KR20100027728A

KR20100027728A - 건물 일체형 태양광 모듈

Info

Publication number: KR20100027728A
Application number: KR1020080086754A
Authority: KR
Inventors: 이진근
Original assignee: 이진근
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-11
Also published as: KR101021587B1

Abstract

본 발명은 기존의 태양광 발전(PV)기술을 건축물에 접목하여 태양전지 모듈 자체가 곧 건물 외장재로서 기존 건축물의 마감재를 대체하면서 전기를 발전하는 건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 모듈에 관한 것으로, 본 발명의 태양전지모듈은 태양광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면과는 수직한 측면들을 갖는 평판 형상의 도광부재; 및 상기 도광부재의 가장자리에 상기 입사면과는 수직하게 상기 측면들에 배치되는 태양전지판을 포함하되; 상기 도광부재는 상기 입사면을 통해 입사되는 태양광이 상기 태양전지판을 향하도록 태양광을 안내하는 광학적 패턴면을 갖는다.

태양전지판, 창문, 건축물, 도광부재

Description

건물 일체형 태양광 모듈{building intergrated photovoltaic modules}

본 발명은 건물 일체형 태양광 모듈에 관한 것이다.

최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한대의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있다.

현재에는 태양광발전소 이외에 태양광 발전 기술을 건축물에 접목한 건물 일체형 태양광 발전(BIPV;Building Intergrated Photovoltaic)시스템이 각광을 받고 있다.

건물 일체형 태양광 발전(BIPV) 시스템은 기존의 태양광 발전(PV)기술을 건축물에 접목하여 태양전지 모듈 자체가 곧 건물 외장재로서 기존 건축물의 마감재를 대체하면서 전기를 발전하는 다기능 복합 시스템을 의미하는 것으로, 건축물의 창호, 지붕, 외벽 등에 적용 가능하다.

그런데, 종래의 건물 일체형 태양광 발전 기술에서 사용중인 태양전지 모듈은 건축물의 지붕이나 외벽에 설치하는 것에 고려된 모듈구조로써, 태양전지가 불 투명 소재로 이루어져 있기 때문에 태양광이 투과되지 않는 등 건축물의 창호에 사용하기 부적합한 문제가 있었다.

특히, 태양전지가 창호 전면에 배치됨으로써 건축물의 실내공간에서 탁트인 시야를 확보하기 어려울 뿐만 아니라 창호 미관을 저해하는 요인으로 작용된다.

본 발명의 목적은 실내 채광과 태양광 발전을 동시에 수행할 수 있는 건축물 창호에 사용하는 건물 일체형 태양광 모듈을 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 태양전지판을 소형화하면서도 집광 효율을 향상시킬 수 있는 건물 일체형 태양광 모듈을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 건축물의 실내공간에서 탁트인 시야를 확보할 수 있는 건물 일체형 태양광 모듈을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양전지모듈은 태양광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면과는 수직한 측면들을 갖는 평판 형상의 도광부재; 및 상기 도광부재의 가장자리에 상기 입사면과는 수직하게 상기 측면들에 배치되는 태양전지판을 포함하되; 상기 도광부재는 상기 입사면을 통해 입사되는 태양광이 상기 태양전지판을 향하도록 태양광을 안내하는 광학적 패턴면을 갖는다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도광부재는 상면에 상기 입사면과, 저면에 상기 광학적 패턴면을 갖는 상판; 및 상기 상판과는 접착제에 의해 부착되는 그리고 상기 상판을 통과한 태양광의 일부는 반사시키고 일부는 실내 채광을 위해 투과시키는 반투과층을 갖는 하판을 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 도광부재는 상면에 상기 입사면이 형성된 상판 ; 및 상기 상판과는 접착제에 의해 부착되는 그리고 상기 광학적 패턴면과, 상기 광학적 패턴면을 과한 태양광의 일부는 반사시키고 일부는 실내 채광을 위해 투과시키는 반투과층을 갖는 하판을 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 반투과층은 상기 하판에 시트 형태로 제공되거나 또는 상기 하판에 막 형태로 코팅된다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 광학적 패턴면은 프리즘 패턴, 도트 패턴 및 도트와 프리즘이 혼합된 혼합 패턴들 중 적어도 어느 하나의 패턴들로 이루어진다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양전지모듈은 상기 도광부재의 측면과 상기 태양전지판 사이에 위치되며 상기 도광부재의측면을 통과하는 태양광이 상기 태양전지판으로 집광되도록 하는 광학계를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 태양전지모듈은 상기 태양전지와 상기 도광부재의 가장자리를 고정하는 프레임을 더 포함하되; 상기 프레임은 상기 태양전지에서 발생되는 열을 방열하기 위한 방열핀들을 갖는다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 상판과 상기 하판은 글라스 또는 아크릴로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 실내 채광과 태양광 발전을 동시에 수행할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 의하면 태양전지판을 소형화하면서도 집광 효율을 향상시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 의하면 건축물의 실내공간에서 탁 트인 시야를 확보할 수 있는 각별한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

본 실시예에서 건물 일체형 태양광 모듈은 건축물에 접목하여 태양전지 모듈 자체가 곧 건물 외장재로서 기존 건축물의 마감재(창호, 지붕, 외벽)를 대체하면서 전기를 발전하는 다기능 복합 시스템을 의미하는 것으로, 이 중에서도 건축물의 창호에 적합하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 분해 사시도이 고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 조립 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈(1)은 다수개의 태양전지를 구비한 태양전지판(100), 태양광이 태양전지판(100)으로 제공되도록 태양광을 안내하는 도광부재(200) 그리고 태양전지판(100)과 도광부재(200)를 고정하는 프레임(300)을 포함한다.

도광부재(200)는 건축물의 창문에 해당된다. 도광부재(200)는 입사면(212)으로 입사되는 태양광을 굴절 및 반사시켜 태양광을 측면에 배치된 태양전지판(100)으로 제공하고, 일부의 태양광은 실내 채광을 위해 투과시키는 광학적 기능을 갖는다.

도광부재(200)는 글라스 또는 아크릴 소재의 상판(210)과 하판(220)으로 이루어진다. 상판(210)과 하판(220)은 투명 접착제에 의해 상호 결합된다.

상판(210)은 태양광이 입사되는 입사면(상면)(212)과, 입사면(212)을 통해 입사되는 태양광이 태양전지판(100)을 향하도록 태양광을 안내하는 광학적 패턴면(저면)(214)을 갖는다. 광학적 패턴면(214)은 프리즘 형태의 패턴들로 이루어진다. 도시하지 않았지만, 이러한 광학적 패턴면(214)은 상판의 가공처리를 통해 형성할 수도 있지만 광학 시트 형태로 상판에 부착됨으로써 제공될 수도 있다. 또한, 상판(210)에는 광손실을 감소시키기 위한 광학필름이 부착될 수 있다.

도시하지 않았지만, 상판(210)은 입사면 또는 패턴면에 하판에서 반사되는 태양광이 상판을 통해 손실되는 것을 방지하기 위한 광학시트 및 반사층이 포함될 수 있다.

도 4는 광학적 패턴면의 다른 예를 보여주는 도광부재의 평면도이고, 도 5는 도 4에 표시된 A-A선 단면도이다.

도 4 및 도 5에서와 같이, 광학적 패턴면(214)은 중심을 기준으로 4개의 삼각형 모양으로 구획하고, 각각의 구획된 영역에 형성된 패턴들은 해당되는 측면 방향으로 굴절되도록 그 형상을 달리할 수 있다. 도 4에서 표시된 화살표는 태양광의 이동 경로를 나타낸다.

도 6은 도트 형태의 광학적 패턴면을 갖는 도광부재의 단면도이다.

도 6에서와 같이, 광학적 패턴면(214)은 프리즘 형태의 패턴들 이외에 도트 형태의 패턴(219)들 또는 도시하지 않았지만 도트와 프리즘이 혼합된 혼합패턴들 또는 태양광을 굴절 및 반사시키기 위한 다양한 패턴들로 이루어질 수 있다. 참고로, 본 실시예에서는 도면 편의상 광학적 패턴면의 프리즘 패턴들의 크기를 과장해서 표현하였다.

하판(220)은 상판(210)을 통과한 태양광의 일부는 반사시키고 일부는 실내 채광을 위해 투과시키는 반투과층(222)을 갖는다. 반투과층(222)은 하판(220)의 저면에 막 형태로 코팅되어 제공되거나 또는 광학 시트로 제공될 수 있다. 본 발명은 반투과층(222)의 태양광 투과율이 20%이상 되어야지만 유리창 기능과 더불어 태양에너지를 이용한 발전 기능을 수행할 수 있다. 하지만, 반투과층(222)의 투과율이 너무 높을 경우 태양전지판(100)으로 제공될 태양광 에너지가 줄어들기 때문에 반투과층(222)의 투과율은 실내 채광에 적합한 정도의 투과율(20% 이상 -50% 미만)을 갖는 것이 바람직하다. 만약, 본 발명의 태양전지모듈(1)이 유리창용이 아니라 지붕용이나 외벽용으로 사용되는 경우에 채광이 필요 없기 때문에 반투과층의 태양광 투과율을 20% 이하(바람직하게는 태양광 투과율 10% 미만)로 낮추거나 또는 반투과층이 아닌 반사층으로 변경하는 것이 바람직하다.

상술한 구성을 갖는 본 발명의 태양광 모듈은 일반적인 태양광 발전 시스템에도 접목하여 사용될 수 있다. 일반적인 태양광 발전 시스템의 태양광 모듈은 태양전지판으로 태양광을 집광하기 위한 집광부재(집광렌즈)가 태양전지판으로부터 일정거리 이격된 상부에 설치되기 때문에 모듈 두께가 두껍지만, 본 발명의 태양광 모듈은 태양광을 집광하는 기능을 평판 형태의 도광부재가 수행하기 때문에 모듈 두께를 얇게 만들 수 있는 장점이 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 도광부재(200)의 입사면(212)을 통과한 태양광은 광학적 패턴면(214)을 통과하면서 굴절되고, 굴절된 태양광은 반투과층(222)을 일부 통과하고 나머지는 반사된다. 이렇게 태양광은 도광부재(200)에서 굴절과 반사를 반복하면서 측면에 배치된 태양전지판(100)으로 제공되는 것이다. 이때, 태양전지판(100)으로 제공되는 태양광의 광집적도는 태양전지판(100) 면적의 몇 배에 해당됨으로써 최고의 에너지 효율을 얻을 수 있게 된다.

다시 말해, 태양광이 입사되는 도광부재의 입사면(212)의 면적은 태양전지판(100)의 면적의 몇 배에 해당된다. 따라서, 태양전지판(100) 면적의 몇 배에 해당되는 입사면으로 태양광이 입사되고 그 태양광이 굴절 및 반사를 통해 태양전지판(100)으로 집광됨으로써 태양전지판(100)의 면적 대비 집광효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 본 발명의 태양전지모듈(1)은 태양전지판(100)이 도광부재(200)의 측면에 배치되고 프레임(300)에 가려짐으로써, 창문용으로 건물에 장착하였을 때 태양전지판(100)이 외관상에 나타나지 않기 때문에 건물의 실내공간에서 탁트인 시야를 확보할 수 있고, 건물 외관을 미려하게 할 수 있을 뿐만 아니라 태양광이 태양전지판(100)에 의한 차광되는 문제도 해결할 수 있다.

