KR200451576Y1 - 태양전지 모듈 고정 프레임 - Google Patents

태양전지 모듈 고정 프레임 Download PDF

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Abstract

본 고안은 태양광 발전설비의 태양전지 모듈(Solar Cell Module)을 고정 지지하는 프레임에 관한 것으로서, 태양전지 모듈의 연결부 하측면을 지지할 수 있는 고정프레임과 상기 태양전지 모귤 연결부의 상측부를 가압 고정하는 요철부가 구비된 고정패널 및 고정패널을 고정프레임에 체결시키는 고정부재로 구성함으로써, 요철부에 의한 태양전지 모듈의 슬립을 방지하여 내충격성과 내진성능이 향상될 수 있게 하고, 고정프레임에 다수개의 중공부를 관통 형성하여 중량을 감소시킴과 동시에 강성을 향상시켜 내구성과 안전성 향상은 물론 설치 및 해체가 용이한 태양전지 모듈 프레임에 관한 것이다.

Description

태양전지 모듈 고정 프레임{Fixing frame for Solar cell module}
본 고안은 태양광 발전설비의 태양전지 모듈(Solar Cell Module)을 고정 지지하는 고정 프레임에 관한 것으로서, 태양전지 모듈의 하측면을 지지할 수 있게 일정 간격으로 다수개의 지지프레임을 배치하고, 상기 태양전지 모듈의 연결부 상측면에는 인접된 태양전지 모듈의 단부를 가압할 수 있게 요철부가 형성된 고정부재를 설치함으로써, 태양전지 모듈의 슬립을 방지함과 아울러 고정부재를 원하는 위치에 간편하게 고정시킬 수 있어 다양한 크기의 태양전지 모듈에 대한 적용성 향상은 물론 설치 및 해체가 용이한 태양전지 모듈 고정 프레임에 관한 것이다.
일반적으로 태양전지(Solar Cell)는 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자의 하나로서, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 가공하여 전자(electron)와 정공(hole)이 각각 구비되는 다른 극성의 N(negative)형 반도체 및 P(positive)형 반도체를 접합시키고 전극을 형성함으로써, P-N접합에 의한 태양광 발전의 원리를 이용하여 빛 에너지에 의한 전자의 이동을 통해 전기 에너지를 생산하는 광전지이다.
상기와 같은 태양전지는 태양광 발전설비의 구축을 통한 전력 생산을 위해 다수개가 직렬 또는 병렬 연결된 태양전지 모듈(module)과 태양전지 어레이(array)를 구성하여 필요한 전력을 생산 공급하게 되는 것이다.
태양광 발전설비는 화석 연료 사용에 따른 지구 온난화 문제와 환경 파괴 문제 등을 극복하기 위하여 무한 청정 에너지인 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 발전 시스템으로써, 통상적으로 일반 주택이나 건물 외벽은 물론 야외에 구축되는 태양광 발전소 형태로 확대되고 있다.
이러한 태양광 발전설비는 통상적으로 기존 구조물이나 또는 기초 구조물 위에 태양전지 모듈을 고정 지지할 수 있는 고정 프레임을 설치한 후, 고정 프레임 상부에 다수개의 태양전지 모듈을 연속적으로 연결 설치하여 시공하게 되는 것이다.
