KR100617444B1 - 지지프레임 일체형 태양전지 패널 - Google Patents

Abstract

지지프레임이 태양전지판을 구조물에 지지시키는 역할과 열을 방출하는 역할을 동시에 수행하며 작업공간을 넓게 확보하면서 벽체에 직접 설치하는 것이 가능하도록, 복수의 전지셀이 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 태양전지판과, 태양전지판을 구조물에 지지시키고 태양열을 방사하도록 형성하여 설치되는 지지프레임과, 태양전지판과 지지프레임 사이에 설치되는 절연층을 포함하는 지지프레임 일체형 태양전지 패널을 제공한다.

지지프레임은 태양전지판의 태양 반대쪽에 설치되는 방열부와, 방열부의 모서리에 일체로 연장하여 형성되는 지지부를 포함하고, 태양전지판은 태양쪽에 설치되는 외층과, 외층과 지지프레임 사이에 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 복수의 전지셀과, 외층과 지지프레임 사이에 설치되고 전지셀을 감싸서 보호하는 보호층을 포함한다.

태양, 전지, 전지셀, 지지프레임, 패널, 방사층, 구조물, 방열

Description

지지프레임 일체형 태양전지 패널 {Solar Cell Panel with Integrated Support Frame}

도 1은 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예를 나타내는 사시도이다.

도 2는 도 1의 A-A선 단면 확대사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예에 있어서 태양전지판과 단자함을 전기적으로 연결하는 상태를 나타내는 분해사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예에 있어서 사용상태를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예에 있어서 다른 사용상태를 나타내는 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예에 있어서 제조과정을 나타낸 공정도이다.

도 7은 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예에 있어서 전지셀의 연결상태를 나타내는 평면도이다.

본 발명은 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양열을 흡수하여 전기를 발생시키는 태양전지판에 지붕이나 벽체 등의 구조물에 편리하게 지지시키도록 지지프레임을 일체로 구성함과 아울러 지지프레임을 통하여 방열도 이루어지는 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 관한 것이다.

최근에는 지구의 에너지원이 고갈될 것을 대비하여 무한한 에너지원으로 알려진 태양에너지를 이용하는 데 많은 연구와 개발을 진행하고 있다.

일반적으로 태양에너지는 복사열을 이용하여 난방과 온수 공급을 행하거나 광기전력 효과를 나타내는 반도체소자를 이용하여 발전을 행하는 방식 등으로 실생활에 사용된다.

상기에서 태양에너지를 이용하여 발전을 행하는 방식은 태양전지판으로부터 얻어진 직류 전력을 과충전이나 과방전을 보호하기 위한 전력조절기를 통하여 축전지에 충전하거나 직류를 교류로 변환하는 인버터로 공급한다.

상기 인버터에는 전기를 사용하는 여러종류의 부하(전기제품)가 연결된다.

상기 태양전지판은 EVA수지(ethylene vinyl acetate copolymer) 등을 이용하여 소정의 패턴으로 배열되어 지지되는 전지셀을 사이에 두고 양쪽에 판유리 또는 합성수지판을 설치하여 이루어진다.

상기와 같은 태양전지판은 별도의 구조물로 제작하여 사용하는 경우도 있지만, 건물의 지붕이나 벽체 등의 구조물 외부에 설치하여 사용하는 경우도 있다.

예를 들면 상기 태양전지판의 모서리 둘레를 따라 테두리부재를 설치하고, 상기 테두리부재를 건물의 구조물에 설치하기 위한 별도의 지지프레임에 삽입하거나 또는 고정하는 등의 방식으로 사용한다. 상기에서 태양전지판은 건물 등의 지붕재나 벽체, 창문 등의 외표면을 형성하기도 한다.

상기와 같이 구성되는 종래의 태양전지판은 테두리부재와 지지프레임을 별도로 제조하여 구조물에 설치하므로, 설치하는 구조가 복잡하고 설치비용 및 설치시간이 많이 소요된다.

