KR102120923B1

KR102120923B1 - 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치

Info

Publication number: KR102120923B1
Application number: KR1020190179642A
Authority: KR
Inventors: 김선웅
Original assignee: 주식회사 엘라이온; 김선웅
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2020-06-10

Abstract

본 발명은 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 굴곡형반사판을 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성시켜 태양광을 양면형 태양광집광판의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키기 위한 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치에 관한 것이다.

Description

굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치{Double sided solar light concentrator using curved reflector}

최근, 화석 에너지의 자원 고갈에 따른 에너지 가격의 상승 문제와 화석 에너지의 연소에 따른 환경 오염 방지를 위한 대책으로 청정 에너지 중의 하나인 태양 에너지를 이용하는 방안이 대두되고 있다.

일반적으로, 태양에너지를 이용하는 방법으로는 태양전지를 이용하여 전기를 생산하도록 하는 태양광 발전, 태양열 집열관 또는 집열판을 이용하여 태양열을 흡수하고 이를 온수 생산이나 난방에 이용하는 태양열 집열, 조명이나 식물생장 또는 광촉매에 활용하기 위해 태양광 자연채광 모듈 또는 반사판을 이용하여 자연 채광하는 태양광 자연채광 등이 있다.

특히, 태양광 발전 장치는 태양 전지에 태양광을 입사시켜 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환하는데, 태양전지에 태양광이 집속됨에 따라 태양 전지의 온도가 상승하게 되고, 이에 따라 태양 전지가 열화되는 문제점이 있다.

또한, 상기 태양광 발전 장치는 대개 태양 전지의 발전 효율이 10-15%이므로, 태양 전지에 입사되는 태양광 에너지의 10-15%만이 태양광 발전에 이용되고, 나머지 85-90%의 에너지는 유효하게 이용되지 못하고 열로 버려지는 실정이다.

또한, 태양광 발전 장치에서는 발전 효율을 증가시키기 위해 태양 전지에 입사되는 태양광의 입사량을 증가시킬 필요성이 있다.

따라서, 상기 태양광 발전 장치는 태양에너지를 최대로 활용하기 위해서는 효율적으로 태양광을 집광하여야 하며 이를 위해 다양한 태양광 집광장치가 사용되는데, 집광장치의 광 집적도는 태양광발전, 태양열집열, 태양광 자연채광 등 이용방법이 무엇이든지 간에 태양 에너지 효율과 직결된다.

상기 태양광 집광장치는 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(pointfocus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type), 그레고리안 / 카세그레인 집광계, 홀로그래픽 프리즘시트를 이용한 집광 등으로 구분이 되며 여타 무수히 다양한 방법이 공지되어 있다.

그러나, 상기 태양광 집광장치는 통상적으로 태양광 발전설비의 발전량/태양열 집열/태양광 자연채광 양의 증가를 위해서 태양광 집광장치 구조의 대형화가 불가피한데, 대형으로 제조함에 있어 비용이나 구조적인 면에서 많은 제약이 발생되므로 투자대비 경제성을 기대하기가 매우 곤란한 문제점도 있다.

그리고, 렌즈 타입의 태양광 집광장치는 렌즈의 부품 가격이 비싸므로 태양광 발전 장치를 제작하는 비용이 증가하는 문제점도 있다.

또한, 세계 각국은 발전효율 1 ~ 2%를 향상시키기 위하여 많은 시간과 비용을 투자하여 연구하고 있으나, 가까운 시일안에 획기적으로 발전효율을 높이는 태양광모듈 개발에는 상당히 어려운 문제점이 있다.

따라서, 저렴하면서도 발전 효율을 종전 보다 높일 수 있는 태양광 집광 기술이 필요하게 되었다.

대한민국공개특허공보 제10-2019-0004243호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 굴곡형반사판(300)을 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성시켜 태양광을 양면형 태양광집광판의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치는,

양면형 태양광집광판(100)과,

상기 양면형 태양광집광판을 상측에 위치시켜 수평면에 양면형 태양광집광판을 고정시키기 위한 양면형태양광집광판고정수단(200)과,

상기 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 상기 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성되어 태양광을 양면형 태양광집광판(100)의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키기 위한 굴곡형반사판(300)을 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치는,

굴곡형반사판(300)을 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성시켜 태양광을 양면형 태양광집광판의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키는 효과를 제공하게 된다.

또한, 발전효율 향상으로, 발전소의 설치면적을 줄여 초기 투자비용을 줄이고, 유지보수 비용도 줄이는 경제적인 더 나은 효과가 있다.

