KR102186745B1

KR102186745B1 - 태양전지 패널 유지관리 장치

Info

Publication number: KR102186745B1
Application number: KR1020200058064A
Authority: KR
Inventors: 이동현
Original assignee: 이동현
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2020-12-04

Abstract

본 발명은 매우 적은 양의 물을 공급하고 그 물이 태양전지 패널을 따라 흘러내리면서 증발되도록 하여 물의 증발잠열을 이용하여 태양전지 패널을 냉각할 수 있으며, 아울러 일사량에 따라 흘러내리는 물의 양을 조절하여 태양전지 패널이 충분히 냉각되도록 하며, 나아가 정기적/비정기적으로 태양전지 패널에 고압의 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척할 수 있는 태양전지 패널 유지관리 장치에 관한 것이다.

Description

태양전지 패널 유지관리 장치{Apparatus for Maintaining Solar Panel}

본 발명은 일사량에 따라 태양전지 패널의 표면에 적절한 양의 냉각수가 흘러내리도록 하여 냉각수를 기화시켜 태양전지 패널을 냉각하고 아울러 태양전지 패널에 고압의 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척할 수 있는 태양전지 패널 유지관리 장치에 관한 것이다.

태양광 발전 설비는 장시간 외부에 노출되어 비산먼지, 황사, 조류 분비물 및 기타 물질에 의해 오염되므로 집광량이 떨어져 전력생산이 연평균 최대 9%까지 감소하는 것으로 알려져 있다.

그 외에 태양광의 집광으로 인한 태양전지 패널의 온도상승은 태양광 발전 설비의 출력저하 현상을 불러 일으킨다.

가장 널리 사용되고 있는 실리콘 솔라 셀(Solar Cell)의 일사량 1000W/㎡, 표면온도 25℃를 기준으로 1℃ 상승하면 대략 0.4~0.5%의 출력이 저하되고, 하절기에 태양전지 패널의 온도가 70℃ 이상 상승하게 되면 출력이 15~20%까지 감소하며, 열화현상으로 인한 발전효율 감소는 물론이고 모듈의 성능저하까지 일어나 전반적으로 큰 손실이 발생한다.

열화현상에 의한 발전효율 감소와 관련하여, 일사량이 많은 여름보다 봄가을에 발전효율이 최대치에 이르고, 또한 동절기 일조시간은 하절기보다 적지만 모듈의 온도가 대략 15~30℃로 낮은 관계로 발전효율은 더 증가한다는 점을 고려할 때 열화현상의 피해를 쉽게 알 수 있다.

또한, 동절기에는 태양전지 패널에 쌓인 눈이 발전출력을 감소시키는 직접적인 요인 중 하나로 작용한다. 서해안과 강원도 동해안은 내륙에 비하여 눈이 많이 오고, 연평균 강설일이 약 30일, 적설일이 약 25~27일, 결빙일이 약 100~120일로 발전효율을 떨어트리는 큰 원인이다.

따라서, 태양광 발전설비는 일정한 출력의 발전을 수행할 수 있도록, 태양전지 패널의 온도를 내리기 위한 냉각장치와 태양전지 패널에 쌓인 오물 등을 세척하기 위한 세척장치와 태양전지 패널에 쌓인 눈을 제설하기 위한 제설장치 등이 필요하다.

이러한 태양전지 패널 유지관리장치로서, 차량의 브러쉬와 같이 기계적인 구동력으로써 태양전지 패널을 세척하는 방식, 태양전지 패널 상부에 물 호스를 연결하여 물을 흘려보내 태양전지 패널을 세척하는 방식, 그리고 별도의 노즐을 통해 강한 수압으로 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척하는 물 분사 방식, 그리고 스프링 쿨러와 같이 물을 분무하는 방식 등이 알려져 있다.

그러나 브러쉬를 이용하여 세척하는 방식은 태양전지 패널에 적합한 별도의 브러쉬가 있어야 하고, 태양전지 패널를 냉각하지 못한다는 단점이 있다.

물을 흘려주는 방식은 오물 제거나 제설에 큰 효과가 없다는 단점이 있다.

따라서 노즐을 통해 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척하는 물 분사 방식이 많이 사용되고 있지만, 이러한 방식은 강한 수압의 물을 분사해야 하므로 물 소모가 많고, 또한 분무시 발생하는 작은 물방울은 태양광을 반사하므로 집광을 어렵게 하며, 동절기에 적설을 제거하기 어려운 단점이 있다.

