KR20230155874A - 태양광 컬러 모듈 및 컬러가변 태양광모듈 - Google Patents

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김아롱
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재단법인 포항산업과학연구원
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Abstract

본 발명은 태양광모듈에 있어서, 컬러를 교체할 수 있도록 형성된 태양광 컬러 모듈 또는 컬러가변 태양광모듈에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 컬러 모듈은, 색깔을 형성시키는 컬러 레이어 및 상기 컬러 레이어를 태양광모듈과 설치 및 제거 가능하도록 결합시키는 고정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈은, 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재와, 상기 봉지재의 표면에서 상기 태양전지를 보호하도록 구비되는 표면레이어와, 상기 태양전지와 봉지재 및 표면레이어의 구조를 고정하는 프레임 및 상기 프레임에 부착되거나 일체로서 형성되고, 적층되는 컬러 레이어를 고정하는 고정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈은, 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재를 포함하는 제1모듈과, 색깔을 형성시키는 판상 형상의 컬러 레이어를 포함하는 제2모듈 및 상기 제1모듈과 제2모듈을 결합 및 분리 가능하도록 결합구조가 형성되는 고정부를 포함한다.

Description

태양광 컬러 모듈 및 컬러가변 태양광모듈 {solar color module and color tunable solar module}
본 발명은 태양광모듈에 있어서, 컬러를 교체할 수 있도록 형성된 태양광 컬러 모듈 또는 컬러가변 태양광모듈에 관한 것이다.
최근 탄소중립 선업에 따라 탄소감축을 위하여 제로에너지하우스 구현을 위하여 여러 기술이 사용되고 있다. 그 중에 대표적인 기술인 태양광 기술이 있는데, 관련하여 건물 옥상이나 외벽에 태양광모듈을 부착하는 BAPV(Building Attached PhotoVoltaic), BIPV(Building Integrated PhotoVoltaic) 기술이 각광을 받고 있다. 건물 일체형 태양광모듈(BIPV)은 건물 외장재를 대체하여 건물 외장재 기능과 태양광모듈의 기능을 모두 수행하는 건축 자재이다.
태양광모듈 제작 중 가장 많이 사용되는 실리콘 태양전지는 불투명 단색이므로 건축물에 적용되었을 때 심미적 효과를 기대하기가 어렵다. 이를 개선하기 위해 보호 유리에 색상을 갖는 PVB 필름 (PolyVinyl Butyral Film)을 부착 또는 EVA 필름(Ethylene Vynyl Acetate Film) 아래에 색상을 갖는 필름이나 컬러 레이어를 위에 별도로 형성하는 방법 등이 개발되었다. 최근에는 건축물 일체형 태양전지 사용을 위하여 유리 하부에 패턴이 형성된 패터닝층을 삽입하여, 빛이 투과하는 부분으로 발전을 하고 나머지 부분은 빛이 반사되도록 만들어 색을 내고 하부 태양전지를 은폐할 수 있는 기술이 소개되었다.
이러한 기술을 이용한 컬러 태양광모듈의 경우에도 일반 태양전지 모듈과 같이 20~25년을 보장할 수 있는 높은 신뢰성이 요구되고, 설치하면 바꾸기 어려운 것이 일반적인 실정이다. 그러나 컬러 태양광모듈을 건물 외장재로 사용할 경우에는 일반 태양광모듈과는 달리 심미적 목적이 우선적이기 때문에 본인의 기호에 따라 다른 색이나 모양으로 바꿀 수 있어야 할 필요가 있다.
특히 도로 방음벽 시설이나 펜스형 태양광의 경우에는 광고 목적으로 사용한 경우가 많으므로, 들어간 그림이나 색상을 교체해야 한다. 따라서, 컬러 모듈의 색상을 쉽게 바꿀 수 있다면 모듈 전체를 바꿀 경우보다 그 비용을 크게 절감할 수 있게 된다. 하지만 현재 컬러 모듈은 신뢰성 문제 때문에 영구적으로 고정되어 있는 구조를 채택하여 컬러부위만의 교체가 거의 불가능한 상황이다. 일부 특허상으로 LCD와 같은 디스플레이와 태양광모듈을 결합하는 방식을 제안한 바 있으나 널리 상업화되지는 않고 있다. 그러므로 신뢰성 문제가 발생하지 않으며 컬러를 교체할 수 있는 태양광모듈의 개발이 필요한 실정이다.
JP 2001-053298 A
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 컬러 레이어를 변경 가능하도록 고정부를 더 형성하여 컬러를 교체할 수 있는 컬러가변 태양광모듈 또는 태양광 컬러 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같이 형성된 컬러가변 태양광모듈 또는 태양광 컬러 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 컬러 모듈은, 색깔을 형성시키는 컬러 레이어 및 상기 컬러 레이어를 태양광모듈과 설치 및 제거 가능하도록 결합시키는 고정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈은, 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재와, 상기 봉지재의 표면에서 상기 태양전지를 보호하도록 구비되는 표면레이어와, 상기 태양전지와 봉지재 및 표면레이어의 구조를 고정하는 프레임 및 상기 프레임에 부착되거나 일체로서 형성되고, 적층되는 컬러 레이어를 고정하는 고정부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈은, 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재를 포함하는 제1모듈과, 색깔을 형성시키는 판상 형상의 컬러 레이어를 포함하는 제2모듈 및 상기 제1모듈과 제2모듈을 결합 및 분리 가능하도록 결합구조가 형성되는 고정부를 포함한다.
