KR102384800B1 - 컬러 태양광용 유리 및 이를 이용한 태양광용 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 구체적으로 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210)을 형성하여 다중 간섭 현상에 의한 시야각에 따른 색 변화요인을 줄일 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 구체적으로는 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210)을 형성하여 다중 간섭 현상에 의한 시야각에 따른 색 변화요인을 줄일 수 있는 기술에 대한 것이다.
특허발명 001 내지 004는 본 발명에 관련성이 있는 종래 기술을 배경기술로 제시한다. 특허발명 001은 태양광패널의 제조방법에 관한 발명이며, 특허발명 002는 태양광 셀 부분을 회수하는 장치에 대한 것이며, 특허발명 003은 태양 광 패널이 내재된 복층유리 장치에 대한 발명이며, 특허발명 004는 BIPV용 유리 패널에 대한 기술적 사항을 제시하고 있다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명으로, 구체적으로는 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210)을 형성하여 다중 간섭 현상에 의한 시야각에 따른 색 변화요인을 줄일 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고; 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210);이 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 앞서서 제시된 발명에 있어서, 상기 유리는 저철분유리로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 앞서서 제시된 발명에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 증착에 의해 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 앞서서 제시된 발명에 있어서, 상기 요철면(200)은 반원형, 파형 또는 삼각형의 형상인 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 앞서서 제시된 발명에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 금속 산화물로만 이루어진 다층의 코팅층으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 태양광패널에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 태양광용 유리(100); 상기 태양광용 유리의 일면에 접촉되며, 태양광(1)을 전력으로 변환하는 광원패널; 을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명은 컬러 태양광용 유리(100)에 대한 발명이며, 구체적으로 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210)을 형성하여 다중 간섭 현상에 의한 시야각에 따른 색상 변화요인을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양광용 유리의 기본 개념도.
도 2는 본 발명의 컬러 코팅층의 다층막에서의 반사현상을 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 태양광용 유리의 요철면의 형상에 따른 반사 개념도.
도 4는 본 발명의 태양광용 패널의 분해 사시도.
도 5는 고굴절층과 저굴절층의 다층막으로 적층하여 반사 Color를 구현한 실험결과표.
도 6은 도 5에 의한 구현결과에 의해 반사 컬러별 증착층 및 증착두께의 관계표.
도 2는 본 발명의 컬러 코팅층의 다층막에서의 반사현상을 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 태양광용 유리의 요철면의 형상에 따른 반사 개념도.
도 4는 본 발명의 태양광용 패널의 분해 사시도.
도 5는 고굴절층과 저굴절층의 다층막으로 적층하여 반사 Color를 구현한 실험결과표.
도 6은 도 5에 의한 구현결과에 의해 반사 컬러별 증착층 및 증착두께의 관계표.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.
아래의 실시예에서 인용하는 번호는 인용대상에만 한정되지 않으며, 모든 실시예에 적용될 수 있다. 실시예에서 제시한 구성과 동일한 목적 및 효과를 발휘하는 대상은 균등한 치환대상에 해당된다. 실시예에서 제시한 상위개념은 기재하지 않은 하위개념 대상을 포함한다.
[실시예 1-1] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 구체적으로 컬러 태양광용 유리(100)에 있어서, 유리표면의 전면 또는 후면 양쪽면에 요철면(200)이 형성되고; 상기 유리 후면의 요철면 상에는 컬러 코팅층(210);이 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명(실시예 1-1)은 유리 재질의 컬러감과 입체감을 두드러지게 하면서도 시각에 따른 색상의 변화가 없도록 하는 컬러 태양광용 유리를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 유리 재질의 컬러감과 입체감을 두드러지게 하면서도 시각에 따른 색상의 변화가 없도록 하고 유리 표면에서의 반사에 따른 광손실을 최소화하도록 한다.