따라서, 태양전지 패널의 냉각과 세척 그리고 제설을 용이하게 하면서도 적은 양의 물을 효율적으로 이용하여 태양전지 패널의 발전효율을 향상시키기 위한 태양전지 패널 유지관리 장치의 개발이 절실히 요구된다.

한편 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0979848호 "태양전지판의 세척장치 및 그 세척방법"(2010. 8.27. 등록)이 제안된 바 있다.

상기 종래 기술은 태양전지판의 상부에 쌓인 먼지, 눈, 빗물 등을 제거하기 위한 태양전지판의 세척장치 및 그 세척방법에 관한 것으로서, 태양전지판의 상부면과 접촉하여 주행하면서 세정액을 분사하는 세척부, 상기 세정액을 상기 세척수단으로 공급하는 세정액 공급수단, 및 상기 태양전지판의 상부면을 세척하기 위해 상기 세척부에서 상기 세정액을 분사하면서 상기 세척부를 상기 태양전지판의 한 변으로부터 마주하는 변까지 주행시키는 세척부 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 방안은 태양전지판 보다 세척장치의 가격이 더 높아지는 결점이 있을 수 있어 적합한 방안으로 보기 어렵다.

또다른 종래의 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1531252호 "태양전지모듈 세척장치"(2015. 8.20. 등록)은, 물을 공급하기 위한 워터라인과, 압축공기를 공급하기 위한 에어라인을 각각 구비하여, 물과 압축공기를 독립적으로 공급하는 세척유체 공급관; 및 상기 세척유체 공급관의 끝단에 장착되어, 물과 압축공기가 혼합된 상태로 태양전지모듈에 분사되도록 하는 분사노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

대한민국 등록특허 제10-0979848호 "태양전지판의 세척장치 및 그 세척방법"(2010. 8.27. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1531252호 "태양전지모듈 세척장치"(2015. 8.20. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1387103호 "태양전지 모듈의 유지장치 및 그 제어방법" (2014. 4.14. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 매우 적은 양의 물을 공급하고 그 물이 태양전지 패널을 따라 흘러내리면서 증발되도록 하여 물의 증발잠열을 이용하여 태양전지 패널을 냉각할 수 있으며, 아울러 일사량에 따라 흘러내리는 물의 양을 조절하여 태양전지 패널이 충분히 냉각되도록 하며, 나아가 정기적/비정기적으로 태양전지 패널에 고압의 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척할 수 있는 태양전지 패널 유지관리 장치를 제공하고자 한다.

이와 같이 태양전지 패널의 냉각과 세척을 겸하면서도 이에 필요한 물의 양을 최소화할 수 있는 태양전지 패널 유지관리 장치를 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 물을 공급하기 위한 물 공급부 ; 태양전지 패널의 복수의 지점에 물을 흘려보내거나 물을 분사하기 위한 복수의 노즐을 포함하여 이루어지는 노즐 헤드 ; 상기 물 공급부에서 공급하는 물을 상기 노즐 헤드로 공급하기 위하여 마련되는 공급관 ; 태양광을 집광하는 집광기로서, 하부가 측면 적설이 발생하지 않는 원기둥 형태이며 상부가 상기 원기둥 형태에서 상부 방향으로 반구형으로 돌출되며, 하면 중앙에서 상부로 연장되는 밸브 작동유체 저장통 삽입홈이 형성되는 돔형 집광기 ; 상기 돔형 집광기의 밸브 작동유체 저장통 삽입홈에 삽입되어 상기 돔형 집광기에서 집광되는 태양광의 열에너지에 의하여 내부에 봉입된 밸브 작동유체의 온도 및 압력이 변화되는 밸브 작동유체 저장통 ; 상기 공급관에 마련되어 상기 공급관을 통하여 공급되는 물의 유량을 조절하기 위한 것으로, 압력실의 압력에 따라 밸브 개도가 조절되는 유량 제어 밸브 ; 일단이 상기 밸브 작동유체 저장통에 연결되며 타단이 상기 유량 제어 밸브의 압력실에 연결되어 상기 밸브 작동유체 저장통의 밸브 작동유체의 압력을 상기 유량 제어 밸브의 압력실로 전달하는 모세관 ; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 밸브 작동유체 저장통의 내부에 봉입된 상기 밸브 작동유체는 기체 상태 및 액체 상태로 공존하며, 기체 상태의 상기 밸브 작동유체의 압력은 상기 밸브 작동유체의 온도에 대응하는 포화압력인 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 물 공급부는, 내부에 물이 저장되며 내부 상부에 가압 기체가 채워진 저장탱크와, 상기 저장탱크에 가압된 물을 공급하는 펌프와, 타이머의 시각에 따라 상기 펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 물 공급부는, 상기 저장탱크의 물을 가열하기 위한 전기히터와, 상기 저장탱크의 물의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 저장탱크의 물의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함하여 이루어지며, 상기 제어부는 상기 온도센서의 감지값에 따라 상기 전기히터의 구동을 제어하며 상기 압력센서의 감지값 및 상기 타이머의 시각에 따라 상기 펌프의 구동을 제어할 수 있다.

