KR100912904B1 - 비아이피브이 스트링 유니트 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건물의 외벽 또는 도로방음벽에 설치되어 태양광을 수집하고 전기를 생산할 수 있는 비아이피브이 스트링 유니트(BIPV SU ; Building integrated photovoltaic string unit) 모듈에 관한 것이다.
종래의 BIPV 시스템은 적용이 제한되고, 설치단계에서 결합과정이 복잡하여 시공이 용이하지 못하다는 문제점이 있는데, 이를 해결하기 위하여 본 발명은 상측에는 걸림고리(111)가 형성되고 전면에 태양광 발전을 위한 복수의 피브이(PV; photovoltaic) 모듈(10)이 결합된 상판(110)과; 상기 상판(110)의 하측에 내측으로 기울어져 형성되되, 하측에는 걸림구(121)가 형성된 하판(120)으로 구성된 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 제안한다.
따라서, 본 발명의 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 적용한 건물 외벽은 태양광 발전(PV : Photovoltaic)을 건축물의 외피 마감 재료로 대체하여 건자재 일체형 태양광 발전(BIPV : Building Integrated PV) 시스템의 기술적 가이드로 제안함으로써, 건물의 외피를 구성하는 요소로 통합된 PV 시스템을 전력 생산이라는 본래의 기능에, 건물의 외피 재료로서의 새로운 기능을 추가함으로서 설치에 드는 비용을 절감하는 이중 효과를 기대할 수 있다. 또한, 기존의 PV시스템과 같이 설치공간을 위한 별도의 부지확보가 필요 없기 때문에 더욱 경제성 측면에서 유리한 기술이다. 태양전지모듈을 건축에 일체화하여 적용할 수 있는 건물 구성 요소는 커튼월, 천창, 차양, PV 지붕 타일, 투명 PV 창호 등 매우 다양하며, 그 특성에 따라 자연채광이나 차양에도 이용 가능하여 건물의 전체적인 에너지성능 및 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)은 하측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림고리(111)의 일측이 상측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림구(121)의 내측에 삽입되어 고정되는 방식으로 연결되어 건물의 외벽을 형성하게 되는데, 제작시 설치 지역의 경사각을 설정하여 제작하므로, 설치·시공이 용이하고 공사시기를 대폭적으로 단축시킬 수 있기 때문에 경제적 절감효과가 뛰어나며, 외측으로 돌출되는 부위가 크지 않으므로 보다 심플한 건물 외관을 형성할 수 있다.
BIPV, PV, 태양광, 모듈, 유니트, 솔라셀, 건물, 외벽, 방음벽
Description
본 발명은 태양광을 이용하는 BIPV 모듈의 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 BIPV 모듈을 개량하여 BIPV SU(Building integrated photovoltaic string unit) 모듈을 형성하고, 상기 BIPV SU 모듈을 건물의 외벽 또는 도로방음벽의 외측면에 조립하여 설치할 수 있는 건물 외벽에 적용되는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(BIPV String Unit Module)에 관한 것이다.
최근 태양광 발전에 관련된 산업은 지구환경문제와 미래에너지원의 다원화에 의한 에너지 안보를 강조하면서 일본, 유럽, 미국을 중심으로 세계적인 관심 속에 급속한 속도로 성장을 하고 있는 산업 중 한 분야로써, 해마다 30%이상(최근 수년 내에는 40%이상)의 놀라운 성장률을 보이고 있다. 이러한 배경으로 21세기의 새로운 산업으로 급부상할 것을 예상하고, 범정부 차원의 기술개발과 내수 초기시장 창출을 위한 다양한 보급정책을 추진하고 있다.
이러한 세계적 흐름은 우리나라 태양광 산업에도 큰 영향을 미치고 있으며, 신재생에너지와 관련한 국제정세와 여름철 전력 수요 증가 등의 당면 과제 등으로 태양광을 비롯한 신재생에너지에 대한 관심과 투자를 확대하고 있다. 이에 1997년 제1차 대체에너지 기술개발보급 기본계획에서 2006년까지 대체에너지 2% 공급하기로 설정한 달성시기를 2003년으로 조정하였고, 제2차 국가에너지 기본계획에서는 2006년까지 3%, 2011년까지 5%의 신재생에너지를 공급한다는 목표를 설정하였다.