프레임(300)은 태양전지판(100)과 도광부재(200)의 가장자리를 고정하는 창문의 창틀에 해당되는 몸체(310)와, 몸체(310)의 후면에 일체형으로 이루어지며, 태양전지판(100)에서 발생되는 열을 방열하는 방열판(320)들을 포함하며, 이들은 알루미늄 소재와 같은 열전도가 가능한 소재로 이루어진다.

도 3에서와 같이, 프레임(300)은 건물 벽체의 지지구조물(10)에 고정된다. 도시하지 않았지만, 프레임(300)은 태양전지판(100)에 연결되는 전선들이 지나가는 공간을 제공할 수 있다. 태양전지판(100)의 후면은 프레임의 몸체(310)와 밀착되게 설치되는 것이 바람직하다.

도 7은 광학계가 추가된 태양전지모듈을 보여주는 단면도이다.

도 7에서와 같이, 광학계(400)는 도광부재(200)의 측면과 태양전지판(100) 사이에 위치되는 집광 렌즈 형태로 제공된다. 광학계(400)는 도광부재(200)의 측면을 통과하는 태양광이 태양전지판(100)으로 집광되도록 하여, 집광효율을 향상시킬 수 있다. 이처럼 광학계(400)를 추가함으로써 태양전지판의 크기를 줄일 수 있고 집광 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 분해 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 조립 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈의 단면도이다.

도 4 및 도 5는 광학적 패턴면의 다른 예를 보여주는 도광부재의 평면도이다.

도 5는 도 4에 표시된 A-A선 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 태양전지판

200 : 도광부재

300 : 프레임

Claims

태양광 모듈에 있어서:

태양광이 입사되는 입사면과, 상기 입사면과는 수직한 측면들을 갖는 평판 형상의 도광부재; 및

상기 도광부재의 가장자리에 상기 입사면과는 수직하게 상기 측면들에 배치되는 태양전지판을 포함하되;

상기 도광부재는

상기 입사면을 통해 입사되는 태양광이 상기 태양전지판을 향하도록 태양광을 안내하는 광학적 패턴면을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제1항에 있어서,

상기 도광부재는

상면에 상기 입사면과, 저면에 상기 광학적 패턴면을 갖는 상판; 및

상기 상판과는 접착제에 의해 부착되는 그리고 상기 상판을 통과한 태양광의 일부는 반사시키고 일부는 실내 채광을 위해 투과시키는 반투과층을 갖는 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제1항에 있어서,

상기 도광부재는

상면에 상기 입사면이 형성된 상판 ; 및

상기 상판과는 접착제에 의해 부착되는 그리고 상기 광학적 패턴면과, 상기 광학적 패턴면을 과한 태양광의 일부는 반사시키고 일부는 실내 채광을 위해 투과시키는 반투과층을 갖는 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제1항에 있어서,

상기 도광부재는

상면에 상기 입사면과, 저면에 상기 광학적 패턴면을 갖는 상판; 및

상기 상판과는 접착제에 의해 부착되는 그리고 상기 상판을 통과한 태양광을 반사시키는 반사층을 갖는 하판을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제2항 또는 제3항에 있어서,

상기 반투과층은

상기 하판에 시트 형태로 제공되거나 또는 상기 하판에 막 형태로 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제4항에 있어서,

상기 반사층은

상기 하판에 시트 형태로 제공되거나 또는 상기 하판에 막 형태로 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 광학적 패턴면은

프리즘 패턴, 도트 패턴 및 도트와 프리즘이 혼합된 혼합 패턴들 중 적어도 어느 하나의 패턴들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 태양광 모듈은

상기 도광부재의 측면과 상기 태양전지판 사이에 위치되며 상기 도광부재의측면을 통과하는 태양광이 상기 태양전지판으로 집광되도록 하는 광학계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 태양광 모듈은

상기 태양전지와 상기 도광부재의 가장자리를 고정하는 프레임을 더 포함하되;

상기 프레임은 상기 태양전지에서 발생되는 열을 방열하기 위한 방열핀들을 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상판과 상기 하판은

글라스 또는 아크릴로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.