WO2018199481A1 - 곡면 태양전지 모듈 - Google Patents

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curved
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전준호
김정근
송용
우정훈
황언주
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엘지전자(주)
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Definitions

  • the present invention relates to a curved solar cell module installed on a curved surface.
  • a typical solar cell includes a substrate and an emitter layer made of semiconductors of different conductive types, such as p-type and n-type, and electrodes connected to the substrate and the emitter, respectively. At this time, p-n junction is formed in the interface of a board
  • a plurality of electron-hole pairs are generated in the semiconductor, and the generated electron-hole pairs are separated into electrons and holes, respectively, and the electrons and holes are directed toward the n-type semiconductor and the p-type semiconductor, for example. It moves toward the emitter portion and the substrate, and is collected by electrodes electrically connected to the substrate and the emitter portion, which are connected by wires to obtain power.
  • Such solar cells have been used by packaging a plurality of modules in a single module in order to increase the output power.
  • the solar cells installed in the solar cell module may be connected in series with each other (for example, a string).
  • a string When the output current of one solar cell included in the string is lowered due to the characteristics of the series circuit, the total output current of the string is the lowest output. Converge to the current value. In such a case, a problem arises in that the output current value of the solar cell module converges to the minimum value and the output of the entire module is lowered.
  • the solar cell module when used in an automobile roof, an airplane wing having a curved shape, an exterior of a building, or the like, the solar cell module is installed to have a curved surface in accordance with the installation place.
  • the present invention has been made in view of the above technical background, and effectively manages the output of solar cells arranged along a curved surface to improve the overall output of the curved solar cell module.
  • the curved solar cell module according to the embodiment of the present invention, a curved transparent substrate comprising a first region having a first curvature and a second region having a second curvature different from the first curvature, in the first region
  • a first output unit including first solar cells disposed along the first curvature and having a first inclination and connected to each other, and a first optimizer connected to the first solar cells to adjust output power thereof;
  • a second output unit including a second optimizer to connect the first output unit and the second output unit.
  • the curved solar cell module is a curved transparent substrate including a first region and a second region different from the first region, and disposed to have a slope in a first direction along the curved surface in the first region.
  • the strings are divided into regions and connected to an optimizer that adjusts output power to configure an output unit. Therefore, even though the solar cells form an m ⁇ n matrix array, the output powers of the solar cells may be adjusted according to areas having different inclination angles, and as a result, the output powers of the entire modules may be effectively controlled.
  • FIG. 1 is a view illustrating a curved solar cell module installed on a roof of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a transparent substrate constituting the curved solar cell module.
  • FIG 3 is a view illustrating a state in which solar cells are arranged by cutting a curved solar cell module in a column direction, and a direction in which light is incident on the curved solar cell module according to a position of the sun.
  • FIG. 4 is a view for explaining the inclination of the solar cell along the region.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an arrangement of a solar cell and a configuration of an output unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration in which a first area is divided into a plurality of parts in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which solar cells are arranged by cutting a curved solar cell module in a row direction.
  • FIG. 8 is a view for explaining the arrangement of the solar cell and the output unit of FIG. 7.
  • FIG. 8 is a view for explaining the arrangement of the solar cell and the output unit of FIG. 7.
  • 9 and 10 are views for explaining a solar cell in which the inclination direction is different from the column direction.
  • FIG. 11 is a view illustrating a layout of a solar cell and an output unit of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a view for explaining a solar cell in which the inclination direction is different from the row direction.
  • FIG. 13 is a view illustrating a layout of a solar cell and an output unit of FIG. 12.
  • the curved solar cell module according to the embodiment of the present invention will be described an embodiment installed on the roof of the vehicle, it can be used in the exterior of the building, the body of the airplane and the like.
  • a solar cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 1 and 2 illustrate the curved solar cell module installed on the roof of the vehicle according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 shows a transparent substrate constituting the curved solar cell module.
  • 3 illustrates a state in which the solar cells are disposed by cutting the curved solar cell module in the thermal direction (y-axis direction of the drawing), and explaining a traveling direction of light incident on the curved solar cell module according to the position of the sun.
  • 4 is a view for explaining the inclination of the solar cell along the region.
  • the curved solar cell module 1 may be installed on the roof of a vehicle having a curved surface, and may be configured to produce electricity for driving the vehicle.
  • the top portion In the case of the roof of the car also, the top portion generally has a convex shape, and the portion connected to the vehicle body is formed to have a larger curved surface than other portions.
  • the curved solar cell module 1 according to the embodiment of the present invention should be formed to have at least two different curved surfaces to correspond to the shape of the roof. Therefore, the curved shape of the curved solar cell module 1, in particular, the transparent substrate 10 forming the external appearance may have various curvature radii, curved shapes, and the like, depending on an object to be mounted.
  • the solar cells 20 may form an m ⁇ n matrix array (m and n are natural numbers) in rows and columns, such that a large number can be placed on the roof.
  • the connection between the solar cells 20 is configured to be physically connected to each other only within the string, which will be described in detail later.
  • the roof of the vehicle has a substantially rectangular shape in which the column is longer than the row, and the solar cells are preferably arranged accordingly.
  • the number of solar cells arranged in a first direction (y-axis direction of the drawing) on a one-column basis is larger than the number of solar cells arranged in a second direction (x-axis direction of the drawing) on a one-row basis. It may be desirable to arrange.
  • the transparent substrate 10 has a substantially rectangular shape in which the longitudinal direction of the vehicle (in the y-axis direction of the drawing, hereinafter referred to as the first direction) is longer than the width direction of the vehicle (in the x-axis direction of the drawing, hereinafter referred to as the second direction).
  • the first direction the longitudinal direction of the vehicle
  • the second direction the width direction of the vehicle
  • the transparent substrate 10 may have a rounded shape that blocks up with respect to the ground 100 as a whole.
  • the curvature (or curved surface) may be formed differently according to a position.
  • the transparent substrate 10 may include a first region S1 having a first curvature and a second region S2 having a second curvature greater than the first region S1 so as to correspond to the roof shape of the vehicle.
  • the transparent substrate 10 is composed of the first curved surface 10a having the first curvature and is composed of the second curved surface 10b having the second curvature in the second region S2.
  • the second curved surface 10b may be configured to have different inclinations. For example, if the curvature of the second curved surface 10b is large, it may have a steeper slope than the first curved surface 10a. If the curvature is small, the curved surface may have a smaller slope than the first curved surface 10a.
  • the second region S2 may be an edge region including a side portion of the transparent substrate 10 whose roof is connected to the vehicle body, and the first region S1 is a center between the second regions S2. It may be an area.
