KR20210117680A

KR20210117680A - 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조 방법

Info

Publication number: KR20210117680A
Application number: KR1020200034196A
Authority: KR
Inventors: 김상원
Original assignee: 주식회사 한축테크
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-29

Abstract

본 발명은, 상면에 형성된 고강도의 투명수지강화층과 하단에 휨 강도가 우수한 재활용 자재를 사용하여 형성된 수지블록에 의해 강한 충격 및 상측에서 누적된 하중에도 태양전지모듈이 손쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있고, 수지블록과 유색층을 재활용 자재로 형성하여 친환경적인 제품을 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며, 유색층에 의해 각 구성요소가 견고하게 결합된 상태 및 태양전지모듈의 씰링 상태를 유지할 수 있어서, 보차도용 블록으로서의 기능을 충실히 수행하면서 일정수준의 태양광 전기를 발전할 수 있고, 상면의 오염을 용이하게 제거할 수 있는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조 방법을 제공한다.

Description

폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조 방법{Block-type solar power generation module utilizing waste resources and manufacturing method the same}

본 발명은 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재활용 자재를 사용하여 수지블록을 형성함으로써 가격이 저렴하고 친환경적인 효과가 있고, 상기 재활용 자재는 우수한 휨 강도를 가지고 있어서 상기 수지블록과 투명수지강화층에 의해 보차도용 블록의 기능을 충실히 수행하면서 상측에서 누적 전달되는 하중과 외부 충격, 태양 광선, 지열 및 기타 주변 환경에 의해 태양전지모듈이 휘어지는 현상 및 파손을 방지하여 일정 수준의 태양광 전기를 안정적으로 발전할 수 있고, 오염 제거가 용이한 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조 방법에 관한 것이다.

태양광 발전은 태양전지(Solar Cell, Photovoltaic Cell)를 이용하여 햇빛을 받을 때 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시켜주는 것이다.

이러한 태양광 발전으로, 논, 밭, 대지 등 땅 위에 태양광 설비를 설치하여 발전된 전기를 전력계통(전기회사 송전장치)에 연결시켜 판매하는 계통연계형 태양광 발전 시스템(Grid-connected photovoltaic system)이 있다.

그러나, 상기 계통연계형 태양광발전시스템을 이용한 태양광 발전의 경우, 설치가 용이하여 설치비는 절약되지만 땅을 구입하거나 임대하는 비용이 높은 문제가 있으며, 대단위 지상, 농장 또는 초지 위에 건설하는 태양광 발전소는 농작물의 경작을 위한 유효 토지의 손실을 가져옴은 물론 설치할 수 있는 면적의 한계가 있다.

또한, 상기 시스템의 경우, 주로 땅값이 저렴한 외곽지역에 설치되므로, 전력의 중심소비지역인 도시에서 너무 떨어진 경우 생산된 전력을 도시까지 끌어오는데 추가 비용이 소요된다.

다른 예로서, 주택 지붕이나 상업용 건물의 옥상을 이용하여 발전한 전기를 계통연계(전기회사로 판매)를 하지 않고 자체에서 축전기에 저장하였다가 필요한 전기를 사용하는 독립형 태양광 발전 시스템(Stand-alone photovoltaic system)이 있다.

그러나, 상기 독립형 태양광발전시스템은 건물의 구조적 결함, 옥상 정원 조성 등의 원인으로 설치할 수 있는 주택 지붕과 옥상이 한정되어 있고, 계통연계형 태양광 발전 시스템 못지 않은 설치비용이 발생되는 문제가 있다.

이에, 건물 일체형 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하는 태양광 발전 시스템인 건물일체형 태양광발전(BIPV: Building Integrated Photovoltaic)이 경쟁력 있는 대안으로 제시되었지만, 낮은 효율성과 고가의 자재비용으로 인해 널리 사용되지 못하고 있다.

한편, 보행자가 통행하는 도로에 깔도록 만들어진 보차도용 블록이 있다. 종래의 보차도용 블록은 대체로 시멘트나 벽돌과 같은 석재로 이루어지며, 이에 상면이 오염되는 경우 세척 및 청소가 용이하지 못한 문제가 있다.

또한, 상기 보차도용 블록은 도로상에 설치되어 태양광을 받기 좋은 구조이지만, 태양광발전을 위해 표면에 태양전지모듈을 설치한다 하더라도 보행자의 통행에 의해 강한 충격이 가해지거나 하중이 연속하여 누적되면 태양전지모듈이 쉽게 파손되므로 특별한 수단 없이 태양광 발전용으로 사용하기 곤란하였다.

