KR20240040887A - 태양광 발전·열 복합컬렉터 - Google Patents

태양광 발전·열 복합컬렉터 Download PDF

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KR20240040887A
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이종원
오민석
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김의종
최재솔
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(주)대진
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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터는 사각 틀 형상으로 구비되는 케이스와, 상기 케이스의 상면에 일정한 간격으로 구비되어 태양광을 흡수하는 다수의 양면형 태양광모듈과, 상기 태양광모듈의 후면에 구비되어 상기 케이스 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달하는 배플과, 상기 배플의 후면에 구비되어 상기 배플에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 후면단열재와, 상기 후면단열재의 후면에 구비되어 상기 배플 및 상기 후면단열재가 외부에 노출되는 것을 방지하는 후면플레이트를 구비할 수 있다.

Description

태양광 발전·열 복합컬렉터{Photovoltaic Thermal Collector}
본 발명은 태양광 발전·열 복합컬렉터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기 및 열 에너지 생산의 효율성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전·열 복합컬렉터에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용한 발전에는 태양광 또는 태양열을 전기에너지로 변환하는 태양광발전과, 태양광원의 태양열을 집열한 후 난방용 또는 온수용으로 사용하기 위한 태양열 집열발전 등이 있다.
특히, 태양광 발전·열 복합(Photovoltaic Thermal;PVT) 시스템은 BIPV 온도상승에 따른 효율감소를 최소화하기 위해 시작되어, 현재 열과 전기를 동시에 생산하는 PVT 컬렉터로서 개발되고 있다.
그러나 태양광발전 모듈은 전기 생산과정에서 열을 발생시켜 자체온도를 상승시키기 때문에 전기생산 효율을 저하하는 요인이 작용하게 된다.
즉, 태양광발전 모듈의 결정질 계는 태양으로부터 입사되는 에너지 중 대략 12~16%만이 발전에 이용되고 있어 태양광에너지 이용효율이 상당히 낮은 편이며, 나머지 에너지는 모두 열로 소모됨에 따라 태양광 발전용 셀의 온도를 상승시켜 영향을 미치게 되고, 셀 특성상 온도상승에 의해 전기 에너지 전환시 전기 변환효율을 감소하게 된다는 문제가 있었다.
따라서, 태양광발전 모듈은 후면에 열을 통풍시키기 위한 구성을 설비한 후 폐열을 배출하고 있으며, 태양광발전 모듈의 온도를 낮춤에 따라 시스템의 전기 성능을 향상시키도록 구성하였다.
이러한 배경에서 태양광과 태양열을 동시에 이용할 수 있도록 태양광발전 모듈의 전기 생산과정에서 발생하는 열기를 효율적으로 이용하여 급탕이나 난방에 활용할 수 있는 태양광 발전·열 복합컬렉터를 개발하여 사용되고 있다. 그러나 태양광 발전·열 복합컬렉터 내부의 구조적인 문제로 효율이 높지 않은 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1803838호(2017.12.04)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 및 열 에너지 생산의 효율성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전·열 복합컬렉터를 제공하는 것이다.
그리고 구조 간소화를 통한 경량화를 할 수 있는 태양광 발전·열 복합컬렉터를 제공하는 것이다.
또한, 경량화를 통화 시공성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전·열 복합컬렉터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터는 사각 틀 형상으로 구비되는 케이스와, 상기 케이스의 상면에 일정한 간격으로 구비되어 태양광을 흡수하는 다수의 양면형 태양광모듈과, 상기 태양광모듈의 후면에 구비되어 상기 케이스 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달하는 배플과, 상기 배플의 후면에 구비되어 상기 배플에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 후면단열재와, 상기 후면단열재의 후면에 구비되어 상기 배플 및 상기 후면단열재가 외부에 노출되는 것을 방지하는 후면플레이트를 구비할 수 있다.
