KR101337451B1 - 전계발광시트 일체형 태양전지모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양전지모듈은, 태양광을 수광받아 직류를 발생시키는 복수개의 태양전지셀(201); 태양광을 통과시키도록 투명하며 태양전지셀(201)의 앞면쪽에 설치되는 전면판(210); 태양전지셀(201)의 뒷면쪽에 후면시트로서 설치되는 전계발광시트(220); 전면판(210)과 전계발광시트(220) 사이에 설치되는 충진재(230); 태양전지셀(201)에서 발생하는 직류를 충전하는 축전지(241); 축전지(241)에서 출력되는 직류를 교류로 변환시켜 전계발광시트(220)로 출력하는 DC/AC 인버터(242); 및 DC/AC 인버터(242)에서 출력되는 교류 또는 축전지(241)에서 출력되는 직류를 제어함으로써 전계발광시트(220)의 발광을 제어하는 발광 컨트롤러(243);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 태양전지모듈에 전계발광시트를 후면시트로서 설치하여 라미네이팅시킴으로써 태양전지모듈 자체가 하나의 발광체로서의 역할을 하게 된다. 따라서 BIPV 시스템에 적용하여 조명 인테리어 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 광고판, 박람회 홍보용 등, 보안등과 같이 다양한 분야에 활용할 수 있게 된다. 특히 태양전지모듈을 휘어지게 할 수 있어 그 설치에 다양성이 확보되어 더욱 바람직하다. 또한 전계발광시트에 적절한 방법으로 문양이나 색깔을 부여하면 각종 문양이나 문자 등을 눈에 띄게 표현할 수 있고, 기타 자연환경을 표현함으로써 조경효과도 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로서, 특히 전계발광시트(EL sheet)를 후면시트(back sheet)로 사용함으로써 자체발광이 가능하도록 한 태양전지모듈에 관한 것이다.
최근 에너지 문제가 심각해지고 친환경 문제까지 대두되면서 원자력 발전이나 화력 발전 외에 자연환경을 이용하는 예컨대 풍력발전, 태양광 발전 등에 대한 관심이 집중되고 있다. 이렇게 자연환경을 이용하는 발전시설은 화석원료와 같은 소비적인 에너지 자원이 아닌 풍력, 조력, 태양열, 지열 등 사실상 영구적인 자연의 힘을 이용하기 때문에 지구자원 절감 차원에서도 바람직하고 친환경적이어서 국가 정책적으로 집중 육성되고 있다.
이 중에서 특히 태양광을 이용하는 태양전지는 단순한 전기에너지 생산 뿐만 아니라 건축물의 외장재로서의 기능도 겸할 수 있기 때문에 최근 들어 소위 BIPV 시스템(Building Integrated Photovoltaic system)으로서 건축분야에서도 많은 관심을 가지고 있다.
도 1은 종래의 태양전지모듈(100)을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 태양전지모듈(100)은 태양전지셀(101), 전면판(110), 후면시트(back sheet, 120), 충진재(130), 및 프레임(150)을 포함하여 이루어진다.
전면판(110)으로는 대부분의 경우 철분 함량을 약 0.02% 이하로 낮춰 광투과성이 좋은 저철분 강화유리가 사용된다.
후면시트(120)로는 PVF(Polyvinyl fluoride)가 대부분이지만, 그 밖에 폴리에스테르, 아크릴 등도 사용되고 있다. PVF의 내습성을 높이기 위해 PVF에 알루미늄 호일이나 폴리에스테르를 씌운 샌드위치 구조가 많이 사용된다.
프레임(150)은 후면시트(120)와 전면판(110)이 떨어지지 않도록 하기 위한 것으로서 태양전지모듈(100)의 테두리에 끼워지도록 설치되며, 통상 표면 산화알루미늄이 사용된다. 프레임(150)의 안쪽에는 밀봉을 위한 밀봉재(140)로서 부틸고무 등이 끼워진다.
태양전지셀(101)은 pn 접합부가 형성되어 있는 반도체로 이루어지며, 적절한 용량의 전압과 전류를 생성하기 위하여 복수개가 직렬 또는 병렬로 연결된다. 도 1에서는 직렬연결의 경우가 도시되어있으며 이 경우 인터 커넥터(102)는 이웃하는 태양전지셀(101)에 대하여 양극은 음극에, 음극은 양극에 연결되도록 설치된다. 태양전지셀(101)의 전극은 최종적으로 터미널 박스(160)를 통해 외부 인출되며, 터미널 박스(160)에는 외부 연결을 위한 커넥터(170)가 설치된다.
