KR101243383B1 - 태양광발전 겸용 이중창호 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 외벽에 설치된 이중창호의 실외측에 배치된 창문에 태양전지모듈을 장착시켜 전기에너지를 생산할 수 있는 태양광발전 겸용 이중창호에 관한 것으로, 건축물에 설치된 이중창호의 실외측에 고정된 창문을 활용하기 때문에 창틀의 교체작업 없이 기존에 설치된 이중창호를 사용할 수 있는 장점이 있으며, 실내측 창문에는 어떠한 영향도 주지 않기 때문에 태양전지모듈의 장착 유무에 관계없이 실내 공간 활용도를 지속적으로 유지할 수 있다.

Description

태양광발전 겸용 이중창호{double window with photovoltaic power generation}

본 발명은 태양광발전 겸용 이중창호에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건축물의 외벽에 설치된 이중창호의 실외측에 배치된 창문에 태양전지모듈을 장착시켜 전기에너지를 생산할 수 있는 태양광발전 겸용 이중창호에 관한 것이다.

화석 연료의 고갈에 직면한 인류에게 에너지의 효율적인 이용과 대체 에너지의 적극적인 활용은 시급한 당면 과제일 수밖에 없다. 따라서, 신재생 에너지 중 가장 활용 가능성이 높으며 공해가 전혀 발생하지 않는 무한 청정에너지인 태양 에너지에 관해 많은 연구가 이루어져 왔다.

건축물에 있어서 기존의 태양 에너지 이용은 집열 혹은 집광 판넬을 설치할 수 있는 건축물이 제한적이라는 측면에서 한계가 있었으며, 사계절 기후 변화가 뚜렷한 우리나라의 특성상 절기에 따른 태양광의 실내 유입을 적절히 조절하고 열에너지를 제어하여 건축물에서 소요되는 냉난방 에너지를 최소화할 필요성이 있으나, 건축물의 설계 및 시공 시 이런 문제에 대한 접근이 적극적으로 이루어지지 않았다.

또한, 별도의 태양 에너지 발전 시설을 짓기 위해서는 초기 비용이 많이 들며, 태양열 에너지 발전시설을 지어 전기를 생산하여 얻는 경제적 이익보다 발전시설을 건립하고 유지 보수하는 비용이 더 많이 드는 등의 문제점이 있는바, 건축물 등의 시설물을 최대한 활용하여 태양 에너지를 경제적으로 확보할 필요성이 있다.

종래의 건축물을 이용한 태양 에너지 사용은 지붕 혹은 옥상에 태양열 혹은 태양광 수집 판넬을 설치함으로써 주로 이루어졌으나, 건축물의 용도나 구조에 따른 집열판 및 집광판 설치의 제약이 많았다.

또한, 공동 주택 등의 건축물 외벽에 태양광 수집 판넬을 설치하는 경우에도, 채광창이 집중 배치되는 남향 벽면을 제외해야 했고, 태양의 고도에 대한 고려 없이 집광 판넬을 수직 설치함으로써 집광 효율 저하의 문제점이 있었다.

본 발명에서는 일반적인 건축물에 설치된 이중창호의 실외측에 고정된 창문을 활용하기 때문에 결과적으로는 실내외 공간의 활용도를 최대한으로 높일 수 있고, 창문의 개폐각도를 조절할 수 있는 특성을 이용하여 태양의 고도에 따라 창문에 장착된 태양전지모듈의 위치를 조절하여 태양광의 효과적인 수집을 기대할 수 있으며, 태양광의 실내 유입 조절에 의한 냉난방 에너지 절감이라는 당면 과제를 동시에 해결하여 건축물에 있어서 에너지 효율성을 극대화하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 건축물의 외벽에 일체로 설치되고 실내와 실외를 개방하는 통기부가 마련된 창호프레임과, 상기 창호프레임의 통기부를 개폐하도록 상기 창호프레임의 실내측에 장착되는 제1창호와, 상기 창호프레임의 통기부를 개폐하되, 상기 창호프레임의 실외측에 상기 제1창호와 이격하여 장착되는 제2창호를 포함하는 이중창호에 있어서, 상기 제2창호의 일면에는 태양전지 셀이 다수 배치된 태양전지판이 장착되어 전기를 발생하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 겸용 이중창호를 제공한다.

