KR101015441B1 - 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁 - Google Patents

태양광 채광장치의 발전용 엔드팁 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서, 내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체, 몸체의 외주면에 길이방향으로 서로 이격하여 관통 형성되는 다수의 솔라셀 장착홀, 솔라셀 장착홀에 각각 결합되는 다수의 광학필터, 및 광학필터의 외측에 각각 결합되고 광학필터를 투과한 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀을 포함하되, 몸체의 일단이 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 몸체는 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁을 제공한다.
태양광, 채광장치, 발전, 엔드팁, 반사거울, 몸체, 솔라셀, 광학필터

Description

태양광 채광장치의 발전용 엔드팁{SOLAR POWER GENERATION END TIP OF SOLAR CONCENTRATOR}
본 발명은 태양광 채광장치의 엔드팁에 관한 것으로, 특히 광학필터를 이용하여 특정 영역의 파장을 가진 빛이 솔라셀(solar cell)로 조사되도록 한 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 관한 것이다.
태양광을 이용한 발전시스템은 태양에너지를 이용한 발전 기술의 하나이다. 즉, 태양의 빛에너지를 솔라셀(solar cell;태양전지)이라는 광-전 변환기를 사용하여 직접 전기에너지로 변환시켜 이용하는 것이다.
이는 부분적으로 빛을 이용하는 것이기 때문에 흐린 날에도 이용이 가능하여 태양에너지의 이용 효율이 열 발전보다 높다.
통상적으로, 태양광 발전은 집광되지 않은 태양광에서 동작하도록 설계된 다결정 박막 셀을 이용하여 이루어지고 있으나, 이는 효율이 낮고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 태양광 채광장치 등에 의해 태양광을 집광하여, 집광된 태양광을 솔라셀에 조사하는 방안이 강구되고 있으며 이때, 온도의 증가에 따른 솔라셀의 효율 저하 문제를 해결해야 할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는, 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서, 내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체, 몸체의 외주면에 길이방향으로 서로 이격하여 관통 형성되는 다수의 솔라셀 장착홀, 솔라셀 장착홀에 각각 결합되는 다수의 광학필터, 및 광학필터의 외측에 각각 결합되고 광학필터를 투과한 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀을 포함하되, 몸체의 일단이 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 몸체는 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁과 관련된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서, 내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체, 몸체의 외주면에 길이방향으로 서로 이격하여 관통 형성되는 다수의 솔라셀 장착홀, 솔라셀 장착홀에 각각 결합되는 다수의 광학필터, 및 광학필터의 외측에 각각 결합되고 광학필터를 투과한 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀을 포함하되, 몸체의 일단이 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 몸체는 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁이 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서, 내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체, 중공을 가로질러 길이방향으로 서로 이격하여 경사지게 설치되는 다수의 광학필터, 광학필터에 각각 대응되도록 몸체의 외주면 일측에 서로 이격하여 관통 형성되는 솔라셀 장착홀, 및 솔라셀 장착홀에 각각 결합되고 광학필터에서 반사되는 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀을 포함하되, 몸체의 일단이 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 몸체는 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁이 제공된다.
여기서, 다수의 광학필터는 서로 다른 영역의 파장을 가진 빛을 투과 또는 반사시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 솔라셀의 외측에 결합되는 냉각핀을 더 포함할 수 있다.
아울러, 몸체의 내주면은 미러(mirror) 코팅되며, 몸체의 일단은 중공의 폭이 좁아지도록 내측으로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 집광된 태양광 중에서 솔라셀의 발전에만 필요한 광을 선별적으로 통제함으로써, 태양광 발전에 있어서 불필요한 광에 의해 솔 라셀의 온도가 상승되고 결과적으로 발전성능이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 태양광 채광장치의 집광점에 설치되는 부품으로서, 보관과 이동, 설치 및 분해가 간편하여 사용이 편리하다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 태양광 채광장치에 발전용 엔드팁이 장착 된 모습을 보인 개략도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁 단면도, 도 3(a)는 사각형 단면 형상의 엔드팁 측면도, 도 3(b)는 육각형 단면 형상의 엔드팁 측면도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 장착 플레이트의 정면도와 측면도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔라셀 장착 플레이트의 정면도와 측면도, 도 6은 엔드팁의 수광부에 입사되는 입사각에 따른 태양광의 진행경로를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁(이하, '엔드팁'이라 한다.)(100)은, 태양광 채광장치(10)의 상부 일측에 교체 가능하게 설치된다.
