KR20090003573A - 건축외장용 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 셀(cell) 및 그 하부에 디자인 시트를 포함하여 디자인적으로 차별화되는 태양전지 모듈을 제공한다.
태양전지 모듈

Description

건축외장용 태양전지 모듈{Photovoltaic module for building exterior}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 특히 디자인 시트를 포함하여 디자인적으로 차별화되는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지의 최소 단위인 셀(Cell) 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5 V로 매우 작은데다 외부 환경에 쉽게 영향을 받는다.
모듈(Module)은 이러한 셀을 패키지화한 것이다. 이 모듈은 여러 개씩 이어 용도에 맞게 만든 것을 어레이(array)라 한다.
일반적으로 벌크형 셀은 상하를 동등한 방법으로 커버해 보호하면서 모듈로 만든다. 박막형 셀은 기판을 포함한 모듈로 제작한다.
모듈은 일반적으로 셀, 표면재, 충진재, 블랙시트(black sheet), 씰(seal)재, 프레임재 6가지로 구성된다.
표면재는 대부분 수명을 길게 하기 위해 백판 강화유리를 쓴다.
충진재로는 최근 EVA(Ethylene Vinyl Acetate)가 주로 이용되고 있는데, 자외선 열화 문제가 지적받고 있다.
블랙시트 재료로는 주로　　PVF(Poly Vinyl Fluoride)가 사용된다. 그밖에 폴 리에스터, 아크릴 등도 사용된다. 내습성을 높이기 위해 알루미늄 호일을 씌우거나, 폴리에스터를 씌운다. 유리를 이용한 것으로 더블 그라스 타입(double glass type)이 있다. 현재에도 유럽을 위주로 미국에서도 일부 사용하고 있다.
씰(Seal)재는 리드의 출입부나 모듈의 단면부를 처리하는데 사용한다. 실리콘 실란트, 폴리우레탄, 폴리 설파이드, 부틸고무 가운데 부틸고무가 자주 사용된다.
패널재는 통상 표면 산화 알루미늄을 쓰는데 민생용 등에서는 고무를 사용하기도 한다.
BIPV(Building Integrated Photo Voltaic) 모듈은 건축계획 초기단계부터 건물의 일부분으로서 설계되어 건물에 일체화시키는 방식이다(건물 일체형). 이 모듈은 건물의 외장재로 사용되어 그에 상응하는 비용을 절감할 수 있고, 건물과의 조화가 잘 이루어지므로 건물의 부가적인 가치를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 온도 등 고려되어야 하는 부분이 있고, 신축 건물이나 기존 건물을 크게 개보수하는 경우에만 적용 가능하다는 단점이 있다.
PVIB(Photo Voltaic In Building) 모듈은 기존 건물 또는 신축 건물의 경우에는 본래 건물의 일부분으로서 계획되지 않았으나, 건물이 완전이 지어진 후에 건물에 태양광을 부착 또는 거치하는 방식이다. 이 모듈은 시공이 비교적 용이하고, 신축 및 기존 건물 어디에도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 가대 등 별도의 지지물이 필요하고, 건물과의 조화가 잘 이루어지지 않을 가능성이 있다는 단점이 있다.
결정형 PV 모듈 시스템(BIPV 포함)은 직사광에 의한 효율을 최적 조건으로 세팅하여 사용하고 있다.
태양광 셀의 특성상 입사각과 빛의 강도에 의한 효율 차이는 매우 크다고 할 수 있다.
입사각에 의한 효율을 극대화하기 위해 태양 추적 시스템을 도입하여 최적 방위각을 유지하는 방법이 있으나, 추적형 시스템을 도입하기 위해서는 건축물 구조 및 비용의 단점을 극복해야 한다.
대한민국 특허공개 제2003-81662호에는 이중층 반사방지막이 형성된 태양전지가 개시되어 있다. 이 특허에서 셀 기판이 규칙적인 역 피라미드 패턴의 요철구조를 가지나, 강화유리가 아닌 셀 표면의 요철구조에 관한 것이다.
