KR102146980B1 - 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 이를 이용한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 입사되는 태양광을 반사시켜 태양전지로 집광시키는 태양광 모듈에 있어서, 기 설정된 형상을 가지며 상기 입사되는 태양광을 반사시켜 상기 태양광 모듈 내부로 전달하는 광 입사 및 반사부, 상기 광 입사 및 반사부에 의해 전달되는 태양광을 상기 태양전지가 위치한 방향으로 유도하는 광 유도부 및 상기 광 유도부로부터 유도된 태양광을 수신하여 전기 에너지로 변환하는 상기 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제공한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 입사되는 태양광을 반사시켜 태양전지로 집광시키는 태양광 모듈에 있어서, 기 설정된 형상을 가지며 상기 입사되는 태양광을 반사시켜 상기 태양광 모듈 내부로 전달하는 광 입사 및 반사부, 상기 광 입사 및 반사부에 의해 전달되는 태양광을 상기 태양전지가 위치한 방향으로 유도하는 광 유도부 및 상기 광 유도부로부터 유도된 태양광을 수신하여 전기 에너지로 변환하는 상기 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 건축물의 외장재로 사용할 수 있는 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 이를 이용한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
지구상에 매장된 천연자원의 고갈 문제가 대두되면서 대체 에너지원의 개발에 많은 이들의 관심이 쏠리고 있다. 이러한 대체 에너지원으로는 태양광, 수력, 지열, 풍력, 해양 에너지 등이 있으며, 그 중에서도, 태양광 에너지 발전은 태양전지의 광전 효과의 원리를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전이다.
최근에는 태양광 발전의 기술이 점차 발전함에 따라 건물 외장재를 이용하여 태양광 발전을 수행하는 건물 일체형 태양광 발전 기술이 각광받고 있다. 건물 일체형 태양광 발전(BIPV, Building Integrated Photovoltaic)이란, 건물 외벽에 태양광 모듈을 설치하여 전기 에너지를 얻을 수 있는 발전 시스템이다. 즉, 태양광 모듈을 건물의 외벽재, 지붕재, 창호재 등으로 활용한다. 이에 따라, 태양광 모듈을 별도로 설치할 공간이 필요하지 않으므로, 기존의 독립형 태양광 발전 시스템보다 건축물의 건설 비용을 줄일 수 있어 경제성 측면에서 유리하다.
그런데 종래의 건물 일체형 태양광 발전 기술에서 사용중인 태양광 모듈은 태양광 모듈 내부 구조가 보이는 어두운 단색의 디자인으로 한정되어 있다. 즉, 종래의 건물 일체형 태양광 발전 기술은 건물 외관의 디자인을 고려하지 않고 태양광 발전 효과에만 중점을 두어, 건물의 외벽, 지붕, 창호 등에 설치했을 시에 건물의 미관을 저해한다는 한계가 있다.
한편, 건물 일체형 태양광 발전은 얇은 높이를 갖는 구조상 집광할 수 있는 태양광량이 한정되고, 시간 및 계절에 따른 태양의 고도 변화에 의해 태양광의 광전 변환 효율이 급격히 떨어지는 문제가 있다.
또한, 건물 일체형 태양광 발전은 건물 벽체와 태양광 모듈 사이가 공기의 이동이 없는 밀폐된 형태로 구성되므로, 태양광 모듈에서 발생된 열이 밀폐된 공기층에 집중되어 태양광 모듈의 온도가 상승한다는 문제점이 있다. 이러한 태양광 모듈의 온도 상승은 태양광 모듈의 수명 및 발전 효율을 저하시키는 원인이 된다.