또한, 발전효율 향상으로, 태양광 발전소의 설치면적을 줄여, 부족한 부지문제를 해결하고, 더 나아가 자연환경도 보호하는 더 나은 효과가 있다.

도 1은 태양 고도각을 나타낸 예시도이며, 도 2는 렌즈(glass)의 하측에 반사판을 구성한 경우에 점 광원 반사를 나타낸 예시도이며, 도 3은 춘추분시 반사판에 의한 재반사를 나타낸 예시도이며, 도 4는 동지시 반사판에 의한 반사 가능성을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 시뮬레이션 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 정면도, 측면도, 후면도, 사시도를 나타낸 도면이다.
도 7은 종래의 양면형 태양광집광판을 설치한 예시도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 설치 과정 예시도이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치는,

양면형 태양광집광판(100)과,

상기 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 상기 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성되어 태양광을 양면형 태양광집광판(100)의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키기 위한 굴곡형반사판(300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 굴곡형반사판(300)에,

사용되는 반사판 재질은 반사 알루미늄 코일인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 태양 고도각을 나타낸 예시도로서, 동지시 태양 고도각은 15.1도, 춘추분시 태양 고도각은 38.5도, 하지시 태양 고도각은 61.9도를 나타내고 있다.

이때, 도 2의 경우,렌즈(glass)의 하측에 반사판을 구성한 경우에 점 광원 반사를 나타낸 예시도로서, 점광원으로부터 렌즈로 빛 굴절시킨 후, 이상적인 반사판으로 빛 반사를 나타낸 것이므로 멀리 떨어진 태양에너지와는 다른 양상을 보이고 있다.

따라서, 도 2에 나타낸 [1]번 빛 굴절, 빛 반사 형태만 참고하게 되며, 도 2는 하지시, 빛 굴절 및 빛 반사 형태를 보이고 있고, 모듈을 통과하는 빛은 거의 없다(음영 가능성).

따라서, 모듈 사이에 간격을 두어야 하고, 지반에도 반사판을 두면 반사판을 통해 [2]번째 어레이에 영향을 미칠 수 있게 된다.

한편, 도 3의 경우, 춘추분시 반사판에 의한 재반사를 나타낸 예시도로서, 춘추분시에는 반사판에 의한 반사와 반사판 뒷면을 통한 재반사가 가능하게 된다.

한편, 도 4의 경우, 동지시 반사판에 의한 반사 가능성을 나타낸 예시도이다.

상기와 같은 반사도를 살펴본 결과, 어레이 앞단에 어레이 절반 크기의 반사판 설치와 거더 길이 크기의 반사판 설치시, 어레이 앞단에 모듈로부터 약 1미터 떨어져서 4계절 가상 시뮬레이션 결과, 후면 발전 효율은 투자 대비 효율이 미비함을 알 수 있었다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 시뮬레이션 예시도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 굴곡형반사판(300)을 설치 구성하게 되면, 어레이 앞단에 모듈로부터 1미터 떨어져서 4계절 가상 시뮬레이션 결과, 후면 발전 효율은 투자 대비 반사율 증가가 가능함을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명의 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치는 태양광을 양면형 태양광집광판의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키는 효과를 제공할 수 있음을 알 수 있게 되었다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 정면도, 측면도, 후면도, 사시도를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명인 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치는,

양면형 태양광집광판(100)과,

구체적으로, 양면형 태양광집광판(100)을 양면형태양광집광판고정수단(200)에 결합시키게 된다.

이때, 상기 양면형태양광집광판고정수단(200)은 지반에 설치 구성하고, 이에 양면형 태양광집광판을 설치 구성하게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 핵심 구성요소인, 굴곡형반사판(300)을 설치 구성하게 되는데, 도면에 도시한 바와 같이, 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 상기 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 굴곡지게 형성되어 태양광을 양면형 태양광집광판(100)의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키게 되는 것이다.

이때, 상기 굴곡형반사판(300)에 사용되는 반사판 재질은 반사 알루미늄 코일인 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 반사판 재질을 반사 알루미늄 코일 형태로 굴곡지게 제작하여 외부 환경에서 내구성, 반사율을 높이게 되는 것이다.

종래의 양면형 태양광집광판은 도 7에 도시한 바와 같이, 일반 구조물에 설치하고, 어레이 하단에 흰색 천을 설치한 형태로 구성하게 됨으로써, 음영으로 인하여 후면 발전은 미비하여 설치 비용 대비 발전 효율이 현저하게 떨어져 대중화되지 않았다.