대한민국 등록특허 제433716호(2004.05.20 등록) 및 대한민국 공개실용신안 제2011-5650호(2011.06.09 공개) 등에는 태양전지모듈(100)에서 발생하는 전기에너지를 이용하여 발광다이오드(LED)나 전계발광시트(EL sheet)를 발광시킴으로써 이를 도로표지판에 활용하는 기술이 개시된 바 있다. 그러나 이때의 전계발광시트는 태양전지모듈(100)에서 전기에너지를 공급받아 동작하는 구성요소에 불과하며 전계발광시트 자체가 태양전지모듈(100)의 구성요소를 이루는 것은 아니다. 따라서 종래의 경우에는 태양전지모듈(100)을 설치하는 것 이외에 별도로 전계발광시트를 설치하는 과정을 더 거쳐야 했다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전계발광시트가 태양전지모듈의 하나의 구성요소를 이루도록 함으로써 태양전지모듈 자체가 발광기능을 가지도록 하고, 나아가 태양전지모듈 자체가 휘어질 수 있도록 함으로써 태양전지모듈을 다양한 곳에 설치하여 조명으로 활용할 수 있도록 한 전계발광시트 일체형 태양전지모듈을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양전지모듈은,
태양광을 수광받아 직류를 발생시키는 복수개의 태양전지셀;
상기 태양광을 통과시키도록 투명하며 상기 태양전지셀의 앞면쪽에 설치되는 전면판;
상기 태양전지셀의 뒷면쪽에 후면시트로서 설치되는 전계발광시트;
상기 전면판과 전계발광시트 사이에 설치되는 충진재;
상기 태양전지셀에서 발생하는 직류를 충전하는 축전지;
상기 축전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환시켜 상기 전계발광시트로 출력하는 DC/AC 인버터; 및
상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류 또는 상기 축전지에서 출력되는 직류를 제어함으로써 상기 전계발광시트의 발광을 제어하는 발광 컨트롤러;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전계발광시트는,
전원공급층;
상기 전원공급층 상에 형성되는 유전층;
상기 유전층 상에 형성되는 발광층; 및
상기 발광층 상에 형성되는 투명전극층;을 포함하여 이루어져서, 상기 전원공급층과 상기 투명전극층을 통하여 상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류를 인가받고, 상기 전원공급층이 상기 충진재에 접하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 전원공급층은 카본 페이스트, 알루미늄 페이스트, 또는 실버 페이스트로 이루어질 수 있다.
상기 전원공급층은 상기 유전층이 있는 반대면에 고분자 코팅층을 가지며, 상기 코팅층은 상기 충진재에 접하도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 고분자 코팅층은 상기 투명전극층 상에도 형성될 수 있다.
상기 고분자 코팅층은 폴리카보네이트(polycarbonate), 에폭시(epoxy), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 또는 PVF(polyvinyle fluoride)로 이루어질 수 있다.
상기 전면판과 상기 전계발광시트는 상기 전면판과 전계발광시트 사이에 상기 태양전지셀과 충진재를 개재한 상태에서 진공 열가압을 통해서 라미네이팅시킴으로써 밀봉 합착될 수 있다.
상기 충진재는 EVA((Ethylene Vinyl Acetate) 또는 PVB(Polyvinyl Butyral)로 이루어질 수 있다.
상기 열가압은 100~150℃에서 이루어질 수 있다.
상기 전면판은 아크릴 수지, 불소 수지, 또는 폴리카보네이트 수지로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 태양전지모듈에 전계발광시트를 후면시트로서 설치하여 라미네이팅시킴으로써 태양전지모듈 자체가 하나의 발광체로서의 역할을 하게 된다. 따라서 BIPV 시스템에 적용하여 조명 인테리어 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 광고판, 박람회 홍보용 등, 보안등과 같이 다양한 분야에 활용할 수 있게 된다. 특히 태양전지모듈을 휘어지게 할 수 있어 그 설치에 다양성이 확보되어 더욱 바람직하다. 또한 전계발광시트에 적절한 방법으로 문양이나 색깔을 부여하면 각종 문양이나 문자 등을 눈에 띄게 표현할 수 있고, 기타 자연환경을 표현함으로써 조경효과도 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 태양전지모듈(100)을 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명에 따른 태양전지모듈(200)을 설명하기 위한 도면;
도 3은 도 1의 전계발광시트(220)를 설명하기 위한 도면;
도 4는 전계발광시트(220)의 설치구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지모듈(200)을 설명하기 위한 도면;
도 3은 도 1의 전계발광시트(220)를 설명하기 위한 도면;
도 4는 전계발광시트(220)의 설치구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지모듈(200)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 태양전지모듈(200)은 태양전지셀(201), 전면판(210), 전계발광시트(EL sheet, 220), 및 충진재(230)를 포함하여 이루어진다. 본 발명은 후면시트로서 전계발광시트(220)가 사용되는 것을 특징으로 한다.
