KR19980019145A - 수평 루핑 지붕 및 이의 설치 방법(horizontal-roofing roof and mounting method thereof) - Google Patents

수평 루핑 지붕 및 이의 설치 방법(horizontal-roofing roof and mounting method thereof) Download PDF

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다까시 오오쯔까
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미따라이 후지오
캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

하류측 지붕 패널의 상단 결합부가 상류측 지붕 패널의 하단 결합부에 시임 결합되도록 구성된 지붕에서, 적어도 하단 결합부는 시임 조인트를 분리하기에 충분한 굴곡 강성을 갖고 있다.

Description

수평 루핑 지붕 및 이의 설치 방법
본 발명은 수평 루핑 지붕과 수평 루핑 지붕용 조인트 및 수평 루핑 지붕의 설치 방법에 관한 것으로, 특히 태양 전지 일체형 지붕 및 이의 설치 방법에 관한 것이다.
태양 전지를 지붕에 위치시키는 방법은 대체로 두가지가 있는데, 그중 하나는 태양 전지를 외부 지붕에 설치하는 것이고 나머지 하나는 태양 전지 자체를 지붕으로서 배치하는 것이다.
전자의 방법에서는, 태양 전지가 수개의 프레임을 사용함으로써 외부 지붕에 설치되며, 이로써 종래의 태양 전지 모듈을 사용할 수 있다. 그러나, 설치 비용이 비싸고 외관이 나쁘다. 따라서, 최근에는 후자의 방법이 사용되고 있다.
후자의 방법은 일반적으로 지붕 설치 방법의 범용성이 있는 것으로 알려져 있으며, 태양 전지를 사용하는 종래 기술의 예로는 일본 공개 특허 (평)5-55618호(명칭: 지붕)와 일본 공개 특허 (평)6-114111호(명칭: 수평 루핑 지붕) 및 일본 공표 특허 (평)6-503684호(명칭: 수직 루핑 지붕) 등이 있다.
그러나, 종래의 수평 루핑 지붕은 지붕 패널이 처마로부터 시임 접합될 릿지에 이르기까지 놓이기 때문에 일부 지붕 패널은 설치된 후에는 교체하기가 매우 어렵다. 예를 들어, 처마측 상의 태양 전지 모듈이 고장났을 때 이 고장난 모듈은 전체 지붕을 제거하지 않고는 교체할 수 없으며, 따라서 보수가 번거롭다는 문제가 생긴다. 이러한 현상은 종래의 지붕에서도 일어나지만, 태양 전지를 갖춘 일체형 지붕의 경우에는 전지 모듈의 고장이 전체 시스템에 큰 영향을 미치기 때문에 특히 심각하다.
또한, 일부 지붕 패널의 교체 필요성에도 불구하고 태양 전지와 지붕 패널의 조합체의 경우에는 교체할 지붕 패널을 색출하기가 용이하지 않다는 문제도 있다. 예를 들어, 일본 공개 특허 (소)59-152670호에는 수평 루핑 지붕의 전기 접속에 관하여 기재되어 있으나, 여기서는 태양 전지가 일단 위치한 후에는 각 모듈의 태양 전지의 출력을 측정하는 것이 불가능해지고 이의 검사 작업도 전체를 교체하는 것과 실질적으로 동일한 작업량을 필요로 한다.
또한, 태양 전지와 지붕 재료의 조합체의 라인 연결 작업이 대개는 지붕을 구성하는 작업과 동일한 시간에 수행되기 때문에 지붕이 불충분한 라인 연결 작업 상태에 놓이게 되는 문제점을 때때로 일으킨다. 따라서, 지붕의 구조가 복잡하다는 것이 문제가 되며, 이러한 문제를 완전히 해결할 수 있는 임의의 수평 루핑 지붕 패널과 태양 전지의 조합체는 이전에는 존재하지 않았다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하며, 수평 루핑 지붕 패널, 지붕 패널과 태양 전지의 조합체 및 수평 루핑 지붕용 조인트를 마련하고, 지붕 패널이 고장난 경우에, 특히 태양 전지와 지붕 패널의 조합체에서 고장이 일어난 경우에 지붕 패널을 부분적으로 교체하기 위한 수평 루핑 지붕 설치 방법을 마련한다.
또한, 본 발명은 고장이 일어난 경우에 고장난 태양 전지와 지붕 패널의 조합체를 색출할 수 있는 수단을 마련한다.
또한, 본 발명은 태양 전지와 지붕 패널의 조합체 설치시에 배선 작업의 복잡성에 기인한 배선 실수 등의 문제가 일어나는 것을 방지할 수 있고, 배선 실수가 일어나는 경우에 작업자가 이를 용이하게 처리할 수 있게 해주는 수단을 마련한다.
본 발명은 다음 수단을 사용하여 상기에 설명한 문제점들을 해결한다.
(1) 지붕 패널은 가요성을 가지며 이의 결합부는 설치 후에 착탈가능한 형상으로 형성되어 있다.
(2) 조인트는 바닥 부재와 유지 부재 및 커버 부재로 이루어져 있다.
(3) 각 태양 전지를 서로 연결하기 위한 배선부는 조인트의 바닥 부재 아래에 위치한다.
(4) 적어도 상기 조인트 부재는 배선부가 인출될 수 있도록 개구부를 갖추고 있다.
본 발명에 따른 수평 루핑 지붕 패널이 설치된 후에, 하단 결합부가 제거되고 양측면 상의 조인트의 유지 부재가 제거되면 지붕 패널은 상부측에만 고정되며 이로써 가요성 지붕 패널이 설치 후에 상부로 접힐 수 있게 된다. 그 결과, 지붕의 설치 후에도 일부 유지 클립만을 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명은 수평으로 설치된 지붕 패널을 설치 후에도 부분적으로 교체할 수 있도록 하는 특정 작동을 실현한다.
또한, 본 발명에 따른 조인트는 적어도 바닥 부재에 개구부를 갖기 때문에 각 태양 전지의 출력이 지붕의 설치 후에도 조인트의 커버 부재를 제거함으로써 개구부를 통해서 쉽게 검사될 수 있으며, 이로써 고장난 태양 전지 및 지붕 패널의 조합체를 쉽게 색출할 수 있다.
한편, 결합부의 착탈식 배열로 인해서 바람에 대한 내구성이 떨어지지만, 이러한 내구성은 결합부에 체결구를 부가하고 결합부의 형상을 변화시킴으로써 성공적으로 충분히 유지할 수 있다.
대체로, 볼트 등을 관통시킴으로써 수행되는 체결구의 사용시에는 배수에 관하여 특별한 주의가 요구된다. 따라서, 지붕 패널의 결합부는 개장 지붕판에 대한 이중벽 구조로 형성되며, 이로써 나사의 갭들을 통해서 진행하는 물이 하부 지붕 패널로 복귀할 수 있어서 종래 기술에서와 동일한 배수 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 체결구는 지붕 패널이 지붕의 상호 결합부의 내측 깊은 위치에서 개구부에서 체결되기 때문에 빗물 등이 체결구를 직접 두드리는 것을 방지할 수 있는 등의 장점도 갖는다. 따라서, 본 발명은 예를 들어 눈이 많이 내리는 지역에서 눈에 의해 나사가 빠지게 되는 문제점을 해결하는 기능도 갖는다.
