KR102245493B1 - 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광모듈에서 발생되는 열을 식히도록 태양광모듈의 이면에 설치되어 내부로 냉각수를 흘러 보내는 한 개 이상의 열교환 유닛; 냉각수 저장조에 저장된 냉각수를 상기 열교환 유닛으로 공급하는 냉각수 공급수단; 상기 열교환 유닛을 통과하면서 흡열반응으로 고온상태가 된 냉각수가 냉각수 배출라인을 통해 배출되어 저장되는 온수저장조; 태양광모듈의 상부 외측 상하 또는 좌우로 설치되는 이동가이드레일과, 상기 양측 이동가이드레일에 양단이 이동 가능하게 고정되어 이동가이드레일을 따라 이동하면서 세척수를 분사하도록 복수개의 세척수 분사노즐이 구비된 세척수 분배관 및 상기 세척수 분배관의 이동을 제어하는 스텝모터로 구성되는 세척수단; 상기 온수저장조에 저장된 온수를 상기 세척수 살수관으로 공급하여 태양광모듈 표면의 세척이 이루어지도록 상기 온수저장조와 세척수 살수관 사이에 설치되는 세척수 공급수단; 설정된 프로그램에 따라 자동/수동으로 상기 냉각수 공급수단의 제어와 상기 태양광모듈 세척을 위한 세척수단의 동작제어 및 상기 세척수 공급수단의 세척수 공급제어를 수행하기 위한 마이컴이 구비된 컨트롤러부;를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광발전을 수행하는 태양광모듈이 여름철 고온현상에 의한 발전 효율이 저하되는 것을 예방하고, 태양광모듈 냉각에 사용되어 고온상태가 된 냉각수를 야간에 태양광모듈 세척 및 가정용 온수로 사용할 수 있도록 하는 하는 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템에 관한 것이다.
신재생에너지 분야 중 태양광발전 분야가 그중 가방 활발하게 기술개발 및 상용화가 이루어지고 있다.
태양광발전기술은 태양광으로부터 전기를 생산하는 무한·청정기술로, 세계적으로 매년 증가율을 보이고 있으며, 국내 태양광발전소도 지속적인 성장이 이루어지고 있는 추세에 있다.
이러한 태양광발전설비 중 특히 상업용 태양광발전 설비는 발전된 전력을 매전(賣電)하여 수익을 올리는 구조이므로, 전기의 발전량 증대가 사업성을 좌우하는 매우 중요한 요소가 되므로, 발전설비를 최적의 상태로 유지, 관리하여 고장발생을 줄일 수 있는 것이 매우 중요하다.
이와 같은 태양광발전설비를 상업용으로 사용하기 위해서는 일반적으로 주변에 높은 건물이 없으면서 계절에 관계없이 태양광의 수광이 용이한 넓은 나대지나, 주변에 키가 큰 나무 등이 없어 그늘이 생기지 않는 개간된 밭이나 임야 등에 대규모로 설치되는 것이 일반적이다.
또한, 근래에는 공장이나 가정에서 사용하는 전기를 태양광발전을 통해 생산된 전기를 이용하고, 남은 전력은 전력회사에 매전(賣電)하는 형태로 일반 공장 및 가정에도 태양광발전 설비가 많이 설치되고 있다.
현재 널리 보급되어 설치되는 태양광모듈은 대부분 실리콘 태양전지의 경우, 태양광을 수광하여 광화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 과정에서 많은 열이 발생되고 있으며, 여러개의 태양전지가 모여 하나의 모듈을 구성하는 경우 각 태양광모듈에서는 많은 열이 발생하게 된다.
이렇게 태양광모듈에서 전력을 생산하는 과정에서 발생되는 열은 전력생산 효율성을 저하시키는 요인으로 작용하게 되고, 태양광모듈의 온도가 1℃ 상승할때마다 0.4~0.5% 정도의 발전량이 저하되는 것으로 알려져 있다.
특히, 여름철과 같이 대기의 온도가 높을 경우 태양광모듈의 온도는 60~80℃까지 상승하여 전력생산효율성을 크게 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.
또한, 근래에는 대기오염문제가 심각해지면서 공기 중에 황사나 미세먼지 등이 많아 태양광모듈 표면에 달라붙게 되면서 태양광모듈 표면의 광투과 및 광흡수율이 현저히 저하되면서 태양광모듈에서 발생되는 고열과 더불어 태양광발전 효율을 더욱 크게 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.
따라서, 태양광발전소를 운영하거나 시공하는 업체에서는 태양광모듈의 전력생산 효율성을 높이기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다.
그 중 태양광모듈 자체에서 발생된 열을 식혀 발전량이 저하되는 것을 예방하기 위한 노력의 일환으로 태양광모듈을 냉각, 세척할 수 있는 냉각장치 및 세척시스템의 개발에 많은 노력을 기울이고 있고, 이와 관련된 다양한 아이디어와 발명이 안출되고 있다.
태양광모듈에 적용되고 있는 냉각장치는 고열이 발생되는 태양광모듈의 표면에 냉각수를 뿌려주거나 또는 태양광모듈의 이면에 냉각수(냉매 포함)를 통과시켜 태양광모듈의 온도가 상승하는 것을 방지하도록 하고, 태양광모듈 세척시스템은 태양광모듈 표면에 세척수를 분사하거나 흘러내리도록 하여 태양광모듈 표면에 달라붙은 먼지나 이물질이 씻겨 내리도록 하거나, 별도의 세척부재를 이용하여 세척수를 분사하면서 태양광모듈 표면을 닦아주는 세척장치 등 다양한 형태의 세척 및 냉각장치들이 제시되고 있다.
