KR101690678B1

KR101690678B1 - 태양광 발전 창호

Info

Publication number: KR101690678B1
Application number: KR1020150141244A
Authority: KR
Inventors: 문여진
Original assignee: 문여진
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2016-12-28

Abstract

본 발명은 태양광 발전 창호에 관한 것으로, 빌딩, 주택 등에 필수적으로 갖추어지는 창호를 이용하여 태양광 에너지를 발전한 후 전력회사에 공급 또는 건축물의 전기시설에 공급함으로서 전기사용량 및 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 태양광 발전 창호는, 창틀(10)과; 프레임(22) 및 상기 프레임 안에 조립되는 투명창(21)으로 이루어지며 상기 창틀에 슬라이딩에 의해 개폐 가능하도록 장착되는 창문(20)과; 상기 창문의 투명창의 일면에 자연 채광이 가능하도록 상호 간에 일정 간격을 두고 부착되며 태양광 에너지를 전기에너지로 발전하는 다수의 박막형 태양전지(30), 상기 박막형 태양전지에 의해 발전된 전기에너지를 축전하는 축전지(40) 및 상기 박막형 태양전지에 의해 발전된 전기 에너지를 상기 축전지에 전달하는 접속수단을 포함하는 태양광 발전수단을 포함하고, 상기 접속수단은 상기 창문에 형성되며 상기 박막형 태양전지에서 인출되는 양극선과 음극선에 각각 연결되는 접속판(50,60), 상기 접속판과 대향되는 상기 창틀에 상기 창문의 슬라이딩 이동에 따른 상기 접속판의 이동 경로를 따라 형성되며 상기 접속판과 전기적으로 접속되어 전기에너지를 전달받는 접속레일(51,61), 상기 접속레일과 상기 축전지에 연결되어 상기 접속레일에 전달되는 전기에너지를 상기 축전지에 축전하는 전력선(52,62)을 포함한다.

Description

태양광 발전 창호{SOLAR ENERGY GENERATING WINDOWS}

본 발명은 창호에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빌딩, 주택 등에 필수적으로 갖추어지는 창호를 이용하여 태양광 에너지를 발전한 후 전력회사에 공급 또는 건축물의 전기시설에 공급함으로써 전기사용량을 줄일 수 있는 태양광 발전 창호에 관한 것이다.

주택, 업무용 빌딩 등 건축물에는 채광(採光) 및 환기를 위한 창(窓)을 구비하고 있다.

한편, 근래에는 무공해 또는 저공해 에너지 생산이 중요한 이슈로 떠오르면서, 창호 또는 외벽에 태양 전지를 적용한 건물일체형 태양광 발전 시스템(Building Integrated PhotoVoltaic System, BIPV)이 새롭게 개발되고 있다.

건물일체형 태양광 발전 시스템은 전기를 생산하는 PV모듈의 기능에 건축 외장재 기능을 추가함으로써 다양한 부가가치를 도모하는 태양광 발전시스템의 새로운 기술 분야이다. 건물의 외피를 구성 요소로 통합된 PV시스템은 전력생산이라는 본래의 기능에, 건물의 외장 재료로서의 새로운 기능을 추가함으로써 PV시스템의 설치에 드는 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 경제성은 물론 미적인 요소, 건축적 요소를 통합해 효율적으로 PV시스템 보급을 활성화시키려는 개념이다.

BIPV는 전기 에너지 생산과 동시에 지붕, 파사드, 블라인드, 태양열 집열기 등과 같이 건물 외피와 결합해 또 다른 기능을 제공할 수 있는 가능성을 부여한다.

국내의 경우, 중국, 미국, 등 다른 나라와 달리 넒은 부지를 확보하지 못해 대용량의 발전소를 설치하기는 힘든 현실이 있다. 이에 대한 해결책으로 건축 설계시 태양광을 접목시켜 부지 임대비와 같은 추가비용을 줄이게 되는 장점이 있다. 또한 구조물 건립비용이 필요하지 않으며 부하가 발생하는 그 지점에서 발전이 된다는 장점이 있다. 이러한 장점은 에너지 성능 측면의 비용 - 효과차원을 넘어 사회, 경제적으로 부가적 가치를 제공한다. 하지만 현시점에서 BIPV를 통해 기대할 수 있는 가장 큰 효과는 건축 디자인적 요소로서의 기능 일 것이다. BIPV의 가장 대표적인 응용형태인 지붕형 BIPV시스템은 지붕 위에 거치시키는 roof-top 방식이 가장 큰 시장을 형성하고 있으며, 최근에는 태양전지를 건축 외장재에 완벽하게 일체화시킨 roof-tile, roof-integrated 등이 활발하게 개발 출시되고 있다.

