KR101490694B1 - 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템 - Google Patents
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Abstract
집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템을 개시한다. 상기 집광식 태양전지 시스템은 태양광을 반사시킨 후, 반사된 태양광을 한 지점에서 집속키고, 집속된 태양광으로부터 전기에너지 및 열에너지를 생성하는 상기 집광식 태양전지모듈(100); 및 상기 집광식 태양전지모듈(100)을 제어하는 제어부(700)를 포함하고, 상기 집광식 태양전지모듈(100)은, 수직으로 입사된 태양광을 기 설정된 위치로 반사시켜 집광시키는 집광부(300, 300a)를 포함하고, 상기 집광부(300)는 두 개의 수직 프레임의 하단과 연결되는 보조 롤러부재(160); 상기 두 개의 수직 프레임 하단과 연결되되, 상기 보조 롤러부재(160)의 반대편에 위치하는 메인 회전롤러부(130); 및 상기 메인 회전롤러부(130) 내에 권취된 상태로 제공되어, 상기 메인 회전롤러부의 회전 방향에 따라 상기 보조 롤러부재 방향으로 펼쳐지거나 또는 상기 메인 회전롤러부로 감겨지는 반사광 시트(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 집광식 태양전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양전지에서 발생하는 여분의 열에너지를 활용하여 경제적이면서도 효율적인 운영이 가능하며, 반사율이 높은 금속막이 구비된 천 또는 필름, 부직포 등을 사용하여 부착 또는 증착, 코팅한 유연산 반사판을 사용하여 비나 바람 등 날씨에 의한 피해를 최소화하고 설치가 간편한 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템에 관한 것이다.
태양광 셀(Photovoltaic cells)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 그러나, 태양광 셀의 발명 이전에도, 태양 에너지는 각종 물질을 가열하는 열원(heat source)으로 여전히 사용되었다. 예를 들어, 태양 에너지는 온수기 또는 열 엔진에서 작동 유체(working fluid)를 가열하는데 사용된다. 태양열 난방 시스템은 열에너지를 매게물에 전달시키는 것을 목적으로 하기 때문에, 반사체는 열원(일반적으로 태양)으부터 발생된 복사 에너지가 가열되고 있는 물질에 집중되도록 설계되었다. 이러한 반사체들 상당수는 열에너지를 높은 농도로 제공
할 수 있는 선명한 선형 초첨을 제공할 수 있는 홈통형상(trough-shaped)을 갖는다.
태양광 셀의 발명 이후, 이전에 난방(heating)을 목적으로 태양 에너지를 집중시키기 위해 사용된 상기 홈통형상의 반사체는 태양광 셀의 성능을 향상시키기 위해 빛을 태양광 셀에 집중시키기 위한 의도로 도입되었다. 그러나, 초기 홈통형상의 수집 기술을 채택한 사람들은 적외선 근처의 가시 파장영역(즉, 1마이크론(micron) 보다 작은 파장을 갖는 영역)의 태양광을 전기로 변환하는 솔라 셀(solar cell)이 열 에너지를 최적으로 수집하기 위하여 요구되는 조건과 매우 다른 자외선 조건 하에서 최적으로 수행된다는 것을 인식하지 못하였다. 특히, 태양
의 상(image)을 실리콘 솔라 셀에 집중시킴으로써 발생되는 열 부하(heat load)는 효율을 감소킨다는 것을 인식하지 못하였다. 또한, 오늘날 대량 생산된 대부분의 솔라 셀들은 반사체의 실제 초점 거리에 의해 형성되는 태양의 상보다 더 크다. 그 결과, 빛을 전기로 변환하는 태양광 셀은 셀의 전체 표면이 태양 에너지에 노출되지
않았고, 셀의 효율성에 영향을 미치는 노출된 부분에 열 부하가 집중되었기 때문에 태양광 셀의 성능이 충분히 활용되지 못하였다.
현재의 솔라 셀의 표면을 더 많이 활용할 수 있고, 높은 열 부하의 영향을 줄여주는 반사 시스템을 설계하려는 몇 번의 시도가 있었다. 예를 들면, 셀 표면에 걸쳐 태양 복사열뿐만 아니라, 태양복사열에 의하여 발생되는 열부하를 분산시키기 위하여 파라볼라 반사체의 선명한 초점으로부터 일정한 위치에 흡수부(receiver)를 배치하는 것을 볼 수 있다.
그러한 발전에도 불구하고, 태양광 반사체에 대한 태양광 셀은 태양 에너지 수집 시스템의 기대와 성능에 영향을 미치는 한 요소이다. 많은 다른 고려 사항은 태양 에너지의 수집과 전환을 위하여 손쉽게 대량 생산이 가능하고 가격 효율이 좋은 시스템의 생산을 위하여 착수되어야 한다. 예를 들면, 하나의 고려 사항으로 시스템의 전체 무게이다. 관련 기술에 종사하는 자는 효과적인 집중 태양열 수집 시스템을 위하여, 태양광 흡수부에 높은 농도의 태양 에너지를 유지시키기 위하여 태양을 추적하는 장치가 상기 시스템에 탑재되어야 한다는 것을 인식한다.
