KR20240083308A - 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
모듈의 경량화를 통해 시공의 난이도를 감소하며, 제조 단가를 절감하여 방음벽 및 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, (a) 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 제1 밀봉재, 제2 밀봉재, 전면 커버, 투명 백시트를 마련하는 단계, (b) 하부에서부터 상기 투명 백시트, 제2 밀봉재, 태양 전지판, 제1 밀봉재 및 전면 커버 순으로 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 고온에서 진공 압착하는 라미네이션(lamination)을 실행하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 방음 성능을 갖는 투명 필름으로 이루어진 구성을 마련하여, 밀봉재의 두께에 따라 라미네이션 공정의 최적화를 통한 태양광 모듈의 휨 및 박리 현상의 최소화를 실현할 수 있다.
Description
본 발명은 방음벽에 태양광 모듈 적용을 위한 전면 유리를 배제하고 방음성능을 갖는 경량의 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 모듈의 경량화를 통해 시공의 난이도를 감소하며, 제조 단가를 절감하여 방음벽 및 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에 교통수단의 다양화 및 교통량이 증가하고 있으며, 이러한 교통수단들이 다니는 도로, 철로, 공항이 확충되고 있다. 이와 같은 교통수단들이 움직일 때에는 적지 않은 소음을 동반하게 되므로 도로 주변, 철로 주변, 공항 주변에 주거하는 주민들은 교통수단에서 발생하는 소음 때문에 큰 고통을 받고 있다.
이에 대해 도로, 철로, 공항을 설계할 때에는 일정한도 미만의 소음기준을 엄격히 적용하고 있으며, 이와 같은 소음 기준을 만족시키기 위해 다양한 종류의 일체형 방음벽으로서, 흡음형, 반사형, 간섭형, 공명형 일체형 방음벽들을 설치하고 있다. 즉, 방음벽은 차량의 주행 시 발생되는 소음이나 혹은 다른 각종 소음발생으로 인한 소음 피해 지역 또는 소음을 저감시킬 필요가 있는 구조물에 설치되어 발생되는 소음을 차단하며, 방음패널을 구성하는 재질에 따라 금속재, 콘크리트, 목재, 유리, 플라스틱 방음벽 등으로 구분할 수 있다.
특히, 플라스틱 재료를 사용한 방음패널의 경우 같은 두께의 유리보다 경량이고 시공이 용이하며 유연한 특성으로 가공이 쉽다는 장점 때문에 그 수요가 증가하고 있다. 현재 많이 사용되고 있는 플라스틱 방음패널의 재료로는 폴리머계인 PC(PolyCarbonate)와 PMMA(PolyMethyl MethAcrylate)가 있다. 방음패널의 차음특성은 재료의 면밀도 및 소음의 주파수와 높은 상관관계가 있으므로, 방음패널의 두께 및 재료의 선택에 있어서 실제 도로소음의 특성을 반영하는 것은 매우 중요하다
예를 들어, 도로상에 마련된 방음벽은 기초 콘크리트 상에 H 형상의 복수개의 지주를 일정 간격으로 배열한 후, 상기 지주를 앵커 볼트로 고정하고, 인접한 두 지주의 대향하는 채널을 따라 소음을 흡수하거나 반사하는 복수개의 방음패널을 각각 횡 방향으로 순차적으로 적층한 뒤, 그 상단을 연결 플레이트로 고정함으로써 구성된다.
한편, 최근에는 일체형 방음벽에 태양광 패널을 부착하여 방음과 동시에 태양광 발전을 수행하는 기술도 개발되고 있다. 태양광 발전은 태양광을 이용해 직접 전기를 생산하는 태양전지 모듈(Photovoltaic Module)로서, 이를 이용한 다양한 응용분야가 있다. 예를 들어, 도심 내 방음터널과 방음벽의 경우에도 심미성을 고려하면서 전기를 생산할 수 있는 태양광 모듈이 제시되고 있다.
예를 들어, 단면 발전보다 발전량을 증대할 수 있는 방음벽 및 방음터널용 양면수광 태양광 모듈의 경우에는 양측에서 빛을 수광하기 위해 전후면 모두 유리 커버를 사용한 G2G(Glass to Glass) 형태로 제작된다. 이와 같은 방음벽에 적용되던 태양광 모듈은 전면 또는 전후면 유리커버를 사용하여 모듈이 매우 무겁다는 단점이 있었다.
