KR20140096402A - 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양빛을 전기에너지로 전환해 내는 태양광모듈을 옥외 지붕 등의 건축물 외장재로 직접 설치사용할 수 있도록 한 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 태양광모듈; 상기 태양광모둘의 하측에 접합된 상태로, 실내온도 유지를 위한 단열재; 및, 상기 단열재의 하측에 더 접합시켜, 지붕의 외장을 마감하도록 된 마감재;가 단일 적층구조로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트{ROOF INTEGRATED PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION UNIT}

본 발명은 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양빛을 전기에너지로 전환해 내는 태양광모듈을 옥외 지붕 등의 건축물 외장재로 직접 설치사용할 수 있도록 한 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 관한 것이다.

지난 세기의 기후변화(氣候變化, Climate change)는, 인류가 사용한 화석에너지에 의해서 급격한 증가를 가져온 온실가스가 주요 원인이라는 근거가 IPCC(유럽연합의 통합환경관리) 보고서를 통해 구체적으로 제시된바 있다.

그리하여, 이산화탄소 등을 다른 나라에 비해 월등히 많이 배출한 EU(유럽연합)를 비롯한 일본, 캐나다 등 선진국의 온실가스 배출량 강제 감축을 규정한 교토의정서(京都議定書, Kyoto protocol)가 2005년 2월에 발효되었으며, 세계 9위(2010년 기준)에 해당하는 온실가스 배출 국가이고 연평균 배출량 증가율이 4.3%에 이르는 우리나라 역시 2013년 이후 포스트-쿄토 체제에서 온실가스 감축의무를 부과받게 될 것으로 추정된다.

현재, 석유를 포함한 화석연료의 가격이 다소 안정화되고는 있으나, 지구온난화 억제와 전 세계적 경기침체에 따른 경제활성화 대책으로 신 재생에너지에 대한 투자를 늘리려는 정책과 재원확보 등에 애쓰고 있다.

이와 관련하여, 무한정의 미래에너지 확보 및 산업구조 전환에 필수적이면서도 지속 가능한 에너지산업으로서의 중요성을 갖는 태양광발전(太陽光發電, Photovoltaic power generation) 기술이 큰 관심을 받고 있다.

태양광발전은, 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식으로, 태양전지와 축전지 그리고 전력변환장치가 하나의 모듈(Module)로 구성되며, 태양빛이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 쪼여지면 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(Positive Hole)과 전자(Electron)가 발생한다. 이때, 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 것이다.

이렇듯, 무한정·무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고 대기오염이나 폐기물 발생이 없음은 물론이거니와 기계적인 진동과 소음이 없고 수명이 최소 20년 이상으로 길며 유지보수도 용이한 편이긴 하지만, 아직까지는 태양전지의 효율과 집광 비율이 낮은 관계로 전력의 사용량이 그리 많지 않은 건축물인 주택의 외부 또는 옥외 지붕에 주로 설치하여 가정용 소비전력으로 활용되고 있다.

즉, 주택의 옥외 지붕에 태양광모듈을 설치하기 위하여는, 도 1에 도시된 바와 같이, 별도의 부자재(지지대 등)를 이용하여 설치고정하게 되는바, 그 작업과정이 상당히 까다롭고 번거로울 뿐만 아니라 별도 부자재 사용에 따른 지붕과의 이격으로 강풍이나 태풍의 영향에 의한 진동과 소음이 건축물 내부로 그대로 전해지는 폐단이 있다.

