KR20000077211A - 태양열 발전 및 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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Abstract

태양 에너지 수집 시스템은 넓은 개방 면적으로부터 태양 에너지를 얻어낸다. 일정 길이의 가요성 태양열 수집기는 지지 표면을 따라서 전개되도록 구비된다. 태양열 수집기의 제1 층은 지면 또는 다른 지지 구조물과 직접 접촉하기 위한 비절연 기부 패널이다. 다수의 평행 도관은 태양으로부터의 태양 에너지에 의해 가열될 유동 유체를 포함하기 위하여 가요성 기부 패널의 길이를 따라서 밀봉되고 높은 빛 흡수 및 낮은 적외선 방출 특성을 갖는다. 일정 길이의 덮개 재료는 기부 패널에 평행하게 평행 도관과 태양 사이에 배치되고, 유동 유체로부터 열 손실을 감소시키고 지면 덮개와 덮개 재료에 의해 형성되는 구조물을 팽창시키도록 저압 유체를 포함하기 위하여 기부 패널에 밀봉된 높은 빛 투과성을 갖는 덮개 재료를 포함한다. 평행 도관으로부터의 가열된 유체는 발전 시스템으로의 전달을 위하여 본관 내에 수집된다. 가열된 유체는 냉매와 같이 낮은 비등점을 갖는 유체를 끓이기 위한 보일러를 통하여 지나가고, 그 다음 증기는 출력 에너지를 발생시키기 위하여 종래의 발전 장치에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 발전 장치 응축기는 응축기에 인접한 냉각 공기 내에 분무된 물의 증발에 의해 냉각된다.

Description

태양열 발전 및 에너지 저장 시스템 {SOLAR POWER GENERATION AND ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 태양 에너지로부터의 열 에너지 생산에 관한 것으로서, 특히 입사 태양 에너지로부터 생성되는 열 에너지를 수집, 저장 및 사용하기 위한 시스템에 관한 것이다.
단 하루 동안 태양으로부터 지구로 오는 에너지의 양은 현재 소비률로 175년 동안 인간에게 전력을 제공하기에 충분하다. 이러한 에너지를 모으기 위한 일 방법은 광발전 패널을 통하는 것이나, 이들은 해가 지면 꺼진다. 더욱이, 유효한 광발전 패널은 화석 연료에 의해 생산되는 전력의 단가에 비하여 비싸다.
태양 에너지를 얻기 위한 다른 방법은 포물경으로 일광을 모아서 전력을 생산하는 랭킨 사이클에서 스팀을 생성한다. 그러나, 다시 이 기술은 고가이고 노동 집약적이며, 비교적 맑은 주간에만 용이하다.
전력 생산을 위하여 태양 에너지를 열 에너지로 변환하기 위한 평평한 패널 집열기의 사용을 제안하는 계획은 집열기 표면의 큰 면적을 구성하는 비용으로 인해 비경제적임이 입증되었다. 또한, 이들 방법 모두 야간에 전력을 계속 생산하기 위하여 에너지 저장의 어떤 외적 형태를 요구한다.
평평한 태양열 패널은 흡수 표면 위에 창유리인 하나 또는 두 개의 층을 갖는 직사각형의 상자형으로 통상 형성되고, 창유리를 지지하는 측벽들은 이른 아침 또는 늦은 오후에 흡수 표면 상에 그림자를 드리운다. 더욱이, 상자의 프레임은 태양열 수집기로부터 대기로 에너지를 잃는 열 경로를 갖는다.
