KR101168569B1 - Co-generating system using high efficiency concentrating photovoltaics system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광과 태양열을 모두 이용하여 전력생산효율을 향상시키고, 광전소자와 열전소자를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 집광수단; 상기 집광수단에서 받은 태양광을 분리하는 분광기; 상기 분광기에서 분리된 특정 파장의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 광전소자; 상기 분광기에서 분리된 특정 파장 외의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 열전소자; 및 상기 광전소자 및 상기 열전소자가 배치되는 기판을 포함하며, 상기 분광기가 태양광을 파장에 따라 분리하여 광전소자와 열전소자에서는 광기전력과 열기전력이 발생될 수 있도록 함을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 제공한다.The present invention relates to a high efficiency light concentrating type solar power generation system which can improve power production efficiency by using both sunlight and solar heat, and which can effectively cool the photoelectric device and the thermoelectric device. A spectroscope for separating the sunlight received from the light collecting means; An optoelectronic device that receives electricity of a specific wavelength separated from the spectroscope to generate electricity; A thermoelectric element generating electricity by receiving sunlight outside a specific wavelength separated by the spectroscope; And a substrate on which the optoelectronic device and the thermoelectric device are disposed, wherein the spectroscope separates sunlight according to a wavelength so that photovoltaic and thermoelectric power may be generated in the photoelectric device and the thermoelectric device. Provides a type solar power system.

Description

고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전시스템{CO-GENERATING SYSTEM USING HIGH EFFICIENCY CONCENTRATING PHOTOVOLTAICS SYSTEM}Power generation system using high efficiency light concentrating solar power generation system {CO-GENERATING SYSTEM USING HIGH EFFICIENCY CONCENTRATING PHOTOVOLTAICS SYSTEM}

본 발명은 냉각 성능이 향상된 고효율 집광형 태양광 발전 시스템 및 이를 이용한 발전방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 분광기를 이용하여 태양광을 파장에 따라 분리하고 광전소자와 열전소자에서 각각 발전 가능한 태양광을 전기로 변환함으로써 전체적인 발전 효율과 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency light-concentrating photovoltaic power generation system with improved cooling performance and a power generation method using the same, and more particularly, to separate solar light according to a wavelength using a spectroscope, The present invention relates to a power generation system using a high efficiency concentrating photovoltaic power generation system that can improve overall power generation efficiency and cooling performance by converting into electricity.

화석연료의 고갈, 화석연료의 이용에 따른 이산화탄소의 발생 및 그로 인한 기후변화 등이 심각한 문제로 대두되면서 화석에너지를 대체할 새로운 에너지원의 개발이 세계적으로 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중 가장 유망한 것이 바로 태양에너지이다. 태양에너지는 태양과 지구가 존재하는 한 지속적으로 공급되고 대기오염을 일으키지 않으므로 가장 이상적인 대체에너지이다.As the depletion of fossil fuels, the generation of carbon dioxide due to the use of fossil fuels, and the resulting climate change are serious problems, development of new energy sources to replace fossil energy is underway worldwide. The most promising of these alternatives is solar energy. Solar energy is the ideal alternative because it is continuously supplied as long as the sun and the earth exist and does not cause air pollution.

태양전지는 태양에너지를 흡수하여 전기로 바꾸는 전지이다. 태양전지에는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열 전지와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 전지가 있으며, 태양전지라고 하면 일반적으로 태양광 전지(이하 태양전지라 한다)를 일컫는다.Solar cells absorb solar energy and convert it into electricity. Solar cells include solar cells that generate steam required to rotate turbines using solar heat, and solar cells that convert solar light into electrical energy using the properties of semiconductors. Hereinafter referred to as solar cell).

태양전지에 대해 간략하게 설명하면, 정공에 의해 전도가 발생되는 p-형 반도체와 전자에 의해 전도가 발생되는 n-형 반도체를 접합시킨 상태에서 태양광을 쬐면 전자와 정공 전하가 생성되어 전류가 흐르고, 이에 광기전력(photovoltaic effect)이 발생하여 전력을 획득한다.The solar cell is briefly described. When a solar cell is bonded with a p-type semiconductor in which conduction is generated by holes and an n-type semiconductor in which conduction is generated by electrons, electrons and hole charges are generated to generate current. And a photovoltaic effect occurs to obtain power.

그런데 태양전지를 이용한 태양광 발전은 에너지 생산단가가 화력, 수력, 원자력 발전에 비해 훨씬 고가이며, 광전변환율이 좋지 못해 면적 대비 전력생산효율이 낮은 문제를 갖고 있다.However, photovoltaic power generation using solar cells has a problem that the cost of producing energy is much higher than that of thermal power, hydropower, and nuclear power generation.