본 발명 태양광발전 겸용 이중창호에 따르면, 건축물에 설치된 이중창호의 실외측에 고정된 창문을 활용하기 때문에 창틀의 교체작업 없이 기존에 설치된 이중창호를 사용할 수 있는 장점이 있으며, 실내측 창문에는 어떠한 영향도 주지 않기 때문에 태양전지모듈의 장착 유무에 관계없이 실내 공간 활용도를 지속적으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 통기를 위해 개폐되면서 그 개폐각도를 조절할 수 있는 창문의 특성을 이용하여 태양의 고도에 따라 창문에 장착된 태양전지모듈의 위치를 조절하여 태양광을 보다 효율적으로 수집할 수 있고, 태양광의 실내 유입 조절에 의한 냉난방 에너지 절감효과를 기대할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

또, 주거 및 상업 건축물, 공공건물, 등 대부분의 건축물에 적용할 수 있으며, 건축물 설계시 반영이 용이하고, 간단히 설치되기 때문에 시공하는 데 필요한 시간과 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 태양전지판의 분해 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 일 실시 예를 보인 측면도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 다른 실시 예를 보인 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 또 다른 실시 예를 보인 측면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명 태양광발전 겸용 이중창호의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양전지판의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 일 실시 예를 보인 측면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 다른 실시 예를 보인 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호의 또 다른 실시 예를 보인 측면도이다.

본 발명에 따른 태양광발전 겸용 이중창호(10)는 건축물의 외벽에 일체로 설치되고 실내와 실외를 개방하는 통기부(31)가 마련된 창호프레임(30)과, 상기 창호프레임(30)의 통기부(31)를 개폐하도록 상기 창호프레임(30)의 실내측에 장착되는 제1창호(20)와, 상기 창호프레임(30)의 통기부(31)를 개폐하되, 상기 창호프레임(30)의 실외측에 상기 제1창호(20)와 이격하여 장착되는 제2창호(100)를 포함하는 이중창호(10)에 있어서, 상기 제2창호(100)의 일면에는 태양전지 셀(111)이 다수 배치된 태양전지판(110)이 장착되어 전기를 발생한다.

먼저, 상기 창호프레임(30)은 단일체로 이루어져 상기 제1창호(20)와 제2창호(100)가 하나의 창호프레임(30)에 장착될 수 있고, 분리형으로 이루어져 두 개의 프레임이 각각 실내측과 실외측에 설치되어 상기 제1창호(20)와 제2창호(100)가 서로 다른 창호프레임에 장착될 수도 있다. 상기 창호프레임(30)은 실내공기가 환기되고, 바깥공기가 유입될 수 있도록 개방된 통기부(31)가 마련되고, 상기 창호프레임(30)은 양측에 상기 통기부(31)를 개폐하도록 창호(20, 100)가 장착된다.

상기 창호(20, 100)는 실내측에 장착되는 제1창호(20)와 실외측에 장착되는 제2창호(100)로 이뤄지는데, 상기 창호(20, 100)들에는 유리 등으로 이루어진 투과창(21, 120)이 형성되어져 있으며, 상기 투과창(21, 120)은 건축물의 실내를 외풍 및 외부소음 등으로부터 차폐함과 동시에 건축물 실내에 태양광이 유입될 수 있도록 작용한다. 상기와 같은 이중창 구조는 단열성능이 우수하기 때문에 대부분 이중창을 선호한다.

