KR20090035553A - Insulating window incorporating photovoltaic cells and a pressure equalization system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전체적으로 윈도우 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 태양광발전 판넬을 포함하는 윈도우 구조에 관한 것이다. The present invention relates generally to a window structure, and more particularly, to a window structure including a photovoltaic panel.
윈도우 또는 유리 영역은 덥거나 또는 추운 기후에 있는 건물에 대한 단열 설계에 있어서 중요한 약점이다. 주지의 기본 절연 윈도우는 강성 프레임 안에 두 장의 판유리들로부터 구성된다. 판유리들 사이의 에어 스페이스(air space)는 단열을 제공한다. Window or glass areas are an important weakness in the design of insulation for buildings in hot or cold climates. Known basic insulating windows are constructed from two panes in a rigid frame. The air space between the panes provides insulation.
두 장의 판유리들 사이에 배치될 때, 태양광발전 유닛은 절연 유리 유닛 안에 잡힌 공기를 가열시키는데, 이는 봉인이 조기에 약해지도록 한다. 길러드(Gillard)에 의한 미국특허등록 제4,137,098호는 강제 순환 시스템(forced air system)에 의해 냉각되는 윈도우 하우징의 두 장의 판유리들 사이에 넣어진(enclosed) 태양광발전 전지를 개시한다. 쿠너트(Kunert)에 의한 미국등록특허 제5,128,181호는 초과 일사(excess solar radiation)가 대류에 의해 외부로 방산되는 윈도우 하우징의 두 장의 판유리들 사이에 넣어진 태양광발전 전지를 개시한다. 길러드에 의한 미국등록특허 제5,221,363호는 초과 열이 대류에 의해 제거될 수 있도록 하기 위한 밸브를 가지는 윈도우 하우징의 두 장의 판유리들 사이에 넣어진 태양광발전 전지를 개시한다. 하지만, 만약 잡혀진 공기가 배출되는 경우, 윈도우가 차가워지고 그리고 공기가 유닛으로 다시 들어갈 때, 윈도우 유닛의 투명도를 손상시키는 응축은 발생할 수도 있다. When placed between two panes, the photovoltaic unit heats the air trapped in the insulated glass unit, which causes the seal to weaken prematurely. U.S. Patent No. 4,137,098 to Gilard discloses a photovoltaic cell enclosed between two panes of window housing that are cooled by a forced air system. U. S. Patent No. 5,128, 181 to Kunert discloses a photovoltaic cell sandwiched between two panes of window housing in which excess solar radiation is dissipated to the outside by convection. U.S. Patent No. 5,221,363 by Girard discloses a photovoltaic cell sandwiched between two panes of window housing having a valve to allow excess heat to be removed by convection. However, if the trapped air is discharged, condensation may occur when the window is cold and when air enters the unit again, impairing the transparency of the window unit.
그러므로 절연 유리 유닛 윈도우 구조에 대한 기술에서 태양광발전 전지를 포함하고 종래 기술에 부과된 어려움을 완화시키는 필요성이 있다. Therefore, there is a need to include photovoltaic cells in the technology for insulating glass unit window structures and to mitigate the difficulties imposed on the prior art.
본 발명은 태양광발전 전지를 포함하는 압력 평형 단열 윈도우에 지향된다. 그러므로, 일 측면에서, 본 발명은 The present invention is directed to a pressure balanced insulating window comprising a photovoltaic cell. Therefore, in one aspect, the present invention
(a) 그 사이에 내부 에어 스페이스를 한정하는 한 쌍의 판유리;(a) a pair of panes defining an interior air space therebetween;
(b) 상기 판들을 일정 간격으로 유지하는 상기 판유리들 사이에 배치된 스페이싱 부재;(b) a spacing member disposed between the panes for holding the plates at regular intervals;
(c) 상기 판유리 사이에 배치된 적어도 하나의 태양광발전 전지; 및(c) at least one photovoltaic cell disposed between the panes; And
(d) 상기 윈도우의 주위를 둘러싸는 프레임을 포함하되, (d) a frame surrounding the window, wherein
여기에서 상기 프레임은 상기 에어 스페이스로 상기 프레임을 통해 가스 통신을 제공하기 위한 도관 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 윈도우를 포함한다. Wherein the frame comprises an insulating window comprising conduit means for providing gas communication through the frame to the air space.
일 실시예에서 상기 도관 수단은 건조제를 포함한다. In one embodiment the conduit means comprises a desiccant.
또 다른 실시예에서 상기 프레임은 내부 공간을 밀폐시키고 그리고 접속 수단을 포함한다. In another embodiment the frame encloses the inner space and comprises connecting means.
