KR101940805B1 - 태양광과 태양열을 이용한 복합 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
태양광과 태양열을 이용한 복합 발전 시스템이 제시된다. 본 발명의 실시예에 따른 복합 발전 시스템은, 일측방으로 소정 길이만큼 연장된 원통형 구조이고, 내부면에 반사거울이 코팅되어 있으며, 외부에 광선관통부가 형성된 반사관; 상기 반사관의 내부 중심에 배치되어 장착되고, 내부에 일방향으로 유체가 흐르는 축열파이프; 상기 축열파이프의 외주면에 소정 거리만큼 이격되어 둘 이상 장착되고, 축열파이프로부터 소정 거리만큼 이격시켜 광전소자를 고정시키는 광전소자 고정부; 및 상기 반사관과 인접하여 장착되고, 태양광을 광선관통구를 통해 축열파이프의 외주면으로 집광시키는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 집광부;를 포함하는 것을 구성의 요지로 한다.
본 발명에 따르면, 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 동시에 실시할 수 있는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 동시에 실시할 수 있는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 태양광과 태양열을 이용한 복합 발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 하는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템에 관한 것이다.
석유, 석탄과 같은 화석연료의 고갈에 따른 대체에너지의 개발과 화석연료가 야기하는 환경오염에 따른 친환경적인 그린에너지 개발 요구가 전 세계적으로 제기됨에 따라 근래에 여러 종류의 자연친화적인 에너지를 개발하기 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
다양한 종류의 자연친화적인 에너지 중에서 특히 태양에너지를 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는데, 태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전과 태양열을 이용하여 전기를 발생시키는 태양열 발전이 있다.
태양광을 이용하는 발전장치는 광전효과를 이용하여 태양의 광에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 태양전지(solar cell)를 이용하는 방식으로, 태양전지가 실장되는 태양전지 리시버와, 상기 태양전지의 상부에 렌즈를 설치하여 태양광을 상기 태양전지에 집광하는 구조이다. 태양전지를 이용하는 발전은 설치가 용이하고 설치비용이 적게 드는 이점이 있다.
그러나, 태양전지의 광전변환효율이 낮기 때문에 발전을 위하여 다수의 태양전지를 사용하고, 집광을 위하여 넓은 면적을 필요로 한다. 또한, 태양전지를 이용하여 발전하는 과정에서 발생한 열이 활용되지 못하고 버려지게 되는 문제점이 있다.
현재의 표준 실리콘 태양전지는 주로 보라빛 가시광선을 포착하는 것으로서, 높은 파장대의 태양광 성분은 photon energy가 작아 태양전지 발전효율이 낮다. 따라서 빨간색 가시광선 또는 적외선 대역의 태양광은 태양열 축열에 활용한다.
반면, 종래의 태양열을 이용하는 발전장치는 태양의 열에너지를 집열하여 물과 같은 열매체를 가열하고, 가열된 열매체를 이용하여 열기관을 구동시킴으로써 2차적으로 발전을 하는 방식이다. 태양열을 이용하는 발전은 태양열을 직접 이용하여 전기를 얻는 구조가 아니므로 2차적으로 발전을 위한 설비가 필요하여 설치비용이 많이 드는 문제점이 있다.
따라서, 상기 언급한 종래 기술에 따른 문제점을 해결할 수 있는 복합 발전 시스템에 대한 기술이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은, 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 동시에 실시할 수 있는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 복합 발전 시스템은, 일측방으로 소정 길이만큼 연장된 원통형 구조이고, 내부면에 반사거울이 코팅되어 있으며, 외부에 광선관통부가 형성된 반사관; 상기 반사관의 내부 중심에 배치되어 장착되고, 내부에 일방향으로 유체가 흐르는 축열파이프; 상기 축열파이프의 외주면에 소정 거리만큼 이격되어 둘 이상 장착되고, 축열파이프로부터 소정 거리만큼 이격시켜 광전소자를 고정시키는 광전소자 고정부; 및 상기 반사관과 인접하여 장착되고, 태양광을 광선관통구를 통해 축열파이프의 외주면으로 집광시키는 하나 이상의 렌즈를 포함하는 집광부;를 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사관의 양단부에는 반사관의 내부와 외부를 차단하거나 개방하는 탈착가능한 구조의 밀폐부재가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사관의 광선관통부는, 내부면에 반사거울이 코팅되어 있지 않은 투명한 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 반사관의 광선관통부에는, 집광부에 의해 집광된 태양광을 파장별로 분리하는 분광기가 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 분광기는, 상기 반사관의 광선관통부와 인접하여 장착되고, 집광부에 의해 집광된 태양광 중 적외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 축열파이프에 굴절시키는 제1굴절렌즈;를 포함하는 구성일 수 있다.
