KR101823957B1 - 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 프레임에 의해 전후, 좌우로 용이하게 결합되며 지붕재와 일체로 결합되어 건물의 외관을 해치지 않는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈에 관한 것으로, 솔라셀의 전·후·좌·우에 전면프레임 및 후면프레임과 좌·우측프레임이 각각 결합되는 비아이피브이 모듈에 있어서, 전면프레임에는 단차를 이루며 전면에 길이 방향으로 'ㄱ'의 형상으로 형성된 지지부가 형성되고, 상기 지지부에는 전후로 결합된 모듈을 서로 고정하거나 또는 지붕에 고정하기 위한 복수의 설치홀이 형성되며, 상기 설치홀의 후측에는 길이 방향으로 고정홈이 형성되고, 후면프레임은 '┏' 형상으로 형성되어 복수의 설치홀이 형성되며, 하측의 선단에는 상기 고정홈에 삽입되어 고정되는 고정부가 형성되고, 좌측프레임 및 우측프레임의 상측에 각각 형성된 탄성부와 프레임의 사이에는 솔라셀이 보호커버와 함께 삽입되어 고정되며, 상기 우측프레임에는 커버프레임이 복수의 볼트에 의해 결합되고, 상기 커버프레임의 상측에는 모듈의 상측으로 돌출되는 탄성부가 'ㄷ'자 형상의 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈을 제안한다.
따라서 본 발명은 고효율 후면전극셀이 적용된 비아이피브이 모듈을 단순한 구조의 프레임에 의해 전후, 좌우로 용이하게 결합함으로써 태양광을 최대한 수집하여 발전효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 설치비용을 절약할 수 있으며, 고장의 염려가 없어 유지관리가 더욱 용이한 효과가 있다. 또한, 별도의 브래킷을 지붕에 결합하지 않고 지붕재에 일체로 시공함으로써 이질감을 최소화하여 건물의 외관을 해치지 않는 장점이 있다.

Description

지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈{BIPV module installed in the roof}
본 발명은 주택 및 아파트 등의 지붕에 설치되어 태양광을 수집하는 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프레임에 의해 전후, 좌우로 용이하게 결합되며 지붕재와 일체로 결합되어 건물의 외관을 해치지 않는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈에 관한 것이다.
최근에는 에너지 소비를 절감하기 위한 방안으로 건물 내의 조명 부하를 저감하거나 대체에너지로서 태양에너지와 같은 자연에너지를 이용하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 상기한 태양에너지 중에서도 태양광을 활용하는 태양광 발전시스템은 건축물의 외벽 중 일조량이 많은 곳에 태양전지 셀을 설치하고, 태양전지 셀에서 태양광을 집광한 후 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하여 변환된 전기에너지를 건축물 내부에서 사용되는 전기에너지에 일부를 공급하게 된다.
그러나 종래의 태양광 발전시스템은 건축물의 자재 외에 태양전지 셀을 별도로 설치해야 하는 것으로써 태양전지 셀을 설치하기 위한 별도의 설치공간이 요구됨은 물론 별도의 태양광 발전시스템을 구축하기 위한 시공시간과 인력비용이 증대됨에 따라 막대한 시간과 비용이 소용되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 태양광 발전시스템은 태양전지 셀로부터 발생되는 전기를 외부의 전기공급대상물에 공급하기 위한 수단으로서, 일측이 태양전지 셀의 통전수단과 연결되고 타측이 전기공급대상물과 연결된 전선과 연결되는 단자함이 외부로 노출됨으로써 외관이 미려하지 못할 뿐 아니라 외부요인에 의해 단자함이 손상 또는 파손되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 극복하고자 등록특허공보 제10-1461042호에서는 지붕에 설치되어 태양광을 수집함으로써 발전을 행하는 태양광 모듈이 제안되었다.
