KR20190051024A - 유리 건축재 - Google Patents

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Abstract

본 개시에 관한 유리 건축재는, 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제1 태양 전지와, 상기 제1 태양 전지의 폭 방향으로 배열하도록 배치되고, 상기 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제2 태양 전지와, 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 한쪽 면을 덮는 제1 유리 기판과, 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 다른쪽 면측에 있어서 적어도 부분적으로 배치되고, 가시광 영역에 있어서 투과율이 반사율보다도 높고, 근적외 영역에 있어서 반사율이 투과율보다도 높은 반사막을 포함한다.

Description

유리 건축재
본 발명은, 유리 건축재에 관한 것이다.
하기 비특허문헌 1에는, 지면에 대하여 수직으로 설치된 양면 수광형의 태양 전지가 개시되어 있다.
죠게 도시오 등 저 「양면 수광형 태양 전지의 기본 응용 기술의 개발」덴가쿠론 B, 123권 8호, 2003년, p.947-955
그러나, 종래의 양면 수광형의 태양 전지를 건물의 창 등에 설치한 경우, 실내측의 수광면에 있어서의 발전량이 적었다. 즉, 실내측의 수광면, 특히 그 중앙 부분은, 실외로부터의 태양광을 효율적으로 수광할 수 없기 때문에, 그 결과로서 발전량이 적게 되어 버리고 있었다.
한편, 종래의 채광형 태양 전지 모듈은 발전량 증대를 목적으로 하여 일사 투과율이 높은 유리를 사용하는 결과, 건물의 냉방 부하를 증대시키고 있는 과제가 있다.
본 개시는, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 태양 전지를 포함하는 유리 건축재를 건물의 창 등에 설치한 경우에 있어서의 실내측의 수광면에서의 발전량을 증가시키는 것에 있다.
또한, 냉방 부하를 삭감하여 건물의 에너지 절약을 도모하는 것과 함께, 압박감이 없는 조망의 확보와 채광 성능의 향상에 있다.
(1) 본 개시에 관한 유리 건축재는, 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제1 태양 전지와, 상기 제1 태양 전지의 폭 방향으로 배열하도록 배치되고, 상기 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제2 태양 전지와, 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 한쪽 면측을 덮는 제1 유리 기판과, 상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 다른쪽 면측에 있어서 전면적 또는 부분적으로 배치되고, 가시광 영역에 있어서 투과율이 반사율보다도 높고, 근적외 영역에 있어서 반사율이 투과율보다도 높은 반사막을 포함한다.
(2) 상기 (1)에 있어서의 유리 건축재는, 상기 반사막과 상기 제1 태양 전지의 거리가, 상기 제1 태양 전지의 폭 0.2배 이상이어도 된다.
(3) 상기 (1) 내지 (2)에 있어서의 유리 건축재는, 상기 제1 태양 전지의 상기 다른쪽 면에 대향하고, 상기 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 제1 반사판을 추가로 포함해도 된다.
(4) 상기 (3)에 있어서의 유리 건축재에 포함되는, 상기 제1 반사판의 폭은, 상기 제1 태양 전지의 폭 이상이어도 된다.
(5) 상기 (3)에 있어서의 유리 건축재에 포함되는, 상기 제1 반사판은, 상기 반사막에 있어서의 상기 제1 태양 전지와 대향하지 않는 면측으로 배치되어도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5)에 있어서의 유리 건축재에 포함되는, 상기 반사막에 있어서의 상기 제1 태양 전지와 대향하지 않는 면측에는 제2 유리 기판이 설치되어도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (6)에 있어서의 유리 건축재는, 상기 제1 태양 전지와 상기 반사막 사이에는 밀봉재가 개재해도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 (6)에 있어서의 유리 건축재는, 상기 제1 태양 전지와 상기 반사막 사이에는 제3 유리 기판이 개재해도 된다.
도 1은 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 개략을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 개략을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 유리 건축재에 있어서의 제1 태양 전지의 분광 감도와 반사막의 반사율 파장 의존성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 관한 제1 태양 전지와 반사막의 간격과, 출력 상승률의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
본 개시의 실시 형태에 대하여, 도면을 사용하여 이하에 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 유리 건축재의 개략을 나타내는 평면도이다. 도 2는, 도 1의 II-II선에 있어서의 단면을 나타내는 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유리 건축재(100)는, 간격을 두고 배치된 복수의 태양 전지(13)와, 이 복수의 태양 전지(13)의 한쪽 면측을 덮도록 설치된 제1 유리 기판(21)을 갖는다. 또한, 태양 전지에는, 단결정 실리콘 태양 전지, 다결정 실리콘 태양 전지, 헤테로 접합형 태양 전지 등이 포함된다. 본 실시 형태에 있어서는, 복수의 태양 전지(13)로서, 헤테로 접합형 태양 전지를 사용하여 설명한다.
여기서, 제1 유리 기판(21)이란, 예를 들어 건물의 창으로서 장착되는 유리 기판이며, 실내 및 태양 전지의 표면에 태양광을 입사시키도록, 투과율이 높은 재료에 의해 구성되어 있다.
도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 태양 전지(13)는, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)를 포함한다. 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)는, 복수의 태양 전지 셀을 직선상으로 배치, 접속함으로써 구성되고, 일 방향으로 연신하는 형상을 하고 있으며, 제1 태양 전지(11)는, 폭 W1을 갖고 있다. 제2 태양 전지(12)는, 제1 태양 전지(11)의 폭 방향으로 배열하도록 배치되어 있고, 제1 태양 전지(11)와 제2 태양 전지(12)는, 제1 간격 W2를 두고 배치되어 있다. 또한, 도 1로부터 명백해진 바와 같이, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)의 폭 방향과, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)의 연신 방향은, 교차하는 관계에 있다.
제1 태양 전지(11)의 상대 분광 감도는, 도 3에 도시된 바와 같이, 약 300㎚ 내지 1200㎚에 감도를 갖고, 근적외 영역인 1000㎚ 부근에서 높은 값을 갖는다. 제1 태양 전지(11)와, 제2 태양 전지(12)는 양면 수광형이며, 실외측인 한쪽 면(11A, 12A)과, 실내측인 다른쪽 면(11B, 12B)으로부터 수광한 광을 발전에 기여시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(11)의 한쪽 면(11A)과, 제2 태양 전지(12)의 한쪽 면(12A)은, 실외로부터의 태양광(40)을 제1 유리 기판(21)을 통하여 수광한다.
제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)측, 및 제2 태양 전지(12)의 다른쪽 면(12B)측에는, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)와 제2 간격 d를 두고 배치된 반사막(31)을 갖는다. 본 실시 형태에 있어서는, 반사막(31)은, 제2 유리 기판(22)의 표면에 설치되어 있다. 이 반사막(31)은 예를 들어 Low-E(Low Emissivity)막이며, 본 실시 형태에 있어서는, 가시광선의 대부분을 투과하고, 근적외선의 대부분을 반사하는 차열형 Low-E막을 이용하여 설명한다.
도 3은 본 실시 형태에 관한 유리 건축재에 있어서의 제1 태양 전지(11), 및 제2 태양 전지(12)의 분광 감도와 반사막(31)(반사막(31A), 반사막(31B), 반사막(31C))의 반사율의 파장 의존성을 나타내는 도면이다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1 태양 전지(11) 및 제2 태양 전지(12)에는 동종의 헤테로 접합형 태양 전지를 사용하고 있기 때문에, 동일한 분광 감도 특성을 갖고 있으며, 도 3에 있어서 「헤테로 분광 감도」라고 표시되어 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 반사막(31A), 반사막(31B), 반사막(31C)의 각각은, 750 내지 2500㎚와 같은 근적외 영역에 높은 반사율을 갖고 있으며, 이 근적외 영역에 있어서는, 투과율보다도 반사율이 높게 되어 있다. 한편, 반사막(31A), 반사막(31B), 반사막(31C)의 각각은, 380 내지 750㎚와 같은 가시광 영역에 있어서는 낮은 반사율을 갖고 있으며, 이 가시광 영역에 있어서는, 투과율이 반사율보다도 높게 되어 있다.
이러한 반사막(31)을 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)측에 설치하고 있기 때문에, 실외로부터 입사하는 태양광에 있어서의 근적외 성분(41)의 일부는, 이 반사막(31)에 의해 반사되고, 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B), 및 제2 태양 전지(12)의 다른쪽 면(12B)에 있어서 수광된다. 도 3을 사용하여 전술한 바와 같이, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)는, 근적외 영역에 있어서 높은 분광 감도 특성을 갖고 있으며, 반사막(31)에 의해 반사된 근적외 성분(41)을 효율적으로 발전에 기여시킬 수 있다.
한편, 실외로부터 입사하는 태양광에 있어서의 가시광 성분(42)의 일부는, 이 가시광 영역에 있어서는 낮은 반사율을 갖는 반사막(31)을 통과하여, 실내로 입사한다. 그 때문에, 이 유리 건축재(100)를 통하여, 조망과 채광성을 확보할 수 있다.
또한, 일사의 근적외 성분을 반사막(31)으로 삭감하기 때문에, 냉방 부하가 감소하여 건물의 에너지 절약화가 가능하게 된다.
이와 같은 구성에 의해, 조망과 채광성을 확보할 수 있는 유리 건축재(100)로서의 기능을 상실하지 않고, 실내측의 수광면에 있어서의 발전량을 증가시키는 것과 건물의 냉방 부하 삭감이 가능하게 된다.
또한, 제1 태양 전지(11)와 반사막(31)의 간격인 제2 간격 d는, 제1 태양 전지(11)가 갖는 폭 W1의 0.1배 이상인 것이 바람직하다. 도 4는, 각 개구율에 있어서의 제2 간격 d와, 제1 태양 전지(11)의 출력 상승률의 관계를 나타내고 있다. 여기서, 개구율이란, 제1 태양 전지(11)와 제2 태양 전지(12)의 간격인 제1 간격 W2를, 제1 태양 전지(11)의 폭 W1과 제1 간격 W2의 합으로 나눈 값이다. 횡축은, 제2 간격 d를, 제1 태양 전지의 폭 W1로 나눈 값을 나타내고 있다. 종축은, 실외측의 수광면만의 발전량을 100％로 하여, 실내측 수광면에서의 발전에 의한 출력 상승이 전체 발전량의 몇％인지를 나타내고 있다.
이 도 4에 나타낸 바와 같이, 횡축이 0.1보다 작아지면, 급격하게 출력 상승률이 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은, 제2 간격 d가 매우 작아지면, 반사막(31)으로부터의 반사광을 효과적으로 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)에 수광시키는 것이 어려워지고 있는 것을 나타내고 있다. 따라서, 제1 태양 전지(11)와 반사막(31)의 간격인 제2 간격 d는, 제1 태양 전지(11)가 갖는 폭 W1의 0.1배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 도시한 반사막(31)의 표면에 요철을 설치함으로써, 근적외 성분(41)을 난반사시켜, 태양광의 입사각에 구애받지 않고, 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B), 제2 태양 전지(12)의 다른쪽 면(12B)에 근적외 성분(41)을 수광시키는 구성으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 반사막(31)에 있어서의 제1 태양 전지(11)의 대향면측에, 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)에 대향하는 제1 반사판(51)과, 제2 태양 전지(12)의 다른쪽 면(12B)에 대향하는 제2 반사판(52)을 설치하고 있다.
이 제1 반사판(51), 제2 반사판(52)은, 예를 들어 금속판이나 백색 반사판이며, 실외로부터 입사한 근적외 성분(41)과 가시광 성분(42)을 다른쪽 면(11B, 12B)에 수광시킬 수 있다.
제1 반사판(51), 제2 반사판(52)은, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)와 마찬가지로, 일 방향으로 연신하는 형상을 갖고 있다. 그 때문에, 제1 태양 전지(11)와 제2 태양 전지(12) 사이에 입사해 온 태양광에 있어서의 가시광 성분(42)의 일부는, 이 제1 반사판(51)과 제2 반사판(52) 사이를 통과하여 상술한 반사막(31)에 입사한다. 따라서, 실내에 있는 사람이, 이 유리 건축재(100)를 통하여, 실외의 경치를 볼 수 있다.
또한, 제1 반사판(51)의 폭 W3을, 제1 태양 전지의 폭 W1보다도 큰 구성으로 함으로써, 제1 반사판(51)에 입사한 근적외 성분(41)과 가시광 성분(42)을, 더 효율적으로 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)에 수광시킬 수 있고, 또한 유리 건축재(100)의 차광성을 높일 수 있다. 또한, 제1 태양 전지(11)의 다른쪽 면(11B)측을 제1 반사판(51)으로 숨길 수 있어, 실내측에서 본 디자인 상의 장점이 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)와, 반사막(31) 사이에 밀봉재(61)를 설치하고 있다. 밀봉재(61)는 EVA(에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체) 수지 등의 열경화성 수지이며, 복수의 태양 전지(13)를 보호함과 함께, 유리 건축재(100)에 있어서의 복수의 태양 전지(13)의 위치를 고정하고 있다.
또한, 도 2에 나타내는 구성에 있어서는, 제1 반사판(51)이 반사막(31)에 있어서의 복수의 태양 전지(13)와 대향하는 면측에 배치되어 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 반사막(31)에 있어서의 복수의 태양 전지(13)와 대향하지 않는 면측에 배치해도 상관없다. 도 5에 있어서는, 제1 반사판(51), 제2 반사판(52)이, 제2 유리 기판(22)을 통하여, 반사막(31)에 있어서의 제1 태양 전지(11)와 대향하지 않는 면측에 배치되어 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)에 대한, 제1 반사판(51)과 제2 반사판(52)의 상대적인 위치 관계를, 고정밀도로 맞출 수 있다. 즉, 제1 유리 기판(21)과 제2 유리 기판(22)의 위치가, 밀봉재(61)에 의해 고정된 후에, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)의 위치를 확인하면서 제1 반사판(51), 제2 반사판(52)을 배치할 수 있기 때문에, 고정밀도로 원하는 위치에 배치할 수 있다.
또한, 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12)와, 반사막(31) 사이에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 밀봉재(61) 대신에 제3 유리 기판(23)을 설치하는 구성으로 해도 된다. 이 경우, 밀봉재(61)는, 제1 유리 기판(21), 제3 유리 기판(23), 제1 태양 전지(11), 제2 태양 전지(12) 사이에 개재하고, 각각의 위치를 고정한다.
또한, 반사막(31)과 제2 유리 기판(22) 사이에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 공기층(71)이 개재하는 등, 가시광 성분(42)에 대한 투과율이 높은 층을 개재해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 반사막(31)의 예로서 Low-E막을 들었지만, 가시광 영역의 투과율이 반사율보다도 높고, 근적외 영역의 반사율이 투과율보다도 높은 막이면 다른 막이어도 된다. 예를 들어, 반사막(31)은, 산화 주석 성분의 조정으로 근적외 영역의 반사율을 높이는 고안을 실시한 투명 도전막 TCO여도 된다. 또한 반사막(31)을 파장 별로 반사 피크가 상이한 복수의 반사막에 의해 구성해도 상관없다.

Claims (16)

  1. 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제1 태양 전지와,
    상기 제1 태양 전지의 폭 방향으로 배열하도록 배치되고, 상기 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 양면 수광형의 제2 태양 전지와,
    상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 한쪽 면측을 덮는 제1 유리 기판과,
    상기 제1 태양 전지와 상기 제2 태양 전지의 다른쪽 면측에 있어서 적어도 부분적으로 배치되고, 가시광 영역에 있어서 투과율이 반사율보다도 높고, 근적외 영역에 있어서 반사율이 투과율보다도 높은 반사막을 포함하는 유리 건축재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반사막과 상기 제1 태양 전지의 거리가 상기 제1 태양 전지의 폭 0.1배 이상인,
    유리 건축재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 태양 전지의 상기 다른쪽 면에 대향하고, 상기 일 방향으로 연신하는 형상을 갖는 제1 반사판을 추가로 포함하는,
    유리 건축재.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 반사판의 폭은 상기 제1 태양 전지의 폭 이상인,
    유리 건축재.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 반사판은, 상기 반사막에 있어서의 상기 제1 태양 전지와 대향하지 않는 면측에 배치된,
    유리 건축재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막에 있어서의 상기 제1 태양 전지와 대향하지 않는 면측에는 제2 유리 기판이 설치된,
    유리 건축재.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 태양 전지와 상기 반사막 사이에는 밀봉재가 개재하는,
    유리 건축재.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 태양 전지와 상기 반사막 사이에는 제3 유리 기판이 개재하는,
    유리 건축재.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 태양 전지는 적어도 300㎚ 내지 1200㎚의 파장 범위에 분광 감도를 갖는,
    유리 건축재.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 태양 전지는 헤테로 접합형 태양 전지인,
    유리 건축재.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반사막은, 상기 제1 태양 전지의 한쪽 면측으로부터 입사하는 태양광에 있어서의 적어도 근적외광을 반사하여, 상기 제1 태양 전지의 다른쪽 면에 입사시키는,
    유리 건축재.
  12. 제11항에 있어서, 상기 반사막은, 상기 제2 태양 전지의 한쪽 면측으로부터 입사하는 태양광에 있어서의 적어도 근적외광을 반사하여, 상기 제2 태양 전지의 다른쪽 면에 입사시키는,
    유리 건축재.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 반사막이, 그의 표면에 요철을 갖고, 상기 근적외광을 난반사시켜 상기 제1 태양 전지의 다른쪽 면에 입사시키는,
    유리 건축재.
  14. 제12항에 있어서, 상기 반사막이, 그의 표면에 요철을 갖고, 상기 근적외광을 난반사시켜 상기 제1 태양 전지의 다른쪽 면 및 상기 제2 태양 전지의 다른쪽 면에 입사시키는,
    유리 건축재.
  15. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 반사판은, 상기 제1 태양 전지의 한쪽 면측으로부터 입사하는 태양광에 있어서의 적어도 근적외 성분과 가시광 성분을 반사하여, 상기 제1 태양 전지의 다른쪽 면에 입사시키는,
    유리 건축재.
  16. 제6항에 있어서, 상기 반사막과 상기 제2 유리 기판 사이에는 공기층이 개재하는,
    유리 건축재.
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