KR101434315B1 - 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치 - Google Patents

집광형 태양전지를 이용한 난방 장치 Download PDF

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Abstract

집광형 태양전지를 이용한 난방 장치가 제공되며, 태양의 위치를 추적하는 추적부, 상기 추적부를 통해 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 집광형 태양전지 및 냉각수를 이용하여 상기 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기를 포함하며 전기를 생산하는 집광부, 그리고 상기 집광부로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 난방부를 포함하고, 상기 태양열 흡열기에서 이용되는 냉각수가 상기 난방부로 공급된다.

Description

집광형 태양전지를 이용한 난방 장치{HEATING DEVIDE USING CONCENTRATING SOLAR CELL}
집광형 태양전지를 이용한 난방 장치가 제공된다.
집광형 태양전지(concentrating solar cell)는 태양전지를 적층하여 여러 파장대를 이용하기 때문에 종래 실리콘 태양전지보다 효율이 뛰어나다는 점에서 각광받고 있다. 집광형 태양전지는 프레넬 렌즈(fresnel lens)와 같은 집광장치를 이용하여 태양광을 집광한다. 이때, 태양과의 각도가 조금만 틀어지더라도 집광장치의 초점이 어긋나 태양광 집광이 불가능하므로 항상 태양과 집광형 태양전지가 수직이 되도록 태양의 위치를 추적하는 장치를 필요로 한다. 또한, 집광시 집광형 태양전지의 표면온도가 약 200도 이상으로 상승하면 집광형 태양전지의 효율이 감소하기 때문에 집광시 집광형 태양전지의 온도가 100도 이하를 유지하도록 집광형 태양전지를 냉각시키는 장치를 필요로 한다.
종래에는 자연대류방식의 냉각핀을 이용하여 집광형 태양전지의 온도를 조절하였으나, 이러한 방식은 집광형 태양전지에 의해 생성된 열을 대기중에 방출해버리므로 태양에너지(집광형 태양전지에 의해 생성된 열)의 활용이 불가능하다는 점에서 비효율적이다.
본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 집광장치를 이용하여 제한된 면적을 가지는 태양전지의 발전 효율을 높이고, 동시에 태양열 흡열기를 이용하여 태양전지에서 발생된 열을 회수하여 난방에 사용하거나 온수를 공급할 수 있는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 태양의 위치를 추적하는 추적부, 상기 추적부를 통해 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 집광형 태양전지 및 냉각수를 이용하여 상기 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기를 포함하며 전기를 생산하는 집광부, 그리고 상기 집광부로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 난방부를 포함하고, 상기 태양열 흡열기에서 이용되는 냉각수가 상기 난방부로 공급되는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치를 일 실시예로 제안한다.
여기서, 상기 추적부는, 기둥 형상의 하우징, 하우징 주위에 위치한 조도센서를 이용하여 태양광을 감지하는 태양광 감지부, 태양광 감지 결과에 따라 태양의 현재 위치를 산출하고, 상기 태양의 위치로 상기 하우징의 이동을 제어하기 위한 모터의 구동펄스를 산출하여 상기 하우징을 이동을 제어하는 위치 제어부, 그리고 일몰 후 상기 하우징의 태양 추적을 종료하고 서쪽에 위치한 상기 하우징을 동쪽으로 이동시키는 복귀부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 태양광 감지부는, 조도센서, 광 다이오드, 포토 다이오드 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 집광부는, 상기 집광형 태양전지를 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 난방부는, 상기 태양열 흡열기를 통해 가열된 물을 저장하는 고온부와 냉각수가 유입되는 저온부를 구비한 축열탱크, 상기 고온부에 저장된 물의 온도를 감지하는 온도센서, 상기 축열탱크에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위게이지, 그리고 상기 온도센서를 통해 감지된 온도에 따라 난방방식을 제어하고 상기 수위게이지를 통해 감지된 물의 수위에 따라 밸브의 개폐 여부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 축열탱크는, 고온부과 저온부에 저장된 물의 체적을 제어하는 이동형 분리막을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 태양열 흡열기는, 상기 태양열 흡열기는, 4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임, 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구, 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 집광형 태양전지와 수직한 방향으로 흡열판 하단에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 히트파이프, 그리고 히트파이프 사이에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 냉각핀을 포함하고, 상기 히트파이프와 상기 냉각핀 주위로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동할 수 있다.