이러한 태양광모듈의 세척장치나 냉각시스템은 대부분 대기 온도가 높은 여름철에 주로 활용하게 되는데, 종래에 안출된 태양광모듈 표면에 냉각수를 분사하는 방식은 상온수 또는 상온 이하의 용수를 이용하여 태양광모듈 표면에 분사하는 방식이어서 태양광모듈 표면에 달라붙은 먼지나 이물질을 제거하는데 한계가 있었다.
또한, 태양광모듈 표면에 세척수를 분사하면서 브러시 등으로 세척하는 방식의 경우, 브러시의 마찰과 이물질의 마찰로 태양광모듈 표면에 스크래치가 발생하면서 광흡수율을 저하시키게 되어 장기간 사용시 발전효율성을 저하시키는 요인이 되었다.
또한, 태양광모듈 이면에 냉각수를 통과시켜면서 간접적으로 태양광모듈의 온도를 저감시키는 냉각시스템은 태양광모듈을 통과하면서 데워진 냉각수를 다시 냉각기를 통과시켜 흡수한 열을 배출시키는 과정을 거쳐야 하기 때문에 냉각시스템을 구성하는 장치가 커지고, 복잡해지며 장치의 설치시 많은 비용이 발생되는 단점이 있었다.
특히, 이러한 종래의 태양광모듈 냉각장치 및 세척시스템을 각각 별도로 설치할 경우, 그 효율성이 현저히 저하될 수 밖에 없으며, 공장의 지붕이나 주택의 지붕에 소규모로 설치하여 전력을 생산하는 태양광발전장치에 적용하기에는 가성비가 떨어지는 단점이 있었다.
본 발명은 종래에 안출된 태양광모듈의 온도저감장치나 태양광모듈세척장치의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 주간에 태양광모듈의 냉각에 이용한 냉각수를 온수상태로 저장하여 야간에 태양광모듈 세척에 이용할 수 있도록 함으로써 태양광모듈의 냉각 및 세척장치를 일체로 구성하여 태양광발전소 유지관리설비의 구성을 간단히 하고, 설치비를 저감할 수 있도록 하는 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양광모듈 냉각에 이용되어 온수상태로 저장된 세척수를 실내에서 사용하는 온수로 이용할 수 있도록 하여 가정이나 사무실의 난방비를 절약할 수 있도록 하는 태양광모듈 냉각 및 세척시스템을 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템은 태양광모듈에서 발생되는 열을 식히도록 태양광모듈의 이면에 설치되어 내부로 냉각수를 흘러 보내는 한 개 이상의 열교환 유닛과; 냉각수 저장조에 저장된 냉각수를 상기 열교환 유닛으로 공급하는 냉각수 공급수단; 태양광모듈의 상부 외측 상하 또는 좌우로 설치되는 이동가이드레일과, 상기 이동가이드레일에 양단이 이동 가능하게 고정되어 이동가이드레일을 따라 이동하면서 세척수를 분사하도록 복수개의 세척수 분사노즐이 구비된 세척수 살수관 및 상기 세척수 살수관의 이동을 제어하는 스텝모터로 구성되는 세척수단; 상기 열교환 유닛을 통과하면서 흡열반응으로 고온상태가 된 냉각수가 냉각수 배출라인을 통해 배출되어 저장되는 온수저장조; 컨트롤러부의 제어에 따라 상기 세척수 살수관으로 세척수를 공급하여 태양광모듈의 표면 세척이 이루어지도록 하는 세척수 공급수단; 설정된 프로그램에 따라 상기 냉각수 공급수단(30)으로 냉각수 공급을 제어하는 냉각수 공급제어부와, 상기 세척수 공급수단으로 세척수의 공급을 제어하는 세척수 공급제어부와, 상기 세척수단의 이동을 제어하는 세척수단 이동제어부 및 냉각수온도 검출/판단부를 포함하는 마이컴이 구비된 컨트롤러부;를 포함하되, 상기 컨트롤러부는 태양광모듈의 온도가 상승되는 주간에 냉각수 공급수단을 통해 세척수를 공급하여 태양광모듈의 이면 온도를 낮출 수 있도록 제어하고, 주간보다 상대적으로 온도가 낮은 야간에 태양광모듈의 냉각에 이용되어 온수저장조에 저장된 고온상태의 냉각수를 상기 세척수단으로 공급하여 태양광모듈의 세척이 이루어지도록 제어하는 구성으로 이루어진다.
특히, 상기 세척수 공급제어부는 태양광모듈의 세척을 위해 세척수 살수관으로 공급되는 세척수의 수압을 강약 조절할 수 있도록 구성되되, 상기 세척수 살수관이 태양광모듈의 전체 표면적을 왕복 이동하는 초기동작(1~3회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 저압으로 유지시켜 세척수의 점적식 분사로 태양광모듈 표면에 달라붙은 이물질을 불릴 수 있도록 하고, 상기 세척수 살수관의 2차 이동(4~6회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 고압으로 유지시켜 태양광모듈 표면에서 불려진 이물질을 분사노즐에서 분사되는 수압으로 탈리시켜 세척이 이루어지도록 제어하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온수저장조는 저장된 온수를 주변 시설물에서 이용할 수 있도록 시설물 실내의 보일러 온수공급라인에 온수배출관으로 연결 설치되고, 상기 온수배출관의 말단부에는 온수배출관의 내측과 보일러의 온수공급라인의 내부 압력상태를 감지하는 압력감지센서 및 상기 압력감지센서에서 감지된 압력 데이터를 수신한 컨트롤러부의 제어에 따라 상기 온수배출관의 개폐를 단속하는 체크밸브가 포함된 온수공급조절수단;이 구비된 구성으로 이루어진다.