주간에 생산한 에너지의 일부를 사용하고 야간 발전을 위하여 잔여 에너지를 저장하는, 큰 면적에 걸쳐 태양 에너지를 저가로 취득하는 시스템이 요구된다. 예를 들어, 브룩헤븐 내셔널 래보레토리 레포트 비엔엘(Brookhaven National Laboratory Report BNL) 51482, UC-59에 1982년 8월자 더블유. 지. 빌헬름(W. G. Wilhelm) 등의 "폴리머 필름 태양열 수집기의 개발: 상태 보고서(The Development of Polymer Film Solar Collectors: A Status Report)"는 공장에서 롤러(roller) 시스템에 의해 적절한 위치에 함께 밀봉된 플라스틱 필름으로 구성된 태양열 수집기를 설명한다. 그 다음, 플라스틱 필름의 롤(roll)은 섹션으로 절단되고, 강성 프레임 내에 장착된다. 바닥 절연은 열 손실을 감소시키기 위하여 적용된다.
많은 출원이 창유리 및 집열 유체를 포함하는 채널을 위한 플라스틱 필름으로 구성된 태양열 패널의 구성을 보여준다. 미국 특허 제4,038,967호, 제4,559,924호 및 제4,597,378호는 집열 유체의 이송 및 창유리용 플라스틱 필름을 위하여 함께 밀봉된 플라스틱 필름을 보여준다. 이들 경우에, 강성 프레임 구조는 필름을 지지하고 절연이 패널 아래의 열 손실을 방지하기 위하여 제공된다.
미국 특허 제4,036,209호는 공기압에 의해 지지된 플라스틱 창유리와 플라스틱의 벽을 갖는 물 채널을 보여준다. 이는 강성인 구조물에 부착되고 지면 위에 넓은 면적을 덮도록 설계되어 있지는 않다. 미국 특허 제3,174,915호는 창유리 및 응축물 수집을 위하여 공기로 팽창된 덮개를 사용하는 태양열 증류기이다. 이는 강성 프레임 구조에 부착된다. 미국 특허 제3,991,742호는 그 사이에 물이 유동하는 2개의 플라스틱 필름으로 구성된 물을 가열하는 태양열 패널을 설명한다. 이 시스템은 필요한 중력 유체 유동을 제공하기 위하여 경사진 지붕에 부착되도록 설계된다.
본 발명인 태양열 및 에너지 저장 시스템(Solar Power and Energy Storage System; SPAESS)은 주간에 태양으로부터 전력을 경제적으로 생산하고 야간 전력을 위하여 하부 지면에 에너지를 저장하도록 넓은 지면 영역에 걸쳐 적용될 수 있는 태양 에너지 취득 시스템을 제공한다. 2.59 ㎢(1 평방마일, 즉 640 에이커)의 태양열 취득은 주간의 최대 수요 동안 100 ㎿ 이상의 전력을 산출할 수 있고, 전력에 대한 수요가 감소되는 야간에는 비교적 높은 수준으로 에너지를 계속 생산할 수 있다.
본 발명의 다양한 목적, 장점 및 새로운 특징은 후속하는 설명에서 부분적으로 밝혀지고, 부분적으로는 후속하는 내용의 검토시에 본 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이고 본 발명의 실시에 의해 배울 수 있다. 본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 청구범위에서 특히 지적된 수단 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수 있다.
본 발명은 넓은 개방 면적으로부터 태양 에너지를 취득하기 위한 태양 에너지 수집 시스템에 관한 것이다.
가요성 비절연 기부 패널을 갖는 일정 길이의 태양열 수집기는 지지 표면을 따라서 전개하기 위하여 구비된다. 다수의 평행 도관은 태양으로부터의 태양 에너지에 의해 가열될 유동 유체를 포함하기 위하여 가요성 기부 패널의 길이를 따라서 밀봉되고 높은 빛 흡수와 낮은 적외선 방출 특성을 갖는다. 일정 길이의 덮개 재료는 기부 패널에 평행하게 평행 도관들과 태양 사이에 배치되고, 유동 유체로부터 열 손실을 감소시키고 지면 덮개와 덮개 재료에 의해 형성되는 구조물을 팽창시키도록 저압 유체를 포함하기 위하여 기부 패널에 밀봉된다.
