KR20120094515A - 실질적인 2차원 건축 요소 - Google Patents

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Abstract

2차원으로 신장하는 건축 요소(29)는 건축 요소(29)의 한 면을 따라 뻗고 이를 한정하는 태양광 에너지 컨버터 부재(1)를 포함한다. 건축 요소(29)는 건축 요소(29)를 따라 뻗으며 이의 제2 면을 한정하는 빌딩 건축 부재(30)를 추가로 포함한다. 태양광 에너지 컨버터 부재의 적어도 일부분은 빌딩 건축 부재(30)의 적어도 일부분과 일체화되며, 이로써 일체화된 부분이 태양광 에너지 전환뿐만 아니라 건축용 필요조건에 기여한다.

Description

실질적인 2차원 건축 요소{Substantially Two-Dimensional Construction Element}
0. 정의
"실질적인 2차원 건축 요소"라 함은, 전면과 배면을 가진 판 형태를 기본적으로 나타내는 요소를 의미하는 반면, 3차원에서의 두께는 판의 길이와 폭보다 작다; 판은 물론 평면이 바람직할 뿐만 아니라 살짝 곡선을 이루거나 심하게 곡선을 이룰 수 있다.
"구조적으로 일체화된 태양광 빌딩 요소(Structurally Integrated Solar Building Element; SISBE)"라 함은, 본 발명의 명세서와 모든 청구항에 알맞는 건축 요소를 의미하며, 특히 태양광 에너지 컨버터 부재는 (빌딩) 건축 부재의 적어도 일부와 일체화되어, 생성된 일체화 부분은 태양광 에너지 변환과 (빌딩) 건축 필요조건에 기여한다.
"빌딩 일체화 광전지(Building Integrated Photovoltaics; BIPV)"라 함은, 광전지(pv) 산업에서 사용되는 선행 기술의 표현의 상태에 따라, 태양광 에너지 컨버터 부재를 구비한 건축 요소를 의미하며, 일체화라는 의미는 주로 "대체되어 알맞은"을 의미한다; 본 발명에 있어서, BIPV는 광전지 이외에 기타의 태양광 에너지 컨버터 기술을 포함할 수 있다.
1. 기술분야
광전지 시스템의 확산은, 최종 사용자가 가장 짧은 가능한 투자 회수 기간을 찾고 있고 보조금 정책에서 파생된 매우 매력적인 정부 없이 기술 진보는 여전히 매우 유리한 해결 방안을 제공하지 않았기 때문에, 여전히 매우 느리다.
건축, 특히 빌딩 위의 옥상 태양광 설비와 관련하여, 통상적으로 구입 가능한 대부분의 시스템은 현존하는 건축물과 건물 일체형(외장형) 태양광 발전 시스템(BIPV)의 상승적 대체와 적응이 없기 때문에, 항상 비용이 많이 드는 건물 일체형 태양광 발전 시스템에 적용할 필요가 있는 추가의 구조물이고, 이들은 주로 보다 심미적인 균일한 옥상 태양광 설비를 제공한다.
따라서, 빌딩 및 태양광 시스템의 소유지의 비용 구조를 보다 최적화하기 위해, 일반적으로, 특히 BIPV에 대한 광전지 적용의 목표는, 모듈을 본 발명의 바람직한 실시양태에 따라 구조적으로 일체화된 태양광 빌딩 요소(SISBE)로서 정의된 빌딩 또는 다른 종료의 건축의 구조적 성분으로서 적어도 부분적으로 사용하는 것이다. SISBE는, 지붕을 먼저 짓고 이어서 광전지 시스템을 조정할 필요성을 피할 수 있기 때문에, 엄청난 이점을 갖는다; 또한, SISBE는, 적어도 빌딩 건축 요소의 일부분과 일체화되어, 생성된 일체화 부분이 태양 에너지 변환과 빌딩 건축 필요조건에 기여하는 태양광 에너지 컨버터 부재의 적어도 일부분을 나타내기 때문에, BIPV 설비의 경우처럼 지붕널(shingle)을 pv 모듈로 대체하고 이어서 여기에 표준 지붕 구조물을 조정할 필요성을 피할 수 있다. 따라서, 비용은 투-피스 시스템(이미 언급한 바와 같은 보통의 빌딩 요소 + 태양광 시스템), 또는 본 발명의 원-피스 시스템에 대하여 표쥰 BIPV의 "대체 및 조정" 방안을 구비한 원-피스 시스템에 비하여 비용을 극적으로 줄어들 수 있는데, 태양광 컨버터의 적어도 일부와 빌딩 건축 요소의 적어도 일부와의 일체화로 새롭고도 상승된 효과가 제공된다: 예를 들면, 현대적인 빌딩 건축물에서 항상 요구되는 열적, 기계적 및 화학적 특징을 매칭시키는 구조적 태양광 컨버터 적용.
지붕에 놓여지는 보다 특정한 SISBE는 기계적으로 강인해야만 한다. 또한, 강인성은, 예를 들면, 바람이나 눈에 의해 야기되는 분자의 변형으로 인한 광전지에서의 균열을 피하기 위해, 중요한 특징이다. 추가로, SISBE는 빌딩에 통상적으로 필요한 단열의 큰 문제를 해소시켜야만 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시양태는 이러한 문제점들을 해결하고 광전지, 열, 하이브리드 기술로서 상이한 태양광 에너지 캡션 기술(solar energy caption technology)에 용이하게 적응 가능한 구조물을 제공할 것이다.
2. 선행 기술의 논의
SISBE 특징이 없는 BIPV는 시장에 공지되어 있고, 예를 들면, 결정성 또는 박막 실리콘 재료로서의 상이하게 이용 가능한 pv 기술에 의존하는 다수의 해결책을 포함한다.
본 발명의 적용 분야를 보다 잘 이해하기 위해, 먼저, 빌딩 구조 부분이 어떻게 구성되는지를 분석한다. 제한하는 것은 아니고 예로서, 중부 유럽에서 경사진 지붕(pitched roof)의 완전한 건축물은 통상적으로 거대한 목재 (소나무 또는 유사한) 들보, 두께 2㎝의 목재 클래딩(cladding), 내부 습기 방지용 절연물(vapor barrier), 두께 10㎝의 열 절연물, 두께 2㎝의 목재 보드로 구성된 추가의 층, 제2의 불투과성 커버 및 타일로 제조된 커버를 필요로 한다.
이러하거나 유사한 편평하거나, 톱니형이거나, 또는 기타 유형의 빌딩 커버면 위에는 항상 태양광 시스템이 제2 단계에서 개별적으로 설치된다. BIPV의 경우, 모듈은 지붕면의 가장 외부 부분이며, 이는 널빤지 지붕을 대체하는 반면, 밑에 있는 지붕 구조물로 조정된다. 빌딩의 벽/표면에 대하여 동일하게 수행할 수 있다.
태양광 모듈은 필요한 기본적인 기계적, 열적, 전기적, 화학 안정성 및 필요한 투명성을 제공하는 적어도 하나의 유리와 함께 적층된다. 또한, 배면 위의 박막 pv 모듈의 경우, 제2의 유리가 평상시 적층되지만, 이는 부적절하게 비용을 발생한다. 따라서 이러한 특수 산업의 목표는, 이미 지적된 바와 같이, 내구성과 신뢰성의 면에서 매우 위험하다 하더라도 적어도 가능한 양의 유리를 사용하는 것이다.
이러한 산업 경향이 계속된다 하더라도, 통상적으로 구입 가능한 이러한 태양광 적층 또는 샌드위치 구조물은 적절한 출발 특성을 구비하지만, 부분적인 빌딩 구조 루핑 표준만을 충족시키는 적어도 하나의 유리판을 포함한다.
예를 들면, 고려되는 태양광 기술(벌크 결정성 Si, 박막 기술, 유연성 모듈, 유기, 태양광 열 또는 하이브리드)이 무엇이든간에, 모든 모듈은 한 가지 중요한 기계적 제한을 갖는다: 모든 모듈은 예를 들면 pv 모듈 표준에 대하여 IEC 61215 및 IEC 61646에 따라 1시간 동안 240Kg/㎡의 특정량의 압력을 견뎌낸다.
