KR101017891B1 - 태양에너지를 이용한 열병합발전장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광발전을 하게 되는 태양전지로부터 폐열을 흡수하여 스털링엔진을 구동시키는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치는 집광렌즈를 구비하여 집광된 태양광이 태양전지에 입사되도록 하는 한편, 태양전지로부터 폐열을 흡수하여 태양전지의 온도를 낮추게 됨에 따라 태양전지의 발전효율을 증대시키게 된다. 이와 더불어 스털링엔진형 발전기모듈, 방사형 풍차 발전기모듈, 흡수식 냉동기형 발전기모듈 등이 사용될 수 있는 보조발전기모듈을 구비하여 태양전지로부터 폐열을 흡수하게 되는 열매체나 작동기체에 의해 보조발전기모듈이 구동되도록 하는 열병합발전장치를 구축함으로써 발전장치의 발전효율을 증대시키게 된다.
본 발명에 따른 열병합발전장치는 태양전지모듈, 열흡수모듈, 보조발전기모듈, 축전지를 포함하여 이루어진다. 태양전지모듈은 집광렌즈와 태양전지로 이루어져 외부로부터 입사되는 태양광을 집광시켜 전기를 발생시키게 된다. 열흡수모듈은 집광렌즈와 태양전지 사이에 설치되어 집광렌즈를 통과하는 태양복사열과 가열된 태양전지로부터 발생되는 폐열을 흡수하게 된다. 보조발전기모듈은 열흡수모듈과 연결되어 열흡수모듈에 흡수된 열을 전달받게 되고, 열흡수모듈로부터 전달되는 열에 의해 구동되어 전기를 발생시키게 된다. 축전지는 집광형 태양전지모듈과 보조발전기모듈과 연결되어 전기를 저장시키게 된다.
태양광, 열병합발전, 태양전지, 스털링엔진, 풍차, 발전기, 폐열
Description
본 발명은 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 입사되는 태양광에 의해 가열되는 태양전지의 온도를 낮추어 태양전지의 발전효율이 증대되도록 하고, 스털링엔진형 발전기모듈, 방사형 풍차 발전기모듈, 흡수식 냉동기형 발전기모듈 등이 사용될 수 있는 보조발전기모듈이 구비되어 태양전지로부터 흡수된 폐열에 의해 구동되도록 함으로써 전체 발전장치의 발전효율이 증대되도록 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에 관한 것이다.
현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈되어감에 따라 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.
태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발생시키는 태양열발전, 태양광을 이용하여 태양전지로부 터 전기를 발생시키는 태양광발전 등이 있다.
여기서, 태양광발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체화합물 소자를 포함한다. 이러한 반도체 화합물들은 주로 실리콘(Si)과 갈륨아세나이드(GaAs)을 포함하며, 실리콘이 가장 많이 활용되고 있는데, 태양전지에 사용되는 반도체 화합물의 종류에 따라 염료감응형 태양전지, CIGS 태양전지, CdTe 태양전지 등의 다양한 태양전지가 현재 개발되어 사용되고 있다.
한편, 태양전지는 반도체의 광기전력효과(photovoltaic effect)를 이용하여 동작되는데, 이와 같은 태양전지는 타 에너지원과 비교해볼때 에너지 변환효율이 낮고, 온도가 높아지면 에너지 변환효율이 더욱 낮아지는 문제점이 있었다. 즉, 태양전지는 태양전지를 이루는 반도체의 특성에 의해 태양전지의 표면온도가 1℃ 상승하게 되면 약 0.5％의 비율로 출력이 감소하였다.
따라서, 태양전지의 발전효율을 증대시킬 수 있는 기술의 개발이 현재 요구되고 있는 실정이다.
한편, 각종 에너지원을 통해 전기를 생산하게 되는 발전장치의 발전효율을 증대시키기 위한 장치로 열병합발전장치가 현재 개발되어 있는데, 열병합발전장치는 전기를 생산하는 동시에, 발전장치로부터 발생되거나 전기 생산이 기여하지 못하고 버려지는 열을 난방장치, 공조장치 등에 활용할 수 있도록 하는 장치이다.