본 발명의 일 실시예는, 태양광 모듈의 전면을 착색 또는 유색 코팅하여 태양광 모듈의 내부 구성이 보이지 않도록 하는 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템을 제공하는데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예는, 태양의 위치에 관계없이 태양광을 저집광(底集光)할 수 있는 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 태양광 모듈에서 발생된 열을 냉각시켜 태양광 발전의 효율을 높이며, 발생한 열을 온수로 생산할 수 있도록 하는 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템을 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 입사되는 태양광을 반사시켜 태양전지로 집광시키는 태양광 모듈에 있어서, 기 설정된 형상을 가지며 상기 입사되는 태양광을 반사시켜 상기 태양광 모듈 내부로 전달하는 광 입사 및 반사부, 상기 광 입사 및 반사부에 의해 전달되는 태양광을 상기 태양전지가 위치한 방향으로 유도하는 광 유도부 및 상기 광 유도부로부터 유도된 태양광을 수신하여 전기 에너지로 변환하는 상기 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 입사 및 반사부는 상기 입사되는 태양광의 입사각을 증가시키고, 상기 입사되는 태양광을 반사시켜 상기 태양광 모듈 내부로 전달하는 마이크로 루버부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 마이크로 루버부는 태양광을 투과시키는 필름과 역삼각형 패턴으로 구현된 반사물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 유도부는 상기 광 입사 및 반사부의 하부에 위치하는 복수의 상부 반사판과 상기 복수의 상부 반사판 하부에 배치되는 한 쌍의 하부 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 광 유도부는 상기 상부 반사판과 상기 하부 반사판에 태양광을 반사하기 위한 코팅이 수행되어, 상기 광 입사 및 반사부로부터 전달 받은 태양광을 상기 태양전지로 유도하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양전지는 상기 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치할 경우, 상기 전기 에너지를 저장하고 건물에 공급할 수 있는 저장부와 연결되는 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양광 모듈 내부 구성의 상위에 배치되어, 상기 태양광 모듈 내부 구성을 보호하기 위한 전면보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전면보호부는 상기 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치할 경우, 착색 또는 유색 코팅이 수행된 필름 또는 강화 유리를 포함하는 상판을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양광 모듈 내 포함된 구성을 둘러싸며, 태양광 모듈 내부 구성을 보호하기 위한 구성보호부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양광 모듈의 하부 또는 일 측면에 구비되며, 상기 태양광 모듈의 열 에너지를 흡수하는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 냉각장치는 상기 태양광 모듈의 열을 흡수하고 온수로 공급되는 냉각수를 구비하며, 열 전도성 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 냉각장치가 구비된 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치될 경우, 상기 냉각장치가 구비된 태양광 모듈을 상기 건물에 고정하기 위한 설치프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 태양광 모듈이 태양광을 입사시켜 태양광 발전을 하는 방법에 있어서, 광 입사 및 반사부를 이용하여 입사되는 태양광을 반사시켜 광 유도부로 전달하는 입사 및 반사 과정, 상기 입사 및 반사 과정에서 유입된 태양광을 태양전지가 위치한 방향으로 유도하는 유도과정, 상기 유도과정에서 유도된 태양광을 수신하여 전기 에너지를 생산하는 에너지 생성과정 및 상기 에너지 생성과정에서 발생한 열을 냉각시키고 폐열을 회수하여 온수를 생성하는 냉각과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 태양광을 입사시켜 기 설정된 방향으로 입사시키는 광 입사 및 반사 구성의 제조공정에 있어서, 금형과 광 입사 및 반사 필름을 가열하는 과정, 기 설정된 형상의 패턴 몰드가 장착되어 가열된 금형을 상기 광 입사 및 반사 필름에 가압하는 과정, 상기 금형과 상기 광 입사 및 반사 필름을 분리하는 과정, 상기 금형과 상기 기 설정된 형상의 패턴이 전사된 광 입사 및 반사 필름을 냉각하는 과정 및 상기 기 설정된 형상의 패턴에 반사물질을 채워 넣는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 입사 및 반사부의 제조공정을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 유색의 불투명한 재질을 이용하여 태양광 모듈을 구현함으로써, 태양광 모듈의 효용가치를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 태양의 위치에 관계없이 태양광을 저집광할 수 있는 태양광 모듈 제조방법을 제공함으로써, 태양광 발전의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광 모듈에 냉각장치를 구비하여 태양광 모듈에서 발생된 열을 냉각시키고 폐열을 회수함으로써, 태양 전지의 수명을 연장하고 태양광 발전의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 입체도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 패턴 제조공정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 루버부의 제조공정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 태양광 모듈의 입체도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 동작을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 제조공정을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 입체도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 상세 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 패턴 제조공정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 루버부의 제조공정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 태양광 모듈의 입체도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 동작을 도시한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 제조공정을 도시한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 모듈 시스템(100)은 태양광 모듈(110), 전선(115) 및 저장부(120)를 포함한다.
