KR19990070170A - 다기능 태양에너지 판넬 - Google Patents

Abstract

건축물 및 독립구조물형 벽재가 요구하는 구조적강도, 방수성, 차음성, 단열성 및 외관 미적감각을 갖춘 판넬재 내부에 일사강도가 약하고 외기온이 낮은 동절기 일사를 일사강도가 강하고 외기온이 높은 하절기 일사보다 많이 집광하는 포물선형 반사체와 구형반사체로 결합되는 집광시스템구성, 광발전과 집열 또는 광발전과 채광을 선택적으로 취하는 다기능 태양에너지 판넬에 관한 발명이다.

개벽독립 판넬로 시스템 구성이 용이할뿐만 아니라, 다수기를 결합하는 시스템 구성도 용이하다. 전출원 벽기능성태양에너지판넬 장치보다 기능이 개량되고 구성부품이 단순하며 다기능을 갖는 신 기술발명이다.

광발전, 채광, 공기집열, 액체집열, 실내공기정화 방열기능등 다양한 기능이 단일 판넬 설계요소로 건축물에 종합적으로 적용되는 별도의 독립토지가 필요없는 태양에너지 수집이용 발명이다.

Description

다기능 태양에너지 판넬

제1도는 광발전 및 액체집열기능을 선택적으로 갖는 본 발명 판넬의 요부 단면도.

제2도는 광발전 및 액체집열기능을 선택적으로 갖는 판넬장치의 측면카버 분해 사시도.

제3도는 광발전 및 공기집열기능을 선택적으로갖는 판넬장치의 사시도.

제4도는 제3도 공기집열부 확대 사시도.

제5도는 광발전 및 채광기능을 선택적으로 갖는 판넬장치의 사시도.

제6도는 반사판형 광댐퍼 실시 사시도.

제7도는 설비형 다층-다열 액체집열 시스템 구성 계통도.

제8도는 다층 액체집열시스템 구성 계통도.

제9도는 건물 유리벽을 전면투과체로 구성한 실시 사시도.

[발명의 목적]

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 광발전과 집열, 광발전과 채광을 선택적으로 취하여 입사광을 항시 이용하는 방법과, 집열 또는 채광 불필요시 태양복사에너지를 건축물의 복사열 흡수에 작용시키지 않고 천공재반사시키는 방법적 기능을 갖는 벽 대체개로 설치 구성되는 다기능 태양에너지 판넬에 관한 것이다.

집열, 광발전, 채광 및 실내공기 정화기술에 태양에너지를 이용하고 벽구조물 대체재로 설치되므로 시공즉시 투자비가 회수되고 시설물이 존속하는한 태양에너지를 상시 선택적으로 에너지이용하든가 천공재반사 시킴으로 경제적 가치가 큰 발명내용이다.

벽대체재로 구성되는 태양에너지 이용판넬장치는, 본인이 한국특허청에 출원한 출원번호 94-28528(94. 11. 1), 94-34126(94. 12. 14), 96-21138(96. 6. 13) 96-13977(96. 4. 30), 96-36635(96. 8. 30), 97-38445(97. 8. 12), 97-58932(97. 11. 8) 및 97-62473(97. 11. 24)이 있다. 상기한 발명내용으로도 벽기능을 하면서 태양에너지를 실생활에 이용할 수 있으나, 본 발명은 상기한 발명에서의 집광시스템은 인용하고, 에너지이용 및 선택기능과 에너지창출 방법등은 개량하고, 진보된 시스템구성 기술과 선택기능 기구장치 신규기술이 복합된 발명이다. 뿐만아니라 제작비를 경감할 수 있는 부품감량기술과 용도기능이 다양해진 장점이 있는 발명이다.

