KR102043189B1 - 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치 - Google Patents

미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 적어도 하나의 중량체가 연결되어 내·외측을 구획하는 지지틀; 지지틀의 내측에 일정 간격으로 배치되어 지지되며, 내부에 물을 저장할 수 있는 복수의 저장탱크; 각 저장탱크의 상측에 경사지게 배치되어 태양광을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 복수의 태양전지모듈; 및 복수의 저장탱크의 물을 복수의 태양전지모듈의 표면에 공급하여 가열된 복수의 태양전지모듈을 식히는 모듈냉각수단;을 포함하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치가 제공된다.
이에 의하면, 지반공사를 배제할 수 있어 설치 및 위치의 변경이 용이하며, 시공성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치 {High Efficiency Solar Power Generator}
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광을 이용해 전기를 보다 효율적으로 생산할 수 있는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
최근 지구온난화 및 기후변화로 인하여 물, 바람, 조력 등의 청정에너지를 이용하는 발전 장치의 개발이 활발하다. 그 중에서 태양광을 이용한 태양광 발전 장치는, 전체 설비가 간단하고 비교적 설치가 용이하여 각광받고 있으며, 기술의 개발에 따라 설치비용이 저렴해지면서 보급이 점차 확대되는 추세이다.
한편, 지상에 태양광 발전 장치를 설치하기 위해서는 가용 토지에 지반공사가 선행되어야 한다.
그 과정을 살펴보면, 먼저 터파기를 실시하여 가용 면적을 확보한 후, 이곳에 콘크리트를 타설 및 양생함과 아울러 앵커를 설치한다.
그런 다음, 앵커에 지주를 일정간격으로 기립되게 결합시킴으로써 기초가 완성이 된다. 기초가 마련되면, 지주의 상부에 태양전지모듈을 일정 각도로 설치하여 운용하게 된다. 이때 태양광을 받아 전기를 발전하는 과정에서 모듈 표면에 열기가 발생되고 토지로부터도 모듈 하측으로 열기가 전달되며, 또한 모듈의 표면이 미세먼지 등에 의해 오염될 수 있다.
이와 같이 종래의 태양광 발전 장치는, 열기에 의해 태양전지모듈의 성능이 저하되거나 고장의 원인이 될 수 있고, 발전효율을 저하시킬 수도 있는 것이다.
또한, 종래의 태양광 발전 장치는, 지주를 안정적으로 설치하기 위해 콘크리트 등으로 지반공사를 해야 하므로 기반조성비용 등에 의해 초기 설치비가 증가하는 원인이 되며, 토지를 훼손하여 시공하므로 환경을 오염시킴은 물론 콘크리트 구조물 철거시 폐기물 처리를 위한 복구비용이 추가로 소요됨은 물론 폐기물 발생으로 인한 환경오염을 유발시키는 문제가 있다.
1. 한국공개특허공보 제10-2016-0009981호(공개일자: 2016년01월27일)
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 태양전지모듈이 미세먼지로 인해 투과율이 떨어지고 오염됨에 따른 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 설치시 자연을 훼손시키는 지반공사를 배제할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치는, 적어도 하나의 중량체가 연결되어 내·외측을 구획하는 지지틀; 지지틀의 내측에 서로 이격 배치되어 지지되며, 내부에 물을 저장할 수 있는 복수의 저장탱크; 각 저장탱크의 상측에 경사지게 배치되어 태양광을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 복수의 태양전지모듈; 및 복수의 저장탱크의 물을 복수의 태양전지모듈의 표면에 공급하여 가열된 복수의 태양전지모듈을 식히는 모듈냉각수단;을 포함한다.
지지틀은, 그 내측으로 중량체에 양단이 지지되게 배치되어 복수의 저장탱크를 지지하며 태양전지모듈을 일정 각도로 지지하기 위한 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
복수의 저장탱크는, 그 상부측이 각각 개방되게 설치되며, 지면에 안착된 것을 특징으로 한다.
모듈냉각수단은, 순환펌프와, 어느 하나의 저장탱크와 순환펌프를 연결시키는 유입관과, 복수의 저장탱크를 서로 연결시키는 연결관과, 각 태양전지모듈의 상측면 길이방향으로 설치되어 서로 연결되며 길이방향으로 복수의 타공이 형성된 배출관과, 어느 하나의 배출관과 순환펌프를 연결시키는 토출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
순환펌프에는, 계절별 설정된 가동시간에 따라 자동 제어되거나, 전지모듈의 온도에 따라 가동이 실시간으로 제어되도록 하는 제어박스가 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 태양전지모듈의 하측면 길이방향으로 설치되어 집수하기 위한 물받이와, 양단이 물받이와 저장탱크에 각각 연결된 회수관으로 구성된 물회수수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전 장치에 의하면, 저장된 물을 이용해 태양전지모듈 상면의 미세먼지를 세척하고 태양전지모듈의 상하면을 냉각시킬 수 있어 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 지반공사를 배제할 수 있어 설치 및 위치의 변경이 용이하며, 시공성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치를 보인 평면도이다.
