KR20100096529A - Split-type concentrating solar cell system - Google Patents

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KR20100096529A KR1020090015440A KR20090015440A KR20100096529A KR 20100096529 A KR20100096529 A KR 20100096529A KR 1020090015440 A KR1020090015440 A KR 1020090015440A KR 20090015440 A KR20090015440 A KR 20090015440A KR 20100096529 A KR20100096529 A KR 20100096529A
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Abstract

PURPOSE: A split type light concentration solar battery system is provided to improve the photoelectric efficiency of a solar cell module by controlling the amount of solar light with a light control part. CONSTITUTION: A light concentration part concentrates sunlight. A light control part(130) controls the quantity of light which is outputted after receiving light from the light concentration part. An optical cable guides light from the light concentration part to the light control part. A solar cell module generates electricity by irradiating light from the light control part. A body(131) comprises a connection groove in which a plurality of optical cables are connected. A beam splitter(133) partitions light from the connection groove.

Description

분리형 집광 태양전지 시스템{Split-type concentrating solar cell system}Split-type concentrating solar cell system

본 발명의 실시예는 광섬유를 이용하여 분리된 형태의 집속 구조의 태양전지 시스템에 관한 것이다. Embodiment of the present invention relates to a solar cell system of a concentrating structure of the separated type using an optical fiber.

태양전지는 태양광 에너지를 전기로 변환시키는 광전소자로서, 미래 대체 에너지로 각광 받고 있다. 태양전지는 이에 채용되는 재료에 따라 크게 실리콘 반도체형과 화합물 반도체형으로 분류되며, 실리콘 반도체를 사용한 태양전지는 결정계와 비정질계로 분류된다. Solar cells are photovoltaic devices that convert solar energy into electricity and are in the spotlight as future alternative energy. Solar cells are classified into a silicon semiconductor type and a compound semiconductor type according to the materials employed therein, and solar cells using silicon semiconductors are classified into crystal systems and amorphous systems.

집광형 태양전지는 태양광을 집광하여 태양전지에 집적된 광을 조사하므로 광전 효율이 향상된다. The condensing solar cell collects sunlight and irradiates light integrated in the solar cell, thereby improving photoelectric efficiency.

일반적인 태양전지는 수광부와 광전변환부가 일체형으로 형성되므로, 계절 변화 및 시간 변화에 따른 일조량의 변화에도 불구하고 수광부와 광전변환부(태양전지)가 1:1 대응되도록 구성된다. In general, a solar cell includes a light receiving unit and a photoelectric conversion unit integrally, so that the light receiving unit and the photoelectric conversion unit (solar cell) have a 1: 1 correspondence despite the change in the amount of sunshine according to the seasonal change and the time change.

따라서, 태양광이 강할 때는 오히려 전기저항의 증가로 광전 변환효율이 감소될 수 있다. 또한, 태양광이 약할 때도 광전 변환효율이 감소될 수 있다. 이러한 종래의 태양전지 시스템은 수광부와 광전변환부 사이의 설계에 맞는 태양광이 조사 될 때만 적정한 효율을 가진다. Therefore, when the sunlight is strong, the photoelectric conversion efficiency may be reduced by increasing the electrical resistance. In addition, the photoelectric conversion efficiency may be reduced even when sunlight is weak. Such a conventional solar cell system has a proper efficiency only when the sunlight is suitable for the design between the light receiving unit and the photoelectric conversion unit.

본 발명의 실시예는 수광부와 광전변환부가 분리되어서, 태양전지 모듈로 조사되는 태양광이 적정한 양으로 조사되도록 광량을 제어하는 수단을 구비하며, 광섬유를 사용한 분리형 집광 구조의 태양전지 시스템을 제공하는 것이다. An embodiment of the present invention includes a means for controlling the amount of light so that the light receiving unit and the photoelectric conversion unit is separated, irradiated with an appropriate amount of sunlight irradiated by the solar cell module, and provides a solar cell system of a separate condensing structure using an optical fiber will be.

본 발명의 실시예에 따른 분리형 집광 구조의 태양전지 시스템은: According to an embodiment of the present invention, a solar cell system having a light condensing structure includes:

태양광을 수광하는 집광부;A light collecting unit for receiving sunlight;

상기 집광부로부터의 광을 받아서 출력되는 광량을 조절하는 광량제어수단:Light amount control means for adjusting the amount of light received by the light from the light collecting portion;

상기 집광부로부터 상기 광량제어수단으로 광을 이송하는 광케이블; 및An optical cable for transferring light from the condenser to the light quantity control means; And

상기 광량제어수단으로부터의 광이 조사되어 전기를 생성하는 태양전지 모듈;을 구비한다. And a solar cell module for generating electricity by irradiating light from the light quantity control means.

