KR101929253B1 - Solar Cell Panel with Heatsink Layer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 태양광 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광 발전시 발생하는 태양전지셀의 열을 효율적으로 외부로 배출하여 태양전지셀의 온도 상승을 억제함으로써 발전효율이 향상되도록 한 방열층을 구비한 태양광 패널에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
에너지는 전 세계적으로 화석연료로부터 얻어왔지만 그 매장량에 한계가 있으며, 화석연료의 사용으로 인한 이산화탄소 또는 산성의 오염물질 증가로 인해 환경오염이 발생하고 있다. 이러한 화석에너지의 단점으로 인해 선진국을 중심으로 대체 에너지를 개발하고 있으며 대체 에너지 중에서도 무한하며 재생 가능한 에너지인 신재생에너지의 사용을 확산시키고 있다. 그 중에서도 주목받고 있는 태양광에너지는 태양광 발전 밀도가 높은 여러 나라에서 태양광 발전 시스템에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있다. 이러한 연구 활동의 결과 신재생에너지의 보급이 학대되면서 태양광 발전시스템이 많은 나라에 설치되어 운전 중이다.Energy is derived from fossil fuels worldwide, but its reserves are limited and environmental pollution is occurring due to the increase of carbon dioxide or acid pollutants resulting from the use of fossil fuels. Due to the disadvantages of these fossil energies, we are developing alternative energies centered on developed countries, and we are spreading the use of renewable energy, which is infinite and renewable energy among alternative energies. Among them, solar energy, which is attracting attention, is actively conducting research on solar power generation systems in various countries with high density of solar power generation. As a result of these research activities, the supply of renewable energy has been abused and the PV system is installed in many countries and is in operation.
최근의 태양광 발전 시스템의 활용을 위한 연구방향은 시스템가격 저감 방안과 효율향상에 있으며, 소비자 측면에서는 발전효율 향상과 안정적인 운영에 관심이 많다. 이러한 태양광 발전 시스템에서 효율에 영향을 미치는 원인 중 하나로는 발열이 있다.Recently, the research direction for utilization of PV system is to reduce system price and improve efficiency. In consumer aspect, it is interested in improvement of power generation efficiency and stable operation. One of the factors affecting efficiency in such photovoltaic systems is fever.
통상적으로 태양전지는 같은 온도에서 태양광의 조사량이 많을수록 태양전지의 출력이 많이 나오고 태양전지의 단자 전압도 올라간다. 그리고 태양전지의 동작 온도가 올라가면 태양전지의 출력은 줄어들고 태양전지 양단에 걸린 전압도 내려간다. Generally, the output of the solar cell is higher and the terminal voltage of the solar cell is increased as the irradiation amount of sunlight is higher at the same temperature of the solar cell. When the operating temperature of the solar cell increases, the output of the solar cell decreases and the voltage across the solar cell decreases.
구체적으로, 온도의 변화에 따른 태양광 패널의 발전 용량의 변화를 살펴보면 다음의 표 1과 같다. Specifically, the change in the power generation capacity of the solar panel according to the temperature change is shown in Table 1 below.
즉, 태양광 패널의 온도가 25℃인 경우에 시간당 발전 용량이 최대이며, 이후 온도가 상승할 때마다 시간당 발전용량이 감소하는 것이다. 다시 말해서, 태양광 패널의 온도가 50℃로 상승하게 되면 시간당 발전용량이 5.56% 정도 감소하게 되고, 태양광 패널의 온도가 80℃에 이르게 되면 시간당 발전용량이 대략 11.95% 감소하게 되므로, 태양광 패널의 온도를 적정 수준으로 유지하는 것이 매우 중요하다.That is, when the temperature of the solar panel is 25 ° C, the electricity generation capacity per hour is the maximum, and then the electricity generation capacity per hour decreases every time the temperature rises. In other words, when the temperature of the solar panel increases to 50 ° C, the power generation capacity per hour decreases by 5.56%, and when the temperature of the solar panel reaches 80 ° C, the power generation capacity per hour decreases by about 11.95% It is very important to keep the panel temperature at an appropriate level.
또한, 같은 조건이라도 단자전압이 얼마냐에 따라, 도 1과 같이 출력의 변화가 크기 때문에 같은 조건에서 최대 출력을 얻기 위해서는 최대 출력점의 단자전압으로 유지해야 하는 특성이 있다. 이러한 제어를 "최대 출력점 제어(MPPT: Maximun Power Point Tracking)"라 하며, 태양광 발전 시스템의 발전 효율을 높이기 위해서는 MPPT 제어를 포함하는 다양한 제어를 수행하게 된다.In addition, even under the same conditions, there is a characteristic that the terminal voltage of the maximum output point must be maintained in order to obtain the maximum output under the same conditions because the output voltage changes as shown in Fig. 1 depending on the terminal voltage. This control is called "Maximun Power Point Tracking (MPPT)" and various controls including MPPT control are performed to increase the power generation efficiency of the solar power generation system.