현재의 태양광시장(2011년 기준)은 1세대 실리콘 태양전지가 80%, 2세대 박막 태양전지20%로 구성돼 있다. 2세대 박막 태양전지는 빠른 기술 진보로 2020년 태양광시장의 약 30%를 차지할 것으로 전망된다.

박막 태양전지 중에서는 CI(G)S(구리,인듐,칼륜,설레늄 화합물)와 염료감응 태양전지(DSSC)가 최근 많은 관심과 활발한 연구가 진행 중이며 그 중에서 염료감응 태양전지가 BIPV후보로 부각되고 있다.

특허문헌(등록실용신안 제20-0446074호)은 일반유리 및 발열유리를 포함하는 실내측 발열복층유리; 상기 실내측 발열복층유리와 마주하도록 위치되며, 좌우 양측에 가드 레일이 설치되어 있는 실외측 블라인드; 시스템 구동에 필요한 전력을 공급하는 전력원으로서, 상기 전력원은 염료감응형 태양전지 유리 또는 투과형 박막 태양전지 유리이며, 상기 염료감응형 태양전지 유리 또는 상기 투과형 박막 태양전지 유리는 상기 실외측 블라인드가 실내측 발열복층유리를 바라보는 방향의 반대 방향으로 설치되어 있는, 전력원; 상기 실내측 발열복층유리의 상단, 상기 실외측 블라인드의 상단 및 상기 전력원의 상단에 걸쳐 설치된 상부 프레임으로서, 상기 상부 프레임의 내부에는 실내측 댐퍼, 실외측 댐퍼, 및 상기 실내측 댐퍼와 상기 실외측 댐퍼사이에 위치된 팬이 설치되어 있는, 상부 프레임; 상기 실내측 발열복층유리의 하단에 설치된 하부 프레임; 상기 실내측 발열복층유리와 상기 실외측 블라인드 사이에 설치되어 온도와 습도를 감지하는 온습도 센서; 및 상기 온습도 센서의 온습도 정보에 기초하여 상기 실내측 발열복층유리의 발열, 상기 팬의 작동, 상기 실내 및 실외 댐퍼의 개폐를 제어하는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 하부 프레임과 상기 실외측 블라인드의 하단 사이에는 개구부가 형성되어 있는 친환경에너지 절약형 자동제어 창호 시스템이며, 솔라셀 모듈, BIPV 모듈, 염료감응형 태양전지 유리 또는 투과형 박막 태양전지 유리 등 태양광 발전이 가능한 전력원을 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있지만, 개폐가 불가능한 고정식 창호이다.

등록실용신안 제20-0446074호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 빌딩, 주택 등에 필수적으로 갖추어지는 창호의 개폐를 통해 채광과 환기가 가능하고, 아울러 창호를 이용하여 태양광 에너지를 발전한 후 전력회사에 공급 또는 건축물의 전기시설에 공급함으로써 전기사용량을 줄일 수 있는 태양광 발전 창호를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 태양광 발전 창호는, 창틀과; 프레임 및 상기 프레임 안에 조립되는 투명창으로 이루어지며 상기 창틀에 장착되는 창문과; 상기 창문의 투명창의 외부면에 자연 채광이 가능하도록 상호 간에 일정 간격을 두고 부착되며 태양광 에너지를 전기에너지로 발전하는 박막형 태양전지, 상기 박막형 태양전지에 의해 발전된 전기에너지를 축전하는 축전지를 포함하는 태양광 발전수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 태양광 발전 창호에 의하면, 빌딩, 주택 등 건축물에 필수적으로 갖추어지는 투명 창호를 통해 자연 채광이 이루어지도록 함과 아울러 창호를 개폐식으로 하여 자유로운 환기가 가능하므로 실내를 쾌적한 환경으로 조성하고, 또한, 자연채광이 가능하도록 창호에 태양전지를 적용하여 전기에너지를 발전함으로써 전력 소모량 및 그에 따른 비용을 대폭으로 절감하는 효과가 있다

도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전 창호의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 발전 창호의 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 태양광 발전 창호에 적용된 창문의 정면도.
도 4는 본 발명에 의한 태양광 발전 창호의 요부 발췌 단면도.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 발전 창호는, 예컨대 사각형으로 구성되며 건축물에 고정 설치되는 창틀(10), 창틀(10)에 조립되며 투명창(21)을 통해 자연 채광이 가능한 창문(20), 창문(20)의 투명창(21)에 설치되며 태양광 에너지를 전기 에너지로 발전하는 태양광 발전수단으로 구성된다.

