KR102096244B1 - 태양광발전용 인조잔디 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입사된 빛을 태양전지 모듈로 반사하는 것으로, 기포층, 상기 기포층에 터프팅된 복수의 파일부 및 상기 기포층과 상기 파일부와 연결되어 있고 상기 파일부의 이탈을 방지하는 백킹층을 포함하며, 상기 기포층, 상기 파일부 또는 상기 백킹층은 백색영역을 포함한다.

Description

태양광발전용 인조잔디{Artificial Turf for Photovoltaic Power Generation}
본 발명은 태양광발전용 인조잔디에 관한 것이다.
광전 변환 효과를 이용하여 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전은 무공해 에너지를 얻는 수단으로 널리 이용되고 있다. 태양전지의 광전 변환 효율의 향상에 수반하여, 개인 주택에서도 다수의 태양 전지 모듈을 이용하는 태양광 발전 시스템이 설치되고 있다. 태양전지는 기판 및 기판과 p-n 접합을 형성하는 에미터부를 포함하며, 기판의 한쪽 면을 통해 입사된 빛을 이용하여 전류를 발생시킨다. 통상의 태양전지는 빛이 기판의 한쪽 면을 통해서만 입사되므로 전류 변환 효율이 낮다. 이에, 근래에는 기판의 양쪽 면을 통해 빛이 입사되도록 한 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다. 양면 수광형 태양전지 모듈이 건물, 노지(이하, 지면이라 함) 등에 설치된 상태에서 상면과 하면을 통해 빛이 입사된다. 하면의 경우 지면에서 반사된 빛이 입사된다.
양면 수광형 태양전지 모듈이 설치된 지면은 콘크리트 지면 또는 노지 지면일 수 있다.
콘크리트 지면은 방초 성능 및 반사 능력은 우수하나, 설치에 대한 비용이 높이 경제성이 떨어지며 대면적에 설치하는 경우 배수 기능이 원활하지 않아 폭우 또는 장마 시 조성된 지면 이외 부분으로 배수가 일방적으로 발생하여 토사 유실 및 붕괴 현상이 발생한다. 또한, 콘크리트 지면의 경우 콘크리트 표면에 밝은 색상의 페인트를 도포하는 방식을 사용하고 있으나, 페인트 도포로 인한 비용이 높아지는 문제가 있다.
노지는 특별한 비용 없이 조성이 가능하나 반사율이 낮아 양면 수광형 태양전지 모듈 발전에 적합하지 않다. 또한 계속 제초 관리를 해주어야 하기 때문에 관리 비용이 지속적으로 발생하게 된다.
등록특허 제10-0898466호. (2009.05.12.) 등록실용신안 제20-0240689호. (2001.07.19.)
본 발명은 지면에 설치된 인조잔디가 태양전지 모듈로 반사하는 빛을 극대화시켜 태양광 발전 효율을 높이는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디는 기포층, 상기 기포층에 파일사가 터프팅된 복수의 파일부 및 상기 기포층에 배치되어 있고 상기 파일부의 이탈을 방지하는 백킹층을 포함하며, 상기 파일부, 상기 기포층 또는 상기 백킹층은 백색영역을 포함한다.
상기 파일사는, 제1 사 및 제2 사를 포함하고, 상기 제1 사와 상기 제2 사는 서로 다른 색상을 가지며 상기 제1 사와 제2 사의 색상은 빛 반사율이 다를 수 있다.
상기 제1 사와 상기 제2 사는 혼합되어 함께 상기 기포층에 터프팅되어 상기 파일부를 이룰 수 있다.
상기 제1 사와 상기 제2 사는 이웃하여 각각 상기 기포층에 터프팅되어 상기 파일부를 이룰 수 있다.
상기 기포층은 복수의 영역으로 구획되고, 각 영역에는 상기 제1 사 또는 상기 제2 사가 각각 터프팅되어 상기 파일부를 이룰 수 있다.
상기 파일사는, 선형저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 폴리아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지 92 내지 98 중량부, 난연제 0.5 내지 1 중량부, 왁스 0.1 내지 1 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부 및 이산화티타늄 0.1 내지 3 중량부를 포함할 수 있다.
상기 파일사는 선형저밀도폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 중밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌, 폴리아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지 92 내지 98 중량부, 난연제 0.5 내지 1 중량부, 왁스 0.1 내지 1 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부, 이산화티타늄 0.1 내지 1 중량부, 황색 안료 0.5 내지 2 중량부 및 녹색 안료 0.1 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
상기 기포층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조된 원사 및 이산화티타늄을 포함하며, 상기 원사의 섬도는 1000 내지 1500 데니어이고, 경사 밀도는 23 내지 25개/inch이고 위사 밀도는 21 내지 24개/inch일 수 있다.
