KR102645928B1 - 염전형 양면수광 태양광 발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 간격 떨어진 적어도 2개의 경사진 양면수광 태양전지판들; 염전의 바닥에 설치되며, 상기 양면수광 태양전지판들 각각을 지지하는 프레임; 및 이웃하는 태양전지판들 사이에 위치되며, 상기 프레임을 가이드 삼아 염전의 수위에 따라 염수의 부력에 의해 상하강하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 염전의 수위 변화에 즉각 대응할 수 있어, 염수 유무, 염수 탁도, 염분 농도에 상관없이, 일정하게 발전할 수 있다.

Description

염전형 양면수광 태양광 발전시스템{Double-sided photovoltaic power generation system installed in salt field}

본 발명은 염전형 태양광 발전시스템에 관한 것이다.

염전은 소금 생산을 위해서 햇빛과 바람이 풍부한 입지 조건을 가지고 있어, 태양광 발전에도 최적의 기후 조건이라, 태양광 발전시설이 많이 설치되고 있다.

일 예로, 한국공개특허(10-2020-0124979, 이하 “종래기술”이라 함)에서는, 태양광 패널이 상부 태양광 패널과 하부 태양광 패널의 2식으로 구성되어, 상부 태양광 패널은 직사광을 받는 방향으로 설치하고, 하부 태양광 패널은 염수에 의해 반사되는 빛(반사광)을 최대한 흡수할 수 있도록 설치된다. 또한, 소금 생산 기간에는 염수에 대한 반사광 각도를 고려하여 각도를 결정하고, 염도가 기준값보다 낮은 경우 하부 태양광 패널의 각도를 조절한다. 이로 인해, 염전을 운영하지 않는 기간은 소금 생산을 대신하여 태양광 발전량을 증대시키고, 염전을 운영하는 기간은 직사광뿐만 아니라 염수에 의한 반사광까지 흡수하도록 함으로써 태양광 발전량을 증대시킨다.

그러나, 염전을 운영하는 동안 염전의 수위는 계속 변하고, 염수 탁도 및 염분 농도 또한 계속 변하는데, 이에 일일이 대응하여 하부 태양광 패널 각도를 계속 조절하는 것은 매우 어려운 일이다. 또한, 염전을 운영하지 않는 기간에는 염수에 의한 반사광이 없으므로 발전효율이 현저히 떨어진다.

한국공개특허(10-2020-0124979)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 염전형 양면수광 태양광 발전시스템은,

일정 간격 떨어진 적어도 2개의 경사진 양면수광 태양전지판들;

염전의 바닥에 설치되며, 상기 양면수광 태양전지판들 각각을 지지하는 프레임; 및

이웃하는 태양전지판들 사이에 위치되며, 상기 프레임을 가이드 삼아 염전의 수위에 따라 염수의 부력에 의해 상하강하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 양면수광 태양전지판을 사용하므로, 전면 태양전지판뿐만 아니라 반사판에 의해 후면 태양전지판으로 반사되는 태양광으로도 발전할 수 있어, 발전효율이 높다.

본 발명은, 염수 유무, 염수 탁도, 염분 농도와 관계없이, 반사판에 의해 태양광이 양면수광 태양전지판 후면으로 반사되므로, 발전효율이 높다.

본 발명은, 염전을 운영하지 않는 기간에도 반사판에 의해 태양광을 후면 태양전지판으로 반사할 수 있어, 발전효율이 여전히 높다.

본 발명은, 반사판이 염전의 수위에 따라 반사판이 상하로 부력에 의해 자동적으로 이동하므로, 반사판에 의해 반사되는 태양광의 각도는 염전의 수위에 따라 자동적으로 조절된다. 이로 인해, 염전의 수위 변화에 즉각 대응할 수 있어, 염수 유무, 염수 탁도, 염분 농도에 상관없이, 일정하게 발전할 수 있다.