또한, 별도 부자재 사용에 따른 주택의 하중 증가로 인해, 차후 지붕 붕괴의 한 요인이 되는 등 건축물의 평균수명을 단축시키게 되는 문제점 초래와 아울러 건축물의 미관을 크게 해치는 등 여러 가지 측면에서 많은 문제점을 노출해 왔다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 농업용 저장창고, 저온저장고, 우사·돈사·계사 등의 축사, Plant Factory(식물공장 시설), 주택 등 일체 건축물(혹은 건물)의 지붕을 이루는 구조물에 태양광모듈을 일체로 구성함과 동시에 배열식 조립이 가능케 하여, 태양광발전 시설의 설치시공 간소화와 더불어 지붕에 더해지는 하중을 크게 경량화할 수 있도록 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 지붕의 처마 자락에 해당하는 위치에 배치 조립된 태양광발전 유니트의 하측 수평단부에 반사판을 더 구비하여, 태양빛의 조사각을 굴절시켜 태양빛을 최대한 축적(보광)할 수 있도록 하는 수 있도록 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양광모듈; 상기 태양광모둘의 하측에 접합된 상태로, 실내온도 유지를 위한 단열재; 및, 상기 단열재의 하측에 더 접합시켜, 지붕의 외장을 마감하도록 된 마감재;가 단일 적층구조로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양광모듈의 일 측 수직단부 및 상기 수직단부와 연속하는 일 측 수평단부 가장자리 상단에는, 복수 태양광발전 유니트의 배열조립시 형성된 틈새로부터의 누수방지를 위한 우수차단판이 외측으로 돌출되도록 구비결합됨을 특징으로 한다.

더하여, 상기 태양광모듈, 상기 단열재, 상기 마감재 중 어느 하나의 하측 수평단부면에 부착되되, 상기 태양광모듈의 상단보다 높게 상향돌출됨에 따라, 태양빛의 조사각을 굴절시켜 상기 태양광모듈에 축적시키도록 하는 반사판이 더 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 마감재의 일 측 세로 테두리단부 및 상기 세로 테두리단부로부터 연이어지는 일 측 가로 테두리단부에는, 다수의 돌기가 균일 간격마다 배열 및 돌출형성되고, 상기 마감재의 타 측 세로 테두리단부 및 상기 세로 테두리단부로부터 연이어지는 타 측 가로 테두리단부에는, 상기 돌기가 끼워 맞춤될 수 있는 다수의 내향홈이 균일 간격마다 배열 및 내향형성됨을 특징으로 한다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명의 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트는, 농업용 저장창고, 저온저장고, 우사·돈사·계사 등의 축사, Plant Factory(식물공장 시설), 주택 등 일체 건축물(혹은 건물)의 옥외 지붕에 일체형으로 구성되는 한편 지붕의 가로 세로 너비에 대응한 배열식 조립이 가능함으로써, 시공성이 매우 우수하고 작업의 편이성이 크게 향상되는 효과를 나타낸다.

또한, 지붕의 경사각 그대로를 태양빛 조사각도로 활용함에 의한 설치공정의 간소화 제공과 더불어 이를 통한 따른 태양광 에너지의 집광효율을 크게 증대시킬 수 있는 한편, 별도의 부자재를 필요로 하지 않음에 따른 시공비 절감 및 유지보수의 용이는 물론 건축디자인의 아름다움을 더함에 큰 효과를 발휘한다.

이와 함께, 기존의 화석연료와 원자력에 의존하는 에너지 공급체계에서 벗어나 친환경형 청정에너지의 개발 및 보급은 물론이거니와 인류가 풍요롭고 쾌적한 삶을 영위하기에 필요한 산업기반의 제시와 더불어 경제성장(Economy Growth) 및 에너지 수급안정(Energy Security) 그리고 환경보존(Environment Protection)의 "3E" 조화형 미래산업으로 자리매김하는데 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1은 일반 주택의 지붕 상에 태양광발전 모듈이 설치된 상태를 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트의 구성관계를 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서, 유니트 상호 간의 조립결합을 위한 다수의 돌기와 내향홈의 형성관계를 나타낸 평면도.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서, 우수차단판의 구성관계를 나타낸 평면도와 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서, 반사판의 구성관계를 나타낸 요부확대도.
도 7은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트의 실시 예를 나타낸 사용상태도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 2는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트의 구성관계를 나타낸 분해사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서 유니트 상호 간의 조립결합을 위한 다수의 돌기와 내향홈의 형성관계를 나타낸 평면도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서 우수차단판의 구성관계를 나타낸 평면도와 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트에 있어서 반사판의 구성관계를 나타낸 요부확대도이며, 도 7은 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트의 실시 예를 나타낸 사용상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트(A)는, 태양전지와 축전지 그리고 전력변환장치가 하나로 통합되고 미리 정한 면적을 갖는 태양광모듈(1)과, 상기 태양광모둘(1)의 하측에 접합된 상태로 실내온도 유지를 위한 단열재(2)와, 상기 단열재(2)의 하측에 더 접합하여 외장을 마감하도록 된 마감재(3)가 단일 적층구조로 구성된다.

