KR101651651B1 - 태양전지 패널 냉각 시스템 - Google Patents
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Abstract
태양전지 패널 냉각 시스템에 관한 기술이 개시된다.
본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템은, 태양전지 패널의 냉각 채널에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 열전변환 냉각부; 및 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 고온 냉매의 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 유로 변경부를 포함하여, 태양전지 패널 냉각 시 소비되는 에너지를 최소화하고, 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선한다.
본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템은, 태양전지 패널의 냉각 채널에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 열전변환 냉각부; 및 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 고온 냉매의 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 유로 변경부를 포함하여, 태양전지 패널 냉각 시 소비되는 에너지를 최소화하고, 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선한다.
Description
본 발명은 태양전지 패널 냉각 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 태양전지 패널 냉각 시 소비되는 에너지를 최소화하고 발전 효율을 개선하는 태양전지 패널 냉각 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지 패널은 다수의 태양전지(solar cell)를 통해 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 광전 변환 장치에 해당하는 것이다. 최근, 화석 연료의 한정성 문제와 환경오염 문제 등이 심각한 수준에 이르게 되면서 태양전지 패널을 이용한 광전 발전 기술에 대한 관심과 연구·개발이 급격히 증가하고 있는 추세이다.
이러한 태양전지 패널에 사용되는 태양전지는, 태양광 에너지 중 일부만을 전기 에너지로 변환할 수 있으며, 전기 에너지로 변환되지 못한 태양광 에너지는 열 에너지로 변환되어 태양전지의 온도를 상승시키게 된다. 이와 같이, 태양전지의 온도가 상승하게 되어 적정 동작 온도를 넘어가게 되면, 태양전지의 열화가 진행되어 태양전지의 발전 효율이 점차적으로 저하된다. 즉, 태양전지의 온도가 적정 동작 온도에서 1℃ 상승할 때마다 태양전지의 발전 효율은 0.45% ~ 0.55% 정도씩 저하된다. 이러한 현상은 일사량이 많은 하절기에 오히려 태양전지의 발전 효율을 떨어뜨리는 문제를 초래하게 된다. 따라서, 태양전지를 효율적으로 냉각시켜 적정한 동작 온도를 유지시킬 필요가 있다.
그러나, 한국 등록특허공보 제10-1083475호, 일본 공개특허공보 제2009-105364호 등에 개시된 바와 같이, 태양전지 패널의 후면에 배치된 냉각 채널에 냉매를 통과시켜 태양전지 패널을 냉각시키는 기존 기술들은, 태양전지 냉각 후 유출되는 냉매를 실제 온도와 상관없이 강제 순환시켜 재냉각시키기 때문에, 태양전지 패널 냉각 시스템의 에너지 효율을 저해하는 문제가 있다. 즉, 기존 기술들은, 냉매가 충분히 가열되지 않은 경우에도 불필요한 냉각 순환 과정을 거치게 하여 에너지 손실을 초래하는 문제가 있다. 특히, 기존 기술들은, 태양전지 패널의 냉각 중에 냉매에 축적되는 폐열을 전혀 활용하지 못하고 오히려 에너지를 소비하여 냉매를 재냉각시키기 때문에, 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 태양전지 패널 냉각 시 소비되는 에너지를 최소화하고, 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선하는 태양전지 패널 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템은, 태양전지 패널의 냉각 채널에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 열전변환 냉각부; 및 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 고온 냉매의 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 유로 변경부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉매 공급부는, 상기 유로 변경부가 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하는 경우 상기 고온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에 공급하고, 상기 유로 변경부가 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 경우 상기 열전변환 냉각부에서 냉각되어 상기 냉매 공급부로 전달되는 저온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에 공급할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉매 공급부는, 상기 유로 변경부에서 전달되는 고온 냉매 또는 상기 열전변환 냉각부에서 전달되는 