KR20010093784A - 하이브리드 지붕 덮개 소자 - Google Patents

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샬크비즈크 피이터 코르넬리스; 페트귄터
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Abstract

본 발명은 3.5kJ/㎡K 이하, 바람직하게는 600J/㎡K 이하의 열 용량을 갖는 가요성이 있는 박막 태양광 전지 박판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자에 관한 것이다. 상기 가요성 박막 태양광 전지 박판은 순플럭스 변화에 대한 단위 시간당 온도의 변화로서 정의되는 5.7×10-4K/W 이상의 응답 속도, 바람직하게는 11×10-4K/W 이상의 응답 속도를 갖는다. 상기와 같은 낮은 열 용량을 갖는 박막 태양광 전지 박판을 사용함으로써 높은 응답 속도를 갖는 하이브리드 지붕 덮개 소자를 얻을 수 있다. 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정, 더 구체적으로는 임시 기판을 사용되는 롤-투-롤 공정에 의해 제조된 박막 태양광 전지 박판은 본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용되는 것이 바람직하다.

Description

하이브리드 지붕 덮개 소자{HYBRID ROOF COVERING ELEMENT}
본 발명은 박막 태양광 전지 박판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자에 관한 것이다. 하이브리드 지붕 덮개 소자들은 지붕 구조물 위 또는 지붕 구조물에 장착되거나, 건물 또는 원한다면 독립형 시스템으로 통합될 수 있는 소자들이며, 태양광 에너지는 두 가지 방법으로 사용된다. 한편으로는, 태양광 에너지가 박막 태양광 전지 박판에 의해 전기로 변환되고, 다른 한편으로는, 태양광 에너지가 공기 및/또는 물과 같은 기체 및/또는 액체의 매체를 가열하기 위하여 사용된다.
박막 태양광 전지 박판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자들이 알려져 있으며, 미국 특허 출원 제 5,589,006호 및 유럽 특허 출원 제 0 820 105호에 설명되어 있다. 미국 특허 출원 제 5,589,006호에는 구조상 상부에서 하부로 투명 코팅제로 구성된 상부층, 충전물로 만들어진 박막 태양광 전지, 배면 절연 멤버, 충전물층, 및 지붕판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자가 설명되어 있다. 공기가 상기 지붕판 아래로 통과된다. 유럽 특허 출원 제 0 820 105호에는, 박막 태양광 전기 박판이 높은 하중 지지 용량(load bearing capacity)과 높은 가공성을 갖는 배면 플레이트 상에 제공되어, 상기 플레이트가 원하는 모양, 구체적으로는 사다리꼴 모양으로 자유롭게 구부러질 수 있는 시스템이 기술되어 있다. 공기가 배면 플레이트 아래와 박막 태양광 전지 박판 위로 통과된다.
이러한 하이브르드 지붕 덮개 소자들이 적절하게 기능을 하더라도, 특히 열 발생 효율 면에서 개선되어야 한다.