이와 같은 열병합발전장치는 태양광발전에도 적용되어 현재 사용되고 있는데, 상술한 바와 같이 태양전지의 발전효율을 증대시키는 것이 아니라 단순희 태양 광발전과정에서 폐기되는 열을 활용하여 타 장치에 이용하도록 하는 것임에 따라 태양에너지를 이용하는 열병합발전장치의 경우도 여전히 발전효율이 낮은 문제점이 있으므로, 이를 개선하는 기술의 개발이 요구되는 실정이라 하겠다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 집광렌즈를 구비하여 집광된 태양광이 태양전지에 입사되도록 하는 한편, 태양전지로부터 폐열을 흡수하여 태양전지의 온도를 낮추게 됨에 따라 태양전지의 발전효율을 증대시킬 수 있는 새로운 형태의 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 스털링엔진형 발전기모듈, 방사형 풍차 발전기모듈, 흡수식 냉동기형 발전기모듈 등이 사용될 수 있는 보조발전기모듈을 구비하여 태양전지로부터 흡수된 폐열에 의해 스털링엔진형 발전기모듈이 구동되도록 하는 열병합발전장치를 구축함으로써 전체 발전장치의 발전효율을 증대시킬 수 있는 새로운 형태의 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에 있어서, 집광렌즈와 태양전지로 이루어져 외부로부터 입사되는 태양광을 집광시켜 전기를 발생시키게 되는 집광형 태양전지모듈과; 상기 집광렌즈와 태양전지 사이에 설치되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열과 가열된 상기 태양전지로부터 발생되는 폐열을 흡수하게 되는 열흡수모듈과; 상 기 열흡수모듈과 연결되어 상기 열흡수모듈에 흡수된 열을 전달받게 되고, 상기 열흡수모듈로부터 전달되는 열에 의해 구동되어 전기를 발생시키게 되는 보조발전기모듈 및; 상기 집광형 태양전지모듈과 보조발전기모듈과 연결되어 전기를 저장시키게 되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에서 상기 집광렌즈는 평볼록렌즈와 볼록렌즈 및 프레넬 렌즈 군 중에서 선택된 어느 하나이고, 상기 태양전지는 일측 표면이 외부로 노출된 방열판과 결합되어 외기에 의해 냉각되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에서 상기 보조발전기모듈은 스털링엔진형 발전기모듈과 방사형 풍차 발전기모듈 및 흡수식 냉동기형 발전기모듈 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에서 상기 보조발전기모듈은 스털링엔진과 발전기로 이루어지는 스털링엔진형 발전기모듈이고, 상기 열흡수모듈은 내부가 밀폐된 정해진 형상으로 이루어지고, 상기 집광렌즈의 하부면과 상기 태양전지의 상부면에 연통되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열이 수용되는 한편 가열된 상기 태양전지로부터 발생된 폐열을 전달받게 되는 보관용기와; 헬륨가스, 아르곤가스, 질소가스를 포함하는 기체군 중에서 선택된 어느 하나의 기체로 이루어져 상기 보관용기의 내부에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수하게 되는 열매체와; 상기 보관용기와 스털링엔진형 발전기모듈을 연결하여 상기 보관용기에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 열매체를 스털링엔진형 발전기모듈로 공급하게 되는 유입용 관체와; 상기 보관용기와 스털링엔진형 발전기모듈을 연결하여 상기 스털링엔진형 발전기모듈로부터 열을 빼앗겨 냉각된 열매체를 상기 보관용기로 재공급하게 되는 순환용 관체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 달리, 상기 보조발전기모듈은 외주면 둘레를 따라 방열판이 형성되어 있고, 작동기체가 유입되도록 하는 입구와 작동기체가 배출되도록 하는 출구가 형성되어 있는 하우징과; 상기 하우징 내부에 설치되어 상기 입구를 통해 유입되는 작동기체에 의해 회전하게 되고, 회전축 둘레를 따라 방사상으로 다수개의 블레이드가 형성된 형상으로 이루어진 로터 및; 상기 로터의 회전축과 연결되어 회전에너지를 전달받아 전기에너지를 생산하게 되는 발전기를 포함하는 구성으로 이루어지는 방사형 풍차 발전기모듈이고, 상기 열흡수모듈은 내부가 밀폐된 정해진 형상으로 이루어지고, 상기 집광렌즈의 하부면과 상기 태양전지의 상부면에 연통되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열이 수용되는 한편 가열된 상기 태양전지로부터 발생된 폐열을 전달받게 되는 보관용기와; 헬륨가스, 아르곤가스, 질소가스를 포함하는 기체군 중에서 선택된 어느 하나의 기체로 이루어져 상기 보관용기의 내부에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수하게 되는 작동기체와; 상기 보관용기와 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징에 형성된 입구를 연결하여 상기 보관용기에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 작동기체를 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징 내부로 유입시키게 되는 유입용 관체와; 상기 보관용기와 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징에 형성된 출구를 연결하여 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 방열판에 의해 냉각된 작동기체를 상기 보관용기로 재공급하게 되는 순환용 관체를 포함하여 이루어지도록 할 수도 있다.
