KR101324869B1

KR101324869B1 - 적층식 고효율 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR101324869B1
Application number: KR1020090098660A
Authority: KR
Inventors: 박규열; 김도훈; 박태호
Original assignee: 울산대학교 산학협력단
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2013-11-01
Also published as: KR20110041706A

Abstract

본 발명은, 내부가 중공된 실린더 형상을 가지며, 상기 중공된 내부공간으로 태양광이 투과되는 투과판과, 상기 투과판의 면을 따라 복수 개로 배치되고, 상기 투과판에 투과된 태양광을 상기 내부공간 측으로 산란시키는 광학수단들, 및 상기 투과판의 내부공간에 상하로 이격되어 적층되고, 상기 광학수단에서 산란된 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 복수 개의 태양전지패널들을 포함하는 적층식 고효율 태양광 발전장치를 제공한다.

개시된 적층식 고효율 태양광 발전장치에 따르면, 투과판의 내부공간으로 투과된 태양광을 광학수단을 통해 내부공간의 전체 영역으로 산란시켜서 적층형 태양전지패널들의 사이와 표면으로 고루 전달함에 따라 단위 면적당 높은 전기 생산효율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 또한, 투과판의 표면에 표면 처리(고반사 필름 코팅 또는 요철 구조 형성)를 수행한 경우, 내부공간에서 외부로 나가려고 하는 태양광을 다시 내측으로 회수할 수 있어, 상기 태양전지패널로 전달되는 태양광의 양을 최대화할 수 있다. 더욱이, 태양전지패널의 내부에 냉각수단을 구비한 경우, 상기 태양전지패널을 최대 효율이 발생하는 온도로 유지시킬 수 있어 과열로 인한 오동작을 방지할 수 있으며 전기 생산효율을 최대화할 수 있다.

Description

적층식 고효율 태양광 발전장치{High efficiency solar power generator of stack type}

본 발명은 적층식 고효율 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지판을 적층형으로 배치하여 전기생산 효율을 높일 수 있는 적층식 고효율 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양전지는 태양광이 가지고 있는 빛에너지를 흡수하여 이를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 일반적으로, 태양전지판은 평면 형태로 제작되어 넓은 면적에 대해 설치되는데, 이에 따라 제작 비용 및 인력이 많이 소요되고 설치가 복잡한 단점이 있다.

또한, 보통 태양전지판은 대략 1㎡ 당 1~3㎾의 태양전기를 생산한다. 이때, 태양전지판에 입사되는 태양광 중 약 8~34%만이 회수되고, 나머지 92~66%는 입사되는 과정에서 다시 반사되어 대기 중으로 발산한다. 이에 따라, 종래의 태양전지판은 태양광의 회수율이 낮으며 전기생산의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은, 복수 개의 태양전지판들을 적층형으로 배치하여 단위 면적당 고효율의 전기를 생산하는 적층식 고효율 태양광 발전장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 상기 투과판은, 복수 개의 투명판재들의 측면이 서로 연결되어 형성됨에 따라 횡단면이 다각형 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 투과판은, 상기 내부공간으로 투과된 태양광이 외부로 누출되지 않도록 표면 처리가 수행될 수 있다.

여기서, 상기 투과판은, 상기 표면처리로서, 상기 투과판의 표면에 고반사 필름이 코팅되어 있을 수 있다. 이외에도, 상기 투과판은, 상기 표면처리로서, 상기 투과판의 표면에 요철 구조가 형성되어 있을 수 있다.

그리고, 상기 투과판은, 상기 표면 처리가 수행된 외부 강화유리판, 및 상기 광학수단들이 배치되고 상기 외부 강화유리판과 평행하게 접합되는 내부 강화유 리판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 태양전지패널은, 양면에서 전기를 생산하도록, 상기 산란된 태양광을 상면과 하면에서 각각 흡수하여 전기를 생산하는 상부 태양전지판 및 하부 태양전지판, 및 상기 상부 태양전지판과 상기 하부 태양전지판의 사이에 배치되어, 상기 태양전지판을 냉각시키는 냉각수단을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 광학수단은, 빛의 산란을 위한 오목렌즈 또는 프리즘일 수 있다.

