KR20240133969A - 직접적인 전기 출력부를 갖는 기능 장치 및 이러한 기능 장치를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 스택을 포함하는 기능 장치(100)에 관한 것으로서, 상기 다층 스택은: 상기 장치(100)의 전면에 배치된 제1 투명 보호 필름(101); 캡슐화 조립체(107); 상기 장치의 배면에 배치된 제2 보호 필름(105); 상기 캡슐화 조립체(107)에 내장된 적어도 하나의 전기적 또는 광학적 활성 소자(110); 및 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)에 직접 연결되어, 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)로부터 또는 상기 활성 소자로 전기를 전달하기 위한 전기 연결 요소(160)를 연속적으로 포함하고, 상기 전기 연결 요소의 하나의 단부(162)는 상기 기능 장치(100)로부터 바로 빠져나간다.
Description
본 발명은 기능 장치, 예를 들면 광전지, 발광 다이오드 또는 저항 필름과 같은 전기적 또는 광학적 활성 소자를 포함하는 다층 구조체의 기술 분야에 관한 것이다.
본 발명은 바람직하게는 태양광 도로 분야에 적용될 수 있다. 본 발명은 예를 들어 도로 또는 차도, 자전거 도로, 산업 또는 공항 플랫폼, 광장, 인도 또는 주차장과 같이 전동식이든 아니든 보행자 및/또는 차량이 통행할 수 있는 도로에 일체화될 수 있다.
본 발명은 또한 바람직하게는 기능 장치가 고정될 수 있는 운송 차량(예를 들어 자동차, 화물차, 기차 또는 선박) 또는 건물 외피에 적용될 수 있다.
특히 본 발명은 직접적인 전기 콘센트를 갖는 기능 장치 및 도로에 일체화되도록 의도된 이러한 기능 장치를 제조하는 방법, 그리고 이러한 장치를 포함하는 기능화된 통행 가능한 도로 또는 보행자 도로에 관한 것이다.
기능화된 도로는 광전지와 같은 전기적 또는 광학적 활성 소자, 또는 발광 다이오드(LEDs), 전기, 전자, 광학, 광전, 압전 및/또는 열전 요소와 같은 기타 전기적 또는 광학적 활성 소자를 포함하는 도로이다. 이러한 소자들은 데이터의 생성, 수신 및/또는 통신, 또는 에너지의 생성 및 전달을 가능하게 할 수 있다.
특히, 태양광 도로의 원리는 낮 동안 태양 복사로부터 전기 에너지를 생성하는 수단으로서 도로 또는 차도를 사용하는 것에 있다.
이러한 목적을 위해, 태양광 모듈은 소위 통행 가능한 도로(차도, 인도 등)에 삽입되고 투명한 질감의 표면으로 덮여, 차량 통행에 내구성을 갖고 도로 및 기타 교통 통행 구역에 적용되는 접지 요건(grip requirements)을 만족한다.
통상적으로, 광전지 모듈은 다음을 포함한다:
- 일반적으로 유리(glass)로 만들어지고, 전면은 모듈이 현장에 이식될 때 입사 태양 복사에 노출되는 부분인, 모듈의 전면에 있는 투명판,
- 캡슐화 층에 내장된 상호 연결된 광전지들의 세트,
- 일반적으로 유리(glass)로 만들어진 광전지 모듈의 배면에 있는 플레이트 또는 다층 폴리머로 형성된 "백시트(backsheet)".
이러한 광전지 모듈은 일반적으로 주로 배면에 정션 박스(junction box)를 포함한다. 특히 정션 박스 광전지 모듈 내부의 전기적 연결(일반적으로 평평한 구리 테이프)과 광전지 모듈 외부의 전기적 연결(일반적으로 원형 또는 평면 케이블) 사이의 전환을 가능하게 한다. 일반적으로 이 정션 박스는 또한, 특히 이 모듈에 포함된 광전지가 오작동하는 경우 광전지 모듈의 양호한 작동 및 보호를 위해 필요한 하나 이상의 바이패스 다이오드를 포함한다.
그러나, 태양광 모듈을 도로에 설치하는 경우, 모듈에 정션 박스가 있으면 특히 정션 박스를 그 안에 매립하기 위해 도로에 트렌치(trench)를 만들어야 하기 때문에 설치 비용이 많이 든다. 그리고 이 트렌치는 도로와 차량 통행에 적합한 재료로 채워져야 한다. 전체 배면 표면에 걸쳐 서포트(support)에 고정된 광전지 모듈을 적용할 때 유사한 문제가 존재한다.
이러한 상황에서, 본 발명은 관련 서포트에 설치하는 비용을 줄이는 방식으로 기능 장치, 특히 도로에 일체화되도록 의도된 기능 장치의 제조를 개선하는 것을 제안한다. 이 서포트는 우선적으로 통행 가능한 도로이다. 이 서포트는 건물, 선박, 자동차의 표면과 같은 임의의 서포트일 수도 있고, 더 일반적으로는 접착제나 기타 고정 수단을 사용하여 기능 장치를 적용할 수 있는 표면일 수도 있다.
특히, 본 발명은 다층 스택을 포함하는 기능 장치에 관한 것이다. 이 다층 스택은 다음을 연속적으로 포함한다:
- 상기 장치의 전면에 배치된 제1 투명 보호 필름;
- 캡슐화 조립체(encapsulating assembly);
- 상기 장치의 배면에 배치된 투명하거나 또는 투명하지 않은 제2 보호 필름;
- 상기 캡슐화 조립체에 내장된 적어도 하나의 전기적 또는 광학적 활성 소자(active element); 및
- 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자에 연결되어, 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자로부터 또는 상기 활성 소자로 전기를 전달하기 위한 전기 연결 요소.
본 발명에 따르면, 상기 전기 연결 요소는 상기 다층 스택에 일체화된다. 또한, 상기 전기 연결 요소는 할로겐 원소가 없는 외부 피복을 포함하고 상기 전기 연결 요소의 하나의 단부는 상기 기능 장치로부터 바로 빠져나가므로, 상기 기능 장치의 전면 또는 배면에 중간 정션 박스(intermediate junction box)를 필요로 하지 않는다.
따라서, 상기 전기 연결 요소, 예를 들어 전기 케이블의 외부 피복에 할로겐 원소가 없어 상기 기능 장치의 캡슐화 조립체와 상기 전기 연결 요소의 외부 피복 사이의 양호한 접착을 얻을 수 있다. 이것은 우수한 밀봉을 보장하고 기능 장치로부터의 전기 연결 요소의 출구에서 박리 위험을 방지하는데 필수적인 요소이다.
또한, 전기 연결 요소를 기능 장치에 직접 일체화시키는 이러한 배치는, 이 전기 연결 요소가 또한 이 장치 외부로 바로 빠져나가므로, 기능 장치의 전면 또는 배면에 중간 정션 박스를 필요로 하지 않는다. 이것은 또한 이 장치의 외부 환경, 특히 장치가 받는 물리적, 기계적 또는 화학적 영향과 관련하여 상기 기능 장치의 신뢰성을 보장해준다.
