KR101052763B1 - 건물 일체형 태양광발전 시스템 - Google Patents

건물 일체형 태양광발전 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 태양전지패널과 이를 지지하는 지지 프레임을 커넥터 연결 방식으로 탈부착이 가능하게 구성함으로써 전선에 의해 지지프레임과 태양전지패널간 이격공간이 발생되는 것을 미연에 방지하여 방수성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외관이 미려한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호에 관한 것으로서, 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되는 수직 및 수평 프레임과, 상기 수직 및 수평 프레임에 일정 간격을 갖고 격자 형태로 배열되어 설치되는 복수의 고정틀과, 상기 고정틀에 일대일로 대응되게 삽입 및 고정되어 입사되는 태양에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하기 위해 다수의 태양전지 셀로 이루어진 복수의 태양전지패널과, 상기 각 태양전지패널에 연결되어 상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 외부로 인출되는 (+) 및 (-) 전선과, 상기 (+) 및 (-) 전선에 접속되어 외부의 전력공급대상물을 연결하는 단자함과, 상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 상기 (+) 및 (-) 전선에 연결되어 외부로 인출되는 다수의 더미 전선과, 상기 각 더미 전선에 연결되는 선로 검침함을 포함하여 구성되고, 상기 선로 검침함에 연결된 각 더미 전선은 각각 고유의 번호가 부여되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

건물 일체형 태양광발전 시스템{Building Integrated PV system}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 선로 구간의 단선을 용이하게 검출하도록 한 건물 일체형 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
최근 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있고, 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
일반적으로, 태양광발전은 태양전지(PV : Photovoltaic)를 이용하여 직접 전기를 생산하는 기술이다. 상기 태양전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성되며, 다수의 태양전지 셀(cell)들이 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키게 되고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수 있게 되는 것이다.
이러한 태양광발전 시스템은 다른 대체에너지 활용 기술과 달리 시스템 구성이 간단하여 최근 건축분야에 응용하려는 노력이 활발히 시도되고 있으며, 이를 건물 일체형 태양광발전 시스템(BIPV; Building Integrated PV)이라 한다.
가장 대표적인 것이 기존의 건축자재와 태양전지를 결합시켜 건축재료와 발전 기능을 동시에 발휘하는 것이다. 건물 일체형 태양광발전 즉, BIPV는 PV 모듈을 건축자재화하여 건물 외피에 적용하고 있다.
이러한 건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극의 보호의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 활용하기 위한 보다 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
종래 기술에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되는 수직 및 수평 프레임(10,20)과, 상기 수직 및 수평 프레임(10,20)에 일정 간격을 갖고 격자 형태로 배열되어 설치되는 복수의 고정틀(도시되지 않음)과, 상기 고정틀에 일대일로 대응되게 삽입 및 고정되어 입사되는 태양에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하기 위해 다수의 태양전지 셀(31)로 이루어진 복수의 태양전지패널(30)과, 상기 각 태양전지패널(30)에 직렬 연결되어 상기 수직 및 수평 프레임(10,20)의 내부를 따라 외부로 인출되는 (+) 및 (-) 전선(40,50)과, 상기 (+) 및 (-) 전선(40,50)에 연결되는 단자함(60)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 각 태양전지패널(30)에는 접속배선 박스(70)가 상부에 배치되어 있고, 상기 접속배선 박스(70)는 상기 (+) 및 (-) 전선(40,50)에 연결되어 있다.
이러한 종래 기술에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템은 태양전지패널(30)에 집광된 태양광에너지가 전기에너지가 전기에너지로 변환되고, 변환된 전기에너지는 단자함(60)을 통해 외부에 구비된 전력공급대상물로 인가된다.
그러나 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 건물의 외벽에 수직 및 수평 프레임을 종횡으로 배열하여 고정하고, 상기 수직 및 수평 프레임에 고정틀을 설치한 후, 상기 고정틀에 태양전지패널을 끼우고 그 가장자리 틈새를 실리콘으로 코킹하는 구조로 시공을 마감하였기 때문에 선로에 단선이 발생할 경우에 전체적인 구조물을 모두 분리한 후 작업을 진행하기 때문에 작업 시간 및 비용이 극단적으로 상승한다는 문제점이 있었다.
