KR101465437B1 - 하이브리드 발전소자 - Google Patents
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Abstract
하이브리드 발전소자가 개시된다. 하이브리드 발전소자는 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양전지; 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 정전기 발전소자; 및 상기 태양전지가 생성한 전기 에너지와 상기 정전기 발전소자가 생성한 전기 에너지를 전기적으로 연결하는 정류기를 포함한다.
Description
본 발명은 하이브리드 발전소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양전지와 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 정전기 발전소자를 구비한 하이브리드 발전소자에 관한 것이다.
태양전지는 무한한 에너지원인 태양 광을 이용하는 에너지 발생소자로 큰 주목을 받고 있지만, 단일 소자로서는 이론적인 에너지 변환 효율의 한계 및 시공간적 제약이 존재한다. 또한, 태양전지는 태양 광을 받을 수 없는 조건(예를 들면 밤이거나 낮인 경우에도 흐린 날 등)에는 전기 에너지를 생성할 수 없는 한계가 있다. 이러한 제한 또는 한계를 극복하고자 태양전지와 다른 에너지원을 사용하는 소자의 융합 및 소자설계에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
예를 들면, 압전소자를 태양전지에 적용하여 태양전지의 한계를 극복하기 위한 많은 연구가 진행되고 있지만 압전소자는 태양전지에 비해 현저히 낮은 출력값을 가지고 있어, 태양전지가 구동되지 않는 환경에서는 태양전지의 한계를 보완하기에는 미흡한 실정이다.
이에 본 발명자는 평상시에 불필요하거나 일상생활에 지장을 주는 정전기 현상을 새로운 에너지원으로 사용할 수 있을 것이라고 착상하고, 종래에 시도되지 않았던 정전기를 이용한 발전소자를 태양전지에 적용함으로써 기존 태양전지가 갖고 있던 한계인 날씨, 시간에 따른 제약을 해결 할 수 있는 새로운 발전소자를 개발하게 되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양전지와 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 정전기 발전소자를 구비한 하이브리드 발전소자를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자는 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양전지; 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 정전기 발전소자; 및 상기 태양전지가 생성한 전기 에너지와 상기 정전기 발전소자가 생성한 전기 에너지를 전기적으로 연결하는 정류기를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 정류기는 상기 정전기 발전소자의 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 상기 태양전지의 직류 전원과 합하는 브릿지 정류기를 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 태양전지는 실리콘 태양전지, 화합물반도체 태양전지, 유기 태양전지 및 염료감응형 태양전지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 태양전지와 상기 정전기 발전소자는 상기 정전기 발전소자를 투과한 태양광이 상기 태양전지에 입사되도록 배치될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 정전기 발전소자는 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
하나의 실시예로 상기 정전기 발전소자는 도전성의 제1 마찰소자; 상기 제1 마찰소자와 일정거리 이격되게 배치되고, 유전체 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제1 마찰소자와 마찰하는 제2 마찰소자; 및 상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 제1 마찰소자와 대향하고, 상기 제2 마찰소자와 접촉하는 전극을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 제1 마찰소자는 상기 태양전지와 인접하게 배치되고, 상기 제2 마찰소자는 상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 태양전지와 이격될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자는 상기 제1 마찰소자와 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층을 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 전극은 상기 태양전지와 인접하게 배치되고, 상기 제1 마찰소자는 상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 태양전지와 이격될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자는 상기 전극과 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층; 및 상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 제2 마찰소자와 대향하고, 상기 제1 마찰소자를 지지하며, 플라스틱 재료로 형성된 기판을 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 정전기 발전소자는 유전체 물질로 형성된 제1 마찰소자; 상기 제1 마찰소자와 일정거리 이격되게 배치되고, 유전체 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제1 마찰소자와 마찰하는 제2 마찰소자; 상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 제2 마찰소자와 대향하고, 상기 제1 마찰소자와 접촉하는 제1 전극; 및 상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 제1 마찰소자와 대향하고, 상기 제2 마찰소자와 접촉하는 제2 전극을 포함할 수 있다.
하나의 실시예로 상기 태양전지와 상기 정전기 발전소자는 상기 정전기 발전소자를 투과한 태양광이 상기 태양전지에 입사되도록 배치될 수 있다.