상기 광량제어수단은 복수의 광케이블이 접속되는 접속홈이 형성된 몸체; 및The light quantity control means includes a body having a connection groove to which a plurality of optical cables are connected; And

상기 접속홈으로부터의 광을 분할하는 광분할기;를 구비할 수 있다. And a light splitter for splitting light from the connection grooves.

상기 태양전지 모듈은 상기 광분할기를 통과한 광을 수광하도록 배치된 제1 태양전지모듈; 및 The solar cell module includes a first solar cell module arranged to receive light passing through the light splitter; And

상기 광분할기에 의해 반사된 광을 수광하도록 배치된 제2 태양전지 모듈;을 구비할 수 있다. And a second solar cell module arranged to receive the light reflected by the light splitter.

본 발명의 실시예에 따른 태양전지 시스템은, 상기 접속홈에 대해서 상기 광분할기의 상대 각도를 조절하거나 또는 상기 광분할기를 상기 접속홈을 통과한 광 의 진행방향에서 착탈시키는 조절부;를 더 구비할 수 있다. The solar cell system according to an exemplary embodiment of the present invention further includes an adjusting unit for adjusting a relative angle of the light splitter with respect to the connection groove or detaching the light splitter in a traveling direction of light passing through the connection groove. can do.

본 발명의 실시예에 따른 태양전지 시스템은, 태양광의 광량을 측정하는 조도미터; 및Solar cell system according to an embodiment of the present invention, the illuminance meter for measuring the amount of sunlight; And

상기 조도미터에 따라 상기 조절부를 제어하는 제어부;를 더 구비할 수 있다. A control unit for controlling the control unit according to the illuminance meter may be further provided.

상기 태양전지 모듈은 III-V족 화합물 반도체로 제조된 태양전지를 구비할 수 있다. The solar cell module may include a solar cell made of a III-V compound semiconductor.

본 발명의 실시예에 따른 분리형 집광 태양전지 시스템은, 집광부와 태양전지 모듈을 분리함으로써 태양전지 모듈의 위치의 제약이 감소된다. In the split type condensing solar cell system according to the embodiment of the present invention, the constraint of the position of the solar cell module is reduced by separating the condenser and the solar cell module.

또한, 태양광량을 조절하여 태양전지 모듈의 광전효율을 향상시킬 수 있다. In addition, it is possible to improve the photoelectric efficiency of the solar cell module by adjusting the amount of solar light.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 분리형 집광 태양전지 시스템의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, an embodiment of a split type condensing solar cell system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of layers or regions illustrated in the drawings are exaggerated for clarity. Throughout the specification, the same reference numerals are used for substantially the same components, and detailed descriptions thereof will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지 시스템의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a solar cell system according to the present invention.

도 1을 참조하면, 복수의 집광부가 광케이블로 연결되어서 광량 통합부로 입력된다. 광량 통합부로 입력된 광은 태양광량에 따라서, 적정한 개수의 태양전지 모듈로 분리되어서 조사된다. 이러한 태양전지 시스템은 집광부와 태양전지 모듈이 분리되어 있으며, 이들 사이를 복수의 광파이버가 번들로 묶여진 광케이블에 의해서 태양광이 이송된다. 각 태양전지 모듈은 설계된 적정 태양광량에서 최대 광전 변환효율이 나타난다. 따라서, 태양광이 많을 때, 즉 여름 낮에는 최대 수의 태양전지 모듈을 가동하고, 태양광이 적을 때는 적정한 수의 태양전지 모듈로 광을 공급함으로써 태양전지 모듈의 광전 변환효율을 극대화하고, 또한, 저항 등의 상승으로 인한 태양전지 모듈의 열화를 줄여서 수명을 향상시킬 수 있다. Referring to FIG. 1, a plurality of light collecting units are connected by an optical cable and input to the light quantity integrating unit. The light input to the light quantity integrated part is irradiated by being separated into an appropriate number of solar cell modules according to the amount of sunlight. In such a solar cell system, the light collecting unit and the solar cell module are separated, and the solar light is transported by an optical cable in which a plurality of optical fibers are bundled between them. Each solar cell module exhibits maximum photoelectric conversion efficiency at the right amount of solar light. Therefore, when there is a lot of sunlight, that is, during the summer day, the maximum number of solar cell modules are operated, and when there is little sunlight, light is supplied to an appropriate number of solar cell modules to maximize the photoelectric conversion efficiency of the solar cell module. As a result, the deterioration of the solar cell module due to the increase in resistance, etc. can be improved, thereby improving the lifespan.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 집광 태양전지 시스템(100)의 개략적 구조를 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram showing a schematic structure of a separate condensing solar cell system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 태양전지 시스템(100)은 집광부(110), 광케이블, 광량제어수단(130), 태양전지모듈, 및 파워통합부를 구비한다. 집광부(110), 광케이블, 태양전지 모듈 등은 각각 복수 개로 구성될 수 있으며, 도 2에서는 편의상 하나의 구성요소로 도시하였다. Referring to FIG. 2, the solar cell system 100 includes a light collecting unit 110, an optical cable, a light amount control unit 130, a solar cell module, and a power integration unit. The light collecting unit 110, the optical cable, the solar cell module, and the like may be configured in plural numbers, respectively, and are illustrated as one component in FIG. 2 for convenience.

