KR101783532B1 - Cpv 모듈에서 렌즈 플레이트를 최적으로 조절하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents
Cpv 모듈에서 렌즈 플레이트를 최적으로 조절하기 위한 장치 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 복수의 CPV 센서, 및 용기 내에서 상기 센서의 초점 길이로부터 일정 거리에 상기 센서 상에 장착되는 복수의 렌즈로 이루어지는 CPV 모듈 내에서 렌즈 플레이트를 최적으로 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, a) 복수의 CPV 센서(5)를 구비하는 센서 지지 플레이트(1), b) CPV 센서의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 구비하는 렌즈 플레이트(2), c) 렌즈 플레이트(2)의 위치에 대해 평행하게 장착되는 고정형 렌즈 플레이트(3), d) 렌즈 플레이트(3)에 평행하게 방향설정되는 다수의 센서로서, CPV 센서의 개수에 대응하는 개수를 갖는, 상기 다수의 센서, e) 2개의 수평 방향으로 렌즈 플레이트(2)를 조절하기 위한 2개의 장치(12, 13), 및 f) 출력 신호를 평가하기 위한 제어 장치(9)로서, 출력 신호의 특성에 따라 2개의 장치(12, 13)를 제어하는, 상기 제어 장치(9)를 특징으로 한다.
Description
수년에 걸쳐, 태양광발전에서 집중된 태양 복사를 이용하여 실시하기 위한 접근방법이 존재해 왔다. 이 경우, 태양의 복사는 거울 및/또는 렌즈에 의해 집속되고, 특수한 집광기 태양 전지 상으로 방향설정된다. 현재, 집중형 태양광발전(concentrating photovoltaics; CPV)의 대응하는 시스템이 스페인 태양 연구소(Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentracion(ISFOC) in Castille at Puertollano)에서 시험 중에 있다. 그들은 렌즈 또는 거울을 이용하여 400 내지 1000 배의 강도까지 태양광을 집속한 후에 전통적인 실리콘 태양 전지에 비해 상당히 더 효율이 높은 소형 태양 전지 상에 입사시킨다. 전세계의 많은 곳의 제작자들은 그 실험장에서 CPV 모듈을 설치해오고 있다. 현재, 약 1000개의 모듈이 이러한 실험장에서 설치되었다. 연구자들은 이러한 기술의 개발로부터 시장으로 더 쉽게 이행시키기 위해, 특히 수율 예후(yield prognose)를 개발 중에 있고, 장기적 안정성을 시험하고 있는 중에 있다.
현 시점까지, 전세계적으로 50 - 100 개의 CPV 파일럿 시스템이 가동 중이다(http://www.interpv.net/market/market_view.asp?idx=567&part_code=01). 그 총 출력은 약 30 ㎿이다. 미국 그린테크미디어 리서치(Greentechmedia Research)의 시장 연구소의 전류 연구는 이러한 기술의 성공이 증가할 것을 예측하였으나, 또한 저널 "PV Manufacturing"은 13판(2011년 9월)에서 자동화 제조 능력의 요구가 증가할 것을 예측하였다.
이와 같은 시스템의 핵심은 무엇보다도 외부의 공간에서 현재 사용되고 있는 고성능 태양 전지이다. 그 점에서 이것은 이미 수년간 인공위성과 로봇에 전력을 공급해 왔다. 실리콘 대신, 이들 셀 갈륨, 인듐, 비소, 또는 인으로 제조된 소위 화합물 반도체를 포함한다. 이것은 다수의 상이한 반도체 층으로 이루어지고, 각각의 층은 상이한 범위의 태양광 스펙트럼을 처리하지만, 종래의 실리콘 셀은 태양광 스펙트럼의 작은 부분만을 전류로 변환시킬 수 있다.
특히, 다음의 종래 기술이 특허 문헌으로부터 공지되어 있다.
미국 특허 제 US 4 834 805 A 호에 광기전력 모듈이 개시되어 있고, 다음의 특징을 갖는다.
광기전 반도체 결정 셀의 배열체가 층상의 기판 내의 개별적인 셀의 위치에 분포되어 있고, 여기서 이것은 2개의 전기적 전도층에 의해 포위되어 있고, 절연층에 의해 분리되어 있다. 더욱이, 이러한 모듈은 층상의 기판으로부터 일정한 거리에 배치되는 렌즈로 제작된 광 운반 층으로 이루어지고, 여기서 입사 복사선은 광 운반 층 내에서 렌즈에 의해 기판 내로 집속되고, 렌즈 층, 기판 층 및 이들 사이의 공간의 두께는 2 인치 미만이다.
