KR102144160B1 - 태양광 발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전장치로서, 외벽과의 사이에서 중공층을 형성하는 프레임; 상기 프레임의 일측에 설치되어 태양으로부터의 광을 전력으로 변환하는 태양광 패널; 및 상기 태양광 패널에 연결되고, 제1 면 - 상기 제1 면에 상기 태양으로부터의 열이 획득됨 - 과 제2 면 사이의 온도차에 따라 전력을 생산하는 열전 모듈을 포함하고, 상기 프레임은 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 온도차가 높아지게 하기 위해 상기 중공층에서 공기가 대류되도록 적어도 일부가 개방 가능한 구조인 발전장치에 관한 것이다.

Description

태양광 발전 장치{A PHOTOVOLTAIC APPARATUS}
본 발명은 태양광 패널과 열전소자를 이용하는 태양광 발전 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 태양광 패널로부터 발생하는 폐열을 열전소자에 제공함으로써 전기에너지를 생산하고, 태양 굴뚝의 연돌효과를 이용하여 열전소자를 방열처리함으로써 열전소자의 발전효율을 높이는 태양광 및 태양열 발전 장치에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양전지를 이용하여 태양광에너지로부터 전기에너지를 생산하는 기술이다. 이러한 태양전지는 종래 광량이 많은 건물의 옥상이나 평야에 주로 설치되다가 근래에는 건축물의 외피 마감재로 사용되는 등 다양하게 응용되고있다.
그런데, 태양전지를 이용한 태양광 발전 시 태양광에너지를 전기에너지로 변환하는 과정에서 많은 열이 발생하게되고, 이에 따라 발전효율이 감소하는 문제가 있다. 또한, 태양광 발전 시 태양전지에 축적되는 열은 폐열로서 이를 처리하기 위한 별도의 냉각장치가 구비되어야 한다는 문제점이 있다.
일 과제는 열전소자를 이용하여 태양광 발전 시 발생하는 폐열로부터 전기에너지를 생산하는 것이다.
다른 일 과제는 연돌효과의 기류를 이용하여 열전소자의 발열부를 효율적으로 냉각하는 것이다.
또 다른 일 과제는 태양 굴뚝을 이용하여 연돌효과를 증대시킴으로써 열전소자의 발열부를 효율적으로 냉각하는 것이다.
또 다른 일 과제는 태양광에너지와 태양열에너지를 모두 이용함으로써 발전효율을 높이는 것이다.
또 다른 일 과제는 태양 굴뚝을 통해 자연대류를 증가시킴으로써 계절에 관계없이 전기에너지를 효율적으로 생산하는 것이다.
일 실시예에 따르면, 발전장치로서, 외벽과의 사이에서 중공층을 형성하는 프레임; 상기 프레임의 일측에 설치되어 태양으로부터의 광을 전력으로 변환하는 태양광 패널; 및 상기 태양광 패널에 연결되고, 제1 면 - 상기 제1 면에 상기 태양으로부터의 열이 획득됨 - 과 제2 면 사이의 온도차에 따라 전력을 생산하는 열전 모듈을 포함하고, 상기 프레임은 상기 제1 면과 상기 제2 면 사이의 온도차가 높아지게 하기 위해 상기 중공층에서 공기가 대류되도록 적어도 일부가 개방 가능한 구조인 발전장치가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 프레임의 상측에 제공되어 상기 중공층에서의 공기의 대류를 유도하는 태양 굴뚝을 더 포함하고, 상기 태양 굴뚝은 태양열을 수집하여 상기 중공층 상부의 온도를 증가시키는 집열부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 열전 모듈의 일측에 연결되어 상기 중공층에서 대류하는 공기와 상기 열전 모듈의 제2 면 사이의 열 교환을 유도하는 방열 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 집열부로부터 제공되는 열과 상기 중공층으로부터 제공되는 열의 온도 차이에 기초하여 발전하되, 상기 집열부의 일측에 연결되는 서브 열전 모듈; 및 상기 서브 열전 모듈의 일측에 연결되어, 상기 집열부로부터 제공되는 열과 외부 공기 사이의 열 교환을 유도하는 서브 방열 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 중공층 내부에 제공되어 상기 중공층 내부 공기의 흐름을 유도하는 배기수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 태양광 패널의 기울기를 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 태양의 고도에 기초하여 상기 태양광 패널의 기울기를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따른 발전장치는 상기 프레임에 설치되는 윈도우를 더 포함하고, 상기 태양광 패널은 상기 윈도우의 외측 면에 설치되고, 상기 열전 모듈은 상기 윈도우의 내측 면에 설치될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 윈도우는 태양의 고도에 기초하여 개방 각도가 조절될 수 있다.
