KR100540199B1 - 태양광 발전용 집광장치 - Google Patents

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KR100540199B1
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유광선
박강민
이진근
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Abstract

본 발명은 태양광 발전용 집광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지에 조사되는 태양광의 광집적도를 향상시켜 에너지효율을 최대화할 수 있도록 한 태양광 발전용 집광장치에 관한 것이다.
이에, 그 구성은, 태양광 발전설비에 구비되며, 태양광을 집광하여 전기에너지로 변환하는 집광모듈을 하나 이상 포함하는 태양광 발전용 집광장치에 있어서, 상기 집광모듈은, 다수개의 태양전지로 구성되는 태양전지판과, 상기 태양전지판의 전방에 형성되는 투광부와, 상기 투광부의 양측에 구비되며 태양광을 집광하여 상기 태양전지판의 전면에 조사하는 제1,2 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전용 집광장치{CONDENSING APPARATUS FOR SOLAR PHOTOVOLTAIC GENERATOR}
본 발명은 태양광 발전용 집광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지에 조사되는 태양광의 광집적도를 향상시켜 에너지효율을 최대화할 수 있도록 한 태양광 발전용 집광장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전설비는 태양전지(solar cell)를 이용하여 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 이때, 상기 태양전지는 PN접합 반도체로 구성되어 태양광의 조사시 자유전자를 발생시켜 전기를 유도하는 기능을 수행한다.
태양광 발전설비에는 태양광을 중첩하여 태양전지의 표면에 조사하는 집광장치가 사용된다. 상기 집광장치의 광집적도는 발전설비의 에너지효율과 직결되며, 태양전지의 전방에 설치되는 중첩용 집광렌즈의 면적에 비례한다.
태양광 발전설비의 발전량 증가를 위해서는 태양전지와 집광렌즈의 대형화가 불가피하다. 그러나, 통상의 집광렌즈는 대형으로 제조함에 있어서 비용이나 구조적인 면에서 많은 제약이 발생됨으로써, 집광장치의 설계시 대형화를 통한 에너지효율의 향상을 기대하기가 매우 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 태양은 지구의 동쪽에서 서쪽로 이동하며, 그 이동과정에서 고도가 계속 변화되는데, 종래의 집광장치는 지향각이 고정되어 있으므로, 태양의 위치에 따른 입사량의 변화로 인해 발전량이 불규칙한 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 간단한 구성으로 태양광의 광집적도를 최대화할 수 있도록 한 태양광 발전용 집광장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양의 위치변화에 따라 집광모듈의 지향각을 자동으로 조정할 수 있도록 한 태양광 발전용 집광장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 양상은, 태양광 발전설비에 구비되며, 태양광을 집광하여 전기에너지로 변환하는 집광모듈을 하나 이상 포함하는 태양광 발전용 집광장치에 있어서, 상기 집광모듈은, 다수개의 태양전지로 구성되는 태양전지판과, 상기 태양전지판의 전방에 형성되는 투광부와, 상기 투광부의 양측에 구비되며 태양광을 집광하여 상기 태양전지판의 전면에 조사하는 제1,2 집광렌즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상은, 상기 집광모듈이 각각 회전가능하게 설치되는 프레임과, 상기 집광모듈을 좌,우로 회전시켜 그 지향각을 태양의 일주운동에 따라 자동으로 조정하는 제1 작동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 작동부의 일 양상은, 상기 프레임상에 설치되며 상기 집광모듈을 각각 링크부재로 연결하여 하나의 작동수단으로 동시에 회전시키는 작동부재와, 태양의 일주운동에 따라 상기 작동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양상은, 상기 프레임이 상,하로 회전이 가능하게 설치되는 지지대와, 상기 프레임을 회전시켜 상기 집광모듈의 지향각을 태양의 고도변화에 따라 자동으로 조정하는 제2 작동부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 작동부의 일 양상은, 상기 지지대상에 설치되며 상기 프레임의 중심축을 지점으로 회전시키는 작동부재와, 태양의 고도변화에 따라 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 양상은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 바람직한 실시예를 통해 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 집광모듈의 일 실시예를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도로서, 본 발명의 태양광 발전용 집광장치에 구비되는 집광모듈의 구성을 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 집광모듈(10)은, 다수개의 태양전지로 구성되는 태양전지판(12)과, 상기 태양전지판의 전방에 형성되는 투광부(13)와, 상기 투광부의 양측에 구비되며 태양광을 집광하여 상기 태양전지판의 전면에 조사하는 제1,2 집광렌즈(14)(15)로 구성된다.
