KR101808117B1 - 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실은 복수개의 경사면이 결합되어 지붕을 형성하며, 태양광이 투과되어 양지식물을 재배하기 위하여 이중유리로 감싸지는 온실과, 상기 이중유리 사이에 구비되고, 상기 온실의 외벽을 감싸며 태양광을 투과 및 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 1태양전지와, 직사광이 유입되는 상기 지붕의 일면에 형성된 상기 이중유리 사이에 구비되어 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양광모듈과, 상기 제 1태양전지와 상기 태양광모듈로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실에 관한 것으로, 보다 상세하게는 온실을 형성하는 이중유리 사이에 종류가 다른 태양전지가 구비되어 효과적으로 태양광 발전을 할 수 있는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실에 관한 것이다.
온실(greenhouse)은 식물(꽃이나 채소, 과일 등)을 재배하기 위하여 투명한 이중유리나 비밀로 구성되어 외부로부터 빛을 투과시키는 전용건물로서, 식물을 날씨나 온도 또는 해충의 영향으로부터 보호하는 것이며, 식물이 순조롭고도 빠르게 성장 가능하도록 한다. 특히, 열대 또는 한대 지역에서는 온실이 제공하는 적당한 온도 및 습도 환경에 의한 식물의 성장촉진 효과가 더욱 현저하다.
이러한 온실은 일반적으로, 빛을 투과할 수 있는 지붕을 구비한다. 태양광은 식물이 광합성 작용을 행할 수 있도록 지붕을 통하여 식물에 조사된다. 나아가, 온실은 온도나 습도 등을 제어하는 공조설비를 몇 개 정도 갖추고, 온실 내의 온도 및 습도가 식물의 성장에 최적상태로 되도록 제어한다. 또한, 스프링클러를 갖추어, 물을 식물에 정기적으로 살포한다.
이들 장치가 작동함에 따라, 온실은 대량의 전력을 소비하게 된다. 그 결과, 온실을 사용하고 있는 사용자(농민 등)에게 전기세는 큰 부담이 된다. 여기서, 온실에 있어서 빛이 가장 강하고, 일사량이 가장 충분한 장소(일반적으로는 지붕)에 투광성 박막 태양전지를 부착하여, 식물에 대한 광조사에 영향을 주지 않으면서 전력을 공급하는 기술이 제안되었다.
그러나, 박막 태양전지는 투광성을 갖추고 있지만 여전히 적잖이 태양광의 차폐 또는 흡수를 초래하며, 태양광이 충분하지 않은 경우, 식물의 성장에 영향을 끼치는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양광의 유입량이 많은 남향에는 실리콘 태양전지를 사용하고, 온실의 외벽에는 투과되는 파장과 투과율을 선택할 수 있는 염료감응 태양전지를 사용하여 식물의 성장에 필요한 빛을 적절한 세기로 공급함과 태양광 발전을 하여 전기를 발생시킬 수 있는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실은 복수개의 경사면이 결합되어 지붕을 형성하며, 태양광이 투과되어 양지식물을 재배하기 위하여 이중유리로 감싸지는 온실과, 상기 이중유리 사이에 구비되고, 상기 온실의 외벽을 감싸며 태양광을 투과 및 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 1태양전지와, 직사광이 유입되는 상기 지붕의 일면에 형성된 상기 이중유리 사이에 구비되어 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양광모듈과, 상기 제 1태양전지와 상기 태양광모듈로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템을 포함할 수 있다.
상기 온실은 상기 외벽 및 상기 지붕을 형성하는 프레임과, 상기 프레임을 감싸며 상기 온실 내부로 태양광을 투과시키기 위하여 이중으로 형성된 상기 이중유리와, 상기 온실 내부에 구비되어 상기 양지식물의 부족한 파장을 보완하거나 야간 생육을 조절하는 조명장치와, 상기 온실의 남향에 설치되는 상기 제 1태양전지가 설치된 상기 외벽의 실내측 방면에 설치되어 상기 제 1태양전지에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 양지식물로 전달하는 광확산필름과, 상기 광확산필름이 설치된 상기 외벽의 타면에 설치되는 무채색의 제 3태양전지를 투과하여 상기 온실 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름을 구비할 수 있다.
