KR20120110699A - 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템 - Google Patents

빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 엘이디 조명 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물의 하중을 부담하지 않는 벽에 일반적인 판유리를 대신하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈을 일체화시키고 상기 태양전지모듈에서 얻어진 전기에너지로 엘이디 조명을 작동시키는 것으로서 시공성 및 보수의 편의성을 갖춘 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템에 관한 것이다.

Description

빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템{BIPV LED System}
본 발명은 태양전지 엘이디 조명 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물의 하중을 부담하지 않는 벽에 일반적인 판유리를 대신하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈을 일체화시키고 상기 태양전지모듈에서 얻어진 전기에너지로 엘이디 조명을 작동시키는 것으로서 시공성 및 보수의 편의성을 갖춘 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 빌딩일체형 태양전지시스템에 관한 것으로, 건물의 하중을 부담하지 않는 벽에 일반적인 판유리를 대신하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈을 일체화시키는 것으로서 시공성 및 보수의 편의성을 갖춘 빌딩일체형 태양전지시스템에 관한 것이다.
현대 시대에 중요사안으로 대두되는 화석연료의 대량소비에 의한 온난화와 대기오염 등 지구 환경문제와 에너지 문제는 21세기에도 인류의 가장 중요한 과제로 문제시 되고 있다.
상기 무제의 대안으로 제시된 태양전지는 깨끗하고 무한한 태양에너지를 가장 효율적인 에너지인 전기의 형태로 직접 변환하기 때문에 지구상 어느 장소에서도 이용 가능하며, 에너지 및 환경의 가장 근원적인 해결책이 될 것으로 기대를 모으고 있다.
일반적으로 태양광 발전시스템 중에서도 빌딩일체형 태양광발전 즉, BIPV(Building Integrated Photovoltaics)는 태양전지모듈을 건축 자재화하여 건물 외피에 적용함으로써 경제성은 물론 각종 부가가치를 높여 보다 효율적으로 PV시스템을 보급 활성화 시키려는 개념이다.
BIPV시스템은 전기에너지 생산과 동시에 건물 외피와 결합하여 또 다른 기능을 제공할 수 있는 가능성을 부여한다.
부가적으로 PV시스템을 위한 별도의 부지확보 비용과 PV 시스템 지지를 위한 구조물 건립비용이 필요하지 않으며, 전기부하가 발생하는 그 지점에서 발전이 된다는 장점도 가지게 된다.
종래 국내의 BIPV 시스템은 건물의 옥상에 별도의 구조물을 설치하여 태양전지모듈을 적용한 평지붕형, 일반적인 주택의 경사지붕에 구조물을 설치하여 태양전지모듈을 적용한 경사지붕형 그리고 건물의 벽면에 부가적인 경사구조물을 설치하여 태양전지모듈을 적용한 차양형이 주를 이루고 있다.
이러한 형태의 BIPV 시스템은 별도의 구조물을 설치해야 한다는 단점이 있으며, 특히 고층화되고 있는 현대사회의 건물들에 대해서는 적용하기에 부적절한 것이 현실이다.
본 발명 빌딩일체형 태양전지시스템은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다
첫째, 본 발명은 일반적인 판유리를 대신하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈을 건물의 외벽에 일체화시킴에 있어 건축물의 외피를 통한 건물자체 전력 및 보조전력 생산을 통해 에너지 수급 능력을 확보하는 빌딩일체형 태양전지시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
둘째, 본 발명은 배선 및 각종 부재들이 외부로 노출되지 않게 처리함으로써 외관상의 미려함과 구성요소의 안정성을 만족시키는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 집속된 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지판, 상기 태양전지판에서 발생된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용처로 공급하는 인버터, 상기 인버터로부터 교류로 변환된 전류를 저장하는 축전기, 상기 태양전지판을 건물에 고정시키는 고정유닛, 상기 축전기의 전류 잔량에 따라 전원 공급부를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 신호에 따라 인버터 또는 축전기에서 전원을 공급받아 작동되는 엘이디 조명을 포함하여 이루어지는 빌딩일체형 태양전지 시스템을 제공한다.
상기 태양전지판은 광전극 기판과 촉매전극 기판이 이격공간을 가지고 봉지재에 의하여 결합되며, 상기 이격공간에 전해질이 채워지고 상기 전해질은 광학비드를 포함하는 염료감응형 태양전지판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 태양전지판은 상기 태양전지판을 통하여 상기 광학비드로 입사하는 빛을 상기 광전극 기판 쪽으로 반사 또는 굴절하도록 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 고정유닛은 양단부가 건물에 고정되는 프레임, 상기 프레임에 고정되어 태양전지판의 일측을 지지하는 플레이트, 상기 태양전지판들 사이에 설치되어 이음부를 덮어주는 슬릿, 상기 플레이트의 외측에 조립되어 태양 전지판의 타측면을 지지하면서 슬릿을 고정하는 커버를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 태양전지판은 복수개가 전선에 의해 직렬과 병렬 형태로 연결되며, 상기 전선은 플레이트와 커버 및 슬릿의 내측에 확보된 공간에 위치하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 인버터는 3개의 어레이로 나누어지며, 상기 각각의 어레이를 입사면마다 연결하여 별도의 감시가 가능하도록 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제어부는 상기 축전기의 전류 잔량이 일정량 이하일 때에는 상기 엘이디 조명이 상기 인버터로부터 직접 전원을 공급받도록 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명 빌딩일체형 테양전지시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 건물의 외벽에 일반적인 판유리를 대신하여 전기에너지를 생산하는 태양전지모듈을 일체화시킴으로써 건축물의 외피를 통한 건물자체 전력 및 보조전력 생산을 통해 에너지 수급 능력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 간편한 구조로 고층화되고 있는 현대사회의 건축물들에도 적용할 수 있으며, 기존의 태양전지모듈의 시공 및 보수의 어려움을 해결할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 건물은 보통 4개의 면으로 구성되는데 각각의 면은 시간과 방향에 따라 일조량이 달라 인버터가 하나라면 가장 낮은 전압으로 평준화돼 그만큼 효율이 떨어진다. 인버터가 여러 대라면 입사면마다 이를 설치한 뒤 연결해 효율을 올릴 수 있으나 이를 위해서는 비용이 많이 들고 설치가 복잡해지는 문제점이 있다.
따라서, 인버터를 복수개의 어레이로 나누어 비용 절감의 효과 뿐만 아니라 여러개의 인버터를 별도로 설치하는 효과를 얻을 수 있다. 복수개의 어레이에 대해 별도의 감시가 가능하므로 만약 한부분의 출력이 떨어지면 그 부분에 연결된 모듈만 확인하면 되므로 고장감시진단도 간편하다는 효과가 있다..
넷째, 광전극 기판을 투과한 빛이 다시 광학비드에 의하여 굴절 또는 반사되어 광전극 기판에 조사되므로, 태양전지의 효율을 높일 수 있고, 특히 투광성을 유지하기 위하여 별도의 산란층을 가지지 않는 BIPV시스템용 염료감응 태양전지를 사용하여 더욱 효과적으로 효율을 개선할 수 있으며, 비드에 착색을 하는 경우에는 다양한 색상을 가지는 태양전지를 공급하여 미려한 BIPV시스템을 적용한 건물을 만들 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
다섯째, 또한, 배선 및 각종 부재들이 외부로 노출되지 않게 처리함으로써 외관상의 미려함과 구성요소의 안정성을 만족시킬 수 있는 효과가 있다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 출원의 기구를 예시하기 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템을 구성하는 태양 전지판이 조립되는 과정을 나타내는 부분확대 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템을 구성하는 태양 전지판이 조립 완료된 상태를 나타내는 부분확대 사시도;
도 3은 본 발명에 따른 빌딩일체형 태양전지로 구동되는 엘이디 시스템의 작동을 개약적으로 나타낸 블록도;
도 4는 본 발명의 광학비드를 포함하는 염료감응 태양전지에 대한 일 실시예의 개략적인 단면도;
도 5는 본 발명의 광학비드를 포함하는 염료감응 태양전지에서 전해질 내부에서 광학비드의 기작을 개략적으로 나타낸 확대도;
도 6은 도 2의 A-A’선 단면도; 및
도 7은 도 2의 B-B’선 단면도이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 집속된 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지판(10), 상기 태양전지판(10)에서 발생된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용처로 공급하는 인버터(30), 상기 인버터(30)로부터 교류로 변환된 전류를 저장하는 축전기(40), 상기 태양전지판(10)을 건물에 고정시키는 고정유닛(20), 상기 축전기(40)의 전류 잔량에 따라 전원 공급부를 제어하는 제어부(50) 및 상기 제어부(50)의 신호에 따라 인버터(30) 또는 축전기(40)에서 전원을 공급받아 작동되는 엘이디 조명(60)을 포함하여 이루어진다.
이 때, 상기 태양전지판(10)은 가시성을 위하여 투명하거나 혹은 반투명한 소재로 이루어져야 할 것이다.
이를 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지판(10)은 광전극 기판(12)과 촉매전극 기판(13)이 이격공간을 가지고 봉지재(15)에 의하여 결합되며, 상기 이격공간에 전해질(14)이 채워지는 염료감응형 태양전지판(10)으로 이루어짐이 바람직할 것이다.
그리고, 상기 전해질(14)은 광학비드(16)를 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 태양전지판(10)은 상기 태양전지판(10)을 통하여 상기 광학비드(16)로 입사하는 빛을 상기 광전극 기판(12) 쪽으로 반사 또는 굴절하도록 이루어짐이 바람직하다.
즉, 상기 전해질(14)로는 액체 전해질, 겔상 전해질, 고분자 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 BIPV 시스템용 염료감응 태양전지 등에서 투명도를 확보하기 위하여 액체 전해질인 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광학비드(16)는 이러한 전해질(14) 내에 분산되어져 염료감응 태양전지에 입사되는 빛이 일부는 광전극기판(12)에서 흡수되고 흡수되지 못하고 이를 통과한 빛은 다시 상기 광학비드(16)에 의하여 반사 또는 굴절되어 다시 상기 광전극기판(12)에 입사되어 재흡수과정을 거치도록 하여 높은 효율을 얻을 수 있다.
즉, 상기 광학비드(16)는 상기 염료감응 태양전지로 입사하여 상기 광학비드(16)로 입사하는 빛을 상기 광전극 기판(12) 쪽으로 반사 또는 굴절하도록 하여 효율을 향상시키는 역할을 한다.
특히 투광성을 유지하기 위하여 별도의 산란층을 가지지 않는 BIPV시스템용 염료감응 태양전지를 사용하여 더욱 효과적으로 효율을 개선할 수 있다.
또한, 광학비드(16)에 착색을 하는 경우에는 다양한 색상을 가지는 태양전지를 공급하여 미려한 BIPV시스템을 적용한 건물을 만들 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 태양전지판(10)은 건물의 천장 등에 길이방향으로 그 단부가 고정된 고정유닛(20)에 고정 지지되어 설치된 상태를 유지할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 고정유닛(20)은 상기 태양전지판(10)들이 소정의 간격을 유지하며 설치될 수 있도록 그 양단부가 건물에 고정 설치되는 프레임(21)과, 상기 프레임(21)에 고정되어 태양전지판(10)의 일측면을 지지하는 플레이트(22)를 포함하여 구성된다.
그리고 상기 고정유닛(20)은 상기 태양전지판(10)들 사이에 설치되어 이음부를 덮어주는 슬릿(25), 상기 플레이트(22)의 외측에 조립되어 상기 태양전지판(10)의 타측면을 지지하면서 상기 슬릿(25)을 고정하는 커버(23)를 더 포함하여 구성된다.
상기 플레이트(22)에는 상기 태양전지판(10)이 안착되어 지지되는 걸림부가 형성된다.
상기 플레이트(22)에는 볼트와 같은 고정부재를 통하여 상기 커버(23)가 분리 가능하게 고정된다.
상기 플레이트(22)와 상기 커버(23)의 조립으로 상기 걸림부에 놓여진 상기 태양전지판(10)이 설치된 상태를 유지하게 되는데, 상기 태양전지판(10)은 복수개를 직렬과 병렬 형태로 연결하여 사용하기 때문에 각각의 상기 태양전지판(10)끼리의 전기적 연결을 위하여 전선(24)이 사용된다.
상기 전선(24)은 상기 플레이트(22)와 상기 커버(23) 및 상기 슬릿(25)의 내측에 확보된 공간으로 위치하는 것이 바람직하다.
그리고, 그 끝단부는 상기 전선(24)을 통하여 상기 인버터(30)와 연결된다.
상기와 같은 간편한 구조로 건축물의 외벽을 전기에너지 생산도구로의 활용함은 물론 고층화되고 있는 현대사회의 건축물들에도 적용할 수 있으며, 기존의 태양전지모듈의 시공 및 보수의 어려움을 해결할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배선 및 각종 부재들이 외부로 노출되지 않게 처리함으로써 외관상의 미려함과 구성요소의 안정성을 만족시킬 수 있다.
한편, 상기 인버터(30)는 복수개의 어레이로 나누어지게 구성될 수 있다.
건물은 보통 4개의 면으로 구성되는데 각각의 면은 시간과 방향에 따라 일조량이 달라 인버터(30)가 하나라면 가장 낮은 전압으로 평준화돼 그만큼 효율이 떨어진다.
　인버터(30)가 여러 대라면 입사면마다 이를 설치한 뒤 연결해 효율을 올릴 수 있으나 이를 위해서는 비용이 많이 들고 설치가 복잡해지는 문제점이 있다.
때문에, 상기 인버터(30)를 복수개의 어레이로 나누어지게 구성한다면 여러개의 인버터(30)를 별도로 설치하는 효과를 얻을 수 있을 것이다.
고장감시진단도 간편하다. 3개의 어레이에 대해 별도의 감시가 가능하므로 만약 한부분의 출력이 떨어지면 그 부분에 연결된 모듈만 확인하면 된다.
한편, 상기 제어부(50)는 상기 축전기(40)의 전류 잔량이 일정량 이하일 때에는 상기 엘이디 조명(60)이 상기 인버터(30)로부터 직접 전원을 공급받도록 이루어지는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10 : 태양전지판 12 : 광전극기판
13 : 촉매전극기판 14 : 전해질
15 : 봉지재 16 : 광학비드
20 : 고정유닛 21 : 프레임
22 : 플레이트 23 : 커버
24 : 전선 25 : 슬릿
30 : 인버터 40 : 축전기
50 : 제어부 60 : 엘이디조명

Claims (7)

  1. 집속된 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지판;
    상기 태양전지판에서 발생된 직류전원을 교류전원으로 변환하여 사용처로 공급하는 인버터;
    상기 인버터로부터 교류로 변환된 전류를 저장하는 축전기;
    상기 태양전지판을 건물에 고정시키는 고정유닛;
    상기 축전기의 전류 잔량에 따라 전원 공급부를 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 신호에 따라 인버터 또는 축전기에서 전원을 공급받아 작동되는 엘이디 조명;
    을 포함하여 이루어지는 빌딩일체형 태양전지시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지판은,
    광전극 기판과 촉매전극 기판이 이격공간을 가지고 봉지재에 의하여 결합되며, 상기 이격공간에 전해질이 채워지고 상기 전해질은 광학비드를 포함하는 염료 감응형 태양전지판인 것을 특징으로 하는 빌딩일체형 태양전지시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정유닛은,
    양단부가 건물에 고정되는 프레임;
    상기 프레임에 고정되어 태양전지판의 일측을 지지하는 플레이트;
    상기 태양전지판들 사이에 설치되어 이음부를 덮어주는 슬릿;
    상기 플레이트의 외측에 조립되어 태양 전지판의 타측면을 지지하면서 슬릿을 고정하는 커버;
    를 포함하여 구성되는 빌딩일체형 태양전지시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지판은,
    복수개가 전선에 의해 직렬과 병렬 형태로 연결되며, 상기 전선은 플레이트와 커버 및 슬릿의 내측에 확보된 공간에 위치하도록 이루어지는 빌딩일체형 태양전지시스템.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 태양전지판은,
    상기 태양전지판을 통하여 상기 광학비드로 입사하는 빛을 상기 광전극 기판 쪽으로 반사 또는 굴절하는 것을 특징으로 하는 빌딩일체형태양전지 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 인버터는,
    3개의 어레이로 나누어지는 것을 특징으로 하는 빌딩일체형 태양전지시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 축전기의 전류 잔량이 일정량 이하일 때에는 상기 엘이디 조명이 상기 인버터로부터 직접 전원을 공급받도록 이루어지는 빌딩일체형 태양전지시스템.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101439161B1 (ko) * 2013-03-19 2014-09-17 한국에너지기술연구원 벽체 내장형 배터리 모듈 및 배터리 세트
KR20180005483A (ko) 2016-07-06 2018-01-16 양중열 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템
KR20180048477A (ko) 2018-04-24 2018-05-10 양중열 염료감응 태양전지를 이용한 경관 조명 시스템
KR102246803B1 (ko) * 2020-11-23 2021-05-03 금강창호기공 주식회사 원터치 커넥터 일체형 태양광 모듈용 어셈블리 및 이를 이용한 창호 일체형 태양광 발전 시스템

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