KR102218086B1 - Ｂｉｐｖ용 컬러 태양광 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 건물 외장재로서 적용되는 태양광 모듈에 대해 컬러를 구현하면서 태양광의 투과율을 유지하도록 저반사 특성을 부여하고 섬광 현상을 줄일 수 있는 방안을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 건물의 빛공해 방지와 외부광원의 비침을 방지하기 위해 전면 강화유리 전면에 섬광방지 코팅을 실시하고, 전면 강화유리 후면에는 반사율을 낮추고 컬러를 구현하는 다층코팅막을 형성하고, EVA(에틸렌비닐아세테이트)를 적층하여 실리콘 결정 태양광 셀과 그 후면에 놓이는 백시트 또는 후면 유리를 접착한 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
본 발명은 건물의 빛공해 방지와 외부광원의 비침을 방지하기 위해 전면 강화유리 전면에 섬광방지 코팅을 실시하고, 전면 강화유리 후면에는 반사율을 낮추고 컬러를 구현하는 다층코팅막을 형성하고, EVA(에틸렌비닐아세테이트)를 적층하여 실리콘 결정 태양광 셀과 그 후면에 놓이는 백시트 또는 후면 유리를 접착한 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
Description
본 발명은 건물 외장재로 쓰이는 BIPV용 태양광 모듈을 컬러로 구현하는 기술에 과한 것이다.
건물 외장재로서 BIPV 모듈은 건물 자체 발전 수단의 하나로 적용이 확대되고 있다. 건물 외장재이기 때문에 발전 기능과 더불어 심미적 기능도 무시할 수 없으며, 그에 따라 컬러셀 구현이 시도되고 있다. 외장재로서 컬러를 구현하면서 여전히 태양광 발전 효율을 유지하여야 한다는 점에서 상반되는 요건을 양립시켜야 하는 어려움이 있다. 또한, BIPV가 설치된 건물에 의한 빛공해를 방지할 필요가 있고, 외부광원에 의해 태양광 모듈의 내부가 들여다 보이거나 반사로 인한 섬광 현상도 문제된다.
등록특허 10-1917533호는 컬러 태양광 모듈을 구현하기 위해 빈 공간으로 구성된 굴절층에 컬러를 내는 안료 내지 염료를 형성한 컬러층을 구성하고 있다. 그러나 상기 공보의 기술은 여전히 섬광 현상과 반사 문제를 충분히 고려하지 못하고 있다.
본 발명의 목적은 건물 외장재로서 적용되는 태양광 모듈에 대해 컬러를 구현하면서 태양광의 투과율을 유지하도록 저반사 특성을 부여하고 섬광 현상을 줄일 수 있는 방안을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 건물의 빛공해 방지와 외부광원의 비침을 방지하기 위해 전면 강화유리 전면에 섬광방지 코팅을 실시하고, 전면 강화유리 후면에는 반사율을 낮추고 컬러를 구현하는 다층코팅막을 형성하고, EVA(에틸렌비닐아세테이트)를 적층하여 실리콘 결정 태양광 셀과 그 후면에 놓이는 백시트 또는 후면 유리를 접착한 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에서, 섬광방지 코팅층은 전면 강화유리 전면에 불산으로 수십~수백 나노미터 크기의 요철 내지 거칠기(roughness)를 형성한다.
상기에서, 반사방지 기능과 컬러를 구현하는 다층코팅막은 TiOx 계열, SiOx 계열 및 AlOx 계열의 박막층을 각각 두께를 조절하여 주기적으로 적층하여 형성한다.
즉, 본 발명은,
ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈로서,
전면 강화유리와 후면 유리 사이에 태양광 셀이 배치되고,
상기 전면 강화유리는,
전면에 형성된 섬광방지 코팅층; 및
후면에 형성된 컬러를 구현하는 동시에 반사방지 기능을 갖는 코팅막으로 된 반사방지 코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 섬광방지 코팅층은 전면 강화유리 전면에 불산을 포함한 산으로 10~1000nm 크기의 요철형상을 형성하여 거칠기(roughness)를 구비한 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 반사방지 코팅층을 구성하는 코팅막은 서로 굴절률이 다른 두가지 물질을 선택적으로 적용하여 굴절률의 차이와 막두께 차이에 의한 빛의 보강간섭과 상쇄간섭 현상을 이용하여 가시 광선 파장대(400nm ~ 700nm)별 반사율 및 투과율을 조정하여 레드, 그린, 또는 블루를 포함하는 반사색상을 구현함과 동시에 강화유리 자체에 의한 빛의 반사도에 비해 낮은 반사도를 나타내게 한 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 반사방지 코팅층은 반사 피크(Peak) 값을 15 내지 25%로 하고, 최소 반사 구간을 5% 이내로 조절한 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 반사방지 코팅층은 SiO2와 Nb2O5의 두 가지 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 블루 색상은 반사방지 코팅층을 두께 0.55λ0의 Nb2O5로 하여 단일층으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 그린 색상은 반사방지 코팅층을 Nb2O5로 구성되고, 두께 0.58λ0로 단일 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
상기에 있어서, 레드 색상은, 두께 0.22λ0의 Nb2O5, 두께 0.25λ0의 SiO2, 두께 0.48λ0의 Nb2O5, 0.25λ0의 SiO2로 다층막으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전면 강화유리 전면에 형성된 나노사이즈 요철 형상으로 인해 섬광현상이 방지되어 BIPV로 인한 빛 공해와 외부 광선에 의한 비침 현상이 거의 사라진다.
