KR20230083442A - Bipv 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
방음벽, BIPV, 영농형 태양광 발전 설비 등에서 심미성 패턴 커버의 높은 광 흡수율로 인해 발생하는 모듈의 방열 특성을 향상시키는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재, 태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버, 외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련하여, 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다.
Description
본 발명은 BIPV(Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 방음벽, BIPV, 영농형 태양광 발전 설비 등에서 심미성 패턴 커버의 높은 광 흡수율로 인해 발생하는 모듈의 방열 특성을 향상시키는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 청정에너지의 한 형태인 태양 에너지의 인기가 상승하고 있다. 또 반도체 기술의 진보로 인하여, 보다 효율적이고 더욱 큰 효율을 얻을 수 있는 태양광 모듈 및 태양광 패널의 설계가 가능하게 되었다. 또한, 태양광 모듈 및 태양광 패널을 제조하기 위해 사용되는 물질이 상대적으로 저렴하게 되면서, 태양광 발전의 생산 비용 감소에 기여하고 있다.
상기 태양광 모듈은 태양전지를 외부환경으로부터 보호하기 위하여 다층 구조로 이루어진다. 태양광 모듈 프레임은 태양광 모듈의 기계적인 강도를 유지하고, 태양전지와 태양전지의 전면 및 후면에 적층되는 재료들을 강하게 접합시키는 역할을 수행한다.
한편, 태양광 모듈은 다수의 스트링(string)이 직렬 연결되어 구성된다. 예를 들어, 4~6개의 스트링이 하나의 태양광 모듈을 구성하며, 이들 각각은 독립적으로 태양광 발전 기능을 갖는다. 상기 스트링은 분할된 스트립의 하부 및 상부 상에 각각 버스바를 제작하고, 이 버스바를 ECA로 연결하여 접합한다.
상술한 바와 같은 태양광 모듈을 건물 입면에 적용하기 위한 다양한 분야에서 건자재 일체형 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있으나, 기존 태양광 모듈은 유리의 무게(~14kg)로 인하여 내구성/안전성 확보와 동시에 고출력을 구현할 수 있는 건자재 태양광 모듈 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다.
또, 다양한 분야에서 태양광 모듈에 대한 수요가 증가하고 있으며, 기존 태양광 모듈은 유리의 무게로 인하여 이를 대체할 경량화 모듈에 대한 필요성이 부각되고 있다. 또한, 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 등에 활용됨에 따라 모듈 심미성 향상을 위해 블랙 백시트 사용해 모듈 온도증가에 대한 추가요인이 발생한다.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 강판 재질로 구성되는 베이스판, 상기 베이스판 상단에 형성되어 전기적 절연을 제공하는 절연층, 상기 절연층 상단에 부착되는 보호층, 상기 보호층 상단에 형성되는 후면 봉지층, 상기 후면 봉지층 상단에 부착되는 다수의 태양전지, 상기 태양전지 상단에 형성되는 컬러 봉지층 및 상기 컬러 봉지층 상단에 부착되어 태양광 모듈 외면을 보호하는 전면 보호층을 포함하는 건물일체형 태양광 발전용 태양광 모듈에 대해 개시되어 있다.
또, 하기 특허문헌 2에는 태양 전지판, 태양 전지판 양면에 각각 부착되는 EVA 시트, 태양 전지판의 전면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 투명 기재, 태양 전지판의 후면 방향에 배치되는 것으로 EVA 시트에 부착되는 백시트 및 태양 전지판, EVA 시트, 투명 기재 및 백시트의 결합 모듈을 내측에 수용하여 결합되는 모듈 프레임을 포함하고, 투명 기재는 투명 플라스틱 재료로 형성되고, 모듈 프레임은 폴리이미드 또는 폴리아미드로 형성된 경량화 태양전지 모듈에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 박막 태양전지의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름으로서, 태양광 모듈의 봉지재와 대면되는 폴리에스테르 기재필름 및 상기 폴리에스테르 기재필름상에 형성되며, 패터닝층 및 매트코팅층에서 선택되는 적어도 어느 하나의 광포획층을 포함하며, 상기 폴리에스테르 기재필름은 UVA 및 UVB를 차단하는 UV차단제를 포함하는 복합 플라스틱 필름에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에는 발전 성능과 더불어 심미적 특성을 증가시킬 수 있는 기술에 대해 개시되어 있지만, 건자재 일체형으로 모듈을 제조하여 시공의 편의성을 제공할 수 없는 문제 및 방열특성에 문제가 있었다.
또, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는 전면유리를 ETFE(ethylene tetrafluoroethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PC(polycarbornate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 및 TAC(Triacetyl cellulose)로 구성되는 군에서 선택된 투명 플라스틱으로 대체한 경량화 모듈에 대해 개시되어 있고, 특허문헌 3에서는 생산비용을 절감하고, 태양광 모듈의 무게를 현저히 감소시킬 수 있도록, 박막 태양전지의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름을 마련하였지만, 상기 특허문헌 2 및 3에서도 심미성 패턴, 방열 특성 및 경량화 문제를 동시에 해결할 수 없다는 문제가 있었다.
즉, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 건자재 일체형 태양광 모듈이 지상용 태양광 모듈(Framer와 전면유리 및 후면 백시트)로서 획일화된 디자인과 높은 반사율이 보이는 형태로 진행되었으며, 최근 건물을 중심으로 BIPV 시장이 활성화됨에 따라 소비자의 요구(Needs) 증대로 인해 심미성, 반사성 저감, 출력 확보 등을 동시에 해결할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 심미성 강화, 반사율 저감, 온도에 의한 출력 저하 감소를 동시에 해결할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설치 및 시공이 용이하고, 모듈 온도상승에 따른 출력저하를 방지할 수 있으며, 기존 모듈 대비 경량화 모듈을 1 스텝의 라미네이션 공정으로 제조하는 것에 의해 양산성을 확보할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적층된 태양광 모듈의 적층체를 고온에서 진공 압착하여 제작 시간을 단축할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 견고하고 가벼운 건자재 일체형으로 모듈을 제조하여 시공의 편의성 제공할 수 있는 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈은 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재, 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재, 태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버, 외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 태양광 모듈의 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 벌집 모양의 육각형으로 이루어진 알루미늄 허니콤, 상기 알루미늄 허니콤의 하부에 마련된 제2 백시트, 상기 제1 백시트와 알루미늄 허니콤의 접합을 위해 마련된 제1 접착층, 상기 알루미늄 허니콤과 제2 백시트의 접합을 위해 마련된 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름으로 마련된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 백시트 및 제2 백시트는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위해 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 상기 제1 백시트의 저면에 형성된 방열 강판, 상기 제1 백시트와 방열 강판의 접합을 위해 마련된 제1 접착층을 더 포함하고, 상기 방열 강판은 아연 코팅 강판으로 이루어지고, 상기 방열 강판의 후면에는 정션 박스가 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈에서, 상기 제1 밀봉재, 제2 밀봉재 및 제1 접합층은 각각 층간 접합을 위한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법은 (a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고, 상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법은 (a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 마련하는 단계, (b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고, 상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 전면 커버를 마련하는 것에 의해, 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 알루미늄 허니콤을 마련하는 것에 의해 태양광 모듈의 운반 또는 설치 작업 과정 등에서 발생하는 물리적 충격에 대한 내구성을 강화시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법에 의하면, 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 백시트층의 저면에 형성된 방열 강판을 마련하는 것에 의해, 동일면적 대비 20% 출력이 높은 슁글드 실리콘 태양광 모듈에서 온도상승에 따른 출력저하를 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 전면 사진,
도 3은 도 1에 도시된 알루미늄 허니콤의 구조를 나타내는 사진,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에 대한 PID 테스트 결과를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 후면 사진,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 출력과 온도 상승의 관계를 나타내는 그래프,
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도.