집중 태양열 수집 시스템이 무게가 가벼워질수록, 그 시스템을 움직이기 위해 요구되는 지지대는 점점 줄어들고, 그 시스템이 태양을 추적하기 위하여 요구하는 전력은 점점 줄어든다. 따라서, 지지구조의 자재가격을 아끼고, 추적시스템 구동과 관련된 전력 손실을 제한할 수 있으므로, 이 시스템의 구동 무게를 최소화하는 것은 유용하다.
태양 에너지 수집 시스템을 설계하는 데 고려되어야 하는 다른 요소들로 제조의 용이함, 제조 비용의 저렴, 그리고 내구성이 포함된다. 예를 들면, 태양광의 효율성을 증가시키는 반사 시스템을 건조하기 위하여 사출성형(injection molding) 또는 정밀가공(precise machining)이 요구되는 수집시스템(collecting system)은 대량 생산하는 데 비용효율이 높지 않을 수 있다. 게다가, 유리(glass) 또는 파손되기 쉬운 다른 물질을 요구하는 반사 시스템은 잠재하는 바람이나 다른 피해로 인하여 야외에서 사용이 부적합할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하여, 빛의 반사율이 높은 금속막을 천 또는 필름, 부직포 등에 부착 또는 증착, 코팅하여 롤 등에 감을 수 있도록 한 집광판을 사용하여 설치가 간편하면서도 유지보수가 용이하고 효율적인 운영이 가능하도록 하고, 상기 태양전지에 집중되는 태양광뿐만 아니라 열 에너지를 활용할 수 있도록 하여 전력 생산의 효율을 극대화한 집광식 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 다른 과제는 조립이 용이한 집광식 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 집광식 태양전지 시스템은 태양광을 반사시킨 후, 반사된 태양광을 한 지점에서 집속키고, 집속된 태양광으로부터 전기에너지 및 열에너지를 생성하는 상기 집광식 태양전지모듈(100); 및 상기 집광식 태양전지모듈(100)을 제어하는 제어부(700)를 포함하고, 상기 집광식 태양전지모듈(100)은 수직으로 입사된 태양광을 기 설정된 위치로 반사시켜 집광시키는 집광부(300, 300a)를 포함하고, 상기 집광부(300)는, 제1 수직 프레임(140a) 및 제2 수직 프레임(140b)의 하단과 연결되는 보조 롤러부재(160); 상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b)의 하단과 연결되되, 상기 보조 롤러부재(160)의 반대편에 위치하는 메인 회전롤러부(130); 및 상기 메인 회전롤러부(130) 내에 권취된 상태로 제공되어, 상기 메인 회전롤러부의 회전 방향에 따라 상기 보조 롤러부재(160) 방향으로 펼쳐지거나 또는 상기 메인 회전롤러부(130)로 감겨지는 반사광 시트(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b) 각각은 상기 집광부(300, 300a)로 입사되는 반사되는 태양광의 반사각을 조절하기 위하여 서로 다른 높이로 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 집광식 태양전지모듈(100)은 상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b) 내측에 굴곡면을 갖는 복수 개의 가변형 반사판(180)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 집광식 태양전지 모듈(100)은 상기 복수 개의 가변형 반사판(180)을 고정시키기 위한 원형 프레임(110)을 더 포함하고, 상기 원형 프레임(110)은 내측면에 상기 반사광 시트가 상기 보조 회전롤러부재로 이송시 이탈을 방지하도록 가이드 홈(111)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 집광부(300b)는 제1 보조 롤러부재(160a); 상기 제1 보조 롤러부재(160a) 반대쪽에 위치하는 제2 보조 롤러부재(160b); 상기 제1 보조 롤러부재(160a)와 상기 제2 보조 롤러부재(160b) 사이에 위치하는 메인 회전롤러부(330); 및 상기 메인 회전롤러부(330) 내에 양 방향으로 권취된 상태로 제공되어, 상기 메인 회전롤러부의 회전 방향에 따라 상기 제1 보조 롤러부재(160a) 및 제2 보조 롤러부재(160b) 방향으로 펼쳐지거나 또는 상기 메인 회전롤러부(330)로 감겨지는 반사광 시트(150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반사광 시트(150)는 천, 필름, 부직포 중 어느 하나의 상부면에 금속 박막(142)이 코팅처리된 베이스 시트(151); 상기 베이스 시트(151)의 양 끝단에 일정한 간격으로 돌출되도록 형성된 복수 개의 돌기부재(153); 및 상기 베이스 시트(151)의 일 단에 형성되어, 이송 방향에 따라 상기 보조 롤러부재 또는 메인 롤러회전부와 연결되는 끈(155)을 포함하고, 상기 베이스 시트(151)는 상기 메인 회전롤러부(130)에서 상기 보조 롤러부재(160)로 이동시 처짐 현상을 방지하도록 하부면에 복수 개의 와이어(154)를 일정한 간격으로 배치시켜 일정한 장력이 발생하도록 제작된 것을 특징으로 한다.
