KR101716662B1 - 프레임리스 태양광 모듈 및 이를 지지하는 지지 구조물 - Google Patents

Abstract

1. 기술분야
본 발명은 단위 면적당 발전량을 향상시키고, 경량화가 가능한 프레임리스(frameless) 태양광 모듈 및 이를 간편하게 시공(설치)할 수 있는 지지 구조물에 관한 것이다.
2. 구성 및 효과
본 발명에 따르면, 이웃하게 배치된 태양전지 사이에 체결공을 형성하고, 상기 체결공을 통해 지지 구조물에 체결 고정되는 태양전지 어레이를 포함하는 프레임리스 태양광 모듈을 제공함으로써 별도로 태양전지 어레이에 프레임을 장착할 필요가 없어 프레임이 장착된 종래기술에 따른 태양광 모듈에 비해 단위면적당 발전량이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 중량을 감소시키고, 이를 통해 자재비, 인건비 및 공사기간 등을 절감하여 한정된 장소에 많은 설비용량을 필요로 하는 대단위 태양광 발전소, 공공기관 설치 의무화 사업, 에너지 다소비 개인주택 등에 활용성이 높다.

Description

프레임리스 태양광 모듈 및 이를 지지하는 지지 구조물{FRAMELESS SOLAR MODULES AND SUPPORT STRUCTURE FOR SUPPORTING THE SAME}

본 발명은 단위 면적당 발전량을 향상시키고, 경량화가 가능한 프레임리스(frameless) 태양광 모듈 및 이를 간편하게 시공(설치)할 수 있는 지지 구조물에 관한 것이다.

일반적으로, 화석연료의 매장량이 유한하고 화석연료의 사용에 따른 환경오염이 심각한 문제로 인식되면서 최근에는 지속 가능한 에너지 공급과 환경 규제 등에 대응할 수 있는 태양광 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 태양광 에너지를 이용한 발전방식은 별도의 에너지나 동력원이 필요하지 않고, 시공이 간편하며, 환경문제에 따른 설치 제한에 영향을 받지 않기 때문에 그 가능성이 무한하다.

태양광을 이용한 발전설비는 광전효과(photoelectric effect)를 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 태양전지(solar cell)의 집합체인 태양광 모듈과, 집광 효율을 고려하여 다수의 태양광 모듈을 태양광의 입사각에 적절한 상태로 고정하면서 안정적으로 설치장소에 설치하기 위한 지지 구조물을 포함함에 따라 발전효율을 향상시키기 위해서는 태양광 모듈과 지지 구조물의 개발이 매우 중요하다.

그리고, 태양광 발전설비를 상용화하기 위해서는 가격 경쟁력, 우수한 시공성 및 경량화가 매우 중요한 요소로 작용한다. 고효율 태양광 모듈은 고효율 셀을 사용함에 따라 가격 경쟁력에서 일반적인 태양광 모듈에 비해 뒤처져 상용화에 많은 어려움이 있고, 일반적인 태양광 모듈은 고효율 태양광 모듈에 비해 가격은 저렴하나 시공성이 나쁘고, 또한 태양광 모듈의 자체 중량으로 인해 적용에 제한을 받는다. 참고로, 우리나라 가옥구조에서는 태양광 모듈 시공시 제한되는 건축물이 많다.

이에 따라, 고효율 태양광 모듈 대신에 일반적인 태양광 모듈을 사용하여 가격 경쟁력을 확보하면서 시공성을 개선하기 위해 다양한 태양광 모듈의 지지 구조물이 다수의 선행문헌들을 통해 제안되었으며, 그 일례로 대한민국 등록특허 제10-1348734호, 대한민국 등록특허 제10-0870073호, 대한민국 등록특허 제10-1602953호가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1348734호에서는 태양광 발전모듈과 클램프 사이에 탄성패드를 개재시켜 바람이나 지진 등에 의해 태양광 발전모듈에 가해지는 진동과 소음을 흡수하고, 이를 통해 태양광 발전모듈의 변형과, 피로 및 파손을 방지하여 태양광 발전모듈의 안정적인 설치와 장기간 수명을 보장할 수 있는 효과를 제공하였다.

