KR100867655B1 - 지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지수집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 에너지를 수집할 수 있도록 건물의 지붕 패널 등에 설치되는 지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지 수집 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 지붕 패널용 태양 전지 모듈은, 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 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 태양 에너지 수집 장치는, 상기한 구조의 지붕 패널용 태양 전지 모듈; 상기 태양 전지판과 전기적으로 연결되어 상기 태양 전지판에서 발전된 전기를 상용 전원으로 변환하는 전기 변환 장치; 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 소정 온도 이상이면 상기 냉각 수단을 구동시키는 방열 제어부; 및 상기 태양 전지판을 냉각한 후 온도가 높아진 상기 냉각용 유체로부터 열을 회수하는 열회수부를 포함하여 이루어진다.

태양 전지판, 발전, 냉각, 열, 지붕 패널

Description

지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지 수집 장치{Solar cell module for roof panel and apparatus for collecting solar energy using the same}

본 발명은 태양 에너지(전기/열)를 수집할 수 있도록 건물의 지붕 등에 설치되는 지붕 패널용 태양 전지 모듈 및 이를 이용한 태양 에너지 수집 장치에 관한 것이다.

화석 연료의 대량 사용으로 인한 지구 온난화와 환경 파괴 등에 의해 기상 이변이 일어나고 자연 재해의 피해 규모가 증가함에 따라 이를 해소하기 위한 방편으로 대체 에너지의 개발 및 사용이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 무공해 에너지이면서 경제성이 있는 태양 에너지 수집 장치가 각광을 받고 있다.

태양 에너지를 수집하여 이용하는 분야는 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 태양열을 수집하여 난방이나 온수 급탕에 이용하는 태양열 분야이고, 다른 하나는 실리콘 반도체 등으로 구성된 태양 전지(solar cell)에 태양광이 입사되면 전기가 발생되는 현상(광전효과, photoelectric effect)을 이용하여 전기를 발전하는 태양광 발전 분야이다. 초창기에는 주로 태양열을 수집하여 난방 및 온수로 이용하는 태양 열 분야에 대한 연구 및 상용화가 이루어졌으며, 최근에는 태양 전지 관련 기술의 발달에 힘입어 태양광 발전 분야에 대한 연구 및 상용화가 활발하게 진행되고 있다.

태양광 발전을 위한 태양 전지는, 일반적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 패널 형태의 모듈로 제작되고, 여러 개의 태양 전지 모듈(10)이 사방으로 연결돼 하나의 태양광 발전 장치를 이루게 된다.

이러한 상기 태양 전지 모듈(10)은, 일반적으로, 그 전면을 보여주는 도 1에 도시된 바와 같이, 패널형의 프레임(11), 상기 프레임(11)의 상면에 배열된 다수의 태양 전지(12), 상기 태양 전지(12)를 복개하도록 상기 프레임(11)의 상면에 배치된 저철분 강화 유리인 평판형 채광창(13)을 포함하여 이루어진다. 상기 태양 전지(12)의 아래에는 비록 상세히 도시하지는 않았지만, 내후성 필름과 충진재(EVA)가 구비된다. 그리고, 상기 태양 전지 모듈(10)의 뒷면에는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지(12)에서 발전된 전기를 출력하는 전원 단자함(14)이 구비되고, 상기 프레임(11)의 뒷면 테두리에는 다수의 고정구(13a)가 구비된다.

위와 같이 구성된 태양 전지 모듈은 복사열 축적에 따른 태양 전지의 온도 상승을 해소하는 냉각 또는 방열 수단이 별도로 구비되어 있지 않으며, 자연 통풍에 의한 냉각을 위해 지붕에서 소정 간격 띄워져 설치된다. 그러나, 이러한 구조만으로는 일사량이 많은 날의 경우, 태양 전지가 자연 통풍에 의해 충분히 냉각되지 못한다. 따라서, 태양 전지 표면이 과열되어 발전 출력이 저하되고(일반적으로 태양 전지의 표면 온도가 1℃ 상승할수록, 발전 효율은 약 0.4%~0.6%씩 감소하는 것으로 알려져 있다), 태양 전지의 열화가 일어나 수명이 단축되는 문제가 있다.

종래의 태양 전지 모듈은 또한 두께가 얇은 패널형으로 구성될 뿐만 아니라, 위에서 설명한 바와 같이 자연 통풍을 위해 지붕으로부터 소정 거리 이격해야 하므로, 일반적으로, 지붕 위에 튼튼하게 세워진 빔 구조물 위에 장착된다. 이는 시공 기간과 시설 비용을 늘릴 뿐만 아니라, 지붕으로부터 이격된 태양 전지 모듈이 지붕과 어울리지 못하여 건물의 미관을 해치는 문제도 있다.

한편, 인접하게 배치된 다수의 태양 전지 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 후면에 구비된 전원단자함을 통해 전선으로 이어져 상호 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 작업자가 모든 전원단자함을 일일이 전선으로 이어줘야 하므로 설치 작업에 많은 시간이 걸리고 결선이 불편한 문제도 있다.

본 발명의 일 형태에서는, 지붕 패널에 장착되는 본체; 상기 본체의 바닥면 위에 이격되게 배치된 태양 전지판; 상기 태양 전지판의 주위에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서; 및 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상의 경우에 상기 태양 전지판과 상기 본체의 바닥면 사이로 냉각용 유체를 강제로 유동시켜 상기 태양 전지판을 냉각하는 냉각 수단을 포함하여 이루어진 지붕 패널용 태양 전지 모듈을 제공한다.