이를 구현하기 위해, 유리 표면의 양쪽면에 요철면을 형성함으로써 흡수된 광이 유리의 전후면의 요철에 의해 난반사를 일으켜 후면의 요철면에 형성된 컬러층과 층사이에서 반사된 광과 간섭을 일으켜 시야각에 따른 반사 현상이 없는 효과를 가져올 수 있다.
[실시예 2-1] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 유리는 저철분유리로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 명세서에 있어서 태양광용 유리는 우수한 광투과도, 내구성 등의 물성을 만족하는 투명유리 또는 저철분유리인 것이 바람직하고, 그 중에서 특히 투명성과 태양전지(솔라셀) 보호 특성상 저철분 유리가 보다 바람직하다. 그러나 본 발명에 있어서 상기 유리기재는 특별히 제한하는 것은 아니다. 유리 기재의 전면은 태양광 모듈 제품에서 태양과 마주보는 외부로 노출되는 부분을 의미하며, 후면은 태양전지와 맞닿는 면을 의미한다.
[실시예 2-2] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 1-1에 있어서, 상기 유리의 굴절률(n)은 1.6이하인 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
컬러 태양광 모듈용 컬러 유리는 일반 컬러 유리 대비 투과율이 높아야 한다. 즉 투과율이 높아야 태양전지의 발전 효율이 높아지기 때문이다. 컬러 구현 방식도 투과율이 높으면서 컬러 구현이 되어야 하며, 인식되는 시각에 의해 컬러의 변화가 적어야 한다. 따라서 본 발명에 있어서 투과율이 높고 컬러의 변화를 최소화하기 위해서 유리 기재의 굴절률은 1.6이하인 것이 바람직하다.
[실시예 3-1] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 증착에 의해 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
컬러 코팅층은 입사광의 반사 및 간섭에 의해 특정 반사 컬러가 구현되는 광학층으로, 그 재질이나 특징은 특별히 제한되는 것은 아니나 코팅층의 균일성 등을 고려하면 진공증착에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
[실시예 3-2] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 3-1에 있어서, 상기 컬러 코팅층의 증착은 Sputter, E-beam, CVD, PVD, ALD 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어지는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 컬러 코팅층의 증착은 PVD(물리기상증착) 또는 CVD(화학기상증착) 방식 모두를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 PVD방식인 Sputtering, E-beam Evaporation 및 Thermal Evaporation 방식과 CVD 방식인 Thermal E, Plasma 및 ALD 방식 중 어느 하나를 선택하여 증착함으로서 코팅층을 형성하도록 한다.
[실시예 3-3] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 100nm 내지 700nm의 두께로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 그 두께가 100nm~700nm 범위인 것이 바람직하다. 상기 컬러 코팅층의 두께가 100nm 미만인 경우에는 컬러 형성이 잘 되지 않는 문제가 있고, 반면 700nm를 초과하는 경우에는 코팅된 박막층이 두꺼워져 높은 투과율을 얻기 어렵기 때문이다. ([도 6] 참조)
[실시예 4-1] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재한 실시예에 있어서, 상기 요철면(200)은 돌기 형상으로 형성되도록 한 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-2] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 돌기의 단면형상이 다각형 또는 곡면형으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-3] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 돌기는 인접한 돌기와 동일한 형상으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-4] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 돌기는 인접한 돌기와 상이한 형상으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-5] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 돌기는 인접한 돌기와 동일한 깊이와 크기로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-6] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 돌기는 인접한 돌기와 상이한 깊이와 크기로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 4-7] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-1에 있어서, 상기 유리 일면 및 타면의 돌기 크기는 동일한 또는 상이한 표면조도 범위에서 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
태양광 모듈의 전면 유리의 양면에 돌기 형상의 요철면을 형성하여 입사하는 태양광이 요철 표면에서 난반사와 굴절 현상에 의해 흡수광으로 변환하고, 흡수된 광이 유리의 전후면의 요철에 의해 난반사를 일으켜 후면의 요철면에 형성된 컬러층과 층사이에서 반사된 광과 간섭을 일으켜 시야각에 따른 반사 현상이 없도록 하기 위한 것이다.
