KR20200009756A - 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실외에 배치되며, 소정 공간을 갖는 지지프레임; 소정 공간에 수직 방향을 따라 일정간격 떨어져 배치된 복수 개의 장착부재; 각각의 장착부재에 장착된 복수 개의 태양전지 패널; 태양전지 패널로 태양광을 투과시키도록 배치되고, 복수 개의 태양전지 패널을 둘러싸도록 마련된 유리부; 를 포함하는 태양광 발전 장치를 제공하고자 한다.

Description

태양광 발전 장치{Solar energy generating apparatus}

본 발명은 태양전지 패널을 이용한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아파트 난간, 발코니 등에 설치 가능한 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

최근에는 에너지 소비를 절감하기 위한 방안으로 대체에너지로서 태양에너지와 같은 자연에너지를 이용하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 상기한 태양에너지 중에서도 태양광을 활용하는 태양광 발전시스템은 건축물의 외벽 중 일조량이 많은 곳에 태양전지 셀을 설치하고, 태양전지 셀에서 태양광을 집광한 후 집광된 태양광을 전기에너지로 변환하여 건축물 내부에 공급하게 된다.

이러한 태양광 발전 시스템의 태양전지 셀은 외부로 노출되기 때문에 태양전지 셀에는 내, 외부 충격 및 오염 방지용 강화유리가 삽입되어야 하는 단점이 있다.

이로 인해 태양전지 셀의 제작비용 및 설치비용이 상승할 뿐만 아니라, 고장 시 유지관리가 용이하지 않은 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 기술이 요구되는 실정이다.

본 발명은 외부로 노출된 태양전지 패널에 부착되는 오염물질 및 충격 등을 방지하도록 유리부를 구성하여 태양전지 패널 각각에 삽입된 내, 외부 충격 및 오염 방지를 위한 강화유리가 필요 없는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 실외에 배치되며, 소정 공간을 갖는 지지프레임; 소정 공간에 수직 방향을 따라 일정간격 떨어져 배치된 복수 개의 장착부재; 각각의 장착부재에 장착된 복수 개의 태양전지 패널; 태양전지 패널로 태양광을 투과시키도록 배치되고, 복수 개의 태양전지 패널을 둘러싸도록 마련된 유리부; 를 포함하는 태양광 발전 장치를 제공한다.

또한, 지지프레임은, 유리부를 지지하기 위해 지지프레임 외측으로 돌출되도록 마련된 유리부 지지부재; 를 포함한다.

또한, 태양전지 패널은, 태양전지 패널을 지지하기 위한 베이스 프레임, 베이스 프레임을 지지프레임에 고정하기 위해 베이스 프레임의 양 종단부에 각각 마련된 고정 프레임을 포함한다.

또한, 태양전지 패널은, 수평 방향을 기준으로, 65 내지 75 도의 각도로 고정되는 것을 포함한다.

또한, 복수 개의 태양전지 패널은, 복수 개의 태양전지 패널을 수직 방향을 따라 직렬로 연결하도록 각각 마련된 바이패스 다이오드(Bypass Diode)를 포함한다.

또한, 장착부재는, 복수 개의 태양전지 패널이 태양의 고도에 따라 회전 가능하게 마련되는 것을 포함한다.

또한, 지지프레임은, 난간에 장착하기 위한 난간부재; 추가로 포함한다.

또한, 난간부재는, 난간부재와 난간을 연결 고정하기 위한 연결부재를 추가로 포함한다.

본 발명에 따르면, 태양전지 패널에 부착되는 오염물질을 방지하도록 유리부를 구성하여 태양전지 패널 각각에 삽입된 내, 외부 충격 및 오염 방지를 위한 강화유리가 필요 없는 태양광 발전 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장착부재를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정프레임을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 태양전지 패널의 배선 연결을 나타난 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

먼저, 본 명세서 전체에서 수직 방향은, 지면과 수직한 방향을 의미하고, 수평 방향은 지면과 수평한 방향을 의미한다.

