KR20140081957A - Building integrated solar cell module - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물의 외벽에 설치되는 태양전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell module, and more particularly, to a solar cell module installed on an outer wall of a building.
일반적으로, 건물 일체형 태양전지 모듈의 개념은 건물의 외벽에 태양광 모듈을 설치하고, 상기 태양광 모듈을 통해 발전하여 친환경 에너지를 얻는 기술 전반을 의미한다. Generally, the concept of a building integrated solar cell module means a general technology that installs a solar module on the outer wall of a building and generates electricity through the solar module to obtain environment-friendly energy.
태양광 모듈(태양전지 모듈)을 건물의 외벽에 설치하여 일종의 건축자재로 사용하는 경우에는, 건설비용을 줄이면서도 상기 태양광 모듈에 의해 전기를 얻을 수 있으므로 에너지 측면에서 효율적일 뿐만 아니라 건물의 가치를 상승시키는 디자인적 요소로도 활용될 수 있는 이점이 있다. When a solar module (solar cell module) is installed on the outer wall of a building and used as a kind of building material, electricity can be obtained by the solar module while reducing the construction cost. It also has an advantage that it can be used as a design element that is raised.
종래 건물 일체형 태양전지 모듈에 대한 연구는 대부분 태양전지 모듈을 건물 외벽에 어떠한 방식을 이용하여 설치할 것인가에 관하여 집중되어 왔다. 그러다 보니 태양전지 모듈을 건물 외벽에 설치하기 위한 고정구조 등에 대하여 연구가 집중되어 왔으며, 정작 태양전지 모듈이 일종의 건축자재로 기능한다는 점에 대해서는 상대적으로 연구가 소홀했다. Conventional building integrated solar cell modules have been mostly focused on how to install solar cell modules on the exterior walls of buildings. As a result, studies have been concentrated on the fixing structure for installing the solar cell module on the outer wall of the building, and relatively little research has been done on the fact that the solar cell module functions as a kind of building material.
그 결과 현재 연구 또는 적용되고 있는 건물 일체형 태양전지 모듈의 경우 건축자재로서의 단열 기능이 확보되지 않는다는 문제가 있다. 건축물에 있어서 에너지 손실은 창호를 통해 제일 많이 일어나며, 이러한 에너지 손실을 막기 위해서는 건물의 외벽을 이루는 건축자재들의 단열기능이 매우 중요하다. 그런데, 종래 건물 일체형 태양전지 모듈의 경우 단열 기능이 확보되지 않았는 바, 태양전지 모듈을 건물 외벽에 설치할 때에는 별도의 단열 재료를 추가적으로 시공하여야만 했으므로 시공 비용이 상승하는 문제가 있었다. 이와 같은 문제는 건물 일체형 태양전지 모듈이 널리 적용되기에 장애 요소로 작용하고 있는 실정이다. 그러므로 건물 일체형 태양전지 모듈에서 단열 기능을 확보할 필요성이 있다.As a result, there is a problem that the insulation function as a building material can not be secured in the case of a building integrated solar cell module currently being studied or applied. Energy loss in buildings is the most common occurrence through windows. In order to prevent this energy loss, the insulation function of the building materials constituting the outer wall of the building is very important. However, in the case of a solar cell module with a built-in integrated type solar cell module according to the related art, the solar cell module has to be additionally provided with a separate thermal insulation material. These problems are obstacles to the widespread adoption of solar cell modules with integrated buildings. Therefore, it is necessary to secure the insulation function in a solar cell module integrated with a building.
본 발명의 실시예들에서는 건축자재로서의 단열 기능을 상승시킨 건물 일체형 태양전지 모듈을 제공하고자 한다.In the embodiments of the present invention, it is desired to provide a building-integrated solar cell module in which a heat insulating function as a building material is enhanced.