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상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈에서, 지붕 패널용 태양전지 모듈은 상기 태양 전지판의 아래에 태양전지판과 접촉하도록 설치되어 상기 태양 전지판으로부터 열을 전달받는 흡열판을 더 포함하고, 상기 온도센서는 상기 태양 전지판의 측부 또는 하부 또는 상기 하부 중 태양전지판 아래에 배치된 상기 흡열판에 설치된다.
그리고 상기 냉각 수단의 하나의 실시예는, 상기 흡열판에 접촉하도록 배치되고, 상기 본체의 측면에 입구 및 출구가 마련되며, 내부로 냉각액이 흐르는 냉각 파이프를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상기 냉각 파이프와 연통되게 구비되어, 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상일 때, 상기 냉각 파이프에 상기 냉각액을 강제로 유동시키는 펌프를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
게다가, 상기 냉각 수단의 다른 일실시예는, 상기 본체의 바닥면과 상기 흡열판 사이에 구비되고, 상기 본체의 측면에 입구 및 출구가 마련된 통풍 유로; 및 상기 흡열판에서 아래로 연장되어 상기 통풍 유로에 배치된 다수의 냉각 핀을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상기 통풍 유로와 연통되게 구비되어, 상기 온도센서에서 감지된 온도가 소정 온도 이상일 때, 상기 통풍 유로에 공기를 강제로 유동시키는 송풍팬을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

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상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈은, 상기 본체의 측면에 배치되고, 상기 태양 전지판 및 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며, 두 개의 태양 전지 모듈이 서로 접촉하게 배치되었을 때 각 태양 전지 모듈의 태양 전지판과 온도 센서를 각각 전기적으로 연결하는 전원 접속구를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈에서, 상기 본체의 바닥면은 상기 지붕 패널의 돌출부가 끼워질 수 있도록 'W'자형 굴곡 형상을 가지며, 상기 본체의 측면에는 다수의 고정구가 구비된 고정 플랜지가 형성될 수 있다.

상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈에서, 상기 태양 전지판은 상기 본체의 바닥면에 대해 소정 방향으로 소정 각도 경사지게 배치될 수 있다.

상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈은, 상기 태양 전지판 위에 둥글게 배치되어 상기 태양 전지판을 복개하고 밀폐하는 둥근 채광창을 더 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈에서, 상기 둥근 채광창은, 상기 태양 전지판을 바라보는 안쪽면이 가공된 반 원통형의 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 형태로 이루어질 수 있다.

상기 지붕 패널용 태양 전지 모듈에서, 상기 태양 전지판은 상기 본체의 상면 중앙에 배치되고, 상기 태양 전지판의 양쪽에는 각각 반사판이 배치될 수도 있다.

한편, 본 발명의 다른 일 형태에서는, 상기한 지붕 패널용 태양 전지 모듈; 상기 태양 전지판과 전기적으로 연결되어 상기 태양 전지판에서 발전된 전기를 상 용 전원으로 변환하는 전기 변환 장치; 상기 온도 센서에서 감지된 온도가 소정 온도 이상이면 상기 냉각 수단을 구동시키는 방열 제어부; 및 상기 태양 전지판을 냉각한 후 온도가 높아진 상기 냉각용 유체로부터 열을 회수하는 열회수부를 포함하여 이루어진 지붕 패널용 태양 전지 모듈을 이용한 태양 에너지 수집 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서는, 태양 전지의 온도를 감지하여 소정 온도 이상인 경우 상기 태양 전지를 강제로 냉각시켜 준다. 따라서, 본 발명에 따르면, 태양 전지를 최적 온도로 유지시켜 줌으로써 최상의 발전 효율을 제공할 수 있으며 열화현상을 예방하여 태양전지의 내구성을 높이는 효과가 있다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈은 지붕 패널로 시공된 건물의 지붕으로부터 이격시키지 않고 지붕 패널 위에 직접 설치할 수 있다. 따라서, 별도의 빔 구조물을 설치할 필요가 없으며, 이에 따라 설치 기간 및 설치 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라, 모듈이 지붕에 밀착되므로 태풍 등의 자연재해에 의한 파손위험이 적고 지붕과 어우러져 건물의 미관을 해치지 않는 효과도 있다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈의 측면에는 전원 접속구가 마련되는데, 인접한 두 개의 모듈이 상호 접촉하도록 나란히 배치되면 각 모듈의 전원 접속구가 서로 전기적으로 연결된다. 또한, 태양 전지를 방열 또는 냉각하기 위한 수단의 유로도 두 개의 모듈이 서로 인접하게 배치되면 자동으로 상호 연결된다. 따라서, 본 발명에 따르면 여러 개의 태양 전지 모듈을 전선 결선 작업 없이 전기적으로 용이 하게 연결할 수 있고, 방열 또는 냉각 수단의 유로도 쉽게 연결되므로, 설치 및 유지 보수가 쉬운 효과가 있다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈에서 태양 전지판은 그 자체가 모듈의 바닥면으로부터 소정 각도 기울어지게 배치될 수 있다. 따라서, 지붕이 정남향으로 배치되지 않은 경우에도, 태양 전지판이 경사지게 배치된 모듈을 지붕에 설치함으로써 태양광의 반사를 최소화하고 태양 전지에 입사되는 일사량을 최대화하여 발전량을 높일 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈에는, 또한, 둥근 채광창이 씌워질 수도 있다. 이 경우, 먼지나 눈 등이 채광창에 축적되어 태양 전지의 수광 및 발전 능력이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기 둥근 채광창을 안쪽면이 가공된 반원형 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 형태로 구성함으로써 태양광을 모듈 중앙부의 태양 전지판에 집광시켜 발전 능력을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

본 발명에 따른 태양 전지 모듈과 이를 이용한 태양 에너지 장치는 도 3 내지 도 16에 도시된 바와 같이 다양한 실시예들로 구현된다. 이하에서는 이들 실시예에 대해 각각 첨부된 도면을 참조하여 설명하며, 각 실시예들의 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되고, 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서 생략될 것이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지붕 패널용 태양 전지 모듈(100a)을 보여준다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a) 을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A'선 단면도이며, 도 5는 도 3의 태양 전지 모듈(100a)에 구비된 흡열판과 냉각 파이프를 나타낸 사시도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지 모듈(100a)은 본체(110), 태양 전지판(120), 온도 센서(180), 그리고 상기 태양 전지판(120)을 강제로 냉각하는 냉각 수단을 포함하여 이루어진다.

