KR101381589B1 - 염료감응태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전 모듈에 관한 것으로, 행 및 열 방향으로 배열되며 전기적으로 서로 연결된 복수의 염료감응태양전지 모듈, 최외곽에 배열된 염료감응태양전지 모듈이 삽입되는 결합재, 결합재와 조립되며 최외곽 프레임을 구성하는 간봉재, 및 복수의 염료감응태양전지 모듈과 중첩되도록 간봉재의 양면에 각각 부착된 유리를 포함한다.
Description
본 발명은 염료감응태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작은 크기의 염료감응태양전지 모듈들을 연결하여 대면적화하고 창호 및 커튼 월에 적용할 수 있도록 한 염료감응태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전 모듈에 관한 것이다.
염료감응태양전지(dye-sensitized solar cell)는 기존의 실리콘 태양전지에 비해 제조 단가가 1/3 수준으로 낮고, 박막형 태양광 모듈에 비해 가시성이 우수하기 때문에 최근 들어 건물일체형 태양광발전(building integrated photovoltaic) 시스템에 적용하려는 노력이 진행되고 있다.
건물일체형 태양광발전은 태양전지를 건축물의 외피 마감재로 사용하는 기술로서, 자체적인 전력발생을 통해 건축물 전력수급의 일익을 담당할 수 있기 때문에 근래 들어 전 세계적으로 주목받고 있다.
그러나 현재 개발된 염료감응태양전지 모듈은 최대 크기가 약 300mmㅧ300mm 정도로 작기 때문에 대면적 모듈이 요구되는 건축 분야에서는 그 활용도가 작을 수밖에 없다.
염료감응태양전지 모듈을 실용화하기 위해서는 대면적화가 필요하지만 제조기술의 한계로 인해 현재는 상기와 같이 작은 크기의 단위 모듈만 개발된 상태이며, 한국공개특허 10-2011-0060413호와 같이 염료감응태양전지 모듈을 대면적화하기 위한 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있지만, 현재로서는 염료감응태양전지 모듈들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 어레이(array) 형태로 대면적화하는 기술이 유일하다.
그러나 상호 연결된 염료감응태양전지 모듈은 외부에 집적 노출될 경우 내구성 및 내후성이 저하되기 때문에 창호 및 커튼 월에 접목하는 건물일체형 태양광발전 용도로 사용하기에는 문제점이 많다.
본 발명의 목적은 내구성 및 내후성이 향상된 건물일체형 태양광발전 모듈을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 염료감응태양전지를 이용한 건물일체형 태양광발전 모듈은 행 및 열 방향으로 배열되며 전기적으로 서로 연결된 복수의 염료감응태양전지 모듈, 최외곽에 배열된 상기 염료감응태양전지 모듈이 삽입되는 결합재, 상기 결합재와 조립되며 최외곽 프레임을 구성하는 간봉재, 및 상기 복수의 염료감응태양전지 모듈과 중첩되도록 상기 간봉재의 양면에 각각 부착된 유리를 포함한다.
상기 염료감응태양전지 모듈은 제 1 전극이 형성된 제 1 기판, 제 2 전극이 형성된 제 2 기판, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 개재되며 봉지재로 밀봉된 염료를 포함하며, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극이 서로 대향하지 않도록 노출되고, 노출된 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극이 인접하는 상기 염료감응태양전지 모듈의 제 1 전극 또는 제 2 전극과 겹쳐지도록 배열된다.
상기 결합재는 상기 염료감응태양전지 모듈의 일측부가 삽입되는 삽입부와, 상기 간봉재와 조립되는 결착부를 구비하고, 상기 간봉재는 상기 결합재의 결착부에 삽입되는 돌기부를 구비한다.
본 발명은 복수의 염료감응태양전지 모듈을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대면적화와 동시에 에너지 밀도 또는 출력을 높인다. 대면적화를 이루기 위해 염료감응태양전지 모듈을 결합재를 이용하여 최외곽 프레임을 구성하는 간봉재에 고정하고, 염료감응태양전지 모듈과 염료감응태양전지 모듈을 중간 결합재를 이용하여 상호 연결한다. 간봉재와 결합재의 조립구조가 유리의 간봉(air spacer) 역할을 하기 때문에 별도의 유리 간봉자재가 불필요하며, 모듈화 작업과 간봉 작업이 동시에 이루어지기 때문에 제작이 간편해진다. 또한, 삼중 복층화에 의해 투습이나, 봉지재의 노후와 같은 외부환경으로 인한 손상이 방지될 수 있으며, 금속 재질이 아닌 플라스틱 재질을 사용함으로써 창호 및 커튼 월 외피에 적용시 단열성능을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 조립 구조에 의해 내구성 및 신뢰성이 높은 건물일체형 태양광발전 모듈이 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 염료감응태양전지 모듈을 설명하기 위한 평면도 및 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 평면도.
