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KR101437909B1 - 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈 - Google Patents

캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈 Download PDF

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KR101437909B1
KR101437909B1 KR1020120120219A KR20120120219A KR101437909B1 KR 101437909 B1 KR101437909 B1 KR 101437909B1 KR 1020120120219 A KR1020120120219 A KR 1020120120219A KR 20120120219 A KR20120120219 A KR 20120120219A KR 101437909 B1 KR101437909 B1 KR 101437909B1
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Abstract

본 발명은 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 캐리어 상부에 구비되어 캐리어를 밀폐시키며, 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 태양전지로 2차적으로 집광함과 동시에 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광에 의한 캐리어(또는 리시버)의 손상을 방지할 수 있는 2차 광학 구성요소와 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈에 관한 것이다.

Description

캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈{SECONDARY OPTICAL ELEMENT HAVING FACILITY PROTECTING CARRIER AND CONCENTRATING PHOTOVOLTAIC MODULE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 캐리어 상부에 구비되어 캐리어를 밀폐시키며, 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 태양전지로 2차적으로 집광함과 동시에 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광에 의한 캐리어(또는 리시버)의 손상을 방지할 수 있는 2차 광학 구성요소와 이를 구비하는 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.
이러한 다중접합 태양전지를 이용한 집광형 태양전지모듈은 태양전지, 태양광을 1차적으로 집광시키는 1차 렌즈, 상기 1차 렌즈로부터 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광시키는 2차 렌즈로 구성되며, 태양전지는 회로기판 등의 캐리어(carrier) 또는 리시버(receiver)에 장착된다.
그러나, 이러한 집광형 태양전지모듈에 사용되는 다중접합 태양전지의 효율 및 제품수명은 수분에 매우 취약하므로 효율을 향상시키고 제품수명을 연장시키기 위하여 태양전지를 밀폐시킬(sealing) 필요가 있으며, 이를 위해 종래에는 다중접합 태양전지를 셀마운트 또는 리시버에 장착시 실리콘을 도포하여 밀폐시키는 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 실리콘으로 태양전지를 도포하여 밀폐시키는 것은 실리콘 재료의 낮은 열전도 특성으로 인해 집광에 의해 태양전지에서 발생하는 열을 방열시키는데 문제가 있으며, 이러한 문제는 태양전지의 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다. 또한, 실리콘은 태양광의 자외선에 장기간 노출시 입사 태양광의 투과효율이 현저히 떨어지는 문제가 있으며, 이로 인해 태양전지로 전달되는 광이 감소하게 되어 태양광 발전 장치의 효율이 감소하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 종래의 집광형 태양전지모듈은 태양전지가 구비된 리시버를 덮어 밀폐시키는 리시버하우징을 별도로 더 포함하여 구성되기도 하는데, 이와 같이 태양전지를 밀폐시키기 위한 구성이 더 구비되면 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 제조공정이 복잡해지는 문제가 있다.
한편, 집광형 태양전지모듈은 지지프레임에 다수의 태양전지를 어레이 형태로 구성하여 이루어지며, 태양전지의 효율을 향상시키기 위하여 모듈이 태양과 직교한 상태를 유지하도록 하는 트래킹 장치를 필요로 한다. 따라서 이러한 집광형 태양전지모듈의 설계는 태양과 직교한 상태를 유지하여 1차 렌즈로 태양광이 수직한 상태로 입사된다는 조건하에 1차 렌즈로 수직하게 입사하는 태양광이 2차 렌즈를 통하여 태양전지로 집광되도록 이루어지게 되는데, 모듈의 제조 오차, 트래킹 장치의 오차 등의 여러 원인에 의하여 1차 렌즈로 수직하게 입사하지 않는 태양광이 존재하게 되며, 이러한 태양광은 태양전지로 집광되지 않고 모듈 내의 각종 부품에 집광되어 부품의 손상을 초래하는 문제를 발생시킨다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캐리어 상부에 구비되어 캐리어를 밀폐시키며, 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 태양전지로 2차적으로 집광함과 동시에 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광에 의한 부품 특히, 캐리어(또는 리시버)의 손상을 방지할 수 있는 2차 광학 구성요소와 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은 자체로 강성(stiffness)를 가지면서도 제조 및 조립이 용이한 모듈에 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소를 쉽게 결합시킬 수 있는 집광형 태양전지모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 캐리어 보호기능을 갖는 2차광학구성요소는 1차 광학 구성요소(primary optical element)에서 집광된 광을 캐리어(carrier)에 구비된 태양전지(solar cell)로 2차적으로 집광하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소(secondary optical element)에 있어서, 상기 캐리어를 덮어 밀폐시키는 커버부; 상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 2차적으로 집광하는 2차렌즈부; 및 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사된 광 중 상기 2차렌즈부로 입사되지 않는 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하도록 직접 입사되는 광을 반사 또는 전반사시키는 내측면;을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈은 프레임(frame); 태양전지(solar cell)가 구비되는 캐리어(carrier); 상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 1차적으로 집광하는 1차 광학 구성요소(primary optical element); 및 상기 캐리어 상부에 구비되어 상기 캐리어를 밀폐시키며, 상기 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광하며, 상기 1차 광학 구성요소에서 집광된 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하는 2차 광학 구성요소;를 포함한다.
