KR101244406B1 - 태양광발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광발전 시스템에 관한 것이다. 이러한 태양광발전 시스템은, 외측으로 볼록한 돔 형상으로 이루어지며, 입사하는 태양광을 집광하는 집광렌즈부를 갖는 집광부; 상기 집광부에 의해 집광된 태양광을 산란하는 산광렌즈부를 갖는 산광부; 및 상기 산광부로부터 산광된 태양광이 조사되어 태양광발전을 수행하는 솔라패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광발전 시스템{Photovoltaic Power Generation System}
본 발명은 태양광발전 시스템에 관한 것으로, 특히 집광효율이 향상되고 수직방향으로 적층가능하여 공간활용도를 높일 수 있도록 한 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
최근 친환경 에너지 자원으로 여러 가지 대체 에너지가 개발되고 있으며, 태양광 발전은 그 중에서도 주목받는 분야 중에 하나이다. 태양광발전은 발전단가에 영향을 주는 연료비가 소요되지 않는 장점이 있다. 대신에, 태양광발전은 부지비용, 설치비용 및 유지보수 비용 등의 높은 비용이 발전단가에 큰 영향을 미친다.
종래 태양광발전은 태양광을 수광하여 발전을 수행하는 솔라패널을 일정범위에 배치하는 방식을 취한다. 구체적으로, 단층형으로 넓은 지역에 솔라패널을 배치하는 방식이 사용된다. 대규모로서 사막 혹은 염전지역에 운영되거나, 소규모로 건물의 지붕에 설치하여 운영된다.
이와 같은 종래 방식은 솔라패널이 평판형이므로 태양광을 수광하는데 한계가 있다. 그 일례로 공개특허공보 제2011-0087134호(공개번호)에는 평판형의 솔라패널이 개시된다. 하편, 종래 방식은 단층형으로 구성하기 때문에 태양광발전설비의 설치를 위한 부지확보에 상당한 비용이 소요되는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 태양광의 집광 효율을 높이고, 수직방향으로 적층 가능하여 공간활용도를 높임으로써 태양광 발전 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 태양광발전 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전 시스템은, 외측으로 볼록한 돔 형상으로 이루어지며, 입사하는 태양광을 집광하는 집광렌즈부를 갖는 집광부; 상기 집광부에 의해 집광된 태양광을 산란하는 산광렌즈부를 갖는 산광부; 및 상기 산광부로부터 산광된 태양광이 조사되어 태양광발전을 수행하는 솔라패널;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 집광렌즈부는 상기 집광부의 내주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광렌즈부는 상기 집광부의 외주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈인 것이 바람직하다.
또한, 상기 산광렌즈부는 오목렌즈, 프리즘렌즈, 또는 로드렌즈 중 선택된 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광부에 의해 집광된 태양광이 외부로 노출되는 것을 방지하도록, 상기 집광부와 상기 산광부 사이에 커버부가 배치된 것이 바람직하다.
또한, 상기 집광부와 상기 산광부 사이에 상기 집광부에 의해 집광된 태양광을 상기 산광부 측으로 반사시키는 제1 반사판이 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 산광부와 상기 솔라패널 사이에 상기 산광부를 경유한 태양광이 반사되는 제2 반사판이 구비된 것이 바람직하다.
또한, 상기 솔라패널이 안착되는 지지판과, 상기 지지판의 상측방향으로 연장되는 제1 지지기둥과, 상기 지지판의 하측방향으로 연장되는 제2 지지기둥을 구비하며, 상기 제2 지지기둥은 상기 제1 지지기둥이 삽입되어 적층가능하도록, 중공형으로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광발전 시스템은, 태양광의 집광 효율을 높이고, 수직방향으로 적층 가능하여 공간활용도를 높임으로써 태양광 발전 효율을 극대화시키는 효과를 제공한다.
도1은 본 발명 일 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 사시도,
도2는 도1의 분리 사시도,
도3는 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 개략적인 단면도,
도4은 집광 및 산광의 프로세스 개념도,
도5는 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 적층상태를 설명하기 위한 도면,
도6은 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 사용상태도
도7는 본 발명 다른 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 단면도,
도8은 본 발명 또 다른 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 개념도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명 일 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 사시도이고, 도2는 도1의 분리 사시도이며, 도3는 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 개략적인 단면도이다. 도4은 집광 및 산광의 프로세스 개념도이고, 도5는 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 적층상태를 설명하기 위한 도면이며, 도6은 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 사용상태도이다.
먼저, 도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명 일 실시예에 따른 태양광발전시스템은, 집광부(10), 산광부(20), 및 솔라패널(30)을 포함한다.