상기 지붕은 직사광의 유입량이 많은 남향에 위치하며, 상기 태양광모듈이 설치되는 제 1지붕과, 상기 제 1지붕의 일 단면에 소정의 각도로 결합되어 상기 제 1태양전지가 설치되는 제 2지붕과, 상기 제 1지붕 및 상기 제 2지붕의 실내측 방면에 구비되어 상기 제 1태양전지 및 상기 태양광모듈에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 양지식물로 전달하는 광확산필름을 구비할 수 있다.
상기 제 1태양전지는 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지로 형성될 수 있다.
상기 태양광모듈은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 복수개의 제 2태양전지와, 복수개의 상기 제 2태양전지 사이에 형성되어 상기 태양광이 상기 온실 내부로 투과시키는 투과홀이 구비될 수 있다.
상기 제 2태양전지는 태양광의 일사량을 조절하기 위하여 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실은 직사광의 유입량이 많은 남향으로 경사면이 형성되는 지붕을 구비하고 이중유리로 형성되는 온실과, 상기 이중유리 사이에 구비되고, 상기 온실의 외벽을 감싸며 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 3태양전지와, 상기 지붕의 이중유리 사이에 설치되어 태양광을 흡수하며 전기를 생산하는 태양광모듈과, 상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈의 일면 사이에 구비되며, 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 최소 일사량을 상기 온실 내부로 유입시키는 제 1태양전지와, 상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈을 투과하여 상기 온실 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름과, 상기 제 1태양전지와 상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템을 포함할 수 있다.
상기 온실은 상기 외벽 및 상기 지붕을 형성하는 프레임과, 상기 프레임을 감싸는 상기 이중유리와, 상기 온실 내부에 구비되어 상기 음지식물의 야간 생육을 조절하는 조명장치를 구비할 수 있다.
상기 지붕은 직사광의 유입량이 많은 남향에 위치하며, 상기 태양광모듈이 설치되는 제 1지붕과, 상기 제 1지붕의 일 단면과 상기 제 3태양전지가 구비된 외벽의 상부 사이에 구비되며, 상기 제 1태양전지가 설치되는 제 2지붕과, 상기 제 2지붕의 실내측 방면에 구비되어 상기 제 1태양전지에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 음지식물로 최소 일사량을 전달하는 광확산필름을 구비할 수 있다.
상기 제 1태양전지와 상기 제 3태양전지는 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지로 형성될 수 있다.
상기 태양광모듈은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실에 의하면, 온실의 지붕 및 외벽의 이중유리 사이에 구비된 태양전지를 통해 전력을 생산하는 동시에 양지식물 및 음지식물의 생장에 적합한 파장을 선택하여 투과시킬 수 있을 뿐만 아니라 투과율을 조절함으로써 일조량도 최적화할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광모듈을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광모듈을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실은 복수개의 경사면이 결합되어 지붕(140)을 형성하며, 태양광이 투과되어 양지식물을 재배하기 위하여 이중유리(120)로 감싸지는 온실(100)과, 상기 이중유리(120) 사이에 구비되고, 상기 온실(100)의 외벽을 감싸며 태양광을 투과 및 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 1태양전지(200)와, 직사광이 유입되는 상기 지붕(140)의 일면에 구비되어 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양광모듈(300)과, 상기 제 1태양전지(200)와 상기 태양광모듈(300)로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템(400)을 구비할 수 있다.