특히, 상기 세척수 공급제어부는 태양광모듈의 세척을 위해 세척수 살수관으로 공급되는 세척수의 수압을 강약 조절할 수 있도록 구성되되, 상기 세척수 살수관이 태양광모듈의 전체 표면적을 왕복 이동하는 초기동작(1~3회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 저압으로 유지시켜 세척수의 점적식 분사로 태양광모듈 표면에 달라붙은 이물질을 불릴 수 있도록 하고, 상기 세척수 살수관의 2차 이동(4~6회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 고압으로 유지시켜 태양광모듈 표면에서 불려진 이물질을 분사노즐에서 분사되는 수압으로 탈리시켜 세척이 이루어지도록 제어하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 온수저장조는 저장된 온수를 주변 시설물에서 이용할 수 있도록 시설물 실내의 보일러 온수공급라인에 온수배출관으로 연결 설치되고, 상기 온수배출관의 말단부에는 온수배출관의 내측과 보일러의 온수공급라인의 내부 압력상태를 감지하는 압력감지센서 및 상기 압력감지센서에서 감지된 압력 데이터를 수신한 컨트롤러부의 제어에 따라 상기 온수배출관의 개폐를 단속하는 체크밸브가 포함된 온수공급조절수단;이 구비된 구성으로 이루어진다.
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상술한 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템은 대기의 온도가 높은 주간에 태양광모듈의 온도가 높아질 경우 태양광모듈 이면에 설치된 열교환 유닛으로 냉각수를 공급하여 태양광모듈의 온도를 낮춤으로써 태양광발전효율을 향상시킬 수 있도록 하고, 태양광발전이 중지된 야간에는 낮에 태양광모듈을 냉각하면서 고온의 열을 흡수하여 온수저장조에 저장된 온수를 이용하여 태양광모듈의 표면을 세척하여 태양광모듈의 표면에 달라붙은 먼지나 이물질을 제거하여 태양광의 광투과성 및 광흡수율을 향상시켜 태양광발전효율을 향상시킬 수 있도록 한다.
즉, 본 발명은 주간에 태양광모듈을 냉각하는데 이용된 냉각수를 온수저장조에 저장하여 야간에 태양광모듈세척수단을 이용 온수를 태양광모듈에 분사하여 태양광모듈 표면에 달라붙은 각종 이물질을 깨끗하게 세척할 수 있도록 한다.
특히, 본 발명은 온수를 이용하여 태양광모듈의 표면에 달라붙은 각종 이물질을 세척하고, 세척수 살수관의 초기 이동시에는 저압으로 세척수 분사가 이루어지면서 태양광모듈 표면에 부착된 이물질을 불릴 수 있도록 하고, 2회차 세척수 살수관의 이동시에는 고압으로 세척수가 분사되도록 하여 태양광모듈 표면에 불려진 이물질을 수압으로 깨끗이 제거할 수 있도록 구성되어 이물질 제거성능을 높일 수 있고, 별도의 브러시와 같은 세척장치를 사용할 필요가 없어 세척수단을 간단하게 구성할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 본 발명은 태양광모듈의 세척시 획득한 온수를 실내의 온수로 이용할 수 있도록 하여 보일러의 가동으로 온수를 사용함으로 인해서 발생된 난방비를 절약할 수 있는 유용한 효과를 제공하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템의 개략적인 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템 중 태양광모듈의 이면에 설치되는 열교환 유닛의 설치상태도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템 중 컨트롤러부의 구성 및 동작기능 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템 중 태양광모듈의 이면에 설치되는 열교환 유닛의 설치상태도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템 중 컨트롤러부의 구성 및 동작기능 블록도이다.
본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템은 주간에 태양광모듈이 전력을 생산할 때 발생되는 열을 냉각수를 순환시켜 냉각을 진행하고, 태양광모듈 냉각과정에 열을 흡수하여 배출되는 고온의 냉각수를 온수저장조에 저장해두었다가 야간에 온수저장조에 저장된 온수를 세척수공급수단을 통해 태양광모듈 세척수로 공급하여 태양광모듈 표면에 대한 세척이 이루어지도록 구성된다.
특히, 본 발명은 온수저장조에 저장된 고온 상태의 온수를 세척수로 공급할 때, 상기 세척수공급수단에서 태양광모듈 세척수단으로 공급되는 세척수의 공급 수압을 강약 조절할 수 있도록 구성되어 태양광모듈 세척수단의 초기 동작시에는 수압을 낮게 하여 태양광모듈 표면에 분사되는 세척수가 점적식으로 분사되어 태양광모듈 표면에 달라붙은 먼지와 이물질을 불릴 수 있도록 한 다음, 2차 세척수를 공급할 때는 세척수 공급압력을 높여 고압의 세척수를 분사하여 1차 세척수 분사시 불려진 각종 이물질이 2차 고압의 세척수 분사 과정에서 깨끗이 씻겨 내리도록 하여 다른 세척장비 필요없이 단순히 세척수 분사만으로 태양광모듈의 표면을 세척할 수 있도록 구성되어 태양광모듈 표면의 스크래치 발생을 줄이면서 태양광의 광흡수성을 향상시켜 발전량을 증대시킬 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명은 상기 온수저장조의 온수를 실내의 온수로 이용할 수 있도록 하여 보일러 가동시간이나 연료 사용을 줄여 난방비를 절약할 수 있는 장점을 제공할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명은 태양광모듈에서 발생되는 열을 식힐 수 있도록 태양광모듈의 이면에 한 개 이상 설치되어 내부로 흘려 보내는 냉각수의 흡열작용으로 태양광모듈의 온도를 저감시킬 수 있도록 설치되는 열교환 유닛과, 냉각수 저장조에 저장된 냉각수를 상기 열교환 유닛으로 공급하는 냉각수 공급수단과, 상기 열교환 유닛을 통과하면서 흡열반응으로 고온상태가 된 냉각수가 배출라인을 통해 배출되어 저장되는 온수저장조와, 태양광모듈의 상부 외측 상하 또는 좌우로 설치되는 이동가이드레일 및 상기 양측 이동가이드레일에 양단이 이동 가능하게 고정되어 이동가이드레일을 따라 이동하면서 세척수를 분사하도록 복수개의 세척수 분사노즐이 구비된 세척수 분배관으로 구성되는 세척수단과, 상기 온수저장조에 저장된 온수를 상기 세척수 살수관으로 공급하여 따뜻한 온수로 태양광모듈의 표면 세척이 이루어지도록 상기 온수저장조와 세척수 살수관 사이에 설치되는 세척수 공급펌프를 포함하는 세척수 공급수단과, 설정된 프로그램에 따라 자동/수동으로 상기 냉각수공급수단의 냉각수 공급제어와 상기 세척수단의 동작제어 및 상기 세척수 공급수단의 세척수 공급제어를 수행하기 위한 마이컴이 구비된 컨트롤러부;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
특히, 상기 열교환 유닛에서 온수저장조로 냉각수가 배출되는 배출라인에는 냉각수 온도를 체크하기 위한 온도감지센서가 구비되고, 상기 온도감지센서에서 감지된 냉각수 수온 정보는 상기 컨트롤러부로 전송되고, 상기 컨트롤러부에서는 수신된 냉각수 배출온도 데이터를 프로그램에 설정된 기준온도와 비교하여 상기 냉각수 공급수단을 통해 냉각수 공급을 제어하도록 구성되며, 상기 컨트롤러부는 태양광발전이 중지되는 야간에만 상기 세척수 공급수단 및 세척수단을 가동하여 태양광모듈의 표면 세척이 이루어지도록 구성된다.
