KR20220057030A - 벽면형 태양광 태양열 복합모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에 관한 것으로서, 특히 프레임과; 상기 프레임에 설치되고, 일측 끝단에 연결된 입수구를 통해 공급된 열매체를 지그재그 형태로 유동시키는 제1열흡수관과; 상기 제1열흡수관의 옆에 설치되면서 일측 끝단이 제1열흡수관의 타측 끝단에 연결되어 열매체를 공급받고, 공급된 열매체를 제1열흡수관 내부에서 유동하는 방향과 반대방향으로 유동시켜 타측 끝단에 연결된 출수구를 향해 지그재그 형태로 유동시키는 제2열흡수관과; 상기 제1,2열흡수관의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 모듈기판과; 상기 모듈기판의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 태양전지;를 포함하여 구성되어, 태양전지를 포함한 모듈기판의 온도가 전체적으로 균일해짐으로써 전기효율의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

벽면형 태양광 태양열 복합모듈{Wall type solar photovoltaic composite module}

본 발명은 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에 관한 것으로서, 특히 건축물의 벽면에 설치되어 태양광과 태양열을 이용하여 전력을 생산하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에 관한 것이다.

석유, 석탄과 같은 화석연료의 고갈에 따른 대체에너지의 개발과 화석연료가 야기하는 환경오염에 따른 친환경적인 그린에너지 개발 요구가 전 세계적으로 요구됨에 따라 근래에 여러 종류의 자연친화적인 에너지를 개발하기 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는 상황이다.

다양한 종류의 자연친화적인 에너지 중에서 특히 태양에너지를 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

특히 최근에는 전력을 안정적으로 생산하기 위하여 양호한 태양광 일사조건을 만족하는 장소로서 건축물의 지붕, 옥상 또는 외벽면 등이 이용되고 있다.

이렇게 건축물에 설치되는 태양광 모듈은 태양광과 태양열을 이용하여 전력을 지속적으로 생산하는데, 전력 생산시에 태양전지와 태양전지가 설치된 모듈기판의 온도가 높아져서 전기 효율이 저하되는 문제가 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 모듈기판과 접촉되는 열흡수관 내부를 열매체가 유동하도록 하여 태양전지와 모듈기판의 온도를 낮추고 있다.

한편, 태양전지와 모듈기판에서 어느 특정 스팟(Spot)과 다른 스팟 간에 온도차가 크게 발생되면, 즉 태양전지나 모듈기판의 온도가 전체적으로 일정하지 않고 각 스팟마다 온도 차이가 현격한 경우에도 전기 효율의 손실이 발생되는데, 종래의 태양광 모듈은 열매체가 입수구를 통해 유입된 후 출수구 쪽으로 유동할 때 입수구와 출수구 스팟 간에 온도차이가 커서 전기효 율의 손실을 최소화시키지 못하는 문제가 있다.

등록특허 10-1813068 (발명의 명칭: 건물 외벽 일체형 태양광 발전장치)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 입수구를 통해 유입된 열매체가 지그재그 형태로 유동한 후 다시 지그재그 형태로 역방향 유동하도록 하여 모듈기판의 어느 지점에서나 그 온도가 최대한 일정함을 유지하도록 함으로써 전기효율의 손실을 최소화할 수 있는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈은 프레임과; 상기 프레임에 설치되고, 일측 끝단에 연결된 입수구를 통해 공급된 열매체를 지그재그 형태로 유동시키는 제1열흡수관과; 상기 제1열흡수관의 옆에 설치되면서 일측 끝단이 제1열흡수관의 타측 끝단에 연결되어 열매체를 공급받고, 공급된 열매체를 제1열흡수관 내부에서 유동하는 방향과 반대방향으로 유동시켜 타측 끝단에 연결된 출수구를 향해 지그재그 형태로 유동시키는 제2열흡수관과; 상기 제1,2열흡수관의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 모듈기판과; 상기 모듈기판의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 태양전지;를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1열흡수관은 상기 프레임에 상하로 이격되게 설치되는 다수의 제1수평관과, 상기 제1수평관의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제1수평관을 연결시키는 다수의 제1연결호스로 구성되며; 상기 다수의 제1수평관 중 가장 상측에 배치되는 제1수평관이 수평방향 호스에 의하여 상기 제2열흡수관에 연결되고, 가장 하측에 배치되는 제1수평관이 상기 입수구와 연결된다.

