KR100868492B1 - 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치 - Google Patents

열전소자가 구비된 태양전지 발전장치

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Abstract

본 발명은 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치에 관한 것으로, 본 발명은 태양광을 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 태양전지판(10); 상기 태양전지판(10)의 배면에 부착되어 태양전지판(10)으로부터 발생된 열을 방출시키는 열전소자(20); 펠티어효과(Peltier Effect)에 의해 일측면은 냉각되고 타측면은 방열되며 일측면이 상기 태양전지판(10)의 배면과 대향되도록 위치되도록 하여 상기 태양전지판(10)에서 발생된 열을 냉각시키는 열전소자(20); 상기 열전소자(20)의 타측면에 대향되도록 구비되며 상기 열전소자(20)로부터 방열된 열을 방출시키는 냉각팬(40); 및 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 전기를 축전시키는 축전지(30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 태양전지에서 발생되는 열을 효과적으로 방열되도록 함으로써 태양전지가 과열되는 것을 방지할 수 있어 태양전지 장치의 효율을 개선할 수 있으며, 장시간 조사되는 경우에도 방열효과가 저하되지 않아 장치의 오동작 또는 화재의 발생을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
태양전지, 발전장치, 열전소자, 냉각팬, 축전지, 펠티어효과

Description

열전소자가 구비된 태양전지 발전장치{Solar Cell Generating Apparatus with Peltier Circuit}
본 발명은 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소자를 이용하여 태양전지판으로부터 발생되는 열을 방열하여 냉각시켜 효율을 향상시키도록 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치에 관한 것이다.
산업사회의 고도화와 인구의 증가로 많은 에너지를 필요로 하고 있다. 가장 많이 사용하고 있는 에너지원은 석탄이나 석유 천연가스와 같은 화석 에너지원이나, 이 에너지원은 한정되어 있어 점차적으로 고갈되어 가고 있으며, 공해로 인하여 지구 온난화에도 큰 영향을 미치고 있어 대체에너지원의 개발이 시급한 실정이다. 이에 반하여 태양열은 석탄이나 석유 천연가스와 같은 화석 에너지원과는 달리 공해발생이 없는 청정에너지원인 동시에 거의 무제한적으로 공급되고 있어 오래전부터 이러한 태양열에너지를 산업용이나 난방용 또는 자동차 등의 에너지원으로 활용하기 위한 꾸준한 연구와 더불어 제품화가 이루어지고 있다.
태양전지는 태양광이 가지고 있는 광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하는 장치로서, 태양광에너지를 효과적으로 이용하는 일예이다.
이러한 태양전지는 태양광 자체의 열로 인해 장시간 조사시 태양전지가 과열되게 되며, 이로 인해 전기발생효율이 감소하게 되고, 심한 경우에는 장치의 오동작 또는 화재의 발생으로 이어지게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로 태양전지 장치를 냉각하여 태양전지의 효율을 개선한 한국등록특허공보 제10-0520493호(발명의 명칭: 고효율의 태양전지 장치)가 개시된 바 있다.
상기 장치는 태양광이 입사되는 태양전지가 설치된 외부면에 과열방지를 위해 방열판을 구비하거나, 본체의 전후 측면에 다수개의 방열공을 형성함으로써 태양전지에서 발생되는 열을 방열되도록 하여 태양전지 장치의 효율을 개선하고 있으나, 장시간 조사되는 경우에는 방열효과가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지에서 발생되는 열을 효과적으로 방열되도록 함으로써 태양전지가 과열되는 것을 방지하여 태양전지 장치의 효율을 개선하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 장시간 조사되는 경우에도 방열효과가 저하되지 않고 장치의 오동작 또는 화재의 발생을 방지하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치는 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 태양전지판(10); 펠티어효과(Peltier Effect)에 의해 일측면은 냉각되고 타측면은 방열되며 일측면이 상기 태양전지판(10)의 배면과 대향되도록 배치되어 상기 태양전지판(10)에서 발생된 열을 냉각시키는 열전소자(20); 및 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 전기를 축전시키는 축전지(30); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양전지판(10)은, 발생된 전기를 상기 축전지(30)로 축전시키는 축전용 발전부(11)와, 상기 축전용 발전부(11) 일측, 양측, 외측, 내측으로부터 선택되는 어느 한 위치에 상기 열전소자(20)를 구동시키기 위한 전기를 발생시키는 열전소자용 발전부(12)가 일체로 구비된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 열전소자(20)의 타측면에 대향되도록 구비되며 상기 열전소자(20)로부터 방열된 열을 방출시키는 냉각팬(40)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되며 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 열을 상기 열전소자(20)로 전달하여 방열하는 방열판(50)이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방열판(50)은 다수의 방열공(51)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되고 냉매를 수용하며 상기 열전소자(20)에 의해 냉각된 냉매가 순환되는 냉매순환챔버(60)가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 태양전지판(10)에 의해 발생된 직류전압을 직류/직류(DC/DC)로 변환하거나 직류/교류(DC/AC)로 변환하는 전압변환기가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은 태양전지에서 발생되는 열을 효과적으로 방열되도록 함으로써 태양전지가 과열되는 것을 방지할 수 있어 태양전지 장치의 효율을 개선할 수 있으며, 장시간 조사되는 경우에도 방열효과가 저하되지 않아 장치의 오동작 또는 화재의 발생을 방지할 수 있어 