그러나 태양전지 모듈을 고정 지지하는 종래의 고정 프레임은 태양전지 모듈의 하측면을 지지할 수 있게 지지바를 설치하고, 태양전지 모듈을 고정시킬 수 있는 단순 판재 형태의 고정판을 모듈 상부에서 스크류 등을 이용하여 고정 프레임에 체결시켜 태양전지 모듈을 고정시키는 구조로서, 고정판의 착탈이 용이하지 않은 것은 물론 태양전지 모듈이 견고하게 고정되지 않아 태양전지 모듈과 고정판의 슬립 등이 발생될 우려가 높았고, 또한 내충격성이나 내진성능이 취약하여 내구성이 현저히 저하될 뿐 아니라 이로 인해 발전 효율 또한 저하되는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 첫째, 태양전지 모듈을 가압 고정하는 고정부재에 요철부를 설치하여 태양전지 모듈의 슬립을 방지함으로써, 내충격성과 내진성능 향상을 통해 내구성 및 안전성이 증대될 수 있게 하고, 둘째, 태양전지 모듈을 고정시키는 고정부재가 너트에 의해 간편하게 체결될 수 있게 함으로써, 착탈이 용이할 뿐 아니라 태양전지 모듈의 설치 및 해체가 용이하도록 하며, 셋째, 지지프레임에 다수개의 중공부를 관통 형성하여 중량 감소는 물론 강성이 확보될 수 있게 하고, 넷째, 고정브래킷을 이용하여 지지프레임을 격자 형상으로 간편하게 설치할 수 있는 태양전지 모듈 고정 프레임을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 태양전지 모듈의 하측면을 지지할 수 있게 일정 간격으로 배열 설치하되 외주면에는 상기 태양전지 모듈을 지지하는 다수개의 지지면이 형성되고 상기 지지면의 중앙부에는 길이 방향을 따라 슬라이드홈이 형성되는 지지프레임과, 상기 태양전지 모듈의 연결부 상측면을 가압 고정시킬 수 있도록 하측면에 길이 방향을 따라 한 쌍의 가압면을 형성하되 상기 가압면에는 상기 태양전지 모듈의 슬립이 방지되도록 요철부가 형성되는 다수개의 고정부재, 및 상기 슬라이드홈의 일정 위치에 상기 고정부재를 고정시키는 고정구를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 지지프레임은 사각 단면 형상으로 구비하되, 중앙부와 모서리부에는 중공부가 각각 관통 형성되게 할 수 있다.
또한 상기 슬라이드홈의 상부에는 길이 방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 걸림턱을 형성하고, 상기 고정구는 상기 고정부재에 관통 결합되는 고정볼트와 너트로 구성하되, 상기 고정볼트의 머리부는 상기 슬라이드홈에 슬라이딩 삽입되어 회동되지 않도록 외주면을 형성한다.
또 상기 고정부재의 상부면에는 상기 너트가 안착될 수 있는 안착홈이 길이 방향을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
한편 상기 지지프레임 하부에는 격자 형상으로 배치되는 다수개의 지지프레임을 더 설치하고, 상기 지지프레임을 고정시키는 고정브래킷을 구비하되,
또한 상기 고정브래킷은 양측부가 상기 지지프레임의 슬라이드홈에 각각 볼트 결합 가능하도록 절곡 형성된다.
또 상기 요철부는 길이 방향을 따라 돌출 형성하되, 산과 골이 반복 형성되도록 일정 간격으로 돌출되게 할 수 있다.
이때 상기 요철부는 일측면이 경사면을 형성하는 톱니 형상으로 구비될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 첫째, 태양전지 모듈의 슬립을 방지하여 내충격성과 내진성능 향상을 통해 고정 프레임의 내구성 및 안전성이 증대될 수 있는 효과가 있고, 둘째, 지지프레임의 강성 증가는 물론 중량 감소에 따른 효율적인 설계 및 시공이 가능한 효과가 있으며, 셋째, 지지프레임과 고정부재의 설치 및 해체가 간편하여 발전 설비 구축 시간 단축은 물론 유지 보수가 용이한 효과가 있다.
도 1은 태양전지 모듈이 설치된 상태의 개략적인 평면도,
도 2는 태양전지 모듈이 설치된 상태의 개략적인 측면도,
도 3은 본 고안의 부분 확대도,
도 4는 도 3의 A-A 단면도,
도 5는 본 고안의 고정부재의 배면 사시도이다.