독일 공개 특허 제 DE 10 2006 007 472 A1 호로부터 렌즈 플레이트, 태양 전지가 수용되는 베이스 플레이트, 및 프레임을 갖는 광기전 집광기 모듈이 공지되어 있고, 여기서 렌즈 플레이트 및 베이스 플레이트를 연결하는 프레임은 렌즈 플레이트 및 베이스 플레이트의 연부를 따라 외주방향으로 배치된다.
이러한 공지된 집광기 모듈은 비용효율적으로 제조될 수 있고, 수명이 길고, 렌즈 플레이트 또는 베이스 플레이트 상에 어렵게 수용시킬 수 있거나 또는 전혀 수용시킬 수 없는 추가의 컴포넌트를 간단하고 유연하게 결합시킬 수 있도록 개선되기 위한 것이다. 또한, 이와 같은 집광기 모듈의 제조를 가능하게 하는 방법이 개발되도록 되었다.
여기서 언급된 목적은, 한편으로, 렌즈 플레이트와 프레임 사이에서 및/또는 베이스 플레이트와 프레임 사이에서 프레임을 따라 적어도 하나의 제 1 실링재 집괴(mass) 및/또는 접착제 집괴가, 다른 한편으로, 적어도 하나의 제 2 실링재 집괴가 프레임의 길이의 적어도 일부 상에서 외주방향으로 배치되는 점에서 달성되고, 여기서 2개의 실링재 집괴 및/또는 접착제 집괴는 그것의 경화 시간 및/또는 기체 투과도에 대해 서로 다르다.
청구항 57에서는 선행 청구항들 중 어느 한 항에 청구된 광기전 집광기 모듈을 제조하기 위한 방법이 청구되고, 이것은 다음의 특징을 갖는다.
즉, 렌즈 플레이트와 베이스 플레이트를 연결하는 프레임은 렌즈 플레이트와 베이스 플레이트의 연부를 따라 배치되고, 한편으로, 프레임과 렌즈 플레이트 사이 및/또는 프레임과 베이스 플레이트 사이에는 적어도 하나의 제 1 실링재 집괴 및/또는 접착제 집괴가, 다른 한편으로, 적어도 하나의 제 2 실링재 집괴가 프레임의 길이의 적어도 일부 상에서 외주방향으로 프레임을 따라 도입되고, 여기서 2개의 실링재 및/또는 접착제 집괴는 그것의 경화 시간 및/또는 기체 투과도에 대해 서로 다르다.
독일 공개 특허 제 DE 10 2006 034 793 A1 호는 PV 집광기 모듈을 위한 시험 장치, 이러한 시험 장치를 이용하여 PV 집광기 모듈을 시험하기 위한 방법, 및 이러한 장치를 이용하여 시험된 PV 집광기 모듈의 제조 방법을 개시하고 있다. 이 경우, PV는 광기전을 의미한다. 이 문헌은 PV 집광기 모듈을 위한 품질 제어의 가능성 및 특히 완성된 모듈을 시험하기 위해 최종 조립 전 및/또는 최종 조립 후 PV 집광기 모듈의 효율 및/또는 다른 기술적 파라미터를 시험하기 위한 가능성을 제공하는 목적에 기초한다. PV 집광기 모듈을 간단히 시험할 수 있도록, 또는 신뢰할 수 있는 품질을 갖는 PV 집광기 모듈이 제조될 수 있도록, 시험을 위한 시험 방법, 또는 PV 집광기 모듈을 제조하기 위한 제조 방법이 또한 제공되도록 되어 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 청구된 바와 같이, 태양 복사를 시뮬레이션하는 광을 발생시키는 제 1 광원을 갖는 PV 집광기 모듈을 위한 시험 장치로서, 이것은 제 1 광원으로부터 발생되는 2° 미만의 개별 광 빔의 발산을 갖는 광 빔을 집속하고, 이러한 광속을 PV 집광기 모듈의 광 입사 표면 상에 지향시킬 수 있는 광학 시스템을 더 포함하는 PV 집광기 모듈을 위한 시험 장치가 청구되었다. 더욱이, 이 시험 장치는 광속에 의해 조사되는 PV 집광기 모듈의 출력 신호를 측정하기 위한 측정 장치를 갖는다.
이 문헌에서, 문헌 내에 개시된 시험 방법은 또한 품질 제어를 위해 최종 조립 전 및/또는 후에 적용하기 위해서도 제공된다(이것에 관하여 청구항 25를 또한 참조할 것). 그러나, 여기서 설명되는 기능의 시퀀스 또는 그 일부는 제조 공정에 직접적으로 적용되지 않는다.
