WO2013180499A1 - 집광형 태양전지모듈 - Google Patents

집광형 태양전지모듈 Download PDF

Info

Publication number
WO2013180499A1
WO2013180499A1 PCT/KR2013/004781 KR2013004781W WO2013180499A1 WO 2013180499 A1 WO2013180499 A1 WO 2013180499A1 KR 2013004781 W KR2013004781 W KR 2013004781W WO 2013180499 A1 WO2013180499 A1 WO 2013180499A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
light
incident
optical component
cell module
Prior art date
Application number
PCT/KR2013/004781
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김성빈
김장균
김병욱
박찬규
Original Assignee
주식회사 애니캐스팅
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 애니캐스팅 filed Critical 주식회사 애니캐스팅
Publication of WO2013180499A1 publication Critical patent/WO2013180499A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08—Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a light concentrating solar cell module. Specifically, a plurality of primary optical components may be combined to form an array, and the overall volume may be reduced by reducing the thickness of the solar cell module.
  • the present invention relates to a light collecting solar cell module capable of maximizing the efficiency of solar cells by reducing the incident angle.
  • PV photovoltaic
  • silicon solar cells are mainly used.
  • Multi-junction solar cells have higher energy conversion efficiencies compared to silicon solar cells. In general, multi-junction solar cells have more than 35% energy efficiency, while silicon solar cells are about 20% efficient. Has Particularly under concentration, some multi-junction solar cells now have energy efficiency of over 40%.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a solar cell module used in a conventional condensing photovoltaic device.
  • a conventional condensing solar cell module includes a solar cell 1 for converting solar energy into electrical energy, a primary optical element 2 for primarily condensing light, and It comprises a secondary optical element (3) for collecting the light collected from the primary optical component (2) secondary to the solar cell (1).
  • the secondary optical component 3 is configured to collect light collected from the primary optical component 2 into the solar cell 1 in a secondary manner. It functions as a homogenizer to uniformly distribute the solar cell 1.
  • a conventional condensing solar cell module In order to improve the efficiency of the multi-junction solar cell used in the light concentrating solar cell module, it is necessary to uniformly distribute the light incident on the solar cell 1, and this function is performed only by the primary optical component 2. Since it is very difficult to design, a conventional condensing solar cell module generally includes a secondary component 3 that functions as a homogenizer.
  • the conventional condensing solar cell module needs to maintain an appropriate focal length by optical principles such as Fresnel Lens or Mirror, which is used as a representative primary optical component.
  • optical principles such as Fresnel Lens or Mirror, which is used as a representative primary optical component.
  • ⁇ 10 times larger there is a disadvantage compared to the silicon solar cell module in the manufacturing cost, method, installation, operation of the product. Therefore, some manufacturers have attempted to reduce the focal length while maintaining the light condensation ratio of optimum efficiency by reducing the size of the primary light concentrator and the solar cell together to solve the above problems.
  • the manufacturing cost increases due to the increase in the number of parts used for output.
  • FIG. 3 is a view showing a light collecting solar cell module according to the prior art.
  • the light collecting solar cell module includes a solar cell 4, a light collected from a primary optical component 5 of a TIR FL type, and a primary optical component 4. And a secondary optical component 6 that refracts to focus on (4).
  • the light 7 totally reflected by the primary optical component 5 and incident on the secondary optical component 6 is refracted by the secondary optical component 6 and is then refracted by the solar cell ( There is a problem that the incident angle ⁇ incident to 4) becomes very large and the efficiency of the solar cell 4 is lowered.
  • the present invention can reduce the thickness of the solar cell module by reducing the focal length of the primary optical component, while reducing the overall volume, but also to reduce the incident angle incident to the solar cell condensing solar that can maximize the efficiency of the solar cell Provides a battery module.
  • the present invention also provides a light collecting solar cell module in which a plurality of primary optical components are combined with each other to form an array.
  • the light collecting solar cell module includes a base plate; Solar cells are provided, a plurality of receivers provided at a predetermined interval on the base plate; A primary optical component array in which a plurality of primary optical components for primaryly condensing incident light are combined to form an array; And a secondary optical component for secondly concentrating light primarily collected from the primary optical component into the solar cell, wherein the primary optical component comprises incident light in the secondary optical component. And a lens portion primarily condensing into the element, and a side portion extending downward from the edge of the lens portion and fixed to the base plate.
  • the lower side of the side portion may be provided with a fixing projection for coupling to the fixing groove formed in the base plate, the side portion may be provided with a coupling portion for coupling with the side portion of the adjacent other primary optical component, the coupling The part may be provided with a sealing space filled with a sealing material when combined with the side portion of another adjacent primary optical component, the lower portion of the side portion may be provided with a connector passage portion passing through the connector for connecting the plurality of receivers.
  • the coupling portion includes an embossed step portion extending outwardly and stepped downward, and an indented step portion extending downwardly inwardly, wherein the primary optical component array is formed of one of the primary optical components.
  • the indentation step portion of the other primary optical component adjacent to the relief step portion is formed by coupling with each other, the sealing space may be a space formed by the indentation step portion located higher than the base plate than the relief step portion have.
  • the primary optical component is formed in a quadrangular shape on a horizontal cross-section, it may be formed in an open shape, in this case the lens portion may be provided with a pattern forming a concentric circle with respect to the center, the lens portion is It may be formed in an arcuate shape of the height is lowered toward the peripheral portion from the center, the lens portion may be formed in a stepped shape of the height is lowered toward the peripheral portion from the center on the vertical cross-section.
  • the primary optical component may be formed in one body by injection molding.
  • the lens unit is provided with a central portion for condensing the incident light, and a peripheral portion for total reflection or reflection so that the incident light is deflected toward the center direction to be emitted, the incident surface to which light is incident and the incident surface to the central portion
  • An emission surface composed of a spherical or aspherical surface from which the emitted light is emitted, the peripheral portion having an incident surface on which light is incident, at least one reflective surface which totally reflects or reflects light incident on the incident surface in a central direction, and An emission surface for emitting total reflection or reflected light from the reflection surface may be provided.
  • the lens unit is provided with a central portion for condensing incident light, and a peripheral portion for total reflection or reflection so that the incident light is deflected toward the center and emitted, and the secondary optical component is incident with light condensed from the central portion.
  • An upper surface and a side surface to which light emitted from the peripheral portion is incident are provided, and the upper surface is provided to refract the light incident directly and totally reflect the light incident from the side surface. The light refracted by the upper surface and the totally reflected light may be provided to totally reflect.
  • the upper surface may be provided with a depression (dent) is formed so as to be refracted to direct the light incident directly from the side and totally reflected light incident from the side, the light incident from the side is total reflection on the inner surface of the depression
  • the angle formed by the side surface and the inner surface of the recessed portion may be provided to increase toward the lower side so that the incident angle incident to the solar cell is reduced, the side surface is made flat in a straight line (flat), The inner surface may be bent downward, the cross section of the depression may be made of spherical or aspherical surface.
  • the light concentrating solar cell module according to the present invention is provided with a lens unit for condensing the incident light of the primary optical component into the secondary optical component, and coupled to the base plate and coupled with other primary optical components.
  • the light concentrating solar cell module according to the present invention can manufacture a primary optical component consisting of a lens portion and a side portion integrally, manufacturing and assembly to combine a plurality of primary optical components to form an array There is an effect that can be easily achieved.
  • the light collecting solar cell module reduces the thickness of the solar cell module by reducing the thickness of the solar cell module by allowing light incident on the periphery of the primary optical component to be deflected toward the center and incident on the side of the secondary optical component.
  • the light incident on the side of the secondary optical component is totally reflected on the upper surface of the secondary optical component, thereby reducing the incident angle of the solar cell, thereby maximizing the efficiency of the solar cell.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional light collecting solar cell module
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the efficiency of solar cells and the angle of incidence of sunlight incident on the solar cells;
  • FIG. 3 is a view showing a light collecting solar cell module according to the prior art
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a light collecting solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing a state in which primary optical components form an array according to the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of the primary optical component according to FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view from above of the primary optical component according to FIG. 5;
  • FIG. 8 is a perspective view from below of the primary optical component according to FIG. 5;
  • FIG. 9 is a view for explaining the operation of the lens unit and the secondary optical component according to the present invention.
