KR20040061706A - 일체형 태양광 열판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 태양광 열판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지, 태양열장치를 일체화함으로써 특히 태양광 발전 모듈 후면에서 바생하는 폐열을 효율적으로 이용하도록 하는 일체형 태양광 열판에 관한 것이다.

이에 따른 본 발명은, 한 장의 저철분 강화유리와, 상기 저철분 강화유리의 후면에 구비되는 태양전지와, 빛의 투과율을 극대화하기 위해 상기 태양전지의 후면에 구비되는 투명 테들러와, 상기 요소들을 적층상태로 하나의 모듈로 이루어지도록 접착수단을 갖는 태양광 모듈이 다수로 이루어지는 태양광 열판에 있어서,

상기 투명 테들러의 후면에 열전도성이 높은 금속판이 구비되고, 그 금속판 후면에 열매체의 이동을 가능하게 하고, 상기 태양전지 자체에서 발생되는 폐열을 전달받아 열매체에 공급하는 동관을 순차적으로 구비하여 상기 접착수단을 이용하여 상기 태양광 모듈과 일체로 구성된 것이다.

Description

일체형 태양광 열판{One body type solar heat plate}

본 발명은 일체형 태양광 열판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지, 태양열장치를 일체화함으로써 특히 태양광 발전 모듈 후면에서 바생하는 폐열을 효율적으로 이용하도록 하는 일체형 태양광 열판에 관한 것이다.

화석에너지의 고갈 및 지구의 기후변화에 대처하기 위한 기후환경협약 등으로 인하여 대체에너지에 대한 관심이 증폭되고 있으며, 설치 및 사용량이 최근 들어 급격히 증가하고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 태양의 무한한 에너지를 이용하여 발전하는 태양광 발전 분야가 더욱 급속히 발전하고 있다.

이러한 태양광을 이용한 발전은 화력이나 원자력 같은 기존의 발전에 비해 연료비가 들지 않으며, 소음 및 공해가 전혀 없으며, 대단위 공사비가 들지 않으며, 발전소를 멀리에 두지 않고 가까운 가옥 등에 설치하여 사용할 수 있다는 장점이 있다.

태양광을 이용한 발전은 독일, 일본, 미국 등 선진국에서 많이 행해져 왔는데, 최근에 국내에서도 대체에너지 이용 보급, 촉진법이 개정, 공표되고 태양광 발전 10,000호 건설이 구체화됨으로서 발전은 가속화될 전망이다.

종래에는 태양광 시스템과 태양열 장치를 설치하여 사용하는 경우에 태양광 모듈과 태양열 시스템을 독립적으로 생산하여 따로 설치하는 방법을 택하였다. 이러한 방식은 태양광발전 시스템의 설치비와 설치시간 등이 이중으로 드는 문제점이 있었으며, 태양열을 이용하는데 설치공간도 2배로 필요로 하는 등 많은 어려움을 노출하였다.

따라서 본 발명은 상기의 제반문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서 그 목적은 기존의 태양광 모듈 후변에 열전도성이 높은 금속층과 금속판을 구비하고 그 금속판 위에 열매체를 통과시키는 금속파이프를 일체로 접착시켜 태양전지 자체에서 발생되는 폐열을 축열탱크에 축열시켜 급탕, 온수로 사용하도록 하는 일체형 태양광 열판을 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 이루기 위한 단위 모듈의 구성을 도시한 분리 사시도.

도 2 는 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 이루기 위한 단위 모듈 구성의 다른 실시예를 도시한 분리 사시도.

도 3 은 단결정 실리콘 태양전지에 있어서 온도가 변화되었을 때의 전류-전압 특성을 보인 그래프.

