KR20240114389A - Solar panel with passive cooling device - Google Patents

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KR20240114389A
KR20240114389A KR1020230006446A KR20230006446A KR20240114389A KR 20240114389 A KR20240114389 A KR 20240114389A KR 1020230006446 A KR1020230006446 A KR 1020230006446A KR 20230006446 A KR20230006446 A KR 20230006446A KR 20240114389 A KR20240114389 A KR 20240114389A
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cooling device
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강용태
김성곤
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널은 광전지; 및 상기 광전지의 후면측에 마련되며, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 흡착층을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 초기 구축비용이 낮고 유지보수가 필요하지 않고, 구동에 있어 에너지소모가 없는 동시에 흡착제의 대량 제조에 의한 경제성이 높으며, 냉각성능이 뛰어나 태양광 패널의 복사열로 인한 패널 온도 상승을 낮출 수 있어 태양광 패널의 수명 연장이 가능할 뿐만 아니라, 실내의 이산화탄소를 제거함으로써 건물 냉난방 부하를 저감할 수 있는 가능하다.
A solar panel including a passive cooling device according to an embodiment of the present invention includes a photovoltaic cell; and an adsorption layer provided on the rear side of the photovoltaic cell, capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide.
According to an embodiment of the present invention, the initial construction cost is low, maintenance is not required, there is no energy consumption in operation, and the economic efficiency is high due to mass production of the adsorbent, and the panel has excellent cooling performance due to the radiant heat of the solar panel. Not only can the temperature rise be lowered, extending the life of solar panels, but it can also reduce the building's cooling and heating load by removing indoor carbon dioxide.

Description

패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널{SOLAR PANEL WITH PASSIVE COOLING DEVICE}Solar panel with passive cooling device {SOLAR PANEL WITH PASSIVE COOLING DEVICE}

본 발명은 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널에 관한 것이다.The present invention relates to a solar panel comprising a passive cooling device.

전체 에너지 소비 중 건물 부문이 차지하는 비율이 30~50%로 가장 큰 수준이며, 이산화탄소 배출량도 상응하게 지배적이다. 건물 부문의 에너지 소비패턴을 개선하기 위해 제로에너지빌딩이 개발되었으며, 신재생에너지를 생산하여 건물 에너지 부하의 일부를 충당한다. The building sector accounts for the largest proportion of total energy consumption, at 30-50%, and carbon dioxide emissions are correspondingly dominant. Zero energy buildings have been developed to improve energy consumption patterns in the building sector, and produce renewable energy to cover part of the building's energy load.

신재생에너지원 중 건물에 가장 많이 사용되는 것은 태양에너지이며, photovoltaic cell(PV cell)을 이용해 전기의 형태로 하베스팅(harvesting)한다. 대부분의 photovoltaic cell은 온도에 민감하여, 복사열로 인해 온도가 상승하면 효율이 급격하게 감소한다. Among renewable energy sources, the most widely used in buildings is solar energy, which is harvested in the form of electricity using photovoltaic cells (PV cells). Most photovoltaic cells are sensitive to temperature, and their efficiency decreases rapidly when the temperature rises due to radiant heat.

일정한 온도를 유지하고 안정적인 발전을 수행하기 위해 냉각장치들이 개발되었으며 대표적으로 공기 자연대류, 공기 강제대류, 액체 냉각, 상변화물질(PCM; phase change material), 히트 파이프, 열전냉각(Thermoelectric cooling)이 있다.Cooling devices have been developed to maintain a constant temperature and achieve stable power generation. Representative examples include natural convection of air, forced convection of air, liquid cooling, phase change material (PCM), heat pipe, and thermoelectric cooling. there is.

먼저, 공기 자연대류는 패널의 온도가 상승하면 밀도차로 인해 공기의 유동이 생겨 냉각되는 효과를 말한다. 냉각에 소모되는 에너지는 없으나 냉각효과가 미미한 단점이 있다.First, natural air convection refers to the cooling effect caused by the flow of air due to the density difference when the temperature of the panel rises. There is no energy consumed for cooling, but the cooling effect is minimal.

공기 강제대류는 팬(fan) 등을 이용하여 공기를 순환시키는 것으로, 구동력(driving force)공급에 에너지가 소모되지만 자연대류보다는 냉각효과가 뛰어나다. 하지만 외기 온도에 민감한 단점이 있다. Forced air convection circulates air using fans, etc., and although it consumes energy to supply driving force, it has a better cooling effect than natural convection. However, it has the disadvantage of being sensitive to external temperature.

또한, 액체 냉각은 액체를 PV 패널에 순환시켜 냉각하는 것으로 냉각성능이 가장 뛰어나지만, 에너지 소모가 크고 경제성이 낮다. In addition, liquid cooling cools the PV panel by circulating liquid, and has the best cooling performance, but consumes a lot of energy and is low in economic efficiency.

그리고, 상변화물질은 일정온도에서 상변화하는 물질을 PV 패널에 부착하고, 복사열이 상변화에 소모되기 때문에 패널의 온도상승을 저지하는 방법이다. 물질의 가격이 비싸고, 독성, 부식성, 인화와 같은 문제가 있다.Additionally, the phase change material is a method of attaching a material that changes phase at a certain temperature to the PV panel and preventing the temperature of the panel from rising because radiant heat is consumed for the phase change. The material is expensive and has problems such as toxicity, corrosiveness, and flammability.

또한, 히트파이프는 가열되면 히트파이프 내에서 냉매가 대류하면서 잠열을 전달하는 것으로, 저렴하지만, 열전달 성능이 낮고 외기조건에 영향을 크게 받는 단점이 있다.In addition, heat pipes transfer latent heat through convection of refrigerant within the heat pipe when heated. Although they are inexpensive, they have the disadvantage of low heat transfer performance and being greatly affected by external air conditions.

그리고, 열전냉각은 전기가 공급되면 온도차가 생기는 원리로 냉각하는 것으로, 구축비용과 에너지 소모가 크다는 점에서 상용화되지 않는다. Additionally, thermoelectric cooling operates on the principle that a temperature difference occurs when electricity is supplied, and is not commercialized due to the high construction costs and energy consumption.

태양광 패널의 효율을 향상시키려면 냉각유닛을 결합한 형태로 사용해야 한다. 그러나 상술한 종래 냉각기술은 효율적으로 열을 제거할 수 없거나 (공기 자연대류, 히트 파이프), 경제성이 낮다는 단점이 있다 (공기 강제대류, 액체 냉각, 상변화물질, 열전냉각). To improve the efficiency of solar panels, a cooling unit must be used in combination. However, the above-mentioned conventional cooling technology has the disadvantage of not being able to remove heat efficiently (natural convection of air, heat pipe) or having low economic efficiency (forced air convection, liquid cooling, phase change material, thermoelectric cooling).