이러한 문제점을 해결하고자, CPV(concentrating photovoltaics)로 약칭하는 집광형 태양전지가 개발되었다. 집광형 태양전지는 렌즈나 거울 등의 집광수단을 사용하여 태양광을 모아서 태양전지에 공급함으로써 효율을 향상시킨 태양전지이다. 현재까지 개발된 집광형 태양전지 중 최고 효율 제품은 GalnP / GalnAs(1.3eV)/ GalnAS(0.9eV) cell이다. 이 태양전지는 약 1000x로 광을 집광할 경우 41.1%의 변환효율을 나타낸다.In order to solve this problem, a condensing solar cell, abbreviated as CPV (concentrating photovoltaics) has been developed. A condensing solar cell is a solar cell which improves efficiency by collecting solar light by using condensing means such as a lens or a mirror and supplying the solar cell. The most efficient concentrating solar cells developed so far are GalnP / GalnAs (1.3eV) / GalnAS (0.9eV) cells. The solar cell has a conversion efficiency of 41.1% when light is collected at about 1000x.

한편 열을 전기로 변환시킬 수 있는 특성을 가진 열전소자(thermoelectric element, peltier)를 태양전지와 동시에 동작하게 함으로써 전체 발전 효율을 높이려는 연구도 계속되고 있다. 즉 태양광 중에서 태양전지의 광전소자(photoelectric element)에서 변환하지 못하는 주파수 성분 중 적외선 영역을 열전소자가 받아 열에너지를 전기로 변환시킴으로써 전체 효율을 높일 수 있다. 집광형 태양전지의 경우 태양광의 집속에 따른 온도 상승이 크기 때문에 열전소자를 결합하여 집광형 태양전지를 냉각시켜 줌으로써 발전효율을 높여 더 큰 발전효과를 얻을 수 있다.On the other hand, research is being conducted to increase the overall power generation efficiency by operating a thermoelectric element (peltier) having a property of converting heat into electricity simultaneously with a solar cell. That is, the thermoelectric element receives an infrared region among the frequency components which cannot be converted by the photoelectric element of the solar cell in the sunlight, thereby improving the overall efficiency. In the case of the concentrating solar cell, the temperature rise due to the focusing of the solar light is large, thereby combining the thermoelectric elements to cool the condensing solar cell, thereby increasing power generation efficiency, thereby obtaining a greater power generation effect.

그러나 집광형 태양전지에서는 집광 시 발생되는 열로 인해 태양전지가 과열되어 태양전지가 열화되고 효율이 낮아지는 문제가 있다. 또 과열된 상태가 지속될 경우 태양전지가 오작동하거나 태양전지가 소각되는 현상이 발생될 우려도 있다.However, in the condensing solar cell, the solar cell is overheated due to the heat generated during condensing, thereby deteriorating the solar cell and lowering efficiency. In addition, if the overheated condition persists, the solar cell may malfunction or the solar cell may be incinerated.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분광기를 이용하여 태양광을 파장에 따라 분리하고 광전소자와 열전소자에서 각각 발전 가능한 태양광을 전기로 변환함으로써 전체적인 발전 효율과 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전시스템을 제공하는 것이 목적이다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, by using a spectrometer to separate the solar light according to the wavelength and to convert the solar light that can be generated respectively in the photoelectric device and the thermoelectric element to electricity to improve the overall power generation efficiency and cooling performance It is an object of the present invention to provide a power generation system using a high efficiency concentrating solar power generation system that can be improved.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 아래 구성으로 이루어지는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a highly efficient light concentrating photovoltaic power generation system consisting of the following configurations.

집광수단;Condensing means;

상기 집광수단에서 받은 태양광을 파장에 따라 분리하는 분광기;A spectroscope for separating the sunlight received from the light collecting means according to the wavelength;

상기 분광기에서 분리된 특정 파장의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 광전소자;An optoelectronic device that receives electricity of a specific wavelength separated from the spectroscope to generate electricity;

상기 분광기에서 분리된 특정 파장 외의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 열전소자; 및A thermoelectric element generating electricity by receiving sunlight outside a specific wavelength separated by the spectroscope; And

상기 광전소자 및 상기 열전소자가 배치되는 기판.A substrate on which the photoelectric element and the thermoelectric element are disposed.

본 발명은 광전소자와 열전소자를 통해 태양광과 태양열을 모두 이용하여 전기를 발생시키는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized by generating electricity using both sunlight and solar heat through the optoelectronic device and the thermoelectric device.