또한, 상기 G2G 타입의 태양광 모듈은 에지(Edge) 부분의 가공이 어려워 심미적 또는 기능적인 측면에서 문제가 있고, 유리의 무게로 인해 지지되는 부착가공물의 가격 상승과 구조가 복잡해지는 문제가 있으며, 방음벽 및 방음터널의 기능적 특성상 소음피해를 감소시킬 수 있도록 방음성능이 보장되어야 하지만 종래의 태양광 모듈은 태양광 모듈 자체만으로는 방음 성능이 산업표준에 도달할 수 없는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 유리 커버를 대체하여 플라스틱 커버를 적용한 방식이 제시되고 있다. 그러나 이 경우 플라스틱 커버 소재와 충진재의 스트레스로 인해 태양 전지들을 연결한 내부 스트링이 파손되거나, 플라스틱 커버와 충진재의 사이에 가스발생 등의 불완전한 라미네이션으로 인해 접합 불량이 발생하여 라미네이션 공법을 이용한 태양광 모듈의 제조가 어려운 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일 예가 하기 특허 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 두께 0.5~2.0mm, 광투과도 85% 이상, 영 모듈러스 71.7 GPa, 전단 모듈러스 29.7 GPa 이상의 박막 강화유리를 제공하는 단계, 상기 박막 강화유리 위에 충진재 시트를 펼쳐놓은 다음 그 위에 태양전지 레이아웃을 형성하고, 각각의 태양전지를 전극리본으로 연결하는 단계, 상기 태양전지 레이아웃 위에 충진재 시트와 백시트를 덮은 후 라미네이션을 실시하는 단계 및 상기 태양광 모듈에 알루미늄 프레임을 부착하는 단계를 포함하는 박막 강화 유리를 사용한 경량 태양광 모듈의 제조방법에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 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.
한편, 하기 특허문헌 3에는 방음벽. 상기 방음벽의 상면으로부터 일정간격 이격되며, 서로 평행하도록 길게 형성된 복수의 프레임, 인접한 두 개의 상기 프레임에 고정된 복수의 태양광 패널 및 상단에 상기 태양광 패널이 결합되고 상기 프레임을 관통하여 고정됨으로써 상기 프레임과 상기 태양광 패널을 고정시키는 복수의 지지대를 포함하고, 상기 지지대가 상하로 움직여 상기 태양광 패널의 상면이 향하는 방향을 제어할 수 있는 태양광 발전 패널용 방음벽 구조체에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1에는 태양광 모듈에서 박막 강화 유리를 사용하므로, 태양광 모듈 자체의 방음 성능에 대해 개시되어 있지 않으며, 경량의 방음벽을 마련할 수 없다는 문제가 있었다.
또 특허문헌 2에서는 생산비용을 절감하고, 태양광 모듈의 무게를 현저히 감소시킬 수 있도록, 박막 태양전지의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름을 마련한 구성에 대해 개시되어 있고, 상기 특허문헌 3에는 방음벽 구조체에 대해 기재되어 있니만, 태양광 패널의 자체의 방음 성능에 대해서는 개시되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 라미네이션 공정 최적화를 통한 모듈의 휨 및 박리(delamination) 현상의 최소화를 실행할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방음 성능이 우수하며 방음형 모듈의 경량화를 통한 시공의 난이도 감소 및 단가 절감을 실현할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법은 방음벽, 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조를 제조하는 방법으로서, (a) 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 제1 밀봉재, 제2 밀봉재, 전면 커버, 투명 백시트를 마련하는 단계, (b) 하부에서부터 상기 투명 백시트, 제2 밀봉재, 태양 전지판, 제1 밀봉재 및 전면 커버 순으로 적층하여 적층체를 마련하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 고온에서 진공 압착하는 라미네이션(lamination)을 실행하는 단계를 포함하고, 상기 전면 커버는 방음 성능을 갖는 투명 필름으로 이루어지고, 상기 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재의 두께에 따라 상기 단계 (c)의 라미네이션 실행 조건을 가변으로 하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에서, 상기 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 0.6㎜로 마련되고, 상기 단계 (c)는 130℃에서 1,440초간 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에서, 상기 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 1.2㎜로 마련되고, 상기 단계 (c)는 140℃에서 660초간 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에서, 상기 태양광 모듈의 휨 정도는 12㎜ 이내로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에서, 상기 태양광 모듈의 휨 정도는 8㎜ 이내로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조는 상술한 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 의하면, 밀봉재의 두께에 따라 라미네이션 공정의 최적화를 통한 태양광 모듈의 휨 및 박리 현상의 최소화를 실현할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 의하면, 태양광 모듈에 의한 전기의 생산과 동시에 방음성능을 증대하여 차량 및 건설 등의 각종 소음으로 인한 소음피해를 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에 의하면, 태양광 모듈의 무게가 경감되어 구조물의 하중 증대로 인한 부착가공물의 가격 상승을 방지할 수 있고, 시공을 용이하게 할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 적용되는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조 과정을 설명하는 공정도,
도 3은 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 4는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 5는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진,
도 6은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 7은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 8은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진,
도 9는 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 10은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 11은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진.
