KR101953387B1 - 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 - Google Patents
염도차 태양에너지 복합 발전 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 본 발명은 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산하고, 이 때, 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 보다 효율적으로 생산하여 전기생산을 향상 시킬 수 있는, 태양광 및 태양열 발전과 염도차 발전이 동시에 가능한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 염도차 발전과 태양에너지 발전을 동시에 이용한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치에 관한 것으로, 역전기투석(RED, Reverse Electrodialysis)과 태양열(Solar Heat) 및 태양광(photovoltaic)을 연계한 일체형 장치로, 염분차발전 및 태양열 및 태양광 발전이 동시에 가능한 하이브리드 발전 장치에 관한 것이다.
역전기투석(RED)은 농도가 다른 두 유체, 예를 들어 해수와 담수의 혼합 과정에서 발생한 염도차 에너지를 전기 에너지 형태로 회수하는 것을 말한다.
보다 구체적으로, 역전기투석(RED)은 해수와 담수를 이용한 염도차로 발전하는 시스템으로서, 해수와 담수에 포함된 염의 농도차로 인해 이온이 이온교환막(양이온교환막과 음이온교환막)을 통해 이동하게 되고, 복수개의 이온교환막이 번갈아 배열된 스택(stack)의 양쪽 끝에 위치한 전극(양전극, 음전극)간의 전위차를 발생시키며, 전극상에서 산화환원반응을 통하여 전기에너지를 생성하는 장치이다.
즉, 해수(염수)에 용해되어 있는 이온이 이온교환막을 통해 담수로 이동하면서 발생되는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 직접 전환하는 발전방식으로 기존의 풍력, 태양광과 같은 발전 방식과 비교하여 부하 변동이 거의 없고, 이용률이 90% 이상인 발전장치이다.
한편, 태양열 발전은 태양열 에너지로 물이나 공기를 가열시켜 난방열이나 온수로 사용하는 방식이며, 태양광 발전은 태양전지 패널을 이용하여 태양 에너지를 전기에너지로 변환하는 방식의 신재생에너지이다.
이러한 기술들은 현재 새로운 신재생에너지원으로써 다양한 연구가 진행되고 있지만, 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산하고, 이 때, 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 전기 생산에 이용하는 시스템은 아직까지 보고된 바 없다.
본 발명은 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산하고, 이 때 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 보다 효율적으로 생산하여 전기생산을 향상 시킬 수 있는, 염도차발전과 태양광 및 태양열 발전이 동시에 가능한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 태양전지 패널; 및 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛; 을 포함하며, 염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입포트 및 유출포트, 제2 용액 유입포트 및 유출포트를 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극; 및 애노드 및 캐소드 전극 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막을 포함하고, 하우징은, 제1 용액 유입포트 및 제1 유로를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부를 갖고, 제1 용액 유입부는 유입된 제1 용액 및 태양전지 패널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련된 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 제공한다.
또한, 제1 용액 유입부는 제1 용액이 유입되는 공간을 형성하는 적어도 일면이 태양전지 패널의 제2 면인 것을 포함한다.
또한, 제1 용액이 제1 용액 유입부로 유입되면, 제1 용액은 태양전지 패널의 제2 면에 접촉하는 것을 포함한다.
또한, 태양전지 패널은 제2 면의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재를 추가로 포함한다.
또한, 염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입부로 유입된 제1 용액이 제2 유로로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련된 제1 유입 부재를 추가로 포함한다.
또한, 제1 용액 유입부는, 제1 용액을 제1 유로 측으로 전달하도록 제1 용액 유입부와 제1 유입 부재를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로를 추가로 포함한다.
또한, 복수 개의 이온교환막은, 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 포함하며, 양이온 교환막과 음이온 교환막이 각각 교번하여 배치되는 것을 포함한다.
또한, 제1 유로 및 제2 유로를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산하는 것을 포함한다.
또한, 제1 용액 유입부에서, 제1 용액은 제2 면에 의해 온도가 상승하는 것을 포함한다.
이에 더하여, 본 발명은, 제1 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 제1 태양전지 패널; 제2 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 제2 태양전지 패널; 및 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛; 을 포함하며, 염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입포트 및 유출포트, 제2 용액 유입포트 및 유출포트를 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극; 애노드 및 캐소드 전극 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막을 포함하고, 하우징은, 제1 용액 유입포트 및 제1 유로를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부를 갖고, 제1 용액 유입부는 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제1 용액 및 제1 태양전지 패널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지고, 차례로 제1 용액 및 제2 태양전지 채널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련된 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 제공한다.
또한, 제1 용액 유입부는 제1 용액 유입포트와 연결된 제1 유입부 및 제1 유입부 및 제1 유로를 연결하는 제2 유입부를 포함하며, 제1 용액이 제1 유입부로 유입되면, 제1 태양전지 패널의 제2 면에 접촉한 후 제2 유입부로 유입되어 제2 태양전지 패널의 제2 면에 접촉하는 것을 포함한다.