[발명의 구성 및 작용]

전술한 선행발명에서 인용되는 집광씨스템과 판넬구성의 내용을 제1도 기준 용약하면, 임의 설치위도의 동지점 남중 고도광(W·S)보다 낮은 고도각()을 축선(C, L)으로 하는 일측전개 포물선형반사체(1)를 태양광 집광수단으로하고, 상기반사체(1)의 정점(V)을 포함 림각()30도 이하 범위 단부를 중심점으로 초점(F) 외측 축선(C, L)을 기점으로 전개되는 구형반사체(2)를 집광광 방로변환 수단으로 집광시스템 구성하고 전면투과체(3) 설치하고 반사체(1, 2)배면은 보온(4)하여 후레임(5)과 카바(6, 7, 8)재로 판넬형 제작된 벽기능성 태양에너지 이용 장치이었다.

전기한 판넬형 집광시스템에서 제1, 2도, 기준 상기 포물선형반사체(1) 단부와 구형반사체(2)면간 광로에 해당하는 높이를 갖는 태양전지모듈(10)을 구성하고 양측카바재(9)에 부착된 안내레일(22)과 상기포물선형반사체(1) 배면부의 안내격판(14) 및 내부투과체(15)를 안내수단으로 태양전지모듈(10)상부에 연결되는 가요선 조작선(11)을 상하 조작수단으로 그 단부에 걸고리(12)를 접합, 배면카바(7)에 형성된 걸이구멍(13)에 걸고리(12)를 삽입할때 배면쪽광로 열리는 수동식 태양전지모듈 광댐퍼 구성하여, 내부 투과체 내측 집광광 수광부엔 열유체 유입부(16-1)가 유출부(16-2) 보다 낮은 휜(17)붙이 경사 집열관(16)을 설치하고, 상부보온층엔 가열유체 공통관(제7도의 55)용 보온관(19)을 하부 보온층엔 공급유체공통관(제7도의 56)용 보온관(18)을 형성한 구조로 집광광으로 광발전과 집열을 선택적으로 하는 다기능 태양에너지 판넬(100)이다.

난방, 급탕등 온수 필요시는 태양전지(10)형 광댐퍼로 광로 개구하여 집열하고, 불필요시는 집열관에 작용하는 광로 폐쇄하여 광발전하는 것으로 집광된 광은 외부 재반사시킬 필요없이 항시 이용되는 것이다. 집광광 발전시 태양전지에서 발생되는 열은 배면 집열관(16)내부 저온 액체로 냉각되며, 그 사이에 게재되는 유리재 내부투과체(15)는 전기 부도체이므로 태양전지의(10) 전기적 회로구성엔 지장을 초래치 않으며, 집열시는 전면투과체(3)와 내부투과체(15) 사이의 두꺼운 공기층에의해 집열열 손실 방지케 되며 물을 열매체로 사용하드라도 동결되지 않으며 집열매체 유출부(16-2)가 유입부(16-1) 보다 높은 경사형이므로 열매체 흐름이 원활한 특징이 있다.

광학적으로는 동지점 남중광(WS) 보다 낮은 고도각()을 축선(C, L)으로 포물선형 반사체(1) 구성하므로 오전 11시 또는 오후 1시등 동지점 남중광보다 저고도인 동절기 태양광을 최대 수광량으로 집광하고, 상대적으로 고도가 높고 일사강도가 강한 춘·추분 남중광(L)이나 하지점 남중광(S.S)은 수광량(입사면적)이 적게 되는 것이다.

가열유체 공통관(제7도의 55) 관로구성용 구멍(24), 저온 공급유체 공통관(제7도의 56)관로구멍(23), 태양전지 광발전 전력용전선(21) 인출용 구멍(25) 및 집열관 관로 구성용 관통 구멍을 좌우 양측 카바재(9)에 도시하였다.

전면투과체(3) 하부에는 전면카바(8)재로 외장되어 임의층 스라브(S1ab, 20)에 본 발명 판넬 존치시킨 것을 제1도는 나타내고 있다.

