KR20130059022A - 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 구조적으로 안정적인 날개 구조를 제공하면서 태양전지 효율을 극대화할 수 있는 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조는, 날개의 길이 방향에 따라 날개 내부에 설치된 스파; 상기 스파와 교차하도록 날개 내부에 설치되며, 무게 감소를 위해 홀이 천공된 립; 상기 스파와 립에 의해 구획된 영역 내에 접착되는 내부 판넬; 상기 내부 판넬 상에 부착되는 태양전지; 및 상기 태양전지의 상부에 접착되며, 태양광이 투과하도록 투명소재로 이루어진 날개 스킨을 포함한다.

Description

태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법 {WING STRUCTURE HAVING A SOLAR BATTERY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 구조적으로 안정적인 날개 구조를 제공하면서 태양전지 효율을 극대화할 수 있는 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
21세기의 대표적인 천연자원 및 에너지원으로 손꼽히는 태양전지는 산업현장 및 가정에서 사용할 수 있는 미래에너지원으로 각광받고 있는 재료이다. 태양전지는 무한정, 무공해의 햇빛을 직접 전기로 바꿀 수 있는 첨단 기술이다. 따라서 햇빛이 비치는 곳에서는 어디서나 전기를 얻을 수 있으며, 다른 발전방식과는 달리 대기 오염, 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 에너지원이다.
최근 급속도로 증가하는 유가 상승과 화석에너지 고갈로 신재생에너지인 태양전지는 무공해 에너지로 관심이 커지고 있다. 친환경에너지기술 중 태양광 에너지를 이용한 무인기 기술 분야는 탄소섬유를 이용한 복합재료 구조물의 기체경량화 그리고 태양전지 효율을 극대화하려는 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
태양전지는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로, 구성성분과 적용방법에 따라 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 태양전지는 발전설비의 유지관리가 거의 불필요하며, 수명이 길고, 설비규모의 선택과 설치공사가 쉬우며, 구조물의 특성에 따라 사용되는 적용범위도 다양하다는 장점을 갖는다.
구조 및 효율적인 측면에서 사용되는 태양전지는 다른 종류의 태양전지와 비교하여 높은 효율을 지닌 결정질 실리콘 태양전지가 사용되는데 이는 우주, 항공용으로 적합한 소재로 연구, 개발되고 있다.
종래 기술에서, 태양전지는 날개 상판에 부착되어 공기역학적으로 저항을 받게 되어 있으며, 환경에 직접적으로 노출되어 비가 오거나, 눈이 올 때 그리고 낙뢰가 칠 경우 태양전지가 깨지거나 손상되는 문제점을 갖고 있었다.
또한, 태양전지가 날개 상판에 부착된 후, 초기 무인기 상승 시 온도의 영향을 받아 무인기가 목표치의 고도에 도달하지 못하거나, 목표치의 고도 도달 시 태양전지 파손으로 태양전지 효율이 저하되는 문제점이 발생하였다.
미국공개특허 2007/0283997호 (Miasole) 2007. 12. 13. 요약, 청구항 1, 도면 1
Design of solar powered airplanes for continuous flight (Thesis), Andre NOTH, 92-95 면.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지를 날개 내부에 부착함으로써, 환경에 의한 영향 및 파손 가능성을 최소화하고, 태양전지 효율을 극대화할 수 있는 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조는, 날개의 길이 방향에 따라 날개 내부에 설치된 스파; 상기 스파와 교차하도록 날개 내부에 설치되며, 무게 감소를 위해 홀이 천공된 립; 상기 스파와 립에 의해 구획된 영역 내에 접착되는 내부 판넬; 상기 내부 판넬 상에 부착되는 태양전지; 및 상기 태양전지의 상부에 접착되며, 태양광이 투과하도록 투명소재로 이루어진 날개 스킨을 포함한다.
상기 내부 판넬은 날개 앞전 꼭지점과 날개 뒷전 꼭지점을 직선으로 연결하는 시위선 상에 설치될 수 있다.
상기 태양 전지는 상기 내부 판넬 상에 수평하게 부착될 수 있다.
상기 날개 스킨은 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법은, 날개의 길이 방향에 따라 스파를 날개 내부에 설치하는 단계; 홀이 천공된 립을 상기 스파와 교차하도록 날개 내부에 설치하는 단계; 상기 스파와 립에 의해 구획된 영역 내에 내부 판넬을 접착하는 단계; 상기 내부 판넬 상에 태양전지를 부착하는 단계; 및 상기 태양전지의 상부에 투명소재로 이루어진 날개 스킨을 접착하는 단계를 포함한다.
상기 내부 판넬은, 날개 앞전 꼭지점과 날개 뒷전 꼭지점을 직선으로 연결하는 시위선 상에 배치될 수 있다.
상기 내부 판넬 상에 부착되는 태양전지는 상기 내부 판넬과 수평하게 부착될 수 있다.
상기 내부 판넬 접착, 상기 태양전지 부착 및 상기 날개 스킨 접착은, 필름타입의 구조용 에폭시 접착제를 사용하여 소정 진공과 압력 하에서 이루어질 수 있다.