그러나 이러한 지붕용 태양광 모듈은 지붕에 별도의 브래킷을 결합하여 설치해야 하기 때문에 설치구조가 복잡하여 설치 시간 및 비용이 상승하고 유지관리가 용이하지 못할 뿐만 아니라, 지붕재와의 이질감에 의해 건물의 외관을 해치는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 결합성 및 시공성이 용이하며 지붕재와 일체로 형성됨으로써 건물의 외관을 해치지 않는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 셀간 일정한 이격거리를 형성하는 고효율 후면전극셀(IBC cell; Intergrated Back Contact cell)을 적용하여 비용절감 및 유지관리가 용이한 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈은 솔라셀의 전·후·좌·우에 전면프레임 및 후면프레임과 좌·우측프레임이 각각 결합되는 비아이피브이 모듈에 있어서, 전면프레임에는 단차를 이루며 전면에 길이 방향으로 'ㄱ'의 형상으로 형성된 지지부가 형성되고, 상기 지지부에는 전후로 결합된 모듈을 서로 고정하거나 또는 지붕에 고정하기 위한 복수의 설치홀이 형성되며, 상기 설치홀의 후측에는 길이 방향으로 고정홈이 형성되고, 후면프레임은 '┏' 형상으로 형성되어 복수의 설치홀이 형성되며, 하측의 선단에는 상기 고정홈에 삽입되어 고정되는 고정부가 형성되고, 좌측프레임 및 우측프레임의 상측에 각각 형성된 탄성부와 프레임의 사이에는 솔라셀이 보호커버와 함께 삽입되어 고정되며, 상기 우측프레임에는 커버프레임이 복수의 볼트에 의해 결합되고, 상기 커버프레임의 상측에는 모듈의 상측으로 돌출되는 탄성부가 'ㄷ'자 형상의 대칭으로 형성된 것을 그 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈에 의하면, 고효율 후면전극셀이 적용된 비아이피브이 모듈을 단순한 구조의 프레임에 의해 전후, 좌우로 용이하게 결합함으로써 태양광을 최대한 수집하여 발전효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 설치비용을 절약할 수 있으며, 고장의 염려가 없어 유지관리가 더욱 용이한 효과가 있다.
또한, 별도의 브래킷을 지붕에 결합하지 않고 지붕재에 일체로 시공함으로써 이질감을 최소화하여 건물의 외관을 해치지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 비아이피브이 모듈의 사시도
도 2는 도 1의 A-A 선의 확대 단면도
도 3은 본 발명의 비아이피브이 모듈에서 커버프레임을 분리한 사시도
도 4는 본 발명에 의한 비아이피브이 모듈의 전후결합을 나타낸 사시도
도 5는 본 발명에 의한 비아이피브이 모듈의 전후결합을 나타낸 좌측면도
도 6은 본 발명에 의한 비아이피브이 모듈의 좌우결합을 나타낸 사시도
도 7은 본 발명에 의한 비아이피브이 모듈의 좌우결합을 나타낸 정면도
도 8은 본 발명의 비아이피브이 모듈이 결합판에 결합되는 과정을 나타낸 사사도
도 9는 본 발명의 비아이피브이 모듈이 결합판에 결합된 모습을 나타낸 정면도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명의 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈은 도 1에서 나타낸 바와 같이 구성되어 전후, 좌우로 결합됨으로써 주택 및 아파트, 빌딩 및 공장 등의 지붕에 설치되어 태양광을 수집함으로써 자가발전을 행할 수 있도록 구성된 태양광 수집장치로서, 경사진 지붕에 용이하게 결합할 수 있도록 구성되어 있다.
본 발명의 비아이피브이 모듈(BIPV module)은 4개의 면에 결합되는 프레임의 사이에 구비된 복수의 솔라셀(10)이 태양광을 수집하게 된다.
여기서 BIPV 시스템(Building Integrated Photovoltaic System)(건물일체형 태양광발전시스템)이란 건물 외피에 전지판을 설치하여 태양광을 이용하는 발전시스템으로서, 최근에는 태양광에너지로 전기를 생산하여 소비자에게 공급하는 것 외에 건물일체형 태양광모듈을 건축물 외장재로 사용하여 건설비용을 줄이고 건물의 가치를 높이는 디자인요소로도 쓰이기도 한다.
또한, BIPV 모듈은 솔라셀(Solar cell)을 전기적으로 연결하기 용이하도록 배선하며, 외부 환경으로부터 보호하기 위해 충진재 및 유리 등과 압축한 모듈로서, 솔라셀 당 약 0.5V 전압과 4.5A 이상의 전류를 발생하게 되므로, 원하는 전압 또는 전류 값을 위해 복수가 직렬로 연결된다.
