KR101723148B1 - Solar Cell Unit for Photovoltaic Power Generation and Method for Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전용 태양전지 유닛 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집광효율 및 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전용 태양전지 유닛 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 전 세계적으로 기후 변화 협약 등 각종 환경 관련 규제가 강화되고 있다. 또한 석유, 석탄 등과 같은 화석연료는 유한한 자원이므로 시간이 갈수록 고갈된다. 따라서 지속 가능하며 환경 친화적인 새로운 에너지원이 개발이 요구되고 있다. 예를 들어, 태양에너지, 지열, 풍력, 조력 등의 신재생 에너지를 사용하는 것이 개발되고 있으며, 이 중에서도 태양에너지는 발전 과정에서 공해가 배출되지 않고 지속적으로 사용할 수 있으므로 현재 가장 유력한 대체 에너지 중의 하나이다. 태양에너지를 이용한 발전이 태양광 발전 시스템이다.Recently, various environmental regulations such as the Convention on Climate Change have been strengthened around the world. In addition, fossil fuels such as petroleum and coal are finite resources, so they become depleted over time. Therefore, development of new energy sources that are sustainable and environmentally friendly is required. For example, the use of renewable energy such as solar energy, geothermal energy, wind power, and tidal power has been developed, among which solar energy is one of the most promising alternative energy sources because it can be continuously used without generating pollution . Solar power generation is a PV system.
도 1을 참조하여, 태양광 발전 시스템을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 태양광 발전 시스템은 독립형 시스템(Stand Alone System)과 계통연계 시스템(Grid-Connected System)으로 나눌 수 있으나, 이하에서는 편의상 독립형 시스템을 예로 들어 태양광 발전 시스템의 기본적인 구조를 설명한다.Referring to FIG. 1, a photovoltaic power generation system will be schematically described as follows. Solar power generation system can be divided into stand-alone system (Stand Alone System) and grid-connected system (hereinafter, referred to as grid-connected system).
일반적으로 독립형 태양광 발전 시스템은 태양전지 어레이(20), 전력제어기(4), 인버터(6) 및 축전지(9)를 포함하여 구성된다. 태양전지 어레이(20)는 태양광을 전기에너지로 변환하는 부분이며, 전력제어기(4)는 태양전지 어레이(20)에서 만들어진 전기를 제어하여 안정적인 전기를 출력하는 기능을 한다. 태양전지 어레이(20)에서 발전된 전기는 직류이며, 직류를 교류로 변환하는 것이 인버터(6)이다. 즉 직류는 인버터(6)에서 교류로 변환되어 전등과 같은 부하(8)에 공급된다. 독립형 태양광 발전 시스템에서는 여분의 전기를 저장하는 축전지(9)를 포함하는 것이 일반적이다. 한편, 계통연계 시스템은 태양발전과 다른 방식의 발전을 병행하는 것이며, 따라서 일반적으로 축전지를 사용하지 않는다. 계통연계 시스템도 태양전지 어레이에서 태양에너지를 전기에너지로 변환한다는 점에서는 동일하다.Generally, a stand-alone solar power generation system is comprised of a
상술한 바와 같이, 태양광을 전기에너지로 변환하는 부분이 태양전지 어레이(20)이며, 따라서 상기 태양전기 어레이(20)가 태양광 발전 시스템의 중요한 부분이다. 태양전지 어레이(20)를 상세히 설명하면 다음과 같다. 1차적으로 태양광을 전기에너지로 변환하는 부분이 태양전지(solar cell)(23)이다. 그런데 태양전지(23)의 출력전압은 매우 낮으므로, 다수의 태양전지(23)를 직렬로 하나의 패널에 조립한 것이 태양전지 모듈(solar module, Photovoltaic module)(21)이다. 그리고 태양전지 모듈(21)을 직병렬로 연결한 것이 태양전지 어레이(solar cell array)(20)이다.As described above, the portion that converts sunlight to electrical energy is the
상술한 바와 같이, 태양전지(23)는 태양광을 전기에너지로 변환하는 부분이며, 따라서 상기 태양전지(23)에서 태양광을 전기에너지로 효율적으로 변환시키는 것이 매우 중요하다. 이를 위하여, 태양광을 태양전지(23)로 집중시키는 것이 효과적이며, 또한 태양광을 태양전지(23)로 가능하면 수직으로 입사시키는 것이 효율적이다. 따라서 반사경이나 렌즈를 이용하여 태양광을 태양전지(23)로 집중시키는 집중형 태양발전(Concentrated Photovotaic Generation)이 제안되고 있다. 집중형 태양발전은 집중형 태양전지 유닛을 포함한다.As described above, the
도 2를 참조하여, 집중형 태양발전의 일 예를 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 2, an example of the centralized solar power generation will be described below.
