KR101429233B1 - Tower type solar thermal power plant system - Google Patents

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KR101429233B1
KR101429233B1 KR1020130041199A KR20130041199A KR101429233B1 KR 101429233 B1 KR101429233 B1 KR 101429233B1 KR 1020130041199 A KR1020130041199 A KR 1020130041199A KR 20130041199 A KR20130041199 A KR 20130041199A KR 101429233 B1 KR101429233 B1 KR 101429233B1
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KR1020130041199A
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백승욱
이동일
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한국과학기술원
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Abstract

A tower type solar thermal power plant system is provided. The tower type solar thermal power plant system comprises: a condensing unit configured to condense sunlight by tracking the sun and to transfer solar radiant energy to an absorber using a heliostat; the absorber configured to transfer heat energy to the air which is a circular medium by utilizing the solar radiation energy transmitted from the condensing unit; a steam generator configured to generate steam using the heat energy; a storage configured to save the air passed through the absorber; and a power generation unit configured to generate electricity by driving a steam turbine using the steam generated in the steam generator.

Description

타워형 태양열 발전 시스템{TOWER TYPE SOLAR THERMAL POWER PLANT SYSTEM}TOWER TYPE SOLAR THERMAL POWER PLANT SYSTEM [0001]

타워형 태양열 발전 시스템이 제공된다.A tower solar power generation system is provided.

신재생에너지 중에서 태양열 발전은 반사경을 통해 태양열을 반사시켜 한 곳으로 집열하여 수백 ~ 수천℃의 온도를 얻고, 이를 각종 발전 사이클의 열원으로 사용하여 전기를 생산하므로 안전성, 경제성, 지속 가능성, 환경 친화적인 면에서 다른 신재생에너지들 보다 경쟁력 있는 발전 방식으로 각광받고 있다.Among renewable energies, solar power generates sunlight by reflecting sunlight through a reflector and collecting it in one place to obtain temperature of hundreds to several thousands of degrees Celsius and using it as a heat source for various power generation cycles. As a result, safety, economics, sustainability, It is becoming more and more popular as a power generation method than other renewable energy sources.

타워형 태양열 발전 시스템은 수백 개의 헬리오스타트(heliostat), 흡수기, 저장기, 그리고 발전 사이클을 포함할 수 있다. 헬리오스타트를 통해 집열된 태양열복사에너지를 흡수기로 전달함에 따라 흡수기의 온도는 약 500-1000℃로 상승하게 되고 이로 인해 스팀 터빈 사이클을 작동시킬 수 있는 고온의 증기를 생산하게 된다. 타워형 태양열 발전 시스템의 발전 효율은 약 25-40%이며, 일몰 이후에도 발전이 가능하다는 점에서 다른 신재생에너지를 이용한 발전 방식보다 발전 효율이 높다.Tower solar power generation systems can include hundreds of heliostats, absorbers, reservoirs, and power generation cycles. As the solar radiant energy collected by the Heliostat is transferred to the absorber, the temperature of the absorber rises to about 500-1000 ° C, thereby producing high temperature steam which can operate the steam turbine cycle. The power generation efficiency of the tower solar power generation system is about 25-40%, and it is possible to generate power even after the sunset. Therefore, the power generation efficiency is higher than the power generation method using other renewable energy.

종래 타워형 태양열 발전 시스템에서는 작동유체로 물을 이용하고 있으나, 작동유체의 이동로가 파손될 경우 유출 우려가 있다는 점에서 안전성이 낮으며 대용량 발전 시스템으로 구현하기가 어렵다. 또한, 종래 타워형 태양열 발전 시스템에서는 용융염이 저장매체로 사용된 저장기를 사용한다는 점에서 저장기 작동을 위하여 최소 약 250℃ 이상의 고온을 유지해야하므로 추가적인 열 공급을 필요로 하며 고온의 작동 환경으로 인해 안정성이 낮고 유지/보수 및 관리에 많은 비용이 소요된다.Conventional tower type solar power generation system uses water as a working fluid, but safety is low because it is likely to be leaked if the traveling path of the working fluid is broken, and it is difficult to implement it as a large-capacity power generation system. In addition, in the conventional tower type solar power generation system, since the molten salt uses a reservoir used as a storage medium, a high temperature of at least about 250 ° C must be maintained for the operation of the reservoir, so that additional heat supply is required. It is low in stability and expensive to maintain / maintain.