낮은 열 용량을 갖는 박막 태양광 전지 박판을 가열될 매체에 직접 접촉시킴으로써 본 분야에서 쉽게 개선될 있다는 것이 지금까지 확인되었다. 이것은 상기 박막 태양광 전지 박판 자체를 가열하는데 낮은 에너지가 필요하고, 유효 공정 동안 많은 에너지가 남아있기 때문에, 지붕 덮개 소자 부분에 대한 더 높은 효율을 나타내게 된다. 이것은 하이브리드 지붕 덮개 소자부에 대한 더 높은 응답 속도로 나타난다. 따라서, 본 발명은 3.5kJ/㎡K 이하의 열 용량, 바람직하게는 600J/㎡K 이하의 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 태양광 전지 박판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용된 박막 태양광 전지 박판은 유연성있는 박막 태양광 전지 박판이다. 상기 박판의 가요성은 많은 이유에서 장점이 있다. 첫째로, 상기 가요성으로 지붕 덮개 소자들을 조립될 장소까지 둥글게 말린 형태로 운반할 수 있다. 둘째로, 유리 캐리어 같은 경질 박막 태양광 전지보다 더 쉽게 원하는 크기로 가요성의 박막 태양광 전지를 분할할 수 있다. 세번째로, 가요성의 박막 태양광 전지 박판의 사용으로, 원한다면 박막이 다른 방법으로 지붕 덮개 소자로 통합되어, 결과적으로 태양과 마주보고 있는 박막의 위치를 최적화시킬 수 있고, 원하는 미적 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 가요성있는 박막 태양광 전지 박판이 가장 평범한 평면판으로 만들어질 수 있을 뿐만 아니라, 사다리꼴 모양 또는 다른 원하는 모양으로 구부러질 수 있다. 롤-투-롤(roll-to-roll)공정에 의해 제조된 박막 태양광 전지 박판은 특히 운송의 편리성과 원하는 크기로의 절개의 편리성을 충분히 만족시키는 장점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용된 박막 태양광 전지 박판은 일반적으로 가요성있는 캐리어, 배면 전극, 광기전력층, 및 투명 전면 전극으로 구성된다. 원한다면, 상기 박막 태양광 전지 박판에는 하나 이상의 보호층 또는 다른 상부층이 제공될 수 있다. 상기 박막 태양광 전지 박판의 열 용량은 주로 캐리어의 특성과, 존재하는 보호층 또는 상부층의 특성에 의해 결정된다. 이러한 재료들을 선택할 때, 열 용량에 대한 원하는 특성이 확실히 얻어지도록 하는 것이 중요하다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용된 박막 태양광 전지 박판은 1000㎛ 이하, 적절하게는 500㎛ 이하, 최적으로는 300㎛ 이하의 전체 두께를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로 말해서, 상기 박막 태양광 전지 박판이 얇을 수록, 열 용량은 더 낮아진다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용된 박막 태양광 전지 박판은 1400g/㎡ 이하, 적절하게는 700g/㎡ 이하의 단위 표면적당 무게를 갖는 것이 바람직하다. 일반적으로 말해서, 상기 박막 태양광 전지 박판이 가벼울수록, 열 용량은 낮아진다. 또한, 박판이 가벼워짐에 따라 운송과 공정이 단순해지고, 비용이 절감된다.
상기 박막 태양광 전지 박판의 캐리어층에 적합한 재료는 열가소성 플라스틱 또는 열경화성 폴리머 필름, 이의 화합물, 및 선택적으로 그것에 대한 섬유 강화변형물을 포함한다. 적절한 열경화성 재료는 폴리이미드, 불포화 폴리에스테르, 비닐 에스테르, SI 등이다. 열가소성 플라스틱 재료는 반결정질은 물론 비결정질일 수 있다. 적절한 비결정질 열가소성 플라스틱의 실례는 PEI, PSU, PC, PPO, PES, PMMA, SI, PVC, PVDC, FEP, 및 다른 다양한 불소함유 폴리머 등이다. 적절한 반결정질 재료는 PET, PEN, PEEK, PEKK, PP, 및 PTFE 등이다. 적절한 액정 재료는 PPTA[Twaron, Aramica, Kevlar(모두 상표명)]이다. 용해, 유화, 또는 현탁액 주조된 막 뿐만 아니라, 용해되어 사출된 막이 사용될 수 있다. 일반적으로, 두 개의 축으로 압출된 막은 우수한 기계적 특성을 갖는다. 절연(유전체) 상부층이 제공된 금속막, 또는 폴리머와 에폭시 강화된 유리 섬유와 같은 섬유 강화재의 혼합물이 원한다면 또한 캐리어층으로서 제공된다. 캐리어 자체의 연화점 이하의 연화점을 갖는 열가소성 플라스틱 접착층이 제공된 중합체의 "공압출된(co-extruded)" 막이 적절하다. 선택적으로, 상기 공압출된 막에는, 예를 들어 알루미늄 또는 SiOx의 반확산층이 제공된다. 현재, 두 개의 축으로 압출된 폴리에스테르, 바람직하게는 무기질의 반확산 코팅이 제공된 폴리에스테르가 적절하다. 상기 캐리어의 두께는 75㎛ 내지 1㎜가 바람직하다. 적절한 범위는 100㎛ 내지 600㎛와 150㎛ 내지 300㎛이다. 상기에 나타낸 바와 같이, 롤-투-롤 공정에 의해 제조된 박막 태양광 전지 박판이 사용상 장점을 갖는다. 상기의 장점을 갖는 유연성있는 박막 태양광 전지 박판의 제조에 대한 롤 투 롤 공정은 다음의 단계로 이루어진다.