그리고, 상기 제2열흡수관은 상기 제1수평관의 옆에 설치되는 제2수평관과, 상기 제2수평관의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제2수평관을 연결시키는 다수의 제2연결호스로 구성되며; 상기 다수의 제2수평관 중 가장 상측에 배치되는 제2수평관이 상기 수평방향 호스에 의하여 상기 제1수평관과 연결되고, 가장 하측에 배치되는 제2수평관이 상기 출수구와 연결된다.

또한, 상기 수평방향 호스에는 에어벤트가 설치된다.

또한, 상기 제1수평관과 제2수평관은 사각 형태의 각관이다.

또한, 상기 제1수평관과 제2수평관은 일측면이 서로 면접(面接)된다.

또한, 상기 태양전지에 태양광을 유도하는 반사판;을 더 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 벽면형 태양광 태양열 복합모듈은 태양전지를 포함한 모듈기판의 열을 흡수하는 열매체가 지그재그 형태로 유동한 후 다시 반대방향으로 지그재그 유동하기 때문에, 태양전지를 포함한 모듈기판의 각 지점 온도가 최대한 일정하게 유지되어 태양전지를 포함한 모듈기판의 온도가 전체적으로 균일해짐으로써 전기효율의 손실을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 사각 형태의 각관인 제1,2수평관의 상면에 모듈기판이 설치되므로, 모듈기판과 제1,2수평관의 접촉면적이 넓어서 모듈기판의 냉각이 더 잘되는 이점이 있다.

또한, 4각의 각관인 제1수평관과 제2수평관의 일측면이 면접(面接)되므로 제1수평관과 제2수평관 사이에 열교환이 촉진되어 모듈기판의 온도를 균일하게 하는데 도움을 주는 이점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈을 보인 도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈의 모듈기판의 각 구성요소들 연결관계를 보인 도.
도 6은 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에서 열매체가 유동하는 모습을 보인 도.
도 7은 종래의 태양광 모듈에서의 열매체 유동라인(a)과 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에서의 열매체 유동라인(b)을 간단히 보인 도.

이하, 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈을 보인 도이다.

그리고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈의 모듈기판의 각 구성요소들 연결관계를 보인 도이다.

또한, 도 6은 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에서 열매체가 유동하는 모습을 보인 도이며, 도 7은 종래의 태양광 모듈에서의 열매체 유동라인(a)과 본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈에서의 열매체 유동라인(b)을 간단히 보인 도이다.

본 발명에 의한 벽면형 태양광 태양열 복합모듈은 프레임(10)과, 상기 프레임(10)에 설치되는 제1열흡수관(20)과, 상기 프레임(10)에 설치되면서 제1열흡수관(20) 옆에 설치되는 제2열흡수관(30)과, 상기 제1,2열흡수관(20,30)의 상면에 설치되는 모듈기판(40)과, 상기 모듈기판(40)의 상면에 설치되는 태양전지(50)와, 상기 태양전지(50)에 태양광을 유도하는 반사판(60)을 포함하여 구성된다.

상기 프레임(10)은 알루미늄 바를 사각의 틀 형태로 만들어 건축물의 외벽에 수직으로 부착 설치되는 것으로서, 본 발명의 전체적인 모양을 유지한다.

상기 제1열흡수관(20)은 사각 형태인 프레임(10)에 설치되는 것으로서, 일측 끝단에 연결된 입수구(21a)를 통해 열매체를 공급받고, 이 열매체를 제1열흡수관(20) 내부에서 지그재그 형태로 유동하도록 함으로써 태양전지(50)와 모듈기판(40)에서 발생되는 열을 흡수하도록 한다.

좀 더 자세히 설명하면, 제1열흡수관(20)은 프레임(10)에 상하방향으로 이격되게 설치되는 다수의 제1수평관(21)과, 상기 제1수평관(21)에 연결되는 다수의 제1연결호스(22)로 구성된다.

