KR102589053B1 - 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈 - Google Patents

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KR102589053B1
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장현봉
김대현
신일경
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(주)동신폴리켐
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Abstract

본 발명은 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 컬러로 구현이 가능하고 벤더블(bendable)한 소재인 폴리카보네이트에 고효율의 단결정 태양전지 셀을 융합하여 일체화시킨 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈에 관한 것이다.
본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 태양전지(100); 상기 태양전지(100)의 일면과 타면에 각각 위치하여 상기 태양전지(100)를 밀봉하는 밀봉재(200); 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 일면에 위치하는 제1 보강부재(300); 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 타면에 위치하는 제2 보강부재(400); 상기 제1 보강부재(300)의 일면에 위치하는 제1 보호부재(500); 및 상기 제2 보강부재(400)의 일면에 위치하는 제2 보호부재(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈{Canopy type polycarbonate solar module}
본 발명은 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 컬러로 구현이 가능하고 벤더블(bendable)한 소재인 폴리카보네이트에 고효율의 단결정 태양전지 셀을 융합하여 일체화시킨 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 태양광발전 시스템은 다른 대체에너지 활용 기술과 달리 시스템 구성이 간단하여 최근 건축분야에 응용하려는 노력이 활발히 시도되고 있으며, 이를 건물 일체형 태양광발전 시스템(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)이라 한다.
BIPV 시스템(Building Integrated Photovoltaic System)이란, 건물에 통합 적용된 PV 시스템으로서, 태양광 에너지로 전기를 생산하여 소비자에게 공급하는 것 외에 건물 일체형 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하는 태양광 발전 시스템을 말한다.
가장 대표적인 것이 기존의 건축자재와 태양전지를 결합시켜 건축재료와 발전 기능을 동시에 발휘하는 것이다. BIPV 시스템은 지난 10년간 BIPV 모듈 및 건물적용 기법에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔으며, 현재 및 향후에도 건물의 지붕 및 입면을 활용하여 PV 모듈을 일체화 적용하여, 건축자재로서 역할을 하면서 전기생산을 하는 건물 외피 기술로서 각광받고 있는 기술이다.
BIPV 시스템은 설계단계부터 건물에 조화롭게 계획되어 시공되어야 하는데, 건물 유형별로 다양한 적용방법이 있으며, 건물 옥상에 설치되거나 지붕에 설치되는 모듈의 경우, 기존의 거치형 또는 부착형 일반 PV 모듈과는 달리 내후성, 내풍성, 단열성, 차음성, 내화성 등의 기능뿐만 아니라 추가적인 심미적 기능을 모두 갖추어야 한다.
이러한 기술의 일예가 하기 문헌 1 내지 문헌 2에 개시되어 있다.
특허문헌 1에는 태양전지 셀의 전면에 보호시트, 충진시트, 및 저철분 강화유리로 이루어진 전면판을 순차적으로 설치하고, 상기 태양전지 셀의 후면에 보호시트, 충진시트, 및 후면시트를 순차적으로 설치하여, 열가압을 통해 상기 보호시트 및 충진시트를 라미네이팅시켜 이루어지되, 상기 태양전지 셀의 전면 또는 후면에 설치되는 보호시트가 PE 또는 PET로 이루어지며, 상기 PE 또는 PET는 표면에 자외선 차단 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지모듈에 대해 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 글라스(glass)로 구성되는 투명 베이스판; 상기 투명 베이스판의 하면에 형성되는 제1 봉지층; 상기 제1 봉지층의 하면에 배치되는 컬러 필름층; 상기 컬러 필름층 하면에 형성되는 제2 봉지층; 상기 제2 봉지층의 하면에 배치되는 태양전지층; 상기 태양전지층의 하면에 형성되는 제3 봉지층; 및, 상기 제3 봉지층의 하면에 부착되어 태양광 모듈 외면을 보호하는 백시트를 포함하는 컬러필름 적용 태양광 모듈에 대해 개시되어 있다. 여기서, 상기 투명 베이스판은 강화유리 또는 저철분 강화유리로 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 종래의 기술은 강화유리 또는 저철분 강화유리의 무게로 인하여 태양광발전 시스템의 전체 무게가 무거워지면서 설치상의 제약을 받는다. 게다가 강화유리 사용으로 인해 태양전지모듈을 벤더블하게 설치할 수 없다는 단점도 있다. 