상기 구성의 고효율 집광형 태양광 발전 시스템에 의하면, 태양광은 분광기를 통해 파장별로 분리되어 광전소자와 열전소자로 각각 조사된다. 즉, 태양광 중 가시광선 영역은 광전소자에 조사되고, 적외선 영역은 열전소자에 조사되어 태양광발전과 태양열발전을 동시에 실시한다. 따라서 태양광 중 강한 열작용을 하는 적외선 영역이 광전소자에 영향을 주지 않으므로 광전소자의 온도 상승 및 온도 상승으로 인한 열화의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 광전소자와 열전소자가 동시에 전기를 발생시키므로 전체 시스템의 발전 효율을 높일 수 있다.According to the high efficiency light-converging photovoltaic power generation system having the above configuration, sunlight is separated by wavelength through a spectrometer and irradiated with photoelectric elements and thermoelectric elements, respectively. That is, the visible light region of the sunlight is irradiated to the optoelectronic device, the infrared region is irradiated to the thermoelectric device to perform the photovoltaic power generation and solar thermal power at the same time. Therefore, the infrared region having a strong thermal effect in the solar light does not affect the photoelectric device, thereby solving the problem of deterioration due to the temperature rise and the temperature rise of the photoelectric device. In addition, since the photoelectric device and the thermoelectric device generate electricity at the same time, it is possible to increase the power generation efficiency of the entire system.

한편, 열전소자를 광전소자에 비해 넓은 폭으로 형성하고, 열전소자의 상면에 광전소자를 접촉시킬 수 있다. 이와 같이 광전소자와 열전소자를 적층하여 접촉시킬 경우 광전소자가 발전하는 동안 발생하는 열이 열전소자 측으로 전달된다. 따라서 열전소자는 태양열을 이용한 발전 이외에 광전소자에서 발생한 열을 이용하여 발전을 하므로 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 광전소자에서 발생한 열이 일정 온도 이상이 되면 열전소자가 광전소자로부터 전기를 받아 광전소자를 냉각시켜 일정 온도 이하를 유지하게 한다.On the other hand, it is possible to form a thermoelectric element wider than the optoelectronic device, and to contact the optoelectronic device on the upper surface of the thermoelectric device. When the photoelectric device and the thermoelectric device are stacked and contacted as described above, heat generated during the generation of the photoelectric device is transferred to the thermoelectric device side. Therefore, the thermoelectric device generates power by using heat generated in the photoelectric device in addition to the power generation using solar heat, thereby improving power generation efficiency. In particular, when the heat generated in the optoelectronic device is above a certain temperature, the thermoelectric device receives electricity from the optoelectronic device to cool the optoelectronic device to maintain the predetermined temperature or less.

다른 한편, 본 발명에서는 아래와 같은 단계로 이루어지는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 발전방법을 제공한다. On the other hand, the present invention provides a power generation method using a high efficiency light-concentrating photovoltaic power generation system consisting of the following steps.

집광수단, 분광기, 광전소자 및 열전소자를 포함하는 발전소자가 상부에서 차례로 위치되는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 준비하는 단계;Preparing a high-efficiency light-converging photovoltaic power generation system in which a power generator including a light collecting means, a spectroscope, an optoelectronic device, and a thermoelectric device is sequentially positioned from the top;

상기 집광수단에서 모은 태양광을 상기 분광기에서 파장별로 분리하는 단계; 및Separating the solar light collected by the light collecting means for each wavelength in the spectroscope; And

상기 분광기에서 분리된 태양광을 광전소자와 열전소자에 각각 공급하여 태양광 발전과 태양열 발전을 동시에 실시하는 단계로 이루어진다.The solar light separated from the spectrometer is supplied to the optoelectronic device and the thermoelectric device, respectively, and the solar power generation and the solar power generation are performed simultaneously.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 태양광 중 강한 열작용을 하는 적외선 영역이 열전소자에 조사되고 광전소자에는 가시광선 영역만 조사되므로 과열로 인한 광전소자의 열화, 손상 및 오작동 등을 방지할 수 있다. 또한, 광전소자와 열전소자가 동시에 전기를 발생시키므로 전체 시스템의 발전 효율을 높일 수 있다.According to the present invention configured as described above, since the infrared region having a strong thermal action in the sunlight is irradiated to the thermoelectric element and only the visible ray region is irradiated to the optoelectronic element, it is possible to prevent deterioration, damage and malfunction of the photoelectric element due to overheating. have. In addition, since the photoelectric device and the thermoelectric device generate electricity at the same time, it is possible to increase the power generation efficiency of the entire system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to another embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to another embodiment of the present invention.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of embodiments according to the present invention, and in adding reference numerals to the components of each drawing, the same reference numerals are added to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 실시예의 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(100)은, 기판(110)과, 기판(110)의 상면에 배열된 광전소자(120)와, 기판(110)의 상면에 배열되고 광전소자(120)의 양측에 위치되는 열전소자(130)와, 광전 및 열전소자(120,130)에서 상향으로 이격된 집광수단(140)과, 광전 및 열전소자(120,130)와 집광수단(140) 사이에 배치되는 분광기(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the high efficiency light converging photovoltaic system 100 according to the present embodiment includes a substrate 110, an optoelectronic device 120 arranged on an upper surface of the substrate 110, and an upper surface of the substrate 110. Thermoelectric elements 130 arranged and positioned on both sides of the optoelectronic device 120, condensing means 140 spaced upwardly from the photoelectric and thermoelectric elements 120, 130, photoelectric and thermoelectric elements 120, 130 and condensing means 140. ) And a spectroscope 150 disposed between them.

