KR101869975B1

KR101869975B1 - 태양광 섬유를 이용한 야전장비

Info

Publication number: KR101869975B1
Application number: KR1020110064601A
Authority: KR
Inventors: 김선정
Original assignee: 김선정
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2018-06-21
Also published as: KR20130007235A

Abstract

본 발명은 태양광 섬유을 이용한 야전장비에 관한 것으로, 본 발명은 실리콘으로 제작되는 얇은 필름을 롤러로 늘여 종이처럼 얇게 하고, 여기에 태양전지 모듈을 끼운 뒤에 여러 프로세스를 거쳐서 유연한 플라스틱에 접착한 형태의 태양전지 필름(10a) 형태로 제조된 유기박막 태양전지(10)를 직물(10b)에 끼워서 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작하고, 상기 태양광 섬유을 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 야전 장비에 설치하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 개별 전투원들의 소지품 및 부수장비를 줄여 부대의 이동능력 및 전투능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 섬유를 이용한 야전장비{equipment for field operations using solar fabric}

본 발명은 태양광 섬유를 이용한 야전장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기박막 태양전지를 이용하여 태양광 전기를 발생시키는 태양광 섬유(Solar Fabric)를 제작하고, 이 태양광 섬유는 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 설계함으로써, 개별 전투원들의 소지품 및 부수장비를 줄여 부대의 이동능력 및 전투능력을 향상시킬 수 있도록 한 태양광 섬유를 이용한 야전장비에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 산업의 발전에 따라 에너지의 사용량이 비약적으로 증가하고 있어, 앞으로도 더한 에너지 수요의 증대가 예상된다. 이와 같은 배경에서 지구환경에 부하를 주지 않는, 경제적이고 고성능의 새로운 크린 에너지 생산기술의 개발에 기대가 모아지고 있다.

그 중에서도 태양전지는 무한히 있다고 해도 좋은 태양광을 이용하는 것이어서 새로운 에너지원으로서 주목받고 있다. 현재 실용화되고 있는 태양전지의 대부분은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 무정형 실리콘을 이용한 무기 태양전지이다.

그러나 이들 무기 실리콘계 태양전지는, 그 제조 프로세스가 복잡해서 비용이 높다고 하는 결점을 가지고 있기 때문에, 널리 일반가정용으로 보급되기에는 이르지 않는다.

즉, 통상의 태양전지는 반도체의 광 기전력 효과를 이용한 것으로, p형 반도체와 n형 반도체를 조합하여 만든다. 태양전지의 구조와 원리를 살펴보면, p형 반도체와 n형 반도체가 하나의 단결정으로 접합이 되면 불순물의 농도차에 의하여 n형 반도체의 잉여전자(electron)가 p형의 반도체로 확산해 가고, 반대로 정공(hole)은 p형에서 n형으로 확산한다. 이에 따라 p형 반도체의 전도대(conduction band)내에 있는 전자의 에너지는 n형보다 좁아지고 n형 반도체의 가전자대(valence band)에 있는 정공이 갖는 에너지는 p형 반도체보다 높아지게 되므로, 이로 인해 내부 전위차가 발생된다.

이처럼, 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환시키는 반도체소자로, 이에 사용되는 재료에 따라 크게 실리콘계, 화합물계로 분류될 수 있다.

그리고, 실리콘계 태양전지는 반도체의 상(phase)에 따라 세부적으로 단결정 (single crystalline) 실리콘, 다결정(polycrystalline) 실리콘, 비정질 (amorphous) 실리콘 태양전지로 분류된다.

또한, 태양전지는 반도체의 두께로 따라 벌크(기판)형 태양전지와 박막형 태양전지로 분류되는데, 박막형 태양전지는 반도체층의 두께가 수 10μm 내지 수 μm 이하의 태양전지이다.

실리콘계 태양전지에서 단결정 및 다결정 실리콘 태양전지는 벌크형에 속하며, 비정질 실리콘 태양전지는 박막형에 속한다.

한편, 화합물계 태양전지는 Ⅲ-Ⅴ족의 GaAs (Galium Arsenide)와 InP(Indium Phosphide) 등의 벌크형과 Ⅱ-Ⅵ족의 CdTe (Cadmium Telluride) 및 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ의 CuInSe2 (CIS; Copper Indium Diselenide) 등의 박막형으로 분류되며, 유기물계 태양전지는 크게 유기분자형과 유무기 복합형이 있다. 이 밖에 염료 감응형 태양전지가 있으며, 이들 모두가 박막형에 속한다.