여기서, 상기 2차 광학 구성요소는, 상기 캐리어를 덮어 밀폐시키는 커버부; 상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 2차적으로 집광하는 2차렌즈부; 및 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사된 광 중 상기 2차렌즈부로 입사되지 않는 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하도록 직접 입사되는 광을 반사 또는 전반사시키는 내측면;을 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 2차 광학 구성요소와 집광형 태양발전모듈에 의하면, 캐리어(또는 리시버)를 밀폐시키기 위한 별도로 구성이 필요 없기 때문에 모듈의 전체적인 구성을 간단히 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 2차 광학 구성요소와 집광형 태양전지모듈에 의하면, 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광이 태양전지로 집광되지 않고 모듈의 각종 부품에 집광됨으로써 발생하는 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 특히 캐리어(또는 리시버)의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈에 의하면, 자체로 강성(stiffness)를 가지면서도 제조 및 조립이 용이한 모듈에 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소를 쉽게 결합시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 집광형 태양전지모듈의 가로방향의 부분 수직단면도이고,
도 3은 도 1에 따른 집광형 태양전지모듈의 세로방향의 부분 수직단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈의 하부플레이트에 캐리어가 배열된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 5는 도 2의 'A' 부분 확대도이고,
도 6은 도 2의 'B' 부분 확대도이고,
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 와이어커버를 나타내는 사시도이고,
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어프레임을 나타내는 사시도이고,
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 2차 광학 구성요소의 단면도이고,
도 10은 조건1 및 조건2를 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차 광학 구성요소의 단면도이다.
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.
또한, 첨부 도면에서 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.
한편, 본 명세서에서 '세로방향' 및 '가로방향'과 같은 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향을 기준으로 구성들간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 발명은 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 발명은 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 2차 광학 구성요소는 캐리어 상부에 구비되어 캐리어를 밀폐시키며, 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 태양전지로 2차적으로 집광함과 동시에 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광에 의한 캐리어(또는 리시버)의 손상을 방지하는 캐리어 보호기능을 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 집광형 태양전지모듈의 가로방향의 부분 수직단면도이고, 도 3은 도 1에 따른 집광형 태양전지모듈의 세로방향의 부분 수직단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 측면플레이트와 하부플레이트(30)로 이루어지는 프레임, 상부에 태양전지(solar cell)(11)가 구비되며 하부플레이트(30) 상부에 소정간격으로 구비되는 캐리어(carrier)(12), 프레임 상부에 구비되어 입사된 태양광을 태양전지(11)로 1차적으로 집광하는 1차 광학 구성요소(Primary Optical Element, POE)(20), 1차광학구성요소(20)와 태양전지(11) 사이에 구비되어 1차광학구성요소(20)에서 집광된 광을 태양전지(11)로 2차적으로 집광하는 2차 광학 구성요소(Secondary Optical Element, SOE)(100)를 포함하여 이루어질 수 있다.
프레임은 길이방향(또는 세로방향)으로 길게 이루어지며, 자체로 강성(stiffness)을 가지도록 구비되며, 측면플레이트와 하부플레이트(30)로 이루어져 상방이 개구된 형태로 이루어질 수 있다.
측면플레이트는 가로방향으로 짧게 이루어지는 가로플레이트(25)와, 세로방향으로 가로플레이트(25)보다 길게 이루어지는 세로플레이트(50)로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 세로플레이트(50)의 길이(L1)는 가로플레이트(25)의 길이(L2)보다 대략 5 ~ 10배의 길이로 이루어질 수 있으며, 세로플레이트(50)의 높이(H)는 길이(L1)보다 대략 1/20 ~ 1/10배의 길이로 이루어질 수 있다. 프레임을 이루는 세로플레이트(50), 가로플레이트(25) 및 하부플레이트는 가벼우면서도 자체적인 강성을 가지는 열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
2차광학구성요소(20)는 프레임 상부에 구비되어 입사된 태양광을 태양전지(11)로 집광시키기 위한 구성으로서, 도면에서 보이는 바와 같이 렌즈플레이트의 형태로 구성될 수 있으며, 이러한 렌즈플레이트에는 입사된 태양광을 다수의 태양전지(11) 각각으로 집광하는 다수의 패턴부(22)가 구비될 수 있으며, 패턴부(22)는 프레넬 렌즈와 같은 형태로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 집광형 태양전지모듈(10)은 하부플레이트(30) 상부에 구비되며 상부에 캐리어(12)가 소정간격으로 복수개 구비되는 캐리어프레임(60), 캐리어(12)를 병렬 또는 직렬로 연결하는 전선(wire)(13), 전선(13)을 덮는 와이어커버(wire cover)(70)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
태양전지(11)는 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 구성으로서, 고효율 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 다중접합 태양전지(multi-junction solar cell)가 사용될 수 있으며, 캐리어(12)는 회로기판 위에 다른 부품들과 함께 태양전지(11)가 실장된 형태로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용하는 리시버(receiver)일 수도 있다. 즉, 본 발명에 있어서 캐리어(12)는 회로기판 위에 태양전지(11)가 구비된 구성으로서, 그 실시형태는 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 리시버를 포괄하는 용어로 사용한다. 또한, 캐리어(12)는 하부플레이트(30)에 소정간격으로 다수개 구비되며, 캐리어(12)에는 커넥터가 구비되어 이러한 커넥터가 전선(wire)(13)에 의해 병렬 또는 직렬로 전기적으로 연결됨으로써, 다수의 캐리어(12)는 서로 연결될 수 있다.
프레임은 길이방향으로 길게 이루어지면서도 자체로 강성(stiffness)을 가지도록 세로방향으로 길게 이루어지는 세로플레이트(50)에는 강성을 향상시키기 위한 다수의 리브가 돌출형성될 수 있으며, 이러한 다수의 리브는 방열리브(51)와 반사리브(52) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
방열리브(51)는 세로플레이트(50)의 외측면에 돌출형성되어 세로플레이트(50)의 강성을 향상시킴과 동시에 외부와 접촉면적을 증가시켜 밀폐된 프레임 내부에서 발생하여 세로플레이트(50)로 전달된 열을 원활하게 외부로 전도시켜 배출시킨다.
반사리브(52)는 세로플레이트(50)의 내측면 하부에 돌출형성되어 세로플레이트(50)의 강성을 향상시킴과 동시에 1차광학구성요소(20)에서 오프-액시스(off-axis)된 태양광(S1)을 반사시켜 전선(13) 등의 부품으로 입사되지 않도록 한다. 오프-액시스(off-axis)된 태양광(S1)은 모듈(10)의 제조 오차, 트래킹 장치의 오차 등의 여러 원인에 의하여 태양광이 1차광학구성요소(20)로 수직으로 입사되지 않는 경우에 발생할 수 있으며, 반사리브(71)는 와이어커버(70)와 함께 이러한 오프-액시스(off-axis)된 태양광(S1)에 의한 전선(13)의 손상을 방지하기 위한 것이다.