또한, 상기 온수저장조에는 실내에서 온수 사용시 상기 온수저장조에 있는 온수를 이용할 수 있도록 실내의 보일러 온수공급라인과 연결되는 온수배출관이 설치되고, 상기 보일러의 온수공급라인에 연결된 온수배출관의 말단부에는 온수공급 조절수단이 구비되고, 상기 온수공급조절수단은 온수배출관의 내외측 압력상태를 감지하여 상기 컨트롤러부로 압력정보를 전송하는 압력감지센서와, 상기 압력감지센서에서 감지된 압력차에 따라 컨트롤러부의 제어를 통해 온수배출관의 개폐를 단속하는 체크밸브를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이와 더불어, 상기 세척수 공급수단은 태양광모듈 세척을 위해 세척수 분배관으로 공급되는 온수의 수압을 강약 조절할 수 있도록 구성되되, 상기 세척수 분배관이 태양광모듈의 전체 표면적을 1회~3회 왕복 이동하는 초기 동작시에는 공급되는 세척수의 수압을 저압으로 유지시켜 세척수의 점적식 분사로 태양광모듈 표면에 달라붙은 이물질을 불릴 수 있도록 하고, 상기 세척수 살수관의 초기 동작 이후 상기 세척수 살수관으로 공급되는 세척수의 수압을 고압으로 유지시켜 태양광모듈 표면에서 불려진 이물질을 세척수 분사노즐에서 분사되는 수압으로 탈리시켜 세척이 이루어지도록 구성된다.
이하, 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템의 바람직한 실시예에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템(10)의 개략적인 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템(100)에서 태양광모듈(10)의 이면에 설치되는 열교환 유닛(20)의 설치상태를 보여주기 위한 태양광모듈(10)의 이면도를 각각 도시하고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템(100)은 태양광모듈(10)의 이면에 장착되어 태양광모듈(10)에서 발생되는 열을 식히도록 냉각수를 공급하는 복수개의 열교환 유닛(20)이 설치된다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 열교환 유닛(20)은 태양전지(12)를 고정하는 프레임(15) 사이에 복수개로 분할 구성되어 냉각수 공급관(22)을 통해 연속적으로 소통이 이루어질 수 있는 구조로 설치된다.
즉, 태양광모듈(10)의 이면 최상단 가로측 제1열에 설치된 열교환 유닛으로 냉각수가 공급되면, 제1 가로열에 설치된 복수개의 열교환 유닛을 순서(우->좌)대로 통과한 냉각수가 제1가로열 말단에서 그 아래쪽 제2 가로열로 설치된 열교환 유닛으로 냉각수가 흘러가고, 제2가로열에 설치된 복수개의 열교환 유닛을 순서(좌->우)대로 통과한 냉각수는 마직막에 설치된 열교환 유닛에서 배출되어 지상에 설치된 온수저장조(50)로 유입되어 저장되도록 구성된다.
태양광모듈(10)을 냉각시키기 위해 태양광모듈(10) 이면을 지그재그 형태로 통과하여 최종적으로 배출되는 냉각수는 복수개의 열교환 유닛을 통과하면서 태양광모듈(10)에서 발생된 열을 흡수하여 고온상태가 유지되고, 고온상태에서 배출되는 냉각수는 냉각수 배출호스(35)를 통해 단열(보온)상태가 유지되는 온수저장조(50)로 배출되어 저장된다.
그리고, 상기 냉각수 배출라인(35)에는 최종적으로 열교환 유닛(20)에서 배출되는 냉각수의 온도를 감지하기 위한 수온감지센서(37)가 설치되어 태양광모듈 의 냉각에 이용되어 배출되는 냉각수의 수온을 실시간 체크하여 컨트롤러부(70)로 온도정보를 전송하도록 구성되어 열교환 유닛(20)에서 배출되는 냉각수의 온도 정보에 따라 냉각수 공급수단(30)의 동작 여부를 제어할 수 있도록 구성된다.