상기 기포층은, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 97 내지 99.5 중량부 및 상기 이산화티타늄 0.5 내지 3 중량부를 포함할 수 있다.
상기 백킹층은, 스타이렌뷰타다이엔고무, 에틸렌초산비닐 공중합체, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지 15 내지 25 중량부, 탄산칼슘 49 내지 53.5 중량부, 물 20 내지 30 중량부, 첨가제 0.5 내지 2 중량부 및 이산화티타늄 0.5 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
상기 백킹층은, 글리포세이트, 글리포시네이트, 옥사다이아존, 아술람 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 백킹층의 두께는 100㎛ 내지 5㎜일 수 있다.
상기 파일부의 파일사, 상기 기포층 또는 상기 백킹층은 근적외선 흡수를 성능을 가지는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제는 상기 파일부의 파일사, 상기 기포층 또는 상기 백킹층 200중량부에 대하여 0.05 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
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본 발명의 실시예에 따르면, 태양광발전용 인조잔디의 백색 파일부, 기포층 및 백킹층에 의해 빛 반사율이 높아질 수 있다. 이에 태양광발전용 인조잔디와 마주하는 태양전지 모듈 하면으로 빛 입사율이 높아지므로 태양광 발전 효율이 높아질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양광발전용 인조잔디는 태양전지 모듈 아래에 위치하여 지면에 설치된다. 이에 노지, 콘크리트 지면을 사용하는 것 대비하여 지면 관리 비용이 절감되며 투수성이 높아 배수나 강우에 의한 토사 유실 또는 지면 붕괴 등의 치수에도 우수한 성능을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지 모듈이 설치된 지면에 백색과 녹색이 혼합된 파일부를 포함하는 태양광발전용 인조잔디에 의해 양면 수광형 태양전지 모듈 주변의 시인성이 높아질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적외선 흡수 첨가제로 인해 적외선을 흡수하여 반사되는 열을 저감시키고 그로 인해 태양광 발전 모듈의 온도 상승을 저하시켜 효율 손실을 막는 효과가 발생하였다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 A 부분 확대도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디를 나타낸 개략도.
도 4는 도 2의 B 부분 확대도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디를 나타낸 개략도.
도 6은 파장에 따른 태양광발전용 인조잔디의 빛 반사율을 나타낸 표.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 A 부분 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 태양광발전용 인조잔디(200)는, 파일부(220), 기포층(210) 및 백킹층(230)을 포함하며 태양전지 모듈(100)이 설치된 장소의 바닥에 설치되어 태양전지 모듈로 빛을 반사하여 태양광 발전 효율을 높인다. 태양전지 모듈은 양면 수광형 일 수 있다.
파일부(220)는 잔디층을 형성하는 것으로 파일사가 기포층(210)에 터프팅(Tufting)되어 형성된다. 파일부(220)는 파일사가 기포층(210)의 제1 방향(Y)을 따라 입모되어 제2 방향(X)으로 배열되어 있다.
파일사는 수지, 난연제, 왁스, 산화방지제 및 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있다. 더 나아가 파일사는 수지 92 내지 98 중량부, 난연제 0.5 내지 1 중량부, 왁스 0.1 내지 1 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부 및 이산화티타늄(TiO2) 0.1 내지 1 중량부를 포함할 수 있다.
수지는 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 중밀도폴리에틸렌(MDPE), 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 폴리아미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 폴리아미드는 나일론 6, 나일론 6/6, 나이론 6/10, 나일론 11, 나일론 12 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
산화방지제는 최종 성형물인 인조잔디용 폴리올레핀계 원사의 산화를 방지하기 위한 것으로서, 그 종류는 크게 제한되지 않으며, 대표적으로 입체 장애 페닐형, 토코페롤, 비타민 C(아스코르브산) 등이 있다. 입체 장애 페닐형 산화방지제의 구체적인 예로는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸; 4,4'-비스(2,6-디-t-부틸페놀); 테트라키스p[메틸렌(3,5-디-t-부틸)4-하이드록시-하이드로신나메이트)]메탄; 1,3,5-트리스(4-tert-부틸-3-하이드록시-2,6-디메틸벤질)-1,3,5-트리아진-2,4,6-(1H,3H,5H)-트리온; 1,3,5-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질)-s-트리아진-2,4,6-(1H,3H,5H)-트리온; 트리스(2,4-디tert-부틸페닐)포스파이트; 비스(2,4-디t-부틸페닐)펜타에리쓰리톨 디포스파이트; 2[[2,4,8,10-테트라키스(1,1-디메틸에틸)디벤조[d,f][1,3,2]디옥사포스페핀-6-일]옥시]-N,N-비스[2[[2,4,8,10-테트라키스(1,1-디메틸에틸)디벤조[d,f][1,3,2]디옥사포스페핀-6-일]옥시]에탄아민; 산화된 비스(탈로우 알킬)아민; 4,4'-비스(2,6-디이소프로필페닐); 2,4,6-트리-t-부틸페놀; 2,2'-티오비스(4-메틸-6-t-부틸페놀); 옥타데실 2(3'5'-디-t-부틸-4'-하이드록시페닐)-프로피오네이트 등; 티오디프로피온산의 에스테르, 예컨대 디라우릴 티오디프로피오네이트 및 디스테아릴 티오디프로피오네이트 등; 탄화수소 포스파이트, 예컨대 트리페닐 포스파이트, 트리노닐 포스파이트, 디이소데실 펜타에리쓰리톨 디포스페이트, 디페닐데실 포스파이트 등; 및 이의 혼합물이 있다. 산화방지제의 함량은 크게 제한되지 않으며, 일 예로 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여 약 0.1~3.0 중량부이다.