이와 같이 여러 종류의 태양전지 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 태양전지가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되어 오고 있다.

그러나, 최근에는 벌크형 실리콘 태양전지의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있다. 이에 대규모 지상 전력용 태양전지의 저가화 및 양산화 기술 개발을 위해서는 실리콘 원료를 현재의 수 100분의 1로 절감할 수 있는 박막형 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.

박막형 태양전지를 제작하기 위해서는 레이저 패터닝(laser patterning)법과, 화학적 기화가공(chemical vaporization machining; CVD)법, 금속침에 의한 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)법 등이 일반적으로 사용되고 있다.

한편, 비정질 실리콘을 이용한 유기박막 태양전지는 기존의 유리나 금속 등으로 만들어진 제품과 비교해 생산원가를 획기적으로 절감할 수 있으며, 기존의 태양전지 충전 PV판넬 등은 규격이 일정하였으나, 비정질 실리콘을 이용한 유기박막 태양전지는 다양한 크기로 PV판넬을 잘라 사용할 수 있으므로 전원 콜렉션의 효율을 극대화 할 수 있다.

이에 본 발명은 다양한 크기로 잘라 사용할 수 있는 비정질 실리콘을 이용한 유기박막 태양전지의 특성을 최대한 이용할 수 있는 방안의 하나로 연구 개발된 것으로, 특히, 국내에서 아직까지 비무기체계 분야에 해당하는 야전 장비(예를 들어, 군복, 야전조끼, 텐트)분야에 태양전지를 적용한 사례가 전무하다는 사실에, 유기박막 태양전지를 야전 장비에 적용할 수 있도록 하고자 연구 개발된 것이다.

즉, 본 발명의 목적은 유기박막 태양전지를 이용하여 태양광 전기를 발생시키는 태양광 섬유(Solar Fabric)를 제작하고, 이 태양광 섬유는 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 설계함으로써, 개별 전투원들의 소지품 및 부수장비를 줄여 부대의 이동능력 및 전투능력을 향상시킬 수 있도록 한 태양광 섬유를 이용한 야전장비를 제공하는 데 있다.

예를 들어, 본 발명은 유기박막 태양전지를 이용하여 전투복에 발열뿐만 아니라 최근 주목받고 있는 웨어러블 컴퓨터(Wearable computer) 등의 시스템에 안정적인 전원 공급을 할 수 있는 야전 조끼를 제공할 수 있도록 하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘으로 제작되는 얇은 필름을 롤러로 늘여 종이처럼 얇게 하고, 여기에 태양전지 모듈을 끼운 뒤에 여러 프로세스를 거쳐서 유연한 플라스틱에 접착한 형태의 태양전지 필름 형태로 제조된 유기박막 태양전지를 직물에 끼워서 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작하고, 상기 태양광 섬유를 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 야전 장비에 설치한 태양광 섬유를 이용한 야전장비를 제공함에 그 특징을 갖는다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시에에 따르면, 상기 야전 장비는 전투복이고, 상기 전투복 상에 출력전력이 5W(18V, 0.25A)로 설계되고 그 크기가 13.5㎝ × 6㎝ 규격을 갖는 상기 유기박막 태양전지를 원단 형태로 배치하고, 상기 유기박막 태양전지를 통해 발생되는 전기를 저장 공급할 수 있는 컨트롤러 및 배터리와, 상기 컨트롤러 및 배터리와 연계하여 전원을 연결할 수 있는 다수의 연결 커넥터를 전투복의 일측에 내장하며, 상기 전투복의 전후면에 상기 유기박막 태양전지를 통해서 제공되는 전기를 공급받아 발열할 수 있는 면상 발열체를 내장하고, 최대 출력전력 10.5~30W, 최대 출력 전압 17.6V~35.2V, 최대 출력전류 0.6A~1.7A 수준을 갖는 비상전력공급장치를 전투복 일측에 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 야전 장비는 야전 텐트이고, 상기 야전 텐트의 상단면에 일체로 1KW의 전력을 공급할 수 있는 유기박막 태양전지가 설치될 수도 있다.