본 발명에 따른 장치 및 대응하는 방법은 실제의 작업에서 집광기 모듈의 장기적 안정성이 달성되도록, 산업적으로 제조되는 집광기 모듈이 비용효율적으로 그리고 신뢰성있게 제조될 수 있고, 신뢰할 수 있는 최종 점검이 실행될 수 있는 장치 및 방법을 제안하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은 아래의 청구항들 중 하나에 기재된 장치 또는 방법에 의해 달성된다.
청구항 1:
CPV 모듈 내에서 렌즈 플레이트(2)를 최적으로 조절하기 위한 장치로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성(weather-insensitive) 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치에 있어서,
a) 설정가능한(settable) 전력이 공급될 수 있는 복수의 CPV 센서(5)를 구비하는 센서 캐리어 플레이트(1),
b) 상기 CPV 센서의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖는 렌즈 플레이트(2)로서, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 본질적으로 평행하게 장착되는, 상기 렌즈 플레이트(2),
c) 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 대해 평행하게 장착되는 고정형 렌즈 플레이트(3),
d) 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 4분면 센서(quadrant sensor)(4)로서, 상기 4분면 센서(4)는 상기 렌즈 플레이트(3)에 평행하게 정렬되고, 상기 4분면 센서(4)의 기하학적 중심점은 상기 렌즈의 광축 상에서 상기 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되는, 상기 4분면 센서(4),
e) 서로에 대해 직각으로 정렬되는 2개의 수평 방향으로 상기 렌즈 플레이트(2)를 조절하기 위한 2개의 장치(12, 13), 및
f) 상기 4분면 센서(4)의 출력 신호를 분석하기 위한 제어 유닛(9)으로서, 상기 제어 유닛(9)은 상기 4분면 센서(4)의 출력 신호의 특성 및 상기 CPV 센서(5)의 공급된 전력에 따라 상기 2개의 장치(12, 13)를 제어하는, 상기 제어 유닛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치.
청구항 2:
CPV 모듈 내에서 렌즈 플레이트(2)를 최적으로 조절하기 위한 장치로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치에 있어서,
a) 복수의 CPV 센서(5)를 구비하는 센서 캐리어 플레이트(1),
b) 상기 CPV 센서의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖는 렌즈 플레이트(2)로서, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 본질적으로 평행하게 장착되는, 상기 렌즈 플레이트(2),
c) 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 대해 평행하게 장착되는 고정형 렌즈 플레이트(3),
d) 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 점상 광원(punctiform light source)(6)으로서, 상기 점상 광원(6)은 상기 렌즈 플레이트(3)에 평행하게 정렬되고, 상기 점상 광원(6)의 기하학적 중심점은 상기 렌즈의 광축 상에서 상기 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되는, 상기 점상 광원(6),
e) 서로에 대해 직각으로 정렬되는 2개의 수평 방향으로 상기 렌즈 플레이트(2)를 조절하기 위한 2개의 장치(12, 13), 및
f) 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호를 분석하기 위한 제어 유닛(9)으로서, 상기 제어 유닛(9)은 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호의 특성에 따라 상기 2개의 장치(12, 13)를 제어하는, 상기 제어 유닛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치.
청구항 3:
청구항 1 또는 2에 기재된 장치로서, 상기 렌즈 플레이트(2)를 연직 방향으로 조절하기 위한 추가 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치.
청구항 4:
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 장치로서, 상기 렌즈 플레이트(2)의 조절이 완료된 후, 실리콘 실링재 집괴(silicone sealant mass)(15)의 접합부 없는 압입(joint-free pressing in)을 위한 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치.
청구항 5:
CPV 모듈 내에서 렌즈 플레이트(2)를 최적으로 조절하기 위한 방법으로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법에 있어서,
a) 복수의 CPV 센서(5)를 갖는 센서 캐리어 플레이트(1)의 대향 측에 렌즈 플레이트(2)가 이동가능하게 고정되고, 설정가능한 전압 및/또는 설정가능한 전류가 상기 CPV 센서(5)에 공급되어 상기 CPV 센서(5)를 여기시켜 광을 방출시킬 수 있고, 상기 렌즈 플레이트(2)는 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 본질적으로 평행하게 장착되고,
b) 고정형 렌즈 플레이트(3)가 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 평행하게 장착되고, 상기 렌즈 플레이트를 통해 평행 빔 속(beam bundle)이 방사되고, 4분면 센서(4)가 상기 렌즈 플레이트(2)와는 반대측을 향하는 측면에서의 상기 고정형 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되고,
c) 상기 CPV 센서(5)의 광축과 상기 렌즈 플레이트(2)의 렌즈의 광축의 최적의 정렬이 상기 4분면 센서(4)에 의해 달성될 때까지, 상기 렌즈 플레이트(2)는 서로에 대해 수직인 2개의 수평 방향으로의 평면(plan)을 따라서 2개의 장치(12, 13)에 의해 변위되는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법.
