KR101598028B1 - 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 상변화렌즈를 포함하는 수용부가 형성되는 몸체부; 상기 수용부의 밑면에 형성되는 상부 전극부에 일측면이 접하여 형성되는 P형 및 N형 반도체; 상기 P형 및 N형 반도체의 반대 측면에 접하여 형성되는 하부 전극부; 상기 P형 및 N형 반도체를 실장하고 있는 완충부; 및 상기 몸체부 상부를 덮고 있으며, 몸체부의 반대측을 향하여 볼록한 반구형의 1차 렌즈;를 포함한다.
Description
본 발명은 상변화 렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌즈 내부의 상변화 물질로 인해, 에너지 생산량을 증가시킬 수 있으며, 에너지원이 없는 경우에 일정 시간 동안 추가적인 에너지 생산이 가능한 태양 열전 발전 장치에 관한 것이다.
산업 사회의 고도화와 인구의 증가로 많은 에너지를 필요로 하고 있다. 가장 많이 사용하고 있는 에너지원은 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 에너지원이나, 이 에너지원은 한정되어 있어 점차 고갈되어 가고 있으며, 공해로 인하여 지구 온난화에도 가장 큰 영향을 미치고 있어 대체 에너지원의 개발이 시급한 실정이다. 이에 반하여 태양열은 화석 에너지원과는 달리 공해발생이 없는 청정에너지원인 동시에 거의 무제한으로 공급되고 있어 오래전부터 이러한 태양에너지를 산업용이나 난방용 또는 자동차 등의 에너지원으로 활용하기 위한 꾸준한 연구와 더불어 제품화가 이루어지고 있다.
태양에너지는 크게 태양광과 태양열로 구분되는데, 태양광 에너지는 태양의 빛에너지를 광전효과를 이용하여 전기에너지로 바꿔주는 태양전지를 이용한 에너지를 말한다.
태양 열전 발전 장치는 두개의 금속 접합점 양단간 온도차에 의해 열기전력을 발생시키는 제백효과를 이용한다. 종래의 태양 열전 발전 장치는 1차적 열 에너지만 열원으로 이용하여, 효율이 미미한 단점이 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치는 태양열에 의해 렌즈 내부의 상변화물질의 상이 고체에서 액체로 변화됨으로써, 빛의 집광력을 향상시켜 에너지 수확량을 증가시키고자 한다.
또한, 태양 에너지원이 없는 경우에도, 상변화물질의 상이 액체에서 고체로 변화되면서 일정시간 동안 추가적으로 에너지 생산을 가능하게 하고자 한다.
본 발명의 상변화렌즈를 포함하는 수용부가 형성되는 몸체부; 상기 수용부의 밑면에 형성되는 상부 전극부에 일측면이 접하여 형성되는 P형 및 N형 반도체; 상기 P형 및 N형 반도체의 반대 측면에 접하여 형성되는 하부 전극부; 상기 P형 및 N형 반도체를 실장하고 있는 완충부; 및 상기 몸체부 상부를 덮고 있으며, 몸체부의 반대측을 향하여 볼록한 반구형의 1차 렌즈;를 포함한다.
또한, 상기 P형 반도체 및 N형 반도체는 서로 일정거리 이격되어 있으며, 쌍을 이루어 복수개 존재할 수 있다.
그리고, 몸체부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 1차 렌즈는 폴리메타크릴산 메틸(PMMA : poly(methylmethacrylate)) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상변화렌즈는 녹는점이 50 내지 100℃인 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 상변화렌즈는 수용부 뿐만 아니라, 수용부 상부 및 1차 렌즈로 둘러싸인 공간에도 포함된다.
또한, N형 및 P형 반도체는 Bismuth telluride (Bi2Te3)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 1차 렌즈의 반지름은 2 내지 3mm인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법은 입사된 태양광이 1차 렌즈에 의해 집광되는 1차집광단계(S110); 1차집광단계에 의해 집광된 빛의 열이 상변화렌즈에 전해져, 상변화렌즈가 고체에서 액체로 변하는 1차 상변화단계(S120); 액상의 상변화렌즈에 의해 2차 집광이 일어나는 2차집광단계(S130);및 상기 1차 및 2차 집광이 일어나, 상기 수용부 및 몸체부의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 1차 전류형성단계(S140);를 포함한다.