이산화티타늄은 비타르계 색소로서 무미, 무취의 백색 가루이며 산화력과 항균작용이 크고 악취제거 및 살균작용을 한다. 이산화티타늄에 의해 파일사는 백색으로 형성될 수 있으며, 이산화티타늄에 의해 백색의 파일사는 빛 반사효율이 증대될 수 있다. 이산화티타늄의 효과는 널리 알려진바 이하 자세한 설명은 생략한다.
또한, 파일사는 수지, 왁스, 산화방지제 및 이산화티타늄(Tio2), 황색 안료 및 녹색 안료를 포함할 수 있다. 더 나아가 파일사는 수지 92 내지 98 중량부, 난연제 0.5 내지 1 중량부, 왁스 0.1 내지 1 중량부, 산화방지제 0.1 내지 1 중량부, 이산화티타늄 0.1 내지 1 중량부, 황색 안료 0.5 내지 2 중량부 및 녹색 안료 0.1 내지 1 중량부를 포함할 수 있다. 파일사는 황색 안료 및 녹색 안료에 의해 천연잔디와 유사한 녹색으로 형성될 수 있다.
이에, 파일사(220)는 백색의 제1 사(221)와 녹색의 제2 사(222)를 포함한다. 제1 사와 제2 사는 혼합되어 기포층(210)에 함께 터프팅되어 있다. 각 파일부(220)에는 제1 사(221)와 제2 사(222)가 혼합되어 있다. 이에 백색영역과 녹색 영역이 혼합되어 있으며 백색영역에 의해 파일부(220)는 빛 반사율이 높아질 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이 제1 사(221)와 제2 사(222)는 구분되어 각각 기포층(210)에 이웃하게 터프팅될 수도 있다. 이때 기포층(210)의 제2 방향(X)으로 배열된 파일부(220) 중 제1 열(W)은 제1 사로 형성되고, 제2 열(G)은 제2 사로 형성될 수 있다. 제1 사의 파일부와 제2 사의 파일부는 이웃하여 교대로 배치되어 있다.
그리고 도 5에서 도시한 바와 같이 기포층(210)이 복수의 영역으로 구획되고 제1 사와 제2 사는 각각 터프팅되어 파일부(220)는 백색영역인 제1 영역(W)과 녹색 영역인 제2 영역(G)으로 이루어진다.
예컨대, 제1 사는 제1 영역(W)에 터프팅되어 백색의 파일부(220)를 이루고 제2 사는 제2 영역(G)에 터프팅되어 녹색의 파일부(220)를 이룬다. 제1 영역(W)과 제2 영역(G)은 기포층(210)의 제1 방향(Y)과 제2 방향(X)을 따라 이웃하여 교대로 형성되어 있다.
제1 사와 제2 사의 배열은 태양광발전용 인조잔디의 디자인에 따라 달라질 수 있다. 이에 본 실시예는 제1 사와 제2 사의 배열 구조를 특별히 한정하지 않는다.
더 나아가 파일부는 적외선 흡수 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 적외선 흡수 첨가제는 파일부 200중량부에 대하여 0.05 내지 5 중량부를 포함할 수 있다.
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이러한 적외선 흡수 첨가제는 파일부가 적외선을 흡수하여 반사되는 열을 저감시킨다. 이에, 태양광 발전 모듈의 온도 상승을 저하시켜 효율 손실을 막아 주는 효과를 가진다.
