KR101012827B1 - 거울제어 태양전지모듈 및 이의 거울제어방법 - Google Patents
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Abstract
입사 태양광으로 광발전하는 태양전지셀과, 이 태양전지셀의 양측에 소정거리로 상방 이격 배설되어 상기 입사 태양광을 상기 태양전지셀로 반사 및 집광하는 복수의 집속거울을 포함하는 거울제어 태양전지모듈에 있어서, 상기 복수의 집속거울을 이에 각각 연결된 복수의 회전축을 중심으로 소정의 기울기 각도로 회전시키는 회전수단과, 상기 집광되는 입사 태양광의 출력이 최대가 되도록 상기 기울기 각도를 조절하는 제어수단을 포함하여, 거울의 각도를 제어하여 입사되는 태양 광출력을 최대화하여 태양전지의 효율을 높인다.
태양전지, 집속거울, 회전축, 축홀더
Description
본 발명은 태양전지모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집속거울을 포함하여 태양광을 추적하는 태양전지모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 태양전지모듈에서의 집속거울을 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고정된 태양전지는 도 1과 같이 일출 시부터 일몰 시까지 태양의 위치가 동쪽에서 서쪽으로 이동하면서 태양전지와 태양광이 이루는 각도가 달라 입사되는 광량이 시각과 계절에 따라 차이가 발생한다. 이때 지구를 구라고 가정하고, 천정(지표면의 수직선)과 태양이 이루는 각 θs에 따른 정사영 cosθs 및 지표면에 도달한 태양 광출력 Ps를 공전과 자전 및 Air Mass를 고려하여 하지 때의 북위 37도 지점을 근사적으로 시뮬레이션하면 지구의 자전각 ΦE에 따라 도 2와 같이 나타난다. 여기에서, 태양이 자전각 90도에 위치해 있다고 가정하였다. Air Mass는 공기에서의 태양광의 흡수를 나타내기 위한 지수로, 태양광의 흡수가 공기의 통과 거리에 비례하므로 지표면에서 태양이 천정에 있을 때를 기준으로 1로 나타내며, 천정과 이루는 각 θs에 대해 1/cosθs로 표현된다. 태양전지를 지표면에서 수직방향으로 움직여 대기를 벗어나서 공기의 흡수율이 없는 지점이 되면, Air Mass는 0 이 된다. 시뮬레이션에 사용한 Air Mass에 따른 지표면에서의 태양 광출력을 근사한 그래프를 도 3에 나타내었다.
또한, 태양전지와 태양이 이루는 각에 따라 태양전지셀의 표면에서 간섭과 굴절로 태양전지셀 안으로의 투과율에도 차이가 생긴다. 이에 대한 특성을 보호막이 최적 두께로 형성되었다고 가정하여 실리콘 태양전지셀로의 태양광의 투과율을 시뮬레이션하면 도 4와 같이 된다. 이를 이용하여 자전각 ΦE에 따른 투과율을 계산하면 도 5와 같이 된다. 도 5에서는 태양전지의 놓인 자세에 따라 투과율이 다르게 되는데, 입사각 θ를 태양전지의 수직선과 태양전지모듈로의 입사 태양광(140)이 이루는 각이라고 하면, θ=θs인 경우는 태양전지를 지면과 평행하게 설치한 경우이고, θ=0도인 경우는 태양을 추적하여 항상 태양전지 면을 태양과 수직이 되게 해 준 경우이다. θ:θc=θE인 경우는 태양전지 면을 지표면과 평행하게 한 후 태양이 남중 시에 지면으로부터 북쪽으로 향하는 태양전지를 위도만큼 세워 수직이 되게 설치해 준 경우이다. 여기서는 북위 37도를 가정했으므로(즉 θE = 37도) 37도 세워서 설치해 준 경우이다. θc는 태양전지 면이 지표면과 평행하게 한 후 북극과 만나는 접선으로부터 태양전지를 세워서 설치해 준 각도이고, θE는 북반구에서는 90도 - (위도), 남반구에서는 90도 + (위도)를 나타낸다.
그리하여 태양전지 표면에 도달한 태양 광출력은 도 6과 같이 θ=0도인 경우 최대가 되며, 하지 때에는 지표면에 평행하게 해 준 경우(θ=θs)가 위도 37도만큼 세워 준 경우보다 높은 광출력을 갖게 된다. 그러나, 현실적으로 사계절에 대해 평 균적으로 태양전지 표면의 광출력을 변동이 작게 유지해 주려면, 태양전지를 고정 배치하는 경우 위도만큼 북쪽으로 각도를 높이 설치해 주게 된다. 따라서, 태양전지 표면 광출력 비율은 θ=0도, θ=θs, θ:θc=θE(태양 전지 위도 설치) 각각의 경우에 대해 1, 0.73, 0.62의 비율이 된다. 따라서, 태양추적의 필요성이 발생하게 된다.
도 7은 태양전지셀의 보호막 두께가 최적화되었을 때의 예를 들어 실리콘 태양전지셀로 입사되는 광투과율을 고려한 그래프로 입사 광출력의 비율은 θ=0도, θ=θs, θ:θc=θE(태양전지 위도설치) 각각의 경우에 대해 1, 0.72, 0.60의 비율로 그 차이는 증가하게 된다. 실질적으로 태양전지모듈의 보호용 투명 덮개가 있는 경우는 더욱더 비율에 차이가 발생을 하게 된다.
이러한 결과로부터 일출부터 일몰까지의 전체 태양광의 입사량을 최대로 하려면, 태양전지의 각도를 태양에 맞추어 조정하여 주어야 한다.
종래에는 이를 해결하기 위하여 태양전지를 전체적으로 움직이거나 부분으로 이루어진 태양전지를 움직여 줌으로써 구현하였다. 또, 다른 방법으로는 초점을 갖는 반사경을 초점을 중심으로 태양을 바라보는 각도를 조절함으로써 구현하여 주었다.
이때에 태양의 위치를 판단하는 방법으로는 지구에서의 위도와 경도를 입력하면 프로그램에 의하여 시간에 따른 태양의 위치를 계산하는 방법, 그리고, 다수의 수광소자를 광도파 구조를 구비하고 배열함으로써 수광소자의 위치별로 광량이 다를 경우 수광소자의 발생전류 혹은 발생전압이 낮은 쪽에 태양이 있는 것으로 판단하는 방법, 태양전지셀 자체에서 발생 되는 전압과 전류 및 전력의 미분값을 사용하여 태양의 위치를 파악하는 방법 등이 제시되었다.
