KR102321357B1 - 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치 - Google Patents

추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102321357B1
KR102321357B1 KR1020190167230A KR20190167230A KR102321357B1 KR 102321357 B1 KR102321357 B1 KR 102321357B1 KR 1020190167230 A KR1020190167230 A KR 1020190167230A KR 20190167230 A KR20190167230 A KR 20190167230A KR 102321357 B1 KR102321357 B1 KR 102321357B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power generation
unit
generation device
lens unit
solar power
Prior art date
Application number
KR1020190167230A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210075768A (ko
Inventor
정구락
김정헌
김효진
김왕기
Original Assignee
한국광기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국광기술원 filed Critical 한국광기술원
Priority to KR1020190167230A priority Critical patent/KR102321357B1/ko
Publication of KR20210075768A publication Critical patent/KR20210075768A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102321357B1 publication Critical patent/KR102321357B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0328—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, semiconductor materials provided for in two or more of groups H01L31/0272 - H01L31/032
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40—Thermal components
    • H02S40/42—Cooling means
    • H02S40/425—Cooling means using a gaseous or a liquid coolant, e.g. air flow ventilation, water circulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치를 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단면이 원형인 반고리 형태를 가지며, 입사되는 태양광을 집광하는 렌즈부와 단면이 타원인 반고리 형태를 가지며, 상기 렌즈부로부터 집광된 광을 반사시키는 반사부 및 상기 렌즈부 및 상기 반사부의 고리의 중앙에 배치되어, 상기 반사부로부터 반사되는 태양광으로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치{Concentrated Photovoltaic Module and Device without Tracker}
본 발명은 추적기를 구비하지 않고 충부한 효율로 태양광 발전을 수행할 수 있는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 들어, 전통적인 화석연료의 매장량이 줄어들고 화석연료로 인한 환경오염이 심각해지면서, 친환경적인 대체 에너지의 활용에 관심이 증가하고 있다. 특히, 태양광을 이용한 태양전지모듈은 오랜 연구를 거치며 축적된 기술로 인해 향후 전통적인 에너지를 대체할 가장 유력한 대체에너지로 각광받고 있다.
이러한 태양전지모듈의 설치용량은 2010년까지 약 30GW에 이르고 있으며, 2020년에는 100GW에 이를 것으로 전망된다. 또한, 국내에서는 태양전지모듈에 관한 수요가 1년에 약 100MW 정도 발생하고 있으며, 태양전지모듈을 이용한 전기 생산 능력은 약 1GW에 달하고 있다. 이러한 국내외 상황을 감안할 때, 태양광 산업은 향후 지속적으로 성장할 것으로 예상된다.
태양에너지를 이용하는 발전 장치로는 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 발전장치와, 태양에너지를 집열장치로 집열한 후에 난방용 또는 온수용으로 사용할 수 있도록 하는 태양열 장치가 있다. 태양광 발전장치든, 태양열 발전장치든 장치 내로 충분한 양의 태양광이 입사되어야 충분한 발전 효율을 확보할 수 있다.
이때, 발전장치의 충분한 발전 효율을 얻기 위해서는 발전 성능을 향상시키는 방법과 입사되는 태양광량을 증가시키는 방법이 있는데, 전자의 방법은 재료 또는 기술의 한계로 인해 이미 발전효율이 포화단계에 이르러 더 이상 발전효율의 향상을 기대하기란 실질적으로 곤란하다. 이에, 발전장치의 발전효율을 향상시키기 위해, 종래의 발전장치는 입사되는 태양광량을 증가시키도록 동작을 한다. 종래의 발전장치는 입사되는 태양광량을 증가시키기 위해, 기존에 일 방향으로 고정되어 설치된 것에서 태양의 이동에 따라 태양의 움직임을 쫓도록 동작한다. 종래의 발전장치가 태양의 움직임을 따라 태양의 방향으로 이동하기에, 어느 고도로 태양이 떠 있더라도 충분한 양의 태양광을 받을 수 있다.