상기 집광부(10)는 태양광을 집광한다. 상기 집광부(10)는 태양광발전을 위한 솔라패널(30)에 일반광량(1-sun) 이상의 충분한 태양광을 집광시키기 위해서 충분한 면적을 갖는다. 상기 집광부(10)는 외측으로 볼록한 돔 형상으로 이루어지며, 입사하는 태양광을 집광하는 집광렌즈부(11)가 구비된다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 집광렌즈부(11)는 상기 집광부(10)의 내주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈이다.
구체적으로, 상기 집광렌즈부(11)는 집광부(10)의 내주면 전체가 하나의 볼록렌즈를 형성하도록 구성되거나 다수의 곡면을 갖는 볼록렌즈로 구성될 수 있다. 즉, 상기 집광부(10)의 내주면에 작은 볼록렌즈가 복수개 조합되어 하나의 집광렌즈부(11)를 구성할 수 있다.
상기 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens 또는 Fresnel Prismlens 또는 Fresnel Convex Sphere Lens)는 볼록렌즈의 일종이다. 상기 프레즈넬 렌즈의 형상은 다양한 방식으로 형성가능하다. 집광을 수행하는 형태이면 충분하다. 프레즈넬 렌즈의 특성은 공지된 바 구체적인 설명은 생략한다. 결국, 상기 집광부(10)는 볼록렌즈를 이용하여 태양광을 집광하는 것으로 요약된다.
또한, 도7을 참조하면, 상기 집광렌즈부(11)는 상기 집광부(10)의 외주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈일 수 있다. 상기 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈가 상기 집광부(10)의 외주면에 형성되는 경우는, 상술한 상기 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈가 상기 집광부(10)의 내주면에 형성되는 경우와 마찬가지로 동일한 방식을 채용할 수 있다.
다만, 돔 형의 집광부(10)의 내주면에 집광렌즈부(11)를 형성하고, 외주면을 매끄러운 곡면으로 설계하면 태양광발전 설비의 설치 후 외주면의 유지보수가 간편해진다.
태양광발전 설비의 설치 후에 유지보수에는 상당한 비용이 소요되는데, 외주면에 집광렌즈부(11)를 형성하는 경우에 유지관리가 까다로워 외주면의 세척 등에 소요되는 시간이 과다하고 비용이 증가할 수 있다.
상기 산광부(20)는 상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 산란시킨다. 상기 산광부(20)는 집광된 태양광에너지를 솔라패널(30)로 산광시키기 위해서 구비된다.
상기 산광부(20)는 상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 산란하는 산광렌즈부(21)를 구비한다. 상기 산광렌즈부(21)는 오목렌즈, 프리즘렌즈(prism lens), 또는 로드렌즈(rod lens) 중 선택된 어느 하나가 채용된다.
상기 오목렌즈, 프리즘렌즈, 또는 로드렌즈의 형상은 다양한 방식으로 형성가능하다. 그 형태는 수광을 수행하는 형태이면 충분하다. 프리즘렌즈, 로드렌즈의 특성은 공지된 바 구체적인 설명은 생략한다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 산광렌즈부(21)는 오목렌즈로 이루어진다. 본 실시예에서, 상기 산광렌즈부(21)는 상기 집광렌즈부(11)와 대향하는 면이 오목하게 형성된다. 상기 산광렌즈부(21)와 산기 집광렌즈부(11)는 양 렌즈의 초점거리의 합만큼 이격되어 배치된다.
한편, 도7을 참조하면, 상기 산광렌즈부(21)의 다른 실시예가 도시되는데, 상기 산광렌즈부(21)는 복수의 오목렌즈가 결합되어 하나의 산광부(20)를 구성하는 일례를 도시한 것이다.
도7에 도시된 바와 같이, 산광렌즈부(21)는 그 양면이 오목하게 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 산광부(20)는 산광렌즈부(21)를 구비하여 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 솔라패널(30) 측으로 산광시킨다.
도4는 태양광이 집광부(10)와 산광부(20)를 경유할 때의 태양광의 진행경로를 개략적으로 도시한 것이다. 돔 형태의 집광부(10)는 외측에서 들어오는 태양광을 광범위한 범위에서 집광할 수 있다.
프레즈넬 렌즈는 일정한 두께로 형성하더라도 집광시 좋은 성능을 유지한다. 또한 태양의 위치에 무관하게 집광부(10)로 들어오는 태양광은 일정한 방향으로 산광부(20)로 굴절되어 산광부(20)에 충분한 광원을 전달한다.