본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 모듈화된 흡수기와 저장 용량이 높은 물질이 충진된 저장기를 이용하여 발전용량에 따라 효율적인 발전을 수행할 수 있으며, 작동유체로 공기를 이용하여 안전성을 높인 타워형 태양열 발전 시스템을 제공하는 것이다.A problem to be solved by one embodiment of the present invention is to provide a tower type solar heating system capable of efficiently generating power according to power generation capacity using a modular absorber and a reservoir filled with a material having a high storage capacity, Power generation system.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 태양을 추적하여 태양광을 집광하고, 헬리오스타트(heliostat)에 의해 태양열복사에너지를 흡수기로 전달하는 집광부, 상기 집광부로부터 전달된 태양열복사에너지를 이용하여 순환 매체인 공기에 열 에너지를 전달하는 흡수기, 상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기, 상기 흡수기를 통과한 공기를 저장하는 저장기, 그리고 상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템을 제안한다.In order to solve the above problems, an embodiment of the present invention provides a solar collecting system comprising: a light collecting unit for collecting solar light by tracking the sun and transferring solar thermal radiation energy to an absorber by a heliostat; A steam generator for generating steam using the heat energy, a storage for storing air passing through the absorber, and a steam generator for generating steam from the steam generator, And a power generating unit for generating electric power by driving the steam turbine using the steam turbine.

여기서, 상기 흡수기는 반원기둥 형상으로 상하좌우에 공기 유출구를 포함하는 프레임, 상기 프레임 내부에 설치되는 제1 공기통로, 상기 프레임에 설치되는 모듈식 흡수기, 그리고 상기 모듈식 흡수기와 상기 제1 공기통로를 연결하는 제2 공기통로를 포함할 수 있다.Here, the absorber includes a frame including an air outlet in upper, lower, left, and right sides in a semicircular shape, a first air passage installed inside the frame, a modular absorber installed in the frame, And a second air passage connecting the first air passage and the second air passage.

또한, 상기 모듈식 흡수기는 다공성 실리콘 카바이드(SiC)를 포함할 수 있다.The modular absorber may also comprise porous silicon carbide (SiC).

또한, 상기 저장기는 입구부, 상기 입구부와 상하 대칭되는 출구부, 상기 입구부와 상기 출구부 사이에 기둥 형상을 갖는 저장부, 그리고 상기 입구부, 상기 출구부, 그리고 상기 저장부의 외면을 감싸는 단열부를 포함할 수 있다.The reservoir may have an inlet portion, an outlet portion that is symmetrical with the inlet portion, a storage portion having a columnar shape between the inlet portion and the outlet portion, and an outlet portion that surrounds the inlet portion, the outlet portion, And may include an insulating portion.

또한, 상기 저장부는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 산화철(FeO3), 상변화 물질(PCM, phase change material), 또는 이들의 혼합물로 충진될 수 있다.In addition, the reservoir may be filled with alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC), iron oxide (FeO 3 ), phase change material (PCM) have.

또한, 상기 저장부는 다공성 모노리스 허니컴(honeycomb) 구조일 수 있다.Also, the storage unit may be a porous monolith honeycomb structure.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예는, 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 태양전지와 순환매체를 이용하여 상기 태양전지로부터 발생되는 열 에너지를 흡수하는 흡열기를 포함하는 흡수기, 상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기, 상기 흡수기를 통과한 순환매체를 저장하는 저장기, 그리고 상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템을 제안한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an absorber comprising: a solar cell for collecting solar light by tracking the sun; and an absorber for absorbing thermal energy generated from the solar cell using a circulating medium; And a generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced in the steam generator, wherein the steam generator includes a steam generator for generating steam using heat energy, a circulator for storing a circulating medium passing through the absorber, We propose a solar power generation system.

여기서, 상기 순환매체는 공기와 물 중 하나 이상일 수 있다.Here, the circulating medium may be at least one of air and water.

여기서, 상기 흡열기는, 4개의 측벽을 갖는 프레임, 상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 순환 매체가 유입되거나 배출되는 출입구, 상기 프레임의 상부면에 일정 간격으로 설치되는 태양전지, 상기 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 상기 태양전지와 수직한 방향으로 상기 흡열판 하단에 설치되며 상기 순환매체로 상기 열을 전달하는 냉각기를 포함할 수 있다.Here, the heat absorber includes a frame having four side walls, an entrance port provided in each of two opposing sidewalls of the frame, through which the circulating medium is introduced or discharged, a solar cell provided at a predetermined interval on the upper surface of the frame, A heat absorbing plate for absorbing heat generated from the battery, and a cooler installed at a lower end of the endothermic plate in a direction perpendicular to the solar cell and transmitting the heat to the circulating medium.

또한, 상기 흡열기는, 4개의 측벽과 상기 측벽의 상부에 설치된 렌즈를 포함하는 프레임, 상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 순환매체가 유입되거나 배출되는 출입구, 상기 렌즈 하단에서 상기 렌즈의 초점 위치에 설치되는 태양전지, 상기 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 상기 태양전지와 수직한 방향으로 상기 흡열판 하단에 설치되며 상기 순환매체로 상기 열을 전달하는 냉각기를 포함할 수 있다.The heat absorber may include a frame including four side walls and a lens provided on the upper side of the side wall, an entrance through which the circulating medium is introduced or discharged, respectively, provided on two opposing side walls of the frame, A heat absorbing plate for absorbing heat generated from the solar cell, and a cooler installed at a lower end of the heat absorbing plate in a direction perpendicular to the solar cell and transmitting the heat to the circulating medium .