개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 얻어진 본 발명에 따른 장치의 다른 비제한적이고 유리한 특징은 다음과 같다:
- 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자는 광전지이고, 상기 광전지는 상기 캡슐화 조립체에 내장된 적어도 하나의 바이패스 다이오드(bypass diode)에 연결되고;
- 상기 전기 연결 요소의 상기 외부 피복은 플루오로폴리머(fluoropolymer) 및/또는 클로로폴리머(chloropolymer) 및/또는 브로모폴리머(bromopolymer)를 포함하지 않고;
- 상기 캡슐화 조립체는 상기 전기 연결 요소가 상기 캡슐화 조립체를 통해 기능 장치의 외부로 빠져나가기 위한 통로를 포함하고;
- 상기 캡슐화 조립체는: a) 제1 외측 캡슐화 필름, b) 내측 캡슐화 필름, 및 c) 제2 외측 캡슐화 필름을 포함하고;
- 상기 전기 연결 요소는 상기 기능 장치를 통과하는 캡슐화 재(encapsulating material)의 통로를 따라 캡슐화 재에 내장되고, 상기 캡슐화 재는 제1 외측 캡슐화 필름, 내측 캡슐화 필름 또는 제2 외측 캡슐화 필름을 형성하는 하나 이상의 소재 중에서 선택되고;
- 상기 제2 외측 캡슐화 필름은 제1 오리피스를 포함하고, 상기 제2 보호 필름은 제2 오리피스를 포함하고, 상기 제1 오리피스 및 제2 오리피스는, 상기 전기 연결 요소가 상기 제2 외측 캡슐화 필름과 상기 제2 보호 필름을 통과하기 위한 관통 오리피스(180)를 형성하도록 정렬되고;
- 상기 관통 오리피스의 벽과, 상기 관통 오리피스를 통과하는 상기 전기 연결 요소 사이의 공간은 상기 제2 외측 캡슐화 필름을 형성하는 소재와 동일한 소재로 채워지고;
- 상기 제1 외측 캡슐화 필름은 제3 오리피스를 포함하고, 상기 제1 보호 필름은 제4 오리피스를 포함하고, 상기 제3 오리피스와 상기 제4 오리피스는, 상기 전기 연결 요소가 상기 제1 외측 캡슐화 필름과 상기 제1 보호 필름을 통과하기 위한 관통 오리피스를 형성하도록 정렬되고;
- 상기 관통 오리피스의 벽과, 상기 관통 오리피스를 통과하는 상기 전기 연결 요소 사이의 공간은 상기 제1 외측 캡슐화 필름을 형성하는 소재와 동일한 소재로 채워지고;
- 상기 내측 캡슐화 필름을 통해 상기 전기 연결 요소가 빠져나가는 통로는 내측 캡슐화 필름에 포함되고;
- 상기 내측 캡슐화 필름을 통해 상기 전기 연결 요소가 빠져나가는 통로는 제1 외측 캡슐화 필름과 내측 캡슐화 필름 사이에 배치되고;
- 상기 내측 캡슐화 필름을 통해 상기 전기 연결 요소가 빠져나가는 통로는 내측 캡슐화 필름과 제2 외측 캡슐화 필름 사이에 배치되고;
- 상기 전기 연결 요소의 벗겨진 금속 단부는 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자의 전도성 부분에 직접 용접되고;
- 상기 전기 연결 요소의 벗겨진 금속 단부는 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자의 상기 전도성 부분에 중간 연결 요소, 예를 들어 평평한 구리 테이프에 의해 연결되고;
- 상기 중간 연결 요소는 단자를 포함하고;
- 상기 전기 연결 요소는 원형 또는 평평한 전기 케이블이고;
- 상기 전기 연결 요소는 열 수축성 피복으로 덮힌 평평한 금속 브레이드(braid)이고; 그리고
- 상기 전기 연결 요소는 2.5mm2 이하의 단면적을 갖는다.
본 발명은 또한 앞에서 정의된 기능 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은:
- 상기 전기 연결 요소를 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자에 연결하는 단계; 및
- 상기 제1 보호 필름과 상기 제2 보호 필름 사이의 상기 캡슐화 조립체에 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자를 내장하기 위한 다층 스택을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 전기 연결 요소의 하나의 단부는 기능 장치로부터 바로 빠져나온다.
개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합에 따라 얻어진 본 발명에 따른 제조 방법의 다른 비제한적이고 유리한 특징은 다음과 같다:
- 상기 다층 스택을 형성하는 단계는 열간 적층(hot lamination)에 의해 이루어지고;
- 상기 캡슐화 조립체 내에 통로를 형성하는 단계가 제공되고, 상기 통로는 상기 전기 연결 요소가 상기 캡슐화 조립체를 통해 빠져나가게 하고;
- 상기 기능 장치를 통한 상기 전기 연결 요소의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체 및 상기 제2 보호 필름을 통해 관통 오리피스를 형성하는 단계가 제공되고; 그리고
- 상기 기능 장치를 통한 상기 전기 연결 요소의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체 및 상기 제1 보호 필름을 통해 관통 오리피스를 형성하는 단계가 제공된다.
본 발명은 또한 앞에서 정의된 기능 장치가 고정된 통행 가능한 도로 또는 보행자 도로를 포함하는 기능화된 통행 가능한 도로 또는 보행자의 도로에 관한 것이다.
본 발명은 또한 앞에서 정의된 기능 장치를 포함하는 운송 차량에 관한 것이다.
본 발명은 마지막으로 앞에서 정의된 기능 장치를 포함하는 건물 외피에 관한 것이다.
물론, 본 발명의 다른 특징들, 대안들 및 실시예들은 이들이 상호 비호환적 아니거나 배타적이지 않은 한 다양한 조합에 따라 서로 연관될 수 있다.
더욱이, 본 발명의 다양한 다른 특징들은 본 발명의 비-제한적인 실시예들을 도시한 도면들을 참조하여 이루어진 첨부된 설명으로부터 나타나며, 여기서:
도 1은 전기 연결 요소가 기능 장치의 배면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 2는 전기 연결 요소가 기능 장치의 전면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 3은 전기 연결 요소가 기능 장치의 측면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 전기 연결 요소와 전기 전도성 커넥터 사이의 전기적 연결의 예를 개략적으로 도시하고,
도 5는 전기 연결 요소가 기능 장치의 배면을 통해 빠져나가고 광전지 및 적어도 하나의 바이패스 다이오드를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 6은 광전지와 바이패스 다이오드의 배치를 나타내는 전기 다이어그램을 도시한다.
예비적인 관점으로서, 서로 다른 도면들에 도시된 본 발명의 다양한 실시예들의 동일하거나 유사한 요소들은 가능한 한 동일한 참조 부호로 지칭되며 매번 설명되지는 않는다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 전기 연결 요소가 기능 장치의 배면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 2는 전기 연결 요소가 기능 장치의 전면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 3은 전기 연결 요소가 기능 장치의 측면을 통해 빠져나가는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 4는 본 발명에 따른 전기 연결 요소와 전기 전도성 커넥터 사이의 전기적 연결의 예를 개략적으로 도시하고,
도 5는 전기 연결 요소가 기능 장치의 배면을 통해 빠져나가고 광전지 및 적어도 하나의 바이패스 다이오드를 포함하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 기능 장치의 단면도를 개략적으로 도시하고,
도 6은 광전지와 바이패스 다이오드의 배치를 나타내는 전기 다이어그램을 도시한다.
예비적인 관점으로서, 서로 다른 도면들에 도시된 본 발명의 다양한 실시예들의 동일하거나 유사한 요소들은 가능한 한 동일한 참조 부호로 지칭되며 매번 설명되지는 않는다는 점에 유의해야 한다.
