KR101281425B1 - 태양광발전기능이 구비된 창틀 - Google Patents

태양광발전기능이 구비된 창틀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건물에 일체형으로 태양광발전기능이 부여되는 창호 구조물로서, 내부에 길이방향으로 중공부를 포함하는 직선형 프레임으로서 양 말단부가 수직으로 일부 하향 절곡되어 돌출되게 연장 형성된 상부프레임(100);과, 상부프레임(100)의 양 말단부를 지지하고, 태양전지판(500)을 양측에서 지지함과 동시에 태양전지판(500)이 회동하게 하는 수직프레임(300);과, 태양광발전의 구성요소인 인버터(600), 축전지(700), 콘트롤러(800)가 내부에 구비되는 직선형 프레임으로서 수직프레임(300)의 양 말단부를 지지하는 하부프레임(200);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전기능이 구비된 창틀을 제공한다.

Description

태양광발전기능이 구비된 창틀{The window frame with solar cells}
본 발명은 건물과 일체형으로 시공되어 태양광발전이 가능한 창틀로서, 창틀 프레임 내부에 태양광발전의 필수 구성 요소가 되는 콘트롤러, 인버터, 축전지가 빌트인(built-in) 되어 개별 창틀에서 발전되는 전기에너지로 태양광전지판을 구동하여 경사각을 조절하고, 잉여전력은 건물 내 가전제품 및 전열기기에 공급되게 하는 것을 요체로 하는 태양광발전기능이 구비된 창틀에 관한 것이다.
화석연료 사용의 증가로 인해 현재 대기권에는 약 8천억 톤의 이산화탄소가 축적되어 지구 온난화효과를 비롯한 라니냐효과, 이상 폭우 및 폭설, 해수면 상승 등의 기상 재해가 급증하고 있다. 만일 지금의 상황이 지속된다면 2050년 무렵에는 대기 중 이산화탄소 농도가 560 ppm 에 이르러 생태계에 재앙이 몰아 닥칠 우려가 발생하게 된다. 이러한 사태를 방지하기 위해 각종 노력이 진행되고 있는데, 그 중 하나는 온실가스 포집 저장 기술(CCS: Carbon Capture and Storage)인데, 이는 이산화탄소가 대기권을 '폐기물 저장소'로 삼기 전에 포획해서 지하나 해저에 저장 및 격리시키는 방안으로서 화력발전소에 대표적으로 시행되고 있다. 상기는 이산화탄소를 격리시키는 방법이며, 이산화탄소 자체를 생성시키지 않는 대체에너지의 개발이 한편에서 이루어지고 있는데, 그 중 활발히 상업화되고 있는 것이 태양광에너지이다. 최근 들어서는 건물에 일체형으로 태양광설비를 시공하여 시공 비용의 절감과 공간의 활용이라는 이점을 산업계에서 실현해나가고 있다. 특히 채광의 목적으로 사용되는 창틀에 태양광 기능을 접목한 방법이 제시되고 있다.
한국공개특허공보 제10-2011-0139382호(건물통합형 태양광 발전 시스템용 복합재료 커튼월 및 창호 시스템)에서는 상호 간에 이격되어 수직방향으로 배치된 멀리언들; 상기 멀리언들에 교차하고 상호 간에 이격되어 수평방향으로 배치된 트랜섬들;로 이루어지는 창호 프레임 구조에 태양광 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 창호 시스템을 제공하고 있다.
상기 특허는 태양광 모듈과 연결되는 배선 접속 구조 및 태양광 전지판의 배치 구조는 제공하고 있으나, 실제 태양광 설비인 인버터, 축전지, 콘트롤러의 내부 배치 구조는 제공하고 있지 않아 태양광 발전이 구체적으로 어떻게 이루어지는지에 대한 명확한 이해가 어려운 점이 있다.
한국등록특허공보 제10-0976583호(태양광 발전장치)에서는 창틀 형태의 프레임; 및 상기 프레임에 설치되는 발전모듈을 포함하고, 상기 발전모듈은 입사되는 빛을 이용하여 전기를 생성하며, 태양광이 상기 프레임의 복수의 면에 부착되는 태양광패널과, 상기 태양광패널로 입사되는 태양광의 파장을 변환시키는 코팅막을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기능이 구비된 창틀을 제공하고 있다.
상기 특허는 태양광패널과 발전모듈의 결합 구조와 창틀 내부의 배선 접속 구조가 제시되지 않아 발명을 실시하기 위한 구성 내용이 부족하고, 창틀의 다수 면에 태양광패널을 결합함으로써 태양광패널의 내구성이 현저히 감소할 우려가 있으며 측면에 설치되는 태양광패널의 발전효율은 극히 적을 것으로 예상되는 문제점이 발생한다.
이에 본 발명은 상기에 언급된 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 창틀 프레임 내부에 태양광발전의 주요 구성 요소가 되는 콘트롤러, 인버터, 축전지가 수납되고, 창틀의 중공부 일부에 결합되는 태양전지판에서 인출된 전선이 상기 콘트롤러에 연결되고, 인버터 및 축전지가 콘트롤러에 순차적으로 연결되는 창틀 프레임 구조를 구체화하여 태양광발전기능이 구비된 창틀을 제공하는 것이 해결하고자 하는 과제이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 창틀 프레임 내부에 태양광발전 구성 기기인 인버터, 축전지와 태양광패널의 경사각 조절을 위한 구동부를 수납할 수 있는 구조와 상기 구성 기기의 유지 보수에 대한 용이성을 부여하는 태양광발전기능이 구비된 창틀을 제공하고자 한다.