대한민국 등록특허 제10-0870073호에서는 포스트와, 앵글과, 상기 앵글과 볼트결합되는 다수개의 프로파일과, 상기 프로파일들의 위에 안착되는 다수의 태양광 모듈과, 상기 태양광 모듈들의 인접한 사이에 배치되어 하부가 프로파일의 상측에 형성된 결합홈과 볼트결합되고 상단부에는 양쪽으로 날개판이 형성되어 상기 태양광 모듈을 위에서 압박하는 클립을 포함하여 간단하게 조립이 가능하여 시공성을 개선하였다.

대한민국 등록특허 제10-1602953호에서는 지중에 박혀 고정되는 스파이럴 형상의 하부파일과, 상기 하부파일의 상부에 형성되어 지상으로 노출되는 상부파일을 포함하는 기초부와, 상부파일에 결합되어 태양광 발전모듈이 장착되는 모듈지지프레임을 지지하는 지주와, 지주의 높이를 조절할 수 있도록 상기 상부파일과 상기 지주를 상호 결합시키는 높이조절수단을 구비함으로써 태양광 발전모듈을 지지하는 지지장치의 높이를 용이하게 조절할 수 있어 태양광 발전모듈의 시공성을 개선하였다.

대한민국 등록특허 제10-1348734호, 대한민국 등록특허 제10-0870073호, 대한민국 등록특허 제10-1602953호 등의 선행문헌들을 포함하여 지금까지 알려진 종래기술에 따른 태양광 모듈과, 이를 지지하기 위한 지지 구조물이 도 1에 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 태양광 모듈(1)은 다행다열로 배치된 태양전지 어레이판(SCA)을 포함하고, 태양전지 어레이판(SCA)은 각각 M×N(M, N은 자연수)로 배치된 태양전지(SC)를 포함한다. 그리고 태양전지 어레이판(SCA) 각각은 태양전지 어레이판(SCA)을 지지 구조물(2)의 지지 프레임(미도시)에 고정하여 설치장소로부터 안정적으로 지지되도록 하기 위해 가장자리에 틀 구조의 프레임(1a)이 장착된다.

그러나, 종래기술에 따른 태양광 모듈(1)은 태양전지 어레이판(SCA)을 지지 구조물(2)의 지지 프레임에 고정하기 위해 별도로 대략 'ㄷ'자 또는 'ㄱ'자 형태로 제작된 프레임(1a)이 가장자리를 감싸도록 장착됨에 따라 태양전지 어레이판(SCA)의 일부 면적이 프레임(1a)에 의해 덮어져 각 태양전지 어레이판(SCA)의 단위면적당 발전출력량이 저하되는 문제가 있었다. 특히 각 태양전지 어레이판(SCA)에 프레임(1a)을 장착해야 하기 때문에 시공이 번거롭고, 프레임(1a)으로 인해 태양광 모듈(1)의 전체 중량이 증가하여 우리나라 가옥구조에 적용할 수 없는 한계가 있었다.

KR 10-1348734 B1, 2013. 12. 31. KR 10-0870073 B1, 2008. 11. 17. KR 10-1602953 B1, 2016. 03. 07.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 다음과 같은 목적들이 있다.

첫째, 본 발명은 태양광 모듈의 각 태양전지 어레이판의 단위면적당 발전량을 향상시키면서, 경량화와 시공성이 우수한 프레임리스 태양광 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

둘째, 본 발명은 상기 프레임리스 태양광 모듈을 안정적으로 지지하면서, 상기 프레임리스 태양광 모듈의 설치가 간편한 지지 구조물을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 태양전지가 M×N(M,N은 자연수)으로 배치된 태양전지 어레이를 포함하고, 이웃하게 배치된 태양전지 사이에 상기 태양전지 어레이를 고정하기 위해 체결부재가 관통 결합되는 체결공이 적어도 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 프레임리스 태양광 모듈을 제공한다.

