KR20120034740A - 지붕용 광기전 타일 - Google Patents

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KR20120034740A KR1020127001190A KR20127001190A KR20120034740A KR 20120034740 A KR20120034740 A KR 20120034740A KR 1020127001190 A KR1020127001190 A KR 1020127001190A KR 20127001190 A KR20127001190 A KR 20127001190A KR 20120034740 A KR20120034740 A KR 20120034740A
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Abstract

본 발명은 적어도 2개의 인접한 타일들이 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 복수의 타일들을 구비하고, 하단 에지(22)와 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지(22)를 덮도록 형성된 상단 에지(20)를 구성하는 중첩 에지들을 갖는 바디(12)와, 하단 에지 외부에 바디의 상부면의 자유부에 배치된 광기전층(40)과, 지붕의 적어도 2개의 인접한 타일들(10)의 한 광기전층을 또 다른 광기전층에 전기연결하기 위한 전기 컨덕터들(54)에 의해 광기전층(40)에 연결된 전기 커넥터들(52)을 포함하는 지붕용 광기전 타일에 관한 것이다. 전기 커넥터(52)는 네스팅에 의해 어셈블리 요소(57,58)에 제공되고, 상기 어셈블리 요소는 겹치는 상기 에지들(20,22)이 인접한 타일들(10) 중 적어도 2개의 배치 동안 상호 위치될 수 있도록 겹치는 에지들에 제공되어, 전기 커넥터(52)가 서로 전기연결된다. 본 발명은 또한 이런 타일을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

지붕용 광기전 타일{Photovoltaic tile for a roof}
본 발명은 지붕용 광기전 타일에 관한 것이다.
보다 상세하게, 본 발명은 적어도 2개의 인접한 타일들이 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 복수의 타일들을 구비하고,
- 하단 에지와 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지를 덮도록 형성된 상단 에지를 구성하는 중첩 에지들을 갖는 바디와,
- 하단 에지 외부에 바디의 상부면의 자유부에 배치된 광기전층과,
- 지붕의 적어도 2개의 인접한 타일들의 한 광기전층을 또 다른 광기전층에 전기연결하기 위한 전기 컨덕터들에 의해 광기전층에 연결된 전기 커넥터들을 포함하는 지붕용 광기전 타일에 관한 것이다.
이런 타입의 타일은 참조문헌 NL1005287에 공지되어 있으며, 상기 참조문헌에서 광기전 타일은 커넥터들을 포함하고, 커넥터들의 연결은 열화를 방지하기 위해 타일들의 정확한 조작을 필요로 한다.
본 발명은 특히 종래 기술의 결함을 해결하기 위한 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 적어도 2개의 인접한 타일들이 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 복수의 타일들을 구비하고, 하단 에지와 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지를 덮도록 형성된 상단 에지를 구성하는 중첩 에지들을 갖는 바디와, 하단 에지 외부에 바디의 상부면의 자유부에 배치된 광기전층과, 지붕의 적어도 2개의 인접한 타일들의 한 광기전층을 또 다른 광기전층에 전기연결하기 위한 전기 컨덕터들에 의해 광기전층에 연결된 전기 커넥터들을 포함하는 지붕용 광기전 타일에 관한 것이다. 이 타일에서, 전기 커넥터는 네스팅(nesting)에 의해 어셈블리 요소에 제공되고, 상기 어셈블리 요소는 겹치는 상기 에지들이 인접한 타일들 중 적어도 2개의 배치 동안 상호 위치될 수 있도록 겹치는 에지들에 제공되어, 어셈블리 요소의 네스팅을 통해, 전기 커넥터가 서로 전기연결된다.
이들 배열로 인해, 타일의 동일 부분들은 전기 연결기능과 인접한 타일들의 위치에 상호 유지기능 모두를 제공한다.
본 발명에 따른 타일의 다양한 실시예에서, 이는 또한 하기의 단서들 중 하나 이상, 즉,
- 컨덕터들은 광기전층과 전기 커넥터 간에 이동에 있어 타일의 바디 내측에 있고,
- 네스팅 어셈블리 요소들은 한편으로 상단 에지 또는 하단 에지 중 하나로부터 돌출한 적어도 하나의 러그와, 다른 한편으로 하단 에지 또는 상단 에지 중 다른 하나에서 후퇴되는 적어도 하나의 하우징을 구비하고, 전기 커넥터는 러그와 하우징에서 후퇴되며,
- 러그는 겹치는 에지로부터 돌출한 플러그를 형성하고, 하우징은 겹치는 에지로부터 후퇴 형성된 탭을 이루며,
- 러그와 하우징은 실질적으로 타일의 중앙면에 수직이고, 상기 면은 타일을 수용하는 지붕면의 평면에 나란하게 제공되며,
- 광기전층은 환경과 직접 접촉하고,
- 광기전층은 바디와 필름 사이에 차동 팽창을 흡수할 수 있는 가요성 접착제를 이용해 타일의 바디에 부착된 필름이며,
- 광기전층을 구성하는 필름은 자유부에서 바디의 상부면으로부터 철수된 공동에 수용되고, 공동의 깊이로 인해 필름의 상부면이 바디의 상부면의 자유 에지의 외주부와 동일 평면에 있게 되며,
- 광기전 필름에 의해 덮인 바디의 상부면 면적은 바디와 광기전 필름 간의 국소적 공기 통과를 가능하게 하는 냉각 채널들이 적어도 부분적으로 우묵하게 형성되고,
- 냉각채널들은 그루브들이고 바디는 한편으로는 그루브들 중 하나에 그리고 다른 한편으로는 타일의 하부면에 나타난 공기방출도관을 정의하며,
- 광기전층은 광기전 나노입자층이고,
- 폴리머 재료로 제조된 타일의 바디는 예컨대 세라믹 충전제(ceramic filler) 또는 우드기반의 재료로 제조되며,
- 바디는 몰딩후 냉각시 또는 프레스 성형 동안 중합하도록 형성된 재료의 베이스를 갖고,
- 타일의 바디의 상부면에는 특히 자외선으로부터 보호하는 보호 무기질층이 덮여 있으며,
- 타일은 바디의 하부면에 열절연층을 포함하고,
- 열절연층에는 하부 마감층이 덮이며,
- 바디는 내부 공간을 정의하는 상부 하프쉘과 하부 하프쉘을 포함하고,
- 상부 하프쉘과 하부 하프쉘 간에 내부 공간은 폼으로 채워지며,
- 바디는 적어도 하나의 내부 열절연층을 포함하고,
- 바디는 직류를 교류로 변환하기 위한 전자유닛을 포함하는 것을 이용할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 또한 적어도 하나의 단부에는 전기 커넥터가 제공되는 컨덕터들을 몰드에 위치시키는 단계와, 컨덕터를 포함하는 몰드에 타일의 바디를 몰딩하는 단계를 포함하는 본 발명에 따른 광기전 타일 제조방법에 관한 것이다.