세로플레이트(50)는 방열리브(51)와 반사리브(52)가 일정한 단면으로 세로방향으로 길게 이루어져 압출성형에 의해 일체로 제조됨이 바람직하다. 그러면, 상기와 같은 단면을 가지는 세로플레이트(50)를 압출성형에 의해 일체로 제조하여 프레임을 조립하면 되므로 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있다.
가로플레이트(25)의 내측면 또는 외측면에는 세로플레이트(50)와 나사결합하기 위한 결합리브(26)가 돌출형성될 수 있으며, 결합리브(26)는 가로플레이트(25)의 강성을 향상시킴과 동시에 세로플레이트(50)와의 나사결합을 용이하게 한다. 바람직하게, 가로플레이트(25)가 압출성형으로 일체로 형성될 수 있도록 결합리브(26)는 일정한 수직단면으로 가로방향으로 길게 이루어질 수 있다.
하부플레이트(30)는 세로방향으로 소정의 폭을 가지며, 세로방향으로 배열되어 결합하는 다수의 조각(piece)하부플레이트(31)로 이루어질 수 있으며, 다수의 조각하부플레이트(31) 각각은 세로플레이트(50) 하부에 나사결합될 수 있으며, 가로플레이트(25)의 길이에 상응하는 길이로 이루어질 수 있다.
조각하부플레이트(31)에는 하부에 돌출형성되는 방열리브(32)와, 상부에 돌출형성되어 세로플레이트(50)와 나사결합하기 위한 체결부(33)가 형성되는 결합리브(34)가 구비될 수 있다.
조각하부플레이트(31)는 방열리브(32)와 결합리브(34)에 의해 강성이 향상될 수 있으며, 방열리브(32)에 의해 외부와 접촉하는 면적이 넓어지게 되어 밀폐된 프레임 내부에서 발생하여 조각하부플레이트(31)로 전달된 열을 원활하게 외부로 전도시켜 배출시킬 수 있다. 또한, 세로플레이트(50)와 나사결합하기 위한 체결부(33)를 결합리브(34)에 형성시킴으로써, 얇은 판재로 이루어지는 조각하부플레이트(31)에 체결부(33)를 쉽게 형성시킬 수 있다.
2차광학구성요소(100)는 캐리어(12) 상부에 구비되어 캐리어(12)를 밀폐시키며, 1차광학구성요소(20)에서 집광된 광을 태양전지(11)로 2차적으로 집광함과 동시에 1차광학구성요소(20)에서 오프-액시스(off-axis)된 광에 의한 캐리어(12)의 손상을 방지하는 캐리어(12) 보호기능을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 모듈(10)은 태양전지(11)와 캐리어(12)를 밀폐시키기 위한 별도의 구성을 더 포함할 필요가 없기 때문에 전체적인 구성을 간단히 할 수 있다. 본 발명에 따른 2차광학구성요소(10)에 대한 상세한 설명은 후술한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 집광형 태양전지모듈의 하부플레이트에 캐리어가 배열된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 캐리어(12)는 가로방향으로 복수의 캐리어(12)가 소정간격으로 배열되는 가로방향어레이(122)와, 이러한 가로방향어레이(122)가 세로방향으로 다수 배열되는 세로방향어레이(124)의 형태로 구비될 수 있는데, 이러한 다수의 캐리어(12)는 전선(13)에 의하여 서로 연결된다.
예를 들어, 가로방향어레이(122)를 이루는 복수개의 캐리어(12)는 가로방향으로 연결하는 가로연결전선(132)에 의해 연결될 수 있으며, 세로방향어레이(124)들 간의 연결은 어느 하나의 가로방향어레이(122)의 끝단에 위치하는 캐리어(12)와 인접하는 다른 하나의 가로방향어레이(122)의 끝단에 위치하는 캐리어(12)를 연결하는 세로연결전선(132)에 의해 연결될 수 있다. 이 경우, 가로연결전선(132)은 와이어커버(70)에 의하여 보호될 수 있지만, 세로연결전선(132)은 모듈(10)의 일측 끝단에 위치하기 때문에 조립구조상 와이어커버(70)를 결합시키기가 어려우며 따라서 세로연결전선(132)을 보호하기 위한 별도의 보호방법이 필요하며, 본 발명에 따른 모듈(10)은 세로플레이트(50)의 내측면 하부에 길게 돌출형성되는 반사리브(71)를 구비시킴으로써 세로플레이트(50)의 강성을 향상시킴과 동시에 세로연결전선(132)을 보호하도록 한 것이다.
도 5는 도 2의 'A' 부분 확대도이고, 도 6은 도 2의 'B' 부분 확대도이고, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 와이어커버를 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 캐리어프레임을 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 캐리어프레임(60)은 와이어커버(70)에 의해 하부플레이트(25) 상부에 결합고정될 수 있다.
캐리어프레임(60)은 태양전지(11)에서 발생한 열을 효과적으로 방열시킬 수 있도록 하기 위하여 하부플레이트(30)와 마찬가지로 가벼우면서도 자체적인 강성을 가지는 열전도율이 우수한 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 이와 같이 캐리어프레임(60)이 하부플레이트(30)와 동일한 금속재질로 이루어지는 경우에 캐리어프레임(60)을 하부플레이트(30) 상부에 결합고정시키기 위한 별도의 구성이 필요하다. 그러나, 캐리어프레임(60)을 별도의 나사 등을 이용하여 하부플레이트(30) 상부에 결합고정시키면 그 구조가 복잡해질 뿐만 아니라 조립과정이 복잡해지는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 모듈(10)은 전선(13)을 보호하기 위한 와이어커버(70)를 하부플레이트(30) 상부에 결합시킬 때 캐리어프레임(60)을 함께 고정시킬 수 있도록 구비될 수 있다. 즉, 와이어커버(70)는 전선(13)을 덮도록 하부플레이트(30)에 구비되며, 캐리어프레임(60)을 고정한 상태로 하부플레이트(30)에 결합할 수 있다.
