KR102006123B1 - 태양광 발전 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전 설비에 관한 것으로서, 상부가 굴곡면을 갖도록 형성되고, 내부에 유체를 수용하기 위한 에어갭 공간이 형성되며, 일측에 태양광을 외부로 가이드하기 위한 개구부가 형성된 프레임부, 상기 프레임부의 상부에 형성된 굴곡면과 상기 개구부의 내측면에 접하도록 형성되며, 상기 프레임부의 상부로 입사된 태양광을 반사시켜 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행시키는 광 반사부, 및 상기 프레임부의 외측면에 접하도록 형성되며, 상기 에어갭 공간에 수용되어 태양광에 의해 가열된 유체를 보온하는 보온부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 설비{SOLAR POWER GENERATION FACILITIES}

본 발명은 태양광 발전 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광을 효율적으로 집광하여 태양광 전지 모듈로 전달하는 태양광 발전 설비에 관한 것이다.

최근 들어, 전세계적으로 화석연료를 비롯한 모든 자원이 고갈되고 있다. 또한, 이들 에너지 소모로 인해 CO2가스가 방출되면서 환경문제가 커다란 이슈로 부각되고 있다. 이에 향후 청정에너지 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 청정에너지의 대안으로써 핵융합발전, 수소에너지 이용 발전, 소수력 발전, 지열발전, 조력발전을 위시하여 최근에는 신재생에너지로 불리는 연료전지발전, 풍력발전, 태양광발전 등에 대한 상용화 추진이 이루어지고 있다.

이중 태양광 발전시스템은 발전량이 작기는 하지만 풍력발전에 비해 생산되는 전원품질이 양호하고 시스템의 크기를 소규모화 할 수 있으며 또한 설치위치에 제약이 없는 특징으로 인하여 많은 각광을 받고 있다. 국내에서는 주택용 태양광 보급사업이 국가주도로 추진되고 있다.

태양광 발전설비는 반사판을 통해 태양광을 전지모듈로 반사시키는 보조 설비를 통해 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 그러나, 반사판을 사용하는 종래의 보조 설비는 태양이 떠있는 낮 시간 동안 지속적으로 태양광 전지모듈로 태양광을 반사시키기 위한 태양광 추적기 및 반사판의 각도를 조절하기 위한 모터가 추가적으로 요구되어 그 설치 비용이 증가되는 문제점이 존재하며, 태양광 추적기 및 모터 자체의 고장으로 인해 그 발전 효율이 저하되는 문제점이 존재한다. 또한, 태양광 추적기가 탑재되지 않는 경우, 360°의 모든 방향으로 반사판을 설치해야 하기 때문에 태양광 발전 설비의 크기가 증가되는 문제점이 존재하였다. 나아가, 종래의 태양광 발전 설비는 태양광의 반사 범위 및 방향을 예측하기 어려웠고, 태양광의 반사를 자유롭게 중지시킬 수 있는 구조, 및 반사판에서 발생하는 열을 활용하는 구조가 마련되지 않은 문제점이 존재하였다.

또한, 가정에 적용되는 태양광 발전설비는 그 규모의 제한으로 인해 반사판을 이용하여 태양광을 집광하는 보조 설비를 적용할 수 없어 태양광을 이용하여 직접 발전을 수행하는 태양광 전지 모듈의 형태만으로 구현될 수밖에 없었던 한계가 존재하였다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0029199호(2017. 03. 15. 공개)에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 태양광을 추적하기 위한 태양광 추적기 및 모터와 같은 추가적인 부품없이 태양광을 반사시켜 발전을 수행함과 동시에, 태양광의 반사를 자유롭게 중지시키고 반사판에서 발생하는 열을 활용하는 구조를 갖춘 태양광 발전 설비를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 태양광 발전 설비는 상부가 굴곡면을 갖도록 형성되고, 내부에 유체를 수용하기 위한 에어갭 공간이 형성되며, 일측에 태양광을 외부로 가이드하기 위한 개구부가 형성된 프레임부, 상기 프레임부의 상부에 형성된 굴곡면과 상기 개구부의 내측면에 접하도록 형성되며, 상기 프레임부의 상부로 입사된 태양광을 반사시켜 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행시키는 광 반사부, 및 상기 프레임부의 외측면에 접하도록 형성되며, 상기 에어갭 공간에 수용되어 태양광에 의해 가열된 유체를 보온하는 보온부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어 상기 프레임부의 상부는, 중심이 상측을 향하여 돌출 형성되고, 상기 중심으로부터 상기 프레임부의 외측 방향으로 포물면이 형성되는 굴곡면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 개구부의 내측에 구비되며, 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행하는 태양광의 양을 조절하는 광 셔터부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 에어갭 공간으로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제1 밸브부, 및 상기 에어갭 공간으로부터 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제2 밸브부를 포함하는 밸브부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행되는 태양광을 수집하여 발전을 수행하는 태양광 전지 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 태양광 추적기 및 반사판의 각도를 조절하기 위한 각도 조절 모터 등 유지 보수가 어려운 추가적인 부품없이 태양광 발전을 수행함으로써 발전 비용을 저감시킬 수 있고, 태양광의 반사를 자유롭게 중지시키는 동시에 반사판에서 발생하는 열을 활용할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비를 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전 설비의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비를 설명하기 위한 예시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 설비는 프레임부(100), 광 반사부(200), 보온부(300), 광 셔터부(400) 및 밸브부(500)를 포함할 수 있다.