태양광 모듈(110)은 태양전지를 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이며, 건물(130)의 외벽, 지붕 또는 창호 등 어느 하나에 설치될 수 있다. 태양광 모듈(110)은 타일 또는 육면체 등의 구조를 가질 수 있으며, 서로 결합되기 용이한 형상을 가진다. 태양광 모듈(110)의 일 측면 또는 하단부에는 태양전지에서 생성된 에너지를 전선(115)과 연결할 수 있는 관통공(미도시)을 구비한다. 이에 따라, 각 태양광 모듈(110)은 전선(115)을 이용하여 태양전지에서 생성된 에너지를 저장부(120)로 전달한다. 태양광 모듈(110)에 대한 상세한 설명은 도 2 내지 4를 참조하여 설명하기로 한다.
전선(115)은 태양광 모듈(110)로부터 생성된 에너지를 저장부(120)로 전달한다. 전선(115)의 일방은 태양광 모듈(110)의 관통공(미도시)을 통과하여 태양광 모듈(110) 내의 태양전지 전극(미도시)과 연결되어 있으며, 전선(115)의 타방은 저장부(120)의 전극과 연결되어 있다. 따라서, 전선(115)은 태양광 모듈(110)에서 생성된 에너지를 수신하고, 수신한 에너지를 저장부(120)로 전달할 수 있다.
저장부(120)는 태양광 모듈(110)에서 생성된 에너지를 전선(115)을 이용하여 수신하고 이를 저장함으로써, 건물(130)에 에너지를 공급할 수 있는 장치이다. 저장부(120)는 전선(115)을 연결할 관통공(미도시)을 구비하고 있으며, 관통공은 전선(115)을 연결하는 전극핀(미도시)을 포함한다. 저장부(120)는 건물(130)의 내부 또는 외부 어디에도 설치 가능하며, 특히, 일사광선을 막아주고 통풍이 잘 되는 장소에 설치될 수 있다.
건물 일체형 태양광 모듈 시스템(100)은 태양광 모듈(110)에서 발생한 열을 냉각시키고 건물(130)에 온수를 공급할 수 있는 냉각장치(미도시)를 더 포함할 수 있다. 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템에 대해서는 도 7 내지 도 8에서 후술하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 태양광 모듈의 사시도 및 단면도이다.
도 2(a)에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(110)은 상부에 전면보호부(210), 측면 및 하단부에는 구성보호부(220)를 포함한다. 태양광 모듈(110)은 전면보호부(210), 구성보호부(220)에 의해 건축 외장재로 사용될 수 있는 일정한 형상을 가진다.
전면보호부(210)는 태양광을 입사시키는 전면부에 위치하여 태양광 모듈(110)의 내부를 보호한다. 전면보호부(210)는 투명하게 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 코팅층 착색 또는 유색 코팅 등이 수행되어 색상을 구비할 수 있다. 이에 따라, 태양광 모듈(110)은 다양한 색상을 표현할 수 있는 건축 외장재로서의 기능을 수행할 수 있다. 또한, 전면보호부(210)는 착색 또는 유색 코팅이 수행됨으로써 태양광 모듈(110)의 내부가 보이지 않도록 구현될 수 있다. 전면보호부(210)는 태양광을 효과적으로 입사시킬 수 있도록 빛 투과율이 높은 성분, 예를 들어, 강화 필름 또는 유리를 사용할 수 있다.
또한, 전면보호부(210)의 상층부는 무반사(Anti Reflection, AR) 코팅층을 포함할 수 있다. 전면보호부(210)는 태양에서 방사되어 오는 모든 파장대의 전자파 중에서 적외선 및 자외선을 차단하여 태양광 모듈(110)의 발전 효율을 증가시킬 수 있다. 전면보호부(210)는 황사 및 미세먼지 등에 따른 대기중의 이물질이 태양광 모듈(110)에 침투하지 않도록 태양광 모듈(110)의 오염을 방지할 수 있다.
구성보호부(220)는 태양광 모듈(110) 내부의 구성을 보호하기 위해 건축 외장재와 같은 일정한 형상을 가진다. 도 2(b)를 참조하면, 구성보호부(220)는 태양광 모듈(110) 내의 구성요소인 광 입사 및 반사부(230), 광 유도부(240) 및 태양전지(250)를 외부의 충격으로부터 보호한다.