상세히, 와이어커버(70)는 전선(13)을 덮는 상부플레이트(72)와, 상부플레이트(72)의 일측(예를 들어, 상부플레이트(72)의 끝단)에서 하방으로 연장되어 하부플레이트(30)에 결합하는 제1다리부(74)와, 제1다리부(74)보다 안쪽에 위치하도록 상부플레이트(72)의 다른 일측(예를 들어, 상부플레이트(72)의 끝단에서 안쪽으로 소정거리 이격된 위치)에서 하방으로 연장되는 제2다리부(76)를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 제2다리부(76)는 제1다리부(74)가 하부플레이트(30)에 결합한 경우에 캐리어프레임(60)을 압착하도록 구비되는데, 예를 들어 제2다리부(76)는 제1다리부(74)가 하부플레이트(30)에 결합한 경우에 캐리어프레임(60)을 압착하도록 제1다리부(74)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 바람직하게, 제2다리부(76)는 캐리어프레임(60)을 압착하는 방향으로 소정의 탄성력을 가지도록 소정각도 경사지게 형성될 수 있으며, 더 바람직하게, 제2다리부(76)는 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 제2다리부(76)는 하방으로 갈수록 서로 벌어지는 방향으로 형성될 수 있다. 그러면, 제2다리부(76)는 캐리어프레임(60)을 압착하는 방향으로 더욱강한 탄성력을 가지게 되어, 제1다리부(74)가 하부플레이트(30)에 결합한 경우에 더욱 견고하게 캐리어프레임(60)을 고정할 수 있게 된다. 또한, 제2다리부(76)의 끝단에는 캐리어프레임(60)을 원활하게 압착할 수 있도록 둥근 단면을 가지는 단부(77)가 형성될 수 있다.
하부플레이트(30)는 상술한 바와 같이 세로방향으로 배열되어 결합하는 다수의 조각하부플레이트(31)로 이루어질 수 있으며, 조각하부플레이트(31)의 상부에는 캐리어프레임(60)이 안착되는 안착부(36)가 길이방향으로 길게 형성되고, 안착부(36)의 외측에 와이어커버(70)가 결합하는 결합돌기(38)가 돌출형성될 수 있다.
또한, 캐리어프레임(60)은 가로방향으로 길게 형성되는 안착부(36)에 안착될 수 있도록 가로방향으로 길게 이루어질 수 있으며, 캐리어프레임(60) 상부에는 가로방향으로 배열되는 복수의 캐리어(12) 중 적어도 2개 이상의 캐리어(12)가 구비될 수 있다. 캐리어(12)는 상부에 태양전지(11)가 구비된 채로 실리콘 등의 실링재에 의해 캐리어프레임(60)에 부착될 수 있다.
결합돌기(38)의 끝단에는 외측으로 연장되는 걸림턱(39)이 형성될 수 있으며, 와이어커버(70)의 제1다리부(74)의 일측(예를 들어, 제1다리부(74)의 단부 내측)에는 걸림턱(39)에 걸림되는 걸림부(75)가 형성될 수 있다.
따라서, 와이어커버(70)의 상부플레이트(72)는 가로방향으로 소정간격으로 배열되는 복수의 캐리어(12)를 연결하는 전선(13)(예를 들어, 가로연결전선(132))을 덮어 보호하게 되며, 와이어커버(70)는 제1다리부(74)의 걸림부(75)가 걸림턱(39)에 걸림됨으로써 조각하부플레이트(31)에 결합하게 되며, 제2다리부(76)는 걸림부(75)가 걸림턱(39)에 걸림된 경우에 캐리어프레임(60)을 압착하게 된다.
한편, 캐리어프레임(60)은 내부에 구비되는 히트파이프(heat pipe)(62)를 포함하여 이루어질 수 있다. 히트파이프(62)는 폐루프 형상을 가질 수 있으며, 히트파이프(62)에는 냉매물이 수용될 수 있으며, 태양전지(11)에서 발생한 열에 의해 냉매가 증발하는 증발부와 증발된 냉매가 응축하는 응축부가 구비될 수 있다, 다만, 이러한 히트파이프(62)에 대한 상세한 구성은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 실시할 수 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명은 히트파이프(62)의 구체적인 구성에 의해 한정하지 않는다.
또한, 캐리어프레임(60)은 길이방향으로 길게 이루어지고, 상부에 복수의 캐리어(12)가 소정간격으로 일렬로 배열될 수 있도록 수용홈(64)이 길이방향으로 길게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 모듈(10)은 복수의 캐리어(12)를 각각 별도로 고정할 필요 없이 캐리어프레임(60)만을 와이어커버(70)를 이용하여 고정하면 되므로 전체적인 조립이 매우 간단하고 쉽게 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 캐리어프레임(60)의 내부에 태양전지(11)에서 발생하는 열을 방열시키기 위한 히트파이프(62)를 구비시킴으로써, 방열을 위한 장치를 별도로 구비하여 별도로 조립할 필요가 없으며, 따라서 태양전지에서 발생한 열을 방열시키기 위한 히트파이프(62)를 모듈(10)에 쉽게 조립시켜 일체화시킬 수 있다.