본 발명은 다수의 솔라셀(510)이 등간격으로 배열된 판 형상의 태양전지판(500);과, 내부에 길이방향으로 중공부를 포함하는 직선형 프레임으로서 양 말단부가 수직으로 일부 하향 절곡되어 돌출되게 연장 형성된 상부프레임(100);과, 상부프레임(100)의 양 말단부를 지지하고, 창틀의 좌, 우측을 형성하게 서로 대향되는 한 쌍의 직선형 프레임으로서, 태양전지판(500)을 양측에서 지지하고 태양전지판(500) 상부의 길이방향을 축으로 태양전지판(500)이 회동하게 하는 수직프레임(300);과, 태양전지판(500)으로부터 전달된 전기에너지의 직류 전압 크기를 제어하는 콘트롤러(800)와, 콘트롤러에 의해 전달된 전기에너지를 직류전력으로 저장해 DC부하에 전원을 공급하는 축전지(700)와, 직류전력을 교류전력으로 변환해 AC부하에 전원을 공급하는 인버터(600)가 내부에 구비되는 직선형 프레임으로서, 양 말단부가 수직으로 일부 상향 절곡되어 돌출되게 연장 형성되어 수직프레임(300)의 양 말단부를 지지하는 하부프레임(200);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부프레임(100)은 건물 바깥을 향하는 일측면의 하단부가 길이방향으로 하향 절곡된 직선형 프레임이며, 상기 프레임의 양 말단부에서 하향으로 직각 절곡되는 돌출부가 형성되는 구조로서, 태양전지판(500)의 상부에 이격되게 위치하여 유리창 모서리를 수용하게 수직 하향으로 'ㄷ'자형의 홈이 형성되는 상부제1홈(112)과, 전기배선을 수용하게 양측면을 연통하는 장방형의 관통공인 상부제1배선공(111)으로 이루어진 직선형 프레임인 상부제1틀(110);과, 상부제1틀(110)의 우측에 연장 결합되는 '┓'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제3홈(122)과, 전기배선을 수용하게 '┓'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제2배선공(121)으로 이루어진 상부제2틀(120);과, 상부제1틀(110)의 좌측에 연장 결합되는 '┏'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제5홈(132)과, 전기배선을 수용하게 '┏'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제3배선공(131)으로 이루어진 상부제3틀(130);로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 수직프레임(300)은 창틀의 좌측을 형성하는 제1수직틀(310)과, 우측을 형성하는 제2수직틀(320)로 구분되는데, 제1수직틀(310)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제1수직배선공(311);과, 제1수직배선공(311)의 우측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제1전선결속홈(312);과, 우측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제1홈(313);과, 태양전지판(500)의 좌측면과 연결되어 회동이 가능하게 중심에 모터(316)의 축을 수용하는 연결링(317)과, 연결링(317)의 외주면에서 방사상으로 다수 개 씩 연장 형성된 판 형상의 결합부재(318)가 구비된 관통공인 제1회동부재(315);로 이루어지고, 제2수직틀(320)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제2수직배선공(321);과, 제2수직배선공(321)의 좌측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제2전선결속홈(322);과, 내측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제3홈(323);과, 태양전지판(500)의 우측면과 연결되어 회동이 가능하게 중심에 모터(326)의 축을 수용하는 연결링(317)과, 연결링(317)의 외주면에서 방사상으로 다수 개 씩 연장 형성된 판 형상의 결합부재(318)가 구비된 관통공인 제2회동부재(325);로 이루어지되, 상기 연결링(317, 327)과 결합부재(318, 328)사이에 형성되는 중공부인 전선인입구(315-1, 325-1)를 통해 태양전지판(500)에서 인출된 전선(540)이 제1, 2수직배선공(311, 321)으로 인입되는 것을 특징으로 한다.
상기 하부프레임(200)은 태양광발전의 주요 구성 요소인 인버터(600), 축전지(700), 콘트롤러(800)가 수용되는 공간으로서, 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성되는 하부제1홈(212)과, 인버터(600)와 축전지(700) 간에 연결되는 전기배선을 수용하게 형성되는 관통공인 하부제1배선공(211)으로 이루어진 직선형 프레임인 하부제1틀(210);과, 하부제1틀(210)의 우측에 연장 결합되는 '┛'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 상면과 상기 상면과 맞닿은 수직면에 유리창모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부제3홈(222)과, 전기배선을 수용하게 '┛'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제2배선공(221)으로 이루어진 하부제2틀(220);과, 하부제1틀(210)의 좌측에 연장 결합되는 '┗'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 상면과 상기 상면에 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부부제5홈(232)과, 전기배선을 수용하게 '┗'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제3배선공(231)으로 이루어진 하부제3틀(230);로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 태양전지판(500)의 하단부 양 끝에 고정되되, 측방향으로 원통형 돌출부가 연장 형성된 판 형상의 연결부재(550)와, 연결부재(550)의 원통형 돌출부에 연결되어 유동이 가능한 연결고리(561)를 상단부에 포함하는 막대형 지지살(560)의 하단부에 상기 연결고리(561)와 동일 형상의 지지고리(562)가 구성되어 나란하게 배치된 2개의 지지고리(562)에 형성된 관통공에 막대 형상의 지지봉(563)이 결합되고, 지지봉(563)의 양 말단에 측방향으로 직경이 축소된 원통형 돌출부인 지지돌기(564)가 제1수직틀(310)과 제2수직틀(320)의 내측면 하단부에서부터 사선방향으로 절곡되게 돌출되어 연직상방으로 다수 개 형성되는 걸림턱(319, 329)에 고정됨으로써 태양전지판(500)의 경사각을 수동으로 조정하게 구성한다.