광전소자(120)는 태양광을 이용하여 광기전력을 발생시키는 소자이다. III-V족 화합물 반도체 전지가 일반적이며, GaAs가 대표적이나 그에 한정되지는 않는다.The optoelectronic device 120 is a device that generates photovoltaic power using sunlight. Group III-V compound semiconductor cells are common, and GaAs is representative, but not limited thereto.

열전소자(130)는 온도차에 의해 기전력을 발생시키는 제베크효과(Seebeck effect)를 이용하는 소자이며, 태양의 복사에너지를 전기에너지로 변환한다.The thermoelectric element 130 is a device using a Seebeck effect that generates an electromotive force due to a temperature difference, and converts solar radiation into electrical energy.

집광수단(140)은 태양광을 집광하기 위한 수단이다. 집광수단(140)은 볼록렌즈, 프레넬 렌즈, 볼록렌즈와 파라볼릭 반사기의 조합 등을 사용할 수 있다.Condensing means 140 is a means for condensing sunlight. The light collecting means 140 may use a convex lens, a Fresnel lens, a combination of a convex lens and a parabolic reflector, and the like.

분광기(150)는 집광수단(140)에서 받은 태양광을 파장에 따라 분리하는 장치이다. 분광기(150)로는 작동 원리에 따라 태양광의 파장에 따른 굴절차이를 이용하는 프리즘분광기, 태양광의 회절과 간섭 효과를 이용하는 격자분광기 및 태양광의 간섭 효과를 이용하는 간섭분광기(푸리에 변환 분광기)를 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 상술한 프리즘분광기, 격자분광기 및 간섭분광기 중 어느 것이든 소자에서 발전에 필요한 파장으로 태양광을 분리할 수 있으면 된다.The spectrometer 150 is a device for separating the sunlight received from the light collecting means 140 according to the wavelength. As the spectrometer 150, a prism spectrometer using a refraction difference according to a wavelength of sunlight according to an operating principle, a grating spectrometer using a diffraction and interference effect of sunlight, and an interferometer (Fourier transform spectrometer) using an interference effect of sunlight may be used. In this embodiment, any one of the above-described prism spectrometer, grating spectrometer, and interference spectrometer may be capable of separating sunlight from the device at a wavelength required for power generation.

이와 같은 구조로 이루어진 본 실시예는 광전소자(120)를 이용한 태양광발전과 열전소자(130)를 이용한 태양열발전을 동시에 실시한다. 즉, 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(100)을 태양광에 노출시키면 집광수단(140)이 태양광을 모아 분광기(150)로 조사한다. 그리고 분광기(150)가 집광된 태양광을 파장별로 분리한 후 광전소자(120)와 열전소자(130)에 각각 조사한다.The present embodiment having such a structure performs photovoltaic power generation using the photoelectric device 120 and solar power generation using the thermoelectric device 130 at the same time. That is, when the highly efficient light concentrating photovoltaic system 100 is exposed to sunlight, the light collecting means 140 collects the sunlight and irradiates it with the spectrometer 150. The spectrometer 150 separates the collected solar light by wavelength and irradiates the photoelectric device 120 and the thermoelectric device 130, respectively.

이때, 분광기(150)를 통과한 태양광은 파장에 따라 가시광선 및 근적외선(VIS-NIR) 영역과, 적외선(IR) 영역으로 분리된다. 이 중에서 380~700nm의 파장을 갖는 가시광선 및 근적외선 영역의 태양광은 광전소자(120)로 조사되어 광기전력을 발생시키고, 파장이 700nm를 초과하는 적외선 영역의 태양광은 열전소자(130)로 조사되어 열기전력을 발생시킨다.At this time, the sunlight passing through the spectroscope 150 is separated into visible and near infrared (VIS-NIR) and infrared (IR) regions according to the wavelength. Among them, the sunlight in the visible and near infrared region having a wavelength of 380 to 700 nm is irradiated to the photoelectric device 120 to generate photovoltaic power, and the sunlight in the infrared region having a wavelength exceeding 700 nm to the thermoelectric device 130. Irradiated to generate thermoelectric power.

한편, 분광기(150)에서 분리된 태양광 중 380nm 미만의 파장을 갖는 자외선 영역은 광전소자(120) 및 열전소자(130)에 유해하므로, UV 필터를 사용하여 제거하거나 별도로 집광하여 저에너지 변환 과정 또는 수소 발생 보조 전해 과정을 통해 전기를 변환시키는 것이 바람직하다.On the other hand, the ultraviolet region having a wavelength of less than 380nm of the sunlight separated by the spectroscope 150 is harmful to the photoelectric device 120 and the thermoelectric element 130, so it is removed or condensed separately using a UV filter or low energy conversion process or It is desirable to convert electricity through a hydrogen generating assisted electrolytic process.

