KR100860202B1 - Solar Module Attach With Absorb Heat Panel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 햇빛을 이용한 발전시스템의 태양전지모듈에 관한 것으로, 다수의 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 만든 것을 일명 태양전지모듈이라 하며, 이 태양전지모듈에 햇빛을 쪼이면 태양열로 인하여 태양전지의 배면(背面)에 는 고온이 발생하는데, 종래 태양전지모듈의 경우 이 열로 인한 발전효율이 저하하는 원인이 되어져 왔다.The present invention relates to a solar cell module of a power generation system using sunlight, which is made by connecting a plurality of solar cells in series or parallel is called a solar cell module, when the sunlight is irradiated with the solar cell module due to solar heat High temperature is generated on the back surface of the solar cell module, which has been a cause of deterioration of power generation efficiency due to this heat.
본 발명의 태양전지모듈은 이러한 문제점을 태양전지 배면(背面)에 열전소자와 열 흡수패널을 부착하여 태양전지 내부온도를 낮춰 내부전기저항 값을 낮추는 효과와, 버려지던 폐열을 흡수하여 태양에너지를 효율적으로 활용하는 특징의 열 흡수패널이 부착된 태양전지 모듈이다.The solar cell module of the present invention has such a problem by attaching a thermoelectric element and a heat absorbing panel on the back of the solar cell to lower the internal temperature of the solar cell, thereby lowering the internal electrical resistance value, and absorbing the waste heat that has been discarded. It is a solar cell module with a heat-absorbing panel of efficient utilization.
태양전지, 열전소자, 열 흡수패널, 태양전지모듈 Solar cell, thermoelectric element, heat absorption panel, solar cell module
Description
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 배면(背面)에 열전소자와 열 흡수패널을 부착하여 제작한 일 예를 도시한 구성도이며,1 is a configuration diagram showing an example produced by attaching a thermoelectric element and a heat absorption panel on the back of the solar cell according to the present invention,
도 2는 종래의 태양전지모듈의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a conventional solar cell module.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
101, 201: 태양전지모듈 함체 102: 단열재(도면에서 사선표시부분)101, 201: solar cell module housing 102: heat insulating material (hatched portion in the drawing)
103, 203: 투명유리 104: 열전달부재 105: 열전소자103 and 203: transparent glass 104: heat transfer member 105: thermoelectric element
106, 206: 태양전지 107, 207: 태양전지 고정 판(board)106,206: solar cell 107,207: solar cell fixing board
108: 열 흡수패널 109, 209: 태양전지 출력단108:
110: 열전소자 출력단 111: 퇴수밸브 112: 입수밸브110: thermoelectric element output stage 111: discharge valve 112: inlet valve
113: 열교환순환모터 114: 탱크순환모터 115: 역류방지기113: heat exchange circulation motor 114: tank circulation motor 115: backflow prevention
117: 온수출구 118: 마이크로프로세서 유닛117: hot water outlet 118: microprocessor unit
119: 외부탱크(external tank) 120: 내부탱크(internal tank)119: external tank 120: internal tank
121: 태양전지 배면 온도감지기 122: 열 흡수패널 온도감지기121: solar cell back temperature sensor 122: heat absorption panel temperature sensor
123, 124: 외부탱크 수위감지기 125, 126: 내부탱크 수위감지기123, 124: external
127: 외부탱크 수온감지기 128: 내부탱크 수온감지기127: outer tank water temperature sensor 128: inner tank water temperature sensor
본 발명은 햇빛을 이용한 발전시스템의 태양전지모듈에 관한 것으로, 다수의 태양전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 만든 것을 일명 태양전지모듈이라 하며, 이 태양전지모듈의 표면에 햇빛을 비춰 전기를 생산하는 발전시스템의 태양전지모듈 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell module of a power generation system using sunlight, which is made by connecting a plurality of solar cells in series or in parallel, called a solar cell module, to produce electricity by shining sunlight on the surface of the solar cell module The solar cell module structure of the power generation system.