또한, 상기 냉각기는 히트파이프와 냉각핀 중 하나 이상이거나 이 둘의 조합일 수 있다.In addition, the cooler may be at least one of a heat pipe and a cooling fin, or a combination of the two.

또한, 상기 저장기는 입구부, 상기 입구부와 상하 대칭되는 출구부,상기 입구부와 상기 출구부 사이에 기둥 형상을 갖는 저장부, 그리고 상기 입구부, 상기 출구부, 그리고 상기 저장부의 외면을 감싸는 단열부를 포함할 수 있다.The reservoir may have an inlet portion, an outlet portion that is symmetrical with the inlet portion, a storage portion having a columnar shape between the inlet portion and the outlet portion, and an outlet portion that surrounds the inlet portion, the outlet portion, And may include an insulating portion.

또한, 상기 저장부는 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 산화철(FeO3), 상변화 물질(PCM, phase change material), 또는 이들의 혼합물로 충진될 수 있다.In addition, the reservoir may be filled with alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC), iron oxide (FeO 3 ), phase change material (PCM) have.

또한, 상기 저장부는 다공성 모노리스 허니컴(honeycomb) 구조일 수 있다.Also, the storage unit may be a porous monolith honeycomb structure.

본 발명의 일 실시예에 의하면 타워형 태양열 발전 시스템의 발전용량에 따른 설치가 용이하며 열 에너지 저장 및 발전 효율을 높일 수 있다. 또한, 작동유체로 공기를 이용함으로써 안정성을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, installation of the tower type solar power generation system according to the power generation capacity is easy, and thermal energy storage and power generation efficiency can be enhanced. In addition, stability can be improved by using air as the working fluid.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타워형 태양열 발전 시스템이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기식 흡수기이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기식 저장기이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기식 저장기이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타워형 태양광열 복합 발전 시스템이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡열기이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 흡열기이다.
도 8은 도 7의 태양전지 배치도이다.1 is a tower solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a pneumatic absorber according to an embodiment of the present invention.
3 is a pneumatic reservoir according to an embodiment of the present invention.
4 is a pneumatic reservoir according to another embodiment of the present invention.
5 is a tower solar photovoltaic and hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention.
6 is a heat sink according to an embodiment of the present invention.
7 is a heat sink according to another embodiment of the present invention.
8 is a plan view of the solar cell of FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 일 실시예는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, one embodiment of the present invention can be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.

명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified and that the presence or absence of other features, regions, integers, steps, operations, elements, and / It does not exclude addition.

명세서 전체에서 작동유체와 순환매체는 동일한 의미로 사용되며, 열원의 열 에너지를 받아 발전 시스템 내의 각 부분에 전달하는 물질을 의미한다.Throughout the specification, the working fluid and the circulating medium are used in the same sense and mean a material that receives the heat energy of the heat source and delivers it to each part in the power generation system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 타워형 태양열 발전 시스템이다.1 is a tower solar power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1의 타워형 태양열 발전 시스템은 집광부(10), 흡수기(20), 증기발생기(30), 발전부(40), 송풍기(50), 그리고 저장기(60)를 포함할 수 있다.The tower type solar power generation system of FIG. 1 may include a light collecting unit 10, an absorber 20, a steam generator 30, a power generating unit 40, a blower 50, and a reservoir 60.

집광부(10)는 태양을 추적하여 태양광을 집광하고, 반사경을 이용하여 태양열복사에너지를 흡수기(20)로 전달할 수 있다. 이때, 집광부(10)는 타워 상단에 설치될 수 있으며, 반사경은 수백 ~ 수천 개의 헬리오스타트(heliostat)으로 구현될 수 있다. 집광부(10)는 태양의 위치를 추적하여 태양광 집광을 위한 최적의 위치로 이동하고 태양열복사에너지를 흡수기(20)로 전달한다.The light collecting unit 10 may track the sun to collect sunlight and transmit the solar radiation energy to the absorber 20 using a reflector. At this time, the light collecting part 10 may be installed at the top of the tower, and the reflector may be implemented as hundreds to thousands of heliostats. The light collecting unit 10 tracks the position of the sun to move to an optimum position for collecting sunlight and transmits the solar radiation energy to the absorber 20. [

흡수기(20)는 집광부(10)로부터 전달된 태양열복사에너지를 이용하여 태양열 발전 시스템의 작동유체에 열 에너지를 전달할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 작동유체로 공기를 사용한다.The absorber 20 can transfer the thermal energy to the working fluid of the solar power generation system using the solar radiation energy transmitted from the light collecting part 10. In one embodiment of the present invention, air is used as the working fluid.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기식 흡수기이다.2 is a pneumatic absorber according to an embodiment of the present invention.