본 발명에 의한 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에 의하면, 집광된 태양광이 태양전지에 입사되는 한편, 열흡수모듈과 보조발전기모듈에 의해 태양광에 의해 가열되는 태양전지가 냉각됨에 따라 태양전지의 발전효율이 증대되는 효과를 가진다.
또한, 본 발명은 스털링엔진형 발전기모듈, 방사형 풍차 발전기모듈, 흡수식 냉동기형 발전기모듈 등이 사용될 수 있는 보조발전기모듈에 의해 추가적인 발전이 이루어짐에 따라 전체 발전장치의 발전효율이 증대되는 효과를 가지게 된다.
본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)는 태양광발전을 하게 되는 태양전지(14)로부터 폐열을 흡수하여 스털링엔진(32)을 구동시키게 되는 열병합발전장치이다. 여기서, 스털링엔진(32)은 스털링엔진형 발전기모듈(30a)의 구성요소로서 스털링엔진형 발전기모듈(30a)은 스털링엔진(32)에 의해 회전하는 회전축(328)과 연결되는 발전기(34)를 구비하여 발전하게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)는 집광렌즈(12)를 구비하여 집광된 태양광이 태양전지(14)에 입사되도록 하는 한편, 스털링엔진형 발전기모듈(30a)과 연결되는 열흡수모듈(20)이 구비되어 태양전지(14)로부터 폐열을 흡수하여 태양전지(14)의 온도를 낮추는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 태양전지의 발전효율이 증대된다.
또한, 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)는 스털링엔진형 발전기모듈(30a)을 구비하여 태양전지(14)로부터 흡수된 폐열에 의해 스털링엔진형 발전기모듈(30a)이 구동되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 전체 발전장치의 발전효율이 증대된다.
한편, 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)는 스털링엔진형 발전기모듈(30a)와 동일한 작용효과를 가지게 되는 방사형 풍차 발전기모듈(30b), 흡수식 냉동기형 발전기모듈로서 스털링엔진형 발전기모듈(30a)을 대체하여 구성될 수도 있다. 이와 같은 스털링엔진형 발전기모듈(30a), 방사형 풍차 발전기모듈(30b), 흡수식 냉동기형 발전기모듈은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)에서 보조발전기모듈(30)로 사용되는 요소들이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 태양에너지를 이용한 열병합발 전장치로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
도 2의 (a)는 평볼록렌즈가 집광렌즈로 사용된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치의 개략도이고, 도 2의 (b)는 프레넬 렌즈가 집광렌즈로 사용된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 열흡수모듈의 개략도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 스털링엔진형 발전기모듈의 개략도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 열흡수모듈과 방사형 풍차 발전기모듈의 개략도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)는 도 2에서와 같이 태양전지모듈(10), 열흡수모듈(20), 보조발전기모듈(30)인 스털링엔진형 발전기모듈(30a), 축전지(40)를 포함하여 이루어진다.
태양전지모듈(10)은 집광렌즈(12)와 태양전지(14)로 이루어져 외부로부터 입 사되는 태양광을 집광시켜 전기를 발생시키게 된다.
