KR101260301B1 - 건물 일체형 태양광 발전 시스템 - Google Patents

건물 일체형 태양광 발전 시스템 Download PDF

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Abstract

건물 일체형 태양광 발전 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템은, 건물의 외벽에 설치되며, 일측에 제1 접속단자가 마련되는 외벽 프레임; 및 상기 외벽 프레임과 함께 상기 건물의 외벽을 형성하도록 상기 외벽 프레임에 부분적으로 연결되어 상기 외벽 프레임의 내부공간을 개폐하며, 개폐 동작 시 상기 제1 접속단자와 전기적으로 연결 해제 또는 연결되는 제2 접속단자가 일측에 마련되는 외장형 태양광 모듈을 포함한다. 이에 의해, 다수의 외장형 태양광 모듈을 적용함에 있어 외장형 태양광 모듈의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있다.

Description

건물 일체형 태양광 발전 시스템{Building Integrated Photovoltaic System}
본 발명은, 건물 일체형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 다수의 외장형 태양광 모듈을 적용함에 있어 외장형 태양광 모듈의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있는 건물 일체형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
석탄이나 석유와 같은 화학에너지의 고갈 및 화학에너지 사용에 따른 환경오염 문제로 인해 근자에 들어서는 대체에너지의 개발에 노력을 기울이고 있는데, 그 중에 하나가 태양에너지를 이용한 태양광 발전(photovoltaic)이다.
태양광 발전이라 함은 태양에너지(태양열 또는 태양광)를 전기에너지로 변환시키는 일련의 기술이다.
기본 원리에 대해 간략하게 살펴보면, p-n 접합 반도체로 구성된 태양 전지(solar cell)에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자가 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생함으로써 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르는 결과를 이용한다.
이처럼 무한정, 무공해의 태양에너지를 전기에너지로 변환시키기 위해서는 무엇보다도 태양광을 집광하기 위한 태양광 모듈(solar module)에 대한 기술 개발이 요구된다.
완전히 동일하지는 않지만 LCD 공정 또는 반도체 공정과 마찬가지로 한 장의 태양광 모듈이 생산되기 위해서는 다수의 장치 또는 시스템을 거치는 것으로 알려지고 있다.
한편, 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV 시스템)은 건물의 외벽을 태양광 모듈로 이용하는 발전 시스템을 일컫는다.
이러한 태양광 에너지로 전기를 생산하여 소비자에게 공급하는 것 외에 건물 일체형 태양광 모듈을 외장재로 사용함으로써 건설비용을 줄이고 건물의 가치를 높이는 디자인 요소로도 현재 널리 쓰이고 있다.
그런데, 수많은 창문이나 지붕 등의 외장재 각각을 외장형 태양광 모듈로 대체한 경우를 예로 들면, 모든 외장형 태양광 모듈이 닫힌 상태에서 전기적으로 연결되어야 전기를 생산하는데 기여할 수 있기 때문에 만약, 어느 한 외장형 태양광 모듈이 열리게 되면 열린 외장형 태양광 모듈로 인해 전기 생산에 차질이 빚어질 수 있다.
따라서 외장형 태양광 모듈을 적용하여 시공함에 있어 외장형 태양광 모듈의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있는 구조적인 기능 개선이 요구된다.
본 발명의 목적은, 다수의 외장형 태양광 모듈을 적용함에 있어 외장형 태양광 모듈의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있는 건물 일체형 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 건물의 외벽에 설치되며, 일측에 제1 접속단자가 마련되는 외벽 프레임; 및 상기 외벽 프레임과 함께 상기 건물의 외벽을 형성하도록 상기 외벽 프레임에 부분적으로 연결되어 상기 외벽 프레임의 내부공간을 개폐하며, 개폐 동작 시 상기 제1 접속단자와 전기적으로 연결 해제 또는 연결되는 제2 접속단자가 일측에 마련되는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템을 포함한다.
