KR101720651B1 - Concentrating Photovoltaics System using Curved Solar Cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 집광형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양광 셀의 곡면 구조를 통해 태양광이 태양광 셀의 표면에 수직으로 입사되도록 하여, 단순한 구조를 가지면서도 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention relates to a concentrating solar power generation system, and more particularly, to a solar concentrating solar power generation system in which sunlight is vertically incident on a surface of a solar cell through a curved structure of the solar cell, .
화석연료의 고갈과 지구 온난화 등의 문제를 해결하기 위하여 신 재생 에너지 활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 최근 세일 가스 등으로 화석연료의 가격이 하락하고 있지만 태양광의 설치 용량은 지속적으로 늘어나고 있으며, 전문가들은 향후 태양광 산업이 계속 확대될 것으로 전망하고 있다.Interest in the use of renewable energy is increasing in order to solve problems such as depletion of fossil fuels and global warming. Recently, the price of fossil fuels has been falling due to the sale of gas, but the installed capacity of solar power is continuously increasing. Experts predict that the solar power industry will continue to expand in the future.
현재 널리 보급되고 있는 평판형 태양광 발전 시스템은 비교적 저렴하게 공급할 수 있지만, 효율이 낮은 문제점이 있다.Currently, a widely used flat panel solar power generation system can be supplied at a relatively low cost, but the efficiency is low.
반면, 집광형 태양광 발전 시스템은 평판형 태양광 발전 시스템보다 높은 효율을 얻을 수 있어서 관심이 높아지고 있다. On the other hand, concentrating photovoltaic power generation systems are getting more attention because they can achieve higher efficiency than flat photovoltaic power generation systems.
그러나, 집광형 태양광 발전 시스템은 집광된 일부 태양광이 수직으로 입사되지 못해 효율이 떨어지는 단점이 있다.However, the condensing type solar power generation system is disadvantageous in that efficiency is lowered because some concentrated sunlight can not be incident vertically.
이를 극복하기 위하여 태양광을 평형으로 만들어 균일하게 분포되도록 할 수 있지만, 이 과정에서 시스템이 커지고 장비가 무거워지며 가격이 높아지는 등의 문제점이 나타난다.In order to overcome this, it is possible to make the sunlight equilibrium by distributing the sunlight uniformly, but in this process, the system becomes big, the equipment becomes heavy, and the price becomes high.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초점거리를 짧게 하여 시스템의 전체 생산비를 줄이고, 별도의 평형광장치 등을 사용하지 않고도 집광된 태양광이 태양광 셀의 표면에 수직으로 입사될 수 있도록 하여, 단순한 구조를 가지면서도 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 집광형 태양광 발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce the total production cost of the system by shortening the focal length, And it is an object of the present invention to provide a light concentrating solar power generation system capable of improving solar power generation efficiency while having a simple structure.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템은, x축과 y축 방향의 집광배율이 서로 다른 집광 렌즈를 이용하여 태양광을 집광하는 집광장치; 및 집광장치를 통해 집광된 태양광을 받아 발전을 수행하는 태양광 셀을 포함하고, 태양광 셀은 집광된 태양광을 받는 표면이 곡면으로 이루어지며, 집광 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)이고, 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성되되 중심점에 가까워질수록 곡률이 커지게 형성되며, 집광장치는 x축과 y축의 방향 중 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들의 타원형의 곡면의 곡률이 큰 방향이 다른 방향보다 집광배율이 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a condensing type solar power generation system using a curved photovoltaic cell according to the present invention is characterized in that a condensing lens for condensing sunlight using condensing lenses having different condensing magnifications in the x- and y- Device; And a photovoltaic cell that receives power of the sunlight condensed through the condenser and performs power generation. The photovoltaic cell has a curved surface that receives the condensed sunlight, and the condenser lens is a Fresnel lens , Each lens element of the Fresnel lens is formed in an elliptical shape having the same center point, and the curvature increases as the focal point approaches the center point. The convergence magnification is formed to be larger in the direction in which the curvature is larger than in the other direction.
상기 집광 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)로 구성될 수 있으며, 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성될 수 있다.The condenser lens may be a Fresnel lens, and each lens element of the Fresnel lens may have an elliptical shape having the same center point.
상기 집광 렌즈는 복수 개로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 집광 렌즈 각각에 대응하여 태양광 셀이 구비될 수 있다.The condensing lens may include a plurality of condensing lenses. In this case, the condensing lenses may be provided with solar cells corresponding to the condensing lenses.