이에 태양전지모듈의 파손을 최대한 방지할 수 있도록 보차도용 블록 내부에 태양광 발전을 위한 태양전지모듈을 설치하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 종래의 보차도용 블록은 블록의 최하부를 구성하는 부분이 통상 시멘트를 포함하여 구성되므로 제조 비용이 저렴하지 않고 친환경적이지도 않을 뿐만 아니라 휨 강도도 높지 않다.

따라서, 블록 상면에 보행자, 자전거 또는 차량이 연속하여 지나가면서 하중이 계속 누적 전달되고, 일정 시간 후 블록이 중앙부를 중심으로 조금씩 휘는 현상이 발생할 수 있다. 이렇게 블록이 휘어지면 보도 또는 차도의 노면이 볼록해져 보행자가 걸려 넘어지거나 차량의 하면이 걸리면서 파손이 발생될 수 있다. 또한, 이렇게 블록이 휘어지면서 블록 내부에 설치된 태양전지모듈도 중앙부를 중심으로 조금씩 휘는 현상이 발생할 수 있고, 이에 태양전지모듈이 전기적 및 기계적으로 불안정한 상태가 될 수 있다.

국내공개특허공보 10-2010-0034497 국내등록특허 10-0686940

본 발명의 목적은, 보차도용 블록의 기능을 충실히 수행하면서 일정수준의 태양광 전기를 발전할 수 있고, 친환경적인 재료를 사용하면서도 제조 비용을 줄일 수 있으며, 휨 강도를 향상시켜 외부충격 및 하중으로부터 태양전지모듈의 파손을 방지할 수 있고, 상면의 오염제거가 용이한 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈 및 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 유황 또는 폐스티로폼과 수지로 복수의 골재를 접합하여 형성되고, 전선인출홀을 갖는 수지블록; 상기 전선인출홀을 통해 인출되는 양극 및 음극전선을 가지며, 상기 수지블록 상면에 배치되는 태양전지모듈; 상면에 복수의 반구형의 미끄럼방지돌기를 가지며, 상기 수지블록 상면에 상기 태양전지모듈을 덮도록 형성된 투명수지강화층; 및 상기 수지블록과 상기 투명수지강화층을 일체화시키는 유색층; 을 포함하는폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 유황 또는 폐스트리폼과 수지로 복수의 골재를 접합하여 형성되고, 전선인출홀을 갖는 수지블록; 상기 전선인출홀을 통해 인출되는 양극 및 음극전선을 가지며, 상기 수지블록 상면에 배치되는 태양전지모듈, 상기 태양전지모듈의 상부에 부착되는 투명에폭시 또는 양면테이프 재질로 형성되는 접착부, 및 상기 접착부의 상부에 부착되며 내측에 다수개의 관통공이 형성되고 네 모퉁이 마다 지지대가 형성된 압축판을 포함하는 태양광전지층; 상기 태양광전지층이 내측에 삽입된 채로 경화되어 형성되는 투명보호층; 및 상면에 복수의 반구형의 미끄럼방지돌기를 가지며, 상기 투명보호층 상면에 형성된 투명수지강화층; 을 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈을 제공한다.

본 발명의 또 다른 측면은, 상면에 복수의 반구형의 소형돌기 음각부가 형성된 상부 개방형의 제1 몰드 내에 저점도의 투명수지를 투입한 후 반경화시켜 투명수지강화층을 마련하는 단계; 상기 투명수지강화층이 완전 경화되기 전에, 제1 몰드 내에 태양전지모듈을 투입하여 반경화 일체화시키는 단계; 상기 제1 몰드 내에 골재, 유황 또는 분말화된 폐스티로폼 및 수지를 포함하는 배합물을 투입하여 유색층을 형성하는 단계; 상기 유색층이 경화되기 전에, 상기 제1 몰드 내에 골재, 유황 또는 분말화된 폐스티로폼 및 수지를 포함하는 배합물로 이루어진 수지블록을 투입하여 제1 가제품을 마련하는 단계; 및 상기 투명수지강화층과 상기 수지블록이 일체화되도록 상기 제1 가제품을 경화시켜 양생한 후, 상기 제1 몰드로부터 탈형하는 단계; 를 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 수지블록은, 상면에 전선인출홀 형성돌기가 형성된 상부 개방형의 제2 몰드 내에 유황 또는 분말화된 페스티로폼, 수지, 석분, 경화제 및 안료를 투입한 후 골재를 더 붓고 혼합하는 단계; 상기 제2 몰드 위에 지그판을 덮고 압축기로 가압하여 상면이 평탄화된 제2 가제품을 마련하는 단계; 및 상기 제2 가제품을 10 내지 14시간 동안 경화시켜 양생한 후, 상기 제2 몰드로부터 탈형하는 단계; 를 포함하여 제조될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 태양전지모듈은, 각 모서리에 상기 제1 몰드의 대향되는 모서리와 각각 밀접되도록 돌출되게 형성된 날개부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈은, 휨 강도가 우수한 재활용 자재를 사용하여 수지블록을 형성함으로써 제조 비용을 줄일 수 있고 친환경적인 효과를 기대할 수 있으며, 상면에 형성된 고강도의 투명수지강화층과 상기 수지블록에 의해 상측에서 누적 전달되는 하중과 외부충격, 태양 광선, 지열 및 기타 주변 환경에 의해 태양전지모듈이 휘어지는 현상 및 손쉽게 파손되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 유색층에 의해 각 구성요소가 견고하게 결합된 상태 및 태양전지모듈의 씰링 상태를 유지할 수 있어서, 보차도용 블록으로서의 기능을 충실히 수행하면서 일정 수준의 태양광 전기를 발전할 수 있다.