한편, 와이어커버(70)는 하부플레이트(30)에 결합된 경우에 2차광학구성요소(100)를 고정할 수 있도록 구비됨이 바람직하며, 이를 위해 와이어커버(70)는 상부플레이트(72)의 일측에서 하방으로 연장되어 제1다리부(74)가 하부플레이트(30)에 결합한 경우에 2차광학구성요소(100)의 플랜지(115)를 압착하는 제3다리부(78)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 제3다리부(78)는 제1다리부(74)의 걸림부(75)가 걸림턱(39)에 걸림된 경우에 2차광학구성요소(100)의 플랜지(115)를 압착할 수 있도록 제1다리부(74) 및/또는 제2다리부(76)보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 조각하부플레이트(31)는 가로플레이트(25) 및 세로플레이트(50)와 마찬가지로 압출성형으로 일체로 형성됨이 바람직하며, 이를 위해 방열리브(32), 결합리브(34), 안착부(36) 및 결합돌기(38)는 일정한 단면으로 가로방향으로 길게 이루어짐이 바람직하다. 그러면, 상기와 같은 단면을 가지는 조각하부플레이트(31)를 압출성형에 의해 일체로 제조한 후 필요한 길이만큼 절단하여 프레임을 조립하면 되므로 제조 및 조립이 쉽게 이루어질 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2차광학구성요소(100)에 대하여 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 2차광학구성요소를 나타내는 단면도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차광학구성요소(100)는 커버부(110), 2차렌즈부(120) 및 내측면(130)을 포함하여 이루어질 수 있다.
커버부(110)는 캐리어(12)를 덮어 밀폐시키는 구성으로서, 회로기판 위에 다른 부품들과 함께 태양전지(11)가 실장된 형태의 캐리어(12)(또는 리시버)를 전체적으로 덮을 수 있도록 구비되며, 캐리어(12)를 덮은 상태에서 하단테두리가 실링(sealing)됨에 의해 캐리어(12)를 밀폐시킨다.
커버부(110)의 내측에는 소정의 공간(111)이 구비될 수 있으며, 커버부(110)의 전체적인 형상은 대략 반구형의 형태로 이루어질 수 있다. 물론, 커버부(110)의 전체적인 형상은 반구형이 아닌 다른 형태 예를 들어, 외측면의 단면의 형상이 비구면인 형상으로도 이루어질 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
2차렌즈부(120)는 커버부(110) 중심부(112)로부터 하방으로 연장형성되어 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110) 중심부(112)로 입사된 광(S2)을 내부전반사에 의해 태양전지(11)로 2차적으로 집광한다. 즉, 2차렌즈부(120)는 1차광학구성요소(20)로부터 집광되어 커버부(110)로 입사된 광 중 정상적으로 집광된 광(S2)이 태양전지(11)로 균일하게 분배되어 집광되도록 하는 균질기(homogenizer)로서의 기능을 수행하는 구성이다.
이를 위해, 2차렌즈부(120)는 1차광학구성요소(20)로부터 집광된 광이 입사되는 커버부(110)의 중심부(112)에 해당하는 입사면(121)과, 입사면(121)으로 입사된 광이 전반사되는 측면(122)과, 입사면(121)으로 입사된 광과 측면(122)에서 전반사된 광이 출사되는 출사면(123)이 구비될 수 있다.
또한, 도면에서 보이는 바와 같이, 2차렌즈부(120)의 단면은 위에서 아래로 갈수록 좁아지는 테이퍼(taper) 형상으로 이루어짐이 일반적인데, 이는 1차광학구성요소(20)로부터 집광된 광이 2차렌즈부(120)의 측면(122)에서 전반사됨에 따라 태양전지(11)로 집광되도록 하기 위함이며, 특히 2차렌즈부(120)의 측면(122)에서 전반사되는 횟수를 증가시킴으로써 태양전지(11)로 입사되는 광을 균일하게 분배하기 위함이다. 다만, 2차렌즈부(120)의 형상은 테이퍼(taper)진 형상에 한정하지 않으며, 2차렌즈부(120)의 측면(122)은 직선의 형태뿐만 아니라 곡선의 형태로도 이루어질 수도 있으며, 2차렌즈부(120)의 형상은 입사면(121)의 폭 보다 출사면(123)의 폭이 작은 형태를 가지는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 2차렌즈부(120)의 수평단면의 형상은 사각형, 삼각형, 그 이상의 다각형 또는 원형으로도 이루어질 수 있으며, 그 단면의 크기 또는/및 형상이 변화되는 형상으로도 이루어질 수 있다.
내측면(130)은 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110)로 입사된 광 중 2차렌즈부(120)로 입사되지 않는 광(S3)이 캐리어(110)로 입사되는 것을 방지하는 구성이다.
커버부(110)의 외측면은 1차광학구성요소(20)에서 1차적으로 집광된 광이 입사되는 입사면일 수 있는데, 이와 같이 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110)의 외측면으로 입사하는 모든 광이 커버부(110)의 중심부(112)로만 입사된다면 1차광학구성요소(20)에서 집광된 거의 모든 광은 2차렌즈부(120)를 통해 태양전지(11)로 집광될 수 있게 된다. 그러나, 실제로는 모듈(10)의 제조오차, 트래킹 장치의 오차 등의 여러 원인에 의하여 1차광학구성요소(20)로 수직하게 입사하지 않는 광이 존재할 수 있으며, 이러한 광은 1차광학구성요소(20)에서 광축과 어긋난 상태로 즉, 오프-액시스(off-axis)된 상태로 집광되게 되며, 이러한 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)은 커버부(110)의 중심부(112)를 벗어난 주변부(113)로 입사하게 되고, 이러한 광은 2차렌즈부(120)로 입사하지 못하게 되면서 커버부(110) 내측에 위치하는 캐리어(12)로 직접 입사하게 되고(S4), 이는 캐리어(12)에 구비된 다양한 부품의 손상을 초래하는 원인이 된다. 그렇다고 이러한 문제를 해결하기 위하여 커버부(110)의 외측면에 2차렌즈부(120)로 입사되는 중심부(112)의 영역을 제외한 주변부(113)의 영역에 별도의 부재로 또는 코팅 등의 방법에 의하여 반사면(reflective face)을 더 구성한다면, 이는 제조원가의 상승 및 제조공정의 복잡함과 어려움을 초래하게 되어 바람직하지 않다. 2차광학구성요소(100)는 제조원가 및 제조공정을 고려할 때, 별도의 부재를 결합시키기 위한 공정 또는 코팅공정 등의 추가적인 공정 없이, 투명한 물질로 일체성형(one-body molding)됨이 바람직하기 때문이다. 여기서, 투명한 물질로는 광의 투과율이 우수한 투명한 물질인 유리, 아크릴(Methylmethacrylate), PMMA(Polymethylmethacrylate), PC(Polycarbonate), PET(Poly Ethylen Terephthalate) 등이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 2차광학구성요소(100)는 추가적인 부재 또는 공정없이 일체성형되면서도 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)으로 인한 문제를 해결하기 위하여 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)을 반사시키도록 내측면(130)을 구성시킨 것이다. 여기서, 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)은 정상적으로 집광되지 못한 광으로서, 2차렌즈부(120)로 입사하지 못하여 내측면(130)으로 직접 입사하는 광으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)은 커버부(110)의 중심부(112)로 입사하지 못하고 주변부(113)로 입사하여 내측면(130)으로 직접 입사되는 광일 수도 있으며, 또는 비록 커버부(110)의 중심부(112)로 입사되었다고 하더라도 광축(101)과 이루는 입사각(θ)이 매우 커서 2차렌즈부(120)로 입사하지 못하고 내측면(130)으로 직접 입사되는 광일 수도 있다.
