KR101072516B1 - 입체형 태양전지 모듈을 이용하는 태양 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 입체형 태양전지 모듈을 이용하는 태양 발전 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 태양발전 시스템은, 지지판(100); 지지판(100) 상에 하나 또는 다수개가 배열되며, 빛을 수광하여 전기 에너지를 생성하는 입체형 태양전지 모듈(200); 입체형 태양전지 모듈(200) 주변을 회전하며, 입체형 태양전지 모듈(200)로 빛을 반사시키는 반사부(300); 및 반사부(300)를 회전시켜 위치를 제어하는 제어부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
입체형, 태양 발전, 반사, 제어부

Description

입체형 태양전지 모듈을 이용하는 태양 발전 시스템{SOLAR POWER GENERATION SYSTEM USING CUBIC SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 입체형 태양전지 모듈을 이용하는 태양 발전 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 태양전지가 입체형으로 구성된 태양전지 모듈과 빛을 반사하여 집광시킬 수 있는 반사부를 이용하여 발전 효율성을 향상시킬 수 있는 태양발전 시스템에 관한 것이다.
오늘날 일반적으로 이용되는 에너지는 석유와 석탄 및 천연 가스와 같은 화석 에너지로 그 양이 한정되어 있고, 오염 물질을 배출한다는 문제점이 있다. 따라서, 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체 에너지의 개발이 중요시되고 있는데, 그 중에서도 가장 주목 받고 있는 기술이 태양광을 이용하는 태양발전이다. 이러한 태양광을 이용하는 발전 기술은 빛을 수광하여 전기 에너지로 변환함으로써 용이하게 전력을 얻을 수 있는 원리이다. 따라서, 무공해인 태양광을 무한정으로 전기 에너지로 바꿀 수 있고, 대기 오염이나 소음, 발열, 진동 등의 공해가 전혀 없는 깨끗한 발전 기술이다. 또한, 연료의 수송과 발전 설비의 유지 관리가 거의 불필요한 반영구적인 수명을 가질 수 있다.
그러나, 이러한 태양발전은 에너지 변환 효율이 낮아 상대적으로 넓은 면적이 필요하다는 문제점이 있다. 즉, 종래에는 태양전지를 평면 상에 매트릭스(행과 열)로 배열된 구조인 평면형 태양전지 모듈을 사용하기 때문에 많은 양의 전력을 생산하기 위해서는 반드시 대면적이 필요하였다. 하지만, 이러한 면적의 증가는 설치 장소 등에 제한을 가져오고 비용의 상승도 초래할 수 있다. 또한, 평면형 태양전지 모듈은 우천, 우박 또는 바람에 의해 쉽게 파손될 수 있으며, 태양광이 조사되는 방향에 따라 전력 효율이 크게 변동되는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 좁은 공간에서도 대면적을 얻을 수 있는 태양전지 모듈을 이용하는 태양발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 외부의 간섭(예를 들면, 비와 바람)을 차단시킴과 동시에 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양전지 모듈을 이용하는 태양발전 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수광 방향에 따라 위치가 제어될 수 있는 태양전지 모듈을 이용하는 태양발전 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 지지판; 상기 지지판 상에 하나 또는 다수개가 배열되며, 빛을 수광하여 전기 에너지를 생성하는 입체형 태양전지 모듈; 상기 입체형 태양전지 모듈 주변을 회전하며, 상기 입체형 태양전지 모듈로 빛을 반사시키는 반사부; 및 상기 반사부를 회전시켜 위치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양발전 시스템에 의해 달성된다.
상기 제어부는 상기 입체형 태양전지 모듈의 회전을 제어할 수 있다.
상기 제어부는 조도, 습도, 풍량 중 적어도 하나를 측정하여 상기 입체형 태양전지 모듈 또는 상기 반사부의 위치를 제어할 수 있다.
상기 조도는 상기 입체형 태양전지 모듈에서 생산된 전기 에너지를 기초로 측정할 수 있다.
상기 지지판 또는 상기 반사부 중 어느 하나 이상의 표면에는 상기 빛을 반사시키는 요철부가 더 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 좁은 공간에서도 효율적인 태양발전을 통해 고효율의 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 수광되는 빛의 양을 증가시켜 고효율의 전력을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 빛(태양광), 비, 바람의 방향을 측정하여 전력 생산을 향상시키고 장치를 물리적으로 보호할 수 있다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된 다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
태양발전 시스템의 전체 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 입체형 태양전지 모듈(200)을 이용하는 태양발전 시스템의 간략한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1을 보다 상세하게 나타내는 사시도 일부이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1을 보다 상세하게 나타내는 단면도 일부이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양발전 시스템은 지지판(100), 태양전지모듈(200), 반사부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 지지판(100)은 상부에 하나 또는 다수개의 태양전지 모듈(200)과 반사부(300)를 포함하는 다른 구성들을 지탱할 수 있는 평판일 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 지지판(100)의 영역 중에서 태양전지 모듈(200)이 위치하는 영역 주변에는 이동 경로(110)가 형성되어 있어 반사부(300)는 이동 경로(110)를 따라 회전할 수 있다. 일례로, 이동 경로(110)는 원형의 레일 형태일 수 있으나, 단순한 홈 형태일 수도 있다.