또한, 제1 및 제2 태양전지 패널은 제2 면의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재를 각각 추가로 포함한다.
또한, 염도차 발전 유닛은, 제2 유입부에 배치되고, 제1 용액 유입부로 유입된 제1 용액이 제2 유로로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련된 제1 유입 부재를 추가로 포함한다.
또한, 제1 유로 및 제2 유로를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산하는 것을 포함한다.
또한, 제1 및 제2 유입부 각각에서, 제1 용액은 제1 및 제2 태양전지 패널 각각의 제2 면에 의해 온도가 상승하는 것을 포함한다.
이에 더하여, 본 발명은, 복수 개의 상기에서 서술한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치; 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제1 용액 유입 포트로 제1 용액을 공급하도록 마련된 제1 용액 공급부; 및 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제2 용액 유입포트로 제2 용액을 공급하도록 마련된 제2 용액 공급부; 를 포함하는, 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 통해 에너지를 보다 효율적으로 생산할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산하고, 이 때, 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 보다 효율적으로 생산하여 전기생산을 향상 시킬 수 있으며, 태양광 및 태양열 발전과 염도차 발전이 동시에 가능하다.
즉, 역전기투석(RED) 장치로 공급되는 담수를 태양광발전의 냉각수로 사용함과 동시에, 온도가 상승된 담수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써 태양광 발전 장치와 역전기투석발전 장치에서 생산되는 출력을 동시에 향상시킬 수 있는 시너지 효과를 갖는다.
또한, 일반적으로 태양광 발전의 경우 MW당 설치부지가 약 15,000m2로 넓은 반면, 염분차발전은 MW당 설치부지가 약 3,000m2 정도로 평가 받고 있다. 그러므로 본 발명에서와 같이 염도차와 태양에너지 복합발전 장치의 구성을 통해, 설치에 필요한 사용부지 면적을 최소화하면서 발전량을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 용액 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도 이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 염도차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농도차 태양열 복합 발전 장치의 분해 사시도 이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 생산된 전력을 나타내기 위한 그래프 이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템을 설명하기 위해 나타낸 사시도 이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 출력 향상을 나타내기 위한 그래프 이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 용액 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도 이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 염도차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 농도차 태양열 복합 발전 장치의 분해 사시도 이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 생산된 전력을 나타내기 위한 그래프 이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템을 설명하기 위해 나타낸 사시도 이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 출력 향상을 나타내기 위한 그래프 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명은 염도차 태양에너지 복합 발전 장치에 관한 것으로, 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산 및 이 때, 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 보다 효율적으로 생산하여 전기생산을 향상 시킬 수 있는, 태양광 및 태양열 발전과 염도차 발전이 동시에 가능한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치에 관한 것이다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 용액 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 분해 사시도, 도 5 및 도 6은 본 발명의 염도차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도, 도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 분해 사시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 생산된 전력을 나타내기 위한 그래프, 도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도, 도 13 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템을 설명하기 위해 나타낸 사시도, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따라 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 출력 향상을 나타내기 위한 그래프이다.
이하, 도 1 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1000) 및 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템(2000)에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 태양전지 패널 및 염도차 발전 장치(역전기투석 발전 장치)와 관련하여 따로 언급되지 않는 구성요소 들은 종래에 사용되어 오는 것이라면, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용 목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 명세서 전체에서 '연결, 설치, 장착' 이라 함은, 볼트와 너트 등을 이용하여 고정 연결시키는 것을 의미하며, 볼트와 너트 뿐만 아니라, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 연결부재를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1001)는 태양전지 패널(10) 및 염도차 발전 유닛(20)을 포함한다.
본 발명의 태양전지 패널(10)은, 수광부를 갖는 제1 면(11) 및 제1 면(11)의 반대방향의 제2 면(12)을 포함한다.
여기서, 상기 제1 면(11)의 수광부는 태양전지 패널이 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 영역을 의미한다.
특히, 도 3의 (b)를 참조하면, 상기 제2 면(12)의 적어도 일부 영역은 방열 부재(13)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방열 부재(13)는, 방열 효율을 상승시키기 위해 방열 면적을 넓게 하는 구조로 형성될 수 있으며, 일 예로, 제2 면(12)에서 돌출되도록 형성되는 핀 또는 히트파이브 구조 등 열 교환 면적을 넓힐 수 있는 구조라면 다양하게 적용 가능하다.
또한, 염도차 발전 유닛(20)은, 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산할 수 있다.