도 2(b)에 도시된 바와 같이, 태양광 모듈(110)은 전면보호부(210), 구성보호부(220)가 태양광 모듈(110)의 내부를 일정한 형태로 둘러싸고 있다. 태양광 모듈(110)의 내부는 광 입사 및 반사부(230), 광 유도부(240) 및 태양전지(250)를 포함한다.
광 입사 및 반사부(230)는 태양의 위치에 관계 없이 거의 모든 방향에서 입사되는 태양광을 반사시켜 광 유도부(240)로 전달한다. 광 입사 및 반사부(230)는 입사된 태양광을 반사시켜 온전히 광 유도부(240)로 전달하고자, 기 설정된 형상의 패턴이 일정한 간격으로 배열된 구성을 포함한다. 광 입사 및 반사부(230)의 구성은 도 3 내지 도 4에서 상세히 설명하도록 한다.
광 입사 및 반사부(230)는 기 설정된 형상의 패턴을 포함하는 합성 수지 재질의 필름으로 구성된다. 기 설정된 형상은 역삼각형 형상으로 구현될 수 있으며, 특히, 이등변 역삼각형 형상의 패턴으로 구성될 경우에 태양광 모듈(110)의 효율이 극대화될 수 있다. 광 입사 및 반사부(230)는 아크릴 등과 같은 투명한 재질의 합성 수지를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광 입사 및 반사부(230)의 기 설정된 형상의 패턴 내부에는 반사물질이 채워지며, 반사물질로는 빛을 잘 반사시키는 물질이 사용된다. 반사물질로 채워진 기 설정된 형상의 패턴에 의해, 광 입사 및 반사부(230)는 입사된 태양광을 온전히 반사시켜 광 유도부(240)로 전달할 수 있다. 광 입사 및 반사부(230)의 패턴 구성 및 제조공정에 대해서는 도 5 내지 도 6에서 후술하도록 한다.
광 유도부(240)는 광 입사 및 반사부(230)로부터 입사된 태양광을 태양전지(250)가 위치한 방향으로 유도한다. 광 유도부(240)는 광 입사 및 반사부(230)와 맞닿아 있는 복수의 상부 반사판과, 태양전지(250)의 양측 모서리에 설치되어 있는 한 쌍의 하부 반사판을 모두 포함한다. 광 유도부(240)는 반사물질로 코팅된 반사판을 상부 및 하부에 구비함으로써, 광 입사 및 반사부(230)에서 입사된 태양광을 태양전지(250)까지 효과적으로 유도할 수 있다. 광 유도부(240)의 반사판 코팅 재질은 빛을 잘 반사시키는 은, 알루미늄 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광 유도부(240)의 상세한 구성은 도 3에서 후술하도록 한다.
태양전지(250)는 광 유도부(240)에서 수신한 태양광을 전기 에너지로 변환한다. 태양전지(250)의 전극(미도시)은 전선(115)과 연결되어 있으며, 연결부인 관통공(미도시)은 구성보호부(220)의 하단부 또는 일 측면에 구비된다. 태양전지(250)의 전극에 연결된 전선(115)은 저장부(120)의 전극(미도시)과 연결되어 있다. 태양전지(250)는 전선(115)을 이용하여, 태양전지(250)에서 생성된 전기 에너지를 저장부(120)로 전달한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 입체도이고, 도 4는 광 입사 및 반사부의 상세 구성도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 광 입사 및 반사부(230)는, 도 2에서 상술한 바와 같이, 대부분의 방향에서 입사되는 태양광을 반사시켜 광 유도부(240)로 전달한다. 광 입사 및 반사부(230)는 복수의 마이크로 루버부(234)를 포함하며, 마이크로 루버부(234)는 반사물질(238)을 구비한다. 마이크로 루버부(234)는 역삼각형 형태의 패턴이 균등한 간격으로 배치되어 있다.
도 2에서 상술한 바와 같이, 마이크로 루버부(234)가 이등변 역삼각형 형상으로 구현될 때, 광 입사 및 반사부(230)는 입사되는 태양광을 온전히 광 유도부(240)가 위치한 방향으로 반사시킬 수 있다. 마이크로 루버부(234)의 상부 간격은 8~9mm, 하부 간격은 10mm 정도로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 마이크로 루버부(234)의 역삼각형 꼭지점 각도(θ)는 밑변과 높이에 의해 결정된다. 광 입사 및 반사부(230)는 상부의 간격 사이로 태양광을 최대한 많이 유입시키고, 유입된 태양광은 마이크로 루버부(234)에 의해 반사된다. 반사된 태양광은 마이크로 루버부(234)와 맞닿아 있는 광 유도부(240)로 전달된다.