대한민국 등록특허 10-2225804Republic of Korea registered patent 10-2225804 미국 공개특허 2022-0090869U.S. published patent 2022-0090869 대한민국 공개특허 10-2022-0042540Republic of Korea Open Patent 10-2022-0042540 대한민국 등록특허 10-2032240Republic of Korea registered patent 10-2032240

본 발명은 초기 구축비용이 낮고 유지보수가 필요하지 않고, 구동에 있어 에너지소모가 없는 동시에 흡착제의 대량 제조에 의한 경제성이 높으며, 냉각성능이 뛰어나 태양광 패널의 복사열로 인한 패널 온도 상승을 낮출 수 있어 태양광 패널의 수명 연장이 가능할 뿐만 아니라, 실내의 이산화탄소를 제거함으로써 건물 냉난방 부하를 저감할 수 있는 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has a low initial construction cost, does not require maintenance, has no energy consumption in operation, is highly economical due to mass production of adsorbents, and has excellent cooling performance, so it can reduce the increase in panel temperature caused by radiant heat from solar panels. The purpose of the present invention is to provide a solar panel that includes a passive cooling device that not only extends the life of the solar panel, but also reduces the building cooling and heating load by removing indoor carbon dioxide.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.

본 발명의 실시예에 따른 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널은 광전지; 및 상기 광전지의 후면측에 마련되며, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 흡착층을 포함한다.A solar panel including a passive cooling device according to an embodiment of the present invention includes a photovoltaic cell; and an adsorption layer provided on the rear side of the photovoltaic cell, capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide.

또한, 상기 흡착층은, 메조다공성 실리카, 제올라이트 및 금속유기골격체 중 적어도 어느 하나의 흡착제이거나, 이들의 조합을 포함한다.Additionally, the adsorption layer is an adsorbent of at least one of mesoporous silica, zeolite, and metal organic framework, or includes a combination thereof.

또한, 상기 메조다공성 실리카는, SiO2, SBA-15 및 MCM-41 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하고, 상기 제올라이트는, zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34 및 SSZ-14 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하고, 상기 금속유기골격체는, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IFMOF-16, UIO-66, UIO-67, UiO-68, MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC 및 Cu-BTC 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함한다.In addition, the mesoporous silica includes any one of SiO 2 , SBA-15, and MCM-41, or a combination thereof, and the zeolite includes zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34, and SSZ-14. It includes any one of or a combination thereof, and the metal-organic framework includes MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, and IFMOF-16. , UIO-66, UIO-67, UiO-68, MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC and Cu-BTC It may be one or a combination thereof.

또한, 상기 흡착층은, 아민기능화물질을 더 포함하고, 상기 아민기능화물질은, polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA), ℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), Diethanolamine(DEA), Triethanolamine(TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA) 및 diethylenetriamine (DETA) 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함한다.In addition, the adsorption layer further includes an amine-functionalized material, and the amine-functionalized material includes polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA), ℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), Diethanolamine(DEA), Triethanolamine(TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA), and diethylenetriamine (DETA), or a combination thereof.

또한, 상기 흡착층은, 상기 흡착제를 초음속 노즐로 분사시켜 코팅시킨다.Additionally, the adsorption layer is coated by spraying the adsorbent using a supersonic nozzle.

또한, 상기 흡착층은, 상기 광전지에 대응되는 건물 내부에 구비되어, 상기 건물의 실내 이산화탄소의 포집이 가능하다.Additionally, the adsorption layer is provided inside a building corresponding to the photovoltaic cell, enabling the capture of carbon dioxide indoors in the building.

또한, 상기 흡착층에 구비되어, 실내 공기를 순환시키는 순환팬;을 더 포함한다.In addition, it further includes a circulation fan provided in the adsorption layer to circulate indoor air.

또한, 상기 흡착층을 따라 구비되고, 상기 순환팬에 의해 실내 공기가 일방향으로 순환되도록 하는 순환덕트;를 더 포함한다.In addition, it further includes a circulation duct provided along the adsorption layer and allowing indoor air to circulate in one direction by the circulation fan.

본 발명의 실시예에 따르면, 초기 구축비용이 낮고 유지보수가 필요하지 않고, 구동에 있어 에너지소모가 없는 동시에 흡착제의 대량 제조에 의한 경제성이 높으며, 냉각성능이 뛰어나 태양광 패널의 복사열로 인한 패널 온도 상승을 낮출 수 있어 태양광 패널의 수명 연장이 가능할 뿐만 아니라, 실내의 이산화탄소를 제거함으로써 건물 냉난방 부하를 저감할 수 있는 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the initial construction cost is low, maintenance is not required, there is no energy consumption in operation, and the economic efficiency is high due to mass production of the adsorbent, and the panel has excellent cooling performance due to the radiant heat of the solar panel. Not only can the temperature rise be lowered, extending the life of solar panels, but it can also reduce the building's cooling and heating load by removing indoor carbon dioxide.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Meanwhile, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널을 나타낸 측면 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널에 이산화탄소의 흡착과 탈착이 이루어지는 상태를 나타낸 개략도이다.
도 3은 실험예 1에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실험예 2에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 실험예 3에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 실험예 4에 따른 결과를 나타낸 주사전자현미경 이미지이다.
도 9는 실험예 5에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 자연환기(NV), 열회수환기시스템(ERV), 실시예 3(CAS)에 따른 환기 방법을 나타낸 개략도이다.
도 11은 도 10의 환기 방법에 따른 실내 에너지 부하를 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is an exemplary side view showing a solar panel including a passive cooling device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the state in which carbon dioxide is adsorbed and desorbed on a solar panel including a passive cooling device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the results according to Experimental Example 1.
Figure 4 is a graph showing the results according to Experimental Example 2.
Figures 5 to 7 are graphs showing the results according to Experimental Example 3.
Figure 8 is a scanning electron microscope image showing the results according to Experimental Example 4.
Figure 9 is a graph showing the results according to Experimental Example 5.
Figure 10 is a schematic diagram showing natural ventilation (NV), heat recovery ventilation system (ERV), and ventilation method according to Example 3 (CAS).
Figure 11 is a graph showing indoor energy load according to the ventilation method of Figure 10.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This example is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shapes of elements in the drawings are exaggerated to emphasize clearer explanation.

본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.The configuration of the invention to clarify the solution to the problem to be solved by the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings based on preferred embodiments of the present invention, and the reference numbers to the components in the drawings will be the same. Components are given the same reference numbers even if they are in different drawings, and it is stated in advance that components of other drawings can be cited when necessary when explaining the relevant drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널 은 흡착층(10)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a solar panel including a passive cooling device according to an embodiment of the present invention may include an adsorption layer 10.

흡착층(10)은, 광전지(photovoltaic (PV) cell)의 후면측에 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 흡착층(10)을 코팅시킨 층일 수 있다. The adsorption layer 10 may be a layer coated with an adsorption layer 10 capable of adsorption and desorption of carbon dioxide on the back side of a photovoltaic (PV) cell.