청구항 6:
CPV 모듈 내에서 렌즈 플레이트(2)를 최적으로 조절하기 위한 방법으로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법에 있어서,
a) 복수의 CPV 센서(5)를 갖는 센서 캐리어 플레이트(1)의 대향 측에 렌즈 플레이트(2)가 이동가능하게 고정되고, 상기 렌즈 플레이트(2)는 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 본질적으로 평행하게 장착되고,
b) 고정형 렌즈 플레이트(3)가 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 평행하게 장착되고, 점성 광원(6)이 상기 렌즈 플레이트(2)와는 반대측을 향하는 측면에서의 상기 고정형 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되고,
c) 상기 CPV 센서(5)의 광축과 상기 렌즈 플레이트(2)의 렌즈의 광축의 최적의 정렬이 전력의 최대 수율의 확인에 의해 달성될 때까지, 상기 렌즈 플레이트(2)는 서로에 대해 수직인 2개의 수평 방향으로의 평면을 따라서 2개의 장치(12, 13)에 의해 변위되고, 관련된 CPV 센서(5)의 내부 구조에서의 랜덤하게 분포된 불균일성(inhomogeneity)이 고려될 수 있는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법.
청구항 7:
청구항 5 또는 6에 기재된 방법으로서, 상기 렌즈 플레이트(2)를 연직 방향으로 조절하기 위한 추가 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법.
청구항 8:
청구항 5 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 방법으로서, 장치에 의한 상기 렌즈 플레이트(2)의 조절이 완료된 후, 실리콘 실링재 집괴(15)의 접합부 없는 압입이 수행되는 것을 특징으로 하는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법.
청구항 9:
컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 내에서 실행되는 경우, 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계를 실시하기 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램.
청구항 10:
컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 내에서 실행되는 경우, 청구항 5 내지 8 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드를 갖는 기계-판독 가능한 캐리어(machine-readable carrier).
본 발명에 따른 장치를 이하에서 더 상세히 설명한다.
도 1은 CPV 모듈의 개략적 구조를 도시한다.
도 2는 렌즈 플레이트의 제 1 조절 방법을 도시한다.
도 3은 렌즈 플레이트의 제 2 조절 방법을 도시한다.
도 4는 조절 절차의 개략도를 도시한다.
도 5는 4분면 센서의 전력 분포의 개략도를 도시한다.
도 6은 CPV 센서의 전류 및 전압 프로파일을 도시한다.
도 2는 렌즈 플레이트의 제 1 조절 방법을 도시한다.
도 3은 렌즈 플레이트의 제 2 조절 방법을 도시한다.
도 4는 조절 절차의 개략도를 도시한다.
도 5는 4분면 센서의 전력 분포의 개략도를 도시한다.
도 6은 CPV 센서의 전류 및 전압 프로파일을 도시한다.
도 1은 CPV 모듈의 개략적 구조를 도시한다. CPV 모듈은 본질적으로 서로 인접하여 배치되는 복수의 CPV 센서(5)를 수용하는 센서 캐리어 플레이트(1), 및 센서 캐리어 플레이트(1) 위에 평행하게 정렬되는 렌즈 플레이트(2)로 이루어지고, 렌즈 플레이트도 또한 서로 인접하여 배치되는 복수의 렌즈, 통상적으로 프레넬(Fresnel) 렌즈로 이루어진다. 도 1에서 좌측에 단면도로 도시되어 있는 모듈 프레임(14)은 2개의 플레이트(1, 2)를 지지하기 위해 사용된다. 2개의 플레이트(1, 2)의 거리를 본질적으로 결정하는 구조적 치수는 모듈 프레임(14)의 높이이다. 이 모듈 프레임(14)의 높이는 렌즈 플레이트(2)에서 사용되는 렌즈 유형의 초점 길이에 일치한다. 이러한 방식으로, 태양으로부터 평행하게 연장되는 광 빔으로 렌즈 플레이트(2) 상에 입사되는 태양광은 각각의 렌즈에 관계되는 CPV 센서(5)의 중심에 정확하게 집속되는 것이 보장된다. 그러나, 이것은 수평의 X-Y 방향에서뿐만 아니라 연직 방향에서도 요구된다. 그러므로, 렌즈 플레이트(2)의 조절 중에, 모듈 프레임(14)과 렌즈 플레이트(2) 사이 및 모듈 프레임(14)과 센서 캐리어 플레이트(1) 사이의 실리콘 실링재 집괴(silicone sealant mass)(15)의 두께가 또한 고려된다. 센서 캐리어 플레이트(1)와 모듈 프레임(14) 사이의 실리콘 실링재 집괴(15)의 두께는 본질적으로 불변이지만, 특정의 한계 내에서 제조 공정 중에 변화될 수 있다. 그러나, 렌즈 플레이트의 조절의 시점에서 센서 캐리어 플레이트(1)는 이미 모듈 프레임(14)에 연결되어 있다.
