KR20220119216A - 컬러 태양광 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 후면시트층, 하부 봉지재층, 태양전지층, 중간 봉지재층, 다공성 컬러섬유층, 상부 봉지재층 및 전면유리층을 포함하는 컬러 태양광 모듈, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

컬러 태양광 모듈 및 이의 제조 방법 {Color photovoltaic module and its manufacturing method}
본 발명은 컬러 태양광 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
BIPV(Building Integrated Photovoltaic System) 모듈은 건물외피를 태양전지판으로 이용하는 건물 외장형 태양광 발전 시스템으로 태양광 에너지로 전기를 생산하는 동시에 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용해 건설비용을 줄이는 장점을 가지고 있다.
그러나 기존의 BIPV 모듈은 발전효율은 우수하나 어두운 색으로 인해 건물의 미관을 해친다는 단점이 있어 건축물 외장재로서의 설계 반영에 어려움을 겪고 있는 상황이다.
이에 따라, 전력생산 기능뿐만 아니라 건축물의 가치를 높일 수 있는 디자인적 요소가 결합된 태양광 모듈에 대한 필요성이 대두되었으며, 그 일 예로 다양한 색상을 가지는 컬러 태양광 모듈에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있다.
기존 시장에 유통되고 있던 컬러 태양광 모듈은 색상별 출력편차가 발생하는 단점이 있으며, 색상별 출력편차는 빛이 컬러유리를 투과해 태양전지에 도달하는 과정에서 발생하는 것으로, 이는 태양광 발전 시스템의 전력손실과 함께 제품의 내구 성능에 영향을 미치게 된다.
이에 색상별 출력편차를 개선하고 심미성, 발전효율 및 단가경쟁력을 고루 갖춘 컬러 태양광 모듈에 대한 개발이 필요한 실정이다.
한편, 이에 대한 유사 선행문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-1700379호가 제시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1700379호 (2017.01.20)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 색상별 출력편차를 개선하고 심미성, 발전효율 및 단가경쟁력을 고루 갖춘 컬러 태양광 모듈 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만 상기 목적은 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 후면시트층, 하부 봉지재층, 태양전지층, 중간 봉지재층, 다공성 컬러섬유층, 상부 봉지재층 및 전면유리층을 포함하는 컬러 태양광 모듈에 관한 것이다.
상기 일 양태에 있어, 상기 다공성 컬러섬유층은 벌집 구조, 그물망 구조 또는 이들이 조합된 다공 구조를 가지는 것일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 다공성 컬러섬유층의 공극 크기는 1 내지 30 ㎜일 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 다공성 컬러섬유층은 천연섬유, 합성섬유 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 일 양태에 있어, 상기 다공성 컬러섬유층은 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-스티렌 공중합체(ES), 시클로올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알콜(PVA), 에틸렌-비닐-아세테이트(EVA), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트 (PC), 폴리설폰, 폴리이미드(PI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 섬유를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 a) 후면시트층 상에 하부 봉지재층을 형성하는 단계; b) 상기 하부 봉지재층 상에 태양전지층을 형성하는 단계; c) 상기 태양전지층 상에 중간 봉지재층을 형성하는 단계; d) 상기 중간 봉지재층 상에 다공성 컬러섬유층을 형성하는 단계; e) 상기 다공성 컬러섬유층 상에 상부 봉지재층을 형성하는 단계; 및 f) 상기 상부 봉지재층 상에 전면유리층을 형성하는 단계;를 포함하는 컬러 태양광 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 다른 일 양태에 있어, 상기 b)단계는, b-1) 상기 하부 봉지재층 상에 복수개의 태양전지를 안착시키는 단계; b-2) 상기 복수개의 태양전지를 리드선을 통해 전기적으로 연결시키는 단계; 및 b-3) 상기 리드선을 마스킹 테이프로 차폐하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 컬러 태양광 모듈은 커버유리 상에 컬러 마스킹을 하거나 커버유리에 광안료를 넣었던 기존 컬러 태양광 모듈과는 달리, 전면유리층 하단에 다공성 컬러섬유층을 삽입함으로써 용이하게 심미성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 색상별 출력편차를 개선하고 우수한 발전효율 및 단가경쟁력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 컬러 태양광 모듈의 측면모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 컬러 태양광 모듈의 실사진이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 컬러 태양광 모듈을 근접 촬영한 실사진이다.