본 발명(실시예 4-1 내지 실시예 4-8)은 태양광패널에 부착되는 컬러유리 단면의 형상, 깊이 및 재질 등에 대한 것이다.
태양광패널 유리는 태양광패널의 물리적 손상을 방지할 뿐만 아니라. 태양광패널에 투과되는 광원을 최대한 효과적으로 전달해야 된다. 유리의 표면이 평면으로 형성될 경우보다 굴절된 형상의 경우, 투과효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 굴절효율을 높이기 위해 유리표면은 복수의 돌기로 형성한다.
또한 상기 복수의 돌기 형상은 산 또는 원 등과 같은 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 인접한 돌기들의 형상은 동일하거나 상이하게 형성할 수 있다. 산과 같은 경우에는 굴절각도에 의해 빛의 집중성을 높일 수 있으며, 면과 같은 경우에는 빛을 모으는 역할을 가능하게 한다.
태양광패널 유리의 표면에 형성되는 돌기의 깊이와 크기는 빛의 투과율에 큰 영향을 준다. 돌기의 깊이와 크기에 따라 빛의 파장영역에서 반사특성이 다르게 나타나므로 빛의 파장을 고려하여 돌기의 깊이와 크기를 일정범위내에서 형성될 수 있도록 한다.
본 발명의 유리의 표면조도가 거칠 경우에는 유리의 강도를 손상시킬 수 있다. 따라서, 일정한 범위내에서 표면조도를 형성함이 바람직하다. 복수로 형성된 돌기는 외부의 이물질과 접촉면적이 제한적이므로 이탈하중에 의해 쉽게 이물질이 분리되는 효과를 가진다.
따라서, 표면돌기에 의해 이물질의 용이한 이탈 효과를 볼 수 있다. 또한, 표면돌기는 액체와 접촉될 경우, 표면장력을 파괴한다. 따라서, 액체가 돌기표면에 고착되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명은 빛의 집중성을 향상시킬 뿐만 아니라, 유지관리의 효과를 가지게 된다. 다만, 돌기를 생성함에 있어서, 후술되는 식각기법으로 돌기를 생성한다. 일반적으로 가공에 의해 돌기를 형성할 경우, 응력집중에 의해 돌기부의 파손이 발생된다.
그러나, 식각에 의해 유리표면을 용해하여 형성하므로 골의 각도가 라운드 또는 산 등 여러 형태의 형상을 얻을 수 있으며, 이는 응력집중을 방지하는 효과를 가지게 되어 파손방지에 유리한 장점을 가지게 된다.
본 발명의 태양광 모듈 보호용 유리는 판재 형태이며, 일면 및 타면의 넓은 면적을 구현한다. 상기 일면과 타면은 동일한 조도의 돌기를 형성할 수 있다. 또는 필요에 따라 일면 또는 타면이 상이한 조도로 돌기를 형성할 수 있다.
[실시예 4-8] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 요철면의 거칠기(Ra)는 2㎛ 내지 4 ㎛ 인 것; 을 포함하는 구성으로 이루어진다.
상기 유리기재의 전면과 후면에 형성되는 요철은 유리기재의 전 후면 양면을 직접 에칭의 방법으로 유리 양면에 2~4 ㎛로 깊이의 범위인 것이 바람직하다. 상기 요철의 거칠기가 2 ㎛ 미만인 경우에는 도면 3의 (b) 와 같이 요철의 형상이 제대로 구현되지 않고, 요철의 깊이가 너무 낮아 입사광이 반사되어 다시 공기층으로 나가기 때문이다. 반면 4 ㎛ 이상 깊이가 깊어질 경우 광이 입사광이 트랩(Trap) 되어 오히려 투과율이 낮아지는 단점이 발생하게 된다. 따라서, 요철의 깊이는 유리 양면에 2~4 ㎛로 형성하는 것이 바람직하다.