상기 제1수평관(21)은 알루미늄 재질로 이루어진 4각 형태의 각관으로서 개방된 양측단은 에폭시 접착을 통하여 밀폐한다. 즉 1차적으로 경화시간이 짧은 에폭시 접착제를 이용하여 제1열흡수관(20)의 양단을 밀폐한 후 2차적으로 접착강도가 강한한 에폭시 접착제를 제1열흡수관(20)의 양단에 도포함으로써 제1열흡수관(20)의 양단을 견고하게 밀폐한다.

상기 제1연결호스(22)는 제1수평관(21)의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제1수평관(21)을 연결시켜 열매체가 제1수평관(21)과 제1연결호스(22)를 통해 지그재그로 유동할 수 있도록 한다.

부연하면, 제1연결호스(22)는 상측과 하측에 배치된 제1수평관(21)을 연통시키는 것으로서, 다수의 제1수평관(21) 중에서 가장 하측에 배치되는 제1수평관의 좌측 끝단에 제1연결호스(22)가 설치되면, 위쪽으로 올라가면서 우측 끝단, 좌측 끝단, 우측 끝단, 좌측 끝단 …과 같은 방법으로 순차적으로 위치를 달리하여 제1수평관(21)에 교차 설치된다.

한편, 다수의 제1수평관(21) 중에서 가장 상측에 배치되는 제1수평관은 수평방향 호스(70)에 의하여 제2열흡수관(30)에 연결되고, 다수의 제1수평관(21) 중에서 가장 하측에 배치되는 제1수평관에는 입수구(21a)가 연결된다.

따라서, 입수구(21a)를 통해 제1수평관(21) 내부로 유입된 열매체는 지그재그 유동을 하면서 상측으로 이동을 한 후 수평방향 호스(70) 내부로 유입되어 제2열흡수관(30) 내부로 공급된다.

그리고, 수평방향 호스(70)와 제1연결호스(22)는 제1수평관(21)에 설치된 피팅(Fitting,F)에 연결되는 방식으로 제1수평관(21)에 설치된다.

상기 피팅(F)은 제1수평관(21)의 끝부분에 형성된 구멍에 설치되고, 이 피팅(F)에 수평방향 호스(70)가 연결되거나 제1연결호스(22)의 양단이 연결된다.

상기 제2열흡수관(30)은 사각 형태인 프레임(10)에 설치되는 것으로서, 일측 끝단이 제1열흡수관(20)의 타측 끝단에 연결되어 열매체를 공급받고, 이 공급된 열매체를 제1열흡수관(20) 내부에서 유동하는 방향과 반대방향으로 유동시켜 타측 끝단에 연결된 출수구(31a)를 향해 지그재그 형태로 유동하도록 한다.

좀 더 자세히 설명하면, 제2열흡수관(30)은 프레임(10)에 상하방향으로 이격되게 설치되는 다수의 제2수평관(31)과, 상기 제2수평관(31)에 연결되는 다수의 제2연결호스(32)로 구성된다.

상기 제2수평관(31)은 제1수평관(21)과 함께 브라켓(B1)에 의해 양단이 프레임(10)의 후면에 고정된다.

이러한 제2수평관(31)은 제1수평관(21)의 옆, 좀 더 자세히는 제1수평관(21)의 전방에 설치된다. 여기서, 제1수평관(21)과 제2수평관(31)은 동일한 사이즈로 제작되고, 제2수평관(31)은 제1수평관(21)과 마찬가지로 사각 형태의 각관이기 때문에, 브라켓(B1)에 의해 제1,2수평관(21,31)이 프레임에 고정될 때 제2수평관(31)의 양 끝단 전면은 프레임(10)의 후면에 밀착되고, 제2수평관(31)의 일측면(후면) 전체와 제1수평관(21)의 일측면(전면) 전체는 서로 면접(面接)되어 밀착된다.

그리고, 제2수평관(31)은 알루미늄 재질로 이루어진 4각 형태의 각관으로서 개방된 양측단은 에폭시 접착을 통하여 밀폐한다. 즉 1차적으로 경화시간이 짧은 에폭시 접착제를 이용하여 제2열흡수관(30)의 양단을 밀폐한 후 2차적으로 접착강도가 강한한 에폭시 접착제를 제2열흡수관(30)의 양단에 도포함으로써 제2열흡수관(30)의 양단을 견고하게 밀폐한다.

상기 제2연결호스(32)는 제2수평관(31)의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제2수평관(31)을 연결시켜 열매체가 제2수평관(31)과 제2연결호스(32)를 통해 지그재그로 유동할 수 있도록 한다.

