KR102386568B1 - 컬러유리가 결합된 태양광 패널 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기능이 향상된 컬러유리가 결합된 태양광 패널에 관한 것으로, 컬러유리가 결합된 태양광 패널은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지; 상기 태양전지 일측에 배치되어 태양전지를 보호하면서 심미감을 형성시키는 컬러유리; 상기 태양전지와 컬러유리 사이에 구비되어 서로 결합시키며, 상기 태양전지로 유입되는 수분 또는 이물질을 차단하는 접착필름;을 포함할 수 있다. 상기 컬러유리는 최외곽층을 형성하여 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층; 상기 전면보호층의 배면 중 일부분에 형성되어 다양한 색상을 표출하기 위한 발색부와, 상기 전면보호층의 배면에 구비되어 태양전지로 유입되는 광량을 증가시키기 위한 광량증가부를 포함하는 컬러층으로 구성될 수 있다.
Description
본 발명은 건축물에 적용 가능한 태양광 패널에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기능이 향상된 컬러유리가 결합된 태양광 패널 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다
일반적으로 태양전지를 건물의 옥상이나 지붕 등에 설치하였으나, 도심 내 태양광을 효율적으로 활용하기 위해서는 옥상이나 지붕의 제한된 부위가 아닌 건물의 다양한 부위에 대해서 태양광 시스템 적용이 요구된다.
이에 최근 주택, 건물 등의 외벽 등에 설치되어 주택, 건물 등과 같이 일체화되는 건물 일체형 태양전지(BIPV: Building Integrated Photovoltaic)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 건물 일체형 태양전지가 건물의 외벽에 적용되기 위해서는 우수한 외관 심미성을 가져야 하나, 기존의 태양광 모듈은 태양전지 간 금속 리본 배선이 그대로 외부에서 보여지거나 태양광의 흡수를 최대화하기 위해 검은색 계열의 색상만 가지고 있기에 외관 심미성을 향상시키기에 어려움이 있었다.
이에 대한 대안으로 태양광 패널에 심미성을 부여하기 위하여 다채로운 색상을 입힌 컬러유리가 결합된 태양광 패널이 개발되었으나, 채색 안료가 광투과를 저해함으로써 태양전지에 도달하는 광량이 적어 발전효율이 급격히 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 채색 안료로 인해 태양광 발전효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 태양전지로 유입되는 광량을 증가시키기 위한 광량증가부를 포함한 컬러유리가 결합된 태양광 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 컬러유리가 결합된 태양광 패널은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지; 상기 태양전지 일측에 배치되어 태양전지를 보호하면서 심미감을 형성시키는 컬러유리; 상기 태양전지와 컬러유리 사이에 구비되어 서로 결합시키며, 상기 태양전지로 유입되는 수분 또는 이물질을 차단하는 접착필름;을 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 컬러유리는 최외곽층을 형성하여 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층; 상기 전면보호층의 배면 중 일부분에 형성되어 다양한 색상을 표출하기 위한 발색부와, 상기 전면보호층의 배면에 구비되어 태양전지로 유입되는 광량을 증가시키기 위한 광량증가부를 포함하는 컬러층으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 광량증가부는 상기 발색부와 동일층을 이루는 광학패턴으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 광량증가부는 상기 발색부 일측에 형성되되, 발색부의 전체면적보다 좁은 면적을 형성하며, 유입되는 빛의 굴절률 또는 반사율을 향상시키기 위한 산란입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 소정의 형상으로 형성된 광학패턴을 전면보호층 일측에 형성하고 상기 광학패턴 일측에 안료 혼합물을 포함한 도료 조성물을 도포함으로써, 심미성을 유지하면서 태양광의 투과율을 향상시킬 수 있다.
그리고 전면보호층 일측에 형성되는 산란입자를 통해 광확산 성능이 향상되고, 컬러유리와 접착필름 간 접착 표면적이 증가되어 내구성이 향상될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 분해사시도를 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 형성각도를 나타내기 위한 도면을 도시한 것이다.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 반지름과 형성각도 관계를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 7 은 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 형상을 도시한 것이다.
도 8 은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리를 형성하는 방법을 도시한 것이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 적층구조를 도시한 것이다.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 형성각도를 나타내기 위한 도면을 도시한 것이다.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 반지름과 형성각도 관계를 나타낸 그래프를 도시한 것이다.
도 7 은 본 발명의 실시 예에 따른 광학패턴의 형상을 도시한 것이다.
도 8 은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리를 형성하는 방법을 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다.
도면과 상세한 설명에서 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 기재된다.
