KR102064840B1 - 태양광열 복합 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 하나 이상의 태양광열 복합 유닛, 및 태양열 이용 모드와 태양광 발전 모드를 선택적으로 제어하는 제어 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 상기 태양광열 복합 유닛은 하나 이상의 태양광열 복합 모듈, 및 상기 하나 이상의 태양광열 복합 모듈을 내부에 위치되도록 하여 외기에 노출되지 않도록 하는 하우징을 포함하여 구성된다. 상기 태양광열 복합 모듈은 중공의 반원통 또는 반타원통 형상을 가지며 양 단부에 회전을 위한 피봇축이 설치된 프레임, 상기 프레임의 중공 내부에 설치된 관 형상의 집열부, 상기 집열부에 태양열이 집열되도록 상기 프레임의 중공 내면에 설치되는 집열판, 상기 집열판의 반대 측에 위치하도록 상기 프레임의 외면에 설치되는 태양광 셀, 및 상기 프레임을 상기 피봇축을 중심으로 180도 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되어, 상기 회전 수단에 의해 상기 프레임이 180도 회전함으로써 태양열 이용을 위한 집열부 및 집열판과 태양광 발전을 위한 태양광 셀이 선택적으로 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 태양광 발전 모드 시 태양광 셀의 열화를 방지하기 위한 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 태양광 발전 모드 시 태양광 셀의 열화를 방지하기 위한 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 태양광열 복합 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양에너지의 이용에 있어서 부하조건 등 환경에 따라 태양열 이용과 태양광 발전이 선택적으로 가능하도록 집열부와 집열판을 포함하는 태양열 모듈과 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈이 일체로 형성된 태양광열 복합 모듈을 구비한 태양광열 복합 시스템에 관한 것이다.
현재 대체 에너지원으로서 태양에너지를 이용하는 장치는 태양열 집열기와 태양광 모듈이 활용되고 있다.
태양열 집열기는 태양열 에너지를 이용하여 직접 열매체에 열교환하도록 함으로써 온수 및 난방에너지를 획득하는 장치로서 효율이 높고 초기 투자 비용이 높지 않아 널리 활용되고 있다.
태양광(Photovoltaic; PV) 발전 모듈은 별도의 유지관리가 필요 없이 한 번의 설치만으로 환경오염 없이 태양광이 가지고 있는 광에너지를 흡수하여 전기 에너지로 변환하여 전기 에너지를 생산하는 장치이다.
최근에는, 태양열 집열기와 태양광 모듈을 하나의 시스템으로 통합한 태양광열 복합 시스템이 개발되고 있으나, 태양광 집열기와 태양광 모듈을 함께 설치함에 따라 공간 활용 측면에서는 불리한 단점이 있다.
한편, 태양광 발전 모듈은 태양 에너지를 받아 전력을 생산하는 과정에서 열을 발생시키게 되는데, 이때 발생하는 열은 태양광 발전 모듈의 전기생산 성능을 저하시키는 요인이 되기 때문에 태양광 발전 모듈의 효율을 증진시키기 위해서는 열을 제거하는 것이 필요하다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양열 이용과 태양광 발전이 선택적으로 가능하도록 집열부와 집열판을 포함하는 태양열 모듈과 태양광 셀을 포함하는 태양광 모듈이 일체로 형성된 태양광열 복합 모듈과 냉각 시스템을 구비한 태양광열 복합 시스템을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 하나 이상의 태양광열 복합 유닛, 및 태양열 이용 모드와 태양광 발전 모드를 선택적으로 제어하는 제어 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광열 복합 유닛은 하나 이상의 태양광열 복합 모듈, 및 상기 하나 이상의 태양광열 복합 모듈을 내부에 위치되도록 하여 외기에 노출되지 않도록 하는 하우징을 포함하여 구성된다.
