KR101123686B1 - 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호 - Google Patents

건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 태양전지패널과 이를 지지하는 지지 프레임을 커넥터 연결 방식으로 탈부착이 가능하게 구성함으로써 전선에 의해 지지프레임과 태양전지패널간 이격공간이 발생되는 것을 미연에 방지하여 방수성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외관이 미려한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호에 관한 것으로서, 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되게 사각틀 형상으로 수납홈을 갖고 개구되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 수납홈에 안착되어 고정되는 태양전지패널과, 상기 지지 프레임의 표면에 소정깊이로 구성되는 커넥터 체결홈과, 상기 커넥터 체결홈에 삽입되게 상기 태양전지패널의 배면에 일정 높이로 돌출되어 구성되어 커넥터 체결부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호{solar cell window of BIPV system}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 외관이 미려하고 전선의 손상을 방지하고 방수성 및 내구성을 향상시키도록 한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호에 관한 것이다.
최근 태양에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전설비의 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.
이러한 태양광발전 시스템은 다른 대체에너지 활용 기술과 달리 시스템 구성이 간단하여 최근 건축분야에 응용하려는 노력이 활발히 시도되고 있으며, 이를 건물일체형 태양광발전 시스템(BIPV; Building Integrated PV)이라 한다.
가장 대표적인 것이 기존의 건축자재와 태양전지를 결합시켜 건축재료와 발전 기능을 동시에 발휘하는 것이다. 건물일체형 태양광발전 즉, BIPV는 PV 모듈을 건축자재화하여 건물 외피에 적용하고 있다.
이러한 건물 일체화 기술은 기존의 건축물 외피를 단순히 외적 자극의 보호의 개념의 관점에서 탈피하여 에너지 창출의 도구로 활용하기 위한 보다 적극적인 기술로서, 태양전지 수급의 일익을 담당할 수 있어 기존의 태양전지 시스템 설치에 소요되는 비용을 절감하는 이중효과를 기대할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
종래 기술에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 전면에 다수의 태양전지 셀(21)이 부착된 태양전지패널(20)과, 상기 태양전지패널(20)의 일측에 설치되고 태양전지 셀(21)과 전기적으로 연결되며 전력공급대상물에 전선으로 연결되는 단자함(30) 및 상기 태양전지패널(20)의 외측단부를 포함하는 지지프레임(40)을 포함하여 구성된다.
이러한 종래 기술에 의한 태양전지창호(10)는 태양전지 셀(21)에 집광된 태양광에너지가 전기에너지가 전기에너지로 변환되고, 변환된 전기에너지는 단자함(30)을 통해 외부에 구비된 전력공급대상물로 인가된다.
그러나 상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호는 다음과 같은 문제점이 있었다.
첫째, 단자함 일측에 연결된 전선(W)을 전력공급대상물에 연결하기 위해 지지프레임의 내측으로 삽입하는데, 전선(W)을 지지프레임의 내측으로 삽입하기 위해 지지프레임의 삽입홀(41)을 형성하여 전선을 삽입함으로써 삽입홀(41)로 습기 및 이물질이 유입되어 지지프레임(40)의 부식을 촉진할 뿐 아니라 습기 및 이물질에 의해 전선이 손상된다.
둘째, 단자함(30)에 연결된 전선이 삽입홀(41)까지 삽입되기까지 전선부분 및 삽입홀(41)에 삽입되기 위해 절곡되는 전선부분에 의해 지지프레임(40)과 태양전지패널(20)간 이격공간이 발생되고, 발생된 이격공간을 통해 습기 및 이물질이 태양전지패널(20) 내부로 유입되어 태양전지패널(20)의 오작동을 유발하거나 태양전지패널(20)의 구성이 손상되어 태양전지패널(20)의 수명이 저하될 뿐 아니라 외부로 노출된 전선에 의해 외관의 미려함이 사라진다.
셋째, 1개 모듈의 고장시 진단 및 이의 보수도 어렵다. 즉, 초고층 건물외피의 최대수명 100년 대비 생산되는 모든 PV의 수명은 20~30년으로 PV교체시기가 매우 빠르고, 또한 PV교체시 외장공사가 동반되어야함으로 막대한 비용이 소요된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서 다수의 태양전지패널과 이를 지지하는 지지 프레임을 커넥터 연결 방식으로 탈부착이 가능하게 구성함으로써 전선에 의해 지지프레임과 태양전지패널간 이격공간이 발생되는 것을 미연에 방지하여 방수성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외관이 미려한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호는 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되게 사각틀 형상으로 수납홈을 갖고 개구되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임의 수납홈에 안착되어 고정되는 태양전지패널과, 상기 지지 프레임의 표면에 소정깊이로 구성되는 커넥터 체결홈과, 상기 커넥터 체결홈에 삽입되게 상기 태양전지패널의 배면에 일정 높이로 돌출되어 구성되어 커넥터 체결부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 다수의 태양전지패널과 이를 지지하는 지지 프레임을 커넥터 연결 방식으로 탈부착이 가능하게 구성함으로써 전선에 의해 지지프레임과 태양전지패널간 이격공간이 발생되는 것을 미연에 방지하여 방수성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외관을 미려하게 할 수 있다.
