KR102152228B1 - 집광형 태양광발전 스마트창문 - Google Patents

집광형 태양광발전 스마트창문 Download PDF

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Abstract

본 발명의 집광형 태양광발전 스마트창문은 건축물의 창을 위한 개구부에 설치되는 창틀과, 창틀에 이동 가능하게 설치되는 창문 프레임과, 창문 프레임의 형상에 대응하여 결합됨으로써 창문을 형성하는 복수의 유리패널과, 복수의 유리패널 사이에 배치되며 입사된 태양광의 일부를 창문 프레임의 일측으로 굴절시키며 일부는 통과시키는 회절격자부 및 창문 프레임의 일측에 위치하며 회절격자부에 의해 굴절된 빛을 광원으로 사용하여 전기를 생산하는 태양전지를 포함하며, 배터리와 창문 구동부로 구성된다.
본 발명에 의하면, 건물의 창문으로 역할을 충실히 수행하면서 창문에 입사되는 태양광을 사용하여 발전할 수 있고, 건물 설치와 관리가 용이하면서 발전 효율이 높다. 또한 축전된 전기로 창문 개폐할 수 있는 장점이 있다.

Description

집광형 태양광발전 스마트창문{The Smart Window of Condensing Solar Generation}
본 발명은 집광형 태양광발전 스마트창문에 관한 것으로서, 창문에서 태양광을 집광하여 전기를 생산, 저장 및 이용할 수 있는 집광형 태양광발전 스마트창문에 관한 기술이다.
오늘날 태양광 발전 시스템은 일조량이 좋은 특정 지대의 태양광 발전소와 건물 설치 태양광 발전 등의 기술에 사용되고 있다.
건물의 태양광 발전 기술은 기존의 태양광 발전 기술을 건축물에 접목하여 태양전지 모듈 자체가 곧 건물 외장재로서 사용된다. 이러한 건물의 태양광 발전 기술은 기존 건축물의 마감재를 대체하면서 전기를 발전하는 다기능의 복합 시스템을 의미하며, 건축물의 창호, 지붕, 외벽 등에 적용되고 있다.
종래의 건물 일체형 태양광 발전 기술에서 사용하는 태양전지 모듈은 건축물의 지붕이나 외벽 설치를 고려한 모듈구조이다. 이러한 태양전지 모듈구조는 태양전지가 불투명 소재로 이루어져 있으므로, 태양광이 투과되지 않는 등 건축물의 창호에 사용하기 부적합하였다.
또한, 태양전지가 창호 전면에 배치됨으로써 건축물의 실내공간에서 외부로 시야가 확보되기 어려울 뿐만 아니라 창호 미관을 저해하는 요인으로 작용하였다.
이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 제1 기판, 제2 기판, 회절격자시트 및 태양광셀을 포함하는 '집광형 태양전지 모듈'이 공개특허공보 제10-2013-0120295호(공개일: 2013. 11. 4)에 개시되어 있다.
이러한 집광형 태양전지 모듈은 투명한 제1, 2 기판 사이에 입사면에 대해 직교하는 방향으로 출사시키는 회절격자시트를 적용한 것으로서, 투명함이 유지되면서 전면으로 입사된 빛을 측면으로 출사시킬 수 있는 것이다.
종래에는 투명한 집광형 태양전지 모듈이 개시되어 있었지만, 실질적으로 건물의 창호에 구현하여 태양광 발전을 현실적으로 수행하면서 창문 역할을 하도록 구성된 집광형 태양광발전 스마트창문은 개시되어 있지 않았다.
일부 공개된 태양광 발전 창문은 태양광 발전패널 자체를 창문에 적용하여 발전을 수행하는 반투명 창문이기 때문에 발전 효율이 낮다는 문제점이 있다.
등록특허 제10-1073690호(2011. 10. 14.) 등록특허 제10-1846468호(2018. 4. 9.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 건물의 창문으로 역할을 충실히 수행하면서 창문에 입사되는 태양광을 사용하여 발전할 수 있고, 건물 설치와 관리가 용이하면서 발전 효율이 높으며, 축전된 전기로 창문 개폐를 수행할 수 있는 집광형 태양광발전 스마트창문을 제공하는 것이다.