본 발명은, 반사판을 접어 반사판에 의해 반사되는 태양광의 각도를 조절하여, 후면 발전량을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 염전 수위가 상승하여, 반사판이 상승한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 반사판의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 반사판의 측면도이다.
도 5는 제2실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 반사판의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 반사판을 위로 접은 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템을 자세히 설명한다. 도면부호 A는 염전을 나타내고, B는 염수, C는 태양광을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템(1)은, 양면수광 태양전지판(11)들, 프레임(12), 반사판(13)으로 구성된다.

[양면수광 태양전지판(11)]

양면수광 태양전지판(11)은 양면에서 발전하는 태양전지다. 양면수광 태양전지판(11)들은 적어도 2개로 구성된다. 양면수광 태양전지판(11)은 수평방향으로 일정간격 떨어진다. 양면수광 태양전지판(11)들의 개수와 서로간의 간격은 목표로 하는 발전량, 염전(A)의 면적, 태양광의 입사각도에 따라 다양할 수 있다. 양면에서 발전할 수 있는 양면수광 태양전지판(11)을 사용하므로, 전면 태양전지판뿐만 아니라 반사판(13)에 의해 후면 태양전지판으로 반사되는 태양광으로도 발전할 수 있다.

[프레임(12)]

프레임(12)은 염전의 바닥에 설치되며, 양면수광 태양전지판(11)들 각각을 지지한다. 프레임(12)은 개수와 형상은 다양할 수 있다.

태양 추적 장치

양면수광 태양전지판(11)의 방향은 태양의 위치에 따라 조절가능하며, 이를 위해, 양면수광 태양전지판(11)과 프레임(12)의 연결 부위에 태양 추적 장치 등을 설치할 수도 있다.

양면수광 태양전지판(11) 경사각 조절

한편, 반사판(13)의 상승높이를 측정할 수 있는 센서(초음파센서, 레이저센서 등)와, 반사판(13)의 상승높이에 따른 양면수광 태양전지판(11)의 경사각을 조절할 수 있는 장치를 더 둘 수 있다. 이러한 장치는 모터, 프레임, 볼스크류, 에어실린더 등 공지된 기술로 다양하게 구성할 수 있다.

이러한 센서와 장치로 인해, 반사판(13)의 상승높이에 따라, 양면수광 태양전지판(11)들 각각의 경사각을, 반사광을 최대한 받을 수 있는 각도로 실시간으로 조절할 수 있다.

예를 들어, 반사판(13)이 상승하여 양면수광 태양전지판(11)과 가까워지면 양면수광 태양전지판(11)의 경사각을 완만하게 하고, 반사판(13)이 하강하여 양면수광 태양전지판(11)과 멀어지면 양면수광 태양전지판(11)의 경사각을 높일 수 있다. 물론, 양면수광 태양전지판(11)의 경사각 조절방법은 다양할 수 있다.

[반사판(13)]

반사판(13)은 이웃하는 태양전지판(11)들 사이에 위치된다. 반사판(13)은 프레임(12)을 가이드 삼아, 염전의 수위에 따라 염수의 부력에 의해 상하강한다. 반사판(13)으로 인해, 염수 유무, 염수 탁도, 염분 농도와 관계없이, 태양광을 양면수광 태양전지판 후면으로 반사시킬 수 있다.

따라서, 종래기술처럼, 소금 생산 기간에는 염수에 대한 반사광 각도를 고려하여 각도를 결정하고, 염도가 기준값보다 낮은 경우 하부 태양광 패널의 각도를 조절할 필요가 전혀 없다.

반사층

반사판(13)의 상면에는 반사층이 형성된다. 반사층을 형성하기 위해, 산화티타늄(TiO₂)과 유리구슬(13b)이 포함된 수성용 페인트가 반사판(13)의 상면에 발라진다. 산화티타늄(TiO₂)은 380~1100nm 파장대의 태양광(L) 85% 이상 난반사시켜, 양면수광 태양전지판(11)의 발전량을 30% 이상 증가시킨다. 유리구슬(13b)은 반사층의 난반사율을 높인다.