이때, 상기 솔라셀(10)은 전장용 전자기기(battlefield electronics)에 사용되는 소형 광기전 모듈(photo-voltaic module)과 기본 개념이 동일하므로, 이하에서는 솔라셀(10)이라 통칭하여 사용한다.
특히, 본 발명에서는 지붕 등 건물에 인접한 설치 위치의 특이성에 의해 채광성과 발전효율을 동시에 만족시킬 수 있도록 구성되어야 한다. 이를 위해 본 발명에서는 우수한 채광성과 높을 발전효율이 동시에 만족할 수 있도록 고효율 후면전극셀(IBC cell; Intergrated Back Contact cell)을 적용하였다.
기존에 사용되던 전면전극셀에 비해 본 발명에 적용된 후면전극셀은 개별 셀을 연결하는 전극이 후면에 위치하여 전면으로부터 입사되는 태양광의 채광성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본원 출원인은 채광성을 높이기 위해 셀의 간격을 종래에 비해 대폭적으로 이격시키는 기술을 개발하였으며, 이를 본원 발명에 적용하였다.
즉, 전면전극셀은 셀 간격이 2mm 정도에 불과하여 이를 그대로 사용하는 경우 후측으로 투과되는 빛이 거의 없으므로 채광성이 극도로 악화된다.
이를 위해 본 발명에서는 고효율 솔라셀을 사용함과 동시에, 전극을 후면으로 위치시켜 태양광이 전극으로 인해 차단되는 면적을 최소화하고, 각 셀의 간격을 20 ∼ 50mm 정도로 이격시켜, 채광성과 발전효율을 동시에 만족시키도록 구성하였다.
한편, 본 발명의 후면전극셀이 적용된 비아이피브이 모듈(BIPV module)은 전후, 좌우로 연결할 수 있는 프레임으로 이루어져 지붕에 착탈할 수 있도록 결합되어 프레임의 사이에 구비된 복수의 솔라셀(10)이 태양광을 수집하게 된다.
상기 비아이피브이 모듈은 마이크로 인버터(도면 미표시)와 전선으로 연결되어 수집된 태양광을 전기에너지로 변환하게 되는데, 본 발명에 설치되는 마이크로 인버터는 개별 또는 복수의 단위별 설치를 위해 사용되는 것으로서, 이러한 개별적인 단위 모듈은 전압이 낮기 때문에 기존의 3KW의 전력을 제어하는 주택용 인버터를 사용할 수 없으며, 소용량인 300∼400W의 전력을 제어할 수 있도록 구현된 전압전류변환장치인 마이크로 인버터를 사용하게 된다.
이때, 비아이피브이 모듈의 설치 상태에 따라 전력생산량이 달라짐으로, 본 발명의 마이크로 인버터는 단위 모듈당 전력생산량이 300∼400W 범위 내에서 개별적으로 설치된다.
본 발명의 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈은 복수의 솔라셀(10)을 전후, 좌우로 감싸는 4개의 프레임으로 구성되어 있으며, 이 프레임에 의해 복수의 모듈이 전후, 좌우로 용이하게 결합되어 지붕에 시공된다.
상기 솔라셀(10)의 전면과 후면에는 전면프레임(20) 및 후면프레임(30)이 각각 결합되어 있으며, 솔라셀(10)의 좌측과 우측에는 좌측프레임(40) 및 우측프레임(50)이 각각 결합되어 있고, 상기 우측프레임(50)에는 커버프레임(60)이 결합되어 있다.
상기 프레임은 대량생산에 적합하도록 알루미늄을 압출하여 필요한 길이 만큼 절단하여 제작하는 것이 바람직한데, 내측에 결합되는 솔라셀(10)을 하나로 구성하거나, 또는 더욱 많은 수의 솔라셀(10)을 전후, 좌우로 결합한 모듈에 적용할 수 있도록 길이를 필요에 따라 가감하여 절단할 수 있다.
상기 전면프레임(20)에는 단차를 이루며 전면에 길이 방향으로 'ㄱ'의 형상으로 형성된 지지부(21)가 형성되어 있으며, 상기 지지부(21)에는 전후로 결합된 모듈을 서로 고정하거나, 지붕에 고정하기 위한 복수의 설치홀(22)이 형성되어 있고, 상기 설치홀(22)의 후측에는 길이 방향으로 고정홈(23)이 형성되어 있다.
상기 후면프레임(30)은 '┏' 형상으로 형성되어 복수의 설치홀(32)이 형성되어 있으며, 하측의 선단에는 상기 고정홈(23)에 삽입되어 고정되는 고정부(31)가 형성되어 있다.
상기 좌측프레임(40) 및 우측프레임(50)의 상측에는 도 2에서 나타낸 바와 같이 탄성부(41)(51)가 각각 형성되어 있으며, 상기 탄성부(41)(51)와 프레임의 사이에는 솔라셀(10)이 보호커버(11)와 함께 삽입되어 고정되어 있다.
또한, 상기 우측프레임(50)에는 도 3에서 나타낸 바와 같이 커버프레임(60)이 복수의 볼트(62)에 의해 결합되며, 상기 커버프레임(60)의 상측에는 모듈의 상측으로 돌출되는 탄성부(61)가 대략 'ㄷ'자 형상의 대칭으로 형성되어 있다.
이와 같이 솔라셀(10)을 외측에 결합되는 4개의 프레임으로 구성된 본 발명의 비아이피브이 모듈은 도 4 및 도 5에서 나타낸 바와 같이 전면프레임(20)과 후면프레임(30)을 서로 연결함으로써 전후로 결합할 수 있다.
즉, 전면프레임(20)의 고정홈(23)에 후면프레임(30)의 고정부(31)를 삽입하여 고정함으로써 복수의 모듈을 전후로 결합할 수 있으며, 이때 단차를 이루며 형성된 지지부(21)에 의해 결합된 전면프레임(20)과 후면프레임(30)은 동일한 높이를 이루게 된다.
이렇게 결합된 지지부(21)의 하측 공간에는 복수의 솔라셀(10)에서 인출된 전선이 통과하여 마이크로 인버터와 연결됨으로써 전선이 외부로 노출되어 미관을 해치는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 전후로 결합된 복수의 비아이피 모듈은 다시 도 6 및 도 7에서 나타낸 바와 같이 좌측프레임(40)과 커버프레임(60)을 서로 연결함으로써 좌우로 결합할 수 있다.
즉, 좌측프레임(40)의 상측에 커버프레임(60)의 탄성부(61)를 고정함으로써 복수의 모듈을 좌우로 결합할 수 있는데, 이렇게 전후, 좌우로 결합된 모듈에는 설치홀(22)(32)을 관통하는 볼트 등의 결합수단을 이용하여 지붕을 이루는 지붕재에 일체로 결합한다.
한편, 도 8에서 나타낸 바와 같이 지붕재인 결합판(70)을 본 발명의 비아이피브이 모듈이 대신할 수 있도록 구성함으로써 지붕에 설치되는 모듈의 시공 및 유지관리를 더욱 용이하게 할 수 있다.
이를 위해 상기 결합판(70)의 좌측에는 '┏' 형상으로 형성된 복수의 제결합부(71)가 형성되어 있으며, 우측에는 고리 형상으로 형성된 제2결합부(72)가 형성되어 있다.
상기 결합판(70)은 지붕에 복수로 결합되는 지붕재로서, 제1결합부(71)의 상측에 다른 결합판(70)의 제2결합부(72)가 고정됨으로써 연결된다.
이러한 결합판(70)의 사이에 본 발명의 비아이피브이 모듈을 결합하여 지붕재를 대신함으로써 태양광 발전을 할 수 있을 뿐만 아니라, 지붕에 설치되는 모듈을 더욱 용이하게 시공할 수 있는 것이다.
즉, 도 9에서 나타낸 바와 같이 좌측의 제2결합부(72) 하측에는 좌측프레임(40)이 삽입되어 탄성에 의해 고정되고, 커버프레임(60)의 탄성부(61)는 우측의 제1결합부(71) 상측에 탄성에 의해 고정됨으로써 복수의 모듈을 좌우로 연결할 수 있다.
