KR101231137B1 - 태양광 모듈 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 모듈 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈을 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매가 저장되며, 냉매를 공급하기 위한 공급구와 회수하기 위한 회수구가 형성되는 냉매 저장탱크와; 상기 태양광 모듈의 배면에 설치되는 것으로, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매를 내부로 유입할 수 있도록 끝단이 상기 공급구와 연통되도록 연결되고 유입된 냉매가 이동하면서 상기 태양광 모듈의 열을 흡수하도록 하는 제1냉매 이동관이 내부에 설치되는 증발기와; 상기 증발기로부터 배출되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 것으로, 일측이 상기 제1냉매 이동관과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관이 설치되는 열교환기;를 포함하여 이루어지며, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매가 상기 증발기로 공급되어 상기 태양광 모듈의 열을 빼앗아 기화되면서 태양광 모듈을 냉각한 다음 상기 열교환기로 투입되어 온도가 하강한 상태로 다시 냉매 저장탱크로 재투입되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각장치에 관한 것이다.

Description

태양광 모듈 냉각장치{COOLING APPARATUS OF SOLAR CELL MODULE}
본 발명은 태양광 모듈 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈을 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매가 저장되며, 냉매를 공급하기 위한 공급구와 회수하기 위한 회수구가 형성되는 냉매 저장탱크와; 상기 태양광 모듈의 배면에 설치되는 것으로, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매를 내부로 유입할 수 있도록 끝단이 상기 공급구와 연통되도록 연결되고 유입된 냉매가 이동하면서 상기 태양광 모듈의 열을 흡수하도록 하는 제1냉매 이동관이 내부에 설치되는 증발기와; 상기 증발기로부터 배출되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 것으로, 일측이 상기 제1냉매 이동관과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관이 설치되는 열교환기;를 포함하여 이루어지며, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매가 상기 증발기로 공급되어 상기 태양광 모듈의 열을 빼앗아 기화되면서 태양광 모듈을 냉각한 다음 상기 열교환기로 투입되어 온도가 하강한 상태로 다시 냉매 저장탱크로 재투입되고, 상기 냉매 저장탱크 내부에는 냉매의 수위에 따라 승강하는 부레와, 상기 공급구 상부에 설치되어 냉매의 공급을 제어하는 밸브와, 상기 부레와 밸브를 연결하는 연결대 및 상기 연결대의 중심에 수직으로 설치되어 상기 부레와 밸브가 시소와 같이 승·하강되도록 하는 지지축으로 이루어진 플로트밸브가 설치되며, 상기 부레가 상기 회수구를 통해 회수되는 냉매의 양과 압력에 따라 상승 높이가 달라지면서 상기 증발기 내부로 투입되는 냉매의 양을 조절하는 것을 특징으로 한다.
태양광 발전은 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용하여 태양 빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전방식이다.
태양광 발전의 발전원리는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용한다.
상기의 광기전력 효과란, 반도체의 p-n접합부나 정류작용이 있는 금속과 반도체의 경계면에 태양 빛이 입사될 시 반도체 중에 만들어진 전자와 정공이 접촉전위차 때문에 분리되어 양쪽 물질에서 서로 다른 종류의 전기가 나타나는 '광기전력'이 발생하는 현상을 의미한다.
상술한 광기전력은 온도에 반비례하는데, 이러한 이유로 태양광 발전량은 계절별 집광량과 평균온도에 따라 변동성을 갖는다.
예컨대, 태양광 집광량이 최대인 여름철에 과다한 태양 열로 인하여 태양광모듈이 과열되어 최대 발전량 대비 20~30%의 발전효율 저하가 발생하며, 태양광 발전량은 집광량이 많은 여름철보다는 봄, 가을에 최고치를 갖는다.
상술한 바와 같이, 여름철에 과다한 태양열로 인한 태양광 모듈의 온도상승 때문에 태양광 발전량이 저하되는 문제점이 있었으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 태양광 모듈의 효율적인 냉각 방법 및 장치가 개발되고 있으며, 이러한 예로써 대한민국 등록실용신안 공보 제20-2005-0026295호에 "태양광 발전기의 전지모듈 냉각장치"이 개시되어 있다.
상기의 냉각장치는 태양의 고도변화를 감안해 일정한 경사각으로 기울어지게 설치되는 통상의 태양광 발전기(1)의 태양전지모듈(10) 뒷면에 일정량의 수분을 흡수하여 함침 가능하고, 부직포, 펠트, 섬유재 중 선택된 하나로 만들어진 수분함침재(100)를 밀착 구비시키고, 상기 수분함침재(100)의 상단 일면에는 물공급호스(200)의 노즐부(210)가 구비되며, 이러한 구성을 통해 상기 태양전지 모듈이 수분접촉에 따른 기본적인 냉각효율과 함께 상기한 수분의 증발시 이와 접한 전지 모듈측의 일부분 열을 함께 빼앗아 2차적인 냉각효율성까지 얻을 수 있는 장점이 있었다.