따라서, 2차광학구성요소(100)의 내측면(130)은 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110)의 외측면으로 입사된 광 중 직접 입사하는 광(S3)을 반사 또는 전반사시키도록 구성될 수 있다. 또한 내측면(130)은 코팅 등의 방법으로 직접 입사하는 광(S3)을 반사시키도록 구비될 수도 있지만, 하기 조건1을 만족하도록 구성되어 직접 입사하는 광(S3)을 전반사시키도록 광학적으로 설계됨이 바람직하다.
조건 1 : Δα 〉 sin-1(1／n) ＋ sin-1(sinθ1／n)
(단, Δα: 내측면(130) 상의 임의의 점(P1)에서의 접선의 기울기, θ1: 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110)로 입사되는 광의 입사각(θ)을 2차광학구성요소(100)의 광축(101)과 평행한 가상의 기준축(102)과 이루는 각으로 정의할 때 내측면(130)으로 직접 입사되는 광(S3)이 커버부(110)로 입사되는 입사각, n: 2차광학구성요소(100)를 이루는 재료의 굴절률)
일반적으로 모듈(10) 설계시 태양광의 오차, 모듈(10) 제조 오차, 트래킹 장치의 오차 등을 고려하여 정상적으로 집광되는 광(S2)의 오차범위로서 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)의 범위를 모듈(10)의 설계 목적에 따라 정하게 되므로, 내측면(130)의 전반사조건을 이와 같이 오프-액시스된 광 즉, 내측면(130)으로 직접 입사하는 광(S3)의 입사각(θ1)으로 나타내면, 내측면(130)의 광학 설계가 가능해질 수 있다. 상기 조건1에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차광학구성요소(100)는 내측면(130)에서 반사 또는 전반사된 광(S5)을 커버부(120) 외부로 출사시키는 출사면(140)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
도면에서 보이는 바와 같이, 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)이 내측면(130)에서 반사 또는 전반사된다 하더라도 커버부(110)의 외측면에서 다시 반사 또는 전반사되어 커버부(110) 내측으로 입사할 수 있으며(S6), 이는 다시 캐리어(120)에 구비된 다양한 부품의 손상을 발생시키는 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차광학구성요소(100)는 이와 같이 내측면(130)에서 반사 또는 전반사된 광(S5)를 커버부(110) 외부로 확실하게 출사시킬 수 있도록 출사면(140)을 구성시킨 것이다. 이러한 출사면(140)은 하기 조건2를 만족하도록 구성되어 내측면(130)에서 반사 또는 전반사된 광(S5)을 커버부(110) 외부로 출사시키도록 광학적으로 설계될 수 있다.
조건 2 : Δβ 〉 2×Δα － sin-1(1／n) － sin-1(sinθ1／n)
(단, Δβ: 출사면(140) 상의 임의의 점(P2)에서의 접선의 기울기, θ1: 내측면(130)으로 직접 입사되는 광(S3)이 커버부(110)로 입사되는 입사각, n: 2차광학구성요소(100)를 이루는 재료의 굴절률)
상술한 바와 같이 오프-액시스(off-axis)된 광(S3)의 범위에 따라 내측면(130)의 광학설계가 가능하며, 따라서 상기와 같이 출사면(140)의 출사조건에 대한 광학 설계도 가능해질 수 있다. 상기 조건2에 대한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 2차광학구성요소(100)는 커버부(110)의 최외각부에 외측으로 연장되는 플랜지(flange)(102)가 더 구비될 수 있으며, 이 경우 2차광학구성요소(100)는 플랜지(115)를 압착하는 와이어커버(70)의 제3다리부(78)에 의해 모듈(10)에 쉽고 견고하게 결합고정될 수 있음은 상술한 바와 같다.
또한, 2차광학구성요소(100)는 커버부(110)의 일측에 다수의 캐리어(12)를 연결하기 위한 전선(13)이 지나가는 통로부(114)가 더 구비될 수 있다. 통로부(114)는 커버부(110)의 최외각 가장자리 끝단에 홈의 형태로 구비되거나, 커버부(110)의 소정 위치에 홀의 형태로 구비될 수 있다. 또한 통로부(114)는 전선(13)을 연결시킨 후에 실리콘 등의 실링재에 의해 실링될 수 있으며, 그에 따라 커버부(110)의 내측 즉, 캐리어(12)가 수용된 공간(111)은 밀폐될 수 있게 된다.