본 발명에 따른 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템은, 복수 개의 선형 반사경을 이용하여 태양광을 집광하는 집광장치; 및 각 선형 반사경에 대응하여 구비되고, 각 선형 반사경을 통해 집광된 태양광을 받아 발전을 수행하는 태양광 셀을 포함하며, 태양광 셀은 집광된 태양광을 받는 표면이 곡면으로 이루어지고, 집광장치는 프레넬 렌즈를 포함하며, 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성되되 중심점에 가까워질수록 곡률이 커지게 형성되고, 집광장치는 x축과 y축 방향 중 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들의 타원형의 곡면의 곡률이 큰 방향이 다른 방향보다 집광배율이 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.A condensing type solar power generation system using a curved solar cell according to the present invention includes a condensing device for condensing sunlight using a plurality of linear reflectors; And a solar cell provided corresponding to each linear reflector and performing power generation by receiving the sunlight condensed through each linear reflector, wherein the solar cell has a curved surface on which the sunlight is condensed, The apparatus includes a Fresnel lens. Each lens element of the Fresnel lens is formed in an elliptical shape having the same center point. The closer the focal point is, the more the curvature increases. In which the curvature of the elliptical curved surface of each of the lens elements of the lens elements is larger than that of the other direction.
상기 태양광 셀의 곡면은 집광장치를 통해 집광된 태양광이 수직으로 입사될 수 있도록 하기 위한 것이다.The curved surface of the photovoltaic cell is for allowing the condensed sunlight to be vertically incident through the condensing device.
상기 각 실시예의 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템은, 냉매가 흐르는 하나 이상의 배관을 구비한 열 처리 장치를 더 포함하여 이루어질 수 있다.The condensing type solar power generation system using the curved solar cells of each of the above embodiments may further include a heat treatment apparatus having one or more piping through which refrigerant flows.
상기 열 처리 장치는 곡면형 태양광 셀을 부착할 수 있도록 곡면 처리된 외부 면을 포함할 수 있다.The heat treatment apparatus may include a curved outer surface for attaching the curved solar cell.
상기 열 처리 장치는 상기 태양광 셀로 흡수되지 않은 에너지를 회수하기 위한 미흡수 에너지 회수 수단을 포함하여 이루어질 수 있다The heat treatment apparatus may include a poor water energy recovery means for recovering energy that is not absorbed into the solar cell
상기 열 처리 장치는 상기 배관을 흐르는 냉매를 저장하는 하나 이상의 열 저장 수단을 포함하여 이루어질 수 있다.The heat treatment apparatus may include one or more heat storing means for storing refrigerant flowing through the pipe.
열 저장 수단이 복수 개인 실시예에서, 열 저장 수단은 각각 서로 다른 배관 그룹에 연결되고, 각 열 저장 수단은 냉매가 흐르는 배관으로 서로 연결되도록 구성될 수 있다.In an embodiment having a plurality of heat storage means, the heat storage means may be respectively connected to different pipe groups, and each heat storage means may be configured to be connected to each other by a pipe through which refrigerant flows.
본 발명에 따르면, 별도의 평형광장치 등을 사용하지 않고도, 집광된 태양광이 태양광 셀의 표면에 수직으로 균일하게 입사되도록 할 수 있다. 이것은 기본적으로 태양광 셀의 곡면 구조를 통해 이루어진다.According to the present invention, it is possible to make the condensed sunlight uniformly incident on the surface of the solar cell vertically without using a separate balanced optical device or the like. This is basically done through the curved structure of the solar cell.
그러므로, 단순한 구조를 가지면서도 광 전환 효율을 높이고, 초점거리를 짧게 하여 시스템 전체 생산비를 줄일 수 있다.Therefore, it is possible to reduce the overall production cost by increasing the light conversion efficiency and shortening the focal distance while having a simple structure.
뿐만 아니라 태양광 전환 손실 열을 재활용하여 시스템 투자비 회수 기간을 단축하고, 지표 도달 태양 에너지를 최대로 활용할 수 있다.In addition, solar energy conversion loss heat can be recycled to shorten system investment cost recovery period and maximize solar energy reaching the surface.
발전 효율 향상과 열 에너지 이용 효율 향상을 함께 도모할 수 있어서, 태양광 발전 시스템의 전체적인 효율 향상을 기대할 수 있다.It is possible to improve both the power generation efficiency and the utilization efficiency of the heat energy, and the overall efficiency improvement of the solar power generation system can be expected.
