KR101502719B1 - 건물일체형 태양광 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물일체형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 양면 수광형 태양전지판을 구비하여 전력을 생산하는 동시에 주광을 실내로 반사시키는 광선반과; 상기 광선반과 이격 배치되어 상기 광선반의 후면으로 태양광을 반사시키는 제1 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건물일체형 태양광 발전 시스템{BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC SYSTEM}

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 건물의 창호 등에 설치되는 건물일체형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 건물일체형 태양광발전 시스템은, 태양전지 어레이(PV array)를 구성하는 복수의 태양전지 모듈(PV module)을 포함하고, 이 태양전지 모듈은 태양전지 패널과 각각 전기적으로 연결되어 태양전지 패널에서 생산되는 전기를 인버터(inverter)나 배터리(battery)에 제공하는 역할을 하는 정션박스(junction box)를 포함한다.

이와 같은 건물일체형 태양광발전 시스템에서, 태양전지 모듈은 건물의 벽이나 지붕, 또는 창문과 같은 창호 등에 일체형으로 설치된다. 태양전지 모듈은 이렇게 건물에 고정된 것에 비해, 태양의 고도는 계속 변하므로, 태양전지 모듈에 의한 태양광발전 효율은 태양의 고도에 영향을 받을 수밖에 없다. 즉, 태양전지 모듈에 입사되는 태양광의 양이 태양의 고도에 따라 상이한 점 때문에, 한층 향상된 태양광 발전효율을 기대할 수 없는 것이다.

한편, 건물일체형 태양광발전 시스템이 아닌, 일반적인 태양광발전 시스템에서는 태양전지 모듈이 움직이면서 태양을 추적하게 함으로써 태양광 발전효율을 향상시키고 있으나, 이러한 태양 추적방식은 구성이 복잡한 데다, 충분한 설치공간을 확보하여야하므로, 건물일체형 태양광발전 시스템에는 적용하기가 어려운 것이 현 실정이다.

일반적으로, 건축물의 실내 공간은 창문 등의 개구부를 통해 태양광을 받아들이는 채광이 이루어지도록 설계되는데, 이러한 채광 방식은 개구부를 통해 태양광을 직접 받아들이는 직접 채광방식과, 반사판(이하, '광선반'이라 칭함)을 통해 태양광을 간접적으로 받아들이는 방식이 사용된다.

여기서, 종래의 광선반은 상면이 반사판으로 형성되고 건축물의 개구부에서 수평으로 고정되게 설치되는 것으로, 외부에서 입사되는 태양광을 반사하여 실내 공간의 천장으로 반사광선이 입사되게 하며, 실내 공간을 간접적으로 채광하게 된다.

또한, 직접 채광방식은 단순하게 개구부를 통해서 태양광이 입사하는 것이어서 실내 공간에서 채광 정도가 고르지 못한 점이 있었으나, 광선반은 반사광선이 실내 공간으로 고르게 반사되면서 채광의 정도를 향상시킬 수 있었다.

또한, 종래 광선반의 채광 효율을 더 높이기 위하여 회동 가능한 구조의 광선반이 개발되었다. 한국공개특허 제10-2010-0093908호(2010.08.26)에는 루버장치가 개시되어 있는데, 개시된 루버장치는 수직방향으로 서로 평행하게 설치된 복수의 회전 가능한 루버 날개를 구비하고, 루버 날개의 일면에 거울면을 구비한 것을 특징으로 하여, 자연채광을 실내 조명으로 활용할 수 있게 하고 루버 날개가 회전하여 각도가 조절됨에 따라 채광효율도 향상시킬 수 있었다.

또한, 한국등록실용신안 제20-0349905호(2004.05.10.)에는 자연채광장치가 개시되어 있는데, 개시된 자연채광장치는 태양의 고도와 관계없이 실내 공간을 충분히 채광할 수 있게 하기 위해서, 실내 공간과 외부를 경계하는 창호를 상부창호와 하부 메인창호로 구획하여 그 사이에는 장홀을 형성하고, 장홀의 내측에는 장홀과 연통되는 슬라이딩 공간부를 형성하고 장홀과 슬라이딩 공간부에서 슬라이딩 가능하게 원호형의 돌출 광선반을 삽입 구성하였다. 이에 따라, 태양의 고도에 따라 돌출 광선반을 슬라이딩시켜서 실내 공간의 채광 효율을 조절할 수 있었다.

