KR20100010255A - 고효율 ｂｉｐｖ 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있게 하는 고효율 BIPV 모듈에 관한 것으로, 최초 태양 광을 전달받는 전방 강화 유리와; 상기 전방 강화 유리의 후방에 장착된 후방 강화 유리; 상기 전,후방 강화 유리 사이에 개재되어 있으면서, 상기 전방 강화 유리를 통해 투과된 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있는 태양 전지; 상기 전,후방 강화 유리 사이에 개재됨과 동시에 상기 태양 전지의 수평 방향으로 장착되어 있으면서, 상기 태양 전지에 일측면이 접하도록 장착되어 상기 전면 강화 유리를 통해 복사되는 태양 광 에너지를 상기 전방 강화 유리 방향으로 굴절시킬 수 있는 프리즘을 갖추고 있고, 상기 태양 전지와 마주보고 있는 전방 강화 유리의 일측면에는 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 그대로 투과시킬 수 있으면서, 상기 프리즘으로부터 굴절되는 태양 광 에너지를 다시 태양 전지로 굴절시킬 수 있는 AL 코팅층을 구비하며, 상기 수평 방향으로 뻗은 태양 전지와 프리즘의 전,후면에는 상기 태양 전지와 프리즘의 결합체를 외부 습기 또는 공기의 침투로부터 보호하고, 상기 태양 전지와 프리즘의 결합체를 외부 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 태양 전지와 프리즘의 형상을 고정시킬 수 있는 EVA 시트가 장착되게 된다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 BIPV 모듈은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킬 수 있고, 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈은 일반적인 건물의 외벽이나 창가에 태양 광 발전 기능을 가미하여 태양이 비춰지는 시간동안 전기 에너지를 축적할 수 있다. 또한, 건물 내부의 조도를 해치는 태양 전지에 가시성이 좋은 프리즘을 장착하여 태양이 비춰지는 시간동안 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킴과 동시에, 태양 광의 일부를 건물의 내부로 투과시켜 건물 내부의 조도를 일정 수준으로 유지시킬 수 있다.
태양 전지, 태양 광 발전, 투과형

Description

고효율 ＢＩＰＶ 모듈{A HIGH EFFICIENT BUILDING INTERGRATED PHOTOVOLTAIC MODULE}
본 발명은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있게 하는 고효율 BIPV 모듈에 관한 것으로, 특히, 태양 전지의 일측에 프리즘을 결합하여 프리즘으로 전달된 태양 광을 태양 전지로 굴절시킬 수 있을 뿐만 아니라 프리즘으로 전달된 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수 있도록 한 고효율 BIPV 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 태양 전지란 태양 광을 포집하여 전기 에너지를 생성할 수 있는 발전 장치로서 최근 고유가에 따라 그 수요가 크게 증가 되고 있는 실정이다.
이러한, 통상적인 태양 전지는 보통 태양 광을 수직으로 전달받을 수 있도록 건물의 옥상이나 지붕 등에 일정 각도로 설치되는데, 요즘 같이 다세대로 이루어진 고층 빌딩의 경우 건물의 옥상이나 지붕 등의 공간이 한정되어 있어 상기 태양 전지를 설치하기에 무리가 있다는 등의 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 특허 공개 번호 2001-0079262호로 "건축 외장용 태양광기전 모듈"과 같은 발명이 있는바, 상기 발명에 따른 건축 외장용 태양광기전 모듈은 건축물의 벽체 및 지붕의 부재로 사용되는 복층 유리 블록에 태양 전지를 설치하여 전기 에너지의 발생은 물론 태양 광을 이용하여 실내의 조도를 높일 수 있는 장치이다.