또한, 반사방지 코팅층을 이용하여 컬러를 구현함에 따라 심미감을 내면서도 반사방지 기능에 의해 태양광 발전 셀에 도달하는 광량과 발전량을 증가시킬 수 있다.
그에 따라 본 발명은 태양광 셀로 구성된 모듈과 코팅 레이어를 조합한 저반사 컬러 태양광 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 컬러 태양광 모듈 구성을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 컬러 태양광 모듈의 투과도 및 반사도를 보여주는 그래프들이다.
도 3은 컬러 태양광 모듈의 색구현을 보여주는 사진과 테이블이다.
도 2는 본 발명의 컬러 태양광 모듈의 투과도 및 반사도를 보여주는 그래프들이다.
도 3은 컬러 태양광 모듈의 색구현을 보여주는 사진과 테이블이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 컬러 태양광 모듈의 구성을 보여주는 단면도이다.
강화유리로 된 전면 유리(이하 전면 강화유리(2)라 함)와 후면 유리(6) 사이에 태양광 셀(5)을 넣고 EVA(에틸렌비닐아세테이트)(4)로 태양광 셀(5)을 전면 강화유리(2)와 후면 유리(6)에 합착시킨다. EVA(4)는 투명성이 좋으므로 전면 강화유리(2)에 접하여 배치되지만 후면 유리(6) 쪽에 접하여 배치될 수도 있다.
전면 강화유리(2)의 전면에는 섬광방지 코팅층(1)을 형성한다. BIPV로 적용될 경우, 건물의 태양광 또는 외부 조명에 의한 빛을 반사할 때 섬광을 일으키는 빛공해를 방지하기 위함이다. 섬광방지 코팅층은 불산 용액으로 수십~수백 나노미터(10~1000nm) 크기의 요철 내지 거칠기(roughness)를 형성함으로 이루어진다. 불산 증기를 쐬거나 불산 용액으로 스프레이 에칭을 실시할 수 있다. 미세 요철은 입사된 빛을 산란시켜 반사율을 줄이며, 특정 각도로 반사되며 강한 섬광을 일으키는 문제를 크게 완화시킨다. 불산 용액의 농도는 30 내지 50중량%일 수 있고, 여기에 질산, 염산 또는 황산을 소량(5 내지 10중량%) 첨가할 수 있다.
전면 강화유리(2)의 후면에는 컬러를 내는 코팅층을 형성하되, 발전 효율을 높일 수 있도록 반사방지 기능을 겸하게 한다. 그에 따라 반사방지 코팅층(3)은 TiOx 계열, SiOx 계열 및 AlOx 계열의 박막층의 두께를 조절하여 여러 층을 주기적으로 적층한 다층 코팅막으로 형성하고, 각층 박막의 경계면에서 반사되는 파장들이 서로 소멸-보강 간섭을 일으키도록 유도한다.
다층박막은 다음과 같이 형성한다.
밀착력이 우수하고, 내구성이 우수한 박막을 효율적으로 얻기 위해, 스퍼터링 공정(Sputtering)을 이용한다.
진공 챔버 내에 불활성 가스( Ar 등 )를 투입하며 음극( Cathode )에 전압을 가하면 Cathode에서 방출된 전자가 불활성 가스를 이온화하고, 이온화된 불활성 가스의 전위차를 이용하여 양극 ( Anode )에 증착하고자 하는 타겟(Target)에 충돌시켜 튀어나온 Target의 원자들로 하여금 기판에 박막을 형성시키는 것이다. 이때, 증착속도 및 산화물의 증착을 가능하게 하기 위해 마그네트론(Magnetron)을 이용하여 증착 효율을 높이고, Radio Frequency( RF )를 이용한 전압을 사용한다.
실제 박막 구성을 위하여 사용한 Target은 Si Target과 Nb2O5 Target이며
SiO2와 Nb2O5 박막을 얻기 위해 반응 가스(Reactive Gas)로는 O2를 사용한다.