도 1은 기능 장치(100)의 단면도를 개략적으로 도시한다. 이 기능 장치(100)는 예를 들면 통행 가능한 도로 또는 보행자 도로와 같은 통행 가능한 구역에 일체화된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 기능 장치(100)는 다음을 연속적으로 포함하는 다층 스택(multilayer stack)을 포함한다:
- 기능 장치(100)의 전면에 배치되고, 투명하고, 제1 두께(e1)를 가지며, 제1 영률(E1) 및 제1 열팽창 계수(CTE1)를 갖는 제1 소재로 이루어진 제1 보호 필름(101)이라고도 불리는 제1 플레이트,
- 적어도 하나의 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)(이하에서는 활성 소자(110)라고도 함)를 내장한 캡슐화 조립체(107), 및
- 기능 장치(100)의 배면에 배치되고, 투명하거나 투명하지 않고, 제2 두께(e5)를 가지며, 제2 영률(E5) 및 제2 열팽창 계수(CTE5)를 갖는 제2 소재로 이루어진 제2 보호 필름(105)이라고도 불리는 제2 플레이트.
바람직하게는 본 발명에 따르면, 캡슐화 조립체(107)는 다음을 포함한다:
- 제3 두께(e2)를 갖고, 제3 영률(E2) 및 제3 열팽창 계수(CTE2)를 갖는 제3 소재로 이루어지는 제1 외측 캡슐화 필름(102),
- 활성 소자들(110)을 내장하고, 제4 두께(e3)를 가지며, 제4 영률(E3) 및 제4 열팽창 계수(CTE3)를 갖는 제4 소재로 이루어진 내측 캡슐화 필름(103), 및
- 제5 두께(e4)를 갖고, 제5 영률(E4) 및 제5 열팽창 계수(CTE4)를 갖는 제5 소재로 이루어지는 제2 외측 캡슐화 필름(104).
대안(미도시)으로서, 캡슐화 조립체는 단지 2개의 캡슐화 필름에 의해서만 형성될 수 있다. 또 하나의 대안(미도시)으로서, 캡슐화 조립체는 단일 캡슐화 필름에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서에서, 모든 영률 및 열팽창 계수 값은 주위 온도(20-25℃)에서 주어진다.
제1 플레이트(101) 및 제2 플레이트(105)
제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 외부 환경과 직접 접촉하는 기능 장치(100)의 요소들이다.
플레이트들(101, 105)의 소재는 영률이 큰 재료이다. 바람직하게는, 이들의 영률(E)은 2 GPa보다 크고, 유리하게는 5 Gpa보다 크며, 훨씬 더 유리하게는 10 GPa보다 크다. 영률은 적어도 기능 장치(100)의 전체 작동 온도 범위(-40℃ 내지 +85℃)에 걸쳐 크게 유지된다.
제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 높은 기계적 강성, 낮은 변형성, 및, 내충격성을 갖는다.
제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 낮은 열팽창 계수를 갖는 소재로 이루어진다. 바람직하게는, 열팽창 계수(CTE)는 200×10-6/K 미만, 더 바람직하게는 100×10-6/K 미만, 훨씬 더 바람직하게는 50×10-6/K 미만이다. 이 플레이트들은 온도 변화 하에서 높은 치수 안정성을 갖는다.
바람직하게는, 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)의 영률은 10 Gpa보다 크고, 이 플레이트들의 열팽창 계수는 50×10-6/K 미만이다.
유리하게는, 열의 영향으로 다른 것보다 더 많이 팽창하고/팽창하거나 냉기의 영향으로 다른 것보다 더 많이 수축하는 소재를 갖는 것을 피하고, 따라서 조립체에서 불균일한 기계적 응력을 유발하는 것을 피하기 위해, 서로 가능한 한 가장 가까운 영률(E)과 열팽창 계수(CTE) 값을 갖는 소재가 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)에 사용될 것이다. "가장 가까운"이란, 이들 값이 최대 0 내지 30%, 바람직하게는 0 내지 20%, 더욱 바람직하게는 0 내지 10% 차이가 나고, 유리하게는 동일할 것임을 의미한다.
2개의 보호 플레이트(또는 필름)(101, 105)는 외부 환경과 접촉하므로, 외부 영향(특히 습도)에 대한 장벽으로서의 역할도 할 수 있다. 이 플레이트들은 유리하게는 다음과 같은 추가 특성을 갖는다:
- 물 침투에 대한 높은 저항성,
- 물 분자에 의한 구조적 열화에 대한 고유 안정성(intrinsic stability),
- 화학 유체에의 노출에 대한 높은 저항성.
예를 들면, 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 가능한 가장 낮은 수증기 투과율(WVTR)을 갖는 소재로 이루어진다.
유리하게는, 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 열역학적 파라미터(E 및 CTE)에 대한 요구 사항을 가능한 한 가깝게 충족시키기 위해 50 내지 70 중량%의 유리(glass)를 포함하는 소재로 이루어진다.
예를 들면, 제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 유리 섬유 및 수지 복합체 또는 유리 섬유 및 고분자 복합체로 이루어진다. 예를 들면, 에폭시 또는 아크릴 수지, 폴리프로필렌(PP)과 같은 열가소성 폴리올레핀 등의 열가소성 폴리머, 아이오노머, 폴리아미드, 폴리염화비닐, (메타)아크릴레이트, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETG)와 같은 폴리에스테르이다.
유리 섬유는 유리하게는 복합 소재의 중량의 55% 내지 65%를 차지한다. 유리 섬유는 직조(단방향 또는 양방향)되거나 부직포일 수 있다.
제1 플레이트와 제2 플레이트의 소재는 영률(E)와 열팽창 계수(CTE)가 유사하게 유지된다면 서로 다를 수 있다.
바람직하게는, 제1 플레이트와 제2 플레이트의 소재는 동일하다.
제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 0.25 내지 3.0 mm, 유리하게는 0.5 내지 1.5 mm의 두께를 갖는다.
제1 플레이트(101)와 제2 플레이트(105)는 동일하거나 서로 다른 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 플레이트들은 동일한 두께를 갖는다.
활성 소자(110)의 능동측을 향하는 전면의 제1 플레이트(101)는 태양 광선을 통과시키기 위해 투명하다. "투명하다"는 것은, 본 명세서에서 제1 플레이트(101)가 가시 스펙트럼의 입사 방사선의 70%를 넘게, 바람직하게는 입사 방사선의 80% 이상을 통과시키는 소재로 형성된다는 것을 의미한다.
배면에 위치한 제2 플레이트(105)는 불투명하거나 투명할 수 있다.
제1 외측 캡슐화 필름(102) 및 제2 외측 캡슐화 필름(104)
제1 외측 캡슐화 필름(102) 및 제2 외측 캡슐화 필름(104)은 바람직하게는 100 내지 800 MPa, 보다 바람직하게는 200 내지 600 MPa의 평균 영률을 갖는 소재로 이루어진다.
외측 캡슐화 필름(102, 104)은 평균 기계적 강성을 갖고, 적당히 변형 가능하며 내충격성을 갖는다.
이 캡슐화 필름들은 200×10-6/K 내지 700×10-6/K, 바람직하게는 300×10-6/K 내지 600×10-6/K의 평균 열팽창 계수를 갖는 소재로 이루어진다. 이 캡슐화 필름들은 온도 변화에 하에서 평균 치수 안정성을 갖는다.
외측 캡슐화 필름(102, 104)의 소재는 영률(E) 및 열팽창 계수(CTE)가 유사하게 유지된다면 서로 다를 수 있다.
바람직하게는, 외측 캡슐화 필름(102, 104)은 500 MPa 정도의 영률(E) 및 400×10-6/K 정도의 열팽창 계수(CTE)를 갖는다.
외측 캡슐화 필름(102, 104)은 유리하게는 외부 영향(특히 습도)에 대한 보호 플레이트(또는 필름) 소재의 차단 기능(barrier function)을 강화하기 위한 소재로 이루어진다.