이하 본 고안에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 태양전지 모듈(70)이 설치된 상태의 개략적인 평면도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 개략적인 측면도를 나타낸 것이다.
태양전지 모듈(70)은 다수개의 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결시킨 것으로서, 태양전지를 장기간의 자연 환경이나 외부 충격 등에 견딜 수 있는 구조로 밀봉하여 사용하게 되며, 이때 통상적으로 전면에는 강화유리가 구비되고 후면에는 투명 수지 등을 사용하여 밀봉시키게 되며, 전기에너지 출력용 단자함 등이 설치된다.
이러한 태양전지 모듈(70)은 도 1에 도시된 바와 같이, 지지프레임(10) 상에 종방향 및 횡방향으로 다수개를 연결 배치하여 태양전지 어레이(array)를 형성함으로써, 하나의 태양광 발전설비를 구축하게 되는 것이다.
여기서 지지프레임(10)은 다수개의 태양전지 모듈(70)을 지지하는 구조물로서, 태양전지 모듈(70)의 연결부(75)(도3에 도시함)를 포함하여 다수의 하측부를 지지할 수 있게 일정 간격으로 이격되어 배열 설치되거나 또는 보다 견고한 지지를 위하여 격자 형상으로 설치될 수도 있다.
이때 지지프레임(10)은 일반 주택이나 건물 또는 야외에 설치되는 기초 구조물(100)이나 루프(roof) 나무 기둥보 등에 고정된다.
따라서 지지프레임(10)은 일반 주택이나 건물 등의 기초 구조물의 형태에 따라 다양한 형태로 시공될 수 있으며, 또한 도 2에 도시된 바와 같이, 광 흡수율이 최대화될 수 있게 태양전지 모듈(70)이 일정 각도 경사진 상태로 유지될 수 있도록 설치된다.
지지프레임(10)은 외부 환경에 직접 노출되는 특성상 저중량 고강도는 물론 방청을 위하여 알루미늄 바(bar) 형태로 구비되는 것이 바람직하다.
이하 도 3과 도 4를 참조하여 본 고안의 태양전지 모듈 고정 프레임을 상세히 설명한다.
도 3은 본 고안의 태양전지 모듈 고정 프레임의 부분 확대도를 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도를 나타낸 것이다.
도 3의 지지프레임(10)은 설명의 편의를 위하여 절단된 상태를 도시한 것이다.
본 고안의 태양전지 모듈 고정 프레임은 도 3에 도시된 바와 같이, 지지프레임(10)과 고정부재(20) 및 고정구(30)로 구성된다.
지지프레임(10)은 태양전지 모듈(70)의 연결부(75)를 포함하여 다수의 하측부를 지지할 수 있게 설치되는 것으로서, 일정 간격으로 이격되도록 종방향 또는 횡방향으로 배열 설치되며, 사각 형상의 일정 길이를 가지는 알루미늄 바(bar) 형태로 구비된다.
지지프레임(10)의 폭과 길이는 태양전지 모듈(70)의 크기나 설치조건 등에 따라 적정한 크기로 제작되어 사용될 수 있을 것이다.
지지프레임(10)은 중앙부에 사각 형상의 중공부(11)가 길이 방향을 따라 관통 형성되며, 또한 모서리부에도 중공부(12)가 길이 방향을 따라 각각 관통 형성된다.
이때 지지프레임(10)의 모서리의 외주면은 곡면을 형성하는 것이 바람직하며, 4곳의 외측면에는 평탄한 상태의 지지면(13)을 각각 형성하되, 지지면(13)이 서로 마주보는 한 쌍으로 형성되도록 중앙부에 일정 깊이와 폭을 가지는 슬라이드홈(15)이 길이 방향을 따라 형성된다.
따라서 슬라이드홈(15)은 지지프레임(10)의 외주면에 4개가 형성되며, 이때 각각의 슬라이드홈(15)의 상측부에는 서로 마주보도록 한 쌍의 걸림턱(16)이 형성된다.
