KR100782372B1 - 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 설치면적이 작아지고, 태양광 반사효율이 극대화된 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치에 관한 것으로, 일출 후 조사되는 태양광이 반사 시 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 반사되도록 소정각도로 기울여진 반사판(110)이 다수개 구비된 반사부(100)와, 상기 반사부(100)가 고정되는 것으로 태양의 이동에 맞추어 상기 반사부(100)를 수평회전이동 및 수직회전이동시켜 상기 소정각도로 기울여진 다수개의 반사판(110)을 통해 반사되는 각 태양광이 항시 상기 집광부의 집광렌즈 쪽으로 반사시키는 태양광 반사유도부(200)와, 일별 상이한 주간시간에 따라 일별 태양진행속도를 연산하고, 그 연산된 일별 태양진행속도와 등속도로 상기 태양광 반사유도부(200)의 수평회전이동 및 수직회전이동 시의 이동속도를 제어하는 제어부로 이루어진다.

태양열, 발전, 태양광, 반사, 설치면적

Description

태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치{Sunlight reflective equipment applied to a solar-heat development system}

도 1은 태양열 발전시스템의 집광장치를 중심으로 배치된 종래의 반사장치를 나타낸 도면,

도 2는 일출 후의 소정시간, 정오 중의 소정시간, 및 일몰 전의 소정시간에 따라 태양으로부터 조사되는 태양광을 종래의 집광장치 쪽으로 올바르게 반사시킬 수 있는 종래 반사장치를 이루는 각 반사판들의 반사범위를 표시한 도면,

도 3은 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치를 나타낸 개략적인 사시도,

도 4는 도 3의 A부분을 확대한 요부확대 사시도,

도 5는 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치를 나타낸 측면도,

도 6은 도 2의 구성 중 집광부를 세세하게 나타낸 상세구성도,

도 7a 내지 도 7c는 일출 및 일몰 사이에서 태양진행방향에 의해 상이하게 조사되는 태양광의 입사각에 따라 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치가 수평회전이동 및 수직회전이동되면서 집광부의 집열렌즈 쪽으로 태양광 이 반사되도록 제어하는 과정을 나타낸 사용상태도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 반사부 110 : 반사판

200 : 태양광 반사유도부 210 : 태양광 추적용 안내레일

220 : 고정부재 221 : 고정프레임

222 : 고정판 230 : 고정대

240 : 수직회전이동용 구동부재 241 : 수직회전이동용 구동모터

242 : 스크류 250 : 이동부재

251 : 이동몸체 252 : 레일바퀴

260 : 수평회전이동용 구동부재 300 : 집광부

310 : 집광렌즈 320 : 몸통

330 : 반사판 340 : 흡열막

400 : 기준평판 500 : 회동체

600 : 연결대 700 : 열변환부

본 발명은 태양열 발전시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 설치면적이 작아지고, 태양광 반사효율이 극대화된 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 태양열 발전시스템은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 태양열 발전 시스템의 종류는 태양열 발전 규모에 따라 대규모(수백 kW～수십 MW)의 중앙 집중형 시스템(central receiver solar thermal electric power system)과, 중규모(수십～수백 kW)의 분산형 시스템(distributed solar thermal electric power system)과, 소규모(수십～수백 W)의 독립형 시스템으로 구분된다.

이 중, 대규모의 중앙 집중형 시스템은 조사되는 태양광을 반사시키는 다수의 반사경으로 이루어진 반사장치와, 그 반사장치로부터 반사되는 다수의 태양광이 한 곳으로 집중 시, 그 집중되는 다수의 태양광을 집광시키는 집광장치와, 그 집광장치에서 집광되어 고온으로 농축된 태양광에 의해 증기를 발생시키고, 그 발생된 증기를 통해 터빈을 구동시켜 전기에너지를 발생시키는 에너지변환장치로 이루어져 있다.

이와 같은, 중앙 집중형 시스템이 적용된 태양열 발전시스템은 태양열의 에너지밀도가 낮고 계절별 및 시간별 변화가 심한 에너지이기 때문에 반사판에서 반사되는 다수의 태양광을 집광장치 쪽으로 집광시키는 집광기술이 무엇보다 중요하다.