그러나, 태양전지 전체를 한 몸체로 움직이는 경우는 태양전지의 면적이 커지면 현실적으로 불가능해진다. 또한, 부분적으로 나누어진 태양전지를 움직이는 경우에도 부분 태양전지들 간의 유격이 없는 경우에는 옆의 태양전지에 가려져 태양과 이루는 각도가 입사율이 높은 상태로만 됨으로써 무거운 태양전지모듈을 움직이는 것에 대해 상대적으로 그 효과가 반감되게 된다.
그리고, 태양의 위치를 추적하는 방법 중 프로그램을 사용하여 제어하는 방법은 지구에서의 위치별로 위도와 경도를 입력해야 하는 단점이 있고, 이를 인식하여 계산하는 컴퓨터와 같은 장치를 필요로 한다. 다수의 수광소자를 사용하는 경우는 광센서에서 인식되는 잡광에 의해 오동작하는 것을 방지하는 것이 주요 문제점이다. 태양전지 자체에서 발생 되는 전압, 전류, 전력의 미분치로 제어하는 경우에도 위치의 초기화 후 태양을 추적하게 되는데, 이때 태양전지모듈을 움직여 줌으로 인하여 큰 에너지 손실을 유발할 수 있다
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위의 종래의 기술들이 태양전지 전체를 움직이거나 부분 태양전지 자체를 움직임으로 인해 발생하는 에너지 손실을 감소시켜 주는 것이다. 또한, 추가적인 광센서를 사용하지 않으면서, 태양전지 자체를 움직이지 않고 그 일부를 움직임에 의해 태양의 위치에 따라 태양광의 입사량을 최대화하여 에너지 손실을 감소시켜 주는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 의한 거울제어 태양전지모듈은 입사 태양광으로 광발전하는 태양전지셀과, 이 태양전지셀의 양측에 소정거리로 상방 이격 배설되어 상기 입사 태양광을 상기 태양전지셀로 반사 및 집광하는 복수의 집속거울을 포함하고, 상기 복수의 집속거울을 이에 각각 연결된 복수의 회전축을 중심으로 소정의 기울기 각도로 회전시키는 회전수단과, 상기 집광되는 입사 태양광의 출력이 최대가 되도록 상기 기울기 각도를 조절하는 제어수단을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 복수의 집속거울은 일측 집속거울의 상단 및 이에 인접한 타측 집속거울의 하단이 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선상에 배열되고 상기 일측 집속거울의 하단 및 상기 타측 집속거울의 상단이 상기 축선상에 배열되도록 함으로써 초기화 정렬될 수 있다. 또한, 상기 기울기 각도는 상기 집속거울과 상기 태양전지셀이 이루는 각도로 되고 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선을 기준으로 하여 상기 축선의 일측 상방에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 0°보다 크고 135°미만이고 상기 축선의 다른 일측 상방에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 45°보다 크고 180°미만으로 될 수 있다. 또한, 상기 기울기 각도는 상기 초기화 정렬된 집속거울의 기울기 각도에 상기 입사 태양광이 상기 축선과 이루는 각도의 1/2 값을 더한 값으로 될 수 있다. 또한, 상기 회전수단은 상기 회전축에 연결되어 이를 구동하는 구동모터를 하나 이상 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 집속거울 중에서 일측 집속거울에 연결된 상기 복수의 회전축을 인접한 타측 집속거울에 연결된 복수의 회전축에 연결시켜 상호 연동되어 회전하도록 하는 복수의 연결수단을 더 포함하고, 이 복수의 연결수단은 상호 소정 거리로 평행하도록 상하 이격될 수 있다. 또한, 상기 복수의 회전축의 하나에 연결되어 이를 구동하는 구동모터를 하나 이상 더 포함할 수 있다. 또는, 상기 구동모터는 상기 복수의 회전축 중의 어느 하나에만 연결되고, 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선을 중심으로 하여 상기 구동모터가 연결된 회전축에 좌우 대칭인 위치의 상기 복수의 연결수단들에는 이들을 상호 연결하여 일체 연동하도록 하는 복수의 부가연결수단을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 복수의 회전축이 수납되어 활동가능한 복수의 슬릿을 더 포함하고, 상기 복수의 슬릿은 상기 각 연결수단과 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선의 교차점을 중심으로 하여 그 중심각이 상기 축선의 일측에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 -45°내지 45°의 범위이고 타측에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 135°내지 225°의 범위인 원호상으로 될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 상술한 구조를 갖는 거울제어 태양전지모듈의 거울제어방법은 상기 기울기 각도의 범위에서 최소값 및 최대값을 각각 θmin, θmax라고 하고 자연수 N에 대하여 θmin, (θmin+θmax)/N, 2(θmin+θmax)/N, ..., (θmin+θmax)의 순서로 각각의 발전출력 P를 측정하여 초기범위로 하는 제1단계와, 상기 초기범위 중에서 최대 광출력을 얻은 각도 θ0와 인접 두 각도 중의 더 큰 각도 θ1 간의 구간에서 θ2 = (θ0+θ1)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ2)를 측정하는 제2단계와, 상기 각 발전출력 P(θ0)와 P(θ1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 각을 θ*라 지정하고 이 θ*와 θ2를 새로운 제2구간으로 설정하며 θ3 = (θ*+θ2)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ3)를 측정하는 제3단계와, 상기 제3단계를 반복 수행하여 M번째 순서로는 새로이 설정된 θ*와 θM간의 구간에서 θM+1=(θ*+θM)/2를 계산하여 발전출력 P(θM+1)을 측정하고 이 발전출력 P(θ*)와 P(θM+1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 다시 θ*라고 지정하여 이 각과 θM+1을 새로운 구간으로 설정하고, 만일 θ* - θM+1을 계산하여 그 값이 임의의 소정값보다 작으면 상기 반복을 중단하는 제4단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 상술한 구조를 갖는 거울제어 태양전지모듈의 거울제어방법은 상기 기울기 각도의 범위에서 최소값 및 최대값을 각각 θmin, θmax라고 하고 자연수 N에 대하여 θmin, (θmin+θmax)/N, 2(θmin+θmax)/N, ..., (θmin+θmax)의 순서로 각각의 발전출력 P를 측정하여 초기범위로 하는 제1단계와, 상기 초기범위 중에서 최대 광출력을 얻은 각도 θ0와 인접 두 각도 중의 더 큰 각도 θ1 간의 구간에서 θ2 = (θ0+θ1)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ2)를 측정하는 제2단계와, 상기 각 발전출력 P(θ0)와 P(θ1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 각을 θ*라 지정하고 이 θ*와 θ2를 새로운 제2구간으로 설정하며 θ3 = (θ*+θ2)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ3)를 측정하는 제3단계와, 상기 제3단계를 반복 수행하여 M번째 순서로는 새로이 설정된 θ*와 θM간의 구간에서 θM+1=(θ*+θM)/2를 계산하여 발전출력 P(θM+1)을 측정하고 이 발전출력 P(θ*)와 P(θM+1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 다시 θ*라고 지정하여 이 각과 θM+1을 새로운 구간으로 설정하고, 만일 θ* - θM+1을 계산하여 그 값이 임의의 소정값보다 작으면 상기 반복을 중단하는 제4단계를 포함할 수 있다.
