KR101111182B1 - 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명의 폴리우레탄 재질로 이루어져 건물의 외벽을 구성하는 유리벽을 대신하여 사용이 가능하고, 건물로 투사되는 태양광을 이용하여 태양광 발전을 할 수 있는 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다수의 태양전지셀 및 상기 다수의 태양전지셀이 내부에 위치하며, 폴리우레탄 재질로 이루어지는 투명한 판 형태의 플레이트를 포함하여 구성되며, 원하는 크기의 금형을 준비하는 금형 준비 단계, 금형에 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제1차 폴리우레탄 주입 단계, 주입된 폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제1차 경화 단계, 경화로에서 금형을 인출하여 상온에서 냉각시키는 제1차 냉각 단계, 냉각 응고된 폴리우레탄층의 상부 중 태양전지셀이 위치할 지점에 2차로 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제2차 폴리우레탄 주입 단계, 2차로 주입된 폴리우레탄액의 상부에 다수의 태양전지셀을 좌우 간격에 맞추어 안착시키는 태양전지셀 투입 단계, 폴리우레탄액의 상부에 안착된 다수의 태양전지셀을 가압 플레이트를 사용하여 공압장치로 가압하는 태양전지셀 가압 단계, 태앙전지셀과 폴리우레탄액의 상부에 3차로 폴리우레탄액을 주입하는 제3차 폴리우레탄 주입 단계, 3차로 폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제2차 경화 단계, 냉각팬을 가동하여 냉각을 수행하는 제2차 냉각 단계 및 금형에서 완성된 제품을 분리하는 완성 제품 분리 단계를 거쳐서 제작됨을 특징으로 한다.

Description

건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법{BULIDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC MODULE AND MANUFACTURING METHOD OF IT}

본 발명은 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물 외벽을 태양전지가 내재(內在)된 폴리우레탄 재질의 투명 외벽으로 구성함으로써 건물 외부로의 시야를 확보함과 함께 태양광 발전을 수행할 수 있도록 한 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근래에 석탄이나 석유와 같은 화석에너지와는 달리 환경오염이 없는 청정에너지에 대한 사회적 요구가 점차 증대되고 있으며, 그 중에서도 태양광 에너지를 활용하는 기술에 대한 관심이 날로 증가하고 있다.

이러한 추세에 따라 태양광 에너지를 활용하는 기술에 대한 연구개발이 활성화되고 있고 그 적용분야도 다양화되고 있는데, 특히 건축분야에서의 태양광 에너지의 활용이 두드러지게 나타나고 있다.

이와 같은 태양광 에너지를 건축분야에 활용한 기술의 구체적인 예로서, 대한민국 등록특허공보 제10-1023167호(2011.3.18.공고)에 게재된 발명이 있는데, 이 발명은 건물의 창호 등에 태양전지를 설치하여 태양광 발전을 함으로써 태양광을 활용하는 기술에 관한 것이다.

이 종래기술은 건물에 입사되는 태양광을 적극적으로 활용하여 에너지를 생산할 수 있는 장점이 있는 반면에, 유리와 유리사이에 태양전지를 배치함으로써 중량이 많이 나가게 되고, 제작과정이 복잡하며, 충격에 약하며, 대형으로 제작하는 데는 많은 어려움이 있는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1023167호(2011.3.18.공고)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 투명의 폴리우레탄 재질로 이루어져 건물의 외벽을 구성하는 강화유리벽 대체용으로 사용이 가능하며, 건물로 투사되는 태양광을 이용하여 태양광 발전을 행할 수 있도록 한 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 경량(輕量)이고, 외부의 충격에 강하며, 대형으로의 제작이 용이한 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 표면의 불균일, 내부의 기포 발생과 같은 문제점을 해결하여 뛰어난 표면조도(表面粗度)를 가지며 결함이 없어서 상품성이 우수한 건물 일체형 태양광 발전 모듈을 얻을 수 있는 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 제작시 별도의 이형제를 사용하지 않으면서도 금형과 제품의 분리가 쉽도록 하여 제작이 용이하도록 한 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 건물 일체형 태양광 발전 모듈은,

다수의 태양전지셀 및

상기 다수의 태양전지셀이 내부에 위치하며, 폴리우레탄 재질로 이루어지는 투명한 판 형태의 플레이트를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법에 관한 것으로서,