하지만, 이러한 태양전지의 효율을 향상시키기 위한 다양한 제어에도 불구하고, 여름이나 화창한 날씨의 정오 등의 경우 광량은 최대이지만 온도가 높아 실제 발전량이 줄어드는 것을 피할 수 없다. However, in spite of various control for improving the efficiency of such solar cell, in the case of summer or sunny noon, the light amount is the maximum, but the temperature is high and the actual generation amount can not be avoided.
따라서, 태양광 패널에서 발생하는 열을 효율적으로 방출하여 온도가 높아지는 것을 방지하는 것이 필요하다.Therefore, it is necessary to efficiently emit heat generated from the solar panel to prevent the temperature from rising.
참고로, 도 1은 온도와 광량에 따른 태양전지의 특성곡선을 나타내는 도면으로, 온도 80℃, 25℃, -20℃에 대해서 각각 조사량 1000W/m2 ~ 100W/m2까지 10단계로 나누어 그린 것이다. 도 1에 따르면, 태양광량이 많을수록, 그리고 온도가 낮을 수록 발전량이 증가하는 것을 알 수 있다.For reference, Figure 1 is a diagram showing the temperature and the characteristic curve of a solar cell according to the amount of light, temperature 80 ℃, 25 ℃, about -20 ℃ each
한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.Meanwhile, as a result of investigation of the prior art related to the present invention, a large number of patent documents have been searched and some of them will be described as follows.
특허문헌 1은, 지붕에 장착되는 본체; 상기 본체의 바닥면 위에 이격되게 배치된 태양 전지판; 상기 태양 전지판에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 태양 전지판과 상기 본체의 바닥면 사이로 냉각용 유체를 강제로 유동시켜 상기 태양 전지판을 냉각하는 냉각 수단을 포함하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지 수집 장치를 개시하고 있다.
특허문헌 2와 3은, 태양전지 패널의 냉각 채널에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 열전변환 냉각부; 및 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 고온 냉매의 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 유로 변경부를 포함하여, 태양전지 패널 냉각 시 소비되는 에너지를 최소화하고, 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선할 수 있는 태양광 패널 냉각 시스템을 개시하고 있다.
특허문헌 4는, 태양전지모듈에 열전도성이 우수한 방열판을 부착하고, 열기 흐름이 신속하게 이루어지도록 하는 구조를 형성하거나 태양전지 모듈에 냉각판을 부착하여 냉각판의 흡열 및 발열 동작을 이용하도록 하며, 방열판 및 냉각판의 결합 동작 또는 개별적인 동작에 의해 태양전지모듈의 온도를 낮출 수 있도록 한, 태양광 발전시스템의 태양전지모듈 냉각장치를 개시하고 있다.Patent Document 4 proposes a structure in which a heat radiating plate having a good thermal conductivity is attached to a solar cell module to form a structure for quickly performing a heat flow or a cooling plate is attached to a solar cell module to utilize the heat absorbing and generating operation of the cooling plate And the temperature of the solar cell module can be lowered by the combined operation of the heat sink and the cooling plate or by the individual operation of the solar cell module cooling device.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 과정에서 태양광 패널의 태양전지셀에서 발생하는 열을 외부로 효율적으로 방출하는 것에 의해 태양전지셀의 온도 상승을 억제함으로써 태양광 패널의 발전효율을 안정화시키며 발전량을 현저히 향상시킬 수 있는 방열층을 구비한 태양광 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a solar cell module, Which can stabilize the power generation efficiency of the solar panel by suppressing the temperature rise of the solar panel, and significantly improve the power generation amount.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 다수의 태양전지셀이 전기적으로 접속되어 이루어지는 태양전지층; 상기 태양전지셀을 보호할 수 있도록 상기 태양전지층의 상부에 적층되며 투명소재로 이루어진 상부밀봉층; 태양광이 투과됨과 아울러 상기 상부밀봉층을 보호할 수 있도록 상기 상부밀봉층의 상부에 적층되는 유리층; 상기 태양전지셀을 보호할 수 있도록 상기 태양전지층의 하부에 적층되는 하부밀봉층; 외부환경으로부터 태양전지셀을 보호하기 위하여 상기 하부밀봉층의 하부에 적층되는 백시트층; 및 상기 태양전지셀에서 발생하는 열을 방출할 수 있도록 상기 백시트층의 저면에 형성되는 방열층;을 포함하고,According to an aspect of the present invention, there is provided a solar cell module comprising: a solar cell layer including a plurality of solar cells electrically connected to produce electricity using solar light; An upper sealing layer formed on the solar cell layer and made of a transparent material so as to protect the solar cell; A glass layer laminated on the upper sealing layer so as to transmit sunlight and protect the upper sealing layer; A lower sealing layer laminated on the lower portion of the solar cell layer to protect the solar cell; A back sheet layer laminated on the lower portion of the lower sealing layer to protect the solar cell from external environment; And a heat dissipation layer formed on a bottom surface of the back sheet layer to emit heat generated in the solar cell,
상기 방열층은 탄소계 소재가 상기 백시트층의 저면에 스프레이도포 또는 인쇄도포된 후 경화되어 형성되며,The heat dissipation layer is formed by spraying or printing a carbonaceous material on the bottom surface of the back sheet layer,