또한, 외부 충격에 약해 마이크로 단위의 태양전지 셀에 크랙이 생기거나 잔흠집이 생길 수 있다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1151346호(2012.06.08. 공고) 대한민국 등록특허공보 제10-2360087호(2022.02.11. 공고)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유연성, 강인성 및 고온성을 확보하여 시공성이 우수하고, 발전 효율성이 높은 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 강화유리를 적용한 기존 태양광 모듈에 비해 무게가 월등히 가벼워 건물 옥상이나 지붕에 설치가 용이한 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 벤더블한 소재인 폴리카보네이트의 적용으로 다양한 컬러로 구현이 가능한 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 하드 코팅층의 항균 물질이 쉽게 분리되지 않고, 수지와의 상용성이 우수하여 고르게 분산됨으로써 항균 효과를 향상시킬 수 있는 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 태양전지(100); 상기 태양전지(100)의 일면과 타면에 각각 위치하여 상기 태양전지(100)를 밀봉하는 밀봉재(200); 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 일면에 위치하는 제1 보강부재(300); 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 타면에 위치하는 제2 보강부재(400); 상기 제1 보강부재(300)의 일면에 위치하는 제1 보호부재(500); 및 상기 제2 보강부재(400)의 일면에 위치하는 제2 보호부재(600);를 포함하며, 상기 밀봉재(200)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 필름이고, 상기 제1 보강부재(300) 및 제2 보강부재(400)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이며, 상기 제1 보강부재(300)와 제1 보호부재(500) 사이, 상기 제2 보강부재(400)와 제2 보강부재(600)의 사이에 접착필름(700)이 각각 삽입되고, 상기 접착필름(700)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 이루어지며, 상기 제1 보호부재(500)는 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 필름이고, 상기 제2 보호부재(600)는 폴리카보네이트 수지 90~95 중량%, 금속 산화물 1~8 중량% 및 자외선차단제 0.5~5 중량%를 혼합하여 제조된 마스터 배치를 용융 압출하여 형성되며, 상기 금속 산화물은 Cu, Al, Zn, Bi, Ni, Co, Mo, Fe, Mn, Cr, Cd, Mg, Ca, Zr으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 금속과 산화 티탄을 포함하고, 상기 자외선차단제는 시녹세이트(Cinoxate), 옥토크릴렌(Octocrylene), 징크옥사이드(Zinc Oxide), 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며, 상기 제2 보호부재(600)의 일면에 코팅 형성되는 하드 코팅층(800)을 더 포함하고, 상기 하드 코팅층(800)은 자외선 경화성 수지 10~40 중량%, 전도성 고분자 10~30 중량%, 항균제 0.05~10 중량%, 광개시제 2~5 중량% 및 용매 30~60 중량%를 포함하며, 상기 자외선 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트계, 에폭시 아크릴레이트계, 실리콘 아크릴레이트계, 폴리에스터 아크릴레이트계, 멜라민 아크릴레이트계 또는 실리카-아크릴 하이브리드계의 올리고머 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하고, 상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하며, 상기 항균제는 물에서 금속 이온 및 무기 담체를 교반하여 금속 이온이 무기 담체에 담지되도록 하고, 금속 이온이 담지된 무기 담체를 산성 수용액에 투입하고, 규산칼슘 및 실리카를 추가로 투입 후 교반하여 무기 담체의 표면에 규산 성분으로 이루어진 피막을 형성하며, 상기 광개시제는 사이클로헥실페닐메타논, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판온, 하이드록시디메틸아세토페논, 아세토페논류, 벤조페논류, 미클러벤조일벤조에이트, α-아밀옥심에스테르 및 티옥산톤류 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하며, 상기 용매는 메탄올, 에탄올 이소프로판올 또는 부탄올 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 보호부재(600)의 하드 코팅층(800) 일면에 도포되어 형성되는 차열층(900)을 더 포함하며, 상기 차열층(900)은 규산염 5~10 중량%, 탈크 5~10 중량%, 마이크로스피어 도료 20~30 중량%, 칼슘 카보네이트 50~60 중량%, 아크릴 에멀젼 3~5 중량%, 버미큘라이트 0.5~1 중량%, 바인더 3~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 유연성, 강인성 및 고온성을 확보하여 시공성이 우수하고, 높은 발전 효율을 갖는 효과가 있다.
