KR102017393B1

KR102017393B1 - 태양광 패널의 열교환장치의 구조

Info

Publication number: KR102017393B1
Application number: KR1020170172412A
Authority: KR
Inventors: 이상서
Original assignee: 이상서
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-09-02
Also published as: KR20190071389A

Abstract

본 발명에 따른 태양광 패널(1000)은 열과 행을 따라 격자형태로 배치된 태양광발전 셀(38)들에 대응하여 설치된 복수개의 냉매챔버(55)를 가진다. 이들 냉매챔버(55)의 각각의 행을 따라 그 하부에 인입분기관(11)(12)(13)(14)이 설치되고 그 상부에 인출분기관(21)(22)(23)(24)이 설치된다. 이들 인입분기관(11)(12)(13)(14)은 인입관(10)으로부터 분기되고, 인출분기관(21)(22)(23)(24)은 인출관(20)으로 연결된다.

Description

태양광 패널의 열교환장치의 구조{Heat exchanger structure of solar panel}

본 발명은 태양광 패널의 열교환장치의 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세히는, 태양광 패널에 대하여 복수개의 태양광발전 셀에 대응하여 복수개의 냉매챔버를 제공하고 이들 각각의 냉매챔버에 공급되는 냉매의 시간당 유량을 동일하게 하도록 배관구조를 제공함으로써 태양광 패널의 온도를 균일하게 낮추어 태양광 패널의 발전효율을 상승시키는 태양광 패널의 열교환장치의 구조에 관한 것이다.

태양광 패널(solar panel)은 복수개의 태양발전 셀(solar photovoltaic cell)을 가져 태양광을 받아 전기발전을 이루는 것인데, 표면온도가 1℃ 상승할 때마다 발전효율이 0.5% 씩 낮아지는 특성이 있다.

태양광 패널이 태양광을 받아 발전을 이루면 태양광 패널의 태양발전 셀들의 온도가 상승하게 되는데, 여름철에는 70℃까지 올라가는 경우도 있어서 발전효율이 현저히 저하된다.

이와 같이 태양광 패널의 발전효율은 온도의 영향을 민감하게 받는 특성을 가지는데, 또한, 태양광 패널에 설치된 다수의 태양광발전 셀들 중에서 발전효율이 가장 안 좋은 태양광발전 셀의 영향을 가장 크게 받는 특성을 가진다.

즉, 다른 태양광발전 셀들의 발전효율이 좋아도, 어느 특정 태양광발전 셀의 온도가 높아져서 그 태양광발전 셀의 발전효율이 떨어지면 태양광 패널은 이 태양광발전 셀의 영향을 가장 크게 받아 발전 효율이 급격히 떨어지게 된다.

종래, 태양광 패널의 온도를 낮추기 위하여 표면에 직접 물을 뿌리거나, 냉매관을 태양광 패널의 뒤에 구불구불하게 설치하여 냉매가 이러한 냉매관을 통과하면서 태양광 패널의 태양광발전 셀의 온도 저하를 유도하여왔지만, 태양광 패널의 발전 효율을 크게 개선하지는 못하였다.

이것은 냉매관에서 냉매가 처음 지나가는 태양광발전 셀로부터는 열을 많이 흡수하지만, 그 흡수한 열로 인하여 냉매의 온도가 상승하게 되어 뒤쪽으로 갈수록 태양광발전 셀로부터 흡수하는 열이 적어지게 되어 전체적으로 태양광 패널의 태양광발전 셀들의 온도는 저하되지만, 이들 태양광발전 셀들 간에 온도차가 발생하게 되어 태양광 패널의 발전성능이 크게 증가하지 않는 것이다.

따라서 태양광 패널의 태양광발전 셀들의 온도를 낮추는 것을 넘어 이들 태양광발전 셀 전체에 걸쳐 균일하게 온도를 낮추는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 태양광 패널에 있어서 태양광발전 셀 전체에 걸쳐 균일하게 온도를 낮추어 태양광발전효율을 높일 수 있는 태양광 패널의 열교환장치의 구조를 제공하는 것이다.