그러나 이와 같이 태양의 이동을 따라 움직이기 위한 추적장치가 부착될 경우, 추적장치의 부착을 위한 과도한 비용이 추가되고, 추적장치의 무게가 태양광 발전장치에 더해져 설치에 어려움이 발생한다. 나아가, 추적장치에 따라 태양광 발전장치가 이동을 할 경우, 태양광 발전장치의 이동에 따라 태양광 발전장치, 특히, 태양광 발전장치를 이동을 관장하는 부위의 내구도를 떨어뜨려 관리에 있어서도 불편함이 발생한다.
본 발명의 일 실시예는, 별도로 태양의 움직임을 쫓지 않더라도 우수한 발전효율을 확보할 수 있는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 단면이 원형인 반고리 형태를 가지며, 입사되는 태양광을 집광하는 렌즈부와 단면이 타원인 반고리 형태를 가지며, 상기 렌즈부로부터 집광된 광을 반사시키는 반사부 및 상기 렌즈부 및 상기 반사부의 고리의 중앙에 배치되어, 상기 반사부로부터 반사되는 태양광으로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 반사부는 상기 렌즈부의 끝단과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 반사부는 상기 렌즈부와 접촉하는 위치로부터 멀어질수록, 상기 반사부의 단면인 타원의 장축이 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전기 에너지 생성부는 냉각수를 유입받는 유입구와 유입된 냉각수를 배출하는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전기 에너지 생성부는 반사부로부터 반사되는 태양광을 이용하여 상기 유입구로 유입되는 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 전기 에너지 생성부는 기 설정된 위치에 태양광을 유입받아 전기에너지로 변환하는 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 태양전지는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 별도로 태양의 움직임을 쫓지 않더라도 우수한 발전효율을 확보할 수 있어, 별도로 태양 움직임의 추적을 위한 구성을 구비할 필요가 없는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 설치예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치 내 렌즈부와 반사부의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치 내 전기 에너지 생성부의 저면도이다.
도 6 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 설치 각도에 따른 집광효율을 시뮬레이션한 결과 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 설치예를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 정면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치(100)는 렌즈부(210), 반사부(220) 및 전기 에너지 생성부(230)를 포함한다.
집광형 태양광 발전장치(100)는 종래의 태양광 발전장치와 유사하게 태양의 궤적 중 일 방향을 향하도록 배치된다. 집광형 태양광 발전장치(100)는 태양의 궤적 중 일 방향을 향하기 위해, 비스듬한 각도(x축이나 지면을 기준으로 x-z 평면상에서의 각도)로 배치된다.
다만, 집광형 태양광 발전장치(100)는 종래와 같이 대면적의 태양전지를 사용하지 않고, 적은 면적을 가지며 고효율을 갖는 태양전지를 사용하여 태양광 발전을 수행한다. 종래의 태양광 발전장치는 상대적으로 변환 효율은 낮으나 가격이 저렴한 실리콘 등의 재료로 구현된 태양전지를 대면적으로 배치함으로써, 수광량을 증가시켜 발전 효율의 향상을 도모하였다. 그러나 이처럼 배치될 경우, 발전 장치의 배치에 있어 많은 면적이 필요로 하고 그럼에도 불구하고 높은 발전량을 기대할 수 없는 불편이 있었다. 이에, 집광형 태양광 발전장치(100)는 어떠한 각도로 태양광이 입사하더라도 이를 태양전지로 집광함으로써 높은 발전효율을 기대할 수 있다. 특히, 태양광을 태양전지로 집광하기에, 종래와 같이 태양의 궤적을 쫓기 위한 추적장치 등을 구비할 필요가 없다.
렌즈부(210)는 반사부(220)보다 상대적으로 태양에 가까운 부분(반사부의 상부)에 위치하여, 입사되는 태양광을 반사부(220) 내로 집광한다.
