KR100796245B1 - 건물일체형 태양광발전 시스템 전용 고효율 전동 이중창 - Google Patents

건물일체형 태양광발전 시스템 전용 고효율 전동 이중창 Download PDF

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이태헌
엄재용
곽진식
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주식회사 이건창호시스템
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Abstract

본 발명은 내측창(2) 및 외측창(4)으로 이루어진 이중창에 있어서, 상기 외측창(4)이 프로젝트 아웃(Project Out)창으로 이루어진 이중창에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 태양전지판이 구비된 외측창을 태양광의 입사각에 따라 자동으로 개폐 각도를 조절함으로써 최적의 발전효율을 얻을 수 있고, 이중창 구성으로 기밀, 수밀, 방음, 단열 성능 등을 향상시키고, 스테이 암을 이용하여 태양전지에서 발생되는 열을 별도의 공조장치 없이 자연냉각 시키는 효과를 갖는다.
태양광, 태양전지, BIPV

Description

건물일체형 태양광발전 시스템 전용 고효율 전동 이중창{High- Efficiency Automatic Twofolded-Window for Building Integrated Photovoltaic System}
도 1은 본 발명에 따른 스테이암 및 체인과 모터를 이용한 이중창의 사용양태를 나타내는 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 스테이암 및 실린더를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 힌지 및 체인과 모터를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 힌지 및 실린더를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 스테이암을 나타내는 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 힌지를 이용한 외측창을 나타내는 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 내측창 4 : 외측창
6 : 태양전지판 7 : 보호판
8 : 새시바 10 : 상부암
12 : 연결암 13 : 고정바
14 : 하부암 16 : 내각
18 : 체인 20 : 실린더
22 : 태양광 24 : 힌지
26 : 프레임 28 : 스테이암
30 : 창틀
본 발명은 내측창 및 외측창으로 이루어진 이중창에 있어서, 상기 외측창이 프로젝트 아웃(Project Out)창으로 이루어지고, 상기 외측창이 투명한 보호판 및 상기 보호판 내부에 태양전지판을 구비하고, 상기 보호판이 설치된 면을 기준으로 좌/우 양측면 상부 일측에 고정장치를 구비한 것을 특징으로 하는 이중창에 관한 것이다.
일반적으로 단독주택, 아파트, 빌딩 등 지상 건축물에 있어서 채광을 하거나 환기를 하기 위해서 또는 보온, 방음, 조망을 목적으로 창호 시스템을 필요로 한다.
한편, 최근 들어서 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발 전설비의 사용이 점차 보편화되고 있다. 이러한 태양에너지를 이용하는 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며 무한의 에너지원인 태양광을 이용하므로 미래의 새로운 대체 에너지원으로서 각광을 받고 있고, 현재에는 태양광 발전소나 건축물, 자동차 등의 발전 전력을 얻는데 이용되고 있다.
일반적으로, 태양광발전은 태양전지(PV : Photovoltaic)를 이용하여 직접 전기를 생산하는 기술이다. 상기 태양전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성되며, 다수의 태양전지 셀(cell)들이 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키게 되고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수 있게 되는 것이다.
태양광 발전은 다양한 응용분야가 있지만 그중에서도 태양전지(PV)를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 건물 일체화(BIPV : Building Integrated Photovoltaic) 기술은 21세기 유망 신기술로서 근래 전 세계적으로 주목받고 있다.