상기 제1창호(20)와 제2창호(100)는 상기 창호프레임(30)과 다양한 방식으로 체결가능하다. 먼저, 상기 각각의 창호(20, 100)는 상기 창호프레임(30)의 상하좌우측면 중 어느 한 측면과 힌지 결합하고, 맞은편에 체결수단을 장착하여 힌지를 기준으로 회동하는 방식으로 개폐될 수 있다. 또한, 상기 창호(20, 100)가 슬라이딩 방식으로 승강하는 구조를 취하도록 링크를 이용하여 창호프레임(30)과 장착될 수 있으며, 이 밖에도 창호프레임(30)에 형성된 레일을 따라 상기 창호(20, 100)가 좌우방향으로 이동하면서 상기 통기부(31)를 개폐하는 구조를 취할 수 있다.

상기 제2창호(100)에는 태양전지 셀(111)이 다수 배치된 태양전지판(110)이 장착되어 태양광을 이용해서 전기를 발생한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 태양전지판(110)은 제1 투과창(120)과 제2 투과창(130) 사이에 배치되며, 제1 보호필름(113), 태양전지 셀(111), 통전수단(114), 제2 보호필름(115) 및 단자함(117)을 포함하여 구성된다.

즉, 실내측 방향을 기준으로 제1 투과창(120)과, 제1 보호필름(113), 태양전지 셀(111), 통전수단(114)과 단자함(117), 제2 보호필름(115), 제2 투과창(130) 이 순서대로 배치된다.

제1 투과창(120)은 대략 장방형으로 형성되고, 제2 투과창(130)과 함께 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114)을 지지하는 역할을 한다.

제1 보호필름(113)은 제1 투과창(120) 상면에 배치되고, 후술하는 제2 보호필름(115)과 함께 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114)을 습기, 열기와 같은 외부요인으로부터 보호하는 역할을 한다. 이러한 제1 보호필름(113)은 EVA(Ethylene Vinyl Acetate:에틸렌 초산비닐수지) 필름이 사용됨이 바람직하다. 태양전지 셀(111)은 제1 보호필름(113) 전면에 복수개가 부착되고, 태양광을 흡수하여 흡수된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 것으로서, 결정계 실리콘 태양전지(PV) 셀 혹은 비정질형(아몰포스계통) 혹은 박막형 태양전지 셀을 사용할 수 있다.

상기 태양전지 셀(111)은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에게는 상용적으로 공급되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것임은 자명한 것으로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

통전수단(114)은 복수개의 태양전지 셀(111) 상면에 일정패턴으로 부착되며, 복수개의 태양전지 셀(111)을 직렬로 연결하는 역할을 한다. 그리고, 통전수단(114)은 선단부가 후술하는 단자함(117)의 일측에 결합되고, 태양전지 셀(111)로부터 발생된 전기가 전기공급 대상물로 이동될 수 있도록 전기의 이동로를 제공한다.

이러한 통전수단(114)은 통상 Sn+Pb+Ag, Sn+Ag, Sn+Ag+Gu의 재질로 형성된 패턴이 사용됨이 바람직하나, 이 외에도 적외선 램프, 할로겐 램프이 사용될 수 있으며, 인두기를 사용하여 다수의 태양전지 셀(111)을 직접 연결할 수 있다.

제2 보호필름(115)은 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114) 전면에 부착되고, 앞서 설명한 제1 보호필름(113)과 함께 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114)을 습기, 열기와 같은 외부요인으로부터 보호하는 역할을 하며, 제2 보호필름(115) 또한 EVA(Ethylene Vinyl Acetate:에틸렌 초산비닐수지) 필름이 사용됨이 바람직하다.

이와 같은 제1 보호필름(113) 및 제2 보호필름(115)은 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114)의 전후면에 라미네이팅 처리되어 앞서 설명한 바와 같이 습기와 같은 외부환경으로부터 태양전지 셀(111) 및 통전수단(114)을 보호하여 내구성을 확보하는 역할을 한다. 제2 투과창(130)은 대략 장방형 상으로 형성되어 제2 보호필름(115) 상면에 설치되며, 태양전지 셀(111)에 흡수되는 태양광의 집광효율이 저하되지 않도록 투과율이 좋은 저철분 강화유리로 형성되는 것이 바람직하다.