또한, 상기한 다른 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임을 교차하도록 배치되어 상기 지지 프레임과 교차하는 양측부가 상기 지지 프레임의 상부에 체결 고정되고, 상부는 상기 체결공에 관통 결합되는 제1 체결부재를 통해 상기한 프레임리스 태양광 모듈이 체결 고정되는 모듈 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 지지 구조물을 제공한다.

바람직하게, 상기 모듈 프레임은 상기 제1 체결부재를 통해 상기 프레임리스 태양광 모듈이 상부에 체결 고정되는 모듈 체결부; 및 상기 모듈 체결부와 일체로 제작되어 상기 모듈 체결부의 하부에 일체로 형성되고, 제2 체결부재를 통해 상기 지지 프레임의 상부에 체결 고정되는 프레임 체결부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 모듈 체결부는 상하방향으로 신장되어 서로 나란하게 배치된 한 쌍의 측판; 상기 한 쌍의 측판 사이를 상호 연결하되, 복수 개가 상하로 서로 이격 배치되어 상기 체결공을 통해 관통 결합되는 상기 제1 체결부재의 나사산이 걸림되는 체결판; 및 상기 측판의 외측에 상기 측판과 나란하도록 일체로 형성된 제1 보강판을 포함하되, 상기 제1 보강판과 상기 측판 사이에는 빈 공간이 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 프레임 체결부는 상기 제2 체결부재의 볼트의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고 상기 모듈 프레임의 길이방향을 따라 신장된 결합홈이 마련된 프레임 결합홈부; 및 상기 프레임 결합홈부의 외측에 일체로 형성된 제2 보강판을 포함하되, 상기 제2 보강판과 상기 프레임 결합홈부 사이에는 빈 공간이 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 모듈 체결부는 상기 제1 체결부재의 볼트의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고 상기 모듈 프레임의 길이방향을 따라 신장된 결합홈이 마련된 모듈 결합홈부; 및 상기 모듈 결합홈부의 외측에 상기 모듈 결합홈부와 나란하도록 일체로 형성된 제1 보강판을 포함하되, 상기 제1 보강판과 상기 모듈 결합홈부 사이에는 빈 공간이 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게, 상기 프레임 체결부는 상기 제2 체결부재의 볼트의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고 상기 모듈 프레임의 길이방향을 따라 신장된 결합홈이 마련된 프레임 결합홈부; 및 상기 프레임 결합홈부의 외측에 상기 프레임 결합홈부와 나란하도록 일체로 형성된 제2 보강판을 포함하되, 상기 제2 보강판과 상기 프레임 결합홈부 사이에는 빈 공간이 마련된 것을 특징으로 할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이웃하게 배치된 태양전지 사이에 체결공을 형성하고, 상기 체결공을 통해 지지 구조물에 체결 고정되는 태양전지 어레이를 포함하는 프레임리스 태양광 모듈을 제공함으로써 별도로 태양전지 어레이에 프레임을 장착할 필요가 없어 프레임이 장착된 종래기술에 따른 태양광 모듈에 비해 단위면적당 발전량이 감소되는 것을 방지할 수 있고, 중량을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 프레임리스 태양광 모듈이 체결 고정되는 모듈 프레임의 구조를 개선시킴으로써 상기 프레임리스 태양광 모듈과 지지 구조물 간의 결합 구조를 단순화시켜 종래기술에 따른 태양광 모듈의 결합구조에 비해 자재비, 인건비 및 공사기간 등을 절감하여 한정된 장소에 많은 설비용량을 필요로 하는 대단위 태양광 발전소, 공공기관 설치 의무화 사업, 에너지 다소비 개인주택 등에 활용성이 높다.