본 발명은 태양광 패널에 있어서, 격자형태로 행과 열을 지어 배열된 태양광발전 셀들과; 상기 태양광발전 셀들에 대응하여 배치된 복수개의 냉매챔버와; 상기 복수개의 냉매챔버 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 하부에 놓이는 인입분기관과; 여기서, 상기 인입분기관은 상기 행을 따른 각각의 냉매챔버와 인입연결관을 통하여 각각 연결되고, 상기 복수개의 냉매챔버 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 상부에 놓이는 인출분기관과; 여기서, 상기 인출분기관은 상기 행을 따른 각각의 냉매챔버와 인출연결관을 통하여 각각 연결되고, 상기 인입분기관 각각과 연결되어 있으며, 펌프의 압력으로 이들 각각에 냉매를 공급하는 인입관과; 상기 인출분기관 각각과 연결되어 이들 각각으로부터 인출되는 냉매를 받아 인출하는 인출관을 포함하여 이루어지고, 여기서, 상기 각각의 인입분기관은 상기 각각의 인입분기관으로 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 상기 펌프로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하고, 상기 각각의 인입분기관의 인입연결관은 이들 인입연결관과 연결된 냉매챔버들로 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 상기 인입관으로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 열교환장치의 구조를 제공한다.

본 발명에 따를 경우, 상기 인입관과 인출관은 각각 상기 태양광발전 셀들의 일측에서 열을 따라 수직으로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따를 경우, 모든 냉매챔버들에 대하여 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되어, 이들 냉매챔버들에서 하부에서 상부로 시간당 동일한 레벨(level)로 차오르면서 태양관발전 셀들을 냉각하는 것으로서 모든 태양광발전 셀들에 대하여 균일하게 온도를 내릴 수 있게 된다.

또한 인입관을 통하여 공급되는 냉매가 인입분기관을 통하여 각각의 인입연결관으로 분기되고 이후 각각의 냉매챔버로 공급되고 이후 다시 인출연결관을 통하여 인출분기관으로 공급되고 인출분기관의 냉매가 인출관으로 취합되어 나가는 것으로서 종래 냉매관을 구불구불하게 배치하여 냉매관을 통과하는 냉매가 뒤쪽으로 갈수록 온도가 상승하는 등의 문제가 없다.

이에 따라 본 발명에 따른 태양광 패널의 열교환장치에 따를 경우 태양광 패널의 균일한 온도냉각이 가능한 것으로서 태양광 패널의 발전효율을 크게 높일 수 있게 된다.

본 발명에 따를 경우, 인입분기관은 각각의 행을 따른 냉매챔버의 하부에 놓이고 인출분기관은 각각의 행을 따른 냉매챔버의 상부에 놓여, 각각의 냉매챔버에서 냉매는 하부에서 상부로 차오르는데 이것은 냉매가 균일한 레벨로 차오르는 것을 보장하여 각각의 냉매챔버에서 균일한 온도저하를 보장하게 된다.

도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널의 구조를 보이는 도면;
도 4는 본 발명에 따라 각각의 냉매챔버에서 동일수위로 냉매가 차오르는 것을 보이는 도면.

이제 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널(1000)을 보인다.

상기 태양광 패널(1000)은 판부재(100)를 가지고 그 전면에 복수개의 태양광발전 셀(38)들이 격자(grid)형태로 행과 열을 지어 설치되고, 그 뒷면에는 각각의 태양광발전 셀(38)에 대응하여 박막의 알루미늄 시트로 만들어진 열방출 타일(heat sink tile)(29)이 복수 개 설치되어있다.

따라서 이들 복수개의 열방출 타일(heat sink tile)(29)은 전면의 복수개의 태양광발전 셀(38)들에 대응하여 동일한 행과 열을 따라 격자형태로 설치된다.

이들 복수개의 열방출 타일(heat sink tile)(29) 각각에 냉매챔버(55)가 설치된다. 이에 따라 냉매챔버(55)는 전면의 복수개의 태양광발전 셀(38)들에 대응하여 동일한 행과 열을 따라 격자형태로 설치된다.