상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광이 산광부(20)를 거쳐 산광되어 솔라패널(30) 측으로 진행한다. 따라서, 집광부(10)를 평면 형태로 구성하여 집광을 수행하는 것보다 넓은 면적에서의 집광이 가능하고, 산광부(20)를 구비하여 넓게 태양광을 산광시켜 태양광발전이 수행되는 면적을 넓게 확보하게 되므로 태양광발전 효율을 증대시키는 효과를 제공한다.
상기 솔라패널(30)은 상기 산광부(20)로부터 산광된 태양광이 조사되어 태양광발전을 수행한다. 상기 솔라패널(30)의 세부 구성은 이미 공지된 구성에 의하므로, 그 구체적인 설명은 생략한다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 실시예에서 상기 솔라패널(30)은 산광부(20)로부터 산광된 태양광을 조사받기 위해서 산광부(20)마다 구비된다. 물론, 도8에 도시된 바와 같이, 상기 솔라패널(30)은 여러 개의 산광부(20)로부터 산광된 태양광을 조사받도록 넓게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광발전 시스템은 커버부(60), 제1 반사판(40), 제2 반사판(50), 지지판(70), 지1,2 지지기둥(80,90)을 포함한다.
도2에 도시된 바와 같이, 상기 커버부(60)는 상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광이 외부로 노출되는 것을 방지하도록, 상기 집광부(10)와 상기 산광부(20) 사이에 배치된다. 상기 집광부(10)와 상기 산광부(20) 사이의 공간은 커버부(60)에 의해 밀폐된다.
상기 제1 반사판(40)은 상기 집광부(10)와 상기 산광부(20) 사이에 상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 상기 산광부(20) 측으로 반사시키기 위해서 구비된다.
상기 제1 반사판(40)은 상기 커버부(60)의 내주면에 부착되어 상기 집광부(10)를 경유한 태양광을 상기 산광부(20) 측으로 반사시킨다. 상기 제1 반사판(40)으로는 알루미늄 반사판이 사용될 수 있다.
상기 제2 반사판(50)은 상기 산광부(20)와 상기 솔라패널(30) 사이에 상기 산광부(20)를 경유한 태양광을 반사시키기 위해서 구비된다. 도1에 도시된 바와 같이, 상기 제2 반사판(50)은 상기 솔라패널(30)의 상측에서 상기 솔라패널(30)과 소정의 각도를 이루며 곡면 형태로 구비된다.
상기 제2 반사판(50)은 상기 산광부(20)를 경유한 태양광이 상기 솔라패널(30)의 상측부로 빠져나갈 때의 손실을 줄이기 위해서 마련된다. 상기 제2 반사판(50)으로는 알루미늄 반사판이 사용될 수 있다.
상기 지지판(70), 지1,2 지지기둥(80,90)은 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템을 수직으로 적층가능하도록 하기 위해 구비된다.
상기 지지판(70)은 상기 솔라패널(30)이 안착되는 부분이다. 상기 지지판(70)의 상측에 집광부(10), 산광부(20), 및 솔라패널(30)이 위치한다.
상기 제1 지지기둥(80)은 상기 지지판(70)의 상측방향으로 연장된다. 본 실시예에서 상기 제1 지지기둥(80)은 상기 지지판(70)의 모서리로부터 상측으로 연장된다.
상기 제2 지지기둥(90)은 상기 지지판(70)의 하측방향으로 연장된다. 상기 제2 지지기둥(90)은 상기 제1 지지기둥(80)과 마찬가지로 상기 지지판(70)의 모서리로부터 하측으로 연장되는데, 상기 제1 지지기둥(80)의 위치에 대응하는 위치에 형성된다.
상기 제2 지지기둥(90)은 상기 제1 지지기둥(80)이 삽입가능하도록 중공형으로 형성된다. 도5에 도시된 바와 같이, 제2 지지기둥(90)이 제1 지지기둥(80)에 삽입됨으로써 태양광발전 시스템이 적층 가능하다.
상측에 배치되는 태양광발전 시스템의 제2 지지기둥(90)이 하측에 배치되는 태양광발전 시스템의 제1 지지기둥(80)에 삽입될 때, 하측에 배치되는 태양광발전 시스템의 집광부(10) 및 제2 반사판(50) 등과 간접되지 않도록 설계된다.
이처럼, 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템은, 돔 형태의 집광부(10)를 이용하여 태양광의 집광을 수행하고 산광부(20)를 통하여 태양광을 산란시켜 솔라패널(30)에 태양광을 조사함으로써 태양광발전을 수행하므로, 집광시 넓은 면적을 확보하여 집광가능하고 산광시 태양광발전을 수행하는 면적을 넓게 확보하여 발전효율을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템은, 돔 형태의 집광부(10)를 채용하므로 태양의 궤적을 추적해야하는 장치가 불필요하다. 따라서, 태양의 궤적을 추적하는 추적방식보다 비용이 감소하고, 상기 추적방식 못지 않은 발전효율을 보장한다.