상기 본체(110)는 지붕에 패널에 장착되어 돌출부에 고정된다. 상기 본체(110)의 바닥면은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 대략 'W' 형의 굴곡 형상을 가지며, 그 중앙에는 지붕 패널(200)(도 14 참조)의 돌출부, 즉 보강 리브(210)가 끼워지는 결합홈(115)이 마련된다. 상기 본체(110)의 측면에는 고정 플랜지(111)가 돌출되며, 상기 고정 플랜지(111)에는 다수의 고정구(113)가 형성된다. 이와 같이 형성된 상기 본체(110)는 바닥면이 상기 지붕 패널에 접촉하게 배치된 상태에서 나사 등의 체결 부재(미도시)가 상기 고정구(113)를 관통한 후 상기 지붕 패널의 돌출부에 고정됨으로써 상기 지붕 패널에 안정적으로 고정된다.

상기 태양 전지판(120)은 상기 본체(110)의 상부에 장착된다. 상기 태양 전지판(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 본체(110)의 바닥면과 소정 거리 이격되어 있다. 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a)에서, 상기 태양 전지판(120)과 상기 본체(110)의 바닥면 사이의 이격 공간에는 단열재(160)가 충진되는데, 이는 지붕 패널과 본체(110)의 바닥면으로부터 전이되는 복사열이 상기 태양 전지판(120)에 전달되는 것을 최소화하여 상기 태양 전지판(120)이 과열되는 것을 막기 위한 것이다.

상기 태양 전지판(120)에는 실리콘 반도체 등으로 구성된 다수의 태양 전지(solar cell)가 배열되는데, 각 태양 전지는 태양광이 입사될 때 광전 효과(photoelectric effect)에 의해 전기를 생산한다. 상기 태양 전지판(120)에서 생산된 전기는 상기 본체(110)의 측면에 마련된 전원 접속구(140)의 전기 출력 단자(141)를 통해 외부로 출력된다.

상기 태양 전지판(120)의 위에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 저철분 강화 유리재질로 이루어진 평판형 채광창(130)이 배치된다. 상기 평판형 채광창(130)은 상기 태양 전지판(120)을 덮어 보호하여 상기 태양 전지판(120)이 오염되거나 훼손되는 것을 효과적으로 방지해 준다. 이러한 상기 평판형 채광창(130)은 통상의 태양 전지판에 마련되는 그것과 구성 및 역할이 실질적으로 동일하므로 이에 대한 더 이상의 설명은 생략한다.

상기 온도 센서(180)는 상기 태양 전지판(120)의 주위에 또는 상기 태양 전지판(120) 아래 배치된 흡열판(170)에 설치된다. 여기서, 상기 흡열판(170)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지판(120)과 접촉하도록 설치되어 상기 태양 전지판(120)의 열을 전달받으므로, 상기 태양 전지판(120)과 거의 같은 온도를 유지한다고 볼 수 있다. 상기 흡열판(170)이 구비되지 않는 경우, 상기 온도 센서(180)는 상기 태양 전지판(120)의 측부 또는 하부에 설치된다. 위와 같이 설치된 상기 온도 센서(180)는 상기 태양 전지의 온도를 직접 또는 상기 흡열판(170)을 통해 간접으로 측정한다.

상기 냉각 수단은 상기 태양 전지판(120), 또는 상기 흡열판(170)과 상기 본체(110)의 바닥면 사이로 냉각용 유체를 강제로 유동시켜 상기 태양 전지판(120)을 냉각한다. 상기 냉각 수단은 상기 온도 센서(180)에서 측정한 태양 전지판(120)의 온도가 소정 온도 이상, 예를 들어 25℃ 이상이라면 강제로 냉각용 유체를 유동시켜 상기 태양 전지판(120)을 냉각함으로써 상기 태양 전지판(120)의 과열을 효과적으로 방지한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a)에서 상기 냉각 수단은, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각액을 유동시키는 냉각 파이프(150)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 냉각액은 예를 들어 냉각수와 부동액의 혼합액으로 이루어질 수 있으며, 결빙의 우려가 없는 경우, 냉각수만으로 구성될 수도 있다. 상기 냉각 파이프(150)는 상기 흡열판(170)의 아래에 배치되어 상기 흡열판(170)과 열교환 한다. 상기 흡열판(170)이 구비되지 않는 경우, 상기 냉각 파이프(150)는 상기 태양 전지판(120)의 아래에 배치되어 상기 태양 전지판(120)과 열교환 한다.

상기 냉각 파이프(150)는 상기 본체(110)의 바닥면과 상기 태양 전지판(120) 또는 흡열판(170) 사이의 이격 공간을 지나도록 설치되며, 양쪽 단부, 즉 입구와 출구는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 본체(110)의 측면을 통해 외부로 노출된다. 여기서, 노출된 냉각 파이프(150)의 입구 및 출구는 비록 상세히 도시하지는 않았지만 그 직경이 서로 다르게 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 냉각 파이프(150)의 단부 중 입구, 즉 도 3 및 도 5의 도면 아래쪽에 위치한 쪽은 외경이 작게 형성되고, 상기 냉각 파이프(150)의 단부 중 출구, 즉 도 3 및 도 5의 도면 위쪽에 위치한 쪽은 내경이 크게 형성될 수 있다. 그러면, 두 개의 태양 전지 모듈(100a)을 직렬로 연결하였을 때 각 태양 전지 모 듈(100a)의 냉각 파이프(150)가 별도의 연결구 없이도 상호 끼워져 고정될 수 있다. 냉각액의 누출을 방지하기 위해, 두 개의 냉각 파이프(150)의 연결 부분에는 씰링(미도시)이 개재될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 냉각 파이프(150)와 상기 흡열판(170)은 모듈화되어 제작될 수 있다. 상기 흡열판(170)과 냉각 파이프(150)를 각각 한쌍으로 분리시켜 구성한 것은, 상기 본체(110)의 두께를 얇게 하고 복사열을 빠르게 흡수할 수 있도록 하기 위한 것으로, 조립식 모듈화로 제조 비용이 절감되고, 태양 전지 모듈(100a)의 가로 확장을 용이하게 해준다.