태양열 발전규모가 대규모인 것으로, 도 1은 태양열 발전시스템의 집광장치를 중심으로 배치된 종래의 반사장치를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 종래의 반사장치는 반사되는 태양광들이 최대한 많이 집광장치 쪽으로 입사될 수 있도록 집광장치를 중심으로 복수개의 반사판들이 환형의 띠처럼 배치되되, 이와 같이 배치되는 복수개의 반사판들로 이루어진 환형의 띠는 겹겹이 에워싸듯 배치된 구조를 갖는다.

이때, 각각의 반사판들은 저마다 고유한 각도로 기울여진 상태로 배치되는데 이와 같이 고유한 각도로 기울여져 배치되는 이유는 태양이 일출부터 일몰까지 이동하는 방향인 태양진행방향에 따라 태양의 고도(공간좌표)가 다 틀리기 때문에 조사되는 태양광 또한, 태양의 고도에 따라 각 반사판으로 조사되는 태양광의 입사각이 각기 다르기 때문이다.

이 때문에, 종래의 반사장치는 대규모의 태양열 발전을 위해 일출부터 일몰까지 태양이 위치하는 각 고도에 따라 고온농축된 태양광이 집광장치 쪽으로 반사될 수 있도록 하기 위함이다.

그러나 상기 태양열 발전시스템에 적용되는 종래의 집광장치는 일출부터 일몰까지 태양진행방향에 따라 조사되는 태양광의 입사각이 변할지라도 항시 고온농축된 태양광이 집광장치 쪽으로 반사될 수 있게 하고자 집광장치를 중심으로 복수개의 반사판을 환형의 띠처럼 설치해야 하기 때문에 설치면적이 거대해 지는 문제점이 있다.

도 2를 참조하여, 첫 번째 입사 태양광 반사범위(RS1)에 속하는 반사판군은 태양이 일출 후 일정시간 동안 조사되는 태양광이 반사 시 집광장치(1) 쪽으로 반사될 수 있도록 고유한 각도로 기울여져 배치된 상태이고, 두 번째 입사 태양광 반사범위(RS2)에 속하는 반사판군은 태양이 정오 중 일정시간 동안 조사되는 태양광이 반사 시 집광장치(1) 쪽으로 반사될 수 있도록 고유한 각도로 기울여져 배치된 상태이며, 세 번째 입사 태양광 반사범위(RS3)에 속하는 반사판군은 태양이 일몰 전 일정시간 동안 조사되는 태양광이 반사 시 집광장치(1) 쪽으로 반사될 수 있도록 고유한 각도로 기울여져 배치된 상태이다.

이로 인해, 일출 후 소정시간 동안 태양이 진행방향으로 이동 시 입사 태양광 반사범위(RS1) 쪽으로 조사되는 태양광은 올바르게 집광장치(1) 쪽으로 반사되나, 나머지 입사 태양광 반사범위(RS2,RS3)에 속하는 나머지 반사판군들은 집광장치(1) 쪽이 아닌 다른 쪽으로 반사시킨다.

이후, 일출 후 소정시간이 경과하면서 정오 중 소정시간으로 흐를 시 태양의 고도 또한 높아지면서 중천으로 이동하게 되고, 이로 인해 입사 태양광 반사범위 또한 첫 번째 입사 태양광 반사범위(RS1)에서 두 번째 입사 태양광 반사범위(RS2) 쪽으로 이동하게 되어 나머지 입사 태양광 반사범위에 조사되는 태양광은 집광장치(1) 쪽이 아닌 다른 쪽으로 반사시킨다.

이는, 정오 중 소정시간이 경과하면서 일몰 전 소정시간으로 흐를 시에도 동일하게 적용되기 때문에 결과적으로 일출 후 일몰 전까지 조사되는 태양광을 올바르게 집광장치(1) 쪽으로 반사시키는 반사판 개수는 전체 반사판 개수의 ¼ ∼ ⅓ 정도여서 반사효율까지 떨어지는 문제점도 파생시킨다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 작은 설치면적을 요구하고, 태양광 반사효율이 극대화된 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치를 제공하는데 있다.

