KR100314688B1 - 광기전솔라루프 - Google Patents

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마리오 포스난스키
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아트란티스 졸라 지스테메 아게
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Abstract

본 발명은 대량생산된 섬유 시멘트 루핑요소(1)로 구성된 솔라 루프에 관계하며, 그위에 역시 대량생산된 태양전지(2)가 접착제 또는 클램프를 사용하여 신속 제조된다. 각 태양전지(2)는 상부 모서리상에 경계요소(3)를 가지며 그위에 연결터미날(4)이 위치된다. 이러한 연결터미날(4)은 케이블(7) 단부에서 비대칭적으로 형성된 플러그(6)를 삽입할 수 있는 적어도 하나의 수용부(5)를 갖는다. 모든 요소(1 내지 7)는 관이 루핑요소(1)를 통해 제공될 필요가 없도록 루핑요소(1)상에 놓이며, 예컨대 긴 케이블(17)은 최종 루핑요소(1)로부터 다음 더 높이 포개진 루핑요소 아래 및 루프아래의 컨버터 또는 소비자에게로 인도된다. 태양전지(2)의 종류(직렬 또는 병렬)는 연결 터미날(4)의 배선에 의해 결정된다. 이러한 루프는 전기적 기술을 갖지 않는 지붕이는 사람에 의해서 설치될 수 있다.

Description

광기전 솔라 루프
본 발명은 태양 농장 스타일로 새로운 표면을 덮기보다는 광기전 요소의 설치를 위해 이미 덮혀서 차광된 표면을 사용하는 것이 더욱 편리하다는 착상에 기초한다. 따라서 기초 루프의 약 10%가 공업국가의 전체 공급의 약 20%정도로 발전하기에 충분하다.
여기서 고려되는 기술의 상태는 다음과 같은 명세서에 기술된다: DE-44 38 858(D1), FR 2 354 430(D2), JP 07 02 6664(D3), JP 07 062 802(D4), JP 05 05 2004(D5), DE 42 27 929(D6), DE 41 39 753(D7).
D7은 제조방법에 대해 일반적인 사항만을 제공하며 기술적 취급에 대한 구체적인 지시는 없다. D6는 태양전지 수용에 적합한 루핑 타일을 기술하지만 실제 설치 작업은 별도로 하더라도 필요한 연결을 위해 많은 경비가 필요하다. 유사하게 D1에 따른 솔라 루프시스템은 필요한 루프 타일이나 슬레이트 제조에 많은 비용이 들어간다. D2 내지 D5는 사용될 루핑 요소의 특수 제조를 기술하는데 그중에는 세라믹 루프 타일 또는 세라믹, 섬유 시멘트나 역청 결합재료로 제조된 평평한 루핑요소가 있다; 이러한 열거는 실시예를 위해서 제시된다.
제한된 용도를 위한 특수제조는 대체로 값비싸며 여기서 실험되는 적용목적에 상당한 장애를 제시한다.
앞서 언급된 광기전 루핑요소에서 전기적 연결 및 링크는 루핑요소에 있는 특수구멍을 써서나 직접 루프의 내부에 취해지거나 접촉스트립 또는 레일에 의해 이루어진다. 현재 내후성 루프내부에 전기요소를 포함시키는 시도중이다. 루핑요소에 있는 구멍은 생성시키는데 비용이 많이 들어가며 방수성이 아니다. 루핑요소에 대한 압력접촉은 유사하게 값이 비싸며 노동집약적인 생산이 필요하며 부식하기 쉽다.
이러한 방법들은 값이 비싸고 노동 집약적인 특수 제작이 필요한 단점이 있으며, 이것은 루핑 요소 제작자의 통상의 작업범위를 넘어서는 것이며 루프의 설치를 고려할 때 루핑요소나 태양전지가 손상될 경우에 각 루핑요소가 대체되어야 하는 측면이 고려될 수 없었다. 공지의 방법은 시장에 저렴한 장치의 도입 및 실제적인 제조를 허용하지 못했다.
본 발명은 본 특허청구범위 제 1 항의 서문에 따른 루프를 수단으로 광기전 전류발생시키는 장치에 관계한다. 수많은 이러한 장치 및 요소가 알려진다.
도 1 은 솔라 루핑요소구성의 제 1 실시예를 보여준다.
도 2 는 본 발명에 따른 제 1 태양전지의 세로단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 제 2 태양전지의 세로단면도이다.
도 4 는 도 1 의 변형예이다,
도 5 는 조합으로된 솔라 루핑요소를 보여준다.
도 6 은 솔라 루프의 일부를 보여준다.
도 7 은 솔라루프의 부분단면도이다.