도 2의 흡수기(20)는 공기 유출구를 포함하는 프레임(24), 프레임(24) 내부에 설치되는 제1 공기통로(21), 프레임(24)에 설치되는 모듈식 흡수기(22), 그리고 모듈식 흡수기(22)와 제1 공기통로(21)를 연결하는 제2 공기통로(23)를 포함할 수 있다.The absorber 20 of Fig. 2 includes a frame 24 including an air outlet, a first air passage 21 provided in the frame 24, a modular absorber 22 mounted on the frame 24, And a second air passage (23) connecting the absorption absorber (22) and the first air passage (21).

프레임(24)은 반원 형상으로 구현될 수 있으며, 상하좌우에 공기유출구를 포함할 수 있다. 공기유출구를 이용하여 태양열 발전 시스템을 순환한 공기와 외부 공기를 송풍기(50)를 통해 재흡수함으로써 열 효율을 증가시킬 수 있다.The frame 24 may be implemented in a semicircular shape and may include air outlets in upper, lower, left, and right sides. The heat efficiency can be increased by re-absorbing the air circulated through the solar power generation system using the air outlet and the external air through the blower 50. [

모듈식 흡수기(22)는 태양복사에너지 흡수율과 열충격 저항성이 높고, 열팽창계수가 낮은 다공성 실리콘 카바이드(SiC)로 구성될 수 있다. 또한, 반원 형상인 프레임(24) 외면에 설치되어 헬리오스타트로부터 전달되는 태양열복사에너지의 흡수 면적을 높일 수 있으며 태양열 발전 시스템의 발전 용량에 따라 설치가 용이하다.The modular absorber 22 may be composed of porous silicon carbide (SiC), which has high solar radiation absorption and thermal shock resistance and low thermal expansion coefficient. In addition, it is installed on the outer surface of the semicircular frame 24 to increase the absorption area of solar radiation energy transmitted from the Heliostat and is easy to install according to the power generation capacity of the solar power generation system.

다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 증기발생기(30)는 상기 열 에너지를 이용하여 고온의 증기를 생산할 수 있으며, 발전부(40)는 증기발생기(30)에서 생산된 증기를 이용하여 터빈을 구동시켜 전기를 생산할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the steam generator 30 can generate high-temperature steam using the heat energy, and the power generator 40 drives the turbine using the steam produced in the steam generator 30 Electricity can be produced.

송풍기(50)는 외부의 공기를 태양열 발전 시스템 내로 유입시켜 순환시킬 수 있으며, 외부 공기와 재순환 공기를 흡수기로 전달할 수 있다.The blower 50 can circulate the external air into the solar power generation system and circulate the external air and recirculated air to the absorber.

저장기(60)는 흡수기(20)를 통과한 고온의 공기를 저장할 수 있으며, 입구부, 출구부, 저장부, 그리고 단열부를 포함할 수 있다.The reservoir 60 may store hot air passing through the absorber 20 and may include an inlet, an outlet, a reservoir, and an insulation.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기식 저장기이다.3 is a pneumatic reservoir according to an embodiment of the present invention.

도 3의 저장기(60-1)는 입구부(61-1), 출구부(62-1), 입구부(61-1)와 출구부(62-1) 사이에 기둥 형상을 갖는 저장부(63-1), 그리고 입구부(61-1), 출구부(62-1), 그리고 저장부(63-1)의 외면을 감싸는 단열부(64-1)를 포함할 수 있다. 이때, 입구부(61-1)와 출구부(62-1)는 고온의 공기를 저장할 때와 방열할 때 공기의 순환 방향이 다른 것을 감안하여 대칭 구조로 설계될 수 있으며, 저장부(63-1)의 형상에 따라 원뿔, 사각뿔, 오각뿔, 육각뿔 등의 형상으로 구현될 수 있다.The reservoir 60-1 shown in Fig. 3 has an inlet 61-1, an outlet 62-1, a reservoir 62-1 between the inlet 61-1 and the outlet 62-1, An inlet portion 61-1, an outlet portion 62-1 and a heat insulating portion 64-1 surrounding the outer surface of the storage portion 63-1. In this case, the inlet portion 61-1 and the outlet portion 62-1 may be designed to have a symmetrical structure in consideration of the circulation direction of the air when the high-temperature air is stored and when the heat is discharged, and the storage portion 63- 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,

저장부(63-1)는 원기둥, 사각기둥, 오각기둥, 육각기둥 등의 기둥 형상으로 구현될 수 있으며, 내부는 열 저장 물질로 충진된다. 열 저장 물질은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 산화철(FeO3) 등의 물질 중 하나 이상의 물질, Ca(NO3)2-KNO3-NaNO3, Li-Na-K-NO2 등의 상변화 물질(PCM, phase change material), 또는 이들의 혼합물을 사용하여 열 저장 효율을 높일 수 있다.The storage unit 63-1 may be implemented as a columnar shape such as a cylinder, a square column, a pentagonal column, or a hexagonal column, and the inside thereof is filled with a heat storage material. The heat storage material may be at least one material selected from the group consisting of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC), iron oxide (FeO 3 ), Ca (NO 3) 2-KNO 3 -NaNO 3, A phase change material (PCM) such as -K-NO2, or a mixture thereof can be used to increase the heat storage efficiency.