또한, 상기 분광기는, 상기 반사관의 광선관통부와 인접하여 장착되고, 집광부에 의해 집광된 태양광 중 가시광선 및 자외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 굴절시키며, 제1굴절렌즈와 연속되는 일체형 구조로 형성된 제2굴절렌즈;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 축열파이프의 외부면에는 적외선 흡수 필름이 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전소자 고정부는 축열파이프의 외주면을 감싸는 디스크 구조이고, 광전소자 고정부의 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 광전소자가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전소자 고정부는 축열파이프의 외주면을 감싸는 디스크 구조이고, 광전소자 고정부의 일측면에 광전소자가 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전소자 고정부는 축열파이프의 외주면을 감싸는 밴드 구조이고, 상기 축열파이프와 광전소자 고정부 사이에는 축열파이프와 광전소자 고정부를 소정 거리만큼 이격시키는 지지대가 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 광전소자는 광전소자 고정부의 외주면을 감싸는 구조로 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광전소자 고정부의 일측에는 외부로부터 제공되는 냉매가 유동하는 냉매유동로가 장착되고, 상기 냉매유동로는 광전소자 고정부에 장착된 광선소자의 일측면과 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집광부는, 태양광을 축열파이프의 외주면에 점 형태로 집광시키는 볼록렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 집광부는, 태양광을 축열파이프의 외주면에 선 형태로 집광시키는 비구면 렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 반사관의 외부에 형성된 광선관통부는, 집광부에 의해 집광되는 태양광의 선 형태를 따라 형성된 슬릿 구조일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복합 발전 시스템은, 지면 상에 설치되어 반사관의 위치를 고정하고, 태양의 방향과 고도에 따라 태양과 반사관이 마주할 수 있도록 반사관의 위치를 변경시키는 반사관 위치변경부;를 더 포함하는 구성일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 특정 구조의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부 및 집광부를 구비함으로써, 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 동시에 실시할 수 있는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 특정 구조의 밀폐부재를 반사관의 양단부에 탈착가능하도록 설치함으로써, 반사관 내부에 설치된 축열파이프, 광전소자 고정부, 광전소자를 손쉽게 관리할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 반사관 내부면에 반사거울을 코팅함으로써, 광선관통구를 통해 진입한 태양광이 반사관 내부면에 코팅된 반사거울에 의해 반사되어 광전소자에 입사되고, 결과적으로 외부로 누출되어 손실되는 태양광 없이 안정적인 발전을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 특정 구조의 특정 구조의 제1굴절렌즈, 제2굴절렌즈를 구비함으로써, 적외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 축열파이프에 집중시키고, 이와 동시에 가시광성과 자외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 광전소자에 집중시킴으로써, 광전소자의 작동 최대온도를 초과하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 특정 구조의 광전소자 고정부 및 냉매유동로를 구비함으로써, 축열파이프에 전달된 태양열이 광전소자에 전달되는 것을 방지함으로써, 광전소자의 작동 최대온도를 초과하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 복합 발전 시스템에 따르면, 특정 구조의 볼록렌즈 내지 비구면 렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 집광부를 구비함으로써, 태양광을 효과적으로 집광시켜 축열파이프 및 광전소자에 전달할 수 있어, 결과적으로, 태양광을 이용한 전기에너지 생산과 태양열을 이용한 축열을 동시에 실시할 수 있는 복합 발전 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부만을 발췌하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부 및 집광부를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선 절단면도이다.