집중형 태양전지 유닛(30)은 포물선 반사경(25)과, 상기 포물선 반사경(25)의 포물선의 초점에 위치하는 태양전지(23)를 포함하여 구성된다. 광학적으로, 포물선 반사경(25)에 평행하게 입사되는 태양광(S)이 포물선의 초점에 모이게 된다. 따라서, 포물선 반사경(25)에 평행하게 입사되는 태양광은 포물선의 초점에 위치한 태양전지(23)로 집중하게 된다.The centralized
도 3을 참조하여, 집중형 태양발전의 다른 예를 설명하면 다음과 같다.3, another example of the centralized solar power generation will be described.
집중형 태양전지 유닛(30a)의 다른 예에서는, 프레넬 렌즈(Fresnel lenz)(25a)와, 프레넬 렌즈(25a)의 초점에 위치하는 태양전지(23a)를 포함하여 구성된다. 광학적으로, 프레넬 렌즈(25a)에 평행하게 입사되는 태양광은 프레넬 렌즈(25a)의 초점에 모이게 된다. 따라서, 프레넬 렌즈(25a)에 평행하게 입사되는 태양광은 프레넬 렌즈(25a)의 초점에 위치한 태양전지(23a)로 집중하게 된다.Another example of the centralized
상술한 바와 같이, 반사경이나 렌즈를 이용하여 태양광을 태양전지(30, 30a)로 집중시키는 집중형 태양발전이 제안되고 있지만, 이러한 발전 방식에서도 결국 에너지 변환효율을 높이기 위해서는, 반사경 또는 렌즈가 정확히 태양을 향하게 하여, 즉 태양광의 입사각이 반사경 또는 렌즈와 법선을 이루도록 하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 집중형 태양발전에서도 결국 반사경 또는 렌즈에 평행하게 입사하는 태양광을 반사경 또는 렌즈을 이용하여 태양전지로 집중시키기 때문이다.As described above, there has been proposed a convergent solar power generation system in which sunlight is concentrated by the reflector or the lens to the
그런데, 태양전지 모듈이 지면이 고정 설치되어 있는 고정형 태양광 발전 시스템에서는, 계속하여 태양광의 입사각이 태양전지, 반사경 또는 렌즈와 법선을 이루도록 할 수 없다. 왜냐하면, 태양의 위치가 시간의 경과에 따라서 계속 변하기 때문이다. 따라서, 집중형 태양발전을 보다 효율적으로 하기 위하여, 태양의 위치 변화에 따라서 태양전지 모듈의 위치가 변경시키도록 하는 추적형 태양광 발전 시스템이 제안되어 있다. 추적형 태양광 발전시스템에서는, 태양의 궤도를 파악하여, 태양광을 항상 태양전지, 반사경 또는 렌즈에 수직하게 입사하도록 태양전지 모듈의 위치를 변경시키는 트랙커(Tracker)를 사용한다. 이러한 추적형 태양광 발전은 고정형 태양광 발전에 비하여 집광효율일 높일 수 있다. 그러나, 추적형 태양광 발전에서는 고정형 태양광 발전과는 달리 트랙커가 필수적으로 사용되어야 한다. 그런데, 트랙커는 태양의 위치를 파악하는 센서, 태양전지 어레이를 움직이는 구동부 등을 포함하므로 장치가 복합하다. 또한, 트랙커는 장치가 복잡하므로 설치 장소에 따라서 특히 사막, 아열대 기후 지역과 같은 열악한 환경에서 장치의 결함이 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 또한 트랙커는 비교적 고가의 장비이다. 따라서, 저비용이면서도 발전효율이 높은 태양광 발전시스템의 개발이 요구되고 있다.However, in a stationary solar power generation system in which the solar cell module is fixedly mounted on the ground, the incidence angle of the sunlight can not be made normal to the solar cell, the reflector, or the lens. This is because the position of the sun constantly changes with the passage of time. Therefore, in order to make the concentrated solar power generation more efficient, a tracking type solar power generation system has been proposed in which the position of the solar cell module is changed according to the change of the position of the sun. In the tracking type photovoltaic power generation system, a tracker is used which grasps the orbit of the sun and changes the position of the solar cell module so that the sunlight always enters the solar cell, the reflector, or the lens perpendicularly. Such tracking type solar power generation can increase the efficiency of light collection compared with fixed type solar power generation. However, in tracking type solar power generation, a tracker must be used unlike fixed type solar power generation. Incidentally, the tracker includes a sensor for detecting the position of the sun, a drive unit for moving the solar array, and the like, so that the apparatus is complex. In addition, the tracker has a complicated device, and accordingly, it is disadvantageous that the device is liable to be defective in a harsh environment such as a desert or a subtropical region depending on a place of installation. Trackers are also relatively expensive equipment. Therefore, development of a photovoltaic power generation system that is low in cost and high in power generation efficiency is required.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 집광효율 및 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전용 태양전지 유닛 및 그 제조방법을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a solar cell unit for solar power generation and a method of manufacturing the solar cell unit, which can improve light-condensing efficiency and power generation efficiency.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 본 발명은 내부에 반사경을 가지며, 상기 반사경은 타원체의 일부를 구성하는 몸체부와; 상기 반사경과 연결되며, 상기 타원체의 다른 일부를 구성하며, 외부의 태양광은 투과하고 내부의 태양광은 반사시키는 커버부와; 상기 타원체의 장축의 꼭지점에 위치되는 태양전지를 포함하여, 상기 커버부를 투과한 태양광이 상기 반사경과 상기 커버부의 내부에서 반사를 반복하여 상기 태양전지에 수렴하는 태양광 발전용 태양전지 유닛을 제공한다. 상기 몸체부와 상기 커버부는 각각 상기 타원체의 반을 구성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the present invention provides a light emitting device having a body part having a reflecting mirror therein, the body part constituting a part of an ellipsoid; A cover part connected to the reflector and constituting another part of the ellipsoid, the cover part transmitting outside sunlight and reflecting solar light inside; And a solar cell positioned at a vertex of a long axis of the ellipsoid, wherein solar light transmitted through the cover portion is repeatedly reflected within the reflector and the cover portion to converge on the solar cell do. The body portion and the cover portion may constitute half of the ellipsoid, respectively.
상기 커버부는 제1부재와, 상시 제1부재의 내면에 결합되며 상기 제1부재와 광학적 성질이 상이한 제2부재를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 제1부재는 유리이며, 상기 제1부재는 상기 유리에 코팅되는 필름일 수 있다. The cover portion preferably includes a first member and a second member that is always coupled to the inner surface of the first member and is different in optical property from the first member. The first member may be glass, and the first member may be a film coated on the glass.
한편, 상기 몸체부는 고정 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 커버부에는 장파장의 태양광은 반사하고 단파장의 태양광은 흡수하는 코팅층이 구비될 수 있다.Meanwhile, it is preferable that the body portion is fixedly installed. The cover may be provided with a coating layer that reflects sunlight having a long wavelength and absorbs sunlight having a short wavelength.
본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 상기 커버부는, 상기 타원체의 일부를 구성하며 내부에는 반사면을 가지는 반사부와; 상기 반사부와 연결되며 상기 타원체의 다른 일부를 구성하며, 다수의 통공을 구비하고 내부에는 반사면을 가지는 빛투과부를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 반사부는 제2초점의 외부에 위치하는 타원체를 구성하며, 상기 빛투과부는 제1초점 및 제2초점의 사이에 위치하는 타원체를 구성하는 것이 바람직하다. 상기 반사부 및 상기 빛투과부에는 반사경 역할을 하는 크롬 코팅이 구비되는 것이 바람직하다. 또한 상기 몸체부는 고정 설치되는 것이 바람직하다. According to another embodiment of the present invention, the cover portion includes a reflection portion which forms a part of the ellipsoid and has a reflection surface inside; And a light transmitting part connected to the reflecting part and constituting another part of the ellipsoid, having a plurality of through holes and having a reflecting surface inside. Preferably, the reflective portion constitutes an ellipsoid positioned outside the second focus, and the light transmissive portion constitutes an ellipsoid positioned between the first focus and the second focus. The reflective portion and the light transmitting portion are preferably provided with a chromium coating serving as a reflector. The body portion is preferably fixedly installed.
본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 타원체의 일부를 구성하도록 반사경을 만드는 단계와; 상기 타원체의 다른 일부를 구성하며, 외부의 태양광은 투과하고 내부의 태양광은 반사시키는 커버부를 만드는 단계와; 상기 타원체의 장축의 끝에 위치되는 태양전지를 설치하는 단계를 포함하여, 상기 커버부를 투과한 태양광이 상기 반사경과 상기 커버부의 내부에서 무한반사하여 상기 태양전지에 수렴하는 태양광 발전용 태양전지 유닛의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a reflector comprising the steps of: forming a reflector so as to constitute a part of an ellipsoid; Forming a cover part which constitutes another part of the ellipsoid and which transmits external sunlight and reflects sunlight inside; A step of installing a solar cell positioned at the end of the long axis of the ellipsoid, wherein the sunlight transmitted through the cover portion is infinitely reflected inside the reflector and the cover portion to converge on the solar cell, Of the present invention.
상술한 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다. The above-described solar cell unit for solar power generation according to the present invention and its manufacturing method have the following effects.
첫째, 본 발명에 따르면, 구조가 간단하면서도 집광효율 및 발전효율을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다. First, according to the present invention, there is an advantage that the structure is simple and the light-condensing efficiency and the power generation efficiency can be improved.
둘째, 본 발명에 따르면, 비교적 저비용으로도 효과적으로 집광효율 및 발전효율을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.Second, according to the present invention, there is an advantage that the light collection efficiency and the power generation efficiency can be effectively improved even at a relatively low cost.
도 1은 일반적인 태양광 발전 시스템의 구성을 간략히 도시한 구성도
도 2는 종래의 집중형 태양발전의 일 예의 태양전지 유닛을 간단히 도시한 단면도
도 3은 종래의 집중형 태양발전의 다른 예의 태양전지 유닛을 간단히 도시한 단면도
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 실시예를 간략히 도시한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 원리를 설명하기 위한 개념도
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 다른 실시예를 간략히 도시한 단면도BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a general solar power generation system;
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a conventional solar cell unit of a centralized solar cell
3 is a cross-sectional view schematically showing a solar cell unit of another example of a conventional centralized solar cell
4 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a solar cell unit for photovoltaic power generation according to the present invention.
5 is a conceptual diagram illustrating the principle of a solar cell unit for solar power generation according to the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the solar cell unit for photovoltaic power generation according to the present invention
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛 및 그 제조방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 아래에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 따라서 본 발명은 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지는 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a solar cell unit and method for manufacturing solar cell according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are intended to facilitate understanding of the present invention, and thus the present invention is not limited to the embodiments described below.
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 바람직한 실시예를 설명한다.4, a preferred embodiment of a solar cell unit for photovoltaic power generation according to the present invention will be described.
태양광 발전용 태양전지 유닛(100)은, 몸체부(110)와, 상기 몸체부(110)에 연결되는 커버부(130)와, 상기 커버부(130)의 소정 위치에 구비되는 태양전지(140)를 포함하여 구성된다. 태양전지(140)는 소정의 지지부(150)에 의하여 지지될 수 있다. 물론 태양전지(140)는 커버부(130)에 직접 설치될 수도 있다. The
한편, 본 실시예에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛은 태양의 위치에 따라 위치가 변하는 것이 아니고 설치 위치를 고정시킬 수 있다. 다만, 고정된 설치위치는 입사량이 가장 많은 시간대의 태양의 위치에 대응하도록 설치되는 것이 바람직하다. 예들 들어, 중위도 지방에서는 정남향에 설치될 수 있다.Meanwhile, the solar cell unit for photovoltaic power generation according to the present embodiment can fix the mounting position, not the position, according to the position of the sun. However, it is preferable that the fixed installation position is provided so as to correspond to the position of the sun in the time zone in which the incident amount is the greatest. For example, in the mid-latitude region, it can be installed in the South Pacific.