여기서, 제1 용액은 저 농도 용액 (0.005~1.0wt%)으로 일반 담수, 지하수, 강수, 하수 방류수, 일반 농업용수, 세척수, 냉각수 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이에 더하여, 상기 제2 용액은 고농도 용액 (1.0~50.0wt%)으로 염수 (7.0wt% 이상), 해수 (3.5wt%), 비료용액 (1.0~50.0wt%), 이산화탄소 흡수액 (1.3~50.0wt%) 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
여기서, 본 발명은, 상기 제1 및 제2 용액을 제1 및 제2 용액 유입 포트로 각각 공급하기 위한 제1 용액 공급원 및 제2 용액 공급원를 추가로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 염도차 발전 유닛(20)은 제1 용액 유입포트(210) 및 유출포트(211), 제2 용액 유입포트(212) 및 유출포트(213)를 갖는 하우징(200)을 포함한다.
상기 하우징(200)은 하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 전극(220) 및 캐소드 전극(230)과 애노드 전극(220) 및 캐소드 전극(230) 사이에 배열된 복수 개의 이온교환막(240)을 포함한다.
상기 복수 개의 이온교환막(240)은, 애노드 및 캐소드 전극(220, 230) 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로(241) 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로(242)를 구획하도록 배열될 수 있다.
여기서, 상기 복수 개의 이온교환막(240)은 양이온 교환막(C), 음이온 교환막(A)을 포함하며, 상기 양이온 교환막(C)과 음이온 교환막(A)은 교번하여 배치될 수 있다.
따라서, 복수 개의 이온교환막이 배열된 상기 하우징(200) 내부에는 각각 복수 개의 제1 유로(241) 및 제2 유로(242)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 염도차 발전 유닛(20)의 하우징(200)은, 제1 용액 유입포트(210), 제2 용액 유입포트(212) 및 제1 용액 유출포트(211) 및 제2 용액 유출포트(213)가 각각 마련된 제1 내지 제4 프레임(201,202,203,204)을 포함한다.
또한, 상기 애노드 및 캐소드 전극(220, 230)을 각각 감싸도록 마련된 제5 및 제6 프레임(205,206)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 하우징(200)은 일 예로, 육면체로 형성될 수 있으며 제1 내지 제4 프레임(201,202,203,204)은 하우징(200)의 옆면을 형성하고, 제5 및 제6 프레임(205,206)은 각각 상면 및 하면을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 프레임은(201)은 제1 용액 유입포트(210)를 포함할 수 있다.
또한, 제2 프레임(202)은 제2 용액 유입포트(212)를 포함할 수 있다.
또한, 제3 프레임(203)은 제1 용액 유출포트(211)를 포함할 수 있다.
또한, 제4 프레임(204)은 제2 용액 유출포트(213)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 내지 제6 프레임은 상호 연결함으로써, 하우징(200)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제5 및 6 프레임은, 제5 및 제6 프레임(205,206) 사이에 마련되는 제1 및 제2 유로(241,242)를 유동하는 제1 및 제2 용액이 유출되지 않도록 마련된 실링 가스켓(270)을 각각 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 프레임(203)은, 애노드 및 캐소드 전극(220,230) 측으로 전극용액 즉, 전해질을 공급 및 배출하기 위한 전해질 유입포트 및 유출포트(271,272)를 각각 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전해질을 공급하기 위한 전해질 공급원(미도시)이 추가로 포함될 수 있다.
또한, 제3 프레임(203)은, 애노드 및 캐소드 전극(220,230)에서 생산되는 전기 콜렉터(collector)로써, 전극봉(273)을 추가로 포함할 수 있다.
따라서, 상기 전극봉(273)은 애노드 및 캐소드 전극(220,230)과 각각 연결 구비될 수 있도록 제3 프레임(203) 상, 하단에 각각 마련될 수 있다.
특히, 상기 전극봉(273)은 제3 프레임(203) 바깥 측으로 돌출되도록 형성됨으로써, 생산된 전기를 외부로 공급할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 하우징(200)은, 제1 용액 유입포트(210) 및 제1 유로(241)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부(250)를 포함한다.
또한, 상기 제1 용액 유입부(250)는 유입된 제1 용액 및 태양전지 패널의 제2 면(12) 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 용액 유입부(250)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하는 적어도 일면이 태양전지 패널(10)의 제2 면(12)일 수 있다.
상기 태양전지 패널(10)의 제2 면(12)과 제1 용액 유입포트(210)를 갖는 제1 프레임(201)은 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하도록 상호 연결되게 마련될 수 있다.
특히, 상기 제1 프레임(201)은, 제2 면(12)의 모서리 둘레 영역을 따라 맞닿게 연결될 수 있으며, 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하도록 소정 두께(T)를 갖도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 제1 용액이 제1 용액 유입부(250)로 유입되면, 제1 용액은 태양전지 패널의 제2 면(12)에 접촉할 수 있다.
즉, 상기 제1 용액이 제1 용액 유입포트(210)를 통하여 제1 용액 유입부(250)로 유입되면, 제1 용액은 제2 면(12)에 접촉하게 된다.