도 4는 도 2의 B부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 또 다른 실시예에 따른 A-A'선 절단면도이다.
도 6은 도 2의 C-C'선 절단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전소자 고정부가 적용된 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전소자 고정부가 적용된 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 나타내는 평면도이다.
도 10은 다수의 반사관 및 집광부를 구비하는 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부 및 집광부를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선 절단면도이다.
도 4는 도 2의 B부분 확대도이다.
도 5는 도 2의 또 다른 실시예에 따른 A-A'선 절단면도이다.
도 6은 도 2의 C-C'선 절단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전소자 고정부가 적용된 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전소자 고정부가 적용된 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 나타내는 평면도이다.
도 10은 다수의 반사관 및 집광부를 구비하는 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부만을 발췌하여 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 발전 시스템의 반사관, 축열파이프, 광전소자 고정부 및 집광부를 나타낸 정면도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 복합 발전 시스템(100)은, 특정 구조의 반사관(110), 축열파이프(120), 광전소자 고정부(130) 및 집광부(140)를 구비함으로써, 태양광으로 전기에너지를 생산하고 태양열로 축열을 동시에 실시할 수 있는 구성을 포함하는 복합 발전 시스템을 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 복합 발전 시스템(100)를 구성하는 각 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 도 2의 A-A'선 절단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 B부분 확대도가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 반사관(110)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일측방으로 소정 길이만큼 연장된 원통형 구조이다. 이때, 반사관(110) 내부면에는 반사거울(112)이 코팅되어 있으며, 일측 외부면에 태양광이 입사될 수 있는 광선관통부(111)가 형성되어 있다.
반사관(110)에 형성된 광선관통부(111)를 통해 입사된 태양광은, 축열파이프(120)에 집광된 후, 난반사되어 반사관(110)의 내부면에 형성된 반사거울(112)에 의해 재반사되고 결과적으로 난반사된 태양광은 모두 광전소자(150)를 향하게 된다.
경우에 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반사관(110)의 양단부에는 반사관(110)의 내부와 외부를 차단하거나 개방하는 탈착가능한 구조의 밀폐부재(113)가 장착될 수 있다. 이 경우, 반사관 내부에 설치된 축열파이프, 광전소자 고정부, 광전소자를 손쉽게 관리할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반사관(110)의 내부 중심에 배치되는 축열파이프(120)는, 내부에 일방향으로 유체가 흐르는 구조로서, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광에 의해 가열될 수 있다. 이때, 축열파이프(120) 내부를 유동하는 유체는 태양광으로부터 흡수한 열에 의해 가열되며, 가열된 유체는 별도로 마련된 저장탱크에 저장되거나 또 다른 열에너지원으로 활용될 수 있다.
경우에 따라서, 축열파이프(120)의 외부면에 적외선 흡수 필름을 코팅하여 반사관(110)의 내부로 진입된 태양광 중 적외선을 더욱 효과적으로 흡수할 수 있다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 반사관(110)의 광선관통부(111)는, 내부면에 반사거울(112)이 코팅되어 있지 않은 투명한 구조(a) 또는 관통된 구조(b)일 수 있다.
광전소자 고정부(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 축열파이프(120)의 외주면에 소정 거리만큼 이격되어 둘 이상 장착되어 있다. 이때, 광전소자 고정부(130)는 축열파이프(120)로부터 소정 거리만큼 이격시켜 광전소자(150)를 고정시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 집광부(140)는, 반사관(110)과 인접하여 장착되고, 태양광을 광선관통구(111)를 통해 축열파이프(120)의 외주면으로 집광시키는 하나 이상의 렌즈(141)를 포함하는 구조일 수 있다.
도 5에는 도 2의 또 다른 실시예에 따른 A-A'선 절단면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 반사관(110)의 광선관통부(111)에는, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광을 파장별로 분리하는 분광기(114)가 장착될 수 있다.