상기 탄소계 소재는, 입자크기가 10~30㎚인 탄소나노튜브 1~20wt%, 입자크기가 2~20㎚인 그래핀 1~20wt%, 유기변성 폴리실록산(AFCONA) 5~20wt%, 에틸알콜 50~80wt%의 조성을 가지며, 이들 조성물을 혼합하여 액화질소를 통한 균질화 및 초음파를 통한 분산 과정을 거친 후, 교반하면서 응축한 다음, 응축된 소재에 열경화성수지 및 경화제를 첨가한 후 점착혼합기에서 혼합하여 형성됨과 아울러,Wherein the carbonaceous material comprises 1 to 20 wt% of carbon nanotubes having a particle size of 10 to 30 nm, 1 to 20 wt% of graphene having a particle size of 2 to 20 nm, 5 to 20 wt% of an organic modified polysiloxane (AFCONA) And 50 to 80 wt%. These compositions are mixed, homogenized through liquefied nitrogen and dispersed by ultrasonic waves, and then condensed while stirring. Then, a thermosetting resin and a curing agent are added to the condensed material, followed by mixing In addition,
상기 백시트층에 태양전지층의 태양전지셀에 대응하는 위치에 각각 관통홀이 형성되고, 상기 방열층을 형성하는 탄소계소재가 관통홀에 각각 충진되어 기둥형상의 열전달부를 형성하며, 상기 방열층과 열전달부가 일체화되어 태양전지셀의 열이 다수의 열전달부를 통해 상기 방열층으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 한다.A through hole is formed in the back sheet layer at a position corresponding to the solar cell of the solar cell layer, a carbonaceous material forming the heat dissipation layer is filled in the through hole to form a columnar heat transfer portion, Layer and the heat transfer part are integrated so that the heat of the solar cell is transferred to the heat dissipation layer through the plurality of heat transfer parts.
또, 본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널에 따르면, 상기 방열층의 경화는 상온 경화, 자외선 경화 또는 열경화 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.According to the solar panel having the heat-radiating layer of the present invention, the heat-curing of the heat-radiating layer is performed by one of room temperature curing, ultraviolet curing, and thermosetting.
또한, 본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널에 따르면, 상기 하부밀봉층에 상기 백시트층에 형성된 관통홀에 각각 대응하는 다수의 관통홀이 형성되고 상기 열전달부가 상기 하부밀봉층의 관통홀까지 연장되는 것을 특징으로 한다.According to the solar panel having the heat dissipation layer of the present invention, a plurality of through holes corresponding to the through holes formed in the back sheet layer are formed in the bottom seal layer, and the heat transfer portion is formed in the through- As shown in FIG.
또, 본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널에 따르면, 상기 탄소계 소재는 하부밀봉층으로 수분이 유입되는 것을 차단하도록 방수물질이 추가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the solar panel having the heat-radiating layer of the present invention, the carbon-based material may further include a water-proofing material to prevent moisture from flowing into the bottom sealing layer.
본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널은, 태양광 발전시 태양전지셀들에서 발생하는 열을 방열층을 통해 외부로 배출함으로써 일조량이 높은 시간대에 태양전지셀들을 포함하는 태양전지층의 온도가 급격하게 상승하는 것을 방지하여 태양광 발전의 안정성 및 발전 효율을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.The solar panel having the heat-radiating layer according to the present invention discharges the heat generated from the solar cells in the solar cell during the solar power generation to the outside through the heat-releasing layer, so that the temperature of the solar cell layer Of the solar cell can be prevented from rising sharply and the stability and the power generation efficiency of the solar cell can be remarkably improved.
또, 본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널에 따르면, 방열층을 형성하기 위하여 탄소나노튜브와 그래핀, 유기변성 폴리실록산 및 에틸알콜을 혼합한 후 열경화성수지 및 경화제를 첨가한 탄소계 소재를 사용함에 따라 방열 효과가 향상됨은 물론 백시트층에 방열층을 형성하기가 용이해지는 효과가 있다.According to the solar panel having the heat-radiating layer of the present invention, the carbon-based material obtained by mixing the carbon nanotubes with the graphene, the organic modified polysiloxane, and the ethyl alcohol, and then adding the thermosetting resin and the curing agent, The heat radiation effect is improved as well as the heat radiation layer is easily formed on the back sheet layer.
또한, 본 발명의 방열층을 구비한 태양광 패널에 따르면, 백시트층과 하부밀봉층에 구비된 기둥형상의 열전달부가 방열층과 일체로 연결됨에 따라 태양전지셀에서 발생한 열이 열전달부를 통해 방열층으로 신속하게 배출되어 태양전지셀들을 포함하는 태양전지층의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있게 되는 효과가 있다. In addition, according to the solar panel having the heat dissipation layer of the present invention, since the column-shaped heat transfer portions provided in the back sheet layer and the lower seal layer are integrally connected to the heat dissipation layer, heat generated in the solar battery cells is dissipated So that it is possible to prevent the temperature of the solar cell layer including the solar cells from rising excessively.
도 1은 온도와 광량에 따른 태양전지 특성곡선을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 패널의 분해사시도.
