KR20120004264A - 창호 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
실내로 조사되는 빛의 광량이 감소되지 않고, 제조비용이 저렴한 창호 어셈블리가 개시된다. 이를 위한, 창호 어셈블리는 제1물질로 이루어진 투광부재와, 상기 투광부재의 둘레를 따라 형성된 프레임과,상기 투광부재와 프레임 사이에 개재된 태양전지를 포함한다. 이에 따라, 투광부재의 둘레를 따라 태양전지가 배치되어 있으므로, 빛이 투과되는 과정에서 광량이 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 투광부재의 광유도 기능을 활용하여 태양전지의 효율을 극대화 할 수 있다.
Description
본 발명은 창호 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로부터 입사되는 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 태양전지를 포함하는 창호 어셈블리에 관한 것이다.
일반적인 창호는 가정이나 사무실 등의 벽면에 설치되어 외부의 빛이 실내로 조사될 수 있게 한다. 최근에는 가정이나 사무실에서 사용되는 전기를 절약하고자 창호의 유리에 태양전지를 배치한 예가 있다. 이 경우, 태양전지에 의해 실외로부터 조사되는 빛의 광량이 감소된 상태에서 실내로 조사된다. 그러므로, 실내가 어두워지는 문제점 있다.
또한, 상기 태양전지는 외부로부터 입사되는 빛의 일부가 실내로 조사되도록 투명한 소재로 이루어진 것이 일반적이다. 그러나, 투명한 태양전지는 일반적인 태양전지보다 제조비용이 높으므로, 태양전지를 포함하는 창호의 제조비용이 높은 문제점 있다.
본 발명은 실내로 조사되는 빛의 광량이 감소되지 않고, 제조비용이 저렴한 창호 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 창호 어셈블리는 제1물질로 이루어진 투광부재와, 상기 투광부재의 둘레를 따라 형성된 프레임과,상기 투광부재와 프레임 사이에 개재된 태양전지를 포함한다.
본 발명에 따른 창호 어셈블리는 투광부재의 둘레를 따라 태양전지가 배치되어 있으므로, 빛이 투과되는 과정에서 광량이 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 상기와 같은 창호 어셈블리에 포함된 태양전지는 투광부재와 프레임 사이에 개재된다. 따라서, 태양전지는 빛이 투과되는 것을 방해하는 위치에 배치되어있지 않으므로, 종래의 창호와 다르게 투명한 태양전지를 사용하지 않아도 된다. 즉, 본 발명의 창호 어셈블리를 제조하는데 있어서 상대적으로 가격이 비싼 투명 태양전지를 사용하지 않아도 되므로, 창호 어셈블리의 제조비용을 최소화할 수 있다.
또한, 굴절율이 공기보다 높은 투광부재에 의해 상기 투광부재의 모서리면에 수직으로 배치된 태양전지에 빛이 유도되어 전달됨으로써, 태양전지에 전달되는 빛의 양을 높여 단위 태양전지당 발전효율을 보다 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 창호 어셈블리의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 창호 어셈블리를 도시한 사시도.
도 3은, 도 2에 도시된 창호 어셈블리의 단면도.
도 4는, 도 3에 도시된 창호 어셈블리의 광유도부재에 의해 태양전지로 빛이 안내되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 창호 어셈블리를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 창호 어셈블리를 도시한 사시도.
도 3은, 도 2에 도시된 창호 어셈블리의 단면도.
도 4는, 도 3에 도시된 창호 어셈블리의 광유도부재에 의해 태양전지로 빛이 안내되는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 창호 어셈블리를 도시한 사시도.
이하 첨부된 도면에 따라서 본 발명의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 창호 어셈블리(100)는 투광부재(110)와, 프레임(120)과, 태양전지(130)를 포함한다.
투광부재(110)는 제1물질로 이루어진다. 투광부재(110)의 형상은 특정 두께의 판형상일 수 있다. 제1물질의 일예로 유리일 수 있다. 유리는 강도가 높고, 투광성이 높은 재질이다. 이러한 유리는 외부의 빛이 투과될 수 있게 하는데 있어서 유리한 소재이다. 단, 제1물질이 유리인 것으로 한정하지는 않는다.
프레임(120)은 투광부재(110)의 둘레를 따라 형성된다. 프레임(120)은 투광부재(110)가 외부의 충격에 의해 파손되는 것을 방지한다. 프레임(120)의 소재의 일예로 강화 플라스틱일 수 있다. 또한, 프레임(120)의 소재의 다른 일예로 알루미늄 또는 강철일 수 있다.
태양전지(130)는 투광부재(110)와 프레임(120) 사이에 개재된다. 태양전지(130)는 실리콘과 같은 반도체의 광기전력 효과를 이용한 것으로, 태양으로부터 방출되는 빛 에너지를 전기에너지로 변환한다. 이러한 태양전지(130)의 일예로 반도체 태양전지(130)일 수 있다. 태양전지(130)는 반도체 태양전지에서도 Si 기반 (poly-crystalline, crystalline, amorphous) 및 GaAs 화합물 태양전지일 수 있다. 단, 태양전지(130)가 반도체 태양전지인 것으로 한정하지는 않는다.
상기와 같은 구조로 이루어진 창호 어셈블리(100)는 투광부재(110)의 둘레를 따라 태양전지(130)가 배치되어 있으므로, 빛이 투과되는 과정에서 광량이 손실되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 상기와 같은 창호 어셈블리(100)에 포함된 태양전지(130)는 투광부재(110)와 프레임(120) 사이에 개재된다. 따라서, 태양전지(130)는 빛이 투과되는 것을 방해하는 위치에 배치되어있지 않으므로, 종래의 창호와 다르게 투명한 태양전지를 사용하지 않아도 된다. 즉, 본 발명의 창호 어셈블리(100)를 제조하는데 있어서 상대적으로 가격이 비싼 투명 태양전지를 사용하지 않아도 되므로, 창호 어셈블리(100)의 제조비용을 최소화할 수 있다.
빛은 굴절율이 상이한 두 물질의 계면에서 입사각에 따라 전반사 및 굴절현상이 발생하며 이러한 물리적 현상에 의해 굴절율이 높은 물질 내로 광이 효과적으로 유도될 수 있다. 투광부재(110)는 공기보다 높은 굴절율을 가지므로 투과되는 빛의 일부는 내부에서 전반사 및 굴절 현상을 통해 모서리면까지 진행이 되어 모서리면에 부착된 태양전지에 효율적으로 전달이 됨으로써, 보다 높은 태양발전 효율을 기대할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 창호 어셈블리(100)는 광유도부재(140)를 더 포함할 수 있다. 광유도부재(140)는 제1물질보다 굴절율이 높거나 낮은 제2물질로 이루어진다. 광유도부재(140)는 투광부재(110)의 적어도 일면에 밀착되도록 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 투광부재(110)와 굴절율이 상이한 광유도부재(140)는 외부로부터 입사되는 빛의 적어도 일부를 태양전지(130)로 유도하는 기능을 보다 효율적으로 높여줄 수 있다. 이러한 광유도부재(140)는 투명한 소재로 이루어진 것이 바람직하다. 이는, 빛이 광유도부재(140)를 투과하는 과정에서 손실되는 것을 최소화하기 위함이다. 더욱 바람직하게 광유도부재(140)의 투명도는 70%이상일 수 있다.
한편, 광유도부재(140)를 구성하는 제2물질의 일예로 유리가 사용될 수 있으며, 유리 소재로서 SiO2를 주성분으로 하는 규산계 유리, B2O3를 주성분으로 하는 붕산계 유리, P2O5를 주성분으로 하는 인산계 유리, TeO2를 주성분으로 하는 텔루라이트계 유리 중 선택된 하나일 수 있다. 제 2 물질은 제 1 물질과 굴절율이 적어도 0.005 이상 상이한 것이 바람직하다. 이는, 광유도부재(140)가 계면에서의 전반사 효과 및 굴절효과를 유도할 수 있어야 하며, 열팽창계수가 투광부재와 유사하여 열충격에 의한 계면에서의 균열 발생을 억제하여야 하기 때문이다. 특히, 제2물질을 투광부재(110)에 형성하는 공정 조건이 제 1 물질의 변형을 일으키지 않는 범위의 물성을 보유하여야 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 제1물질이 유리인 상태에서, 제2물질을 열처리에 의한 소성 공정을 통하여 제1물질 상에 형성시키는 경우, 제2물질의 소성온도는 제1물질의 변형점 또는 연화점 온도보다 낮아야 한다. 이러한 광유도부재(140)는 자외선을 흡수하여 가시광 또는 태양전지 효율 향상에 적합한 파장으로 변환해주는 활성이온 첨가가 용이하며, 이를 통한 효율 향상이 가능할 수 있다. 제2물질의 또 다른 일예로 투명 플라스틱 소재가 사용될 수 있으나, 제2물질이 플라스틱인 것으로 한정하지는 않는다.
한편, 투광부재(110)에 광유도부재(140)를 형성하는 방법의 일예로 스크린 프린팅 방법이 사용될 수 있다. 스크린 프린팅 방법은 투광부재(110)에서 광유도부재(140)가 형성되지 않는 부분에만 마스크를 부착한다. 즉, 마스크는 광유도부재(140)가 형성되어야 하는 부분이 개구되게 형성된 박막형상의 부재이다. 마스크의 개구된 부분에 광유도부재(140)의 소재가 되는 페이스트를 도포한다. 다음으로, 마스크 표면에 밀착되도록 스퀴지를 일방향으로 이동시켜서 투광부재(110) 및 마스크에 도포되어 있는 페이스트를 평탄화시킨다. 평탄화된 페이스트를 소성하여 광유도부재(140)의 제조를 완료한다. 상기 과정은 제1물질이 유리인 상태에서 대략 500°내지 600°의 온도에서 이루어질 수 있다. 이러한 방법은 광유도부재(140)의 두께를 균일하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 투광부재(110)와 광유도부재(140) 사이에 기포가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 기포는 빛이 태양전지로 안내되는 것을 방해하여 태양전지의 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 기포는 창호 어셈블리의 외관을 미려하지 않게 한다.
여기서, 광유도부재(140)가 형성되게 하는 방법을 이에 한정하지는 않으며, 필름 형태의 광유도부재(140)를 투광부재(110)에 접착하는 것도 가능하고, 겔(gel)형태의 광유도부재를 투광부재(110)에 접착하는 것도 가능하다.
한편, 도 5를 참조하면, 창호 어셈블리(200)의 변형예로 광유도부재(140)는 투광부재(110)의 양면에 형성되는 것도 가능하다. 이러한 두 개의 광유도부재(140)는 태양전지(130)로 더욱 많은 빛을 유도시킬 수 있다.
한편, 창호 어셈블리(100)는 미도시된 열선을 더 포함할 수 있다. 미도시된 열선은 투광부재(110) 또는 광유도부재(140)의 일면에 배치되어 태양전지(130)로부터 발생되는 전기로 열을 발생시켜서 투광부재(110) 또는 광유도부재(140)에 성에 및 습기가 발생되는 것을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 창호 어셈블리 110: 투광부재
120: 프레임 130: 태양전지
140: 광유도부재
120: 프레임 130: 태양전지
140: 광유도부재
Claims (4)
- 제1물질로 이루어진 투광부재;
상기 투광부재의 둘레를 따라 형성된 프레임; 및
상기 투광부재와 프레임 사이에 개재된 태양전지;
를 포함하는 창호 어셈블리. - 제1항에 있어서,
상기 제1물질보다 굴절율이 높거나 낮은 제2물질로 이루어진 것으로, 상기 투광부재의 적어도 일면에 밀착되도록 배치되어 외부로부터 입사되는 빛의 적어도 일부를 상기 태양전지로 유도하는 적어도 하나의 광유도부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 창호 어셈블리. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1물질은 유리인 것을 특징으로 하는 창호 어셈블리. - 제2항에 있어서,
상기 제2물질은 유리 및 플라스틱 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 창호 어셈블리.
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