본 발명에 따른 수평 루핑 지붕 패널에서는, 수평 루핑 지붕의 중간부가 상부로 접힐 가능성이 있어서 지붕 패널의 배면 상에 있는 단자부에의 접근 상태에서 각 섹션의 태양 전지에 대한 배선 작업을 용이하게 수행할 수 있게 해준다. 따라서, 지붕의 설치시에 연결 실수가 있더라도 배선부를 재차 정렬할 수 있다.
본 발명에 따른 수평 루핑 지붕 패널은 지붕 패널의 중간부가 상부로 접히는 것을 허용하기 때문에 지붕의 설치 후에도 지붕 패널 등의 배면 상의 단자부를 용이하게 검사할 수 있으며 단자부 및 배선측에서 배선부를 수리할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 수평 루핑 지붕 패널의 단면도
도2는 본 발명에 따른 수평 루핑 지붕의 설치 방법을 도시한 설명도
도3은 본 발명에 따른 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결 부재를 도시한 단면도
도4는 본 발명에 따른 태양 전지를 사용하는 수평 루핑 지붕의 배면 상의 배선도
도5는 본 발명에 따른 태양 전지를 사용하는 수평 루핑 지붕의 배면 상의 배선도
도6은 본 발명에 따른 조인트의 설치 방법을 도시한 설명도
도7은 도6의 부재들이 조립된 후에 지붕 패널과 조인트 배수판과 유지판 및 조인트 커버의 조립 관계를 도시한 단면도
도8은 도6의 부재들이 조립된 후에 지붕 패널과 조인트 배수판 및 조인트 커버의 조립 관계를 도시한 단면도
도9는 본 발명에 따른 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도10은 태양 전지 요소를 도시한 설명도
도11은 실시예 1의 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도12는 실시예 2의 수평 루핑 지붕 패널의 단면도
도13은 실시예 2의 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도14는 실시예 3의 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도15는 실시예 3의 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도16은 실시예 4의 수평 루핑 지붕 패널의 단면도
도17은 실시예 4의 수평 루핑 지붕의 흐름 방향으로의 연결부를 도시한 단면도
도18은 실시예 5의 수평 루핑 지붕 패널의 단면도
도19는 실시예 5의 연결부의 사시도
도20은 지붕으로부터의 출력이 DC 접속함을 통해서 옥내에 공급되는 것을 도시한 개략도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101 : 후방판
102 : 태양 전지 요소
103 : 밀봉 재료
104 : 접속함
105 : 배선 부재
106 : 하단 결합부
107 : 상단 결합부
206 : 유지 클립
207 : 조인트 배수판
208 : 조인트 커버
209 : 지붕 패널
211 : 유지판
212 : 개구부
214 : 체결구
401 : 해치 부재
도1은 본 발명에 따른 수평 루핑 지붕 패널의 대표적인 실시예를 도시한 것으로, 이 패널은 후방판(101), 태양 전지 요소(102), 밀봉 재료(103), 접속함(104) 및 배선 부재(105)로 주로 이루어져 있다. 106은 상류에 위치한 지붕 패널의 하단 결합부이고, 107은 하류에 위치한 지붕 패널의 상단 결합부이다.
도2는 상기 실시예에서 태양 전지와 지붕의 조합체의 설치 예를 도시한 것으로, 여기서 201은 대들보 구조 부재, 202는 서까래, 203은 처마 장식, 204는 지붕 기층 재료인 개장 지붕판, 205는 아스팔트 지붕, 206은 유지 클립, 207은 조인트 바닥 부재인 배수판, 208은 조인트 커버 부재인 조인트 커버, 209는 지붕 패널, 210은 배선 부재, 211은 조인트 유지 부재인 유지판, 212는 개구부이다.
(설치 공정)
상기 실시예의 전체 수평 루핑 지붕의 설치 공정에 대하여 도2를 참조하여 설명한다.
(1) 서까래(202)를 대들보(201)에 부착한다.
(2) 처마의 체결구로서의 처마 장식(203)을 처마의 연부에 설치한다.
(3) 개장 지붕판(204)을 서까래(202) 상에 고정시킨다.
(4) 아스팔트 지붕(205)으로 불리는 방수 시트를 개장 지붕판 위에 놓는다.
(5) 지붕 패널(209)의 하단 결합부가 장식부의 정지부에 끼워지고 상단 결합부가 유지 클립(206)을 사용함으로써 서까래(202) 상에 고정되도록 각 지붕 패널(209)의 본체를 고정시킨다.
(6) 지붕 패널들 사이의 수평 연결을 위하여 먼저 조인트 배수판(207)을 연결부에 놓는다.
(7) 수평 배선부들이 배수판(207) 아래에 연결되고 지붕 패널들이 유지판(211)에 의해 배수판(207)에 고정되는 방식으로 지붕 패널(209)들을 수평하게 연결한다.
(8) 그 다음에, 조인트 커버(208)를 삽입하여 수평 연결을 완료한다.
(9) 수직 연결시에는 상부 및 하부 지붕 패널의 시임 조인트를 상기 (5)에서 설명한 것과 동일한 방식으로 반복하여 지붕 패널을 릿지 쪽으로 연속 작업한다.
규모가 큰 건물의 경우에는 본 발명의 지붕 패널을 개장 지붕판을 사용하지 않고 서까래 또는 서까래에 대응하는 비임 상에 직접 설치할 수도 있다.
(결합부)
본 발명에 따른 지붕 패널의 결합부에 대하여 도3을 참조하여 설명한다. 하부 지붕 패널의 상단 결합부는 못 또는 드릴 나사 등에 의해 유지 클립(206)을 통해서 개장 지붕판(204)에 고정된다. 유지 클립은 도3에 도시된 것과 같은 형상을 취하며, 여기서 클립의 집게부는 하부 지붕 패널의 상단 결합부(107)의 일부에 견고하게 결합된다. 그러면, 상부 지붕 패널의 하단 결합부(106)는 하부 지붕 패널의 상단 결합부(107)에 결합되고, 유지 클립(206)의 외측 집게부는 상부 지붕 패널의 하단 결합부(106)의 리세스 안에 삽입된다. 그 후에, 상부 지붕 패널의 상단 결합부도 동일한 방식으로 유지 클립(206)에 의해 고정된다. 그 다음에, 결합부들이 천공되어 체결구(214)에 의해 체결된다. 이들 공정을 반복한다. 결합부들은 제조 설비에서 미리 천공될 수도 있다.
체결구(214)의 특정 예로는 블라인드 리벳을 적절하게 사용할 수 있다. 블라인드 리벳은 충분한 기계적 강도를 가지면서도 드릴에 의해 용이하게 파단되어 제거되며, 새로운 리벳을 상기에 설명한 기구로 용이하게 재설치할 수 있다.
(수평 방향으로의 연결)
본 발명에 따른 지붕 패널에서 부재들을 수평 방향으로 연결하는 것에 관하여 도6에 도시되어 있다. 도7은 도6의 부재들이 조립된 후에 지붕 패널과 조인트 배수판과 유지판 및 조인트 커버의 조립 관계를 도시하는 단면도이다. 도8은 도6의 부재들이 조립된 후에 지붕 패널과 조인트 배수판 및 조인트 커버의 조립 관계를 도시한 단면도이다. 조인트 배수판(207)은 두개의 인접 지붕 패널(209)들 사이의 인접 영역 아래에 위치하여 이 인접 영역으로 흐르는 빗물을 하류에 위치한 지붕 패널에 안내하는 기능을 한다. 조인트 배수판(207)은 더욱 양호한 배수를 위하여 핀(fin) 형상으로 된 복수개의 플랜지부를 갖고 있다. 유지판(211)은 조인트 배수판(207) 상에 위치하고, 조인트 커버(208)는 상기 유지판(211)을 덮도록 위치한다. 유지판(211) 및 조인트 배수판(207) 각각은 배선 부재(210)들이 인출될 수 있게 해주는 개구부(212)를 갖추고 있다.
(후방 배선)
도4는 상기 실시예에 따른 지붕에서 지붕 패널들 사이의 후방 배선부(402)의 연결 상태를 도시한 것으로, 여기서 지붕 패널들은 인접 태양 전지와 지붕 패널의 조합체가 양극으로부터 음극으로 또는 음극으로부터 양극으로 직렬 연결되도록 된 태양 전지 스트링을 구성한다. 복수개의 태양 전지 스트링이 마련되어 있으며, 이의 발생 전압은 각각 동일하며, 각 전압은 인버터의 입력 전압(예를 들어 200 V)으로 설정된다. 복수개의 태양 전지 스트링들의 출력은 각각 별개로 DC 접속함 안에 집전되며 그 안에서 병렬 연결된다(도20). 각 태양 전지 스트링의 병렬 연결부의 접촉점 이전의 예비 섹션에 브레이커가 마련되어 있다. 몇몇 태양 전지 스트링이 고장을 일으키면 태양 전지 스트링은 보수를 위하여 전기적으로 분리된다. 해치 부재(401) 등은 태양 전지 요소를 갖지 않는 소위 더미판(dummy plate)이라는 지붕 패널이다. 이들 부재는 지붕 패널의 치수와 지붕 설치시에 지붕의 길이 사이의 치수차 때문에 생기는 불완전 부분을 보상하는 데 사용되며, 이들은 연부에서의 게이블 마무리 또는 릿지 마무리 등의 작업을 위하여 사용되거나 복수개의 지붕 패널로부터 배선부를 수집하는 위치로서도 사용된다. 상기 실시예에서는, 두개의 수평 스트링이 각 태양 전지의 출력에 대한 기본 유닛을 형성하며, 상기 출력은 지붕의 연부 가까이에 형성된 더미판 아래로 안내되어 릿지를 통해서 또는 처마를 통해서 옥내의 DC 접속함에 연결된다. 도20에 도시된 것처럼 전력 인버터 장치는 DC 접속함에 연결되고 전력은 옥내의 부하 또는 시스템 전력에 공급된다.
도5는 양극 및 음극이 서로 대칭으로 배열되어 있는 두가지 형태의 태양 전지와 수평 루핑 지붕 패널의 조합체를 사용하는 또 다른 설치 모드를 도시한다. 상기 실시예에서, 배선부는 간단한 배열 상태로 놓이고 태양 전지 요소로부터의 배선부의 전체 길이는 감소되며, 따라서 배선 재료의 비용 감소 및 전력 손실의 감소 효과를 얻을 수 있다.
더미판(401)이 태양 전지와 지붕 패널(403)의 조합체와 동일 형상을 취하기 때문에 더미판도 설치 후에 상부로 접힐 수 있다. 따라서, 수평 방향으로의 태양 전지의 출력 연결부가 더미판 아래의 공간에 일단 모이면 검사 작업을 더욱 용이하게 할 수 있게 된다. 이러한 용도로 사용하기 위해서는 블라인드 리벳보다 볼트 등의 용이하게 제거가능한 부재를 상기 부분에 더욱 양호하게 사용할 수 있다. 도9는 본 발명에서 볼트를 사용하는 상태를 도시하며, 여기서 900은 유지 클립이고 901은 나사 수용 부재이다.
도시되지는 않았으나 지붕의 연부 처리는 공지된 게이블 마무리에 의해 용이하게 수행할 수 있다.
다음에는, 보수중의 기본 작업 공정에 대하여 설명한다.
(1) 태양 전지와 지붕 패널의 조합체의 비정상 스트링을 옥내에 마련된 DC 접속함의 각 출력부를 검사함으로써 용이하게 색출할 수 있다.
(2) 조인트 커버(208)가 이의 상단에서 상부 지붕 패널의 하단 결합부에 결합되기 때문에 배선부를 먼저 인출시킨다.
(3) 조인트 커버(208) 및 유지판(211)이 인출되면, 개구부(212)는 조인트 배수판(207) 내에 형성되고 작업자는 개구부(212)를 통해서 배선부(210)를 볼 수 있다. 따라서, J형상 후크를 사용하여 전기 연결부용 커넥터(213)를 당김으로써 각 태양 전지의 출력부를 용이하게 검사할 수 있다.
(4) 태양 전지와 지붕 패널의 비정상 조합체가 색출되면, 조인트 유지판(211)을 제거한다. 이로써 수평 루핑 지붕 패널의 양측이 해제된다.
(5) 또한, 체결구(214, 도3)를 상기 특정 수평 루핑 지붕 패널의 하연부 결합부로부터 제거하며, 이로써 지붕 패널이 상부 쪽으로 접힐 수 있게 된다. 이때에 작업자는 전기 작업을 용이하게 수행할 수 있다.
(6) 지붕 패널 자체를 교체할 필요가 있으면 해당 지붕 패널의 상류에 위치한 지붕 패널을 상기에 설명한 것과 동일한 방식으로 접어서 유지 클립부를 노출시킨다. 그러면, 유지 클립을 용이하게 제거할 수 있어서 지붕 패널을 교체할 수 있다.
(7) 교체 후에는 대체 지붕 패널을 상기 (1) 내지 (5)의 공정을 역으로 수행하여 고정하고 수평 루핑 지붕 패널의 보수 작업을 완료한다.
[각 부재의 설명]
지붕 패널을 구성하는 부재들과 지붕 패널을 설치하는 것과 관련한 부재들에 대하여 설명한다.
1. 지붕 패널을 구성하는 부재
(1-1. 후방판)
후방판(101)은 하단 결합부(106)를 형성하는 부분이 상부로 접을 수 있게 해주고 그 후에 후방판을 원래의 상태로 될 수 있게 해주는 굴곡 강성을 가져야 한다. 이 굴곡 강성은 사람의 힘으로 기층을 접어 올릴 수 있도록 선택된다.
굴곡 강성(E)에 대해서 E ＝ fh3/3x의 관계를 유지하는 것은 공지되어 있으며, 여기서 h는 하단 결합부의 높이, x는 하단 결합부의 변위량, f는 접는 공정중에 하단 결합부 상에 작용된 힘이다. 본 발명의 발명자는 실험에 의하여 시임 접함 지붕 패널을 접기 위한 힘(f)이 네일 풀러(nail puller) 등의 지그를 사용함으로써 약 400 kg의 힘까지 될 수 있다는 것을 확인하였다. 정상적으로, 수평 루핑 지붕의 하단 결합부의 높이(h)는 외관을 고려하여 외형부만큼 높을 수는 없으며 본 발명의 지붕 패널에서는 약 5 cm로 되어 있다. 시임 조인트를 분리하기 위한 변위량(x)은 적어도 1 cm는 되어야 한다. 따라서, 후방판의 굴곡 강성(E)은 1.6 × 104kgcm2보다 작은 것이 바람직하다.
그러나, 이 값은 하단 결합부의 형상에 따라 약간 변동될 수 있다.
후방판용 재료로는 강철 시트, 비철 금속제 시트 또는 플라스틱 중에서 선택할 수 있다. 강철 시트의 예로는 표면처리된 강철 시트, 코팅된 강철 시트, 합금 또는 다른 요소를 함유하는 특수강 및 열절연 재료 등으로 피복된 복합 강철 시트가 있다. 일반적으로, 상기 재료는 고온 침지 갈바나이즈드강 시트, 갈판, 갈바늄강 시트, 고온 침지 알루미나이즈드강 시트, 구리 도금강 시트, 폴리비닐 클로라이드 예비 코팅된 강판, 플로로카본 수지강 시트, 스텐레스강 시트, 고온 댐핑강 시트, 열절연 갈바나이즈드 시트 철, 대기 부식 저항강 및 상기 코팅된 강철 시트로부터 선택되거나, 구리 시트, 알루미늄 합금 시트, 아연 합금 시트, 납 시트, 티타늄 시트 및 상기에 설명한 코팅된 구리 시트 등의 비철 금속으로부터 선택된다.
(1-2. 태양 전지 요소)
본 발명에 사용된 태양 전지 요소(102)의 형태에는 특정 제한이 없고 임의의 형태를 취할 수 있으며, 단결정, 복결정, 미세 결정 또는 비정질을 취할 수 있다. 태양 전지 요소는 Si계 재료 또는 복합 재료로 될 수 있다. 이들 중에서 비정질 태양 전지 요소는 이의 가요성 때문에 양호하게 사용된다. 비정질 태양 전지는 열에 의한 약화로부터 회복될 수 있으며 이로써 지붕에 사용하기에 적합하다.
도10은 가요성 태양 전지 요소의 일 실시예로서 비단결정 실리콘 태양 전지의 단면도이다.
기판(300)은 비정질 실리콘 등의 박막 태양 전지의 경우에 반도체 층(302)을 기계적으로 지지하는 부재이며, 이는 몇몇 경우에 전극으로서도 사용된다. 이 기판은 반도체 층(302)의 막 형성시에 가열 온도에 저항하도록 열저항을 가질 필요가 있으며, 전기 도전성 및 절연성을 가질 수도 있다.
반도체 재료의 특정 예로는 Fe, Ni, Cr, Al, Mo, Au, Nb, Ta, V, Ti, Pt 및 Pb 등의 재료의 박판과, 예를 들어 황동 박판 또는 스텐레스강 등의 합금 박판과, 탄소 시트, 갈바나이즈드강 시트 등의 화합물 등을 포함한다.
전기 절연 재료의 특정 예로는 폴리에스터, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 셀룰로스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드 및 에폭시 등의 열저항성 합성 수지로 된 막 또는 시트와, 유리 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유 또는 금속 섬유 등으로 된 화합물의 박판과, 상이한 재료로 된 금속 박막 및/또는 SiO2, Si3N4, Al2O3또는 AlN 등의 절연 박막을 이들 금속 박막 또는 수지 시트의 표면 상에 스퍼터링 공정, 증착 공정 또는 도금 공정 등의 표면 코팅 처리에 의해 침지시킴으로써 얻어진 재료와, 유리 및 세라믹 등을 포함한다.
하부 전극(후방 반사층; 301)은 반도체 층(302)에 저항 접촉되도록 하는 작업 기능을 가질 필요가 있는 반도체 층(302)에 발생된 전력을 취출하기 위한 하나의 전극이다. 하부 전극용 재료는 소위 단일 금속 또는 Al, Ag, Pt, Au, Ni, Ti, Mo, W, Fe, V, Cr, Cu, 스텐레스강, 황동, 니크롬, SnO2, In2O3, ZnO 및 ITO 등의 합금과 투명 산화물(TCO) 등으로부터 선택할 수 있다.
하부 전극(301)의 표면은 매끄러운 것이 바람직하지만 광의 불균일 반사가 예상되는 조직을 가질 수도 있다. 또한, 상기 표면은 소위 후방 반사층으로도 불린다. 기판(300)이 도전성을 가지면 하부 전극(301)을 특별히 만들 필요는 없다.
하부 전극(301)의 제조 공정은 작업 조건에 따라 도금, 증착 또는 스퍼터링 등의 방법을 이용한다.
태양 전지 요소의 반도체 층(302)은 반도체 핀 접합부로 된다.
i층을 만들기 위한 반도체 재료는 a-Si:H, a-Si:F, a-Si:H:F, a-SiGe:H, a-SiGe:F, a-SiGe:H:F, a-SiC:H, a-SiC:F 및 a-SiC:H:F 등의 소위 4족 및 4족 합금계 비정질 반도체로부터 선택할 수 있다.
p층 또는 n층을 만들기 위한 반도체 재료는 상기에 설명한 i층을 만들기 위한 반도체 재료를 가전자 제어기를 사용하여 도핑함으로써 얻을 수 있다. p형 반도체를 얻기 위한 가전자 제어기의 원료는 주기율표의 3족 원소를 함유하는 화합물로부터 선택된다. 3족 원소의 예로는 Al, Ga 및 In 등이 있다. 5족 원소의 예로는 P, N, As 및 S가 있다.
비정질 실리콘 반도체 층의 막 형성 공정은 작업 조건에 따라 증착 공정, 스퍼터링 공정, RF 플라즈마 증진 CVD 공정, 마이크로웨이브 플라즈마 증진 CVD 공정, ECR 공정, 열 CVD 공정 및 LPCVD 공정 등의 공지의 방법으로부터 선택된다. 산업적으로 이용되는 양호한 공정으로서는 RF 플라즈마에 의해 원료 가스를 분해하고 실리콘을 기판 상에 퇴적시키기 위한 RF 플라즈마 증진 CVD 공정이 있다. RF 플라즈마 증진 CVD 공정은 원료 가스의 분해 효율이 약 10 %로 낮고 퇴적 속도가 약 1 내지 10 Å/sec로 낮다는 문제점을 갖고 있으며, 마이크로웨이브 플라즈마 증진 CVD 공정은 이러한 문제를 해결할 수 있는 막 형성 방법으로서 주목받고 있다.
상기 막 형성을 수행하기 위한 반응기는 작업 조건에 따라 배치형 장치 또는 연속 막 형성 장치 등의 공지의 장치로부터 선택할 수 있다. 분광 감도 및 전압을 증가시키기 위해서 소위 탠덤 셀 또는 두개 이상의 반도체 접합부로 된 라미네이트를 포함하는 트리플 셀을 본 발명의 태양 전지에 적용할 수 있다.
상부 전극(투명 전도성 막; 303)은 반도체 층(302)에서 발생된 기전력을 취출하기 위한 전극으로서 상기 하부 전극과 쌍을 이룬다. 상부 전극은 광 입사측 상에 위치하기 때문에 투명해야 하며, 투명 전도성 막으로 불린다.
상부 전극(303)은 태양 및 반도체 층(302)의 형광등 등으로부터의 광을 효율적으로 흡수하기 위해 85 % 이상의 광 투과율을 갖는 것이 바람직하며, 전기적으로는 반도체 층(302)에 대해 수평한 광의 흐름에 의해 발생된 전류를 만들기 위해 100 Ω/□ 이하의 시트 저항값을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 특성을 갖는 재료의 예로는 SnO2, In2O3, ZnO, CdO, CdSnO4및 ITO (In2O3＋SnO2) 등의 금속 산화물이 있다.
상부 전극(303)의 제조 공정은 필요에 따라 저항 가열 증착 공정, 전자 비임 가열 증착 공정, 스퍼터링 공정 및 스프레이 공정으로부터 적절하게 선택된다.
상기 태양 전지 요소의 전기력 발생 활성 영역을 결정하기 위하여 예를 들어 화학 에칭, 인쇄 에칭 및 전기화학 에칭 등의 공지의 에칭 기술 중에서 선택된 방법에 의해 상기 투명 전도성 막(303)의 일부를 제거함으로써 304의 에칭선을 형성할 수 있다.
그 다음에, 집전기 전극(305)은 스퍼터링, 증착, 인쇄 또는 접착 등의 방법에 의해 금속 또는 전도성 페이스트를 패턴화시킴으로써, 또는 전도성 페이스트를 사용하여 금속 라인을 투명 전도성 막에 고정함으로써 형성된다.
이러한 방식으로 제조된 비정질 태양 전지는 높은 가요성을 가지게 되어 본 발명에 적합한 특성을 갖는 가요성 태양 전지이다. 태양 전지의 지붕 패널 상의 위치는 지붕 패널과의 동시 처리와 관련된 작업 폭 내에서만 바람직하게 한정된다.
본 발명의 지붕 패널은 이것의 종방향에 대해 수직 방향으로 굽힐 수 있는 구조로 제조되므로, 집전기 전극(305)의 종방향은 수평 루핑 지붕의 종방향과 일치하는 방향이 되게 결정되는 것이 바람직하다. 이러한 것은 집전기 전극의 분리를 방지할 수 있다.
(1-3. 밀봉 재료)
밀봉 재료(103)의 양호한 실시예로는 태양 전지 요소와의 접착성, 내기후성 및 완충 효과 등의 관점에서 EVA(에틸렌-비닐 아세테이트), EEA(에틸렌-에틸아크릴레이트), PVB(폴리비닐 부티랄) 등이 있다. 기계적 특성을 향상시키기 위해, 어떤 경우에는 부직 유리 섬유 또는 실리카와 같은 충전재와 함께 사용된다.
(1-4. 표면 필름)
방습 및 긁힘 내성을 향상시키기 위해, 내기후성의 관점에서 불소계 수지를 표면 필름(110)에 적용하는 것이 바람직하다. 불소계 수지의 예로는 테트라플루오로에틸렌 중합체, TFE[듀퐁(Dupont)사로부터 구입할 수 있는 테프론(TEFLON) 등], 테트라플루오로에틸렌과 에틸렌의 공중합체, ETFE[듀퐁(Dupont)사로부터 구입할 수 있는 테프젤(TEFZEL) 등], 폴리플루오로비닐[듀퐁(Dupont)사로부터 구입할 수 있는 테들라(TEDLAR) 등], 폴리클로로플루오로에틸렌, CTFE[다이킨 고교(Daikin Kogyo)로부터 구입할 수 있는 네오플론(Neoflon)] 등이 포함된다. 내기후성을 향상시키기 위해 이와 같은 수지에 공지의 초자외선 흡수재를 추가할 수 있다. 접착층과의 접착성을 향상시키기 위한 보다 바람직한 필름은 코로나 방전 처리 등의 방법에 의해 표면을 거칠게 한 필름이다. 또한, 여러 종류의 굽힘에 대비될 수 있도록 하기 위해서는 무방향성 필름이 보다 더 바람직하다.
(1-5. 밀봉 방법)
밀봉 방법은 기판, 충전재, 태양 전지 요소, 충전재, 표면 필름을 적층시키고 이어서 이 적층체를 진공 적층기에 의해 가열, 가압 하의 진공에서 가압한다. 밀봉 후에 기판의 연부를 지붕 패널의 형상으로 굽힌다.
(1-6. 접속함)
접속함(104)은 전력을 출력하는 단자를 수납하기 위한 박스이다. 접속함(104)의 재료는 내열성, 방수성, 전기 절연성 및 시효성이 우수해야 한다.
위와 같은 인자들을 고려할 때, 접속함의 바람직한 재료로는 플라스틱이 있고, 내염성을 고려할 때에는 내염성 플라스틱 및 세라믹과 같은 재료가 바람직하다.
플라스틱의 예로는 강도, 내충격성, 내열성, 경도 및 시효성이 우수한 노릴(Noryl), 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 수정 PPO, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 불포화 폴리에스테르, 페놀 수지, 에폭시 수지 등과 같은 엔지니어링 플라스틱이 포함된다.
접속함은 방수성, 전기 절연성 및 시효성의 관점에서 물과 관계되는 부분으로부터 떨어지게 위치되는 것이 바람직한데, 그러한 위치는 전혀 한정적인 것이 아니지만 배선부를 쉽게 찾을 수 있는 위치에 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 실시예의 접속함은 지붕 패널의 배면 상의 중앙 부분에 배치되는데, 이에 의해 양극 단자와 음극 단자가 반대 방향으로 배선되는 경우에는 전선이 엉키는 것을 피하기 위해 특별한 주의가 요구된다.
물이 돌발적으로 누출되는 경우에 누전을 방지하기 위해서 본 발명에서는 접속함의 내부를 충전재로 충전한다. 충전재에 대해 특별한 제한은 없지만, 바람직한 충전재용 재료는 에폭시 수지계 접착제, 실리콘계 포팅제(potting agent), 전기 절연성이 우수한 실리콘계 접착 밀봉제를 포함한다. 실리콘계 수지는 가요성 등을 고려할 때 보다 더 바람직하다. 가공성을 추가로 고려할 때의 양호한 재료로는 경화 시간이 짧은 단부품형 재료 및 아주 미세한 부품을 충전시키기에 용이한 점성이 낮은 재료가 있다. 실리콘 단부품형 RTV 고무를 사용하는 경우, 전극의 부식을 방지하기 위해서는 경화법이 탈아세트화형 또는 탈알콜화형으로 이루어지는 것이 바람직하다.
쓰리 본드 캄파니 리미티드(Three Bond Co., Ltd.)로부터 구입 가능한 에폭시 수지계 접착제의 예로는 상표명 2001, 2002H, 2003, 2016 및 2022가 있는데, 이러한 에폭시 수지들은 상표명 2102, 2103, 2104, 2105F, 2105C, 2106, 2131, 2131D, 2131F 및 2163의 경화제로부터 선택된 경화제와 소정의 비율로 혼합하여 사용할 수 있다.
(1-7. 배선 부재)
본 발명은 배선 방법에 특별한 제한을 두지 않으며, 공지된 여러 종류의 배선 재료와 배선 수단을 적용할 수 있다. 특히 배선 구조가 지붕 패널의 배면에 제공되었을 때에 방수성 및 내기후성에 대한 조건이 완화될 수 있고, 이에 따라 위와 같은 구조는 저렴한 재료로 제조되는 실내 배선 재료를 사용할 수 있는 이점이 있다. 본 실시예에서처럼, 배선 재료들 사이의 접속을 위하여 커넥터가 사용되는 경우, 점검 시에 배선을 쉽게 단속시킬 수 있어서 점검이 용이하다.
2. 지붕 패널의 설치와 관련된 부재
(2-1. 조인트)
어느 한 지붕 패널의 측면 연부가 그 지붕 패널에 인접한 또 다른 지붕 패널의 측면 연부와 도6에 도시된 바와 같은 배수 구조에 의하여 지붕의 흐름에 수직한 방향으로 연결되어서 조인트 배수판(207), 조인트 커버판(208) 및 유지판(211)을 구성한다.
조인트 배수판(207)은 물이 측면 패널로부터 하부 지붕 패널로 흐르도록 하기 위한 판인데, 이것은 여러 가지의 공지된 배수판들 중에서 선정된다.
유지판(211)은 측면 패널을 고정하고 또한 결합 커버(208)를 기계적으로 고정하기 위한 기초대이다. 결합 커버(208)는 유지판의 고정구 안으로 빗물이 유입되는 것을 방지하고 또한 연결 부품의 외관을 유지하기 위한 부재이다.
본 발명에 따라서 태양 전지와 지붕 패널을 조합하는 것은 지붕 패널과 태양 전지가 중합체 충전재에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있도록 구성되므로, 조인트 배수판과 조인트 커버판에 인접한 태양 전지들을 서로 절연시켜야 하는 특별한 절연 기구가 필요치 않게 되는데, 이와 같은 특별한 절연 기구에 대해서는 일본 공개 특허 (소)59-15260호에 개시되어 있으며 통상의 결합구의 재료와 유사한 재료가 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서는, 배선부가 인출될 수 있도록 하기 위해 결합 배수판(207)과 개구부(212) 아래에 배선부 통과 공간이 마련되고, 이에 의해 지붕을 설치한 후에는 결합 커버(208)를 제거하게 되면 각각의 태양 전지의 출력을 측정할 수 있는 구조를 얻을 수 있다.
(2-2. 유지 클립)
유지 클립(206)은 지붕 패널을 지붕 기부에 고정하기 위한 금속 설치구이고, 지붕 패널의 형상에 대응하는 여러 가지의 형상이 공지되어 있다. 유지 클립은 바람에 저항하여 실질적으로 지지하기 위한 부재이고, 그 두께는 지붕 패널의 두께보다 두꺼우며 일반적으로는 충분한 기계적 강도를 갖는 강 부재가 사용된다.
본 실시예는 도3에 도시된 바와 같은 2개의 클로를 구비하는 유지 클립을 사용하는데, 상기 클로중 제1 클로는 하부 패널을 고정하고 제2 클로는 상부 패널을 고정한다.
(2-3. 고정구)
고정구(214)는 2개의 시임 결합 지붕 패널을 서로 기계적으로 결합시키기 위한 부재로서, 블라인드 리벳, 나사, 드릴 나사 등 중에서 선택된다. 어느 경우에나, 고정구는 쉽게 제거될 수 있어야만 지붕 패널을 설치한 후에도 지붕 패널을 해체할 수 있다. 본 발명의 지붕 패널은 시임 결합부를 단절시킨 후에 지붕 패널을 위로 구부릴 수 있게 하는 굴곡 강성을 갖는 부재이므로, 여기에 사용된 기판은 비교적 얇다. 따라서, 지붕 패널을 시임 결합부에 고정구(213)로 결합시킴으로써 강도를 증가시키는 것이 바람직하다.
(2-4. 지붕 기층 재료)
지붕 기층 재료(204)는 지붕 재료를 고정하기 위한 기부를 제공할 수 있는 재료라면 어떤 재료라도 가능하고, 특별히 바람직한 재료로는 단열성이 있는 판, 구체적으로는 평평한 목판으로 이루어진 외장 지붕 판재, 몰타르, 시멘트 엑셀시어(excelsior) 판재, 플리우드, 시멘트 칩 및 절연 판재가 있다.
지붕 기층 재료는 발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌, 유리 모, 암모 등의 단열 재료로 이루어진 기판을 구비할 수 있다.
열전도성이 0.2 kcal/m,hr℃ 이하인 단열 재료를 사용하는 경우, 지붕 패널(209)과 지붕 기층 재료(204) 사이에서 공기가 가열되고, 그 결과 비정질 실리콘 태양 전지를 태양 전지로서 사용하는 경우에는 비정질 실리콘 태양 전지의 성능 약화가 위와 같은 열에 의해서 회복된다. 이러한 것은 비정질 실리콘 태양 전지의 성능을 향상시킬 수 있게 되므로, 이와 같은 배열은 지붕 기층 재료용으로 적합하다.
또한, 서까래, 아스팔트 지붕 등이 종래의 공지된 재료로부터 선택될 수도 있다.
[실시예]
(실시예 1)
위에서 설명한 실시예에 있어서, 상단 결합부는 도11에 도시된 바와 같이 안쪽으로 다시 접히는데, 이에 의해 기계적 강도가 더 향상된다. 본 실시예는 하단 결합부와 블라인드 리벳(214) 사이의 결합을 강화시키는 효과와, 상단 결합부의 기계적 강도를 향상시키는 효과를 가지며, 이에 따라 바람 저항성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시예는 일례로 동, 납 또는 아연 합금과 같은 기계적 강도가 낮은 재료로 기판(204)이 제조되는 경우에 특히 적합하다.
본 실시예의 지붕 패널은 200 mm의 가공 폭과 1500 mm의 길이로 제조되고, 0.125 mm의 스텐레스강 상에 형성된 비정질 실리콘 태양 전지 필름이 기판으로서의 0.8 mm의 동판 상에 0.9 mm 두께의 밀봉 재료에 의해 밀봉되도록 제조된다. 밀봉 재료는 EVA 및 부직 유리 섬유로 이루어진 접착제 층과 12.5 ㎛의 테프젤 필름으로 이루어진 최외층을 갖는다. 결합부 근처에서의 밀봉 재료는 가공성을 고려하여 0.45 mm의 두께를 가지며 부직 유리 섬유는 함유하지 않는다.
(실시예 2)
본 실시예의 수평 루핑 지붕 재료는 도12에 도시되었다. 본 실시예의 특징은, 굴곡 강성이 아주 큰 강 시트를 지붕 기판(101)용으로 사용하고, 결합부 근처에는 밀봉 재료를 제공하지 않고, 결합을 위한 돌출부와 오목부가 결합부 근처에 마련된다는 점이다.
그러한 기능에 대해서는 지붕의 흐름 방향에서의 연결 상태를 도시한 도13과 관련하여 설명한다. 상부 패널과 하부 패널과의 연결은 클로(232)가 설치되었을 때 하부 패널의 상단 결합부 안으로 삽입하고 그 후에 돌출부(231)를 오목부(230) 안으로 삽입함으로써 이루어진다. 돌출부(231)가 오목부 안으로 삽입되면 이 돌출부는 그것의 강성으로 인해 안쪽으로 팽창하고 이에 따라 기계적 강도가 더 향상되는 기능을 갖게 된다.
설치 후에 결합부는 볼트, 블라인드 리벳 등에 의해 고정되지 않으므로 상부 패널은 클로(232)가 나사 드라이버 등과 같은 캐칭 지그에 의해서 우선 풀리고 이어서 삽입 설치부가 굴곡 강성을 이용함으로써 당겨진 후에 위로 굽혀진다. 따라서, 본 실시예는 보수 유지 작업을 더 용이하게 하는 양호한 특성을 갖게 된다.
돌출부(231)는 외측에서 보았을 때 홈과 같은 형상을 하며, 돌출부(231)와 오목부(230)는 바닥에서 천공되어 배출 구멍(233)을 갖게 되고, 이에 따라 빗물 등의 유입에 따른 지붕 패널의 부식을 방지하는 구조를 이룰 수 있다. 또한, 하부 패널의 상단 결합부의 외벽은 도13에 도시된 바와 같이 상부 패널의 하단 결합부와 견고하게 접촉하는 구조로 되어 있는데, 이러한 것은 배수성이 우수한 구조를 건조하게 된다.
본 실시예의 지붕 패널은 200 mm의 가공 폭과 1500 mm의 길이로 제조되고, 0.125 mm의 스텐레스강 상에 형성된 비정질 실리콘 태양 전지 필름이 지붕 기판으로서의 0.20 mm의 고 굴곡 강성 강 시트 상에 0.9 mm 두께의 밀봉 재료에 의해 밀봉되도록 제조된다. 밀봉 재료는 EVA 및 부직 유리 섬유로 이루어진 접착제 층과 12.5 ㎛의 테프젤 필름으로 이루어진 최외층을 갖는다. 기판의 복잡한 가공 처리를 위해서 그리고 굴곡 강성을 유지하기 위해서 결합부 근처에는 밀봉 재료가 사용되지 않는다.
(실시예 3)
본 실시예 3의 수평 루핑 지붕 패널이 도14에 도시되어 있다. 본 실시예의 특징은 결합부가 실시예1에서의 방향과 반대되는 방향으로 굽혀지고 이에 의해 유지 클립이 필요 없게 된 점인데, 도15는 본 실시예의 지붕 패널의 연결 상태를 지붕의 흐름 방향에서 도시한 것이다.
도면 부호 240은 나사를 수용하기 위한 나사 수용 부재이다. 나사 수용 부재(240)는 용접 도는 구조적 접착과 같은 공지의 방법에 의해서 기판에 접착되고, 지붕 패널(209)은 나사(241)에 의해 나사 수용 부재(240)에 고정된다.
본 실시예는 유지 클립이 필요 없으며, 유지 클립이 필요 없기 때문에 유지 클립이 없는 부분에는 틈새가 형성되지 않고, 이에 따라 뒤로 접힌 하부 패널은 상부 패널과의 접착성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있고, 따라서 강한 배수의 이점이 실현된다.
본 실시예의 지붕 패널은 200 mm의 가공 폭과 1500 mm의 길이로 제조되고, 0.125 mm의 스텐레스강 상에 형성된 비정질 실리콘 태양 전지 필름이 지붕 기판으로서의 0.25 mm의 아연 도금 철판 시트 상에 0.9 mm 두께의 밀봉 재료에 의해 밀봉되도록 제조된다. 밀봉 재료는 EVA 및 부직 유리 섬유로 이루어진 접착제 층과 12.5 ㎛의 테프젤 필름으로 이루어진 최외층을 갖는다. 기판의 복잡한 가공 처리를 위해서 그리고 굴곡 강성을 유지하기 위해서 상단 결합부 근처에는 밀봉 재료가 사용되지 않는다.
(실시예 4)
본 실시예 4의 수평 루핑 지붕 패널이 도16에 도시되어 있다. 본 실시예의 특징은 큰 홈(108)이 상단 결합부 내에 마련된다는 것인데, 이러한 홈은 도17에 도시되어 있는 바와 같이 유지 클립(206)을 삽입하기 위한 것이다. 도면 부호 251은 유지 클립과 지붕 패널 사이의 홈에 충전되어 빗물이 스며드는 것을 차단하는 기능을 하는 밀봉제를 나타내는 것이다.
도면 부호 250은 드릴 나사로서, 이 드릴 나사는 상부 패널과 유지 클립과 하부 패널을 관통하여 고정된다. 본 실시예에서, 상부 패널은 하부 패널뿐만 아니라 고정구로 하부 패널을 고정시키기 위한 유지 클립에도 고정되므로 지붕 패널의 바람 저항성은 매우 크다.
도면 부호 107은 조합된 태양 전지와 지붕 패널이 발에 밟혔을 때에 뭉개지는 것을 방지하기 위한 완충 부재를 나타내는 것이다. 완충 부재는 발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌 등의 공지의 완충 재료 중에서 선택될 수 있으며, 수평 루핑 지붕의 종방향을 따라서 나무, 플라스틱 등의 비임을 설치하는 것도 가능하다.
본 실시예의 지붕 패널은 275 mm의 가공 폭과 1500 mm의 길이로 제조되고, 0.125 mm의 스텐레스강 상에 형성된 비정질 실리콘 태양 전지 필름이 지붕 기판으로서의 0.30 mm의 아연 도금 강 시트 상에 0.9 mm 두께의 밀봉 재료에 의해 밀봉되도록 제조된다. 밀봉제에 있어서는 접착성 및 전기 절연성이 필수적인 것은 아니지만, 여기서 사용되는 밀봉제는 빗물이 스며드는 것을 억제하데 있어 효과적이며 열적인 약화 등에 대해 강한 실리콘 밀봉제이다.
밀봉 재료는 EVA 및 부직 유리 섬유로 이루어진 접착제 층과 12.5 ㎛의 테프젤 필름으로 이루어진 최외층을 갖는다. 기판의 복잡한 가공 처리를 위해서 상단 결합부 근처에는 밀봉 재료가 사용되지 않는다.
(실시예 5)
본 실시예 5의 수평 루핑 지붕 패널이 도18에 도시되어 있다. 본 실시예의 특징은 유지 클립이 2개의 구성 부재(260, 261)로 이루어지고, 이에 따라 도19에 도시된 바와 같은 구조를 가지게 되고, 구성 부재(260)는 상부 지붕 패널과 결합하여 배수부로서의 기능을 하고 구성 부재(261)는 개장 지붕판에 고정된다는 것이다.
보다 상세하게 설명하자면, 구성 부재(260)는 지붕 패널과 동일한 폭을 가지며, 도면 부호 361은 2개의 구성 부재를 결합시키기 위한 블라인드 리벳을 나타내는 것이다. 리벳을 위한 구멍의 유격은 아주 작으므로 지붕(209)을 들어올리는 바람의 힘은 구성 부재(260)로부터 클로(262)를 통하여 구성 부재(261)에 바로 전달된다. 따라서, 바람에 대한 저항에 있어서, 바람의 힘이 선형적으로 분산되어 수용되므로 바람 저항성을 아주 향상시킬 수 있는 기능이 달성된다.
본 실시예는 앞의 실시예에서처럼 지붕 패널을 직접 뚫어서 고정할 필요가 없으므로 금속 지붕에 특정되는 열 팽창 및 수축을 흡수할 여유가 크며 흐름 방향(릿지로부터 처마까지의 방향)에서의 하나의 지붕 패널을 확장할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예는 금속 피로 등에 대한 내피로성을 크게 향상시키는 특별한 기능적 효과도 갖는다.
도면 부호 107은 조합된 태양 전지와 지붕 패널이 발에 밟혔을 때 지붕 패널이 뭉개지는 것을 방지하기 위한 완충 부재를 나타내는 것이다. 완충 부재는 지붕 패널의 종방향에 평행하게 배치된다. 이에 의해, 완충 부재는 지붕 패널이 위로 굽혀지는 동안에 방해되지 않는다. 완충 부재는 발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄, 발포 폴리에틸렌 등의 공지의 완충 재료 중에서 선택될 수 있으며, 수평 루핑 지붕의 종방향을 따라서 나무, 플라스틱 등의 비임을 설치하는 것도 가능하다.
본 실시예의 지붕 패널은 275 mm의 가공 폭과 1500 mm의 길이로 제조되고, 0.125 mm의 스텐레스강 상에 형성된 비정질 실리콘 태양 전지 필름이 기판으로서의 0.30 mm의 아연 도금 강 시트 상에 0.9 mm 두께의 밀봉 재료에 의해 밀봉되도록 제조된다. 밀봉 재료는 EVA 및 부직 유리 섬유로 이루어진 접착제 층과 12.5 ㎛의 테프젤 필름으로 이루어진 최외층을 갖는다. 기판의 복잡한 가공 처리를 위해서 결합부 근처에는 부직 유리 섬유가 배제되고, 밀봉 재료의 두께는 보다 얇은 0.45 mm로 설정된다.
본 발명에 의하면, 설치한 태양 전지 일체형 지붕 패널의 고장을 용이하게 색출할 수 있어서 고장난 판을 교체하는 것이 용이하기 때문에 태양 전지 특유의 보수 관리에 효과적으로 대응할 수 있다. 또한, 번거로운 배선 작업으로부터 생기는 설치 오류 등을 용이하게 수정할 수 있다. 또한, 종래에서와 동일한 내풍압 강도를 유지할 수 있어서 수평 루핑 지붕으로서도 보수 유지성의 향상을 도모할 수 있기 때문에 보수 점검 작업의 비용을 낮출 수 있는 등의 효과도 갖는다.

Claims (28)

  1. 하류측 지붕 패널의 상단 결합부가 상류측 지붕 패널의 하단 결합부와 시임 결합되고, 적어도 상기 하단 결합부는 상기 시임 결합을 해제하기에 충분한 굴곡 강성을 갖는 구성으로 된 지붕.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하류측 지붕 패널의 상단 결합부는 유지 클립에 의해 지붕 기층 재료에 고정되고, 상기 유지 클립은 상기 시임 결합을 해제하여서 상기 상류측 지붕 패널을 들어올림으로써 노출되는 것을 특징으로 하는 지붕.
  3. 제1항에 있어서, 상기 시임 결합 부분에서 상기 하류측 지붕 패널과 상류측 지붕 패널이 고정구에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 지붕.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고정구가 리벳인 것을 특징으로 하는 지붕.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하류측 지붕 패널의 상단 결합부에 나사 고정 부재가 마련되고, 상기 시임 결합 부분에서 상기 하류측 지붕 패널과 상류측 지붕 패널과 나사 고정 부재가 나사에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 지붕.
  6. 제2항에 있어서, 상기 하류측 지붕 패널과 상류측 지붕 패널과 유지 클립이 나사에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 지붕.
  7. 제1항에 있어서, 상기 상단 결합부가 유지 클립과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 지붕.
  8. 제1항에 있어서, 상기 하류측 지붕 패널의 상단 결합부가 오목부를 구비하고, 상기 상류측 지붕 패널의 하단 결합부가 돌출부를 구비하며, 상기 돌출부는 상기 오목부 안에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 지붕.
  9. 제2항에 있어서, 상기 하류측 지붕 패널의 상단 결합부가 그 안에 삽입되는 상기 유지 클립용의 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 지붕.
  10. 제2항에 있어서, 상기 유지 클립이 상기 상류측 지붕 패널의 하단 결합부와 결합되는 제1 부재와 상기 하류측 지붕 패널의 상단 결합부와 결합되는 제2 부재로 이루어지고, 상기 제1 부재의 폭은 상기 상류측 지붕 패널의 종방향 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 지붕.
  11. 제1항에 있어서, 상기 지붕 패널은 태양 전지 요소가 기판 상에 수지로 고정되어 있는 태양 전지와 지붕 패널의 조합이고, 태양 전지와 지붕 패널의 조합 각각은 태양 전지 요소의 전력을 출력하기 위한 접속함과 그 배면 상의 배선 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 지붕.
  12. 제11항에 있어서, 태양 전지 요소 상에서의 집전기 전극의 종방향은 지붕 패널의 종방향과 평행인 것을 특징으로 하는 지붕.
  13. 제11항에 있어서, 상기 연결 부재보다 높은 완충 부재가 상기 지붕 패널의 배면 상에 마련된 것을 특징으로 하는 지붕.
  14. 제11항에 있어서, 상기 태양 전지 요소가 비단결정 반도체인 것을 특징으로 하는 지붕.
  15. 지붕의 흐름 방향에 수직한 방향으로 서로가 인접하는, 태양 전지와 지붕 패널과의 2개의 조합이 조인트 배수판에 설치되고, 유지판과 조인트 커버가 조인트 배수판에 배치되고, 지붕 패널과 상기 조인트 배수판과 유지판에는 개구부가 마련되고, 태양 전지와 지붕 패널과의 2개의 인접하는 조합이 상기 조인트 배수판 아래에서 서로 전기적으로 접속되는 구성의 지붕.
  16. 지붕을 설치하는 방법에 있어서, 하류측 지붕 패널의 상단 결합부를 유지 클립으로 지붕 기층 재료에 고정시키고 하류측 지붕 패널의 상단 결합부와 상류측 지붕 패널의 하단 결합부를 시임 결합시키는 것을 반복적으로 실행하는 단계를 포함하고, 적어도 상기 하단 결합부는 상기 시임 결합을 해제하기에 충분한 굴곡 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 하류측 지붕 패널과 상류측 지붕 패널이 시임 결합된 후에 고정구로 서로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 유지 클립은 상기 시임 결합을 해제하여서 상기 상류측 지붕 패널을 들어올림으로써 노출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 지붕을 설치하는 방법에 있어서, 태양 전지와 지붕 패널과의 2개의 인접하는 조합을 개구부를 구비하는 조인트 배수판 상에 설치하는 단계와, 태양 전지와 지붕 패널과의 2개의 인접하는 조합을 개구부에 전기적으로 접속시키는 단계와, 유지판과 조인트 커버를 상기 조인트 배수판과 지붕 패널 상에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제1 지붕 패널의 상단 결합부와 제2 지붕 패널의 하단 결합부가 서로 시임 결합되고, 제2 지붕 패널이 유지 클립에 의해 지붕 기층 재료에 고정되고, 제2 지붕 패널의 상단 결합부와 제3 지붕 패널의 하단 결합부가 서로 시임 결합되고, 상기 제2 지붕 패널과 제3 지붕 패널의 하단 결합부가 굴곡 강성을 갖는 지붕용의 지붕 패널을 제거하는 방법에 있어서,
    상기 시임 결합을 해제하기 위하여 상기 제2 지붕 패널과 제3 지붕 패널의 하단 결합부를 당기는 단계와, 상기 제3 지붕 패널을 들어올리는 단계와, 상기 제2 지붕 패널을 고정하는 유지 클립을 제거하여 상기 제2 지붕 패널을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 하류측 지붕 패널의 상단 결합부와 상류측 지붕 패널의 하단 결합부가 서로 시임 결합되어 있고, 적어도 상기 하단 결합부는 상기 시임 결합이 해제될 수 있게 하는 굴곡 강성을 가지며, 상기 지붕 패널은 태양 전지를 각각 포함하는 태양 전지와 지붕 패널의 조합이고, 상기 태양 전지의 출력은 전력 변환 장치에 연결되어 있는 구성으로 된 지붕의 발전 시스템.
  22. 태양 전지 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 태양 전지 요소를 수지로 기판에 고정시키는 단계와, 굴곡 강성을 갖는 절곡부를 형성하기 위하여 상기 기판의 한 측면을 굽히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 태양 전지 요소가 수지로 기판에 고정되어 있는 태양 전지 모듈의 기판의 한 측면을 굽히고 이에 의해 굴곡 강성을 갖는 절곡부를 형성하는 단계를 포함하는 지붕 패널을 제조하는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 절곡부가 수지를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 절곡부의 굴곡 강성이 1.6×104kgcm2보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 태양 전지 모듈을 설치하는 방법에 있어서, 다수의 태양 전지 모듈이 직렬로 연결되어 있는 다수의 태양 전지 열을 형성하는 단계와, 다수의 태양 전지 열의 출력부를 서로 독립되게 DC 접속함에 안내하는 단계와, 다수의 태양 전지 열의 출력부를 DC 접속함 내측에 병렬로 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 태양 전지 열 각각의 출력 전압은 변환기의 입력 전압과 일치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 태양 전지 열 각각이 병렬 접속부 앞에 차단기를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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