여기서, 광전지는 건물일체형 태양광발전시스템(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)에 사용될 수 있다. Here, photovoltaic cells can be used in a building integrated photovoltaic (BIPV) system.

즉, 건축물의 창호나 벽면, 발코니 및 지붕재 등 건축물의 외피를 광전지로 사용할 수 있다. 이때, 광전지의 전면측은 실외측에 마주하고, 광전지의 후면측은 실내측에 마주하도록 구비될 수 있다. In other words, the exterior of a building, such as its windows, walls, balconies, and roofing materials, can be used as photovoltaic cells. At this time, the front side of the photovoltaic cell may be provided to face the outdoor side, and the rear side of the photocell may be provided to face the indoor side.

예를 들어, 본 발명의 패시브 냉각 장치는, BIPV에 사용되는 광전지의 후면측, 즉, 광전지의 후면전극에 구비될 수 있다. 그리고, 본 발명의 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널은, 건물의 실내에 구비될 수 있으며, 건물의 실내 이산화탄소를 포집할 수도 있다. 이때, 광전지는 건물의 외측에 구비될 수도 있다. For example, the passive cooling device of the present invention may be provided on the rear side of a photovoltaic cell used in BIPV, that is, on the rear electrode of the photovoltaic cell. Additionally, the solar panel including the passive cooling device of the present invention can be installed indoors in a building and can collect carbon dioxide indoors in the building. At this time, the photovoltaic cell may be installed outside the building.

이에 대해 구체적으로 설명한다. This will be explained in detail.

먼저, 광전지의 후면측에 이산화탄소를 흡착과 탈착 가능한 흡착제가 코팅된 흡착층(10)의 형성되어 있다. 이때, 흡착층(10)은 흡착제를 초음속 노즐로 분사시켜 코팅시킬 수 있다. 구체적으로 초음속 유동코팅(supersonic cold spray coating) 공법을 이용하여 120℃의 4 bar 조건에서 코팅 및 형성될 수 있다. First, an adsorption layer 10 coated with an adsorbent capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide is formed on the rear side of the photovoltaic cell. At this time, the adsorption layer 10 can be coated by spraying the adsorbent with a supersonic nozzle. Specifically, it can be coated and formed under 4 bar conditions at 120°C using a supersonic cold spray coating method.

또한, 흡착층(10)은 초음속 유동코팅 기술 외에 펠렛화, PVA 등 바인더를 이용한 코팅 등을 포함하여 형성될 수 있다. In addition, the adsorption layer 10 may be formed using pelletizing, coating using a binder such as PVA, etc. in addition to supersonic flow coating technology.

도 2의 (a)를 참조하면, 흡착층(10)은 이산화탄소가 모두 흡착되어 포화된 상태이다. 낮시간에 태양에너지가 광전지로 공급되면, 광전효과에 의해 전기가 생산되고, 복사열에 의해 온도가 상승한다. 지속적인 열에너지는 광전지의 온도를 상승하는데에 소모되는 것이 아니라, 흡착층(10)에서 이산화탄소가 탈착되는데에 잠열로 소모된다. 즉, 냉각효과가 발생한다. Referring to (a) of FIG. 2, the adsorption layer 10 is saturated with all carbon dioxide adsorbed. When solar energy is supplied to photovoltaic cells during the day, electricity is produced through the photoelectric effect and the temperature rises due to radiant heat. Continuous thermal energy is not consumed to increase the temperature of the photovoltaic cell, but is consumed as latent heat to desorb carbon dioxide from the adsorption layer 10. In other words, a cooling effect occurs.

도 2의 (b)를 참조하면, 밤시간에 태양에너지 공급이 중단되면 광전지의 온도가 20~25℃로 낮아진다. 이때, 빌딩 일체형 태양광 패널일 경우, 실내 온도와 열평형에 도달한다. 그리고, 낮시간에 이산화탄소는 흡착층(10)으로부터 모두 탈착된 상태이다. 그리고 실내 사람에 의해 발생된 이산화탄소는 흡착층(10)에 의해 흡착된다. 즉, 실내 이산화탄소를 제거하여 환기를 최소화할 수 있어, 건물에서 소모되는 냉난방 부하를 최소화할 수 있다.Referring to (b) of Figure 2, when solar energy supply is stopped at night, the temperature of the photovoltaic cell decreases to 20-25°C. At this time, in the case of a building-integrated solar panel, thermal equilibrium with the indoor temperature is reached. And, during the day, all carbon dioxide is desorbed from the adsorption layer 10. And carbon dioxide generated by people indoors is adsorbed by the adsorption layer 10. In other words, ventilation can be minimized by removing indoor carbon dioxide, thereby minimizing the cooling and heating load consumed in the building.

상술한 바와 같이, 흡착층(10)을 형성시키는 흡착제는, 메조다공성 실리카, 제올라이트 및 금속유기골격체 중 적어도 어느 하나의 흡착제이거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. As described above, the adsorbent that forms the adsorption layer 10 may be at least one of mesoporous silica, zeolite, and metal-organic framework, or may include a combination thereof.

여기서, 메조다공성 실리카는, SiO2, SBA-15 및 MCM-41 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. Here, the mesoporous silica may include any one of SiO 2 , SBA-15, and MCM-41, or a combination thereof.

또한, 제올라이트는, zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34 및 SSZ-14 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. Additionally, the zeolite may include any one of zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34, and SSZ-14, or a combination thereof.

그리고, 금속유기골격체는, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IFMOF-16, UIO-66, UIO-67, UiO-68, MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC 및 Cu-BTC 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. And, the metal-organic framework is MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IFMOF-16, UIO-66, UIO-67, UiO- 68, MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC, and Cu-BTC, or may include a combination thereof. .

한편, 흡착층(10)은, 아민기능화물질을 더 포함할 수 있다. Meanwhile, the adsorption layer 10 may further include an amine-functionalized material.

아민기능화가 이루어지는 경우, 흡착층(10)의 성능 즉, 이산화탄소의 흡착이 개선될 수 있다. When amine functionalization is performed, the performance of the adsorption layer 10, that is, the adsorption of carbon dioxide, can be improved.

이때, 아민기능화물질은, polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA),℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), Diethanolamine(DEA), Triethanolamine(TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA) 및 diethylenetriamine (DETA) 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함할 수 있다. At this time, the amine-functionalized material is polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA), ℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA) and diethylenetriamine (DETA) It may include any one of these, or a combination thereof.

한편, 도 2의 (b) 및 도 10을 함께 참조하면, 본 발명의 태양광 패널 패시브 냉각 장치는, 순환팬(20) 및 순환덕트(30)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, referring to Figures 2(b) and 10 together, the solar panel passive cooling device of the present invention may further include a circulation fan 20 and a circulation duct 30.

순환팬(20)은, 흡착층(10)에 구비되어 실내 공기를 순환시킬 수 있다. The circulation fan 20 is provided in the adsorption layer 10 and can circulate indoor air.