또한, 강화유리를 적용한 기존 태양광 모듈에 비해 무게가 월등히 가벼워 건물 옥상이나 지붕 등에 설치가 용이하고, 높은 내구성을 확보하는 효과가 있다.
또한, 벤더블한 소재인 폴리카보네이트의 적용으로 다양한 컬러로 구현이 가능하여 심미감을 불러 일으키는 효과가 있다.
또한, 하드 코팅층의 항균 물질이 쉽게 분리되지 않고, 수지와의 상용성이 우수하여 고르게 분산됨으로써 항균 효과를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 충격 시험에 대한 시험성적서.
도 5는 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 내풍압 시험에 대한 시험성적서.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 태양전지(100), 밀봉재(200), 제1 보강부재(300), 제2 보강부재(400), 제1 보호부재(500) 및 제2 보호부재(600)를 포함한다. 따라서, 상기 태양전지(100), 밀봉재(200), 제1 보강부재(300), 제2 보강부재(400), 제1 보호부재(500), 제2 보호부재(600) 및 그 외의 물질을 위치시킨 상태에서 열 또는 압력 등을 가하는 라미네이션 공정에 의하여 태양광 모듈을 일체화할 수 있다.
상기 태양전지(100)는 태양광을 직접 전기로 변환하는 반도체 소자로, 복수개의 태양전지와 이들을 전기적으로 연결하기 위한 리드선 등을 포함할 수 있다.
상기 태양전지(100)는 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 박막형 태양전지일 수 있다.
일예로, 상기 태양전지(100)는 실리콘계 태양전지, CIS(Cu-In-Se) 태양전지, CIGS(Cu-In-Ga-Se) 태양전지, 염료감응형 태양전지 또는 페로브스카이트형 태양전지 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 밀봉재(200)는 상기 태양전지(100)의 일면과 타면에 각각 위치하여 상기 태양전지(100)를 밀봉한다.
상기 밀봉재(200)는 수분과 산소의 유입되는 것을 방지하며, 태양전지(100)의 각 요소들을 화학적으로 결합한다.
상기 밀봉재(200)는 투광성 및 접착성을 가지는 물질로 구성될 수 있으며, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 필름인 것이 바람직하다.
상기 밀봉재(200)의 두께는 통상 0.01~1㎜, 바람직하게는 0.2~0.8㎜이다. 상기한 두께 범위를 만족하는 경우 라미네이트 공정에서의 태양전지(100)의 파손을 방지할 수 있고, 충분한 광선 투과율을 확보함으로써 높은 광발전량을 얻을 수 있다.
상기 제1 보강부재(300)는 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 일면에 위치한다.
상기 제1 보강부재(300)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름인 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 테레프탈산 또는 테레프탈산메틸에스테르와 에틸렌글리콜의 축합반응에 의해 얻어지는 포화폴리에스테르 수지로서, 내열성, 내후성, 절연성, 기계적 강도 등이 우수하다. 이러한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 태양전지 셀을 자외선 등의 외부 환경으로부터 보호한다.
상기 제2 보강부재(400)는 상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 타면에 위치한다.
상기 제2 보강부재(400)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름인 것이 바람직하다.
상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 태양전지 셀을 자외선 등의 외부 환경으로부터 보호한다.
상기 제1 보호부재(500)는 상기 제1 보강부재(300)의 일면에 위치한다.
