KR101530493B1 - Floating appratus for generating electricity by solar energy with thermoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수상(水上)에서 부유(浮遊)할 수 있는 부유식 태양광 발전 유닛 및 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation apparatus, and more particularly, to a floating solar power generation unit and apparatus that can float on water.
열전소자(Thermoelectric element)는 제에벡 효과(Seebeck effect)를 통해 발전을 가능하게 하는 소자이다. 제에벡 효과란 두 개의 접점을 가진 서로 다른 금속으로 만들어진 폐회로상에서 양 금속간에 온도차가 만들어지면 이 두 금속간에 전위차가 생성된다는 원리이다. A thermoelectric element is a device that enables power generation through a Seebeck effect. The Ebeck effect is a principle that if a temperature difference is created between two metals on a closed circuit made of two different metals with two contacts, a potential difference is generated between the two metals.
열전소자를 이용한 모듈(Thermoelectric module; TEM)은 위로부터 절연층, 전도체, 반도체, 전도체, 절연층의 다층 구조를 이루고 있다. 이러한 열전소자를 이용하여 발전을 하기 위해서는 내구성이 허용하는 범위 내에서 온도차를 가급적 크게 유지하는 것이 중요하다. A thermoelectric module (TEM) using a thermoelectric element has a multilayer structure of an insulating layer, a conductor, a semiconductor, a conductor and an insulating layer from above. In order to generate electricity by using such a thermoelectric element, it is important to keep the temperature difference as large as possible within the allowable range of durability.
이러한 열전소자를 이용한 발전장치는 본 출원인에 의해 특허등록 제1296234호에서 개시된 바 있다. 특허 제1296234에서는 케이싱의 상측에 배치된 집열렌즈를 이용한 부유식 발전 장치에 대해 개시하였으나, 태양의 위치에 영향을 많이 받는 문제점이 있었다. The power generating device using such a thermoelectric element has been disclosed in the patent registration No. 1296234 by the present applicant. Japanese Patent No. 1296234 discloses a floating power generation device using a heat collecting lens disposed on the upper side of a casing, but has a problem that it is greatly affected by the position of the sun.
본 발명의 목적은 태양의 위치와 상관없이 발전할 수 있고, 유지 보수가 용이한 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛 및 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a floating solar power generation unit and apparatus using a thermoelectric element that can generate electricity irrespective of the position of the sun and is easy to maintain.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛은 판 형상으로 수상(水上)에서 부유(浮遊)하는 기능을 하며, 하측에 막대 형상의 복수의 방열핀을 구비하는 베이스판; 투명한 재질로서 내부에 빈 공간이 형성되고, 하단이 상기 베이스판의 가장자리와 결합하는 돔(dome) 부재; 상기 베이스판의 상면에 맞닿도록 배치되는 복수의 열전소자 모듈; 태양광을 모으기 위해 상기 돔 부재에 복수로 배치되는 집열렌즈; 및 상기 열전소자 모듈들의 상측과 맞닿도록 배치되며, 상기 집열렌즈에서 모아진 태양광이 집중되는 원형의 히트 플레이트를 포함한다.In order to achieve the above object, a floating solar power generation unit using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention has a function of floating in a plate form, and a plurality of rod- A base plate having radiating fins; A transparent member made of a dome member having an empty space formed therein and a lower end coupled to an edge of the base plate; A plurality of thermoelectric element modules arranged to abut on an upper surface of the base plate; A plurality of heat collecting lenses arranged on the dome member for collecting sunlight; And a circular heat plate arranged so as to be in contact with the upper side of the thermoelectric module and concentrating sunlight collected from the heat collecting lens.
여기서, 상기 히트 플레이트는, 상기 돔 부재와 맞닿는 가장자리에 링 형상의 단열재를 더 구비할 수 있다. Here, the heat plate may further include a ring-shaped heat insulator at an edge thereof in contact with the dome member.
아울러, 상기 돔 부재는, 축구공의 형상처럼 오각형 패널과 육각형 패널이 조합된 형상을 하고, 각 상기 오각형 패널 및 상기 육각형 패널의 중심에 상기 집열렌즈가 배치될 수 있다. In addition, the dome member may have a shape in which a pentagonal panel and a hexagonal panel are combined as a shape of a soccer ball, and the heat collecting lens may be disposed at the center of each pentagonal panel and the hexagonal panel.
나아가, 상기 돔 부재 및 상기 집열렌즈는, 내측 표면에 유기물이 끼지 않도록 오염 방지 코팅층이 더 구비될 수 있다. Further, the dome member and the heat collecting lens may be further provided with an anti-fouling coating layer so that the inner surface does not contain organic matter.
게다가, 상기 돔 부재 및 상기 집열렌즈는, 외측 표면에 오염물질이 붙는 것을 막기 위하여 초발수 코팅층이 더 구비될 수 있다. In addition, the dome member and the heat collecting lens may further include a super water-repellent coating layer to prevent contaminants from adhering to the outer surface.
더욱이, 상기 열전소자 모듈과 전기적으로 연결되어 상기 열전소자 모듈에 의해 발생된 전기를 저장하는 축전부를 더 포함할 수 있다. The apparatus may further include a power storage unit electrically connected to the thermoelectric module to store electricity generated by the thermoelectric module.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치는 수상에서 부유할 수 있는 구조로서 복수의 삽입홀이 형성된 부유 데크; 및 상기 삽입홀에 하단이 삽입되어 탈착이 가능한 부유식 태양광 발전 유닛을 포함하되, 상기 부유식 태양광 발전 유닛은, 판 형상으로 수상(水上)에서 부유(浮遊)하는 기능을 하며, 하측에 막대 형상의 복수의 방열핀을 구비하는 베이스판; 투명한 재질로서 내부에 빈 공간이 형성되고, 하단이 상기 베이스판의 가장자리와 결합하는 돔(dome) 부재; 상기 베이스판의 상면에 맞닿도록 배치되는 복수의 열전소자 모듈; 태양광을 모으기 위해 상기 돔 부재에 복수로 배치되는 집열렌즈; 및 상기 열전소자 모듈들의 상측과 맞닿도록 배치되며, 상기 집열렌즈에서 모아진 태양광이 집중되는 원형의 히트 플레이트를 포함하고, 상기 방열핀들이 상기 삽입홀에 삽입될 수 있다.Further, a floating solar power generation apparatus using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention includes: a floating deck having a plurality of insertion holes formed in a water floating structure; And a floating solar photovoltaic power generation unit in which a lower end is inserted into the insertion hole and is detachable, wherein the floating solar PV unit has a function of floating in a plate form on the water, A base plate having a plurality of rod-like radiating fins; A transparent member made of a dome member having an empty space formed therein and a lower end coupled to an edge of the base plate; A plurality of thermoelectric element modules arranged to abut on an upper surface of the base plate; A plurality of heat collecting lenses arranged on the dome member for collecting sunlight; And a circular heat plate arranged to be in contact with an upper side of the thermoelectric module and concentrating solar light collected from the heat collecting lens, and the radiating fins can be inserted into the insertion hole.
본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛 및 장치에 의하면, According to the floating solar power generation unit and apparatus using the thermoelectric element according to the embodiment of the present invention,
첫째, 돔 부재가 반구 형상 또는 축구공의 형상처럼 오각형 패널과 육각형 패널이 조합된 형상을 하고, 복수의 집열렌즈가 돔 부재에 배치됨으로써 태양의 위치와 상관없이 태양광 집광 효과를 얻을 수 있다. First, the dome member has a shape in which a pentagonal panel and a hexagonal panel are combined such as a hemispherical shape or a shape of a soccer ball, and a plurality of heat collecting lenses are disposed in the dome member, thereby obtaining a solar light condensing effect regardless of the position of the sun.
둘째, 돔 부재에 집열렌즈가 일체로 구비되어 태양광 집열 효과를 높이고, 열전소자 모듈 윗면의 히트 플레이트에 태양광이 조사되도록 하여 히트 플레이트에 모인 태양광이 그 아랫면의 열전소자 모듈에 열을 가하고 물에 잠겨 있는 하부의 방열핀을 통해 열전소자 모듈 하부를 자연 냉각하여 열전소자 모듈 상하부에 최대의 온도차를 발생시킬 수 있다. Second, a collecting lens is integrally provided in the dome member to increase solar collecting effect, and sunlight is irradiated on the heat plate on the top surface of the thermoelectric module, so that sunlight gathered on the heat plate applies heat to the thermoelectric module on the bottom surface The lower part of the thermoelectric module can be naturally cooled through the lower heat sink pin immersed in water to generate the maximum temperature difference in the upper and lower parts of the thermoelectric module.