기포층(210)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)를 주성분으로 제조된 원사 및 이산화티타늄(Tio2)을 포함할 수 있다. 기포층을 이루는 원사는 이산화티타늄에 의해 백색으로 이루어져 평직물로 형성되어 있다. 백색의 기포층은 파일사의 빛 반사효율 증대 효과를 보조한다.
기포층 원사의 섬도는 1000 내지 1500 Denier일 수 있다. 원사의 섬도가 1000 Denier 미만인 경우 인장력이 저하되어 쉽게 손상될 수 있고 1500 Denier 초과할 경우 중량 증가 및 제조비용이 상승한다. 기포층의 경사 밀도는 23 내지 25개/inch이고, 위사 밀도는 21 내지 24개/inch일 수 있다.
기포층의 이산화티타늄은 파일사의 이산화티타늄과 동일하므로 이하, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
백킹층(230)은 기포층(210) 하면과 연결되어 파일부(220)가 기포층(210)에서 이탈하는 것을 방지한다.
백킹층(230)은 스타이렌뷰타다이엔고무(Styrene Butadiene Rubber; SBR), 에틸렌초산비닐 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer; EVA), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 아크릴(acrylic), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지, 탄산칼슘, 물, 첨가재 및 이산화티타늄을 포함한다. 백킹층은 파일사의 반사효율 증대 효과를 보조하기 위해 백색으로 형성될 수 있다.
더 나아가, 백킹층은 수지 15 내지 25 중량부, 탄산칼슘 49 내지 53.5 중량부, 물 20 내지 30 중량부, 첨가제 0.5 내지 2 중량부 및 이산화티타늄 0.5 내지 3 중량부를 포함할 수 있다.
백킹층은 습식 또는 건식으로 형성될 수 있다.
습식 백킹층의 수지 중에서 SBR 구성 성분의 경우, Styrene-Butadiene Latex 21 내지 23 중량부, 탄산칼슘(CaCO3) 50 내지 52 중량부, 물(Water) 25 내지 27 중량부, 증점제 및 기타 첨가제 0 내지 2 중량부를 포함한다. 기타 첨가제로는 이산화티타늄을 포함한다.
Acryl Foam의 경우, Copolymer of acrylate 30 내지 40 중량부, CaCO3 35 내지 45 중량부, Water 20 내지 30 중량부, 증점제 및 기타 첨가제 0 내지 5 중량부를 포함하며, 기타 첨가제는 이산화티타늄을 포함한다.
PU(polyurethane)의 경우, Polyurethane 0 내지 28 중량부, dimethyl carbonate 2 내지 5 중량부, Water 65 내지 70 중량부, 증점제 및 기타 첨가제 0 내지 2 중량부를 포함하며, 기타 첨가제는 이산화티타늄이 포함한다.
건식 백킹층의 경우, 기설정된 두께를 갖는 필름과 기포층이 결합되어 형성될 수 있으며 이산화티타늄, 산화방지제를 포함한다.
한편, 백킹층(230)은 잡초 생장을 억제하는 글리포세이트(N-(phosphonomethyl)glycine), 글리포시네이트(glyfosinate), 옥사다이아존(oxadiazon), 아술람(asulam, methyl sulfanilycarbamate)) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 잡초 제거 성분을 포함하는 백킹층(230)에 의해 태양광발전용 인조잔디(200) 주변에 잡초가 자라지 않아 태양전지 모듈이 설치된 지면의 사후관리가 용이하다.
백킹층은 100㎛ 내지 5㎜ 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 습식 코팅의 경우 백킹층의 두께는 100㎛ 내지 2㎜일 수 있고, 건식 코팅의 경우 백킹층의 두께는 100㎛ 내지 5㎜일 수 있다.
백킹층의 두께가 100㎛ 미만인 경우 파일사를 기포층(210)에 고정하지 못하며 5mm 초과할 경우 중량이 증가할 수 있다.
한편, 기포층 및 백킹층은 적외선 흡수 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이에 태양광발전용 인조잔디는 적외선을 흡수하여 반사되는 열을 저감시키고 그로 인해 태양광 발전 모듈의 온도 상승을 저하시켜 효율 손실을 막아 주는 효과가 발생한다.
백색의 파일사, 기포층 및 백킹층의 빛 반사율을 다음과 같다.
[실험예 1 백색의 파일사에 따른 빛 반사율 측정]
[실시예 1]
선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 96.5 중량부, 난연제 0.5 중량부, 왁스 0.5 중량부, 산화방지제 0.5 중량부 및 이산화티타늄 2 중량부로 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 사용하되, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 95.5 중량부, 이산화티타늄 3 중량부 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 사용하되, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 93.5 중량부, 이산화티타늄 5 중량부 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일한 방법으로 사용하되, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 98 중량부, 이산화티타늄 0.5 중량부 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로 사용하되, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 88.5 중량부, 이산화티타늄 10 중량부 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 3]
실시예 1과 동일한 방법으로 사용하되, 이산화티타늄을 생략하고, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 98.5 중량부 혼합하여 백색 파일사 샘플을 제조하였다.