도 2는 도 1의 일부를 확대해서 보인 사시도이다.
도 3은 도 2의 뒷부분을 보인 사시도이다.
도 4는 도 3의 'A' 부분 확대도이다.
도 5는 도 3의 요부 확대도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7은 도 5의 배출관의 단면 사시도이다.
도 8은 도 5의 물받이의 확대 사시도이다.
도 9는 도 5의 배수 공정을 보인 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치에 대해 상세하게 살펴본다.
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.
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 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치를 보인 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치는, 지지틀(10), 복수의 저장탱크(20, 도 2 참조), 복수의 태양전지모듈(30); 및 모듈냉각수단(40)을 포함할 수 있다.
여기서, 지지틀(10)은, 적어도 하나의 중량체(11) 단부가 서로 연결되어 내·외측을 구획하며, 일정 하중을 가지게 된다.
도 2는 도 1의 일부를 확대해서 보인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 중량체(11)는 사각 형태의 파이프 구조로 이루어지는바, 지지틀(10)은 두 쌍의 중량체(11) 각 단부가 서로 용접 또는 볼트 결합되어 사각링 형태를 이룬다. 다만, 지지틀(10)의 전체 형상은, 본 실시예와 같이 사각 형태에 한정되지 않고, 다각형이나 원형 또는 타원형 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
이러한 지지틀(10)은, 그 내측에 중량체(11)에 양단이 지지되게 배치되어 복수의 저장탱크(20)를 지지하며, 태양전지모듈(30)을 일정 경사각으로 지지하기 위한 연결부재(12)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 뒷부분을 보인 사시도이다. 연결부재(12)는, 도 3에 도시된 바와 같이 그 양단이 중량체(11) 위에 올려진 상태로 결합되는 것이며, 복수의 저장탱크(20)를 일직선상으로 관통하여 복수의 저장탱크(20)를 지지하게 된다.
이처럼 복수의 저장탱크(20)는, 사각 형태로 이루어진 지지틀(10)의 내측에 일정 간격으로 배치되어 지지되며, 내부에 물을 저장할 수 있는 드럼 형상을 가진다.
복수의 저장탱크(20)는, 그 상부측이 각각 개방되게 설치되어 태양전지모듈(30)의 하면에 냉기를 전달하여 태양전지모듈(30)에 대한 냉각효과를 기대할 수 있으며, 지면에 안착되어 지지틀(10)의 하중을 지면으로 전달하여 지면에 대해 견고하게 설치될 수 있다. 여기서, 각 저장탱크(20)의 개방된 상부측에는, 낙엽이나 기타 불순물 또는 먼지가 내측으로 유입되지 않도록 필터(23)가 설치될 수 있으며, 수위조절 또는 배수를 위해 배출밸브(도시 생략)가 더 마련될 수 있음은 물론이다.
복수의 저장탱크(20)에는, 빗물 또는 인위적으로 저장된 물을 계속 순환시키며, 재사용하는 방식으로 운용된다. 이때, 자연 증발분이나 소실되는 물의 양은, 수돗물이나 빗물로 보충될 수 있다.
도 4는 도 3의 'A' 부분 확대도이다.
이러한 각각의 저장탱크(20)에는, 도 4에 도시된 바와 같이 연결부재(12)가 관통되는 한 쌍의 체결부(21)가 대칭되게 마련되며, 이 체결부(21)와 연결부재(12) 사이에는 기밀한 결합을 위해 패킹(22)이 각각 더 설치될 수 있다.
각 태양전지모듈(30)은, 다수의 태양전지를 연결하여 모듈화한 것으로서, 태양전지에 내장된 반도체 물질이 태양빛을 받아 전기를 생성하는 것이다. 이와 같은 태양전지는, 온도가 약 25℃ 이상으로 상승하게 되면 그 내부에 흐르는 전류의 저항값이 커지게 되어 전력이 손실되므로 발전 효율이 저하될 뿐 아니라, 열화로 인한 출력저하로 수명이 단축이 될 수 있으므로 약 25℃ 미만으로 유지됨이 바람직하다.
이러한 복수의 태양전지모듈(30)은, 각 저장탱크(20)의 상측에 일정 각도로 경사지게 일렬로 배치되어 태양전지에 대한 태양광의 입사 각도가 적절히 조절될 수 있으며, 태양광을 이용한 전기를 보다 효율적으로 생산할 수 있게 된다. 도 5에 도시된 바와 같이 연결부재(12)에는, 복수의 'ㄴ'자형 프레임(F)이 태양전지모듈(30) 각각의 하중을 지지할 수 있도록 한 쌍씩 일정간격 이격되어 설치되며, 도시된 'U'형 볼트와 같은 체결수단 및 용접으로 서로 결합될 수 있다.