제3도는 광발전과 공기집열을 선택적으로 하는 판넬장치(200)로 제4도와 함께 설명하면, 내부투과체(15)배면 집광광 광로상에 파형판(28-1)과 평판(28)이 결합된 집열판을 설치하고 공기유입로엔 활성탄과 휠터재 충진된 망상 공기정화용카트리지(catrige, 29)다수기 배열하고 배면 상부카바재(7)에는 가열 공기 유출구(26)를 배면 하부카바재(7-1)에는 실내공기 유입구(27)을 구성, 오염된 실내공기를 활성탄으로 탈취하고 휠터로 제진하여 정화된 공기로 실내 난방케 하는 것으로, 오염시는 망상(Wire Mesh)수납재로된 카트리지(29)를 청소하거나, 내부 활성탄과 휠터재를 교환하면 된다. 실내공기는 집광광에 위해 자외선 살균되면서 가열되어 자연대류식으로 상부 유출구(26)로 온풍 공급케된다. 카트리지(29)를 통과한 공기는 내부투과채(15)와 파형판(28-1), 파형판(28-1)과 평판(28)간의 이중유로를 통과하면서 가열된 판들의 열을 대류열전달하는 공기가열 기능을 갖는 기술이다.

제5도는 광발전과 조명 또는 타용도 채광을 선택적으로하는 판넬장치(300)로, 포물선선형반사체(1)와 구형반사체(2)에 연설되는 광닥트(45)와 채광창(36)이 있는 광직접이용 설비에 있어서, 상부닥트를 분리구성하고 상부에는 태양전지모듈(10)가동안내용 전기부도체로된 평행안내판(50)을 접속하여서 구성된 광발전 채광을 선택적으로하는 판넬로, 광댐퍼 수직설치되는 경우이다.

제6도는 태양전지모듈광댐퍼 대신에 보온성 평판형 광댐퍼 설치한 경우로, 반사박판재(51)사이에 보온층(52)을 구성하여 단열기능을 갖게하고, 집열, 채광등 광 불필요시 광댐퍼로 광로 폐쇄하여 집광광 천공재반사케 한것이다.

태양전지모듈과 부수되는 축전설비는 가격이 비싸고 단열기능이 없으므로 흑한지역에는 보온층(52)구성된 광댐퍼 적용시, 비일사기에는 단열재 역할을 하므로 제1도 및 2도의 집열관(16)내 유체동파를 막으면서, 전면투과체(3) 및 내부 투과체(15)와 함께 공기 단열층을 구성케 되므로 집열판의 저온열 외부방출을 막는 기능을 하게 된다.

제1, 2 및 3도에서는 광댐퍼기능을 하는 태양전지모듈(10)이 수동조작되는 경우를 도시 하였는바, 제5도에서는 가요성 조작선(11)을 정·역회전하는 전동기(30) 연결축상(31)의 감끼로라(32)에 연결하고 조작선(11)상엔 위치검출편(34) 고착시키고 상, 하 작동 구간부에 리미트스위치(33)설치하여 실내스위치(35)의 전기적 신호로 광댐퍼작동되는 전동식으로 제6도의 평판형 광댐퍼도 전동식으로 적용실시되는 것이다.

도면에 도시친 않았으나 전술한 선출원 발명에 기재된 방열기 난방형식을 기술하면, 제1도 및 2도 배면카바재(7)내측에 집열관(16)과 연결되는 수평형방열관(Tube Type Tadiator)을 설치하고 카바재(7) 하부에는 다수의 실내공기유입공을 상부에는 다수의 가열공기 배출구를 형성하여 집열열로 실내공기 가열 난방하고 난방열 불필요시는 광발전하면 되는 설비구성이 된다. 방열관과 집열관만을 연결하여서 폐쇄관로 구성하면 방열기능만 갖게되고 제8도 형식과 같이 입상배관(Riser)과 연결하고 개폐밸브 설치하면 집열열 축열과 방열이 선택적으로 되면서 열 불필요시는 광발전하면 되는 태양에너지 3기능 형식 벽기능 판넬이 실시된다.

제7도 및 8도는 제1도 및 2도에서 설명한 판넬에서의 액체가열식 집열시스템으로, 제7도를 상술하면 다층으로 다수기 결합, 가열유체수평공통관(55)과 공급유체수평공통관(56)이 판넬(100)내에 설치되므로 다수기로 연결되는 시스템 배관이 외부 노출되지 않는 특징이 있는 설비형 집열시스템이다. 급탕, 난방 또는 타용도 온수를 생산하면서, 열 불필요시는 광발전을 하는 기술이 실시된다.

