KR20100103164A - 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법 및 이를 이용한 추적식 태양열 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 개시한다.

본 발명의 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치는 태양광을 집속하여 얻어지는 고온의 열에너지를 전력으로 변환하기 위하여 제베크효과 원리를 이용한 열전발전소자를 사용함에 있어, 집광된 열에너지를 열전발전소자의 고온 측에 공급하는 한편 저온측은 순환되는 냉각수에 열적으로 결합시켜 열전발전소자의 양단간에 온도차를 발생시켜 전력을 생산하는 방법에 관한 것으로써 광집속장치와 가열장치, 전력발생장치, 냉각장치, 태양추적장치로 구성된 태양열 열전발전 장치를 제시한다.

태양열 발전, 제베크효과, 열전발전소자, 캐서그레인 반사경

Description

열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법 및 이를 이용한 추적식 태양열 발전장치{Solar heat Power generation methode by Thermoelectric generation Device on tracking pedestal}

본 발명은 태양열을 전력을 변환하는 열전발전소자를 이용한 추적식 태양열 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직달 일사열로 열전발전을 할 때 열 교환 과정을 통하여 발생한 승온 된 냉각수를 비축하여 일몰 후 이 열에너지를 통하여 재 발전이 가능하도록 함으로써 에너지의 효율을 극대화시키고 구조물을 회전시키지 않고 태양을 추적하도록 하여 부차적 에너지 소모를 감소하면서 구조물의 안전성 및 시설비 경감을 도모할 수 있는 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법 및 이를 이용한 추적식 태양열 발전장치에 관한 것이다.

지구표면에 조사되는 태양에너지는 대기권 밖(AM0)에서는 1.353kW/m2이나 대기권을 통과 한 후의 에너지는 위도나 주변조건에 따라 달라져서 AM1.5g에서는 1kW/m2 수준이다.

단위면적당 1kw의 에너지는 태양의 전 스펙트럼의 에너지의 양으로 이중 가시광선 영역 (400~800nm)이 차지하는 비율은 52% 정도이며 48%는 적외선(800~2500nm) 영역이다.

빛이 가진 에너지는 파장이 짧을수록 높아져서 각각의 파장에 대한 에너지는 다음의 공식으로 구할 수 있다.

E = hc/λ [Joule]로 (h: 플랑크상수, c:광속 λ: 빛의 파장)이다.

이 에너지값을 전자볼트로 변환하면,

1eV=1.602x10^-19

윗 식에 의거하여 태양광의 파장대별 에너지를 구하면 가시광은 3.11eV ~ 1.5eV, 적외선은 1.499~ 0.49eV 에 해당한다.

Si 단결정 태양전지의 밴드갭(Eg) 에너지는 1.17eV이며 1059nmd의 광 파장에 해당한다.

태양전지에서 재료의 물성이 갖는 밴드갭 에너지의 값은 전환 가능한 빛의 파장대역으로 작용하여 이보다 긴 파장의 태양 복사에너지는 태양전지에서 통과하고, 밴드갭보다 짧은 파장의 복사 에너지만 흡수되어 광전효과를 나타내게 된다.

이러한 이유로 현재 사용되는 태양전지의 효율은 통상 전체 에너지의 10~15%수준으로 낮은 편이며 효율 향상을 위하여 몇 개의 밴드갭을 중첩시켜 효율을 높이는 방법들이 연구되고 있다.

그러나 태양열의 경우 태양전지에서 흡수하지 못하는 적외선 영역까지의 전 체스펙트럼이 열로 변환되기 때문에 이용효율은 태양전지보다 높아서 열손실을 최소화시킨 진공관형 집열장치의 효율은 90 %에 이르고 있다.

이러한 이유로 태양열의 집열을 통한 발전사업이 부각되고 있으며 현재 시도되고 있는 방법은 태양열로 증기를 발생시켜 증기 터빈을 구동시키거나 헬륨등의 가스를 가열하여 기체의 팽창과 수축을 이용한 외연기관의 일종인 스털링 엔진을 구동하여 30% 전후의 효율을 얻고 있다.