하나의 실시예로 상기 정전기 발전소자는 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자는 상기 제1 마찰소자와 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 태양 광을 받을 수 없어 태양전지가 전기 에너지를 생성할 수 없는 환경에서도, 소리 또는 바람에 의한 에너지가 공급되는 경우 정전기 발전소자가 전기 에너지를 생성할 수 있어, 태양전지의 한계를 극복할 수 있고, 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 태양전지는 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있고, 정전기 발전소자는 소리 또는 바람 등의 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있어, 친환경적으로 전기 에너지를 생산할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 태양전지가 전기 에너지를 생성할 수 없는 환경에서는 정전기 발전소자가 전기 에너지를 생성할 수 있고, 이와 반대되는 경우에는 태양전지가 전기 에너지를 생성할 수 있다.
또한, 출력 전압이 작은 태양전지의 단점을 출력 전압이 큰 정전기 발전소자가 보완할 수 있고, 출력 전류가 작은 정전기 발전소자의 단점을 출력 전류가 큰 태양전지가 보완하여, 서로 시너지 효과를 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생산할 경우의 전압 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생산할 경우의 전류 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전압 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전류 그래프이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생산할 경우의 전압 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생산할 경우의 전류 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전압 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전류 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 발전소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자(1000)는 태양전지(100), 정전기 발전소자(200) 및 정류기(300)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자(1000)는 태양전지(100)와 정전기 발전소자(200)를 절연시키기 위하여 태양전지(100)와 정전기 발전소자(200) 사이에 배치되는 절연체(Insulator)를 더 포함할 수 있다.
태양전지(100)는 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있고, 태양전지(100)는 제1 기판(110), 하부 전극(120), 광흡수층(130), 버퍼층(140) 및 상부 전극(150)을 포함할 수 있다. 일 예로 태양전지(100)는 CIGS 태양전지일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 실리콘 태양전지, 화합물반도체 태양전지, 유기 태양전지 또는 염료감응형 태양전지일 수 있다.
제1 기판(110)으로는 유리 또는 스테인리스 스틸이 사용될 수 있다. 제1 기판(110)으로 유리가 사용될 때 일반적으로 가장 높은 효율의 태양전지(100)를 구성할 수 있으나, 태양전지(100)가 사용되는 환경 또는 조건에 따라 기타 유연성이 있는 고분자(Polyer)나 스테인리스 스틸 등이 제1 기판(110)으로 사용될 수 있다.
하부 전극(120)은 제1 기판 상(110)에 배치할 수 있고, 전극으로 사용되기 위해서 비저항이 낮은 재질이 사용될 수 있다. 하부 전극(120)은 제1 기판(110)의 재질에 따라 제1 기판(110)에 잘 접착될 수 있는 재질이 사용되는 것이 바람직하다.
이는, 하부 전극(120)은 제1 기판(110)과의 열팽창계수의 차이로 인하여 제1 기판(110)과 하부 전극(120)의 분리(박리) 현상을 방지하기 위함이다.
광흡수층(130)은 하부 전극(120) 상에 배치할 수 있고, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 및 셀레늄(Se)을 포함할 수 있다.
버퍼층(140)은 광흡수층(130) 상에 배치할 수 있고, 일 예로 황화카트뮴(CdS)이 버퍼층(140)으로 사용될 수 있다. 버퍼층(140)은 광흡수층(130)과 상부 전극(150) 사이의 격자상수 및 에너지 밴드갭의 차이를 보완하여 광흡수층(130)과 상부 전극(150)의 양호한 광학적 결합을 형성할 수 있다.
상부 전극(150)은 버퍼층(140) 상에 배치할 수 있고, 일 예로 산화아연(ZnO)가 상부 전극(150)으로 사용될 수 있다. 산화아연은 투명하고 전도성의 특성을 가지고 있으며, 가시광의 투과율이 80% 이상이어서 기존 태양전지에 사용되었던 ITO를 대체할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상부 전극(150) 상에는 은(Ag)이 더 적층되어 있을 수 있고, 이는 정류기(300)와 상부 전극(150)을 전기적으로 용이하게 연결하기 위함이다. 정류기와 상부 전극(150)을 전기적으로 용이하게 연결할 수 있는 물질이라면 위에서 설명한 은(Ag)만으로 한정되는 것이 아님을 자명하다.
정전기 발전소자(200)는 정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 소자로서, 기판(210), 제1 전극(220), 제1 마찰소자(230), 제2 마찰소자(240) 및 제2 전극(250)을 포함할 수 있다.
기판(210)은 제1 전극(220)을 지지하고, 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 기판(210)의 재질로는 열가소성 플라스틱이 사용될 수 있고 바람직하게는 PET가 사용될 수 있다.