창틀(10)과 창문(20)은 일반적인 창호와 동일하다.

창문(20)은 고정형, 개폐형, 고정식과 개폐식의 조합형으로 구분되며, 이하에서는 2개의 창문(20)이 좌우 슬라이딩을 통해 개폐되는 개폐형을 예로 들어 설명한다.

창틀(10)은 상하좌우에 창문(20)의 슬라이딩을 안내하는 제1,2레일(11,12)이 형성되며, 제1,2레일(11,12)은 서로 마주하는 방향으로 개방되는 홈의 형태이다.

도 1 내지 도 3에서처럼, 창문(20)은 투명창(21) 및 투명창(21)의 둘레부를 형성하는 프레임(22)으로 구성되며, 투명창(21)을 통해 자연 채광이 이루어지도록 한다.

도 1 내지 도 4에서 보이는 바와 같이, 상기 태양광 발전수단은 다수의 박막형 태양전지(30), 태양전지(30)에 의해 발전된 전기 에너지를 축전 및 전력회사나 건축물의 전기시설에 공급하는 축전지(40) 및 태양광 발전에너지를 전기 에너지로 전환하는 전기소자 등을 포함하여 구성되며, 창문(20)의 개폐 구동에 상관없이 태양전지(30)에 의해 발전된 전기 에너지를 창틀(10)이나 창호 외부에 설치되는 축전지(40)에 전달하기 위한 접속수단이 구성된다.

태양전지(30)은 BIPV 시스템을 통해 널리 알려진 것으로 실리콘 계열의 박막형 태양전지가 사용되며 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명에서 태양전지(30)은 다수개가 투명창(21)의 외부면(내부면에도 가능)에 부착되며, 이때, 자연 채광이 가능하도록 상호 간에 일정 간격을 두고 부착되어 사용되고 물론 자연 채광을 감안한 크기의 것이 사용된다.

도면에서 태양전지(30)은 횡방향으로 배열되는 것으로 도시되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 상하 종방향도 가능하다.

태양전지(30)은 양극선(+)(31)과 음극선(-)(32)이 각각 인출되어 상기 접속수단을 통해 축전지(40)와 전기적으로 접속된다. 도면에서는 이해를 돕기 위하여 양극선(31)과 음극선(32)이 태양전지(30)의 우측과 좌측에서 각각 인출되는 것으로 도시되었으며, 본 발명은 전기 에너지를 축전지(40)에 전달하기 위한 모든 배선방식이 포함된다.

이와 같이 양극선(31)과 음극선(32)이 서로 분리되어 배선됨으로써 쇼트를 방지하며 따라서 쇼트에 의한 창호의 손상과 화재사고를 방지한다.

상기 접속수단은 태양전지(30)의 양극선(31)과 음극선(32)에 각각 접속되는 접속판(50,60), 창틀(10)의 레일(11)에 형성되며 접속판(50,60)과 전기적으로 접속 상태를 유지하는 접속레일(51,61), 접속레일(51,61)과 축전지(40)를 연결하는 전력선(52,62)을 포함하여 구성된다.

접속판(50,60)은 창문(20)의 프레임(22)의 상부 수평부의 외부면에 배치되면서 태양전지(30)의 양극선(31) 및 음극선(32)과 각각 연결되며, 접속레일(51,61)에 비해 작은 크기인 것도 무방하다.

접속레일(51,61)은 창문(20)의 슬라이딩 반경에 걸쳐 형성되며, 이는 창문(20)이 개폐 동작하여 접속판(50,60)의 위치가 변하더라도 항상 전기적으로 접속 상태를 유지하여 전기 에너지를 공급받기 위한 것이다.

접속판(50,60)과 접속레일(51,61)은 바람직하게 창문(20)의 상부에 적용되며, 왜냐하면 창문(20)은 저부가 창틀(10)의 바닥부에 안착되어 하중을 전체적으로 받지만 상부는 하중을 받지 않아 하중에 따른 부자연스러운 동작과 오동작을 막을 수 있기 때문이다.

창문(20)을 창틀(10)에 손쉽게 조립하고 반대로 창문(20)을 창틀(10)로부터 용이하게 분리하도록 창문(20)과 창틀(10) 사이에는 공간이 갖도록 구성되고, 이와 같이 창문(20)과 창틀(10) 사이에 빈 공간이 있더라도 접속판(50,60)과 접속레일(51,61)이 항상 접속 상태를 유지하도록 접속판(50,60)과 접속레일(51,61) 중 하나 이상은 대향되는 접속레일(51,61)과 접속판(50,60)에 탄력적으로 밀착되도록 구성되고, 이하에서는 접속판(50,60)이 탄력적으로 거동하는 것을 예로 들어 설명한다.