상기 태양전지 패널의 제2 면(12)은, 태양전지 패널의 제1 면(11)의 수광부에서 받은 빛에 의해 온도가 상승된 상태이므로, 상기와 같이 유입된 제1 용액과의 열 교환을 통해 태양전지 패널(10)을 냉각시킴으로써 태양전지 패널(10)의 성능을 상승시키는 효과를 갖게 된다.
이에 따라, 상기와 같이 유입된 제1 용액은 태양전지 패널 제2 면(12)에 의해 온도가 상승하게 된다.
처음 유입된 제1 용액보다 온도가 상승된 제1 용액은, 제1 유로(241)로 유입될 수 있다.
상기와 같은 접촉에 의해 제1 용액은, 제1 용액과 제2 면(12)의 온도 차에 의해 제1 용액 유입부(250)에서 대류가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 염도차 발전 유닛(20)은, 제1 용액 유입부(250)로 유입된 제1 용액을 제1 유로(241)로 분배함과 동시에, 제1 용액이 제2 유로(242)로 유입되지 않고, 전체 복수개의 이온교환막 (240)에 균일하게 분배되도록 마련된 제1 유입 부재(260)를 추가로 포함한다.
즉, 제1 유입 부재(260)는, 제1 용액 유입부(250)로 유입된 제1 용액이 제2 유로(242)로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 유입 부재(260)는 제1 용액 유입부(250)와 복수 개의 이온교환막(240) 사이에 마련될 수 있다.
상기 제1 유입 부재(260)는, 제1 용액이 통과하여 제1 유로로 유입될 수 있도록 형성된 소정 크기를 갖는 복수 개의 홀을 갖을 수 있다.
일 예로, 상기 제1 유입 부재(260)는, 다공판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 상기 제1 유입 부재(260)는, 복수 개의 제1 홀(261a)을 갖는 제1 다공판(261)과 제1 홀(261)보다 작은 크기의 제2 홀(262a)을 갖는 제2 다공판(262)을 포함한다.
즉, 제1 홀(261a)은 제2 홀(262a) 보다 큰 크기의 홀을 갖는다.
상기 제1 용액 유입부(250)를 기준으로, 제1 다공판(261)과 제2 다공판(262)은 차례로 배치될 수 있다.
상기와 같이 제1 용액을, 보다 큰 크기의 제1 홀(261a)을 통과한 후 작은 홀의 제2 홀(262a)을 통과하게 함으로써, 보다 효율적으로 빠르고 균일하게 제1 용액이 제1 유로(241)로 유입될 수 있다.
여기서, 상기 제1 유입부재(260)는 상기와 같이 제1 다공판 및 제2 다공판을 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고, 제1 다공판 만을 포함할 수도 있고, 제3 다공판을 추가하여 포함할 수 있음을 이해 하여야 한다.
한편, 본 발명의 제1 유로(241) 및 제2 유로(242)를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막(240)을 선택적으로 이동하며 전기를 생산할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 상기 제1 용액 유입부(250)에서 유입된 제1 용액과 제2 용액 유입포트(213)를 통해 유입된 제2 용액은 각각 제1 및 제2 유로(241,242)를 유동할 때, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액에 포함된 이온성물질, 즉, 양이온성 물질과 음이온성 물질이 양이온 교환막(C) 및 음이온 교환막(A)을 선택적으로 통과함에 따라 전위차가 발생하여 애노드 전극 및 캐소드 전극(220, 230)에서 각각 산화반응 및 환원반응이 발생하며 전자의 흐름이 생성되어 전기를 생산할 수 있게 된다.
일 예로, 상기 양이온성 물질은 나트륨 이온(Na+), 음이온성 물질은 염소이온(Cl-)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5의 (b)를 참조하면, 상기 복수 개의 이온교환막(240)은, 제1 유로(241)와 제2 유로(242)를 형성하기 위한, 스페이서(243) 및 가스켓(244)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 스페이서와 가스켓(243,244)은 복수 개의 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)에 각각 구비될 수 있다.
도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 양 말단에 형성된 애노드 및 캐소드 전극(220,230) 사이에 각각 스페이서와 가스켓(243,244)을 포함하는 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)이 교번하여 차례로 적층하여 배열함으로써, 각각 복수 개의 제1 유로 및 제2 유로(241,242)가 형성될 수 있게 된다.
한편, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1002)는, 제1 용액을 제1 유로 측으로 전달하도록 제1 용액 유입부(250)와 제1 유입 부재(260)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로(280)를 추가로 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 제1 용액 유입부(250)로 유입된 제1 용액은, 태양전지 패널(10)의 제2 면과 접촉한 후, 온도가 상승되어 제1 연결 유로(280)를 통해 제1 유로(241)로 유입될 수 있다.
