KR20100105958A - 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 햇빛을 받아 전력을 발생시키는 광 발전 장치에 관한 것으로서, 광 발전 장치에 사용되는 광전지 모듈 값이 고가여서, 광 발전 시스템 설치에 대한 투자비의 회수가 비교적 장기간 소요되는 문제점을 갖추고 있다.

이를 해결하기 위한 방법으로, 광전지 모듈의 입사 표면보다 넓은 면적을 가격이 저렴한 반사경에 의해 반사시켜서 광전지 표면에 입사시키므로, 광 발전 장치에 사용되는 비싼 광전지 모듈의 양을 대폭 줄일 수 있다.

본 발명의 태양 광 발전 장치는 원호 형태를 갖춘 긴 홈통 내측 면의 원호 중앙에서 길이 방향으로, 양면에 광전지 표면을 갖는 광전지 모듈을 면에 수직 방향으로 설치하고, 광전지 모듈 양쪽에 있는 홈통 내측 면에 설치된 반사경이 자기 방향을 향하고 있는 광전지 표면에 반사시킨다.

반사경의 설치는 원호 형태를 여러 부분으로 나눈 다음, 나누어진 한 개의 짧은 원호의 끝과 끝을 잇는 직선과 홈통의 길이가 곱해지는 작은 면적을 만들어서, 만들어진 작은 면적에 광전지 표면에 빛을 반사시키는 반사경을 설치한다.

여러 부분으로 나누어진 다른 작은 면적 들도 같은 방법으로 반사경을 설치하고, 반사경의 반사각은 반사된 햇빛이 광전지 표면을 향하게 결정한다.

또한 원호의 중앙 점들이 만드는 선과 반사각이 다른 반사경 사이에는 바람이 통할 수 있는 벌어진 틈을 두어서, 강풍에도 지지물의 안정성이 확보되도록 하며, 태양 광 발전 장치의 뒷면에는 태양 광 추적 기구에 연결할 수 있는 연결 기구 를 갖추고 있다.

이와 같은 새로운 방식의 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치는 단위 전력 당의 저렴한 설치 비용, 집광에 의한 광전지의 높은 효율, 짧은 투자비 회수 기간 등의 장점에 의하여 청정 에너지 확보에 기여할 수 있고, 사람이 사는데 매우 중요한 문제인 지구 온난화 문제를 해결하는데 일조할 것으로 판단된다.

반사경을 갖는 태양 광 발전 장치.

Description

햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치 { Photovoltaic power generator using concentrated light by sun reflecting mirror }

태양 광 발전소에서 광전지 모듈의 설치는 고정식이 대부분을 이루고 있고, 최근에 태양 추적 방식이 고정식에 비하여 효율이 높기 때문에 보급이 시작되고 있으며, 추적 방식은 광전지 모듈 표면이 태양과 법선 관계를 유지하도록 제어된다.

지상에 설치되는 태양 광 발전소의 설치 비용은 광전지 모듈 값이 약 70%를, 광전지 모듈 값의 약 70%를 광전지 셀 값이 점유하는 것으로 알려져 있어, 광 발전소 설치의 약 50%가 광전지 셀 값이라고 해도 과언이 아니다.

광전지 모듈의 비싼 가격은 태양 광 발전소 설비 투자의 증대로 이어지고, 청정 에너지 수급 증대에 걸림돌로 작용하고 있어서, 대량 생산에 의한 가격의 저렴화 그리고 광전지의 효율을 높이는 문제를 해결해야만 널리 보급될 수 있다.

세계 각국은 기후 온난화 및 에너지 수급 문제의 해결을 위해서 대체 에너지 개발에 총력을 기울이고 있으며, 정부에서도 대체 에너지 개발을 위해서 다양한 지원을 하고 있다.

태양 광 발전 시스템과 관련되어 연구되고 있는 연구분야는 효율 및 가격에 대한 광전지의 재료 문제, 광전지 모듈의 효율을 높이는 태양 추적 제어 문제, 최대 전력 점에서의 전력 운전 문제, 인버터에 의한 전력 손실의 최소화 문제 등으로 나누어 볼 수 있다.

이들 중에서 광전지 모듈의 운전 효율을 높이는 문제는 기본적이고 또한 중요한 문제로, 현재 시중에 출하되고 있는 제품의 일반적인 효율은 약 13% ~ 15% 정도로 알려져 있고, 고정식에 의한 광 발전소의 효율은 이보다 작은 약 8% ~ 9%의 효율로 운전될 수 있으며, 태양 추적 방식으로 운전되어야 최대 정격인 13% ~ 15%의 효율로 운전될 수 있다.

태양 광 발전소의 수명은 약 15년 ~ 20년을 보고 있으므로, 초기 고정 방식의 설비 투자비와 태양 추적 방식에 따라 더 소요되는 투자되는 비용 및 발전소의 수명 동안의 수입 증가 등을 비교 검토하는 것이 필요하나, 근래에는 태양 추적 방식의 설치가 일반적이라 볼 수 있다.

본 발명에서는 태양 추적 식의 반사경을 사용한 햇빛 집광에 의해서, 운전중의 광전지 효율을 종래의 태양 추적 방식과 비교하여 몇 배 증가시킬 수 있는 새로운 방식을 제안하였다.