태양광 발전용 태양전지 유닛(100)의 각각의 구성요소를 상세히 설명하면 다음과 같다. Each component of the
몸체부(110)는 그 내부에 반사경(111)을 구비한다. 상기 반사경은 타원체(P)의 일부를 구성한다. 커버부(130)의 내면은 타원체(P)의 다른 일부를 구성한다. 즉 반사경(111)과 커버부(130)의 내면과 합쳐져 완전한 타원체(P)를 이루게 된다. The
상기 몸체부(110)의 반사경(111)과 상기 커버부(130)가 합쳐져 하나의 타원체(P)를 구성하기만 하면 되며, 상기 몸체부(110)의 반사경(111)과 상기 커버부(130)가 각각 타원체(P)의 절반을 구성하는 것도 가능하다. 상기 타원체(P)는 타원을 장축을 중심으로 360도 회전시켜 만든 속이 빈 회전체 형상이 된다. 그리고 상기 타원체(P)는 한 개의 타원을 장축으로 중심으로 돌린 회전체이므로 회전체의 모든 단면은 타원이며 그 타원의 초점은 동일하게 된다. 한편, 타원체(P)의 장축(Y)의 꼭지점에는 태양전지(140)가 구비된다. 즉 상기 태양전지는 커버부(130)의 소정 위치 즉 타원체(P)의 장축(Y)의 꼭지점(C2)에 구비된다.The
한편, 기본적으로 커버부(130)는 외부에서 입사되는 태양광은 투과하고, 내부로 입사된 태양광을 내부에서 반사시키는 기능을 수행하도록 구성된다. 예들 들어, 커버부(130)는 외부에서 입사되는 태양광의 전부 또는 일부가 투과하고, 내부로 입사된 태양광은 대부분 내부에서 반사시키도록 구성할 수 있다.Meanwhile, basically, the
상세히 설명하면, 커버부(130)는 외부의 제1부재(131)와, 상기 제1부재(131)의 내부에 결합되며 상기 제1부재(131)와 광학적 특성이 다른 재질의 제2부재(132)로 구성될 수 있다. 본 실시예에서는 커버부(130) 즉 타원체(P)의 외부에서 내부로 빛이 투과하며, 상기 타원체(P)의 내부로 투과된 빛은 상기 타원체(P)의 외부로 일부만 투과하고 대부분은 상기 타원체(P)의 내부에서 반사하는 성질을 이용한다. 즉 타원체의 내부로 입사된 빛을 상기 타원체의 내부에서 반사시켜 태양전지로 유도한다. 타원체의 내부에서 빛이 다수 번 반사하면서 태양전지로 유도되는 것은 타원체의 광학적 성질을 이용한다.The
한편, 본 실시예에서는, 타원체(P)의 내부로 투과된 빛은 상기 타원체의 외부로 다시 투과되지 않고 전부 상기 타원체의 내부에서 반사하면 가장 바람직하지만, 상기 타원체(P)의 내부로 입사된 빛의 일부는 다시 상기 타원체의 외부로 투과되더라도 적어도 일부의 빛이라도 상기 타원체의 내부에서 반사하여도 된다. 왜냐하면, 타원체(P)의 내부에 입사한 빛의 적어도 일부를 외부로 재투과 즉 나가지 않고 상기 타원체의 내부에서 반사시켜 태양전지로 향하게 하면 집광효율이 향상되기 때문이다.In this embodiment, it is most preferable that the light transmitted to the inside of the ellipsoid (P) is not transmitted back to the outside of the ellipsoid but is entirely reflected inside the ellipsoid. However, A part of the ellipsoid may be reflected to the outside of the ellipsoid or at least a part of the light may be reflected inside the ellipsoid. This is because, if at least a part of the light incident on the inside of the ellipsoid P is reflected to the inside of the ellipsoid without being re-transmitted to the outside, and is directed toward the solar cell, the light collection efficiency is improved.
타원체(P)의 내부로 투과된 빛의 적어도 일부를 상기 타원체의 내부에서 반사시키는 구조를 설명하면 다음과 같다. 커버부(130)를 구성하는 제1부재(131)와 제2부재(132)는 광학적 성질이 다른 예들 들어 투과율, 굴절율 및 반사율이 다른 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 예들 들어, 제1부재(131)는 유리, 제2부재(132)는 유리와 다른 재질인 필름층 또는 유리페인트를 사용할 수 있다. 이렇게 구성하면, 빛은 광학적 성질이 다른 매질인 제1부재(131)와 제2부재(132)를 통과하므로, 타원체(P)의 내부로 입사한 빛의 전부를 상기 타원체(P)의 외부로 나가지 않게 하고 적어도 일부를 다시 내부에서 반사시킬 수 있다. 그러나, 만약, 커버부(130)를 구성하는 제1부재(131) 및 제2부재(132)가 같은 재질 예들 들어 모두 유리라면 타원체(P)의 내부로 입사된 빛 중에 태양전지로 향하지 않는 빛은 모두 상기 타원체(P)의 외부로 나갈 것이다. 상기 제2부재(132)는 반투명유리, 코팅필름 등으로 일면은 반사하고 타면은 유리처럼 투과하는 재질을 사용할 수 있다.A structure for reflecting at least a part of the light transmitted to the inside of the ellipsoid P inside the ellipsoid will be described. The
도 5를 참조하여, 본 실시예에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛(100)의 작용 원리를 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 5, the operation principle of the
먼저, 타원체(P)의 초점(F1)으로 입사하는 태양광(S3)에 대하여 설명한다. 타원의 성질상, 타원의 초점으로 입사한 태양광(S3)은 상기 타원체(P)의 내부에서 반사를 반복하면, 결국에는 타원체(P)의 장축(Y)을 따르게 된다. 즉, 타원체(P)의 초점(제1초점)(F1)에 입사한 태양광(S3, L1)은 타원체(P)의 내면에서 반사한 후에 다른 초점(제2초점)(F2)으로 입사하게 된다.(L2 참조) 타원체의 제2초점에 입사한 태양광(L2)은 타원체의 내면에서 반사한 후에 다시 제1초점(F1)으로 입사하게 된다.(L3 참조) 이러한 과정을 반복하게 되면 태양광은 결국 타원체(P)의 장축(Y)으로 수렴하게 된다.(L4 참조) 그런데, 본 실시예에서는, 태양전지(140)가 타원체(P)의 장축(P)의 꼭지점(C2)에 구비된다. 따라서 타원체(P)의 제1초점(F1) 또는 제2초점(F2)으로 입사한 태양광은 상기 타원체(P)의 내부에서 반사를 반복하여 결국 태양전지(140)로 모이게 된다. 타원체(P)의 크기 또는 태양전지(140)의 크기를 적절히 조절하면, 적은 수의 반사 예들 들어 대략 4-5회의 반사 후에 태양전지(140)로 빛을 수렴시킬 수 있다.First, the sunlight S3 incident on the focus F1 of the ellipsoid P will be described. The sunlight S3 incident at the focus of the ellipse P follows the long axis Y of the ellipsoid P when the reflection is repeated inside the ellipsoid P in the nature of the ellipse. That is, the sunlight S3, L1 incident on the focus (first focus) F1 of the ellipsoid P is incident on another focus (second focus) F2 after being reflected by the inner surface of the ellipsoid P (Refer to L2) The sunlight L2 incident on the second focal point of the ellipsoid is incident on the first focal point F1 again after being reflected from the inner surface of the ellipsoid (refer to L3). The light converges to the long axis Y of the ellipsoid P. The
또한, 타원체(P)의 초점(F1, F2) 근처로 입사하는 태양광도 마찬가지로 상기 타원체(P)의 내부에서 반사를 반복하면서 상기 타원체(P)의 장축(Y)을 따르게 된다. 왜냐하면, 타원체(P)의 초점이 아닌 부분으로 입사하는 빛도 반사면에서 입사각과 반사각이 같으므로, 타원체의 내부에서 반사를 반복하면 빛은 점점 초점 방향으로 향하게 되고 빛은 결국 상기 타원체(P)의 장축(Y)을 따르게 된다. 한편, 타원체(P)의 장축(Y)과 평행하게 입사하는 태양광도 유사한 결과를 얻을 수 있다. 왜냐하면, 타원체(P)의 장축(Y)과 평행하게 입사하는 태양광의 경우에는 입사각과 반사각은 같으며, 따라서 타원체(P)의 장축(Y)에 평행하게 입사하는 태양광은 반사의 횟수가 적어도 거의 타원체(P)의 장축(Y)에 따르게 된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 타원체(P)의 단축(X)으로 입사되는 태양광 이외의 태양광은 모두 타원체(P)의 장축(Y)의 꼭지점(C2)에 위치한 태양전지(140)로 수렴하게 된다.The sunlight entering near the focuses F1 and F2 of the ellipsoid P also follows the long axis Y of the ellipsoid P while repeating reflection in the ellipsoid P as well. This is because the incident light at the non-focal point of the ellipsoid P has the same incident angle and the same reflection angle at the reflective surface. Therefore, if the reflection is repeated inside the ellipsoid, the light is gradually oriented in the focusing direction, (Y). On the other hand, sunlight incident in parallel with the long axis Y of the ellipsoid P can obtain similar results. This is because the incidence angle and the reflection angle are the same in the case of the sunlight incident parallel to the long axis Y of the ellipsoid P and therefore the sunlight incident on the long axis Y of the ellipsoid P in parallel Substantially coincides with the long axis Y of the ellipsoid P. [ The sunlight other than the sunlight incident on the short axis X of the ellipsoid P is all directed to the