렌즈부(210)는 단면이 원인 반(半) 고리 형태를 갖는다. 렌즈부(210)는 집광형 태양광 발전장치(100) 내에서 태양광을 최초로 입사받는다. 이때, 태양의 이동 궤적 중 어떠한 위치에 태양이 위치(하루 중 시간의 경과에 따른 태양의 위치)하고 있더라도 태양으로부터 조사되는 태양광을 충분히 입사받을 수 있도록, 렌즈부(210)는 단면으로 원을 갖는 반고리 형태로 구현된다. 단면이 원인 반고리 형태로 구현됨으로써, 렌즈부(210)는 이동 궤적 내 어떤 위치에 태양이 떠 있다 하더라도 균일하게 충분한 양의 태양광을 입사받을 수 있다.
렌즈부(210)는 중앙에 후술할 전기 에너지 생성부(230)가 배치될 수 있는 중심부(215)를 포함한다. 중심부(215)는 렌즈부(210)의 형상인 반 고리 형태의 중앙을 가리키는 것으로, 빈 공간에 해당한다. 중심부(215)의 총 부피는 전기 에너지 생성부(230)가 배치될 수 있도록 전기 에너지 생성부(230)의 부피만큼을 갖는다. 예를 들어, 중심부(215)의 폭은 수 mm로 구현될 수 있다.
렌즈부(210)는 일정한 굴절률을 갖는 재질로 구현되어, 렌즈부(210)로 입사되는 광을 집광한다. 태양광은 렌즈부(210)로 임의의 방향에서 입사될 수 있다. 이와 같이 태양광이 임의의 방향에서 입사되더라도, 반사부(220) 내로 최대한 집광되며, 반사부(220)에서 반사되어 종국적으로 전기 에너지 생성부(230)로 입사될 수 있다.
반사부(220)는 렌즈부(210)보다 상대적으로 태양에 먼 부분(렌즈부의 하부)에 렌즈부(210)와 접촉해 배치되며, 입사되는 태양광을 전기 에너지 생성부(230)로 반사킨다.
반사부(220)는 단면이 타원인 반(半) 고리 형태를 갖는다. 반사부(220)도 렌즈부(210)와 같이 반 고리 형태를 가지나, 렌즈부(210)와 달리 단면이 원이 아닌 타원 형태를 갖는다. 반사부(220)는 렌즈부(210)와 같이 단면이 원이 아닌 타원을 가짐으로써, 반사부(220)로 입사된 태양광을 한점(전기 에너지 생성부)으로 집광할 수 있다. 반사부(220)가 단면이 원인 반 고리 형태를 가질 경우, 렌즈부(210)를 거쳐 반사부(220)로 입사되는 태양광량은 증가하지만, 반사부(220)에서 반사되는 태양광이 전기 에너지 생성부(230)로 집광되는 양보다 집광되지 않고 다시 렌즈부(210)로 반사되어 나가는 태양광량이 증가하게 된다. 반면, 반사부(220)가 단면이 타원인 반 고리 형태를 가질 경우, 렌즈부(210)에서 집광되는 소수의 태양광이 반사부(220)로 입사되지 않고 반사부(220)를 빠져나가는 경우는 발생하지만, 반사부(220)로 입사된 태양광의 대부분은 반사부(220)의 형태에 의해 전기 에너지 생성부(230)로 집광된다.
반사부(220)의 단면은 렌즈부 단면의 지름과 동일한 지름을 장축으로 갖는 타원으로 구현될 수 있으며, 반 고리 형태의 모든 부분에서 균일할 수도 있고, 타원의 장축은 렌즈부(220)와 접촉하는 위치로부터 멀어질수록 증가하는 형태로 구현될 수도 있다. 후자의 경우는 집광형 태양광 발전장치(100)가 배치되었을 때, 반사부(220)가 태양과 멀어지는 방향으로 상대적으로 길어진 모양을 갖는다. 이때, 반사부(220)의 단면(타원)의 장축이 가장 길어졌을때(태양으로부터 가장 먼 반사부의 지점)의 길이는 렌즈부(210) 단면의 지름에 2배일 수 있다. 반사부(220)의 단면(타원)의 장축이 렌즈부 단면의 지름에서 2배에 미치지 못하거나 2배를 초과하는 경우, 반사부(220)의 전기 에너지 생성부(230)로의 집광효율이 떨어지게 된다. 따라서, 반사부(220)는 단면(타원)의 장축이 가장 길어졌을때의 길이를 렌즈부(210) 단면의 지름에 2배만큼 가질 수 있다. 반사부(220)와 렌즈부(210)의 단면의 형태는 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치 내 렌즈부와 반사부의 저면도이다.
