KR100967309B1 - 태양광 발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광 발전기는 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트에 회전가능하게 설치되며, 내부에 다수의 나선형 날개가 형성된 회전체, 상기 회전체의 외주면에 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 광전지 셀, 상기 베이스 플레이트에 설치되며, 상기 회전체를 회전시키는 구동수단, 상기 회전체로부터 일정거리 이격되어 설치되되, 태양광을 굴절시켜 집속시키는 렌즈, 상기 렌즈를 지지하는 지지수단으로 구성됨으로써 광전지 셀 및 그 주변부에서 발생되는 열을 신속히 제거할 수 있으며, 렌즈의 크기를 대형화 할 수 있는 효과를 갖게 된다.

Description

태양광 발전기{Solar energy power generation system}

본 발명은 태양광 발전기에 관한 것이다.

일반적으로 집광수단을 구비한 태양광 발전장치들은 렌즈 등에 의해 집속된 태양광을 광전지 셀에 집중시킴으로써 태양광으로부터 전기에너지를 얻고 있다.

통상, 다수의 렌즈들을 설치하고, 각 렌즈의 하부에 광전지 셀을 배치하는 형태로 사용되어 왔는데, 이와 같은 집광형 태양광 발전장치들은 태양광을 집속하여 사용하며, 이로 인해 광전지 셀의 면적을 작게 형성할 수 있어서 성능과 비용면에서 우수한 특성을 가지고 있으므로 자주 사용되어 왔다.

그러나, 이러한 집광형 태양광 발전장치에서는 필요한 양의 전기 에너지를 얻기 위해 렌즈의 크기를 크게 할 경우에 하나의 광전지 셀에 많은 태양광이 집중됨으로써 많은 열이 발생되는 문제가 있어서 다수의 소규모의 렌즈들과 광전지 셀들을 배치하는 형태로 이용되어져 왔으며, 광전지 셀에 정확히 집광하기 위해서는 렌즈들과 광전지 셀 간의 일정 거리가 확보되어야 하므로 발전기 전체의 부피가 커지는 문제가 있었으며, 상기와 같이 다수의 소규모의 렌즈들과 광전지 셀들을 사용하더라도 채광부인 렌즈들에 의해 집광된 고밀도의 태양광이 광전지 셀에 집중됨으로 인해 발생되는 많은 열을 충분히 제거하기에는 어려움이 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 본 발명은 부피를 줄이면서도 고효율로 발전이 가능한 태양광 발전기를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 효율적이며 간단한 구조의 냉각수단을 구비함으로써 광전지 셀 및 그 주변부에서 발생되는 열을 신속히 제거할 수 있는 태양광 발전기를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 외부 환경, 특히 우천시 영향을 받지 않는 안정성 있는 태양광 발전기를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명인 태양광 발전기는;

베이스 플레이트;

상기 베이스 플레이트에 회전가능하게 설치되며, 내부에 다수의 나선형 날개가 형성된 회전체;

상기 회전체의 외주면에 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 광전지 셀;

상기 베이스 플레이트에 설치되며, 상기 회전체를 회전시키는 구동수단;

상기 회전체로부터 일정거리 이격되어 설치되되, 태양광을 굴절시켜 집광시키는 렌즈;

상기 렌즈를 지지하는 지지수단으로 구성된다.

그리고, 상기 지지수단은 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 다수의 봉상의 지지체들 및 상기 지지체들에 의해 지지되며 중앙에 상기 렌즈가 설치된 상부 플레이트로 구성된다.

그리고, 상기 베이스 플레이트 상부에는 상기 회전체, 구동수단 및 렌즈를 덮을 수 있는 반구형의 커버가 설치된다.

그리고, 상기 커버의 상면에는 단열 안전필름이 코팅된다.

또한, 상기 지지수단은 전후좌우로 세워 설치된 4개의 직사각형 투명 지지 플레이트들 및 상기 지지 플레이트들에 의해 지지되며 중앙에 상기 렌즈가 설치된 상부 플레이트를 포함하되, 상기 지지 플레이트들과 상부 플레이트는 베이스 플레이트와 결합하여 폐쇄된 내부공간을 형성되도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 좌우로 설치된 지지 플레이트에는 원형 홀이 형성되고, 상기 회전체의 양단부에는 직경이 작아지는 소경부를 형성하되, 상기 원형 홀에 상기 원통의 소경부를 삽입하여 지지하도록 구성된다.

그리고, 상기 렌즈는 구형 렌즈로 구성된다.

