KR102515995B1 - 열교환 도료를 적용한 태양광 패널 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 태양광을 수광하여 전기를 생성하는 다수의 PV모듈(111)이 격자 형태로 배열된 패널프레임(110), 패널프레임(110)의 후면을 지지하여 지면에 고정시키는 지지대(120), 및 패널프레임(110)의 후면에 일정간격으로 이격되어 지지대(120)에 고정되며, 패널프레임(110)에 대향하는 상부면에 일정두께로 열교환도료가 도포되고, 지지대(120)에 탈부착되는 구조로 결합되는 열저감패널(130)을 포함하며, 열교환도료는 구형상의 중공체 표면에 칼슘화합물로 감싸진 열교환분자를 주성분으로 함유하여 열에너지를 운동에너지와 전기에너지로 변환하여 열에너지 전달을 감소시키고, 25℃ 이하의 온도에서는 열교환분자의 분자운동이 정지하여 열에너지을 축적하고 25℃ 이상의 온도에서는 열교환분자의 분자운동에 의해 열에너지를 소모하여 복사열 방출량을 감소시켜 온도상승을 억제하는 친수성 페인트이어서, PV모듈(111)의 온도를 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화하는, 열교환 도료를 적용한 태양광 패널을 개시한다.
Description
본 발명은 열교환도료가 도포된 열저감패널을 통해서 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화할 수 있는, 열교환 도료를 적용한 태양광 패널에 관한 것이다.
통상, 건축물의 옥상, 내외벽 및 보도 등에는 시각적 측면을 고려한 마감재로 페인트 등이 도포되고 있으며, 페인트 등과 같은 도료가 단순히 심미적인 효과 상승을 일으키는 재료뿐만 아니라, 특별한 기능을 발휘하는 마감재로 여겨지고 있다.
예컨대, 다양한 색상을 가지면서도 방수 및 단열 기능을 갖는 도료가 개발되고 있고, 이와 같은 도료 개발은 현장에서 많이 요구되고 있으며 필요성 또한 커지고 있다.
이에, 다기능 도료의 요구에 맞춰 다양한 도료제가 개발되고 있으며, 그 중에 하나로 단열 기능을 갖는 차열도료가 개발되어 시판되고 있으며, 대다수의 차열도료는 구조물의 벽면이나 바닥 면에 도장을 한 직후에 태양광을 반사하는 방식의 도료로서, 일정 수준의 단열 효과를 나타내고 있다.
한편, 이와 같은 차열도료는 열반사 방식의 차열로 복사열이 증가하고, 표면오염시 열반사량이 감소하여 기능이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 차열도료를 대체하여, 열교환도료가 도포된 열저감패널을 태양광패널에 적용하여 PV모듈의 발전효율을 극대화할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 열교환도료가 도포된 열저감패널을 통해서 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화할 수 있는, 열교환 도료를 적용한 태양광 패널을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 실시예는, 태양광을 수광하여 전기를 생성하는 다수의 PV모듈이 격자 형태로 배열된 패널프레임; 상기 패널프레임의 후면을 지지하여 지면에 고정시키는 지지대; 및 상기 패널프레임의 후면에 일정간격으로 이격되어 상기 지지대에 고정되며, 상기 패널프레임에 대향하는 상부면에 일정두께로 열교환도료가 도포되고, 상기 지지대에 탈부착되는 구조로 결합되는 열저감패널;을 포함하며, 상기 열교환도료는 구형상의 중공체 표면에 칼슘화합물로 감싸진 열교환분자를 주성분으로 함유하여 열에너지를 운동에너지와 전기에너지로 변환하여 열에너지 전달을 감소시키고, 25℃ 이하의 온도에서는 열교환분자의 분자운동이 정지하여 열에너지를 축적하고 25℃ 이상의 온도에서는 열교환분자의 분자운동에 의해 열에너지를 소모하여 복사열 방출량을 감소시켜 온도상승을 억제하는 친수성 페인트인, 열교환 도료를 적용한 태양광 패널을 제공한다.
여기서, 상기 패널프레임의 후면에는 상기 열교환도료로 도포된 도막층이 일정 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 패널프레임의 후면에는 상기 도막층의 온도를 계측하는 온도센서가 형성되고, 상기 열저감패널은 승강모듈을 구비하고, 상기 온도센서에 의해 계측된 온도에 따라 상기 승강모듈이 상기 지지대에 의해 가이드되어 승강하여 상기 패널프레임과 이격거리를 조정하여 상기 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 유지되도록 할 수 있다.
