KR20090095079A - 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는태양광 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광을 반사시키는 반사판을 구비하는 집광 장치 및 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양광 모듈을 구비하고, 상기 반사판과 상기 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되도록 상기 집광 장치와 상기 태양광 모듈이 설치되는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면 반사판과 태양광 모듈 사이에 빗물 및 오염 물질의 통로를 확보함으로써, 오염 물질이 쌓이는 것을 막아 발전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

태양광 발전, 집광 장치, 태양광 모듈

Description

반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전 시스템{Photovoltaic system transforming solar ray reflected by reflector to electric energy}

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.

인류는 화석에너지의 고갈 및 지구의 기후변화 등으로 인해 화석에너지를 대체할 새로운 에너지원을 개발하고 있으며, 이러한 대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한하게 이용할 수 있는 태양광 에너지 분야에 큰 관심을 가지고 있다.

태양에너지를 이용하는 발전에는 태양광을 전기에너지로 변환 사용하는 태양광 발전과, 태양에너지를 집열 장치로 집열한 후에 난방용 또는 온수용으로 사용하는 태양열 장치가 있다.

이 중에서 태양광 발전은 화력이나 원자력 같은 기존 발전설비와 달리 연료비가 소요되지 않으며, 소음과 공해가 발생되지 않는 장점이 있다. 또한, 태양광 발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않고, 소규모 발전이 가능하기 때문에, 가정용으로 설치 사용될 수 있는 장점이 있다.

이러한 태양광 발전 시스템은 태양광을 집광하는 집광 장치와, 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 모듈로 구성된다. 그리고, 집광 장치에는 태양광 모듈에 태양광을 반사 집광시키는 반사판이 설치되는데, 종래의 태양광 발전 시스템은 반사판과 태양광 모듈이 접하도록 설계되었다. 따라서 반사판과 태양광 모듈의 접촉 부위에 오염 물질이 쌓이게 되고, 특히 비가 오게 되면 빗물에 섞인 오염 물질이 심각하게 쌓이게 된다. 이러한 오염물질은 태양광 모듈의 태양 전지에 그늘 현상을 발생시켜 발전 효율의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사판과 태양광 모듈 사이에 빗물 및 오염 물질의 통로를 확보함으로써, 오염 물질이 쌓이는 것을 막아 발전 효율의 저하를 방지할 수 있는 태양광 발전 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템은, 태양광을 반사시키는 반사판을 구비하는 집광 장치; 및 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양광 모듈을 구비하고, 상기 반사판과 상기 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되도록 상기 집광 장치와 상기 태양광 모듈이 설치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 태양광 모듈은, 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지; 및 상기 태양 전지의 상부 및 측면에서 상기 태양 전지와 접촉되는 커버 글라스를 구비하고, 상기 반사판과 상기 커버 글라스가 상기 일정 간격 이격되도록 설치되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 태양 전지가 상기 반사판의 상기 태양광 모듈 측 끝단으로부터 수평 및 수직으로 일정 간격 이격되도록 상기 태양광 모듈이 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 태양 전지는, 상기 반사판의 상기 태양광 모듈 측 끝단에서 반사되는 태양광이 상기 태양 전지에 집광되도록 상기 수평 및 수직으로 일정 간격 이격되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 집광 장치는 상기 반사판의 후면에서 상기 반사판과 결합하여 반사면의 형상을 유지하는 지지대; 및 상기 지지대와 결합하여 상기 지지대를 지지하는 지지판을 더 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태양광 모듈은 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지를 복수 개의 열 형태로 구비하고, 상기 태양 전지의 각 열 사이에 상기 집광 장치가 위치할 공간이 마련되며, 상기 집광 장치는 상기 태양광 모듈 상부의 상기 공간에 위치하여 상기 태양광 모듈과 결합될 수 있다.

또한, 상기 태양광 발전 시스템은 상기 태양광 모듈을 지지하는 태양광 모듈 지지대를 더 구비하고, 상기 태양광 모듈은 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지를 1개 열 형태로 구비하며, 상기 집광 장치는 상기 태양광 모듈의 일 측면에서 상기 태양광 모듈 지지대와 결합될 수 있다.

본 발명에 의하면, 반사판과 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되도록 집광 장치와 상기 태양광 모듈이 설치되기 때문에, 반사판과 태양광 모듈 사이에 빗물 및 오염 물질의 통로를 확보함으로써, 오염 물질이 쌓이는 것을 막아 발전 효율의 저하를 방지할 수 있다. 나아가, 상기 이격된 간격이 공기의 통로 역할을 하여 태양광 모듈을 냉각하고 온도를 하강시키는 역할을 함으로써 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양광 발전 시스템은 태양광을 반사시키는 반사판(112)을 구비하는 집광 장치(110)와, 반사판(112)으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광 모듈(120)을 구비한다. 특히, 집광 장치(110)와 태양광 모듈(120)은 반사판(112)과 태양광 모듈(120) 사이가 일정 간격 이격되도록 설치된다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 평면도이다. 본 실시예에 따른 태양광 모듈은 복수 개의 열 형태로 배열된 태양 전지(20)와, 태양 전지(20)의 상부 및 측면에서 태양 전지(20)와 접촉되어 태양 전지(20)를 보호하는 커버 글라스(22, 24)로 이루어진다.