본 발명에 있어서, 빌딩 표준에 직면해야만 한다: 예를 들면 지붕(SIA), 순간 압력, 바람, 눈 및 기타 인자에 대한 스위스 빌딩 표준(Swiss building norms)은 안전한 구조적 강인성을 제공하기 위해 계산해야만 하며, 합한 이들 모든 파라미터는 항상 240Kg/㎡을 초과한다.
예를 들면, 시장에 존재하는 매우 강인한 이중 유리 샌드위치 박막 모듈은 이미 적절한 기계적 특성을 지니고 있으므로, 이들은 예를 들면 BIPV 루핑 해결방안에 대하여 흥미있는 후보이다. 그러나 유리는, 바이불 분포(Weibull's distribution)에 따라, 상당히 낮은 기계적 하중에서 때때로 파괴되는 세라믹 재료이다. 막 소개된 샌드위치 박막 모듈의 예에 따르면, 적층된 이중 유리의 기본적인 기계적 안정성은 매우 양호하고, 건축물 예를 들면 지붕에서처럼 발생할 수 있는 아주 빠른 속도에서 바람과 우박뿐만 아니라 사람의 체중과 기타의 무겁고 좋지 않게 분포된 상수 또는 즉시 적용된 체중을 견뎌내어야 하는 자동차 윈드스크린 중의 하나와 유사하다. 사실, 지붕을 설치하는 경우, 서비스를 하거나 철거작업 중인 사람은 안전하게 이동하고 작업할 수 있어야만 한다. 또한, pv 설비를 포함하는 지붕으로 덮힌 주택이 산, 삼림 또는 정원에 가까운 경우, 비석(飛石) 또는 낙석(落石)이나 나무 가지들은 지붕 위의 pv 시스템에 손상이 가지 않도록 해야 하며, 기후 조건이 나빠질 때마다 pv 모듈 및/또는 타일이 적어도 손상되지 않는 상태로 유지되도록 해야 한다. 인용된 IEC 표준에 있어서, 우박 시험이 있지만, 모듈이 25년 동안 견뎌내는 것이 필요하다면, 이는 충분하지 않다; 시험은 모듈의 상이한 열 군데에서 직경 2.5㎝의 단일 빙구(氷球)를 발사한다; 자연에서 단일의 우박을 동반한 폭풍은 수천 개의 빙구가 아니라면 수백 개의 빙구를 발사하며, 이들 중의 하나가 IEC 시험 동안 충격이 가해지지 않은 모듈의 전면 유리의 특히 민감한 지점에 충격을 가하면, 모듈은 균열될 가능성이 있으며, 따라서 향상된 강인성 및 강직성이 도움이 될 것이다. 또한, 앞유리의 예로 돌아가, 앞유리가 균열된 경우, 여하한의 필요한 특성을 잃지 않고 얼마 동안 유지될 수 있다.
따라서, BIPV 시스템인 경우, 외부 압력 때문에 파괴된 것을 새것으로 대체하는 것은 경제적으로 견딜 수 없는데, 이는 특히 옥상 설비의 경우, 지붕 및/또는 태양광 시스템 서비스로 인해 자주 발생한다. 보다 두껍고 무거우며 값비싼 유리를 사용하는 해결 방안은 태양으로부터 얻는 재생 가능한 에너지의 목적, 즉 화석 연료에 대하여 경제적으로 유리한 해결 방안을 제공하는 것에 맞춰 조정할 수 없다.
본 발명의 목적에 보다 상당히 중요한 것은 통상적으로 구입 가능한 모듈이 보다 많은 열을 배면으로 보낸다는 점이다. 열 전도도는, 모든 이가 알고 있는 문제인데, 태양 아래 한 시간 미만으로 방치된 후에 차 내부가 견디는 열과 온실에 가두어서 얻은 열이다. 또한, 열 특성은 BIPV의 경우에 문제시된다. pv 모듈은 보통 때는 약 60 내지 80℃에 이르는 매우 건조하고 햇살이 내리쬐는 지역에서 100℃에 달하는 온도로 가열되는 반면, 태양열 시스템은 이러한 한계를 넘어 약 150℃에 이른다. 이러한 고온은 차가운 북부 겨울에는 발생할 수 없지만, 중부 유럽의 여름에는 발생하는 것을 용이하게 상상할 수 있으며, 태양광 시스템은 온도를 지붕에서 대단한 열 에너지 낭비인 인간의 능력으로 견딜 수 없는 온도로 상승시킬 수 있는 흥미로운 결과를 생산한다. 무엇보다도 중요한 것은, pv 기술의 경우, 결정성 모듈은 온도를 상승시키면서 전기적으로 작동한다는 점이다. 또한, 집열기(thermal collector)에 적용할 수 없지만, 박막 기술에 적용된다.
따라서, BIPV 모듈이 글레이징이나 표면을 추정하는 한, 이는 값비싸고 기술적으로 덜 문제시되지만, 타일 또는 기타의 루핑이나 빌딩 요소로서 직접 사용될 필요가 있자마자 기계적 특성과 열적 특성은 전혀 요구조건에 부합하지 않는다.
3. 발명의 목적
따라서, 본 발명의 목적은 기계적 및 열적 특성 등의 특성이 우수하여 필요한 빌딩 규준을 준수할 수 있는 환경 친화적이며 구조적으로 일체화된 경량의 광전지 빌딩 요소(SISBE)를 제공하는 것이다.
4. 해결방안
건축 요소의 한 면을 따라 뻗고 이를 한정하며 태양광 에너지 변환을 제공하는 태양광 에너지 컨버터 부재 및
건축 요소의 제2 면을 따라 뻗고 이를 한정하며, 컨버터 부재의 적어도 일부분이 건축 부재의 적어도 일부분과 일체화되며 생성된 일체화 부분이 태양광 에너지 변환과 건축 필요조건에 기여한다는 것을 특징으로 하는 건축 필요조건을 제공하는 빌딩 건축 부재를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
제1의 바람직한 실시양태는 배면에 둘 이상의 상이한 재료 층을 구비한 태양광 모듈을 제공하여 상승된 절연 특성 및 우수한 기계적 특성(예: 강인성 및 강직성)을 갖는 샌드위치 구조를 형성함으로써, 원 피스 태양광 에너지 캡팅(capting)과 외부 빌딩 구조 요소로서 직접 사용할 수 있는 SISBE를 제작할 수 있다. 모듈의 배면으로부터 출발하여, 두 개의 재료 층은 코어 재료 층과 배면 샌드위치 재료 층을 포함할 수 있다. 모듈이 부분적으로 전면 샌드위치 재료 층으로서만 작용하는 경우, 전용 층은 모듈과 코어 재료 층 사이의 SISBE에 도입되어 필요한 특성들을 제공한다.
시장에서 구입 가능한 모든 태양광 모듈에 적용 가능한 이러한 샌드위치 구조는 예를 들면 전방의 섬유 강화 열가소성 또는 열경화성 적층물을 포함할 수 있는데, 이는 예를 들면 아교 접착과 같은 상이한 수단으로, 또는 샌드위치 전면의 열가소성 또는 열경화성 구조를 단지 가열함으로써 모듈의 배면에 적용하여 모듈의 배면에 접착시킬 수 있다. 또한, 샌드위치의 코어 재료는, 이에 한정되지 않지만, 발포체형 재료가 바람직하며, 배면에서 샌드위치는 샌드위치 구조의 전면에 대하여 사용한 동일하거나 유사한 섬유 강화 열가소성 또는 수지 적층물을 포함할 수 있다. 섬유 대신에 기타의 재료를 사용할 수도 있다.
5. 왜 이 해결방안인가?
