KR100770360B1 - 태양열 및 태양광 복합 장치 - Google Patents

태양열 및 태양광 복합 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 집열하는 집열판 및 태양광을 통해 전기 에너지를 발전하는 태양전지판을 통해 열에너지 및 전기 에너지를 동시에 획득할 수 있도록 하는 태양열 및 태양광 복합 장치에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 태양열 및 태양광 복합 장치는 태양열을 집열하는 집열판과, 상기 집열판의 일측에 구비되어 태양광을 수광하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지가 부착된 태양전지판, 및 상기 집열판과 태양전지판에 구비되어 상기 집열판에 집열된 열을 전달 받는 집열관을 포함하여 구성되되, 집열판과 상기 태양전지판에는 외부 전원에 의해 발열되는 열선이 더 구비될 수 있으며, 상기 열선은 상기 전원 공급부로부터 공급되는 상용 전원 또는 상기 발전 시스템을 통해 발전된 전원에 의해 발열될 수 있다.
태양열, 태양광 시스템, 열선, 축열, 발전

Description

태양열 및 태양광 복합 장치{MULTI-APPARATUS FOR SOLAR HEAT AND SOLAR LIGHT}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 요부 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 개략적인 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 다른 실시예의 요부 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 집열판,
2 : 태양전지판
21 : 태양전지
3 : 집열관, 31 : 온도 센서
4 : 발전 시스템
41 : 전압 조정기, 42 : 축전지
43 : 직류/교류 변환기
5 : 난방 시스템
51 : 축열조, 511 : 히터, 512 : 온도 센서
52 : 배관, 521 : 순환 펌프
53 : 스위칭부, 54 : 컨트롤러
55 : 전원 공급부, 56 : 집열 교환기
57 : 배관, 571 : 순환 펌프
6 : 부하
7 : 열선
본 발명은 태양열 및 태양광 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열을 집열하는 집열판 및 태양광을 통해 전기 에너지를 발전하는 태양전지판을 통해 열에너지 및 전기 에너지를 동시에 획득할 수 있도록 하는 태양열 및 태양광 복합 장치에 관한 것이다.
오늘날 국제적인 환경 문제와 에너지 문제를 해결하기 위하여 세계의 각 국에서는 대체 에너지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 특히 이러한 대체 에너지에 대한 관심 고조는 최근의 국제적인 유가 급등 문제와, 장 래의 국제적인 에너지 문제와 긴밀한 관련성이 있다고 하겠다.
한편, 이러한 에너지 문제나 환경 문제 해결을 위한 대체 에너지 중에서, 특히 태양에너지 이용은 무한한 에너지원이라는 측면에서 더욱 각광을 받고 있다. 주로 일조 건은 유럽이 좋지만 우리나라 또한 일조 건이 상당히 좋은 편이므로 태양에너지 활용은 대단히 유용한 에너지 활용 방안으로 간주한다.
이와 같은 태양에너지의 활용에 대한 종래의 기술은 크게 태양 광을 이용한 발전 형태와 태양열을 이용한 온수 형태로 구분할 수 있다.
태양 광 발전은 선진국 및 국내에서도 상당한 연구가 진행되어 상용화되어 있으며, 현재 효율 향상이나 고품질 쪽으로 연구가 진행되고 있다.
그리고 태양열의 경우 태양 복사열을 흡수하여 온수를 생산하고 그 온수를 사용하여 건물의 난방이나 급탕을 공급한다. 이러한 태양열 시스템은 주간에는 태양열을 집열하여 축열조에 온수 형태로 저장하였다가 필요 시 축열조에 저장된 온수를 이용하도록 구성되어 있다.
그러나 상기와 같은 태양열 시스템을 이용함에 있어서 겨울철의 경우 태양광 또는 태양 열을 수광하는 수광 모듈의 상부에 쌓인 눈에 의해 수광 모듈이 작동 상태가 현저히 떨어지는 문제점이 있다.
이에 따라 태양열 난방 시스템의 경우에는 난방 및 온수를 원활하게 공급할 수 있는 정도의 에너지를 획득할 수 없게 되므로, 별도 에너지를 통해 가동되는 난방 시스템을 병행 설치해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 본 발명의 목적은, 태양열을 집열하는 집열판 및 태양광을 통해 전기 에너지를 발전하는 태양전지판을 이용하여 열에너지 및 전기 에너지를 동시에 획득할 수 있도록 하는 태양열 및 태양광 복합 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 태양열의 집열이나 태양광의 발전 효율이 저하되는 경우 상용 전원에 의한 축열이 가능한 태양열 및 태양광 복합 장치를 제공하는데 목적이 있다.
