KR100876392B1 - 집광형 냉각식 태양광 발전장치 - Google Patents

집광형 냉각식 태양광 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광 집속도를 높여 태양광 발전 효율을 높이고 광 집속에 따른 태양전지셀의 과열을 방지하는 냉각식 태양전지모듈과 이를 이용한 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 부착되는 흡열판에 밀착되어 내부로 냉매를 흘려 냉각시키는 흡열기와 냉매공급장치를 구비하여 태양광발전을 일으키기 위한 발전장치에 있어서, 입사되는 태양광으로부터 전기를 생성하는 다수의 태양전지셀이 직렬로 배열되고 중앙에 위치하는 태양전지셀유닛과; 상기 태양전지셀유닛의 양쪽으로 서로 마주보고 대응되도록 쌍을 이루어 순차적으로 연이어 2단으로 형성되는 첫번째단의 제1반사판 및 두번째단의 제2반사판을 포함하되; 상기 제1반사판은 상기 태양전지셀유닛의 양쪽 측단으로부터 각각 그 일단이 연결되고, 각각 상기 태양전지셀 전체로 반사시켜 집광되도록 상기 태양전지셀유닛에 대해 안쪽으로 115.5˚ 각도만큼 기울어지게 설치되며; 상기 제2반사판은 상기 제1반사판 각각의 외측방향으로 그 일단이 각각 연결되고, 상기 태양전지셀유닛에 대한 수직 방향으로의 입사광을, 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 반대방향의 또다른 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 각각 상호 교차반사하여 집광시키도록 상기 태양전지셀유닛 방향으로 향하도록 상기 제1반사판 보다 안쪽으로 5.2˚ 각도만큼 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 냉각식 태양광 발전장치를 제공한다.
Figure R1020080021090
태양 전지, 반사판, 방열, 냉각

Description

집광형 냉각식 태양광 발전장치{Concentrative cooling type Photovoltaic Generating Apparatus}
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광 집속도를 높여 태양광 발전 효율을 높이고 광 집속에 따른 태양 전지의 과열을 방지하는 집광형 냉각식 태양광 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 화석 에너지의 자원 고갈에 따른 에너지 가격의 상승 문제와 화석 에너지의 연소에 따른 환경 오염 방지를 위한 대책으로 청정 에너지 중의 하나인 태양에너지를 이용하는 방안이 대두되고 있다.
태양에너지를 이용하는 방법으로는 태양의 열 에너지를 이용하는 방법과 태양의 광 에너지를 이용하는 방법이 있는데, 태양열 에너지 이용방법으로는 태양열을 이용하여 증기를 발생시켜 증기 터빈을 구동시켜 발전을 하거나 태양열 집열판을 이용하여 난방 또는 온수 열원으로 사용하는 방법이 있다.
본 발명과 관련이 있는 태양광 에너지 이용방법으로는 태양 전지(Solar Cell)를 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 이용하는 방법이 있다.
종래의 태양광 발전장치는 일반적으로 소규모에서 대규모 상업용 발전까지 여러 가지 편리성과 경제성에 의해서 태양광 발전 소모듈(photovoltaic submodule) 즉, 설치를 용이하게 하기 위한 작은 규격으로 모듈화된 태양전지를 조합하여 제작된 태양광 발전 모듈(photovoltaic module)이 사용되고 있다.
따라서 태양광 발전장치에서 태양광 발전 모듈 가격이 저렴하다면 가장 간단하게 시스템을 구축할 수 있고 장시간 동안 무보수로 운용이 가능하기 때문에 가장 이상적인 발전 시스템이라고 할 수 있다.
그러나 태양광 발전시스템을 구축하기 위해 소요되는 비용의 60~70%를 태양광 발전 모듈이 차지하고, 상기 태양광 발전 모듈은 발전효율이 약 10%정도이기 때문에 기존의 화석 연료를 이용한 발전 시스템이나 원자력 및 수력 발전 시스템에 비해 발전 단가가 상대적으로 많이 소요되어 비경제적인 발전시스템이라고 할 수 있다.
따라서, 태양광 발전시스템의 전력 생산 단가를 낮추기 위해서 선결되어야할 점이 태양광 발전 모듈 즉, 태양전지의 가격 하락과 함께 광전 변환 효율의 증대화가 필요하다.