여기서, 태양광 채광장치(10)는 다수개의 반사거울(20)을 구비하는데, 각각의 반사거울(20)에 의해 반사된 태양광은 태양광 채광장치(10)의 상부에서 하나의 집광점에 모이게 되며, 이 집광점에 본 발명의 일실시예에 의한 엔드팁(100)의 하단부가 위치하게 된다.
즉, 태양광 채광장치(10)의 반사거울(20)에 의해 반사된 태양광은 엔드팁(100)으로 집광되는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 엔드팁(100)은, 내주면이 미러 코팅된 속이 빈 관 형상의 몸체(200)와, 몸체(200)의 외주면에 관통 형성되는 다수의 솔라셀 장착홀(300)과, 솔라셀 장착홀(300)에 각각 결합되는 다수의 광학필터(400)와, 광학필터(400)의 외측에 각각 결합되는 다수의 솔라셀(500)을 포함한다.
여기서, 몸체(200)는 내부에 다각형 단면의 중공(210)을 가지는 관 형상으로서, 도 2와 도 3(a)에는 사각형 단면의 중공(210)을 가지는 육면체 형상의 몸체(200)가 도시되어 있으나, 도 3(b)와 같이 육각형 단면의 중공(210')을 가지는 팔면체 형상의 몸체(200')로 이루어질 수도 있으며, 설계조건에 따라 그 단면 형상을 자유로이 변경할 수 있음은 물론이다.
몸체(200)의 외주면에는 각각의 면마다 몸체(200)의 길이 방향으로 서로 이격하여 다수의 솔라셀 장착홀(300)이 관통 형성되는데, 이 솔라셀 장착홀(300)은 후술하는 필터 장착 플레이트(410)와 솔라셀 장착 플레이트(510)의 형상에 대응되는 형상이며, 바람직하게는 사각형으로 형성된다.
솔라셀 장착홀(300)에 필터 장착 플레이트(410)가 볼트 등의 체결구에 의해 결합된다. 이 필터 장착 플레이트(410)는 도 2와 도 4에 도시된 바와 같이 사각형의 관통홀(413)을 가지고 전체적으로 폭에 비해 두께가 얇은 사각형 플레이트 형상이며, 관통홀(413) 주변의 내측면(420)에는 빛의 반사가 용이하도록 미러(mirror) 코팅(coating)되고 반대면인 외측면에는 후술하는 광학필터(400)를 수용하도록 광학필터 수용홈(430)이 단차지게 형성된다.
또한, 몸체(200)의 동일면 상에 길이 방향으로 다수의 필터 장착 플레이트(410)가 연설되는데, 필터 장착 플레이트(410)의 일측에는 상부에서 걸림부(411)가 돌출 형성되고, 필터 장착 플레이트(410)의 타측에는 하부에서 지지부(412)가 돌출 형성되어, 하나의 필터 장착 플레이트(410)의 걸림부(411)가 다른 하나의 필터 장착 플레이트(410)의 지지부(412)에 지지된 상태에서 볼트 등의 체결구에 의해 함께 결합됨으로써, 필터 장착 플레이트(410) 간에 유격이 발생되지 않도록 고정되는 것이 바람직하다.
필터 장착 플레이트(410)의 광학필터 수용홈(430)에는 광학필터(400)가 수용된다. 이 광학필터(400)는 태양광에서 특정 영역의 파장을 가진 빛만을 투과시키고 다른 영역의 파장을 가진 빛은 반사시키는 것으로, 예를 들어 가시광선과 자외선만을 투과시키고 적외선은 반사시킬 수 있다.
필터 장착 플레이트(410)의 외측에 솔라셀 장착 플레이트(510)가 볼트 등의 체결구에 의해 결합된다.
이때, 솔라셀 장착 플레이트(510)는 도 2와 도 5에 도시된 바와 같이 관통홀(511)을 가지고, 전체적으로 폭에 비해 두께가 얇은 사각형 플레이트 형상이며, 필터 장착 플레이트(410)와 대향하는 일면에는 솔라셀 수용홈(520)이 단턱지게 형성되어, 이 솔라셀 수용홈(520)에 솔라셀(500)이 수용된다.
따라서, 몸체(200)의 하단에 형성된 수광부(220)를 통과하여 몸체(200)의 내주면에 반사되면서 진행하던 태양광은, 광학필터(400)에 의해 특정 파장 영역의 빛만이 솔라셀(500)로 조사되며 나머지 파장 영역의 빛은 다시 반사되어 몸체(200) 상단의 출광부(230)로 진행하는 것이다.