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상기와 같이 본 발명은, 매우 적은 양의 물을 공급하고 그 물이 태양전지 패널을 따라 흘러내리면서 증발되도록 하여 물의 증발잠열을 이용하여 태양전지 패널을 냉각할 수 있으며, 아울러 일사량에 따라 흘러내리는 물의 양을 조절하여 태양전지 패널이 충분히 냉각되도록 하며, 나아가 정기적/비정기적으로 태양전지 패널에 고압의 물을 분사하여 태양전지 패널을 세척할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 태양전지 패널의 냉각과 세척을 겸하면서도 이에 필요한 물의 양을 최소화할 수 있다.

또한 본 발명은, 필요에 따라 온도센서와 전기히터를 더 구비하여 태양전지 패널에 온수를 공급할 수 있으며, 이에 의하여 태양전지 패널에 쌓인 눈을 제설할 수도 있다.

결과적으로 본 발명은 태양전지 패널의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 패널 유지관리 장치의 개념도,
도 2는 도 1에서 온도-압력 변환부와 모세관과 유량 제어 밸브의 작동 개념을 보이는 도면,
도 3은 도 1에서 집광기와 이에 삽입된 밸브 작동유체 저장탱크의 개념도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양전지 패널 유지관리 장치의 개념도이며, 도 2는 도 1에서 온도-압력 변환부와 모세관과 유량 제어 밸브의 작동 개념을 보이는 도면이며, 도 3은 도 1에서 집광기와 이에 삽입된 밸브 작동유체 저장탱크의 개념도이다.

본 태양전지 패널 유지관리 장치는, 크게 물 공급부(110), 노즐 헤드(120), 공급관(130), 집광기(140), 온도-압력 변환부(150), 모세관(160), 유량 제어 밸브(170) 등을 포함하여 이루어진다.

물 공급부(110)는 물을 공급하기 위한 것이다.

물 공급부(110)는, 내부에 물(111a)을 저장하는 저장탱크(111)와, 저장탱크(111)에 가압된 물을 공급하는 펌프(112)와, 펌프(112)의 구동 등을 제어하는 제어부(113)를 포함하여 이루어진다.

저장탱크(111)는, 여름철에는 내부에 저장된 물(111a)이 직사광선에 의해 가열되지 않으며 겨울철에는 동결이 발생하지 않도록 외측에 보온재 또는 단열재를 설치하는 것이 바람직하다. 경우에 따라 이러한 목적을 위하여 저장탱크(111)를 지중에 매설할 수도 있다.

저장탱크(111)에는 내부의 물(111a)을 외부, 구체적으로는 공급관(130)으로 배출하기 위한 배출관(117)이 마련되며, 배출관(117)에는 태양전지 패널(10)의 오염원이 될 수 있는 석회석을 거르기 위한 필터(117a)가 마련된다.

본 실시예에서 배출관(117)의 일단부는 물이 저장된 저장탱크(111)의 내부 하부에 위치된다.

저장탱크(111)의 내부 상부에는 소정의 압력을 가진 가압 기체(111b)가 채워지며, 가압 기체(111b)의 압력에 의하여 내부의 물(111a)이 배출관(117), 공급관(130) 및 유량 제어 밸브(170)를 경유하여 노즐 헤드(120)로 공급될 수 있으며, 이때 유량 제어 밸브(170)의 밸브 개도 조절에 의하여 그 공급되는 물의 유량이 조절된다.