하지만, 상기와 같은 현재의 태양광 발전 모듈이 안고 있는 문제점은 기술의 발전과 관련이 있어 당장 해결되기 어려운 문제점을 안고 있다.
따라서, 종래에는 기존의 태양광 발전 모듈에 입사되는 태양광량을 증대시키는 방향으로 연구되어 왔다.
이와 같이 태양광량을 증대시키기 위해서는 태양전지의 방향을 실시간 또는 주기적으로 변경시켜서 태양광의 입사각을 항상 수직으로 유지하도록 하거나 볼록렌즈 등을 이용하여 단위 면적에 대한 입사량을 증대시키는 방법 등이 대안으로 고려되고 있다.
상기 입사량의 증대 방법 중 종래의 태양광 집광 기술로는 집광 렌즈에 의한 집광법과 오목 렌즈, 혹은 항아리형 오목 렌즈에 의한 집광법, 또는 태양전지가 집적화되어 설치된 타워 주변부에 배치된 다수의 오목거울을 이용한 집광법 등이 제시되어 있으나, 그중에 실제로 많이 이용되고 있는 방법은 태양광 발전 모듈의 전면에 볼록렌즈 형태인 집광 렌즈를 설치하여서 입사량을 증대시키는 방법이다.
그런데, 상기 볼록 렌즈에 의한 집광은 광에너지의 집광은 물론, 열에너지의 집광 결과를 초래하여 태양전지의 온도 상승에 따른 열화를 가져오는 문제점이 있어서, 태양전지에 대한 집광 시스템은 방열시스템을 반드시 필요로 한다.
상기 방열 시스템은 방열판을 이용하거나 냉각수를 스프레이하는 방식으로 구현되며, 상기와 같은 방열 시스템을 이용하여 태양 전지의 온도를 발전 효율이 저하되지 않는 섭씨 60도 이하로 유지해 준다.
따라서, 상기와 같은 집광 렌즈의 설치와 냉각 시스템의 부가 설치는 발전 시스템의 비용을 증가시키는 요인으로 작용하는 문제점을 안고 있다.
한편, 태양 전지에 대한 입사량의 증대를 위해 사용되는 다른 방법인 태양 추적 시스템은 태양의 위치 변화 즉, 계절 변화에 따른 태양의 고도 변화와 1일 중 시간 변화에 따른 경도 변화에 대응하여 태양전지의 각도를 현재 태양의 위치에 대 응되어 변화되게 함으로써 이루어진다.
이와 같은 태양광의 입사각 최적화는 태양전지의 각도를 변경시켜 주어야 하는 액튜에이터를 필요로 하기 때문에 소용량의 발전 시스템의 경우에는 무리 없이 구축하여 운용할 수 있지만 대단위 발전 시스템인 경우에는 액튜에이터 설치 및 운용비용이 비약적으로 증가하고, 특히 액튜에이터를 태양 위치 변경에 따라 실시간 또는 주기적으로 운용하기 위한 전기 에너지 소모로 인하여 각도 최적화에 따른 발전 효율 증대 효과에 반하는 요인으로 작용하여 적용하기 어려운 문제점을 안고 있다.
따라서, 대부분의 태양전지 발전 시스템은 고정식으로 설치 및 운용되고 있는 실정이다.
이와 같이, 태양전지를 고정식으로 설치한 후에 태양의 고도 및 경도의 평균치에 설치한 후에 최대의 태양광 에너지를 입사받기 위해서는 태양전지에 입사되는 태양광의 반사율을 최대한 낮추는 기술이 관건이다.
이러한 고정 설치식 태양전지의 문제점을 해소하기 위해, 2002년 2월 8일에 특허공개번호 10-2002-11353호로 공개된 태양광 집광 발전장치가 있다.
상기 공개 특허는 도 1에 나타낸 바와 같이, 태양전지(10)를 중심으로 양측에 약 45도 정도의 반사판(12)을 설치하여, 태양의 위치가 변경되더라도 상기 반사판(12)에 의해 태양광이 반사되게 하여 입사량이 감소되는 것을 방지하는 것이다.