상기와 같은 구성으로 태양전지판(500)에 의해 변환된 전기에너지가 하부프레임(200) 내에 구비된 콘트롤러(900)를 통해 전압 크기를 조정한 후, 축전지(700)로 직류 전류를 공급하여 충전된 전력으로 태양전지판(500)의 경사각을 조절하는 구동력으로 사용케 하고, 잉여전력은 건물 내 전력용기기에 공급될 수 있도록 인버터(600)에 의해 교류 전류로 변환된 후, 중앙제어부(900)의 제어에 의해 옥내배선을 경유하여 각 기기로 전원이 공급됨으로써 건물 내 전기설비를 가동케 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 건물 외벽에 맞닿게 설치된 창틀에 일체형으로 구성되는 태양광발전기능이 구비된 창틀로서, 외관상으로는 태양광전지판만 노출되고 나머지 구성 요소인 콘트롤러, 인버터, 축전지 및 기타 배선은 창틀 프레임 내부에 자리잡아 외부 장애물이나 안전사고의 발생 우려가 없으며, 창틀 프레임 자체가 모듈화되어 구성 요소의 고장 또는 파손 시에 유지보수 및 교체가 용이하고, 창틀 개별적으로 자체 태양광 발전이 가능하여 건물 공간별로 에너지의 효율적인 이용을 가능케 하며, 태양광전지판의 경사각 조절을 통해 외부 햇빛의 투과량을 조절할 수 있어 광도가 비교적 센 여름에 실내 온도를 낮출 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 정면을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 후면을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 전체 결합상태를 도시한 도면.
도 4는 상부프레임(100)의 구조를 나타낸 상세도.
도 5는 수직프레임(300)의 구조를 나타낸 상세도.
도 6은 하부프레임(200)의 구조를 나타낸 상세도.
도 7은 제1회동부재(315)의 구조를 나타낸 단면도.
도 8은 제1회동부재(315)의 상세구조를 나타낸 도면.
도 9는 태양전지판(500)의 지지 구조를 나타낸 도면.
도 10은 태양전지판(500)의 지지 구조를 나타낸 사시도.
도 11은 상부프레임(100), 하부프레임(200), 수직프레임(300)의 보수 구조를 나타낸 도면.
도 12은 본 발명에 구비되는 태양광발전 구성을 나타낸 블록다이어그램.
본 발명의 기술에 앞서, 본 실시 예는 본 발명의 구성 요소와 각 요소의 기능에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 본 원에 기재된 청구범위에 의해서만 한정되는 것임을 명확히 한다.
이하, 본 발명에 따른 태양광발전기능이 구비된 창틀을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 정면과 후면을 도시한 도면으로서, 다수의 솔라셀(510)이 등간격으로 배열된 판 형상의 태양전지판(500);과, 내부에 길이방향으로 중공부를 포함하는 직선형 프레임으로서 양 말단부가 수직으로 일부 하향 절곡되어 돌출되게 연장 형성된 상부프레임(100);과, 상부프레임(100)의 양 말단부를 지지하고, 창틀의 좌, 우측을 형성하게 서로 대향되는 한 쌍의 직선형 프레임으로서, 태양전지판(500)을 양측에서 지지하고 태양전지판(500) 상부의 길이방향을 축으로 태양전지판(500)이 회동하게 하는 수직프레임(300);과,태양전지판(500)으로부터 전달된 전기에너지의 직류 전압 크기를 제어하는 콘트롤러(800)와, 콘트롤러에 의해 전달된 전기에너지를 직류전력으로 저장해 DC부하에 전원을 공급하는 축전지(700)와, 직류전력을 교류전력으로 변환해 AC부하에 전원을 공급하는 인버터(600)가 내부에 구비되는 직선형 프레임으로서, 양 말단부가 수직으로 일부 상향 절곡되어 돌출되게 연장 형성되어 수직프레임(300)의 양 말단부를 지지하는 하부프레임(200);으로 본 발명이 구성됨을 보여 준다.
상기 상부프레임(100)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 건물 바깥을 향하는 일측면의 하단부가 길이방향으로 하향 절곡된 직선형 프레임이며, 상기 프레임의 양 말단부에서 하향으로 직각 절곡되는 돌출부가 형성되는 구조로서, 태양전지판(500)의 상부에 이격되게 위치하여 유리창 모서리를 수용하게 수직 하향으로 'ㄷ'자형의 홈이 형성되는 상부제1홈(112)과, 전기배선을 수용하게 양측면을 연통하는 장방형의 관통공인 상부제1배선공(111)으로 이루어진 직선형 프레임인 상부제1틀(110);과, 상부제1틀(110)의 우측에 연장 결합되는 '┓'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제3홈(122)과, 전기배선을 수용하게 '┓'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제2배선공(121)으로 이루어진 상부제2틀(120);과, 상부제1틀(110)의 좌측에 연장 결합되는 '┏'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제5홈(132)과, 전기배선을 수용하게 '┏'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제3배선공(131)으로 이루어진 상부제3틀(130);로 구성된다.