상기 태양광열 복합 모듈은 중공의 반원통 또는 반타원통 형상을 가지며 양 단부에 회전을 위한 피봇축이 설치된 프레임, 상기 프레임의 중공 내부에 설치된 관 형상의 집열부, 상기 집열부에 태양열이 집열되도록 상기 프레임의 중공 내면에 설치되는 집열판, 상기 집열판의 반대 측에 위치하도록 상기 프레임의 외면에 설치되는 태양광 셀, 및 상기 프레임을 상기 피봇축을 중심으로 180도 회전시키는 회전 수단을 포함하여 구성되어, 상기 회전 수단에 의해 상기 프레임이 180도 회전함으로써 태양열 이용을 위한 집열부 및 집열판과 태양광 발전을 위한 태양광 셀이 선택적으로 작동되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 태양광 발전 모드 시 태양광 셀의 열화를 방지하기 위한 냉각 시스템을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 시스템은 물 저장조, 상기 물 저장조와 배관으로 연결되며 각 태양광열 복합 유닛의 하우징 내부에 위치한 물 분사 유닛, 및 상기 물 분사 유닛과 배관으로 연결되며, 상기 물 분사 유닛에 의해 분사되어 태양광 셀을 냉각하면서 상기 하우징 내부에서 증발된 물을 흡착물질을 이용해 흡착 저장하는 흡착탱크를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 흡착물질은 제올라이트, 실리카 겔, 솔트 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 상기 흡착물질의 흡착 과정에서 발생된 열을 외부 시수를 공급하여 회수함으로써 온수로 활용할 수 있도록 상기 흡착탱크와 열교환되는 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착물질에 흡착된 물을 탈착하기 위해 태양열 이용 모드에서 생산된 120℃ 이상의 고온의 온수를 일부 추기하여 상기 흡착탱크 내로 공급하기 위한 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착물질에서 탈착된 물을 상기 물 저장조로 이동시켜 응축 저장되도록 상기 흡착탱크와 상기 물 저장조를 연결하는 배관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 물 저장조에서 응축되는 물의 응축잠열을 외부 시수를 공급하여 회수함으로써 온수로 활용할 수 있도록 상기 물 저장조와 열교환되는 배관을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 상기 태양광열 복합 유닛의 하우징 내부의 공기를 환기시킬 수 있는 통풍 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 통풍 장치는 상기 하우징의 외부에 위치한 송풍기, 상기 하우징의 일측면에 상기 하우징의 내부와 연통되도록 설치된 송풍관, 및 상기 하우징의 타측에 구비된 배출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 송풍관은 상기 송풍기에 의해 생성된 바람을 상기 하우징 내부에 균등하게 공급하기 위해 상기 하우징의 일측면에 길이 방향으로 설치되며, 상기 송풍관을 따라 배치된 다수의 연통 구멍을 통해 상기 하우징 내부와 연통될 수 있다.
상기 송풍관과 상기 배출구는 상기 냉각 시스템 작동시 폐쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법은 상기 물 저장조와 상기 물 분사 유닛을 연결하는 배관의 밸브를 열어 상기 물 저장조로부터 상기 물 분사 유닛으로 물을 공급하고, 상기 물 분사 유닛이 공급된 물을 상기 분사 노즐을 통해 상기 하우징 내부로 분사하는 단계, 상기 하우징 내부로 적정한 양의 물의 분사가 완료되면, 상기 물 저장조와 상기 물 분사 유닛을 연결하는 배관의 밸브를 닫고, 상기 하우징과 상기 흡착탱크를 연결하는 배관의 밸브를 열어, 상기 하우징 내부에서 증발된 물이 상기 흡착탱크 내부의 흡착물질로 흡착되도록 하는 단계, 및 상기 하우징 내부에 분사된 물이 일정 수준 이상으로 증발하여 충분한 냉각효과가 달성되면, 상기 하우징과 상기 흡착탱크를 연결하는 배관의 밸브를 닫아 상기 하우징 내부에서 증발된 물이 상기 흡착탱크 내부의 흡착물질에 더 이상 흡착되지 않도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법은 상기 흡착물질의 흡착과정에서 발생하는 흡착열을 외부 시수와의 열교환을 통해 회수하여 가열된 온수를 수용가의 급탕용 공급 온수로 활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡착물질에 일정 수준 이상의 흡착이 발생하여 흡착능력이 떨어지게 되면, 상기 흡착물질에 고온의 열을 가하여 상기 흡착물질에 붙어 있던 수증기를 주위 공기로 배출하는 탈착과정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탈착과정의 열원으로 태양열 모드 작동시 상기 집열부에서 생산되는 120℃ 이상의 고온의 온수를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법은 상기 탈착과정에서 탈착된 물을 상기 물 저장조로 이동시켜, 응축된 물을 상기 물 저장조에 저장하여 재활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 물 저장조에서 응축되는 물의 응축잠열을 외부 시수와의 열교환을 통해 회수하여 수용가의 급탕용 공급 온수로 활용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탈착과정의 열원으로 사용되어 80℃ 이하로 온도가 낮아진 온수는 축열조에 저장되거나 수용가의 열 공급에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 태양열 모듈이 태양광과 면하게 위치되는 태양열 이용 모드와 태양광 모듈이 태양광에 면하게 위치되는 태양광 발전 모드 간의 전환이 태양광열 복합 모듈의 프레임을 180도 회전시키는 것만으로 손쉽게 달성된다.