예를 들면, 외부 캡슐화 필름(102, 104)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 메틸아크릴레이트(EMA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA), 에틸렌 프로필렌(EPDM), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄(PU), 열가소성 폴리올레핀, 이오노머, 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETG)와 같은 폴리에스테르의 단독중합체 또는 공중합체와 같은 중합체로 이루어진다. 바람직하게는 외부 캡슐화 필름은 이오노머이다.
바람직하게는, 여기서, 2개의 외측 캡슐화 필름의 소재는 동일하다.
제1 외측 캡슐화 필름(102) 및 제2 외측 캡슐화 필름(104)은 0.25 mm 내지 1.0 mm, 바람직하게는 0.25 mm 내지 0.75 mm 사이의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 제1 외측 캡슐화 필름(102)과 제2 외측 캡슐화 필름(104)은 동일한 두께를 갖는다.
내측 캡슐화 필름(103)
내측 캡슐화 필름(103)의 소재는 외측 캡슐화 필름(102, 104)의 소재보다 작은 영률을 갖는다. 영률(E3)은 여기서 5 내지 100 MPa, 바람직하게는 10 내지 50 MPa이다.
내측 캡슐화 필름(103)은 낮은 기계적 강성을 갖고, 기계적 응력과 충격을 흡수할 수 있는 변형 능력이 우수하다. 전체 구조의 기계적 안정성은 기능 장치(100)의 다른 층들에 의해 보장된다.
내측 캡슐화 필름(103)의 소재는 바람직하게는 800 내지 2000×10-6/K, 더욱 바람직하게는 800 내지 1400×10-6/K의 높은 열팽창 계수를 갖는다.
바람직하게는, 소재는 20 MPa 정도의 영률(E3) 및 900×10-6/K 정도의 열팽창계수(CTE3)를 갖는 것을 특징으로 한다.
내측 캡슐화 필름(103)은 예를 들어 광전지 분야에서 일반적으로 사용되는 캡슐화 재(encapsulating material)이다.
내측 캡슐화 필름은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 메틸아크릴레이트(EMA), 에틸렌 부틸아크릴레이트(EBA), 에틸렌 프로필렌(EPDM), 폴리비닐 부티랄(PVB), 폴리디메틸실록산, 폴리우레탄(PU), 열가소성 폴리올레핀, 이오노머, 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETG)와 같은 폴리에스테르의 단일중합체 또는 공중합체와 같은 중합체 소재일 수 있다. 또한, 내측 캡슐화 필름은 (메트)아크릴 유형의 수지일 수도 있고, 또는 열이나 광화학적으로 가교 가능한 실리콘일 수도 있다. 바람직하게는 내측 캡슐화 필름은 열가소성 폴리올레핀(TPO)이다.
내측 캡슐화 필름(103)은 0.4 내지 2.0 mm, 바람직하게는 0.8 내지 1.4 mm의 두께를 갖는다.
내측 캡슐화 필름(103)은 물 침투에 대한 높은 저항성, 물 분자에 의한 구조적 열화에 대한 높은 고유 안정성 및 화학 유체에의 노출에 대한 높은 저항성을 가질 수 있다.
유리하게는, 여기서 내측 캡슐화 필름(103)으로부터 보호 플레이트(또는 필름)(101, 105)까지 전면 및 배면에서 수분 침투에 대한 다양한 소재의 저항성이 증가한다.
전기적 또는 광학적 활성 소자(110)
기능 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 전기적 또는 광학적 활성 소자(110), 바람직하게는 복수의 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)를 포함한다.
본 명세서에서, "전기적 활성 소자"는 전기 신호를 전송 및/또는 수신하는 소자를 의미한다. "광학적 활성 소자"는 광 신호를 전송 및/또는 수신하는 소자, 또는 광 신호를 전기 신호로 변환하거나 그 반대로 변환하는 소자를 의미한다.
제1 실시예에 따르면, 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)는 내측 캡슐화 필름(103)과 제2 외측 캡슐화 필름(104) 사이에 배치된다.
대안으로서, 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)는 내측 캡슐화 필름(103)과 제1 외측 캡슐화 필름(102) 사이에 배치된다.
다른 대안으로서, 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)는 내측 캡슐화 필름(103)의 두께의 중심에 또는 중심이 아닌 위치에 완전히 내장된다(도 1 내지 3에 도시됨).
전기적 또는 광학적 활성 소자는 또한 또 하나의 대안에 따라 제2 외측 캡슐화 필름(104)에 내장될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 전기적 또는 광학적 활성 소자는 제1 외측 캡슐화 필름(102)에 내장될 수 있다.
광학적 활성 소자는 예를 들어 발광 다이오드 또는 (포토다이오드와 같은) 감광성 센서이다.
특정 실시예에 따르면, 여기서 활성 소자(110)는 예를 들어 광전지이다. 예를 들어, 이는 "모노형(mono-like)" 웨이퍼라고도 알려진 단결정, 다결정 또는 준단결정 실리콘 웨이퍼를 기반으로 한다.
광전지는 나란히 배치된다. 유리하게는, 여기서 광전지는 서로 균일하게 이격되어 있다.
광전지는 일반적으로 광전지에 의해 생성된 전기를 수집하기 위해 전기 전도성 금속 연결부에 의해 서로 연결된다. 본 명세서에서, 전기 전도성 부품으로도 불리는 전기 전도성 커넥터는 셀의 금속화 부분에 부착된 금속 연결부이다. 예를 들어, 금속 연결부는 평평한 리본이나 구리선이다. 이 연결부는 예를 들어 용접이나 접착을 통해 만들어진다. 광전지와 커넥터로 형성된 조립체는 상호 연결된 광전지의 뼈대를 형성한다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 광전지의 뼈대의 이들 전기 전도성 커넥터들(도 1 내지 3 및 5에 전기 전도성 커넥터(150)로 표시됨) 중 하나는 생성된 전기를 활성 소자(110)로부터 전달하거나 활성 소자(110)에 전달하기 위해 전기적 연결 소자(160)에 전기적으로 연결된다.
도 1 내지 3 및 5에 도시된 바와 같이, 전기 연결 요소(160)의 자유 단부(162)는 기능 장치(100)로부터 바로 빠져나온다. 즉, 이러한 전기 연결 요소(160)는 기능 장치(100)의 배면 또는 전면에 중간 정션 박스 없이 활성 소자(110)와 기능 장치(100) 외부 사이의 직접적인 전기 전달을 가능하게 한다.
따라서, 유리하게는, 본 발명에 따르면, 전기 연결 요소(160)는 활성 소자(110)에 연결된다. 전기 연결 요소는 다층 스택에 일체화되고, 또한 기능 장치(100)의 배면 또는 전면에 중간 정션 박스 없이 기능 장치(100)로부터 직접 빠져나온다.
활성 소자(110)가 광전지인 경우, 기능 장치(100)는 또한 적어도 하나의 바이패스 다이오드(120)(도 5)를 포함한다. 바람직하게는, 기능 장치는 복수의 바이패스 다이오드를 포함한다.
이들 바이패스 다이오드(120)는, 캡슐화 조립체(107) 내부에 활성 소자(110)를 배치하기 위해 앞에서 설명한 다른 실시예들에 따라, 활성 소자(110)와 동일한 높이에서 캡슐화 조립체(107)에 내장된다.
대안으로서, 바이패스 다이오드는 예를 들어 인쇄 회로 기판(PCB)과 같은 서포트 상에 장착될 수 있다.
유리하게는, 사용되는 바이패스 다이오드는 작은 두께, 즉 캡슐화 조립체(107)의 두께에 적합한 두께를 갖는다. 바람직하게는, 바이패스 다이오드의 두께는 활성 소자(110)의 두께에 가깝다.