평행 도관으로부터의 가열된 유체는 발전 시스템으로의 전달을 위하여 본관 내에 수집된다. 가열된 유체는 냉매와 같이 낮은 비등점을 갖는 유체를 끓이기 위한 보일러를 통하여 지나가고, 그 다음 증기는 출력 에너지를 발생시키기 위하여 종래의 발전 장치에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 발전 장치 응축기는 응축기에 인접한 냉각 공기내에 분무된 물의 증발에 의해 냉각된다.
병합되어서 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 설명하고, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 데 도움이 된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 에너지 수집기의 전형적인 단면도.
도2는 도1에 도시된 수집기의 유체 유동 시스템의 다른 실시예의 단면도.
도3은 도1에 도시된 태양 에너지 수집기의 또 다른 실시예의 도면.
도4는 도1에 도시된 태양 에너지 수집기를 사용한 발전 시스템의 개략도.
도5는 도1에 도시된 수집기의 다양한 층으로 유체를 이송하기 위한 분기관의 개략도.
도6은 도1에 도시된 수집기에 의해 수집된 에너지를 사용하는 랭킨 사이클 발전 장치의 개략도.
도7은 일광 시간이 12시간인 하루 동안 2.59 ㎢(1 mile2)에 걸쳐 본 발명에 따른 시스템으로부터 계산된 전력을 도식적으로 표시한 도면.
도8은 맑은 날 후의 흐린 날에 대하여 도7에 도시된 발전 장치의 계산된 성능을 도식적으로 표시한 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 외부층
2, 4 : 층
5 : 기부층
7, 8, 9 : 스트립
6 : 지면
10, 11 : 공기 공간
12 : 채널
30 : 태양열 수집기 패널
SPAESS는 2.59 ㎢(1 mile2)로 계측될 수 있는 큰 면적의 지면에 걸쳐 태양 에너지를 얻어서 저장하도록 설계된다. 따라서, 태양열 수집기 패널은 플라스틱 롤들이 적절한 위치에 층을 안내하고 밀봉하는 롤러에 평행하게 공급되는 접착제, 열, 압력 또는 다른 연속적인 공정에 의해 함께 층상화된 다층의 플라스틱 막을 사용함으로써 연속적인 제조 및 설치를 위하여 설계된다. 그 다음, 이들 태양열 수집기 패널은 설치 위치로 이동하기 위하여 대형 롤에 간단히 감기고 지면 상에 전개된다.
이렇게 제조된 태양열 수집기 패널(30)의 일 실시예는 팽창된 작동 상태에서 도1에 단면으로 도시된다. 외부층(1)은 바람직하게는 가시광선의 투과 계수가 높고 적외선의 투과 계수가 낮은 테들라(Tedlar)와 같은 거친 플라스틱으로 형성되어 열은 외부층(1)을 통하여 다시 투과되지 않는다. 외부층(1)은 주간에 자외선 복사에 연속적으로 노출될 것이기 때문에 자외선에 의해 통상 손상을 입지 않아야 한다.
층(2)은 층들(1, 2) 사이에 절연 공기 공간을 생성하도록 구비될 수 있다. 층(2) 역시 높은 가시광선의 투과 계수와 낮은 적외선의 투과 계수를 갖는다. 층(2)은 어떤 적용례에서는 요구되지 않을 수 있다. 여전히 다른 적용례에서, 추가의 절연이 요구될 수 있고 다른 공기 공간 절연 체적이 층(2)과 유사한 다른 층들에 의해 형성될 수 있다.
층(4)은 유입하는 태양 에너지를 흡수하여 에너지 발전 시스템으로 순환시키는 통상 물인 순환 유체를 위한 채널(12)을 형성하는 데, 이는 아래에서 설명된다. 층(4) 역시도 가시광선의 높은 흡수 계수와 적외선의 낮은 방출 계수를 갖는다. 층(4)은 또한 블랙 크롬과 같은 적절한 코팅을 사용한 방출 특성과 적절한 빛 흡수 특성을 얻을 수 있다.