상기 온실(100)은 광선, 온도, 습도 등을 조절하여 각종 식물을 재배하기 위한 구조물로써, 식물의 생육방식에 따라 온실(100) 내부의 온도를 조절할 수 있다. 이러한 온실(100)은 태양광을 공급받는데 그림자나 기타 장애물에 의한 일사량 사각지대를 최소화하도록, 외벽 중 특히 지붕(140)에서 태양광에 의한 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
상기 온실(100)은 상기 외벽 및 상기 지붕(140)을 형성하는 프레임(110)과, 상기 프레임(110)을 감싸며 상기 온실(100) 내부로 태양광을 투과시키기 위하여 이중으로 형성된 상기 이중유리(120)와, 상기 온실(100) 내부에 구비되어 상기 양지식물의 부족한 파장을 보완하거나 야간 생육을 조절하는 조명장치(130)와, 상기 온실(100)의 남향에 설치되는 상기 제 1태양전지(200)가 설치된 상기 외벽의 실내측 방면과 상기 지붕(140)의 실내에 설치되어 상기 제 1태양전지(200)에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 양지식물로 전달하는 광확산필름(150)과, 상기 광확산필름(150)이 설치된 상기 외벽의 타면에 설치되는 무채색의 제 3태양전지(210)를 투과하여 상기 온실(100) 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름(500)을 구비할 수 있다.
상기 프레임(110)은 상기 온실(100)의 형태를 다양하게 형성할 수 있도록 지면에서 다양한 형상으로 조립 및 설치할 수 있다. 상기 프레임(110)은 철재, 알루미늄 등 다양한 재질로 형성하여 상기 온실(100)의 하중을 지지할 수 있는 구조로 형성될 수 있다.
이러한, 상기 프레임(110)에 의하여 외벽 및 지붕(140)의 형태가 결정되고, 상기 온실(100)의 외측을 감싸는 제 1태양전지(200) 및 태양광모듈(300)이 설치될 수 있다.
상기 이중유리(120)는 상기 프레임(110) 사이 및 외측에 구비되어 상기 제 1태양전지(200) 및 태양광모듈(300)이 내부에 수용될 수 있으며, 상기 이중유리(120)에 의하여 온실(100) 내부의 온도, 습도 등이 유지되어 외부와의 열교현상을 차단될 수 있다.
상기 조명장치(130)는 온실(100) 내에 설치되는 다수의 LED에 전기에너지를 공급함으로써, LED의 조사량(照射量)을 조절하는 장치로써, 온실(100) 내에서 재배되는 식물의 종류에 따라 조사량을 늘이거나 감소시킬 수 있다. 이와 더불어 다양한 파장의 LED가 온실(100) 내에 장착될 경우, 필요에 따라 원하는 파장의 LED에만 전기를 공급함으로써, 온실(100)내의 식물에 필요한 파장의 빛을 공급할 수 있다.
이와 같이 조명장치(130)는 축전 시스템(400)으로부터 축전된 전기에너지를 조명장치(130)로 공급한다. 즉, 일사량이 부족한지 여부를 판단한 후, 일사량이 부족하면 축전 시스템(400)으로부터 조명장치(130)로 전기에너지를 공급함으로써 부족한 일사량을 충당할 수 있다.
이러한, 상기 조명장치(130)에 의하여 일사량이 부족한 야간이나 날씨가 흐린 날에도 양지식물에 다양한 파장의 빛을 공급할 수 있다.
상기 온실(100)의 프레임(110)과 상기 이중유리(120)에 의하여 형성되는 외벽은 지면에서 상부로 연장되어 형성될 수 있으며, 상기 지붕(140)은 외벽의 상단에 구비되어 태양광에 의하여 전기를 생산할 수 있다.
상기 지붕(140)은 상기 태양광모듈(300)이 설치되는 제 1지붕(141)과, 상기 제 1지붕(141)의 일 단면에 소정의 각도로 결합되어 상기 제 1태양전지(200)가 설치되는 제 2지붕(142)과, 상기 제 1지붕(141) 및 상기 제 2지붕(142)의 실내측 방면에 구비되어 상기 제 1태양전지(200) 및 상기 태양광모듈(300)에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 양지식물로 전달하는 광확산필름(150)을 구비할 수 있다.
