KR101545869B1 - 태양열발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천수면(川水面) 또는 강수면(江水面))이나 해수면(海水面) 또는 그 주변 영역에 설치되거나 교량(橋梁)을 지지하는 교각을 활용하여 설치가능하도록 함으로써 장소적인 유리함과 송전비용의 저감이 가능한 태양열발전시스템에 관한 것이다.

바람직한 실시예에 따르면, 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 구성에서, 상기 타워는 교량의 중앙에 설치되고, 상기 교량을 지지하는 교각에 연설되는 반사체지지부에 상기 반사체가 형성된다.

유리하게, 상기 반사체지지부에 설치되는 상기 반사체에는 태양의 위치변화를 추적하기 위한 트랙커가 형성된다.

또, 상기 반사체지지부에도 상기 반사체가 태양의 위치변화를 추적하도록 트랙커가 설치될 수 있다.

태양열발전, 반사체, 수면, 해수면.

Description

태양열발전시스템{SOLAR POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 태양열발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천수면(川水面) 또는 강수면(江水面))이나 해수면(海水面) 또는 그 주변 영역에 설치되거나 교량(橋梁)의 측면 영역에 설치가능하도록 함으로써 장소적인 유리함과 송전비용의 저감이 가능한 태양열발전시스템에 관한 것이다.

현재, 화석연료에 의해 초래되는 환경 오염의 문제와 그 화석연료의 유한성을 고려하여 최근에는 무한하고 환경오염을 초래하지 않는 청정에너지를 개발하기 위한 다양한 노력이 이루어지는 상황이다.

그러한 청정에너지를 얻기 위한 발전방식으로는 풍력을 이용하여 전기에너지를 얻는 풍력발전과, 조수(潮水) 간만(干滿)의 수위차를 이용하여 전기에너지를 얻는 조력발전, 태양전지를 적용하여 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광발전, 태양열을 집열하여 발생되는 열에 의해 가열된 온수로부터 얻어진 증기를 사용하여 발전용 터빈(즉, 증기터빈)을 작동시켜 전기에너지를 얻는 태양열발전이 대표적이다.

그 중에서, 태양열발전방식의 개요는 반사체에 의해 태양열을 집열체에 집열 시켜 액상의 축열재를 가열(예컨대 260∼560℃ 또는 그 이상)시키고 그 가열된 축열재가 수조의 내부를 흘러가면서 고압의 증기를 발생시켜 발전용 터빈을 작동시킴으로써 전기를 발생시키게 된다.

그러한 태양열발전방식은 에너지 자원의 소비없이 전기에너지를 얻을 수 있고, 그에 따라 환경오염 또는 공해가 초래되지 않는다는 장점을 갖는 반면, 현재에는 비교적 고비용 저효율이라서 보급에 상당히 불리할 뿐만 아니라 야간이나 흐린 날에는 전기생산이 불가능하다는 단점을 갖는다.

또한, 그 태양열발전방식의 경우에는 반사체에 의해 반사되어 집열체에 집열되는 태양열량에 의존하여 발전용 터빈을 작동시켜 얻는 전기에너지가 결정되는 바, 그 집열판에 태양열이 최대효율로 집열되도록 하기 위해서는 다수의 반사체를 설치해야 하지만, 그 다수의 반사체를 설치하기 위해서는 상당한 영역이 필요하게 된다.

그러한 반사체를 설치하기 위한 영역을 포함하여 해당하는 태양열발전시스템은 실제 전기가 필요한 위치에 근접해야만 송전설비구축 등의 비용이 절감되는 바, 그 때문에 반사체를 포함하는 태양열발전시스템의 설치를 위한 영역이 저가로 확보되어야만 태양열발전시스템의 전체적인 구축비용이 절감될 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주 목적은 수면이나 그 주변에 설치되거나 교량의 측면 영역에 설치하여 점유공간의 확보 를 위한 제약을 해소시키면서 비교적 저비용으로 구축이 가능한 태양열발전시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수면이나 그 주변에 설치되거나 교량의 측면 영역에 설치되면서 다른 발전방식과의 연계가 가능하도록 하기 위한 태양열발전시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 태양열발전시스템에 있어서, 상기 타워는 교량의 중앙에 설치되고, 상기 교량을 지지하는 교각에 연설되는 반사체지지부에 상기 반사체가 형성된 태양열발전시스템이 제공된다.

본 실시예에 따르면, 상기 반사체지지부에 설치되는 상기 반사체에는 태양의 위치변화를 추적하기 위한 트랙커가 형성된다.

그에 더하여, 상기 반사체지지부에도 상기 반사체가 태양의 위치변화를 추적하도록 트랙커가 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 태양열발전시스템에 있어서, 상기 타워는 교량의 중앙에 설치되고, 상기 반사체가 설치되는 반사체지지부가 교각의 하측에 설치되는 태양열발전시스템이 제공된다.

본 실시예에 따르면, 상기 반사체지지부의 저면에는 수위에 따라 승강되도록 하기 위한 부유구조물이 더 갖추어지면 바람직하게 된다.

또, 상기 반사체지지부에 설치되는 상기 반사체에 대해서는 태양의 위치추적을 위한 트랙커가 갖추어지게 된다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 태양열발전시스템에 있어서, 상기 반사체지지부가 수면 상에 설치되고, 상기 반사체지지부의 중앙에 상기 집열체가 갖추어진 상기 타워가 형성되는 태양열발전시스템이 제공된다.

본 실시예에 따르면, 상기 반사체지지부의 저면에는 부유구조물이 갖추어지고, 상기 반사체지지부는 네트(net)형상으로 형성되면 유리하게 된다.

또, 상기 반사체지지부에 설치되는 상기 반사체에 대해서는 태양의 위치추적을 위한 트랙커가 갖추어지면 바람직하게 된다.

상기한 본 발명에 따른 태양열발전시스템에 의하면, 타워형의 집열체와 반사체(또는 집열체와 반사체가 일체로 된 일체형)를 수면이나 그 주변 또는 그 수면 위치에 설비되는 교량을 활용하여 설치함으로써 점유공간의 확보를 위한 비용 상의 불리함이 해소될 뿐만 아니라, 다른 발전방식(예컨대, 풍력 등)과의 연계에 의해 발전효율의 극대화가 가능하게 된다.

그에 대해, 본 발명에 따른 태양열발전시스템은 수면에 설치되는 경우 그 하측(즉, 수중)에는 다른 용도(예컨대 수산물(예컨대, 전복 등)의 양식을 위한 양식장의 조성이 가능하게 된다.

이하, 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명이 적용되는 태양열발전시스템의 개요를 설명하기 위한 도면이다.

도면에서, 10은 태양열을 반사시키는 다수개의 반사체를 나타내고, 20은 상기 다수개의 반사체(10)에 의해 집중되어 입사되는 태양열을 흡수하기 위한 타워형 집열부를 나타내는 바, 그 타워형 집열부(20)에는 일정한 높이로 수직연설된 타워(20A)와 그 타워(20A)의 상측에 설치되어 상기 다수개의 반사체(10)에서 반사되는 태양열이 집중되는 집열체(20B)가 포함된다.

또, 40과 110은 상기 집열체(20B)에 의해 가열된 가열매체(예컨대 공기 또는 액체 등)가 순환하는 순환배관을 나타내고, 50A와 50B는 상기 순환배관(40)의 적정한 위치에 설치되어 상기 가열매체의 순환을 개폐하기 위한 공기제어밸브를 나타낸다.

60은 상기 순환배관(40)에서 분기되는 분기배관(40A,40B)에 연계되어 태양열을 저장하는 축열조(Thermal storage)를 나타낸다.

80은 상기 가열된 가열매체에 의해 스팀(Steam)을 발생하는 스팀발생 기(Steam generator)를 나타내고, 90A와 90B는 상기 스팀발생기(80)에서 발생된 스팀의 유동경로를 나타낸다.

또, 100은 상기 스팀발생기(80)에서 발생된 스팀에 의해 구동되어 전기를 발전하는 예컨대 증기터빈으로 대표되는 발전용 터빈을 나타낸다.

120A와 120B는 상기 순환배관(특히 110)의 도중에 배치되어 가열매체의 강제 순환을 위한 예컨대 송풍기(Blower) 등의 매체순환기를 나타낸다.

그에 대해, 상기한 구성에서 일체형 태양열발전시스템의 경우에는 대략 접시형의 반사체와 집열체가 일체로 형성되는 점을 제외하면 대체로 유사한 구성을 갖게 된다.

상기한 구성의 태양열발전시스템에서는 상기 다수의 반사체(10)에서 반사되는 태양열이 상기 집열부(20)의 타워(20A)상에 설치된 집열체(20B)에 집열되고, 그 집열체(20B)에 집열된 태양열에 의해 상기 가열매체가 고온으로 가열되어 상기 매체순환기(120A,120B)의 지원하에 상기 순환배관(40,110)을 통해 순환하게 된다.

즉, 상기 순환배관(40)내의 상기 가열매체는 상기 스팀발생기(80)에 공급되어 고온의 스팀을 발생하게 되고, 그 고온의 스팀이 상기 스팀유동경로(120A,120B)를 통해 상기 발전용 터빈(100)을 구동시켜 전기가 발생되도록 하게 된다.

그리고, 상기 순환배관(40)내의 고온의 가열매체는 상기 축열조(60)내에도 축열되어 예컨대 야간이라든지 태양열이 약한 기상조건(예컨대, 흐린 날 등)에서 그 축열을 상기 스팀발생기(80)에 공급하고 그 스팀발생기(80)에서 발생되는 고온의 증기가 상기 발전용 터빈(100)을 구동시켜 전기를 발생시키도록 하는 기능을 하 게 된다.

여기서, 상기 집열부(20)를 구성하는 집열체(20B)에 태양열을 전달하는 상기 반사체(10)에 의한 태양열의 반사능력(예컨대 수량 또는 면적 등)이 결국 상기 가열매체의 가열온도가 결정됨과 더불어 상기 발전용 터빈(100)에서의 발전량이 결정되는 바, 그에 따라 상기 반사체(10)와 상기 집열부(20)를 설치하기 위한 최적의 장소(예컨대, 비교적 저렴한 설치장소, 발전된 전기에 대한 최단의 송전거리 등)를 확보해야하는 점이 주요한 관건으로 고려된다.

상기한 점을 고려하여, 본 발명은 반사체(10)와 집열부(20)를 하천이라든지 강의 수면 또는 해수면에 일정한 설치면적을 형성하거나 교량을 이용하는 방식을 제안하게 된다.

즉, 도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따라 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 측면개략도이다.

도면에서, 200은 하천이라든지 강을 통과하도록 일정한 높이의 교각(도 3에서 202)상에 설치되거나 해수면에 설치되는 교량을 나타내고, 210은 상기 교량(200)의 대체로 중앙에 설치되는 타워를 나타내며, 220은 상기 타워(210)의 상단에 설치되는 집열체를 나타낸다.

여기서, 상기 타워(210)의 내부에는 관람객을 위한 승강기 또는 계단을 설치하고 상기 집열체(220)의 상측 또는 하측에는 관람객을 위한 조망 공간(도시는 생 략)을 형성해도 된다.

230A와 230B는 본 제 1실시예에서는 상기 교각(202)의 양측에서 연설되는 일정한 면적의 반사체지지부를 나타내고, 240은 상기 반사체지지부(230A,230B)에 설치되어 태양열을 상기 타워(210)상의 집열체(220)에 집열되도록 반사하는 다수의 반사체를 나타낸다.

여기서, 상기 반사체(240)는 태양의 시각적 및 계절적 위치변화궤적을 최적으로 추적하여 상기 집열체(220)를 향해 최대의 태양열반사가 가능하도록 하기 위해 수직 및 수평방향의 위치조정이 가능한 트래커(Tracker)가 갖추어지면 바람직하게 된다.

그에 대해, 상기 반사체(240)가 태양의 위치변화를 최적으로 추적하도록 하기 위해 상기 반사체지지부에 트래커 기능을 갖도록 해도 된다.

따라서, 도 2와 도 3에 도시된 본 발명의 제 1실시예에서는 수면 또는 해수면 상에 설치되는 교량을 활용하여 타워(210)와 집열체(220) 및 반사체(240)가 설치됨에 따라 태양열발전시스템의 설치 비용이 절감될 수 있을 뿐만 아니라 발전된 전기의 활용에 유리하게 된다. 즉, 상기한 태양열발전시스템에서 발전된 전기는 최단의 송전거리를 통해 판매가 가능하게 된다.

도 4는 도 2와 도 3에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템의 변형예를 나타낸 도면이다.

즉, 도 4를 참조하면, 상기 교량(200)을 지지하도록 상기 교각(202)의 양측에 정의되는 상기 반사체지지부(230A,230B)에는 반사체와 집열체가 일체로 형성되 는 일체형 태양열집열부(300)가 설치되고, 그러한 구성에서도 상기한 제 1실시예와 동일하거나 유사한 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따라 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 개략도이다.

상기한 제 1실시예에서는 상기 반사체(220)(또는 도 4에 도시된 변형예의 일체형 태양열집열부(300))가 설치되는 반사체지지부(230A,230B)가 상기 교각(202)에서 연장되는 형태로 구성되지만, 도 5에 도시된 제 2실시예에서는 상기 집열체(220)가 갖추어진 상기 타워(210)는 상기 교량(200)상에 위치되도록 하면서 상기 반사체(240)가 설치되는 반사체지지부(230A,230B)는 상기 교량(200)의 하측에 위치되도록 하는 구성이 적용된다.

여기서, 상기 반사체지지부(230A,230B)는 수위(水位)에 따라 승강되도록 그 하측에 부유구조물(Floater)(도시는 생략)을 갖추도록 해도 된다.

그에 대해, 상기한 제 2실시예에 따른 변형예로서 상기 집열체(220)가 설치되는 상기 타워(210)를 상기 교량(200)에 설치되도록 하는 대신에, 상기 반사체지지부(230A,230B)를 별개로 설치함과 더불어 그 중앙에 상기 집열체(220)가 설치된 상기 타워(210)를 그 하단이 지중에 매설되어 고정되도록 해도 된다.

또, 상기 일체형 태양집열부에 대해서도 동일 또는 유사한 방식으로 별개의 반사체지지부(230A,230B)에 설치되도록 해도 된다.

그 경우에도 상기 반사체지지부(230A,230B)는 수위에 따라 승강되도록 그 저면에 부유구조물을 설치해도 되고, 바람직하게 그 반사체지지부(230A,230B)에 대해 서는 수중에 태양광이 투사되도록 하기 위해 개구영역(즉, 네트(net)구조)이 형성되도록 해도 된다.

그리고, 상기한 본 발명의 제 2실시예 및 그 변형예의 경우에도 상기 반사체(240)에 대해서는 태양의 위치변화에 대한 최적의 추적을 위해 트랙커구조가 적용되도록 하면 유리하게 된다.

도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템의 변형예를 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 제 3실시예에서는 상기 태양열발전시스템이 해산물의 양식을 위한 양식장(400)에 연계되는 바, 그 경우에는 해당하는 태양열발전시스템의 설치 영역에 대한 활용성이 향상될 뿐만 아니라, 그 태양열발전시스템에서 발전된 전기를 교량의 가로등을 포함하여 전원부하에 유용하게 적용할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 실시예들로 한정되지는 않고 발명의 기술적 요지 및 요점을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형 실시가 가능함은 물론이다.

예컨대, 상기한 제 1 내지 제 3실시예 및 변형예들에서는 상기 반사체(240)가 수면 또는 해수면에 설치되는 경우가 상정되지만, 천변이나 강변 또는 해변에 반사체지지부를 형성하여 반사체가 설치되도록 해도 된다.

또, 도 1에 도시된 본 발명이 적용되는 태양열발전시스템에서 발전된 전기는 수요처와의 계약에 의한 판매가 가능하도록 구성함으로써 경제적인 수익을 얻도록 하는 것도 가능하게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 태양열발전시스템의 개요를 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 제 1실시예에 따라 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 개략도,

도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 측면개략도,

도 4는 도 2와 도 3에 도시된 본 발명의 제 1실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템의 변형예를 나타낸 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 제 2실시예에 따라 타워형 태양열발전시스템에 포함되는 반사체와 집열부의 설치방식을 설명하기 위한 개략도,

도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 타워형 태양열발전시스템의 변형예를 나타낸 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 반사체, 20: 집열부,

20A: 타워, 20B: 집열체,

60: 축열조, 80: 스팀발생기,

100: 발전용 터빈, 200: 교량,

202: 교각, 210: 타워,

220: 집열체, 230A,230B: 반사체지지부,

240: 반사체.

Claims (7)

1. 다수의 반사체에서 반사되는 태양열이 타워의 상측에 설치된 집열체에 집열되어 가열매체를 가열하고, 그 가열된 가열매체에 의해 증기발생기에서 발생된 증기로 발전용 설비를 구동하여 전기를 발생하는 태양열발전시스템에 있어서,

   상기 타워는 교량의 중앙과, 반사체지지부의 중앙에 설치되고,

   상기 교량을 지지하는 교각에 연설되는 반사체지지부에 상기 반사체가 형성되고,

   상기 반사체지지부는, 상기 교각에 연장되는 형태로 구성되되, 상기 집열체가 갖추어진 상기 타워가 상기 교량상에 위치된 상태에서 상기 교량의 하측에 설치되고,

   상기 반사체지지부에 설치되는 상기 반사체에는 태양의 위치변화를 추적하기 위한 트랙커가 형성되고,

   상기 반사체지지부의 저면에는 수위에 따라 승강되도록 하기 위한 부유구조물(Floater)이 더 갖추어지고,

   상기 반사체지지부는 수중에 태양광이 투사되도록 하기 위해 개구영역이 형성되도록 네트(net)형상으로 형성되고,

   상기 타워의 내부에는, 관람객을 위한 승강기 또는 계단이 설치되고,

   상기 집열체의 상측 또는 하측에는, 관람객을 위한 조망공간이 형성되고,

   상기 반사체지지부는 양쪽이 중간부에서 각각 외측으로 갈수록 상향되게 경사진 것을 특징으로 하는 태양열발전시스템.
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