도 1은 집광형 태양광 발전 시스템의 예,
도 2는 초점 거리를 길게 하는 집광형 태양광 발전 시스템의 예,
도 3은 평형광장치를 이용하는 집광형 태양광 발전 시스템의 예,
도 4는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전 시스템의 일 실시예,
도 5는 곡면 구조로 인해 태양광이 수직으로 입사되는 것을 보여 주는 예,
도 6은 대칭 집광 렌즈와 비대칭 집광 렌즈의 예
도 7과 도 8은 비대칭 집광 렌즈를 이용하는 집광형 태양광 발전 시스템의 각 실시예,
도 9와 도 10은 선형 반사경을 이용하는 집광형 태양광 발전 시스템의 각 실시예,
도 11은 열 회수를 위한 배관을 갖는 열 처리 장치의 일 실시예,
도 12는 열 처리 장치와 선형 반사경을 이용하는 일 실시예,
도 13은 복수 개의 배관을 갖는 열 처리 장치의 일 실시예,
도 14는 방열을 목적으로 하는 열 처리 장치의 일 실시예,
도 15는 미흡수 에너지 회수 수단을 포함하는 열 처리 장치의 일 실시예,
도 16은 열 저장 수단을 포함하는 열 처리 장치의 일 실시예,
도 17은 복수 개의 열 저장 수단을 이용하여 여러 단계에 걸쳐 열 처리를 수행하는 열 처리 장치의 일 실시예이다.1 shows an example of a light collecting type solar power generation system,
Fig. 2 shows an example of a condensing type solar power generation system for increasing the focal length,
FIG. 3 shows an example of a condensing type solar power generation system using a balanced optical device,
4 is a view illustrating an embodiment of a condensing type solar power generation system according to the present invention,
5 is an example showing that sunlight is vertically incident due to a curved surface structure,
6 shows an example of a symmetrical condensing lens and an asymmetrical condensing lens
Figs. 7 and 8 show the embodiments of the condensing type solar power generation system using asymmetrical condensing lenses,
Figs. 9 and 10 show examples of the concentrating solar power generation system using a linear reflector,
11 shows an embodiment of a heat treatment apparatus having piping for heat recovery,
12 shows an embodiment using a thermal processor and a linear reflector,
13 shows an embodiment of a heat treatment apparatus having a plurality of pipes,
Fig. 14 shows an embodiment of a heat treatment apparatus for heat dissipation,
Fig. 15 shows an embodiment of the heat treatment apparatus including the insufficient water energy recovery means,
16 shows an embodiment of a heat treatment apparatus including heat storage means,
17 is an embodiment of a heat treatment apparatus for performing heat treatment in various stages using a plurality of heat storage means.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하자면, 집광형 태양광 발전 시스템은 태양광(11-1)을 집광하기 위한 집광장치(12), 태양광 셀(13). 리시버(17) 등을 포함하여 이루어지며, 집광형 태양광 발전 시스템은 종래의 비집광형 태양광 발전 시스템보다 높은 효율을 나타낸다. 도 1a는 집광장치(12)로서 렌즈를 이용한 예를 보인 것이고, 도 1b는 집광장치(12)로서 반사경을 이용한 예를 보인 것이다.Referring to FIG. 1, the light collecting type solar power generation system includes a
광 전환 효율은 집광된 태양광(11-2)이 태양광 셀(13)에 수직으로 입사될 때 가장 높은데, 평행하게 입사되는 태양광(11-1)을 집광장치(12)를 통해 집광할 경우, 집광된 태양광(11-2)의 일부는 태양광 셀(13)의 표면에 수직으로 입사되지 못하여(16), 효율이 떨어진다.The light conversion efficiency is highest when the condensed sunlight 11-2 is vertically incident on the
집광된 일부 태양광이 태양광 셀의 표면에 수직으로 입사되지 못하여 효율이 떨어지는 문제점을 극복하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이 집광장치(12)와 태양광 셀(13)의 거리가 충분히 멀어지게 하는 방법, 또는 도 3에 도시한 바와 같이 평형광장치(18) 등의 2차 광학 요소를 추가하여 태양광을 평형으로 만드는 방법을 사용함으로써, 태양광이 균일하게 분포되도록 할 수 있다.In order to overcome the problem that the efficiency of the solar cell is lowered due to the fact that some of the collected sunlight is not vertically incident on the surface of the solar cell, the distance between the
그러나, 이러한 방법들을 사용하면, 시스템이 커지고, 시스템 구성 장치가 무거워지며, 가격이 높아진다. 또한, 2차 광학 요소를 추가하면, 투과율 등 2차 광학 요소의 특성으로 인해 3%~5% 정도의 효율이 저하되고, 시스템이 복잡해져서 가격이 높아진다.However, when these methods are used, the system becomes large, the system constituting device becomes heavy, and the price becomes high. In addition, when the secondary optical element is added, efficiency of about 3% to 5% is lowered due to the characteristics of the secondary optical element such as transmittance, and the system becomes complicated and the price becomes high.
도 4를 참조하자면, 본 발명에 따라 곡면 태양광 셀을 이용하는 집광형 태양광 발전 시스템(20)은 기본적으로 태양광(11-1)을 집광하는 집광장치(22)와, 집광장치(22)를 통해 집광된 태양광(11-2)을 받아 발전을 수행하는 태양광 셀(23)을 포함하여 이루어진다.4, a condensing type solar
집광된 태양광(11-2)을 받는 태양광 셀(23)의 표면은 곡면 구조를 가지며, 이러한 곡면 구조로 인하여 집광장치(22)에서 집광된 태양광(11-2)은 태양광 셀(23)의 표면에 수직으로 입사될 수 있다.The surface of the
즉, 곡면형 태양광 셀(23)을 이용함으로써, 집광장치(22)를 통해 집광된 태양광(11-2)을 평형광장치 등 별도의 2차 광학 요소를 거치지 않고도 태양광 셀(23)에 수직으로 입사시켜 광 전환 효율을 높일 수 있고, 평형광장치 등을 이용할 때 발생하는 효율 저하를 막아 태양광 발전 효율을 높일 수 있다.That is, by using the curved
곡면 처리를 위한 유연한 태양광 셀(23)은 기판 위에 희생층을 에칭하여 태양광 셀을 기판에서 분리할 수 있도록 하는 에피 분리 기술 또는 기판 재활용 기술, 유연성 기판을 이용하는 기술 등 다양한 관련 기술로 구현할 수 있다.The flexible
그리고, 기판 재활용 기술을 이용한 다중 접합 태양광 셀이나 유연 박막 태양광 셀 등 유연한 구조를 갖는 태양광 셀은 태양광 셀이 배치되는 장치의 외부 면에 부착하여 사용될 수 있다. 예를 들어 리시버 등 태양광 셀이 배치되는 장치에는 집광장치와 곡률 반경 비율이 동일한 외부 면이 구비될 수 있고, 태양광 셀은 이 외부 면에 본딩하여 사용될 수 있다.In addition, a solar cell having a flexible structure such as a multi-junction solar cell or a flexible thin-film solar cell using a substrate recycling technique can be attached to the outer surface of a device in which the solar cell is disposed. For example, in an apparatus in which a solar cell such as a receiver is disposed, an outer surface having the same curvature radius ratio as that of the light condensing device may be provided, and the solar cell may be bonded to the outer surface.
도 5a는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전 시스템(20)의 집광장치(22)로서 렌즈(22-5)를 이용한 실시예를 보인 것이고, 도 5b는 집광장치(22)로서 선형 반사경(22-6)을 이용한 실시예를 보인 것이다.5A shows an embodiment using the lens 22-5 as the condensing
태양광 셀(23)의 표면이 곡면이기 때문에, 도 5a의 렌즈(22-5)에서 집광된 태양광(11-2)은 태양광 셀(23)의 표면에 수직(16)으로 균등 입사되고, 도 5b의 선형 반사경(22-6)에서 집광된 태양광(11-2)도 태양광 셀(23)의 표면에 수직(16)으로 균등 입사되는 것을 나타내고 있다.Since the surface of the
본 발명에 따른 집광형 태양광 발전 시스템(20)의 집광장치(22)는 x축과 y축 방향의 집광배율이 서로 다른 비대칭 집광 렌즈를 이용하여 구성될 수 있다.The condensing
이때 비대칭 집광 렌즈로 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)를 이용할 수 있다.At this time, a Fresnel lens can be used as an asymmetric condensing lens.
프레넬 렌즈는 두께가 얇은 렌즈로서, 렌즈의 면을 다수의 띠 모양으로 나누고, 각 띠가 프리즘 작용을 수행하게 하여 수차(收差)를 작게 함으로써, 두께가 얇으면서도 볼록 렌즈와 같은 집광 기능을 수행할 수 있다.The Fresnel lens is a thin lens, and the surface of the lens is divided into a plurality of bands, and each band performs a prism action to reduce the aberration, thereby achieving a light focusing function like a convex lens Can be performed.
도 6a는 대칭형 집광 렌즈를 보인 것으로서, x축과 y축 모두 m:1의 동일한 집광 배율을 가진다.Fig. 6A shows a symmetrical condensing lens, and has the same converging magnification of m: 1 on both the x-axis and the y-axis.
