KR20050028007A - 기와형 태양광 발전장치 및 방법 - Google Patents

기와형 태양광 발전장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 심플한 일체형 구조로서 솔라셀을 투명 재질의 몸체 내부에서 보호할 수 있고, 청소 및 유지관리가 용이하며, 견고한 접속 상태 유지가 가능한 기와형 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 기와형 태양광 발전장치는 산등성이 형상으로부터 유연하게 형성된 연결 형상을 지나 산골짜기 형상까지 연장된 형상을 갖는 것으로서, 차례로 투명 제1성형재(111), 제1에바(112)(EVA), 가요성 솔라셀(12), 제2에바(114), 투명 제2성형재(115)를 포함한 복수개의 레이어층으로 이루어져 있고 라미네이팅 공법에 의해 수평하게 적층 접합된 기본체를 용융 프레스 가공에 의해 기와 형상을 갖게 된 본체(10, 10', 100)와; 상기 본체의 물리적 기와 배열시, 전기적 직, 병렬 결합을 위해 상기 솔라셀에 전기적으로 결합되고 상기 본체에 일체형으로 고정된 복수개의 암, 수 접속구(13, 14, 130, 140)를 포함하여 용이한 태양광 발전 시스템 시공을 용이하게 할 수 있다.

Description

기와형 태양광 발전장치 및 방법{APPARATUS WITH ROOF TILE TYPE PHOTOVOLTAIC MODULE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 기와형 태양광 발전장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 동일형상으로 형성된 복수개의 기와형 본체를 지붕에 설치하여 태양광 발전을 수행하도록 구성된 기와형 태양광 발전장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전에서는 태양 빛을 솔라셀(solar cell) 또는 태양광모듈(photovoltaic module)에 집광(열)시켜 발전을 수행하는 것을 의미한다.
태양광모듈은 태양광 전지판의 일종으로 솔라모듈 등으로 호칭되며, 일반형, 창호형, 추적형, 하이브리드형(다른 청정에너지 발전수단과 병행된 타입) 등이 존재한다.
이런 태양광모듈을 이용한 태양광 발전 원리(principle of photovoltaic)는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 수행되는 것으로서, 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양 전지팜에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되며, 이를 광기전력 효과라고 부른다. 태양 전지판을 원하는 만큼 직, 병렬로 접속하여 원하는 전력으로 만들어 사용하는데, 축전지에 저장하여 필요시 사용하는 시스템을 개별 태양광 발전 시스템, 혹은 독립형 태양광 발전 시스템이라고 하며, 통상의 전력선과 연계하여 사용하게 되면 계통 연계형 태양광 발전 시스템이라고 한다. 특히, 축전지에 저장된 직류전원은 인버터장치를 거쳐서 교류전원으로 변환된 후 전등 등과 같은 전력 소모 장치에 공급된다.
종래 기술에 따른 태양광 발전 타일은 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 돌출결합부(1a, 1b)를 갖는 타일 몸체(3)와, 상기 돌출결합부(1a, 1b)에 각각 대응하여 결합되는 결합단을 갖는 판상의 솔라셀(2)로 이루어진 것으로서, 타일 몸체(3) 일측에 굴곡 부위(6)를 형성하고 타측에 다른 굴곡 부위(7)를 구비하며 상기 굴곡 부위(6)와 다른 굴곡 부위(7)의 사이에 연장 부위(8)를 형성하고, 연장 부위(8)의 근처에서 빈 공간을 유지한 상태에서 솔라셀(2)이 타일 몸체(3)로부터 분리 가능한 상태로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
그러나 종래의 태양광 발전 타일은 타일 몸체와 솔라셀이 개별적으로 분리되는 타입으로 제작됨에 따라, 조립 시공이 불편할 뿐만 아니라, 솔라셀간의 전기적 직, 병렬 접속을 위해 별도의 연결 전선 및 단자(4, 5)를 구비하여, 타일 몸체를 지붕 기와 시공과 같이 적층 시공 후, 별도의 솔라셀간 전기적 연결 시공을 더 수행하여야 하는 바와 같이, 이중 설치 작업에 따른 시공상의 문제점을 갖고 있다.
예컨대, 통상의 지붕용 태양광 발전 타일 등은 타일의 솔라셀간 전기적 접속을 위해서 별도의 랙(rack) 또는 케이블 연결 구조물 등이 더 필요하거나, 케이블 및 그의 고정구 등이 더 필요하여 시공이 복잡해지고, 지붕에 설치되는 특성에 따라 고공 작업이 필수적이라 더욱 작업이 위험하고 어렵다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광 발전 타일은 타일 몸체 상면에서 복수개의 돌출결합부로 솔라셀을 부설시키는 결합구조를 갖고 있음에 따라, 지붕에 쌓이는 이물질, 노폐물 등이 솔라셀과 발전 타일의 돌출결합부 사이에 쌓여 지저분하게 되고, 돌출된 부위가 상면에 표출됨에 따라 청소 및 유지 보수가 매우 불편한 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광 발전 타일은 태양광 발전을 담당하기 위해 불투명 재질로 제작된 솔라셀 영역을 제외하고서라도, 타일 몸체가 불투명 재질로 되어 있어서 투명 재질에 비해 태양광 흡수율이 상대적으로 매우 떨어지는 단점이 있고, 반투명 등의 지붕을 원하는 건축물에 적용이 불가능한 단점이 있다.
