KR20210042793A - 외벽 건물일체형태양광발전장치 - Google Patents

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KR20210042793A
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Abstract

외벽에 설치하는 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로, 일반적으로 철근콘크리트, 블록, 철판재, 합판류 등으로 구성되는 건축 외벽(300);
외벽(300)에 단열처리가 안되었을 시 외기온도 차단효과를 높이는 일정두께로 외벽(300)에 설치하는 단열재(350);
단열재(350)를 외벽(300)에 고정하고 태양광모듈(100)도 구조적으로 고정하고 지지키 위해 수직으로 배치하는 복수의 철재류 Z-bar(370);
이어 수직으로 설치된 복수의 Z-bar(370)에 한 장의 모듈높이간격으로 직각인 수평으로 설치하는 특수제작한 복수의 철재류 모듈받침대(200);
본 발명의 핵심재료이며 알미늄재의 틀로 사방을 고정했고 대량생산되는 인증된 규격인 복수의 태양광모듈(PV)(100);
상기 모듈(100)을 모듈받침대(200)에 삽입한 후 모듈(100)이탈을 방지키 위해 볼트로 고정시키는 복수의 철재류 모듈고정클립(210);
이때 진동방지와 방수를 위해 모듈(100) 상단 하단과 모듈받침대(200) 사이에 수평으로 끼워 넣는 고무패킹(260);
모듈(100) 좌/우측의 모듈(100) 사이 수직공간을 메우는 방수효과가 있고 수축성으로 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250);
모듈(100)이외 부분을 모듈(100) 마감면과 동일하게 마감처리하는 건축적인 외벽마감재(400);
모듈(100)에서 발생하는 열처리를 위한 공기순환을 위해 모듈(100) 상부와 하부에 설치되는 외벽마감재(400)에 구성한 복수의 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450);로
구성하여 건축구조적, 건축예산 절감, 방수처리, 바람에 의한 진동처리, 모듈 발생열 처리 등의
장점이 있는 외벽 건물일체형태양광발전장치이다.

