KR101957335B1 - 태양광 반사시스템 - Google Patents

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이선영
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Abstract

본 발명에 따른 태양광 반사시스템은,
양면 수광형 태양전지모듈들;
상기 양면 수광형 태양전지모듈들이 경사지게 배열된 프레임; 및
상기 양면 수광형 태양전지모듈들의 후측에 위치된 지면 위에 깔린 고반사 필름을 포함하며,
상기 양면 수광형 태양전지모듈의 상 방향 개수에 따라, 상기 지면과 상기 양면 수광형 태양전지모듈의 최 하단 높이가 0.5 내지 2.5m 내에서 조절되고,
상기 고반사 필름은, 상기 양면 수광형 태양전지모듈들을 피해 상기 프레임의 하측 지면으로 직접 들어오거나, 상기 양면 수광형 태양전지모듈을 통과해서 상기 지면으로 들어오는 태양광 중, 380~1100nm 파장대의 태양광 90% 이상을, 상기 양면 수광형 태양전지모듈의 후측으로 난반사 시키는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 반사시스템{SOLAR LIGHT REFLECTING SYSTEM}
본 발명은 태양광 반사시스템에 관한 것이다.
일반적인 태양광 모듈은 전면으로만 수광하여 발전하므로 발전량 증가에 한계가 있다. 최근에는 전후면 모두에서 수광하여 발전할 수 있는 양면 수광형 태양전지가 개발되고 있다.
한편, 한국공개특허(10-2018-0002015)에는, 양면 수광형 태양전지의 발전량을 증가시키기 위한, 태양광 모듈용 백시트를 개시하고 있다.
태양광 모듈용 백시트는, 전면기판, 봉지재, 솔라셀과 일체로 형성된다.
한국공개특허(10-2018-0002015)에 기재된 바에 의하면, 태양광 모듈용 백시트는, 단층의 폴리에스테르 필름으로 이루어져 제조 원가가 절감되고, 태양전지가 위치하는 부분이 투명하므로 전면 수광형 태양광 모듈뿐만 아니라 양면 수광형 태양광 모듈 모두에 적용이 가능한 장점이 있다. 또한, UV차단 기능과 에너지 변환파장의 고반사 기능을 가져 기존에 투명 필름과 백색 필름의 기능을 모두 가짐으로써 태양광 모듈의 전력 변화 효율성이 개선되는 효과가 있다. 또한, 봉지재와의 접착성이 우수하고, 유연성이 우수한 인쇄층을 형성함으로써 내구성이 향상되며, 작업성이 향상되는 효과가 있고, 공정 단순화, 비용 절감의 효과를 가진다.
그러나, 태양광 모듈용 백시트가 아무리 우수한 성질을 가진다 하더라도, 태양광이 반사되는 지면 상태에 따라, 양면 수광형 태양전지의 발전량은 달라질 수밖에 없다.
예를 들어, 지면이 흙인 경우, 지면에 콘크리트가 깔린 경우, 지면에 백색 페인트가 칠해진 경우, 지면에 눈이 쌓인 경우, 지면이 젖은 경우, 지면이 건조한 경우 등에 따라 발전량은 크게 달라질 수밖에 없다.
또한, 태양광 모듈 백시트를 사용하려면, 이미 설치된 양면 수광형 태양전지를 한국공개특허(10-2018-0002015)에 기재된 양면 수광형 태양전지로 모두 교체해야 하는 문제점이 있다.
