KR101524405B1 - 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템 - Google Patents

태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101524405B1
KR101524405B1 KR1020140044257A KR20140044257A KR101524405B1 KR 101524405 B1 KR101524405 B1 KR 101524405B1 KR 1020140044257 A KR1020140044257 A KR 1020140044257A KR 20140044257 A KR20140044257 A KR 20140044257A KR 101524405 B1 KR101524405 B1 KR 101524405B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
frame
solar
auxiliary frame
main frame
Prior art date
Application number
KR1020140044257A
Other languages
English (en)
Inventor
이귀현
신준호
Original Assignee
강원대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 강원대학교산학협력단 filed Critical 강원대학교산학협력단
Priority to KR1020140044257A priority Critical patent/KR101524405B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101524405B1 publication Critical patent/KR101524405B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/44—Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
    • F24S23/31—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses having discontinuous faces, e.g. Fresnel lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • F24S60/30—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors storing heat in liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • H02S20/32—Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment specially adapted for solar tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids

Abstract

본 발명은 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템에 관한 것으로서, 특히 지주와; 다수의 메인프레임과, 상기 각각의 메인프레임 내부 하측에 설치되는 보조프레임과, 상기 각각의 메인프레임 상면에 설치되는 복수개의 프레넬렌즈로 이루어진 집광기와; 상기 지주의 상단에 회동가능하게 설치되고, 상기 다수의 메인프레임이 고정 설치되는 회동프레임과; 상기 보조프레임의 상면에 복수개가 이격되게 설치되고, 열매체가 내부를 유동하는 열흡수관과; 상기 열흡수관의 상면에 복수개가 이격되게 설치되어 상기 프레넬렌즈를 투과한 태양광이 집광되는 CPV(Concentrating Photovoltaic)셀로 이루어진 태양전지와; 상기 열흡수관에 분당 5~7리터의 유량으로 열매체를 공급하는 축열조;를 포함하여 구성되어, 태양에너지의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템{A Multi-Generating System using Solar Light and Solar Heat}
본 발명은 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양광과 태양열을 모두 이용하여 태양에너지의 이용효율을 높임과 아울러 태양광 발전과 태양열 축열의 모듈을 복수개 구비하여 이용효율을 더욱 향상시킬 수 있는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템에 관한 것이다.
석유, 석탄과 같은 화석연료의 고갈에 따른 대체에너지의 개발과 화석연료가 야기하는 환경오염에 따른 친환경적인 그린에너지 개발 요구가 전 세계적으로 제기됨에 따라 근래에 여러 종류의 자연친화적인 에너지를 개발하기 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
다양한 종류의 자연친화적인 에너지 중에서 특히 태양에너지를 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는데, 태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전과 태양열을 이용하여 전기를 발생시키는 태양열 발전이 있다.
태양광을 이용하는 발전장치는 광전효과를 이용하여 태양의 광에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양전지(solar cell)를 이용하는 방식으로, 태양전지가 실장되는 태양전지 리시버와, 상기 태양전지의 상부에 렌즈를 설치하여 태양광을 상기 태양전지에 집광하는 구조이다. 태양전지를 이용하는 발전은 설치가 용이하고 설비비가 적게 드는 이점이 있다.
그러나, 태양전지의 광전변환효율이 낮기 때문에 발전을 위하여 다수의 태양전지를 사용하고, 집광을 위하여 넓은 면적을 필요로 한다. 또한, 태양전지를 이용하여 발전하는 과정에서 발생한 열이 활용되지 못하고 버려지게 되는 문제점이 있다.
태양열을 이용하는 발전장치는 태양의 열에너지를 집열하여 물과 같은 열매체를 가열하고, 가열된 열매체를 이용하여 열기관을 구동시킴으로써 2차적으로 발전을 하는 방식이다. 태양열을 이용하는 발전은 태양열을 직접 이용하여 전기를 얻는 구조가 아니므로 2차적으로 발전을 위한 설비가 필요하여 시설비가 많이 드는 문제점이 있다.
