KR20240004239A - 이중 곡면 태양광 패널과 함께 사용하기 위한 포일 - Google Patents

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KR20240004239A
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더란더스 코넬리우스 데이큰
헨드릭 니콜라스 스링거랜드
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라이트이어 레이어 아이피씨오 비.브이.
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Abstract

본 발명은 이중 곡면 태양광 패널용 포일(100)에 관한 것으로, 포일은 두 개의 폐쇄 단부를 가지며 포일을 기계적으로 상호 연결된 영역으로 분할하는 다수의 절개부를 보이고, 여기서 포일은 제1 배향을 갖는 제1 절개부 그룹(102)과 제2 배향을 갖는 제2 절개부 그룹(104)을 포함하고, 제1셀(120)과 제2셀(122) 사이의 기계적 상호 연결부(110)에 위치한 절개부의 제1 폐쇄 단부 및 제3셀(124)과 제4셀(126) 사이의 기계적 상호 연결부(112)에 위치한 제2 폐쇄 단부와, 제1셀(120)과 제3셀(124) 사이의 기계적 상호 연결부(114)에 의해 경계되고 제2셀(122)과 제4셀(126) 사이의 기계적 상호 연결부(116)에 의해 경계되는 절개부, 부분적으로 제1 배향을 가지며 부분적으로 제2의 다른 배향을 가지는 절개부를 포함한다.