또한, 상기 열저감패널의 면적은 상기 패널프레임의 면적보다 크도록 형성되고, 상기 지지대는 상기 패널프레임의 각 모서리를 지지하는 4개의 스터드볼트로 이루어지고, 상기 승강모듈은 상기 열저감패널의 테두리 영역에 관통된 홀에 고정되어 상기 스터드볼트에 각각 나사체결하는 부시와, 상기 스터드볼트를 각각 정역회전시키는 전기모터와, 상기 온도에 따라 상기 전기모터를 연동하여 구동하는 컨트롤러로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 패널프레임과 상기 열저감패널 사이를 통과하는 바람의 속도와 풍향을 계측하는 바람센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도센서에 의한 계측값과 상기 바람센서에 의한 계측값에 따라 상기 전기모터를 연동하여 구동하여 상기 패널프레임과 상기 열저감패널 사이의 이격거리를 조정할 수 있다.
또한, 상기 열저감패널의 4개의 모서리영역에 송풍모듈이 형성되고, 상기 컨트롤러는 상기 온도센서에 의한 계측값과 상기 바람센서에 의한 계측값에 따라 상기 송풍모듈을 구동하여 풍향과 동일한 방향으로 송풍하도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열교환도료가 도포된 열저감패널을 통해서 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화할 수 있고, 열저감패널의 승강높이를 조절하여 외부환경의 영향에 따른 PV모듈의 발전효율 변동을 최소화할 수 있고, 열저감패널의 탈거없이 표면을 청소하여 열저감효율을 유지하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 구현도를 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 승강모듈을 예시한 것이다.
도 4는 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 송풍모듈을 예시한 것이다.
도 5는 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 청소모듈을 예시한 것이다.
도 6은 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 열저감패널의 확장구조를 각각 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 구현도를 예시한 것이다.
도 3은 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 승강모듈을 예시한 것이다.
도 4는 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 송풍모듈을 예시한 것이다.
도 5는 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 청소모듈을 예시한 것이다.
도 6은 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 열저감패널의 확장구조를 각각 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 실시예에 의한 열교환 도료를 적용한 태양광 패널은, 태양광을 수광하여 전기를 생성하는 다수의 PV모듈(111)이 격자 형태로 배열된 패널프레임(110), 패널프레임(110)의 후면을 지지하여 지면에 고정시키는 지지대(120), 및 패널프레임(110)의 후면에 일정간격으로 이격되어 지지대(120)에 고정되며, 패널프레임(110)에 대향하는 상부면에 일정두께로 열교환도료가 도포되고, 지지대(120)에 탈부착되는 구조로 결합되는 열저감패널(130)을 포함하며, 열교환도료는 구형상의 중공체 표면에 칼슘화합물로 감싸진 열교환분자를 주성분으로 함유하여 열에너지를 운동에너지와 전기에너지로 변환하여 열에너지 전달을 감소시키고, 25℃ 이하의 온도에서는 열교환분자의 분자운동이 정지하여 열에너지를 축적하고 25℃ 이상의 온도에서는 열교환분자의 분자운동에 의해 열에너지를 소모하여 복사열 방출량을 감소시켜 온도상승을 억제하는 친수성 페인트이어서, PV모듈(111)의 온도를 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화하는 것을 요지로 한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 전술한 구성의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 패널프레임(110)은 태양고도에 따라 일정각도 경사져 형성되고, 태양광을 수광하여 전기를 생성하도록 격자 형태로 배열된 다수의 PV모듈(photovoltaic module)(111)을 포함한다.
다음, 지지대(120)는 패널프레임(110)의 후면에 결합되어 패널프레임(110)을 지지하여 지면에 고정시키도록 한다.
다음, 열저감패널(130)은 패널프레임(110)의 후면에 일정간격, 바람직하게는 법선방향으로 20cm로 이격되어 지지대(120)에 결합되며, 패널프레임(110)에 대향하는 상부면에 일정두께로 열교환도료가 도포되어 열교환층(131)을 형성하고, 지지대(120)에 탈부착되는 구조로 결합된다.