한편, 상기 냉각 파이프(150)를 흐르는 냉각액을 강제로 유동시키도록 상기 냉각 수단에는 펌프(331)(도 15 참조)가 더 구비될 수 있다. 상기 펌프(331)는 상기 냉각 파이프(150)와 연통되게 설치되며, 상기 태양 전지판(120)의 온도가 소정 온도 이상일 때 작동함으로써 상기 냉각 파이프(150)에 상기 냉각액을 강제로 유동시킨다.

상기 본체(110)의 측면에는 도 3에 도시된 바와 같이 전원 접속구(140)가 구비된다. 상기 전원 접속구(140)는 상기 태양 전지판(120)과 전기적으로 연결된 상기 전기 출력 단자(141)와 상기 온도 센서(180)와 전기적으로 연결된 센서 출력 단자(143)를 포함하여 이루어진다. 상기 전원 접속구(140)는 서로 대향되는 본체(110)의 두 측면에 각각 형성된다. 즉, 도 3의 경우, 도면의 아래쪽에 위치한 본체(110)의 측면과 도면의 위쪽에 위치한 본체(110)의 측면에 각각 전원 접속구(140)가 구비된다.

상기 전원 접속구(140) 중 도 3의 아래쪽에 위치한 것은 예를 들어 수(male) 접속구로 구성되고, 도 3의 위쪽에 위치한 것은 예를 들어 암(female) 접속구로 구성될 수 있다. 물론, 이와 반대로 구성될 수도 있다. 그리고, 상기 전원 접속구(140)는 상호 접속시 접속 단자의 내구성을 높이기 위해 방수형으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전원 접속구(140)가 위와 같이 구성되면, 두 개의 태양 전지 모듈(100a)을 직렬로 연결하였을 때 각 태양 전지 모듈(100a)의 측면에 구비된 전원 접속구(140)들이 별도의 연결구 없이도 서로 끼워 맞춰져 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 의해, 인접하게 배치된 두 개의 태양 전지 모듈(100a)의 온도 센서(180)와 태양 전지판(120)이 각각 전기적으로 연결된다. 위와 같은 구조는, 종래와는 달리 별도의 결선 작업을 할 필요가 없게 해주므로, 설치를 쉽게 해주고 설치 비용을 절감시켜 준다.

위와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a)에 태양광이 입사되면, 상기 태양 전지판(120)의 태양 전지는 광전 효과에 의해 전기를 발생시키고, 발생된 전기는 상기 전원 접속구(140)의 전기 출력 단자(141)를 통해 외부로 출력된다. 상기 태양광에 의해 상기 태양 전지판(120)이 가열되는데, 가열된 태양 전지판(120)의 열은 상기 흡열판(170)을 통해 상기 냉각 파이프(150)로 전달된다.

상기 태양 전지판(120)이 소정 온도 이상 상승하면, 상기 냉각 수단이 작동하여 상기 냉각 파이프(150) 내로 냉각액이 흐른다. 이에 의해 상기 흡열판(170) 및 상기 태양 전지판(120)의 냉각이 가속화되어 상기 태양 전지판(120)의 과열 및 열화가 방지된다. 그러므로, 상기 태양 전지판(120)은 항상 최적의 온도에서 높은 효율로 발전하게 된다.

상기 냉각 파이프(150)에서 열교환되어 가열된 냉각액은 추후 열이 회수되어 온수 공급이나 난방용으로 이용될 수 있다. 이와 관련해서는 도 15 및 도 16을 참조하여 좀더 상세히 설명할 것이다.

위에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a)는 상기 냉각 수단이 수냉식으로 구성된 반면 도 6 및 도 7에 도시된 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)는 상기 냉각 수단이 공냉식으로 구성된다. 이하에서는 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 좀더 상세히 설명한다. 참고로, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 B-B'선 단면도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)은 상기 냉각 수단이 공냉식으로 구성된 것을 제외하고는 다른 구성 요소의 구조 및 역할은 상기 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a)의 그것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 상기 냉각 수단의 구성에 대해서만 차이점을 중심으로 설명한다.

제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)에서 상기 냉각 수단은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 통풍 유로(151)와 냉각 핀(171)을 포함하여 이루어진다. 상기 통풍 유로(151)는 상기 본체(110)의 바닥면과 상기 태양 전지판(120) 또는 상기 흡열판(170) 사이의 이격 공간으로 확보되는데, 이를 위해 상기 이격 공간에는 단열재 등이 충진되지 않는다. 상기 통풍 유로(151)는 상기 본체(110)의 측면에 입구와 출구가 마련되므로 외부의 공기가 내부를 지나 다시 외부로 배출된다.

위와 같이 상기 통풍 유로(151)가 구비되면, 상기 지붕 및 상기 본체(110)의 바닥면에 전해진 열이 상기 태양 전지판(120)에 전해지는 것을 최소화할 수 있다. 이에 더해, 상기 통풍 유로(151)를 지나는 냉각 공기가 상기 태양 전지판(120) 또는/및 상기 흡열판(170)을 냉각시키므로 상기 태양 전지판(120)의 과열이 효과적으로 방지된다.

상기 냉각 핀(171)은, 상기 태양 전지판(120) 또는 상기 흡열판(170)의 방열 효과를 증대시키기 위한 것으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지판(120)에서 아래로 다수가 연장된다. 상기 흡열판(170)이 구비되는 경우, 상기 냉각 핀(171)은 상기 흡열판(170)에서 아래로 다수가 연장된다. 이와 같이 상기 태양 전지판(120) 또는 상기 흡열판(170)에서 연장된 다수의 냉각 핀(171)은 상기 통풍 유로(151)에 배치된다. 따라서, 상기 태양 전지판(120)의 열은 상기 냉각 핀(171)을 통해 넓은 면적에서 상기 통풍 유로(151)를 지나는 냉각 공기와 열교환한다. 이에 의해 상기 태양 전지판(120)이 신속하게 냉각되고, 따라서 상기 태양 전지판(120)의 과열 및 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)에서 상기 냉각 수단은 송풍팬(335)(도 16 참조)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 송풍팬(335)은 상기 통풍 유로(151)와 연통되게 구비되며, 상기 태양 전지판(120)의 온도가 소정 온 도 이상일 때, 상기 통풍 유로(151)에 공기를 강제로 유동시킨다. 따라서, 상기 태양 전지판(120)이 과열되어 태양 전지의 발전 효율이 저하되는 것과 태양 전지판(120)이 열화되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 태양 전지판(120)을 제1 실시예와 같이 수냉식으로 냉각할 것인가, 아니면 제2 실시예와 같이 공냉식으로 냉각할 것인가는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈(100a, 100b)이 설치되는 지역의 기후 환경과 일사량 등에 따라 적합한 것으로 채택하면 된다. 이때, 상기 태양 전지판(120)을 냉각한 후 데워진 냉각 유체의 열 회수 및 사용 여부, 그리고 사용 방법 등도 고려되는 것이 좋다.

위에서는 상기 태양 전지판(120)이 상기 본체(110)의 바닥면에 대해 평행하게 배치된 예가 설명되었다. 이 경우, 상기 태양 전지판(120)은 상기 태양 전지 모듈(100a, 100b)이 지붕에 설치되었을 때 지붕의 경사와 동일한 경사로 배치된다. 일반적으로 가장 바람직한 태양 전지 모듈의 설치 방향은 일사량이 제일 많은 정남향인데, 건물의 지붕이 정남향으로 배치되지 않은 경우, 상기 태양 전지판(120)이 받는 일사량은 감소 될 수밖에 없으며, 이에 의해 발전 능력이 저하된다.

이와 같이 정남향을 바라보지 않는 건물에 태양 전지 모듈을 설치하기 위해 종래에는 지붕으로부터 돌출된 빔 구조물을 지붕에 세우고 태양 전지 모듈을 그 위에 장착하는 방법이 사용되었다. 그러나, 이러한 장착 구조는 건물의 미관을 해칠 뿐만 아니라 강풍 등 자연재해에 취약한 단점이 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100c)은 이러한 문제를 해결해준다. 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100c)은 도 8 및 도 9에 잘 도시되어 있 는데, 이하에서는 이들 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명한다. 참고로, 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 9는 도 8의 C-C'선 단면도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100c)의 태양 전지판(120)은 상기 본체(110)의 바닥면에 대해 소정 방향으로 소정 각도 경사지게 배치된다. 즉, 상기 본체(110)의 상부에 상기 태양 전지판(120)의 한쪽이 들어올려지게 지지하는 경사 지지부(117)가 구비되고, 상기 경사 지지부(117)에 상기 태양 전지판(120)이 지지되며, 이에 의해 상기 태양 전지판(120)이 수평면에 대해 경사지게 배치되는 것이다. 여기서, 태양 전지판(120)을 경사지게 배치하기 위한 경사 지지부(117)를 제외한 다른 구성들은 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a) 또는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100b)의 그것과 실질적으로 같다. 따라서, 이에 대한 부가적인 설명은 생략한다.

위와 같이 태양 전지판(120)이 경사지게 배치된 상기 태양 전지 모듈(100c)은, 건물의 지붕에 설치되었을 때 상기 지붕의 경사와 다른 경사로 배치된다. 따라서, 상기 태양 전지판(120)의 경사 방향과 경사 각도를 적절히 선택하면, 정남향을 바라보지 않는 건물의 지붕에도 상기 태양 전지판(120)이 정남향을 바라보도록 상기 태양 전지 모듈(100c)을 설치할 수 있다. 그러면, 설치된 태양 전지 모듈(100c)이 건물과 조화를 이룰 뿐만 아니라 강풍의 영향도 적게 받고 일사량을 늘려 발전 출력을 최대화할 수 있게 된다.

이에 더해, 건물의 지붕 패널의 경사각(보통 15°-30°)과 상기 태양 전지판(120)의 고유 경사각(예: 한쪽 방향으로 15°-45°) 때문에 상기 태양 전지판(120)의 경사도가 증가하므로, 먼지나 적설이 상기 태양 전지판(120)에 축적되기 어렵고 축적된 먼지 등도 비나 바람에 의해 쉽게 씻길 수 있다. 이와 같이 태양 전지판(120)의 오염을 줄일 수 있어 발전 출력의 향상을 기대할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 태양 전지판(120)을 보호하고 오염을 방지하며 채광량을 증대시킬 수 있는 개선된 구조의 태양 전지 모듈(100d, 100e)도 함께 개시한다. 이하에서는 도 10 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100d) 및 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100e)에 대해 간단히 설명한다. 참고로, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 11은 도 10의 D-D'선 단면도이다. 그리고, 도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 13은 도 12의 E-E'선 단면도이다.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100d)에는 둥근 채광창(190a)이 구비된다. 상기 둥근 채광창(190a)은 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명한 제1 내지 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a, 100b, 100c)에 모두 적용될 수 있다. 상기 둥근 채광창(190a)을 제외한 다른 구성 요소의 구조 및 역할은 앞서 설명한 바와 실질적으로 같으므로 이하에서는 상기 둥근 채광창(190a)에 대해서만 설명한다.

상기 둥근 채광창(190a)은 저철분 강화 유리를 그 측단면이 반원 또는 타원 이 되도록 둥글게 휘어서 성형한 후, 그 양쪽 측면에 평판형의 저철분 강화 유리를 부착하여 제작한다. 둥근 채광창(190a)의 하단 또한 저철분 강화 유리로 밀폐하여 그 내부가 진공 상태로 되도록 할 수도 있다. 물론, 상기 둥근 채광창(190a)은 하부가 개방된 상태로 사용될 수도 있을 것이다. 상기 둥근 채광창(190a)은 곡면 구조로 이루어져 평판형에 비해서 굵은 우박의 충돌과 같은 외부 충격에 강하고 따라서 얇은 두께로 제작하는 것이 가능하여 무게가 가볍다.