도 4 는 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 여러 개로 설치한 상태의 설치상태도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

10: 태양광 모듈,11: 저철분 강화유리,

12, 14, 16: EVA 접착시트,13: 태양전지,

15: 투명 테들러,17: 금속판,

20: 동관,30: 축열탱크,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 한 장의 저철분 강화유리와, 상기 저철분 강화유리의 후면에 구비되는 태양전지와, 빛의 투과율을 극대화하기 위해 상기 태양전지의 후면에 구비되는 투명 테들러와, 상기 요소들을 적층상태로 하나의 모듈로 이루어지도록 접착수단을 갖는 태양광 모듈이 다수로 이루어지는 태양광 열판에 있어서,

상기 투명 테들러의 후면에 열전도성이 높은 금속판이 구비되고, 그 금속판 후면에 열매체의 이동을 가능하게 하고, 상기 태양전지 자체에서 발생되는 폐열을 전달받아 열매체에 공급하는 동관을 순차적으로 구비하여 상기 접착수단을 이용하여 상기 태양광 모듈과 일체로 구성된 특징을 갖는다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 이루기 위한 단위 모듈의 구성을 도시한 분리 사시도로서, 태양광 발전을 위한 태양광 모듈(10) 1개의 크기는 태양광 발전량에 따라 달라지게 되는데 통상적으로 가로 500mm, 세로 1200mm로 하며, 모듈발전량에 따라 그 크기는 달라질 수 있다. 이러한 태양광 모듈(10)은 저철분 강화유리(11), EVA(에틸렌 비닐 아세테이트) 접착시트(12), 태양전지(13), 투명 테들러(14)가 순차적으로 적층된 상태로써 서로 접착되고, 그 후면에 금속판(구리판)(17)을 부착하며, 그 위에 열매체를 통과시킬 금속파이프를 초음파 웰딩으로 부착한다. 여기에 사용되는 테들러는 빛의 투과를 최대화하기 위한 투명 테들러(14)를 사용하게 된다. 상기 태양광 모듈(10) 후면에 부착되는 금속판(17)은 주로 알루미늄 판이나 구리판이 사용되며, 그 태양광 모듈 후면에서 발생하는 고열을 효과적으로 전달시키기 위하여 열전도성 접착제(도시안됨)를 접착하여 부착한다.

도 2 는 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 이루기 위한 단위 모듈 구성의 다른 실시예를 도시한 분리 사시도로서,

본 발명에 따른 태양광 열판을 제작하는 또 다른 방법은 직접 라미네이터를 사용하여 열가압에 의해 일체형으로 제작하는 방법이다.

구체적으로, 열가압수단인 라미네이터 플레이트 위에 저철분 강화유리(11)를 두고, 그 위에 순차적으로 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트) 접착시트(12), 태양전지(13), EVA 접착시트(14),투명 테들러(15)를 두고, 그 뒤에 다시 EVA 접착시트(16), 금속판(17)을 구비하여 하나의 모듈로 열접착한다.

여기에서 맨 후면의 투명 테들러(14)와 EVA 접착시트(16)는 태양전지(13)와 금속판(17) 사이의 전기절연물질로 사용되며, 접착도를 높이는 효과를 가져오게 된다.

상기 투명 테들러(15)는 태양전지(13) 사이를 통과한 빛이 바로 금속판(17)으로 갈 수 있도록 태양에너지의 손실을 최소화한다. 상기 투명 테들러(15) 아래의 EVA 접착시트(16)는 상기 투명 테들러(15)와 금속판(17) 사이의 접착성을 극대화하고 금속과 저철분 강화유리(11) 사이의 열팽창을 완충하는 역할을 담당하게 된다.

금속판(17)에는 미리 금속판(17)과 열매체를 통과시킬 수 있도록 고안된 동관(20)이 부착되어 있도록 하여 바로 라미네이팅이 가능하도록 하여야 한다.

실제 태양전지(13)가 햇빛을 받아 발전을 시작하면 태양전지(13) 후면은 약 70℃ ~ 80℃까지 온도가 상승한다. 이러한 온도의 상승은 태양전지의 효율을 떨어뜨린다. 이상적인 태양전지의 출력 특성 P는 다음과 같이 주어진다.

여기에서, I는 전류이고, V는 인가한 전압이고, I_S는 역포화 전류이고, I_SC는 단락회로전류이고, n은 다이오드 상수이고, T는 온도이다.

도 2 는 단결정 실리콘 태양전지에 있어서 온도가 변화되었을 때의 전류-전압 특성을 보여주고 있다. 이 그래프를 보면 전류에 있어서 큰 변화는 없으나 전압에 있어 변화를 보여주고 있는데, 75℃에서 50℃이하로 온도를 떨어뜨리면 태양전지의 광변환효율이 10% ~ 20%이상 증가한다.

