KR101922969B1 - 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템 - Google Patents

태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템력을 생산하는 태양전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈의 하부에 결합되고, 상기 태양전지 모듈로부터 발생되는 열을 집열하는 집열 플레이트 및 상기 집열 플레이트의 하부에 결합되되, 상기 태양전지 모듈로부터 전력을 공급받아 열을 흡수하는 흡열부와 열을 방출하는 발열부로 이루어진 적어도 하나의 열전소자 및 일측이 상기 발열부와 연결되는 히트파이프 및 상기 히트파이프의 타측에 연결되는 축열기 및 내부에 물이 저장된 저수탱크와, 상기 축열기와 상기 저수탱크 간에 연결되는 한 쌍의 순환관과, 상기 순환관의 일측에 설치되어 상기 저수탱크 내부의 물을 상기 축열기를 거쳐 상기 저수탱크로 순환되도록 하여 가열된 온수로 변환시키는 펌프를 포함하는 온수저장부 및 상기 난방장치의 제반동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 열전소자는 흡열부가 상기 집열 플레이트의 하면 일측에 부착되고, 상기 태양전지 모듈로부터 집열된 열을 흡수하여 상기 태양전지 모듈을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 열전소자의 흡열부를 통해 태양전지모듈을 냉각시켜 태양전지모듈을 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 함으로써, 태양전지모듈의 전력 생산효율이 현저하게 향상된다.
또한, 태양전지모듈의 생산전력과 열전소자의 소비전력을 비교함과 아울러 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 변화프로파일을 분석하여 열전소자의 구동을 선택적으로 제어함으로써, 열전소자의 소비전력에 의해 태양전지모듈의 전력 생산효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

Description

태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템{Power generation and water heating system using solar cell and thermoelectric module}
본 발명은 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열전소자의 발열부의 열을 난방에 이용함과 동시에 열전소자의 흡열부를 통해 태양전지모듈을 냉각시켜 태양전지모듈을 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 하여 태양전지모듈을 통한 전력 생산효율을 현저하게 향상시킬 수 있도록 한 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템에 관한 것이다.
석유나 석탄과 같은 기존 에너지 자원의 고갈이 예측되면서 이들을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
그 중에서도 태양전지를 이용한 태양광 발전방식은 에너지 자원이 풍부하고 환경오염에 대한 문제점이 없는 태양을 이용한 발전방식이라는 점에서 특히 주목받고 있다.
이에 최근에는 태양전지를 이용한 태양광 발전방식과 열전소자를 융합하여 태양광 발전방식을 통해 전력을 생산함과 아울러, 태양광 발전방식을 통해 생산된 전력을 열전소자로 공급하여 열전소자에서 발열되는 열을 난방에 이용하는 태양전지를 이용한 태양광 발전방식과 열전소자의 열을 이용한 난방방식을 융합한 발전 난방장치에 대한 기술이 개발되고 있다.
위와 같이, 태양전지와 열전소자를 융합한 발전 난방장치로 한국공개특허 제2009-0016059호에는 “태양광과 열전소자를 이용한 난방장치”가 개시되어 있다.
상기한 한국공개특허 제2009-0016059호는 태양전지를 이용한 태양광 발전방식을 통해 전력을 생산할 수 있을 뿐 아니라 태양전지를 이용한 태양광 발전방식으로부터 전력을 공급받아 발열하는 열전소자의 열을 난방에 이용함으로써, 전력 생산과 난방을 동시에 구현할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 한국공개특허 제2009-0016059호는 태양광을 이용한 발전방식인 태양전지와 열전소자가 개별적으로 설치됨에 따라 태양열로 인해 태양전지에 과도한 온도부하가 발생되는 경우, 태양전지를 이용한 태양광 발전방식의 발전효율이 급격하게 저하되는 문제점이 발생하게 된다.