도 1에는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널의 분해사시도가 도시된다. 이를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널은 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지(100), 상기 태양전지(100) 일측에 배치되어 태양전지(100)를 보호하면서 심미감을 향상시키는 컬러유리(200), 상기 태양전지(100) 양측에 배치되어 태양전지(100)로 수분, 산소 또는 이물질 등이 유입되는 것을 방지하고 태양전지(100)를 고정시키는 접착필름(300) 및 상기 태양전지(100) 기준으로 컬러유리(200) 반대측에 배치되어 태양전지(100)를 보호하는 보호유리(400)를 포함하여 구성된다.
상기 컬러유리(200)는 최외곽층을 형성하여 외부 충격으로 인한 태양전지(100)의 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층(210), 상기 전면보호층(210) 일측에 배치되어 심미감 표현 및 빛의 투과 경로를 제공하는 컬러층(220)으로 구성된다.
상기 접착필름(300)은 EVA(Ethylene-vinyl acetate copolymer) 또는 PVB(Polyvinybutyral) 수지 재질로 형성될 수 있고, 상기 태양전지(100)와 컬러유리(200) 사이에 구비되어 서로 결합시킬 수 있다.
상기 보호유리(400)는 불소 수지 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리올레핀 필름, 폴리올레핀계 공중합체 필름에서 선택되는 다수의 필름을 접착제를 사용하여 적절히 적층한 적층필름을 기반으로 제작되는 백시트(Backsheet)로 구성되거나, 유리 또는 금속 재질로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 발명의 목적을 크게 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
도 2 내지 도 4에는 적층구조의 차이에 따른 컬러유리의 제1 내지 제3 실시 예가 도시된다. 이들 도면을 참조하면, 상기 컬러층(220)은 전면보호층(210) 표면에 도포되는 발색부(221)와 상기 태양전지(100)로 유입되는 광량을 증가시키기 위한 광량증가부를 포함하여 구성된다.
상기 발색부(221)는 채색 안료를 포함하는 안료 혼합물, 고분자 수지를 포함하는 주제 용액 및 실란커플링제를 포함하는 도료 조성물로 형성되며, 발색부(221)의 두께는 5㎛ 내지 20㎛으로 형성될 수 있다.
상기 주제 용액은 수지 및 용매를 포함하며, 수지는 우레탄 수지, 불소 수지, 에폭시 수지, 스티렌 수지, 아크릴 수지, 아크릴 실리콘 수지, 멜라민 수지 및 폴리에스테르 수지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 용매는 유기 용제 및 물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 유기 용제는 톨루엔, 자일렌, 초산에틸, 초산부틸, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 메틸이소부틸케톤, 메탄올, 에탄올 및 사이클로 헥산올 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 채색 안료는 청색(Cyan), 자홍색(Magenta), 노란색(Yellow), RGB(Red, Green, Blue) 및 흰색(White) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 색의 배합비를 달리하여 혼합한 색을 가질 수 있다.
상기 광량증가부는 광투과율을 향상시키기 위한 광학패턴(222)과 광 굴절율 향상 및 산란 기능으로 태양전지(100)로 유입되는 광량을 증가시키기 위한 산란입자(223)를 포함하여 구성된다.
도 2를 참조하면, 상기 전면보호층(210) 표면에 등간격으로 광확산 구조 형상을 지닌 광학패턴(222)이 형성되고, 발색부(221)가 전면보호층(210) 및 광학패턴(222) 표면에 도포됨으로써 발색부(221)와 광학패턴(222)는 동일층을 이룬다.
또는, 상기 발색부(221)가 전면보호층(210) 표면에 5㎛ 내지 20㎛ 두께로 도포됨으로써 광학패턴(222)의 하부 외측의 일부 표면에만 도포될 수 있다.
이로 인해, 상기 접착필름(300)은 발색부(221) 표면 및 광학패턴(222)의 상부 외측 표면과 접착되므로, 접착 표면적이 증가되어 컬러유리(200)와 접착필름(300) 간 접착력이 향상된다.
상기 광학패턴(222)은 아크릴계 수지(Acryl Containing Resin)로 형성되며, 상기 아크릴계 수지는 폴리스타이렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 에틸렌 비닐 알코올(EVA) 및 폴리비닐알콜(PVA) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
그리고 상기 광학패턴(222)은 Screen Printing, Nanoimprint lithography, Glass direct mold 등 Stamping 방법 또는 3D 프린터를 이용하여 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 전면보호층(210) 표면에 발색부(221)가 도포된다. 그리고 상기 발색부(221) 일측에 발색부(221)의 전체면적보다 좁은 면적 또는 전체면적과 동일한 면적으로 산란입자(223)가 형성된다.