도 1은 종래기술에 따른 태양광 모듈이 설치된 지지 구조물을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프레임리스 태양광 모듈을 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 프레임리스 태양광 모듈이 지지되는 지지 구조물을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 지지 구조물 상에 프레임리스 태양광 모듈이 장착된 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 4에 도시된 도면의 내부 투시도.
도 6은 본 발명에 따른 모듈 프레임을 도시한 사시도.
도 7은 도 5에 도시된 'A' 부위의 단면도.
도 8은 도 5에 도시된 'B' 부위의 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 예에 따른 모듈 프레임을 도시한 사시도.
도 10은 도 5에 도시된 'A' 부위에 대응되는 단면도.
도 11은 도 5에 도시된 'B' 부위에 대응되는 단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 프레임리스 태양광 모듈을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 프레임리스 태양광 모듈(10)은 복수 개로 배치된 태양전지 어레이판(SCA1~SCA3)을 포함하고, 태양전지 어레이판(SCA1~SCA3) 각각은 M×N(M, N은 자연수)으로 배치된 복수 개의 태양전지(SC)를 포함한다.

태양전지 어레이판(SCA1~SCA3)에는 각각 적어도 하나의 체결공(11a)이 형성되어 있다. 체결공(11a)은 도 2와 같이, 태양전지 어레이판(SCA1~SCA3) 각각에 적어도 하나가 형성된다. 바람직하게, 이웃하게 배치된 4개의 태양전지(SC) 사이에 형성된다. 그리고 체결공(11a)에는 프레임리스 태양광 모듈(10)을 지지 구조물(20, 도 3참조)의 모듈 프레임(24)에 고정하는 제1 체결부재(30, 도 5참조)가 관통 결합된다.

한편, 프레임리스 태양광 모듈(10)은 체결공(11a)을 형성하더라도 강도는 크게 변하지 않으나, 체결공(11a)이 형성되는 위치가 프레임리스 태양광 모듈(10)의 가장자리에 치우치게 될 경우, 프레임리스 태양광 모듈(10)의 유리가 파괴될 수 있다. 이를 방지하기 위해 체결공(11a)은 프레임리스 태양광 모듈(10)의 가장자리(외곽)에서 유리 두께의 최소 5배 이상 떨어진 거리로 이격시켜 형성하는 것이 바람직하다.

도 2와 같이, 이웃하게 배치된 4개의 태양전지(SC) 사이에는 각 태양전지(SC)의 각 모서리 부위가 모따기 형태로 형성됨에 따라 이웃하게 배치된 4개의 태양전지(SC) 사이에는 태양광 발전에 영향을 미치지 않는 영역(11)이 존재하고, 이 영역들(11) 중 어느 하나에 체결공(11a)을 형성함으로써 체결공(11a)으로 인해 태양전지 어레이판(SCA1~SCA3)의 단위면적당 발전량이 감소되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 프레임리스 태양광 모듈의 특성을 비교하면, 하기 [표 1]과 같다.

구분	프레임 장착 태양광 모듈(종래)	프레임리스 태양광 모듈(본 발명)
출력	300[Wp]	300[Wp]
면적	1,760×974 = 1,714[㎡]	1.735×953 = 1,653[㎡]
효율	17.50[%]	18.14[%]
중량(무게)	19.5[kg]	17.0[kg]

상기 [표 1]과 같이, 본 발명에 따른 프레임리스 태양광 모듈은 종래기술에 따른 태양광 모듈(프레임 장착 태양광 모듈)에 비해 효율은 증가하고, 중량은 감소한 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프레임리스 태양광 모듈(10)은 도 1에 도시된 종래기술에 따른 태양광 모듈(1)과 달리 프레임(1a)이 장착되지 않는 프레임리스 구조로 이루어짐에 따라 단위면적당 발전량이 감소되는 것을 원천적으로 방지할 수 있고, 또한 프레임이 장착되지 않아 중량을 종래기술에 비해 감소시킬 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 프레임리스 태양광 모듈이 지지되는 지지 구조물을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 지지 구조물 상에 프레임리스 태양광 모듈이 장착된 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 도면의 내부 투시도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 프레임리스 태양광 모듈(10)이 장착되는 지지 구조물(20)은 받침대(21), 지주(22), 지지 프레임(23) 및 모듈 프레임(24)을 포함한다.