본 발명의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의하면 열전소자를 이용하여 태양광 발전 시 발생하는 폐열로부터 전기에너지를 생산할 수 있다.
본 발명에 의하면 연돌효과의 기류를 이용하여 열전소자의 발열부를 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 발명에 의하면 태양 굴뚝을 이용하여 연돌효과를 증대시킴으로써 열전소자의 발열부를 효율적으로 냉각할 수 있다.
본 발명에 의하면 태양광에너지와 태양열에너지를 모두 이용함으로써 발전효율을 높일 수 있다.
본 발명에 의하면 태양 굴뚝을 통해 자연대류를 증가시킴으로써 계절에 관계없이 전기에너지를 효율적으로 생산할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 발전장치를 설명하기 위한 블락도이다.
도 4는 또 다른 일 실시예에 따른 발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다. 다만, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세히 설명하고자 한다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이며, 또한, 구성요소(element) 또는 층이 다른 구성요소 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 구성요소 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 구성요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 원칙적으로 동일한 구성요소들을 나타낸다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
이하에서는 각 도면을 참조하여 발전 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 발전장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 발전장치(1000)는 프레임(100), 태양광 패널(200), 열전 모듈(300), 열전 소자(310), 방열 수단(320), 태양 굴뚝(400), 집열부(410), 덮개부(420) 및 배기 수단(500)을 포함할 수 있다.
발전장치(1000)는 프레임(100)을 통해 건물의 외벽(W)과의 사이에서 중공층(M)을 형성할 수 있다. 태양광 패널(200)은 프레임(100)의 일측에 설치되어, 태양광을 획득하여 발전할 수 있다. 열전 모듈(300)은 태양광 패널(200)에 연결되어 태양광 패널(200)과 중공층(M)의 온도 차이에 기초하여 발전할 수 있다. 이 때, 상기 열전 모듈(300)의 일 측에는 상기 열전 모듈(300)의 방열을 위한 방열 수단(320)이 제공될 수 있다. 태양 굴뚝(400)은 프레임(100)의 상측에 제공되어 중공층(M)에서의 공기의 대류를 유도할 수 있다. 이 때, 태양 굴뚝(400)은 중공층(M) 내부의 상승기류를 촉진시키기 위해 태양열을 수집하는 집열부(410) 및 외부로부터의 오염원을 막기 위한 덮개부(420)를 포함할 수 있다. 배기 수단(500)은 중공층(M)의 일 영역에 설치되어, 중공층(M) 내부의 상승기류를 유도할 수 있다.
이하에서는 발전장치(1000)의 각 구성에 대하여 상세히 설명한다.
발전 장치(1000)는 외벽(W)과 연결되는 프레임(100)을 포함할 수 있다. 이 때, 프레임(100)은 발전 장치(1000)의 뼈대를 이룰 수 있다.
프레임(100)은 외벽(W)과 함께 이중 외피를 형성할 수 있다. 이 때, 외벽(W)은 상기 이중 외피의 내측 외피이고, 프레임(100)은 상기 이중 외피의 외측 외피일 수 있다.
이중외피구조란, 기존의 건물 외피 앞에 소정 간격을 두고 또 다른 외피를 덧붙인 구조로서, 외측 외피 및 내측 외피로 구성될 수 있다. 외측 외피는 건물 외부의 풍우로부터 내측 외피를 보호하거나, 내측 외피의 오염을 막을 수 있다. 이 때, 외측 외피와 내측 외피 사이에는 중공층이 형성되며, 중공층 내 압력차이로 인해 굴뚝효과에 의한 공기 순환이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따른 프레임(100)은 이중 외피의 외측 외피로서 외벽(W)을 보호할 수 있다.
일 실시예에 따른 프레임(100)은 태양 굴뚝(400)을 지지할 수 있다.