도 9와 같이, 제1 용액 유입부(250)가 제1 연결 유로(280)를 포함하는 경우, 제1 용액 유입부(250)는 제5 프레임(205)과 맞닿게 연결 구비될 수 있다.
이에 따라, 제1 프레임(201)은, 제2 내지 제4 프레임(202,203,204) 일 측면과 맞닿도록 연결 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 (1001,1002)를 이용하여 전기를 생산하는 과정을 도1 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널(10)의 수광부를 갖는 제1 면(11)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산된다.
이 때, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(11)으로 입사된 태양광에 의해 제1면(11)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(12)은 온도가 상승하게 된다.
제1 용액 유입포트(210)를 통해 제1 용액 유입부(250)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제2 면(12)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 상승하게 된다.
즉, 태양전지 패널(10)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 제1 유입 부재(260)를 통과하여 제1 유로(241)로 유입된다.
상기와 같이 제1 유로(241)로 제1 용액이 유입될 때, 제2 용액은 제2 용액 유입포트(212)를 통해 제2 유로(242)로 유입된다.
상기와 같이 유입된 제1 및 제2 용액은 제1 및 제2 유로(241,242)를 유동하게 되고 제1 및 제2 용액의 염 농도차에 의해 전기가 생산될 수 있다.
즉, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액에 포함된 양이온성 물질 및 음이온성 물질이 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)을 선택적으로 이동함에 따라 전위차가 발생하게 되어 전기가 생산될 수 있다.
특히, 도 10을 참조하면, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액을 제1 유로(241)로 유입시킴으로써, 제2 용액의 이온성물질의 이동 속도가 상승하게 되어 전력 생산량이 향상되게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따라 실험한 결과를 나타낸 도 10의 실험 조건은 하기 표 1과 같다.
| High concentration (HC) | simulated seawater (NaCl 3.0wt.%) |
| Low concentration (LC) | Distilled water (NaCl 0.005wt.%) |
| Electrode rinse solution (ERS) | Ferricianide |
| Flow rates | - High concentration: 100 ml.min-1 - Low concentration: 100 ml.min-1 - Electrode rinse solution (ERS): 100 ml.min-1 |
| Electrodes | Pt/Ti mesh |
| Spacer | 0.1 mm (Sefar) |
| Gasket | 0.1 mm (PTFE) |
| Effective area | D 5cm |
| Membranes | KEIR |
상기와 같은 실험에서 고농도 용액은 해수 3.5wt.%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을, 저농도 용액은 민물 0.005wt.%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을 각각 100cc/min의 양으로 공급하였다.
사용된 분리막은 한국에너지기술연구원에서 제작한 KIER 분리막이다.
결과로부터, 고농도 용액 측의 온도 상승보다는 저농도 용액측의 온도 상승에 의한 출력밀도 향상이 큰 것으로 나타났다.
이는 염분차발전이 태양광 패널과의 복합 발전 시, 태양광 패널의 온도 상승에 따른 성능 저감을 극복하기 위해 염분차발전으로 공급되는 고농도 용액 또는 저농도 용액을 태양광 패널의 냉각에 적용할 때, 고농도 용액 보다는 저농도 용액을 활용하는 것이 더 유리 (출력 향상 측면)할 수 있다는 것을 보여준다.
또한, 태양광 패널의 안정성(염에 의한 부식 등에 대한 안정성 측면)을 고려할 때도, 고농도 용액 보다는 저농도 용액을 활용한 태양광 패널의 냉각에 의한 성능 향상과 염분차발전 소스의 온도 상승에 따른 성능 향상 모두를 도모하는 것이 유리한 것으로 나타났다.
상기와 같이 전력을 생산하는 경우, 일반적인 역전기투석발전 장치에 비해 대략 20% 이상의 전력 생산 효율이 상승될 수 있다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 유로(241)로 20℃의 온도를 갖는 제1 용액이 유입되는 경우 최대 전력 밀도는 이온교환막 단위면적당 1.4(W/m2)으로 측정 되었으나, 본 발명과 같이 온도를 상승시켜 50℃의 온도를 갖는 제1 용액을 유입시키는 경우 최대 전력 밀도는 이온교환막 단위면적당 1.7(W/m2)로 측정되었다. 즉, 상기와 같이 전력 밀도가 상승됨을 확인할 수 있었다.
상기와 같이 전기를 생산한 후 제1 및 제2 용액은 각각의 유출포트(211,213)로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 (1003)는, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 (1001,1002)에서 태양전지 패널이 한 개 더 추가된 구성을 갖을 수 있다.
따라서, 이하에서는 전술한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 (1001,1002)와 동일한 구성요소 및 그 작동에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
먼저, 도 11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 (1003)는, 제1 수광부를 갖는 제1 면(11) 및 제1 면의 반대방향의 제2 면(12)을 갖는 제1 태양전지 패널(10)을 포함한다.