도면의 복잡해짐을 피하기 위해, 도 3에서 반사층의 도시를 생략하였고, 도 4에는 유리구슬(13b)만을 도시하였다.

개구(13a)

도 3에 도시된 바와 같이, 반사판(13)의 모서리에는 개구(13a)가 일정간격으로 형성된다. 개구(13a)는 프레임(12)에 삽입된다. 일측이 터져 있는 개구(13a)로 인해, 반사판(13)을 경사지게 들어서, 프레임(12)으로부터 반사판(13)을 쉽게 빼거나 프레임(12)에 개구(13a)를 쉽게 넣을 수 있다. 개구(13a)의 개수와 간격은 다양할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반사판(13)은 프레임(12)을 가이드 삼아 염전의 수위(H1,H2)에 따라 염수의 부력에 의해 상하강한다. 이로 인해, 염전의 수위에 따라 태양광의 반사각도가 자동적으로 조절된다.

염수는 밀도가 1.024~1.030 g/㎤이므로, 반사판(13)이 뜨기 위해서는 반사판(13)의 밀도는 염수의 밀도보다 작아야 한다. 이를 위해, 반사판(13)은 염수 보다 밀도가 작은 플라스틱 재질로 만들어진다.

폴리에틸렌 반사판

일 예로, 반사판(13)은 염수 보다 밀도가 작은 0.88-0.96 g/㎤의 밀도를 가진 폴리에틸렌으로 만들어진다.

유리섬유강화플라스틱 반사판

한편, 반사판(13)의 강도와 내부식성을 높이기 위해, 반사판(13)을 폴리에틸렌을 기지(matrix)로 하고 기지상에 유리섬유가 분산된 유리섬유강화플라스틱으로 만들 수 있다.

유리 및 탄소섬유 복합강화플라스틱 반사판

한편, 반사판(13)이 상하강시 프레임(12)과의 마찰을 줄이기 위해, 개구(13a)의 내주면에만 자기윤활성을 가진 탄소섬유가 배치될 수 있다.

이 경우, 반사판(13)은 폴리에틸렌을 기지(matrix)로 하고 기지상에 유리섬유가 분산되고, 개구(13a)의 내주면에만 탄소섬유가 배치된 유리 및 탄소섬유 복합강화플라스틱으로 만들어질 수 있다.

물론, 유리섬유 보다 우수한 물성을 가진 탄소섬유를 유리섬유 대신 기지상에 분산시킬 수 있지만, 단가 상승으로 인해 자기윤활성이 꼭 필요한 개구(13a)의 내주면에만 탄소섬유가 배치된다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템을 자세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 염전형 양면수광 태양광 발전시스템(2)은, 반사판(23)이 위아래로 접힐 수 있다는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다. 동일한 구성에는 동일한 도면부호를 부여한다.

이하, 제1실시예와 차별화되는 반사판(23)에 대해서 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 반사판(23)의 모서리에는 개구(23a)가 일정간격으로 형성된다.

개구(23a)의 기능은 제1실시예의 개구(13a)와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

[반사판(23)]

반사판(23)은 염수에 뜰 수 있는, 플라스틱(폴레에틸렌), 유리섬유강화플라스틱, 유리 및 탄소섬유 복합강화플라스틱으로 만들어진다. 세부 내용은 전술하였으므로 그 설명을 생략한다.

접힘부(23b)

반사판(23)의 가운데에는 접힘부(23b)가 형성된다. 반사판(23)은 접힘부(23b)를 중심으로 위아래로 접힐 수 있다. 이로 인해, 반사판(23)을 위아래로 접어서, 반사판(23)의 태양광 반사각도를 수동으로 조절할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 접힘부(23b)는 피니언(23c)에 랙(23d)으로 구성된다. 이로 인해, 접힘 상태가 그대로 유지될 수 있다. 즉, 작업자가 적당한 힘을 주어야만 반사판(23)을 접고 펼 수 있어, 반사판(23)이 저절로 접히거나 펴지는 것을 막을 수 있다. 반사판(23)을 접거나 펴는 힘은 랙(23d)이 골에 피니언(23c)의 산이 들어가는 깊이로 적절하게 조절된다.