본 실시예에 의한 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(100)은 태양광을 분리하여 태양광발전과 태양열발전을 동시에 실시하므로 발전 효율을 높일 수 있다. 특히, 분광기(150)에서 분리된 가시광선 및 근적외선 영역과 적외선 영역이 광전소자(120)와 열전소자(130)에 각각 조사되므로 강한 열작용을 하는 적외선 영역에 의한 광전소자(120)의 온도 상승 및 온도 상승으로 인한 열화의 문제를 해결할 수 있다.The high-efficiency concentrating photovoltaic power generation system 100 according to the present embodiment may separate solar light and simultaneously perform photovoltaic power generation and solar thermal power generation, thereby increasing power generation efficiency. In particular, since the visible light, the near infrared region, and the infrared region separated from the spectroscope 150 are irradiated to the photoelectric device 120 and the thermoelectric element 130, the temperature of the photoelectric device 120 is increased by the infrared region having a strong thermal action. The problem of deterioration due to temperature rise can be solved.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to another embodiment of the present invention.

본 실시예의 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(200)은, 기판(210)과, 기판(210)의 상면에 배열된 광전소자(220) 및 열전소자(230)와, 광전 및 열전소자(220,230)에서 상향으로 이격된 집광수단(240)과, 광전 및 열전소자(220,230)와 집광수단(240) 사이에 배치되는 분광기(250)를 포함한다. 이때, 기판(210), 집광수단(240) 및 분광기(250)는 상술한 실시예의 해당 구성과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The high efficiency light-converging photovoltaic system 200 according to the present embodiment includes a substrate 210, an optoelectronic device 220 and a thermoelectric device 230 arranged on an upper surface of the substrate 210, and photoelectric and thermoelectric devices 220 and 230. The light collecting means 240 is spaced upwardly from, and the spectrometer 250 is disposed between the photoelectric and thermoelectric elements 220 and 230 and the light collecting means 240. At this time, since the substrate 210, the light collecting means 240 and the spectrometer 250 are the same as the corresponding configuration of the above-described embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

도 2에 도시된 바와 같이, 기판(210)의 상면에 열전소자(230)가 배치되고, 열전소자(230)의 상면에 광전소자(220)가 배치되며, 기판(210)의 하면에 방열판(260)이 마련된다. 이때, 열전소자(230)는 집광수단(240)에서 분리된 적외선 영역의 태양광을 받을 수 있도록 광전소자(220)에 비해 넓은 폭으로 형성된다.As shown in FIG. 2, a thermoelectric element 230 is disposed on an upper surface of the substrate 210, an optoelectronic element 220 is disposed on an upper surface of the thermoelectric element 230, and a heat dissipation plate is disposed on a lower surface of the substrate 210. 260 is provided. In this case, the thermoelectric element 230 is formed to have a wider width than the photoelectric element 220 to receive sunlight in the infrared region separated from the light collecting means 240.

방열판(260)은 열전소자(230)에서 발생된 열을 외부로 배출하기 위한 수단이다. 도면에 도시된 것처럼 방열판(260)의 하면에 방열돌기(262)와 방열홈(264)을 형성하여 외기와의 접촉면적을 증대시킬 경우 방열효율을 향상시킬 수 있다.The heat sink 260 is a means for discharging heat generated by the thermoelectric element 230 to the outside. As shown in the drawing, when the heat dissipation protrusion 262 and the heat dissipation groove 264 are formed on the bottom surface of the heat dissipation plate 260, the heat dissipation efficiency may be improved.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 본 실시예에 의한 발전과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the development process according to the present embodiment made of a structure as described above are as follows.

우선, 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(200)을 태양광에 노출시키면 집광수단(240)이 태양광을 모아 분광기(250)로 조사하고, 분광기(250)가 집광된 태양광을 파장별로 분리하여 광전소자(220)와 열전소자(230)에 각각 조사한다. 그리고 분광기(250)에서 분리된 380~700nm의 파장을 갖는 가시광선 및 근적외선 영역(VIS-NIR)의 태양광은 광전소자(220)로 조사되어 광기전력을 발생시키며, 파장이 700nm를 초과하는 적외선 영역(IR)의 태양광은 열전소자(230)로 조사되어 열기전력을 발생시킨다.First, when the high efficiency concentrating photovoltaic power generation system 200 is exposed to sunlight, the condensing means 240 collects the sunlight and irradiates the spectrometer 250, and the spectroscope 250 separates the condensed sunlight by wavelength. Irradiate the optoelectronic device 220 and the thermoelectric device 230, respectively. In addition, visible light having a wavelength of 380 to 700 nm separated from the spectrometer 250 and sunlight of a near infrared region (VIS-NIR) are irradiated to the photoelectric device 220 to generate photovoltaic power, and an infrared ray having a wavelength exceeding 700 nm. The sunlight in the region IR is irradiated to the thermoelectric element 230 to generate thermoelectric power.