그리고 상기 테두리부재를 지지프레임에 고정하는 방식으로 설치하여 사용하는 경우에는 태양이 조사되는 반대쪽에서 테두리부재와 지지프레임을 고정해야 하므로 지붕이나 벽면과의 사이에 고정을 위한 작업공간이 필요하게 된다. 따라서 상기 태양전지판과 건축물 사이에 광범위한 작업공간이 있어야 하므로, 지붕이나 벽체 등에 설치하는 경우에는 설치비가 증가되며, 많은 건축면적으로 차지한다는 문제가 있다.

상기와 같은 종래의 태양전지판에는 태양에 지속적으로 노출됨에 따라 발생하는 열에 의하여 효율이 저하되는 것을 방지하기 위하여 태양열을 방사시키기 위한 방사층(방열부)을 설치하기도 하는데, 이는 공정의 추가로 인한 작업성의 저하 및 두께와 중량 등의 증가로 인한 운반성을 저하시키는 요인이 된다.

또 종래의 태양전지판은 지지프레임이 일정한 치수로 제조되어 현장에서 조립되므로, 지붕이나 벽치의 외장재(마감재)의 두께와 지지프레임의 높이가 다를 경우에는 처음부터 지지프레임을 다시 제작하여야 한다는 문제가 있다. 즉 태양전지 판의 설치작업시에 현장 맞춤방식으로 다양한 상황에 대응하기가 매우 어렵다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열을 방출하는 역할을 수행하면서 구조물에 지지하는 것이 가능한 지지프레임을 태양전지판에 일체로 설치하는 것에 의하여 구조를 간편화시키고, 지지프레임의 플랜지부를 통하여 벽체에 직접 설치 고정하는 구조이므로 설치비용이 절감되고 넓은 작업공간의 확보가 가능하도록 이루어지는 지지프레임 일체형 태양전지 패널을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 지지프레임 일체형 태양전지 패널은 복수의 전지셀이 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 태양전지판과, 상기 태양전지판을 구조물에 지지시키고 태양열을 방사하도록 형성하여 설치되는 지지프레임과, 상기 태양전지판과 지지프레임 사이에 설치되는 절연층을 포함한다.

상기 태양전지판은 태양쪽에 설치되는 외층과, 상기 외층과 지지프레임 사이에 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 복수의 전지셀과, 상기 외층과 지지프레임 사이에 설치되고 상기 전지셀을 감싸서 보호하는 보호층을 포함하여 이루어진다.

상기 지지프레임은 상기 태양전지판의 태양 반대쪽에 설치되어 태양열을 방사하는 방열부와, 상기 방열부의 모서리를 따라 일체로 연장하여 형성되고 구조물에 고정하여 지지되는 지지부와, 상기 지지부에 소정의 간격으로 하나이상 형성되는 관통공을 포함하여 이루어진다.

상기 지지부는 상기 방열부와 구조물이 서로 소정의 간격을 유지하도록 방 열부의 모서리로부터 연장하여 소정의 각도로 굽힙가공하여 형성되는 연장부와, 상기 연장부의 방열부 반대쪽 끝부분을 굽힙 가공하여 형성되고 상기 관통공이 형성되는 플랜지부로 이루어지는 것이 가능하다.

상기 태양전지판은 반투명 또는 투명한 재질을 이용하여 형성한다.

상기 보호층은 EVA수지, EEA수지, PVB수지, 불소계의 수지 중에서 선정하여 이루어진다.

다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 일실시예는 도 1~도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 전지셀(20)이 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 태양전지판(10)과, 상기 태양전지판(10)을 구조물에 지지시키고 태양열을 방사하도록 형성하여 설치되는 지지프레임(30)과, 상기 태양전지판(10)과 지지프레임(30) 사이에 설치되는 절연층(40)을 포함한다.