상기 외벽 프레임에 마련되는 제1 접속단자는 이웃된 것끼리 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제1 접속단자는 상기 외벽 프레임의 내측 홈부에 형성될 수 있으며, 상기 제2 접속단자부는 상기 외장형 태양광 모듈의 일측에서 외부로 돌출되되 상기 홈부와 형상맞춤되는 돌출부에 형성될 수 있다.
상기 외벽 프레임에 대하여 상기 외장형 태양광 모듈은 회동 방식으로 개폐될 수 있다.
상기 외벽 프레임에 대하여 상기 외장형 태양광 모듈은 슬라이딩 방식으로 개폐될 수 있다.
본 발명에 따르면, 다수의 외장형 태양광 모듈을 적용함에 있어 외장형 태양광 모듈의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템의 배치 구조도이다.
도 2의 (a)는 도 1에 도시된 외장형 태양광 모듈의 내부 구조도이고, (b)는 외장형 태양광 모듈의 변형 구조도이다.
도 3은 도 1에서 하나의 외장형 태양광 모듈이 개방된 상태의 배치 구조도이다.
도 4는 도 3의 A 영역의 확대도이다.
도 5 및 도 6은 각각 도 1 및 도 3에 대응되는 전기 계통도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템의 부분 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템의 배치 구조도, 도 2의 (a)는 도 1에 도시된 외장형 태양광 모듈의 내부 구조도이고, (b)는 외장형 태양광 모듈의 변형 구조도, 도 3은 도 1에서 하나의 외장형 태양광 모듈이 개방된 상태의 배치 구조도, 도 4는 도 3의 A 영역의 확대도, 그리고 도 5 및 도 6은 각각 도 1 및 도 3에 대응되는 전기 계통도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템은, 건물의 외벽에 설치되는 외벽 프레임(110)과, 외벽 프레임(110)과 함께 건물의 외벽을 형성하도록 외벽 프레임(110)에 부분적으로 연결되어 외벽 프레임(110)의 내부공간(S, 도 4 참조)을 개폐하는 외장형 태양광 모듈(100)을 포함한다.
참고도, 도 1의 설치 구조는 facade, sun shading, flat roof를 비롯하여 건물의 지붕이나 혹은 창호 등이 될 수 있다.
외벽 프레임(110)은 외장형 태양광 모듈(100)을 지지하는 구조체이다. 강성을 가지면서 내부식성이 뛰어난 금속 재질로 제작될 수 있다.
외벽 프레임(110) 하나당 외장형 태양광 모듈(100)이 하나씩 배치될 수도 있고, 아니면 외장형 태양광 모듈(100)이 공용 외벽 프레임(미도시)에 한번에 설치될 수도 있다.
외장형 태양광 모듈(100)은 전기를 생산하기 위해 실질적으로 태양광을 집광 또는 집열하는 역할을 한다.
외장형 태양광 모듈(100) 하나가 창문 하나인 것으로 간주될 수 있다. 외장형 태양광 모듈(100)은 도 1 및 도 3처럼 외벽 프레임(110)의 내부공간(S)을 개폐한다.
본 실시예의 경우, 외벽 프레임(110)에 대하여 외장형 태양광 모듈(100)이 회동 방식으로 개폐되는 것을 개시하고 있다. 따라서 외벽 프레임(110)과 외장형 태양광 모듈(100) 사이에는 힌지(H)가 마련된다.
도 2를 참조하여 외장형 태양광 모듈(100)의 구조에 대해 간략하게 알아본다.
외장형 태양광 모듈(100)에는 도 2의 (a)와 같은 표준 모듈(100)과 (b)와 같은 단연 모듈(100')이 있다. 어떠한 형태가 적용되어도 좋으나 본 실시예의 경우에는 표준 모듈(100)을 선택하고 있다.
표준 모듈(100)에 대해 소개하면, 표준 모듈(100)은, 상호간 이격되게 배치되는 저철분유리(101) 및 판유리(104), 이들 사이에 배치되는 다수의 태양전지판(103), 그리고 저철분유리(101) 및 판유리(104)와 태양전지판(103)들 사이에 마련되는 레진 또는 EVA 필름(102)을 포함한다.
이에 반해, 단연 모듈(100')은 표준 모듈(100)의 판유리(104)에 순차적으로 모듈 중공층(105) 및 단열필름 부착 판유리(106)가 더 배치된 구조로 제작된다. 한편, 단연 모듈(100')과 표준 모듈(100)은 상호간의 탈찰부(미도시)를 구비하여 필요시 탈착되도록 형성될 수 있다.
한편, 이러한 외장형 태양광 모듈(100)들은 상호간 전기적으로 연결되며, 도 1처럼 완전히 닫혀 있을 경우에 전기를 생산하는데 기여하는 것이 일반적이다.
