KR100848809B1 - 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈 및 이를이용한 복합발전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지의 사용의 효율을 높이기 위해 태양광에 의한 광전발전 효과와 태양열에 의한 태양열 발전을 동시에 수행할 수 있는 복합 발전모듈 및 이를 이용한 발전방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 복합발전모듈은 입사하는 태양광의 입사면적을 증가시키기 위하여 상기 입사하는 태양광을 제1 전기 에너지로 변환하는 솔라 셀이 경사지게 다수 개 배치되는 태양광발전부; 상기 태양광이 상기 태양광발전부로 수직으로 입사하도록 안내하는 편광렌즈; 태양열을 집속하여 전달하는 볼록렌즈; 상기 볼록렌즈에 의해 집속되어 전달된 상기 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부; 상기 태양열집열부에 집열된 상기 태양열을 열전도하는 열전도열매층; 및 상기 열전도열매층으로부터 열전도된 상기 태양열을 제2 전기 에너지로 변환하는 열전발전부로 구성된 점에 있다.

태양광, 태양열, 렌즈부, 솔라셀, 입사면적증가, 경사배치, 태양광발전부, 태양열집열부, 고열전도열매층, 열전발전부, 복합발전용 입체모듈

Description

태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈 및 이를 이용한 복합발전방법{A three-dimensional cogeneration power module using solar heat and ray and generating method thereof}

도 1은 태양열/광을 이용한 복합발전용 입체모듈의 사시도.

도 2는 태양열/광을 이용한 복합발전용 입체모듈의 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 종래기술과 본 발명의 태양광 발전량을 비교하기 위한 도면들이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 렌즈 2: 태양열집속용 볼록렌즈

3: 태양광발전부 4: 태양열집열부

5: 단열부 6: 열전발전부

7: 고열전도열매층

본 발명은 태양광 및 태양열을 이용한 복합 발전모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양에너지를 보다 효율적으로 이용하기 위해 태양광에 의한 전력생산 과 태양열에 의한 전력생산 방식을 병합하여 이것을 입체적으로 재구성함으로써 각각 독립적으로 전기에너지를 생산하는 경우에 비해 최소 30% 이상의 추가 에너지를 생산할 수 있도록 한 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈 및 이를 이용한 복합발전방법에 관한 것이다.

인류는 화석에너지의 고갈 및 지구의 기후변화 등으로 인해 화석에너지를 대체할 새로운 에너지원을 개발하고 있으며, 이러한 대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한하게 이용할 수 있는 태양광 에너지 분야에 큰 관심을 가지고 있다.

태양에너지를 이용하는 발전에는 태양광을 전기에너지로 변환 사용하는 태양광 발전과, 태양에너지를 집열장치로 집열한 후에 난방용 또는 온수용으로 사용하는 태양열 장치가 있다.

이 중에서 태양광 발전은 화력이나 원자력 같은 기존 발전설비와 달리 연료비가 소요되지 않으며, 소음과 공해가 발생되지 않는 장점이 있다. 또한, 태양광 발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않고, 소규모 발전이 가능하기 때문에, 가정용으로 설치 사용될 수 있는 장점이 있다.

그러므로 이같이 독립적이며 비효율적 구성만으로는 태양에너지 효율적 이용을 달성할 수 없고 이들을 병합발전 할 수 있는 기구가 개발되어야 한다.

이로 인해, 독일, 일본, 미국 등 선진국에서는 태양광 발전이 널리 사용되고 있으며, 최근 국내에서도 대체에너지 이용 보급 촉진법이 개정, 공표됨으로써 태양광 발전 10,000호 건설과 같은 구체적인 시행계획들이 현실화되고 있다.

또한 종래의 경우, 태양에너지를 이용함에 있어 태양광과 태양열은 각기 다 른 에너지 변환기구를 통해 전기로 변환하여 사용하였다. 특히 태양열의 경우에는 태양열을 집열하여 생활온수를 생산하거나 국외의 경우 대단위의 집열시스템을 이용 고열화 시켜 이를 이용하여 엔진을 돌려 전력을 생산수준에 머물러 있는 실정이다.