받침대(21)는 도 3과 같이, 서로 대향하도록 한 쌍으로 배치되어 프레임리스 태양광 모듈(10)을 설치하고자 하는 장소, 예를 들면, 지면 또는 건축물(지붕, 옥상)에 설치된다. 이러한 받침대(21)는 봉, 파이프 또는 강재로 이루어질 수 있고, 강한 바람에도 넘어지지 않도록 설치장소에 매립하거나, 혹은 고정볼트를 통해 고정될 수 있다.

지주(22)는 하부가 받침대(21)에 체결되고, 상부에는 지지 프레임(23)이 체결된다. 이러한 지주(22)는 지지 구조물(20)에 설치할 프레임리스 태양광 모듈(10)의 크기에 따라 지주 구조물(20)의 좌우측에 각각 한 개 또는 복수 개가 설치될 수 있다.

지지 프레임(23)은 도 3과 같이, 지주 구조물(20)의 좌우측에 하나씩 설치될 수 있으며, 각각은 지주(22)의 상부에 체결되고, 그 상부에는 제2 체결부재(40, 도 7참조)를 통해 모듈 프레임(24)이 체결 고정된다. 이러한 지지 프레임(23)은 H-형강일 수 있고, 또한 경량화를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

모듈 프레임(24)은 도 3과 같이, 프레임리스 태양광 모듈(10)을 지지하기 위해 적어도 하나가 지지 프레임(23)을 교차하는 방향으로 배치되되, 일측부는 제2 체결부재(40)를 통해 지지 구조물(20)의 좌측에 설치된 지지 프레임(23)의 상부에 체결되고, 타측부는 지지 구조물(20)의 우측에 설치된 지지 프레임(23)의 상부에 체결된다.

도 6은 본 발명에 따른 모듈 프레임을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 7은 도 5에 도시된 'A' 부위의 단면도이고, 도 8은 도 5에 도시된 'B' 부위의 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 모듈 프레임(24)은 지지 프레임(23)과 프레임리스 태양광 모듈(10) 사이에 배치되어 프레임리스 태양광 모듈(10)을 지지 프레임(23)에 고정한다. 이러한 모듈 프레임(24)은 경량화를 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있고, 모듈 체결부(241)와 프레임 체결부(242)를 포함한다.

모듈 체결부(241)는 상부가 도 7 및 도 8과 같이, 제1 체결부재(30)를 통해 프레임리스 태양광 모듈(10)의 하부에 체결된다. 이러한 모듈 체결부(241)는 도 6과 같이, 상하방향으로 신장되어 서로 나란하게 배치된 한 쌍의 측판(2411)과, 한 쌍의 측판(2411) 사이를 상호 연결하여 제1 체결부재(30)의 볼트(31)가 관통 결합되는 체결판(2412)을 포함한다. 이때, 체결판(2412)은 복수 개가 상하로 서로 이격 배치되어 볼트(b1)가 관통 결합된 후 볼트(b1)의 나사산이 걸림되는 너트로 기능한다.