제8도는 단열 다층으로 다수기 결합된 자연형 집열시스템 도면이다. 액체집열을 예로 하였으나 채광 및 공기가열식 집열판넬도 다수기결합 벽구성이 용이한 것이다.

지금까지 설명한 본 발명 다기능 태양에너지 판넬은 공장을 포함하는 산업용 건축물이나 상가 및 주택을 포함하는 건축물은 물론 방음벽, 울타리, 경제벽 등의 독립시설물에도 설치구성되는 것으로, 대체재로 시설되므로 시설공사 종료시 투자비는 대체재 공사비로 회수하고 장기간 비용없는 태양에너지를 쾌적하게 공급받는 특징이 있게 된다.

제9도는 유리벽으로된 다층건축물에 실시되는 경우로, 건축물의 천장(44)과 스라브(20) 및 판넬(100, 200, 300)의 전면카바재(8)외부는 유색필름재 처리된 유색유리벽(42)으로 조망 및 판넬(100, 200, 300)작용수광부 유리는 투명유리벽(47)으로 단일의 창호 후레임(43)으로 유리외벽구성, 전면투과체 없는 판넬을 밀착설치하여 건축유리가 전면투과체 대용되는 경우로 시설이 용이하고 이중유리공사 필요없는 경제적 방법이 된다. 부품번호 43으로 표기한 것은 유리결합 및 지지용 샛시재를 도시하는 것이다. 제1도, 2도, 5도 및 6도는 광댐퍼가 닫힌 상태이고 제3도는 광댐퍼가 열려 집열하는 상태도이다.

[발명의 작용효과]

광발전과 집열, 광발전과 채광을 선택적으로 함은 물론 그 선택장치는 수동 및 전동조작되며 혹한 지역 등에는 보온성 광댐퍼를 태양전지모듈형 광댐퍼에 대체 설치하므로 액체형 열매체 동파를 방치함은 물론 실내온도 냉각도 방지케 된다. 건축물은 물론 독립시설물의 벽재로 대체 설치되므로 독립토지 점유가 필요없고, 외관이 미려한 조형물로의 기능적 역활도 수행케된다. 액체집열, 공기집열, 설비형, 자연형등 다양한 시스템이 구성된다. 전출원한 발명보다 기능은 월등히 개량 진보되면서, 단위부품의 가공이나 조합은 단순해진 특징이 있다. 벽구조물이 요구하는 차음성, 단열성, 구조적강도, 미적감각 등 모든면에 손색이 없으면서 무공해 태양에너지를 일사강도가 약한 동절기에는 많이 일사강도가 강한 하절기에는 적게 수광하는 난방기와 냉방기에 열과 전력을 선택적으로 생산하는 실시 용이한 발명이다.

단일판넬, 다수기 다층식, 다수기 다층다열식등 벽타입(Wall Type) 배열설치가 용이하며, 공지의 평판형집열기처럼, 토양 및 수질 오염물질인 부동성 열매체를 반드시 사용하지 않아도 되는 특징이 있다. 태양에너지를 이용 축열 및 축전형 저장성에너지와 빛자체를 작용즉시 이용하는 즉시소모형 채광설비를 선택적으로 사용하는 기술이 전개된다. 광댐파는 조건에 따라 전동형 또는 수동형으로 적용할 수 있으며 전동형을 건축물의 공기조화시스템 콘트롤 장치에 회로 접속하면 기능이 배가된 인테리젼트 빌딩이 등장된다.

액체집열열 측열 또는 방열 이용시, 공지의 진공관식 집열관이나 2중관식 집열관보다 장대물(長大物)로 제작할 수 있으면서 가격은 저가로 되는 장점이 있으며, 건축벽 적용시는 배면판넬에 마감용 페인트, 도배지등 단순작업으로 실내 분위기에 맞는 벽면이 연출되게 된다.

