KR101947789B1 - 하이브리드 태양광 시스템 - Google Patents
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Abstract
하이브리드 태양광 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템은, 태양광을 수광하여 전력을 생산하는 태양광 패널; 일면에만 접착제 도포되어 태양광 패널에 접착되며 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되고 내부에 유동하는 냉각수가 상기 태양광 패널의 열을 흡수하여 냉각시키는 물집을 포함하며, 상기 물집은 복수 개의 직관이 복수 개의 곡관에 의해 서로 연결되되, 상기 복수 개의 직관 사이에 이격공간이 형성되지 않도록 상기 복수 개의 직관은 상호 접촉되며, 상기 물집에는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 탄소나노튜브 0.5~1.5wt%를 포함하는 열전도 물질이 도포되는 태양광 패널의 냉각모듈; 냉각수 순환라인에 의해 상기 태양광 패널의 냉각모듈과 연결되어 상기 태양광 패널의 냉각모듈로부터 배출된 냉각수를 통해 온수를 생산하며, 내부에 저장되는 물의 온도를 센싱하는 제1온도센서와, 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위 센서와, 설정 수위 이하시 보충수를 공급하는 보충수 공급부를 포함하는 축열탱크; 상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 제2온도센서; 상기 태양광 패널의 온도를 센싱하는 제3온도센서; 및 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 제3온도센서로부터 제공받은 온도정보에 따라 상기 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
Description
본 발명은 하이브리드 태양광 시스템에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 태양광 패널을 효율적으로 냉각하면서도 전기 생산량을 증가시키고 온수를 생산할 수 있는 하이브리드 태양광 시스템에 관한 것이다.
태양 에너지를 이용하는 발전에는 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 발전과, 태양열을 전기 에너지로 변환하는 태양열 발전이 있다.
태양광 모듈은 태양광을 통하여 전력을 생산할 때 많은 열이 발생한다. 이러한 열은 태양광 모듈의 수명과 전력생산에 영향을 미치며 모듈판의 온도가 25℃ 이상이면 전력생산량은 온도에 비례하여 낮아진다. 따라서, 전력생산시 발생하는 열을 얼마나 효과적으로 냉각 또는 배출하느냐는 상당히 중요한 문제이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 일반적으로 태양광 모듈을 공기 중에 노출시키거나 태양광 모듈 표면에 냉각수를 살포 함으로써 해결하고 있다. 그러나, 태양광 모듈에 물을 살포하면 냉각효율은 높아지나 집광효율이 떨어지는 단점이 있으며 공기 중 냉각은 아주 미비하여 전력생산량을 떨어트리는 원인이 된다.
한편, 태양광 모듈에서 발생하는 열을 이용하여 온수 또는 난방수를 이용하는 하이브리드 태양광 모듈이 개시되었다. 이는 냉각수를 이용하여 태양광 패널의 열을 흡수함과 동시에 이 열을 통하여 온수 또는 난방수를 생산하여 사용한다.
일본 공개특허공보 특개2017-22793호는 태양광 패널의 안쪽에 수지제 파이프를 나선형으로 배치하며, 나선형의 수지제 파이프 사이사이에 고무소재의 접착제를 넣어 태양광 패널과 나선형 수지제 파이프를 결합한다. 그리고, 수지제 파이프 내부로 냉각수를 유동시켜, 냉각수를 이용하여 태양광 패널을 냉각시키며 온수를 생산한다.