접속판(50,60)은 예를 들어 사각형의 편(片)이며, 바람직하게 접속레일(51,61)에 대한 접촉력 증대를 위하여 볼록하게 벤딩된 구조이다.

접속판(50,60)은 프레임(22)의 전후 양측에 각각 설치되며 이때 탄성 거동에 의한 접속레일(51,61)과의 접촉 유지를 위하여 프레임(22)에는 고정되지 아니하고 탄성부재(70)를 통해 설치된다.

탄성부재(70)는 프레임(22)의 둘레부에 외부를 향해 형성되어 있는 홈에 장착되며 길이방향의 양측이 각각 접속판(50,60)을 접속레일(51,61) 방향으로 미는 힘을 갖도록 설치된다.

탄성부재(70)는 중앙부가 상부를 향해 볼록하도록 벤딩된 판스프링으로서 길이방향의 양측이 접속판(50,60)에 각각 연결되며, 압축 상태로 상기 홈에 압축 상태로 설치되어 벌어지려는 복원력에 의해 접속판(50,60)을 접속레일(51,61)방향으로 밀어 이들(50,51)(60,61)이 접속 상태를 유지하도록 한다.

이와 같은 구조의 탄성부재(70)는 창문(20)을 창틀(10)에 설치할 때 상부가 창틀(10)에 접촉되도록 상기 홈으로부터 돌출 설치되는 것이 바람직하며, 즉, 탄성부재(70)가 창틀(10)에 눌려 벌어지는 힘을 받게 되므로 접속판(50,60)을 큰 힘으로 밀게 된다.

판스프링인 탄성부재(70)는 프레임(22)의 홈 안에 삽입되고 반면에 접속판(50,60)은 프레임(22)의 홈 외부에 배치됨에 따라 연결부재(53,63)를 통해 연결될 수 있다.

연결부재(53,63)는 탄성부재(70)의 길이방향 단부가 삽입되는 스프링 연결부 및 상기 스프링 연결부에서 연장 형성되며 프레임(22)의 홈 양측에 형성된 벽을 관통하여 접속판(50,60)과 연결되는 접속판 연결부로 구성된다.

접속판(50,60)과 상기 접속판 연결부는 끼움식, 나사식, 핀식 등 다양한 방식으로 조립되며, 유지보수를 감안하여 분리 가능하도록 조립되는 것이 바람직하다.

접속레일(51,61)은 길이가 긴 형태로서, 창틀(10)의 레일(11)에 서로 대향되도록 형성(저부로 돌출)되는 턱(13)의 대향면에 각각 부착되며, 창문(20)의 슬라이딩 경로에 따른 접속판(50,60)의 이동 경로를 따라 설치되어 창문(20)의 개폐와 상관없이 접속판(50,60)과 전기적 접속이 이루어지도록 한다.

접속레일(51,61)도 접속판(50,60)과의 접속력 증대를 위하여 접속판(50,60)을 향해 볼록한 형태도 가능하다.

또한, 접속판(50,60)과 접속레일(51,61)은 접촉되는 면이 평평하지 않고 접속력 증대를 위하여 요철형태로 접속되는 것도 가능하며, 예를 들어 접속판(50,60)은 예컨대 반구형의 돌출부를 구비하고 접속레일(51,61)은 상기 돌출부가 삽입되는 반구형의 홈이 구비되고, 상기 돌출부가 상기 홈에 삽입된 상태를 유지함으로써 접촉면적이 증대되어 비접촉에 따른 전력 공급 차단을 일으키지 않는다.

전력선(52,62)은 일측이 접속레일(51,61)의 한쪽 끝에 접속되고 타측이 축전지(40)에 연결되어 접속레일(51,61)을 통해 전달되는 전기 에너지를 축전지(40)에 공급한다.

축전지(40)는 전력선(52,62)을 통해 공급되는 전기 에너지를 축전하고, 전력회사에 공급 또는 건축물에 갖추어진 각종 전기시설에 공급한다.

아울러, 축전지(40)에 축전되는 전기 에너지의 양을 계량하는 계량기, 전력회사에 송출되는 전기 에너지의 양을 계량하는 계량기 등이 갖추어지는 것도 무방하다.

본 발명에 의한 태양광 발전 창호의 작용은 다음과 같다.