하지만, 외장형 태양광 모듈(100)들이 창문인 경우를 예로 들면, 경우에 따라 도 3처럼 어느 한 외장형 태양광 모듈(100)을 개방할 수 있는데, 이러한 경우, 외장형 태양광 모듈(100)들 전체의 전기적인 연결이 해제되면 곤란하다.
이를 보완하기 위해, 다시 말해 외장형 태양광 모듈(100)의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있도록 본 발명은 아래의 구조를 제안하고 있다.
주로 도 4를 참조하면, 외벽 프레임(110)에는 제1 접속단자(121)가 마련되고, 외장형 태양광 모듈(100)에는 외장형 태양광 모듈(100)의 개폐 동작 시 제1 접속단자(121)와 전기적으로 연결 해제 또는 연결되는 제2 접속단자(122)가 마련된다.
제1 접속단자(121)는 외벽 프레임(110)의 내벽면에서 함몰되게 형성된 홈부(110a)에 형성되고, 제2 접속단자(122)는 외장형 태양광 모듈(100)의 일측에서 외부로 돌출되되 홈부(110a)와 형상 맞춤되는 돌출부(100a)에 형성될 수 있다.
물론, 도면의 구조는 하나의 실시예이며, 돌출부(100a)와 홈부(110a)의 위치가 바뀔 수도 있다. 즉 돌출부(100a)가 외벽 프레임(110)에, 그리고 홈부(110a)가 외장형 태양광 모듈(100)에 마련될 수도 있다.
다만, 외장형 태양광 모듈(100)의 대부분은 정사각 혹은 직사각형의 모듈 형태로 제조된다는 점을 감안할 때, 외장형 태양광 모듈(100)의 외측에 홈을 형성하는 것이 사실 바람직하지는 않기 때문에, 도면처럼 외장형 태양광 모듈(100)에 돌출부(100a)를 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 도 5 및 도 6을 참조하면, 외벽 프레임(110)에 마련되는 제1 접속단자(121)들은 이웃된 것끼리 전기적으로 연결되는데, 병렬 방식에 의해 연결된다.
즉 도 5에 도시된 3개의 제1 접속단자(121)들은 상호간 병렬 방식에 의해 전기적으로 연결된다. 따라서 3개의 제1 접속단자(121)들에 상대편인 외장형 태양광 모듈(100)들의 제2 접속단자(122)들이 하나씩 대응되는 것끼리 접속되면(on) 3개의 외장형 태양광 모듈(100) 모두를 통해 전기적인 출력을 얻을 수 있다.
하지만, 도 3 및 도 4처럼 어느 한 외장형 태양광 모듈(100)이 개방된 경우라면, 도 6처럼 중간에 위치된 외장형 태양광 모듈(100)의 제2 접속단자(122)는 그에 대응되는 제1 접속단자(121)와의 전기적인 접속이 해제된다(off).
하지만, 전술한 바와 같이, 제1 접속단자(121)들은 이웃된 것끼리 병렬로 연결되어 있기 때문에, 설사 도 6처럼 중간에 위치된 외장형 태양광 모듈(100)의 제2 접속단자(122)가 그에 대응되는 제1 접속단자(121)와의 전기적인 접속이 해제되더라도(off) 남은 2개의 외장형 태양광 모듈(100)을 통해 전기적인 출력을 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 구조가 적용되면 외장형 태양광 모듈(100)의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있게 된다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 다수의 외장형 태양광 모듈(100)을 도 1처럼 적용함에 있어 외장형 태양광 모듈(100)의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전 시스템의 부분 사시도이다.
본 실시예는 외벽 프레임(210)에 대해 태양광 모듈(200)이 슬라이딩 방식으로 개폐되는 건물 일체형 태양광 발전 시스템을 개시한다.
이러한 구조가 적용되더라도 외장형 태양광 모듈(200)에 제2 접속단자(미도시)가 마련된 돌출부(200a)를, 그리고 외벽 프레임(210)에 제1 접속단자(미도시)가 마련된 홈부(210a)를 형성하고, 외장형 태양광 모듈(200)이 닫혀 돌출부(200a)가 홈부(210a)에 삽입될 때 제1 및 제2 접속단자가 전기적으로 연통되도록 할 수 있다.
이러한 구조가 적용되더라도 외장형 태양광 모듈(200)의 개폐 조건에 기초하여 전기를 차단하거나 생산할 수 있기 때문에 사용자의 편의성이 증대될 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 태양광 모듈 100a : 돌출부
110 : 외벽 프레임 110a : 홈부
121 : 제1 접속단자 122 : 제2 접속단자

Claims (13)

  1. 건물의 내부공간과 외부를 구분하는 건물의 외벽으로 형성되고, 일측면에 제1접속단자가 마련되는 외벽 프레임; 및
    상기 외벽 프레임과 함께 건물의 외벽으로 형성되며, 상기 내부공간이 개폐되도록 회동 또는 슬라이딩되도록 상기 외벽 프레임에 일부가 결합되는 외장형 태양광 모듈을 포함하고,
    상기 외장형 태양광 모듈의 일측면에는 상기 내부공간이 닫혔을 때 상기 제1접속단자와 맞닿아 전기적으로 연결되는 제2접속단자가 마련되며,
    상기 제1 접속단자는 상기 외벽 프레임의 내측 홈부에 형성되며,
    상기 제2 접속단자는 상기 외장형 태양광 모듈의 일측에서 외부로 돌출되되 상기 홈부와 형상맞춤되는 돌출부에 형성되는 것을 특징으로 하는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외벽 프레임에 마련되는 제1 접속단자는 이웃된 것끼리 병렬로 연결되는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외장형 태양광 모듈은 회동하도록 상기 외벽 프레임에 힌지(hinge) 결합되는 것을 특징으로 하는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외장형 태양광 모듈은 슬라이딩하도록 상기 외벽 프레임에 끼워지는 것을 특징으로 하는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외장형 태양광 모듈은,
    저철분유리와 판유리 사이에 다수의 태양전지판이 배치되며,
    상기 태양전지판와, 상기 저철분유리 및 상기 판유리 사이에 레진 또는 EVA 필름이 포함되는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 외장형 태양광 모듈은,
    상기 판유리에 모듈 중공층과 단열필름 부착 판유리가 순차적으로 적층된 단연 모듈을 더 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  8. 건물의 내부공간과 외부를 구분하는 건물의 외벽으로 형성되고, 일측면에 제1접속단자가 각각 마련되는 복수의 행과 열로 형성되는 외벽 프레임; 및
    상기 외벽 프레임의 복수의 행과 열 사이에 위치하여 상기 외벽 프레임과 함께 건물의 외벽으로 형성되며, 상기 내부공간이 개폐되도록 회동 또는 슬라이딩되도록 상기 외벽 프레임에 일부가 결합되는 외장형 태양광 모듈을 포함하고,
    상기 외장형 태양광 모듈의 일측면에는 상기 내부공간이 닫혔을 때 상기 제1접속단자와 맞닿아 전기적으로 연결되는 제2접속단자가 마련되며,
    상기 외장형 태양광 모듈 각각이 개폐시, 개폐되는 외장형 태양광 모듈을 제외한 외장형 태양광 모듈은 상호 간 전기적으로 연결된 상태로 유지되고,
    상기 제1 접속단자는 상기 외벽 프레임의 내측 홈부에 형성되며,
    상기 제2 접속단자는 상기 외장형 태양광 모듈의 일측에서 외부로 돌출되되 상기 홈부와 형상맞춤되는 돌출부에 형성되는 것을 특징으로 하는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외벽 프레임에 마련되는 제1 접속단자 각각은 이웃된 것끼리 수직 및 수평의 병렬로 연결되는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 외벽 프레임 각각이 개폐시, 개폐되는 외벽 프레임을 제외한 외벽 프레임은 상호간 전기적으로 연결된 상태로 유지되는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  11. 저철분유리, 판유리, 상기 저철분유리와 판유리 사이에 배치된 다수의 태양전지판 및 상기 태양전지판과 저철분유리와 판유리 사이에 마련된 레진 또는 EVA 필름을 포함하는 표준모듈의 판유리에 모듈 중공층과 단열필름 부착 판유리가 순차적으로 적층된 단연모듈이 포함되어 건물의 내부공간과 외부를 구분하는 건물의 외벽으로 형성되고, 일측면에 제1접속단자가 각각 마련되는 복수의 행과 열로 형성되는 외벽 프레임; 및
    상기 외벽 프레임이 복수의 행과 열 사이에 위치하여 상기 외벽 프레임과 함께 건물의 외벽으로 형성되며, 상기 내부공간이 개폐되도록 회동 또는 슬라이딩되도록 상기 외벽 프레임에 일부가 결합되는 외장형 태양광 모듈을 포함하고,
    상기 외장형 태양광 모듈의 일측면에는 상기 내부공간이 닫혔을 때 상기 제1접속단자와 맞닿아 전기적으로 연결되는 제2접속단자가 마련되며,
    상기 제1 접속단자는 상기 외벽 프레임의 내측 홈부에 형성되고,
    상기 제2 접속단자는 상기 외장형 태양광 모듈의 일측에서 외부로 돌출되되 상기 홈부와 형상맞춤되는 돌출부에 형성되는 것을 특징으로 하는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 외벽 프레임 각각이 개폐시, 개폐되는 외벽 프레임을 제외한 외벽 프레임은 상호간 전기적으로 연결된 상태로 유지되는 외장형 태양광 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양광 발전 시스템.
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