도 2는 도 1에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 전면 사진,
도 3은 도 1에 도시된 알루미늄 허니콤의 구조를 나타내는 사진,
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에 대한 PID 테스트 결과를 나타내는 그래프,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 후면 사진,
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 나타내는 그래프,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 출력과 온도 상승의 관계를 나타내는 그래프,
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "웨이퍼"는 태양전지용 웨이퍼로서 단결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어지고, "태양전지 구조(photovoltaic structure)"는 빛을 전기로 변환할 수 있는 장치로서, 다수의 반도체 또는 다른 유형의 물질을 포함할 수 있는 것을 의미하며, "태양전지 셀"은 광전지(PV) 구조로서, P-형의 실리콘 기판에 전극이 스크린 프린트(screen print)된 형태로 마련되며, p-PERC(Passivated Emitter and Rearside Contact), n-HIT(Hetrojunction with Intrinsic Thin lyaer), n-PERT (Passivated Emitter and Rear Totally diffused), CSC(Charge Selective Contact)로 형성될 수 있으며, 반도체(예를 들어, 실리콘) 웨이퍼 또는 기판상에 제조된 PV 구조 또는 기판(예를 들어, 유리, 플라스틱, 금속 또는 광전지 구조를 지지할 수 있는 임의의 다른 물질) 상에 제조된 하나 이상의 박막일 수 있다.
또 용어 "슁글드(shingled) 어레이 구조"는 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조를 의미한다.
또 "태양광 모듈"은 프레임 상에서 다수개의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링이 전기적으로 연결되고, 전면에 유리가 위치하고, 후면에는 EVA 시트가 형성되고, 중간에 충진재 등이 배치되어 태양전지 패널을 형성하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
[ 제1 실시 예 ]
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 전면 사진이고, 도 3은 도 1에 도시된 알루미늄 허니콤의 구조를 나타내는 사진이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)을 제조하기 위한 적층체는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)의 순으로 적층된다. 상기 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)는 각각 서로 대응하는 크기로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 태양광 모듈(100)은 1,050㎜ × 1,000㎜ × 6.2㎜(W*L*H)의 크기로 마련될 수 있고 전체 무게는 9㎏ 정도로 마련될 수 있다.
상기 전면 커버(110)는 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 레이니(Rainy) 패턴으로 패턴화된 유리 또는 태양광 모듈을 장시간 외부 환경으로부터 보호하기 위한 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련될 수 있다.
상기 제1 밀봉재(120) 및 제2 밀봉재(140)는 각각 깨지기 쉬운 태양전지와 회로를 충격으로부터 보호하고 층간 접합을 위해 마련되며, 예를 들어 태양광을 투과하는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)를 적용할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 전기절연성 밀봉재로 역할을 하고 접합 기능을 구비하며 광 투광성을 갖는 소재라면 본 발명의 밀봉재로 적용 가능하다, 상기 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)는 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)의 전면 및 후면에 부착되어 습기의 침투 등 외부 환경으로부터 태양 전지판(130)을 보호할 뿐만 아니라, 파손을 방지하는 완충 기능을 구비한다. 즉, 상기 제1 밀봉재(120)는 태양 전지판(130)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 상부에 적층되고, 상기 제2 밀봉재(140)는 태양 전지판(130)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 하부에 적층된다.
상기 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 예를 들어, 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조로 마련될 수 있다. 이와 같은 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 일반 태양 전지판에 비해 동일 면적대비 20% 출력을 증진시킬 수 있다.
상기 제1 백시트(150) 및 제2 백시트(170)는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위한 시트로서, 전지 모듈 분야에서 일반적으로 사용되는 소재로 형성 가능하며, 예를 들면 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 백시트(150) 및 제2 백시트(170)는 열, 습도, 자외선과 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하며, 태양전지 셀을 통과하여 유입된 태양광의 재반사를 통해 모듈의 효율을 부가하기 위해 마련된다.
또, 제1 접착층(160)은 제1 백시트(150)와 알루미늄 허니콤(170)의 접합을 위해 마련되고, 제2 접착층(180)은 알루미늄 허니콤(170)과 제2 백시트(190)의 접합을 위해 마련된다. 상기 제1 접착층(160)과 제2 접착층(180)은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 마련되며, EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름을 적용할 수 있다.
상기 알루미늄 허니콤(180)은 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 벌집 모양의 육각형으로 이루어지고, 심재의 재료로서 알루미늄을 사용하며, 3~6㎜의 두께로 형성되어 에너지 충격 흡수, 태양광 모듈의 운반 또는 설치시 발생하는 충격 흡수용으로 마련된다.