대한민국 특허등록 제359846호에는 건축 자재용 태양전지 모듈이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제680654호에는 발광소자가 일체형으로 구비된 태양전지 모듈이 개시되어 있으며, 대한민국 실용신안등록 제420311호에는 건축외장용 일체형 복층유리 PV가 개시되어 있으나, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.
본 발명의 목적은 디자인적으로 차별화된 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 효율을 개선시킨 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 셀(cell) 및 그 하부에 디자인 시트를 포함하는 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에서 디자인 시트는 불투명 시트, 반투명 시트 또는 반사 시트일 수 있다.
본 발명에서 디자인 시트는 종이, 섬유 시트(직포, 부직포 등), 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑(wrapping), 증착, 스퍼터링(sputtering), 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 것이다.
본 발명의 태양전지 모듈은 에너지 효율 개선을 위하여 셀 상부에 요철구조를 갖는 굴절유리를 포함할 수 있다.
본 발명에서 입사각 최적효율을 위하여 요철구조는 그 단면이 삼각형이며, 삼각형의 전방 모서리 각은 50 내지 60도인 것이 바람직하다.
본 발명에서 굴절유리의 요철구조와 상승작용을 하여 입사각에 의한 에너지 효율을 극대화하기 위해, 셀의 표면에도 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이때 셀과 굴절유리의 요철구조 형상이 일치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 태양전지 모듈은 디자인 요소를 가미하여 건축자재로 외장효과를 극대화시킬 수 있고, 고부가가치의 모듈 생산이 가능하며, 반사 디자인 시트의 경우 태양광을 반사시킴으로써 온도 상승을 억제하여 효율을 상승시킬 수 있다.
또한, 굴절유리를 사용함으로써 아침과 저녁의 빛이 굴절유리로 수직 입사하게 됨에 따라 태양광 전지의 에너지 효율이 상승하게 되고 더 많은 전기의 생산이 가능하게 된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 종래 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(1)은 프레임(9)에 지지되어 위로부터 상부 러버 프로파일(rubber profile)(2), 강화유리(3), 상부 EVA 필름(4), 셀(5), 하부 EVA 필름(6), 백 시트(back sheet)(7), 하부 러버 프로파일(8)로 구성된다.
러버 프로파일(2, 8)은 실링재로서 고무로 이루어진다.
강화유리(3)는 표면재로서 외부의 충격 등으로부터 셀(5)을 보호하는 역할을 한다.
EVA 필름(4, 6)은 충진재의 역할을 하며, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다.
셀(5)은 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 다수 개의 셀이 전도성 리본에 의해 직렬 또는 병렬로 배열된다.
백 시트(7)는 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 역할을 하며, PVF, 폴리에스터, 아크릴 등으로 이루어진다.
프레임(9)은 알루미늄 등으로 구성되어 모듈(10)의 각 구성요소들을 지지한다.
도 2는 종래 일반적인 태양전지 모듈의 사진으로, 위로부터 강화유리, EVA 필름, 셀, EVA 필름, 백 시트로 구성되고, 셀과 백 시트의 색깔 및 셀의 배치에 의해 디자인이 결정되며, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.
도 3은 종래 유리-유리(G-G) 타입 태양전지 모듈의 사진으로, 위로부터 강화유리, EVA 필름, 셀, EVA 필름, 강화유리로 구성되고, 셀의 색깔 및 셀의 배치에 의해 디자인이 결정되며, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10a)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 불투명 디자인시트(15a), 하부 EVA 필름(16), 백 시트(17)를 포함하여 이루어진다.
유리(11)는 일반적인 평판 강화유리 또는 도 7에 도시된 굴절유리를 사용할 수 있다.