그리고, 순환덕트(30)는, 흡착층(10)을 따라 구비되고, 순환팬(20)에 의해 실내 공기가 일방향으로 순환되도록 할 수 있다. In addition, the circulation duct 30 is provided along the adsorption layer 10, and can allow indoor air to circulate in one direction by the circulation fan 20.

이때, 순환팬(20)은, 흡착층(10)과 순환덕트(30) 사이에 구비될 수 있다. At this time, the circulation fan 20 may be provided between the adsorption layer 10 and the circulation duct 30.

예를 들어, 밤시간에는 실내에 생활하는 사람에 의해 이산화탄소가 자연발생하는 동시에 태양광 발전이 이루어지지 않는다. 그리고, 낮시간에는 태양광 발전으로 흡착층(10)에 포집된 이산화탄소가 탈착된 상태이다. For example, at night, carbon dioxide is naturally generated by people living indoors and solar power generation is not generated. Also, during the day, carbon dioxide captured in the adsorption layer 10 is desorbed due to solar power generation.

여기서, 밤시간에는 순환팬(20)을 작동시켜, 순환덕트(30)의 일측에서 타측으로 실내공기를 순환시킬 수 있다. 이때, 순환덕트(30)로 유입되는 실내공기는 이산화탄소가 포함되고, 이 이산화탄소가 순환덕트(30)를 따라 순환되며 흡착층(10)에 의해 포집될 수 있다. 즉, 실내공기에 포함된 이산화탄소를 포집함에 따라, 실내환기를 최소화할 수 있어 냉난방 부하 손실 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 흡착층(10)에서 이산화탄소의 포집에 의한 열교환으로 광전지로 추가 에너지의 생산이 가능할 수 있다.Here, the circulation fan 20 can be operated at night to circulate indoor air from one side of the circulation duct 30 to the other side. At this time, the indoor air flowing into the circulation duct 30 contains carbon dioxide, and this carbon dioxide circulates along the circulation duct 30 and can be collected by the adsorption layer 10. In other words, by capturing carbon dioxide contained in indoor air, indoor ventilation can be minimized, thereby minimizing heating and cooling load loss, and additional energy can be produced through photovoltaic cells through heat exchange by capturing carbon dioxide in the adsorption layer 10. It may be possible.

반면, 낮시간에는 순환팬(20)을 중지시키고, 건물에 기 구비된 창문 또는 열회수환기시스템 등을 이용한 실내 환기를 할 수 있다. 즉, 낮시간에는 밤시간 동안 흡착층(10)에 포집된 이산화탄소의 탈착과 실내에 생활하는 사람에 의한 이산화탄소 발생으로 실내 이산화탄소 농도가 높아질 수 있다. On the other hand, during the day, the circulation fan 20 can be stopped and indoor ventilation can be performed using windows or a heat recovery ventilation system provided in the building. That is, the indoor carbon dioxide concentration may increase during the day due to the desorption of carbon dioxide collected in the adsorption layer 10 during the night and the generation of carbon dioxide by people living indoors.

이하, 본 발명의 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널에 따른 실시예 및 실험예에 대해 설명한다. Hereinafter, examples and experimental examples according to solar panels including the passive cooling device of the present invention will be described.

[실시예 1][Example 1]

실시예 1은 아민기능화물질이 침투된 파우더 흡착제를 제조하였다. Example 1 produced a powder adsorbent impregnated with an amine-functionalized material.

먼저, 메조다공성 실리카는, SiO2, SBA-15 및 MCM-41을 준비하였다. First, mesoporous silica, SiO 2 , SBA-15, and MCM-41 were prepared.

그리고, 마이크로 다공성 금속유기골격체는 Fe-BTC, Cu-BTC, MIL-53 및 ZIF-8을 준비하였다. And, microporous metal-organic frameworks were prepared from Fe-BTC, Cu-BTC, MIL-53, and ZIF-8.

흡착제에 아민기능화를 수행하기 위하여 Polyethylenimine(PEI) with MW 1200의 아민기능화물질을 교반하여 PEI/SiO2, PEI/SBA-15, PEI/MCM-41, PEI/Fe-BTC 및 PEI/Cu-BTC를 제조하되, 각각의 준비된 흡착제 별로 제조하였다. In order to perform amine functionalization on the adsorbent, the amine functionalizing material of Polyethylenimine (PEI) with MW 1200 was stirred to produce PEI/SiO 2 , PEI/SBA-15, PEI/MCM-41, PEI/Fe-BTC, and PEI/Cu-BTC. was prepared for each prepared adsorbent.

아민기능화를 수행하기 위한 아민기능화 흡착제는 아래와 같이 제조하였다. An amine-functionalized adsorbent to perform amine functionalization was prepared as follows.

먼저, 메탄올 300mL에 5g의 흡착제을 첨가한 후, 2시간 동안 교반 및 초음파 분쇄를 수행하여, 입자를 분산시켰다. First, 5 g of adsorbent was added to 300 mL of methanol, followed by stirring and ultrasonic pulverization for 2 hours to disperse the particles.

그리고, [수학식 1]이 되도록 PEI를 첨가하고, 24시간 동안 교반하였다. 다음으로, toluene, ethanol, methanol을 이용하여 4번의 원심분리를 통해 불순물을 제거하였다. Then, PEI was added to obtain [Equation 1], and stirred for 24 hours. Next, impurities were removed through centrifugation four times using toluene, ethanol, and methanol.

또한, 대류형 오븐에서 50℃로 5시간 동안 유지하여 용매를 증발시킨 후, 진공 오븐에서 90℃ 및 진공 조건으로 24시간 유지하였다. Additionally, the solvent was evaporated by maintaining it at 50°C for 5 hours in a convection oven, and then maintained at 90°C and vacuum conditions in a vacuum oven for 24 hours.

이와 같이, 아민기능화물질이 혼합된 아민기능화 흡착제를 제조하였다. In this way, an amine-functionalized adsorbent mixed with amine-functionalized materials was prepared.

[실시예 2][Example 2]

실시예 2는, [DMF; N N-Dimethylformamide]에 2wt%의 PEI/MCM-41을 분산시켰다. 이때, 초음파분쇄 및 교반을 3시간 진행하였다. Example 2 is [DMF; 2 wt% of PEI/MCM-41 was dispersed in [N N-Dimethylformamide]. At this time, ultrasonic pulverization and stirring were performed for 3 hours.

그리고, 1wt% PAN을 콜로이드에 분산시키고, 이것을 실린지 펌프의 실린지에 넣고 초음속 노즐과 연결하였다. 120℃, 4 bar 조건에서 미리 준비한 광전지의 하부전극 측면에 분사하여 필름화한 흡착층(10)을 형성시켰다. 또한, 흡착층(10)이 형성된 후, 70℃의 진공 조건에서 전처리하였다. Then, 1 wt% PAN was dispersed in the colloid, placed in the syringe of a syringe pump, and connected to a supersonic nozzle. A film-like adsorption layer 10 was formed by spraying on the side of the lower electrode of the photovoltaic cell prepared in advance at 120°C and 4 bar. In addition, after the adsorption layer 10 was formed, it was pretreated under vacuum conditions at 70°C.