상기 제 1지붕(141)은 태양광의 유입량이 많은 남향으로 위치될 수 있으며, 직사광선이 상기 태양광모듈(300)에 직접 유입되어 많은 전기에너지가 생산될 수 있다. 또한, 상기 제 1지붕(141)과 상기 제 2지붕(142)은 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 광확산필름(150)은 상기 지붕(140)이 구비되는 온실(100)의 지붕(140)에 해당하는 이중유리(120)의 내측면에 구비되어 제 1지붕(141)에 구비된 상기 태양광모듈(300)과 제 2지붕(142)에 구비된 상기 제 1태양전지(200)를 투과한 태양광이 확산되어 상기 온실(100) 내부의 양지식물로 전달될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 광확산필름(150)은 상기 온실(100)의 남향에 설치되는 상기 제 1태양전지(200)가 설치된 상기 외벽의 실내측 방면과 상기 지붕(140)의 실내에 설치되어 상기 제 1태양전지(200)에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시켜 상기 양지식물로 전달할 수 있다.
이러한 광확산필름(150)의 재질은 많은 광투과성과 투명성을 가진 유기물 재료가 될 수 있다. 상기 유기물 재료는 아크릴 레진(acrylic resins), 불포화폴리에스테르 레진(unsaturated polyester resins), 우레탄 레진(urethane resins), 에폭시 레진(epoxy resins), 또는 멜라민 레진(melamine resins)이 될 수 있다.
상기 광확산필름(150)은 빛의 투과도를 위해서 투명재료로 형성되며, 상기 광확산필름(150)에 태양광이 입사하면, 빛이 확산되기에 원하는 파장대의 빛의 투과를 유도할 수 있다. 이러한, 광확산필름(150)을 이용하면 단파장 뿐만 아니라, 장파장의 광흡수도 크게 향상될 수 있다.
상기 제 2지붕(142) 및 상기 온실(100)의 이중유리(120) 사이에서 외벽을 감싸며 구비되는 상기 제 1태양전지(200)는 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지(Dye-sensitized solar cell; DSSC)로 형성될 수 있다.
이러한 상기 제 1태양전지(200)는 상기 온실(100)의 전체 면적에 걸쳐 사용하는 경우 기존에 셀 간격을 띄어 배열한 태양전지에 비해 온실(100) 내에 균일한 일조 조건을 제공할 수 있다. 온실(100)의 외벽은 곡선이나 직선 등을 이용하여 다양한 형태로 이루어질 수 있으므로 제 1태양전지(200)는 유연한 재질로 구현되어 구부림이 가능한 것이 사용될 수 있다.
여기서, 상기 제 1태양전지(200)에 사용되는 염료감응 태양전지는 p-n 접합을 이용하는 웨이퍼 형태의 실리콘이나 화합물 태양전지와 달리 가시광선의 파장을 가지는 빛이 입사하면 이를 받아 전자-홀 쌍을 형성할 수 있는 염료분자와 여기된 전자를 받아들일 수 있는 산화물 반도체 그리고 일을 하고 전지로 돌아오는 전자와 반응하는 전해질을 그 주된 구성성분으로 할 수 있다.
지금까지 잘 알려진 염료감응 태양전지는 스위스의 그라첼(Gratzel) 등에 의해 발표되었다. 그라첼 등에 의해 발표된 광전기화학적 태양전지는 가시광선을 흡수하여 전자-홀 쌍(electron-hole pair)을 생성할 수 있는 감광성 염료분자와, 염료분자가 흡착되어 있는 나노입자 이산화티탄(TiO2)으로 이루어지는 산화물 반도체 전극, 백금 혹은 탄소가 코팅된 상대 전극, 그리고 그 사이에 채워진 전해질 용액으로 구성된다. 이 광화학적 전지는 p-n 접합을 이용하는 웨이퍼 형태의 태양전지에 비하여 전력당 제조 원가가 저렴하여 주목받아 왔다.