그러나, 상기의 냉각장치는 여름철과 같이 고온현상이 지속 될 경우 그 열에 의해 수분이 급속도로 증발해 버리므로 효율성이 떨어지는 문제점이 있으며, 물이 완전히 증발해 버릴 경우 냉각 작업이 멈추게 되므로 작업자가 수시로 물을 채워 주어야만 하는 번거로운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 태양광 모듈이 계절이나 시간별 온도에 따라 일정온도 이상일 경우 효율이 저하되는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
또한, 상기 태양광 모듈을 냉각하기 위해 냉각장치를 설치함에 있어서, 상기 냉각장치가 날씨나 기온 또는 기후의 영향을 받지 않도록 하며, 설치가 용이하고 비용이 저렴하며 내구성이 우수한 태양광 모듈 냉각장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 태양광 모듈을 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매가 저장되며, 냉매를 공급하기 위한 공급구와 회수하기 위한 회수구가 형성되는 냉매 저장탱크와; 상기 태양광 모듈의 배면에 설치되는 것으로, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매를 내부로 유입할 수 있도록 끝단이 상기 공급구와 연통되도록 연결되고 유입된 냉매가 이동하면서 상기 태양광 모듈의 열을 흡수하도록 하는 제1냉매 이동관이 내부에 설치되는 증발기와; 상기 증발기로부터 배출되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 것으로, 일측이 상기 제1냉매 이동관과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관이 설치되는 열교환기;를 포함하여 이루어지며, 상기 냉매 저장탱크에 저장된 냉매가 상기 증발기로 공급되어 상기 태양광 모듈의 열을 빼앗아 기화되면서 태양광 모듈을 냉각한 다음 상기 열교환기로 투입되어 온도가 하강한 상태로 다시 냉매 저장탱크로 재투입되고, 상기 냉매 저장탱크 내부에는 냉매의 수위에 따라 승강하는 부레와, 상기 공급구 상부에 설치되어 냉매의 공급을 제어하는 밸브와, 상기 부레와 밸브를 연결하는 연결대 및 상기 연결대의 중심에 수직으로 설치되어 상기 부레와 밸브가 시소와 같이 승·하강되도록 하는 지지축으로 이루어진 플로트밸브가 설치되며, 상기 부레가 상기 회수구를 통해 회수되는 냉매의 양과 압력에 따라 상승 높이가 달라지면서 상기 증발기 내부로 투입되는 냉매의 양을 조절하는 것을 특징으로 한다
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또한, 상기 제1냉매 이동관과 제2냉매 이동관은 효과적으로 온도와 압력을 낮출 수 있도록 모세관으로 이루어지고, 냉매가 상기 증발기와 열교환기를 서서히 통과할 수 있도록 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 태양광 모듈이 계절이나 시간별 온도에 따라 일정온도 이상일 경우 효율이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 상기 태양광 모듈을 냉각하기 위한 냉각장치가 날씨나 기온 또는 기후의 영향을 받지 않도록 하며, 설치가 용이하고 비용이 저렴하며 내구성이 우수한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 모듈 냉각장치의 예시도.
도 2 내지 4는 본 발명에 따른 증발기를 설명하기 위한 예시도.
이하, 설명되는 실시 예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시 예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시 예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시 예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시 예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시 예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고 이하 설명되는 실시 예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시 예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 태양광 모듈 냉각장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 태양광 모듈 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 모듈(1)을 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서, 내부에 냉매가 저장되며, 냉매를 공급하기 위한 공급구(11)와 회수하기 위한 회수구(12)가 형성되는 냉매 저장탱크(10)와; 상기 태양광 모듈(1)의 배면에 설치되는 것으로, 상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매를 내부로 유입할 수 있도록 끝단이 상기 공급구(11)와 연통되도록 연결되고 유입된 냉매가 이동하면서 상기 태양광 모듈(1)의 열을 흡수하도록 하는 제1냉매 이동관(21)이 내부에 설치되는 증발기(20)와; 상기 증발기(20)로부터 배출되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 것으로, 일측이 상기 제1냉매 이동관(21)과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구(12)와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관(31)이 설치되는 열교환기(30);를 포함하여 이루어지며, 상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매가 상기 증발기(20)로 공급되어 상기 태양광 모듈(1)의 열을 빼앗아 기화되면서 태양광 모듈(1)을 냉각한 다음 상기 열교환기(30)로 투입되어 온도가 하강한 상태로 다시 냉매 저장탱크(10)로 재투입되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각장치에 관한 것이다.