일 실시예에 따른 프레임(100)은 외벽(W)에 연결되어 외벽(W)과의 사이에서 중공층(M)을 형성할 수 있다. 이 때, 중공층(M)은 프레임(100)과 외벽(W)사이의 공기층일 수 있다. 프레임(100)은 중공층(M)에서 공기가 대류되도록 적어도 일부가 개방 가능한 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 프레임(100)의 일측에는 태양광 패널(200)이 설치될 수 있다.
태양광 패널(200)은 태양광을 흡수하여 광전효과에 의해 전기 에너지를 생산할 수 있다. 태양광 패널(200)은 복수개의 태양 전지를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 태양 전지는 다양한 물질로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 실리콘(Si), CdTe, CI, CulnSe, Cds, Zns, GaAs, InP, GaInAs, GaAIAs, 유기 반도체 등의 물질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 태양 전지는 결정질 구조 또는 비정질 구조를 가질 수 있다.
태양광 패널(200)에 의해 생성된 전기에너지는 배터리부에 저장될 수 있다.
태양광 패널(200)은 중공층(M)내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 태양광 패널(200)은 프레임(100)의 일측에 설치되어 이중 외피의 외측 외피의 일부를 형성할 수 있다.
태양광 패널(200)은 프레임(100)에 결착되어, 창문과 같이 개방 및 폐쇄가 가능하도록 제공될 수 있다. 개방 및 폐쇄가 가능한 구조로 제공될 수 있다. 이 때, 태양광 패널(200)은 외부로 돌출되도록 개방될 수 있다. 이에 따라, 외기는 외부로부터 중공층(M)으로 유입될 수 있다.
일 예로, 발전장치(1000)는 프레임(100)에 설치되어 개방 및 폐쇄되는 윈도우를 더 포함하고, 태양광 패널(200)은 상기 윈도우의 외측 면에 설치되어 상기 윈도우와 일체를 이룰 수 있다. 상기 윈도우는 태양의 고도에 기초하여 개방 각도가 조절될 수 있다. 상기 윈도우는 태양의 고도가 높을수록 개방 각도가 커질 수 있다.
윈도우 형태로 제공되는 태양광 패널(200)이 개방되는 경우, 상기 윈도우를 통해 중공층(M)으로 외기가 유입될 수 있다. 이에 따라, 중공층(M) 내부의 상승기류가 증가할 수 있다.
한편, 태양광 패널(200)이 태양광을 획득하여 발전하는 동안 상기 태양광 패널(200)에는 태양열이 축적될 수 있다. 이 때, 상기 축적되는 태양열은 폐열로서 태양광 패널(200)의 발전 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 이에, 발전 장치(1000)는 상기 폐열을 이용하여 발전하는 열전 모듈(300)을 포함할 수 있다.
열전 모듈(300)은 태양광 패널(200)의 일 면에 설치될 수 있다. 구체적으로, 태양광 패널(200)은 태양광을 획득하는 제1 면 및 상기 제1 면의 반대면인 제2 면을 포함할 수 있다. 이 때, 열전 모듈(300)은 태양광 패널(200)의 태양광 획득을 방해하지 않도록 상기 태양광 패널(200)의 제2 면에 연결될 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(300)은 상기 태양광 패널(200)의 제2 면으로부 열을 획득하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 일 실시예로, 열전 모듈(300)은 열전 소자(310)를포함할 수 있다.
열전 소자(310)는 제백 효과(Seebeck effect)를 이용하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 여기서, 상기 제백 효과란 금속 접합부의 온도차에 의하여 기전력이 발생하는 현상을 말한다. 구체적으로, 열전 소자(310)는 P형 반도체 및 N형 반도체를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 P형 반도체 및 상기 N형 반도체는 태양광 패널(200)의 상기 제2 면 및 방열 수단(320)에 연결될 수 있다. 즉, 열전 소자(310)는 태양광 패널(200)의 상기 제2 면과 방열 수단(320)의 온도차이에 기초하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 이 때, 상기 생성된 전기에너지는 배터리부에 저장될 수 있다.