둘째, 1개 모듈의 고장시 진단 및 이의 보수도 어렵다. 즉, 초고층 건물외피의 최대수명 100년 대비 생산되는 모든 PV의 수명은 20~30년으로 PV교체시기가 매우 빠르고, 또한 PV교체시 외장공사가 동반되어야함으로 막대한 비용이 소요된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서 다수의 태양전지패널에 연결되는 전선에 일정한 간격을 갖고 더미 배선을 연결하여 단자함에 인접하게 선로 검침함을 설치함으로써 고장 선로 구간을 보다 원활하게 진단하여 고장 수리를 보다 용이하게 실시하도록 한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템은 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되는 수직 및 수평 프레임과, 상기 수직 및 수평 프레임에 일정 간격을 갖고 격자 형태로 배열되어 설치되는 복수의 고정틀과, 상기 고정틀에 일대일로 대응되게 삽입 및 고정되어 입사되는 태양에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하기 위해 다수의 태양전지 셀로 이루어진 복수의 태양전지패널과, 상기 각 태양전지패널에 연결되어 상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 외부로 인출되는 (+) 및 (-) 전선과, 상기 (+) 및 (-) 전선에 접속되어 외부의 전력공급대상물을 연결하는 단자함과, 상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 상기 (+) 및 (-) 전선에 연결되어 외부로 인출되는 다수의 더미 전선과, 상기 각 더미 전선에 연결되는 선로 검침함을 포함하여 구성되고, 상기 선로 검침함에 연결된 각 더미 전선은 각각 고유의 번호가 부여되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 다수의 태양전지패널에 연결되는 전선에 일정한 간격을 갖고 더미 배선을 연결하여 단자함에 인접하게 선로 검침함을 설치함으로써 고장 선로 구간을 보다 원활하게 진단하여 고장 수리를 보다 용이하게 실시할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 개략적으로 나타낸 정면도
도 2는 본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 개략적으로 나타낸 정면도
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 확대도
도 4는 도 2의 태양전지패널을 개략적으로 나타낸 분해 사시도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이, 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되는 수직 및 수평 프레임(110,120)과, 상기 수직 및 수평 프레임(110,120)에 일정 간격을 갖고 격자 형태로 배열되어 설치되는 복수의 고정틀(도시되지 않음)과, 상기 고정틀에 일대일로 대응되게 삽입 및 고정되어 입사되는 태양에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하기 위해 다수의 태양전지 셀(131)로 이루어진 복수의 태양전지패널(130)과, 상기 각 태양전지패널(130)에 직렬 연결되어 상기 수직 및 수평 프레임(110,120)의 내부를 따라 외부로 인출되는 (+) 및 (-) 전선(140,150)과, 상기 (+) 및 (-) 전선(140,150)에 접속되어 외부의 전력공급대상물을 연결하는 단자함(160)과, 상기 (+) 및 (-) 전선(140,150)에 일정한 간격을 갖고 연결되어 외부로 인출되는 다수의 더미 전선(170)과, 상기 각 더미 전선(170)에 연결되는 선로 검침함(180)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 각 태양전지패널(130)에는 접속배선 박스(190)가 상부에 배치되어 있고, 상기 접속배선 박스(190)는 상기 (+) 및 (-) 전선(140,150)에 연결되어 있다.
상기 선로 검침함(180)에 연결된 각 더미 전선(170)은 각각 고유의 번호가 부여되어 있고, 상기 고유의 번호는 상기 각 더미 전선(170)이 연결된 부분의 위치를 나타내고 있다.
따라서 상기 수직 및 수평 프레임(110,120) 내부에 내장된 상기 (+) 및 (-) 전선(140,150)에 이상이 발생할 경우에 우선적으로 각 더미 전선(170)에 선로 단선 검침을 실시하여 선로 결함이 발생한 부분을 파악하고 해당 부분만을 고장 수리하게 된다.
상기 태양전지패널(130)은 건물의 커튼월 크기에 따라 서로 동일한 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성되거나, 또는 서로 다른 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성할 수 있다. 이때 상기 태양전지패널(120)의 크기 및 발전 용량에 따라 상기 수직 및 수평 프레임(110,120)의 크기도 상이하게 조절할 수 있다.
상기 태양전지패널(130)은 복층의 유리 타입 태양전지패널이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 G/G 타입의 태양전지패널 및 복층 유리 타입의 태양전지패널이 모두 적용 가능하다.
상기 태양전지패널(130)을 이루는 태양 전지 셀(131)은 단결정(MonoCrystalline) 및 다결정(PolyCrystalline) 실리콘 태양 전지, 비정질(Amorphous)실리콘 태양 전지 등으로 이루어질 수 있으며 특히, 건물의 비젼부를 이루는 태양전지패널(130)은 박막 필름형 아몰포스 계열의 태양 전지 모듈인 것을 포함할 수 있다.
상기 박막 필름형 아몰포스 계열의 태양 전지 모듈은 현재 상용화된 태양전지들을 이용하여 제작된 태양전지패널(130) 가운데 커튼월의 비젼부의 유리를 대체하여 발전, 채광 및 조망 기능을 제공할 수 있는 것으로, 결정계 판형 모듈에 비해 효율은 낮지만 투명 및 반투명의 모듈로써 건축과의 통합 유연성이 큰 특징을 갖는다.