즉, 상기 수온감지센서(37)에 감지된 냉각수의 온도 정보는 컨트롤러부(70)로 전송되고, 냉각수 수온 정보를 수신한 컨트롤러부(70)에서는 입력된 냉각수 수온정보를 설정된 프로그램을 통해 기준치보다 높은지 아니면 낮은지를 판단하여 설정된 기준치보다 냉각수 온도가 높다고 판단될 경우, 냉각수 공급수단(30)이 동작될 수 있도록 제어하고, 수온감지센서(37)에서 감지된 온도가 설정된 기준치보다 낮다고 판단될 경우 냉각수 공급수단의 동작을 중지하여 태양광모듈로 공급되는 냉각수를 차단하도록 제어한다.
그리고, 열교환 유닛(20)으로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단(30)은 지상 또는 지상에서 일정 높이로 냉각수 저장조(32)와, 상기 냉각수 저장조(32)에 저장된 냉각수를 상기 열교환 유닛(20)으로 공급하는 냉각수 공급펌프(34), 상기 냉각수공급펌프에서 배출되는 냉각수를 상기 열교환 유닛(20)까지 공급하는 냉각수 공급호스(36)가 포함된 구성으로 이루어진다.
상기 냉각수 저장조(32)의 내부에는 수위감지센서(도시 생략)가 설치되어, 일정 기준 이하로 냉각수 수위가 낮아질 경우 지하수 또는 별도의 용수 등을 이용한 냉각수가 보충되어 항상 일정 기준 이상의 수위가 유지될 수 있도록 구성된다.
상기 냉각수 공급수단(30)의 동작은 후술하는 컨트롤러부(70)의 제어에 따라 전원이 인가되어 동작될 수 있도록 구성되며, 상기 냉각수 공급수단(30) 및 냉각수 저장조(32)에 냉각수를 자동으로 보충하도록 구성되는 기술은 당업자가 공지된 기술을 조합하여 용이하게 구현 가능하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 열교환 유닛(20)에서 배출된 고온의 냉각수가 저장되는 온수저장조(50)는 단열상태가 유지되도록 구성되어 그 내부에 저장된 온수를 후술하는 세척수단(60)을 이용한 태양광모듈(10) 표면 세척에 이용되거나 실내에서 사용하는 온수로 이용할 수 있도록 구성된다.
상기 온수저장조(50)에 저장된 온수를 실내에서 이용할 수 있도록 상기 온수저장조(50)와 실내의 보일러에서 생성된 온수가 공급되는 온수공급라인(80) 사이에 온수배출관(52)이 설치된다.
그리고, 온수배출관(52)의 말단부에는 압력센서 및 체크밸브가 구비된 온수공급조절수단(54)이 설치되어 실내측 온수공급라인(80)의 압력과 온수배출관(52) 내부의 압력을 실시간으로 압력센서에서 체크하여 컨트롤러부(70)로 전송되고, 컨트롤러부(70)의 제어에 따라 체크밸브의 개폐가 이루어지면서 온수저장조(50)의 온수가 실내로 유입되어 이용할 수 있도록 구성된다.
한편, 태양광모듈(10)의 상부 외측으로는 태양광모듈(10)을 세척하기 위한 세척수단(60)이 구비되는데, 상기 세척수단(60)은 태양광모듈(10)의 외측 상하 또는 좌우로 설치되는 일정 길이의 이동가이드레일(62)과, 상기 양측 이동가이드레일(62)에 양단이 이동 가능하게 고정되어 이동가이드레일(62)을 따라 이동하면서 세척수를 분사하도록 복수개의 세척수 분사노즐(도시안됨)이 구비된 세척수 분배관(64)과, 상기 세척수 분배관(64)의 좌우 이동을 제어하는 스텝모터(66)를 포함하여 이루어지며, 상기 스텝모터(66)의 회전은 컨트롤러부(70)의 제어를 통해 이루어지게 된다.
이와 같이 구성된 상기 세척수단(60)의 세척수 분배관(64)으로 상기 온수저장조(50)에 저장된 온수가 공급되어 태양광모듈(10)의 표면을 세척할 수 있도록 구성되는 것으로, 상기 온수저장조(50)와 세척수 분배관(64) 사이에는 세척수 공급라인(44)과, 상기 세척수 공급라인(44)으로 세척수를 공급하는 세척수 공급펌프(42)가 더 구비된 구성으로 이루어지며, 상기 세척수 공급펌프(42)의 동작은 컨트롤러부(70)의 제어에 따라 그 회전수 및 회전량이 제어되도록 구성된다.
그리고, 상기 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되는 인버터(90)는 상기 컨트롤러부에 전기적으로 연결되어 태양광모듈에서 생산되어 인입되는 전력생산량을 컨트롤러부에서 자동으로 파악할 수 있도록 구성되어 전력생산량을 통해 태양광모듈 표면의 오염정도를 파악, 태양광모듈의 표면 세척이 이루어지도록 구성된다.
한편, 각부를 제어하는 컨트롤러부(70)는 내장된 마이컴()에 저장된 프로그램에 따라 자동/수동으로 상기 냉각수 공급제어와 상기 세척수단(60)의 동작제어 및 상기 세척수 공급수단(40)의 세척수 공급제어 및 실내 난방에 필요한 온수의 공급을 제어하도록 구성된다.
도 3에는 상기 컨트롤러부(70)의 주요 구성 및 상세 동작내용을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러부(70)에는 소정의 마이컴(71)이 구비되어 있으며, 상기 마이컴(71)에는 각부의 종합적인 제어를 위한 중앙제어부가(72)가 구비된다.