도 3은 도 2의 A-A 선으로 절단한 후 A 방향에서 바라본 도 2의 태양광 패널의 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 패널의 변형예를 나타낸 분해사시도.
도 5는 도 4의 A-A 선으로 절단한 후 A 방향에서 바라본 도 4의 태양광 패널의 측단면도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing solar cell characteristic curves according to temperature and light amount. FIG.
2 is an exploded perspective view of a solar panel according to the present invention.
Fig. 3 is a side cross-sectional view of the solar panel of Fig. 2 when viewed in the A direction after being cut at line AA in Fig.
4 is an exploded perspective view showing a modification of the solar panel according to the present invention.
Fig. 5 is a side cross-sectional view of the solar panel of Fig. 4 when viewed in the A direction after being cut at line AA in Fig.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application. It should be understood, however, that the embodiments according to the concepts of the present invention are not intended to be limited to any particular mode of disclosure, but rather all variations, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ", or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 패널의 분해사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선으로 절단한 후 A 방향에서 바라본 도 2의 태양광 패널의 측단면도이다.FIG. 2 is an exploded perspective view of the solar panel according to the present invention, and FIG. 3 is a side sectional view of the solar panel of FIG. 2 viewed from the direction A after cutting along line A-A of FIG.
본 발명에 따른 방열층을 구비한 태양광 패널(1)은, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 프레임(11)의 중간 부분에 위치한 태양전지층(15)을 중심으로 상측에는 상부밀봉층(13)과 유리층(12)이 적층되고, 하측에는 하부밀봉층(16)과 백시트층(17)이 적층되며, 상기 백시트층(17)의 하부에 방열층(20)이 형성된 구조로 이루어진다.2 and 3, a
상기 태양전지층(15)은 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 다수의 태양전지셀(14)이 전기적으로 접속되어 이루어지는 것으로, 다수의 태양전지셀(14)이 그룹을 형성하며, 직렬접속되어 생성된 전력을 외부로 출력하기 위하여 정션박스(30)에 전기적으로 접속되도록 구성된다. The
상기 유리층(12)은 태양광을 태양전지층(15)으로 투과시키며 태양광 패널(1) 보호함은 물론 외부의 오염물질이나 수분 등의 이물질이 태양광 패널(1)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것으로, 충격에 의해 파손되지 않고 열에 의해 변형되지 않도록 내열성 강화유리 판으로 제작되는 것이 바람직하다.The
상기 상부밀봉층(13)과 하부밀봉층(16)은 외부 충격으로부터 태양전지층(15)을 보호하고 태양광 흡수를 원활하게 해 발전효율을 높이 위한 것으로서, 상기 유리층(12) 또는 백시트층(17)과의 밀착을 위하여 접착성이 높아야 하고, 빛의 투과성이 높아야 함은 물론 유연성도 가져야 한다. 따라서, 이러한 특성을 만족하는 에틸렌비닐아세테이트(EVA; Ethylene-Vinyl Acetate)로 제작하는 것이 바람직하다.The
상기 백시트층(17)은 태양광 패널(1)의 후면을 형성하는 소재로서, 다수의 태양전지셀(14)을 포함하는 태양전지층(15)을 혹한이나 혹서 및 강풍 등 기후와 외부충격으로부터 보호하기 위해 사용된다. 태양광 패널(1)의 상부밀봉층(13) 및 하부밀봉층(16)을 형성하는 EVA는 물과의 반응성이 높아 습기에 노출될 경우 물에 반응하게 된다. 그 결과 상기 상부밀봉층(13) 및 하부밀봉층(16)의 빛 투과성이 떨어지게 되고, 이로 인해 태양전지셀(14)에 도달하는 빛이 적어 효율이 낮아진다. 또, 물과 반응한 상부밀봉층(13) 및 하부밀봉층(16)의 강도가 약해져 외부 충격에 노출되고, 습기가 침투해 배선에 부식이 일어날 수도 있다. 이에 따라 상기 백시트층(17)은 외부로부터 유입되는 습기 등의 수분을 차단하는 방수 특성을 가지도록, 기재인 PET(Polyethylene Terephthalate) 소재의 양면에, 수분에 강한 불소계 필름인 PVF(Polyvinyl Fluoride; 불화비닐 수지) 필름을 각각 접착하여 하나의 백시트 상품으로 제작하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기한 PVF는 전기적 성질이 우수해 불필요한 저항으로 인한 전력 손실을 예방하는 특징을 가진다.The
상기 방열층(20)은 태양전지셀(14)에서 발생하는 열을 방출할 수 있도록 상기 백시트층(17)의 저면에 형성되는 것으로, 탄소계 소재가 상기 백시트층(17)의 저면에 스프레이도포 또는 인쇄도포된 후 경화되어 형성된다. 여기서, 상기 방열층(20)의 두께는 20~50㎛인 것이 바람직하다. 이는 상기 방열층(20)의 두께가 20㎛ 미만이면 방열효과가 미약하고, 두께가 50㎛를 초과하더라도 방열효과의 상승폭이 미약하기 때문이다. 그리고 상기 방열층(20)을 경화시킬 때에는 상온 경화, 자외선 경화 또는 열경화 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.The
