KR20120117085A - 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈(Dye-Sensitized Solar Cell: DSC) 및 태양광 차단막을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 제공한다. 이러한 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 창호 시스템에 따르면, 염료감응 태양전지 모듈을 이용하여 전원을 생성할 수 있고, 생성된 전원을 이용하여 태양광을 차단하거나 통과시킬 수 있으며, 전기기구를 구동할 수도 있다.
Description
본 발명은 창호에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell: DSC) 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템에 관한 것이다.
1991년도 스위스 로잔공대(EPFL)의 마이클 그라첼(Michael Gratzel) 연구팀에 의해 염료감응 나노입자 산화티타늄 태양전지가 개발된 이후, 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘계 태양전지에 비해 제조단가가 현저하게 낮기 때문에 기존의 비정질 실리콘 태양전지를 대체할 수 있는 가능성을 가지고 있으며, 또한, 염료감응 태양전지는 실리콘 태양전지와 달리 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍을 생성할 수 있는 염료분자, 및 생성된 전자를 전달하는 전이금속 산화물을 주요 구성 재료로 하는 광전기화학적 태양전지이다.
일반적인 염료감응 태양전지의 단위 셀 구조는 투명한 기판과 그 투명기판의 표면에 각각 형성되는 도전성 투명전극을 기본으로 하여, 제1 전극에 해당하는 일측의 도전성 투명전극 위에는 그 표면에 염료가 흡착된 전이금속 산화물 다공질 층이 형성되고, 제2 전극에 해당하는 타측 도전성 투명전극 위에는 촉매 박막전극이 형성되며, 상기 전이금속 산화물, 예를 들면, TiO2, 다공질 전극과 촉매박막전극 사이에는 전해질이 충진되는 구조를 갖는다. 즉, 염료감응 태양전지는 정공 전달 매개체로서 전해질을 사용하며, 이러한 염료감응 태양전지의 전해질 의존성은 전해질의 확산속도에 의존하며, 확산속도는 액체상태의 유기용매나 이온액체전해질이 반고체형이나 고체형에 비교하여 확산속도가 크기 때문에 광전변환 효율 성능이 우수하다.
한편, 단독주택, 아파트, 빌딩 등 지상 건축물에 있어서 채광을 하거나 환기를 하기 위해서는 물론 보온, 방음, 조망을 목적으로 창호 시스템을 필요로 한다. 이와 같은 창호 시스템은 종래로부터 다양한 유형이 개발되어 왔으며, 한국 등록실용신안공보 제20-0382106호에는 건물 외벽에 설치되는 일반적인 창호 시스템의 일 예가 상세하게 제시되어 있다.
최근 들어서 이러한 태양전지를 창호에 결합하여 전력을 생산하고자 하는 연구가 진행 중이며, 한국 등록특허 0765965호에는 태양전지를 이용한 창호가 개시되어 있다.
이러한 종래 기술 중 태양전지를 이용하는 창호에 관하여 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 창호의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 창호(10)는 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지판(1)과, 상기 태양전지판(1)의 테두리에 결합되며 건물 벽체(2)의 개구부(3)상에 취부되어 고정되는 프레임(4)을 포함하여 구성된다. 즉, 종래의 창호(10)는 직사각형 형태를 이루는 프레임(4)의 내측 중앙부에 태양전지판(1)이 고정되고, 상기 태양전지판(1)의 전면측과 후면측에는 건물 벽체(2)의 외측에 위치하게 되는 외측 유리창과 내측에 위치하게 되는 내측 유리창이 상기 태양전지판(1)과 소정 거리 이격 배치되어 고정된 구조를 이루고 있다.
또 다른 한편, 대부분의 창호 설치시에는 사생활 보호를 위해 블라인드나 버티컬 등의 장치를 별도로 설치하는 경우가 있으며, 이에 따른 비용도 적지 않게 소요되고 있다.