[실시예 3][Example 3]

상술한 실시예 2와 같이, 흡착층(10)이 형성된 광전지를 건물에 구비하여 건물일체형 태양광발전시스템(Building Integrated Photovoltaic, BIPV)을 구현하였다. 이때, 흡착층(10)은 실내측에 위치한다.As in Example 2 described above, a building integrated photovoltaic (BIPV) system was implemented by equipping a building with photovoltaic cells with an adsorption layer 10 formed thereon. At this time, the adsorption layer 10 is located on the indoor side.

그리고, 실시예 3의 광전지 조건은, 가로 1.69m, 세로 0.99m, 높이 35mm, 면전 1.6731㎡로, 320W 급 태양광모듈로 이루어진다.And, the photovoltaic cell conditions of Example 3 are 1.69 m wide, 0.99 m long, 35 mm high, and 1.6731 m2 in area, and consist of a 320W solar module.

또한, 실시예 3은, 흡착층(10)을 따라 실내공기가 유입되고, 배출될 수 있도록 순환덕트(30)와, 순환덕트(30)와 흡착층(10) 사이에 순환팬(20)을 구비하였다.In addition, Example 3 includes a circulation duct 30 and a circulation fan 20 between the circulation duct 30 and the adsorption layer 10 so that indoor air can be introduced and discharged along the adsorption layer 10. It was equipped.

[비교예 1][Comparative Example 1]

비교예 1은, 상술한 실시예 1의 아민기능화 흡착제를 제조하기 위하여 사용한 SiO2, SBA-15, MCM-41, Fe-BTC, Cu-BTC, MIL-53 및 ZIF-8이다.Comparative Example 1 is SiO 2 , SBA-15, MCM-41, Fe-BTC, Cu-BTC, MIL-53, and ZIF-8 used to prepare the amine-functionalized adsorbent of Example 1 described above.

[실험예 1 - 흡착제의 이산화탄소 포집성능 평가][Experimental Example 1 - Evaluation of carbon dioxide capture performance of adsorbent]

실험예 1은 실시예 1 및 비교예 1의 흡착제에 대하여 이산화탄소 포집성능을 평가하였다.Experimental Example 1 evaluated the carbon dioxide capture performance of the adsorbents of Example 1 and Comparative Example 1.

먼저, 10mg의 실시예 1 및 비교예 1 각각의 흡착제를 TGA(열중량 분석기)의 오픈된 팬(pan)에 넣는다. 여기서, 오픈된 팬(pan)이란, 반응가스를 흘려보내면서 흡착을 시험하도록 구성되는 팬(pan)을 의미한다.First, 10 mg of each adsorbent of Example 1 and Comparative Example 1 was placed in an open pan of a TGA (thermogravimetric analyzer). Here, an open pan refers to a pan configured to test adsorption while flowing a reaction gas.

25℃에서 3분간 유지한 후, 25℃에서 120℃로 승온시켰다. 이때, 승온속도는 10℃/min으로 하였다. 120℃에서 3시간 동안 유지하면서 100ml/min의 유량속도로 N2 gas를 주입하여 불순물을 흡착제로부터 탈착시켰다. After maintaining at 25°C for 3 minutes, the temperature was raised from 25°C to 120°C. At this time, the temperature increase rate was 10°C/min. Impurities were desorbed from the adsorbent by maintaining the temperature at 120°C for 3 hours and injecting N 2 gas at a flow rate of 100 ml/min.

그리고, 120℃에서 25℃까지 10℃/min으로 온도를 낮추면서 100ml/min의 N2 gas를 주입하였고, 25℃에서 10분간 유지하였다. Then, 100 ml/min of N 2 gas was injected while lowering the temperature from 120°C to 25°C at 10°C/min, and maintained at 25°C for 10 minutes.

다음으로, 25℃에서 6시간 동안 2,000 ppm의 CO2 및 에어(air)를 흘려보내 흡착제의 질량 변화를 측정하였다. 이때, 변화한 질량은 CO2 흡착량과 같다.Next, 2,000 ppm of CO 2 and air were flowed at 25°C for 6 hours to measure the change in mass of the adsorbent. At this time, the changed mass is equal to the CO 2 adsorption amount.

실험예 1의 결과는 도 3과 같다.The results of Experimental Example 1 are shown in Figure 3.

도 3을 참조하면, PEI를 impregnation 시킨 메조다공성 실리카 SBA-15 및 MCM-41은 각각 1.76 mmol/g, 1.68 mmol/g으로, 비교예 1보다 높은 이산화탄소 포집 성능을 보이는 것으로 나타났다.Referring to Figure 3, mesoporous silica SBA-15 and MCM-41 impregnated with PEI were shown to have higher carbon dioxide capture performance than Comparative Example 1, at 1.76 mmol/g and 1.68 mmol/g, respectively.

[실험예 2 - 흡착제 냉각 성능 평가][Experimental Example 2 - Adsorbent cooling performance evaluation]

밀폐된 팬에서 실시예 1 및 비교예 1 각각의 흡착제를 25℃에서 80℃ 상승에 필요한 heat flow curve, 밀폐된 팬에서 사파이어(팬 재료)의 25℃에서 80℃ 상승에 필요한 heat flow curve 및 밀폐된 팬 자체의 25℃에서 80℃ 상승에 필요한 heat flow curve를 각각 얻었다. 이때, 밀폐된 팬의 무게는 동일하다. 여기서, 밀폐된 팬이란 산소 등과 같은 외부 가스와의 접촉을 차단하도록 구성되는 팬을 의미한다.The heat flow curve required to raise each adsorbent from 25°C to 80°C in Example 1 and Comparative Example 1 in a sealed pan, the heat flow curve required to raise sapphire (pan material) from 25°C to 80°C in a sealed pan, and the sealing The heat flow curves required to increase the temperature from 25℃ to 80℃ of the fan itself were obtained. At this time, the weight of the sealed pan is the same. Here, a sealed fan refers to a fan configured to block contact with external gases such as oxygen.

상기 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 통해 heat flow curve를 계산하였다. The heat flow curve was calculated through [Equation 2] and [Equation 3] above.

여기서, heat flow curve는, 시차주사열량계 (DSC, Differential Scanning Calorimeter)를 이용할 수 있다.Here, the heat flow curve can use a differential scanning calorimeter (DSC).

사파이어의 비열은 이미 공지되어 사파이어의 heat flow curve와 비열을 보정하여, 실시예 1 및 비교예 1 각각의 흡착제의 비열을 얻었다. The specific heat of sapphire is already known, so the heat flow curve and specific heat of sapphire were corrected to obtain the specific heat of each adsorbent in Example 1 and Comparative Example 1.