  • FIG. 14 and 15 are views illustrating embodiments provided such that an angle formed between the side surface and the inner surface of the recess is increased toward the lower side.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a light collecting solar cell module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view schematically illustrating a state in which an primary optical component according to FIG. 4 forms an array.
  • the light collecting solar cell module 10 includes a base plate 11 and a photovoltaic cell 12 and the base plate 11.
  • a plurality of receivers 13 provided at predetermined intervals in the plurality of receivers, and a plurality of primary optical components 50 for primaryly concentrating incident light, coupled to each other to form an array
  • a secondary optical element 30 for secondarily concentrating the light primarily collected from the array and the primary optical component 50 to the solar cell 12.
  • the receiver 13 may be formed of a cell mount in the form of a printed circuit board (PCB) on which the solar cell 12 is mounted, and as disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0135200.
  • the ceramic substrate may further include a heat sink. That is, the present invention is not limited by the specific configuration of the receiver 13, the receiver 13 may be configured in any form for mounting the solar cell 12 and fixed to the base plate 18. have.
  • the solar cell 12 is a configuration for converting solar energy into electrical energy, it is preferable that a high efficiency III-V compound semiconductor multi-junction solar cell (multi-junction solar cell) is used.
  • a plurality of the receiver 13 is provided on the base plate 11 at a predetermined interval, preferably a plurality of each may be arranged in a horizontal direction and a vertical direction, the plurality of receivers 13 is a connector 14 ) Can be connected to each other.
  • Each primary optical component 50 is coupled to and secured to the base plate 11 with its respective receiver 13 enclosed therein, the incident light being primarily directed to the secondary optical component 30. Condensing
  • the secondary optical component 30 is provided between the primary optical component 50 and the solar cell 12 to collect light primarily collected by the primary optical component 50 from the solar cell 12. To condense secondly.
  • the primary optical component 50 extends downward from an edge of the lens portion 20 and a lens portion 20 having a pattern for condensing incident light onto the secondary optical component 30. It may be made of a side portion 51 fixed to the base plate (11).
  • the lens unit 20 includes a central portion 21 for condensing incident light, and a peripheral portion 22 for total reflection or reflection so that the incident light is deflected toward the center and emitted.
  • the secondary optical component 30 May be provided with an upper surface on which light collected from the central portion 21 is incident, and a side surface on which light emitted from the peripheral portion 22 is incident. According to this configuration, it is possible to maximize the efficiency of the solar cell by reducing the thickness of the solar cell module 10 to reduce the overall volume while the incident angle incident on the solar cell 12 is reduced, the detailed description Will be described later.
  • the side portion 51 has a fixing protrusion 52 for coupling to the base plate 11, a coupling portion 53 for coupling to another adjacent primary optical component 50 to form an array, connector 14 Passing connector passage portion 54 may be provided.
  • FIG. 6 is a plan view of the primary optical component according to FIG. 5
  • FIG. 7 is a perspective view from above of the primary optical component according to FIG. 5
  • FIG. 8 is a view from below of the primary optical component according to FIG. 5.
  • the primary optical component 50 may be formed in a quadrangular shape on a horizontal cross section, and may be formed in an open shape below.
  • the lens unit 20 may be provided with a pattern forming a concentric circle with respect to the center on the horizontal cross section, and thus the edge portion 28 of the horizontal cross section having an outer shape, that is, a substantially quadrangular shape, of the peripheral portion 22. There is provided a pattern forming part of the concentric circles.
  • the lens portion 20 may be formed in an arcuate shape, the height of which is lowered toward the peripheral portion 22 from the central portion 21, and of the stepped shape of which the height decreases from the central portion 21 to the peripheral portion 22 on the vertical section. It may be made in a shape.
  • a connector passage part 54 through which a fixing protrusion 52 coupled to a fixing groove formed in the base plate 11 and a connector 14 for connecting the plurality of receivers 13 passes.
  • the fixing protrusion 52 is provided at the lower edge portion of the side portion 51
  • the connector passage portion 54 is in the form of a groove formed upwardly between the lower edge portion of the side portion (51). It may be provided.
  • the side portion 51 may be provided with a coupling portion 53 that engages with the side portion 51 of another adjacent primary optical component 50, and preferably, the coupling portion 53 has another adjacent portion.
  • a sealing space 55 may be formed which is filled with a sealing material such as silicon. Therefore, the light concentrating solar cell module 10 according to the present invention is formed in an enclosed space by a primary optical component array formed by combining a plurality of primary optical components 50.
  • the light concentrating solar cell module 10 is preferably formed in a sealed space in order to improve efficiency and durability of the solar cell 12 and to improve the overall light efficiency.
  • a plurality of sealing materials are filled in the sealing space 55 formed in the coupling portion 53 between the adjacent primary optical components 50. Combining the primary optical components 50 together to form a primary optical component array allows the interior of the module 10 to be formed into a more enclosed space.
  • the coupling part 53 has an embossed step portion 56 extending outwardly downward and a negative stepped part 57 extending downwardly inwardly.
  • the primary optical component array is an intaglio portion of another primary optical component 50 adjacent to the angle difference portion 56 of one primary optical component 50.
  • 57 may be formed by combining with each other.
  • the sealing space 55 may be a space in which the indentation step 57 is located at a higher position from the base plate 11 than the embossed step 56. Can be.
  • the primary optical component 50 when the primary optical component 50 is formed in an approximately quadrangular shape on a horizontal cross section and includes four side portions 51, a coupling portion of two side portions 51 of the four side portions 51 is provided. 53 may be formed in the form of an embossed step 56, and the coupling part 53 of the other two side parts 51 may be formed in the form of an indented step 57. Then, the plurality of primary optical components 50 may be coupled to each other to facilitate the construction of the array.
  • the coupling part 53 according to the present invention is not limited to the above configuration, and the coupling part 53 is partially recessed with the partially protruding protrusion, such as an insertion groove into which the protrusion is fitted.
  • the sealing space 55 may be formed by the difference between the length of the protrusion and the depth of the insertion groove.
  • the primary optical component 50 according to the present invention is preferably formed in one body with a transparent material having excellent light transmittance, wherein the transparent material having excellent light transmittance is glass, acrylic (Methylmethacrylate) Polymethylmethacrylate (PMMA), Polycarbonate (PC), Poly Ethylen Terephthalate (PET), etc. may be used.
  • the transparent material having excellent light transmittance is glass, acrylic (Methylmethacrylate) Polymethylmethacrylate (PMMA), Polycarbonate (PC), Poly Ethylen Terephthalate (PET), etc.
  • the primary optical component 50 according to the present invention is preferably formed in one body by injection molding, and thus the primary optical component 50 is integrally molded by injection molding.
  • the primary optical component 50 is formed as a plurality of primary optical components 50 can be easily manufactured and assembled to combine with each other to form an array.
  • the primary optical component 50 according to the present invention be integrally formed by injection molding.
  • the coupling part 53 is an embossed step 56 as described above.
  • the intaglio step part 57 the sealing space 55 is formed so that the intaglio step part 57 is located at a higher position from the base plate 11 than the embossed step part 56. It would be preferable to manufacture a mold for manufacturing by injection molding.
  • FIG. 9 is a view for explaining the operation of the lens unit and the secondary optical component according to the present invention.
  • the lens unit 20 is positioned above the solar cell 12, and the lens unit 20 has a central portion 21 for condensing incident light and the incident light is deflected toward the center direction.
  • a peripheral portion 22 may be provided to reflect or totally reflect the light so as to deflect.
  • the central portion 21 is positioned above the secondary optical component 30, and the incident surface 23 to which light is incident and the incident light to the incident surface 23 are emitted to the central portion 21.
  • An exit surface 24 may be provided, which may be provided as spherical or aspherical so that incident light may be focused on the upper surface of the secondary optical component 30.
  • the emission surface 24 may be provided in the form of an aspherical surface that is convex downward so as to focus light by refraction.