또한, 상면이 세척이 용이한 투명수지로 이루어진 투명수지강화층으로 구성되어, 보행자의 통행이나 외부 이물질에 의해 태양광 발전 모듈의 상면이 오염되더라도 손쉽게 오염된 부분을 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1을 뒤집어서 도시한 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 5는 태양광 발전 블록을 제조하기 위한 제1 몰드의 일 실시 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 평면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 도 5의 제1 몰드에 투입되는 태양전지모듈을 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 날개부를 도시한 측면도이다.
도 9는 폐자재 혼합 예시도면이다.
도 10은 폐자재 혼합 과정을 나타낸 플로우차트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1을 뒤집어서 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈(100)은, 수지블록(40), 태양전지모듈(20), 투명수지강화층(10) 및 유색층(30)을 포함한다. 본 실시 예에서는, 태양광 발전 모듈(100)이 평면에서 볼 때 정사각형 형상인 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

수지블록(40)은 시멘트 성분을 포함하지 않고, 골재를 주재료로 하고 폐자원과 수지를 포함하는 배합물이 다수의 골재에 접합된 형태로 형성될 수 있다. 상기 골재는 바람직하게 2호사를 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폐자원은 유황 또는 분말화된 폐스티로폼일 수 있다. 상기 수지는 바람직하게 불포화폴리에스테르를 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

이때, 상기 제1 배합물은 6대 중금속인 카드뮴, 납, 수은, 6가 크롬, 폴리브롬화 비폐닐 및 폴리브롬화 디페닐에테르류가 친환경 제품인증 기준인 환경부 환경표지 인증기준 EL745의 규제치를 모두 넘지 않도록 한다.

또한, 수지블록(40)은 석분, 경화제 및 안료를 더 포함할 수 있다. 상기 안료는 내광내후성 및 내열성이 우수한 산화철을 주성분으로 하는 착색안료를 사용할 수 있다.

또한, 수지블록(40)은 내측 중앙에 두께방향으로 소정직경의 전선인출홀(40a)이 관통되게 형성된다.

태양전지모듈(20)은 수지블록(40) 상면에 배치되며, 측면으로부터 가해지는 외력으로부터 보호하기 위하여 가장자리로부터 소정거리 이격되게 설치된다. 예컨대 수지블록(40)의 가장자리에서 0.5 내지 1cm 이격되게 배치된다.

그리고, 태양전지모듈(20)은 외부로 전력을 송전하기 위한 양극전선(51)과 음극전선(52)을 가진다. 양극전선(51)과 음극전선(52)은 수지블록(40)의 전선인출홀(40a)을 통해 수지블록(40)의 배면 밖으로 인출되어 발전된 전력을 외부로 전달할 수 있다.

또한, 태양전지모듈(20)은 음영으로 인한 발전량 감소를 최소화할 수 있도록 정션 박스(Junction box)를 포함할 수 있고, 상기 정션 박스는 외부로 노출되지 않고 유색층(30) 내에 일체화되도록 구성하여 태양전지모듈(20)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

투명수지강화층(10)은 수지블록(40) 상면에 태양전지모듈(20)을 덮도록 형성된다. 이러한 투명수지강화층(10)은 예컨대 UP수지(불포화폴리에스테르 수지) 50 내지 70wt%, 아크릴계 모노모 4 내지 15wt%, SM(스티렌 모노머) 24 내지 30wt%, UV차단제 1 내지 3wt% 및 경화제 0.5 내지 1.5wt%를 포함할 수 있으며, 더 바람직하게는 UP수지(불포화폴리에스테르 수지) 60wt%, 아크릴계 모노모 10wt%, SM 27wt%, UV차단제 2wt% 및 경화제 1wt%로 이루어질 수 있다.