깊이가 깊을수록 산이 골을 넘어가는 힘이 더 들어, 반사판(23)을 접거나 펴는 데 더 많은 힘이 들어가고, 깊이가 작을수록 산이 골을 넘어가는 힘이 덜 들어, 반사판(23)을 접거나 펴는 데 더 적은 힘이 들어간다.

제2실시예를 사용하면, 염전 수위에 따라 반사판(23)이 위아래로 상승하면서 태양광 반사각도가 자동적으로 조절되는 것에다, 반사판(23)의 각도를 수동으로 더 조절할 수 있어, 태양광 반사각도를 세밀하게 조절하여 발전효율을 더 높일 수 있다.

양면수광 태양전지판(11) 경사각 조절

제2실시예도, 제1실시예와 마찬가지로, 프레임(12)에 반사판(13)의 상승높이를 측정할 수 있는 센서와, 반사판(13)의 상승높이에 따른 양면수광 태양전지판(11)의 각도를 조절할 수 있는 장치를 더 둘 수 있다. 이로 인해, 반사판(23)의 상승높이와 반사판(23)의 태양광 반사각도에 따라, 양면수광 태양전지판(11)들 각각의 경사각을, 반사광을 최대한 받을 수 있는 각도로 실시간으로 조절하여, 발전효율을 더욱더 높일 수 있다.

반사판(23)의 프레임(12) 탈착 방법

한편, 제2실시예를 사용하면, 반사판(23)을 접어서 프레임(12)으로부터 반사판(13)을 쉽게 뺄 수 있고, 반사판(23)을 접은 상태에서 프레임(12)들 사이에 반사판(23)을 위치시킨 후 펼쳐서, 개구(23a)를 프레임(12)에 쉽게 삽입시킬 수 있다. 따라서, 제1실시예 보다 반사판(13)의 설치가 더 용이하다.

즉, 작업자가 염전 바닥에 모인 소금을 긁어모으는 작업을 할 때는 작업에 방해가 안되게 반사판(13)을 프레임(12)으로부터 신속하게 제거할 수 있고, 작업이 끝난 후에는 다시 신속하게 프레임(12)에 반사판(13)을 설치할 수 있는 것이다.

1,2: 염전형 양면수광 태양광 발전시스템
11: 양면수광 태양전지판 12: 프레임
13,23: 반사판 13a,23a: 개구
A: 염전 B: 염수
C: 태양광

Claims (5)

1. 일정 간격 떨어진 적어도 2개의 경사진 양면수광 태양전지판들;
   염전의 바닥에 설치되며, 상기 양면수광 태양전지판들 각각을 지지하는 프레임;
   이웃하는 태양전지판들 사이에 위치되며, 상기 프레임을 가이드 삼아 염전의 수위에 따라 염수의 부력에 의해 상하강할 수 있도록, 상기 프레임에 삽입되는 개구가 형성된 염수 보다 밀도가 작은 플라스틱으로 만들어진 반사판;
   상기 반사판의 상승높이를 측정할 수 있는 센서; 및
   상기 반사판의 상승높이에 따른 상기 양면수광 태양전지판의 경사각을 조절할 수 있는 경사조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반사판의 상면에는 반사층이 형성되며,
   상기 반사층은, 산화티타늄(TiO₂)과 유리구슬이 포함된 수성용 페인트가 상기 반사판의 상면에 발라져 형성된 것을 특징으로 하는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 반사판은 폴리에틸렌 재질인 것을 특징으로 하는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 반사판에는 유리섬유가 분산된 것을 특징으로 하는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 반사판의 가운데에는 접힘부가 형성되어 상기 접힘부를 중심으로 상기 반사판이 위아래로 접힐 수 있는 것을 특징으로 하는 염전형 양면수광 태양광 발전시스템.