집광부(110)는 태양광을 집광한다. 집광부(110)는 집광렌즈를 구비할 수 있으며, 집광렌즈를 통과한 광을 광케이블(112)로 입력한다. 또한, 집광부(110)는 타원형상의 곡면을 가진 벌브와 상기 곡면으로부터 반사된 광을 받아서 하나의 포인트로 조사하는 반사미러를 구비할 수 있다. 이러한 집광구조는 태양전지 기술과 관련하여 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. The condenser 110 collects sunlight. The light collecting unit 110 may include a light collecting lens, and inputs light passing through the light collecting lens to the optical cable 112. In addition, the light collecting unit 110 may include a bulb having an elliptical curved surface and a reflecting mirror that receives light reflected from the curved surface and irradiates it to one point. Such condensing structures are well known in connection with solar cell technology, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

광케이블(112)은 복수의 광파이버로 구성되며, 보통 복수의 광파이버가 하나의 다발(bundle)로 형성된다. Optical cable 112 is composed of a plurality of optical fibers, usually a plurality of optical fibers are formed in one bundle (bundle).

광량제어수단(130)은 집광부(110)에서 광케이블(112)로 입력된 광을 태양전 지 모듈(150)의 적정 광량에 맞게 조절하여 출력하는 장치이다. Light amount control means 130 is a device for outputting by adjusting the light input from the light collecting unit 110 to the appropriate amount of light of the solar cell module 150.

파워통합부(170)는 태양전지 모듈들(150)로부터 입력된 전기를 통합하여 미도시된 외부의 부하(Load)에 전력을 공급하거나 또는 전기를 외부로 출력한다. 파워통합부(170)는 부하에 맞게 또는 수송용 전기로서의 전압에 맞게 전압조절장치 등을 더 구비하며, 이러한 파워통합부(170)의 구성은 당업계에서 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. The power integration unit 170 integrates electricity input from the solar cell modules 150 to supply power to an external load (not shown) or output electricity to the outside. The power integration unit 170 is further provided with a voltage adjusting device or the like to meet the load or as a voltage for transport electricity, the configuration of such a power integration unit 170 is well known in the art, detailed description thereof will be omitted.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광량제어수단(130)를 보여주는 도면이다. 3 is a view showing a light quantity control means 130 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 광량제어수단(130)은 몸체(131)에서 복수의 광케이블(112)이 각각 접속되는 접속홈(132)이 형성되어 있다. 접속홈(132)은 리셉터일 수 있으며, 광케이블(112)의 단에는 커넥터(미도시)가 연결될 수 있다. 접속홈(132)이 형성된 몸체(131) 내에는 각각의 접속홈(132)에 대응되는 광분할기(133)가 설치된다. 태양전지 모듈은 광케이블(112)로부터의 광이 투과되어서 출력되는 제1홀(134)에 대응되게 배치된 제1 태양전지 모듈들(151)과, 광분할기(133)에서 반사되어서 출력되는 제2홀(135)에 대응되게 배치된 제2 태양전지 모듈들(152)을 구비한다. Referring to FIG. 3, the light amount control unit 130 has a connection groove 132 to which a plurality of optical cables 112 are connected, respectively, in the body 131. The connection groove 132 may be a receptor, and a connector (not shown) may be connected to the end of the optical cable 112. The light splitter 133 corresponding to each connection groove 132 is installed in the body 131 in which the connection groove 132 is formed. The solar cell module includes first solar cell modules 151 disposed to correspond to the first hole 134 through which light from the optical cable 112 is transmitted and output, and a second light reflected from the optical splitter 133. Second solar cell modules 152 are disposed to correspond to the hole 135.