도 8 은 솔라루핑요소 구성의 제 2 실시예이다.
도 9 는 솔라루핑요소 구성의 제 3 실시예이다.
도 10 은 도 1 의 변형예이다.
* 부호 설명
1... 루핑요소 2 ... 태양전지
3,3' ... 마감 스트립 4,4' ... 연결터미날
5 ... 소케트 6 ... 플러그
7 ... 케이블 8 ... 유리판
9 ... 반도체 어셈블리 10 ... 다층 적층 포일
11 ... 도체 12,13 ... 수용부
14 ... 컷아웃 15 ... 후크
16 ... 점선 17 ... 연결 케이블
18 ... 고정장착 케이블
본 발명에 따른 광기전 솔라 루프가 수행해야 하는 목적은 설치, 고정 및 유지, 안정성 문제와 같은 고유한 광기전 비용 인자를 대량생산된 루핑요소로 저렴하게 바꾸어 루핑의 특수제작을 배격하고 태양에너지가 새로 설치된 발전소에서 발생된 화력 또는 수력 발전 에너지와 필적할만한 비용으로 고려될 경우에 단순하고 신뢰성있는 전기연결을 시킴으로써 광기전에 의해 발생된 시간당 킬로와트에 대한 비용을 감소시키는데 있다. 게다가 본 발명에 따른 솔라루프의 설치 및 수선은 추가 비용지출 없이도 통상의 루핑 작업자에 의해 수행될 수 있다.
이러한 목적은 청구항 1 의 특징부와 청구항 2 내지 15 에 의해 달성된다.
도 1 은 본 발명에 따른 배열 요소 구축의 제 1 실시예를 보여주는 평면도이다. 루핑요소(1)는 다양한 크기로 예컨대 섬유 시멘트로 제조된다. 루핑요소는 건물 외관 요소를 의미하기도 한다. 루핑요소는 동일 또는 유사하게 구축 또는 형성되며; 정적인 힘의 방향이 다르고 댐 및 모세관수 관계가 다르기 때문에 고정기술은 다르다. 루핑요소의 하부는 단결정, 다결정 또는 비정질 실리콘과 같은 것으로 제조된 광기전 태양전지를 지지한다. 태양전지(2) 자체의 구성은 도 2 에 도시된다. 태양전지(2)는 루핑요소(1)에 집적된다. 태양전지는 루핑요소(1)에 부착된 클램프(도 1 에는 도시 안됨)를 사용하거나 접착하여서 고정된다. 따라서, 루핑요소(1)와 태양전지(2)는 안정성이 루핑요소에 의해 수행된다는 점에서 정적인 유니트를 형성한다. 태양전지(2)는 내부에서 외부로 전기적 연결을 시키기 위한 기계적 구조를 대표하는 상부 모서리상에 마감스트립(3)을 갖는다. 연결 터미날(4)은 마감 스트립(3)의 상부 모서리상에 고정된다. 이것은 태양전지(2)의 중심선 왼쪽으로 편심 오프셋될 수 있다. 도 1 에 따른 구축의 실시예에서 처럼 소케트(5) 좌우측은 두 개의 코어 케이블(7)에서 종결하는 플러그(6)를 수용한다. 태양전지(2)의 회로형태(직렬 또는 병렬연결)는 연결터미날(4)의 내부 배선에 의해 결정된다.
루핑요소(1)는 상부 모서리상에 컷아웃(14)을 가지며 후크(도시 안된)가 누름대(batten)에 고정되고 그위에 루핑요소(1)가 놓이고 고정된다.
도 4 의 변형예는 단지 하나의 소케트(5)를 갖는 연결터미날(4)을 보여준다. 인접한 태양전지로 안내되는 케이블(7)은 플러그 연결없이 직접 연결터미날(4)에 고정된다. 연결이 용이하게 이루어지고 예컨대 소케트(5)에 부착된 요소의 작동에 의해서만 파괴될 수 있도록 플러그와 소케트의 개념이 기본적으로 연장된다. 따라서 스프링 장착 연결의 개념은 본 발명의 의미에 있어서 플러그 및 소케트에 포함된다.