즉, 상기 마이컴(71)에는 상기 열교환 유닛으로 냉각수 공급을 제어하기 위한 냉각수 공급제어부(73)와, 냉각수 저장조에 저장되는 냉각수를 관리하는 냉각수 저장관리부(74)와, 상기 열교환 유닛의 말단에서 배출되는 냉각수의 수온을 검출하여 프로그램에 설정된 기준 데이터와 비교하기 위한 냉각수온도 검출/판단부(75)와, 상기 세척수 공급수단으로 세척수의 공급을 제어하는 세척수 공급제어부(76)와, 세척수단의 이동을 제어하는 세척수단 이동제어부(77)와, 온수저장조에서 실내측으로 온수공급을 제어하기 위한 온수배출관리부(78)와, 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되는 인버터측과 연결되어 생산된 전력을 파악하기 위한 발전량감시부(79)가 구비된 구성으로 이루어진다.
이를 좀 더 상술하면, 상기 냉각수 공급제어부(73)는 관리자에 의해 설정된 프로그램의 제어명령에 따라 냉각수 공급펌프(34)의 가동 및 가동시간을 제어하는 것으로, 계절이나 기상 조건에 따라 냉각수 공급량 및 냉각수 공급시간의 제어를 통해 태양광모듈의 온도를 신속하게 저감할 수 있도록 냉각수 공급을 제어한다.
물론, 상기 냉각수 공급제어부(73)는 열교환 유닛의 말단에서 배출되는 냉각수의 수온을 통해 냉각수의 공급량이나 공급속도 등이 결정되어 자동으로 냉각수 공급이 이루어지도록 구성되며, 태양광모듈에 별도로 설치된 온도센서에서 계측된 온도정보를 토대로 냉각수 공급이 자동으로 이루어지도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 냉각수 저장관리부(74)는 냉각수 저장조에 저장된 냉각수가 항상 적정량 유지될 수 있도록 실시간 냉각수량을 감시하여 냉각수량이 기준치 이하로 낮아질 경우 냉각수 공급펌프나 냉각수 공급라인의 제어를 통해 냉각수가 자동으로 공급되어 냉각수 저장조에 일정량 이상의 냉각수가 저장될 수 있도록 관리하게 되며, 이러한 냉각수의 자동 보충은 냉각수 저장조 내부에 설치된 수위감지센서에서 획득된 정보를 토대로 냉각수 보충이 이루어지게 된다.
또한, 상기 냉각수온도 검출/판단부(75)는 냉각수 내출라인에 설치된 냉각수 온도감지센서에서 전송된 신호를 토대로 냉각수 온도를 파악하여 프로그램에 설정된 기준치와 비교, 판단하고, 파악된 냉각수 수온에 따라 상기 중앙제어부(72)에서는 냉각수 공급제어부(73)로 신호를 보내 냉각수 공급이 이루어지도록 제어한다.
즉, 검출된 냉각수 온도가 설정된 기준온도 이상으로 검출될 경우 냉각수 공급량이나 공급속도, 냉각수 공급시간 등을 늘려 냉각수의 순환을 가속화하여 태양광모듈의 온도를 최단시간에 저감할 수 있도록 제어하며, 기준온도 이하로 떨어질 경우 냉각수 공급을 중단하거나 냉각수 공급속도를 낮출 수 있도록 한다.
그리고, 세척수 공급제어부(76)는 태양광모듈의 표면에 필요한 세척수 공급을 제어하는 것으로, 세척수의 공급량이나 공급압력을 조절하게 된다.
즉, 본 발명은 태양광모듈의 전력생산이 정지된 야간에만 태양광모듈 청소가 이루어지도록 구성되는데, 관리자 및 프로그램에 의해 설정된 주기나 시간에 따라 세척수공급제어부(76)는 세척수 공급펌프의 가동을 제어하여 세척수 공급이 이루어지도록 한다.
특히, 상기 세척수 공급제어부(76)는 세척수단 이동제어부(77)에서 출력되는 세척수단 동작 신호와 동시에 세척수 공급이 이루어지도록 세척수 공급을 제어하게 된다.
즉, 관리자 및 프로그램에 의해 설정된 주기나 시간에 따라 세척수단 이동제어부(77)에 신호가 전달되면, 상기 세척수단 이동제어부(77)는 태양광모듈 상단부에 설치된 세척수단으로 신호를 보내 세척수 분배관이 이동가이드레일을 따라 이동을 하도록 제어하고, 세척수단 동작신호가 발생함과 동시에 세척수공급제어부(76)에서는 세척수 공급수단으로 세척수 공급신호를 출력하여 세척수공급펌프 가동을 통해 세척수 공급라인 및 세척수 분배관으로 세척수가 공급되도록 한다.
상기 세척수 분배관(64)의 일단에는 스텝모터(66)가 설치되어 세척수단 이동제어부(77)에서 출력된 신호에 따라 그 회전수가 제어되면서 이동가이드레일(62)에 설치된 세척수 분배관(64)의 이동거리나 동작횟수 등을 제어하게 된다.
상기 세척수 분배관(64)의 좌우 이동은 스텝모터(66) 이외에도 이동가이드레일(62)의 양단에 리미트스위치를 설치하여 리미트스위치의 신호에 따라 세척수 분배관(64)의 좌우 이동을 제어하도록 구성될 수 있으며, 리미트스위치의 감지신호는 상기 마이컴(71)으로 전송되어 세척수 분배관(64)의 왕복이동 상태를 파악하고, 그 왕복이동 상태에 따라 세척수 공급제어부(76)에서는 세척수 공급량 및 공급압력을 제어하여 세척수 공급이 이루어지도록 구성될 수도 있다.
상기 세척수 공급제어부(76)는 세척수단 이동제어부(77)의 제어에 따라 이동되는 상기 세척수단(60)의 초기 이동(좌우 왕복 1~3회)시에는 세척수의 압력 및 세척수량이 비교적 낮거나 적은 상태로 공급되도록 하여 태양광모듈 표면에 세척수가 점적식 분사가 이루어지도록 하고, 초기 이동시에 배출되는 세척수를 이용하여 태양광모듈 표면에 달라붙은 이물질이 불려질 수 있도록 한다.