상기 날개 스킨은 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드로 이루어질 수 있다.
본 발명의 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법은, 날개 내부에 태양전지를 부착함으로써, 무인항공기의 태양광 이용 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법은, 태양전지에 대한 주변 환경 영향을 최소화할 수 있으므로, 태양전지의 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다. 즉, 태양전지가 환경에 직접적으로 노출되어, 태양전지가 깨지거나 손상되는 문제를 배제할 수 있으므로, 주변 환경에 의한 태양전지 수명의 단축을 막을 수 있다. 또한, 날개 내부에 태양전지가 존재함으로써, 태양전지가 접합된 부분의 손상 역시 배제할 수 있는 부수적인 효과도 있다.
또한, 본 발명의 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법은, 구조적으로 비행 성능을 높일 수 있는 효과가 있다. 즉, 무인기 날개 상부에 태양전지가 부착되는 종래 방식의 경우, 공기역학적으로 양력이 감소하는 것과 동시에 항력이 증가되어 비행성능이 떨어지는데 반해, 본 발명은 태양전지를 날개 내부에 위치시켜서, 무인기 날개의 양력 감소와 무관하므로, 종래 방식에 비해 비행 성능을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 구조를 도시한 일부 절취 사시도이다.
도 2는 도 1의 날개구조를 A-A 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법에 대한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 구조를 도시한 일부 절취 사시도이며, 도 2는 도 1의 날개구조를 A-A 선을 따라 절취한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비행기 구조물에서 날개는 바람을 맞아 비행기가 대기 속을 떠오르게 하는 힘을 제공한다. 날개는 비행기가 날기 위해 공기의 흐름을 이해하고자 공탄성을 기초로 제작되며, 뜨게하는 힘인 양력을 최대로 받기 위해 자체 무게를 최소화하도록 립(rib)에 홀이 가공된다. 여기서, 무인항공기의 날개는 비행을 위하여 공기저항을 최대한 감소하기 위한 유선형 모양이며 날개 상부는 불룩하고 하부는 대체로 평평한 모양을 지니고 있다.
본 발명의 날개 구조(100)는, 립(rib)(110), 스파(spar)(120), 내부 판넬(130), 태양전지(140) 및 날개스킨(150)을 포함한다.
립(110)은 날개의 형상을 유지하기 위한 갈비뼈 역할을 세로 뼈대로, 날개 형상을 좌우함으로써, 비행기가 뜨는 힘인 양력 발생에 영향을 주며 날개에 부가되는 집중 하중을 분산시키는 역할을 한다.
스파(120)는 날개의 가로 뼈대에 해당하며, 립(110)이 연결되는 구조물로써, 실제 기체의 무게를 지탱하며, 양력을 받아 상승 시, 비행기 동체를 들어올리는 역할을 담당한다.
날개 앞전(leading edge)(20)은 고양력을 받는 파트로써, 공기저항을 크게 받는 지점이다. 날개 내부에 들어가는 스파(120)는 날개 앞전(20)과 최대한 일직선상에 두어 태양전지(140)의 접합 시 태양전지(140)가 태양광원과 수직선상에 위치할 수 있도록 한다.
날개 뒷전(trailing edge)(30)은 날개 끝 부분으로 날개 앞전(20)과 유사하게 양력에 영향을 미치며 공기 저항을 최소화하기 위해 얇고 날카로운 구조로 되어 있다.
시위선(chord line)(10)은 날개 앞전(20) 꼭지점과 날개 뒷전(30) 꼭지점을 직선으로 연결한 가상적인 직선이다. 시위선(10)은 양력과 항력에 영향을 주는 받음각에 영향을 미치는 기본 가상선이다.
내부 판넬(130)은 시위선(10)을 따라 립(110)과 스파(120)에 의해 구획된 영역 내에 접합되며, 내부 판넬(130)은 진동(oscillation)과 같은 외부 환경적 요인에 의한 피해가 최소화 되도록 접합된다.
태양전지(140)는 내부 판넬(130) 상에 부착된다. 본 발명의 태양전지(140)는 날개의 내부에 부착되므로, 종래의 날개 외부에 부착된 태양전지에 비해 환경적 영향이 감소하여, 태양전지(140)의 고장 및 파손 가능성을 낮출 수 있다.
날개 스킨(150)은 태양광이 투과할 수 있도록 투명소재로 이루어지며, 태양전지(140)의 상부에 접합된다. 즉, 태양전지(140)와 태양광의 광 투과성은 기체구동 효율에 직접적인 영향을 주며, 날개 스킨(150)을 투명소재로 구성하여 기체구동 효율을 향상시킬 수 있다.
기존에 사용되는 투명소재 기술로는 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드를 이용한 투명시멘트, 투명콘크리트, 투명스피커, 투명노트북액정, 투명 MP3 등이 연구되고 있으며, 이를 본 발명의 날개 스킨(150) 재료에 적용할 수 있다.
상기와 같은 투명소재 기술을 적용하여, 두루마리처럼 휠 수 있을 정도로 개발된 투명소재로 날개 스킨(150)을 구성하면, 날개 내부에 위치하는 태양전지(140)에 기계적, 구조적 및 효율적 안정성을 부여할 수 있다.