한국공개특허(10-2018-0002015)
본 발명의 목적은 새로운 개념의 태양광 반사시스템을 제공하여, 양면 수광형 태양전지의 발전량을 증가시키고 일정하게 유지시키는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 새로운 개념의 태양광 반사시스템을 제공하여, 기존에 설치된 양면 수광형 태양전지의 교체 없이도, 기존에 설치된 양면 수광형 태양전지의 발전량을 증가시키고 일정하게 유지시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 태양광 반사시스템은,
양면 수광형 태양전지모듈들;
상기 양면 수광형 태양전지모듈들이 경사지게 배열된 프레임; 및
상기 양면 수광형 태양전지모듈들의 후측에 위치된 지면 위에 깔린 고반사 필름을 포함하며,
상기 양면 수광형 태양전지모듈의 상 방향 개수에 따라, 상기 지면과 상기 양면 수광형 태양전지모듈의 최 하단 높이가 0.5 내지 2.5m 내에서 조절되고,
상기 고반사 필름은, 상기 양면 수광형 태양전지모듈들을 피해 상기 프레임의 하측 지면으로 직접 들어오거나, 상기 양면 수광형 태양전지모듈을 통과해서 상기 지면으로 들어오는 태양광 중, 380~1100nm 파장대의 태양광 90% 이상을, 상기 양면 수광형 태양전지모듈의 후측으로 난반사 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 사용하여, 양면 수광형 태양전지모듈들의 후측에 위치된 지면 위에 고반사 필름을 까는 것만으로, 양면 수광형 태양전지의 발전량을 30% 이상 높일 수 있다. 또한, 기존 설치된 양면 수광형 태양전지의 교체 없이도, 기존 설치된 양면 수광형 태양전지의 발전량을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 고반사 필름의 중앙부를 주변보다 높게 만들어, 수분이 주변으로 원활하게 흘러내려가게 함으로써, 수분으로 인해 반사율이 떨어지는 것을 막을 수 있다. 이로 인해, 발전량이 증가하고 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명은 고반사 필름의 표면에 복수개의 돌기를 형성하여, 태양광 난 반사율을 증가시킴으로써, 양면 수광형 태양전지모듈 후면에 태양광이 골고루 퍼질 수 있다. 이로 인해, 발전량이 증가하고 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명은 고반사 필름의 후면에 면상발열필름을 부착하여, 고반사 필름 위에 남아 있는 수분을 증발시킴으로써, 수분으로 인해 반사율이 떨어지는 것을 막을 수 있다. 이로 인해, 발전량이 증가하고 일정하게 유지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 반사시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고반사 필름의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 고반사 필름을 지면에 고정하는 폴대를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 폴대의 변형예이다.
도 5는 도 1에 도시된 고반사 필름을 지면에 밀착시키는 막대를 나타낸 도면이다.
도 6은 고반사 필름의 제1변형예이다.
도 7은 고반사 필름의 제2변형예이다.
도 8은 고반사 필름의 제3변형예이다.
도 9는 고반사 필름의 제4변형예이다.
도 10은 고반사 필름의 제5변형예이다.
도 11은 지면 상태 및 지면에서 모듈 최하단까지의 높이 변화에 따른, 반사율과 전면 대비 후면 발전량을 비교한 표이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 반사시스템을 자세히 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 반사시스템(1)은, 양면 수광형 태양전지모듈(M)들, 프레임(F), 고반사 필름(10)으로 구성된다.
양면 수광형 태양전지모듈(M)은 공지된 기술로 구성이 가능하고, 양면 수광형 태양전지모듈(M) 구성 자체는 본 발명의 요지가 아니므로, 그 설명을 생략한다.
프레임(F)에는, 양면 수광형 태양전지모듈(M)들이 경사지게 배열된다. 프레임(F)은 양면 수광형 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 테두리를 떠받치는 제1프레임(F1), 프레임(F)을 지면(G)에 고정하는 제2프레임(F2), 제2프레임(F2)을 보강하는 제3프레임(F3)으로 구성된다.
본 발명은 지면(G)에 고정되는 제2프레임(F2)을 최소(4~6개)로 두어, 양면 수광형 태양전지모듈(M)들을 피해 프레임(F)의 하측 지면(G)으로 직접 들어오는 태양광(L2)이 제2프레임(F2)에 걸리지 않게 만든다.