또한, 캐리어프레임(60)의 상부에 구비된 캐리어(12)가 수용되는 수용홈(64)의 깊이는 캐리어(12)의 두께와 태양전지(11)의 두께를 합한 두께와 동일하게 구비될 수 있다. 그러면, 2차광학구성요소(100)는 커버부(110)의 최외각부 하단(116)과 2차렌즈부(120) 하단 즉, 출사면(123)이 실질적으로 수평한 상태로 구비될 수 있어서 2차광학구성요소(100)의 제조가 쉽게 이루어질 수 있다.
커버부(110)의 최외각부 하단(116)은 하부플레이트(30) 또는/및 리시버프레임(60)과 실질적으로 접촉되어 실링재에 의하여 실링되는 부위이고, 2차렌즈부(120)의 하단(123)은 태양전지(11)와 실질적으로 접촉되는 부위인데, 2차렌즈부(120)의 하단(123)은 리시버프레임(60) 상부에 구비되는 캐리어(12) 그리고 캐리어(12) 상부에 구비되는 태양전지(11)의 두께에 의해 커버부(110)의 최외각부 하단(116)보다 짧게 이루어져야 하기 때문에 실질적으로 수평한 상태로 구비될 수 없으며, 이는 2차광학구성요소(100)를 일체로 한번에 형성함에 있어서 많은 어려움을 주게 되는데, 예를 들어 커버부(110)의 최외각부 하단(116)과 2차렌즈부(120)의 하단(123)의 높이를 동일하게 수평으로 제작한 후에 별도의 공정으로 2차렌즈부(120)의 하단(123)을 가공하여 짧게 하여야 하는 불편을 주게 된다. 그러나 이러한 문제는 상술한 바와 같이 수용홈(64)의 깊이를 캐리어(12)의 두께와 태양전지(11)의 두께를 합한 두께와 동일하게 구비되도록 함으로써 쉽게 해결될 수 있게 된다.
이하 상술한 조건1 및 조건2에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 10은 조건1 및 조건2를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 2차광학구성요소(100)를 이루는 재료의 굴절률을 n, 1차광학구성요소(20)에서 집광되어 커버부(110)로 입사되는 광의 입사각과 굴절각을 2차광학구성요소(100)의 광축(101)과 평행한 가상의 기준축(102)과 이루는 각으로 정의할 때 내측면(130)으로 직접 입사하는 광(S3)이 커버부(110)로 입사하는 입사각을 θ1, 상기 광(S3)이 커버부(110)에서 굴절된 굴절각을 θ2라 하면, 다음 식을 만족한다.
sinθ1 ＝ n×sinθ2
또한, 내측면(130) 상의 임의의 점(P1)에서의 접선(103)의 기울기를 Δα, 내측면(130)으로 직접 입사하는 광(S3)이 내측면(130)으로 입사되는 입사각(θT1)을 접선(103)에 대한 법선(104)과 이루는 각으로 정의하면, 다음 식을 만족한다.
θT1 ＝ Δα - θ2
이때, 내측면(130)으로 직접 입사하는 광(S3)이 내측면(130)에서 전반사되기 위해서는 다음 조건을 만족하여야 한다.
n×sinθT1 〉 1
따라서, 상기 식들을 이용하여 상기 조건을 정리하면, 상술한 바와 같은 조건1을 얻을 수 있다. 즉, 조건1이 내측면(130)이 직접 입사하는 광(S3)을 전반사시키기 위한 광학적 조건이 된다. 또한, 이러한 내측면(130)의 형상은 곡선으로도 또는 직선으로도 이루어질 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다. 예를 들어, 도 10에는 내측면(130)의 형상 기울기(Δα)가 일정하지 않은 예가 도시되는데, 도 9에서 보이는 바와 같이, 내측면(130)은 내측면(130) 상의 임의의 점(P1)에서의 접선의 기울기(α)가 일정한 경사면의 형태로 이루어질 수도 있다.
한편, 출사면(140) 상의 임의의 점(P2)에서의 접선(105)의 기울기를 Δβ, 내측면(130)에서 전반사된 광(S5)이 경사면(140)으로 입사되는 입사각(θT2)을 접선(105)에 대한 법선(106)과 이루는 각으로 정의하면, 다음 식을 만족한다.
θT2 ＝ 2×Δα － Δβ － θ2
이때, 내측면(130)에서 전반사되어 출사면(140)으로 입사하는 광(S5)이 출사면(140)에서 커버부(110) 외부로 출사되기 위해서는 다음 조건을 만족하여야 한다.
n×sinθT2 〈 1
따라서, 상기 식들을 이용하여 상기 조건을 정리하면, 상술한 바와 같은 조건2를 얻을 수 있다. 즉, 조건2가 출사면(140)이 내측면(130)에서 전반사되어 입사하는 광(S5)을 커버부(110) 외부로 출사시키기 위한 광학적 조건이 된다. 또한, 내측면(130)과 마찬가지로 출사면(140)의 형상은 곡선으로도 또는 직선으로도 이루어질 수 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다. 예를 들어, 도 10에는 출사면(140)의 형상 기울기(Δβ)가 일정하지 않은 예가 도시되는데, 도 9에서 보이는 바와 같이, 출사면(140)은 출사면(140) 상의 임의의 점(P2)에서의 접선의 기울기(β)가 일정한 경사면의 형태로 이루어질 수도 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 2차 광학 구성요소를 나타내는 단면도이다.
도 11에서 보이는 바와 같이, 본 실시 예에 따른 2차광학구성요소(150)은 커버부(110)의 중심부(112)와 주변부(113)가 구조상 명확히 구분되도록 중심부(112)는 볼록한 형상으로, 주변부(113)는 플랫한 형상으로 이루어질 수 있으며, 또한 커버부(110)의 측면이 전체적으로 동일한 기울기를 가지는 경사면으로 이루어져 측면 전체가 출사면(150)의 기능수행이 가능하도록 구비될 수도 있으며, 마찬가지로 내측면(140)도 전체적으로 동일한 기울기를 가지는 경사면으로 이루어질 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 캐리어 보호기능을 갖는 2차 광학 구성요소 및 이를 구비하는 집광형 태양전지모듈에 관한 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.