굴절유리(11)의 표면에는 요철구조가 형성되고, 요철구조는 입사각 최적효율을 위하여 그 단면이 삼각형인 것이 바람직하다. 요철구조의 폭이나 깊이보다는 각도가 중요하며, 삼각형의 전방 모서리 각을 기준으로 50 내지 60도인 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용되는 굴절유리는 강화유리를 식각 처리하여 요철구조를 형성한 것이며, 이와 같이 유리 식각이 셀 식각에 비하여 공정상 용이하고 효율적이 며 비용도 저렴하다.
요철구조는 레이저, 약품 등을 이용하여 강화유리를 식각 처리함으로써 형성하며, 이때 노트북용 프리즘 필름처럼 식각 표면에 의해 인체의 손상이 일어나지 않는 범위의 미세 식각이 이루어져야 하며, 식각층의 상층부가 너무 돌출되어 마모가 일어나는 현상을 지양해야 한다.
셀(13)의 표면에도 굴절유리(11)의 요철구조에 대응하는 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 굴절유리(11)의 요철구조와 상승 작용을 하여 입사각에 의한 에너지 효율을 극대화할 수 있다.
불투명 디자인시트(15a)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 불투명 시트이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10b)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 반투명 디자인시트(15b), 하부 EVA 필름(16), 유리(18)를 포함하여 이루어진다. 이 실시예의 경우 반투명 디자인시트(15b)를 사용함으로써 채광 효과를 구현할 수 있다.
반투명 디자인시트(15b)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 반투 명 시트이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도로서, 이 태양전지 모듈(10c)은 위로부터 유리(11), 상부 EVA 필름(12), 셀(13), 중간 EVA 필름(14), 반사 디자인시트(15c), 하부 EVA 필름(16), 백 시트(17)를 포함하여 이루어진다. 이 실시예의 경우 반사 디자인시트(15c)를 사용함으로써 태양광을 반사시켜 온도상승을 억제하여 에너지 효율을 상승시킬 수 있다.
반사 디자인시트(15c)는 종이, 섬유 시트, 합성수지 시트, 금속 시트, 무기질 시트, 목질 시트, 유리 시트, 가죽 시트 등의 시트에 인쇄, 코팅, 랩핑, 증착, 스퍼터링, 도장, 도포, 도금, 함침, 식각 등의 방법으로 디자인을 형성한 반사 시트이다.
도 7은 본 발명에 따른 굴절유리의 빛 입사 효율을 도시한 것으로, 최적 굴절이 용이한 식각 굴절유리(11)에 의하여 빛이 어느 방향으로 입사하든지 셀(13) 쪽으로 모두 수직 입사하게 됨으로써 입사각을 최적효율로 만들어 준다.
도 1은 종래 태양전지 모듈의 구조도이다.
도 2는 종래 일반적인 태양전지 모듈의 사진이다.
도 3은 종래 유리-유리(G-G) 타입 태양전지 모듈의 사진이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 태양전지 모듈의 구조도이다.
도 7은 본 발명에 따른 굴절유리의 빛 입사 효율을 도시한 것이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 10: 태양전지 모듈
2: 상부 러버 프로파일
3: 강화유리
4, 12: 상부 EVA 필름
5, 13: 셀
6, 16: 하부 EVA 필름
7, 17: 백 시트
8: 하부 러버 프로파일
9: 프레임
11, 18: 유리
14: 중간 EVA 필름
15a: 불투명 디자인시트
15b: 반투명 디자인시트
15c: 반사 디자인시트

Claims (7)

  1. 셀(cell) 및 그 하부에 디자인 시트를 포함하는 태양전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 디자인 시트가 불투명 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 디자인 시트가 반투명 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 디자인 시트가 반사 시트인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 셀 상부에 요철구조를 갖는 굴절유리를 포함하는 태양전지 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 요철구조의 단면이 삼각형이고, 삼각형의 전방 모서리 각이 50 내지 60도인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 셀의 표면에도 요철구조가 형성되고, 셀과 굴절유리의 요철 구조 형상이 일치하는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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