도 4(a)를 참조하면, 렌즈부의 단면(410)은 원형이며, 렌즈부가 반고리 형태를 가지고 있음을 확인할 수 있다.
반면, 도 4(b)를 참조하면, 반사부는 타원형 단면(420)을 가지며, 반고리 형태를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 또한, 반사부는 렌즈부와 접촉하는 위치의 면에서는 장축의 길이가 렌즈부의 단면(410)과 동일한 길이를 갖는 타원 형태를 가지며, 렌즈부와 접촉하는 위치로부터 멀어질수록 장축의 길이가 점점 길어지는 형태로 구현될 수 있다.
다시 도 1 내지 3을 참조하면, 반사부(220)는 렌즈부(210)와 동일한 굴절률을 갖는 재질로 구현된다. 반사부(220)가 렌즈부(210)와 동일한 굴절률을 갖지 않을 경우, 렌즈부(210)에서 반사부(220)로 광이 입사하며 다시 굴절되어 전기 에너지 생성부(230)로 집광이 온전히 수행되지 않을 수도 있고, 반사부(220)와 렌즈부(210)가 접하는 표면 부분에서 광의 반사가 발생할 수도 있다. 따라서, 반사부(220)는 렌즈부(210)와 갖는 굴절률을 갖는 재질로 구현된다. 반사부(220)는 렌즈부(210)와 동일한 재질로 구현되기에, 렌즈부(210)와 일체형으로 제조될 수도 있고 별개로 제조되어 접합될 수도 있다.
반사부(220)의 표면(224)은 광을 반사시키는 성분으로 도포된다. 반사부(220)로 입사된 광은 렌즈부(210)와 같이 광이 투과되어서는 안되고, 반사부(220)의 전술한 형태에 따라 반사되어야 한다. 따라서, 반사부(220)의 겉 표면(224)에는 광을 반사시키는 성분이 도포된다. 제작의 편의상 반사부(220)의 겉 표면(224)에 해당 성분이 도포되나, 경우에 따라, 반사부(220) 내부의 표면에 해당 성분이 도포되어도 무방하다.
반사부(220)도 렌즈부(210)와 같이 중앙에 후술할 전기 에너지 생성부(230)가 배치될 수 있는 중심부(228)를 포함한다. 중심부(228)는 반사부(220)의 형상인 반 고리 형태의 중앙을 가리키는 것으로, 빈 공간에 해당한다. 중심부(228)의 총 부피는 전기 에너지 생성부(230)가 배치될 수 있도록 전기 에너지 생성부(230)의 부피만큼을 갖는다. 예를 들어, 중심부(228)의 폭은 수 mm로 구현될 수 있다.
전기 에너지 생성부(230)는 일 부분에 태양전지를 포함하여 집광되는 태양광으로 전기에너지를 생성하며, 냉각수를 유입받아 가열한다. 전기 에너지 생성부(230)에 대해서는 도 5에 상세히 도시되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치 내 전기 에너지 생성부의 저면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치 내 전기 에너지 생성부(230)는 유입구(510), 유출구(미도시) 및 태양전지(520)를 포함한다.