a. 임시 기판을 제공하는 단계
b. 투명한 전도성 전극을 상기 기판에 도포하는 단계
c. 광기전력층을 도포하는 단계
d. 배면 전극을 도포하는 단계
e. 영구 캐리어를 상기 배면 전극에 도포하는 단계
f. 상기 임시 기판을 제거하는 단계
g. 선택적으로 투명 보호층을 도포하는 단계
상기 공정이 하이브리드 지붕 덮개 소자들에 사용되는 박막 태양광 전지 박판의 제조에 장점이 있는 이유는 임시 기판을 사용하여 투명 전도 산화물의 전면 전극, 광기전력층, 및 배면 전극이 양질의 태양광 전지를 제조할 수 있는 조건하에서 도포될 수 있기 때문이다. 이후의 스테이지에서 상기 박막 태양광 전지 박판 상에 도포되는 영구 캐리어는 하이브리드 지붕 덮개 소자에 특별히 사용되도록 부여된 상기 조건을 쉽게 만족시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 그러나, 영구 기판이 전면 전극, 광기전력층 및 배면 전극을 도포하는 동안의 주요한 조건, 예를 들어 고온 조건에 견딜 필요는 없게 되어, 결과적으로 영구 캐리어를 선택하게 될 때 선택의 폭이 더 넓어지게 된다.
상기와 같은 이유로, 본 발명은 또한 상기 단계(a-g)를 포함하는 공정에 의해 제조된 박막 태양광 전지 박판을 포함하는 하이브리드 지붕 덮개 소자에 관한 것이기도 하다. 적절한 공정의 실례는 WO 98/13882와 WO 99/49483에 기술되어 있다.
배면 전극, PV층, 및 투명 전면 전극의 특성은 본 발명에서 중요하지 않다. 투명 전면 전극은 일반적으로 투명한 전도성 산화물(TCO)이다. 적절한 투명 전도성 산화물의 실례로는 인듐 주석 산화물, 아연 산화물, 알루미늄이 도핑된 아연 산화물, 플루오르, 또는 붕소, 카드뮴화황, 카드뮴산화물, 주석 산화물, 및 가장 적절한 불소 도핑된 SnO2등이 있다. 상기에서 마지막에 언급된 투명 전극 재료가 적절하고, 그 이유는 400℃ 이상의 온도, 바람직하게는 500 내지 600℃의 범위에서 열이 가해질 때 상기 재료가 원주형의 구조를 갖는 원하는 결정질 표면을 형성할 수 있기 때문이다. 또한, 상기 재료는 많이 사용되는 인듐 주석 산화물보다 화학물에 대한 내성이 크고, 비용이 훨씬 적게 든다.
본 발명의 명세서에서, "PV층" 또는 "광기전력층"의 용어는 광을 흡수하고 전기를 발생시키는에 필요한 층들의 전체 시스템을 포함하는 것이다. 적절한 층 구성은 그들을 도포하는 방법과 마찬가지로 알려져 있다. 해당 분야의 일반적인 종래 기술에 있어서, Yukinoro Kuwano에 의해 Ullmann's Encyclopedia의 Vol. A20(1992), 161에서 "Photovoltaic Cells" 와 Ullmann's Encyclopedia의 Vol. A24(1993), 369에서 "Solar Technology"로 언급되어 있다.