상기 산란입자(223)는 광 굴절율 향상 및 산란 기능으로 태양전지(100)로 유입되는 광량을 증가시키고, 접착필름(300)과의 접착 표면적을 증가시켜 컬러유리(200)와 접착필름(300) 간 접착력을 향상시킨다.
상기 산란입자(223)는 Ti02, Al2O3, SiO2, PS, PMMA 등으로 구성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 당업자라면 발명의 목적을 크게 벗어나지 않는 범위에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 전면보호층(210) 표면에 등간격으로 광학패턴(222)이 형성되고, 발색부(221)가 전면보호층(210) 및 광학패턴(222) 표면에 도포됨으로써 발색부(221)와 광학패턴(222)는 동일층을 이룬다.
그리고 상기 발색부(221) 일측에 발색부(221)의 전체면적보다 좁은 면적 또는 전체면적과 동일한 면적으로 산란입자(223)가 형성된다.
상기 산란입자(223)가 발색부(221)의 전체면적보다 좁은 면적으로 형성될 경우, 상기 산란입자(223)는 광학패턴(222)의 하측에 위치되거나, 광학패턴(222) 간 이격되는 공간 하측에 위치될 수 있다.
상기 산란입자(223)와 광학패턴(222) 간의 수직 이격거리는 5㎛ 내지 20㎛으로 형성될 수 있다.
상기 광학패턴(222)을 통해 광투과율을 향상시키고, 산란입자(223)를 통해 광 굴절율 향상 및 산란 기능으로 태양전지(100)로 유입되는 광량을 증가시키며, 접착필름(300)과의 접착 표면적을 증가시켜 컬러유리(200)와 접착필름(300) 간 접착력을 향상시킨다.
도 5에는 전면보호층(210) 표면에 형성되는 광학패턴(222)의 형성각도를 나타내기 위한 도면이 개략적으로 도시된다. 도 6에는 광학패턴(222)의 반지름과 형성각도 관계를 나타내기 위한 그래프가 도시된다.
이들 도면 및 하기 표 1을 참조하면, 광학패턴(222)의 반지름이 3mm를 초과할 경우, 컬러층(220)의 면적 감소로 광투과율은 향상되나 광학패턴의 형성각이 낮아져 광확산 성능이 감소하며 색의 균일성이 감소되어 태양전지의 은폐성이 저하된다.
| 광학패턴 반지름 | 1mm | 2mm | 3mm | 4mm | 5mm |
| 광학패턴 높이 0.1mm | 11° | 5° | 4° | 3° | 2° |
| 광학패턴 높이 0.5mm | 53° | 27° | 19° | 14° | 11° |
도 6의 실선은 광학패턴 높이 0.5mm를 나타낸 것이고, 파선은 광학패턴 높이 0.1mm를 나타낸 것이다.
상기 광학패턴(222)의 반지름이 1mm 미만일 경우에는 색 재현이 우수하며 광학패턴이 형성각의 증가로 광학산 성능이 향상되나, 광학패턴(222) 형상의 구현이 어렵고 제조공정을 통한 패턴 재현율이 감소한다.
상기 광학패턴(222)의 높이가 0.5mm를 초과할 경우, 접착필름(300)의 두께보다 높아서 태양전지의 파손 빈도가 증가하며 발색부(221) 형성 시 높이 차이로 인하여 균일한 두께 형성이 되지 않아 색 균일성이 저하된다.
상기 광학패턴(222)의 높이가 0.1mm 미만일 경우, 광투과율의 성능 향상은 유지되나 광학패턴(222)의 형성각이 낮아져 광확산 성능이 저하된다.
따라서, 상기 광학패턴(222)의 반지름은 1mm 내지 3mm로 형성되고, 높이는 0.1mm 내지 0.5mm로 형성됨으로써 컬러 발색, 광투과율 및 광확산 성능이 향상된다.
도 7에는 본 발명에 따른 광학패턴(222) 형상의 다양한 실시 예가 도시된다. 이를 참조하면, 상기 광학패턴(222)은 사각형, 삼각형, 원뿔형, 타원형 또는 다각뿔 형상으로 상기 전면보호층 일측에 도트, 격자 또는 스트라이프 패턴으로 형성될 수 있다.