본 발명에 따른 적층식 고효율 태양광 발전장치에 따르면, 투과판의 내부공간으로 투과된 태양광을 광학수단을 통해 내부공간의 전체 영역으로 산란시켜서 적층형 태양전지패널들의 사이와 표면으로 고루 전달함에 따라 단위 면적당 높은 전기 생산효율을 얻을 수 있는 이점이 있다.

또한, 투과판의 표면에 표면 처리(고반사 필름 코팅 또는 요철 구조 형성)를 수행한 경우, 내부공간에서 외부로 나가려고 하는 태양광을 다시 내측으로 회수할 수 있어, 상기 태양전지패널로 전달되는 태양광의 양을 최대화할 수 있다.

더욱이, 태양전지패널의 내부에 냉각수단을 구비한 경우, 상기 태양전지패널을 최대 효율이 발생하는 온도로 유지시킬 수 있어 과열로 인한 오동작을 방지할 수 있으며 전기 생산효율을 최대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층식 고효율 태양광 발전장치의 사시도이 다. 도 1을 참조하면, 상기 적층식 고효율 태양광 발전장치(100)는 투과판(110), 복수 개의 광학수단들(120), 복수 개의 태양전지패널들(130)을 포함한다.

상기 투과판(110)은, 내부가 중공된 실린더 형상을 가지며, 상기 중공된 내부공간(10)으로 태양광이 투과된다. 이러한 투과판(110)은 복수 개의 투명판재들(110a)의 측면이 서로 연결되어 형성됨에 따라 횡단면이 다각형 형상을 가진다.

상기 투명판재들(110a)의 개수를 증가시키면 횡단면이 원형에 가까운 투과판(110)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 투명판재들(110a)의 개수가 증가될수록 투명판(110)의 외주 전방향에 대해 태양광의 투과 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1의 경우는, 총 8개의 투명판재들(110a)을 이용하여 횡단면이 8각형 형상인 투과판(110)의 형태를 나타낸다. 물론, 설명의 편의를 위해 도 1에서 전면의 4개 투명판재들의 도시는 생략하였다.

상기 투명판재(110a)는 투명성 있는 강화유리, 강화아크릴 등의 재질이 사용된다. 상기 발전장치(100)는 보통 옥외에 설치된다. 따라서, 별도의 외부 보호수단이 없는 경우, 상기 투과판(110)은 외부 충격에 대한 강인성을 고려하여 강화아크릴 소재보다는 강화유리 재질이 보다 적합하다.

상기 광학수단들(120)은, 상기 투과판(110)의 전체 면을 따라 복수 개로 배치되고, 상기 투과판(110)에 투과된 태양광을 상기 내부공간(10) 측으로 산란시키는 역할을 한다. 즉, 상기 광학수단(120)은 상기 태양광이 상기 내부공간(10)의 전체영역에 도달하도록, 상기 투과된 태양광을 다중방향으로 산란시킨다.

이러한 광학수단들(120)은 빛의 산란을 위한 광학장치를 포괄하는 개념이다. 예를 들어, 상기 광학수단(120)은 오목렌즈, 프리즘(ex, 사다리꼴 형태) 등의 수단을 의미한다. 여기서, 상기 프리즘의 형태는 상기 사다리꼴 형태 이외에도 빛의 산란을 위한 다양한 형태가 적용될 수 있다.

상기 태양전지패널들(130)은 상기 투과판(110)의 내부공간(10) 내에 상하로 이격되어 적층 배열된다. 이러한 태양전지패널들(130)은 상기 광학수단들(120)에서 산란되어 입사되는 태양광을 각각 흡수하여 전기를 생산한다.

상기 내부공간(10)에는 상기 광학수단들(120)에 의해 충분한 태양광이 존재하게 되고, 이 태양광은 상기 적층식으로 배열된 태양전지패널들(130)의 사이로 각각 전달되어, 단위 면적당 높은 전기 생산효율을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 태양전지패널(130)의 적층 개수를 증가시킬수록 상기 전기 생산효율이 증가됨은 자명한 것이다.

예를 들어, 상기 태양전지패널(130)의 두께는 5~7cm일 수 있고, 태양전지패널들(130)의 상하 이격 간격은 10cm일 수 있다. 태양전지패널(130)이 총 10개 적층된다면, 상기 태양광 발전장치(100)의 높이는 대략 140~160cm 가량이 된다.