PV층의 제조에 다양한 박막 반도체들이 이용될 수 있다. 실례로는 비결정 실리콘(a-Si:H), 미결정 실리콘, 다결정 비정질 실리콘 카바이드(a-SiC), 비결정 실리콘 게르마늄(a-SiGe), 및 a-SiGe:H 등이 있다. 또한, 본 발명에 따른 박막 태양광 전지 박판의 PV층은, 예를 들어 CIS(동 인듐 디셀레나이드, CuInSe2) PV 전지, 카드뮴 텔루라이드 전지, Cu(In, Ga)Se 전지, ZnSe/CIS 전지, ZnO/CIS 전지, Mo/CIS/CdS/ZnO 전지, 및 감광성 색소 전지 등을 포함한다. 적층된 전지들이 또한적용된다.
상기 TCO가 불소 첨가된 주석 산화물을 포함할 경우, 상기 PV층은 비결정 실리콘층인 것이 적절하다. 상기 경우에, 일반적으로 PV층은, p 도핑된 층이 입사광을 수광하는 측 상에 정렬된 한 세트 또는 복수의 세트의 p 도핑 및 n 도핑된 비결정 실리콘층을 포함할 것이다.
본 발명에 따른 박막 태양광 전지 박판의 배면 전극은 반사기와 전극으로서의 역할을 한다. 배면 전극은 광반사 특성을 갖는 어떤 적절한 재료, 바람직하게는 알루미늄, 은, 또는 상기 두 층의 화합물을 포함할 수 있다. 은의 경우에는 먼저 접착 촉진층을 도포하는 것이 바람직하다. TiO2와 ZnO가 접착 촉진층에 적합한 재료의 실례이고, 예를 들어 약 80㎚의 적절한 두께로 도포될 때, 또한 반사 특성을 갖는 이점이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자는, 박막 태양광 전지 박판이 충전물로 만들어지거나, 하중 지지 용량을 갖는 동판으로 만들어진 경질 내후성 캐리어 상에 존재하는 종래의 하이브리드 지붕 덮개 소자보다 더 높은 반응 속도를 가진다. 여기서, 응답 속도는 복사 강도가 변화할 때 가열되는 재료의 온도가 변화하는 비율을 의미한다. 따라서, 응답 속도는 순플럭스의 변화에 대한 단위 시간당 온도의 변화로 정의되고, 단위는 K/W이다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자의 경우에, 한편으로는 박막 태양광 전지 박판 자체의 응답 속도를 구별하고, 다른 한편으로는 열이 소실되는 매체의 응답 속도를 구별할 수 있다. 여기서, 후자의 값 또한 하이브리드 지붕 덮개 소자의 응답 속도로 언급된다. 박막 태양광 전지 박판 자체의 응답 속도는 하이브리드 지붕 덮개 소자의 제 1 징후이다. 본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 사용된 박막 태양광 전지 박판은 5.7×10-4K/W 이상의 응답 속도, 바람직하게는 11×10-4K/W 이상의 응답 속도를 갖는 것이 적절하다. 하이브리드 지붕 덮개 소자에서 가열되는 매체가 공기인 경우, 상기 지붕 덮개 소자의 응답 속도는 5.7×10-4K/W 이상이 적절하고, 11×10-4K/W 이상인 것이 더욱 바람직하다. 하이브리드 지붕 덮개 소자에서 가열되는 매체가 물인 경우, 상기 지붕 덮개 소자의 응답 속도는 1×10-4K/W 이상이 적절하고, 2×10-4K/W 이상인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자는 다른 형태로 구성될 수 있다. 전기와 온수를 동시에 발생시키는데 적합하고, 다른 방법으로, 전기와 뜨거운 공기를 동시에 발생시키는데 적합할 수 있다. 개별적인 상황에 따라서, 다른 기체나 액체 매체가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자는, 예를 들어 상부에서 하부로, 단일 또는 다수의 투명층, 박막 태양광 전지 박판, 및 단열 재료로 구성될 수 있다. 상기 투명층과 박막 태양광 전지 박판 사이 및/또는 상기 박막 태양광 전지 박판과 단열 재료 사이에 공기와 같은 가열될 매체를 포함하는 공간이 있다. 이 경우에, 상기 단일 또는 다수의 투명층은 70% 이상의 가시광의 투명도와 4W/㎡K 이하의 k 값을 갖는 것이 바람직하다. 상기 k 값은 패널의 절연 성능에 대해 종래의 기술에서 사용된 매개 변수이다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자는 공기를 가열하는데 적합한 지붕 덮개 소자에 관하여 하기에 상세히 기술되지만, 다른 매체의 가열이 대응하는 방법으로 실행될 수 있다는 것이 해당 분야에 통상적인 지식을 지닌 사람들에게 명백해질 것이다.