상기 수직프레임(300)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 창틀의 좌측을 형성하는 제1수직틀(310)과, 우측을 형성하는 제2수직틀(320)로 구분되는데, 제1수직틀(310)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제1수직배선공(311);과, 제1수직배선공(311)의 우측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제1전선결속홈(312);과, 우측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제1홈(313);과, 태양전지판(500)의 좌측부와 연결되어 회동이 가능하도록 중심에 모터(316)의 축을 수용하고 태양전지판(500)에서 인출된 전선(540)이 제1수직배선공(311)으로 인입되는 관통영역을 구비하는 제1회동부재(315);로 이루어지며, 제2수직틀(320)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제2수직배선공(321);과, 제2수직배선공(321)의 좌측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제2전선결속홈(322);과, 내측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제3홈(323);과, 태양전지판(500)의 우측부와 연결되어 회동이 가능하도록 중심에 모터(326)의 축을 수용하고 태양전지판(500)에서 인출된 전선(540)이 제2수직배선공(321)으로 인입되는 관통영역을 구비하는 제2회동부재(325);로 구성된다.
상기 하부프레임(200)은 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 태양광발전의 주요 구성 요소인 인버터(600), 축전지(700), 콘트롤러(800)가 수용되는 공간으로서, 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성되는 하부제1홈(212)과, 인버터(600)와 축전지(700) 간에 연결되는 전기배선을 수용하게 형성되는 관통공인 하부제1배선공(211)으로 이루어진 직선형 프레임인 하부제1틀(210);과, 하부제1틀(210)의 우측에 연장 결합되는 '┛'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 상면과 상기 상면과 맞닿은 수직면에 유리창모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부제3홈(222)과, 전기배선을 수용하게 '┛'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제2배선공(221)으로 이루어진 하부제2틀(220);과, 하부제1틀(210)의 좌측에 연장 결합되는 '┗'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 상면과 상기 상면에 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부부제5홈(232)과, 전기배선을 수용하게 '┗'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제3배선공(231)으로 이루어진 하부제3틀(230);로 구성된다.
태양전지판(500)의 하단부 양 끝에 고정되되, 측방향으로 원통형 돌출부가 연장 형성된 판 형상의 연결부재(550)와, 연결부재(550)의 원통형 돌출부에 연결되어 유동이 가능한 연결고리(561)를 상단부에 포함하는 막대형 지지살(560)의 하단부에 상기 연결고리(561)와 동일 형상의 지지고리(562)가 구성되어 나란하게 배치된 2개의 지지고리(562)에 형성된 관통공에 막대 형상의 지지봉(563)이 결합되고, 지지봉(563)의 양 말단에 측방향으로 직경이 축소된 원통형 돌출부인 지지돌기(564)가 제1수직틀(310)과 제2수직틀(320)의 내측면 하단부에서부터 사선방향으로 절곡되게 돌출되어 연직상방으로 다수 개 형성되는 걸림턱(319, 329)에 고정됨으로써 태양전지판(500)의 경사각을 수동으로 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 창틀에 의해 태양광발전이 이루어짐에 있어서, 태양전지판(500)에 의해 변환된 전기에너지가 하부프레임(200) 내에 구비된 콘트롤러(800)를 통해 전압 크기를 조정한 후, 축전지(700)로 직류 전류를 공급하여 충전된 전력으로 태양전지판(500)의 경사각을 조절하는 구동력으로 사용케 하고, 잉여전력은 건물 내 전력용기기에 공급될 수 있도록 인버터(600)에 의해 교류 전류로 변환된 후, 중앙제어부(900)의 제어에 의해 옥내배선을 경유하여 각 기기로 전원이 공급됨으로써 건물 내 전기설비를 가동케 하여 태양광 발전이 이루어진다.
이제 상기와 같은 본 발명의 구성 요소를 바탕으로 각 요소별로 상세 구조와 기능을 기술하고자 한다.
상기 태양전지판(500)은 종류에 있어서 실리콘(Si)으로 제조된 솔라셀이 상업적으로 많이 사용되는데, 실리콘 솔라셀 제품도 단결정, 다결정, 비정질(Amorphous)로 세분화된다. 이 중에서 단결정 실리콘 제품이 타 종류에 비해 전력변환효율이 20 내지 25%로 높은 반면에 가격은 상대적으로 고가이다. 본 발명에서는 창틀의 상부 일면에 태양전지판(500)을 구성하기 때문에, 최소의 면적에서 최대한 에너지 생산 효율이 높은 단결정 실리콘으로 구성된 솔라셀을 태양전지판(500)으로 채용함이 바람직하다. 태양전지판(500)의 크기는 창틀의 크기에 따라 배열을 조정하기 용이하도록 가로, 세로가 각각 20 내지 40 cm 이하의 크기로 된 솔라셀을 사용하여 다수 개씩 수직 또는 수평 배열함으로써 태양전지판(500)을 구성하며, 상기 솔라셀의 정격용량은 20 내지 40W인 것이 적당하다.
또한 태양전지판(500)의 상부 양 측면에는 모터(316, 326)의 축과 결속이 가능한 홈이 구비된 원통형의 결속부재인 축돌기(570)가 구성되는데 그 길이는 모터 축의 길이와 동일하거나 1 내지 2 mm 길게 구성하여 유동이 원활하게 한다. 상기 축돌기(570)는 태양전지판(500)의 네 모서리를 감싸는 금속 프레임의 상면에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 상부제1틀(110)은 내부에 길이방향의 중공부를 구비하는 직선형 프레임으로서 태양전지판(500)의 두께와 유리창 두께를 고려하여 폭을 구성하고, 길이방향으로 수직 하향 절곡되는 면을 통해 태양전지판(500)이 경사각을 이룬 상태에서 햇빛을 흡수함에 있어서, 창틀 구조가 장애물이 되지 않도록 한다. 유리창은 이중창으로 구성될 수도 있는데, 상기 상부제1홈(112)과 나란하게 동일 형상의 상부제2홈(113)이 형성되어 외부 환경과 격리가 가능하고, 단열 기능이 증대되게 한다.