본 발명을 달성하기 위한 기술적 사상으로 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치는 일출 후 조사되는 태양광이 반사 시 집광부의 집광렌즈 쪽으로 반사되도록 소정각도로 기울여진 반사판이 다수개 구비된 반사부와, 상기 반사부가 고정되는 것으로 태양의 이동에 맞추어 상기 반사부를 수평회전이동 및 수직회전이동시켜 상기 소정각도로 기울여진 다수개의 반사판을 통해 반사되는 각 태양광이 항시 상기 집광부의 집광렌즈 쪽으로 반사시키는 태양광 반사유도부와, 일별 상이한 주간시간에 따라 일별 태양진행속도를 연산하고, 그 연산된 일별 태양진행속도와 등속도로 상기 태양광 반사유도부(200)의 수평회전이동 및 수직회전이동 시의 이동속도를 제어하는 제어부로 이루어진다.

상기 다수개의 반사판은 가로 및 세로의 배열로 배치되되, 서로 이웃하는 반사판 간에는 엇갈리게 배치된다.

상기 태양광 반사유도부는 태양광 추적용 안내레일과, 상기 반사부를 고정시키는 고정부재와, 상기 고정부의 배면에 연결지지되는 하나 이상의 고정대와, 상기 고정대에 연결된 상기 고정부를 상하로 회전시키는 수직회전이동용 구동부재와, 상기 고정대의 하단에 설치되는 것으로 상기 태양광 추적용 안내레일을 따라 상기 반사부가 좌우로 회전되게 하는 이동부재와, 상기 이동부재를 구동시키는 수평회전이동용 구동부재로 이루어진다.

상기 집광부는 좌우로 회전되는 상기 반사부를 따라 동일한 속도로 회전될 수 있도록 기준평판과, 상기 기준평판에 설치되되 회동가능하게 설치되는 것으로 상면에 상기 집광부가 고정설치된 회동체와, 상기 회동체와 상기 하나 이상의 이동부재 간을 연결시켜 주는 연결대를 포함한다.

상기 집광부는, 집광렌즈와, 직경이 다른 두개 이상의 관이 포개져 다단으로 길이 조절이 가능하고, 두개의 관 중 직경이 작은 관의 내주연에 상기 집광렌즈가 포개지는 몸통과, 상기 몸통의 내주연에 포개지는 것으로 상기 몸통을 구성하는 두개 이상의 관 중 직경이 작은 관의 내경보다 작은 너비를 갖되 그 너비가 다른 두개 이상의 다각형 관이 포개져 다단으로 길이조절이 가능하고, 두개의 다각형 관 중 너비가 작은 다각형 관의 일측 끝단이 상기 집광렌즈의 측면에 고정되는 반사판부와, 상기 반사판부를 구성하는 두개 이상의 다각형 관 중 너비가 큰 다각형 관의 개방된 타측을 막는 열변환부의 측벽에 형성된 흡열막으로 이루어진다.

상기 흡열막은 유기물의 불완전연소 또는 열분해에 의해 생기는 흑색 무정형의 미소분말물질을 사용한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치를 나타낸 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 A부분을 확대한 요부확대 사시도이며, 도 5는 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치를 나타낸 측면도이고, 도 6은 도 2의 구성 중 집광부를 세세하게 나타낸 상세구성도이며, 도 7a 내지 도 7c는 일출 및 일몰 사이에서 태양진행방향에 의해 상이하게 조사되는 태양광의 입사각에 따라 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치가 수평회전이동 및 수직회전이동되면서 집광부의 집광렌즈 쪽으로 태양광이 반사되도록 제어하는 과정을 나타낸 사용상태도이다.

도시된 바와 같이, 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치는 반사부(100)와, 태양광 반사유도부(200)와, 제어부로 이루어진다.

여기서, 반사부(100)는 다수개로 반사판(110)으로 이루어진 것으로 개개의 반사판(110)의 배치는 일출 후 태양열 발전시스템을 구동 시 개개의 반사판(110)으로 조사되는 태양광이 반사되어 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 집광될 수 있도록 모든 반사판(110)이 가로 및 세로의 배열로 배치되되, 배치된 각 위치에 따라 고유한 각도로 기울어져 고정된 상태이다.