여기서, 열교환도료는 구형상의 중공체 표면에 고분자의 칼슘화합물로 감싸진 열교환분자를 주성분으로 함유하여, 열에너지를 운동에너지와 전기에너지로 변환하여 열에너지 전달을 감소시키고, 25℃ 이하의 온도에서는 열교환분자의 분자운동이 정지하여 열에너지를 축적하여 보온효과를 제공하고, 25℃ 이상의 온도에서는 열교환분자의 분자운동에 의해 열에너지를 소모하여 복사열 방출량을 감소시켜 PV모듈(111)의 온도상승을 억제하는 친수성 페인트일 수 있다.
이와 같은 열교환도료에 의해, 25℃의 온도에서 최대 출력을 제공하는 PV모듈(111)이 과열되거나 과냉각되는 것을 방지하여 외부온도변화에도 일정한 출력효율을 제공하도록 하고, 친수성 페인트로서 이물질로 인한 표면오염이 최소화될 수 있다.
또는, 고분자의 칼슘화합물 열교환분자로 감싸진 구형체의 외면에 무기재료로 감싸져서 무기재료는 열교환분자로 감싸진 구형체의 열화 또는 마모를 방지하도록 할 수도 있고, 고분자의 칼슘화합물 열교환분자를 대체하여 복합 금속 산화물층 적용될 수 있으며, 복합 금속 산화물층은 산화텅스텐(WO3) 분말 100 중량부에 대하여, 세슘 산화물 분말 2 내지 10 중량부, 산화 안티몬 분말 및 산화 주석 분말 0.1 내지 1 중량부를 포함하는 복합 금속 산화물 분말 10 내지 30 중량부를 유기용매 100 중량부와 혼합한 후 구형 고분자 재료의 표면에 코팅하여 형성시킬 수 있다.
한편, 도 3의 (a)를 참고하면, 패널프레임(110)의 후면에는, 앞서 언급한 열교환도료로 도포된 도막층(112)이 일정 두께로 형성되어서, 지면으로부터의 복사열 또는 열저감패널(130)의 상부 표면으로부터의 반사열 또는 복사열이 PV모듈(111)로 직접 전달되지 않도록 할 수 있다.
또한, 패널프레임(110)의 후면에는 도막층(112)의 온도를 계측하는 온도센서(141)가 형성되고, 열저감패널(130)은 승강모듈(142)을 구비하여 지지대(120)를 따라 승강하도록 구성되고, 온도센서(141)에 의해 실시간으로 계측된 온도에 따라 승강모듈(142)이 지지대(120)에 의해 가이드되어 승강하여서 패널프레임(110)과 이격거리를 조정하여 PV모듈(111)의 온도를 일정범위내에서 유지되도록 할 수 있다.
예컨대, 20cm를 기준으로, 도막층(112)의 온도가 미리설정된 온도를 초과하면 패널프레임(110)과 이격거리가 20cm보다 크도록 열저감패널(130)을 하강시켜서, 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 공간을 확장시켜 공기유동이 보다 원활하도록 하고, 열저감패널(130)로부터의 잔존열이 패널프레임(110)에 도달하기 전에 급격히 소멸되도록 하고, 도막층(112)의 온도가 미리설정된 온도에 미달하면 패널프레임(110)과 이격거리가 20cm보다 작도록 열저감패널(130)을 상승시켜서, 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 공간을 좁혀 공기유동을 방해하여 보온효과가 제공되도록 하고, 열저감패널(130)로부터의 잔존열이 소멸하기 전에 패널프레임(110)에 도달되도록 하여서, 일정온도범위내에서 유지되도록 할 수 있다.
또한, 열저감패널(130)의 면적은 패널프레임(110)의 면적보다 1.2 내지 1.3의 비율로 크도록 형성되어서, 지면으로부터의 복사열이 열저감패널(130)에 의해 차단되어 패널프레임(110)에 직접적으로 도달하여 과도하게 온도가 상승하는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 도 3을 참고하면, 지지대(120)는 패널프레임(110)의 각 모서리를 지지하는 4개의 스터드볼트로 이루어지고, 승강모듈(142)은 열저감패널(130)의 테두리 영역에 관통된 홀에 고정되어 스터드볼트에 각각 나사체결하는 부시(143)와, 스터드볼트를 베벨기어단을 통해 각각 정역회전시키는 전기모터(144)와, 온도에 따라 각 전기모터(144)를 연동하여 구동하는 컨트롤러(145)로 이루어져서, 도 3의 (a)에 예시된 바와 같이 열저감패널(130)을 승강시킬 수 있다.