본 실시예에 의한 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(200)은 일 실시예와 동일한 효과를 갖는다. 즉, 태양광발전과 태양열발전을 동시에 실시하므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 적외선 영역이 열전소자(230)에만 조사되므로 적외선 영역의 태양열에 의한 광전소자(220)의 온도 상승 및 온도 상승으로 인한 열화의 문제를 해결할 수 있다.The high efficiency condensed photovoltaic system 200 according to the present embodiment has the same effect as the embodiment. That is, the solar cell and the solar power generation at the same time to increase the power generation efficiency, since the infrared region is irradiated only to the thermoelectric element 230, deterioration due to the temperature rise and temperature rise of the photoelectric device 220 due to the solar heat in the infrared region Can solve the problem.

게다가, 광전소자(220)와 열전소자(230)가 적층된 구조이므로 광전소자(220)가 발전하는 동안 발생하는 열이 열전소자(230)로 전달된다. 따라서 열전소자(230)가 태양열 외에 광전소자(220)에서 발생한 열을 이용할 수 있으므로 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 광전소자(220)에서 발생한 열을 열전소자(230)와 방열판(260)이 강제 냉각시킴으로써 광전소자(220)를 자연스럽게 냉각시킬 수 있다.In addition, since the photoelectric device 220 and the thermoelectric device 230 are stacked, heat generated during the generation of the photoelectric device 220 is transferred to the thermoelectric device 230. Therefore, since the thermoelectric element 230 may use heat generated in the photoelectric element 220 in addition to solar heat, power generation efficiency may be improved. In particular, the photoelectric device 220 may be naturally cooled by forcibly cooling the heat generated by the photoelectric device 220 by the thermoelectric device 230 and the heat sink 260.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고효율 집광형 태양광 발전 시스템의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a high efficiency light concentrating solar power system according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 실시예의 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(300)은 광전소자(320)와 열전소자(330)를 제외한 다른 구성요소가 상술한 각 실시예들과 동일하므로 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 3, the high efficiency light-converging photovoltaic system 300 according to the present embodiment has the same components as the above-described embodiments except for the photoelectric device 320 and the thermoelectric device 330. Detailed description thereof will be omitted.

기판(310)의 상면에 열전소자(330)가 이격되게 배치되고, 열전소자(330)의 상면에 광전소자(320)가 배치된다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 광전소단(320)의 하면 양측 일부가 열전소자(330)의 상면에 접촉하도록 적층되고, 기판(310), 광전소자(320) 및 열전소자(330)에 의해 둘러싸인 내부에는 방열공(360)이 형성된다. 또 열전소자(330)의 방열공(360) 측 일면에는 방열판(370)이 마련된다.The thermoelectric elements 330 are spaced apart from each other on the upper surface of the substrate 310, and the optoelectronic devices 320 are disposed on the upper surfaces of the thermoelectric elements 330. In more detail, a portion of both sides of the lower surface of the photoelectric end 320 is stacked to contact the upper surface of the thermoelectric element 330, and is surrounded by the substrate 310, the photoelectric element 320, and the thermoelectric element 330. The heat dissipation hole 360 is formed. In addition, the heat dissipation plate 370 is provided on one surface of the heat dissipation hole 360 side of the thermoelectric element 330.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 본 실시예에 의한 발전과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the development process according to the present embodiment made of a structure as described above are as follows.

고효율 집광형 태양광 발전 시스템(300)이 태양광에 노출되면 집광수단(340)이 태양광을 모아 분광기(350)로 조사하고, 분광기(350)가 집광된 태양광을 파장별로 분리하여 광전소자(320)와 열전소자(330)로 각각 조사한다.When the highly efficient concentrating photovoltaic power generation system 300 is exposed to sunlight, the condensing means 340 collects the sunlight and irradiates it with the spectrometer 350, and the spectrometer 350 separates the condensed sunlight by wavelength for the photoelectric device. Irradiate with 320 and the thermoelectric element 330, respectively.

분광기(350)에서 분리된 380~700nm의 파장을 갖는 가시광선 및 근적외선 영역(VIS-NIR)의 태양광은 광전소자(320)로 조사되어 광기전력을 발생시키고, 파장이 700nm를 초과하는 적외선 영역(IR)의 태양광은 열전소자(330)로 조사되어 열기전력을 발생시킨다.Visible light having a wavelength of 380 to 700 nm separated from the spectrometer 350 is irradiated to the photoelectric device 320 to generate photovoltaic power, and the infrared region having a wavelength exceeding 700 nm Solar light (IR) is irradiated to the thermoelectric element 330 to generate thermoelectric power.