펌프(112)는 기본적으로 외부의 물을 저장탱크(111)로 이송하여 저장탱크(11)의 물을 보충하기 위한 것이다.

나아가 본 실시예의 펌프(112)는, 필요에 따라서는 가압된 물을 저장탱크(111)에 공급하여 저장탱크(111)에서 가압된 물이 공급관(130) 등으로 공급될 수 있도록 한다.

이와 같이 본 실시예의 펌프(112)는, 물 공급부(110)에서 공급하는 물의 압력을 조절할 수 있는 물 압력 조절 수단으로 이용될 수 있다.

펌프(112)를 제어하기 위한 제어부(113)가 마련되며, 제어부(113)에는 타이머(113a)가 마련된다.

제어부(113)는 타이머(113a)의 시각에 따라 펌프(112)의 구동을 제어할 수 있다.

저장탱크(111)에는 물의 온도를 감지하는 온도센서(114)와, 물의 압력을 감지하는 압력센서(115)와, 물을 가열하기 위한 전기히터(116)가 더 마련되며, 제어부(113)는 온도센서(114) 및 압력센서(115)의 감지값과 타이머(113a)의 시각에 따라 펌프(112) 및 전기히터(116)의 구동을 제어한다.

구체적으로 제어부(113)는 온도센서(114)의 감지값에 따라 전기히터(116)의 구동을 제어할 수 있다.

또한 제어부(113)는 압력센서(115)의 감지값과 타이머(113a)의 시각에 따라 펌프(112)의 구동을 제어할 수 있다.

가령 제어부(111)는 하루에 한 번, 특히 정오에 한 번 물 공급부(110)가 가압된 물을 공급하도록 펌프(112)의 구동을 제어할 수 있다.

노즐 헤드(120)는 태양전지 패널(10)의 복수의 지점에 물을 흘려보내거나 물을 분사하기 위한 복수의 노즐(121)을 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서 노즐 헤드(120)는 길이방향으로 연장되는 관 형태이며, 노즐 헤드(120)는 태양전지 패널(10)의 상부에 배치된다.

복수의 노즐(121)은 관 형태의 노즐 헤드(120)의 길이방향을 따라 서로 이격되면서 배치되어, 노즐 헤드(120)에 공급되는 물의 압력과 유량에 따라 태양전지 패널(10)에 물을 흘려보내거나 물을 분사하게 된다.

본 실시예에서 태양전지 패널(10)의 상단부 끝자락에 평형으로 일직선이 되게 노즐 헤드(120)를 장착하고, 노즐(121)의 분사 방향은 하부에 배치된 태양전지 패널(10)을 향하여 배치되되 태양전지 패널(10)에 대하여 적당한 경사각을 가지도록 한다.

공급관(130)은, 물 공급부(110)에서 공급하는 물을 노즐 헤드(120)로 공급하기 위한 것이다.

본 실시예에서 공급관(130)은 일단이 물 공급부(110)의 배출관(117)에 연결되며 타단이 노즐 헤드(120)에 연결되어, 물 공급부(110)에서 공급하는 물을 노즐 헤드(120)로 공급한다.

태양전지 패널(10)의 상부 혹은 태양전지 패널(10) 주변의 높은 위치에 태양광을 집광하는 집광기(140)가 마련된다.

본 실시예의 집광기(140)는 태양광의 빛을 모으는 일종의 렌즈로서, 집광기의 종류로서는 파라볼릭형, 안테나형, 막대형, 돔형 등 여러가지 종류가 채택될 수 있다.

여러가지 종류의 집광기 중에서 돔형 집광기가 집광효율이 가장 좋은 것으로 알려져 있으며, 특히 돔형 집광기(140)는 눈이 오는 경우에도 그 측면에는 적설이 발생하지 않는다는 점에서 유리하다.

즉, 겨울철에 눈이 오면 돔형 집광기(140)의 상부 일부분에 적설이 발생할 수 있지만, 돔형 집광기(140)의 형태적 특징으로 인하여 그 측면에는 눈이 쌓이지 않는다. 따라서 돔형 집광기(140)의 측면은 언제나 집광이 가능한 상태로 된다.
즉 본 발명의 돔형 집광기(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 하부가 측면 적설이 발생하지 않는 원기둥 형태이며 상부가 상기 원기둥 형태에서 상부 방향으로 반구형으로 돌출되는 형태이다.