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치를 첨부된 도면을 통하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치의 개략적인 구조를 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지판을 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지판을 나타낸 배면도이고, 도 4는 냉각팬을 구비한 태양전지 발전장치를 나타낸 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 의한 방열판을 구비하는 태양전지 발전장치를 나타낸 분해사시도이고, 도 6은 냉매순환챔버가 구비된 태양전지 발전장치를 나타낸 종단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 태양전지판(10); 펠티어효과(Peltier Effect)에 의해 상기 태양전지판(10)에서 발생된 열을 냉각시키는 열전소자(20); 및 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 전기를 축전시키는 축전지(30); 를 포함하여 이루어진다.
상기 태양전지판(10)은 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시킨다. 상기 태양전지판(10)은 다수개의 셀이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되어 행렬로 배치되고 직사각형 형태로 이루어지는 공지된 것을 사용한다. 대형인 경우에는 다수개의 태양전지판(10)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 사용한다.
열전소자(20)는 펠티어효과(Peltier Effect)에 의해 일측면은 냉각되고 타측 면은 방열되며 일측면이 상기 태양전지판(10)의 배면과 대향되도록 배치되어 상기 태양전지판(10)에서 발생된 열을 냉각시키는 역할을 한다. 펠티어효과(Peltier Effect)는 n-p type의 소자에 직류전류를 가하여 음(Negative)으로 대전된 금속/반도체 접점에서 주위의 열에너지를 흡수한 전자가 열전반도체 내부로 이동하여 흡열이 일어나는 것으로 양(Positive)으로 대전된 접점에서는 전자의 열에너지 방출에 의해 발열이 일어난다. 이러한 효과를 이용하는 분야로는 반도체 제조, 의료, 통신, 전자분야 등 여러 분야에 응용하고 있다.
상기 열전소자(20)는 도 1에서와 같이 p형 및 n형 소자를 π형으로 접합하고 직렬로 연결하고 이들 소자 상부와 하부를 금속판(21)으로 결합하여 형성되어 있다. 이들 소자에 전류를 흐르게 하면 도체에 전류가 흐를 때 생기는 주울(Joule) 열효과에 의해 일측면은 열을 흡수하고 타측면은 열을 방출하게 된다.
상기 열전소자(20)는 열로 배치된 셀들의 중앙에 길게 각각 배치되도록 한다.
이때, 상기 태양전지판(10)은 발생된 전기를 상기 축전지(30)로 축전시키는 축전용 발전부(11)와, 상기 축전용 발전부(11) 일측, 양측, 외측, 내측으로부터 선택되는 어느 한 위치에 상기 열전소자(20)를 구동시키기 위한 전기를 발생시키는 열전소자용 발전부(12)가 일체로 구비된 것이 바람직하다.
상기 태양전지판(10)은 도 2에서와 같이 축전기(30)와 접속되는 축전기 접속단자(13)와 열전소자(20)와 접속되는 열전소자 접속단자(14)가 구비된다.
상기 태양전지판(10)이 설치된 주위의 온도가 설정온도 이하인 경우 상기 열 전소자용 발전부(12)로부터 발생된 전기가 상기 열전소자(20)를 구동시키지 않고 상기 축전지(30)로 축전시키는 스위칭소자(미도시됨)가 더 구비된 것이 바람직하다. 즉, 주위의 온도가 낮은 경우에는 태양전지판(10)이 과열되지 않으므로 열전소자(20)에 의해 태양전지판(10)을 냉각시키지 않고 축전지(30)로 축전시키도록 하여 발전효율을 높이도록 한다.
발생된 전기는 직류전압이다. 따라서 직류/직류(DC/DC)로 변환할 수 있으며, 목적에 따라 직류/교류(DC/AC)로 변환하여 사용할 수 있는데, 전압을 변환하고자 할 때는 발생한 전압단자에 전압변환기(미도시됨)를 추가로 부착하여 사용한다.
상기 축전지(30)는 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 전기를 축전시키는 역할을 하는 것으로 공지된 것을 사용한다.
본 발명은 도 4에서와 같이 열을 방출하는 상기 열전소자(20)의 타측면에 대향되도록 구비되며 상기 열전소자(20)로부터 방열된 열을 방출시키는 냉각팬(40)이 더 구비될 수 있다. 냉각시키는 열전소자(20)의 일측면과 방열시키는 열전소자(20)의 타측면의 온도차(ΔT)를 크게 하면 전력소모가 많이 되며 반대로 온도차(ΔT)를 작게 하면 전력소모가 적게 되므로 냉각팬(40)에 의해 열전소자(20)로부터 방열된 열을 방출시키게 되면 전력소모를 줄일 수 있게 되므로, 열전소자(20)의 냉각효율을 배가시키게 된다.
아울러, 도 5에서와 같이 상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되며 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 열을 상기 열전소자(20)로 전달하여 방열하는 방열판(50)을 더 구비할 수 있다. 상기 방열판(50)은 열을 냉각시키는 열전소자(20) 일측면으로 열을 전달하여 방열할 수 있도록 열전달이 우수한 금속재를 사용한다. 이때, 상기 방열판(50)은 공기중으로 열을 방열할 수 있도록 다수의 방열공(51)이 형성된 것이 바람직하다.
또, 도 6에서와 같이 상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되고 냉매를 수용하며 상기 열전소자(20)에 의해 냉각된 냉매가 순환되는 냉매순환챔버(60)가 더 구비된 것이 바람직하다. 즉, 상기 태양전지판(10)과 냉각시키는 열전소자(20)의 일측면에 상기 냉매순환챔버(60)가 구비됨으로써 상기 열전소자(20)에 의한 간접적인 냉각을 수행하게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치의 개략적인 구조를 나타낸 분해사시도.
도 2는 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지판을 나타낸 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 열전소자가 구비된 태양전지판을 나타낸 배면도.
도 4는 냉각팬을 구비한 태양전지 발전장치를 나타낸 분해사시도.
도 5는 본 발명에 의한 방열판을 구비하는 태양전지 발전장치를 나타낸 분해사시도.
도 6은 냉매순환챔버가 구비된 태양전지 발전장치를 나타낸 종단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10: 태양전지판 11: 축전용 발전부
12: 열전소자용 발전부 20: 열전소자
30: 축전지 40: 냉각팬
50: 방열판 51: 방열공
60: 냉매순환챔버

