KR101151731B1 - 태양광 발전설비 효율향상설비의 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전설비의 효율향상설비에 관한 것이다. 본 발명에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비는, 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈들로 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서, 냉각수를 저장하는 저장탱크; 상기 태양광 모듈에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단; 상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관을 통해 상기 냉각수 분사수단으로 공급하는 펌프; 상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 조절하는 밸브; 및 상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 일중 구동개시시각부터 구동종료시각까지 상기 냉각수 분사수단이 냉각수의 분사와 정지를 반복하면서 냉각수를 분사하도록 하되, 상기 구동개시시각부터 정해진 최고온도시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 정지 시간을 일정하게 유지하면서 분사 시간을 증가시키고, 상기 최고온도시각부터 상기 구동종료시각까지는 상기 냉각수 분사수단이 상기 정지 시간을 일정하게 유지하면서 분사 시간을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 태양광 발전설비의 효율향상설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제한된 공급 수량(水量)을 효율적으로 활용하고 효과적으로 태양광 발전설비의 효율을 유지/향상시킬 수 있는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시킴으로써 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.
상술한 방법 중 태양광 발전은 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양광 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시킨다.
이를 위하여 태양광을 집광하기 위한 태양전지(solar cell), 태양전지의 집합체인 태양광 모듈(photovoltaic module) 및 태양전지를 일정하게 배열한 태양광 어레이(solar array) 등이 요구된다.
일례로, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 이렇기 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
태양광은 화석원료 등의 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성이 없는 청정 에너지원이며 고갈의 염려도 없다. 또한 여타 풍력이나 해수력과 달리 태양광 발전설비는 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다는 장점을 갖는다.
하지만, 가장 널리 사용되고 있는 실리콘 태양전지의 경우 태양광 모듈의 온도가 올라갈 경우 1℃ 당 0.5%의 출력 감소가 발생한다. 이러한 특성에 따라 태양광 발전의 출력은 태양이 가장 긴 여름이 아닌 봄과 가을에 최고치를 기록한다. 이러한 온도 상승은 태양광 발전의 발전 효율을 저하시키는 주요 원인이 되고 있다.
또한, 태양광 모듈은 태양 전지판에 황사, 악천후 등의 기상현상 등에 의해 오물이 쉽게 쌓일 수 있다는 단점을 갖는다. 태양광 모듈에 오물이 쌓일 경우 태양광 모듈은 광흡수율이 현저히 떨어지므로 발전효율 또한 저하될 수 있다.
또한, 겨울철에 비나 눈 등이 태양 전지판에 내릴 경우 발전효율의 저하가 발생할 수 있다. 이러한 오물, 눈, 비로 인한 발전효율의 저하의 방지를 위해 태양광 발전설비 유지장치가 사용된다.
태양광 발전설비 효율향상설비(유지설비)는 태양광 모듈의 온도를 식혀주는 냉각 작용과 태양 전지판에 쌓인 오물, 눈, 비 등을 세척, 제설 등을 함으로써 태양광 모듈이 일정한 출력의 발전을 수행할 수 있도록 태양광 발전설비를 유지관리하는 기능을 한다.
이처럼 태양광 발전설비 효율향상설비는 태양광 모듈의 냉각 및 세척을 위하여 막대한 양의 물(기능상 냉각수, 세척수, 제설수 등으로 표현될 수 있으나, 이하 통칭하여 냉각수라 함)을 사용하게 된다. 입지에 따라 지하수, 수돗물, 강물 등을 냉각수로 사용하게 되는데, 충분한 냉각수의 공급이 어려운 지역이 많고, 냉각수의 공급 및 분사를 위해 사용되는 전기 또한 전체적으로 태양광 발전설비의 효율을 감소시키는 요인이 되므로, 냉각수의 효율적인 사용은 태양광 발전설비 유지장치의 설계에 있어 가장 중요한 요인 중의 하나이다.