참고로, 제1 투과창(120)으로부터 실내측 방향으로 이격하여 제3 투과창을 추가적으로 설치할 수 있는데, 제3 투과창과 제1 투과창(120) 사이에는 단열을 목적으로 하는 공기층을 형성한다.

단자함(117)은 대략 박스형상으로 형성되고, 일측에 통전수단(114)의 일측이 연결되고, 타측에 전기공급 대상물의 전선이 연결되어 통전수단(114)과 전기공급 대상물의 전선을 도통시키는 역할을 한다. 이와 같은 단자함(117)은 창호프레임(30)의 내부에 설치하여 외관을 미려하게 하면서도 단자함(117)을 외부요인으로부터 보호하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제2창호(100)와 창호프레임(30) 사이에는 태양의 위치에 따라 상기 제2창호(100)의 개폐각도를 조절할 수 있도록 각도조절부(140)가 장착된다.

상기 각도조절부(140)는 제2창호(100)로 조사되는 태양광의 양이 최대한으로 유입될 수 있도록 태양광의 위치에 따라 제2창호(100)의 개폐각도를 조절하기 위해 장착된다. 또한, 상기 각도조절부(140)를 통해 상기 제2창호(100)의 개폐각도가 조절되면, 소정의 각도로 개방된 상태를 유지할 수 있도록 고정하는 별도의 고정수단이 추가적으로 마련되어야 한다.

상기 각도조절부(140)는 수동방식 또는 구동방식을 취할 수 있다. 즉, 사용자가 직접 상기 제2창호(100)의 개폐각도를 조절할 수 있고, 모터 등과 연결된 버튼 조작을 통해 제2창호(100)를 개폐시켜 그 각도를 조절할 수 있으며, 센서를 장착해 태양의 위치를 감지한 뒤, 태양광이 제2창호(100)에 최대한으로 조사될 수 있도록 자동으로 제2창호(100)의 개폐각도를 조절하는 시스템을 갖출 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절부(140)는 상기 제2창호(100)가 상기 창호프레임(30)을 기준으로 회동하도록 상기 제2창호(100)와 창호프레임(30)을 연결하는 힌지부(141)와, 상기 제2창호(100)와 상기 창호프레임(30)에 회전가능하게 장착되는 실린더부(142)를 포함한다.

즉, 상기 제2창호(100)는 힌지부(141)의 작용으로 회동하면서 개방각도를 조절할 수 있으며, 상기 실린더부(142)의 작용으로 개방된 각도를 유지할 수 있는 것이다. 한편, 상기 실린더부(142)가 컴프레셔와 연결되고, 상기 컴프레셔가 제어부와 연결될 경우, 사용자가 제어부를 조작해서 실린더부(142)의 신축 정도를 제어함으로써, 결과적으로는 실린더부(142)의 신축정도에 따라 제2창호(100)의 개폐각도를 조절할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 각도조절부(140)는 상기 제2창호(100)가 상기 창호프레임(30)을 기준으로 회동하도록 상기 제2창호(100)와 창호프레임(30)을 연결하는 힌지부(141)와, 상기 제2창호(100)가 상기 힌지부(141)를 중심으로 회동하도록 동력을 공급하는 구동부(143)와, 상기 구동부(143)의 동력을 공급받아 상기 제2창호(100)를 상기 힌지부(141)를 중심으로 회전시키는 동력전달부(144) 및 상기 구동부(143)의 작동을 제어하는 조작부(145)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 경우, 사이 조작부(145)를 통해 사용자가 구동부(143)를 제어하면, 상기 구동부(143)와 연결된 동력전달부(144)가 구동부(143)의 동력을 이용해서 제2창호(100)를 개폐시킨다. 상기 구동부(143)는 모터, 컴프레서 등으로 마련될 수 있고, 상기 동력전달부(144)는 상기 구동부(143)에 대응하여 모터의 경우에는 기어, 벨트와 풀리, 체인 등과 같은 수단으로 마련될 수 있고, 컴프레서의 경우 실린더 등으로 마련될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르며, 상기 제1창호(20)와 창호프레임(30) 사이에 배치되어 상기 제1창호(20)와 창호프레임(30)을 연결하되, 상기 제1창호(20)와 창호프레임(30)의 측면에 회동가능하게 연결되어 상기 제1창호(20)가 승강하면서 개폐되도록 하는 링크부재(150)가 포함된다.