저반사 효과 및 색상 구현을 위하여 SiO2와 Nb2O5의 배열 및 두께를 조절하며, 두가지 물질의 굴절률(SiO2 ; 1.46 nλo, Nb2O5 : 2.36 nλ0, λ0=550nm)의 차이 및 막두께 차이에 의한 빛의 보강 및 상쇄 간섭을 이용하여 가시 광선 파장대별 (400nm ~ 700nm) 반사율 및 투과율을 조정하여 다음과 같은 여러가지 색상을 구현한다.
이러한 조합으로 Blue, Green, Red 등의 반사 색상을 구현함과 동시에 태양광의 투과 효율을 높이기 위해 최대 반사 피크(Peak) 값을 20% 정도(15 내지 25%)로 하고, 최소 반사 구간을 5% 이내로 조절한다. 즉, 300~700 nm의 스펙트럼 중 색을 구현하기 위한 특정파장의 반사를 최대 20% 정도가 되게 조절하고, 나머지 파장 대역의 반사율은 5% 이내가 되게 조절하여 투과시켜 색을 구현한다.
실제, 본 실시예에서 색상 구현을 위한 증착 물질의 구성 및 두께는 다음과 같다.
1. Blue ; Nb2O5, 두께 0.55λ0로 단일 Layer 구성
2. Green; Nb2O5, 두께 0.58λ0로 단일 Layer 구성
3. RED Nb2O5, 두께 0.22λ0, SiO2, 두께 0.25λ0, Nb2O5, 두께 0.48λ0, SiO2, 두께 0.25λ0 로 다층 Layer 구성
도 2에는 본 발명의 컬러 구현 반사방지 코팅층에 의해 구현된 레드, 그린, 블루의 반사도와 투과도가 나와있다. 색상에 따라 차이는 있지만 대체로 투과율은 100%에 근접하고 반사율은 10% 이하의 낮은 영역을 포함한다.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 컬러 태양광 모듈의 색구현을 보여주는 사진과 테이블이다.
검정색의 백시트를 적용하였을 때 섬광방지 코팅과 반사방지 코팅을 실시하여 패널에 구현된 컬러는 반사가 거의 없는 안정된 색감을 나타내었다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
섬광방지 코팅층(1)
전면 강화유리(2)
반사방지 코팅층(3)
EVA(에틸렌비닐아세테이트)(4)
태양광 셀(5)
후면 유리(6)
전면 강화유리(2)
반사방지 코팅층(3)
EVA(에틸렌비닐아세테이트)(4)
태양광 셀(5)
후면 유리(6)
Claims (8)
- ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈로서,
전면 강화유리와 후면 유리 사이에 태양광 셀이 배치되고,
상기 전면 강화유리는,
전면에 형성된 섬광방지 코팅층; 및
후면에 형성된 컬러를 구현하는 동시에 반사방지 기능을 갖는 코팅막으로 된 반사방지 코팅층;을 포함하고,
반사방지 코팅층을 구성하는 코팅막은 서로 굴절률이 다른 두가지 물질을 선택적으로 적용하여 굴절률의 차이와 막두께 차이에 의한 빛의 보강간섭과 상쇄간섭 현상을 이용하여 가시 광선 파장대별 반사율 및 투과율을 조정하여 레드, 그린, 또는 블루를 포함하는 반사색상을 구현하고, 강화유리 자체에 의한 빛의 반사도에 비해 낮은 반사도를 나타내게 한 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈. - 제1항에 있어서, 섬광방지 코팅층은 전면 강화유리 전면에 불산을 포함한 산으로 10~1000nm 크기의 요철형상을 형성하여 거칠기(roughness)를 구비한 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 반사방지 코팅층은 반사 피크(Peak) 값을 15 내지 25%로 하고, 최소 반사 구간을 5% 이내로 조절하여 색을 구현하는 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
- 제1항에 있어서, 반사방지 코팅층은 SiO2와 Nb2O5의 두 가지 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
- 제5항에 있어서, 블루 색상은 반사방지 코팅층을 두께 0.55λ0의 Nb2O5로 하여 단일층으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
- 제5항에 있어서, 그린 색상은 반사방지 코팅층을 Nb2O5로 구성되고, 두께 0.58λ0로 단일 층으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
- 제5항에 있어서, 레드 색상은, 두께 0.22λ0의 Nb2O5, 두께 0.25λ0의 SiO2, 두께 0.48λ0의 Nb2O5, 0.25λ0의 SiO2로 다층막으로 구성된 것을 특징으로 하는 ＢＩＰＶ용 컬러 태양광 모듈.
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