상기 게시된 발명으로 실시하면, 반사거울모듈을 가지는 태양전지모듈의 태양추적 시스템을 구현할 수 있으며, 또한 가벼운 반사거울을 움직임으로써 태양발전의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 8a 및 8b에 두 개 이상의 반사형 거울을 포함한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지의 일 실시예를 도시한다.
도 8a를 참조하면, 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(100)은 지지기판(101), 태양전지셀(102), 제1전극(103), 제2전극(104), 제1 및 제2 분기전극(105, 106)을 포함하는 제1모듈과, 집속거울(111) 및 이를 지지하는 지지대(112)를 포함하는 제2모듈과, 모듈 연결부(130)를 포함한다. 또한, 집속거울(111)에 연결된 회전축(151)과, 이 회전축(151)을 수납하고 지지대(112)에 고정된 축홀더(152)를 포함하는 거울제어부는 상기 제2모듈에 부가되어 거울의 각도를 조절하여 태양의 위치에 따라 최대 효율을 낼 수 있도록 제어한다. 또한, 본 발명은 이외에도 제2모듈과 유사한 형태로 태양전지셀(102)의 전면에 반사거울이 배치된 경우에도 적용가능하다. 또한, 회전축(151)은 집속거울(111)에 부착할 수도 있다.
상기 거울제어부는 집속거울(111)의 각도를 0o~180o의 범위로 조절하여 태양전지셀(102)에서의 발생전력이 최대가 되도록 피드백 제어한다. 집속거울(111)의 위치를 초기화하는 한 방법으로 태양전지셀(102)의 수직상부에서 근접한 집속거울(111)의 좌측종단과 우측종단이 서로 일직선상에 정렬되도록 한다. 이때, 태양광이 태양전지셀(102)에 수직으로 입사되었을 때 최대발전출력이 얻어진다. 또한, 태양광이 이와 같은 수직입사가 아니라 수직에서 소정 각도로 경사져 입사되는 경우 상기 집속거울(111)에 반사된 태양광이 수직 입사될 때와 같은 각도로 태양전지셀(102)에 도달될 수 있도록 상기 소정 각도의 반만큼 동일방향으로 집속거울(111)의 각도를 조절하여 주면 된다. 예를 들어, 거울의 각도를 초기화하는 방법으로서는, 복수의 집속거울(111)에 각각 대응되는 자연수를 k라 하고 태양전지셀(102)과 평행한 한 좌표축을 x-좌표로 표시할 때, k번째 거울(111)의 회전축(151) 혹은 축홀더(152)의 정 가운데 좌표를 xk, k번째 거울(111)의 좌측종단의 좌표를 xl,k, 우측종단의 좌표를 xr,k라고 하면, k번째 거울(111)의 좌측에 있는 k-1번째 거울(111)의 경우에는 마찬가지로 각각 xk-1, xl,k-1, xr,k-1로 되고, k번째 거울(111)의 우측에 있는 k+1번째 거울(111)의 경우에는 마찬가지로 각각 xk+1, xl,k+1, xr,k+1로 된다. 그리고, 태양전지셀(102)을 중심으로 하여 그 우측이나 좌측에 있는 거울들끼리 xr,k-1 = xl,k, xr,k = xl,k+1으로 되도록 설정함으로써 초기화한다. 즉, 일 거울(111)의 상단의 x축상 위치가 이와 인접하는 다른 일 거울(111)의 하단의 x축상 위치와 일치하도록 하고, 일 거울(111)의 하단의 x축상 위치가 이와 인접하는 다른 일 거울(111)의 상단의 x축상 위치와 일치하도록 함으로써 그림자가 생기지 않게 하여 초기화하는 것이다. 이때, k 번째 거울의 각도는 θmk0라고 정의된다.
도 9a 및 9b는 도 8a 및 8b의 거울제어부에 동력원으로서 구동모터(253)를 배설한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(200)의 일 구현예이다.
도 9a를 참조하면, 최대발전출력을 갖는 각도를 찾아내는 방법으로서, 집속거울(111)이 하나일 경우에는 전술한 바와 같으나, 2개 이상인 경우에는 집속거울(111) 모두 또는 일부의 각도를 동시에 제어해 주거나, 또는 하나만 제어할 수 있다.
그리고, 이러한 집속거울(111)의 각도는 공지된 모든 방법으로 제어가능하다. 일 예를 들면, 집속거울(111)의 각도를 최소값 내지 최대값의 범위에서 2회 이상 가변하며 발전출력이 큰 각도를 찾아가는 소위 이분법(bisection)이 적용가능하다. 즉, 전체 구간을 1/2로 분할하여 이 2개 구간 중 발전출력이 큰 구간으로 이동하고, 다시 그 선택된 구간을 1/2로 분할하고 새로 얻어진 이 2개 구간 중 발전출력이 큰 구간으로 이동하며 이러한 공정을 반복함으로써 발전출력이 최대가 되는 거울의 각도를 찾아가는 것이다. 따라서, 도 9a에 있어서 집속거울(111) 각도의 범위에서 최소값 및 최대값을 각각 θmin, θmax라고 하면, 먼저 초기 범위를 설정하기 위하여 이들 최소값 및 최대값 간의 범위를 자연수 N에 대하여 θmin, (θmin+θmax)/N, 2(θmin+θmax)/N, ..., (θmin+θmax)의 순서로 각각의 발전출력 P를 측정하여 소정의 저장수단에 기록한다. 그리고, 이 중에서 최대 광출력을 얻은 각도 θ0와 인접 두 각도 중의 더 큰 각도 θ1 간을 제1구간으로 설정하고 이에 이분법을 적용한다. 그리고, 제1단계로 θ2 = (θ0+θ1)/2를 계산하고 발전출력 P(θ2)를 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ0)와 P(θ1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 각을 θ*라 지정하고 이 θ*와 θ2를 새로운 제2구간으로 설정한다. 그리고, 제2단계로 θ3 = (θ*+θ2)/2를 계산하여 발전출력 P(θ3)를 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ*)와 P(θ2) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 새롭게 θ*라고 지정하고 이 각과 θ3를 새로운 제3구간으로 설정한다. 즉, 이러한 방법으로 자연수를 M이라 할 때 M번째 순서로 θM+1=(θ*+θM)/2를 계산하여 발전출력 P(θM+1)을 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ*)와 P(θM) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 다시 θ*라고 지정한 다음, 이 각과 θM+1을 새로운 구간으로 설정하여 이러한 단계들을 반복한다. 이때, M번째 순서에 대해서 θ* - θM+1을 계산하여 그 값이 원하는 수준보다 작으면 상기 반복을 중단한다.