또한, 지지판(100)은 빛(태양광)을 반사시킬 수 있는 재질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이는, 태양전지 모듈(200)에 직접 수광되지 않는 빛을 지지판(100)으로 반사시켜 입사시킬 수 있기 때문이다. 이와 같은 이유로, 지지판(100)의 표면에 굴곡을 가지는 요철부(미도시함)을 더 형성하여 반사되는 빛이 태양전지모듈(200)에 효율적으로 입사될 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 모듈(200)은 입체형 구조로 지지판(100)의 상부에 하나 또는 다수개가 위치되는데, 일례로 행과 열 방향으로 배열되는 매트릭스(matrix) 구조를 이룰 수 있다.
태양전지 모듈(200)은 일례로 원통형일 수 있어 원통의 곡면 상에 다수개의 태양전지가 구비되는 구조일 수 있다. 또한, 발전 효율성을 위해 원통의 상부 단면에도 태양전지가 구비되는 것이 바람직하다. 이때, 태양전지 모듈(200)은 자체적으로 또는 이후 설명될 제어부(400)에 의해 회전(10)하여 균일하게 빛을 수광하는 기능을 더 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서 태양전지란, 빛을 수광하여 전기 에너지로 변환할 수 있는 소자를 포괄적으로 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 일례로, 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지, 박막형[비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지, CdTe나 CIS(CuInSe2) 동의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지들 중 어느 하나 이상일 수 있다. 바람직하게는, 곡면에 고정되기 용이한 플렉서블 기판을 이용한 태양전지일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 반사부(300)는 지지판(100)에 구비되는 이동 경로(110)를 따라 이동하면서, 빛(태양광)을 반사시켜 태양전지 모듈(200)로 집광시키는 기능을 수행할 수 있다.
반사부(300)는 빛을 반사시킬 수 있는 재질이라면 제한 없이 사용할 수 있는데, 도시되지는 않았지만, 표면에는 빛을 더 효율적으로 집광시킬 수 있는 굴곡을 가지는 요철부(미도시함)가 더 구비될 수도 있다. 결국, 수광된 빛의 방향에 따라 이동 경로(110)를 회전(20)하여 가장 많은 빛을 집광시킬 수 있는 위치에서 빛을 반사시킬 수 있다.
또한, 반사부(300)는 이후 설명될 제어부(400)에서 측정된 비, 바람 등의 외부의 인자의 정보에 따라 이를 차단하는 기능을 수행할 수도 있다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부(400)는 태양전지 모듈(200)에서 광전 변환되어 생성된 전기 에너지의 충방전을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 제어부(400)는 도시된 바와 같이 태양전지 모듈(200)의 내부에 위치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 구성 또는 외부에 위치할 수도 있다.
또한, 제어부(400)는 수광되는 빛의 방향을 판단하여 태양전지 모듈(200) 또는 반사부(300) 중 어느 하나 이상의 위치를 제어할 수 있다. 따라서, 가장 적합 한(전력 효율이 가장 우수한) 위치를 제어하는 기능을 수행할 수 있는데, 보다 상세한 설명은 도 4를 참조한 이하의 상세한 설명에 의해 이해될 것이다.
제어부의 구성
이하의 상세한 설명에서는 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 제어부(400)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부(400)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(400)는 센서부(410), 충방전부(420), 배터리부(430), 통신부(440) 및 중앙 처리부(450)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서부(410), 충방전부(420), 배터리부(430), 통신부(440) 및 중앙 처리부(450)는 그 중 적어도 일부가 태양전지 모듈(200) 및/또는 반사부(300)와 통신하는 프로그램 모듈들일 수 있다. 이러한 프로그램 모듈들은 운영 시스템, 응용 프로그램 모듈 및 기타 프로그램 모듈의 형태로 제어부(400)에 포함될 수 있으며, 물리적으로는 여러 가지 공지의 기억 장치 상에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 프로그램 모듈들은 제어부(400)와 통신 가능한 원격 기억 장치에 저장될 수도 있다. 한편, 이러한 프로그램 모듈들은 본 발명에 따라 후술할 특정 업무를 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 실행하는 루틴, 서브루틴, 프로그램, 오브젝트, 컴포넌트, 데이터 구조 등을 포괄하지만, 이에 제한되지는 않는다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(410)는 태양전지 모듈(200)에서 광전 변환된 전기 에너지를 측정하여 빛이 수광되는 방향을 산출하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 태양전지 모듈(200)에서 수광되어 얻은 전류 또는 전압의 크기를 확인하여 외부 조도값을 추정할 수 있는 장치이다.
일례로, 태양전지 모듈(200)에서 상, 하, 좌, 우 방향으로 배열되어 있는 특정 태양전지는, 빛의 입사 방향에 따라 발생되는 전류의 세기가 상이하게 되고, 이를 기초로 빛의 입사 방향을 산출할 수 있다. 물론, 별도의 공지된 조도감지 센서(미도시함)를 구비할 수도 있다.
또한, 본 발명의 센서부(410)는 외부의 습도를 측정하여 우천 및 안개 발생 여부를 감지하는 습도 센서일 수 있다. 습도 센서는 일례로, 습도의 변화에 따라 전극간의 전기 저항값이 변화하는 전기 저항식 방식과, 습도의 변화에 따라 전극간의 전압이 변화하여 전기용량이 변화하는 전기 용량식을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 센서부(410)는 공기의 흐름 양을 알아낼 수 있는 풍량 센서일 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부(410)는 상기와 같이 측정된 조도, 습도, 풍량 등의 정보에 따라 태양전지 모듈(200) 및/또는 반사부(300)의 위치를 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
보다 상세하게 설명하면, 빛이 좌측에서 입사되는 경우 태양전지 모듈(200)의 좌측에서 광전 변환이 수행될 수 있다. 따라서, 센서부(410)는 좌측에서 측정된 조도값이 우측의 조도값 보다 큼을 판단하여, 반사부(300)를 우측으로 회전시킬 수 있다. 결국, 우측에 위치하는 반사부(300)는 빛을 태양전지 모듈(200) 방향으 로 반사시켜 우측에서도 광전 변환이 수행될 수 있도록 할 수 있다. 이때, 센서부(410)는 태양전지 모듈(200) 자체를 회전시켜 다른 면에서도 균일하게 빛을 수광시킬 수 있다.
또한, 측정된 습도, 풍량의 정보에 따라 태양전지 모듈(200) 및/또는 반사부(300)의 위치를 제어하여 장치를 물리적으로 보호할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전부(420)는 생성된 전기 에너지를 배터리부(430)에 충전시키거나 필요에 따라 방전시키는 기능을 수행할 수 있다. 충방전부(420)는 공급된 전류를 배터리부(430)에 충방전시키는 충방전 회로이며, 과충전되는 것을 방지하기 위한 보호 회로를 포함할 수 있는데, 이러한 전기 에너지는 일례로, 태양전지모듈(200) 및/또는 반사부(300)를 회전시키는데 사용될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리부(430)는 태양전지 모듈(200)에서 생성된 전류를 인가 받아 충전할 수 있는 전기 에너지의 저장장치이다. 또한, 배터리부(430)는 태양전지 모듈(200) 및/또는 반사부(300)를 이동시키는 경우 충전된 전력을 방전시켜서 사용할 수 있는 2차 전지일 수 있다. 이때, 본 발명에서는 배터리부(430)가 제어부(400)에 포함되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 별도로 구비되어 다수개의 태양전지 모듈(200)에서 발전된 전기 에너지를 하나의 배터리부(430)에 저장할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 통신부(440)는 태양전지 모듈(200) 및/또는 반사부(300)와 데이터 유선 또는 무선으로 송수신이 가능하도록 하는 기능 을 수행할 수 있는 송수신 모듈이다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 처리부(450)는 센서부(410), 충방전부(420), 배터리부(430) 및 통신부(440) 간의 데이터의 흐름을 제어하는 기능을 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 중앙 처리부(450)는 외부로부터의 또는 제어부(400)의 각 구성요소 간의 데이터의 흐름을 제어함으로써, 센서부(410), 충방전부(420), 배터리부(430) 및 통신부(440)에서 각각 고유 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.
이러한 제어부(400)는 설명된 바와 같이 태양전지 모듈(200) 마다 구비될 수 있으나, 다수의 태양전지모듈(200)을 통합적으로 제어할 수 있도록 별도로 구비될 수도 있다.
한편, 이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 입체형 태양전지 모듈(200)을 이용하는 태양발전 시스템의 간략한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1을 보다 상세하게 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 도 1을 보다 상세하게 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부(400)의 내부 구성을 상세하게 도시하는 구성도이다.
<주요 도면 부호에 관한 간단한 설명>
100: 지지판
200: 태양전지 모듈
300: 반사부
400: 제어부
410: 센서부
420: 충방전부
430: 배터리부
440: 통신부
450: 중앙 처리부

Claims (5)

  1. 지지판;
    상기 지지판 상에 하나 또는 다수개가 배열되며, 빛을 수광하여 전기 에너지를 생성하는 입체형 태양전지 모듈;
    상기 입체형 태양전지 모듈 주변을 회전하며, 상기 입체형 태양전지 모듈로 빛을 반사시키는 반사부; 및
    상기 반사부와 상기 입체형 태양전지 모듈을 회전시켜 위치를 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 조도, 습도, 풍량 중 적어도 하나를 측정하여 상기 입체형 태양전지 모듈 또는 상기 반사부의 위치를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 조도는 상기 입체형 태양전지 모듈에서 생산된 전기 에너지를 기초로 측정하는 것을 특징으로 하는 태양발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지판 또는 상기 반사부 중 어느 하나 이상의 표면에는 상기 빛을 반사시키는 요철부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양발전 시스템.
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