KR101324692B1 - 대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부창과 내부창이 이격설치되고 그 사이에 대류공간이 형성되는 다층건물의 스팬드럴(spandrel) 부위에 설치되는 태양광발전 시스템에 관한 것으로서, 다층건물의 외벽을 형성하는 외부창(100); 상기 외부창(100)의 내측면에 부착되는 태양광발전모듈(300); 상기 외부창(100)의 상하좌우측 단부 내측면을 따라 부착되는 커튼월바(400); 상기 외부창(100)과 이격설치되는 단열부(500); 및, 상기 외부창(100)과 상기 단열부(500) 사이의 공간에 형성되며 다층건물의 하층부로부터 외기가 유입되고, 다층건물의 상층부로 상승기류가 배출되는 대류공간부(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템{Building Integrated Photovoltaic System using Convection Current}

본 발명은 다층건물에 일체형으로 설치되는 태양광발전 시스템으로서, 태양광발전모듈을 신속하게 냉각할 수 있으며 내부창과 외부창 사이의 공간에 형성된 대류공간부를 통하여 태양광발전모듈에서 발생된 열을 신속하게 외부로 배출하는 것을 특징으로 한다.

신에너지 및 재생에너지 개발.이용.보급촉진법 및 관련 시행령에 의하면 공공기관이 신축하는 연면적 3천 이상의 건축물에 대해서 총 건축공사비의 5% 이상을 신재생에너지 설비 설치에 투자하여야 하며, 2010년부터는 총 에너지소비량의 5% 이상은 신재생에너지를 사용하여야 한다.

이와 같은 요구에 부응하기 위하여 최근 건물 일체형 태양광 발전 시스템(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)이 시범적으로 시행되고 있으나, 현재의 BIPV는 다음과 같은 문제점이 있다.

현재 시공되고 있는 BIPV의 구조는 외장유리의 내측면에 태양광발전모듈과 페어글래스를 순차적으로 적층하는 구조인데, 페어글래스를 부착한 이유는 태양광에 의한 발전이 이루어지면 태양광발전모듈 자체의 온도가 상승하게 되는데, 하절기에 이러한 태양광발전모듈(2)의 열기가 실내로 유입되는 것을 차단하기 위함이다.

이러한 페어글래스를 사용하여 시공하는 경우 태양광발전모듈의 열기가 실내로 유입되는 것은 효과적으로 차단할 수 있으나, 발전 과정에서 상승된 태양광발전모듈 자체의 온도(경우에 따라서는 90℃ 이상으로 상승하기도 함)를 냉각시킬 수 없는 문제점이 있으며, 이와 같이 태양광발전모듈 자체의 온도를 냉각시키지 못하게 되면 발전 효율이 급격히 저하되어 법규에서 요구하는 조건을 충족시키지 못하게 되는 치명적인 단점이 있다.

아울러 태양광발전모듈을 외장유리에 부착한 후 다시 태양광발전모듈의 표면에 유리에 라미네이트 하는 공정이 어려워서 제작 비용이 많이 발생한다.

현재 시공되고 있는 BIPV의 또 다른 구조는 유리의 내측면에 EVA필름, PV셀, EVA셀 및 백시트(back sheet)를 순차적으로 라미네이트 하는 것인데, 이러한 백시트가 부착되면 태양광발전에서 발생되는 열을 신속하게 배출할 수 없어 발전효율이 저하되고 태양광발전모듈의 수명이 짧아지고 고장이 많이 발생한다는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 법규에서 요구하는 조건을 충족할 수 있도록 태양광발전모듈을 효과적으로 냉각함과 발전효율을 극대화할 수 있는 새로운 개념의 태양광발전 시스템을 창작하게 되었다.

상기한 문제점들을 해결하기 위하여 창작된 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 태양광발전모듈을 효과적으로 냉각하여 발전효율의 저하를 방지하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

둘째, 태양광발전모듈의 냉각과 함께 태양광발전모듈에서 발생되는 열기가 실내로 유입되는 것을 차단하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

셋째, 화재시에는 상층부로 화염이나 열, 연기 등이 전파되는 것을 효과적으로 차단하는 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 창작된 본 발명의 기술적 구성은 다음과 같다.

본 발명은 외부창과 내부창이 이격설치되고 그 사이에 대류공간이 형성되는 다층건물의 스팬드럴(spandrel) 부위에 설치되는 태양광발전 시스템에 관한 것으로서, 다층건물의 외벽을 형성하는 외부창(100); 상기 외부창(100)의 내측면에 부착되는 태양광발전모듈(300); 상기 외부창(100)의 상하좌우측 단부 내측면을 따라 부착되는 커튼월바(400); 상기 외부창(100)과 이격설치되는 단열부(500); 및, 상기 외부창(100)과 상기 단열부(500) 사이의 공간에 형성되며 다층건물의 하층부로부터 외기가 유입되고, 다층건물의 상층부로 상승기류가 배출되는 대류공간부(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 구성에 따른 기술적 효과는 다음과 같다.

첫째, 태양광발전모듈을 효과적으로 냉각하여 발전효율의 저하를 방지할 수 있다.

다시 말하면, 태양광발전모듈에 백시트를 적용하지 않아 태양광발전모듈에서 발생된 열기를 보다 신속하게 주변 공간으로 발산하고, 연돌효과가 발생하는 대류공간부를 통하여 이러한 열기를 신속하게 외기로 방출하여 태양광발전모듈의 온도 상승을 효과적으로 방지할 수 있다.

둘째, 태양광발전모듈의 냉각과 함께 태양광발전모듈에서 발생되는 열기가 실내로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

다시 말하면, 별도의 단열부를 구비하여 태양광발전모듈에서 발생된 열이 실내로 전파되는 것을 차단하여 하절기 과도한 냉방부하가 발생되지 않도록 한다.

셋째, 화재시에는 상층부로 화염이나 열, 연기 등이 전파되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.

다시 말하면 연돌효과에 의한 대류가 발생하는 대류공간부를 가로지르는 방화댐퍼가 구비되어 화재 발생시에는 대류공간부를 차단하여 하부층의 화염이나 연기가 상층부로 전파되는 것을 방지할 수 있다.

도1은 본 발명이 적용된 건물의 전체 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도2는 본 발명의 단면구조를 도시하는 확대도이다.
도3은 본 발명에 적용된 태양광발전모듈(300)의 단면구조이다.

이하에서는 본 발명의 구체적 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 외부창과 내부창이 이격설치되고 그 사이에 대류공간이 형성되는 다층건물의 스팬드럴(spandrel) 부위에 설치되는 태양광발전 시스템에 관한 것이다.

외부창(100)은 다층건물의 외벽을 형성하는 것으로서 그 종류가 특별히 한정되지는 않는다.

태양광발전모듈(300)은 외부창(100)의 내측면에 부착된다.

상기 태양광발전모듈(300)은 도3에 도시된 바와 같이 PV셀(310)의 전후면에 각각 EVA필름(320)만 부착되는 구조로서 별도의 백시트(back sheet)는 부착되지 않는다.

따라서 발전 과정에서 발생된 열을 보다 신속하게 주변 공간으로 방출하여 태양광발전모듈(300)의 발전효율을 유지하고, 태양광발전모듈(300)의 수명을 연장시킬 수 있다.

커튼월바(400)는 외부창(100)의 상하좌우측 단부 내측면을 따라 부착되는 구조물로서 양면접착테이프와 코킹 처리를 통하여 외부창(100)의 단부 내측면에 단단히 고정시킨다.

단열부(500)는 외부창(100)과 이격설치되어 태양광발전모듈(300)에서 발생된 열이 실내로 전달되는 것을 방지하게 된다.

외부창(100)과 단열부(500) 사이의 공간에는 대류공간부(600)가 형성되는데, 다층건물의 하층부에서는 대류공간부(600) 내부로 외기가 유입되고, 다층건물의 상층부에서는 대류공간부(600)에서 외기로 상승기류가 배출된다.

즉 대류공간부(600) 내부에는 연돌효과에 의한 상승기류가 발생하고, 이러한 상승기류는 태양광발전모듈(300)에서 발생된 열을 다층건물의 상층부를 통하여 신속하게 외부로 배출한다.

보호그물망(700)은 커튼월바(400)에 부착되어 외부창(100)과 이격되도록 설치되며 태양광발전모듈(300)이 설치된 영역 전체를 덮는다.

이러한 보호그물망(700)은 태양광발전모듈(300)을 보호하는 덮개 역할을 하는데, 태양광발전모듈(300)에서 발생된 열이 대류공간부(600)로 잘 전달될 수 있도록 완전히 차단된 판재를 사용하지 않고 그물망 형태의 보호덮개를 사용하게 된다.

태양광발전모듈(300)과 보호그물망(700) 사이의 거리는 최소 100mm 이상 확보하고, 보호그물망(700)의 재질은 열전도가 잘되는 금속재료를 선택하는 것이 바람직하다.

방화댐퍼(800)는 대류공간부(600)의 단면을 가로지르도록 설치되어 필요시 개폐되는데, 화재 발생시에는 열이나 연기 등을 감지하여 자동으로 닫히도록 하여 하부층의 열기나 화염, 또는 연기가 상층으로 전달되는 것을 방지한다. 화재 발생시 화염이 전파되어 불이 건물 전체로 번지는 것을 차단하는 차단막 역할을 한다.

아울러 방화댐퍼(800)는 동절기에는 닫아서 상승기류의 발생을 방지하여 태양광발전모듈(300)에서 발생된 열을 실내 난방열로 활용할 수도 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 구체적 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 설명하였으나 본 발명의 보호범위가 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양한 설계변경, 공지기술의 부가나 삭제, 단순한 수치한정 등의 경우에도 본 발명의 보호범위에 속함을 분명히 한다.

100:외부창
200:내부창
300:태양광발전모듈
310:PV셀(Photovoltaic cell) 320:EVA필름(Ethylene Vinyl Acetate Film)
400:커튼월바
500:단열부
600:대류공간부
700:보호그물망
800:방화댐퍼

Claims (4)

1. 외부창과 내부창이 이격설치되고 그 사이에 대류공간이 형성되는 다층건물의 스팬드럴(spandrel) 부위에 설치되는 태양광발전 시스템에 관한 것으로서,
   다층건물의 외벽을 형성하는 외부창(100);
   상기 외부창(100)의 내측면에 부착되는 태양광발전모듈(300);
   상기 외부창(100)의 상하좌우측 단부 내측면을 따라 부착되는 커튼월바(400);
   상기 외부창(100)과 이격설치되는 단열부(500); 및,
   상기 외부창(100)과 상기 단열부(500) 사이의 공간에 형성되며 다층건물의 하층부로부터 외기가 유입되고, 다층건물의 상층부로 상승기류가 배출되는 대류공간부(600);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템.
2. 제1항에서,
   상기 태양광발전모듈(300)은,
   PV셀(310)의 전후면에 각각 EVA필름(320)만 부착되고 별도의 백시트(back sheet)는 부착되지 않는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템.
3. 제2항에서,
   상기 커튼월바(400)에 부착되어 상기 외부창(100)과 이격되며 상기 태양광발전모듈(300)이 설치된 영역 전체를 덮는 보호그물망(700);
   이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 가운데 어느 한 항에서,
   상기 대류공간부(600)의 단면을 가로지르도록 설치되어 필요시 개폐되는 방화댐퍼(800);
   가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 대류현상을 이용한 건물일체형 태양광발전 시스템.
   

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