한편, 태양광 패널(200)이 태양광을 획득함에 따라 태양광 패널(200)에는 태양열이 축적될 수 있다. 이 때, 상기 축적되는 태양열은 버려지는 폐열로서 방열처리될 수 있다. 또한, 상기 폐열은 열전 모듈(300)에 제공되어 발전에 사용될 수 있다. 구체적으로, 열전 모듈(300)은 상기 폐열에 의해 온도가 증가한 일 측 - 상기 일 측은 태양광 패널(200)의 제2 면과 연결되는 측임 - 과 방열 모듈(320)에 의해 온도가 감소한 타 측의 온도 차이에 기초하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 이처럼, 열전 모듈(300)은 버려지는 폐열로부터 발전함으로써 발전 장치(1000)의 발전 효율 및 발전량을 향상시킬 수 있다. 또한, 열전 소자(310)의 발전 효율이 유지되기 위해서는 열전 소자(310)의 양 측의 온도 차이가 유지되어야 할 수 있다. 이를 위해, 열전 모듈(300)은 열전 소자(310)에 연결되는 방열 수단(320)을 포함할 수 있다.
방열 수단(320)은 열전 소자(310)의 일 측에 연결되어 열전 소자(310)와 공기 사이의 열 교환을 유도할 수 있다. 예를 들어, 방열 수단(320)은 열전 소자(310)의 발열부에 연결되어 상기 발열부와 중공층(M) 내부 공기 사이의 열 교환을 유도함으로써, 상기 발열부의 열을 중공층(M) 내부의 공기로 전달할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(310)의 상기 발열부와 흡열부 사이에 온도 차이가 유지되고, 열전 소자(310)의 발전 효율이 유지될 수 있다.
또한, 방열 수단(320)은 다양한 구성을 가질 수 있다. 일 예로, 방열 수단(320)은 열을 일 방향으로 이동시키는 히트 파이프 및 열 교환을 유도하는 히트 핀을 포함할 수 있다. 구체적으로, 방열 수단(320)은 태양광 패널(200)과 수직인 방향으로 열전 소자(310)에 연결되는 히트파이프 및 태양광 패널(200)에 평행한 방향으로 상기 히트파이프에 연결되는 히트 핀을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 히트파이프는 열전 소자(310)의 발열부의 열을 상기 발열부로부터 이격된 지점으로 이동시킬 수 있다. 또한, 상기 히트 핀은 상기 히트 파이프에 결착되어, 상기 히트 파이프에 의해 이동되는 열과 중공층(M) 내부 공기의 열 교환을 유도할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 방열 수단(320)은 이와 동일한 목적을 달성할 수 있는 어떠한 구성도 포함할 수 있다.
방열 수단(320)은 중공층(M) 내부 상승기류를 이용하여 열전 소자(310)의 발열부를 냉각시킬 수 있다. 이 때, 중공층(M) 내부의 상승기류는 이중 외피의 연돌효과로부터 발생할 수 있다. 이에 따라, 방열 수단(320)은 별도의 전력 사용 없이 열전 소자(310)의 발열부를 냉각시킬 수 있다.
또한, 태양광 패널(200)이 개방되어 외부로부터 중공층(M)의 내부로 공기가 유입되는 경우, 중공층(M) 내부의 상승기류가 증가할 수 있다. 이에 따라, 열전 소자(310)의 발열부의 온도는 태양광 패널(200)이 닫혀있을 때보다 낮아질 수 있다. 이로써, 열전소자(310)의 흡열부 및 발열부의 온도차이가 커지고, 열전 소자(310)의 발전량이 증가할 수 있다.
또한, 열전 소자(310)는 펠티에 효과(Peltier effect)를 이용하여 열 에너지를 생산할 수 있다. 여기서, 펠티에 효과란 열전 소자(310)에 인가되는 전류의 방향에 따라 열전 소자(310)가 접합된 금속이 뜨거워지거나 차가워지는 현상을 말한다. 이 때, 열전 소자(310)는 인가되는 전류의 방향에 따라 열전 소자(310)와 연결된 태양광 패널(200)의 상기 제2 면의 온도를 높이거나 낮출 수 있다.