또한, 온도 상승에 따른 현열 변화 냉각효과는 하기 [수학식 4]를 통해 계산하였다. In addition, the cooling effect of sensible heat change due to temperature increase was calculated using Equation 4 below.

TGA 장비에서 [수학식 5]로 25℃에서 70℃로 가열 조건에 대해 계산하였다. Heating conditions from 25°C to 70°C were calculated using [Equation 5] in the TGA equipment.

이 과정에서 실시예 1 및 비교예 1 각각의 흡착제의 비열을 빼주어 CO2를 탈착하는데에 필요한 잠열을 계산하였다. In this process, the specific heat of each adsorbent in Example 1 and Comparative Example 1 was subtracted to calculate the latent heat required to desorb CO 2 .

최종적으로 PV Cell의 온도 상승 구간인 25~70℃ 구간에 소모되는 잠열과 현열의 합으로 냉각에너지 밀도를 계산하였다.Finally, the cooling energy density was calculated as the sum of latent heat and sensible heat consumed in the 25~70℃ range, which is the temperature rise range of the PV cell.

그 결과, 온도 상승에 따른 실시예 1 및 비교예 1 각각의 흡착제의 냉각에너지 밀도는 도 4와 같이 나타났다.As a result, the cooling energy density of each adsorbent in Example 1 and Comparative Example 1 according to the temperature increase was shown in FIG. 4.

일반 상변화물질의 잠열냉각 밀도가 100~250 J/g인 것을 고려하면, 실시예 1의 파우더 흡착제는 충분한 냉각효과를 보이는 것으로 판단할 수 있다. 특히, PEI/MCM-41는 잠열 냉각 밀도가 242.2 J/g로서, 다른 파우더 흡착제보다 최대로 나타났다.Considering that the latent cooling density of general phase change materials is 100 to 250 J/g, it can be judged that the powder adsorbent of Example 1 shows a sufficient cooling effect. In particular, PEI/MCM-41 had a latent heat cooling density of 242.2 J/g, which was the highest compared to other powder adsorbents.

[실험예 3 - 흡착제 내구성 평가 1][Experimental Example 3 - Adsorbent durability evaluation 1]

실험예 3은, 실시예 1의 PEI/SiO2, PEI/SBA-15 및 PEI/MCM-41와, 비교예 1의 Fe-BTC 및 Cu-BTC에 대한 질량 변화를 테스트하였다. Experimental Example 3 tested the mass change for PEI/SiO 2 , PEI/SBA-15, and PEI/MCM-41 of Example 1, and Fe-BTC and Cu-BTC of Comparative Example 1.

각각의 상대습도(도 5의 x축)에서 3시간 30분 동안 유지하였을 때, 질량 변화를 측정하였다. 이때, 질량변화는 TGA를 이용할 수 있다. When maintained at each relative humidity (x-axis in Figure 5) for 3 hours and 30 minutes, the change in mass was measured. At this time, TGA can be used to determine the mass change.

도 5를 참조하면, PEI/SiO2, PEI/SBA-15 및 PEI/MCM-41은 수분에 저항성이 높은 것으로 나타났다. 즉, 대기 중에서 수분으로부터 구조가 안정적으로 유지됨을 확인할 수 있다. Referring to Figure 5, PEI/SiO 2 , PEI/SBA-15, and PEI/MCM-41 were found to have high moisture resistance. In other words, it can be confirmed that the structure is stably maintained from moisture in the atmosphere.

[실험예 3 - 흡착제 내구성 평가 2][Experimental Example 3 - Adsorbent durability evaluation 2]

실험예 3은, 실시예 1의 PEI/MCM-41에 대해 흡착과 탈착을 반복하되, 흡착은 상술한 실험예 1과 동일 조건으로 하여, 총 5회 반복하여 내구성을 확인하였다. 이때, 탈착은 70℃에서 수행하였다. 이는, 광전지의 온도 최고 상승은 70℃ 부근일 것으로 예상할 수 있다. In Experimental Example 3, adsorption and desorption were repeated for PEI/MCM-41 of Example 1, but adsorption was performed under the same conditions as Experimental Example 1 described above, and durability was confirmed by repeating a total of 5 times. At this time, desorption was performed at 70°C. This means that the highest temperature rise of the photovoltaic cell can be expected to be around 70°C.

도 6을 참조하면, heat flow curve, 흡착과 탈착, 질량변화가 반복시에 유지됨을 확인할 수 있다.Referring to Figure 6, it can be seen that the heat flow curve, adsorption and desorption, and mass change are maintained upon repetition.

[실험예 3 - 흡착제 내구성 평가 3][Experimental Example 3 - Adsorbent durability evaluation 3]

실험예 3은, 실시예 1의 PEI/MCM-41에 대한 열적 안정성을 테스트하였다. Experimental Example 3 tested the thermal stability of PEI/MCM-41 of Example 1.

도 7을 참조하면, 20~100℃의 온도변화 반복에 따른 구조적 변화를 관찰한 결과, 반복에 따른 heat flow curve 일정하게 유지되었기 때문에 내구성을 확인할 수 있다. 반대로, 반복된 실험에서 분해가 일어났다면 heat flow curve가 달라짐에 따라 내구성이 없는 것으로 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, as a result of observing structural changes due to repeated temperature changes of 20 to 100°C, durability can be confirmed because the heat flow curve according to repetitions was kept constant. Conversely, if decomposition occurred in repeated experiments, it can be confirmed that it is not durable as the heat flow curve changes.

[실험예 4][Experimental Example 4]

실험예 4는, 실시예 1과 실시예 2에 대한 구조형상, 성분을 확인하였다. In Experimental Example 4, the structural shape and components of Examples 1 and 2 were confirmed.

구조형상은 주사전자현미경(SEM)의 이미지로 확인하였고, 성분은 EDS(에너지분산형 분광분석법)로 분석하였다. EDS는 단순히 표면성분을 검출하는 분석법이므로 비교적 표면에 분포하여 신뢰도가 높은 N의 변화를 확인한다.The structural shape was confirmed by scanning electron microscope (SEM) images, and the components were analyzed by EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Since EDS is simply an analysis method that detects surface components, it is relatively distributed on the surface and confirms changes in N with high reliability.

도 8을 참조하면, 실시예 1과 실시예 2 즉, 파우더 흡착제(powder)와 흡착층(film)은 SEM 이미지 상 구조변화가 거의 없을 확인할 수 있으며, 성분에 있어서 N이 증가함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, it can be confirmed that Examples 1 and 2, that is, the powder adsorbent (powder) and the adsorption layer (film), show almost no structural change in the SEM image, and it can be confirmed that N increases in the components. .

[실험예 5] [Experimental Example 5]

실험예 5는, 실시예 1과 실시예 2에 대한 이산화탄소 흡착성능을 비교하였다. Experimental Example 5 compared the carbon dioxide adsorption performance of Example 1 and Example 2.