  • FIG. 9 shows that the emission surface 24 is provided in a convex form downward so that the function of condensing the incident light is made at the emission surface 24, but the present invention is not limited thereto, and the function for condensing light is shown.
  • the entrance surface 23 and the exit surface 24 may be provided in various forms so that the entrance surface 23 may also be formed.
  • the peripheral portion 22 is a portion surrounding the central portion 21, and may be provided so that the incident light is deflected toward the center so that the emitted light may be incident on the side of the secondary optical component 30. . That is, the peripheral portion 22 may be provided to reflect or totally reflect vertically incident vertical light so as to be deflected toward the center to be incident on the side of the secondary optical component 30, and the peripheral portion 22
  • the bottom of the edge portion 28 may be located below the secondary optical component 30, and may be located below the solar cell 12 in some cases. Therefore, according to the light collecting solar cell module 10 according to the present invention, the focal length of the primary optical component 50 can be reduced, and thus the overall volume can be reduced by reducing the thickness of the module 10.
  • the peripheral part 22 includes an incident surface 25 through which light is incident, at least one reflective surface 26 that reflects or totally reflects light incident on the incident surface 25, and the reflective surface 26.
  • An emission surface 27 through which light reflected or totally reflected from the light exits may be provided.
  • the reflective surface 26 may be optically designed to totally reflect light incident on the incident surface 25, or may be formed by reflecting coating to reflect the light.
  • the incident surface 25, the reflecting surface 26 and the emitting surface 27 correspond to each other, that is, light incident on one incident surface 25 is reflected or totally reflected on one reflective surface 26.
  • the light reflected or totally reflected from the reflective surface 26 may be provided to be emitted to one emission surface 27.
  • the lens unit 20 of the primary optical component 50 according to an embodiment of the present invention may be formed in a substantially umbrella-like shape on the vertical cross-section, the upper and lower portions of the peripheral portion 22 is discontinuous It may be provided with a cotton.
  • the light collecting solar cell module 10 is not limited to the specific configuration and shape of the lens unit 20, and the lens unit 20 is a general internal reflection type Fresnel lens (Total Internal Reflection). Fresnel Lens, TIR FL) may be provided.
  • the secondary optical component 30 is provided between the primary optical component 50 and the solar cell 12 to collect solar light collected from the lens unit 20 of the primary optical component 50.
  • a secondary condensing unit (12) performs a function as a homogenizer in which the light collected from the lens unit 20 is uniformly distributed to the solar cell 12.
  • the secondary optical component 30 is deflected toward the center from the peripheral portion 22 of the lens unit 20 and emits light emitted from the solar cell ( 12) to reflect or total reflection, and may be provided to reflect or totally reflect so that the incident angle incident on the solar cell 12 is small.
  • the light collecting solar cell module 10 according to the present invention has an effect of further reducing the thickness of the module 10 as compared with the prior art.
  • the solar cell module according to the prior art is structurally primary in that light totally reflected at the end of the primary optical component 5 is deflected toward the secondary optical component 6.
  • the light totally reflected by the optical component 5 should be directed downward only while facing the center direction, and the position of the end of the primary optical component 5 should be located above the secondary optical component 6.
  • the solar cell module 10 according to the present invention the light totally reflected at the peripheral portion 22 of the lens unit 20 is incident to the side of the secondary optical component 30 and totally reflected, thereby providing a solar cell 12.
  • the solar cell module 10 can further reduce the focal length of the primary optical component 20, and the edge portion of the peripheral portion 22 of the lens portion 20, for example, a corner portion. Since 28 may be located below the secondary optical component 30, the overall thickness and volume of the solar cell module 10 may be further reduced.
  • the secondary optical component 30 may include an upper surface 32 to which the light S4 collected from the central portion 21 of the lens unit 20 is incident, and a peripheral portion thereof. And a side face 34 on which the light S1, S2, and S3, which are deflected toward the center direction from 22, is incident.
  • the upper surface 32 may be provided to refract the light directly incident and total reflection of the light incident from the side surface 34, the side surface 34 is emitted from the peripheral portion 22 is incident light The light refracted and totally reflected by the upper surface 32 may be provided to totally reflect.
  • the light incident directly on the upper surface 32 may include not only light collected by being incident from the central portion 21, but also light incident by being deflected from the peripheral portion 22.
  • the peripheral portion of the solar cell module 10 according to the present invention may be included.
  • the light deflected and exited from the center toward the center 22 is preferably incident on the side surface 34, the light emitted and deflected toward the center from the predetermined portion of the peripheral portion 22 adjacent to the central portion 21 in the optical design is emitted.
  • the side surface 34 is refracted by the upper surface 32. As a result of total reflection, the light may be collected by the solar cell 12 in a state where the incident angle is reduced.
  • the solar cell module 10 according to the present invention, most of the light emitted by being deflected toward the center from the peripheral portion 22 is incident on the side surface 34 and is totally reflected on the upper surface 32, and then the incident angle becomes smaller.
  • the light is collected by the solar cell 12 in a state, some of the light emitted from the peripheral part 22 may be directly incident on the upper surface 32, but the present invention is not limited thereto.
  • a depression 40 may be formed at the center portion of the upper surface 32 so that the light incident directly to the surface 32 is refracted and the light incident from the side surface 34 is propagated.
  • the term 'dent' means a place where the ohm width is pressed in advance, but in the present invention, the dent 40 is not limited thereto and may be used to include a groove.
  • the depression 40 when the depression 40 is formed on the upper surface 32, the light incident from the side surface 34 is totally reflected on the inner surface 42 of the depression 40 to be collected by the solar cell 12.
  • the light incident directly on the inner surface 42 and the bottom surface 44 of the depression 40, that is, the inner surface 46 of the depression 40 may be refracted and collected by the solar cell 12. have.
  • the inner surface 46 of the depression 40 may be formed to be clearly distinguished by the inner surface 42 and the bottom surface 44 discontinuously connected, the cross section of the depression 40 is spherical,
  • the inner surface 42 and the bottom surface 44 may be formed as a continuous surface by forming a curve such as a parabola or parabolic, and thus, the light incident from the side surface 34 may have an inner surface 42 of the depression 40. May be said to be totally reflected at the inner surface 46 of the depression 40.
  • the secondary optical component 30 may be formed as a depression 40 in which the entire upper surface 32 is recessed, as shown in FIGS. 12 and 13.
  • the upper surface 32 may be provided with a depression 40 formed at a substantially central portion, and a connection surface 33 connecting the depression 40 and the side surface 34.
  • the depression 40 refracts the light that is directly incident, totally reflects the light that is incident and refracted from the side surface 34, and the connection surface 33 refracts the light that is directly incident.
  • the cross section of the depression 40 is formed of a curve such as a spherical surface, a parabola or a parabolic, and the inner surface 46 is clearly defined as the inner surface 42 and the bottom surface 44.
  • the cross section of the depression 40 may be flat in a straight line, and the inner surface 46 may have an inner surface 42. It may be formed as a discontinuous surface that is clearly separated by the bottom surface (44).
  • the cross section of the secondary optical component 30 is rectangular, the present invention is not limited thereto, and the cross section of the secondary optical component 30 is triangular, or more polygonal. Or it may be made in a circular shape, in particular, the shape of the cross-section is changed in the height direction, for example, the side 34 may be formed in a tapered shape or concave or convex shape.
  • the light incident from the side surface 34 is totally reflected at the inner surface 46 or the inner surface 42 of the depression 40 so that the incident angle ⁇ incident to the solar cell 12 is reduced.
  • An angle formed by the inner surface 46 or the inner surface 42 and the side surface 34 of the depression 40 may be provided to increase in the downward direction.
  • FIG 14 and 15 are views illustrating embodiments provided such that an angle formed between the side surface 34 and the inner side surface 42 of the depression becomes larger toward the lower side.
  • the angle formed by the side surface 34 and the inner side surface 42 of the depression is provided to increase as the direction goes downward, and the side surface 34 is formed to be flat in a straight line. It is made vertically, the inner surface 42 of the depression 40 is shown to be bent downward.
  • the angle formed by the side surface 34 and the inner side surface 42 may increase toward the lower side thereof ( ⁇ 1 ⁇ 2 ).