걸림턱(16)은 하기에서 설명하는 고정구(30)의 머리부(33)가 슬라이드홈(15)에 삽입된 상태에서 상향 이탈되는 것을 방지하는 역할을 하는 것이다.
한편 태양전지 모듈(70)의 연결부(75) 하측에 설치되는 지지프레임(10)의 경우에는 고정구(30)의 체결이 가능하도록 슬라이드홈(15)이 연결부(75)와 연직 방향에 위치하도록 배치된다.
이때 지지프레임(10)의 지지면(13)은 인접한 태양전지 모듈(70)의 단부 하측면을 각각 지지하게 되는 것이다.
한편 고정부재(20)는 태양전지 모듈(70)의 연결부(75) 상측면에 설치되어 태양전지 모듈(70)의 단부를 가압 고정하는 역할을 하는 것으로서, 일정 길이와 폭을 가지도록 형성되며, 상측면 중앙부에는 안착홈(22)이 길이 방향을 따라 형성된다.
여기서 안착홈(22)은 고정구(30)의 너트(35)가 결합되는 부분이며, 이때 중앙부에는 고정구(30)가 관통될 수 있도록 관통공(25)(도4에 도시함)이 형성된다.
또한 고정부재(20)의 상부면은 안착홈(22)으로부터 양측부로 일정 각도 경사지도록 경사면을 형성한다.
한편 고정부재(20)의 하측면에는 한 쌍의 가압면(27)이 길이 방향을 따라 형성된다.
가압면(27)은 인접한 태양전지 모듈(70)의 단부 상측면을 각각 가압하여 태양전지 모듈(70)을 고정시키는 것으로서, 가압면(27)에는 슬립 방지용 요철부가 형성된다.
따라서 고정부재(20)는 태양전지 모듈(70)의 상측면을 가압면(27)의 요철부로 가압함으로써, 태양전지 모듈(70)을 견고하게 고정시킴과 동시에 태양전지 모듈(70)의 슬립(slip)을 방지하게 되는 것이다.
고정부재(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 태양전지 모듈(70)이 모이는 부분이나 2개가 인접한 연결부(75)에 설치되며, 태양전지 모듈(70)의 크기나 외부 환경 등을 고려하여 다양한 위치에 적정 개수를 설치할 수 있을 것이다.
한편 고정구(30)는 고정부재(20)가 태양전지 모듈(70)을 가압할 수 있도록 고정부재(20)를 지지프레임(10)에 결합시키는 것으로서, 고정볼트(32)와 너트(35)로 구성된다.
고정볼트(32)의 머리부(33)는 지지프레임(10)의 슬라이드홈(15)에 삽입되어 슬라이딩 가능하도록 형성되며, 사각 또는 육각 등 다양한 형태로 형성될 수 있으나, 머리부(33)가 슬라이드홈(15)에서 회동되지 않도록 슬라이드홈(15)의 폭에 대응되게 외주면이 형성되도록 한다.
여기서 고정볼트(32)의 나사부는 고정부재(20)의 관통공(25)에 삽입되며, 나사부의 단부에는 너트(35)가 체결됨으로써, 고정부재(20)가 태양전지 모듈(70)에 밀착 고정되도록 하는 것이다.
한편 지지프레임(10)은 태양전지 모듈(70)의 설치 조건이나 설치 환경을 고려하여 도 3에 도시된 바와 같이, 보다 견고하게 태양전지 모듈(70)을 고정 지지할 수 있도록 격자 형상으로 구비될 수 있다.
즉 지지프레임(10) 하측부에 다수개의 지지프레임(10)을 격자 형상으로 중첩되도록 배열 설치하고, 지프레임(10)이 교차하는 부분에는 고정브래킷(40)을 이용하여 서로 결합시킨다.