또한, 도 1에서는 열전 모듈(300)이 한 개로 도시되어있으나, 열전 모듈(300)은 복수개로 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 열전 모듈(300)은 배열 형태로 태양광 패널(200)의 상기 제2 면에 연결될 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(300)의 전기에너지 생산량 및 열 에너지 생산량은 증가할 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 발전 장치(1000)는 중공층 내부(M)의 상승기류를 유도하는 태양 굴뚝(400)을 포함할 수 있다. 태양 굴뚝(400)은 중공층(M)의 공기가 하부로부터 상부로 상승하도록 유도할 수 있다. 태양 굴뚝(400)은 중공층(M)의 공기가 발전 장치(1000)의 상측을 통해 외부로 배출되도록 유도할 수 있다. 태양 굴뚝(400)이 태양열을 획득함에 따라 태양 굴뚝(400) 주변의 온도가 상승할 수 있다. 태양 굴뚝(400)의 주변 공기는 온도가 상승함에 따라 태양 굴뚝(400)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 발전 장치(1000)의 중공층(M)의 상부 공기는 태양 굴뚝(400)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 중공층(M) 내부에서는 하부에서 상부로의 상승 기류가 발생할 수 있다. 상기 상승기류는 열전 소자(310)의 발열부의 온도를 낮춤으로써 열전 소자(310)의 양 측의 온도차이를 키울 수 있다. 이로 인해, 열전 모듈(310)의 발전량이 증가할 수 있다.
태양 굴뚝(400)은 프레임(100)의 상부에 설치될 수 있다. 이 때, 태양 굴뚝(400)은 프레임(100)과 함께 중공층(M)을 형성할 수 있다. 따라서, 중공층(M)의 공기는 태양 굴뚝(400)을 통해서 외부로 배출될 수 있다.
태양 굴뚝(400)의 폭은 태양 굴뚝(400)의 양 측면 사이의 거리로 정의될 수 있다. 이 때, 태양 굴뚝(400)의 폭은 중공층(M)의 폭보다 좁을 수 있다.
일 예로, 태양 굴뚝(400)은 집열부(410) 및 덮개부(420)를 포함할 수 있다. 집열부(410)는 태양광으로부터 태양열을 흡수할 수 있다. 집열부(410)는 중공층(M)의 상부의 온도가 중공층(M)의 하부의 온도보다 높아지도록 할 수 있다. 이에 따라, 집열부(410)는 중공층(M)내에 하부로부터 상부로의 상승 기류가 형성되도록 유도할 수 있다.
집열부(410)는 태양 굴뚝(400)의 일 측면에 배치될 수 있다. 일 예로, 집열부(410)는 도 1에 도시된 바와 같이 태양 굴뚝(400)의 측면 중 외벽(W)과 가까운 면에 배치될 수 있다. 이 때, 집열부(410)가 배치되는 태양 굴뚝(400)의 면의 반대면은 태양광을 통과시키는 재질로 구성될 수 있다.
집열부(410)는 열 저장 매체일 수 있다. 예를 들어, 집열부(410)는 흑판, 상 변화 물질(PCM: Phase Change Material)을 포함할 수 있다.
덮개부(420)는 눈이나 비, 기타 오염물이 이중 외피 내부로 유입되지 않도록 할 수 있다. 덮개부(420)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 덮개부(420)는 원뿔 또는 다각뿔의 형상을 가질 수 있다. 덮개부(420)는 방수재질로 구성될 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 발전장치(1000)는 배기 수단(500)을 포함할 수 있다. 배기 수단(500)은 중공층(M)의 공기가 일 방향으로 흐르도록 유도할 수 있다. 일 예로, 배기 수단(500)은 중공층(M) 내부 공기가 중공층(M)의 하부에서 상부로 흐르도록 유도할 수 있다.
배기 수단(500)은 중공층(M)의 내부에 설치될 수 있다. 이 때, 배기 수단(500)은 팬, 덕트, 휠, 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 발전 장치(1000)는 서브 열전 모듈(600)을 포함할 수 있다. 서브 열전 모듈(600)은 태양 굴뚝(400)의 온도와 외부 공기의 온도 차이에 기초하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 서브 열전 모듈(600)은 태양 굴뚝(400)의 집열부(410)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 서브 열전 모듈(600)은 집열부(410)의 온도와 외부 공기의 온도 차이에 기초하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
서브 열전 모듈(600)은 태양 굴뚝(400)의 일 측에 설치될 수 있다. 서브 열전 모듈(600)은 태양 굴뚝(400)의 측면 중 집열부(410)과 배치되는 면에 설치될 수 있다.