프레임 체결부(242)는 도 6과 같이, 모듈 체결부(241)와 일체로 제작되어 모듈 체결부(241)의 하부에 일체로 형성된다. 즉, 프레임 체결부(242)는 모듈 체결부(241)와 한 몸체로서, 중앙부에 제2 체결부재(40)의 볼트(b2)가 결합되는 프레임 결합홈부(2421)를 포함한다. 프레임 결합홈부(2421)는 볼트(b2)의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고, 모듈 프레임(24)의 길이방향을 따라 신장된 결합홈(2421a)이 마련되어 있다. 이때, 결합홈(2421a)은 내측이 개방부로 갈수록 폭이 좁아지는 구조로 이루어짐에 따라 볼트(b2)의 헤드는 도 7과 같이, 모듈 프레임(24)의 일측에서 결합홈(2421a)의 내부로 삽입 결합된 상태에서 하부방향으로 걸림된다.

모듈 체결부(241)는 모듈 프레임(24)의 강성을 향상시키기 위해 한 쌍의 제1 보강판(2413)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 보강판(2413)은 측판(2411)의 외측에 측판(2411)과 나란하도록 일체로 형성되되, 제1 보강판(2413)과 측판(2411) 사이에는 모듈 프레임(24)의 길이방향으로 신장되어 양측부가 개방된 빈 공간(2413a)이 마련된다.

프레임 체결부(242)는 도 6과 같이, 모듈 체결부(241)와 마찬가지로, 제1 보강판(2413)의 하부에 형성된 제2 보강판(2422)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 보강판(2422)은 프레임 결합홈부(2421)의 외측에 프레임 결합홈부(2421)와 나란하도록 일체로 형성된다. 그리고 제2 보강판(2422)과 프레임 결합홈부(2421) 사이에는 모듈 프레임(24)의 길이방향으로 신장되어 양측부가 개방된 빈 공간(2422a)이 마련된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 모듈 프레임(24)은 모듈 체결부(241)에 제1 보강판(2413)을 형성하고, 프레임 체결부(242)에 제2 보강판(2422)을 형성하여 모듈 프레임(24)의 강성을 향상시키는 한편, 모듈 체결부(241)와 프레임 체결부(242)에 각각 빈 공간(2413a, 2422a)을 형성함으로써 모듈 프레임(24)의 경량화를 구현할 수 있다.

도 7과 같이, 본 발명에 따른 모듈 프레임(24)은 지지 프레임(23)과 교차하는 좌우측부('A' 참조)가 제2 체결부재(40)를 통해 지지 프레임(23)의 상부에 체결 고정되고, 그 이외의 부위(지지 프레임(23) 사이)('B' 참조)는 지지 프레임(23)에 체결 고정되지 않고 제1 체결부재(30)를 통해 상부에 프레임리스 태양광 모듈(10)만이 체결 고정된다.

프레임리스 태양광 모듈(10)을 모듈 프레임(24)에 체결 고정하는 제1 체결부재(30)는 도 7과 같이, 볼트(b1)일 수 있고, 안정적으로 모듈 프레임(24)을 고정하기 위해 와셔(w1)를 더 포함할 수 있다. 이때, 볼트(b1)는 태양전지(SC)에 그림자가 발생되어 발전량이 감소되는 것을 방지하기 위해 극저두 렌치볼트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 모듈 프레임(24)을 지지 프레임(23)에 체결 고정하는 제2 체결부재(40)는 볼트(b2)일 수 있다. 지지 프레임(23)에는 볼트(b2) 결합을 위해 홀을 타공하고, 이 홀에 볼트(b2)를 관통 결합시킨 후 너트(n1)를 결합하여 체결 고정한다.

도 9는 본 발명의 다른 예에 따른 모듈 프레임을 설명하기 위해 도시한 사시도이고, 도 10은 도 5에 도시된 'A' 부위, 도 11은 'B' 부위에 대응되는 단면도이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 따른 모듈 프레임(54)은 모듈 체결부(541)와 프레임 체결부(542)를 포함하되, 서로 대칭 구조로 이루어진다.

