KR20100110442A - 디자인층을 구비한 건물 일체형 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디자인층을 구비한 건물 일체형 태양전지 모듈에 관한 것으로, 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖고, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 셀(cell) 및 디자인층을 갖는 이중유리 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공한다.
태양전지 모듈, 디자인층

Description

디자인층을 구비한 건물 일체형 태양전지 모듈{Building integrated photovoltaic module with design layer}
본 발명은 건물 일체형 태양전지 모듈에 관한 것으로, 특히 디자인층을 포함하여 디자인적으로 차별화되는 건물 일체형 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지는 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자로서, 각각이 플러스(+)와 마이너스(-) 극성을 띠는 2장의 반도체 박막으로 구성되며, 다수의 태양전지 셀들이 직/병렬로 연결되어 사용자가 필요로 하는 전압 및 전류를 발생시키게 되고, 사용자는 이러한 태양전지에서 발생된 전력을 사용할 수 있게 된다. 태양전지는 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 사용하지 않고, 무공해이며, 무한대의 에너지원을 가지는 태양열을 이용한 대체에너지이다.
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 모듈을 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 있다. 블랙시트 재료로는 주로　PVF(Poly Vinyl Fluoride)가 사용되고, 그밖에 폴리에스터, 아크릴 등도 사용되며, 내습성을 높이기 위해 알루미늄 호일을 씌우거나 폴리에스터를 씌운다. 씰(Seal)재는 리드의 출입부나 모듈의 단면부를 처리하는데 사용되며, 실리콘 실란트, 폴리우레탄, 폴리 설파이드, 부틸고무 가운데 부틸고무가 자주 사용된다. 패널재는 통상 표면 산화 알루미늄을 쓰는데 민생용 등에서는 고무를 사용하기도 한다.
도 9는 종래 태양전지 모듈의 구성도로서, 이 태양전지 모듈(101)은 프레임(109)에 지지되어 위로부터 상부 러버 프로파일(rubber profile)(102), 강화유리(103), 상부 EVA 필름(104), 셀(105), 하부 EVA 필름(106), 백 시트(back sheet)(107), 하부 러버 프로파일(108)로 구성된다.
러버 프로파일(102, 108)은 실링재로서 고무로 이루어진다. 강화유리(103)는 표면재로서 외부의 충격 등으로부터 셀(105)을 보호하는 역할을 한다. EVA 필름(104, 106)은 충진재의 역할을 하며, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름이다. 셀(105)은 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 다수 개의 셀이 전도성 리본에 의해 직렬 또는 병렬로 배열된다. 백 시트(107)는 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 역할을 하며, PVF, 폴리에스터, 아크릴 등으로 이루어진다. 프레임(109)은 알루미늄 등 으로 구성되어 모듈(101)의 각 구성요소들을 지지한다.
종래의 일반적인 태양전지 모듈은 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.
종래의 유리-유리(G-G) 타입 태양전지 모듈은 위로부터 강화유리, EVA 필름, 셀, EVA 필름, 강화유리로 구성되고, 셀의 색깔 및 셀의 배치에 의해 디자인이 결정되며, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.
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 있으나, 구조적인 한계로 인하여 디자인이 단조롭고 차별화가 어렵다.
한편, 태양전지를 건물 일체형 태양전지 모듈로 사용하는 방법으로서 콜드 퍼사이드(Cold Facade)가 사용되어 왔다. 일반적으로 퍼사이드란 건축물의 정면을 말하며, 건물의 얼굴로서 첫인상에 가장 큰 영향을 주므로 외관을 고려하여 건축물 정면에 건축자재로서 유리 퍼사이드가 사용되는 추세이며, 장식용으로 사용되던 퍼사이드는 내구성, 단열효과 및 대체에너지를 위해 태양전지 모듈을 이용한 워엄 퍼사이드(Warm Facade)가 요구되었다.
도 1은 종래기술에 따른 콜드 퍼사이드의 일 예를 나타낸 단면도로서, 콜드 퍼사이드는 내벽과 외벽을 포함하는 두 겹의 벽층 구조로 구성되며, 내벽(3)이 지면(1)에 타설된 콘크리트 등의 기초부재(2) 상에 고정되어 지면(1)에 건축물을 지 탱되도록 하고, 내벽(3) 외측으로 단열재(4)를 설치하며, 내벽(3)의 상부와 하부에 지지대(5)를 형성하여 장식용 태양전지 모듈을 포함한 외벽(6)을 지지대(5)를 통해 내벽(3)에 고정되도록 설치한다.