프레임부(100)는 그 상부가 굴곡면을 갖도록 형성되고, 내부에는 유체를 수용하기 위한 에어갭 공간(110)이 형성되며, 일측에는 태양광을 외부로 가이드하기 위한 개구부(130)가 형성된다.

본 실시예에서 프레임부(100)는 입사되는 태양광의 각도에 상관없이 개구부(130)를 통해 태양광 전지모듈로 태양광을 전달할 수 있도록 보울(bowl) 형상으로 설계된다. 보울 형상으로 설계된 프레임부(100)로 입사되는 태양광은 후술할 광 반사부(200)에 의해 반사되어 개구부(130)를 통해 프레임부(100)의 외부로 진행하게 된다.

프레임부(100)의 상부는 입사되는 태양광의 각도에 상관없이 개구부(130)를 통해 태양광 전지모듈로 태양광을 전달할 수 있도록 소정의 굴곡면을 갖도록 형성된다. 구체적으로, 프레임부(100)의 상부는 중심이 상측을 향하여 돌출 형성되고, 중심으로부터 프레임부(100)의 외측 방향으로 포물면이 형성되는 굴곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 태양광 집광 장치의 단면도 상에서, 프레임부(100)의 상부는 "w" 형태로 설계될 수 있다. 이에 따라, 프레임부(100)의 상부로 입사되는 태양광 중, 개구부(130) 측으로 입사되는 태양광은 광 반사부(200)에 의해 개구부(130) 측으로 반사되어 프레임의 외부로 진행되며, 개구부(130)의 반대측으로 입사되는 태양광은 광 반사부(200)에 의해 트랩(trap)되어 에어갭 공간(110)에 수용된 유체에 대한 가열 효율을 향상시킨다.

프레임부(100)의 내부에는 유체를 수용하기 위한 에어갭(air gap) 공간(110)이 형성된다. 유체는 입측 유로를 통해 에어갭 공간(110)으로 공급될 수 있고, 출측 유로를 통해 에어갭 공간(110)으로부터 배출될 수 있다. 에어갭 공간(110)에 수용된 유체는 태양광에 의해 가열되며(즉, 태양광에 의해 가열되는 광 반사부(200)에 의해 가열되며), 가열된 유체의 열은 다양한 용도로 활용될 수 있다. 예를 들어, 가열된 유체는 온수로서 가정에 공급되거나, 난방을 제공하는 등 다양한 용도로 활용될 수 있다.

개구부(130)는 광 반사부(200)에 의해 반사된 태양광을 프레임부(100)의 외부로 가이드하기 위한 중공 구조로 프레임부(100)의 일측에 형성된다.

광 반사부(200)는 프레임부(100)의 상부에 형성된 굴곡면과 개구부(130)의 내측면에 접하도록 형성되며, 프레임부(100)의 상부로 입사된 태양광을 반사시켜 개구부(130)를 통해 프레임부(100)의 외부로 진행시키는 기능을 수행한다. 프레임부(100)의 상부에 형성된 굴곡면과 접하도록 형성되는 광 반사부(200)를 통해 태양광은 개구부(130)로 반사될 수 있으며, 개구부(130)의 내측면에 접하도록 형성되는 광 반사부(200)를 통해 태양광은 개구부(130) 내부에서도 반사되어 프레임부(100)의 외부로 진행될 수 있다. 광 반사부(200)는 태양광을 반사시키기 위한 미러(mirror)로 구현될 수 있다.

보온부(300)는 프레임부(100)의 외측면에 접하도록 형성되며, 에어갭 공간(110)에 수용되어 태양광에 의해 가열된 유체를 보온하는 기능을 수행한다. 보온재는 유리솜(Glass Wool), 암면(Rock Wool)과 같은 Open Cell 보온재, 및 실리카, 퍼라이트, 폴리에틸렌과 같은 Closed Cell 보온재 등 다양한 재질로 구현될 수 있다.