원하는 크기의 금형을 준비하는 금형 준비 단계,

금형에 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제1차 폴리우레탄 주입 단계,

폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제1차 경화 단계,

경화로에서 금형을 인출하여 상온에서 냉각시키는 제1차 냉각 단계,

냉각 응고된 폴리우레탄층의 상부 중 태양전지셀이 위치할 지점에 2차로 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제2차 폴리우레탄 주입 단계,

2차로 주입된 폴리우레탄액의 상부에 다수의 태양전지셀을 좌우 간격에 맞추어 안착시키는 태양전지셀 투입 단계,

폴리우레탄액의 상부에 안착된 다수의 태양전지셀을 가압 플레이트를 사용하여 공압장치로 가압하는 태양전지셀 가압 단계,

태앙전지셀과 폴리우레탄액의 상부에 3차로 폴리우레탄액을 주입하는 제3차 폴리우레탄 주입 단계,

3차로 폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제2차 경화 단계,

냉각팬을 가동하여 냉각을 수행하는 제2차 냉각 단계 및

금형에서 완성된 제품을 분리하는 완성 제품 분리 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 태양전지셀 가압 단계와 제3차 폴리우레탄 주입 단계 사이에는,

가압에 의해 태양전지셀 주위로 밀려나는 폴리우레탄액과 태양전지셀을 열풍기를 이용하여 가열함으로써 태양전지셀 주위 폴리우레탄에 형성된 기포를 외부로 이동 배출시켜 제거하는 기포 제거 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 금형 준비 단계와 제1차 폴리우레탄 주입 단계 사이에는,

금형의 내면에 테프론 시트를 부착하는 테프론 시트 부착단계가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 금형 준비 단계와 제1차 폴리우레탄 주입 단계 사이에는,

금형을 예열하는 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 금형은 스테인리스강을 이용하여 제작된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 건물 일체형 태양광 발전 모듈 및 그 제조방법은,

첫째, 투명의 폴리우레탄 재질로 이루어져 건물의 외벽을 구성하는 유리벽을 대신하여 사용이 가능하고, 건물로 투사되는 태양광을 이용하여 태양광 발전을 할 수 있으며,

경량이고, 외부의 충격에 강하며, 대형으로의 제작이 용이하며,

표면의 불균일, 내부의 기포 발생과 같은 문제점을 해결하여 뛰어난 표면조도(表面粗度)를 가지며 결함이 없어서 상품성이 우수하며,

제작시 별도의 이형제를 사용하지 않으면서도 금형과 제품의 분리가 쉽도록 하여 제작이 용이한 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 구조를 간략히 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 구조를 간략히 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제작과정을 간략히 도시한 간략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법을 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈(Building integrated photovoltaic module)은 근래에 건물의 외벽을 구성하는 강화유리벽을 대체할 수 있는 수단으로서, 종래의 강화유리벽에 비해 경량이고 제작이 쉬우며 충격에 의한 크랙 발생과 같은 강화유리 재질의 단점을 보완함과 동시에 태양광 발전을 통해 전기 에너지를 자체 생산하도록 구성된 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 구조를 간략히 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 구조를 간략히 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈은 폴리우레탄 재질로 이루어진 투명한 판 형태의 플레이트(1)로서, 그 내부에는 다수의 태양전지셀(2)이 일정 간격을 유지한 상태로 배치된다.

여기서, 태양전지셀(2)은 투입되는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 별도로 마련되어 전기적으로 연결되는 정션박스(미도시)를 통해 충전지에 저장되거나 전기장치의 구동에 이용되게 된다.

이하, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제작과정을 간략히 도시한 간략도이며, 도 4는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법에서는, 먼저 원하는 크기의 금형(3)을 준비하는 금형 준비 단계(S1)를 거치게 된다.

여기서, 준비되는 금형(3)은 스테인리스강(Stainless steel)을 이용하여 제작된 것이 사용됨이 바람직하며, 이는 표면조도가 우수한 건물 일체형 태양광 발전 모듈을 얻을 수 있기 때문이다.

