KR20090080322A - 태양전지 방열 냉각시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양 광을 받아 전기를 생산하는 태양광발전에 있어서, 태양전지가 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 열을 쉽게 발산할 수 있도록 하는 고안으로써, 열 전도율이 높으며 무게가 적어 지지구조체 또는 태양전지 구조의 내구성 저하 문제를 발생하지 시키지 않으면서, 직접적인 냉각수 살포에 의한 누수나 대기오염 등으로부터 태양전지를 보호할 수 있도록 고안된 냉각장치로써, 태양전지에 접착가능하고 공기 접촉면을 넓게 형성하도록 돌기를 형성하는 구조와 살포되는 냉각액을 최대한 이용할 수 있는 냉각액 흡수체(220)를 포함하는 구성내지, 냉각액 주머니를 돌기와 병행하여 다수 개 설치하고 서로 연결하여 냉매 또는 냉각액을 강제 순환하도록 하는 방법과 냉각액 주머니(300)에 일정하게 열을 흡수 방출하는 화학적 촉매제를 삽입하여 방열시간을 제어하는 방법과, 상기 냉각액 또는 화학적 촉매제를 전자냉각장치(400)를 이용하여 냉각시키는 방법, 나아가 열을 흡수한 냉각액을 냉각 후 재사용하는 과정에 있어서, 기존 온수장치나 난방장치와 연계할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 상기 구성에 의한 발열 냉각시트(200)은 태양전지의 발전효율을 향상시키면서 외부환경으로부터 태양전지를 보호하고 나아가 온수나 난방 같은 분야에서 폐열을 재 사용하는 효과가 기대된다.

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Description

태양전지 방열 냉각시트 {Evaporating sheet for photovoltaic module }

본 발명은 태양전지의 후면에서 발생하는 열을 효과적으로 발산하여 태양전지의

발전효율을 향상시키기 위한 방열 냉각시트에 관한 고안이다.

기존의 태양전지 냉각방법으로는 스프링쿨러를 이용하는 방법과 알미늄 방열판을 후면에 고정하는 방법이 있다. 스프링클러를 통해 물을 분사하는 방식은 태양전지의 전면에 적용하게 되는데 이는 태양전지의 후면에 셀을 고정하기 위해 접착된 백시트가 방수 문제에 취약하기 때문이다. 태양전지 전면에 스프링클러를 이용하여 물을 분무하는 방식은 설치 가격이 싸고 유지보수가 단순하다는 장점이 있으나, 열이 발생하는 부분이 태양전지의 후면임을 감안하면 효과가 낮은 방법이고 또한 냉각수에 의한 산란으로 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

알미늄 방열판을 사용하는 방식은 열 전도율이 높은 알루미늄 방열판을 태양전지의 후면에 스프링이나 볼트로 밀착 고정하여 그 전달효과는 높으나, 태양전지 알루미늄 테두리에 천공을 하여 볼트로 체결하거나 스프링으로 강하게 압착하게 되어 태양전지에 내구성을 저하 시키고, 20년 이상 사용하는 동안 서서히 발생하는 유격으로 인한 관리비용 및 효과감소 등의 문제가 있고, 가중된 태양전지 무게는 구조체에 하중으로 작용하여 추가적인 보강이 필요하게 되고 비용상승으로 이어져 효과를 기대하기 어렵다.

해결과제로는 상기 기술한 종래의 기술에서 지적된 문제점으로,

태양전지를 냉각시키는 종래의 스프링클러 사용 방법에서 발생하는 누수나 이물질에 의한 태양전지 오염 및 누전 문제, 발열이 높은 후면에 직접 작용하지 못하는 사용상의 제한을 극복하려 한다.

방열 기구를 태양전지 후면에 직접 설치하는 방식에 있어서 태양전지 테두리에 시행되는 천공 작업으로 인한 내구성 저하문제와 방열판의 무게로 증가한 하중으로 인한 태양전지 저철분 강화유리(120)의 내구성 문제, 지지구조체의 구조적 문제를 해결하려 한다.

상기의 문제점을 해결하기 위해, 태양전지의 일 측 이상에 접착 가능한 열전도율이 높고 방수성이 높은 소재로 이루어지고, 공기와의 접촉면적을 넓히는 냉각돌기를 형성하는 구조의 발열 냉각시트를 설치하고, 나아가, 냉각돌기의 일 부분 또는 전체에 냉각액을 머물게 하는 냉각액 흡수체 구조를 포함하여 살포되는 냉각수를 냉각돌기에서 한시적으로 머물게 하여 증발열에 의한 2차 냉각효과를 얻도록 한다. 나아가, 냉각액 흡수체에는 화학적 냉매를 포함하는 것을 가능하도록 구성하여 냉각된 냉각액 흡수체가 장시간 냉각 효과를 내도록 구성한다.

본 발명의 태양전지의 발열부위에 접착하여 설치되는 태양전지 냉각시트는 냉각액 살포시 방수에 취약한 태양전지 후면을 보호하여 누수나 누전에 의한 피해를 예방하고, 대기오염에 의한 부식으로부터 백시트를 보호하는 효과가 있고, 효과적으로 태양전지 후면의 발열문제를 해결할 수 있다. 상기의 방열 냉각시트는 얇은 종이 형태로 구성되어 무게가 가볍기 때문에 태양전지 냉각장치를 고정하고 있는 지지구조체가 받는 기계적인 하중을 최소하여 지지구조체를 경량화할 수 있다.

이런 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지 방열 냉각시트(200)(이하 냉각시트)는, 태양전지 일면 이상에 설치되며, 방수가 가능하고, 화학적인 접착에 견디며, 특성이 장기간 변하지 않는 성질을 지닌 소재로 구현하는 것이 바람직하다.

나아가, 방열 냉각시트(200)는 발열량이 많은 태양전지 후면에 설치하는 것이 효과적이며. 스프링클러 설비를 이용한 냉각수 살포로부터 충분히 태양전지를 보호 해야 한다.

상기 방열 냉각시트(220)는 공기 또는 냉각액과의 접촉 면을 넓히기 위해서 선택적으로 냉각돌기(210)를 또는 냉각액 주머니를 접착 할 수 있도록 구성한다.

상기 냉각돌기는 실 또는 종이 형태로 부분적으로 냉각액의 일시 보관하는 냉각액 흡수체(220)를 포함하는 구조,

상기 냉각액 주머니(300)는 각 냉각액 주머니(300)를 연결하는 냉각주머니 연결관(420)으로 연결되며, 냉각액의 온도조절을 위해 전자냉각장치(400)인 펠티어소자를 추가 설치하는 보조냉각 수단을 추가 구성할 수 있다.

상기 냉각액 주머니(300)는 냉각액배관(520)을 이용하여 지중에 매설된 냉각액 저장고(500)로 연결하도록 구성 할 수 있다.

상기 냉각액 주머니(300)는 냉각액배관(520)을 이용하여 회수된 상온의 냉각액을 온수를 활용하는 장치의 열 교환장치(620)를 거친 후에 냉각하도록 구성할 수 있다.

나아가, 냉각액 주머니는 접촉면을 확보하거나 접착력을 강화하는 목적으로 판 스프링(700)을 이용하여 백시트(140)쪽으로 압박하는 작용을 하도록 구성하는 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1)은 발명에 해당하는 방열 냉각시트(200)가 설치된 태양전지의 단면 사시도로서, 냉각돌기(210)는 금속 또는 비금속 재질의 실 또는 종이 형태로 다수 개를 설치하는 구조이다.

도 2)는 도1)의 A부분에 해당하는 태양전지 방열 냉각시(200)트 상세도로서, 태양전지 셀(130)을저철분 강화유리(120)에 접착하는 백시트(140) 그리고 방열 냉각시 트(200)의 냉각돌기(210)로 구성된다.

도 3)은 발명에 해당하는 방열 냉각시트(200)의 구성 예시도로서, 태양전지의 일측에 탈착이 가능하도록 구현하고, 냉각돌기(210)와 냉각액 주머니(300), 냉각액 주머니 속에 설치되는 냉각액 주머니용 흡수체(310)로 구성되며, 상기 냉각액 주머니 흡수체(310)는 스프링클러에서 분부되는 냉각수를 흡수하거나 삼투압 또는 표면장력을 이용하여 잠시 잡아둠으로써 흘러내리는 속도를 조절하는 효과를 구현하며, 그 재질은 예로는 비닐, 고무, 우레탄 등 신축성이 있으면서 가벼운 소재로 구성하는 것이 바람직하고, 신축성이 없는 경우는 내구성이 충분한 재질로 한다. 또한 냉각시트에 설치되는 냉각액 주머니는 냉각돌기와 조화를 맞추어 설치하되 그 목적에 따라 배율을 다르게 할 수 있다.

도 4)는 도3의 B에 해당하는 방열 냉각시트(200)의 냉각돌기(210) 상세도로서, 발열 냉각시트(200)의 상단에 냉각돌기 접합부(240)를 두어 발열 냉각시트(200)에 접착되거나, 접착된 두 장의 냉각시트의 상부 발열 냉각시트(200)의 돌출된 접합돼지 않은 부분으로 구현이 가능하다.

상기 냉각시트는 형태적으로 실이나 종이처럼 얇고 가벼운 형태로 구현되며, 열 전도율이 높은 성질을 가진 물질로 구성된다.

상기 냉각돌기(210)의 바람직한 예로는 알루미늄 호일이나 동선 또는 동박(銅箔) 등을 들 수 있다.

나아가, 냉각돌기(210)는 냉각액 주머니(300)의 외부에 접착하여 복합적인 효과를 구현함이 가능하다.

도 5)는 도3의 C에 해당하는 냉각돌기용 냉각액 흡수체(220)를 설명하기 위한 상세도로서, 냉각돌기(210)에 고정 또는 접착되어 분무된 물을 잠시 보관하여 증발하는 동안 열을 방출하도록 하고, 공냉식으로 사용할 때는 공기와의 접촉 면을 확대하여 발열 효과를 증가시키도록 구성한다.

상기 냉각돌기용 냉각액 흡수체(220)는 구조적으로 최대한 공간을 넓히도록 구성되며, 스펀지 또는 벌집모양 등의 다공성 소재 또는 형태로 구성되며, 내부적으로 열 흡수율이 높은 화학제를 삽입하여 일출 전에 충분히 냉각된 상태를 태양의 남중시간까지 유지하도록 하여 냉각성능을 향상시키는 구조로도 구현 가능하다.

도 6)은 냉각액 주머니(300)와 펠티어소자를 이용한 전자냉각장치(400)를 연결한 예시도로서, 다수의 냉각액 주머니(300)를 냉각액 주머니 연결관(420)으로 전자냉각장치(400)에 연결하고 순환하며 냉각하게 된다.

나아가, 전자냉각장치(400)의 펠티어소자는 전자냉각장치 휀(410)을 추가하여 발열부를 냉각시키도록 구성한다.

상기 냉각주머니 연결관(420)은 병행하여 설치하되 접하는 부위에서 발생하는 열교환을 최소화하도록 격 벽을 설치하는 구조로 구성한다.

도 7)은 냉각액 주머니(300)에서 가열된 냉각액을 냉각액 배관(520)을 통해 지중에 설치된 냉각액 저장고(500)로 연결된 상황을 예시한 도면으로서, 바람직하게는 냉각액 저장고(500)를 5~10M 내외의 지하에 매설하여 냉각수의 온도를 연중 5~15도를 유지하도록 한다.

상기 냉각액 저장고(500)와 냉각액 주머니(300) 사이의 냉각액은 펌프를 이용하여 순환시키거나 히트펌프를 이용하여 열 만을 전송하는 방법, 자연 순환하는 방법이 구현 가능하다.

도 8)은 냉각액 주머니에서 가열된 냉각액을 연결된 배관을 통해 가정의 난방시설에 연결하는 구조를 도식한 것으로서, 난방시설에 연결된 열 교환장치(620)를 통해 보일러(600)로 유입되는 보일러용수의 온도를 상승시키는 목적 또는 온수보관 탱크(610)의 온도를 유지시키는 목적 또는 직접 보일러와 병행하여 난방파이프에 연결하여 폐열을 이용하도록 구현 가능하다. 상기 보일러(600)에서 회수되어 냉각액 주머니(300)로 반송되는 냉각액은 전자냉각장치(400)에 의해 냉각되고 냉각주머니 연결관(420)에 의해 냉각액 주머니(300)로 유입된다. 이때 전자냉각 장치(400)는 공냉식으로 사용해도 구현 가능하다.

도 9)는 방열 냉각시트(200)와 표면에 설치된 냉각액 주머니(300)의 접촉을 용이하게 하기 위해 판 스프링을 설치하여 가압하는 형상을 설명하기 위한 예시도 이다. 상기 판 스프링은 활처럼 휜 모양으로 태양전지 알루미늄 후레임(110)을 지지하여 태양전지 후면 쪽으로 밀어 올려지는 역할을 하도록 설치된다. 상기 판 스프링(700)은 접착제 효과를 증대시키게 된다.

도 1은 발명에 해당하는 방열 냉각시트(200)가 설치된 태양전지 단면 사시도

도 2는 도1의 A부분에 해당하는 태양전지 방열 냉각시트(200) 상세도

도 3은 발명에 해당하는 방열 냉각시트(200) 구성 예시도

도 4는 도3의 B에 해당하는 방열 냉각시트(200)의 냉각돌기(210) 상세도

도 5는 도3의 C에 해당하는 냉각돌기(210)용 냉각액 흡수체(220) 상세도

도 6은 냉각액 주머니(300)와 전자냉각장치(400)를 연결한 예시도

도 7은 지하 냉각액 저장고(500)의 활용 예시도

도 8은 가열된 냉각액 순환을 이용한 옥내 온수 이용방법 예시도

도 9는 냉각액 주머니(300)의 접착력을 향상시키는 판 스프링(700) 설치를 설명하기 위한 냉각주머니(300)가 설치된 태양전지의 단면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 태양전지모듈 110: 태양전지 알루미늄 후레임

120: 저철분 강화유리 130: 태양전지 셀

140: 백시트

200: 방열 냉각시트 210: 냉각돌기

220: 냉각액 흡수체 240: 냉각돌기 접합부

300: 냉각액 주머니 310: 냉각액 주머니용 흡수체

400: 전자냉각장치 410: 전자냉각장치 냉각용 휀

420: 냉각주머니 연결관

500: 냉각액 저장고

520: 냉각액 배관 530: 냉각액 회수 배관

600: 보일러 610: 온수보관 탱크

620: 열 교환장치 700: 판 스프링

Claims (18)

1. 태양광을 받아 발전하는 태양전지에서,

   발전 중 발생하는 발열현상을 냉각시키는 장치로서,

   태양전지의 일 측 이상에 접착하여 설치되며, 냉각용 돌기를 포함하는 방열 냉각시트.
2. 제 1항에 있어서,

   냉각용 돌기는 금속제 또는 비금속제를 재료로 하는 실 형태와 또는 얇은 종이형태인 구조.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   각 냉각 돌기는 냉각액이 흘러 내려가거나 증발하는 속도를 제어하기 위한 냉각액 흡수체를 포함하는 구조.
4. 태양전지 후면에 직접 접착되는 방열 냉각시트는,

   방수기능이 있고, 화학적인 접착에 충분한 내구성을 가지고, 장기간 특성이 변하지 않는 특성을 지닌 금속제 또는 비금속제 재질을 한 장 이상 접착한 구조.
5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,

   금속제 방열 냉각시트는 종이 형태의 알루미늄 호일 또는 동선 또는 동박(銅箔)인 구조.
6. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,

   방열 냉각시트는 오염 방지를 위해 표면에 코팅물질을 도포한 형태.
7. 제 4항 있어서,

   방열 냉각시트의 일 측에 탈착이 가능한 돌기형태의 냉각시트를 추가 포함하는 구조.
8. 제 1항 또는 제 4항 있어서,

   방열 냉각시트의 일 측 이상에 탈착 가능한 형태의 냉각액을 일시 보관하는 냉각액 주머니를 포함하는 구조.
9. 제 8항 있어서,

   방열 냉각시트의 일 측에 탈착이 가능한 냉각액을 일시 보관하는 주머니는 비닐, 고무, 우레탄, 실리콘 등의 수축 팽창이 용이한 소재를 이용한 구조.
10. 제 8항 있어서,

    냉각액 주머니의 내부에 냉각액을 흡수하여 유지하는 냉각액 흡수체를 포함하는 구조.
11. 제 8항 있어서,

    방열 냉각시트의 접촉되는 냉각액 주머니의 내부에 온도를 유지하는 화학소재를 충진하는 구조.
12. 제 8항에 있어서,

    태양전지 후면에 설치된 다수의 방열 냉각시트에 있어서,

    방열 냉각시트에 설치된 냉각액 주머니를 병렬로 연결하는 냉각주머니 연결관을 포 함하는 구조.
13. 제 8항에 있어서,

    방열 냉각시트의 일 측에 설치된 냉각액 주머니에 연결된 관을 통해 전자냉각장치로 연결하고 냉각액을 냉각 순환시키는 구조.
14. 제 8항에 있어서,

    방열 냉각시트의 일 측에 설치된 다수개의 냉각액 주머니와 연결된 튜브를 통해 냉각액을 전자냉각장치를 포함하는 냉각장치에 접속시키는 구조.
15. 제 8항 있어서,

    방열 냉각시트의 일 측에 설치된 냉각액 주머니를 지중에 설치된 냉각액 저장고와 연결하는 냉각액배관을 포함하는 구조.
16. 제 11항 있어서,

    방열 냉각시트의 일 측에 설치된 냉각액 주머니를 지중에 설치된 냉각액 저장고와 연결하는 배관은 히트펌프인 구조.
17. 제 8항 있어서,

    방열 냉각시트의 일 측에 설치된 냉각액 주머니 연결관에서 연장된 배관을 통해 배출되는 가열된 냉각액을 냉각순환 절차를 거치기 전에 난방용 열 교환장치 또는 온수 보관용 물탱크와 연결하는 구조.
18. 태양전지의 냉각방식에 있어서,

    태양전지의 일 측 이상에 밀착되어 설치되며, 다공성 소재로 제작된 또는 일반적인 물질로 제작된 다공성 구조의 냉각액 흡수체(310)를 포함하는 냉각장치.

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