도 2는 렌즈 플레이트(2)의 조절의 제 1 방법의 예시를 도시한다. 도 2에 도시된 방법, 소위 제 1 방법은 태양 복사의 자연적 진행이 시뮬레이션되는 방법으로서, 렌즈 플레이트(2)와 동일한 치수의 렌즈를 갖는 추가의 고정형 렌즈 플레이트(3)가 조절 대상인 렌즈 플레이트(2)에 평행한 위치의 상류측에 연결되고, 점상 광원이 렌즈 플레이트(3) 상의 렌즈의 초점 내에 설치된다. 이러한 방식으로, 고정형 렌즈 플레이트(3)가 조절 대상인 렌즈 플레이트(2)의 방향으로 평행하게 연장되는 광 빔을 방출하는 것이 보장된다. 조절 대상인 렌즈 플레이트(2)가 이제 수평 방향으로 점진적으로 변위되는 경우, 렌즈 플레이트(2)에 의해 조사되는 CPV 센서(5)는 그에 따라 개별적으로 그리고 물론 전체로서 상이한 전압 및 상이한 전류를 발생할 것이다. 렌즈 플레이트(2)의 변위 단계의 계획된 전략 및 각각의 경우에서 후속되는 전압 또는 전류의 측정에 의해, 센서 캐리어 플레이트(1)에 대한 렌즈 플레이트(2)의 최적의 정렬이 확인될 수 있다. 이상적인 것으로 간주되는 전체 센서 표면에 걸친 균일한 감도의 수신기 칩의 경우, 최적의 정렬은 센서 캐리어 플레이트 상에서 최대 전력이 측정되는 것이 특징이다. 설명을 위해, 도 6에는 2차원적 전류 또는 전압 분포의 고품질 모델의 프로파일이 도시되어 있다. 전체 영역에 걸쳐 균일한 감도를 가지지 않는 원형 센서의 경우, 실제의 전류/전압 프로파일은 정성적인 예와 관련하여 편차를 가질 수 있다. 그러므로 최적의 동작점은 대칭성 고려사항에 기초하여 결정되어야 한다.
수평 방향으로의 이러한 최적의 정렬 후에 연직 방향으로의 조절이 수행될 수 있고, 이것은 최대 전압 및/또는 전류에 의해 특징이 부여되고, 본질적으로 후에 도입되는 실리콘 실링재 집괴의 두께 또는 질량을 결정한다.
이와 같은 조절 절차의 개략적 예시는 도 4로부터 추측될 수 있다.
도 3은 도 2에서 이미 설명된 제 1 방법과 유사한 구조를 갖는, 그러나 반전된 빔 경로, 즉 사실상 정반대의 동작을 갖는 추가의 제 2 방법을 도시한다. 여기서 CPV 센서(5)는 CPV 센서(5)의 전력에 관하여 평가되지 않고, 특정의 직류가 각각의 경우에 개별 CPV 센서(5) 자체에 공급되고, 이에 의해 방출되는 광은 4분면 센서(4)에 의해 검출되어 정성적으로 평가되는 점에서, CPV 센서(5) 자체가 전계발광 효과에 따라 제어가능한 전력을 갖는 발광 요소가 된다. CPV 센서(5)로부터 렌즈 플레이트(2)까지의 거리는 본질적으로 렌즈 플레이트(2)에 사용되는 렌즈의 초점 길이와 일치하고, 이에 의해 렌즈 플레이트(2)와 렌즈 플레이트(3) 사이에서 평행하게 연장되는 광 빔이 유발되는데, 렌드 플레이트(3)는 4분면 센서(4)에 대해 자동적으로 사전 조절된다. 렌즈 플레이트(3)는 좌표계의 X, Y 및 Z 방향으로 변위될 수 있다. 렌즈 플레이트(3)를 위한 조절 장치는 간략화의 이유로 도시되어 있지 않다. 4분면 센서(4)는 이 4분면 센서(4)와 정렬된 위치에 고정되어 있는 고정형 렌즈 플레이트(2)의 초점 길이의 거리에 부착되어 있으므로, 각각의 조광용(illuminating)의 CPV 센서(5)는 대응하는 4분면 포토다이오드(4) 상에 결상된다. 이러한 결상작용은 고정형 렌즈 플레이트(3)가 정렬 대상인 렌즈 플레이트(2)와 동일한 초점 길이를 갖는 경우에 1:1의 이미지로서 발생한다. 그러나, 축소 이미지(렌즈 플레이트(3)의 초점 길이가 렌즈 플레이트(2)의 초점 길이보다 작음) 또는 확대 이미지(렌즈 플레이트(3)의 초점 길이가 렌즈 플레이트(2)의 초점 길이보다 큼)도 또한 원칙적으로 가능하다. 그러나 간소화 및 교환가능성의 이유로, 렌즈 플레이트(2) 및 렌즈 플레이트(3)는 렌즈 치수뿐만 아니라 이들의 초점 길이도 동일한 것이 바람직하다. 즉, 동일한 렌즈 플레이트의 유형이 사용될 수 있다.