따라서 강설이 멈추고 청명한 날이 되면 돔형 집광기(140)의 측면으로 집광이 가능하여 태양전지 패널(10)의 제설을 시작할 수 있다.

본 실시예의 돔형 집광기(140)의 하부 중앙에는 밸브 작동유체 저장통 삽입홈(141)이 형성되어 있다. 즉 돔형 집광기(140)의 하면 중앙에서 상부로 연장되는 밸브 작동유체 저장통 삽입홈(141)이 형성된다.

밸브 작동유체 저장통 삽입홈(141)은 돔형 집광기(140)의 하부에서 상부로 연장되는 홈 형태로 형성되며, 밸브 작동유체 저장통 삽입홈(141)의 표면에는 빛의 반사를 막기 위한 흑색의 열흡수체(141a)가 코팅 등의 방식으로 형성되어 집광되는 태양광의 열에너지를 온전히 흡수할 수 있도록 한다.

이와 같은 돔형 집광기(140)는 태양광을 집광하여 태양광의 열에너지에 의하여 밸브 작동유체 저장통 삽입홈(141)에 삽입되는 밸브 작동유체 저장통(151)를 가열하게 된다.

온도-압력 변환부(150)는, 집광기(140)에서 집광되는 태양광의 열에너지에 의하여 내부에 봉입된 밸브 작동유체(152)의 온도 및 압력이 변화된다.

온도-압력 변환부(150)는, 내부에 밸브 작동유체(152)가 봉입된 밸브 작동유체 저장통(151)으로 이루어진다.

본 실시예에서 밸브 작동유체(152)는 밸브 작동유체 저장통(151) 내부에서 기체 상태(152a) 및 액체 상태(152b)로 공존하며, 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)의 압력은 밸브 작동유체(152)의 온도에 대응하는 포화압력을 가진다.

즉 밸브 작동유체(152)는 집광기(140)에서 집광되는 태양광의 열에너지에 의하여 그 온도가 변화되며, 그 온도 변화에 따라 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)의 압력은 그 온도에 대응하는 포화압력이 된다.

이와 같은 밸브 작동유체(152)로서 대기압에서의 끓는점이 상온보다 낮은 액화가스를 이용할 수 있다. 프로판, 부탄 등의 액화가스는 밸브 작동유체 저장통(151) 내부에서 기체 상태(152a) 및 액체 상태(152b)로 공존하면서 온도에 따라 수 bar ~ 수십 bar의 포화압력을 가질 수 있다.

이와 같은 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)의 압력은 모세관(160)을 통하여 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)에 전달된다.

모세관(160)은 일단이 온도-압력 변환부(150)의 밸브 작동유체 저장통(151)의 상부에 연결되며 타단이 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)에 연결된다.

이에 의하여 밸브 작동유체 저장통(151)의 내부 상부와 모세관(160)과 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)에는 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)가 존재하며, 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)의 압력은 밸브 작동유체(152)의 온도에 대응하는 포화압력을 가진다.

유량 제어 밸브(170)에 대하여 설명한다.

유량 제어 밸브(170)는 공급관(130)에 마련되며, 밸브 개도가 조절되어 공급관(130)를 유동하는 물의 유량을 조절한다.

즉 유량 제어 밸브(170)는 물 공급부(110)에서 노즐 헤드(120)로 공급하는 물의 유량을 조절하기 위한 것이다.

본 실시예의 유량 제어 밸브(170)는 내부의 압력실(171)의 압력에 따라 밸브 개도가 조절된다.

본 실시예의 유량 제어 밸브(170)는 다이어프램 밸브의 일종이다.

다이어프램 밸브는, 다이어프램에 가해지는 기체압력에 따라 밸브의 개도가 조절되는 밸브이다.

유량 제어 밸브(170)에 마련된 다이어프램(172)은 압력실(171)을 밀폐하며 압력실(171)의 기체 상태의 밸브 작동유체(152a)의 압력에 의하여 하방향의 압력을 받는다.