또한, 상기 백시트층(17)에 태양전지층(15)의 태양전지셀(14)에 대응하는 위치에 각각 관통홀(17')이 형성되고, 상기 방열층(20)을 형성하는 탄소계소재가 관통홀(17')에 각각 충진되어 기둥형상의 열전달부(25)를 형성하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 방열층(20)과 열전달부(25)가 일체화되어 태양전지셀(14)의 열이 다수의 열전달부(25)를 통해 상기 방열층(20)으로 전달되게 된다.In addition, through holes 17 'are formed in the
여기서, 상기 열전달부(25)들은 하부밀봉층(16) 및 백시트층(17)의 상측에 하부밀봉층(16)을 적층한 후, 상기 열전달부(25)들이 형성될 위치를 천공하고, 상기 하부밀봉층(16)의 상측에 태양전지층(15)과 상부밀봉층(13) 및 유리층(12)을 차례로 적층한 후 라미네이팅을 수행하여 태양전지패널을 제작한 다음, 제작된 태양전지패널(3)을 진동시키며 백시트층(20)의 저면에 탄소계소재를 스프레이도포 또는 인쇄도포를 수행한 후, 상온, 자외선 또는 열 경화 중 하나의 방법에 의해 경화시키는 것을 통해 형성하는 것이 바람직하다.The
한편, 상기 탄소계 소재는 입자크기가 10~30㎚인 탄소나노튜브 1~20wt%, 입자크기가 2~20㎚인 그래핀 1~20wt%, 유기변성 폴리실록산 5~20wt%, 에틸알콜 50~80wt%의 조성을 가진다. 그리고, 상기 탄소계 소재는 이들 조성물을 혼합하여 액화질소를 통한 균질화 및 초음파를 통한 분산 과정을 거친 후, 교반하면서 응축한 다음, 응축된 소재에 열경화성수지 및 경화제를 첨가한 후 점착혼합기에서 혼합하여 형성한다. 이때, 상기 탄소계 소재는 하부밀봉층(16)으로 수분이 유입되는 것을 차단하도록 방수물질이 추가 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the carbon-based material may include 1 to 20 wt% of carbon nanotubes having a particle size of 10 to 30 nm, 1 to 20 wt% of graphene having a particle size of 2 to 20 nm, 5 to 20 wt% of organic modified polysiloxane, 80 wt%. The carbon-based material is prepared by mixing these compositions, homogenizing them through a liquefied nitrogen, dispersing them by ultrasonication, condensing them with stirring, adding a thermosetting resin and a curing agent to the condensed material, mixing them in an adhesive mixer . At this time, it is preferable that the carbon-based material is further mixed with a waterproof material so as to prevent water from flowing into the
상기한 탄소나노튜브는 6개의 탄소 원자가 육각형 모양을 이룬 후 튜브 모양으로 이어진 그물 구조의 나선형 물질로서, 3차원 구조로 이루어진다. 탄소나노튜브는 입자크기가 작을수록 방열효과가 향상되지만, 방열층(20)을 형성하기 위한 탄소나노튜브의 입자크기가 10㎚ 미만이면 방열층 내에서의 열전도가 제대로 이루어지지 않게 되어 방열효과가 떨어지게 된다. The carbon nanotube is a spiral material having a net structure in which six carbon atoms are formed into a hexagonal shape and then formed into a tube shape, and has a three-dimensional structure. When the particle size of the carbon nanotubes for forming the
이에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 입자크기가 10㎚ 미만인 탄소나노튜브는 분산재인 유기변성 폴리실록산 및 에틸알콜에 의해 충분히 분산되지 않게 되어 소재 자체가 덩어리 형태로 남게 된다. 이처럼 탄소나노튜브가 분산되지 않고 덩어리 형태로 남게 되면, 열전도가 제대로 이루어지지 않게 된다. 따라서, 탄소나노튜브의 입자크기는 10㎚를 하한선으로 하는 것이 바람직하다. 또, 탄소나노튜브의 입자크기가 30㎚를 초과하게 되면 입자간 간격이 커져 열전도성이 낮아져 방열효과가 떨어지므로, 입자크기의 상한선을 30㎚로 하는 것이 바람직하다.This will be described in detail as follows. The carbon nanotubes having a particle size of less than 10 nm are not sufficiently dispersed by the organic modified polysiloxane and ethyl alcohol as dispersing materials, and the material itself remains in a lump shape. If the carbon nanotubes are left in a lump shape without being dispersed, the heat conduction is not properly performed. Therefore, it is preferable that the particle size of the carbon nanotubes is 10 nm as the lower limit. When the particle size of the carbon nanotubes exceeds 30 nm, the intergranular spacing becomes large and the thermal conductivity lowers and the heat dissipation effect deteriorates. Therefore, the upper limit of the particle size is preferably 30 nm.