서브 열전 모듈(600)은 전기에너지를 생산하는 서브 열전 소자(610) 및 상기 서브 열전 소자(610)의 일 면을 방열처리하는 서브 방열 수단(620)을 포함할 수 있다. 또한, 서브 열전 모듈(600)에 대해서는 상술한 열전 모듈(300)에 관한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 발전 장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면 발전장치(1000)는 프레임(100), 제1 태양광 패널(210), 제2 태양광 패널(220), 제1 열전 모듈(301), 제2 열전 모듈(302), 제1 열전 소자(311), 제2 열전 소자(312), 제1 방열 수단(321), 제2 방열 수단(322), 태양 굴뚝(400), 집열부(410), 덮개부(420), 배기 수단(500), 서브 열전 모듈(600), 서브 열전 소자(610) 및 서브 방열 수단(620)을 포함할 수 있다.
프레임(100), 태양 굴뚝(400), 집열부(410), 덮개부(420), 배기 수단(500), 서브 열전 모듈(600), 서브 열전 소자(610) 및 서브 방열 수단(620)에 대해서는 도 1에서의 설명이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 이하에서는 이에 대한 설명은 생략하고, 발전장치(1000)의 나머지 구성들에 대하여 설명한다. 또한 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)에 대해서는 도 1의 태양광 패널(200)에 대한 설명이 그대로 적용될 수 있다.
발전장치(1000)는 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)을 포함할 수 있다. 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)은 태양광을 획득하여 전기에너지를 생산할 수 있다. 이 때, 제1 태양광 패널(210)에 의해 생산되는 전기에너지와 제2 태양광 패널(220)에 의해 생산되는 전기에너지의 양은 상이할 수 있다. 예를 들어, 태양광 획득량이 많은 제2 태양광 패널(220)에 의해 생산되는 전기에너지는 제1 태양광 패널(210)에 의해 생산되는 전기에너지보다 클 수 있다.
또한, 도 2에서는 태양광 패널 2개가 프레임(100)에 설치되는 것으로 도시하였으나, 이는 한 예시에 불과하며, 발전 장치(1000)는 2개 이상의 태양광 패널을 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전 장치(1000)의 태양광 발전량은 증가할 수 있다. 또한, 중공층(M)의 하부 및 상부의 압력차이가 커짐에 따라, 연돌효과가 증가할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 발전장치(1000)를 설명하기 위한 블락도이다.
도 3을 참조하면 발전장치(1000)는 프레임(100), 태양광 패널(200), 열전 모듈(300), 태양 굴뚝(400) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.
프레임(100), 태양광 패널(200), 열전 모듈(300), 태양 굴뚝(400), 에 대해서는 도 1에서의 설명이 그대로 적용될 수 있다.
발전장치(1000)는 제어부(700)를 통해 태양광 패널(200) 및 열전 모듈(300)을 제어할 수 있다.
태양광 패널(200)의 발전량은 태양광 패널(200)이 획득하는 태양광 량에 따라 달라질 수 있다. 이 때, 태양광 패널(200)이 획득하는 태양광 량은 태양의 고도와 태양광 패널(200)의 기울기에 의하여 결정될 수 있다.
제어부(700)는 태양광 획득량을 높이기 위해 태양광 패널(200)의 기울기를 조절할 수 있다. 제어부(700)는 태양의 고도에 기초하여 태양광 패널(200)의 기울기를 조절할 수 있다. 도면에 도시 되지 않았으나 발전장치(1000)는 태양고도측정센서를 포함할 수 있다. 이에 따라, 발전장치(1000) 상기 태양고도측정센서를 통해 태양의 고도를 측정할 수 있다. 제어부(700)는 상기 측정 결과를 기초로 태양광 패널(200)의 기울기를 조절할 수 있다.
예를 들어, 제어부(700)는 태양의 고도가 높을수록 태양광 패널(200)의 기울기를 낮출 수 있다. 이에 따라, 태양광 패널(200)이 획득하는 태양광 량은 증가할 수 있다. 여기서, 태양광 패널(200)의 기울기란 태양광 패널(200)과 지면이 이루는 각도일 수 있다. 바람직하게는, 제어부(700)는 태양광이 태양광 패널(200)과 수직하게 조사되도록 태양광 패널(200)의 기울기를 조절할 수 있다.
또한, 태양광 패널(200)이 윈도우 형태로 제공되는 경우, 태양광 패널(200)의 기울기가 조절됨에 따라, 상기 윈도우를 통해 중공층(M)으로 외기가 유입될 수 있다.