이처럼 염료감응 태양전지에서, 광의 흡수를 통한 전자의 발생은 염료에서 이루어지고 전극으로 사용되는 이산화티탄과 같은 산화물반도체는 단순히 발생한 전자를 전도체로 이루어진 current collector로 이동시키는 역할을 수행하므로 반투명한 성질을 가질 수 있게 되고 사용되는 염료를 무엇으로 하느냐에 따라 염료에 흡수되어 전자를 발생시키는 파장대가 달라짐으로 인해 파장의 선택이 가능하다.
아울러, 전극에 흡착되는 염료의 종류 및 농도를 조절하거나 전극층의 종류와 두께를 변화시킴으로써 용이하게 투과율을 조절할 수 있다.
이와 같이, 상기 제 1태양전지(200)로 염료감응 태양전지를 사용하는 경우, 광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율을 선택할 수 있다.. 즉 염료감응 태양전지에서는 TiO2와 같은 산화물 반도체에 흡착되는 염료를 달리하는 것만으로 투과되는 파장을 조절할 수 있으며, 전극층의 종류와 두께 그리고 염료의 종류와 농도 등을 달리하여 투과율을 변경하는 것도 가능하다. 또한, 염료감응 태양전지에서 전기를 발생시키는 발전에 사용되는 파장은 사용하는 염료에 따라 달라질 수 있다.
상기 제 3태양전지(210)는 상기 제 1태양전지(200)와 같이 염료감응 태양전지로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제 3태양전지(210)는 북향과 같이 태양광의 유입량이 낮으며, 염료감응 태양전지를 투과하여 온실(100) 내부로 유입되는 태양광이 낮을 경우 염료감응 태양전지의 색이 검정, 회색과 같이 무채색으로 형성될 수 있다.
이러한 제 3태양전지(210)는 별도의 파장을 발생하지 않으며, 태양광을 활용하여 전기에너지를 발전시키기 위한 효율을 높일 수 있다. 그리고 상기 제 3태양전지(210)가 부착된 상기 온실(100)의 북향방면 외벽에는 차광필름(500)을 부착하여 태양광이 온실(100) 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
상기 차광필름(500)은 온실 외벽의 실내측 유리에 부착되어 형성될 수 있다.
이하에서는 태양광 모듈을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 태양광모듈(300)은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕(141)의 이중유리(120) 사이에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 복수개의 제 2태양전지(310)와, 복수개의 상기 제 2태양전지(310) 사이에 형성되어 상기 태양광이 상기 온실(100) 내부로 투과시키는 투과홀(320)이 구비될 수 있다.
상기 제 2태양전지(310)는 태양광의 일사량을 조절하기 위하여 박막 태양전지인 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 제 2태양전지(310)를 결정질 실리콘 태양전지 및 비정질 실리콘 태양전지를 사용하는 것은 상기 제 1태양전지(200)와 같은 염료감응 태양전지가 직사광의 유입량이 높으면 갈라지거나 기능을 발휘하지 못하는 단점이 있기에 온실(100)의 외측에서 직사광의 유입량이 많은 남향의 지붕(140)에 설치할 수 있다.
상기 제 2태양전지(310)에 사용되는 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 덩어리를 얇은 기판으로 절단하여 제작하며, 실리콘 덩어리의 제조 방법에 따라 단결정(single crystal) 형태와 다결정(polycrystalline) 형태로 구분되며, 기본적으로 p-n 동종접합(homojunction)으로서 태양전지에 사용된다. 단결정은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮은 고품위의 재료로서 높은 효율을 달성할 수 있으나 고가이고, 다결정 재료는 상대적으로 저급한 재료를 저렴한 공정으로 처리하여 상용화가 가능한 정도의 효율의 전지를 생산한다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지의 이론적 최대 효율은 약 25%이며 이미 실험실 수준에서는 이 한계치에 가까운 효율이 보고된 바 있다. 하지만 단결정 또는 다결정 웨이퍼를사용하며 양산용으로 제작되는 셀의 효율은 대략 14% ~ 17%를 보이고 있다. 이때, 변환효율 100%는 1m2의 너비에서 1KW의 전력생산을 하는 것을 의미한다.