이때, 분광기(114)는 특정 구조의 제1굴절렌즈(115) 및 제2굴절렌즈(116)가 일체화된 구조일 수 있다. 제1굴절렌즈(115)는 반사관(110)의 광선관통부(111)와 인접하여 장착되는 구성으로서, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광 중 적외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 축열파이프(120)에 굴절시킬 수 있도록, 일방향으로 폭이 변경되는 구조일 수 있다. 또한, 제2굴절렌즈(116)는, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광 중 가시광선 및 자외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 굴절시키는 구조일 수 있다.
이 경우, 적외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 축열파이프에 집중시키고, 이와 동시에 가시광성과 자외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 광전소자에 집중시킴으로써, 광전소자의 작동 최대온도를 초과하는 문제를 미연에 방지할 수 있다.
도 6에는 도 2의 C-C'선 절단면도가 되시되어 있고, 도 7 및 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광전소자 고정부(130)가 도시되어 있다.
우선 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 광전소자 고정부(130)는, 축열파이프(120)의 외주면을 감싸는 디스크 구조일 수 있다. 이때, 광전소자(150)가 광전소자 고정부(130)의 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 장착될 수 있다.
경우에 따라서, 도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 광전소자 고정부(130)의 일측에는 외부로부터 제공되는 냉매가 유동하는 냉매유동로(132)가 장착될 수 있다. 냉매유동로(132)를 통해 유동하는 냉매는 광전소자 고정부(130)의 일측면에 장착된 히트싱크(151)로부터 열을 흡수하여 광전소자(150)를 냉각시킬 수 있다.
이때, 냉매유동로(132)에는 액체형 냉매 또는 기체형 냉매가 유동할 수 있다. 액체형 냉매일 경우, 외부에 액체형 냉매를 냉매유동로(132) 내부로 순환시킬 수 있는 순환펌프가 설치될 수 있다. 또한, 기체형 냉매가 적용될 경우, 냉매유동로(132) 내부에 냉각 기체를 순환시키는 순환 팬이 설치될 수 있다. 예를 들어, 반사관(110)의 양단부를 개방형으로 제작한 후, 반사관(110)의 양단부에 공기를 순환시킬 수 있는 팬을 설치할 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광전소자 고정부(130)는 내부에 냉매전달유로(134)가 형성된 디스크형 구조이다. 이때, 냉매전달유로(134)는 냉매유동로(132)와 연통되는 구조로서 히트싱크(151)와 접촉하여 장착되는 열전달부(133)를 냉각시킬 수 있다. 또한, 축열파이프(120)와 접촉하는 부분은 단열소재로 구성된 단열부(135)가 배치됨이 바람직하다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 광전소자 고정부(130)는 축열파이프(120)의 외주면을 감싸는 밴드 구조일 수 있다. 이때, 축열파이프(120)와 광전소자 고정부(130) 사이에는 축열파이프(120)와 광전소자 고정부(130)를 소정 거리만큼 이격시키는 지지대(131)가 장착될 수 있다. 본 실시예에 따른 지지대(131)는 단열소재로 구성되어 축열파이프(120)에 흡수된 태양열 에너지가 광전소자(150)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 광전소자(150)는 광전소자 고정부(130)의 외주면을 감싸는 구조로 장착될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 디스크 구조인 광전소자 고정부(130)의 일측면에 광전소자(150)가 장착될 수 있다. 바람직하게는, 양측면에 광전소자(150)가 장착되고 내측에 광전소자(150)로부터 발생되는 열을 외부로 방출하기 위한 히트싱크(도시하지 않음)가 장착될 수 있다. 이때 히트싱크는 상기 언급한 바 있는 냉매유동로(도 6의 134) 및 냉매전달유로(도 6의 134)에 의해 냉각될 수 있다.
도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 나타내는 평면도가 도시되어 있고, 도 10에는 다수의 반사관 및 집광부를 구비하는 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 집광부(140)는, 태양광을 축열파이프(120)의 외주면에 점 형태로 집광시키는 렌즈(141)가 적어도 하나 이상 배열된 구조일 수 있다. 구체적으로, 상기 언급한 렌즈는 볼록렌즈로서, 외주면을 감싸는 구조의 지지프레임(142)에 의해 안정적으로 고정될 수 있다.