도 9를 참조하면, 실시예 1의 파우더 흡착제(powder)와 실시예 2의 흡착층(film)은 이산화탄소 흡착성능에 변화가 없음을 확인할 수 있다. 이때, 흡착제는 PEI/MCM-41를 사용하였다.Referring to Figure 9, it can be seen that the powder adsorbent (powder) of Example 1 and the adsorption layer (film) of Example 2 showed no change in carbon dioxide adsorption performance. At this time, PEI/MCM-41 was used as the adsorbent.

[실험예 6][Experimental Example 6]

실험예 6은 환기 방법에 따른 에너지 부하를 비교하였다. 환기 방법은 총 3가지로 이루어진다. Experimental Example 6 compared energy load according to ventilation method. There are three ventilation methods.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 자연환기(natural ventilation; NV)와, 열회수환기시스템(energy recovery ventilator; ERV) 및 실시예 3(CAS, CO2 Adsorption System)으로 이루어진다. First, as shown in FIG. 10, it consists of natural ventilation (NV), an energy recovery ventilator (ERV), and Example 3 (CAS, CO 2 Adsorption System).

이때, 자연환기는 시간당 0.5회 환기가 이루어지고, 열회수환기시스템은 시간당 0.5회 및 93.15CMH의 풍량으로 환기가 이루어진다. 또한, 실시예 3은 밀폐된 상태에서 이산화탄소의 흡착이 이루어진다.At this time, natural ventilation is performed at 0.5 times per hour, and the heat recovery ventilation system is ventilated at 0.5 times per hour and at a wind volume of 93.15 CMH. Additionally, in Example 3, carbon dioxide is adsorbed in a sealed state.

조건은, 아래의 표들과 같다.The conditions are as shown in the tables below.

구분division x(가로)x(horizontal) y(세로)y(vertical) h(높이)h(height) A(면적)A (area) V(부피)V (volume) value 9m9m 9m9m 2.3m2.3m 81㎠81㎠ 186.3㎤186.3㎤

[표 1]은 실험예 6을 실험하기 위한 방 크기를 설정한 값을 나타낸다. [Table 1] shows the values set for the room size for testing Experimental Example 6.

구분division 건구(℃)Dry bulb (℃) 습구(℃)Wet bulb (℃) 절대습도(kg/kg)Absolute humidity (kg/kg) 상대습도(%)Relative humidity (%) 엔탈피(kJ/kg)Enthalpy (kJ/kg) 밀도(kJ/㎥)Density (kJ/㎥) 냉방(여름)Cooling (summer) 2424 1717 0.000910.00091 48.948.9 47.2947.29 1.1811.181 난방(겨울)Heating (winter) 2222 13.713.7 0.00640.0064 39.239.2 38.3838.38 1.1911.191

구분division 건구(℃)Dry bulb (℃) 습구(℃)Wet bulb (℃) 절대습도(kg/kg)Absolute humidity (kg/kg) 상대습도(%)Relative humidity (%) 엔탈피(kJ/kg)Enthalpy (kJ/kg) 밀도(kJ/㎥)Density (kJ/㎥) 여름summer 3535 2424 0.0140.014 39.639.6 71.1171.11 1.1361.136 겨울winter 22 0.40.4 0.00320.0032 7474 10.0310.03 1.0141.014

[표 2]는 실내 온습도 조건을 나타내고, [표 3]은 실외 온습도 조건을 나타낸다.그리고, 자연환기(natural ventilation; NV)와, 열회수환기시스템(energy recovery ventilator; ERV) 및 실시예 3(CAS, CO2 Adsorption System)에 의한 실내 에너지 부하를 계산하였다.[Table 2] shows the indoor temperature and humidity conditions, and [Table 3] shows the outdoor temperature and humidity conditions. In addition, natural ventilation (NV), an energy recovery ventilator (ERV), and Example 3 (CAS) , CO 2 Adsorption System) indoor energy load was calculated.

먼저, 자연환기와 열회수환기시스템에 대한 실내 에너지 부하를 살펴보면, 아래 [표 4] 및 [표 5]와 같다. First, looking at the indoor energy load for natural ventilation and heat recovery ventilation systems, as shown in [Table 4] and [Table 5] below.

kJkJ kWh/daykWh/day kWh/monthkWh/month 냉방cooling 2508.392508.39 16.7216.72 501.68501.68 난방heating 2985.432985.43 19.9019.90 597.09597.09

전열(%)Electric heat (%) kWh/monthkWh/month 냉방cooling 6060 200.67200.67 난방heating 7575 149.27149.27

즉, 도 11을 참조하면, 자연환기보다 열회수환기시스템이 냉방 및 난방 부하를 각각 60%, 75% 저감할 수 있음을 확인할 수 있다.또한, 실시예 3은 환기가 이루어지지 않는 밀폐된 상황에서, 이산화탄소의 흡착이 이루어진다.In other words, referring to FIG. 11, it can be seen that the heat recovery ventilation system can reduce the cooling and heating loads by 60% and 75%, respectively, compared to natural ventilation. In addition, Example 3 was used in a closed situation without ventilation. , adsorption of carbon dioxide takes place.

이때, [표 1]과 같은 면적에 재실 인원을 3명으로 산정하고 재실 시간을 10시간으로 산정하였을 때, 배출되는 일간 총 CO2 배출량은 [표 6]과 같고, 이산화탄소의 포집 필요에 따른 이산화탄소 양을 알아보면 [표 7]과 같다. 또한, 실시예 3에 따른 광전지 쿨링(cooling) 설계점으로 320W 급 태양열 패널 조건은 [표 8]과 같다. At this time, when the number of occupants in the same area as [Table 1] is calculated as 3 and the occupancy time is calculated as 10 hours, the total daily CO2 emissions are as shown in [Table 6], and the amount of carbon dioxide according to the need for carbon dioxide capture The results are as shown in [Table 7]. In addition, the photovoltaic cooling design point according to Example 3 and the 320W solar panel conditions are shown in [Table 8].

인원personnel 밤 거주 시간(h/day)Night residence time (h/day) CO2 배출량(kg/day) CO2 emissions (kg/day) 총 CO2 배출량(kg)Total CO2 emissions (kg) 3명3 people 1010 0.930.93 1.16251.1625

초기 CO2(ppm)Initial CO2 (ppm) 기준 CO2(ppm)Reference CO2 (ppm) 초기 CO2(g)Initial CO2 (g) 상승 CO2(g)Rise CO2 (g) 기준 CO2(g)Reference CO2 (g) 제거 CO2 Remove CO2 413.2413.2 800800 150.879154150.879154 1313.379151313.37915 292.1184292.1184 1.02126081.0212608

[표 7]에서 초기 CO2는 외부의 평균 CO2 농도를 의미하고, 기준 CO2는 건축설비법상 실내의 적정 CO2 농도를 의미한다. [표 6]의 CO2 총 배출량을 고려했을 때, [표 1]과 같은 부피에서 기준 CO2[ppm]의 농도를 유지하기 위해서 제거해야 하는 CO2의 양을 확인할 수 있다.In [Table 7], initial CO2 refers to the average CO2 concentration outside, and standard CO2 refers to the appropriate indoor CO2 concentration under the Building Equipment Act. Considering the total CO2 emissions in [Table 6], the amount of CO2 that needs to be removed to maintain the standard CO2 [ppm] concentration in the same volume as in [Table 1] can be confirmed.