이와 달리, 상기 제 2태양전지(310)에 사용되는 비정질 실리콘 태양전지는 단파장 영역의 빛을 흡수하는 것으로 p형 비정질 실리콘층, i형 비정질 실리콘층, n형 비정질 실리콘층으로 적층된 형태로 형성될 수 있다.
이러한 비정질 실리콘 태양전지는 비정질 실리콘은 실란(Silane)(SiH4), 디실란(Disilane)(Si2H6), 사이클로펜타실란(Cyclopentasilane)(Si5H10), 사이클로헥사실란(Cyclohexasilane) (Si6H12) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같이 상기 제 2태양전지(310)를 비정질 실리콘 태양전지로 형성할 경우 도포가 가능하여 휘어질 수 있으므로 다양한 형상의 온실(100)에 사용될 수 있다.
상기 투과홀(320)은 복수개의 상기 제 2태양전지(310) 사이에 구비될 수 있으며, 상기 투과홀(320)을 관통하여 상기 온실(100)의 이중유리(120)를 투과한 태양광은 상기 온실(100)의 이중유리(120) 내측에 구비된 상기 광학산필름(150)에 의하여 상기 온실(100) 내부로 확신되어 양지식물에게 전달될 수 있다.
또한, 상기 온실(100)은 제 1태양전지(200), 제 2태양전지(310), 제 3태양전지(210)에 의하여 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템(400)(ESS : Energy Storage System)이 구비될 수 있다.
상기 축전 시스템(400)은 온실(100)의 외벽 및 지붕(140)에 부착된 제 1태양전지(200)와 제 2태양전지(310)와 제 3태양전지(210)로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 것으로 빛에너지가 공급되는 시간에 전기에너지를 사용할 뿐만 아니라 빛에너지가 공급되지 않는 시간에도 전기에너지를 사용할 수 있도록 전기에너지를 축적하는 것이다. 즉, 생산된 전기에너지를 축적할 뿐만 아니라 원활하게 배분함으로써, 온실(100)내의 환경을 조절할 수 있다.
또한, 이러한 축전 시스템(400)에 저장된 전기는 지역의 전력 공급 단체에 공급할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 설명함에 있어 상술한 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실을 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실은 직사광의 유입량이 많은 남향으로 경사면이 형성되는 지붕(140)을 구비하고 이중유리(120)로 형성되는 온실(100)과, 상기 이중유리(120) 사이에 구비되고, 상기 온실(100)의 외벽을 감싸며 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 3태양전지(210)와, 상기 지붕(140)의 이중유리(120) 사이에 설치되어 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양광모듈(300)과, 상기 제 3태양전지(210)와 상기 태양광모듈(300)의 일면에 구비되며, 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 최소 일사량을 상기 온실 내부로 유입시키는 제 1태양전지(200)와,
상기 제 3태양전지(210)와 상기 태양광모듈(300)을 투과하여 상기 온실(100) 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름(500)과, 상기 제 1태양전지(200)와 상기 제 3태양전지(210)와 상기 태양광모듈(300)로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템(400)을 구비할 수 있다.
상기 온실(100)은 일사량이 많이 필요하지 않는 음지식물을 생육하기 위한 것으로 최소한의 일사량이 공급될 수 있도록 직사광이 많이 유입되는 남향에는 태양광모듈(300)을 설치하여 전기에너지를 축전하고 축전한 전기로 내부의 온도 및 습도가 유지될 수 있도록 할 수 있다.
이러한, 온실(100)은 태양광모듈(300)의 면적을 높이도록 지붕(140)의 경사면이 외벽 일 단면에서 타단면으로 사선을 형성하며 연장되도록 할 수 있다.