상기 케이스는 상기 케이스의 전방에 형성되어 상기 태양광모듈이 구비되는 전방부분과, 상기 전방부분의 후방에 형성되어 상기 배플이 구비되는 중앙부분과, 상기 중앙부분의 양측에 형성되어 코너피스가 내장되는 내장부분과, 상기 중앙부분의 후방에 형성되어 상기 후면단열재 및 상기 후면플레이트가 구비되는 후방부분과, 상기 후방부분의 양측에 형성되어 연결철물이 결합하는 결합부분과, 상기 전방부분과 중앙부분 사이에 구비되어 상기 태양광모듈과 상기 배플을 일정간격 이격하는 제1이격부분과, 상기 중앙부분과 상기 후방부분 사이에 구비되어 상기 배플과 상기 후면단열재를 일정간격 이격하는 제2이격부분과, 상기 결합부분에 구비되어 상기 연결철물의 이탈을 방지하는 이탈방지부분을 구비할 수 있다.
상기 중앙부분에는 반사형 재료가 코팅되고 상기 배플의 양측면에 구비되어 상기 배플에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 반사형의 측면단열재가 구비될 수 있다.
상기 배플은 상기 제1이격부분과 접하도록 구비되어 상기 중앙부분에 위치하는 제1유닛과, 상기 제2이격부분과 접하도록 구비되어 상기 중앙부분에 위치하는 제2유닛을 구비할 수 있다.
상기 제1유닛은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되어 일정간격으로 구비되되 상기 태양광모듈과 수직을 형성하거나 상기 태양광모듈로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제1몸체와, 상기 제1몸체에 일정간격으로 형성되어 상기 제1몸체를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제1타공을 구비할 수 있다.
상기 제2유닛은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되어 일정간격으로 구비되되 상기 태양광모듈과 수직을 형성하거나 상기 태양광모듈로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제2몸체와, 상기 제2몸체에 일정간격으로 형성되어 상기 제2몸체를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제2타공을 구비할 수 있다.
상기 제1몸체와 상기 제2몸체는 상기 중앙부분에 서로 번갈아가면서 구비될 수 있다.
상기 케이스에는 이웃하는 또 다른 상기 케이스와 결합할 시 상호 간의 이격거리를 유지하고 지지하는 가스켓과, 상기 내장부분의 외측에 구비되어 상기 가스켓을 상기 케이스에 고정하는 고정철물이 구비될 수 있다.
상기 후면플레이트는 내부에 공기층이 형성된 플라스틱 수지판일 수 있다.
본 발명의 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터에 의하면, 전기 및 열 에너지 생산의 효율성을 향상시킬 수 있다.
그리고 구조 간소화를 통한 경량화를 할 수 있다.
또한, 경량화를 통화 시공성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터를 나타낸 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 태양광 발전·열 복합컬렉터를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 케이스를 나타낸 도면.
도 4는 도 3에 도시된 케이스에 코너피스 및 연결철물이 구비된 모습을 나타낸 도면.
도 5는 도 2에 도시된 배플을 나타낸 도면.
도 6은 도 5에 도시된 배플을 나타낸 도면.
도 7은 도 5에 도시된 배플의 변형 예를 나타낸 도면.
도 8은 도 2에 도시된 케이스에 가스켓 및 고정철물이 구비된 모습을 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터를 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 태양광 발전·열 복합컬렉터를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)는 사각 틀 형상으로 구비되는 케이스(100)와, 케이스(100)의 상면에 일정한 간격으로 구비되어 태양광을 흡수하는 다수의 양면형 태양광모듈(200)과, 태양광모듈(200)의 후면에 구비되어 케이스(100) 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달하는 배플(300)과, 배플(300)의 후면에 구비되어 배플(300)에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 후면단열재(400)와, 후면단열재(400)의 후면에 구비되어 배플(300) 및 후면단열재(400)가 외부에 노출되는 것을 방지하는 후면플레이트(500)를 구비할 수 있다.