다이어프램(172)의 하면에 푸시로드(174)가 마련되며, 푸시로드(174)는 스프링(173)에 의하여 상방향의 탄성력을 받으며, 결과적으로 다이어프램(172)은 스프링(173)으로부터 상방향의 탄성력을 받는다.

푸시로드(174)의 하부에 밸브체(175)가 마련되며 밸브체(175)와 밸브시트간의 간격에 의하여 밸브 개도(開度)가 조절된다.

따라서 압력실(171)의 압력이 상승하면 다이어프램(172)을 하부로 이동시키고 이에 의하여 푸시로드(174) 및 밸브체(175)가 하부로 이동하면서 밸브 개도가 열려 물을 통과시킨다.

반대로 압력실(171)의 압력이 하강하면 스프링(173)의 탄성력에 의하여 푸시로드(174) 및 다이어프램(172)을 상부로 이동시키고 이에 의하여 밸브체(175)가 상부로 이동하면서 밸브 개도가 닫히면서 물의 흐름을 차단한다.

본 실시예의 작동을 설명한다.

일사량의 변화

태양전지 패널(10)의 표면에 도달하는 일사량에 가장 큰 영향을 미치는 요소는 태양천정각과 구름이다.

일사량의 일변화를 보면 태양천정각이 높은 오전과 오후 시간대에는 일사량이 낮게 나타나고, 태양천정각이 낮은 낮 시간대에 일사량이 가장 높게 나타난다.

대한민국은 북반구 중위도 지역에 위치하고 있기 때문에 여름에는 태양천정각이 낮아지고, 겨울에는 높아지는 경향을 가지고 있어, 여름철에 일사량이 최대가 되고, 겨울철 일사량이 최소가 된다.

집광량이 미미한 경우 - 유량 제어 밸브(170) 닫힘

일몰, 강우, 강설의 경우에는 태양광이 없는 관계로 집광기(140)의 집광량이 매우 작아진다.

따라서 밸브 작동유체 저장통(151)의 밸브 작동유체(152)의 온도는 낮아지며, 밸브 작동유체(152)의 압력은 낮아진 온도에 대응하는 포화압력이 되면서 그 압력이 낮아진다.

밸브 작동유체(152)의 낮아진 압력으로 인하여 모세관(160)을 경유하여 연결된 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)의 압력이 함께 낮아지게 되면서 밸브체(175)가 상부로 이동하면서 밸브 개도가 완전히 닫히는 상태가 된다.

따라서 유량 제어 밸브(170)는 공급관(130)을 통한 물 공급을 차단하게 되어, 물을 절약하게 된다.

태양전지 패널(10)의 냉각

태양전지 패널(10)이 가열되면 태양전지 패널(10)의 발전효율이 저하되므로, 태양전지 패널(10)을 냉각시켜 발전효율을 향상시킬 수 있다.

일사량이 작은 오전과 오후, 혹은 흐린 날씨에는 집광기(140)가 태양광을 집광하면서 태양광의 열에너지에 의하여 밸브 작동유체 저장통(151)의 밸브 작동유체(152)의 온도는 다소 상승하며, 밸브 작동유체(152)의 압력은 그 온도에 대응하는 포화압력이 되면서 그 압력이 다소 상승한다.

밸브 작동유체(152)의 다소 상승한 압력으로 인하여 모세관(160)을 경유하여 연결된 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)의 압력이 함께 높아지면서 다이어프램(172), 푸시로드(174) 및 밸브체(175)가 하부로 다소 이동하면서 밸브 개도가 다소 열리는 상태가 된다.

따라서 물 공급부(110)로부터 공급관(130)을 통하여 노즐 헤드(120)에 작은 유량의 물이 공급되며, 그 물은 노즐 헤드(120)의 노즐(121)을 통하여 태양전지 패널(10)로 흘려보내진다.

이때 노즐(121)을 통하여 흘려보내지는 물은, 태양전지 패널(10)에 분사되는 것이 아니라 태양전지 패널(10)의 표면을 따라 흘러내리는 정도에 그치며, 태양전지 패널(10)의 하부 표면에서는 완전 기화(완전 증발)되도록 그 물의 양이 조절된다.

따라서 태양전지 패널(10)은 흘러내리는 물이 기화될 때의 증발잠열에 의하여 냉각되며, 이로 인하여 태양전지 패널(10)의 냉각에 필요한 물의 양을 절감할 수 있다.