이하 본 발명에 따른 컬러 태양광 모듈 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 양태는 후면시트층(100), 하부 봉지재층(200), 태양전지층(300), 중간 봉지재층(400), 다공성 컬러섬유층(500) 및 상부 봉지재층(600), 전면유리층(700)을 포함하는 컬러 태양광 모듈에 관한 것이다.
이처럼, 본 발명에 따른 컬러 태양광 모듈은 커버유리 상에 컬러 마스킹을 하거나 커버유리에 광안료를 넣었던 기존 컬러 태양광 모듈과는 달리, 전면유리층 하단에 다공성 컬러섬유층을 삽입함으로써 용이하게 심미성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 색상별 출력편차를 개선하고 우수한 발전효율 및 단가경쟁력을 확보할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 예에 따른 컬러 태양광 모듈의 각 구성 요소에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 후면시트층(100)은 방수, 절연 및 태양전지를 보호하며, 후면에서 태양광을 반사하여 발전 효율을 높이는 역할을 하는 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 블랙 백시트, 알루미늄 판을 추가 결합시켜 투습도를 현저하게 감소시킨 박막용 백시트, 빛 반사율을 증가시켜 효율을 향상시키는 형광 백시트 등 다양하게 구성될 수 있다. 비 한정적인 일 예시로, 상기 후면시트층은 유리, 폴리에스테르술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 황화 폴리페닐렌, 아라미드, 폴리아미데마이드, 폴리이미드, 아로마틱폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리비닐리덴 플로라이드, 아크릴로니트릴 부타딘스티렌, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 및 염화 폴리비닐 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 하부 봉지재층(200) 및 중간 봉지재층(400)은 태양전지층을 밀봉하여 태양전지를 보호하기 위한 것으로, 이 역시 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 하부 봉지재층 및 중간 봉지재층은 서로 독립적으로 에틸렌-비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-에틸아크릴레이트(EEA), 및 에틸렌-메틸메타크릴레이트(EMMA) 등의 에틸렌계 공중합체 수지; 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리올레핀 엘라스토머(POE) 등의 폴리올레핀 수지; 폴리디메틸실록산(PDMS) 등의 실리콘 수지; 및 폴리비닐부티랄(PVB) 수지 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 EVA일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 태양전지층(300)은 태양광을 직접 전기로 변환하는 반도체 소자로, 복수개의 태양전지와 이들을 전기적으로 연결하기 위한 리드선 등을 포함할 수 있다. 상기 태양전지는 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 박막형 태양전지일 수 있다. 구체적인 일 예시로 상기 태양전지는 실리콘계 태양전지, CIS (Cu-In-Se) 태양전지, CIGS (Cu-In-Ga-Se) 태양전지, 염료감응형 태양전지 또는 페로브스카이트형 태양전지 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 다공성 컬러섬유층(500)은 본 컬러 태양광 모듈에 색상을 부여하여 심미성을 향상시키기 위한 것이다.
기존의 경우, 커버유리 상에 컬러 마스킹을 하거나 커버유리에 광안료를 넣어 색상을 부여함에 따라 이 컬러유리를 투과해 태양전지에 도달하는 과정에서 색상별 출력편차가 발생하는 단점이 있었다. 이에 단순히 심미성을 향상시키는 것만이 아니라 색상별 출력편차를 개선하고 발전효율 및 단가경쟁력을 고루 갖춘 컬러 태양광 모듈을 개발하기 위하여 거듭 연구한 끝에, 다공성 컬러섬유를 커버유리와 태양전지 사이에 삽입할 시 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상세하게, 상기 다공성 컬러섬유층은 빛이 충분히 투과할 수 있을 정도의 다공 구조를 가진 것이라면 특별히 한정하진 않으나, 예를 들면 벌집 구조, 그물망 구조 또는 이들이 조합된 다공 구조를 가지는 것일 수 있다. 이때 상기 다공성 컬러섬유층의 공극 크기는 1 내지 30 ㎜일 수 있으며, 보다 좋게는 10 내지 20 ㎜일 수 있다. 이와 같은 범위에서 광투과성을 저하시키지 않으면서도 명확한 컬러감을 도모할 수 있다. 상기 다공성 컬러섬유층의 색상은 특별히 한정하지 않으며, 염색 등을 통해 연출할 수 있는 색상이라면 디자인에 따라 제한 없이 사용 가능하다.