종래의 태양전지패널은 판 형태로 넓게 펼쳐서 연장된 구조로서 많은 면적을 필요로 하고 설치 비용 또한 증대한다. 이에 반해, 상기 적층식 고효율 태양광 발전장치(100)는 태양전지패널(130)을 상하로 적층하는 구조이므로, 동일 면적에 보다 많은 수의 태양전지패널(130)을 배치할 수 있어, 고효율의 전기 생산이 가능해진다.

더욱이, 강화유리 재질 등으로 형성된 상기 투과판(110)이 다각형 기둥 형상 을 가짐에 따라, 어느 한 방향으로 태양광이 입사되어도 상기 내부공간(10) 내의 전체방향으로 태양광이 전파되고 산란될 수 있다. 따라서, 기존의 태양전지패널과는 달리, 태양광이 입사되는 방향을 전혀 고려하지 않아도 되는 이점이 있다. 또한, 상기 적층식 고효율 태양광 발전장치(100)는 공장에서 완제품 형태로 생산될 수 있어, 설치 장소와 공간의 구애를 적게 받으며, 설치 및 사용이 용이한 이점이 있다.

도 2는 도 1에 도시된 태양전지패널의 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 태양전지패널(130)은, 양면에서 전기를 생산하도록 상부 태양전지판(131) 및 하부 태양전지판(132)을 포함한다. 즉, 상부 태양전지판(131) 및 하부 태양전지판(132)은, 상기 광학수단들(120)을 통해 산란되어 입사된 태양광을 상면과 하면에서 각각 흡수하여 전기를 생산한다.

여기서, 상기 상부 태양전지판(131)과 상기 하부 태양전지판(132)의 사이에는 냉각수단(133)이 배치됨에 따라, 양면의 각 태양전지판(131,132)을 냉각시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각수단(133)은 냉각관(134)에 냉각수를 흘려줌에 따라, 가열된 태양전지판(131,132)을 냉각시킨다. 상기 냉각수단(133)에 따르면, 상기 태양전지패널들(130)을 최대 효율이 발생하는 온도로 유지시킬 수 있어 전기 생산효율을 최대화할 수 있고, 상기 태양전지패널(130)의 과열 및 그로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 발전장치(100)는 외부에 제어박스(140)를 구비한다. 상기 제어박스(140)는 태양전지패널(130)을 냉각시키기 위한 냉각수를 유동시키는 펌프를 구 비한다. 이러한 제어박스(140)는 상기 태양전지패널(130)로부터 생산된 전력의 일부를 상기 펌프의 구동 전력으로 사용하고, 남은 전력은 외부(축전지, 전기공급회사 등)로 전달할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 투과판의 일 실시예에 따른 단면도이다. 상기 광학수단(120)은, 예를 들면 상기 투과판(110)의 내표면 중 내부홈(112b) 부분에 삽입되는 구조를 가진다. 물론, 상기 투과판(110) 상에 상기 광학수단(120)이 배치되는 형태는 다양한 변형예가 존재한다.

상기 투과판(110)은, 상기 내부공간(10)으로 투과된 태양광이 외부로 누출되지 않도록 표면 처리가 수행된다. 상기 표면 처리는 상기 투과판(110)의 표면에 고반사 필름이 코팅되는 형태, 상기 투과판(110)의 표면에 요철 구조가 형성된 형태 등이 사용된다. 상기 요철 구조는 상기 투과판(110)의 표면에 거친 면의 효과를 부가하기 위한 것이다. 여기서, 상기 표면 처리는 상기 투과판(110)의 외표면(111)과 내표면(112a,112b) 중 선택된 일면 또는 양면에 수행된다.

상기 표면 처리에 따르면, 상기 투과판(110)의 내부공간(10)으로 상기 태양광을 투과시킬 수는 있지만, 내부공간(10)에서 외부로 나가려고 하는 태양광을 다시 상기 내부공간(10)으로 반사시키는 역할을 한다. 즉, 상기 투과판(110)은 상기 표면 처리를 통해 상기 투과판(110)의 내부공간(10) 상에 태양광을 가둘 수 있게 된다.