  • the area division of the transparent substrate 10 is a theoretical classification according to the curvature, it may not be partitioned as illustrated in the drawings. What is illustrated in the drawings only describes examples. Therefore, the first region S1 illustrated in the drawing may necessarily correspond to the center of the transparent substrate 10, and the second region S2 may not correspond to the edge of the transparent substrate 10.
  • the inclination of the solar cells 20 may vary according to regions. Referring to FIG. 4, it may be assumed that the first solar cells C1 disposed in the first region S1 converge on a plane because the curvature of the transparent substrate 10 is small, so that the first solar cells C1 may be parallel to the ground 100. There is a number. In comparison, the second solar cells C2 disposed in the second region S2 having a greater curvature than the first region S1 or having a large curved surface may have a surface 100 greater than that of the first solar cells C1. It can be installed to be inclined with respect to.
  • the second solar cell C2 has a first angle with respect to the ground surface 100. It can be inclined by ( ⁇ 1).
  • the inclination angle of the second region S2 may be different. That is, when the inclination angles of the second area S2 located near the front of the vehicle and the second area S2 located near the rear of the vehicle are referred to as the first angle ⁇ a and the second angle ⁇ b, respectively, The first angle ⁇ a and the second angle ⁇ b may be different from each other.
  • the first and second solar cells C1 and C2 are used to distinguish solar cells belonging to the first region S1 and the second region S2 among solar cells arranged in an m ⁇ n matrix. That is, the first solar cell C1 is located in regions where curvature is small, and the second solar cell C2 is located in an area in which curvature is larger than that of the first solar cell C1. It refers to a solar cell disposed inclined rather than).
  • the amount of light incident on the solar cells may be different.
  • the first path A1 refers to a path substantially perpendicular to the first area S1
  • the second and third paths A2 and A3 are second areas located at both sides of the first area S1.
  • path of light to (S1).
  • the light traveling in the first path A1 at point (A) is incident perpendicularly to the first solar cell C1, whereas the second solar cell C2 is inclined so that the light is obliquely incident. Can be. Therefore, the light incident on the first solar cell C1 may be greater than the light incident on the second solar cell C2.
  • the first path B1 is a path of light directly directed to the first area C1
  • the second and third paths B2 and B3 respectively refer to the second area S2 and the third area S3.
  • Each represents a light path.
  • the first solar cell C1 reaches the light traveling through the first to third paths B1 to B3, while the second solar cell C2 does not reach some light due to the inclination. Therefore, the light incident on the first solar cell C1 may be greater than the light incident on the second solar cell C2.
  • the current value output from the second solar cell C2 is smaller than the current value output from the first solar cell C1, and due to the deviation of the output current value,
  • the output current of the module is determined at the lowest output current value by the characteristics of the series circuit, and the efficiency of the curved solar cell module 1 may be reduced.
  • the curved solar cell module 1 of the embodiments is configured to control the output for each solar cell (C1, C2). This will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 5 is a view for explaining the arrangement of the solar cell and the output unit according to the curved solar cell module according to an embodiment of the present invention.
  • Curved solar cell module 1 is disposed along the first curvature in the first region (S1) having a first slope and connected to each other and the first solar cell, the first aspect
  • the first output unit 100 includes a first optimizer CT1 connected to the batteries C1 to adjust the output power thereof, and is disposed along a second curvature in the second region S2.
  • Second solar cells C2 having a second slope different from the slope and electrically connected to each other, and a second optimizer CT2 connected to the second solar cells C2 to adjust their output power. It includes a second output unit 200.
  • the optimizers CT1 and CT2 periodically monitor the input power generated by the connected strings and actively increase the power of the current cycle when the input power of the current cycle drops from the past cycle.
  • the optimizers CT1 and CT2 include, for example, buck converter circuits, and when the input power drops, the duty of the converter is varied to find the MPPT to reduce the voltage V, The current I is raised to prevent the input power from dropping.
  • the solar cells 20 are connected to each other in series in a row direction (z-axis direction) to form first to tenth strings ST1 to ST10, and form an m ⁇ n matrix as a whole. .
  • the solar cells are preferably connected in a row direction (z-axis direction of the drawing) rather than in a column direction (y-axis direction of the drawing).
  • the output of the solar cells can be individually adjusted according to the regions S1 and S2.
  • strings are formed by connecting solar cells arranged in a column direction (y-axis direction of the drawing), and a part of the string is located in the second region S2, and a part is located in the first region S1. do. For this reason, it is virtually impossible to control the output of the solar cell by regions S1 and S2.
  • the string can be located in only one region, so that it is possible to control the power of the solar cells by regions S1 and S2. Do.
  • the number of solar cells belonging to the string may be smaller than the number of strings in the m ⁇ n matrix arrayed solar cells.
  • first string ST1 and the tenth string ST10 are each formed by the second solar cell C2 disposed in the second region S2, the first string ST1 and the tenth string ST10, respectively.
  • Solar cells (C2) belonging to the () are installed to have a predetermined inclination angle ( ⁇ 1). Since the second to ninth strings ST1 to ST10 are formed by the first solar cell C1 disposed in the first region S1, the solar cells belonging to the second to ninth strings ST1 to ST10.
  • the field C1 can be installed without inclination.
  • the second to ninth strings ST1 to ST10 may be connected in series with each other.
  • the magnitude of power generated by the first string ST1 and the tenth string ST10 may be smaller than the power generated by the second to ninth strings ST1 to ST10, respectively.
  • the power output from the first string ST1 and the tenth string ST10 is managed separately from the ninth strings ST1 to ST10 to prevent the total output power of the curved solar cell module 1 from falling.
  • the second optimizer CT1 is connected to the first string ST1 and the tenth string ST10 to form a second output unit 200, and the second to ninth strings ST1 to ST10.
  • the first controller CT1 may be connected to form a first output unit 100.
  • the first optimizer CT1 and the second optimizer CT2 may be connected in series or in parallel by the connection unit 300.
  • the curved solar cell module 1 of this embodiment is configured such that the solar cell module independently generates power for each region, and the power output by the control of the controller can be adjusted. Therefore, the output power of the whole module can be prevented from falling by the 2nd solar cell C2 arrange
  • the first optimizer CT1 periodically monitors the power output from the first string ST1 or the tenth string ST1 to actively increase the power of the current period when the input power of the current period is lower than the past period.
  • the total output power of the curved solar cell module is adjusted by the first and tenth strings ST1 and ST2 by inputting through the connection unit 300 to the second optimizer CT2.
  • the number of solar cells connected to the first optimizer CT1 may be greater than the number of solar cells connected to the second optimizer CT2.
  • the processing capacity of the first optimizer CT1 may be larger than that of the second optimizer CT2.
  • a large processing capacity here means that the maximum value of the input value and the output value is large.
  • the magnitude of the voltage and current input to the first optimizer CT1 may be larger than that of the second optimizer CT2, and the output voltage and current may also be larger than the second optimizer CT2.