케이스(100)는 상하방향의 양면에 타공판(미도시)이 구비되어 외기가 케이스(100)의 내부로 유입 및 배출되도록 하고, 케이스(100)의 내부로 유입된 외기는 태양광모듈(200)이 태양광을 흡수할 시 발생하는 열이 전달될 수 있다.
배플(300)은 효율적인 공기 유동 및 열 성능 확보를 위해 배플(300)이 구비되는 공간을 50mm 이상으로 확대하여 케이스(100)의 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달함과 동시에 외기와 태양열 간의 접촉면적을 넓혀 열전달 효율을 높이는 역할을 할 수 있다.
후면단열재(400)는 태양광모듈(200)과 배플(300)을 통해 전달된 열에너지에 대한 열손실을 차단하기 위한 것으로써 복사열을 효과적으로 차단하는 저방사 성질을 가진 알루미늄 층을 이용할 수 있다.
후면플레이트(500)는 내부에 공기층이 형성된 플라스틱 수지판으로써 충격흡수에 탁월해 외부에 충격으로부터 배플(300) 및 후면단열재(400)를 용이하게 보호할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 케이스(100)에 대해 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 상술한 실시 예와 서로 다른 부분만을 상세하게 설명하며 동일하거나 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 도 2에 도시된 케이스를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 케이스에 코너피스 및 연결철물이 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 케이스(100)는 케이스(100)의 전방에 형성되어 태양광모듈(200)이 구비되는 전방부분(110)과, 전방부분(110)의 후방에 형성되어 배플(300)이 구비되는 중앙부분(120)과, 중앙부분(120)의 양측에 형성되어 코너피스(20)가 내장되는 내장부분(130)과, 중앙부분(120)의 후방에 형성되어 후면단열재(400) 및 후면플레이트(500)가 구비되는 후방부분(140)과, 후방부분(140)의 양측에 형성되어 연결철물(30)이 결합하는 결합부분(150)과, 전방부분(110)과 중앙부분(120) 사이에 구비되어 태양광모듈(200)과 배플(300)을 일정간격 이격하는 제1이격부분(160)과, 중앙부분(120)과 후방부분(140) 사이에 구비되어 배플(300)과 후면단열재(400)를 일정간격 이격하는 제2이격부분(170)과, 결합부분(150)에 구비되어 연결철물(30)의 이탈을 방지하는 이탈방지부분(180)을 구비할 수 있다.
전방부분(110)에는 태양광모듈(200)과 함께 실란트 및 백업재 등이 구비되어 태양광모듈(200)이 전방부분(110)에 고정되고, 중앙부분(120)에는 제1이격부분(160)에 의해 태양광모듈(200)로부터 일정간격 이격된 배플(300)이 구비될 수 있다.
이때, 중앙부분(120)에는 반사형 재료가 코팅되고 배플(300)의 양측면에 구비되어 배플(300)에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 반사형의 측면단열재(600)가 구비됨으로써 열손실 차단효과를 높일 수 있다.
후방부분(140)에는 제2이격부분(170)에 의해 배플(300)로부터 일정간격 이격된 후면단열재(400)와 후면플레이트(500)가 서로 마주보는 면이 접한 상태로 구비될 수 있다.
내장부분(130)에는 케이스(100)의 코너부위를 보강하기 위한 코너피스(20)가 삽입될 수 있고, 도면에는 도시하지 않았지만, 태양광모듈(200)과 연결되는 각종 설비시설이 내장부분(130)을 통해 내외부로 연통될 수 있다.
결합부분(150)은 다수의 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)를 상하 또는 좌우로 연결할 시 사용되는 연결철물(30)이 구비되도록 하고, 연결철물(30)은 이탈방지부분(180)을 통해 슬라이딩 형태로 결합부분(150)에 구비됨과 동시에 슬라이딩 방향과 수직을 형성하는 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있으며, 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 결합은 서로 맞대어진 한 쌍의 연결철물(30)을 피스 등과 같은 별도의 고정부재로 일체화함으로써 이루어질 수 있다.