이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 반사관(110)에 형성된 광선관통구(111)를 통해 반사관 내부로 태양광을 집광시켜 축열파이프(120)를 가열할 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 집광부(140)를 격자형태로 배열하여 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도가 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 집광부(140)는, 태양광을 축열파이프(120)의 외주면에 선 형태로 집광시키는 렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 구조일 수 있다.
구체적으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 집광부(140)를 구성하는 렌즈(141)는, 비구면 렌즈(Aspherics lens)가 일방향으로 연속 배열된 구조로서, 프레넬 패턴(Fresnel pattern)이 형성된 렌즈일 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 경량의 투명 폴리카보네이트, 아크릴 등으로 제작한 얇은 시트의 한쪽 표면에 다수의 미세한 평행 직선 형태의 골을 갖는 직선형 프레넬 렌즈일 수 있다.
이때, 반사관(110)의 외부에 형성된 광선관통부(111)는, 집광부(140)에 의해 집광되는 태양광의 선 형태를 따라 형성된 슬릿 구조일 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 슬릿 구조의 광선관통부(111)를 통과한 태양광은 광전소자(150) 사이에 지나 축열파이프(120)의 외주면에 집광될 수 있다.
도 13에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 발전 시스템을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 다른 복합 발전 시스템(100)은, 특정 구조의 태양위치추적 지지부(160)를 더 포함하는 구성일 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 태양위치추적 지지부(160)는, 지면 상에 설치되어 반사관(110) 및 집광부(140)의 위치를 고정하고, 태양의 방향과 고도에 따라 태양과 반사관(110) 및 집광부(140)가 서로 마주할 수 있도록 반사관(110) 및 집광부(140)의 위치를 변경시킬 수 있다.
태양위치추적 지지부(160)는, 지면 상에 설치되는 수직지지대(162), 수직지지대(162)의 상단에 회전 가능하도록 장착되는 반사관 고정부(161) 및 집광부 고정부(163), 반사관 고정부(161)와 집광부 고정부(163)의 방향을 병경시키는 방향조절 액츄에이터(167), 반사관 고정부(161)와 집광부 고정부(163)의 경사를 변경시키는 경사조절 액츄에이터(166)를 포함하는 구성일 수 있다.
이때, 태양 위치추적센서(164)는 태양의 방향과 고도를 검출하고, 제어부(165)는 검출된 데이터를 바탕으로 경사조절 액츄에이터(166)와 방향조절 액츄에이터(167)를 제어할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
즉, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
100: 복합 발전 시스템
110: 반사관
111: 광선관통부
112: 반사거울
113: 밀폐부재
114: 분광기
115: 제1굴절렌즈
116: 제2굴절렌즈
120: 축열파이프
130: 광전소자 고정부
131: 지지대
132: 냉매유동로
133: 열전달부
134: 냉매전달유로
135: 단열부
140: 집광부
141: 렌즈
142: 지지프레임
150: 광전소자
151: 히트싱크
160: 반사관 위치변경부
161: 반사관 고정부
162: 수직지지대
163: 집광부 고정부
164: 태양 위치추적센서
165: 제어부
166: 경사조절 액츄에이터
167: 방향조절 액츄에이터
110: 반사관
111: 광선관통부
112: 반사거울
113: 밀폐부재
114: 분광기
115: 제1굴절렌즈
116: 제2굴절렌즈
120: 축열파이프
130: 광전소자 고정부
131: 지지대
132: 냉매유동로
133: 열전달부
134: 냉매전달유로
135: 단열부
140: 집광부
141: 렌즈
142: 지지프레임
150: 광전소자
151: 히트싱크
160: 반사관 위치변경부
161: 반사관 고정부
162: 수직지지대
163: 집광부 고정부
164: 태양 위치추적센서
165: 제어부
166: 경사조절 액츄에이터
167: 방향조절 액츄에이터
Claims (16)
- 일측방으로 소정 길이만큼 연장된 원통형 구조이고, 내부면에 반사거울(112)이 코팅되어 있으며, 태양 광선이 내부로 입사하여 축열파이프(120)의 외부면에 조사될 수 있도록 광선 관통부(111)가 양측에 하나씩 형성된 반사관(110);
상기 반사관(110)의 내부 중심에 배치되어 장착되고, 내부에 일방향으로 유체가 흐르는 축열파이프(120);