10 : 집광형 태양전지모듈 11 : 태양전지
12 : 캐리어 13 : 전선(wire)
20 : 1차 광학 구성요소 25 : 가로플레이트
30 : 하부플레이트 50 : 세로플레이트
51 : 방열리브 52 : 반사리브
60 : 캐리어프레임 70 : 와이어커버(wire cover)
100 : 2차 광학 구성요소 110 : 커버부
120 : 2차렌즈부 130 : 내측면
140 : 출사면

Claims (16)

1차 광학 구성요소(primary optical element)에서 집광된 광을 캐리어(carrier)에 구비된 태양전지(solar cell)로 2차적으로 집광하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소(secondary optical element)에 있어서,
상기 캐리어를 덮는 커버부;
상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 2차적으로 집광하는 2차렌즈부; 및
상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사된 광 중 상기 2차렌즈부로 입사되지 않는 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하도록 직접 입사되는 광을 반사 또는 전반사시키는 내측면;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
제 1 항에 있어서,
상기 내측면은 상기 직접 입사되는 광을 전반사시키도록 하기 조건1을 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
조건 1 : Δα 〉 sin-1(1／n) ＋ sin-1(sinθ1／n)
(단, Δα: 상기 내측면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기, θ1: 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사되는 광의 입사각(θ)을 상기 2차 광학 구성요소의 광축과 평행한 가상의 기준축과 이루는 각으로 정의할 때 상기 직접 입사되는 광이 상기 커버부로 입사되는 입사각, n: 상기 2차 광학 구성요소를 이루는 재료의 굴절률)
제 2 항에 있어서,
상기 내측면은 상기 내측면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기(Δα)가 일정한 경사면의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
제 1 항에 있어서,
상기 내측면에서 반사 또는 전반사된 광을 상기 커버부의 외부로 출사시키는 출사면을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차광학구성요소.
제 4 항에 있어서,
상기 출사면은 상기 커버부의 외측면 가장자리부에 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차광학구성요소.
제 4 항에 있어서,
상기 내측면은 상기 직접 입사되는 광을 전반사시키도록 하기 조건1을 만족하도록 구성되고, 상기 출사면은 상기 내측면에서 전반사된 광을 상기 커버부의 외부로 출사시키도록 하기 조건2를 만족하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
조건 1 : Δα 〉 sin-1(1／n) ＋ sin-1(sinθ1／n)
조건 2 : Δβ 〉 2×Δα － sin-1(1／n) － sin-1(sinθ1／n)
(단, Δα: 상기 내측면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기, Δβ: 상기 출사면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기, θ1: 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사된 광의 입사각(θ)을 상기 2차 광학 구성요소의 광축과 평행한 가상의 기준축과 이루는 각으로 정의할 때 상기 직접 입사되는 광이 상기 커버부로 입사되는 입사각, n: 상기 2차 광학 구성요소를 이루는 재료의 굴절률)
제 6 항에 있어서,
상기 내측면은 상기 내측면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기(Δα)가 일정한 경사면의 형태로 이루어지고, 상기 출사면은 상기 출사면 상의 임의의 점에서의 접선의 기울기(Δβ)가 일정한 경사면의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
제 1 항에 있어서,
상기 2차 광학 구성요소는 투명한 물질로 일체성형(one-body molding)되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈용 2차 광학 구성요소.
삭제
프레임(frame);
태양전지(solar cell)가 구비되는 캐리어(carrier);
상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 1차적으로 집광하는 1차 광학 구성요소(primary optical element); 및
상기 캐리어 상부에 구비되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광하는 2차 광학 구성요소;를 포함하고,
상기 2차 광학 구성요소는,
상기 캐리어를 덮는 커버부;
상기 커버부 중심부로부터 하방으로 연장되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부 중심부로 입사된 광을 내부전반사에 의해 상기 태양전지로 2차적으로 집광하는 2차렌즈부; 및
상기 1차 광학 구성요소에서 집광되어 상기 커버부로 입사된 광 중 상기 2차렌즈부로 입사되지 않는 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하도록 직접 입사되는 광을 반사 또는 전반사시키는 내측면;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 내측면에서 반사 또는 전반사된 광을 상기 커버부의 외부로 출사시키는 출사면을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
측면플레이트와 하부플레이트로 이루어지는 프레임(frame);
태양전지(solar cell)가 구비되는 캐리어(carrier);
상기 프레임 상부에 구비되어 입사된 광을 1차적으로 집광하는 1차 광학 구성요소(primary optical element);
상기 캐리어 상부에 구비되어 상기 1차 광학 구성요소에서 집광된 광을 상기 태양전지로 2차적으로 집광하며, 상기 1차 광학 구성요소에서 오프-엑시스(off-axis)된 광이 상기 캐리어로 입사되는 것을 방지하는 2차 광학 구성요소;
상기 하부플레이트 상부에 구비되며, 상부에 상기 캐리어가 소정간격으로 복수개 구비되는 캐리어프레임(carrier frame);
상기 캐리어를 연결하는 전선(wire); 및
상기 전선을 덮도록 상기 하부플레이트에 구비되며, 상기 캐리어프레임을 고정한 상태로 상기 하부플레이트에 결합하는 와이어커버(wire cover);를 포함하는 집광형 태양전지모듈.
제 12 항에 있어서,
상기 2차 광학 구성요소에는 최외각부에 외측으로 연장되는 플랜지(flange)가 구비되고,
상기 와이어커버에는 상기 하부플레이트에 결합한 경우에 상기 2차 광학 구성요소의 플랜지(flange)를 압착하는 제3다리부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
제 12 항에 있어서,
상기 2차 광학 구성요소의 일측에는 상기 전선이 지나가는 통로부가 구비되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
제 10 항에 있어서,
상기 직접 입사되는 광은 상기 1차 광학 구성요소에서 오프-액시스(off-axis)된 광인 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,
상기 2차 광학 구성요소는 투명한 물질로 일체성형(one-body molding)되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양전지모듈.
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