  • the solar cell is deflected from the peripheral portion 22 and the light incident on the side surface 34 is totally reflected on the inner side surface 42.
  • the incident angle [theta] incident at (12) can be made small.
  • the light incident by being deflected from the peripheral portion 22 is incident on the side surface 34 (S1) which is incident upwards, the light (S2) which is incident substantially horizontally, and the light (S3) which is incident substantially downwards.
  • the light S1 incident upwardly is mainly deflected from the outer portion of the peripheral portion 22 and is refracted at the side surface 34 as incident light, and is totally reflected at the bottom of the inner surface 42.
  • the horizontally incident light S2 is mainly incident light deflected from the middle portion of the peripheral portion 22 and is totally reflected at the middle portion of the inner surface 42
  • the downwardly incident light S3 is mainly the peripheral portion. Light that is deflected from the inner portion of 22 and is incident on the side face 34 as incident light is totally reflected at the top of the inner side surface 42.
  • the light S3 that is deflected from the peripheral portion 22 and is incident downward is incident on the upper side of the inner surface 42, and the light S1 that is incident upward is on the inner surface 42. Since it is totally reflected at the lower part of, the angle of incidence ( ⁇ ) incident on the solar cell 12 after the total reflection is made small, in particular, the angle of incidence of the light S1 that is incident upwardly and totally reflected at the lower part of the inner surface 42 ( ⁇ ) needs to be small, which means that the angle formed by the side face 34 and the inner face 42 goes downward as the side face 34 is substantially vertical and the inner face 42 is bent downward. It can be made possible by being provided to be large.
  • FIG. 15 is a view showing another embodiment in which the angle formed by the side surface 34 and the inner side surface 42 of the depression is increased toward the lower side.
  • the side surface 34 is flat in a straight line. It is made of an inclined straight line, it is shown that the inner surface 42 of the depression 40 is bent downward.
  • One form provided such that the angle formed by the side surface 34 and the inner surface 42 of the depression increases toward the lower side may be implemented in various forms in addition to those shown in FIGS. 14 and 15.
  • the side surface 34 is formed substantially vertically so as to be flat in a straight line, and the inner side surface 42 of the depression 40 may be formed to be curved downward.
  • the inner surface 42 of the depression 40 is bent downward, regardless of the shape of the side face 34, and thus, as shown in FIGS. 10 and 12.
  • the cross section of the depression 40 is formed of a curve such as a spherical surface, a parabola, or parabolic, such that the inner surface 46 is formed as a continuous surface which is not clearly divided into the inner surface 42 and the bottom surface 44. It would be preferable.
  • FIG. 10 illustrates an embodiment of the secondary optical component 30 having a substantially crown shape, which is composed of a depression 40 in which the entire upper surface 32 is recessed.
  • One embodiment of the secondary optical component 30 will be referred to as one of the preferred embodiments in which the depression 40 is formed on the top surface 32.
  • a plurality of primary optical components may be combined to form an array, and the overall volume may be reduced by reducing the thickness of the solar cell module. It is characterized in that the primary optical component and the secondary optical component is configured to maximize the efficiency of the solar cell by reducing the incident angle is incident to, the embodiment will be able to be changed in various forms. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments disclosed in the present specification, and all forms changeable by those skilled in the art to which the present invention pertains will belong to the scope of the present invention.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버; 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및 상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

집광형 태양전지모듈
본 발명은 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다.
근래 태양광을 이용한 태양광 발전(Photovoltaic, PV) 장치가 많이 사용되어 지는데, 특히 실리콘 태양전지를 이용한 태양광 발전 장치가 주로 사용된다.
그러나 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)의 비약적인 발전으로 다중접합 태양전지에 저가의 집광장치를 사용하여 태양광을 집중시키는 방식의 집광형 태양광 발전(Concetrating Photovoltaic, CPV) 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)는 실리콘 태양전지와 비교하여 높은 에너지 변환 효율을 가지는데, 일반적으로 다중접합 태양전지는 35%가 넘는 에너지 효율을 갖는 반면 실리콘 태양전지는 약 20% 효율을 갖는다. 특히 집광(concentration) 하에서, 현재 일부 다중접합 태양전지는 40%를 넘는 에너지 효율을 갖는다.
도 1은 종래의 집광형 태양광 발전장치에 사용되는 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 집광형 태양전지모듈은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지(1), 광을 1차적으로 집광시키는 1차 광학 구성요소(primary optical element)(2), 상기 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광을 상기 태양전지(1)로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소(secondary optical element)(3)를 포함한다.
여기서, 상기 2차 광학 구성요소(3)는 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광을 태양전지(1)로 2차적으로 집광함에 있어서 1차 광학 구성요소(2)로부터 집광된 광이 태양전지(1)로 균일하게 분배되도록 하는 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행한다.
이러한 집광형 태양전지모듈에 사용되는 다중접합 태양전지의 효율을 향상시키기 위해서는 태양전지(1)로 입사되는 광이 균일하게 분배되도록 할 필요가 있으며, 이러한 기능은 1차 광학 구성요소(2)만으로 설계하기가 매우 어려우므로 종래의 집광형 태양전지모듈은 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행하는 2차 구성요소(3)를 포함하여 이루어지는 것이 일반적이다.
또한, 도 1 및 도 2에서 보이는 바와 같이, 태양전지(1)의 효율은 입사각(θ)의 크기에 선형적으로 비례하여 저하되기 때문에, 태양전지(1)의 효율을 극대화시키기 위해서는 태양전지(1)로 입사되는 광이 균일하게 분배되도록 할 뿐만 아니라 태양전지(1)로 입사되는 입사각(θ)이 작아지도록 할 필요가 있다.
그러나, 종래의 집광형 태양전지모듈은 대표적인 1차 광학 구성요소로 사용되는 Fresnel Lens 또는 Mirror 등의 광학적 원리에 의해 적정 초점거리 유지가 필요한데, 이로 인해서 기존 실리콘 태양전지모듈에 비해 모듈의 부피가 5~10배 커지는 문제가 있어 제품의 제조원가 및 방법, 설치, 운영에 있어서 실리콘 태양전지모듈에 비해 불리한 점이 있다. 따라서, 일부 제조사에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 1차 집광장치와 태양전지의 크기를 함께 줄임으로써 최적 효율의 집광비율은 유지하는 동시에 초점거리를 줄이려는 노력을 시도하고 있으나, 이 경우 동일 모듈출력을 위해 사용되는 부품 수의 증가로 인하여 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
최근에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 초점거리를 줄임으로써 두께를 줄일 수 있도록 내부전반사형 프레즈널 렌즈(Total Internal Reflection Fresnel Lens, TIR FL)를 이용한 집광형 태양전지모듈에 대한 연구가 진행되고 있으며, 이러한 종래기술로 US 2008/0092879 A1(이하, '선행기술'이라 한다)가 개시된다.
도 3은 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈은 태양전지(4), TIR FL 타입의 1차 광학 구성요소(5), 1차 광학 구성요소(4)로부터 집광된 광이 태양전지(4)로 집광되도록 굴절시키는 2차 광학 구성요소(6)를 포함한다.
그러나, 도 3에서 보이는 바와 같이, 1차 광학 구성요소(5)에서 전반사되어 2차 광학 구성요소(6)로 입사된 광(7)은 2차 광학 구성요소(6)에서 굴절되어 태양전지(4)로 입사되는 입사각(θ)이 매우 커지게 되어 태양전지(4)의 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 1차 광학 구성요소의 초점거리를 줄임으로써 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으면서도 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 베이스플레이트; 태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버; 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및 상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 측면부 하단에는 상기 베이스플레이트에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기가 구비될 수 있으며, 상기 측면부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합하는 결합부가 구비될 수 있으며, 상기 결합부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합시 실링재가 충진되는 실링공간이 형성될 수 있으며, 상기 측면부 하단에는 상기 다수의 리시버를 연결하기 위한 커넥터가 지나는 커넥터통로부가 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 결합부는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부를 포함하고, 상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소의 양각단차부와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소의 음각단차부가 서로 결합하여 이루어지며, 상기 실링공간은 상기 음각단차부가 상기 양각단차부보다 상기 베이스플레이트로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간일 수 있다.