그런데, 상기 공개특허는 태양전지(10)에 비해 반사판(12)이 45정도로 설치되어 있어서 전체 설치 면적 대비 태양전지의 전기 생산량이 적은 문제점을 안고 있다.
또한, 2005년 11월 9일에 제 10-2005-0106184호로 공개된 특허는 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(16)에 태양전지(15)를 설치하고, 상기 기판(16)의 양측단에 반사판(17)을 상기 기판(16)에 대해 120도의 각도로 설치한 것이다.
상기와 같이 상기 반사판(17)의 설치 각도를 120도로 한정하여 설치한 것은 태양광의 집속도를 높이기 위해서인데, 상기 반사판(17)의 설치 각도가 120도 한정되어 있어서, 상기 반사판(17)에 의해 반사되는 광량은 중앙의 태양전지(15) 전체를 커버하지 못하고 일부만 커버하기 때문에 광 집속도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 태양 전지는 입사되는 태양광을 수광하여 발전하기 때문에 태양광 중 적외선 등에 의한 열을 흡수하여 온도가 올라가면 발전 효율이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 태양전지의 발전 효율을 높이기 위해 방열 수단을 구비하여 광 집속에 따른 과열로부터 태양전지를 보호함으로써 안정적인 발전을 가능하게 해 주는 집광형 냉각식 태양광 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양전지에 입사되는 태양광의 집속도를 높여줌으로써 태양 전지의 단위 면적 당 발전량을 높여 발전 단가를 낮추어 태양광 발전의 생산성을 높여 주는 집광형 냉각식 태양광 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 부착되는 흡열판에 밀착되어 내부로 냉매를 흘려 냉각시키는 흡열기와 냉매공급장치를 구비하여 태양광발전을 일으키기 위한 발전장치에 있어서, 입사되는 태양광으로부터 전기를 생성하는 다수의 태양전지셀이 직렬로 배열되고 중앙에 위치하는 태양전지셀유닛과; 상기 태양전지셀유닛의 양쪽으로 서로 마주보고 대응되도록 쌍을 이루어 순차적으로 연이어 2단으로 형성되는 첫번째단의 제1반사판 및 두번째단의 제2반사판을 포함하되; 상기 제1반사판은 상기 태양전지셀유닛의 양쪽 측단으로부터 각각 그 일단이 연결되고, 각각 상기 태양전지셀 전체로 반사시켜 집광되도록 상기 태양전지셀유닛에 대해 안쪽으로 115.5˚ 각도만큼 기울어지게 설치되며; 상기 제2반사판은 상기 제1반사판 각각의 외측방향으로 그 일단이 각각 연결되고, 상기 태양전지셀유닛에 대한 수직 방향으로의 입사광을, 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 반대방향의 또다른 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 각각 상호 교차반사하여 집광시키도록 상기 태양전지셀유닛 방향으로 향하도록 상기 제1반사판 보다 안쪽으로 5.2˚ 각도만큼 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 냉각식 태양광 발전장치를 제공한다.
상기 제1반사판과 제2반사판은 일면이 금속 소재로 경면 처리되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1반사판과 제2반사판은 상기 태양전지셀유닛에 대해 양측으로의 연장 및 4변으로의 연장 중 어느 한 형태로 연장 설치되는 것이 가능하고; 상기 태양전지셀유닛은 사각의 각 변 방향으로 연장 설치되는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 태양 전지에 대한 냉각 효율을 높여줌으로써 광 집속에 따른 과열을 방지하여 높은 발전 효율을 유지해 주는 효과를 제공한다.
그리고, 본 발명은 태양 전지에 대한 광집속도를 매우 높여줌으로써 태양전지의 단위 면적 당 발전량을 확보하여 발전 단가를 낮추어 주는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치에 대해 바람직한 실시예를 나타낸 첨부 도면을 참조하여, 냉각식 태양전지모듈과 집광형 냉각식 태양광 발전장치 각각을 상세하게 설명한다.