또한, 태양열 모듈과 태양광 모듈이 180도 회전하는 프레임의 내외면에 설치됨으로 인해 태양열 모듈과 태양광 모듈이 설치 공간을 따로 차지하지 않게 되므로, 태양광열 복합 모듈의 전체 설치 공간을 절약할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 흡착식 냉각 방식의 냉각 시스템을 사용함으로써 효과적으로 태양광 모듈을 냉각시킬 수 있으며, 흡착 냉각시 발생되는 열을 회수하여 종합 이용 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 부분 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈을 위에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템에서 탈착 프로세스를 위한 시스템 구성도이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 하우징 통풍 장치 구성도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 부분 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈을 위에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템 구성도이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템에서 탈착 프로세스를 위한 시스템 구성도이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 하우징 통풍 장치 구성도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템(1)은 다수의 태양광열 복합 유닛(10)이 조합되어 이루어지며, 각 태양광열 복합 유닛(10)은 하나 이상의 태양광열 복합 모듈(100)을 포함하는 하우징(11)으로 구성된다.
도 2는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 부분 측면 단면도이다. 도 2에는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 중 일부분에 위치한 두 개의 태양광열 복합 모듈(100)이 설명을 위해 도시되어 있다. 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈(100)은 태양에너지의 이용에 있어서 부하조건 등 환경에 따라 태양열(집열형) 이용과 태양광 발전이 선택적으로 가능하도록 집열부(120)와 집열판(111)을 포함하는 태양열 모듈과 태양광(PV) 셀(112)을 포함하는 태양광 모듈이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈(100)은 중공의 반원통 또는 반타원통 형상을 가지는 프레임(110)과, 상기 프레임(110)의 중공 내부에 설치된 관 형상의 집열부(120)와, 상기 집열부(120)에 태양열이 집열되도록 상기 프레임(110)의 중공 내면에 설치되는 집열판(111)과, 상기 집열판(111)의 반대 측에 위치하도록 상기 프레임(110)의 외면에 설치되는 태양광 셀(112), 및 상기 프레임(110)을 180도 회전시키는 회전 수단(미도시)을 포함하여 구성된다.
상기 프레임(110)은 양 단부에 설치된 피봇축(113, 도 3 참조)을 중심으로 회전하며, 상기 피봇축(113)은 상기 반원통 또는 반타원통의 중심축과 일치되게 설치되는 것이 바람직하다. 관 형상의 상기 집열부(120)는 상기 피봇축(113)의 위치와는 무관하게 상기 집열판(111)의 반사면 곡면 형상에 따른 최적의 집열 위치에 고정 설치될 수 있다.
상기 회전 수단은 공지의 다양한 회전 구동장치 중 어느 하나를 이용할 수 있으며, 일 예로 상기 피봇축(113)에 축결합된 기어와, 상기 기어에 치합되는 피니언 기어 및 상기 피니언 기어에 회전 구동축이 축결합된 스텝 모터를 포함하여 구성되는 회전 구동장치일 수 있다.
도 3은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈을 위에서 바라본 도면으로서, 회전 수단에 의해 프레임(110)이 180도 회전됨에 따라 태양광에 면하게 되는 부분을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 태양광열 복합 모듈(100)은 회전 수단으로 프레임(110)을 180도 회전시킴으로써 집열부(120) 및 집열판(111)을 포함하는 태양열 모듈이 태양광과 면하게 하거나 태양광 셀(112)을 포함하는 태양광 모듈이 태양광에 면하게 할 수 있다. 즉, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈(100)은 태양열 모듈이 태양광과 면하게 위치되는 태양열 이용 모드와 태양광 모듈이 태양광에 면하게 위치되는 태양광 발전 모드 간의 전환이 프레임(110)을 180도 회전시키는 것만으로 손쉽게 달성된다.
본 발명에 사용되는 태양광열 복합 모듈(100)은 태양열 모듈과 태양광 모듈이 180도 회전하는 프레임(110)의 내외면에 설치됨으로 인해 태양열 모듈과 태양광 모듈이 설치 공간을 따로 차지하지 않게 되므로, 태양광열 복합 모듈(100)의 전체 설치 공간을 절약할 수 있는 이점도 있다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템(1)은 상기 태양광열 복합 모듈(100)의 태양열 이용 모드와 태양광 발전 모드를 수용가의 열, 전력부하 변동 등 운전상황에 따라 선택적으로 제어할 수 있는 제어 시스템(미도시)을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)은 태양광 발전 모드 운전시 적외선 영역의 투과로 인한 태양광 셀(112)의 열화를 방지할 수 있도록, 하우징(11) 내부의 온도를 적정하게 유지되게 하는 냉각 시스템(2)을 구비한다.
본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 냉각 시스템(2)은 흡착식 냉각 방식을 사용하며, 이하에서는 그 구체적인 구성에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 냉각 시스템(2)은 물 저장조(20), 물 분사 유닛(30), 흡착탱크(40) 및 연결 배관들(51, 52, 53)을 포함하여 구성된다.
물 저장조(20)는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 외부에 위치하며, 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 내부에 설치된 물 분사 유닛(30)과 배관(51)으로 연결되어 필요시 물 분사 유닛(30)에 물을 공급한다.
물 분사 유닛(30)은 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 내부에 설치되어 상기 하우징(11) 내부에 물을 분사하기 위한 것으로, 분사된 물이 상기 하우징(11) 내부에 위치한 다수의 태양광열 복합 모듈(100)에 고루 분포되어 증발될 수 있도록, 배관(31)에 설치된 다수의 분사 노즐(32)로 구성된다.
흡착탱크(40)는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 외부에 위치하며, 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 및 물 저장조(20)와 각각 배관(52, 53)으로 연결된다. 흡착탱크(40)는 내부에 제올라이트(zeolite), 실리카 겔(silica gel), 솔트(salt) 등의 흡착물질을 포함하며, 상기 흡착물질로 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 내부에서 증발된 물을 흡착함으로써 강력한 흡착 환경을 조성하여 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11) 내부에 분사된 물의 증발을 촉진한다.
연결 배관(51, 52, 53)은 상기 물 저장조(20)와 상기 물 분사 유닛(30)을 연결하는 배관(51), 상기 하우징(11)과 상기 흡착탱크(40)를 연결하는 배관(52) 및 상기 흡착탱크(40)와 상기 물 저장조(20)를 연결하는 배관(53)이 구성되며, 각 배관(51, 52, 53)에는 냉각 프로세스에 따라 각 배관(51, 52, 53)을 개방 또는 폐쇄하는 밸브(61, 62, 63)가 마련된다.
본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11)은 흡착식 냉각 방식을 사용하기 위해 외기에 노출되지 않도록 밀폐되어 있다.
이하에서는 상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 냉각 시스템(2)이 작동되는 냉각 프로세스를 설명한다.
태양광 발전 모드 운전시 태양광 셀(112)에 열화 문제가 발생될 우려가 있는 경우 하우징(11) 내부의 온도를 조절하기 위해 냉각 시스템(2)의 작동을 시작한다.