한편, 제2 백시트(190)의 하부에는 태양 전지판(130)에서 생성된 전기의 전달을 위한 정션 박스가 마련될 수 있다.
또 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)에서는 상기 전면 커버(110) 상에 마련되어 모듈의 둘레를 감싸는 프레임을 더 포함하고, 상기 프레임은 모듈을 보호하기 위해 마련되며 예를 들어, 경량화를 위한 합성 고분자 재질 또는 경량화 및 방열 기능을 부가하도록 알루미늄 재질로 마련될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)의 순으로 적층된 적층체는 압착 및 가열되어 태양광 모듈(100)로 형성된다. 이와 같이 형성된 태양광 모듈(100)의 측면은 각각의 층이 밀착되게 마련된다.
예를 들어, 1,050㎜ × 1,000㎜ × 6.2㎜(W*L*H)의 크기로 형성된 태양광 모듈(100)에 대한 PID 테스트 결과 도 4에 도시된 바와 같이, 전기적 내구성이 우수함을 알 수 있었다. 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에 대한 PID 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
즉, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 도 4의 (a)에 나타난 바와 같이, 높은 전위차에 의해 유도된 출력 저하 현상을 나타내는 PID(potential induced degradation) 전 모듈 출력 특성인 개방전압(Voc) 37.26V, 단락전류(Isc) 6.67A, 곡선인자(FF) 77.37%, 측정 전력(Pm) 192.41W와 대비하여 도 4의 (b)에 나타난 바와 같이, PID 후 모듈 출력 특성은 개방전압(Voc) 37.35V, 단락전류(Isc) 6.54A, 곡선인자(FF) 77.87%, 측정 전력(Pm) 190.34W를 얻어 1.09%의 출력 감소율로 전기적 내구성의 우수함을 확인할 수 있었다.
다음에 본 발명의 제1 실시 예에 따른 건물 입면용 고출력 슁글드 건자재 일체형 태양광 모듈의 제조 과정의 일 예에 대해 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 알루미늄 허니콤(170), 제2 접착층(180), 제2 백시트(190)를 각각 마련(S10)하여 도 1에 도시된 바와 같이 순차 적층하여 적층체를 형성한다(S20).
다음에 상기 단계 S20에서 마련된 적층체를 열 압착한다(S30).
상기 단계 S30에서는 적층체를 진공 팩에 안착하고, 120~150℃의 온도에서 10~15분 동안 30kpa의 압력을 적용하여, 바람직하게는 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하는 것에 의해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)이 제조된다.
한편, 상기 단계 S20에서의 적층은 예를 들어 9분 동안 실행되고, 상기 단계 S30에서의 열 압착은 140℃의 온도에서 11분 동안 실행되어 1세트의 모듈로 제작될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제작된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100)의 둘레를 프레임으로 감싸는 것에 의해 본 발명의 제1 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 제조된다.
[ 제2 실시 예 ]
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 적층체의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 적층체에 의해 제조된 태양광 모듈의 후면 사진 이다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')을 제조하기 위한 적층체는 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(Backsheet, 150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)의 순으로 적층된다. 상기 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160)은 각각 서로 대응하는 크기로 마련될 수 있다.
상기 전면 커버(110)는 상술한 제1 실시 예와 같이, 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같은 레이니(Rainy) 패턴으로 패턴화된 유리 또는 태양광 모듈을 장시간 외부 환경으로부터 보호하기 위한 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련될 수 있다.
상기 제1 밀봉재(120) 및 제2 밀봉재(140)는 각각 깨지기 쉬운 태양전지와 회로를 충격으로부터 보호하고 층간 접합을 위해 마련되며, 예를 들어 태양광을 투과하는 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)를 적용할 수 있다. 또, 상기 제1 접착층(160)도 제1 밀봉재(120)와 같이, EVA 또는 POE를 적용할 수 있고, 제1 백시트(150)와 방열 강판(200)의 접합을 위해 마련된다.
상기 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130)은 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 스트립을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 스트링 구조로 마련될 수 있다.