상기 제1 보호부재(500)는 외부의 충격, 자외선 등으로부터 태양전지(100)를 보호할 수 있는 강도와 태양전지(100)로 입사되는 광을 차단하지 않도록 투광성을 갖는 물질로 구성될 수 있으며, 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 필름인 것이 바람직하다.
상기 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE)은 가벼우면서도 빛 투과성이 높고, 자외선 저항성이 뛰어나 유연하면서도 가볍다.
상기 제1 보호부재(500)의 표면은 광산란 특성과 광 투과율을 높이기 위해 엠보싱(Embossing) 처리하는 것이 바람직하다. 따라서 엠보싱 효과로 빛의 굴절을 이용하여 산란광을 흡수하기 때문에 태양광 모듈의 발전효율을 향상시킨다.
상기 제2 보호부재(600)는 상기 제2 보강부재(400)의 일면에 위치한다.
상기 제2 보호부재(600)는 폴리카보네이트 수지 90~95 중량%, 금속 산화물 1~8 중량%, 자외선차단제 0.5~5 중량%를 혼합하여 제조된 마스터 배치를 용융 압출하여 형성된다.
이러한 제2 보호부재(600)는 폴리카보네이트 수지의 고유 물성은 유지하면서 적외선 및 자외선의 차폐 기능을 갖는다.
상기 폴리카보네이트는 뛰어난 내충격성으로 유리의 250배의 충격강도를 가지며, 유리처럼 맑고 투명하여 82~92%의 빛을 투과시키며, 안료 첨가 등의 방법으로 다양한 색상을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 투과 조절이 가능하다.
또한, 상기 폴리카보네이트는 일반 유리에 비해 중량이 낮고 일반 유리에 비해 절반 정도로 가벼워 시공성이 우수하며, 유연성이 뛰어나 곡면 시공이 용이하여 다양한 건축물에 적용이 가능하다.
상기 금속 산화물은 Cu, Al, Zn, Bi, Ni, Co, Mo, Fe, Mn, Cr, Cd, Mg, Ca, Zr으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 금속과 산화 티탄을 포함할 수 있다.
즉, 상기 제2 보호부재(600)는 폴리카보네이트 수지와 선택된 2종 이상의 금속 및 산화 티탄을 포함하여 이루어짐으로써 적외선 및 자외선을 차단하고, 가시광선 영역에서 동등 수준 이상의 투과도를 확보할 수 있다.
상기 금속 산화물의 함량은 1~8 중량%를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 금속 산화물의 함량이 1 중량% 미만이면 수지 조성물 내에서 분산성이 크게 저하될 수 있고, 8 중량%를 초과하면 기계적 물성이 저하되는 문제가 있다.
상기 자외선차단제는 자외선에 의한 열화를 방지하기 위하여 첨가되며, 시녹세이트(Cinoxate), 옥토크릴렌(Octocrylene), 징크옥사이드(Zinc Oxide), 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 자외선차단제의 함량은 0.5~5 중량%를 첨가하는 것이 바람직하며, 상기 자외선차단제의 함량이 0.5 중량% 미만이면 황변 및 크랙 등이 발생하는 등 물성이 저하될 수 있고, 5 중량%를 초과하면 폴리카보네이트 수지와의 상용성이 저하되어 투명도가 떨어질 수 있다.
한편, 상기 제1 보강부재(300)와 제1 보호부재(500) 사이, 상기 제2 보강부재(400)와 제2 보강부재(600)의 사이에 접착필름(700)이 각각 삽입된다.
상기 접착필름(700)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 접착필름(700)은 제1 보강부재(300)와 제1 보호부재(500)를 접착시키고, 상기 제2 보강부재(400)와 제2 보강부재(600)를 접착시키기 위한 것으로, 전술한 밀봉재(200)와 동일한 종류의 고분자 물질인 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 상기 제2 보호부재(600)의 일면에 코팅 형성되는 하드 코팅층(800)을 더 포함할 수 있다.
상기 하드 코팅층(800)은 자외선 경화성 수지 10~40 중량%, 전도성 고분자 10~30 중량%, 항균제 0.05~10 중량%, 광개시제 2~5 중량% 및 용매 30~60 중량%를 포함하는 조성물로부터 형성된다.