특히, 태양전지를 이용한 태양광 발전방식과 열전소자의 열을 이용한 난방방식을 융합한 발전 난방장치의 경우, 밀폐된 건물 공간 내부에 설치되는 BIPV(Building Integrated Photovoltac) 시스템이 주를 이룸에 따라 통풍에 의한 냉각조차 이루어지지 않아 태양전지의 온도는 보다 높은 온도로 상승하게 된다.
위와 같은 BIPV 시스템의 온도 상승으로 인한 태양전지의 발전효율 저하를 방지하기 위한 대안으로 수냉방식을 이용하여 발생된 열을 난방에 이용하는 방식이 제안되어 있으나, 이러한 수냉시스템의 경우, 물이 누수되는 문제가 발생될 뿐 아니라 태양광에 의한 발전이 거의 이루어지지 않는 겨울철에는 수냉시스템이 동파되는 사고의 위험성에 노출되어 있는 실정이다.
한국공개특허 제2009-0016059호 “태양광과 열전소자를 이용한 난방장치”
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열전소자의 발열부의 열을 난방에 이용함과 동시에 열전소자의 흡열부를 통해 태양전지모듈을 냉각시켜 태양전지모듈을 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 하는 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양전지모듈의 생산전력과 열전소자의 소비전력을 비교함과 아울러 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 변화프로파일을 분석하여 열전소자의 구동을 선택적으로 제어할 수 있도록 한 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템에 있어서, 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈 및 상기 태양전지 모듈의 하부에 결합되고, 상기 태양전지 모듈로부터 발생되는 열을 집열하는 집열 플레이트 및 상기 집열 플레이트의 하부에 결합되되, 상기 태양전지 모듈로부터 전력을 공급받아 열을 흡수하는 흡열부와 열을 방출하는 발열부로 이루어진 적어도 하나의 열전소자 및 일측이 상기 발열부와 연결되는 히트파이프 및 상기 히트파이프의 타측에 연결되는 축열기 및 내부에 물이 저장된 저수탱크와, 상기 축열기와 상기 저수탱크 간에 연결되는 한 쌍의 순환관과, 상기 순환관의 일측에 설치되어 상기 저수탱크 내부의 물을 상기 축열기를 거쳐 상기 저수탱크로 순환되도록 하여 가열된 온수로 변환시키는 펌프를 포함하는 온수저장부 및 상기 난방장치의 제반동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 열전소자는 흡열부가 상기 집열 플레이트의 하면 일측에 부착되고, 상기 태양전지 모듈로부터 집열된 열을 흡수하여 상기 태양전지 모듈을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 융합 발전 난방 시스템이 제공된다.
여기서, 상기 흡열부 일측에 설치되는 제 1 온도센서와, 상기 발열부 일측에 설치되는 제 2 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 1 온도센서로부터 측정된 상기 흡열부의 온도가 미리 설정된 흡열 설정온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하고, 상기 제 2 온도센서로부터 측정된 상기 발열부의 온도가 상기 발열부의 허용온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 열전소자의 구동을 중지시키는 단계를 수행하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 태양전지 모듈로부터 생산되는 전력을 측정하는 전력 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 전력 측정부로부터 측정된 태양전지모듈의 생산전력과 상기 열전소자로 공급되는 소비전력을 비교함과 아울러 상기 전력 측정부로부터 측정된 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 프로파일을 분석한 후, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 선택적으로 수행하도록 제어하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 제어부는 측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.2배 미만이라고 판단되면, 상기 전력 측정부를 통해 상기 태양전지모듈의 생산전력을 지속적으로 측정하도록 하고, 측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.4배를 초과한다고 판단되면, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하도록 하며, 측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.2배 이상, 1.4배 이하라고 판단되면, 상기 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 프로파일이 -0.1을 초과하는 경우에만 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다.
아울러, 상기 저수탱크 내부 일측에 설치되고, 상기 저수탱크 내부의 온수온도를 측정하는 제 3 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 3 온도센서로부터 측정된 상기 온수온도와 미리 설정된 온수 설정온도를 비교하여 상기 온수온도가 상기 온수 설정온도 이하로 내려가는 경우, 상기 펌프를 구동시키는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 열전소자의 흡열부를 통해 태양전지모듈을 냉각시켜 태양전지모듈을 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 함으로써, 태양전지모듈의 전력 생산효율이 현저하게 향상된다.