  • the first region S1 is described as being composed of one region.
  • the solar cells disposed in the first region S1 may be formed of a plurality of regions. Output power can be managed more effectively.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating that the first region S1 is divided into an eleventh region and a twelfth region.
  • the first region S1 may be further divided into an eleventh region S11 and a twelfth region 12.
  • the eleventh region S11 and the twelfth region S12 may have the same area or may be different, and the division of the region is preferably divided along the row direction (z-axis direction of the drawing).
  • the solar cells disposed in the eleventh region S11 and the twelfth region S12 may be installed to have the same inclination angle or different inclination angles.
  • the first output unit CT1 may be configured to include the eleventh output unit CT11 and the twelfth output unit CT12 according to the divided region, and may adjust the output power for each divided region S11 and S12. It can be configured to be.
  • the second to fifth strings ST2 to ST5 are connected in series to form a string set, and the eleventh optimizer CT11 is connected to form the eleventh output unit 100a.
  • the sixth to ninth strings ST6 to ST9 are also connected in series to form a string set, and are connected to the twelfth optimizer CT12 to form a twelfth output unit 100b.
  • the plurality of controllers CT2, CT11, and CT12 may be configured to be connected to each other by the connection unit 300.
  • the processing capacity of the eleventh controller CT11, the twelfth controller CT12, and the second controller CT1 may be determined according to the number of strings connected to each controller. As the number of strings decreases, the size of the processing capacity also decreases. As the number of strings increases, the size of the processing capacity also increases.
  • the solar cells form an m ⁇ n matrix array, but are divided into eleventh region S11, twelfth region S12, and second region S2, respectively, to generate power. Even if the generated power of the area drops, the controller operates to compensate for the lost power, thereby preventing the output power of the entire module from falling.
  • the curved transparent substrate 10 has a first region S1 having a first curvature and a second region S2 having a second curvature different from the first curvature in the y-axis direction of the drawing.
  • the arrangement of the solar cell and the configuration of the output unit have been described.
  • the curved transparent substrate 10 includes a first region S1 having a first curvature and a second region S2 having a second curvature different from the first curvature in the x-axis direction of the drawing. An Example is described.
  • the transparent substrate 10 has a first region S1 having one curvature and a second region S2 having a second curvature greater than the first region S1 in the x-axis direction of the drawing.
  • the transparent substrate 10 is composed of the first curved surface 10a having the first curvature and is composed of the second curved surface 10b having the second curvature in the second region S2.
  • the solar cells disposed along the first curved surface and the second curved surface may include a first solar cell C1 having a first slope and a second solar cell C2 having a second slope greater than the first slope. connect.
  • first solar cells C1 having different inclinations are arranged to form an m ⁇ n matrix.
  • the first region S1 and the second region S2 may be divided along the length direction of the strings ST1 to ST6. By partitioning the first region and the second region in this manner, the string can be located in only one of the first and second regions.
  • the first solar cells C1 positioned in the first region S1 and the second solar cells C2 positioned in the second region S2 may be arranged together to form an m ⁇ n matrix.
  • the first string ST1 and the sixth string ST6 may be located in the second area S2, and the second to fifth strings ST2 to ST5 may be located in the first area S1. have.
  • the second to fifth strings ST2 to ST5 may be connected in series.
  • the first optimizer CT1 may be connected to the second to fifth strings ST2 to ST5, and the second optimizer CT2 may be connected to the first and sixth strings ST1 and ST6, respectively. And the second optimizers CT1 and CT2 are connected by the connection part 300.
  • the length direction of the string is parallel to the column direction (y-axis direction in the drawing) of the solar cells forming an m ⁇ n matrix array. Therefore, the number of solar cells belonging to each of the strings ST1 to ST6 can be increased than in the previous embodiment.
  • the solar cells 20 may be installed in different inclination directions depending on positions even if the curved transparent substrate is formed in the same curved surface. If the solar cell is inclined in a different direction, the amount of light incident on the solar cell may be changed at a position, and thus may lower the total output power of the module.
  • the configuration of the output unit according to the case having the inclination in different directions and the arrangement relationship of the solar cell accordingly will be described.
  • the curved transparent substrate 10 having a constant curvature may have left and right symmetric shapes. Therefore, some of the solar cells disposed along the curved surface, that is, the first solar cell C1 has a first angle ⁇ a having an uphill slope in the first region S1, and in some S2, the downhill slope is It may be provided to have a second angle ⁇ b having.
  • FIG. 11 shows the arrangement of the solar cell and the output unit of FIG. 10.
  • the first solar cells and the second solar cells may be arranged together to form an m ⁇ n matrix.
  • the first solar cell C1 and the second solar cell C2 form a plurality of strings, respectively.
  • the first solar cell C1 includes a plurality of strings ST1 to the plurality of solar cells in a column direction (y-axis direction in the drawing) respectively belonging to the first region C1.
  • ST6 can be achieved.
  • Each string ST1 to ST6 may be connected to the first optimizer CT1 to configure the first output unit 100. Accordingly, a plurality of first output units 100 may be formed in the first region S1.
  • the second solar cell C2 includes a plurality of solar cells in a column direction belonging to the second region S2 to form strings ST7 to ST12, respectively.
  • the second optimizer CT2 may be connected to the ST12 to form a plurality of second output units CT2.
  • the strings ST1 to ST6 belonging to the first region S1 are positioned on the same line as the strings ST7 to ST12 belonging to the second region S2 in the y-axis direction of the drawing.
  • the first and second solar cells can form the first and second outputs together in an m ⁇ n matrix arrangement, and the optimizer can be operated for each output to be adjusted so that the output power is not lowered. It is possible to prevent the output power of the entire module from falling.
  • the solar cells arranged in the column direction constitute the first and second output parts belonging to the first region S1 and the second region S2, respectively, while the row direction (z in the figure). Along the axial direction). Therefore, the number of solar cells belonging to each string may be smaller than the total number of strings.
  • the capacity of the optimizers CT1 and CT2 of all the output units may be the same.
  • the curved transparent substrate 10 since the curved transparent substrate 10 is configured to have the same curved surface in the row direction (the x-axis direction of the drawing), the curved transparent substrate 10 may have a shape that is symmetrical with respect to the vertex.
  • the first solar cell C1 disposed in the first region S1 is installed to have an uphill slope
  • the second solar cell C2 disposed in the second region S2 is installed to have a downhill slope.
  • FIG. 13 illustrates the arrangement of the solar cell and the output unit of FIG. 12.
  • the first solar cells and the second solar cells may be arranged together to form an m ⁇ n matrix.
  • the first solar cells may be connected in a column direction to form a plurality of strings ST1 to ST3, and may be connected to the first optimizer CT1 to form the first output unit CT1. .