본 실시예에 따른 태양광 모듈은 태양광 모듈 상부에 집광 장치를 고정시키는 형태로서, 커버 글라스(24) 상부에 집광 장치가 위치할 수 있는 공간이 마련되고, 이 공간 위에 집광 장치가 위치하여 태양광 모듈과 결합된다. 본 실시예에 의하면, 태양광 모듈의 측면 프레임(25)에 집광 장치가 결합될 수 있다.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 평면도이다. 본 실시예에 따른 태양광 모듈은 1개의 열 형태로 배열된 태양 전지(26)와, 태양 전지(26)의 상부 및 측면에서 태양 전지(26)와 접촉되어 태양 전지(26)를 보호하는 커버 글라스(27, 28)로 이루어진다. 본 실시예에 따른 태양광 모듈은, 복수 개의 태양광 모듈이 복수 개의 집광 장치 사이에 독립적으로 위치하는 형태이다.

태양전지(20, 26)는 얇은 규소 결정판으로, 그 일면에 극미량의 인이 부착되고, 태양광이 조사되는 경우에 규소의 자유전자가 이동하면서 기전력이 발생되어, 태양광을 전기에너지로 변환하도록 구성된다. 커버 글라스(22, 24, 27, 28)는 태양광을 태양 전지(20, 26)에 입사시키는데, 저철분 강화 유리로 이루어질 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 장치의 정면도로서, 도 2a에 도시된 태양광 모듈의 상부에 고정될 수 있는 형태이다. 본 실시예에 따른 집광 장치는 양쪽 면에서 태양광을 반사시키는 반사판(31), 반사판(31)의 후면에서 반사판(31)과 결합하여 반사면의 형상을 유지시키는 지지대(32), 지지대(32)와 결합하여 지지대(32)를 지지하는 지지판(33)으로 이루어진다.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 장치의 정면도로서, 도 2b에 도시된 태양광 모듈의 측면에 고정될 수 있는 형태이다. 본 실시예에 따른 집광 장치는 각각 한쪽 면에서 태양광을 반사시키는 반사판(34, 35), 반사판(34, 35)의 후면에서 반사판(34, 35)과 결합하여 반사면의 형상을 유지시키는 지지대(36), 지지대(36)와 결합하여 지지대(36)를 지지하는 지지판(37)으로 이루어진다.

반사판(31, 34, 35)은 반사율이 뛰어난, 미러 알루미늄, 미러 스텐레스 등과 같은 금속물질로 제작되며, 반사율을 향상시키기 위해 반사성 금속물질이 코팅될 수도 있다. 또한, 반사판(31, 34, 35)의 후면에는 보온재를 부착하여 외부 온도 강하시에 결빙 및 성애 발생을 방지함으로써 양호한 반사 효율을 유지할 수 있다. 여기서, 보온재로는 예를 들면 폴리우레탄, 발포폴리스티렌, 폴리이소부틸렌 등이 사용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 지지대(32, 36)는 반사판(31 또는 34, 35)의 형상과 일치하게 가공되어 반사판(31 또는 34, 35)의 후면에서 반사판(31 또는 34, 35)을 지지한다. 즉, 반사판(31 또는 34, 35)이 설계된 형태를 유지할 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 또한, 지지대(32, 36)는 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으며, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 내부가 비어 있는 형태로 만들어짐으로써 그 무게를 줄일 수 있다. 그리고, 지지판(33, 37) 하나에 복수 개의 지지대(32, 36)가 결합되고, 이 복수 개의 지지대(32, 36)에 하나의 반사판(31 또는 34, 35)이 결합될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b에 각각 도시된 반사판(31) 및 반사판(34)에 결합점이 마련되는 일 예를 나타낸다. 결합점들(a)은 지지대(32, 36)와 결합하기 위한 결합 수단이 형성되는 위치이다. 여기서, 결합수단으로는 나사, 볼트 및 너트, 그리고 그 외의 다양한 수단이 사용될 수 있다. 한편, 반사판(31) 또는 반사판(34, 35)은 상측과 하측으로, 또는 설치될 높이에 따라서 복수 개로 분할되어 각각이 지지대(32, 36)에 고정되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 반사판을 필요에 따라, 예를 들면 집광해야 할 태양광의 양에 따라 선택적으로 설치할 수 있으며, 시공이 용이하고, 나아가 반사판의 개수를 조절할 수 있으므로, 시공 비용에서 유연성을 확보할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 각각 도 4a 및 도 4b에 각각 도시된 반사판(31) 및 반사판(34), 그리고 지지판(33, 37)과 결합되기 위하여, 지지대(32, 36)에 결합점이 마련되는 일 예를 나타낸다. 결합점들(a')은 반사판(31) 및 반사판(34)과 결합하기 위한 결합 수단이 형성되는 위치이고, 결합점들(b)는 지지판(33, 37)와 결합하기 위한 결합 수단이 형성되는 위치이다. 이러한 결합점들은 반사면의 형상, 지지판의 크기 등에 따라 그 위치 또는 개수가 변경될 수 있음은 물론이다.