또한, 상부제1틀(110)의 측면 상부에 길이방향으로 연통되게 형성된 상부제1배선공(111)을 통해 첨부된 도 1 및 도 2에서 태양전지판(500)에서 인출된 전선(540)은 좌측의 제1수직틀(310)의 제1수직배선공(311)을 통해 인입하여 하부프레임(200) 내에 안착된 콘트롤러(800)와 연결될 수 있으며, 우측의 제2수직틀(320)의 제2수직배선공(321)을 통해서도 연결될 수 있다. 또는 상부제1배선공(111) 내에 전기배선을 수용하는 대신에, 건물 바깥 면과 맞닿은 상부제1배선공(111)의 내측면에 등간격으로 다수 개의 절개홈을 형성하여 창틀 내의 인버터(600), 축전지(700) 등의 기기에서 발생하는 열을 건물 외부로 방출되게 구성할 수 있다. 또한, 상기 절개홈이 형성된 곳에 습도센서를 설치하여 일정수준을 초과하면 강우가 시작되는 것으로 간주하여 습도센서의 측정치가 콘트롤러(800)에 전송되고, 콘트롤러(800)는 중앙제어부(900)에 상기 정보를 전송하여 중앙제어부(900)가 전 창틀의 태양전지판(500)을 기본 위치인 수직 방향으로 조정하여 태양광 발전 가동을 중지함으로써 대기 전력을 절감하게 구성한다.
상기 상부제2틀(120)은 상부제1틀(110)의 우측에 연장 결합되는 '┓'자형의 절곡된 프레임인데, 수직방향의 좌측 말단부와 상부제1틀(110)의 우측 단면부와 결합되는데, 결합 구조는 돌출된 돌기가 상부제2틀(120)의 좌측 말단부의 상면에 형성되고, 상부제1틀(110)의 우측 단면부에는 상기 돌기와 동일한 형상의 홈이 형성되어 결속되는 방법으로 구성될 수 있다. 상부제2배선공(121)은 좌측 말단부와 우측 말단부를 연통하게 '┓'자형으로 절곡되어 전기배선의 수용 및 내부 열기의 배출통로로 사용되게 형성되며, 상부제3홈(122)과 상부제4홈(123)은 좌측 말단부의 하면과 상기 하면에 맞닿은 우측 말단부의 수직면에 함몰 형성되는 'ㄷ'자형의 홈으로서, 상기 홈과 상부제2배선공(121)의 내측면 사이의 두께는 상부제2틀(120) 두께의 1/4 이상이 되도록 하여 창틀의 내부강도가 저하되지 않게 함이 바람직하다. 상기 상부제3틀(130)은 상부제2틀(120)과 동일한 구조로서 좌, 우가 대칭되는 형상으로 구성되어 이하 상세 설명은 상기 상부제2틀(120)의 기술 내용으로 대체한다.
제1수직틀(310)은 창틀의 좌측에 수직으로 배치되어 내부에 전기배선을 수용하고 내부 열기의 이동 통로로서 사용되는 제1수직배선공(311)이 구비되는데, 제1수직배선공(311)의 측면에 구비되는 제1전선결속홈(312)은 전선(540)이 고정될 수 있도록 제1수직틀(310)의 상면에서 반원형태로 함몰된 홈이 수직하향으로 제1수직틀(310)의 하면까지 연장형성되는데, 전선의 고정력을 높이기 위해 제1전선결속홈(312)이 구비된 제1수직틀(310) 상면의 양측과 하면의 양측에 각각 수평방향으로밴드 모양의 탄성부재가 부착되어 제1수직틀(310)의 상, 하면에서 전선(540)을 밀착 고정하게 구성한다. 수직제1홈(313)과 수직제2홈(314)는 제1수직틀(310)의 좌측면 상단부에서 시작하여 하단부까지 수직으로 형성되어 유리창 모서리가 삽입되게 한 홈으로서, 상기 수직제1홈(313) 및 수직제2홈(314)의 각 내측면과 제1수직배선공(311) 사이의 두께는 제1수직틀(310) 두께의 1/5 이상으로 유지하여 구조적 강도를 확보한다. 제2수직틀(320)은 제1수직틀(310)과 대향되게 배치되고, 구조가 좌, 우 대칭되는 구조이므로, 상기 제1수직틀(310)의 기술 내용으로 대체한다.