또한, 가로 및 세로의 배열로 배치된 각 반사판(110)은 서로 이웃하는 반사판끼리 엇갈리도록 배치하여 바람의 저항을 최소화 한 상태에서 구동이 되도록 제공한다.

또한, 개개의 반사판(110)의 크기는 대용량의 전력을 발생시키기 위해 1200×1200(㎜) 정도의 크기를 갖고, 그 개수 또한 180개 정도가 바람직하나 이는, 전력발생량 정도에 따라 그 크기의 정도 및 개수의 증감을 선택적으로 적용하여 사용할 수 있다.

그리고 태양광 반사유도부(200)는 상기 반사부(100)가 고정되는 것으로 태양의 이동에 맞추어 상기 반사부(100)를 수평회전이동 및 수직회전이동시켜 상기 소 정각도로 기울여진 다수개의 반사판(110)을 통해 반사되는 각 태양광이 항시 상기 집광부의 집광렌즈 쪽으로 반사되도록 제어하는 장치로서, 상기 반사부(100)를 구성하는 각 반사판(110)이 고정되는 고정프레임(221) 및 그 고정프레임(221)이 설치된 고정판(222)으로 이루어진 고정부재(220)의 배면에 고정대(230)의 끝단이 회전 가능하게 연결지지된다.

그리고 고정대(230)에 연결된 상기 고정부재(220)를 상하로 회전시키는 구동원인 수직회전이동용 구동부재(240)가 고정대(230) 및 고정부재(220)에 연결된다.

즉, 수직회전이동용 구동부재(240)는 고정대(230)에 회전가능하게 설치되는 수직회전이동용 구동모터(241)에 수평으로 길이조절을 수행하는 스크류(242)가 연설되고, 그 스크류(242)의 일단이 고정부재(220)의 배면에 연결고정된 구조를 갖는다. 이때, 고정부재(220)와 고정대(230) 간은 회동가능하도록 회동축으로 연결된 상태이다. 여기서, 고정부재(220)에 회동가능하게 연결되는 고정대(230)는 반사부(100)의 규모에 따라 그 수가 적용되어 설치된다.

상기 수직회전이동용 구동부재(240)는 앞에서 언급한 구성과 더불어 고정부재(220)와 고정대(230) 간을 회동가능하게 연결하는 회동축에 웜/웜기어를 연설하고, 그 연설된 웜/웜기어를 구동하는 구동모터로 구성하여 회동축 자체에서 수직회전이동이 발생할 수 있도록 할 수 있고, 또는 앞에서 언급한 구성 중 고정부재(220)를 상하로 슬라이딩 이동시켜주는 슬라이딩 이동부재(도시하지 않음)를 포함하고, 상기 수직회전이동용 구동모터(241)가 고정대(230)에 고정시켜 설치한 상태에서 스크류(242)가 상기 슬라이딩 이동부재에 연결고정는 구조로도 사용할 수 있는 등 상기 수직회전이동용 구동부재(240)는 반사부(100)가 고정된 고정부재(220)를 상하로 회동시킬 수 있는 다양한 구동수단(각종 기어의 치합 및 각종 구동모터)을 적용시켜 사용할 수 있다.

그리고 고정대(230)의 하단에는 설치된 태양광 추적용 안내레일(210)을 따라 이동할 수 있도록 이동부재(250)가 연설되는데, 이때 이동부재(250)는 이동몸체(251)에 레일바퀴(252)가 구비된다.

또한, 이동부재(250)를 구성하는 이동몸체(251)의 내부에는 레일바퀴(252)를 구동시키는 수평회전이동용 구동부재(260)가 설치되어 있다.

여기서, 반사부(100)에 연결설치된 태양광 반사유도부(200)의 수직회전이동용 구동부재(240) 및 수평회전이동용 구동부재(260)는 제어부에 의해 그 속도가 제어된다.