따라서, 위에서 언급한 문제점들을 극복하기 위하여 출원번호 10-2010-0038546(등록번호 : 10-1001328, 발명명칭 : 태양에너지를 이용한 복합발전장치)의 발명처럼 태양광과 태양열을 동시에 이용하는 복합발전장치가 제시되고 있으나, 그 구조가 복잡하거나 효율이 낮은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 프레넬렌즈로 태양광을 집광한 후 다수의 태양전지로 전기에너지를 생산하고 동시에 태양전지로부터 발생되는 열을 흡수하여 축열을 하는 구조를 다수개 구비함으로써 태양에너지의 이용효율을 향상시킬 수 있는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템은 지주와; 다수의 메인프레임과, 상기 각각의 메인프레임 내부 하측에 설치되는 보조프레임과, 상기 각각의 메인프레임 상면에 설치되는 복수개의 프레넬렌즈로 이루어진 집광기와; 상기 지주의 상단에 회동가능하게 설치되고, 상기 다수의 메인프레임이 고정 설치되는 회동프레임과; 상기 보조프레임의 상면에 복수개가 이격되게 설치되고, 열매체가 내부를 유동하는 열흡수관과; 상기 열흡수관의 상면에 복수개가 이격되게 설치되어 상기 프레넬렌즈를 투과한 태양광이 집광되는 CPV(Concentrating Photovoltaic)셀로 이루어진 태양전지와; 상기 열흡수관에 분당 5~7리터의 유량으로 열매체를 공급하는 축열조;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 회동프레임에는 4개의 메인프레임이 고정 설치되고, 상기 각각의 메인프레임에는 16개의 프레넬렌즈가 설치되며, 상기 보조프레임의 상면에는 4개의 열흡수관이 일정간격으로 설치되고, 상기 각각의 열흡수관 상면에는 4개의 태양전지가 설치된다.
그리고, 상기 열흡수관은 상기 태양전지가 설치된 표면을 제외한 다른 표면 주변을 단열재로 감싼다.
또한, 상기 메인프레임은 상기 프레넬렌즈가 설치된 상면을 제외한 다른 모든 면에 투명한 평판이 설치되되, 후면은 여닫을 수 있는 창 형태로 제작한다.
또한, 상기 메인프레임의 하면에는 보강프레임이 설치되고; 상기 보강프레임에는 높이조절볼트가 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬라이딩홈이 형성되며; 상기 보조프레임에는 상기 높이조절볼트에 의해 관통되는 돌출편이 구비되되, 높이조절볼트에 체결되는 너트가 돌출편의 상측과 하측에 위치되어, 상기 보조프레임의 설치위치가 결정된다.
또한, 상기 보조프레임의 상면에는 슬라이딩홈이 형성되고; 상기 열흡수관은 상기 슬라이딩홈을 따라 슬라이딩되는 브라켓에 의해 보조프레임에 설치된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템은 집광효율이 높은 다수의 프레넬렌즈로 집광을 하고 그 집광된 태양광으로부터 다수의 태양전지가 전기에너지를 생산하며, 동시에 열흡수관 내부의 열매체가 열을 전달받아 축열을 하므로 태양에너지의 이용 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 높이고정볼트와 고정볼트 등으로 보조프레임과 열흡수관의 위치를 변경함으로써 태양전지에 태양광이 집중될 수 있도록 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 프레넬넬즈가 설치되지 않은 면에 평판을 설치하고 열흡수관 주변을 단열재로 둘러쌈으로써 열손실을 감소시켜 집열 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 5개의 평판 면 중에서 한쪽의 평판 면을 창 형태로 제작함으로써 내부에 문제가 발생했을 때 접근을 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 메인프레임과 보조프레임 및 열흡수관의 결합관계를 보인 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 메인프레임에 프레넬렌즈와 평판이 설치된 모습을 보인 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 축열조에서 열흡수관에 공급되는 유량이 4리터/min일 때의 실험 중 열화상 사진.