층(5)은 지면 접촉 기부층이고 테들라 등과 같이 지면 상에 물체로부터 마모 및 펑크에 잘 견딜 수 있는 플라스틱으로 형성된다. 기부층(5)은 바람직하게는 에너지 저장을 위하여 열을 지면에 전달하는 것을 돕도록 비교적 높은 열전도성 계수를 갖는다.
작동 상태에서, 층(1)은 공기 공간(10) 내의 약간의 공기압에 의해 지지된다. 층(2)은 팽창된 층(1)에 의해 생성된 장력에 의해 제 위치에 유지된다. 그러나, 만일 장력이 층(2)을 지지하기에 충분하지 않으면, 공기 공간(11) 내의 공기압은 공간(11) 내의 공기압이 공간(10) 내의 공기압보다 약간 커서 층(2)을 지지할 것이다. 일반적으로, 공간(10, 11) 내의 공기압은 사실상 동일하다.
더욱이, 측표면(15, 16)은 작동 중에 약간 외부로 팽창하도록 형성된다. 이러한 방법에서, 인접한 태양열 패널로부터 인접한 표면(15, 16)은 서로 접촉하도록 작동하여 태양열 패널 측부를 따라서 지면으로부터 열 손실을 방지하는 밀봉이 형성된다. 부재(17, 18)는 층(1)을 층(5)에 연결시키는 장력 부재여서 측부(15, 16)는 가요성 태양열 패널의 측부(15, 16)를 따라서 밀봉하고 결합하도록 외향 돌출한다.
층(4, 5)은 스트립(7)을 따라서 함께 밀봉된다. 그 다음, 층 조립체의 모두는 층(4, 5)의 연장부를 간단히 밀봉하는 스트립(8, 9)을 따라서 밀봉된다. 따라서, 플라스틱 필름의 밀봉된 태양열 패널은 태양 에너지의 수집, 투과 및 저장을 위하여 형성된다. 이러한 밀봉은 가열 밀봉을 함으로써 또는 적절한 접착제를 사용함으로써 형성된다.
물 또는 다른 적절한 태양 에너지 흡수 유체는 채널(12)을 통하여 유동하고, 층(1, 2)을 통하여 전달된 그리고 층(4)에 흡수된 일광에 의해 가열된다. 채널(12) 내의 유체는 태양 에너지를 저장하고 에너지를 발전 장치 또는 순환 유체에 저장된 에너지를 사용할 수 있는 다른 장치들에 전달하도록 순환된다. 비교적 두꺼운, 예를 들어 10㎝인 채널을 가짐으로써, 대형의 열 저장소에는 유체가 구비된다. 유체 내의 열의 일부는 지면(6) 또는 다른 인접한 표면으로 전도에 의해 전달되고, 태양광의 입사 시간 동안에 거기에 저장된다. 밤과 같이, 채널(12) 내의 유체의 온도가 하부 지면(6)의 온도보다 낮을 때, 열은 지면(6)으로부터 순환 유체로 전도에 의해 전달된다. 즉, 지면(6)과 채널(12) 내의 유체는 열 저장 시스템으로 된다. 종래의 태양열 패널 시스템에서, 패널의 바닥은 손실을 막도록 절연된다. 여기에서, 열전도는 태양열 패널(30)과 지면(6) 또는 다른 인접 표면 사이의 시스템에서 제공된다.
전형적인 토지에 있어서, 유용한 지면의 에너지 저장의 약 90 %는 토지의 상부 15 ㎝(6 inch) 내에서 일어난다. 지면은 우수한 열 전도체가 아니기 때문에, 이러한 수준 아래의 토지는 열 저장에 있어서 작은 효과를 갖는다. 시간의 경과에 따라, 이러한 수준 아래의 토지는 그 위 토지의 평균 온도를 대략 나타내도록 온도가 증가한다.
열 저장을 위해서 지면을 사용하는 데 있어 특별한 장점은 패널의 바닥 상에 절연을 할 필요가 없다는 것이다. 만일 패널의 바닥 상에 절연이 요구되고 절연이 패널과 함께 설치되면, 큰 표면적에 걸친 용이한 분배를 위해 적절한 크기의 롤 상에 긴 패널을 감싸는 것은 어려울 것이다.