도 3은 도 1의 전계발광시트(220)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 전계발광시트(220)는 전원공급층(221), 유전층(222), 발광층(223), 투명전극층(224)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
투명전극층(224)과 전원공급층(221)에 교류전원이 인가되면 발광층(223)에 빛이 발생하고 이렇게 발생한 빛은 투명전극층(224)을 통해 외부에서 보이게 된다. 투명전극층(224)으로는 ITO나 도전성 페이스트가 사용될 수 있으며, 전원공급층(221)으로는 카본 페이스트, 알루미늄 페이스트, 또는 실버 페이스트 등이 사용될 수 있다. 전원공급층(221)의 밑면, 즉 유전층(220)이 있는 반대면에는 고분자 코팅층(225)이 형성된다. 후술하겠지만 고분자 코팅층(225)은 없을 수도 있다.
다시 도 2를 참조하면, 태양전지셀(201)은 전면판(210)을 통과하는 태양광을 수광받아 직류를 발생시키도록 복수개 설치되며 인터 커넥터(202)를 통하여 전기적으로 서로 연결된다.
태양전지셀(201)에서 발생하는 직류는 축전지(241)에 충전되며 축전지(241)에서 출력되는 직류는 DC/AC 인버터(242)를 통하여 교류로 변환되어 전계발광시트(220)로 출력된다. 전계발광시트(220)는 이러한 교류를 인가받아 발광하게 된다. 발광 컨트롤러(243)는 DC/AC 인버터(242)에서 출력되는 교류 또는 축전지(241)에서 출력되는 직류를 제어함으로써 전계발광시트(220)의 발광을 제어한다.
태양전지모듈(200)은 광센서(244) 또는 타이머(245)를 포함할 수 있다. 광센서(244)는 태양전지모듈(200)에 태양광이 조사되고 있는지의 여부를 간파하기 위한 것이다. 광센서(244)를 통하여 태양전지모듈(200)에 태양광이 조사되고 있지 않음이 간파되면 발광 컨트롤러(243)의 제어를 통해 전계발광시트(220)가 발광된다. 타이머(245)는 시간대를 정하여 전계발광시트(220)가 발광되도록 하기 위한 것이다. 이러한 시간대는 주기적이거나 간헐적일 수 있으며, 대부분 해가 저문 저녁이나 밤이 될 것이다.
도 4는 전계발광시트(220)의 설치구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명은 후면시트로서 종래의 PVF 대신에 전계발광시트(220)를 설치하는 것을 특징으로 하기 때문에 전계발광시트(220)를 설치하는 경우에도 종래와 마찬가지로 열가압에 의한 라미네이팅이 제대로 이루어져야 한다. 여기서 라미네이팅이라고 하는 것은 전면판(210)과 전계발광시트(220) 사이에 태양전지셀(201)과 충진재(230)를 개재한 상태에서 진공에서 열가압하여 장기간의 자연환경 및 외부충격에 견딜수 있는 구조로 밀봉 합착시키는 과정을 말한다.
충진재(230)는 실리콘 수지, PVB, 또는 EVA가 이용될 수 있다. 실리콘 수지의 경우 충진하는데 기포방지와 셀의 상하로 움직이는 균일성을 유지하는데 시간이 걸리기 때문에 PVB(Polyvinyl Butyral) 또는 EVA((Ethylene Vinyl Acetate sheet)를 이용하는 것이 바람직하며, PVB는 재료적으로 흡습성이 있기 때문에 EVA를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
충진재(230)로서 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)를 사용하는 경우 라미네이션은 약 120℃에서 이루어지며, 이 때 진공상태이므로 내부기체가 모두 빠져나가고 EVA 시트가 녹으면서 충진과 합착이 이루어진다. 통상적으로 라미네이팅 후에는 140~150℃에서의 큐어링 공정(curing)이 수반된다.