부연하면, 제2연결호스(32)는 상측과 하측에 배치된 제2수평관(31)을 연통시키는 것으로서, 다수의 제2수평관(31) 중에서 가장 상측에 배치되는 제2수평관의 좌측 끝단에 제2연결호스(32)가 설치되면, 아래쪽으로 내려가면서 우측 끝단, 좌측 끝단, 우측 끝단, 좌측 끝단 …과 같은 방법으로 순차적으로 위치를 달리하여 제2수평관(31)에 교차 설치된다.

한편, 다수의 제2수평관(31) 중에서 가장 상측에 배치되는 제2수평관은 수평방향 호스(70)에 의하여 제1수평관(21)과 연결되고, 다수의 제2수평관(31) 중에서 가장 하측에 배치되는 제2수평관에는 출수구(31a)가 연결된다.

따라서, 수평방향 호스(70)를 통해 제2수평관(31) 내부로 유입된 열매체는 지그재그 유동을 하면서 하측으로 이동을 한 후 출수구(31a)를 통해 제2수평관(31) 외부로 유출된다.

여기에서, 종래의 태양광 모듈에서 채택하고 있는 일반적인 열매체의 유동방향(도 7의 (a))과 본 발명에 의한 태양광 태양열 복합모듈에서 채택하고 있는 열매체의 유동방향(도 7의 (b))을 도 7에 간단히 도시하였다.

도 7을 보면, 종래의 태양광 모듈에서의 열매체는 시작 지점(P1)에서 최종 지점(P2)까지 모듈기판이 접촉되게 설치된 열흡수관을 따라 지그재그 형태로 유동한 후 외부로 배출되지만, 본 발명의 태양광 태양열 복합모듈에서의 열매체는 시작 지점(P1)에서 다른 지점(P2)까지 모듈기판(40)이 면접되게 설치된 제1열흡수관(20)을 따라 지그재그 형태로 유동한 후 다른 지점(P2)부터 최종지점(P3)까지는 제2열흡수관(30)을 따라 그 전까지의 유동방향과 반대방향으로, 더불어 직전까지의 유동라인 바로 옆 인접라인에서 제2열흡수관(30)을 따라 지그재그로 유동을 한 후 출수구(31a)를 통해서 외부로 배출된다.

열매체는 P1 → P2로 유동하면서 온도가 상승하고, P2 → P3로 유동하면서 온도가 계속 상승한다. 따라서 a1, a2, a3 지점의 온도를 비교해보면 a1 ＜ a2 ＜ a3 이고, b1, b2, b3 지점의 온도를 비교해보면 b1 ＜ b2 ＜b3 이다.

그러나, a1 지점의 온도와 b1 지점의 온도를 합한 온도, a2 지점의 온도와 b2 지점의 온도를 합한 온도, a3 지점의 온도와 b3 지점의 온도를 합한 온도는 완전히 똑같지는 않더라도 온도차이가 거의 없거나 최소가 된다.

따라서, 본 발명에서와 같은 열매체의 유동방식을 채택하면 태양전지(50)를 포함한 모듈기판(40)의 온도가 전체적으로 균일해져 전기효율의 손실을 막을 수 있다.

그리고, 제2연결호스(32)는 제2수평관(31)에 설치된 피팅(Fitting,F)에 연결되는 방식으로 제2수평관(31)에 설치된다. 즉 피팅(F)은 제2수평관(31)의 끝부분에 형성된 구멍에 설치되고, 이 피팅(F)에 제2연결호스(32)의 양단이 연결된다.

한편, 제1수평관(21)과 제2수평관(31)을 연결하는 수평방향 호스(70)에는 에어벤트(71)가 설치된다. 제1수평관(21)과 제2수평관(31)이 밀폐된 파이프 형태이다 보니 열매체의 원활한 흐름을 위하여 에어벤트(71)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 모듈기판(40)은 다수의 단위모듈 기판이 조합되어 이루어지는 것으로서, 저면이 제1,2열흡수관(20,30)의 제1,2수평관(21,31) 상면에 면접(面接)되게 설치되고 태양전지(50)와 전기적으로 연결된다.