본 발명은 태양전지 패널을 이용한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아파트 난간, 발코니 등에 설치 가능한 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

예시적인 본 발명의 태양광 발전 장치에 의하면, 외부로 노출된 태양전지 패널에 부착되는 오염물질 및 충격 등을 방지하도록 유리부를 구성하여 태양전지 패널 각각에 삽입된 내, 외부 충격 및 오염 방지를 위한 강화유리가 필요 없는 태양광 발전 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장착부재를 설명하기 위해 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고정프레임을 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부재를 나타낸 도면, 도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수 개의 태양전지 패널의 배선 연결을 나타난 도면이다.

이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 태양광 발전 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 장치(10)는, 실외에 배치되며, 소정 공간을 갖는 지지프레임(100), 소정 공간에 수직 방향을 따라 일정 간격 떨어져 배치된 복수 개의 장착부재(200), 장착부재를 따라 각각의 장착부재에 장착된 복수 개의 태양전지 패널(300) 및 태양전지 패널로 태양광을 투과시키도록 배치되고, 복수 개의 태양전지 패널을 둘러싸도록 마련된 유리부(400)를 포함한다. 상기 유리부(400)는 각각의 태양전지 패널로 태양광을 투과시키되, 태양전지 패널에 오염물질의 부착 및 충격을 방지하는 기능을 수행한다. 또한, 상기 유리부(400)는 태양광 발전 장치(10)의 전면 외관을 형성('전면 유리부'라고도 함)하며, 지지프레임(100)의 공간을 외부로부터 격리시키도록 배치된다.

보다 구체적으로, 지지프레임(100)은, 소정 공간(S)을 갖도록 상하부에 수평 하게 각각 마련된 상부 프레임(101) 및 하부 프레임(102)을 포함하며, 상부 및 하부 프레임의 양 종단부를 수직하게 각각 연결하는 한 쌍의 수직 프레임(103)을 포함한다.

이에 더하여, 도 3을 참조하면, 상기 지지프레임(100)은, 소정 공간(S)에 수직 방향을 따라 일정 간격 떨어져 배치된 복수 개의 장착부재(200)를 포함한다.

상기 장착부재(200)는, 상부 및 하부 프레임(101,102) 사이에 각각 배치될 수 있다.

상기 장착부재(200)의 양 종단은, 한 쌍의 수직 프레임(103)에 각각 연결 구비될 수 있다.

또한, 상기 장착부재(200) 각각에는 복수 개의 태양전지 패널(300)이 장착될 수 있다. 이때, 복수 개의 태양전지 패널(300)은 수평 방향에 대하여 소정 각도로 경사진 상태에서, 장착 부재(200)에 고정 설치될 수 있다.

한편, 또 다른 실시예로, 상기 장착부재(200)에는 복수 개의 태양전지 패널(300)이 태양의 고도에 따라 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 예를 들어, 상기 장착부재(200)는 복수 개의 태양전지 패널(300)이 상하로 회전 가능하도록 마련된 회전축일 수 있으며, 상기 장착부재(200)는 한 쌍의 수직 프레임(103) 사이에 회전 가능하게 결합되어 복수 개의 태양전지 패널(300)이 태양광의 입사 고도(태양광의 입사 각도)에 따라 일정 각도 회전 가능하게 설치될 수 있다. 일 예로, 태양광이 낮게 비추는 아침이나 저녁에는 각도를 거의 수직에 가깝게 회전시킬 수 있고, 태양광이 높게 비추는 정오에는 수평에 가깝도록 회전시킴으로써, 발전량이 최대가 될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기와 같은 회전은 사용자가 수동으로 회전시킬 수도 있고, 모터, 기어 와이어 등의 구성을 추가함으로써 동시 또는 개별적으로 자동으로 회전시킬 수도 있고, 태양의 고도에 따라 장착부재의 각도를 제어하도록 마련된 제어부에 의해 제어할 수도 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 태양전지 패널은, 태양전지 패널을 지지하기 위한 베이스 프레임(310), 베이스 프레임을 지지프레임에 고정하기 위해 베이스 프레임(310)의 양 단부에 각각 마련된 고정 프레임(320)을 포함한다.

