KR101045441B1 - 태양광 집광 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 집광 시스템에 관한 것으로, 본 발명은 태양광을 집광시키는 집광판을 사계절의 태양광의 거리에 상관없이 집광하기 위한 돔 형상으로 배치하여 열손실 발생을 최대 한도로 줄여 태양광의 조사 면적을 효율적으로 확대시킬 수 있도록 하여 태양광의 집광 효율 및 집광량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 태양광의 집광 면적을 최대 한도로 확보할 수 있어서 설치 공간을 최소화하여 좁은 지역에도 용이하게 설치할 수 있으며, 태양광의 집광에 의한 난방 등에 필요한 온수나 전기를 생산하여 저장하였다가 사용자의 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 태양광 집광 시스템을 제공한다.
태양광 집광 시스템, 제 1,2 집광 본체, 돔 형상, 집광판, 반사경

Description

태양광 집광 시스템{System for concentrating solar energy}
본 발명은 태양광 집광 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광을 집광시키는 집광판을 사계절의 태양광의 거리에 상관없이 집광하기 위한 돔 형상으로 배치하여 열손실 발생을 최대 한도로 줄여 태양광의 조사 면적을 효율적으로 확대시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전은 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 무공해성 및 무한성은 물론, 햇빛이 있는 곳이면 어느 장소에나 설치할 수 있고, 한번 설치하면 유지 비용이 거의 들지 않으며, 별도의 기계 가동부분이 없으므로 소음과 진동이 없어 환경 오염을 발생시키지 않고, 사용 수명이 20년 이상으로 장기간 이용할 수 있으며, 건설 기간이 짧아 수요 증가에 신속하게 대응할 수 있는 등의 많은 장점을 구비하고 있으므로 인하여 차세대 대체 에너지로서 가장 유망한 것으로 선호되고 있다.
상기한 태양광 발전의 기본 원리는 반도체 pn 접합(接合)으로 구성된 태양전 지(solar cell)에 태양광이 조사(照射)되면 광에너지에 의한 전자(電子)-양공(陽孔) 쌍이 생겨나고, 전자와 양공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(光起電力 效果; photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하(負荷)에 전류가 흐르게 되는 데, 상기한 태양광 발전은 태양전지를 이용한 전력 생산 외에, 태양광의 열원을 이용한 온수의 제공 및 각종 병균을 살균하는 용도 등으로 폭넓은 연구 및 상용화가 진행 중에 있다.
특히, 태양광을 이용하는 여러 장치 중 태양광을 집광하는 장치의 경우에는 입사되는 태양광을 한 곳으로 집광하여 태양전지에 의해 전력을 생산하거나, 열 에너지를 얻기 위한 것으로, 이러한 태양광 집광 시스템은 집광량 및 집광비에 따라 실용화와 아울러, 경제성이 있는 제품화가 결정된다.
그러나, 이와 같은 종래의 태양광 집광 시스템을 설치하기 위해서는 태양광을 전기적 에너지로 변환시키기 위해 넓은 지역이 필요하기 때문에 설치시 한계가 따르게 되고, 종래의 태양광을 집광시키는 집광판 구조나 형상으로는 태양광의 조사 면적을 효율적으로 확대시킬 수가 없으므로 인해 태양광의 집광 효율 및 집광량이 크게 저하되는 등의 많은 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 태양광을 집광시키는 집광판을 사계절의 태양광의 거리에 상관없이 집광하기 위한 돔 형상으로 배치하여 열손실 발생을 최대 한도로 줄여 태양광의 조사 면적을 효율적으로 확대시킬 수 있도록 하여 태양광의 집광 효율 및 집광량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 태양광의 집광 면적을 최대 한도로 확보할 수 있어서 설치 공간을 최소화하여 좁은 지역에도 용이하게 설치할 수 있으며, 태양광의 집광에 의한 난방 등에 필요한 온수나 전기를 생산하여 저장하였다가 사용자의 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 태양광 집광 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 태양광을 집광시키는 복수개의 집광판이 투명체에 배치되어 돔 형상으로 형성되는 제 1 집광 본체와, 상기 제 1 집광 본체의 내부에 배치되어 제 1 집광 본체의 외부보다 작은 직경을 갖으며 제 1 집광 본체 외부의 집광판 사이에서 투과되는 태양광을 흡수하는 복수개의 집광판이 연결되어 돔 형상으로 형성되는 제 2 집광 본체와, 상기 제 1 집광 본체 외부의 각각의 집광판 내측에 부착되어 제 1 집광 본체 외부의 복수개의 집광판 사이의 틈새를 통과하여 제 2 집광 본체 내부의 복수개의 집광판에 입사된 태양광을 반사시키기 위 해 단부가 오목한 형상을 갖는 반사경과, 상기 제 1,2 집광 본체의 집광판 사이의 틈새에 상호 연통 설치되어 태양광에 의해 가열되는 온수를 공급하기 위한 온수 공급파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 시스템이 제공된다.