여기서, 컨트롤러(145)는, 과거 빅데이터로 축적된 하루중 태양고도별과 날씨별과 월별과 계절별 PV모듈(111)의 온도 및 온도에 따른 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 이격거리의 학습데이터를 미리 학습하여 구축된 인공지능기반 알고리즘을 통해, 온도센서(141)에 의해 실시간으로 계측되는 온도를 입력으로 하여 이격거리를 도출하여 전기모터(144)를 구동하여서, PV모듈(111)의 온도를 최적화하여 PV모듈(111)에 의한 발전효율을 극대화화하도록 할 수도 있다.
또한, 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이를 통과하는 바람의 속도와 풍향을 계측하는 바람센서(wind sensor)(151)를 더 포함하고, 컨트롤러(145)는 온도센서(141)에 의한 계측값과 바람센서(151)에 의한 계측값에 따라 전기모터(144)를 연동하여 구동하여 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 이격거리를 조정하도록 하여서, 온도센서(141)에 의해 계측된 온도가 미리설정되어 발전효율을 최대화하기 위한 기준값보다 높은 상황에서, 풍속이 미리설정된 기준값보다 낮은 경우, 컨트롤러(145)는 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 이격거리를 확장시켜 공기유동이 보다 원활히 이루어지도록 하여 적정온도로 낮아지도록 하고, 온도센서(141)에 의해 계측된 온도가 미리설정되어 발전효율을 최대화하기 위한 기준값보다 낮은 상황에서, 풍속이 미리설정된 기준값보다 높은 경우, 컨트롤러(145)는 패널프레임(110)과 열저감패널(130) 사이의 이격거리를 좁혀 열저감패널(130)로부터의 잔존열이 패널프레임(110)에 도달하도록 하여 적정온도로 높아지도록 할 수도 있다.
또한, 도 4를 참고하면, 열저감패널(130)의 4개의 모서리영역 또는 4개의 변영역에 송풍모듈(161)이 각각 형성되고, 컨트롤러(145)는 바람센서(151)에 의한 계측값에 따라 송풍모듈(161)을 구동하여 풍향과 동일한 방향으로 순방향으로 여과된 공기를 배기하도록 송풍하고, 역방향으로 흡기하도록 송풍하여서, 열저감패널(130)의 표면에 부착된 이물질 등을 제거하여 열저감효율을 유지하도록 할 수도 있다.
또한, 도 5를 참고하면, 열저감패널(130)의 표면에는 상하방향 또는 좌우방향으로 슬라이딩 이동하는 클리닝 모듈(162)이 형성되어서, 열저감패널(130)의 탈거없이도, 열저감패널(130)의 표면에 부착되는 외부 이물질을 주기적으로 제거하여 열저감효율을 유지하도록 할 수 있다.
예컨대, 클리닝 모듈(162)은 열저감패널(130)의 테두리 외측을 안내하는 가이드(162a)와, 열저감패널(130)의 표면을 따라 이동하는 휠(162b)과, 열저감패널(130)의 표면에 밀착되어 회전하여 이물질을 제거하는 회전솔(162c)로 구성될 수 있어서, 컨트롤러(145)는 미세먼지농도가 기준값 이상인 날씨와 강우 후와 강설 후에 일정시간이 경과후 열저감패널(130)의 표면을 청소하도록 할 수 있다.
