KR102103350B1 - 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 태양전지가 종 및 횡으로 연결되어 형성되는 태양광패널; 상기 태양광패널을 지면으로부터 고정시키는 프레임; 상기 태양광패널의 하부에서 상기 프레임에 장착되며 복수의 토출공을 통해 냉기 또는 온기를 분사하는 복수의 분사관을 포함하는 온도조절부; 상기 온도조절부로 냉기 또는 온기를 공급하는 공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치에 관한 것이다.

Description

온도조절 기능을 가진 태양광발전장치{Photovoltaic System with Thermostatic Function}

본 발명은 태양광패널의 온도를 조절하여 부하를 방지하고, 구조적 건전성을 도모할 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

근래 들어 지구 온난화 문제에 따른 이상 기후현상으로 인하여 세계 곳곳이 자연재해를 겪고 있다. 이것은 화석 연료의 사용으로 인한 이산화탄소의 배출에 기인한 것으로서 세계적으로 이산화탄소 배출을 줄이려는 노력을 기울이고 있다.

그러나 산업이 발전하고 문명이 발달하면 할수록 인류가 소모하는 에너지량이 기하급수적으로 증가하는 실정이다. 따라서 무한 청정한 대체에너지에 대한 수요와 활용이 증가하고 있다.

대체 에너지 중 태양광 에너지를 이용한 태양광 발전 시스템은 거의 무한공급이 가능한 에너지로서 세계적으로 사용이 증가되고 있으며, 다양한 산업시설뿐 아니라 일반 가정에서도 설치하여 생산된 전력을 활용하고 있는 실정이다.

이러한 태양광 단위모듈의 변환효율은 10~20%인데 변환효율이 떨어지는 큰 이유는 태양광 단위모듈이 입력되는 모든 빛을 전기로 변환하지 못하기 때문으로, 이에 의해 전기에너지로 변환하지 못한 빛에너지가 열로 변환되어(이로 인한 손실이 전체 손실의 60% 정도를 차지함) 태양광 단위모듈의 온도가 상승하게 된다.

상기 태양광 단위모듈은 특성상 온도상승에 따라 출력이 떨어지게 되는바, 25℃에 있어서의 발전 효율을 100%로 보면, 온도가 1℃ 상승할 때마다 0.45~0.55%의 출력이 감소한다. 즉, 태양광 단위모듈의 온도와 전압은 반비례하는 특성이 있어 온도가 상승하면 전압이 낮아져 발전출력이 떨어진다. 따라서 더운 여름철 발전출력이 일사량에 비해 떨어지게 되는 바, 온도상승에 의해 태양광 단위모듈이 열화되어 시간이 경과할수록 발전출력이 감소하게 되는 것이다.

이러한 이유로 대한민국 공개특허 제 2006-0095903호에서는 태양광발전기 냉각 시스템이 개시되고 있다. 개시된 태양광발전기 냉각 시스템은 집광부에 축적되는 열을 냉각하기 위하여 상기 집광부의 외주면 둘레에 설치되고, 일측면의 좌우측에 대응하여 상기 집광부의 전후면을 향하도록 냉각수를 분사하는 다수개의 분무노즐을 포함하는 발열냉각부, 상기 발열냉각부 내부로 냉수를 공급하는 냉각수공급관 등으로 구성됨을 특징으로 한다.

그러나 상기 기술의 경우도 단순히 태양광 단위모듈의 전면(후면)에만 냉각수를 분사하도록 함으로써 높은 냉각효율을 기대하기는 어렵다.

대한민국 공개특허 제 2006-0095903호

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 열에 의한 부하를 제어하여 태양광 발전효율을 높이는 것에 더하여 적설시 등에 온도를 높여 적설로 인한 구조적 건전성 저하를 방지할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하고자 함이다.