또한, 다른 실시예로서, 독립형 패드를 조금 크게 하고, 흰색 페인트를 칠하는 경우도 있었으나, 이 또한, 후면 발전은 미비하여 설치 비용 대비 발전 효율이 현저하게 떨어져 대중화되지 않았다.

그러나, 본 발명과 같이, 구성하게 된다면, 상기한 종래의 양면형 태양광집광판의 설치 문제점을 해결할 수 있게 된다.

도 8 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치의 설치 과정 예시도이다.

도 8 내지 도 12에 도시한 바와 같이, 양면형태양광집광판고정수단(200)은,

수직으로 형성되는 제1포스트(210);와

상기 제1포스트의 어느 위치에 결합 형성되는 제1굴곡형강부(220);와

상기 제1굴곡형강부의 양측에 설치 구성되어 굴곡 형태를 이루도록 하는 제2굴곡형강부(230);와

상기 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부의 끝단에 결합되어 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부를 보강시켜 견고하게 결합시키는 보강판(240);을 포함하여 구성되며,

상기 굴곡형반사판(300)은,

상기 제1굴곡형강부에 위치되며, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 이용하여 견고하게 결합시키는 제1반사판(310);과

상기 제2굴곡형강부(230)에 각각 위치되며, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 이용하여 견고하게 결합시키는 제2반사판(320);을 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 수직으로 형성되는 제1포스트(210)가 존재하게 된다.

이때, 상기 제1포스트의 어느 위치에, 예를 들어, 상단부에서 300 ~ 1,000mm 정도 아래에 제1볼트(10)를 이용하여 제1굴곡형강부(220)를 제1포스트에 결합시키게 된다.

상기한 제1굴곡형강부는 바람직하게는 'ㄱ'자 형강부인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제1굴곡형강부의 양측에 굴곡 형태로 이루어진 제2굴곡형강부(230)를 각각 설치 구성하여 전체적으로 굴곡진 물결 형상(사인파 형상)을 하도록 구성하게 되는 것이다.

이때, 상기 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부의 끝단에 보강판(240)을 덧붙여서 제2볼트(20)를 이용하여 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부를 견고하게 결합시키게 된다.

이후, 반 원형의 제1반사판(310)을 상기 제1굴곡형강부에 위치시키고, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 대고, 제3볼트(30)를 이용하여 견고하게 결합시키게 된다.

이후, 반 원형의 제2반사판(320) 2개를 제1반사판(310)의 양측에 각각 위치시키며, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 대고, 제3볼트(30)를 이용하여 견고하게 결합시키게 된다.

따라서, 도 12와 같이, 상기 제1반사판과 제2반사판을 포함하는 굴곡형반사판(300)을 구성하게 된다.

상기 굴곡형반사판은 굴곡 형태로 형성되되, 바람직하게는 사인파 형상을 가지게 되며, 이를 통해 태양광을 양면형 태양광집광판의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키는 효과를 제공하게 된다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 양면형 태양광집광판
200 : 양면형태양광집광판고정수단
210 : 광확산PC판삽입홈용돌출부
300 : 굴곡형반사판

Claims

굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치에 있어서,
양면형 태양광집광판(100)과,
상기 양면형 태양광집광판을 상측에 위치시켜 수평면에 양면형 태양광집광판을 고정시키기 위한 양면형태양광집광판고정수단(200)과,
상기 양면형 태양광집광판의 하측에 위치시켜 상기 양면형태양광집광판고정수단에 결합시키며, 태양광을 양면형 태양광집광판(100)의 후면으로 반사시켜 후면 발전 효율을 증가시키기 위한 반사판(300)을 포함하여 구성되되,
상기 반사판(300)에,
사용되는 반사판 재질은 반사 알루미늄 코일인 것을 특징으로 하며,
상기 양면형태양광집광판고정수단(200)은,
수직으로 형성되는 제1포스트(210);와
상기 제1포스트의 어느 위치에 결합 형성되는 제1굴곡형강부(220);와
상기 제1굴곡형강부의 양측에 설치 구성되어 굴곡 형태를 이루도록 하는 제2굴곡형강부(230);와
상기 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부의 끝단에 결합되어 제1굴곡형강부와 제2굴곡형강부를 보강시켜 견고하게 결합시키는 보강판(240);을 포함하여 구성되며,
상기 반사판(300)은,
상기 제1굴곡형강부에 위치되며, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 이용하여 견고하게 결합시키는 제1반사판(310);과
상기 제2굴곡형강부(230)에 각각 위치되며, 반사판고정용굴곡형보강판(250)을 이용하여 견고하게 결합시키는 제2반사판(320);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 굴곡형 반사판을 이용한 양면형 태양광 집광장치.
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