또한, 단열재(4)와 외벽(6) 사이에는 공기층(7)이 형성되도록 공간을 두어 외부로부터의 환기가 가능하여 모듈의 고온에 의한 전력감소를 최소화할 수 있도록 하고 있다.
그러나, 이러한 형태의 공법은 설치가 번거롭고, 내벽(3) 및 단열재(4)를 별도로 설치해야 하기 때문에 비용적인 측면에서도 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 기존의 콜드 퍼사이드를 건물의 외장재로 사용하기 위해서는 외기의 온도차단 및 배선처리를 위한 이중 차단벽을 추가로 설치해야 하고, 빛이 투과되지 않는 등 건축물 외장재로 사용하기에는 구조적으로 부적합한 문제점이 있었다.
이에 따라 설치가 간편하고 다양한 디자인의 패턴 구현이 가능한 태양전지 모듈을 건축물의 외장재로 사용함과 아울러 태양열을 이용한 발전용 전력을 이용할 수 있는 건물 일체형 태양전지 모듈이 요구되었다.
본 발명의 목적은 외부 강화유리와 내부 강화유리를 포함하는 이중유리 모듈에 다양한 패턴의 디자인을 적용함으로써, 건물 외부의 미관을 향상시키고 디자인적으로 차별화되는 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 에너지 효율을 개선시킨 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 초자잉크의 분사 정도에 따라 건물에 차양효과를 줄 수 있는 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부 강화유리와 내부 강화유리를 포함하는 이중유리 모듈에 의해 단열 및 소음방지 효과를 줄 수 있는 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이중유리 모듈을 직접 건축물 외벽으로 사용하여 별도의 내벽을 설치할 필요 없이 간단하게 설치 가능한 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 TPS(Thermo Plastic System)를 포함하는 이중 실링 시스템을 적용하여 단열성, 내풍압성 등이 우수한 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 철골구조의 건축물 외벽으로 사용 되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖고, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 셀(cell) 및 디자인층을 갖는 이중유리 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에서 디자인층으로는 불투명 디자인시트, 반투명 디자인시트, 반사 디자인시트, 초자잉크 코팅층 등을 사용할 수 있다. 불투명 디자인시트, 반투명 디자인시트, 반사 디자인시트는 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 제1실시태양에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈은 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트(EVA) 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 불투명 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름, 백 시트를 갖는 이중유리 모듈을 포함한다.
본 발명의 제2실시태양에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈은 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 반투명 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름을 갖는 이중유리 모듈을 포함한다.
본 발명의 제3실시태양에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈은 철골구조의 건 축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 반사 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름, 백 시트를 갖는 이중유리 모듈을 포함한다.
본 발명의 제4실시태양에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈은 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 초자잉크 코팅층을 갖는 이중유리 모듈을 포함한다.
본 발명에서 초자잉크 코팅층은 내부 강화유리에 초자잉크를 분사방식을 통해 스크린 인쇄한 후, 500 내지 800℃의 온도로 열경화하여 내부 강화유리에 융합 침투시켜서 흡착시킨 것이다.
본 발명의 태양전지 모듈은 에너지 효율 개선을 위하여, 외부 강화유리, 내부 강화유리 중 적어도 하나는 요철구조를 갖는 굴절 강화유리인 것이 바람직하다.
본 발명에서 입사각 최적효율을 위하여 요철구조는 그 단면이 삼각형이며, 삼각형의 전방 모서리 각은 50 내지 60도인 것이 바람직하다.
본 발명에서 굴절 강화유리의 요철구조와 상승작용을 하여 입사각에 의한 에너지 효율을 극대화하기 위해, 셀의 표면에도 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이때 셀과 굴절 강화유리의 요철구조 형상이 일치하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 기밀 유지 등을 위해 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이의 둘레는 실링재로 밀봉 처리되는 것이 바람직하고, 실링재는 이소부틸렌 중합체와 열 가소성 중합체를 포함하는 조성물(BU-TPS)로 이루어진 제1실링재 및 제1실링재의 외곽 둘레에 설치되며 치오콜(Thiokol)로 이루어진 제2실링재로 구성되는 이중 실링 시스템이 바람직하다.
본 발명에서 태양전지 셀을 구동하기 위해 이중유리 모듈에는 배선함 및 케이블이 장착될 수 있다.