그리고, 상기 베이스 플레이트의 하면에는 태양광선과 베이스 플레이트 상면이 수직을 이루도록 베이스 플레이트의 방향을 조정하는 태양광 추적 제어 모듈이 설치된다.

이와 같은 본 발명은 하나의 대형 구형렌즈를 통하여 집광을 함으로써 다수의 렌즈를 설치할 필요가 없고 렌즈와 광전지 셀 간의 거리를 짧게 함으로써 부피도 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 렌즈를 통해 집광을 함으로써 고효율의 태양광 발전기를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 효율적이며 간단한 구조의 냉각수단을 구비함으로써 광전지 셀 및 그 주변부에서 발생되는 열을 신속히 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 회전체가 설치된 내부가 밀폐되어 외부 환경에, 특히 우천시 영향을 받지 않으므로 그에 따른 유지비용 등을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전기를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 회전체를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 또 다른 실시예를 도시한 구성도
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 또 다른 실시예의 도시한 분해도.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적 모듈의 작동상태를 도시한 상태도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명인 태양광 발전기는 베이스 플레이트(1), 회전체(2), 광전지 셀(3), 렌즈(4), 상부 플레이트(5), 지지체(6) 등으로 구성된다.

먼저 베이스 플레이트(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명인 태양광 발전기의 하부를 구성하는 판 형태의 부재이다. 상기 베이스 플레이트(1)는 원형, 다각형 등 어떠한 형태를 선택하더라도 무방하나, 후술할 커버(13)나 또 다른 실시예인 지지 플레이트들(8)과 결합되어 밀폐공간을 형성할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 베이스 플레이트(1)의 상면에는 회전하는 중공 원통형상의 회전체(2)가 설치되며, 이 회전체(2) 일측의 베이스 플레이트(1) 상면에는 모터(M)와 같은 구동수단이 설치되어 상기 회전체(2)를 적정한 속도로 회전시키게 된다.

여기서, 구동수단과 회전체(2)의 연결방식과 상기 회전체(2)의 지지방식은 이 기술이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 방식으로 한다.

그리고, 상기 회전체(2)의 외주면에는 원주방향으로 일정 간격을 두고 다수 개의 광전지 셀(3)이 설치되어 투입되는 태양광 에너지로부터 전기를 발생시키게 된다.

또한, 상기 회전체(2)의 내주면에는 도 2에 도시된 바와 같이 중심을 향해 돌출된 다수의 날개(7)를 형성하며, 이 날개는 상기 회전체(2)의 길이방향을 따라 나선형으로 형성하되 연속적으로 형성하여 회전체(2)가 회전하면 이 회전체(2)의 내부로 공기가 강제 유입 및 배출되어 순환하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 회전체(2)는 구동수단에 의해 회전하게 되고 후술할 렌즈(4)에 의해 집속된 태양광이 광전지 셀(3)에 집중되는 동안 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하게 되는데, 태양광이 하나에 광전지 셀(3)에 투여되는 종래의 방식에 비해 회전체(2) 외주면에 일정 간격을 가지고 형성된 다수의 광전지 셀(3)에 교대로 투여됨으로 인해 작은 면적에서 집광효과가 이루어지며 열발생을 분산시킬 수 있다.

더욱이 상기 회전체(2)에는 내부에 날개(7)가 형성되어 상기 회전체(2)를 일정 속도로 회전시키면 회전체(2)의 내부로 공기가 유동하여 냉각 효과를 높일 수 있으며, 이때 상기 날개(7)는 냉각핀으로서의 역할도 하게 됨으로 냉각 효과가 배가될 수 있다.

상기 회전체(2)의 날개(7)가 회전체(2) 내부를 냉각시킨다면, 후술 될 냉각팬(12)은 베이스 플레이트(1)로부터 태양광 발전기의 상부 전체를 덮는 반구형의 커버(13) 안의 내부공간(S)을 냉각시킨다.

상기 회전체(2)는 상기 구동수단에 의해 항상 일정 속도로 회전할 수도 있으나, 별도의 제어수단과 온도센서를 설치하여 필요시에만 회전체(2)가 회전하도록 함으로써 전기 에너지의 낭비를 줄일 수 있다.

이때 상기 온도센서는 회전체(2)의 광전지 셀(3) 주변에 다수 개를 설치하는 것이 바람직하다.