이에 따라, 태양광 이용 분야 측면에서도 주택용 및 중대규모 산업용 건물, 공공건물 및 빌딩 등, 건물에 PV 시스템을 적용하기 위한 건물 외장용 BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 모듈 제조기술 개발이 활발히 진행되어지고 있다. 특히, 선진국을 중심으로 건물적용 PV 시스템의 설치사례가 증가하면서, 다양한 건물 적용을 위한 태양전지모듈(BIPV모듈)에 대한 연구개발이 활발히 추진되고 있다.
더욱이, 국토가 좁은 우리나라의 입장에서도 PV 시스템을 설치할 경우 건물의 유휴공간을 이용하여 설치 도입하는 것이 보급 잠재량 확보에 유망하지만, 현재의 설치공법이나 디자인 측면에서 해결해야할 기술적 과제를 가지고 있어 건물적용의 확산과 보급 잠재량 확보를 위해서 BIPV 모듈의 또 다른 기술개발이 시급히 필요한 실정이다.
빌딩의 벽면 또는 옥상 등과 같은 유휴공간을 갖는 건축물에 PV 시스템을 적용 설치운전 한다면 전력부하 평준화를 위한 정보화 시스템 및 냉방기기 부하에 대 한 전력 Peak-Cut, Buttom-up, Peak-Shift 효과 등을 기대할 수 있으며, 고도 정보화 및 산업화 사회에서 필수적이며 중요한 위치를 차지하고 있는 정보 시스템 및 전자기기 시스템은 전원전압 변동에 대하여 매우 민감하여 순간 정전 및 정보의 손실을 야기 시키는 문제점을 해소함과 동시에 지구환경문제 해결에도 커다란 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
특히, 급증하는 건물의 전기에너지 소비를 해결하고, 전력수급난을 해결할 수 있는 확실하고 유일한 대안으로 태양광 발전(PV)기술의 적용이 각광을 받고 있으며, 특히 우리 나라와 같이 제한된 국토와 인구밀도가 높은 상황에서 태양광 발전의 효율적 보급을 위해서는 건물의 지붕 및 입면에 외벽마감재 대신 PV모듈로 대체시키는 건물통합형 PV 시스템 방법이 가장 효율적이다.
다만, 종래의 모든 태양전지 모듈을 건물에 일체화하여 적용하는 것이 가능하지는 않다. 건축 구성 재료로 쓰이기 위한 태양전지 모듈의 특성 및 태양전지 모듈의 구조적 특성 파악이 필요하며, 건물 구조의 특성에 맞는 적정 설치 및 시공 방법 등의 정립 등 실용화 보급을 위해서는 수많은 기술적 해결 사항이 남아있다.
더욱이, BIPV시스템은 종래의 PV 시스템과 달리 건물이라는 특수한 조건과 결합되어야 하기 때문에 PV 시스템에서는 포함되지 않았던 수많은 고려 변수가 추가된다. PV 시스템에서와 같이 에너지 성능의 극대화만이 설계의 최종목표가 될 수 없으며, 많은 건축 계획적 요소를 포함하여 계획 전 과정에 걸쳐 종합적인 통합 설계안이 체계적으로 도출되어야 한다.
한편, 태양전지를 건물에 적용하는 방법으로써는 크게 2가지로 구분이 되는데 건축물의 지붕에 설치하는 방법과, 건축물의 벽에 설치하는 방법이 있다.
먼저, 지붕위 설치방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 건물의 구조 및 재료에 관계없이 독립적으로 태양광 발전을 설치할 수 있는 방식으로, 태양 전지판을 경사지게 설치하기 때문에 최대 발전 효율을 나타낼 수 있고 새로운 건축물이나, 기존 건물에도 사용될 수 있는 장점을 갖고 있다.
