KR101997761B1 - 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법 - Google Patents

집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 및 태양열 복합발전시스템에 관한 것으로, 상기 복합발전시스템은 하이브리드 태양전지를 포함하고; 상기 하이브리드 태양전지는 평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지, 집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지, 상기 제1태양전지가 구성되어 있는 제1지지부, 상기 제2태양전지가 구성되어 있는 제2지지부, 상기 제2지지부의 상측에는 구성되어 있는 렌즈부를 포함하고; 상기 제1지지부는 제1수관부와 결합되어 있고, 상기 제2지지부는 제2수관부와 결합되어 있고, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 서로 다른 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하며, 본 발명을 이용하면, 태양광 및 태양열을 동시에 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법{COMBINED SOLAR THERMAL AND PHOTOVOLTAICS SYSTEM USING HYBIRD SOLAR CELL BASED ON CONCENTRATED TYPE AND PLANAR TYPE}
본 발명은 태양광 및 태양열 동시에 이용할 수 있는 복합발전시스템 및 발전방법에 관한 것으로, 특히 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용하는 하는 발명에 관한 것이다.
최근 들어 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서 친환경적인 대체 에너지의 활용에 관심이 커지고 있는 상황이다. 특히 태양광을 이용한 태양전지모듈의 경우 오랜 연구를 통해 축적된 기술을 통해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.
이러한 태양전지모듈의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW의 태양광 시장이 형성될 전망이다. 또 국내의 경우 1년에 약 100MW 정도의 수요가 발생하고 있으며, 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 장기적인 국내외 상황을 감안할 때 태양광 산업은 향후 지속적인 성장이 예상되고 있다.
태양에너지를 이용하는 발전에는 태양광을 전기에너지로 변환 사용하는 태양광 발전과, 태양에너지를 집열장치로 집열한 후에 난방용 또는 온수용으로 사용하는 태양열 장치가 있다.
이 중에서 태양광 발전은 화력이나 원자력 같은 기존 발전설비와 달리 연료비가 소요되지 않으며, 소음과 공해가 발생되지 않는 장점이 있다. 또한, 태양광 발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않고, 소규모 발전이 가능하기 때문에, 가정용으로 설치 사용될 수 있는 장점이 있다.
그러므로 이같이 독립적이며 비효율적 구성만으로는 태양에너지 효율적 이용을 달성할 수 없고 이들을 병합발전할 수 있는 기구가 개발되어야 한다.
이로 인해, 독일, 일본, 미국 등 선진국에서는 태양광 발전이 널리 사용되고 있으며, 최근 국내에서도 대체에너지 이용 보급 촉진법이 개정, 공표됨으로써 태양광 발전 10,000호 건설과 같은 구체적인 시행계획들이 현실화되고 있다.
또한 종래의 경우, 태양에너지를 이용함에 있어 태양광과 태양열은 각기 다른 에너지 변환기구를 통해 전기로 변환하여 사용하였다. 특히 태양열의 경우에는 태양열을 집열하여 생활온수를 생산하거나 국외의 경우 대단위의 집열시스템을 이용 고열화 시켜 이를 이용하여 엔진을 돌려 전력을 생산수준에 머물러 있는 실정이다.
따라서, 태양광과 태양열을 직접적으로 전기화할 수 있을 뿐만 아니라 이들의 복합발전을 통해 태양에너지의 전기화 효율을 기존 태양광 발전모듈에 비해 25%이상 향상시킬 수 있는 장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.
다른한편, 태양전지는 광기전력효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 전기에너지로 바꿔주는 일종의 반도체로서, 크게 결정질 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 그리고 집광형 태양전지로 구분할 수 있다.