상기 온도센서는 광전지 셀(3)의 온도를 감지하여 제어수단에 전달하게 되고, 제어수단은 감지된 온도 값과 기준 온도 값을 비교하여 회전체(2)의 회전 각도나 회전 속도를 결정하고 상기 구동수단에 전기적 신호를 보냄으로써 제어한다.

구체적인 제어방법에 대해 설명하면, 구동 초기 단계, 즉 회전체(2)가 정지하고 있는 상태에서 특정 광전지 셀(3)에만 태양광이 집중됨으로써 특정 광전지 셀(3)에만 과열이 발생되는 단계에서는 회전체(2)가 일정 각도만큼 회전하여 다음 광전지 셀에 태양광이 집중될 수 있도록 회전체(2)의 회전 각도를 제어한다.

그리고 정상 구동 단계, 즉 상기한 바와 같은 회전체(2)의 회전 각도를 제어하는 단계를 통해 회전체(2)에 설치된 광전지 셀들(3)이 모두 일정 온도에 도달 시에는 회전체(2)를 계속 회전시키면서 회전 속도(rpm)를 제어하게 된다.

그리고, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 태양광을 모아서 상기 광전지 셀(3)에 집중함으로써 발전 효과를 높이게 되는데, 이를 위해 렌즈(4)가 사용된다.

상기 렌즈(4)로는 구형렌즈(4)가 사용됨이 바람직한데, 구형렌즈는 볼록렌즈에 비해 가까운 거리에 광을 집중시킬 수 있으므로 렌즈와 광전지 셀 간의 거리를 가깝게 설정할 수 있으며, 이로 인해 태양광 발전기의 전체 부피를 줄일 수 있게 된다.

그리고, 상기 렌즈는 상부 플레이트(5)의 중앙에 설치되며, 상기 상부 플레이트(5)는 다수의 봉상의 지지체(6)들로 지지되는데, 상기 지지체(6)들의 하부는 베이스 플레이트(1)에 고정되고, 상부는 상부 플레이트(5)에 고정된다.

여기서, 상기 지지체(6)와 상부 플레이트(5)의 결합은 나사결합 등의 일반적으로 알려진 방법을 통해 결합하되, 상기 베이스 플레이트(1)와 상부 플레이트(5)간의 거리를 조절할 수 있도록 함이 바람직한데, 이는 렌즈(4)와 광전지 셀(3) 간의 간격을 조절함으로써 집속된 태양광이 정확히 광전지 셀(3)에 집중하도록 하기 위함이다.

상기 지지체(6)의 수는 4개가 바람직하다.

한편, 베이스 플레이트(1)의 상부에는 베이스 플레이트(1)와 함께 밀폐공간을 형성하는 반구형의 커버(13)가 설치되는데, 이 커버(13)는 상기 베이스 플레이트(1)의 상부에 설치된 회전체(2), 모터(M) 및 기타 전기적 연결수단을 덮어서 내부공간(S)을 형성함으로써 내부공간(S)에 우천시 유입될 수 있는 물이나, 기타 오염물 등에 의해 본 발명인 태양광 발전기에 고장이 발생되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 커버(13)는 투명한 재질로 함이 바람직하다.

또한, 상기 커버(13)의 외면에는 단열 안전필름으로 코팅함이 바람직하다.

이 단열 안전필름은 광전지 셀(3)에서의 열 발생의 원인이 되는 적외선을 부분적으로 차단할 수 있는 필름으로 시판되고 있는 솔라메이트사에서 제작한 제품을 사용하거나 유사한 기능을 가진 다른 회사의 제품을 사용하면 될 것이다.

또한, 상기한 바와 같이 커버(13)와 베이스 플레이트(1)를 사용하여 밀폐공간을 형성할 경우, 내부에 열이 집적될 수 있으므로 베이스 플레이트(2)에 별도의 구멍을 형성하고 여기에 냉각팬(12)을 설치하여 냉각을 시킬 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면으로 이에 대해 설명하면, 상기 지지체(6)와 상기 커버(13) 대신에 전후좌우면을 완전히 밀폐시켜 내부공간(S)을 형성하도록 다수의 판 형태인 지지 플레이트들(8)로 상기 상부 플레이트(5)를 지지할 수 있다.

이때 도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전체(2)의 양단에는 직경이 작은 소경부(9)를 형성하고, 상기 지지 플레이트들 중 마주보는 2개의 지지플레이트에는 상기 회전체(2)의 소경부(9)가 삽입되어 지지되며 회전할 수 있는 원형 홀(15)을 형성한다.

이때 상기 원형 홀(15)과 상기 회전체의 소경부(9) 사이에는 그리스 등의 윤활제를 투여함이 바람직하다.