또한, 상기 태양열 흡열기는, 4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임, 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구, 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 집광형 태양전지와 수직한 방향으로 흡열판 하단에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 히트파이프, 그리고 히트파이프 하단에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 냉각핀을 포함하고, 히트파이프와 상기 냉각핀 주위로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동할 수 있다.
또한, 상기 태양열 흡열기는, 4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임, 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구, 그리고 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 냉각기를 포함하고, 냉각기 내부로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동할 수 있다.
또한, 상기 냉각기는 히트파이프와 냉각핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트파이프는 하나 이상의 절곡을 포함하는 도형이나 원 형상으로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 태양열 흡열기는, 4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임, 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구, 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 집광형 태양전지와 수직한 방향으로 흡열판 하단에 일정 간격으로 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 냉각핀을 포함하고, 냉각핀 주위로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 집광형 태양전지와 태양열 흡열기를 이용하여 전기와 열을 동시에 생산함으로써 태양에너지의 이용 효율을 높일 수 있으며, 종래 전기와 열을 분리하여 생산하는 태양광 발전장치 대비 설치 면적을 감소시킬 수 있다. 또한, 태양열 흡열기를 이용하여 회수한 열을 이용하여 난방을 가동시키거나 온수를 공급함으로써 난방 가동 시간 및 난방 가동시 소모되는 전력을 감소시킬 수 있으므로 난방 비용을 절약할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추적부의 구성이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각기 구성이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열탱크이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열탱크이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치의 조작 패널 구성이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치이다.
도 1의 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치는, 이동하는 태양의 위치를 추적하는 추적부(100), 추적된 태양의 위치에 따라 태양광을 집광하고 전기를 생산하는 집광부(200), 집광부(200)에서 발생되는 열을 이용하여 난방을 제어하는 난방부(300), 그리고 사용자에게 난방부(300) 조작 메뉴를 제공하는 조작부(400)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추적부의 구성이다.
추적부(100)는 하우징(110), 하우징(110) 주위에 배치되어 태양광을 감지하는 태양광 감지부(120), 태양광 감지부(120)의 감지 결과에 따라 하우징(110)의 이동을 제어하는 모터의 구동펄스를 산출하고 이에 따라 모터를 구동시켜 하우징(110)을 태양의 위치에 따라 이동시키는 위치 제어부(130), 그리고 일몰 후 하우징(110)을 초기 상태로 복귀시키는 복귀부(140)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 원기둥 형태로 구현될 수 있으며, 태양광 감지부(120)는 하우징(110) 주위에서 태양광을 감지하는 역할을 한다. 태양광 감지부(120)는 조도센서, 광 다이오드, 포토 다이오드 등으로 이루어질 수 있으며, 도 2에서는 조도센서로 이루어진 태양광 감지부(120)을 도시한다. 조도센서는 하우징(110)의 동쪽에서 태양광을 감지하는 제1 조도센서(120-1), 하우징(110)의 서쪽에서 태양광을 감지하는 제2 조도센서(120-2), 하우징(110)의 남쪽에서 태양광을 감지하는 제3 조도센서(120-3), 그리고 하우징(110)의 북쪽에서 태양광을 감지하는 제4 조도센서(120-4)를 포함할 수 있다.
위치 제어부(130)는 태양광 감지부(120)를 통해 제공되는 각 조도센서의 출력 전압값을 이용하여 태양의 현재 위치를 산출하고 상기 태양의 위치에 대응하는 위치로 하우징(110)의 방향을 제어하는 역할을 한다.