먼저, 물 저장조(20)와 물 분사 유닛(30)을 연결하는 배관(51)의 밸브(61)를 열어 물 저장조(20)로부터 물 분사 유닛(30)으로 물을 공급하며, 물 분사 유닛(30)은 공급된 물을 분사 노즐(32)을 통해 하우징(11) 내부로 분사한다.
하우징(11) 내부로 적정한 양의 물의 분사가 완료되면, 물 저장조(20)와 물 분사 유닛(30)을 연결하는 배관(51)의 밸브(61)를 닫고, 하우징(11)과 흡착탱크(40)를 연결하는 배관(52)의 밸브(62)를 열어, 하우징(11) 내부에서 증발된 물이 흡착탱크(40) 내부의 흡착물질로 흡착되도록 한다. 하우징(11) 내부에서 증발된 물이 흡착탱크(40) 내부의 흡착물질로 흡착됨으로써, 하우징(11) 내부에 분사된 물의 증발이 촉진되어 증발이 활발하게 일어나게 된다. 이 때, 하우징(11) 내부 물 분자의 증발잠열로 인해 하우징(11) 내부 온도가 급격히 냉각되게 되며, 냉각된 하우징(11) 내부 온도로 인해 태양광 발전 모드 작동시 열화된 태양광 모듈을 식혀주게 되고, 따라서 태양광 셀(112)의 열화에 따른 태양광 발전 효율 저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다.
하우징(11) 내부에 분사된 물이 일정 수준 이상으로 증발하여 충분한 냉각효과가 달성되면, 하우징(11)과 흡착탱크(40)를 연결하는 배관(52)의 밸브(62)를 닫아 하우징(11) 내부에서 증발된 물이 흡착탱크(40) 내부의 흡착물질에 더 이상 흡착되지 않도록 한다.
한편, 흡착물질의 흡착과정에서는 흡착열이 발생하게 되는데, 이러한 흡착열을 회수하기 위해 흡착탱크(40) 내부에 외부 시수(수돗물)를 공급할 수 있는 배관(54)을 추가로 설치하여, 흡착탱크(40) 내에서 흡착열과의 열교환을 통해 가열된 온수를 수용가의 급탕용 공급 온수로 활용할 수도 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 흡착탱크(40) 내 흡착물질의 탈착 프로세스에 대해 설명한다. 도 5는 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 냉각 시스템에서 탈착 프로세스를 위한 시스템 구성도이다.
흡착탱크(40) 내 흡착물질의 흡착 능력은 무한하지 않으므로, 일정 수준 이상의 흡착이 발생하여 흡착 능력이 떨어지게 되면, 탈착과정을 통해 향후 하우징(11) 냉각시 필요한 흡착 능력을 미리 확보해 놓을 필요가 있다. 탈착과정은 흡착물질에 고온의 열을 가하여 흡착물질에 붙어 있던 수증기를 탈착시켜 주위 공기로 배출하는 과정을 말한다.
본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템(1)은 상기 탈착과정의 열원으로 태양열 이용 모드 작동시 생산되는 고온의 온수를 활용한다. 다만, 태양열이 여의치 않은 경우에는 보일러, 열병합 발전 등 별도의 가열원을 이용한 탈착도 가능함은 물론이다. 집열 기반의 태양열 이용 방식은 120℃ 이상의 고온수 생산이 가능하며, 이는 흡착탱크(40) 내 흡착물질을 탈착하기에 충분한 온도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 냉각 시스템(2)에서 탈착 프로세스를 위한 시스템(3)은 태양광열 복합 모듈(100)의 집열부(120)에 연결되어 집열부(120)에서 가열된 온수를 열수요처로 공급하는 배관(55)과, 상기 배관(55)에서 분기되어 흡착탱크(40)와 연결되며 흡착탱크(40) 내부에서 열교환 가능하게 설치되는 배관(56), 및 물 저장조(20) 내부에서 열교환 가능하게 설치되는 외부 시수 배관(57)이 추가로 구성된다.