가로(m)Width (m) 세로(m)Height (m) 높이(mm)Height (mm) 면적(㎡)Area (㎡) t_ads(mm)t_ads(mm) 밀도(kg/㎥)Density (kg/㎥) m_ads(kg)m_ads(kg) 1.691.69 0.990.99 3535 1.67311.6731 3030 145145 7.2779857.277985

[표 8]은 상용화 되어 있는 320W급의 PV cell의 조건을 나타낸 것이다. 이때, t_ads는 코팅층의 두께를 의미하고, m_ads는 이를 기반으로 한 흡착제의 총 질량을 의미한다. [표 6], [표 7], [표 8] 및 도 11을 참조하면, 실시예 3(CAS)의 경우에는 냉방 및 난방부하가 발생하지 않고, 오히려 전기 생산이 이루어짐을 확인할 수 있다. [Table 8] shows the conditions of commercially available 320W PV cells. At this time, t_ads means the thickness of the coating layer, and m_ads means the total mass of the adsorbent based on it. Referring to [Table 6], [Table 7], [Table 8], and FIG. 11, it can be seen that in the case of Example 3 (CAS), cooling and heating loads do not occur, but rather electricity is produced.

이에 따라, 초기 구축비용이 낮고 유지보수가 필요하지 않고, 구동에 있어 에너지소모가 없는 동시에 냉각성능이 뛰어나 태양광 패널의 복사열로 인한 패널 온도 상승을 낮출 수 있어 태양광 패널의 수명 연장이 가능한 태양광 패널 패시브 냉각 장치를 제공할 수 있다. 게다가, 실내의 이산화탄소를 제거함으로써 건물 냉난방 부하를 저감할 수 있다.Accordingly, the initial construction cost is low, maintenance is not required, there is no energy consumption in operation, and the cooling performance is excellent, which can lower the panel temperature rise due to the radiant heat of the solar panel, thereby extending the life of the solar panel. An optical panel passive cooling device can be provided. In addition, by removing indoor carbon dioxide, the building cooling and heating load can be reduced.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. Additionally, the foregoing is intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the inventive concept disclosed in this specification, the scope equivalent to the written disclosure, and/or the technology or knowledge in the art. The written examples illustrate the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required for specific application fields and uses of the present invention are also possible. Accordingly, the detailed description of the invention above is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Additionally, the appended claims should be construed to include other embodiments as well.

10 : 흡착층
20 : 순환팬
30 : 순환덕트
10: adsorption layer
20: circulation fan
30: circulation duct

Claims (8)

광전지; 및
상기 광전지의 후면측에 마련되며, 이산화탄소의 흡착과 탈착이 가능한 흡착층을 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
photovoltaic cell; and
A solar panel including a passive cooling device provided on the rear side of the photovoltaic cell and including an adsorption layer capable of adsorbing and desorbing carbon dioxide.
제1항에 있어서,
상기 흡착층은, 메조다공성 실리카, 제올라이트 및 금속유기골격체 중 적어도 어느 하나의 흡착제이거나, 이들의 조합을 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to paragraph 1,
The adsorption layer is an adsorbent of at least one of mesoporous silica, zeolite, and metal organic framework, or a combination thereof, and a solar panel including a passive cooling device.
제2항에 있어서,
상기 메조다공성 실리카는, SiO2, SBA-15 및 MCM-41 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하고,
상기 제올라이트는, zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34 및 SSZ-14 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하고,
상기 금속유기골격체는, MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IFMOF-16, UIO-66, UIO-67, UiO-68, MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC 및 Cu-BTC 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to paragraph 2,
The mesoporous silica is any one of SiO 2 , SBA-15, and MCM-41, or a combination thereof,
The zeolite is any one of zeolite 13X, zeolite 5A, zeolite 3A, SAPO-34, and SSZ-14, or a combination thereof,
The metal organic framework is MOF-5, MOF-74, MOF-99, MOF-177, MOF-235, MOF-253, IRMOF-1, IFMOF-16, UIO-66, UIO-67, UiO-68 , MIL-53, MIL-88, MIL-100, MIL-101, LIC-1, ZIF-8, ZIF-90, Fe-BTC, and Cu-BTC, or a combination thereof. Solar panel containing the device.
제3항에 있어서,
상기 흡착층은, 아민기능화물질을 더 포함하고,
상기 아민기능화물질은, polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA),℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3-[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), Diethanolamine(DEA), Triethanolamine(TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA) 및 diethylenetriamine (DETA) 중 어느 하나이거나, 이들의 조합을 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to paragraph 3,
The adsorption layer further includes an amine-functionalized material,
The amine-functionalized materials include polyethylenimine (PEI), tetraethylene pentamine (TEPA), ℃tadecyltrimethoxysilane (ODTMS), (3-Aminopropyl)trimethoxysilane (1-APTES), 3-(2-aminoethylamino)propyltrimethoxysilane (2-APTES), 3 -[2-(2-aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilane (3-APTES), monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), methyl diethanolamine (MDEA), aminoethyl ethanolamine (AEEA) and diethylenetriamine (DETA) A solar panel comprising a passive cooling device, including any one or a combination thereof.
제2항에 있어서,
상기 흡착층은, 상기 흡착제를 초음속 노즐로 분사시켜 코팅시킨, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to paragraph 2,
The adsorption layer is a solar panel including a passive cooling device coated by spraying the adsorbent with a supersonic nozzle.
제1항에 있어서,
상기 흡착층은, 상기 광전지에 대응되는 건물 내부에 구비되어, 상기 건물의 실내 이산화탄소의 포집이 가능한, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to paragraph 1,
The adsorption layer is provided inside a building corresponding to the photovoltaic cell, and is capable of capturing indoor carbon dioxide of the building. A solar panel including a passive cooling device.
제6항에 있어서,
상기 흡착층에 구비되어, 실내 공기를 순환시키는 순환팬;을 더 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.
According to clause 6,
A solar panel including a passive cooling device, further comprising a circulation fan provided in the adsorption layer to circulate indoor air.
제7항에 있어서,
상기 흡착층을 따라 구비되고, 상기 순환팬에 의해 실내 공기가 일방향으로 순환되도록 하는 순환덕트;를 더 포함하는, 패시브 냉각 장치를 포함하는 태양광 패널.

In clause 7,
A solar panel including a passive cooling device, further comprising a circulation duct provided along the adsorption layer and allowing indoor air to circulate in one direction by the circulation fan.

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