상기와 같이, 케이스(100)는 각종 부재가 구비되는 각각의 공간을 구획함에 따라 각종 부재 간의 간섭이 일어나는 것을 방지하고, 제작이 용이하게 이루어지도록 하는 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 케이스(100)의 구조를 단순화한 슬림형으로 제작하여 케이스(100)의 면적대비 중량을 무게를 절감함으로써 경량화를 통한 시공성을 향상시키는 효과를 발휘할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 배플(300)에 대해 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 상술한 실시 예와 서로 다른 부분만을 상세하게 설명하며 동일하거나 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 5는 도 2에 도시된 배플을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 배플을 나타낸 도면이고, 도 7은 도 5에 도시된 배플의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 배플(300)은 제1이격부분(160)과 접하도록 구비되어 중앙부분(120)에 위치하는 제1유닛(310)과, 제2이격부분(170)과 접하도록 구비되어 중앙부분(120)에 위치하는 제2유닛(320)을 구비할 수 있다.
그리고 제1유닛(310)은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되되 태양광모듈(200)과 수직을 형성하거나 태양광모듈(200)로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제1몸체(311)와, 제1몸체(311)에 일정간격으로 형성되어 제1몸체(311)를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제1타공(312)을 구비하고, 제2유닛(320)은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되되 태양광모듈(200)과 수직을 형성하거나 태양광모듈(200)로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제2몸체(321)와, 제2몸체(321)에 일정간격으로 형성되어 제2몸체(321)를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제2타공(322)을 구비할 수 있다.
제1몸체(311)와 제2몸체(321)는 태양광모듈(200)과 수직을 형성하거나 태양광모듈(200)로부터 일정각도 기울어진 형태로 서로 번갈아가면서 중앙부분(120)에 구비될 수 있고, 제1몸체(311)와 제2몸체(321)의 기울기는 태양광 발전 열·복합컬렉터(10)의 설치 위치 등의 여건을 고려하여 설정될 수 있다.
다수의 제1타공(312)과 다수의 제2타공(322)은 일정간격으로 제1몸체(311)와 제2몸체(321)에 각각 형성될 수 있고, 다수의 제1타공(312)과 다수의 제2타공(322)의 간격은 태양광 발전 열·복합컬렉터(10)의 설치 위치 등의 여건을 고려하여 다양한 간격으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 형태의 배플(300)은 케이스(100)의 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달함과 동시에 외기와 태양열 간의 접촉면적을 넓혀 열전달 효율을 높이는 효과를 발휘할 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)에 구비되는 가스켓(700)과 고정철물(800)에 대해 설명하도록 한다. 이하의 설명에서는 상술한 실시 예와 서로 다른 부분만을 상세하게 설명하며 동일하거나 극히 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 8은 도 2에 도시된 케이스에 가스켓 및 고정철물이 구비된 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 케이스(100)에는 이웃하는 또 다른 케이스(100)와 결합할 시 상호 간의 이격거리를 유지하고 지지하는 가스켓(700)과, 내장부분(130)의 외측에 구비되어 가스켓(700)을 케이스(100)에 고정하는 고정철물(800)이 구비될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상하방향으로 결합하는 한 쌍의 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)를 예를 들면, 가스켓(700)과 고정철물(800)은 상측에 위치한 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 케이스(100)에 구비될 수 있다.
고정철물(800)에 의해 상측에 위치한 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 케이스(100)에 고정된 가스켓(700)은 하측에 위치한 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)로부터 상측에 위치한 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)가 지지되도록 해 상호 간의 이격거리를 유지함과 동시에 상측에 위치한 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)의 무게를 분산하는 역할을 함으로써 안전하게 결합하도록 할 수 있다.
상기와 같이, 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)는 가스켓(700)과 고정철물(800)을 구비함으로써 이웃하는 또 다른 태양광 발전·열 복합컬렉터(10)와 용이하게 결합할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전·열 복합컬렉터에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 태양광 발전 열·복합컬렉터 20: 코너피스
30: 연결철물 100: 케이스
110: 전방부분 120: 중앙부분
130: 내장부분 140: 후방부분
150: 결합부분 160: 제1이격부분
170: 제2이격부분 180: 이탈방지부분
200: 태양광모듈 300: 배플
310: 제1유닛 311: 제1몸체
312: 제1타공 320: 제2유닛
321: 제2몸체 322: 제2타공
400: 후면단열재 500: 후면플레이트
600: 측면단열재 700: 가스켓
800: 고정철물

Claims (9)

  1. 사각 틀 형상으로 구비되는 케이스와,
    상기 케이스의 상면에 일정한 간격으로 구비되어 태양광을 흡수하는 다수의 양면형 태양광모듈과,
    상기 태양광모듈의 후면에 구비되어 상기 케이스 내부로 유입된 외기에 태양열을 전달하는 배플과,
    상기 배플의 후면에 구비되어 상기 배플에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 후면단열재와,
    상기 후면단열재의 후면에 구비되어 상기 배플 및 상기 후면단열재가 외부에 노출되는 것을 방지하는 후면플레이트를 포함하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 케이스의 전방에 형성되어 상기 태양광모듈이 구비되는 전방부분과,
    상기 전방부분의 후방에 형성되어 상기 배플이 구비되는 중앙부분과,
    상기 중앙부분의 양측에 형성되어 코너피스가 내장되는 내장부분과,
    상기 중앙부분의 후방에 형성되어 상기 후면단열재 및 상기 후면플레이트가 구비되는 후방부분과,
    상기 후방부분의 양측에 형성되어 연결철물이 결합하는 결합부분과,
    상기 전방부분과 중앙부분 사이에 구비되어 상기 태양광모듈과 상기 배플을 일정간격 이격하는 제1이격부분과,
    상기 중앙부분과 상기 후방부분 사이에 구비되어 상기 배플과 상기 후면단열재를 일정간격 이격하는 제2이격부분과,
    상기 결합부분에 구비되어 상기 연결철물의 이탈을 방지하는 이탈방지부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 중앙부분에는 반사형 재료가 코팅되고 상기 배플의 양측면에 구비되어 상기 배플에 의해 가열된 외기의 열손실을 막는 반사형의 측면단열재가 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배플은 상기 제1이격부분과 접하도록 구비되어 상기 중앙부분에 위치하는 제1유닛과,
    상기 제2이격부분과 접하도록 구비되어 상기 중앙부분에 위치하는 제2유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1유닛은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되어 일정간격으로 구비되되 상기 태양광모듈과 수직을 형성하거나 상기 태양광모듈로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제1몸체와,
    상기 제1몸체에 일정간격으로 형성되어 상기 제1몸체를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제1타공을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2유닛은 일 방향으로 긴 판 형상으로 구비되어 일정간격으로 구비되되 상기 태양광모듈과 수직을 형성하거나 상기 태양광모듈로부터 일정각도 기울어져 구비되는 다수의 제2몸체와,
    상기 제2몸체에 일정간격으로 형성되어 상기 제2몸체를 통해 기류가 통과되도록 하는 다수의 제2타공을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1몸체와 상기 제2몸체는 상기 중앙부분에 서로 번갈아가면서 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 케이스에는 이웃하는 또 다른 상기 케이스와 결합할 시 상호 간의 이격거리를 유지하고 지지하는 가스켓과,
    상기 내장부분의 외측에 구비되어 상기 가스켓을 상기 케이스에 고정하는 고정철물이 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 후면플레이트는 내부에 공기층이 형성된 플라스틱 수지판인 것을 특징으로 하는 태양광 발전·열 복합컬렉터.
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