다시 말해서, 상기 적층식 고효율 태양광 발전장치(100)는 상기 투과판(110)의 내부공간(10)으로 투과된 태양광을 광학수단(120)을 통해 상기 내부공간(10)의 전체 영역으로 산란시킴과 동시에, 상기 내부공간(10)에서 외부로 나가려고 하는 태양광을 상기 투과판(110)에 수행된 표면 처리를 통해 다시 회수할 수 있어, 상기 태양전지패널(130)로 전달되는 태양광의 양을 최대화할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 투과판의 다른 실시예에 따른 단면도이다. 도 4를 참조하면, 상기 투과판(200)은, 외부 강화유리판(211)과 내부 강화유리판(212)을 구비한다. 상기 외부 강화유리판(211)은 상기 표면 처리가 수행되어, 외부로 나가려고 하는 태양광에 대한 내부 반사를 유도한다.

상기 내부 강화유리판(212)은 상기 외부 강화유리판(211)의 내측에 평행하게 접합되고, 전체 면을 따라 상기 광학수단들(120)이 배치된다. 물론, 상기 내부 강화유리판(212)의 표면에 대해서도 상기 내부 반사를 유도하는 표면 처리가 수행될 수 있다.

예를 들어, 이러한 투과판(200)은, 표면에 고반사 필름이 코팅된 외부 강화유리판(211)과, 상기 광학수단(120)(ex, 오목렌즈)이 배치된 내부 강화유리판(212)이 서로 접착제로 접합된 형태일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 적층식 고효율 태양광 발전장치의 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 태양전지패널의 단면도이다.

도 3은 도 1에 도시된 투과판의 일 실시예에 따른 단면도이다.

도 4는 도 1에 도시된 투과판의 다른 실시예에 따른 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

100: 적층식 고효율 태양광 발전장치

110,210: 투과판 110a: 투명판재

111: 외표면 112a,112b: 내표면

120: 광학수단 130: 태양전지패널

131: 상부 태양전지판 132: 하부 태양전지판

133: 냉각수단 134: 냉각관

140: 제어박스 211: 외부 강화유리판

212: 내부 강화유리판

Claims

내부가 중공된 실린더 형상을 가지며, 상기 중공된 내부공간으로 태양광이 투과되며, 상기 내부공간으로 투과된 태양광이 외부로 누출되지 않도록 표면 처리가 수행된 투과판;

상기 투과판의 면을 따라 복수 개로 배치되고, 상기 투과판에 투과된 태양광을 상기 내부공간 측으로 산란시키는 광학수단들;

상기 투과판의 내부공간에 상하로 이격되어 적층되고, 상기 광학수단에서 산란된 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 복수 개의 태양전지패널들; 및

상기 태양전지패널들을 냉각시키기 위한 냉각수를 유동시키는 펌프를 구비한 제어박스를 포함하며,

상기 투과판은,

상기 표면 처리로서 외표면에 고반사 필름이 코팅되어 있는 외부 강화유리판, 및 상기 광학수단들이 배치되고 상기 외부 강화유리판과 평행하게 접합되는 내부 강화유리판을 포함하며,

상기 태양전지패널은,

양면에서 전기를 생산하도록, 상기 산란된 태양광을 상면과 하면에서 각각 흡수하여 전기를 생산하는 상부 태양전지판 및 하부 태양전지판, 및 상기 상부 태양전지판과 상기 하부 태양전지판의 사이에 배치되어 상기 제어박스로부터 공급받은 냉각수를 통해 상기 태양전지판을 냉각시키는 냉각수단을 포함하며,

상기 제어박스는,

상기 태양전지패널로부터 생산된 전력의 일부를 상기 펌프의 구동 전력으로 사용하고 남은 전력을 외부의 축전지로 전달하는 적층식 고효율 태양광 발전장치.
청구항 1에 있어서,

상기 투과판은,

복수 개의 투명판재들의 측면이 서로 연결되어 형성됨에 따라 횡단면이 다각형 형상을 가지는 적층식 고효율 태양광 발전장치.
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청구항 1에 있어서, 상기 광학수단은,

빛의 산란을 위한 오목렌즈 또는 프리즘인 적층식 고효율 태양광 발전장치.