한편, 상기 1차 광학 구성요소는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어지며, 하방이 열려진 형태로 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 렌즈부는 중심을 기준으로 동심원을 이루는 패턴이 구비될 수 있으며, 상기 렌즈부는 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 렌즈부는 수직단면상 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 1차 광학 구성요소는 사출성형으로 일체로(one body) 형성될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고, 상기 중심부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광이 출사되는 구면 또는 비구면으로 이루어지는 출사면이 구비되고, 상기 주변부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광을 중심방향으로 전반사 또는 반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면과, 상기 반사면에서 전반사 또는 반사된 광이 출사되는 출사면이 구비될 수 있다.
또한, 상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광을 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고, 상기 2차 광학 구성요소에는 상기 중심부로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비되고, 상기 상면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비되며, 상기 측면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 상면에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사 시키도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 상면에는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사 시키도록 함몰형성되는 함몰부(dent)가 구비될 수 있으며, 상기 측면으로부터 입사된 광이 상기 함몰부의 내면에 전반사되어 상기 태양전지로 입사되는 입사각이 작아질 수 있도록 상기 측면과 상기 함몰부의 내면이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지도록 구비될 수 있으며, 상기 측면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지고, 상기 함몰부의 내면은 하방으로 만곡될 수 있으며, 상기 함몰부의 단면은 구면 또는 비구면으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소가 입사된 광을 2차 광학 구성요소로 집광시키는 렌즈부와, 베이스플레이트에 결합되고 다른 1차 광학 구성요소와 결합할 수 있도록 구비된 측면부로 이루어지도록 함으로써, 다수의 1차 광학 구성요소를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 렌즈부와 측면부로 이루어지는 1차 광학 구성요소를 일체로 제조할 수 있어서, 다수의 1차 광학 구성요소를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 하는 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소의 주변부로 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 2차 광학 구성요소의 측면으로 입사되도록 함으로써 태양전지모듈의 두께를 줄여 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 2차 광학 구성요소의 측면으로 입사된 광이 2차 광학 구성요소의 상면에서 전반사되어 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 함으로써 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 태양전지의 효율과 태양전지로 입사되는 태양광의 입사각과의 관계를 나타내는 도표이고,
도 3은 선행기술에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고,
도 5는 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소가 어레이를 이루는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 6은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소의 평면도이고,
도 7은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 위에서 바라본 사시도이고,
도 8은 도 5에 따른 1차 광학 구성요소를 아래에서 바라본 사시도이고,
도 9는 본 발명에 따른 렌즈부와 2차 광학 구성요소의 작용을 설명하기 위한 도면이고,
도 10 내지 도 13은 본 발명의 2차 광학 구성요소의 일실시 예들을 나타내는 도면이고,
도 14 및 도 15는 측면과 함몰부의 내측면이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 실시 예들을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들을 상세히 설명한다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
한편, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 1차 광학 구성요소가 어레이를 이루는 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 베이스플레이트(11), 태양전지(photovoltaic cell)(12)가 구비되며 상기 베이스플레이트(11)에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버(receiver)(13), 입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소(50)가 서로 결합하여 어레이(array)를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이 및 상기 1차 광학 구성요소(50)로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지(12)로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소(secondary optical element)(30)를 포함한다.
상기 리시버(13)는 태양전지(12)가 장착되는 회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 형태의 셀마운트로 이루어질 수도 있으며, 한국공개특허 제10-2010-0135200호에 개시된 바와 같이 태양전지(12) 외에 세라믹 기판, 히트싱크를 더 포함하여 이루어질 수도 있다. 즉, 본 발명은 상기 리시버(13)의 구체적인 구성에 의해 한정되지 않으며, 상기 리시버(13)는 태양전지(12)가 장착되며 베이스플레이트(18)에 결합 고정되기 위한 어떠한 형태로도 구성될 수 있다.
상기 태양전지(12)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 구성으로서, 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)가 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 리시버(13)는 베이스플레이트(11) 상부에 소정간격으로 다수개 구비되며, 바람직하게는 가로방향과 세로방향으로 각각 다수개가 배열될 수 있으며, 다수의 리시버(13)는 커넥터(14)에 의하여 서로 연결될 수 있다.
상기 각각의 1차 광학 구성요소는(50)는 상기 각각의 리시버(13)를 둘러싼 상태로 베이스플레이트(11)에 결합하여 고정되며, 입사된 광을 2차 광학 구성요소(30)로 1차적으로 집광시킨다.
상기 2차 광학 구성요소(30)는 1차 광학 구성요소(50)와 태양전지(12) 사이에 구비되어 상기 1차 광학 구성요소(50)에서 1차적 집광된 광을 상기 태양전지(12)로 2차적으로 집광시킨다.
상기 1차 광학 구성요소(50)는 입사된 광을 2차 광학 구성요소(30)로 집광하기 위한 패턴이 구비되는 렌즈부(20)와, 상기 렌즈부(20)의 테두리로부터 하방으로 연장되어 베이스플레이트(11)에 고정되는 측면부(51)로 이루어질 수 있다.
상기 렌즈부(20)는 입사된 광을 집광시키는 중심부(21)와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부(22)가 구비되며, 상기 2차 광학 구성요소(30)에는 중심부(21)로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부(22)로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 태양전지모듈(10)의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으면서도 태양전지(12)로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있게 되는데, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
상기 측면부(51)에는 베이스플레이트(11)에 결합하기 위한 고정돌기(52), 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)와 결합하여 어레이를 이루기 위한 결합부(53), 커넥터(14)가 지나는 커넥터통로부(54)가 구비될 수 있다.
도 6은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소의 평면도이고, 도 7은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소를 위에서 바라본 사시도이고, 도 8은 도 5에 따른 1차적 광학 구성요소를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 1차 광학 구성요소(50)는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어질 수 있으며, 하방이 열려진 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 렌즈부(20)는 수평단면상 중심을 기준을 동심원을 이루는 패턴이 구비될 수 있으며, 그에 따라 상기 주변부(22)의 외측 즉, 대략 4각형 형상을 가지는 수평단면의 모서리부(28)에는 동심원의 일부를 이루는 패턴이 구비되게 된다.
상기 렌즈부(20)는 중심부(21)로부터 주변부(22)로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 수직단면상 중심부(21)로부터 주변부(22)로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 측면부(51) 하단에는 베이스플레이트(11)에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기(52)와, 상기 다수의 리시버(13)를 연결하기 위한 커넥터(14)가 지나는 커넥터통로부(54)가 구비될 수 있으며, 바람직하게 상기 고정돌기(52)는 측면부(51) 하단 모서리부에 구비되며, 상기 커넥터통로부(54)는 측면부(51) 하단 모서리부 사이에 상방으로 형성되는 홈의 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 측면부(51)에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)의 측면부(51)와 결합하는 결합부(53)가 구비될 수 있으며, 바람직하게 상기 결합부(53)에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소(50)의 측면부(51)와 결합시 실리콘 등의 실링재가 충진되는 실링공간(55)이 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 다수의 1차 광학 구성요소(50)가 결합하여 이루어지는 1차 광학 구성요소 어레이에 의하여 그 내부는 밀폐된 공간으로 형성되게 된다.
본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 태양전지(12)의 효율과 내구성 향상 및 전체적인 광 효율 향상 등을 위하여 그 내부는 밀폐된 공간으로 형성됨이 바람직한데, 이와 같이 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 결합하여 이루어지는 1차 광학 구성요소 어레이 형성시 인접하는 1차 광학 구성요소(50) 간의 결합부(53)에 형성되는 실링공간(55)에 실링재를 충진한 상태에서 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 1차 광학 구성요소 어레이를 형성하면 모듈(10) 내부가 더욱 밀폐된 공간으로 형성될 수 있게 된다.
바람직하게, 도 6 및 도 7에서 보이는 바와 같이, 상기 결합부(53)는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부(56)와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부(57)를 포함하여 이루어지고, 상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소(50)의 양각단차부(56)와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소(50)의 음각단차부(57)가 서로 결합하여 이루어질 수 있으며, 이 경우 상기 실링공간(55)은 상기 음각단차부(57)가 상기 양각단차부(56)보다 베이스플레이트(11)로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간일 수 있다.