또한 저장부(63-1)는 고온의 공기가 열 저장 물질로 쉽게 전달되도록 하기 위하여, 도 4와 같이 다공성 모노리스 허니컴(monolithic honeycomb) 구조를 가질 수 있다.In addition, the storage unit 63-1 may have a porous monolithic honeycomb structure as shown in FIG. 4 so that the hot air can be easily transferred to the heat storage material.

단열부(64-1)는 경질 폴리우레탄(rigid polyurethane), 글라스 울(glass-wool) 등의 재질로 구성될 수 있으며 공기의 열손실을 방지할 수 있다.The heat insulating portion 64-1 may be made of rigid polyurethane, glass wool, or the like, and may prevent heat loss of the air.

다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 타워형 태양열 발전 시스템은 일사량이 풍부한 낮 동안 제1밸브(V1-1), 제2밸브(V1-2), 제3밸브(V1-3), 그리고 제5밸브(V1-5)를 개방하여 저장기(60)에 고온의 공기를 저장할 수 있다. 일몰 이후에 저장기(60)에 저장된 고온의 공기는 송풍기(50)를 통과하고 증기발생기(30)를 통해 생산된 증기를 이용하여 발전할 수 있다. 이때 제2밸브(V1-2)와 제4밸브(V1-4)는 개방하고 제1밸브(V1-1), 제3밸브(V1-3), 그리고 제5밸브(V1-5)는 차단함으로써 공기가 저장기(60), 증기발생기(30), 송풍기(50)로 순환할 수 있다.1, the tower type solar power generation system includes a first valve (V1-1), a second valve (V1-2), a third valve (V1-3), and a fifth valve V1-5 may be opened to store the hot air in the reservoir 60. [ The high temperature air stored in the reservoir 60 after sunset can pass through the blower 50 and generate steam using the steam produced through the steam generator 30. At this time, the second valve V1-2 and the fourth valve V1-4 are opened and the first valve V1-1, the third valve V1-3, and the fifth valve V1-5 are closed So that air can circulate to the reservoir 60, the steam generator 30, and the blower 50.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 타워형 태양광열 복합 발전 시스템이다.5 is a tower solar photovoltaic and hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 5의 타워형 태양광열 복합 발전 시스템은 추적부(110), 흡수기(120), 축전지(130), 증기발생기(140), 발전부(150), 송풍기(160), 그리고 저장기(170)를 포함할 수 있다. 이때 흡수기를 제외한 구성은 도 1과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하며, 송풍기(160)는 작동유체가 공기일 경우에 사용되며, 작동유체가 물일 경우에는 펌프로 대체될 수 있다.5, the tower-type solar photovoltaic and hybrid electric power generation system includes a tracking unit 110, an absorber 120, a storage battery 130, a steam generator 140, a power generator 150, a blower 160, . Since the configuration except for the absorber is the same as that of FIG. 1, redundant description is omitted. The blower 160 is used when the working fluid is air, and can be replaced with a pump when the working fluid is water.

흡수기(120)는 추적부를 통해 추적된 태양의 위치에서 태양광을 집광하는 태양전지와 공기를 이용하여 태양전지로부터 발생되는 열 에너지를 흡수하는 흡열기를 포함할 수 있다.The absorber 120 may include a solar cell that condenses sunlight at the position of the sun tracked through the tracer, and a heat absorber that absorbs heat energy generated from the solar cell using air.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수기이다.6 is an absorber according to an embodiment of the present invention.

도 6의 흡수기(120-1)는 알루미늄 재질의 4개의 측벽을 갖는 프레임(121), 구리 등의 재질로 구성된 파이프 형태로 프레임(121)의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 작동유체인 공기가 유입되거나 배출되는 입구(124-in)와 출구(124-out), 프레임(121)의 상부면에 일정 간격으로 설치되는 태양전지(122), 태양전지(122)로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판(123), 그리고 흡열판(123) 하단에 히트파이프(125) 및 냉각핀(126)을 포함할 수 있다.The absorber 120-1 shown in Fig. 6 is provided on two opposed sidewalls of the frame 121 in the shape of a pipe made of a material such as a frame 121 having four sidewalls made of aluminum, An inlet 124-in and an outlet 124 -out for introducing or discharging the solar cell 122, a solar cell 122 installed at a predetermined interval on the upper surface of the frame 121, and a heat absorbing heat absorbing heat generated from the solar cell 122 A plate 123 and a heat pipe 125 and a cooling fin 126 at the lower end of the heat absorbing plate 123.