금형(3)이 준비되면, 금형 예열 단계(S2)를 거치게 되는데, 이 단계에서는 금형(3)의 온도가 60℃가 될 정도로 예열을 하게 된다.

금형틀 표면에는 외기(外氣)로부터 유입된 수분이 존재하고, 이 수분은 폴리우레탄 도포시 금형틀 표면에 기포를 발생시키므로 이와 같은 수분에 의한 기포 발생을 방지하기 위해 금형 예열 단계(S2)를 구비하게 되는데, 60℃ 미만인 경우에는 충분한 기포의 제거가 어렵고, 60℃를 초과하는 경우에는 폴리우레탄의 고른 확산 이전에 부분적 경화가 생겨 제품의 불량이 발생되는 문제점이 있으므로 60℃로 금형을 예열함이 바람직하다.

상기 금형 예열 단계의 이전 또는 이후에는 제품 완성시에 분리를 용이하게 하기 위하여 이형제를 도포하는 이형제 도포 단계가 구비될 수 있다.

이후, 금형(3)에 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제1차 폴리우레탄 주입 단계(S3)를 거치게 되는데, 이 단계에서는 폴리우레탄액을 대략 두께가 2mm가 되도록 금형(3)에 주입함이 바람직하다(도 3의 a 참고).

주입이 완료되면, 폴리우레탄액이 주입된 금형(3)을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제1차 경화 단계(S4)를 거치게 되며, 이때 경화로의 내부온도는 110℃를 유지하며, 30분간 경화작업을 수행하게 된다.

이후, 경화로에서 금형(3)을 인출하여 상온에서 냉각시키는 제1차 냉각 단계(S5)를 거치게 되는데, 폴리우레탄층의 상부 온도가 60℃가 되도록 상온에서 대략 30분간 자연냉각을 수행하게 된다.

이후, 냉각 응고된 폴리우레탄층의 상부 중 태양전지셀(2)이 위치할 지점에 2차로 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제2차 폴리우레탄 주입 단계(S6)를 거치게 되며, 이 단계에서는 제1차로 주입되어 경화된 폴리우레탄층에 태양전지셀(2)을 고정 안착시키기 위한 접착제층을 형성하도록 하기 위해 폴리우레탄액을 주입하게 되는 것이다(도 3의 b 참고).

이후, 2차로 주입된 폴리우레탄액의 상부에 다수의 태양전지셀(2)을 좌우 간격에 맞추어 안착시키는 태양전지셀 투입 단계(S7)를 거치게 되며, 원하는 수와 크기에 따라 다수의 태양전지셀(2)을 2차로 주입된 폴리우레탄층 위에 투입하게 된다(도 3의 c 참고).

이후, 폴리우레탄액의 상부에 안착된 다수의 태양전지셀(2)을 가압 플레이트(4)를 사용하여 공압장치로 가압하는 태양전지셀 가압 단계(S8)를 거치게 된다(도 3의 d 참고).

여기서, 가압 플레이트(4)는 다수의 태양전지셀(2)을 고른 압력으로 가압할 수 있도록 구성되며, 태양전지셀(2)이 가압되면, 태양전지셀(2)의 하부에 있던 경화되지 않은 폴리우레탄액은 태양전지셀(2)의 하면을 따라 태양전지셀(2) 측부로 유동하게 된다.

이와 같이 주입, 가압 및 폴리우레탄의 유동과정에서는 다량의 기포가 발생하게 되는데, 이 기포는 제품완성시에 미관상 좋지 않을 뿐만 아니라 외기의 온도에 따라 반복적으로 수축 및 팽창을 함으로써 크랙 발생의 원인이 되고 있다.

이와 같은 기포를 제거하기 위해, 상기 태양전지셀 가압 단계(S8) 이후에는, 가압에 의해 태양전지셀(2) 주위로 밀려나는 폴리우레탄액과 태양전지셀(2)을 열풍기(5)를 이용하여 가열함으로써 태양전지셀(2) 주위 폴리우레탄에 형성된 기포를 외부로 이동 배출시켜 제거하는 기포 제거 단계(S9)를 거치게 된다(도 3의 e 참고).

이 단계에서는 기포의 발생 위치와 수를 고려하여 기포 제거작업이 필요한 부분에만 국부적으로 열풍기(5)로 가열하도록 함이 바람직하다.