한편 물 공급부(110)의 저장탱크(111)의 물(111a)이 감소하면 가압 기체(111b)가 팽창과 함께 압력이 낮아지며, 이를 압력센서(115)가 감지하여 제어부(113)는 펌프(112)를 구동시켜 감소한 물을 보충하게 된다.

또한 정오 또는 일사량이 많은 여름철 등에는 집광기(140)가 태양광을 가장 많이 집광하면서 태양광의 열에너지에 의하여 밸브 작동유체 저장통(151)의 밸브 작동유체(152)의 온도는 가장 높아지며, 밸브 작동유체(152)의 압력은 그 온도에 대응하는 포화압력이 되면서 그 압력이 가장 높아지게 된다.

밸브 작동유체(152)의 높은 압력으로 인하여 모세관(160)을 경유하여 연결된 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)의 압력이 함께 높아지면서 다이어프램(172), 푸시로드(174) 및 밸브체(175)가 하부로 최대한 이동하면서 밸브 개도가 최대한 열리는 상태가 된다.

따라서 물 공급부(110)로부터 공급관(130)을 통하여 노즐 헤드(120)에 많은 유량의 물이 공급되며, 그 물은 노즐 헤드(120)의 노즐(121)을 통하여 태양전지 패널(10)로 흘려보내진다.

이때에도 노즐(121)을 통하여 흘려보내지는 물은, 태양전지 패널(10)에 분사되는 것이 아니라 태양전지 패널(10)을 따라 흘러내리는 정도에 그치며, 태양전지 패널(10)의 하부 표면에서 완전 기화되도록 그 물의 양이 조절된다.

즉 정오 또는 일사량이 많은 여름철 등에도 태양광의 집광량에 따라서 노즐(121)을 통하여 흘려보내지는 물의 양이 조절(증가)되면서 태양전지 패널(10)의 냉각에 필요한 충분한 양의 물이 공급되도록 한다.

태양전지 패널(10)의 세척

태양전지 패널(10)의 표면은 비산먼지, 황사, 조류 분비물 및 기타 물질에 의하여 오염되므로, 이를 정기적/비정기적으로 세척할 필요가 있으며, 이에 의하여 태양전지 패널(10)의 발전효율을 향상시킬 수 있다.

본 실시예는 일사량이 많은 정오에 태양전지 패널(10)을 1회 세척한다. 즉 1일 1회 정도의 간격으로 태양전지 패널(10)을 세척한다.

물 공급부(110)에서 공급하는 물의 압력을 한시적으로 상승시키면 노즐 헤드(120)의 노즐(121)에서 고압의 물이 분사될 수 있으며, 이에 의하여 태양전지 패널(10)이 세척될 수 있다.

제어부(113)에서는 타이머(113a)의 시각이 정오가 되면 압력센서(115)에서 소정값 이상의 압력이 감지되도록 펌프(112)의 구동을 제어한다.

펌프(112)가 구동되어 저장탱크(111)의 내부 압력이 상승하면 저장탱크(111)는 가압된 물을 공급관(130)을 통하여 노즐 헤드(120)에 공급할 수 있으며, 이 물은 노즐(121)에서 고압 분사되어 태양전지 패널(10)의 이물질 등이 세척된다.

제설(적설 제거)

동절기에 눈이 내리면 집광기(140)의 집광이 어려울 뿐만 아니라, 태양전지 패널(10)에 눈이 쌓이며, 또한 돔형 집광기(140)의 상부에도 눈이 쌓인다.

그러나 돔형 집광기(140)의 측면에는 눈이 쌓이지 않는다.

이 상태에서 눈이 그치고 태양광이 비추는 청명한 날씨가 되면, 집광기(140)의 측면으로 집광을 하게 되며, 이에 의하여 태양광의 열에너지에 의하여 밸브 작동유체 저장통(151)의 밸브 작동유체(152)의 온도가 높아지게 되며, 밸브 작동유체(152)의 압력은 그 온도에 대응하는 포화압력이 되면서 그 압력이 함께 상승한다.

밸브 작동유체(152)의 상승한 압력으로 인하여 모세관(160)을 경유하여 연결된 유량 제어 밸브(170)의 압력실(171)의 압력이 함께 높아지면서 밸브체(175)가 하부로 이동하면서 밸브 개도가 열리는 상태가 된다.