여기서, 상기 베이스 프레임(310)은 수평방향의 양 종단이 수직 프레임(103)에 각각 고정 지지되도록 마련될 수 있다.

상기 수직 프레임(103)은, 복수 개의 태양전지 패널을 구획하도록 소정 영역에 추가로 마련되어 상기 베이스 프레임을 고정 지지할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 베이스 프레임(310)은, 수평방향으로 확장되게 마련되어 베이스 프레임(310) 상에 각각의 태양전지 패널(301)이 복수 개 배치될 수 있다.

상기 베이스 프레임(310)은 각각의 태양전지 패널(301)이 삽입 고정되는 고정홈부(311)를 포함하며, 상기 고정홈부는 단면형상이 대략 'ㄷ'자 형상으로 태양전지 패널이 끼움 고정 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 고정홈부는 수직방향으로 양 단부에 각각 마련될 수 있다.

또한, 상기 베이스 프레임은 상단부(310a)의 고정홈부(311a) 측으로 향할수록 단면적이 좁아지도록 마련될 수 있으며, 내부에 복수의 중공(h)이 형성될 수 있다.

상기 중공(h)은 베이스 프레임의 무게를 감소시킬 수 있다. 동시에, 베이스 프레임이 복수 개 마련되어 수평방향을 따라 연결시키는 경우, 상기 중공(h)을 통해 서로 인접하는 베이스 프레임을 피스를 이용하여 보다 용이하게 연결할 수 있는 효과가 있다.

또한, 베이스 프레임은 고정홈부(311a) 측으로 향할수록 단면적이 좁아지도록 하여 베이스 프레임이 소정 각도를 갖도록 장착될 때, 전체적인 두께를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

이에 더하여, 상기 고정프레임(320)은, 베이스 프레임 수평 방향으로 양 종단부에 각각 마련되어 베이스 프레임을 지지프레임 즉, 수직 프레임(103)에 고정하도록 마련될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 고정프레임(320)은 베이스 프레임의 형상에 대응하게 마련되어 베이스 프레임이 소정 각도를 갖도록 고정시킬 수 있다.

여기서, 상기 베이스 프레임(310)은 폴리염화비닐(PVC) 소재로 이루어질 수 있고, 고정 프레임(320)은 알루미늄(AL) 소재로 이루어질 수 있다.

상기 베이스 프레임은 베이스 프레임에 고정되는 태양광 모듈이 휘어지는 것을 방지하며, 절연 성질을 갖는 폴리염화비닐(PVC) 소재로 제작될 수 있고, 상기 고정 프레임은 전체적으로 소정의 강도를 지니면서 전기적 절연이 필요치 않아 소정의 강도를 갖는 알루미늄(AL) 소재로 제작될 수 있다.

전술한 바와 같이, 고정 프레임(320)에 베이스 프레임 상에 고정된 복수 개의 태양전지 패널은 소정 각도를 갖도록 고정됨으로써, 태양광 발전 장치(10)의 두께를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

특히, 상기 베이스 프레임 상에 고정된 태양전지 패널은, 수평 방향을 기준으로, 65 내지 75도(º)의 각도로 고정될 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 태양전지 패널은 수평 방향을 기준으로, 70도(º)의 각도로 고정될 수 있다.

여기서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 수평 방향이란, 지면과 평행한 가상의 기준선(L)을 의미할 수 있으며, 상기 고정 각도는 지면과 평행한 가상의 기준선(L)에서 65도 내지 75도, 보다 바람직하게 70도를 가질 수 있다.

한편, 지지프레임(100)은, 유리부(400)를 지지하기 위해 지지프레임 외측으로 돌출되도록 마련된 유리 지지부재(110)를 포함할 수 있다.