이후, 태앙전지셀과 폴리우레탄액의 상부에 3차로 폴리우레탄액을 주입하는 제3차 폴리우레탄 주입 단계(S10)를 거치게 되는데, 3차로 형성되는 폴리우레탄층은 실제 종래기술의 강화유리를 대체하는 부분으로 두께를 4mm 정도로 함이 바람직하다(도 3의 f 참고).

이후, 3차로 폴리우레탄액이 주입된 금형(3)을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키는 제2차 경화 단계(S11)를 거치게 되며, 이 제2차 경화 단계에서는 제1차 경화 단계와 마찬가지로 경화로에서 110℃를 유지한 채로 30분간 경화작업을 수행하게 된다.

이후, 냉각팬을 가동하여 냉각을 수행하는 제2차 냉각 단계(S12)와 금형(3)에서 완성된 제품을 분리하는 완성 제품 분리 단계(S13)를 거침으로써 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈은 완성되게 된다.

그리고 상기한 실시예의 응용례로서, 본 발명에서는 금형 준비 단계(S1)와 제1차 폴리우레탄 주입 단계(S3) 사이에 이형제를 도포하는 대신에 금형(3)의 내면에 테프론 시트를 부착하는 테프론 시트 부착단계를 구비할 수 있는데, 이 테프론 시트를 금형(3) 내부 표면에 부착함으로써 본 발명에 따른 건물 일체형 태양광 발전 모듈 하면(건물에 설치시 내측면에 해당됨)의 표면조도를 높일 수 있고, 특히 별도의 이형제를 사용하지 않더라도 금형(3)과 제품의 분리를 용이하게 할 수 있으므로 제품 제작시 매번 이형제를 도포하는 작업을 수행할 필요가 없어 공정이 단순해지는 효과도 가지게 되는 것이다.

1: 플레이트 2: 태양전지셀
3: 금형 4: 가압 플레이트
5: 열풍기

Claims (6)

1. 원하는 크기의 금형을 준비하는 금형 준비 단계,
   금형에 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제1차 폴리우레탄 주입 단계,
   폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키되, 경화로의 내부온도는 110℃를 유지하며, 30분간 경화작업을 수행하는 제1차 경화 단계,
   경화로에서 금형을 인출하여 상온에서 냉각시키는 제1차 냉각 단계,
   냉각 응고된 폴리우레탄층의 상부 중 태양전지셀이 위치할 지점에 2차로 투명의 폴리우레탄액을 주입하는 제2차 폴리우레탄 주입 단계,
   2차로 주입된 폴리우레탄액의 상부에 다수의 태양전지셀을 좌우 간격에 맞추어 안착시키는 태양전지셀 투입 단계,
   폴리우레탄액의 상부에 안착된 다수의 태양전지셀을 가압 플레이트를 사용하여 공압장치로 가압하는 태양전지셀 가압 단계,
   가압에 의해 태양전지셀 주위로 밀려나는 폴리우레탄액과 태양전지셀을 열풍기를 이용하여 가열함으로써 태양전지셀 주위 폴리우레탄에 형성된 기포를 외부로 이동 배출시켜 제거하는 기포 제거 단계,
   태앙전지셀과 폴리우레탄액의 상부에 3차로 폴리우레탄액을 주입하는 제3차 폴리우레탄 주입 단계,
   3차로 폴리우레탄액이 주입된 금형을 경화로에 투입하여 폴리우레탄액을 경화시키되, 경화로의 내부온도는 110℃를 유지하며, 30분간 경화작업을 수행하는 제2차 경화 단계,
   냉각팬을 가동하여 냉각을 수행하는 제2차 냉각 단계 및
   금형에서 완성된 제품을 분리하는 완성 제품 분리 단계를 포함하여 이루어지되;
   금형 준비 단계와 제1차 폴리우레탄 주입 단계 사이에는,
   금형의 내면에 테프론 시트를 부착하는 테프론 시트 부착단계 및
   금형의 온도가 60℃가 되도록 금형을 예열하는 단계가 더 구비되며;
   상기 금형은 스테인리스강을 이용하여 제작된 것을 특징으로 하는
   건물 일체형 태양광 발전 모듈의 제조방법
   
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