도 8에는 본 발명의 실시 예에 따른 컬러유리가 결합된 태양광 패널을 제조하는 방법이 개략적으로 도시된다. 이를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제조방법은 UV 경화제 성분이 포함된 광확산 구조 형상을 소정의 패턴으로 상기 전면보호층 일측에 도포하는 단계; 상기 UV 경화제가 경화된 이후에 도료 조성물을 도포 및 건조시킴으로써 컬러층을 형성하는 단계; 및 상기 컬러층 일측에 접착필름을 배치하는 단계;를 포함한다.
상기 컬러층을 형성하는 단계는 수지 및 용매를 혼합한 주제 용액에 첨가제를 혼합하여 주제 용액 혼합물을 제조하고, 상기 주제 용액 혼합물에 채색 안료 및 실란커플링제를 혼합함으로써 제조되는 도료 조성물을 상기 전면보호층 일측에 도포하고 건조시킴으로써 컬러층을 형성할 수 있다.
또는, 실란커플링제를 상기 전면보호층 일측에 도포한 뒤 주제 용액 혼합물 및 채색 안료를 도포하고 건조시킴으로써 컬러층을 형성할 수 있다.
그리고 상기 컬러층 일측에 산란입자를 도포하는 단계;를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 접착필름은 산란입자와 접착되므로 접착 표면적이 증가되어 접착력이 증가될 수 있다.
100 : 태양전지
200 : 컬러유리
210 : 전면보호층
220 : 컬러층
221 : 발색부
222 : 광학패턴
223 : 산란입자
300 : 접착필름
400 : 보호유리
200 : 컬러유리
210 : 전면보호층
220 : 컬러층
221 : 발색부
222 : 광학패턴
223 : 산란입자
300 : 접착필름
400 : 보호유리
Claims (5)
- 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지;
상기 태양전지 일측에 배치되어 태양전지를 보호하면서 심미감을 형성시키는 컬러유리;
상기 태양전지와 컬러유리 사이에 구비되어 서로 결합시키며, 상기 태양전지로 유입되는 수분 또는 이물질을 차단하는 접착필름;을 포함하며,
상기 컬러유리는,
최외곽층을 형성하여 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층;
상기 전면보호층의 배면에 형성되는 광학패턴과, 상기 전면보호층 및 광학패턴 배면에 도포됨으로써 상기 광학패턴과 동일층을 이루며 다양한 색상을 표출하는 발색부를 포함하는 컬러층으로 구성되고,
상기 광학패턴은 UV 경화제 성분이 포함된 광확산 구조 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러유리가 결합된 태양광 모듈. - 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지;
상기 태양전지 일측에 배치되어 태양전지를 보호하면서 심미감을 형성시키는 컬러유리;
상기 태양전지와 컬러유리 사이에 구비되어 서로 결합시키며, 상기 태양전지로 유입되는 수분 또는 이물질을 차단하는 접착필름;을 포함하며,
상기 컬러유리는,
최외곽층을 형성하여 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층;
상기 전면보호층의 배면에 형성되는 광학패턴과, 상기 전면보호층 및 광학패턴 배면에 도포됨으로써 상기 광학패턴과 동일층을 이루며 다양한 색상을 표출하는 발색부를 포함하는 컬러층으로 구성되고,
상기 광학패턴은 UV 경화제 성분이 포함된 광확산 구조 형상으로 형성되되, 반지름은 1mm 내지 3mm, 높이는 0.1mm 내지 0.5mm로 형성되고,
상기 컬러유리와 접착필름 사이에 산란입자가 형성되는 것을 특징으로 하는 컬러유리가 결합된 태양광 모듈. - 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지;
최외곽층을 형성하여 물리적 손상을 방지하기 위한 전면보호층과, 상기 전면보호층의 일측에 구비되어 다양한 색상의 표출이 가능하고 상기 태양전지로 유입되는 광량을 증가시키는 컬러층으로 구성되는 컬러유리; 및
상기 태양전지와 컬러유리 사이에 구비되어 서로 결합시키며, 상기 태양전지로 유입되는 수분 또는 이물질을 차단하는 접착필름;을 포함하는 태양광 모듈을 제조하는 방법에 있어서,
UV 경화제 성분이 포함된 광확산 구조 형상이 도트 패턴으로 상기 전면보호층 배면에 도포 및 경화됨으로써 광학패턴이 형성되는 단계; 및
상기 전면보호층 및 광학패턴 배면에 도료 조성물이 도포 및 건조되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제조하는 방법. - 제3항에 있어서,
상기 광학패턴은 반지름 1mm 내지 3mm, 높이 0.1mm 내지 0.5mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제조하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 컬러층 일측에 산란입자가 도포되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈을 제조하는 방법.
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