본 발명에 따를 경우, 이들 냉매챔버(55)는 동일한 형태와 부피를 가진다.

본 발명에 따를 경우, 상기 복수개의 냉매챔버(55) 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 하부에 인입분기관(11)(12)(13)(14)이 놓이고, 또한, 상기 복수개의 냉매챔버(55) 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 상부에 인출분기관(21)(22)(23)(24)이 놓인다.

이들 인입분기관(11)(12)(13)(14)의 좌측에 이들 각각과 연결된 인입관(10)이 놓이는데, 상기 인입관(10)은 펌프(미도시)의 압력으로 냉매를 받아 이들 인입분기관(11)(12)(13)(14) 각각으로 공급하게 된다.

또한 인출분기관(21)(22)(23)(24)의 우측에 이들 각각과 연결된 인출관(20)이 놓인다.

상기 인입분기관(11)(12)(13)(14) 각각은 해당하는 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 각각의 인입연결관을 통하여 연결된다.

첫 번째 행을 따른 인입분기관(11)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인입연결관(111)(112)(113)을 통하여 각각 연결되고 있다.

두 번째 행을 따른 인입분기관(12)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인입연결관(121)(122)(123)을 통하여 각각 연결되고 있다.

세 번째 행을 따른 인입분기관(13)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인입연결관(131)(132)(133)을 통하여 각각 연결되고 있다.

네 번째 행을 따른 인입분기관(12)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인입연결관(141)(142)(143)을 통하여 각각 연결되고 있다.

또한 상기 인출분기관(21)(22)(23)(24) 각각은 해당하는 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인출연결관을 통하여 연결된다.

첫 번째 행을 따른 인출분기관(21)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인출연결관(211)(212)(213)을 통하여 각각 연결되고 있다.

두 번째 행을 따른 인출분기관(22)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인출연결관(221)(222)(223)을 통하여 각각 연결되고 있다.

세 번째 행을 따른 인출분기관(23)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인출연결관(231)(232)(233)을 통하여 각각 연결되고 있다.

네 번째 행을 따른 인출분기관(24)에 대하여 그 행을 따른 각각의 냉매챔버(55)와 인출연결관(241)(242)(243)을 통하여 각각 연결되고 있다.

이와 같은 구조에 따라, 냉매는 펌프(미도시)의 압력으로 인입관(10)으로 공급되고 이후 각각의 행을 따른 인입분기관(11)(12)(13)(14)를 통하여 분기되고 이후 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)의 인입연결관(111)(112)(113)(121)(122)(123)(131)(132)(133)(141)(142)(143)을 통하여 각각의 냉매챔버(55)로 공급되어진다.

이후 각각의 냉매챔버(55)에서 냉매는 하부에서 상부로 차오르면서 반대면의 태양광발전 셀(38)로부터 열을 빼앗아 냉각하고, 각각의 인출연결관(211)(212)(213)(221)(222)(223)(231)(232)(233)(241)(242)(243)을 통하여 각각의 인출분기관(21)(22)(23)(24)으로 공급되어져 나간다.

이후 냉매는 다른 열교환기(미도시)에서 냉각되어 진후 펌프의 압력으로 다시 상기 인입관(10)으로 공급되어져 순환된다.

도 2를 참고로, 본 발명에 따를 경우, 상기 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)은 전술한 펌프로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하여 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)으로 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 한다.

즉 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)의 직경(a1)(a2)(a3)(a4)은 도면을 기준으로 상부로 갈수록 증가하고, 이에 따라 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)으로 인입되는 시간당 냉매의 유량은 동일하게 된다.

또한 본 발명에 따를 경우, 각각의 인입분기관(11)(12)(13)(14)의 인입연결관(111)(112)(113)(121)(122)(123)(131)(132)(133)(141)(142)(143)은 상기 인입관(10)으로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하여 이들 인입연결관(111)(112)(113)(121)(122)(123)(131)(132)(133)(141)(142)(143)과 연결된 냉매챔버(55)들로는 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 한다.