본 발명의 집광형 태양광발전 스마트창문은 건축물의 창을 위한 개구부에 설치되는 창틀과, 상기 창틀에 이동 가능하게 설치되는 창문 프레임과, 상기 창문 프레임의 형상에 대응하여 결합됨으로써 창문을 형성하는 복수의 유리패널과, 상기 복수의 유리패널 사이에 배치되며, 입사된 태양광의 일부를 상기 창문 프레임의 일측으로 굴절시키며, 일부는 통과시키는 회절격자부와, 상기 창문 프레임의 일측에 위치하며 상기 회절격자부에 의해 굴절된 빛을 광원으로 사용하여 전기를 생산하는 태양전지 및 상기 창틀 또는 창문 프레임에 설치되며, 상기 태양전지에 연결되되, 상기 태양전지의 전기를 전원으로 사용하여 상기 창틀에 대해 상기 창문 프레임을 이동시키는 창문 구동부를 포함하여 구성되며, 상기 창문 프레임에는 상기 태양전지에 의해 발생한 전기를 저장하는 배터리가 내장된다.
상기 창문 프레임은 직사각형 형상의 내부 공간이 마련되며, 사각 형상을 이루도록 사각 형상의 각각의 테두리로 배치되는 한 쌍의 사이드 부재와, 상기 한 쌍의 사이드부재의 한쪽 일부에 암수 결합되어 상기 한 쌍의 사이드 부재를 상호 연결하는 상하 한 쌍의 제1 연결부재와, 상기 제1 연결부재보다 넓은 영역에서 상기 한 쌍의 사이드 부재에 배치되며, 상기 한 쌍의 사이드부재의 한쪽과 다른 한쪽에서 암수 결합되어 상기 한 쌍의 사이드 부재를 상호 연결하는 좌우 한 쌍의 제2 연결부재 및 상기 한 쌍의 사이드 부재 사이에 설치되며 상기 창틀에 이동 가능하게 배치되는 창문 롤러를 포함하며, 상기 한 쌍의 사이드 부재가 제1 연결부재와 제2 연결부재에 의해 결합됨으로써 상기 창문 프레임을 구성하는 것이 특징이다.
상기 배터리는 상기 사이드 부재 및 상기 사이드 부재들 사이의 내부 중 하나 이상에 배치됨으로써 상기 창문 프레임에 일체로 설치된다.
상기 창문 구동부는 상기 창문 프레임에 설치되며, 상기 창틀에 일측이 연결되는 실린더 양상의 리니어모터 및 상기 리니어모터를 제어하기 위한 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 스마트폰의 창문개폐를 위한 신호를 수신할 수 있는 통신모듈을 구비하며, 상기 창문 구동부는 스마트폰에 탑재되는 창문 앱에 의해 작동된다.
상기 복수의 유리패널 중 하나 이상에는 삼산화 텅스텐(WO3)가 증착되어 광전극이 형성되며, 상기 광전극은 상기 태양전지의 전원이 공급되어 어둡게 변화됨으로써 전자커튼으로 작용한다.
상기 복수의 유리패널은 한 쌍의 유리패널이며, 상기 한 쌍의 유리패널 사이에는 상호 이격을 위한 스페이서가 상기 유리패널의 테두리부에 위치하며, 상기 스페이서의 외측에는 틈새 차단을 위한 실런트가 배치됨으로써 상기 한 쌍의 유리패널 및 상기 창문 프레임의 틈새 사이로 공기의 유통이 차단된다.
본 발명의 집광형 태양광발전 스마트창문은 건물의 창문으로 역할을 충실히 수행하면서 창문에 입사되는 태양광을 사용하여 발전할 수 있고, 건물 설치와 관리가 용이하면서 발전 효율이 높다. 또한 축전된 전기로 창문 개폐할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광발전 스마트창문의 정면도.
도 2는 도 1의 태양광 발전용 유리패널의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 도 1의 A-A` 선 단면도.
도 4는 도 3의 원형 부분의 상세도.
도 5는 도 1의 창문 구동부를 나타내는 상세도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광발전 스마트창문의 블록도.
이하, 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 실시예들을 설명한다.
집광형 태양광발전 스마트창문은 창문의 기능을 하면서 태양광발전을 수행하기 위한 것이다. 종래의 태양광패널의 창문 사용의 기술적인 문제를 해결하는 데 중점을 두고 개발된 기술로서, 기존보다 창문의 투시와 발전 기능 및 창문 자동개폐 측면에서 개선한 기술이다. 집광형 태양광발전 스마트창문에서 ‘태양전지’는 태양광에 의해 전기를 생산하는 패널 또는 블록으로 정의한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광발전 스마트창문의 구성 요소들을 도면을 토대로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광발전 스마트창문의 정면도이고, 도 2는 도 1의 태양광 발전용 유리패널의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 A-A` 선 단면도이고, 도 4는 도 3의 원형 부분의 상세도이다.