도 4는 소위 제 2 방법에 따른 렌즈 플레이트(2)의 조절 절차의 개략도를 도시한다. 여기에는 4개의 상이한 평면이 도시되어 있고, 그 중 최하측의 것은 다수의 CPV 센서(5)를 갖는 센서 캐리어 플레이트(1)를 상징한다. 가장 가까운 그 다음의 평면은 후방 조절 장치(12) 및 전방 조절 장치(13)를 갖는 관련된 렌즈 플레이트(2)를 도시한다. 이들 2개의 조절 장치(12, 13)에 의해 3차원 좌표계(X, Y, Z)의 2개의 수평 방향(X, Y)으로 렌즈 플레이트(2)의 변위가 가능하고, Z 방향으로의 변위의 가능성은 개관(overview)의 이유로 도 4에 도시되어 있지 않다. 최근접 평면은 도 2 및 도 3의 설명에서 각각의 경우에 언급된 바와 같은 고정형 렌즈 플레이트(3)를 도시한다.
4분면 센서(4)는 도 4의 최상측 평면에 나타나 있다. 내부에 설치된 모든 4분면 센서를 위한 제어 유닛(9)으로의 데이터 라인(8)이 상징적으로 도 4에 도시되어 있다. 이러한 제어 유닛(9)은 또한 라인(7)을 통해 개별 CPV 센서(5)의 전력 공급의 설정을 보장한다. 더욱이, 제어 유닛(9)은 각각 제어 라인(10) 및 제어 라인(11)에 의해 후방 조절 장치(12) 및 후방 조절 장치(12)를 제어한다.
또한, 연직의 Z 방향으로의 렌즈 플레이트(2)의 조절은 도 4에 도시되어 있지 않다.
제 1 방법에 따른 조절 절차의 경우에, 예컨대 LED 광과 같은 점상 광원이 4분면 센서(4) 대신에 위치되고, 제어 라인(7)을 구비하는 제어 유닛(9)은 CPV 센서의 전력 공급을 위해 사용되지 않고, CPV 센서에 의해 발생되는 전력을 추출하고, 분석을 위해 이것을 산출한다.
도 5는 정렬 대상인 렌즈 플레이트(2)의 X 위치 및 Y 위치에 따라서 4분면 센서(4)의 4개의 4분면 내에서 예상되는 정성적 전류 분포의 개략도를 도시한다. 이러한 다이오드의 4개의 4분면의 원점(origin)은 광축 상에 위치되고, 따라서, 최적의 정렬은 쌍으로 인접한 다이오드들의 4개의 차분 신호(differential signal)가 최소인 경우에, 모든 4개의 4분면 상에서 동일한 다이오드 전류가 측정될 수 있을 때 정밀하게 제공된다.
이러한 측정 방법을 위한 위치설정의 정확성은 달성가능한 기계적 변위 프로세스의 정확성에 의존한다. 기계적 허용오차의 보상에 의해 20㎛ 미만의 정확성이 달성될 수 있다. 이러한 측정 장치의 경우, 실리콘 4분면 포토다이오드로부터 예상되는 신호는 약 10㎶ 내지 100㎶의 크기이고, 이것은 ㎵ 범위의 암전류(dark current)의 경우에 전형적인 값이다. 이것은 높은 신호-대-잡음 비를 초래할 수 있다. 신호의 구배는 방법 1 및 방법 2에서의 위치 변화의 경우에 매우 높다.
마지막으로, 도 6은 CPV 센서에서 전압 프로파일의 예시를 도시한다.