또한, 태양전지모듈의 생산전력과 열전소자의 소비전력을 비교함과 아울러 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 변화프로파일을 분석하여 열전소자의 구동을 선택적으로 제어함으로써, 열전소자의 소비전력에 의해 태양전지모듈의 전력 생산효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 제반동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제어부의 제반동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템은 태양전지 모듈, 집열 플레이트(20), 열전소자(30), 히트파이프(40), 축열기(50), 온수저장부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.
태양전지 모듈(10)은 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 것으로서, 도면에 도시되진 않았으나, 생산된 전력을 상용 전원으로 변환시켜주는 계통연계 인버터나 생산된 전력을 저장하는 배터리를 구비하는 것이 바람직하다.
집열 플레이트(20)는 상면이 태양전지 모듈(10)의 하부에 결합되고, 태양전지 모듈(10)에서 발생되는 열과 태양열을 집열하는 역할을 하는 것으로서, 저면 일측에 집열 플레이트(20)에 의해 집열된 열을 외부로 방출하기 위한 히트싱크(21)가 더 설치된다.
열전소자(30)는 태양전지 모듈(10)에 의해 생산되는 전력으로 구동되는 것으로서, 상측에 열을 흡수하는 흡열부(31)가 형성되고, 하측에 열을 방출하는 발열부(32)가 형성된다.
이러한 열전소자(30)는 상측에 형성된 흡열부(31)가 히트싱크(21)의 하부에 결합되어 집열 플레이트(20)에 의해 집열된 열을 흡수하여 태양전지 모듈(10)을 냉각시킴으로써, 태양전지 모듈(10)의 온도를 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 하는 역할을 한다.
또한, 열전소자(30)는 하측에 형성된 발열부(32)로부터 방출되는 열을 이용하여 후술하는 온수저장부(60)의 온수를 가열하여 난방에 사용할 수 있도록 하는 역할을 한다.
그리고, 열전소자(30)는 흡열부(31) 일측에 설치되는 제 1 온도센서(31a)와 발열부(32) 일측에 설치되는 제 2 온도센서(32a)를 더 포함하며, 이러한 제 1 온도센서(31a) 및 제 2 온도센서(32a)는 열전소자(30)의 흡열부(31) 온도 및 발열부(32) 온도를 측정하여 후술하는 제어부로 제공한다.
본 실시예에서는 한 쌍의 열전소자(30)가 설치되는 것을 일예로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 최소 하나 또는 그 이상이 설치될 수도 있다.
히트파이프(40)는 일측이 열전소자(30)의 발열부(32)에 연결되고, 타측이 하방으로 연장형성되어 발열부(32)에 의해 방출되는 열을 하부에 설치된 축열기(50)로 열손실을 최소화하여 전달하는 역할을 한다.
이러한 히트파이프(40)는 내부에 물 또는 알코올 등의 액체를 넣고 일측을 가열하면 액체가 증기로 되어 타측으로 흐르고, 타측에서 방열하여 액체가 되면 모세관 현상에 의해 액체가 가열되는 일측으로 되돌아 오는 원리를 이용하는 것으로서, 물리적으로 충분한 이격거리가 형성되어도 열 전달 효율이 크게 저하되지 않는 것이 특징이다.
축열기(50)는 히트파이프(40)의 타측에 결합되고, 히트파이프(40)를 통해 열전소자(30)의 발열부(32)로부터 전달되는 열을 저장하는 역할을 한다.
온수저장부(60)는 내부에 저장된 물을 축열기(50)를 거쳐 순환되도록 하여 가열된 온수로 변환시키는 역할을 하는 것으로서, 저수탱크(61), 순환관(62), 펌프(63) 및 급수관(64)을 포함한다.