도2는 층(4)을 갖는 추가 채널(13)을 형성하도록 추가의 층(14)을 갖는 층(4, 5)의 다른 실시예의 단면을 도시한다. 순환 유체는 주간에 채널(12, 13) 내에서 유동한다. 층(4)에 부딪치는 일광은 채널(13) 내의 유체를 가열한다. 유체가 유동하기 때문에, 유체의 난류 혼합은 채널(13)로부터 채널(12) 내의 유체로 그리고 지면(6)으로 열전달을 일으키게 한다. 야간에는, 채널(13) 내의 유체가 배출되고 채널(12)과 외계 사이의 절연을 증가시키도록 공기에 의해 대체된다. 표면(14)은 열을 복사하나, 만일 층(4)이 적외선을 반사하면 복사열은 채널(12) 내의 유체로 다시 반사될 것이다.
다른 관점에서, 채널(13) 내의 유체 유동은 간단히 멈춰질 수 있다. 정체된 유체가 난류 유동 유체보다 낮은 열을 갖기 때문에 이는 유체로부터 열전달을 감소시키려한다.
대형의 태양열 어레이를 형성하기 위하여, 지면에 예를 들어 그레이더(grader)를 이용함으로써 장애물을 먼저 제거하고, 태양열 패널은 100 m를 초과하고 일 단부 상에 유체 또는 공기를 공급하는 본관(header)에 연결되고 타 단부 상에 가열된 유체를 수용하는 본관에 연결될 수 있는 거리의 토지 상에 간단히 전개된다. 태양열 패널은 서로 인접하게 위치되어서 열은 패널들 사이에서 지면으로부터 손실되지 않는다. 패널은 채널(12) 내의 유체의 무게에 의해 지면 상에서 제 위치에 유지된다.
도3은 도1에 도시된 태양열 수집기(30)의 다른 실시예를 도시한다. 층(5)은 태양열 수집기(30)가 제 위치에 유지하도록 작동하는 플랩(flap; 19, 20)을 형성하기 위하여 밀봉 지점(8, 9)을 지나 연장된다. 플랩(19, 20)을 갖는 태양열 수집기(30)를 설치하기 위하여, 수집기를 포함하는 롤은 도랑을 파고 흙을 외부로 보내는 2개의 쟁기를 갖는 트랙터 등의 후면에서 전개된다. 그 다음, 기계식 안내부는 쟁기에 의해 파진 이들 도랑 내에 플랩(19, 20)을 위치시킨다. 그리고, 이어지는 블레이드는 도랑을 채우도록 흙을 이동시키고 롤러는 흙을 꽉 들어차게 한다. 그 다음, 플랩(19, 20)은 지면에 고정되어서 패널은 유체로 충전되든 그렇지 않든 제 위치에 유지될 것이다.
도4는 태양열 패널(30)이 본관(31, 32)에 연결되는 본 발명에 따른 발전 시스템의 평면도이다. 유체 및 공기는 패널(30)로 분배하기 위한 본관(31)으로 분배 파이프(33)를 통하여 유동한다. 순환 유체는 본관(32)으로 수집되고 도관(34)을 통하여 발전 장치(35)로 복귀된다.
태양열 수집기(30)는 본 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려진 바와 같은 다양한 방법으로 본관(31, 32)에 부착된다. 도5는 도1에 도시된 유체 채널을 갖는 수집기(30)에 연결된 본관의 하나의 가능한 형상의 측 단면을 도시한다. 각 층이 본관(31)의 적절한 표면에 대항하여 연속적으로 위치된 후에, 적절한 밀봉을 갖는 스냅(40)은 함께 표면을 단단히 유지하고 밀봉하도록 층에 대항하여 가압된다. 만일 채널(10)보다 채널(11) 내에서 더 높은 공기압을 제공할 필요가 없다면, 본관(31)의 해당 커넥터는 제거될 수 있다. 만일 도2에 도시된 형상이 사용되면, 추가의 연결 및 채널은 본관 내에 구비될 필요가 있다. 본관(31)은 강성 또는 가요성 재료로 구성될 수 있다. 하부 지형에 더 용이하게 일치할 수 있기 때문에 가요성 본관은 어떤 상황에서도 유리할 수 있다.
종래의 태양열 패널은 유리 또는 플라스틱의 평평한 유리창을 갖는다. 수평으로 놓일 때, 이들 패널은 먼지, 우박, 비 및 눈을 모으려고 한다. 본 발명의 설계로, 우박은 단순히 거친 팽창된 상부층을 퉁겨 나간다. 비는 축적된 먼지를 씻어버린다. 눈은 굴곡된 표면을 미끄러져 나가고 일조 시간 동안 녹는다.
다른 태양 에너지 시스템은 또한 수집기의 각 평방미터에 포함하는 많은 노력이 필요한 고정 방법과 기초 구조물을 요구한다. 본 시스템으로, 토지가 브러시로 깨끗이 되고 평탄하게 된 후, 패널은 단순히 전개되고 멀리 떨어질 수 있는 마지막 본관에 연결된다. 순환 유체의 하중은 지면 또는 다른 표면에 패널을 고정시킨다. 백업 시스템에서, 지주(stake)는 패널의 상부를 가로질러 지주에 고정된 패널 및 스트랩의 에지를 따라서 주기적으로 박힐 수 있다. 이는 패널이 완전히 배수된 경우에 바람에 의해 패널이 날리는 것을 방지한다.
도6은 발전 장치의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 가열된 유체는 파이프(52)를 통하여 들어가고 열 교환기(51)를 통하여 유동하는 데, 냉매와 같은 낮은 비등점을 갖는 액체를 비등시킨다. 그 다음, 유체는 파이프(53)를 통하여 배출된다. 보일러(51)로부터의 증기는 파이프(55)를 통하고 발전기(57)에 동력을 공급하는 터빈(56)을 통하여 유동한다. 터빈(56)으로부터의 팽창된 배출 증기는 파이프(58)를 통하여, 증기가 튜브 내에서 액체로 응축하는 핀 튜브 열 교환기(finned tube heat exchanger)일 수 있는 응축기(59) 내로 유동한다. 모터(61)에 의해 구동된 팬(60)은 증발에 의해 공기를 냉각시키기 위하여 물 분무기 시스템(62)을 통하여 공기를 송풍한다. 또한, 물 스프레이는 응축기(59)의 핀 상에 충돌하여 응축기(59)로부터 열을 제거할 때 계속 증발한다. 그 대신, 종래의 워터 쉘(water shell) 및 튜브 응축기가 또한 사용될 수 있고, 또는 만일 물이 용이하게 이용될 수 없다면, 공기가 핀 튜브 응축기를 통하여 송풍될 수 있다. 응축된 액체는 파이프(63)를 통하여 사이클을 완료하기 위하여 액체를 보일러(51)로 다시 펌핑하는 펌프(64)로 유동한다.
도7은 자정에 시작하여 24 시간의 주기 동안 2.59 ㎢(1 mile2)의 수집기로부터 계산된 출력을 도식적으로 나타낸다. 이는 비교적 남부 위도의 위치에서 일광 시간이 12시간인 것을 가정한다. 2개의 곡선은 2개의 다른 유속을 나타낸다. 하나의 유속은 주간에 더 높은 출력과 야간에 더 적은 출력을 제공하는 한편, 제2 유속은 24 시간 동안 보다 고른 출력을 제공한다.
겨울철 동안, 하루는 더 적은 일광을 갖고 입사각이 더 낮아서, 더 적은 전력이 출력된다. 여름철에는, 일광 시간이 12 시간보다 더 길 때, 에너지 출력은 도6에 도시된 것보다 더 클 것이다.