흡열판(123)은 블랙크롬으로 표면처리된 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 재질로 구현될 수 있으며, 열전도성이 우수한 에폭시 계열의 접착제를 이용하여 태양전지(122)와 접합할 수 있다.The heat absorbing plate 123 may be made of a material such as copper (Cu) or aluminum (Al) surface-treated with black chromium, and may be bonded to the solar cell 122 using an epoxy- have.

히트파이프(125)는 태양전지(122)에서 발생된 열을 공기에 전달할 수 있으며, 열전도율이 높은 금속 재질로 태양전지(122)와 수직방향으로 설치될 수 있다.The heat pipe 125 can transmit heat generated from the solar cell 122 to the air and can be installed in a vertical direction with respect to the solar cell 122 with a metal material having a high thermal conductivity.

냉각핀(126)은 태양전지(122)에서 발생된 열을 공기에 전달할 수 있으며, 열전도율이 높은 금속 재질로 히트파이프(125) 사이에 설치될 수 있다. 또한, 히트파이프 대비 저가의 냉각핀을 다량으로 배치함으로써 흡수기 설치 비용을 절감할 수 있으며 공기의 열전달율을 향상시킬 수 있다.The cooling fin 126 can transfer the heat generated from the solar cell 122 to the air, and can be installed between the heat pipes 125 with a metal material having a high thermal conductivity. In addition, by disposing a large amount of low-cost cooling fins compared to the heat pipe, it is possible to reduce the installation cost of the absorber and improve the heat transfer coefficient of the air.

흡수기(120-1)는 태양전지(122)에서 발생된 열 에너지가 전달된 공기의 열 손실을 방지하기 위하여 프레임(121) 최하단에 배치되는 단열재(127)를 더 포함할 수 있다.The absorber 120-1 may further include a heat insulating material 127 disposed at the lowermost end of the frame 121 to prevent heat loss of the air to which the heat energy generated from the solar cell 122 is transferred.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 흡수기이다.7 is an absorber according to another embodiment of the present invention.

도 7의 흡수기(120-2)는 4개의 측벽을 가지며 상부에 렌즈가 설치된 프레임(121), 프레임(121)의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 작동유체인 공기가 유입되거나 배출되는 입구(124-in)와 출구(124-out), 프레임(121)의 렌즈 초점부에 대응하도록 일정 간격으로 설치되는 태양전지(122), 태양전지(122)로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판(123), 그리고 흡열판(123) 하단에 설치된 냉각기(128-1, 128-2, 128-3,…)를 포함할 수 있다.The absorber 120-2 of Fig. 7 has a frame 121 having four sidewalls and provided with a lens at the upper portion thereof, and two opposing sidewalls of the frame 121. The absorber 120-2 has an inlet 124 and a heat absorbing plate 123 for absorbing heat generated from the solar cell 122. The heat absorbing plate 123 absorbs heat generated from the solar cell 122, And coolers 128-1, 128-2, 128-3, ... installed at the lower end of the heat absorbing plate 123. [

프레임과 냉각기를 제외한 구성은 도 6과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하며, 아래에서는 프레임과 냉각기에 대해서만 설명하도록 한다.Since the configuration except for the frame and the cooler is the same as that of FIG. 6, a duplicate description will be omitted, and only the frame and the cooler will be described below.

도 7의 흡수기(120-2)는 집광 효율을 높이기 위하여 프레임(121) 상부에 프레넬 렌즈(fresnel lens)가 설치된 상태를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 태양광 집광을 위한 구형 렌즈(spherical lens)나 기타 집광렌즈들을 사용할 수 있다.The absorber 120-2 in FIG. 7 shows a state in which a fresnel lens is provided on the frame 121 in order to increase the light-condensing efficiency. However, the present invention is not limited thereto, and a spherical lens lens or other condensing lenses may be used.

냉각기(128-1, 128-2, 128-3,…)는 도 8과 같이 태양전지(122)와 일대일 대응이 되도록 설치할 수 있으며, 공기로의 열전달율을 높이기 위하여 공기와의 접촉면적을 넓힌 형상의 히트파이프, 냉각핀, 히트파이프와 냉각핀의 조합으로 구현될 수 있다.The coolers 128-1, 128-2, 128-3, ... may be installed so as to correspond one-to-one with the solar cell 122 as shown in FIG. 8. In order to increase the heat transfer rate to the air, A heat pipe, a cooling fin, a heat pipe, and a cooling fin.

도 6과 도 7에서는 작동유체의 입구(124-in)와 출구(124-out)가 프레임(121)의 마주보는 2개의 측벽 중앙부에 설치되거나 양끝단에 설치된 모습을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 프레임의 측벽 어느 부분에라도 설치될 수 있다.In FIGS. 6 and 7, the inlet 124-in and the outlet 124-out of the working fluid are installed at the center portions of two opposite side walls of the frame 121, But it can be installed at any portion of the side wall of the frame.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of the right.

