KR200354811Y1 - 태양전지판의 산란광 집속기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양전지판의 산란광 집속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기중에 분포된 먼지등의 산란입자에 의해 분산된 태양광을 효과적으로 집속하여 고정된 태양전지판에서 최대한 많은 양의 태양광이 조사되도록 하여 태양광 발전효율이 향상되도록 한 태양전지판의 산란광 집속기에 관한 것이다.

본 고안에 의한 태양전지판의 산란광 집속기는, 복수개의 태양전지모듈이 집적된 판상의 태양전지판과, 상기 태양전지판의 사방 가장자리에 각각 연결되어 결합되는 전반사체의 판상으로 형성된 집속판과, 상기 태양전지판을 통해 발생되는 전기에너지를 충전 및 축전시키는 충전/축전시스템을 포함하며, 상기 집속판은 상기 태양전지판과의 내각이 150°이고, 상기 태양전지판에 연결되는 면에 대하여 수직방향으로의 길이는 상기 태양전지판의 장방향 길이의 ⅓로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지판의 산란광 집속기{SCATTERED LIGHT CONCENTRATING INSTRUMENT OF SOLAR CELL PLATE}

본 고안은 태양전지판의 산란광 집속기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기중에 분포된 먼지등의 산란입자에 의해 분산된 태양광을 효과적으로 집속하여 고정된 태양전지판에서 최대한 많은 양의 태양광이 조사되도록 하여 태양광 발전효율이 향상되도록 한 태양전지판의 산란광 집속기에 관한 것이다.

태양전지는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말한다. 상기 태양전지의 성능을 나타낼 때는 '변환효율'에 그 성능이 좌우되는데, '변환효율'이라는 것은 입사된 빛(태양빛)을 어느 정도의 비율로 전기로 바꿀 수 있는가를 나타내는 것이다. 다시말해, 100개의 태양빛이 태양전지에 입사되었을 때 그 중 10개만 전기로 변하면 그것은 10개/100개 x 100% = 10% 의 변환효율을 보인다고 할 수 있다. 태양전지의 변환효율은 입사하는 에너지의 강도 차이와는 거의 관계가 없다. 그러나 변환효율은 비율이기 때문에 입사하는 에너지가 변화하면 그 출력도 변화한다. 즉 변화효율이 10%일 때, 쾌청한 날에는 태양의 빛이 1m²당 1kW의 에너지(일반적으로 쓰이는 조도로 표시하면 10만lux~12만lux)를 지표면에 주기 때문에, 1m²면적의 태양 전지는 100W를 출력한다. 태양광과 형광등의 조도를 비교하면 다음 표1과 같다.

태양광	상황	아주 맑은 날	맑은 날	구름 낀 날	비오는 날
	조도(lux)	120,000~100,000	100,000~50,000	50,000~10,000	20,000~5,000
형광등	상황	설계대(국부 조명)	사무실, 회의실	식당, 복도	계단, 다방
	조도(Lux)	1,000이상	300~600	200이하	100이하

도4는 일반적인 솔라셀의 개략적인 구성도이고, 도5는 일반적인 태양전지모듈의 일부분 단면도이며, 도6은 일반적인 태양전지모듈이다.

상기 태양전지모듈은 복수개의 솔라셀(solar cell)이 집적된 것으로, 상기 솔라셀은 도4에 도시된 바와 같이, P형 반도체(62)와 N형 반도체(61)의 접합형태를 가지며, 그 기본구조는 다이오드와 동일하다. 빛이 입사되는 상기 N형 반도체(61)의 수광면 측에는 상부 전극(63)과, 상기 P형 반도체(62)에는 하부전극(64)이 각각 형성되어 빛에 의한 전자와 정공의 이동에 따라 전류가 생성되어 부하(66)가 동작된다. 이 때 상기 N형 반도체(61)의 상부면에는 입사된 빛의 반사를 방지하는 반사방지막(65)이 도포된다.

상기와 같은 솔라셀(60)은 도5에 도시된 바와 같이, 각각 금속리본(74)으로 복수개 연결되고 투명수지(71)로 고정된다. 또한 상기 투명수지(71)의 상부면에는 빛이 통과되는 투명시트(72)로 보호되며, 하부면에는 불투명의 하부시트(73)로 접착되어 도6에 도시된 바와 같이 태양전지모듈(40)을 형성한다.