도 6은 도 2의 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 열저감패널의 확장구조를 각각 예시한 것으로, 이를 참조하면, 도 6의 (a)에 예시된 바와 같이, 열저감패널(130)의 열교환층(131)은 굴곡진 베이스판에 물결패턴 또는 톱니패턴으로 도포되어 열교환도료의 도포면적으로 확장시켜 열저감효율을 최대화할 수 있고, 도 6의 (b)에 예시된 바와 같이, 열교환층(131)이 도포된 열저감패널(130)은 복수의 단위모듈로 분할 형성되고, 실린더의 스트로크에 의해 각 단위모듈이 폴딩되는 구조로 이루어져 날씨별 요인 또는 계절별 요인 또는 에 PV모듈(111)의 온도변화에 따라 열저감패널(130)을 접거나 펼치도록 하여 열저감효율을 최대화하여 발전효율을 극대화하도록 할 수도 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 열교환 도료를 적용한 태양광 패널의 구성에 의해서, 열교환도료가 도포된 열저감패널을 통해서 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 적정수준으로 유지하여 발전효율을 극대화할 수 있고, 열저감패널의 승강높이를 조절하여 외부환경의 영향에 따른 PV모듈의 발전효율 변동을 최소화할 수 있고, 열저감패널의 탈거없이 표면을 청소하여 열저감효율을 유지하도록 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 패널프레임 111 : PV모듈
112 : 도막층 120 : 자자대
130 : 열저감패널 131 : 열교환층
141 : 온도센서 142 : 승강모듈
143 : 부시 144 : 전기모터
145 : 컨트롤러 151 : 바람센서
161 : 송풍모듈 162 : 클리닝 모듈
112 : 도막층 120 : 자자대
130 : 열저감패널 131 : 열교환층
141 : 온도센서 142 : 승강모듈
143 : 부시 144 : 전기모터
145 : 컨트롤러 151 : 바람센서
161 : 송풍모듈 162 : 클리닝 모듈
Claims (6)
- 태양광을 수광하여 전기를 생성하는 다수의 PV모듈이 격자 형태로 배열된 패널프레임;
상기 패널프레임의 후면을 지지하여 지면에 고정시키는 지지대; 및
상기 패널프레임의 후면에 일정간격으로 이격되어 상기 지지대에 고정되며, 상기 패널프레임에 대향하는 상부면에 일정두께로 열교환도료가 도포되고, 상기 지지대에 탈부착되는 구조로 결합되는 열저감패널;을 포함하며,
상기 열교환도료는 구형상의 중공체 표면에 칼슘화합물로 감싸진 열교환분자를 주성분으로 함유하여 열에너지를 운동에너지와 전기에너지로 변환하여 열에너지 전달을 감소시키고, 25℃ 이하의 온도에서는 열교환분자의 분자운동이 정지하여 열에너지을 축적하고 25℃ 이상의 온도에서는 열교환분자의 분자운동에 의해 열에너지를 소모하여 복사열 방출량을 감소시켜 온도상승을 억제하는 친수성 페인트인이고,
상기 패널프레임의 후면에는 상기 열교환도료로 도포된 도막층이 일정 두께로 형성되며,
상기 패널프레임의 후면에는 상기 도막층의 온도를 계측하는 온도센서가 형성되고, 상기 열저감패널은 승강모듈을 구비하고, 상기 온도센서에 의해 계측된 온도에 따라 상기 승강모듈이 상기 지지대에 의해 가이드되어 승강하여 상기 패널프레임과 이격거리를 조정하여 상기 PV모듈의 온도를 일정범위내에서 유지되도록 하며,
상기 열저감패널의 면적은 상기 패널프레임의 면적보다 크도록 형성되고, 상기 지지대는 상기 패널프레임의 각 모서리를 지지하는 4개의 스터드볼트로 이루어지고, 상기 승강모듈은 상기 열저감패널의 테두리 영역에 관통된 홀에 고정되어 상기 스터드볼트에 각각 나사체결하는 부시와, 상기 스터드볼트를 각각 정역회전시키는 전기모터와, 상기 온도에 따라 상기 전기모터를 연동하여 구동하는 컨트롤러로 이루어지되,
상기 패널프레임과 상기 열저감패널 사이를 통과하는 바람의 속도와 풍향을 계측하는 바람센서를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 온도센서에 의한 계측값과 상기 바람센서에 의한 계측값에 따라 상기 전기모터를 연동하여 구동하여 상기 패널프레임과 상기 열저감패널 사이의 이격거리를 조정하는 것을 특징으로 하는,
열교환 도료를 적용한 태양광 패널.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 열저감패널의 4개의 모서리영역에 송풍모듈이 형성되고,
상기 컨트롤러는 상기 온도센서에 의한 계측값과 상기 바람센서에 의한 계측값에 따라 상기 송풍모듈을 구동하여 풍향과 동일한 방향으로 송풍하도록 하는 것을 특징으로 하는,
열교환 도료를 적용한 태양광 패널.
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| KR1020220165552A KR102515995B1 (ko) | 2022-12-01 | 2022-12-01 | 열교환 도료를 적용한 태양광 패널 |
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