상기 반사광 시트(150)는, 바람의 저항을 최소화 시키기 위하여 표면에 하나 이상의 통풍구(156)가 형성된 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
상기 집광식 태양전지모듈(100)은 길이 방향으로 적어도 2개 이상의 반사광 시트를 연결하여 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 연결링(170)를 포함하며, 상기 연결링(170)은, 내면에 상기 반사광 시트(150)의 돌기부재(153)와 결속되는 연결홈(171)이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템에 따르면, 집광식으로 태양의 광을 수집한 후, 수집광 태양광을 열에너지 및 전기에너지로 활용할 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 집광식 태양전지 모듈에서 사용되는 반사광 시트는 롤러에 감거나 풀리도록 유연한 재질로 형성되어, 보관이 용이하다는 이점을 갖는다.
또한, 본 발명의 집광식 태양전지 모듈은 유입되는 태양 입사각에 따라 기울기가 자동으로 조절가능하여 날씨, 계절 변화에 따른 최대 태양광량을 수집할 수 있다는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 집광식 태양전지 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 집광식 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 일 측면도이다.
도 2c는 2개의 반사광 시트를 구비한 집광식 태양전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 태양전지부의 분해도이다.
도 4는 도 2a에 도시된 메인 회전롤러부의 사시도이다.
도 5는 도 2a에 도시된 반사광 시트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 2a에 도시된 태양위치 추적부의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 집광식 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 일 측면도이다.
도 2c는 2개의 반사광 시트를 구비한 집광식 태양전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 태양전지부의 분해도이다.
도 4는 도 2a에 도시된 메인 회전롤러부의 사시도이다.
도 5는 도 2a에 도시된 반사광 시트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 2a에 도시된 태양위치 추적부의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 집광식 태양전지 시스템을 나타낸 블럭도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 집광식 태양전지 모듈의 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 일 측면도이다.
도 2c는 2개의 반사광 시트를 구비한 집광식 태양전지 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2a에 도시된 태양전지부의 분해도이다.
도 4는 도 2a에 도시된 메인 회전롤러부의 사시도이다.
도 5는 도 2a에 도시된 반사광 시트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 2a에 도시된 태양위치 추적부의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 집광부의 예시도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 집광식 태양전지 시스템은 태양광을 집광시킨 후, 집광된 태양광을 이용하여 열에너지 및 전기에너지를 생성한 후, 생성된 에너지를 축적하는 발명일 수 있다.
보다 상세하게, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 집광식 태양전지 시스템(1000)은 집광식 태양전지 모듈(100), 태양위치 추적부(200), 냉각수저장조(300), 에어펌프(400), 온수저장조(500), 축전지(600) 및 제어부(700)를 포함한다.
상기 집광식 태양전지모듈(100)은 태양광을 반사시킨 후, 반사된 상기 태양광을 한 지점에서 집속키고, 집속된 태양광으로부터 전기에너지 및 열에너지를 생성하는 수행한다.
상기 태양위치 추적부(200)는 상기 집광식 태양전지모듈(100)의 상부에 구비되어, 내부에 구비된 태양광 추적 센서를 통해 태양의 위치를 추적하는 기능을 수행한다. 보다 상세한 설명은 아래에서 설명하도록 한다.
상기 냉각수 저장조(300)는 상기 집광식 태양전지모듈(100) 내에 공급되는 냉각수를 저장한다. 이때, 공급되는 냉각수는 유량 제어 밸브(V1)를 통해 조절되며, 상기 유량 제어 밸브(V1)는 상기 제어부(700)에 의해 제어된다.
상기 에어 펌프(400)는 상기 냉각수 또는 냉각 공기를 상기 집광식 태양전지모듈의 태양전지부로 공급하는 기능을 수행한다.
상기 축전지(600)는 상기 집광식 태양전지모듈(100)로부터 생성된 전기에너지를 축적시키는 기능을 수행한다.
상기 온수 저장조(500)는 상기 열에너지를 통해 가열된 상기 냉각수(예컨대, 태양전지부 표면에서 발생된 태양복사열을 통해 가열된 냉각수가 온수로 데워져서 외부로 배출)를 저장한다. 이때, 온수 저장조의 앞단에는 제어부의 제어에 따라 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(V2)가 구비되어, 온수 저장조로 유입되는 온수의 양을 조절할 수 있다.
상기 제어부(700)는 상기 태양위치 추적부(200), 상기 집광식 태양전지모듈(100), 유량 조절 밸브(V1, V2), 에어 펌프(400) 각각의 구동을 제어하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 제어부(700)는 태양위치 추적부로부터 센싱된 태양광의 입사각을 이용하여 태양의 위치를 측정하여, 태양광이 집광식 태양전지 모듈에 수직으로 입사되도록 상기 집광식 태양전지 모듈의 위치를 제어하는 기능을 수행한다. 보다 상세한 설명은 아래에서 설명하도록 한다.
보다 구체적으로, 상기 집광식 태양전지 모듈(100)은 수직으로 입사되는 태양광의 반사광을 기 설정된 지점에 집광시킨 후, 집광된 태양광을 이용하여 열에너지 및 전기에너지를 생성하는 기능을 수행한다.
상기 집광식 태양전지 모듈(100)은 원형 프레임(110), 집광부(300), 태양전지부(120), 제1 수직 프레임(140a) 및 제2 수직 프레임(140b)를 포함한다.
상기 원형 프레임(110)는 자전거 휠 모양으로 형성되며, 중심이 2개의 가이드 부재(140a, 140b)의 일단과 연결된다. 여기서, 상기 원형 프레임(110)은 내측면 하단에는 복수 개의 가이드 홈(111)이 형성된다.
상기 가이드 홈(111)은 아래에서 설명할 반사광 시트(150)의 이송경로 역할을 수행한다. 보다 상세한 설명은 아래에서 후술하도록 한다.
또한, 상기 원형 프레임(110)은 상부에 상기 집광부(120)가 결속되도록 결속홈(미도시)이 형성된다.
또한, 상기 원형 프레임(110)의 내측에는 복수 개의 가변형 반사판(180)이 높이 방향으로 배열될 수 있다.
상기 복수 개의 가변형 반사판(180)은 원형 프레임을 통해 유입되는 태양광을 태양전지부로 반사시키는 기능을 수행한다.
다음으로, 상기 제1 수직 프레임(140a) 및 제2 수직 프레임(140b)은 태양의 입사각에 따라 높이를 조절할 수 있는 높이 조절부재(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 제1 회전모터(141a)는 상기 제1 수직 프레임(140a)과 연결되고, 상기 제2 회전모터(141b)는 상기 제2 수직 프레임(140b)과 연결된다.
여기서, 상기 제1 회전모터(141a) 및 상기 제2 회전모터(141b)는 상기 제어부(700)로부터 동일한 회전 구동신호를 인가받아, 내부에 구비된 회전축을 동시에 회전되는 방식인 동기화 방식으로 구동된다.
또한, 제1 수직 프레임(140a)는 에어 펌프를 통해 냉각수 저장조에서 공급된 냉각수가 태양전지부 내로 인입하도록 제1 유로관이 구비되며, 상기 제2 수직 프레임(140b)에는 태양전지부에서 유출되는 온수가 배출되기 위한 제2 유로가 구비된다.
상기 집광부는 태양광을 반사시켜, 태양전지부에 구비된 태양전지 셀에 집속시키는 기능을 수행한다. 본 발명에서 제시하는 집광부는 제1 실시 예 및 제2 실시 예로 나타낼 수 있다.
-제1 실시 예의 집광부-
도 7을 참조, 제1 실시 예의 집광부(300)는 보조 롤러부재(160), 메인 회전롤러부(130), 반사광 시트(150)를 포함한다.
보조 롤러부재(160)는 두 개의 수직 프레임의 하단과 연결되게 위치한다.
메인 회전롤러부(130)는 상기 원형 프레임(110)의 하단과 연결되되, 상기 보조 롤러부재(160)와 대향되게 위치하고, 내부에 권취된 반사광 시트를 메인 회전모터의 회전을 통해 상기 보조 롤러부재(160)로 이송 및 상기 보조 롤러부재(160)로 이송된 반사광 시트(150)를 회수하는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 도 5을 참조하면, 상기 메인 회전롤러부(130)는 메인 롤러부재(133), 회전축(134), 결속부재(131) 및 회전모터(135)를 포함한다.
참고로, 상기 메인 회전롤러부(130)은 일 측면이 개구된 원통형 케이스를 더 포함할 수도 있다.
상기 메인 롤러부재(133)는 상기 원통형 케이스(132) 내에 구비되며, 상기 반사광 시트(150)가 권취되어 있다.
상기 보조 롤러부재(160)는 상기 원형 프레임(110)의 하단의 제1 외곽에 위치한다.
상기 결속부재(131)는 반사광 시트(150)에 구비된 돌기부재와 결속되어, 반사광 시트(150)가 메인 롤러부재에 균일하게 감겨지도록 하기 위한 보조 역할을 수행한다. 상기 결속부재(131)는 회전축(134)의 양단에 구비되고, 상기 반사광 시트(150)의 돌기부재(153)가 인입되도록 상기 돌기부재(153)의 형상과 동일한 형상의 인입홀이 복수 개 형성된 원형의 판일 수 있다.
상기 회전축(134)은 메인 롤러부재(130)를 회전시키는 기능을 수행한다.
상기 회전모터(135)는 제어부(700)의 제어신호에 따라 양방향으로 상기 회전축(134)을 회전시키는 기능을 수행한다.
여기서, 상기 반사광 시트(150)는, 도 6을 참조하면, 천, 필름, 부직포 중 어느 하나로 제작됨에 따라 굴곡면을 가지며, 이러한 굴곡면을 통해 수직으로 입사된 태양광을 기 설정된 위치에 위치한 집광부로 반사시키는 기능을 수행한다. 또한, 상기 반사광 시트(150)은 다양한 반사각을 갖는 굴곡면이 형성될 수 있어, 굴곡면의 반사각에 따라, 태양광의 반사각은 가변될 수 있다.