일실시예에 따르면, 이 방법은 바디를 몰딩하는 단계 전에 몰드에 광기전층을 위치시키는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 이 방법은 몰딩 단계 후 및 몰드로부터 바디를 제거하는 단계 후에 바디의 상부면에 광기전층을 위치시키는 단계를 포함한다.
다른 특징들에 따르면, 이 방법은 타일들 중 적어도 제 1 타일을 프레임면 상에 배치한 후, 제 1 타일의 하단 에지 맞은 편의 상단 에지에 위치하도록 제 2 타일을 더 가까이 가져오고, 한편으로는 제 1 타일의 하단 에지와 겹치는 제 2 타일의 상단 에지와 상기 프레임 면의 평면에 실질적으로 수직하게 제 2 타일을 가져오며, 다른 한편으로 상기 타일들을 기계적으로 유지하고 전기 연결시키기 위해 네스팅하여 상기 프레임면에 실질적으로 수직한 어셈블리 요소들을 네스팅함으로써 제 1 타일에 인접하게 제 2 타일을 배치하는 단계를 포함한다.
더욱이, 본 발명은 또한 전기 커넥터들이 전기연결되는 한편 타일들 중 하나의 상단 에지가 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지와 겹치는 본 발명에 따른 복수의 광기전 타일들을 포함하는 지붕용 커버링 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 다른 목적, 특징, 및 이점은 첨부도면을 고려해 비제한적인 예로서 제공된 하기의 여러 실시예들의 설명 동안 명백해진다:
도 1은 본 발명에 따른 광기전 타일의 하이앵글 뷰 타입의 사시도이다.
도 2는 네스팅 어셈블리 요소들 및 전기 커넥터 요소들을 도시한 도 1의 선Ⅱ-Ⅱ을 따라 본 발명에 따른 타일의 부분 길이방향 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 타일의 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 선Ⅳ-Ⅳ에서 선Ⅵ-Ⅵ을 따르는 각각 타일의 횡단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 타일들의 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 타일의 로우앵글 뷰 타입의 사시도이다.
도 9는 도 1에 도시된 바와 같이 타일의 전기 커넥터의 세부사항을 나타낸 부분 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 바와 같이 타일의 전기 커넥터의 세부사항을 나타낸 사사도이다.
도 11 및 도 12는 도 1 에서 도 10에 도시된 바에 따른 타일의 케이블링과 편극을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 타일의 내부 커넥터의 다른 실시예에 대한 도 3의 타입의 뷰이다.
도 14 및 도 15는 도 13에 도시된 바에 따른 타일의 케이블링과 편극을 도시한 도면이다.
도 16은 도 1에 도시된 타입의 타일의 평평한 다른 실시예의 하이앵글 뷰 타입의 사시도이다.
도 17은 도 1에 도시된 타입의 타일의 얇은 다른 실시예의 하이앵글 뷰 타입의 사시도이다.
도 18은 타일의 바디와 커넥터의 다른 실시예를 도시한 본 발명에 따른 타일의 광기전 표면에 수직한 길이방향 면을 따른 횡단면도이다.
도 19는 하이앵글 뷰로 도 18에 도시된 바와 같이 타일의 전기 커넥터의 세부사항을 도시한 부분 사시도이다.
도 20은 로우앵글 뷰로 도 18에 도시된 바와 같이 타일의 전기 커넥터의 세부사항을 도시한 부분 사시도이다.
도 21 및 도 22는 도 18의 타일의 바디의 다른 실시예를 도시한 타일의 광기전 표면에 수직한 길이방향 면의 횡단면도이다.
다른 도면들에서, 동일한 참조부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
도면에 도시된 본 발명의 실시예에서, 광기전 타일(10)은 주름식 바디(12)를 포함하고, 상기 주름식 바디의 우측 단면(16) 및 좌측 단면(14)은 상기 바디(12)의 중앙면(P)을 높이를 따라 절반에서 교차한다. 주름식 타일은 사인형이며 그 결과 중앙면(P)은 사인 곡선의 X축에 해당하는 축을 지난다. 즉, 면(P)은 타일의 중간 높이와 타일의 정점을 지나는 면에 나란하다. 이런 식으로, 면(P)은 타일이 지붕에 포함될 때 배치되는 프레임의 전면 평면에 나란하다.