이렇게 열을 회전동력 에너지로 변환하고 이로서 다시 발전기를 돌리는 발전방식은 매 변환 과정마다 손실이 발생하게 되며 더 높은 효율을 기대하기는 어려운 일이다.

또한 구동기와 발전기의 결합방법은 일정규모 이상의 큰 설비에서나 가능한 방법으로 시설비나 설치면적, 유지보수 측면에서 불리하며 더욱이 가정이나 소규모시설에 보급하기에는 어려운 요인으로 작용하게 되는 단점이 있다.

따라서 재생에너지의 보급을 확대하기 위해서는 기존의 태양전지보다 효율이 높고, 시설비가 저렴하며, 기존 태양열 발전설비에서와 같은 회전동력으로의 변환과정을 없애고 유지보수의 필요성을 최소화하면서 시설면적을 감소시킬 수 있는 태양에너지 이용 기술의 개발이 반드시 필요하다.

즉, 에너지 밀도가 낮은 태양광으로부터 고온에너지를 얻기 위해서는 넓은 면적의 빛을 한 점에 모으는 집광기술이 요구된다.

일반적으로 집광은 여러 개의 평면거울로부터 반사된 빛을 한 곳으로 모으거나 또는 오목거울 반사경(파라보릭 반사경)을 이용하며 초점을 맺히게 하는 방법이 쓰이고 있다.

평면반사경의 경우 집광비는 반사경의 개수에 따라 결정되기 때문에 높은 온도를 얻으려면 많은 개수의 반사경이 필요하며 일반적으로 500℃의 온도를 얻기 위한 집광비는 300정도로 300개 이상의 평면반사경이 소요된다.

한편 파라보릭 집광기에서 반사경의 재질은 반사효율이 높으며 가벼운 재질을 사용하는 것이 구동시키는데 유리하며 경제적으로도 유리하다.

그러나 파라보릭 반사경에서 초점이 형성되는 거리는 반지름의 1/2 로 이 지점에 무거운 집열체와 부대장치를 위치시키기에는 기구적인 어려움이 따르며 또 체적이 커지게 되는 단점이 있다. 태양광 집열은 태양을 계속 추적하여 항상 갚은 자리에 초점이 형성되어야 하며 이를 위하여 추적장치는 필수이다.

종래 기술에 따른 추적방식은 방위각과 고각에 대한 각각의 회전장치를 구비하여야 하였으며 이를 위하여 중앙부위에 타워를 설치함으로 인하여 배타적인 설치면적이 요구됨에 따라 설치장소에 제약이 따를 뿐만 아니라 초기 시설 설비에 과도한 비용이 요구되는 폐단이 있었다.

또한, 근본적으로 태양광의 이용은 일조시간대 에서만 이용이 가능한 설비로 일몰 후에는 발전이 불가능하며 주간에 생산한 전력을 야간에 사용하기 위해서는 축전지에 전력을 충전하는 방식이 사용됨에 따라 부대설비로 인한 유지비용의 상승과 에너지 이용 효율의 저하의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열매체를 통한 에너지(열)을 저장하여 부대설비를 최소화함으로써 초기 설비투자 및 유지관리의 비용을 감소시키고, 회전부위가 없는 태양추적 방법을 통해 설치장소와 면적에 대한 자유도를 높이고 안정된 자세제어를 통한 안전성을 높일 수 있는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 제공하는데 있다.