또한, 상기 온실(100)에는 야간에 음지식물을 생육하기 위한 조명장치(130)가 구비될 수 있다.
상기 조명장치(130)는 온실(100) 내에 설치되어 야간에 온실(100)내의 음지식물에 필요한 최소일사량을 공급할 수 있다.
이와 같이 조명장치(130)는 축전 시스템(400)으로부터 축전된 전기에너지를 조명장치(130)로 공급한다. 즉, 일사량이 부족한지 여부를 판단한 후, 일사량이 부족하면 축전 시스템(400)으로부터 조명장치(130)로 전기에너지를 공급함으로써 부족한 일사량을 충당할 수 있다.
상기 지붕(140)을 사선으로 형성하기 위하여 상기 외벽을 형성하는 일면의 상단에 상부로 연장하는 제 2지붕(142)이 구비되어 상기 외벽의 양면의 높이가 다르도록 형성할 수 있다.
이 때, 외벽의 높이는 북쪽이 높게 형성되고, 직사광이 직접 유입되는 남향의 외벽 높이는 낮게 형성할 수 있다.
상기 제 3태양전지(210)는 무채색으로 형성된 염료감응 태양전지로 형성되어 상기 온실(100)의 외벽을 감싸며 구비될 수 있으며, 외벽에 설치되는 제 3태양전지(210)는 이중유리(120) 사이에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제 3태양전지(200)는 무채색으로 형성되어 별도의 파장을 발생하지 않으며, 태양광을 활용하여 전기에너지를 발전시키기 위한 효율을 높일 수 있다.
상기 제 1태양전지(200)는 북향에 위치한 상기 온실의 외벽에 설치된 상기 제 3태양전지(210)와 상기 태양광모듈(300)의 일면 사이에 구비될 수 있으며, 상기 제 3태양전지(210)보다 높게 형성되어 최소한의 일사량이 온실(100) 내부로 유입될 수 있다.
이러한, 상기 제 1태양전지(200)는 상기 제 3태양전지(210)와 동일하게 염료감응 태양전지로 형성될 수 있으나, 무채색이 아닌 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지로 형성될 수 있다.
상기 이중유리(120) 사이에 설치되는 제 1태양전지(200)를 투과하여 전달되는 소량의 태양광이 온실(100) 내부의 음지식물로 전달되는 것을 방지하기 위하여 외벽의 실내측 방면에는 차광필름(500)이 구비될 수 있다.
하지만, 상기 제 2지붕(142)은 이중유리(120) 사이에 설치되는 제 1태양전지(200)에서 온실(100) 내부의 음지식물로 최소 일사량을 공급하기 위하여 제 1태양전지(200)를 투과한 태양광이 제 2지붕(142)의 이중유리(120)를 관통하여 확산시키기 위하여 제 2지붕(142) 내측면에 광확산필름(150)이 구비될 수 있다.