나아가 본 발명은 겨울철 집열판 및 태양전지판에 쌓인 눈을 열선이나 집열관의 열에 의해 신속하게 제거할 수 있도록 하는 태양열 및 태양광 복합 장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양열 및 태양광 복합 장치는, 태양열을 집열하는 집열판과, 상기 집열판의 일측에 구비되어 태양광을 수광하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지가 부착된 태양전지판, 및 상기 집열판과 태양전지판에 구비되어 상기 집열판에 집열된 열을 전달 받는 집열관을 포함하여 구성되되, 상기 집열판과 상기 태양전지판에는 외부 전원에 의해 발열되는 열선이 더 구비될 수 있으며, 상기 열선은 상기 전원 공급부로부터 공급되는 상용 전원 또는 상기 발전 시스템을 통해 발전된 전원에 의해 발열될 수 있다.
상기 본 발명의 태양열 및 태양광 복합 장치는; 상기 태양전지판에 의한 직류 전원전압을 축전 가능하게 정전압 변환하는 전압 조정기와, 상기 전압 조정기에 의해 변환된 직류 전원전압이 저장되는 축전지와, 상기 축전지에 저장된 직류 전원전압을 교류 전원전압으로 변환하는 직류/교류 변환기로 구성되는 발전 시스템과, 상용 전원을 공급하는 전원 공급부와 상기 전원 공급부 또는 상기 발전 시스템으로부터 공급되는 전원에 의해 온수를 가열하는 히터를 구비하는 축열조와, 상기 히터로의 전원 공급을 단속하는 스위칭부와, 상기 스위칭부의 구동을 제어하는 컨트롤러 및 상기 축열조에 연결된 각 배관에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프를 포함하는 난방 시스템을 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 난방 시스템은 상기 집열관을 통해 집열된 태양에너지를 상기 축열조로 전달하는 집열 열교환기와, 상기 집열 열교환기를 순환하는 각 배관에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.
삭제
이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 겨울철에 집열판이나 태양전지판에 눈이 쌓인 경우 열선에서 발열하는 열 또는 집열관을 흐르는 온수에 의해 더욱 용이하고 신속하게 눈을 제거함으로써, 태양열 및 태양광 시스템에 대한 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 요부 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 통상의 태양열 시스템에 있어서, 태양열을 집열하는 집열판(1)과, 상기 집열판(1)의 일측에 구비되어 태양광을 수광하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지(21)가 부착된 태양전지판(2), 및 상기 집열판(1)과 태양전지판(2)에 구비되어 상기 집열판(1)에 집열된 열을 전달 받는 집열관(3)을 포함하여 구성된다.
상기 집열관(3)의 측면에는 그 내부의 열매체와 태양광의 열 교환이 이루어질 수 있도록 다수의 집열핀이 더 구비될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 태양 에너지는 상기 집열판(1)에 열에너지로 집열되고 상기 태양전지판(2)에 전기 에너지로 저장되며, 상기 집열판(1)에 집열된 열은 상기 집열관(3)을 흐르는 열매체에 열을 전달하게 된다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 열에너지와 전기 에너지를 동시에 얻을 수 있게 됨으로써 효율 향상을 도모할 수 있게 된다.
또한, 겨울철 눈이 내려 상기 집열판(1) 및 태양전지판(2)에 눈이 쌓일 경우 상기 집열관(3)을 흐르는 열매체에 의해 눈을 신속하고 용이하게 제거할 수 있어 시스템의 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 상기 태양열 및 태양광 복합 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 발전 시스템(4)과 난방 시스템(5)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 발전 시스템(4)은 상기 태양전지판(2)에 의한 직류 전원전압을 축전 가능하게 정전압 변환하는 전압 조정기(41)와, 상기 전압 조정기(41)에 의해 변환된 직류 전원전압이 저장되는 축전지(42)와, 상기 축전지(42)에 저장된 직류 전원전압을 교류 전원전압으로 변환하는 직류/교류 변환기(43)로 구성된다.
상기 난방 시스템(5)은 상용 전원을 공급하는 전원 공급부(55)와 상기 전원 공급부(55) 또는 상기 발전 시스템(4)으로부터 공급되는 전원에 의해 온수를 가열하는 히터(511)를 구비하는 축열조(51)와, 상기 히터(511)로의 전원 공급을 단속하는 스위칭부(53),과 상기 스위칭부(53)의 구동을 제어하는 컨트롤러(54) 및 상기 축열조(51)에 연결된 각 배관(52)에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러(54)에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프(521)를 포함하여 구성된다.