한편, 모듈냉각수단(40)은, 저장탱크(20)의 물을 각 태양전지모듈(30)의 상면에 공급하여 가열된 태양전지모듈(30)을 식힐 수 있도록 설치된다.
도 5는 도 3의 요부 확대도이고, 도 6은 도 5의 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 모듈냉각수단(40)은, 순환펌프(41)와, 어느 하나의 저장탱크(20)와 순환펌프(41)를 연결시키는 유입관(42)과, 복수의 저장탱크(20)를 서로 연결시키는 연결관(43, 도 2 및 도 3 참조)과, 각 태양전지모듈(30)의 상측면 길이방향(복수의 태양전지모듈(30)이 나열된 방향)으로 설치되어 서로 연결된 배출관(44)과, 어느 하나의 배출관(44)과 순환펌프(41)를 연결시키는 토출관(45)을 포함한다.
순환펌프(41)에는, 계절별 설정된 가동시간에 따라 자동 제어되거나 전지모듈의 온도에 따라 가동이 실시간으로 제어되도록 제어박스(60)가 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 하절기에 특히 유용한 것인데, 순환펌프(41)와 전기적으로 연결된 제어박스(60)를 통해 순환펌프(41)의 가동주기를 미리 설정하여 계절에 따라 자동으로 제어할 수 있다. 이때, 순환펌프(41)의 가동주기는, 태양전지모듈(30)에 대한 온도감지센서를 통해서 제어될 수 있음은 물론이다. 즉, 태양전지모듈(30)의 일측에 태양전지 표면의 온도를 감지하는 센서(도시 생략)를 설치하여 태양전지모듈(30)의 표면이 설정된 온도 이상이 될 경우, 센서로부터 신호가 발생되도록 하며, 제어박스(60)에서 이 신호를 전달받음으로써 순환펌프(41)를 실시간으로 제어할 수 있다.
유입관(42)은, 그 일단이 어느 하나의 저장탱크(20) 하부에 연결됨이 바람직하고, 그 타단은 순환펌프(41) 일측에 연결된다.
연결관(43)은, 복수의 저장탱크(20)들의 하부를 서로 연결하는 구성으로서, 어느 하나의 저장탱크(20)에 연결되는 단일의 순환펌프(41)로서 일직선상의 저장탱크(20)들의 저수량을 모두 활용할 수 있도록 함이다.
도 7은 도 5의 배출관의 단면 사시도이다.
도 7을 참조하면, 배출관(44)은, 원형이나 각진 중공 형태로서, 태양전지모듈(30)의 상측에 안착되어 토출관(45)으로부터 공급된 물을 일정수위 저장함과 동시에 일정 높이에 형성된 복수의 타공(44a)을 통해 오버플로우 방식으로 배출시키는 구조이다. 이러한 배출관(44)은, 오염방지를 위해 금속 또는 친환경 PE소재로 형성될 수 있으며, 그 양단에 연장편(44-1, 도 2 참조)이 각각 마련되어 태양전지모듈(30)의 양측에 각각 체결될 수 있다.
또한, 토출관(45)은, 그 일단이 어느 하나의 배출관(44) 일측 선단에 연결되고, 그 타단은 순환펌프(41)의 타측에 연결된다.
한편, 본 발명은, 태양전지모듈(30)의 하측면 길이방향으로 설치되어 집수하기 위한 물받이(51)와, 양단이 물받이(51)와 저장탱크(20)에 각각 연결된 회수관(52)을 포함하는 물회수수단(50);을 더 포함할 수 있다.
도 8은 도 5의 물받이의 확대 사시도이다.
물받이(51)는, 도 8에 도시된 바와 같이 그 내측 바닥이 회수관(52) 입구 쪽으로 경사지게 형성되며, 태양전지모듈(30)의 후면에 일체로 볼트 결합될 수 있다. 또한, 물받이(51)에는, 회수관(52)과 연통될 수 있는 단일의 홀(51a)이 마련되며, 그 하측으로 홀(51a)과 이어진 결합관(51-1)이 연장 설치될 수 있다. 이러한 물받이(51) 역시 오염방지를 위해 친환경 PE소재로 형성될 수 있다.
또한, 회수관(52)은, 그 일단이 물받이(51) 하측에 형성된 결합관(51-1)과 연결되고, 그 타단은 각 저장탱크(20) 상부에 연결됨이 바람직하다.
이러한 회수관(52)의 입·출구에는, 먼지 또는 기타 불순물이 저장탱크(20)의 내측으로 유입되지 않도록 필터(도시생략)가 각각 마련될 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치의 작용에 대해 살펴본다.
먼저, 제어박스(60)의 제어신호에 의해 순환펌프(41)가 가동되면, 어느 하나의 저장탱크(20)의 물이 유입관(42)을 통해 순환펌프(41)로 공급되어 토출관(45)으로 유동된다. 이때, 나머지 저장탱크(20)에 저장된 물은, 연결관(43)을 통해 유입관(42)이 연결된 어느 하나의 저장탱크(20)로 유동됨으로써 모든 저장탱크(20)들의 수위가 동시에 줄어들게 되며, 단일의 순환펌프(41)로서 복수의 저장탱크(20)들의 물을 모두 이용할 수 있게 된다.
아울러, 순환펌프(41)의 가동이 일정시간 지속되면서 각 태양전지모듈(30)의 상측면 길이방향으로 마련된 각각의 토출관(45) 내부로 공급된 물이 만수위에 근접하게 된다.
만수위에 근접된 후에도 계속적으로 토출관(45)으로 공급되는 물은, 아치형태의 일면에 형성된 복수의 타공(44a)들을 통해 오버플로우되어 배출됨으로써 경사진 태양전지모듈(30)의 상면을 따라 흘러내리게 되는 것이다. 이 과정에서 태양전지모듈(30) 표면에 쌓인 미세먼지 등의 불순물이 세척되며, 동시에 복수의 태양전지모듈(30) 상면이 냉각되는 것이다.
아울러, 본 발명은, 각 저장탱크(20)의 상부측이 각각 개방되어 있어서 대류에 의해 태양전지모듈(30)의 하면을 동시에 냉각하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치에 의하면, 저장된 물을 이용해 태양전지모듈 상면의 미세먼지를 세척하고 태양전지모듈의 상하면을 냉각시킬 수 있어 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 지반공사를 배제할 수 있어 설치 및 위치의 변경이 용이하며, 시공성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
도 9는 도 5의 배수 공정을 보인 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명은, 유입관(142)을 밸브(142-1)가 설치된 'T'형으로 형성하되 입구 측을 저장탱크(20)에 연결시키고, 유입관(142)의 출구 양측을 순환펌프(41) 및 배수관(146)으로 분기되게 연결시킴으로써 필요시 저장탱크(20)에 저장된 물을 화살표 방향과 같이 외부로 배수시켜서 농업용수 등으로 활용할 수도 있다.
10: 지지틀 11: 중량체
12: 연결부재 20: 저장탱크
21: 체결부 22: 패킹
23: 필터 30: 태양전지모듈
40: 모듈냉각수단 41: 순환펌프
42: 유입관 43: 연결관
44: 배출관 45: 토출관
50: 물회수수단 51: 물받이
52: 회수관 60: 제어박스

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 중량체가 연결되어 내·외측을 구획하는 지지틀;
    상기 지지틀의 내측에 서로 이격 배치되어 지지되며, 내부에 물을 저장할 수 있는 복수의 저장탱크;
    각 저장탱크의 상측에 경사지게 배치되어 태양광을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 복수의 태양전지모듈; 및
    상기 복수의 저장탱크의 물을 상기 복수의 태양전지모듈의 표면에 공급하여 가열된 상기 복수의 태양전지모듈을 식히는 모듈냉각수단;을 포함하며,
    상기 모듈냉각수단은, 순환펌프와, 어느 하나의 저장탱크와 상기 순환펌프를 연결시키는 유입관과, 복수의 저장탱크의 하부를 서로 연결시키는 연결관과, 각 태양전지모듈의 상측면 길이방향으로 설치되어 서로 연결되며 길이방향으로 복수의 타공이 일정 높이에 형성된 복수의 배출관과, 어느 하나의 배출관과 상기 순환펌프를 연결시키는 토출관을 포함하되,
    상기 각 배출관은, 상기 태양전지모듈의 상측에 안착되어 상기 토출관으로부터 공급된 물을 일정수위 저장함과 동시에 복수의 타공을 통해 오버플로우 방식으로 배출시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 지지틀은,
    그 내측으로 상기 중량체에 양단이 지지되게 배치되어 상기 복수의 저장탱크를 지지하며 상기 태양전지모듈을 일정 각도로 지지하기 위한 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수의 저장탱크는,
    그 상부측이 각각 개방되게 설치되며, 지면에 안착된 것을 특징으로 하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 순환펌프에는,
    계절별 설정된 가동시간에 따라 자동 제어되거나, 전지모듈의 온도에 따라 가동이 실시간으로 제어되도록 하는 제어박스가 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 태양전지모듈의 하측면 길이방향으로 설치되어 집수하기 위한 물받이와, 양단이 상기 물받이와 상기 저장탱크에 각각 연결된 회수관으로 구성된 물회수수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지를 제거하며 발전효율을 높이는 태양광 발전 장치.
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