또한, 상기 온수 공급파이프에는 온수 공급파이프를 통해 공급되는 고온의 온수를 저장하여 사용하기 위한 온수 저장탱크가 연결되고, 상기 온수 공급파이프와 온수 저장탱크 사이에는 공급되는 고온의 온수에 의해 회전 운동하여 발전기를 구동시키기 위한 전력조절장치와 인버터가 포함된 터빈 및 발전기가 설치되며, 이 터빈 및 발전기에는 발전기를 구동시킴에 따라 생산되는 전기를 저장하여 사용하기 위한 축전기가 연결되고, 상기 제 1 집광 본체의 내부와 제 2 집광 본체의 사이에는 고온의 내부 공기를 순환시키기 위한 환풍기가 설치되어 구성된 것을 그 특징으로 한다.
또한, 상기 이중의 돔 형상을 이루는 제 1,2 집광 본체는 투광 기능을 포함하는 집광판으로만 구성된 것을 그 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 1,2 집광 본체는 돔 형상, 피라미드 형상, 원통 형상, 반구 형상 중의 어느 하나로 된 것을 그 특징으로 한다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 태양광을 집광시키는 집광판을 사계절의 태양광의 거리에 상관없이 집광하기 위한 돔 형상으로 배치함으로써 열손실 발생을 최대 한도로 줄여 태양광의 조사 면적을 효율적으로 확대시킬 수 있도록 하 여 태양광의 집광 효율 및 집광량을 크게 향상시킬 수 있음과 아울러, 태양광의 집광 면적을 최대 한도로 확보할 수 있어서 설치 공간을 최소화하여 좁은 지역에도 용이하게 설치할 수 있음은 물론, 태양광의 집광에 의한 난방 등에 필요한 온수나 전기를 생산하여 저장하였다가 사용자의 필요에 따라 선택적으로 사용할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 태양광 집광 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 요부 정면도이다.
본 발명의 태양광 집광 시스템의 제 1 집광 본체(10)는 태양광을 집광시키는 복수개의 집광판(20)이 투명체(30)에 배치되어 돔(dome) 형상으로 형성되고, 상기 제 1 집광 본체(10)의 내부에는 제 1 집광 본체(10)의 외부보다 작은 직경을 갖으며 제 1 집광 본체(10) 외부의 집광판(20) 사이에서 투과되는 태양광을 흡수하는 복수개의 집광판(20)이 연결되어 돔 형상으로 형성되는 제 2 집광 본체(40)가 배치되어 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)가 이중의 돔 형상을 갖는 구조로 형성된다.
또한, 상기 제 1 집광 본체(10) 외부의 각각의 집광판(20) 내측에는 상기 제 1 집광 본체(10) 외부의 복수개의 집광판(20) 사이의 틈새를 통과하여 상기 제 2 집광 본체(40) 내부의 복수개의 집광판(20)에 입사된 태양광을 반사시키기 위해 단 부가 오목한 형상을 갖는 반사경(50)이 부착되고, 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)의 집광판(20) 사이의 틈새에는 상기 태양광에 의해 가열되는 온수를 공급하기 위한 온수 공급파이프(60)가 상호 연통되어 설치된다.
그리고, 상기 온수 공급파이프(60)에는 온수 공급파이프(60)를 통해 공급되는 고온의 온수를 저장하여 사용하기 위한 온수 저장탱크(70)가 연결되고, 상기 온수 공급파이프(60)와 온수 저장탱크(70) 사이에는 공급되는 고온의 온수에 의해 회전 운동하여 발전기를 구동시키기 위한 전력조절장치와 인버터가 포함된 터빈 및 발전기(80)가 설치되며, 이 터빈 및 발전기(80)에는 발전기를 구동시킴에 따라 생산되는 전기를 저장하여 사용하기 위한 축전기(90)가 연결되고, 상기 제 1 집광 본체(10)의 내부와 제 2 집광 본체(40)의 사이에는 고온의 내부 공기를 순환시키기 위한 환풍기(100)가 설치되어 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 태양광 집광 시스템의 제 1,2 집광 본체(10)(40)는 복수개의 집광판(20)에 의해 상호 연결되어 이중의 돔 형상을 갖는 구조로 형성되어 있으므로 상기 제 1 집광 본체(10)의 복수개의 집광판(20)과 투명체(30)에 의해 1차로 태양광을 집광시킬 수 있음과 아울러, 상기 제 1 집광 본체(10)의 복수개의 집광판(20) 사이의 틈새를 통과하는 태양광은 상기 제 1 집광 본체(10)의 내부에 배치된 제 2 집광 본체(40)의 복수개의 집광판(20)에 의해 2차로 태양광을 흡수시킬 수 있음은 물론, 상기 제 2 집광 본체(10) 내부의 복수개의 집광판(20)에서 반사되는 태양광은 상기 제 1 집광 본체(10)의 각각의 집광판(20) 내측에 부착된 반사경(50)에 의해 반사되어 다시 제 2 집광 본체(40) 내부의 집광판(20)을 향하도록 하는 방식에 의해 집광 면적을 최대 한도로 확보하여 태양광을 집광시킬 수 있어서 태양광의 집광 효율 및 집광량을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)는 복수개의 집광판(20)이 사계절의 태양광의 거리에 상관없이 집광하기 위한 이중의 돔 형상을 이루는 구조이므로 인해 태양광의 집광 면적을 최대 한도로 확보할 수 있어서 설치 공간을 최소화하여 좁은 지역에도 용이하게 설치할 수 있게 된다.