저온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널 측으로 전달하는 제1 밸브부; 및 상기 제1 밸브부에 의해 전달되는 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널로 유입시키는 순환 펌프부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열전변환 냉각부는, 일 면으로 열을 흡수하고 타 면으로 열을 방출하여 전력을 발생시키는 열전소자부; 상기 열전소자부의 상기 일 면과 연접되며, 상기 유로 변경부에서 전달되는 고온 냉매를 통과시켜 상기 고온 냉매의 열이 상기 열전소자부의 상기 일 면으로 흡수되도록 하는 냉매 냉각용 채널부; 및 상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 소정 냉매에 전달하여 상기 열전소자부를 냉각하는 열전소자 냉각부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열전소자 냉각부는, 상기 열전소자부의 상기 타 면과 연접되어 소정 냉매가 통과하는 경우 상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 상기 소정 냉매에 전달하는 열전소자 냉각용 채널부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열전소자 냉각부는, 일 단부가 상기 열전소자부의 상기 타 면과 연접되고 타 단부가 상기 열전소자부의 일 측으로 돌출되어 소정 냉매가 접촉하는 경우 상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 상기 소정 냉매에 전달하는 열전소자 냉각용 블레이드부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 태양전지 패널 냉각 시스템은, 상기 열전변환 냉각부에서 냉각되어 유출되는 저온 냉매를 소정 방열 구조체를 통해 재냉각하여 상기 냉매 공급부로 전달하는 방열 냉각부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 방열 냉각부는, 상기 열전변환 냉각부에서 유출되는 저온 냉매와 함께 상기 열전소자 냉각부에서 유출되는 냉매를 상기 방열 구조체를 통해 냉각하여 상기 냉매 공급부 및 상기 열전소자 냉각부로 각각 전달할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 유로 변경부는, 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 고온 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부; 및 상기 온도 센서부에 의해 측정되는 측정 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 측정 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 제2 밸브부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 냉각 과정 없이 냉매를 재활용함으로써, 불필요한 냉각 과정에 의해 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 냉매 온도가 적정 수준으로 유지되도록 하여 혹한기에 발생하는 결빙 내지 동파 현상을 방지할 수 있다.
또한, 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 냉매의 온도가 기준 온도 이상인 경우 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시킴으로써, 냉매 냉각을 위한 에너지 소비를 최소화함은 물론, 냉매의 폐열에 의해 추가 전력을 생산하게 되어 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선할 수 있다.
또한, 열전소자에 의해 냉각된 냉매를 순환 구조를 통해 태양전지 패널 냉각용으로 재활용함은 물론 열전소자 냉각용으로도 활용할 수 있도록 함으로써, 시스템 구조를 간소화하고 발전 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성을 나타낸 도면.
도 3a는 열전변환 냉각부의 일례를 나타낸 사시도.
도 3b는 열전변환 냉각부의 다른 일례를 나타낸 사시도.
도 4는 열전소자부의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성을 나타낸 도면.
도 3a는 열전변환 냉각부의 일례를 나타낸 사시도.
도 3b는 열전변환 냉각부의 다른 일례를 나타낸 사시도.
도 4는 열전소자부의 일례를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성을 나타낸 도면.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템이 블록도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템(100)은 냉매 공급부(120), 유로 변경부(130), 및 열전변환 냉각부(140)를 포함할 수 있다.
냉매 공급부(120)는, 태양전지 패널의 냉각 채널(110)에 냉매를 공급한다. 냉매 공급부(120)에 의해 공급된 냉매는 태양전지 패널의 냉각 채널(110) 내부에서 태양전지 패널의 열을 흡수한 후 유출된다.
유로 변경부(130)는, 태양전지 패널의 냉각 채널(110)에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우, 고온 냉매를 다시 냉매 공급부(120)로 전달한다. 반면, 고온 냉매의 온도가 기준 온도 이상인 경우, 유로 변경부(130)는 고온 냉매를 열전변환 냉각부(140)로 전달한다.