이와 같이 종래에는 창호와 블라인드가 별도로 존재하여 비용이나 공간면에서 효율적이지 못하다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 염료감응 태양전지 모듈을 이용하여 전원을 생성할 수 있고, 내부에 태양 차단막을 구비하여 사생활을 보호하는 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 미닫이 창호 구조에서 내부와 외부의 전원을 연결함에 있어, 지그 구조를 이용하여 창문의 개폐와 무관하게 태양 차단막을 구동하고, 태양전지에 의해 충전된 전원을 이용할 수 있는 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함한다.
상기 시스템은,
상기 염료감응 태양전지 모듈로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환하고, 상기 충전 전압의 충전을 제어하는 충전회로;
상기 충전회로로부터 제공되는 충전 전압에 의해 충전되는 배터리를 추가로 포함하며, 상기 제어부는 상기 배터리의 전원을 이용하여 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 충전회로는, 상기 염료감응 태양전지 모듈로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환시키는 정전압 제어부; 및 상기 정전압 제어부로부터 출력되는 충전 전압을 상기 배터리에 충전하는 충전부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 충전회로 및 상기 배터리는 하나의 하우징에 내장되어 형성되거나, 각각 별도의 하우징에 형성되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 특징에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은,
창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 세로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 복수의 미닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 미닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 좌측에 세로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부에 연결되기 위한 제3 접속부;
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 우측에 세로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부에 연결되기 위한 제4 접속부를 구비하며,
상기 각 미닫이형 창문이 닫혀있는 상태에서 상기 제2 접속부는 상기 제4 접속부와 접속되고,
상기 각 미닫이형 창문의 완전 개방시에 상기 제1 접속부는 상기 제3접속부와 접속되는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 특징에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은,
창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 가로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 미닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 미닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 좌측에 가로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부에 연결되기 위한 제3 접속부;
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 우측에 가로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부에 연결되기 위한 제4 접속부를 구비하며,
상기 각 미닫이형 창문의 1/2의 개폐시까지 상기 제2 접속부는 상기 제4 접속부와 접속되고,
상기 각 미닫이형 창문의 1/2 초과부터 완전 개폐시까지 상기 제1 접속부는 상기 제3접속부와 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은,
상기 염료감응 태양전지 모듈로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환하고, 상기 충전 전압의 충전을 제어하는 충전회로;
상기 충전회로로부터 제공되는 충전 전압에 의해 충전되는 배터리를 추가로 포함하며, 상기 제어부는 상기 배터리의 전원을 이용하여 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 특징에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은,
창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 세로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 여닫이형으로 개폐되는 복수의 여닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 여닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막; 및
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 각 여닫이형 창문의 일측에 형성된 힌지부재를 상기 염료감응 태양전지 모듈의 연결배선으로 이용하고 상기 각 여닫이형 창문의 각도 조절을 통해 상기 염료감응 태양전지 모듈의 전원 생성을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈을 이용하여 전원을 생성할 수 있고, 생성된 전원을 이용하여 내부에 태양 차단막을 구동하여 사생활을 보호할 수 있다.
본 발명은 미닫이 창호 구조에서 내부와 외부의 전원을 연결함에 있어, 지그 구조를 이용하여 창문의 개폐와 무관하게 태양 차단막을 구동할 수 있고, 태양전지에 의해 충전된 전원을 이용하여 언제든지 외부 기기를 구동할 수 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈을 이용한 전원을 3중 창호 내부에 자동 블라인드의 전원으로 활용하거나 실내 공기를 정화하는 공기 청정 장치의 전원으로 활용할 수 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지를 3중 창호의 중간 유리를 대신해 구성하고 보온 및 에너지 절감을 위한 3중 구조의 중간의 일반 유리를 염료감응 태양전지로 대체함으로써 염료감응 태양전지가 발전하면서 발생되는 열로 인해 창호 안쪽에 있는 공기를 데워 실내 보온 효과를 나타내고 창호를 통한 에너지 손실 절감 및 보온 효과를 극대화시킨다.