따라서 전계발광시트(220)를 사용하는 경우에 이러한 라미네이션 공정이 제대로 수행될 수 있어야 하는데, 전계발광시트(220)는 통상적으로 내열온도가 약 240℃이기 때문에 라미네이팅 하는데 문제가 없다.
전계발광시트(220)는 전원공급층(221)이 충진재(230)에 접하도록 설치되는 것이 바람직하다. 그래야 투명전극층(224)을 통하여 발광층(223)의 빛이 외부로 빠져나올 수 있기 때문이다. 물론 투명전극층(224)이 충진재(230)에 접하도록 할 수도 있지만 그렇게 할 경우 투명전극층(224)을 통하여 나오는 빛이 태양전지셀(201)에 가려 외부에서 제대로 보이지 않을 수 있어 바람직하지 않다.
전원공급층(221)으로는 카본 페이스트, 알루미늄 페이스트, 또는 실버 페이스트 등이 사용될 수 있다. 전원공급층(221)과 충진재(230)의 합착이 제대로 이루어지지 않을 경우 전원공급층(221)에 고분자 코팅층(225)을 형성하여 고분자 코팅층(225)이 충진재(230)에 접하도록 하여 이를 해결할 수 있다. 전계발광시트(220)의 외면을 전체적으로 고분자 코팅층(225)으로 밀봉함으로써 전계발광시트(220)의 보호를 도모할 수 있다. 이 경우 고분자 코팅층(225)은 전원공급층(221) 뿐만 아니라 투명전극층(224)에도 형성될 수 있다.
고분자 코팅층(225)은 폴리카보네이트(polycarbonate), 에폭시(epoxy), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 또는 PVF(polyvinyle fluoride) 등으로 이루어질 수 있으며, 라미네이팅 공정을 감안하여 적절히 선택되어야 할 것이다.
전면판(210)으로는 종래와 같이 투명한 강화유리가 사용될 수 있지만, 유리는 취성이 강하여 휘기가 어렵기 때문에 강화유리 대신에 아크릴 수지, 불소 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 사용하여 유연성을 부여할 수도 있다.
전계발광시트(220)는 0.3mm 이하의 얇고 유연한(flexible) 구조로 제조될 수 있기 때문에 전면판(210)에 유연성이 부여된다면 태양전지모듈(200)이 전체적으로 휘어질 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전계발광시트 일체형 태양전지모듈을 사용하면 광고 사인, POP 광고물, 실내외 인테리어, 각종 박람회 등의 디스플레이 홍보등, 보안등과 같은 다양한 용도로 활용할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 태양전지모듈(200)에 전계발광시트(220)를 후면시트로서 설치하여 라미네이팅시킴으로써 태양전지모듈(200) 자체가 하나의 발광체로서의 역할을 하게 된다. 따라서 BIPV 시스템에 적용하여 조명 인테리어 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 광고판, 박람회 홍보용 등, 보안등과 같이 다양한 분야에 활용할 수 있게 된다. 특히 태양전지모듈(200)을 휘어지게 할 수 있어 그 설치에 다양성이 확보되어 더욱 바람직하다. 또한 전계발광시트(220)에 적절한 방법으로 문양이나 색깔을 부여하면 각종 문양이나 문자 등을 눈에 띄게 표현할 수 있고, 기타 자연환경을 표현함으로써 조경효과도 얻을 수 있다.