10 : 집광부 20, 120 : 흡수기 30, 140 : 증기발생기
40, 150 : 발전부 50, 160 : 송풍기 60, 170 : 저장기
110 : 추적부 130 : 축전지 121 : 프레임
122 : 태양전지 123 : 흡열판 124 : 입구, 출구
125 : 히트파이프 126 : 냉각핀 127 : 단열재
128 : 냉각기10: concentrator 20, 120: absorber 30, 140: steam generator
40, 150: power generating section 50, 160: blower 60, 170:
110: tracking part 130: storage battery 121: frame
122: solar cell 123: endothermic plate 124: inlet, outlet
125: Heat pipe 126: Cooling pin 127: Insulation
128: cooler

Claims (15)

삭제delete 태양을 추적하여 태양광을 집광하고, 헬리오스타트(heliostat)에 의해 태양열복사에너지를 흡수기로 전달하는 집광부,
상기 집광부로부터 전달된 태양열복사에너지를 이용하여 순환 매체인 공기에 열 에너지를 전달하는 흡수기,
상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기,
상기 흡수기를 통과한 공기를 저장하는 저장기, 그리고
상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 흡수기는,
반원기둥 형상으로 상하좌우에 공기 유출구를 포함하는 프레임,
상기 프레임 내부에 설치되는 제1 공기통로,
상기 프레임에 설치되는 모듈식 흡수기, 그리고
상기 모듈식 흡수기와 상기 제1 공기통로를 연결하는 제2 공기통로
를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.A solar concentrator for tracking the sun, a solar concentrator for transferring solar radiation energy to the absorber by heliostat,
An absorber for transferring heat energy to air, which is a circulating medium, by using solar heat radiated from the light collecting unit,
A steam generator for generating steam using the thermal energy,
A reservoir for storing air passing through the absorber, and
And a power generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced by the steam generator,
The absorber may comprise:
A frame including an air outlet in upper, lower, left and right sides in a semicircular shape,
A first air passage provided inside the frame,
A modular absorber installed in the frame, and
And a second air passage connecting the modular absorber and the first air passage
A solar power generation system. 제2항에서, 상기 모듈식 흡수기는,
다공성 실리콘 카바이드(SiC)를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.3. The modular absorber according to claim 2,
A tower solar power generation system comprising porous silicon carbide (SiC). 태양을 추적하여 태양광을 집광하고, 헬리오스타트(heliostat)에 의해 태양열복사에너지를 흡수기로 전달하는 집광부,
상기 집광부로부터 전달된 태양열복사에너지를 이용하여 순환 매체인 공기에 열 에너지를 전달하는 흡수기,
상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기,
상기 흡수기를 통과한 공기를 저장하는 저장기, 그리고
상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 저장기는,
입구부,
상기 입구부와 상하 대칭되는 출구부,
상기 입구부와 상기 출구부 사이에 기둥 형상을 갖는 저장부, 그리고
상기 입구부, 상기 출구부, 그리고 상기 저장부의 외부를 감싸는 단열부
를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.A solar concentrator for tracking the sun, a solar concentrator for transferring solar radiation energy to the absorber by heliostat,
An absorber for transferring heat energy to air, which is a circulating medium, by using solar heat radiated from the light collecting unit,
A steam generator for generating steam using the thermal energy,
A reservoir for storing air passing through the absorber, and
And a power generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced by the steam generator,
The reservoir comprises:
The inlet,
An outlet portion that is vertically symmetrical with the inlet portion,
A storage part having a columnar shape between the inlet part and the outlet part, and
And a heat insulating portion surrounding the inlet portion, the outlet portion, and the outside of the storage portion,
A solar power generation system. 제4항에서, 상기 저장부는,
알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 산화철(FeO3), 상변화 물질(PCM, phase change material), 또는 이들의 혼합물로 충진되는 타워형 태양열 발전 시스템.The apparatus of claim 4,
A tower type solar thermal power system filled with alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC), iron oxide (FeO 3 ), phase change material (PCM) or mixtures thereof. 제4항에서, 상기 저장부는,
다공성 모노리스 허니컴(honeycomb) 구조인 타워형 태양열 발전 시스템.The apparatus of claim 4,
Tower solar power generation system with porous monolith honeycomb structure. 삭제delete 삭제delete 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 태양전지와 순환매체를 이용하여 상기 태양전지로부터 발생되는 열 에너지를 흡수하는 흡열기를 포함하는 흡수기,
상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기,
상기 흡수기를 통과한 순환매체를 저장하는 저장기, 그리고
상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 흡열기는,
4개의 측벽을 갖는 프레임,
상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 순환 매체가 유입되거나 배출되는 출입구,
상기 프레임의 상부면에 일정 간격으로 설치되는 태양전지,
상기 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고
상기 태양전지와 수직한 방향으로 상기 흡열판 하단에 설치되며 상기 순환매체로 상기 열을 전달하는 냉각기
를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.An absorber including a solar cell for tracking the sun to condense sunlight and a heat absorber for absorbing thermal energy generated from the solar cell using a circulating medium,