도 2 는 태양전지(2) 구축의 제 1 실시예인 상부를 통한 세로 단면도를 나타낸다. 얇고 투명한 유리판(8) 또는 유사한 유리세라믹판이 실리콘 반도체 어셈블리(9)의 캐리어이다. 배면상에서 반도체 어셈블리(9)는 모든 종류의 증기에 대해서 습기 배척물로서 최소한 하나의 알루미늄 또는 유리포일을 포함하는 다층 적층포일(10)로 덮힌다. 이러한 적층포일은 접착, 용접, 완전 용융 용접 또는 유사방법에 의해 적용될 수 있다. 반도체 어셈블리(9)에는 공지된 방식으로 접촉부가 제공되며 전류 도체(11)를 통해 소케트(5)의 두 개의 수용부(12,13)에 인도되며 회로의 형태는 여기서 기술하지 않는다. 적층 포일 코팅은 연결 터미날(4) 아래까지 연장되어서 요소가 연결터미날(4)을 포함하는 하측부상에서 완전히 평탄하다. 두 개의 수용부(12,13)는 대응 커넥터(6)로 당겨지는 어셈블리에서 비대칭적으로 위치되어; 각 태양전지(2)의 연결이 의도된 방식으로만 수행된다. 부정합이 적당한 시케인(chicane)에 의해 방지된다면 수용부(12,13)의 비대칭성은 상이한 크기 또는모양에 의해 이루어진다. 태양전지(2)의 상부 단부에서(도면의 우측) 적층포일(10)은 유리판(8) 주위를 파지하고; 마감 스트립(3)이 적층 포일(10)과 유리판(8)에 대해 밀착 적용된다.
도 3 에 따른 태양전지 구축의 제 2 실시예에서 연결터미날(4)은 소케트(5)와 함께 소케트(5)와 조립된다. 마감 스트립(3)은 없어도 된다. 동시에 적층 포일(10)에 의한 커버링은 도 2 에 신축적으로 구축된 전류 도체의 응력변형을 해소하는 기능을 한다.
도 5 는 서로 인접한 태양전지(2)를 포함한 여러개의 루핑요소(1)와 플러그(6) 및 케이블(7)에 의한 상호 전기연결을 보여준다. 루핑요소(1)의 설치는 완전히 종래방식으로 수행되며; 두 루핑요소 사이에는 다음 루핑요소(1)층을 위한 후크(15)가 있으며; 후크(15)는 컷아웃(14)에서 맞물린다. 한 열의 루핑요소(1) 또는 이의 일부가 설치되거나 설치작업중에 루핑요소(1) 좌측의 루프타일로부터 플러그(6)가 루핑요소(1) 우측의 연결터미날상의 소케트(5)에 끼워진다.
도 6 에서 본 발명에 따른 루핑요소로 덮힌 루프의 일부가 도시된다. 루핑요소(1)의 상부열은 각 경우에 아래에 놓인 열의 마감 스트립(3)을 덮는다. 연결터미날(4)의 비대칭적 위치는 두 인접한 루핑요소(1)간의 공간에 침투하는 빗물의 직접적인 영향을 방지한다. 마감 스트립(3)은 도 2 에서는 점선(16)으로 표시된 대로 상향으로 경사가 져서 빗물이 흘러내리게 한다. 연결 터미날은 방수성이 되게 조립된다.
도 6 의 우측 가장자리에 태양전지(2)에 설비되는 마지막 루핑요소(1)의 연결케이블(17)이 두 루핑요소 사이와 루프 아래의 공간에서 상향으로 인도된다. 따라서 루핑요소에 추가 구멍은 불필요하다. 루프아래에서 케이블(17)은 의도된 회선에 따라 조립되며 하나 이상의 인버터, 배터리 또는 부하에 인도된다.
도 7 은 도 6 의 상황을 세로 단면도로 보여준다. 루핑 성질에 대한 기술적 세부사항은 당해분야에 공지되므로 생략된다.
루핑요소에 대해 도시된 것은 유사 방식으로 건물외관 요소에도 적용된다. 예컨대 섬유 시멘트로 제조된 건물외관 요소는 도 8 및 도 9 에 도시된 것처럼 루핑요소보다 큰 크기를 가질 수 있다. 루핑요소에 대해 이전 도면에서 도시된 몇 개의 태양전지(2)가 연결되거나(도 8) 더 큰 크기로 제조될 수 있다(도 7)는 점에서 이러한 필요조건은 충족될 수 있다. 건물외관 요소에 대한 고정수단은 루핑요소의 것과 유사하며 설치 기술 역시 원리에 있어서 유사하다.
도 8 에 따른 루핑요소(1)는 두가지 형태로 구축된 태양전지(2)를 갖는다. 각 마감스트립(3)은 연결터미날(4)을 가지지만 단지 좌측의 것만이 소케트(5)를 가진다. 두 개의 연결터미날은 고정 장착 케이블(18)에 의해 서로 연결된다. 도시된 실시예의 변형예에서 우측 연결터미날 역시 소케트(5)를 가지며; 관련 케이블(7)은 양단부에서 플러그(6)를 가진다.
