KR101564813B1

KR101564813B1 - 태양열을 이용한 발전시스템

Info

Publication number: KR101564813B1
Application number: KR1020130155680A
Authority: KR
Inventors: 이상태; 서호영; 엄홍선; 김영민
Original assignee: 주식회사 우신산업
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-10-30
Also published as: KR20150069367A

Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 태양열을 열원으로 열에너지를 전기에너지로 변환함으로써, 전기 생산 및 난방을 수행하는 태양열을 이용한 발전시스템에 관한 것이다. 태양열을 이용한 발전시스템은 태양열에 의해 제1유체를 가열하는 집열기, 상기 집열기를 통해 가열된 상기 제1유체와 제2유체가 서로 열교환을 수행하는 열교환기, 상기 열교환기와 병렬로 연결되며, 상기 제1유체를 가열하는 보조 보일러, 상기 열교환기 및 보조 보일러를 거쳐 순환하는 제1유체가 충전되는 저장탱크, 상기 저장탱크에 배출되는 제1유체를 상기 집열기로 강제 투입시키는 제1 펌프, 상기 열교환기에 의해 열교환된 제2유체의 열에너지를 이용하여 발전기의 축을 회전시키는 팽창기, 상기 팽창기를 거친 제2유체를 냉각시키는 응축기 및 냉각된 상기 제2유체를 상기 열교환기에 강제로 투입시키는 제2펌프를 포함한다.

Description

태양열을 이용한 발전시스템{The power generation system using solar energy}

본 발명은 태양열을 이용한 발전시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 태양열을 열원으로 열에너지를 전기에너지로 변환함으로써, 전기 생산 및 난방을 수행하는 태양열을 이용한 발전시스템에 관한 것이다.

최근 들어서 전세계는 전기 및 가스, 석유 등 한정된 자원에만 의존해 온 탓으로 인해 석유에너지(Energy)의 공급부족 현상이 점차 현실화되고, 반면에 유가의 가격도 지속적으로 상승하고 있으며, 또한 석유에너지의 사용에 따른 온실가스 등의 증가로 인해 환경오염 문제가 매우 심각하게 제기되고 있어, 지구 온난화를 방지하기 위한 차원에서 이산화탄소(CO₂)의 배출을 최대한 줄이고자 하는 노력이 세제적으로 가속화되고 있는 실정이다.

이에 따라, 환경적인 공해가 발생되지 않고 친환경적인 차원에서 무한정으로 사용할 수 있는 태양광이나 태양열을 비롯하여 풍력, 조력 등 자연을 이용한 대체 에너지의 개발에 대한 관심이 집중되고 있으며, 그 중에서도 특히 태양광이나 태양열을 이용하여 가정, 산업체에 필요한 전기 에너지의 생산은 물론 온수, 난방 등에 필요한 열원을 생산하기 위한 장치의 개발이 활발히 진행되고 있는 추세이다

특히, 신 재생에너지 중에서 태양에너지는 지구상에서 가장 풍부한 에너지 자원으로 태양에너지를 난방·냉방 및 전기에너지의 생산을 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이와 같은, 태양에너지를 이용하여 전기 에너지로 발전을 하는 방식에는 태양광(太陽光)을 이용하는 방식과 태양열(太陽熱)을 이용하는 방식의 2가지가 있다.

이중 태양광을 이용하는 방식 중 가장 일반적으로 사용되는 방식 중 하나인 일명 솔라셀(solar cell)이라 명명되는 태양전지는 주로 실리콘 재질을 이용하여 제작이 된 것으로, 가시광선 파장 영역에서 광전 효과를 이용하여 전기를 발생시키는 원리를 가지고 있다. Si(실리콘) 소재를 이용한 태양전지는 0.4 ㎛에서 1.1㎛까지의 파장 영역의 파장만을 흡수하는 것으로 연구 결과가 보고되고 있는바, 이러한 파장 영역은 주로 가시광선 대역이고 보다 높은 발전 효과를 기대할 수 있는 적외선 영역 대에서는 흡수 효율이 매우 낮다는 문제가 있다. 보다 구체적으로는, 상기 실리콘 재질에 의한 태양전지는 적외선 파장 영역의 태양광은 흡수 효율이 낮을 뿐 아니라 태양 전지 표면 온도를 증가시켜 발전 효율이 감소하게 된다. 다시 말해 태양광이 매우 강한 여름의 낮 시간에는 태양광이 강하여 조도는 높을지언정 오히려 태양전지 표면 온도가 상승하여 발전 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.