건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극의 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구인 보다 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다. 태양전지 시스템의 자재화 요구 성능 중 가장 중요한 요소는 단열성능이다. 외피 마감재의 단열성능에는 냉ㅇ 난방부하를 절감하여 에너지를 절약하기 위한 것과 결로(Dew Condensation) 방지를 위한 것이 있다.
일사, 외기, 전열 등으로 인한 열이 실내로 침입하면 일부는 공기를 가열하여 실내 온도를 상승시키고 나머지 열은 건축물 구조체에 축열된 후 서서히 실내 공기를 상승시킨다.
이때, 실내 온도를 상승시킨 열은 부하에 해당하며 건축물의 냉ㅇ 난방 부하에 큰 영향을 미치는 중요한 요소로 작용한다.
그러나 종래의 태양전지 모듈은 구성요소의 하나인 백시트 수지가 불투명한 소재로 이루어져 있었기 때문에 빛이 투과되지 않는 등 건축물 외장재 중 유리 대용으로 사용하기에 부적합했었던 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양전지 모듈은 건축물 등에 적용될 경우 태양광을 상대적으로 많이 받을 수 있도록 지상 또는 건물의 옥상이나 지붕, 테라스 등 비스듬한 경사면에 설치하는 것을 고려한 모듈 구조임에 따라 향후 개발과제인 건축물의 외벽면 창호 대체용으로 설치하기에는 적합하지 않은 문제점이 있고, 태양전지 모듈은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 과정에서 많은 열이 발생하여 발전효율을 감소시키고, 태양전지 모듈에서 발생된 열을 냉각시키기 위해 별도의 공조장치를 더 구비해야하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 투명한 보호판을 사용하여 일정량의 빛을 투과시키고, 최적의 태양광발전을 위해 태양광이 수 직으로 입사할 수 있도록 외측창의 각도를 조절하고, 태양전지판의 발열을 최소화하는 태양광발전 이중창을 제공하고, 태양전지에서 발생되는 열을 별도의 공조장치 없이 자연환기 방법으로 냉각시키는 것에 기술적 과제가 있다.
본 발명은 내측창 및 외측창으로 이루어진 이중창에 있어서, 상기 외측창이 프로젝트 아웃(Project Out)창으로 이루어진다.
여기서, 상기 외측창은 투명한 보호판 및 상기 보호판 내부에 태양전지판을 구비하고, 상기 보호판이 설치된 면을 기준으로 좌/우 양측면 상부 일측에 고정장치가 구비된 것을 특징으로 하는 이중창을 제공한다.
본 발명에 따른 내측창은 건물의 내측에 구비되어 단열, 방음, 기밀, 수밀 등의 성능을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 당업계에서 통상적으로 사용하는 창을 사용한다.
본 발명에 따른 외측창은 단열, 방음, 기밀, 수밀 등의 성능 향상 및 프로젝트 아웃(Project Out) 방식으로 개방되어 태양광발전을 하기 위한 것으로서, 건물벽체에 연결설치되는 프레임에 고정되는 창틀과 창틀에 연결설치되는 투명한 보호판 및 상기 보호판 내부에 구비되는 태양전지판으로 구성되고, 상기 창틀은 보호판이 설치된 면을 기준으로 좌/우 양측면 상부 일측에 구비된 스테이암 또는 힌지와 같은 고정장치에 의해 프레임과 연결설치되어 고정된다.
여기서, 상기 외측창은 사용자의 수동조작에 의하여 개폐가 가능하고, 특정적으로 상기 외측창의 내측면 일측과 프레임 사이에 연결설치된 체인과 모터 또는 실린더와 같은 구동장치를 더 구비하여 구동장치와 연결설치된 스위치를 사용하여 외측창의 개폐 조작이 가능하다.
또한, 상기 외측창 외측면 일측에 온도 센서 및/또는 태양광 센서를 구비하고 상기 온도 센서 및/또는 태양광 센서 및 구동장치와 연결설치되는 제어부를 더 구비하여, 온도 센서 및/또는 태양광 센서의 측정값에 따라 센서 및 구동장치에 연결설치된 제어부를 통해 사용자의 인위적인 조작 없이 외측창의 개폐가 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 프레임은 상기 내측창 및 외측창을 고정시키는 역할을 하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 프레임을 사용하는 것이 좋다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 설명은 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 하기 설명에 의해 본 발명의 범위로 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 스테이암 및 체인과 모터를 이용한 이중창의 사용양태를 나타내는 측면도, 도 2는 본 발명에 따른 스테이암 및 실린더를 이용한 이중 창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도, 도 3은 본 발명에 따른 힌지 및 체인과 모터를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도, 도 4는 본 발명에 따른 힌지 및 실린더를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 나타내는 측면도, 도 5는 본 발명에 따른 스테이암을 나타내는 측면도, 도 6은 본 발명에 따른 힌지를 이용한 외측창을 나타내는 사시도로서 함께 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중창은 거시적인 관점에서 프레임(26), 내측창(2), 외측창(4), 고정장치(24, 28) 및 구동장치(18, 20)로 구성된다.