여기서, 집광렌즈(12)로는 도 2의 (a)에서와 같이 평볼록렌즈(122)가 사용될 수 있는데, 이와 달리 일반적인 볼록렌즈가 사용될 수 있음은 물론이다.
또한, 집광렌즈(12)로는 도 2의 (b)에서와 같이 프레넬 렌즈(124)가 사용될 수도 있다.
이와 같은 집광렌즈(12)는 태양전지(14)의 표면적보다 큰 면적을 가지도록 하여 태양전지(14)의 표면 전체에 걸쳐 집광된 태양광이 입사될 수 있도록 한다.
태양전지(14)는 집광렌즈(12)의 하측에 정해진 거리만큼 이격되게 위치되어 집광렌즈(12)를 통과하여 집광된 태양광에 의해 전기를 생산하게 된다.
상기와 같이 본 발명의 태양전지(14)는 집광렌즈(12)에 의해 집광된 태양광으로 전기를 생산하게 됨에 따라, 태양전지(14)의 발전효율이 증대되는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지(14)의 하부면에는 방열판(142)이 부착되어 있는데, 이와 같은 방열판(142)은 일측 표면이 외부로 노출되어 외기에 의해 냉각되면서 태양광의 입사에 의해 가열되는 태양전지(14)의 열을 외부로 방출시키게 된다. 이에 따라, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양전지(14)는 온도가 낮아져 발전효율이 증대되게 된다.
여기서, 태양전지(14)로는 일반적으로 활용되고 있는 실리콘 태양전지가 사용될 수 있는데, 이와 달리 GaAs 태양전지, CdTe 태양전지, CIGS 태양전지, 염료감응형 태양정지 등 다양한 종류의 태양전지가 사용될 수 있음은 물론이다.
열흡수모듈(20)은 집광렌즈(12)와 태양전지(14) 사이에 설치되어 집광렌즈(12)를 통과하는 태양복사열과 가열된 태양전지(14)로부터 발생되는 폐열을 흡수하게 된다.
이와 같은 열흡수모듈(20)은 스털링엔진형 발전기모듈(30a)과 연결되어 흡수된 열을 전달하게 된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열흡수모듈(20)은 도 3에서와 같이 보관용기(22), 열매체(24a), 유입용 관체(26), 순환용 관체(28)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
보관용기(22)는 내부가 밀폐된 정해진 형상으로 이루어지는 것으로, 집광렌즈(12)의 하부면과 태양전지(14)의 상부면에 연통되어 집광렌즈(12)를 통과하는 태양복사열이 수용되는 한편 가열된 태양전지(14)로부터 발생된 폐열을 전달받게 된다.
열매체(24a)는 상기와 같이 보관용기(22)로 전달되는 태양복사열과 폐열을 흡수하는 매체로서, 헬륨(He)가스, 아르곤(Ar)가스, 질소(N)가스 등이 사용될 수 있다.
이와 같은 열매체(24a)는 스털링엔진형 발전기모듈(30a)을 이루는 스털링엔진(32)의 작동기체로도 사용된다, 즉, 열매체(24a)는 유입용 관체(26)와 순환용 관체(28)를 통해 연결되는 이루는 스털링엔진(32)과 보관용기(22) 내부를 순환하면서 열을 흡수하거나 방출하게 되는데, 열매체(24a)는 보관용기(22)에서는 열을 흡수하게 되고, 스털링엔진(32)에서는 열을 방출하게 된다.
유입용 관체(26)는 보관용기(22)와 스털링엔진형 발전기모듈(30a)의 스털링엔진(32)을 연결하여 보관용기(22)에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 열매체(24a)를 스털링엔진형 발전기모듈(30a)의 스털링엔진(32)으로 공급하게 된다.
순환용 관체(28)는 보관용기(22)와 스털링엔진형 발전기모듈(30a)의 스털링엔진(32)을 연결하여 스털링엔진형 발전기모듈(30a)의 스털링엔진(32)으로부터 열을 빼앗겨 냉각된 열매체(24a)를 보관용기(22)로 재공급하게 된다.
여기서, 유입용 관체(26)와 순환용 관체(28)로는 유공압용 호스가 사용될 수도 있고, 금속소재의 관이 사용될 수도 있다.