저수탱크(61)는 축열기(50)의 하부에 설치되고, 외부로부터 공급되는 물을 저장함과 아울러, 축열기(50)를 순환하여 가열된 온수를 저장하는 역할을 한다.
그리고, 저수탱크(61)는 내부 일측에 저장된 온수의 온도를 측정하는 제 3 온도센서(61a)가 설치되고, 내부 타측에 저장된 온수의 수위를 측정하는 수위센서가(61b) 설치된다.
순환관(62)은 한 쌍이 축열기(50)와 저수탱크(61) 간에 연결되어 저수탱크(61) 내부에 저장된 물이 축열기(50)와 저수탱크(61) 간을 순환할 수 있는 경로를 제공한다.
펌프(63)는 한 쌍의 순환관(62) 중 어느 하나의 일측에 설치되고, 저수탱크(61)에 저장된 물이 축열기(50)와 저수탱크(61) 간에서 순환되도록 하는 역할을 한다.
급수관(64)은 저수탱크(61) 일측에 연결되어 외부로부터의 물의 공급경로를 제공하고, 급수관(64)의 일측에는 외부로부터의 물의 공급을 단속하는 전자밸브(64a)가 구비된다.
제어부(70)는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템(1)의 제반동작을 제어하기 위한 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 열전소자구동부(71), 펌프구동부(72) 및 급수제어부(73)를 포함한다.
열전소자구동부(71)는 제 1 온도센서(31a) 및 제 2 온도센서(32a)로부터 열전소자(30)의 흡열부 온도 및 발열부 온도를 제공받아 열전소자(30)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
보다 구체적으로 열전소자구동부(71)는 제 1 온도센서(31a)로부터 제공된 열전소자(30)의 흡열부 온도가 미리 설정된 흡열 설정온도 이상으로 상승하는 경우에만 열전소자(30)가 선택적으로 구동되도록 함으로써, 열전소자(30)에 의해 불필요한 전력이 낭비되는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 열전소자구동부(71)는 제 2 온도센서(32a)로부터 제공된 열전소자(30)의 발열부 온도가 열전소자(30)의 허용온도 이상으로 상승하는 경우, 열전소자(30)의 구동을 중단시킴으로써, 열전소자(30)가 고열에 의해 파손되는 것을 방지하는 역할을 한다.
펌프구동부(72)는 제 3 온도센서(61a)로부터 저수탱크(61) 내부의 온수온도를 제공받아 펌프(63)의 구동을 제어하는 것으로서, 보다 구체적으로 제 3 온도센서(61a)로부터 제공된 온수온도가 미리 설정된 온수 설정온도 이하로 내려가는 경우, 펌프(63)를 구동시켜 저수탱크(61) 내부에 수용된 온수가 축열기(50)를 순환하여 지속적으로 가열되도록 함으로써, 저수탱크(61) 내부에 수용된 온수온도가 온수 설정온도 이상으로 유지되도록 하는 역할을 한다.
급수제어부(73)는 수위센서(61b)로부터 측정된 수위와 미리 설정된 설정수위를 비교하여 전자밸브(64a)의 개폐를 단속함으로써, 저수탱크(61) 내부에 저장된 온수의 수위가 일정하게 유지되도록 하는 역할을 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 먼저 열전소자(30)의 흡열부(31)에 설치된 제 1 온도센서(31a)에 의해 열전소자(30)의 흡열부 온도가 측정되고, 측정된 열전소자 흡열부의 온도는 제어부(70)로 제공된다.(S10)
제어부(70)는 제 1 온도센서(31a)로부터 제공된 열전소자(30)의 흡열부 온도와 미리 설정된 흡열설정 온도를 비교하여 열전소자(30)의 흡열부 온도가 미리 설정된 흡열설정 온도를 초과하는지의 여부를 판단하고, 열전소자(30)의 흡열부 온도가 미리 설정된 흡열설정 온도 이하이면 전단계를 수행한다.