측면 단부에서, 바디(10)는 상단 에지(20)와 하단 에지(22)를 구성하는 중첩 에지를 포함하고, 상단 에지는 지붕의 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지를 겹치도록 형성된다. 상단 에지(20)는 도 1에서 좌측에 있고, 하단 에지(22)는 도 1에서 우측에 있다. 에지(20 및 22)에서 타일(10)의 두께는 겹치는 에지들 사이의 중앙부에서 타일의 두께에 비해 줄어든다.
상단 에지(20)는 한편으로는 측면 단부가 좌측 단면(14)인 측면 블로킹 리브(24)를 갖고, 다른 한편으로는 상기 표면(14)에 나란하고 측면 블로킹 리브(24)로부터 타일의 내부로 바디(12)의 하부면(12A)에 나타난 측면 블로킹 슬롯(25)을 갖는다.
하단 에지(22)는 한편으로는 측면 단부가 우측 단부면(16)이고 측면 블로킹 슬롯(25)의 형태와 상보적인 형태인 측면 블로킹 리브(26)를 갖는다. 하단 에지(22)는 다른 한편으로 상기 면(16)에 나란하고 측면 블로킹 리브(26)로부터 타일의 내부로 측면 블로킹 슬롯(27)을 가지며, 측면 블로킹 슬롯의 형태는 측면 블로킹 리브(24)의 형태와 상보적이며, 바디(12)의 상부면(12B)에 나타난다. 타일은 바디의 하부 에지에서 스톱 하우징(32)(도 8)을 정의하는 스톱 숄더(30)(도 2)를 바디(12)의 하부면(12A)에 갖는다. 바디(12)의 두께는 숄더(30)로부터 타일의 상단표면(34)을 향해 규칙적으로 협소해지며, 상기 표면(34)의 높이는 실질적으로 숄더(30)의 높이와 일치한다. 숄더(30)는 한편으로는 프레임의 배튼(batten)상에 지붕의 하단 수평 열의 타일들에 심을 박을 수 있게 하며, 배튼은 스톱 하우징(32)에 수용된다. 다른 한편으로 숄더(30)는 다음 가장 낮은 열의 타일(들)의 상단 표면(34)을 향한 스톱 숄더를 갖는 동안 다른 수평 열들의 타일들에 심을 박을 수 있게 한다. 하단열 타일의 상부 에지(36)는 더 높은 열 타일의 스톱 하우징(32)에 수용된다.
타일(10)은 환경과 직접 접촉하는 광기전층(40)을 갖는다.
광기전층(40)은 적어도 하단 에지(22)와 상단 에지(36)에 있는 보더 스트립을 제외하고 바디(12)의 상부면(12B)에 중첩되며, 이들 두 에지는 타일이 지붕에 장착될 때 만나지 않는다. 광기전층 표면을 최대화함으로써 전기에너지 생산을 최대화화기 위해, 광기전층 표면은 타일이 지붕에 포함될 때 광에 노출될 수 있도록 가능한 한 큰 바디의 상부면의 자유부상에 있다.
도시된 실시예에서, 광기전층(40)은 바디(12)와 필름(40) 사이의 차동 팽창을 흡수할 수 있는 가요성 접착제를 이용해 타일에 부착되는 필름이다. 필름은 Energy Conversion Devices(ECD)사의 자회사인 United Solar Ovonic 사가 제조한 UNI-SOLAR 브랜드로 시장에서 구매할 수 있는 타입이다. 필름은 또한 캘리포니아의 NANOSOLAR사, 또는 콜로라도의 Ascent Solar사로부터 구매가능한 타입일 수 있다. 여기서, 광기전필름은 예컨대 투명 보호층을 포함함으로써 옥외 사용조건을 견딜 수 있다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 광기전층(40)을 형성하는 필름이 바디의 상부면(12B)에서 우묵해지고 하단이 공기통과 그루브(42) 및 한편으로는 상기 그루브(42)들 중 하나에 그리고 다른 한편으로는 타일의 하단면(12A)에 나타나는 공기배출 도관(44)을 포함하는 공동(12C)에 수용된다. 공기통로 그루브(42) 및 공기배출 도관(44)은 필름과 타일의 바디 사이에 공기의 국부적 순환을 통해 광기전층(40)을 냉각시킬 수 있다.
미도시된 한가지 다른 예에서, 바디와 광기전필름 사이에 공기가 국부적으로 통과하도록 바디에 우묵해진 그루브를 대체하는 냉각 공동이 마이크로 블레이드 또는 마이크로 천공에 의해 형성될 수 있다.
심미적 측면과는 별개로, 공동에 수용된 필름은 이점적으로 예컨대 상부면과 동일 평면인 타일의 외주부에서 상기 상부면이 바디(12)의 상부면(12B)을 지나 돌출하지 않게 해, 타일이 스토리지에 적층될 때 필름의 악화를 방지할 수 있다.
상단 에지(20)와 하단 에지(22)에는 수평 전기컨덕터(54)를 통해 광기전층(40)에 연결되고 지붕에 인접해 배치된 한 광기전층에서 또 다른 광기전층(40) 타일들(10)로 전기 연결할 수 있는 전기 커넥터(52)가 제공된다.
전기 커넥터(52)는 네스팅에 의해 한 타일(10)을 또 다른 타일(10)에 네스팅함으로써, 즉, 바디(12)의 어셈블리 요소에 함께 끼움으로써, 타일(10)의 전기 커넥터(52)들이 서로 전기연결된다.