여기서, 프레임(26)은 상기 내측창(2) 및 외측창(4)을 고정시키는 역할을 하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 프레임을 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 내측창(2)은 건물의 내측에 구비되어 단열, 방음, 기밀, 수밀 등의 성능을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 창을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 여닫이창을 이용하는 것이 좋다.
또한, 상기 내측창(2)은 필요에 따라 개방되지 않는 고정형 창으로 구성되어도 무방하다.
본 발명에 따른 외측창(4)은 단열, 방음, 기밀, 수밀 등의 성능 향상 및 프 로젝트 아웃(Project Out) 방식으로 개방되어 태양광발전을 위한 것으로서, 건물벽체에 연결설치되는 프레임(26)에 고정되는 창틀(30)과 창틀(30)에 연결설치되는 투명한 보호판(7) 및 상기 보호판(7) 내부에 구비되는 태양전지판(6)으로 구성되고, 상기 창틀(30)은 보호판(7)이 설치된 면을 기준으로 좌/우 양측면 상부 일측에 구비된 스테이암(28) 또는 힌지(24)와 같은 고정장치(24, 28)에 의해 프레임(26)과 연결설치되어 고정된다.
여기서, 보호판(7)은 상기 보호판(7) 내부에 일체형으로 구비된 태양전지판(6)을 보호하기 위한 것으로서, 상기 보호판(7) 테두리에 연결설치되어 건물 벽체의 프레임(26)에 고정되는 창틀(30)을 구비하고, 그 내부에 하나 이상의 태양전지판(6)을 구비하고, 그 재질로는 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 투광성이 높고 열에 강하며 태양에너지가 입사되기 좋은 클린 글라스(Clean Glass)로 이루어진 것이 좋고, 보다 바람직하게는 저철분 유리로 구성되는 것이 좋다.
본 발명에 따른 태양전지판(6)은 상기 보호판(7) 내부에 구비되어 태양에너지를 흡수하여 전기적 에너지로 변환하는 역할을 하는 것으로서, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 당업계에서 통상적으로 사용하는 태양전지판(6)을 사용하는 것이 좋고, 보다 바람직하게는 결정계실리콘 태양전지 셀 또는 비정질형(아몰포스계통) 또는 박막형 태양전지 셀을 사용하는 것이 좋다.
이때, 태양전지판(6)을 상기 보호판(7)에 정착시키기 위한 재료로는 발전효 율에 영향을 미치지 않도록 투명한 수지 또는 접착제를 사용하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 고정장치(24, 28)는 스테이암(28) 또는 힌지(24)로 구성될 수 있고, 고정장치(24, 28)가 스테이암(28)으로 구성된 경우, 상기 스테이암(28)은 태양광(22) 발전 시 발생하는 열을 자연냉각 시키기 위해 상/하부가 동시에 돌출되어 개폐되는 것으로서, 건물벽체의 프레임(26) 일측에 연결설치되어 고정되는 고정바(13), 상기 고정바(13) 상부 및 하부 일측에 연결설치되어 외측창(4)의 개폐 각도를 조절하는 상부암(10) 및 하부암(14), 상기 상부암(10) 및 하부암(14) 일측에 연결설치되는 연결암(12) 및 상기 상/하부암(10, 14)의 고정바(13)와 연결설치된 일측과 대향되는 타측에 연결설치되어 외측창(4)에 고정되는 새시바(8)로 구성된다.
여기서, 상기 스테이암(28)은 외측창(4)의 상/하부가 동시에 돌출되어 개방됨으로써 태양전지판(6)에서 발생되는 열을 별도의 공조장치 없이 자연냉각이 가능하다.
한편, 상기 고정장치(24, 28)가 힌지(24)로 구성되는 경우에는 외측창(4) 측면 상부 일측에 구비된 힌지(24) 및 프레임(26) 일측에 상기 힌지(24)와 대응되도록 구비된 힌지공(미도시)으로 구성된다.
또한, 상기 외측창(4)은 태양광(22)이 입사되는 각도에 맞추어 최적의 발전 효율을 얻을 수 있도록 외측창(4)이 개방되는 각도를 조절할 수 있으며, 개방되는 각도의 범위는 개방된 외측창(4)이 수평면과 이루는 내각(16)이 30o 이상 90o 이하로 개방되는 것이 좋고, 바람직하게는 약 30o의 내각(16)을 이루는 것이 좋다.