그리고 모터(M)는 베이스 플레이트(1)의 상면에 설치하되 상기 내부공간(S)에 위치하며, 모터(M)의 축에 기어(G1)를 형성하고, 상기 회전체(2)의 일측 외주면에도 기어(G2)를 형성하여 양 기어들을 결합시킴으로써 모터(M)가 회전체(2)를 구동하도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 회전체(2)의 내부만 외부와 통해 있고, 회전체(2)의 외부는 밀폐된 내부공간(S) 내에 위치함으로써 주요 구성요소인 광전지 셀(3) 등이 외부환경에 영향을 받지 않게 된다. 특히 본 발명은 우천시와 같은 경우에 빗물이 발전기 내로 유입되어 고장을 발생시키는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 본 발명의 태양광 발전기에서는 상기 베이스 플레이트(1)의 하면에 태양광 추적 제어 모듈(11)이 설치된다.

상기 태양광 추적 제어 모듈(11)은 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명인 태양광 발전기가 가장 효율적인 발전을 하기 위한 방향으로 베이스 플레이트(1)의 방향을 조정하는 장치로 일반적으로 사용되는 태양광 발전기의 태양광 추적장치를 이용할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 회전체(2), 날개(7)와 같은 냉각수단을 통해 광전지 셀(3)에 집중되는 열을 신속히 제거할 수 있어서 렌즈의 크기를 크게 할 수 있으므로 종래기술과 같이 다수의 소형 렌즈와 광전지 셀을 설치하지 않고도 하나의 대형 렌즈와 적은 수의 광전지 셀(3)을 통해 고효율의 태양광 발전을 수행할 수 있다.

이하, 본 발명인 태양광 발전기의 작동과정을 살펴보면, 먼저 태양광 추적 제어모듈(11)은 태양의 위치와 방향을 센서 등을 통해 감지하여 베이스 플레이트(1)의 방향이 태양광의 투입방향과 일치하도록 조정한다.

이때 태양광은 상부 플레이트(5)에 설치된 렌즈(4)에서 집속되어 회전하는 회전체(2)에 설치된 광전지 셀(3)에 투입된다. 투입된 태양광으로부터 상기 광전지 셀(3)은 전기를 생산하며, 여기서 생산된 전기는 다양한 형태로 제작 및 배치될 수 있는 선로를 통해 배터리에 저장되게 된다.

상기 배터리는 상기 상부 플레이트(5)의 하면에 배치하거나, 실시자가 적소라고 판단되는 곳에 배치하면 될 것이다.

이렇게 저장된 전기 에너지는 모터(M)를 구동하여 회전체(2)를 회전시키며, 태양광 추적 모듈(11)을 구동시키는데 이용되며, 나머지 전력은 다른 여러 용도(가로등에 설치할 경우 가로등을 켜는데 사용된다)도 사용될 수 있게 된다.

1: 베이스 플레이트 M: 모터
2: 회전체 G1, G2: 기어
3: 광전지 셀 S: 내부 공간
4: 렌즈
5: 상부 플레이트
6: 지지체
7: 날개
8: 지지 플레이트
9: 소경부
11: 태양광 추적 모듈

Claims (8)

1. 베이스 플레이트;
   상기 베이스 플레이트에 회전가능하게 설치되며, 내부에 다수의 나선형 날개가 형성된 회전체;
   상기 회전체의 외주면에 서로 일정 간격 이격되어 설치되는 광전지 셀;
   상기 베이스 플레이트에 설치되며, 상기 회전체를 회전시키는 구동수단;
   상기 회전체로부터 일정거리 이격되어 설치되되, 태양광을 굴절시켜 집광시키는 렌즈;
   상기 렌즈를 지지하는 지지수단으로 이루어지며;
   상기 지지수단은 상기 베이스 플레이트 상에 설치되는 다수의 봉상의 지지체들 및 상기 지지체들에 의해 지지되며 중앙에 상기 렌즈가 설치된 상부 플레이트를 포함하며;
   상기 베이스 플레이트 상부에는 상기 회전체, 구동수단 및 렌즈를 덮을 수 있는 반구형의 커버가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 커버의 상면에는 단열 안전필름이 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 렌즈는 구형 렌즈인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 베이스 플레이트의 하면에는 태양광선과 베이스 플레이트 상면이 수직을 이루도록 베이스 플레이트의 방향을 조정하는 태양광 추적 제어 모듈이 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 발전기
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