[실시예 5-1] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 금속 산화물로만 이루어진 다층의 코팅층으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 컬러 코팅층은 금속 산화물로만 이루어진 다층의 코팅층으로 형성하도록 한다. 금속 산화물은 금속과 산소의 화합물로서, 얇은 박막을 형성하는데 탁월한 효과가 있다. 따라서 본원에 있어서의 컬러 코팅층은 금속산화물만을 사용하도록 하여 보다 박막의 코팅층을 형성하도록 한다.
[실시예 5-2] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 4-7에 있어서, 상기 표면조도를 갖는 전면은 태양광이 입사되는 면이고, 상기 다층의 코팅층으로 형성되는 후면은 태양광용 전지와 접하는 면인 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 5-3] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 고굴절층과 저굴절층이 혼합된 다층으로 형성되는 것; 을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 명세서에서 고굴절층은 굴절률이 2.3 이상인 경우를 의미하며, 반면 1.6 이하인 경우를 저굴절층으로 정의한다. 저굴절층의 예로는 SiO2 또는 실리카와 알루미나의 혼합물을 사용할 수 있으나 투과도에 있어서 혼합물을 사용하는 것은 바람직하지 않다.
따라서 본 발명에 있어서, 고투과의 컬러 구현을 위해서는 고굴절 물질인 TiO2 층 또는 Nb2O5 층과 저굴절 물질인 SiO2 층을 조합하여 구성하는 것이 바람직하다.
[실시예 5-4] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 5-3에 있어서, 상기 고굴절층의 물질은 TiO2 또는 Nb2O5으로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
[실시예 5-5] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 실시예 5-4에 있어서, 상기 저굴절층의 물질은 SiO2로 형성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 투과율을 높이기 위해서는 저 굴절 물질인 SiO2 층과 고 굴절 물질인 TiO2 층이나 Nb2O5 층으로 형성하는 것이 효과적이다. 본 발명에 있어서, 상기 컬러 코팅의 색 조절은 단층막의 두께 조절이나 고굴절막(TiO2 층이나 Nb2O5)과 저굴절막(SiO2)으로 다층을 형성하고 이 두 층간의 두께 조절을 통해서 원하는 컬러의 구현이 가능하다. 만약 Si3N4 막 또는 SiC 막과 같은 금속 질화막이나 탄화막 또는 금속 혼합막의 경우 특히 막의 내구성이나 막의 경도를 높여줄 수 있는 장점은 있으나, 태양광용에 있어서는 투과율이 낮아지기 때문에 태양광용으로 사용하기에는 바람직하지 않다. -
[실시예 5-6] 본 발명은 컬러 태양광용 유리에 대한 발명이며, 앞서 기재된 실시예에 있어서, 상기 컬러 코팅층은 고굴절층 물질과 저굴절 물질층을 혼합한 3 내지 8개의 층으로 구성되는 것;을 포함하는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 고 투과의 컬러 구현을 위해서는 고굴절 물질인 TiO2 또는 Nb2O5 층과 저굴절 물질인 SiO2 층을 하기 도 5와 같이 3개 내지 8개의 층으로 구성하는 것이 바람직하다.
도 5는 고굴절층과 저굴절층의 다층막으로 적층하여 반사 Color를 구현한 실험결과를 정리한 내용이다
도 5에 의한 구현결과에 의해 본 발명에 있어서의 반사 컬러별 증착층 및 증착두께를 정리하면 도 6과 같이 도출된다.