상기 냉매 저장탱크(10)는 내부에 소정량의 냉매를 저장할 수 있도록 내부에 공간이 형성되는 것으로, 내부에는 일반적으로 냉장고나 열교환기 등에서 사용되는 냉매가 저장되며, 상기 태양광 모듈(1)의 측면에 설치되어 상기 태양광 모듈(1)의 배면에 설치된 증발기(20)에 냉매를 공급하는 역할을 한다.
상기 냉매 저장탱크(10)에는 상기 증발기(20)로 냉매를 투입하기 위한 공급구(11)와, 냉매를 회수하기 위한 회수구(12)가 형성되며, 상기 공급구(11)는 상기 증발기(20) 내부에 설치된 제1냉매 이동관(21)과 연통되도록 연결되고, 상기 회수구(12)는 상기 열교환기(30)에 설치된 제2냉매 이동관(31)과 연통되도록 연결된다.
상기 증발기(20)는 태양광 모듈(1)의 배면에 설치되어 상기 냉매 저장탱크(10)로부터 공급되는 냉매를 전달받아 상기 태양광 모듈(1)을 냉각시키는 역할을 한다.
상기 증발기(20)의 내부에는 냉매의 이동경로를 형성해 주는 제1냉매 이동관(21)이 설치되며, 상기 제1냉매 이동관(21)은 일측이 상기 냉매 저장탱크의 공급구(11)와 연통되도록 연결되고, 지그재그 형상으로 설치되어 냉매가 상기 증발기(20) 내부에서 서서히 이동하도록 하여 냉각시간을 증가시켜 냉각효율을 확보할 수 있다.
또한, 상기 제1냉매 이동관(21)은 압력이 높은 냉매를 압력이 낮고 차가운 냉매로 바꾸어주는 모세관을 사용하도록 한다.
상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매는 저온·저압의 액상 상태에서 상기 증발기로 공급되며, 상기 증발기(20)에 투입된 냉매가 상기 제1냉매 이동관(21)을 따라 이동하는 동안 기화하면서 태양광 모듈의 열을 흡수하여 태양광 모듈(1)의 온도를 하강시키고 냉매는 고온·저압의 기체로 변하게 되는데, 상기 제1냉매 이동관(21)은 모세관(팽창밸브)으로 이루어지기 때문에 냉매가 상기 증발기 외부로 배출될 때에는 고온·고압의 기체 상태로 배출되게 된다.
상기와 같이 이루어지는 증발기(20)는 상기 태양광 모듈(1)의 배면에 설치되어 태양열에 의해 가열된 태양광 모듈의 온도를 하강하는 냉각작업이 이루어지도록 한다.
상기 열교환기(30)는 상기 태양광 모듈(1)의 외측에 설치되어 상기 증발기(20)로부터 배출되는 냉매의 온도를 하강시키기 위한 것으로, 내부에는 일측이 상기 제1냉매 이동관(21)과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구(12)와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관(31)이 설치된다.
상기 제2냉매 이동관(31)은 상기 제1냉매 이동관(21)과 마찬가지로 모세관으로 형성하여 상기 증발기(20)로부터 배출된 고온·고압의 기체 상태인 냉매를 저온·고압의 기체 및 액체혼합의 상태로 변환시켜 상기 냉매 저장탱크로 전달하게 된다.
한편, 상기 냉매 저장탱크(10)의 내부에는 상기 증발기 내부로 투입되는 냉매의 양을 조절하기 위한 플로트밸브(13)가 설치된다.
상기 플로트밸브(13)는 냉매의 수위에 따라 승강하는 부레(14)와, 상기 공급구(11) 상부에 설치되어 냉매의 공급을 제어하는 밸브(15)와, 상기 부레(14)와 밸브(15)를 연결하는 연결대(16) 및 상기 연결대(16)의 중심에 수직으로 설치되어 상기 부레(14)와 밸브(15)가 시소와 같이 승·하강되도록 하는 지지축(17)으로 구성된다.
상기 플로트밸브(13)는 상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매가 상기 증발기(20)에 공급될 때 공급되는 냉매의 양을 조절하며, 작동원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매가 상기 증발기(20)로 투입되기 위해서는 상기 밸브(15)가 상기 공급구(11)로부터 떨어져 공급구를 개방해야 하고 상기 부레(14)는 연결대(16)와 지지축(17)에 의해 바닥면 측으로 하강하게 된다.