상기 제1창호(20)는 링크부재(150)에 대해 회동가능하게 연결되고, 상기 링크부재(150)는 상기 창호프레임(30)에 회동가능하게 연결된다. 참고로 상기 링크부재(150)는 다절링크 형태를 취할 수 있으며, 링크방식뿐만 아니라, 상하방향 또는 좌우방향으로 개폐되는 미닫이 방식 등을 비롯하여 제1창호(20)가 개폐되는 동안 실내로 돌출되지 않는 범위에서 공지의 다양한 연결방법이 상기 링크부재(150)를 대신해서 적용될 수 있다.

상기와 같이 상기 링크부재(150)를 통해 제1창호(20)와 창호프레임(30)에 연결될 경우, 제1창호(20)를 전방으로 당기면서 상승 또는 하강시키면 통기부(31)가 개방되고 제1창호(20)는 상기 통기부(31)의 상부 또는 하부에 벽면과 나란하도록 위치한다. 한편 상기와 같은 방식으로 개방된 상태에서, 통기부(31)를 차폐하기 위해서는 제1창호(20)를 전방으로 당기면서 하강 또는 상승시켜 원래 위치로 복귀시키면 된다.

상기와 같이 제1창호(20)가 승강하면서 개방되는 구조를 취할 경우, 개방된 상태의 제1창호(20)는 창호가 설치된 벽면과 나란하게 배치되고, 따라서 실내에서 차지하는 공간을 최소화할 수 있어 사용자의 실내활동에 지장을 주지 않는다. 반면에, 제1창호(20)가 힌지 방식으로 회동하는 구조를 취할 경우 창호가 설치된 벽면과 나란하지 못하고, 벽면을 기준으로 돌출된 형태를 취하기 때문에 사용자의 실내활동에 지장을 준다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

20 : 제1창호 30 : 창호프레임
100 : 제2창호 110 : 태양전지판
111 : 태양전지 셀 113 : 제1보호필름
114 : 통전수단 115 : 제2보호필름
120 : 제1투과창 130 : 제2투과창
140 : 각도조절부

Claims (5)

1. 건축물의 외벽에 일체로 설치되고 실내와 실외를 개방하는 통기부가 마련된 창호프레임과, 상기 창호프레임의 통기부를 개폐하도록 상기 창호프레임의 실내측에 장착되는 제1창호와, 상기 창호프레임의 통기부를 개폐하되, 상기 창호프레임의 실외측에 상기 제1창호와 이격하여 장착되는 제2창호를 포함하는 이중창호에 있어서,
   상기 제2창호의 일면에는 장착되어 전기를 발생하는 태양전지 셀이 다수 배치된 태양전지판;
   상기 제2창호가 상기 창호프레임을 기준으로 회동하도록 상기 제2창호와 창호프레임을 연결하는 힌지부와, 상기 제2창호가 상기 힌지부를 중심으로 회동하도록 동력을 공급하는 구동부와, 상기 구동부의 동력을 공급받아 상기 제2창호를 상기 힌지부를 중심으로 회전시키는 동력전달부와, 상기 구동부의 작동을 제어하는 조작부를 포함하여, 상기 태양의 위치에 따라 상기 제2창호의 개폐각도를 조절하는 각도조절부;
   상기 제1창호와 창호프레임 사이에 배치되어 상기 제1창호와 창호프레임을 연결하되, 상기 제1창호와 창호프레임의 측면에 회동가능하게 연결되어 상기 제1창호가 승강하면서 개폐되도록 하는 링크부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 겸용 이중창호.
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