이때, 몸체(200)의 동일면 상에서 길이 방향으로 연설되는 광학필터(400)와 솔라셀(500)은, 서로 다른 파장 영역의 빛에 반응하는 성질을 가지도록 구성되는 것이 바람직하고 특히, 광학필터(400)는 대역통과 광학필터(Band Pass Optical Filter)로 구성되는 것이 바람직하다.
즉, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 몸체(200)의 동일면 상에서 3단으로 솔라셀(500)이 연설되는 경우, 몸체의 하단부분에 설치되는 광학필터(400a)는 200nm~550nm 파장 영역의 빛만을 투과시키고 나머지 파장 영역의 빛은 반사시키고, 몸체의 중간부분에 설치되는 광학필터(400b)는 650nm~1100nm 파장 영역의 빛만을 투과시키고 나머지 파장 영역의 빛은 반사시키며, 몸체의 상단부분에 설치되는 광학필터(400c)는 1200nm~1600nm 파장 영역의 빛만을 투과시키고 나머지 파장 영역의 빛은 반사시키도록 구성될 수 있다.
이때, 몸체(200)의 하단부분에 설치되는 솔라셀(500a)은 Si, GaP 등의 소재로 이루어져 200nm~550nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키고, 몸체(200)의 중간부분에 설치되는 솔라셀(500b)은 GaAs, InP, Amorphous Si 등의 소재로 이루어져 650nm~1100nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키며, 몸체(200)의 상단부분에 설치되는 솔라셀(500c)은 Si, GaP 등의 소재로 이루어져 1200nm~1600nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키는 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 각각의 솔라셀(500a~500c)은 채광된 태양에너지의 일부 즉, 특정 파장 영역의 빛만으로 태양광발전을 수행하게 되므로, 솔라셀(500a~500c)의 온도상승에 의한 발전효율저하 문제를 방지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 솔라셀 장착 플레이트(510)의 외측에 냉각핀(600)을 설치함으로써 솔라셀(500)을 냉각시켜 발전효율을 더 좋게 하는 것도 물론 가능하다.
또한, 도 6은 엔드팁(100)의 수광부(220)에 입사되는 태양광의 입사각(10°~ 50°)에 따라 몸체(200) 내에서 태양광이 반사 및 진행되는 프로파일(profile)을 도시한 도면이다. 이때, 엔드팁(100)의 최상단에는 상부로 갈수록 중공(210)의 폭이 좁아지게끔 몸체(200)의 외주면이 내측으로 경사져서 출광부(230)가 형성되는 것이 바람직한데, 이에 따라 몸체(200)의 중공(210)을 따라 출광부(230)로 진행하던 태양광이 출광부(230)의 내측면에 부딪히면서 다시 수광부(220) 방향으로 반사될 수 있으며, 도 6에서는 출광부(230)가 내측으로 20°기울어졌을 때의 예를 도시하였다.
실시예 2
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔드팁이 태양광 채광장치에 장착된 모습을 보인 개략도, 도 8은 도 7의 엔드팁 단면도이다.
도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁(이하, '엔드팁'이라 한다.)(100')은, 태양광 채광장치(10)의 상부 일측에 교체 가능하게 설치되고, 내주면이 미러 코팅된 속이 빈 관 형상의 몸체(200)를 포함한다는 점에서 전술한 실시예와 동일하다.
다만, 전술한 실시예에서는 광학필터(400)가 솔라셀 장착홀(300)에 솔라셀(500)과 함께 결합되었으나, 본 실시예에서는 광학필터(400')가 몸체(200)의 중공(210)을 가로질러 경사지게 설치된다는 점에서 차이가 있고, 광학필터(400')에서 특정 영역 파장의 빛이 반사되어 솔라셀(500)로 조사된다는 점에서 차이가 있다.
즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 사각 단면 형상의 중공(210)을 경사지게 가로질러 다수의 광학필터(400a'~400c')가 소정의 각도로 비스듬하게 서로 이격하여 길이방향으로 설치되는데, 이때 광학필터(400)의 양단은 몸체(200)의 내주면에 에폭시 수지(440) 등에 의해 부착되는 것이 바람직하고, 전술한 실시예에서는 몸체(200)의 모든 외주면에 솔라셀 장착홀(300)이 형성되었으나, 본 실시예에서는 몸체(200)의 일면에만 솔라셀 장착홀(300)이 형성되어, 솔라셀(500) 역시 몸체의 일측면 상에 길이 방향으로 서로 이격하여 결합된다.