이 때, 상기 외기는 태양광 패널(200)의 내측면의 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 태양광 패널(200)의 내부 저항이 증가함으로써 태양광 발전 효율이 감소하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 외기는 열전 소자(310)의 발열부의 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 열전 모듈(300)의 태양열 발전 효율이 증가할 수 있다.
한편, 태양광 패널(200)에 축적되는 열은 태양광 패널(200)의 발전량을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 태양광 패널(200)에 열이 축적되면 태양광 패널(200)에 포함된 태양 전지의 저항이 증가하고, 이에 따라 태양광 패널(200)의 발전량이 감소할 수 있다.
제어부(700)는 태양광 패널(200)에 축적되는 열을 제거하기 위해 열전 모듈(300)에 전류를 인가할 수 있다. 구체적으로, 열전 모듈(300)에 전류가 인가되면 펠티에 효과에 의해 열전 모듈(300)의 일 측은 냉각될 수 있다. 이 때, 태양광 패널(200)에 연결된 열전 모듈(300)의 일 측이 냉각되면, 태양광 패널(200)의 온도는 감소할 수 있다. 이에 따라, 태양광 패널(200)의 발전 효율은 증가할 수 있다.
한편, 열전 모듈(300)에 인가되는 전류는 발전장치(1000)의 배터리 부로부터 제공될 수 있다. 도면에 도시 되지 않았으나, 발전장치(1000)는 배터리 부를 포함할 수 있다. 발전장치(1000)는 생산되는 전기에너지를 상기 배터리 부에 저장할 수 있다.
제어부(700)는 열전 모듈(300)에 인가되는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 제어부(700)는 태양광 패널(200)의 온도에 기초하여 열전 모듈(300)에 인가되는 전류의 크기를 조절할 수 있다. 일 예로, 제어부(700)는 태양광 패널(200)의 온도가 높을수록 열전 모듈(300)에 인가되는 전류의 크기를 높일 수 있다. 이에 따라, 태양광 패널(200)의 온도는 일정하게 유지될 수 있다.
제어부(700)는 열전 열전 모듈(300)에 인가되는 전류의 방향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어부(700)는 태양광 패널(200)의 온도가 기 설정된 온도보다 높으면 태양광 패널(200)과 연결되는 열전 모듈(300)의 일 측이 가열부가 되도록 전류를 인가할 수 있다. 반대로, 제어부(700)는 태양광 패널(200)의 온도가 기 설정된 온도보다 낮으면 태양광 패널(200)과 연결되는 열전 모듈(300)의 일 측이 냉각부가 되도록 전류를 인가할 수 있다. 이에 따라, 발전 장치(1000)는 외부의 온도 변화에도 발전량을 유지할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 발전장치(1000)를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 발전장치(1000)는 프레임(100), 제1 태양광 패널(210), 제2 태양광 패널(220), 제1 열전 모듈(301), 제1 열전 소자(311), 제1 방열 수단(321), 제2 열전 모듈(302), 제2 열전 소자(312), 제2 방열 수단(322), 태양 굴뚝(400), 집열부(410), 덮개부(420), 배기 수단(500), 서브 열전 모듈(600), 서브 열전 소자(610) 및 서브 방열 수단(620)을 포함할 수 있다. 또한, 발전장치(1000)는 도면에 도시 되지 않았으나 제어부(700)를 포함할 수 있다.
한편, 도 4의 상기 모든 구성들에 대해서는 도 1 내지 도 3에서의 설명이 그대로 적용될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 발전장치(1000)는 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)의 기울기를 조절할 수 있다. 이 때, 제1 태양광 패널(210)의 기울기 및 제2 태양광 패널(220)의 기울기는 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)의 배치 위치에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 제1 태양광 패널(210)이 제2 태양광 패널(220)의 하부에 배치되는 경우, 태양광 획득량의 증가를 위해 제1 태양광 패널(210)의 기울기는 제2 태양광 패널(220)의 기울기보다 작을 수 있다.
제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)의 기울기가 조절됨에 따라 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)이 획득하는 태양광 이 증가할 수 있다. 이에 따라, 발전 장치(1000)의 발전량 및 발전 효율이 증가할 수 있다.
또한, 제1 태양광 패널(210) 및 제2 태양광 패널(220)의 기울기가 조절됨에 따라, 중공층(M)으로 외기가 유입될 수 있다. 이에 따라, 중공층(M) 내부의 상승기류가 증가할 수 있다.