고정브래킷(40)은 중앙부가 직각으로 절곡 형성된 'ㄴ' 자 형상으로 구비되며, 이때 두개의 절곡면의 중앙에는 체결볼트(45) 또는 나사(46)가 관통할 수 있는 체결공(42)이 관통 형성된다.
따라서 서로 교차하는 지지프레임(10)은 고정브래킷(40)의 체결공(42)에 체결볼트(45)를 각각 결합시켜 격자 형상으로 고정시킬 수 있을 것이다.
또한 하측 지지프레임(10)은 고정브래킷(40)을 이용하여 일반 주택이나 건물 등의 기초 구조물에 고정시킬 수 있다.
즉, 고정브래킷(40)의 일측부는 하측 지지프레임(10)에 체결하고, 타측부는 일반 주택이나 건물 등의 기초 구조물에 체결시킴으로써, 지지프레임(10)을 고정시키면 되는 것이다.
이하 본 고안의 조립 과정을 도 3과 도 4를 참조하여 설명한다.
먼저 지지프레임(10)을 격자 형상으로 이격 되도록 배열하고, 지지프레임(10)이 교차하는 부분은 고정브래킷(40)을 이용하여 두개의 지지프레임(10)을 고정시킨다.
여기서 지지프레임(10)은 태양전지 모듈(70)의 연결부(75)를 포함하여 배면을 적절하게 지지할 수 있도록 배치한다.
한편 고정브래킷(40)의 체결은 먼저, 체결볼트(45)의 머리부를 지지프레임(10)의 슬라이드홈(15)에 각각 삽입한 후 체결볼트(45)의 나사부를 고정브래킷(40)의 체결공(42)에 끼워 넣은 후 너트를 이용하여 고정시키면 되는 것이다.
또한 하측 지지프레임(10)을 기초 구조물에 고정시키는 경우에는 고정브래킷(40)의 일측부를 하측 지지프레임(10)에 체결볼트(45)로 고정시키고, 타측부를 기초 구조물에 체결시키면 되는 것이다.
이때 기초 구조물의 특성에 따라 체결볼트(45)를 사용하거나 또는 기초 구조물이 목재인 경우에는 나사(screw)(46) 등을 이용하여 고정시킬 수 있을 것이다.
한편 고정구(30)는 고정볼트(32)의 머리부(33)를 상측 지지프레임(10)의 슬라이드홈(15)에 슬라이딩 삽입하여 적정 위치에 배치한다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 고정볼트(32)는 머리부(33)가 슬라이드홈(15)에 삽입되어 기립 상태가 되며, 걸림턱(16)에 의해 상향 이탈이 방지된다.
이때 고정구(30)는 태양전지 모듈(70)을 견고하고 안정하게 고정시킬 수 있도록 태양전지 모듈(70)의 연결부(75)나 모서리부에 적정 개수를 이격되게 배치한다.
한편 태양전지 모듈(70)은 지지프레임(10)의 상측부 지지면(13)에 단부가 지지되도록 지지프레임(10) 상부에 위치시킨다.
이때 고정구(30)는 태양전지 모듈(70)의 연결부(75) 간극에 위치하게 되며, 고정부재(20)의 관통공(25)에 고정볼트(32)의 나사부가 삽입되게 한 후, 나사부에 너트(35)를 체결시켜 고정부재(20)가 태양전지 모듈(70)의 상부면을 가압하도록 하는 것이다.
따라서 고정부재(20)는 요철부가 형성된 가압면(27)이 태양전지 모듈(70) 상부면에 밀착되어 가압함으로써, 태양전지 모듈(70)을 고정시키게 되는 것이다.
이때 너트(35) 상부에는 외관은 물론 안전을 고려하여 캡(36)을 결합시킬 수도 있을 것이다.
이하 도 5를 참조하여 고정부재(20)의 요철부를 상세히 설명한다.
도 5는 본 고안의 고정부재(20)의 배면 사시도를 나타낸 것이다.