그리고, 태양 전지의 소재로서 실리콘(Si) 이외에 다양한 소재가 사용되고, 소재의 특성 별로 흡수가 잘되는 파장 영역대를 가지고 있으나, 문제는 각 소재 별로 고유의 흡수 파장 영역을 가지고 있어 태양광의 전반적인 파장 영역을 동시에 사용하기에 큰 애로가 따른다는 것이다.

한편, 태양열을 이용해 발전하는 방식의 일 예로 공개특허 제10-2011-0008503호가 제시된 바 있다. 이는 태양열 발전 시스템에 관한 것으로 태양열을 집열하는 태양열 집열장치, 상기 태양열 집열장치 내에 설치되며 상기 태양열 집열장치에 의하여 집열된 태양열을 이용하여 열매체를 기화시키는 열매체 기화장치, 상기 열매체 기화장치에 연결되며 상기 열매체 기화장치에 의하여 기화된 고압의 열매체에 의하여 회전하는 터빈, 상기 터빈의 회전력을 이용하여 전기를 생산하는 발전장치 및 상기 터빈에 연결되며 상기 터빈을 회전시킨 열매체를 수축시켜 상기 열매체 기화장치에 다시 공급하는 수축장치를 포함한다.

그런데, 상기 공개특허는 대부분의 에너지원인 열매체의 열에너지 및 압력 에너지를 직접적으로 이용하여 전기를 생산하므로 전기 생산 효율이 낮은 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 태양열을 열원으로 이용해 제1유체를 가열 및 압축하고, 이의 열교환을 통해 제2유체를 순환시키는 사이클에 팽창기를 설치하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있는 태양열을 이용한 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 제1유체가 순환하는 1차 사이클과 유기 냉매인 제2유체를 작동유체로 하는 2차 사이클을 이용해 전기를 생산함으로써, 양호한 운전조건을 얻을 수 있어 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 태양열을 이용한 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

또한, 제2유체와 열교환 후 제1유체에 남아 있는 열을 이용하여 효율적으로 난방을 수행할 수 있는 태양열을 이용한 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 일 실시예들에 따른, 태양열을 이용한 발전시스템은 태양열에 의해 제1유체를 가열하는 집열기, 상기 집열기를 통해 가열된 상기 제1유체와 제2유체가 서로 열교환을 수행하는 열교환기, 상기 열교환기와 병렬로 연결되며, 상기 제1유체를 가열하는 보조 보일러, 상기 열교환기 및 보조 보일러를 거쳐 순환하는 제1유체가 충전되는 저장탱크, 상기 저장탱크에 배출되는 제1유체를 상기 집열기로 강제 투입시키는 제1 펌프, 상기 열교환기에 의해 열교환된 제2유체의 열에너지를 이용하여 발전기의 축을 회전시키는 팽창기, 상기 팽창기를 거친 제2유체를 냉각시키는 응축기 및 냉각된 상기 제2유체를 상기 열교환기에 강제로 투입시키는 제2펌프를 포함한다. 여기서, 상기 보조 보일러와 병렬로 연결되는 바이패스 라인을 더 포함한다.

일 실시예에 따른, 상기 제1유체의 온도가 기설정된 온도 이하일 때 상기 제1유체는 상기 바이패스 라인을 따라 순환하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 보조 보일러는 상기 제1유체의 온도가 일정온도 이하일 때 상기 제1유체를 가열하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 저장탱크 또는 상기 응축기는 난방용 배관과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 집열기는 CPC형 집열기를 사용하며, 작동온도100℃ ~ 200℃의 범위에서 상기 집열기의 집광비에 따라 상기 제1유체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 팽창기는 스크롤형 팽창기를 사용하며, 출력용량이 1~5kW 인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 제1유체는 물 또는 열매체유인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 제2유체는 유기 냉매인 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 팽창기에 유입된 상기 제2유체에 의해 상기 발전기를 구동시킴으로써, 태양열 에너지를 전기에너지로 변환시키는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따른, 상기 저장탱크의 제1유체 또는 응축기의 냉각수는 난방용 열원를 제공하고, 상기 발전기에서 전기를 생산하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성으로, 태양열을 열원으로 이용해 제1유체를 가열 및 압축하고, 이의 열교환을 통해 제2유체를 순환시키는 사이클에 팽창기를 설치하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있다. 또한, 제1유체가 순환하는 1차 사이클과 유기 냉매인 제2유체를 작동유체로 하는 2차 사이클을 이용해 전기를 생산함으로써, 양호한 운전조건을 얻을 수 있어 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. 또한, 제2유체와 열교환 후 제1유체에 남아 있는 열을 이용하여 효율적으로 난방을 수행할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양열을 열원으로 이용해 제1유체를 가열 및 압축하고, 이의 열교환을 통해 제2유체를 순환시키는 사이클에 팽창기를 설치하여 전기를 효율적으로 생산할 수 있다.

또한, 제1유체가 순환하는 1차 사이클과 유기 냉매인 제2유체를 작동유체로 하는 2차 사이클을 이용해 전기를 생산함으로써, 양호한 운전조건을 얻을 수 있어 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 제2유체와 열교환 후 제1유체에 남아 있는 열을 이용하여 효율적으로 난방을 수행할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템을 도시한 구성도이다.
도2은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템에 바이패스 라인이 추가된 것을 도시한 구성도이다.
도3a ~ 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 제1유체 및 제2유체의 순환 사이클을 도시한 구성도이다.
도4은 본 발명의 실시예에 따른 팽창기의 단면을 도시한 단면도이다.
도5은 본 발명의 실시예에 따른 팽창기의 작동원리를 설명하기 위해 도시한 설명도이다.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템을 주택에 적용한 예를 도시한 상태도이다.

이하, 도 1 내지 도5를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 태양열을 이용한 발전시스템에 대해서 자세히 설명한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템을 도시한 구성도이고, 도2은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템에 바이패스 라인이 추가된 것을 도시한 구성도이고, 도3a ~ 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 제1유체 및 제2유체의 순환 사이클을 도시한 구성도이고, 도4은 본 발명의 실시예에 따른 팽창기의 단면을 도시한 단면도이고, 도5은 본 발명의 실시예에 따른 팽창기의 작동원리를 설명하기 위해 도시한 설명도이다.

도1 내지 도5을 참고하면, 태양열을 이용한 발전시스템(1)은 태양열을 열원으로 하여 얻은 열에너지를 열교환기(20)를 통해 제1유체에서 제2유체로 전달하고, 제2유체에서 팽창기(70)를 통해 열에너지를 이용하여 운동에너지로 전환하여, 전기를 생산하는 시스템이다. 여기서, 발전시스템(1)은 2개의 폐회로를 형성하며, 제1유체가 순환하여 열에너지를 전달하는 1차 사이클 및 제1유체에서 전달받은 열에너지 통해 제2유체가 순환하여 전기를 생산하는 2차 사이클인 유기랭킨사이클(ORC: Organic Rankine Cycle)로 구성된다.

보다 구체적으로, 태양열을 이용한 발전시스템(1)은 태양열에 의해 제1유체를 가열하는 집열기(10), 상기 집열기(10)를 통해 가열된 상기 제1유체와 제2유체가 서로 열교환을 수행하는 열교환기(20), 상기 열교환기(20)와 병렬로 연결되며, 상기 제1유체를 가열하는 보조 보일러(30), 상기 열교환기(20) 및 보조 보일러(30)를 거쳐 순환하는 제1유체가 충전되는 저장탱크(50), 상기 저장탱크(50)에 배출되는 제1유체를 상기 집열기(10)로 강제 투입시키는 제1펌프(60), 상기 열교환기(20)에 의해 열교환된 제2유체의 열에너지를 이용하여 발전기(80)의 축(81)을 회전시키는 팽창기(70), 상기 팽창기(70)를 거친 제2유체를 냉각시키는 응축기(90) 및 냉각된 상기 제2유체를 상기 열교환기(20)에 강제로 투입시키는 제2펌프(110)를 포함한다. 여기서, 상기 보조 보일러(30)와 병렬로 연결되는 바이패스 라인(40)을 더 포함한다.

다시 말하면, 태양열을 열원으로 이용하여 발전을 시키는 시스템(1)은 크게 2개의 폐회로를 구성되며, 하나의 폐회로인 1차 사이클은 제1유체인 물 또는 열매체유가 순환하는 집열기(10), 열교환기(20), 저장탱크(50) 및 제1펌프(60)를 구성하고, 다른 하나의 폐회로인 2차 사이클은 제2유체인 유기 냉매가 순환하는 열교환기(20), 스크롤 팽창기(70), 응축기(90), 서지탱크(100) 및 제2펌프(110)를 구성한다. 여기서, 2차 사이클은 유기랭킨사이클(ORC: Organic Rankine Cycle)으로써, 낮은 증발온도를 갖는 유기 냉매를 이용하여, 전기를 생산할 수 있다.

이하, 태양열을 이용한 발전시스템의 구성에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 1차 사이클에서 집열기(10)는 제1유체가 순환하는 유로가 형성된 집광부 및 상기 집광부의 유로에 태양열을 집중시키기 위해 태양광을 반사시키는 반사판을 포함하며, 상기 집광부와 반사판이 하나의 모듈형태로 복수개의 모듈이 구성된다. 특히, 집열기(10)는 1차 사이클에서 제1유체를 가열하는 수단으로써, 제1유체는 집열기(10) 내에서 순환하는 동안 태양열에 의해 고온으로 가열될 수 있다. 여기서, 제1유체는 물 또는 열매체유를 사용할 수 있다.

또한, 집열기(10)는CPC형 집열기를 사용하며, 작동온도 범위인100℃ ~ 200℃에서 상기 집열기(10)의 집광비에 따라 제1유체의 온도를 조절할 수 있다.

다음으로, 집열기(10)에서 가열된 고온의 제1유체는 열교환기(20) 또는 보조 보일러(30)로 유입되며, 상기 열교환기(20)로 유입된 제1유체는 제2유체와 열교환을 수행하며, 열교환된 제2유체는 약 120℃ ~ 150℃로 가열될 수 있다. 여기서, 상기 열교환기(20)는 판형 열교환기를 사용할 수 있다.

이 때, 겨울철과 같이 태양열이 부족함으로 인해 제1유체가 충분한 온도로 가열되지 않을 경우, 예를 들어 난방수요가 증가하여 상기 보조 보일러 작동이 필요할 때, 상기 보조 보일러(30)를 이용하여, 제1유체를 가열함으로써, 제1유체의 온도를 상승시킬 수 있다. 따라서, 상기 저장탱크(50) 내부에 충진된 제1유체의 온도를 높일 수 있으며, 이를 난방용 배관(120)에 순환 시킴으로써 난방을 보조할 수 있다.

즉, 상기 보조 보일러(30)는 상기 제1유체의 온도가 일정온도 이하일 때, 상기 제1유체를 가열하여, 제1유체의 온도를 상승시킬 수 있다.