본 발명은 최소한의 제2프레임(F2)을 보강하기 위해, 제3프레임(F3)으로 제2프레임(F2)들의 측면을 연결한다.
제1프레임(F1)은 양면 수광형 태양전지모듈(M)들을 태양광을 잘 받도록, 30°~45°로 상향 경사지게 떠받친다.
제1프레임(F)에 상방향으로 떠받쳐진 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 개수는 최대 4개이다. 그 이유는, 상방향 개수가 4개보다 많아도, 맨 위 5번째 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후면에 도달하는 태양광(L3)이 적어, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후면 발전량이 더 이상 늘어나지 않는다. 따라서, 상방향 개수는 최대 4개가 바람직하다.
양면 수광형 태양전지모듈(M)의 상방향 개수에 따라, 지면(G)과 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 최하단 높이(H)는 0.5 내지 2.5m 로 조절된다.
이렇게 높이(H)를 조절하는 이유는, 양면 수광형 태양전지모듈(M)들을 피해 프레임(F)의 하측 지면(G)으로 태양광(L2)이 직접 들어오기 위해서, 최소한의 높이(H)가 필요하기 때문이다.
예를 들어, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 상방향 개수가 1개이면, 지면(G)과 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 최하단 높이는 0.5m 면 충분하다.
그러나, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 상방향 개수가 4개이면, 지면(G)과 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 최하단 높이가 2.5m 는 되야, 상 방향 맨 위에 있는 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후면까지 태양광(L2)이 반사될 수 있다.
제1프레임(F1)에 떠받쳐진 양면 수광형 태양모듈(M)의 폭방향 개수는 제한이 없다.
고반사 필름(10)은, 양면 수광형 태양전지모듈(M)들을 피해 프레임(F)의 하측 지면(G)으로 직접 들어오거나, 양면 수광형 태양전지모듈(M)을 통과해서 지면(G)으로 들어오는 태양광(L1,L2) 중, 380~1100nm 파장대의 태양광(L3) 90% 이상을, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측으로 난반사 시킨다. 여기서, 도면부호 L은 태양광 전체를 나타내고, L1은 양면 수광형 태양전지모듈(M)을 통과해서 지면(G)으로 들어오는 태양광을 나타내고, L2는 양면 수광형 태양전지모듈(M)들을 피해 프레임(F)의 하측 지면(G)으로 직접 들어오는 태양광을 나타내고, L3는 고반사 필름(10)에 의해 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후면으로 반사되는 태양광(L3)을 나타낸다.
고반사 필름(10)은, 폴리머수지에 백색안료를 혼합해서 만든다. 폴리머수지는 고반사 필름(10)의 모체(matrix) 역할을 한다.
모체는 고반사 필름(10) 지면(G)의 상태와 상관없이 깔리기 위해서, 유연하고, 강하고, 수분을 배척하는 소수성인 것이 바람직하다. 모체가 이러한 성질을 가질 수 있게, 폴리머 수지는 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene)인 것이 바람직하다.
백색안료는 태양광 중 380~1100nm 파장대의 태양광 90% 이상을, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측으로 반사시키는 역할을 한다. 반사율은 백색안료의 함량으로 조절된다.
백색안료로는 산화티타늄, 산화아연, 산화안티몬, 탄산칼슘 등이 사용될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 고반사 필름(10)은 폴대(30)로 지면(G)에 고정된다. 이를 위해, 고반사 필름(10)의 네 모서리 부근에는 폴대공(10a)이 구비된다. 폴대(30)는 머리(31)와 뿌리(32)로 구성된다.
폴대(30)로 들어오는 태양광 중, 380~1100nm 파장대의 태양광 90% 이상을, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측으로 반사시키기 위해, 폴대(30)는 폴리머수지에 백색안료를 혼합해서 만들어진다. 폴리머 수지는 소수성이고, 고강도인 고밀도 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.
이하, 폴대(30)로 고반사 필름을 지면(G)에 고정하는 방법을 설명한다.