그러나, 선행문헌의 경우에도 태양광 패널과 접촉하는 수지제 파이프의 면적이 크지 않아 냉각효율이 우수하지 못하며, 설치 공정이 복잡하고 원가가 높은 단점이 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 태양광 시스템은 태양광 패널을 효율적으로 냉각하여 전기생산량을 증가시키고 온수를 생산할 수 있는 하이브리드 태양광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 시스템은 물집을 통하여 우수한 냉각효율로 태양광 패널을 냉각하며 전기생산량을 증가시키는 하이브리드 태양광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 태양광 시스템은 제조공정이 단순하고 제조원가가 낮으면서도 태양광 패널의 냉각효율이 우수한 하이브리드 태양광 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템은, 태양광을 수광하여 전력을 생산하는 태양광 패널; 일면에만 접착제 도포되어 태양광 패널에 접착되며 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되고 내부에 유동하는 냉각수가 상기 태양광 패널의 열을 흡수하여 냉각시키는 물집을 포함하며, 상기 물집은 복수 개의 직관이 복수 개의 곡관에 의해 서로 연결되되, 상기 복수 개의 직관 사이에 이격공간이 형성되지 않도록 상기 복수 개의 직관은 상호 접촉되며, 상기 물집에는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 탄소나노튜브 0.5~1.5wt%를 포함하는 열전도 물질이 도포되는 태양광 패널의 냉각모듈; 냉각수 순환라인에 의해 상기 태양광 패널의 냉각모듈과 연결되어 상기 태양광 패널의 냉각모듈로부터 배출된 냉각수를 통해 온수를 생산하며, 내부에 저장되는 물의 온도를 센싱하는 제1온도센서와, 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위 센서와, 설정 수위 이하시 보충수를 공급하는 보충수 공급부를 포함하는 축열탱크; 상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 제2온도센서; 상기 태양광 패널의 온도를 센싱하는 제3온도센서; 및 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 제3온도센서로부터 제공받은 온도정보에 따라 상기 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
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본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템은, 태양광을 수광하여 전력을 생산하는 태양광 패널; 일면에만 접착제 도포되어 태양광 패널에 접착되며 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되고 내부에 유동하는 냉각수가 상기 태양광 패널의 열을 흡수하여 냉각시키는 물집을 포함하며, 상기 물집은 복수 개의 직관이 복수 개의 곡관에 의해 서로 연결되되, 상기 복수 개의 직관 사이에 이격공간이 형성되지 않도록 상기 복수 개의 직관은 상호 접촉되며, 상기 물집에는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 그래핀 0.5~1.5wt%를 포함하는 열전도 물질이 도포되는 태양광 패널의 냉각모듈; 냉각수 순환라인에 의해 상기 태양광 패널의 냉각모듈과 연결되어 상기 태양광 패널의 냉각모듈로부터 배출된 냉각수를 통해 온수를 생산하며, 내부에 저장되는 물의 온도를 센싱하는 제1온도센서와, 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위 센서와, 설정 수위 이하시 보충수를 공급하는 보충수 공급부를 포함하는 축열탱크; 상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프; 상기 순환펌프의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 제2온도센서; 상기 태양광 패널의 온도를 센싱하는 제3온도센서; 및 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 제3온도센서로부터 제공받은 온도정보에 따라 상기 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어부;를 포함한다.
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또한, 상기 제어부는, 상기 온도정보에 관계없이 소정 주기로 상기 순환펌프를 제어하여 겨울철 동파를 방지할 수 있다.
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본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 태양광 시스템은, 태양광 패널을 효율적으로 냉각하면서 우수한 냉각효율에 의해 전기생산량을 증가시키고 온수를 생산할 수 있는 하이브리드 태양광 시스템이 제공된다.
또한, 물집은 서로 접촉되는 복수 개의 직관과, 직관을 서로 연결하는 곡관으로 구성되어 태양광 패널에 배면에 접착제로 접착하여 고정할 수 있으므로, 별도의 용접공정 등이 필요없어 공정이 단순하고 접착제도 양이 매우 적게 소요된다.
또한, 물집 외부에 열전도물질의 코팅하기 때문에 열전도물질의 양이 적어 제조원가가 매우 저렴해지며 무게도 가볍다.
또한, 내부에 냉각수가 유동하는 물집은 서로 접촉되는 복수 개의 직관과 직관을 서로 연결하는 곡관으로 구성되어 태양광 패널 전체적으로 냉각효율이 우수하며 균일하게 냉각된다.
또한, 물집의 곡관은 순환하는 냉각수의 흐름을 좋게 하고, 기포(공기)의 형성을 근본적으로 차단하는 역할을 하며 순환펌프의 냉각수 흡입과 토출을 원활하게 한다.