Description

이중 곡면 태양광 패널과 함께 사용하기 위한 포일
본 발명은 이중 곡면 태양광 패널과 함께 사용하기 위한 포일에 관한 것으로, 포일은 두 개의 단부를 갖는 다수의 절개부를 보여주며, 절개부는 포일을 기계적으로 상호 연결된 다수의 영역으로 나눈다.
이 애플리케이션을 이끄는 프로젝트는 보조금 계약 번호 848620에 따라 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 및 혁신 프로그램으로부터 자금을 지원받았다.
오늘날, 점점 더 많은 전기 자동차가 전력을 생성하기 위한 태양광 패널을 가지고 있다. 예를 들어, 이러한 패널은 차량의 지붕에 배치되거나, 통합되거나, 또는 차량의 지붕을 형성하며, 종종 적어도 두 방향으로 국부적으로 곡률을 나타낸다. 또한 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV 시스템)은 3D 곡면(즉, 적어도 두 방향으로 국부적으로 휘어진 표면)에 사용되는 경우가 많다.
전기는 광전지로도 알려진 태양 전지에 의해 생성된다. 일반적으로 태양 전지는 다결정 또는 단결정 실리콘 전지이지만, 다른 반도체(예를 들어, 도핑된 GaAs) 또는 다른 재료(예를 들어, 페로브스카이트)와 같은 다른 재료의 전지가 사용되는 것으로 알려져 있다. 또한 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(CIGS) 또는 다결정 실리콘과 같은 박막을 가진 포일도 사용되는 것으로 알려져 있다. 화학 물질이나 습기로 인한 손상을 방지하기 위해 일반적으로 전지 또는 박막은 봉합재로 캡슐화된다.
곡면 태양광 패널은 일반적으로 3차원 곡면 투명 플레이트(예: 유리 또는 폴리카보네이트로 구성), 곡면 투명 플레이트에 접착된 봉합재로 캡슐화된 태양 전지, 그리고 태양 전지를 직렬(소위 스트링을 형성) 및/또는 병렬로 전기적으로 상호 연결하는 도체로 구성된다. 상호 연결부는 소위 핑거 전극(finger electrode) 또는 한쪽 또는 양면에 금속화(예: 얇은 구리 층)가 패턴화된 후면접촉포일(back-contact foil; BCF)을 통해 만들어질 수 있다.
다른 태양광 패널은 박막 태양 전지를 포함하는 포일, 예를 들어 페로브스카이트(perovskite)가 인쇄되거나 분사된 PET 또는 폴리이미드 포일을 사용한다. 이 포일은 봉합재에 캡슐화될 수 있고 투명 플레이트에 접착될 수 있다.
포일(캡슐화되거나 캡슐화되지 않은)을 3차원 곡면에 접착할 때 문제가 발생한다: 주름이 발생할 가능성이 있다.
이 문제는 Panasonic에 의한 미국 특허 출원 US20140130848A1로부터 알려져 있다.
US20140130848A1은 전기적으로 상호 연결된 태양 전지를 포함하는 봉합재 시트에 관한 것으로, 도 3 및 도 5와 첨부된 본문에서, 봉합재에 다수의 평행 절개로 분할된 포일 또는 시트, 봉합재를 다수의 조각으로 분할하는 절개에 대해 설명한다. 태양 전지 사이의 전기적 상호 연결은 핑거 전극을 사용하여 만들어진다. 직렬화된 태양 전지(소위 스트링) 사이에는 태양 전지 스트링을 따라 한 방향으로 절개가 이루어진다. 태양 전지를 포함하는 봉합재는 3차원 곡률을 갖는 투명한 곡면에 접착된다. 투명 곡면 기판의 곡면을 따라 시트가 접착될 때 태양전지 시트의 표면 내부에서 발생하는 응력을 절개에 의해 완화시킬 수 있으며, 태양전지 시트에서 발생하는 비틀림과 주름을 줄이면서 접착을 수행할 수 있다.
알려진 어플리케이션은 봉합재 (경화된)포일을 3차원 평면에서 접착할 때의 효과를 설명한다. 더 단단한 포일을 접착하면 더 많은 주름이 발생할 수 있다.
태양 전지는 광에 민감한 면과 뒷면을 갖는다. 일반적으로, 1세대 태양 전지는 한쪽 면에 하나 이상의 양극이 위치하며, 다른 면에 하나 이상의 음극이 위치한다. 셀은 일반적으로 소위 핑거 전극으로 상호 연결된다(병렬 또는 직렬, 또는 이들의 조합으로). 이러한 상호 연결이 완료되면 태양 전지는 봉합재로 밀봉된다. 그런 다음 셀과 봉합재를 포함하는, 평평한 평면에서 제조된 판을 곡면 투명 플레이트에 접착한다.
태양 전지들 사이의 상호 연결은 일반적으로 태양 전지들이 하나의 평면에 있을 때(곡면이 아닌 상황에서) 만들어진다. 패널이 평평한 경우, 봉합재 내의 셀은 보통 정확히 직사각형 배열로 배열된다. 패널이 두 방향으로 휘어져 있는 경우(따라서 3차원 또는 짧은 3D 곡률을 가지는) 곡률로 인해 배열이 더 이상 직사각형이 될 수 없다.　
평평한 포일을 곡면 투명 평면에 접착할 때 문제가 발생한다: 포일에 주름이 발생할 수 있다.
본 발명은 상기 한계에 대한 대안적인 해결책을 제공하고자 한다.
전술한 한계를 해결하기 위해 본 발명은, 포일은 적어도 제1 배향을 갖는 제1 절개부 그룹과 제2 배향을 갖는 제2 절개부 그룹을 포함하고, 각각의 절개부는 두 개의 폐쇄 단부, 제1셀과 제2셀 사이의 기계적 상호 연결부에 위치한 제1 폐쇄 단부와 제3전지와 제4전지 사이의 기계적 상호 연결부에 위치한 제2 폐쇄 단부를 갖고, 제1셀과 제3셀 사이의 기계적 상호 연결부에 의해 경계되며 또한 제2셀과 제4셀 사이의 기계적 상호 연결부에 의해 경계되고, 절개부는 부분적으로 제1 배향 및 부분적으로 제2 배향을 갖고, 제1 배향은 제2 배향과 상이한, 포일에 관한 발명이다.
적어도 두 개의 다른 배향으로 절개부를 가짐으로써, 절개부는 셀의 기계적 상호 연결부에서 끝나고 또한 기계적 상호 연결부에 의해 경계를 이루며, 각 절개부는 더 단단한 영역의 약간의 회전에 의해 넓어질 수 있다. 이러한 방식으로 포일은 오그제틱 재료와 유사하며 한 방향(배향)으로 늘어나면 다른 방향(배향)으로도 늘어나게 된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 직사각형 모양/경계를 가진 포일은 외부 경계를 변경하지 않고 포일의 중앙 영역에서 곡선을 만들 수 있다.
다른 절개부 그룹이 존재할 수 있는데, 이 절개부 그룹은 하나의 폐쇄 단부만을 보여주고, 다른 단부는 포일의 경계와 교차한다. 이러한 절개부들은 포일의 경계를 변형(곡선)도 시킬 수 있게 한다.