발전 장치는 응축기 냉각을 위해 물의 증발을 이용하기 때문에, 습도가 최저일 때 효율은 최고이다. 습도가 높을 때에도 효율은 여전히 우수하다. 예를 들어, 70 %의 상대 습도에서 장치의 효율은 20 %의 상대 습도에서의 효율의 약 85 내지 90 %이다. 즉, 만일 장치가 20 %의 상대 습도에서 120 ㎿의 전력을 생산하면 70 %의 상대 습도에서는 약 100 ㎿를 생산한다. 즉, SPAESS는 습도가 높은 지역에서 계속 잘 작동한다. 습도가 높지만 일광은 많은 플로리다, 스페인 및 말레이지아와 같은 장소가 SPAESS를 위해서 우수한 장소이다. 바람직한 장소는 해수 또는 다른 물 공급원 근처의 사막이다.
만일 장치가 응축기 냉각제로서 단지 공기만을 사용한다면, 효율은 20 %의 상대 습도에서 물 스프레이로 냉각된 응축기를 사용할 때의 단지 약 75 %일 것이다.
도8에 도시된 바와 같이, SPAESS는 흐린 날 계속하여 기능을 하지만, 전력 수준이 낮다. 비록 감소 속도가 주간에 걸쳐서 작지만 출력은 감소된 전력 수준에서 계속하여 생성된다. 대형 거울 어레이, 또는 원통형이나 포물선형인 접시 형태의 시스템으로부터 초점이 맞추어진 일광을 사용하는 태양열 시스템은 이들이 확산광(diffuse light)의 초점을 맞출 수 없기 때문에 흐린 날에는 작동하지 않음을 유의하여야 한다. 다른 평평한 수집기와 같이, SPAESS는 구름을 통하여 확산광의 많은 양의 에너지를 포획할 수 있다.
실례로서, 104 ㎞ × 104 ㎞(65 mile × 65 mile) 토지의 면적, 예를 들어 아리조나 변두리의 작은 지역은 SPAESS가 이 면적을 덮으면 미국에 필요한 전력 모두를 공급할 수 있다. 물론, 직사각형 블록을 갖는 대신, 이 시스템은 더 작은 시스템으로 분할되려고 한다. 매우 큰 블록으로, 폭풍우 동안에 유거수(流去水)가 문제이다. 에너지 획득 시스템이 토지를 덮기 때문에, 물은 지면으로 스며들기보다 오히려 땅 위를 흐른다. 물이 부족한 사막 지역에서, 이러한 유거수는 유용할 수 있다. 이는 인접 농장에 관계수를 제공하는 못으로 수로를 통하여 이송될 수 있다.
캘리포니아의 바자는 풍부한 일광 및 물을 갖기 때문에 SPAESS에 최적의 장소를 제공한다. 미국 남부, 멕시코, 오스트레일리아, 중동, 인도, 아프리카, 유럽 남부 및 남미 지역이 SPAESS에 바로 적합하다. SPAESS 설계가 경제적으로 큰 면적을 덮는데 잘 제공되기 때문에 상기 설명은 대형 발전 장치에 집중된다. 그러나, 이는 작은 유닛에도 적합할 수 있다. 실제로, 처음의 상업용 유닛은 업무용 자가 발전에 용이할 것이다. 농장의 일 에이커(4046.8 ㎡)는 맑은 영역에서 하루에 140 ㎾의 전력 또는 일년에 백만 ㎾h를 생산할 수 있다. 이는 ㎾h당 5 %의 "그린 레이트(green rate)"에서 연간 $50,000의 가치일 수 있다.
여러 도시를 거쳐서 날아갈 때, 대도시 지역의 가장자리에 놓인 "평방마일(square mile)"의 저장소를 알게 된다. 많은 이들 평평한 지붕의 건물들은 건물을 위한 전력을 공급하기에 충분한 이상의 수 ㎿급 SPAESS를 지지할 수 있다. 그 다음, 초과 전력은 공익 회사에 팔릴 수 있다.