도 10은 도 9a에서 구동모터(353)를 하나만 사용한 본 발명의 일 실시예이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(300)은 제1회전축(351), 제1축홀더(352), 구동모터(353) 및 제1거울연결몸체(354)를 포함하는 제1거울연결부와, 제2회전축(361), 제2축홀더(362), 부속슬릿(363) 및 제2거울연결몸체(364)를 포함하는 제2거울연결부와, 제어회로를 포함한다. 상기 제어회로는 최대 발전출력을 내는 각도를 찾아내어 그 각도를 이루도록 가동시킨다. 그리고, 집속거울(311)의 회전시 구동모터(353)가 부착되어 있는 첫 번째인 제1거울(311)이 회전하고 이에 따라 다른 거울들도 회전할 때(도 11 참조: 도 11은 거울들(311)이 각도 θ/2만큼 회전한 전후의 상태를 도시) 제1 및 제2 거울연결부와 평행하게 유지되도록 제3거울연결부(380)를 더 포함한다. 부속슬릿(363)은 한 개의 구동모터로 제1거울을 회전시킴으로써 제1 및 제2 연결부를 매개로 각각의 회전축(351)을 따라 소정의 각도로 회전할 수 있도록 하기 위하여 제2회전축이 슬릿 내에서 약간의 유격을 가지고 슬릿의 모양에 따라 이동할 수 있도록 설정된다. 이때 물론 구동축은 제1거울뿐만 아니라 다른 거울에도 임의로 설치할 수 있다.
또한, 부속슬릿(363)의 형상은 태양광의 이동에 따른 집속거울의 제어방법에 따라 결정될 수 있고 바람직하게는 하술하는 방법에 의해 결정될 수 있다. 도 11은 태양전지 모듈(300)의 중심을 기준으로 우측 제1번 거울에 구동모터(353)가 부착된 경우이다. 즉, 도 11에 도시하듯이 태양광(340)이 태양전지모듈의 연직선으로부터 각도 θ만큼 기울어져 입사될 때 거울(311)에 반사된 빛이 같은 각도로 태양전지셀(302)에 입사되기 위해서는, 각 거울(311)을 순서대로 자연수 k로 나타내면, k번째 거울에 대해 k번째 거울의 태양전지셀 면과 이루는 각도 θmk에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다.
θmk = θmk(θ) = θmk0 + θ/2
θmk0 = θmk(θ=0)
이때, θmk0는 태양광이 태양전지 면에 수직으로 입사될 때 k번째 거울의 각도이다.
그리고, 참고로 거울의 반사광(341) 각도 θrk0와 거울의 각도 θmk0 사이에는 다음과 같은 식이 성립된다.
θrk0 = 2θmk0 - π/2
이때, θrk0는 태양광이 태양전지 면에 수직으로 입사될 때의 태양전지 면으로부터 태양광의 반사 후의 각도이다.
또한, 도 11과 같이 거울추적장치가 설정되었을 때 부속슬릿(363)의 모양을 설정하기 위하여 도 11을 (x,y) 평면으로 하여 복소수로써 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다:
(x,y) = x + iy = r(cosφ + isinφ) = reiφ = r (φ)
이때, φ는 tan φ = y/x를 만족하는 각도이다.
또한, 도 11에 있어서 k번째 부속슬릿의 모양을 y k, k번째 거울의 하단으로부터 제1회전축(351)까지의 복소수를 p k, 제1회전축(351)에서 제2회전축(361)까지의 복소수를 r k, 제2회전축(361)에서 k번째 거울의 상단까지의 복소수를 q k라고 하고, 태양전지 모듈(300)의 중심을 기준으로 우측 제1번 거울로부터 상기 중심을 기준으로 좌측의 제1번 거울까지의 복소수를 - s 라고 지칭한다. 또한, 다시 한번 표현의 단순화를 위해 구동모터(353)가 설치된 제1번 거울의 제1회전축(351)으로부터 제k번 거울의 제2회전축(361)까지의 복소수를 z k 라고 하면, 다음과 같이 복소수로 정의된다.
z k = z k(θmk) = z k(θmk(θ))
z k0 = z k(θmk(θ=0))
그러면, 태양전지모듈(300)의 중심선의 좌측거울에 대응되는 자연수 k에 대해 전체 거울의 개수가 N개라고 하고 도 11과 같이 대칭적으로 짝수개의 거울이 배치되었다고 하면, Σn=N/2+1 N/2 = 0이라고 할 때
z k = - p 10 - s + Σn=N/2+1 k-1[(pn + qn + rn) cos(θmn0)] + p k0 + r k (k≥N/2+1)이 되고, 우측거울에 대응되는 자연수 k에 대해, 즉 구동모터(353)가 부착된 거울의 좌측에 위치한 거울들에 대해,
z k = - p 10 + Σn=1 k-1[(pn + qn + rn) cos(θmn0)] + p k0 + r k (k≥2)
와 같이 표현된다. 그러면, 부속슬릿(도 10의 "363")의 모양은
y k = z k - [ z 1 + z k0 - z 10] = z k - z k0 - ( z 1 - z 10) = r k - r k0 - ( r 1 - r 10)
= (rk eiθmk0 - r1 eiθm10)(eiθ/2 - 1)
= [rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)](eiθ/2 - 1)
만일 우측거울에 대응되는 k에 대해 0°< θmk0 < 90°이고, 상기 y k는 k번째 거울의 제2회전축(361)을 원점으로 반지름이 [rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)]이고 중심이 -[rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)]의 위치에 있는 원호로 -90°< θ < 90°이므로 -45° < θ/2 < 45°의 범위에 해당되는 원호로 된다.