그리고, 열전소자(30)의 흡열부 온도가 미리 설정된 흡열설정 온도를 초과한다고 판단하는 경우에만 태양전지모듈(10)로부터 생산된 전력을 열전소자(30)로 공급하여 열전소자(30)를 구동시키게 된다.(S20, S30)
한편, 제어부(70)는 열전소자(30)의 구동 중에 제 2 온도센서(32a)로부터 제공된 열전소자(30)의 발열부 온도와 미리 설정된 열전소자(30)의 허용온도를 비교하여 열전소자(30)의 발열부 온도가 열전소자(30)의 허용온도를 초과한다고 판단하면, 열전소자(30)로 공급되는 전력을 차단하여 열전소자(30)의 구동을 중지시킨다.
그러나, 열전소자(30)의 발열부 온도가 열전소자(30)의 허용온도 미만이라고 판단하면, 제어부(70)는 열전소자(30)로 지속적으로 전력을 공급하여 열전소자(30)의 구동상태를 유지시키게 된다.(S40)
이에 따라, 열전소자(30)는 흡열부(31)를 통해 집열 플레이트(20)의 저면 일측에 설치된 히트싱크(21)로부터 방열되는 열을 흡수함으로써, 태양전지 모듈(10)을 냉각시키게 되며, 이는 태양전지 모듈(10)의 온도를 고온으로 상승시키지 않고, 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 함에 따라 태양전지 모듈(10)에 의한 전력 생산효율이 현저하게 향상된다.
이 때, 열전소자(30)의 발열부(32)는 지속적으로 발열하는 상태를 유지한다.(S50)
이러한 과정에서 열전소자(30)의 발열부(32)로부터 발생되는 열은 히트파이프(40)를 통해 축열기(50)로 이동하여 저장된다.(S60)
한편, 온도저장부(60)는 펌프(63)를 구동시켜 저수탱크(61)에 저장된 물을 순환관(62)을 통해 축열기(50)와 저수탱크(61) 간에서 순환되도록 함으로써, 저수탱크(61) 내에 가열된 온수를 저장하게 된다.(S70)
이와 같이 생성된 온수는 사용자가 직접 사용하는 온수로 공급되거나 실내에 설치된 난방관로로 공급되어 실내를 난방하는 수단으로 사용하게 된다.(S80)
여기서, 제어부(70)는 제 3 온도센서(61a)로부터 제공된 저수탱크(61) 내부의 온수온도와 미리 설정된 온수 설정온도를 비교하여 저수탱크(61) 내부의 온수온도가 미리 설정된 온수 설정온도 미만이라고 판단하게 되면, 펌프(63)를 구동시켜 온수를 순환시킴으로써, 저수탱크(61) 내부의 온수온도가 온수 설정온도 이상으로 유지될 수 있도록 한다.(S90)
그리고, 제어부(70)는 저수탱크(61) 내부의 온수온도가 미리 설정된 온수 설정온도를 초과한다고 판단하면, 펌프(63)의 구동을 중지함과 아울러 열전소자(30)로 공급되는 전력을 차단하게 된다.(S100)
전술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템(1)은 태양전지 모듈(10)에서 생산되는 전력을 열전소자(30)의 전력 공급원으로 사용함에 따라 별도의 전력 공급원이 요구되지 않는다.