A steam generator for generating steam using the thermal energy,
A reservoir for storing a circulating medium that has passed through the absorber, and
And a power generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced by the steam generator,
The heat absorber comprises:
A frame having four side walls,
An inlet and an outlet through which the circulating medium is introduced or discharged, respectively, provided in two opposing side walls of the frame,
A solar cell provided at a predetermined interval on the upper surface of the frame,
A heat absorbing plate for absorbing heat generated from the solar cell, and
A cooler installed at a lower end of the heat absorbing plate in a direction perpendicular to the solar cell,
A solar power generation system. 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 태양전지와 순환매체를 이용하여 상기 태양전지로부터 발생되는 열 에너지를 흡수하는 흡열기를 포함하는 흡수기,
상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기,
상기 흡수기를 통과한 순환매체를 저장하는 저장기, 그리고
상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 흡열기는,
4개의 측벽과 상기 측벽의 상부에 설치된 렌즈를 포함하는 프레임,
상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 순환매체가 유입되거나 배출되는 출입구,
상기 렌즈 하단에서 상기 렌즈의 초점 위치에 설치되는 태양전지,
상기 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고
상기 태양전지와 수직한 방향으로 상기 흡열판 하단에 설치되며 상기 순환매체로 상기 열을 전달하는 냉각기
를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.An absorber including a solar cell for tracking the sun to condense sunlight and a heat absorber for absorbing thermal energy generated from the solar cell using a circulating medium,
A steam generator for generating steam using the thermal energy,
A reservoir for storing a circulating medium that has passed through the absorber, and
And a power generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced by the steam generator,
The heat absorber comprises:
A frame including four side walls and a lens installed on the top of the side walls,
An inlet and an outlet through which the circulating medium is introduced or discharged, respectively, provided in two opposing side walls of the frame,
A solar cell installed at a focus position of the lens at a lower end of the lens,
A heat absorbing plate for absorbing heat generated from the solar cell, and
A cooler installed at a lower end of the heat absorbing plate in a direction perpendicular to the solar cell,
A solar power generation system. 제9항 또는 제10항에서, 상기 냉각기는,
히트파이프와 냉각핀 중 하나 이상이거나 이 둘의 조합인 타워형 태양열 발전 시스템.11. The refrigerator according to claim 9 or 10,
A tower-type solar thermal power system that is one or more of a heat pipe and a cooling pin, or a combination of the two. 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 태양전지와 순환매체를 이용하여 상기 태양전지로부터 발생되는 열 에너지를 흡수하는 흡열기를 포함하는 흡수기,
상기 열 에너지를 이용하여 증기를 생산하는 증기발생기,
상기 흡수기를 통과한 순환매체를 저장하는 저장기, 그리고
상기 증기발생기에서 생산된 증기를 이용하여 증기터빈을 구동시켜 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 저장기는,
입구부,
상기 입구부와 상하 대칭되는 출구부,
상기 입구부와 상기 출구부 사이에 기둥 형상을 갖는 저장부, 그리고
상기 입구부, 상기 출구부, 그리고 상기 저장부의 외부를 감싸는 단열부
를 포함하는 타워형 태양열 발전 시스템.An absorber including a solar cell for tracking the sun to condense sunlight and a heat absorber for absorbing thermal energy generated from the solar cell using a circulating medium,
A steam generator for generating steam using the thermal energy,
A reservoir for storing a circulating medium that has passed through the absorber, and
And a power generator for generating electricity by driving the steam turbine using the steam produced by the steam generator,
The reservoir comprises:
The inlet,
An outlet portion that is vertically symmetrical with the inlet portion,
A storage part having a columnar shape between the inlet part and the outlet part, and
And a heat insulating portion surrounding the inlet portion, the outlet portion, and the outside of the storage portion,
A solar power generation system. 제12항에서, 상기 저장부는,
알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 산화철(FeO3), 상변화 물질(PCM, phase change material), 또는 이들의 혼합물로 충진되는 타워형 태양열 발전 시스템.13. The apparatus of claim 12,
A tower type solar thermal power system filled with alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), silicon carbide (SiC), iron oxide (FeO 3 ), phase change material (PCM) or mixtures thereof. 제12항에서, 상기 저장부는,
다공성 모노리스 허니컴(honeycomb) 구조인 타워형 태양열 발전 시스템.13. The apparatus of claim 12,
Tower solar power generation system with porous monolith honeycomb structure. 제9항, 제10항, 제12항 중 어느 한 항에서,
상기 순환매체는 공기와 물 중 하나인 타워형 태양열 발전 시스템.The method according to any one of claims 9, 10 and 12,
Wherein the circulating medium is one of air and water.
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