이때, 태양전지모듈(20)은, 투명수지강화층(10)의 중앙에 배치되며, 예컨대 투명수지강화층(10)의 가장자리에서 0.5 내지 1cm 이격되게 배치된다.

또한, 투명수지강화층(10)의 상면에는 소정간격을 두고 복수의 반구형의 미끄럼방지돌기(10a)가 돌출되게 형성된다. 예를 들어, 복수의 미끄럼 방지 돌기(10a)는 바둑판의 형태와 같이 배열될 수 있다. 투명수지강화층(10)은 내구성이 우수하여 내측에 위치한 태양전지모듈(20)을 보호하며, 세척이 용이한 재질로 이루어져 보행자의 통행이나 외부 이물질에 의해 오염되더라도 손쉽게 오염된 부분을 제거할 수 있다.

또한, 투명수지강화층(10)은 반구형의 미끄럼방지돌기(10a)에 의해 태양전지모듈(20)로 입사되는 빛의 양은 증가시키고, 투명수지강화층(10)의 내부에서 굴절되어 빛의 소멸 양을 감소시킴으로써 태양광 발전량을 높일 수 있다. 이러한 투명수지강화층은 예컨대 애경화학㈜의 겔코트(제품명: AC500)을 사용할 수 있다.

이러한 투명수지강화층(10)은 두께가 2.0 내지 3.0mm로 이루어질 수 있다. 투명수지강화층(10)의 두께가 2.0mm 미만이면 보행자 통행시 예기치 않게 투명수지강화층(10) 또는 태양전지모듈(20)이 파손될 수 있고, 투명수지강화층(10)의 두께가 3.0mm를 초과하면 태양열 발전 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

유색층(30)은 투명수지강화층(10)과 수지블록(40) 사이에 형성되며, 수지블록(40)과 투명수지강화층(10)을 서로 부착시켜 일체화하며, 태양전지모듈(20)을 씰링하여 외부 이물질 및 습기로부터 보호하는 방진/방수의 역할을 한다.

이러한 유색층(30)은 수지블록(40)과 박리 및 이탈이 발생되지 않고, 크랙을 방지할 수 있도록 바람직하게 수지블록(40)과 동일한 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 유색측(30)은 골재를 주재료로 하고 폐자재와 수지를 포함하는 배합물이 다수의 골재에 접합된 형태로 형성될 수 있다.

종래의 태양광 에너지 산업은 99.9%가 에너지밀도가 낮아 큰 설치면적이 필요하고 공간토지의 생산성을 저해하고 있다. 그러나, 본 실시예의 태양광 발전 모듈(100)은 인도, 차도, 공원, 자전거 도로 등에 자유로이 설치하여 전기를 발전할 수 있어 별도의 추가 공간이 발생하지 않는다.

또한, 태양광 발전 모듈(100)의 표면 및 결합구조가 화학적으로 안정된 상태이므로, 내수성, 내알카리성, 내산성 및 내약품성이 우수하여 블록 자체의 수명 연장을 가져올 수 있으며, 오염에도 강하여 내구성이 우수하고, 대량 생산이 가능하여 경제적인 시공이 가능한 효과가 있다.

또한, 블록 제조시 시멘트를 전혀 사용하지 않아 시멘트 경화물에 다량 존재하는 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이 유출되어 발생하는 백화현상(Whitening Event)이 전혀 발생하지 않으며, 이로 인해 발생하는 가장 심각한 문제인 균열이 발생하지 않게 되므로 시공 후 발생하는 유지보수 비용 등의 경제적 손실을 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 태양광 발전 모듈(100)의 표면이 투명수지강화층(10)에 의해 보호되어 태양전지모듈(20)이 안전하게 주간에 안전하게 태양빛 에너지를 흡수하여 전기를 발생시켜 주간에 직류전압을 바로 사용하거나 배터리에 저장하여 야간에 전기를 소비하는 제품 등에 다양하게 사용할 수 있어 친환경연료로 제공할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 태양광 발전 모듈의 또 다른 실시 예를 설명하면 하기와 같다. 도 3a는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 분해 사시도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 태양광 발전 모듈(100)은, 수지블록(40), 투명수지강화층(10), 태양광전지층(80) 및 투명보호층(90)을 포함한다. 본 실시 예에서는, 태양광 발전 모듈(100)이 평면에서 볼 때 정사각형 형상인 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 수지블록(40)은 상기 일 실시 예와 동일한 구성이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로 태양광전지층(80)은 태양전지모듈(20), 접착부(70), 및 압축판(60)을 포함한다. 먼저 상기 태양전지모듈(20)은 상기 전선인출홀을 통해 인출되는 양극 및 음극전선을 가지며, 태양전지모듈(20)의 내측에는 수직방향으로 관통되는 다수개의 관통공(23)이 형성되고, 수지블록40) 상면에 배치된다. 여기서, 태양전지모듈(20)의 상세한 내용은 상기 일 실시 예와 동일하므로 생략하기로 한다.