첨부한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 구조를 설명하기 위한 사시도, 도 4는 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 구조를 설명하기 위한 다른 각도의 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예에서 태양 전지의 구조를 설명하기 위한 설명도, 도 6은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 단면도, 도 7은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 2실시예의 단면도, 도 8은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예의 사시도, 도 9는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예의 단면도, 도 10은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예의 사시도, 도 11은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예의 단면도, 도 12는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 3실시예의 사시도, 도 13은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 3실시예의 단면도, 도 14는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 4실시예의 사시도, 도 15는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 4실시예의 단면도, 도 16은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 5실시예의 평면도, 도 17은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 6실시예의 단면도, 도 18은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 6실시예의 사시도, 도 19는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 7실시예의 사시도, 도 20은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 8실시예의 정면도, 도 21은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 9실시예의 측면도, 도 22는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 10실시예의 사시도이다.
1. 냉각식 태양전지모듈
(1) 제 1실시예(도 3~6 참조)
본 발명 집광형 냉각식 태양광 발전장치에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예는 도 3 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 다수의 열 및 행(도 3에서는 1열 12행)으로 구성된 태양전지셀(20)과, 상기 태양전지셀(20)의 배면(태양광이 입사되는 면의 반대면)에 부착되는 흡열기(30)를 포함하여 구성된다.
상기 흡열기(30)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 그 일면(상기 태양전지셀의 배면에 부착되는 면)이 평판 구조로 이루어져, 상기 태양전지셀(20)의 배면에 밀착되어야 하며, 통상 그 단면 구조가 4각형으로 이루어진다.
그리고 그 내부에는 냉각을 위한 냉매가 흐르는 통로(30a)가 형성되어 있으며, 그 양단의 각 일측에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 냉매가 유입되는 유입구(33)와 유출되는 유출구(34)가 형성되어 있다. 상기 통로(30a)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 2개의 통로로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라서는 1개 또는 3개 이 상으로 이루어질 수 있다.
상기 흡열기(30)의 유입구(33)와 유출구(34)를 통해 순환되는 상기 냉매는 별도의 냉매 순환장치(예를 들어, 순환 펌프와 파이프 라인, 도면 생략) 및 방열기(상기 흡열기에서 열을 흡수한 냉매를 냉각시키기 위한 방열하는 장치, 도면 생략)에 의해 냉각되어 재순환되거나, 일정 온도 이하이면서 지속적으로 공급되는 물(예를 들어, 상수도, 지하수, 용천수, 하천수 등)에 의해 대체될 수 있다.
상기 흡열기(30)는 상기 태양전지셀(20)의 열을 흡수하기 위한 것이므로, 열전도성이 우수한 금속 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 내식성과 열전도성이 우수한 구리나 스테인리스 스틸이 바람직하다.
한편, 본 발명에 사용되는 상기 태양전지셀(20)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 흡열기(30)의 위에 배열되는 다수의 전극판(23)과, 상기 각 전극판(23) 위에 각각 설치되는 다수의 태양전지셀유닛(21a)과, 상기 다수의 태양전지셀유닛(21a)위에 부착되는 커버 글래스(22)로 구성된다.
상기 전극판(23)은 도 5의 (D) 및 (E)에 나타낸 바와 같이, 상기 태양전지셀유닛(21a)의 배면에 형성된 양극에 접촉되는 양극단자(23a)와, 인접한 다른 태양전지셀유닛(21a)의 상부면에 형성된 음극에 접촉되는 음극 단자(23b)로 형성된다.
상기 양극 단자(23a)와 상기 음극 단자(23b)는 서로 태양전지셀유닛을 통해 직렬 연결되어 출력 전압을 설정할 수 있다. 또한, 상기와 같이 직렬 연결된 다수의 태양전지셀유닛의 양단을 서로 병렬 연결하여 출력 전류를 설정할 수 있다.
(2) 제 2실시예(도 7 참조)
본 발명 집광형 냉각식 태양광 발전장치에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 2실시예는 상기 제 1실시예와 마찬가지로 태양전지셀(20)과, 상기 태양전지셀(20)의 배면에 부착되는 흡열기(31)를 포함하여 구성된다.
상기 흡열기(31)는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 태양전지셀(20)의 배면에 부착되는 열 흡수부(31a)와, 상기 열 흡수부(31a)의 일측면에 부착되어 그 내부에 형성된 통로(31c)를 흐르는 냉매를 통해 상기 열 흡수부(31a)를 냉각시켜 주는 냉각부(31b)로 구성된다.
상기 열 흡수부(31a)는 예를 들어 다른 금속에 비해 상대적으로 가벼운 소재인 알루미늄으로 형성되고, 상기 냉각부(31b)는 내식성이 우수한 구리나 스테인리스 스틸로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 냉각부(31b)는 도 7에서는 한 개의 1자형 관을 이용하여 구성하였으나 흡열량을 증가를 위한 접촉 면적의 증대를 위해 갈지(之)자 형태로 배열할 수도 있다.
상기 냉각부(31b)의 양단부의 각 일측에는, 상기 제 1실시예와 같이, 냉매의 유입 및 유출을 위한 유입구와 유출구가 형성된다.
한편, 상기 제 1실시예 및 제 2실시예에는 상기 흡열기(30, 31) 외에 상기 태양전지셀(20)에 냉매(예를 들어, 물)를 분사시켜 냉각을 도와주는 분사 노즐이 별도로 설치되어 운용될 수 있다.
2. 집광형 냉각식 태양광 발전장치
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치는 상기 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예 및 제 2실시예에서 설명한 냉각식 태양전지모듈(25)를 이용한 발전 장치에 대한 것이다.
(1) 제 1실시예(도 8, 9 참조)
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예는 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각식 태양전지모듈(25)와, 상기 냉각식 태양전지모듈(25)이 그 일면에 부착되는 중앙부(40)와, 상기 중앙부(40)의 양측단에 연장 형성되는 한 쌍의 제 1반사판(40a)과, 상기 제 1반사판(40a)에 각각 연장 형성되는 한 쌍의 제 2반사판(40b)으로 구성된다.
상기 중앙부(40)와 상기 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)은 별도로 구분되어 형성되는 것보다 하나의 판재를 프레스로 절곡하여 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)은 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 폭(상기 중앙부의 폭)에 따라 상기 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)의 폭(각 반사판의 일단에서 타단까지의 거리) 및 형성 각도는 달리 이루어져 서로 다른 반사각을 유지한다.
상기 중앙부(40)와 상기 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)는 두께 1~3mm정도의 알루미늄 판으로 이루어지고, 상기 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)의 내측면 즉, 상기 냉각식 태양전지모듈(25)를 향하는 면은 경면 처리하거나 스테인리스 스틸재 거울 혹은 유리재 거울을 부착하여 사용한다.
상기와 같이 상기 냉각식 태양전지모듈(25)에 태양광을 반사시켜 주는 반사판을 이용하여 태양전지셀(20)의 면적에 대해 3배의 태양광을 집중시킬 수 있는 이유를 도 9를 참조하여 설명한다.
상기 제 1반사판(40a)은 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 측단에 약 115.5도의 각도로 경사지게 형성되는데, 상기 제 1반사판(40a)의 폭은 상기 태양전지셀(20)의 폭보다 1.47배로 이루어진다.
따라서 상기와 같이 이루어진 양쪽의 제 1반사판(40a)을 통해 태양전지셀(20)에 입사되는 태양광은, 수직으로 입사하는 태양광에 의해 태양전지셀(20)의 63% 면적을 커버하는 것과 같은 태양광 발전이 이루어진다.
그리고, 상기 제 1반사판(40a)에 연장되어 형성된 상기 제 2반사판(40b)의 폭은 상기 태양전지셀(20) 폭의 1.1배로 이루어지며, 상기 제 1반사판(40a)에 비해 안쪽(태양전지셀 방향)으로 약 5.2도 더 기울어져 있다.
상기와 같이 이루어진 한 쌍의 제 2반사판(12)에 의해 반사되어 상기 태양전지(20)에 각각 입사되는 입사광은 태양전지셀(20)의 각 반대쪽 측단부로부터 도시한 바와 같이 상기 태양전지셀(20)의 중앙선에 이르는 면적으로 입사되며, 수직으로 입사하는 태양광에 의해 상기 태양전지셀(20)의 38%의 면적을 커버하는 것과 같은 태양광 발전이 이루어진다.
상기와 같이 상기 태양전지셀(20)에 입사된 태양광은 상기 제 1반사판(40a)과 상기 제 2반사판(40b)에 의해 한 쪽 당 태양전지(20) 전체 면적의 101%에 해당하는 광량이 되므로 양쪽의 각 반사판에 의해 반사된 입사광은 202% 정도 증가되기 때문에 상기 태양전지셀(20)의 정면으로 직접 입사되는 100%의 광량과 합해서 약 3배(3.02배)가 된다.