도 1 내지 도 10에 도시된 실시예에서, 전기 커넥터(52)는 한편으로는 측면 블로킹 슬롯(25)으로 돌출한 플러그를 형성하는 러그(57)와 다른 한편으로는 측면 블로킹 슬롯(26)으로 후퇴하도록 배열된 탭을 형성하는 하우징(58)으로 구성된 어셈블리 요소들의 일부이다. 러그(57)와 하우징(58)은 타일(10)의 바디(12)에 있는 중앙면(P)에 실질적으로 수직하게 뻗어 있거나, 중앙면(P)에 대해 가령 10도 또는 20도 약간 경사져 있다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 실시예에서, 전기 커넥터(52)의 러그(57)와 하우징(58)은 다른 측면의 길이보다 더 큰, 길이가 다른 2개의 맞은편 측면을 갖는 육각형 단면을 가지며 바디(12)와 통합된다. 플러그를 형성하는 러그(57)와 탭을 형성하는 하우징(58)은 CPU 및 컴퓨터 모니터에 전원을 공급하는데 일반적으로 사용되는 플러그와 탭을 닮은 타입이다. 가령 구리로 만들어진 수컷 커넥터를 형성하는 3개의 핀들(58A)이 각 하우징(58)에 있으며, 타일(10)의 바디(12)에 있는 중앙면(P)에 수직인 축에 나란히 뻗어 있다. 가령 구리로 제조된 2개의 하프쉘(half shells)로 형성된 암컷 연결요소로 이루어진 3개의 웰들(57A)이 러스(57)에 형성된다. 핀의 개수는 3개에 국한되지 않으며, 3 미만일 수 있고, 하나의 핀도 가능하다.
각 하우징(58)의 마우스 및 각 러그(57)의 루트(root)는 각각 씰링거터(sealing gutter)(57B)와 러버웨더 스트립(rubber weather strip)(58B)을 포함한다.
핀(58A)과 웰(57A)의 높이는 타일의 주름진 프로파일 및 바디에 가용한 두께에 맞춰지며, 러그(57)의 자유단부와 하우징(58)의 하단은 타일의 면(P)에 나란하다.
컨덕터(54)는 컴퓨터 전원탭과 플러그에서와 같이 핀(58A)과 웰(57A)에 전기 연결된다.
바디는 충전제(filler), 가령, 세라믹을 포함한 몰딩, 가령 사출 또는 압축에 의해 얻은 폴리머 재료로 제조된다. 폴리머는 폴리프로필렌(PP) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리메틸 메타아클리레이트(PMMA) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 빌딩 외부의 대기조건을 견디는데 적합하고 가령 우박의 경우에도 파열되지 않을 정도로 충분히 강한 임의의 다른 등가의 재료이다.
다른 재료들에 대해, 바디는 우드 충전제(wood filler) 또는 주입되거나 형성된 우드 페이스트(wood paste)와 함께 상기와 같은 폴리머로 제조될 수 있다.
도 1 내지 도 8에 도시된 실시예에서, 전기 컨덕터(54) 및 핀 및 웰에 대한 이들의 연결은 이점적으로 전기 절연으로서 역할하는 몰딩재료로 제조된 바디(12) 안에 심어진다.
도 1에 도시된 타일의 치수는 약 길이가 1m이고 폭이 0.5m이며, 두께는 타일의 가장 얇은 부분에서 약 25mm 내지 숄더(30)에서는 50mm 사이에서 변하지만, 본 발명은 더 작은 타일들, 예컨대, 길이와 폭 면에서 반정도 더 작은 혹은 필요하다면 더 큰 타일들에도 적용될 수 있다.
일실시예에서, 바디(12)의 상부면(12B)은 1mm 두께 미만이고 가령 태양으로부터 자외선으로 인해 조기 노화되지 않도록 시간에 걸쳐 기후로부터 채워진 폴리머를 보호하기 위한 보호 무기물층, 예컨대, 수 마이크론의 초미세층으로 덮여져 있다. 마감 동안 바디의 생산 동안에 또는 후에 보호 무기질층이 도포될 수 있다. 타일 상의 선택적 무기질층의 경화는 집적된 전기 시스템과 잘 맞을 수 있는 온도에서 행해진다.
이점적으로, 광기전층(40)은 당연히 환경을 견디는 특성이 있기 때문에 타일(10)에는 광기전층(40) 및 바디(12)의 외부 투명 패키징 인클로저가 전혀 없이 제공된다. 전기 커넥터(42)와 전기 컨덕터(44) 모두가 타일 또는 인접한 타일들의 바디(12)에 의해 보호된다.
타일(10)의 동작과 사용은 이미 부분적으로 앞선 설명에서 나왔고 상세히 설명하지 않는다.
일반적으로 수평 배턴이 고정되는 수직 서까래(rafter)가 제공된 프레임 상에 타일의 배치 동안, 타일의 첫번째 하단 열이 하단 배턴의 수직면에 대해 타일의 스톱 숄더(30)와 함께 위치되며, 스톱 하우징(32)에 수용된다. 이들 타일들은 가령 못이나 나사가 타일의 상단 에지(36)에 형성된 피어싱을 통과하게 함으로써 못박혀지고 프레임의 제 2 배턴에 나사고정된다.
다음, 상부 열들은 실질적으로 패턴의 면에 나란한 각 타일(10)의 중앙면(P)을 가령 타일의 수직하강 다음에 배치하고, 그런 후 상기 면에 수직한 방향으로 하방 이동으로 각 타일을 배치함으로써 프레임상에 하나씩 위치된다. 상기 하방 이동동안, 더 높은 열의 타일의 숄더(30)는 하부열 타일(들)의 상단 에지(36)의 상부면(34)에 대해 배치된다(도 7). 이런 하방이동 동안, 상단 에지(20)는 전기 커넥터(52)가 서로 정확하게 전기 접촉되게 서로에 대해 타일을 중심에 오도록 대응하는 측면 블로킹 슬롯(27 또는 25)에 있는 측면 블로킹 리브(24 또는 26)의 네스팅 및 어셈블리 요소들의 네스팅과 함께 하단 에지(22)에 배치된다. 실제로, 센터링으로 인해 타일들의 양호한 상호 위치지정이 악화없이 전기 커넥터(52)를 연결하게 한다.