태양전지판(12)은 태양전지의 앞면이 상측으로 노출되도록 모듈프레임(11)의 하부에 설치되며, 투광부(13) 및 제1,2 집광렌즈(14)(15)는 상기 모듈프레임의 상부에 설치된다.
투광부(13)는 태양전지판(12)의 수직상부에 동일한 면적으로 형성되며, 입사된 태양광이 굴절없이 통과하여 상기 태양전지의 표면에 조사되도록 빈공간 또는 투명한 유리나 투광렌즈로 형성된다.
제1,2 집광렌즈(14)(15)는 다수개의 프레넬렌즈로 구성되며, 각각 입사된 태양광을 굴절시켜 태양전지의 표면에 조사한다. 이에 따라, 투광부(13)를 통해 수직으로 조사되는 태양광과, 제1,2 집광렌즈(14)(15)를 통해 굴절된 태양광은 태양전지(12)의 표면에 입사되며, 그 입사광의 광집적도는 태양전지판 면적의 2~3배에 해당되도록 구성된다.
즉, 투광부(13) 및 제1,2 집광렌즈(14)(15)는 그 폭의 합이 태양전지판(12)의 폭에 비해 2배 내지 3배로 형성된다. 따라서, 투광부(13) 및 제1,2 집광렌즈(14)(15)에 입사되어 태양전지판(12)에 조사되는 태양광의 광집적도가 상기 태양전지판 면적의 2배 내지 3배에 해당하게 됨으로써, 최고의 에너지효율을 얻을 수 있게 된다.
도 3,4,5는 각각 본 발명에 따른 집광장치의 제1 실시예를 보인 정면도, 측면도, 평면도이다. 도시된 바와 같이, 집광장치에는 사각의 프레임(20)이 구비되고, 상기 프레임의 내측에는 상부와 하부에 각각 2개씩의 집광모듈(10)이 중심축(미부호)을 지점으로 회전 가능하게 설치된다.
또한, 집광모듈(10)을 좌,우로 회전시켜 그 지향각을 태양의 일주운동에 따라 자동으로 조정하는 제1 작동부가 구비된다. 본 실시예에 따른 제1 작동부는 프레임(20)상에 설치되며 집광모듈(10)을 각각 링크부재(31)로 연결하여 하나의 작동수단(32)으로 동시에 회전시키는 작동부재(30)와, 태양의 일주운동에 따라 상기 작동수단을 제어하는 제어부(미도시)로 구성된다.
이때, 작동수단(32)은, 나선축(320)과, 상기 나선축을 정/역방향으로 회전시키는 모터(321)와, 상기 나선축상에 구비되어 회전방향에 따라 전,후로 이송되며 링크부재가 힌지고정되는 이송블록(322)로 구성되며, 제어부는 태양의 일주운동에 따른 위치변화가 입력되어 상기 모터를 자동으로 제어하도록 구성된다.
한편, 상기 제어부에 있어서 태양의 위치를 감지하는 센서를 이용하여 태양의 이동에 따라 실시간으로 모터를 구동하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 프레임(20)은 지지대(40)에 상,하로 회전이 가능하게 설치되며, 상기 프레임을 회전시켜 집광모듈(10)의 지향각을 태양의 고도변화에 따라 자동으로 조정하는 제2 작동부가 구비된다.
본 실시예에 따른 제2 작동부는, 지지대(40)상에 설치되며 프레임(20)을 회전시키는 작동부재(50)와, 태양의 고도변화에 따라 상기 작동부재를 제어하는 제어부로 구성된다.
이때, 작동부재(50)는 프레임(20)의 후방에 힌지고정되며 상,하로 이동이 가능하게 구비되는 승강대(51)와, 지지대(40)의 후방에 설치되며 상기 승강대를 상,하로 이송하는 모터(52)로 구성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 집광장치는 태양의 위치변화에 따라 집광모듈의 지향각을 자동으로 조정함으로써, 태양전지의 광집적도를 항상 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 집광장치의 제2 실시예를 보인 정면도이다. 본 실시예에 따른 집광장치는 프레임(20)의 내측 상,하부에 각각 12개씩의 집광모듈(10)을 설치하고, 상술한 제1 실시예와 동일한 방식의 제1,2 작동부를 설치하여, 상기 집광모듈의 좌,우회전 및 상기 프레임의 상,하회전을 구현하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 집광장치는 간단한 구성으로 태양광의 광집적도를 효과적으로 향상시킬 수 있으므로, 제조원가를 절감하고 에너지효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 태양의 위치변화에 따라 집광모듈의 지향각을 자동으로 조정함으로써, 태양의 위치에 관계없이 태양전지의 광집적도를 항상 최적의 상태로 유지하여 발전량을 증가시킬 수 있는 효과를 가진다.
한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 집광모듈의 일 실시예를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 집광장치의 제1 실시예를 보인 정면도.
도 4는 도 3의 측면도.
도 5는 도 3의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 집광장치의 제2 실시예를 보인 정면도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 집광모듈
11 : 모듈프레임 12 : 태양전지판
13 : 투광부 14 : 제1 집광렌즈
15 : 제2 집광렌즈
20 : 프레임
30 : 작동부재
31 : 링크부재 32 : 작동수단
320 : 나선축 321 : 모터
322 : 이송블록
40 : 지지대
50 : 작동부재
51 : 승강부재 52 : 모터