이 때, 상기와 같은 태양광의 집중으로 인하여 상기 태양전지셀(20)에 전달되는 열량이 증가되므로 이를 적절한 온도로 냉각시켜 줄 필요가 있는데, 이와 같은 냉각은 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 구조를 통하여 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예는 상기 중앙부(40)와 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)은 하나의 판재를 프레스 절곡하여 형성하였기 때문에 기계적 강성 확보에 유리하여 외력에 의해 잘 변형되지 않으므로, 별도의 외곽 틀(보강재)을 생략하여도 충분한 기계적 강성을 확보할 수 있다.
아울러, 기계적 강성 보완을 위해 상기 제 2반사판(40b)의 각 끝단부도 반사면 반대 방향으로 추가적으로 절곡 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 추가 절곡 형성은 아래의 다른 실시예에도 같이 적용될 수 있다.
또한, 상기 중앙부(40)와 제 1반사판(40a) 및 제 2반사판(40b)은 열전도성이 우수하고 내구성이 좋은 알루미늄 금속 소재로 이루어지기 때문에 자체 방열이 원활하게 이루어진다.
(2) 제 2실시예(도 10, 11 참조)
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예는 도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 2개와, 상기 2개의 냉각식 태양전지모듈(25)가 각각 부착되는 2개의 중앙부(42)와 각각 2쌍의 제 1반사판(42a) 및 제 2반사판(42b)으로 이루어진다.
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예는 상기 제 1실시예의 구조를 2열 구조로 확장한 것으로, 상기 각 반사판들은 하나의 판재가 프레스에 의해 절곡되어 형성된다.
마찬가지로, 열전도성이 우수한 알루미늄과 같은 하나의 금속 판재를 프레스로 절곡하여 형성하였기 때문에 기계적 강성이 확보되어 외력에 대해 잘 변형되지 않는다.
이와 같이 이루어지면 상기 제 1실시예와 마찬가지로 각각의 태양전지셀(20)에 대해 약 3배의 태양광이 집중된다.
(3) 제 3실시예(도 12, 13 참조)
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 3실시예는 도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각식 태양전지모듈의 제 2실시예에서 설명한 흡열기(31)를 이용한 경우에 적용되는 반사판에 대한 실시예이다.
상기 흡열기(31)의 양측단에 나사 구멍을 형성하고, 상기 실시예들의 반사판 형성 각도와 같은 각도로 각 한 쪽씩 형성된 제 1반사판(43a)과 제 2반사판(43b)을 상기 나사 구멍에 나사(32)로 체결하였다.
그리고, 상기 제 1반사판(43a)과 상기 제 2반사판(43b)의 접경 부근의 배면(반사면 반대면)에 별도의 보강대(43c)를 부착하였다.
그리고, 이 제 3실시예는 상기 제 1반사판(43a)과 상기 제 2반사판(43b)의 반사면을 경면 처리하지 않고, 별도의 반사경(43)을 상기 제 1반사판(43a)과 상기 제 2반사판(43b)의 반사면에 부착하였다.
상기 반사경(43)은 유리 거울 또는 스테인리스 스틸 거울, 알루미늄 거울 등으로 구성될 수 있다.
(4) 제 4실시예(도 14, 15 참조)
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 4실시예는 도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 상기 제 3실시예와 마찬가지로 상기 냉각식 태양전지모듈의 제 2실시예에서 설명한 흡열기(31)를 이용하여 제 2실시예와 같이 이중으로 구성한 경우에 적용되는 반사판에 대한 실시예이다.
부재 번호가 동일한 구성 요소는 상기 제 3실시예와 같은 구조 및 기능을 하며, 단 각 반사판 즉, 보강재(43g)와 제 1반사판(43e) 및 제 2반사판(43f)만 2중으로 형성된다. 단, 서로 인접하는 각 반사판간을 보강하는 보강재(43h)는 하나로 이루어져, 서로 인접하는 각 반사판들 보강한다.