광분할기(133)는 광스플리터일 수 있으며, 또한, 대략 50% 광을 투과하고, 50%는 반사시키는 하프 미러일 수 있다. Light splitter 133 may be a light splitter and may also be a half mirror that transmits approximately 50% light and reflects 50% light.

태양전지 모듈(151, 152) 및 해당 홀(134, 135) 사이에는 각각 집속 렌즈(미도시)가 더 설치되어 태양광을 태양전지 모듈(151, 152)에 집속할 수 있다. A focusing lens (not shown) may be further installed between the solar cell modules 151 and 152 and the holes 134 and 135, respectively, to focus sunlight on the solar cell modules 151 and 152.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광량제어수단(130)의 제어블록도이다. 4 is a control block diagram of the light quantity control means 130 according to the embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 광분할기(133)는 조절부(183)에 연결될 수 있다. 조절부(183)는 접속홈(132)에 대해서, 즉, 광의 진행방향에 대해서 광분할기(133)의 상대 각도를 조절하는 액츄에이터일 수 있다. 광분할기(133)의 상대각도가 변하면 제1 태양전지 모듈(151) 및 제2 태양전지 모듈(152)로 이송되는 광량이 조절될 수 있다. 3 and 4, the light splitter 133 may be connected to the adjusting unit 183. The adjusting unit 183 may be an actuator for adjusting the relative angle of the light splitter 133 with respect to the connection groove 132, that is, the direction of light travel. When the relative angle of the light splitter 133 changes, the amount of light transferred to the first solar cell module 151 and the second solar cell module 152 may be adjusted.

한편, 조절부(183)는 접속홈(132)을 통과한 광의 진행방향에서 광분할기(133)를 장착 또는 탈착시키는 액츄에이터일 수 있다. On the other hand, the adjusting unit 183 may be an actuator for mounting or detaching the light splitter 133 in the advancing direction of the light passing through the connection groove 132.

도 3에서는 하나의 접속홈(132)을 통과한 광에 대해서 하나의 광분할기(133)가 배치되어 있으나, 복 수개를 설치함으로써 광을 복 수개로 분할할 수도 있다. In FIG. 3, one light splitter 133 is disposed with respect to light passing through one connection groove 132, but light may be divided into a plurality of light by providing a plurality of light splitters 133.

한편, 집광부(110)에 조사되는 광량을 측정하는 수단, 예컨대 조도미터(181)를 구비할 수 있다. 조도미터(181)로부터의 광량에 따른 정보를 입력받은 제어부(182)는 조절부(183)를 조작하여 광분할기(133)의 각도을 조절하거나, 또는 광분할기(133)를 착탈시킨다. 제어부(182)는 제2 태양전지 모듈(152)의 사용여부를 제어할 수 있다. 즉, 태양광의 세기가 강할 때는 제1 태양전지 모듈(151) 및 제2 태양전지 모듈(152)을 사용하고, 태양광의 세기가 약할 때는 광분할기(133)를 접속홈(132)을 통과한 광의 진행방향과 같은 방향으로 배치하여 대부분의 광이 제1 태양전지 모듈(151)로 향하게 할 수 있다. On the other hand, the light collecting unit 110 may be provided with a means for measuring the amount of light, for example, an illuminance meter 181. The controller 182, which receives information corresponding to the amount of light from the illuminance meter 181, controls the angle of the light splitter 133 by manipulating the adjusting unit 183, or detaches the light splitter 133. The controller 182 may control whether the second solar cell module 152 is used. That is, when the intensity of solar light is strong, the first solar cell module 151 and the second solar cell module 152 are used. When the intensity of solar light is low, the light splitter 133 passes through the connection groove 132. Most light may be directed to the first solar cell module 151 by being disposed in the same direction as the traveling direction.

태양전지 모듈은 복수의 광전셀을 구비한다. 광전셀의 구조는 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 특히, 본 발명에서는 광을 집광하여 사용하므로, 태양전지 셀의 단위면적을 줄일 수 있으며, 비교적 제조비용이 높지만 광전효율이 높은 III-V 족 반도체 화합물, 예컨대 InGaP, InGaAs 등을 사용할 수 있다. The solar cell module includes a plurality of photovoltaic cells. Since the structure of the photovoltaic cell is well known, its detailed description is omitted. In particular, in the present invention, since the light is collected and used, the unit area of the solar cell can be reduced, and a III-V group semiconductor compound, such as InGaP, InGaAs, etc., having a relatively high manufacturing cost but high photoelectric efficiency can be used.

본 발명의 실시예에 따른 분리형 집광 태양전지 시스템(100)은, 집광부(110)와 태양전지 모듈(150)을 분리함으로써 태양전지 모듈(150)의 위치의 제약이 감소되므로 태양전지 시스템의 내구성이 향상될 수 있다. In the split type condensing solar cell system 100 according to the exemplary embodiment of the present invention, since the constraint of the position of the solar cell module 150 is reduced by separating the condenser 110 and the solar cell module 150, the durability of the solar cell system is reduced. This can be improved.

또한, 태양전지 모듈(150)의 광전효율을 향상시키는 방향으로 태양광량을 조절하므로 발전효율이 향상될 수 있다. 이는 계절 및 주야, 날씨에 따라 태양광량이 변하는 것에 따라서, 효율적으로 광량제어를 통해서 에너지 변환효율을 향상시키는 것이다. In addition, since the amount of solar light is adjusted in a direction of improving the photoelectric efficiency of the solar cell module 150, power generation efficiency may be improved. This is to improve the energy conversion efficiency through the light quantity control as the amount of sunlight changes depending on the season, day and night, weather.

본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments with reference to the drawings, this is merely exemplary, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined only by the appended claims.

도 1은 본 발명에 따른 태양전지 시스템의 개념도이다. 1 is a conceptual diagram of a solar cell system according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리형 집광 태양전지 시스템(100)의 개략적 구조를 보여주는 블록도이다.2 is a block diagram showing a schematic structure of a separate condensing solar cell system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광량제어수단(130)를 보여주는 도면이다. 3 is a view showing a light quantity control means 130 according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광량제어수단(130)의 제어블록도이다.4 is a control block diagram of the light quantity control means 130 according to the embodiment of the present invention.

Claims (6)

태양광을 수광하는 집광부;A light collecting unit for receiving sunlight; 상기 집광부로부터의 광을 받아서 출력되는 광량을 조절하는 광량제어수단:Light amount control means for adjusting the amount of light received by the light from the light collecting portion; 상기 집광부로부터 상기 광량제어수단으로 광을 이송하는 광케이블; 및An optical cable for transferring light from the condenser to the light quantity control means; And 상기 광량제어수단으로부터의 광이 조사되어 전기를 생성하는 태양전지 모듈;을 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템. And a solar cell module for generating electricity by irradiating light from the light quantity control means. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 광량제어수단은 복수의 광케이블이 접속되는 접속홈이 형성된 몸체; 및The light quantity control means includes a body having a connection groove to which a plurality of optical cables are connected; And 상기 접속홈으로부터의 광을 분할하는 광분할기;를 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템.And a light splitter for splitting the light from the connection grooves. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 태양전지 모듈은 상기 광분할기를 통과한 광을 수광하도록 배치된 제1 태양전지모듈; 및 The solar cell module includes a first solar cell module arranged to receive light passing through the light splitter; And 상기 광분할기에 의해 반사된 광을 수광하도록 배치된 제2 태양전지 모듈;을 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템.And a second solar cell module arranged to receive the light reflected by the light splitter. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method according to claim 2 or 3, 상기 접속홈에 대해서 상기 광분할기의 상대 각도를 조절하거나 또는 상기 광분할기를 상기 접속홈을 통과한 광의 진행방향에서 착탈시키는 조절부;를 더 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템.And a control unit which adjusts a relative angle of the light splitter with respect to the connection groove or detaches the light splitter in a traveling direction of light passing through the connection groove. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 태양광의 광량을 측정하는 조도미터; 및Illuminance meter for measuring the amount of sunlight; And 상기 조도미터에 따라 상기 조절부를 제어하는 제어부;를 더 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템.And a control unit for controlling the control unit according to the illuminance meter. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 태양전지 모듈은 III-V족 화합물 반도체로 제조된 태양전지를 구비한 분리형 집광 태양전지 시스템. The solar cell module is a separate light concentrating solar cell system having a solar cell made of III-V compound semiconductor.
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