상기 세척수단 이동제어부(77)의 제어에 따라 세척수 분배관의 초기 이동과정이 끝난 후에, 2차 세척시(4~6회)에는 상기 세척수 공급제어부(76)는 공급되는 세척수의 공급압력을 높게 하여 세척수 분배관에서 배출되는 세척수가 태양광모듈 표면에 강하게 분사가 이루어지도록 하고, 이로 인해 태양광모듈 표면에서 불려진 이물질 등이 강한 수압에 의해 깨끗이 씻겨져 내릴 수 있도록 함으로써, 별도의 세척부재 사용없이 세척수 분사만으로 태양광모듈의 표면청소가 깨끗이 이루어지도록 한다.
한편, 상기 온수배출관리부(78)는 온수저장조에 저장된 온수가 실내의 온수로 사용될 수 있도록 온수저장조에 저장된 온수의 배출을 단속할 수 있도록 한다.
즉, 온수배출관(52)의 말단부에 구비된 온수공급조절수단(54)의 압력센서에서 감지된 온수배출관 및 실내측 온수공급라인의 압력신호가 컨트롤러부(70)의 마이컴(71)으로 전송되도록 구성되는데, 실내의 보일러의 가동으로 온수가 생성되어 온수공급라인(80)을 통해 온수가 공급되는 경우, 상기 온수공급라인(80)과 연결된 온수배출관(52)의 말단측 압력센서에서는 체크밸브 내외측의 압력차이를 감지하여 마이컴(71)으로 신호를 보내게 된다.
마이컴(71)에 수신된 압력데이터는 온수배출관리부(78)를 통해 보일러측 온수공급라인과 온수배출관의 압력차이를 파악하여 보일러측 온수공급라인의 압력이 순간적으로 떨어질 경우(실내에서 온수사용으로 보일러측 온수가 공급되는 상태) 상기 온수공급조절수단으로 신호를 보내 체크밸브가 개방되도록 하여 온수저장조의 온수가 온수공급라인으로 공급되도록 한다.
또한, 실내에서 온수사용이 중지되면 온수공급라인의 온수이동이 중지되면서 온수공급라인 내부가 일정한 보압상태가 유지되면서 온수공급라인 내부와 온수배출관 내부의 압력이 동일하거나 온수공급라인 내부 압력이 더 높게 되면 상기 체크밸브가 닫히도록 하여 온수저장조에서 온수배출관으로 배출되는 온수 공급이 중단되고, 보일러측 온수가 온수배출관으로 유입되는 것을 차단하도록 제어하게 된다.
이와 같이, 상기 온수배출관리부(78)는 온수배출관(52)의 말단부에 구비된 온수공급조절수단(54)의 압력센서 신호를 통해 체크밸브의 개폐를 제어함으로써 온수저장조의 온수를 실내에 공급하거나 차단하도록 제어하게 된다.
그리고, 상기 발전량감시부(79)는 태양광모듈에서 생산된 전력이 인입되는 인버터측의 발전량을 감시하기 위한 것으로, 발전량감시부(79)에서 계측된 발전량이 기준치 이하로 떨어지는 경우 태양광모듈 표면에 오염물이 쌓였거나 또는 태양광모듈의 온도가 높은 것으로 판단하여 냉각수 공급을 통한 냉각이나 세척수 공급을 통해 태양광모듈 표면 세척이 이루어지도록 태양광모듈에서 생산된 전력량 감시를 통해 태양광모듈의 온도저감과 세척이 이루어지도록 한다.
즉, 상기 발전량감시부(79)는 인버터로 인입되는 전력생산량 데이터를 파악하여 전력생산량이 설계치의 전력생산량과 일정 기준 이상 차이가 날 경우 중앙제어부(72)로 신호를 보내고, 중앙제어부(72)는 발전량감시부(79)에서 전달된 신호를 토대로 태양광모듈의 냉각 및 세척시기가 도래하였음을 판단하여 상기 냉각수공급제어부와 세척수공급제어부, 세척수단 이동제어부로 신호를 보내 태양광모듈의 냉각과 세척이 이루어지도록 한다.
상기 태양광모듈의 냉각 및 세척을 판단하기 위한 요소는 상기 열교환유닛에서 배출되는 냉각수의 수온과, 상기 발전량감시부에서 전달된 발전량 감시데이터를 토대로 태양광모듈의 냉각과 세척 여부가 결정된다.
즉, 태양광모듈의 청소 여부는 열교환 유닛에서 배출되는 냉각수 수온이 기준치보다 높고 발전량데이터가 기준치 이하로 낮게 생산되는 두가지 인자가 동시에 만족되는 경우 또는 두 가지 인자 중 어느 한쪽의 데이터가 먼저 검출될 경우 태양광모듈 청소가 이루어지도록 할지 여부는 태양광모듈이 설치되는 지리적 여건이나 기후환경, 주변 여건 등 제반 상황을 토대로 프로그램을 통해 적절한 형태로 태양광모듈의 냉각과 청소가 이루어지도록 제어할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템은 태양광모듈 이면에 설치된 열교환 유닛에서 배출되는 냉각수 온도에 따라 냉각수 공급시기 및 공급량을 조절하고, 태양광모듈 냉각에 이용된 고온수를 온수저장조에 보관하고 있다가 태양광발전이 중지된 야간에 태양광모듈 청소가 이루어지도록 하여 태양광모듈 표면에 달라붙은 각종 이물질의 제거가 용이하게 이루어지도록 한다.