즉, 본 발명은 직달일사열로 열전발전을 하고, 이 열 교환 과정에서 승온된 냉각수를 비축하여 일몰 후 이 비축된 열에너지를 통하여 재 발전이 가능하도록 시스템을 구성함으로서 에너지의 허실을 줄여 효율을 극대화한 것이며 캐서그레인 형의 집광방법을 사용하여 무게의 중심이 구조물의 외측으로 치우치지 않도록 하며 구조물을 회전시키지 않고 태양을 추적하도록 하여 부차적 에너지 소모를 감소하며 구조물의 시설비 경감을 도모하며 돌풍이나 폭우등 자연재해에 대한 안전성을 향상시킬 수 있는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치는, 집속된 태양열을 열전발전소자를 이용하여 전력에너지로 변환하는 장치에 있어서, 주반사경과 보조반사경의 이중 구조 반사경으로 태양광을 집속시키는 집광기와; 상기 집광기를 통하여 집속된 빛을 공급받는 것으 로 내부에 열매체유가 유동되는 유로가 형성된 열전달체 및 이 열전달체의 표면에 다수 구비되어 직렬로 연결되어 열을 전달받아 단자를 통하여 열기전력에 의하여 생성된 전력을 송출하는 열전발전소자로 이루어진 발전기와; 상기 집광기의 하측에 등 간격을 두고 다수 배치되는 것으로 유압펌프에 연결되어 선택적으로 작동압을 공급받아 집광기의 일측면에 연결된 로드를 출몰시켜 각도를 조절하는 실린더를 구비한 태양추적 구동기와; 상기 발전기와 태양추적 구동기와 전기적으로 연결되어 동작을 제어하는 제어기를 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법은, 태양광을 열전발전소자를 이용하여 전력에너지로 변환하는 방법에 있어서, 주반사경과 보조반사경의 이중 구조 반사경으로 태양광을 집속시키는 방법으로 광이 집속된 주반사경의 후면 중앙부분에 퀄츠 윈도우가 부착된 진공 케이스에 내장된 흡열체를 가열하고 이 열은 다시 열매체가 축열탱크로 순환되는 과정에서 열교환기를 부착하여 태양열을 직접 열원으로 사용하도록 하는 기능과 야간이나 우천 등 필요시 이 열매체에 축적된 열원을 가열수단으로 직접 사용 하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가 장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치는, 종래의 태양광 발전시스템에서의 발전효율은 10~15% 였으나 본 발명의 추적식 태양열 발전장치는 40~60%의 발전효율의 증가와 기존대비 60% 미만의 비용으로 설치가 가능한 경제적 효과가 있다.

이로 인하여 단위출력 당 설치면적이 대폭 축소되는 효과를 나타내며 축적된 온수를 난방용수로 활용할 수 있어 종래의 발전설비와 난방설비를 통합하는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 통상의 태양광과 같은 재생에너지는 주간에만 가능하고, 야간이나 우천시에는 발전능력을 상실하는데 반해, 조명이나 난방에너지의 주 사용 시간대는 야간이며 따라서 생산되는 전력을 바로 이용하지 못하기 때문에 필요시 전력을 사용하기 위해서는 축전지와 같은 전력저장장치를 필요로 하여 경제적 부담이 되어왔다.

반면, 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전장치는 주간의 태양열을 열매체를 통하여 열로 저장하여 필요한 시간에 이를 전기로 변환할 수 있는 기능이 있어 기존의 전기 저장하는 방법에 비하여 상대적으로 경제적성이 높은 이점이 있다.

또한, 우천시에는 파라보릭 반사경을 이용하여 빗물을 포집하고 이를 냉각용수나 기타용도로 활용할 수 있도록 한 빗물이용시설을 겸하도록 하고 있으므로 제품의 기능성 확장과 더불어 유지비용의 절감을 꾀할 수 있는 효과가 기대된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 나타낸 외형도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연간 태양의 방위각과 고도를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 발전부의 상세구성을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 시스템의 기능을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전장치에 사용되는 유압실린더의 위치를 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치 는, 집광기(100)와 발전기(200)와, 태양추적 구동기(300)와, 인버터(500)와, 수조(400)로 구성되며, 상기 집광기(100)와 발전기(200)는 구동기(300)에 탑재되며 이들은 건축물의 상부 또는 일반평지에 설치될 수 있는 구조를 갖도록 구비된다.