유입구(510) 및 유출구(미도시)는 외부로부터 전기 에너지 생성부(230) 내로 냉각수를 유입받거나, 유입된 냉각수를 유출한다. 전기 에너지 생성부(230)는 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 하는 통로(515)를 포함하여 유입구(510)로부터 유입된 냉각수가 흐를 수 있도록 하고, 통로(515)를 흐르며 가열된 냉각수는 다른 장치에서 재이용될 수 있도록 유출구(미도시)로 유출된다. 냉각수가 유입구(510)로 유입되며, 전기 에너지 생성부(230), 특히, 태양전지(520)를 냉각시킬 수 있으며, 냉각수는 가열되어 재이용될 수 있다.
태양전지(520)는 태양광을 수광하여 전기에너지를 생성한다. 태양전지(520)는 상대적으로 높은 전기에너지 생성 효율을 갖는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현된다. 다만, 태양전지(520)는 종래의 경우와 달리, 소면적으로 구현된다. 도 5에도 도시된 바와 같이, 태양전지(520)는 전기 에너지 생성부(230)의 일 부분에 소면적으로 구현될 수 있다. 반사부(220)가 단면이 타원인 반고리형태를 가지기 때문에, 반사부(220)로 입사된 태양광은 반사부(220)에 의해 거의 점집광되는 수준으로 집광될 수 있다. 이에 따라, 태양전지(520)는 반사부(220)로부터 태양광이 집광되는 위치에 배치되어, 태양광을 이용해 전기 에너지를 생성한다. 집광형 태양광 발전장치는 렌즈부와 반사부를 이용하여, 높은 발전효율을 가지나 고가인 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 태양전지를 적은 면적만을 사용하더라도, 충분한 효율을 가져올 수 있다. 또한, 반사부(2200에 의해 상당량의 태양광이 집광되는데, 태양광이 집광되며 태양전지(520)의 온도는 (냉각수가 흐르더라도) 상당히 상승하게 된다. 이때, 종래의 실리콘 태양전지는 40도가 넘어가면 급격한 발전 효율의 저하를 가져오기 때문에, 태양전지(520)는 3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현된다. 따라서, 종래와 같이 넓은 면적에 태양전지 또는 태양광 패널을 배치하지 않더라도 충분한 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 1 내지 3에는 집광형 태양광 발전장치(100)가 하나의 구성만이 포함된 것으로 도시되어 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전기 에너지 생성부(230)에 태양전지가 기 설정된 간격을 가지고 배치될 수 있으며, 간격마다 배치된 태양전지의 상·하로 반사부와 렌즈부가 배치될 수 있다. 즉, 하나의 통로(515)에 복수 개의 집광형 태양광 발전장치가 배치될 수 있다. 이처럼 배치될 경우, 좁은 면적에도 고효율로 전기 에너지를 생성할 수 있다.
도 6 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광형 태양광 발전장치의 설치 각도에 따른 집광효율을 시뮬레이션한 결과 그래프이다.
도 6 내지 12는 집광형 태양광 발전장치(100)가 태양이 춘분점 또는 추분점을 지나는 궤적을 바라보는 각도(x축이나 지면을 기준으로 x-z 평면상에서의 각도)로 배치된 상황에서, y축 방향으로 각도를 달리하였을 때의 집광효율을 시뮬레이션 한 결과 그래프이다. 도 6(a) 및 도 7 내지 도 12는 집광형 태양광 발전장치(100)의 전기 에너지 생성부(230)가 위치한 평면으로 입사되는 광량(도 6(b) 참조)을 도시한 그래프이다.
도 6은 집광형 태양광 발전장치(100)가 y축 방향으로 일정 각도일 경우에서의 그래프이며, 도 7 내지 12는 도 6으로부터 각각 y축 방향으로 10°만큼씩 회전시킨 경우에서의 그래프이다.
도 6 내지 10에서 확인할 수 있듯이, 렌즈부(210)에 의해 집광되고 반사부(220)에 의해 반사되며, 집광형 태양광 발전장치(100)로 입사한 태양광의 대부분은 태양전지(520)가 위치한 부분으로 점집광된다. 나머지 부분에 비해, 압도적인 비율로 태양광이 태양전지(520)로 집광되고 있음을 확인할 수 있다. 이를 참조하면, 종래의 발전장치와 같이 대면적의 태양광 패널을 구비하거나 태양의 궤적을 추적하는 추적장치 등을 구비하지 않더라도, 집광형 태양광 발전장치(100)는 우수한 발전효율을 가질 수 있다.