아울러, 변형된 실시예로써, 상기 보조 보일러(30)는 상기 열교환기(20) 전단에 구비되어, 겨울철에 난방을 위해 상기 보조 보일러(30)가 작동할 경우, 상기 보조 보일러(30)에 의해 가열된 제1유체는 상기 열교환기(20)의 열원으로 공급되어, 상기 제2유체의 온도를 상승시키는 보조적인 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 제2유체의 온도가 상승하면 상기 발전기(80)의 발전효율 역시 향상될 수 있다.

또한, 제1유체의 온도가 기설정된 온도 영역, 예를 들어 상온 보다 높으나, 발전 효율 또는 난방효율이 미미하다고 판단되는 온도 영역에 속할 경우, 제1유체를 바이패스 라인(40)으로 순환시키며, 제1유체는 바이패스 라인(40)을 따라 저장탱크(50)에 저장되었다가 다시 집열기(10)로 순환하며, 순환하는 동안 제1유체의 온도가 상승할 수 있다.

한편, 상기 열교환기(20)에서 제2유체와 열교환을 마친 제1유체는 약 40℃ ~ 80℃로 온도가 떨어지고 저장탱크(50)에 저장된다. 여기서, 저장탱크(50)는 난방용 배관(120)과 연결되어 있으며, 저장탱크(50)에 충진된 제1유체 중 일부는 난방용 배관(120)으로 순환시켜 주택의 난방을 위해 사용될 수 있다.

저장탱크(50)에 저장된 제1유체 및 난방용 배관(120)을 순환한 제1유체는 제1펌프(60)에 의해 다시 집열기(10)로 재 투입되어 순환할 수 있다.

한편, 2차 사이클은 상기 집열기(10)에서 가열된 제1유체와 열교환기(20)에서 열교환을 수행한 제2유체가 고온의 증기 상태에서 팽창기(70)에 유입되며, 발전기(80)를 구동하여 전기를 발생시킬 수 있다. 여기서, 제2유체는 유기 냉매를 사용할 수 있다.

상기 팽창기(70)는 터보형(터빈)과 용적형으로 구분되며, 터보형 팽창기는 주로 대용량에 적합하고, 용적형 팽창기로는 왕복동, 로타리, 스크롤 등이 있는데, 본 발명에서는 스크롤형 팽창기(70)를 사용하며, 출력용량이 1~5kW 인 것을 특징으로 한다.

여기서, 스클로 팽창기(70)의 작동원리는 다음과 같다.

고압의 제2유체가 고정스크롤(72)의 중앙에 형성된 유입구로 들어와서 가스가 팽창함에 따라 선회스크롤(73)을 공전 선회시키며 점점 외주부로 이동하여 결국에는 외주부 끝단이 열리며 토출구로 배출된다. 이 과정에 유발된 선회스크롤(73)의 선회운동을 크랭크샤프트(79)에서 전달받아 축 동력이 발생하게 된다.

상기 스크롤 팽창기(70)는 내측에 공간부가 형성되고 후측에는 축공이 형성되는 프레임(71)과, 상기 프레임(71)의 전면에 고정되되 중심부로부터 나선형을 이루며 외주부로 연장되는 제1나선형날개(76)가 형성되며 중심부에는 제2유체가 유입되는 유입구(74)가 형성되고 외측에는 제2유체가 유출되는 토출구(75)가 형성되는 고정스크롤(72)과, 전면에는 상기 고정 스크롤(72)의 제1나선형날개(76)와 맞물려 중심부로부터 나선형을 이루며 외주부로 연장되는 제2나선형날개(77)가 형성되고 후면 중앙에는 지지홈(78)이 형성되어 고정스크롤(72)과의 사이의 공간에서 선회하여 중심부에서 유입된 제2유체를 연속적으로 압축하는 선회스크롤(73)과, 상기 프레임(71)의 공간부(612)에 설치되어 선회스크롤(73)의 자전을 방지하는 올드햄링과, 상기 프레임(71)의 축공에 회전이 자유롭게 축설되되 전단에는 상기 선회스크롤(73)의 지지홈(78)에 회전이 자유롭게 끼워지는 편심축부(79a)가 구비되고 후단에는 회전축부(79b)가 구비되는 크랭크샤프트(79)와, 상기 크랭크샤프트(79)가 회전시에 균형을 맞춰주기 위해 상기 크랭크샤프트(79)의 회전축부(79b)에 설치되는 밸런스웨이트(79c)와, 상기 프레임(71)의 후단부를 마감하는 레어커버로 이루어진다.

따라서, 이러한 구조를 갖는 스크롤 팽창기(70)는 유입구(74)를 통해 제2유체가 유입되면 고정스크롤(72)의 제1나선형날개(76)를 따라 안내되며 배출구(75)로 배출되는데 이때, 선회스크롤(73)이 고정스크롤(72)과 사이의 공간에서 선회하여 중심부에서 유입된 제2유체를 연속적으로 압축하게 되면 선회스크롤(73)의 선회운동이 발생하게 된다.

이에 따라, 선회스크롤(73)의 지지홈(74)에 위치한 크랭크샤프트(79)의 편심축부(79a)가 회동하게 되고, 편심축부(79a)와 일체로 연결된 회전축부(79b)가 정위치에서 일방향으로 회전하게 된다. 이와 같은 크랭크샤프트(79)의 회전축부(79b)의 회전에 따라 발전기(80)가 구동되며, 구동된 발전기(80)를 통해 전기를 생산할 수 있다.

한편, 상기 스크롤 팽창기(70)를 거친 제2유체는 약 50℃ ~ 80℃로 온도가 낮아진 상태로 응축기(90)에 유입되어 냉각수(91)를 이용한 열교환을 통해 응축되어 서지탱크(100)로 모여 제2펌프(110)의 구동으로 열교환기(20)로 재 투입될 수 있다.

이때, 제2펌프(110)의 구동으로 일정압력을 가해 제2 유체를 강제순환 시키게 되며, 이와 같은 제2유체는 스크롤 팽창기(70)를 거치면서 압력은 낮아진다.

한편, 상기 제2유체와 열교환을 수행한 후 온도가 상승한 냉각수(91)는 난방용 배관(120)에 투입되어, 주택용 난방으로 사용되거나 온수로 사용된 후 냉각되어 상기 응축기(90)에 재 투입될 수 있다. 즉, 상기 응축기((90)는 난방용 배관(120)과 연결되어 있으며, 응축기(90)를 순환하는 냉각수(91)에 의해 건물에 난방 열 또는 온수를 제공할 수 있다.

한편, 도6은 본 발명의 실시예에 따른 태양열을 이용한 발전시스템을 주택에 적용한 예를 도시한 상태도이다.

도6을 참고하면, 태양열을 이용한 발전시스템(1)은 주택(200)의 지붕에 집열기(10)를 설치하고, 이를 통해 주택(200) 내에서 필요한 전기, 난방용 또는 온수용 열을 생산하여 공급한다.

이때, 상기 태양열 집열기(10)는 그 용도가 독립된 주택용으로 한정되지 않고, 아파트의 벽이나 지붕에 집열기(10)를 넓게 설치해서 아파트 전체에서 필요한 열의 일부 또는 전부를 공급할 수도 있고, 여러 개의 주택을 하나로 묶어 이들 주택(200) 지붕 위에서 만들어진 열을 한군데에 모았다가 대단위 전기 생산 또는 난방을 할 수도 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같은 제1유체 및 제2유체가 순환하는 집열기(10), 열교환기(20), 보조 보일러(30), 바이패스 라인(40), 저장탱크(50), 제 1펌프와, 열교환기(20), 팽창기(70), 응축기((90), 서지탱크(100), 제2펌프(110) 등으로 이루어지는 본 발명에 따른 발전시스템(1)을 통해 발전기(80)를 구동하여 전기를 효율적으로 생산하여, 도 6에 도시된 바와 같은 주택(200) 내의 온풍기(210), 에어컨(220), 전등(230), 냉장고(240), TV(250) 등과 같은 전기기구의 구동을 위해 사용할 수 있다.

아울러, 상기 저장탱크(50)의 제1유체는 열교환기(20)를 통해 제2유체와의 열교환를 수행하는 것 이외에 별도로 주택(200) 내 난방을 위해 설치되는 난방용 배관(120)과 연결되어 필요에 따라 제1유체를 순환시키고, 난방용 배관(120)을 통해 건물 등의 난방 또는 온수 제공을 함께 수행할 수 있다.

또한, 상기 응축기(90)에서 제2유체와 냉각수(91)가 서로 열교환이 수행되며, 열교환된 냉각수(91)는 난방용 배관(120)과 연결되어 주택(200) 내 난방 또는 온수 제공을 함께 수행할 수 있다.

이에 따라, 상기 과정에 의해 발생된 온수를 주택(200) 내의 욕조(260) 또는 샤워기(270)에 공급하여 사용할 수 있다.

다시 말하면, 주택(200) 내부에 구비된 발전시스템(1)에 의해 상기 팽창기(70)에 유입된 상기 제2유체에 의해 상기 발전기(80)를 구동시킴으로써 태양열 에너지를 전기에너지로 변환시켜 주택(200) 내부에 사용할 수 있다. 또한, 발전시스템(1)은 주택(200)에 상기 저장탱크(50)의 제1유체 또는 상기 응축기(90)의 냉각수(91)는 난방용 열원을 제공하고, 상기 발전기(80)에서 전기를 생산하는 동시에 주택(200) 내에서 사용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 발전시스템 70: 팽창기
10: 집열기 80: 발전기
20: 열교환기 90: 응축기
30: 보조 보일러 100: 서지탱크
40: 바이패스 라인 110: 제2펌프
50: 저장탱크 120: 난방용 배관
60: 제1펌프

Claims

태양열에 의해 제1유체를 가열하는 집열기;
상기 집열기를 통해 가열된 상기 제1유체와 제2유체가 서로 열교환을 수행하는 열교환기;
상기 열교환기와 병렬로 연결되며, 상기 제1유체를 가열하는 보조 보일러;
상기 열교환기 및 보조 보일러를 거쳐 순환하는 제1유체가 충전되는 저장탱크;
상기 저장탱크에 배출되는 제1유체를 상기 집열기로 강제 투입시키는 제1 펌프;
상기 열교환기에 의해 열교환된 제2유체의 열에너지를 이용하여 발전기의 축을 회전시키는 팽창기;
상기 팽창기를 거친 제2유체를 냉각시키는 응축기; 및
냉각된 상기 제2유체를 상기 열교환기에 강제로 투입시키는 제2펌프;
를 포함하고,
상기 보조 보일러는 상기 제1유체의 온도가 일정온도 이하일 때 상기 제1유체를 가열하고, 가열된 상기 제1유체는 상기 제2유체와 열교환 후 상기 저장탱크에 내에 충전되어 난방용 열원으로 사용되는, 동시에 상기 제1유체와 열교환에 의해 가열된 상기 제2유체는 상기 발전기의 발전효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 보조 보일러와 병렬로 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1유체의 온도가 기설정된 온도영역에 속할 때 상기 제1유체는 상기 바이패스 라인을 따라 순환하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 저장탱크 또는 상기 응축기는 난방용 배관과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 집열기는 CPC형 집열기를 사용하며, 작동온도100℃ ~ 200℃의 범위에서 상기 집열기의 집광비에 따라 상기 제1유체의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 팽창기는 스크롤형 팽창기를 사용하며, 출력용량이 1~5kW 인 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1유체는 물 또는 열매체유인 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2유체는 유기 냉매인 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 팽창기에 유입된 상기 제2유체에 의해 상기 발전기를 구동시킴으로써 태양열 에너지를 전기에너지로 변환시키는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.
제1항에 있어서,
상기 저장탱크의 제1유체 또는 응축기의 냉각수는 난방용 열원을 제공하고, 상기 발전기는 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 발전시스템.