또한, 본 발명의 태양 열전 발전 방법은 태양광이 존재하지 않을 때, 상기 상변화렌즈가 액체에서 고체로 상변화하는 2차 상변화단계(S210); 2차 상변화단계에 의해 상변화렌즈로부터 열에너지가 방출되는 열에너지방출단계(S220); 상기 방출된 열에너지에 의해, 상기 수용부 및 몸체부의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 2차 전류형성단계(S230);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상변화 렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치 및 방법은 태양열에 의해 렌즈 내부의 상변화물질의 상이 고체에서 액체로 변화됨으로써, 빛의 집광력을 향상시켜 에너지 수확량을 증가시킬 수 있다.
또한, 태양 에너지원이 없는 경우에도, 상변화물질의 상이 액체에서 고체로 변화되면서 일정시간 동안 추가적으로 에너지 생산이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 사시도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 원리를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 상변화렌즈가 고체 상태인 경우와 액체 상태인 경우의 집광도의 차이를 비교한 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 렌즈의 곡률 및 반지름을 변화해가며 측정한 집광력을 도시한 그래프이다.
도 7은 태양광이 존재할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 8은 태양광이 존재하지 않을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 원리를 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 상변화렌즈가 고체 상태인 경우와 액체 상태인 경우의 집광도의 차이를 비교한 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 렌즈의 곡률 및 반지름을 변화해가며 측정한 집광력을 도시한 그래프이다.
도 7은 태양광이 존재할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 8은 태양광이 존재하지 않을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법의 순서도를 도시한 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시하게 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
도 1, 2 및 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 사시도, 단면도 및 사진이다.
본 발명의 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치는 상변화렌즈(120)를 포함하는 수용부(130)가 형성되는 몸체부(100), 상기 수용부(130)의 밑면에 형성되는 상부 전극부(510)에 일측면이 접하여 형성되는 P형 및 N형 반도체(200,300), 상기 P형 및 N형 반도체(200,300)의 반대 측면에 접하여 형성되는 하부 전극부(520), 상기 P형 및 N형 반도체(200,300)를 실장하고 있는 완충부(400) 및 상기 몸체부(100) 상부를 덮고 있으며, 몸체부(100)의 반대측을 향하여 볼록한 반구형의 1차 렌즈(110)를 포함한다.
몸체부(100)는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 재료에 한정되는 것은 아니다. 몸체부(100)는 소정의 두께를 갖는 육면체로 이루어지는 것이 바람직하나, 상기 구조에 한정되지 않는다. 몸체부(100)의 일정부분이 함몰되어, 수용부(130)를 형성한다.
1차 렌즈(110)는 몸체부(100) 상부를 덮고 있으며, 몸체부(100)의 반대측을 향하여 볼록한 반구형태이다. 1차 렌즈(110)는 다양한 재질로 제작될 수 있으나, 폴리메타크릴산 메틸(PMMA : poly(methylmethacrylate))로 이루어지는 것이 바람직하다.
수용부(130)와 1차 렌즈(110)로 둘러싸인 공간이 형성되며, 상기 공간에는 상변화렌즈(120)가 채워진다. 상변화렌즈(120)는 다양한 재질로 제작될 수 있으나, 녹는점이 50 내지 100℃인 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 테면 상기 물질은 n-nonadecane 또는 paraffin wax의 하나일 수 있다.
수용부(130)의 밑면에는 상부 전극부(510)가 형성되며, P형 반도체(200)의 일측면은 상부 전극부(510)에 접하여 있다. N형 반도체(300)의 일측면 역시 상부 전극부(510)에 접하여 있으며, N형 반도체(300) 및 P형 반도체(200)는 서로 일정 거리 이격되어 위치한다. 또한, N형 및 P형 반도체(200,300)의 반대측은 하부 전극부(520)와 접하여 있다. 상부 전극부(510) 및 하부 전극부(520)는 전자의 흐름이 가능하게 하는 구성이며, 전극판 또는 도선과 같이 다양한 형태일 수 있다.
완충부(400)는 P형 및 N형 반도체(200,300)를 실장하고 있다. 도 1에서는 N형 및 P형 반도체(200,300)가 각각 두개씩 총 4개만을 도시하였으나, N형 및 P형 반도체(200,300)는 특별한 개수에 한정되지 않고 짝을 이루어 다양한 개수로 존재할 수 있다.
그리고, 기계적 및 전기적 안정성을 위하여, P형 및 N형 반도체(200,300)는 서로 동일한 폭과 높이를 가진다. 또한, N형 및 P형 반도체(200,300)는 Bismuth telluride (Bi2Te3)로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 원리를 도시한 개념도이다.