도 6은 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 축열조에서 열흡수관에 공급되는 유량이 6리터/min일 때의 실험 중 열화상 사진.
이하, 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 메인프레임과 보조프레임 및 열흡수관의 결합관계를 보인 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 메인프레임에 프레넬렌즈와 평판이 설치된 모습을 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 축열조에서 열흡수관에 공급되는 유량이 4리터/min일 때의 실험 중 열화상 사진이다.
본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템은 지주(100)와, 태양광을 집중시키는 집광기(200)와, 상기 집광기(200)가 고정되는 회동프레임(300)과, 상기 집광기(200)에 설치되는 열흡수관(400)과, 상기 열흡수관(400)에 설치되는 태양전지(500)와, 상기 열흡수관(400)과 연결되는 축열조(600)를 포함하여 구성된다.
상기 지주(100)는 하단이 바닥면에 고정되고, 상단에 상기 회동프레임(300)이 설치된다. 이러한 지주(100)는 내부 상단에 상기 회동프레임(300)과 동력적으로 연결된 전동모터(미도시)와 회전수단이 설치되어 후술할 추적컨트롤러(120)로부터 신호를 받아서 회동프레임(300)을 일방향(좌우방향, 즉 수평방향)으로 회동시킨다.
그리고, 상기 지주(100)의 상단에는 상기 회동프레임(300)과 동력적으로 연결된 실린더(110)가 설치된다. 이 실린더(110)는 추적컨트롤러(120)로부터 신호를 받을 때 로드(111)가 실린더 몸체(112)로부터 진출입되는데, 이 때 로드(111)의 끝단에 연결된 회동프레임(300)이 타방향(전후방향, 즉 상하방향)으로 회동된다.
상기 집광기(200)는 다수의 메인프레임(210)과, 상기 각각의 메인프레임(210) 내부 하측에 설치되는 보조프레임(220)과, 상기 각각의 메인프레임(210) 상면에 설치되는 복수개의 프레넬렌즈(230)로 구성된다.
상기 메인프레임(210)은 모서리에 해당되는 부분을 알루미늄 프로파일로 연결하여 그 전체적인 형태가 육각기둥 형태를 갖도록 구성하였다. 이러한 메인프레임(210)은 하면에 보강프레임(211)이 설치된다.
상기 보강프레임(211)에는 슬라이딩홈(211a)이 길게 형성되는데, 이 슬라이딩홈(211a)에는 높이조절볼트(211b)가 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 즉, 보강프레임(211)의 측면을 통하여 높이조절볼트(211b)의 볼트머리 부분을 슬라이딩홈(211a)에 끼우면 높이조절볼트(211b)가 슬라이딩홈(211a)을 따라 직선운동은 하지만 슬라이딩홈(211a)에서 이탈되지는 않는다.
상기 보조프레임(220)은 상기 메인프레임(210)의 내부 하측에 설치된다. 이러한 보조프레임(220)은 알루미늄 프로파일을 이용하여 사각 모양으로 만든 것으로서, 상기 보강프레임(211)에서 상측으로 일정거리 이격되게 설치될 수 있다. 즉, 보조프레임(220)은 보강프레임(211)의 상측에 설치되되, 보강프레임(211)과의 간격이 조절될 수 있다.
좀 더 자세히 설명하면, 보강프레임(211)의 내측면에는 다수의 돌출편(221)이 구비되는데, 이 돌출편(221)이 상기 높이조절볼트(211b)에 의하여 관통된다. 그리고, 상기 높이조절볼트(211b)에는 너트(211c)가 나선결합 방식으로 체결되는데, 이 너트(211c)는 상기 돌출편(221)의 상측과 하측에 각각 하나씩 위치되어 보조프레임(220)의 설치위치를 결정한다. 즉, 상기 돌출편(221)의 하측에 위치되어 높이조절볼트(211b)에 체결되는 너트(211c)의 위치에 따라 돌출편(221c)의 위치가 결정되고, 이 돌출편(221)의 위치에 따라 보조프레임(220)의 위치가 결정되는 것이다.