또한, 상기 태양광모듈(1)의 일 측 수직단부 및 그와 연속하는 일 측 수평단부 가장자리 상단에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 태양광발전 유니트(A)를 상호 밀착시켜 배열 조립할 경우 형성된 틈새로부터의 누수방지를 위한 우수차단판(4)이 구비결합되는 동시에 일단이 외측로 돌출된다.

이에 따라, 상기 우수차단판(4)이 구비결합된 태양광발전 유니트의 해당 단부에 밀착되는 다른 하나의 태양광발전 유니트의 대응 단부의 테두리 상단부를 덮게 됨으로써 틈새로 빗물 등이 유입되는 등의 누수를 미연에 방지함이 가능한 것이다.

더하여, 본 발명의 태양광발전 유니트(A)의 하측 수평단부에는, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상단면으로부터 일정 높이로 돌출되는 반사판(5)이 더 구비된다. 이는, 강우시 우수받이의 용도로 사용할 수 있으면서도 태양빛의 조사각을 굴절시켜 최대한 많은 량의 태양에너지를 축적하기 위한 보광효과 극대화를 위함이다.

태양광모듈(1)은, 태양광 에너지를 전기에너지로 공급하기 위한 태양광발전 시스템인 것으로, 주지된 바와 같이, 태양전지, 축전지, 전력변환장치가 하나의 모듈(Module)로 구성되는 한편, 미리 정해진 가로 세로의 폭을 갖는다.

그리고, 복수의 모듈을 배열조립할 경우, 모듈 상호 간의 전기적 연결을 위한 커넥터(11)가 일 측에 구성됨이 바람직하되, 이에 한정하는 것이 아니라 접속단자 등과 같은 다양한 방식의 접속체 구조로도 변형사용이 가능하다.

단열재(斷熱材, Heat insulating material, 2)는, 일정한 온도가 유지되도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 수단인 것으로, 사용온도에 따라 100℃ 이하의 보냉재(保冷材), 100∼500℃의 보온재(保溫材), 500∼1,100℃의 단열재, 1,100℃ 이상의 내화단열재(耐火斷熱材)로 나뉘는데, 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질(多孔質)이 형성된 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.

마감재(3)는, 건축내장에 사용될 수 있게 완전히 가공된 층계 등의 목제품인 것이 바람직한 한편, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일 측 세로 테두리단부 및 그로부터 연이어지는 일 측 가로 테두리단부에는, 다수의 돌기(31)가 균일 간격마다 배열 및 돌출형성되고, 타 측의 세로 테두리단부 및 그로부터 연이어지는 타 측 가로 테두리단부에는, 상기 돌기(31)를 끼워 맞춤할 수 있는 다수의 내향홈(32)이 균일 간격마다 배열 및 내향형성된다.

이에 따라, 본 발명의 태양광발전 유니트(A)를 종과 횡으로 연속하여 배열조립시 어느 하나의 마감재(3)의 내향홈(32) 안으로 그와 밀접한 다른 태양광발전 유니트의 마감재(3)의 돌기(31)가 대응 삽입됨에 따라, 종과 횡으로 배열되는 다수의 태양광발전 유니트(A)들의 배열조립이 정밀하고도 견고한 상태가 유지될 수 있는 것이다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트(A)의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 건축물 중에서도 전력의 사용량이 그리 많지 않은 일반 주택(800)의 지붕(810)을 시공함에 있어 본 발명의 태양광발전 유니트(A)를 적용한다.

이를 위해, 상기 주택(800)의 전용면적에 따라 그에 적합한 다수의 태양광발전 유니트(A)를 구비하고 이들을 정해진 위치에 배열조립하여 지붕(810)을 구성하는바, 이때 상기 마감재(3)의 일 측 세로 테두리단부 및 그로부터 연속되는 일 측 가로 테두리단부에 형성된 내향홈(32)들 안으로 다른 태양광발전 유니트의 마감재의 일 측 세로 테두리단부 및 그로부터 연속되는 일 측 가로 테두리단부에 형성된 돌기(31)들이 대응 삽입되도록 함으로써, 정교하고도 견고한 조립결합상태가 유지될 수 있는 것이다.