이에 따라, 상수도에서 상기 축열조(51)에서 공급되는 물은 가열되고, 가열된 온수는 다시 각 배관(52)을 통해 공급된다.
또한 본 발명의 부가적인 양상에 따라, 상기 난방 시스템(5)은 상기 집열관(3)을 통해 집열된 열 에너지를 상기 축열조(51)로 전달하는 집열 열교환기(56)와, 상기 집열 열교환기(56)를 순환하는 각 배관(57)에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러(54)에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프(571)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치에 따르면, 상기 집열판(1)에서 전달된 열에 의해 가열되어 각 배관(57)통해 흐르는 열매체가 상기 집열 열교환기(56)를 순환하는 과정에서 축열조(51)에서 공급되는 온수와의 열 교환이 이루어진다.
이에 따라, 상기 축열조(51)에서 공급되는 온수가 가열되고 가열된 온수는 다시 축열조(51)로 공급되어 저장된다.
이때 집열관(3) 측의 각 배관(57)을 흐르는 열매체와 축열조(51) 측의 각 배관(57)을 흐르는 온수는 순환 펌프(571)에 의해 비주기적으로 강제 순환되며, 각 순환 펌프(571)는 컨트롤러(54)에 의해 제어된다.
즉, 컨트롤러(54)는 집열관(3)) 측의 출구 부위에 장착되어 있는 온도 센서(31)와 축열조(51) 하단부에 구비되어 있는 온도 센서(512)로부터 입력되는 두 온도 간의 차이가 메모리에 설정된 펌프 구동 설정 온도(△Ton)를 초과하게 되면 각 순환 펌프(571)를 작동시키고, 순환 펌프(571)가 작동 중에 두 센서의 온도차가 컨트롤러에 설정된 펌프 구동정지 설정 온도(△Toff) 이하로 저하되면 순환 펌프(571)의 구동을 정지시킨다.
이에 따라 배관 내부에 들어 있는 열매체 또는 온수가 펌프 구동에 의해 강제 순환됨으로써, 집열판(1) 및 집열관(3)에 의해 집열된 열이 집열 열교환기(56)에서 열교환되어 축열조에 저장되는 온수가 가열되는 것이다.
이와 같이 축열조 내부에 저장된 온수는 상술한 바와 같이 태양열에 의해 가열될 수도 있을 뿐만 아니라, 태양전지판(2)을 통해 얻어져 상기 발전 시스템(4)을 통해 공급되는 전력에 의해 발열되는 히터(511) 구동을 통해 가열될 수도 있다.
뿐만 아니라, 주간에 일기의 불량이나 일조 시간 등에 의해 태양열에 의한 집열 효율 및 태양광에 의해 축전된 전기 에너지가 부족할 경우에 전원 공급부(55)를 통하여 상용 전원을 공급함으로써, 축열조(51)의 히터(511)를 구동하여 온수를 가열 할 수도 있다.
이 경우 상술한 스위칭부(53)는 컨트롤러(54)의 제어 신호에 따라 직류/교류 변환기(43) 또는 전원 공급부(55)로부터 히터(511)로의 전원 공급을 단속하도록 구성된다.
즉, 상기한 구성을 가지는 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치에 있어서 축열조(51)의 축열은 주간의 경우 태양에너지에서 획득되는 전원에 의한 축열이 이루어지고, 일몰시간으로부터 심야시간의 사이에는 축전지(42)에 축전된 전원에 의해 발열 구동되는 히터에 의해 축열이 이루어지게 되며, 심야시간 또는 축전지(42)에 저장된 전력이 부족할 경우 심야 전력인 상용전원에 의한 축열이 이루어지게 되는 것이다.
또한, 본 발명의 일실시예의 부가적인 양상에 따르면, 태양광을 이용하여 발전한 전기를 가정에서 이용하는 각종 전기 기기인 부하(6)에 공급하도록 할 수 있다.