실시예 1 내지 3, 비교예 1 내지 3에서 얻어진 파일사 샘플에 대하여 파장별 빛 반사율을 평가하고, 이의 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다. 빛 반사율은 UV-Vis-IR Spectrometer를 이용하여 측정하였다.
수지 난연제 왁스 산화방지제 이산화티타늄 빛 반사율(%R)
실시예 1 96.5 0.5 0.5 0.5 2 82
실시예 2 95.5 0.5 0.5 0.5 3 85
실시예 3 93.5 0.5 0.5 0.5 5 87
비교예 1 98 0.5 0.5 0.5 0.5 46
비교예 2 88.5 0.5 0.5 0.5 10 89
비교예 3 98.5 0.5 0.5 0.5 0 17
선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 92 내지 99 중량부, 난연제 0.5 중량부, 왁스 0.5 중량부, 산화방지제 0.5 중량부를 포함하는 파일사의 경우 실시예 1 내지 3과 같이 이산화티타늄을 2 내지 5 중량부를 포함하였을 때 빛 반사율이 82 내지 87%R으로 측정되었다. 그러나 비교예 1과 같이 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 98 중량부, 난연제 0.5 중량부, 왁스 0.5 중량부, 산화방지제 0.5 중량부 및 이산화티타늄을 0.5 중량부 포함하였을 때 빛 반사율이 46%R으로서 실시예 1 내지 3 보다 낮았다. 비교예 2와 같이 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 88.5 중량부, 이산화티타늄을 10 중량부 포함하였을 때 빛 반사율이 89%R으로 실시예 1 내지 3 보다 높았으나, 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 감소로 파일사의 물성이 저하되었고 제조원가가 상승하게 되었으며, 비교예 3과 같이 이산화티타늄을 포함하지 않았을 때 빛 반사율이 17%R으로 측정되어 실시예 1 내지 3 보다 현저히 낮았다.
[실험예 2 백색의 기포층에 따른 빛 반사율 측정]
[실시예 4]
폴리에틸렌 테레프탈레이트 98 중량부, 이산화티타늄 2 중량부를 혼합하여 백색 기포층 샘플을 제조하였다.
[실시예 5]
실시예 4와 동일한 방법으로 사용하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 97 중량부, 이산화티타늄 3 중량부 혼합하여 백색 기포층 샘플을 제조하였다.
[비교예 4]
실시예 4와 동일한 방법으로 사용하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 99.5 중량부, 이산화티타늄 0.5 중량부 혼합하여 백색 기포층 샘플을 제조하였다.
[비교예 5]
실시예 4와 동일한 방법으로 사용하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 90 중량부 이산화티타늄 10 중량부를 포함하는 백색 기포층 샘플을 제조하였다.
[비교예 6]
실시예 4와 동일한 방법으로 사용하되, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 100 중량부를 포함하고 이산화티타늄을 포함하지 않는 기포층 샘플을 제조하였다.
실시예 4 및 5와 비교예 4 내지 6에서 얻어진 기포층 샘플에 대하여 파장별 빛 반사율을 평가하고, 이의 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 빛 반사율은 UV-Vis-IR Spectrometer를 이용하여 측정하였다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 이산화티타늄 빛 반사율(%R)
실시예 4 98 2 48
실시예 5 97 3 51
비교예 4 99.5 0.5 28
비교예 5 90 10 53
비교예 6 100 0 15
폴리에틸렌 테레프탈레이트 97 내지 98 중량부, 이산화티타늄 2 내지 3 중량부 포함하는 기포층의 경우 실시예 4 및 5와 같이 빛 반사율이 48 내지 51%R로 측정되었다.
그러나 비교예 4와 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 99.5 중량부, 이산화티타늄 0.5 중량부 포함하는 기포층의 경우 빛 반사율이 실시예 4 및 5의 빛 반사율보다 낮은 28%R으로 측정되었다. 그리고 비교예 5과 같이 폴리에틸렌 테레프탈레이트 90 중량부, 이산화티타늄 10 중량부 포함하는 기포층의 경우 빛 반사율이 실시예 4 및 5의 빛 반사율보다 높게 53%R으로 측정되었으나 폴리에틸렌 테레프탈레이트 감소로 백킹층의 물성이 저하되었다. 비교예 6과 같이 이산화티타늄은 포함하지 않았을 때 빛 반사율이 실시예 4 및 5의 빛 반사율보다 현저히 낮은 15%R로 측정되었다.