본 발명에서 이중유리 모듈은 직접 외벽으로 작용되도록, 기초부재 위에 수직으로 설치되고 지지 프레임에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 건물 일체형 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, 굴절 강화유리를 사용함으로써 아침과 저녁의 빛이 굴절 강화유리로 수직 입사하게 됨에 따라 태양광 전지의 에너지 효율이 상승하게 되고 더 많은 전기의 생산이 가능하게 된다.
또한, 외부 강화유리와 내부 강화유리를 포함하는 이중유리 모듈에 다양한 패턴의 디자인을 적용하여 사용할 수 있으므로 건물 외부의 미관이 향상되고, 초자잉크의 분사 정도에 따라 건물에 차양효과를 줄 수 있으며, 외부 강화유리와 내부 강화유리를 포함하는 이중유리 모듈에 의해 단열 및 소음방지 효과를 줄 수 있고, 이중유리 모듈을 직접 건축물 외벽으로 사용하기 때문에 별도의 내벽을 설치할 필 요 없이 간단하게 설치 가능하다.
또한, TPS(Thermo Plastic System)를 포함하는 이중 실링 시스템을 적용함으로써, 단열성, 결로 방지 성능, 수분 흡착력, 내풍압성이 우수하고, 자동화에 따른 생산속도와 품질이 향상되며, 깨끗하고 다양한 외관 처리가 가능하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈이 웜 퍼사이드 방식으로 설치된 상태를 나타낸 단면도로서, 이중유리 모듈(10)이 철골구조의 건축물(미도시) 외벽에 직접 사용되도록 설치된다.
이중유리 모듈(10)은 외부 강화유리(11) 내측에 내구성 및 단열기능을 향상시키기 위한 별도의 내부 강화유리(18)를 결합시킴으로써 일체형 이중유리 구조로 구성되며, 지면(1) 및 이 지면에 타설되는 콘크리트 등의 기초부재(2) 상에 수직 방향으로 설치되고, 지지 프레임(20)으로 구성되는 지지수단의 일측 상하부가 내부 강화유리(18)의 타측면에 부착되며, 지지수단의 하단부가 기초부재(2) 상에 부착되어 이중유리 모듈(10)을 지지한다.
도 3은 본 발명의 제1실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도로서, 이 모듈(10a)은 좌로부터 외부 강화유리(11), 제1EVA 필름(12), 셀(13), 제2EVA 필름(14), 불투명 디자인시트(15a), 제3EVA 필름(16), 백 시트(17) 및 내부 강화유리(18)를 포함하여 이루어진다.
외부 강화유리(11) 및 내부 강화유리(18)는 직접 건축물 외벽으로 작용하면 서 표면재로서 외부의 충격 등으로부터 셀(13)을 보호하는 역할을 한다.
외부 및 내부 강화유리(11, 18)는 일반적인 평판 강화유리 또는 도 8에 도시된 굴절 강화유리를 사용할 수 있다.
굴절 강화유리의 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 굴절 강화유리는 강화유리를 식각 처리하여 요철구조를 형성한 것이며, 이와 같이 유리 식각이 셀 식각에 비하여 공정상 용이하고 효율적이며 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.
제1EVA 필름(12), 제2EVA 필름(14), 제3EVA 필름(16)은 충진재 및 부착수단의 역할을 하며, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 공중합체로서 투명성, 완충성, 탄성, 인장강도가 아주 우수한 비닐 필름으로, 가스 배리어성이 높고 유기용제성 및 가공성이 우수하여 열성형이 용이한 특성이 있다.
셀(13)은 빛 에너지를 전기에너지로 변환시키는 역할을 하며, 다수 개의 셀이 전도성 리본에 의해 직렬 또는 병렬로 배열된다.
셀(13)의 표면에도 굴절 강화유리의 요철구조에 대응하는 요철구조가 형성되는 것이 바람직하며, 이에 따라 굴절 강화유리의 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.