따라서, 태양광과 태양열을 직접적으로 전기화 할 수 있을 뿐만 아니라 이들의 복합발전을 통해 태양에너지의 전기화 효율을 기존 태양광 발전모듈에 비해 25%이상 향상시킬 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 태양광 발전을 위한 발전셀의 입체적 구성과 집열된 태양열 에너지를 고열전도도의 열매체를 이용하여 다면적화 함으로 태양열을 이용한 열전발전 효율을 극대화하여 태양에너지의 이용을 극대화 할 수 있는 태양열 및 태양광을 이용한 복합발전을 위한 입체발전모듈 및 이를 이용한 복합발전방법을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 태양열 및 태양광을 이용한 복합발전용 입체발전모듈은, 입사하는 태양광의 입사면적을 증가시키기 위하여 상기 입사하는 태양광을 제1 전기 에너지로 변환하는 솔라 셀이 경사지게 다수 개 배치되는 태양광발전부; 상기 태양광이 상기 태양광발전부로 수직으로 입사하도록 안내하는 편광렌즈; 태양열을 집속하여 전달하는 볼록렌즈; 상기 볼록렌즈에 의해 집속되어 전달된 상기 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부; 상기 태양열집열부에 집열된 상기 태양열을 열전도하는 열전도열매층; 및 상기 열전도열매층으로부터 열전도된 상기 태양열을 제2 전기 에너지로 변환하는 열전발전부로 구성됨을 특징으로 한다.

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그리고 태양광발전부는 입사면을 증가시키기 위해 각형 깔때기판으로 구성되는 것이 바람직하지만, 구면형 깔때기판으로도 구성될 수도 있다.

본 발명은 태양열의 집속에 의해 내부열이 상승되지 않도록, 내부열을 보온하기 위한 단열부를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 다른 태양에 따른 복합발전방법에 의하면, 입사되는 태양광을 평면적으로 배치된 솔라셀을 통해 직접 발전하거나 편광렌즈를 이용하여 소정의 각도로 편광시키고, 편광된 태양광의 입사면적을 증가시키기 위해서 경사지게 배치되며, 다수의 솔라셀들이 부착된 태양광발전부를 이용하여 발전하며; 태양광을 볼록렌즈를 이용하여 집속하여 열을 발생시키고 발생된 열은 열확산부를 통해 열전발전부로 전달하며 전달된 열은 열전발전부를 통해 전기로 변환시키며; 상기 각각 변환된 전기 에너지를 통합, 충전 후 사용하도록 함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 본 발명에 따른 복합발전 입체모듈의 개념도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 복합발전 입체모듈은 태양광발전부(3), 편광렌즈(1), 볼록렌즈(2), 태양열집열부(4), 열전도열매층(7), 및 열전발전부(6)를 포함한다.

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태양광발전부(3)는 입사하는 태양광의 입사면적을 증가시키기 위하여 각형 깔때기판(도면 부호 생략)을 포함하고, 상기 각형 깔때기판에는 상기 입사하는 태양광을 제1 전기 에너지로 변환하는 솔라 셀(도시안됨)이 경사지게 다수 개 배치된다. 편광렌즈(1)는 상기 태양광을 상기 태양광발전부(3)로 소정의 각도로, 바람직하게는 수직으로 입사하도록 안내한다. 볼록렌즈(2)는 태양열을 집속하여 상기 태양열집열부(4)로 전달한다.

또한 태양광발전부(3)는 구면형 깔때기판으로 구성될 수도 있음은 물론이다.

그리고, 태양열집열부(4)는 상기 볼록렌즈(2)에 집속되어 전달된 상기 태양열을 집열한다. 열전도열매층(7)은 상기 태양열집열부(4)에 집열된 상기 태양열을 상기 열전발전부(6)로 열전도한다. 상기 열전발전부(6)는 상기 열전도열매층(7)로부터 열전도된 상기 태양열을 제2 전기 에너지로 변환하며, 태양열의 집속에 의해 내부열이 타부위로 확산되지 않도록, 내부열을 보온하기 위한 단열부(5)가 포함된다.

본 발명의 모듈은 입사하는 태양광을 편광렌즈(1)를 이용하여 소정의 각도로 조절하고, 상기 태양광의 입사면적을 증가시키기 위해서 경사지게 배치되며, 다수의 솔라셀들이 부착된 태양광발전부(3)를 이용하여 태양광을 열원으로 전기를 발생시키고, 태양광을 볼록렌즈(2)를 이용하여 집속하여 열을 전기로 변환시키며, 각각 변환된 전기 에너지를 병합 사용하도록 함으로써 태양열과 태양광을 동시에 이용하여 복합 발전을 달성할 수 있도록 한 것이다.

도 3a는 태양광셀을 태양에 수직하게 배열하여 발전량을 측정하는 상태를 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명에 있어서 태양광발전부(3)만을 이용하여 발전량을 측정하는 상태를 도시한 도면이며, 도 3c는 본 발명에 따른 태양열과 태양광의 복합 발전모듈을 이용하여 발전량을 측정하는 상태를 도시한 도면인바, 각각의 결과는 표1에 도시하였다.

상기의 표 1 및 도면 도 3a 내지 도 3c에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 및 태양열 복합입체 모듈의 발전용량은 이들 각각을 작동시켜서 얻는 출력에 비해 매우 높음을 알 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 태양열/광 이용 복합발전용 입체발전모듈을 이용하여 발전할 경우 입사에너지의 효율적 변환을 통해 태양광 발전에 비해 30%이상, 열전모듈을 이용한 태양열 발전에 비해 25%이상의 발전량 증가가 나타나 태양에너지 이용의 고효율화가 가능할 것으로 기대된다.

비록 본 발명이 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적 인 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.

Claims (10)

1. 입사하는 태양광의 입사면적을 증가시키기 위하여 상기 입사하는 태양광을 제1 전기 에너지로 변환하는 솔라 셀이 경사지게 다수 개 배치되는 태양광발전부;

   상기 태양광이 상기 태양광발전부로 수직으로 입사하도록 안내하는 편광렌즈;

   태양열을 집속하여 전달하는 볼록렌즈;

   상기 볼록렌즈에 의해 집속되어 전달된 상기 태양열을 집열하기 위한 태양열집열부;

   상기 태양열집열부에 집열된 상기 태양열을 열전도하는 열전도열매층; 및

   상기 열전도열매층으로부터 열전도된 상기 태양열을 제2 전기 에너지로 변환하는 열전발전부로 구성됨을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈.
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5. 제1항에 있어서, 상기 태양광발전부는,

   입사면을 증가시키기 위해 각형 깔때기판을 포함함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈.
6. 제1항에 있어서, 상기 태양광발전부는,

   입사면을 증가시키기 위해 구면형 깔때기판을 포함함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈.
7. 제1항에 있어서, 태양열의 집속에 의해 내부열이 상승되지 않도록, 내부열을 보온하기 위한 단열부를 더 포함함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합발전용 입체모듈.
8. 입사되는 태양광을 평면적으로 배치된 솔라셀을 통해 직접 발전하거나 편광렌즈를 이용하여 소정의 각도로 편광시키고, 편광된 태양광의 입사면적을 증가시키기 위해서 경사지게 배치되며, 다수의 솔라셀들이 부착된 태양광 발전부를 이용하 여 전기를 발생시키고;

   태양광을 볼록렌즈를 이용하여 집속하여 열을 전기로 변환시키며;

   발생된 열은 열확산부를 통해 열전달부로 전달하며 전달된 열은 열전발전부를 통해 전기로 변환시키며;

   상기 각각 변환된 전기 에너지를 병합, 충전 후 사용하도록 함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합 발전방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 태양광발전부는,

   입사면을 증가시키기 위해 각형 깔때기판을 포함함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합 발전방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 태양광발전부는,

    입사면을 증가시키기 위해 구면형 깔때기판을 포함함을 특징으로 하는 태양열과 태양광을 이용한 복합 발전방법.

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