태양열의 집속도를 높이기 위하여 태양추적 구동기(300)는 태양의 방향과 고도를 추적하여야 하나 장치가 커 질수록 이에 대한 부담은 상승된다. 따라서 최소각의 변화로 태양을 추적하기 위해서는 날짜와 시간에 따른 태양의 궤적자료가 요구되며, 본 발명은 이러한 태양의 궤적자료를 기초로 상기 태양추적 구동기(300)가 제어되도록 하고 있다.

도 2는 특정지역인 (대전:동경 127도 25분 1초 / 북위 36도 19분 1초 )에서의 태양의 궤도를 나타낸 것으로 설치지역에 따라 변화하며 각각에 적응할 수 있음을 보여주는 일례이다.

상기 집광기(100)와 발전기(200)는 태양추적 구동기(300)에 탑재되어 태양의 궤적을 추적하게 된다.

상기 집광기(100)의 크기는 목적하는 전력생산량에 따라 크기가 달라지며 일례로 10kW의 전력을 얻기 위한 집광기의 직경은 약 5m정도이고, 1kw의 경우 1.6m 가 된다.

이러한, 집광기(100)의 구성은 오목거울 형태의 주반사경(101)과 볼록거울 형태의 보조반사경(102)으로 구성되어 있으며 보조반사경(102)은 주반사경(101)에 고정된 3개의 체결봉(103)에 의하여 고정된다. 이 체결봉(103)의 길이는 주반사 경(101)의 면적에 따라 주반사경(101)과 보조반사경(102)의 거리를 조절하여 최총 집광면적의 비를 조절함으로 흡열체(203)의 표면온도를 평탄하게 하기 위함이다.

한편, 본 발명의 집광기(100)는 다양한 형태로 구비될 수 있으나, 본 발명에서는 바람직한 실시예로 캐서그레인(cassegrain)형 광집속기가 사용되는 것을 제안한다. 이러한 캐서그레인형 광집속기는, 주 반사경의 중앙에 위치한 윈도우에 200~500배가 집속되도록 보조 반사경의 초점거리를 설정하여 국부점의 온도상승을 제한하도록 구성된 것으로 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 태양추적 구동기(300)의 상세 구성을 설명하기 위한 도면으로서, 4개의 유압실린더(310,320,330,340)는 동·서·남·북 방위에 대응되게 위치하며, 동·서 방향의 실린더(310,320)와 남·북방향의 실린더(330,340)는 각각의 유압펌프(350,360) 및 유압배관(304,305,334,335)에 의하여 상호 연결된다.

이러한 구성을 통해 상기 동·서 방향의 유압실린더(310,320)의 로드 높이가 동일할 때 x축의 고각은 90도가 되며, 남·북 방향의 유압실린더(330.340)의 로드 높이가 동일할 때 y축의 고각은 90도가 된다.

동·서측의 유압펌프(350)가 시계방향으로 회전하면 서 방향의 유압실린더(320)의 하단에 충진된 유압유는 동 방향의 유압실린더(310)의 하단 내부(311)로 이송되며, 상단 내부(312)의 유압유는 유압유배관(304)를 통해 서 방향의 유압실린더(320)의 상단 내부(322)로 이송되며, 로드(323)는 하강하게 되어 결과적으로 집 광기의 고도각이 동에서 서쪽 방향으로 변각되는 원리이다.

남·북 방향의 경우도 동일한 작동을 하며, 유압펌프(350,360)의 회전방향과 회전속도는 해당 지역과 해당 날짜에 따라 사전에 프로그램된 위치 데이터에 따라 각각의 유압펌프에 대한 회전방향과 회전속도를 지령한다.

미설명 부호 (313,323)은 로드를 지칭한 것이다.

도 4에 나타낸 발전기(200)는, 집광기를 통하여 집속된 빛은 퀄츠 윈도우(201)을 투과하여 흡열체(203)에 조사된다. 이 때 집속되는 에너지는 단위면적당 직달일사량과 반사효율, 집속비와 주반사경 구경대비 최종초점 구경으로 결정되며 집속비가 500배이면 800℃, 800배이면 1100℃에 이른다.