또한, 제어부에 의해 순환펌프가 제어되어 겨울철에 동파되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 개략적인 장치도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 개략적인 요부확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 정면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 개략적인 장치도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 변형예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 개략적인 요부확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 정면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 개략적인 장치도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 변형예이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 개략적인 장치도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 개략적인 요부확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 냉각모듈은 태양광 패널을 효율적으로 냉각하면서 우수한 냉각효율에 의해 전기생산량을 증가시키고 온수를 생산할 수 있는 태양광 패널의 냉각모듈의 냉각모듈에 관한 것으로서, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 물집(100)을 포함한다.
물집(100)은 태양광 패널(200)을 냉각함과 동시에 온수를 생산하기 위한 구성이다. 여기서 온수는 난방수를 포함하는 개념이다. 태양광 패널(200)은 복수 개의 태양광 모듈을 포함하며, 수광면을 통해 태양광을 수광하여 전력을 생산하는데, 일반적으로 태양광 모듈은 온도와 비례하여 약 25도의 온도에서 최고의 효율을 발휘하여 그 이상으로 온도가 올라가면 갈수록 전기생산효율은 떨어진다. 이러한 열은 태양광 모듈의 수명에 영향을 미치고, 태양광 패널(200)의 전기생산에 많은 영향을 미친다. 따라서 태양광 패널(200)의 효율적인 전기생산 또는 수명을 위하여 전기 생산시 발생하는 열을 효과적으로 냉각 또는 배출하는 것이 중요하다. 즉, 물집(100)은 태양광 패널(200)의 배면에서 발생하는 열을 흡수하여 냉각함과 동시에 이 열을 이용하여 온수를 생산하기 위한 구성이다. 태양광 패널(200) 자체는 공지된 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.
물집(100)은 내부에 냉각수가 유동되며, 냉각수가 유동하여 순환하는 과정에서 태양광 패널(200)의 열을 흡수하여 가열된다. 물집(100)은 복수 개의 직관(110)과 복수 개의 곡관(120)을 포함한다. 이때, 복수 개의 직관(110)은 서로 측면이 접촉되며, 서로 접촉된 직관(110)은 곡관(120)에 의해 상호 연결된다.
한편, 물집(100)은 태양광 패널(200)의 배면에 접착제에 의해 접착된다. 물집(100)은 복수 개의 직관의 일측면이 서로 접촉되는 구조를 가지므로, 물집(100)을 태양광 패널(200)에 접착(고정)할 때 접착제를 물집(100)의 일면에만 도포하면 되므로 별도의 용접공정 등이 필요없어 공정이 단순하다. 즉, 복수 개의 직관(110)들이 서로 접촉되어 있으므로 직관(110) 상호간을 고정하기 위해 직관(110) 사이사이의 공간에 접착제나 후술하는 열전도 물질을 주입할 필요가 없으며, 이에 따라 열전도 물질의 양이 매우 적게 소요되고, 제조원가가 매우 저렴해지며, 지붕에 설치하는 경우에도 시공상 무게가 무거워지는 문제점이 없어 안전하면서도 편리하게 설치할 수 있다.
태양광 패널(200)은 태양광을 수광하면 열이 전체적으로 분포되며, 태양광 패널(200)을 신속히 냉각하기 위해서는 냉각하는 면적이 넓어야 한다. 본 발명은 물집(100)이 직관(110)과 곡관(120)으로 구성되며 물집(100) 내부로 냉각수가 유동하는데, 한 직관(110)에 냉각수가 가득 차야만 해당 직관(110)에 연결된 곡관(120)과 그 다음 직관(110)으로 순차적으로 냉각수가 유동할 수 있기 때문에 물집(100)이 설치된 면적의 전체적으로 큰 냉각효과를 얻을 수 있으며 균일한 냉각효과를 얻을 수 있다. 직관(110)과 곡관(120)의 개수는 설계에 따라 변경될 수는 있으나, 보다 우수한 냉각효과를 얻기 위해서 가능한 직관(110)의 개수를 많이 하는 것이 바람직하다.
한편, 곡관(120)은 순환하는 냉각수의 흐름을 좋게 하고, 기포(공기)의 형성을 근본적으로 차단하는 역할을 하며 순환펌프의 냉각수 흡입과 토출을 원활하게 한다.
한편, 본 발명에서 물집(100)은 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되며, 물집(100)의 단면적은 태양광 패널(200) 배면의 면적 대비 50~80%이다. 가교성 폴리에틸렌 재질로 마련됨으로써 전체적인 무게가 가벼워 지붕 등에 설치를 하는 경우에도 지붕에 영향을 미치지 않으며 접착으로 태양광 패널에 고정할 수 있고, 내식성이 우수하다. 또한, 가교성 폴리에틸렌으로 마련되어 물집(100)의 크기 및 형상을 쉽게 구현할 수 있으며 본 발명에서는 냉각효율이 극대화 되도록 단면적이 태양광 패널(200) 배면의 면적 대비 50~80%이며, 바람직하게는 80%이다. 태양광 패널(200) 배면의 대부분의 면적에 대해서 냉각효과가 우수하며 균일하다.
물집(100)의 표면에는 열전도율을 높이기 위하여 열전도 물질이 도포되며, 바람직하게는 2회이상 물집(100)의 외부 전체 표면에 도포된다. 열전도 물질은 카본블랙, 실리콘 경화제와, 가황촉진제 및 탄소나노튜브를 포함하며, 각각의 물질들이 소정 비율로 혼합된다. 이때 각 물질의 함량은 바람직하게는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 탄소나노튜브 0.5~1.5wt%이다. 열전도 물질의 주성분으로 카본블랙을 사용하며, 열전도율을 높이기 위해 탄소나노튜브가 소량 혼합된다. 열전도 물질이 물집(100)의 표면에 도포되어야 하므로 분말형태를 액체상태 또는 이와 유사한 상태로 만드는 공정이 필요하다. 이에, 실리콘 경화제를 소정비율 혼합하여 탄소나노튜브를 고르게 분산시키며, 카본블랙에 탄성을 부여하기 위해 가황공정에 투입되어 가황속도 촉진 및 고무물성 증진하도록 가황촉진제도 소정비율 혼합한다. 또한, 추가적으로 탈색방지제와 노화방지제 및 분산제를 첨가할 수도 있다. 또한, 공가교제를 첨가하여 빠르게 경화되도록 할 수 있으며, 상술한 바와 같이 제조한 열전도 물질에 물집(100)을 담근 뒤 열풍건조한다. 열전도 물질의 도포 및 열풍건조를 2회이상 하여 열전도 물질의 두께를 높여 보다 우수한 열전도 효과를 얻을 수 있다.
한편, 열전도 물질 중 탄소나노튜브는 그래핀으로 대체될 수 있다. 즉, 열전도 물질은 카본블랙, 실리콘 경화제와, 가황촉진제 및 그래핀을 포함하며 각각의 물질들이 소정 비율로 혼합되고, 이때 각 물질의 함량은 바람직하게는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제3.5~8wt%, 그래핀 0.5~1.5wt%이다. 그래핀을 사용하는 경우에도 열전도 물질의 제작은 카본나노튜브를 이용하는 경우와 같다.
정리하면, 물집(100)은 상술한 열전도 물질이 도포된 상태(바람직하게는 2회 이상 도포)에서 일면에 접착제가 도포되어 태양광 패널(200)의 배면에 접착된다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템에 대해 설명한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 개략적인 장치도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템(1000)은 태양광 패널을 효율적으로 냉각하면서도 온수를 생산할 수 있는 하이브리드 태양광 시스템에 관한 것으로서, 도 4를 참조하면, 태양광 패널(200)과, 물집(100)과, 축열탱크(300)와, 냉각수 순환라인(400)과, 순환펌프(500) 및 제어부(600)를 포함한다. 태양광 패널(200)은 공지의 구성이며 물집(100)과 함께 제1실시예와 동일하므로 중복설명은 생략한다.
축열탱크(300)는 물집(100)을 통과하면서 가열된 냉각수를 이용하여 온수를 생성하기 위한 구성이다. 축열탱크(300) 내부에는 가열된 냉각수에 의해 승온되어 온수로 사용되는 물이 저장된다.