상기 자외선 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트계, 에폭시 아크릴레이트계, 실리콘 아크릴레이트계, 폴리에스터 아크릴레이트계, 멜라민 아크릴레이트계 또는 실리카-아크릴 하이브리드계 등의 올리고머를 사용할 수 있다.
이러한 자외선 경화성 수지는 10~40 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 자외선 경화성 수지의 함량이 10 중량% 미만이면 경화성이 미약하여 하드 코팅층의 경도가 저하될 수 있고, 40 중량%를 초과하면 전도성 고분자와의 혼합성이 떨어지거나 표면저항값이 상승하여 대전방지 성능이 저하될 수 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 단독 또는 하나 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
이러한 전도성 고분자는 10~30 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 전도성 고분자의 함량이 10 중량% 미만이면 표면저항값이 증가하여 대전방지 효과를 발휘할 수 없고, 30 중량%를 초과하는 경우에는 헤이즈 및 광투과율이 현저히 저하될 수 있다.
상기 항균제는 물에서 금속 이온 및 무기 담체를 교반하여 금속 이온이 무기 담체에 담지되도록 한다. 상기 금속 이온은 구리, 아연, 은, 주석 중에서 선택하여 사용할 수 있고, 무기 담체는 인산칼슘, 인산지르코늄 중에서 선택하여 사용할 수 있다.
이후, 금속 이온이 담지된 무기 담체를 산성 수용액에 투입하고, 규산칼슘 및 실리카를 추가로 투입하여 교반함으로써 무기 담체의 표면에 규산 성분으로 이루어진 피막을 형성하여 금속 이온의 분리를 방지한다.
이러한 항균제는 0.05~10 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 항균제의 함량이 0.05 중량% 미만이면 항균력이 구현되지 않고, 10 중량%를 초과하면 자외선 경화성 수지와의 상용성이 저하되어 균일하지 못한 도막을 형성할 수 있고, 도막이 변색되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 광개시제는 자외선 경화를 유도하기 위한 것으로, 사이클로헥실페닐메타논, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판온, 하이드록시디메틸아세토페논, 아세토페논류, 벤조페논류, 미클러벤조일벤조에이트, α-아밀옥심에스테르 및 티옥산톤류 중에서 단독 또는 하나 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
이러한 광개시제는 2~5 중량%를 함유하는 것이 바람직하며, 상기 광개시제의 함량이 2 중량% 미만이면 경화 반응이 일어나지 않거나 긴 반응시간이 요구되어 실제 공정에 적용할 수 없는 문제가 있고, 5 중량%를 초과하면 미반응 광개시제가 불순물로 남아 코팅층의 표면이 균열되거나 경도를 저하시킬 수 있다.
상기 용매는 자외선 경화성 수지, 전도성 고분자를 분산 또는 용해시키기 위한 것으로, 단독으로 사용할 수 있고, 복수의 용매를 혼합하여 사용할 수도 있으며, 바람직하게는 메탄올, 에탄올 이소프로판올 또는 부탄올 중에서 단독 또는 하나 이상의 혼합물로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명의 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은, 상기 제2 보호부재(600)의 하드 코팅층(800) 일면에 도포되어 형성되는 차열층(900)을 더 포함할 수 있다.
상기 차열층(900)은 규산염 5~10 중량%, 탈크 5~10 중량%, 마이크로스피어 도료 20~30 중량%, 칼슘 카보네이트 50~60 중량%, 아크릴 에멀젼 3~5 중량%, 버미큘라이트 0.5~1 중량%, 바인더 3~5 중량%를 포함하는 도료 조성물로부터 형성된다. 이러한 차열층(900)의 형성으로 차열 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 온도 변화에 따른 결로현상 발생을 억제하여 표면을 청결하게 유지할 수 있다.