이때, 평지붕위의 설치방식은 국내 주택용 태양광 발전의 절반 이상을 차지하는 가장 대표적 방식으로서, 태양 전지모듈은 일반 시판되는 불투명 태양 전지판을 설치하나, 앞 뒤 열의 배치시 그림자의 영향으로 인한 효율 감소 효과를 설계시 반영해 주면된다. 이 구조는 태양 전지모듈 설치시 지붕면에 접한 부위의 방수 문제에 신중을 기해야 한다.
그리고, 평지붕용 창고형은 옥상층에 태양전지 모듈을 Glass/Glass 태양 전지 모듈을 설치하여 건물의 최상층에 채광 효과를 얻기 위한 방식으로 양질의 태양광 발전효율과 채광에 대한 장점이 있으나, 설계 및 설치시 지붕면의 설계가 복잡하고 특히 방수 및 태양 전지판 고장으로 인한 교체시의 문제점 등이 내포되기 때문에 지붕 이용 방식중 널리 이용이 되고 있지 않다.
그리고, 경사 지붕용 방식은 지붕의 경사진 면을 이용하는 방식으로 평지붕에다 설치하는 경우보다 시설비가 적게 드는 장점이 있으나, 지붕면과 바로 밀착하여 설치하는 방식이기 때문에 태양광 발전 효율이 다소 떨어지며, 태양전지 모듈의 파손시 교체할 경우 평 지붕형 보다 상당한 애로점이 있다.
한편, 벽체 이용 방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 건물의 수직벽을 이용하여 파사드 형태와 차양형태로 크게 구분되고, 건물의 유리를 대체하여 건물과 약 70˚ 정도 경사지게 설치하는 방식으로 설치되므로, 태양에너지를 수직으로 받는 방식으로 경사지게 설치하는 방법보다는 효율이 떨어지나, 수직벽을 이용하기 때문에 건물의 부지를 최대한도로 이용할 수 있고, 내부공간도 기존 건물과 같이 최대한도로 효율적으로 이용할 수 있는 방식이다.
그리고, 차양 설치 방식은 수직벽을 이용하여 차양 형태 설치 방식으로 새로운 건축물 및 기존건물의 시설을 개량하여 설치할 수 있는 장점이 있고, 건물의 외측 재료에 무관하게 설치할 수 있다. 이 경우 구조물을 설치하기 위한 약간의 경비가 추가되나, 태양 전지모듈 설치 부위의 방수문제에는 신경을 쓸 필요가 없는 방식이고, 벽면 이용 방식중 태양광 발전효율이 가장 높은 시스템 이다.
이때, 경사진 건물 외벽 설치방식으로 도 3에 도시된 바와 같이, 건물의 외벽을 태양 빛을 효율적으로 받기 위하여 남측면 건물 외벽을 약 70°정도 경사지게 설치하여 태양광 발전효과는 양호하나, 건물 내부 공간을 비효율적으로 이용하는 단점이 있다.
그러나, 이러한 종래의 BIPV 시스템을 건물의 외벽에 설치시 결합과정이 복 잡하여 시공이 용이하지 못해 시공시간과 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었으며, 외부에 오염물질이 묻는 경우 효율이 급격하게 떨어지는 문제점이 있으므로 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 태양광 모듈과 건물 외벽의 외장재 기능성을 고려한 기술을 지원하며, 최종 개발되는 BIPV SU 모듈 일체형 부재에 대한 전기적 및 건축적 성능확보 등을 통하여, 건물의 외벽에 적용하는데 있어 한층 더 업그레이드된 BIPV 시스템 적용을 위한 종합적 설계 및 시공 기술을 제시함으로써, BIPV시스템 설치 확대를 위한 또 다른 기술적 가이드를 제시함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 결합구조를 단순하게 개선함으로써 건물 외벽의 조립이 더욱 용이한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 제공함에 그 구체적인 목적이 있다.