스털링엔진형 발전기모듈(30a)은 보조발전기모듈(30)로서 열흡수모듈(20)과 연결되어 열흡수모듈(20)에 흡수된 열을 전달받게 되고, 열흡수모듈로부터 전달되는 열에 의해 구동되어 전기를 발생시키게 된다.
이와 같은 스털링엔진형 발전기모듈(30a)은 도 4와 같이 스털링엔진(32)과 발전기(34)로 이루어지는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스털링엔진(32)은 약 80℃ 이하의 낮은 온도에서도 동작하는 것이다.
스털링엔진(32)은 실린더(322) 내부에 피스톤(326)과 일체로 결합되는 디스플레이서(displacer)(324)가 위치되도록 하고 디스플레이서(324) 상측 공간으로 유입용 관체(26)와 순환용 관체(28)가 연결됨으로써 보관용기(22)와 연결된다.
여기서, 열흡수모듈(20)의 보관용기(22)와 스털링엔진(32)을 연결시키는 유 입용 관체(26)와 순환용 관체(28)에는 각각 체크밸브(27)(29)가 설치되어 열매체(24a)의 역류를 방지하게 되는데, 유입용 관체(26)에 설치된 체크밸브(27)는 보관용기(22) 방향으로 열매체(24a)가 역류하는 것을 방지하게 되고, 순환용 관체(28)에 설치된 체크밸브(29)는 스털링엔진(32) 방향으로 열매체(24a)가 역류하는 것을 방지하게 된다.
이에 따라 유입용 관체(26)를 통해 열매체(24a)가 실린더(322) 내의 디스플레이서(324) 상측 공간으로 유입되게 되면 고온의 열매체(24a)에 의해 디스플레이서(324)가 피스톤(326)과 일체로 하강하면서 회전축(328)을 회전시키게 되고, 이로써 회전축(328)과 기어열(330)로 연결되는 발전기(34)가 구동되면서 스털링엔진형 발전기모듈(30a)은 전기를 생산하게 된다.
한편, 스털링엔진(32)의 구동과정에서 냉각되는 열매체(24a)는 다시 순환용 관체(28)를 통해 배출되어 보관용기(22)로 전달되는데, 상기와 같이 냉각된 열매체(24a)가 보관용기(22)로 다시 유입되면, 보관용기(22)의 하부에 위치하게 되는 태양전지(14)는 냉각된 열매체(24a)에 의해 냉각됨으로써 태양전지(14)의 발전효율이 증대되게 된다.
여기서, 스털링엔진형 발전기모듈(30a)을 이루는 스털링엔진(32)은 태양전지모듈(10)의 하부면에 부착되어 태양전지모듈(10)과 스털링엔진형 발전기모듈(30a)이 일체로 결합되면서 본 발명의 열병합발전장치(100)의 설치공간이 최소화되도록 할 수도 있다.
축전지(40)는 집광형 태양전지모듈(10)과 스털링엔진형 발전기모듈(30a)과 연결되어 전기를 저장시키는 장치이다.
한편, 필요에 따라 축전지(40)에 전력 조정기(power controller)나 직/교류 변환장치(inverter)와 같은 보조 전력장비가 추가적으로 연결될 수 있음은 물론이다.
여기서, 본 발명의 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)을 이루는 보조발전기모듈(30)로는 상기한 스털링엔진형 발전기모듈(30a) 이외에 방사형 풍차 발전기모듈(30b)이나 흡수식 냉동기형 발전기모듈이 사용될 수 있는데, 도 5에는 보조발전기모듈(30)로서 방사형 풍차 발전기모듈(30b)가 사용된 본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)가 도시되어 있다.
이와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)를 이루는 방사형 풍차 발전기모듈(30b)은 도 5에서와 같이 하우징(36)과, 로터(38) 및 발전기를 포함하여 이루어진다.
하우징(36)은 외주면 둘레를 따라 방열판(366)이 형성되어 있고, 작동기체(24b)가 유입되도록 하는 입구(362)와 작동기체(24b)가 배출되도록 하는 출구(364)가 형성된 것이다.