상기 규산염은 리튬, 나트륨, 칼륨 원자를 중심으로 몇 개의 비금속 원자 또는 원자단이 결합하여 이루어진 화학종이며, 중심 금속 원자에 다른 비금속 원소가 치환하여 규소와 다른 원자 간의 단일결합을 이중결합으로 만들어 망목 구조가 생성되어 규산염과 축합반응(Condensation Reaction)을 하여 규산염에 붙어 있는 수산화이온이 다른 이온으로 치환 및 해리되어 물의 침투를 막아주어 내수성을 향상시킨다.
상기 규산염은 함량이 5 중량% 미만이면 도료의 점도가 낮아지고, 10 중량%를 초과하면 내열성 및 점도가 증가하여 작업성이 저하된다.
상기 탈크는 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 암석으로 색깔은 백색, 은백색, 담녹색 등이 있으며, 도막의 기계적 물성과 함께 내열성을 향상시키는 작용을 한다.
상기 탈크는 함량이 5 중량% 미만이면 내열성의 발휘 및 도막의 형성이 원활하지 못하고, 10 중량%를 초과하면 도막의 물성이 저하된다.
상기 마이크로스피어 도료는 내부에 빈 공간이 형성된 중공 구체 형태의 세라믹 재질로 형성되며, 분쇄매체, 세라믹 코팅, 고온 단열재, 충전재등에 사용되고 있다. 특히 열전도율이 굉장히 낮고 습기를 차단하면서 자재를 건조하게 유지시켜주며, 자외선에 대한 강한 저항성을 갖는다. 구체적으로, 상기 마이크로스피어 도료는 NASA와 3M이 개발한 진공 마이크로스피어 도료인 "클라이밋 액티브" 제품일 수 있다.
상기 마이크로스피어 도료는 함량이 20 중량% 미만이면 차열 및 습도 조절 성능이 저하되고, 30 중량%를 초과하면 도료의 부착력이 저하되는 문제가 있다.
상기 칼슘 카보네이트는 칼슘의 일종으로 대리석, 석회석, 방해석, 조개껍질 등의 주성분인 탄산염 칼슘이다. 순수한 물에는 녹지 않으나 탄산이 포함된 물에는 용해된다.
상기 칼슘 카보네이트는 함량이 50 중량% 미만이면 내후성이 저하되고, 60 중량%를 초과하면 부착력이 저하되는 문제가 있다.
상기 아크릴 에멀젼은 아크릴, 멜라민, 에폭시 수지를 주성분으로 하여 도료로 사용되는 통상의 것으로, 소재에 대한 부착력이 우수하고 내약품성, 내수성, 내식성, 경도, 광택 및 광택 유지율이 탁월한 특성이 있다.
상기 아크릴 에멀젼은 함량이 3 중량% 미만이면 도료와의 결합력이 저하되고, 5 중량%를 초과하면 분산 점도가 높아지는 문제가 있다.
상기 버미큘라이트는 흑운모가 풍화 또는 열수 변질에 의해 생성된 광물로서, 그 내부에 물 분자가 결합되어 있어 고온으로 가열되면 광물 내부의 수분이 증발하면서 형성되는 기포로 인해 내부에 무수한 기공이 형성되고, 원석 부피의 20 내지 40배까지 팽창하게 된다.
특히, 상기 버미큘라이트는 수밀성을 향상시켜 중성화를 방지하는 역할을 하게 된다.
상기 버미큘라이트는 함량이 0.5 중량% 미만이면 수밀 성능이 저하되어 중성화 방지 효과가 미미하고, 1 중량%를 초과하면 도료 조성물의 점도가 너무 높아서 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.
상기 바인더는, 페인트 제조에 사용되는 통상의 것으로, 본 실시예에서는 3~5 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
라미네이션 장비 내에서 태양전지를 기준으로 밀봉재, 제1 보강부재, 제2 보강부재, 접착필름, 제1 보호부재 및 제2 보호부재를 차례로 위치시킨 상태에서, 이들에 열 및 압력을 가하는 것에 의하여 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 제조하였다.
이때, 상기 제2 보호부재는 폴리카보네이트 수지 95 중량%, 금속 산화물 4 중량% 및 자외선차단제 1 중량%를 혼합하여 제조된 마스터 배치를 용융 압출하여 형성된 것을 사용하였다.
