디자인적 요소까지 생각하는 테슬라의 태양광 패널

테슬라는 2016년에 솔라시티라는 태양광 회사를 인수하였다. 주택에서 기와 형상의 태양광 패널로 사용되고 나아가 전기차의 루프탑에도 설치될 수 있는 다양한 색상의 태양광 패널 관련 특허에 대해 알아본다.

 

태양빛을 흡수하기 위해 태양광 패널의 색은 일반적으로 검은색을 띠고 있다. 지구 온난화 문제가 심각해지면서 탈탄소 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양광 에너지는 대표적인 신재생 에너지 중 하나이다. 테슬라는 2016년에 인수한 솔라시티를 운영하여 가정용 태양광 사업을 이어나가고 있다. 지붕 위에 태양광 패널을 설치하는 것인데, 기존의 태양광 패널은 설치하면 집의 미적 요소를 해친다. 심하면 공장에 사는 것처럼 느끼게 한다. 테슬라는, 미적 요소를 해치는 태양광 패널의 문제를 해결하기 위해 "기와" 형상의 태양광 패널을 지붕에 설치하는 방법을 택하였다. 하지만 태양광 패널은 일반적으로 검은색(또는 파란색)으로만 제조되기 때문에 그 외 다양한 색을 원하는 사용자의 니즈를 만족하기 어려웠다.

 

 

아래에서 설명하는 특허는 테슬라가 출원한 "다양한 색을 가질 수 있는 태양광 패널"에 관한 특허이다.

테슬라의 태양광 패널 특허출원 - 태양광 패널에도 디자인을 고려하는 시대가 온다

가장 최근 테슬라가 미국에 출원한 태양광 관련 특허출원을 가져와봤다.

2021년 11월 10일에 출원한 특허출원으로, 아직 등록되지 않았다.

 

테슬라의 태양광 패널 관련 특허 출원

 

위의 특허를 읽어보면 태양광 패널에 대한 다양한 내용들이 적혀있다. 수많은 내용 중에서 테슬라가 이 특허로부터 얻고 싶은 권리는 무엇일까? 바로 심미감(aesthetic)을 고려한 태양광 패널에 대한 권리이다. 집에 태양광 패널을 설치했는데 외관을 저해한다면 사람들은 태양광 설치를 꺼릴 수밖에 없다. 집의 미관이 저하된다는 것은 집의 가치와도 직결되는 문제일 수 있다. 따라서 태양광 패널을 설치하더라도 기존의 디자인을 해치지 말아야 할 것이다.

 

FIG 8A

 

위 그림에서, 상단부터 순차적으로 전면 글래스(808), 전방 인캡슐레이션 층(804), 태양광 전지(802), 후방 인캡슐레이션층(806) 및 후면 글래스(810)이다.

태양광 전지를 전방 인캡슐레이션 층과 후방 인캡슐레이션층이 감싸고 있다. 이 특허에서 가장 중요한 구성은 바로 804라고 표시된 전방 인캡슐레이션 층이다. 태양광은 전면 글래스를 통과하고, 전방 인캡슐레이션 층을 통과한 후 태양광 전지에 도달한다. 전방 인캡슐레이션 층은 외부에서 보이는 디자인적 요소 중 하나라고 볼 수 있다. 위의 특허출원의 기술사상의 핵심은 전방 인캡슐레이션 층 안료를 넣어 색감을 부여하는 것이다. 

 

본 발명의 핵심 내용은 아래와 같이 3가지로 요약된다.

 

1. 전방 인캡슐레이션 층에 들어가는 색감 안료는 산화철계 또는 산화티타늄계이다.

산화철계 안료는 태양광 패널에 갈색 색조를 넣어줄 수 있고, 산화티타늄계 안료는 태양광 패널에 회색 색조를 넣어줄 수 있다.

추가적으로, 녹색의 경우 크롬 산화물, 노란색, 주황색 또는 빨간색의 경우 카드뮴, 파란색의 경우 산화코발트를 안료로서 사용할 수 있다.

2. 전방 인캡슐레이션 층의 두께는 350~800 마이크론이다.

전방 인캡슐레이션 층이 두꺼워질수록 태양광 전지에 도달하는 빛이 소실되는 양이 많아진다. 또한, 색감 안료를 많이 넣을수록 소실되는 빛의 양이 더 많아진다. 따라서, 색감 안료를 넣기 위해서는 얇은 전방 인캡슐레이션 층을 구성해야 한다. 즉, 전방 인캡슐레이션 층의 두께가 얇아질수록, 더 높은 농도의 안료를 사용할 수 있다.

3. 안료는 전방 인캡슐레이션 층을 구성하는 재료의 1% 미만을 구성한다.

태양광 패널이 색감이 있는 안료를 넣더라도, 태양광이 전방 인캡슐레이션 층을 관통하여 태양광 전지에 도달하기 위해 일정 수준의 투명도를 유지해야 하므로, 안료를 최소한으로 넣어 자동차의 색감이랑 매칭 시킨다. 

마무리

 

오늘 소개한 특허는 아직 등록되지 않은 출원 단계의 특허로서, 권리범위가 확정되지 않았다. 심사가 진행되는 과정에서 현재 적혀있는 권리범위보다 많이 줄어들 것으로 예상된다.

태양광 패널의 효율이 개선된다면 가까운 미래에 테슬라는 현재 출시 중인 전기차 모델들인 테슬라 모델 S, 테슬라 모델 3, 테슬라 모델 X, 테슬라 모델 Y, 그리고 나아가 사이버 트럭에까지 적용시킬 수 있을 것이다. 태양광 패널이 전기차에 설치되는 것이 상용화된다면, 차량과 태양광 패널이 일체형으로 보이면서 차량의 외관을 해치지 않는 다양한 색감의 태양광 패널이 필요하게 될 것이다.