백 시트(17)는 방수, 절연 및 자외선 차단 등의 역할을 하며, PVF, 폴리에스터, 아크릴 등으로 이루어진다. 또한, 기존의 PVF 필름보다 높은 내후성을 가진 불소계 수지를 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름으로 코팅한 시트를 사용할 수 있는데, 이 시트는 장기 내구성, 수증기 차단성, 전기절연성, 봉지제와의 접착성 등이 뛰어난 특성이 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도로서, 이 모듈(10b)은 좌로부터 외부 강화유리(11), 제1EVA 필름(12), 셀(13), 제2EVA 필름(14), 반투명 디자인시트(15b), 제3EVA 필름(16) 및 내부 강화유리(18)를 포함하여 이루어진다. 이 실시태양의 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 5는 본 발명의 제3실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도로서, 이 모듈(10c)은 좌로부터 외부 강화유리(11), 제1EVA 필름(12), 셀(13), 제2EVA 필름(14), 반사 디자인시트(15c), 제3EVA 필름(16), 백 시트(17) 및 내부 강화유리(18)를 포함하여 이루어진다. 이 실시태양의 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. 예를 들어, 알루미늄 호일과 같은 금속반사시트, 폴리머 반사시트, 역반사시트 등을 사용할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도로서, 이 모듈(10d)은 좌로부터 외부 강화유리(11), 제1EVA 필름(12), 셀(13), 제2EVA 필름(14), 초자잉크 코팅층(15d) 및 내부 강화유리(18)를 포함하여 이루어진다.
초자잉크 코팅층(15d)은 내부 강화유리(18)의 일측 전면에 초자잉크를 사용하여 원하는 디자인 형상으로 분사방식을 통해 스크린 인쇄한 후, 바람직하게는 500 내지 800℃의 온도로 열경화하여 내부 강화유리(18)의 일측 전면에 융합 침투시켜서 흡착시킨 코팅층이다.
초자잉크 코팅층(15d)은 변질 및 변색이 되지 않아 영구적으로 사용이 가능 하고, 초자잉크를 사용함으로써 단순히 솔라 셀(Solar Cell) 패턴만을 사용하는 것이 아니라 이중유리 모듈(10)의 내부 강화유리(18) 일측 전체에 걸쳐서 다양한 패턴의 디자인을 가능하게 하여 건축 외장재로서의 그 외관이 미려해진다.
도 7은 본 발명에 따른 이중유리 모듈에 실링재 및 배선함이 장착된 상태를 나타낸 단면도로서, 외부 강화유리(11)와 내부 강화유리(18) 사이에서 그 가장자리 둘레를 따라 실링재(19a, 19b)가 밀봉 처리되어 기밀을 유지할 수 있다.
실링재(19a, 19b)로는 통상의 실리콘계 실링재가 사용될 수 있으며, 특히 TPS와 같은 제1실링재(19a) 및 치오콜과 같은 제2실링재(19b)로 구성되는 이중 실링 시스템이 바람직하다.
제1실링재(19a)는 베이스 중합체 및 선택적으로 추가의 성분을 포함하는 밀봉 조성물으로 이루어진다.
베이스 중합체는 이소부틸렌의 단일 중합체, 공중합체, 삼량체 또는 이들의 혼합물; 또는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트의 단일 중합체 및/또는 공중합체 또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
추가의 성분은 열가소성 중합체, 천연 및 합성 고무, 점착성 부여 첨가제, 가소제, 결합제, 보강 및 비보강 충전제, 안정화제 및 기타 첨가제일 수 있다.
열가소성 중합체의 예로는 단일 중합체 및 공중합체로서 폴리올레핀이 있으며, 단량체 에틸렌, 프로필렌, n-부텐 및 고급 동족체 및 이들의 이성질체로부터 합성되며, 작용기성 비닐 화합물, 예컨대, 비닐 아세테이트, 비닐 클로라이드, 스티렌 및 α-메틸스티렌으로부터 합성된다. 추가의 예로는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에스테르 및 폴리우레탄 등이 있다.
특히, 제1실링재(19a)로서 BU-TPS가 바람직한데, 이는 이소부틸렌 중합체를 기재로 하여 열가소성 중합체를 포함하고 영구적으로 가요성을 띠는 에지 밀봉 화합물로서, 예를 들어 독일 케메탈 사에서 제작된 나프토텀 부틸-티피에스(Naftotherm BU-TPS)를 사용할 수 있다.
제1실링재(19a)는 제오라이트와 같은 흡습제를 포함할 수 있다.
제2실링재(19b)로는 치오콜이 바람직하다. 치오콜은 미국의 치오콜 케미컬 회사에서 제조되고 있는 다황화물(Polysulfide)계 합성고무의 상품명으로, 양끝에 할로겐기를 가지는 유기화합물과 다황화 알칼리의 축합반응에 의해서 만들어진다.