열전변환 냉각부(140)는, 유로 변경부(130)에서 전달되는 고온 냉매를 열전소자(thermoelectric element)와의 열교환을 통해 냉각시킨다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템(100)은, 방열 냉각부(150)를 더 포함할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 방열 냉각부(150)는 열전변환 냉각부(140)의 열전소자를 냉각시킨 소정 냉매를 방열 구조체를 통해 냉각시켜 다시 열전변환 냉각부(140)로 전달한다. 또한, 방열 냉각부(150)는, 열전변환 냉각부(140)에 의해 냉각되어 유출되는 태양전지 패널의 냉매를 방열 구조체를 통해 다시 한번 냉각시켜 냉매 공급부(120)로 전달할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템(100)은, 전력 처리부(160)를 더 포함할 수 있다. 전력 처리부(160)는, 열전변환 냉각부(140)에서 고온 냉매가 열전소자와의 열교환을 통해 냉각되는 동안, 열전소자에서 발생하는 전력을 처리한다. 예컨대, 전력 처리부(160)는 열전변환 냉각부(140)의 열전소자에서 발생하는 직류 전력을 DC-DC 컨버터를 통해 승압하고, 승압된 전력을 DC-AC 인버터를 통해 교류 전력으로 변환하여 외부로 송전할 수 있다. 또한, 전력 처리부(160)는 열전소자에서 발생하는 전력을 이차전지(secondary battery)를 이용하여 에너지를 저장하는 ESS(Energy Storage System)에 저장할 수도 있다. 전력 처리부(160)는, 태양전지 패널에서 발생하는 전력을 함께 처리할 수도 있다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 태양전지 패널(10)의 전면에는 다수의 태양전지가 배치되며, 태양전지 패널(10)의 후면에는 냉각 채널(110)이 배치된다. 태양전지 패널(10)의 전면에 배치되는 태양전지들은 광전효과(photoelectric effect)를 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 또한, 태양전지 패널(10)의 후면에 배치되는 냉각 채널(110)은 열 전도성 소재로 구성되는 냉매 이송관에 해당하는 것으로서, 내부 통로를 통과하는 냉매와의 열교환을 통해 태양전지 패널(10)을 냉각시킨다. 태양전지 패널(10) 냉각을 위한 냉매로는 대표적으로 냉각수가 사용될 수 있으며, 적용 환경에 따라 다양한 유체들 또는 이들의 조합물들이 사용될 수 있다.
냉매 공급부(120)는 태양전지 패널(10)을 냉각시키기 위해 냉각 채널(110)에 냉매를 공급한다. 냉매 공급부(120)에 의해 공급된 냉매는 냉각 채널(110)의 유입구(112)를 통해 유입되어 냉각 채널(110) 내부에서 태양전지 패널(10)의 열을 흡수한 후, 냉각 채널(110)의 유출구(114)로 유출된다. 태양전지 패널(10)의 냉각 채널(110)에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우, 예컨대 50℃ 미만인 경우 유로 변경부(130)는 고온 냉매를 다시 냉매 공급부(120)로 전달한다. 이 경우, 냉매 공급부(120)는 유로 변경부(130)로부터 전달되는 고온 냉매를 태양전지 패널의 냉각 채널(110)로 공급한다. 반면, 고온 냉매의 온도가 기준 온도 이상인 경우, 예컨대 50℃ 이상인 경우 유로 변경부(130)는 고온 냉매를 열전변환 냉각부(140)로 전달한다. 이 경우, 냉매 공급부(120)는, 열전변환 냉각부(140)에서 냉각되어 냉매 공급부(120)로 전달되는 저온 냉매, 예컨대 20℃ 정도의 저온 냉매를 태양전지 패널의 냉각 채널(110)로 공급한다.
이를 위해, 냉매 공급부(120)는, 제1 밸브부(122) 및 제1 순환 펌프부(124)를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 밸브부(122)는, 유로 변경부(130)에서 전달되는 50℃ 미만의 고온 냉매 또는 열전변환 냉각부(140)에서 전달되는 20℃ 정도의 저온 냉매를 태양전지 패널(10)의 냉각 채널(110) 측으로 전달한다. 제1 순환 펌프부(124)는, 제1 밸브부(122)에 의해 전달되는 냉매를 태양전지 패널(10)의 냉각 채널(110)로 유입시킨다.
또한, 유로 변경부(130)는, 온도 센서부(132) 및 제2 밸브부(134)를 포함할 수 있다. 이 경우, 온도 센서부(132) 태양전지 패널(10)의 냉각 채널(110)에서 유출되는 고온 냉매의 온도를 측정한다. 온도 센서부(132)에 의해 측정되는 측정 온도가 기준 온도 미만인 경우, 제2 밸브부(134)는 고온 냉매를 냉매 공급부(120)의 제1 밸브부(122)로 전달한다. 반면, 온도 센서부(132)에 의해 측정되는 측정 온도가 기준 온도 이상인 경우, 제2 밸브부(134)는 고온 냉매를 열전변환 냉각부(140)로 전달한다.
열전변환 냉각부(140)는, 유로 변경부(130)에서 전달되는 50℃ 이상의 고온 냉매를 열전소자와의 열교환을 통해 냉각시킨다. 이를 위해, 열전변환 냉각부(140)는 열전소자부(142), 냉매 냉각용 채널부(144), 및 열전소자 냉각부(146)를 포함할 수 있다. 이 경우, 열전소자부(142)는, 일 면으로 열을 흡수하고 타 면으로 열을 방출하여 전력을 발생시킨다. 냉매 냉각용 채널부(144)는, 열전소자부(142)의 열 흡수면과 연접되며, 유로 변경부(130)에서 전달되는 고온 냉매를 통과시켜, 고온 냉매의 열이 열전소자부(142)의 열 흡수면으로 흡수되도록 한다. 열전소자 냉각부(146)는, 열전소자부(142)의 열 방출면에서 방출되는 열을 소정 냉매에 전달하여 열전소자부(142)를 냉각시킨다. 이러한 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)는 다양한 형태로 변형되어 다양한 방식으로 열전소자부(142)를 냉각시킬 수 있다.
도 3a에는 열전변환 냉각부의 일례가 사시도로 도시되어 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 열전변환 냉각부(140)의 냉매 냉각용 채널부(144a)는, 열전소자부(142a)의 열 흡수면인 상부면과 연접된다. 유로 변경부(130)에서 전달되는 50℃ 이상의 고온 냉매는, 이러한 냉매 냉각용 채널부(144a)를 통과하면서 열전소자부(142a)의 열 흡수면으로 열을 방출하여 냉각된다.
한편, 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)는 내부에 냉매 이송 통로를 가지는 열전소자 냉각용 채널부(146a)를 포함할 수 있다. 이 경우, 열전소자 냉각용 채널부(146a)는 열전소자부(142)의 열 방출면과 연접되며 소정 냉매가 통과하는 경우 열전소자부(142)의 열 방출면에서 방출되는 열을 공기 중으로 방열시킴과 동시에 채널 내부로 통과하는 냉매에 전달한다. 이러한 열전소자 냉각용 채널부(146a)의 표면에는 방열을 용이하게 하기 위한 다수의 방열핀들이 형성될 수 있다.
도 3b에는 열전변환 냉각부의 다른 일례가 사시도로 도시되어 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 열전변환 냉각부(140)의 냉매 냉각용 채널부(144b)는, 도 3a와 유사하게 열전소자부(142a)의 열 흡수면인 상부면과 연접된다. 유로 변경부(130)에서 전달되는 50℃ 이상의 고온 냉매는, 이러한 냉매 냉각용 채널부(144b)를 통과하면서 열전소자부(142b)의 열 흡수면으로 열을 방출하여 냉각된다.
한편, 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)는, 일 단부가 열전소자부(142b)의 열 방출면과 연접되고 타 단부가 열전소자부(142b)의 일 측으로 돌출되는 열전소자 냉각용 블레이드부(146b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 소정 냉매가 블레이드부(146b)에 분무되거나 살포되며, 블레이드부(146b)는 냉매 입자들이 블레이드부(146b) 표면에 접촉하는 경우 열전소자부(142)의 열 방출면에서 방출되는 열을 공기 중으로 방열시킴과 동시에 그 표면에 접촉된 냉매 입자들에게 전달한다. 열을 전달받은 냉매 입자들은 기화되어 다시 포집 및 냉각되는 과정에서 전달받은 열을 외부로 방출하게 된다. 이러한 열전소자 냉각용 블레이드부(146b)에는 방열 및 냉매 입자들의 이동을 용이하게 하기 위한 다수의 홀들이 형성될 수 있다.
도 4에는 열전소자부의 일례가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열전소자부(142)는 상부의 열 흡수면으로 열을 흡수하여 하부의 열 방출면으로 열을 방출하는 동안 소위 제베크 효과(Seebeck effect)를 이용하여 전기 에너지를 생성한다. 이 경우, 열전소자부(142)는 컬럼형(column type) 열전소자 어레이 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 열전소자부(142)는 열 흡수부(410), 레그부(420, 422), 및 열 방출부(430)를 포함할 수 있다. 열 흡수부(410)는 외부 열원, 즉 냉매 냉각용 채널부(144)를 통과하는 고온 냉매의 열을 흡수한다. 레그부(420, 422)는 n형 레그(420)와 p형 레그(422)를 포함하며, 열 흡수부(410)를 통해 흡수되는 열을 열 방출부(430)로 전달한다. 이 과정에서 n형 레그(420)의 전자들과 p형 레그(422)의 홀들이 열 방출부(430) 측으로 이동하게 되며, 그 결과 전류가 열 방출부(430)에서 n형 레그(420), 열 흡수부(410), 및 p형 레그(422)를 거쳐 p형 레그(422)와 연결되는 다음 열 방출부 측으로 흐르게 된다. 열전소자부(142)는 외부 회로와 전기적으로 연결되는 두 단자(440, 442)를 통해 전류를 유출입 시킬 수 있게 된다. 열 방출부(430)는 레그부(420, 422)로부터 전달되는 열을 외부로 방출한다.
또한, 열전소자부(142)는 상부 기판(450) 및 하부 기판(452)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상부 기판(450)은 열전소자부(142)의 열 흡수면을 구성하는 것으로서, 그 상부면에 연접되어 있는 냉매 냉각용 채널부(144)에서 전달되는 열을 하부면에 배치된 다수의 열 흡수부(410)로 전달한다. 또한, 하부 기판(452)은 열전소자부(142)의 열 방출면을 구성하는 것으로서, 그 상부면에 배치된 다수의 열 방출부(430)에서 방출되는 열을 하부면에 연접하고 있는 열전소자 냉각부(146)로 전달한다.
또한, 열전변환 냉각부(140)는, 도 3a 또는 도 3b에 도시된 단위 모듈을 복수로 포함할 수 있다. 즉, 열전변환 냉각부(140)는, n 개의 단위 모듈을 직렬 연결하여 첫 번째 모듈로 유입된 고온 냉매가 n 개의 냉매 냉각용 채널부(144a 또는 144b)를 거쳐 n 번째 모듈로 유출되도록 구성될 수 있다. 이 경우, n 개의 단위 모듈의 열전소자부(142a 또는 142b)들은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 열전변환 냉각부(140)를 구성하는 단위 모듈들은 직선형, 원형, 또는 나선형 등의 형태로 연결될 수 있다. 특히, 열전변환 냉각부(140)가 도 3b에 도시된 단위 모듈들로 구성되는 경우, 열전변환 냉각부(140)는 단위 모듈들이 원형 또는 나선형으로 연결되어 그 블레이드부(146b)들이 모두 중심 방향을 향하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구성은, 냉매가 다수의 블레이드부(146b)에 용이하게 분무 또는 살포될 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템(100)은, 방열 냉각부(150)를 더 포함할 수 있다. 방열 냉각부(150)는, 열전변환 냉각부(140)의 열전소자부(142)를 냉각시킨 냉매를 소정 방열 구조체를 통해 냉각시켜 다시 열전변환 냉각부(140)로 전달한다. 이를 위해, 방열 냉각부(150)는 냉매 탱크부(152), 방열기부(154), 및 제2 순환 펌프부(156)를 포함할 수 있다. 즉, 냉매 탱크부(152)는, 열전변환 냉각부(140)의 열전소자부(142)를 냉각시킨 냉매를 일정 시간 저장하며 냉매의 열을 발산시킨다. 이 경우, 냉매 탱크(152)는 열 전도율이 높은 소재로 구성될 수 있다. 방열기부(154)는, 여러 번 절곡된 내부 유로를 통해 냉매를 통과시켜 냉매의 열을 발산시킨다. 이 경우, 방열기부(154)는 내부 유로에 윅(Wick) 구조를 포함하고 그 외부면에 다수의 방열핀들을 포함함으로써 방열 효율을 높일 수 있다. 제2 순환 펌프부(156)는 방열기부(154)에서 유출되는 냉매를 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)로 전달한다.