다음으로 태양전지모듈(20)의 상면에는 투명에폭시 또는 양면테이프 재질의 접착부(70)가 형성된다. 접착부(70)는 압축판(60)과 태양전지모듈(20)을 서로 부착시키는 역할을 하는 것으로 바람직하게는 투명에폭시 또는 양면테이프 재질로 형성되나, 접착력을 가지는 어떠한 물질이라도 사용될 수 있다.

다음으로 접착부(70)의 상면에 압축판(60)이 부착된다. 압축판(60)은 내측에 다수개의 관통공(63)이 형성되고 네 모퉁이 마다 지지대(61)가 형성된다. 더욱 상세하게 설명하자면 압축판(60)의 관통공(63)은 태양전지모듈(20)의 관통공(23)과 동일한 위치에 형성된다. 상기 동일한 위치에 위치하는 관통공(63, 23)의 용도는 하기에 투명보호층(90)이 형성되는 것과 함께 설명하기로 한다.

각각의 지지대(61)는 제1 몰드 내 각 모서리에 지지된 상태로 접하게 된다. 지지대(61)에 의해 압축판(60)이 제 1몰드에 투입되면 압축판(60)의 위치가 항상 제1 몰드의 중앙에 위치하게 된다. 이로써 외부의 충격을 압축판(60)이 효과적으로 흡수하여 태양전지모듈(20)의 파손을 방지할 수 있다. 또한 상기와 같은 역할을 하는 지지대(61)는 태양전지모듈(20)의 네 모퉁이에도 형성될 수 있다.

이와 같이 형성된 태양광전지층(80)은 투명수지가 경화되어 형성되는 투명보호층(90)의 내부에 삽입된다. 투명보호층(90)은 태양광전지층(80)을 빈틈없이 둘러싸는 형태로 형성되어 태양광전지층(80)을 보호하는 역할을 한다.

더욱 상세하게 설명하자면, 투명보호층(90)은 제작 단계에서 제1 몰드에 투명수지강화층(10)을 완전 경화시킨 후 그 배면에 다시 액체상태의 투명수지를 부어 경화되기 전에 미리 제작해둔 태양광전지층(80)을 완전히 잠기도록 삽입한 후 경화시켜 형성된다.

이때, 태양전지모듈(20)과 압축판(60)에는 서로 동일한 위치에 관통공(23, 63)이 형성되므로 태양광전지층(80)을 투명수지에 잠기도록 투입하면 다수개의 관통공(23, 63)을 통해 투명수지가 태양광전지층(80)의 배면으로 유입되고 이로 인해 태양광전지층(80)을 점차 가압하여 완전히 투명수지에 잠긴 상태로 경화되어 투명보호층(90)이 형성되는 것이다. 그리고, 투명보호층(90)의 상면에 투명수지강화층(10)이 형성된다.

본 실시 예에 의한 태양광 발전 모듈은 우수한 휨 강도를 가지고 있어서 지면에 설치시 태양 광선이나 땅에서 발생하는 지열, 동하절기의 계절 변화에 의한 습도와 온도 변화 등이 발생하더라도 태양광 발전 모듈이 쉽게 휘어지지 않는다.

일반적으로 지반은 동절기에는 얼었다가 해빙기에 녹으면서 부풀어 오르는 현상이 나타나는데, 이때 태양광 발전 모듈이 부풀어 오르면서 휘어질 수 있다. 본 실시 예에 따르면 우수한 휨 강도를 가지는 수지블록, 유색층에 의해 이러한 문제 또한 최대한 억제할 수 있다.

이에 노면이 평탄한 상태를 계속 유지할 수 있어서 종래의 보행자가 블록의 볼록해진 부분에 걸려 넘어지거나 차량의 하부가 걸리는 문제를 해소할 수 있고, 태양전지모듈이 전기적 및 기계적으로 안정된 상태에서 장시간 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈의 제조방법에 대해 설명한다. 본 실시 예의 태양광 발전 모듈은 사출 방식이 아닌 몰드를 이용한 열 경화 방식을 이용하여 일체형 구조로 제조될 수 있다.