도 4(a), (b)에서 도시한 바와 같이, 입사된 태양광이 1차 렌즈(110)를 통해 상변화렌즈(120)에 전해지며, 상변화렌즈(120)의 온도가 증가된다. 상변화렌즈(120)의 온도가 상변화렌즈(120)를 이루는 물질의 녹는점에 다다르면, 더이상 온도가 증가되지 않고 일정 온도가 유지된다. 이 때, 상변화렌즈(120)의 상(phase)이 고체에서 액체로 변화하게 된다. 액상으로 변화된 상변화렌즈(120)의 집광력은 더욱 향상되며, 이 부분에 대해서 자세히 후술하기로 한다.
도 4(c), (d)에서 도시한 바와 같이, 태양광이 존재하지 않는 경우에는, 상변화렌즈(120)의 온도가 감소하며, 상변화렌즈(120)의 온도가 상변화렌즈(120)를 이루는 물질의 녹는점에 다다르면, 더이상 온도가 감소되지 않고 일정 온도가 유지된다. 이 때, 상변화렌즈(120)의 상(phase)이 액체에서 고체로 변화하며, 열에너지를 외부로 방출하게 된다. 방출된 열에너지로 인해 열전발전 장치를 구성하는 열전 반도체에 제백효과가 발생하여, 추가적인 전류를 생산할 수 있게 된다.
제백효과는 열전 반도체 양단의 온도차가 존재할 때 기전력이 발생하는 현상으로 이를 이용하여, 폐열발전이나 체온을 이용한 시계와 같은 소형전자소자의 전원 등으로 사용할 수 있다.
태양광이 존재하는 경우에는, 도 4(a),(b)와 같이 태양열의 직접적인 영향으로, 상변화렌즈(120)의 온도가 증가됨으로써, 몸체부(100)와 접해있는 N형 및 P형 반도체(200,300)의 일측면의 온도가 증가되어, 제백효과로 인해 N형 및 P형 반도체(200,300), 상부 전극부(510) 및 하부 전극부(520)를 연결하는 회로 내부의 전류가 형성된다. 이 때, 다양한 전기 소자가 상, 하부 전극부(520)와 연결되어, 형성된 전류를 활용할 수 있다.
태양광이 존재하지 않는 경우에는, 도 4(c),(d)와 같이 상변화렌즈(120)가 고체에서 액체로 변화하며 방출하는 열에너지에 의해 제백효과가 발생하여, I방향으로 전류가 형성된다. 구체적으로, 태양열이 N형 및 P형 반도체(200,300)로 전해지면, N형 반도체(300)의 전자가 P형 반도체(200) 측으로 이동할 수 있다. N형 반도체(300)는 -1가 금속이 포함되어 있기 때문에 자유전자가 발생하기 쉬우며, P형 반도체(200)는 +1가의 금속이 포함되어 있기 때문에 정공이 발생하기 쉽기 때문이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 상변화렌즈(120)가 고체 상태인 경우와 액체 상태인 경우의 집광도의 차이를 비교한 시뮬레이션 결과이다.
시뮬레이션을 위해 빛의 진행 경로를 보여줄 수 있는 프로그램인 LightTool 7.2 software가 사용되어졌다. 도 5(a)는 상변화렌즈(120)가 고체 상태인 경우이며, 도 5(b)는 상변화렌즈(120)가 액체 상태인 경우이다. 상변화렌즈(120)의 상태를 제외한 나머지 조건은 모두 동일하다. 상변화렌즈(120)의 상태가 고체인 경우에는, 태양광이 상변화렌즈(120)를 통과하더라도, 렌즈의 축과 거의 평행한 성분의 빔이 다수 존재한다. 그러나, 상변화렌즈(120)의 상태가 액체인 경우에는 상변화렌즈(120)의 굴절률이 증가되기 때문에, 태양광이 상변화렌즈(120)를 통과하면서, 렌즈의 축 쪽으로 빔이 굴절되어 전체적으로 태양광의 집광도가 증가되는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 렌즈의 곡률 및 반지름을 변화해가며 측정한 집광력을 도시한 그래프이다.
도 6의 그래프의 가로축은 렌즈의 곡률을 의미하는 것으로, 1부터 5까지 차례로 증가시켰으며, 그래프의 세로축은 1차 렌즈(110) 및 상변화렌즈(120)를 통과하여 바로 뒷편에 감지된 빔의 개수(빛의 집광도)를 의미한다. 전체적으로, 렌즈의 곡률이 증가할수록 빛의 집광도가 증가하며, 렌즈의 반지름이 2.5mm 일 때, 높은 집광도를 보인다.