본 발명의 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치(이하 "본 발명의 장치"라함)는, 복수의 태양전지가 종 및 횡으로 연결되어 형성되는 태양광패널; 상기 태양광패널을 지면으로부터 고정시키는 프레임; 상기 태양광패널의 하부에서 상기 프레임에 장착되며 복수의 토출공을 통해 냉기 또는 온기를 분사하는 분사관을 포함하는 온도조절부; 상기 온도조절부로 냉기 또는 온기를 공급하는 공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 온도조절부는 프레임에 구성되는 지지대와, 상기 지지대에 장착되며 복수의 토출공이 형성되는 장착관과 상기 장착관과 연통하며 중앙부에서 하부로 돌출되는 주입관으로 구성된 복수의 분사관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 공급수단은 각 주입관에 밸브에 의해 연결되는 가지관과 상기 가지관을 연결하는 주관으로 구성된 선택주입부와, 상기 주관의 일단에 연결되는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 공급수단은, 지중에 매립되며 하단부에 복수의 유동공이 형성되고 상단부가 지면으로 노출되는 매립관과, 상기 매립관의 상단부에 장착되며 바람에 따라 회전하는 제 1임펠러와 상기 제 1임펠러와 일체로 형성되며 상기 매립관과 연통하는 회전관과 상기 회전관의 내부에서 상기 회전관과 일체로 회전연동을 하여 매립관에서 공기의 연동을 유발하는 제 2임펠러를 포함하는 공기유도구와, 각 주입관에 밸브에 의해 연결되는 가지관과 상기 가지관을 연결하는 주관으로 구성된 선택주입부와, 상기 주관의 일단과 상기 매립관의 상단을 연결하는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 연결관은 주름관인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치는 태양광패널의 배면에 냉기가 분사되도록 하여 방열이 이루어지도록 하고, 동절기 등에 있어 적절시에는 태양광패널의 배면에 온기가 분사되도록 하여 부하 등에 의한 발전효율이 저하되는 것을 방지하고 구조적 건전성을 도모하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성으로서 온도조절부를 나타내는 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 공급수단을 나타내는 개략도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 공급수단을 나타내는 개략도이고,
도 5는 도 4의 공급수단에 있어 공기유도구를 나타내는 평면도이고,
도 6은 도 4에 도시된 공급수단에 있어 연결관의 일예를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 장치(1)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 복수의 태양전지가 종 및 횡으로 연결되어 형성되는 태양광패널(2); 상기 태양광패널(2)을 지면으로부터 고정시키는 프레임(3); 상기 태양광패널(2)의 하부에서 상기 프레임(3)에 장착되며 복수의 토출공(421-1)을 통해 냉기 또는 온기를 분사하는 분사관(42)을 포함하는 온도조절부(4); 상기 온도조절부(4)로 냉기 또는 온기를 공급하는 공급수단(5);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 태양광패널(2)은 상기 프레임(3)에서 고정이 되는데 태양조사각도에 맞추어 태양광패널(2)은 프레임(3)에서 경사구배가 형성되도록 장착되는 것이 일반적이다. 물론 도면에 도시된 바는 없으나 프레임(3)에서 태양광패널(2)이 각도가 조절되도록 구성될 수 있는데 이는 다양한 공지기술의 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 온도조절부(4)는 프레임(3)에 구성되는 지지대(41)와, 상기 지지대(41)에 장착되며 복수의 토출공(421-1)이 형성되는 장착관(421)과 상기 장착관(421)과 연통하며 중앙부에서 하부로 돌출되는 주입관(422)으로 구성된 복수의 분사관(42)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도조절부(4)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 프레임(3) 사이에 체결되는 지지대(41)에 일정간격을 형성하며 평행하게 체결되는 분사관(42)으로 구성된다.

도면에서 보는 바와 같이 각 분사관(42)은 지지대(41)에서 각각 높이를 달리하며 장착이 되는 것이다. 즉 태양광패널(2)의 경사구배에 맞추어 지지대(41)가 프레임(3)에서 경사구배가 형성되도록 장착되며, 이러한 지지대(41)에 일정 간격으로 분사관(42)이 장착되어 각 분사관(42)은 높이를 달리하며 장착이 되는 것이다.

상기 공급수단(5)은 상기 온도조절부(4)로 냉기 또는 온기를 공급하는 구성에 해당한다.