  • the second solar cells are also connected in the column direction to form a plurality of strings ST4 to ST6, and are connected to the second optimizer CT2 to form the second output unit CT2. can do.
  • each of the first optimizer CT1 and the second optimizer CT2 may be connected to a plurality of string sets in which strings are connected in series.
  • the number of strings respectively connected to the first optimizer CT1 and the second optimizer CT2 is the same, but the present invention may be limited to the same.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈은, 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.

Description

곡면 태양전지 모듈
본 발명은 곡면에 설치 사용하는 곡면 태양전지 모듈에 관한 것이다.
최근 석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중에서도 태양 전지는 태양 에너지로부터 전기 에너지를 생산하는 전지로서, 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없어 주목 받고 있다.
일반적인 태양 전지는 p형과 n형처럼 서로 다른 도전성 타입(conductive type)의 반도체로 이루어진 기판(substrate) 및 에미터부(emitter layer), 그리고 기판과 에미터부에 각각 연결된 전극을 구비한다. 이때, 기판과 에미터부의 계면에는 p-n 접합이 형성되어 있다.
이러한 태양 전지에 빛이 입사되면 반도체에서 복수의 전자-정공쌍이 생성되고, 생성된 전자-정공쌍은 전자와 정공으로 각각 분리되어 전자와 정공은 n형의 반도체와 p형 반도체쪽으로, 예를 들어 에미터부와 기판쪽으로 이동하고, 기판과 에미터부와 전기적으로 연결된 전극에 의해 수집되며, 이 전극들을 전선으로 연결하여 전력을 얻는다.
이와 같은 태양 전지는 출력 전력을 높이기 위해 복수 개를 하나의 모듈 형태로 패키징하여 사용되었다.
또한, 최근에는 이와 같은 태양 전지 모듈이 태양광 발전소나 가정용으로 공급되는 등 여러 형태로 소비자 욕구를 충족시켜왔다.
태양 전지 모듈 내에 설치되는 태양 전지들은 서로 직렬로 연결(일 예로, 스트링)될 수 있는데, 직렬 회로 특성상 스트링에 포함된 태양전지 하나의 출력 전류가 낮아지는 경우에 스트링의 전체 출력 전류는 가장 낮은 출력 전류값으로 수렴하게 된다. 이 같은 경우, 태양 전지 모듈의 출력 전류값이 최소값으로 수렴하여, 모듈 전체의 출력이 낮아지는 문제가 발생한다.
한편, 태양 전지 모듈이 곡면 형상을 가지는 자동차 지붕이나 비행기 날개, 건축물의 외관 등에 사용되는 경우, 태양 전지 모듈도 설치 장소에 맞춰 곡면을 갖도록 설치가 된다.
그런데, 이 같은 경우 곡면 자체의 형상으로 인하여, 태양전지의 설치 각도가 달라져 태양전지가 발전하는 전류의 값이 위치에 따라 달라질 수 밖에 없고, 결과적으로 태양전지 모듈의 출력이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 이 같은 기술적 배경에서 창안된 것으로, 곡면을 따라 배치된 태양전지들의 출력을 효율적으로 관리해 곡면 태양전지 모듈의 전체 출력을 향상하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈은, 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예예 따른 곡면 태양전지 모듈은 제1 영역과 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판, 상기 제1 영역에서 상기 곡면을 따라 제1 방향의 경사를 갖도록 배치된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부, 상기 제2 영역에서 상기 제1 방향과 다른 제2 방향의 경사를 갖도록 배치된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부, 상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 스트링들은 영역별로 나눠져 출력 전력을 조절하는 옵티마이저에 연결돼 출력부를 구성하고 있다. 따라서, 태양전지들은 m×n 행렬 배열을 이루고 있음에도 태양전지의 경사 각도가 다른 영역별로 출력 전력을 조절할 수가 있고, 결과적으로 전체 모듈의 출력 전력을 효과적으로 조절할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 모습을 예시하는 도면이다.
도 2는 곡면 태양전지 모듈을 구성하는 투명 기판을 보여주는 도면이다.
도 3은 곡면 태양전지 모듈을 열 방향에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습과, 태양의 위치에 따라 곡면 태양전지 모듈에 입사되는 빛의 진행 방향을 설명하는 도면이다.
도 4는 영역에 따른 태양전지의 경사를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지의 배치와 그에 따른 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 6은 도 6에서 제1 영역이 복수 개로 분할되는 구성을 설명하는 도면이다.
도 7은 곡면 태양전지 모듈을 행 방향에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습을 설명하는 도면이다.
도 8은 도 7에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
도 9 및 도 10은 열 방향에서 경사 방향이 다르게 배치된 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 12는 행 방향에서 경사 방향이 다르게 배치된 태양전지를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 12에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 간단히 하거나 생략될 수 있다. 또한, 도면에서 도시하고 있는 다양한 실시예들은 예시적으로 제시된 것이고, 설명의 편의를 위해 실제와 다르게 구성 요소를 단순화해 도시한다.
이하의 상세한 설명에서는 실시예에 따라 차이가 없는 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면번호를 붙이고 그 설명은 반복하지 않는다.
이하의 실시예 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 실시예를 설명하나, 건축물의 지붕과 같은 외관, 비행기의 몸체 등에 설치 사용될 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈이 자동차의 지붕에 설치된 모습을 예시하며, 이중 도 2는 곡면 태양전지 모듈을 구성하는 투명 기판을 보여준다. 그리고, 도 3은 곡면 태양전지 모듈을 열방향(도면의 y축 방향)에서 절단해 태양전지들이 배치된 모습과, 태양의 위치에 따라 곡면 태양전지 모듈에 입사되는 빛의 진행 방향을 설명하며, 도 4는 영역에 따른 태양전지의 경사를 설명하는 도면이다.
이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 곡면을 갖는 자동차의 지붕에 설치돼, 자동차의 운행에 필요한 전기를 생산하도록 구성될 수 있다.
요즘의 자동차들은 공기 저항을 줄이고 디자인을 좋게 하기 위해 곡면을 많이 사용해 자동차를 설계한다. 자동차의 지붕 경우도 꼭대기 부분이 위로 볼록한 형상을 일반적으로 가지며, 차체와 연결되는 부분은 다른 부분보다 큰 곡면을 갖도록 형성되기도 한다.
본 발명의 일 실시예예 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 이런 지붕의 형상에 대응하기 위해서, 적어도 2개의 다른 곡면을 갖도록 형성되어야 한다. 때문에, 곡면 태양전지 모듈(1) 특히, 외관을 이루는 투명 기판(10)의 곡면 형태는 장착되는 대상물에 따라 곡률 반경, 곡면의 형상 등이 다양하게 변형될 수 있다.