전기와 뜨거운 공기를 동시에 발생시키는데 적합한 본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자에 있어서, 찬공기가 한 쪽으로 도입되고 뜨거운 공기가 다른 쪽으로 배출되는 공간에 박막 태양광 전지 박판이 존재한다. 공기의 공급과 배출은 자연 통풍 또는 환기 장치에 의해 일어나게 된다.
지붕 덮개 소자에 있어서, 박막 태양광 전지 박판은 자유롭게 매달리도록 장착되어, 공기가 상기 박막 태양광 전지 박판의 어느 쪽으로도 통과될 수 있다. 원한다면, 상기 박막 태양광 전지 박판은 하이브리드 지붕 덮개 소자에서 양질의 절연 특성을 갖는 경질 기판 상에 장착될 수도 있다. 상기 후자의 경우에, 기판의 열 용량은 박막 태양광 전지 박판과 경질 기판의 결합된 열 용량이 3000J/㎡K를 초과하지 않도록 낮아야 한다. 상기 박막 태양광 전지 박판과 경질 기판의 결합된 열 용량은 900J/㎡K 이하인 것이 적절하고, 450J/㎡K 이하인 것이 더욱 바람직하다.
에너지 효율에 대해서, 상기 박막 태양광 전지 박판은 공기 챔버 내에 창착되어, 상기 박막 태양광 전지 박판이 어느 한 쪽을 지나는 공기 흐름과 접촉하게된다. 고정을 위하여, 경질 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 경질 기판은, 예를 들어 (발포성)플라스틱 또는 유사한 재료로 만들어지며, 가능한 얇은 형태로 구성된다.
상기 공기 챔버는 입사 태양광을 수광하는 쪽에서 충분히 절연되어야 하고, 이로 인해 발생된 열이 외부 공기로 손실되지 않게 된다. 이는 적절한 상부 절연층을 제공함으로써 이루어질 수 있다. 상기에 기술한 바와 같이, 이 상부층은 70% 이상의 가시광 투명도와 4W/㎡K 이하의 k 값을 갖는 것이 바람직하다. 초기에 관측된 바와 같이, 상기 박막 태양광 전지 박판이 평평하게 장착될 필요는 없다. 예를 들면, EP 0 820 105에 기술된 바와 같은 어떠한 모양 또는 다른 모양으로도 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 지붕 덮개 소자를 사용하여 온수를 얻는 가장 효율적인 방법은 하이브리드 지붕 덮개 소자에서 뜨거운 공기를 발생시키고, 이것을 이용하여 열 교환기를 통해 온수를 발생시키는 것이다.
실례 1.
전기와 뜨거운 공기를 동시에 발생시키는 하이브리드 지붕 덮개 소자는 다음의 구성 요소에 의해 구성된다. 상부에서 하부의 순으로, 날씨의 영향에 대비한 시일링, 하부에 공기가 흐를 수 있는 투명한 절연 플라스틱 캐비티 플레이트, 발포 플라스틱 절연층 상의 박막 태양광 전지 박판, 및 지붕층으로 구성된다. 지붕 덮개 소자에는 차가운 공기와 뜨거운 공기를 위한 입구와 출구가 각각 제공된다. 공기는 박막 태양광 전지 박판과 투명한 절연 플라스틱 플레이트 사이의 공간에서 가열된다.