하지만, 상기와 같은 건축 외장용 태양광기전 모듈은 건물의 넓은 외벽을 활용하여 태양 광을 포집함과 동시에 건물 내부의 조도를 높일 수 있다는 장점이 있으나, 단순히 유리판 내면에 소정 간격으로 떨어진 각각의 태양 전지를 배치하는 구조로 이루어져 상기 태양 전지 사이에 형성된 소정 간격을 통해 태양 광이 그대로 방출된다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 태양 전지 모듈에 따른 구조상의 문제점을 해결하여 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킬 수 있고, 프리즘으로 전달된 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수 있게 한 고효율 BIPV 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고효율 BIPV 모듈은 최초 태양 광을 전달받는 전방 강화 유리와; 상기 전방 강화 유리의 후방에 장착된 후방 강화 유리; 상기 전,후방 강화 유리 사이에 개재되어 있으면서, 상기 전방 강화 유리를 통해 투과된 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있는 태양 전지; 상기 전,후방 강화 유리 사이에 개재됨과 동시에 상기 태양 전지의 수평 방향으로 장착되어 있으면서, 상기 태양 전지에 일측면이 접하도록 장착되어 상기 전면 강화 유리를 통해 복사되는 태양 광 에너지를 상기 전방 강화 유리 방향으로 굴절시킬 수 있는 프리즘을 갖추고 있고, 상기 태양 전지와 마주보고 있는 전방 강화 유리의 일측면에는 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 그대로 투과시킬 수 있으면서, 상기 프리즘으로부터 굴절되는 태양 광 에너지를 다시 태양 전지로 굴절시킬 수 있는 AL 코팅층을 구비하며, 상기 수평 방향으로 뻗은 태양 전지와 프리즘의 전,후면 에는 상기 태양 전지와 프리즘의 결합체를 외부 습기 또는 공기의 침투로부터 태양 전지와 프리즘이 산화되는 것을 방지하고, 상기 태양 전지와 프리즘의 결합체를 외부 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 태양 전지와 프리즘의 형상을 고정시킬 수 있는 EVA 시트가 장착되게 된다.
또한, 상기 프리즘은 젤라틴 재질로 이루어지며, 상기 태양 전지는 각각의 전,후방 강화 유리와 2~8mm의 높이 간격을 두고, 상기 전,후방 강화 유리 사이에 개재된다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 BIPV 모듈은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킬 수 있고, 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수 있다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 BIPV 모듈은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킬 수 있고, 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈은 일반적인 건물의 외벽이나 창가 등에 태양 광 발전 기능을 가미하여 태양이 비춰지는 시간동안 전기 에너지를 축적할 수 있다.
또한, 건물 내부의 조도를 해치는 태양 전지에 가시성이 좋은 프리즘을 장착하여 태양이 비춰지는 시간동안 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시키면서, 태양 광의 일부를 건물의 내부로 투과시켜 건물 내부의 조도를 일정 수준으로 유지할 수 있게 한다.
또, 상기와 같은 고효율 BIPV 모듈은 강화 유리와 같은 건축 자재와 태양 전지가 함께 구성됨으로써 최초 건축 시공비와 태양 광기전 시스템의 시공비를 절감시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 첨부하여 자세히 설명한다.
도면 1은 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈의 개략도이고, 도면 2는 도면 1에 도시된 건물의 A-A' 횡단면을 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈은 최초 태양 광을 전달받는 전방 강화 유리(1)와; 상기 전방 강화 유리(1)의 후방에 장착된 후방 강화 유리(2); 상기 전,후방 강화 유리(1,2) 사이에 개재되어 있으면서, 상기 전방 강화 유리(1)를 통해 투과된 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있는 태양 전지(3); 상기 전,후방 강화 유리(1,2) 사이에 개재됨과 동시에 상기 태양 전지(3)의 수평 방향으로 장착되어 있으면서, 상기 태양 전지(3)에 일측면이 접하도록 장착되어 전면 강화 유리(1)를 통해 복사되는 태양 광 에너지를 상기 전방 강화 유리(1)로 굴절시킬 수 있는 프리즘(4)을 갖추고 있고, 상기 태양 전 지(3)와 마주보고 있는 전방 강화 유리(1)의 일측면에는 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 그대로 투과시킬 수 있으면서, 상기 프리즘(4)으로부터 굴절되는 태양 광 에너지를 다시 태양 전지(3)로 굴절시킬 수 있는 AL 코팅층(5)을 구비하며, 상기 수평 방향으로 뻗은 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 전,후면에는 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 결합체를 외부 습기 또는 공기의 침투, 외부 충격으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 형상을 고정시킬 수 있는 EVA 시트(6a,6b)가 장착되게 된다.
상기 전방 강화 유리(1)는 도면 2에 도시한 바와 같이 태양 광의 투과율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 상기 전방 강화 유리(1)를 거쳐 태양 전지(3)로 전달된 태양 광이 태양 전지(3)에 반사되어 전방 강화 유리(1)를 통해 방출되지 않도록 철분 요소를 제거하고, 경우에 따라 상기 태양 전지와 마주보는 전방 강화 유리(1)의 일측면을 엠보싱 처리할 수도 있다.
또한, 상기 전방 강화 유리(1)는 상기 전방 강화 유리(1)를 통해 전달된 외부 충격(풍압, 우박, 적설하중 등)이 상기 태양 전지(3)에 미치지 않도록 상기 외부 충격에도 견딜 수 있는 충분한 강도이어야 하고, 파손 시 큰 조각으로 깨어지지 않는 안전 유리로서 단위 면적당 깨진 파편의 개수가 일정 수치 이상이어야 한다.
또한, 상기 후방 강화 유리(2) 역시 상기 전방 강화 유리(1)와 동일하게 외부 충격에도 견딜 수 있는 충분한 강도이어야 하고, 단위 면적당 깨진 파편의 개수가 일정 수치 이상이어야 한다.
상기 태양 전지(PV cell)(3)는 상기 전,후방 강화 유리(1,2)와 각각 2~8mm의 높이 간격을 두고 상기 전,후방 강화 유리(1,2)의 사이에 개재되는바, 상기 태양 전지(3)는 일반적으로 효율과 내구성 측면에서 결정질 태양 전지(3)를 사용하게 되고, 상기 결정질 태양 전지(3)는 보통 실리콘 웨이퍼(Si wafer)를 이용하여 PN 접합시킨 일종의 광전기 반도체 소자를 사용한다.
상기 광전기 반도체 소자를 제조하는 일반적인 과정을 도면 3을 참고하여 자세히 설명한다.
먼저 상기 광전기 반도체 소자를 얻기 위해서는 실리카 파우더(Silica Powder)로부터 단결정 또는 다결정의 인곳(ingot)을 생성한다.(S1)
다음, 상기 단결정 또는 다결정의 인곳(ingot)을 슬라이스(slice)하여 낱장의 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)를 생성한다.(S2)
마지막으로, 상기 실리콘 웨이퍼에 PN 접합을 한 다음, 태양 광의 반사율을 고려하여 저 반사 표면 처리 등을 거쳐 완성된 태양 전지를 얻을 수 있다.(S3)
상기와 같은 공정을 통해 얻어진 태양 전지(3)는 반도체의 금지 대역폭보다 큰 에너지를 가진 태양 광이 입사되게 되면 전자와 정공 쌍이 생성되고, 상기 전자와 정공 쌍은 PN 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 N층으로 정공은 P층으로 모이게 되어 PN간에 기전력(광기전력:Photovoltage)이 발생하게 된다.
이때 상기 PN 양단의 전극에 부하를 걸어주게 되면 상기 부하에 전류가 흐르게 된다.
상기 프리즘(4)은 젤라틴 재질로 이루어져 있고, 일측면이 상기 태양 전지(3)의 일측면과 접하도록 설치되어 상기 태양 전지(3)와 연속선상을 이룰 수 있 도록 한다.
상기와 같은 구조로 이루어진 상기 프리즘(4)은 상기 전면 강화 유리(1)를 통해 입사되는 태양 광을 다시 AL 코팅층(5)으로 반사시키고, 상기 AL 코팅층(5)은 다시 상기 프리즘(4)에 의해서 반사된 태양 광을 태양 전지(3)로 반사시킨다.
이러한 구조로 이루어진 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 결합체는 상기 프리즘(4)에 의해 태양 광을 AL 코팅층(5)과 태양 전지(3) 사이에서 굴절시켜 태양 전지(3)의 발전 효율을 높일 수 있게 할 뿐 아니라 프리즘(4)을 통해 전달되는 일부 태양 광이 건물 내부의 조도를 일정 수준으로 높일 수 있도록 한다.
상기 AL 코팅층(5)은 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 결합체를 마주보는 전면 강화 유리(1)의 일측면에 장착되어 상기 전면 강화 유리(1)를 거쳐 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)을 향하는 태양 광 에너지를 그대로 투과시킨 다음, 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)이 반사해 내는 태양 광을 전면 강화 유리(1)로 내보내지 않고 다시 태양 전지(3) 또는 프리즘(4)으로 반사시킬 수 있다.
따라서, 상기 AL 코팅층(5)은 전면 강화 유리(1)를 통해 입사된 태양 광이 태양 전지(3) 또는 프리즘(4)의 반사 작용에 의해서 손실됨을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 태양 전지(3)의 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
상기 EVA(Ethylene-Vinyl-acetate) 시트(6a,6b)는 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 전,후면을 진공 가압 성형할 수 있는 고분자 화합물로 이루어진 시트로써 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 전후면에 장착되어 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)을 밀봉시켜 주는 역활을 한다.
또한, 상기 EVA 시트(6a,6b)는 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)으로 이루어진 결합체의 내부로 습기 또는 공기가 침투되는 것을 방지할 수 있고, 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 결합체가 산화되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)으로 전달되는 외부 충격을 완화할 수 있고, 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 형상을 움직이지 않도록 고정해 주는 역할을 할 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 BIPV 모듈이 태양 광을 포집하는 과정을 자세히 설명한다.
최초, 외부로부터 태양 광이 복사되게 되면 상기 전면 강화 유리(1)는 상기 복사된 태양 광을 그대로 상기 태양 전지(3) 또는 프리즘(4)으로 전달하게 된다.
이때, 상기 태양 전지(3)로 복사된 태양 광은 상기 태양 전지(3)에 전달되어 태양 전지(3)의 발전 수단으로 이용되고, 상기 프리즘(4)으로 전달된 태양 광은 상기 프리즘(4)에 의해서 태양 광의 일부분이 상기 AL 코팅층(5)으로 반사되게 된다.
이때, 상기 프리즘(4)에 의해서 굴절되지 않고 상기 프리즘(4)을 통하여 투과된 태양 광의 일부는 건물 내부로 전달되어 건물 내부의 조도를 일정 수준으로 유지시킬 수 있는 한편, 상기 프리즘(4)의 반사 작용에 의해 상기 AL 코팅층(5)으로 반사된 태양 광은 상기 AL 코팅층(5)에 의해 다시 태양 전지(3)로 굴절되어 태양 전지(3)의 발전 수단으로 재활용되게 된다.
이러한 구조로 이루어진 본 발명의 고효율 BIPV 모듈은 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘(4)을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지(3)로 굴절시킬 수도 있고, 상기 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈은 일반적인 건물의 외벽이나 창가에 태양 광 발전 기능을 가미하여 태양이 비춰지는 시간동안 전기 에너지를 축적할 수 있다.
또한, 건물 내부의 조도를 저해하는 태양 전지(3)에 가시성이 좋은 프리즘(4)을 장착하여 태양이 비춰지는 시간동안 태양 광의 일부를 태양 전지(3)로 굴절시키면서, 태양 광의 일부를 건물의 내부로 투과시켜 건물 내부의 조도를 일정 수준으로 유지할 수 있게 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환과 변형 및 변경이 가능하므로 본 발명에서 진술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것이 아니다.
도면 1은 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈의 개략도
도면 2는 도면 1에 도시된 건물의 A-A' 횡단면을 도시한 도면
도면 3은 본 발명에 따른 고효율 BIPV 모듈에 갖추어진 태양 전지를 제조하는 공정 흐름도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1. 전방 강화 유리 2. 후방 강화 유리
3. 태양 전지 4. 프리즘
5. AL 코팅층 6a. EVA 시트
6b. EVA 시트

Claims (3)

  1. 최초 태양 광을 전달받는 전방 강화 유리(1)와;
    상기 전방 강화 유리(1)의 후방에 장착된 후방 강화 유리(2);
    상기 전,후방 강화 유리(1,2) 사이에 개재되어 있으면서, 상기 전방 강화 유리(1)를 통해 투과된 태양 광 에너지를 전달받아 전기 에너지를 생성할 수 있는 태양 전지(3);
    상기 전,후방 강화 유리(1,2) 사이에 개재됨과 동시에 상기 태양 전지(3)의 수평 방향으로 장착되어 있으면서, 상기 태양 전지(3)에 일측면이 접하도록 장착되어 상기 전방 강화 유리(1)를 통해 복사되는 태양 광 에너지를 상기 전방 강화 유리(1) 방향으로 굴절시킬 수 있는 프리즘(4);
    상기 태양 전지(3)와 마주 보고 있는 전방 강화 유리(1)의 일측면에 장착되어 외부로부터 복사되는 태양 광 에너지를 그대로 투과시킬 수 있으면서, 상기 프리즘(4)으로부터 굴절되는 태양 광 에너지를 다시 태양 전지(3)로 굴절시킬 수 있는 AL 코팅층(5);
    상기 수평 방향으로 뻗은 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 전,후면에 장착되어 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 결합체를 외부 습기 또는 공기의 침투, 외부 충격으로부터 보호하고, 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)의 형상을 고정시킬 수 있는 EVA 시트(6a,6b)로 이루어진 고효율 BIPV 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양 전지(3)는 상기 전,후방 강화 유리(1,2)와 각각 2~8mm의 높이 간격을 두고 설치되며, 상기 프리즘(4)은 젤라틴 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 고효율 BIPV 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 태양 전지(3)와 마주보는 전방 강화 유리(1)의 일측면에는 엠보싱 처리되어 상기 태양 전지(3)와 프리즘(4)을 거쳐 반사된 태양 광이 전방 강화 유리(1)를 통해 방출되지 않게 함을 특징으로 하는 고효율 BIPV 모듈.
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