특히, 본 발명은 열전소자(30)의 흡열부(31)를 통해 집열 플레이트(20)로 집열된 열을 흡수하여 태양전지 모듈(10)을 냉각시킴으로써, 태양전지 모듈(10)을 구동에 최적화된 온도로 유지되도록 하여 태양전지 모듈(10)의 전력 생산 효율을 향상시키는 것을 주된 특징으로 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 개략도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템(1)은 태양전지 모듈(10)로부터 생산되는 전력을 측정하는 전력측정부(80)의 구성이 더 추가된다는 점에서 본 발명의 일실시예와 일부 차이가 있을 뿐 나머지 구성은 본 발명의 일실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전력측정부(80)는 태양전지모듈(10)의 생산전력 및 태양전지모듈(10)의 시간당 생산전력량의 프로파일을 측정하여 제어부(70)로 제공하는 역할을 하며, 측정된 태양전지모듈(10)의 생산전력 및 시간당 생산전력량의 프로파일은 열전소자(30)의 선택적인 구동여부를 판단하는 요소로 사용된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템(1)은 열전소자의 구동여부를 판단하기 위해 제 1 온도센서(31a)를 통한 열전소자(30)의 흡열부 온도 측정 단계(S10) 이전에 전력측정부(80)를 통해 태양전지모듈(10)의 생산전력(W)을 측정하는 단계(S10')와, 측정된 태양전지모듈(10)의 생산전력(W)과 열전소자(30)로 공급되는 열전소자 소비전력(WF)을 비교하는 단계(S20', S30'), 태양전지모듈의 시간당 생산전력량 변화 프로파일(WP)을 산출하는 단계(S40') 및 산출된 태양전지모듈의 시간당 생산전력량 변화 프로파일(WP)을 미리 설정된 조건과 비교하는 단계를 더 포함한다.
보다 구체적으로 본 발명의 다른 실시예는 태양전지모듈의 생산전력(W)이 열전소자 소비전력(WF)의 1.2배 미만인 경우에는 젼력 생산 효율이 미비하다고 판단하여 태양전지모듈의 생산전력(W)을 측정하는 단계(S10')와, 측정된 태양전지모듈의 생산전력(W)과 열전소자 소비전력(WF)을 비교하는 단계(S20', S30')를 반복적으로 수행하도록 한다.
또한, 태양전지모듈의 생산전력(W)과 열전소자 소비전력(WF)을 비교하는 단계(S20', S30')에서 태양전지모듈의 생산전력(W)이 열전소자 소비전력(WF)의 1.4배를 초과하는 경우에는 전력 생산 효율이 양호하다고 판단하고, 열전소자(30)의 흡열부 온도 측정 단계(S10)를 바로 수행하도록 한다.
그리고, 태양전지모듈의 생산전력(W)과 열전소자 소비전력(WF)을 비교하는 단계(S20', S30')에서 태양전지모듈의 생산전력(W)이 열전소자 소비전력(WF)의 1.2배 이상 1.4배 이하인 경우에는 전력 생산 효율이 보통이라고 판단하고, 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일을 산출(S40')한 후, 산출된 태양전지 모듈의 시간단 생산전력량의 변화 프로파일(WP)을 미리 설정된 매개값인 -0.1과 비교하여 태양전지 모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일(WP)이 미리 설정된 매개값인 -0.1을 초과하는 경우, (즉 태양전지 모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일(WP)이 감소되는 경향이 낮다고 판단되어 전력 생산 효율이 양호하다고 판단되는 경우) 열전소자(30)의 흡열부 온도 측정 단계(S10)를 바로 수행하도록 한다.
정리하면, 본 발명의 다른 실시예는 태양전지 모듈의 생산전력(W)과 열전소자 소비전력(WF)을 비교하여 전력 생산효율이 양호하다고 판단되는 경우에만 열전소자의 구동을 수행하는 단계가 이행되도록 한다.