본 발명은 염료감응 태양전지 자체의 내구성 취약성에 대한 부분을 창호 내부에 구성함으로써 내구성을 확보하여 시너지 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지를 창호에 적용하여 자외선을 차단하는 효과를 통해 실내 가구, 커튼, 바닥장식재, 의류 등에 대한 변색을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 3중 창호의 중간에 염료감응 태양전지가 존재하여 온도 변화 영향을 적게 받아 발전 효율 상승의 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 창호의 외형을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 외형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 3중 창 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 염료감응 태양전지의 구조와 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 충전회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1, 2 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 미닫이형 창문에 적용할 때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 여닫이형 창문에 적용할때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 외형도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 3중 창 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 염료감응 태양전지의 구조와 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 충전회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1, 2 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 미닫이형 창문에 적용할 때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 여닫이형 창문에 적용할때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 외형도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 3중 창 구조를 나타낸 도면이다.
도 2 또는 도 3을 참조하면, 창틀에 장착되는 프레임(180)에는 3충창 구조의 유리판이 끼워지는데 제1 판유리(310), 염료감응 태양전지 모듈(110), 제2 판유리(320)가 3중창 구조를 이루고, 염료감응 태양전지 모듈(110)과 제2 판유리(320) 사이에 태양광 차단막(120)이 형성된다. 따라서 태양광 차단막이 태양을 차단하는 동안에도 실내로 태양은 유입되지 않더라도 염료감응 태양전지 모듈(110)에는 태양빛이 계속 전달되므로 태양전지 모듈(110)은 전원 생성이 가능하다.
이러한 창호 시스템에 관하여 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 창호 시스템은(100)은 염료감응 태양전지 모듈(110), 연결배선(130), 태양광 차단막(120), 구동부(170), 외부 제어부(200)를 포함하며, 외부 제어부(200)는 제어부(160), 배터리(150), 충전회로(140)를 포함한다.
염료감응 태양전지 모듈(110)은 제1 판유리(310)와 제2 판유리(320) 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성된다. 염료감응 태양전지 모듈(110)은 태양광을 이용하여 전력을 생성하고 공급하는 부분으로서, 태양광을 이용하여 전원을 생성한다. 각각의 염료감응 태양전지의 구성 및 동작에 대해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
연결배선(130)은 염료감응 태양전지 모듈(110)과 충전회로(140)를 연결하는 전기 배선으로서, 평면에 밀착되는 납작한 전선으로 구현될 수 있다. 즉, 전기 배선은 상부로 돌출되지 않고 평면에 밀착되도록 납작하게 형성된다. 또한, 제어부(160)에서 구동부(170)를 구동하기 위한 연결배선을 더 포함할 수 있고 이러한 배선의 형태는 다양하게 변형이 가능하다.
충전회로(140)는 정전압 제어부(141) 및 충전부(142)를 포함하며, 상기 염료감응 태양전지 모듈(110)로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환하고, 상기 충전 전압의 충전을 제어한다. 정전압 제어부(141)는 염료감응 태양전지 모듈(110)로부터 출력되는 전원을 정전압 제어방식으로 제어하며, 즉, 상기 염료감응 태양전지 모듈(110)로부터 생성된 전원을 충전 전압으로 변환시킨다. 충전부(142)는 상기 정전압 제어부(141)에서 변환된 충전 전압을 상기 배터리(150)에 충전한다.
배터리(150)는 재충전 가능한 충전지로서, 상기 충전회로로부터 제공되는 충전 전압에 의해 충전된다. 예를 들면, 배터리(150)는 방전이 거의 없고 메모리 특성이 없는 리튬 폴리머 배터리일 수 있다. 이때, 상기 충전회로(140) 및 상기 배터리(150)는 하나의 하우징에 내장되거나 또는 각각 별도의 하우징에 형성될 수 있다.
태양광 차단막(120)은 상기 염료감응 태양전지 모듈(110)과 제2 판유리(320) 사이에 배치되며, 구동부(170)에 의해 구동되어 태양빛이 실내로 통과되는 것을 차단하거나 통과시키며, 실내를 외부에서 볼 수 없도록 하여 프라이버시를 보장할 수 있다. 이러한 태양광 차단막(120)은 블라인드, 버티컬 등 다양한 수단이 적용될 수 있다.