예를 들면, 제1 조도센서(120-1)의 출력 전압값과 제2 조도센서(120-2)의 출력 전압값의 평균값을 산출하고, 상기 평균값, 흐림 문턱값, 제1 조도센서(120-1)의 출력 전압값, 제2 조도센서(120-2)의 출력 전압값 간의 비교 결과에 따라 아래와 같은 동작을 수행한다.
·비교 결과 1. 흐림 문턱값 < 제1 조도센서(120-1) 출력 전압값 < 평균값
: 하우징(110)을 제2 조도센서(120-2)가 구비된 서쪽 방향으로 이동
·비교 결과 2. 흐림 문턱값 < 제2 조도센서(120-2) 출력 전압값 < 평균값
: 하우징(110)을 제1 조도센서(120-1)가 구비된 동쪽 방향으로 이동
·비교 결과 3. 제1 조도센서(120-1) 출력 전압값 < 흐림 문턱값,
제2 조도센서(120-2) 출력 전압값 < 흐림 문턱값
: 제1 조도센서(120-1), 제2 조도센서(120-2)의 출력 전압값 재입력
: 하우징 초기 상태로 이동
상기 비교 결과에 따라 하우징(110)을 이동시키면 제1 조도센서(120-1)과 제2 조도센서(120-2)의 출력 전압값은 동일해지며, 이는 하우징(110)이 태양과 수직한 방향으로 이동되었음을 의미한다. 이때, 흐림 문턱값은 태양광 집광이 불가능한 환경에서 조도센서의 출력 전압값을 의미하며, 일례로 태양이 구름에 의해 가려지거나, 비가 내리거나, 일몰의 시작 시간과 일출의 시작 시작 사이 등에서 조도센서의 출력 전압값이다.
복귀부(140)는 일몰 후 태양 추적을 종료하고 서쪽 방향에 위치한 하우징(110)을 동쪽 방향으로 복귀시키는 역할을 한다.
다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 집광부(200)는 태양의 위치를 추적하는 하우징(110)을 기준으로 태양광 집광을 위한 최적의 위치로 이동을 수행하고 태양광을 집광하는 역할을 하며, 집광형 태양전지(210), 집광형 태양전지(210)를 이용하여 전기를 생산하는 발전부(220), 그리고 집광형 태양전지(210)에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기(230)를 포함할 수 있다.
집광형 태양전지(210)는 Ⅲ­Ⅴ족 화합물 반도체 태양전지로 구현할 수 있다.
발전부(220)는 집광형 태양전지(210)에서 발생되는 DC 전기를 AC 전기로 변환하는 DA(digital-analog) 컨버터(221), DC 전기 또는 AC 전기를 저장하는 축전지(222), 그리고 축전지(222)에 저장된 전기를 가정이나 건물에 공급하거나 상기 전기를 이용하여 난방부(300)를 구동하도록 제어하는 제어부(223)를 포함할 수 있다.
태양열 흡열기(230)는 도 3 내지 도 5에 도시된 태양열 흡열기의 구성을 통해 아래에서 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 3의 태양열 흡열기는, 알루미늄 재질로 이루어진 4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 렌즈(231)가 배치된 프레임 형태로 이루어지며, 도 3에는 프레넬 렌즈(fresnel lens)가 적용된 장치를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 태양광 집광을 위한 구형 렌즈(spherical lens) 또는 기타 집광렌즈들을 사용할 수도 있다.
프레넬 렌즈(231) 하단의 초점 위치에는 집광형 태양전지(232)가 배치되며, 집광형 태양전지(232) 하단에는 집광형 태양전지(232)에서 발생된 열을 흡수하는 흡열판(233)이 구비될 수 있다. 이때, 흡열판(233)은 블랙크롬으로 표면처리된 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 재질로 이루어질 수 있으며 열전도성이 우수한 에폭시 계열의 접착제를 통해 집광형 태양전지(232)와 접합될 수 있다.
흡열판(233) 하단에는 냉각수 출입구(234-in, 234-out), 히트파이프(235-1), 냉각핀(236-1), 단열재(237)가 배치될 수 있다.
냉각수 출입구(234-in, 234-out)는 냉각수가 유입 또는 배출되는 통로 역할을 하며, 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 초음파 용접되는 구리 재질의 파이프 형태로 구현될 수 있다.
히트파이프(235-1)는 집광형 태양전지(232)에서 발생된 열을 냉각수에 전달하는 역할을 하며, 열전도율이 높은 금속 재질로 이루어지고 흡열판(233) 하단에 집광형 태양전지(232)와 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
냉각핀(236-1)은 히트파이프(235-1)와 동일한 기능을 수행하며, 히트파이프(235-1) 사이에 배치될 수 있다.
냉각수 입구(234-in)를 통해 유입된 냉각수는 히트파이프(235-1)와 냉각핀(236-1) 주변을 따라 이동하며 집광형 태양전지(232)로부터 발생된 열을 흡수하고 냉각수 출구(234-out)를 통해 배출될 수 있으며, 이때 히트파이프(235-1)와 냉각핀(236-1)은 구리 또는 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
단열재(237)는 프레임의 최하단에 배치되며, 집광형 태양전지(232)의 열을 흡수하여 이동하는 냉각수의 온도를 유지시키기 위하여 경질 폴리우레탄(rigid polyurethane) 또는 글라스 울(glass-wool) 재질로 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 4의 태양열 흡열기는, 프레넬 렌즈(231), 집광형 태양전지(232), 흡열판(233), 냉각수 출입구(234-in, 234-out), 히트파이프(235-2), 냉각핀(236-2) 그리고 단열재(237)로 구성될 수 있다. 히트파이프(235-2)와 냉각핀(236-2)을 제외한 구성은 도 3과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하며, 아래에서는 히트파이프(235-2)와 냉각핀(236-2)에 대해서만 설명하도록 한다.
도 4에서 히트파이프(235-2)는 집광형 태양전지(232)와 수직한 방향으로 흡열판(233) 하단에 배치될 수 있다. 이때, 히트파이프(235-2)는 '┍'자 형상이며, 히트파이프(235-2) 하단에 냉각핀(236-2)을 다수 배치하여 냉각수로의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 이때, 히트파이프(235-2)의 형상은 '┍'자에 한정되지 않으며, 냉각수와의 접촉면적을 증가시킴으로써 열전도율을 향상시킬 수 있는 어떤 형상도 적용 가능하다. 예를 들어, 냉각핀은 도 4와 같이 히트파이프의 하단 일부에 배치되거나 또는 히트파이프의 하단 전체에 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 5의 태양열 흡열기는, 프레넬 렌즈(231), 집광형 태양전지(232), 흡열판(233), 냉각수 출입구(234-in, 234-out), 냉각핀(236-3) 그리고 단열재(237)로 구성될 수 있다. 냉각핀(236-3)을 제외한 구성은 도 3과 동일하므로 중복되는 설명은 생략하며, 아래에서는 냉각핀(236-3)에 대해서만 설명하도록 한다.
도 5에서 냉각핀(236-3)은 집광형 태양전지(232)와 수직한 방향으로 흡열판(233) 하단에 집광형 태양전지(232)보다 좁은 간격을 가지도록 배치될 수 있다. 도 5에 의하면, 고가의 히트파이프를 사용하는 대신 저가의 냉각핀(236-3)을 다량 배치함으로써 태양열 흡열기(230)의 설치 비용을 절약할 수 있으며, 냉각수로의 열전도율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양열 흡열기의 구성이다.
도 6의 태양열 흡열기는, 프레넬 렌즈(231), 집광형 태양전지(232), 냉각수 출입구(234-in, 234-out), 냉각기(238-1, 238-2, 238-3,...) 그리고 단열재(237)로 구성될 수 있다.