또, 상기 야전 장비는 야전 텐트이고, 상기 야전 텐트의 전체를 가리는 차양막이 설치되며, 상기 차양막의 상단면에 일체로 1KW의 전력을 공급할 수 있는 유기박막 태양전지가 설치될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 유기박막 태양전지를 이용하여 태양광 전기를 발생시키는 태양광 섬유(Solar Fabric)를 제작하고, 이 태양광 섬유는 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 설계함으로써, 개별 전투원들의 소지품 및 부수장비를 줄여 부대의 이동능력 및 전투능력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더불어, 본 발명에 따르면, 유기박막 태양전지를 이용하여 전투복에 발열뿐만 아니라 최근 주목받고 있는 웨어러블 컴퓨터(Wearable computer) 등의 시스템에 안정적인 전원 공급을 할 수 있는 야전 조끼를 제공할 수도 있다.

도 1은 발명에 따른 유기박막 태양전지를 보여주는 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 유기박막 태양전지를 사용한 야전장비인 전투복의 구성을 앞 뒤로 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 유기박막 태양전지를 군용 야전 텐트에 적용한 상태를 보여주는 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 유기박막 태양전지를 군용 야전 텐트를 가리는 차양막에 적용한 상태를 보여주는 예시도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 첨부된 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의성을 위해 과장되거나 생략될 수 있으며, 도면에 병기된 도면부호에 따라 부여되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기박막 태양전지(10)는 실리콘으로 제작되는 얇은 필름을 롤러로 늘여 종이처럼 얇게 하고, 여기에 태양전지 모듈을 끼운 뒤에 여러 프로세스를 거쳐서 유연한 플라스틱에 접착한 형태로써, 상기 유기박막 태양전지(10)는 태양전지 필름(10a) 형태로 제조되어 직물(10b)에 끼워져 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작된다.

그리고, 상기 태양광 섬유(Solar Fabric)는 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 설계된다.

즉, 통상의 태양 전지판은 맑은 날씨의 경우, 1평방미터 당 약 1KW의 전기가 태양 전지판에 들어오게 되고, 이를 전기로 만들어 내는 효율은 전지판에 따라 다르지만 약 10~15% 정도의 전기를 만들 수 있는 것으로 알려져 있다.

따라서, 가로 세로 1미터의 태양 전지판의 경우, 대략 시간당 100~150W의 전기를 만들어 낼 수 있다고 할 수 있다.

이와 같은 사항을 고려하여 상기 유기박막 태양전지(10)를 이용하여 제조된 태양광 섬유를 전투복이나 야전 조끼에 적용함으로써, 현대전(現代戰)에서 중요시되는 휴대용 통신기기 및 전자장비에 필요한 전원을 안정적으로 확보할 수 있도록 하고 있는 것이다.

이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 전투복(20) 후면 상에 태양전지 필름(10a) 형태로 제조되어 직물(10b)에 끼워져 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작된 원단 형태의 유기박막 태양전지(10)를 배치하고, 상기 유기박막 태양전지(10)를 통해 발생되는 전기를 저장 공급할 수 있는 컨트롤러 및 배터리(13)를 내장하며, 상기 컨트롤러 및 배터리(13)와 연계하여 전원을 연결할 수 있는 다수의 연결 커넥터(12)를 전투복(20) 일측에 배치한다.

여기서, 상기 유기박막 태양전지(10)는 출력전력이 5W(18V, 0.25A) 정도로 설계되고, 이러한 출력 전력을 발생하기 위한 규격으로 그 크기가 13.5㎝ × 6㎝ 정도이면 된다.

또한, 상기 컨트롤러는 20V/3A 수준이고, 배터리는 3.7V/8Ah 수준으로 리튬(Lithium), NiMH 혹은 NiCad 을 사용하여 충전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 연결 커넥터(12)는 8종류의 전원 연결장치와 7개의 장치 연결관으로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 전원 연결 방식이 다양하기 때문에 이에 대응하여 다수의 종류로 이루어진 연결 커넥터(12)를 구비하는 것이 바람직한 것이다.

특히, 상기 전투복(20) 내면에는 면상 발열체(11)를 내장하여 유기박막 태양전지(10)를 통해서 제공되는 전기를 공급받아 발열할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 면상 발열체(11)는 전기저항을 갖는 세라믹 저항체의 발열부위를 매개로 하는 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 주는 기능을 갖는 것으로, 전선에 의해 배터리와 연결 결합되며, 한쪽에 온오프스위치 및 온도조절노브가 구비된 커넥터를 연결시켜 면상발열체에 전원을 공급할 수 있도록 구성하게 된다.