CPV 서브모듈은 전형적으로 수백개의 개별 CPV 센서로 이루어진다. 베이스 플레이트 상에 미리 조립되어 있는 CPV 센서는 또한 이들 센서의 이상적인 위치로부터 특정의 랜덤한 편차를 가지므로, CPV 센서 캐리어 플레이트의 센서 전체의 최적의 정렬을 결정하기 위해서는, 렌즈 플레이트의 다양한 위치에 분포되어 있는 CPV 센서를 합리적으로 선택해야만 한다. 그러면 계측학적으로(metrologically) 사용되지 않은 CPV 센서는 여전히 항상 사용가능하므로, 2개의 방법 모두가 병행하여 사용될 수 있고, 여기서 조절을 위해 필요한 XYZ 좌표에 대한 적절한 판단이 그 결과에 기초하는 제어 프로그램에 의해 자동적으로 실행된다. 도 3 및 도 4에서 설명된 바와 같이, 렌즈 플레이트(4) 대신에, 집광기 모듈의 CPV 센서 캐리어 플레이트(1)는 조절 시스템에 의해 렌즈 플레이트(3)에 대해 정렬될 수 있다. 필요 조건은 4분면 센서 또는 LED이고, 렌즈 플레이트(3) 및 렌즈 플레이트(4)는 광학 라인에서 서로에 대해 정렬된다.
설명된 이동 시퀀스의 복잡한 제어는 특수한 제어 프로그램을 필요로 한다.
1: 센서 캐리어 플레이트 2: 렌즈 플레이트
3: 고정형 렌즈 플레이트 4: 4분면 센서
5: CPV 센서 6: 점상 광원
7: CPV 센서용 전력 공급부 8: 4분면 센서용 데이터 라인
9: 제어 유닛 10: 후방 조절 장치용 제어 라인
11: 전방 조절 장치용 제어 라인 12: 후방 조절 장치
13: 전방 조절 장치 14: 모듈 프레임
15: 실리콘 실링재 집괴
3: 고정형 렌즈 플레이트 4: 4분면 센서
5: CPV 센서 6: 점상 광원
7: CPV 센서용 전력 공급부 8: 4분면 센서용 데이터 라인
9: 제어 유닛 10: 후방 조절 장치용 제어 라인
11: 전방 조절 장치용 제어 라인 12: 후방 조절 장치
13: 전방 조절 장치 14: 모듈 프레임
15: 실리콘 실링재 집괴
Claims (10)
- 집중형 태양광발전(concentrating photovoltaics; CPV) 모듈 내에서 센서 캐리어 플레이트(1)에 대해 렌즈 플레이트(2)의 위치를 조절하기 위한 장치로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성(weather-insensitive) 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치에 있어서,
g) 설정가능한(settable) 전력이 공급될 수 있는 복수의 CPV 센서(5)를 구비하는 센서 캐리어 플레이트(1),
h) 상기 CPV 센서의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖는 렌즈 플레이트(2)로서, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 평행하게 장착되는, 상기 렌즈 플레이트(2),
i) 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 대해 평행하게 장착되는 고정형 렌즈 플레이트(3),
j) 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 4분면 센서(quadrant sensor)(4)로서, 상기 4분면 센서(4)는 상기 렌즈 플레이트(3)에 평행하게 정렬되고, 상기 4분면 센서(4)의 기하학적 중심점은 상기 렌즈의 광축 상에서 상기 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되는, 상기 4분면 센서(4),
k) 서로에 대해 직각으로 정렬되는 2개의 수평 방향으로 상기 렌즈 플레이트(2)를 조절하기 위한 2개의 장치(12, 13), 및
l) 상기 4분면 센서(4)의 출력 신호를 분석하기 위한 제어 유닛(9)으로서, 상기 제어 유닛(9)은 상기 4분면 센서(4)의 출력 신호의 특성 및 상기 CPV 센서(5)의 공급된 전력에 따라 상기 2개의 장치(12, 13)를 제어하는, 상기 제어 유닛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치. - 집중형 태양광발전(CPV) 모듈 내에서 센서 캐리어 플레이트(1)에 대해 렌즈 플레이트(2)의 위치를 조절하기 위한 장치로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치에 있어서,
g) 복수의 CPV 센서(5)를 구비하는 센서 캐리어 플레이트(1),
h) 상기 CPV 센서의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖는 렌즈 플레이트(2)로서, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 평행하게 장착되는, 상기 렌즈 플레이트(2),
i) 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 대해 평행하게 장착되는 고정형 렌즈 플레이트(3),
j) 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 점상 광원(punctiform light source)(6)으로서, 상기 점상 광원(6)은 상기 렌즈 플레이트(3)에 평행하게 정렬되고, 상기 점상 광원(6)의 기하학적 중심점은 상기 렌즈의 광축 상에서 상기 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되는, 상기 점상 광원(6),
k) 서로에 대해 직각으로 정렬되는 2개의 수평 방향으로 상기 렌즈 플레이트(2)를 조절하기 위한 2개의 장치(12, 13), 및