본 발명은 위와 같은 구조를 통하여, 기존의 태양광모듈에 컬러를 교체할 수 있거나, 컬러를 교체할 수 있는 태양광모듈을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 컬러 레이어가 포함되지 않은 태양광모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 컬러 레이어가 포함된 태양광모듈의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 컬러 레이어가 포함된 태양광모듈의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 컬러 레이어가 광학패턴을 형성하고 있는 경우 태양광모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 태양광 컬러 모듈의 단면도이다. (a)는 태양광 컬러 모듈의 단면도이고, (b)는 태양광 컬러 모듈이 컬러 레이어가 포함되지 않은 태양광모듈과 결합한 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예 및 제5실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈의 단면도이다. (a)는 제5실시예에 따른 제1모듈과 제2모듈이 결합되지 않은 상태의 단면도이며, (b)는 결합한 상태의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예 및 제5실시예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈의 단면도이다. (a)는 제6실시예에 따른 제1모듈과 제2모듈이 결합되지 않은 상태의 단면도이며, (b)는 결합한 상태의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제7실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈의 단면도이다. (a)는 제7실시예에 따른 제1모듈과 제2모듈이 결합되지 않은 상태의 단면도이며, (b)는 결합한 상태의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제7실시예에 따른 고정부의 사시도이다.
도 13은 태양광모듈에서 전류밀도를 측정하여 컬러 레이어가 부가됨에 따라 전력손실정도에 대하여 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 컬러 레이어가 포함되지 않은 태양광모듈(1)을 도시한다.
태양광모듈(1)은 태양광을 받아 발전시키는 태양전지(Solar Cell, 10)를 중심으로, 태양전지(10)를 외부로부터 보호하기 위하여 수분이나 이물질이 인입되지 못하도록 밀폐시키는 봉지재(Encapsulant,20)가 태양전지(10)의 모든 면을 둘러싸고 형성된다. 봉지재(20)의 일면에는 표면레이어(30)가 부가되어 태양광은 투과시키면서 외부 충격으로부터 보호하도록 형성된다. 내부에 위치한 태양전지(10)가 발전을 하기 위해서 표면레이어(30)는 매우 높은 광투과율을 갖는다. 그리고 봉지재의 표면레이어(30)가 형성된 면의 반대면에는 백시트(back sheet, 40)가 더 형성되어 있다. 이는 충격으로부터 태양전지(10)를 보호하고 외부의 빗물이나 이물질이 들어가는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기의 층상구조를 측면에서 고정하는 프레임(50)이 더 포함될 수 있다. 또한, 백시트(40)에 연결되어 전력을 외부로 연결할 수 있도록 배선함(61)과 전력선(62)을 더 포함할 수 있다. 그외에 태양광모듈(1)에 필요한 모든 일반적인 구성을 포함할 수 있다.
하기 설명할 모든 실시예는 상기 태양광모듈(1)의 구성에 대한 설명을 포함한다.
도 2와 도 3은 컬러 레이어(70)가 일체로 부가되어 형성된 태양광모듈(2a, 2b)을 도시한다. 도 4는 컬러 레이어(70)가 부가되어 일체로 형성된 태양광모듈(2c)의 컬러 레이어(70)가 광학패턴을 형성하고 있는 경우를 도시한다.
미학적 및 상업적 요구에 의하여 태양광모듈(2a, 2b, 2c)은 컬러 레이어(color layer, 70)를 더 구비한다. 컬러 레이어(70)는 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co), 아연(Zn), 크롬(Cr), 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 및 철(Fe) 중 적어도 어느 하나의 금속 이온을 포함하는 시아닌 물감(Cyanine dyes)의 소재를 사용할 수 있다. 또한, 도 2 및 도 3과 같이 전면을 연속적인 컬러 레이어(70)로 사용할 수도 있다. 또는 도 4와 같이 컬러 레이어(70)가 형성된 표면을 기준으로 수직방향으로부터 15~85도 사이의 경사(θ)를 갖도록 컬러발색층(71)과 광투과층(72)가 형성되어 광학패턴을 포함할 수 있다. 컬러발색층(71)에 의하여 색이 나타나고, 광투과층(72)으로는 광의 투과가 쉽게 할 수 있도록 구성된다. 이렇게 형성되는 경우, 태양광모듈(2c)이 수직으로 세워져서 설치되는 경우에 태양광의 입사를 최대화하는 효과를 제공한다. 하기 설명할 모든 실시예의 컬러 레이어(70)는 연속적으로 형성된 경우뿐만 아니라 불연속적으로 형성되어 컬러발색층(71)과 광투과층(72)을 포함하는 경우 모두 포함한다.