예를 들어, 상기 1차 광학 구성요소(50)가 수평단면상 대략 4각형 형상으로 이루어져 4개의 측면부(51)가 구비되는 경우에는 상기 4개의 측면부(51) 중 2개의 측면부(51)의 결합부(53)는 양각단차부(56)의 형태로 형성되고, 다른 2개의 측면부(51)의 결합부(53)는 음각단차부(57)의 형태로 형성될 수 있다. 그러면, 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 어레이를 구성하기가 용이해 질 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 결합부(53)는 상기와 같은 구성에 의해 한정하는 것은 아니며, 상기 결합부(53)는 부분적으로 돌출되는 돌출부와 부분적으로 함몰되어 상기 돌출부가 끼워지는 삽입홈과 같은 형태로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 상기 실링공간(55)은 돌출부의 길이와 삽입홈의 깊이 차에 의하여 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 광의 투과율이 우수한 투명한 물질로 일체로(one body) 형성되는 것이 바람직하며, 여기서 상기 광의 투과율이 우수한 투명한 물질로는 유리, 아크릴(Methylmethacrylate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 사출성형(injection molding)에 의하여 일체(one body)로 형성함이 바람직하며, 이와 같이 1차 광학 구성요소(50)를 사출성형으로 일체로 형성하면 다수의 1차 광학 구성요소(50)를 서로 결합하여 어레이를 이루도록 하는 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 1차 광학 구성요소(50)는 사출성형으로 일체로 형성함이 바람직한데, 이러한 제조측면을 고려하면 상술한 바와 같이 상기 결합부(53)는 양각단차부(56)와 음각단차부(57)로 이루어지고, 상기 실링공간(55)은 음각단차부(57)가 양각단차부(56)보다 베이스플레이트(11)로부터 높은 곳에 위치하도록 하여 형성하는 것이 그 구조가 간단하여 사출성형으로 제조하기 위한 금형제작이 용이해서 바람직하다 할 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 렌즈부와 2차 광학 구성요소의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 렌즈부(20)는 태양전지(12) 상부에 위치하며, 상기 렌즈부(20)에는 입사된 광을 집광시키는 중심부(21)와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어(deflecting) 출광되도록 반사 또는 전반사시키는 주변부(22)가 구비될 수 있다.
상기 중심부(21)는 2차 광학 구성요소(30)의 상부에 위치하며, 상기 중심부(21)에는 광이 입사되는 입사면(23)과, 상기 입사면(23)으로 입사된 광이 출사되는 출사면(24)이 구비될 수 있으며, 상기 출사면(24)은 입사된 광이 2차 광학 구성요소(30)의 상면에 집광될 수 있도록 구면 또는 비구면으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 출사면(24)은 굴절에 의해 광을 집광시킬 수 있도록 아래로 볼록한 비구면 형태로 구비될 수 있다. 도 9에는 입사된 광을 집광하는 기능이 출사면(24)에서 이루어지도록 출사면(24)이 아래로 볼록한 형태로 구비된 것이 도시되지만, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 광을 집광시키기 위한 기능이 입사면(23)에서도 이루어질 수 있도록 상기 입사면(23)과 출사면(24)은 다양한 형태로 구비될 수 있다.
상기 주변부(22)는 중심부(21)를 둘러싸는 부위로서, 입사된 광을 중심방향으로 편향되도록 출광시켜 출광된 광이 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사될 수 있도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 주변부(22)는 대략 수직으로 입사된 수직광을 반사 또는 전반사시켜 중심방향으로 편향되도록 하여 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사될 수 있도록 구비될 수 있으며, 상기 주변부(22)의 가장자리부분 예를 들어, 모서리부(28)의 하단은 2차 광학 구성요소(30)보다 아래에 위치할 수 있으며, 경우에 따라서는 상기 태양전지(12)보다 아래에 위치할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)에 의하면 1차 광학 구성요소(50)의 초점거리를 줄일 수 있으며 그에 따라 모듈(10)의 두께를 줄여 전체적인 부피를 감소시킬 수 있게 된다.
상기 주변부(22)에는 광이 입사되는 입사면(25)과, 상기 입사면(25)으로 입사된 광을 중심방향으로 반사 또는 전반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면(26)과, 상기 반사면(26)에서 반사 또는 전반사된 광이 출사되는 출사면(27)이 구비될 수 있다. 상기 반사면(26)은 입사면(25)으로 입사된 광이 전반사되도록 광학적으로 설계될 수도 있으며, 반사되도록 반사 코팅되어 이루어질 수도 있다. 또한, 상기 입사면(25), 반사면(26) 및 출사면(27)은 서로 대응되도록 즉, 하나의 입사면(25)으로 입사된 광은 하나의 반사면(26)에서 반사 또는 전반사되며, 상기 반사면(26)에서 반사 또는 전반사된 광은 하나의 출사면(27)으로 출사되도록 구비될 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 상기 1차 광학 구성요소(50)의 렌즈부(20)는 수직단면상 대략 우산 형태의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 주변부(22)의 상부와 하부는 불연속적인 면으로 구비될 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 상기 렌즈부(20)의 구체적인 구성 및 형상에 의해 한정되지 않으며, 상기 렌즈부(20)는 일반적인 내부전반사형 프레넬 렌즈(Total Internal Reflection Fresnel Lens, TIR FL) 형태로 구비될 수 있다.
상기 2차 광학 구성요소(30)는 1차 광학 구성요소(50)와 태양전지(12) 사이에 구비되어 1차 광학 구성요소(50)의 렌즈부(20)로부터 집광된 태양광을 태양전지(12)로 2차적으로 집광하는 구성으로서, 상기 렌즈부(20)로부터 집광된 광이 태양전지(12)로 균일하게 분배하는(uniform light distribution) 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행한다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)에 있어서, 상기 2차 광학 구성요소(30)는 렌즈부(20)의 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광을 태양전지(12)로 반사 또는 전반사시키며, 특히 태양전지(12)로 입사되는 입사각이 작아지도록 반사 또는 전반사시키도록 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 선행기술과 비교하여 더욱 모듈(10)의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다. 상세히 설명하면, 도 3에서 보이는 바와 같이, 선행기술에 따른 태양전지모듈은 1차 광학 구성요소(5)의 끝단에서 전반사된 광이 2차 광학 구성요소(6)를 향해 편향됨에 있어서 구조상 1차 광학 구성요소(5)에서 전반사된 광은 중심방향을 향하면서도 하방으로만 출광되어야 하며, 1차 광학 구성요소(5)의 끝단의 위치는 2차 광학 구성요소(6)보다 위에 위치하여야 한다. 이에 반해, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)은 렌즈부(20)의 주변부(22)에서 전반사된 광은 다시 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사되어 전반사됨으로써 태양전지(12)로 집광될 수 있기 때문에, 주변부(22)의 가장자리 부위 예를 들어, 모서리부(28)에서 전반사되는 광(S1)은 중심방향을 향해 상방으로 편향되어 출광되어도 2차 광학 구성요소(30)의 측면으로 입사되어 전반사됨으로써 태양전지(12)로 집광될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)은 그만큼 1차 광학 구성요소(20)의 초점거리를 더욱 줄일 수 있으며, 렌즈부(20)의 주변부(22)의 가장자리 부위 예를 들어, 모서리부(28)가 2차 광학 구성요소(30)보다 아래에 위치할 수 있기 때문에, 태양전지모듈(10)의 전체적인 두께와 부피도 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 2차 광학 구성요소(30)의 구체적인 구성 및 다양한 실시 예에 대하여 상세히 설명한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차 광학 구성요소(30)는 렌즈부(20)의 중심부(21)로부터 집광된 광(S4)이 입사되는 상면(32)과, 주변부(22)로부터 중심방향을 향해 편향되어 출광된 광(S1,S2,S3)이 입사되는 측면(34)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상면(32)은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면(34)으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비될 수 있으며, 상기 측면(34)은 주변부(22)로부터 출광되어 입사된 광은 굴절시키고 상기 상면(32)에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사시키도록 구비될 수 있다.