상기 증발기(20)로 냉매가 공급되면 저온·저압의 액체 상태인 냉매가 상기 제1냉매 이동관(21)을 따라 이동하면서 고온·고압의 기체 상태로 상변환하게 되고, 이후 상기 열교환기(30)로 투입되어 상기 제2냉매 이동관(31)을 따라 이동하면서 저온·고압의 기체 및 액체혼합 상태로 변환되며, 이러한 상태로 상기 회수구(12)를 거쳐 상기 냉매 저장탱크(10)로 재투입되면 상기 부레(14)가 냉매에 의해 다시 상승하게 되고 상기 밸브(15)는 공급구(11) 측으로 점차 하강하게 된다.
한편, 상기 태양광 모듈(1)의 온도에 따라 상기 냉매의 과열도가 변하게 되는데 상기 태양광 모듈(1)의 온도가 높을 경우 냉매의 과열도가 증가하여 응축압력이 높아지고 이에 따라 상기 제1,2냉매 이동관(21,31) 입구의 압력이 높아져 이를 통과하는 냉매유량이 많아지게 된다.
반대로, 상기 태양광 모듈(1)의 온도가 낮을 경우 냉매의 과열도가 감소하여 응축압력이 낮아지므로 냉매유량이 감소하게 된다.
따라서, 냉매가 다시 상기 증발기(20)로 공급될 때는 압력에 의해 많은 양이 공급되게 되고, 이러한 순환이 반복되면서 점차 상기 태양광 모듈(1)의 온도가 떨어지게 되면 냉매의 압력이 서서히 감소하면서 공급량이 점차 감소하게 되는 것이다.
상기와 같이 본 발명은 상기 냉매 저장탱크 내부에 플로트밸브를 설치하고 상기 제1,2냉매 이동관을 모세관으로 형성하여 태양광 모듈의 온도에 따라 냉매의 공급량이 조절되도록 할 수 있는 장점이 있다.
또한, 태양광 모듈을 냉각하기 위한 장치를 설치함에 있어서 시공이 용이하고 제작비가 저렴하며 기계장치의 고장이 적어 유지·보수·관리가 용이한 장점이 있다.
1 : 태양광 모듈
10 : 냉매 저장탱크 11 : 공급구
12 : 회수구 13 : 플로트밸브
14 : 부레 15 : 밸브
16 : 연결대 17 : 지지축
20 : 증발기 21 : 제1냉매 이동관
30 : 열교환기 31 : 제2냉매 이동관

Claims (3)

  1. 태양광 모듈(1)을 냉각시키기 위한 냉각장치에 있어서,
    내부에 냉매가 저장되며, 냉매를 공급하기 위한 공급구(11)와 회수하기 위한 회수구(12)가 형성되는 냉매 저장탱크(10)와;
    상기 태양광 모듈(1)의 배면에 설치되는 것으로, 상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매를 내부로 유입할 수 있도록 끝단이 상기 공급구(11)와 연통되도록 연결되고 유입된 냉매가 이동하면서 상기 태양광 모듈(1)의 열을 흡수하도록 하는 제1냉매 이동관(21)이 내부에 설치되는 증발기(20)와;
    상기 증발기(20)로부터 배출되는 냉매의 온도를 낮추기 위한 것으로, 일측이 상기 제1냉매 이동관(21)과 연통되도록 연결되고 타측이 상기 냉매 저장탱크의 회수구(12)와 연통되도록 연결되는 제2냉매 이동관(31)이 설치되는 열교환기(30);를 포함하여 이루어지며,
    상기 냉매 저장탱크(10)에 저장된 냉매가 상기 증발기(20)로 공급되어 상기 태양광 모듈(1)의 열을 빼앗아 기화되면서 태양광 모듈을 냉각한 다음 상기 열교환기(30)로 투입되어 온도가 하강한 상태로 다시 냉매 저장탱크로 재투입되고,
    상기 냉매 저장탱크(10) 내부에는 냉매의 수위에 따라 승강하는 부레(14)와, 상기 공급구(11) 상부에 설치되어 냉매의 공급을 제어하는 밸브(15)와, 상기 부레(14)와 밸브(15)를 연결하는 연결대(16) 및 상기 연결대(16)의 중심에 수직으로 설치되어 상기 부레(14)와 밸브(15)가 시소와 같이 승·하강되도록 하는 지지축(17)으로 이루어진 플로트밸브(13)가 설치되며, 상기 부레(14)가 상기 회수구(12)를 통해 회수되는 냉매의 양과 압력에 따라 상승 높이가 달라지면서 상기 증발기(20) 내부로 투입되는 냉매의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1냉매 이동관(21)과 제2냉매 이동관(31)은 효과적으로 온도와 압력을 낮출 수 있도록 모세관으로 이루어지고, 냉매가 상기 증발기(20)와 열교환기(30)를 서서히 통과할 수 있도록 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각장치.
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