상기 태양전지판(10)은 태양쪽에 설치되는 외층(12)과, 상기 외층(12)과 지지프레임(30) 사이에 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 복수의 전지셀(20)과, 상기 외층(12)과 지지프레임(30) 사이에 설치되고 상기 전지셀(20)을 감싸서 보호하는 보호층(14)을 포함하여 이루어진다.

상기 태양전지판(10)의 외층(12)은 투명한 재질로 이루어지며, 유리나 합성수지 등을 이용하여 형성한다.

상기에서 외층(12)은 반투명 재질을 이용하여 형성하는 것도 가능하다.

또 상기 외층(12)은 소정 색상의 착색제가 첨가된 합성수지를 이용하여 다양한 색상으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 외층(12)을 형성하는 유리나 합성수지에는 자외선차단제나 자외선차단필름을 코팅하는 것도 가능하다. 이 때 합성수지에는 자외선차단제를 혼합하여 외층(12)을 형성하는 것도 가능하다.

상기 전지셀(20)은 광기전력 효과를 나타내는 반도체소자를 이용하여 이루어지고, 다수의 전지셀(20)이 소정의 패턴으로 배열되어 설치되며, 서로 직렬로 연결 설치된다.

상기 지지프레임(30)은 상기 태양전지판(10)의 태양 반대쪽에 설치되어 전지셀(20)에서 발생하는 열 및 전지셀(20)을 통과한 태양열을 외부로 방출하는 방열부(32)와, 상기 방열부(32)의 모서리를 따라 일체로 연장하여 형성되고 건물의 구조물에 고정하여 지지되는 지지부(34)와, 상기 지지부(34)에 소정의 간격으로 하나이상 형성되는 관통공(38)을 포함하여 이루어진다.

상기 지지프레임(30)의 방열부(32)에는 도 3에 나타낸 바와 같이, 전지셀(20)로부터 전기적으로 연결되는 연결선(26)의 끝부분이 위치하는 단자함(33)이 설치된다.

상기 단자함(33)은 일반적으로 옥외에 널리 사용되는 단자함과 마찬가지로 방수기능이 양호한 구조를 갖도록 형성하여 설치한다.

상기에서 지지부(34)는 구조물에 따라 다양한 형상과 구조로 형성하여 사용하는 것이 가능하다.

예를 들어 상기 지지부(34)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 방열부(32)와 구조물이 서로 소정의 간격을 유지하도록 방열부(32)의 모서리로부터 연장하여 소정의 각도로 굽힙가공하여 형성되는 연장부(36)와, 상기 연장부(36)의 방열부(32) 반대쪽 끝부분을 굽힙 가공하여 형성되고 상기 관통공(38)이 형성되는 플랜지부(37)로 이루어지는 것이 가능하다.

상기와 같은 지지프레임(30)의 상기 지지부(34)는 절개부(35)를 통하여 여러갈래로 절개시키는 것이 가능하다.

상기와 같이 절개부(35)를 형성하는 것에 의하여, 이웃하는 지지프레임(30)에 설치되는 단자함(33) 사이를 연결하는 연결선(26)의 처리가 용이해진다.

상기에서 연장부(36)는 예를 들어 도 5에 나타낸 바와 같이, 중간부를 한번 이상 절곡하여 형성하는 것이 가능하다.

상기와 같은 지지프레임(30)은 태양열을 잘 방출시키고 내구성 및 후가공성, 내부식성 등이 우수한 성질을 갖는 금속판(예를 들어 알루미늄 등)을 사용하여 이루어진다.

상기 지지프레임(30)의 연장부(36) 높이는 설치하고자 하는 건물의 외장재 치수에 대응하여 설정하는 것이 가능하고, 이를 현장에서 건물의 외장재 치수에 맞추어 굽힙가공하여 설치하는 것도 가능하다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 일실시예에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 지지프레임(30)은 구조물(2)과 조화를 이루도록 소정의 빛깔로 착색을 행하는 것이 가능하다.