도 3a 및 도 3b는 간봉재 및 결합재의 단면도.
도 3c는 간봉재에 결합재가 조립된 상태도.
도 3d는 중간 결합재의 단면도.
도 4는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 절개 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 평면도.
도 3a 및 도 3b는 간봉재 및 결합재의 단면도.
도 3c는 간봉재에 결합재가 조립된 상태도.
도 3d는 중간 결합재의 단면도.
도 4는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 절개 사시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서, 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 적용되는 염료감응태양전지 모듈을 설명하기 위한 평면도 및 단면도이다.
염료감응태양전지는 가시광선을 흡수하는 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와, 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주된 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다. 염료감응태양전지를 구성하는 하나의 단위 셀은 염료분자가 흡착된 나노결정 산화물이 코팅된 투명전도성 전극을 포함하는 반도체 전극, 나노입자금속(백금)이 코팅된 투명전도성 전극을 포함하는 상대 전극, 그리고 요오드계 산화-환원 전해질 등을 포함하는 전해질로 이루어진다. 복수개의 단위 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결하여 모듈을 구성함으로써 대면적화와 동시에 염료감응태양전지의 에너지 밀도 또는 출력을 높일 수 있다.
도 1을 참조하면, 염료감응태양전지 모듈(10)은 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2), 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 개재된 염료(3), 그리고 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2) 사이의 염료(3)를 밀봉하기 위한 봉지재(4)를 포함한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 제 1 기판(1)의 일면에는 제 1 전극으로서, 예를 들어, 반도체 전극이 형성되고, 제 2 기판(2)의 일면에는 제 2 전극으로서, 예를 들어, 상대 전극이 형성되며, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 염료(3)가 개재된다. 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)으로 유리 기판이 사용될 수 있다.
염료감응태양전지 모듈(10)은 상호 연결을 위해 제 1 전극 및 제 2 전극이 서로 대향하지 않도록 노출되고, 노출된 제 1 전극 또는 제 2 전극이 인접하는 다른 염료감응태양전지 모듈(10)의 제 1 전극 또는 제 2 전극과 겹쳐지도록 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)의 일부가 각각 봉지재(4) 외측으로 노출되며, 노출된 면은 서로 대향하지 않도록 배치된다.
도 2는 상기와 같이 구성된 염료감응태양전지 모듈(10)을 이용한 본 발명에 따른 건물일체형 태양광발전 모듈을 설명하기 위한 평면도로서, 본 명세서에서 건물일체형 태양광발전 모듈은 연료감응태양전지 모듈(10)을 포함하여 태양광발전을 하면서 건물의 창 및 창호의 기능을 동시에 수행하는 건축자재를 의미한다.
도 2를 참조하면, 건물일체형 태양광발전 모듈(20)은 행 및 열 방향으로 배열되며 전기적으로 서로 연결된 복수의 염료감응태양전지 모듈(10)을 포함한다.
최외곽에 배열된 염료감응태양전지 모듈(10)의 일 변(외측변)은 결합재(22)에 삽입되고, 결합재(22)에는 최외곽 프레임을 구성하는 간봉재(21)가 조립된다. 또한, 복수의 염료감응태양전지 모듈(10)과 중첩되도록 간봉재(21)의 양면에 각각 유리(41 및 42)가 부착된다.
예를 들어, 건물일체형 태양광발전 모듈(20)이 사각 형태로 제조되는 경우 일자 형태의 복수의 간봉재(21)를 조립하여 사용할 수 있으며, 직각으로 조립되는 두 개의 간봉재(21)에는 A 부분과 같이 직각 형태의 코너키(24)를 삽입하여 지지 및 결합되도록 한다.
복수의 염료감응태양전지 모듈(10)은 격자 형태로 배열된다. 일 방향 예를 들어, 열 방향으로 배열된 염료감응태양전지 모듈(10)은 B 부분과 같이 전극의 노출된 면이 서로 접촉되도록 배열된다. 전극의 노출된 면이 상호 겹침 구조로 결합됨으로써 양측 면이 모두 평면을 유지하게 된다. 다른 일 방향 예를 들어, 횡 방향으로 배열된 염료감응태양전지 모듈(10)은 C 부분과 같이 중간 결합재(23)에 의해 서로 결합된다. 중간 결합재(23)의 양단부는 결합재(22)에 연결 및 고정된다.