도 7은 태양광이 존재할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 7의 가로축은 시간(초,sec)를 의미하며, 세로축은 제백효과로 인해 형성된 기전력의 크기(밀리볼트,mV)를 의미한다. 원형의 그래프는 상변화렌즈(120)가 존재하지 않는 경우를 도시한 것이고, 사각형의 그래프는 본 발명에 따라 상변화렌즈(120)가 존재하는 경우를 도시한 것이다. 원형 및 사각형의 그래프 모두의 경우에서 시간이 흐름에 따라, N형 및 P형의 일측면의 온도가 증가되므로 제백효과에 따라 생성되는 기전력이 증가되는 것은 동일하다. 그러나, 약 200초부터 사각형의 그래프가 원형의 그래프보다 압도적으로 높은 기전력의 크기를 보이는 것을 확인할 수 있다. 이는 약 225초 이후부터 상변화렌즈(120)가 완전히 액체 상태가 되어, 위에서 기재한 바와 같이, 집광력이 높아졌기 때문이다. 상변화렌즈(120)가 존재하지 않는 경우에는 생성되는 기전력이 3.4 mV로 수렴하여 평균적으로 0.39㎼의 전력을 생성할 수 있지만, 상변화렌즈(120)가 존재하는 경우에는 생성되는 기전력이 4.3mV로 수렴하여 0.6㎼의 전력을 생성할 수 있다. 즉, 상변화렌즈(120)를 이용함으로써, 전력생산효율을 약 56% 증가시킬 수 있다.
도 8은 태양광이 존재하지 않을 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 장치의 발전 효율을 도시한 그래프이다.
도 8의 가로축은 시간(초,sec)를 의미하며, 세로축은 제백효과로 인해 형성된 기전력의 크기(밀리볼트,mV)를 의미한다. 원형의 그래프는 상변화렌즈(120)가 존재하지 않는 경우를 도시한 것이고, 사각형의 그래프는 본 발명에 따라 상변화렌즈(120)가 존재하는 경우를 도시한 것이다. 원형 및 사각형의 그래프 모두의 경우에서 시간이 흐름에 따라, 태양광의 부재로 인해, N형 및 P형의 일측면의 온도가 감소되므로 제백효과에 따라 생성되는 기전력이 감소되는 것은 동일하다. 그러나, 약 350초 이후부터는, 상변화렌즈(120)가 액체에서 고체로 상변화하며 방출하는 열에너지로 인해 제백효과가 추가로 발생하여 2차 기전력이 생성된다. 이는 약 30분간 지속되며 평균적으로 약 3nW의 전력을 추가로 생산할 수 있게 된다.
도 9 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 방법의 순서도를 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전 방법은 입사된 태양광이 1차 렌즈(110)에 의해 집광되는 1차집광단계(S110); 1차집광단계에 의해 집광된 빛의 열이 상변화렌즈(120)에 전해져, 상변화렌즈(120)가 고체에서 액체로 변하는 1차 상변화단계(S120); 액상의 상변화렌즈(120)에 의해 2차 집광이 일어나는 2차집광단계(S130); 및 1차 및 2차 집광이 일어나, 상기 수용부(130) 및 몸체부(100)의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 1차 전류형성단계(S140);를 포함한다.
즉, 태양열에 의해 렌즈 내부의 상변화물질의 상이 고체에서 액체로 변화됨으로써, 빛의 집광력을 향상시켜 에너지 수확량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상변화렌즈(120)를 이용한 태양 열전 발전은 태양광이 존재하지 않을 때, 상기 상변화렌즈(120)가 액체에서 고체로 상변화하는 2차 상변화단계(S210); 2차 상변화단계에 의해 상변화렌즈(120)로부터 열에너지가 방출되는 열에너지방출단계(S220); 방출된 열에너지에 의해, 상기 수용부(130) 및 몸체부(100)의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 2차 전류형성단계(S230);를 더 포함한다.
따라서, 태양 에너지원이 없는 경우에도, 상변화물질의 상이 액체에서 고체로 변화되면서 일정시간 동안 추가적으로 에너지 생산이 가능하게 된다.