즉, 광선반을 하나의 X축 또는 복수 개로 구비하고 서로 평행한 복수의 X축 상에서 회전할 수 있도록 형성하여, 시간이 흐르거나 계절의 변화에 따라 태양의 고도가 변화하면 광선반을 X축 상에서 회전시켜서 실내 공간의 채광 효율을 향상시킬 수 있었다.

한편, 종래에는 광선반을 X축 상에서 회전가능한 구조로 형성하여 광선반의 위치 또는 각도를 조절할 수 없었던 문제점은 해결하였으나, 실질적으로 태양의 고도 뿐만 아니라 위치변화도 발생하는 것인 반면에 종래의 광선반은 태양의 위치변화에는 대응하지 못하는 문제점이 있었다.

즉, 태양은 오전에는 동쪽에 위치하다가 시간이 경과함에 따라 서쪽으로 위치가 변화하게 되는데, 종래의 광선반은 하나의 X축 또는 복수의 X축 상에서만 회전할 수 있어서 태양의 위치변화에 따른 채광 효율은 향상시키지 못하는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 2008-0095039(2008.10.28.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생되는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 건물일체형 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 태양의 위치변화에 따른 실내 채광성능 및 광전변환효율을 증대시킬 수 있는 건물일체형 태양광 발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템은 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 양면 수광형 태양전지판을 구비하여 전력을 생산하는 동시에 주광을 실내로 반사시키는 광선반과; 상기 광선반과 이격 배치되어 상기 광선반의 후면으로 태양광을 반사시키는 제1 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에서, 태양의 위치에 따라 상기 광선반 또는 상기 제1 반사판 중 적어도 하나를 이동시키는 이동부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에서, 상기 광선반은 상기 태양전지판의 적어도 일측에 장착되어 태양광을 실내 또는 상기 태양전지판의 전면으로 반사시키는 제2 반사판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에서, 상기 제2 반사판은 상기 태양전지판의 적어도 일측에 회전 가능하게 장착될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에서, 상기 이동부는 태양의 위치변화를 감지하는 센서부와; 상기 센서부에 의해 감지된 태양의 위치변화에 따라 상기 광선반의 돌출각도를 조절하는 제어부와; 상기 제어부의 제어하에 상기 광선반, 제1 반사판, 제2 반사판 중 적어도 하나를 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에서, 상기 센서부는 태양의 궤도를 추적하는 궤도센서, 태양의 고도를 추적하는 고도센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템에 의하면, 태양전지판을 양면 수광형 태양전지판으로 구성한 다음 태양전지판의 적어도 일측면에 반사판을 장착하고, 후면에도 반사판을 추가로 배치하여 태양전지판의 전면에서 뿐만 아니라 후면에서의 수광효율을 극대화함으로써 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 실내로 유입되는 태양광의 유입량을 조절하여 채광성능을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 광선반의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 이동부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광선반의 돌출각도 조절 예를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템의 구성을 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 광선반(100)의 구성을 나타낸 것이고, 도 3은 도 1의 이동부(300)의 구성을 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 건물일체형 태양광 발전 시스템은 광선반(100)과, 제1 반사판(200) 및 이동부(300)를 포함한다.

상기 광선반(100)은 태양광을 이용하여 기전력을 생성하는 태양전지판(110)과, 태양전지판(110)의 적어도 일측 단부에 결합된 제2 반사판(120)을 구비하여 전력을 생산하는 동시에 주광을 실내로 반사시키는 기능을 한다.

상기 태양전지판(110)은 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 양면 수광형의 다수의 전지셀이 소정 프레임에 장착된 것으로, 양면 수광형 전지셀은 공지된 제품을 사용하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 제2 반사판(120)은 태양전지판(110)의 수광영역을 벗어난 태양광을 태양전지판(110)의 전면으로 반사시키거나 실내로 반사시키기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 반사판(120)은 힌지(115)를 이용하여 태양전지판(110)의 적어도 일측 단부에 회전가능하게 결합될 수 있다.

상기 제2 반사판(120)은 광선반(100)이 설계되는 위치나 필요에 따라 태양전지판(110)의 4 측면 중 적어도 일측에 장착될 수 있으며, 반사율이 높은 금속재질 또는 그 표면에 거울이 부착된 것일 수 있다.

또한, 제2 반사판(120)은 실내로 유입되는 태양광의 유입량을 조절할 수 있다. 예를 들면, 태양의 고도가 높은 여름철에는 강한 태양열을 반사시켜 실내로 유입되지 않도록 차단할 수 있으며, 태양의 고도가 낮은 겨울철에는 태양광이 건물 내부로 깊숙이 유입되도록 할 수 있다.