Claims (5)

  1. 태양광 발전설비에 구비되며, 태양광을 집광하여 전기에너지로 변환하는 집광모듈을 하나 이상 포함하는 태양광 발전용 집광장치에 있어서,
    상기 집광모듈(10)은, 다수개의 태양전지로 구성되는 태양전지판(12)과, 상기 태양전지판의 전방에 형성되는 투광부(13)와, 상기 투광부의 양측에 구비되며 태양광을 집광하여 상기 태양전지판의 전면에 조사하는 제1,2 집광렌즈(14)(15)를 포함하여,
    상기 투광부와 상기 제1,2 집광렌즈의 폭의 합이 상기 태양전지판의 폭에 비해 2 내지 3배인 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 집광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광모듈(10)이 각각 회전가능하게 설치되는 프레임(20)과, 상기 집광모듈을 좌,우로 회전시켜 그 지향각을 태양의 일주운동에 따라 자동으로 조정하는 제1 작동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 집광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 작동부는,
    상기 프레임(20)상에 설치되며 상기 집광모듈(10)을 각각 링크부재(31)로 연결하여 하나의 작동수단(32)으로 동시에 회전시키는 작동부재(30)와, 태양의 일주운동에 따라 상기 작동수단을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 집광장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 프레임(20)이 상,하로 회전이 가능하게 설치되는 지지대(40)와, 상기 프레임을 회전시켜 상기 집광모듈(10)의 지향각을 태양의 고도변화에 따라 자동으로 조정하는 제2 작동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 집광장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 작동부는,
    상기 지지대(40)상에 설치되며 상기 프레임(20)을 회전시키는 작동부재(50)와, 태양의 고도변화에 따라 상기 작동부재를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 집광장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875583B1 (ko) 2007-10-01 2008-12-23 이양운 태양광을 이용한 열전대차 발전장치
KR100920068B1 (ko) * 2007-10-08 2009-10-07 김경민 태양광 발전장치
KR100979819B1 (ko) 2008-06-03 2010-09-06 주식회사 이에스파워 일체형 프레넬 렌즈의 결합체 및 이를 이용한 태양광발전모듈
KR102481831B1 (ko) * 2022-06-28 2022-12-28 (주)푸드포트 렌즈 집광형 열병합 태양광 시스템

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