Description

외벽 건물일체형태양광발전장치{Building Integrated Photovoltaic(BIPV) System in Outdoor Wall}
본 발명은 건물일체형태양광발전시스템의 벽체 적용에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축물의 외부벽체에 태양광모듈을 배치함에 있어서 빗물 등에 의한 누수차단, 구조적인 외벽역할과 태양광모듈의 온도상승저하를 위한 자연환기가 가능한 외벽 건물일체형태양광발전장치에 관한 것이다.
태양광발전은 반도체로 만들어진 태양전지(모듈)에 빛 에너지를 조사하여 빛 에너지를 직류 전기로 변환하여 전력을 생산하는 것으로써, 무한정ㆍ무공해의 태양 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 적으며, 또한 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 최소 25년 이상으로 길며, 유지보수도 용이한 장점이 있다.
일반적으로 태양광 발전시스템은 빛 에너지를 직류의 전기 에너지로 변환하게 되는 태양광 모듈과, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하기 위한 인버터와, 태양광 모듈에서 발생된 직류 전원을 인버터로 전달하게 되는 접속함을 포함하며, 인버터에서 변환된 교류 전원은 별도의 교류 배전반에 의해 전력 계통 시스템으로 보내 구내 또는 수용가에 공급되어 사용된다.
단위 태양전지에서 발생되는 전기 에너지의 량은 매우 작기 때문에 통상적으로는 여러 개의 태양전지군을 모듈로 제작하며, 또한 복 수개의 태양광 모듈을 직렬로 한 그룹으로 어레이를 구성하고 이러한 그룹을 다시 병렬로 연합하여 필요한 전력을 확보하게 된다.
이러한 친환경 신재생에너지인 태양광발전에 핵심자재인 모듈의 설치는 일정한 규모의 구조물과 공간을 필요로 하고, 일반적으로 1KW의 전력 생산을 위한 모듈의 필요면적은 최소 5제곱미터의 공간이 필요하다. 도시지역에서는 공간 확보가 쉽지 않아 건축물의 옥상 창문 지붕 외벽 등에 설치하고 건물외장재 일체형으로 설치하는 사례가 많아지고 있다.
이러한 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)는 건물의 외관에 지장을 주지 않고 건축물의 마감재로 공용하므로 건축비도 일부 절감하는 효과를 거둘 수 있지만 누수문제, 건축구조와 태양광모듈 설치의 조합문제, 경제적인 문제를 해결해야 하는 과제가 있다.
이러한 문제점을 해결하는 외벽의 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로 외벽에 외기온도 차단효과를 높이는 단열재 설치와 단열재를 벽체에 고정하면서 태양광모듈도 고정키 위한 철재 Z-bar를 수직으로 고정 한 후, 이어 Z-bar에 특수제작한 모듈받침대를 한 장의 모듈높이간격으로 수평 설치하고 인증된 규격모듈(PV)을 모듈받침대에 삽입한 후 일정간격으로 모듈고정클립으로 고정시킨다.
이때 진동방지와 방수기능의 고무패킹을 모듈 상단과 하단의 모듈받침대 사이에 끼워 넣고,
모듈 좌우로 배치한 모듈 사이는 방수효과가 있고 수축성이 있어 진동 방지할 수 있는 실런트로 수직의 모듈사이를 메워 고정하고, 모듈이외의 외벽은 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구가 있는 제품으로 모듈 마감면과 동일한 높이로 시공처리하여 태양광모듈의 외벽일체형으로 마무리하는 태양광발전장치로 건축구조적인 기술, 건축예산 절감기술, 방수처리문제, 바람에 의한 진동처리, 모듈 발생열 처리 등의 기술이 적용된다.
이와 같이 외벽에 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)를 설치하므로 외벽의 건축적 역할과 무궁한 친환경 신재생에너지인 태양광발전을 동시에 구현하면서 건축적 방수처리, 미관처리와 비싼 강화유리 BIPV모듈보다 저렴한 인증 PV태양광모듈로 외벽재로 사용한 공사비절감과 외벽공간에 모듈을 설치하므로 별도의 태양광모듈 설치장소 마련비용을 절감할 수 있는 경제적효과를 거둘 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 외벽에 태양광모듈을 일체화 설치시 조화로운 결합으로 건축공학적 구조문제, 단열처리, 바람에 의한 진동처리, 빗물처리문제, 모듈 발생열처리로 필요한 자연환기문제 등을 해결하기 위하여 고안된 외벽 건물일체형태양광발전장치를 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 외벽에 설치하는 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로, 일반적으로 철근콘크리트, 블록, 철판재, 합판류 등으로 구성되는 건축물 외벽(300);과 외벽(300)에 단열처리가 안되었을 시 외기온도 차단효과를 높이는 일정두께로 외벽(300)에 설치하는 단열재(350); 단열재(350)를 외벽(300)에 고정하고 태양광모듈(100)도 구조적으로 고정하고 지지키 위해 수직으로 배치하는 복수의 철재류 Z-bar(370); 이어 수직으로 설치된 복수의 Z-bar(370)에 한 장의 모듈높이간격으로 직각인 수평 설치하는 특수제작한 복수의 철재류 모듈받침대(200); 본 발명에 사용되는 태양광으로 전기를 생산하는 핵심재이며 알미늄재의 틀로 사방을 고정했고 대량생산되는 인증된 규격품인 복수의 태양광모듈(PV)(100); 상기 모듈(100)을 모듈받침대(200)에 삽입한 후 모듈(100)이탈을 방지키 위해 볼트로 고정시키는 복수의 철재류 모듈고정클립(210);
이때 진동방지와 방수를 위해 모듈(100) 상단/하단과 모듈받침대(200) 사이에 수평으로 끼워 넣는 고무패킹(260); 모듈(100) 좌/우측의 모듈(100) 사이 형성되는 수직공간을 메우는 방수효과가 있고 수축성으로 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250); 상기 모듈(100)이외 부분을 모듈(100) 마감면과 동일한 높이로 시공처리하는 건축적인 외벽마감재(400); 상기 모듈(100)에서 발생하는 열처리로 공기순환을 위해 모듈(100) 상부와 하부 외벽마감재(400)에 설치되는 복수의 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450);로 구성하어 건축구조적, 건축예산 절감, 방수처리, 바람에 의한 진동처리, 모듈 발생열 처리 등의 장점이 있는 외벽 건물일체형태양광발전장치로 시스템화해야 한다.
상기와 같이 본 발명은,