즉, 계절별 및 그 계절별에 따른 일별 마다 태양이 떠 있는 주간(晝間)시간은 하지 평균 일출시간은 05;11이고, 일몰시간은 19;56이어 14시간 45분이 주간시간이며, 동지 평균 일출시간 07;43이고, 일몰시간은 17;17이어 9시간 34분이 주간시간이어서, 통상 주간시간의 차이는 평균 5시간 11분이나 차이가 있을 뿐만 아니라 일별로도 작지만 그 차이가 있는 바 이에, 상이한 주간시간에 따라 상이한 속도를 갖는 태양진행속도와 등속도로 수직회전이동용 구동부재(240) 및 수평회전이동용 구동부재(260)의 속도를 제어할 수 있어야 한다.

이를 위해, 제어부는 인터넷 서비스가 가능한 컴퓨터(도시하지 않음)에 탑재되는 전용프로그램으로서, 제공되는 일별 주간시간을 참조하여 수직회전이동용 구 동부재(240) 및 수평회전이동용 구동부재(260)의 속도를 연산한다.

먼저, 제어부에 의해 연산되는 수평회전이동용 구동부재(260)의 속도는 태양광 추적용 안내레일(210)의 길이를 일별 주간시간으로 나눈 값인 단위시간 당 거리이고, 연산된 일별 수평회전이동 속도데이터는 컴퓨터의 메모리부에 저장되도록 제어된다.

또한, 제어부에 의해 연산되는 수평회전이동용 구동부재(260)의 속도는 고정대(230)의 끝단에 연결된 고정부재(220)의 상하 회전시의 회전각을 일별 주간시간으로 나눈 값인 단위시간당 각이고, 연산된 일별 수직회전이동 속도데이터는 컴퓨터의 메모리부에 저장되도록 제어된다.

여기서, 제공되는 일변 주간시간은 인터넷을 통해 소정주기마다 자동적으로 수집될 수 있으며, 또는 사용자가 기상청과 같은 일별 주간시간 등을 제공하는 업체를 통해 인지한 후 직접 입력을 통해서 제공될 수도 있다. 또한, 일별 주간시간은 예측가능하기 때문에 향 후 몇 일치를 수집한 후 연산하고, 그 연산된 각각의 속도데이터를 저장관리할 수도 있다.

또한, 일별 주간시간에 따라 연산된 일별 수직회전이동 속도데이터 및 일별 수평회전이동 속도데이터에는 태양열 발전시스템의 일별 가동시작시간 데이터 및 일별 가동종료시간 데이터도 함께 저장된다.

여기서, 태양열 발전시스템의 일별 가동시작시간은 일출 후 조사되는 태양광이 태양열 발전시스템의 구동 전 태양광 추적용 안내레일(210)의 일측 끝단(서쪽 부분)에 위치하는 반사부(100)를 구성하는 다수개의 반사판(110)을 통해 반사 시, 그 반사되는 태양광이 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 반사될 때의 시간이고, 일별 가동종료시간은 태양열 발전시스템의 구동 종료 시 태양광 추적용 안내레일(210)의 타측 끝단(동쪽 부분)에 위치하는 반사부(100)를 구성하는 다수개의 반사판(110)을 통해 반사 시, 그 반사되는 태양광이 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 반사될 때의 시간이다. 또한, 제어부는 속도 설정과 더불어 태양열 시스템의 구동제어와 같이 작동과 관련된 전반적인 제어기능들도 수행한다.

이와 같은, 속도 설정에 의해 조사되는 태양광의 이동에 따른 입사각의 차이를 감안하여 태양의 진행속도에 대응하는 속도로 다수개의 반사판(110)으로 이루어진 반사부재(100)를 서에서 동으로 수평회전시킴과 동시에 상하로 회전시킴으로써 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치의 구동 중 개개의 반사판(110)에 조사되어 반사되는 태양광들이 항시 집광부(300)의 집광렌즈(310) 내로 반사될 수 있게 제공한다.

상기 집광부(300)는 반사되어 입사되는 태양광의 집광률을 극대화하기 하기 위해 전방의 일측면으로만 제공되는 바, 이에 이동되는 반사부(100)에 맞추어 연동할 수 있도록 집광부(300)의 하단에 회동체(500)가 고정설치되고, 태양광 추적용 안내레일의 중심점인 노면에 기준평판(400)가 고정설치된다. 이후, 기준평판(400) 상에 회동체(500)가 회동가능하도록 설치되고, 그 설치된 회동체(500)와 상기 하나 이상의 이동부재(250)간을 연결시켜 주는 연결대(600)를 연결설치 함으로써 설치가 완료된다.