앞에서 언급한 대안 및 바이패스 다이오드가 장착되는 인쇄 회로를 사용하는 경우, 인쇄 회로와 바이패스 다이오드에 의해 형성된 조립체는 유리하게는 작은 두께, 즉 캡슐화 조립체의 두께에 적합한 두께, 또한 바람직하게는 활성 소자의 두께에 가까운 두께를 갖는다.
이들 바이패스 다이오드는 광전지의 뼈대에 연결된다. 보다 구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 바이패스 다이오드(120)는 (광전지 모듈의 종래의 다이어그램과 유사하게) 전기 다이어그램에서 광전지와 병렬로 배치된다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 여러 개의 바이패스 다이오드들이 전기 다이어그램(도 6)에서 서로 병렬로 상호 연결된다. 병렬로 연결된 복수의 바이패스 다이오드에 의한 전류 분배로 인해, 이러한 배치는 각각의 개별 바이패스 다이오드의 저항 가열을 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이것은 또한 전체 열 부하를 더 넓은 영역으로 분산시켜 캡슐화 조립체의 소재에 도달하는 최대 온도를 제한한다.
따라서, 이러한 배치는 전기 연결 요소와 바이패스 다이오드가 기능 장치, 특히 다층 스택에 직접 일체화되어 있기 때문에, 기능 장치의 기능을 유지하면서 기능 장치의 외부 덮개에 있는 종래의 중간 정션 박스에 대한 필요성을 없애는 것을 가능하게 한다.
전기 연결 요소(160)는 예를 들어 전기 케이블이다. 통상적으로, 전기 케이블(160)은 예를 들어 전도성 물질로 이루어진 여러 개의 전선으로 형성된 전도성 부분, 및 전도성 물질로 이루어진 다양한 전선이 내장되어 있는 절연 부분인 외부 피복으로 구성된다. 여기서, 예를 들면 전기 케이블은 금속 전도성 부분을 포함하고, 외부 피복은 폴리머 재료로 형성된다.
본 명세서에서, 전기 케이블의 벗겨진 금속 단부는 외부 피복이 없는 케이블 부분을 나타낸다. 따라서, 전기 전도성 커넥터(150)에 대한 전기 케이블(160)의 전기적 연결은 전기 케이블(160)의 벗겨진 금속 단부를 사용하여 이루어진다. 이러한 벗겨진 금속 단부는 예를 들어 전기 전도성 커넥터(150)에 용접되어 전기적 연결부를 만든다.
도 1 내지 3 및 5에 도시된 바와 같이, 활성 소자(110)와 기능 장치(100)의 외부 사이를 직접 전기적으로 연결하기 위해 전기 케이블(160)은 기능 장치(100)의 서로 다른 층들에 일체화된다. 전기 케이블(160)은 기능 장치(100)의 다양한 층들을 통해 연장된다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따르면 유리하게는, 캡슐화 조립체(107)는 기능 장치(100) 외부로 전기 연결 요소(160)가 빠져나가도록 캡슐화 조립체(107)를 관통하는 통로를 포함한다. 본 명세서에서, "통로"는 전기 연결 요소(160)가 관통하는 캡슐화 조립체의 영역을 의미한다.
도 1 내지 3 및 5에 도시된 바와 같이, 전기 연결 요소(160)는 기능 장치(100)를 관통하는 소재에 내장된다. 실제로, 이러한 내장 소재는 예를 들어 캡슐화 조립체(107)를 형성하는 소재들 중 하나 이상(따라서, 여기서는 제1 외측 캡슐화 필름(102), 내측 캡슐화 필름(103) 또는 제2 외측 캡슐화 필름(104)을 형성하는 소재들 중 하나 이상)에서 선택된다.
도 1 또는 5에 도시된 제1 실시예에 따르면, 제1 오리피스(104a)는 제2 외측 캡슐화 필름(104)에 형성되고, 제2 오리피스(105a)는 제2 보호 플레이트(105)에 형성된다. 이 제1 오리피스(104a)와 이 제2 오리피스(105a)는 제2 외측 캡슐화 필름(104)과 제2 보호 플레이트(105)를 관통하는 관통 오리피스(180)를 형성하는 방식으로 정렬된다(따라서 단일의 연속적인 관통 오리피스(180)가 형성됨). 이 관통 오리피스(180)는 전기 케이블(160)의 통과를 허용한다. 따라서, 도 1 및 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 전기 케이블(160)은 기능 장치(100)의 배면을 통해 기능 장치(100)로부터 빠져나온다.
본 명세서에서, "오리피스"는 기능 장치의 내부와 외부를 연결하는 덕트 형태의 개구부를 의미한다.
여기서 관통 오리피스(180)는 슬롯 또는 구멍 형상을 갖는다. 관통 오리피스(180)는 예를 들어 실제로는 드릴을 사용하여 제2 외측 캡슐화 필름(104)과 제2 보호 플레이트(105)를 통해 도입되도록 만들어진다. 대안으로서, 이 관통 오리피스(180)는 절단 공구 또는 워터 제트 절단기를 사용하여 만들어질 수 있다.
이 제1 실시예에 따르면, 따라서 전기 케이블(160)은 내측 캡슐화 필름(103)에도 일체화된다. 대안으로서, 전기 케이블은 내측 캡슐화 필름과 제2 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 전기 케이블은 제2 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다.
특히, 활성 소자(110)의 전기 전도성 커넥터(150)와 전기 케이블(160) 사이의 전기적 연결부 또한 내측 캡슐화 필름(103)에 일체화된다. 대안으로서, 이 전기적 연결부는 내측 캡슐화 필름과 제2 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 이 전기적 연결부는 제2 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다.
여기서 전기 케이블(160)과 관통 오리피스(180)의 벽 사이의 공간은 제2 외측 캡슐화 필름(104)과 동일한 소재로 채워져 있다. 이것은 또한 기능 장치의 밀봉을 보장한다. 기능 장치 안으로 습기가 쉽게 침투할 수 있는 영역이 없다.
대안으로서, 도 2에 도시된 제2 실시예에 따르면, 제3 오리피스(102a)는 제1 외측 캡슐화 필름(102)에 형성되고, 제4 오리피스(101a)는 제1 보호 플레이트(101)에 형성된다. 이 제3 오리피스(102a)와 이 제4 오리피스(101a)는 제1 외측 캡슐화 필름(102)과 제1 보호 플레이트(101)를 관통하는 관통 오리피스(182)를 형성하는 방식으로 정렬된다. 이 관통 오리피스(182)는 전기 케이블(160)의 통과를 허용한다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 전기 케이블(160)은 기능 장치(100)의 전면을 통해 기능 장치(100)로부터 빠져나온다.
전술한 제1 실시예에 마찬가지로, 관통 오리피스(182)는 여기서 슬롯 또는 구멍의 형상을 갖는다. 관통 오리피스(182)는 예를 들어 실제로는 드릴을 사용하여 제1 외측 캡슐화 필름(102)과 제1 보호 플레이트(101)을 통해 도입되도록 만들어진다. 대안으로서, 이러한 관통 오리피스(182)는 절단 공구 또는 워터 제트 절단기를 사용하여 만들어질 수 있다.
이 제2 실시예에 따르면, 따라서 전기 케이블(160)은 내측 캡슐화 필름(103)에도 일체화된다.
대안으로서, 전기 케이블은 내측 캡슐화 필름과 제1 외측 캡슐화 필름 사이에 일체화될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 전기 케이블은 제1 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다.
특히, 활성 소자(110)의 전기 전도성 커넥터(150)와 전기 케이블(160) 사이의 전기적 연결부는 내측 캡슐화 필름(103)에 일체화된다.
대안으로서, 이러한 연결부는 내측 캡슐화 필름과 제1 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 이 연결부는 제1 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다.
전기 케이블(160)과 관통 오리피스(182)의 벽 사이의 공간은 여기서 제1 외측 캡슐화 필름(102)의 소재와 동일한 소재로 채워진다. 이것은 또한 기능 장치의 밀봉을 보장한다. 따라서, 기능 장치에 습기가 쉽게 침투할 수 있는 영역이 없다.
이 제2 실시예는 기능 장치를 서포트에 장착할 때 전기 케이블이 배면을 통해 빠져나가는 것을 허용하지 않는 용도에 특히 유리하다.
또 하나의 대안으로서, 도 3에 도시된 제3 실시예에 따르면, 기능 장치(100)로부터 전기 케이블(160)이 빠져나가는 것은 기능 장치(100)의 가장자리를 통해 이루어질 수 있다. 보다 정확하게는, 이 예에서 캡슐화 조립체(107)는 기능 장치(100) 외부로 전기 케이블(160)이 빠져나가게 하기 위한 통로를 포함한다. 이러한 2개의 제1 실시예들과는 달리, 이 제3 실시예에서는 오리피스가 뚫리지 않는다(케이블이 기능 장치로부터 직접 빠져나옴).
이 경우, 전기 케이블(160) 및 활성 소자(110)에 대한 연결 지점은 내측 캡슐화 필름(103)을 통해 연장된다. 따라서 이 예에서, 전기 케이블(160)은 기능 장치(100)의 측면으로부터 직접 빠져나온다.
대안으로서, 전기 케이블 및 활성 소자에 대한 연결 지점은 내측 캡슐화 필름과 제2 외측 캡슐화 필름에 일체화될 수 있다. 또 하나의 대안으로서, 전기 케이블 및 활성 소자에 대한 연결 지점은 내측 캡슐화 필름과 제1 외측 캡슐화 필름 사이에 일체화될 수 있다.
유리하게는, 본 발명에 따르면, 전기 케이블(160)은 소재에 할로겐 원소(예를 들어 염화물, 불소 또는 브롬)가 없는 외부 피복을 갖는다. 특히, 케이블의 외부 피복에는 플루오로폴리머가 포함되어 있지 않다. 대안으로서, 전기 케이블의 외부 피복에는 클로로폴리머 및/또는 브로모폴리머가 없다. 이것은 기능 장치(100)의 캡슐화 조립체의 서로 다른 소재들과 전기 케이블(160)의 외부 피복 사이의 양호한 접착을 보장하는 것을 가능하게 한다. 이것은 우수한 밀봉을 보장하고 기능 장치로부터 전기 케이블이 빠져나올 때 박리 위험을 방지하는데 필수적인 요소이다.
기능 장치(100)에 일체화된 전기 케이블(160)의 단면적은 케이블이 견뎌야 하는 전류 레벨의 함수로서 결정된다. 유리하게는, 이 단면적은 2.5 mm2 이하, 또는 유리하게는 1.5 mm2이하이다.
실제로, 본 발명을 위해 선택된 전기 케이블은 기능 장치의 실제 사용 조건에 적합한 작동 온도 범위(-40℃ 내지 +85℃)를 갖는다. 선택된 전기 케이블은 광전지 모듈에 사용되는 일반적인 적층 방법(예를 들면 130 내지 170℃ 정도의 적층 온도 및 1 bar 정도의 압력)에도 적합하다. 선택한 전기 케이블은 또한 자외선, 습기, 오존 및 오일, 휘발유, 산과 같은 화학 물질에 대한 양호한 저항력을 갖는다.
전기 케이블은 또한 사용 중에 화염의 시작을 지연시키기 위해 난연제를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 전기 케이블의 예는 다음과 같다: 케이블 Energyflex(Nexans) 2.5 mm², 케이블 Flamex EN 50264-3-1 1.5mm² 내지 2.5mm²(Nexans), 케이블 Varpren ST 1.5mm² 내지 2.5mm²(Omerin), 케이블 Varpren 155 UL 1.5mm² 내지 2.5mm²(Omerin).
전기 케이블의 대안으로서, 평평한 금속 브레이드(flat metal braid)가 사용될 수 있다. 이 평평한 브레이드는 단면적이 2mm2 미만인 것이 유리하다. 이 평평한 브레이드는 예를 들어 30A 접지 브레이드이다.
이 경우, 평평한 브레이드는 예를 들어 Dia. 4.8mm Black 수축 3:1, 300mm의 TE Connectivity 열수축 피복인 수지 열수축 피복(resin heat-shrink sheath)으로 덮여 있다. 이것은 평평한 브레이드를 습기로부터 보호하고 조립체에 기계적 보호를 제공하는 것을 가능하게 한다.
전기 전도성 커넥터(150)에 전기 케이블(160)을 직접 연결하는 대안으로서, 전기적 연결부는 단자(또는 "러그")(190)와 같은 중간 요소를 사용하여 이루어질 수 있다.
도 4는 러그(190)에 의한 이러한 전기적 연결부를 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 전기 전도성 요소가 평평한 금속 테이프(155)인 경우, 평평한 테이프(155)의 단부는 러그(190)의 평평한 제1 부분(192)에 압착된다. 이 결합은 평펼한 리본(155)의 전면과 배면에 주석을 추가하여 강화된다. 특히, 이는 평평한 테이프(155)와 러그(190) 사이의 양호한 전기적 접촉을 보장한다.
러그(190)의 다른 측면에서, 전기 케이블(160)의 벗겨진 금속 단부는 러그(190)의 제2 부분(194)에서 크림핑된다. 러그(190)의 제2 부분(194)은 예를 들어 4.5mm 정도의 직경을 갖는다.
예를 들어 러그(190)와 같은 중간 요소의 사용은, 전기 전도성 요소에 있는 전기 케이블의 벗겨진 금속 단부를 직접 용접하는 것을 피할 수 있기 때문에, 특히 전기 케이블(160)과 전기 전도성 커넥터(150) 사이의 연결부의 제조성(즉, 산업적 제조)을 개선하는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 적합한 러그의 예는 예를 들면 다음과 같다: RS PRO 비절연 암형 단자 4 내지 6 mm²(RS); RS PRO 비절연 블레이드 단자 4 내지 6 mm²(RS); Flag KrimptiteQuick Disconnect, Female, 10 내지 12(3.30 내지 5.00mm²) Wire; Tab 6.35 x 0.81mm(Molex) 또는 RS PRO Crimp Receptacle, 6.35 x 0.8mm, 2.5mm² 내지 6mm², 14AWG 내지 10AWG; Tin Plated(RS), RS PRO 비절연 암형 단자 1,5 sowl 2,5 mm²(RS).
기능 장치(100)의 제조 방법
일반적으로, 기능 장치(100)를 제조하는 방법은 다음과 같은 연속적인 단계를 포함한다:
- 전기 연결 요소(160)를 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)에 연결하는 단계; 및
- 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)를 제1 보호 필름(101)과 제2 보호 필름(105) 사이의 캡슐화 조립체(107)에 내장하기 위한 다층 스택을 형성하는 단계, 여기서 전기 연결 요소(160)의 단부(162)는 상기 기능 장치(100)로부터 직접 빠져나옴.
전기적 또는 광학적 활성 소자가 광전지인 경우, 상기 방법은 또한 다층 스택을 형성하는 단계 이전에, 적어도 하나의 바이패스 다이오드(120)를 광전지에 연결하는 단계를 포함한다. 이 바이패스 다이오드(120)는 인쇄 회로 서포트에 장착되거나 장착되지 않는다.