도 2를 참조하면, 컬러 레이어(70)가 포함된 태양광모듈(2a)의 제1실시예는 봉지재(20)와 표면레이어(30)의 사이에 컬러 레이어(70)를 더 구비한 형태이다. 컬러 레이어(70)가 봉지재(20)와 표면레이어(30)의 사이에 위치하게 되면서, 외부에서 보면 색을 띄고 있는 형태이다. 이 경우에도 컬러 레이어(70)를 포함한 레이어 구조를 프레임(50)이 측면에서 고정하도록 형성되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제2실시예의 컬러 레이어(70)가 포함된 태양광모듈(2b, 2c)은 컬러 레이어(70)가 포함되지 않은 태양광모듈(1)에 태양광이 입사되는 쪽에서 커버 윈도우(cover window, 80), 컬러 레이어(70) 및 간봉재(spacer, 90)를 더 포함한다. 즉, 태양광이 커버 윈도우(80), 컬러 레이어(70) 및 간봉재(90)에 의하여 형성된 공기레이어(110)를 지나쳐 상기 설명한 컬러 레이어(70)가 포함되지 않은 태양광모듈(1)과 같이 구성된 구조로 입사하게 된다.
커버 윈도우(80)는 태양광이 입사되기 용이하도록 형성되며, 내부에 위치하는 컬러 레이어(70) 및 다른 구성들을 외부 충격으로부터 보호한다. 커버 윈도우(80)는 표면레이어(30)와 같은 목적으로 구성된 층으로서, 동일한 재질로 이루어질 수도 있다. 커버 윈도우(80)와 맞닿아 층상 구조로서 컬러 레이어(70)가 위치하게 된다. 컬러 레이어(70)는 커버 윈도우(80)로부터 보호되어 공기 및 수분과의 접촉이 없는 상태로 유지되게 된다. 컬러 레이어(70)와 컬러 레이어(70)가 포함되지 않은 태양광모듈(1)과 같이 구성된 구조의 프레임(50) 사이에 간봉재(90)가 구비된다. 간봉재(90)로 인하여 내부에 존재하게 되는 공기가 공기레이어(110)를 형성하고, 공기레이어(110)는 밀폐된 상태로 유지된다. 간봉재(90)는 공기레이어(110)의 간극 높이를 유지하고, 공기레이어(110)에 포함된 기체가 외부로 배출되지 못하도록 일정한 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 상기와 같은 레이어 구조가 유지되도록 이중프레임(100)이 측면에서 고정한다. 또한, 프레임(50)이 있는 경우 간봉재(90)가 프레임(50)의 일측에 위치되는 것과 달리, 프레임(50)이 없는 경우에 간봉재(90)는 표면레이어(30)의 일정 구간에 위치될 수 있다. 이 경우에는 프레임(50) 없이 이중프레임(100)으로 모든 레이어 구조가 고정될 수도 있다.
상기 제1실시예와 제2실시예의 컬러 레이어(70)가 포함된 태양광모듈(2a, 2b, 2c)은 컬러 레이어(70)가 일체형으로 형성된 태양광모듈(2a, 2b, 2c)로서, 컬러를 변경하는데 있어 어려움이 있으므로, 이러한 문제가 해결된 컬러 레이어(70)를 변경할 수 있는 구조를 갖는 실시예를 추가적으로 설명한다.
도 5(a)는 태양광 컬러 모듈(3)을 도시한다. 도 5(b)는 태양광 컬러 모듈(3)이 컬러 레이어(70)가 없는 태양광모듈(1)에 결합된 상태를 도시한다. 도 6은 태양광 컬러 모듈(3)의 고정부(120)의 사시도이다.
제3실시예는 도 5(a)와 도 5(b)를 참조한다. 태양광 컬러 모듈(3)은 태양광모듈(1)과 결합되는 형태로서 구성된다. 태양광 컬러 모듈(3)은 태양광이 입사하는 순서대로 커버 윈도우(80), 컬러 레이어(70)가 층상구조로 밀착되어 결합되어 있다. 그리고 태양광모듈(1)에 결합 및 제거 가능하도록 형성된 고정부(120)를 더 포함한다. 컬러 레이어(70)는 앞서 언급한 것과 같이 태양광모듈(1)에 결합되어 색깔을 나타내도록 하는 구성이며, 커버 윈도우(80)도 앞서 설명한 것과 같이 태양광이 투과할 수 있는 재질로 이루어지며 컬러 레이어(70)에 밀착 결합되어 구성된다. 그러므로 외부에서 보면, 컬러 레이어(70)에 의하여 색깔을 띄도록 구성된다.
제3실시예의 태양광 컬러 모듈(3)은 고정부(120)를 더 포함한다. 태양광 컬러 모듈(3)은 색깔을 형성시키는 컬러 레이어(70), 상기 컬러 레이어와 층상구조로 구비되는 커버 윈도우(80) 및 컬러 레이어(70)를 태양광모듈(1)과 설치 및 제거 가능하도록 결합시키는 고정부(120)를 포함한다.
상기 컬러 레이어(70)가 태양광모듈(1)과 결합되는 경우, 상기 컬러 레이어(70)와 상기 태양광모듈(1)의 사이에 위치하는 공기에 의해 형성되는 공기레이어(110)를 밀폐시키는 밀봉부재(130)를 더 포함한다.