그리고 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 일실시예에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 있어서 상기 절연층(40)은 투명한 색상을 갖거나 상기 구조물과 조화를 이루도록 소정의 색상을 갖는 합성수지를 사용하여 형성하는 것이 가능하다.

상기 지지프레임(30)의 방열부(32)와 절연층(40) 사이에는 보조보호층(18)을 형성하는 것이 가능하다.

다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 제조공정을 도 6에 나타낸다.

즉 먼저 외층(12)을 이루는 소정 크기의 판유리 또는 합성수지판을 준비하고(P1), 외층(12)의 판유리 위에 소정의 두께로 완충효과가 있고 투명한 재질의 합성수지를 이용하여 제1보호층(15)을 형성한다(P2).

상기에서 제1보호층(15)을 형성하는 재료로는 전지셀(20)과의 접착성과 내후성, 완충성, 내습성, 내스크레치성 등이 우수한 재료를 선정하여 사용한다. 예를 들면 EVA수지(ethylene vinyl acetate copolymer), EEA수지(ethylene ethyl acrylate copolymer), PVB(polyvinyl butyral)수지, 불소계의 수지(PTFE, PETFE, PCTFE, PVF, PVdF 등) 등이 사용 가능하다.

또 상기 제1보호층(15)을 형성하는 재료에는 자외선흡수제를 첨가하여 내후성을 향상시키는 것도 바람직하다.

상기와 같이 형성된 제1보호층(15)에 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 다수의 전지셀(20)을 소정의 패턴(복수의 열 및 행)으로 배열한 다음, 이웃하는 전지 셀(20)을 연결리본(22)을 이용하여 직렬로 연결하고, 전지셀(20)의 이웃하는 열을 지그재그로 접속리본(24)을 이용하여 직렬로 연결한다(P3).

즉 상기 전지셀(20)을 모두 직렬로 길게 연결하여 각각의 전지셀(20)에서 발생되는 전력의 합이 이루어지도록 구성한다.

그리고 상기와 같이 전지셀(20)이 배열된 위에 상기 제1보호층(15)과 같은 재질로 제2보호층(16)을 형성하며 그 위에는 절연층(40)을 형성한다(P4).

이어서 상기 절연층(40)에 지지프레임(30)의 방열부(32)가 적층되도록 설치한 다음(P5), 상기 제1보호층(15)과 제2보호층(16)이 용융되면서 일체화하여 전지셀(20)을 완전히 감싸 보호하는 것은 물론 상기 절연층(40)이 융융되면서 상기 제2보호층(16)과 일체화하여 진공라미네이터와 같은 장치를 이용하여 외층(12)과 지지프레임(30)의 방열부(32) 사이를 가열 압착하는 라미네이션을 행한다(P6).

상기와 같이 제1보호층(15)과 제2보호층(16)을 라미네이션하여 보호층(14)을 형성하는 것에 의하여, 전지셀(20)은 위치가 고정되고, 연결리본(22) 및 접속리본(24)의 단락 및 끊어짐 등이 발생하는 것이 방지된다.

상기에서는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위내에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 의하면, 내부의 열을 방출하기 위한 방열부와 지붕이나 벽체 등의 구조물에 지지하기 위한 지지프레임이 일체형으로 이루어지므로, 구조가 간단해지고 제조 및 설치작업이 용이하게 이루어진다. 따라서 생산성을 향상시키고 생산원가를 절감하는 것이 가능하다.

그리고 지지프레임이 간단한 구조로 이루어지므로, 종래 태양전지판이 삽입되는 구조의 지지프레임에 비하여 두께와 중량을 감소시키는 것이 가능해지므로 취급이나 운반 등이 용이해지며, 재료의 절감과 원가절감이 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 의하면, 지지프레임에 지붕이나 벽체 등의 구조물에 직접 고정하여 지지시키는 것이 가능하도록 플랜지부를 형성하므로, 종래와 같이 지지프레임을 구조물에 지지하기 위한 고정프레임 등이 별도로 필요없게 되며, 설치공간을 적게 필요로 한다.