도 5는 도 1의 창문 구동부를 나타내는 상세도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광발전 스마트창문의 블록도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 창문에서 태양광을 집광하여 전기를 생산, 저장 및 이용할 수 있는 집광형 태양광발전 스마트창문은 건축물의 창을 위한 개구부에 설치되는 창틀(100)과,
상기 창틀(100)에 이동 가능하게 설치되는 창문 프레임(105)과, 상기 창문 프레임(105)의 형상에 대응하여 결합됨으로써 창문을 형성하는 복수의 유리패널(110)과,
복수의 유리패널(110) 사이에 배치되며 입사된 태양광의 일부를 창문 프레임(105)의 일측으로 굴절시키며 일부는 통과시키는 회절격자부(120) 및 상기 창문 프레임(105)의 일측에 위치하며 회절격자부(120)에 의해 굴절된 빛을 광원으로 사용하여 전기를 생산하는 태양전지(121)를 포함하여 구성된다.
상기 창틀(100)과 창문 프레임(105)은 창문을 구성하는 주요 구성요소이다.
상기 창문 프레임(105)은 후술되는 바와 같이 사각 형상으로 조립되는 구조로서, 내측 영역에 유리패널(110)이 고정된다.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 창문 프레임(105)은 직사각형 형상의 내부 공간이 마련되며 사각 형상을 이루도록 사각 형상의 각각의 테두리로 배치되는 한 쌍의 사이드 부재(107)와, 한 쌍의 사이드 부재(107)를 상호 결합시키기 위한 제1 연결부재(111)와, 제2 연결부재(112) 및 창틀(100)에서 이동을 위한 창문 롤러(115)를 포함하여 구성된다.
제1 연결부재(111)는 사이드 부재(107)의 한쪽 일부에 암수 결합되어 한 쌍의 사이드 부재(107)를 상호 연결한다. 상기 제1 연결부재(111)는 한 쌍의 사이드 부재(107)에 걸림 가능하게 삽입되는 체결부(113)를 포함한다. 상기 한 쌍의 사이드 부재(107)와 체결부(113)는 상호 결합되기 위하여 암수 형상을 갖는다.
제2 연결부재(112)는 제1 연결부재(111)보다 넓은 영역에서 한 쌍의 사이드 부재(107)에 배치되며, 한 쌍의 사이드 부재(107)의 한쪽과 다른 한쪽에서 암수 결합되어 한 쌍의 사이드 부재(107)를 상호 연결하는 좌우 한 쌍으로 마련된다. 이러한 한 쌍의 제2 연결부재(112)는 창문의 모서리 단부에서 상호 체결되어 연결됨으로써 한 쌍의 사이드 부재(107)를 결합시킨다. 창문 롤러(115)는 한 쌍의 사이드 부재(107)의 내부 공간에 설치되며 창틀(100)에 이동 가능하게 배치되는 것이다. 이러한 창문 롤러(115)는 창틀(100)에서 창문의 이동을 원활하게 만드는 구성요소이다.
상기 복수의 유리패널(110)은 한 쌍의 유리패널(110)이며, 한 쌍의 유리패널(110) 사이에는 상호 이격을 위한 스페이서(116)가 유리패널(110)의 테두리부에 위치하며, 스페이서(116)의 외측에는 틈새 차단을 위한 실런트(117)가 배치됨으로써 한 쌍의 유리패널(110) 및 창문 프레임(105)의 틈새 사이로 공기의 유통이 차단된다.
상기 한 쌍의 사이드 부재(107)가 제1 연결부재(111)와 제2 연결부재(112)에 의해 결합됨으로써 창문 프레임(105)이 제작되고, 한 쌍의 사이드 부재(107) 사이에 내부 공간이 마련됨으로써 태양전지(121)와 배터리(125)가 배치된다.
상기 태양전지(121)는 유리패널(110)의 테두리와 한 쌍의 사이드 부재(107) 사이에 배치된다. 이러한 태양전지(121)는 유리패널(110) 사이에 배치된 회절격자부(120)를 통해 태양광이 제공됨으로써 태양 발전하여 전기를 생산한다.