일반적인 이중(복층) 유리의 경우 에지 밀봉 시스템은 알루미늄 스페이서(spacer)(간봉), 스페이서 내부에 충진되는 흡습제, 스페이서 양쪽 외면에 부착되는 부틸(폴리이소부틸렌을 기반으로 하는 비경화성 실란트)로 이루어진 내측 실링재와, 치오콜 등의 외측 실링재로 구성된다.
일반 이중유리의 경우 아르곤(Ar) 가스 유리 제작시 가스 누출이 많고, 수작업이라서 생산속도가 느리며 작업자를 많이 필요로 하고(적어도 4명 이상) 불량이 다수 발생하며, 알루미늄 재질이라서 열 손실이 많고, 결로 발생이 빈번하며, 금속 스페이서로 이루어져 구조강도가 떨어진다. 또한, 많은 공수의 수작업으로 밀착 품질이 저하되고, 눈에 보이지 않는 부분으로 작업자에 따라 흡습제 양이 좌우되어 품질 불량이 발생하고 흡습력이 나쁘며, 밀봉선이 둘쑥날쑥하거나 끊김이 발생하고, 곡선처리시 품질이 크게 떨어진다.
본 발명에서 사용되는 TPS 에지 밀봉 시스템은 종래의 알루미늄 스페이서, 흡습제 및 부틸로 구성되는 내측 실링재의 3가지 기능을 하나로 통합한 것으로, 낮은 가스 누출률로 고품질 유리 제작이 가능하고, 자동화 작업이 가능하여 생산속도가 빠르며 작업자를 적게 필요로 하고(1명 정도) 고품질을 유지할 수 있으며, 비금속 재질로 이루어져 열 손실이 최소화되고, 열전도를 줄여 결로가 감소하며, 충격을 흡수하여 높은 구조강도를 갖는다. 또한, 한번의 자동공정으로 밀착력이 매우 우수하고, 흡습제가 TPS 내에 고르게 분포하여 흡습제 양이 일정하고 흡습력이 매우 우수하며, 밀봉선이 자동생산 방식으로 깨끗하고, 곡선처리가 가능하여 다양한 모양의 유리 생산이 가능하다. 또한, 이중유리 사이의 간격 조절이 자유롭고, 동일한 품질로 다양한 형태의 이중유리 제작이 가능하며, 일부가 개방된 형태의 이중유리 및 격자창 제작이 가능하다. 또한, 뛰어난 탄력성과 탄성 복원성으로 압력에 강한 내구성을 갖고, 이완 수축에 의해 부가되는 전단응력이 없으며, TPS의 유연한 특성으로 온도와 풍압에 강한 내구성을 갖는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이중유리 모듈(10)의 상부 중앙에는 케이블(31)과 접속 배선함(Junction box)(30)이 장착된다. 이중유리 모듈(10) 상부에 배선함(30)을 부착하여 케이블(31)을 연결한 후 사용하며, 케이블에는 다수의 태양전지 셀을 연결하는 리본(미도시)이 연결되어 있다.
도 8은 본 발명에 따른 굴절 강화유리의 빛 입사 효율을 나타낸 단면도로서, 최적 굴절이 용이한 식각 굴절 강화유리에 의하여 빛이 어느 방향으로 입사하든지 셀 쪽으로 모두 수직 입사하게 됨으로써 입사각을 최적효율로 만들어 준다.
[실시예 1]
도 2에 도시된 바와 같이, 지면(1)에 콘크리트를 타설하여 기초부재(2)를 형성한 후, 기초부재(2) 위에 수직으로 이중유리 모듈(10)을 설치하고 금속 재질의 지지 프레임(20)으로 지지하였다.
이중유리 모듈(10)은 도 6과 같이 좌로부터 외부 강화유리(11), 제1EVA 필름(12), 셀(13), 제2EVA 필름(14), 초자잉크 코팅층(15d) 및 내부 강화유리(18)로 구성하였다.
외부 및 내부 강화유리(11, 18)로는 강화유리를 사용하였다.
제1EVA 필름(12), 제2EVA 필름(14)으로는 EVA 필름을 사용하였다.
셀(13)로는 통상적인 실리콘 반도체 셀을 사용하였다.
초자잉크 코팅층(15d)은 내부 강화유리(18)에 초자잉크를 사용하여 디자인을 스크린 인쇄한 후, 650℃의 온도로 열경화하여 형성하였다.