도 3에서는 공급수단(5)의 일예를 도시하고 있는 바, 본 실시예의 공급수단(5)은 각 주입관(422)에 밸브(512)에 의해 연결되는 가지관(511)과 상기 가지관(511)을 연결하는 주관(513)으로 구성된 선택주입부(51)와, 상기 주관(513)의 일단에 연결되는 송풍기(52)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 선택주입부(51)는 상기 송풍기(52)와 각 분사관(42)의 주입관(422)을 연결하는 구성으로 각 가지관(511)이 밸브(512)에 의해 각 주입관(422)에 연결된다. 상기 밸브(512)는 도 3에서 보는 바와 같이 제어부(6)에 의해 제어가 되도록 하는 것으로 송풍기(52)로부터 냉기 또는 온기가 주관(513)으로 전달되고 주관(513)에 전달된 냉기 또는 온기는 제어부(6)의 밸브(512) 제어를 통해 주입관(422)에 선택적으로 주입이 되도록 하는 것이다. 이와 같이 선택적인 주입이 이루어지도록 하는 이유는 주관(513)으로 전달된 냉기 또는 온기가 전체 분사관(42)으로 전달되도록 하는 경우 상기에서 언급한 바와 같이 각 분사관(42)의 단차 등에 의해 균일한 분산이 어려운 바, 선택적으로 분사관(42)에 냉기 또는 온기의 분사가 이루어지도록 함으로써 분사량면에서 균일하게 분사가 이루어지도록 할 수 있는 것이고, 각 태양전지의 상태에 따라 태양광모듈(2)에 비균일한 부하가 발생될 수 있거나 비균일하게 적설이 이루어질 수 있는데 이때 상기 선택주입부(51)에 의해 선택적으로 냉기 또는 온기가 선택적으로 분사가 이루어지도록 할 수 있는 것이다.

본 실시예에서는 상기 송풍기(52)에 냉기발생장치(53)와 온기발생장치(54)가 각각 연결되고 상기 냉기발생장치(53) 및 온기발생장치(54)는 제어부(6)에 연결되어 제어부(6)의 제어에 의해 냉기발생장치(53) 또는 온기발생장치(54)에 의해 냉기 또는 온기가 발생되도록 하고, 이렇게 발생된 냉기 또는 온기는 송풍기(52)를 통해 선택주입부(51)로 전달되도록 하는 것이다.

냉기발생장치(53) 및 온기발생장치(54)는 다양한 공지의 장치가 존재하므로 그 상세 설명은 생략한다.

한편 본 발명에서는 도 4 등에서 다른 실시예로서 공급수단(5)을 제시한다. 본 실시예의 공급수단(5)은 지중에 매립되며 하단부에 복수의 유동공(551-1)이 형성되고 상단부가 지면으로 노출되는 매립관(551)과, 상기 매립관(551)의 상단부에 장착되며 바람에 따라 회전하는 제 1임펠러(552-1)와 상기 제 1임펠러(552-1)와 일체로 형성되며 상기 매립관(551)과 연통하는 회전관(552-2)과 상기 회전관(552-2)의 내부에서 상기 회전관(552-2)과 일체로 회전연동을 하여 매립관(551)에서 공기의 연동을 유발하는 제 2임펠러(552-3)를 포함하는 공기유도구(552)와, 각 주입관(422)에 밸브(512)에 의해 연결되는 가지관(511)과 상기 가지관(511)을 연결하는 주관(513)으로 구성된 선택주입부(51)와, 상기 주관(513)의 일단과 상기 매립관(551)의 상단을 연결하는 연결관(56)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 매립관(551)은 지중에 매립되며 하단부에 복수의 유동공(551-1)이 형성되고 상단부가 지면으로 노출되는 구성으로, 이러한 매립관(551)은 신규로 설치될 수도 있으나 기존 토양오염 정화를 위한 주입관이 차용될 수도 있다. 상기 매립관(551)의 하단부에는 복수의 유동공(551-1)이 구성되는 바, 지중의 공기(평균 15℃)를 상기 유동공(551-1)을 통해 유입하여 지면으로 노출된 상단을 통해 선택주입부(51)로 전달토록 하는 것인데 하절기의 경우 지중의 공기는 냉기로서 작용을 하게 되는 것이며, 동절기의 경우 지중의 공기는 온기로서 작용을 하게 되는 것이다.

상기 매립관(551)의 상단부에는 회전가능 하도록 공기유도구(552)가 구성되는데, 하기에서 설명하는 공기유도구(552)가 상기 매립관(551)의 상단부에서 회전가능 하도록 장착되는 구조는 다양한 공지의 구조가 차용될 수 있으므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기 공기유도구(552)는 바람에 따라 회전하는 제 1임펠러(552-1)와 상기 제 1임펠러(552-1)와 일체로 형성되며 상기 매립관(551)과 연통하는 회전관(552-2)과 상기 회전관(552-2)의 내부에서 상기 회전관(552-2)과 일체로 회전연동을 하여 매립관(551)에서 공기의 연동을 유발하는 제 2임펠러(552-3)를 포함한다.

