KR20180058983A - 태양광 발전용 기와 및 이를 위한 태양전지 모듈 설치용 구조물 - Google Patents

태양광 발전용 기와 및 이를 위한 태양전지 모듈 설치용 구조물 Download PDF

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KR20180058983A
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Abstract

태양전지 모듈 설치용 구조물을 제공한다. 본 발명에 따른 태양전지 모듈 설치용 구조물은, 지면방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판 및 기판의 표면부에 형성된 판상의 홈을 갖는 기와 프레임, 기와 프레임의 판상의 홈에 위치하는 태양전지 모듈 및 기와 프레임의 표면부에 위치하고, 태양전지 모듈의 일측과 연결된 단자함을 구비하고, 태양전지 모듈은 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 것일 수 있다. 따라서, 기와 프레임, 태양전지 모듈 및 더미 모듈을 구비하는 태양전지 모듈 설치용 구조물을 제공함으로써, 전통 기와 특유의 미관을 유지하면서 태양광 발전이 가능한 태양광 기와를 제작할 수 있다. 또한, 상기 구조물은 전통 기와와의 호환이 용이하여, 태양광 기와 시공에 있어 시간적 또는 경제적 비용을 줄일 수 있으며, 필요한 발전량에 맞추어 기존 전통 기와를 전면 탈거하지 않고도 태양광 기와로의 교체가 가능할 수 있다.

Description

태양광 발전용 기와 및 이를 위한 태양전지 모듈 설치용 구조물{Roofing tile for using photovoltaic power generation and structure for installing solar cell module using thereof}
본 발명은 구조물에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 태양전지 모듈 설치용 구조물에 관한 것이다.
전통 한옥에도 현대적인 시설이나 장비의 운용을 위하여 전력 등과 같이 에너지를 공급할 수 있는 별도의 전기적 에너지 공급 설비의 구축에 대한 필요성이 있다. 최근에는 석유 에너지의 가격 불안정 때문에 친환경적인 대체 에너지에 대한 관심이 어느 때보다도 높아지고 있으며, 대체 에너지 중에서도 건물의 에너지 공급용으로 연구개발이 가장 활발하게 이뤄지고 있는 분야가 바로 태양광을 이용한 태양에너지이다.
이러한 태양에너지를 건물 등에서 이용하기 위한 설비로써 태양전지 모듈이 사용되는데, 태양전지 모듈은 반드시 태양광을 향해야 하기 때문에 건물에서의 가장 이상적인 설비 위치가 건물의 지붕이다. 이때, 태양전지모듈이 자동으로 태양광을 추적하면서 태양광을 집광하는 설비가 사용되지만, 설비 및 설치비용이 고가이므로 일반적으로 지붕에 고정하여 사용하는 고정형 태양전지모듈을 사용하게 된다.
특히, 전통 한옥에 이러한 태양전지모듈을 적용하기 위해서는 지붕이 평탄한 평면을 이루어야 하지만, 전통 한옥의 경우에는 전통미적인 특성상 지붕의 형상이 굴곡져 있으며, 전통한옥의 지붕을 이루는 기와의 구조상 굴곡진 형상을 갖는 낱장의 기와가 여러 장으로 적재된 구조를 이루는 등의 여러가지 구조상의 특성으로 인한 설치의 어려움이 존재한다.
따라서, 종래에는 태양전지 모듈을 설치하는 공간이 지붕의 처마부분으로 제한되거나, 지붕 면적의 부분적인 공간에만 태양전지모듈을 이용한 설비가 구축되도록 기와를 부분적으로 제거하였는데, 이는 충분한 양의 태양광 발전이 어려우며, 전통 한옥의 건축물에 있어 전통적인 심미감을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 종래의 태양광 기와의 경우 전통 기와와 규격이 상이하여, 시공되어 있는 일반 전통 기와를 전면 탈거하고 태양광 기와를 시공해야 하기 때문에 시간적, 경제적 비용이 추가된다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1287459호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전통 기와의 미관을 유지하면서도 기존 전통 기와와의 호환이 용이한 태양광 모듈 설치용 구조물을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 태양전지 모듈 설치용 구조물을 제공한다. 상기 태양전지 모듈 설치용 구조물은, 지면방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판 및 상기 기판의 표면부에 형성된 판상의 홈을 갖는 기와 프레임, 상기 기와 프레임의 판상의 홈에 위치하는 태양전지 모듈 및 상기 기와 프레임의 표면부에 위치하고, 상기 태양전지 모듈의 일측과 연결된 단자함을 구비하고, 상기 태양전지 모듈은 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 것일 수 있다.
상기 판상의 홈은 상기 기와 프레임의 중앙부에 위치하고, 상기 판상의 홈은 깊이와 면적을 가지고, 상기 태양전지 모듈은 상기 판상의 홈으로부터 부착 또는 탈거되는 것일 수 있다.
상기 기와 프레임의 크기는 전통 한옥의 암키와의 규격과 동일한 것일 수 있다. 상기 구조물은, 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 더미 모듈을 더 구비하는 것일 수 있다. 상기 단자함은 상기 기와 프레임의 표면부의 상단에 위치하는 것일 수 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 태양전지 모듈 설치용 구조물이 도입된 태양광 기와를 제공한다. 상기 태양광 기와는, 지면방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판, 상기 기판의 표면부에 형성된 판상의 홈을 갖는 기와 프레임, 상기 기와 프레임의 판상의 홈에 위치하는 태양전지 모듈 및 상기 기와 프레임의 표면부에 위치하고, 상기 태양전지 모듈의 일측과 연결된 단자함을 구비하고, 상기 태양전지 모듈은 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물 및 상측 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 수키와를 구비하되, 상기 구조물은 복수개가 종방향으로 부분적으로 겹쳐지면서 배열되고, 상기 수키와는 복수개가 종방향으로 배열되고, 상기 구조물 및 수키와의 배열들은 서로 번갈아 가면서 횡 방향으로 연결된 구조를 가질 수 있다.
상기 기와 프레임의 크기는 전통 한옥의 암키와의 규격과 동일한 것일 수 있다. 상기 구조물은, 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 더미 모듈을 더 구비하는 것일 수 있다. 상기 구조물이 부분적으로 겹쳐질 때, 상기 구조물의 기와 프레임에 상기 더미 모듈을 삽입하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기와 프레임, 태양전지 모듈 및 더미 모듈을 구비하는 태양전지 모듈 설치용 구조물을 제공함으로써, 전통 기와 특유의 미관을 유지하면서 태양광 발전이 가능한 태양광 기와를 제작할 수 있다.
또한, 상기 구조물은 전통 기와와의 호환이 용이하여, 태양광 기와 시공에 있어 시간적 또는 경제적 비용을 줄일 수 있으며, 필요한 발전량에 맞추어 기존 전통 기와를 전면 탈거하지 않고도 태양광 기와로의 교체가 가능할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물을 나타낸 평면도이다.
도 1b 내지 도 1d는 도 1a의 구조물의 각 구성요소들을 나타낸 분해도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물을 나타낸 측면도이다.
도 2b 내지 도 2d는 도 2a의 구조물의 각 구성요소들을 나타낸 측면도들이다.
도 3a는 종래의 전통 기와의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물이 도입된 태양광 기와의 구조를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 설치용 구조물을 나타낸 평면도 및 측면도이고, 도 1b 내지 도 1d, 도 2b 내지 도 2d는 각각 도 1a 및 도 2a의 구조물의 구성요소들을 분해하여 도시한 것이다.
도 1a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 설치용 구조물(11)은 기와 프레임(100), 상기 기와 프레임(100)의 표면 상에 위치하는 태양전지 모듈(200) 및 상기 기와 프레임(100)의 표면 상에 위치하고, 상기 태양전지 모듈(200)의 일측과 연결된 단자함(300)을 구비할 수 있다.
상기 기와 프레임(100)은 전통 한옥의 기와 형상, 구체적으로는 암키와 형상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기와 프레임(100)은 지면 방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판의 형상일 수 있다.
상기 기와 프레임(100)의 오목한 곡면을 갖는 기판의 표면부, 구체적으로 표면의 상부에는 판상(plate shape)의 구조물, 예컨대, 태양전지 모듈(200)이 삽입될 수 있는 판상(plate shape)의 홈(112)이 형성될 수 있다. 상기 판상의 홈(112)은 상기 기와 프레임(100)의 중앙부에 형성될 수 있으며, 상기 판상의 홈(112)은 소정의 깊이 및 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 판상의 홈(112)의 깊이는 6.00mm 내지 10.00mm일 수 있다. 상기 판상의 홈(112)의 가로 길이는 170.00mm, 세로 길이는 300.00mm일 수 있다.
상기 판상의 홈(112)의 가장자리에는 상기 구조물을 부착 및 탈거시킬 수 있는 안착홈(110)이 형성될 수 있다.
상기 기와 프레임(100)의 재료는 기계적 강도가 우수하면서도 열가소성이 뛰어난 것일 수 있다. 예컨대, 상기 기와 프레임(100)의 재료는 시멘트, 점토 또는 플라스틱일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 기와 프레임(100)의 크기는 전통 한옥의 구조 중 암키와의 표준 규격과 동일할 수 있다. 통상적으로 사용되는 상기 암키와의 표준 규격은 소와 270.00mm x 330.00mm, 중와 300.00mm x 360.00mm 및 특수 규격으로 대와 330.00mm x 390.00mm 등이 있을 수 있다. 일 예로, 상기 기와 프레임(100)은 중와, 즉, 가로 길이는 300.00mm, 세로 길이는 360.00mm일 수 있다.
상기 판상의 홈(112)의 크기는 상기 기와 프레임(100)의 크기보다는 작을 수 있으며, 예를 들어, 상기 판상의 홈(100)이 상기 기와 프레임(100)의 중앙부에 위치하되, 상기 판상의 홈(112)을 기준으로 좌우 양측단까지의 거리는 동일하도록 배치될 수 있다. 일 예로, 상기 판상의 홈(112)의 가로 길이는 170.00mm, 세로 길이는 300.00mm일 수 있다.
상기 태양전지 모듈(200)은 조사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 기능을 수행하는 것으로, 통상적으로 널리 사용되는 태양발전 설비로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 태양전지 모듈(200)은 복수의 태양광 셀(미도시)들이 판상의 형태로 배열된 것일 수 있다. 상기 복수개의 태양광 셀(미도시)들은 직렬로 연결될 수 있다.
상기 태양전지 모듈(200)은 전술된 상기 기와 프레임(100)의 평상의 홈에 삽입될 수 있다. 구체적으로는, 상기 태양전지 모듈(200)은 상기 기와 프레임(100)의 표면의 상부에 착탈이 가능할 수 있다. 다시 말해서, 상기 태양전지 모듈(200)은 상기 기와 프레임(100) 내에 매립 또는 고정되는 것이 아닌, 착탈이 가능하도록 설치됨으로써, 필요한 발전량에 맞추어 시공 및 교체가 가능한 효과를 발휘할 수 있다.
예컨대, 상기 태양전지 모듈(200)의 크기는 상기 판상의 홈(112)내에 부착 또는 탈거가 가능할 수 있는 범위일 수 있다. 일 예로, 상기 태양전지 모듈(200)의 크기는 170.00mm(가로) x 300.00mm(세로)일 수 있다.
상기 구조물(11)은 상기 태양전지 모듈(200)과 동일한 형상과 크기를 갖는 더미 모듈(200')을 더 구비할 수 있다. 상기 더미 모듈(200')은 상기 태양전지 모듈(200)과 같이 상기 기와 프레임(100)으로부터 착탈이 가능할 수 있다. 이에 따라, 상기 구조물(11)내에서 상기 태양전지 모듈(200)과 상기 더미 모듈(200')은 상호 호환이 용이하여 필요에 따라 시공 및 교체할 수 있다. 상기 더미 모듈(200')에 대하여는 후술될 도 3b를 참조하여 보다 구체적으로 서술될 것이다.
상기 단자함(junction box)(300)은 상기 태양전지 모듈(200)에 전기적으로 연결되어 전력을 외부로 인출하는 역할을 하는 것일 수 있다. 상기 단자함(300)은 상기 기와 프레임(100)의 표면 상에, 더 구체적으로는 상기 기와 프레임(100)의 표면의 상단부에 위치할 수 있다. 이에 따라, 상기 단자함(300)은 간편하게 분리가 가능하여 오류 검사, 수리 및 보수 과정 등이 보다 용이해질 수 있다. 다시 말해서, 기존의 태양광 기와의 단자함의 경우, 기와 또는 태양전지 모듈의 뒤쪽에 위치하여 초기 시공 완료 후 유지보수가 어려운 점에 대하여, 본 발명에 따른 구조물(11)의 경우, 상기 단자함(300)이 상기 기와 프레임(100)의 표면의 상단부에 위치함으로써, 태양전지 모듈을 전면 탈거하지 않고도 고장여부 파악 및 교체 등의 작업에 있어 높은 효율성을 발휘할 수 있다.
도 3a는 종래의 전통 기와의 구조를 나타낸 모식도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 이용하여 설치된 태양광 기와를 나타낸 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 전통 한옥의 지붕을 형성하는 기와 구조는, 수키와(둥근기와)(9)와 암키와(평기와)(10)의 배열로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 암키와(10)는 낱장의 기왓장들이 종방향으로 서로 부분적으로 겹쳐지도록 이어진 배열을 형성할 수 있다. 상기 수키와(9) 또한 낱장의 기왓장들이 종방향으로 이어지거나, 부분적으로 겹쳐지도록 이어진 배열을 형성할 수 있다. 상기 암키와(10)의 배열과 수키와(9)의 배열은 서로 횡방향으로 교차 반복되어 지붕의 형태를 형성할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 상기 구조물(11)은 상기 암키와(10)의 배열과 동일하게 복수개가 이어져 배열되어 태양광 기와(400)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 상기 태양광 기와(400)는, 도 3a에서 전술된 바와 같은 지붕의 형태를 형성하되, 상기 암키와(10)의 구조는 상기 암키와(10)와 동일한 규격의 상기 구조물(11)로 교체될 수 있다. 이에 따라, 전통 한옥의 심미성을 유지하면서도, 태양광 발전이 가능한 태양광 기와(400)를 형성할 수 있으며, 기존 암키와(10)를 전면 탈거하지 않고도 상기 구조물(11)로 손쉽게 교체가 가능하여 시공 시의 시간적, 경제적 비용을 줄일 수 있다.
상기 구조물(11) 표면에서는 태양전지 모듈(200)이 착탈 가능하여, 필요한 발전량에 맞추어 시공 및 교체할 수 있다. 또한, 상기 태양광 기와(400)의 시공 시, 상기 구조물(11)이 겹쳐지는 부분에 상기 태양전지 모듈(200) 대신 더미 모듈(200')을 삽입하여 상기 태양전지 모듈(200)의 발전 부분을 가리지 않으면서 상기 암키와(10)와 유기적으로 손쉽게 연결될 수 있도록 한다. 이에 따라, 상기 태양전지 모듈(200)에 의한 발전량 및 발전 효율을 보다 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 설치용 구조물(11)은 기와 프레임(100), 태양전지 모듈(200) 및 더미 모듈(200')을 구비하며, 상기 구조물(11)이 도입된 태양광 기와(400)에 의하면, 전통 기와 특유의 심미성을 저해하지 않으면서 태양광 발전이 가능할 수 있다. 또한, 상기 구조물(11)의 태양전지 모듈(200)은 착탈이 가능하여 전통 기와와의 호환이 용이하여, 태양광 기와(400)의 시공에 있어 시간적 또는 경제적 비용을 줄일 수 있으며, 필요한 발전량에 맞추어 기존 전통 기와를 전면 탈거하지 않고도 태양광 기와(400)로의 손쉬운 교체가 가능할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 모듈 설치용 구조물(11)은 필요에 따라 다양한 발전량의 태양전지용 모듈과 더미 모듈을 탈착함으로써, 전통 한옥 이외에도 관광지, 안내판, 기타 건축물 등 다양한 분야에서도 이용될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 기와 프레임 110: 안착홈
112: 판상의 홈 200: 태양전지 모듈
200': 더미 모듈 300: 단자함
400: 태양광 기와
9: 수키와 10: 암키와(전통기와)
11: 태양전지 모듈 설치용 구조물

