KR101019352B1 - 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치 - Google Patents

투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 관한 것으로, 태양광을 집광하는 집광렌즈(10)와, 유입관(21)와 유출관(22)과 연통되며 상기 집광렌즈(10)의 하부에 구비되고 내부 공동(空洞)에 전열성 냉매가 이동되는 투광성 재질로 구성된 집열조(20)와, 상기 집열조(20) 하부에 인접하여 구비되는 제2 집광렌즈(28)와, 상기 집열조(20)의 하부에 복수의 솔라셀을 포함하여 구비되는 태양전지판(30)과, 상기 유입관(21)을 통해 상기 집열조(20)로 액체 상태로 진입한 후 상기 집광렌즈(10)를 통과한 빛에 의해 가열되어 진입 상태보다 더 고온인 상태로 상기 유출관(22)으로 진입하는 전열성 냉매(40)와, 상기 고온의 전열성 냉매가 기체 또는 액체인 상태에서 흐르는 유출관(32)에 구비되어 전열성 냉매를 이용하여 발전하는 태양열발전수단(50)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 관한 것이다.
태양열, 태양광, 발전, 열전소자, 터빈, 집광렌즈

Description

투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치 { Condensing Type Solar Heat And Ray Cogeneration System }
본 발명은 집광렌즈를 사용하는 집광형 태양전지 장치에 있어서 태양전지판으로 진입하는 집광된 빛의 열을 채집하여 태양열발전을 하고 열을 빼앗긴 빛을 태양전지판으로 보내 태양전지판의 온도 상승을 막아 태양전지의 태양광 발전효율을 증가시킬수 있는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 관한 것이다.
최근에 태양전지 모듈의 제조에 필요한 비용을 발전 출력으로서 회수할 수 있는 기간의 단축 및 태양전지를 사용한 발전 시스템의 저비용화를 위하여, 태양광을 집광렌즈(Condensing Lens)를 사용하여 집광하여 태양전지 셀로의 입사광량을 증가시키는 동시에 고가인 태양전지 셀의 사용면적을 줄일 수 있는 집광형 태양전지에 대한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. 하지만, 실리콘 소자를 사용하는 태양전지는 온도가 상승하면 발전량이 현저하게 저하하는 성질이 있다.
따라서, 종래의 집광형 태양전지 장치는 집광도의 증가와 함께 태양전지 셀의 온도 상승도 현저해져, 충분한 냉각을 행하기 곤란한 문제점이 있었다 이 때문 에 보다 효율적이고 효과적으로 태양전지를 냉각하기 위하여 태양전지를 냉각하여 발전량의 저하를 억제하는 동시에 그 내구성을 향상시키는 기술이 연구되고 있다.
( 본 결과물은 지식경제부의 출연금으로 수행한 중진기기 미래기술개발의 연구결과입니다. )
본 발명은 집광렌즈를 사용하는 집광형 태양전지 장치에 있어서 태양전지판으로 진입하는 집광된 빛의 열을 채집하여 태양열발전을 하고 열을 빼앗긴 빛을 태양전지판으로 보내 태양전지판의 온도 상승을 막아 태양전지의 태양광 발전효율을 증가시킬수 있는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치를 제공하기 위한 것이다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치는, 태양광을 집광하는 집광렌즈(10)와,
유입관(21)와 유출관(22)과 연통되며 상기 집광렌즈(10)의 하부에 구비되고 내부 공동(空洞)에 전열성 냉매가 이동되는 투광성 재질로 구성된 집열조(20)와,
상기 집열조(20) 하부에 인접하여 구비되는 보조 집광렌즈(28)와,
상기 집열조(20)의 하부에 복수의 솔라셀을 포함하여 구비되는 태양전지판(30)과,
상기 유입관(21)을 통해 상기 집열조(20)로 액체 상태로 진입한 후 상기 집광렌즈(10)를 통과한 빛에 의해 가열되어 진입 상태보다 더 고온인 상태로 상기 유출관(22)으로 진입하는 전열성 냉매(40)와,
상기 고온의 전열성 냉매가 기체 또는 액체인 상태에서 흐르는 유출관(32)에 구비되어 전열성 냉매를 이용하여 발전하는 태양열발전수단(50)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 있어서, 보조 집광렌즈(28)는, 상면이 평편하고 하면이 볼록한 반-볼록렌즈 형상 또는 상기 집열조(20)의 바닥면을 구성하는 온전한 볼록렌즈 형상 중 하나의 형상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 경우 종래 기술의 문제점이 해결되며, 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 있어서 태양전지판으로 진입하는 집광된 빛의 열을 채집하여 태양열발전을 하고 열을 빼앗긴 빛을 태양전지판으로 보내 태양전지판의 온도 상승을 막아 태양전지의 태양광 발전효율을 증가시킬수 있는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치가 제공된다.