그러나 본 발명에서 사용되는 비대칭 집광 렌즈는 도 6b와 같이 x축과 y축 방향의 집광 배율을 달리하여, 곡면으로 형성되는 방향은 집광 배율을 높이고, 다른 방향은 낮은 집광 배율을 사용하도록 구성할 수 있다.However, the asymmetrical condenser lens used in the present invention can be configured such that the condensing magnification in the x-axis and y-axis directions is different from that in the direction of the curved surface as shown in Fig. 6B, and the condensing magnification is increased in the other direction have.
이를 위하여, 집광장치(22)에 사용되는 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖고, 각각 타원형으로 형성될 수 있다.To this end, each lens element of the Fresnel lens used in the
비대칭 집광 렌즈에서 집광배율을 나타내는 m과 n은 'm > n'의 관계에 있으며, m과 n 값은 다양하게 구성할 수 있다. 구체적인 예를 들자면, m은 수십~수백, n은 수~수십의 값을 가지도록 구성할 수 있다.In the asymmetric condensing lens, m and n representing the light-condensing magnification are in the relationship of 'm> n', and the m and n values can be variously configured. As a concrete example, m can be configured to have several tens to several hundreds, and n to have a value of several to several tens.
도 7은 비대칭 집광 렌즈와 곡면 태양광 셀을 이용한 태양광 발전 시스템(20)의 예를 보인 것으로서, 프레임(22-1)으로 지지되는 비대칭 프레넬 렌즈(22-5)의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성되어 있다.7 shows an example of a photovoltaic
x축과 y축 방향의 집광 배율이 다르므로 측면에서 바라본 렌즈 요소들 사이의 거리와, 밑면에서 바라본 렌즈 요소들 사이의 거리가 서로 다르다.Since the light condensing magnifications in the x- and y-axis directions are different, the distance between the lens elements viewed from the side and the distance between the lens elements viewed from the bottom face are different from each other.
비대칭 프레넬 렌즈(22-5)를 통해 집광된 태양광은 곡면의 태양광 셀 표면에 수직으로 균일하게 입사된다.The sunlight condensed through the asymmetric Fresnel lens 22-5 is uniformly incident perpendicularly on the surface of the solar cell of the curved surface.
집광 렌즈는 복수 개로 구성될 수 있으며, 각각의 집광 렌즈에 대응하여 태양광 셀을 구비하도록 구성될 수 있다. 이때 집광 렌즈의 개수와 배열 구조는 다양하게 구성될 수 있다.The condensing lens may be composed of a plurality of condensing lenses, and may be configured to include a photovoltaic cell corresponding to each condensing lens. At this time, the number and arrangement of the focusing lenses can be variously configured.
도 8은 비대칭 집광 렌즈가 6개씩 4줄로 이루어진 실시예를 보인 것으로서, 각 비대칭 집광 렌즈에 대응하여 곡면의 태양광 셀이 구비되어 있으며, 각 비대칭 집광 렌즈에서 집광된 태양광은 그에 대응하여 배치되어 있는 태양광 셀의 표면에 수직 입사하게 된다.FIG. 8 shows an embodiment in which asymmetrical condensing lenses are arranged in four rows by six, and each of the asymmetrical condensing lenses is provided with curved solar cells, and the sunlight condensed by each asymmetric condensing lens is arranged correspondingly Which is perpendicular to the surface of the solar cell.
본 발명에 따른 집광형 태양광 발전 시스템(20)의 집광장치(22)는 선형 반사경을 이용하여 구성될 수 있다.The condensing
도 9는 선형 반사경을 이용하는 실시예의 정면도, 측면도, 밑면도를 나타낸 것으로서, 선형 반사경(22-6)은 지지대(22-2)를 통해 리시버(27)와 연결되어 있으며, 선형 반사경(22-6)에서 집광된 태양광(11-2)은 리시버(27)에 구비된 곡면 태양광 셀(23)의 표면에 수직으로 입사된다.9 is a front view, a side view, and a bottom view of an embodiment using a linear reflector. The linear reflector 22-6 is connected to the