박막 태양광 전지 박판은 플라스틱 캐리어를 포함하고, 반사기로서의 역할을 하는 알루미늄 배면 전극, 비결정 실리콘의 광기전력층, 및 투명 전면 전극으로서 불소 도핑된 주석 산화물이 그 위에 배치된다. 상기 막은 폴리머의 상부 보호층으로 커버된다. 박막 태양광 전지 박판은 440J/㎡K의 열 용량, 250㎛의 두께, 및 300g/㎡의 단위 면적당 무게를 갖는다. 결합된 박막 태양광 전지 박판과 발포 플라스틱 플레이트는 2500J/㎡K의 열 용량을 갖는다.
상기 박막 태양광 전지 박판은 2.2×10-3K/W의 응답 속도를 갖는다.
상기 지붕 덮개 소자는 6.7×10-4K/W의 응답 속도를 갖는다.

Claims (13)

  1. 3.5kJ/㎡K 이하의 열 용량, 바람직하게는 600J/㎡K 이하의 열 용량을 갖는 가요성있는 박막 태양광 전지 박판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매체의 가열과 전기의 발생을 동시에 하기에 적합한 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가요성있는 박막 태양광 전지 박판은 1400g/㎡ 이하, 바람직하게는 700 g/㎡ 이하의 표면적당 무게를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가요성있는 박막 태양광 전지 박판은 5.7×10-4K/W 이상의 응답 속도, 바람직하게는 11×10-4K/W 이상의 응답 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 태양광 전지 박판은 캐리어, 배면 전극, 광기전력층, 및 투명 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 박막 태양광 전지 박판은 1000㎛ 이하의 두께, 바람직하게는 500㎛ 이하, 더 바람직하게는 250㎛ 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  6. 제 4 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어는 75㎛ 내지 1㎜의 두께, 바람직하게는 100㎛ 내지 600㎛, 더 바람직하게는 150㎛ 내지 300㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성있는 박막 태양광 전지 박판은 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 가요성있는 박막 태양광 전지 박판은,
    임시 기판을 제공하는 단계,
    투명한 전도성 전극을 상기 기판에 도포하는 단계,
    광기전력층을 도포하는 단계,
    배면 전극을 도포하는 단계,
    영구 캐리어를 상기 배면 전극에 도포하는 단계, 및
    상기 임시 기판을 제거하는 단계를 포함하고,
    선택적으로 투명 보호층을 도포하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열되는 매체가 공기이고, 지붕 덮개 소자는 5.7×10-4K/W 이상의 응답 속도, 바람직하게는 11×10-4K/W 이상의 응답 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열되는 매체가 물이고, 지붕 덮개 소자는 1×10-4K/W 이상의 응답 속도, 바람직하게는 2×10-4K/W 이상의 응답 속도를 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상부에서 하부로, 단일 또는 다수의 투명층, 박막 태양광 전지 박판, 및 단열 재료로 구성되고, 상기 투명층과 상기 박막 태양광 전지 박판 사이 및/또는 상기 박막 태양광 전지 박판과 단열 재료 사이에 가열될 매체를 포함하는 공간이 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 단일 또는 다수의 투명층은 70% 이상의 가시광 투명도와 4W/㎡K 이하의 k 값을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
  13. 제 1 항 내지 제 9 항, 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 가열되는 매체가 공기이고, 상기 하이브리드 지붕 덮개 소자에서 가열된 공기로부터의 에너지가 열 교환기를 통해 물을 가열하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 지붕 덮개 소자.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10128237A1 (de) * 2001-06-11 2002-12-12 Sika Trocal Gmbh Solarzellen-Montagemodul
AU2004263949B2 (en) * 2003-07-22 2010-06-03 Akzo Nobel N.V. Process for manufacturing a solar cell foil using a temporary substrate
US20060249143A1 (en) * 2005-05-06 2006-11-09 Straka Christopher W Reflecting photonic concentrator
NZ546718A (en) * 2006-04-19 2008-08-29 Waikatolink Ltd Energy conversion system
WO2008105913A2 (en) * 2006-08-08 2008-09-04 Pvt Solar, Inc. Topologies, systems and methods for control of solar energy supply systems
US7812247B2 (en) * 2006-10-23 2010-10-12 Ascent Solar Technologies Inc. Flexible photovoltaic array with integrated wiring and control circuitry, and associated methods
US7982127B2 (en) 2006-12-29 2011-07-19 Industrial Technology Research Institute Thin film solar cell module of see-through type
US20100065104A1 (en) * 2007-08-31 2010-03-18 Baruh Bradford G Retractable solar panel system
ITBO20070094A1 (it) 2007-02-20 2008-08-21 Scienza Ind Tecnologia S R L Pannello solare integrato termico-fotovoltaico per la produzione di energia elettrica ed acqua calda
NL1035720C2 (nl) * 2008-07-18 2010-01-19 We Engineering B V Dakplaat en dakconstructie.