이하 본 발명에 의한 투광성 집열조가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치는, 집광렌즈(10)와 투광성 재질로 구성된 집열조(20)와 태양전지판(30)과 전열성 냉매(40)와 태양열발전수단(50)을 포함하여 구성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 집광렌즈(10)는 태양광을 집광하며 통상의 볼록렌즈가 바람직하다. 집열조(20)는 입관(21)와 유출관(22)과 연통되며 집광렌즈(10)의 하부에 구비되고 내부 공동(空洞)에 전열성 냉매(예를들어, 냉각수)가 이동되며 투광성 재질로 구성된다.
도 1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 보조 집광렌즈(28)는 집열조(20) 하부에 인접하여 구비된다. 보조 집광렌즈(28)는 상면이 평편하고 하면이 볼록한 반 볼록렌즈 형상일 수 있으며, 상기 집열조(20)와 일체로 성형될 수 있다. 하지만, 보조 집광렌즈(28)는 온전한 볼록렌즈 형상일 수 있으며 집열조(20)의 하면을 볼록 렌즈로 성형하여 이를 보조 집광렌즈(28)로 할 수 있다.
태양전지판(30)은 집열조(20)의 하부에 구비되고 통상의 솔라셀(Solar Battery Cell)을 복수개 포함한다. 전열성 냉매(40)는 유입관(21)을 통해 상기 집열조(20)로 액체 상태로 진입한 후 상기 집광렌즈(10)를 통과한 빛에 의해 가열되어 진입 상태보다 더 고온인 상태로 상기 유출관(22)으로 진입한다.
태양열발전수단(50)은 고온의 전열성 냉매가 기체 또는 액체인 상태에서 흐르는 유출관(32)에 구비되어 전열성 냉매를 이용하여 발전한다. 본 발명의 일실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이 태양열발전수단(50)은 열전소자(51) 또는 터빈(55) 중에서 선택된 하나일 수 있다. 태양열발전수단(50)은 열전소자(51)이며, 유출관(32)을 흐르는 고온의 전열성 냉매는 액체 또는 기체 상태중 하나의 상태이나 또는 기체와 액체가 혼합되어 있는 상태일 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 태양열발전수단(50)은 터빈(55)이고, 유출관(32)을 흐르는 고온의 전열성 냉매는 기체 상태로 상기 터빈(55)에 입력되게 구성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 집열조(20)의 재료는 유리이고, 집열조(20)에서 상기 전열성 냉매의 일부 또는 전체가 기화되고, 집열조(20)에서 발생하는 기화된 냉매의 포집을 용이하게 하기 위해 상기 유출관(22)의 입구는 상기 집열조(20) 공동((空洞) 상측에 위치되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전열성 냉매를 이용한 집열조가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 있어서, 집광렌즈(10) 에 의해 집광되는 빛의 촛점(F)은 상기 집열조(20)의 공동(空洞) 영역에 형성되어 상기 집열조(20)의 내부를 흐르는 전열성 냉매(40)의 가열이 촉진되는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 전열성 냉매를 이용한 집열조가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치에 있어서, 집열조(20) 내부에는 반사경(25)이 더 구비될 수 있다. 반사경(25)은 반사경(25)으로 입사되는 빛을 하방으로 유도하고, 입사된 빛에 의해 가열된 반사경(25)은 주변을 흐르는 전열성 냉매로 열을 전달한다.
본 발명에 있어서, 상기 전열성 냉매는 냉각수(H2O)일 수 있다. 이때 냉각수는 집열조(20) 내부에서 기화되어 수증기로 변화할 수 있게 설계하는 것이 바람직하다.
집열조(20) 하부에 상면이 평편하고 하면이 볼록한 반 볼록렌즈 형상으로 구비되는 보조 집광렌즈(28)는 촛점이 집열조의 공동 내부에서 형성된 후 하향으로 진행하는 빛의 분산 또는 산란을 막아 빛을 태양전지판(30)으로 집중시키는 태양광 발전 효율을 증가시키기 위한 것이다.
본 발명에 있어 냉매란 빛에 포함된 열을 흡수하며 온도에 따라 액체 또는 기체 상태로 변화되는 물질(또는 유체)을 의미하며 통상적으로 공조기 내에서 순환하는 냉매를 의미하는 것은 아니다. 본 발명에서 전열성 냉매란 기체 또는 액체 상태로 관(Duct)나 일정 형상의 폐쇄된 경로를 흐를 수 있는 매체 중에서 투광성이 우수하면서도 열전도성이 우수한 매체 또는 유체를 말한다. 본 발명의 전열성 냉매는 반드시 출원일 현재 공지된 물질을 의미하는 것은 아니며, 미래에 개발될 수 있는 냉각수 등에 비해 열흡수력이 우수하면서도 우수한 빛 투과성을 갖는 유체를 포함하는 개념이다. 현존하는 유체가 본 발명의 전열성 냉매로 사용될 수 있음은 당연하다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치의 단면 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 집광렌즈
20 : 집열조
21 : 유입관
22 : 유출관
25 : 반사경
28 : 보조 집광렌즈
30 : 태양전지판
40 : 전열성 냉매
50 : 태양열발전수단
51 : 열전소자
52 : 터빈