또한, 종래 기술에 따른 태양광 발전 타일은 지붕 등에 설치될 때, 어느 타일 몸체의 굴곡 부위가 그와 연접하는 다른 타일 몸체의 굴곡 부위에 덮여지는 단순 타일 적층 구조로 되어 있으며, 이는 결국 타일 몸체간 고정 수단의 부재에 의해 견고한 설치 유지가 불가능한 단점이 있다.
따라서, 상기 언급한 문제점들을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 별도의 설치 구조물 또는 연결 케이블 없는 기와형 태양광 발전장치의 본체를 통상의 지붕 방법에 따라 물리적으로 설치함과 동시에 전기적 접속이 가능하여 설치 작업이 용이하고, 심플한 일체형 구조로서 솔라셀을 투명 재질의 몸체 내부에서 보호할 수 있고, 청소 및 유지관리가 용이하며, 견고한 접속 상태 유지가 가능한 기와형 태양광 발전장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 용융 프레스 가공에 의해서 가요성 솔라셀을 일체형으로 구비한 기와 형상의 투명 구조물을 용이하게 제작할 수 있는 기와형 태양광 발전장치의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 용융 프레스 가공에 의해 제조된 기와형 태양광 발전장치를 지붕 위에 기와식으로 적층시킴에 따라 태양광모듈 조립체를 완성할 수 있는 기와형 태양광 발전장치의 조립방법을 제공하고자 한다.
앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적 중 하나는 산등성이 형상으로부터 유연하게 형성된 연결 형상을 지나 산골짜기 형상까지 연장된 형상을 갖는 기와형 태양광 모듈 장치에 있어서, 차례로 투명 제1성형재, 제1에바, 가요성 솔라셀, 제2에바, 투명 제2성형재를 포함한 복수개의 레이어층으로 이루어져 있고 라미네이팅 공법에 의해 수평하게 적층 접합된 기본체를 용융 프레스 가공에 의해 기와 형상을 갖게 된 본체와; 상기 본체의 물리적 기와 배열시, 전기적 직, 병렬 결합을 위해 상기 솔라셀에 전기적으로 결합되고 상기 본체에 일체형으로 고정된 복수개의 암, 수 접속구를 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 모듈 장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적 중 다른 하나는 한 쌍의 수평 압착면을 갖는 라미네이팅 가압대를 갖는 제1제조장치에 의해서, 상기 라미네이팅 가압대의 사이에 차례로 배치되는 투명 제1성형재, 제1에바, 암, 수 접속구를 전기적으로 접속하고 있는 가요성 솔라셀, 제2에바, 투명 제2성형재를 수평한 상태로 라미네이팅 시킴에 따라 판형의 기본체 제조 단계들과; 상기 완성된 기본체를 제2제조장치의 용융식 가압대 사이에 배치 및 용융시켜서 상기 기본체로부터 본체를 완성하는 본체 제조 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광모듈 장치의 제조방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 목적 중 또 다른 하나는 본체들을 지붕에서 통상의 기와 배열 형식으로 배치시킴과 동시에, 해당 암, 수 접속구끼리 물리적으로나 전기적으로 결합시키는 단계와; 상기와 같이 결합된 본체의 암, 수 접속구에 연장 전선의 암, 수 연결구를 플러그-소켓 방식으로 결합하는 단계와; 상기 암, 수 연결구의 반대쪽에 위치한 연장 전선의 끝단을 집전 설비의 입력단에 전기적으로 결합시키는 단계와; 상기 집전 설비에 관련된 통상의 전기 장치태양광 발전 시스템에 필요한 기타 시공 작업을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치의 조립방법에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 심플한 일체형 구조란 투명 재질로 솔라셀을 감싸면서 기와 형상을 갖도록 용융 프레스 가공되어 일체형으로 제작된 것으로서, 솔라셀 내장형의 투명 본체에 플러그-소켓 방식으로 결속이 가능한 암, 수 접속구가 일체형으로 구비되어 있어서 통상의 복수개의 기와를 소정 배열에 따라 지붕에 설치하는 방식에 따라 시공될 때 본 발명의 본체들이 물리적으로나 전기적으로 상호 결합되고 통전 가능하게 되는 구조를 의미한다.
이하, 첨부 도면 도 2내지 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하고자 한다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 기와형 태양광 발전장치의 본체를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 본체의 결합관계를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 본체간 조립관계를 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 5는 도 2에 도시된 본체의 변형예에 따른 결합관계를 설명하기 위한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 본체간 조립관계를 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 7은 도 2에 도시된 본체의 다른 변형예를 설명하기 위한 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 본체의 결합관계를 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 기와형 태양광 발전장치의 기본체용 제1제조장치를 설명하기 위한 개략도이고, 도 10은 도 9의 제1제조장치에 의해 제조된 기본체를 이용하여 용융 프레스 가공에 의해 본체를 제작하는 제2제조장치를 설명하기 위한 개략도이다. 또한, 도 11은 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 전기적 결합관계를 설명하기 위한 개념도이고, 도 12는 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 제조방법을 제공하기 위한 블록도이며, 도 13은 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 조립방법을 제공하기 위한 블록도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기와형 태양광 발전장치는 복수개로 존재하고 지붕 설치시 지붕의 상부에 통상의 기와 배열 방식에 대응하게 결합되는 본체(10)를 갖는다.
본 발명의 기와형 태양광 발전장치는 지붕 상에서 설치되는 복수개의 본체(10)와, 이들의 조립체 배열 구조 및 기타 축전에 필요한 장치를 포함하여 태양광 발전시스템으로 제공될 수 있다.
본 발명 각각의 본체(10)는 별도의 배선 시공이 없더라도 통상의 기와와 같이 지붕에 배열될 때 상호 전기적으로 통전 가능한 상태가 되도록 되어 있다.
이런 본체(10)는 'S'자 단면 형상으로서 투명 영역(11)과, 이런 투명 영역(11)에 내부에 일체형으로 구비된 솔라셀(12)을 포함한다.
투명 영역(11)은 하기에 설명될 제조장치 및 제조방법에 의해서 솔라셀(12) 및 솔라셀(12)로부터 전기적으로 접속된 암, 수 접속구(13, 14)를 일체형으로 구비한 것이다.
암, 수 접속구(13, 14)는 플러스 극성과 마이너스 극성과 같이 양극을 한 쌍으로 하여 투명 영역(11)의 상호 겹치는 부위에 배열된다.
예컨대, 본체(10)에서 한 쌍의 암 접속구(13)는 투명 영역(11)의 일 측단 상면에 소정 간격을 유지하면서 가상의 직선상에 일치되게 배열되며, 한 쌍의 수 접속구(13)는 투명 영역(11)의 타 측단 하면에 상기 암 접속구(13)의 연직선상에 각각 배열되어 있는 것이 바람직하다.
도 2에서는 본체(10)가 가로 및 세로 방향으로 지붕에 배열되어 연접하는 측단끼리 적층될 때, 세로 방향 상에서 해당 암, 수 접속구(13, 14)가 본체(10)의 두께 방향으로 일치 및 결착되기 때문에, 앞서 언급한 바와 같이 본체(10)의 물리적인 기와 형식의 배열과 동시에 이루어지는 전기적 접속을 실현한다.
솔라셀(12)은 시트 형상으로서 굽힘 가능하며, 입사되는 태양광을 소정 비율 내지 용량에 대응하게 전기적 에너지로 변화시킬 수 있도록 플렉시블(flexible)하여 굽힘성 있도록 제작되어 있다. 본 발명에서는 상기 솔라셀(12)로서 통상의 플렉시블한 솔라셀 제품(예 : 독일의 ASI Glas사의 제품명 ASI THRU, ASI OPAK 등)을 이용할 수 있다.
솔라셀(12)에서 발전된 전기(전력)를 암, 수 접속구(13, 14)에 공급하도록, 플러스 또는 마이너스 극성에 해당하는 셀단자를 구비하고, 그러한 셀단자 각각에 전선, 연성기판, 케이블 등과 같은 전기적 연결수단의 일측단을 연결하고, 전기적 연결수단의 타측단을 해당 암, 수 접속구(13, 14) 각각의 내부 연결탭에 전기적으로 접속시키고 있다.
내부 연결탭의 종류로는 링 연결탭과 바 연결탭이 존재한다.
예컨대, 암 접속구(13)는 링 연결탭을 구비하고, 수 접속구(14)는 상기 링 연결탭에 플러그-소켓 방식으로 삽입되어 면끼리 접촉 가능한 두께의 바 연결탭을 구비한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 암 접속구(13)는 축심을 기준으로 링 연결탭(13a)을 감싸는 외장재(13b)를 포함하며, 그러한 외장재(13b)에 의해서 본체(10)의 일측 상면에서 일부 심어져 있는 상태로 세워져 있다. 이런 암 접속구(13)는 그의 링 연결탭(13a)을 그의 전기적 연결수단(예 : 전선, 연성기판, 와이어 등)을 통해서 솔라셀(12)의 일측 셀단자(12a)와 전기적으로 통전 가능하게 결합되어 있다.
위와 같은 방식으로, 수 접속구(14)는 축심을 기준으로 상기 링 연결탭(13a)에 삽입 가능한 바 연결탭(14a)의 기저부를 감싸는 외장재(14b)를 포함하며, 그러한 외장재(14b)에 의해서 본체(10)의 타측 하면에 일부 심어져 있는 상태로 세워져 있다. 이런 수 접속구(14)는 바 연결탭(14a)을 그의 전기적 연결수단(예 : 전선, 연성기판, 와이어 등)을 통해서 솔라셀(12)의 타측 셀단자(12b)와 전기적으로 통전 가능하게 결합되어 있다.
투명 영역(11)은 암, 수 접속구(13, 14)의 심어져 있는 부위와 솔라셀(12)을 일체형으로 감싸면서 기와 형상과 같은 본체(10) 형상을 실현한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 연접하는 상호 측단끼리 적층되게 배열되는 본체(10, 10')에서, 어느 하나의 본체(10)의 수 접속구(14)는 다른 하나의 본체(10')의 암 접속구(13)에 포개진 상태에서, 해당 바 연결탭(14a)이 링 연결탭(13a)의 내경에 기밀하게 삽입되어 면접촉함에 따라 통전 가능한 상태가 된다.
본 발명에서는 도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 상호 포개지는 암 접속구(13)와 수 접속구(14)의 사이에 별도의 수밀링(17)이 더 개재되어, 수분, 우수, 눈, 습기 등에 바 연결탭(14a)과 링 연결탭(13a)의 접촉부위에서 스파크 등이 발생되지 않게 하여, 이들의 전기적 통전 상태가 안전하게 유지될 수 있도록 밀착면을 제공하는 것이 바람직하다.
수밀링(17)은 암, 수 접속구(13, 14)의 해당 외장재(13b, 14b)의 레이아웃에 대응한 외경과, 바 연결탭(14a)의 직경에 대응한 내경을 갖도록 형성되어 있는 것이 바람직하며, 수 접속구(14)의 바 연결탭(14a)에 끼워져 있거나, 또는 암 접속구(13)의 링 연결탭(13a)의 외측단 표면에 밀착되게 부착되어 있는 것이 바람직하다.
도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 해당하는 암, 수 접속구(130, 140)는 상호 타성에 의해 부드럽게 결착되어 고정상태가 유지될 수 있음에 따라, 결국 연접하는 측단끼리 적층되는 몸체(10)간의 고정 상태가 견고하게 유지될 수 있도록, 암, 수 고정턱(131, 141) 중 어느 하나를 구비하는 것이 바람직하다.
이런 경우, 조립체로서의 복수개의 몸체(10)는 바 연결탭(14a)과 링 연결탭(13a)의 면접촉에 의한 마찰력과 함께, 암, 수 고정턱(131, 141)에 의한 지지력을 갖기 때문에, 지붕 설치시에 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 또 다른 변형예에 따른 몸체(100)는 그의 암, 수 접속구(130, 140)를 가로 방향 상에서 쌍으로 기와 형상의 투명 영역(11)의 일측단 상면 또는 타측단 하면 중 어느 하나에 고정될 수 있다.
이런 경우, 본체(100)는 가로 및 세로 방향으로 지붕에 배열되어 연접하는 측단끼리 적층될 수 있도록, 부드러운 곡선의 산등성이 형상(103)으로부터 경사지고 유연한 연결 형상(102)을 지나 산골짜기 형상(101)까지 연장된 대한민국의 전통적인 기와 형상을 갖는다.
이런 본체(100)는 가로 방향 상에서 해당 암, 수 접속구(130, 140)가 본체(100)의 두께 방향으로 일치 및 결착되기 때문에, 앞서 언급한 바와 같이 본체(100)의 물리적인 기와 형식의 배열과 동시에 이루어지는 전기적 접속을 실현한다.
도 8의 단면도 및 확대원에 도시한 바와 같이, 본체(100)는 기와 형식으로 연접하는 측단끼리 적층 또는 겹치게 되더라도 전체 겹침부위의 두께가 일정하게 되도록, 앞서 설명한 기와 형상에 해당하는 산등성이 형상(103)으로부터 유연하게 형성된 연결 형상(102)을 지나 산골짜기 형상(101)까지 연장된 형상을 갖게 됨과 함께, 앞서 설명한 암, 수 접속구(130, 140)를 갖는다.
이때, 본체(100)는 유리 또는 투명재질로 이루어진 투명 영역(11)과 지붕의 기와 지지대(도시 안됨) 또는 기타 구조물의 표면 사이에 접촉이 발생되며, 이러한 접촉에 의해 물리적으로 본체(100)가 손상 또는 파손되는 것을 막기 위해서 본체(100)의 산골짜기 형상(101) 저면에 충격완충 부재(150)를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다.
충격완충 부재(150)는 점 접촉, 선 접촉, 면 접촉 중 어느 하나의 접촉이 가능한 반구형, 디스크형, 스트립 라인형 등과 같은 형상 구조를 갖고 있고, 접착제(151)에 의해 본체(100)의 산골짜기 형상(101)의 저면에 부착될 수 있다.
물론, 충격완충 부재(150)는 암 접속구(130)로부터 일체형으로 성형된 연장부위(152)를 더 구비하고, 그러한 연장 부위(152)가 투명 영역(11)의 관통형 결합부위에 안착됨에 따라 암 접속구(130)에 일체형으로 형성되게 제작될 수 있다.