Claims (9)

  1. 지면방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판 및 상기 기판의 표면부에 형성된 판상의 홈을 갖는, 기와 프레임;
    상기 기와 프레임의 판상의 홈에 위치하는 태양전지 모듈; 및
    상기 기와 프레임의 표면부에 위치하고, 상기 태양전지 모듈의 일측과 연결된 단자함을 구비하고,
    상기 태양전지 모듈은 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판상의 홈은 상기 기와 프레임의 중앙부에 위치하고,
    상기 판상의 홈은 깊이와 면적을 가지고, 상기 태양전지 모듈은 상기 판상의 홈으로부터 부착 또는 탈거되는 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기와 프레임의 크기는 전통 한옥의 암키와의 규격과 동일한 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조물은,
    상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 더미 모듈을 더 구비하는 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단자함은 상기 기와 프레임의 표면부의 상단에 위치하는 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물.
  6. 지면방향으로 오목한 곡면을 갖는 기판 및 상기 기판의 표면부에 형성된 판상의 홈을 갖는, 기와 프레임;
    상기 기와 프레임의 판상의 홈에 위치하는 태양전지 모듈; 및
    상기 기와 프레임의 표면부에 위치하고, 상기 태양전지 모듈의 일측과 연결된 단자함을 구비하고,
    상기 태양전지 모듈은 상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 것인 태양전지 모듈 설치용 구조물; 및
    상측 방향으로 볼록한 곡면을 갖는 수키와를 구비하되,
    상기 구조물은 복수개가 종방향으로 부분적으로 겹쳐지면서 배열되고,
    상기 수키와는 복수개가 종방향으로 배열되고,
    상기 구조물 및 수키와의 배열들은 서로 번갈아 가면서 횡 방향으로 연결된 구조를 갖는 태양광 기와.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기와 프레임의 크기는 전통 한옥의 암키와의 규격과 동일한 것인 태양광 기와.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 구조물은,
    상기 기와 프레임으로부터 착탈이 가능한 더미 모듈을 더 구비하는 것인 태양광 기와.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 구조물이 부분적으로 겹쳐질 때, 상기 구조물의 기와 프레임에 상기 더미 모듈을 삽입하는 것인 태양광 기와.

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