제어부(160)는 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는데, 단순한 스위치 구조로 제작되어 상기 태양광 차단막을 구동하기 위해 구동부(170)에 전류를 정방향 또는 역방향으로 공급하는 구조일 수도 있고, 마이컴에 의한 제어방식이 될 수도 있으며, 마이컴 제어 방식의 경우에는 별도의 조작 스위치가 더 구비될 수도 있다. 이러한 구조에 의해 사용자는 제어부(160)를 구동함에 의해 태양광을 차단하거나 통과하도록 조절할 수 있다.
구동부(170)는 상기 제어부(160)의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하며, 일반 모터 또는 스텝 모터 등으로 구성될 수도 있다. 필요에 따라서는 블라인드나 버티컬을 구동할 수 있는 다른 수단으로 구성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서 전기를 필요로 하는 부품, 예를 들면, 모터로 구성되는 구동부(170)는 배터리(150)로부터 전기가 공급되지만 필요에 따라서는 염료감응 태양전지모듈(110)의 전원이 바로 공급될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지의 구조와 발전 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈(110)은 다수의 염료감응 태양전지로 구성되며, 각각의 염료감응 태양전지는 도전성층(114)이 있는 투명한 유리기판(111, 112), 촉매 상대 전극(Counter electrode: 113), 나노 입자(TiO2, 이산화티타늄) 구조의 작동 전극(Working electrode: 115), 염료(116), 전해질(Electrolyte: 117) 및 밀봉재(118)를 포함할 수 있다.
우선 염료감응 태양전지는 도전성 층(114)이 있는 두 유리기판(111, 112) 사이에 특정 염료(116)를 흡착한 나노입자(115)와 전해질(117)을 채운 간단한 구조로 형성된다.
구체적으로, 염료감응 태양전지는 식물의 광합성 작용원리와 유사한 개념의 전지로서, 빛을 흡수하는 광감응성 염료(116), 이러한 염료(116)를 지지하는 나노 구조의 티타니아 전극(115), 전해질(117), 촉매 상대전극(113)으로 구성된 태양전지이다. 염료감응 태양전지는 기존의 실리콘 태양전지나 박막 태양전지와 같이 p형과 n형 반도체의 접합을 사용하지 않고, 전기화학적 원리에 의해 전기를 생산하므로, 친환경적이어서 미래의 그린에너지로 가장 적합한 태양전지로 기대되고 있다.
다시 말하면, 염료감응 태양전지는 크게 작동 전극(115), 전해질(117) 및 상대 전극(113)으로 구성된다. 작동 전극(115)은 식물의 염록소와 같이 태양광 또는 실내광을 받아 전자를 높은 에너지 상태로 만들어 주는 염료들(116)이 높은 에너지를 쉽게 받아들이는 산화물 반도체 표면에 부착되어 있다.
따라서 외부의 빛이 염료(116)에 닿으면 염료(116)에서 전자기 에너지를 얻어 높은 에너지의 전자가 되고, 이를 나노 구조의 산화물 반도체(주로 TiO2가 이용됨)인 작동 전극(115)이 받아 외부로 전달한다. 이후, 높은 에너지의 전자는 외부회로를 타고 흐르면서 자신의 에너지를 소모하게 되고, 다시 상대 전극(113)에 도달하게 된다. 이때, 작동 전극(115)의 염료(116)에서 전자가 외부로 빠져 나갔기 때문에 전해질(117) 내부의 이온에서 한 개의 전자가 다시 염료(116)로 공급되고, 외부에서 상대 전극으로 돌아온 전자는 다시 전해질(117) 내부의 이온으로 전달됨으로써 에너지 전달 과정이 연속적으로 이루어지게 된다.