모듈 체결부(541)는 도 9와 같이, 중앙부에 제1 체결부재(60)의 볼트(b3)가 결합되는 모듈 결합홈부(5411)를 구비하고, 모듈 결합홈부(5411)는 볼트(b3)의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고, 모듈 프레임(54)의 길이방향을 따라 신장된 결합홈(5411a)이 마련되어 있다. 이때, 결합홈(5411a)은 내측이 개방부로 갈수록 폭이 좁아지는 구조로 이루어짐에 따라 볼트(b3)의 헤드는 모듈 프레임(54)의 일측에서 결합홈(5411a)의 내부로 삽입 결합된 상태에서 상부방향으로 걸림된다.

볼트(b3)는 도 10 및 도 11과 같이, 헤드가 결합홈(5411a)의 내부에 삽입 결합되고, 바디가 체결공(11a, 도 2참조)을 관통하여 상부로 돌출된다. 체결공(11a)을 관통하여 돌출된 볼트(b3)에 와셔(w2)와 너트(n2)를 결합시켜 프레임리스 태양광 모듈(10)을 고정한다. 이에 따라 태양광 모듈(10)은 모듈 체결부(541)의 상부에 고정된다.

프레임 체결부(542)는 도 9와 같이, 모듈 체결부(541)과 일체로 제작되어 모듈 체결부(541)의 하부에 일체로 형성된다. 이러한 프레임 체결부(542)는 모듈 체결부(541)와 대칭하는 구조로 이루어진다. 즉, 중앙부에 제2 체결부재(70)의 볼트(b4)가 결합되는 프레임 결합홈부(5421)를 구비한다. 프레임 결합홈부(5421)는 볼트(b4)의 헤드가 삽입되기 위해 양측부가 외측으로 개방되고, 모듈 프레임(54)의 길이방향을 따라 신장된 결합홈(5421a)이 마련되어 있다. 이때, 결합홈(5421a)은 내측이 개방부로 갈수록 폭이 좁아지는 구조로 이루어짐에 따라 볼트(b4)의 헤드는 모듈 프레임(54)의 일측에서 결합홈(5421a)의 내부로 삽입 결합된 상태에서 하부방향으로 걸림된다.

또한 모듈 체결부(541)와 프레임 체결부(542)는 도 6에 도시된 모듈 체결부(241)와 프레임 체결부(242)와 마찬가지로 모듈 프레임(54)의 강성을 향상시키기 위해 도 9와 같이, 제1 및 제2 보강판(5412, 5422)을 더 포함하고, 모듈 프레임(54)의 길이방향으로 신장되어 양측부가 개방된 빈 공간(5412a, 5421a)이 더 마련된다.

이와 같이, 본 발명의 다른 예에 따른 모듈 프레임(54)은 모듈 체결부(541)의 길이방향으로 신장된 모듈 결합홈부(5421)를 통해 볼트(b3)를 길이방향으로 자유롭게 이동시키는 것이 가능함에 따라 종래기술에 따른 태양광 모듈의 시공시 문제가 되었던 체결공 정렬 문제를 해결할 수 있다. 즉, 종래기술에 따른 태양광 모듈 시공시에는 태양광 모듈을 설치하기 위해 태양광 모듈에 장착된 프레임에 형성된 체결공과 모듈 프레임에 형성된 체결공을 상호 일치시키기 위해 실제 볼트 직경보다 넓게 형성하거나, 혹은 체결공 내에서 이동이 가능하도록 비교적 넓게 체결공을 가공하는 어려움이 있었으나, 본 발명에서는 모듈 결합홈(5421)을 통해 볼트(b3)를 자유롭게 이동시켜 프레임리스 태양광 모듈에 형성된 체결공과 간편하게 정렬시키는 것이 가능함으로써 종래기술에서 발생된 문제점을 원천적으로 해결할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 지지 구조물과 C형 강재를 사용하는 종래기술에 따른 지지 구조물 간의 특성을 하기 [표 2]를 참조하여 비교 설명하기로 한다.