그리고, 좌측거울에 대응되는 k에 대해 90°< θmk0 < 180°이므로 y k는 다음과 같이 표현된다.
y k = [rk cos(π-θmk0) + r1 cos(θm10)](ei(π-θ/2) + 1)
즉, k번째 제2회전축(361)을 원점으로 반지름이 [rk cos(π-θmk0) + rj cos(θmj0)]이고 중심이 [rk cos(π-θmk0) + rj cos(θmj0)]의 위치에 있는 원호로 135°< π+θ/2 < 225°의 범위에 해당되는 원호로 된다. 단, 상기 식들에서는 라디안(radian)을 단위로 각을 표시하였고, 그 외 전술내용에서는 각도(°, degree)를 단위로 각을 표시한 것이다.
만일 본 발명과 같은 장치를 하지 않을 경우에는 각 거울의 각도를 따로 일일이 제어하여야 하므로 거울의 개수만큼의 구동모터와 제어회로가 필요하게 된다. 또한, 이러한 태양전지들을 여러 개 배열하여 태양의 위치를 추적하는 경우, 태양추적회로를 한 개의 태양전지모듈에만 적용하여 나머지 태양전지모듈들의 거울의 각도를 같은 각도로 제어할 수 있게 하면, 태양추적회로가 추가적으로 필요하지 않고 회로의 동작에 필요한 에너지가 절감된다.
도 8a를 참조하면, 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(100)은 지지기판(101), 태양전지셀(102), 제1전극(103), 제2전극(104), 제1 및 제2 분기전극(105, 106)을 포함하는 제1모듈과, 집속거울(111) 및 이를 지지하는 지지대(112)를 포함하는 제2모듈과, 모듈 연결부(130)를 포함한다. 또한, 집속거울(111)에 연결된 회전축(151)과, 이 회전축(151)을 수납하고 지지대(112)에 고정된 축홀더(152)를 포함하는 거울제어부는 상기 제2모듈에 부가되어 거울의 각도를 조절하여 태양의 위치에 따라 최대 효율을 낼 수 있도록 제어한다. 또한, 본 발명은 이외에도 제2모듈과 유사한 형태로 태양전지셀(102)의 전면에 반사거울이 배치된 경우에도 적용가능하다. 또한, 회전축(151)은 집속거울(111)에 부착할 수도 있다.
상기 거울제어부는 집속거울(111)의 각도를 0o~180o의 범위로 조절하여 태양전지셀(102)에서의 발생전력이 최대가 되도록 피드백 제어한다. 집속거울(111)의 위치를 초기화하는 한 방법으로 태양전지셀(102)의 수직상부에서 근접한 집속거울(111)의 좌측종단과 우측종단이 서로 일직선상에 정렬되도록 한다. 이때, 태양광이 태양전지셀(102)에 수직으로 입사되었을 때 최대발전출력이 얻어진다. 또한, 태양광이 이와 같은 수직입사가 아니라 수직에서 소정 각도로 경사져 입사되는 경우 상기 집속거울(111)에 반사된 태양광이 수직 입사될 때와 같은 각도로 태양전지셀(102)에 도달될 수 있도록 상기 소정 각도의 반만큼 동일방향으로 집속거울(111)의 각도를 조절하여 주면 된다. 예를 들어, 거울의 각도를 초기화하는 방법으로서는, 복수의 집속거울(111)에 각각 대응되는 자연수를 k라 하고 태양전지셀(102)과 평행한 한 좌표축을 x-좌표로 표시할 때, k번째 거울(111)의 회전축(151) 혹은 축홀더(152)의 정 가운데 좌표를 xk, k번째 거울(111)의 좌측종단의 좌표를 xl,k, 우측종단의 좌표를 xr,k라고 하면, k번째 거울(111)의 좌측에 있는 k-1번째 거울(111)의 경우에는 마찬가지로 각각 xk-1, xl,k-1, xr,k-1로 되고, k번째 거울(111)의 우측에 있는 k+1번째 거울(111)의 경우에는 마찬가지로 각각 xk+1, xl,k+1, xr,k+1로 된다. 그리고, 태양전지셀(102)을 중심으로 하여 그 우측이나 좌측에 있는 거울들끼리 xr,k-1 = xl,k, xr,k = xl,k+1으로 되도록 설정함으로써 초기화한다. 즉, 일 거울(111)의 상단의 x축상 위치가 이와 인접하는 다른 일 거울(111)의 하단의 x축상 위치와 일치하도록 하고, 일 거울(111)의 하단의 x축상 위치가 이와 인접하는 다른 일 거울(111)의 상단의 x축상 위치와 일치하도록 함으로써 그림자가 생기지 않게 하여 초기화하는 것이다. 이때, k 번째 거울의 각도는 θmk0라고 정의된다.
도 9a 및 9b는 도 8a 및 8b의 거울제어부에 동력원으로서 구동모터(253)를 배설한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(200)의 일 구현예이다.
도 9a를 참조하면, 최대발전출력을 갖는 각도를 찾아내는 방법으로서, 집속거울(111)이 하나일 경우에는 전술한 바와 같으나, 2개 이상인 경우에는 집속거울(111) 모두 또는 일부의 각도를 동시에 제어해 주거나, 또는 하나만 제어할 수 있다.
그리고, 이러한 집속거울(111)의 각도는 공지된 모든 방법으로 제어가능하다. 일 예를 들면, 집속거울(111)의 각도를 최소값 내지 최대값의 범위에서 2회 이상 가변하며 발전출력이 큰 각도를 찾아가는 소위 이분법(bisection)이 적용가능하다. 즉, 전체 구간을 1/2로 분할하여 이 2개 구간 중 발전출력이 큰 구간으로 이동하고, 다시 그 선택된 구간을 1/2로 분할하고 새로 얻어진 이 2개 구간 중 발전출력이 큰 구간으로 이동하며 이러한 공정을 반복함으로써 발전출력이 최대가 되는 거울의 각도를 찾아가는 것이다. 따라서, 도 9a에 있어서 집속거울(111) 각도의 범위에서 최소값 및 최대값을 각각 θmin, θmax라고 하면, 먼저 초기 범위를 설정하기 위하여 이들 최소값 및 최대값 간의 범위를 자연수 N에 대하여 θmin, (θmin+θmax)/N, 2(θmin+θmax)/N, ..., (θmin+θmax)의 순서로 각각의 발전출력 P를 측정하여 소정의 저장수단에 기록한다. 그리고, 이 중에서 최대 광출력을 얻은 각도 θ0와 인접 두 각도 중의 더 큰 각도 θ1 간을 제1구간으로 설정하고 이에 이분법을 적용한다. 그리고, 제1단계로 θ2 = (θ0+θ1)/2를 계산하고 발전출력 P(θ2)를 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ0)와 P(θ1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 각을 θ*라 지정하고 이 θ*와 θ2를 새로운 제2구간으로 설정한다. 그리고, 제2단계로 θ3 = (θ*+θ2)/2를 계산하여 발전출력 P(θ3)를 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ*)와 P(θ2) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 새롭게 θ*라고 지정하고 이 각과 θ3를 새로운 제3구간으로 설정한다. 즉, 이러한 방법으로 자연수를 M이라 할 때 M번째 순서로 θM+1=(θ*+θM)/2를 계산하여 발전출력 P(θM+1)을 측정하여 저장하고, 각 발전출력 P(θ*)와 P(θM) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 다시 θ*라고 지정한 다음, 이 각과 θM+1을 새로운 구간으로 설정하여 이러한 단계들을 반복한다. 이때, M번째 순서에 대해서 θ* - θM+1을 계산하여 그 값이 원하는 수준보다 작으면 상기 반복을 중단한다.