흡열체(203)는 입사된 열의 재반사를 줄이기 위하여 한쪽이 컵 형태인 원주형이며 평판형 열 전달체(205)에 열적으로 접합되며 이 평판의 내부에는 열 매체유가 흐르는 유로(208)가 w자 모양으로 구성되어 있으며 인입구(220)를 통하여 유입되고 출구(221)를 통하여 배출되며 이 때의 양상은 운전모드에 의하여 결정된다.

열 전달체(205)의 표면에는 다수개의 열전발전소자(206)의 고온측면이 열접합되어 열전발전소자의 고온측면에 열을 제공한다.

한편 열전발전소자(206)의 냉각측면에는 냉각판(207)이 접합되며 냉각판의 내부에는 유로가 w자 모양으로 형성되어 인입구(230)를 통하여 유입되고 유출구(231)을 통하여 배출되며 이때의 유량은 운전모드에 의하여 결정된다.

열전발전소자(206)들은 직열연결되어 단자(211)를 통하여 외부로 연기전력에 의하여 발생된 전력이 송출된다.

이 모든 구성품은 진공으로 밀폐된 케이스(200′) 내에 위치하여 외부의 온도차에 의한 열적 간섭을 최소화 하였으며 케이스 내부의 진공상태는 진공계(240)에 의하여 주기적으로 점검되며 필요시 밸브(210)을 통하여 진공으로 배기된다.

도 5를 참조하여 시스템 구성에 따른 전반적 운용에 대하여 설명한다.

태양열 발전에서 발전량은 열전달체(205)와 냉각체(207) 간의 온도차에 의하여 결정되며 그 온도차를 결정할 수 있는 요인은 일사량과 열매체의 열이송량, 냉각체의 열 흡수량에 의하여 결정된다. 여기서 일사량은 자연상태에 의존되는 것이며 전력은 생성과 함께 사용되어야 하는 순간 에너지이므로 한정된 에너지 중 사용되는 전력 만큼을 전력에너지로 변환하고 나머지는 열 에너지로 비축하면 일몰 후나 우천시 이를 전력으로 변환하여 이용할 수 있게된다.

상기 집광기(100)에 의하여 집광된 열은 열전달체(206)을 가열시키게 되며 이때에 열매체펌프(401)과 밸브(402)의 작동여부에 따라 열매체저장조(410)의 온도를 승온시킬 수 있으며 태양에너지를 열 에너지로 축적할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치의 운전방식은 다음과 같다.

1. 축열모드

축열모드는 입사된 태양에너지 전체를 열매체(410)에 열 형태로 저장하는 것 으로 액상 열매체의 경우는 액체의 비등점 이하로 하며, 물의 경우 100도이하이나 열매체유의 경우 350도가 되며 응고점이 낮은 금속액체인 나트륨이나 나트륨과 칼리의 혼합금속(NaK)의 경우 약 800도 까지 사용가능하다.

축열모드에서는 진공으로 단열처리된 이중 용기내의 열매체(410)와 태양열에 의하여 가열된 열 전달체(205)의 온도를 비교하여 열전달체의 온도가 열매체의 온도보다 높을때 만 수행가능하며 제어장치는 두 점의 온도를 실시간으로 점검하여 가능여부를 알리도록 구성된다.

2. 최대발전모드

최대발전모드는 입사되는 태양에너지를 최대한의 전력으로 변환시키는 운전방식으로 열전발전소자의 최대 허용 상한온도 값으로 열전달체(205)의 온도를 유지시키고 냉각체(207)에는 가용한 낮은 온도의 열매체를 다량 이송시키는 방법으로 지하수나 수돗물 또는 보조 수원(저장된 우수)을 사용하며 밸브(408)과 펌프(407)만을 동작시키고 나머지는 차단시켜 (205)와 (207)간 최대온도차를 유지시키는 방법이다.