도 6에서 정리된 바와 같이 반사 컬러별로 증착층 및 증착두께를 살펴보면, 파랑(blue)은 3 내지 6개 층인 255nm 이하의 두께, 골드(Yellow)는 6개층 이하인 410 이하의 두께, 녹색(Green)은 5개층 이하인 430 이하의 두께, 갈색(Brown)은 4개층 이하인 280 이하의 두께, 오렌지(Orange)는 3개층 이하인 300 이하의 두께, 빨강(Red)은 6 내지 8개층인 460 이상 670 이하의 두께, 회색(Gray)는 3개층 이하인 100 이상 200 이하의 두께의 조합으로 구성하도록 한다.
[실시예 6-1] 본 발명은 컬러 태양광 패널에 대한 발명이며, 앞에서 제시한 실시예의 태양광용 유리(100); 유리표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 형성되는 요철면(201. 202); 상기 유리 후면의 요철면 상에 형성되는 컬러 코팅층(300); 상기 태양광용 유리의 컬러 코팅층(300)의 후면에 형성되며, 태양열 에너지를 흡수하는 태양 전지(400)를 포함하는 태양광 패널로 이루어진다.
100 : 컬러 태양광용 유리 201 : 전면 요철면
202 : 후면 요철면 300 : 컬러 코팅층
400 : 태양 전지 500 : EVA(Ethylene Vinyl Acetate)층
600 : 백 시트(back Sheet) 700 : Back-base Pan
800 : 벽체 810 : 가이드 프레임
202 : 후면 요철면 300 : 컬러 코팅층
400 : 태양 전지 500 : EVA(Ethylene Vinyl Acetate)층
600 : 백 시트(back Sheet) 700 : Back-base Pan
800 : 벽체 810 : 가이드 프레임
Claims (6)
- 컬러 태양광용 유리(100)에 있어서,
상기 유리(100) 표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(201. 202)이 형성되고;
상기 유리(100) 후면의 요철면(202) 상에는 컬러 코팅층(300)이 형성되며;
상기 유리(100)의 굴절률(n)은 1.6 이하인 저철분유리로 형성되고;
상기 요철면(201, 202)은 돌기 형상인 것;을 포함하고,
상기 요철면(201, 202)의 거칠기(Ra)는 2㎛ 내지 4㎛ 인 것;을 포함하며,
상기 컬러 코팅층(300)은 100nm 내지 700nm의 두께로 형성되며;
상기 컬러 코팅층(300)은 굴절률 2.3 이상인 TiO2 물질 또는 Nb2O5 물질로 이루어진 고굴절층과 굴절률 1.6 이하인 SiO2 물질로 이루어진 저굴절층이 혼합된 다층으로 형성되는 것;을 포함하는 컬러 태양광용 유리.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 컬러 코팅층(300)은 증착에 의해 형성되는 것;을 포함하는 컬러 태양광용 유리.
- 삭제
- 삭제
- 태양광패널에 있어서,
컬러 태양광용 유리(100);
상기 유리(100) 표면의 전면 및 후면의 양쪽면에 요철면(201. 202)이 형성되고;
상기 유리(100) 후면의 요철면(202) 상에는 컬러 코팅층(300)이 형성되며;
상기 유리(100)의 굴절률(n)은 1.6 이하인 저철분유리로 형성되고;
상기 요철면(201, 202)은 돌기 형상인 것;을 포함하고,
상기 요철면(201, 202)의 거칠기(Ra)는 2㎛ 내지 4㎛ 인 것;을 포함하며,
상기 컬러 코팅층(300)은 100nm 내지 700nm의 두께로 형성되며;
상기 컬러 코팅층(300)은 굴절률 2.3 이상인 TiO2 물질 또는 Nb2O5 물질로 이루어진 고굴절층과 굴절률 1.6 이하인 SiO2 물질로 이루어진 저굴절층이 혼합된 다층으로 형성되는 것;을 포함하고,
상기 컬러 태양광용 유리(100)의 컬러 코팅층(300)의 후면에 형성되며, 태양열 에너지를 흡수하는 태양 전지(400);를 포함하는 태양광 패널.
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