로터(38)는 회전축(382) 둘레를 따라 방사상으로 다수개의 블레이드(384)가 형성된 형상으로 이루어진 것으로, 하우징(36) 내부에 설치되어 입구(362)를 통해 유입되는 작동기체(24b)에 의해 회전하게 되는데, 본 발명의 제2실시예에 따른 태 양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)에서는 정해진 부피의 보관용기(22)에 수용되어 열을 흡수함으로써 고압상태에 이르게 되는 작동기체(24b)가 유입용 관체(26)를 통해 하우징(36)의 입구(362)로 지속적으로 유입됨에 따라 로터(38)의 지속적인 회전을 유도하게 되는 것이다. 또한, 로터(38)를 회전시키며 하우징(36)의 출구(364) 방향으로 이동하게 되는 작동기체(24b)는 하우징(36)의 외주면 둘레에 형성된 방열판(366)의 방열작용에 의해 냉각되어 온도가 낮추어진 상태로 하우징(36)의 출구(364)로 배출되어 순환용 관체(28)를 통해 보관용기(22)로 다시 유입되는데, 이에 따라 보관용기(22)의 하부에 위치하게 되는 태양전지(14)는 냉각된 작동기체(24b)에 의해 냉각됨으로써 태양전지(14)의 발전효율이 증대되게 된다.
발전기는 로터(38)의 회전축(384)과 연결되어 회전에너지를 전달받아 전기에너지를 생산하게 되는 것이다.
그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)를 이루는 열흡수모듈(20)은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)를 이루는 열흡수모듈(20)과 동일한 구성을 가지는데, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)를 이루는 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 로터(38)를 회전시키는 작동기체(24b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치(100)에서 사용되는 열매체(24b)와 동일한 것이다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장 치(100)를 이루는 열흡수모듈(20)의 유입용 관체(26)는 보관용기(22)와 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 하우징(36)에 형성된 입구(362)를 연결하여 보관용기(22)에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 작동기체(24b)를 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 하우징(36) 내부로 유입시키게 되고, 순환용 관체(28)는 보관용기(22)와 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 하우징(36)에 형성된 출구(364)를 연결하여 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 방열판(366)에 의해 냉각된 작동기체(24b)를 보관용기(22)로 공급하게 된다.
여기서, 열흡수모듈(20)의 보관용기(22)와 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 하우징(36)을 연결시키는 유입용 관체(26)와 순환용 관체(28)에는 각각 체크밸브(27)(29)가 설치되어 작동기체(24b)의 역류를 방지하게 되는데, 유입용 관체(26)에 설치된 체크밸브(27)는 보관용기(22) 방향으로 작동기체(24b)가 역류하는 것을 방지하게 되고, 순환용 관체(28)에 설치된 체크밸브(29)는 방사형 풍차 발전기모듈(30b)의 하우징(36) 방향으로 작동기체(24b)가 역류하는 것을 방지하게 된다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치의 블록도;
도 2의 (a)는 평볼록렌즈가 집광렌즈로 사용된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치의 개략도;
도 2의 (b)는 프레넬 렌즈가 집광렌즈로 사용된 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치의 개략도;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 열흡수모듈의 개략도;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 스털링엔진형 발전기모듈의 개략도;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 열병합발전장치를 이루는 방사형 풍차 발전기모듈의 개략도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 태양전지모듈 12 : 집광렌즈
122 : 평볼록렌즈 124 : 프레넬 렌즈
14 : 태양전지 142 : 방열판
20 : 열흡수모듈 22 : 보관용기
24a : 열매체 24b : 작동기체
26 : 유입용 관체 27, 29 : 체크밸브
28 : 순환용 관체 30 : 보조발전기모듈
30a : 스털링엔진형 발전기모듈 30b : 방사형 풍차 발전기모듈
32 : 스털링엔진 34 : 발전기
322 : 실린더 324 : 디스플레이서
326 : 피스톤 328 : 회전축
330 : 기어열 332 : 방열판
36 : 하우징 362 : 입구
364 : 출구 366 : 방열판
38 : 로터 382 : 회전축
384 : 블레이드 40 : 축전지
50 : 전선 100 : 열병합발전장치
Claims (5)
- 태양에너지를 이용한 열병합발전장치에 있어서,집광렌즈와 태양전지로 이루어져 외부로부터 입사되는 태양광을 집광시켜 전기를 발생시키게 되는 집광형 태양전지모듈과;상기 집광렌즈와 태양전지 사이에 설치되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열과 가열된 상기 태양전지로부터 발생되는 폐열을 흡수하게 되는 열흡수모듈과;상기 열흡수모듈과 연결되어 상기 열흡수모듈에 흡수된 열을 전달받게 되고, 상기 열흡수모듈로부터 전달되는 열에 의해 구동되어 전기를 발생시키게 되는 보조발전기모듈 및;상기 집광형 태양전지모듈과 보조발전기모듈과 연결되어 전기를 저장시키게 되는 축전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치.