Claims (9)

  1. 다수개의 셀이 직렬 또는 병렬 또는 직병렬로 연결되어 행렬로 배치되고 직사각형 형태로 되며 태양광에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 태양전지판(10);
    펠티어효과(Peltier Effect)에 의해 일측면은 냉각되고 타측면은 방열되며 일측면이 상기 태양전지판(10)의 배면과 대향되도록 배치되어 상기 태양전지판(10)에서 발생된 열을 냉각시키며, 상기 태양전지판(10)의 열로 배치된 셀들의 중앙에 열방향으로 나란하게 각각 배치된 열전소자(20);
    상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 전기를 축전시키는 축전지(30);
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 태양전지판(10)은 발생된 전기를 상기 축전지(30)로 축전시키는 축전용 발전부(11)와, 상기 축전용 발전부(11) 일측, 양측, 외측, 내측으로부터 선택되는 어느 한 위치에 상기 열전소자(20)를 구동시키기 위한 전기를 발생시키는 열전소자용 발전부(12)가 일체로 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지판(10)이 설치된 주위의 온도가 설정온도 이하인 경우 상기 열전소자용 발전부(12)로부터 발생된 전기를 상기 축전지(30)로 축전시키는 스위칭소자가 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 열전소자(20)의 타측면에 대향되도록 구비되며 상기 열전소자(20)로부터 방열된 열을 방출시키는 냉각팬(40)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되며 상기 태양전지판(10)으로부터 발생된 열을 상기 열전소자(20)로 전달하여 방열하는 방열판(50)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 방열판(50)은 다수의 방열공(51)이 형성된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지판(10)과 상기 열전소자(20) 사이에 위치하여 각각 접합되고 냉매를 수용하며 상기 열전소자(20)에 의해 냉각된 냉매가 순환되는 냉매순환챔버(60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지판(10)에 의해 발생된 직류전압을 직류/직류(DC/DC)로 변환하거나 직류/교류(DC/AC)로 변환하는 전압변환기가 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전소자가 구비된 태양전지 발전장치.
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