고반사 필름(10)과 폴대(30)를 현장으로 운반한다. 고반사 필름(10)을 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측 지면(G) 위에 펼친다. 폴대공(10a)에 폴대(30)를 삽입한다. 망치로 폴대(30)의 머리(31)를 두들겨, 폴대(30)의 뿌리(32)를 지면(G)에 박는다. 고반사 필름(10)이 지면(G)에 고정된다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 변형예에 따른 폴대(40)는 머리(41)와 뿌리(42)로 구성된다. 머리(41)의 측면에는 테두리홈(41a)이 형성된다.
이하, 변형예에 따른 폴대(40)로 고반사 필름을 지면(G)에 고정하는 방법을 설명한다.
폴대공(10a)에 폴대(40)를 삽입한다. 고반사 필름(10)의 폴대공(41)의 내벽이 테두리홈(41a)에 끼워진다. 고반사 필름(10)과 폴대(40)가 결합된다. 이렇게 고반사 필름(10)과 폴대(40)가 결합된 상태로, 고반사 필름(10)과 폴대(40)를 준비한다. 필름(10) 설치 작업이 필요시, 폴대(40)와 고반사 필름(10)이 결합된 상태로, 작업현장으로 운반한다. 고반사 필름(10)을 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측 지면(G) 위에 펼친다. 폴대(40)의 머리(41)를 망치로 두들긴다. 고반사 필름(10)이 지면(G)에 고정된다. 따라서, 현장에서 고반사 필름(10)과 폴대(30)을 조립할 필요도 없고, 폴대(30)의 개수가 모자랄 염려도 없다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고반사 필름(10)을 지면(G)에 밀착시키기 위해, 고반사 필름(10)을 가로지르는 막대(50)들이 사용될 수 있다. 막대(50)의 사용으로 인해, 고반사 필름(10)의 가운데 부분이 들뜨는 것을 막을 수 있다.
막대(50)의 양 끝단에는 폴대공(50a)이 형성된다. 막대(50)의 양 끝단에 폴대공(50a)이 형성되므로, 고반사 필름(10)의 네 모서리에 폴대공을 뚫을 필요가 없어, 고반사 필름(10)의 손상을 최소화 시킬 수 있다.
막대(50)로 들어오는 태양광 중, 380~1100nm 파장대의 태양광 90% 이상을, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후측으로 반사시키기 위해, 막대(50)는 폴리머수지에 백색안료를 혼합해서 만들어진다. 폴리머 수지는 소수성이고, 고강도인 고밀도 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1변형예에 따른 고반사 필름(11)은, 주변보다 중앙부를 높아, 수분이 주변으로 원활하게 흘러내려간다. 이로 인해, 고반사 필름(11)의 표면에 남아 있는 수분으로 인해, 반사율이 떨어지는 것을 막을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제2변형예에 따른 고반사 필름(12)은, 표면에 복수개의 돌기(12a)이 형성된다. 돌기(12a)는 볼록한 형상을 가진다. 돌기(12a)로 인해, 태양광의 난 반사율이 더 증가한다. 이로 인해, 양면 수광형 태양전지모듈(M)의 후면에 태양광이 골고루 전달될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제3변형예에 따른 고반사 필름(13)은, 제1필름(13a), 제1필름(13a)의 후면에 부착된 제2필름(13b)으로 구성된다. 제1필름(13a)의 구성은 도 2에 도시된 고반사 필름(10) 구성과 동일하다. 제2필름(13b)은 면상발열필름으로, 전원을 공급하면 열을 발생시킨다.
한편, 제1필름(13a) 표면에 있는 수분을 감지하는 센서를 설치하고, 제2필름(13b) 표면의 수분양에 따라 제2필름(13b)을 발열시킬 수도 있다. 이렇게 고반사 필름(11) 표면에 존재하는 수분을 증발시킴으로써, 수분으로 인해 반사율이 떨어지는 것을 막을 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제4변형예에 따른 고반사 필름(14)은, 중앙부가 주변보다 높고, 표면에 복수개의 돌기(14a)들을 구비하고, 후면에 면상발열필름(14b)이 부착된다. 이러한 구성들로 인한 효과는, 제1변형예 내지 제3변형예에서 서술하였으므로, 그 설명을 생략한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제5변형예에 따른 고반사 필름(20)은, 제1필름(21), 제1필름(21)의 후면에 부착된 제2필름(22)으로 구성된다.
제1필름(21)은 대기에 직접 노출되는 부분이므로, 강한 고밀도 폴리에틸렌에 산화티타늄을 혼합해서 만든다. 다만, 제1필름(21)이 고밀도인 관계로, 태양광 반사율을 결정하는 산화티타늄이 적게 혼합될 수밖에 없다. 이를 고려하여, 제2필름(22)을 고밀도 폴리에틸렌 보다 강도는 떨어지나 밀도는 작은 저밀도 폴리에틸렌에 산화티타늄을 혼합해서 만든다. 이로 인해, 제1필름(21) 보다 제2필름(22)에 산화티타늄을 더 많이 혼합시킬 수 있어, 반사율을 끌어올릴 수 있다.
이로 인해, 도 11에 도시된 바와 같이, 고반사 필름(20)의 반사율(93%)이 고반사 필름(10)의 반사율(90%) 보다 3% 더 높게 나오는 것을 알 수 있다. 또한, 지면에서 모듈 최하단 높이가 1m일 때, 전면 대비 후면 발전량도, 33.79%에서 34.92%로 증가하는 것을 알 수 있다.
따라서, 상술한 고반사 필름(20)를 사용하면, 강도는 유지하면서, 반사율을 최대 93% 까지 끌어올릴 수 있다.
한편, 제5변형예에 따른 고반사 필름(20)의 제1필름(21)은, 중앙부가 주변보다 높고, 표면에 복수개의 돌기들을 구비하고, 제2필름(22)의 후면에 면상발열필름을 부착할 수도 있다. 이러한 구성들로 인한 효과는, 제1변형예 내지 제3변형예에서 서술하였으므로, 그 설명을 생략한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 지면 상태가 흙, 콘크리트, 모래, 눈, 화이트 페인트인 경우, 그 최대 반사율은 85%를 넘지 못한다. 따라서, 한국공개특허(10-2018-0002015)에 도시된 태양광 모듈용 백시트가 아무리 우수한 반사율을 가졌다 하더라도, 지면의 반사량 자체가 떨어지므로, 종래 양면 수광형 태양전지는, 본 발명의 양면 수광형 태양전지보다 후면 발전량이 떨어질 수밖에 없다. 이렇게, 태양전지모듈과 별도로 고반사 필름(10,20)을 지면(G)에 설치하여, 후면 발전량을 높이는 발상은, 태양전지모듈 자체만의 개선을 생각했던 지금까지 아무도 생각하지 못했던 본 발명의 기초가 된 발상인 것이다.
1: 태양광 반사시스템
10,11,12,13,14,20: 고반사 필름
30,40: 폴대
M: 양면 수광형 태양전지모듈
F: 프레임 G: 지면

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  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 양면 수광형 태양전지모듈들;
    상기 양면 수광형 태양전지모듈들이 경사지게 배열된 프레임; 및
    상기 양면 수광형 태양전지모듈들의 후측에 위치된 지면 위에 깔린 고반사 필름을 포함하며,
    상기 고반사 필름은,
    제1필름; 및
    상기 제1필름의 후면에 부착된 제2필름으로 구성되며,
    상기 제1필름은 고밀도 폴리에틸렌에 산화티타늄을 혼합해서 만들고,
    상기 제2필름은 저밀도 폴리에틸렌에 산화티타늄을 혼합해서 만드는 것을 특징으로 하는 태양광 반사시스템.
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