본 발명과 같이 태양광과 태양열을 결합한 방법을 사용하면 태양광발전에 의해 생성된 폐열을 열매체를 통과시켜 뺏어옴으로써 온도를 낮추고, 태양광 효율을 높이며, 열매체를 통해 이동된 열에너지를 이용해 급탕, 온수, 난방 등의 용도로 사용가능하다.

도 3 은 본 발명에 따른 일체형 태양광 열판을 여러 개로 설치한 상태의 설치상태도로서, 축열탱크(30)를 설치하고, 모듈 후면에 설치된 동관(30)과 연결하게 된다. 차가운 열매체가 좌측 아래 모듈(10)부분으로 들어가게 되면 태양광 모듈에서 발생된 열에 의해 자연적으로 위로 이동하게 된다. 각각의 모듈(10)의 동관(20)은 아래와 위로 연결되어 있으며, 옆으로 계속하여 연결가능하게 되어 있다. 계속해서 열매체는 가열되고, 가열되면 계속해서 위로 상승하게 되며, 상승된 열매체는 더욱 많은 열기를 얻어 축열탱크로 이동하게 된다.

축열탱크(30)의 열이 식게 되면 좌측의 동관(20)으로 다시 이동하여 자연 순환하게 된다. 이런 순환이 자연스레 계속적으로 일어남으로써 모듈(10)의 온도를 떨어뜨려 태양광 변환효율을 증가시키게 되고, 열매체를 통해 이동된 열은 축열탱크(30)에 저장되어 급탕, 온수 등으로 쓰이게 된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같은 본 발명은 앞서 상세히 설명한 바와 같이, 태양전지, 태양열장치를 일체화함으로써 제품의 기능을 다양하게 하였다.

본 발명의 제작방법도 라미네이터에서 태양열 시스템을 태양광 모듈과 동시에 일체형으로 제작하는 방법을 택하여 기존의 수명문제 등을 근본적으로 해결하였다. 열매체를 이용해 태양광 모듈의 온도를 낮추어 온도에 따른 태양전지의 효율의 저하를 방지하였다.

또한 본 발명의 태양광 열판 장치는 태양전지, 태양열 장치가 함께 구성되어 건축시공비와 태양광기전시스템의 시공비를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명은 일체형으로 제작되어 설치공간을 최소화하였다.

설치된 태양광과 태양열 장치는 전혀 공해가 없어 친환경적이며, 태양광 모듈을 통해 무공해의 전력을 생산할 수 있고, 동시에 태양열 장치를 이용하여 냉난방, 급탕, 온수 등을 가능하게 하는 정점을 지닌다.

Claims (3)

1. 한 장의 저철분 강화유리와, 상기 저철분 강화유리의 후면에 구비되는 태양전지와, 빛의 투과율을 극대화하기 위해 상기 태양전지의 후면에 구비되는 투명 테들러와, 상기 요소들을 적층상태로 하나의 모듈로 이루어지도록 접착수단을 갖는 태양광 모듈이 다수로 이루어지는 태양광 열판에 있어서,

   상기 투명 테들러의 후면에 열전도성이 높은 금속판이 구비되고, 그 금속판 후면에 열매체의 이동을 가능하게 하고, 상기 태양전지 자체에서 발생되는 폐열을 전달받아 열매체에 공급하는 동관을 순차적으로 구비하여 상기 접착수단을 이용하여 상기 태양광 모듈과 일체로 구성함을 특징으로 하는 일체형 태양광 열판.
2. 청구항 1 에 있어서, 상기 접착수단은 태양전지의 고열의 폐열을 금속판 및 동관에 효과적으로 전달하기 위해 각 구성요소 사이에 도포되는 열전도성 접착제임을 특징으로 하는 일체형 태양광 열판.
3. 청구항 1 에 있어서, 상기 접착수단은 태양전지의 고열의 폐열을 금속판 및 동관에 효과적으로 전달하기 위해 각 구성요소 사이에 개재되어 라미네이팅에 의해 열융착되는 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트) 접착시트임을 특징으로 하는 일체형 태양광 열판.