상기 제1 백시트(150)는 열, 습도, 자외선과 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하기 위해 알루미늄 또는 플라스틱 소재로 형성될 수 있으며, 태양전지 셀을 통과하여 유입된 태양광의 재반사를 통해 모듈의 효율을 부가하기 위해 마련된다.
상기 방열 강판(200)은 흡열 및/또는 방열특성을 부여하기 위해 아연 코팅 강판으로 마련되고, 이와 같은 아연 코팅 강판의 일면 또는 양면에는 우수한 방열성, 가공성, 내식성, 내용제성, 도막 밀착성 및 광택을 부여하는 방열 코팅층이 마련될 수도 있다. 상기 방열 강판(200)은 예를 들어, 용융 아연도금 강판(GI, galvanizing steel), 합금화 용융 아연 도금 강판(GA, galvannealed steel) 및 전기 아연 도금강판(electrogalvanized steel) 등이 사용될 수 있다.
또, 상기 방열 강판(200)은 도 6에 도시된 바와 같아, 양측이 절곡되어 마련되므로, 예를 들어 지붕에 설치하는 경우 조립 작업을 용이하게 실현할 수 있다. 한편, 도 6에서는 방열 강판(200)이 제1 백시트(150) 등과 동일 크기로 마련되었지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 백시트(150)의 길이보다 길게 마련될 수 있다. 이와 같이 마련된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')을 지붕에 설치하는 경우, 태양 전지판(130)이 마련되지 않은 방열 강판(200)의 상부의 절곡 부분만을 절단하고, 상부 부분을 기준으로 하여 고출력 슁글드 태양광 모듈의 하부를 중첩 설치하는 것에 의해 시공 작업을 용이하게 실현할 수 있다.
상기 방열 강판(200)의 후면은 도 7에 도시된 바와 같으며, 후면에서 정션 박스 적용을 위한 디자인을 확보할 수 있었다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')은 도 6에 도시된 바와 같이, 상부에서부터 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)의 순으로 적층된 적층체가 압착 및 가열되어 각각의 층이 밀착된 모듈로 형성된다. 상기 압착 및 가열의 열 압착은 130~150℃의 온도에서 10~15분 동안 실행되었으며, 1세트의 모듈로 제작되었다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 측정하였다. 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 출력을 나타내는 그래프이다.
즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 도 8에 나타난 바와 같이, 모듈 출력 특성인 개방전압(Voc) 18.45V, 단락전류(Isc) 7.48A, 곡선인자(FF) 77.32%, 측정 전력(Pm) 106.73W를 얻었다.
또, 상술한 바와 같이 마련된 태양광 모듈의 온도에 따른 출력 변환을 시험하였다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈을 지붕(RT)에 설치하는 경우, 직사광선의 영향으로 모듈 온도 상승에 따른 출력 저하의 개선이 필요하다. 일반적인 태양광 모듈의 온도와 출력 감소율과 비교(1℃ 상승 시 0.5% 출력 감소)하였다.
하기 표 1은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서의 감소율과 이론적 예상 감소율을 나타내고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 출력과 온도 상승의 관계를 나타내는 그래프이다.
| 온도(℃) | RT | 30 | 40 | 50 | 60 |
| 출력(W) | 106.73 | 106.95 | 103.92 | 95.67 | 94.25 |
| 실질 감소율(%) | 0 | -0.21 | 2.63 | 10.36 | 11.69 |
| 예상 감소율(%) | 0 | 2.5 | 7.5 | 12.5 | 17.5 |
상기 표 1 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈의 온도에 따른 출력 감소율이 일반 모듈보다 개선되었음을 알 수 있었다. 즉, 표 1 및 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, STC(25℃)에서 모듈 전면 온도 40℃일 때 가장 좋은 출력 감소율로 2.63%를 보였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈에서는 방열 강판(200)을 모듈 후미에 적용하여 모듈의 열적 특성 개선 및 설치에 용이한 절곡 구조를 마련하여, 모듈을 지붕에 설치하는 경우, 작업자가 용이하고 신속하게 작업을 실행할 수 있다.
다음에 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 과정의 일 예에 대해 도 10을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조과정의 일 예를 설명하기 위한 공정도이다.