도 10은 도 9a에서 구동모터(353)를 하나만 사용한 본 발명의 일 실시예이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈(300)은 제1회전축(351), 제1축홀더(352), 구동모터(353) 및 제1거울연결몸체(354)를 포함하는 제1거울연결부와, 제2회전축(361), 제2축홀더(362), 부속슬릿(363) 및 제2거울연결몸체(364)를 포함하는 제2거울연결부와, 제어회로를 포함한다. 상기 제어회로는 최대 발전출력을 내는 각도를 찾아내어 그 각도를 이루도록 가동시킨다. 그리고, 집속거울(311)의 회전시 구동모터(353)가 부착되어 있는 첫 번째인 제1거울(311)이 회전하고 이에 따라 다른 거울들도 회전할 때(도 11 참조: 도 11은 거울들(311)이 각도 θ/2만큼 회전한 전후의 상태를 도시) 제1 및 제2 거울연결부와 평행하게 유지되도록 제3거울연결부(380)를 더 포함한다. 부속슬릿(363)은 한 개의 구동모터로 제1거울을 회전시킴으로써 제1 및 제2 연결부를 매개로 각각의 회전축(351)을 따라 소정의 각도로 회전할 수 있도록 하기 위하여 제2회전축이 슬릿 내에서 약간의 유격을 가지고 슬릿의 모양에 따라 이동할 수 있도록 설정된다. 이때 물론 구동축은 제1거울뿐만 아니라 다른 거울에도 임의로 설치할 수 있다.
또한, 부속슬릿(363)의 형상은 태양광의 이동에 따른 집속거울의 제어방법에 따라 결정될 수 있고 바람직하게는 하술하는 방법에 의해 결정될 수 있다. 도 11은 태양전지 모듈(300)의 중심을 기준으로 우측 제1번 거울에 구동모터(353)가 부착된 경우이다. 즉, 도 11에 도시하듯이 태양광(340)이 태양전지모듈의 연직선으로부터 각도 θ만큼 기울어져 입사될 때 거울(311)에 반사된 빛이 같은 각도로 태양전지셀(302)에 입사되기 위해서는, 각 거울(311)을 순서대로 자연수 k로 나타내면, k번째 거울에 대해 k번째 거울의 태양전지셀 면과 이루는 각도 θmk에 대해 다음과 같이 나타낼 수 있다.
θmk = θmk(θ) = θmk0 + θ/2
θmk0 = θmk(θ=0)
이때, θmk0는 태양광이 태양전지 면에 수직으로 입사될 때 k번째 거울의 각도이다.
그리고, 참고로 거울의 반사광(341) 각도 θrk0와 거울의 각도 θmk0 사이에는 다음과 같은 식이 성립된다.
θrk0 = 2θmk0 - π/2
이때, θrk0는 태양광이 태양전지 면에 수직으로 입사될 때의 태양전지 면으로부터 태양광의 반사 후의 각도이다.
또한, 도 11과 같이 거울추적장치가 설정되었을 때 부속슬릿(363)의 모양을 설정하기 위하여 도 11을 (x,y) 평면으로 하여 복소수로써 다음과 같이 간단하게 표현할 수 있다:
(x,y) = x + iy = r(cosφ + isinφ) = reiφ = r (φ)
이때, φ는 tan φ = y/x를 만족하는 각도이다.
또한, 도 11에 있어서 k번째 부속슬릿의 모양을 y k, k번째 거울의 하단으로부터 제1회전축(351)까지의 복소수를 p k, 제1회전축(351)에서 제2회전축(361)까지의 복소수를 r k, 제2회전축(361)에서 k번째 거울의 상단까지의 복소수를 q k라고 하고, 태양전지 모듈(300)의 중심을 기준으로 우측 제1번 거울로부터 상기 중심을 기준으로 좌측의 제1번 거울까지의 복소수를 - s 라고 지칭한다. 또한, 다시 한번 표현의 단순화를 위해 구동모터(353)가 설치된 제1번 거울의 제1회전축(351)으로부터 제k번 거울의 제2회전축(361)까지의 복소수를 z k 라고 하면, 다음과 같이 복소수로 정의된다.
z k = z k(θmk) = z k(θmk(θ))
z k0 = z k(θmk(θ=0))
그러면, 태양전지모듈(300)의 중심선의 좌측거울에 대응되는 자연수 k에 대해 전체 거울의 개수가 N개라고 하고 도 11과 같이 대칭적으로 짝수개의 거울이 배치되었다고 하면, Σn=N/2+1 N/2 = 0이라고 할 때
z k = - p 10 - s + Σn=N/2+1 k-1[(pn + qn + rn) cos(θmn0)] + p k0 + r k (k≥N/2+1)이 되고, 우측거울에 대응되는 자연수 k에 대해, 즉 구동모터(353)가 부착된 거울의 좌측에 위치한 거울들에 대해,
z k = - p 10 + Σn=1 k-1[(pn + qn + rn) cos(θmn0)] + p k0 + r k (k≥2)
와 같이 표현된다. 그러면, 부속슬릿(도 10의 "363")의 모양은
y k = z k - [ z 1 + z k0 - z 10] = z k - z k0 - ( z 1 - z 10) = r k - r k0 - ( r 1 - r 10)
= (rk eiθmk0 - r1 eiθm10)(eiθ/2 - 1)
= [rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)](eiθ/2 - 1)
만일 우측거울에 대응되는 k에 대해 0°< θmk0 < 90°이고, 상기 y k는 k번째 거울의 제2회전축(361)을 원점으로 반지름이 [rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)]이고 중심이 -[rk cos(θmk0) - r1 cos(θm10)]의 위치에 있는 원호로 -90°< θ < 90°이므로 -45° < θ/2 < 45°의 범위에 해당되는 원호로 된다.
그리고, 좌측거울에 대응되는 k에 대해 90°< θmk0 < 180°이므로 y k는 다음과 같이 표현된다.
y k = [rk cos(π-θmk0) + r1 cos(θm10)](ei(π-θ/2) + 1)
즉, k번째 제2회전축(361)을 원점으로 반지름이 [rk cos(π-θmk0) + rj cos(θmj0)]이고 중심이 [rk cos(π-θmk0) + rj cos(θmj0)]의 위치에 있는 원호로 135°< π+θ/2 < 225°의 범위에 해당되는 원호로 된다. 단, 상기 식들에서는 라디안(radian)을 단위로 각을 표시하였고, 그 외 전술내용에서는 각도(°, degree)를 단위로 각을 표시한 것이다.
만일 본 발명과 같은 장치를 하지 않을 경우에는 각 거울의 각도를 따로 일일이 제어하여야 하므로 거울의 개수만큼의 구동모터와 제어회로가 필요하게 된다. 또한, 이러한 태양전지들을 여러 개 배열하여 태양의 위치를 추적하는 경우, 태양추적회로를 한 개의 태양전지모듈에만 적용하여 나머지 태양전지모듈들의 거울의 각도를 같은 각도로 제어할 수 있게 하면, 태양추적회로가 추가적으로 필요하지 않고 회로의 동작에 필요한 에너지가 절감된다.
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도 1은 일반태양전지의 설치도
도 2는 북위 37도에서 하지 때 지구 자전각에 따른 지표에서 천정과 태양이 이루는 각의 정사영 cosθs와 Air Mass를 고려한 지표에의 태양광출력의 근사 시뮬레이션 결과. 단, 태양의 남중이 자전각이 90도일 때로 가정함.
도 3은 Air Mass에 따른 근사 태양광출력
도 4는 실리콘 태양전지 셀에서 최적 두께로 형성된 보호막을 통한 실리콘으로의 입사각에 따른 광투과율
도 5는 도 4의 결과를 이용한 북위 37도에서 하지 때 천정과 태양이 이루는 각을 고려하여 지구의 자전각에 따른 태양전지 셀에서 광투과율. θ=θs는 태양전지 셀이 지표면과 평행하게 설치된 경우, θ=0은 태양을 추적하여 태양전지 셀면과 태양이 수직인 경우, θ:θc=θE는 태양전지를 고정 설치할 때 지표면과 태양전지 셀의 면의 각도를 위도와 같게 설치하여 4계절의 변동이 적도록 설치한 경우임.
도 6은 태양전지셀의 표면에 도달한 태양광출력을 도 5의 경우와 같게 나누어 나타낸 것.
도 7은 태양전지셀의 실리콘으로의 투과율을 고려하여 실리콘으로 입사된 태양광출력을 도 5의 경우와 같게 나누어 나타낸 것.
도 8a 및 8b에 두 개 이상의 반사형 거울을 포함한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지의 일 실시예
도 9a 및 9b는 도 8a 및 8b의 거울제어부에 동력원으로서 구동모터를 배설한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈의 일 구현예.
도 10은 본 발명의 태양추적 제어거울 장치의 또 다른 일 실시예.
도 11은 도 10의 태양추적 제어거울 장치의 부속슬릿의 형태를 구하기 위한 기호들을 나타낸 도면.
<상세한 기호 설명>
101, 201, 301 : 지지기판
102, 202, 302 : 태양전지셀
103, 203 : 제 1 전극
104, 204 : 제 2 전극
105, 205 : 제 1 분기전극
106, 206 : 제 2 분기전극
110, 210, 310 : 제 1 모듈
111, 211, 311 : 집속거울
112, 212, 312 : 지지대
120, 220, 320 : 제 2 모듈
130, 230, 330 : 연결부
140, 240, 340 : 태양전지모듈로의 입사 태양광 경로
141, 241, 341 : 거울 반사 후 태양광 경로
151, 251 : 회전축
152, 252 : 축홀더
160, 260 : 거울 제어부
253, 353 : 구동모터
351 : 제1회전축
352 : 제2축홀더
*354 : 제 1 연결몸체
360 : 제 1 거울 연결부
361 : 제2회전축
362 : 제2축홀더
363 : 부속 슬릿
364 : 제 2 연결몸체
370 : 제 2 거울 연결부
380 : 제 3 거울 연결부
도 2는 북위 37도에서 하지 때 지구 자전각에 따른 지표에서 천정과 태양이 이루는 각의 정사영 cosθs와 Air Mass를 고려한 지표에의 태양광출력의 근사 시뮬레이션 결과. 단, 태양의 남중이 자전각이 90도일 때로 가정함.
도 3은 Air Mass에 따른 근사 태양광출력
도 4는 실리콘 태양전지 셀에서 최적 두께로 형성된 보호막을 통한 실리콘으로의 입사각에 따른 광투과율
도 5는 도 4의 결과를 이용한 북위 37도에서 하지 때 천정과 태양이 이루는 각을 고려하여 지구의 자전각에 따른 태양전지 셀에서 광투과율. θ=θs는 태양전지 셀이 지표면과 평행하게 설치된 경우, θ=0은 태양을 추적하여 태양전지 셀면과 태양이 수직인 경우, θ:θc=θE는 태양전지를 고정 설치할 때 지표면과 태양전지 셀의 면의 각도를 위도와 같게 설치하여 4계절의 변동이 적도록 설치한 경우임.
도 6은 태양전지셀의 표면에 도달한 태양광출력을 도 5의 경우와 같게 나누어 나타낸 것.
도 7은 태양전지셀의 실리콘으로의 투과율을 고려하여 실리콘으로 입사된 태양광출력을 도 5의 경우와 같게 나누어 나타낸 것.
도 8a 및 8b에 두 개 이상의 반사형 거울을 포함한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지의 일 실시예
도 9a 및 9b는 도 8a 및 8b의 거울제어부에 동력원으로서 구동모터를 배설한 본 발명에 의한 거울제어 태양전지모듈의 일 구현예.
도 10은 본 발명의 태양추적 제어거울 장치의 또 다른 일 실시예.
도 11은 도 10의 태양추적 제어거울 장치의 부속슬릿의 형태를 구하기 위한 기호들을 나타낸 도면.