도 3a 및 도 3b는 간봉재(21) 및 결합재(22)의 단면도로서, 간봉재(21)의 돌기부(21a)가 결합재(22)의 결착부(22a)에 삽입되고, 결합재(22)의 삽입부(22b)에 염료감응태양전지 모듈(10)이 삽입되는 방식으로 염료감응태양전지 모듈(10)이 결합재(22)에 의해 간봉재(21)에 고정된다.
간봉재(21) 내부에는 코너키(24)가 삽입될 수 있도록 삽입홀(21b)이 형성된다. 코너키(24)에는 간봉재(21)와의 결착력을 높이기 위해 복수의 돌기가 형성되며, 코너키(24)는 금속 또는 플라스틱으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 3c는 간봉재(21)에 결합재(22)가 조립된 상태로서, 간봉재(21)와 결합재(22) 사이에 밀폐된 공간(22c)이 형성된다. 밀폐된 공간(22c)에는 흡습재를 수납할 수 있다.
도 3d는 중간 결합재(23)의 단면도로서, 양측에 염료감응태양전지 모듈(10)이 각각 삽입될 수 있도록 결착부(23a)가 형성되고, 중앙에는 외부패널자재와 연결 및 조립되는 조립부(23b)가 형성된다.
간봉재(21), 결합재(22) 및 중간 결합재(23)는 무게가 가벼우며 일정 수준의 강도를 갖는 플라스틱 등으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈(20)을 설명하기 위한 사시도로서, 상기와 같이 제조된 건물일체형 태양광발전 모듈(20)의 간봉재(21)의 양면에 접착제 등에 의해 유리(41 및 42)가 부착된다.
도 5는 본 발명의 건물일체형 태양광발전 모듈(20)을 설명하기 위한 절개 사시도로서, 유리(41 및 42) 사이의 간봉재(21) 외측에 실링제(50)를 채워 밀봉한다. 실링제(50)에 의해 외부로부터 수분의 침투가 방지되고, 간봉재(21)와 결합재(22) 사이의 밀폐된 공간(22c)에 흡습재(60)가 수납되기 때문에 건물일체형 태양광발전 모듈(20)의 내구성 및 신뢰성이 확보될 수 있다.
상기와 같이 제조된 건물일체형 태양광발전 모듈(20)은 건물의 창호나 커튼월 등에 적용된다.
이상에서와 같이 상세한 설명과 도면을 통해 본 발명의 최적 실시예를 개시하였다. 용어들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1 및 2: 유리 기판
3: 염료
4: 봉지재
10: 염료감응태양전지 모듈
20: 건물일체형 태양광발전 모듈
21: 간봉재
22: 결합재
23: 중간 결합재
24: 코너키
41 및 42: 유리
50: 실링재
60: 흡습재
3: 염료
4: 봉지재
10: 염료감응태양전지 모듈
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22: 결합재
23: 중간 결합재
24: 코너키
41 및 42: 유리
50: 실링재
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Claims (7)
- 행 및 열 방향으로 서로 인접하여 배열되며 전기적으로 연결된 적어도 1개 이상의 염료감응태양전지 모듈;
상기 염료감응태양전지 모듈들이 삽입되는 결합재와, 상기 결합재와 조립되는 간봉재를 포함하는 외곽 프레임; 및
상기 염료감응태양전지 모듈과 중첩되도록 상기 간봉재의 양면에 각각 부착된 유리;를 포함하고,
상기 간봉재와 상기 결합재의 결합에 의해 밀폐된 공간이 형성되며, 상기 밀폐된 공간에 흡습재가 수납되는 건물일체형 태양광발전 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 염료감응태양전지 모듈은
제 1 전극이 형성된 제 1 기판;
제 2 전극이 형성된 제 2 기판;
상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 개재되며 봉지재로 밀봉된 염료를 포함하며,
상기 제1기판 및 상기 제2기판은 서로 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 일구간이 노출되도록 겹쳐지고, 노출된 상기 전극들은 인접한 염료감응태양전지 모듈의 전극과 전기적으로 연결되도록 배열된 건물일체형 태양광발전 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 결합재는 상기 염료감응태양전지 모듈의 일측부가 삽입되는 삽입부와, 상기 간봉재와 조립되는 결착부를 구비하고, 상기 간봉재는 상기 결합재의 결착부에 삽입되는 돌기부를 구비하는 건물일체형 태양광발전 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 수직으로 결합되는 상기 간봉재 내부에 삽입되는 코너키를 더 포함하는 건물일체형 태양광발전 모듈.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리 사이의 상기 간봉재 외측에 채워진 실링재를 더 포함하는 건물일체형 태양광발전 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 인접하는 상기 염료감응태양전지 모듈을 연결하는 중간 결합재를 더 포함하는 건물일체형 태양광발전 모듈.
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