고정부(120)를 통하여, 컬러 레이어(70)와 커버 윈도우(80)를 기존에 설치된 컬러 레이어(70)를 포함하지 않은 태양광모듈(1)과 결합하여 사용 가능하게 된다. 즉, 태양광모듈(1)에 설치 및 제거가 용이하도록 결합시키는 구조이다. 고정부(120)는 커버 윈도우(80)와 일체로서 형성될 수도 있고, 별개로서 나뉘어 형성될 수도 있다. 별개로 형성된 경우, 컬러 모듈 프레임(미도시)이 더 포함되어, 상기 언급한 프레임(50)의 역할과 같이, 컬러 모듈의 구조를 측면에서 고정시킬 수 있다. 고정부(120)는 태양광 컬러 모듈(3)이 컬러 레이어(70)가 없는 태양광모듈(1)에 결합되었다가 제거될 수 있도록 하는 모든 구성을 포함한다. 예를 들어, 나사와 볼트를 이용하여 결합되도록 할 수도 있다.
고정부(120)의 한 예로서, 고정부(120)는 회동 가능하도록 형성된 힌지부(121)와 상기 태양광모듈(1)의 일단에 결합 가능하도록 돌출 형성된 걸림부(125)를 포함한다. 힌지부(121)는 두개의 고정된 부품을 서로 움직일 수 있도록 형성된 일반적인 기계 부품을 포함할 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 걸림부(125)를 외측으로 회동 가능하도록 하여 어느 정도 각도를 가지고 자유도를 갖게 된다. 걸림부(125)는 태양광모듈(1)의 하부에서 결합되고 고정되도록 'ㄴ'자 단면을 갖도록 구성될 수 있다. 걸림부(125)가 태양광모듈(1)의 하부에 걸린 이후에는 힌지부(121)를 이용하여 고정하여 밀착 끼움 되도록 구성된다. 태양광모듈(1)에 걸려서 고정될 수 있는 형상이 존재한다면, 태양광모듈(1)의 하부 즉, 프레임(50)의 일단이 아닌 다른 부분에도 상기와 같은 힌지부(121)와 걸림부(125)를 통하여 고정 결합되도록 구성될 수 있다.
그리고 이러한 구조를 통하여 결합되므로, 제거 또한 용이한 효과를 제공한다. 따라서 컬러 레이어(70)의 색깔이나 패턴을 변경하고자 할 때 용이하게 교체할 수 있게 된다.
힌지부(121)는 일반적인 두 개의 부품을 서로 움직일 수 있도록 하는 기계적 구성이 아니라 고정부(120)로부터 일체로 형성되고 고정부(120)와 형상이나 재질을 일부 달리하여 구현될 수도 있다. 예를 들면, 고정부(120)는 일정한 두께로 형성되고, 고정부(120)의 일정한 두께보다 두께가 얇게 형성된 힌지부(121)로 구성될 수 있다. 따라서, 두께가 상대적으로 얇은 힌지부(121)에서 용이하게 접히는 구조로 형성된다. 또는, 고정부(120)의 다른 부분은 일정한 밀도로 형성되고, 고정부(120)의 밀도보다 힌지부(121)에서 밀도가 낮게 형성되어, 힌지부(121)에서 용이하게 접히도록 구성될 수도 있다. 즉, 힌지부(121)는 두께 또는 밀도의 변경으로 구성되는 경우, 변형이 용이하고 변형 후에는 다시 원 상태로 돌아오며 쉽게 부러지지 않는 재료로 형성될 수 있다.
걸림부(125)는 돌출 형성된 일단의 단면이 'ㄷ'과 같은 형상으로 형성될 수 있다. 결합력을 높이도록 태양광모듈(1)의 하부 구조에 맞추어 'ㄷ'과 같은 구조로 형성될 수 있다. 걸림부(125)의 형상에 대하여는 하기에서 자세히 설명하도록 한다.
태양광 컬러 모듈(3)은 컬러 레이어(70)의 하부에 위치되는 밀봉부재(130)를 더 포함할 수 있다. 태양광 컬러 모듈(3)이 태양광모듈(1)과 결합되는 경우, 내부에 공기 레이어(110)가 형성된다. 밀봉부재(130)는 태양광모듈(1)의 신뢰성을 위하여 내부의 공기 레이어(110)가 외부와 분리시키고, 고정 및 제거의 과정에서 컬러 레이어(70)와 표면레이어(30)의 손상을 방지하기 위한 구성이다. 또한 태양광 컬러 모듈(3)과 결합된 상태의 태양광모듈(1)의 내부로 수분이 인입되지 않도록 방지하기 위한 역할도 하게 된다. 밀봉부재(130)는 압력에 의하여 어느 정도 변형이 있으면서도 망가지지 않는 재료로서, 예를 들어 고무와 같은 고분자 중합체(polymer)를 사용할 수 있다. 밀봉부재(130)는 태양광모듈(1)의 프레임(50)에 가깝게 위치되며 컬러 레이어(70)의 하부에 위치하게 된다. 밀봉부재(130)는 태양광 컬러 모듈(3)에 일체로서 부착되어 있을 수도 있으나, 설치시에 부가하여 고정될 수도 있다.
밀봉부재(130)가 일정한 위치에 위치하도록 상기 컬러 레이어(70)가 커버 윈도우(80)와 밀착된 면의 반대면으로부터 인입 형성되는 제1홈(131)이 구비된다. 제1홈(131)의 깊이는 컬러 레이어(70)의 두께보다 얇을 수 있다. 설계에 따라 컬러 레이어(70)의 두께보다 두꺼워서 커버 윈도우(80)까지 밀봉부재(130)가 접촉할 수도 있다. 제1홈(131)에 밀봉부재(130)의 일부 부분이 위치하게 되어 제1홈(131)이 형성된 부분 이외로 움직이지 않도록 고정될 수 있다. 이렇게 구성되어, 밀봉부재(130)가 설계상의 위치를 벗어나서 신뢰성의 문제에 영향을 끼치는 것을 방지한다. 홈의 형상 이외에 접착제 등과 같은 일반적인 고정수단을 모두 포함하여 밀봉부재(130)를 고정할 수도 있다.