축열탱크(300)에는 물집(100)으로부터 배출된 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인(400)이 연결되며, 냉각수 순환라인(400)은 다시 물집 입구(200)로 연결되는 순환구조를 갖는다. 태양광 패널(200)의 열을 흡수하여 가열된 냉각수는 축열탱크(300) 내부의 물을 승온시켜 온수를 생산한다. 이때, 냉각수로 부동액 또는 열전도유를 사용하는 경우, 냉각수 순환라인(400)은 축열탱크(300) 내부를 경유하도록 구성되어 냉각수와 축열탱크(300) 내부의 물과 열교환하도록 마련되며(도 3 참조), 냉각수로 물을 사용하는 경우에는 냉각수 유동라인(400)이 축열탱크(300) 내부와 연통되도록 마련되어 냉각수가 축열탱크(300) 내부의 물과 혼합 및 저장된다.(도 4 참조)
본 실시예에서 축열탱크(300)는 수위 센서(310)와 보충수 공급부(320)를 포함한다. 가열된 냉각수에 의해 생성된 온수를 사용하는 경우 축열탱크(300) 내부의 온수가 배출된다. 가령, 가정에서 보일러가 있는 경우 보일러 순환펌프의 흡입관은 삼방전자밸브로 연결되고, 온수 사용시 절환되어 축열탱크(300)의 물을 흡입하여 온수로 사용된다. 이때, 수위 센서(310)는 축열탱크(300) 내부의 물의 수위를 측정하고, 보충수 공급부(320)는 일정 수위 이하로 내려가는 경우 전자밸브가 개방되거나 볼탑이 열려 축열탱크(300)에 보충수를 공급한다.
또한, 축열탱크(300)에는 내부에 저장된 물(온수)의 온도를 센싱하는 제1온도센서(330)가 설치된다. 물집(100) 내부의 냉각수는 순환펌프(500)에 의해 냉각수 순환라인(400)을 순환한다. 제어부(600)는 제1온도센서(330)로부터 축열탱크(300) 내부의 물의 온도정보를 제공받아 순환펌프(500)의 작동을 제어한다. 예를 들어, 축열탱크(300) 내부의 물의 온도가 40℃이고, 태양광 패널(200)의 온도가 60℃인 경우 제어부(600)는 순환펌프(500)를 가동시켜 태양광 패널(200)을 냉각시키고 온수를 생성한다. 또한, 축열탱크(300) 내부의 물의 온도가 60℃이고, 태양광 패널(200)의 온도가 60℃인 경우 축열탱크(300)의 물을 일부 드레인시키고 보충수가 공급되도록하여 축열탱크(300) 내부의 물의 온도를 낮춘다.
본 실시예의 변형예로서 제2온도센서(700)를 포함할 수 있다. 제2온도센서(700)는 물집(100)의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 구성이다. 제2온도센서(700)는 한 쌍으로 마련되어 각각 물집(100)의 입수와 출수의 온도를 센싱하며, 각각의 온도정보를 통해 물집(100) 내의 온도정보를 알 수 있고, 제어부(600)는 이로부터 순환펌프(500)의 구동을 제어한다. 물집(100)의 입수와 출수의 온도를 측정함으로써, 복수 개로 설치된 태양광 패널(200)에 물집(100)을 직렬로 연결하는 경우에도 입수와 출수에만 온도센서를 설치하고 이로부터 물집(100)의 온도를 알 수 있으므로 각각의 물집(100)에 모두 온도센서를 설치하지 않아도 되는 장점이 있다.
한편. 제어부(600)는 제2온도센서(700)의 온도정보와 관계없이 소정 주기로 일정시간동안 순환펌프(500)를 가동시킬 수 있다. 겨울철의 경우 제어부(600)가 설정한 시간이 되면 제2온도센서(700)와 무관하게 순환펌프(500)를 가동시켜 동파되는 것을 방지할 수 있다.
본 변형예의 제2온도센서(700)는 제1온도센서(330)와 함께 설치될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 변형예이다.