물론, 본 발명의 실시예에 상응한 도면들과 달리, 수 접속구(130)가 본체(100)의 산골짜기 형상(101) 쪽에 고정되고, 암 접속구(140)가 산등성이 형상(103) 쪽에 고정될 경우, 충격완충 부재(150)는 수 접속구(140)에 일체형으로 형성될 수 있음은 물론이다.
즉, 충격완충 부재(150)는 일체형으로 연장 부위(152)를 지나 암 접속구(130) 또는 수 접속구(140)의 기저부위까지 일체형으로 형성되어 있을 수 있다.
한편, 본체(100)의 단면을 확대하여 살펴보면, 본체(100)는 두께 방향의 저부로부터 상부까지 차례로 투명 제1성형재(111), 제1에바(112)(EVA), 가요성 솔라셀(12), 제2에바(114), 투명 제2성형재(115)를 포함한 복수개의 레이어층으로 이루어져 있고 라미네이팅 공법에 의해 적층 접합되어 있는 것이 바람직하다.
여기서, 투명 제1성형재(111)는 플로트 글라스(float glass)이고, 제1에바(112)는 일본, 독일(etimex) 등에서 사용되고 있는 투명 접착제이고, 가요성 솔라셀(12)은 Q-Cells사, SolarworldAG사, Sunways사, Ersol사, RWE사, Suntech사 중 어느 하나의 플렉시블 솔라셀 제품이 될 수 있다.
또한, 제2에바(114)도 상기 제1에바(112)와 동일 소재의 투명 접착제이며, 투명 제2성형재(115)는 저철분 강화 유리 또는 투명 엔지니어링 플라스틱 소재인 것이 바람직하다.
이런 본체(100)는 하기에서 상세히 설명할 용융 프레스 가공에 해당하는 본 발명의 제조방법에 의해서 앞서 언급한 기와 단면 형상을 갖고 있으면서도 일체형으로 투명 영역(11)을 갖는 본체(100)의 내부에 솔라셀(12)을 기와 형상에 대응한 형상으로 유지시킬 수 있다.
도 9는 앞서 언급한 용융 프레스 가공을 위한 제1제조장치(200)를 보여주고 있고, 도 10은 제2제조장치(400)를 보여주고 있다.
제1제조장치(200)는 두께 방향의 저부로부터 상부까지 차례로 투명 제1성형재(111), 제1에바(112), 암, 수 접속구(13, 14)를 전기적으로 접속하고 있는 가요성 솔라셀(12), 제2에바(114), 투명 제2성형재(115)를 두께 방향으로 적층한 다음 라미네이팅 하는 장치를 의미한다.
이를 위해서, 제1제조장치(200)는 액추에이터(201), 가이드 세트(도시 안됨) 및 프레임(도시 안됨)을 구비한다.
또한, 제1제조장치(200)는 액추에이터(201) 및 가이드 세트에 결합된 한 쌍의 라미네이팅 가압대(202, 203)를 갖는다.
라미네이팅 가압대(202, 203)는 액추에이터(201) 및 가이드 세트에 의해서 교합 가능하게 왕복 승강 작동되는 것으로서, 라미네이팅에 필요한 가열 수단(도시 안됨, 예 : 열선 등)을 갖고 있다.
이런 라미네이팅 가압대(202, 203)는 받침대(204)에 의해 지면에 수평하게 설치되어 있다.
받침대(204)의 내부에는 유압 공급 장치(205)가 구비되며, 유압 공급 장치(205)의 복수개의 유압 공급 라인은 액추에이터(201)의 입출력포트에 연결되어, 유압 공급시 액추에이터(201)의 피스톤축에 해당하는 램(RAM)을 신장시킬 수 있다.
제1제조장치(200)에서 램의 끝단은 라미네이팅 가압대(202)에 결합되어 있고, 어느 하나의 라미네이팅 가압대(202)를 다른 하나의 라미네이팅 가압대(203) 측으로 상호 접촉 또는 이격될 수 있게 왕복 운동시킬 수 있다.
이런 제1제조장치(200)는 전원 공급장치(도시 안됨)에 연결된 열선의 가열을 이용함에 따라서, 라미네이팅 가압대(202, 203)의 사이에 차례로 배치되는 투명 제1성형재(111), 제1에바(112), 암, 수 접속구(13, 14)를 전기적으로 접속하고 있는 가요성 솔라셀(12), 제2에바(114), 투명 제2성형재(115)를 수평한 상태로 라미네이팅 시키게 된다.
이때, 제1성형재(111)와 제2성형재(115)는 각각 해당 암, 수 접속구(13, 14)의 배열 위치에 대응한 곳에 통공(111a, 115a)을 형성하고 있어서, 암, 수 접속구(13, 14)가 삽입될 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다.