따라서 태양전지판을 구조물에 지지시키기 위하여 소모되는 비용을 감소시키는 것이 가능하므로 전체적인 설치비용을 감소시키는 효과가 있다.

그리고 지지프레임의 플랜지부를 통하여 설치작업이 이루어지는 전면쪽에서 태양전지판을 구조물 등에 고정하여 지지시키는 구조이므로, 작업공간이 넓게 확보되어 설치작업이 쉽고 간편해진다.

나아가 지지프레임에 절개부를 형성하는 것에 의하여 이웃하는 단자함끼리 전선을 연결하는 배선작업이 용이하므로 작업능률을 향상시킨다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 의하면, 태양전지판의 태양 반대쪽에 설치되는 지지프레임의 방열부나 절연층에 구 조물과 같은 색상 등을 부여하는 것에 의하여 구조물과의 이질감을 해소시키는 것이 가능해진다.

또 본 발명에 따른 지지프레임 일체형 태양전지 패널에 의하면, 지지프레임을 태양전지판의 면적 내부에 위치하도록 설치하는 것이 가능하므로, 이웃하여 설치되는 태양전지판과의 사이에 필연적으로 발생하는 줄눈의 크기가 크게 감소하고, 한층 미려한 외관을 제공하는 것이 가능하다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수의 전지셀이 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 태양전지판과, 상기 태양전지판을 구조물에 지지시키고 태양열을 방사하도록 형성하여 설치되는 지지프레임과, 상기 태양전지판과 지지프레임 사이에 설치되는 절연층을 포함하고,

   상기 태양전지판은 태양쪽에 설치되는 외층과, 상기 외층과 지지프레임 사이에 소정의 패턴으로 배열되어 설치되는 복수의 전지셀과, 상기 외층과 지지프레임 사이에 설치되고 상기 전지셀을 감싸서 보호하는 보호층을 포함하고,

   상기 태양전지판은 투명 또는 반투명의 유리나 합성수지를 이용하여 형성하고, 상기 보호층은 EVA수지, EEA수지, PVB수지, 불소계의 수지 중에서 선정하여 이루어지고,

   상기 지지프레임은 상기 태양전지판의 태양 반대쪽에 설치되어 내부의 열을 방출하는 방열부와, 상기 방열부의 모서리를 따라 일체로 연장하여 형성되고 구조물에 고정하여 지지되는 지지부와, 상기 지지부에 소정의 간격으로 하나이상 형성되는 관통공을 포함하고,

   상기 지지부는 상기 방열부와 구조물이 서로 소정의 간격을 유지하도록 방열부의 모서리로부터 연장하여 소정의 각도로 굽힙가공하여 형성되는 연장부와, 상기 연장부의 방열부 반대쪽 끝부분을 굽힙 가공하여 형성되고 상기 관통공이 형성되는 플랜지부로 이루어지는 지지프레임 일체형 태양전지 패널.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 지지프레임과 절연층 사이에는 보조보호층이 설치되는 것을 더 포함하여 이루어지는 지지프레임 일체형 태양전지 패널.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 3에 있어서,

   상기 지지프레임의 방열부에는 전지셀로부터 전기적으로 연결되는 연결선의 끝부분이 위치하는 단자함이 설치되고, 상기 지지부에는 상기 연결선이 통과하는 절개부가 형성되는 지지프레임 일체형 태양전지 패널.
8. 청구항 3에 있어서,

   상기 지지프레임은 금속판을 사용하여 이루어지고 구조물과 조화를 이루는 색상으로 착색을 행하는 지지프레임 일체형 태양전지 패널.

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