본 발명의 일 측면에 따르면, 건물의 외벽에 설치되는 건물 일체형 태양전지 모듈에 있어서, 박막 태양전지; 및 상기 박막 태양전지의 후면에 배치되는 것으로, 일면 또는 양면에 저방사 코팅층이 형성되는 투명기재를 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈이 제공될 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a building integrated solar cell module installed on an outer wall of a building, comprising: a thin film solar cell; And a transparent substrate disposed on a rear surface of the thin-film solar cell, the low-radiation coating layer being formed on one or both surfaces of the solar cell module.
이 때, 상기 박막 태양전지는 복수개의 개구홀이 구비될 수 있다. At this time, the thin film solar cell may have a plurality of opening holes.
또한, 상기 박막 태양전지는 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지 중에서 선택될 수 있다. In addition, the thin film solar cell may include an amorphous silicon thin film (a-Si: H) solar cell, a microcrystalline silicon (mc-Si: H) solar cell, a crystalline silicon thin film (Si: H) Solar cells, polycrystalline silicon (pc-Si: H) solar cells, and nano-crystalline silicon (nc-Si: H) solar cells.
또한, 상기 투명기재는 로이유리 일 수 있고, 상기 저방사 코팅층은 써모크로믹(thermochromic) 물질로 형성될 수 있다. In addition, the transparent substrate may be a low glass, and the low emissivity coating layer may be formed of a thermochromic material.
이 때, 상기 써모크로믹 물질은 바나듐 디옥사이드(VO2)에 Nb, W, F, Cr, Mo, Al 또는 Ta 중 적어도 하나 이상을 도핑시킨 물질일 수 있다.At this time, the thermochromic material may be a material doped with at least one of Nb, W, F, Cr, Mo, Al, and Ta to vanadium dioxide (VO 2 ).
본 발명의 실시예들은 박막 태양전지의 후면에 저방사 코팅층이 형성된 투명기재를 배치함으로써, 박막 태양전지를 투과한 빛을 상기 저방사 코팅층으로 반사시켜 다시 박막 태양전지로 흡수시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 실외의 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어오는 것을 차단할 수 있다(여름철).The embodiments of the present invention can improve the energy efficiency by reflecting the light transmitted through the thin film solar cell to the low radiation coating layer and absorbing the light into the thin film solar cell again by disposing the transparent material having the low radiation coating layer on the back surface of the thin film solar cell In addition, it is possible to block radiant heat from outdoor solar heat from entering the room (summer season).
또한, 실내로부터 발생되는 적외선을 반사해 실내로 되돌려 보내는 단열 기능을 가질 수 있다(겨울철).In addition, it can have a heat insulating function of reflecting the infrared rays generated from the room and sending it back to the room (winter season).
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 박막 태양전지의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 건물 일체형 태양전지 모듈의 활용예를 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a solar cell module according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing another embodiment of the thin film solar cell of FIG.
3 is a view showing an application example of the building integrated solar cell module of FIG.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양전지 모듈(100, 이하 태양전지 모듈)을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of a building integrated solar cell module 100 (hereinafter referred to as a solar cell module) according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 건물의 외벽에 설치되는 일종의 건축자재로 활용되는 것으로 박막 태양전지(110)와, 박막 태양전지(110)의 후면에 배치되는 투명기재(120)를 포함하여 구성된다. 이 때, 투명기재(120)의 일면 또는 양면에는 저방사 코팅층(121)이 형성된다. Referring to FIG. 1, the
박막 태양전지(110)는 광 흡수층(intrinsic layer)로 박막을 이용하는 것으로, 박막 증착온도, 사용되는 기판의 종류 및 증착방법에 따라 다양하게 분류될 수 있으며, 광 흡수층의 결정특성에 따라서는 크게 비정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 실리콘 박막 태양전지로 분류될 수 있다. The thin film
이와 같은 박막 태양전지(110)는 광흡수계수가 결정질 실리콘 태양전지에 비하여 크게 높고, 고가의 실리콘 기판대신 유리나 금속판과 같은 저가의 기판을 사용할 수 있어 기판 소재비가 결정계 태양전지에 비해 매우 낮다는 장점이 있다. 또한, LCD 생산기술을 기반할 수 있으므로 초기설비 투자비를 크게 낮출 수 있고, 저온공정이 가능하여 플렉서블 기판을 이용한 소자 구현이 가능하다는 장점이 있다. The thin film
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)에 사용되는 박막 태양전지(110)는 통상적으로 이용되는 박막 태양전지(110)일 수 있다. 예를 들면, 박막 태양전지(110)는 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지 중에서 선택될 수 있다. The thin film
관련하여, 도 1에서는 박막 태양전지(110)를 이중층으로 도시하였으나, 상부층은 투명기판에 해당되는 것이고, 하부층은 전극, 광흡수층, 각종 기능층을 모두 포함하는 태양전지에 해당한다. 이러한 박막 태양전지(110)의 구체적인 구성은 공지된 것이므로 설명을 생략하도록 한다. In FIG. 1, the thin film
한편, 박막 태양전지(110)는 복수개의 개구홀(111)이 구비될 수 있다. 관련하여 도 2에서는 도 1의 박막 태양전지(110)의 다른 실시예를 도시하였음을 밝혀둔다. Meanwhile, the thin film
도 2를 참조하면, 박막 태양전지(110)에는 복수개의 개구홀(111)이 소정 간격을 두어 형성될 수 있다. 구체적으로 개구홀(111)은 박막 태양전지(110)에 수직 방향으로 형성될 수 있다. 이와 같은 개구홀(111)은 박막 태양전지(110)를 일부 식각함으로써 형성될 수 있다. 개구홀(111)의 크기, 개수 등은 특정되지 않으며, 다양한 크기 및 개수를 가지도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the thin film
일반적으로, 박막 태양전지(110)는 투명하지 않은데, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)은 건물 외벽에 설치되는 건축자재로서 기능하는 바, 박막 태양전지(110)를 반투명(see throught) 형태로 형성할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 박막 태양전지(110)에 도 2에 도시된 바와 같이 개구홀(111)을 복수개 구비하는 경우에는 박막 태양전지(110)를 반투명 상태로 형성하는 것이 가능하다. In general, the thin film
이와 같이 개구홀(111)을 형성하는 경우에는 그렇지 않은 경우보다 더 많은 태양광이 박막 태양전지(110)로 유입되게 되며, 박막 태양전지(110)에서 흡수되지 못한 더 많은 태양광들이 건물 실내로 들어올 수 있음을 의미한다. In the case of forming the
다시 도 1을 참조하면, 박막 태양전지(110)의 후면에는 투명기재(120)이 배치된다. 투명기재(120)는 유리 기판 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 이러한 투명기재(120)의 예로는 유리 기판, 강화 유리 기판, FTO(Fluorine Tin Oxide)가 코팅된 유리 기판, ITO(Indium Tin Oxide)가 코팅된 기판 및 GZO(Gallium Zinc Oxide)가 코팅된 기판을 포함하는 이중 기판, 또는 AZO(Aluminium Zinc Oxide)가 코팅된 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Referring again to FIG. 1, a
한편, 투명기재(120)는 로이유리(low-e)일 수 있다. 로이유리는 일반적으로 저방사 유리 기판을 의미하는 것으로, 예를 들면 산화주석막(Tin Oxide)에 플루오린(fluorine)을 도핑하여 가시광선 투과율을 높이고 적외선은 차폐하는 기능을 가진다. On the other hand, the
투명기재(120)의 일면 또는 양면에는 저방사 코팅층(121)이 형성된다. 관련하여 도 1에서는 투명기재(120)의 양면에 저방사 코팅층(121)이 형성된 경우를 도시하였으며, 본 명세서에서는 도 1을 기준으로 설명하도록 한다. A low
저방사 코팅층(121)은 투명기재(120)에 코팅되어 입사되는 태양광을 반사시키거나, 실내로부터 발생되는 적외선을 반사하는 기능을 수행한다. The low
이러한 저방사 코팅층(121)은 써모크로믹(thermochromic) 물질을 투명기재(120)에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 써모크로믹 물질은 전이 온도(transition temperature)에서 금속-반도체 상전이 현상(MIT, metal insulator transition)이 일어나는 특성을 갖는다. 즉, 주변 온도가 해당 써모크로믹 물질의 전이 온도보다 높은 경우에는 적외선을 차단 또는 반사하고, 주변 온도가 해당 써모크로믹 물질의 전이 온도보다 낮은 경우에는 적외선을 투과하게 된다. 따라서, 써모크로믹 물질을 이용하는 경우에는 주변 온도 변화에 따라 적외선을 반사시키거나 투과시킬 수 있게 된다. The low
이러한 써모크로믹 물질은 다양할 수 있으며, 예를 들면 바나듐 디옥사이드(VO2)를 포함할 수 있다. 상기 바나듐 디옥사이드는 340K(68℃) 부근에서 절연체로부터 금속으로의 상전이(Metal-Insulator Transition: MIT) 특성을 가지는 바, 상전이온도인 68℃ 이상에서는 금속 형태로 존재하여 적외선을 차폐하고, 68℃ 미만에서는 절연체 형태로 존재함으로써 적외선을 투과시킬 수 있다.Such thermochromic materials may be varied and may include, for example, vanadium dioxide (VO 2 ). The vanadium dioxide has a metal-insulator transition (MIT) characteristic from an insulator to a metal at about 340 K (68 캜), and exists in a metal form at a phase transition temperature of 68 캜 or higher to shield infrared rays, Infrared rays can be transmitted by being present in the form of an insulator.
또한, 상기 바나듐 디옥사이드의 상전이 온도를 변화시키기 위해서, 상기 바나듐 디옥사이드에 Nb, W, F, Cr, Mo, Al 또는 Ta 중 적어도 하나 이상을 도핑시키는 것이 가능하다. 상기 도핑되는 물질(불순물)은 상기 바나듐 디옥사이드의 격자(lattice) 구조 사이에 침투되어 상전이 온도를 변화시킬 수 있다. In order to change the phase transition temperature of the vanadium dioxide, at least one of Nb, W, F, Cr, Mo, Al, and Ta may be doped to the vanadium dioxide. The doped material (impurity) may penetrate between the lattice structures of the vanadium dioxide to change the phase transition temperature.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈(110)의 활용예에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, an application example of the
도 3은 도 1의 태양전지 모듈(100)의 활용예를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(100)은 건물의 외벽(10)에 설치될 수 있다. 태양전지 모듈(100)을 건물의 외벽(10)에 설치하는 방법은 특정되지 않으며, 다양한 방법을 사용하여 설치하는 것이 가능하다. 3 is a view showing an application example of the
건물 외부(1)에 위치한 태양(3)으로부터 태양광이 입사되면, 입사광(4)은 태양전지 모듈(100)의 박막 태양전지(110)에서 광 흡수되어 발전되는데 이때 입사광(4) 모두가 광 흡수되는 것은 아니고 일부 입사광(4)은 박막 태양전지(110)를 투과하게 된다. 이 때, 박막 태양전지(110) 후면에 배치된 투명기재(120)의 양면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 박막 태양전지(110)를 투과한 입사광(4)이 반사됨으로써 다시 박막 태양전지(110)로 흡수된다. The
구체적으로, 투명기재(120)의 상부면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 입사광(4)이 일차적으로 반사되며(도면부호 5로 표기함), 저방사 코팅층(121)을 투과한 일부 입사광(4) 역시 투명기재(120)의 하부면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 이차적으로 반사될 수 있다(도면부호 6으로 표기함). 즉, 입사광(4)은 저방사 코팅층(121)에 의해 반사되어 박막 태양전지(110)로 재흡수될 수 있으므로 박막 태양전지(110)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. Specifically,
한편, 겨울철에는 건물의 실내(2)로부터 적외선(7)이 발생하는데, 상기 적외선은 투명기재(120)의 양면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 다시 실내로 반사될 수 있다. On the other hand, during the winter, an
구체적으로, 투명기재(120)의 하부면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 실내(2)로부터 발생되는 적외선(7)이 일차적으로 반사되며(도면부호 8로 표기함), 저방사 코팅층(121)을 투과한 일부 적외선(7) 역시 투명기재(120)의 상부면에 형성된 저방사 코팅층(121)에 의해 이차적으로 반사될 수 있다(도면부호 9로 표기함). 즉, 실내(2)로부터 발생되는 적외선(7)은 저방사 코팅층(121)에 의해 반사되어 실내(2)의 단열 효과를 증진시킬 수 있다. Specifically, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 박막 태양전지의 후면에 저방사 코팅층이 형성된 투명기재를 배치함으로써, 박막 태양전지를 투과한 빛을 상기 저방사 코팅층으로 반사시켜 다시 박막 태양전지로 흡수시킴으로써 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 실외의 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어오는 것을 차단할 수 있다(여름철). 또한, 실내로부터 발생되는 적외선을 반사해 실내로 되돌려 보내는 단열 기능을 가질 수 있다(겨울철).As described above, in the embodiments of the present invention, a transparent substrate having a low-spin coating layer formed on the back surface of a thin-film solar cell is disposed so that light transmitted through the thin-film solar cell is reflected by the low- Not only can it improve energy efficiency, but it can also block radiant heat from outdoor solar heat into the room (summer). In addition, it can have a heat insulating function of reflecting the infrared rays generated from the room and sending it back to the room (winter season).
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.
100: 태양전지 모듈 110: 박막 태양전지
111: 개구홀 120: 투명기재
121: 저방사 코팅층 1: 건물 외부
2: 건물 실내 3: 태양
4: 입사광 5,6,8,9: 반사광
7: 적외선 10: 건물 외벽100: solar cell module 110: thin film solar cell
111: aperture hole 120: transparent substrate
121: low radiated coating layer 1: outside of the building
2: Building interior 3: Sun
4:
7: Infrared 10: Building exterior
Claims (6)
박막 태양전지; 및
상기 박막 태양전지의 후면에 배치되는 것으로, 일면 또는 양면에 저방사 코팅층이 형성되는 투명기재를 포함하는 건물 일체형 태양전지 모듈.A building integrated solar cell module installed on an outer wall of a building,
Thin film solar cell; And
And a transparent substrate disposed on a rear surface of the thin film solar cell and having a low radiation coating layer formed on one surface or both surfaces thereof.
상기 박막 태양전지는 복수개의 개구홀이 구비되는 건물 일체형 태양전지 모듈.The method according to claim 1,
Wherein the thin film solar cell comprises a plurality of opening holes.
상기 박막 태양전지는 비정질 실리콘 박막(a-Si:H) 태양전지, 미세결정질 실리콘 박막(Micro-Crystalline Silicon, mc-Si:H) 태양전지, 결정질 실리콘 박막(Crystalline Silicon, Si:H) 태양전지, 다결정질 실리콘 박막(Polycrystalline Silicon, pc-Si:H) 태양전지 및 나노결정질 실리콘박막(Nano-Crystalline Silicon, nc-Si:H) 태양전지 중에서 선택되는 건물 일체형 태양전지 모듈.The method according to claim 1 or 2,
The thin-film solar cell can be fabricated by using an amorphous silicon thin film (a-Si: H) solar cell, a microcrystalline silicon (mc-Si: H) solar cell, a crystalline silicon thin- , A polycrystalline silicon (pc-Si: H) solar cell, and a nano-crystalline silicon (nc-Si: H) solar cell.
상기 투명기재는 로이유리인 건물 일체형 태양전지 모듈.The method according to claim 1 or 2,
Wherein the transparent material is Roy glass.
상기 저방사 코팅층은 써모크로믹(thermochromic) 물질로 형성되는 건물 일체형 태양전지 모듈.The method of claim 4,
Wherein the low radiation coating layer is formed of a thermochromic material.
상기 써모크로믹 물질은 바나듐 디옥사이드(VO2)에 Nb, W, F, Cr, Mo, Al 또는 Ta 중 적어도 하나 이상을 도핑시킨 물질인 건물 일체형 태양전지 모듈.The method of claim 5,
Wherein the thermochromic material is a material doped with at least one of Nb, W, F, Cr, Mo, Al, and Ta to vanadium dioxide (VO 2 ).
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