또한, 탄소나노튜브를 1wt% 미만으로 첨가할 경우에는 방열효과가 미약하므로 하한선은 1wt%로 하는 것이 바람직하다. 그리고 탄소나노튜브의 첨가량이 증가할수록 방열효과가 향상되지만 20wt%를 초과하여 첨가하게 되면 방열효과가 오히려 떨어지게 된다. 이는 탄소나노튜브의 함량으로 인해 유기변성 폴리실록산과 에틸알콜 등으로 이루어진 분산재의 양이 줄어들게 되어 탄소나노튜브의 분산이 제대로 이루어지지 않기 때문이다. 따라서, 탄소나노튜브의 첨가량은 20wt%를 상한선으로 하는 것이 바람직하다.When the carbon nanotube is added in an amount of less than 1 wt%, the heat radiation effect is weak, so that the lower limit is preferably 1 wt%. As the amount of carbon nanotubes increases, the heat radiation effect is improved. However, when the amount of carbon nanotubes is more than 20 wt%, the heat radiation effect is lowered. This is because the amount of dispersant composed of organic modified polysiloxane and ethyl alcohol is reduced due to the content of carbon nanotubes, and carbon nanotubes are not dispersed properly. Therefore, the amount of the carbon nanotubes to be added is preferably 20 wt% as the upper limit.
상기한 그래핀은 6개의 탄소 원자가 육각형의 벌집 형태로 이어져 2차원의 평면 모양으로 나열된 물질로서, 상술한 탄소나노튜브보다 두께가 훨씬 얇은 특징이 있다. 그리고 첨가된 그래핀의 입자 크기가 작을수록 방열효과가 향상되지만, 그래핀의 입자크기가 2㎚ 미만이면 방열층 내에서의 열전도가 제대로 이루어지지 않게 되어 방열효과가 떨어지게 된다. The graphene is a material having six carbon atoms arranged in a hexagonal honeycomb shape and arranged in a two-dimensional planar shape, and is characterized in that it is much thinner than the carbon nanotubes described above. The smaller the particle size of the added graphene is, the better the heat dissipation effect is. However, if the graphene particle size is less than 2 nm, the heat conduction in the heat dissipation layer is not properly performed and the heat dissipation effect is lowered.
이에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 입자크기가 2㎚ 미만인 그래핀은 분산재인 유기변성 폴리실록산 및 에틸알콜에 의해 충분히 분산되지 않게 되어 소재 자체가 덩어리 형태로 남게 된다. 이처럼 그래핀이 분산되지 않고 덩어리 형태로 남게 되면, 열전도가 제대로 이루어지지 않게 된다. 따라서, 그래핀의 입자크기는 2㎚를 하한선으로 하는 것이 바람직하다. 또, 그래핀의 입자크기가 20㎚를 초과하게 되면 입자간 간격이 커져 열전도성이 낮아져 방열효과가 떨어지므로, 입자크기의 상한선을 20㎚로 하는 것이 바람직하다.This will be described in detail as follows. Graphene having a particle size of less than 2 nm is not sufficiently dispersed by the organic modified polysiloxane and ethyl alcohol as dispersing materials, and the material itself remains in a lump form. If the graphene is not dispersed and remains in the form of a lump, the heat conduction is not properly performed. Therefore, it is preferable that the grain size of graphene is 2 nm as the lower limit. When the grain size of the graphene exceeds 20 nm, the gap between the grains increases, the thermal conductivity decreases, and the heat dissipation effect deteriorates. Therefore, the upper limit of the grain size is preferably 20 nm.
또한, 그래핀을 1wt% 미만으로 첨가할 경우에는 방열효과가 미약하므로 하한선을 1wt%로 한다. 그리고 그래핀의 첨가량이 증가할수록 방열효과가 향상되지만 20wt%를 초과하여 첨가하게 되면 방열효과가 오히려 떨어지게 된다. 이는 그래핀의 함량으로 인해 유기변성 폴리실록산과 에틸알콜 등으로 이루어진 분산재의 양이 줄어들게 되어 그래핀의 분산이 제대로 이루어지지 않기 때문이다. 따라서, 그래핀의 첨가량은 20wt%를 상한선으로 하는 것이 바람직하다.When graphene is added in an amount of less than 1 wt%, the heat radiation effect is weak, so the lower limit is 1 wt%. As the amount of graphene added increases, the heat radiation effect is improved. However, when the amount of the graphene added exceeds 20 wt%, the heat radiation effect is lowered. This is because the content of graphene reduces the amount of the dispersing agent composed of organic modified polysiloxane and ethyl alcohol, and the graphene dispersion is not properly performed. Therefore, the amount of graphene added is preferably 20 wt% as the upper limit.