본 실시예의 또 다른 변형예로 제3온도센서(800)를 포함할 수 있다. 제3온도센서(800)는 태양광 패널(200)의 온도를 센싱하는 구성이다. 제3온도센서(100)는 태양광 패널(200)의 상부표면에 단일 개로 설치될 수 있다. 제3온도센서(100)는 태양광 패널(200)의 온도를 직접 센싱하며, 제어부(600)는 태양광 패널(200)의 온도정보를 제공받아 제1설정온도가 되면 순환펌프(500)를 구동하여 태양광 패널(200)을 냉각시키며 온수를 생성하고, 제1설정온도보다 낮은 경우에는 순환펌프(500)를 정지시킨다.
이때, 제어부(600)는 제1설정온도보다 낮은 제2설정온도를 설정하여 태양광 패널(200)의 온도가 제2설정온도가 되는 경우 일정 시간동안 순환펌프(500)를 구동시켜 겨울철에 동파되는 것을 방지할 수 있다.
본 변형예의 제3온도센서(800)는 제1온도센서(330) 및/또는 제2온도센서(700)와 함께 설치될 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 태양광 시스템의 작동에 대해 설명한다.
태양광 패널(200)은 수광면을 통해 태양광을 수광하여 전기를 생산하며, 이 과정에서 태양광 패널(200)의 배면에서 많은 열이 발생한다. 한편, 태양광 패널(200)의 배면에 접착된 물집(100) 내부에는 냉각수가 유입된다. 냉각수는 직관(110)과 곡관(120)으로 구성되는 물집(100) 내부로 유동하는데, 한 직관(110)에 냉각수가 가득 찬 후 해당 직관(110)에 연결된 곡관(120)과 그 다음 직관(110)으로 순차적으로 유동한다. 이러한 방식으로 냉각수는 태양광 패널(200) 배면 대부분의 면적을 걸쳐 유동하게 되며, 유동하는 과정에서 열을 흡수하여 태양광 패널(200)을 냉각한다.
태양광 패널(200)의 열을 흡수하여 가열된 냉각수는 물집(100)으로부터 토출되어 냉각수 순환라인(400)을 따라 축열탱크(300) 측으로 이동한다. 이때, 냉각수가 부동액이나 열전도유인 경우 냉각수 순환라인(400)은 축열탱크(300) 내부를 경유하도록 구성되어 냉각수와 축열탱크(300) 내부의 물과 열교환하여 온수를 생산한다. 냉각수로 물을 사용하는 경우에는 냉각수 순환라인(400)이 축열탱크(300) 내부와 연통되도록 마련되어 냉각수가 축열탱크(300) 내부의 물과 혼합되어 온수를 생산한다.
온수 사용으로 인해 축열탱크(300) 내부의 온수가 배출되는 경우 수위 센서(310)는 축열탱크(300) 내부의 물의 수위를 측정하고, 보충수 공급부(320)는 일정 수위 이하로 내려가는 경우 전자밸브가 개방되거나 볼탑이 열려 축열탱크(300)에 보충수를 공급한다.
한편, 냉각수는 순환펌프(500)에 의해 순환되며, 순환펌프(500)는 제어부(600)에 의해 제어된다. 가령, 제1온도센서(330)에 의해 센싱된 축열탱크(300) 내부의 물의 온도가 태양광 패널(200)보다 낮은 경우 제어부(600)는 순환펌프(500)를 가동시켜 태양광 패널(200)을 냉각시키며 온수를 생산한다. 또는, 제2온도센서(700)에 의해 물집(200)의 입수와 출수의 온도를 센싱하여 물집(100)의 온도를 측정하며, 제어부(600)는 이로부터 순환펌프(500)의 구동을 제어한다. 이때, 제어부(600)는 겨울철 동파 방지를 위해 제2온도센서(700)와 무관하게 순환펌프(500)를 가동시킨다. 또는 제3온도센서(800)에 의해 태양광 패널(200)의 온도를 직접 센싱하며, 제어부(600)는 태양광 패널(200)의 온도정보를 제공받아 제1설정온도가 되면 순환펌프(500)를 구동하여 태양광 패널(200)을 냉각시키며 온수를 생성하고, 제1설정온도보다 낮은 경우에는 순환펌프(500)를 정지시킨다. 이때, 제어부(600)는 제3온도센서(800)와 관계없이 일정온도가 되면 일정시간동안 순환펌프(500)를 구동시켜 겨울철에 동파되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 태양광 패널을 효율적으로 냉각하면서도 우수한 냉각효율에 의해 전기생산량을 증가시키고 온수를 생산할 수 있는 태양광 패널의 냉각모듈 및 이를 이용하는 하이브리드 태양광 시스템이 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 태양광 하이브리드 시스템
100 : 물집 200 : 태양광 패널
300 : 축열탱크 310 : 수위센서