가까운 선행기술은 미국 특허공보 제5,800,631호에 기재되어 있다. 그러나, 이러한 접근법의 실현은 비현실적이다. 이러한 유형의 구조의 한계는 이러한 구조에 의해 달성될 수 있는 강직성에 관한 것인데, 이는 모듈의 배면에서 유리한 재료의 조합이 아니기 때문이다. 또한, 모듈의 배면에 대한 단열능(특히 증기 및 전력)은, 이러한 구조 중의 접착층의 추가의 존재와 관계없이, 발포체 층 속의 또는 발포체 층에 인접한 무수 섬유의 존재의 이유에 있어서 의문시된다. 또한, 무수 섬유는 불충분한 단열능을 제공하는 것으로 공지되어 있다. 추가로, 광 활성 재료의 전면 또는 배면에 유리가 전혀 존재하지 않는 것은 내구성이 나쁘다는 명확한 징후이다. 최종적으로, 이러한 디자인은 산업적으로 개발될 필요가 있는 전혀 상이한 태양광 모듈 캡슐화 방법(solar module encalsulation method)을 필요로 하기 때문에, 현재의 모듈 생산자가 도달한 경제적 규모를 이용할 수 없으며, 이는 약간의 용이하게 실현 가능한 변화 등의 시장에서 구입 가능한 가공 또는 반가공 모듈에 적용할 수 없기 때문이다. 또한, 사용되는 매우 얇은 발포체 층은 매우 열악한 단열능의 징후이다.
6. 발명의 한 가지 실시양태
제1의 바람직한 실시양태에 따르는 본 발명의 코어는 상승된 단열 특성과 우수한 기계적 특성(예: 강인성 및 강직성)을 갖는 샌드위치를 형성하기 위해, 2개 이상의 상이한 재료 층을 이의 배면에 구비한 태양광 모듈을 제공하는데, 이로써 SISBE를 원 피스 태양 에너지 캡팅 및 외부 빌딩 건축 요소로서 직접 사용할 수 있게 된다. 모듈의 배면으로부터 출발하여, 두 재료 층은 코어 재료 층과 배면 샌드위치 재료 층을 포함할 수 있다. 모듈이 적어도 부분적으로 전면 샌드위치 재료 층으로서 작용하지 않는 경우, 전용 모듈은 모듈과 코어 재료 층 사이의 SISBE로 도입되어야 한다.
시장에서 구입 가능한 모든 태양광 모듈에 적용가능한 이러한 샌드위치 구조는 예를 들면 모듈의 배면에 접착시키기 위해 상이한 수단 예를 들면 접착에 의하거나, 또는 이러한 전면 샌드위치 재료 층의 열가소성 또는 열경화성 구조물을 간단하게 가열함으로써 모듈의 배면에 적용할 수 있는 전면의 섬유 강화 열가소성 또는 열경화성 적층물을 포함한다. 또한, 샌드위치의 코어 재료 층은 발포성 재료를 포함하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되지 않으며, 샌드위치의 배면에는 전방 샌드위치 재료 층에 대하여 사용한 동일하거나 유사한 섬유 강화 열가소성 또는 열경화성 적층물을 포함할 수 있다. 섬유 대신에 기타의 재료를 사용할 수도 있다.
추가의 실시양태에 있어서, 샌드위치 구조에서 사용되는 전면 샌드위치 재료 층과 배면 샌드위치 재료 층은 서로 상이할 수 있다.
또 다른 실시양태에 있어서, 태양광 모듈은 전면 유리만을 가질 수 있으며, 따라서 샌드위치 구조는 배면 유리 부재 모듈의 배면 위에 직접 적층될 수 있다. 이러한 구조에 있어서 모듈 그 자체는 위에서 언급한 전기 및 화학 절연 파라미터를 충족시킬 필요가 있다는 점이 자명하다.
위에서 언급한 바와 같이, 추가의 실시양태에 있어서, 전방측 샌드위치 재료 층 구조는 태양광 모듈 그 자체를 대규모로 포함할 수 있다. 이러한 경우, 발포체형 재료는 예를 들면 접착에 의해 상이한 방식으로 태양광 모듈에 접착될 수 있다. 또한, 이는 태양광 모듈이 전면 유리만을 구비하고 이중 유리 구조가 아니면, 작동할 수 있다. 어쨌든 발포체는 pv 모듈의 배면 전극 또는 배면 반사기에 접착에 의해 직접 적용하거나, 태양열 집열기의 배면에 적용할 수 있다. 이러한 구조에 있어서 태양광 모듈 그 자체는 위에서 언급한 전기 및 화학 절연 요건을 충족시킬 필요가 있다는 점이 자명하다.
상이한 재료가 샌드위치 구조물에 포함될 수 있다. 다음 표 1에는 몇몇 예가 제공된다; 이들은 예시적인 것이며, 본 발명의 범위와 이의 청구의 범위를 제한하는 인자가 아니다.
전면 샌드위치 재료 층
강화재 매트릭스		 코어 재료 샌드위치
코어 재료		 배면 샌드위치 재료 층
강화재 매트릭스
유리섬유 폴리프로필렌
유리섬유 에폭시 수지
유리섬유 폴리에스테르 수지

유리섬유 비닐에스테르 수지

- 폴리프로필렌
- 알루미늄 호일
현무암섬유 페놀 수지
대마섬유 에폭시 수지
아라미드 섬유 에폭지 수지
pv 모듈
- 유리판
 폴리프로필렌 발포체
PMI 발포체
PUR 발포체
페놀지
허니컴
폴리프로필렌
허니컴
공중합체 발포체
절연 탄소 발포체
3D 직물
PEEK 발포체
유리 발포체
강화 발포체
스티렌계 발포체		 유리섬유 폴리프로필렌
유리섬유 에폭시 수지
유리섬유 폴리에스테르 수지

유리섬유 비닐에스테르 수지

- 폴리프로필렌
- 알루미늄 호일
유리섬유 페놀 수지
대마섬유 에폭시 수지
아라미드 섬유 에폭지 수지
현무암섬유 페놀 수지
유리섬유 비닐에스테르 수지
코어 재료는 10MPa 내지 10,000MPa의 E-모듈러스를 가질 수 있다(예를 들면, 바람직한 PUR은 66MPa 이상을 갖고, 바람직한 유리 발포체는 50Mpa 이상이다; 이렇게 높은 하한치인 10MPa는 중합체계 재료 또는 기타 절연 코어 재료의 E-모듈러스의 크기 제한의 일반적인 하부 배수로 주어진다). 추가로, 열전도계수는 0.1W/mK 미만 0.001W/mK 이상일 수 있다(PUR은 0.03W/mK이고, 유리 발포체는 약 0.04W/mK이다). 바람직한 조합물은 전면 및 배면 샌드위치로서의 에폭시 수지 및 PUR 발포체 중의 유리섬유이다. 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 상이한 조합이 가능하다. 가장 중요한 것은, 각각의 강화재, 매트릭스 및 코어 재료를 순서대로 조합할 수 있다는 점이다. 태양광 모듈이 전면 샌드위치 재료 층의 주성분이고 태양광 모듈이 이처럼 사용될 수 있는 경우만이다; 이러한 경우, 전면 샌드위치 재료 층은 배면 샌드위치 재료 층의 두께보다 얇은데, 태양광 모듈이 존재함으로써 전체 SISBE의 기계적 특성이 더 우수해지기 때문이다.
샌드위치를 공급자로부터 완전히 구입할 수 없는 경우, 상이한 성분들은 예를 들면 접착제들 중에서 함께 접착될 수 있으며, 가장 널리 사용되는 것은 에폭시 또는 아크릴계 접착제이다. 추가의 분리 특성의 경우, 추가의 코어 재료를 샌드위치의 외부에 예를 들면 통상적으로 구입 가능한 스티렌계 발포체의 추가의 층을 첨가할 수 있다. 이러한 추가의 점착의 예는 상이한 샌드위치 성분들이 함께 적당한 점착에 이르는 기타의 화학적 또는 물리적 방법을 배제하지 않는다.
중합체성 매트릭스에 매립되는 섬유의 경우, 섬유가 예비함침되면, 이는 명백한 이점이다. 본 발명을 개발하기 위해 전적으로 필요한 것은 아니지만, 이러한 방식으로 pv 모듈을 구비한 적어도 일부분의 샌드위치의 가공이 신속하고 경제적이다.