실시예에서, 절개부들은 직선 절개부이고, 제1 배향 및 제2 배향은 서로 수직이다.
이 실시예에서, 절개부들은 포일을 직사각형 또는 정사각형 영역으로 분할한다. 단결정 태양 전지를 갖는 태양광 패널에 사용되는 포일에 특히 매력적이며, 예를 들면, 하지만 이에 한정되지는 않는, Si 또는 GaAs 결정질 태양 전지가 있는데, 이들은 종종 정사각형 또는 직사각형 타일로 형성된다. 이러한 타일은 타일 자체와 동일하거나 거의 동일한 영역을 갖는 포일 위에 또는 포일 안에 배치되는 것이 바람직하며, 각 타일은 하나의 영역에 해당한다.
기계적으로 상호 연결된 모든 영역은 동일한 크기와 윤곽을 갖는 것이 바람직하다.
절개부는 직선일 필요는 없지만, 기복 또는 곡률을 나타낼 수 있다는 점에 유의한다. 또한, 직선 절개부를 사용하여, 영역에 대해 다른 형태, 바람직하게는 사각형 영역이 실현될 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 포일은 후면접촉 포일을 포함하고, 절개부는 후면접촉 포일에서 만들어진다.
요즘에는 핑거 전극의 그림자가 발생하지 않기 때문에 양극과 음극이 한쪽에 있는 태양 전지를 사용하는 것이 일반적이다. 후면접촉 포일을 사용하여 태양 전지를 전기적 및 기계적으로 상호 연결한다. 후면접촉 포일은 일반적으로 두께가 예를 들어 200 μm 인 PET 또는 폴리이미드 포일과 같은 얇은 합성 포일이며, 전기 연결을 위해 한쪽 또는 양쪽에 금속화를하는 것이 바람직하다. 금속화, 바람직하게는 패턴화 된 구리 피복은 태양 전지 사이의 전기적 상호 연결을 형성하는 데 사용된다. 금속화는 후면접촉 포일의 한쪽 또는 양쪽에 존재할 수 있다. 비아는 금속화를 한 쪽에서 다른 쪽으로 연결하는 데 사용할 수 있다. 이러한 기술은 인쇄 회로 기판(PCB)과 연성 회로 기판(FCB)에서 잘 알려져 있다.
상기 포일, 예를 들어 PET 또는 폴리이미드 포일과 같은 합성 포일은 전형적으로 200㎛ 이상의 두께를 갖는다는 것에 유의한다. 이러한 포일을 3차원 곡률로 변형할 때 주름이 발생할 수 있지만, 훨씬 작은 기계적 상호 연결부만 변형하면 주름이 크게 줄어든다.
또 다른 실시예에서, 포일은 박막 태양 전지를 포함하며, 절개부는 박막 태양 전지에 만들어진다
박막 태양 전지는 전형적으로 광전 재료, 예를 들어 분무에 의해 도포되는 포일을 포함한다. 광전 재료는 예를 들어, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 구리 인듐 갈륨 디셀레나이드(CIGS), 비정질 박막 실리콘(a-Si, TF-Si) 또는 페로브스카이트일 수 있다. 이 포일을 절개하여 박막 태양 전지 포일을 만든 후 3D 곡선 형태로 형성할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 포일은 봉합재를 포함하고, 절개부는 봉합재 내에서 만들어진다.
본 실시예에서, 포일은 봉합재이다. 특히 봉합재가 경화되면, 경직되어 유연성이 떨어지고, 절개를 통해 다시 유연하게 만들어야 할 필요가 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 태양광 패널, 차량 또는 건물 통합형 태양광 발전 시스템은 본 발명에 따른 포일을 포함한다.
본 발명은 이제 도면을 사용하여 설명되며, 여기서 동일한 참조 부호가 해당 특징을 나타낸다. 이를 위해:
도 1은 본 발명에 따른 절개부를 갖는 포일을 개략적으로 나타내고,
도 2는 도 1의 포일이 늘어났을 때를 개략적으로 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 절개부를 갖는 포일을 개략적으로 나타낸다.
포일(100)은 다수의 절개부를 나타낸다. 절개부(102)는 셀(120)과 셀(122) 사이의 기계적 상호연결부(110)로 끝나는 제1 폐쇄 단부(110)와 셀(124)과 셀(126) 사이의 기계적 상호연결부(112)로 끝나는 제2 폐쇄 단부(112)를 갖는다. 절개부는 셀(120)과 셀(124)사이의 기계적 상호 연결부 및 셀(122)와 셀(126) 사이의 기계적 상호 연결부에 의해 경계를 이룬다. 절개부(102)에 수직인 절개부(104)는 절개부(102)와 경계를 이루는 기계적 상호 연결부(116)의 제1단부에서 끝난다.
포일은 또한 절개부(106)와 같이 단 하나의 폐쇄 단부를 갖는 절개부를 포함한다는 점에 유의한다. 이러한 절개부는 포일의 경계에서 끝난다. 그러나, 포일의 경계 부분이 이러한 단일 종단 절개를 나타내지 않더라도, 3차원으로 변형될 수 있는 포일을 만들 수 있는데, 여기서 경계 부분은 평평하게 유지되고 포일의 중심 부분은 구형 표면으로 휘어질 수 있다.
도 2는 도 1의 포일이 늘어났을 때를 개략적으로 나타낸다.
포일(100)은 x 방향으로 늘어난다. 응력 발생으로 인해 해당 영역이 약간 회전하고 절개부가 슬릿(0에 가까운 표면을 갖는)에서 다이아몬드 모양(마름모꼴) 표면으로 모양이 변경되며, 또한 y 방향으로 신장이 발생하게 된다. x 방향의 신장은 y 방향의 신장을 필요로 하기 때문에 이 포일은 오그제틱 포일(auxetic foil), 즉 푸아송비가 음수인 포일로 분류할 수 있다.
x-신장과 y-신장 사이의 비율은 x- 및 y-방향 영역의 크기에 의존한다는 점에 유의한다. 정사각형 영역의 경우, 비율은 1이고, 직사각형 영역의 경우, x- 신장은 y- 신장과 같지 않다.
절개부들은 서로 수직일 필요는 없으며, 또한 다이아몬드 형(마름모꼴) 형태와 같은 다른 사각형도 가능하다는 점에 더욱 유의한다.
절개부를 만들기 위해, 절단, 스탬핑, 레이저 절단 또는 레이저 절제, 워터 젯을 이용한 절단 등과 같은 몇 가지 잘 알려진 기법들을 사용할 수 있다. 기계적 상호 연결부에서 제어되지 않은 절개의 전파로 이어질 수 있으므로, 절개부의 끝을 날카롭게 자르지 않는 것이 바람직하다. 이는 끝이 둥근 절단 방법이나 작은 루프 또는 곡선 부분으로 끝나는 절개를 통해 가장 잘 달성할 수 있다.