즉 도면을 참고로, 인입연결관(111)(121)(131)(141)의 직경(b1)보다 인입연결관(112)(122)(132)(142)의 직경(b2)가 증가하고, 인입연결관(112)(122)(132)(142)의 직경(b2)보다 인입연결관(113)(123)(133)(143)의 직경(b3)이 증가한다. 이에 따라 인입연결관(111)(112)(113)(121)(122)(123)(131)(132)(133)(141)(142)(143)과 연결된 냉매챔버(55)들로는 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되어진다.

결국 본 발명에 따를 경우 인입관(10)으로 공급되는 냉매는 도면을 참고로 4x3으로 배열된 냉매챔버(55)들에 대하여 모두 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되는 것이다.

이렇게 모든 냉매챔버(55)들에 대하여 시간당 동일한 유량으로 공급되어진 냉매는 각각의 냉매챔버(55)들에서 하부에서 상부로 동일한 시간에 동일한 레벨(수위)로 차오르면서 전면의 태양광발전 셀(38)들을 냉각하고 이후 각각의 인출분기관(21)(22)(23)(24)를 통하여 인출되어 인출관(20)을 통하여 방출된다. (도 4 참조)

이와 같이 본 발명에 따를 경우, 모든 냉매챔버들에 대하여 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되어 하부에서 상부로 시간당 동일한 레벨로 차오르면서 태양관발전 셀들을 냉각하는 것으로서 모든 태양광발전 셀들에 대하여 균일하게 온도를 내릴 수 있게 된다.

본 발명에 따를 경우, 인입분기관(11)(12)(13)(14)은 각각의 행을 따른 냉매챔버(55)의 하부에 놓이고 인출분기관(21)(22)(23)(24)은 각각의 행을 따른 냉매챔버(55)의 상부에 놓여, 각각의 냉매챔버(55)에서 냉매는 하부에서 상부로 차오르는데 이것은 냉매가 균일한 레벨로 차오르는 것을 보장하여 각각의 냉매챔버에서 균일한 온도저하를 보장하게 된다.

1000: 태양관 패널
29: 열방출 타일
38: 태양광발전 셀
55: 냉매챔버
10: 인입관
20: 인출관
11, 12, 13, 14: 인입분기관
21, 22, 23, 24: 인출분기관
111, 112, 113, 121, 122, 123, 131, 132, 133, 141, 142, 143: 인입연결관
211, 212, 213, 221, 222, 223, 231, 232, 233, 241, 242, 243: 인출연결관

Claims

태양광 패널의 열교환장치의 구조에 있어서,
(a) 격자형태로 행과 열을 지어 배열된 태양광발전 셀들과;
(b) 상기 태양광발전 셀들에 대응하여 배치된 복수개의 냉매챔버와;
(c) 상기 복수개의 냉매챔버 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 하부에 놓이는 인입분기관과; 여기서, 상기 인입분기관은 상기 행을 따른 각각의 냉매챔버와 인입연결관을 통하여 각각 연결되고,
(d) 상기 복수개의 냉매챔버 중 각각의 행을 따른 냉매챔버에 대하여 그 상부에 놓이는 인출분기관과; 여기서, 상기 인출분기관은 상기 행을 따른 각각의 냉매챔버와 인출연결관을 통하여 각각 연결되고,
(e) 상기 인입분기관 각각과 연결되어 있으며, 펌프의 압력으로 이들 각각에 냉매를 공급하는 인입관과;
(f) 상기 인출분기관 각각과 연결되어 이들 각각으로부터 인출되는 냉매를 받아 인출하는 인출관을 포함하여 이루어지고, 여기서,
(g) 상기 각각의 인입분기관은 상기 각각의 인입분기관으로 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 상기 펌프로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하고,
(h) 상기 각각의 인입분기관의 인입연결관은 이들 인입연결관과 연결된 냉매챔버들로 시간당 동일한 유량의 냉매가 공급되도록 상기 인입관으로부터 멀어질수록 그 직경이 증가하는 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 열교환장치의 구조.
제1항에 있어서,
상기 인입관과 인출관은 각각 상기 태양광발전 셀들의 일측에서 열을 따라 수직으로 배치된 것을 특징으로 하는 태양광 패널의 열교환장치의 구조.