위와 같은 형상을 가진 둥근 채광창(190a)은 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 상기 태양 전지판(120) 위에 배치되며, 상기 태양 전지판(120)을 복개하고 밀폐하여 외기와 접촉하는 것을 방지한다. 상기 둥근 채광창(190a)은 외면이 둥글기 때문에 그 위에 먼지나 눈이 쌓이기 어렵고, 쌓인 먼지나 눈도 바람이나 비 등에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 상기 둥근 채광창(190a)은 평판형으로 형성되어 상기 태양 전지판(120)을 복개하는 일반적인 평판형 채광창(130)에 비해 태양 전지판(120)의 오염 및 이에 따른 발전 능력의 저하를 줄일 수 있다. 참고로, 도 10 및 도 11에 도시된 구조의 경우, 상기 태양 전지판(120) 위에 배치되는 일반적인 평판형 채광창(130)은 구비되지 않아도 좋다. 위와 같이 둥근 채광창(190a)이 구비된 태양 전지 모듈(100d)은 황사 먼지나 대기 오염 및 적설이 빈발한 지역에서의 충분한 일사량 확보에 적합하다.

위에서 설명한 바와 같이, 도 10 및 도 11에 구비된 둥근 채광창(190a)은 태양 전지판(120)의 오염을 방지하여 태양 전지판(120)에 입사되는 일사량을 확보해준다. 도 12 및 도 13에 도시된 제5 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100e)의 둥근 채광창(190b)은 이에 더해 태양광을 상기 태양 전지판(120)에 집광시켜 일사량을 늘려준다. 이하에서는 이에 대해 좀더 자세히 설명한다.

상기 제5 실시예의 둥근 채광창(190b)은 반 원통형으로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 태양광을 모듈의 중앙부에 배치된 태양 전지판(120)에 효과적으로 집광할 수 있도록 하기 위한 것이다. 그리고, 상기 제5 실시예의 둥근 채광창(190b)은 제4 실시예의 둥근 채광창(190a)과 외형은 유사하나, 상기 태양 전지판(120)을 바라보는 안쪽면(191)이 가공된 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 형태로 이루어진 점이 다르다. 참고로, 공지된 일반적인 프레넬 렌즈는, 두께를 줄이기 위하여 렌즈의 면을 몇 개의 띠 모양으로 나뉘게 가공함으로써 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 수차(收差)를 작게 한 것이다.

반 원통형인 둥근 채광창(190b)의 안쪽면(191)은 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이 여러 개의 띠가 형성되도록 계단식으로 제거하여 가공된다. 그러면, 상기 둥근 채광창(190b)을 통과하는 빛이 상기 가공된 안쪽면(191)에 의해 굴절되면서 상기 본체(110)의 상부 중앙으로 집중된다. 그리고, 상기 태양 전지판(120)의 표면에서 반사되어 외부로 나가는 태양광의 일부도 상기 둥근 채광창(190b)의 가공된 안쪽면(191)에서 반사되어 다시 상기 태양 전지판(120)으로 입사된다. 따라서, 이러한 구조에 의하면 태양 전지판(120)의 발전 능력이 향상된다.

상기와 같이 프레넬 렌즈 형태로 이루어진 상기 둥근 채광창(190b)은, 위에서 설명한 바와 같이, 입사된 태양광을 상기 본체(110)의 상부 중앙으로 집중시켜 주므로, 상기 태양 전지판(120)의 크기를 도 12 및 도 13과 같이 줄일 수 있게 해 준다. 즉, 상기 태양 전지판(120)을 상기 본체(110)의 상면 중앙에만 배치하더라도 프레넬 렌즈 형태로 이루어진 둥근 채광창(190b)의 집광 및 반사 작용에 의해 충분한 발전량을 얻을 수 있기 때문에 태양 전지판(120)의 크기를 줄여 고가의 재료인 태양 전지의 사용량을 절감하는 것이 가능해지는 것이다.

이와 같이 종래보다 축소된 크기로 배치된 상기 태양 전지판(120)의 양쪽에, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 반사판(195)을 각각 설치하면 상기 태양 전지판(120)의 발전 능력을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이 상기한 반 원통형의 둥근 채광창(190b)을 통과하거나 상기 둥근 채광창(190b)의 안쪽면(191)에서 반사된 후 상기 태양 전지판(120)을 벗어난 위치에 입사된 태양광이 상기 반사판(195) 및 상기 둥근 채광창(190b)의 안쪽면(191)에서 반사되어 상기 태양 전지판(120)에 입사되므로, 상기 태양 전지판(120)의 발전 능력이 향상되는 것이다.

위에서 설명된 바와 같이 구성된 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 따른 태양 전지 모듈(100a, 100b, 100c, 100d, 100e: 이하 100으로 통칭)은 도 14에 도시된 바와 같이 건물의 지붕 패널(200)에 직접 장착된다. 일반적으로 지붕 패널(200)은 성형 강판 사이에 우레탄 등의 단열재(230)가 발포되어 형성되는데, 그 상면(220)에는 강도 보강을 위한 다수의 보강 리브(210)가 돌출된다. 본 발명에 따른 태양 전지 모듈(100)에서 본체(110)의 바닥면은 이미 설명한 바와 같이 'W'자형 굴곡을 가지므로, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 결합홈(115)에 상기 보강 리브(210)가 끼워지도록 배치한 후, 나사 등의 방수형 체결 부재(119)를 상기 고정 플랜지(111)의 고정구(113)를 관통시켜 상기 지붕 패널(200)에 고정하면 상기 태양 전지 모듈(100)이 상기 지붕 패널(200)에 안정적으로 장착된다. 각 태양 전지 모듈(100)은 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 상기 전원 접속구(140)가 서로 접속되도록 직렬로 배치되며, 이때, 상기 냉각 파이프(150) 또는 통풍 유로(151)도 서로 연결된다.