또한, 방열 냉각부(150)는, 열전변환 냉각부(140)의 냉매 냉각용 채널부(144)를 통해 냉각된 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매가 냉매 공급부(120)로 전달되도록 하는 별도의 냉매 이송 채널(158)을 포함할 수 있다. 이 경우, 냉매 이송 채널(158)은 열 전도성 소재로 구성되어, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매가 냉매 공급부(120)로 전달되는 동안 냉매의 잔열이 외부로 방출되도록 할 수 있다.
이와 같이, 열전소자부(142) 냉각용 냉매와는 달리, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매가 냉매 탱크부(152) 및 방열기부(154)를 거치지 않고 냉매 공급부(120)로 전달되는 구성은, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매와 열전소자부(142) 냉각용 냉매가 개별적으로 운용되도록 할 수 있다. 즉, 이러한 구성은 태양전지 패널(10)과 열전소자부(142)의 발열 특성을 고려하여 동종 또는 이종의 냉매들이 사용될 수 있도록 한다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템의 구체적 구성이 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다른 일 실시예에 따른 태양전지 패널 냉각 시스템(500)은 냉매 공급부(120), 유로 변경부(130), 열전변환 냉각부(140), 및 방열 냉각부(550)를 포함할 수 있다. 이 경우, 냉매 공급부(120), 유로 변경부(130), 및 열전변환 냉각부(140)의 구성 및 기능은 도 2와 기본적으로 동일하다.
한편, 방열 냉각부(550)는, 열전변환 냉각부(140)에서 냉각되어 유출되는 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매를 소정 방열 구조체를 통해 재냉각하여 냉매 공급부(120)로 전달한다. 이 경우, 방열 냉각부(550)는, 열전변환 냉각부(140)의 냉매 냉각용 채널부(144)에서 유출되는 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매와 함께, 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)에서 유출되는 열전소자부(142) 냉각용 냉매를 상기 방열 구조체를 통해 냉각하여, 냉매 공급부(120) 및 열전소자 냉각부(146)로 각각 전달할 수 있다.
이를 위해, 방열 냉각부(550)는 냉매 탱크부(552), 방열기부(554), 및 제2 순환 펌프부(556)를 포함할 수 있다. 즉, 냉매 탱크부(552)는, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매와 열전소자부(142) 냉각용 냉매를 일정 시간 함께 저장하며 냉매의 열을 발산시킨다. 방열기부(554)는, 여러 번 절곡된 내부 유로를 통해 냉매를 통과시켜 냉매의 열을 발산시킨다. 이 경우, 냉매 공급부(120)는 방열기부(554)에서 유출되는 냉매를 태양전지 패널(10)의 냉각 채널(110)로 전달하고, 제2 순환 펌프부(556)는 방열기부(554)에서 유출되는 냉매를 열전변환 냉각부(140)의 열전소자 냉각부(146)로 전달한다.
이와 같이, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매와 열전소자부(142) 냉각용 냉매를 방열 구조체(552, 554)를 통해 함께 냉각시키는 구성은, 열전변환 냉각부(140)에 의해 냉각되어 유출되는 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매를 다시 한번 냉각시켜 냉매 공급부(120)로 전달하므로 냉매 냉각 효과를 더욱 상승시킬 수 있음은 물론, 태양전지 패널(10) 냉각용 냉매와 열전소자부(142) 냉각용 냉매를 운용하기 위한 별도의 이송 채널을 구성할 필요가 없으므로 태양전지 패널 냉각 시스템의 전체 구성을 간소화시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 냉각 과정 없이 냉매를 재활용함으로써, 불필요한 냉각 과정에 의해 소비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 냉매 온도가 적정 수준으로 유지되도록 하여 혹한기에 발생하는 결빙 내지 동파 현상을 방지할 수 있다. 또한, 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 냉매의 온도가 기준 온도 이상인 경우 열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시킴으로써, 냉매 냉각을 위한 에너지 소비를 최소화함은 물론, 냉매의 폐열로부터 추가 전력을 생산하게 되어 태양전지 패널을 이용한 발전 시스템의 발전 효율을 개선할 수 있다. 또한, 열전소자에 의해 냉각된 냉매를 순환 구조를 통해 태양전지 패널 냉각용으로 재활용함은 물론 열전소자 냉각용으로도 활용할 수 있도록 함으로써, 시스템 구조를 간소화하고 발전 비용을 절감할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 다양한 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 태양전지 패널 110 : 냉각 채널