도 7(a)는 고정부(120)가 포함된 컬러가변 태양광모듈(4)을 도시한다. 도 7(b)는 컬러가변 태양광모듈(4)이 태양광 컬러 모듈(5b)과 결합된 형태를 나타낸다. 도 8은 컬러가변 태양광모듈(4)에 포함된 고정부(120)의 사시도를 나타낸다.
제4실시예는 고정부(120)가 결합된 컬러가변 태양광모듈(4)이다. 컬러 레이어(70)가 구비된 태양광 컬러 모듈(5b)과 결합될 수 있다. 컬러가변 태양광모듈(4)은 태양전지(10), 봉지재(20), 표면레이어(30) 및 상기 레이어 구조를 고정하는 프레임(50)을 포함하고, 상기 프레임(50)에 결합되어 있거나, 태양광 컬러모듈(5b)와 결합시 부가할 수 있는 고정부(120)를 포함한다.
입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지(10)와, 상기 태양전지(10)를 외부와 밀폐하는 봉지재(20)와, 상기 봉지재(20)의 표면에서 상기 태양전지(10)를 보호하도록 구비되는 표면레이어(30)와, 상기 태양전지(10)와 봉지재(20) 및 표면레이어(30)의 구조를 고정하는 프레임(50) 및 상기 프레임(50)에 부착되거나 일체로서 형성되고, 적층되는 컬러 레이어(70)를 고정하는 고정부(120)를 포함한다.
상기 프레임(50) 또는 표면레이어(30)에 접촉되고, 압력에 따라 변형 가능한 밀봉부재(130)를 더 포함한다. 태양전지(10), 봉지재(20), 표면레이어(30) 및 프레임(50)의 구조는 상기 언급한 것과 같다.
프레임(50)의 측면에는 앞에서 설명한 것과 같은 힌지부(121)와 걸림부(125) 외에도 누름부(123)를 포함할 수 있다.
고정부(120)는 상기 설명한 것과 같이 힌지부(121)와 걸림부(125)로 형성되어 고정될 수 있다. 또 다른 고정부(120)의 실시예는 다음과 같다. 도 7내지 도 8을 참조하면, 걸림부(125)를 통하여 태양광이 입사되는 방향에서 위치되는 컬러 레이어(70)를 포함하는 태양광 컬러 모듈(5b)을 고정할 수 있도록 태양광 입사 방향으로 고정되는 걸림부(125)가 형성되어 있다. 걸림부(125)는 상기 언급한 것과 같이 'ㄴ'의 형상으로 구성될 수도 있지만, 'ㄷ'의 형상으로 끝단의 걸림턱(125a)이 더 형성되어 있어서, 단턱 구조(125b)가 있는 태양광 컬러 모듈의 상부와 대응되어 결합되며 결합력을 높일 수도 있다. 또한, 누름부(123)가 형성되어 있어서 누름부(123)에 힘을 가하면 고정되고, 고정시킬 때의 방향과 반대 방향으로 힘을 가하여 고정 상태의 걸림부(125)가 풀리는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 걸림부(125)가 태양광 컬러 모듈(5b)의 고정시키고자 위치한 상태로 누름부(123)에 힘을 가하는 경우 힌지부(121)에 연결된 누름부(123)에 가하는 힘으로 인하여 걸림부(125)가 당겨지게 되고 당겨진 상태에서 힌지부(121)가 회동되지 않고 고정되도록 구성된 것이다. 제거하고자 하는 경우에는 반대쪽으로 누름부(123)에 힘을 가하면 결합상태가 풀리고 헐거워진 상태에서 힌지부(121)에 의하여 걸림부(125)가 회동 가능하므로 쉽게 제거할 수 있다. 이러한 방식으로 태양광 컬러 모듈(5b)과 결합 및 제거가 가능하도록 형성된다.
상기 프레임(50) 또는 표면레이어(30)에 접촉되고, 압력에 따라 변형 가능한 밀봉부재(130)를 더 포함할 수 있다. 밀봉부재(130)를 더 포함하여 컬러가변 태양광모듈(4)의 신뢰성을 높일 수 있다. 밀봉부재(130)는 프레임(50)의 태양광 컬러 모듈(5b)과 결합되는 일단에 부착되어 있을 수 있다. 이 경우에도 표면레이어(30) 혹은 프레임(50)에 형성된 인입홈(미도시)을 통해 고정되는 위치가 벗어나지 않도록 하고, 밀폐력을 높일 수 있다. 그 외 언급하지 않았으나 동일한 명칭을 갖는 구성은 상기 설명한 내용과 동일하다.
또 다른 실시예에 따르면 제1모듈(4, 6a, 7a)과 제2모듈(5b, 6b, 7b)이 하나의 조합으로서 고정부(120)와 함께 컬러가변 태양광모듈(5,6,7)로 형성될 수 있다.