구분	기존 구조용 강재(C형강)(종래)	알루미늄 합금(본 발명)
재질	구조용 강재	알루미늄합금(al2014-t4)
단면적	727[㎟]	749[㎟], 726[㎟]
인장강도	400[N/㎟]	425[N/㎟]

상기 [표 2]와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지지 구조물은 C형강 강재를 사용하는 종래기술에 따른 지지 구조물과 비교하여 단면적 및 인장강도는 비슷하거나, 그 이상으로 나타남에 따라 인장강도에 기인한 안정성은 확보된 것으로 판단할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 프레임리스 태양광 모듈은 프레임을 사용하지 않아 경량화를 구현할 수 있고, 이를 통해 운반 물류비용 감소, 시공시 장비 사용빈도 저감, 공사기간 단축으로 인한 공사비 절감, 지지 구조물의 부하 감소에 따른 자재비용 절감 등의 효과를 제공할 수 있고, 또한, 프레임리스 태양광 모듈과 지지 구조물 간의 결합구조를 개선함으로써 종래 결합방식에 비해 자재비, 인건비, 공사기간 등을 절감하여 한정된 장소에 많은 설비용량을 필요로 하는 대단위 태양광 발전소, 공공기관 설치 의무화 사업, 에너지 다소비 개인주택 등에 활용성이 높다.

이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예들의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

1, 10 : 프레임리스 태양광 모듈
SC : 태양전지
SCA, SCA1~SCA3 : 태양전지 어레이
11 : 영역(태양광 발전에 영향을 미치지 않은 영역)
11a : 체결공
20 : 지지 구조물
21 : 받침대
22 : 지주
23 : 지지 프레임
24, 54 : 모듈 프레임
241, 541 : 모듈 체결부
242, 542 : 프레임 체결부
30, 60 : 제1 체결부재
40, 70 : 제2 체결부재

Claims (7)

1. 태양전지가 M×N(M,N은 자연수)으로 배치된 태양전지 어레이를 포함하고, 이웃하게 배치된 태양전지 사이에 상기 태양전지 어레이를 고정하기 위해 체결부재가 관통 결합되는 체결공이 적어도 하나 이상 형성된 프레임리스 태양광 모듈에 있어서,
   지지 프레임; 및
   상기 지지 프레임에 교차하도록 배치되어 상기 지지 프레임과 교차하는 양측부가 상기 지지 프레임의 상부에서 체결 고정되고, 상부는 체결공에 관통 결합되는 제1 체결부재를 통해 상기 프레임리스 태양광 모듈이 체결 고정되는 모듈 프레임;을 포함하며,
   상기 모듈 프레임은,
   상기 제1 체결부재를 통해 상기 프레임리스 태양광 모듈이 상부에 체결 고정되는 모듈 체결부와, 상기 모듈 체결부와 일체로 하부에 형성되면서 제2 체결부재를 통해 상기 지지 프레임의 상부에 체결 고정되는 프레임 체결부로서 이루어지고,
   상기 모듈 체결부는,
   상하방향으로 신장되어 서로 나란하게 배치되는 한 쌍의 측판과,
   상기 한 쌍의 측판 사이를 상호 연결하되, 복수 개가 상하로 서로 이격 배치되어 체결공을 통해 관통 결합되는 상기 제1 체결부재의 나사산이 걸림되는 체결판, 및
   상기 측판과의 사이에 빈 공간을 형성하면서 외측에서 상기 측판과 나란하도록 일체로 형성되는 제1 보강판으로 이루어지며,
   상기 프레임 체결부는,
   상기 제2 체결부재의 볼트의 헤드가 삽입되도록 하기 위하여 양측부가 외측으로 개방되고 상기 모듈 프레임의 길이방향을 따라 신장된 결합홈을 형성하는 프레임 결합홈부와,
   상기 프레임 결합홈부와의 사이에 빈 공간을 형성하면서 외측에서 상기 프레임 결합홈부와 나란하도록 일체로 형성되는 제2 보강판
   을 포함하는 구성으로 이루어지는 지지 구조물.
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