광 셔터부(400)는 개구부(130)의 내측에 구비되며, 개구부(130)를 통해 프레임부(100)의 외부로 진행하는 태양광의 양을 조절하는 기능을 수행한다. 즉, 광 셔터부(400)는 개구부(130)를 통해 프레임부(100)의 외부로 진행하는 태양광의 양을 조절함으로써, 에어갭 공간(110)에 수용된 유체의 가열 효율과, 프레임부(100)의 외부로 진행하는 태양광에 의한 발전 효율을 조절하는 기능을 수행한다. 광 셔터부(400)에 의해 개구부(130)의 개도가 작아질수록 에어갭 공간(110)에 수용된 유체의 가열 효율은 증가하고 프레임부(100)의 외부로 진행하는 태양광에 의한 발전 효율은 감소하며, 광 셔터부(400)에 의해 개구부(130)가 폐쇄될 경우, 프레임부(100)의 상부로 입사되는 태양광을 에어갭 공간(110)에 수용된 유체를 가열시키는 용도로 사용된다. 광 셔터부(400)는 복수 개의 블레이드를 구비함으로써 개구부(130)의 개도를 조절하는 구조로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예는 에어갭 공간(110)에 수용되는 유체의 순환을 단속하는 밸브부(500)를 더 포함할 수 있다. 밸브부(500)는 제1 밸브부(510) 및 제2 밸브부(530)를 포함하고, 제1 밸브부(510)는 프레임부(100)의 에어갭 공간(110)과 입측 유로 사이에 설치되어 에어갭 공간(110)으로 공급되는 유체의 흐름을 단속하며. 제2 밸브부(530)는 프레임부(100)의 에어갭 공간(110)과 출측 유로 사이에 설치되어 에어갭 공간(110)으로부터 배출되는 유체의 흐름을 단속한다.

또한, 본 실시예는 태양광 전지 모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 태양광 전지 모듈은 개구부(130)를 통해 프레임부(100)의 외부로 진행되는 태양광을 수집하여 태양광 발전을 수행한다.

이와 같이 본 실시예는 태양광 추적기 및 반사판의 각도를 조절하기 위한 각도 조절 모터 등 유지 보수가 어려운 추가적인 부품없이 태양광 발전을 수행함으로써 발전 비용을 저감시킬 수 있고, 태양광의 반사를 자유롭게 중지시키는 동시에 반사판에서 발생하는 열을 활용할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100: 프레임부
110: 에어갭 공간
130: 개구부
200: 광 반사부
300: 보온부
400: 광 셔터부
500: 밸브부
510: 제1 밸브부
530: 제2 밸브부

Claims (5)

1. 상부가 굴곡면을 갖도록 형성되고, 내부에 유체를 수용하기 위한 에어갭 공간이 형성되며, 일측에 태양광을 외부로 가이드하기 위한 개구부가 형성된 프레임부;
   상기 프레임부의 상부에 형성된 굴곡면과 상기 개구부의 내측면에 접하도록 형성되며, 상기 프레임부의 상부로 입사된 태양광을 반사시켜 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행시키는 광 반사부; 및
   상기 프레임부의 외측면에 접하도록 형성되며, 상기 에어갭 공간에 수용되어 태양광에 의해 가열된 유체를 보온하는 보온부;
   를 포함하고,
   상기 개구부는 상기 광 반사부에 의해 반사된 태양광을 상기 프레임부의 외부로 가이드하기 위해 중공 구조로 상기 프레임부의 일측에 형성되고,
   상기 프레임부의 상부로 입사된 태양광 중, 상기 개구부 측으로 입사된 태양광은 상기 광 반사부에 의해 상기 개구부로 반사되어 상기 프레임부의 외부로 진행되도록 하고, 상기 개구부의 반대측으로 입사된 태양광은 상기 광 반사부에 의해 트랩되어 상기 에어갭 공간에 수용된 유체에 대한 가열 효율을 향상시키도록 하기 위해, 상기 프레임부의 상부는 중심이 상측을 향하여 돌출 형성되고 상기 중심으로부터 상기 프레임부의 외측 방향으로 포물면이 형성되는 굴곡면을 갖도록 형성되고,
   상기 개구부의 내측에 구비되며, 상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행하는 태양광의 양을 조절함으로써, 상기 에어갭 공간에 수용된 유체에 대한 가열 효율과 상기 프레임부의 외부로 진행하는 태양광에 의한 발전 효율을 조절하는 광 셔터부;
   상기 에어갭 공간으로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제1 밸브부와, 상기 에어갭 공간으로부터 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제2 밸브부를 포함하는 밸브부; 및
   상기 개구부를 통해 상기 프레임부의 외부로 진행되는 태양광을 수집하여 발전을 수행하는 태양광 전지 모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 설비.
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