태양광은 창문(20)의 투명창(21)[태양전지(30)들 사이의 투명부]을 통해 건축물의 실내에 입사되어 자연 채광이 이루어지는 한편 태양열에 의한 실내 난방도 이루어지고 또한 실내에서는 이 투명부를 통해 외부를 볼 수 있으며 즉 본 발명의 창호는 일반적인 창호의 채광 기능을 수행한다.

한편, 창문(20)의 투명창(21)에 부착된 태양전지(30)는 태양으로부터 조사되는 태양광 에너지를 전기 에너지로 발전한다. 태양전지(30)에 의해 발전된 전기 에너지는 양극선(31)과 음극선(32)을 통해 접속판(50,60)에 각각 전달된다. 접속판(50,60)에 전달된 전기 에너지는 접속레일(51,61) - 전력선(52,62)을 경유한 후 축전지(40)에 전달되어 축전된다.

이 과정에서 접속판(50,60)은 탄성부재(70)의 탄성력에 의해 접속레일(51,61)에 밀착되어 전기 에너지를 접속레일(51,61)에 전달한다.

창문(20)은 실내 환기 등을 위하여 개방되며, 사용자가 창문(20)을 일측으로 밀면 창문(20)은 창틀(10)의 레일(11)을 따라 이동하여 창틀(10)을 개방한다.

이와 같이 창문(20)이 슬라이딩 이동하더라도 접속판(50,60)은 접속레일(51,61)에 전기적으로 접속 상태를 유지하여 전기 에너지를 축전지(40)에 축전한다.

10 : 창틀, 20 : 창문
21 : 투명창, 22 : 프레임
30 : 박막형 태양전지, 40 : 축전지
50,60 : 접속판, 51,61 : 접속레일
52,62 : 전력선, 70 : 탄성부재

Claims

상하좌우에 슬라이딩을 안내하는 제1,2레일(11,12)이 구비된 창틀(10)과;
프레임(22) 및 상기 프레임 안에 조립되는 투명창(21)으로 이루어지며 상기 창틀의 제1,2레일에 슬라이딩에 의해 개폐 가능하도록 장착되는 창문(20)과;
상기 창문의 투명창의 일면에 자연 채광이 가능하도록 상호 간에 일정 간격을 두고 부착되며 태양광 에너지를 전기에너지로 발전하는 다수의 박막형 태양전지(30), 상기 박막형 태양전지의 길이방향 양측에서 각각 인출되는 양극선(31)과 음극선(32), 상기 박막형 태양전지에 의해 발전된 전기에너지를 축전하는 축전지(40) 및 상기 박막형 태양전지에 의해 발전된 전기 에너지를 상기 축전지에 전달하는 접속수단을 포함하는 태양광 발전수단을 포함하고,
상기 접속수단은 상기 창문에 형성되며 상기 박막형 태양전지에서 인출되는 양극선과 음극선에 각각 연결되는 접속판(50,60), 상기 접속판과 대향되는 상기 창틀에 상기 창문의 슬라이딩 이동에 따른 상기 접속판의 이동 경로를 따라 형성되며 상기 접속판과 전기적으로 접속되어 전기에너지를 전달받는 접속레일(51,61), 상기 접속레일과 상기 축전지에 연결되어 상기 접속레일에 전달되는 전기에너지를 상기 축전지에 축전하는 전력선(52,62)을 포함하고,
상기 창문의 프레임은 상부에 상부를 향해 개방되는 홈이 형성되며, 상기 접속판은 상기 접속레일을 향해 볼록하게 벤딩된 편의 구조로서 상기 프레임의 홈을 사이에 두고 외부의 양쪽에 각각 탄성부재(70)를 통해 상기 접속레일에 접속되도록 설치되고, 상기 접속레일은 상기 창틀의 상부에 형성되는 레일의 안쪽면에 상기 접속판의 이동 경로를 따라 형성되어 상기 접속판이 접속되도록 하되, 상기 탄성부재는 중앙부가 상부를 향해 볼록하도록 벤딩된 판스프링으로 양측이 연결부재(53,63)를 통해 연결되고, 상기 연결부재는 상기 탄성부재(70)의 길이방향 단부가 삽입되는 스프링 연결부 및 상기 스프링 연결부에서 연장 형성되며 상기 프레임(22)의 홈 양측에 형성된 벽을 관통하여 상기 접속판(50,60)과 연결되는 접속판 연결부로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 창호.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 접속판은 돌출부를 포함하고, 상기 접속레일은 홈부를 포함하여, 상기 돌출부가 상기 홈부에 삽입되어 접촉되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 창호.