또한, 빛의 굴절현상을 이용하므로, 태양광발전시스템의 전체적인 높이를 낮출 수 있으므로 공간활용도가 증가하고, 특히 수직으로 적층할 때 고밀도 적층이 가능하여 발전효율을 현저히 향상시킨다.
또한, 종래 솔라패널의 경우에 자연재해 방지를 위해 고가의 이중강화유리를 사용하여 태양광발전설비의 전체적 하중이 증가하고 비용이 증대되는 단점이 있으나, 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템은 이러한 이중강화유리가 불필요하므로 비용 및 하중을 감소시킨다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템은 수직으로 적층 가능하므로, 면적대비 발전효율을 현저히 향상되어 발전단가가 되고, 광범위한 부지확보를 위해 소요되는 비용을 감소시킨다.
그리고, 수직으로 적층 가능하므로 설치장소에 구속받지 않는다. 건물의 지붕, 건물벽, 평지 등 다양한 공간에 설치가 가능하다. 도6은 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템의 사용상태도를 도시한 것인데, 도6에 도시한 바와 같이 건물의 옥상에 수직으로 설치하여 고출력의 발전이 가능하고, 건물의 독립발전기능을 충분히 수행할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명은 사막이나 염전 지역과 같이 도심과 멀리 떨어져 있으면서 용지가격이 상대적으로 저렴한 지역에 설치하고 송전하여야 하는 태양광발전의 단점을 극복할 수 있다.
또한, 본 발명 실시예에 따른 태양광발전 시스템은 지지판(70), 지1,2 지지기둥(80,90)을 이용하여 수직적층을 간편하게 하고, 태양광발전시스템의 설치하기 위한 구조재의 사용량을 감소시켜 실치비용을 감소시킨다. 종래 단층형의 태양광발전시스템의 경우에 개별적으로 태양광발전시스템을 지지하는 지지대를 구비하여하는 것에 비하여, 수직적층시 소요되는 지지대의 비용을 절감한다.
한편, 상술한 바와 같이 본 발명의 집광부(10) 및 산광부(20)의 구성은 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도7에 도시된 바와 같이, 집광부(10)의 집광렌즈부(11)는 집광부(10)의 외주면에 형성될 수 있으며, 산광부(20)의 산광렌즈부(21)는 복수의 오목렌즈가 결합되어 하나의 산광부(20)를 형성하도록 구성될 수 있다. 또한, 도8에 도시된 바와 같이, 솔라패널(30)은 복수의 산광부(20)로부터 산광된 태양광을 조사받도록 넓게 형성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.
10... 집광부 11... 집광렌즈부
20... 산광부 21... 산광렌즈부
30... 솔라패널 40... 제1 반사판
50... 제2 반사판 60... 커버부
70... 지지판 80... 제1 지지기둥
90... 제2 지지기둥

Claims (8)

  1. 외측으로 볼록한 돔 형상으로 이루어지며, 입사하는 태양광을 집광하는 집광렌즈부(11)를 갖는 집광부(10);
    상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 산란하는 산광렌즈부(21)를 갖는 산광부(20); 및
    상기 산광부(20)로부터 산광된 태양광이 조사되어 태양광발전을 수행하는 솔라패널(30);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부(11)는 상기 집광부(10)의 내주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부(11)는 상기 집광부(10)의 외주면에 형성된 볼록렌즈 또는 프리즈넬 렌즈인 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산광렌즈부(21)는 오목렌즈, 프리즘렌즈, 또는 로드렌즈 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광이 외부로 노출되는 것을 방지하도록, 상기 집광부(10)와 상기 산광부(20) 사이에 커버부(60)가 배치된 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집광부(10)와 상기 산광부(20) 사이에 상기 집광부(10)에 의해 집광된 태양광을 상기 산광부(20) 측으로 반사시키는 제1 반사판(40)이 구비된 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산광부(20)와 상기 솔라패널(30) 사이에 상기 산광부(20)를 경유한 태양광이 반사되는 제2 반사판(50)이 구비된 것된 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 솔라패널(30)이 안착되는 지지판(70)과, 상기 지지판(70)의 상측방향으로 연장되는 제1 지지기둥(80)과, 상기 지지판(70)의 하측방향으로 연장되는 제2 지지기둥(90)을 구비하며,
    상기 제2 지지기둥(90)은 상기 제1 지지기둥(80)이 삽입되어 적층가능하도록, 중공형으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
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