또한, 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)의 집광판(20) 사이의 틈새에는 상호 연통되어 온수 공급파이프(60)가 설치되어 있으므로 태양광에 의해 가열되는 고온의 온수를 온수 저장탱크(70)에 저장하여 난방용이나 목욕용 등으로 효과적으로 활용할 수 있으며, 내부가 고온 상태를 유지하고 있는 제 1,2 집광 본체(10)(40)에 별도의 파이프를 연통 설치함으로써 내부의 고온의 공기를 상기 제 1 집광 본체(10)의 내부와 제 2 집광 본체(40)의 사이에 설치된 환풍기(100)의 작동에 의해 고온의 내부 공기를 골고루 순환시켜 난방용 등으로 활용할 수 있음과 아울러, 상기 온수 공급파이프(60)와 온수 저장탱크(70)를 통해 고온의 온수를 전력조절장치와 인버터가 포함된 터빈 및 발전기(80)로 공급하면 고온의 온수에 의해 터빈이 고속 회전운동을 함과 동시에 발전기를 구동시킴에 따라 생산되는 전기를 축전기(90)에 저장하였다가 사용자의 필요에 따라 사용하거나, 남는 전기는 판매하여 수익을 올릴 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 상기 이중의 돔 형상을 이루는 제 1,2 집 광 본체(10)(40)를 투광 기능을 포함하는 집광판(20)으로만 구성하여 제작함으로써 태양광의 집광 효율 및 집광량을 극대화시킬 수 있으며, 그리고 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)는 돔 형상 이외에, 설치 장소에 따라 돔과 유사한 피라미드 형상, 원통 형상 및 반구 형상으로 제작하여 설치할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 태양광 집광 시스템을 나타낸 사시도
도 2는 도 1의 종단면도
도 3은 본 발명의 요부 정면도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 제 1집광 본체 20; 집광판
30; 투명체 40; 제 2 집광 본체
50; 반사경 60; 온수 공급파이프
70; 온수 저장탱크 80; 터빈 및 발전기
90; 축전기 100; 환풍기

Claims (4)

  1. 태양광을 집광시키는 복수개의 집광판(20)이 투명체(30)에 배치되어 돔 형상으로 형성되는 제 1 집광 본체(10)와,
    상기 제 1 집광 본체(10)의 내부에 배치되어 제 1 집광 본체(10)의 외부보다 작은 직경을 갖으며 제 1 집광 본체(10) 외부의 집광판(20) 사이에서 투과되는 태양광을 흡수하는 복수개의 집광판(20)이 연결되어 돔 형상으로 형성되는 제 2 집광 본체(40)와,
    상기 제 1 집광 본체(10) 외부의 각각의 집광판(20) 내측에 부착되어 제 1 집광 본체(10) 외부의 복수개의 집광판(20) 사이의 틈새를 통과하여 제 2 집광 본체(40) 내부의 복수개의 집광판(20)에 입사된 태양광을 반사시키기 위해 단부가 오목한 형상을 갖는 반사경(50)과,
    상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)의 집광판(20) 사이의 틈새에 상호 연통 설치되어 태양광에 의해 가열되는 온수를 공급하기 위한 온수 공급파이프(60)로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온수 공급파이프(60)에는 온수 공급파이프(60)를 통해 공급되는 고온의 온수를 저장하여 사용하기 위한 온수 저장탱크(70)가 연결되고, 상기 온수 공급파이프(60)와 온수 저장탱크(70) 사이에는 공급되는 고온의 온 수에 의해 회전 운동하여 발전기를 구동시키기 위한 전력조절장치와 인버터가 포함된 터빈 및 발전기(80)가 설치되며, 이 터빈및 발전기(80)에는 발전기를 구동시킴에 따라 생산되는 전기를 저장하여 사용하기 위한 축전기(90)가 연결되고, 상기 제 1 집광 본체(10)의 내부와 제 2 집광 본체(40)의 사이에는 고온의 내부 공기를 순환시키기 위한 환풍기(100)가 설치되어 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이중의 돔 형상을 이루는 제 1,2 집광 본체(10)(40)는 투광 기능을 포함하는 집광판(20)으로만 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1,2 집광 본체(10)(40)는 돔 형상, 피라미드 형상, 원통 형상, 반구 형상 중의 어느 하나로 된 것을 특징으로 하는 태양광 집광 시스템.
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