상기 축열파이프(120)의 외주면에 소정 거리만큼 이격되어 둘 이상 장착되고, 상기 반사관(110)의 양측에 형성된 두 개의 광선 관통부(111) 사이에 배치되며, 축열파이프(120)로부터 소정 거리만큼 이격시켜 광전소자(150)를 고정시키는 광전소자 고정부(130); 및
상기 반사관(110)과 인접하여 장착되고, 태양광을 광선관통구(111)를 통해 축열파이프(120)의 외주면으로 집광시키는 하나 이상의 렌즈(141)를 포함하는 집광부(140);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사관(110)의 양단부에는 반사관(110)의 내부와 외부를 차단하거나 개방하는 탈착가능한 구조의 밀폐부재(113)가 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사관(110)의 광선관통부(111)는, 내부면에 반사거울(112)이 코팅되어 있지 않은 투명한 구조인 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 반사관(110)의 광선관통부(111)에는, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광을 파장별로 분리하는 분광기(114)가 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 4 항에 있어서,
상기 분광기(114)는,
상기 반사관(110)의 광선관통부(111)와 인접하여 장착되고, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광 중 적외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 축열파이프(120)에 굴절시키는 제1굴절렌즈(115);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 5 항에 있어서,
상기 분광기(114)는,
상기 반사관(110)의 광선관통부(111)와 인접하여 장착되고, 집광부(140)에 의해 집광된 태양광 중 가시광선 및 자외선 영역에 해당하는 파장의 태양광을 분광시켜 굴절시키며, 제1굴절렌즈(115)와 연속되는 일체형 구조로 형성된 제2굴절렌즈(116);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 축열파이프(120)의 외부면에는 적외선 흡수 필름이 코팅된 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광전소자 고정부(130)는 축열파이프(120)의 외주면을 감싸는 디스크 구조이고,
광전소자 고정부(130)의 외주면을 따라 일정 간격 이격되어 광전소자(150)가 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광전소자 고정부(130)는 축열파이프(120)의 외주면을 감싸는 디스크 구조이고,
광전소자 고정부(130)의 일측면에 광전소자(150)가 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광전소자 고정부(130)는 축열파이프(120)의 외주면을 감싸는 밴드 구조이고,
상기 축열파이프(120)와 광전소자 고정부(130) 사이에는 축열파이프(120)와 광전소자 고정부(130)를 소정 거리만큼 이격시키는 지지대(131)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 10 항에 있어서,
상기 광전소자(150)는 광전소자 고정부(130)의 외주면을 감싸는 구조로 장착되는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광전소자 고정부(130)의 일측에는 외부로부터 제공되는 냉매가 유동하는 냉매유동로(132)가 장착되고,
상기 냉매유동로(132)는 광전소자 고정부(130)에 장착된 광선소자(150)의 일측면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 집광부(140)는, 태양광을 축열파이프(120)의 외주면에 점 형태로 집광시키는 볼록렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 구조인 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 집광부(140)는, 태양광을 축열파이프(120)의 외주면에 선 형태로 집광시키는 비구면 렌즈가 적어도 하나 이상 배열된 구조인 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 14 항에 있어서,
상기 반사관(110)의 외부에 형성된 광선관통부(111)는, 집광부(140)에 의해 집광되는 태양광의 선 형태를 따라 형성된 슬릿 구조인 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복합 발전 시스템(100)은,
지면 상에 설치되어 반사관(110)의 위치를 고정하고, 태양의 방향과 고도에 따라 태양과 반사관이 마주할 수 있도록 반사관(110)의 위치를 변경시키는 반사관 위치변경부(160);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 발전 시스템.
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