이때 열전달체의 고온측 온도가 상한값 (발전소자에 따라 다르며 250~700도 범위)에 근접되면 축열모드를 간헐운전하여 온도 상승을 막게 된다.

실시간 온도측정은 고온측센서(250)에 의하여 수행된다.

3. 축열발전모드

야간이나 우천시 축적된 열을 이용하여 발전하는 방식으로 고온 열매체(410)에 축적된 열에너지 또는 온도가 상승된 냉각 열매체(420)을 열전소자의 고온측으로 순환시켜 수행한다.

이때의 작동은 열전달체의 온도센서(250)과 고온측열매체 온도센서(461), 냉각매체온도센서(462)의 온도값을 비교하여 열전달체의 온도센서(250)의 온도가 (461),(462)의 값보다 낮으면 축열발전모드로 진입하며 이때의 열매체(410)은 제어변(404), 제어변(402), 펌프(401)를 거쳐 열전달체(205)를 가열한후 저장조(403)으로 복귀된다.

한편 외부에서 인입되는 냉각수는 온도센서(460)에 의하여 수온이 검지되고 제어변(408),펌프(407),냉각판(207)을 지나게 되며 이 때 냉각판의 온도센서(240)에 의하여 측정된 온도가 인입냉각수의 온도보다 10도 이상의 온도차가 발생하면 제어변(409)를 통하여 냉각 열매체저장조(405)에 저장되고 그렇지 아니하면 제어변(490)을 통하여 버려진다.

이 모든 지령은 위치제어장치, DC-AC 인버터, 시스템제어장치가 통합된 자동제어장치에 의하여 수행될 수 있을 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

- 장치 구성에 따른 설명 부가 부분 -

태양광으로부터 전력을 생산하기 위한 방법으로 온도차(Δt)에 의하여 기전력이 발생하는 제베크 효과에 의한 열전발전방식을 채택하였다.

이때에 소자에 제공할 고온은 태양열 집광에 의한 방식으로, 카세그레인형 집열기로 300 ~ 500의 집속비를 갖는 오목거울과 볼록거울이 결합된 광학계이며 이 초점부위에 위치한 열집속체를 집중가열하고 이를 열전달체를 통하여 열전발전소자의 고온면(hot junction)에 인가하며 한편 소자의 저온면(cold juntion)은 수돗물 또는 지하수와 같은 20℃내외의 냉수가 흐르는 내부에 유로가 형성된 평판면에 열적결합하여 온도차를 최소 50℃~최대 400℃가 되도록 구성하였다.

이러한 구성을 통하여 운전과정에서 승온된 냉각수는 따로 저장하여 일몰 후에 열전발전소자의 열원으로 사용하도록 하여 태양열의 이용을 극대화 방법이다.

집열효율을 최대화 하기 위하여는 열집속체와 태양의 초점이 일치되도록 하는 것이 중요하며 태양추적장치는 필수이다. 본 발명에서는 태양의 궤적을 날짜별로 계산한 값으로 방위각과 고각을 설정하는 궤도추적방식을 채택하며 구동부위를 최소화하도록 하였으며 기계적으로 강인한 구조를 갖는 4개의 유압 실린더에 의한 페데스탈을 구성하되 유압유 저장탱크가 없이 유압유를 수축하여야 할 실린더에서 확장되어야 할 실린더로 직접 이송하여 적은유량으로 최대의가변각을 발생하는 차동운전방식을 적용하였다.

이러한 조향방식은 강풍시 집광기의 방향을 수평면으로 신속히 변각시켜 피해를 줄일수 있으며 태양열 발전이 불가능한 우천시에는 수직축으로 변각된 오목거울을 통하여 빗물을 포집하여 냉각수조로 유인하도록 유로를 형성하여 냉각수를 확 충할 수 있도록 하였다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치를 나타낸 외형도,

도 2는 본 발명에 따른 연간 태양의 방위각과 고도를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 발전부를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 시스템의 기능을 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 추적식 태양열 발전장치에 사용되는 유압실린더의 위치를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 집광기