상기 다공성 컬러섬유층은 천연섬유, 합성섬유 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 보다 구체적인 일 예시로 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-스티렌 공중합체(ES), 시클로올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알콜(PVA), 에틸렌-비닐-아세테이트(EVA), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트 (PC), 폴리설폰, 폴리이미드(PI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 섬유를 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 상기 다공성 컬러섬유층은 빛에 의한 색바램 문제를 방지하기 위하여 변색 방지 코팅 조성물에 침지시켜 코팅처리된 것일 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 상기 변색 방지 코팅 조성물은 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 금속산화물 나노입자 0.1 내지 10 중량부, 산화방지제 0.1 내지 3 중량부, 광안정제 0.1 내지 3 중량부 및 용제 50 내지 300 중량부를 포함할 수 있고, 보다 좋게는 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 금속산화물 나노입자 0.5 내지 5 중량부, 산화방지제 0.5 내지 1.5 중량부, 광안정제 0.5 내지 1.5 중량부 및 용제 80 내지 150 중량부를 포함할 수 있다. 이와 같은 범위에서 다공성 컬러섬유층의 내광성 및 내변색성을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 장시간 빛에 노출되더라도 다공성 컬러섬유층의 색상이 쉽게 변색되지 않도록 하여 컬러 태양광 모듈의 심미성을 유지할 수 있다.
이때, 상기 바인더 수지는 다공성 컬러섬유층의 색상을 드러내기 위하여 투명도 및 접착성이 우수한 에틸렌-비닐아세테이트(EVA)를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 금속산화물 나노입자는 평균 입경이 10 내지 100 ㎚인 산화세륨(CeO2), 산화아연(ZnO), 산화티탄(TiO2) 및 산화 텅스텐(WO3)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 상기 산화방지제는 열에 의한 변색을 방지하기 위한 측면에서 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐) 포스페이트, 디이소데실 페닐 포스페이트, 디(2,4-디tert-부틸페닐) 디포스페이트, 비스(2,4,-디-tert-부틸페닐)펜타에리스리톨 디포스페이트, 디스테아릴 펜타에리스리톨 디포스페이트, 이소데실 포스파이트, 디페닐 포스파이트, 페닐 디이소데실 포스파이트, 트리이소데실 포스파이트, 폴리(디프로필렌글리콜) 페닐 포스파이트, 테트라페닐 디프로필렌글리콜 포스파이트, 트리라우릴 포스파이트, 트리스노닐페닐 포스파이트 및 트리페닐 포스파이트로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 인계 산화방지제를 사용할 수 있으며, 상기 광안정제는 비스-(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리딜)세바케이트, 비스-(1-옥틸-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트 화합물 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 상부 봉지재층(600)은 전면유리층과 다공성 컬러섬유층을 접착시키기 위하여 접착층으로, 상기 상부 봉지재층은 전술한 하부 봉지재층 및 중간 봉지재층과 동일한 종류의 고분자 물질에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 EVA일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 전면유리층(700)은 태양전지 모듈을 보호하며, 빛의 투과율을 높여 태양광 발전 효율을 향상시키기 위한 것으로, 당업계에서 통상적으로 사용하는 것이라면 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 바람직하게는 눈부심 방지(Anti-Glare, AG) 코팅층이 코팅된 유리를 사용할 수 있으며, 비 한정적인 일 예시로 이산화티탄(TiO2) 코팅된 유리를 사용할 수 있다. 상기 이산화티탄(TiO2) 코팅된 유리는 눈부심 방지 기능뿐만 아니라 자가세정 기능을 가져 태양광효율을 더욱 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 컬러 태양광 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 a) 후면시트층(100) 상에 하부 봉지재층(200)을 형성하는 단계; b) 상기 하부 봉지재층(200) 상에 태양전지층(300)을 형성하는 단계; c) 상기 태양전지층 상에 중간 봉지재층(400)을 형성하는 단계; d) 상기 중간 봉지재층(400) 상에 다공성 컬러섬유층(500)을 형성하는 단계; e) 상기 다공성 컬러섬유층(500) 상에 상부 봉지재층(600)을 형성하는 단계; 및 f) 상기 상부 봉지재층(600) 상에 전면유리층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