상기와 같은 태양전지모듈(40)은 복수개 연결되어 태양전지판이 구성되는데, 상기 태양전지판은 고정식으로 한곳에 설치되기 때문에 태양광을 집속하는 경우에 집속효율의 중대 요소인 태양광 조사 수용각 또는 태양광 수용면의 위치가 고정되었다. 따라서 계절 변화에 의한 태양의 위치변화 시 태양전지판의 위치를 조정할수 없음으로 태양전지판의 최대가용 집전량을 얻을 수 없으며 태양광발전의 경제성제고와 수요시장 확대가 되지 못하였다.

이에 한국공개특허공보 제2003-0062712호(발명의 명칭:태양전지패널장치)에서는 상기 태양전지판을 태양광의 위치가 변할 때마다 발전효율을 향상시키기 위해 설치각도 및 방향을 자유롭게 조정 가능하도록 각도 및 방향조절수단이 구비된 태양전지패널장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같이 태양광을 추적할 수 있는 추적장치는 태양광의 변환효율을 높이는 효과는 있지만, 상기 추적장치의 제조에 대한 비용이 상승되고, 부피가 커질 뿐만 아니라, 태양전지판이 주로 설치되는 지붕등에는 이를 설치하기가 매우 불편한 문제점이 있다.

본 고안은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 태양광의 변환효율을 높이기 위해 태양전지판의 외측 가장자리에 태양의 위치와 각도에 따라 산란되거나 반사되는 태양광을 효과적으로 집속할 수 있는 집속기를 장착하여 상기와 같은 고비용의 추적장치를 구비하지 않고서도 태양광의 변환효율을 높일 수 있는 태양전지판의 산란광 집속기를 제공하는 것이다.

본 고안에 의한 태양전지판의 산란광 집속기는, 복수개의 태양전지모듈이 집적된 판상의 태양전지판과, 상기 태양전지판의 사방 가장자리에 각각 연결되어 결합되는 전반사체의 판상으로 형성된 집속판과, 상기 태양전지판을 통해 발생되는 전기에너지를 충전 및 축전시키는 충전/축전시스템을 포함하며, 상기 집속판은 상기 태양전지판과의 내각이 150°이고, 상기 태양전지판에 연결되는 면에 대하여 수직방향으로의 길이는 상기 태양전지판의 장방향 길이의 ⅓로 형성된 것을 특징으로 한다.

도1은 본 고안의 일실시예에 의한 산란광 집속기가 장착된 태양전지판,

도2는 도1의 A-A선의 단면도 및 빛의 굴절현상을 설명하기 개략적인 설명도,

도3은 도1의 A-A선의 단면구조도,

도4는 일반적인 솔라셀의 개략적인 구성도,

도5는 일반적인 태양전지모듈의 일부분 단면도,

도6은 일반적인 태양전지모듈.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 집속판 20: 태양전지판

30: 지지대 40: 태양전지모듈

50: 광원 51: 산란입자

52: 입사광 53: 반사광

60: 솔라셀 61: N형 반도체

62: P형 반도체 63: 상부전극

64: 하부전극 65: 반사방지막

71: 투명수지 72: 투명시트

73: 하부시트 74: 금속리본

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 의한 태양전지판의 산란광 집속기에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안의 일실시예에 의한 산란광 집속기가 장착된 태양전지판이고, 도2는 도1의 A-A선의 단면도 및 빛의 굴절현상을 설명하기 개략적인 설명도이며, 도3은 도1의 A-A선의 단면구조도이다.

본 고안의 바람직한 실시예의 태양전지판의 산란광 집속기는 상기 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 일반적인 태양전지판(20)의 사방 가장자리에 일정각도와 일정높이를 갖는 전반사경의 집속판(10)이 각각 부착되고, 상기 태양전지판(20)을 지지하는 지지대(30)가 포함되어 구성된다.

상기 태양전지판(20)은 종래의 일반적인 태양전지모듈(40)을 복수개 연결시킨 것이다. 상기 태양전지모듈(40)은 그 구성상 일정한 두께를 갖는 사각형상으로 구성된다. 상기 태양전지모듈(40)이 굽은 형상으로 형성될 경우에는 생성되는 전류의 양이 불균등하기 때문에 상기 태양전지판(20) 또한 사각형상으로 구성되는 것이 일반적이다.