[실시예 2]
자외선 경화성 수지 20 중량%, 전도성 고분자 30 중량%, 항균제 5 중량%, 광개시제 5 중량% 및 용매 40 중량%를 교반하여 하드 코팅층 조성물을 제조하였다.
제조된 하드 코팅층 조성물을 실시예 1에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 제2 보호부재 표면에 0.5㎛ 두께로 코팅한 후 UV 경화시켜 하드 코팅층을 형성하였다.
[실시예 3]
규산염 6 중량%, 탈크 6 중량%, 마이크로스피어 도료 25 중량%, 칼슘 카보네이트 50 중량%, 아크릴 에멀젼 4 중량%, 버미큘라이트 1 중량%, 바인더 3 중량% 및 물 5 중량%를 교반하여 차열층 도료 조성물 제조하였다.
제조된 차열층 도료 조성물을 실시예 2에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 하드 코팅층 표면에 0.5㎜의 두께로 각각 도포한 후 3일 동안 건조시켰다.
[시험예 1]
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 발전 효율, 충격 시험 및 내풍압 시험을 실시하였다.
(1) 발전 효율
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 모듈 시뮬레이터(모델명 : DKSMT-1520SUL)를 통해 일정한 온도 및 습도의 환경 조건에서 발전 효율을 측정하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
구분 발전 효율(%)
실시예 1 19.47
실시예 2 19.48
실시예 3 19.46
측정 결과, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 모두 양호한 발전 효율을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
(2) 충격 시험
도 4에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈(가로×세로 1,000×1,000㎜)을 KS C 8577:2016 방법(구슬 낙하 시험)을 이용하여 충격 시험을 측정하였다.
측정 결과, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 구슬의 충격에도 파손이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
(3) 내풍압 시험
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 풍력기에 의한 내풍압 성능 시험을 측정하였다.
측정 결과, 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 처짐이나 휨 등이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있었다.
[시험예 2]
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 광투과율, 표면저항 측정 및 항균력 시험을 실시하였다.
(1) 광투과율
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 분광광도계(NIPPON DENSHOKU, NDH-300)를 이용하여 KSM ISO 13468-1 및 KSM ISO 14782에 의거하여 전광선투과율(Total Transmittance)을 측정하였다.
(2) 표면저항 측정
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 표면저항 측정기(Monroe Electronics, Monroe-272)를 사용하여 10V의 전압으로 ASTM D-257에 의거하여 표면저항을 측정하였다.
(3) 항균력 시험
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈을 필름밀착법 (JIS Z 2801)을 이용하여 37℃에서 24시간 경과 후 측정된 세균의 개수를 측정하였으며, 시험균주는 대장균(Escherichia coli ATCC 25922), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 25923)을 사용하였다.
구분 광투과율(%) 표면저항(Ω) 항균력(활성치)
대장균 황색포도상구균
실시예 1 93 2.3×106 4.1(99.9%) 4.2(99.9%)
실시예 2 94 2.0×106 4.5(99.9%) 4.7(99.9%)
실시예 3 93 2.1×106 4.3(99.9%) 4.5(99.9%)
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 2에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈은 상대적으로 낮은 표면저항값으로 인하여 표면에 정전기가 축적되지 않아 대전방지 기능이 있음을 알 수 있고, 항균제의 첨가로 인하여 상대적으로 우수한 항균 특성을 발휘하는 것을 알 수 있었다.
[시험예 3]
실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈의 차열 성능을 평가하기 위해 열전도율 측정기(모델 : QTM-500)를 이용하여 열전도율을 측정하였다.
구분 열전도율(W/mK) 균열여부
실시예 1 0.15 이상없음
실시예 2 0.13 이상없음
실시예 3 0.12 이상없음
상기 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 3에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈이 실시예 1과 실시예 2에서 제조된 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈에 비해 상대적으로 열전도율이 낮게 측정됨을 알 수 있으며, 따라서 열전도율 감소로 인하여 차열 성능이 우수한 도막 표면을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.