(5) 제 5실시예(도 16 참조)
본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 5실시예는 도 16에 나타낸 바와 같이, 각각 4각형으로 이루어진 냉각식 태양전지모듈(25)의 각 변에 상기 제 1실시예(도 9)와 같이 2단으로 이루어진 반사판(44)을 설치한 구조로, 각 냉각식 태양전지모듈(25)의 단위 면적당 약 5배의 태양광을 집중시킬 수 있는 구조이다.
상기와 같이 이루어지는 제 5실시예는 각각 2단 구조의 반사판(44)이 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 4방에 연결되기 때문에 서로 인접한 다른 반사판과의 사이에 공간(44a)이 발생되지만, 이는 설치 면적 증가 외에 발전 설비 상승 요인이 발생하지 않고 오히려 상기 태양전지셀(20)의 단위 면적 당 발전량이 증가하기 때문에 유리한 구조라고 할 수 있다.
또한 상기 공간(44a)을 통해 태양광의 일부가 지면에 도달하기 때문에 잔디나 음지 작물을 재배할 수도 있는 장점이 있다.
이와 같이 잔디나 음지 작물을 재배하면 지면을 별도로 포장하지 않고도 우천 시 흙탕물이 모듈에 묻는 것을 방지할 수 있으며, 식물에 의해 지열 상승을 차단하여 상기 태양전지(20)의 열화를 방지할 수 있는 이점도 있다.
(6) 제 6실시예(도 17, 18 참조)
본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전 장치의 제 6실시예는 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이, 냉각식 태양전지모듈(25)와, 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 전면(태양전지셀이 설치된 면)의 일측에 연결되어 지지해 주는 지지대(46)와, 상기 지지대(46)의 일단에 연결된 보조판(46a)과, 상기 보조판(46a)의 양 측단에 각각의 일측단이 위치되어 수직 입사광에 대한 반사광이 상기 냉각식 태양전지모듈(25) 전체 면적에 입사되게 설치된 한 쌍의 제 1반사판(47a, 48a)과, 상기 한 쌍의 제 1반사판(47a, 48a)의 측단에 연장 형성되거나 그 일측단이 연결되어 수직 입사광의 반사광이 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 전체 면적으로 입사되게 설치된 한 쌍의 제 2반사판(47b, 48b)과, 상기 한 쌍의 제 2반사판(47b, 48b)의 측단에 연장 형성되거나 그 일측단이 연결되어 수직 입사광의 반사광이 상기 냉각식 태양전지모듈(25)의 전체 면적으로 입사되게 설치된 한 쌍의 제 3반사판(47c, 48c)으로 구성된다.
상기 보조판(46a)과 각 반사판은 하나의 판재를 프레스로 절곡하여 형성하고, 상기 각 반사판은 물론 상기 보조판(46a)의 일면도 경면 처리되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 각 반사판의 폭은 각각의 각도와 상기 태양전지셀(20)의 폭을 고려하여, 각각의 반사판에 의한 반사광의 폭이 상기 태양전지셀(20)의 폭에 맞게 이루어지게 한다.
(7) 제 7실시예(도 19 참조)
본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전 장치의 제 7실시예는 도 19에 나타낸 바와 같이, 상기 제 6실시예의 구조를 2열 배치한 구조로 이루어지며, 각각의 구성 요소들은 같은 구조로 이루어진다.
(8) 제 8실시예(도 20 참조)
본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전 장치의 제 8실시예는 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈(25)의 제 1실시예 및 제 2실시예와 달리 다열 다행의 태양전지셀을 이용한 냉각식 태양전지모둘(60)와, 상기 냉각식 태양 전지모듈(60)를 이용한 태양광 발전 장치의 제 1실시예(도 9)와 같은 2단 구조로 이루어진 반사판(61)과, 상기 반사판(61)이 장착되어 회전이 가능하면서 지면에 대해 평행하게 설치된 회전축(62)으로 구성되어, 상기 반사판(61)의 방향을 태양의 위치에 맞게 회전시킬 수 있는 것이다.
(9) 제 9실시예(도 21 참조)
본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전 장치의 제 9실시예는 도 21에 나타낸 바와 같이, 냉각식 태양전지모듈(70)와, 상기 제 8실시예와 같은 2단 구조의 반사판(71)과, 상기 반사판(71)을 설치 지역의 위도 각도와 같은 각도로 경사지게 설치되어 회전하는 회전축(72)으로 구성되어, 상기 반사판(71)의 방향을 태양의 위치에 맞게 회전시킬 수 있는 것이다.