200 : 발전기

300 : 태양추적 추적기

Claims (8)

1. 집속된 태양열을 열전발전소자를 이용하여 전력에너지로 변환하는 장치에 있어서,

   주반사경(101)과 보조반사경(102)의 이중 구조 반사경으로 태양광을 집속시키는 집광기(100)와;

   상기 집광기(100)를 통하여 집속된 빛을 공급받는 것으로 내부에 열매체유가 유동되는 유로가 형성된 열전달체(205) 및 이 열전달체(205)의 표면에 다수 구비되어 직렬로 연결되어 열을 전달받아 단자를 통하여 열기전력에 의하여 생성된 전력을 송출하는 열전발전소자(206)로 이루어진 발전기(200)와;

   상기 집광기(100)의 하측에 등 간격을 두고 다수 배치되는 것으로 유압펌프에 연결되어 선택적으로 작동압을 공급받아 집광기(100)의 일측면에 연결된 로드를 출몰시켜 각도를 조절하는 실린더를 구비한 태양추적 구동기(300)와;

   상기 발전기(200)와 태양추적 구동기(300)와 전기적으로 연결되어 동작을 제어하는 제어기(700);

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치.
2. 제 1항에 있어서, 집광기(100)는,

   오목거울 형태의 주반사경(101)과;

   상기 주반사경(101)에 대하여 감소된 크기로 구비되는 것으로 상기 주반사경(101)의 초점에 위치되어 다수의 체결봉(103)으로 연결되는 볼록거울 형태의 보조반사경(102);

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치.
3. 제 1항에 있어서, 발전기(200)는,

   진공으로 밀폐된 케이스(200′)와;

   상기 케이스(200′)의 일측에 형성된 퀄츠 윈도우와 윈도우 내측에서 상기 집광기(100)를 통하여 집속된 빛을 흡수하되 입사된 열의 재반사를 감소시키기 위하여 한쪽이 컵 형태로 된 흡열체(203)와;

   상기 케이스(200′)의 내부에 위치되고 상기 흡열체(203)에 접합되는 것으로 그 내부에 열매체유가 유동되는 유로(208) 형성된 평판형 열전달체(205)와;

   상기 열전달체(205)의 표면에 열접합으로 구비되는 것으로 복수개가 직렬 연결되어 단자(211)를 통하여 외부로 연기전력에 의해 발생된 전력을 송출하는 열전발전소자(206);

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 태양추적 구동기(300)는,

   상기 집광기(100)의 하부면에 방사상으로 배치되어 각 로드의 끝단이 연결되는 4개의 유압 실린더(310,320,330,340)와;

   한 쌍의 유압실린더를 한 조로 하여 그 상·하측에 작동압이 이송되게 연결되는 유압배관 및 이 상·하 유압배관 중 어느 일측에 구비되어 제어기로부터 제어신호를 인가 받아 작동압의 이송방향과 이송량을 조절하여 임의의 로드 출몰 길이를 제어하는 유압펌프;

   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 발전기(200)의 케이스(200′)는 그 일측에 내부의 진공상태를 검출하기 위한 진공계(240)가 구비되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자에 의한 추적식 태양열 발전장치.
6. 태양광을 열전발전소자를 이용하여 전력에너지로 변환하는 방법에 있어서,

   열매체가 축열탱크로 순환되는 과정에서 열교환기를 부착하여 태양열을 직접 열원으로 사용하도록 하는 기능과 야간이나 우천 등 필요시 이 열매체에 축적된 열원을 가열수단으로 직접 사용 하는 것을 특징으로 하는 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법.
7. 제 6항에 있어서, 고온측열매체와 냉각용 열매체의 이송방법에 따라 열축적모드, 최대발전모드, 사용량발전모드의 운전모드로 운영되는 것을 특징으로 하는 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법.
8. 제 6항에 있어서, 상기 주 반사경의 중심근처 부위에 우수 배수구와 유로를 형성하여 우천 시 우수를 포집하는 것을 특징으로 하는 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법.

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