따라서, 태양광 발전설비의 효율을 효과적으로 유지/향상시킴과 함께 냉각수를 효율적으로 활용할 수 있는 태양광 발전설비 효율향상설비의 개발이 절실히 요구된다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 제한된 공급 수량(水量)을 효율적으로 활용하고 태양광 발전설비의 효율을 효과적으로 유지/향상시킬 수 있는 태양광 발전설비의 효율향상설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈들로 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서, 냉각수를 저장하는 저장탱크; 상기 태양광 모듈에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단; 상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관을 통해 상기 냉각수 분사수단으로 공급하는 펌프; 상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 조절하는 밸브; 및 상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 일중 구동개시시각부터 구동종료시각까지 상기 냉각수 분사수단이 냉각수의 분사와 정지를 반복하면서 냉각수를 분사하도록 하되, 상기 구동개시시각부터 정해진 최고온도시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 정지 시간을 일정하게 유지하면서 분사 시간을 증가시키고, 상기 최고온도시각부터 상기 구동종료시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 상기 정지 시간을 일정하게 유지하면서 상기 분사 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비를 제공한다.
상기 제어부는, 입력된 값에 의하여 상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간을 제어할 수 있다.
상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간은 일중 사용 가능 수량을 고려하여 결정될 수 있다. 아울러, 일출 시각, 일몰 시각, 태양광 모듈의 시간별 온도 변화 등을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간은 일정 기간 별로 입력될 수 있다.
상기 제어부는, 레인센서의 온오프유무를 판단하여 강우 중이라고 판단되면 냉각수의 분사를 정지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 태양광 모듈의 광투과도가 설정치 미만인 경우 냉각수를 계속적으로 분사할 수 있다.
상기 냉각수 공급관 내의 수압을 측정하고 측정된 수압이 설정된 최소압력 미만이거나 최고압력을 초과하는 경우 기동을 종료할 수 있다.
상기 냉각수 분사수단은 상기 태양광 모듈에 냉각수의 충돌제트를 분사하도록 할 수 있으며, 이를 위하여 상기 냉각수 분사수단으로부터 상기 태양광 모듈로 분사되는 냉각수는 상기 냉각수 분사수단 입구 기준으로 유속이 30 m/s 이상이고, 압력이 1.6 kg/cm2 이상인 것이 바람직하다.
상기 태양광 발전설비의 효율향상설비는 상기 냉각수를 연화시키는 연화장치를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광 발전설비의 효율향상설비는 사용된 냉각수를 집수하는 집수부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비에 따르면, 지정된 구동개시시각, 구동종료시각, 분사 시간 및 정지 시간에 따라 동작함으로써, 간편한 방식으로 태양광 발전설비의 효율을 효과적으로 유지/향상시킬 수 있다.
특히, 지정된 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 분사 시간 및 정지 시간에 따라 냉각수의 분사가 제어되므로, 일일 냉각수 사용량을 정확히 예측할 수 있어 제한된 공급 수량(水量)을 효율적으로 활용할 수 있다.
나아가, 레인센서를 이용하여 강우 여부를 판단하여 불필요한 냉각수 분사를 막고, 광투과도를 측정하여 태양광 모듈에 적설이 되는 경우 눈을 제거할 수 있도록 계속적으로 냉각수를 분사하며, 냉각수 공급관 내의 수압을 측정하고 냉각수 공급관 내에 수압이 적정 범위를 벗어나는 경우 기동을 종료하도록 함으로써, 이상 현상 발생시 효과적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비에서 냉각수가 분사되는 시간과 냉각수의 분사가 정지되는 시간을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 추적식 태양광 발전설비의 모듈의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 고정식 태양광 발전설비의 모듈의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 모듈에 물받이가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따라 태양광 모듈 아래에 집수조가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비에서 냉각수가 분사되는 시간과 냉각수의 분사가 정지되는 시간을 도식화하여 나타낸 도면이다.
도 3은 추적식 태양광 발전설비의 모듈의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 고정식 태양광 발전설비의 모듈의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 태양광 모듈에 물받이가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따라 태양광 모듈 아래에 집수조가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비를 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 태양광 모듈들(7)이 나열되어 있으며, 이들 태양광 모듈들(7)을 유지, 관리하는 설비로서 효율향상설비가 설치되어 있다.