상기 상면(32)에 직접 입사되는 광은 중심부(21)로부터 집광되어 입사된 광뿐만 아니라 주변부(22)로부터 편향되어 입사된 광도 포함될 수 있는데, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)에 있어서 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광은 측면(34)으로 입사되는 것이 바람직하지만, 광학 설계상 중심부(21)와 인접한 주변부(22)의 소정부위로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광은 상기 상면(32)에 직접 입사될 수도 있으며, 이와 같이 주변부(22)로부터 편향된 광이 측면(34)으로 입사되지 않고 상면(32)으로 입사되는 경우에는 상면(32)에서 굴절된 후 측면(34)에서 전반사되면서 입사각이 작아진 상태로 태양전지(12)로 집광될 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양전지모듈(10)에 있어서, 주변부(22)로부터 중심방향으로 편향되어 출광된 광 중 대부분은 측면(34)으로 입사되어 상면(32)에서 전반사된 후 입사각이 작아진 상태로 태양전지(12)로 집광되지만, 주변부(22)로부터 출광된 광 중 일부는 상면(32)으로 직접 입사될 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정되지 않는다 할 것이다.
바람직하게, 상기 상면(32)에는 직접 입사된 광은 굴절시키며 측면(34)으로부터 입사된 광은 전반시키도록 중심부에 함몰부(dent)(40)가 형성될 수 있다. 여기서, '함몰(dent)' 이라는 용어는 사전적으로 눌려서 옴폭 들어간 곳을 의미하지만, 본 발명에 있어서 상기 함몰부(dent)(40)는 그에 한정하지 않으며 홈도 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이와 같이, 상기 상면(32)에 함몰부(40)가 형성되면, 측면(34)으로부터 입사된 광은 상기 함몰부(40)의 내측면(42)에 전반사되어 태양전지(12)로 집광될 수 있으며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)과 저면(44) 즉, 상기 함몰부(40)의 내면(46)으로 직접 입사된 광은 굴절되어 태양전지(12)로 집광될 수 있다.
한편, 상기 함몰부(40)의 내면(46)은 내측면(42)과 저면(44)이 불연속적으로 이어짐으로써 명확하게 구별되게 형성될 수도 있지만, 상기 함몰부(40)의 단면이 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내측면(42)과 저면(44)이 연속적인 면으로 형성될 수도 있으며, 따라서 측면(34)으로부터 입사된 광은 상기 함몰부(40)의 내측면(42)에서 전반사된다고 말할 수도 있으며, 또는 상기 함몰부(40)의 내면(46)에서 전반사된다고도 말할 수도 있을 것이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 2차 광학 구성요소의 일실시 예들을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11에서 보이는 바와 같이, 상기 2차 광학 구성요소(30)는 상면(32) 전체가 함몰형성되는 함몰부(40)로 형성될 수도 있으며, 도 12 및 도 13에서 보이는 바와 같이, 상기 상면(32)에는 대략 중심부에 형성되는 함몰부(40)와, 상기 함몰부(40)와 측면(34)을 연결하는 연결면(33)이 구비될 수도 있다. 상기 함몰부(40)는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 측면(34)으로부터 입사되어 굴절된 광은 전반사시키며, 상기 연결면(33)은 직접 입사되는 광을 굴절시킨다.
또한, 도 10 및 도 12에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되지 않는 연속적인 면으로 형성될 수도 있으며, 도 11 및 도 13에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되는 불연속적인 면으로 형성될 수도 있다.
한편, 도 10 내지 도 13에는 상기 2차 광학 구성요소(30)의 단면이 사각형인 것이 도시되지만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며 상기 2차 광학 구성요소(30)의 단면은 삼각형, 그 이상의 다각형 또는 원형으로도 이루어질 수 있으며, 특히 그 단면의 크기가 높이방향으로 변화되는 형상 예를 들어, 측면(34)이 테어퍼(taper)진 형상 또는 오목하거나 볼록한 형상으로도 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 측면(34)으로부터 입사된 광이 함몰부(40)의 내면(46) 또는 내측면(42)에서 전반사되어 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아질 수 있도록 상기 함몰부(40)의 내면(46) 또는 내측면(42)과 측면(34)이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지도록 구비될 수 있다.
도 14 및 도 15는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 실시 예들을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 14에는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 하나의 실시 예로서, 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지도록 대략 수직하게 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이 도시된다.
상기 측면(34)이 대략 수직하게 이루어지고, 상기 내측면(42)이 하방으로 만곡되면, 상기 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커질 수 있음을 알 수 있다(θ1＜θ2). 그리고, 이와 같이 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지면 주변부(22)로부터 편향되어 측면(34)으로 입사된 광이 상기 내측면(42)에 전반사됨에 따라 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아질 수 있다.
상세히 설명하면, 주변부(22)로부터 편향되어 입사되는 광은 측면(34)으로 대략 상방으로 입사되는 광(S1)과, 대략 수평하게 입사되는 광(S2)과, 대략 하방으로 입사되는 광(S3)으로 나뉘어질 수 있는데, 상방으로 입사되는 광(S1)은 주로 주변부(22)의 외측 부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 측면(34)에서 굴절되어 대략 내측면(42)의 하부에서 전반사되게 되며, 수평하게 입사되는 광(S2)은 주로 주변부(22)의 중간부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 대략 내측면(42)의 중간부분에서 전반사되게 되며, 하방으로 입사되는 광(S3)은 주로 주변부(22)의 내측 부분으로부터 편향되어 입사된 광으로서 측면(34)에서 굴절되어 대략 내측면(42)의 상부에서 전반사되게 된다.
따라서, 주변부(22)로부터 편향되어 측면(34)으로 입사되는 광 중 하방으로 입사되는 광(S3)은 내측면(42)의 상부에서, 상방으로 입사되는 광(S1)은 내측면(42)의 하부에서 전반사되게 되므로, 전반사된 후 태양전지(12)로 입사되는 입사각(θ)이 작아지도록 하기 위해서는 특히 대략 상방으로 입사되어 내측면(42)의 하부에 전반사되는 광(S1)의 입사각(θ)이 작아지도록 할 필요가 있으며, 이는 측면(34)이 대략 수직하게 이루어지고 내측면(42)이 하방으로 만곡된 것과 같이 측면(34)과 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비됨에 의해 가능해질 수 있다.
도 15는 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 다른 하나의 실시 예들을 나타내는 도면으로서, 도 15에는 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지는 경사진 직선으로 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이 도시된다.
상기 측면(34)과 함몰부의 내측면(42)이 이루는 각이 하방으로 갈수록 커지도록 구비된 일 형태로는 도 14 및 도 15에서 도시된 형태 외에도 다양한 형태로 구현 가능하며, 바람직한 형태로는 도 9에서 보이는 바와 같이, 상기 측면(34)은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지도록 대략 수직하게 이루어지며, 상기 함몰부(40)의 내측면(42)은 하방으로 만곡되어 이루어진 것이라 할 수 있다.
또한, 광학 설계와 제조 측면에서는 측면(34)의 형태와 무관하게 상기 함몰부(40)의 내측면(42)이 하방으로 만곡된 형태를 가지는 것이 바람직하며, 따라서 도 10 및 도 12에서 보이는 바와 같이, 상기 함몰부(40)의 단면은 구면, 포물선 또는 파라볼릭 등과 같은 곡선으로 이루어져 내면(46)이 내측면(42)과 저면(44)으로 명확하게 구분되지 않는 연속적인 면으로 형성되는 것이 바람직하다 할 것이다.
또한, 도 10에는 상면(32) 전체가 함몰형성되는 함몰부(40)로 이루어져 대략 크라운(crown) 형상을 가지는 2차 광학 구성요소(30)의 일실시 예가 도시되는데, 도 10에 도시된 2차 광학 구성요소(30)의 일실시 예가 상면(32)에 함몰부(40)가 형성된 바람직한 일실시 예 중 하나라 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이룰 수 있으며, 태양전지모듈의 두께를 감소시켜 전체적인 부피를 줄일 수 있으며, 태양전지로 입사되는 입사각이 작아지도록 하여 태양전지의 효율을 극대화시킬 수 있도록 1차 광학 구성요소와 2차 광학 구성요소를 구성시킨 것을 특징으로 하는 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

Claims (17)

  1. 베이스플레이트;
    태양전지가 구비되며, 상기 베이스플레이트에 소정간격으로 구비되는 다수의 리시버;
    입사된 광을 1차적으로 집광하는 다수의 1차 광학 구성요소가 서로 결합하여 어레이를 이루는 1차 광학 구성요소 어레이; 및
    상기 1차 광학 구성요소로부터 1차적으로 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 광학 구성요소;를 포함하고,
    상기 1차 광학 구성요소는 입사된 광을 상기 2차 광학 구성요소로 1차적으로 집광하는 렌즈부와, 상기 렌즈부의 테두리로부터 하방으로 연장되어 상기 베이스플레이트에 고정되는 측면부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면부 하단에는 상기 베이스플레이트에 형성된 고정홈에 결합하는 고정돌기가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합하는 결합부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합부에는 인접하는 다른 1차 광학 구성요소의 측면부와 결합시 실링재가 충진되는 실링공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결합부는 외측으로 단차져 하방으로 연장되는 양각단차부와, 내측으로 단차져 하방으로 연장되는 음각단차부를 포함하고,
    상기 1차 광학 구성요소 어레이는 어느 하나의 1차 광학 구성요소의 양각단차부와 인접하는 다른 하나의 1차 광학 구성요소의 음각단차부가 서로 결합하여 이루어지며, 상기 실링공간은 상기 음각단차부가 상기 양각단차부보다 상기 베이스플레이트로부터 높은 곳에 위치하여 형성되는 공간인 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측면부 하단에는 상기 다수의 리시버를 연결하기 위한 커넥터가 지나는 커넥터통로부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 광학 구성요소는 수평단면상 4각형 형상으로 이루어지며, 하방이 열려진 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 중심을 기준으로 동심원을 이루는 패턴이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 아치형의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 수직단면상 상기 중심부로부터 상기 주변부로 갈수록 높이가 낮아지는 계단형의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 광학 구성요소는 사출성형으로 일체로(one body) 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광이 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고,
    상기 중심부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광이 출사되는 구면 또는 비구면으로 이루어지는 출사면이 구비되고,
    상기 주변부에는 광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면으로 입사된 광을 중심방향으로 전반사 또는 반사시키는 적어도 하나 이상의 반사면과, 상기 반사면에서 전반사 또는 반사된 광이 출사되는 출사면이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈부는 입사된 광을 집광시키는 중심부와, 입사된 광을 중심방향으로 편향되어 출광되도록 전반사 또는 반사시키는 주변부가 구비되고,
    상기 2차 광학 구성요소에는 상기 중심부로부터 집광된 광이 입사되는 상면과, 상기 주변부로부터 출광된 광이 입사되는 측면이 구비되고,
    상기 상면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사시키도록 구비되며, 상기 측면은 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 상면에서 굴절된 광과 전반사된 광은 전반사 시키도록 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 상면에는 직접 입사되는 광은 굴절시키고 상기 측면으로부터 입사된 광은 전반사 시키도록 함몰형성되는 함몰부(dent)가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 측면으로부터 입사된 광이 상기 함몰부의 내면에 전반사되어 상기 태양전지로 입사되는 입사각이 작아질 수 있도록 상기 측면과 상기 함몰부의 내면이 이루는 각은 하방으로 갈수록 커지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 측면은 직선으로 플랫(flat)하게 이루어지고, 상기 함몰부의 내면은 하방으로 만곡되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 함몰부의 단면은 구면 또는 비구면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
PCT/KR2013/004781 2012-05-30 2013-05-30 집광형 태양전지모듈 WO2013180499A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120057652A KR101437900B1 (ko) 2012-05-30 2012-05-30 집광형 태양전지모듈
KR10-2012-0057652 2012-05-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013180499A1 true WO2013180499A1 (ko) 2013-12-05

Family

ID=49673625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2013/004781 WO2013180499A1 (ko) 2012-05-30 2013-05-30 집광형 태양전지모듈

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101437900B1 (ko)
WO (1) WO2013180499A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI548108B (zh) * 2014-01-09 2016-09-01 訊芯電子科技(中山)有限公司 聚光太陽能光伏模組
WO2020009558A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 Nenov Marjan Hybrid photovoltaic and thermal solar concentrator

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101595072B1 (ko) * 2014-06-24 2016-02-17 김병성 집광 렌즈 및 그를 이용한 태양광 발전 장치
KR102255974B1 (ko) * 2015-04-13 2021-05-25 (주)에이스텍 태양전지모듈이 결합된 도로용 조명장치
KR101954245B1 (ko) * 2017-06-14 2019-03-05 명지대학교 산학협력단 일별 태양추적이 필요없는 집광형 태양전지모듈

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003258291A (ja) * 2001-12-27 2003-09-12 Daido Steel Co Ltd 集光式太陽光発電装置
JP2008004661A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Daido Steel Co Ltd 集光型太陽発電装置
US20080092879A1 (en) * 1999-12-02 2008-04-24 Minano Dominguez Juan C Device for concentrating or collimating radiant energy
KR20100044605A (ko) * 2008-10-22 2010-04-30 한국썬코아 주식회사 태양광 발전시스템의 집광장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080092879A1 (en) * 1999-12-02 2008-04-24 Minano Dominguez Juan C Device for concentrating or collimating radiant energy
JP2003258291A (ja) * 2001-12-27 2003-09-12 Daido Steel Co Ltd 集光式太陽光発電装置
JP2008004661A (ja) * 2006-06-21 2008-01-10 Daido Steel Co Ltd 集光型太陽発電装置
KR20100044605A (ko) * 2008-10-22 2010-04-30 한국썬코아 주식회사 태양광 발전시스템의 집광장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI548108B (zh) * 2014-01-09 2016-09-01 訊芯電子科技(中山)有限公司 聚光太陽能光伏模組
WO2020009558A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 Nenov Marjan Hybrid photovoltaic and thermal solar concentrator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130134259A (ko) 2013-12-10
KR101437900B1 (ko) 2014-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013180499A1 (ko) 집광형 태양전지모듈
CN1971948A (zh) 用于太阳能光电发电机的使用叠加原理的日光会聚透镜、工序以及装置
WO2011005486A2 (en) Optics for concentrated photovoltaic cell
CN102280511B (zh) 一种密集阵列式聚光太阳能光伏装置
US8776783B2 (en) Solar energy collector and solar energy module having same
US20140283895A1 (en) Concentrated photovoltaic panel
WO2013002537A2 (ko) 집광형 태양 전지
CN102686955A (zh) 具有卡塞格伦型光学器件的太阳能收集器/集中器
WO2017022325A1 (ja) 集光型太陽光発電ユニット、集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル及び集光型太陽光発電装置
KR20150138923A (ko) 태양광 발전 장치
WO2011093634A2 (ko) 집광형 태양전지모듈
CN202259382U (zh) 一种密集阵列式聚光太阳能光伏装置
KR20130035519A (ko) 집광형 태양전지모듈
JPWO2012160994A1 (ja) 集光型太陽電池及びその製造方法
WO2015064788A1 (ko) 태양전지 어셈블리 및 이를 포함하는 고집광형 태양전지모듈
WO2014065451A1 (ko) 히트파이프를 구비하는 집광형 태양전지모듈
WO2014137020A1 (ko) 집광형 태양전지모듈
JP2010141297A (ja) 導光体および光電変換器ならびに平面光電変換装置
EP2971949A2 (en) Sunlight concentrating and harvesting device
WO2011087194A1 (ko) 태양광 집광장치
WO2013047959A1 (ko) 집광형 태양전지모듈{concentrating photovoltaic module}
CN202601691U (zh) 一种光伏组件用聚光玻璃以及一种聚光光伏组件
KR101213768B1 (ko) 태양광발전장치
KR101357200B1 (ko) 박형 집광형 태양전지모듈
KR20120096183A (ko) 태양전지 모듈 및 그 제조방법과 이를 이용한 태양광 발전장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13797811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13797811

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1