상기 프레넬렌즈(230)는 상기 메인프레임(210)의 상면에 복수개가 설치된다. 앞서, 메인프레임(210)은 모서리 부분이 알루미늄 프로파일로 연결된 6각기둥 형태를 갖는다고 하였으므로, 메인프레임(210)은 총 6개의 면을 갖게 된다. 이러한 메인프레임(210)의 상면, 즉 태양을 향하는 면에 프레넬렌즈(230)가 설치되는 것이다.
본 발명에서는 집광효율을 향상시키기 위하여 태양광이 투과되는 곳에 프레넬렌즈(230)를 사용하였고, 그러한 프레넬렌즈(230) 중에서도 저철분 강화유리에 실리콘을 접합하여 제작된 SOG(Silicone of Glass) 재질의 프레넬렌즈를 사용하였다. 이러한 SOG 재질의 프레넬렌즈는 투과율이 높고 내후성이 뛰어나며 자외선에 의한 물성 저하가 거의 없다.
여기서, 본 발명에서 사용된 집광기 제원에 대하여 좀 더 자세히 설명하면, 본 발명에서는 4개의 메인프레임(210)을 상기 회동프레임(300)에 고정 설치하여 사용하였고, 상기 4개의 메인프레임(210) 각각에 16개의 프레넬렌즈(230)가 하나의 판으로 이루어진 것을 설치하였으며, 메인프레임(210) 하나에 보조프레임(220) 하나를 설치하였다. 따라서, 총 64개의 프레넬렌즈(230)가 사용되었다.
한편, 상기 메인프레임(210)은 프레넬렌즈(230)가 설치된 상면을 제외한 다른 모든 면에 투명한 평판(240)이 설치된다. 즉, 집광면을 제외한 5개의 면에 투명한 평판(240)이 설치되는데, 그 이유는 외기(外氣)와의 대류 열손실을 차단하여 집열 효율을 높이기 위함이다. 물론, 평판(240)이 반드시 투명할 필요는 없지만 메인프레임(210) 내부의 상황을 볼 수 있다는 점에서 투명한 것이 바람직하다. 그리고, 평판(240)이 설치되는 메인프레임(210)의 5개 면 중에서 후면은 여닫을 수 있는 창 형태로 제작을 한다. 이렇게 하면 메인프레임(210) 내부에 용이하게 접근할 수 있다.
상기 회동프레임(300)은 상기 지주(100)의 상단에 회동가능하게 설치되고, 상기 다수의 메인프레임(210)이 고정 설치된다. 앞서 메인프레임(210)은 본 발명에서 4개가 설치된다고 하였는데, 이 메인프레임(210) 4개가 회동프레임(300)에 고정되어, 회동프레임(300)이 특정방향으로 회동을 하면 4개의 메인프레임(210)이 동시에 회동을 하게 된다.
상기 열흡수관(400)은 상기 보조프레임(220)의 상면에 복수개가 이격되게 설치된다. 이러한 열흡수관(400)은 고무호스 등을 이용하여 축열조(600)에 양단이 연결되는 것으로서, 축열조(600)로부터 제공된 열매체가 내부를 유동한다. 즉, 열흡수관(400)의 일단을 통하여 축열조(600)의 내부에 저장된 물과 같은 열매체가 열흡수관(400) 내부로 유입되고, 이렇게 유입된 열매체는 열흡수관(400) 내부를 유동한 후 열흡수관(400)의 타단을 통하여 축열조(600) 내부로 유입되는 것이다.
상기와 같은 열흡수관(400)은 그 재질을 구리로 구성하여 열전달을 용이하게 한다.
또한, 열흡수관(400)의 표면 주변은 단열재(410)로 감싼다. 상기 열흡수관(400)의 상면에 태양전지(500)가 설치되는데, 이렇게 태양전지(500)가 설치된 표면을 제외한 다른 모든 표면 주변을 단열재(410)로 감싼다. 이렇게 단열재(410)로 열흡수관(400)의 표면을 둘러싸는 이유는 열흡수관(400)의 표면을 통하여 열이 외부로 유출되는 것을 차단함으로써 열매체의 열이 축열조(600)로 손실없이 전달될 수 있도록 하기 위함이다. 더불어 태양전지(500)에 인접한 단열재(410) 끝부분에는 캡톤 테이프(420)를 부착하여 열로 인한 화재나 손상을 방지한다.
또한, 단열재(410) 표면은 불연재(미도시)를 감쌀 수도 있다. 프레넬렌즈(230)의 초점이 부정확할 경우에는 태양광이 의도치 않은 곳에 집중되어 단열재(410)가 이 집중된 태양광에 의해 연소될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 단열재(410) 표면에 불연재를 감싼다.
그리고, 본 발명에서는 보조프레임(220)의 상면에 4개의 열흡수관(400)을 일정간격으로 설치한 다음 이 열흡수관(400)을 고무호스 등을 이용하여 연결하였다. 하나의 메인프레임(210)에 하나의 보조프레임(220)이 설치되고, 본 발명에서는 총 4개의 메인프레임(210)이 사용되므로 상기 열흡수관(400)은 본 발명에서 총 16개가 사용되었다.
상기 태양전지(500)는 상기 프레넬렌즈(230)를 투과한 태양광이 집광되는 부분에 설치되는 것으로서, 태양의 광에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 한다.
그리고, 본 발명에서는 태양전지(500)의 발전효율을 높이기 위하여 CPV(Concentrated Photovoltaic)셀을 사용한다. CPV셀은 태양복사에너지 중 적외선 영역의 파장 일부 및 가시광선 영역 파장을 사용하여 전기를 발생시키며, 전기 발생에 사용되지 않는 적외선 영역의 파장 대부분은 축열을 하는데 이용된다. 즉, 본 발명에서는 발전에 사용되지 않는 적외선 영역의 파장 대부분을 축열하는데 이용함으로써 태양에너지의 이용효율을 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서는 총 64개의 태양전지(500)를 사용하고 있다. 즉, 본 발명에서 총 16개의 열흡수관(400)이 사용되는데, 이 각각의 열흡수관(400)에 4개씩의 태양전지(500)가 설치되어 64개의 태양전지(500)가 사용되는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 결국 하나의 메인프레임(210), 그 메인프레임(210) 내부에 설치되는 하나의 보조프레임(220), 그 보조프레임(220) 상면에 설치되는 4개의 열흡수관(400), 각각의 열흡수관(400)에 4개씩 설치되어 총 16개가 사용되는 태양전지(500), 하나의 메인프레임(210) 상면에 설치되는 16개의 프레넬렌즈(230)가 하나의 모듈을 이루고, 이러한 모듈 4개가 회동프레임(300)에 설치되어 멀티발전모듈을 형성한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에서는 축열조(600)로부터 열흡수관(400)에 공급되는 열매체 유량을 분당 5~7리터로 하였다.
도 5는 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 축열조에서 열흡수관에 공급되는 유량이 4리터/min일 때의 실험 중 열화상 사진이고, 도 6은 본 발명에 의한 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템의 축열조에서 열흡수관에 공급되는 유량이 6리터/min일 때의 실험 중 열화상 사진이다. 열매체의 최적유량을 측정하기 위하여 2가지의 경우(유량이 4리터/min와 6리터/min일 때)를 나누어 실험을 하였다.
1번, 2번 지점은 캡톤 테이프(420)가 붙어있는 영역으로 온도가 다른 영역에 비해 높은 것 을 알 수 있는데, 이는 집광된 태양에너지가 태양전지 주변의 열흡수관(400)으로 전달되지 못한 결과로 볼 수 있다. 4번, 5번 지점은 캡톤 테이프(420) 안쪽 단열재(410) 단면의 영역으로 캡톤 테이프(420)에서 가열된 열이 단열재(410) 안쪽 열흡수관(400)으로 열이 전달되어 점점 감소되는 것을 알 수 있다. 3번 지점은 집광된 태양전지(500)의 온도로 태양전지(500) 후면에 있는 열흡수관(400)의 열매체에 열이 잘 전달되어 낮은 온도를 나타낸다.