태양광 모듈(7)은 다수의 태양전지의 집합체로서, 외부에서 빛이 태양광 모듈(7)에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
그런데, 태양광 모듈(7)은 태양광을 집광하기 위해 외부에 설치되므로 외부 환경에 그대로 노출되어 비산먼지, 조류 분비물, 황사, 눈 등의 오염물질이 부착되고 이를 통해 집광량이 감소하여 발전 효율이 감소하게 된다. 또한, 태양광에 계속 노출되어 태양열에 의해 가열됨으로써 태양광 모듈의 내부 저항을 증가시키며, 이 역시 발전 효율을 저하시키는 요인이 된다.
본 발명은 태양광 모듈(7)을 냉각 ,세척 및 제설함으로써 태양광 발전설비의 효율을 저하시키는 요인을 제거하여 태양광 발전의 효율을 유지, 향상시킬 수 있는 설비에 관한 것이다.
종래의 태양광 발전설비의 효율향상설비는 정해진 시간 동안 계속적으로 냉각수를 분사하도록 함으로써 지나치게 많은 냉각수를 사용하게 되고, 오히려 공급되는 수량에 비하여 과도한 양의 냉각수를 조기에 소진하는 경우도 빈번히 발생하였다. 또한, 설비의 관리자가 설비의 구동을 조정하는 방식의 경우도 인력의 낭비가 심하고 필요시에 적절히 설비를 구동시키지 못하여 효율적인 설비 관리가 어려운 문제가 있었다. 태양광 모듈의 온도 또는 기온에 따라 설비의 구동을 제어하는 방식의 경우도, 온도의 과도한 상승시 한정된 공급 수량에도 불구하고 지나치게 많은 양의 물을 미리 사용하게 되어 공급되는 수량을 효율적으로 배분하여 사용하지 못하는 문제가 있었다.
본 발명의 태양광 발전설비의 효율향상설비는, 지정된 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 분사 시간 및 정지 시간에 따라 동작함으로써, 간편한 방식으로 태양광 발전설비의 효율을 효과적으로 유지/향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비는 저장탱크(1), 냉각수 분사수단(6), 냉각수 공급관(5), 펌프(25), 밸브(20), 제어부(3) 및 센싱부(4)를 포함한다.
냉각수 분사수단(6)은 태양광 모듈(7) 각각에 대응하도록 설치되어 냉각수를 공급 받아 태양광 모듈(7)로 냉각수를 분사하는 수단이다. 본 실시예에서는 냉각수 분사수단(6)이 태양광 모듈(7)과 1 대 1로 대응하도록 설계되어 있으나, 태양광 모듈(7)의 면적 및 냉각수 분사수단(6)의 분사 면적을 고려하여, 1개의 냉각수 분사수단(6)에 2개 이상의 태양광 모듈(7)이 대응하거나, 2개 이상의 냉각수 분사수단(6)에 1개의 태양광 모듈(7)이 대응하도록 할 수도 있다.
한편, 냉각수 분사수단(6)이 냉각수를 태양광 모듈(7)에 흘려 주거나 약하게 분사하면 충분한 냉각 및 세정 효과를 얻기 어려우므로, 본 실시예에서는 냉각수의 충돌제트를 태양광 모듈(7)에 분사하도록 한다. 충돌제트는 유체로부터 충돌면으로의 열전달과 물질전달 효과가 뛰어나므로, 냉각 및 세정 효과를 향상시킬 수 있다. 다만, 충돌제트를 발생시키기 위해서는 태양광 모듈(7)에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단(6)의 입구를 기준으로 냉각수의 속도가 30m/s 이상이고 압력이 1.6kg/cm2 이상이 되는 것이 바람직하다. 여기서 냉각수 분사수단(6)의 입구란 외부로 냉각수가 분사되는 냉각수 분사수단(6)의 끝부분을 말한다.
본 실시예에 따른 냉각수 분사수단(6)은 고정되어 일 방향으로만 냉각수를 분사하지 않고, 좌우로 왕복 회전하면서 태양광 모듈(7)의 전면에 고르게 냉각수가 분사되도록 한다.
냉각수 분사수단(6)이 고정되어 태양광 모듈(7) 전면에 냉각수를 분사한다면, 분사수단의 개수가 증가하여 이에 따른 수압저하로 태양광 모듈 전면에 충돌제트를 발생시키기 쉽지 않다. 그러나, 본 실시예에서처럼 냉각수 분사수단(6)이 좌우로 왕복 회전하면서 태양광 모듈(7)의 일 부분에만 냉각수를 분사하면 냉각수의 수압을 증대시켜 충돌제트를 용이하게 발생시킬 수 있으며, 이를 통해 냉각 및 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
냉각수 공급관(5)은 펌프(25)를 통하여 저장탱크(1)에서 공급 받은 냉각수를 분사수단(6)까지 전달하는 역할을 한다. 냉각수 공급관(5)은 냉각수의 온도를 유지시키기 위하여 지중에 매설되는 것이 바람직하다.
펌프(25)는 저장탱크(1)에 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관(5)을 통해 냉각수를 냉각수 분사수단(6)으로 공급하며, 밸브(20)는 냉각수 공급관(5)을 개폐하여 냉각수 분사수단(6)을 통해 냉각수 분사를 조절한다.
제어부(3)는 펌프(25)및 밸브(20)를 조절하여 냉각수 분사수단(6)의 냉각수 분사를 제어하는 부분으로, 펌프(25)를 구동 또는 정지시키고, 밸브(20)를 개방 또는 폐쇄시킨다.
제어부(3)는 일중 구동개시시각부터 구동종료시각까지 냉각수 분사수단(6)이 냉각수를 분사하도록 하며, 이를 통하여 태양광 모듈(7)이 태양광에 의해 과열되는 경우에만 냉각수를 분사하게 함으로써 불필요한 냉각수의 소모를 막을 수 있다.
한편, 냉각수를 계속적으로 분사한다면, 충돌제트 발생을 위한 고압의 냉각수 분사시 지나치게 많은 양의 냉각수를 소모하게 되고, 태양광 모듈(7)에 냉각수가 계속 흐를 경우 냉각수에 의한 태양광의 굴절 및 산란으로 발전 효율을 저하시킬 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 효율향상설비는 냉각수의 분사와 정지를 반복하면서 냉각수를 분사하도록 함으로써 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.
또한, 일중 구동개시시각부터 구동종료시각까지 상기 냉각수 분사수단(6)이 냉각수의 분사와 정지를 반복하면서 냉각수를 분사하도록 하되, 상기 구동개시시각부터 정해진 최고온도시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 정지 시간을 일정하게 유지하면서 분사 시간을 증가시키고, 상기 최고온도시각부터 상기 구동종료시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 상기 정지 시간을 일정하게 유지하면서 상기 분사 시간을 감소시킴으로써, 태양광 모듈(7)의 온도가 더 높아지는 시간 동안은 더 많은 양의 냉각수가 분사되게 하고, 상대적으로 태양광 모듈(7)의 온도가 낮아지는 시간 동안은 적은 양의 냉각수가 분사되게 하여 냉각수의 사용량을 효과적으로 안배할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전설비의 효율향상설비에서 냉각수가 분사되는 시간과 냉각수의 분사가 정지되는 시간을 도식화하여 나타낸 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이 냉각수 분사수단(6)으로부터의 냉각수 분사가 정지되는 정지 시간은 일정하게 유지되면서, 냉각수가 분사되는 분사 시간은 구동개시시각부터 최고온도시각까지 점점 증가하고, 최고온도시각부터 구동종료시각까지는 점점 감소한다. 이에 따라, 냉각수 분사량은 구동개시시각부터 최고온도시각까지 점점 증가하고, 최고온도시각부터 구동종료시각까지는 점점 감소하게 된다.
도 2의 실시예에서는 냉각수의 분사 시간이 구동개시시각부터 구동종료시각까지 시간 경과에 따라 일정 비율로 증가하고 최고온도시각부터 구동종료시각까지 시간 경과에 따라 일정 비율로 감소하는 1차 함수의 형태를 나타내고 있으나, 1/2차, 1차, 2차, 3차 등 다양한 함수의 형태가 선택될 수 있고, 구간별로 상이한 함수의 형태가 선택될 수도 있다. 예를 들어, 9시부터 11시까지는 1차적으로 분사 시간이 증가하고 11시부터 2시까지는 2차적으로 분사시간이 증가하며, 2시부터 5시까지는 2차적으로 분사시간이 감소하고 5시부터 7시까지는 1차적으로 분사시간이 감소하게 할 수도 있다. 이와 같은 증가 함수 및 감소 함수의 형태는 태양광 모듈(7)이 설치되는 지역의 기온 변화, 냉각수의 온도 등 다양한 요소들에 따라 결정될 수 있다.
태양광 발전설비는 태양의 고도에 따라 태양광 모듈이 회전하면서 태양광을 추적하는 추적식 발전설비와 태양의 고도에 관계없이 고정되어 있는 고정식 발전설비가 있다. 도 3은 추적식 태양광 발전설비의 모듈(7)의 온도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4는 고정식 태양광 발전설비의 모듈(7)의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 고정식 태양광 발전설비는 태양광 모듈(7)이 고정되어 있어 태양광 모듈(7)의 온도가 점점 증가하다가 감소하게 되므로 본 발명에서와 같은 제어 방식이 특히 효과적으로 활용될 수 있다. 다만, 본 발명의 효율향상장치의 적용이 고정식 태양광 발전설비에 제한되는 것은 아니며, 추적식 태양광 발전설비의 경우에도 본 발명의 효율향상장치를 적용하여 종래 기술에 비해 더욱 효과적으로 효율을 유지/향상시킬 수 있다.
구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간은 일중 사용 가능 수량(저장탱크(1)의 용량 및 일중 저장탱크(1)로 공급되는 냉각수의 양으로 결정됨), 태양광 모듈(7)의 온도(예를 들어 전 년도까지의 기록 등으로부터 구해지거나 태양의 고도 등으로부터 계산될 수 있음), 일출 시각 및 일몰 시각 등을 고려하여 일정 기간, 예를 들어 월 별로 결정될 수 있다.
한편, 제어부(3)는 레인센서(43)의 온오프 상태에 따라 강우 중이라고 판단되면 냉각수의 분사를 정지하여 불필요한 냉각수의 소비를 막을 수 있다. 또한, 광투과도 측정센서(44)를 이용하여 태양광 모듈(7)의 광투과도를 측정하여 태양광 모듈(7)에 적설이 되는 경우 신속히 눈을 제거할 수 있다.
또한, 제어부(3)는 냉각수 공급관(5) 내의 압력을 측정하여 그 압력이 설정된 소정 압력 범위를 벗어날 경우 효율향상설비의 기동을 종료한다. 측정된 압력이 설정된 압력 범위의 최대값을 초과하는 경우는 냉각수 공급관(5) 내에 냉각수의 동결이 발생하는 등의 문제가 발생한 경우이고, 측정된 압력이 설정된 압력 범위의 최소값에 미달하는 경우 냉각수 공급관(5)에 누수가 발생하는 등의 문제가 발생한 경우이므로, 이를 통해 설비의 고장을 막고 냉각수의 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
제어부(3)는 위와 같이 펌프(25)의 구동 및 밸브(20)의 개폐를 제어하기 위하여, 센싱부(4)로부터 다양한 센싱 정보를 제공 받게 된다. 센싱부(4)에는 타이머(41), 압력센서(42), 레인센서(43), 광투과도 측정센서(44) 등이 구비될 수 있다.
본 발명의 태양광 발전설비의 효율향상설비는 도 5에 도시된 바와 같이 연화장치(8)를 더 포함할 수 있다. 연화장치(8)는 냉각수를 연화시키는 장치로서 양이온교환수지를 포함하여 이루어질 수 있다. 연화장치(8)는 냉각수 중의 칼슘 이온 및 마그네슘 이온을 제거하여 태양광 모듈(7) 및 냉각수 공급관(6)에 물때가 쌓이는 것을 방지할 수 있다. 연화장치(8)는 양이온교환수지 외에 인산나트륨, 붕산나트륨, 탄산나트륨, 수산화암모늄, 수산화나트륨 및 수산화칼륨 등과 같은 연화제를 공급하는 연화제 공급부(미도시)로 대체될 수도 있다.
연화장치(8)는 펌프(25)의 전단에 배치되어 냉각수가 연화된 후 펌프(25)로 전달되도록 하는 것이 바람직하다. 펌프(25)는 금속성 관들을 포함하고 있어 내부에 물때가 쌓일 수 있는데, 이와 같이 연화장치(8)를 펌프(25)의 전단에 배치함으로써 펌프(25) 내부에 물때가 쌓이는 것을 방지하여 냉각수의 원활한 흐름을 가능하게 한다. 도 5에서는 연화장치(8)가 저장탱크(1)와 펌프(25) 사이에 배치되어 있으나, 저장탱크(1) 앞에 배치될 수도 있다.
한편, 본 발명의 효율향상설비에는 재사용을 위해 사용된 냉각수 및 빗물을 집수하는 집수부(71, 72)를 더 포함할 수 있다. 집수부는 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 모듈의 하단에 설치되어 냉각수를 집수할 수 있도록 물받이(71) 형태로 설치될 수 있고, 또한 도 7에 도시된 바와 같이 태양광 모듈의 아래 지면에 모듈에서 떨어지는 냉각수를 집수하는 집수조(72)의 형태로도 설치될 수 있다.
또한, 냉각수 공급관(6) 또는 저장탱크(1)에는 기능성 물질 첨가부(미도시)가 연결될 수 있다. 기능성 물질로는 세정제 또는 동파방지제 등이 첨가되어 세정 효율을 향상시키고 냉각수 공급관의 동파를 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (11)
- 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 모듈들로 구성되는 태양광 발전설비에 냉각수를 분사하여 효율을 유지 또는 향상시키는 태양광 발전설비의 효율향상설비에 있어서,
냉각수를 저장하는 저장탱크;
상기 태양광 모듈에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단;
상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 펌핑하여 냉각수 공급관을 통해 상기 냉각수 분사수단으로 공급하는 펌프;
상기 냉각수 공급관을 개폐하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 조절하는 밸브; 및
상기 펌프의 구동 및 상기 밸브의 개폐를 조절하여 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는, 일중 구동개시시각부터 구동종료시각까지 상기 냉각수 분사수단이 냉각수의 분사와 정지를 반복하면서 냉각수를 분사하도록 하되, 상기 구동개시시각부터 정해진 최고온도시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 정지 시간을 일정하게 유지하면서 분사 시간을 증가시키고, 상기 최고온도시각부터 상기 구동종료시각까지는 상기 냉각수 분사수단의 상기 정지 시간을 일정하게 유지하면서 상기 분사 시간을 감소시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 입력된 값에 의하여 상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제2항에 있어서,
상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간은 일중 사용 가능 수량을 고려하여 결정되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제3항에 있어서,
상기 구동개시시각, 구동종료시각, 최고온도시각, 냉각수의 분사 시간 및 정지 시간은 일정 기간 별로 입력되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 레인센서의 온오프유무를 판단하여 강우 중이라고 판단되면 냉각수의 분사를 정지하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 태양광 모듈의 광투과도가 설정치 미만인 경우 냉각수를 계속적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각수 공급관 내의 수압을 측정하고 측정된 수압이 설정된 최소압력 미만이거나 최고압력을 초과하는 경우 기동을 종료하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각수 분사수단은 상기 태양광 모듈에 냉각수의 충돌제트를 분사하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제8항에 있어서,
상기 냉각수 분사수단으로부터 상기 태양광 모듈로 분사되는 냉각수는 상기 냉각수 분사수단 입구 기준으로 유속이 30 m/s 이상이고, 압력이 1.6 kg/cm2 이상인 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각수를 연화시키는 연화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
- 제1항에 있어서,
사용된 냉각수를 집수하는 집수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전설비의 효율향상설비.
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