둘째, 다수의 태양전지패널을 지지프레임으로부터 배선에 영향을 받지 않고 용이하게 탈부착이 가능하여 태양전지패널의 고장이나 수리를 용이하게 할 수 있다. 즉, 1개 모듈의 고장시 해당 모듈만을 탈착하여 수리하거나 교체할 수 있기 때문에 고장이나 수리를 용이하게 할 수 있다.
셋째, 건물의 외벽이나 창가 등에 장착되어 외부로부터 전달되는 태양 광을 포집할 수 있을 뿐만 아니라, 프리즘을 통하여 전달되는 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시킬 수 있고, 태양 광의 일부를 건물 내부로 전달하여 태양이 비춰지는 시간동안 전기 에너지를 생산할 수 있다.
넷째, 건물 내부의 조도를 해치는 태양 전지에 가시성이 좋은 프리즘을 장착하여 태양이 비춰지는 시간동안 태양 광의 일부를 태양 전지로 굴절시키면서, 태양 광의 일부를 건물의 내부로 투과시켜 건물 내부의 조도를 일정수준으로 유지할 수 있다.
다섯째, 강화 유리와 같은 건축 자재와 태양 전지가 함께 구성됨으로써 최초 건축 시공비와 태양 광기전 시스템의 시공비를 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 개략적으로 나타낸 정면도
도 2는 본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 개략적으로 나타낸 사시도
도 3은 도 2의 분해 사시도
도 4는 도 2의 지지 프레임을 나타낸 정면도
도 5는 도 2의 태양전지패널을 나타낸 배면 사시도
도 6은 도 3의 태양전지패널 및 통전수단을 나타낸 분해 사시도
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 지지 프레임을 나타낸 정면도이고, 도 5는 도 2의 태양전지패널을 나타낸 배면 사시도이다. 또한, 도 6은 도 3의 태양전지패널 및 통전수단을 나타낸 분해 사시도이다.
본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호(100)는 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되게 사각틀 형상으로 수납홈(111)을 갖고 개구되는 지지 프레임(110)과, 상기 지지 프레임(110)의 수납홈(111)에 안착되어 고정되는 태양전지패널(120)과, 상기 지지 프레임(110)의 표면에 소정깊이로 구성되는 커넥터 체결홈(130)과, 상기 커넥터 체결홈(130)에 삽입되게 상기 태양전지패널(120)의 배면에 일정 높이로 돌출되어 구성되어 커넥터 체결부(140)를 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 지지 프레임(110)은 알루미늄 재질로 이루어지는데, 그 내부에 전력공급대상물을 연결하는 전선이 인입된 상태에서 상기 커넥터 체결홈(130)에 연결되어 있다. 이때 상기 커넥터 체결홈(130)은 상기 지지 프레임(110)에 일정한 간격을 갖도록 다수개를 설치할 수 있다.
상기 지지 프레임(110)은 태양전지패널(120)의 외측단부에 결합되어 태양전지패널(120)이 설치대상지역에 용이하게 설치되도록 하는 역할을 한다.
상기 태양전지패널(120)은 건물의 커튼월 입면 크기에 따라 서로 동일한 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성되거나, 또는 서로 다른 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성할 수 있다. 이때 상기 태양전지패널(120)의 크기 및 발전 용량에 따라 상기 지지 프레임(120)의 크기도 상이하게 조절할 수 있다.
상기 태양전지패널(120)은 복층의 유리 타입 태양전지패널이 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 G/G 타입의 태양전지패널 및 복층 유리 타입의 태양전지패널이 모두 적용 가능하다.
상기 태양전지패널(120)을 이루는 태양 전지 셀(121)은 단결정(MonoCrystalline) 및 다결정(PolyCrystalline) 실리콘 태양 전지, 비정질(Amorphous)실리콘 태양 전지 등으로 이루어질 수 있으며 특히, 건물의 비젼부를 이루는 태양전지패널(120)은 박막 필름형 아몰포스 계열의 태양 전지 모듈인 것을 포함할 수 있다.
상기 박막 필름형 아몰포스 계열의 태양 전지 모듈은 현재 상용화된 태양전지들을 이용하여 제작된 태양전지패널(120) 가운데 커튼월의 비젼부의 유리를 대체하여 발전, 채광 및 조망 기능을 제공할 수 있는 것으로, 결정계 판형 모듈에 비해 효율은 낮지만 투명 및 반투명의 모듈로써 건축과의 통합 유연성이 큰 특징을 갖는다.
상기 태양전지패널(120)은 대략 직사각형 형상의 플레이트 형상으로 형성되고, 전면에 다수의 태양전지 셀(121)이 부착되는 것으로서, 태양전지 셀(121)의 설치공간을 제공하는 역할을 한다.