이러한 과정들은 주로 작동 전극(115)과 전해질(117) 사이와 상대 전극(113)과 전해질(117) 사이에서 이루어지는 전기화학 반응에 따르므로, 전극과 전해질이 닿는 면적이 넓을수록 많은 반응이 빠르게 진행될 수 있다. 아울러 작동 전극(115)의 표면 면적이 넓을수록 많은 양의 염료가 붙어 있을 수 있기 때문에 생산할 수 있는 전력의 양이 증가하게 된다. 따라서 각각의 전극(113, 115) 소재로 나노 입자를 사용하며, 동일 부피에서 물질의 표면적이 극단적으로 증가하기 때문에 많은 양의 염료를 표면에 부착할 수 있고, 전극(113, 115)과 전해질(117) 사이의 전기화학 반응의 속도를 증가시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈(110)은 염료감응 태양전지가 다수 개 배치된 모듈 형태로 제공되고, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 이용한 커튼월 및 창호 시스템(100)은 이러한 염료감응 태양전지 모듈(110)로부터 전원을 생성하여 배터리(150)에 충전하고 충전된 전원은 구동부(170) 뿐만 아니라 외부 전자기기기를 사용하는데 이용한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템의 충전회로를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 창호 시스템(100)은, 염료감응 태양전지 모듈(110), 정전압 제어부(141), 충전부(142) 및 배터리(150)를 포함하며, 이때, 정전압 제어부(141)는, 예를 들면, 정전압 소자인 레귤레이터(Regulator)를 사용하여 염료감응 태양전지 모듈(110)로부터 제공되는 전압을 충전 전압으로 변환하게 된다. 여기서, 정전압 제어부(141)가 레귤레이터를 사용하는 것으로 예시하였지만, 이에 국한되는 것은 아니라는 점은 당업자에게 자명하다.
또한, 충전부(142)는 상기 정전압 제어부(141)에서 변환된 충전 전압을 상기 배터리(150)에 충전하게 된다. 이때, 충전 중인 것을 알리기 위해서 LED가 추가될 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 창호 시스템은 다양하게 변형 및 응용이 가능하며, 이러한 응용예 중 미닫이형 창문의 적용예를 설명하면 다음과 같다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제1, 2 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 미닫이형 창문에 적용할때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은 창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 세로형태로 형성된 제1, 제2 접속부(131, 134)를 구비하며, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 제1, 제2 미닫이형 창문(410, 420)을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 제1, 제2 미닫이형 창문(410, 420)은, 앞의 실시예에서 설명한 구조를 가지되, 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 상단 또는 하단의 좌측에 세로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부(131)에 연결되기 위한 제3 접속부(132); 상기 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 상단 또는 하단의 우측에 세로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부(134)에 연결되기 위한 제4 접속부(133)를 구비한다.
여기서, 제1, 제2 미닫이형 창문(410, 420)은 둘 중 하나의 창문이 고정문의 역할을 수행할 수도 있고, 둘 다 미닫이문의 역할을 수행할 수도 있다.
또한, 제2 미닫이형 창문(420)이 닫혀 있을 때는 제2 접속부(134)는 상기 제4 접속부(133)와 접속되어 연결배선(130)이 연결되어 전류가 흐를 수 있도록 되며,
제2 미닫이형 창문(420)이 완전히 열려 있을 때는 제1 접속부(131)는 상기 제3 접속부(132)와 접속되어 연결배선(130)이 연결되어 전류가 흐를 수 있다.
제1 미닫이형 창문(410)의 개폐시에도 동일한 원리가 적용된다.
그런데 이러한 경우 제2 미닫이형 창문(420)이 중간 정도 열리거나 하면, 연결배선(130)이 오픈된다. 따라서, 이를 해결하기 위해 도 8의 구조를 적용한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은 창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 가로형태로 형성된 제1, 제2 접속부(135, 138)를 구비하며, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 제1, 제2 미닫이형 창문(410, 420)을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 제1, 제2 미닫이형 창문(410, 420)은, 앞의 실시예에서 설명한 구조를 가지되, 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 상단 또는 하단의 좌측에 가로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부(135)에 연결되기 위한 제3 접속부(136); 상기 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 상단 또는 하단의 우측에 가로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부(136)에 연결되기 위한 제4 접속부(137)를 구비한다.
상기 제2 미닫이형 창문(420)의 1/2 초과부터 완전 개폐시까지 상기 제1 접속부(135)는 상기 제3접속부(136)와 접속되고, 상기 제2 미닫이형 창문(420)의 닫힌 상태에서 1/2의 개폐시까지는 상기 제2 접속부(138)는 상기 제4 접속부(137)와 접속된다. 제1 미닫이형 창문(410)의 개폐시에도 동일한 원리가 적용된다.