본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트(BIPV SU; Building integrated photovoltaic string unit) 모듈은 상측에는 걸림고리가 형성되고 전면에 태양광 발전을 위한 복수의 피브이(PV; photovoltaic) 모듈이 결합된 상판과; 상기 상판의 하측에 내측으로 기울어져 형성되되, 하측에는 걸림구가 형성된 하판으로 구성된 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 적용한 건물 외벽은 태양광 발전(PV : Photovoltaic)을 건축물의 외피 마감 재료로 대체하여 건자재 일체형 태 양광 발전(BIPV : Building Integrated PV) 시스템의 기술적 가이드로 제안함으로써, 건물의 외피를 구성하는 요소로 통합된 태양광 발전 시스템을 전력 생산이라는 본래의 기능에, 건물의 외피 재료로서의 새로운 기능을 추가함으로서 PV 시스템의 설치에 드는 비용을 절감하는 이중 효과를 기대할 수 있다. 또한, 기존의 PV 시스템과 같이 설치공간을 위한 별도의 부지확보가 필요 없기 때문에 더욱 경제성 측면에서 유리한 기술이다. 태양전지모듈을 건축에 일체화하여 적용할 수 있는 건물 구성 요소는 커튼월, 천창, 차양, PV 지붕 타일, 투명 PV 창호 등 매우 다양하며, 그 특성에 따라 자연채광이나 차양에도 이용 가능하여 건물의 전체적인 에너지성능 및 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)은 하측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림고리(111)의 일측이 상측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림구(121)의 내측에 삽입되어 고정되는 방식으로 연결되어 건물의 외벽을 형성하게 되는데, 제작시 설치 지역의 경사각을 설정하여 제작하므로, 설치·시공이 용이하고 공사시기를 대폭적으로 단축시킬 수 있기 때문에 경제적 절감효과가 뛰어나며, 외측으로 돌출되는 부위가 크지 않으므로 보다 심플한 건물 외관을 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 1을 이루는 각 구성요소를 분리하여 도시한 적층 구조도이고, 도 6은 도 5의 알루미늄 플레이트의 부분 단면도이고, 도 7은 도 4의 부분 확대도이고, 도 8은 도 4의 유니트가 상하로 결합되는 상태를 나타낸 사용상태도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시례로서, 도 4의 유니트가 복수개 결합되어 건물의 외벽에 설치되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈이 설치된 건물의 측단면도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시례로서, 비아이피브이 멀티 스트링 유니트 모듈를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
일반적으로 태양 복사량은 위도에 따라 변화하며, 최대 획득량은 시스템의 설치위치 즉, 경사각 및방위각에 의해 결정되므로, BIPV에서는 건축적 설계요소를 고려해야 한다. 가장 바람직한 방위는 정남향이며 수평면으로부터 경사각은 그 지역의 위도에 의해 결정된다. 이때, 태양 복사량은 연중 일수에 의해서도 변화되는데 태양고도가 낮은 동절기의 경우 수평면보다는 수직 파사드에 설치된 시스템이 보다 많은 획득량을 기대할 수 있다. 최대 효율을 위한 시스템의 설치위치 결정을 위해서는 국내 지역별 방위 및 경사각에 대한 연중 적산일사 획득량에 대한 상대적 성능비교 데이터의 수립이 필요하다.
또한, 인접건물에 의한 음영은 우선적으로 배제해야 할 설계 요소로, 저층 주거 건물만 배치된 경우는 비교적 손쉽게 해결될 수 있는 반면, 고층 건물내에 위치하는 시스템의 경우 음영문제가 큰 영향을 미치게 된다. 건물의 배치밀도 또한 큰 영향을 미치는 요소로서, 도심지와 같이 건물간의 거리가 조밀한 경우 연중 상당기간동안 음영에 의한 영향을 받게 된다. 설치 위치와 관련해서는 지붕과 같은 수평면보다는 파사드와 같은 수직면이 음영에 의한 영향을 크게 받음으로 보다 큰 인동간격이 필요하다.