320 : 보충수 공급부 330 : 제1온도센서
400 : 냉각수 유동라인 500 : 순환펌프
600 : 제어부 700 : 제2온도센서
800 : 제3온도센서
100 : 물집 200 : 태양광 패널
300 : 축열탱크 310 : 수위센서
320 : 보충수 공급부 330 : 제1온도센서
400 : 냉각수 유동라인 500 : 순환펌프
600 : 제어부 700 : 제2온도센서
800 : 제3온도센서
Claims (12)
- 태양광을 수광하여 전력을 생산하는 태양광 패널;
일면에만 접착제가 도포되어 상기 태양광 패널에 접착되며 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되고 내부에 유동하는 냉각수가 상기 태양광 패널의 열을 흡수하여 냉각시키는 물집을 포함하며, 상기 물집은 복수 개의 직관이 복수 개의 곡관에 의해 서로 연결되되, 상기 복수 개의 직관 사이에 이격공간이 형성되지 않도록 상기 복수 개의 직관은 상호 접촉되며, 상기 물집에는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 탄소나노튜브 0.5~1.5wt%를 포함하는 열전도 물질이 도포되는 태양광 패널의 냉각모듈;
냉각수 순환라인에 의해 상기 태양광 패널의 냉각모듈과 연결되어 상기 태양광 패널의 냉각모듈로부터 배출된 냉각수를 통해 온수를 생산하며, 내부에 저장되는 물의 온도를 센싱하는 제1온도센서와, 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위 센서와, 설정 수위 이하시 보충수를 공급하는 보충수 공급부를 포함하는 축열탱크;
상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프;
상기 순환펌프의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 제2온도센서;
상기 태양광 패널의 온도를 센싱하는 제3온도센서; 및
상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 제3온도센서로부터 제공받은 온도정보에 따라 상기 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 하이브리드 태양광 시스템.
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- 삭제
- 태양광을 수광하여 전력을 생산하는 태양광 패널;
일면에만 접착제가 도포되어 상기 태양광 패널에 접착되며 가교성 폴리에틸렌(XLPE : Cross-Linkaged Polyethylene)으로 마련되고 내부에 유동하는 냉각수가 상기 태양광 패널의 열을 흡수하여 냉각시키는 물집을 포함하며, 상기 물집은 복수 개의 직관이 복수 개의 곡관에 의해 서로 연결되되, 상기 복수 개의 직관 사이에 이격공간이 형성되지 않도록 상기 복수 개의 직관은 상호 접촉되며, 상기 물집에는 카본블랙 70~80wt%, 실리콘 경화제 6~10wt%와, 가황촉진제 3.5~8wt%, 그래핀 0.5~1.5wt%를 포함하는 열전도 물질이 도포되는 태양광 패널의 냉각모듈;
냉각수 순환라인에 의해 상기 태양광 패널의 냉각모듈과 연결되어 상기 태양광 패널의 냉각모듈로부터 배출된 냉각수를 통해 온수를 생산하며, 내부에 저장되는 물의 온도를 센싱하는 제1온도센서와, 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하는 수위 센서와, 설정 수위 이하시 보충수를 공급하는 보충수 공급부를 포함하는 축열탱크;
상기 냉각수를 순환시키는 순환펌프;
상기 순환펌프의 입수와 출수의 온도를 센싱하는 제2온도센서;
상기 태양광 패널의 온도를 센싱하는 제3온도센서; 및
상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서 및 상기 제3온도센서로부터 제공받은 온도정보에 따라 상기 순환펌프의 가동여부를 제어하는 제어부;
를 포함하는 하이브리드 태양광 시스템.
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- 제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 온도정보에 관계없이 소정 주기로 상기 순환펌프를 제어하여 겨울철 동파를 방지하는 하이브리드 태양광 시스템. - 삭제
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