외벽에 설치하는 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)로, 모듈 틈새를 통해 건축물로 침입하는 빗물을 모듈받침대, 고무패킹와 실런트로 처리하여 외벽방수효과를 올리고 모듈 상하부의 루버공기출입구에서 단열재와 태양광모듈사이의 공간으로 자연환기를 유도하여 모듈 열을 냉각하는 효과를 발휘하여 외벽마감재와 태양광발전장치의 동시구현으로 건축구조적, 건축예산 절감, 방수처리, 바람에 의한 진동처리, 모듈 발생열 처리 등의 효과를 제공한다.
또한 태양광모듈을 외부에서 탈부착이 가능한 구조로 발명되어 유지보수를 용이한 효과를 거둘 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치를 정면에서 본 정면도
도2는 도1의 경우 측면에서 바라본 측면도
도3은 도2의 경우 상세도의 예
도4는 도2의 경우 단면도의 예
도5는 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치의 부품상세도
도6은 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치의 구성결선도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
아울러, 본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함한다" 또는 "가지다"등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치를
정면에서 본 정면도로 대략 가로:세로의 비가 1:2, 1:1.6로 대량생산되는 규격인증품인 PV태양광모듈(100) 9장을 가로로 배치한 예로서, 모듈받침대(200)는 모듈(100) 상부와 하부에 수평으로 배열하고, 모듈(100) 윗부분은 모듈받침대(200)에 끼우고 모듈(100) 아랫부분은 모듈(100) 가로의 1/4지점과 3/4지점에 모듈고정클립(210)으로 고정하고, 모듈(100) 좌/우의 모듈(100) 사이 보통 1∼10mm 정도 수직으로 형성되는 공간은 방수효과가 있고 수축성으로 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250)로 메우고, 모듈(100)에서 발생하는 열처리로 공기순환을 위해 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450)가 있는 외벽마감재(400)를 모듈(100) 상부와 하부에 설치하게 된다.
도2는 도1의 일실시 예를 측면에서 바라본 측면도로, 일반적으로 철근콘크리트, 블록, 철판재, 합판류 등으로 구성되는 건축물 외벽(300)에 외부와 실내의 대류, 전도, 복사에 의한 열의 이동을 막아 건물에서 빠져나가는 열 차단효과를 높이는 스티로폼 또는 압출보호판 또는 그라스울 또는 미네랄울 등의 단열재(350)을 설치하고, 이 단열재(350)를 외벽(300)에 고정하고 태양광모듈(100)도 구조적으로 고정하고 지지키 위해 수직으로 배치하는 복수의 철재류 Z-bar(370)를 Z-bar고정볼트(380)로 외벽(300)에 고정한 후 직각인 수평방향으로 한 장의 모듈높이 간격으로 설치하는 특수제작한 복수의 철재류 모듈받침대(200)을 고정하고, 본 발명에 사용되는 알미늄재의 틀로 사방을 고정된 대량생산되는 인증된 규격인 복수의 태양광모듈(PV)(100)을 모듈받침대(200)에 삽입한 후 모듈(100)이탈을 방지키 위해 볼트로 복수의 철재류 모듈고정클립(210)로 고정시킨다.
도3은 도2의 경우 상세도의 예로서 상세도A의 경우는 모듈(100)에서 발생하는 열처리로 공기순환을 위해 모듈(100) 상부와 하부에 설치되는 외벽마감재(400)에 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450)의 상세도 이다.
상세도B의 경우는 일반적으로 철근콘크리트, 블록, 철판재, 합판류 등으로 구성되는 건축물 외벽(300)에 외부와 실내의 대류, 전도, 복사에 의한 열의 이동을 막아 건물에서 빠져나가는 열 차단효과를 높이는 스티로폼 또는 압출보호판 또는 그라스울 또는 미네랄울 등의 단열재(350)를 외벽(300)에 고정하고 태양광모듈(100)도 구조적으로 고정하고 지지키 위해 수직으로 배치하는 복수의 철재류 Z-bar(370)를 Z-bar고정볼트(380)로 외벽(300)에 고정한 후 직각인 수평방향으로 한 장의 모듈높이 간격으로 설치하는 특수제작한 복수의 철재류 모듈받침대(200)을 Z-bar(370)에 볼트로 고정하고, 알미늄재의 틀로 사방을 고정된 대량생산되는 인증된 규격인 복수의 모듈(PV)(100)을 모듈받침대(200)에 삽입한 후 모듈(100) 이탈을 방지키 위해 볼트로 고정시키는 복수의 철재류 모듈고정클립(210)로 고정시킨다. 이때 진동방지와 방수를 위해 모듈(100) 상단/ 하단과 모듈받침대(200) 사이에 수평으로 수축성 기밀성이 있는 고무패킹(260)을 끼워 설치하고, 모듈(100) 좌/우측의 모듈(100) 사이 수직공간도 방수효과가 있고 수축성으로 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250)로 메워 처리한다. 또한 Z-bar(370)와 모듈(100)사이의 공간으로 공기이동과 케이블 배선이 가능하도록 모듈받침대(200) 중 Z-bar(370)와 모듈(100)사이 부분의 재료에 다수의 통로공간을 마련한다.
도4는 도2의 경우 하부에서 본 단면도의 예로서 단면 A-A의 경우는 상기 외벽(300)에 Z-bar(370)를 Z-bar고정볼트(380)로 외벽(300)에 고정한 후 Z-bar(370) 윗면과 모듈받침대(200) 하부면를 볼트로 접합 고정시키는 단면도이다. 이때 Z-bar(370) 이외 외벽(300)부분은 단열재(350)로 채워진다.
도5은 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치의 부품상세도로서, 모듈받침대(200), 모듈고정클립(210), Z-bar(370) 모형도이다.
도6는 본 발명에 의한 일실시 예에 따른 외벽 건물일체형태양광발전장치의 구성결선도로 건물외벽일체로 시설하는 모듈, 접속함, 인버터, 모니터링으로 구성되어 계통연계 된다.
이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 게시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : PV태양광모듈
200 : 모듈받침대
210 : 모듈고정클립
250 : 실런트
260 : 고무 패킹
270 : T-bar
300 : 외벽
350 : 단열재
370 : Z-bar
380 : Z-bar 고정볼트
400 : 외벽마감재
450 : 루버 공기출입구