본 발명에 적용되는 건물의 외피를 구성하는 요소로 통합된 PV 시스템은 전력생산이라는 본래의 기능에다 건물의 외피 재료로서의 새로운 기능을 추가함으로서 PV 시스템의 설치에 드는 비용을 절감하는 이중 효과를 기대할 수 있다. 태양전지모듈을 건축에 일체화하여 적용할 수 있는 건물 구성 요소는 커튼월, 천창, 차양, PV 지붕 타입, 투명 PV 창호 등 매우 다양하며, 그 특성에 따라 자연채광이나 차양에도 이용 가능하여 건물의 전체적인 에너지성능 및 쾌적성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 적용되는 비아피브이(BIPV;Building integrated photovoltaic) 스트링 유니트 모듈(string unit module)은 일반 피브이 모듈(PV module)과 달리 건물이라는 특수한 조건과 결합되어야 하기 때문에 PV module에서는 포함되지 않았던 수많은 고려 변수가 추가된다. 일반 PV module에서와 같이 발 전성능의 극대화만이 설계의 최종목표가 될 수 없으며, 많은 건축 계획적 요소를 포함하여 계획 전 과정에 걸쳐 종합적인 통합 설계안이 체계적으로 도출되어야 한다. 따라서, 빌딩 엔지니어를 포함한 전기 및 PV 전문가, 시공기술자들이 건축설계자와 유기적인 관계를 유지하며 계획 초기단계부터 설계과정에 참여하여야 한다. 특히, BIPV는 건물의 이미지를 결정하는 의장적 요소가 매우 큰 비중을 차지하기 때문에 건축 설계자의 역할이 매우 중요하다. 따라서 효과적 결과물을 도출하기 위해서는 건축가 스스로가 BIPV에 대한 물리적 기초지식 및 통합설계에 대한 이해를 일정수준 습득할 필요성이 있다.
상기 BIPV 모듈은 건물의 외벽용으로 설치하기 위한 것이므로, 국내 건축 외장재의 생산 규격 현황 조사를 통해 건물의 외피소재로 가장 일반적으로 적용될 수 있는 치수를 도출하여 건축 설계 할 때부터 반영하여 건물의 시각적인 이미지 효과를 고려하여 적절한 모듈 규격을 설정할 필요성이 있다.
즉, 국내에서 생산되어 시공되는 외장용 패널은 크게 샌드위치패널, 압출성형 콘크리트 패널(베이스패널), 발포 폴리스틸렌 경량콘크리트, 압출성형 시멘트패널, 압출성형 경량콘크리트 패널, 알루미늄 복합패널 등의 6가지로 구분이 되고, 이들의 생산치수는 KS의 규정에 따라 생산되는 것도 있지만 대부분의 경우 패널의 부속으로 사용되는 건축자재의 치수규정에 의해 생산이 되고 있다.
이를 감안하여 본원 발명에서는 건축 현장에서 사용하는 건축패널의 크기를 실측한 바, 600*450mm, 600*600mm, 600*900mm, 600*1200mm, 600*1500mm, 900*1200mm, 900*1500 등이 가장 일반적 규격으로 조사되었고, 외벽 마감재질인 알루미늄 복합 패널의 설치위치 및 규격을 종합적으로 검토하여 태양전지 모듈 크기를 900*1200mm로 기본 모듈의 모델로 설계하였다.
이때, BIPV 모듈을 건물 외벽에 부착하기 위해서 일반 모듈로서는 부착이 불가능하기 때문에 간편하면서 유지 보수를 고려하여 설계되어야 하며, 방수 및 소음차단처리에 각별히 주의하여 설계 되어야 한다.
이를 위해, 본원 발명에서는 도 4에서 도시한 바와 같이, 건물 외벽을 정형화된 하나의 유니트(unit)로 제작한 일 실시례로서, 비아피브이 스트링 유니트 모듈 (BIPV string unit module)(100)을 제안한다.