특히, 상기 유리 지지부재(110)는, 상부 및 하부 프레임(101,102) 보다 외측으로 돌출되도록 마련되어 유리부(400)를 고정 지지할 수 있도록 마련될 수 있다.

상기 지지프레임(100)은, 제1측(100a) 및 제1측의 반대방향 제2측(100b)을 갖는다.

여기서, 제1측(100a)은, 지지프레임(100)이 아파트, 발코니 등의 난간대에 설치되는 방향을 의미하며, 제2측(100b)은, 유리부(400)가 마련되는 방향을 의미한다.

즉, 상기 유리 지지부재(110)는, 지지프레임(100)의 제2측(102)에 마련되며, 복수 개의 태양전지 패널이 배치된 지지프레임의 소정 공간(S)을 밀폐할 수 있도록 상부 및 하부 프레임(101,102)에 각각 마련될 수 있다.

여기서, 상기 유리 지지부재(110)는 상부 및 하부 프레임(101,102)의 수평방향을 따라 소정간격 이격 되게 복수 개 구비되어 유리부(400)를 보다 안정적으로 지지하도록 마련될 수 있다.

상기 유리부(400)는 전술한 태양전지 패널을 밀폐하는 판유리 또는 강화 판유리를 포함할 수 있고, 상기 판유리 또는 강화 판유리의 둘레를 감싸는 유리 부재(401)가 마련될 수 있고, 상기 유리 부재(401) 일측과 유리 지지부재(110) 일측이 연결 고정되어 유리를 고정 및 지지할 수 있다.

한편, 상기 지지프레임(100)은, 난간에 장착하기 위한 난간부재(120)를 포함할 수 있다.

상기 난간부재(120)는 베란다, 발코니 등에 형성된 난간에 지지프레임(100)을 장착하기 위한 지지 수단으로, 난간부재를 난간에 장착하기 위한 연결부재(121)를 포함할 수 있다.

여기서 연결부재(121)는, 난간과 난간부재를 연결하여 난간부재를 지지 고정할 수 있는 것이라면 모두 적용 가능하다.

일 예로, 연결부재는, 볼트, 브라켓 등이 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 난간에 고정 가능한 수단은 모두 적용 가능하다.

특히, 도 7을 참조하면, 연결부재(121)는, 지지프레임 상에 난간부재(120)가 형성되지 않는 경우, 지지프레임(100)의 상부 프레임 또는 하부 프레임 또는 수직 프레임 중 적어도 어느 하나 이상에 마련되어 난간에 고정될 수 있다.

예를 들어, 연결부재(121)는 상부 프레임 및 한 쌍의 수평 프레임 각각에 복수 개 마련되어 나간과 연결 고정될 수 있다.

한편, 상기 복수 개의 태양전지 패널은, 복수 개의 태양전지 패널을 수직 방향을 따라 직렬로 연결하도록 각각 마련된 바이패스 다이오드(Bypass Diode)를 포함할 수 있다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 태양광 발전 장치(10)의 복수 개의 태양전지 패널(이하, 태양전지 모듈)은 상기 바이패스 다이오드에 의해 각각 직렬로 연결되어 그림자 효과를 최소화 할 수 있게 된다.

따라서, 병렬로 연결한 경우 보다 더 높은 효율로 전력을 생산할 수 있게 된다.

여기서, 상기 그림자 효과란, 태양전지 모듈이 직렬로 연결되고, 태양전지 모듈 중 어느 하나에 그림자가 형성되어 음영이 발생한 경우의 출력은, 도 11 (b)와 같이 음영이 형성된 태양전지 모듈에 의해 출력이 저하되지만, 태양전지 모듈이 병렬로 연결되고, 태양전지 모듈 중 어느 하나에 그림자가 형성되어 음영이 발생하더라도 직렬연결에 비해 더 높은 출력을 얻을 수 있게 된다.