US9103563B1 (en) 2008-12-30 2015-08-11 Sunedison, Inc. Integrated thermal module and back plate structure and related methods
US8739478B1 (en) 2008-12-30 2014-06-03 Pvt Solar, Inc. Integrated thermal module and back plate structure and related methods
US8733035B2 (en) * 2009-03-18 2014-05-27 Garland Industries, Inc. Solar roofing system
US8316593B2 (en) * 2009-03-18 2012-11-27 Garland Industries, Inc. Solar roofing system
US20110209742A1 (en) * 2009-06-10 2011-09-01 Pvt Solar, Inc. Method and Structure for a Cool Roof by Using a Plenum Structure
US9893223B2 (en) 2010-11-16 2018-02-13 Suncore Photovoltaics, Inc. Solar electricity generation system
CN103897352A (zh) * 2012-12-31 2014-07-02 中原工学院 一种柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜及其制备方法
DE102015226261A1 (de) * 2015-12-21 2017-06-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. PVT-Modul, Isolierverglasung und deren Verwendung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4361717A (en) * 1980-12-05 1982-11-30 General Electric Company Fluid cooled solar powered photovoltaic cell
US4607132A (en) * 1985-08-13 1986-08-19 Jarnagin William S Integrated PV-thermal panel and process for production
JPH0715942Y2 (ja) * 1988-03-28 1995-04-12 ワイケイケイ株式会社 太陽エネルギーのコレクター装置
US5589006A (en) * 1993-11-30 1996-12-31 Canon Kabushiki Kaisha Solar battery module and passive solar system using same
JP3001785B2 (ja) * 1993-11-30 2000-01-24 キヤノン株式会社 太陽電池モジュール、屋根材、空気流通装置、屋根材の施工方法及び屋根材の製造方法
JPH09210472A (ja) * 1996-01-31 1997-08-12 Canon Inc 集熱パネル及びパッシブソーラーシステム
US6018123A (en) * 1996-01-31 2000-01-25 Canon Kabushiki Kaisha Heat collector with solar cell and passive solar apparatus
JP3315575B2 (ja) * 1996-02-07 2002-08-19 キヤノン株式会社 太陽光エネルギー変換装置、建築物、及び光電変換素子の温度制御方法
JP3220934B2 (ja) 1996-07-17 2001-10-22 キヤノン株式会社 太陽電池モジュールを用いたハイブリッドパネル
AU735142B2 (en) 1996-09-26 2001-07-05 Akzo Nobel N.V. Method of manufacturing a photovoltaic foil
JPH11103087A (ja) * 1997-09-26 1999-04-13 Sekisui Chem Co Ltd 光熱ハイブリッドパネル
EP0948004A1 (en) 1998-03-26 1999-10-06 Akzo Nobel N.V. Method for making a photovoltaic cell containing a dye

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CN1242491C (zh) 2006-02-15
CA2350044A1 (en) 2001-03-15
US6472593B1 (en) 2002-10-29
WO2001018881A1 (en) 2001-03-15
EP1135809A1 (en) 2001-09-26
KR100687369B1 (ko) 2007-02-27
CN1327619A (zh) 2001-12-19
AU1383801A (en) 2001-04-10

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