도 11 및 12에서 확인할 수 있듯이, 집광형 태양광 발전장치(100)가 y축 방향으로 일정 각도로부터 50° 또는 60° 만큼 회전된 경우임에도, 충분한 양의 태양광이 입사하고 있음을 확인할 수 있으며, 태양전지(520)로 가장 많은 광이 집광되고 있음을 확인할 수 있다.
도 13은 반사부 단면의 면적을 달리하였을 때의 집광효율에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 반사부(220) 단면의 면적은 렌즈부(210) 단면의 면적보다 작은 것을 확인할 수 있다. 렌즈부(210)와 접촉하는 부분에서의 반사부(220) 단면은 타원의 장축이 렌즈부 단면의 지름과 동일한 길이를 갖기 때문이다. 도 13은 반사부 단면과 렌즈부 단면의 면적 비율(반사부 단면의 면적/렌즈부 단면의 면적)이 도 12에서의 그것보다 더 작아진 경우에서의 시뮬레이션 결과이다. 도 13에서의 결과는 집광형 태양광 발전장치(100)가 도 12와 동일한 조건으로 배치되며, 전술한 비율만이 도 12와 상이한 상황에서의 결과이다. 도 13에서의 반사부는 단면의 면적이 보다 작아졌기 때문에, 렌즈부에서 집광되어 반사부로 입사되는 광량이 상대적으로 줄어들게 된다. 따라서, 태양전지(520)로 집광되는 광량이 상대적으로 줄어든 것을 확인할 수 있다.
도 14는 집광형 태양광 발전장치가 태양이 하지점을 지나는 궤적을 바라보는 각도로 배치된 경우에서의 집광효율에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.
도 14에서의 결과는 집광형 태양광 발전장치(100)가 도 12와 동일한 조건으로 배치되며, 태양을 바라보는 각도가 태양이 하지점을 지나는 궤적을 향하도록 한 점만이 달라졌다. 태양이 하지점을 지나는 궤적을 향하도록 배치될 경우, 집광형 태양광 발전장치(100)는 지나치게 높은 고도를 향하도록 배치됨에 따라 평균적으로 입사되는 광량이 상대적으로 감소한 것을 확인할 수 있다.
전술한 결과를 참조할 때, 집광형 태양광 발전장치(100)는 적절한 각도(태양의 이동 궤적을 바라보는 각도 및 y축 방향으로의 각도)를 배치할 경우, 별도로 태양의 궤적을 쫓지 않더라도 충분한 발전 효율을 기대할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 집광형 태양광 발전장치
210: 렌즈부
215, 228: 중심부
220: 반사부
224: 반사부 표면
230: 전기 에너지 생성부
410, 420: 단면
510: 유입구
515: 통로
520: 태양전지

Claims (7)

  1. 단면이 원형인 반고리 형태를 가지며, 입사되는 태양광을 집광하는 렌즈부;
    단면이 타원인 반고리 형태를 가지며, 상기 렌즈부로부터 집광된 광을 반사시키는 반사부; 및
    상기 렌즈부 및 상기 반사부의 고리의 중앙에 배치되어, 상기 반사부로부터 반사되는 태양광으로부터 전기에너지를 생성하는 전기 에너지 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 렌즈부의 끝단과 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는,
    상기 렌즈부와 접촉하는 위치로부터 멀어질수록, 상기 반사부의 단면인 타원의 장축이 증가하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전기 에너지 생성부는,
    냉각수를 유입받는 유입구와 유입된 냉각수를 배출하는 유출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기 에너지 생성부는,
    반사부로부터 반사되는 태양광을 이용하여 상기 유입구로 유입되는 냉각수를 가열하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기 에너지 생성부는,
    기 설정된 위치에 태양광을 유입받아 전기에너지로 변환하는 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 태양전지는,
    3(Ⅲ)-5(Ⅴ)족 화합물로 구현되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전장치.