또한, 상기 전투복(20) 일측에 비상전력공급장치(14)를 구비함으로써, 유기박막 태양전지(10)를 사용할 수 없는 경우에 비상 전력을 공급할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 비상전력공급장치(14)는 최대 출력전력 10.5~30W 수준이고, 최대 출력 전압 17.6V~35.2V 수준이며, 최대 출력전류 0.6A~1.7A 수준인 것이 바람직하다. 그리고, 그 크기는 5㎝ × 14㎝, 혹은 5㎝ × 18㎝ 정도인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 유기박막 태양전지(10)는 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작되어 다양한 크기로 형성될 수 있는 관계로, 군용 야전 텐트 등에 적용될 수 있다.

즉, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 군용의 야전 텐트(30)의 상단면이나 차양막(31)의 상단면에 유기박막 태양전지(10)를 배치하여 태양광을 통해 전기를 공급할 수 있다.

이렇게 유기박막 태양전지(10)를 이용한 야전 텐트(30)들은 환풍팬, 라이트, 라디오, 랩톱 컴퓨터, 전화기, 통신기기 등에 전원을 공급하기에 충분한 1KW까지의 전력을 생산할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다.

특히, 상기와 같은 야전 텐트(30) 상에 설치된 유기박막 태양전지(10)는 종래 전력을 공급하기 위해 가동되는 디젤기관 등의 발전설비와 대비할 때 열을 발생시키지 않으므로 적의 적외선 감시장비, 열 감시 장비 및 레이더 설 등의 추적을 피할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 도시되지 않았지만, 다양한 크기로 제작될 수 있는 본 발명의 유기박막 태양전지(10)는 비상 전원 공급이 가능한 10 와트(watt) 용량 수준의 휴대용 태양 충전기로 사용될 수도 있다. 즉 크기를 작게 하여 접을 수 있는 구조로 제작함으로써, 배낭이나 군장에 넣어 휴대하기 간편하면서 바지 포켓에 넣을 수 있을 정도로 설계 및 제작할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부도면에 도시된 내용을 참조하여 구체적으로 설명하고 있으나, 본 발명은 상기한 실시예들 및 도면에 도시된 형상에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 특허청구범위 내에 있게 된다 할 것이다.

10 : 유기박막 태양전지 10a : 태양전지 필름
10b : 직물 11 : 면상 발열체
12 : 연결 커넥터 13 : 컨트롤러 및 배터리
14 : 비상전력공급장치 20 : 전투복
30 : 야전 텐트 31 : 차양막

Claims

실리콘으로 제작되는 얇은 필름을 롤러로 늘여 얇게 하고, 여기에 태양전지 모듈을 끼운 뒤에 유연한 플라스틱에 접착한 형태의 태양전지 필름(10a) 형태로 제조된 유기박막 태양전지(10)를 직물(10b)에 끼워서 태양광 섬유(Solar Fabric)로 제작하고, 상기 태양광 섬유를 원단 형태로 제작하여 야전에서 필요한 전원 공급이 가능하도록 야전장비에 설치하는 것으로서, 상기 야전장비는 전투복(20)이고, 상기 전투복(20) 상에 출력전력이 5W(18V, 0.25A)로 설계되고 그 크기가 13.5㎝ × 6㎝ 규격을 갖는 상기 유기박막 태양전지(10)를 원단 형태로 배치하고, 상기 유기박막 태양전지(10)를 통해 발생되는 전기를 저장 공급할 수 있는 컨트롤러 및 배터리(13)와, 상기 컨트롤러 및 배터리(13)와 연계하여 전원을 연결할 수 있는 다수의 연결 커넥터(12)를 전투복(20)의 일측에 내장하며, 상기 전투복(20)의 전후면에 상기 유기박막 태양전지(10)를 통해서 제공되는 전기를 공급받아 발열할 수 있는 면상 발열체(11)를 내장하고, 최대 출력전력 10.5~30W, 최대 출력 전압 17.6V~35.2V, 최대 출력전류 0.6A~1.7A 수준을 갖는 비상전력공급장치(14)를 전투복(20) 일측에 마련하는 것을 특징으로 하는 태양광 섬유를 이용한 야전장비.
삭제
제1항에 있어서,
상기 야전장비는 야전 텐트(30)이고, 상기 야전 텐트(30)의 상단면에 일체로 1KW의 전력을 공급할 수 있는 유기박막 태양전지(10)가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 섬유를 이용한 야전장비.
제1항에 있어서,
상기 야전장비는 야전 텐트(30)이고, 상기 야전 텐트(30)의 전체를 가리는 차양막(31)이 설치되며, 상기 차양막(31)의 상단면에 일체로 1KW의 전력을 공급할 수 있는 유기박막 태양전지(10)가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 섬유를 이용한 야전장비.