상기한 유기변성 폴리실록산은, 폴리실록산의 수소원자가 메틸기 등으로 치환된 후 메틸기 중 일부가 폴리에테르 등으로 변성되어 이루어진다. 한편, 도료에 사용되는 대부분의 실리콘은 유기변성 폴리실록산이며, 폴리실록산은 규소원자와 산소원자가 교대로 결합하여 사슬식 구조를 형성하고 있는 화합물이다. 유기변성 폴리실록산으로는 폴리에테르 변성 폴리디메틸 실록산과 폴리메틸 알킬실록산 등이 있으며, 분산보조재로 사용된다. 유기변성 폴리실록산이 5wt% 미만 첨가되면 부착성이 낮아 상기 백시트층(17)에 탄소계 소재가 잘 부착되지 않고, 20wt%를 초과하여 첨가하면 점도가 너무 높아져 상기 백시트층(17)에 탄소계 소재를 도포하기가 어려우므로, 상기 유기변성 폴리실리콘의 함량은 5~20wt%인 것이 바람직하다.The above-mentioned organic modified polysiloxane is formed by replacing a hydrogen atom of a polysiloxane with a methyl group or the like, and then modifying a part of the methyl groups with a polyether or the like. On the other hand, most of the silicon used in paints is an organically modified polysiloxane, and polysiloxane is a compound in which silicon atoms and oxygen atoms alternately combine to form a chain structure. Examples of the organically modified polysiloxane include polyether-modified polydimethylsiloxane and polymethylalkylsiloxane, and are used as dispersion auxiliary materials. When the organic modified polysiloxane is added in an amount less than 5 wt%, the adhesion is low and the carbon-based material does not adhere well to the
상기한 에틸알콜은 분산보조재로서 50wt% 미만일 경우 상기 탄소계 소자를 구성하는 다른 성분들이 고르게 분산되지 않고, 80wt%를 초과하게 되면 상기 탄소계 소자를 구성하는 다른 성분들의 함량이 너무 작아져 원하는 효과를 얻을 수 없게 된다.When the content of the ethyl alcohol is less than 50 wt% as the dispersion auxiliary material, the other components constituting the carbon-based element are not dispersed evenly. When the content exceeds 80 wt%, the content of the other components constituting the carbon- Can not be obtained.
한편, 본 발명에 따른 방열층의 신뢰성을 검증하기 위하여 탄소계 소재를 구성하는 각 성분의 함량을 변화시켜 가면서 방열효과를 측정한 결과 다음의 표 2와 표 3을 얻을 수 있었다.In order to verify the reliability of the heat dissipation layer according to the present invention, the heat dissipation effect was measured while varying the content of each component constituting the carbon-based material, and the following Tables 2 and 3 were obtained.
다음의 표 2는 주변온도가 35℃일 때 태양광 패널의 온도를 측정한 것으로, 방열층(20)을 설치하지 않은 경우와 방열층(20)을 설치한 경우, 탄소나노튜브와 그래핀 등 탄소 소재의 입자크기가 기준에 비해 작은 경우와 큰 경우 및 탄소 소재의 함량이 기준을 초과한 경우로 구분하여 나타낸 것이다. 그리고, 표 3은 방열층(20)을 형성하기 위한 탄소계 소재를 구성 성분들에 대하여 입자크기와 함량을 각각 변화시켜 가면서 방열효과를 각각 측정한 결과를 나타낸 것이다.Table 2 below shows the temperature of the solar panel when the ambient temperature is 35 ° C. When the
한편, 상술한 구성의 태양광 패널은 발열 성능을 향상시키기 위한 다양한 구조 변경이 수행될 수 있다.Meanwhile, in the solar panel having the above-described structure, various structural changes can be performed to improve the heat generating performance.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 패널의 변형예를 나타낸 분해사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A 선으로 절단한 후 A 방향에서 바라본 도 4의 태양광 패널의 측단면도이다.FIG. 4 is an exploded perspective view showing a modified example of the solar panel according to the present invention, and FIG. 5 is a side sectional view of the solar panel of FIG. 4 viewed from the direction A after cutting along line A-A of FIG.
도 4와 5에 도시된 본 발명의 변형예는, 상기 방열층(20)과 일체로 형성된 상기 열전달부(25)가 하부밀봉층(16)까지 연장되어 상기 태양전지층(15)의 태양전지셀(14)에서 발생한 열이 더욱 신속하게 배출되도록 한 것이다. 즉, 상기 하부밀봉층(16)에 상기 백시트층(17)의 관통홀(17')에 각각 대응하는 다수의 관통홀(16')이 형성됨으로써 상기 열전달부(25)가 상기 하부밀봉층(16)의 관통홀(16')까지 연장되는 것이다.4 and 5, the
이상에서는 상기 백시트층(17)의 저면에 방열층(20)을 형성함과 아울러 상기 백시트층(17)과 하부밀봉층(16)에 상기 방열층(20)과 일체화되는 기둥 형상의 열전달부(25)를 형성하는 것에 대하여 기재하였으나, 상기 백시트층(17)과 하부밀봉층(16)의 두께가 매우 얇은 경우에는 상기 열전달부(25)를 형성하지 않을 수도 있다. The
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that numerous changes and modifications can be made to the invention without departing from the spirit and scope of the invention. And all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention are therefore to be regarded as being within the scope of the present invention.