중공층(M) 내부의 상승기류가 증가함에 따라 제1 방열 수단(321) 및 제2 방열 수단(322)에서의 열 교환량이 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1 열전 모듈(301) 및 제2 열전 모듈(302)의 발전량 및 발전 효율이 증가할 수 있다.
한편, 제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)이 태양광을 획득하면 제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)의 주변에는 태양열이 축적될 수 있다. 이에 따라, 제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)의 발전 효율이 감소할 수 있다.
제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)의 기울기가 조절되어 외기가 중공층(M) 내부로 유입 됨에 따라 제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)의 주변에 축적되는 열은 자연대류에 의해 효과적으로 제거될 수 있다. 이에 따라, 제1 태양광 패널(301) 및 제2 태양광 패널(302)의 발전량 및 발전 효율은 증가할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 프레임 200 태양광 패널
210 제1 태양광 패널 220 제2 태양광 패널
300 열전 모듈 301 제1 열전 모듈
302 제2 열전 모듈 310 열전 소자
311 제1 열전 소자 312 제2 열전 소자
320 방열 수단 321 제1 방열 수단
322 제2 방열 수단 400 태양 굴뚝
410 집열부 420 덮개부
500 배기 수단 600 서브 열전 모듈
610 서브 열전 소자 620 서브 방열 수단
700 제어부 1000 발전 장치

Claims (8)

  1. 발전장치로서,
    태양광 에너지를 이용하여 전력을 발생시키는 태양광 패널;
    상기 태양광 패널의 일면이 부착되고, 공기의 흐름이 형성되는 중공층;및
    상기 태양광 패널의 타면의 온도와 상기 중공층 내부의 온도에 기초하여 전력을 발생시키는 열전 모듈;및
    상기 중공층의 상부에 위치하고, 상기 태양광 에너지에 따른 열을 저장하는 집열부를 포함하는 태양 굴뚝;을 포함하고,
    상기 열전 모듈은 상기 중공층 내부에서 상기 태양광 패널의 타면과 열 교환이 가능하도록 접하고,
    상기 태양광 패널과 접한 상기 열전 모듈의 제1 면의 온도는 상기 태양광 에너지에 의해 상승된 온도를 갖는 상기 태양광 패널과의 열 교환에 기초하여 제1 온도를 갖고,
    상기 중공층 내부의 공기는 상기 중공층 상부의 온도 상승에 기초하여 대류되고,
    상기 열전 모듈의 제2 면은 상기 중공층 내부에서 대류되는 공기와 상기 태양광 패널과 접하지 않은 상기 열전 모듈의 제2면 사이의 열 교환에 기초하여 제2 온도를 가지며,
    상기 열전 모듈은 상기 제1 면의 상기 제1 온도와 상기 제2 면의 상기 제2 온도에 기초하여 전력을 발생시키는,
    발전장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 열전 모듈의 일측에 연결되어
    상기 중공층에서 대류하는 공기와 상기 열전 모듈의 제2 면 사이의 열 교환을 유도하는 방열 모듈을 더 포함하는
    발전장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 집열부로부터 제공되는 열과 상기 중공층으로부터 제공되는 열의 온도 차이에 기초하여 발전하되, 상기 집열부의 일측에 연결되는 서브 열전 모듈; 및 상기 서브 열전 모듈의 일측에 연결되어, 상기 집열부로부터 제공되는 열과 외부 공기 사이의 열 교환을 유도하는 서브 방열 모듈을 더 포함하는
    발전장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 중공층 내부에 제공되어 상기 중공층 내부 공기의 흐름을 유도하는 배기수단을 더 포함하는
    발전장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 태양광 패널의 기울기를 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 태양의 고도에 기초하여 상기 태양광 패널의 기울기를 조절하는
    발전장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 중공층의 외측 면에 설치되는 윈도우를 더 포함하고,
    상기 태양광 패널은 상기 윈도우의 외측 면에 설치되고, 상기 열전 모듈은 상기 윈도우의 내측 면에 설치되어, 상기 열전 모듈이 상기 윈도우를 매개로 상기 태양광 패널과 접하는
    발전장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 윈도우는 태양의 고도에 기초하여 개방 각도가 조절되는
    발전장치.
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