광 입사 및 반사부(230)는 복수의 마이크로 루버부(234)를 구비함으로써, 태양의 위치에 관계없이 거의 모든 방향의 태양광을 수신할 수 있다. 통상적으로, 태양이 동쪽에서 서쪽 방향으로 이동할 때, 태양광이 45˚ 방향으로 입사하면, 태양광은 수직성분과 직진성분으로 나눠진다. 이때, 코사인 법칙에 의해 수직성분은 입사각이 제로가 됨으로써 최대 에너지를 갖는다. 한편, 45˚ 방향의 직진성분은 법선에 대해 입사각이 90˚가 되므로, 에너지는 0에 가까워 진다. 이에 따라, 종래의 태양전지(250)는 어떠한 방향으로 배치되더라도 태양광의 직진성분이 존재하게 되어 에너지 손실이 발생하였다. 즉, 종래의 태양전지(250)는 최대의 효율로 발전하지 못했다. 그러나 본 발명은 광 입사 및 반사부(230)의 마이크로 루버부(234)가 기 설정된 형상으로 구현됨으로써, 상부의 틈새로 유입되는 대부분의 태양광을 수직으로 입사시켜, 직진성분을 최소화함으로써 태양광 모듈(110)의 효율 향상을 도모할 수 있다.
다시, 도 3를 참조하면, 광 유도부(240)는, 상술한 바와 같이, 광 입사 및 반사부(240)에서 수신한 태양광을 태양전지(250)로 유도한다. 광 유도부(240)는 광 입사 및 반사부(230)와 맞닿은 복수의 상부 반사판(244)과 태양전지(250)의 양측 모서리에 구비된 한 쌍의 하부 반사판(248)을 포함한다. 광 유도부(240)의 반사판은 0.7mm 정도의 두께로 구현될 수 있고, 빛을 잘 반사하는 은, 알루미늄과 같은 반사물질로 표면이 코팅되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 광 유도부(240)의 상부 반사판(244)은 양면에 반사물질이 코팅되어 있으며, 최외각 상부 반사판은 단면에만 반사물질이 코팅되어 있다. 한 쌍의 하부 반사판(248)은 이 최외각 상부 반사판과 각각 맞닿아 있다. 이처럼, 광 유도부(240)는 복수의 상부 반사판(244)과 한 쌍의 하부 반사판(248)에 의해 입사면이 작아지는 기하학적인 구조를 가진다. 광 유도부(240)의 이러한 구조로 인해 태양광을 태양전지(250)까지 효과적으로 안내할 수 있다.
구성보호부(220) 벽면에 가이드 지그(Guide Jig)가 설치됨으로써, 상부 반사판(244)은 구성보호부(220)의 양 측면에 형성되어 있는 홈에 고정될 수 있다. 이때, 상부 반사판(244)은 마이크로 루버부(234)의 꼭지점과 맞닿는 구조로 설치될 수 있도록 한다. 상부 반사판(244)의 기울기는 마이크로 루버부(234)의 간격과 광 입사 및 수신부(230)의 높이에 영향을 받는다. 상부 반사판(244)이 기울어진 정도에 따라 반사판의 수직 높이가 결정 되는데, 상부 반사판(244)의 수직 높이는 태양광 모듈(110)의 체적을 결정하는 요소로 작용한다.
하부 반사판(248)은 태양전지(250) 양측 모서리에 반사판이 배치된다. 하부 반사판(248)은 태양광이 태양전지(250)까지 도달할 수 있도록 태양광을 유도한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 패턴 제조공정을 도시한 도면이다.
광 입사 및 반사부(230)의 패턴 제조공정은 가열, 가압, 분리 및 냉각 공정을 포함한다. 광 입사 및 반사부(230)의 패턴 제조공정에는 연마가 잘 된 평평한 금형 하판(520)과 기 설정된 형상의 패턴 몰드가 구비된 금형 상판(510), 광 입사 및 반사 필름(530)이 구비된다.
가열공정에서는 각 코일(515, 525)에 의해 기 설정된 형상의 패턴 몰드가 장착된 금형 상판(510)과 광 입사 및 반사 필름(530)을 올려 놓는 금형 하판(520)이 가열된다.