본 발명에 따른 외측창(4)의 조작은 사용자가 수동으로 조작이 가능하고, 특정적으로 상기 외측창(4) 내측면 일측과 프레임(26) 일측 사이에 모터와 체인(18) 또는 실린더(20)가 연결설치되고, 상기 모터 또는 실린더(20)와 연결설치된 스위치를 더 구비하여 사용자가 필요에 따라 스위치의 조작을 통해 외측창(4)의 개폐 및 개방 각도를 조절할 수 있다.
필요에 따라, 외측창(4) 외부 일측에 태양광센서 및 구동장치 일측에 제어부를 더 구비하여 입사되는 태양에너지의 양을 측정하여 최적의 효율을 얻을 수 있도록 태양광(22)과 외측창(4)이 수직이 되도록 외측창(4)이 개폐 및 개방 각도를 인위적인 조작 없이 자동으로 조절할 수 있고, 우천시에는 자동으로 외측창(4)을 닫을 수 있다
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 측정 장치의 사용양태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 1 및 도 3을 이용하여 본 발명에 따른 고정장치(24, 28) 및 체인(18)과 모터를 이용한 이중창의 사용양태를 설명하기로 한다.
일출 후 조사되는 태양광(22)과 외측창(4)에 구비된 태양전지판(6)이 태양전지판(6)으로 입사되는 태양광(22)과 수직을 이루도록 외측창(4)이 개폐된다.
이때, 상기 외측창(4)의 조작은 사용자가 직접 수동 조작할 수 있고, 모터와 연결설치된 스위치가 구비된 구성일 경우에는 태양전지판(6)에 입사되는 태양광(22)에 따라 사용자가 모터와 연결설치된 스위치에 전원을 인가하면, 상기 스위치의 전기적 신호에 의해 모터가 체인(18)의 풀림과 감김을 조절하여 외측창(4)의 개방각도를 조절한다.
외측창(4) 외측면에 온도 센서 및/또는 태양광 센서를 구비하고, 센서 및 모터와 연결설치되는 제어부를 더 구비된 구성일 경우에는 센서가 온도 센서 및/또는 태양광 센서로 입사되는 온도 및/또는 태양에너지 값을 측정하여 제어부로 신호를 보내면 제어부에서 외측창(4)의 개방각도를 계산하고, 제어부의 계산값을 전기적 신호에 의해 모터로 보내면, 상기 신호에 의해 모터가 체인(18)의 풀림과 감김을 조절하여 외측창의 개방각도를 조절하고, 일몰 또는 우천 시와 같이 일정시간 이상 태양광(22)이 비추지 않을 경우에는 수동 또는 자동조작에 의해 외측창(4)을 폐쇄할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 4를 이용하여 본 발명에 따른 스테이암(28) 및 실린더(20)를 이용한 이중창의 다른 사용양태를 설명하기로 한다.
일출 후 조사되는 태양광(22)과 외측창(4)에 구비된 태양전지판(6)이 태양광(22)과 수직을 이루도록 조작 된다.
이때, 상기 외측창(4)의 조작은 사용자가 직접 수동 조작할 수 있고, 실린더(20)와 연결설치된 스위치가 구비된 구성일 경우에는 태양전지판(6)에 입사되는 태양광(22)에 따라 사용자가 실린더(20)와 연결설치된 스위치에 전원을 인가하면, 상기 스위치의 전기적 신호에 의해 실린더(18)의 전진과 후진 운동을 조절하여 외 측창(4)의 개방각도를 조절한다.
외측창(4) 외측면에 온도 센서 및/또는 태양광 센서를 구비하고, 센서 및 실린더(20)와 연결설치되는 제어부를 더 구비된 구성일 경우에는 센서가 온도센서 및/또는 태양광 센서로 입사되는 온도 및/또는 태양에너지 값을 측정하여 제어부로 신호를 보내면 제어부에서 외측창(4)의 개방각도를 계산하고, 제어부의 계산값을 전기적 신호에 의해 실린더(20)로 보내면, 상기 신호에 의해 실린더(20)의 전진과 후진을 조절하여 외측창의 개방각도를 조절하고, 일몰 또는 우천 시와 같이 일정시간 이상 태양광(22)이 비추지 않을 경우에는 수동 또는 자동조작에 의해 외측창(4)을 폐쇄할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 태양전지판이 구비된 외측창을 태양광의 입사각에 따라 자동으로 개폐 각도를 조절하여 최적의 발전효율을 얻을 수 있고, 이중창 구성으로 기밀, 수밀, 방음, 단열 성능 등을 향상시키고, 스테이 암을 이용하여 태양전지에서 발생되는 열을 별도의 공조장치 없이 자연냉각 시키는 효과를 갖는다.

Claims (4)

  1. 내측창 및 외측창으로 이루어진 이중창에 있어서,
    상기 외측창이 프로젝트 아웃(Project Out)창으로서 투명한 보호판 및 상기 보호판 내부에 태양전지판을 구비하고, 상기 보호판이 설치된 설치면을 기준으로 좌/우 양측면 상부 일측에 고정장치가 구비되고, 상기 고정장치가 건물 벽체의 프레임에 고정되고, 외측창 내측면 일측과 프레임 일측 사이에 구동장치가 연결설치된 것을 특징으로 하는 이중창.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 외측창 외측면 일측에 센서가 더 구비된 것을 특징으로 하는 이중창.
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