전술한 내부 판넬(130) 접착, 태양전지(140) 부착 및 날개 스킨(150) 접착은, 필름타입의 구조용 에폭시 접착제를 사용하여 소정 진공과 압력 하에서 접합을 수행하는 경우 매우 우수한 접합이 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 우선, 날개의 길이 방향에 따라 복수의 스파(120)를 날개 내부에 설치한다(S310). 이어서, 무게 감소를 위해 홀이 천공된 립(110)을 스파(120)와 교차하도록 날개 내부에 설치한다(S320).
다음으로, 스파(120)와 립(110)에 의해 구획된 영역 내에 내부 판넬(130)을 접착한다(S330). 여기서, 내부 판넬(130)은, 그 위에 부착되는 태양전지(140)가 태양광을 많이 받을 수 있는 곳에 위치할 수 있도록, 날개 앞전(20) 꼭지점과 날개 뒷전(30) 꼭지점을 직선으로 연결하는 시위선(10) 상에 배치될 수 있다.
계속하여, 내부 판넬(130) 상에 태양전지(140)를 부착한다(S340). 태양전지(140)는 태양전지 효율을 극대화하기 위해 태양광을 많이 받을 수 있도록 내부 판넬(130)과 수평하게 부착될 수 있다.
다음으로, 태양전지(140)의 상부에 투명소재로 이루어진 날개 스킨(150)을 접착한다(S350). 태양광이 태양전지(140)에 들어오는 광 효율 대비 투광성을 개선하기 위해 날개 스킨(150)은 투명소재로 이루어지며, 예를 들어, 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드로 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이 내부 판넬(130) 접착, 태양전지(140) 부착 및 날개 스킨(150) 접착은, 필름타입의 구조용 에폭시 접착제를 사용하여 소정 진공과 압력 하에서 접합을 수행하는 경우 매우 우수한 접합이 이루어질 수 있다.
본 발명은 무인기가 대기권에 돌입하기 위한 지상과 성층권의 온도범위(-55도 ~ 50도) 내에서 태양전지(140)와 무인기 구조물의 완전한 접합상태 유지, 기후변화에 따른 태양전지(140)의 물리적 피해의 최소화, 그리고 태양복사 일사량을 태양전지(140)가 최대로 얻을 수 있도록 날개 구조(100)가 설계된다.
본 발명은 태양전지(140)가 날개 내부에 위치하므로, 실제로 비행 시 태양전지(140)를 이용하고 있음에도 태양전지(140)를 이용하지 않는 경우와 동일한 비행 효율을 가질 수 있으며, 태양전지(140) 자체가 외부의 환경으로부터 차단되어 공기 흐름과 날씨 등의 외부 유해 요소들로부터 보호된다.
특히 본 발명의 날개 구조(100)는 단결정의 태양전지(140) 사용 시 단결정의 휘어지지 않고 부러지는 성질과 날개의 비행 목적상의 유선형 모양과의 외부 접합을 고려하지 않아도 되므로, 무인기에 본 발명의 날개 구조(100)를 적용하면, 비행 효율과 태양전지 이용 효율 모두 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 시위선
20: 날개 앞전
30: 날개 뒷전
40: 비행 몸체 접합면
100: 날개 구조
110: 립
120: 스파
130: 내부 판넬
140: 태양전지
150: 날개 스킨

Claims (9)

  1. 날개의 길이 방향에 따라 날개 내부에 설치된 스파;
    상기 스파와 교차하도록 날개 내부에 설치되며, 무게 감소를 위해 홀이 천공된 립;
    상기 스파와 립에 의해 구획된 영역 내에 접착되는 내부 판넬;
    상기 내부 판넬 상에 부착되는 태양전지; 및
    상기 태양전지의 상부에 접착되며, 태양광이 투과하도록 투명소재로 이루어진 날개 스킨을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 판넬은 날개 앞전 꼭지점과 날개 뒷전 꼭지점을 직선으로 연결하는 시위선 상에 설치되는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 태양 전지는 상기 내부 판넬 상에 수평하게 부착되는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 날개 스킨은 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조.
  5. 날개의 길이 방향에 따라 스파를 날개 내부에 설치하는 단계;
    홀이 천공된 립을 상기 스파와 교차하도록 날개 내부에 설치하는 단계;
    상기 스파와 립에 의해 구획된 영역 내에 내부 판넬을 접착하는 단계;
    상기 내부 판넬 상에 태양전지를 부착하는 단계; 및
    상기 태양전지의 상부에 투명소재로 이루어진 날개 스킨을 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 내부 판넬은, 날개 앞전 꼭지점과 날개 뒷전 꼭지점을 직선으로 연결하는 시위선 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 내부 판넬 상에 부착되는 태양전지는 상기 내부 판넬과 수평하게 부착되는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 내부 판넬 접착, 상기 태양전지 부착 및 상기 날개 스킨 접착은, 필름타입의 구조용 에폭시 접착제를 사용하여 소정 진공과 압력 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 날개 스킨은 투명트랜지스터 또는 투명 유기발광다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 태양전지가 부착된 날개 구조 제조 방법.
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