셋째, 부유식 태양광 발전 유닛은 부유 데크의 삽입홀에 하단이 삽입되어 탈착이 가능하게 결합하므로 유지 보수가 용이하다. Third, the floating solar power generation unit is easily detachable because it is inserted into the insertion hole of the floating deck, so that the maintenance is easy.
넷째, 히트 플레이트의 가장자리에 링 형상의 단열재를 구비하여 돔 부재에 열이 전달되는 것을 막을 수 있다. Fourthly, a ring-shaped heat insulating material is provided at the edge of the heat plate to prevent heat from being transmitted to the dome member.
다섯째, 돔 부재 및 집열렌즈의 내측 표면에 오염 방지 코팅층을 구비하여 유기물이 끼지 않게 할 수 있다. Fifth, an antifouling coating layer may be provided on the inner surface of the dome member and the heat-collecting lens to prevent organic substances from being trapped.
여섯째, 돔 부재 및 집열렌즈의 외측 표면에 초발수 코팅층을 구비하여 오염물질이 붙는 것을 막을 수 있다. Sixth, the super-water-repellent coating layer may be provided on the outer surface of the dome member and the heat collecting lens to prevent contaminants from adhering to the dome member and the heat collecting lens.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 분해 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛의 종단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 A부분의 일부 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛의 사시도이다.1 is a perspective view of a floating solar power generation apparatus using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a floating solar power generation apparatus using the thermoelectric element shown in FIG.
3 is a side view of a floating solar power generation apparatus using the thermoelectric element shown in FIG.
4 is an exploded cross-sectional view of the floating solar power generation apparatus using the thermoelectric element shown in FIG.
5 is a longitudinal sectional view of a floating solar power generation unit using the thermoelectric element shown in FIG.
6 is a partially enlarged cross-sectional view of part A shown in Fig.
7 is a perspective view of a floating solar power generation unit using a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the drawings, the same components are denoted by the same reference symbols as possible. Further, the detailed description of known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some of the components in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically illustrated.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 평면도, 도 3은 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 측면도, 도 4는 도 3에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치의 분해 단면도, 도 5는 도 1에 도시된 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛의 종단면도, 도 6은 도 5에 도시된 A부분의 일부 확대 단면도, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛의 사시도이다.1 is a perspective view of a floating solar photovoltaic device using a thermoelectric device according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a plan view of a floating solar photovoltaic device using the thermoelectric device shown in Fig. FIG. 4 is a cross-sectional exploded view of a floating solar photovoltaic device using the thermoelectric device shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a cross-sectional view of a floating solar cell device using the thermoelectric device shown in FIG. Fig. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of part A shown in Fig. 5, and Fig. 7 is a perspective view of a floating solar power generation unit using a thermoelectric device according to another embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치는 부유식 태양광 발전 유닛(100) 및 부유 데크(200)를 포함한다. Referring to FIGS. 1 to 7, a floating solar power generation apparatus using a thermoelectric element includes a floating solar
도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼 부유 데크(200)는 수상에서 부유할 수 있는 구조로서 복수의 삽입홀(210)이 형성되고, 부유식 태양광 발전 유닛(100)은 삽입홀(210)에 하단이 삽입되어 탈착이 가능하게 결합한다. 즉, 부유식 태양광 발전 유닛(100)의 방열핀들(111)이 부유 데크(200)의 삽입홀(210)에 삽입되는 구조이다. 삽입홀(210)은 도 4에 도시된 것처럼 방열핀들(111)에 대응되는 개수가 형성될 수도 있고, 복수의 방열핀들(111)이 동시에 삽입되도록 크게 형성될 수도 있다. 1 to 4, the
열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 유닛(100)은 베이스판(110), 돔(dome) 부재(120), 열전소자 모듈(130), 집열렌즈(140) 및 히트 플레이트(150)를 포함한다.A floating solar
베이스판(110)은 판 형상으로 수상(水上)에서 부유(浮遊)하는 기능을 하며, 하측에 막대 형상의 복수의 방열핀(111)을 구비한다. 베이스판(100) 및 방열핀(111)은 금속 재질 등이 사용될 수 있다. The
돔 부재(120)는 투명한 재질로서 내부에 빈 공간이 형성되고, 하단이 베이스판(110)의 가장자리와 결합한다. 돔 부재(120)와 베이스판(110)은 서로 패킹이나 실링 등에 의해 습기의 침입을 차단하는 구조로 결합되는 것이 바람직하다. The
복수의 열전소자 모듈(130)은 베이스판(110)의 상면에 맞닿도록 배치되고, 집열렌즈(140)는 태양광을 모으기 위해 돔 부재(120)에 복수로 배치된다. The plurality of
돔 부재(120)는 도 7에 도시된 것처럼 반구 형상일 수도 있으며, 도 1 내지 도 6에 도시된 것처럼 축구공의 형상처럼 오각형 패널(120a)과 육각형 패널(120b)이 조합된 형상을 하고, 각 오각형 패널(120a) 및 육각형 패널(120b)의 중심에 집열렌즈(140)가 배치될 수도 있다. 돔 부재(120)가 반구 형상 또는 축구공의 형상처럼 오각형 패널(120a)과 육각형 패널(120b)이 조합된 형상을 하고, 복수의 집열렌즈(140)가 돔 부재(120)에 배치됨으로써 태양의 위치와 상관없이 태양광 집광 효과를 얻을 수 있다. The
돔 부재(120) 및 집열렌즈(140)는 집광을 위해 항상 깨끗한 표면을 유지해야 한다. 부유식 태양광 발전 유닛(100)은 수상에서 부유하기 때문에 표면에 오염물질이 묻을 가능성이 높다. The
이를 방지하기 위해 도 6에 도시된 것처럼 돔 부재(120) 및 집열렌즈(140)는 내측 표면에 유기물이 끼지 않도록 오염 방지 코팅층(121)이 더 구비될 수 있다. 오염 방지 코팅층(121)은 플라즈마 코팅 등이 사용될 수 있다. In order to prevent this, as shown in FIG. 6, the
또한, 도 6에 도시된 것처럼 돔 부재(120) 및 집열렌즈(140)는 외측 표면에 오염물질이 붙는 것을 막기 위하여 초발수 코팅층(122)을 더 구비할 수 있다. 초발수 코팅층(122) 표면에 초미세 굴곡 등을 형성하여 오염물질 입자와의 접촉 면적이 최소화되면서 항상 깨끗한 표면을 유지하게 된다. Further, as shown in FIG. 6, the
도 5에 도시된 것처럼 원형의 히트 플레이트(150)는 열전소자 모듈들(130)의 상측과 맞닿도록 배치되며, 집열렌즈(140)에서 모아진 태양광이 집중된다. 히트 플레이트(150)는 돔 부재(120)와 맞닿는 가장자리에 링 형상의 단열재(160)를 더 구비할 수 있다. As shown in FIG. 5, the
또한, 부유식 태양광 발전 유닛(100)은 도 5에 도시된 것처럼 3차원 위치 송신기(180)를 구비하여 부유식 태양광 발전 유닛(100)의 3D 위치를 계측하고, 원격으로 위치를 전송하여 부유하는 위치의 파악이 가능할 수 있다. The floating solar
한편, 부유식 태양광 발전 유닛(100) 또는 부유 데크(200)에는 열전소자 모듈(130)과 전기적으로 연결되어 열전소자 모듈(130)에 의해 발생된 전기를 저장하는 축전부(미도시)를 더 포함할 수 있다. The floating solar
이렇게 본 발명에 따르면, 돔 부재(120)에 집열렌즈(140)가 일체로 구비되어 태양광 집열 효과를 높이고, 열전소자 모듈(130) 윗면의 히트 플레이트(150)에 태양광이 조사되도록 하여 히트 플레이트(150)에 모인 태양광이 그 아랫면의 열전소자 모듈(130)에 열을 가하고 물에 잠겨 있는 하부의 방열핀(111)을 통해 열전소자 모듈(130) 하부를 자연 냉각하여 열전소자 모듈(130) 상하부에 최대의 온도차를 발생시킬 수 있다. According to the present invention, the
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. It should be noted that the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of the present invention in order to facilitate the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
100...부유식 태양광 발전 유닛 110...베이스판
120...돔 부재 130...열전소자 모듈
140...집열렌즈 150...히트 플레이트
160...단열재 200..부유 데크100 ... Floating solar
120 ...
140 ... collecting
160 ...
Claims (9)
상기 삽입홀에 하단이 삽입되어 탈착이 가능한 부유식 태양광 발전 유닛을 포함하되,
상기 부유식 태양광 발전 유닛은,
판 형상으로 수상(水上)에서 부유(浮遊)하는 기능을 하며, 하측에 막대 형상의 복수의 방열핀을 구비하는 베이스판;
투명한 재질로서 내부에 빈 공간이 형성되고, 하단이 상기 베이스판의 가장자리와 결합하는 돔(dome) 부재;
상기 베이스판의 상면에 맞닿도록 배치되는 복수의 열전소자 모듈;
태양광을 모으기 위해 상기 돔 부재에 복수로 배치되는 집열렌즈; 및
상기 열전소자 모듈들의 상측과 맞닿도록 배치되며, 상기 집열렌즈에서 모아진 태양광이 집중되는 원형의 히트 플레이트를 포함하고,
상기 방열핀들은 상기 복수의 삽입홀에 삽입되어 수상에서 부유시 하부가 물에 잠기도록 구비되며,
상기 돔 부재는,
축구공의 형상처럼 오각형 패널과 육각형 패널이 조합된 형상을 하고, 각 상기 오각형 패널 및 상기 육각형 패널의 중심에 상기 집열렌즈가 배치되고,
상기 돔 부재 및 상기 집열렌즈는,
상기 돔 부재 및 상기 집열렌즈의 내측 표면에 구비되어 유기물이 끼지 않도록 하는 오염 방지 코팅층; 및
상기 돔 부재 및 상기 집열렌즈의 외측 표면에 구비되어 오염물질이 붙는 것을 방지하는 초발수 코팅층을 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치.A floating deck in which a plurality of insertion holes are formed as a structure floating on a water surface; And
And a floating solar power generation unit having a lower end inserted into the insertion hole to be detachable,
In the floating solar power generation unit,
A base plate having a plate-like shape floating on the water and having a plurality of rod-shaped heat radiating fins on the lower side;
A transparent member made of a dome member having an empty space formed therein and a lower end coupled to an edge of the base plate;
A plurality of thermoelectric element modules arranged to abut on an upper surface of the base plate;
A plurality of heat collecting lenses arranged on the dome member for collecting sunlight; And
And a circular heat plate arranged so as to be in contact with an upper side of the thermoelectric module and concentrating sunlight collected by the heat collecting lens,
The radiating fins are inserted into the plurality of insertion holes and are provided so that the lower portion of the radiating fins is immersed in water when floating in the water,
The dome member
Wherein the pentagonal panel and the hexagonal panel have a shape in which a shape of a soccer ball is combined with each other, and the heat collecting lens is disposed at the center of each pentagonal panel and the hexagonal panel,
Wherein the dome member
An antifouling coating layer provided on an inner surface of the dome member and the heat collecting lens to prevent organic substances from being trapped; And
And a super water-repellent coating layer provided on an outer surface of the dome member and the heat collecting lens to prevent contaminants from adhering to the dome member.
상기 히트 플레이트는,
상기 돔 부재와 맞닿는 가장자리에 링 형상의 단열재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치.The method of claim 7,
Wherein the heat plate comprises:
And a ring-shaped heat insulating material is provided at an edge of the dome member in contact with the dome member.
상기 부유식 태양광 발전 유닛은,
상기 열전소자 모듈과 전기적으로 연결되어 상기 열전소자 모듈에 의해 발생된 전기를 저장하는 축전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 부유식 태양광 발전 장치.
The method of claim 7,
In the floating solar power generation unit,
Further comprising a power storage unit electrically connected to the thermoelectric module to store electricity generated by the thermoelectric module.
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