기타 실시양태에 있어서, 웨더링 이슈(weathering issue)를 향상시키는 수단, 타일 자체 또는 지붕 구조물 전체에 방수 특성을 제공하는 수단, 생성된 열 에너지를 추출하고/하거나 소멸시킬 뿐만 아니라 그리드 속으로 저장 및 이송하거나 열 에너지와 생성된 전력을 변형시키는 수단, 난연성을 향상시키는 수단, 적어도 반투명성을 제공하는 수단, 지붕 미학과 통합성을 향상시키는 수단은, 실시예에서 보여준 바와 같이, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 본 발명의 SISBE에 첨가되거나 통합될 수 있다.
물론, 이러한 구조는 통상적으로 구입 가능한 태양광 모듈에 대하여 향상된 방음을 시사한다.
7. 도면의 간단한 프레젠테이션
도 1에 예시된 실시예 1: 발명의 바람직한 실시양태에 따르는 광전지 모듈 함유 SISBE.
도 2에 예시된 실시예 2: 발명의 다른 실시양태에 따르는 광전지 모듈(여기서, SISBE는 샌드위치 요소로서 pv 모듈을 포함한다).
도 3에 예시된 실시예 3: 본 발명의 두 가지 SISBE는 방수 호일을 포함하고 방습재(vapour barrier)로서 작용하며 하나의 SISBE 29와 다음의 SISBE 28 사이 및 SISBE 28, 29와 기계적으로 지탱하는 지붕 구조(예: 서까래) 사이에 각각 배치되는 SISBE 기본 지붕으로 주로 구성된다.
도 4에 예시된 실시예 4: SISIBE의 pv 모듈에 의해 생성된 전기를 수거하기 위한 접속 배선함을 포함하는 SISBE 기본 지붕.
도 5에 예시된 실시예 5: 이전의 실시예들 중의 적어도 하나에 따르는 SISBE를 포함하고 하이브리드 SISBE를 형성하는 집열기 또한 포함하는 pv 모듈.
도 6에 예시된 실시예 6: 발명의 실시양태에 따르는 태양광 집열기 함유 SISBE.
도 7에 예시된 실시예 7: 상이한 가능한 SISBE 형태와 지붕에서의 관련 적용을 나타낸다.
도 8에 예시된 실시예 8: SISBE가 기타 빌딩 요소용 구조 부분으로서 사용된다.
8. 도면의 설명
실시예 1에 있어서, SISBE 29는 샌드위치 구조물 30에 인접하여 배치된 pv 모듈 1을 포함한다. 샌드위치 구조물 30은 표 1에 따르는 재료를 포함하는 반면, 샌드위치 구조물 30은 전면 샌드위치(fss) 재료 층 4, 코어 재료 층 10(코어 재료) 및 배면 샌드위치(bss) 재료 층 20을 포함한다. 샌드위치는 강화 유리섬유 fss 층 4, 폴리우레탄(PUR) 발포체 코어 재료 10 및 보강 유리섬유 bss 층 20을 포함하는 것이 바람직하다. 다른 바람직한 실시양태에 있어서, 샌드위치 구조물 30은 fss 4 및/또는 bss 20 중의 강화 성분으로서 대마섬유를 포함한다. 다른 추가의 바람직한 실시양태에 있어서, fss 4 및/또는 bss 20의 매트릭스 재료는 매트릭스 재료로서 에폭시 수지를 포함한다. 추가의 또다른 실시양태에 있어서, fss 4 및/또는 bss 20은 매트릭스 재료로서 열가소성 수지(예: 폴리프로필렌)를 포함한다.
fss와 bss의 두께는 5㎜ 정도이다. 발포체 재료의 두께는 5㎝이다. 표 1에 예로서 열거되어 있는 기타 재료를 사용하는 경우, 또는 본 발명의 SISBE의 적용 유형에 좌우되는 기계적으로 보다 안정하거나 기계적으로 덜 안정한 건축물 둘 다의 경우, 두께 범위는 표 2에 따라 변한다:
두께 범위 전면 샌드위치
캐리어 1		 코어재료
샌드위치		 배면 샌드위치
캐리어 2
본 발명 범위 100㎛ 내지 1㎝ 20㎜ 내지 100㎝ 100㎛ 내지 1㎝
바람직한 범위 0.25㎜ 내지 5㎜ 30㎜ 내지 50㎝ 0.25㎜ 내지 5㎜
가장 바람직한 범위 0.5㎜ 내지 2.5㎜ 50㎜ 내지 30㎝ 0.5㎜ 내지 2.5㎜
표 2의 범위는 상이한 유형의 적용에 따라 상이한 방법으로 조합할 수 있다. 예를 들면, 지붕, 또는 보행자들이 걷거나 자전거가 접근하는 시청 광장의 경우, 기계적 안정성은 필수조건이며, fss와 bss는 1㎝ 이하의 두께를 나타내므로, 보다 큰 발명 범위에 속하는 두께를 가질 수 있는 반면, 코어 샌드위치 재료는 약 10㎝의 두께 층을 나타내는 바람직하거나 가장 바람직한 두께 범위에 속할 수 있다. 물론, 반대편은 보다 가볍고 덜 강성의 구조물인 경우에 역시 작동하는 반면, fss 및/또는 bss는 ㎜ 이하의 정도로 두께를 나타낼 것이다.
또한, 구조물이 상이한 열 전도성 거동을 나타내는 경우, 바람직한 두께와 바람직하지 않는 두께의 조합도 작동할 것이다. 예를 들면, 살림집인 경우, 지붕 층은 거실, 침실 또는 사무실이고, 따라서 일년 내내 쾌적한 온도여야 하며, 코어 재료 샌드위치의 두께는 10㎝ 이상이고, fss와 bss는 수 mm 이내에서 여전히 가장 바람직한 범위를 나타낼 것이다. 한랭기후, 예를 들면, 산악 지역이나 북부 지역에 위치하는 주택의 경우, 단열 코어 재료의 두께는 보다 두꺼워야 한다. 물론 반대편은 열 전도성 구조물인 경우에 지나치게 작동할 수 있는 반면, fss 및/또는 bss는 수 mm 이하의 정도의 두께를 나타낼 수 있다.
매우 뜨거운 기후의 경우, pv 모듈 1의 배면과 샌드위치 30 사이에, 또는 코어 재료 층 10 속에 직접 작은 챈널을 제공함으로써 추가의 냉각수단을 사용할 수 있다.
한편, 샌드위치 30을 사용하여 SISBE 29의 배면에서 열 투과를 적어도 부분적으로만 차단하는 대신에, 축열(畜熱)을 제거하고/하거나 활용하는 수단을 사용할 수도 있다. 예를 들면, 샌드위치 30 속, 특히 코어 재료 10 속의 작은 챈널을 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있는 열 활용수단에 연결된 유동 유체로 충전시켜 앞서 언급한 과제를 적절하게 수행할 수 있다. 기타 수단, 예를 들면, 레저버 또는 가열 펌프에 연결된 냉각 서펜틴(cooling serpentine), 피로 전기의 열 전기 재료(예: 펠티에 또는 제벡 소자), 스털링 엔진에 연결된 진공 펌프, 또는 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있는 기타의 냉각수단 및 열 활용수단으로 앞서 언급한 과제를 적절하게 수행할 수 있다. 이러한 수단은 SISBE 30의 층 사이에 및/또는 층 속에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
pv 모듈 1a에 있어서, 두께 2 내지 3㎜의 전면 유리 1b를 통상적으로 사용하는데, 당해 재료만이 현재까지 기계적, 전기적, 화학적 안정성의 견지에서뿐만 아니라 화학적 배리어 층으로서 특히 필요한 파라미터들을 갖기 때문이다. 배면의 샌드위치 구조물 30이 pv 모듈 1을 포함하는 SISBE 29에 중요한 구조적 강직성을 제공할 수 있지만, 파괴의 위험을 야기하지 않기 위해서, 디스플레이 유리 등의 더 얇은 유리가 어울리더라도 전면 유리 1b의 이러한 두께를 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, pv 모듈 1의 배면 커버링 재료 1c는 배면 유리를 포함하지 않을 수 있지만, 그 대신, 기계적, 전기적, 화학적 안정성의 견지에서뿐만 아니라 화학적 배리어 층으로서 특히 필요한 파라미터들을 충족시키는 적절한 호일을 포함할 수 있다. 이러한 호일은 시장에서 널리 알려진 복합 호일로, 예를 들면, 테들러(Tedlar) 및 이코솔라(Icosolar)의 중합체계 제품이다. 이러한 제품은 통상적으로 벌크 실리콘 pv 셀 1a의 배면에 기반을 둔다. 박막의 경우, 경제적 측면에서 실행 가능한 중합체계 배면 시트를 출발하여 이용 가능하다. 배면 유리는 없고 중합체계 호일을 구비한 이러한 pv 모듈 1의 경우, 샌드위치 구조물 30은 중합체계 배면 재료를 포함하는 pv 모듈 1의 배면 커버링 재료 1c에 직접 접착되거나, 또는 중합체계 호일의 흥미로운 기계적 특성의 경우, 후자는 fss 4 자체로서 작용하며, 따라서 샌드위치 30의 기타 성분과 함께 pv 셀 1a의 배면에 적층될 수 있지만, 이는 pv 셀 1a의 해로운 오염을 피하기 위해, 무균실 대기 속에서만 발생할 수 있다. 또 다른 방법으로 배면 시트 재료 1c를 구비한 샌드위치 구조물 30을 예비적층하고, 이어서 하이브리드 구조물 40을 pv 셀 1a의 배면에 직접 적용한다.