실시예에서, 태양전지들(20)은 지붕에 많은 수가 배치될 수 있게, 열과 행을 이루는 m×n 행렬 배열(m과 n은 자연수)을 이룰 수 있다. 태양전지들(20) 사이의 연결은 스트링 내에서만 서로 물리적으로 연결되도록 구성되는데, 이에 대해서는 자세히 후술된다. 여기서 열은 제1 방향, 행은 제2 방향이라 하면, 자동차의 지붕은 열이 행보다는 긴 대략 직사각형 형상을 가지고 있으므로, 이에 맞춰 태양전지들도 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 태양전지들은 1열 기준으로 제1 방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들의 개수가 1행 기준으로 제2 방향(도면의 x축 방향)으로 배열된 태양전지의 개수보다 많게 배치되는 것이 바람직할 수 있다.
투명 기판(10)은 자동차의 길이 방향(도면의 y축 방향으로, 이하 제1 방향이라 함)이 자동차의 폭 방향(도면의 x축 방향으로, 이하 제2 방향이라 함)보다 긴 대략 직사각형 형상을 가질 수 있다.
또한, 투명 기판(10)은 전체적으로 지면(100)에 대해 위로 블록한 라운드진 형상을 가질 수 있으며, 특히 위치에 따라 곡률(또는 곡면)이 다르게 형성될 수 있다.
도시된 바처럼, 자동차의 지붕 형상에 대응할 수 있도록 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 영역(S1)보다 큰 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)으로 나눠질 수가 있다. 이에, 제1 영역(S1)에서 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 곡면(10a)으로 구성되고, 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 갖는 제2 곡면(10b)으로 구성될 수가 있다. 여기서, 제2 곡면(10b)은 제1 곡면(10a)과 곡률이 다르기 때문에 다른 경사를 갖도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 곡면(10b)의 곡률이 크다면 제1 곡면(10a)보다 가파른 경사를 가질 수 있고, 곡률이 작다면 제1 곡면(10a)보다 작은 경사를 가질 수 있다.
바람직한 한 형태에서, 제2 영역(S2)은 지붕이 차체와 연결되는 투명 기판(10)의 측면부를 포함하는 가장자리 영역일 수 있고, 제1 영역(S1)은 제2 영역(S2)사이의 중앙 영역일 수 있다. 여기서, 투명 기판(10)의 영역 구분은 곡률에 따른 이론적 분류이기 때문에, 도면에서 예시하는 바처럼 구획되지 않을 수도 있다. 도면에서 예시하는 바는 일 예들을 설명할 뿐이다. 따라서, 도면에서 예시한 제1 영역(S1)은 반드시 투명 기판(10)의 중앙에 해당하고, 제2 영역(S2)은 투명 기판(10)의 가장자리에 해당하지 않을 수 있다.
태양전지들(20)은 투명 기판(10)의 곡면에 맞춰 배열이 되므로, 영역에 따라 기울어진 경사가 다를 수 있다. 도 4를 참조하면, 제1 영역(S1)에 배치되는 제1 태양전지들(C1)은 투명 기판(10)의 곡률이 작아 평면에 수렴한다 가정할 수 있어, 지면(100)에 대해 평행할 수가 있다. 이와 비교해서, 제1 영역(S1)보다 곡률이 큰, 또는 큰 곡면을 갖는 제2 영역(S2)에 배치되는 제2 태양전지들(C2)은 제1 태양전지들(C1)보다 지면(100)에 대해 경사지도록 설치될 수가 있다.
제2 영역(S2)에서, 투명 기판(10)은 투명기판(10)의 곡면에 맞춰 지면(100)에 대해 경사지게 위치하므로, 제2 태양전지(C2)는 지면(100)에 대해 제1 각도(θ1)만큼 기울어져 위치할 수가 있다. 또한, 제2 영역(S2)의 경사 각도는 다를 수 있다. 즉, 차량의 전면에 가깝게 위치하는 제2 영역(S2)과 차량의 뒤쪽에 가깝게 위치하는 제2 영역(S2)의 경사각도를 각각 제1 각도(θa)와 제2 각도(θb)라고 하면, 제1 각도(θa)와 제2 각도(θb)는 서로 다를 수가 있다.
여기서, 제1 및 제2 태양전지(C1, C2)는 m×n 행렬 배열된 태양전지들 중 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에 속한 태양전지들을 구분하기 위해서 사용된다. 즉, 제1 태양전지(C1)는 곡률이 작은 영역에 배치되는 태양전지들, 그리고 제2 태양전지(C2)는 제1 태양전지(C1)보다 곡률이 큰 영역에 위치해 제1 태양전지(C1)보다 경사지게 배치된 태양전지를 말한다.
태양전지들(20)은 이처럼 위치에 따라 경사각이 다르게 설치되기 때문에, 태양전지로 입사되는 빛의 양이 다를 수 있다.
도 3을 참조하면, (A) 지점에서 빛은 제1 내지 제3 경로(A1∼A3)를 통해 곡면 태양전지 모듈(1)로 입사된다고 가정한다. 여기서, 제1 경로(A1)는 제1 영역(S1)에 실질적으로 수직한 경로를 말하며, 제2 및 제3 경로(A2, A3)는 제1 영역(S1)의 양측에 위치하는 제2 영역(S1)으로 하는 빛의 경로를 말한다.
(A) 지점에서 제1 경로(A1)로 진행한 빛은 제1 태양전지(C1)에 수직하게 입사되는 반면, 제2 태양전지(C2)는 기울어져 배치되어 있기 때문에 빛이 비스듬하게 입사가 될 수 있다. 때문에, 제1 태양전지(C1)에 입사되는 빛이 제2 태양전지(C2)에 입사되는 빛보다 많을 수 있다.
(B) 지점에서, 빛은 제1 내지 제3 경로(B1∼B3)를 통해 곡면 태양전지 모듈(1)로 입사가 된다고 가정한다. 여기서, 제1 경로(B1)는 제1 영역(C1)을 바로 향하는 빛의 경로이며, 제2 및 제3 경로(B2, B3)는 각각 제2 영역(S2) 및 제3 영역(S3)을 각각 향하는 빛의 경로를 나타낸다. 제1 태양전지(C1)는 제1 내지 제3 경로(B1∼B3)로 진행한 빛이 도달하는 반면에, 제2 태양전지(C2)는 경사로 인해 일부 빛이 제대로 도달하지 못한다. 때문에, 제1 태양전지(C1)에 입사되는 빛이 제2 태양전지(C2)에 입사되는 빛보다 많을 수 있다.
유사하게, (C) 지점에서도 빛은 경사가 없는 제1 태양전지(C1)보다 경사지게 배치된 제2태양전지(C2)에 적게 입사될 수 밖에 없다.