Claims (11)

  1. 이중 곡면 태양광 패널과 함께 사용하기 위한 포일(100)에 있어서, 상기 포일은 두 개의 폐쇄 단부를 갖는 다수의 절개부를 보여주며, 상기 절개부는 포일을 기계적으로 상호 연결된 다수의 영역으로 분할하고, 상기 포일은 적어도 제1 배향을 갖는 제1 절개부 그룹(102)과 제2 배향을 갖는 제2 절개부 그룹(104)을 포함하고, 각각의 절개부는 두 개의 폐쇄 단부, 제1셀(120)와 제2셀(122) 사이의 기계적 상호 연결부(110)에 위치한 제1 폐쇄 단부 및 제3셀(124)와 제4셀(126) 사이의 기계적 상호 연결부(112)에 위치한 제2 폐쇄 단부를 갖고, 제1셀(120)과 제3셀(124) 사이의 기계적 상호 연결부(114)에 의해 경계되고 제2셀(122)와 제4셀(126) 사이의 기계적 상호 연결부(116)에 의해 경계되고, 절개부는 부분적으로 제1 배향 및 부분적으로 제2 배향을 갖고, 제1 배향은 제2 배향과 상이한, 포일(100).
  2. 제1항에 있어서, 기계적 상호 연결부에서 끝나는 단 하나의 폐쇄 단부를 갖는 하나 이상의 절개부(106)를 더 포함하며, 상기 절개부는 포일의 경계와 교차하는, 포일.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절개부가 직선 절개이고 제1 배향 및 제2 배향이 서로 수직인 포일.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 기계적으로 상호 연결된 모든 영역(120, 122, 124, 126)이 동일한 크기와 윤곽을 갖는 포일.
  5. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포일은 후면접촉(back-contact)포일을 포함하며, 상기 절개부는 상기 후면접촉포일에서 만들어지는 포일.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후면접촉포일의 적어도 일부가 전기 전도성 층을 포함하는 포일.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포일이 박막 태양 전지를 포함하고 상기 절개부가 박막 태양 전지에 만들어지는 포일.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포일이 봉합재를 포함하고 상기 봉합재 내에 절개부가 만들어지는 포일.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 따른 포일을 포함하는 태양광 패널.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 포일을 포함하는 차량.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 포일을 포함하는 건물 통합형 태양광 발전 시스템.

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