상기 제 1임펠러(552-1)는 도 5에서 보는 바와 같이 바람에 따라 매립관(551)과 수직한 방향으로 회전토록 하는 구성으로 도 4에서 보는 바와 같이 매립관(551)의 외측으로 노출되도록 구성됨이 타당하다. 상기 제 1임펠러(552-1)는 바람(a1)에 따라 일방향으로 회전하도록 각 날개가 도면에서 보는 바와 같이 곡면을 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 회전관(552-2)은 상기 제 1임펠러(552-1)와 일체로 회전연동을 하는 구성으로서 매립관(551)과 연통하도록 구성되어 지중의 공기가 상방향으로 유동하도록 하는 것이다.

상기 제 2임펠러(552-3)는 회전관(552-2)과 일체로 회전연동을 하는 구성으로서 각 날개가 일정 경사구배가 형성되도록 하여 회전에 의해 매립관(551)에서 상방향의 공기유동을 발생시키도록 하는 것이다.

상기와 같은 공기유도구(552)의 작용에 의해 매립관(551)에서는 별도의 동력원 없이 유동공(551-1)을 통해 지중의 공기를 흡입하여 상방향으로 유동시켜 회전관(552-2)을 거쳐 매립관(551) 상단으로 배출되도록 하는 것이다.

이렇게 매립관(551)을 통해 배출되는 지중의 공기는 연결관(56)을 통해 선택주입부(51)로 유입되도록 하여 상기에서 언급한 바와 같이 각 분사관(42)에 선택적인 분사가 이루어지도록 하는 것이다.

그런데 공기유도구(552)의 회전에 의해 매립관(551)에는 진동(E)이 발생되는데 이러한 진동이 그대로 선택주입부(51)로 전달되는 경우 구조물 전체로 진동이 전달되는 바, 이러한 진동은 각 구성들의 체결부분에 피로가 누적되도록 하는 것은 물론 태양광패널(2)의 발전효율에도 영향을 줄 수 있다. 이에 본 발명에서는 도 6에서 보는 바와 같이 상기 연결관(56)을 사용함에 있어 주름관을 사용토록 하여 공기유도구(552)의 진동이 타 구성으로 전달되는 것을 차단토록 하는 예를 제시하고 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 장치 2 : 태양광패널
3 : 프레임 4 : 온도조절부
5 : 공급수단

Claims (5)

1. 복수의 태양전지가 종 및 횡으로 연결되어 형성되는 태양광패널;
   상기 태양광패널을 지면으로부터 고정시키는 프레임;
   상기 태양광패널의 하부에서 상기 프레임에 장착되며 복수의 토출공을 통해 냉기 또는 온기를 분사하는 복수의 분사관을 포함하는 온도조절부;
   상기 온도조절부로 냉기 또는 온기를 공급하는 공급수단;을 포함하고,
   상기 온도조절부는 프레임에 구성되는 지지대와, 상기 지지대에 장착되며 복수의 토출공이 형성되는 장착관과 상기 장착관과 연통하며 중앙부에서 하부로 돌출되는 주입관으로 구성된 복수의 분사관을 포함하고,
   상기 공급수단은,
   지중에 매립되며 하단부에 복수의 유동공이 형성되고 상단부가 지중에 노출되는 매립관과, 상기 매립관의 상단부에 회전가능 하도록 장착되며 바람에 따라 회전하는 제 1임펠러와 상기 제 1임펠러와 일체로 형성되며 상기 매립관과 연통하는 회전관과 상기 회전관의 내부에서 상기 회전관과 일체로 회전연동을 하여 매립관에서 공기의 연동을 유발하는 제 2임펠러를 포함하는 공기유도구와, 각 주입관에 밸브에 의해 연결되는 가지관과 상기 가지관을 연결하는 주관으로 구성된 선택주입부와, 상기 주관의 일단과 상기 매립관의 상단을 연결하는 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 공급수단은 각 주입관에 밸브에 의해 연결되는 가지관과 상기 가지관을 연결하는 주관으로 구성된 선택주입부와, 상기 주관의 일단에 연결되는 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 연결관은 주름관인 것을 특징으로 하는 온도조절 기능을 가진 태양광발전장치.

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