빛이 이처럼 태양전지(C1∼C3)에 입사하면, 제2 태양전지(C2)에서 출력되는 전류값은 제1 태양전지(C1)에서 출력되는 전류값보다 작고, 출력 전류값의 편차로 인하여, 직렬 회로의 특성에 의해 최저 출력 전류값으로 모듈의 출력 전류가 결정되어, 곡면 태양전지 모듈(1)의 효율이 떨어질 수 있다.
이 같은 문제점을 방지하기 위해서, 실시예들의 곡면 태양전지 모듈(1)은 태양전지(C1, C2) 별로 출력을 제어하도록 구성된다. 이에 대해서 첨부한 도면을 통해 자세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈의 태양전지 배치와 그에 따른 출력부의 구성을 설명하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 곡면 태양전지 모듈(1)은 제1 영역(S1)에서 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들(C1)과, 상기 제1 태양전지들(C1)에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저(CT1)를 포함하는 제1 출력부(100), 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들(C2)과, 상기 제2 태양전지들(C2)에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저(CT2)를 포함하는 제2 출력부(200)를 포함한다.
옵티마이저(optimizer; CT1, CT2)는 연결된 스트링에서 발전해 입력되는 전력을 주기적으로 모니터링하여 과거 주기보다 현재 주기의 입력 전력이 떨어지는 경우에 현재 주기의 전력을 능동적으로 높이도록 동작한다. 이러한 옵티마이저(CT1, CT2)는 일 예로, 벅 컨버터(buck converter) 회로를 포함해 구성되며, 입력 전력이 떨어지면 컨버터의 듀티(duty)를 변동시켜 MPPT를 찾아 전압(V)은 감소시키는 한편, 전류(I)를 상승시켜 입력 전력이 떨어지는 것을 방지한다.
도 5에서, 태양전지들(20)은 행 방향(도면의 z축 방향)에서 서로 직렬 연결되어 제1 내지 제10 스트링(ST1∼ST10)을 이루고 있으며, 전체적으로는 m×n 행렬 배열을 이루고 있다.
여기서, 태양전지들은 열방향(도면의 y축 방향)으로 연결되기 보다는 행방향(도면의 z축 방향)으로 연결되는 것이 바람직하다. 이렇게 태양전지들을 연결시켜 제1 내지 제10 스트링(ST1∼ST10)을 배치함으로써, 영역(S1, S2)에 따라 태양전지들의 출력을 개별적으로 조절할 수가 있다.
즉, 열방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들을 연결시켜 스트링을 구성하게 되며, 스트링에 속한 일부는 제2 영역(S2)에 위치하고, 일부는 제1 영역(S1)에 위치하게 된다. 때문에, 영역별(S1, S2)로 태양전지를 출력 제어하는 것이 사실상 불가능하다. 그러나, 이 실시예와 같이 태양전지들이 행방향(도면의 z축 방향)으로 연결되면, 스트링이 하나의 영역에만 위치할 수가 있어 영역별(S1, S2)로 태양전지의 전력을 제어하는 것이 가능하다.
이처럼 이 실시예에서는 행방향(도면의 z축 방향)으로 태양전지를 연결해 스트링을 구성하다 보니, m×n 행렬 배열된 태양전지들에서 스트링에 속한 태양전지의 개수가 스트링의 개수보다 적을 수 있다.
한편, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)은 각각 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)에 의해 형성되므로, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에 속한 태양전지들(C2)은 소정의 경사각도(θ1)를 갖도록 설치된다. 그리고, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)은 제1 영역(S1)에 배치된 제1 태양전지(C1)에 의해 형성되므로, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)에 속한 태양전지들(C1)은 경사 없이 설치될 수가 있다. 여기서, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)은 서로 직렬 연결될 수가 있다.
따라서, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10) 각각에서 발전해 출력되는 전력의 크기는 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10) 각각에서 발전해 출력되는 전력보다 작을 수가 있으나, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)과 별개로 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에서 출력되는 전력을 관리해, 곡면 태양전지 모듈(1)의 전체 출력 전력이 떨어지는 것을 방지한다.
이를 위해, 제1 스트링(ST1)과 제10 스트링(ST10)에는 각각 제2 옵티마이저(CT1)가 연결되어 제2 출력부(200)를 형성하고, 제2 내지 제9 스트링(ST1∼ST10)과는 제1 제어기(CT1)가 연결되어 제1 출력부(100)를 형성할 수 있다.
제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)는 연결부(300)에 의해 직렬, 또는 병렬로 연결될 수가 있다.
이와 같이, 이 실시예의 곡면 태양전지 모듈(1)은 영역별로 태양전지 모듈이 독립적으로 발전하고, 제어기의 제어에 의해 출력되는 전력이 조절될 수 있도록 구성된다. 때문에, 발전량의 변동이 심한 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)에 의해 모듈 전체의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
제1 옵티마이저(CT1)는 제1 스트링(ST1) 또는 제10 스트링(ST1)에서 출력되는 전력을 주기적으로 모니터링하여 과거 주기보다 현재 주기의 입력 전력이 떨어지는 경우에 현재 주기의 전력을 능동적으로 높여 제2 옵티마이저(CT2)로 연결부(300)를 통해 입력해 곡면 태양전지 모듈의 전체 출력 전력이 제1 및 제10 스트링(ST1, ST2)에 의해 떨어지는 것을 조절한다.
한편, 제1 옵티마이저(CT1)에 연결된 태양전지의 개수는 제2 옵티마이저(CT2)에 연결된 태양전지의 개수보다 많을 수 있다. 이에, 상기 제1 옵티마이저(CT1)의 처리 용량은 상기 제2 옵티마이저(CT2)의 처리 용량보다 큰 것이 바람직할 수가 있다. 여기서 처리 용량이 크다는 것은 입력 값과 출력 값의 최대치가 크다는 것을 의미한다. 일 예로, 제1 옵티마이저(CT1)에 입력되는 전압과 전류의 크기는 제2 옵티마이저(CT2)보다 크며, 또한 출력되는 전압과 전류 역시 제2 옵티마이저(CT2)보다 클 수가 있다.
한편, 도 5에서 설명하는 곡면 태양전지 모듈(1)에서 제1 영역(S1)은 하나의 영역으로 구성되는 것으로 설명하였으나, 복수의 영역으로 형성해, 제1 영역(S1)에 배치된 태양전지들의 출력 전력을 더 효과적으로 관리할 수 있다.
도 6은 제1 영역(S1)이 제11 영역과 제12 영역으로 분할 형성되는 것을 예시하는 도면이다.
도 6에서, 제1 영역(S1)은 제11 영역(S11)과 제12 영역(12)로 더 분할 될 수가 있다. 여기서, 제11 영역(S11)과 제12 영역(S12)은 동일한 면적을 가지거나 다를 수 있으며, 영역의 분할은 행 방향(도면의 z축 방향)을 따라 분할되는 것이 바람직하다. 또한, 제11 영역(S11)과 제12 영역(S12)에 배치되는 태양전지들은 동일한 경사각도를 갖거나, 다른 경사각도를 갖도록 설치된 것일 수 있다.