더 큰 포맷의 클래딩 요소(1)가 도 9 에 도시되는데, 이것은 더 큰 태양전지(2)를 지탱하며, 연결은 도 1, 4, 5 에 기술된 대로 이루어진다. 도 10 은 도 1 의 변형예를 보여준다. 여기서 마감 스트림(3)은 두 개의 짧은 마감 스트립(31)으로 축소된다. 이러한 각 종결요소는 연결 터미날(41)을 지지한다. 인접한 태양전지(2)로의 연결의 형태는 하나 또는 두 단부상에 끼울 수 있는 케이블(7)을 사용하여 이루어진다. 도 10 에서 우측 연결터미날(41)은 플러그(6)와 소케트(5)를 가지며 좌측 터미날은 케이블(7)에 직접 연결된다.
본 발명에 따른 솔라 루프의 장점 및 특성은 다음과 같다:
- 루핑요소는 상이한 모양, 크기, 재료 및 색상으로 수득될 수 있는 불변의 대량제품이다.
- 고정요소는 태양전지의 일부가 아니며 종래적인 루핑요소에 의해 수행된다.
- 정적인 안정성은 태양전지가 아니라 종래적인 루핑요소에 의해 이루어진다. 즉, 태양전지는 얇은 벽을 가지며 최소의 재료비용이 들며 모든 기계적 하중은 루핑요소에 의해 수용된다.
- 태양전지는 몇 개의 크기로 대량제품으로서 제조될 수 있다.
- 태양전지는 대량제품으로서 루핑요소와 함께 놓인다.
- 이러한 방식으로 제조된 솔라 루프는 루핑기술자에 의해서 자신의 지식 및 규칙을 사용하여 설치된다; 추가로 어떠한 공구나 특수지식 없이도 전기적 연결될 수 있다.
- 각 솔라 루핑요소의 전기연결부가 루핑요소상에 있어서 관통 도선이 불필요하다. 부하(또는 인버터, 배터리)로의 연결부만이 내부로 인도되고; 대체로 한 열의 루핑요소마다 하나의 연결부가 필요하다. 연결은 솔라 루핑요소에 구멍을 뚫지 않고도 루핑요소간에 더 긴 케이블을 상향으로 인도함으로써 이루어질 수 있다.
- 케이블 연결, 플러그 연결 및 전기 배선이 이들 위에 놓인 루핑요소 아래로 보호된다.
- 이러한 방식에서 루프 표면 아래에 놓인 전기 커넥터가 파괴되고 새로이 설치될 필요가 없기 때문에 각 루핑요소의 대체가 용이하다.
- 안정적 배치 및 유지와 전체 구조비용이 루프에만 부담되므로 태양 농장에 비해서 루프상이나 루프와 접촉하게 장착되는 광기전 설치부 또는 배열이 어느쪽으로도 결정되지 않은 무게가 나가서 비용 감소를 가져온다.
- 본 발명에 따라서 광기전 시스템의 비용감소 가능성은 루링요소의 동시 적용에 의해 주로 실현되므로 처음으로 적당한 완전제조 설비로부터 저렴하고 경제적인 태양 전류를 발생할 수 있는 가능성이 획득된다. 이러한 비용감소는 구조 설치 및 유지비용을 제거함으로써 본 발명에 따른 배치로 가능하다.

Claims (15)

  1. 세라믹, 유리, 섬유시멘트, 금속 또는 역청 결합 재료로 제조된 루핑요소(1)와 함께 일체가 되는 태양전지(2)를 갖는 솔라 루프(solar roof)에 있어서,
    - 태양전지(2)의 캐리어로 작용하는 루핑요소(1)가 지붕이는 사람의 규칙에 따라 설치되는 대량생산제품이고,
    태양전지(2)는 하부면이 반도체 어셈블리(9)인 유리판(8)을 포함하며, 상기 어셈블리상에 적어도 하나의 방습층을 포함한 적층 포일(10)이 적용되어서 모든 종류의 증기에 대해 반도체 어셈블리를 보호하고,
    - 태양전지(2)의 유리판(8)은 매우 얇게 제조되어서 모든 종류의 기계적 하중이 루핑요소(1)로부터 제거될 수 있으며,
    - 연결 터미날(4)이 존재하며, 이것은 전류도체(11)에 의해 태양전지(2)에 연결되며 태양전지(2)의 회로형태에 영향을 주며 인접한 태양전지(2)를 향하는 적어도 한면상에 케이블(7)의 적어도 한 단부에서 종결하고 두 개의 인접한 태양전지(2)간에 전기적 연결을 시키는 플러그(6)를 수용하는 소켓을 포함하며,
    - 태양전지(2)는 루핑요소(1)의 일부만을 덮고 태양전지(2)가 다른 루핑요소(1)에 의해 덮히지 않도록 루핑요소(1)가 서로 포개지며,
    - 태양전지(2)와 관련된 모든 요소(4 내지 11)가 루핑요소(1)의 외부상에만 있으며 루핑요소(1)는 태양전지(2)와 관련된 어떠한 종류의 구멍 또는 관통도선도 없으며 태양전지 자체를 제외한 모든 전기적 부분은 중첩부 아래에 있으며,
    - 전기적으로 상호연결된 많은 수의 태양전지(2)는 이 목적을 위해 길게 제조된 케이블(17)을 사용하여 의도된 부하와 먼저 연결되며 케이블(17)은 루핑요소(1)가 이 목적을 위해 구멍 또는 관통도선을 갖지 않고도 두 개의 인접한 루핑요소(1) 사이에 상향으로 안내됨을 특징으로 하는 솔라 루프.