이러한 모듈기판(40)은 제1수평관(21)과 제2수평관(31)의 상면을 제외하고 양측면과 저면을 둘러싸는 브라켓(B2)에 볼팅되어 설치된다. 즉 모듈기판(40)의 저면은 제1수평관(21)과 제2수평관(31)의 상면에 밀착되고, 모듈기판(40)의 가장자리는 브라켓(B2)에 볼팅된다.

여기서, 모듈기판(40)의 저면에는 써멀 구리스(Thermal greese)를 도포함으로써 열전달을 수월하게 하여, 모듈기판(40)에서 발생되는 열을 제1,2수평관(21,31)의 열매체가 용이하게 흡수할 수 있도록 한다.

상기 태양전지(50)는 태양의 광에너지를 전기에너지로 변환하는 것으로서, 저면이 모듈기판(40)의 상면에 면접되게 설치되고, 모듈기판(40)과 전기적으로 연결된다.

상기 반사판(60)은 하단이 모듈기판(40)의 상면에 설치되면서 태양전지(50)의 후방에 설치되고, 위쪽으로 올라갈수록 전방을 향하여 부드러운 곡면 형태로 라운드지게 절곡되어 태양광이 태양전지(50)에 집광되도록 한다.

이러한 반사판(60)은 곡면 모양으로 형성되는데, y＾2 = 16x (0 ＜ y ≤ 8.944)의 공식에서 도출된 곡면 모양으로 하여, 지면과 수평하게 배치되어 있는 태양전지(50)에 더 많은 태양광이 집광될 수 있도록 한다.

10: 프레임 20: 제1열흡수관
21: 제1수평관 21a: 입수구
22: 제1연결호스 30: 제2열흡수관
31: 제2수평관 31a: 출수구
32: 제2연결호스 40: 모듈기판
50: 태양전지 60: 반사판
70: 수평방향 호스 71: 에어벤트
B1,B2: 브라켓 F: 피팅

Claims (7)

1. 프레임(10)과;
   상기 프레임(10)에 설치되고, 일측 끝단에 연결된 입수구(21a)를 통해 공급된 열매체를 지그재그 형태로 유동시키는 제1열흡수관(20)과;
   상기 제1열흡수관(20)의 옆에 설치되면서 일측 끝단이 제1열흡수관(20)의 타측 끝단에 연결되어 열매체를 공급받고, 공급된 열매체를 제1열흡수관(20) 내부에서 유동하는 방향과 반대방향으로 유동시켜 타측 끝단에 연결된 출수구(31a)를 향해 지그재그 형태로 유동시키는 제2열흡수관(30)과;
   상기 제1,2열흡수관(20,30)의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 모듈기판(40)과;
   상기 모듈기판(40)의 상면에 면접(面接)되게 설치되는 태양전지(50);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1열흡수관(20)은 상기 프레임(10)에 상하로 이격되게 설치되는 다수의 제1수평관(21)과, 상기 제1수평관(21)의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제1수평관(21)을 연결시키는 다수의 제1연결호스(22)로 구성되며,
   상기 다수의 제1수평관(21) 중 가장 상측에 배치되는 제1수평관이 수평방향 호스(70)에 의하여 상기 제2열흡수관(30)에 연결되고, 가장 하측에 배치되는 제1수평관이 상기 입수구(21a)와 연결된 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제2열흡수관(30)은 상기 제1수평관(21)의 옆에 설치되는 제2수평관(31)과, 상기 제2수평관(31)의 좌측 끝단과 우측 끝단에 교차 설치되어 서로 이격되는 제2수평관(31)을 연결시키는 다수의 제2연결호스(32)로 구성되며,
   상기 다수의 제2수평관(31) 중 가장 상측에 배치되는 제2수평관이 상기 수평방향 호스(70)에 의하여 상기 제1수평관(21)과 연결되고, 가장 하측에 배치되는 제2수평관이 상기 출수구(31a)와 연결된 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 수평방향 호스(70)에는 에어벤트(71)가 설치되는 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 제1수평관(21)과 제2수평관(31)은 사각 형태의 각관인 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 제1수평관(21)과 제2수평관(31)은 일측면이 서로 면접(面接)되는 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양전지(50)에 태양광을 유도하는 반사판(60);을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 벽면형 태양광 태양열 복합모듈.

Images