본 실시예는 상술한 실시예들과 마찬가지로 태양광을 분리하여 태양광발전과 태양열발전을 동시에 실시한다. 따라서 고효율 집광형 태양광 발전 시스템(300)의 발전 효율을 높일 수 있으며, 적외선 영역의 태양열에 의한 광전소자(320)의 온도 상승 및 온도 상승으로 인한 열화의 문제를 해결할 수 있다.In the present embodiment, as in the above-described embodiments, the solar light is separated to simultaneously perform photovoltaic power generation and solar thermal power generation. Therefore, the power generation efficiency of the highly efficient light concentrating photovoltaic power generation system 300 may be improved, and the problem of deterioration due to temperature rise and temperature rise of the photoelectric device 320 due to solar heat in the infrared region may be solved.

또한, 광전소자(320)가 발전하는 동안 발생하는 열이 열전소자(330)로 전달되므로 열전소자(330)가 태양열 외에 광전소자(320)에서 발생한 열을 이용하여 발전 효율의 향상을 도모할 수 있으며, 광전소자(320)를 자연스럽게 냉각시킬 수 있다.In addition, since the heat generated during the generation of the photoelectric device 320 is transferred to the thermoelectric device 330, the thermoelectric device 330 can improve the power generation efficiency by using heat generated from the photoelectric device 320 in addition to solar heat. The photoelectric device 320 may be naturally cooled.

더욱이, 광전소자(320)에서 발생한 열을 열전소자(330)가 흡수할 뿐만 아니라 기판(310), 광전소자(320) 및 열전소자(330)에 의해 둘러싸인 방열공(360) 및 방열판(370)을 통해 열을 방출하므로 광전소자(320) 및 열전소자(330)를 자연스럽게 냉각시킬 수 있다.In addition, not only the thermoelectric element 330 absorbs the heat generated by the optoelectronic device 320, but also the heat dissipation hole 360 and the heat sink 370 surrounded by the substrate 310, the optoelectronic device 320, and the thermoelectric element 330. Since the heat is emitted through the photoelectric element 320 and the thermoelectric element 330 can be naturally cooled.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand.

예를 들어, 냉각을 원활하게 하기 위해 열전소자에 인위적으로 외부로부터 전류를 흘려 펠티어 효과에 의한 냉각 성능 향상을 유도할 수도 있다. For example, in order to facilitate the cooling, the thermoelectric element may be artificially flowed from the outside to induce an improvement in cooling performance due to the Peltier effect.

이와 같이, 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As such, the protection scope of the present invention should be interpreted not by the specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 고효율 집광형 태양광 발전 시스템 110: 기판
120: 광전소자 130: 열전소자
140: 집광수단 150: 분광기100: high efficiency light concentrating solar power system 110: substrate
120: photoelectric device 130: thermoelectric device
140: light collecting means 150: spectroscope

Claims (17)