집광장치(22)는 복수 개의 선형 반사경을 이용하여 구성될 수 있으며, 이 경우 각 선형 반사경에 대응하여 태양광 셀이 구비될 수 있다. 선형 반사경의 개수와 배열 구조는 다양하게 구성될 수 있다.The
도 10은 선형 반사경이 프레임(22-1)에 6개씩 3줄로 배치된 실시예를 보인 것으로서, 각 선형 반사경(22-6)에 대응하여 곡면의 태양광 셀(23)이 구비되어 있으며, 어느 선형 반사경에서 집광된 태양광은 그에 대응하여 배치되어 있는 태양광 셀의 표면에 수직 입사하게 된다.10 shows an embodiment in which the linear reflectors are arranged in three lines in the frame 22-1 in three lines. The
한편, 도 11을 참조하자면, 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전 시스템(20)은 냉매가 흐르는 배관(24-1)을 구비한 열 처리 장치(24)를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 냉매가 흐르는 배관(24-1)은 하나일 수도 있지만, 필요에 따라 복수 개가 구비될 수도 있다.Referring to FIG. 11, the condensing solar
이러한 열 처리 장치(24)의 역할은 리시버가 수행하도록 구성될 수도 있고, 열 처리 장치(24)는 리시버와 별도의 장치로 구성될 수도 있다.The role of the
도 11에는 설명의 이해를 돕기 위해 원통형으로 도시되어 있지만, 열 처리 장치(24)는 필요에 따라 다양한 구조와 형태를 갖도록 구성될 수 있으며, 열 처리 장치(24)의 외부 면 중 적어도 일부는 곡면의 태양광 셀을 부착할 수 있도록 곡면 처리될 수 있다.11, the
열 처리란 태양광 발전을 수행하는 과정에서 발생하는 열이나 에너지를 처리하는 것을 의미하며, 다양한 목적을 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 태양광 셀(23)에 발생하는 열을 제거하기 위한 방열, 열을 수집하여 이용하기 위한 열의 회수나 교환 등을 들 수 있다.Heat treatment refers to the treatment of heat or energy generated during the process of solar power generation and can be performed for various purposes. For example, heat dissipation for removing heat generated in the
도 11은 내부에 냉매가 흐르는 배관(24-1)을 구비하고 원통형으로 구성된 열 처리 장치(24)의 예를 보인 것으로서, 외부 면에 태양광 셀(23)을 부착할 수 있다.11 shows an example of a cylindrical
이때 태양광 셀(23)이 부착되는 부분은 열 전도가 잘 이루어질 수 있는 재질(예: 금속)로 처리할 수 있다.At this time, the portion to which the
도 12는 선형 반사경(22-6)을 이용한 실시예를 보인 것으로서, 선형 반사경(22-6)에서 집광된 태양광은 원통형으로 구성된 열 처리 장치(24)의 외부 면에 부착된 곡면의 태양광 셀(23)에 수직 입사되며, 열 처리 장치(24)는 방열이나 열의 회수 등 열 처리를 수행하게 된다.12 shows an embodiment using the linear reflector 22-6. The sunlight condensed in the linear reflector 22-6 is incident on the curved solar light attached to the outer surface of the cylindrical
도 13은 단면이 반원의 형태를 갖고, 내부에 3 개의 배관(24-1)을 구비한 열 처리 장치(24)의 예를 보인 것이다.Fig. 13 shows an example of a
각 배관(24-1)을 통해 냉매가 흐르도록 하여, 태양광 셀(23)의 과열로 인한 효율 저하 또는 파손을 방지할 수 있으며, 태양광 셀(23)에서 발생하는 열을 회수하여 재활용할 수도 있다.The refrigerant can flow through each of the pipes 24-1 to prevent the efficiency from being lowered or damaged due to overheating of the
도 14를 참조하자면, 열 회수가 필요하지 않은 경우, 열 처리 장치(24)는 태양광 셀(23)에서 발생하는 열을 제거하기 위한 방열 구조로 구성될 수 있다. 이를 위하여, 곡면형 태양광 셀(23)이 부착되는 부분(24-3)을 금속 등 열 전도율이 좋은 재질로 처리하고, 다양한 열 발산 구조(24-5)를 갖도록 구성할 수 있다.Referring to FIG. 14, in the case where heat recovery is not required, the
도 15를 참조하자면, 열 처리 장치(24)는 태양광 셀(23)로 흡수되지 않은 에너지를 회수하기 위한 미흡수 에너지 회수 수단(26)을 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 15, the
즉, 미흡수 에너지 회수 수단(26)은 난반사 또는 미 집광 등으로 인해 태양광 셀(23)에 흡수되지 못한 에너지를 회수하기 위하여 사용될 수 있다.That is, the insufficient water energy recovery means 26 can be used to recover energy that is not absorbed by the
미흡수 에너지 회수 수단(26)은 필요에 따라 다양한 구조와 형태를 갖도록 구성될 수 있으며, 태양광 셀(23)에 흡수되지 않은 태양광 에너지를 잘 흡수할 수 있는 재질로 구성될 수 있다.The insufficient water energy recovery means 26 may be configured to have various structures and shapes as required, and may be made of a material capable of absorbing the solar energy that is not absorbed by the
도 15는 단면이 반원의 형태를 갖는 원통형 열 처리 장치(24)의 양 측면을 따라 일정 길이만큼 돌출된 사각 박스 형태로 구성된 미흡수 에너지 회수 수단(26)의 예를 보인 것으로서, 미흡수 에너지 회수 수단(26)도 냉매가 흐르는 하나 이상의 배관(26-1)을 갖도록 구성될 수 있다.Fig. 15 shows an example of a weak water energy recovery means 26 configured in the form of a rectangular box protruding by a predetermined length along both sides of a cylindrical
열 처리 장치(24)는 각 배관을 흐르는 냉매를 저장하는 하나 이상의 열 저장 수단을 더 포함할 수 있다.The
도 16은 단면이 반원의 형태를 갖는 원통형 열 처리 장치(24)의 내부에 구비된 3개의 배관이 양 단에서 하나의 배관(29-1)으로 합쳐진 후 열 저장 수단(31)에 연결된 실시예를 보인 것이다.Fig. 16 shows an embodiment in which three pipes provided in a cylindrical
각 배관(29-1)을 흐르는 냉매는 열 저장 수단(31)을 경유하여 흐른다. 그러므로 열 저장 수단(31)은 배관(29-1)을 흐르는 냉매에 저장된 열 에너지를 저장하는 역할을 하게 된다.The refrigerant flowing through each pipe 29-1 flows via the heat storage means 31. [ Therefore, the heat storage means 31 serves to store the heat energy stored in the refrigerant flowing through the pipe 29-1.
열 회수 또는 열 교환은 여러 단계를 통해 이루어지도록 구성될 수도 있다.The heat recovery or heat exchange may be configured to occur through several steps.
이와 관련하여, 복수 개의 열 저장 수단이 각각 서로 다른 배관 그룹에 연결되도록 구성하고, 각 열 저장 수단을 냉매가 흐르는 배관으로 서로 연결할 수 있다. 예를 들어, 여러 배관들 중 일부는 1차 가열을 위해 사용하고, 또 다른 일부는 2차 가열을 위해 사용하는 형태로 구성될 수 있다.In this regard, a plurality of heat storage means may be connected to different pipe groups, and each heat storage means may be connected to each other by a pipe through which refrigerant flows. For example, some of the tubing may be configured for primary heating and another for secondary heating.
도 17을 참조하면, 단면이 반원의 형태를 갖는 원통형 열 처리 장치(24)의 내부에 구비된 3개의 배관이 하나의 그룹을 형성하고 제1 열 저장 수단(31)에 연결되며, 미흡수 에너지 회수 수단(26)에 구비된 2개의 배관이 또 다른 하나의 그룹을 형성하고 제2 열 저장 수단(32)에 연결된다.Referring to FIG. 17, three pipes provided in a cylindrical
그리고, 제1 열 저장 수단(31)과 제2 열 저장 수단(32)은 열 저장 수단 사이를 연결하는 배관(29-5)을 통해 서로 연결된다.The first column storing means 31 and the second column storing means 32 are connected to each other through a pipe 29-5 connecting between the heat storing means.
도 17에 도시된 실시예에서는 3개 배관 그룹을 통한 1차 가열, 및 미흡수 에너지 회수 수단(26)의 배관 그룹을 통한 2차 가열이 이루어지게 된다.In the embodiment shown in FIG. 17, the primary heating through the three pipe groups and the secondary heating through the group of the pipes of the low-water energy recovery means 26 are performed.
열 저장 수단의 개수, 및 각 열 저장 수단에 연결될 배관 그룹의 설정은 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.The number of heat storage means and the setting of the piping group to be connected to each heat storage means may be variously configured as needed.
이상에서 설명한 바와 같이, 곡면형 태양광 셀(23)과 열 처리 장치(24)를 함께 이용하면, 발전 효율 향상과 열 이용 효율 향상을 함께 도모할 수 있어서, 태양광 발전 시스템의 전체적인 효율 향상을 기대할 수 있게 된다.As described above, when the curved
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있는 것임은 물론이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention. to be.
12, 22: 집광장치 13, 23: 태양광 셀
17, 27: 리시버 20: 집광형 태양광 발전 시스템
22-1: 프레임 22-2: 지지대
22-5: 집광 렌즈 22-6: 선형 반사경
24: 열 처리 장치 24-1, 26-1, 29-1, 29-2, 29-5: 배관
26: 미흡수 에너지 회수 수단 31, 32: 열 저장 수단12, 22: condensing
17, 27: Receiver 20: Concentrated solar power generation system
22-1: frame 22-2: support
22-5: condenser lens 22-6: linear reflector
24: heat treatment apparatus 24-1, 26-1, 29-1, 29-2, 29-5: piping
26: insufficient water energy recovery means 31, 32: heat storage means
Claims (10)
상기 집광장치를 통해 집광된 태양광을 받아 발전을 수행하는 태양광 셀을 포함하고,
상기 태양광 셀은 집광된 태양광을 받는 표면이 곡면으로 이루어지며,
상기 집광 렌즈는 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)이고, 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성되되 중심점에 가까워질수록 곡률이 커지게 형성되며,
상기 집광장치는 x축과 y축의 방향 중 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들의 타원형의 곡면의 곡률이 큰 방향이 다른 방향보다 집광배율이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.a condensing device for condensing sunlight using a condensing lens having different condensing magnifications in the x- and y-axis directions; And
And a photovoltaic cell for receiving power of the condensed sunlight through the condenser,
The photovoltaic cell has a curved surface that receives the condensed sunlight,
Wherein the focusing lens is a Fresnel lens, each lens element of the Fresnel lens is formed in an elliptical shape having the same center point, and the curvature is increased as the focal point is closer to the center point,
Wherein the light converging device is configured such that the direction of the curvature of the elliptical curved surface of each of the lens elements of the Fresnel lens in the direction of the x axis and the y axis is larger than that of the other direction, Solar power system.
상기 집광 렌즈는 복수 개로 구성되고,
상기 집광 렌즈 각각에 대응하여 태양광 셀을 구비하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 1,
The condensing lens is composed of a plurality of lenses,
And a solar cell corresponding to each of the condenser lenses.
상기 각 선형 반사경에 대응하여 구비되고, 상기 각 선형 반사경을 통해 집광된 태양광을 받아 발전을 수행하는 태양광 셀을 포함하며,
상기 태양광 셀은 집광된 태양광을 받는 표면이 곡면으로 이루어지고,
상기 집광장치는 프레넬 렌즈를 포함하며, 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들은 같은 중심점을 갖는 타원형으로 형성되되 중심점에 가까워질수록 곡률이 커지게 형성되고,
상기 집광장치는 x축과 y축 방향 중 상기 프레넬 렌즈의 각 렌즈 요소들의 타원형의 곡면의 곡률이 큰 방향이 다른 방향보다 집광배율이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.A condensing device for condensing sunlight using a plurality of linear mirrors; And
And a photovoltaic cell provided corresponding to each of the linear reflectors and performing power generation by receiving the sunlight condensed through the respective linear reflectors,
Wherein the solar cell has a curved surface that receives the condensed sunlight,
Wherein each of the lens elements of the Fresnel lens is formed in an elliptical shape having the same center point, and the curvature increases as the focal point is closer to the center point,
Wherein the light converging device is configured such that the direction of the curvature of the elliptical curved surface of each of the lens elements of the Fresnel lens is larger than that of the other directions in the x- and y- Solar power system.
상기 태양광 셀은 집광된 태양광이 수직으로 입사되도록 하는 곡면을 갖는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to any one of claims 1, 3, and 4,
Wherein the solar cell is a curved solar cell having a curved surface such that the condensed sunlight enters vertically.
냉매가 흐르는 하나 이상의 배관을 구비한 열 처리 장치를 더 포함하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to any one of claims 1, 3, and 4,
A condensing solar power generation system using a curved solar cell further comprising a heat treatment apparatus having at least one piping through which a coolant flows.
상기 열 처리 장치는 곡면형 태양광 셀을 부착할 수 있도록 곡면 처리된 외부 면을 포함하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment apparatus includes a curved solar cell including a curved outer surface to which a curved solar cell can be attached.
상기 열 처리 장치는 상기 태양광 셀로 흡수되지 않은 에너지를 회수하기 위한 미흡수 에너지 회수 수단을 더 포함하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment apparatus further comprises a deficient water energy recovery means for recovering energy not absorbed by the solar cell.
상기 열 처리 장치는 상기 배관을 흐르는 냉매를 저장하는 하나 이상의 열 저장 수단을 더 포함하는 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the heat treatment apparatus further comprises one or more heat storage means for storing the refrigerant flowing through the piping.
복수 개의 열 저장 수단이 각각 서로 다른 배관 그룹에 연결되고, 각 열 저장 수단은 냉매가 흐르는 배관으로 연결된 곡면 태양광 셀을 이용한 집광형 태양광 발전 시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the plurality of heat storage means are respectively connected to different pipe groups, and each heat storage means is connected to a pipe through which refrigerant flows.
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KR1020160105258A KR101720651B1 (en) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | Concentrating Photovoltaics System using Curved Solar Cell |
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GRNT | Written decision to grant |