l) 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호를 분석하기 위한 제어 유닛(9)으로서, 상기 제어 유닛(9)은 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호의 특성에 따라 상기 2개의 장치(12, 13)를 제어하는, 상기 제어 유닛(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 렌즈 플레이트(2)를 연직 방향으로 조절하기 위한 추가 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 렌즈 플레이트(2)의 조절이 완료된 후, 실리콘 실링재 집괴(silicone sealant mass)(15)의 접합부 없는 압입(joint-free pressing in)을 위한 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 장치. - 집중형 태양광발전(CPV) 모듈 내에서 센서 캐리어 플레이트(1)에 대해 렌즈 플레이트(2)의 위치를 조절하기 위한 방법으로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법에 있어서,
d) 복수의 CPV 센서(5)를 갖는 센서 캐리어 플레이트(1)의 대향 측에 렌즈 플레이트(2)가 이동가능하게 고정되고, 설정가능한 전압 및 설정가능한 전류 중 적어도 하나가 상기 CPV 센서(5)에 공급되어 상기 CPV 센서(5)를 여기시켜 광을 방출시킬 수 있고, 상기 렌즈 플레이트(2)는 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 평행하게 장착되고,
e) 고정형 렌즈 플레이트(3)가 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 평행하게 장착되고, 상기 렌즈 플레이트를 통해 평행 빔 속(beam bundle)이 방사되고, 4분면 센서(4)가 상기 렌즈 플레이트(2)와는 반대측을 향하는 측면에서의 상기 고정형 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되고,
f) 상기 렌즈 플레이트(2)는 서로에 대해 수직인 2개의 수평 방향으로의 평면(plan)을 따라서 2개의 장치(12, 13)에 의해 변위되고, 상기 2개의 장치(12, 13)는 상기 4분면 센서(4)의 출력 신호를 분석하는 제어 유닛(9)에 의해, 상기 4분면 센서(4)의 츨력 신호의 특성 및 상기 CPV 센서(5)의 공급된 전력에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법. - 집중형 태양광발전(CPV) 모듈 내에서 센서 캐리어 플레이트(1)에 대해 렌즈 플레이트(2)의 위치를 조절하기 위한 방법으로서, 상기 CPV 모듈은 센서 캐리어 플레이트(1)의 표면에 배치되는 복수의 CPV 센서(5), 및 상기 센서 캐리어 플레이트(1)로부터 자신의 초점 길이의 거리에서 렌즈 플레이트(2) 내에 부착되는 복수의 렌즈로 이루어지며, 양 플레이트(1, 2)는 모두 풍화 무반응성 하우징 내에 수용되는, CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법에 있어서,
d) 복수의 CPV 센서(5)를 갖는 센서 캐리어 플레이트(1)의 대향 측에 렌즈 플레이트(2)가 이동가능하게 고정되고, 상기 렌즈 플레이트(2)는 상기 CPV 센서(5)의 개수에 대응하는 개수의 렌즈를 갖고, 상기 렌즈는 상기 CPV 센서(5)의 광축의 영역에서 상기 CPV 센서(5)의 수평 위치에 대해 평행하게 장착되고,
e) 고정형 렌즈 플레이트(3)가 상기 렌즈 플레이트(2)의 위치에 평행하게 장착되고, 점성 광원(6)이 상기 렌즈 플레이트(2)와는 반대측을 향하는 측면에서의 상기 고정형 렌즈 플레이트(3)의 렌즈의 초점 길이의 거리에 위치되고,
f) 상기 렌즈 플레이트(2)는 서로에 대해 수직인 2개의 수평 방향으로의 평면을 따라서 2개의 장치(12, 13)에 의해 변위되고, 상기 2개의 장치(12, 13)는 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호를 분석하는 제어 유닛(9)에 의해 상기 CPV 센서(5)의 출력 신호의 특성에 따라 제어되며, 관련된 CPV 센서(5)의 내부 구조에서의 랜덤하게 분포된 불균일성(inhomogeneity)이 고려될 수 있는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 렌즈 플레이트(2)를 연직 방향으로 조절하기 위한 추가 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
장치에 의한 상기 렌즈 플레이트(2)의 조절이 완료된 후, 실리콘 실링재 집괴(15)의 접합부 없는 압입이 수행되는 것을 특징으로 하는
CPV 모듈 내 렌즈 플레이트 조절 방법. - 삭제
- 기계-판독 가능한 캐리어(machine-readable carrier)로서,
컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 내에서 실행되는 경우, 제 5 항 또는 제 6 항에 따른 방법을 실시하기 위한 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드를 갖는
기계-판독 가능한 캐리어.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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