다음은 도 1 내지 도 5에 도시된 내용을 참조하여 설명한다.
창틀(100) 또는 창문 프레임(105)에는 태양전지(121)에 연결되어 전기를 저장하는 배터리(125)와, 상기 태양전지(121)의 전기를 전원으로 사용하여 창틀(100)에 대해 창문 프레임(105)을 이동시키는 창문 구동부(130)가 설치된다.
상기 창문 프레임(105)에는 태양전지(121)의 발전을 저장하는 배터리(125)가 내장되며, 창문 프레임(105)의 외측에는 창문을 열고 닫을 수 있도록 창틀(100)에 연결되는 창문 구동부(130)가 설치된다.
상기 배터리(125)는 사이드 부재(107) 및 사이드 부재(107)들 사이의 내부 중 하나 이상에 배치됨으로써 창문 프레임(105)에 일체로 설치된다.
상기 배터리(125)는 주로 사이드 부재(107)의 자체의 내부 공간이나 사이드 부재들(107) 사이에의 내부 공간에 설치될 수 있다. 배터리(125)의 형상이 얇은 직육면체 블록이라면 사이드 부재(107)에 배치되고, 정육면체 블록 형상이면 사이드 부재(107)들 사이의 내부 공간에 배치가 가능하다. 배터리(125)는 실린더 형상의 원통 형상이 여러 개 사용될 수도 있다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 창문 구동부(130)는 창문 프레임(105)에 설치되며 창틀(100)에 일측이 연결되는 실린더 양상의 리니어모터(131)와, 리니어모터(131)를 제어하기 위한 제어부(135)를 포함하여 구성된다.
상기 제어부(135)는 스마트폰(170)의 창문개폐를 위한 신호를 수신할 수 있는 통신모듈을 구비하며, 창문 구동부(130)는 스마트폰(170)에 탑재되는 창문 앱(175)에 의해 작동된다. 사용자가 창문 앱(175)을 통해 개방 버튼을 누르면 리니어모터(131)의 로드(132)가 움직이면서 리니어모터(131)의 길이가 신장되어 창문이 이동되어 창문이 개방되며, 반대로 닫음 버튼을 누르면 리니어모터(131)의 로드(132)가 움직이면서 리니어모터(131)의 길이가 줄어들어 창문이 닫히게 된다.
이러한 창문 앱(175)의 작동 신호는 스마트폰(170)의 블루투스와 같은 무선통신을 통해 제어부(135)에 전달되며 제어부(135)는 작동 신호에 따라 리니어모터(131)를 작동시킨다.
상기 복수의 유리패널(110) 중 하나 이상에는, 삼산화 텅스텐(WO3)이 증착되어 광전극(160)이 형성되며, 광전극(160)은 태양전지(121)의 전원이 공급되어 어둡게 변화됨으로써 전자커튼으로 작용한다. 유리패널(110)에는 전기신호에 의해 투명한 상태에서 어둡게 변화됨으로써 시야를 차단할 수 있는 삼산화 텅스텐(WO3)에 의한 광전극(160)이 코팅된다.
이러한 삼산화 텅스텐(WO3)은 유리패널(110)에 미리 증착되어 마련된다. 광전극(160) 코팅은 태양전지(121)의 전기에 의해 투명도가 변화되도록 배터리(125)에 연결되며, 상기의 제어부(135)에 의해 투명도가 제어된다.
이러한 유리패널(110)의 전자커튼으로서의 기능 작용은 상기의 창문 앱(175)에 포함될 수 있다. 창문 앱(175)에는 유리패널(110)의 전자커튼 작용을 위한 커튼 버튼이 마련된다. 커튼 버튼은 커튼의 차단 정도가 조절되도록 다이얼식으로 마련되거나 세기가 단계별로 조절될 수 있도록 +, - 버튼들로 구성될 수 있다.