여기서, 상기 반사광 시트(150)는 베이스 시트(151), 금속 박막(152), 돌기부재(153), 끈(155)으로 구성될 수 있다.
상기 베이스 시트(151)는 굴곡면을 갖도록 천, 필름, 부직포 중 어느 하나일 수 있다.
상기 금속 박막(152)은 상기 베이스 시트(151)의 상부면에 코팅 처리되거나 또는 증착되어 형성되며, 상기 금속 박막(152)은 표면의 반사율이 높은 금속으로, 보다 상세하게는 Au, Pt, Ag, Al, Cu, Fe, Ni, Zn, Mg, Cr, Mo, W, V 중 어느 하나 또는 적어도 하나를 혼합한 혼합 합금일 수 있다. 여기서, 앞에서 상술한 금속들은 두께의 변화에 따라 반사율이 가변될 수 있다.
상기 돌기부재(153)는 상기 수직 프레임(110)에 형성된 가이드 홈(111)을 따라 이동한다.
이는 상기 반사광 시트(150)가 상기 메인 회전롤러부(130)에서 상기 보조 회전 롤러부(160)로 이동 시 처짐 현상 및 경로 이탈을 방지하기 위한 목적으로 구비된다.
또한, 상기 반사광 시트(150)의 하부면은 복수 개의 와이어(154)를 일정한 간격으로 배치됨에 따라 일정한 장력이 발생하도록 제작된다. 이렇게 복수 개의 와이어를 상기 반사광 시트(150)의 하부면에 삽입함으로써, 앞에서 언급한 처짐 현상을 방지할 수 있다.
상기 끈은 상기 반사광 시트(150)의 일 측의 양 끝단에 구비되며, 상기 끈(155)은 상기 메인 회전롤러부(130)와 상기 보조 회전롤러부(160)의 이격거리와 동일한 길이일 수 있다. 즉, 상기 반사광 시트(150)가 상기 보조 회전롤러부(160)로 이송되면, 상기 끈(155)은 상기 보조 회전롤러부(160)의 하단을 거쳐, 메인 회전롤러부(130)에 걸쳐지게 됨으로써 상기 반사광 시트(150)를 고정시키는 기능을 수행한다.
- 제2 실시 예의 집광부 -
다음으로, 도 8을 참조, 제2 실시 예의 집광부(300a)는 반사광 시트(150)를 양방향으로 펼치거나 감길수 있도록 두 개의 보조 롤러부재(160a, 160b) 및 메인 회전롤러부(130)를 구비하여, 반사된 태양광이 태양전지부에 집속시키는 기능을 수행한다.
보다 구체적으로, 제2 실시 예의 집광부(300a)는 두 개의 보조 롤러부재(160a, 160b), 상기 두 개의 보조 롤러부재(160a, 160b) 사이에 위치하는 메인 회전롤러부(330) 및 메인 회전롤러부(330) 내에 권취된 반사광 시트를 포함한다.
상기 메인 회전롤러부(330)는 메인 롤러부재(333), 회전축(334), 결속부재(331) 및 회전모터(335)를 포함한다.
상기 메인 롤러부재(333)는 상기 반사광 시트(150)가 양방향으로 감싸도록 제작된다.
상기 보조 롤러부재(160a, 160b)는 상기 원형 프레임(110)의 하단의 양측에 각각 위치하며, 상기 원형 프레임(110)와 체결부재(예컨대, 볼트 및 너트)를 통해 체결된다.
상기 결속부재(331)는 반사광 시트(150a)에 구비된 돌기부재와 결속되어, 반사광 시트(150)가 메인 롤러부재(333)에 균일하게 감겨지도록 하기 위한 보조 역할을 수행한다.
상기 회전축(334)은 메인 롤러부재(333)를 회전시키는 기능을 수행한다.
상기 회전모터(335)는 제어부(700)의 제어신호에 따라 양방향으로 상기 회전축(134)을 회전시키는 기능을 수행한다.
즉, 제2 실시 예의 집광부(300a)는 반사광 시트의 반사되는 영역을 두 구간으로 나누되, 각각의 영역의 반사각이 조절되고, 두 개의 구간에 반사된 태양광을 태양전지부에 집속시키기 위한 것을 특징으로 하며, 태양의 입사각을 보다 효율적으로 가변시켜 집속시킬 수 있다는 이점을 갖는다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 태양전지부(120)는 냉각 프레임(123), 투명 기판(121), 복수 개의 태양전지 셀(122), 그늘막(124), 걸이부재(125)를 포함한다.
상기 냉각 프레임(123)은 빔 형태로 제작되며, 상부 홈 및 하부 홈을 갖되, 수직 단면이 H 형상을 갖도록 설계된다. 여기서, 본 발명에서 제공하는 냉각 프레임은 수직 단면이 H 형상만을 제시하였으나, 수직 단면이 상부 홈 및 하부 홈을 갖는 모양이라면 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 상기 냉각 프레임(123)의 상부 홈은 적어도 하나 이상의 냉각로가 일정한 간격으로 형성되어, 제1 유로관(142a)을 흐르는 냉각수를 공급받는다.