상기 추가 구성에 따라, 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템(1)은 태양열 이용 모드에서 생산된 고온의 온수(120℃ 이상)의 일부를 배관(56)으로 추기하여 흡착탱크(40) 내 흡착물질과 열교환시킴으로써 물을 탈착시키게 되며, 흡착탱크(40)와 물 저장조(20)를 연결하는 배관(53)을 열어 탈착된 물을 물 저장조(20)로 이동시켜 응축된 물을 물 저장조(20)에 저장하고, 추후 재활용할 수 있도록 한다. 이 때, 물 저장조(20)에서 응축되는 물의 응축잠열은 앞서의 흡착열 회수와 마찬가지로 배관(57)을 흐르는 외부 시수로 회수하여 수용가의 급탕용 열원으로 활용할 수 있다. 또한, 흡착탱크(40)를 거쳐 온도가 낮아진(80℃ 이하) 온수와 태양열 집열을 통해 생성된 고온수(120℃ 이상)도 목적에 따라 별도로 구성되는 축열조(미도시) 또는 수용가의 열 공급에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)은 상기 냉각 시스템(2)에 부가하여 하우징(11) 내부의 공기를 환기시킬 수 있는 통풍 장치(4)를 더 구비할 수 있다. 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11)은 흡착식 냉각 방식을 사용하기 위해 외기에 노출되지 않도록 밀폐되게 되는데, 하우징(11) 내부가 폐쇄적일 경우 태양열 복사에 의해 내부 온도가 지나치게 높게 상승될 수 있으며, 이 경우 태양열 이용 관점에서는 유리하나 태양광 모듈의 열화 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛의 하우징 통풍 장치 구성도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명에 사용되는 하우징 통풍 장치(4)는 하우징(11)의 일측면에 마련된 송풍관(71) 및 타측에 마련된 배출구(73)를 포함하여 구성된다.
상기 송풍관(71)은 외부의 송풍기(74)에 의해 생성된 바람을 하우징(11) 내부에 균등하게 공급하기 위해 하우징(11)의 일측면에 길이 방향으로 설치되고, 상기 송풍관(71)을 따라 배치된 다수의 연통 구멍(72)을 통해 하우징(11) 내부와 연통되게 설치된다.
상기 배출구(73)는 상기 송풍관(71)이 설치된 하우징(11)의 일측면과 최대한 멀리 떨어진 하우징(11)의 타측에 설치되어 송풍관(71)을 통해 유입된 바람에 의해 하우징(11) 내부의 고온 공기가 효과적으로 배출되도록 하는 출구이다.
본 발명에 사용되는 태양광열 복합 유닛(10)의 하우징(11)은 통풍 장치(4)를 구비함으로써, 하우징(11) 내부 온도가 외기 온도와 큰 차이가 없도록 하여 태양열 복사에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
태양열 모드에서 뿐만 아니라, 태양광 발전 모드일 경우에도 상기 통풍 장치(4)로 하우징(11) 내부 온도와 외기 온도의 온도차가 크게 발생하지 않도록 할 수 있다. 다만, 하우징(11) 내부의 온도가 외부 온도와 큰 차이가 없게 유지된다고 할지라도 직사광선(적외선)에 의한 가열로 인해 태양광 모듈의 온도는 높게 상승할 수 있으므로, 태양광 모듈의 온도가 높게 상승한 경우에는 열화에 의한 효율 저하를 막기 위해 상기 송풍관(71) 및 배출구(73)를 폐쇄하여 하우징(11) 내부를 밀폐 구조로 바꾼 후 앞서 기술한 냉각 시스템(2)의 흡착식 냉각 프로세스를 가동하여 태양광 모듈의 온도를 낮출 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템에 의하면, 수용가의 열 및 전력부하 변동에 따라 태양광 발전 및 태양열 이용을 하나의 유닛으로 가변적으로 운전할 수 있게 됨으로써 시스템 이용 편의성을 크게 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 열전 가변 운전 방식에서 생성되는 에너지를 이용하여 기존의 태양광 발전시 장기간 태양에너지에 노출되어 발생하는 열화로 인한 효율저하(10~20% 저하)를 방지함으로써 시스템의 효율성 및 경제성을 크게 개선하는 효과가 있다.
나아가, 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 물의 흡탈착 프로세스에서 발생하는 열에너지를 회수 이용함으로써 종합 이용 효율을 높이면서 동시에 다양한 에너지(열 및 전력)를 생산, 이용할 수 있는 유리한 효과도 가진다.
1: 태양광열 복합 시스템 2: 냉각 시스템
10: 태양광열 복합 유닛 11: 하우징
20: 물 저장조 30: 물 분사 유닛
31: 배관 32: 분사 노즐
40: 흡착탱크 51, 52, 53: 연결 배관
54, 55, 56, 57: 배관 61, 62, 63: 밸브
71: 송풍관 72: 연통 구멍
73: 배출구 74: 송풍기
100: 태양광열 복합 모듈 110: 프레임
111: 집열판 112: 태양광(PV) 셀
113: 피봇축 120: 집열부
10: 태양광열 복합 유닛 11: 하우징
20: 물 저장조 30: 물 분사 유닛
31: 배관 32: 분사 노즐
40: 흡착탱크 51, 52, 53: 연결 배관
54, 55, 56, 57: 배관 61, 62, 63: 밸브
71: 송풍관 72: 연통 구멍
73: 배출구 74: 송풍기
100: 태양광열 복합 모듈 110: 프레임
111: 집열판 112: 태양광(PV) 셀
113: 피봇축 120: 집열부
Claims (21)
- 삭제
- 삭제
- 하나 이상의 태양광열 복합 유닛; 및
회전 수단을 작동시킴으로써 태양열 이용 모드와 태양광 발전 모드를 선택적으로 제어하는 제어 시스템;을 포함하며,
상기 하나 이상의 태양광열 복합 유닛은,
하나 이상의 태양광열 복합 모듈; 및
상기 하나 이상의 태양광열 복합 모듈을 내부에 위치되도록 하여 외기에 노출되지 않도록 하는 하우징;을 포함하여 구성되며,
상기 하나 이상의 태양광열 복합 모듈은,
중공의 반원통 또는 반타원통 형상을 가지며 양 단부에 회전을 위한 피봇축이 설치된 프레임;
상기 프레임의 중공 내부에 설치된 관 형상의 집열부;
상기 집열부에 태양열이 집열되도록 상기 프레임의 중공 내면에 설치되는 집열판;
상기 집열판의 반대 측에 위치하도록 상기 프레임의 외면에 설치되는 태양광 셀; 및
상기 프레임을 상기 피봇축을 중심으로 180도 회전시키는 회전 수단;
을 포함하여 구성되어,
상기 회전 수단에 의해 상기 프레임이 180도 회전함으로써 태양열 이용을 위한 집열부 및 집열판과 태양광 발전을 위한 태양광 셀이 선택적으로 작동되도록 한 것을 특징으로 하며,
태양광 발전 모드 시 태양광 셀의 열화를 방지하기 위한 냉각 시스템을 더 포함하며,
상기 냉각 시스템은,
물 저장조;
상기 물 저장조와 배관으로 연결되며 각 태양광열 복합 유닛의 하우징 내부에 위치한 물 분사 유닛; 및
상기 물 분사 유닛과 배관으로 연결되며, 상기 물 분사 유닛에 의해 분사되어 태양광 셀을 냉각하면서 상기 하우징 내부에서 증발된 물을 흡착물질을 이용해 흡착 저장하는 흡착탱크;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 삭제
- 삭제
- ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 3에 있어서,
상기 흡착물질은 제올라이트, 실리카 겔, 솔트 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 흡착물질의 흡착 과정에서 발생된 열을 외부 시수를 공급하여 회수함으로써 온수로 활용할 수 있도록 상기 흡착탱크와 열교환되는 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 3, 6 및 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 흡착물질에 흡착된 물을 탈착하기 위해 태양열 이용 모드에서 생산된 120℃ 이상의 고온의 온수를 일부 추기하여 상기 흡착탱크 내로 공급하기 위한 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 8에 있어서,
상기 흡착물질에서 탈착된 물을 상기 물 저장조로 이동시켜 응축 저장되도록 상기 흡착탱크와 상기 물 저장조를 연결하는 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 9에 있어서,
상기 물 저장조에서 응축되는 물의 응축잠열을 외부 시수를 공급하여 회수함으로써 온수로 활용할 수 있도록 상기 물 저장조와 열교환되는 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 3, 6 및 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태양광열 복합 유닛의 하우징 내부의 공기를 환기시킬 수 있는 통풍 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 11에 있어서,
상기 통풍 장치는,
상기 하우징의 외부에 위치한 송풍기;
상기 하우징의 일측면에 상기 하우징의 내부와 연통되도록 설치된 송풍관; 및
상기 하우징의 타측에 구비된 배출구;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 12에 있어서,
상기 송풍관은 상기 송풍기에 의해 생성된 바람을 상기 하우징 내부에 균등하게 공급하기 위해 상기 하우징의 일측면에 길이 방향으로 설치되며, 상기 송풍관을 따라 배치된 다수의 연통 구멍을 통해 상기 하우징 내부와 연통되는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 12에 있어서,
상기 송풍관과 상기 배출구는 상기 냉각 시스템 작동시 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템. - 청구항 3에 따른 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법에 있어서,
상기 물 저장조와 상기 물 분사 유닛을 연결하는 배관의 밸브를 열어 상기 물 저장조로부터 상기 물 분사 유닛으로 물을 공급하고, 상기 물 분사 유닛이 공급된 물을 분사 노즐을 통해 상기 하우징 내부로 분사하는 단계;
상기 하우징 내부로 적정한 양의 물의 분사가 완료되면, 상기 물 저장조와 상기 물 분사 유닛을 연결하는 배관의 밸브를 닫고, 상기 하우징과 상기 흡착탱크를 연결하는 배관의 밸브를 열어, 상기 하우징 내부에서 증발된 물이 상기 흡착탱크 내부의 흡착물질로 흡착되도록 하는 단계; 및
상기 하우징 내부에 분사된 물이 일정 수준 이상으로 증발하여 충분한 냉각효과가 달성되면, 상기 하우징과 상기 흡착탱크를 연결하는 배관의 밸브를 닫아 상기 하우징 내부에서 증발된 물이 상기 흡착탱크 내부의 흡착물질에 더 이상 흡착되지 않도록 하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 15에 있어서,
상기 흡착물질의 흡착과정에서 발생하는 흡착열을 외부 시수와의 열교환을 통해 회수하여 가열된 온수를 수용가의 급탕용 공급 온수로 활용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 15에 있어서,
상기 흡착물질에 일정 수준 이상의 흡착이 발생하여 흡착능력이 떨어지게 되면, 상기 흡착물질에 고온의 열을 가하여 상기 흡착물질에 붙어 있던 수증기를 주위 공기로 배출하는 탈착과정을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 17에 있어서,
상기 탈착과정의 열원으로 태양열 모드 작동시 상기 집열부에서 생산되는 120℃ 이상의 고온의 온수를 사용하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 17에 있어서,
상기 탈착과정에서 탈착된 물을 상기 물 저장조로 이동시켜, 응축된 물을 상기 물 저장조에 저장하여 재활용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 19에 있어서,
상기 물 저장조에서 응축되는 물의 응축잠열을 외부 시수와의 열교환을 통해 회수하여 수용가의 급탕용 공급 온수로 활용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법. - ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈청구항 18에 있어서,
상기 탈착과정의 열원으로 사용되어 80℃ 이하로 온도가 낮아진 온수는 축열조에 저장되거나 수용가의 열 공급에 사용되는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템의 냉각 시스템 작동 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020170098496A KR102064840B1 (ko) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 태양광열 복합 시스템 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020170098496A KR102064840B1 (ko) | 2017-08-03 | 2017-08-03 | 태양광열 복합 시스템 |
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| KR20190014704A (ko) | 2019-02-13 |
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