본 발명은 첨부한 단순화되고, 도식적이고, 축척에 맞지 아니한 도면들을 참조하여 예시적인 실시예를 설명하는 방식에 의해 이제 기술될 것이다. The invention will now be described by way of illustrating an exemplary embodiment with reference to the accompanying simplified, schematic, non-scale drawings.
도1은 태양광발전 전지들을 넣은 단열 윈도우 및 전기적 연결의 도식적 표현의 사시도이다; 1 is a perspective view of a schematic representation of an insulating window and electrical connection with photovoltaic cells;
도2는 윈도우 프레임 및 접속 수단에 의해 넣어진 내부 공간을 도시하는, 도1(태양광발전 전지들 미도시)의 윈도우의 단면도이다; 그리고FIG. 2 is a sectional view of the window of FIG. 1 (photovoltaic cells not shown) showing the interior space encased by the window frame and the connecting means; FIG. And
도3은 도2의 실시예의 단면도이다. 3 is a cross-sectional view of the embodiment of FIG.
본 발명은 에너지 효율, 단열 윈도우 디자인에 대비한다. 본 발명을 설명할 때, 여기에서 정의되지 아니한 모든 용어들은 통상의 기술-인지 의미들을 가진다. The present invention provides for an energy efficient, insulating window design. In describing the present invention, all terms not defined herein have ordinary skill-cognitive meanings.
도1은 외부 판유리(12)의 내부 표면에 장착된 태양광발전 전지들(2) 및 전기 연결들(4)의 도식적 표현의 사시도이다. 1 is a perspective view of a schematic representation of photovoltaic cells 2 and electrical connections 4 mounted to an inner surface of an
도2 및 도3은, 참조로써 여기에 합체된 내용인, 공동소유된 캐나다 특허출원 제2,507,108호에서 기술된 바와 같은 압력 평형 시스템을 가지는 단열 윈도우를 도시한다. 2 and 3 show an insulating window having a pressure balancing system as described in co-owned Canadian Patent Application No. 2,507,108, which is incorporated herein by reference.
도2는 이중 판유리들(10, 12) 및 프레임(14)을 포함하는 윈도우 유닛을 도시한다. 2 shows a window unit comprising
도3은 스페이서(16)에 의해 이격되고 그리고 프레임(14)에 의해 결합된 판유리들(10, 12)의 단면도를 도시한다. 3 shows a cross-sectional view of the
프레임은 외부 채널 부재(18), 내부 채널 부재(20) 및 내부 채널 부재와 외부 채널 부재를 연결시키는 이중의 중간 웹 부재(22)를 포함한다. 내부 채널 부재는 외부로 돌출하고 벽 프레임 안으로 설치될 때 (미도시된) 윈도우 문설주(jamb)에 접하게 되는 설치 플랜지(24)를 포함할 수도 있다. 제거가능한 건조제 가림 부재(desiccant concealing member, 26)는 유리 유닛을 지지하지만 그 이외의 다른 구조적 기능 기능을 수행하지 아니하는 설치 플랜지(24)에 대향하는 내부 채널 부 재(20)에 부착된다. 건조제 가림 부재(26)는 단일 연장 채널(28)을 한정하는 튜브-형상이다. 채널의 다른 쪽 에지가 제2 립(32)을 한정하는 반면 채널의 한 쪽 에지는 제1 립(30)을 한정한다. 두 개의 립들(30, 32)은 내부 채널 부재(20)에 형성된 해당 홈들(31, 33)과 짝을 이룬다. 유리면들은 탄력있는 봉인들(34, 36, 38)에 의해 위치되고 그리고 지지된다. 봉인(36)이 내부 채널 부재(20)에 부착되는 반면 봉인(34)은 외부 채널 부재(18)에 부착된다. 에어 실(air seal, 38)은 건조제 가림 부재(26)에 부착된다. 바람직하게 봉인들은, 네오프렌, 이중합성 고무(EPDM) 또는 실리콘 고무와 같이, 낮은 열 전도도를 갖고 그리고 상대적으로 수분이 침투하지 아니하는 재료로부터 형성된다. The frame includes an
바람직한 실시예에서, 이중 건조 시스템이 채택된다. 스페이서(16)는 적당한 건조제(40)로 충진된 속이 비어있는 직사각형 부재이다. 스페이서는 판유리들(10, 12) 사이의 에어 스페이스와 건조제를 포함하는 스페이서(16)의 내부 볼륨(interior volume) 사이에서 공기가 순환하도록 하는 기공들을 한정한다. 게다가, 작은 도관(42)은 건조제(40)로 충진된 건조제 가림 부재(26) 안에서 봉인된 튜브(44)에 스페이서의 내부 공간을 연결한다. 봉인된 튜브(40)는 도관(42)을 수용하여 그 결과 스페이서 내부 볼륨과 건조제 튜브(44) 사이에서 가스 통신(gas communication)을 제공하는 캡(46)을 가진다. In a preferred embodiment, a dual drying system is adopted. The