발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100 : 몸체부 110 : 1차 렌즈
120 : 상변화렌즈 130 : 수용부
200 : P형 반도체 300 : N형 반도체
400 : 완충부 510 : 상부 전극부
520 : 하부 전극부
120 : 상변화렌즈 130 : 수용부
200 : P형 반도체 300 : N형 반도체
400 : 완충부 510 : 상부 전극부
520 : 하부 전극부
Claims (17)
- 상변화렌즈를 포함하는 수용부가 형성되는 몸체부;
상기 수용부의 밑면에 형성되는 상부 전극부에 일측면이 접하여 형성되는 P형 및 N형 반도체;
상기 P형 및 N형 반도체의 반대 측면에 접하여 형성되는 하부 전극부;
상기 P형 및 N형 반도체를 실장하고 있는 완충부; 및
상기 몸체부 상부를 덮고 있으며, 몸체부의 반대측을 향하여 볼록한 반구형의 1차 렌즈;를 포함하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 P형 반도체 및 N형 반도체는 서로 일정거리 이격되어 있으며, 쌍을 이루어 복수개 존재하는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 몸체부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 1차 렌즈는 폴리메타크릴산 메틸(PMMA : poly(methylmethacrylate)) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 상변화렌즈는 녹는점이 50 내지 100℃인 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 상변화렌즈는 수용부 뿐만 아니라, 수용부 상부 및 1차 렌즈로 둘러싸인 공간에도 포함되는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 N형 및 P형 반도체는 Bismuth telluride (Bi2Te3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 1차 렌즈의 반지름은 2 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치.
- 상변화렌즈를 포함하는 수용부가 형성되는 몸체부;
상기 수용부의 밑면에 형성되는 상부 전극부에 일측면이 접하여 형성되는 P형 및 N형 반도체;
상기 P형 및 N형 반도체의 반대 측면에 접하여 형성되는 하부 전극부;
상기 P형 및 N형 반도체를 실장하고 있는 완충부; 및
상기 몸체부 상부를 덮고 있으며, 몸체부의 반대측을 향하여 볼록한 반구형의 1차 렌즈;를 포함하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치를 이용한 태양 열전 발전 방법에 있어서,
입사된 태양광이 1차 렌즈에 의해 집광되는 1차집광단계(S110);
상기 1차집광단계에 의해 집광된 빛의 열이 상변화렌즈에 전해져, 상변화렌즈가 고체에서 액체로 변하는 1차 상변화단계(S120);
액상의 상변화렌즈에 의해 2차 집광이 일어나는 2차집광단계(S130);및
상기 1차 및 2차 집광이 일어나, 상기 수용부 및 몸체부의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 1차 전류형성단계(S140);를 포함하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
태양광이 존재하지 않을 때, 상기 상변화렌즈가 액체에서 고체로 상변화하는 2차 상변화단계(S210);
상기 2차 상변화단계에 의해 상변화렌즈로부터 열에너지가 방출되는 열에너지방출단계(S220);
상기 방출된 열에너지에 의해, 상기 수용부 및 몸체부의 온도가 증가하여, 제백효과(Seebeck effect)가 발생되어, 전류가 형성되는 2차 전류형성단계(S230);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 P형 반도체 및 N형 반도체는 서로 일정거리 이격되어 있으며, 쌍을 이루어 복수개 존재하는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 몸체부는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 1차 렌즈는 폴리메타크릴산 메틸(PMMA : poly(methylmethacrylate)) 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 상변화렌즈는 녹는점이 50 내지 100℃인 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 상변화렌즈는 수용부 뿐만 아니라, 수용부 상부 및 1차 렌즈로 둘러싸인 공간에도 포함되는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 N형 및 P형 반도체는 Bismuth telluride (Bi2Te3)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 1차 렌즈의 반지름은 2 내지 3mm인 것을 특징으로 하는 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 방법.
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| KR1020140156179A KR101598028B1 (ko) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140156179A KR101598028B1 (ko) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 상변화렌즈를 이용한 태양 열전 발전 장치 및 방법 |
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| KR101598028B1 true KR101598028B1 (ko) | 2016-02-26 |
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| KR20100042521A (ko) * | 2008-10-16 | 2010-04-26 | 한양대학교 산학협력단 | 태양 에너지를 이용한 발전장치 |
| KR100999513B1 (ko) * | 2010-05-25 | 2010-12-09 | 한국기계연구원 | 태양광 및 태양열을 이용한 복합발전장치 |
| KR20120029196A (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-26 | 한국기계연구원 | 열전모듈 및 이의 제조방법 |
| KR20130024686A (ko) * | 2011-08-30 | 2013-03-08 | 세종대학교산학협력단 | 발전용 고효율 π형 열전모듈 및 그의 제조 방법 |
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2014
- 2014-11-11 KR KR1020140156179A patent/KR101598028B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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| KR20120029196A (ko) * | 2010-09-16 | 2012-03-26 | 한국기계연구원 | 열전모듈 및 이의 제조방법 |
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