상기 투명 기판(121)은 유리 기판 또는 투명 고분자 플라스틱 기판일 수도 있다.
여기서, 상기 투명 고분자 플라스틱 기판은 반도체 나노결정을 분산 유지할 수 있는 소재로서 공지된 물질로 구성할 수 있으며, 유기 수지 필름 또는 불화 수지 필름일 수 있다. 유기 수지 필름으로서, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리아크릴레이트, 폴리카르보네이트, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 히드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 등의 투명 수지(고분자)를 들 수 있다.
또한 폴리염화비닐 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 폴리우레탄수지, 폴리에스테르수지, 말레산 수지, 폴리아미드 수지의 단량체, 올리고머, 중합체를 사용할 수도 있다. 또한, 이들 수지는 1종의 수지를 단독으로 사용할 수도 있고, 복수종을 혼합하여 사용할 수도 있다.
복수 개의 태양전지 셀(122)들은 상기 투명 기판(121)의 상부면에 일정한 간격으로 일렬로 배치되어, 반사광 시트(150)를 통해 반사된 태양광을 집광시킨 후, 집광된 태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시킨다.
상기 그늘막(124)은 냉각 프레임에 직접적으로 전달되는 태양열을 차단할 수 있도록 단열재로 제작될 수 있으며, 또한, 상기 냉각 프레임의 표면을 덮을 수 있는 모양으로 형성된다. 이에 본 발명에서는 수직 단면이 반구 형태를 갖는 관으로 대체하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 걸이부재(125)는 수직 프레임의 상부에 형성된 걸이홈(미도시)에 안착되어, 태양전지부(120)를 고정시키는 기능을 수행한다.
상기 냉각 프레임(123)은 상기 상부 홈의 내측면에 복수 개의 방열 핀(Corrugated fin)이 돌출되도록 형성될 수도 있다.
추가적으로, 본 발명의 집광식 태양전지 모듈은 적어도 2개 이상의 반사광 시트를 길이방향으로 연장시키기 위한 적어도 하나 이상의 연결링(170)을 더 포함할 수 있다.
상기 연결링(170)은 집광식 태양전지 모듈과 걸이 방식으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 연결링(170) 내면에는 적어도 2개 이상의 반사광 시트의 돌기부재들과 결속되는 결속홈(171)이 형성된다. 또한, 적어도 하나 이상의 연결링(170)들은 커튼 방식으로 연결부재(172)를 통해 일 방향으로 모여지거나 일정한 간격으로 분산될 수 있다. 이는 커튼을 치고 닫는 방식과 동일한 방식일 수 있다. 또한, 연결링(170)은 태양전지부(120)에 고정되도록 연결된다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 태양광 위치 추적부(200)는 상기 태양전지부의 상부에 구비되어, 태양의 입사각에 따라 태양의 위치를 추적한다. 보다 구체적으로, 상기 태양광 위치 추적부(200)는 원통형의 유리 막대(210), 및 상기 유리 막대(210)의 표면에 나선 형태로 부착된 복수 개의 태양광추적센서(220)를 포함한다.
여기서, 복수 개의 태양광추적센서(220)들 각각은 서로 다른 크기의 태양광을 측정한 후, 측정된 광 감지신호를 제어부(700)로 전송하게 된다.
이때, 제어부(700)는 복수 개의 태양광추적센서들 각각에서 측정된 광 감지신호 중 가장 큰 광 감지 신호를 추출하여, 추출된 광 감지신호의 태양광 입사각에 맞게 수직 프레임을 회전시키도록 제1 회전모터 및 제2 회전모터를 구동시키게 된다.
여기서, 제어부(700)는 내부에 태양광 입사각을 산출하는 입사각 산출 프로그램이 저장된 메모리를 구비할 수 있다. 이때, 제어부(700)는 PDC(Personal Digital Cellular)폰, PCS(Personal Communication Service)폰, PHS(Personal Handyphone System)폰, CDMA-2000(1X, 3X)폰, WCDMA(Wideband CDMA)폰, 듀얼 밴드/듀얼 모드 (Dual Band/Dual Mode)폰, GSM(Global Standard for Mobile)폰, MBS(Mobile Broadband System)폰, DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 스마트(Smart) 폰, 핸드폰 등과 같은 통신 기능이 포함될 수 있는 휴대용 기기, PDA(Personal Digital Assistant), 핸드 헬드 PC(Hand-Held PC), 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 와이브로(WiBro) 단말기, MP3 플레이어, MD 플레이어 등과 같은 휴대 단말기, 그리고 국제 로밍(Roaming) 서비스와 확장된 이동 통신 서비스를 제공하는 IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000) 단말기 등을 포함하는 모든 종류의 핸드 헬드 기반의 무선 통신 장치를 의미하는 휴대용 전기전자장치로서, CDMA(Code Division Multiplexing Access) 모듈, 블루투스(Bluetooth) 모듈, 적외선 통신 모듈(Infrared Data Association), 유무선 랜카드 및 GPS(Global Positioning System)를 통한 위치 추적이 가능하도록 하기 위해 GPS 칩이 탑재된 무선 통신 장치와 같은 소정의 통신 모듈을 구비할 수 있으며, 마이크로프로세서를 탑재함으로써 일정한 연산 동작을 수행할 수 있는 단말기를 통칭하는 개념으로 해석될 수 있다.
또한, 상기 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), PROM(Programmable Read Only Memory) 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체일 수 있다.
또한, 입사각 산출 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현된 프로그램일 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
따라서, 본 발명에서 제시하는 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 시스템은 롤러부재 등에 감을 수 있는 반사광 시트를 사용하여 설치가 간편하면서도 유지보수가 용이하고 효율적인 운영이 가능하며, 빛 에너지뿐만 아니라 태양전지부에서 발생하는 열 에너지를 활용하여 전력 생산의 효율을 높일 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 반사광 시트의 표면에 복수 개의 통풍구들이 형성되어, 외부저항(예컨대, 바람 등)에 의한 흔들림을 최소화시킬 수 있다는 이점을 갖는다.
또한, 계절에 따라 필요한 에너지원을 발생시켜 사용할 수 있다는 이점을 갖는다. 보다 구체적으로는, 겨울철에 사용할 경우, 겨울철 온도가 상온이면 냉각수를 통해 태양전지부의 온도를 냉각시킨 후, 가열된 냉각수 즉, 온수는 온수 저장조로 이동되어 보관하게 되며, 온도가 영하이면, 냉각수의 공급을 중지하게 된다.
여름철에 사용할 경우, 태양전지부(120)의 냉각을 위해 사용되는 냉각수를 통해 태양전지부의 온도를 냉각시킨 후, 가열된 냉각수 즉, 온수는 온수 저장조로 이동되어 보관 또는 순환시켜 다시 냉각수로 재 사용하거나, 냉각수가 없을 경우, 에어 펌프에서 공기만을 주입하여 냉각시킬 수 있다는 이점을 갖는다.
마지막으로, 태양광의 입사각에 따라 위치를 가변시킬 수 있어, 계절 및 시간에 변화에 따라 최상의 태양광을 집속시킬 수 있고, 그에 따른 전기에너지 및 열에너지를 발생시킬 수 있다.
이상 본 발명이 양호한 실시 예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 집광형 태양전지 모듈(100)을 2차원적 어레이 구조 형태로 복수 개 나열해서 사용하더라도 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 집광식 태양전지 모듈 110: 원형 프레임
111: 가이드 홈 120: 태양전지부
121: 투명 부재 122: 태양전지 셀
123: 냉각 프레임 124: 그늘막
125: 걸이부재 127: 유로관
130: 메인 회전롤러부 131: 결속부재
131a: 결속홈
133: 메인 롤러부재 134: 회전축
135: 롤러회전모터 140a: 제1 수직 프레임
140b: 제2 수직 프레임 141a: 제1 회전모터
141b: 제2 회전모터 142a: 냉각수 유입관
142b: 온수 배출관 150: 반사광 시트
151: 베이스 시트 152: 금속 박막
153: 돌기부재 154: 와이어
155: 끈 156: 통풍구
160: 보조 롤러부재 170: 연결링
171: 연결홈 172: 연결부재
180: 가변형 반사판 200: 태양광 위치 추적부
210: 유리 막대 220: 태양광 추적센서
300: 집광부 500a: 냉각수저장조
400: 에어 펌프 500b: 온수저장조
600: 축전지 700: 제어부
1000: 집광식 태양전지 시스템 V1, V2 : 유량 조절 밸브
111: 가이드 홈 120: 태양전지부
121: 투명 부재 122: 태양전지 셀
123: 냉각 프레임 124: 그늘막
125: 걸이부재 127: 유로관
130: 메인 회전롤러부 131: 결속부재
131a: 결속홈
133: 메인 롤러부재 134: 회전축
135: 롤러회전모터 140a: 제1 수직 프레임
140b: 제2 수직 프레임 141a: 제1 회전모터
141b: 제2 회전모터 142a: 냉각수 유입관
142b: 온수 배출관 150: 반사광 시트
151: 베이스 시트 152: 금속 박막
153: 돌기부재 154: 와이어
155: 끈 156: 통풍구
160: 보조 롤러부재 170: 연결링
171: 연결홈 172: 연결부재
180: 가변형 반사판 200: 태양광 위치 추적부
210: 유리 막대 220: 태양광 추적센서
300: 집광부 500a: 냉각수저장조
400: 에어 펌프 500b: 온수저장조
600: 축전지 700: 제어부
1000: 집광식 태양전지 시스템 V1, V2 : 유량 조절 밸브
Claims (8)
- 태양광을 반사시킨 후, 반사된 태양광을 한 지점에서 집속키고, 집속된 태양광으로부터 전기에너지 및 열에너지를 생성하는 집광식 태양전지모듈(100); 및
상기 집광식 태양전지모듈(100)을 제어하는 제어부(700)를 포함하고,
상기 집광식 태양전지모듈(100)은,
수직으로 입사된 태양광을 기 설정된 위치로 반사시켜 집광시키는 집광부를 포함하고,
상기 집광부는,
제1 수직 프레임(140a) 및 제2 수직 프레임(140b)의 하단과 연결되는 보조 롤러부재(160);
상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b)의 하단과 연결되되, 상기 보조 롤러부재(160)의 반대편에 위치하는 메인 회전롤러부(130); 및
상기 메인 회전롤러부(130) 내에 권취된 상태로 제공되어, 상기 메인 회전롤러부(130)의 회전 방향에 따라 상기 보조 롤러부재(160) 방향으로 펼쳐지거나 또는 상기 메인 회전롤러부(130)로 감겨지는 반사광 시트(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b) 각각은,
상기 집광부로 입사되는 반사되는 태양광의 반사각을 조절하기 위하여 서로 다른 높이로 조절되는 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 집광식 태양전지모듈(100)은,
상기 제1 수직 프레임(140a) 및 상기 제2 수직 프레임(140b) 내측에 굴곡면을 갖는 복수 개의 가변형 반사판(180)이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 집광식 태양전지 모듈(100)은,
상기 복수 개의 가변형 반사판(180)을 고정시키기 위한 원형 프레임(110)을 더 포함하고, 상기 원형 프레임(110)은 내측면에 상기 반사광 시트가 상기 보조 회전롤러부재로 이송시 이탈을 방지하도록 가이드 홈(111)이 구비되는 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 집광부는,
제1 보조 롤러부재(160a);
상기 제1 보조 롤러부재(160a) 반대쪽에 위치하는 제2 보조 롤러부재(160b);
상기 제1 보조 롤러부재(160a)와 상기 제2 보조 롤러부재(160b) 사이에 위치하는 메인 회전롤러부(330); 및
상기 메인 회전롤러부(330) 내에 양 방향으로 권취된 상태로 제공되어, 상기 메인 회전롤러부의 회전 방향에 따라 상기 제1 보조 롤러부재(160a) 및 제2 보조 롤러부재(160b) 방향으로 펼쳐지거나 또는 상기 메인 회전롤러부(330)로 감겨지는 반사광 시트(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 반사광 시트(150)는,
천, 필름, 부직포 중 어느 하나의 상부면에 금속 박막(142)이 코팅처리된 베이스 시트(151);
상기 베이스 시트(151)의 양 끝단에 일정한 간격으로 돌출되도록 형성된 복수 개의 돌기부재(153); 및
상기 베이스 시트(151)의 일 단에 형성되어, 이송 방향에 따라 상기 보조 롤러부재 또는 메인 롤러회전부와 연결되는 끈(155)을 포함하고,
상기 베이스 시트(151)는,
상기 메인 회전롤러부(130)에서 상기 보조 롤러부재(160)로 이동시 처짐 현상을 방지하도록 하부면에 복수 개의 와이어(154)를 일정한 간격으로 배치시켜 일정한 장력이 발생하도록 제작된 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제6항에 있어서,
상기 반사광 시트(150)는,
바람의 저항을 최소화 시키기 위하여 표면에 하나 이상의 통풍구(156)가 형성된 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
- 제1항 또는 제5항에 있어서,
상기 집광식 태양전지모듈(100)은,
길이 방향으로 적어도 2개 이상의 반사광 시트를 연결하여 고정시키기 위한 적어도 하나 이상의 연결링(170)를 포함하며,
상기 연결링(170)은,
내면에 상기 반사광 시트(150)의 돌기부재(153)와 결속되는 연결홈(171)이 형성된 것을 특징으로 하는 집광식 태양전지 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130143145A KR101490694B1 (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20130143145A KR101490694B1 (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101490694B1 true KR101490694B1 (ko) | 2015-02-06 |
Family
ID=52591464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20130143145A KR101490694B1 (ko) | 2013-11-22 | 2013-11-22 | 집광식 태양전지 모듈 및 이를 구비한 집광식 태양전지 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101490694B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101913390B1 (ko) * | 2016-11-08 | 2018-10-30 | 울산과학기술원 | 공중부양타입 발전기 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050094179A (ko) * | 2004-03-22 | 2005-09-27 | (주)아틀란티스쏠라 | 곡률반사판이 결합된 태양광 모듈 |
| KR20090074724A (ko) * | 2006-07-28 | 2009-07-07 | 메가와트 솔라 엘엘씨 | 태양광 전기 발생을 위하여 태양 복사에너지를 수집하는 반사체 어셈블리, 반사시스템, 그리고 반사 방법 |
| US20110259400A1 (en) | 2008-10-22 | 2011-10-27 | Absolicon Solar Concentrator Ab | Mounting a receiver in a solar energy trough |
| KR101202382B1 (ko) | 2012-07-25 | 2012-11-16 | 김종율 | 태양광 집광장치 |
-
2013
- 2013-11-22 KR KR20130143145A patent/KR101490694B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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