또한, 제1 출력부(CT1)는 분할된 영역에 맞춰 제11 출력부(CT11)와 제12 출력부(CT12)를 포함해 구성되어, 분할된 영역(S11, S12)별로 출력 전력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
제11 영역(S11)에서 제2 내지 제5 스트링(ST2∼ST5)은 스트링 세트를 이뤄 직렬 연결되며, 제11 옵티마이저(CT11)가 연결되어 제11 출력부(100a)를 구성한다. 그리고 제12 영역(S12)에서 제6 내지 제9 스트링(ST6∼ST9)도 스트링 세트를 이뤄 직렬 연결되며, 제12 옵티마이저(CT12)와 연결되어 제12 출력부(100b)를 구성한다.
복수의 제어기(CT2, CT11, CT12)는 연결부(300)에 의해 서로 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제11 제어기(CT11), 제12 제어기(CT12) 그리고 제2 제어기(CT1)의 처리 용량은 각 제어기에 연결된 스트링의 개수에 따라 그 처리 용량이 결정될 수가 있다. 스트링의 개수가 작아짐에 따라 처리 용량의 크기도 작아지고, 스트링의 개수가 커지면 처리 용량의 크기도 커질 수 있다.
이 실시예의 곡면 태양전지 모듈(1)에서 태양전지들은 m×n 행렬 배열을 이루고 있지만, 제11 영역(S11), 제12 영역(S12), 제2 영역(S2)으로 나눠 각각 발전하며, 일부 영역의 발전 전력이 떨어지더라도 제어기가 동작해 떨어진 전력을 보상하기 때문에 모듈 전체의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 곡면의 투명 기판(10)이 도면의 y축 방향으로 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)을 포함하는 경우에 대한 태양전지의 배치 및 출력부의 구성을 설명하였다.
이하, 곡면의 투명 기판(10)이 도면의 x축 방향으로 제1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)을 포함하는 경우에 대한 실시예를 설명한다.
도 7에서 예시하는 바처럼, 투명 기판(10)은 도면의 x축 방향에서 1 곡률을 갖는 제1 영역(S1)과 제1 영역(S1)보다 큰 제2 곡률을 갖는 제2 영역(S2)으로 나눠질 수가 있다. 이에, 제1 영역(S1)에서 투명 기판(10)은 제1 곡률을 갖는 제1 곡면(10a)으로 구성되고, 제2 영역(S2)에서 제2 곡률을 갖는 제2 곡면(10b)으로 구성될 수가 있다.
또한, 제1 곡면 및 제2 곡면을 따라 배치되는 태양전지들은 제1 경사를 갖는 제1 태양전지(C1), 제1 경사보다 큰 제2 경사를 갖는 제2 태양전지(C2)를 포함할 수가 잇다.
이에 따른 태양전지의 배치 및 출력부의 구성을 도 8을 참조로 설명한다.
도 8에서, 서로 다른 경사를 갖는 제1 태양전지들(C1) 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치된다. 여기서, 스트링(ST1∼ST6)의 길이 방향을 따라서 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)이 구획될 수 있다. 이와 같이 제1 영역과 제2 영역을 구획함으로써 스트링이 제1 또는 제2 영역 중 하나에만 위치할 수가 있다.
제1 영역(S1)에 위치하는 제1 태양전지들(C1)과 제2 영역(S2)에 위치하는 제2 태양전지들(C2)은 함께 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수 있다. 이 중 제1 스트링(ST1)과 제6 스트링(ST6)은 제2 영역(S2)에 위치할 수 있고, 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)은 제1 영역(S1)에 위치할 수가 있다. 여기서, 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)은 직렬 연결될 수가 있다.
제1 옵티마이저(CT1)은 제2 내지 제 5 스트링(ST2∼ST5)에 연결되며, 제2 옵티마이저(CT2)는 제1 및 제6 스트링(ST1, ST6)에 각각 연결될 수 있고, 제1 및 제2 옵티마이저(CT1, CT2)는 연결부(300)에 의해 연결된 구성을 갖는다.
이 실시예에서는 스트링의 길이 방향이 m×n 행렬 배열을 이루고 있는 태양전지들의 열 방향(도면의 y축 방향)과 나란하고 있다. 때문에, 각 스트링(ST1∼ ST6)에 속한 태양전지의 개수를 이전의 실시예보다 늘릴 수가 있다.
또한, 태양전지들(20)은 곡면의 투명 기판이 동일한 곡면으로 형성되더라도 위치에 따라 경사 방향이 다르게 설치될 수가 있다. 태양전지의 경사 방향이 다르면 태양전지로 입사되는 빛의 양이 위치에 달라질 수가 있고, 결국 모듈의 전체 출력 전력을 떨어트릴 수가 있다. 이하에서는 서로 다른 방향의 경사를 갖는 경우에 따른 출력부의 구성과 이에 따른 태양전지의 배치 관계를 설명한다.
먼저, 도 9 및 도 10을 참조하면, 곡률이 일정한 곡면의 투명 기판(10)은 정점을 기준으로 좌, 우 대칭하는 모양을 가질 수 있다. 때문에, 곡면을 따라 배치되는 태양전지들 중 일부, 즉 제1 태양전지(C1)는 제1 영역(S1)에서 오르막 경사를 갖는 제1 각도(θa)를 가지며, 일부(S2)에서는 내리막 경사를 갖는 제2 각도(θb)를 가지도록 설치될 수가 있다.
도 11은 도 10에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여준다.
도 11을 참조하면, 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수가 있다.
제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에서 제1 태양전지(C1)과 제2 태양전지(C2)는 각각 복수의 스트링을 이루고 있다. 제1 영역(S1)에서, 제1 태양전지(C1)는 제1 영역(C1)에 속한 열 방향(도면의 y축 방향)의 복수 개 태양전지들이 각각 개별적으로 연결되어 복수 개의 스트링(ST1∼ST6)을 이룰 수 있다. 그리고, 각 스트링(ST1∼ST6)은 제1 옵티마이저(CT1)와 연결되어 제1 출력부(100)를 구성할 수가 있다. 이에 따라, 제1 영역(S1)으로는 복수의 제1 출력부(100)가 형성될 수가 있다.
또한, 제2 영역(S2)에서, 제2 태양전지(C2)는 제2 영역(S2)에 속한 열 방향의 복수 개 태양전지들이 각각 모여 스트링(ST7∼ST12)을 이루고, 각 스트링(ST7∼ST12)에 제2 옵티마이져(CT2)가 연결되어 복수의 제2 출력부(CT2)를 이룰 수 있다.