같은 방식으로, 라미네이팅 가압대(202, 203)에도 라미네이팅 가공시 암, 수 접속구(13, 14)가 압착에 의해 파손되지 않도록, 암, 수 접속구(13, 14)의 외형에 대응한 제1, 제2성형안착홈(206, 207)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이런 제1제조장치(200)는 라미네이팅 가공 후 도 10에 도시된 바와 같은 기본체(300)를 완성하게 된다.
도 10을 참조하면, 기본체(300)는 제2제조장치(400)의 기와형 압착면을 갖는 용융식 가압대(402, 403)의 사이에서, 각각의 암, 수 접속구(13, 14)가 해당 제3, 제4성형안착홈(406, 407)에 일치시킨 상태로 배열된 후, 기와형 압착면을 갖는 용융식 가압대(402, 403)에 결합된 액추에이터(401) 및 가이드 세트의 압착 작동 및 용융 히터(408)의 가열 작동에 따라 앞서 설명한 기와 형상의 본체(도 2의 도면부호 10, 도 4의 도면부호 10', 도 7의 도면부호 100 등을 참조)로 제작된다.
즉, 제2제조장치(400)는 라미네이팅 된 기본체(300)를 용융시킨 후 기와 형상의 본체로 프레싱하는 장비로서, 라미네이팅 된 제1성형재(111), 제1, 제2에바(112, 114) 및 제2성형재(115)가 용융 히터(408)의 가열에 의해 용융되어 기와 형상을 갖게 되고, 그러한 가운데 플렉시블한 솔라셀(12)도 기와 형상으로서 제1, 제2에바(112, 114)의 안쪽에 내장되게 된다.
이때, 솔라셀(12)에 접속되고 제1, 제2성형재(111, 115)의 해당 통공(111a, 115a)에 삽입된 암, 수 접속구(13, 14)의 외장재는 용융된 제1성형재(111), 제1, 제2에바(112, 114) 및 제2성형재(115)에 의해 기밀하게 융착되어 본체와 일체로 형성된다.
이를 위해서, 제2제조장치(400)는 용융 히터(408)에 전원을 공급하는 히터 전원 제어 장치(409)를 받침대(404)의 내부 등과 같은 적절한 장소에 구비하고 있으며, 유압 공급 장치(405)로 액추에이터(401)의 램을 신장 또는 축소시킬 수 있도록 되어 있다.
이런 제2제조장치(400)에 의해서 기본체(300)는 기와 형상을 갖는 본체로 제작이 되고, 이후 충격완충 부재(150)의 부설 및 테두리 마감 및 광택 처리 등과 같은 후처리 과정이 이루어진다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2제조장치에 의해 라미네이팅 된 기본체로부터 기와 형상으로 용융 성형된 본체(10)들은 지붕의 구조물에서 통상의 기와 적층 구조와 같이 배열 적층함과 동시에, 해당 암, 수 접속구(13, 14)들이 통전 가능한 상태로 접속되며, 이러한 과정에 의해 양측 끝단에 위치한 암, 수 접속구에는 태양광 발전 전력을 출력시키기 위한 암, 수 연결구(501, 502)에 바 연결탭-링 연결탭 삽입 방식으로 연결된다.
이때, 충격완충 부재(150)가 지붕의 구조물의 표면에 접촉되기 때문에, 본체(10)들은 지붕의 구조물에 안전하게 지지될 수 있다. 그리고, 암, 수 연결구(501, 502)는 연장 전선을 통해서 집전 설비(500)의 입력단에 전기적으로 결합되어서, 결국 본체(10)들에서 발전된 태양광 에너지에 의한 전력을 배터리 등과 같은 집전 장치에 축전시킬 수 있게 전기 계통적으로 시스템화된다.
도 12를 통해서, 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 제조방법을 설명하고자 한다.
먼저, 작업자는 암, 수 접속구를 가요성 솔라셀에 전기적으로 결합시키는 단계(S10)를 수행한다.
이런 다음, 제1제조장치의 라미네이팅 가압대 사이에 차례로 투명 제1성형재, 제1에바, 가요성 솔라셀, 제2에바, 투명 제2성형재로 이루어진 기본체 구성 요소를 적층 배열하는 단계(S11)가 수행된다.
상기와 같이 적층 배열된 상태에서 라미네이팅 가압대의 압착에 따라 상기 기본체 구성 요소를 라미네이팅 하는 기본체 완성 단계(S12)가 진행됨에 따라서, 암, 수 접속구가 부설되고 일체형으로 솔라셀을 내장한 상태의 수평한 판형의 기본체가 완성된다.
이후, 작업자는 판형의 기본체를 제2제조장치의 용융식 가압대 사이에 기본체를 배치하는 기본체 배치 단계(S13)를 수행하고, 제2제조장치를 용융 히터와 액추에이터를 작동시켜서 결국 가열 및 압착되는 용융식 가압대 사이의 기본체를 기와 형상으로 용융하는 용융 프레스 단계(S14)를 수행하고, 충격완충 부재의 부설 등의 후처리 과정 등을 포함하여 암, 수 접속구를 일체형으로 구비한 상태에서 솔라셀을 내장시킨 기와 형상의 본체를 완성하는 본체 완성 단계(S15)가 수행된다.