이 중 결정질 실리콘 태양전지는 실리콘 덩어리를 얇은 기판으로 절단하여 제작하며, 실리콘 덩어리의 제조 방법에 따라 단결정(single crystal) 형태와 다결정(polycrystalline) 형태로 구분되며, 기본적으로 p-n 동종접합(homojunction)으로서 태양전지에 사용된다. 단결정은 순도가 높고 결정결함밀도가 낮은 고품위의 재료로서 높은 효율을 달성할 수 있으나 고가이고, 다결정 재료는 상대적으로 저급한 재료를 저렴한 공정으로 처리하여 상용화가 가능한 정도의 효율의 전지를 생산한다. 이러한 결정질 실리콘 태양전지의 이론적 최대 효율은 약 25%이며 이미 실험실 수준에서는 이 한계치에 가까운 효율이 보고된 바 있다. 하지만 단결정 또는 다결정 웨이퍼를 사용하며 양산용으로 제작되는 셀의 효율은 대략 14% ~ 17%를 보이고 있다. 이때, 변환효율 100%는 1m2의 너비에서 1KW의 전력생산을 하는 것을 의미한다.
한편, 태양광 발전에 있어서 가장 장애요인이 되는 것은 과도한 투자비용으로 다른 화석원료를 사용한 상업용 발전에 비해 경제성이 떨어진다는 것이다. 이러한 효율 대비 고가의 태양전지 가격을 낮추기 위하여 등장한 것이 대표적으로 박막 태양전지와 집광형 태양전지이다.
박막 태양전지는 유리, 스테인리스 강 또는 플라스틱과 같은 저가의 기판에 반도체 막을 코팅하여 제작된다. 결정질 실리콘 전지에 비해 소재를 적게 사용하고 자동화를 통해 모듈 공정까지 일관화할 수 있다는 장점이 있지만 대체로 효율이 낮고 모듈의 수명에 관한 실증 연구가 부족하다는 단점을 가지고 있다. 양산 관련 기술의 부족으로 아직까지는 결정질 실리콘에 비하여 가격 경쟁력이 검증되지 않은 상태이다.
또한 3-5족 화합물을 이용한 태양전지도 약 45%의 높은 효율의 장점은 있지만, 재료가 고가라서, 대면적의 제작은 양산성이 없어서, 렌즈를 이용하여 효율을 높이는 방법이 이용되고 있다.
집광형 태양전지는 프레넬 렌즈나 반사경을 이용하여 넓은 면적의 빛을 태양전지에 집중시키는 방식으로, 대체로 수배 ~ 500배 정도로 집광한다. 동일한 면적에 대하여 태양전지의 크기를 감소시키고 이에 따라 시스템 가격을 낮출 수 있는 장점이 있지만 집광도를 높일 경우 산란광을 활용하기 어려고 추적 장치를 통해 항상 태양방향을 향하도록 해야 한다는 점과 냉각장치가 필요하다는 점 등이 단점으로 지적되고 있다. 특히, 국내 기후 환경의 경우 구름 생성으로 인해 청명일이 연간 약 100일 정도에 불과하여 집광형 시스템이 그 기능을 충분히 발휘하지 못하여 작동에 적합하지 못한 단점이 있었다. 더구나 인버터를 통하여 교류로 반전함에 있어서 구름 등으로 인해 직달 일사량이 급감하는 경우, 인버터 작동이 멈추는 현상이 발생하는 등 문제점이 제기되어 왔다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해서, 높은 효율의 태양광 및 태양열 복합발전 시스템 및 발전방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지는 평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지, 집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지, 상기 제1태양전지가 구성되어 있는 제1지지부, 상기 제2태양전지가 구성되어 있는 제2지지부, 상기 제2태양전지의 상측에는 구성되어 있는 렌즈부, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 서로 다른 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1태양전지는 복수의 제1태양전지 모듈을 포함하고, 상기 복수의 제1태양전지 모듈은 실리콘 기반의 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2태양전지는 복수의 제2태양전지 모듈을 포함하고, 상기 복수의 제2태양전지 모듈은 3-5족의 화합물을 포함하는 태양전지인 것을 특증으로 한다.