이렇게 결합된 복수의 모듈은 결합판(70)의 전면과 후면에 다른 결합판(70)을 밀착하고 전면프레임(20)의 고정홈(23)과 후면프레임(30)의 고정부(31)를 이용하여 전후로 연결할 수 있다.
또한, 도면에서는 하나의 비아이피 모듈이 두 개의 결합판(70) 사이에 고정된 모습을 나타내었으나, 이에 국한되는 것이 아니라 두 개의 결합판(70) 사이에 도 6과 같이 복수의 비아이피 모듈을 좌우로 연결하여 지붕을 구성할 수도 있음은 물론이다.
따라서 지붕재로 사용되는 결합판(70)에 복수의 모듈을 전후, 좌우로 결합함으로써 건물의 지붕에 복수의 비아이피브이 모듈이 일체로 결합되는 것이다.
이러한 본 발명은 고효율 후면전극셀이 적용된 비아이피브이 모듈을 단순한 구조의 프레임에 의해 전후, 좌우로 용이하게 결합함으로써 태양광을 최대한 수집하여 발전효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제작비용 및 설치비용을 절약할 수 있으며, 고장의 염려가 없어 유지관리가 더욱 용이한 효과가 있다.
또한, 별도의 브래킷을 지붕에 결합하지 않고 지붕재에 일체로 시공함으로써 이질감을 최소화하여 건물의 외관을 해치지 않는 장점이 있다
10 : 솔라셀 11 : 보호커버
20 : 전면프레임 21 : 지지부
22,32 : 설치홀 23 : 고정홈
30 : 후면프레임 31 : 고정부
40 : 좌측프레임 41,51,61 : 탄성부
50 : 우측프레임 60 : 커버프레임
62 : 볼트 70 : 결합판
71 : 제1결합부 72 : 제2결합부

Claims (5)

  1. 솔라셀의 전·후·좌·우에 전면프레임 및 후면프레임과 좌·우측프레임이 각각 결합되는 비아이피브이 모듈에 있어서,
    전면프레임(20)에는 단차를 이루며 전면에 길이 방향으로 'ㄱ'의 형상으로 형성된 지지부(21)가 형성되고, 상기 지지부(21)에는 전후로 결합된 모듈을 서로 고정하거나 또는 지붕에 고정하기 위한 복수의 설치홀(22)이 형성되며, 상기 설치홀(22)의 후측에는 길이 방향으로 고정홈(23)이 형성되고,
    후면프레임(30)은 '┏' 형상으로 형성되어 복수의 설치홀(32)이 형성되며, 하측의 선단에는 상기 고정홈(23)에 삽입되어 고정되는 고정부(31)가 형성되고,
    좌측프레임(40) 및 우측프레임(50)의 상측에 각각 형성된 탄성부(41)(51)와 프레임의 사이에는 솔라셀(10)이 보호커버(11)와 함께 삽입되어 고정되며, 상기 우측프레임(50)에는 커버프레임(60)이 복수의 볼트(62)에 의해 결합되고, 상기 커버프레임(60)의 상측에는 모듈의 상측으로 돌출되는 탄성부(61)가 'ㄷ'자 형상의 대칭으로 형성된 것을 특징으로 하는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비아이피브이 모듈은 지붕재인 두 개의 결합판(70) 사이에 결합되며, 상기 결합판(70)의 일측에는 '┏' 형상인 제1결합부(71)가 형성되고, 타측에는 다른 결합판(70)의 제1결합부(71)의 상측에 고정되는 고리 형상의 제2결합부(72)가 형성되며,
    상기 좌측프레임(40)은 좌측 결합판(70)의 제2결합부(72) 하측에 고정되고, 상기 커버프레임(60)의 탄성부(61)는 우측 결합판(70)의 제1결합부(71) 상측에 고정되는 것을 특징으로 하는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 비아이피브이 모듈은 채광성과 발전효율을 동시에 만족시킬 수 있도록 고효율 후면전극셀(IBC cell; Intergrated Back Contact cell)을 적용하며, 각 셀간의 간격을 20 ∼ 50mm로 이격시키는 것을 특징으로 하는 지붕에 설치되는 비아이피브이 모듈.
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