이에 더하여, 제2 수광부를 갖는 제1 면(110) 및 제1 면의 반대방향의 제2 면(120)을 갖는 제2 태양전지 패널(100)을 포함한다.
또한, 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛(20)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 염도차 발전 유닛 (20)은 제1 용액 유입포트 및 유출포트(210,211), 제2 용액 유입포트 및 유출포트(212,213)를 갖는 하우징(200)을 포함한다.
또한, 하우징(200) 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극(220,230)을 포함하고, 애노드 및 캐소드 전극(220,230) 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로(241) 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로(242)를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막(240)을 포함한다.
여기서, 상기 복수 개의 이온교환막(240)은 양이온교환막(C) 및 음이온교환막(A)을 포함한다.
또한, 하우징(200)은, 제1 용액 유입포트(210) 및 제1 유로(241)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부(250)를 갖을 수 있다.
특히, 제1 용액 유입부(250)는 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제1 용액 및 제1 태양전지 패널(10)의 제2 면(12) 사이에 열 교환이 이루어지고, 차례로 제1 용액 및 제2 태양전지 패널(100)의 제2 면(120) 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련될 수 있다.
여기서, 제1 용액 유입부(250)는 제1 용액 유입포트(210)와 연결된 제1 유입부(251) 및 제1 유입부(251) 및 제1 유로(241)를 연결하는 제2 유입부(252)를 포함한다.
즉, 제1 용액이 제1 유입부(251)로 유입되면, 제1 태양전지 패널의 제2 면에 접촉한 후 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제2 유입부(252)로 유입되어 제2 태양전지 패널(100)의 제2 면(120)에 접촉할 수 있다.
여기서, 제1 용액의 유동 방향은 제1 유입부의 길이방향을 따라 유동한 후, 제2 유입부(252)로 유입되어 유동될 수 있다.
상기 제2 유입부(252)는, 제1 유입부(251)에서 유동된 제1 용액이 유입되는 유입포트(253)를 포함할 수 있다.
따라서, 상기 제1 용액은, 제1 유입부로 유입된 후 유입포트(253)를 통해 제2 유입부(252)로 유입될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 태양전지 패널은 제2 면(12,120)의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재(13)를 각각 추가로 포함할 수 있다.
이에 더하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 염도차 발전 유닛 (20)은, 제2 유입부(252)에 배치되고, 제1 용액을 제1 유로로 분배함과 동시에, 제1 용액이 제2 유로(242)로 유입되지 않고, 전체 복수 개의 이온교환막 (240)에 균일하게 분배되도록 마련된 제1 유입 부재(260)를 추가로 포함한다.
즉, 제1 유입 부재(260)는, 제1 용액 유입부(250)로 유입된 제1 용액이 제2 유로(242)로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련될 수 있다.
또한, 제1 유로(241) 및 제2 유로(242)를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산할 수 있다.
한편, 상기 제1 용액은 제1 및 제2 유입부(251,252) 각각에서, 제1 및 제2 태양전지 패널 각각의 제2 면(12,120)에 의해 온도가 상승될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 유입부(251)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S1)을 형성하는 적어도 일면이 제1 태양전지 패널의 제2 면(12)일 수 있다.
또한, 제2 유입부(252)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S2)을 형성하는 적어도 일면이 제2 태양전지 패널의 제2면(120)일 수 있다.
따라서, 제1 용액 유입포트(210)로 유입된 제1 용액은, 제1 유입부(251)의 적어도 일면인 제1 태양전지 패널의 제2면(12)에 접촉하여 온도가 상승될 수 있다.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은, 유입포트(253)를 통해 제2 유입부(252)로 유입되어 제2 유입부(252)의 적어도 일면인 제2 태양전지 패널의 제2 면(120)에 접촉하여 한번 더 온도가 상승될 수 있다.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 전술한 바와 같이, 제1 유로로 유입되어 염도차 발전이 보다 효율적으로 이뤄질 수 있게 된다.
이 때, 상기와 같이 유입된 제1 용액에 의해 냉각된 제1 및 제2 태양전지 패널(10,100) 각각은 냉각효과에 의해 전기 생산 효율이 향상될 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1003)를 이용하여 전기를 생산하는 과정을 도 12를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1 태양전지 패널(10)의 수광부를 갖는 제1 면(11)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산된다.
이 때, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(11)으로 입사된 태양광에 의해 제1면(11)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(12)은 온도가 상승하게 된다.
제1 용액 유입포트(210)를 통해 제1 유입부(251)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 태양전지 패널의 제2 면(12)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 상승함과 동시에 제2 면(12)은 온도가 하강하게 된다.
즉, 제1 태양전지 패널(10)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 유입포트(253)를 통해 제2 유입부(252)로 유입된다.