10...태양전지패널
11...프레임
12...유리층
13...상부밀봉층
14...태양전지셀
15...태양전지층
16...하부밀봉층
17...백시트층
20...방열층
25...열전달부
30...정션박스10 ... solar panel
11 ... frame
12 ... glass layer
13 ... upper sealing layer
14 ... solar cell
15 ... solar cell layer
16 ... Lower sealing layer
17 ... back sheet layer
20 ... heat radiating layer
25 ... heat transfer part
30 ... Junction box
Claims (4)
상기 태양전지셀(14)을 보호할 수 있도록 상기 태양전지층(15)의 상부에 적층되며 투명소재로 이루어진 상부밀봉층(13);
태양광이 투과됨과 아울러 상기 상부밀봉층(13)을 보호할 수 있도록 상기 상부밀봉층(13)의 상부에 적층되는 유리층(12);
상기 태양전지셀(14)을 보호할 수 있도록 상기 태양전지층(15)의 하부에 적층되는 하부밀봉층(16);
외부환경으로부터 태양전지셀(14)을 보호하기 위하여 상기 하부밀봉층(16)의 하부에 적층되는 백시트층(17); 및
상기 태양전지셀(14)에서 발생하는 열을 방출할 수 있도록 상기 백시트층(17)의 저면에 형성되는 방열층(20);을 포함하고,
상기 방열층(20)은 탄소계 소재가 상기 백시트층(17)의 저면에 스프레이도포 또는 인쇄도포된 후 경화되어 형성되며,
상기 탄소계 소재는, 입자크기가 10~30㎚인 탄소나노튜브 1~20wt%, 입자크기가 2~20㎚인 그래핀 1~20wt%, 유기변성 폴리실록산(AFCONA) 5~20wt%, 에틸알콜 50~80wt%의 조성을 가지며, 이들 조성물을 혼합하여 액화질소를 통한 균질화 및 초음파를 통한 분산 과정을 거친 후, 교반하면서 응축한 다음, 응축된 소재에 열경화성수지 및 경화제를 첨가한 후 점착혼합기에서 혼합하여 형성됨과 아울러,
상기 백시트층(17)에 태양전지층(15)의 태양전지셀(14)에 대응하는 위치에 각각 관통홀(17')이 형성되고, 상기 방열층(20)을 형성하는 탄소계소재가 관통홀(17')에 각각 충진되어 기둥형상의 열전달부(25)를 형성하며, 상기 방열층(20)과 열전달부(25)가 일체화되어 태양전지셀(14)의 열이 다수의 열전달부(25)를 통해 상기 방열층(20)으로 전달되도록 하는 것을 특징으로 하는 방열층을 구비한 태양광 패널.
A solar cell layer (15) in which a plurality of solar cells (14) producing electricity using solar light are electrically connected;
An upper sealing layer 13 formed on the upper portion of the solar cell layer 15 so as to protect the solar cell 14 and made of a transparent material;
A glass layer (12) laminated on top of the upper sealing layer (13) so that sunlight is transmitted and the upper sealing layer (13) is protected;
A lower sealing layer 16 stacked on the lower portion of the solar cell layer 15 to protect the solar cell 14;
A back sheet layer (17) laminated on the lower part of the lower sealing layer (16) to protect the solar cell (14) from external environment; And
And a heat dissipation layer (20) formed on a bottom surface of the back sheet layer (17) so as to emit heat generated in the solar cell (14)
The heat dissipation layer 20 is formed by spraying or printing a carbonaceous material on the bottom surface of the back sheet layer 17,
Wherein the carbonaceous material comprises 1 to 20 wt% of carbon nanotubes having a particle size of 10 to 30 nm, 1 to 20 wt% of graphene having a particle size of 2 to 20 nm, 5 to 20 wt% of an organic modified polysiloxane (AFCONA) And 50 to 80 wt%. These compositions are mixed, homogenized through liquefied nitrogen and dispersed by ultrasonic waves, and then condensed while stirring. Then, a thermosetting resin and a curing agent are added to the condensed material, followed by mixing In addition,
Through holes 17 'are formed in the back sheet layer 17 at positions corresponding to the solar cell 14 of the solar cell layer 15 and the carbonaceous material forming the heat dissipation layer 20 And the heat transfer portion 25 is integrated with the heat transfer layer 20 so that the heat of the solar cell 14 is transferred to the plurality of heat transfer portions 25 through the through holes 17 ' Is transferred to the heat dissipation layer (20) through the heat dissipation layer (25).
상기 방열층(20)의 경화는 상온 경화, 자외선 경화 또는 열경화 중 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방열층을 구비한 태양광 패널.
The method according to claim 1,
Wherein the heat radiation layer (20) is cured by one of room temperature curing, ultraviolet curing, and thermosetting.
상기 하부밀봉층(16)에 상기 백시트층(17)에 형성된 관통홀(17')에 각각 대응하는 다수의 관통홀(16')이 형성되고 상기 열전달부(25)가 상기 하부밀봉층(16)의 관통홀(16')까지 연장되는 것을 특징으로 하는 방열층을 구비한 태양광 패널.
The method according to claim 1,
A plurality of through holes 16 'corresponding to the through holes 17' formed in the back sheet layer 17 are formed in the lower sealing layer 16 and the heat conducting portions 25 are formed in the lower sealing layer 16. The solar panel as claimed in claim 1,
상기 탄소계 소재는 하부밀봉층(16)으로 수분이 유입되는 것을 차단하도록 방수물질이 추가 혼합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방열층을 구비한 태양광 패널.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the carbon-based material is further mixed with a waterproof material so as to prevent moisture from flowing into the lower sealing layer (16).
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