[실험예 3 백색의 백킹층에 따른 빛 반사율 측정]
[실시예 6]
스타이렌뷰타다이엔고무 수지 20 중량부, 탄산칼슘 52 중량부, 물 25 중량부, 이산화티타늄 2 중량부 혼합하여 백색 백킹층 샘플을 제조하였다.
[실시예 7]
실시예 6과 동일한 방법으로 사용하되, 탄산칼슘 49 중량부, 이산화티타늄 5 중량부 혼합하여 백색 백킹층 샘플을 제조하였다.
[비교예 7]
실시예 6과 동일한 방법으로 사용하되, 탄산칼슘 53.5 중량부, 이산화티타늄 0.5 중량부 혼합하여 백색 백킹층 샘플을 제조하였다.
[비교예 8]
실시예 6과 동일한 방법으로 사용하되, 탄산칼슘 44 중량부, 이산화티타늄 10 중량부 혼합하여 백색 백킹층 샘플을 제조하였다.
[비교예 9]
실시예 6과 동일한 방법으로 사용하되, 이산화티타늄은 포함하지 않고 탄산칼슘 54 중량부 혼합하여 백색 백킹층 샘플을 제조하였다.
실시예 6 및 7 비교예 7 내지 9에서 얻어진 백킹층 샘플에 대하여 파장별 빛 반사율을 평가하고, 이의 결과를 하기 [표 3]에 나타내었다. 빛 반사율은 UV-Vis-IR Spectrometer를 이용하여 측정하였다.
스타이렌뷰타다이엔고무 탄산칼슘 물 이산화티타늄 빛 반사율(%R)
실시예 6 20 52 25 2 55
실시예 7 20 49 25 5 57
비교예 7 20 53.5 25 0.5 27
비교예 8 20 44 25 10 58
비교예 9 20 54 25 0 14
스타이렌뷰타다이엔고무 수지 20 중량부, 탄산칼슘 50 내지 53 중량부, 물 25 중량부, 첨가제 1 중량부, 이산화티타늄 2 내지 5 중량부 포함하는 백킹층의 경우 실시예 6 및 7과 같이 빛 반사율이 55 내지 57%R 측정되었다.
그러나 비교예 7과 같이 탄산칼슘 54.5 중량부, 이산화티타늄 0.5 중량부 포함하였을 때 빛 반사율이 실시예 6 및 7 빛 반사율보다 현저히 낮았으며, 비교예 8과 같이 탄산칼슘 45 중량부, 이산화티타늄 10 중량부 포함하였을 때 빛 반사율이 실시예 6 및 7보다 높게 측정되었으나 탄산칼슘 감소로 백킹층의 물성이 저하되었다. 그리고 비교예 9와 같이 이산화티타늄을 포함하지 않았을 때 빛 반사율이 실시예 6 및 7의 빛 반사율보다 현저히 낮은 14%R로 측정되었다.
[실험예 4 백색 백킹층, 백색 기포층 및 백색과 녹색의 파일부를 포함하는 인조잔디 빛 반사율 측정]
[실시예 8]
백색의 기포층에 백색의 제1 사와 녹색의 제2 사를 50:50 비율로 터프팅하고 기포층에 백색의 백킹층을 결합한 인조잔디 샘플을 제조하였다.
[실시예 9]
실시예 8과 동일한 방법으로 사용하되, 백색의 기포층에 백색의 제1 사만을 터프팅하고 기포층에 백색의 백킹층을 결합한 인조잔디 샘플을 제조하였다.
[실시예 10]
실시예 8과 동일한 방법으로 사용하되, 백색의 기포층에 녹색의 제2 사만을 터프팅하고 기포층에 백색의 백킹층을 결합한 인조잔디 샘플을 제조하였다.
[비교예 10]
일반 기포층에 녹색의 제2 사만을 터프팅하고 기포층에 일반 백킹층을 결합한 인조잔디 샘플을 제조하였다. 여기서, 기포층 및 백킹층은 검은색으로 형성하였다.
실시예 8 및 9 비교예 10 및 11에서 얻어진 인조잔디 샘플에 대하여 파장별 빛 반사율을 평가하고, 이의 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다. 빛 반사율은 UV-Vis-IR Spectrometer를 이용하여 측정하였다.