또한, 상기 집광부(300)는 반사되어 진입하는 태양광이 내부 벽면에 부딪힐 시 반사된 태양광이 퍼지지 않고 재차 반사될 수 있도록 몸통(320) 내부에 다각형상을 갖는 관으로 이루어진 반사판부(330)를 내재시키고, 재차 반사된 태양광이 열변환부(700)를 통해 흡열 시 흡열효율을 극대화시키기 위해 열변환부(700)의 외벽에 흡열막(340) 층을 형성시킨다.

이때, 형성되는 흡열막(340)은 일반적인 불소를 도장한 경우 850℃ 이상의 고온에서 사용할 경우 사용 중 연소되는 경우가 종종 있기에 850℃ 이상의 고온에서도 불소를 도장한 경우보다 안정한 흑색 무정형의 미소분말물질을 흡열막(340)으로 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 미소분말물질이란 유기물의 불완전연소 또는 열분해에 의해 생기는 것으로서 일명 그을음이라 한다. 이와 같은 그을음 층의 형성은 재차 반사된 태양광이 접촉되는 열변환부(700)의 외벽에 소나무(또는 참나무 등)를 장시간 연소시킴으로서 가능하다.

또한, 겨울에는 봄 또는 여름보다 일사량(日射量)이 나쁘기 때문에 집광부(300)를 구성하는 몸통(320)을 통해 굴절 입사되는 태양광이 열변환부(700)의 외벽에 도달하는 도달길이를 보다 짧도록 하기 위해 몸통(320)을 직경이 다른 두개 이상의 관이 포개져 다단으로 길이 조절이 가능하도록 하고, 반사판부(330) 또한 너비가 다른 두개 이상의 다각형 관으로 구성하여 제공하여, 몸체를 계절별에 따라 길이조절을 하면서 사용할 수 있도록 제공한다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 일실시예로서 도 7a를 참조하여, 제어부는 소정시간마다 메모리부에 저장된 해당 일에 속하는 일별 가동시작시간 데이터를 검색 하여 태양열 시스템의 가동시간이 되었는지 확인한다.

이때, 태양열 시스템이 가동되기 전의 반사부(100)를 구성하는 각 반사판(110)들의 전면이 위치하는 반사방향은 일출 후의 태양(S10)으로부터 조사되는 태양광이 낮은 고도 상에서 동쪽에서 서쪽으로 조사되기 때문에 서쪽에서 동쪽을 바라보는 방향에 위치한다. 또한, 반사부(100)의 전체반사각도는 지면에서 거의 수직(대략 15°정도 벗어남)되게 세워진 상태이다.

이와 같은 반사방향 및 전체반사각도를 갖는 개개의 반사판(110)들은 또한, 일출 후 태양열 발전시스템의 가동 시 때의 개별반사각도도 사전에 조사되는 태양광이 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 반사될 수 있게 고유한 각도로 기울어져 고정된 상태이다.

이후, 제어부가 일별 가동시작시간 데이터의 검색에 의해 태양열 발전시스템의 가동시간이 되었다고 확인된 경우 그 일별 가동시작시간 데이터에 함께 저장된 일별 수평회전이동 속도데이터 및 일별 수직회전이동 속도데이터를 판독하여 수평회전이동용 구동부재(260)와 수직회전 이동용 구동부재(240)를 해당 속도 대로 구동함으로써 태양열 발전시스템을 가동한다.

태양열 발전시스템 가동 시 태양진행속도에 대응되게 반사부(100)는 수평회전이동용 구동부재(260)의 구동에 의해 서에서 동쪽(시계방향)으로 수평회전이동을 하고, 이와 연동하여 반사부(100)의 전체반사각도도 수직회전 이동용 구동부재(240)에 의해 지면에서 거의 수직된 상태에서 지면쪽으로 뉘어짐으로써 동에서 서로 이동하는 태양광의 변하는 입사각에 대응되어 움직인다.