이와 같이 태양전지판(110)의 적어도 일측에 반사율이 높은 제2 반사판(120)을 장착함으로써 태양전지판(110)의 수광효율을 증대시키고 실내 채광성능을 향상시킬 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 반사판(200)은 태양전지판(110)의 수광영역을 벗어난 태양광을 태양전지판(110)의 후면으로 반사시키기 위한 것으로, 태양전지판(110)의 후면에 태양전지판(110)과 이격되어 배치될 수 있다.

상기 제1 반사판(200)은 태양전지판(110)의 수광영역을 벗어난 태양광을 태양전지판(110)의 후면으로 반사하여 태양전지판(110) 후면에서의 수광효율을 극대화할 수 있는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에서는 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 태양전지판의 후면에 제1 반사판을 배치하여 태양전지판의 전면에서 뿐만 아니라 후면에서의 수광효율을 극대화함으로써 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있다.

상기 이동부(300)는 태양의 위치에 따라 광선반(100)의 돌출각도를 조절하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동부(300)의 구성을 나타낸 블록도로서, 본 실시예에 따른 이동부(300)는 센서부(310)와, 제어부(320) 및 구동부(330)를 포함한다.

상기 센서부(310)는 태양의 위치변화를 감지하기 위한 것으로, 태양의 궤도를 추적하는 궤도센서(312)와, 태양의 고도를 추적하는 고도센서(314)를 구비한다.

상기 제어부(320)는 센서부(310)에 의해 감지된 태양의 궤도 및 고도에 따라 구동부(330)를 제어하여 광선반(100)의 돌출각도를 조절한다. 여기서 돌출각도는 도 4에 도시된 바와 같이 건물일체형 태양광 발전 시스템이 설치되는 유리창으로부터 광선반의 돌출 정도를 의미하는 것이며, 제어부(320)는 태양전지판(110)의 태양광 수광효율을 극대화할 수 있도록 구동부(330)를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(320)는 구동부(330)를 제어하여 제1 반사판(200)의 돌출각도를 조절하거나 제2 반사판(120)의 각도를 조절할 수 있다.

상기 구동부(330)는 제어부(320)의 제어하에 광선반(100)을 이동시켜 광선반(100)의 돌출각도를 조절한다.

또한, 구동부(330)는 제1 반사판(200)을 이동시켜 제1 반사판(200)의 돌출각도를 조절하거나 제2 반사판(120)을 회전시켜 제2 반사판(120)의 각도를 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 태양전지판의 적어도 일측면에 반사판을 장착하고, 후면에 반사판을 배치하여 태양전지판의 전면에서 뿐만 아니라 후면에서의 수광효율을 극대화함으로써 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 실내로 유입되는 태양광의 유입량을 조절하여 채광성능을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 건물일체형 태양광 발전 시스템
100 : 광선반 110 : 태양전지판
115 : 힌지부 120, 200 : 반사판
300 : 이동부 310 : 센서부
312 : 궤도센서 314 : 고도센서
320 : 제어부 330 : 구동부

Claims (6)

1. 전면 및 후면에서 태양광을 수광하는 양면 수광형 태양전지판을 구비하여 전력을 생산하는 동시에 주광을 실내로 반사시키는 광선반과;
   상기 광선반과 이격 배치되어 상기 광선반의 후면으로 태양광을 반사시키는 제1 반사판; 및
   태양의 위치에 따라 상기 광선반 또는 상기 제1 반사판 중 적어도 하나를 이동시키는 이동부를 포함하며, 상기 이동부는
   태양의 위치변화를 감지하는 센서부와;
   상기 센서부에 의해 감지된 태양의 위치변화에 따라 상기 광선반 또는 상기 제1 반사판 중 적어도 하나의 돌출각도를 제어하는 제어부와;
   상기 제어부의 제어하에 상기 광선반 또는 상기 제1 반사판을 독립적으로 이동시켜 상기 광선반 또는 상기 제1 반사판 각각의 돌출각도가 조절되도록 하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광 발전 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광선반은
   상기 태양전지판의 적어도 일측에 장착되어 태양광을 실내 또는 상기 태양전지판의 전면으로 반사시키는 제2 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광 발전 시스템.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 반사판은
   상기 태양전지판의 적어도 일측에 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광 발전 시스템.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 제2 반사판의 각도를 더 제어하며, 상기 구동부는 상기 제어부의 제어하에 상기 제2 반사판을 회전시켜 상기 제2 반사판의 각도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광 발전 시스템.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 센서부는
   태양의 궤도를 추적하는 궤도센서, 태양의 고도를 추적하는 고도센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물일체형 태양광 발전 시스템.

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