도 2에 예시한 실시예 2에 있어서, 발명의 다른 실시양태에 따라 SISBE 31을 함유하는 태양광 전지 모듈이 제공된다. 이러한 경우, SISBE 31은 pv 모듈 1을 fss 요소로서 직접 포함한다. bss 20과 코어 재료 10은 실시예 1처럼 동일하게 남아 있으며, 따라서 실시예 1에 포함된 바람직한 재료에 추가하여, 표 1에 기재되어 있지만, 이에 제한되지 않는 모든 재료 또는 재료 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 이는 배면 커버링 재료 1c는 유리를 포함하지 않지만 중합체계 호일을 포함하는 경우에 작동한다. bss 20 및 코어 재료 10과 배면 커버링 재료 1c와의 예비적층의 가능성은 실시예 1처럼 제공된다; 이러한 경우, 하이브리드 구조물 41은 pv 셀 1a의 배면에 직접 적용된다. 두께에 관하여, bbs 20과 코어 재료 10에 관한 두께는 실시예 1의 표 2와 정확하게 맞는 반면, 실질적으로 pv 모듈 1로 나타내는 경우, fss는 pv 모듈 기술(박막 또는 벌크 실리콘)의 종류와 pv모듈 1이 배면 커버링 재료 1c의 조성(배면 유리 또는 중합체계 호일을 구비함)에 대하여 특히 나타내는 구조의 종류에 좌우된다. 실시예 1에 제공된 모든 추가의 특징 또한 여기에 적용된다.
도 3에 도시한 실시예 3은 방수 호일 50a 및 50을 포함하고 방습재로서 작용하며 각각 하나의 SISBE 29와 그 다음의 SISBE 28 사이 및 SISBE들 28 및 29와 기계적 지지 지붕 구조물(예: 서까래 61 및/또는 62) 사이에 배치되는 SISBE 기본 지붕 70으로 주로 구성된 본 발명의 SISBE 28 및 29를 제공한다. 서로 대면하지 않을 뿐만 아니라 방수 호일 50a에 의해 분리되지 않는 본 실시예에서 나타낸 본 발명의 SISBE 28 및 29의 측면들과 SISBE 기본 지붕 70의 외부 가장자리는 중앙부 50a에서 유사한 방수 호일을 구비할 수 있다. 지지 지붕 구조는 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 재료 예를 들면 목재, 석재, 외장 시멘트, 금속(예: 알루미늄 또는 강) 및/또는 복합재료를 포함하는 기계적으로 적합한 판상물, 바(bar) 또는 로드(rod)(61 및/또는 62)를 포함할 수 있다. 방수 호일 50 및 50a는 폴리실록산(실리콘), 부틸, 금속/알루미늄 호일, 폴리에틸렌계 호일, EVA 및/또는 PVB를 포함할 수 있다; 또한, 이러한 층 50 및 50a는 따라서 적층 방수 호일을 형성하는 하나 이상의 층을 포함할 수도 있다. 몇몇 특수한 상항에 있어서, 예를 들면, 경사진 지붕에 있어서, 축적된 증기/습기가 빌딩에서 사라지도록 하는 반투과성 막을 갖는 것이 바람직하다; 이러한 경우, 추가의 수단(예: 지붕 지지체에서의 챈널 또는 통로)이 적합할 수 있거나, 또는 중간 호일 50a 및 적어도 부분적으로 호일 50은 한 방향으로 증기/습기를 투과시킬 수 있으며 다른 방향으로 물과 증기/습기를 투과시킬 수 있다.
이러한 특정 예에 있어서, 단면도인 도 3에는 두 개의 로드 61 및 62가 도시되어 있는데, 당해 기술분야의 숙련가는 모듈 아래에 그리고 모듈 에지로부터 이격되어 모듈이 가해진 압력은 SISBE 28 또는 29가 로드 61 및 62로 제조되는 지지 구조 속으로 분포될 수 있음을 알기 때문이다. 본 발명의 SISBE 29의 고유의 기계적 강도가 높기 때문에, SISBE는 단 한 군데의 표면 또는 중간 지역 또는 SISBE 그 자체의 중간에 놓일 수 있다. 반대로, 판은 잘 작동할 수 있다.
모듈 1 또는 상대적인 SISBE 28 또는 29가 매우 질적인 방식으로 이미 프레임화되거나 적층되는 경우, 방수 호일 50a는 필요하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 하나의 SISBE 28과 다음의 SISBE 29 사이의 공극은 SISBE 28, 29 기본 지붕 70으로부터 물을 배수하는 데 유용하다. 방수 호일 50a의 회피로부터 유도된 챈널이 샌드위치 구조 30 속으로 물을 유도할 수 있고/있거나, SISBE 28, 29 기본 지붕이 장마 지역에 위치하는 경우, 방수 호일 50a로 적어도 부분적으로 피복되거고/되거나 추가의 하이드로 발수제 또는 단열층으로 피복될 수 있다; 또 다른 방안은 밀폐 기공율(closed porosity)를 갖는 발포제를 사용할 수도 있다. 이러한 경우, SISBE 기본 지붕 70으로부터 물을 배수하기 위한 챈널이 여전히 제공된다.
실시예 3의 또 다른 바람직한 실시양태에 있어서, 모듈 1 또는 SISBE 28 또는 29가 SISBE 28 또는 29의 배면에서 매우 질적인 방식으로 이미 프레임화되거나 적층되는 경우, 방수 호일 50 및 50a는 필요하지 않다. 추가로, SISBE 28 또는 29가 이의 배면에만 매우 질적인 방식으로 이미 프레임화되거나 적층되는 경우, 방수 호일 50은 필요하지 않은 반면, 방수 호일 50a는 적어도 부분적으로 이미 언급한 바와 같이 의무적일 수 있다.
실시예 3의 추가의 실시양태에 있어서, 방수 호일 50은 SISBE를 포함하는 층들 중의 적어도 하나에 중간에 위치할 수 있다. 방수 호일 50의 또다른 실시양태에 있어서, 방수 호일 50은 태양광 모듈 1과 SISBE 28 또는 29 사이에 배치된다.
실시예 3의 추가의 바람직한 실시양태에 있어서, 방수 호일은 적어도 부분적으로 투명한 방수성이고 내후성 및 내UV성인 누적된 조건하에서 태양을 향하는 SISBE의 상부에 배치될 수 있다.
또한, 위의 모든 가능성은 이의 두께에 걸쳐서 적어도 한 방향으로 반투과성인 호일에 적용될 수 있다.
실시예 3의 영향을 받는 이러한 배치는 본 발명의 모든 가능한 SISBE 해결방안에 적용되며, 예를 들면 실시예 1 (30 및 40) 뿐만 아니라 실시예 2 (31 및 41)에 기재된 것들에게 적용된다.
SISBE 28 및 29는 정확하게 동일하거나, 또는 적어도 부분적으로 서로 상이하다.