또한, 본 발명은 주간에 태양광 모듈을 냉각하는데 이용된 냉각수가 고온상태가 유지된 상태로 온수저장조에 보관되어 있다가 실내에서 사용하는 온수로 이용될 수 있도록 하여 실내 온수 생산에 가동되는 보일러의 가동시간을 줄여 연료비와 온수 사용에 따른 물의 소모량을 줄일 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예 위주로 본 발명의 특징부를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에 의해 본 발명의 기술적사상을 해치지 않은 범위에서 다양한 변형실시가 가능할 것이다.
10 : 태양광모듈 12 : 태양전지
15 : 고정프레임
20 : 열교환 유닛 22 : 냉각수 공급관
30 : 냉각수 공급수단 32 : 냉각수 저장조
34 : 냉각수 공급펌프 36 : 냉각수 공급라인
37 : 수온감지센서
40 : 세척수 공급수단 42 : 세척수 공급펌프
44 : 세척수 공급라인
50 : 온수저장조 52 : 온수배출관
54 : 온수공급조절수단
60 : 세척수단 62 : 이동가이드레일
64 : 세척수 살수관 66 : 스텝모터
70 : 컨트롤러부 71 : 마이컴
72 : 중앙제어부 73 : 냉각수공급제어부
74 : 냉각수 저장관리부 75 : 냉각수온도 검출/판단부
76 : 세척수 공급제어부 77 : 세척수단 이동제어부
78 : 온수배출관리부 79 : 발전량감시부
80 : 온수공급라인 90 : 인버터
100 : 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템
15 : 고정프레임
20 : 열교환 유닛 22 : 냉각수 공급관
30 : 냉각수 공급수단 32 : 냉각수 저장조
34 : 냉각수 공급펌프 36 : 냉각수 공급라인
37 : 수온감지센서
40 : 세척수 공급수단 42 : 세척수 공급펌프
44 : 세척수 공급라인
50 : 온수저장조 52 : 온수배출관
54 : 온수공급조절수단
60 : 세척수단 62 : 이동가이드레일
64 : 세척수 살수관 66 : 스텝모터
70 : 컨트롤러부 71 : 마이컴
72 : 중앙제어부 73 : 냉각수공급제어부
74 : 냉각수 저장관리부 75 : 냉각수온도 검출/판단부
76 : 세척수 공급제어부 77 : 세척수단 이동제어부
78 : 온수배출관리부 79 : 발전량감시부
80 : 온수공급라인 90 : 인버터
100 : 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템
Claims (5)
- 태양광모듈에서 발생되는 열을 식히도록 태양광모듈의 이면에 설치되어 내부로 냉각수를 흘러 보내는 한 개 이상의 열교환 유닛과(20); 냉각수 저장조에 저장된 냉각수를 상기 열교환 유닛으로 공급하는 냉각수 공급수단(30); 태양광모듈의 상부 외측 상하 또는 좌우로 설치되는 이동가이드레일(62)과, 상기 이동가이드레일(62)에 양단이 이동 가능하게 고정되어 이동가이드레일(62)을 따라 이동하면서 세척수를 분사하도록 복수개의 세척수 분사노즐이 구비된 세척수 살수관(64) 및 상기 세척수 살수관(64)의 이동을 제어하는 스텝모터(66)로 구성되는 세척수단(60); 상기 열교환 유닛(20)을 통과하면서 흡열반응으로 고온상태가 된 냉각수가 냉각수 배출라인을 통해 배출되어 저장되는 온수저장조(50); 컨트롤러부의 제어에 따라 상기 세척수 살수관으로 세척수를 공급하여 태양광모듈의 표면 세척이 이루어지도록 하는 세척수 공급수단(40); 설정된 프로그램에 따라 상기 냉각수 공급수단(30)으로 냉각수 공급을 제어하는 냉각수 공급제어부(73)와, 상기 세척수 공급수단(40)으로 세척수의 공급을 제어하는 세척수 공급제어부(76)와, 상기 세척수단(60)의 이동을 제어하는 세척수단 이동제어부(77) 및 냉각수온도 검출/판단부(75)를 포함하는 마이컴(71)이 구비된 컨트롤러부(70);를 포함하되,
상기 컨트롤러부(70)는 태양광모듈의 온도가 상승되는 주간에 냉각수 공급수단(30)을 통해 세척수를 공급하여 태양광모듈의 이면 온도를 낮출 수 있도록 제어하고, 주간보다 상대적으로 온도가 낮은 야간에 태양광모듈의 냉각에 이용되어 온수저장조(50)에 저장된 고온상태의 냉각수를 상기 세척수단(60)으로 공급하여 태양광모듈의 세척이 이루어지도록 제어하고,
상기 세척수 공급제어부(76)는 세척수 살수관(64)이 태양광모듈의 전체 표면적을 왕복 이동하는 초기동작(1~3회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 저압으로 유지시켜 세척수의 점적식 분사로 태양광모듈 표면에 달라붙은 이물질을 불릴 수 있도록 하고, 상기 세척수 살수관(64)의 2차 이동(4~6회)시에는 공급되는 세척수의 수압을 고압으로 유지시켜 태양광모듈 표면에서 불려진 이물질을 분사노즐에서 분사되는 수압으로 탈리시켜 세척이 이루어지도록 제어하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템. - 제1항에 있어서,
상기 온수저장조(50)는 저장된 온수를 주변 시설물에서 이용할 수 있도록 시설물 실내의 보일러 온수공급라인(80)에 온수배출관(52)으로 연결 설치되고,
상기 온수배출관(52)의 말단부에는 온수배출관(52)의 내측과 보일러의 온수공급라인(80)의 내부 압력상태를 감지하는 압력감지센서 및 상기 압력감지센서에서 감지된 압력 데이터를 수신한 컨트롤러부(70)의 제어에 따라 상기 온수배출관(52)의 개폐를 단속하는 체크밸브가 포함된 온수공급조절수단(54);이 구비된 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광모듈 온도저감 및 세척시스템. - 삭제
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