Claims (7)

  1. 태양광을 집광하는 집광렌즈(10)와,
    유입관(21)와 유출관(22)과 연통되며 상기 집광렌즈(10)의 하부에 구비되고 내부 공동(空洞)에 전열성 냉매가 이동되는 투광성 재질로 구성된 집열조(20)와,
    상기 집열조(20) 하부에 인접하여 구비되는 보조 집광렌즈(28)와,
    상기 집열조(20)의 하부에 복수의 솔라셀을 포함하여 구비되는 태양전지판(30)과,
    상기 유입관(21)을 통해 상기 집열조(20)로 액체 상태로 진입한 후 상기 집광렌즈(10)를 통과한 빛에 의해 가열되어 진입 상태보다 더 고온인 상태로 상기 유출관(22)으로 진입하는 전열성 냉매(40)와,
    상기 고온의 전열성 냉매가 기체 또는 액체인 상태에서 흐르는 유출관(22)에 구비되어 전열성 냉매를 이용하여 발전하는 태양열발전수단(50)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보조 집광렌즈(28)는, 상면이 평편하고 하면이 볼록한 반-볼록렌즈 형상 또는 상기 집열조(20)의 바닥면을 구성하는 온전한 볼록렌즈 형상 중 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 집광렌즈(10)에 의해 집광되는 빛의 촛점(F)은 상기 집열조(20)의 공동(空洞) 영역에 형성되어 상기 집열조(20)의 내부를 흐르는 전열성 냉매의 가열이 촉진되는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 태양열발전수단(50)은 열전소자(51)이며,
    상기 유출관(22)을 흐르는 고온의 전열성 냉매는 액체 또는 기체 상태중 하나의 상태이나 또는 기체와 액체가 혼합되어 있는 상태인 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 태양열발전수단(50)은 터빈(55)이고,
    상기 유출관(22)을 흐르는 고온의 전열성 냉매는 기체 상태로 상기 터빈(55)에 입력되는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집열조(20)의 재료는 유리이고,
    상기 집열조(20)에서 상기 전열성 냉매의 일부 또는 전체가 기화되고,
    상기 집열조(20)에서 발생하는 기화된 냉매의 포집을 용이하게 하기 위해 상기 유출관(22)의 입구는 상기 집열조(20) 공동((空洞) 상측에 위치되는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 집열조(20) 내부에는 반사경(25)이 더 구비되고,
    상기 반사경(25)으로 입사되는 빛을 하방으로 유도되고,
    입사된 빛에 의해 가열된 상기 반사경(25)은 주변을 흐르는 전열성 냉매로 열을 전달하고;
    상기 전열성 냉매는 냉각수(H2O)이고,
    상기 집열조(20) 내부에서 기화되어 수증기로 변화하는 것을 특징으로 하는 투광성 집열조 및 보조 집광렌즈가 구비된 집광형 태양열 및 태양광 복합발전 장치.
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JPS5997457A (ja) 1982-11-26 1984-06-05 Shinenerugii Sogo Kaihatsu Kiko 太陽エネルギ−利用装置
KR19990039512U (ko) * 1998-04-14 1999-11-15 현대중공업주식회사 태양열 에너지 이용 및 저장 장치

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