도 2는 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조 과정을 설명하는 공정도,
도 3은 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 4는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 5는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진,
도 6은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 7은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 8은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진,
도 9는 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전면(a) 및 후면(b) 이미지,
도 10은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 전기적 특성을 나타낸 도면,
도 11은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 휨 정도를 나타낸 사진.
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 셀"은 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 있다.
또, 본원에서 사용하는 용어로서, "태양전지 구조(photovoltaic structure)"는 빛을 전기로 변환할 수 있는 장치로서, 다수의 반도체 또는 다른 유형의 물질을 포함할 수 있는 것을 의미하며, "태양전지(solar cell)" 또는 "셀"은 빛을 전기로 변환할 수 있는 광전지(PV) 구조로서, 다양한 크기 및 형태를 가질 수 있으며, 다양한 재료로 제조될 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.
또한, "태양광 모듈"은 프레임 상에서 다수개의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링이 전기적으로 연결되고, 기계적 구성 또는 전기전자적 구성으로 이루어진 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
한편, 본원에서 사용하는 용어 "유닛", "모듈" 혹은 "부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하며, 기계적 구성 또는 전기전자적 구성으로 이루어진 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있으며, 복수의 "모듈" 혹은 복수의 "부"는 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 "모듈" 혹은 "부"를 제외하고는 적어도 하나의 모듈로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
본 발명은 방음벽 및 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용 가능한 유연성이 있는 경량 결정질 실리콘 태양광 모듈로서, 슁글드 실리콘 태양광 모듈에서 태양광 모듈의 무게를 감소시키고, 건물 곡면 등에도 적용이 가능하도록 태양광 모듈의 유연성을 향상시키기 위해 태양전지의 전면에 투명필름과 태양전지의 후면에 구비되는 백시트를 이용하여 유연성이 있는 경량 결정질의 실리콘 태양광 모듈을 제작한 것이다. 또, 이하의 설명에서는 도로 주변, 철로 주변, 공항 주변에서 소음을 차단하는 방음벽 또는 방음터널에 설치되는 구조로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 건물부착형(BAPV), BIPV(Building Integrated PV) 또는 VIPV(Vehicle Integrated PV)에도 적용 가능하다.
이를 위해, 본 발명에서는 가공 및 설치가 용이한 폴리카보네이트(PC ; Poly carbonate) 커버를 적용한 방음 일체형 태양광 모듈을 마련한다.
폴리카보네이트(PC)를 이용한 모듈은 방음 성능이 우수하여 경량 방음벽 태양광 모듈 제작에 적합하다. 그러나 PC를 이용한 태양광 모듈 제작 시 라미네이션 공정에서 열팽창계수 차이로 인한 모듈의 휨 현상 및 박리(delamination) 현상이 발생한다는 문제가 있었다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 UV 경화 접착 등의 방법이 사용되지만 공정 시간이 길게 된다는 단점이 있었다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재의 두께에 따라 라미네이션 실행 조건을 가변으로 하여 모듈의 휨 및 박리 현상의 최소화를 위한 라미네이션 공정의 최적화를 실행하는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조 과정을 설명하는 공정도이다.
본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)는 방음벽, 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조로서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈 구조(100)를 제조하기 위해, 먼저 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(110), 상기 태양 전지판(110)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판(110) 상부에 적층된 제1 밀봉재(120), 태양광이 투과되고 태양광 모듈(100)의 유연성을 향상시키며 상기 제1 밀봉재(120)를 보호할 수 있도록 상기 제1 밀봉재(120)의 상부에 적층되는 전면 커버(130), 상기 태양 전지판(110)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판(110) 하부에 적층된 제2 밀봉재(140), 외부환경으로부터 상기 태양 전지판(110)을 보호하기 위해 상기 제2 밀봉재(140)의 하부에 적층된 투명 백시트(150)를 마련한다(S10).
상기 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판(110)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(110)은 일반 태양 전지판에 비해 동일 면적대비 20% 출력을 증진시킬 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(110)을 보호할 뿐만 아니라, 파손을 방지하는 완충 기능을 구비한다. 즉, 상기 제1 밀봉재(120)는 태양 전지판(110)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 상부에 적층되고, 상기 제2 밀봉재(140)는 태양 전지판(110)을 보호하기 위해 상기 태양 전지판의 하부에 적층된다. 한편, 상기 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)는 각각 0.6~1.2㎜의 두께로 마련될 수 있다. 즉, 본 발명에서는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 휨 및 박리 현상의 최소화를 위해 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)의 두께를 선택적으로 조정하여 제조하였다.
상기 전면 커버(130)는 유리 재료에 비해 경량화 및 태양광 투과율을 증진시키고, 방음 성능을 갖는 투명 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 전면 커버(130)로서 투명 필름은 미리 설정된 투과손실 기준을 만족하는 방음성을 가지고, 플라스틱 소재를 이용한 라미네이션(lamination) 공정시 스트레스로 인해 파손되는 것을 방지하여 라미네이션 접합이 용이하도록 높은 신장률을 갖는 폴리카보네이트(PC : polycarbornate) 필름으로 마련될 수 있다.
폴리카보네이트는 탄산염을 중합하여 만든 수지로 비스페놀 A(BPA)와 포스젠의 연쇄 구조로 이루어진 무색 투명한 무정형의 열가소성 플라스틱 중합체를 나타낸다. 이러한 폴리카보네이트는 내충격 강도가 강화유리의 150배 이상으로 내충격성이 좋고, 내열성 및 투명성이 좋기 때문에 상품 플라스틱과 엔지니어링 플라스틱, 유리 대용 강화 플라스틱으로 많이 사용된다. 또한, 상기 폴리카보네이트는 높은 방음성을 가지고 있어 고속도로의 방음터널 및 방음벽과 같은 방음패널의 소재로 이용되고 있다.
상기 전면 커버(130)로서 투명 필름은 PC(polycarbornate)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 PMMA(Polymethyl Methacrylate), PP(Polypropylene), HDPE(High-Density Polyethylene), ETFE(Ethylene Tetra Fluoro Ethylene), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PS(polystylene), POM(polyoxyethylene), AS(acrylonitrile styrene copolymer) 수지, ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 수지 또는 TAC(Triacetyl cellulose)를 적용할 수도 있다. 본 발명에서는 상술한 전면 커버(130)로서 투명 필름을 적용하는 것에 의해 종래의 유리 재료에 비해 태양광 모듈의 방음 성능을 증대하며, 무게를 경감할 수 있을 뿐만 아니라, 운반 또는 설치 과정에서 유리 부재의 파손에 의한 손실을 방지할 수가 있다.
상기 투명 백시트(150)는 태양광이 투과되고, 절연 및 기계적 내구성을 강화하기 위한 시트로서, 투명 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양광 모듈(100)은 양면 수광용 구조로 마련될 수 있다.
상기 투명 백시트(150)는 플라스틱 소재를 이용한 라미네이션(lamination) 공정시 스트레스로 인해 파손되는 것을 방지하여 라미네이션 접합이 용이하도록 높은 신장률을 갖는 ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene) 필름 접합으로 마련될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 투명 백시트(150)는 폴리에스터(Polyethylene Telephthalate, PET) 필름 또는 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입의 백시트(Backsheet)가 적용될 수도 있다.
일반적으로, 상기 폴리에스터(PET) 필름은 물리적, 화학적, 기계적 및 광학적으로 우수한 특성을 갖고 있어 식품포장재 및 사무용품에서 반도체, 디스플레이 등 첨단 전기 전자 제품에 이르기까지 널리 사용된다. 이러한 폴리에스터(PET) 필름은 강도가 우수하고, 내구성과 내후성이 뛰어나 일정한 두께와 물성을 가진 면상의 필름 형태로 사용하여 태양전지용 백시트로 적용할 수 있다.
또한, 투명 백시트(150)는 열, 습도, 자외선과 같은 외부 환경으로부터 태양전지를 보호하며, 태양 전지판(110)에서 전기를 생성하기 위한 태양광이 투과될 수 있도록 마련된다.
한편, 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)에서는 모듈을 보호하기 위해 모듈의 둘레를 감싸는 프레임을 더 포함하고, 예를 들어, 경량화를 위한 합성 고분자 재질 또는 경량화 및 방열 기능을 부가하도록 알루미늄 재질로 마련될 수 있다.
상기 단계 S10에서 마련된 태양 전지판(110), 제1 밀봉재(120), 전면 커버(130), 제2 밀봉재(140), 투명 백시트(150)에 대해 도 2에 도시된 바와 같이, 투명 백시트(150), 제2 밀봉재(140), 태양 전지판(110), 제1 밀봉재(120) 및 전면 커버(130) 순으로 하부에서부터 적층하여 적층체를 마련한다(S20). 상기 전면 커버(130), 제1 밀봉재(120), 태양 전지판(110), 제2 밀봉재(140), 제1 백시트(150)는 각각 서로 대응하는 크기로 마련될 수 있다. 예를 들어, 태양광 모듈(100)은 1,280㎜ × 980㎜(W*L)의 모듈 면적 1.254㎡ 크기로 마련될 수 있고, 면적당 무게는 2.03㎏/㎡로 마련될 수 있다.
다음에, 상기 단계 S20에서 마련된 적층체를 고온에서 진공 압착하는 라미네이션(lamination)을 실행한다(S30). 상기 단계 S30에서의 라미네이션은 0.6~1.2㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)에 대해 각각 실행하였으며, 적층체에 대해 온도와 압착 시간을 변경하여 실행하였다.
먼저, 제1 실시 예로서, 상기 단계 S30에서의 라미네이션은 0.6㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하였다.
제1 실시 예에 따른 제조 결과 도 3 내지 도 5와 같다. 도 3은 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전면(a) 및 후면(b) 이미지이고, 도 4는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전기적 특성을 나타낸 도면이며, 도 5는 제1 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 휨 정도를 나타낸 사진이다.
도 4에서 도시된 바와 같이 제1 실시 예에 따른 모듈 출력 특성은 개방전압(Voc) 12.007V, 단락전류(Isc) 4.075A, 곡선인자(FF) 0.782, 측정 전력(Pm) 38.29W를 얻었다.
또 도 5에 도시된 바와 같이, 0.6㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용한 결과 휨 정도가 16.5㎜ 였다.
또 제2 실시 예로서, 상기 단계 S30에서의 라미네이션은 0.6㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 130℃의 온도에서 1,440초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하였다.
제2 실시 예에 따른 제조 결과 도 6 내지 도 8과 같다. 도 6은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전면(a) 및 후면(b) 이미지이고, 도 7은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전기적 특성을 나타낸 도면이며, 도 8은 제2 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 휨 정도를 나타낸 사진이다.
도 7에서 도시된 바와 같이 제2 실시 예에 따른 모듈 출력 특성은 개방전압(Voc) 12.043V, 단락전류(Isc) 4.117A, 곡선인자(FF) 0.776, 측정 전력(Pm) 38.49W를 얻었다.
또 도 8에 도시된 바와 같이, 0.6㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 130℃의 온도에서 1,440초 동안 30kpa의 압력을 적용한 결과 휨 정도가 12㎜ 였다.
또한, 제3 실시 예로서, 상기 단계 S30에서의 라미네이션은 1.2㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하여 균일하게 라미네이션 공정을 실행하였다.
제3 실시 예에 따른 제조 결과 도 9 내지 도 11과 같다. 도 9는 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전면(a) 및 후면(b) 이미지이고, 도 10은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 전기적 특성을 나타낸 도면이며, 도 11은 제3 실시 예에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 휨 정도를 나타낸 사진이다.
도 10에서 도시된 바와 같이 제3 실시 예에 따른 모듈 출력 특성은 개방전압(Voc) 12.079V, 단락전류(Isc) 4.142A, 곡선인자(FF) 0.763, 측정 전력(Pm) 38.84W를 얻었다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 1.2㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용한 결과 휨 정도가 8㎜ 였다.
상기 실시 예 2에서 알 수 있는 바와 같이, 0.6㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 130℃의 온도에서 1,440초 동안 30kpa의 압력을 적용하는 경우, 또는 실시 예 3과 같이, 1.2㎜의 두께를 갖는 제1 밀봉재(120)와 제2 밀봉재(140)를 구비한 적층체에 대해 140℃의 온도에서 660초 동안 30kpa의 압력을 적용하는 경우 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조(100)의 휨 정도를 감소시킬 수가 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법에서는 라미네이션 공정 최적화를 통해 모듈의 휨 및 박리 현상의 최소화를 실행할 수 있었다.
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 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법을 사용하는 것에 의해 방음벽 및 방음터널, 건물일체형 태양광 모듈에 이용할 수 있다.
100 : 태양광 모듈 구조
110 : 태양 전지판
120 : 제1 밀봉재
130 : 전면 커버
140 : 제2 밀봉재
150 : 투명 백시트
110 : 태양 전지판
120 : 제1 밀봉재
130 : 전면 커버
140 : 제2 밀봉재
150 : 투명 백시트
Claims (6)
- 방음벽, 방음터널 또는 건물 일체형 태양광 모듈에 적용할 수 있는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조를 제조하는 방법으로서,
(a) 슁글드 어레이 구조의 태양 전지판, 제1 밀봉재, 제2 밀봉재, 전면 커버, 투명 백시트를 마련하는 단계,
(b) 하부에서부터 상기 투명 백시트, 제2 밀봉재, 태양 전지판, 제1 밀봉재 및 전면 커버 순으로 적층하여 적층체를 마련하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 적층체를 고온에서 진공 압착하는 라미네이션(lamination)을 실행하는 단계를 포함하고,
상기 전면 커버는 방음 성능을 갖는 투명 필름으로 이루어지고,
상기 제1 밀봉재 및 제2 밀봉재의 두께에 따라 상기 단계 (c)의 라미네이션 실행 조건을 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법. - 제1항에서,
상기 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 0.6㎜로 마련되고,
상기 단계 (c)는 130℃에서 1,440초간 실행되는 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법. - 제1항에서,
상기 제1 밀봉재와 제2 밀봉재는 1.2㎜로 마련되고,
상기 단계 (c)는 140℃에서 660초간 실행되는 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법. - 제2항에서,
상기 태양광 모듈의 휨 정도는 12㎜ 이내로 마련되는 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법. - 제3항에서,
상기 태양광 모듈의 휨 정도는 8㎜ 이내로 마련되는 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법. - 청구항 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항의 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조.
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| KR1020220167253A KR20240083308A (ko) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 방음형 경량 슁글드 태양광 모듈 구조 및 그 제조방법 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20110076123A (ko) | 2009-12-29 | 2011-07-06 | 주식회사 효성 | 박막 강화 유리를 사용한 경량 태양광 모듈의 제조방법 |
| KR20190143094A (ko) | 2018-06-20 | 2019-12-30 | 스마트기술연구소(주) | 태양광 발전 패널용 방음벽 구조체 |
| KR20200079788A (ko) | 2018-12-26 | 2020-07-06 | 코오롱인더스트리 주식회사 | 박막 태양광모듈의 전면 유리 대체용 복합 플라스틱 필름 |
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2022
- 2022-12-05 KR KR1020220167253A patent/KR20240083308A/ko unknown
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