- 제 1항에 있어서,상기 집광렌즈는 평볼록렌즈와 볼록렌즈 및 프레넬 렌즈 군 중에서 선택된 어느 하나이고,상기 태양전지는 일측 표면이 외부로 노출된 방열판과 결합되어 외기에 의해 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 보조발전기모듈은 스털링엔진형 발전기모듈과 방사형 풍차 발전기모듈 및 흡수식 냉동기형 발전기모듈 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치.
- 제 3항에 있어서,상기 보조발전기모듈은 스털링엔진과 발전기로 이루어지는 스털링엔진형 발전기모듈이고,상기 열흡수모듈은 내부가 밀폐된 정해진 형상으로 이루어지고, 상기 집광렌즈의 하부면과 상기 태양전지의 상부면에 연통되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열이 수용되는 한편 가열된 상기 태양전지로부터 발생된 폐열을 전달받게 되는 보관용기와;헬륨가스, 아르곤가스, 질소가스를 포함하는 기체군 중에서 선택된 어느 하나의 기체로 이루어져 상기 보관용기의 내부에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수하게 되는 열매체와;상기 보관용기와 스털링엔진형 발전기모듈을 연결하여 상기 보관용기에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 열매체를 스털링엔진형 발전기모듈로 공급하게 되는 유입용 관체와;상기 보관용기와 스털링엔진형 발전기모듈을 연결하여 상기 스털링엔진형 발전기모듈로부터 열을 빼앗겨 냉각된 열매체를 상기 보관용기로 재공급하게 되는 순 환용 관체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치.
- 제 3항에 있어서,상기 보조발전기모듈은 외주면 둘레를 따라 방열판이 형성되어 있고, 작동기체가 유입되도록 하는 입구와 작동기체가 배출되도록 하는 출구가 형성되어 있는 하우징과;상기 하우징 내부에 설치되어 상기 입구를 통해 유입되는 작동기체에 의해 회전하게 되고, 회전축 둘레를 따라 방사상으로 다수개의 블레이드가 형성된 형상으로 이루어진 로터 및;상기 로터의 회전축과 연결되어 회전에너지를 전달받아 전기에너지를 생산하게 되는 발전기를 포함하는 구성으로 이루어지는 방사형 풍차 발전기모듈이고,상기 열흡수모듈은 내부가 밀폐된 정해진 형상으로 이루어지고, 상기 집광렌즈의 하부면과 상기 태양전지의 상부면에 연통되어 상기 집광렌즈를 통과하는 태양복사열이 수용되는 한편 가열된 상기 태양전지로부터 발생된 폐열을 전달받게 되는 보관용기와;헬륨가스, 아르곤가스, 질소가스를 포함하는 기체군 중에서 선택된 어느 하나의 기체로 이루어져 상기 보관용기의 내부에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수하게 되는 작동기체와;상기 보관용기와 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징에 형성된 입구를 연 결하여 상기 보관용기에 수용되어 태양복사열과 폐열을 흡수한 작동기체를 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징 내부로 유입시키게 되는 유입용 관체와;상기 보관용기와 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 하우징에 형성된 출구를 연결하여 상기 방사형 풍차 발전기모듈의 방열판에 의해 냉각된 작동기체를 상기 보관용기로 재공급하게 되는 순환용 관체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열병합발전장치.
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