여기서, 몸체(200)의 하단에 형성된 수광부(220)를 통과하여 몸체(200)의 중공(210)을 따라 진행하던 태양광은, 광학필터(400')에 의해 특정 파장 영역의 빛만이 솔라셀(500)로 반사되며, 나머지 파장 영역의 빛은 투과되어 몸체(200) 상단의 출광부(230)로 진행하게 된다. 이때, 광학필터(400')는 단파장투과 광학필터(Short Pass Optical Filter)로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 예를 들어, 몸체(200)의 중공(210)을 따라 3단으로 광학필터(400')가 연설되는 경우, 몸체(200)의 하단부분에 설치되는 광학필터(400a')는 200nm~550nm 파장 영역의 빛만을 반사시키고 나머지 파장 영역의 빛은 투과시키고, 몸체(200)의 중간부분에 설치되는 광학필터(400b')는 650nm~1100nm 파장 영역의 빛만을 반사시키고 나머지 파장 영역의 빛은 투과시키며, 몸체(200)의 상단부분에 설치되는 광학필터(400c')는 1200nm~1600nm 파장 영역의 빛만을 반사시키고 나머지 파장 영역의 빛은 투과시키도록 구성될 수 있다.
이때, 몸체(200)의 하단부분에 설치되는 솔라셀(500a)은 Si, GaP 등의 소재로 이루어져 200~550nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키고, 몸체(200)의 중간부분에 설치되는 솔라셀(500b)은 GaAs, InP, Amorphous Si 등의 소재로 이루어져 650nm~1100nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키며, 몸체(200)의 상단부분에 설치되는 솔라셀(500c)은 Si, GaP 등의 소재로 이루어져 1200nm~1600nm 파장 영역의 빛에 반응하여 전하를 발생시키는 것으로 구성되는 것이 바람직하다.
따라서, 각각의 솔라셀(500)은 채광된 태양에너지의 일부 즉, 특정 파장 영 역의 빛만으로 태양광발전을 수행하게 되므로, 온도상승에 의한 발전효율저하 문제를 방지할 수 있게 되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 태양광 채광장치에 발전용 엔드팁이 장착된 모습을 보인 개략도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁 단면도.
도 3(a)는 사각형 단면 형상의 엔드팁 측면도.
도 3(b)는 육각형 단면 형상의 엔드팁 측면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 장착 플레이트의 정면도와 측면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 솔라셀 장착 플레이트의 정면도와 측면도.
도 6은 엔드팁의 수광부에 입사되는 입사각에 따른 태양광의 진행경로를 도시한 개략도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔드팁이 태양광 채광장치에 장착된 모습을 보인 개략도.
도 8은 도 7의 엔드팁 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 태양광 채광장치 20 : 반사거울
100, 100' : 엔드팁 200, 200' : 몸체
210, 210' : 중공
300 : 솔라셀 장착홀 400 : 광학필터
410 : 필터 장착 플레이트 430 : 광필터 수용홈
500 : 솔라셀 510 : 솔라셀 장착 플레이트
520 : 솔라셀 수용홈 600 : 냉각핀

Claims (6)

  1. 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어, 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서,
    내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체;
    상기 몸체의 외주면에 길이방향으로 서로 이격하여 관통 형성되는 다수의 솔라셀 장착홀;
    상기 솔라셀 장착홀에 각각 결합되는 다수의 광학필터; 및
    상기 광학필터의 외측에 각각 결합되고, 상기 광학필터를 투과한 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀;을 포함하되,
    상기 몸체의 일단이 상기 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 상기 몸체는 상기 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
  2. 다수의 반사거울을 구비한 태양광 채광장치의 일측에 설치되어, 태양광 발전이 이루어지는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁에 있어서,
    내부에 다각형 단면의 중공을 가지는 관 형상의 몸체;
    상기 중공을 가로질러 길이방향으로 서로 이격하여 경사지게 설치되는 다수의 광학필터;
    상기 광학필터에 각각 대응되도록 상기 몸체의 외주면 일측에 서로 이격하여 관통 형성되는 솔라셀 장착홀; 및
    상기 솔라셀 장착홀에 각각 결합되고 상기 광학필터에서 반사되는 빛을 받아 태양광 발전을 수행하는 솔라셀;을 포함하되,
    상기 몸체의 일단이 상기 태양광 채광장치의 집광점에 위치되도록, 상기 몸체는 상기 태양광 채광장치의 일측에 교체 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 광학필터는 서로 다른 영역의 파장을 가진 빛을 투과 또는 반사시키는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 솔라셀의 외측에 결합되는 냉각핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 몸체의 내주면은 미러(mirror) 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 몸체의 일단은 상기 중공의 폭이 좁아지도록 내측으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 채광장치의 발전용 엔드팁.
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