태양광 발전시 전지판넬에서 발생되는 열은 배면 공기 또는 집열관액체에 의해 냉각되므로 집열관 발전시 냉각설비가 구성되는 다중효용 설비장치이다. 펌프 송풍기등의 설비없이도 액체열매 및 공기등으로 난방되는 자연순환식 설비형 시스템이 구성된다.

Claims (7)

1. 임위 설치위도의 동지점 남중광(WS)보다 낮은 고도각()을 축선(C, L)으로 하는 일측전개 포물선형반사체(1)를 집광수단으로 상기반사체 정점(V)을 포함 림각()30도 이하 범위 단부를 중심점으로 초점(F) 외측 축선(C, L)을 기점으로 전개되는 구형반사체(2)를 집광광 방로토변환수단으로 집광시스템 구성하고, 전면엔 투과체(3) 반사체(1, 2) 배면은 보온(4)되어 판넬형으로 제작되는 벽기능성 태양에너지 이용장치에 있어서, 상기 포물선형반사체(1)단부와 구형반사체(2)면간 광로에 해당하는 높이를 갖는 태양전지모듈을 구성하고 양측카바재(9)에 부착된 안내레일(22)과 포물선형반사체 배면부 안내격판(14) 및 내부투과체(15)를 안내수단으로 상부에 연결되는 가요선조작선(11)을 조작 수단으로 그 단부에 걸고리(12)를 접합하여 판넬 배면에 형성된 걸이구멍에 삽입시 배면쪽 광로 열리는 태양전지모듈로 된 수동식 광댐퍼 구성하고, 내부투과체 내측 수광부엔 휜붙이 경사집열관(16)을 설치하고, 상부 보온층에 가열유체 공통관용 보온관(19)을 하부 보온층엔 공급유체 공통관용 보온관(18)을 형성한 구조로, 집광광으로 광발전과 집열을 선택적으로 하는 다기능 태양에너지 판넬.
2. 제1항에 있어서, 내부투과체(15)배면에 파형판(28-1)과 평판(28)이 결합된 집열판을 설치하고, 저면 공기 유입로엔 활성탄과 휠터 충진되며 망상 카트리지(29)를 다수기 배열하고 배면카바재(7)에 공기 유출·입구를 구성, 실내공기정화를 포함하는 공기가열기능과 광발전을 선택적으로 하는 다기능 태양에너지 판넬.
3. 제1항 포물선형반사체(1)와 구형반사체(2)에 광닥트(45) 연설된 경우에 있어서, 상부닥트를 분리하고 전기부도체로된 가동안내용 평행안내판(50)을 접속하여서 된 광발전과 채광을 선택적으로 하는 다기능 태양에너지 판넬.
4. 제1, 2 또는 3항에 있어서, 반사박판재(51) 사이에 보온층(52)을 구성하여 단열기능을 갖게한 천공재반사형 보온성 광댐퍼가 태양전지모듈형 광댐퍼에 대체설치되는 다기능 태양에너지 판넬.
5. 제1항 또는 4항에 있어서, 광댐퍼의 가요성 조자성(11)을 정역회저하는 전동기(30) 연결축상(31)의 로라(32)에 연결하고 조작선상에 위치검출편 고착시키고 상, 하작동 구간엔 리미트스위치(33)설치하여, 실내스위치(35)의 전기적 신호로 광댐퍼 작동되는 전동식 광댐퍼를 갖는 다기능 태양에너지 판넬.
6. 제1항에 있어서, 배면카바재(7) 내측에 집열관(16)과 연결되는 수평형 방열관 설치하고 카바재에 다수의 실내공기 유출·입공을 형성하여 집열열로 방열하는 난방기능을 갖는 다기능 태양에너지 판넬.
7. 상기 전체항이 다수기 판넬로 결합되어 유리벽으로된 다층건축물에 실시되는 경우에 있어서, 판넬(100, 200, 300)의 전면카바재(8)부분 및 건축물의 천장(44)과 스라브(20)외부 유리를 유색필름재 처리된 유색유리벽으로, 조망 및 판넬작용 수광부 유리는 투명유리벽으로 하여 전면투과체 대용되는 특징을 갖는 다기능 태양에너지 판넬.