먼저, 전면 커버(110), 제1 밀봉재(120), 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(130), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150), 제1 접착층(160), 방열 강판(200)을 각각 마련(S100)하여 도 6에 도시된 바와 같이 순차 적층하여 적층체를 형성한다(S200).
다음에 상기 단계 S200에서 마련된 적층체를 열 압착한다(S300).
상기 단계 S300에서는 제1 실시 예와 같이, 적층체를 진공 팩에 안착하고, 120~150℃의 온도에서 10~15분 동안 30kpa의 압력을 적용하여, 바람직하게는 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하는 것에 의해 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')이 제조된다.
한편, 상기 단계 S200에서의 적층은 예를 들어 9분 동안 실행되고, 상기 단계 S30에서의 열 압착은 140℃의 온도에서 11분 동안 실행되어 1세트의 모듈로 제작될 수도 있다.
상술한 바와 같이 제작된 고출력 슁글드 태양광 모듈(100')의 둘레를 프레임으로 감싸는 것에 의해 제2 실시 예에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈이 제조된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 BIPV 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈 및 그 제조 방법을 사용하는 것에 의해 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하다.
130 : 태양 전지판
170 : 알루미늄 허니콤
200 : 방열 강판
170 : 알루미늄 허니콤
200 : 방열 강판
Claims (8)
- 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈로서,
슁글드 어레이 구조의 태양 전지판,
상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 상부에 적층된 제1 밀봉재,
상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 태양 전지판 하부에 적층된 제2 밀봉재,
태양광이 투과되고 상기 제1 밀봉재를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재의 상부에 적층되는 전면 커버,
외부환경으로부터 상기 태양 전지판을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재의 하부에 적층된 제1 백시트를 포함하고,
상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 제1항에서,
상기 태양광 모듈의 기계적 내구성 강화 및 단열을 위해 벌집 모양의 육각형으로 이루어진 알루미늄 허니콤,
상기 알루미늄 허니콤의 하부에 마련된 제2 백시트,
상기 제1 백시트와 알루미늄 허니콤의 접합을 위해 마련된 제1 접착층,
상기 알루미늄 허니콤과 제2 백시트의 접합을 위해 마련된 제2 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 제2항에서,
상기 제1 접착층 및 제2 접착층은 열팽창 차이에 의한 박리 현상을 제거하기 위해 EVA(Ethylene Vinyl Acetate), 이오노머(Ionomer) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer) 필름으로 마련된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 제2항에서,
상기 제1 백시트 및 제2 백시트는 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위해 E-glass fiber(220g/㎡)과 레진으로 이루어지고 0.7~0.8㎜의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 제1항에서,
상기 태양 전지판에서 발생하는 열을 방출하도록 상기 제1 백시트의 저면에 형성된 방열 강판,
상기 제1 백시트와 방열 강판의 접합을 위해 마련된 제1 접착층을 더 포함하고,
상기 방열 강판은 아연 코팅 강판으로 이루어지고,
상기 방열 강판의 후면에는 정션 박스가 마련되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 제5항에서,
상기 제1 밀봉재, 제2 밀봉재 및 제1 접합층은 각각 층간 접합을 위한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate) 또는 POE(Poly Olefin Elastomer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈. - 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법으로서,
(a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 마련하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 및 제2 접착층, 알루미늄 허니콤을 적층하여 적층체를 마련하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고,
상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고,
상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법. - 건물 일체형 태양광 모듈(BIPV : Building-integrated photovoltaics) 적용 가능한 고출력 슁글드 태양광 모듈로서,
(a) 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 마련하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)에서 마련된 전면 커버, 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 백시트, 다수의 밀봉재, 제1 접착층, 방열 강판을 적층하여 적층체를 마련하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 열 압착하는 단계를 포함하고,
상기 전면 커버는 상기 고출력 슁글드 태양광 모듈의 심미성과 반사율 저감을 증대시켜 건물의 외부 디자인 요소로 사용 가능하도록, 패턴화된 유리 또는 ECTFE(Ethylene-ChloroTrifluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련되고,
상기 단계 (c)에서의 열 압착에 의해 상기 태양광 모듈은 1세트의 모듈로 제작되는 것을 특징으로 하는 고출력 슁글드 태양광 모듈의 제조 방법.
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