가압공정에서는 금형 상판(510)에 가해지는 압력에 의해, 금형 상판(510)이 광 입사 및 반사 필름(530)에 압착된다. 단, 가압공정 시에도 금형 상판(510)과 금형 하판(520)은 일정한 온도로 가열되어 있다.
분리공정에서는 광 입사 및 반사 필름(530)에 패턴이 전사되면 금형 상판(510)이 광 입사 및 반사 필름(530)으로부터 분리된다.
냉각공정에서는 광 입사 및 반사 필름(530)의 패턴을 고착화하기 위하여 가열된 각 금형(510, 520)과 광 입사 및 반사 필름이(530)이 냉각된다. 여기서, 분리와 냉각 공정의 순서는 광 입사 및 반사 필름(530)에 사용되는 합성 수지의 종류 또는 제조공정의 편리성에 따라 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 루버부의 제조공정을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 마이크로 루버부(234)는 패턴 제조공정이 끝난 광 입사 및 반사 필름(530) 위에 은 또는 알루미늄 등의 빛을 반사시킬 수 있는 반사물질(238)을 채워 넣음으로써 형성된다. 반사물질(238)은 롤러 등의 반사물질(238)을 고르게 펼 수 있는 도구(610)에 의해 광 입사 및 반사 필름(530)의 패턴 내부로 투입될 수 있다. 이와 같은 공정에 의해, 마이크로 루버부(234)는 기 설정된 형상의 패턴 내부에 반사물질(238)을 구비함으로써, 광 입사 및 반사부(230)로 유입된 태양광을 반사시켜 이를 광 유도부(240)로 전달할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템을 도시한 도면이고, 도 8은 냉각장치를 구비한 태양광 모듈의 입체도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템(700)은 태양광 모듈(110)에 설치프레임(710) 및 냉각장치(720)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 태양광 모듈(110)은 태양전지(250)로 태양광을 집광하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 태양광 모듈(110)은 건물(130)의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치될 수 있으며, 복수의 태양광 모듈(110)을 결합할 수 있다. 태양광 모듈(110)은 내부에 태양전지(250)를 구비하고 있으며, 태양전지(250)에서 생성된 에너지는 전선(115)을 이용하여 저장부(120)로 전달된다.
냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템(700)은, 냉각장치(720)를 구비한 태양광 모듈(110)을 건물(130)의 외벽, 지붕 및 창호 등에 설치하기 위한 설치프레임(710)을 포함한다. 설치프레임(710)은 냉각장치(720)를 구비한 태양광 모듈(110)과 결합되기 용이한 형상을 가진다. 설치프레임(710)은 건물(130)의 외벽, 지붕 및 창호 등에 설치될 수 있으며, 냉각장치(720)가 구비된 태양광 모듈(110)은 설치프레임(710) 위에 장착된다. 이때, 설치프레임(710)은 일 측면에 전선(115)을 연결하는 관통공(미도시)을 구비하고 있으며, 전선(115)은 설치프레임(710)의 관통공과 연결된다. 설치프레임(710)의 관통공을 통과하는 전선(115)은 태양광 모듈(110)의 태양전지(250) 전극(미도시)과 연결된다. 설치프레임(710)의 형상 및 설치 방법 등은 건물의 구조 및 냉각장치(720)를 구비한 태양광 모듈(110)에 따라 변경될 수 있다.
냉각장치(720)는 태양광 모듈(110)의 열기를 냉각시키고 건물(130)에 온수를 공급하기 위해 태양광 모듈(110)에 추가로 설치될 수 있다. 도 8을 참조하면, 냉각장치(710)는 태양광 모듈(110)의 하부에 구비될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 건물(130) 및 태양광 모듈(110)의 구조 등에 따라 태양광 모듈(110)의 일 측면에 구비될 수 있다. 냉각장치(720)는 복수의 배관(725)을 포함하며, 펌프 등의 동력장치(미도시)에 의해 배관(725) 내로 냉각수가 흐르도록 한다. 또한, 냉각장치(720)는 열 전도율이 높은 알루미늄, 철, 구리 등의 열 전도 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 태양광 모듈(110)에서 발생한 열은 열 전도 현상에 의해 냉각수를 구비한 냉각장치(720)로 전도되며, 태양광 모듈(110)의 온도는 하강하게 된다. 한편, 태양광 모듈(110)에서 발생한 열을 흡수하여 온도가 상승한 냉각수는 건물(130)의 온수로 사용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 동작을 도시한 순서도이다.
태양광 모듈(110)은 광 입사 및 반사부(230)를 이용하여 모든 방향에서 입사되는 태양광을 수신한다(S910). 광 입사 및 반사부(230)는 광 입사 및 반사 필름(530)에 기 설정된 형상의 패턴을 전사시켜, 그 부분에 은, 알루미늄과 같은 반사물질(238)을 채워 넣음으로써 태양광을 반사시킨다. 태양광이 어떤 방향에서 입사된다 할지라도, 광 입사 및 반사부(230)는 거의 모든 태양광을 하부로 반사시켜 태양전지(250)로 저집광될 수 있도록 한다. 이로써 광 입사 및 반사부(230)는 태양광 모듈(110)의 집광 효율을 극대화 한다.
광 유도부(240)는 태양광을 중앙 하부의 태양전지(250)로 전달한다(S920). 광 유도부(240)의 상부 반사판(244)은 광 입사 및 반사부(230)와 소정의 각도로 기울어져 고정되어 있으며, 최외각 상부 반사판은 태양전지(250) 양측 모서리의 하부 반사판(248)과 수직으로 맞닿아 있다. 이처럼, 입사면이 작아지는 형태의 기하학적 구조는 광 입사 및 반사부(230)에서 반사된 태양광을 태양전지(250)로 유도할 수 있다. 광 유도부(240)는 빛을 잘 반사하는 재질로 구성된 반사물질(238)로 코팅되어 있어, 태양광이 태양전지(250)까지 도달할 수 있도록 한다.
태양전지(250)는 광 유도부(240)에서 전달되는 태양광을 수신하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환한다(S930).
태양전지(250)에서 전기 에너지로 변환되지 못한 열 에너지는 냉각장치(710)로 전도된다(S940). 냉각장치(710)는 태양전지(250)에서 발생한 열을 흡수하여, 태양광 모듈(110)의 열을 냉각시키고 온수를 생산한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 입사 및 반사부의 제조방법을 도시한 순서도이다.
기 설정된 형상의 패턴 몰드를 장착한 금형 상판(510)은 상부 코일(515)에 의해 가열되며, 금형 하판(520)은 하부 코일(525)에 의해 가열된다(S1010). 이때, 광 입사 및 반사 필름(530)은 금형 하판(520) 위에 위치한다.
외부 압력에 의해, 금형 상판(510)은 광 입사 및 반사 필름(530)에 압착된다(S1020). 단, 이때에도 금형 상판(510) 및 금형 하판(520)은 일정한 온도로 가열되어 있다.
광 입사 및 반사 필름(530)에 기 설정된 형상의 패턴이 전사되면, 금형 상판(510)은 광 입사 및 반사 필름(530)으로부터 분리된다(S1030).
패턴을 고착화하기 위해 분리된 각 금형판(510, 520)과 광 입사 및 반사 필름(530)은 냉각된다(S1040). 여기서, 금형판(510, 520) 및 광 입사 및 반사 필름(530)을 분리하고 냉각하는 과정은 필름의 종류 및 제조방법의 편리성에 따라 변경될 수 있다.
마이크로 루버부(234)는 기 설정된 형상의 패턴이 형성된 광 입사 및 반사 필름(530)위에 빛을 잘 반사하는 반사물질(238)을 소정분 올려 두고, 롤러 등의 도구(610)를 이용하여 한쪽 방향으로 밀어 넣음으로써 형성된다(S1050). 이때, 광 입사 및 반사 필름(530)의 패턴 내부에는 반사물질(238)이 채워지게 되고, 이로써 광 입사 및 반사부(230)는 태양광을 반사시켜 광 유도부(240)로 전달하는 마이크로 루버부(234)를 구비한다.
도 9 내지 도 10에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 9 내지 도 10에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 건물 일체형 태양광 모듈 시스템
110: 태양광 모듈
115: 전선
120: 저장부
130: 건물
210: 전면보호부
220: 구성보호부
230: 광 입사 및 반사부
234: 마이크로 루버부
238: 반사물질
240: 광 유도부
244: 상부 반사판
248: 하부 반사판
250: 태양전지
510: 금형 상판
515: 상판 코일
520: 금형 하판
525: 하판 코일
530: 광 입사 및 반사 필름
610: 도구
700: 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템
710: 설치프레임
720: 냉각장치
725: 배관
110: 태양광 모듈
115: 전선
120: 저장부
130: 건물
210: 전면보호부
220: 구성보호부
230: 광 입사 및 반사부
234: 마이크로 루버부
238: 반사물질
240: 광 유도부
244: 상부 반사판
248: 하부 반사판
250: 태양전지
510: 금형 상판
515: 상판 코일
520: 금형 하판
525: 하판 코일
530: 광 입사 및 반사 필름
610: 도구
700: 냉각장치를 구비한 건물 일체형 태양광 모듈 시스템
710: 설치프레임
720: 냉각장치
725: 배관
Claims (14)
- 입사되는 태양광을 반사시켜 태양전지로 집광시키는 태양광 모듈에 있어서,
상기 태양광 모듈 내부 구성의 상위에 배치되어 상기 태양광 모듈 내부 구성을 보호하며, 무반사 코팅되어 상기 태양광 모듈로 입사하는 태양광 중 적외선 및 자외선을 차단하는 전면보호부;
역삼각형 패턴으로 구현되어 입사되는 태양광의 입사각을 증가시키고, 상기 입사되는 태양광을 반사시켜 상기 태양광 모듈 내부로 전달하는 마이크로 루버부를 포함하는 광 입사 및 반사부;
상기 광 입사 및 반사부에 의해 전달되는 태양광을 상기 태양전지가 위치한 방향으로 유도하는 광 유도부;
상기 광 유도부로부터 유도된 태양광을 수신하여 전기 에너지로 변환하는 상기 태양전지;
상기 태양광 모듈 내 포함된 구성을 둘러싸며, 태양광 모듈 내부 구성을 보호하기 위한 구성보호부; 및
상기 태양광 모듈의 하부 또는 일 측면에 구비되며, 상기 태양광 모듈의 열 에너지를 흡수하는 냉각장치를 포함하며,
상기 광 유도부는 상기 광 입사 및 반사부의 하부에 맞닿아 위치하는 복수의 상부 반사판과, 상기 복수의 상부 반사판 하부에 상기 복수의 상부 반사판 중 최외곽 상부 반사판에 맞닿아 배치되는 한 쌍의 하부 반사판을 포함하고,
상기 상부 반사판은 양면에 반사물질이 코팅되어 있고, 상기 하부 반사판은 단면에만 반사물질이 코팅되어 있고,
상기 구성 보호부는 가이드 지그(Guide Jig) 및 홈을 포함하여, 상기 상부 반사판이 상기 구성 보호부의 홈에 고정될 수 있도록 하며,
상기 태양전지는 상기 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치할 경우, 상기 전기 에너지를 저장하고 건물에 공급할 수 있는 저장부와 연결되는 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전면보호부는,
상기 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치할 경우, 착색 또는 유색 코팅이 수행된 필름 또는 강화 유리를 포함하는 상판을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 냉각장치는,
상기 태양광 모듈의 열을 흡수하고 온수로 공급되는 냉각수를 구비하며, 열 전도성 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 냉각장치가 구비된 태양광 모듈을 건물의 외벽, 지붕 및 창호 중 어느 하나에 설치될 경우, 상기 냉각장치가 구비된 태양광 모듈을 상기 건물에 고정하기 위한 설치프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈.
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180023753A KR102146980B1 (ko) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180023753A KR102146980B1 (ko) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190102805A KR20190102805A (ko) | 2019-09-04 |
| KR102146980B1 true KR102146980B1 (ko) | 2020-08-21 |
Family
ID=67950779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020180023753A KR102146980B1 (ko) | 2018-02-27 | 2018-02-27 | 건물 일체형 태양광 모듈과 그의 제조 방법 및 시스템 |
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR102146980B1 (ko) |
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Citations (1)
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-
2018
- 2018-02-27 KR KR1020180023753A patent/KR102146980B1/ko active IP Right Grant
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| JP2016178258A (ja) * | 2015-03-23 | 2016-10-06 | シャープ株式会社 | 光学素子および太陽電池モジュール |
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| KR20190102805A (ko) | 2019-09-04 |
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