도 4에 도시되어 있는 실시예 4는 SISBE pv 모듈 1에 의해 발생한 전력을 수집하기 위한 접속 배선함 80 및 81을 포함하는 SISBE 기본 지붕 70을 제공한다. SISBE 28에 있어서, 접속 배선함 80은 통상적으로 모듈 1의 배면의 중앙에 배치된다; 이러한 경우, 인접한 샌드위치 구조 30은 이의 구조 그 자체에서 접속 배선함에 필요한 공간을 제공함으로써 접속 배선함 80을 수용할 수 있다. 매우 얇은 샌드위치 구조 30의 경우, 접속 배선함 80은 샌드위치 30보다 두꺼울 수 있으며, 따라서 샌드위치 30은 이의 표면에서 홀을 나타내는데, 이는 접속 배선함 80을 수용하는 데 필요하다. SISBE 29의 경우, 접속 배선함 81은 모듈 1의 가장자리에 배치된다. 이러한 경우, 샌드위치 30에서 접속 배선함 81을 수용하는 공간은 샌드위치 30의 가장자리에 제공되어야 한다.
이때, 접속 배선함 80 및 81에 의해 축적된 전력은 당해 기술분야의 숙련가에게 공지되어 있는 바와 같이 케이블에 의해 인버터에 연결되거나, 배터리에 연결될 수 있다. 케이블은 샌드위치 30, 바람직하게는 코어 재료 10 층을 통과하거나, 케이블을 샌드위치 30 속으로 압축하거나 샌드위치 30 내에서 적층되지 않은 챈널을 떼어냄으로써 SISBE 28 및 29의 상이한 두 층 사이에를 통과할 수 있다.
실시예 4의 영향을 받는 이러한 배치는 본 발명의 모든 가능한 SISBE 해결방안에 적용되며, 예를 들면 실시예 1 (30 및 40) 뿐만 아니라 실시예 2 (31 및 41)에 기재된 것들에게 적용된다.
실시예 5는 도 5에 도시되어 있다. 이러한 경우, 이전의 실시예들 중의 적어도 하나에 따르는 SISBE 29를 포함하는 pv 모듈은 집열기를 포함하여 하이브리드 모듈을 형성한다. SISBE에 일체화되지 않는 이러한 하이브리드 모듈의 가장 큰 결점들 중의 하나는 집열기가 100℃ 이상으로 가열되자마자 중첩된 pv 셀의 효율이 대폭적으로 저하된다는 점이다. 따라서, 하이브리드 시스템은 근접한 pv 셀로부터 열을 빼내기 위한 표준 집열기보다는 추가의 냉각수단을 필요로 한다; 이는 통상적으로, 가열된 물이 향하는 경제적으로도 에너지적으로도 매우 불편한 열 펌프(thermo pump) 및 레저버, 벤틸레이터 및/또는 유사한 열 제거수단에 의해 수행된다. 오늘날 이들 수단은 냉각 액체 예를 들면 물의 온도가 레저버 중의 지붕 아래의 온도와 동일해지면 펌프가 곧장 중지되기 때문에, pv 모듈의 적절한 기능을 추가로 억제한다; 이러한 단계, 즉 부진한 상태에서 하이브리드 모듈에 머무르는 동안 열은 140℃에 도달할 수 있다. 현대의 기술은 이러한 거대한 열을 제거하기 위한 많은 해결방안을 제공하고/하거나 이를 개발하고 있다. 이는 수영장 또는 매우 큰 저수기(water reservoir), 최적화된 열 펌프 및/또는 상이한 지열 해결방안(예: 빌딩의 지면에 배치된 사문암, 지하수 저장 또는 지하 탱크, 초전재료(pyroelectric materials)(예: 펠티에 또는 제벡 소자), 스털링 엔진(Stirling engine)에 연결된 진공 펌프, 또는 위의 과제를 충족시키기에 적합할 수 있는, 당해 기술분야의 숙련가에 공지된 기타 냉각 및 열 개발수단을 사용함으로써 발생한다. 이러한 수단은 적어도 부분적으로 SISBE 30의 층 사이에 및 또는 SISBE 30의 층 속에 배치될 수 있다. 중요한 것은, 이러한 열 제거 시스템이 부수적으로 도와서 생성했던 것보다 많은 에너지를 소모하지 않는다는 점이다.
특히, 도 5에는 pv 모듈 7a와 태양열 집열기 7b를 포함하는 하이브리드 모듈 7을 포함하는 SISBE 29가 도시되어 있다. 실시예 1에 따르는 배면에는 샌드위치 30이 제공되어 있고, 이는 동일한 fss 4, 코어 재료 10 및 bss 20을 포함하며, 물론 적층기술은 실시예 1과 동일하다. 또한, 실시예 1에서처럼 이러한 경우, 모듈 7의 리어 표준 적층(rear standard lamination)은 피할 수 있고. 샌드위치 30에 의해 직접 대체될 수 있다. 또한, 실시예 2에서와 동일하게, SISBE 29는 하이브리드 모듈 7을 fss로서 직접 포함할 수 있다; 이러한 경우, SISBE는 하이브리드 모듈 7, 코어 재료 10 및 bss 20만을 포함한다. 실시예 5는 실시예 3 및 실시예 4 둘 다에 추가로 적용할 수 있다.
실시예 1에 따르는 샌드위치 30의 두께를 조정함으로써, 단열을 조종할 수 있다. 이러한 경우, 두께는 정체 동안 발생할 수 있는 보다 높은 온도를 조정하기 위해 증가해야만 한다. 따라서, 두께는 실시예 1에서 제공된 도면에 대한 동일한 주위 조건하에서 2배 또는 3배일 수 있다.
아주 뜨거운 기후의 경우, pv 모듈 1의 배면과 샌드위치 30 사이에, 또는 코어 재료 층 10에 작은 챈널을 제공함으로써 추가의 냉각수단을 사용할 수 있다.
한편, 샌드위치 30에 의해 SISBE 29의 배면에서 열 전달을 적어도 부분적으로 차단하는 대신에, 부수적으로 축적된 열을 제거 및/또는 활용하기 위한 수단을 사용할 수도 있다. 예를 들면 샌드위치 30, 특히 코어 재료 10 중의 작은 챈널은 과제를 수행하기에 적합할 수 있는, 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 열 개발수단에 연결된 유동성 유체로 충전될 수 있다; 기타 수단 예를 들면 레저버 또는 열 펌프, 초전재료 및 열전재료(예: 펠티에 또는 제벡 소자), 스털링 엔진에 연결된 진공 펌프, 또는 당해 기술분야의 숙련가에 공지된 기타 냉각 및 열 개발수단은 위의 과제를 충족시키기에 적합할 수 있다. 이러한 수단은 SISBE 30의 층 사이에서 및/또는 층에서 적어도 부분적으로 대체될 수 있다.
도 6에 도시되어 있는 실시예 6에 있어서, 태양열 집열기 8을 함유하는 SISBE 33이 제공된다. 평판식 태양열 집열기 8은 최대 광 인컴 및 최소 열 손실을위한 전방 유리 8b, 파이프를 포함하는 흡수 시트 8b 및 후방 절연재료 8c를 포함한다. 샌드위치 30은 실시예 1에서의 샌드위치와 동일하고, fss 4, 코어 재료 10 및 bss 20을 포함한다. 실시예 5에서 언급한 바와 같이, 태양광 집열기에 의해 도달한 고온으로 인하여, 상이한 샌드위치 층의 두께는 2배 또는 3배일 수 있다. 또한, 샌드위치가 태양광 집열기 8a의 배면에 생성된 상당한 고온을 이겨낼 수 있는 경우, 항상 글래스 울인 배면 단열재료 8c는 더 이상 필요하지 않다. 더구나, 실시예 2와 유사하게, 배면 절연재료 8c가 구비되거나 구비되지 않은 태양광 집열기 8은 저절로 ffs 4로서 작용할 수 있다.
표 1에 기재되어 있는 ffs 4와 유사한 기계적 특성과 단열 특성을 나타내는 단연재료 8c의 경우, 단열재료 8c는 적어도 부분적으로 샌드위치 30의 ffs 4를 대체할 수 있다.