한편, 적설이 진행되면 인위적으로 전기히터(116)의 스위치를 온(on)시켜두면 제어부(113)에서는 온도센서(114)의 온도값에 따라 전기히터(116)를 가동시켜 저장탱크(111)의 물(111a)이 제설에 적합한 온도가 되도록 미리 준비하고, 유량 제어 밸브(170)의 밸브 개도가 열리는 상태가 되면서 물 공급부(110)로부터 공급관(130)을 통하여 노즐 헤드(120)에 온수 상태의 물이 공급되어 적설을 제거하게 된다.

이후 제설 작업이 완료되면 전기히터(116)의 스위치를 오프(off)시키게 된다.

상기와 같은 본 발명은, 유량 제어 밸브(170)가 온도-압력 변환부(150)의 열역학적 상태 변화에 따라 작동되도록 한다는 점에서, 전체적인 제어 메커니즘이 매우 컴팩트하게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 태양전지 패널
110 : 물 공급부 111 : 저장탱크
112 : 펌프 113 : 제어부
113a : 타이머 114 : 온도센서
115 : 압력센서 116 : 전기히터
117 : 배출관 117a : 필터
120 : 노즐 헤드 121 : 노즐
130 : 공급관
140 : 집광기 141 : 밸브 작동유체 저장통 삽입홈
141a : 열흡수체
150 : 온도-압력 변환부
151 : 밸브 작동유체 저장통
152 : 밸브 작동유체 152a : 기체 상태
152b : 액체 상태
160 : 모세관
170 : 유량 제어 밸브
171 : 압력실 172 : 다이어프램
173 : 스프링 174 : 푸시로드
175 : 밸브체

Claims

물을 공급하기 위한 물 공급부 ;
태양전지 패널의 복수의 지점에 물을 흘려보내거나 물을 분사하기 위한 복수의 노즐을 포함하여 이루어지는 노즐 헤드 ;
상기 물 공급부에서 공급하는 물을 상기 노즐 헤드로 공급하기 위하여 마련되는 공급관 ;
태양광을 집광하는 집광기로서, 하부가 측면 적설이 발생하지 않는 원기둥 형태이며 상부가 상기 원기둥 형태에서 상부 방향으로 반구형으로 돌출되며, 하면 중앙에서 상부로 연장되는 밸브 작동유체 저장통 삽입홈이 형성되는 돔형 집광기 ;
상기 돔형 집광기의 밸브 작동유체 저장통 삽입홈에 삽입되어 상기 돔형 집광기에서 집광되는 태양광의 열에너지에 의하여 내부에 봉입된 밸브 작동유체의 온도 및 압력이 변화되는 밸브 작동유체 저장통 ;
상기 공급관에 마련되어 상기 공급관을 통하여 공급되는 물의 유량을 조절하기 위한 것으로, 압력실의 압력에 따라 밸브 개도가 조절되는 유량 제어 밸브 ;
일단이 상기 밸브 작동유체 저장통에 연결되며 타단이 상기 유량 제어 밸브의 압력실에 연결되어 상기 밸브 작동유체 저장통의 밸브 작동유체의 압력을 상기 유량 제어 밸브의 압력실로 전달하는 모세관 ;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 유지관리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 밸브 작동유체 저장통의 내부에 봉입된 상기 밸브 작동유체는 기체 상태 및 액체 상태로 공존하며, 기체 상태의 상기 밸브 작동유체의 압력은 상기 밸브 작동유체의 온도에 대응하는 포화압력인 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 유지관리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 물 공급부는, 내부에 물이 저장되며 내부 상부에 가압 기체가 채워진 저장탱크와, 상기 저장탱크에 가압된 물을 공급하는 펌프와, 타이머의 시각에 따라 상기 펌프의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 유지관리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 물 공급부는, 상기 저장탱크의 물을 가열하기 위한 전기히터와, 상기 저장탱크의 물의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 저장탱크의 물의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함하여 이루어지며,
상기 제어부는 상기 온도센서의 감지값에 따라 상기 전기히터의 구동을 제어하며 상기 압력센서의 감지값 및 상기 타이머의 시각에 따라 상기 펌프의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 유지관리 장치.
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