도 6은 도 2a 및 도 2b에 도시된 지지판(33 또는 37)의 평면도로서 지지대(32, 36)와 결합하기 위한 결합점이 마련되는 일 예를 나타낸다. 지지판(33, 37)은 지지대(32, 36)와 마찬가지로 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다. 결합점들(b')은 지지대의 개수에 따라 지지판(33, 37)의 길이 방향으로 복수 개로 배열된다. 지지판(33, 37)의 결합점들(b')과 지지대(32, 36)의 결합점(b)들에서 나사, 볼트 및 너트 등의 결합수단을 이용하여 지지대(32, 36)와 지지판(33, 37)이 결합된다. 이렇게 지지대(32, 36)와 지지판(33, 37)이 결합됨으로써 지지대(32, 36)가 수직을 유지할 수 있다. 한편, 집광 장치가 태양광 모듈의 상부에 고정되는 형태의 실시예에서, 지지판(33)의 양 끝단에서 태양광 모듈(도 2a)과 결합될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가, 지지판(33)의 양 끝단에서 태양광 모듈과 결합되는 구조를 나 타낸다. 도 7을 참조하면, 태양광 모듈의 측면에 프레임이 형성되고, 이 프레임과 지지판이 결합점(70)에서 나사, 볼트 및 너트 등의 결합수단을 이용하여 결합된다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가, 지지판(33)의 양 끝단에서 태양광 모듈과 결합되는 구조를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 태양과 모듈의 측면에 프레임이 형성되고, 결합 부재를 이용하여, 결합점(81)에서 지지대(32)와 결합 부재가 결합되고, 결합점(82)에서 결합 부재와 프레임이 결합된다. 결합 수단으로는 물론 나사, 볼트 및 너트, 그리고 그 외의 다양한 수단이 사용될 수 있다.

도 9는 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가 결합된 태양광 발전 시스템에서 반사판(31)과 태양광 모듈이 인접한 부분(90)을 표시한 도면이고, 도 10은 상기 부분(90)을 확대한 도면이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 반사판(31)의 태양광 모듈 측 끝단과 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되어 있으며, 구체적으로는 반사판(31)의 끝단과 커버 글라스(24)가 수직 방향으로 거리 a만큼 이격되도록 설치된다. 또한, 태양 전지(20)를 기준으로 하면, 태양 전지(20)는 반사판(31)의 태양광 모듈 측 끝단으로부터 수평 방향으로 b만큼, 수직 방향으로 a만큼 이격되도록 설치된다. 이렇게 함으로써 반사판(31)과 태양광 모듈 사이에 빗물 및 오염 물질의 통로가 확보되고, 따라서 오염 물질이 쌓이지 않게 되므로 발전 효율의 저하가 방지된다. 나아가, 반사판(31)과 태양광 모듈 사이의 공간이 공기의 통로 역할을 하여 태양광 모듈을 냉각하고 온도를 하강시키는 역할을 함으로써 발전 효율이 더욱 향상된다.

또한, 태양 전지(20)는, 반사판(31)의 태양광 모듈 측 끝단에서 반사되는 태양광이 태양 전지(20)에 집광되도록 수평 및 수직 방향으로 b 및 a만큼 이격되는 것이 바람직하다. 이는 반사판(31)에서 반사되는 태양광이 태양 전지(20) 이외의 부분, 즉 태양 전지(20) 측면의 커버 글라스(24)에 집광되지 않고, 모두 태양 전지(20)에 집광되도록 하기 위한 것으로서, 발전 효율을 극대화하기 위한 것이다. 이를 위해, 반사판(31)의 태양광 모듈 측 끝단에서 반사되는 태양광이 태양 전지(20)에 집광되는가의 실험을 통하여 간격 b 및 a를 결정할 수도 있고, 도 10에 도시된 바와 같이 반사판(31)의 곡률면의 연장선 상에 태양 전지(20)의 끝단이 위치하도록 b 및 a를 결정할 수도 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2b에 도시된 태양광 모듈과 도 3b에 도시된 집광 장치가 각각 독립적으로 태양광 모듈 지지대에 결합되는 구조를 나타낸다. 본 실시예에 따른 구조는 집광 장치가 태양광 모듈을 지지하는 태양광 모듈 지지대(110)에 직접 고정되어 태양광 모듈에 태양광을 집광하는 형태이다. 결합점(c)는 집광 장치의 지지판(37)과 태양광 모듈 지지대(110)가 결합되기 위한 결합점이며, 결합점(d)는 태양광 모듈의 프레임과 태양광 모듈 지지대(110)가 결합되기 위한 결합점이다. 결합점에서의 결합 수단으로는 나사, 볼트 및 너트, 그리고 그 외의 다양한 수단이 사용될 수 있다. 또한, 결합점(c)들 또는 결합점(d)들은 삽입홈과 돌기의 상보적 결합구조를 갖춘 레고형결합부로 형성할 수도 있는데, 이 경우 시공의 편의성이 더욱 증대될 수 있다. 본 실시예에서, 집광 장치의 지지대(36)는 태양광 모듈의 일 측면 프레임과 접촉된다. 본 실시예에서도, 도 9 및 도 10에 도 시된 바와 같이 반사판(35)의 태양광 모듈 측 끝단과 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되어 있다. 구체적으로, 반사판(35)의 끝단과 커버 글라스(28)가 수직 방향으로 일정 간격 이격되도록 설치되고, 태양 전지(26)를 기준으로 하면, 태양 전지(26)는 반사판(35)의 태양광 모듈 측 끝단으로부터 수평 및 수직 방향으로 일정 간격 이격되도록 설치된다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전 시스템의 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 평면도이다.

도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 모듈의 평면도이다.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 장치의 정면도이다.

도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 장치의 정면도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3a 및 도 3b에 각각 도시된 반사판에 결합점이 마련되는 일 예를 나타낸다.

도 5a 및 도 5b는 각각 도 4a 및 도 4b에 각각 도시된 반사판 및 지지판과 결합되기 위하여, 지지대에 결합점이 마련되는 일 예를 나타낸다.

도 6은 도 2a 및 도 2b에 도시된 지지판의 평면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가, 지지판의 양 끝단에서 태양광 모듈과 결합되는 구조를 나타낸다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가, 지지판의 양 끝단에서 태양광 모듈과 결합되는 구조를 나타낸다.

도 9는 도 2a에 도시된 태양광 모듈과 도 3a에 도시된 집광 장치가 결합된 태양광 발전 시스템에서 반사판과 태양광 모듈이 인접한 부분을 표시한 도면이고, 도 10은 상기 부분을 확대한 도면이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2b에 도시된 태양광 모듈과 도 3b에 도시된 집광 장치가 각각 독립적으로 태양광 모듈 지지대에 결합되는 구조를 나타낸다.

Claims (7)

1. 태양광을 반사시키는 반사판을 구비하는 집광 장치; 및

   상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양광 모듈을 구비하고,

   상기 반사판과 상기 태양광 모듈 사이가 일정 간격 이격되도록 상기 집광 장치와 상기 태양광 모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 태양광 모듈은, 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지; 및

   상기 태양 전지의 상부 및 측면에서 상기 태양 전지와 접촉되는 커버 글라스를 구비하고,

   상기 반사판과 상기 커버 글라스가 상기 일정 간격 이격되도록 설치되는 것을 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 태양 전지가 상기 반사판의 상기 태양광 모듈 측 끝단으로부터 수평 및 수직으로 일정 간격 이격되도록 상기 태양광 모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 태양 전지는, 상기 반사판의 상기 태양광 모듈 측 끝단에서 반사되는 태양광이 상기 태양 전지에 집광되도록 상기 수평 및 수직으로 일정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
5. 제1항 내지 제4항에 있어서,

   상기 집광 장치는 상기 반사판의 후면에서 상기 반사판과 결합하여 반사면의 형상을 유지하는 지지대; 및

   상기 지지대와 결합하여 상기 지지대를 지지하는 지지판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
6. 제1항 내지 제4항에 있어서,

   상기 태양광 모듈은 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지를 복수 개의 열 형태로 구비하고, 상기 태양 전지의 각 열 사이에 상기 집광 장치가 위치할 공간이 마련되며,

   상기 집광 장치는 상기 태양광 모듈 상부의 상기 공간에 위치하여 상기 태양광 모듈과 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
7. 제1항 내지 제4항에 있어서,

   상기 태양광 모듈을 지지하는 태양광 모듈 지지대를 더 구비하고,

   상기 태양광 모듈은 상기 반사판으로부터 반사된 태양광을 전기에너지로 변화시키는 태양 전지를 1개 열 형태로 구비하며,

   상기 집광 장치는 상기 태양광 모듈의 일 측면에서 상기 태양광 모듈 지지대와 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.

Images