집광수단;
상기 집광수단에서 받은 태양광을 파장에 따라 분리하는 분광기;
상기 분광기에서 분리된 380nm 내지 700nm 파장의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 광전소자;
상기 분광기에서 분리된 700nm를 초과하는 파장의 태양광을 받아 전기를 발생시키는 열전소자;
상기 분광기에서 분리된 380nm 미만의 파장을 갖는 태양광이 상기 광전소자 및 열전소자로 전달되지 않도록 차단하는 유브이(UV) 필터; 및
상기 광전소자 및 상기 열전소자가 배치되는 기판을 포함하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.Condensing means;
A spectroscope for separating the sunlight received from the light collecting means according to the wavelength;
Optoelectronic device for generating electricity by receiving the sunlight of 380nm to 700nm wavelength separated by the spectroscope;
A thermoelectric element generating electricity by receiving sunlight having a wavelength exceeding 700 nm separated from the spectrometer;
UV filter (UV) to block the solar light having a wavelength of less than 380nm separated from the spectrometer from being transmitted to the optoelectronic device and the thermoelectric device; And
High efficiency light-converging photovoltaic power generation system comprising a substrate on which the photoelectric element and the thermoelectric element is disposed. 청구항 1에 있어서,
상기 분광기는, 프리즘분광기, 격자분광기 및 간섭분광기 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 1,
The spectroscope is any one of a prism spectrometer, a grating spectrometer, and an interference spectrometer. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 광전소자의 양측에 상기 열전소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 1,
High efficiency light-converging photovoltaic power generation system, characterized in that the thermoelectric element is disposed on both sides of the optoelectronic device. 청구항 1에 있어서,
상기 기판의 상면에 상기 열전소자가 배치되고, 상기 열전소자의 상면에 상기 광전소자가 배치되며, 상기 열전소자는 상기 광전소자에 비해 넓은 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 1,
The thermoelectric element is disposed on an upper surface of the substrate, the optoelectronic element is disposed on an upper surface of the thermoelectric element, and the thermoelectric element is formed to have a wider width than the photoelectric element. . 청구항 1에 있어서,
상기 열전소자가 상기 기판의 상면에서 이격된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 광전소자의 하면 양측이 상기 열전소자의 상면에 적층되며, 상기 기판, 광전소자 및 열전소자에 의해 방열공이 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 1,
The thermoelectric element is formed in a pair spaced apart from the upper surface of the substrate, both sides of the lower surface of the optoelectronic device is laminated on the upper surface of the thermoelectric element, the heat dissipation hole is formed by the substrate, the optoelectronic element and the thermoelectric element High efficiency concentrating solar power system. 청구항 7에 있어서,
상기 열전소자의 서로 마주보는 일면에 방열판이 마련되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method of claim 7,
High efficiency light-converging photovoltaic power generation system, characterized in that the heat sink is provided on one surface of the thermoelectric element facing each other. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 하나에 있어서,
상기 기판의 하면에 방열판이 마련되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to any one of claims 5 to 8,
High efficiency light collecting solar power system, characterized in that the heat sink is provided on the lower surface of the substrate. 청구항 5 내지 청구항 8 중 어느 하나에 있어서,
상기 광전소자가 III-V족 화합물 반도체 소자인 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to any one of claims 5 to 8,
The photovoltaic device is a III-V compound semiconductor device. 청구항 10에 있어서,
상기 III-V족 화합물이 GaAs 또는 InP인 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템.The method of claim 10,
The group III-V compound is GaAs or InP, characterized in that the highly efficient light-converging photovoltaic power generation system. 집광수단, 분광기, 광전소자, 열전소자 및 기판이 상부에서 차례로 위치되는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 준비하는 단계;
상기 집광수단에서 모든 태양광을 상기 분광기에서 파장별로 분리하는 단계;
상기 분광기에서 분리된 태양광을 광전소자와 열전소자에 각각 공급하여 태양광 발전과 태양열 발전을 동시에 실시하는 단계를 포함하고,
상기 광전소자로 공급되는 태양광은 380nm 내지 700nm의 파장을 가지고, 상기 열전소자로 공급되는 태양광은 700nm를 초과하는 파장을 가지며,
상기 고효율 집광형 태양광 발전 시스템에 유브이(UV) 필터가 더 구비되어, 380nm 미만의 파장을 갖는 태양광이 상기 광전소자 및 열전소자로 전달되지 않도록 차단하는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.Preparing a high-efficiency light-converging photovoltaic power generation system in which the light collecting means, the spectroscope, the optoelectronic device, the thermoelectric device, and the substrate are sequentially positioned from the top;
Separating all the sunlight by the wavelength in the spectroscope by the light collecting means;
And supplying solar light separated by the spectroscope to the photoelectric device and the thermoelectric device, respectively, to simultaneously perform photovoltaic power generation and solar power generation.
The sunlight supplied to the optoelectronic device has a wavelength of 380nm to 700nm, the sunlight supplied to the thermoelectric device has a wavelength exceeding 700nm,
A UV filter is further provided in the high-efficiency concentrating photovoltaic power generation system to block sunlight having a wavelength of less than 380 nm from being transmitted to the photoelectric device and the thermoelectric element. Power generation method using the system. 청구항 12에 있어서,
상기 광전소자를 상기 열전소자와 접촉시켜 상기 광전소자에서 발생된 열을 이용하여 상기 열전소자가 전기를 추가적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.The method of claim 12,
And the thermoelectric device generates electricity by using the heat generated by the photoelectric device by contacting the optoelectronic device with the thermoelectric device. 청구항 13에 있어서,
상기 열전소자가 상기 기판의 상면에서 이격된 한 쌍으로 이루어지고, 상기 광전소자의 하면 양측이 상기 열전소자의 상면에 적층되며, 상기 기판, 광전소자 및 열전소자에 의해 형성된 방열공을 통해 상기 광전소자 및 열전소자를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.The method according to claim 13,
The thermoelectric element is formed in a pair spaced apart from the upper surface of the substrate, both sides of the lower surface of the optoelectronic device is laminated on the upper surface of the thermoelectric element, the photoelectric through the heat dissipation hole formed by the substrate, the optoelectronic element and the thermoelectric element A power generation method using a high efficiency concentrating photovoltaic power generation system, characterized by cooling the device and the thermoelectric device. 청구항 13에 있어서,
상기 열전소자에 전류를 흘려 펠티어 효과에 의한 냉각을 발생시키는 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.The method according to claim 13,
A power generation method using a high efficiency light collecting type solar power generation system, characterized in that the current flows through the thermoelectric element to generate cooling by the Peltier effect. 청구항 13에 있어서,
상기 광전소자가 III-V족 화합물 반도체 소자인 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.The method according to claim 13,
And a photovoltaic device is a III-V compound semiconductor device. 청구항 16에 있어서,
상기 III-V족 화합물이 GaAs 또는 InP인 것을 특징으로 하는 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전방법.18. The method of claim 16,
The III-V compound is GaAs or InP power generation method using a high-efficiency concentrating solar power system, characterized in that.
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