더 나아가 본 발명의 다른 실시예는 태양전지 모듈의 생산전력(W)과 열전소자 소비전력(WF)을 비교하여 전력 생산효율이 보통이라고 판단되는 경우에는 태양전지 모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일(WP)을 산출하고, 산출된 태양전지 모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일(WP)을 미리 설정된 매개값과 비교하는 단계를 한번 더 수행하여 태양전지 모듈의 시간당 생산전력량의 변화 프로파일(WP)이 감소되는 경향이 낮아 전력 생산 효율이 양호하다고 판단되는 경우에만 열전소자의 구동을 수행하는 단계가 이행되도록 한다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예는 태양전지모듈의 생산전력과 열전소자의 소비전력을 비교함과 아울러 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 변화프로파일을 분석하여 열전소자의 구동을 선택적으로 제어함으로써, 열전소자의 소비전력에 의해 태양전지모듈의 전력 생산효율이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 다른 실시예는 태양전지 모듈의 전력 생산효율의 양부(良否)를 판단하여 열전소자의 구동을 수행하는 단계가 선택적으로 이행되도록 함에 따라 태양전지 모듈에 의한 보다 향상된 전력생산 효율을 제공할 수 있게 된다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템
10 : 태양전지모듈 20 : 집열 플레이트
21 : 히트싱크 30 : 열전소자
31 : 흡열부 31a : 제 1 온도센서
32 : 발열부 32a : 제 2 온도센서
40 : 히트파이프 50 : 축열기
60 : 온수저장부 61 : 저수탱크
61a : 제 3 온도센서 61b : 수위센서
62 : 순환관 63 : 펌프
64 : 급수관 64a : 전자밸브
70 : 제어부 71 : 열전소자구동부
72 : 펌프구동부 73 : 급수제어부
80 : 전력측정부

Claims (5)

  1. 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템에 있어서,
    태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양전지 모듈과;
    상기 태양전지 모듈의 하부에 결합되고, 상기 태양전지 모듈로부터 발생되는 열을 집열하는 집열 플레이트와;
    상기 집열 플레이트의 하부에 결합되되, 상기 태양전지 모듈로부터 전력을 공급받아 열을 흡수하는 흡열부와 열을 방출하는 발열부로 이루어진 적어도 하나의 열전소자와;
    일측이 상기 발열부와 연결되는 히트파이프와;
    상기 히트파이프의 타측에 연결되는 축열기와;
    내부에 물이 저장된 저수탱크와, 상기 축열기와 상기 저수탱크 간에 연결되는 한 쌍의 순환관과, 상기 순환관의 일측에 설치되어 상기 저수탱크 내부의 물을 상기 축열기를 거쳐 상기 저수탱크로 순환되도록 하여 가열된 온수로 변환시키는 펌프를 포함하는 온수저장부와;
    상기 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템의 제반동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 열전소자는 흡열부가 상기 집열 플레이트의 하면 일측에 부착되고, 상기 태양전지 모듈로부터 집열된 열을 흡수하여 상기 태양전지 모듈을 냉각시키는 것을 특징으로 하되,
    상기 흡열부 일측에 설치되는 제 1 온도센서와, 상기 발열부 일측에 설치되는 제 2 온도센서를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 제 1 온도센서로부터 측정된 상기 흡열부의 온도가 미리 설정된 흡열 설정온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하고,
    상기 제 2 온도센서로부터 측정된 상기 발열부의 온도가 상기 발열부의 허용온도 이상으로 상승하는 경우, 상기 열전소자의 구동을 중지시키는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양전지 모듈로부터 생산되는 전력을 측정하는 전력 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 전력 측정부로부터 측정된 태양전지모듈의 생산전력과 상기 열전소자로 공급되는 소비전력을 비교함과 아울러 상기 전력 측정부로부터 측정된 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 프로파일을 분석한 후, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 선택적으로 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는
    측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.2배 미만이라고 판단되면, 상기 전력 측정부를 통해 상기 태양전지모듈의 생산전력을 지속적으로 측정하도록 하고,
    측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.4배를 초과한다고 판단되면, 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하도록 하며,
    측정된 태양전지모듈의 생산전력이 상기 열전소자 소비전력의 1.2배 이상, 1.4배 이하라고 판단되면, 상기 태양전지모듈의 시간당 생산전력량의 프로파일이 -0.1을 초과하는 경우에만 상기 열전소자를 구동하는 단계를 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저수탱크 내부 일측에 설치되고, 상기 저수탱크 내부의 온수온도를 측정하는 제 3 온도센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 3 온도센서로부터 측정된 상기 온수온도와 미리 설정된 온수 설정온도를 비교하여 상기 온수온도가 상기 온수 설정온도 이하로 내려가는 경우, 상기 펌프를 구동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 및 열전소자 융합 발전 난방 시스템.
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