도 5 및 도 6을 더 참조하면, 먼저 상면에 후술하는 제1 투명수지가 침투되도록 복수의 소형돌기 음각부(310a)가 형성된 상부 개방형의 제1 몰드를 준비한다(S100). 상기 제1 몰드는 중앙이 개방된 띠 형상의 바디부(210)와 개방부의 테두리에 형성된 걸림턱(220)을 갖는 지지부(200)와, 지지부(200)에 결합되는 수용부(300)를 포함한다.

수용부(300)는 상면에 소형돌기 음각부(310a)가 형성된 지지면(310)과, 지지면의 가장자리에 수직 설치된 4개의 벽면(320)을 포함하고, 내부에 수용공간(330)이 마련된다. 그리고, 벽면(320)의 상단에는 지지부(200)의 걸림턱(220)에 걸림 지지되는 플랜지부(340)가 형성된다. 이러한 제1 몰드 내에 저점도의 투명수지를 투입하여 투명수지강화층을 형성한다(S200).

상기 투명수지는, 자외선 차단제가 포함된 점도 3.5ps 미만의 저점도 투명수지 99 내지 99.5wt% 및 경화제 0.5 내지 1wt%를 포함할 수 있다. 또한, 상기 투명수지는 필요시 충진용 글라스비드를 더 포함할 수 있다. 이때, 투명수지의 점도가 3.5ps 이상이면 투명수지가 넓게 퍼지기 어렵기 때문에 상대적으로 제1 몰드 내에 많은 양이 투입되어 투명수지강화층의 두께가 지나치게 두꺼워져 투명수지강화층이 태양전지모듈의 태양광 발전 효율을 저하시키게 된다.

또한, 상기 제1 몰드의 소형돌기 음각부(310a)는 투명수지강화층의 미끄럼방지돌기가 미끄럼 방지효과를 충분히 제공하면서 상부 충격에 의해 쉽게 파손되지 않는 충분한 강도를 가질 수 있도록 최대 깊이 1mm 정도로 형성할 수 있다. 소형돌기 음각부(310a)의 깊이가 1mm를 초과하면 완성된 태양광 발전 모듈의 표면이 지나치게 울퉁불퉁해져서 보행에 불편함을 야기할 수 있다.

다음으로, 상기 제1 몰드의 투명수지강화층이 경화되기 전에 태양전지모듈을 곧장 투입하여 투명수지강화층과 태양전지모듈이 동시에 반경화되면서 일체화되도록 한다(S400). 투명수지강화층은 태양전지모듈의 상면을 커버하여 외부충격으로부터 태양전지모듈을 보호하여 파손을 방지하는 역할을 한다.

이때, 투명수지강화층이 완전히 경화된 후 태양전지모듈을 투입하면 투명수지강화층과 태양전지모듈이 압착되지 않아 투명수지강화층과 태양전지모듈 사이에 이격 틈새가 발생되고, 이에 표면에 작은 충격이 가해지더라도 태양전지모듈이 쉽게 파손될 수 있으며, 후술하는 유색층을 형성하는 제1 배합물이 이러한 이격 틈새를 통해 침투하여 제품 불량이 발생될 수 있다.

한편, 본 실시예의 태양전지모듈은 투명수지에 의해 전체가 커버되도록 그 크기를 제1 몰드의 가로 및 세로 길이 보다 각각 0.5 내지 1cm 작게 형성한다. 따라서, 태양전지모듈을 제1 몰드 내에 투입하는 과정에서, 태양전지모듈이 제1 몰드 중앙에 위치하지 않고 한쪽으로 치우치는 문제가 발생할 수 있다. 이렇게 태양전지모듈이 한쪽으로 치우치게 태양광 발전 모듈이 제조되면, 통행시 하중이 한쪽으로 쏠리면서 태양전지모듈의 파손 가능성이 커지게 된다.

이를 방지하기 위해, 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 태양전지모듈(20)의 각 모서리에는 제1 몰드의 지지면(310)의 서로 대향되는 모서리와 각각 밀접되는 길이를 갖도록 형성된 날개부(21)가 각각 돌출되게 형성될 수 있다. 즉, 각각의 날개부(21)의 단부가 제1 몰드 내 각 모서리에 지지된 상태로 태양전지모듈(20)이 투입됨으로써 태양전지모듈(20)이 항상 제1 몰드의 중앙에 위치하게 된다.