상기 태양 전지 모듈(100)이 설치될 건물의 지붕 패널에 상기 보강 리브(210)이 구비되지 않은 경우, 즉 지붕 패널의 상면이 평평한 경우, 비록 도시하지는 않았지만, 상기 지붕 패널의 상면에 빔 형태의 긴 보강 프레임을 소정 간격으로 배열하고 고정하여 돌출부를 형성하고, 상기 본체(110)를 돌출부 역할을 하는 상기 보강 프레임을 이용하여 고정하면 된다. 이러한 경우라도, 상기 태양 전지 모듈(100)은 지붕으로부터 이격되지 않으므로, 미관의 훼손이나 강풍에 약한 문제는 야기되지 않는다.

한편, 도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 태양 전지 모듈(100)을 이용한 태양 에너지 수집 장치의 구성을 개략적으로 보여준다. 도 15는 수냉식으로 구성된 상기 태양 전지 모듈(100a)이 적용된 태양 에너지 수집 장치를 보여주고, 도 16은 공냉식으로 구성된 태양 전지 모듈(100b)이 적용된 태양 에너지 수집 장치를 보여준다. 이하에서는 이들 실시예들에 대해 각각 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다.

수냉식 태양 전지 모듈이 적용된 태양 에너지 수집 장치는, 도 15에 도시된 바와 같이, 전기 변환 장치(310), 방열 제어부(320, 330), 그리고 열회수부(332, 340, 350)를 포함하여 이루어진다.

상기 전기 변환 장치(310)는, 상기 태양 전지판(120)과 전기적으로 연결되어 상기 태양 전지판(120)에서 발전된 전기를 상용 전원으로 변환하며, 상기 방열 제어부(320, 330)는 상기 온도 센서(180)에서 감지된 온도가 소정 온도 이상인 경우 상기 냉각 수단을 구동시킨다.

상기 방열 제어부(320, 330)는 도 15에 도시된 바와 같이 상기 온도 센서(180)와 연결된 온도 검지기(320), 그리고 상기 온도 검지기(320) 및 상기 펌프(331)와 전기적으로 연결되어 검지된 온도가 소정 온도 이상이면 상기 펌프(331)를 작동시키는 열교환 제어기(330)를 포함하여 이루어진다. 상기 열교환 제어기(330)에 의해 상기 펌프(331)가 구동하면 파이프 라인(155)과 상기 냉각 파이프(150)를 통해 냉각액이 강제 유동되고 이에 따라 상기 태양 전지판(120)이 냉각되어 상기 태양 전지판(120)의 과열방지는 물론 열화발생을 예방하여 태양전지의 내구성이 향상된다.

상기 열회수부(332, 340, 350)는 상기 냉각액을 저장하는 냉각액 탱크(340), 상기 냉각액 탱크(340)와 연결된 온수 탱크(350) 및 상기 냉각액 탱크(340)와 상기 온수 탱크(350) 사이에 설치된 펌프(332)를 포함하여 이루어진다. 상기 냉각액 탱크(340)에 저장된 냉각액은 상기 펌프(331)에 의해 펌핑되어 상기 태양 전지판(120)을 냉각하면서 온도가 상승한 후 다시 상기 냉각액 탱크(340)로 회수된다. 따라서, 상기 냉각액 탱크(340) 내의 냉각액은 점점 온도가 상승한다. 이와 같이 온도가 상승된 냉각액의 열은, 직접 난방 등의 목적으로 사용될 수도 있겠으나, 상 기 온수 탱크(350)와 열교환된다. 이를 위해, 상기 냉각액 탱크(340) 내에는 상기 온수 탱크(350) 내의 물이 상기 냉각액 탱크(340) 내의 냉각액과 열교환하는 열교환기(미도시)가 구비되고, 상기 펌프(332)는 상기 온수를 상기 온수 탱크와 상기 열교환기를 오가도록 순환시킨다. 따라서, 상기 온수 탱크(350) 내의 온수가 가열되며, 가열된 온수는 난방이나 온수 공급 등의 목적으로 사용된다. 한편, 상기 냉각액 탱크(340) 내의 냉각액을 직접 난방 등의 목적으로 사용하는 경우, 상기 펌프(332)와 상기 온수 탱크(350)는 구비되지 않아도 좋을 것이다.

한편, 도 16에 도시된 태양 에너지 수집 장치는 수냉식이 적합치 않은 지역에 설치되는 것이 좋으며, 전기 변환 장치(310)와 방열 제어부(320, 330) 및 열회수부(360)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 전기 변환 장치(310)는 도 15를 참조하여 설명한 바와 같으므로 반복되는 설명은 생략한다.

상기 방열 제어부(320, 330)는 온도 검지기(320)와 열교환 제어기(330)를 포함하여 이루어진다. 상기 온도 검지기(320)와 열교환 제어기(330)의 역할은 15를 참조하여 설명한 것과 같다. 다만, 도 16의 실시예에서 상기 열교환 제어기(330)는 상기 통풍 유로(151)와 연결된 통풍 덕트(157)에 설치된 송풍기(335)의 작동을 제어한다. 따라서, 상기 태양 전지판(120)의 온도가 소정 온도 이상 올라가면, 상기 열교환 제어기(330)의 제어에 의해 상기 송풍팬(335)이 구동되고, 냉각 공기가 상기 통풍 유로(151)를 유동하면서 상기 태양 전지판(120)을 식혀준다.

태양 전지판(120)을 식히면서 가열된 공기는 외부로 배출될 수도 있겠으나, 도 16에 도시된 바와 같이 별도로 마련된 열회수부(360)로 회수될 수 있다. 상기 열회수부(360)는 냉각 공기를 저장하는 탱크로 구성될 수도 있고, 가열된 뜨거운 공기와 열교환하는 열교환기로 구성될 수도 있으며, 이들이 결합된 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 상기 열회수부(360)는 상기 태양 전지판(120)을 식힌 후 가열된 공기의 열을 회수하여 난방이나 건조 등의 용도로 활용할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 지붕 패널용 태양 전지 모듈(100)과 이를 이용한 태양 에너지 수집 장치는, 태양 에너지를 이용하여 전기를 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양 전지의 냉각을 위해 사용되는 유체로부터 복사열을 회수하여 이용할 수도 있도록 구성된다. 따라서, 높은 에너지 생산성을 제공해 준다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