상기 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)은 상측에는 걸림고리(111)가 형성되고 전면에 태양광 발전을 위한 복수의 피브이(PV; photovoltaic) 모듈(10)이 결합된 상판(110)과; 상기 상판(110)의 하측에 내측으로 기울어져 형성되되, 하측에는 걸림구(121)가 형성된 하판(120)을 기본 구성요소로 한다.
상기 피브이 모듈(10)은 상판(110)의 전면에 접착 결합되되, 도 5에 도시된 바와 같이 광촉매코팅된 커버유리(Cover glass & photocatalyst Coating)(11), 1차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(12), 솔라셀(Solar cell)(13), 2차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(14)가 순차적으로 적층되며, 상기 2차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(14)와 상판(110) 사이에는 다시 흡음을 위한 PVF(Polyvinyl fluoride)(15)와 3차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(16)가 상판(110)의 상측에 순차적으로 적층 형성된다.
이때, 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)은 건물 외벽에 설치시 피브이 모듈(10)의 온도 상승으로 인한 효율의 감소를 충분히 고려하여 환기 문제 등에 신경을 써야 되며, 상기 상판(10)과 하판(20)은 중량을 최소화하고 부식을 방지함과 동시에, 건물과 밀착된 공간에서의 열을 최대한 방열함으로서 태양전지 모듈의 전기적 특성이 감소되는 것을 최소화하기 위해 알루미늄판(Al plate)(17)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄 플레이트(17)는 도 6에 도시된 바와 같이, 전면과 후면 사이에 중간 패널이 삽입되는 3중 구조를 이루되, 상기 중간패널은 고온에서 열팽창에 의해 휘어지는 것을 방지하기 위해 사선 방향으로 파상형이 반복 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 알루미늄 플레이트(17)의 외측에는 내산, 내습성 및 내후성의 강화를 위해 고분자 공업용 불소수지도료(PVDF; Polyvinylidene Fluoride)가 10∼ 30 ㎛ 의 두께로 코팅된다.
한편, 본 발명의 일 실시례로서 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 상판(110)의 걸림고리(111)는 '
' 형상으로 이루어지고, 상기 하판(120)의 걸림구(121)는 '
' 형상을 이루게 되어 상기 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)은 각각이 서브 모듈을 이루게 되며, 이와 같은 복수의 서브 모듈이 결합되어 하나의 외벽을 이룰 수 있게 된다. 이로 인해, 특정 모듈이 손상 되었을시 손상된 모듈만 떼어내어 수리가 가능하여 교체비용이 싸고, 운용이 쉬운 장점을 가지고 있다.
이때, 상기 상판의 기울기(θ)는 태양광을 최대한 수집할 수 있도록 20°~ 40°로 형성하는 것이 바람직한데, 가장 바람직하게는 30°~ 33°로 형성한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 비아이피브이 스트링 유니트 모듈은 도 8에 도시된 바와 같이, 하측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림고리(111)의 일측이 상측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림구(121)의 내측에 삽입되어 고정되는 방식으로 연결되어 건물의 외벽을 형성하게 된다. 물론, 상기 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100) 자체는 건물의 수직프레임(2)(3) 또는 지지프레임에 나사 또는 볼트 등의 고정부재에 의해 안정적으로 설치된다.
즉, 걸림고리(111)와 걸림구(121)를 서로 연결되는 방식으로 결합시킴으로써 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 상판(110)과 하판(120)은 상측에서 하측 방향으로 복수가 교차 배열되어, 상판(110)의 전면에 결합된 복수의 피브이 모듈(10)이 상·하·좌·우로 복수의 행열을 이루게 되며, 상하로 수직프레임(2)(3)에 고정 설치되어 건물의 외벽을 간단하게 형성할 수 있다.
이때, 걸림고리(111)와 걸림구(121)의 형상과 크기는 설치환경에 따라 제작단계에서 임의로 조절되며, 측면에서의 슬라이딩에 의한 결합 방식 또는 정면에서 의 삽입 결합 방식 등을 선택적으로 사용할 수 있다.