(10) 제 10실시예(도 22 참조)
본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전 장치의 제 10실시예는 도 22에 나타낸 바와 같이, 상기 제 8실시예와 비슷한 구조로 이루어진 발전장치(80)를 각각의 구동축(81)을 이용하여 추적 제어형으로 다수를 병렬운전 하는 실시예이다.
즉, 각각 구동축(81)에 의해 지지되어 회전하는 발전 장치(80)을 수압 실린더(82)로 회전시키도록 하고, 상기 수압 실린더(82)의 구동원은 상수도(83)의 수압 을 이용한다.
상기와 같이 추적 제어에 필요한 구동원으로 상수도(83)의 수압을 이용한 수압 실린더(82)를 이용하기 때문에 별도의 에너지원을 이용하는 유압이나 전동 실린더를 이용하는 종래의 단축 추적 제어 태양광 발전시스템보다는 추가적인 장치나 전력이 들지 않아서 제조가 쉽고 경제적이며 보다 효율 높은 발전을 할 수 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 사시도.
도 2는 종래의 다른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 구조를 설명하기 위한 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 구조를 설명하기 위한 다른 각도의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예에서 태양 전지의 구조를 설명하기 위한 설명도.
도 6은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 1실시예의 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 냉각식 태양전지모듈의 제 2실시예의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예의 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 1실시예의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예의 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 2실시예의 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 3실시예의 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 3실시예의 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 4실시예의 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 4실시예의 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 5실시예의 평면도.
도 17은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 6실시예의 단면도.
도 18은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 6실시예의 사시도.
도 19는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 7실시예의 사시도.
도 20은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 8실시예의 정면도.
도 21은 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 9실시예의 측면도.
도 22는 본 발명에 따른 집광형 냉각식 태양광 발전장치의 제 10실시예의 사시도.

Claims (16)

  1. 부착되는 흡열판에 밀착되어 내부로 냉매를 흘려 냉각시키는 흡열기와 냉매공급장치를 구비하여 태양광발전을 일으키기 위한 발전장치에 있어서,
    입사되는 태양광으로부터 전기를 생성하는 다수의 태양전지셀이 직렬로 배열되고 중앙에 위치하는 태양전지셀유닛과;
    상기 태양전지셀유닛의 양쪽으로 서로 마주보고 대응되도록 쌍을 이루어 순차적으로 연이어 2단으로 형성되는 첫번째단의 제1반사판 및 두번째단의 제2반사판을 포함하되;
    상기 제1반사판은 상기 태양전지셀유닛의 양쪽 측단으로부터 각각 그 일단이 연결되고, 각각 상기 태양전지셀 전체로 반사시켜 집광되도록 상기 태양전지셀유닛에 대해 안쪽으로 115.5˚ 각도만큼 기울어지게 설치되며;
    상기 제2반사판은 상기 제1반사판 각각의 외측방향으로 그 일단이 각각 연결되고, 상기 태양전지셀유닛에 대한 수직 방향으로의 입사광을, 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 반대방향의 또다른 일측에서는 상기 태양전지셀유닛의 중앙에서부터 대각방향의 상기 제1반사판 연결부분까지의 영역에, 각각 상호 교차반사하여 집광시키도록 상기 태양전지셀유닛 방향으로 향하도록 상기 제1반사판 보다 안쪽으로 5.2˚ 각도만큼 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는, 집광형 냉각식 태양광 발전장치.
  2. (삭 제)
  3. (삭 제)
  4. (삭 제)
  5. (삭 제)
  6. (삭 제)
  7. (삭 제)
  8. (삭 제)
  9. (삭 제)
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제1반사판과 제2반사판은
    일면이 금속 소재로 경면 처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 집광형 냉각식 태양광 발전장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제1반사판과 제2반사판은 상기 태양전지셀유닛에 대해 양측으로의 연장 및 4변으로의 연장 중 어느 한 형태로 연장 설치되는 것이 가능하고;
    상기 태양전지셀유닛은 사각의 각 변 방향으로 연장 설치되는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 집광형 냉각식 태양광 발전장치.
  12. (삭제)
  13. (삭제)
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