상기 태양전지패널(130)은 대략 직사각형 형상의 플레이트 형상으로 형성되고, 전면에 다수의 태양전지 셀(131)이 부착되는 것으로서, 태양전지 셀(131)의 설치공간을 제공하는 역할을 한다.
이러한 태양전지 셀(131)은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임은 자명한 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 건물 일체형 태양광발전 시스템은 태양전지패널(130)에 집광된 태양광에너지가 전기에너지가 전기에너지로 변환되고, 변환된 전기에너지는 단자함(160)을 통해 외부에 구비된 전력공급대상물로 인가된다.
도 3은 도 2의 A부분을 확대한 확대도이다.
도 3에서와 같이, (+) 전선(140) 또는 (-) 전선(150)에 일정한 간격으로 연결되는 더미 전선(170)은 T자형의 연결부(200)를 통해 연결되어 있다.
즉, 일방향으로 나열되는 (+)전선(140) 또는 (-) 전선(150)의 일정 부분을 절단한 후 그 사이에 T자형의 연결부(200)를 연결하고, 상기 T자형이 연결부(200)에 더미 배선(170)을 연결하게 된다.
도 4는 도 2의 태양전지패널을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 서로 일정한 간격을 갖고 대응되는 전면판(132) 및 후면판(133)과, 상기 후면판(133)에는 일정 이상의 전원을 발생하기위해 직렬로 연결된 복수의 태양전지 셀(131)이 접착판(134)에 의해 밀착 고정되어 태양전지패널(130))을 형성하게 된다.
상기 접착판(134)은 빛을 투과하면서도 양면에 밀착된 태양전지 셀(131) 및 후면판(133)과 견고하게 접착될 수 있도록 이브이에이(EVA; Ethylene vinyl acetate) 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 이브이에이는 에틸렌과 비닐 아세테이트를 공중합체(Copolymer)시킨 투명한 비닐재로서, 중량이 가볍고 유연하며 쿠션이 있어서 복수의 층이 밀착 결합되어야 하는 본 발명에 적합한 소재이다.
한편, 상기 태양전지 셀(131)은 본 발명의 일 실시례로서, 좌우 측면에 2열로 배치하였으나, 유리커튼월에서의 시야 확보를 위해 상하 끝단에 2열로 배열할 수도 있다.
또한, 상기 전면판(132) 표면의 패턴은 시야에 방해되지 않도록 미세하게 인쇄되며, 복수의 엘이디 역시 시야에 방해되지 않도록 그 크기 및 설치 위치를 조절하게 된다.
또한, 상기 전면판(132)과 후면판(133) 사이에는 절연을 위해 투명한 재질의 절연판(135)이 삽입되고, 상기 절연판(135)은 1쌍의 접착판(134)에 의해 전측의 전면판(132)과 복수의 태양전지 셀(131)이 설치된 후측의 후면판(133)에 밀착 결합되어 태양전지패널(130)을 이루게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 수직 프레임 120 : 수평 프레임
130 : 태양전지패널 140 : (+) 전선
150 : (-) 전선 160 : 단자함
170 : 더미 전선 180 : 선로 검침함
200 : T자형의 연결부

Claims (5)

  1. 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되는 수직 및 수평 프레임과,
    상기 수직 및 수평 프레임에 일정 간격을 갖고 격자 형태로 배열되어 설치되는 복수의 고정틀과,
    상기 고정틀에 일대일로 대응되게 삽입 및 고정되어 입사되는 태양에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하기 위해 다수의 태양전지 셀로 이루어진 복수의 태양전지패널과,
    상기 각 태양전지패널에 연결되어 상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 외부로 인출되는 (+) 및 (-) 전선과,
    상기 (+) 및 (-) 전선에 접속되어 외부의 전력공급대상물을 연결하는 단자함과,
    상기 수직 및 수평 프레임의 내부를 따라 상기 (+) 및 (-) 전선에 연결되어 외부로 인출되는 다수의 더미 전선과,
    상기 각 더미 전선에 연결되는 선로 검침함을 포함하여 구성되고,
    상기 선로 검침함에 연결된 각 더미 전선은 각각 고유의 번호가 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고유의 번호는 상기 각 더미 전선이 연결된 부분의 위치를 나타내고 있는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 태양전지패널은 건물의 커튼월 크기에 따라 서로 동일한 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (+)전선 또는 (-) 전선에 일정한 간격으로 연결되는 더미 전선은 T자형의 연결부를 통해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광발전 시스템.
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