이에 제1 영역(S1)에 속한 스트링들(ST1∼ST6)은 제2 영역(S2)에 속한 스트링들(ST7∼ST12)과 도면의 y축 방향에서 동일한 선 상에 위치하게 된다.
따라서, 제1 및 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루면서 제1 및 제2 출력부를 구성할 수가 있고, 각 출력부마다 옵티마이저가 동작해 출력 전력이 낮아지지 않도록 조정될 수가 있고, 결과적으로 전체 모듈의 출력 전력이 떨어지는 것을 방지할 수가 있다.
여기서, 열 방향(도면의 y축 방향)으로 배열된 태양전지들이 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)에 속해 제1 및 제2 출력부를 각각 구성하는 한편, 행 방향(도면의 z축 방향)을 따라서는 복수의 출력부가 구성된다. 때문에, 스트링의 총 개수보다 각 스트링에 속한 태양전지의 개수가 작을 수 있다. 또한 각 옵티마이저(CT1, CT2)에 연결된 태양전지의 개수는 각 출력부마다 동일하므로, 모든 출력부의 옵티마이저(CT1, CT2) 용량은 동일할 수가 있다.
이상의 실시예는 곡면의 투명 기판(10)을 열 방향(도면의 y축 방향)으로 배치된 태양전지의 경사 방향이 다른 경우에 대한 실시예를 설명하였다. 이하, 행 방향(도면의 x축 방향)으로 배치된 태양전지의 경사 방향이 다른 경우에 대한 실시예를 도 12 및 도 13을 참조로 설명한다.
도 12에서, 곡면의 투명 기판(10)은 행 방향(도면의 x축 방향)으로 동일한 곡면을 갖도록 구성되므로, 정점을 기준으로 좌, 우 대칭하는 모양을 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(S1)에 배치된 제1 태양전지(C1)는 오르막 경사를 갖도록 설치되고, 제2 영역(S2)에 배치된 제2 태양전지(C2)는 내리막 경사를 갖도록 설치되 수가 있다.
도 13은 도 12에 따른 태양전지의 배치와 출력부의 구성을 보여준다.
도 13에서, 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치될 수가 있다.
제1 영역(S1)에서 제1 태양전지들은 열 방향으로 연결되어 복수의 스트링(ST1∼ST3)을 이루며 또한 제1 옵티마이저(CT1)에 연결되어 제1 출력부(CT1)를 구성할 수 있다. 그리고, 제2 영역(S2)에서 제2 태양전지들도 열 방향으로 연결되어 복수의 스트링(ST4∼ST6)을 이루며 또한 제2 옵티마이저(CT2)에 연결되어 제2 출력부(CT2)를 구성할 수 있다.
이에 따르면, 제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)는 각각 스트링이 직렬 연결된 복수의 스트링 세트에 연결될 수 이다. 한편 도 13에서는 제1 옵티마이저(CT1)와 제2 옵티마이저(CT2)에 각각 연결되는 스트링의 개수가 동일한 것을 예시하나, 이에 한정되는 것은 다를 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 곡률을 갖는 제1 영역과 상기 제1 곡률과 다른 제2 곡률을 갖는 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판;
    상기 제1 영역에서 상기 제1 곡률을 따라 배치되어 제1 경사를 가지며 서로 연결된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부;
    상기 제2 영역에서 상기 제2 곡률을 따라 배치되어 상기 제1 경사와 다른 제2 경사를 가지며 서로 전기적으로 연결된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부; 및
    상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부;
    를 포함하는 곡면 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 곡률이 상기 제1 곡률보다 큰 곡면 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들에 대한 상기 제2 태양전지들의 기울어짐이 큰 곡면 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 옵티마이저에 연결된 상기 제1 태양전지들의 개수는 상기 제2 옵티마이저에 연결된 제2 태양전지들의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 옵티마이저의 처리 용량은 상기 제2 옵티마이저의 처리 용량보다 큰 곡면 태양전지 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 스트링의 길이 방향을 따라 상기 곡면의 투명 기판을 구획한 것인 곡면 태양전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 배치된 총 스트링의 개수는 각 스트링에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 상기 스트링의 개수는 상기 제2 영역에 배치된 스트링의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 스트링은 서로 직렬 연결된 복수의 스트링들을 포함하고,
    상기 복수의 스트링들은 단수의 상기 제1 옵티마이저에 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역에 배치된 스트링은 적어도 2 이상이 직렬 연결된 스트링 세트를 복수 개 포함하고,
    상기 제1 옵티마이저는 상기 복수의 스트링 세트에 각각 연결된 복수의 옵티마이저들을 포함하는 곡면 태양전지 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 상기 제1 및 제2 옵티마이저에 의해서만 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치되고,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역에 배치된 총 스트링의 개수는 각 스트링에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 작은 곡면 태양전지 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 곡면의 투명 기판의 측면부를 포함하는 가장자리 영역인 곡면 태양전지 모듈.
  14. 제1 영역과 상기 제1 영역과 다른 제2 영역을 포함하는 곡면의 투명 기판;
    상기 제1 영역에서 상기 곡면을 따라 제1 방향의 경사를 갖도록 배치된 제1 태양전지들과, 상기 제1 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제1 옵티마이저를 포함하는 제1 출력부;
    상기 제2 영역에서 상기 제1 방향과 다른 제2 방향의 경사를 갖도록 배치된 제2 태양전지들과, 상기 제2 태양전지들에 연결되어 이들의 출력 전력을 조절하는 제2 옵티마이저를 포함하는 제2 출력부; 및
    상기 제1 출력부와 상기 제2 출력부 사이를 연결하는 연결부;
    를 포함하는 곡면 태양전지 모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 함께 m×n 행렬 배열을 이루도록 배치된 곡면 태양전지 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 태양전지들과 상기 제2 태양전지들은 각각 서로 직렬 연결된 적어도 2 이상의 스트링을 이루고,
    상기 적어도 2 이상의 스트링은 단수의 상기 제1 및 제2 옵티마이저에 각각 연결된 곡면 태양전지 모듈.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은 상기 스트링의 길이 방향과 교차하는 방향으로 상기 곡면의 투명 기판을 구획한 것인 곡면 태양전지 모듈.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 영역에 위치한 상기 제1 출력부와 상기 제2 영역에 위치한 상기 제2 출력부는 각각 복수 개로 이뤄진 곡면 태양전지 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 태양전지들은 각각 해당 제1 또는 제2 출력부에서 직렬 연결되어 스트링을 이루며,
    상기 스트링의 길이 방향에서, 상기 제1 영역에 배치된 스트링과 상기 제2 영역에 배치된 스트링은 동일 선 상에 위치하는 곡면 태양전지 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 스트링의 총 개수는 상기 스트링에 속한 제1 또는 제2 태양전지의 개수보다 많은 곡면 태양전지 모듈.
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