상기 제1회동부재(315)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1수직틀(310)의 좌측면 상부에 구성되어 태양전지판(500)의 측면부에 형성된 축돌기(570)와 연결되어 태양전지판(500)을 지지하는 동시에 각운동 되게 하는 요소이다. 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 태양전지판(500) 두께보다 2 내지 4 mm 큰 직경의 원형으로 형성된 관통영역이 구성되고, 관통영역의 중심에는 축돌기(570) 직경보다 0.2 내지 0.5 mm 큰 관통공이 구비된 링 형상의 연결링(317)이 구비되어 연결링(317)의 중공부에 모터(316)축이 수용되고, 상기 축돌기(570)가 모터(316) 축을 덮는 방식으로 모터(316)와 태양전지판(500)이 연결되게 된다. 상기 연결링(317)은 제1수직틀(310)의 좌측면 두께에 해당하는 폭만큼 그 길이가 연장된 형태로서, 모터(316) 몸체의 크기에 해당하는 중공부가 말단부에 형성되고 상기 중공부에서 직경이 축소된 형태로 연장되는 또 하나의 중공부가 축돌기(570)에 수용될 수 있는 크기로 형성된다. 연결링(317)이 구비되는 위치에도 제1전선결속홈(312)이 형성되되 모터(316) 몸체가 연결링(317)의 중공부에 안착됨에 있어서, 도 8의 (b)에 나타난 것처럼 모터(316)가 내측으로 2 내지 3 mm 들어간 형상으로 결속됨으로써 제1전선결속홈(312)에 고정되는 전선과의 간섭이 발생되지 않게 구성된다. 연결링(316)과 원형의 관통영역 사이를 연결하는 직선형의 판으로 된 결합부재(318)가 방사상으로 다수 개 연결링(316)의 외주면에서 연장 형성되고, 결합부재(318)와 연결링 사이에 형성되는 중공부인 전선인입구(315-1)를 통해 태양전지판(500) 후면의 전지판단자덮개(520)에서 인출된 전선(540)이 인입되어 콘트롤러(800)와 연결될 수 있도록 구성된다. 상기 연결링(316) 내주면과 축돌기(570)의 외주면 상에는 각각 아치형의 세밀한 돌기가 등간격으로 다수 개 형성되어 모터(316)에 의한 회전 후 태양전지판(500)이 제1수직틀(310)에 고정되게 마찰력을 제공한다. 상기 제2회동부재(325)는 제1회동부재(315)와 구조가 동일하고 좌, 우 대칭되는 구조로서 상세 내용은 상기 제1회동부재(315)의 구성 요소에 대응되는 본 명세서의 부호를 대체함으로써 충분히 이해될 수 있으므로 생략한다.
상기 연결부재(550), 지지살(560), 걸림턱(319, 329)으로 구성되는 태양전지판(500)의 지지 구조에 있어서, 상기 연결부재(550)는 도 9에 도시된 바와 같이 태양전지판(500)의 하단면 양 끝에 일측면이 반원형으로 처리된 판 형상의 금속프레임에 측방향으로 원통형 돌출부가 형성되게 된다. 또한, 연결부재(550)에 연결되어 태양전지판(500)을 지지하기 위한 프레임으로 사용되는 지지살(560)은 일자형의 금속제로 이루어지며, 그 상단부에는 연결고리(561)가 형성되어 상기 연결부재(550)의 원통형 돌출부와 상호 연결되고, 그 하단부에는 상기 연결고리(561)와 동일한 형상의 지지고리(562)가 구성되어 좌, 우측 지지고리(562)의 중공부를 통해 결합되는 막대 형상의 지지봉(563)이 결합되고, 지지봉(563)의 양 말단부에는 측방향으로 직경이 축소되게 원통형으로 돌출되는 지지돌기(564)가 구성되어 걸림턱(319, 329)에 결착될 수 있게 구성한다. 상기 걸림턱(319, 329)은 제1수직틀(310)과 제2수직틀(320)의 측면에 형성되는데 도 9의 걸림턱(319)에서 창틀 바깥영역은 음각으로 함몰되는 구조로 구성됨이 바람직하다. 또한 상기 지지봉(564)이 평상시에는 하부프레임(200)의 상면에 안착될 수 있도록 반원형의 안착홈(565)이 길이방향으로 연장형성된다.
하부제1틀(210)은 내부에 길이방향의 중공부를 구비하는 직선형 프레임으로서 상부제1틀(110)과 동일한 폭으로 구성되며, 상면 내측에는 하부제1홈(212)과 하부제2홈(213)이 나란하게 형성되어 유리창 모서리가 삽입될 수 있도록 한다. 상기 안착홈(565)은 태양전지판(500)을 수동 조작 시, 하부제2홈(213)과 이격된 거리에서 길이방향으로 형성되는데, 이때 안착홈(565)의 두께는 지지봉(564) 직경의 1/2 내지 3/5가 적당하며 안착홈(565)의 중심부에는 지지봉(564)을 손으로 파지하기 쉽도록 완만한 경사로 된 홈이 확장된 구조를 가지게 구성한다.
하부제2틀(220)은 도 6에 도시된 바와 같이, 하부제1틀(210)의 우측에 연장 결합되는 '┛'자형의 절곡된 프레임인데, 수직면으로 된 좌측 말단부와 하부제1틀(210)의 우측 단면부와 결합되는데, 결합 구조는 돌출된 돌기가 하부제2틀(120)의 좌측 말단부의 상면에 형성되고, 하부제1틀(210)의 우측 단면부에는 상기 돌기와 동일한 형상의 홈이 형성되어 결속되는 방법으로 구성될 수 있다. 하부제2배선공(221)은 좌측 말단부와 우측 말단부가 연통되게 '┛'자형으로 절곡되어 인버터(600)와 전기배선이 수용되게 형성되며, 하부제3홈(222)과 하부제4홈(223)은 좌측 말단부의 상면과 상기 상면에 맞닿은 우측 말단부의 수직면에 함몰 형성되는 'ㄷ'자형의 홈으로서, 상기 홈과 하부제2배선공(221)의 내측면 사이의 두께는 하부제2틀(120) 두께의 1/4 이상이 되도록 하여 창틀의 내부강도가 저하되지 않게 함이 바람직하다. 하부제3틀(230)은 하부제2틀(220)과 좌우 대칭되는 구조로서 기능적으로 동일하므로 상세 설명은 상기 하부제2틀(220)의 내용으로 대신한다. 다만 하부제3틀(230)에 수용되는 구성 요소인 콘트롤러(800)와 축전지(700)이고, 하부제2틀(220)의 정면에는 직사각형의 관통공인 제어창(224)이 형성되어 인버터에 의해 교류전력으로 전환되는 전력값을 체크하고 기타 이상 정보를 파악할 수 있게 하부제2틀(220)을 구성한다.