이와 같은 구성에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 컨트롤러(54)를 통해 주간에는 태양열 집열이나 태양광에 의한 발전 전원 또는 상용전원에 의해 축열이 이루어지게 된다. 예를 들어 컨트롤러(54)는 연중 기간별로 메모리에 저장된 일조 시간 정보와 현재 날짜 및 시간 정보를 비교하여 시간이 해가 진 일몰 이후이거나, 축열조(51)에 설치된 온도 센서(512)로부터 입력되는 온도가 설정 온도 이하가 되면, 스위칭부(53)로 스위칭 제어 신호를 출력하여 전원 공급부(55)로부터 인가되는 상용전원이 히터로 공급되어 축열이 이루어지게 하는 것이다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 태양에너지를 이용하여 난방과 동시에 발전을 할 수 있으므로, 태양에너지의 사용 효율뿐만 아니라 축열조의 축열 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치의 다른 실시예의 요부 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 통상의 태양열 시스템에 있어서, 태양열을 집열하는 집열판(1)과, 상기 집열판(1)의 일측에 구비되어 태양광을 수광하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지(21)가 부착된 태양전지판(2)과, 상기 집열판(1)과 태양전지판(2)에 구비되어 상기 집열판(1)에 집열된 열을 전달 받는 집열관(3) 및 상기 집열판(1)과 태양전지판(2)에 구비되는 열선(7)을 포함하여 구성된다.
본 발명이 다른 실시예는 전술한 본 발명의 일실시예와 마찬가지로 발전 시스템(4) 및 난방 시스템(5)을 더 포함하여 구성되되, 그 구성 및 그에 대한 작용 설명은 전술하였으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 열선(7)은 태양광을 이용하여 발전한 전기 에너지 축전하는 전술한 상기 발전 시스템(4, 도 1참조) 또는 상기 전원 공급부(55, 도 3 참조)를 통해 공급되는 상용 전원에 의해 구동될 수 있다.
이와 같은 구성에 따르면, 겨울철 눈이 내릴 경우 집열판 및 태양전지판에 눈이 쌓이게 되는데, 이로 인해 집열판 및 태양전지판이 태양에 노출되지 않아 집열 효율이 저하되는데, 본 발명에 따라 집열판 및 태양전지판에 열선을 구비하면 쌓인 눈을 신속하게 제거함으로써 태양열에 의한 집열 및 태양광에 의한 발전 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 태양열 및 태양광 복합 장치는 집열판 및 집열관을 통해 태양열로부터 열에너지를 얻고, 태양전지판을 구비하여 태양광으로부터 전기에너지 발전함으로써, 축열 및 발전을 동시에 함으로써 에너지 획득 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 태양열에 의한 집열이나 태양광에 의한 발전 전기 또는 상용 전원을 선택적으로 이용하여 축열조의 온수를 축열함으로써 온수 공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 하는 이점이 있다.
또, 본 발명은 겨울철에 집열판이나 집열관에 눈이 쌓인 경우 열선 또는 집열관에서 발열하는 열에 의해 눈이 더욱 용이하고 신속하게 제거되도록 함으로써, 태양열 및 태양광 시스템에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (4)

  1. 태양열을 집열하는 집열판(1)과,
    상기 집열판(1)의 일측에 구비되어 태양광을 수광하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 다수의 태양전지(21)가 부착된 태양전지판(2), 및
    상기 집열판(1)과 태양전지판(2)에 구비되어 상기 집열판(1)에 집열된 열을 전달 받는 집열관(3)을 포함하여 구성되되,
    상기 집열판(1)과 상기 태양전지판(2)에는 외부 전원에 의해 발열되는 열선(7)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양열 및 태양광 복합 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지판(2)에 의한 직류 전원전압을 축전 가능하게 정전압 변환하는 전압 조정기(41)와, 상기 전압 조정기(41)에 의해 변환된 직류 전원전압이 저장되는 축전지(42)와, 상기 축전지(42)에 저장된 직류 전원전압을 교류 전원전압으로 변환하는 직류/교류 변환기(43)로 구성되는 발전 시스템(3)과,
    상용 전원을 공급하는 전원 공급부(55)와 상기 전원 공급부(55) 또는 상기 발전 시스템(4)으로부터 공급되는 전원에 의해 온수를 가열하는 히터(511)를 구비하는 축열조(51)와, 상기 히터(511)로의 전원 공급을 단속하는 스위칭부(53)와, 상기 스위칭부(53)의 구동을 제어하는 컨트롤러(54) 및 상기 축열조(51)에 연결된 각 배관(52)에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러(54)에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프(521)를 포함하는 난방 시스템(5)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 및 태양광 복합 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 난방 시스템(5)은 상기 집열관(3)을 통해 집열된 태양에너지를 상기 축열조(51)로 전달하는 집열 열교환기(56)와, 상기 집열 열교환기(56)를 순환하는 각 배관(57)에 구비되어 열 매체 및 온수를 강제 순환시키며 상기 컨트롤러(54)에 의해 구동이 제어되는 순환 펌프(571)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 및 태양광 복합 장치.
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