이때, 날개부(21)는 상면에 소정 높이의 지지핀(21a)을 가지며, 이 지지핀(21a)은 투명수지강화층(10)의 두께가 균일해지는 역할과 태양전지모듈(20)의 상부의 투명수지강화층이 일정한 두께를 갖도록 하여 태양전지모듈이 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 지지핀(21a)은 태양전지모듈(20)이 제1 몰드의 바닥 면에 닿게 되어 태양전지모듈(20)이 태양광 발전 모듈의 표면으로 노출되는 것을 방지한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 날개부(21)의 두께(a)는 약 2.5mm일 수 있으며, 지지핀(21a)의 높이(b)는 바람직하게는 2.0 내지 2.5mm일 수 있다.

다음으로, 상기 제1 몰드 내에 골재를 주재됴로 하고 폐자원으로 유황 또는 폐스티로폼, 그리고 수지를 포함하는 배합물을 투입하여 유색층을 형성한다(S500). 유색층은 투명수지강화층과 태양전지모듈이 서로 분리되지 않도록 단단히 고착시키는 역할을 하며, 또한 외부로부터 습기나 이물질이 침투하는 것을 차단하여 태양전지모듈의 신뢰성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.

다음으로, 유색층이 경화되기 이전에 상기 제1 몰드 내에 수지블록을 투입하여 제1 가제품을 마련한다(S700).

본 실시 예의 수지블록은, 내측 중앙에 전선인출홀 형성돌기가 형성된 상부 개방형의 제2 몰드를 마련하고(S610), 상기 제2 몰드를 이용하여 제조하게 된다. 이때, 상기 전선인출홀 형성돌기는 제조되는 수지블록의 높이와 동일하게 형성하여 수지블록 완성시 내측 중앙부에 양극 및 음극 전선을 인출시키기 위한 전선인출홀이 관통 형성되도록 하는 역할을 한다. 이때, 상기 제2 몰드는 내부 공간이 제1 몰드의 내부 공간과 동일한 가로*세로 사이즈를 갖는다.

이러한 제2 몰드에 골재와 폐자원 및 수지 등을 포함하는 배합물을 투입하여(S620, S630) 폐자원이 수지에 용해된 상태로 골재들과 섞이도록 하고, 제2 몰드 위에 가로*세로의 길이가 각각 상대적으로 0.2mm 정도 작은 지그판을 덮은 후 고압의 압축기로 지그판을 가압하여 배합물을 평탄화 및 다짐하여 제2 가제품을 마련한 후, 상기 제2 가제품을 10 내지 14시간, 더 바람직하게는 약 12시간 동안 자연 경화시켜 양생한 다음 상기 제2 몰드로부터 탈형하여 표면이 고르고 균일한 높이를 갖는 수지블록을 제조할 수 있다(S640).

또한, 상기 배합물은, 폐자원인 유황 또는 분말화된 폐스티로폼 및 수지를 혼합하고, 골재를 부은 후, 이들 재료가 균일하게 혼합되도록 10 내지 15분 동안 배합하여 제조될 수 있다. 여기서 도 9에서 보는 바와 같이 유황이 골재사이에 삽입되어 골재 접착재용도로 사용될 수 있다. 또한 도 10에서 보는 바와 같이, 폐스티로폼 분말화공정, 합성수지 융해공정, 유색층 배합공정을 통하여 배합물을 이용하여 제조하게 된다.

한편, 상기 수지는 바람직하게 불포화폴리에스테르수지를 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 안료는 내광내후성 및 내열성이 우수한 산화철을 주성분으로 하는 착색안료를 사용할 수 있다. , 이때, 상기 배합물은 석분, 경화제 및 안료를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 수지블록은 저렴한 가격으로 형성할 수 있으면서 휨 강도를 향상시킬 수 있고, 폐자원를 재활용한다는 측면에서 환경보호효과를 기대할 수 있다.

다음으로, 상기 제1 가제품을 바람직하게 12시간 정도 자연 경화시켜 상기 유색층에 의해 상기 투명수지강화층, 태양전지모듈 및 수지블록이 구성요소간 분리, 박리 이탈되지 않게 일체화되도록 양생한다(S800). 이후, 상기 제1 몰드로부터 탈형하여 태양광 발전 모듈을 완성한다(S900). 이렇게 완성된 태양광 발전 모듈은 필요시 개별 검사 과정을 거쳐 적재 및 포장된다.