고정부재(20)의 가압면(27)에 형성되는 요철부는 태양전지 모듈(70)의 상부면에 밀착되어 태양전지 모듈(70)과 고정부재(20) 간의 슬립을 방지하기 위한 것으로서, 도시된 바와 같이, 길이 방향을 따라 형성하되, 다수개의 산과 골이 교대로 반복 형성되도록 돌출 형성될 수 있다.
이때 가압면(27)의 요철부는 관통공(25)을 기준으로 서로 대칭되게 형성되며, 서로 마주보도록 일측이 경사면(28)을 형성하는 톱니 형상으로 구비된다.
요철부는 상기와 같은 톱니 형상으로 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 다수개의 돌기가 형성되게 하거나, 또는 엠보싱 등으로 형성할 수도 있을 것이다.
따라서 본 고안은 요철부가 구비된 고정부재(20)를 이용하여 태양전지 모듈(70)의 슬립을 방지함으로써, 내충격성과 내진성능 향상을 통해 내구성 및 안전성이 증대될 수 있으며, 또한 지지프레임(10)과 고정부재(20)의 착탈이 용이하여 설치 및 해체가 용이할 뿐 아니라, 다양한 크기의 태양전지 모듈에도 간편하게 적용할 수 있는 것은 물론 유지 보수 또한 용이하게 되는 것이다.
이상, 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 실용신안등록청구범위를 한정하는 것은 아니다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 지지프레임 11,12 : 중공부
13 : 지지면 15 : 슬라이드홈
16 : 걸림턱 20 : 고정부재
22 : 안착홈 25 : 관통공
27 : 가압면 28 : 경사면
30 : 고정구 32 : 고정볼트
33 : 머리부 35 : 너트
36 : 캡 40 : 고정브래킷
42 : 체결공 45 : 체결볼트
46 : 나사 70 : 태양전지 모듈
100 : 기초 구조물

Claims (7)

  1. 태양전지 모듈의 하측면을 지지할 수 있게 일정 간격으로 배열 설치하되, 외주면에는 상기 태양전지 모듈을 지지하는 다수개의 지지면이 형성되고, 상기 지지면의 중앙부에는 길이 방향을 따라 슬라이드홈이 형성되는 지지프레임;
    상기 태양전지 모듈의 연결부 상측면을 가압 고정시킬 수 있도록 하측면에 길이 방향을 따라 한 쌍의 가압면을 형성하되, 상기 가압면에는 상기 태양전지 모듈의 슬립이 방지되도록 요철부가 형성되는 다수개의 고정부재; 및
    상기 슬라이드홈의 일정 위치에 상기 고정부재를 고정시키는 고정구를 포함하여 구성되되,
    상기 지지프레임은 사각 단면 형상으로 구비하되, 중앙부와 모서리부에는 중공부가 각각 관통 형성되고,
    상기 슬라이드홈의 상부에는 길이 방향을 따라 서로 마주보는 한 쌍의 걸림턱을 형성하고,
    상기 고정구는 상기 고정부재에 관통 결합되는 고정볼트와 너트로 구성하되, 상기 고정볼트의 머리부는 상기 슬라이드홈에 슬라이딩 삽입되어 회동되지 않게 구성되며,
    상기 고정부재의 상부면에는 상기 너트가 안착될 수 있는 안착홈이 길이 방향을 따라 형성되고,
    상기 지지프레임 하부에는 격자 형상으로 배치되는 다수개의 지지프레임을 더 설치하고, 상기 지지프레임을 고정시키는 고정브래킷을 구비하되, 상기 고정브래킷은 양측부가 상기 지지프레임의 슬라이드홈에 각각 볼트 결합 가능하도록 절곡 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 고정 프레임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 요철부는 길이 방향을 따라 돌출 형성하되, 산과 골이 반복 형성되도록 일정 간격으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 고정 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 요철부는 일측면이 경사면을 형성하는 톱니 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 고정 프레임.
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