또한, 외부 강화유리(11)와 내부 강화유리(18) 사이에서 그 가장자리 둘레를 따라 실링재(19a, 19b)를 밀봉 처리하였다. 제1실링재(19a)로는 BU-TPS를 사용하고, 제2실링재(19b)로는 치오콜을 사용하였다.
[실시예 2]
외부 및 내부 강화유리(11, 18)로서 도 8에 도시된 바와 같이 삼각형의 요철구조가 형성되고 삼각형의 전방 모서리 각이 55도인 굴절 강화유리를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하다.
[비교예]
실시예 1의 제1실링재(19a) 대신에, 알루미늄 스페이서, 흡습제, 부틸로 이루어진 실링재를 사용하였다.
[시험예]
실시예와 비교예의 태양전지 모듈에 대하여 물성을 측정하였으며, 그 결과는 표 1 및 표 2와 같다.
실시예 1 비교예
열관류 저항 0.661 ㎡K/W 0.356 ㎡K/W
단열지수 185 100
결로(내부 유리온도) 16.2℃ 13℃
열전도율 0.053 W/mK 0.108 W/mK
내압성(24시간, 200 kg 하중) 두께 변화없음 두께 7.1% 감소
내압성(90℃, 10 kg 하중, 14일) 변화없음 부틸 떨어짐
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예의 단열성능이 비교예 대비 85% 개선되었고, 실시예의 실내측 유리온도가 비교예 대비 3.2℃ 개선되어 결로현상을 크게 개선하였으며, 실시예의 내압성(고하중 및 고온)도 우수하였다.
에너지효율
실시예 2 실시예 1 대비 3% 상승
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 에너지 효율을 기준으로 하여, 굴절 강화유리를 사용한 실시예 2의 경우 에너지 효율이 3% 증가하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 콜드 퍼사이드의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈이 웜 퍼사이드 방식으로 설치된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제4실시태양에 따른 이중유리 모듈의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이중유리 모듈에 실링재 및 배선함이 장착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 굴절 강화유리의 빛 입사 효율을 나타낸 단면도이다.
도 9는 종래 태양전지 모듈의 구성도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 지면
2: 기초부재
10: 이중유리 모듈
11: 외부 강화유리
12: 제1EVA 필름
13: 셀
14: 제2EVA 필름
15a: 불투명 디자인시트
15b: 반투명 디자인시트
15c: 반사 디자인시트
15d: 초자잉크 코팅층
16: 제3EVA 필름
17: 백 시트
18: 내부 강화유리
19a: 제1실링재
19b: 제2실링재
20: 지지 프레임
30: 배선함
31: 케이블

Claims (12)

  1. 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 불투명 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름, 백 시트를 갖는 이중유리 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  2. 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 반투명 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름을 갖는 이중유리 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  3. 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 반사 디자인시트, 제3에틸렌비닐아세테이트 필름, 백 시트를 갖는 이중유리 모듈을 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  4. 철골구조의 건축물 외벽으로 사용되는 외부 강화유리와 내부 강화유리를 갖되, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이에 차례로 제1에틸렌비닐아세테이트 필름, 셀, 제2에틸렌비닐아세테이트 필름, 초자잉크 코팅층을 갖는 이중유리 모듈을 포함 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 초자잉크 코팅층이 내부 강화유리에 초자잉크를 분사방식을 통해 스크린 인쇄한 후, 500 내지 800℃의 온도로 열경화하여 내부 강화유리에 융합 침투시켜서 흡착시킨 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 강화유리, 내부 강화유리 중 적어도 하나가 요철구조를 갖는 굴절 강화유리인 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 요철구조의 단면이 삼각형이고, 삼각형의 전방 모서리 각이 50 내지 60도인 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 셀의 표면에도 요철구조가 형성되고, 셀과 굴절 강화유리의 요철구조 형상이 일치하는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 강화유리와 내부 강화유리 사이의 둘레가 실링재로 밀봉 처리된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 실링재가 이소부틸렌 중합체와 열가소성 중합체를 포함하는 조성물(BU-TPS)로 이루어진 제1실링재 및 제1실링재의 외곽 둘레에 설치되며 치오콜(Thiokol)로 이루어진 제2실링재로 구성되는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이중유리 모듈에 배선함 및 케이블이 장착된 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 이중유리 모듈이 기초부재 위에 수직으로 설치되고 지지 프레임에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양전지 모듈.
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