프레넬 렌즈(231) 하단의 초점 위치에는 집광형 태양전지(232)가 배치되며, 집광형 태양전지(232) 하단에는 집광형 태양전지(232)에서 발생된 열을 흡수하는 냉각기(238-1)가 구비될 수 있다. 냉각기(238-1)는 집광형 태양전지(232)의 배열과 동일하게 배치될 수 있으며, 냉각수 입구(234-in)를 통해 유입된 냉각수가 유입되며 냉각수를 다음 냉각기(238-2)로 전달하는 냉각수 이동로(238-m)를 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉각기 구성이다.
도 7의 냉각기(238-1) 내부에는 집광형 태양전지(232)를 중심으로 상하, 좌우가 대칭되는 구조의 히트파이프(235-3)가 구비되며 냉각수로의 열전도율을 향상시킬 수 있다. 냉각기 구성은 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각기 내부에 도 3 내지 도 5에 도시된 히트파이프와 냉각핀 구조를 적용함으로써 냉각수로의 열전도율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 난방부(300)는 집광부(200)의 발열 해소를 위한 냉각수를 제공하고 집광부(200)로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 역할을 한다. 난방부(300)는 태양열 흡열기(230)를 통해 가열된 물을 저장하는 축열탱크(310)와 축열탱크(310)에 저장된 물을 태양열 흡열기(230)로 공급하여 순환시키는 모터(320)로 이루어질 수 있다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 축열탱크이다.
도 8의 축열탱크(310)는, 태양열 흡열기(230)를 통해 가열된 물을 저장하는 고온부(311), 냉각수가 유입되는 저온부(312), 저온부(312)와 고온부(311)에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위 게이지(313), 고온부(311)에 저장된 물의 온도를 감지하는 온도센서(314), 그리고 온도센서(314)를 통해 감지된 온도에 따라 난방방식을 제어하는 제어부(315)를 포함할 수 있다.
축열탱크의 고온부(311)는 제1 밸브(V1)를 통해 태양열 흡열기(230)에 연결되어 있고 제3 밸브(V3)를 통해 난방 및 온수 배관(330)에 연결되어 있으며, 저온부(312)는 제2 밸브(V2)를 통해 모터(320)에 연결되어 있고, 제4 밸브(V4)를 통해 상수도(340)에 연결되어 있다.
제어부(315)는 온도센서(314)를 통해 감지된 고온부(311)의 온도가 사용자의 설정온도보다 높을 경우 축열탱크(310)에 저장된 물을 이용하여 건물 내에 난방 가동 및 온수를 공급하도록 제어하며, 설정온도보다 낮을 경우 별도의 난방장치를 통해 건물 내에 난방 가동 및 온수가 제공되도록 제어할 수 있다. 동시에, 온도센서(314)를 통해 감지된 고온부(311)의 온도가 집광형 태양전지(210)의 최대 작동 온도보다 높을 경우 추적부(100)의 위치 추적을 중단하도록 제어하며, 집광형 태양전지(210)의 최대 작동 온도보다 낮아지면 추적부(100)를 통해 태양의 위치를 추적하도록 제어할 수 있다.
또한, 수위게이지(313)를 이용하여 축열탱크(310)에 저장된 물의 수위를 감지하여 밸브의 개폐 여부를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수위게이지(313)를 통해 축열탱크(310)에 저장된 물이 최고 수위인 것이 감지되면 제4 밸브(V4)를 폐쇄하여 상수도(340)와의 연결을 차단하고 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)를 개방하여 모터(320)를 동작시켜 축열탱크(310) 내에 저장된 물이 태양열 흡열기(230)를 통해 순환되도록 할 수 있다. 또한, 태양광 집광이 불가능한 밤시간에 난방이 가동되지 않을 경우 자동으로 제1 밸브(V1) 내지 제3 밸브(V3)를 폐쇄하여 열 손실을 방지하도록 제어할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 축열탱크이다.
도 9의 축열탱크(310-1)은 태양열 흡열기(230)를 통해 가열된 물을 저장하는 고온부(311-1), 냉각수가 유입되는 저온부(312-1), 저온부(312-1)와 고온부(311-1)에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위 게이지(313-1), 고온부(311-1)에 저장된 물의 온도를 감지하는 온도센서(314-1), 온도센서(314-1)를 통해 감지된 온도에 따라 난방방식을 제어하는 제어부(315-1), 그리고 고온부(311-1)와 저온부(312-1) 사이에 위치하며 양측의 체적으로 유동적으로 제어하는 이동형 분리막(316)을 포함할 수 있다.
도 9의 고온부(311-1), 저온부(312-1), 수위 게이지(313-1), 온도센서(314-1), 제어부(315-1)는 도 8의 축열탱크와 동일한 구성으로 중복되는 설명은 생략하며, 아래에서는 도 9의 이동형 분리막(316)에 대해서 설명한다.
도 9의 축열탱크(310-1)는 이동형 분리막(316)을 통해 고온부(311-1)과 저온부(312-1)에 저장된 물의 체적을 유동적으로 제어할 수 있으며, 이동형 분리막(316)은 단열물질로 이루어질 수 있다.
다시 도 1로 돌아가서, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치의 조작부 구성이다.
도 10의 조작부는, 난방부(300)의 전원을 온 또는 오프로 조작할 수 있는 전원 스위치(410), 난방부(300) 가동 유형을 온수 또는 난방으로 조작할 수 있는 선택 스위치(420), 상기 온수 또는 난방 시간을 설정하는 타이머(430), 온수 또는 난방용으로 사용될 수 있는 고온부(311)의 물 온도를 설정하는 온도 설정부(440), 그리고 조작부(400)를 통해 이루어지는 사용자 설정 항목들을 표시하는 표시부(450)를 포함할 수 있다.
상기 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치에서 추적부(100)는 집광부(200)의 상단부나 중앙에 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 집광부(200)의 위치 제어와 태양의 위치 추적이 가능한 곳이라면 어느 곳이든 설치될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위에 한정되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
100 : 추적부 110 : 하우징
120 : 태양광 감지부 130 : 위치 제어부
140 : 복귀부 200 : 집광부
210 : 집광형 태양전지 220 : 발전부
221 : DA 컨버터 222 : 축전지
223 : 제어부 230 : 태양열 흡열기
238-1, 238-2, 238-3, ... : 냉각기
300 : 난방부 310 : 축열탱크
320 : 모터 400 : 조작부

Claims (12)

  1. 태양의 위치를 추적하는 추적부,
    상기 추적부를 통해 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 집광형 태양전지 및 냉각수를 이용하여 상기 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기를 포함하며 전기를 생산하는 집광부, 그리고
    상기 집광부로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 난방부를 포함하고,
    상기 태양열 흡열기에서 이용되는 냉각수가 상기 난방부로 공급되며,
    상기 태양열 흡열기는,
    4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임,
    상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구,
    상기 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판,
    상기 집광형 태양전지와 수직한 방향으로 흡열판 하단에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 히트파이프, 그리고
    상기 히트파이프 사이에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 냉각핀을 포함하고,
    상기 히트파이프와 상기 냉각핀 주위로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  2. 제1항에서, 상기 추적부는,
    기둥 형상의 하우징,
    상기 하우징 주위에 위치한 조도센서를 이용하여 태양광을 감지하는 태양광 감지부,
    상기 태양광 감지 결과에 따라 태양의 현재 위치를 산출하고, 상기 태양의 위치로 상기 하우징의 이동을 제어하기 위한 모터의 구동펄스를 산출하여 상기 하우징을 이동을 제어하는 위치 제어부, 그리고
    일몰 후 상기 하우징의 태양 추적을 종료하고 서쪽에 위치한 상기 하우징을 동쪽으로 이동시키는 복귀부
    를 포함하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제2항에서, 상기 태양광 감지부는,
    조도센서, 광 다이오드, 포토 다이오드 중 어느 하나로 이루어지는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  4. 제1항에서, 상기 집광부는,
    상기 집광형 태양전지를 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  5. 제1항에서, 상기 난방부는,
