의 바닥면
32 : 관통부 33 : 공간부
34 : 돌출부 40 : 덮개커버
50 태양광 케이블 60 : 케이블 타이
70, 70' : 태양광 암수 컨넥터 80 : 정션박스 손잡이

Claims (5)

  1. 전기에너지가 공급되는 터미널부재; 상기 터미널부재에 설치되는 다이오드; 및 상기 다이오드에 몰딩작업에 의해 밀착되는 방열판을 포함하는 태양광 모듈용 정션박스에 있어서; 방열판(10)과; 상기 방열판(10)에 몰딩으로 일체화된 다이오드(20)와; 상기 방열판(10)과 다이오드(20)가 실장되는 하우징(30)과; 상기 하우징(30)을 덮는 덮개커버(40)와; 상기 방열판(10)에 연결되는 태양광 케이블(50)과; 상기 태양광 케이블(50)을 결속하는 케이블 타이(60)와; 상기 태양광 케이블(50) 접속용 태양광 암수 컨넥터(70. 70') 및; 정션박스 손잡이(80)로 구성된 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징(30)과 덮개커버(40)는 플라스틱 소재로 형성하되, 하우징(30)은 엔지니어링 플라스틱, 덮개커버(40)는 유리섬유강화 플라스틱 또는 엔지니어링 플라스틱으로 형성하여 강한 태양광 및 높은 온도에 내구성을 강하게 하여 정션박스의 크기를 소형화 한 것을 특징으로 하는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방열판(10)의 양측 단부는 "U"자 형으로 형성하여 "U"자 형 단부의 홈에 태양광 케이블(50)의 단부를 삽입하여 연결 고정하는 것을 특징으로 하는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스.
  4. 제1항에 있어서, 다이오드(20)를 방열판(10)과 일체화시켜 정션박스의 사이즈를 가로 × 세로 × 높이 = 65mm ∼ 70mm × 21mm ∼ 25mm × 14mm ∼ 18mm 로 소형화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 덮개커버(40)에는 정션박스 손잡이(80)를 형성하여 하우징(30)과 덮개커버(40)의 조립 및 정셩박스를 모듈에 부착하기 용이하도록 한 것을 특징으로 하는 고효율 초소형 양면형 태양광 모듈용 정션박스.
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