  2. 제 1 항에 있어서, 태양전지(2)의 전체폭에 걸쳐 연장되는 마감 스트립(3)이 존재하여 유리판(8)위에 맞물려서 연결터미날(4)에 대한 캐리어로 작용함을 특징으로 하는 솔라 루프.
  3. 제 1 항에 있어서, 유리판(8)의 상부 모서리의 각 단부에 안착되며 연결 터미날(41)에 대한 캐리어인 두 개의 짧은 마감 스트립(3)이 존재하며 적어도 하나는 플러그(6)의 소케트(5)를 가짐을 특징으로 하는 솔라 루프.
  4. 제 1 항에 있어서, 태양전지(2) 폭의 단지 일부상에 연장되어 유리판(8) 위에서 맞물리는 마감 스트립(3)이 존재하여 연결터미날(4)에 대한 캐리어로 작용함을 특징으로 하는 솔라 루프.
  5. 제 1 항에 있어서, 소케트(5)와 플러그(6)로부터 형성된 연결은 소케트(5)가 연결을 파괴하기 위해서 작동되는 요소를 가지도록 구성됨을 특징으로 하는 솔라루프.
  6. 제 1 항에 있어서, 적층 포일(10)이 전류 도체(11)를 에워싸고, 태양전지(2)에 고정된 연결터미날(4)까지 연장됨을 특징으로 하는 솔라 루프.
  7. 제 1 항에 있어서, 태양전지(2)가 전체로서 루핑요소(1)에 접착되어서 루핑요소(1)와 태양전지(2)가 정적인 유니트를 형성함을 특징으로 하는 솔라 루프.
  8. 제 1 항에 있어서, 태양전지(2)가 루핑요소(1)에 부착된 클램프를 수단으로 루핑요소(1)에 고정됨을 특징으로 하는 솔라 루프.
  9. 제 1 항, 2 항 또는 4 항에 있어서, 연결 터미날(4)이 단지 하나의 소케트(5)를 가지며 두 개의 인접한 태양전지(2)를 각각 연결하는 케이블(7)이 각 단부에서 소케트(5)에 끼워지는 플러그(6)를 가짐을 특징으로 하는 솔라 루프.
  10. 제 1 항에 있어서, 연결터미날(4)이 단지 하나의 소케트(5)를 가지며 두 개의 인접한 태양전지(2)를 연결하는 케이블(7)이 단부에서 연결터미날에 고정되고 자유단부에서 소케트(5)에 끼워지는 플러그(6)를 가짐을 특징으로 하는 솔라 루프.
  11. 제 9 항에 있어서, 소케트(5)가 다른 크기의 두 개의 수용부(12,13)를 가짐을 특징으로 하는 솔라 루프.
  12. 제 9 항에 있어서, 소케트(5)가 의도된 방향으로만 플러그(6)의 삽입을 허용하는 시케인(chicane)을 가짐을 특징으로 하는 솔라 루프.
  13. 제 1 항에 있어서, 각 태양전지(2)의 연결터미날(4)이 태양전지(2)의 중심선에 대해서 비대칭적으로 마감스트립(3)상에 배열됨을 특징으로 하는 솔라 루프.
  14. 제 2 항에 있어서, 연결 터미날(4)의 모양이 상향으로 비스듬하여서 비가 흘러내려서 남지 않도록 함을 특징으로 하는 솔라 루프.
  15. 제 2 항에 있어서, 루핑요소(1)가 하나이상의 태양전지(2)를 지탱하며 이들 태양전지(2)는 서로 전기적으로 직접 연결됨을 특징으로 하는 솔라 루프.
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