그리고 바이패스 다이오드(120)는 또한 다층 스택을 형성하는 단계 동안 캡슐화 조립체(107)에 내장된다.
다층 스택을 형성하는 단계는 예를 들어 열간 적층에 의해 이루어진다. 대안으로서, 이 단계는 열압착, 인퓨전(infusion) 또는 RTM(Resin Transfer Molding)을 통해 구현될 수 있다.
보다 정확하게는, (도 1에 도시된) 기능 장치(100)의 제조 방법의 제1 실시예의 경우, 기능 장치(100)의 제조 방법은 다음의 단계들을 순서대로 포함한다:
- 상기 기능 장치(100)의 배면에 배치된 제2 보호 필름(105)을 위치시키는 단계;
- 캡슐화 조립체를 위치시키는 단계;
- 상기 기능 장치(100)를 통한 전기 연결 요소(160)의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체 및 상기 제2 보호 필름(105)을 관통하여 관통 오리피스(180)를 형성하는 단계;
- 전기 연결 요소(160)와 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)를 위치시키는 단계 - 전기 연결 요소(160)가 관통 오리피스(180)를 통과하여 전기 연결 요소(160)의 단부(162)가 기능 장치로부터 직접 빠져나옴 -;
- 전기 연결 요소(160)를 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)에 연결하는 단계;
- 상기 기능 장치(100)의 전면에 배치된 제1 보호 필름(101)을 위치시키는 단계; 및
- 조립체를 열간 적층하는 단계.
따라서 이 제1 실시예에 따르면, 기능 장치(100)는 장치의 배면으로부터 전면으로 적층되어 제조된다.
이 실시예에서, 상기 방법은 또한 적층 동안 일시적으로 제2 보호 필름(105) 및 상기 작동 장치(100)로부터 빠져나가는 전기 연결 요소(160)의 일부 사이에 위치한 테프론(Teflon) 층을 제공하는 단계를 포함한다. 이 테프론 층은 제조 공정 중에 전기 연결 요소(160)가 제2 보호 필름(105)에 비가역적으로 내장되는 것을 방지한다.
(도 2에 도시된) 기능 장치(100)의 제조 방법의 제2 실시예에 따르면, 기능 장치(100)의 제조 방법은 다음의 단계들을 순서대로 포함한다:
- 상기 기능 장치(100)의 전면에 배치된 제1 보호 필름(101)을 위치시키는 단계;
- 캡슐화 조립체(107)를 위치시키는 단계;
- 상기 기능 장치를 통한 전기 연결 요소(160)의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체(107) 및 상기 제1 보호 필름(102)을 관통하여 관통 오리피스(182)를 형성하는 단계;
- 전기 연결 요소(160)와 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)를 위치시키는 단계 - 전기 연결 요소(160)가 관통 오리피스(182)를 통과하여 전기 연결 요소(160)의 단부(162)가 기능 장치로부터 직접 빠져나옴 -;
- 전기 연결 요소(160)를 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)에 연결하는 단계;
- 상기 기능 장치(100)의 배면에 배치된 제2 보호 필름(105)을 위치시키는 단계; 및
- 조립체를 열간 적층하는 단계.
따라서 이 제2 실시예에 따르면, 기능 장치(100)는 기능 장치(100)의 전면으로부터 배면으로 적층되어 제조된다.
(도 3에 도시된) 기능 장치(100)의 제조 방법의 제3 실시예에 따르면, 기능 장치(100)의 제조 방법은 다음의 단계들을 순서대로 포함한다:
- 상기 기능 장치(100)의 배면에 배치된 제2 보호 필름(105)을 위치시키는 단계;
- 기능 장치(100) 외부로 전기 연결 요소가 빠져나가도록 하는 통로를 캡슐화 조립체 내에 형성하도록 캡슐화 조립체를 위치시키는 단계;
- 전기 연결 요소(160) 및 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)를 위치시키는 단계 - 전기 연결 요소(160)는 캡슐화 조립체에 형성된 통로를 통해 연장되어 전기 연결 요소(160)의 단부(162)가 기능 장치로부터 직접 빠져나옴 -;
- 전기 연결 요소(160)를 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)에 연결하는 단계;
- 상기 기능 장치(100)의 전면에 배치된 제1 보호 필름(101)을 위치시키는 단계; 및
- 조립체를 열간 적층하는 단계.
대안으로서, (도 3에 도시된) 기능 장치(100)를 제조하는 방법의 제3 실시예에 대해, 기능 장치(100)를 제조하는 방법은 다음의 단계들을 순서대로 포함한다:
- 상기 기능 장치(100)의 전면에 배치된 제1 보호 필름(101)을 위치시키는 단계;
- 기능 장치(100) 외부로 전기 연결 요소가 빠져나가도록 하는 통로를 캡슐화 조립체 내에 형성하도록 캡슐화 조립체를 위치시키는 단계;
- 전기 연결 요소(160) 및 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)를 위치시키는 단계 - 전기 연결 요소(160)는 캡슐화 조립체에 형성된 통로를 통해 연장되어 전기 연결 요소(160)의 단부(162)가 기능 장치로부터 직접 빠져나옴 -;
- 전기 연결 요소(160)를 전기적 또는 광학적 활성 요소(110)에 연결하는 단계;
- 상기 기능 장치(100)의 배면에 배치된 제2 보호 필름(105)을 위치시키는 단계; 및
- 조립체를 열간 적층하는 단계.
즉, 제조 방법의 이러한 제3 실시예는 장치의 배면으로부터 전면으로 또는 그 반대로 적층함으로써 쉽게 구현될 수 있다.
관통 오리피스는 전기 연결 요소의 통과를 허용하여 그 자유 단부(162)가 기능 장치(100)로부터 빠져나온다(다른 단부는 전기적 또는 광학적 활성 요소에 연결된 전기 전도성 요소에 연결됨). 관통 오리피스는 앞에서 언급한 바와 같이 예를 들어 드릴, 절단 공구 또는 워터 제트 절단기를 사용하여 드릴링 작업을 통해 관련 층들에 만들어진다.
조립체의 열간 적층(소위 라미나지(laminage))은 고분자 재료를 녹인 후 가교 또는 중합할 뿐만 아니라 전체 구조를 형성하는 모든 층들, 전기적 또는 광학적 활성 요소 및 전기 연결 요소 사이의 우수한 접착력을 보장한다.
적층 후 최종 상태에서 각각의 필름이나 플레이트에 대해 원하는 두께를 얻기 위해, 각각의 캡슐화 필름(102, 103, 104) 뿐만 아니라 보호 플레이트 또는 필름(101, 105)은 동일한 재료로 이루어진 하나 이상의 적층된 층에서 얻어질 수 있다.
적층은 소위 라미네이터(또한 소위 롤 밀)를 사용하여 실행되며, 이는 예를 들어 멤브레인 프레스 또는 이중 플레이트 프레스일 수 있다.
적층 공정은 진공 및 기계적 압력 하에서 고온으로 수행된다. 적층 온도는 120 ~ 200℃, 유리하게는 140 ~ 170℃이며, 처리 시간은 조정 가능하다. 이 처리 시간은 예를 들어 15 ~ 30분이다. 적용되는 압력은 전형적으로 1 bar 정도이다.
적용예들
본 발명은 유리하게는 태양광 도로용 기능 장치, 특히 광전지 모듈에 관한 것이다. 본 발명은 또한 도로에 배치되고 다른 전기적 또는 광학적 능동 또는 수동 소자를 일체화하도록 의도된 기능 장치에 유리하게 적용된다.