Claims (3)

  1. 일반적으로 철근콘크리트, 블록, 철판재, 합판류 등으로 구성되는 건축물 외벽(300);과
    상기 외벽(300)에 단열처리가 안되었을 시 외기온도 차단효과를 높이는 일정두께로 외벽(300)에 설치하는 단열재(350);와
    상기 단열재(350)를 외벽(300)에 고정하고, 태양광모듈(100)도 구조적으로 고정하고 지지키 위해 수직으로 배치하는 복수의 철재류 Z-bar(370);
    수직으로 설치된 상기 복수의 Z-bar(370)에 한 장의 모듈높이간격으로 직각인 수평으로 길게 설치하는 특수제작한 복수의 철재류 모듈받침대(200);
    상기 모듈받침대(200)에 고정되고 본 발명의 핵심재료인 태양광발전을 하는 알미늄재의 틀로 사방을 고정했고 인증된 규격의 대량생산품인 복수의 태양광모듈(PV)(100);
    상기 모듈(100)을 모듈받침대(200)에 삽입한 후 모듈(100)이탈을 방지키 위해 볼트로 고정시키는 복수의 철재류 모듈고정클립(210);
    이때 진동방지와 방수를 위해 모듈(100) 상단/하단과 모듈받침대(200) 사이에 수평으로 길게 끼워 넣는 고무패킹(260);과
    상기 모듈(100) 좌/우측의 모듈(100) 사이 수직공간을 메우는 방수효과가 있고 수축성의 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250);
    상기 모듈(100)이외 부분을 모듈(100) 마감면과 동일한 레벨로 마감처리하는 건축적인 외벽마감재(400);
    상기 모듈(100)에서 발생하는 열처리를 위한 공기순환을 위해 모듈(100) 상부와 하부에 설치되는 외벽마감재(400)에 설치되는 복수의 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450);를 포함하여 접속함, 인버터와 계통연계로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 외벽 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 모듈(PV)(100)을 설치 할 때 모듈(100)상부는 모듈받침대(200) 전면부 ㄷ자 모양에 삽입하고, 모듈(100)하부는 모듈(100)이 모듈받침대(200)에서 이탈을 방지하기 위해 볼트로 고정시키는 복수의 철재류 모듈고정클립(210)로 고정시키고, 모듈(100) 상단/하단과 우수의 벽측침입을 차단하는 구조로 제작된 모듈받침대(200) 사이에 진동방지와 방수를 위해 수축성 기밀성이 있는 고무패킹(260)을 끼워 설치하고, 모듈(100) 좌/우측 모듈(100) 사이 수직공간도 방수효과가 있고 수축성으로 진동 방지도 가능한 합성수지류의 실런트(250)로 메워 처리하고, Z-bar(370)와 모듈(100)사이의 공간으로 공기이동과 케이블 배선이 가능하도록 모듈받침대(200) 중 Z-bar(370)와 모듈(100)사이 부분의 철판재료에 다수의 구멍을 마련한 외벽 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV).
  3. 상기 모듈(100)에서 발생하는 열처리를 위한 공기순환을 위해 모듈(100) 상부측과 하부측에 설치되는 외벽마감재(400)에 설치된 우수 침입이 어려운 루버형의 공기출입구(450);를 포함하는 외벽 건물일체형태양광발전장치(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)
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CN115324301A (zh) * 2022-08-31 2022-11-11 中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 一种墙面光伏系统及其控制方法
KR20240013512A (ko) 2022-07-22 2024-01-30 (주)거광기업 Pv패널 수리가 용이한 bipv 프레임 구조

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