파일부 기포층 백킹층 빛 반사율
실시예 8 백색+녹색 백색 백색 55%R
실시예 9 백색 백색 백색 80%R
비교예 10 녹색 백색 백색 15%R
비교예 11 녹색 검은색 검은색 13%R
기포층과 백킹층을 백색으로 형성하고, 파일부를 백색과 녹색으로 형성한 인조잔디의 경우 실시예 8과 같이 빛 반사율이 파장에 따라(350~800㎚) 평균 55%R 측정되었고, 기포층, 백킹 및 파일부를 모두 백색으로 형성한 인조잔디의 경우 실시예 9와 같이 빛 반사율이 파장에 따라 평균 80%R 측정되었다. 특히, 실시예 8 경우 350~800㎚ 영역의 반사율이 크게 증가하였으며, 실시예 9의 경우 350㎚ 영역의 반사율이 크게 증가하였다(도 6 참조).
기포층과 백킹층을 백색으로 형성하고 파일부를 녹색으로 형성한 인조잔디의 경우 비교예 10과 같이 빛 반사율이 파장에 따라 평균 15%R 측정되었으며, 기포층과 백킹층을 검은색으로 형성하고 파일부를 녹색으로 형성한 인조잔디의 경우 비교예 11과 같이 빛 반사율이 파장에 따라 평균 13%R 측정되었다.
이에 파일부가 백색을 포함하는 실시예 8 및 실시예 9의 빛 반사율이 파일부가 녹색으로만 형성된 비교예 10 및 비교예 11 보다 빛 반사율이 높은 것으로 측정되었다.
적외선 흡수 첨가제를 포함하는 파일부의 적외선 흡수 효율은 다음과 같다.
[실험예 5 파일부의 적외선 흡수도 측정]
[실시예 10]
파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 0.1 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다. 적외선 흡수 첨가제는 프탈로사이닌과 구리가 결합되어 형성된 화합물이다.
[실시예 11]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 0.25 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[실시예 12]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 0.5 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[실시예 13]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 1 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[실시예 14]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 5 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 12]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 0.025 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 13]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 10 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
[비교예 14]
실시예 10과 동일한 방법으로 사용하되, 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 25 중량부 혼합하여 파일사 샘플을 제조하였다.
실시예 10 내지 14, 비교예 12 내지 14에서 얻어진 파일사 샘플에 대하여 근적외선 흡수 스펙트럼으로 흡수 성능을 평가하고, 이의 결과를 하기 [표 5]에 나타내었다.
파일사 첨가제 흡수도 (%) 성형성
실시예 10 200 0.1 94% ○
실시예 11 200 0.5 99% ○
실시예 12 200 1 99.5% ○
실시예 13 200 2 99.7% ○
실시예 14 200 10 99.9% ○
비교예 12 200 0.05 72% ○
비교예 13 200 20 99.9% △
비교예 14 200 50 99.9% X
파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제를 0.05 내지 5 중량부를 포함하였을 때 적외선 흡수도가 94 내지 99.9%로 측정되었으며 성형성 또한 우수하였다.
그러나 비교예 12와 같이 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 0.025 중량부를 포함하였을 때 적외선 흡수도가 72% 측정되어 실시예 10 내지 실시예 14보다 낮았으나 파일사의 성형성은 우수하였다. 비교예 13, 비교예 14와 같이 파일사를 이루는 선형저밀도폴리에틸렌과 고밀도폴리에틸렌으로 이루어진 수지 200 중량부에 대하여 적외선 흡수 첨가제 20 내지 50 중량부를 포함하였을 때 적외선 흡수도가 99.9%로 우수하였으나 파일사의 물성이 저하되어 성형성이 저하되었다.
본 실시예에 따른 백색과 녹색의 파일부(220), 백색의 기포층(210) 및 백색의 백킹층(230)을 포함하는 태양광발전용 인조잔디(200)를 태양전지 모듈(100) 아래에 배치하여, 태양광발전용 인조잔디(200)로 입사된 빛이 태양전지 모듈로 반사되는 반사율을 측정한 결과 파장에 따라 평균 55%R 측정되었다. 이와 반대로, 파일부를 녹색으로 형성하고 기포층과 백킹층을 검은색으로 형성한 상태에서 태양전지 모듈로 반사되는 반사율을 측정한 결과 평균 13%R 측정되었다. 이에 녹색과 백색으로 이루어진 파일부(220), 백색의 기포층(210) 및 백색의 백킹층(230)으로 이루어진 태양광발전용 인조잔디(200)가 빛 반사효율이 높은 것을 알 수 있다. 그리고 적외선 흡수 첨가제로 인해 적외선을 흡수하여 반사되는 열을 저감시키고 그로 인해 태양광 발전 모듈의 온도 상승을 저하시켜 효율 손실을 막아 주는 것을 알 수 있다.