상기와 같이 상부프레임(100), 하부프레임(200), 수직프레임(300)의 상세 설명이 이루어졌으며, 창틀 내의 구성 기기인 인버터(600), 축전지(700), 콘트롤러(800)와 모터(316, 326)의 보수 및 점검을 위해 도 11에 도시된 바와 같이, 개폐가 가능하게 구비된 상부보수덮개(110-1), 하부보수덮개(210-1), 제1수직보수덮개(310-1)가 구성되며, 도 11에 도시되지는 않았으나 제2수직틀(320)에 제1수직보수덮개(310-1)와 동일 형상의 좌, 우 대칭구조로 이루어진 제2수직보수덮개(320-1)가 형성된다. 상기 보수덮개는 직사각형의 판 형상으로서, 말단부가 하향 절곡되게 축소되어 축소된 면 상에 길이방향으로 'ㄷ'자형으로 돌출된 결속돌기가 형성되고, 각 보수덮개(110-1, 210-1, 310-1, 320-1)의 말단부에 결속되게 되는 각 프레임(110, 210, 310, 320)의 내측면에는 길이방향으로 결속돌기와 동일하되, 함몰된 형상의 결속홈이 형성되어 상기 결속돌기와 결속홈이 긴밀히 결착하여 창틀의 폐쇄가 이루어지게 구성한다. 또한, 손으로 각 보수덮개(110-1, 210-1, 310-1, 320-1)를 파지하기 용이하게, 결속 부위에 해당하는 각 프레임(110, 210, 310, 320)의 상면 중심에 반원형의 홈이 구성됨이 바람직하다.
도 12에 도시된 바와 같이, 상기 콘트롤러(800)는 축전지(700) 또는 인버터(600)에 전기적으로 연결되는데, 도 3에 나타난 것처럼 하부제3틀(230) 내에 배치된 축전지(700)의 상부에 구비되는 것이 배선 연결과정에서 자연스럽다. 콘트롤러(800)를 지지하기 위해 제1수직틀(310)에 형성된 제1수직배선공(311)의 수평방향으로 지지막이 제1수직배선공(311)의 양 측면과 결합되되, 제1전선결속홈(312)과는 이격을 두어 전선이 수용되는 공간은 확보하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 지지막의 구조는 판 형상으로 이루어지되, 메쉬구조의 철망으로 구성되어 내부의 열기가 철망 사이로 배출될 수 있게 한다. 상기 콘트롤러(800)는 축전지(700)에서 태양광전지판(500)으로 역방향의 전류가 발생되는 것을 방지하고, 축전지(700)의 전압이 기준 전압 이하로 하강 시, 충전을 개시하도록 하며, 과충전이 발생되지 않도록 축전지(700)의 최대허용전압에 도달 시, 충전전압이 유지될 정도로만 충전이 되게 하는 세류 충전(Trickle charge)을 실시하는 기능이 구성되어야 한다.
상기 인버터(600)는 가로, 세로가 각각 10 cm 이내이고, 높이가 15 cm 이내로 제작된 초소형 인버터로서, 0.1 내지 0.4 kW의 부하에 투입될 수 있는 용량으로서 설치 환경에 따라 단상 200, 220 V 또는 삼상 200, 220 V 규격이 사용되게 구성된다.
상기 축전지(700)는 공칭전압이 6 또는 12 V이고, 용량은 4 내지 20 AH가 태양전지판(500)의 규격과 비교하여 적당하다. 그 크기는 가로, 세로가 각각 5 내지 15 cm 이하이고, 높이는 20 cm 이하인 것으로 선정하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 각 구성 요소의 결합이 이루어진 상태에서 도 12에 나타난 바와 같이, 콘트롤러(800)는 전압 조정을 거친 후 축전지(700)에 전류를 공급하여 충전이 되도록 하며, 충전이 완료된 후에는 세류충전을 시작하여 축전지(700)에 충전된 용량을 유지시켜준다. 축전지(700)에 충전된 전류를 상기 모터(316, 326)가 이용할 수 있도록 콘트롤러(800)에서 축전지(700)에 충전된 전류를 모터(316, 326)에 공급하도록 전기적 신호를 보내거나, 콘트롤러(800)에서 바로 모터(316, 326)로 전원을 공급하게 구성한다. 상기 콘트롤러(800) 또는 축전지(700)를 통해 조정된 전압을 인가받은 인버터(600)는 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 건물 내에 위치한 중앙제어부(900)는 전원 공급이 필요한 가전제품 및 전열기구에 전력이 투입될 수 있도록 내부 전자회로구성에 의해 상기 각 창틀에 구비된 다수의 인버터(600)로부터 공급되는 전력을 중앙 충전설비에 저장하고 저장된 전력을 각 개소로 분배하는 기능을 구비하는 것이 바람직하다.