이러한 태양전지 셀(121)은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임은 자명한 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 복수개의 태양전지 셀(121)의 상면에 일정 패턴으로 부착되는 통전수단(122)은 복수개의 태양전지 셀(121) 상면에 일정패턴으로 부착되어 복수개의 태양전지 셀(121)을 직렬로 연결되어 외부에 구비된 전력공급대상물(미도시)과 전기적으로 연결됨으로써 태양전지 셀(121)로부터 발생된 전기가 전력공급대상물(미도시)로 이동될 수 있도록 전기의 이동로를 제공하는 역할을 한다.
이러한 상기 통전수단(122)은 통상 Sn+Pb+Ag, Sn+Ag, Sn+Ag+Gu의 재질로 형성된 패턴이 사용됨이 바람직하며, 인두기를 사용하여 다수의 태양전지 셀(121)을 직접 연결할 수 있다.
아울러, 상기 태양전지 셀(121)과 통전수단(122)의 전후면에 보호필름(123)을 부착하고, 상기 통전수단(122)에 상부에 부착된 보호필름(123) 상부에 투광창(124)을 설치하여 습기, 열기와 같은 외부요인으로부터 태양전지 셀(121) 및 통전수단(122)을 보호하도록 하여 내구성이 향상되도록 한다.
또한, 상기 보호필름(123) 및 투광창(124)은 상기 태양전지 셀(121)의 태양광 흡수효율이 저하되지 않도록 투과율이 높은 재질로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.
여기서, 상기 지지 프레임(110)의 내부에는 상기 커넥터 체결홈(130)에 연결되게 전선이 형성되어 있고, 상기 커넥터 체결부(140)와 체결되면서 외부에 구비된 전력공급대상물(미도시)과 전기적으로 연결됨으로써 태양전지 셀(121)로부터 발생된 전기가 전력공급대상물(미도시)로 이동될 수 있도록 전기의 이동로를 제공하는 역할을 한다.
또한, 상기 커넥터 체결부(140)와 상기 커넥터 체결홈(130)은 후크 체결되어 상기 태양전지패널(120)을 상기 지지 프레임(110)에 보다 안정적으로 고정할 수가 있다.
즉, 상기 커넥터 체결부(140)의 양측에 텐션 돌기를 부착하여 상기 커넥터 체결홈(130)에 삽입될 때 보다 견고하게 고정될 수가 있다.
따라서 본 발명에 의한 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호는 건물의 벽면에 고정되는 지지 프레임(110)의 삽입홈(111)에 맞게 제작된 태양전지패널(120)을 상기 지지 프레임(110)에 형성된 커넥터 체결홈(130)에 맞게 상기 태양전지패널(120)의 배면에 제작된 커넥터 체결부(140)를 삽입하여 지지 프레임(110)과 태양전지패널(120)을 보다 안정적으로 고정할 수 있다.
즉, 다수의 태양전지패널(120)과 이를 지지하는 지지 프레임(110)을 커넥터 연결 방식으로 탈부착이 가능하게 구성함으로써 전선에 의해 지지 프레임(110)과 태양전지패널(120)간 이격공간이 발생되는 것을 미연에 방지하여 방수성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 외관을 미려하게 할 수 있다.
또한, 다수의 태양전지패널(120)을 지지 프레임(110)으로부터 배선에 영향을 받지 않고 용이하게 탈부착이 가능하여 태양전지패널의 고장이나 수리를 용이하게 할 수 있다. 즉, 1개 모듈의 고장시 해당 모듈만을 탈착하여 수리하거나 교체할 수 있기 때문에 고장이나 수리를 용이하게 할 수 있다.
여기서, 상기 커넥터 체결부(140)는 상기 태양전지패널(120)의 가장자리를 감싸는 외곽 프레임(121)과 일체형으로 형성되어 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
110 : 지지 프레임 120 : 태양전지패널
130 : 커넥터 체결홈 140 : 커넥터 체결부

Claims (5)

  1. 건물의 외벽에 종횡으로 배열 고정되게 사각틀 형상으로 수납홈을 갖고 개구되는 지지 프레임과,
    상기 지지 프레임의 수납홈에 안착되어 고정되고 상기 건물의 커튼월 입면 크기에 따라 서로 동일한 크기 및 발전 용량을 갖도록 구성되는 태양전지패널과,
    상기 지지 프레임의 표면에 소정깊이로 구성되는 커넥터 체결홈과,
    상기 커넥터 체결홈에 삽입되게 상기 태양전지패널의 배면에 일정 높이로 돌출되어 구성되는 커넥터 체결부를 포함하여 이루어지고,
    상기 커넥터 체결홈과 커넥터 체결부는 후크 체결되고, 상기 지지 프레임 내부에 전력공급대상물을 연결하는 전선이 인입된 상태에서 상기 전선이 커넥터 체결홈에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광발전 시스템의 태양전지창호.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥터 체결홈과 커넥터 체결부는 적어도 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광발전 시스템이 태양전지창호.
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