이러한 과정에 의해 연결배선(130)은 미닫이형 창문에서도 항시 전류가 흐를수 있는 상태가 되어 태양에너지를 전기에너지로 변환하여 전자기기에 사용할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템을 여닫이형 창문에 적용할때 배선의 접속부 구조를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템은
창틀에 여닫이형으로 개폐되는 제1, 제2 여닫이형 창문(510, 520, 530)을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 제1, 제2 여닫이형 창문(510, 520, 530)은, 앞의 실시예에서 설명한 구조를 가지되, 제1, 제2 여닫이형 창문(510, 520, 530)이 회전될 수 있도록 힌지부재(510a, 510b, 520a, 520b, 530a, 530b)를 염료감응 태양전지 모듈(110)의 연결배선(130)으로 이용한다.
힌지부재(510a, 510b, 520a, 520b, 530a, 530b)는 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 내부로 전선을 연결하여 염료감응 태양전지 모듈(110)과 충전회로(140)와 연결하는데 활용된다.
제1 여닫이형 창문(510, 520)는 힌지부재(510a, 510b, 520a, 520b)가 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 일측에 세로형으로 형성되고, 제2 여닫이형 창문(530)는 힌지부재(530a, 530b)가 제1 판유리(310) 또는 제2 판유리(320)의 일측에 가로형으로 형성된다.
제1, 제2 여닫이형 창문(510, 520, 530)은 창문의 개폐시 창문의 각도 조절을 통해 빛의 각도를 조절할 수 있고 염료감응 태양전지 모듈(110)의 전원 생성을 제어할 수 있다.
따라서, 염료감응 태양전지 모듈(110)의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지 모듈을 이용한 전원을 3중 창호 내부에 자동 블라인드의 전원으로 활용하거나 실내 공기를 정화하는 공기 청정 장치의 전원으로 활용할 수 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지를 3중 창호의 중간 유리를 대신해 구성함으로서 염료감응 태양전지가 발전하면서 발생되는 열로 인해 창호 안쪽에 있는 공기를 데워 실내 보온 효과를 나타내고 창호를 통한 에너지 손실 절감 및 보온 효과를 극대화시킨다.
본 발명은 태양전지 자체의 내구성 취약성에 대한 부분에 대해 창호 내부에 구성함으로서 내구성을 확보하여 시너지 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 3중 창호의 중간에 염료감응 태양전지가 존재하여 온도 변화 영향을 적게 받아 발전 효율 상승의 효과가 있다.
본 발명은 염료감응 태양전지를 창호에 적용하여 실내 가구, 커튼, 바닥장식재, 의류 등에 대한 변색을 유발하는 적외선을 차단하는 효과가 있다.