특히, 기능 장치(100)는 임의의 전동식 및/또는 비-전동식 바퀴형 및/또는 보행자 운송 수단을 위해 통행 가능한 도로의 표면에 일체화될 수 있다. 이러한 도로의 특성에 대한 자세한 내용은 문헌 FR3093116에서 확인할 수 있다.
본 발명은 또한 자동차, 기차 또는 선박과 같은 운송 차량에 유리하게 적용된다. 본 발명에 따른 기능 장치는 예를 들어 운송 차량의 외부 표면에 일체화된다.
마지막으로, 본 발명은 또한 광전지 모듈이 포함되는 모든 일반적인 분야에서 독점적으로 적용될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 기능 장치는 건물 외피의 표면에 일체화될 수 있다. 여기서 "건물 외피"는 건물의 지붕이나 외관을 의미한다. 본 발명에 따른 기능 장치는 평평한 지붕이나 경사진 지붕에 유리하게 설치될 수 있다.
Claims (25)
- 다층 스택을 포함하는 기능 장치(100)로서, 상기 다층 스택은:
- 상기 기능 장치(100)의 전면에 배치된 제1 투명 보호 필름(101);
- 캡슐화 조립체(107);
- 상기 기능 장치의 배면에 배치된 투명하거나 또는 투명하지 않은 제2 보호 필름(105);
- 상기 캡슐화 조립체(107)에 내장된 적어도 하나의 전기적 또는 광학적 활성 소자(110); 및
- 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)에 연결되어, 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)로부터 또는 상기 활성 소자로 전기를 전달하기 위한 전기 연결 요소(160)를 연속적으로 포함하고,
상기 전기 연결 요소(160)는 상기 다층 스택에 일체화되고,
상기 전기 연결 요소(160)는 할로겐 원소가 없는 외부 피복을 포함하고 상기 전기 연결 요소의 하나의 단부(162)는 상기 기능 장치(100)로부터 바로 빠져나가므로, 상기 기능 장치(100)의 전면 또는 배면에 중간 정션 박스가 필요하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는, 기능 장치(100). - 제1항에 있어서,
상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)는 광전지이고, 상기 광전지는 캡슐화 조립체(107)에 내장된 적어도 하나의 바이패스 다이오드에 연결되는, 기능 장치(100). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)의 상기 외부 피복은 플루오로폴리머 및/또는 클로로폴리머 및/또는 브로모폴리머를 포함하지 않는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캡슐화 조립체(107)는 상기 전기 연결 요소(160)가 상기 캡슐화 조립체(107)를 통해 기능 장치(100)의 외부로 빠져나가기 위한 통로를 포함하는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캡슐화 조립체(107)는,
- 제1 외측 캡슐화 필름(102);
- 내측 캡슐화 필름(103); 및
- 제2 외측 캡슐화 필름(104)을 포함하는, 기능 장치(100). - 제5항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)는 상기 기능 장치(100)를 통과하는 캡슐화 재의 통로를 따라 캡슐화 재에 내장되고, 상기 캡슐화 재는 제1 외측 캡슐화 필름(102), 내측 캡슐화 필름(103) 또는 제2 외측 캡슐화 필름(104)을 형성하는 하나 이상의 소재 중에서 선택되는, 기능 장치(100), - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제2 외측 캡슐화 필름(104)은 제1 오리피스(104a)를 포함하고, 상기 제2 보호 필름(105)은 제2 오리피스(105a)를 포함하고, 상기 제1 오리피스(104a) 및 제2 오리피스(105a)는, 상기 전기 연결 요소(160)가 상기 제2 외측 캡슐화 필름(104)과 상기 제2 보호 필름(105)을 통과하기 위한 관통 오리피스(180)를 형성하도록 정렬되는, 기능 장치(100). - 제7항에 있어서,
상기 관통 오리피스(180)의 벽과, 상기 관통 오리피스(180)를 통과하는 상기 전기 연결 요소(160) 사이의 공간은 상기 제2 외측 캡슐화 필름(104)을 형성하는 소재와 동일한 소재로 채워지는, 기능 장치(100). - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제1 외측 캡슐화 필름(102)은 제3 오리피스(102a)를 포함하고, 상기 제1 보호 필름(101)은 제4 오리피스(101a)를 포함하고, 상기 제3 오리피스(102a)와 상기 제4 오리피스(101a)는, 상기 전기 연결 요소(160)가 상기 제1 외측 캡슐화 필름(102)과 상기 제1 보호 필름을 통과하기 위한 관통 오리피스(182)를 형성하도록 정렬되는, 기능 장치(100). - 제9항에 있어서,
상기 관통 오리피스(182)의 벽과, 상기 관통 오리피스(182)를 통과하는 상기 전기 연결 요소(160) 사이의 공간은 상기 제1 외측 캡슐화 필름(102)을 형성하는 소재와 동일한 소재로 채워지는, 기능 장치(100). - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 내측 캡슐화 필름(103)을 통해 상기 전기 연결 요소가 빠져나가는 통로는 내측 캡슐화 필름(103)에 포함되거나, 또는 제1 외측 캡슐화 필름(102)과 내측 캡슐화 필름(103) 사이 또는 내측 캡슐화 필름(103)과 제2 외측 캡슐화 필름(104) 사이에 포함되는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)의 벗겨진 금속 단부는 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)의 전도성 부분(150)에 직접 용접되는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)의 벗겨진 금속 단부는 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)의 상기 전도성 부분(150)에 중간 연결 요소(190), 예를 들어 평평한 구리 테이프에 의해 연결되는, 기능 장치(100). - 제12항에 있어서,
상기 중간 연결 요소(190)는 단자를 포함하는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)는 원형 전기 케이블인, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)는 열 수축성 피복으로 덮힌 평평한 금속 브레이드(braid)인, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 연결 요소(160)는 2.5mm2 이하의 단면적을 갖는, 기능 장치(100). - 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 정의된 기능 장치(100)가 고정된 통행 가능한 도로 또는 보행자 도로를 포함하는 기능화된 통행 가능한 도로 또는 보행자의 도로.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 기능 장치(100)를 포함하는 운송 차량.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 기능 장치(100)를 포함하는 건물 외피.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 기능 장치(100)의 제조 방법으로서,
상기 전기 연결 요소(160)를 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)에 연결하는 단계; 및
상기 제1 보호 필름(101)과 상기 제2 보호 필름(105) 사이의 상기 캡슐화 조립체(107)에 상기 전기적 또는 광학적 활성 소자(110)를 내장하기 위한 다층 스택을 형성하는 단계 - 상기 전기 연결 요소(160)의 하나의 단부(162)는 기능 장치(100)로부터 바로 빠져나오는 것 -;를 포함하는 기능 장치(100)의 제조 방법. - 제21항에 있어서,
상기 다층 스택을 형성하는 단계는 열간 적층에 의해 이루어지는 제조 방법. - 제21항 또는 제22항에 있어서,
상기 캡슐화 조립체(107) 내에 통로를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 통로는 상기 전기 연결 요소(160)가 상기 캡슐화 조립체(107)를 통해 빠져나가게 하는, 제조 방법. - 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기능 장치(100)를 통한 상기 전기 연결 요소(160)의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체(107) 및 상기 제2 보호 필름(105)을 통해 관통 오리피스(180)를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법. - 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기능 장치(100)를 통한 상기 전기 연결 요소(160)의 통과를 위해 상기 캡슐화 조립체(107) 및 상기 제1 보호 필름(101)을 통해 관통 오리피스(180)를 형성하는 단계를 포함하는 제조 방법.
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