상기 집속판(30)은 광을 전반사시키는 거울 또는 알루미늄등으로 일정 면적을 갖는 판상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 도3에 도시된 바와 같이 태양전지판(20)에 대하여 일정 기울기(α)로 바깥쪽으로 기울어지게 설치한다. 이 때 상기 기울기(α)는 30˚로 하고, 상기 집속판(30)이 태양전지판(20)에 연결되는 면의 수직방향의 길이는 상기 태양전지판(20)에 연결되는 면의 수직방향으로 상기 태양전지판(20) 길이의 ⅓(d)로 하는 것이 바람직하다. 상기 태양전지판(20)은 장방향의 길이와 단방향의 길이로 형성되는 사각판상에서 상기 d는 장방향의 길이의 ⅓이다. 즉, 기울기(α)가 30도 이상이거나 이하일 경우에는 반사된 태양광이 태양전지판(20)에 효과적으로 집속되지 못하며, 높이가 태양전지판(20)의 ⅓(d)이상일 경우에는 광원(50)이 측면에 위치할 경우 빛을 차단하게 되며, ⅓(d) 이하일 경우에는 반대편에서 반사되는 산란광의 손실이 발생되게 된다. 다시 말해, 피라미드 형태를 이루어 산란 또는 반사되는 빛을 가장 효과적으로 집속하게 된다.

또한, 상기 지지대(30)의 중공된 파이프의 형태로서 내부에 송전선이 연결되며, 송전선은 태양전지판(20)의 저면에 설치되는 충전/축전시스템과 연결된다. 상기 충전/축전시스템은 타이머, 일정한 설정전압에 의한 충전제어기능, 역전방지기능등의 충전콘트롤러가 내장되며, 컨버터 또는 인버터 및 과방전 방지의 제어기능이 구비된 축전부가 내장된다.

상기와 같이 구성된 본 고안은 설치되는 장소의 태양위치에 따라 가장 효율적으로 태양광을 입사받을 수 있는 기울기로 설치된다.

설치된 태양전지판(20)은 도2에 도시된 바와 같이, 광원(태양)(50)이 태양전지판(20)에 대하여 60°에서 120°내의 고도에 광원(50)이 위치될 경우에는 입사광(52)은 공기중의 산란입자(51)에 의해 산란되지 않을 경우에는 직접적으로 태양전지판(20)에 입사되고, 산란입자(51)에 의해 산란되거나 반사되는 광은 태양전지판(20)의 사방 가장자리에 설치된 집속판(10)에 반사되어 태양전지판(20)에 입사된다. 물론 상기 산란입자(51)에 의해 태양전지판(20)과 반대방향으로 산란되거나 반사되는 광은 손실된다. 또한 상기 광원(50)의 고도가 태양전자판(20)에 대하여 60°이하나 120°이상일 경우에는 상기 집속판(10)이 없는 경우에는 광원의 고도에 따라 60°이하나 120°이상의 각에 대한 원호만큼의 비율로 입사되지만, 본 고안과 같이 집속판(10)이 장착되면 상기 산란입자(51)에 의해 산란되거나 반사되는 광을 입사받게 되어 입사효율이 상승되게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 고안의 일 실시예는 본 고안의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 고안의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 고안의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 고안의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 고안의 보호범위에 속하게 될 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 태양전지판의 외측 가장자리에 태양의 위치와 각도에 따라 산란되거나 반사되는 태양광을 효과적으로 집속할 수 있는 집속기를 장착하여 태양광의 변환효율을 상승시킬 수 있다.

본 고안자는 추적장치가 장착된 태양전지판과 고정형의 종래의 태양전지판 및 본 고안의 태양전지판의 변환효율을 측정하기 위해 동일한 조건(동일 태양전지판과 동일 위도)에서 생성 전류를 측정한 결과 추적장치가 장착된 태양전지판과 고정형 태양전지판에서 생성되는 전력의 평균값과 거의 동일하게 측정되었다. 따라서, 상기 추적장치에 소요되는 비용을 절약하면서도 효과적으로 변환효율을 상승시킬 수 있는 저렴한 비용의 태양전지판을 제공하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 복수개의 태양전지모듈이 집적된 판상의 태양전지판과, 상기 태양전지판의 사방 가장자리에 각각 연결되어 결합되는 전반사체의 판상으로 형성된 집속판과, 상기 태양전지판을 통해 발생되는 전기에너지를 충전 및 축전시키는 충전/축전시스템을 포함하며,

   상기 집속판은 상기 태양전지판과의 내각이 150°이고, 상기 태양전지판에 연결되는 면에 대하여 수직방향으로의 길이는 상기 태양전지판의 장방향 길이의 ⅓로 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지판의 산란광 집속기.