이때, 각 층 상에 다른 층을 적층하는 방법은 통상적인 방법을 통해 수행될 수 있으며, 당업자라면 별 다른 부가 설명 없이도 각 단계를 수행할 수 있음에 따라, 불필요한 설명은 생략하기로 하며, 각 층의 구성 요소는 전술한 컬러 태양광 모듈과 동일함에 따라 이 또한 중복 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 일 예에 있어, 상기 b)단계는, b-1) 상기 하부 봉지재층 상에 복수개의 태양전지를 안착시키는 단계; b-2) 상기 복수개의 태양전지를 리드선을 통해 전기적으로 연결시키는 단계; 및 b-3) 상기 리드선을 마스킹 테이프로 차폐하는 단계;를 포함할 수 있다. 이처럼 복수개의 태양전지를 전기적으로 잇기 위하여 리드선을 연결할 시 리드선이 노출되어 심미성이 크게 훼손됨에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이 리드선에 블랙 마스킹 테이프를 부착하여 리드선을 차폐하는 것이 심미성을 향상시킴에 있어 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 d)단계에 있어, 상기 중간 봉지재층 상에 다공성 컬러섬유층을 형성하는 단계는 계획된 크기로 미리 재단된 다공성 컬러섬유를 상기 중간 봉지재층 상에 적층하여 수행될 수 있으며, 이후 상기 다공성 컬러섬유층 상에 상부 봉지재를 도포한 후 전면유리를 안착시켜 상부 봉지재층과 전면유리층을 각각 형성할 수 있다. 이와 같이 매우 단순한 공정으로 태양광 모듈이 색상을 부여할 수 있으며, 심미성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 후면시트층
200: 하부 봉지재층
300: 태양전지층
400: 중간 봉지재층
500: 다공성 컬러섬유층
600: 상부 봉지재층
700: 전면유리층

Claims (7)

  1. 후면시트층, 하부 봉지재층, 태양전지층, 중간 봉지재층, 다공성 컬러섬유층, 상부 봉지재층 및 전면유리층을 포함하는 컬러 태양광 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 컬러섬유층은 벌집 구조, 그물망 구조 또는 이들이 조합된 다공 구조를 가지는, 컬러 태양광 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 다공성 컬러섬유층의 공극 크기는 1 내지 30 ㎜인, 컬러 태양광 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다공성 컬러섬유층은 천연섬유, 합성섬유 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 컬러 태양광 모듈.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다공성 컬러섬유층은 폴리에스테르, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-스티렌 공중합체(ES), 시클로올레핀, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리비닐알콜(PVA), 에틸렌-비닐-아세테이트(EVA), 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트 (PC), 폴리설폰, 폴리이미드(PI), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 스티렌-아크릴로니트릴(SAN) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자 섬유를 포함하는, 컬러 태양광 모듈.
  6. a) 후면시트층 상에 하부 봉지재층을 형성하는 단계;
    b) 상기 하부 봉지재층 상에 태양전지층을 형성하는 단계;
    c) 상기 태양전지층 상에 중간 봉지재층을 형성하는 단계;
    d) 상기 중간 봉지재층 상에 다공성 컬러섬유층을 형성하는 단계;
    e) 상기 다공성 컬러섬유층 상에 상부 봉지재층을 형성하는 단계; 및
    f) 상기 상부 봉지재층 상에 전면유리층을 형성하는 단계;
    를 포함하는 컬러 태양광 모듈의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 b)단계는,
    b-1) 상기 하부 봉지재층 상에 복수개의 태양전지를 안착시키는 단계;
    b-2) 상기 복수개의 태양전지를 리드선을 통해 전기적으로 연결시키는 단계; 및
    b-3) 상기 리드선을 마스킹 테이프로 차폐하는 단계;
    를 포함하는, 컬러 태양광 모듈의 제조 방법.
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