러그(57)와 하우징(58)이 타일(10)의 면(P)에 대해 경사지게 뻗어 있는 경우, 면(P)에 수직이기보다 수직에 더 가까운 방향에서 하방 이동이 발생하도록 경사가 선택되며, 경사각은 지붕의 기울기 크기, 가령, 상기 경사 각도보다 약간 더 작은 크기이다.
이점적으로, 어셈블리 요소와 이들의 커넥터는 타일의 기계적 어셈블리와 동시에 전기연결을 가능하게 하며, 이는 지붕에 대한 어셈블리 시간을 줄이고 타일의 미묘한 조작을 없애는 이점을 갖는다. 어셈블리 요소들은 또한 배치 동안 서로에 대해 상기 타일들을 기계적으로 유지하게 할 수 있다.
각 타일의 배치를 완료하기 위해, 인접한 광기전 타일들의 임의의 특정 케이블링 동작을 수행할 필요 없이, 단지 배턴에 타일을 못 박거나 나사고정만 필요로 한다. 건물의 전기 네트워크에 타일의 케이블링은 프레임 상에 설치된 해당 커넥터에 간단한 연결에 의한 타일들의 배치시에 행해지고, 이 커넥터는 타일의 타입과 동일한 타입이며 도 12에 도시된 타입의 전기회로에 집적된다.
도 12에 도시된 케이블링 형태는 수직 열에서 인접한 타일들의 전기연결에 해당하며, 편의상 타일의 직렬 연결이라고 한다. 도 11에 도시된 바와 같이 이런 케이블링 모드에 대해, 타일(10)의 상단에 위치된 전기 커넥터(52)는 예컨대 광기전층(40)의 양극에 연결되며, 이는 3개 모듈(40A)을 포함할 수 있다. 타일(10)의 하단에 위치된 전기 커넥터(52)는 광기전층(40)의 음극에 연결된다. 직류교류 컨버터(63)가 일반적으로 지붕의 상단에서 하단까지 뻗어 있는 각 타일의 열에 연결되어 있고, 가령 열의 음극은 하단에 있고 양극은 상단에 있다. 예컨대, 표준 타입의 각 컨버터(63)는 100 볼트 및 4 암페어의 16에서 18개 타일들에 사용된다.
도 13에 도시된 타일의 대안으로서, 전기 커넥터는 타일의 나머지에 대해 어떠한 다른 변경없이 수직이다.
도 13에 도시된 타일과 같은 타일들은 도 15에 도시된 바와 같은 케이블링에 의해 서로 연결되며, 이는 수평 행으로 인접한 타일들의 전기 연결에 해당하며 편의상 타일의 병렬 연결이라 한다. 이 경우, 타일(10)의 좌측에 위치된 전기 커넥터(52)는 가령 광기전층(40)의 양극에 연결되며, 도면에 도시된 바와 같이 3개의 모듈(40A)을 포함할 수 있다. 타일(10)의 우측에 위치된 전기 커넥터(52)는 광기전층(40)의 음극(도 14)에 연결된다. 직류교류 컨버터가 또한 3개 타일 그룹의 각 열에 연결되고, 열의 음극은 가령 열의 좌측에 양극은 우측에 있다.
도 16에 도시된 타일의 대안으로서, 바디는 도 1 에서 도 12에 대해 기술된 타일에 대해 타일의 나머지의 임의의 다른 변경없이 주름진 대신 평평하다. 커넥터(52)는 예컨대 도 9 및 도 10에 도시된 커넥터와 같으나, 이들은 도식적으로 도시되어 있다.
도 1 내지 도 12에 대해 기술된 타일들을 기초로 도 17에 도시된 타일의 대안으로서, 타일의 바디는 측면 블로킹 슬롯들과 리브들을 포함하지 않는 한 얇고 실질적으로 두께가 일정하다. 측면 블로킹 슬롯들과 리브들은 평평한 측면 중첩 에지들(68)의 시스템으로 대체되며, 타입의 측면 심 숄더(70)는 도 1 내지 도 12에 대해 기술된 실시예에서 타일을 수직으로 심을 박게 기술되어 있다.
여기서, 전기 커넥터(52)를 포함한 상단 에지(20)와 하단 에지(22)는 각각 타일의 하부 에지와 상부 에지이다. 도 17에 도식적으로 도시된 대응하는 러그와 하우징은 컨덕터들이 연결되는 커넥터들을 포함하면서 중심을 맞추도록 타일들 간에 기계적 연결을 형성하고 서로에 대한 슬라이딩을 방지하도록 이용된다. 커넥터는 예컨대 도 2, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같거나, 예컨대, 하우징의 하단 러그의 자유단부와 겹치는 플랫 플레이트들이다.
이점적으로, 상술한 바와 같은 타일들은 타일들의 정렬된 어셈블리와 엇갈린 어셈블리 모두를 가능하게 한다.
미도시된 일실시예로, 타일(10)은 바디(12)의 하부면(12A)에 열절연층을 포함한다. 열절연층은 예컨대, 섬유 또는 폼이거나, 가령 록 울(rock wool) 또는 폴리우레탄과 각각 같은 폼 및 섬유성 하이브리드 재료이다. 열절연층에는 하부 마감층, 가령, 타일의 처리 동안 충격 및 해당되는 경우 습기로부터 열절연층을 보호하게 하는 폴리머판 또는 폴리머 필름이 덮여진다.