KR1020190167230A 2019-12-13 2019-12-13 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치 KR102321357B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190167230A KR102321357B1 (ko) 2019-12-13 2019-12-13 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190167230A KR102321357B1 (ko) 2019-12-13 2019-12-13 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210075768A KR20210075768A (ko) 2021-06-23
KR102321357B1 true KR102321357B1 (ko) 2021-11-03

Family

ID=76599263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190167230A KR102321357B1 (ko) 2019-12-13 2019-12-13 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102321357B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170108681A1 (en) 2014-05-29 2017-04-20 1930106 Ontario Limited Multi-unit space-efficient light-concentrating lens assembly
JP6319318B2 (ja) 2013-10-31 2018-05-09 住友電気工業株式会社 集光型太陽光発電ユニット、集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル及び集光型太陽光発電装置
JP2018072826A (ja) 2016-10-25 2018-05-10 国立大学法人信州大学 集光ユニット及び太陽光受光装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6319318B2 (ja) 2013-10-31 2018-05-09 住友電気工業株式会社 集光型太陽光発電ユニット、集光型太陽光発電モジュール、集光型太陽光発電パネル及び集光型太陽光発電装置
US20170108681A1 (en) 2014-05-29 2017-04-20 1930106 Ontario Limited Multi-unit space-efficient light-concentrating lens assembly
JP2018072826A (ja) 2016-10-25 2018-05-10 国立大学法人信州大学 集光ユニット及び太陽光受光装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210075768A (ko) 2021-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
El Gharbi et al. A comparative study between parabolic trough collector and linear Fresnel reflector technologies
CN102103258B (zh) 基于碟式聚光的太阳能二次聚光分频方法及其装置
WO2013099370A1 (ja) 太陽光・熱ハイブリッド発電システム
Islam et al. An overview of Concentrated Solar Power (CSP) technologies and its opportunities in Bangladesh
CN103219409A (zh) 具有旋转光伏电池组合件的聚光型与非聚光型的太阳能光伏系统
KR101997761B1 (ko) 집광형 및 평판형 하이브리드 태양전지를 이용한 태양광 및 태양열 복합발전시스템 및 발전방법
KR101118443B1 (ko) 집광형 태양전지모듈
CN202083827U (zh) 基于碟式聚光的太阳能二次聚光分频装置
KR100755505B1 (ko) 태양전지-태양열에너지 병합장치
KR101221958B1 (ko) 태양에너지를 활용한 복합 에너지 변환장치
US10153726B2 (en) Non-concentrated photovoltaic and concentrated solar thermal hybrid devices and methods for solar energy collection
Al-Chaaban et al. Comparative study on photovoltaic and thermal solar energy concentrators
KR102321357B1 (ko) 추적기가 없는 집광형 태양광 발전모듈 및 장치
Schenk et al. Energetic comparison of linear Fresnel and parabolic trough collector systems
KR101884790B1 (ko) 플렉서블 하이브리드 태양전지
CN210440172U (zh) 一种能实现全天发电的太阳能发电系统
CN202977491U (zh) 一种槽式复合抛物面聚光发电组件
Darwish et al. Toward implementing HH the Amir declaration of 2% electricity generation by solar energy in 2020
KR101056941B1 (ko) 접시형 태양열 집열장치
KR102319120B1 (ko) 형광체를 포함하는 태양광/태양열 발전장치 및 그의 제조방법
KR101418049B1 (ko) 타워형 태양에너지 발전장치
KR102063930B1 (ko) 태양광-태양열 흡수 모듈 및 이를 포함하는 전력 발생 시스템
KR20140144353A (ko) 열에너지를 재활용하는 집광형 태양전지
TW432146B (en) A device provided in a casing with a latch for an insert, a casing including a latch, and a method of mounting a latch in a casing
US20240223124A1 (en) Solar concentrator assembly

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant