KR20080095401A - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전장치에 있어서,호수의 공유수면 위에 소정의 면적을 갖도록 구비되며, 상면은 편평하게 형성되고, 하면에는 파이프 형태의 내부가 빈 탄성재질의 부유수단이 구비되는 프레임; 상기 프레임 상면에 다수가 배치되며, 광전효과에 의해 광기전력이 의한 전압을 발생시키는 태양광전지; 및, 상기 프레임 하면에 구비되어 프레임의 방향을 조절하는 스크류를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

본 발명의 실시로 전국에 걸쳐 산재하는 일정면적이상의 호수의 공유수면에 태양광 발전장치를 구성하여 토지자원을 효율적으로 이용하는 동시에 저렴한 비용에 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.

태양광 발전장치, 태양광전지, 스크류

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

도 1은 태양의 남중고도의 변화를 나타내는 예시도.

도 2는 계절의 변화에 따른 남중고도 및 낮의 길이의 변화를 나타내는 예시도.

도 3a는 태양의 연주운동과 황동를 나타내는 예시도.

도 3b는 천구상의 황도의 변화와 적위를 나타내는 예시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예의 사시도.

도 5a는 본 발명의 바람직한 일실시예의 측면도.

도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예의 측면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예의 사용상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ; 태양광발전장치 W ; 물

E ; 공유수면바닥

100 ; 프레임 120 ; 프레임 상면

140 ; 프레임 하면 160 ; 결합구

200 ; 태양광전지

300 ; 스크류

400 ; 세척수단

500 ; 틸팅수단

600 ; 제어장치

700 ; 고정수단 720; 고정수단 일단

740 ; 고정수단 타단

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양광 발전은 태양 빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식을 말한다. 이러한 태양광 발전장치는 태양전지(solar cell, solar battery)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환장치로 구성된다.

이러한 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사(照射)하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것으로서, 즉, 외부에서 빛이 태양 광모듈에 입사되었을 때, p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광에너지에 의해 가전자대(valence band)로 여기되고, 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(EHP : electron hole pair)을 생성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n접합 사이에 존재하는 전기장

(electric field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.

태양전지에는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘광전지가 있다.

태양광 발전은 세계적으로 현재 3,000 kW급까지 개발운전 중에 있으며 계속해서 실용화를 위한 효율향상과 대용량화를 위한 연구가 진행 중이다. 한국에는 태양광 발전이 93년부터 10 kW급(충남 호도)이 운전 중이며 2000년대 초에는 1,000kW급 발전시스템이 개발될 전망이다.

이러한 태양광 발전의 경우에는 에너지원이 청정·무제한이고 필요한 장소에서 필요량 발전가능한 점, 유지보수가 용이하다는 점, 무인화가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 태양광 발전의 경우 여타 다른 화력발전 또는 원자력발전과 달리 전력생산량이 지역별 태양의 일사량에 의존한다는 점, 에너지밀도 낮아 큰 설치면적 필요하다는 점, 태양광 발전시스템 비용이 고가라는 점과 초기투자비와 발전단가 높다는 점이 문제이다.

특히, 종래의 태양광발전장치의 경우는 발전을 위해서는 많은 면적이 소요된 다. 그러나 우라나라와 같이 국토의 면적이 한정되어 있는 나라들의 경우에는 토지의 가격이 고가이어서 태양광발전을 위한 토지의 확보가 어려운 실정이다.

또한, 태양의 남중고도는 계절의 변화에 따라 변화한다. 그런 기존의 태양광 발전장치의 경우는 태양의 남중고도의 변화에 따라 정확하게 태양광전지를 태양과 정면으로 배치하고 있지 못한 실정이다.

상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전국에 걸쳐 산재하는 일정면적이상의 호수의 공유수면에 태양광 발전장치를 구성하여 토지자원을 효율적으로 이용하는 동시에 태양의 남중고도의 변화에 따라 태양광전지의 배치를 변화시켜 효율성을 높여 저렴한 비용에 많은 양의 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전장치에 있어서, 호수의 공유수면 위에 소정의 면적을 갖도록 구비되며, 상면은 편평하게 형성되고, 하면에는 파이프 형태의 내부가 빈 탄성재질의 부유수단이 구비되는 프레임; 상기 프레임 상면에 다수가 배치되며, 광전효과에 의해 광기전력이 의한 전압을 발생시키는 태양광전지; 및, 상기 프레임 하면에 구비되어 프레임의 방향을 조절하는 스크류;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한 다.

또한 본 발명은 상기 프레임의 상면에 배치되며, 자체적으로 공기 또는 물을 자동으로 분사하여, 상기 태양광전지의 표면에 발생하는 이물질을 제거하는 세척수단;을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 부유수단 위에 구비되며, 태양의 남중고도의 변화에 따라 태양광전지의 각도를 변화시키는 틸팅수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 계절의 변화에 따른 태양의 남중고도의 변화량에 따라 상기 틸팅수단의 작동을 제어하는 제어장치를 더 포함하여 구성되어, 상기 태양광전지의 태양을 향하는 각도를 자동적으로 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

또한 본 발명은 상기 프레임 하면의 수중에 설치되는 고정수단을 더 포함하여 구성되되, 상기 고정수단의 일단은 상기 프레임에 연결되고, 타단은 공유수면바닥에 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 상기 프레임은 삼각형, 사각형 또는 육각형 중 어느 하나의 형상으로 구성되되, 상기 프레임의 각 변에는 프레임간에 조립설치가 가능하도록 하는 결합구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면의 바람직한 일실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 태양의 남중고도의 변화를 나타내는 예시도, 도 2는 계절의 변화에 따른 남중고도 및 낮의 길이의 변화를 나타내는 예시도, 도 3a는 태양의 연주운동과 황동를 나타내는 예시도, 도 3b는 천구상의 황도의 변화와 적위를 나타내는 예시도, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예의 사시도, 도 5a는 본 발명의 바람직한 일실시예의 측면도, 도 5b는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예의 측면도, 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예의 사용상태도이다.

본 발명은 호수의 공유수면 위에 일정한 면적을 갖도록 구비되며, 상면(120)은 편평하게 형성되고, 하면(140)에는 파이프 형태의 내부가 빈 탄성재질의 부유수단이 구비되는 프레임(100); 상기 프레임 상면(120)에 일정한 간격으로 배치되며, 광전효과에 의해 광기전력이 의한 전압을 발생시키는 태양광전지(200); 및, 상기 프레임 하면(140)에 구비되며, 프레임의 방향을 조절하는 스크류(300)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시장소는 상기한 바와 같이 토지보다 비교적 경제적인 호수의 공유수면 위에서 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 상기 프레임(100)은 본 발명인 태양광발전장치의 몸체의 역할을 하는 부분이다. 즉, 프레임 상면(120)은 편평하게 형성하여 태양광전지(200)를 설치한다. 이때 프레임 상면(120)은 첨부된 도5a와 같이 내부가 빈 패널의 구조로 형 성하는 것이 바람직하다. 그리고 프레임의 하면(140)은 첨부된 도 5a와 같이 내부가 빈 파이프(150)를 연속적인 격자형으로 구성하여 실시하는 것이 바람직하다,

이때 파이프(150)는 바람직하게는 내부가 빈 형태이되, 재질은 물에 뜰 수 있는 합성수지 또는 얇은 금속파이프로 구성하여 실시하도록 한다.

본 발명은 일정면적이상의 공유수면에서 실시하는 것이므로, 프레임(100)의 평면의 형태를 첨부된 도 4와 같이 실시하는 경우에는 가로세로 각각 10m × 10m 의 크기로 구성하여 실시하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는 각각의 프레임(100)간을 연결하여 실시하는 경우에는 가로세로 각각 100m × 100m의 크기로 구성하여 실시할 수 있다. 이때 프레임 하면(140)의 파이프(150)는 첨부된 도 5a와 같이 구성하되 지름이 약 1m가 되게 하여 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시에 사용하는 태양광전지(200)는 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한 것을 말한다. 본 발명의 실시에 사용하는 태양광전지(200)는 바람직하게는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌광전지, 또는 아황산구리 광전지를 사용할 수 있고 실시조건에 따라 반도체 pn접합을 사용한 실리콘광전지를 사용할 수 있다.

그리고 본 발명이 실시에 있어 상기 프레임 하면(140)에 구비되며, 프레임의 방향을 조절하는 스크류(300)를 포함하여 실시할 수 있다. 이때 스크류(300)는 이하에서 설명하는 하루의 태양이동에 따라 태양광전지(200)의 방향이 태양을 향할 수 있도록 프레임(100)의 방향을 전환시키는 역할을 하는 장치를 말한다.

또한 본 발명은 상기 프레임 상면(120)에 배치되며, 자체적으로 공기분사장치(420) 또는 물분사장치(440)를 구비하여, 상기 태양광전지의 표면에 발생하는 이물질을 제거하는 세척수단(400);을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 실시에 있어서 봄철의 황사 또는 여름철의 장마, 겨울에 눈 등 상기 프레임 상면(120)에 설치되는 태양광전지(200)에는 먼지 또는 비 눈 등이 쌓이는 경우가 생길 수 있다. 이렇게 된다면 발전량은 줄어들게 되어 효율성이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명을 실시함에 있어 먼지, 눈 등의 이물질을 제거하기 위한 공기분사장치(420) 또는 물분사장치(440)를 구비하고 있는 세척수단(400)을 더 포함하여 실시할 수 있도록 구성한 것이다.

또한 본 발명은 상기 프레임 상면(120)구비되며, 태양의 남중고도의 변화에 따라 태양광전지(200)의 각도를 변화시키는 틸팅수단(500)을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 실시에 사용하는 틸팅수단(500)은 계절의 변화에 따라 달라지는 태양의 남중고도에 따라 태양광전지(200)의 각도를 변화시키도록 한 것이다.

여기에서 태양의 남중고도란 태양이 관측자의 남쪽 자오선(정남)에 위치할 때의 고도를 말하는 것으로서, 하루 중 태양의 고도가 가장 높을 때를 말한다. 계절의 변화는 태양의 남중고도와 낮의 길이 변화 때문에 생긴다. 이러한 태양의 남중고도의 변화는 지구의 공전궤도(황도,태양의 연주운동궤도)와 천구의 적도와 약 23.5°기울어져 있기 때문에 나타나는 것으로 위도가 φ인 지점의 적위가 δ가 되는 때의 태양의 남중고도 h는

h = 90°- φ + δ 이다.

여기에서, 적위 δ는 첨부된 도 1 및 도 2와 같이 변화한다. 적위의 변화는 다음 표1과 같다.

구분	춘분점	하지점	추분점	동지점
적경	0h	6h	12h	18h
적위	0°	23.5°	0°	-23.5°

적위는 천구의 북극과 남극을 기준으로 하는 적도좌표계에서 천체를 지나는 시간궝을 따라 천구의 적도면에서 천체까지 잰 각(0°~ ±90°)을 말한다.

도 3a는 태양의 남중고도의 변화를 나타내는 그림이고, 도 3b는 계절과 낮의 길이변화를 나타내는 그림이다. 즉, 도 3b에 도시된 바와 같이 태양은 동지에는 남중고도가 천정의 남쪽으로 향하여 가장 낮고, 하지에는 남중고도가 천정쪽으로 향하고 이때 가장 높다. 즉, 동지에는 낮의 길이가 가장 짧고 하지에 낮의 길이가 가장 길게 되는 것이다.

본 발명은 이러한 태양의 남중고도의 변화에 따라 태양광전지(200)의 태양을 향하는 각도를 틸팅수단(500)을 이용하여 실시하는 것이다.

또한 본 발명은 상기한, 계절의 변화에 따른 태양의 남중고도의 변화량에 따라 상기 틸팅수단(500)의 작동을 자동적으로 제어하는 제어장치(600)를 더 포함하여 실시할 수 있다. 즉, 상기 태양광전지(200)의 태양을 향하는 각도를 자동적으로 조절하도록 함으로써 보다 용이하게 본 발명을 실시할 수 있도록 구성한 것이다. 이러한 제어장치(600)는 상기 태양광전지(200)의 각도를 조절함에 있어 태양의 남중고도의 변화에 따라서 이를 제어하는 장치이다. 즉, 월일별의 미리 입력된 태양의 남중고도 값에 따라 연산장치 등을 이용하여 상기 태양광전지(200)의 각도를 조절하는 틸딩수단의 작동을 제어하도록 하는 것이다.

즉, 기억장치에 축적되어 있는 태양의 남중고도의 변화에 따른 일련의 프로그램 명령을 순차적으로 꺼내 이것을 분석 ·해독하여 각 장치에 필요한 지령 신호를 주고, 장치간의 정보 조작을 제어하는 구실을 하는 것이다. 바람직하게는 상기 프레임의 하면에 형성되는 스크류의 작동도 상기한 바와 같이 태양의 남중고도 및 낮의 길이를 미리 기억장치에 입력하여 태양광전지의 각도를 제어장치를 통해 자동으로 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명을 실시함에는 상기 프레임 하면(140)의 수중(W)에 설치되는 고정수단(700)을 더 포함하여 실시할 있다. 이때, 상기 고정수단 일단(720)은 첨부된 도 6과 같이 상기 프레임(100)에 연결되고, 고정수단 타단(740)은 공유수면바닥(E)에 고정하여 실시할 수 있다.

이러한 고정수단(700)을 이용하여 본 발명을 실시하는 경우에는 바람 등에 의한 호수의 물결에 의해 상기 태양광발전장치(10)가 밀리는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 고정수단(700)이 있으므로 해서 프로펠러(300)를 이용하여 프레임의 방향의 전환을 보다 용이하게 할 수도 있는 것이다. 다만, 첨부된 도 6은 실시예이므로 실시조건에 따라서는 상기 고정수단(700)의 구성은 자유로이 변경하여 실시할 수 있다.

또한 본 고정수단(700)에 의해 본 발명을 실시하는 경우에는 첨부된 도 6에 에서 상기 고정수단 일단(720)이 타단(740)과 분리되어 호수의 수위의 변화에 따라 프레임의 위치의 높낮이를 조절할 수 있도록 구성할 수 있다(도면에 미도시). 이는 장마철 또는 가뭄의 경우에 호수의 공유수면의 높이가 변하므로 이를 고려한 것이다. 또한 태양은 지구를 중심으로 할때 북반구에서 동쪽에서 서쪽으로 움직이므로 본 발명의 고정수단(700)의 회전도 동에서 서로 시계방향으로 회전하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명을 실시함에는 상기 프레임(100)은 삼각형, 사각형 또는 육각형 중 어느 하나의 형상으로 구성하여 실시할 수 있다(도면에 미도시). 이때 상기 프레임(100)의 각 변에는 첨부된 도 5a 도는 도 5b와 같이 프레임(100)간에 조립설치가 가능하도록 하는 결합구(160)를 형성하여 실시할 수도 있다. 이때 결합구(160)의 결합방식은 첨부된 도 5a와 같이 파이프의 일단 및 끝단을 얇게 형성하고 이들간을 나사결합을 통해 조일 수 있는 결합너트(도면에 미도시)를 구성하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 결합너트는 공지된 기술인 바 자세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시로 전국에 걸쳐 산재하는 일정면적이상의 호수의 공유수면에 태양광 발전장치를 구성하여 토지자원을 효율적으로 이용하는 동시에 저렴한 비용에 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전장치를 제공할 수 있다.

Claims (6)

1. 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전장치에 있어서,

   호수의 공유수면 위에 소정의 면적을 갖도록 구비되며, 상면은 편평하게 형성되고, 하면에는 파이프 형태의 내부가 빈 탄성재질의 부유수단이 구비되는 프레임;

   상기 프레임 상면에 다수가 배치되며, 광전효과에 의해 광기전력이 의한 전압을 발생시키는 태양광전지; 및,

   상기 프레임 하면에 구비되어 프레임의 방향을 조절하는 스크류;

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
2. 제 1항에서,

   상기 프레임의 상면에 배치되며,

   자체적으로 공기 또는 물을 자동으로 분사하여, 상기 태양광전지의 표면에 발생하는 이물질을 제거하는 세척수단;

   을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에서,

   상기 프레임 상면에 구비되며,

   태양의 남중고도의 변화에 따라 태양광전지의 각도를 변화시키는 틸팅수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 제 3항에서,

   계절의 변화에 따른 태양의 남중고도의 변화에 따라 상기 틸팅수단의 작동을 제어하는 제어장치를 더 포함하여 구성되어,

   상기 태양광전지의 태양을 향하는 각도를 자동으로 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에서,

   상기 프레임을 하면의 수중에 설치되는 고정수단을 더 포함하여 구성되되, 상기 고정수단의 일단은 상기 프레임에 연결되고, 타단은 공유수면바닥에 고정되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에서,

   상기 프레임은 삼각형, 사각형 또는 육각형 중 어느 하나의 형상으로 구성되 되,

   상기 프레임의 각 변에는 프레임간에 조립설치가 가능하도록 하는 결합구가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

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