또한, 집광부(300)와 일체로 설치된 회동체(500)는 반사부(100)와 고정연결된 고정부재(220)와 연결대(600)를 통해 고정연결된 상태이기 때문에 집광부(300)는 서에서 동쪽(시계방향)으로 수평회전이동하는 반사부(100)와 동일하게 자체회전을 함으로써 반사되는 태양광이 항시 집광렌즈(310) 쪽으로 입사될 수 있게 한다.

또한, 반사부(100)를 구성하는 다수개의 반사판(110) 중 서로 이웃하는 반사판 간에는 엇갈리도록 배치된 상태이기 때문에 바람의 저항을 최소화하면서 작동할 수 있게 제공한다.

도 7b를 참조하여, 정오 때 동에서 서로 이동하는 태양(S20)은 중천에 위치함으로써 태양(S20)으로부터 조사되는 태양광은 제일 높은 고도 상에서 위에서 아래로 수직으로 조사된다.

이때, 반사부(100)는 제어부의 제어에 의해 태양진행속도에 대응하는 속도로 서에서 동쪽으로 수평회전이동을 하는데 이때의 이동거리는 태양광 추적용 안내레일(210)의 중앙부 정도에 위치하고, 이와 연동하여 반사부(100)의 전체반사각도도 지면 쪽으로 많이 뉘어짐(대략 45°정도)으로써 위에서 아래로 조사되는 태양광이 항시 집광부(300) 쪽으로 반사될 수 있도록 제공한다.

이후, 태양은 제일 높은 고도에서 다시 낮아지면서 서쪽으로 이동하게 되고, 이와 같은 태양의 이동속도에 대응하여 반사부(100)는 또한 태양광 추적용 안내레일(210)의 중앙부에서 동쪽으로 이동함과 동시에 지면 쪽으로 많이 뉘어진 반사부(100) 또한, 재차 지면과 수직되게 회전이동한다.

도 7c를 참조하여, 일몰 전 태양(S30)으로부터 조사되는 태양광은 재차 낮은 고도에서 서에서 동쪽으로 조사된다.

이때, 반사부(100)는 태양진행속도에 따라 동쪽에 위치하게 되고, 이와 연동하여 반사부(100)의 전체반사각도도 지면에서 거의 수직(대략 15°정도 벗어남)되게 세워진 상태이다.

또한, 제어부는 메모리부에 저장된 해당 일자에 속하는 일별 가동종료시간를 검색하여 태양열 발전시스템의 가동시간이 종료되었다고 확인된 경우 가동을 종료한다. 이후, 제어부는 다음날에 재차 태양열 발전시스템이 가동할 수 있는 상태가 될 수 있게 태양광 추적용 안내레일(210)의 타측 끝단(동쪽 부분)에 위치한 반사부(100)를 일측 끝단(서쪽 부분)으로 이동시킨다.

이처럼, 본 발명의 태양열 발전시스템에 적용된 태양광 반사장치는 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 설명한 바와 같이, 반사부의 전체가 조사되는 태양광의 반사범위 내에 속하기 때문에 종래의 반사장치보다 설치면적이 ½ 이하로 작아지는 이점이 있을 뿐만 아니라 이동되는 태양에 맞추어 본 발명의 태양광 반사장치 또한 이동하기 때문에 반사효율이 극대화되는 이점도 있다.

그리고 집광부(300)를 구성하는 몸통(320)을 막는 열변환부(700)의 외벽에는 850℃ 이상의 고온에서도 연소되지 않고 안정하여 장기간 사용할 수 있는 흑색 무정형의 미소분말물질(일명 그을음)인 흡열막(340)이 형성되어 있기 때문에 반사된 태양광 전달 시에도 장시간 안정하게 극대화된 흡열효율을 제공한다.

또한, 몸통(320)에는 다각형상을 갖는 관으로 이루어진 반사판부(330)가 내재되어 있어 몸통(320)에서 반사되는 태양광의 핵점이 퍼지지 않고 반사되도록 제 공함으로써 고온으로 흡열막(340)에 도달할 수 있게 제공한다.