SISBE 33의 또 다른 제조방법은 샌드위치 구조 30을 배면 시트재료 8c와 함께 직접 예비적층하고, 이어서 이러한 하이브리드 구조 43을 태양광 집열기 8a의 배면에 직접 적층할 수 있다.
실시예 3에서는 pv 모듈 1을 포함하는 두 개의 SISBE 28, 29를 구비하는 지붕 70이 제공된다; 이러한 지붕 구조는 태양광 집열기 8을 포함하는 SISBE 33을 사용하여 가능할 수도 있다. 실시예 3에서와 같은 지붕 70은 pv, 하이브리드 및/또는 열 모듈을 포함하는 SISBE들을 포함할 수 있다. 실시예 4에 있어서, 접속 배선함 배치는 pv 모듈의 경우에 도입된다. 본 실시예 6의 집열기의 경우, 태양광 집열기 8에서 물을 출입시키는 역할을 하는 튜브를 대체하기 위해 유사한 수단을 사용할 수 있다. 진공 튜브의 경우, 태양광 집열기 8은 튜브를 포함하는 집열기 층 8a와 배면 단열재료 8c만을 구비하는 반면, 전면 유리 8b는 더 이상 필요하지 않을 것이다.
기후가 매우 뜨거운 경우, pv 모듈 1의 배면과 샌드위치 30 사이에, 또는 코어 재료 층 10에 작은 챈널을 제공함으로써 추가의 냉각수단을 사용할 수 있다.
한편, 샌드위치 30에 의해 SISBE 29의 배면에서 열 전달을 적어도 부분적으로 차단하는 대신에, 추가로 축적된 열을 제거 및/또는 활용하기 위한 수단을 사용할 수도 있다. 예를 들면 샌드위치 30, 특히 코어 재료 10 중의 작은 챈널은 과제를 수행하기에 적합할 수 있는, 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 열 개발수단에 연결된 유동성 유체로 충전될 수 있다; 기타 수단 예를 들면 레저버 또는 열 펌프, 초전재료 및 열전재료(예: 펠티에 또는 제벡 요소), 스털링 엔진에 연결된 진공 펌프, 또는 당해 기술분야의 숙련가에 공지된 기타 냉각 및 열 개발수단은 위의 과제를 충족시키기에 적합할 수 있다. 이러한 수단은 SISBE 30의 층 사이에서 및/또는 층에서 적어도 부분적으로 대체될 수 있다.
도 7에 도시되어 있는 실시예 7은 인접한 3개의 표준 SISBE 31와 2개의 2차 SISBE 90이 배치되어 있는 하우스 루프 11의 측면도를 나타낸다. SISBE 90에 함유되는 태양광 집열기 또는 결정성 벌크 셀의 경우, 앞서 언급한 실시예를 모두 적용할 수 있다. 박막 모듈의 경우, 중요한 차이점이 있다; SISBE 90으로 구성된 박막 모듈은 광전지 기능을 갖지 않아야 한다. 예를 들면, 이는 심미적 목적만을 가진 단순한 더미(dummy)이거나, 또는 pv 기능이 주어지는 다른 가능성은 각각 특이하게 연속적으로 연결된 셀의 영역이 동일하거나 동일하지 않고, 따라서 모듈의 단일 셀에서 전력 발생 장애물을 피할 수 있는 박막 태양광 모듈을 사용하는 것이다.
이러한 실시예의 추가의 실시양태에 있어서, SISBE 31 사이에서 벨룩스(Velux) 또는 비구조적, 반투명성 모듈을 지붕 바로 아래의 마루에서 불을 밝힐 필요가 있거나 펜트하우스에 적용하기 위해 다른 SISBE 31 대신에 삽입할 수 있다.
최종적으로, 본 실시예는 개인 주택의 기울어진 지붕의 전형적인 예를 나타낸다. 이는 예를 들면 편평하거나 톱니형 지붕의 구조를 커버하는 다른 모든 빌딩을 배제하지 않는다.
실시예 8은 도 8에 도시되어 있는데, 여기서 SISBE 31은 기타 빌딩 12 요소 105에 대한 구조적 부분으로서 사용된다. SISBE 31이 루프 11 이외의 빌딩 12 부분(예: 벽 요소 105)으로 구성되는 경우, 공간적으로 떨어진 판넬 100은 추가의 단열재료(예: 글래스 울)를 구비하거나 구비하지 않고 보다 우수한 단열을 위해 사용하고/하거나 빌딩의 튜브 또는 연결부용 공간 또는 통로를 제공하기 위해 사용할 수 있다. 벽 요소 105가 빌딩 12를 구조적으로 형성하는 추가의 경우, 추가의 강화재 예를 들면 외장 시멘트, 금속 구조물 및/또는 실시예 1에 나열된 것보다 두꺼운 샌드위치 구조물을 사용할 수 있다.
판넬 100은 예를 들면 석고 플라스터 보드로 제조할 수 있다.
결론
본 발명의 건축 요소 예를 들면 SISBE를 사용함으로써, 빌딩 건축과 태양광 시스템 장치 간의 지장을 주고 채산성이 있는 조합이 가능하다.

Claims (55)

  1. 건축 요소의 한 면을 따라 뻗고 이를 한정하며 태양광 에너지 변환을 제공하는 태양광 에너지 컨버터 부재 및
    건축 요소의 제2 면을 따라 뻗고 이를 한정하며, 컨버터 부재의 적어도 적어도 일부분이 건축 부재의 적어도 일부분과 일체화되며 생성된 일체화 부분이 태양광 에너지 변환과 건축 필요조건에 기여한다는 것을 특징으로 하는 건축 필요조건을 제공하는 빌딩 건축 부재를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  2. 청구항 1항에 있어서, 건축 필요조건이 적어도 부분적인 단열과 기계적 강인성(toughness) 및/또는 강직성(rigidity)을 포함하는 빌딩 건축 필요조건을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  3. 청구항 1항 또는 2항에 있어서, 태양 대향 면에 태양광 에너지 컨버터로서의 태양광 모듈 및 반대 면에 빌딩 건축 부재로서의 적어도 부분적으로 일체화된 샌드위치 구조를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  4. 청구항 3항에 있어서, 샌드위치 구조가 적어도 3개의 층, 즉 전면 샌드위치 재료 층, 코어 재료 층 및 배면 샌드위치 재료 층을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  5. 청구항 3항에 있어서, 태양광 모듈이 전면 샌드위치 재료인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  6. 청구항 3항에 있어서, 샌드위치 구조 층이 서로 화학적으로 접착되어 있는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  7. 청구항 6항에 있어서, 샌드위치 구조 층이 접착제에 의해 서로 접착되어 있는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  8. 청구항 7항에 있어서, 접착제가 아크릴계 또는 에폭시계 접착제, 또는 이들의 조합물인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  9. 청구항 3항에 있어서, 태양광 모듈이 광전지(photovoltaic cell)를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  10. 청구항 9항에 있어서, 광전지가 박막 광전지를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  11. 청구항 9항에 있어서, 광전지가 벌크 재료 광전지를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  12. 청구항 9항에 있어서, 광전지가 유기 재료 광전지를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  13. 청구항 3항에 있어서, 태양광 모듈이 태양열 집열기(solar thermal collector)를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  14. 청구항 3항에 있어서, 태양광 모듈이 펠티에 소자를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  15. 청구항 3항에 있어서, 태양광 모듈이 박막 광전지, 벌크 광전지, 태양열 집열기 및/또는 펠티에 소자를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  16. 청구항 4항에 있어서, 코어 재료가 하나 이상의 발포체를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  17. 청구항 16항에 있어서, 발포체가 유리 발포체, 폴리프로필렌 발포체, 강화 발포체, PMI 발포체, PUR 발포체, PEEK 발포체, 공중합 발포체 또는 스티렌계 발포체, 또는 이들의 조합물을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  18. 청구항 4항에 있어서, 코어 재료가 하나 이상의 허니컴을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  19. 청구항 18항에 있어서, 허니컴이 하나 이상의 페놀성 페이퍼 허니컴, 폴리프로필렌 허니컴 또는 이들의 조합물을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  20. 청구항 4항에 있어서, 코어 재료가 3D 직물, 글래스 울 또는 이들의 조합물을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  21. 청구항 4항에 있어서, 코어 재료가 적어도 2개의 발포체, 허니컴, 직물 및/또는 글래스 울의 조합물을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  22. 청구항 4항에 있어서, 전면 샌드위치 재료 층 및 배면 샌드위치 재료 층 중의 적어도 하나가 복합재료를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  23. 청구항 22항에 있어서, 복합재료가 유리섬유, 대마 섬유, 현무암 섬유(basalt fiber) 또는 이들의 혼합물 중의 하나 이상을 강화 성분으로서 사용하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  24. 청구항 22항에 있어서, 복합재료가 폴리프로필렌, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 페놀 수지 또는 이들의 혼합물 중의 하나 이상을 매트릭스 성분으로서 사용하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  25. 청구항 4항에 있어서, 전면 샌드위치 재료 층 및 배면 샌드위치 재료 층 중의 하나 이상이 알루미늄 및/또는 유리판을 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  26. 청구항 4항에 있어서, 배면 샌드위치 재료 층의 두께가 100㎛ 내지 1㎝, 바람직하게는 0.25㎜ 내지 5㎜, 가장 바람직하게는 0.5㎜ 내지 2.5㎜인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  27. 청구항 4항에 있어서, 코어 재료 층의 두께가 20㎜ 내지 100㎝, 바람직하게는 30㎜ 내지 50㎝, 가장 바람직하게는 50㎜ 내지 30㎝인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  28. 청구항 4항에 있어서, 전면 샌드위치 재료 층의 두께가 100㎛ 내지 1㎝, 바람직하게는 0.25㎜ 내지 5㎜, 가장 바람직하게는 0.5㎜ 내지 2.5㎜인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  29. 청구항 4항에 있어서, 전면 샌드위치 재료 층과 배면 샌드위치 재료 층이 동일한 재료를 포함하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  30. 청구항 4항에 있어서, 샌드위치 층이 열 및/또는 압력과 함께 적층되는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  31. 청구항 1항에 있어서, 표면적이 10㎠ 내지 100㎡, 바람직하게는 2500㎠ 내지 10㎡, 가장 바람직하게는 5000㎠ 내지 6㎡인, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  32. 청구항 9항 내지 12항, 14항 및 15항 중의 어느 한 항에 있어서, pv 셀에 의해 생성된 전력을 수집하기 위해, 접속 배선함(junction box)과 연결 케이블을 호스팅하기 위한 수단을 제공하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  33. 청구항 9항 내지 15항 중의 어느 한 항에 있어서, 건축 요소 중의 축열을 제거할 수 있는 유체를 포함하는 파이프를 호스팅하기 위한 수단을 제공하는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  34. 청구항 32항 및 33항 중의 어느 한 항에 있어서, 접속 배선함 및 연결 케이블과 유체 함유 파이프 각각이 두 경우 모두에 있어서 코어 재료, 가장 바람직하게는 발포체계 코어 재료 안에 적어도 부분적으로 배치되어 있는, 건축용의 실질적인 2차원 건축 요소.
  35. E-모듈러스가 10MPa 내지 10GPa인 발포체 재료의 판,
    당해 판의 한쪽 면에 접착된 복합재료 층 및
    제1 면 반대편의 발포체 재료 판의 제2 면에 접착된 태양광 컨버터 판넬을 포함하는 빌딩 외부면 요소.
  36. 청구항 35항에 있어서, 발포체 재료 판의 두께가 20㎜ 내지 100㎝, 바람직하게는 30㎜ 내지 50㎝, 가장 바람직하게는 50㎜ 내지 30㎝인 빌딩 외부면 요소.
  37. 청구항 35항 또는 36항에 있어서, 열전도계수가 0.001 내지 0.1W/mK인 빌딩 외부면 요소.
  38. 청구항 35항 내지 37항 중의 어느 한 항에 있어서, 판의 면의 한 방향에서의 최대 팽창이 70㎝ 이상인 빌딩 외부면 요소.
  39. 청구항 35항 내지 38항 중의 어느 한 항에 있어서, 추가의 복합재료 층을 포함하는 빌딩 외부면 요소.
  40. 청구항 39항에 있어서, 추가의 복합재료 층이 판과 태양광 컨버터 판넬 사이에 배치되는 빌딩 외부면 요소.
  41. 청구항 35항 내지 40항 중의 어느 한 항에 있어서, 태양광 컨버터 판넬로서 박막계 pv 모듈, 벌크 재료계 pv 모듈, 유기 pv 모듈 태양열 집열기, 하이브리드 모듈, 펠티에 소자 또는 이들의 조합물을 포함하는 빌딩 외부면 요소.
  42. 청구항 35항 내지 41항 중의 어느 한 항에 있어서, 판상 발포체로서 유리 발포체, 폴리프로필렌 발포체, 강화 발포체, PMI 발포체, PUR 발포체, PEEK 발포체, 공중합체 발포체 또는 스티렌계 발포체 또는 이의 조합물을 포함하는 빌딩 외부면 요소.
  43. 청구항 35항 내지 41항 중의 어느 한 항에 있어서, 판상 발포체, pv 모듈 및 복합재료 층이 특히 접착체 및/또는 열 용융에 의해 화학적으로 접착되는 빌딩 외부면 요소.
  44. 청구항 43항에 있어서, 아크릴계 또는 에폭시계 접착제, 또는 이들의 조합물에 의해 접착되는 빌딩 외부면 요소.
  45. 청구항 35항 내지 44항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합재료가 유리섬유, 아마 섬유 및 현무암 섬유, 또는 이들의 조합물 중의 하나 이상을 강화 성분으로서 사용하는 빌딩 외부면 요소.
  46. 청구항 35항 내지 44항 중의 어느 한 항에 있어서, 복합재료가 폴리프로필렌, 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지 또는 페놀성 수지, 및 이들의 조합물 중의 하나 이상을 매트릭스 성분으로서 사용하는 빌딩 외부면 요소.
  47. 청구항 35항 내지 46항 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 판상 발포체 속에 배치된 냉각수단을 포함하는 빌딩 외부면 요소.
  48. 청구항 47항에 있어서, 냉각수단이 바람직하게는 적어도 부분적으로 판상 발포체 속에 배치된 빌딩 요소에 제공되는 캐비티이고, 캐비티 속에서 유체가 통과하여 열을 전도하는 빌딩 외부면 요소.
  49. 청구항 1항 내지 34항 중의 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 건축 요소를 포함하는 건축 표면으로서,
    전용 지지체 구조물,
    건축물의 내부로 침투하는 물을 차단하고/하거나 증기를 건축물 외부로 여과하는 막 및
    하나 이상의 건축 요소를 전용 래서까(rafter)에 고정시키는 수단을 포함하는 건축 표면.
  50. 청구항 49항에 있어서, 글래스 울과 같은 추가의 절연수단이 제공되어 있는 건축 표면.
  51. 청구항 49항에 있어서, 건축 요소가 2개 이상이고, 건축면이 건축 요소를 서로 고정시키고/시키거나 실링하는 수단을 포함하는 건축 표면.
  52. 청구항 51항에 있어서, 건축 요소의 하나의 에지를 이웃하는 건축 요소의 에지 위에 배치함으로써 태양광 컨버터상의 배수가 면을 한정하는 방식으로 건축 요소가 서로에 대하여 배치되는 건축 표면.
  53. 청구항 49항에 있어서, 더미 건축 요소, 또는 태양력 변환 특징이 없는 표준 루프 솔루션이 건축 표면과 함께 포함되는 건축 표면.
  54. 청구항 49항 내지 53항 중의 어느 한 항에 있어서, 물 차단 막 또는 고정 및/또는 실링 수단이 폴리에틸렌 및/또는 폴리실록산계 화합물인 건축 표면.
  55. 하나 이상의 빌딩 외부면 요소를 구비한 외부면, 및 청구항 1항 내지 54항 중의 어느 한 항에 따르는 건축 표면 또는 건축 요소를 포함하는 빌딩.
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