한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양전지 유닛(100)에서는, 태양광이 타원체(P)로 입사하고, 입사한 태양광이 타원체(P)의 내부에서 반사하여 태양전지(140)로 수렴하는 원리를 이용한다. 따라서 이론적으로는 타원체(P)의 내부에 입사한 빛이 외부로 전혀 재투과 즉 나가지 않고 내부에서 모두 반사시킬 수 있다면 가장 바람직하다. 그러나, 타원체(P)의 내부로 입사한 빛의 일부는 외부로 다시 나가고 일부만을 타원체(P)의 내부에서 반사시켜도 집광효율이 증가된다. 왜냐하면, 종래의 고정형 태양광 발전에서는 태양광이 태양전지로 수직하게 입사하는 시간 동안 만이 실질적으로 태양광 발전이 이루어지며, 태양광이 태양전지로 경사지게 입사하는 경우에는 거의 태양광 발전이 이루어지지 않는다. 실제로 지역에 따라 다르지면 태양광 발전에 사용되는 일조시간은 하루에 3.5시간 내외에 불과하다. 그러나 본 실시예에서는 태양광이 태양전지로 경사지게 입사하는 경우에도 타원체의 내부에서 반사를 반복하여 태양전지로 수직하게 입사하므로 태양의 궤도와 상관없이 태양광 발전이 가능하므로, 결국 태양광 발전 시간을 연장시키는 효과가 발생한다. 따라서, 타원체(P)로 입사한 태양광의 모두가 타원체(P)의 내부에서 반사하지 않더라도 적어도 타원체(P)의 내부에서 반사되는 태양광 만큼의 발전이 증가되게 된다. 따라서 본 실시예에 의하면, 고정형 태양발전과 거의 동일한 비용으로 발전효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 물론 기존의 추적형 태양발전을 사용하면 보다 효과적인 태양광 발전이 가능할 수 있지만, 종래기술에서 설명한 바와 같이, 추적형 태양발전은 트랙커를 반드시 사용해야 하므로 복잡한 장치가 필요하고 비용이 현저히 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 트랙커를 사용하지 않고도 적어도 고정형 태양발전보다 발전효율을 높일 수 있다.As described above, in the
한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛(100)은 태양의 위치에 따라 위치가 변하는 것이 아니고 설치 위치를 고정되어 있다. 고정된 설치위치는 입사량이 가장 많은 시간대의 태양의 위치에 대응하도록 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛(100)에 따르면, 단축 방향(S4)으로 입사하는 태양광 이외의 태양광 즉 초점 방향(S3), 장축 방향(S1), 초점 및 장축의 사이 방향(S2)으로 입사하는 태양광은 장축(Y)을 따르게 되므로, 결국 타원체(P)의 장축(Y)의 꼭지점(C2)에 설치된 태양전지(140)로 모이게 된다. 즉 본 발명에 따르면, 태양광 발전용 태양전지 유닛(100)의 위치가 고정 설치되어 있지만, 태양의 위치가 변하여 태양광이 어느 방향(단축 방향(S4) 제외)으로 입사하더라도 반사경(111)과 커버부(130)의 내부에서 반사를 반복하여, 결국 태양전지(140)로 모이게 되므로, 태양광 발전 시간을 연장하는 효과가 있고 따라서 집광 효율 및 발전효율이 향상되게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛에 따르면, 고가의 트랙커를 사용하지 않고도 집광 효율 및 발전 효율을 향상시킬 수 있다.On the other hand, as described above, the position of the
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 다른 실시예(100a)를 설명한다.6, another
본 실시예도 상술한 실시예와 작용 원리는 유사하다. 다만, 커버부의 구조가 상술한 실시예와 상이하다. 따라서 커버부(200)의 구조를 위주로 하여 설명한다. 본 실시예에 따른 커버부(200)도 상술한 실시예와 동일하게 타원체(P)의 일부를 구성한다. 다만, 본 실시예에 따른 커버부(200)는, 제2초점(F2)의 외부 방향의 타원체를 구성하는 반사부(230)와, 상기 반사부(230)에 연결되며 제2초점(F2)과 제1초점(F1) 사이의 타원체(P)를 구성하는 빛투과부(220)를 포함하여 구성된다. 반사부(230) 및 빛투과부(220)의 내부는 모두 반사경 역할을 하도록 처리된다. 다만, 빛투과부(220)에는 타원체(P)의 내부로 빛을 유도하는 다수의 통공(240)이 구비된다. 따라서 본 실시예에서는 빛투과부(220)의 통공(240)을 통과한 빛이 내부에서 반사하면서 태양전지(140)로 수렴하게 된다.The present embodiment is similar to the above-described embodiment in working principle. However, the structure of the cover portion is different from the above-described embodiment. Therefore, the structure of the
예들 들어, 커버부(200) 전체를 유리재질로 하고, 상기 커버부(200)의 내부 또는 외부에 반사경역할을 하는 크롬 도금을 하고, 상기 커버부(200) 중의 빛투과부(220)에는 소정 갯수의 통공(24)을 형성시킬 수 있다. For example, the
본 실시예에서는, 빛투과부(220)의 통공(240)을 통하여 타원체(P)의 내부로 빛이 입사되므로, 상술한 실시예에 비하여 타원체(P)의 내부로 입사되는 입사량은 작아질 수 있다. 그러나, 타원체(P)의 내부에서 빛이 반사를 반복하여 태양전지(140)로 수렴하므로 역시 태양의 궤도에 상관없이 태양빛을 태양전지(140)에 수직하게 입사시킬 수 있으며, 따라서 태양광 발전 시간을 향상시키는 효과가 있고 결국 집광효율 및 발전효율을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, since light is incident into the ellipsoid P through the through
본 실시예에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛(100a)에서도, 태양의 위치에 따라 위치가 변하는 것이 아니고 설치 위치를 고정시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 타원체(P)의 초점 방향으로 태양전지 유닛(100a)을 설치하는 것도 가능하다. 물론 정남향에 설치될 수도 있다.In the