또한, 몸통(320) 및 반사판부(330)는 다단으로 길이조절이 가능하여 일사량이 나쁜 겨울철의 경우 몸통(320)의 길이를 최단으로 조절하여 사용함으로써 겨울철에도 상대적으로 태양광의 온도를 높일 수 있는 수단을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 태양열 발전시스템에 적용된 종래의 태양광 반사장치보다 ½ 이하의 작은 설치면적을 갖을 뿐만 아니라 태양광 반사효율 또한 극대화시켜주는 효과를 발휘한다.

또한, 집광부를 통해 집광된 고온의 태양광이 열변환부로 전달 시 열변환부의 내부로 장시간 안정하게 전달시켜주는 효과도 있다.

또한, 집광부의 내부로 입사되는 태양광의 핵점이 내부벽에 부딪혀서 반사될 시 태양광의 핵점이 퍼지지 않게 반사시켜주는 효과도 있다.

또한, 일사량의 세기에 따라 집광부의 몸통 길이를 조절할 수 있어 겨울철에도 상대적으로 태양광의 온도를 높여 열변환부로 전달시켜주는 효과도 있다.

Claims (6)

1. 일출 후 조사되는 태양광을 집광부(300)의 집광렌즈(310) 쪽으로 반사시키는 반사판(110)이 구비된 반사부(100)와,

   상기 반사부(100)가 고정되는 것으로 태양의 이동에 맞추어 상기 반사부(100)를 수평회전이동 및 수직회전이동시켜 상기 반사판(110)을 통해 반사되는 태양광을 항시 상기 집광부의 집광렌즈 쪽으로 반사시키는 태양광 반사유도부(200)와,

   일별 상이한 주간시간에 따라 일별 태양진행속도를 연산하고, 그 연산된 일별 태양진행속도와 등속도로 상기 태양광 반사유도부(200)의 수평회전이동 및 수직회전이동 시의 이동속도를 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 반사판(110)은 가로 및 세로를 따라 각각 배치되되, 서로 이웃하는 반사판 간에는 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 태양광 반사유도부(200)는,

   태양광 추적용 안내레일(210)과,

   상기 반사부(100)를 고정시키는 고정부재(220)와,

   상기 고정부(220)의 배면에 연결지지되는 고정대(230)와,

   상기 고정대(230)에 연결된 상기 고정부(220)를 상하로 회전시키는 수직회전이동용 구동부재(240)와,

   상기 고정대(230)의 하단에 설치되는 것으로 상기 태양광 추적용 안내레일(210)을 따라 상기 반사부(100)가 좌우로 회전되게 하는 이동부재(250)와,

   상기 이동부재(250)를 구동시키는 수평회전이동용 구동부재(260)로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 집광부(300)가 좌우로 회전되는 상기 반사부(100)를 따라 동일한 속도로 회전될 수 있도록,

   기준평판(400)과,

   상기 기준평판(400)에 설치되되 회동가능하게 설치되는 것으로 상면에 상기 집광부(300)가 고정설치된 회동체(500)와,

   상기 회동체(500)와 상기 이동부재(250)간을 연결시켜 주는 연결대(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 집광부(300)는,

   집광렌즈(310)와,

   직경이 다른 두개의 관이 포개져 다단으로 길이 조절이 가능하고, 두개의 관 중 직경이 작은 관의 내주연에 상기 집광렌즈(310)가 포개지는 몸통(320)과,

   상기 몸통(320)의 내주연에 포개지는 것으로 상기 몸통(320)을 구성하는 두개의 관 중 직경이 작은 관의 내경보다 작은 너비를 갖되 그 너비가 다른 두개의 다각형 관이 포개져 다단으로 길이조절이 가능하고, 두개의 다각형 관 중 너비가 작은 다각형 관의 일측 끝단이 상기 집광렌즈(310)의 측면에 고정되는 반사판부(330)와,

   상기 반사판부(330)를 구성하는 두개의 다각형 관 중 너비가 큰 다각형 관의 개방된 타측을 막는 열변환부(700)의 측벽에 형성된 흡열막(340)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 흡열막(340)은 유기물의 불완전연소 또는 열분해에 의해 생기는 흑색 무정형의 미소분말물질인 것을 특징으로 하는 태양열 발전시스템에 적용되는 태양광 반사장치.

Images