도 1은 종래의 태양 전지 모듈의 전면을 나타낸 사시도;

도 2는 도 1의 태양 전지 모듈의 후면을 나타낸 사시도;

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도;

도 4는 도 3의 A-A'선 단면도;

도 5는 도 3의 태양 전지 모듈에 구비된 흡열판과 냉각 파이프를 나타낸 사시도;

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도;

도 7은 도 6의 B-B'선 단면도;

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도;

도 9는 도 8의 C-C'선 단면도;

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도;

도 11은 도 10의 D-D'선 단면도;

도 12는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양 전지 모듈을 나타낸 사시도;

도 13은 도 12의 E-E'선 단면도;

도 14는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈과 지붕 패널의 결합을 보이는 사시도;

도 15는 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 이용한 태양 에너지 수집 장치의 일 실시예의 구성을 간략하게 나타낸 모식도; 및

도 16은 본 발명에 따른 태양 전지 모듈을 이용한 태양 에너지 수집 장치의 다른 실시예의 구성을 간략하게 나타낸 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e: 태양 전지 모듈

110: 본체 120: 태양 전지판

140: 전원 접속구 150: 냉각 파이프

151: 통풍 유로 170: 흡열판

171: 냉각 핀 180: 온도 센서

190: 둥근 채광창 200: 지붕 패널

310: 전기 변환 장치 320: 온도 검지 장치

330: 열교환 제어기 340: 냉각액 탱크

350: 온수 탱크 360: 열회수부

Claims (12)

1. 지붕 패널에 장착되는 본체;

   상기 본체의 바닥면 위에 이격되게 배치된 태양 전지판;

   상기 태양 전지판의 주위에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서;

   상기 온도센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상의 경우에 상기 태양 전지판과 상기 본체의 바닥면 사이로 냉각용 유체를 강제로 유동시켜 상기 태양 전지판을 냉각시키는 냉각 수단;

   상기 태양 전지판의 아래에 태양전지판과 접촉하도록 설치되어 상기 태양 전지판으로부터 열을 전달받는 흡열판; 및

   상기 본체의 측면에 배치되고, 상기 태양 전지판 및 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며, 두 개의 태양 전지 모듈이 서로 접촉하게 배치되었을 때 각 태양 전지 모듈의 태양 전지판과 온도 센서를 각각 전기적으로 연결하는 전원 접속구;를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도센서는 상기 태양 전지판의 측부 또는 하부 또는 상기 하부 중 태양전지판 아래에 배치된 상기 흡열판에 설치되고,

   상기 냉각 수단은:

   상기 흡열판에 접촉하도록 배치되고, 상기 본체의 측면에 입구 및 출구가 마련되며, 내부로 냉각액이 흐르는 냉각 파이프; 및

   상기 냉각 파이프와 연통되게 구비되어, 상기 온도센서에 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상일 때, 상기 냉각 파이프에 상기 냉각액을 강제로 유동시키는 펌프;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체의 바닥면은 상기 지붕 패널의 돌출부가 끼워질 수 있도록 결합홈이 형성되어 'W'자형 굴곡 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
3. 지붕 패널에 장착되는 본체;

   상기 본체의 바닥면 위에 이격되게 배치된 태양 전지판;

   상기 태양 전지판의 주위에 설치되어 온도를 측정하는 온도 센서;

   상기 온도센서에서 측정된 온도가 미리 설정된 온도 이상의 경우에 상기 태양 전지판과 상기 본체의 바닥면 사이로 냉각용 유체를 강제로 유동시켜 상기 태양 전지판을 냉각시키는 냉각 수단;

   상기 태양 전지판의 아래에 태양전지판과 접촉하도록 설치되어 상기 태양 전지판으로부터 열을 전달받는 흡열판; 및

   상기 본체의 측면에 배치되고, 상기 태양 전지판 및 상기 온도 센서와 전기적으로 연결되며, 두 개의 태양 전지 모듈이 서로 접촉하게 배치되었을 때 각 태양 전지 모듈의 태양 전지판과 온도 센서를 각각 전기적으로 연결하는 전원 접속구;를 포함하여 이루어지고,

   상기 온도센서는 상기 태양 전지판의 측부 또는 하부 또는 상기 하부 중 태양전지판 아래에 배치된 상기 흡열판에 설치되고,

   상기 냉각 수단은:

   상기 본체의 바닥면과 상기 흡열판 사이에 구비되고, 상기 본체의 측면에 입구 및 출구가 마련된 통풍 유로;

   상기 흡열판에서 아래로 연장되어 상기 통풍 유로 상에 배치된 다수의 냉각 핀; 및

   상기 통풍 유로와 연통되게 구비되어, 상기 온도센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상일 때, 상기 통풍 유로에 공기를 강제로 유동시키는 송풍팬;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
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6. 삭제
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8. 제 1 항에 있어서,

   상기 태양 전지판은 상기 본체의 바닥면에 대해 일정한 각도로 경사지게 배치된 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 태양 전지판 위에 둥글게 배치되어 상기 태양 전지판을 복개하고 밀폐하는 둥근 채광창을 더 포함하여 이루어진 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 둥근 채광창은, 상기 태양 전지판을 바라보는 안쪽면이 가공된 반 원통형의 프레넬 렌즈(Fresnel lens) 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 태양 전지판은 상기 본체의 상면 중앙에 배치되고, 상기 태양 전지판의 양쪽에는 각각 반사판이 배치된 것을 특징으로 하는 지붕 패널용 태양 전지 모듈.
12. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 지붕 패널용 태양 전지 모듈;

    상기 태양 전지판과 전기적으로 연결되어 상기 태양 전지판에서 발전된 전기를 상용 전원으로 변환하는 전기 변환 장치;

    상기 온도 센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상이면 상기 냉각 수단을 구동시키는 방열 제어부; 및

    상기 태양 전지판을 냉각한 후 온도가 높아진 냉각용 유체로부터 열을 회수하는 열회수부를 포함하여 이루어진 지붕 패널용 태양 전지 모듈을 이용한 태양 에너지 수집 장치.

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