본 실시 예의 태양광 발전 모듈은 일반적인 보도 블록처럼 바닥 면에 설치되므로 오전 12시경에 태양빛과의 각도가 직각이 되어 가장 우수한 태양광 발전 효율을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 예의 태양광 발전 모듈은 오전 10시 경에도 발전 효율이 높게 나올 수 있는데 이는 태양광 발전 모듈의 상면에 배치된 투명수지강화층의 표면에 반구형의 미끄럼방지돌기가 형성되므로, 직각으로 주사되지 않은 빛이 이 투명수지강화층에 굴절되면서 직각과 유사하게 태양전지모듈에 입사되어, 태양전지모듈로 입사되는 빛의 양은 증가하고, 내부에서 굴절된 빛이 태양전지모듈에 부딪혀 소멸되는 양은 줄어들게 되어 태양광 발전효율이 높아지는 것이다.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 발전 모듈은 동일한 규격의 태양전지모듈에 비해 동등하거나 더 우수한 전류/전압 및 출력을 가질 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

10 ; 투명수지강화층
10a ; 미끄럼방지돌기
20 ; 태양전지모듈
21 ; 날개부
21a ; 지지핀
30 ; 유색층
40 ; 수지블록
40a ; 전선인출홀
51, 52 ; 양극 및 음극전선
100 ; 태양광 발전 모듈
200 ; 지지부
210 ; 바디부
220 ; 걸림턱
300 ; 수용부
310 ; 지지면
320 ; 벽면
330 ; 수용공간
340 ; 플랜지부

Claims

유황 또는 폐스티로폼과 수지로 복수의 골재를 접합하여 형성되고, 전선인출홀을 갖는 수지블록;
상기 전선인출홀을 통해 인출되는 양극 및 음극전선을 가지며, 상기 수지블록 상면에 배치되는 태양전지모듈;
상면에 복수의 반구형의 미끄럼방지돌기를 가지며, 상기 수지블록 상면에 상기 태양전지모듈을 덮도록 형성된 투명수지강화층; 및
상기 수지블록과 상기 투명수지강화층을 일체화시키는 유색층; 을 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈.
유황 또는 폐스트리폼과 수지로 복수의 골재를 접합하여 형성되고, 전선인출홀을 갖는 수지블록;
상기 전선인출홀을 통해 인출되는 양극 및 음극전선을 가지며, 상기 수지블록 상면에 배치되는 태양전지모듈, 상기 태양전지모듈의 상부에 부착되는 투명에폭시 또는 양면테이프 재질로 형성되는 접착부, 및 상기 접착부의 상부에 부착되며 내측에 다수개의 관통공이 형성되고 네 모퉁이 마다 지지대가 형성된 압축판을 포함하는 태양광전지층;
상기 태양광전지층이 내측에 삽입된 채로 경화되어 형성되는 투명보호층; 및
상면에 복수의 반구형의 미끄럼방지돌기를 가지며, 상기 투명보호층 상면에 형성된 투명수지강화층; 을 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈.
상면에 복수의 반구형의 소형돌기 음각부가 형성된 상부 개방형의 제1 몰드 내에 저점도의 투명수지를 투입한 후 반경화시켜 투명수지강화층을 마련하는 단계;
상기 투명수지강화층이 완전 경화되기 전에, 제1 몰드 내에 태양전지모듈을 투입하여 반경화 일체화시키는 단계;
상기 제1 몰드 내에 골재, 유황 또는 분말화된 폐스티로폼 및 수지를 포함하는 배합물을 투입하여 유색층을 형성하는 단계;
상기 유색층이 경화되기 전에, 상기 제1 몰드 내에 골재, 유황 또는 분말화된 폐스티로폼 및 수지를 포함하는 배합물로 이루어진 수지블록을 투입하여 제1 가제품을 마련하는 단계; 및
상기 투명수지강화층과 상기 수지블록이 일체화되도록 상기 제1 가제품을 경화시켜 양생한 후, 상기 제1 몰드로부터 탈형하는 단계; 를 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 수지블록은,
상면에 전선인출홀 형성돌기가 형성된 상부 개방형의 제2 몰드 내에 유황 또는 분말화된 페스티로폼, 수지, 석분, 경화제 및 안료를 투입한 후 골재를 더 붓고 혼합하는 단계;
상기 제2 몰드 위에 지그판을 덮고 압축기로 가압하여 상면이 평탄화된 제2 가제품을 마련하는 단계; 및
상기 제2 가제품을 10 내지 14시간 동안 경화시켜 양생한 후, 상기 제2 몰드로부터 탈형하는 단계; 를 포함하여 제조되는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 태양전지모듈은, 각 모서리에 상기 제1 몰드의 대향되는 모서리와 각각 밀접되도록 돌출되게 형성된 날개부를 더 포함하는 폐자원 활용 블록형 태양광 발전 모듈의 제조 방법.