일반적으로, 태양전지는 무한정, 무공해 에너지로서, 기본원리는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 구조로 태양전지 표면에 햇빛을 받게 되면 광에너지에 의한 전자와 정공이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 전류가 흐르게 되는 광전효과에 의하여 전기가 발생하게 되는데, 이 태양전지를 직렬 또는 병렬로 상호연결하여 일정한 구조물에 넣어 태양전지가 충격에 견딜 수 있도록 한 태양전지모듈을 이용하여 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 과정이 있다.In general, solar cells are energy indefinitely and pollution-free. The basic principle is a structure in which a P-type semiconductor and an N-type semiconductor are bonded to each other, and when sunlight is applied to the solar cell surface, electrons and holes are generated by light energy. Electricity is generated by the photoelectric effect that moves and current flows. The solar cells are connected to each other in series or in parallel to be placed in a structure, so that the solar cells can withstand the impact. There is a process of conversion to energy.
종래의 태양전지모듈에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.A conventional solar cell module will be described with reference to FIG. 2.
도 2에 도시한 바와 같이 태양전지(206)를 직, 병렬로 연결구성된 태양전지를 고정 판(207)에 부착하여 보호용 함체(201)에 넣어 투명유리(203)로 덮어 제작하며 태양전지의 상면과 배면에 전기 출력단자(209)에 부하를 연결하여 사용하게 되는 것이다.As shown in FIG. 2, the
하지만, 이와 같은 종래의 태양전지모듈은 다음과 같은 문제점이 있다.However, such a conventional solar cell module has the following problems.
태양에너지에는 빛과 열 에너지로 대분할 수 있는데, 종래의 태양전지모듈에 서는 상술한 광전효과와 같이 빛 에너지만으로 전기를 생산하게 되는데, 열 에너지는 사용하지 못하여 그대로 낭비요소가 있으며, 이 열 에너지는 태양전지 내부에 흐르는 전류의 저항값을 상승시켜 전력손실을 초래하는 문제점이 있다.Solar energy can be divided into light and heat energy. In the conventional solar cell module, as described above, the photoelectric effect produces electricity using only light energy. Thermal energy is not used, and there is a waste element. There is a problem that causes a power loss by increasing the resistance value of the current flowing inside the solar cell.
앞에 설명한 바와 같이 종래의 태양전지모듈은 햇빛에 의하여 전기도 발생하지만 태양전지 배면(背面)에서는 상당한 열도 발생하여 태양전지 내부저항이 증가하는 관계로 전력손실이 발생하는 문제점이 있다.As described above, the conventional solar cell module generates electricity by sunlight, but there is a problem in that power loss occurs due to the increase in internal resistance of the solar cell due to the generation of considerable heat from the solar cell back surface.
본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하고자 태양전지 배면(背面)에 열 흡수패널을 부착하고 이 열 흡수패널에 열전달매체인 물 등을 순환케 하여, 햇빛에 의하여 태양전지에서 발생한 태양열도 흡수하고, 태양전기에너지도 변환하는 이중의 효과를 얻으며, 특히, 태양전지 배면과 열 흡수패널 사이에 열전소자를 삽입하여 열교환과정의 온도차를 열전소자로 전기에너지를 변환함으로써 더 많은 전기 에너지를 얻을 수 있도록 하였다. 그리하여, 태양전지 내부저항값을 낮추어 태양전지에서 발생하는 전력손실을 최소화하고 발전효율을 극대화하는데 목적이 있다.In the present invention, in order to improve such a problem, a heat absorbing panel is attached to the back of the solar cell, and the heat absorbing panel circulates water, which is a heat transfer medium, to absorb solar heat generated from the solar cell by sunlight, and solar electricity. The dual effect of converting energy is also obtained. In particular, by inserting a thermoelectric element between the solar cell back and the heat absorption panel, the electrical energy is converted into a thermoelectric element by converting the temperature difference during the heat exchange process to obtain more electric energy. Therefore, the purpose is to minimize the power loss generated in the solar cell and to maximize the power generation efficiency by lowering the internal resistance value of the solar cell.
본 발명에 따른 열 흡수패널이 부착된 태양전지모듈은, 크게 태양전지(106), 열전소자(105), 열 흡수패널(108)을 포함하는 태양전지모듈 함체(101)와, 마이크로프로세서 유닛(118), 온수보관탱크(119)를 더 포함하여 구성된다.The solar cell module with a heat absorbing panel according to the present invention includes a solar
도 1을 참조하여 각 구성요소의 특성과 결합관계를 설명한다.Referring to Figure 1 will be described the characteristics and coupling relationship of each component.
태양전지(106)는 열전달 특성이 좋은 알루미늄판이나 동판으로 된 태양전지 고정 판(107) 위에 열전달매개물체(예 Thermal Compound, Thermal Pad 등)를 바르거나 붙이고 그 위에 태양전지 셀(cell)을 직렬 또는 병렬로 다수개를 조합하여 밀착한다. 이는 태양전지에서 발생한 열을 빠르게 열 흡수패널(108)에 전달하기 위함이다.The
열전소자(105)는 Seebeck의 원리로 양 단면에 열(온도)의 차이를 주면 소자(P형반도체, N형반도체) 내부의 carrier가 이동하면서 기전력이 발생하는 현상으로, 본 발명에서는 태양전지 고정 판(107) 바닥 측을 발열체로 하고, 열 흡수패널(108) 윗면 측을 냉각체로 하여 그 사이에 열전소자를 삽입한다. 그리하여, 이 양단(태양전지와 열 흡수패널) 간의 온도차를 이용하여 발전하는 것이다. 그런데 이 열전소자는 양단 간의 간격(두께)이 3~4mm정도이고 면적이 약160,000㎟가 한계로 양단의 면적을 무한정으로 크게 하지 못하는 문제점이 있다. 그러나 발열체와 냉각체는 면적이 커야 효율을 높이기에 유리하다. 따라서, 발열체와 냉각체의 서로 마주하는 면적을 넓히려면 발열체와 냉각체를 확실하게 격리를 하지 않고는 좋은 발전효율을 기대할 수 없다. 본 발명에서는 열전소자 양 단면에 열전달특성이 좋은 열전달부재(104)를 부착하여 발열체와 냉각체간 충분히 단열(斷熱)할 수 있는 간격을 확보하고, 그 사이에 단열재(102)를 부착하여 발열체와 냉각체사이를 격리하고 발전효율을 높이고 있다.The
열 흡수패널(108)은 열전달 특성이 좋은 알루미늄이나 동판이고, 상기 태양전지 고정 판(107) 크기 정도이며, 수평으로 놓인 윗면과 바닥면의 모서리에 수직으로 접합 되는 좌, 우, 앞, 뒷면으로 된 직육면체 상자로 상자 내부에 열전달매체 (본 발명에서 실시한 예에서는 열전달매체를 물을 사용하였으며, 이하, 물로 통칭하여 설명한다.)를 순환케 하든가 본 실시한 예와 같이 열전달 특성이 좋은 중공관(예 동관)에 물 등을 순환모터로 순환시켜 태양전지 배면에서 발생하는 열을 흡수하도록 구성되었다.The
태양전지모듈 함체(101)는 상기 태양전지(106)가 부착된 태양전지 고정 판(107)과 열 흡수패널(108) 그리고, 그 사이에 삽입한 열전소자(105)로 구성된, 열 흡수패널이 부착된 태양전지모듈을 외부충격으로부터 보호하며 보온재로 감싸져 있고 태양전지 쪽은 햇빛이 잘 투과되도록 투명유리로 만들어진 직육면체의 함체이며, 열 흡수패널에 냉수가 들어가는 입구와 열교환이 이루어져 온수가 나오는 출구도 구비하고 있으며, 태양전지에서 발생한 전기 출력단과 열전소자에서 발생한 전기 출력단도 함체 밖으로 구비됨은 당연하다.The solar
마이크로프로세서 유닛(118)은 입력부, 표시부, CPU, 저장부, 출력부로 구성되어 외부로부터 즉, 태양전지 배면 온도감지기(121), 열 흡수패널 온도감지기(122), 외부탱크 수위(물 높이)감지기(123,124), 내부탱크 수위감지기(125,126), 외부탱크 수온감지기(127), 내부탱크 수온감지기(128)에서 감지된 신호를 입력부에서 받아 저장부에 저장된 프로그램에 따라 프로세싱하여 표시부에 제어 현황을 표시하고 출력부를 통하여 퇴수밸브(111), 입수밸브(112), 탱크순환모터(114), 열교환순환모터(113)등을 제어하여 발전효율을 극대화 하고 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았지만 각종순환모터와 밸브들의 작동범위를 미리 정의된 프로그램에만 의존하지 않고 사용자가 임의로 변경 설정하도록 구현함도 바람직하여 입력부에 키패 드를 추가하여 표시부를 보면서 작동범위(예 입력부에 입력되는 각종 수온및 수위값에따라 퇴수밸브, 입수밸브, 탱크순환모터, 열교환순환모터의 작동되는)를 설정할 수 있도록 구성된다.The
온수보관탱크는 크기가 다른 탱크 2개로 작은 탱크를 큰 탱크 내부 중간에 넣어 고정한 외부탱크(119)와 내부탱크(120)로 구성되며 외부탱크에 수온감지기(127)로 감지하다 적정온도에 도달하면 외부탱크와 내부탱크를 중공관으로 연결한 탱크순환모터(114)를 이용하여 내부탱크로 펌핑을 하는데, 이는, 입수밸브를 열었을때 냉수와 덥혀진 온수가 섞이는 것을 방지하고 적정온도의 온수를 일정량 항시 보관하기 위함이다. 그리고 열 흡수패널 입구 측과 외부탱크 사이는 중공관으로 연결되었으며 그 사이에 입수밸브(112)를 병렬(T 커넥터로 연결)로 연결하여 냉수를 보충하도록 구성된다. 특히, 입수밸브(112)와 외부탱크사이에는 역류방지기(115)를 직렬(끊어 연결)로 연결하여 입수밸브를 열었을때 냉수가 외부탱크로 바로 유입되는 것을 방지하고 있다. 또한, 열 흡수패널 출구 측과 외부탱크사이도 중공관으로 연결되었으며 그사이에 병렬로 퇴수밸브(114)를 연결하여 겨울철 혹한으로 인한 열 흡수패널이 동파되는 것을 방지하며 퇴수밸브와 외부탱크사이에는 열교환순환모터(113)를 직렬로 연결하여 태양열로 데워지는 열전달매체를 순환하도록 구성되어있다.The hot water storage tank is composed of two tanks of different sizes, the
여기서, 사용된 재료(예 단열재, 태양전지 고정 판, 열 흡수패널 등)는 통상 사용하는 재료를 기재하였을 뿐이며 이러한 예에 결코 한정되는 것은 아니고, 단열재와 보온재는 열을 차단하는 재료이며, 태양전지 고정 판과 열 흡수패널 등은 열 전달특성이 좋은 재료이면 사용이 가능하다.Here, the materials used (for example, a heat insulating material, a solar cell fixing plate, a heat absorbing panel, etc.) are just described materials that are commonly used and are not limited to these examples, the heat insulating material and the heat insulating material is a material that blocks the heat, solar cells Fixing plates and heat-absorbing panels can be used as long as they have good heat transfer characteristics.
그리고 투명유리는 유리와 유리사이에 가스가 밀봉된 이중유리로 사용됨이 바람직하며, 태양전지모듈 함체(101), 온수보관용 외부탱크(119), 열 흡수패널(108), 탱크(119)와 패널(108) 사이를 잇는 중공관 등은 열효율을 높이기 위하여 보온재(保溫材)로 보온함은 당연하다.In addition, the transparent glass is preferably used as a double glass sealed gas between the glass, the solar
또, 온수보관탱크 외부탱크와 내부탱크에 사용된 수위감지기는 도면에는 상한선과 하한선만을 표시하고 있지만 이는 시각적으로 이해를 돕기위하여 그렇게 작성되었을 뿐이며 실시예를 든단면, 부레가 뜨고 가라앉을 때 부레의 움직임을 측정하여 탱크내 물 높낮이를 실시간으로 측정할 수 있다. 그러나 이러한 예에 한정되는 것은 아니고 물의 높낮이를 실시간으로 측정하여 전기신호로 변환할 수 있으면 사용이 가능하다.In addition, the water level sensor used in the hot water storage tank outer tank and inner tank shows only the upper limit and the lower limit in the drawing, but this is only for visual understanding. For example, when the bure floats and sinks, By measuring the movement, the water level in the tank can be measured in real time. However, the present invention is not limited to this example and can be used as long as the height of water can be measured in real time and converted into an electric signal.
이상, 구성요소의 결합관계와 특징을 상세히 설명하였으나,In the above, the coupling relationship and features of the components have been described in detail,
이하, 바람직한 실시한 예를 통하여 이해를 돕고자 구성요소의 결합관계를 간략하게 더 설명하면서 동작과정을 설명한다.Hereinafter, a description will be given of the operation process while briefly explaining the coupling relationship of the components to help understanding through the preferred embodiment.
본 발명의 열 흡수패널이 부착된 태양전지모듈은 태양전지 셀을 조합하여 부착한 열전달특성이 좋은 태양전지 고정 판과 열 흡수패널사이에 열전소자를 삽입한다, 그리고 태양전지 배면과 열 흡수패널에 온도감지기를 부착하여 이 온도감지기에서 감지된 신호를 마이크로프로세서 유닛(118)의 입력부로 받아들여 저장부에 저장된 프로그램에 따라 CPU로 프로세싱하여 출력부로 순환모터와 입수밸브등을 제어함으로써, 열 흡수패널에 냉수를 순환케하여 태양전지 배면에서 발생된 열을 흡수 하고 흡수하는 과정에서 열전소자를 이용 발전도하여 태양에너지를 효과적으로 흡수하도록 구성되었으며, 상기 과정을 수행하기 위해서는 상기 설명과 같이 열 흡수패널에 물을 순환케하는 순환모터, 온수보관탱크 등이 더추가로 구성된다.The solar cell module with a heat absorbing panel of the present invention inserts a thermoelectric element between a solar cell fixing plate and a heat absorbing panel having good heat transfer characteristics attached to a combination of solar cells, and on the solar cell back and the heat absorbing panel. The temperature absorbing panel is attached by attaching a temperature sensor and receiving the signal detected by the temperature sensor as an input part of the
상기 구성에 의하여 동작을 설명하면, 먼저, 태양빛으로 태양전지 출력단(109)에서 전기도 발생하지만 태양전지 배면에서 열이 발생하고, 태양전지 배면과 열 흡수패널사이에 온도차로 인하여 열전소자에서도 출력단(110)으로 전기를 발생한다. 이때, 마이크로프로세서 유닛은 열 흡수패널 온도감지기(122)와 태양전지 배면 온도감지기(121)의 온도를 실시간 감지하면서 열교환순환모터(113)로 열 흡수패널에 흐르는 냉수를 적절히 제어하여 태양전지 고정 판 과 열 흡수패널간의 온도차를 유지시키면서 열전소자로 전기도 충분히 발생시키고 열도 흡수하여 외부탱크(119)에 온수를 보관하고, 외부탱크 수온감지기(127)로 감지하다 적정온도로 상승하면 탱크순환모터(114)로 외부탱크의 온수를 내부탱크(120)로 펌핑하고, 입수밸브(112)를 열어 냉수를 다시 열 흡수패널로 입수시키는 작동과정을 반복하면서 발열 측인 태양전지 배면과 냉각 측인 열 흡수패널간의 온도차를 유지하여 열전소자로 발전도하고 온수도 얻는 방식으로 구성된 열 흡수패널이 부착된 태양전지모듈이다.Referring to the operation by the above configuration, first, electricity is generated in the solar
또한, 혹한으로 태양열을 얻지 못하는 겨울철은 태양전지 배면 온도감지기(121)의 온도가 급격히 떨어지면 마이크로프로세서유닛 입력부로 감지되고 CPU로 프로세싱하여 출력부로 퇴수밸브(111)를 작동시켜 열 흡수패널의 물을 배출하여 동파를 방지하도록 구성되었다.In addition, in winter, when the temperature of the solar cell
본 발명은 햇빛에 의한 발전시 태양전지에서 발생하는 전기에너지와 열에너지를 동시에 흡수하여 효율을 극대화하며, 또한, 태양전지 내부저항을 낮추므로 내부에서 발생하는 전력손실을 줄여 발전효율도 최대화할 수 있다.The present invention maximizes the efficiency by simultaneously absorbing the electrical energy and thermal energy generated by the solar cell during power generation by sunlight, and also by reducing the internal resistance of the solar cell can reduce the power loss generated inside to maximize the power generation efficiency. .
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