한편, 상기 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)에 설치된 각 피브이 모듈(10) 간의 전기적 결선은 직렬 결선방식으로 구성되며, 그림자 영향에 의한 발전 성능 저하를 최소화하기 위해 바이패스 다이오드(bypass diode)를 삽입하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기와 같은 비아이피브이 스트링 유니트 모듈은 도 10에 도시된 형태로 건물의 외벽을 형성하게 된다. 이와 같은 방식은 제작시 설치 지역의 경사각을 설정하여 제작하믈, 설치·시공이 용이하고 공사시기를 대폭적으로 단축시킬 수 있기 때문에 경제적 파급효과가 상당하며, 종래의 방식인 도 3과 비교할 때 외측으로 돌출되는 부위가 크지 않으므로 보다 심플한 건물 외관을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명은 복수의 피브이 모듈(10)이 단수의 열을 이루는 비아이피브이 싱글 스트링 유니트 모듈(100), 또는 복수의 피브이 모듈(10)이 복수의 열을 이루는 비아이피브이 멀티 스트링 유니트 모듈(130) 중 어느 하나를 형성할 수 있으므로, 사용목적 및 설치환경에 따라 자유롭게 선택가능하며, 각각 유니트 모듈(110)(130)이 조립되는 방식에 따라 건물 외벽의 크기와 형상을 자유롭게 변형하여 형성할 수도 있다.
본원 출원인은 본원 발명에서 제안된 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(100)에서 나타나는 효율성을 검증하기 위해 성능 인증 시험기관(KIER, KTL)에서 사용되어지고 있는 동일한 시험계기(Sun Simulator Ⅲ v4.11)을 이용하여 테스트하였다.
먼저 아래의 [표 1]은 28Wp급 일반 모듈(GM; General Module)과, 본원 발명의 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(BIPV SU module)(100)의 전기적 성능 출력 데이터를 보여주고 있는데, 위 표에 나타난 바와 같이, 본원 발명이 훨씬 우월한 결과치를 나타내고 있다. 더욱이 이는 성능 시험시 윗 장을 덧댄 후 아래 장만을 테스트한 결과로서, 만약 현장 설치시 방열효과에 의한 발전 성능 향상까지 고려한다면 보다 높은 출력 효율을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
[ 표 1]
[비교그래프 1]은 위 표의 결과를 간단하게 비교한 것으로서, 종래 일반 모델은 28.10Wp, 본원 발명은 28.47Wp로 출력됨을 확인할 수 있다.
[비교그래프 1]
또한, 아래의 [표 2] 및 [비교그래프 2]는 170Wp급 일반 모델과 본원 발명의 비아이피브이 멀티 스트링 유니트 모듈(SSUM)(130)의 전기적 성능 출력 데이터를 보여주고 있다. 이 경우에도 약 2.44Wp 정도 높게 출력됨을 확인할 수 있다.