미도시된 일실시예에서, 광기전층은 상술한 "Nanosolar" 명으로 알려진 잉크 및 필름에 사용된 타입의 광기전 나노입자층이다.
본 발명에 따른 이런 타일(10)을 제조하기 위한 방법이 상세히 설명된다.
먼저, 전기 컨덕터(54)에 연결된 필름 형태의 광기전층(40)은 몰드 공동의 하단에 가압 받고, 상기 컨덕터(54)는 몰드에 위치되며 공동에 고정된 러그 또는 인서트와 같은 가이드에 의해 유지되고 가령 컨덕터(54)의 자유단부에 있는 전기 커넥터(52)에 고정된다.
상기 컨덕터(54) 및 커넥터(52)를 유지하는 몰드를 닫은 후, 폴리머 재료와 충전제가 몰드에 주입되어 바디(12)를 형성하고 내부에 컨덕터(54)를 매립한다. 그런 후 타일은 몰드로부터 제거되고 통합된 커넥터와 컨덕터의 용융온도 이상의 온도에서 연이은 경화없이 사용할 준비가 된다. 실제로, 몰딩은 컨덕터 및 커넥터가 악화되지 않은 온도로 바디(12)의 재료가 주입될 수 있게 해야 한다.
한가지 다른 방법으로, 재료는 몰딩된 사출이 아니라 상술한 단계들을 변경함이 없이 냉압법 또는 온압법을 이용해 몰딩된 형태이다.
이점적으로, 이런 폴리머 재료의 중합은 종래 테라코다 타일(terracotta tile)의 경우에서와 같이 경화 없이 몰드로부터 스트립되는 재료의 냉각시 몰딩 및/또는 성형 동안 직접적으로 행해진다. 재료는 몰딩가공 또는 냉간가공 후에 냉각시 중합에 적합하다.
한가지 다른 방법으로, 필름 형태의 광기전층(40)은 몰딩 동안 몰드에 있지 않고, 컨덕터들이 제공된 바디에 부착 동안 몰드로부터 바디의 제거 후 커넥터(40)에 연결된다. 가령 심블(thimble)과 같은 연결부재들이 컨덕터 및 광기전층(40)의 인터페이스에 제공된다.
한가지 다른 방법으로, 타일에 보호 무기질층이 제공된 경우, 보호 무기질층은 예컨대 광기전층 주위로 부착된다. 대안으로, 보호 무기질층은 필요하다면 보호 무기질층에 겹치며 타일의 바디상에 광기전층을 부착하기 전에 바디에 부착된다.
다른 방법으로, 타일(10)이 열절연층을 가질 때, 열절연층은 바디에 오버몰딩에 의해 주입되거나 바디 상에 부착되며, 그런 후 하부 마감층은 적절하다면 오버몰딩 또는 부착에 의해 또한 고정된다.
한가지 다른 방법으로, 노즐은 가령 몰드에 드로워(drawer)를 제공함으로써 몰딩 동안 바디에서 형성되고, 컨덕터들은 몰드로부터 바디의 제거 후에 그리고 광기전층에 연결 전에 노즐에 삽입된다. 그런 후, 이들 채널들은 닫힐 수 있거나 여전히 개방될 수 있다.
도 18 내지 도 21은 바디(12)는 내부 공간을 정의하는 상부 하프쉘(120A) 및 하부 하프쉘(120B)을 포함하는 타일(10)의 한가지 다른 실시예를 도시한 것이다. 하프쉘은 측벽에 의해 네스트되고, 상부 하프쉘(120A)의 측벽은 하부 하프쉘(120B)의 측벽을 겹친다.
이 실시예에서, 좌측에 도시된 타일(10)을 고려한 도 19 및 도 18에서, 하단 에지(22)는 직선 리브(127C)에 의해 이격된 2개의 평행오목부(127A 및 127B)를 갖는 측면 블로킹 슬롯(27)을 갖는 것을 알 수 있다. 측면 블로킹 리브(24)에 가장 가까운 오목부(127B)는 플랫 실링 디바이스(127D)를 수용한다.
이 실시예에서, 각 러그(57) 및 각 하우징(58)은 기다란 외형벽에 의해 경계가 정해지고 실린더 요소들이 제공된 2개의 동축 커넥터(52)를 포함하는 공간을 정의한다.
하우징(58)의 개구에 있는 러버 웨더 스트립(58B)은 하단 에지(22)의 측면 블로킹 리브(26)로부터 돌출한 기다란 외형을 갖는다. 하우징(58) 내측에, 상부 하프쉘(120A)은 2개의 필라(158D)를 정의하고, 각각은 커넥터(52)의 핀(58A)이 안쪽으로 뻗어 있는 부시(158A)를 수용한다. 부시들(158A) 중 하나가 연결을 위해 준비된 도 19 및 도 20에서 타일로부터 해제된 것이 도시되어 있다.
각 러그(57)는 여기서 대응 핀(58A)이 수용되는 커넥팅 부시(157A)를 포함하는 웰(57A)을 포함한다. 인접한 타일들의 기계적 및 전기적 연결시 각 러그(57)는 해당 하우징(58)을 정의하는 월과 결합에 의해 협력하는 웰(57A)을 정의하는 월들을 갖는다. 이런 식으로, 월의 웨더 스트립(58B)은 대응하는 실링거터(57B)에 결합된다. 부시들(157A) 중 하나가 도 20에 연결을 위해 준비된 것이 도시되어 있다. 부시(157A)는 도 19에서 러그(57)에 장착된 타일에 어셈블리되는 것이 도시되어 있다.
각 커넥터(52)는 도시된 하프쉘(120A 및 120B) 사이에 뻗어 있는 컨덕터들에 연결된 쿼터써클 패드(quarter-circle pads)(152)를 포함한다.
상단 에지(20)는 러그(57)와는 별개로 대응하는 평행한 오목부(127A 및 127B)들 간에 위치된 직선 리브(127C) 반대 편의 측면 블로킹 리브(24)에 형성된 직선 슬롯(124)을 포함한다. 이 측면 블로킹 리브(24)의 일부는 플랫 씰(127D)로 향한다.
이 실시예에서, 하프쉘(120A 및 120B) 사이의 내부 공간은 커넥터의 어셈블리 후에 예컨대 폴리우레탄 폼(159)으로 채워진다. 이런 식으로, 내부 공간을 채우기 위한 폼은 타일의 바디에 응축을 방지하고 타일의 열절연 특성에 참여한다.
타일을 제조하기 위해, 방법은 하프쉘(120A 및 120B)의 사출몰딩 또는 압축몰딩을 구비하고, 이들 쉘은 가령 앞선 실시예들에서 세라믹 또는 우드 충진 폴리머의 베이스를 갖는다. 다음, 커넥터들이 크림핑(crimping) 또는 나사고정(screwing)에 의해 이들의 하프쉘에 어셈블리된다. 그런 후, 컨덕터들이 커넥터 및 광기전층에 연결된다. 전기적으로 설비되었으나 부착되지 않은 하프쉘(120A 및 120B)이 폴리우레탄 폼의 사출용 몰드에 배치되어 지고, 상기 하프쉘을 함께 가져옴으로써 타일을 막는다. 그런 후, 플랫씰(127D)이 슬롯에 부착된다.
도 21에 개략적으로 도시된 다른 실시예에서, 내부 열절연층(160)이 하프쉘(120A 및 120B) 사이에 위치된다. 이 층(160)은 상기 하프쉘과 함께 몰딩된 슬러그(162)를 이용해 예컨대 하부 하프쉘(120B)의 하단에 나란히 유지되어, 폴리우레탄 폼(159)으로 타일을 채우기 위해 하프쉘과 내부 열절연층 공간 사이에 공간을 남긴다.
컨덕터의 통과 및/또는 유지를 가능하게 하는 열절연층은 예컨대 일반적으로 섬유 또는 벌집형의 진공 캡슐화 절연체이다. 재료는 폴리우레탄 폼의 열절연력보다 수배 더 큰 열절연력을 갖도록 선택된다.
결합박스(164)가 개구에 박힌 상부 하프쉘(120A)에 있다. 결합박스는 컨덕터(54)를 통해 커넥터(52)에 광기전층을 연결하여 광기전층(40)으로부터 에너지를 끌어낼 수 있다.
이 대안으로, 폴리우레탄 폼 필러의 사출 전에, 열절연층(160)이 하부 하프쉘(120B)에 배치되고, 결합박스(164)가 상부 하프쉘(120A)에 배치된다.
도 21에 도식적으로 도시된 실시예의 미도시된 한가지 대안으로, 복수의 내부 절연층들이 서로 나란히 그리고 서로에 고정되어 위치해 있다.
미도시된 한가지 대안으로, 타일 바디의 내부에 열절연층은 예컨대 도 2에 도시된 바와 같이 고체 타일에 제공된다. 이 경우, 타일 바디는 열절연층 주위로 몰딩되고, 전기 컨덕터 및/또는 커넥터용 기판으로서 이용될 수 있다.
도 22에 도식적으로 도시된 한가지 다른 실시예로, 내부 열절연층(160)과 하프쉘(120B)의 하단 사이에 전자유닛(170)이 장착된다. 이 전자유닛(170)은 내부 열절연층(160) 및 하부 하프쉘(120B)의 하단 사이에 장착된다. 이 전자유닛(170)은 직류교류 컨버터이며, 다른 타일 및/또는 건물의 전기회로에 연결을 위해 타일(10)이 전기적으로 자율적이게 한다.
이 전자유닛(170)은 상대적으로 평평한 직사각형 마름모꼴 형태로 있다. 이는 상기 하프쉘과 함께 몰딩되는 슬러그(172)에 의해 하부 하프쉘(120B)의 하단에 나란히 유지되어, 폴리우레탄 폼(159)으로 타일을 채우기 위해 하프쉘과 내부 열절연층 사이에 공간을 남긴다.
전기적 기능을 위해, 유닛(170)은 입력으로서 결합 박스(164)를 통해 광기전층(40)에 컨덕터에 의한 연결을 위해 2개의 커넥터와, 출력으로서 타일의 어셈블리 요소들에 형성된 커넥터에 컨덕터를 통한 연결을 위한 2개의 커넥터를 갖는다. "직류교류 컨버터"라는 표현은 또한 타일 밖으로 나가는 전기 에너지를 모니터하고 완화시킬 수 있는 인버터를 말한다.

Claims (27)

  1. 적어도 2개의 인접한 타일들이 적어도 부분적으로 서로 중첩되는 복수의 타일들을 구비하고,
    하단 에지(22)와 인접한 타일들 중 적어도 하나의 하단 에지(22)를 덮도록 형성된 상단 에지(20)를 구성하는 중첩 에지들을 갖는 바디(12)와,
    하단 에지 외부에 바디의 상부면의 자유부에 배치된 광기전층(40)과,
    지붕의 적어도 2개의 인접한 타일들(10)의 한 광기전층을 또 다른 광기전층에 전기연결하기 위한 전기 컨덕터들(54)에 의해 광기전층(40)에 연결된 전기 커넥터들(52)을 포함하는 지붕용 광기전 타일로서,
    전기 커넥터(52)는 네스팅에 의해 어셈블리 요소(57,58)에 제공되고, 상기 어셈블리 요소는 겹치는 상기 에지들(20,22)이 인접한 타일들(10) 중 적어도 2개의 배치 동안 상호 위치될 수 있도록 겹치는 에지들에 제공되어, 어셈블리 요소(57,58)의 네스팅을 통해, 전기 커넥터(52)가 서로 전기연결되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    컨덕터들(54)은 광기전층(40)과 전기 커넥터(52) 간에 이동에 있어 타일의 바디 내측에 있는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    네스팅 어셈블리 요소들은 한편으로 상단 에지(20) 또는 하단 에지(22) 중 하나로부터 돌출한 적어도 하나의 러그(57)와, 다른 한편으로 하단 에지(22) 또는 상단 에지(20) 중 다른 하나에서 후퇴되는 적어도 하나의 하우징(58)을 구비하고, 전기 커넥터(52)는 러그와 하우징에서 후퇴되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  4. 제 3 항에 있어서,
    러그(57)는 겹치는 에지(20)로부터 돌출한 플러그를 형성하고, 하우징(58)은 겹치는 에지(22)로부터 후퇴 형성된 탭을 이루는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  5. 제 4 항에 있어서,
    러그(57)와 하우징(58)은 실질적으로 타일(10)의 중앙면(P)에 수직이고, 상기 면은 타일을 수용하는 지붕면의 평면에 나란하게 제공되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광기전층(40)은 환경과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광기전층(40)은 바디(12)와 필름 사이에 차동 팽창을 흡수할 수 있는 가요성 접착제를 이용해 타일(10)의 바디(12)에 부착된 필름인 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  8. 제 7 항에 있어서,
    광기전층(40)을 구성하는 필름은 자유부에서 바디(12)의 상부면으로부터 철수된 공동(12C)에 수용되고, 공동의 깊이로 인해 필름의 상부면이 바디의 상부면의 자유 에지의 외주부와 동일 평면에 있게 되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    광기전 필름(40)에 의해 덮인 바디(12)의 상부면 면적은 바디와 광기전 필름 간의 국소적 공기 통과를 가능하게 하는 냉각 채널들(42)이 적어도 부분적으로 우묵하게 형성된 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  10. 제 9 항에 있어서,
    냉각채널들(42)은 그루브들이고 바디(12)는 한편으로는 그루브들(42) 중 하나에 그리고 다른 한편으로는 타일(10)의 하부면(12A)에 나타난 공기방출도관(44)을 정의하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    광기전층(40)은 광기전 나노입자층인 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    타일(10)의 바디(12)는 폴리머 기반의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  13. 제 12 항에 있어서,
    폴리머 재료로 제조된 타일(10)의 바디(12)는 세라믹 충전제(ceramic filler)인 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    타일(10)의 바디(12)는 우드기반의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바디(12)는 몰딩후 냉각시 또는 프레스 성형 동안 중합하도록 형성된 재료의 베이스를 갖는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  16. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    타일(10)의 바디(12)의 상부면(12B)에는 특히 자외선으로부터 보호하는 보호 무기질층이 덮여 있는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    타일(10)은 바디(12)의 하부면(12A)에 열절연층을 포함하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  18. 제 16 항에 있어서,
    열절연층에는 하부 마감층이 덮이는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바디(12)는 내부 공간을 정의하는 상부 하프쉘(120A)과 하부 하프쉘(120B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상부 하프쉘(120A)과 하부 하프쉘(120B) 간에 내부 공간은 폼으로 채워지는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바디(12)는 적어도 하나의 내부 열절연층(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바디는 직류를 교류로 변환하기 위한 전자유닛(170)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지붕용 광기전 타일.
  23. 적어도 하나의 단부에는 전기 커넥터(52)가 제공되는 컨덕터들(54)을 몰드에 위치시키는 단계와,
    컨덕터를 포함하는 몰드에 타일(10)의 바디(12)를 몰딩하는 단계를 포함하는 제 2 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 광기전 타일 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    바디(12)를 몰딩하는 단계 전에 몰드에 광기전층(40)을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 타일 제조방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    몰딩 단계 후 및 몰드로부터 바디를 제거하는 단계 후에 바디(12)의 상부면(12B)에 광기전층(40)을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광기전 타일 제조방법.
  26. 타일들(10) 중 적어도 제 1 타일을 프레임면 상에 배치한 후, 제 1 타일(10)의 하단 에지(22) 맞은 편의 상단 에지(20)에 위치하도록 제 2타일(10)을 더 가까이 가져오고, 한편으로는 제 1 타일의 하단 에지(22)와 겹치는 제 2 타일의 상단 에지(22)와 상기 프레임 면의 평면에 실질적으로 수직하게 제 2 타일을 가져오며, 다른 한편으로 상기 타일들을 기계적으로 유지하고 전기 연결시키기 위해 네스팅하여 상기 프레임면에 실질적으로 수직한 어셈블리 요소들(57.58)을 네스팅함으로써 제 1 타일(10)에 인접하게 제 2 타일(10)을 배치하는 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 광기전 타일들로 프레임을 덮는 방법.
  27. 전기 커넥터들(52)이 전기연결되는 한편 타일들(10) 중 하나의 상단 에지(20)가 인접한 타일들(10) 중 적어도 하나의 하단 에지(22)와 겹치는 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 광기전 타일들을 포함하는 지붕용 커버링 어셈블리.
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