여기서, 전술한 작업과정과 동시에, 각각의 태양광모듈(1)에 구비된 커넥터(11)들을 상호 간 접속시켜 전기적으로 연결한다.

이에 따라, 다수의 태양광발전 유니트(A)가 종과 횡으로 연속해서 배열조립됨에 따라 주택(800, 건축물)의 옥외 지붕(810)이 설치되는 것과 동시에 태양빛을 전기에너지로 전환하여 공급하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전 유니트(A)가 일체로 구성되는 것이다.

여기서, 횡과 종으로 연속하여 배열되는 태양광발전 유니트(A) 상호 간의 사이 틈새는 상기 우수차단판(4)을 더 조립결합하는 것을 통해, 이음부 테두리부위의 상단부 밀폐를 이뤄 누수가 방지되도록 한다.

또한, 주택(800)의 지붕(810)을 이루는데 있어서, 그 지붕(810)의 처마 자락이 되는 위치에 배치된 태양광발전 유니트(A)의 그 하측 수평단면에 상기 반사판(5)을 더 구비결합하되, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기한 수평단면의 그 상단으로부터 상향돌출을 이루도록 함으로써, 태양빛의 조사방향과 지붕(810)의 경사각도가 서로 마주하지 않게 되더라도 태양빛의 조사각을 굴절시켜 상기 태양광모듈(1)에 효과적으로 축적될 수 있게 한다.

정리하자면, 결국 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트(A)를 이용하여 주택(800)의 옥외 지붕(810)을 구성함에 따른 태양광발전 시스템의 설치시공 작업성의 향상은 물론이거니와 시공비를 크게 절감할 수 있으면서도 태양빛 축적량 증강에 따른 태양에너지의 효율성을 획기적으로 향상시켜주는 효과를 더불어 거둘 수 있게 된다.

한편, 도 7에는 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트(A)를 이용하여 일반 주택(800)의 지붕(810)을 구성하는 것이 도시되어 있으나 이는 예시적인 것으로서, 본 발명에 따른 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트(A)는 이외에도 농업용 저장창고, 저온저장고, 우사·돈사·계사 등의 축사, Plant Factory(식물공장 시설) 등 일체 건축물(혹은 건물)의 지붕을 구성하는데 이용될 수 있다. 여기에서, 상기 Plant Factory(식물공장 시설)는 도 7에 도시된 일반 주택(800)과 유사한 형태로 시공될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명을 바람직한 실시 예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

A : 태양광발전 유니트, 1 : 태양광모듈, 2 : 단열재
3 : 마감재, 4 : 우수차단판, 5 : 반사판
11 : 커넥터, 31 : 돌기, 32 : 내향홈

Claims (4)

1. 태양광모듈;
   상기 태양광모둘의 하측에 접합된 상태로, 실내온도 유지를 위한 단열재; 및,
   상기 단열재의 하측에 더 접합시켜, 지붕의 외장을 마감하도록 된 마감재;가 단일 적층구조로 구성된 것을 특징으로 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광모듈의 일 측 수직단부 및 상기 수직단부와 연속하는 일 측 수평단부 가장자리 상단에는,
   복수 태양광발전 유니트의 배열조립시 형성된 틈새로부터의 누수방지를 위한 우수차단판이 외측으로 돌출되도록 구비결합됨을 특징으로 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광모듈, 상기 단열재, 상기 마감재 중 어느 하나의 하측 수평단부면에 부착되되,
   상기 태양광모듈의 상단보다 높게 상향돌출됨에 따라, 태양빛의 조사각을 굴절시켜 상기 태양광모듈에 축적시키도록 하는 반사판이 더 구성됨을 특징으로 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 마감재의 일 측 세로 테두리단부 및 상기 세로 테두리단부로부터 연이어지는 일 측 가로 테두리단부에는, 다수의 돌기가 균일 간격마다 배열 및 돌출형성되고,
   상기 마감재의 타 측 세로 테두리단부 및 상기 세로 테두리단부로부터 연이어지는 타 측 가로 테두리단부에는, 상기 돌기가 끼워 맞춤될 수 있는 다수의 내향홈이 균일 간격마다 배열 및 내향형성됨을 특징으로 하는 지붕 일체형 조립식 태양광발전 유니트.

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