도 13을 통해서, 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 조립방법을 설명하고자 한다.
시공자는 상기와 같이 제작된 본체들을 지붕에서 통상의 기와 배열 형식으로 배치시킴과 동시에, 해당 암, 수 접속구끼리 물리적으로나 전기적으로 결합시키는 단계(S20)를 수행한다.
이후, 시공자는 처음 배치된 본체와 마지막 배치되어 결합된 본체의 암, 수 접속구에 연장 전선의 암, 수 연결구를 플러그-소켓 방식으로 결합하는 단계(S21)를 수행하여, 전기적으로 통전 가능한 상태가 되게 한다.
이런 다음 시공자는 암, 수 연결구의 반대쪽에 위치한 연장 전선의 끝단을 집전 설비의 입력단에 전기적으로 결합시키는 단계(S22)를 수행한다.
이후, 시공자는 집전 설비에 관련된 통상의 전기 장치태양광 발전 시스템에 필요한 기타 시공 작업을 수행하는 단계(S23)(배터리 설치, 레귤레이터 회로 설치, 인버터 설치 과정 등)를 통해 시스템 설치를 마무리한다.
이상 설명한 바와 같이 구성된 본 발명에서는 플러그-소켓 방식으로 기와 배설과 동시에 전기적 접속이 가능한 본체가 제공됨에 따라 지붕위에 기와식 태양광 발전 시스템 시공을 신속하고 효과적으로 시공할 수 있는 기와형 태양광모듈 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치는 본체의 투명 영역 내부에 일체형으로 솔라셀을 완전 감싸게 내장시킴과 함께, 암, 수 접속구의 일부를 용융 프레스에 의해 기와 형상을 갖게 일체형으로 형성함에 따라, 암, 수 접속구가 본체를 기준으로 솔라셀의 전기적 통전 수단으로 사용될 뿐만 아니라, 본체들을 기와 배열식으로 연결할 때 본체들간의 연결 관계를 유지시키는 연결 수단으로 겸용으로 사용될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치의 본체는 암, 수 접속구에 해당 암, 수 고정턱을 구비하여 탄성에 의해 결착될 수 있어, 신속한 결합 이후 견고한 고정 상태 유지가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치는 솔라셀과 암, 수 접속구를 제외한 모든 부분이 투명하기 때문에, 내, 외장재로서 고품질을 유지할 수 있고, 충격완충 부재를 구비하여, 지붕 구조물과의 접촉에도 파손 등이 없는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치는 암, 수 접속구의 접촉부위 사이에 수밀링이 더 개재되어 전기적 안전성이 뛰어난 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치의 제조방법은 유리 재질의 특성상 유선형 가공이 어려운 것을 극복하여, 수평한 라미네이팅 공법 후 용융 프레스에 의해 솔라셀과 암, 수 접속구를 일체형으로 구비함과 동시에 외형적으로 자연스럽게 유선형 기와 형상을 갖는 본체를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 기와형 태양광 모듈 장치의 조립방법은 단순히 기와를 배열하듯이 지붕에 시공함에 따라, 별도의 전기 코드(케이블)의 연결이나 사전 랙 설치 작업등이 필요 없이 매우 용이하고 편리하게 조립 시공을 완수할 수 있는 장점이 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양광 발전 타일을 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 기와형 태양광 발전장치의 본체를 설명하기 위한 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 본체의 결합관계를 설명하기 위한 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 본체간 조립관계를 설명하기 위한 단면도,
도 5는 도 2에 도시된 본체의 변형예에 따른 결합관계를 설명하기 위한 단면도,
도 6은 도 5에 도시된 본체간 조립관계를 설명하기 위한 단면도,
도 7은 도 2에 도시된 본체의 다른 변형예를 설명하기 위한 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 본체의 결합관계를 설명하기 위한 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 기와형 태양광 발전장치의 기본체용 제1제조장치를 설명하기 위한 개략도,
도 10은 도 9의 제1제조장치에 의해 제조된 기본체를 이용하여 용융 프레스 가공에 의해 본체를 제작하는 제2제조장치를 설명하기 위한 개략도,
도 11은 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 전기적 결합관계를 설명하기 위한 개념도,
도 12는 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 제조방법을 제공하기 위한 블록도,
도 13은 본 발명의 기와형 태양광 발전장치의 조립방법을 제공하기 위한 블록도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10, 10', 100 : 본체 11 : 투명 영역
12 : 가요성 솔라셀 13, 14, 130, 140 : 접속구
111 : 제1성형재 112 : 제1에바
114 : 제2에바 115 : 제2성형재
131, 141 : 고정턱 150 : 충격완충 부재
200 : 제1제조장치 300 : 기본체
400 : 제2제조장치 500 : 집전 설비

Claims (9)