120 : 냉매 공급부 122 : 제1 밸브부
124 : 제1 순환 펌프부 130 : 유로 변경부
132 : 온도 센서부 134 : 제2 밸브부
140 : 열전변환 냉각부 142 : 열전소자부
144 : 냉매 냉각용 채널부 146 : 열전소자 냉각부
150 : 방열 냉각부 152 : 냉매 탱크
154 : 방열기부 156 : 제2 순환 펌프부
120 : 냉매 공급부 122 : 제1 밸브부
124 : 제1 순환 펌프부 130 : 유로 변경부
132 : 온도 센서부 134 : 제2 밸브부
140 : 열전변환 냉각부 142 : 열전소자부
144 : 냉매 냉각용 채널부 146 : 열전소자 냉각부
150 : 방열 냉각부 152 : 냉매 탱크
154 : 방열기부 156 : 제2 순환 펌프부
Claims (9)
- 태양전지 패널의 냉각 채널에 냉매를 공급하는 냉매 공급부;
열전소자와의 열교환을 통해 냉매를 냉각시키는 열전변환 냉각부; 및
상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 승온되어 유출되는 고온 냉매의 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 고온 냉매의 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 유로 변경부를 포함하고,
상기 냉매 공급부는, 상기 유로 변경부가 상기 기준 온도 미만의 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하는 경우 해당 고온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에 공급하고, 상기 유로 변경부가 상기 기준 온도 이상의 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 경우 상기 열전변환 냉각부에서 냉각되어 상기 냉매 공급부로 전달되는 저온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널에 공급하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 냉매 공급부는,
상기 유로 변경부에서 전달되는 고온 냉매 또는 상기 열전변환 냉각부에서 전달되는 저온 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널 측으로 전달하는 제1 밸브부; 및
상기 제1 밸브부에 의해 전달되는 냉매를 상기 태양전지 패널의 냉각 채널로 유입시키는 순환 펌프부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열전변환 냉각부는,
일 면으로 열을 흡수하고 타 면으로 열을 방출하여 전력을 발생시키는 열전소자부;
상기 열전소자부의 상기 일 면과 연접되며, 상기 유로 변경부에서 전달되는 고온 냉매를 통과시켜 상기 고온 냉매의 열이 상기 열전소자부의 상기 일 면으로 흡수되도록 하는 냉매 냉각용 채널부; 및
상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 소정 냉매에 전달하여 상기 열전소자부를 냉각하는 열전소자 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 열전소자 냉각부는, 상기 열전소자부의 상기 타 면과 연접되어 소정 냉매가 통과하는 경우 상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 상기 소정 냉매에 전달하는 열전소자 냉각용 채널부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 열전소자 냉각부는, 일 단부가 상기 열전소자부의 상기 타 면과 연접되고 타 단부가 상기 열전소자부의 일 측으로 돌출되어 소정 냉매가 접촉하는 경우 상기 열전소자부의 상기 타 면에서 방출되는 열을 상기 소정 냉매에 전달하는 열전소자 냉각용 블레이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 태양전지 패널 냉각 시스템은, 상기 열전변환 냉각부에서 냉각되어 유출되는 저온 냉매를 소정 방열 구조체를 통해 재냉각하여 상기 냉매 공급부로 전달하는 방열 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 방열 냉각부는, 상기 열전변환 냉각부에서 유출되는 저온 냉매와 함께 상기 열전소자 냉각부에서 유출되는 냉매를 상기 방열 구조체를 통해 냉각하여 상기 냉매 공급부 및 상기 열전소자 냉각부로 각각 전달하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 유로 변경부는,
상기 태양전지 패널의 냉각 채널에서 유출되는 고온 냉매의 온도를 측정하는 온도 센서부; 및
상기 온도 센서부에 의해 측정되는 측정 온도가 기준 온도 미만인 경우 상기 고온 냉매를 상기 냉매 공급부로 전달하고, 상기 측정 온도가 상기 기준 온도 이상인 경우 상기 고온 냉매를 상기 열전변환 냉각부로 전달하는 제2 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 냉각 시스템.
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