100: 상부프레임 110: 상부제1틀
120: 상부제2틀 130: 상부제3틀
200: 하부프레임 210: 하부제1틀
220: 하부제2틀 230: 하부제3틀
300: 수직프레임 310: 제1수직틀
320: 제2수직틀 400: 유리창
500: 태양전지판 600: 인버터
700: 축전지 800: 콘트롤러
900: 중앙제어부

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  2. 상부프레임(100);과 상부프레임의 말단과 상호 연결되는 수직프레임(300);과 수직프레임의 저면과 결합되는 하부프레임(200);으로 이루어지되, 수직프레임의 내측면에 연결되어 회동되는 태양전지판(500);과 하부프레임에 내장되는 콘트롤러(800); 축전지(700); 및 인버터(600);를 포함하여서 태양광발전기능이 구비된 창틀에 있어서,
    상기 상부프레임(100)은 건물 바깥을 향하는 일측면의 하단부가 길이방향으로 하향 절곡된 직선형 프레임이며, 상기 프레임의 양 말단부에서 하향으로 직각 절곡되는 돌출부가 형성되는 구조로서, 태양전지판(500)의 상부에 이격되게 위치하여 유리창 모서리를 수용하게 수직 하향으로 'ㄷ'자형의 홈이 형성되는 상부제1홈(112)과, 전기배선을 수용하게 양측면을 연통하는 장방형의 관통공인 상부제1배선공(111)으로 이루어진 직선형 프레임인 상부제1틀(110);과, 상부제1틀(110)의 우측에 연장 결합되는 '┓'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제3홈(122)과, 전기배선을 수용하게 '┓'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제2배선공(121)으로 이루어진 상부제2틀(120);과, 상부제1틀(110)의 좌측에 연장 결합되는 '┏'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 하면과 상기 하면과 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 상부제5홈(132)과, 전기배선을 수용하게 '┏'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 상부제3배선공(131)으로 이루어진 상부제3틀(130);로 구성되며,
    상기 수직프레임(300)은 창틀의 좌측을 형성하는 제1수직틀(310)과, 우측을 형성하는 제2수직틀(320)로 구분되는데, 제1수직틀(310)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제1수직배선공(311);과, 제1수직배선공(311)의 우측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제1전선결속홈(312);과, 우측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제1홈(313);과, 태양전지판(500)의 좌측면과 연결되어 회동이 가능하게 중심에 모터(316)의 축을 수용하는 연결링(317)과, 연결링(317)의 외주면에서 방사상으로 다수 개 씩 연장 형성된 판 형상의 결합부재(318)가 구비된 관통공인 제1회동부재(315);로 이루어지고, 제2수직틀(320)은 곧은 직사각형의 프레임으로서, 내부에 길이방향으로 형성된 장방형 판 형상의 중공부인 제2수직배선공(321);과, 제2수직배선공(321)의 좌측면에 'U'자형으로 절곡된 함몰부가 다수 개씩 길이방향으로 형성되는 제2전선결속홈(322);과, 내측면에 유리창 모서리가 삽입되는 턱을 제공하게 'ㄷ'자형으로 함몰되는 수직제3홈(323);과, 태양전지판(500)의 우측면과 연결되어 회동이 가능하게 중심에 모터(326)의 축을 수용하는 연결링(317)과, 연결링(317)의 외주면에서 방사상으로 다수 개 씩 연장 형성된 판 형상의 결합부재(318)가 구비된 관통공인 제2회동부재(325);로 이루어지되, 상기 연결링(317, 327)과 결합부재(318, 328)사이에 형성되는 중공부인 전선인입구(315-1, 325-1)를 통해 태양전지판(500)에서 인출된 전선(540)이 제1, 2수직배선공(311, 321)으로 인입되도록 구성되되,
    상기 상부프레임(100), 하부프레임(200), 수직프레임(300)의 내부 건물 공간을 향한 각 내측면에는 힌지결합으로 개폐가 이루어지는 상부보수덮개(110-1), 하부보수덮개(210-1), 제1,2 수직보수덮개(310-1, 320-1)가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광발전기능이 구비된 창틀.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부프레임(200)은 태양광발전의 주요 구성 요소인 인버터(600), 축전지(700), 콘트롤러(800)가 수용되는 공간으로서, 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성되는 하부제1홈(212)과, 인버터(600)와 축전지(700) 간에 연결되는 전기배선을 수용하게 형성되는 관통공인 하부제1배선공(211)으로 이루어진 직선형 프레임인 하부제1틀(210);과, 하부제1틀(210)의 우측에 연장 결합되는 '┛'자형의 절곡된 프레임으로서 좌측 말단부 상면과 상기 상면과 맞닿은 수직면에 유리창모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부제3홈(222)과, 전기배선을 수용하게 '┛'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제2배선공(221)으로 이루어진 하부제2틀(220);과, 하부제1틀(210)의 좌측에 연장 결합되는 '┗'자형의 절곡된 프레임으로서 우측 말단부 상면과 상기 상면에 맞닿은 수직면에 유리창 모서리를 수용하게 'ㄷ'자형으로 함몰 형성된 하부부제5홈(232)과, 전기배선을 수용하게 '┗'자형으로 절곡되고 장방형의 단면을 가진 하부제3배선공(231)으로 이루어진 하부제3틀(230);로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전기능이 구비된 창틀.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 태양전지판(500)의 하단부 양 끝에 고정되되 측방향으로 원통형 돌출부가 연장 형성된 판 형상의 연결부재(550)와, 연결부재(550)의 원통형 돌출부에 연결되어 유동이 가능한 연결고리(561)를 상단부에 포함하는 막대형 지지살(560)의 하단부에 상기 연결고리(561)와 동일 형상의 지지고리(562)가 구성되어 나란하게 배치된 2개의 지지고리(562)에 형성된 관통공에 막대 형상의 지지봉(563)이 결합되고, 지지봉(563)의 양 말단에 측방향으로 직경이 축소된 원통형 돌출부인 지지돌기(564)가 제1수직틀(310)과 제2수직틀(320)의 내측면 하단부에서부터 사선방향으로 절곡되게 돌출되어 연직상방으로 다수 개 형성되는 걸림턱(319, 329)에 고정됨으로써 태양전지판(500)의 경사각을 수동으로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양광발전기능이 구비된 창틀.
  6. 삭제
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