상기 태양광모듈(300)은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕(141)의 이중유리(120) 사이에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 그리고 상기 태양광모듈(300)을 통해 투과되는 태양광이 온실(100) 내부의 음지식물로 전달되지 않도록 제 1지붕(141)의 내측방면에는 상기 차광필름(500)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 온실(100)은 제 1태양전지(200), 제 2태양전지(310) 제 3태양전지(210) 중 적어도 하나에서 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템(400)이 구비될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100: 온실 110: 프레임
120: 이중유리 130: 조명장치
140: 지붕 141: 제 1지붕
142: 제 2지붕 150: 광확산필름
200: 제 1태양전지 300: 태양광모듈
310: 제 2태양전지 320: 투과홀
400: 축전 시스템 500: 차광필름
120: 이중유리 130: 조명장치
140: 지붕 141: 제 1지붕
142: 제 2지붕 150: 광확산필름
200: 제 1태양전지 300: 태양광모듈
310: 제 2태양전지 320: 투과홀
400: 축전 시스템 500: 차광필름
Claims (11)
- 복수개의 경사면이 결합되어 지붕을 형성하며, 태양광이 투과되어 양지식물을 재배하기 위하여 이중유리로 감싸지는 온실과,
상기 이중유리 사이에 구비되고, 상기 온실의 외벽을 감싸며 태양광을 투과 및 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 1태양전지와,
직사광이 유입되는 상기 지붕의 일면에 형성된 상기 이중유리 사이에 구비되어 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양광모듈과,
상기 제 1태양전지와 상기 태양광모듈로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템을 구비하고,
상기 온실은 상기 외벽 및 상기 지붕을 형성하는 프레임과,
상기 온실 내부에 구비되어 상기 양지식물의 부족한 파장을 보완하거나 야간 생육을 조절하는 조명장치와,
상기 온실의 남향에 설치되는 상기 제 1태양전지가 설치된 상기 외벽 및 상기 지붕을 형성하는 상기 이중유리의 내측면에 설치되어 상기 제 1태양전지에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시키기 위하여 투명재료로 형성됨에 따라 상기 양지식물로 확산된 태양광을 전달하는 광확산필름과,
상기 광확산필름이 설치된 상기 외벽의 타면에 설치되는 무채색의 제 3태양전지를 투과하여 상기 온실 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 제 1태양전지는 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 제 1항에 있어서,
상기 태양광모듈은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 복수개의 제 2태양전지와,
복수개의 상기 제 2태양전지 사이에 형성되어 상기 태양광이 상기 온실 내부로 투과시키는 투과홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 제 5항에 있어서,
상기 제 2태양전지는 태양광의 일사량을 조절하기 위하여 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 직사광의 유입량이 많은 남향으로 경사면이 형성되는 지붕을 구비하고 이중유리로 형성되는 온실과,
상기 이중유리 사이에 구비되고, 상기 온실의 외벽을 감싸며 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되어 형성되는 제 3태양전지와,
상기 지붕의 이중유리 사이에 설치되어 태양광을 흡수하며 전기를 생산하는 태양광모듈과,
상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈의 일면 사이에 구비되며, 태양광을 흡수하는 염료가 흡착되고 흡수되지 않은 일사량은 상기 온실 내부로 유입시키는 제 1태양전지와,
상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈을 투과하여 상기 온실 내부로 유입되는 태양광을 차단하는 차광필름과,
상기 제 1태양전지와 상기 제 3태양전지와 상기 태양광모듈로부터 발생한 전기에너지를 축전하는 축전 시스템을 구비하고,
상기 온실은 상기 외벽 및 상기 지붕을 형성하는 프레임과,
상기 온실 내부에 구비되어 음지식물의 야간 생육을 조절하는 조명장치를 구비하고,
상기 지붕은 직사광의 유입량이 많은 남향에 위치하며, 상기 태양광모듈이 설치되는 제 1지붕과,
상기 제 1지붕의 일 단면과 상기 제 3태양전지가 구비된 외벽의 상부 사이에 구비되며, 상기 제 1태양전지가 설치되는 제 2지붕과,
상기 제 2지붕의 실내측 방면에 구비되어 상기 제 1태양전지에서 흡수되지 않고 투과되는 태양광을 확산시키기 위하여 투명재료로 형성됨에 따라 상기 음지식물로 확산된 태양광을 전달하는 광확산필름을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 삭제
- 삭제
- 제 7항에 있어서,
상기 제 1태양전지와 상기 제 3태양전지는 태양광을 흡수하는 역할을 수행하는 염료의 종류와 농도 또는 전극층의 종류와 두께를 조절하여 투과되는 광의 파장과 투과율이 선택되는 염료감응 태양전지로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
- 제 7항에 있어서,
상기 태양광모듈은 직사광의 유입량이 많은 남향의 제 1지붕에 그리드(Grid) 형태로 설치되어 태양광을 흡수하는 결정질 실리콘 태양전지, 비정질 실리콘 태양전지 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양전지를 활용한 태양광 발전 온실.
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