100: 창틀 105: 창문 프레임
107: 사이드 부재 110: 유리패널
111: 제1 연결부재 112: 제2 연결부재
113: 체결부 115: 창문 롤러
116: 스페이서 117: 실런트
120: 회절격자부 121: 태양전지
125: 배터리 130: 창문 구동부
131: 리니어모터 132: 로드
135: 제어부 160: 광전극
170: 스마트폰 175: 창문 앱

Claims (6)

  1. 창문에서 태양광을 집광하여 전기를 생산, 저장 및 이용할 수 있는 집광형 태양광발전 스마트창문에 있어서,
    건축물의 창을 위한 개구부에 설치되는 창틀(100)과;
    상기 창틀(100)에 이동 가능하게 설치되는 창문 프레임(105)과;
    상기 창문 프레임(105)의 형상에 대응하여 결합됨으로써 창문을 형성하는 복수의 유리패널(110)과;
    상기 복수의 유리패널(110) 사이에 배치되며, 입사된 태양광의 일부를 상기 창문 프레임(105)의 일측으로 굴절시키며, 일부는 통과시키는 회절격자부(120)와, 상기 창문 프레임(105)의 일측에 위치하며 상기 회절격자부(120)에 의해 굴절된 빛을 광원으로 사용하여 전기를 생산하는 태양전지(121); 및
    상기 창틀(100) 또는 창문 프레임(105)에 설치되며, 상기 태양전지(121)에 연결되되, 상기 태양전지(121)의 전기를 전원으로 사용하여 상기 창틀(100)에 대해 상기 창문 프레임(105)을 이동시키는 창문 구동부(130);를 포함하여 구성되며,
    상기 창문 프레임(105)에는 상기 태양전지(121)에 의해 발생한 전기를 저장하는 배터리(125)가 내장되고,
    상기 창문 프레임(105)은 사각형 형상의 내부 공간이 마련되며, 사각 형상을 이루도록 사각 형상의 각각의 테두리로 배치되는 한 쌍의 사이드 부재(107)와, 상기 한 쌍의 사이드부재(107)의 한쪽 일부에 암수 결합되어 상기 한 쌍의 사이드 부재(107)를 상호 연결하는 상하 한 쌍의 제1 연결부재(111)와, 상기 제1 연결부재(111)보다 넓은 영역에서 상기 한 쌍의 사이드 부재(107)에 배치되며, 상기 한 쌍의 사이드부재(107)의 한쪽과 다른 한쪽에서 암수 결합되어 상기 한 쌍의 사이드 부재(107)를 상호 연결하는 좌우 한 쌍의 제2 연결부재(112)와, 상기 한 쌍의 사이드 부재(107) 사이에 설치되며 상기 창틀(100)에 이동 가능하게 배치되는 창문 롤러(115)를 포함하여 구성되며, 상기 한 쌍의 사이드 부재(107)가 제1 연결부재(111)와 제2 연결부재(112)에 의해 결합됨으로써 상기 창문 프레임(105)을 구성하고,
    상기 제1 연결부재(111)는 한 쌍의 사이드 부재(107)에 걸림 가능하게 삽입되는 체결부(113)를 포함하며,
    상기 태양전지(121)는 유리패널(110)의 테두리와 한 쌍의 사이드 부재(107) 사이에 배치되고,
    상기 배터리(125)는 상기 사이드 부재(107) 및 상기 사이드 부재(107)들 사이의 내부 중 하나 이상에 배치됨으로써 상기 창문 프레임(105)에 일체로 설치되며,
    상기 창문 구동부(130)는 상기 창문 프레임(105)에 설치되고, 상기 창틀(100)에 일측이 연결되는 실린더 양상의 리니어모터(131) 및 상기 리니어모터(131)를 제어하기 위한 제어부(135)를 포함하며,
    상기 제어부(135)는 스마트폰(170)의 창문개폐를 위한 신호를 수신할 수 있는 통신모듈을 구비하고, 상기 창문 구동부(130)는 스마트폰(170)에 탑재되는 창문 앱(175)에 의해 작동되며,
    상기 복수의 유리패널(110) 중 하나 이상에는 삼산화 텅스텐(WO3)이 증착되어 광전극(160)이 형성되고, 상기 광전극(160)은 상기 태양전지(121)의 전원이 공급되어 어둡게 변화됨으로써 전자커튼으로 작용하며,
    상기 복수의 유리패널(110)은 한 쌍의 유리패널(110)이고,
    상기 한 쌍의 유리패널(110) 사이에는 상호 이격을 위한 스페이서(116)가 상기 유리패널(110)의 테두리부에 위치하며, 상기 스페이서(116)의 외측에는 틈새 차단을 위한 실런트(117)가 배치됨으로써 상기 한 쌍의 유리패널(110) 및 상기 창문 프레임(105)의 틈새 사이로 공기의 유통이 차단되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전 스마트창문.
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