이와 동시에, 제2 태양전지 패널(100)의 수광부를 갖는 제1 면(110)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산되고, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(110)으로 입사된 태양광에 의해 제1 면(110)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(120)은 온도가 상승하게 된다.
이 때, 제2 유입부(252)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제2 태양전지 패널의 제2 면(120)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 보다 상승하게 됨과 동시에 제2 면(120)의 온도는 하강하게 된다.
즉, 제2 태양전지 패널(100)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은, 제1 유입 부재(260)를 통과하여 제1 유로(241)로 유입된다.
상기와 같이 제1 유로로 제1 용액이 유입될 때, 제2 용액 유입포트(212)를 통해 제2 용액이 제2 유로(242)로 유입된다.
상기와 같이 유입된 제1 및 제2 용액은 제1 및 제2 유로(241,242)를 유동하게 되고, 제1 및 제2 용액의 염도차에 의해 전기가 생산될 수 있다.
즉, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액의 양이온성 물질 및 음이온성 물질이 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)을 선택적으로 이동함에 따라 전위차가 발생하게 되어 전기가 생산될 수 있다.
특히, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액을 제1 유로(241)로 유입시킴으로써, 제2 용액의 이온성물질의 이동 속도가 상승하게 되어 전력 생산 효율이 향상되게 된다.
상기와 같이 전기를 생산한 후 제1 및 제2 용액은 각각의 유출포트(211,213)로 배출될 수 있다.
본 발명은, 또한 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템(2000)을 제공한다.
예를 들어, 상기 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템은, 전술한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 이용한 시스템에 관한 것이다.
따라서, 후술하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치에 대한 구체적인 사항은 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1001,1002,1003)에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.
도 13 내지 15를 참조하면, 상기 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템(2000)은, 전술한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치(1001,1002,1003)가 복수 개 연결 구비되는 것을 포함한다.
또한, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제1 용액 유입 포트로 제1 용액을 공급하도록 마련된 제1 용액 공급원(2100)을 포함한다.
또한, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제2 용액 유입포트로 제2 용액을 공급하도록 마련된 제2 용액 공급원(2200)을 포함한다.
상기와 같이 구성된 시스템을 이용함으로써, 보다 효율적으로 전력을 생산할수 있어 전력생산량을 향상시킬 수 있게 된다.
도 16은 도 10에 도시한 염도차 태양에너지 복합 발전 장치에 있어 도 10의 실시예를 기반으로 한 온도 변화에 따른 복합발전 시스템의 출력 향상율을 계산한 도표이다.
도 10에서와 같이 저농도 용액 측의 온도가 20도에서 50도까지 상승할 때 염도차발전의 출력 밀도는 1.4에서 1.7W/m2로 증가하는 것으로 나타났다.
이것을 도 16에서와 같이 염도차발전 스택 100 X 100 X 20 cm3 (W X L X h)에 적용할 경우 (KIER 분리막 약 250cell pairs), 출력양은 약 350에서 425Wh로 약 21.4% 증가하는 것으로 계산되었다.
이를 기반으로 도 7에서와 같이 염도차 태양에너지 복합 발전 장치를 구성할 경우, 약 100 X 120 X 10 cm3 (W X L X h)의 태양전지 패널을 구성할 수 있으며, 냉각 효율을 약 70%로 가정할 때, 태양전지 패널의 온도가 30도에서 20도로 냉각될 경우 출력양은 180에서 약 191Wh로 약 6% 향상되는 것으로 나타났다.
본 실시예를 통해 염도차발전의 공급 용액을 태양전지 패널의 냉각수로 활용할 경우, 염도차와 태양전지 발전 모두 성능이 향상되는 것으로 나타났다.
그러므로, 염도차발전 스택의 크기, 공급량 등의 제어를 통한 태양전지 패널과의 복합 발전 구조의 엔지니어링 설계를 통해 복합발전 장치의 발전량과 성능 향상율 제어를 최적화 할 수 있음을 알 수 있다.