100 : 태양전지 200 : 밀봉재
300 : 제1 보강부재 400 : 제2 보강부재
500 : 제1 보호부재 600 : 제2 보호부재
700 : 접착필름 800 : 하드 코팅층
900 : 차열층

Claims (10)

  1. 태양전지(100);
    상기 태양전지(100)의 일면과 타면에 각각 위치하여 상기 태양전지(100)를 밀봉하는 밀봉재(200);
    상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 일면에 위치하는 제1 보강부재(300);
    상기 밀봉재(200)에 의해 밀봉된 태양전지(100)의 타면에 위치하는 제2 보강부재(400);
    상기 제1 보강부재(300)의 일면에 위치하는 제1 보호부재(500); 및
    상기 제2 보강부재(400)의 일면에 위치하는 제2 보호부재(600);를 포함하며,
    상기 밀봉재(200)는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 필름이고,
    상기 제1 보강부재(300) 및 제2 보강부재(400)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름이며,
    상기 제1 보강부재(300)와 제1 보호부재(500) 사이, 상기 제2 보강부재(400)와 제2 보강부재(600)의 사이에 접착필름(700)이 각각 삽입되고,
    상기 접착필름(700)은 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 이루어지며,
    상기 제1 보호부재(500)는 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌(ECTFE) 필름이고,
    상기 제2 보호부재(600)는 폴리카보네이트 수지 90~95 중량%, 금속 산화물 1~8 중량% 및 자외선차단제 0.5~5 중량%를 혼합하여 제조된 마스터 배치를 용융 압출하여 형성되며,
    상기 금속 산화물은 Cu, Al, Zn, Bi, Ni, Co, Mo, Fe, Mn, Cr, Cd, Mg, Ca, Zr으로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 금속과 산화 티탄을 포함하고,
    상기 자외선차단제는 시녹세이트(Cinoxate), 옥토크릴렌(Octocrylene), 징크옥사이드(Zinc Oxide), 티타늄디옥사이드(Titanium Dioxide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이며,
    상기 제2 보호부재(600)의 일면에 코팅 형성되는 하드 코팅층(800)을 더 포함하고, 상기 하드 코팅층(800)은 자외선 경화성 수지 10~40 중량%, 전도성 고분자 10~30 중량%, 항균제 0.05~10 중량%, 광개시제 2~5 중량% 및 용매 30~60 중량%를 포함하며,
    상기 자외선 경화성 수지는 우레탄 아크릴레이트계, 에폭시 아크릴레이트계, 실리콘 아크릴레이트계, 폴리에스터 아크릴레이트계, 멜라민 아크릴레이트계 또는 실리카-아크릴 하이브리드계의 올리고머 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하고,
    상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 및 폴리에틸렌디옥시티오펜 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하며,
    상기 항균제는 물에서 금속 이온 및 무기 담체를 교반하여 금속 이온이 무기 담체에 담지되도록 하고, 금속 이온이 담지된 무기 담체를 산성 수용액에 투입하고, 규산칼슘 및 실리카를 추가로 투입 후 교반하여 무기 담체의 표면에 규산 성분으로 이루어진 피막을 형성하며,
    상기 광개시제는 사이클로헥실페닐메타논, 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐 프로판온, 하이드록시디메틸아세토페논, 아세토페논류, 벤조페논류, 미클러벤조일벤조에이트, α-아밀옥심에스테르 및 티옥산톤류 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하며,
    상기 용매는 메탄올, 에탄올 이소프로판올 또는 부탄올 중에서 단독 또는 하나 이상을 포함하고,
    상기 제2 보호부재(600)의 하드 코팅층(800) 일면에 도포되어 형성되는 차열층(900)을 더 포함하며, 상기 차열층(900)은 규산염 5~10 중량%, 탈크 5~10 중량%, 마이크로스피어 도료 20~30 중량%, 칼슘 카보네이트 50~60 중량%, 아크릴 에멀젼 3~5 중량%, 버미큘라이트 0.5~1 중량%, 바인더 3~5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐노피형 폴리카보네이트 태양광 모듈.
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