200: 태양전지모듈
201: 태양전지셀
202: 인터 커넥터
210: 전면판
220: 전계발광시트
221: 전원공급층
222: 유전층
223: 발광층
224: 투명전극층
225: 고분자 코팅층
230: 충진재
241: 축전지
242: DC/AC 인버터
243: 발광 컨트롤러
244: 광센서
245: 타이머
201: 태양전지셀
202: 인터 커넥터
210: 전면판
220: 전계발광시트
221: 전원공급층
222: 유전층
223: 발광층
224: 투명전극층
225: 고분자 코팅층
230: 충진재
241: 축전지
242: DC/AC 인버터
243: 발광 컨트롤러
244: 광센서
245: 타이머
Claims (10)
- 태양광을 수광받아 직류를 발생시키는 복수개의 태양전지셀;
상기 태양광을 통과시키도록 투명하며 상기 태양전지셀의 앞면쪽에 설치되는 전면판;
상기 태양전지셀의 뒷면쪽에 후면시트로서 설치되는 전계발광시트;
상기 전면판과 전계발광시트 사이에 설치되는 충진재;
상기 태양전지셀에서 발생하는 직류를 충전하는 축전지;
상기 축전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환시켜 상기 전계발광시트로 출력하는 DC/AC 인버터; 및
상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류 또는 상기 축전지에서 출력되는 직류를 제어함으로써 상기 전계발광시트의 발광을 제어하는 발광 컨트롤러;를 포함하여 이루어지고,
상기 전계발광시트가,
전원공급층;
상기 전원공급층 상에 형성되는 유전층;
상기 유전층 상에 형성되는 발광층; 및
상기 발광층 상에 형성되는 투명전극층;을 포함하여 이루어져서, 상기 전원공급층과 상기 투명전극층을 통하여 상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류를 인가받고, 상기 전원공급층이 상기 충진재에 접하도록 설치되되,
상기 전원공급층은 상기 유전층이 있는 반대면에 고분자 코팅층을 가져서, 상기 고분자 코팅층이 상기 충진재에 접하도록 설치되고,
상기 고분자 코팅층은 폴리카보네이트(polycarbonate), 에폭시(epoxy), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 또는 PVF(polyvinyle fluoride)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 전원공급층이 카본 페이스트, 알루미늄 페이스트, 또는 실버 페이스트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 고분자 코팅층이 상기 투명전극층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
- 삭제
- 태양광을 수광받아 직류를 발생시키는 복수개의 태양전지셀;
상기 태양광을 통과시키도록 투명하며 상기 태양전지셀의 앞면쪽에 설치되는 전면판;
상기 태양전지셀의 뒷면쪽에 후면시트로서 설치되는 전계발광시트;
상기 전면판과 전계발광시트 사이에 설치되는 충진재;
상기 태양전지셀에서 발생하는 직류를 충전하는 축전지;
상기 축전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환시켜 상기 전계발광시트로 출력하는 DC/AC 인버터; 및
상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류 또는 상기 축전지에서 출력되는 직류를 제어함으로써 상기 전계발광시트의 발광을 제어하는 발광 컨트롤러;를 포함하여 이루어지고,
상기 전계발광시트가,
전원공급층;
상기 전원공급층 상에 형성되는 유전층;
상기 유전층 상에 형성되는 발광층; 및
상기 발광층 상에 형성되는 투명전극층;을 포함하여 이루어져서, 상기 전원공급층과 상기 투명전극층을 통하여 상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류를 인가받고, 상기 전원공급층이 상기 충진재에 접하도록 설치되며,
상기 전면판과 상기 전계발광시트는 상기 전면판과 전계발광시트 사이에 상기 태양전지셀과 충진재를 개재한 상태에서 진공 열가압을 통해서 라미네이팅시킴으로써 밀봉 합착되는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈. - 제7항에 있어서, 상기 충진재가 EVA((Ethylene Vinyl Acetate) 또는 PVB(Polyvinyl Butyral)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
- 제7항에 있어서, 상기 열가압이 100~150℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
- 태양광을 수광받아 직류를 발생시키는 복수개의 태양전지셀;
상기 태양광을 통과시키도록 투명하며 상기 태양전지셀의 앞면쪽에 설치되는 전면판;
상기 태양전지셀의 뒷면쪽에 후면시트로서 설치되는 전계발광시트;
상기 전면판과 전계발광시트 사이에 설치되는 충진재;
상기 태양전지셀에서 발생하는 직류를 충전하는 축전지;
상기 축전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환시켜 상기 전계발광시트로 출력하는 DC/AC 인버터; 및
상기 DC/AC 인버터에서 출력되는 교류 또는 상기 축전지에서 출력되는 직류를 제어함으로써 상기 전계발광시트의 발광을 제어하는 발광 컨트롤러;를 포함하여 이루어지고,
상기 전면판이 아크릴 수지, 불소 수지, 또는 폴리카보네이트 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈.
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| KR1020120014911A KR101337451B1 (ko) | 2012-02-14 | 2012-02-14 | 전계발광시트 일체형 태양전지모듈 |
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| KR1020120014911A KR101337451B1 (ko) | 2012-02-14 | 2012-02-14 | 전계발광시트 일체형 태양전지모듈 |
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