이에 따라 태양전지 모듈의 상면은 태양으로부터 빛이 입사되고, 태양전지 모듈의 상면을 벗어난 빛은 태양광발전용 인조잔디(200)에 입사되며 백색과 녹색의 파일부(220), 백색의 기포층(210) 및 백색의 백킹층(230)은 입사된 빛을 태양전지 모듈 하면으로 반사된다. 빛이 태양전지 모듈의 상면과 하면으로 모두 입사되므로 발전효율이 높아질 수 있다.
태양광발전용 인조잔디(200)가 태양전지 모듈(100)이 설치된 지면에 배치되므로 노지, 콘크리트 지면을 사용하는 것에 대비하면 지면 관리에 대한 비용이 절감되며 투수성이 높아 배수나 강우에 의한 토사 유실 또는 지면 붕괴 등을 예방할 수 있다.
그리고 일반적인 인조잔디의 가시광선 반사 효율은 10%R 내외 수준인데 반하여, 태양광발전용 인조잔디(200)는 백색과 녹색의 파일부(220), 백색의 기포층(210) 및 백색의 백킹층(230)에 의해 파장에 따라 빛 반사율이 약 55%R 수준의 높은 효율을 갖는다. 높은 빛 반사율로 인해 태양광모듈 후면으로 입사되는 빛이 증가하므로 파일부가 녹색으로만 이루어진 인조잔디를 태양광모듈 아래에 배치한 것보다 개선된 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 양면 수광형 태양전지 모듈 200: 태양광발전용 인조잔디
210: 기포층 220: 파일부
230: 백킹층

Claims (6)

  1. 태양전지 모듈이 설치된 장소의 바닥에 설치되어 입사된 태양광을 상기 태양전지 모듈로 반사하는 것으로,
    기포층,
    근적외선 흡수 성능을 가지는 첨가제를 포함하는 파일사가 상기 기포층에 터프팅된 복수의 파일부 및
    상기 기포층에 배치되어 있고 상기 파일부의 이탈을 방지하는 백킹층
    을 포함하고,
    상기 파일사는, 서로 다른 색상으로 이루어진 백색의 제1 사 및 녹색의 제2 사를 포함하며, 상기 제1 사와 상기 제2 사의 색상은 빛 반사율이 다르고,
    상기 기포층은 복수의 영역으로 구획되고 상기 제1 사는 제1 영역(W)에 터프팅되어 백색의 파일부를 이루고 상기 제2 사는 제2 영역(G)에 터프팅되어 녹색의 파일부를 이루며, 상기 파일부는 백색영역인 상기 제1 영역(W)과 녹색 영역인 상기 제2 영역으로 이루어지고, 상기 제1 영역(W)과 제2 영역(G)은 상기 기포층의 제1 방향(Y)과 제2 방향(X)을 따라 이웃하여 교대로 형성되며, 상기 백색영역의 파일부는 입사된 태양광을 상기 태양전지 모듈로 반사하는
    태양광발전용 인조잔디.
  2. 제1항에서,
    상기 파일사는, 선형저밀도폴리에틸렌(Linear Low Density Polyethylene; LLDPE), 저밀도폴리에틸렌(Low Density Polyethylene; LDPE), 중밀도폴리에틸렌(Medium Density Polyethylene; MDPE), 고밀도폴리에틸렌(High Density Polyethylene; HDPE), 폴리아미드(polyamide) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지 92 내지 98 중량부,
    난연제 0.5 내지 1 중량부,
    왁스 0.1 내지 1 중량부,
    산화방지제 0.1 내지 1 중량부 및
    이산화티타늄 0.1 내지 3 중량부
    를 포함하는
    태양광발전용 인조잔디.
  3. 제1항에서,
    상기 기포층은,
    폴리에틸렌 테레프탈레이트로 제조된 원사 및 이산화티타늄을 포함하며, 상기 원사의 섬도는 1000 내지 1500 데니어이고, 경사 밀도는 23 내지 25개/inch이고 위사 밀도는 21 내지 24개/inch
    인 태양광발전용 인조잔디.
  4. 제3항에서,
    상기 기포층은,
    상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트 97 내지 99.5 중량부 및
    상기 이산화티타늄 0.5 내지 3 중량부
    를 포함하는
    태양광발전용 인조잔디.
  5. 제1항에서,
    상기 백킹층은,
    스타이렌뷰타다이엔고무, 에틸렌초산비닐 공중합체, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 수지 15 내지 25 중량부,
    탄산칼슘 49 내지 53.5 중량부,
    물 20 내지 30 중량부,
    첨가제 0.5 내지 2 중량부 및
    이산화티타늄 0.5 내지 5 중량부
    를 포함하는
    태양광발전용 인조잔디.
  6. 제1항에서,
    상기 첨가제는 상기 파일사 200중량부에 대하여 0.05 내지 5중량부를 포함하는 태양광발전용 인조잔디.
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