도 6 역시 측정 지점은 위의 유량 4리터/min 일 때와 같으며, 유량 4리터/min 일 때 보다 전체적인 영영에서 온도가 낮아진 것을 알 수 있는데, 이는 유량의 증가에 따라 열흡수관(400) 내 열매체로의 열전달율이 커졌기 때문이다.
각 영역에 대한 자세한 온도는 하기의 [표]와 같다.
열화상 카메라로 측정한 각 지점별 온도
유량 1번지점
(캡톤 테이프)		 2번 지점
(캡톤 테이프)		 3번 지점
(태양전지)		 4번 지점
(단열재 단면)		 5번 지점
(단열재 단면)
4리터/min 128.4℃ 130.0℃ 53.4℃ 78.6℃ 85.6℃
6리터/min 126.0℃ 101.2℃ 42.7℃ 62.1℃ 75.5℃
한편, 태양광이 태양전지(500)에 집중적으로 모이게 하기 위해서는 태양전지(500)가 설치된 곳을 태양광이 집중되는 곳에 일치되도록 움직일 수 있어야만 한다. 상기한 것과 같이 보조프레임(220)은 메인프레임(210)에 설치되고, 열흡수관(400)은 보조프레임(220)의 상면에 설치되며, 태양전지(500)는 열흡수관(400)의 상면에 설치되므로, 보조프레임(220)을 움직이거나 열흡수관(400)을 움직이므로써 태양전지(500)를 움직이는 것과 같은 효과를 만들어 낼 수 있다.
이를 위해서 앞서 설명한 대로 보조프레임(220)을 메인프레임(210)으로부터 상하 방향으로 이동시킬 수 있도록 구성하였다. 따라서, 태양전지(500)를 전후방향이나 좌우 방향으로 이동시킨 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 방법을 찾아야 하는데, 본 발명에서는 열흡수관(400)을 보조프레임(220)의 상면에서 이동시킨 후 고정시킴으로써 태양전지(500)를 이동시킨 것과 같은 효과를 거두었다.
좀 더 자세히 설명하면, 상기 보조프레임(220)의 상면에는 슬라이딩홈(222)이 형성되고, 상기 열흡수관(400)은 상기 슬라이딩홈(222)을 따라 슬라이딩되는 브라켓(430)에 의해 보조프레임(220)에 설치된다. 즉, 상기 보조프레임(220)의 슬라이딩홈(222)에는 고정볼트(222a)가 상기 열흡수관(400)을 중심으로 양쪽에 슬라이딩 가능하도록 설치된다. 보조프레임(220)의 측면을 통하여 고정볼트(222a)의 볼트머리 부분을 보조프레임(220)의 슬라이딩홈(222)에 끼우면 고정볼트(222a)가 슬라이딩홈(222)을 따라 직선운동을 하지만 슬라이딩홈(222)에서 이탈되지는 않는다. 그리고, 열흡수관(400)의 상면을 둘러싸고 가압하는 브라켓(430)의 양단이 고정볼트(222a)에 관통되고, 너트(222b)가 고정볼트(222a)에 체결되면 열흡수관(400)이 보조프레임(220)의 상면에 고정된다. 이렇게 열흡수관(400)을 보조프레임(220)에 고정시킬 때 적절한 위치를 찾아서 열흡수관(400)을 움직이면 태양전지(500)를 움직이는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
상기 축열조(600)는 상기 열흡수관(400)에 열매체를 공급하고, 더불어 상기 열흡수관(400)을 유동하면서 가열된 열매체가 유입된다.
한편, 태양은 계절이나 시간에 따라서 항상 움직이기 때문에 태양전지(500)가 고정되어 있으면 태양광을 집광하지 못하여 발전이 이루어지지 않는다. 이러한 이유 때문에 본 발명에서는 회동프레임(300)을 움직이게 하여 결과적으로 태양전지(500)가 움직이게 하는 것과 같은 동일한 효과를 얻고자 하였다. 즉, 상기 메인프레임(210) 상에 태양을 추적하는 추적센서(212)를 설치하고, 상기 지주(100)에는 상기 추적센서(212)로부터 전송된 신호를 통하여 상기 메인프레임(210)을 회동시키는 추적컨트롤러(120)가 설치된다.
태양을 추적하는 방식은 종래에도 많이 제시되어 있고, 본 발명에서 태양을 추적하는 방식이 종래의 방법과 크게 차이가 나지 않기 때문에 여기에서는 태양 추적 방식에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
100: 지주 110: 실린더
111: 로드 112: 몸체
120: 추적컨트롤러 200: 집광기
210: 메인프레임 211: 보강프레임
211a: 슬라이딩홈 211b: 높이조절볼트
211c: 너트 212: 추적센서
220: 보조프레임 221: 돌출편
222: 슬라이딩홈 222a: 고정볼트
222b: 너트 230: 프레넬렌즈
240: 평판 300: 회동프레임
400: 열흡수관 410: 단열재
420: 캡톤 테이프 430: 브라켓
500: 태양전지 600: 축열조

Claims (8)

  1. 지주(100)와; 다수의 메인프레임(210)과, 상기 각각의 메인프레임(210) 내부 하측에 설치되는 보조프레임(220)과, 상기 각각의 메인프레임(210) 상면에 설치되는 복수개의 프레넬렌즈(230)로 이루어진 집광기(200)와; 상기 지주(100)의 상단에 회동가능하게 설치되고, 상기 다수의 메인프레임(210)이 고정 설치되는 회동프레임(300)과; 상기 보조프레임(220)의 상면에 복수개가 이격되게 설치되고, 열매체가 내부를 유동하는 열흡수관(400)과; 상기 열흡수관(400)의 상면에 복수개가 이격되게 설치되어 상기 프레넬렌즈(230)를 투과한 태양광이 집광되는 태양전지(500)와; 상기 열흡수관(400)에 열매체를 공급하는 축열조(600);를 포함하여 구성되되,
    상기 열흡수관(400)은 상기 태양전지(500)가 설치된 표면을 제외한 다른 표면 주변을 단열재(410)로 감싼 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회동프레임(300)에는 4개의 메인프레임(210)이 고정 설치되고, 상기 각각의 메인프레임(210)에는 16개의 프레넬렌즈(230)가 설치되며, 상기 보조프레임(220)의 상면에는 4개의 열흡수관(400)이 일정간격으로 설치되고, 상기 각각의 열흡수관(400) 상면에는 4개의 태양전지(500)가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 축열조(600)에서 상기 열흡수관(400)에 공급되는 열매체 유량은 분당 5~7리터인 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지(500)는 CPV(Concentrating Photovoltaic)셀인 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인프레임(210)은 상기 프레넬렌즈(230)가 설치된 상면을 제외한 다른 모든 면에 투명한 평판(240)이 설치되되, 후면은 여닫을 수 있는 창 형태로 제작한 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인프레임(210)의 하면에는 보강프레임(211)이 설치되고,
    상기 보강프레임(211)에는 높이조절볼트(211b)가 슬라이딩 가능하도록 설치된 슬라이딩홈(211a)이 형성되며,
    상기 보조프레임(220)에는 상기 높이조절볼트(211b)에 의해 관통되는 돌출편(221)이 구비되되, 높이조절볼트(211b)에 체결되는 너트(211c)가 돌출편(221)의 상측과 하측에 위치되어, 상기 보조프레임(220)의 설치위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
  8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 보조프레임(220)의 상면에는 슬라이딩홈(222)이 형성되고,
    상기 열흡수관(400)은 상기 슬라이딩홈(222)을 따라 슬라이딩되는 브라켓(430)에 의해 보조프레임(220)에 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템.