    상기 태양열 흡열기를 통해 가열된 물을 저장하는 고온부와 냉각수가 유입되는 저온부를 구비한 축열탱크, 상기 고온부에 저장된 물의 온도를 감지하는 온도센서, 상기 축열탱크에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위게이지, 그리고 상기 온도센서를 통해 감지된 온도에 따라 난방방식을 제어하고 상기 수위게이지를 통해 감지된 물의 수위에 따라 밸브의 개폐 여부를 제어하는 제어부를 포함하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  6. 제5항에서, 상기 축열탱크는,
    고온부과 저온부에 저장된 물의 체적을 제어하는 이동형 분리막을 더 포함하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  7. 삭제
  8. 태양의 위치를 추적하는 추적부,
    상기 추적부를 통해 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 집광형 태양전지 및 냉각수를 이용하여 상기 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기를 포함하며 전기를 생산하는 집광부, 그리고
    상기 집광부로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 난방부를 포함하고,
    상기 태양열 흡열기에서 이용되는 냉각수가 상기 난방부로 공급되며,
    상기 태양열 흡열기는,
    4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임,
    상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구,
    상기 렌즈 하단에서 상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 흡열판,
    상기 집광형 태양전지와 수직한 방향으로 흡열판 하단에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 히트파이프, 그리고
    상기 히트파이프의 형상에 따라 상기 히트파이프의 하단 전체에 배치되거나 또는 상기 히트파이프의 하단 일부에 배치되며 냉각수에 상기 열을 전달하는 냉각핀을 포함하고,
    상기 히트파이프와 상기 냉각핀 주위로 상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수가 이동하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  9. 태양의 위치를 추적하는 추적부,
    상기 추적부를 통해 태양을 추적하여 태양광을 집광하는 집광형 태양전지 및 냉각수를 이용하여 상기 집광형 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 태양열 흡열기를 포함하며 전기를 생산하는 집광부, 그리고
    상기 집광부로부터 발생하는 열을 이용하여 난방 및 온수를 공급하는 난방부를 포함하고,
    상기 태양열 흡열기에서 이용되는 냉각수가 상기 난방부로 공급되며,
    상기 태양열 흡열기는,
    4개의 측벽과 상기 측벽의 상단 개구부에 배치된 렌즈로 이루어진 프레임,
    상기 프레임의 마주보는 2개의 측벽에 각각 구비되며 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구, 그리고
    상기 렌즈 하단의 초점 위치에 배치되는 상기 집광형 태양전지와 일대일 대응하도록 배치되며, 상기 집광형 태양전지를 중심으로 상하좌우가 대칭되는 형태의 히트파이프를 포함하고, 상기 집광형 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하는 복수의 냉각기를 포함하고,
    상기 냉각수 출입구를 통해 유입된 냉각수는 상기 냉각기 내부로 이동하는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  10. 삭제
  11. 제1항 또는 제8항에서, 상기 히트파이프는,
    하나 이상의 절곡부를 포함하는 도형이나 원 형상으로 이루어지는 집광형 태양전지를 이용한 난방 장치.
  12. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3877637B2 (ja) * 2002-04-26 2007-02-07 英雄 松原 集光・追尾型太陽光発電兼温水供給装置
KR100873919B1 (ko) * 2008-08-28 2008-12-12 (주)인텔링크 집열기 효율에 따른 축열탱크의 축열량 조절 태양열 온수기
JP2011258905A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Tohokami Sha 太陽光追尾装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3877637B2 (ja) * 2002-04-26 2007-02-07 英雄 松原 集光・追尾型太陽光発電兼温水供給装置
KR100873919B1 (ko) * 2008-08-28 2008-12-12 (주)인텔링크 집열기 효율에 따른 축열탱크의 축열량 조절 태양열 온수기
JP2011258905A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Tohokami Sha 太陽光追尾装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101710605B1 (ko) * 2015-11-10 2017-02-27 윤용상 태양열병합발전시스템

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