[ 표 2]
[비교그래프 2]
본원 발명이 적용된 건물일체형 PV 시스템은 전기적 측면에서는 전력생산이라는 고유의 기능뿐만 아니라 건축적 측면에서는 외벽, 지붕, 파사드, 창호 등에 부착되는 건물의 마감 재료로 보다 다양하게 적용될 수 있어 새로운 시장의 잠재수요를 창출할 수 있을 것으로 예상되며, 본원 발명의 BIPV SU는 BIPV 태양광발전 시스템에 대한 인식을 확산 시킬 수 있는 기반을 마련하고, 건축 전문가의 참여를 유 도와 전문 고급인력 양성으로 내수시장 창출 기대할 수 있을 것으로 보며, 새로운 전력사업용 비즈니스 모델을 제시하여 BIPV시스템의 대량 보급을 활성화 하고, 내수시장 확보를 기반으로 수출시장 창출할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
도 1은 종래의 PV 시스템에서 건물의 지붕 위 설치방식을 개념적으로 도시한 모식도,
도 2는 종래의 PV 시스템에서 건물의 외벽 이용방식을 개념적으로 도시한 모식도,
도 3은 종래의 피브이 모듈이 설치된 건물의 측단면도,
도 4는 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 5는 도 1을 이루는 각 구성요소를 분리하여 도시한 적층 구조도,
도 6은 도 5의 알루미늄 플레이트의 부분 단면도,
도 7은 도 4의 부분 확대도,
도 8은 도 4의 유니트가 상하로 결합되는 상태를 나타낸 사용상태도,
도 9는 본 발명의 일 실시례로서, 도 4의 유니트가 복수개 결합되어 건물의 외벽에 설치되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도,
도 10은 본 발명에 의한 비아이피브이 스트링 유니트 모듈이 설치된 건물의 측단면도,
도 11은 본 발명의 다른 실시례로서, 비아이피브이 멀티 스트링 유니트 모듈를 개략적으로 나타낸 사시도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 건물 2, 3 : 수직프레임
10 : 피브이(PV; photovoltaic) 모듈
11 : 광촉매코팅된 커버유리(Cover glass & photocatalyst Coating)
12, 14, 16 : 1차, 2차, 3차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)
13 : 솔라셀(Solar cell), 15 : PVF(Polyvinyl fluoride)
17 : 알루미늄 플레이트 (Al palte)
100: 비아이피브이 스트링 유니트 모듈(BIPV String Unit Module)
110: 상판 111: 걸림고리
120: 하판 121: 걸림구
130: 비아이피브이 멀티스트링유니트 모듈(BIPV Multi String Unit Module)
θ : 상판의 기울기
Claims (9)
- 상측에는 걸림고리(111)가 형성되고 전면에 태양광 발전을 위한 복수의 피브이(PV; photovoltaic) 모듈(10)이 결합된 상판(110)과, 상기 상판(110)의 하측에 내측으로 기울어져 형성되고 하측에는 걸림구(121)가 형성된 하판(120)으로 구성되되,상기 상판(110) 및 하판(120)은 중량을 최소화하고 부식을 방지함과 동시에, 건물과 밀착된 공간에서의 열을 최대한 방열함으로서 태양전지 모듈의 전기적 특성이 감소되는 것을 최소화하기 위해 전면과 후면 사이에 중간 패널이 삽입되는 3중 구조의 알루미늄 플레이트(Al plate)(17)로 형성되고,상기 중간패널은 고온에서 열팽창에 의해 휘어지는 것을 방지하기 위해 사선 방향으로 파상형이 반복 형성되는 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 알루미늄 플레이트(17)의 외측에는 내산, 내습성 및 내후성의 강화를 위해 고분자 공업용 불소수지도료(PVDF; Polyvinylidene Fluoride)가 10∼ 30 ㎛ 의 두께로 코팅된 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 피브이 모듈(10)은 상판(110)의 전면에 접착 결합되되,광촉매코팅된 커버유리(Cover glass & photocatalyst Coating)(11), 1차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(12), 솔라셀(Solar cell)(13), 2차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(14)가 순차적으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 3항에 있어서,상기 2차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(14)와 상판(110) 사이에는 흡음을 위한 PVF(Polyvinyl fluoride)(15)와 3차 EVA (Ethyl Vinyl Acetate)(16)가 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 상판(110)과 하판(120)은 상측에서 하측 방향으로 복수가 교차 배열되어, 상판(110)의 전면에 결합된 복수의 피브이 모듈(10)이 상·하·좌·우로 복수의 행열을 이루는 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 상판(110)의 기울기(θ)는 20°~ 40°인 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
- 제 1항에 있어서,상기 걸림고리(111)는 '' 형상으로 이루어지고, 상기 걸림구(121)는 '
' 형상을 이루게 되며, 하측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림고리(111)의 일측이 상측 비아이피브이 스트링 유니트 모듈의 걸림구(121)의 내측에 삽입되는 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 비아이피브이 스트링 유니트 모듈.
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