한편, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛의 다른 실시예에 의하면, 상기 커버부(130, 200)의 외측에는 장파장의 태양광은 반사하고 단파장의 태양광은 흡수하는 코팅층이 구비되는 것이 바람직하다. 이렇게 구성하면, 태양전지 유닛(100, 100a)에서 열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양전지 유닛에서, 태양전지는 실리카 계열, 갈륨비소 계열 등 다양한 형식을 사용할 수 있으나, 갈륨비소 계열을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 발명은 추적형 태양광 발전 시스템에 적용하는 것도 가능하다. According to another embodiment of the solar cell unit for photovoltaic power generation according to the present invention, a coating layer that reflects sunlight of a long wavelength and absorbs sunlight of a short wavelength is provided outside the
상술한 바와 같이, 본 발명을 구체적 구성요소 등과 같은 특정 사항을 가지는 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 사용된 것이다. 즉 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형의 본 발명의 범주이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. That is, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and variations are possible in light of the above description of the present invention.
100 : 태양전지 유닛 111 : 반사경
130 : 커버부 140 : 태양전지100: solar cell unit 111: reflector
130: Cover part 140: Solar cell
Claims (11)
상기 반사경과 연결되며, 상기 타원체의 다른 일부를 구성하며, 외부의 태양광은 투과하고 내부의 태양광은 반사시키는 커버부와;
상기 타원체의 장축의 꼭지점에 위치되며, 상기 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양전지를 포함하여,
상기 태양광은 실질적으로 상기 커버부의 전체를 통하여 입사되며, 입사된 상기 태양광은 상기 몸체부 및 상기 커버부의 내부에서 반사를 반복하여 상기 태양전지에 수렴하고, 상기 태양광은 상기 태양전지에서 전기에너지로 변환되는 태양광 발전용 태양전지 유닛.The reflector having a body portion constituting a part of the ellipsoid;
A cover part connected to the reflector and constituting another part of the ellipsoid, the cover part transmitting outside sunlight and reflecting solar light inside;
A solar cell positioned at a vertex of the major axis of the ellipsoid and converting the solar light into electric energy,
Wherein the solar light is incident substantially through the entire cover portion, and the incident solar light is repeatedly reflected within the body portion and the cover portion to converge on the solar cell, and the solar light is reflected by the solar cell Solar cell unit for solar power conversion into energy.
상기 타원체의 다른 일부를 구성하며, 외부의 태양광은 투과하고 내부의 태양광은 반사시키는 커버부를 만드는 단계와;
상기 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양전지를 상기 타원체의 장축의 꼭지점에 설치하는 단계를 포함하여,
상기 태양광은 실질적으로 상기 커버부의 전체를 통하여 입사되며, 입사된 상기 태양광은 상기 반사경 및 상기 커버부의 내부에서 반사를 반복하여 상기 태양전지에 수렴하고, 상기 태양광은 상기 태양전지에서 전기에너지로 변환되는 수렴하는 태양광 발전용 태양전지 유닛의 제조방법.Making a reflector to construct a part of the ellipsoid;
Forming a cover part which constitutes another part of the ellipsoid and which transmits external sunlight and reflects sunlight inside;
And installing a solar cell for converting the solar light into electrical energy at apexes of the long axis of the ellipsoid,
Wherein the solar light is incident substantially through the entire cover portion, and the incident sunlight is repeatedly reflected within the reflector and the cover portion to converge on the solar cell, and the solar light is converted into electric energy Wherein the solar cell module is a solar cell module.
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CN108491633A (en) * | 2018-03-24 | 2018-09-04 | 中国人民解放军海军航空大学 | One kind being based on standard spheroid Newton iteration method extraterrestrial target/bait measurement data production method |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |