KR101154334B1 - 광전 변환 기능을 구비한 패널 - Google Patents

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서현철
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Abstract

본 발명은 인공 시설물에 구비되어 태양광을 전기에너지로 변환하는 패널로서, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈의 앞면이 외부에 노출되도록 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지 프레임; 및 상기 태양전지모듈의 앞면 노출을 유지시키면서 상기 지지 프레임을 지지하고, 상기 인공 시설물에 고정되는 고정 프레임;을 포함한다.

Description

광전 변환 기능을 구비한 패널{PANEL WITH PHOTO-ELECTRIC CONVERSION FUCTION}
본 발명은 가교(架橋), 건물, 난간, 차량방호울타리, 방음벽 등과 같은 인공 시설물에 구비되는 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 기능, 즉 광전 변환 기능을 구비한 패널에 관한 것이다.
일반적으로 교량, 고가도로, 육교 등과 같이 서로 떨어져 있는 것을 이어 주는 가교(架橋), 주거나 사무를 목적으로 하는 건물 등의 시공에는 철근 콘크리트나 강재가 사용된다. 그러나 철근 콘크리트나 강재는 투박한 외관을 갖기 때문에 보는 사람의 미관을 해치게 된다.
현재 이와 같은 문제를 해결하기 위해 가교나 건물 등의 외면에 외장용 패널이 설치되고 있다. 그리고 상기 패널의 구조나, 상기 패널을 가교나 건물 등에 설치하기 위한 다양한 방법들이 알려져 있다(한국등록특허 제976139호, 한국등록특허 제891468호, 한국공개특허 제10-2010-9407호, 한국등록특허 제1031287호 등).
또한 가교나 건물 이외에도 많은 인공 시설물들이 곳곳에 설치되어 있다. 예컨대, 도로의 일측 또는 양측에는 차량의 이동시 발생하는 소리의 확산을 방지하기 위해 방음벽이 설치되고 있고, 벼랑이나 고층 건물에는 사람의 추락을 방지하기 위한 난간 또는 차량의 추락을 방지하기 위한 차량방호울타리가 설치되고 있다.
한편, 최근에는 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 대체 에너지가 주목받고 있다. 그리고 그 결과 풍력을 전기에너지로 변환하는 기술, 물리적인 압력을 전기에너지로 변환하는 기술, 지열을 전기에너지로 변환하는 기술, 조력을 전기에너지로 변환하는 기술, 태양광을 전기에너지로 변환하는 기술 등에 대한 개발이 가속화되고 있다.
태양전지는 태양광을 전기에너지로 변환하는 광전 변환 소자이다. 종래에는 태양전지로 단결정 또는 다결정의 실리콘 태양전지가 많이 사용되어 왔다. 그러나 실리콘 태양전지는 제조시에 대형의 고가 장비가 사용되고 원료 가격이 고가이어서 제조비용이 높고, 태양 에너지를 전기에너지로 변환할 때의 효율을 개선하는데도 한계가 있어 새로운 대안이 모색되었다.
이에 실리콘 태양전지의 대안으로 저가로 제조할 수 있는 유기재료를 사용한 태양전지에 대한 관심이 집중되고 있는데, 특히 제조비용이 매우 저렴한 염료감응 태양전지가 많은 주목을 받고 있는 실정이다.
태양전지는 다른 에너지원과 달리 무한하고 환경친화적이므로, 시간이 갈수록 그 중요성이 높아지고 있고 그 활용 분야도 넓어지고 있다. 예컨대, 태양전지는 자동차에 전기에너지를 공급하기 위해 자동차의 루프(roof)에 설치되기도 하고, 가로등에 전기에너지를 공급하기 위해 가로등 기둥에 설치되기도 하고, 신호등에 전기에너지를 공급하기 위해 신호등 기둥에 설치되기도 하고, 건물에 전기에너지를 공급하기 위해 건물의 옥상에 설치되기도 한다.
현재, 가교(架橋), 건물, 난간, 차량방호울타리, 방음벽 등과 같은 인공 시설물은 본래의 기능만을 수행할 수 있도록 설치되고 있다. 그러나 태양전지의 활용 분야가 점차 넓어지고 있는 점, 그리고 태양에 종일 노출되어 있는 상기 인공 시설물이 단순히 본래의 기능만을 갖는다면 태양에너지가 무의미하게 손실되고 말아 버린다는 점 등을 고려하여 보면, 상기 인공 시설물이 받는 태양에너지를 활용할 수 있는 방안이 시급히 요구된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 요구에 의해 도출된 것으로서, 가교(架橋), 건물, 난간, 차량방호울타리, 방음벽 등과 같은 인공 시설물에 구비되어 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 기능을 수행하는 패널을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 인공 시설물에 구비되어 태양광을 전기에너지로 변환하는 패널로서, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈의 앞면이 외부에 노출되도록 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지 프레임; 및 상기 태양전지모듈의 앞면 노출을 유지시키면서 상기 지지 프레임을 지지하고, 상기 인공 시설물에 고정되는 고정 프레임;을 포함한다.
상기 고정 프레임은, 외부에 노출된 앞면을 구비한 앞판; 상기 지지 프레임의 삽입을 위해 상기 앞판에 구비된 홀; 및 상기 홀의 테두리로부터 후방으로 연장하는 내부 측판;을 포함하고, 상기 지지 프레임은 상기 내부 측판에 고정된다.
이와 달리 상기 고정 프레임은 외부에 노출된 앞면을 구비한 앞판을 포함하고, 상기 지지 프레임은 상기 앞판의 앞면에 고정될 수도 있다.
상기 태양전지모듈은 염료감응 태양전지모듈이고, 상기 지지 프레임은 상기 염료감응 태양전지모듈의 뒷면과 면접하는 바닥판을 구비하며, 상기 바닥판은 반사판으로 구비된다.
상기 반사판은 번갈아 형성된 골 및 마루를 구비하고, 상기 골과 마루는 상기 염료감응 태양전지모듈에 구비된 단위셀들의 나열방향을 따라 나열되며, 상기 마루는 상기 단위셀들 사이에 위치한다.
한편 상기 반사판은 복수의 엠보싱을 포함할 수 있다. 이때, 상기 엠보싱은 상기 반사판의 앞면에서 오목한 형태로 구비된다.
본 발명에 따른 패널은 태양전지모듈을 구비한다. 따라서 상기 패널이 인공 시설물의 외면에 설치되면, 인공 시설물의 본래 기능이 유지될 뿐만 아니라 무의미하게 소실되는 태양에너지가 전기에너지로 변환되어 사용될 수 있다.
본 발명에서는 태양전지모듈로 염료감응 태양전지모듈이 사용된다. 따라서 본 발명에 의하면 패널의 제조 비용이 저렴하고, 태양전지모듈의 광전 변환 효율이 태양의 고도에 종속하지 않는다.
본 발명에서는 염료감응 태양전지모듈을 지지하는 지지 프레임의 바닥판이 반사판으로 구비되고 상기 바닥판과 염료감응 태양전지모듈이 서로 면접한다. 따라서 본 발명에 의하면 염료감응 태양전지모듈의 광전 변환 효율이 증가한다.
본 발명에서는 염료감응 태양전지모듈의 단위셀로 반사광을 집중시키는 골과 마루 또는 엠보싱이 지지 프레임의 바닥판에 구비된다. 따라서 본 발명에 의하면 염료감응 태양전지모듈의 광전 변환 효율이 증가한다.
도 1은 본 발명에 따른 광전 변환 기능을 구비한 패널을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 패널의 설치 상태를 보여주는 부분 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 패널의 변형예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 5는 도 1 및 도 4의 패널에 구비된 지지 프레임의 변형예를 도시한 부분 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 B-B'에 따른 부분 단면도이다.
도 7은 도 1 및 도 4의 패널에 구비된 지지 프레임의 또 다른 변형예를 도시한 부분 분해 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 광전 변환 기능을 구비한 패널의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 광전 변환 기능을 구비한 패널은 가교(架橋), 건물, 난간, 차량방호울타리, 방음벽 등과 같은 인공 시설물에 구비될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 광전 변환 기능을 구비한 패널은 인공 시설물의 종류와 무관하게 거의 동일한 형태로 마련되는바, 이하에서는 편의상 상기 인공 시설물들 중 가교나 건물에 설치되는 외장용 패널을 예로 들어 본 발명이 설명된다.
본 발명에 따른 광전 변환 기능을 구비한 패널(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고정 프레임(110)과, 지지 프레임(130)과, 태양전지모듈(150)을 포함한다.
상기 고정 프레임(110)은, 인공 시설물이 가교나 건물인 경우, 상기 가교나 건물의 외관을 미려하게 하기 위해 상기 가교나 건물의 외면에 장착되는 것으로서, 앞판(112)과, 외부 측판(114)과, 날개(116)를 포함한다. 상기 앞판(112)은 보는 사람의 시야에 노출되는 앞면을 구비하고, 상기 외부 측판(114)은 상기 앞판(112)의 테두리로부터 후방으로 연장하며, 상기 날개(116)는 상기 외부 측판(114)의 후단으로부터 상하 또는 좌우로 연장한다. 상기 앞판(112)의 중앙 부위에는 홀(118)이 구비되고, 이 홀(118)의 테두리에는 내부 측판(120)이 구비된다. 상기 내부 측판(120)은 홀(118)의 테두리로부터 후방으로 연장한다.
상기 지지 프레임(130)은 바닥판(132) 및 측판(134)을 포함한다. 상기 측판(134)은 바닥판(132)의 테두리로부터 전방으로 연장하고, 나사(170)를 통해 고정 프레임(110)의 내부 측판(120)에 고정된다. 여기서 상기 나사(170)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내부 측판(120)을 관통한 후 상기 지지 프레임(130)의 측판(134)에 삽입된다.
한편, 상기 태양전지모듈(150)은 태양광을 전기에너지로 변환하기 위한 것으로서, 상기 지지 프레임(130)에 고정된다. 도 1, 도 3, 도 4, 도 5 및 도 7에는 2개의 태양전지모듈(150)이 도시되어 있으나, 태양전지모듈(150)의 수는 이에 한정되지 않고 고정 프레임(110) 및 지지 프레임(130)의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이하, 상기 패널(100)의 설치 방법을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패널(100)은 나사(미도시)를 통해 지지바(220)에 고정된다. 이를 위해 상기 고정 프레임(110)의 날개(116)에는 나사공이 구비된다. 그리고 상기 나사는 상기 날개(116)의 나사공을 관통한 후 상기 지지바(220)에 삽입된다.
한편, 상기 지지바(220)는 포스트(210)에 결합되어 있고, 상기 포스트(210)는 가교나 건물의 외면에 고정된다. 가교나 건물의 외면이 콘크리트로 이루어진 경우 포스트(210)는 나사 등과 같은 수단을 통해 가교나 건물에 고정되고, 가교나 건물의 외면이 강재인 경우 용접을 통해 고정된다. 상기 포스트(210)와 지지바(220)의 구체적인 형태 및 결합관계는 한국등록특허 제891468호에 개시되어 있다.
상술된 바에 의하면 패널(100)이 한국등록특허 제891468호에 개시된 방법을 통해 가교나 건물의 외면에 고정된다. 그러나 상기 패널(100)은 당연히 현재 알려진 다양한 방법을 통해서도 가교나 건물의 외면에 고정될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 패널(100)은 태양전지모듈을 구비한다. 따라서 상기 패널(100)이 가교나 건물의 외면에 설치되면, 가교나 건물의 외관이 미려하게 될 뿐만 아니라 무의미하게 소실되는 태양에너지가 전기에너지로 변환되어 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바에 의하면, 지지 프레임(130)이 고정 프레임(110)의 홀에 삽입된 후 상기 고정 프레임(110)에 구비된 내부 측판(120)에 고정된다. 그러나 상기 지지 프레임(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 고정 프레임(110)의 앞판(112) 앞면에 고정될 수도 있다. 이와 같은 경우, 상기 지지 프레임(130)의 고정은 용접을 통해 이루어진다.
한편, 상기 태양전지모듈(150)로는 염료감응 태양전지모듈이 사용된다. 염료감응 태양전지모듈은 실리콘 태양전지모듈에 비해 저렴한 비용으로 제조될 수 있고, 태양의 고도에 종속하지 않는 광전 변환 효율을 갖는바, 상기 패널(100)에 사용되기에 적합하다.
상기 염료감응 태양전지모듈은 실리콘 태양전지와는 달리 태양광을 투과시킨다. 따라서 태양전지모듈(150)의 앞면으로 입사된 태양광은 지지 프레임(130)의 바닥판(132) 앞면까지 도달하게 된다. 이때 지지 프레임(130)의 바닥판(132) 앞면에 도달한 태양광을 다시 태양전지모듈(150)로 되돌려 보낸다면 태양전지모듈(150)의 광전 변환 효율은 더욱 증가하게 될 것이다. 따라서 상기 태양전지모듈(150)로 염료감응 태양전지모듈이 사용될 경우, 상기 지지 프레임(130)의 바닥판(132)은 반사판으로 구비됨이 바람직하다.
지지 프레임(130)의 바닥판(132) 앞면에 도달하는 광량의 감소 및 상기 바닥판(132)에서 반사된 후 염료감응 태양전지모듈에 도달하는 광량의 감소가 작으면 작을수록 염료감응 태양전지모듈의 광전 변환 효율의 감소 또한 작아질 것이다. 따라서 태양전지모듈(150)로 염료감응 태양전지모듈이 사용될 경우, 상기 염료감응 태양전지모듈의 뒷면은 상기 바닥판(132)의 앞면과 면접함이 바람직하다.
이와 같은 경우, 태양전지모듈(150)의 뒷면과 상기 바닥판(132)의 앞면 간에 접착부재가 위치할 수 없게 된다. 따라서 본 발명에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(130)의 측벽(134)과 태양전지모듈(150) 간에 갭이 형성되고 이 갭에 실리콘 등과 같은 접착 및 완충 수단(180)이 주입됨으로써 태양전지모듈(150)이 지지 프레임(130)에 고정된다.
염료감응 태양전지모듈은 일반적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 서로 대향하여 위치하는 음극기판과 양극기판을 포함한다. 상기 음극기판은 투명기판(152a)과 전도성 투명막(154a)을 포함하고, 양극기판도 투명기판(152b)과 전도성 투명막(154b)을 포함한다.
음극기판의 전도성 투명막(154a) 상에는 음극전극(156a)이 형성되고, 양극기판의 전도성 투명막(154b) 상에는 음극전극(156a)과 마주하도록 양극전극(156b)이 형성되며, 상기 음극전극(156a)과 양극전극(156b) 사이에는 산화환원용 전해질(158)이 충전된다. 하나의 음극전극(156a)과 양극전극(156b) 그리고 이들 사이에 충전된 전해질(158)은 단위셀로 칭해진다.
염료감응 태양전지모듈은 일반적으로 복수의 단위셀을 포함한다. 그리고 단위셀들의 주변에는 전해질(158)의 누액을 방지하기 위해 외부 실런트(160) 및/또는 내부 실런트(162)가 위치한다. 상기 내부 실런트(162)의 내부에는 전자의 포집 및 분배를 위해 그리드(164a, 164b)가 구비되기도 한다.
이와 같이 이루어진 염료감응 태양전지모듈에서 광전 변환은 단위셀에서 일어난다. 따라서 지지 프레임(130)의 바닥판(132)에서 반사되는 태양광이 단위셀로 집중된다면 염료감응 태양전지모듈의 광전 변환 효율이 증가할 것이다. 이에 상기 지지 프레임(130)의 바닥판(132)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 번갈아 위치하는 골(132b)과 마루(132a)를 구비하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 골(132b)과 마루(132a)는 상기 단위셀들의 나열방향을 따라 나열되고, 상기 마루(132a)만이 단위셀들 사이에서 염료감응 태양전지모듈의 뒷면과 접한다.
도 6에 도시된 바에 의하면 단위셀의 후방에 하나의 골(132b)만이 위치한다. 그러나 마루(132a)가 단위셀들 사이에 위치한다면, 상기 단위셀의 후방에는 복수의 골(132b) 및 마루(132a)가 위치하여도 무방하다.
한편, 상기 지지 프레임(130)의 바닥판(132)은 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 엠보싱(132c)을 구비할 수도 있다. 이때 상기 엠보싱(132c)은 바닥판(132)의 앞면에서는 오목하게, 뒷면에서는 볼록하게 구비된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 패널 110 : 고정 프레임
112 : 앞판 114 : 외부 측판
116 : 날개 118 : 홀
120 : 내부 측판 130 : 지지 프레임
132 : 바닥판 132a : 마루
132b : 골 132c : 엠보싱
134 : 측판 150 : 태양전지모듈
170 : 나사 180 : 접착 및 완충 수단

Claims (8)

  1. 인공 시설물에 구비되어 태양광을 전기에너지로 변환하는 패널로서,
    태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지모듈;
    상기 태양전지모듈의 앞면이 외부에 노출되도록 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지 프레임; 및
    상기 태양전지모듈의 앞면 노출을 유지시키면서 상기 지지 프레임을 지지하고, 상기 인공 시설물에 고정되는 고정 프레임;을 포함하되,
    상기 태양전지모듈은 염료감응 태양전지모듈이고, 상기 지지 프레임은 상기 염료감응 태양전지모듈의 뒷면과 면접하는 바닥판을 구비하며, 상기 바닥판은 반사판인 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 프레임은,
    외부에 노출된 앞면을 구비한 앞판;
    상기 지지 프레임의 삽입을 위해 상기 앞판에 구비된 홀; 및
    상기 홀의 테두리로부터 후방으로 연장하는 내부 측판;을 포함하고,
    상기 지지 프레임은 상기 내부 측판에 고정된 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정 프레임은 외부에 노출된 앞면을 구비한 앞판을 포함하고, 상기 지지 프레임은 상기 앞판의 앞면에 고정된 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 번갈아 형성된 골 및 마루를 구비한 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 골과 마루는 상기 염료감응 태양전지모듈에 구비된 단위셀들의 나열방향을 따라 나열된 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마루는 상기 단위셀들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은 복수의 엠보싱을 포함하되, 상기 엠보싱은 상기 반사판의 앞면에서 오목한 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 광전 변환 기능을 구비한 패널.
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