제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)는 서로 마찰에 의하여 어느 하나는 양전하로 대전되고 다른 하나는 음전하로 대전될 수 있는 물질이다. 일 예로, 제1 마찰소자(230)가 유전체 물질인 경우에는 제2 마찰소자(240)는 도전성 또는 유전체 물질일 수 있다. 이와 반대로 제2 마찰소자(240)가 유전체 물질인 경우에는 제1 마찰소자가(230) 도전성 또는 유전체 물질일 수 있다.
제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)는 서로 일정거리 이격되게 배치될 수 있다. 이는 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 외부의 힘에 의해 서로 마찰될 수 있도록 하기 위함이다.
본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자(1000)에 소리 또는 바람 등에 의하여 외부에서 힘이 공급되는 경우, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 서로 마찰될 수 있다. 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 서로 마찰되는 경우에는 정전기가 생성될 수 있다. 외부에서 공급되는 힘의 종류에는 제한이 없다.
제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)는 소리 또는 바람에 의하여 힘을 받아 서로 마찰될 수 있도록 플렉시블(Flexible)한 재질일 수 있다.
제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 서로 마찰되는 경우, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240) 중 어느 하나는 양전하(+)로 대전되고 다른 하나는 음전하(-)로 대전될 수 있다.
제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 서로 다른 전하로 대전되는 경우, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)사이에는 전위차가 생성되게 되고, 생성된 전위차에 의하여 정전기 발전소자(200)는 전기 에너지를 생성할 수 있다.
예를 들면, 마찰에 의하여 제1 마찰소자(230)는 양전하(+)로 대전되고, 제2 소자(240)는 음전하(-)로 대전되는 경우, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)를 전기적으로 연결하게 되면, 제2 마찰소자(240)의 음전하가 제1 마찰소자(230)쪽으로 흐르게 되어 전류는 제1 마찰소자(230)에서 제2 마찰소자(240)로 흐르게 된다. 이러한 원리를 통하여 정전기 발전소자(200)는 전기 에너지를 생성할 수 있다.
일 예로 제1 마찰소자(230)는 알루미늄(Al), 제2 마찰소자(240)는 정전기가 생성할 수 있는 투명한 PDMS가 사용될 수 있지만, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)가 서로 마찰되어 정전기가 생성하는 경우라면, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)의 재질은 다양한 재질이 사용될 수 있다.
또한, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)는 마찰에 의하여 정전기가 가장 크게 생성될 수 있는 재질로 선택되는 것이 바람직하다. 이는 정전기 발전소자(200)에서 생성하는 전기 에너지를 크게 하기 위함이다.
제1 전극(220)은 제1 마찰소자(230)를 사이에 두고 제2 마찰소자(240)와 대향하고, 제1 마찰소자(230)와 접촉할 수 있다. 이 경우 제1 마찰소자(230)가 도전성 물질인 경우에는 제1 마찰소자(230)가 제1 전극(220)의 역할을 수행할 수 있으므로 제1 마찰소자(230)가 제1 전극(220)을 대체할 수 있다.
제1 마찰소자(230)가 제1 전극(220)을 대체하는 경우에는 기판(210)은 제1 마찰소자(230)를 지지할 수 있다.
제2 전극(250)은 제2 마찰소자(240)를 사이에 두고 제1 마찰소자(230)와 대향하고, 제2 마찰소자(240)와 접촉할 수 있다. 이 경우 제2 마찰소자(240)가 도전성 물질인 경우에는 제2 마찰소자(240)가 제2 전극(250)의 역할을 수행할 수 있으므로 제2 마찰소자(240)가 제2 전극(250)을 대체할 수 있다.
도 1 및 도 2에는 도시되지 않았지만, 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240) 사이에는 제1 마찰소자(230)와 제2 마찰소자(240)의 양 단에 배치되고, 제1 마찰소자(230)가 제2 마찰소자(240) 상에 일정거리 이격되어 배치될 수 있도록 제1 소자(230)를 지지하는 지지부재(미도시)가 배치될 수 있다.
또한, 정전기 생성을 위하여 제1 소자(220)와 제2 소자(230)는 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
도 1에는 태양전지(100)가 정전기 발전소자(200) 상에 배치되는 것을 도시하였으나, 정전기 발전소자(200)는 태양전지(100) 상에 배치될 수도 있다.
정전기 발전소자(200)가 태양전지(100) 상에 배치되는 경우, 태양 광이 정전기 발전소자(200)를 투과하여 태양전지(100)로 태양 광이 흡수될 수 있도록 하기 위하여 정전기 발전소자(200)는 투명한 재질로 이루어질 수 있다.
일 예로, 제1 마찰소자(230) 및 제2 마찰소자(240)는 서로 마찰에 의하여 정전기를 생성할 수 있는 특성을 가지고 있는 투명한 물질이 사용될 수 있고, 제1 전극(220) 및 제2 전극(250)은 ITO와 같은 투명한 전극이 사용될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 제1 마찰소자(230)가 도전성 물질인 경우에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 발전소자(200)는 도전성 제1 마찰소자(230), 상기 제1 마찰소자(230)와 일정거리 이격되게 배치되고, 유전체 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제1 마찰소자(230)와 마찰하는 제2 마찰소자(240) 및 상기 제2 마찰소자(240)를 사이에 두고 상기 제1 마찰소자(230)와 대향하고, 상기 제2 마찰소자(240)와 접촉하는 전극을 포함할 수 있다.
또한, 제2 마찰소자(240)가 도전성 물질인 경우에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 발전소자(200)는 유전체 물질로 형성된 제1 마찰소자(230), 상기 제1 마찰소자(230)와 일정거리 이격되게 배치되고, 도전성 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제2 마찰소자(240)와 마찰하는 제1 마찰소자(230) 및 상기 제1 마찰소자(230)를 사이에 두고 상기 제2 마찰소자(240)와 대향하고, 상기 제1 마찰소자(230)와 접촉하는 전극을 포함할 수 있다.
정류기(300)은 태양전지(100)가 생성한 전기 에너지와 정전기 발전소자(200)가 생성한 전기 에너지를 전기적으로 연결할 수 있다. 정류기(300)는 정전기 발전소자(200)가 생성한 교류전류를 직류전류로 변환하여, 태양전지(100)가 생성한 직류전류와 전기적으로 연결할 수 있다.
일 예로, 정류기(300)로는 입력되는 전압과 동일한 전압을 출력할 수 있는 정류 다이오드가 이용된 브릿지(Bridge) 정류회로일 수 있다. 브릿지 정류회로는 4개의 다이오드 및 상기 4개의 다이오드 사이에 각각 배치되는 4개의 접점들을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 전극(220)과 제2 전극(250)은 각각 정류기(300)에 전기적으로 연결되어 있고, 하부 전극(120)과 상부 전극(150)이 각각 정류기(300)에 전기적으로 연결되어 있다. 이 경우 브릿지 정류회로의 접점들은 하부 전극(120), 상부 전극(150), 제1 전극(220) 및 제2 전극(250)과 개별적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 마찰소자(230)는 도전성의 알루미늄이므로 제1 마찰소자(230)는 제1 전극(220)을 대체할 수 있고, 전극의 역할을 수행한다. 따라서, 제1 마찰소자(230)가 정류기(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우 브릿지 정류회로의 접점들은 하부 전극(120), 상부 전극(150), 제1 마찰소자(230) 및 제2 전극(250)과 개별적으로 연결될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자(1000)는 태양전지의 전기 에너지와 정전 시 발전소자의 전기 에너지를 서로 합성할 수 있으므로, 출력 전압이 작은 태양전지의 단점을 출력 전압이 큰 정전기 발전소자가 보완할 수 있고, 출력 전류가 작은 정전기 발전소자의 단점을 출력 전류가 큰 태양전지가 보완하여, 서로 시너지 효과를 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전압 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 또는 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전류 그래프이다.
도 3에서 좌측은 CIGS 태양전지가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전압 그래프이고, 우측은 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전압 그래프이다.
도 4에서 좌측은 CIGS 태양전지가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전류 그래프이고, 우측은 정전기 발전소자가 개별적으로 전기에너지를 생성할 경우의 전류 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, CIGS 태양전지가 태양 광을 받고 생성하는 전압은 약 0.26V이고, 전류는 약 3.3㎃이다. 따라서, CIGS 태양전지가 생성하는 전기 에너지는 약 853㎼이다.
마찰에 의한 정전기에 의하여 정전기 발생소자가 생성하는 전압은 약 120 내지 140V이고, 전류는 경우 약 40 내지 77㎂이다. 따라서, 정전기 발생소자가 생성하는 전기 에너지는 약 4800 내지 10780㎼이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전압 그래프이다. 도 5의 좌측의 그래프에서 블록으로 표시된 부분을 확대한 도면이 도 5의 우측의 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 전압은 CIGS 태양전지와 정전기 발전소자의 전압이 서로 합성된 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 합성된 전압은 약 120.26 내지 140. 26V이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 태양전지 및 정전기 발전소자가 동시에 전기에너지를 생산할 경우의 전류 그래프이다. 도 6의 좌측의 그래프에서 블록으로 표시된 부분을 확대한 도면이 도 6의 우측의 그래프이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자의 전류는 CIGS 태양전지와 정전기 발전소자의 전류가 서로 합성된 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 합성된 전류는 약 3340 내지 3377㎂이다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드 발전소자(100)의 태양전지와 정전기 발전소자가 동시에 전기 에너지를 생산하는 경우에는 최대 약 11633㎼의 전기 에너지를 생산하게 되므로, 태양전지와 정전기 발전소자를 각각 사용할 때보다 생산되는 전기 에너지가 확연히 증가되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1000: 하이브리드 발전소자
100: 태양전지 110: 제1 기판
120: 하부 전극 130: 광흡수층
140: 버퍼층 150: 상부 전극
200: 정전기 발전소자 210: 기판
220: 제1 전극 230: 제1 마찰소자
240: 제2 마찰소자 250: 제2 전극
300: 정류기
100: 태양전지 110: 제1 기판
120: 하부 전극 130: 광흡수층
140: 버퍼층 150: 상부 전극
200: 정전기 발전소자 210: 기판
220: 제1 전극 230: 제1 마찰소자
240: 제2 마찰소자 250: 제2 전극
300: 정류기
Claims (14)
- 태양 광을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 태양전지;
정전기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 정전기 발전소자; 및
상기 태양전지가 생성한 전기 에너지와 상기 정전기 발전소자가 생성한 전기 에너지를 전기적으로 연결하는 정류기를 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 정류기는 상기 정전기 발전소자의 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후 상기 태양전지의 직류 전원과 합하는 브릿지 정류기를 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 태양전지는 실리콘 태양전지, 화합물반도체 태양전지, 유기 태양전지 및 염료감응형 태양전지로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 태양전지와 상기 정전기 발전소자는 상기 정전기 발전소자를 투과한 태양광이 상기 태양전지에 입사되도록 배치된, 하이브리드 발전소자.
- 제4항에 있어서,
상기 정전기 발전소자는 투명한 재질로 이루어진, 하이브리드 발전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 정전기 발전소자는,
도전성의 제1 마찰소자;
상기 제1 마찰소자와 일정거리 이격되게 배치되고, 유전체 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제1 마찰소자와 마찰하는 제2 마찰소자; 및
상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 제1 마찰소자와 대향하고, 상기 제2 마찰소자와 접촉하는 전극을 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 마찰소자는 상기 태양전지와 인접하게 배치되고,
상기 제2 마찰소자는 상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 태양전지와 이격된, 하이브리드 발전소자.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 마찰소자와 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층을 더 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제6항에 있어서,
상기 전극은 상기 태양전지와 인접하게 배치되고,
상기 제1 마찰소자는 상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 태양전지와 이격된, 하이브리드 발전소자.
- 제9항에 있어서,
상기 전극과 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층; 및
상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 제2 마찰소자와 대향하고, 상기 제1 마찰소자를 지지하며, 플라스틱 재료로 형성된 기판을 더 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제1항에 있어서,
상기 정전기 발전소자는,
유전체 물질로 형성된 제1 마찰소자;
상기 제1 마찰소자와 일정거리 이격되게 배치되고, 유전체 물질로 형성되며, 외부 힘에 의해 상기 제1 마찰소자와 마찰하는 제2 마찰소자;
상기 제1 마찰소자를 사이에 두고 상기 제2 마찰소자와 대향하고, 상기 제1 마찰소자와 접촉하는 제1 전극; 및
상기 제2 마찰소자를 사이에 두고 상기 제1 마찰소자와 대향하고, 상기 제2 마찰소자와 접촉하는 제2 전극을 포함하는, 하이브리드 발전소자.
- 제11항에 있어서,
상기 태양전지와 상기 정전기 발전소자는 상기 정전기 발전소자를 투과한 태양광이 상기 태양전지에 입사되도록 배치된, 하이브리드 발전소자.
- 제12항에 있어서,
상기 정전기 발전소자는 투명한 재질로 이루어진, 하이브리드 발전소자.
- 제13항에 있어서,
상기 제1 마찰소자와 상기 태양전지 사이에 배치된 절연층을 더 포함하는, 하이브리드 발전소자.
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