자명한 바와 같이, 건조제 가림 부재(26)는 내부 채널 부재(20)로부터 립 들(30, 32)을 떼어 냄으로써 프레임(14)으로부터 제거되어 그 결과 건조제 튜브(44)를 드러나게 한다. 만약 필요한 경우 그러면 건조제 튜브(44)는 도관(44) 으로부터 용이하게 분리되고 신선한 건조제로 대체될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 건조제 튜브 내의 건조제는 스페이서에 포함된 건조제와 상이할 수도 있고 스페이서 내의 건조제보다 더 높은 친수성을 가진다. 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 에어 스페이스 안으로 유인된 공기는 대체가능한 건조제 튜브를 관통해야만 하고, 그 결과 윈도우 유닛 안에서 건조한 대기를 유지한다. As will be appreciated,
건조제 튜브들(44)은 임의의 방향으로 하나, 둘, 셋 또는 모든 네 개의 건조제 가림(20) 부재들(26)에 위치될 수도 있다.
프레임(14)을 포함하는 외부, 중간 및 내부 채널 부재들은 예를 들어 폴리비닐클로라이드 또는 폴리아미드와 같은 낮은 열 전도도를 가지는 열가소성 재료로부터 형성될 수도 있다. 선택적으로, 중간 부재가 비금속인 반면 내부 및 외부 채널 부재들은 알루미늄과 같은 금속 부재들이어서, 그 결과 둘 사이의 열교 현상(thermal bridge)을 회피할 수도 있다. 건조제 가림 부재들은 금속 또는 플라스틱과 같이 임의의 적당한 재료일 수도 있고, 그리고 바람직하게 탄력이 있어 그것의 설치 및 내부 채널 부재로부터 제거를 용이하게 한다.The outer, middle and inner channel members comprising the
태양 전지, 또는 태양광발전 전지(2)는 일광의 존재 하에서 유용한 전기 에 너지를 생성할 수 있는 대면적(large-area) pn 접합 다이오드로 이루어진 반도체 장치이다. 임의의 적당한 형태의 태양광발전 전지(2)는 여기에서 기술된 윈도우에 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘, 황화칼슘(calcium sulfide), 비화갈륨(gallium arsenide) 및 전지들의 다른 형태들이 적당하다. 전지들은 사각형, 원형과 같이 임의의 원하는 형태일 수 있다. A solar cell, or photovoltaic cell 2, is a semiconductor device consisting of a large-area pn junction diode capable of producing useful electrical energy in the presence of sunlight. Any suitable type of photovoltaic cell 2 can be used in the window described herein. For example, silicon, calcium sulfide, gallium arsenide and other forms of cells are suitable. The cells may be of any desired shape, such as square and round.
태양광발전 전지들은, 결정 웨이퍼(crystalline wafers) 또는 박막 전지와 같이, 임의의 적당한 전지일 수도 있다. 결정 태양광발전 전지 웨이퍼를 이용하는 것에 대한 선택적인 것으로서, 태양광발전 적층형 유리가 또한 박막 태양광발전(PV) 전지들을 이용하여 생산될 수 있다. 박막 태양 전지의 제조는, 유리, 금속 또는 플라스틱과 같은 저가의 기판 위에 (아모퍼스 실리콘(amorphous silicon), 구리인듐디셀레나이드(copper indium diselenide), 또는 카드뮴텔루라이드(cadmium telluride)와 같은) 반도체 재료의 원자들, 분자들 또는 이온들의 매우 얇고, 연속적인 레이어들을 적층시키는 것을 수반한다. 박막 전지들은 결정 태양 전지 웨이퍼 기술에 대하여 확실한 장점들을 가진다. 그들은 더 작은 재료를 사용하고 그리고 전지의 활성 영역은, 종래 웨이퍼들이 200 내지 400 마이크론 두께인 반면, 1 내지 10 마이크론 두께이다. 일반적으로 박막 전지들은 또한 (1m2 이상의) 대면적 제조에 수정가능하고 그리고 자동화되고, 연속적인 생산, 배열 및 포장에 적합하다. 그들은 또한 가요성 기판 재료들 위에 적층될 수 있다. The photovoltaic cells may be any suitable cell, such as crystalline wafers or thin film cells. As an alternative to using crystalline photovoltaic cell wafers, photovoltaic laminated glass can also be produced using thin film photovoltaic (PV) cells. Fabrication of thin film solar cells is a semiconductor (such as amorphous silicon, copper indium diselenide, or cadmium telluride) on inexpensive substrates such as glass, metal or plastic. This involves laminating very thin, continuous layers of atoms, molecules or ions of the material. Thin film cells have certain advantages over crystalline solar cell wafer technology. They use smaller materials and the active area of the cell is between 1 and 10 microns thick, while conventional wafers are between 200 and 400 microns thick. Thin film cells are also generally modifiable and automated for large area production (more than 1 m 2 ) and suitable for continuous production, arrangement and packaging. They can also be stacked over flexible substrate materials.
일실시예에서, 태양광발전 전지들(2)은, 태양광발전 전지들이 두 장의 유리 판넬들 사이에 적층된 상태로, 태양광발전 라미네이트로서 두 장의 판유리들(10, 12) 사이에 배치된다. 종래의 적층형 유리 생산에 있어서 한 시트의 유리는 폴리머 접착 필름의 레이어에 접착되고, 그리고 재료의 또 다른 시트 또는 레이어는, 접착 필름이 두 개의 외부 레이어들 사이에서 끼워지도록 하기 위해, 접착 필름 레이어의 다른 면에 접착된다. 예를 들어 미국등록특허 제5,268,049호, 제5,118,371호, 제4,724,023호, 제4,234,533호 및 제4,125,669호와 같이 라미네이트들을 생산하기 위한 많은 방법들은 알려져 있다. 적층형 유리는 일반적으로, 플라스틱화된 폴리비닐부틸알(plasticized polyvinyl butylal , PVB) 필름과 같은 중간 필름 또는 적층 필름으로 불리는 플라스틱 필름을 가지는 유리의 적어도 두 장의 시트들이 배출, 가압 및 가열을 겪게 되는 인접한 유리 시트의 각각의 쌍 사이에 끼워지는 공정에 의해 제조된다. In one embodiment, the photovoltaic cells 2 are arranged between two
태양광발전 전지들(2)은 일반적으로 직렬 회로에 같이 연결되어(4) 원하는 전압을 달성하고, 그리고 그런 다음 여러 개의 태양광발전 전지들의 직렬 회로들은, 원하는 바와 같이 병렬로 연결될 수 있다. 그런 다음 전기 에너지는 (+) 및 (-) 단자들로부터 전력 제어 또는 다른 적당한 분배 장치(6)로 전선들(4)에 의해 공급된다. 메인 전력 버스에 대한 그러한 종래의 전기 회로는 바람직하게 절연체를 포함한다. 당해 기술에서 주지된 바와 같이, 인버터가 사용되어 태양광발전 전지들 에 의해 생산된 직류(DC)로부터 교류(AC)를 생산한다. 바람직하게, 여러 개의 태양광발전 전지들은 병렬로 그룹되어 전압을 증가시키고 그리고 각각의 그룹은 세 개의 극 단절 직류 스위치(pole disconnect DC switch) 및 인버터가 구비되고, 그런 다음 교류 전류가 208 볼트 분배 패널(208 volt distribution panel)을 통과한다. The photovoltaic cells 2 are generally connected together in series circuit 4 to achieve the desired voltage, and then the series circuits of several photovoltaic cells can be connected in parallel as desired. Electrical energy is then supplied by the wires 4 from the positive and negative terminals to the power control or other
당업자에게 자명한 바와 같이, 이전의 특정 개시의 다양한 수정, 개조 및 변형은 여기에서 청구된 발명의 범위로부터 일탈됨 없이 가능하다. 기술된 발명의 다양한 특징 및 요소들은 발명의 범위로부터 일탈됨 없이 여기에서 기술되거나 또는 청구된 조합들과 다른 방식으로 결합될 수 있다. As will be apparent to those skilled in the art, various modifications, adaptations, and variations of the previous specific disclosures are possible without departing from the scope of the invention claimed herein. The various features and elements of the described invention can be combined in other ways with the combinations described or claimed herein without departing from the scope of the invention.
본 발명에 의하면, 태양광발전 전지에 의해 봉인이 약해지지 않고, 윈도우 유닛의 투명도를 손상시키는 응축이 발생하지 아니하는 태양광발전 전지 및 압력 평형 시스템을 결합한 절연 윈도우를 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide an insulating window combining a photovoltaic cell and a pressure balancing system in which the sealing is not weakened by the photovoltaic cell and no condensation that impairs the transparency of the window unit occurs.
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