본 발명의 전술된 설명은 도해 및 설명의 목적으로 나타내진 것이고, 발명을 설명된 바로 그 형태로 한정하려는 것은 아니고, 위의 설명으로 비추어 분명히 많은 변형과 변경이 가능하다.
실시예들은 본 기술 분야의 다른 숙련자들이 숙고된 특별한 사용에 적합하게 되는 다양한 실시예에서 그리고 다양한 변형으로 본 발명을 가장 잘 이용할 수 있도록 본 발명의 원리와 그의 실제적인 적용례를 가장 잘 설명하기 위하여 선택 및 설명되었다. 본 발명의 범위가 첨부된 청구항에 의해 정의되는 것으로 의도된다.

Claims (9)

  1. 태양 에너지 수집기 시스템에 있어서,
    다수의 인접한 태양열 수집기를 형성하도록 지지 표면을 따라서 전개하기 위한 일정 길이의 가요성 비절연 기부 패널과,
    태양으로부터 태양 에너지에 의해 가열될 유동 유체를 포함하기 위하여 가요성 기부 패널의 길이를 따라서 밀봉되고 높은 빛 흡수와 낮은 적외선 방출 특성을 갖는 다수의 평행 도관과,
    지면에 평행하고 평행 도관들과 태양 사이에 배치되고 유동 유체로부터 열 손실을 감소시키고 기부 패널과 함께 형성되는 구조물을 팽창시키도록 저압 유체를 포함하기 위하여 기부 패널에 밀봉된 높은 빛 투과성을 갖는 덮개 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 인접한 태양열 수집기의 인접한 에지 표면들 사이를 밀봉하기 위하여 다수의 평행 도관들 중에서 외부의 것들을 따라서 에지 표면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 가요성 태양열 수집기를 고정시키기 위하여 가요성 기부 패널의 에지부로부터 연장된 고정 스트립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 다수의 덮개 스트립을 더 포함하고, 각각의 덮개 스트립은 하나의 평행 도관을 덮고, 평행 도관과 덮개 스트립 사이의 공간을 형성하여 가열을 위한 추가의 액체 또는 평행 도관 내의 액체로부터 열의 투과를 저지하기 위한 절연 유체를 유동시키는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 평행 도관들과 덮개 층 사이에 있고 다수의 평행 도관들과 덮개 재료 사이에 중간 절연 체적을 형성하기 위하여 덮개 층과 에지 층에 연결된 중간층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 다수의 덮개 스트립을 더 포함하고, 각각의 덮개 스트립은 하나의 평행 도관을 덮고, 평행 도관과 덮개 스트립 사이의 공간을 형성하여 가열을 위한 추가의 액체 또는 평행 도관 내의 액체로부터 열의 투과를 저지하기 위한 절연 유체를 유동시키는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 수집기 시스템.
  7. 태양 에너지 발전 시스템에 있어서,
    지면 상에서 그리고 지면과의 열 전달 접촉 상태로 인접한 관계로 배치된 다수의 일정 길이의 태양 에너지 수집기 패널과,
    유동 유체 및 절연 유체를 태양열 수집 패널에 공급하고 가열된 액체를 수집하는 입구 및 출구 분기관과,
    가열된 액체를 수용하도록 연결되고 가열된 액체 내의 에너지를 출력 전기 에너지로 변환하는 발전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발전 장치는 증기 유동을 형성하도록 가열된 액체에 의해 증발될 낮은 비등점 액체를 사용하는 폐쇄 루프 시스템과, 증기 유동 내의 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위한 터빈과, 그리고 증기를 액체로 응축하기 위한 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 발전 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 응축기는 공기가 응축기를 통과하게 안내하는 팬과, 증기를 응축시키도록 액체 증기로부터 충분한 열을 제거하기 위해 공기가 응축기를 통하여 지나가기 전에 공기를 냉각시키기 위한 물 스프레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 발전 시스템.
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