또한, 본 발명은, 절연체인 폴리염화비닐(PVC) 소재로 이루어진 베이스 프레임에 태양광 모듈을 고정할 때, 태양광 모듈이 베이스 프레임이 장착될 상태에서, 베이스 프레임과 태양광 모듈의 경계부(4개의 면) 사이에 형성된 틈을 실리콘으로 실링함으로써, 베이스 프레임과 태양광 모듈이 결합 시, 습윤 누설 전류를 차단할 수 있는 효과가 있다.

상기 습윤 누설 전류의 경우, 전기 절연 시험을 통해 습윤 누설 전류 유무를 판정하게 된다.

일반적으로, 태양광 모듈의 사면(4개의 면)은 알루미늄 프레임에 고정되어 있는데, 금속 등이 태양광 모듈에 접하는 경우, 절연에 불리하게 되므로, 전기 절연 시험을 통해 습윤 누설 전류 유무 판정에 불리하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 베이스 프레임과 태양광 모듈이 접할 때 형성되는 틈을 실리콘으로 실링 처리함으로써, 습윤 누설 전류를 제거할 수 있게 된다.

상기 복수 개의 태양전지 패널은, 태양광 발전에 의해 전기에너지로 변환된 전력을 충전하도록 마련된 별도의 충전부재를 포함할 수 있으며, 상기 충전 부재(미도시)와 태양전지 패널은 전기적으로 연결될 수 있다.

따라서, 태양전지 패널을 통해 전기 에너지로 변환된 전력은 별도의 충전부재에 충전되어 필요에 따라 충전부재를 통해 생산된 전기를 이용할 수 있다.

종래에 태양광 발전을 위해 난간에 직접 설치되어 복수개의 태양전지 패널이 외부에 노출되어 태양발전 장치 패널에 외부 충격 및 오염이 발생될 수 있는 문제점이 있었으나, 본 발명과 같이, 유리부(400)에 의해 태양전지 패널에 직접적으로 발생될 수 있는 오염 또는 충격을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 태양전지 패널의 유지 보수가 용이한 장점이 있다.

10: 태양광 발전 장치
100: 지지프레임
200: 장착부재
300: 태양전지 패널
400: 유리부

Claims (8)

1. 실외에 배치되며, 소정 공간을 갖는 지지프레임;
   소정 공간에 수직 방향을 따라 일정간격 떨어져 배치된 복수 개의 장착부재;
   각각의 장착부재에 장착된 복수 개의 태양전지 패널;
   태양전지 패널로 태양광을 투과시키도록 배치되고, 복수 개의 태양전지 패널을 둘러싸도록 마련된 유리부; 를 포함하는 태양광 발전 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   지지프레임은,
   유리부를 지지하기 위해 지지프레임 외측으로 돌출되도록 마련된 유리부 지지부재; 를 포함하는 태양광 발전 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   태양전지 패널은, 태양전지 패널을 지지하기 위한 베이스 프레임, 베이스 프레임을 지지프레임에 고정하기 위해 베이스 프레임의 양 종단부에 각각 마련된 고정 프레임을 포함하는 태양광 발전 장치.
4. 제 3항에 있어서,
   태양전지 패널은, 수평 방향을 기준으로, 65 내지 75 도의 각도로 고정되는 태양광 발전 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   복수 개의 태양전지 패널은, 복수 개의 태양전지 패널을 수직 방향을 따라 직렬로 연결하도록 각각 마련된 바이패스 다이오드(Bypass Diode)를 포함하는 태양광 발전 장치.
6. 제 1항에 있어서,
   장착부재는, 복수 개의 태양전지 패널이 태양의 고도에 따라 회전 가능하게 마련되는 태양광 발전 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   지지프레임은,
   난간에 장착하기 위한 난간부재; 추가로 포함하는 태양광 발전 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   난간부재는, 난간부재와 난간을 연결 고정하기 위한 연결부재를 추가로 포함하는 태양광 발전 장치.
   
   

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