1000: 염도차 태양에너지 복합 발전 장치
10: 태양전지 패널
20: 염도차 발전 유닛
200: 하우징
210: 제1 용액 유입포트 211: 제1 용액 유출포트
212: 제2 용액 유입포트 213: 제2 용액 유출포트
220: 애노드 전극 230: 캐소드 전극
240: 복수 개의 이온교환막
250: 제1 용액 유입부
260: 제1 유입 부재
2000: 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템
2100: 제1 용액 공급부
2200: 제2 용액 공급부
10: 태양전지 패널
20: 염도차 발전 유닛
200: 하우징
210: 제1 용액 유입포트 211: 제1 용액 유출포트
212: 제2 용액 유입포트 213: 제2 용액 유출포트
220: 애노드 전극 230: 캐소드 전극
240: 복수 개의 이온교환막
250: 제1 용액 유입부
260: 제1 유입 부재
2000: 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템
2100: 제1 용액 공급부
2200: 제2 용액 공급부
Claims (16)
- 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 태양전지 패널; 및
제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛; 을 포함하며,
염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입포트 및 유출포트, 제2 용액 유입포트 및 유출포트를 갖는 하우징;
하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극; 및
애노드 및 캐소드 전극 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막을 포함하고,
하우징은, 제1 용액 유입포트 및 제1 유로를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부를 갖고,
제1 용액 유입부는 유입된 제1 용액 및 태양전지 패널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련된 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 1항에 있어서,
제1 용액 유입부는 제1 용액이 유입되는 공간을 형성하는 적어도 일면이 태양전지 패널의 제2 면인 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 2항에 있어서,
제1 용액이 제1 용액 유입부로 유입되면, 제1 용액은 태양전지 패널의 제2 면에 접촉하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 2항에 있어서,
태양전지 패널은 제2 면의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재를 추가로 포함하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 1항에 있어서,
염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입부로 유입된 제1 용액이 제2 유로로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련된 제1 유입 부재를 추가로 포함하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 5항에 있어서,
제1 용액 유입부는, 제1 용액을 제1 유로 측으로 전달하도록 제1 용액 유입부와 제1 유입 부재를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로를 추가로 포함하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 1항에 있어서,
복수 개의 이온교환막은, 양이온 교환막 및 음이온 교환막을 포함하며, 양이온 교환막과 음이온 교환막이 각각 교번하여 배치되는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제 1항에 있어서,
제1 유로 및 제2 유로를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산하는, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 2항에 있어서,
제1 용액 유입부에서, 제1 용액은 제2 면에 의해 온도가 상승하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제1 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 제1 태양전지 패널;
제2 수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 제2 태양전지 패널; 및
제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛; 을 포함하며,
염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입포트 및 유출포트, 제2 용액 유입포트 및 유출포트를 갖는 하우징;
하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극;
애노드 및 캐소드 전극 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막을 포함하고,
하우징은, 제1 용액 유입포트 및 제1 유로를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부를 갖고,
제1 용액 유입부는 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제1 용액 및 제1 태양전지 패널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지고, 차례로 제1 용액 및 제2 태양전지 패널의 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련된 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 10항에 있어서,
제1 용액 유입부는 제1 용액 유입포트와 연결된 제1 유입부 및 제1 유입부 및 제1 유로를 연결하는 제2 유입부를 포함하며,
제1 용액이 제1 유입부로 유입되면, 제1 태양전지 패널의 제2 면에 접촉한 후 제2 유입부로 유입되어 제2 태양전지 패널의 제2 면에 접촉하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 10항에 있어서,
제1 및 제2 태양전지 패널은 제2 면의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재를 각각 추가로 포함하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 11항에 있어서,
염도차 발전 유닛은, 제2 유입부에 배치되고, 제1 용액 유입부로 유입된 제1 용액이 제2 유로로 유입되지 않고, 제1 용액을 분배하여 복수 개의 제1 유로로 각각 유입되도록 마련된 제1 유입 부재를 추가로 포함하는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 10항에 있어서,
제1 유로 및 제2 유로를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염도차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산하는, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 제 11항에 있어서,
제1 및 제2 유입부 각각에서, 제1 용액은 제1 및 제2 태양전지 패널 각각의 제2 면에 의해 온도가 상승하는, 염도차 태양에너지 복합 발전 장치. - 복수 개의 제 1항에 따른 염도차 태양에너지 복합 발전 장치;
염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제1 용액 유입 포트로 제1 용액을 공급하도록 마련된 제1 용액 공급부; 및
염도차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제2 용액 유입포트로 제2 용액을 공급하도록 마련된 제2 용액 공급부; 를 포함하는, 염도차 태양에너지 복합 발전 시스템.
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| CN201711362711.3A CN109426290B (zh) | 2017-09-05 | 2017-12-15 | 基于盐差发电的能源自给型智能农场系统 |
| EP17924155.9A EP3680847A4 (en) | 2017-09-05 | 2017-12-18 | ENERGY SELF-SUFFICIENT INTELLIGENT FARM SYSTEM, BASED ON ENERGY PRODUCTION AT GRADIENT SALINITY |
| PCT/KR2017/014929 WO2019050099A1 (ko) | 2017-09-05 | 2017-12-18 | 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 스마트 팜 시스템 |
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|---|---|
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ID=66680887
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
| KR20150034544A (ko) * | 2013-09-26 | 2015-04-03 | 한국에너지기술연구원 | 전극용액 비순환형 역전기투석 발전 시스템 및 제어방법 |
| KR20160025656A (ko) * | 2014-08-27 | 2016-03-09 | 한국에너지기술연구원 | 염분차 기반 발전장치 |
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2017
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| KR20160025656A (ko) * | 2014-08-27 | 2016-03-09 | 한국에너지기술연구원 | 염분차 기반 발전장치 |
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