<상세한 기호 설명>
101, 201, 301 : 지지기판
102, 202, 302 : 태양전지셀
103, 203 : 제 1 전극
104, 204 : 제 2 전극
105, 205 : 제 1 분기전극
106, 206 : 제 2 분기전극
110, 210, 310 : 제 1 모듈
111, 211, 311 : 집속거울
112, 212, 312 : 지지대
120, 220, 320 : 제 2 모듈
130, 230, 330 : 연결부
140, 240, 340 : 태양전지모듈로의 입사 태양광 경로
141, 241, 341 : 거울 반사 후 태양광 경로
151, 251 : 회전축
152, 252 : 축홀더
160, 260 : 거울 제어부
253, 353 : 구동모터
351 : 제1회전축
352 : 제2축홀더
*354 : 제 1 연결몸체
360 : 제 1 거울 연결부
361 : 제2회전축
362 : 제2축홀더
363 : 부속 슬릿
364 : 제 2 연결몸체
370 : 제 2 거울 연결부
380 : 제 3 거울 연결부
Claims (15)
- 입사 태양광으로 광발전하는 태양전지셀과, 이 태양전지셀의 양측에 소정거리로 상방 이격 배설되어 상기 입사 태양광을 상기 태양전지셀로 반사 및 집광하는 복수의 집속거울을 포함하는 거울제어 태양전지모듈에 있어서,상기 복수의 집속거울은 각각 복수의 회전축에 연결되고 상기 복수의 회전축 중의 하나에 연결된 구동모터를 포함하며, 이 구동모터에 의해 상기 복수의 집속거울을 상기 복수의 회전축을 각각 중심으로 하여 소정의 기울기 각도로 회전시키는 회전수단과;상기 집광되는 입사 태양광의 출력이 최대가 되도록 상기 기울기 각도를 조절하는 제어수단과;상기 복수의 집속거울 중에서 일측 집속거울에 연결된 상기 복수의 회전축을 인접한 타측 집속거울에 연결된 복수의 회전축에 연결시켜 상호 연동되어 회전하도록 하고 상호 소정 거리로 평행하게 상하 이격된 복수의 연결수단과;상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선을 중심으로 하여 상기 구동모터가 연결된 회전축의 위치에 좌우 대칭인 위치에서 상기 복수의 연결수단들을 상호 연결하도록 배설되어 상기 복수의 연결수단들이 평행을 유지하도록 지지하는 하나 이상의 부가연결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈.
- 제1항에 있어서,상기 복수의 집속거울은 일측 집속거울의 상단 및 이에 인접한 타측 집속거울의 하단이 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선상에 배열되고 상기 일측 집속거울의 하단 및 상기 타측 집속거울의 상단이 상기 축선상에 배열되도록 함으로써 초기화 정렬되는 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈.
- 제1항에 있어서,상기 기울기 각도는 상기 집속거울과 상기 태양전지셀이 이루는 각도로 되고 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선을 기준으로 하여 상기 축선의 일측 상방에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 0°보다 크고 135°미만이고 상기 축선의 다른 일측 상방에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 45°보다 크고 180°미만인 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈.
- 제2항에 있어서,상기 기울기 각도는 상기 초기화 정렬된 집속거울의 기울기 각도에 상기 입사 태양광이 상기 축선과 이루는 각도의 1/2 값을 더한 값으로 되는 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈.
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- 제1항에 있어서,상기 복수의 회전축이 수납되어 활동가능한 복수의 슬릿을 더 포함하고, 상기 복수의 슬릿은 상기 각 연결수단과 상기 태양전지셀의 평면에 대해 수직인 축선의 교차점을 중심으로 하여 그 중심각이 상기 축선의 일측에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 -45°내지 45°의 범위이고 타측에 위치하는 하나 이상의 집속거울의 경우에는 135°내지 225°의 범위인 원호상으로 되는 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈.
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- 입사 태양광으로 광발전하는 태양전지셀과, 이 태양전지셀의 양측에 소정거리로 상방 이격 배설되어 상기 입사 태양광을 상기 태양전지셀로 반사 및 집광하는 복수의 집속거울과, 상기 복수의 집속거울을 이에 각각 연결된 복수의 회전축을 중심으로 소정의 기울기 각도로 회전시키는 회전수단을 포함하는 거울제어 태양전지모듈에서 상기 집광하는 입사 태양광의 출력이 최대가 되도록 상기 기울기 각도를 제어하는 거울제어 태양전지모듈의 거울제어방법에 있어서,상기 기울기 각도의 범위에서 최소값 및 최대값을 각각 θmin, θmax라고 하고 자연수 N에 대하여 θmin, (θmin+θmax)/N, 2(θmin+θmax)/N, ..., (θmin+θmax)의 순서로 각각의 발전출력 P를 측정하여 초기범위로 하는 제1단계와;상기 초기범위 중에서 최대 광출력을 얻은 각도 θ0와 인접 두 각도 중의 더 큰 각도 θ1 간의 구간에서 θ2 = (θ0+θ1)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ2)를 측정하는 제2단계와;상기 각 발전출력 P(θ0)와 P(θ1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 각을 θ*라 지정하고 이 θ*와 θ2를 새로운 제2구간으로 설정하며 θ3 = (θ*+θ2)/2를 산출하여 이에 따른 발전출력 P(θ3)를 측정하는 제3단계와;상기 제3단계를 반복 수행하여 M번째 순서로는 새로이 설정된 θ*와 θM간의 구간에서 θM+1=(θ*+θM)/2를 계산하여 발전출력 P(θM+1)을 측정하고 이 발전출력 P(θ*)와 P(θM+1) 중에서 큰 발전출력을 갖는 해당 각을 다시 θ*라고 지정하여 이 각과 θM+1을 새로운 구간으로 설정하고, 만일 θ* - θM+1을 계산하여 그 값이 임의의 소정값보다 작으면 상기 반복을 중단하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거울제어 태양전지모듈의 거울제어방법.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020070109368A KR101012827B1 (ko) | 2007-10-30 | 2007-10-30 | 거울제어 태양전지모듈 및 이의 거울제어방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015160053A1 (ko) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | 성창통신주식회사 | 반사경이 구비된 고정형 태양광 발전기 |
Families Citing this family (1)
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| KR100982739B1 (ko) * | 2007-12-11 | 2010-09-20 | 주식회사 세미콘라이트 | 고효율 태양전지 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH08148711A (ja) * | 1994-11-16 | 1996-06-07 | Kyocera Corp | 太陽電池装置 |
| JP2000113703A (ja) | 1998-10-03 | 2000-04-21 | Tourosshu:Kk | 太陽追尾反射鏡 |
| JP2003110131A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-11 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池 |
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-
2007
- 2007-10-30 KR KR1020070109368A patent/KR101012827B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| JPH08148711A (ja) * | 1994-11-16 | 1996-06-07 | Kyocera Corp | 太陽電池装置 |
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| WO2015160053A1 (ko) * | 2014-04-16 | 2015-10-22 | 성창통신주식회사 | 반사경이 구비된 고정형 태양광 발전기 |
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