컬러가변 태양광모듈(5,6,7)은 제1모듈(4, 6a, 7a), 제2모듈(5b, 6b, 7b) 및 고정부(120)를 포함한다. 제1모듈(4, 6a, 7a)은 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지(10)와, 상기 태양전지(10)를 외부와 밀폐하는 봉지재(20)를 포함하여 형성된다. 제2모듈(5b, 6b, 7b)은 색깔을 형성시키는 판상 형상의 컬러 레이어(70)와, 상기 컬러 레이어(70)의 상부에 밀착 결합되는 커버 윈도우(80)를 포함한다. 제1모듈(4, 6a, 7a)과 제2모듈(5b, 6b, 7b)을 결합하거나 분리할 수 있도록 하는 고정부(120)가 형성된다. 고정부(120)는 제1모듈(4, 6a, 7a) 또는 제2모듈(5b, 6b, 7b)과 일체로 결합되어 있을 수 있다. 또는 제1모듈(4, 6a, 7a)과 제2모듈(5b, 6b, 7b)을 결합할 때에 고정부(120)가 함께 설치될 수도 있다. 하기 컬러가변 태양광모듈(5, 6, 7)에 대하여 구체적 예로서 더 자세히 설명한다.
제5실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈(5)은 제1모듈(4)에 고정부(120)가 일체로 구비되어 있는 경우이다.
상기 고정부(120)는 회동가능한 힌지부(121)를 포함한다. 상기 고정부(120)는 일정한 두께 또는 밀도로 형성되고, 상기 고정부(120)의 두께보다 상기 힌지부(121)의 두께가 얇거나 상기 고정부(120)의 밀도보다 상기 힌지부(121)의 밀도가 낮게 형성될 수 있음은 상기 설명한 바와 같다.
도 7 내지 도 8을 참조하면, 제2모듈(5b)의 커버 윈도우(80)의 표면의 외곽에 단턱 구조가 형성될 수 있다. 또는 커버 윈도우(80)의 표면으로부터 컬러 레이어(70)가 결합된 방향으로 인입되는 제2홈(미도시)이 형성될 수 있다. 이 경우, 고정부(120)의 일단은 제1모듈(4)에 고정되고 타단은 상기 제2모듈(5b)에 형성된 제2홈 또는 단턱에 끼워지는 걸림턱(125a)을 포함한다. 걸림턱(125a)의 형상은 제2모듈(5b)에 형성된 대응구조에 따라 달라질 수 있다.
도 9는 고정부(120)가 제2모듈(6b)에 고정 또는 부착된 경우의 컬러가변 태양광모듈(6)을 도시한다. 도 9(a)는 제1모듈(6a)과 제2모듈(6b)이 분리된 상태를 도시하고, 도 9(b)는 제1모듈(6a)과 제2모듈(6b)이 결합된 상태를 도시한다. 도 10은 또 다른 고정부(120)의 형상에 대하여 도시한다.
제6실시예에 따른 컬러가변 태양광모듈(6)은 제2모듈(6b)에 고정부(120)가 결합되어 있을 수 있다. 이 경우, 제2모듈(6b)이 본 발명의 제3실시예에 따른 태양광 컬러 모듈(3)과 같은 역할 및 구성을 한다. 즉, 컬러 레이어(70)와 커버 윈도우(80)를 포함하고, 고정부(120)는 힌지부(121)와 걸림부(125)로 형성되어 있을 수 있다. 다만, 제1모듈(6a)과 제2모듈(6b)의 결합력을 높이기 위하여 고정부(120)에 의해 대응되어 결합되는 구조를 달리 할 수 있다.
고정부(120)의 걸림부(125)는 상기 언급한 'ㄴ'의 형상 이외에 하부에서 결합력을 높이도록 제1모듈(6a)의 하부 구조에 맞추어 'ㄷ'과 같은 구조로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 제1모듈(6a)의 프레임(50)의 하단에 고정부(120)의 걸림부(125)와의 결합력을 높여서 내부의 밀폐력을 높이기 위하여 제1모듈(6a)의 프레임(50)에는 걸림홈(125c)이 형성되고, 제2모듈(6b)의 걸림부(125)의 끝단에는 돌출 형성된 돌출부(125d)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 걸림홈(125c)에 돌출부(125d)가 끼움 결합되어 밀폐 정도가 커지고 결합력을 더 높일 수 있다. 이외에도 걸림부(125)와 이에 대응되는 구조의 형상은 상기 언급한 형상 이외에 프레임(50) 또는 제1모듈(6a)의 프레임(50)이 아닌 부분과 고정시킬 수 있는 모든 구조를 포함한다. 다만 이 경우에는 서로 결합하는 것이 어려울 수 있으므로, 고정부(120)의 일단, 즉, 걸림부(125)는 형상의 변경이 용이한 형태 또는 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면 실리콘과 같은 소재로 형성되어 완전 밀폐되면서도 유연성 있도록 형성될 수 있다. 이러한 구조로 결합된 경우에는 예기치 못한 상하 및 측방향 힘이 가해져도 쉽게 분리되지 않되, 원하는 경우에는 분리할 수 있는 효과를 갖게 된다. 그러나 이러한 소재 및 형상에 한정되지 않고 가능한 모든 형상 및 소재를 포함한다.
도 11은 고정부(120)가 제2모듈(7b)에 고정 또는 부착된 경우의 컬러가변 태양광모듈(7)의 또다른 실시예를 도시한다. 도 11(a)는 제1모듈(7a)과 제2모듈(7b)이 분리된 상태를 도시하고, 도 11(b)는 제1모듈(7a)과 제2모듈(7b)이 결합된 상태를 도시한다. 도 12는 제2모듈(7b)에 포함된 힌지부(121) 및 끼움부(127)의 형상을 도시한다.
제7실시예에 따르면, 제6실시예와 마찬가지로 제2모듈(7b)에 고정부(120)가 결합되어 있을 수 있다. 이 경우, 제2모듈(7b)이 제3실시예의 태양광 컬러 모듈(3)과 같은 역할 및 구성을 하므로, 컬러 레이어(70)와 커버 윈도우(80)를 포함한다. 고정부(120)의 또다른 예로서, 고정부(120)는 힌지부(121)와 끼움부(127)로 형성되어 있을 수 있다. 끼움부(127)는 제1모듈(7a)에 형성된 끼움턱(127a)과 제2모듈(7b)의 힌지부(121)로부터 연장 형성된 연장면(129)에 인입 형성된 끼움홈(127b)이 형성되어 있을 수 있다. 힌지부(121)의 경우 상기 언급한 힌지부(121)와 동일하다. 제2모듈(7b)에 부착 또는 포함된 고정부(120)의 힌지부(121)로부터 연장되고 두께를 갖는 연장면(129)이 구성되고, 연장면(129)에 관통되는 끼움홈(127b)이 형성된다. 끼움홈(127b)는 끼움턱(127a)의 돌출 정도에 따라 관통되지 않을 수도 있다. 제1모듈(7a)에는 상기 끼움홈(127b)에 대응되는 형상으로 끼움턱(127a)이 형성된다. 끼움턱(127a)은 일반적으로 프레임(50)에 형성되고 일정한 높이를 가지고 돌출되도록 형성된다. 따라서, 힌지부(121)와 끼움부(127)를 포함하는 고정부(120)를 통하여 제1모듈(7a)과 제2모듈(7b)이 결합되고 분리될 수 있다.
제5실시예 내지 제7실시예의 경우에도, 제1모듈(4, 6a, 7a)과 제2모듈(5b, 6b, 7b) 및 고정부(120) 이외에 밀봉부재(130)를 더 포함할 수 있다. 밀봉부재(130)의 기능 및 효과는 상기 설명한 것과 같다.
제1실시예 내지 제2실시예와는 달리, 제3실시예 내지 제7실시예의 경우에는 태양광 컬러 모듈(3) 또는 제2모듈(5b, 6b, 7b)을 기존 컬러 레이어(70)가 형성되지 않은 태양광모듈(1) 또는 제1모듈(4, 6a, 7a)과 결합 및 분리를 할 수 있게 되므로, 건물 외형의 변경이나 리모델링, 펜스 및 방음벽에 사용된 이미지 변경에 상대적으로 낮은 비용으로 교체가 가능한 효과를 갖게 된다. 또한, 장기간 사용할 수 있도록 개발된 태양광모듈(1)의 기술을 그대로 사용하고, 색깔 또는 패턴만을 변경할 수 있으므로, 교체에 대한 부담이 적은 친환경적인 비즈니스모델이 될 수 있다.
모든 실시예에 있어서, 컬러 레이어(70)와 기존의 태양광모듈(1)의 사이 또는 컬러 레이어(70)와 표면 레이어(30)의 사이에 존재하는 공기로 인한 공기레이어(110)의 태양광에 의한 효율을 최적화하기 위하여, 컬러 레이어(70)와 공기레이어(110) 사이에 산란 레이어(미도시)를 더 포함할 수 있다. 즉, 층상 구조로 컬러 레이어(70)와 맞닿도록 형성되며, 굴절율 2.0~2.2사이의 TiO2 헤이즈볼을 포함하는 별도의 산란 레이어가 형성될 수 있다.
도 13은 태양광모듈에서 실시예에 따라 발생한 전류의 양을 비교한 그래프이다. 표 1은 도 13의 그래프의 결과를 표로 나타낸 것이다.
시료 A (비교군) B (제1실시예) C (제5실시예)
전류밀도 (mA/cm2) 34.365 27.387 26.258
태양광모듈(1)에 커버 윈도우(80) 및 컬러 레이어(70) 등이 추가됨으로 인하여, 발전량 감소에 대한 우려가 있어 상기 표 1 및 도 13과 같이 세 가지 모듈에 대한 비교 실험을 진행하였다. 시료 A는 컬러 레이어(70)가 형성되지 않은 기존의 태양광모듈(1)이며, 시료 B는 컬러 레이어(70)의 변경이 불가능하도록 형성된 제2실시예의 태양광모듈(2a)이다. 시료 C는 제5실시예의 컬러가변 태양광모듈(5)로 실험하였다. 산란 레이어는 포함되지 않았다. 모두 156mm X 156mm 태양전지 1 Cell을 이용하여 제작되었으며, 컬러 레이어(70)의 색은 파란색으로 형성하였다. 전기적 특성은 동일한 실험기기를 이용하여 표준 조건(25℃, 100mW/cm2)에서 측정되었다. 그 결과, 컬러 레이어(70)의 삽입에 따른 효과를 살펴보면 시료 A 대비 시료 B, 시료 C 모두 전류밀도가 감소하였다. 그러나, 컬러 레이어(70)를 교체 가능한 시료 C와 교체 불가능한 시료 B 간의 전류밀도 차이는 4%에 불과하여, 컬러 교체 가능하도록 형성함에 따라 공기 레이어(110)와 커버윈도우(80)가 부가되었음에도 발전 손실은 크지 않아, 일체형뿐만 아니라 커버 윈도우(80)와 컬러 레이어(70)를 고정부(120)를 부가하여 컬러 변경 가능한 형태로 형성할 수 있다. 이로부터, 제3실시예 내지 제7실시예에 있어, 제1실시예 와의 태양광에 의한 전력 발생 정도를 비교하면, 큰 차이가 없음을 유추할 수 있다. 제2실시예의 경우, 제 5실시예와 태양광이 통과되는 경로가 같으므로 논외로 한다.
이상에서는 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상의 변화 없이 통상의 기술자에 의해서 변형되어 실시될 수 있음은 물론이다.
1: 컬러 레이어가 포함되지 않은 태양광모듈
2a, 2b, 2c: 컬러 변경이 불가능한 태양광모듈
3: 태양광 컬러 모듈
4, 5, 6, 7: 컬러가변 태양광모듈
10: 태양전지
20: 봉지재
30: 표면레이어
40: 백시트
50: 프레임
70: 컬러 레이어
80: 커버 윈도우
90: 간봉재
110: 공기레이어
120: 고정부
130: 밀봉부재

Claims (18)

  1. 색깔을 형성시키는 컬러 레이어; 및
    상기 컬러 레이어를 태양광모듈과 설치 및 제거 가능하도록 결합시키는 고정부;를 포함하는 태양광 컬러 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 레이어와 층상구조로 구비되는 커버 윈도우를 더 포함하는 태양광 컬러 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 레이어가 태양광모듈과 결합되는 경우, 상기 컬러 레이어와 상기 태양광모듈의 사이에 위치하는 공기를 밀폐시키는 밀봉부재를 더 포함하는 태양광 컬러 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고정부는,
    회동 가능하도록 형성된 힌지부와,
    상기 힌지부로부터 연장된 면으로부터 돌출 형성된 걸림부를 포함하는 태양광 컬러 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정부는 일정한 두께 또는 밀도로 형성되고,
    상기 고정부의 두께보다 상기 힌지부의 두께가 얇거나
    상기 고정부의 밀도보다 상기 힌지부의 밀도가 낮게 형성되는 태양광 컬러 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 압력에 따라 변형 가능한 고분자 중합체로 형성된 태양광 컬러 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 컬러 레이어의 표면에 인입형성되는 제1홈이 더 구비되고,
    상기 밀봉부재는 상기 제1홈에 인입 고정되는 태양광 컬러 모듈.
  8. 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지;
    상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재;
    상기 봉지재의 표면에서 상기 태양전지를 보호하도록 구비되는 표면레이어;
    상기 태양전지와 봉지재 및 표면레이어의 구조를 고정하는 프레임; 및
    상기 프레임에 부착되거나 일체로서 형성되고, 적층되는 컬러 레이어를 고정하는 고정부; 를 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프레임 또는 표면레이어에 접촉되고, 압력에 따라 변형 가능한 밀봉부재를 더 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고정부는,
    회동가능한 힌지부와,
    상기 힌지부로부터 연장된 면으로부터 돌출 형성된 걸림부와,
    상기 힌지부에 연결되고 외부에서 힘을 가하여 상기 힌지부가 회동되지 않도록 고정시키는 누름부를 더 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  11. 입사된 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와, 상기 태양전지를 외부와 밀폐하는 봉지재를 포함하는 제1모듈;
    색깔을 형성시키는 판상 형상의 컬러 레이어를 포함하는 제2모듈; 및
    상기 제1모듈과 제2모듈을 결합 및 분리 가능하도록 결합구조가 형성되는 고정부;를 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컬러 레이어와 층상구조로 구비되는 커버 윈도우를 더 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 커버 윈도우의 표면에 인입 형성되는 제2홈 또는 단턱이 형성되고,
    상기 고정부는,
    일단은 상기 제1모듈과 부착되고, 타단은 상기 제2홈 또는 단턱에 끼워지는 걸림턱을 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 고정부는 회동가능한 힌지부를 더 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1모듈과 제2모듈의 사이에 위치하고, 상기 제1모듈과 제2모듈의 사이에 위치하는 공기를 밀폐시키는 밀봉부재를 더 포함하는 컬러가변 태양광모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 고정부는 일정한 두께 또는 밀도로 형성되고,
    상기 고정부의 두께보다 상기 힌지부의 두께가 얇거나 상기 고정부의 밀도보다 상기 힌지부의 밀도가 낮게 형성되는 컬러가변 태양광모듈.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 압력에 따라 변형 가능한 고분자 중합체로 형성되는 컬러가변 태양광모듈.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 고정부는 상기 제2모듈과 부착 또는 결합되고,
    상기 힌지부로부터 연장 형성된 면에 인입 형성된 끼움홈과,
    상기 제1모듈에 형성되고 상기 끼움홈과 대응되는 끼움턱을 더 구비하는 컬러가변 태양광모듈.
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