KR1020140044257A 2014-04-14 2014-04-14 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템 KR101524405B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140044257A KR101524405B1 (ko) 2014-04-14 2014-04-14 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140044257A KR101524405B1 (ko) 2014-04-14 2014-04-14 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101524405B1 true KR101524405B1 (ko) 2015-05-29

Family

ID=53395839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140044257A KR101524405B1 (ko) 2014-04-14 2014-04-14 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101524405B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200077081A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 한국광기술원 태양전지를 이용한 태양광/태양열 조절 발전장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090013001A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 엠코어 코포레이션 지상용 태양전지 어레이
KR20100030778A (ko) * 2008-09-11 2010-03-19 한기봉 하이브리드 발전장치
JP2013100931A (ja) * 2011-11-08 2013-05-23 Nippon Light Metal Co Ltd 太陽光発電集熱複合パネル及びその製造方法
KR101278718B1 (ko) * 2012-09-12 2013-06-25 김철진 복합형 태양 에너지 이용 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090013001A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 엠코어 코포레이션 지상용 태양전지 어레이
KR20100030778A (ko) * 2008-09-11 2010-03-19 한기봉 하이브리드 발전장치
JP2013100931A (ja) * 2011-11-08 2013-05-23 Nippon Light Metal Co Ltd 太陽光発電集熱複合パネル及びその製造方法
KR101278718B1 (ko) * 2012-09-12 2013-06-25 김철진 복합형 태양 에너지 이용 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200077081A (ko) * 2018-12-20 2020-06-30 한국광기술원 태양전지를 이용한 태양광/태양열 조절 발전장치 및 방법
KR102211789B1 (ko) * 2018-12-20 2021-02-03 한국광기술원 태양전지를 이용한 태양광/태양열 조절 발전장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ju et al. A review of concentrated photovoltaic-thermal (CPVT) hybrid solar systems with waste heat recovery (WHR)
Liu et al. Thermodynamic and optical analysis for a CPV/T hybrid system with beam splitter and fully tracked linear Fresnel reflector concentrator utilizing sloped panels
US20090223550A1 (en) Roof tile or tiled solar thermal collector
US20130269755A1 (en) Solar glass thermoelectric integrated device
KR101430864B1 (ko) 태양광 발전 및 태양열 축열 복합시스템
KR101033805B1 (ko) 건물의 채광개방부에 설치하기 적합한 각도조절 태양열 집열장치
Tripanagnostopoulos New designs of building integrated solar energy systems
WO2020073541A1 (zh) 立面式太阳能热水器
KR101524405B1 (ko) 태양광 및 태양열을 이용한 멀티발전모듈 시스템
CN204065838U (zh) 牵拉式太阳能聚光跟踪装置
CN102064740B (zh) 碟式高倍数聚光光伏发电装置
KR20210041993A (ko) 열전소자를 이용한 태양 에너지 복합 발전 시스템
CN102759203A (zh) 一种聚光型平板太阳能开水器及其聚光镜的制作工艺
CN104913525A (zh) 一种二维自动跟日槽式太阳能集热器
CN204257677U (zh) 一种矩阵型聚光光伏光热一体化装置
KR101091249B1 (ko) 태양광 집광장치
KR20150099005A (ko) 태양열을 이용한 고집광 셀 구조
WO2020149590A1 (ko) 태양 에너지를 이용한 복합 발전 시스템 및 이를 포함하는 수소생산 시스템
KR101407079B1 (ko) 원추형 반사체를 이용한 태양광 집열시스템
KR101505533B1 (ko) 태양열 집열장치
KR101966213B1 (ko) 태양열 흡수효율증가용 표면코팅을 갖는 pv모듈 및 집열모듈 복합 시스템
CN207162973U (zh) 一种利用可调式曲面反光板的太阳能集热装置
Szulmayer A solar strip concentrator
ES2303456B1 (es) Panel solar hibrido fotovoltaico/termico con incremento de eficiencia en sistema fotovoltaico.
CN105577032A (zh) 单元式太阳能全光谱利用的光电-热电-热水复合系统

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180515

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190321

Year of fee payment: 5