일실시예에 있어서, 집광효율을 높이기 위해서, 반사경부를 더 포함하고, 상기 반사경부의 초점은 복수의 제2태양전지 모듈인 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부는 프레넬렌즈, 구면렌즈, 볼렌즈 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 집광의 방법은 렌즈의 초점이 한점으로 집광하고 그 점 위치에 집광 태양전지과 있는 점집광방식과 하나의 선으로 집광하고 그 선상에 태양전지들이 배열되어 있는 선집광 형태인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 실시예로, 태양광 및 태양열 복합발전시스템은 상기 복합발전시스템은 하이브리드 태양전지를 포함하고, 상기 하이브리드 태양전지는 평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지, 집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지, 상기 제1태양전지가 구성되어 있는 제1지지부, 상기 제2태양전지가 구성되어 있는 제2지지부, 상기 제2지지부의 상측에는 구성되어 있는 렌즈부를 포함하고; 상기 제1지지부는 제1수관부와 결합되어 있고, 상기 제2지지부는 제2수관부와 결합되어 있고, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 서로 다른 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 실시예로, 태양광 및 태양열 복합발전시스템은 상기 복합발전시스템은 태양전지를 포함하고; 상기 태양전지는 평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지, 상기 제1태양전지가 구성되어 있는 제1지지부, 상기 제1지지부와 상기 제2지지부는 서로 다른 위치에 형성되어 있는 제2지지부, 상기 제2지지부의 상측에는 구성되어 있는 렌즈부를 포함하고; 상기 제1지지부는 제1수관부와 결합되어 있고, 상기 제2지지부는 제2수관부와 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 렌즈부는 상기 제2지지부와의 거리가 조절되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1지지부와 제2지지부는 단열부에 의해서 각각 단열되어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 실시예로 태양광 및 태양열 복합발전방법은 제1지지부의 상부에 구성되어 있는 평판형 제1태양전지로 태양광을 발전하는 단계, 제2지지부의 상부에 구성되어 있는 집광형 제2태양전지로 태양광을 발전하는 단계; 상기 제 1 태양전지에서 발생되는 열을 수관부 내부로 흐르는 냉매 (물, 부동액 등) 로 전달되어 나오고 다시 연결된 제 2 태양전지에 부착된 수관으로 들어가서 제2태양전지에서 발생되는 열을 추가적으로 전달 받아 수관부 내부의 물을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 집광형 및 평판형 태양전지를 하이브리드로 구성하여 각각의 단점을 보완하고, 장점만을 이용할 수 있다.
또한, 태양광 태양열을 동시 활용할 수 있는 장점이 있다.
직사광선이 비출 경우, 집광렌즈에 의하여 고효율의 집광셀로 전기를 생성하고, 태양열은 렌즈에 난반사된 빛을 평판형 태양전지로 받고 생성된 열을 그 밑에 흐르는 수관으로 받고 다시 집광 셀 밑에 부착된 수관으로 이동된 냉매에 추가적인 집광열을 받을 수 있음.
구름이 있어 직사광선이 이루어지지 않을 경우, 확산된 빛은 렌즈를 투과하여 집광없이 평판형 태양전지의 면적과 III-V 태양전지로 빛을 받고 그 열을 수관으로 전달한다. 따라서, 맑은 날씨와 구름이 끼인 날을 다 같이 이용할 수 있으며, 그 태양빛에 의해서 발생된 열을 동시에 이용할 수 있다.
도 1 일반적인 집광형 태양전지의 구조
도 2 일반적인 평판형 태양전지의 구조
도 3 평판형 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치
도 4 집광형 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치
도 5 본 발명의 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치의 제1 실시예의 단면도
도 6 본 발명의 제1지지부 및 제2지지부의 구조
도 7 본 발명의 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치의 제1 실시예의 상면도
도 8 본 발명의 반사경부의 제1 실시예의 상면도
도 9 본 발명의 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치의 제 2실시예
도 10 본 발명의 반사경부의 제2 실시예의 사시도
도 11 본 발명의 태양광 태양열 복합발전장치의 제 3실시예
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 집광형 태양전지에 대한 구조이다. 별도의 렌즈를 이용하여 태양광을 포커싱하여 효율을 높이지만, 직사광선 외에는 포커싱이 쉽지 않다는 단점이 있고, 태양전지가 보통 3-5족의 물질로 제작이 되기 때문에 가격이 비싸다는 단점이 있다.
도 2는 평판형 태양전지에 대한 구조이다. 별도의 렌즈없이 실리콘을 이용하여 태양전지를 제작해서 저렴하지만, 효율이 떨어지는 단점이 있다.
도 3은 종래 평판형 태양전지를 태양광 및 태양열 동시 활용하는 실시예이다. 실리콘 기반의 태양전지를 평판형으로 구성하고, 상부에 태양열에 의해서 가열되는 물을 포함하는 수조를 상부에 배치하여, 태양열에 의해서 가열되는 물의 흐름을 원활하게 하는 구조를 갖는다. 이 같은 구조는 저렴한 실리콘 기반의 평판형 태양전지를 사용하기 때문에 가격적인 면에서 장점이 있지만, 태양광 효율이 16%, 태양열의 효율이 약 40%밖에 안되는 제약이 있다.
도 4는 집광형 태양전지를 태양광 및 태양열 동시 활용하는 종래 실시예이다. 집광을 할 수 있는 구조의 반사판을 이용하기 때문에 태양광은 약 30%, 태양열은 약 50%의 고효율이지만, 고가이고, 직사광에서만 동작하는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서, 평판형과 집광형이 동시에 구성하는 하이브리드 태양전지이다.
도 5는 본 발명의 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 태양열 복합발전장치의 제1 실시예의 단면도이다.
하이브리드 태양전지(100)는 제1태양전지(110), 제2태양전지(120), 렌즈부(130), 제1지지부(140), 제2지지부(150), 수관부(160), 반사경부(170), 단열부(180)을 포함할 수 있다.
제1태양전지(110)는 평판형 태양전지로 구성되어질 수 있고, 상기 제1태양전지는 Si기반 태양전지, CIGS태양전지, 유기태양전지, 염료 감응형 태양전지, 페로브스카이트, CdTe 중 적어도 하나로 구성되고,
제1태양전지(110)는 복수의 제1태양전지 모듈(111)로 구성되어 질 수 있다. 복수로 제1태양전지 모듈(111)로 구성을 하는 경우에는 다양한 크기의 시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.
제1태양전지(110)는 복수의 제1지지부(140)의 상면에 결합되어 구성되어지고, 제1태양전지 모듈(111)가 제1지지부(140)의 전면에 걸쳐서 형성되어질 수 있고, 제1지지부(140)보다 더 넓은 면적으로 형성되어질 수 있다.
제2태양전지(120)는 집광형 태양전지로 3-5족의 화합물 기반의 태양전지로 구성할 수 있다. 제2태양전지(120)은 복수개의 제2태양전지 모듈(121)을 배열하여 구성할 수 있다. 상기 제2태양전지 모듈(121)은 복수의 제2지지부(150)에 의해서 지지되어 형성될 수 있다. 상기 제2태양전지 모듈(121)은 하면에 기판(122)이 형성되어지고, 기판은 열전도가 잘되는 기판인 것이 바람직하다.
복수의 제1지지부(140)과, 제2지지부(150)는 서로 다른 높이에 형성되어질 수 있고, 복수의 제1지지부(140)는 소정의 간격을 두고 형성되어질 수 있고, 상기 소정의 간격사이로, 제2지지부(150)가 형성되어지는 것을 특징으로 한다. 이 같이 구성하는 이유는 하이브리드 태양전지가 각각에 대해서 효율을 최대로 구성하기 위함이다. 또한, 가열된 수관부(160)의 내부의 물의 대류를 좋게 하기 위함이다.
상기 복수의 제1지지부(140)와 제2지지부(150)의 형성하는 구조는 상기 복수의 제1지지부(140)의 소정의 간격에 의해서 형성된 공간 사이, 즉 공간부(190)에 적어도 일부분이 도출되도록 제2지지부(150)를 형성한다.
제2지지부(150)는 상기 하나의 제2태양전지 모듈(121)만을 포함할 수 있는 형상으로 구성할 수 있고, 수관부(160)를 따라서 길이방향으로 길게 형성할 수도 있다.
제2태양전지(120)의 상부에는 렌즈부(130)를 형성할 수 있다. 렌즈부는 점집광(제1실시예)을 위한 형태과 선집광(제2실시예)을 위한 형태로 형성할 수 있다. 렌즈부(130)는 복수의 렌즈로 구성되고, 상기 렌즈는 프레넬렌즈, 구면렌즈, 볼렌즈 등을 사용할 수 있다.
렌즈부(130)에 의해서 집광되는 태양광은 상기 제1지지부(140)의 소정의 간격에 의해서 형성되는 공간부(190)에 포커싱되며, 포커싱되는 타입은 점집광을 하는 렌즈부(130)이면, 제2태양전지 모듈(121)에 포커싱이 될 것이고, 포커싱되는 타입이 선집광을 하는 렌즈부(130)이면, 제2태양전저 모듈(121)을 포함하는 수관부(160)를 따라서 형성된 공간부(190)에 전체적으로 포커싱이 될 것이다.
포커싱된 태양광은 반사경부(170)에 의해서 각각의 제2태양전지 모듈(121)에 정확히 포커싱될 것이다. 상기 반사경부(170)는 점집광을 하는 경우에는 도 8과 같은 원형의 컵모양이 될 것이고, 선집광을 하는 경우에는 도 10과 같이 길이방향으로 길쭉한 형상이 될 것이다.
도 10과 같이 길이방향으로 길쭉한 형상일 경우에는 제2태양전지 모듈(121)은 선집광되는 라인으로 복수 개가 배열될 수 있고, 그 간격은 설치 특성상 조절될 수 있다.
수관부(160)는 제1수관부(161)와 제2수관부(162)로 나누어져 형성된다.
제1수관부(161)는 제1지지부(140)의 하면에 위치하며, 제1지지부(140)과 열적으로 커플링되어 있는 구조가 바람직하다. 제1지지부(140)는 도면과 같이 제1수관부(161)를 삽입할 수 있는 구조로 형성할 수 있고, 별도로 제1수관부(161)를 제1지지부(140)에 결합하는 구조로 형성할 수 있다. 열적으로 커플링하기 위해서는 삽입되는 구조가 바람직하고, 삽입 시, 열적으로 커플링이 잘되기 위해서, 열저항이 낮은 완충제(163)를 삽입할 수 있다. (도 6)
제2수관부(162)는 제2지지부(150)의 하면에 위치하며, 제1수관부(161)가 형성되는 형태로 동일하게 구성되어질 수 있다.
제1수관부(161)과 제2수관부(162)는 도면에서 보는 바와 같이 종단이 연결되어져 있다. 연결되어져 있는 제1수관부(161)와 제2수관부(162)는 하나의 세트로 구성되며, 각각의 세트는 설치구조상 다양한 형태로 구성되어질 수 있다. 또한, 각각의 지지부는 각각의 수관부와 일체형으로 이루어질 수 있다.
다음은 태양광 본 발명에서 제안된 하이브리드 태양전지를 이용하여 태양광 발전을 하는 방법이다.
태양광은 구름이 없는 맑은 날에는 직사광선으로 지상에 태양광이 도달하지만, 흐린날에는 구름에 산란되어 직사광선으로 태양광이 도달하지 못한다. 평판형의 경우에는 직사광선이 아닌 태양광이더라도, 어느정도의 수준의 발전효율을 발생하지만, 집광형의 경우에는 직사광선이 아닌 경우에는 포커싱이 안되기때문에 효율이 급격히 떨어진다.
본 발명의 경우에는 직사광선이 존재하는 경우에는 제1,2 태양전지가 동시에 태양광을 발전시킨다. 이 경우 제2태양전지(120)는 높은 효율로 발전을 하고, 제1태양전지(110) 또한 높은 효율로 발전을 한다.
제1태양전지(110)과 제2태양전지(120)는 높은 효율로 발전을 함과 동시에, 높은 열을 방출한다. 이 열은 제1수관부(161)와 제2수관부(162)에 전달하여, 내부의 물을 데우는 효과를 발생시킨다. 즉, 제1수관부(161)로 인입된 물을 포함하는 냉매 등 액체(열전달이 용이한 액체)는 제1태양전지(110)에서 발생된 열에 의해서 1차적으로 가열되고, 제2수관부(162)를 거치면서 추가적으로 가열이 되는 구조가 된다. 이 때, 제1수관부(161)와 제2수관부(162)는 높이차이에 의해서 별도의 펌프없이도 순환이 가능할 수 있다. 가열된 액체는 별도의 발전장치로 발전도 가능하지만, 바람직하게는 난방용으로 제공할 수 있다.
즉, 맑은 날씨에는 직사광선의 태양광으로부터 제1, 2 태양전지가 태양광 발전을 하고, 동시에 제1, 2태양전지(110, 120)에 의해서 전기로 변환하지 못한 태양열로 물을 가열한다.
제1수관부(161)와 제2수관부(162)는 사이에 단열부(180)를 포함할 수 있으며, 단열부(180)에 의해서 각각의 수관부는 열을 최대한 잘 머금을 수 있을 것이다.
맑은 날이 아닌, 구름이 있을 경우에는 구름에 의한 난반사로, 직사광선이 형성되지 않아서 제2태양전지(120)는 태양광 발전 효율이 떨어지게 된다. 이런 다양한 날씨에 대해서 대응하기 위해서, 렌즈부(130)는 제2태양전지(120)와의 높이가 조절될 수 있다. 또한 높이가 조절되면, 태양광과 태양열의 에너지 양도 조절할 수 있는 장점이 있다.
다음은 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법에 관한 제3실시예이다. 제3실시예는 앞서 설명한 렌즈부(130)가 선집광되는 구조이다. (도 11) 제2실시예와 전체적인 구성 및 특징을 동일하고, 제2태양전지(120)가 없는 구조이다.
21실시예의 경우에는 제2태양전지(120)에서 발생하는 열 및/또는 그 주위에서 집광되는 열에 의해서 제2수관부(162)의 물이 가열되는 구조였다.
제3실시예의 경우에는 제2태양전지(120)없이, 반사경부(170)에 의해서 집광되는 태양광의 열이 제2수관부(162)를 직접적으로 가열하는 구조로 구성할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 하이브리드 태양전지
110 제1태양전지
120 제2태양전지
130 렌즈부
140 제1지지부
150 제2지지부
160 수관부
170 반사경부
180 단열부

Claims (10)

  1. 태양광 및 태양열 복합발전시스템에 있어서,
    평판형 태양전지를 포함하는 제1태양전지;
    집광형 태양전지를 포함하는 제2태양전지;
    상기 제1태양전지가 상면에 구성되어 있는 복수의 제1지지부;
    상기 제2태양전지가 상면에 구성되어 있는 복수의 제2지지부;
    상기 제2지지부의 상측에 구성되어 있는 렌즈부;
    내부에 액체를 포함하고, 상기 제1지지부의 하면에 위치하여 열적으로 결합되어 있는 제1수관부;
    내부에 액체를 포함하고, 상기 제2지지부의 하면에 위치하여 열적으로 결합되어 있는 제2수관부;
    상기 제1수관부와 상기 제1지지부 사이 및 상기 제2수관부와 상기 제2지지부가 사이에는 열적 결합을 위한 완충제를 포함하고,
    상기 복수의 제1지지부는 소정의 간격을 두고 위치하고, 상기 소정의 간격의 사이에 상기 제2지지부가 위치하며, 상기 제1지지부와 제2지지부는 서로 다른 높이에 구성되어 제1수관부와 제2수관부는 상대적으로 높이 차이를 가지며,
    상기 제1수관부로 액체가 유입되어 1차적으로 액체가 가열되고, 제1수관부에서 유출된 액체는 다시 제2수관부로 유입되어 다시 가열되며, 상기 제1수관부와 제2수관부에 유입되는 액체는 제1수관부와 제2수관부의 높이 차이에 의해서 별도의 펌프없이도 제1수관부에서 제2수관부로 유동되고,
    상기 렌즈부는 상기 제2지지부와의 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 복합발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 프레넬렌즈, 구면렌즈, 볼렌즈 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 복합발전시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1태양전지는 복수의 제1태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 제1태양전지 모듈은 Si기반 태양전지, CIGS태양전지, 유기태양전지, 염료 감응형, 페로브스카이트, CdTe 태양전지 중 적어도 하나로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 복합발전시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2태양전지는 복수의 제2태양전지 모듈을 포함하고,
    상기 복수의 제2태양전지 모듈은 3-5족의 화합물을 포함하는 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 복합발전시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    집광효율을 높이기 위해서, 반사경부를 더 포함하고,
    상기 반사경부의 초점은 복수의 제2태양전지 모듈인 것을 특징으로 하는 태양광 및 태양열 복합발전시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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