본 발명은 공기 청정기를 제작시 발전 창호의 전원을 이용하고 여유 전원을 충전하는 형태로 하여 맑은 날을 발전 창호의 전원으로 구동하고 흐린날과 저녁, 밤 시간에도 충전된 전원으로 사용이 가능한 실내 공기 정화 장치를 구동할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템
110: 염료감응 태양전지 모듈
120: 태양광 차단막
130: 연결배선
131~138: 접속부
140: 충전회로
141: 정전압 제어부
142: 충전부
150: 배터리
170: 구동부
200: 외부 제어부
410: 제1 미닫이형 창문
420: 제2 미닫이형 창문
510, 520: 제1 여닫이형 창문
530: 제2 여닫이형 창문
110: 염료감응 태양전지 모듈
120: 태양광 차단막
130: 연결배선
131~138: 접속부
140: 충전회로
141: 정전압 제어부
142: 충전부
150: 배터리
170: 구동부
200: 외부 제어부
410: 제1 미닫이형 창문
420: 제2 미닫이형 창문
510, 520: 제1 여닫이형 창문
530: 제2 여닫이형 창문
Claims (6)
- 제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하는 커튼월 및 창호 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 염료감응 태양전지 모듈로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환하고, 상기 충전 전압의 충전을 제어하는 충전회로;
상기 충전회로로부터 제공되는 충전 전압에 의해 충전되는 배터리를 추가로 포함하며, 상기 제어부는 상기 배터리의 전원을 이용하여 상기 구동부를 구동하는 것을 특징으로 하는 커튼월 및 창호 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 충전회로는, 상기 염료감응 태양전지 모듈로부터 생성된 전원을 정전압인 충전 전압으로 변환시키는 정전압 제어부; 및 상기 정전압 제어부로부터 출력되는 충전 전압을 상기 배터리에 충전하는 충전부를 포함하는 커튼월 및 창호 시스템. - 창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 세로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 복수의 미닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 미닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 좌측에 세로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부에 연결되기 위한 제3 접속부;
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 우측에 세로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부에 연결되기 위한 제4 접속부를 구비하며,
상기 각 미닫이형 창문이 닫혀있는 상태에서 상기 제2 접속부는 상기 제4 접속부와 접속되고,
상기 각 미닫이형 창문의 완전 개방시에 상기 제1 접속부는 상기 제3접속부와 접속되는 것을 특징으로 하는 커튼월 및 창호 시스템. - 창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 가로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 미닫이형으로 개폐되는 복수의 미닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 미닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막;
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 좌측에 가로형으로 형성되며, 상기 제1 접속부에 연결되기 위한 제3 접속부;
상기 제1 판유리 또는 제2 판유리의 상단 또는 하단의 우측에 가로형으로 형성되며, 상기 제2 접속부에 연결되기 위한 제4 접속부를 구비하며,
상기 각 미닫이형 창문의 1/2의 개폐시까지 상기 제2 접속부는 상기 제4 접속부와 접속되고,
상기 각 미닫이형 창문의 1/2 초과부터 완전 개폐시까지 상기 제1 접속부는 상기 제3접속부와 접속되는 것을 특징으로 하는 커튼월 및 창호 시스템. - 창틀의 상단 또는 하단의 좌, 우 측면에 세로형태로 형성된 제1, 제2 접속부를 구비하며, 사용자의 선택에 따라 상기 태양광 차단막이 태양을 차단 또는 통과시키도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 창틀에 여닫이형으로 개폐되는 복수의 여닫이형 창문을 구비하는 창호 시스템으로서,
상기 각 여닫이형 창문은,
제1 판유리;
상기 제1 판유리와 소정 간격으로 이격되어 배치된 제2 판유리;
상기 제1 판유리와 제2 판유리 사이에 배치되고, 태양광을 이용하여 전원을 생성하며, 적어도 하나 이상의 염료감응 태양전지(Dye-Sensitized Solar Cell)를 연결하여 구성되는 염료감응 태양전지 모듈;
상기 염료감응 태양전지 모듈과 제2 판유리 사이에 배치되는 태양광 차단막; 및
상기 제어부의 제어에 따라 상기 염료감응 태양전지 모듈에서 생성되는 전원을 이용하여 상기 태양광 차단막을 구동하는 구동부를 포함하고,
상기 각 여닫이형 창문의 일측에 형성된 힌지부재를 상기 염료감응 태양전지 모듈의 연결배선으로 이용하고 상기 각 여닫이형 창문의 각도 조절을 통해 상기 염료감응 태양전지 모듈의 전원 생성을 제어하는 것을 특징으로 하는 커튼월 및 창호 시스템.
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| KR1020110034608A KR20120117085A (ko) | 2011-04-14 | 2011-04-14 | 염료감응 태양전지 모듈을 구비한 커튼월 및 창호 시스템 |
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| KR20210103656A (ko) | 2020-02-14 | 2021-08-24 | 고려대학교 산학협력단 | 컬러 태양 전지 모듈 |
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| KR20220150732A (ko) | 2021-05-04 | 2022-11-11 | 고려대학교 산학협력단 | 고투광성 태양광 모듈 |
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2011
- 2011-04-14 KR KR1020110034608A patent/KR20120117085A/ko not_active Application Discontinuation
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