  1. 산등성이 형상으로부터 유연하게 형성된 연결 형상을 지나 산골짜기 형상까지 연장된 형상을 갖는 기와형 태양광 모듈 장치에 있어서,
    차례로 투명 제1성형재(111), 제1에바(112)(EVA), 가요성 솔라셀(12), 제2에바(114), 투명 제2성형재(115)를 포함한 복수개의 레이어층으로 이루어져 있고 라미네이팅 공법에 의해 수평하게 적층 접합된 기본체(300)를 용융 프레스 가공에 의해 기와 형상을 갖게 된 본체(10, 10', 100)와;
    상기 본체(10, 10', 100)의 물리적 기와 배열시, 전기적 직, 병렬 결합을 위해 상기 솔라셀(12)에 전기적으로 결합되고 상기 본체(10, 10', 100)에 일체형으로 고정된 복수개의 암, 수 접속구(13, 14, 130, 140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 모듈 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1성형재(111)는 플로트 글라스(float glass)이고, 상기 제1에바(112)는 투명 접착제이고, 상기 가요성 솔라셀(12)은 플렉시블하여 굽힘성 있는 솔라셀 제품이고, 상기 제2에바(114)는 상기 제1에바(112)와 동일 소재의 투명 접착제이고, 상기 제2성형재(115)는 저철분 강화 유리 또는 투명 엔지니어링 플라스틱 소재인 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 암 접속구(13, 130)는 링 연결탭(13a)을 구비하고, 상기 수 접속구(14, 140)는 상기 링 연결탭(13a)에 삽입되어 면끼리 접촉 가능한 두께의 바 연결탭(14a)을 구비하되,
    상기 암 접속구(13, 130)와 상기 수 접속구(14, 140)는 축심을 기준으로 각각 해당 외장재(13b, 14b)에 의해 감싸져 있는 상태에서 상기 본체(10, 10', 100)의 투명 영역(11)의 일측 상면 또는 타측 하면에 일체형으로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 암 접속구(13, 130) 및 상기 수 접속구(14, 140)는 상호 탄성 결착을 실현하도록, 암, 수 고정턱(131, 141) 중 어느 하나를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 본체(10, 10', 100)의 저면에 점 접촉, 선 접촉, 면 접촉 중 어느 하나의 접촉이 가능한 반구형, 디스크형, 스트립 라인형 등과 같은 형상 구조의 충격완충 부재(150)를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 충격완충 부재(150)는 그의 연장부위(152)를 상기 본체(10, 10', 100)의 투명 영역(11)의 관통형 결합부위에 안착시켜 상기 암 접속구(13, 130) 또는 상기 수 접속구(14, 140) 중 어느 하나에 일체형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광모듈 장치.
  7. 기와형 태양광모듈 장치의 제조방법에 있어서,
    한 쌍의 수평 압착면을 갖는 라미네이팅 가압대를 갖는 제1제조장치에 의해서, 상기 라미네이팅 가압대의 사이에 차례로 배치되는 투명 제1성형재, 제1에바, 암, 수 접속구를 전기적으로 접속하고 있는 가요성 솔라셀, 제2에바, 투명 제2성형재를 수평한 상태로 라미네이팅 시킴에 따라 판형의 기본체 제조 단계들과;
    상기 완성된 기본체를 제2제조장치의 용융식 가압대 사이에 배치 및 용융시켜서 상기 기본체로부터 본체를 완성하는 본체 제조 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광모듈 장치의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기본체 제조 단계들은,
    암, 수 접속구를 가요성 솔라셀에 전기적으로 결합 단계(S10)와; 라미네이팅 가압대 사이에 기본체 구성 요소를 적층 배열 단계(S11)와; 기본체 구성 요소를 라미네이팅 하여 판형의 기본체를 완성하는 기본체 완성 단계(S12)를 포함하고,
    상기 본체 제조 단계들은,
    용융식 가압대 사이에 기본체를 배치하는 기본체 배치 단계(S13)와; 기본체의 용융 프레스 단계(S14)와; 암, 수 접속구가 일체형으로 구비한 상태에서 솔라셀을 내장시킨 기와 형상의 본체를 완성하는 본체 완성 단계(S15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광모듈 장치의 제조방법.
  9. 청구항 제7항의 제조방법으로 제조된 물건에 해당하는 본체를 이용한 기와형 태양광모듈 장치의 조립방법에 있어서,
    상기 본체들을 지붕에서 통상의 기와 배열 형식으로 배치시킴과 동시에, 해당 암, 수 접속구끼리 물리적으로나 전기적으로 결합시키는 단계(S20)와;
    상기와 같이 결합된 본체의 암, 수 접속구에 연장 전선의 암, 수 연결구를 플러그-소켓 방식으로 결합하는 단계(S21)와;
    상기 암, 수 연결구의 반대쪽에 위치한 연장 전선의 끝단을 집전 설비의 입력단에 전기적으로 결합시키는 단계(S22)와;
    상기 집전 설비에 관련된 통상의 전기 장치태양광 발전 시스템에 필요한 기타 시공 작업을 수행하는 단계(S23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기와형 태양광 발전장치의 조립방법.
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