광 발전 시스템에 의한 청정 에너지 공급 확대는 시스템 설치 비용 중에서 많은 비중을 갖는 광전지 모듈 값이 많이 내려가야만 하고, 더욱 중요한 것은 광전지의 광 전 변환 효율을 더 높여야만 한다.

국내 대기업들의 광전지 셀 생산에 대한 계획이 알려져 있고, 대기업들의 대량 생산에 의한 가격 인하를 기대하여 볼 수도 있으나, 가격이 크게 떨어지기는 쉽지 않을 것으로 전망되고, 광전지 효율을 높이는 것은 가격이 내려가는 것과 같은 효과를 얻을 수 있으므로, 광 전 변환 효율을 높이는 것은 매우 중요하다.

본 발명에서는 종래의 같은 용량에 사용되고 있는 광전지 사용량을 현저하게 줄여, 광 발전 시스템 설치 비용을 감소시켜 범용적으로 보급될 수 있는 제품 개발이 해결하고자 하는 과제이다.

광 발전량은 광전지 표면에 입사되는 빛의 양에 비례하는 관계가 있으므로, 본 발명에서는 넓은 면적에서 받는 햇빛을 반사경(거울)을 사용하여 작은 면적의 광전지 표면에 많은 양의 빛을 입사시켜서 광전지의 효율을 높이는 것으로, 반사경을 이용하여 용량 대비 저렴한 태양 광 발전 장치의 특징을 갖추게 된다.

본 발명의 태양 광 발전 장치는 원호 형태의 긴 홈통 내측 면 중앙에 양면에 광전지 표면을 갖는 광전지 모듈을 수직으로 설치하고, 광전지 모듈 양쪽에 펼쳐져 있는 원호 면에 설치된 반사경이 자기 쪽을 보고 있는 광전지 표면에 빛을 반사시킨다.

반사경의 설치는 원호 형태를 여러 부분으로 나눈 다음, 나누어진 한 개의 짧은 원호의 끝과 끝을 잇는 직선과 홈통의 길이가 곱해지는 작은 면적 들을 만들어서, 선택된 작은 면적에는 같은 반사각의 반사경을 설치하여, 반사된 빛은 광전지 표면에 입사되도록 한다.

여러 부분으로 나누어진 각기 다른 작은 면적 들도 같은 방법으로 반사경을 설치하여 빛이 광전지 표면을 향하게 하도록 한다.

또한 원호 형태의 중앙 점들이 만드는 선과 반사각이 다른 반사경 사이에는 바람이 통하는 벌어진 틈을 두어서, 태양 광 발전 시스템이 강풍으로부터 안정성을 확보하게 한다.

이와 같은 새롭고 진보적인 광 발전 장치는 태양 추적기구에 탑재시켜서, 태양 추적 방식에 의해 전력을 생산하게 되는 특징을 갖추게 된다.

본 발명은 종래 방식의 같은 용량에 사용되는 광전지 모듈의 일부를 반사경으로 대체하게 되므로, 같은 용량의 전력 생산에 있어서 종래의 방식보다 광전지 모듈의 사용량이 많이 감소하게 되며, 같은 용량 대비 투자 비용의 감소로 이어지게 된다.

본 발명에 따르는 예로서, 광전지 표면의 높이를 10[㎝] 로 하고, 10[㎝] 반사경 10개가 빛을 반사시켜 광전지 표면에 입사시킬 때에는, 광전지 모듈 사용량이 10분지 1로 줄어들게 된다.

이와 같은 결과에 따라, 본 발명은 태양 광 발전 시스템의 설비 투자비를 많이 줄일 수가 있어서, 태양 광 발전 분야에 크게 기여할 것이고, 청정 에너지 공급 율을 높여서 기후 온난화 문제 해결에 기여할 것으로 판단된다.

본 발명은 햇빛을 받아 전력을 발생시키는 태양 광 발전 장치에 관한 것으로서, 태양 광 발전 장치에 사용되는 광전지 모듈 값은 고가이어서 시설 투자비가 만만치 않다.

본 발명에서는 넓은 면적에서 받는 햇빛을 반사경(거울)을 이용하여, 작은 면적의 광전지 표면에 입사시켜서 광전지 모듈을 적게 사용하게 되므로, 시설 투자비를 줄이고 광전지 효율을 높이는 특징을 갖추고 있다.

본 발명의 태양 광 발전 장치는 원호 형태의 긴 홈통 내측 면 중앙에서 길이 방향으로, 양면에 광전지 표면을 갖는 광전지 모듈을 면에 수직으로 설치하여, 광전지 모듈의 광전지 표면에는 양쪽에 있는 원호 내측 면에 설치된 반사경에 의해 반사된 빛이 입사된다.

원호 형태의 중앙 점들이 만드는 선과 반사각이 다른 반사경 사이에는 벌어진 틈을 두어서, 강풍에도 안전성을 확보하게 하는 특성을 갖추고 있다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용은 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설 명한다.

도 1은 본 발명에 따르는 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치의 사시 도이다.

도 2는 도 1의 A와 B 사이의 단면도이다.

도 1의 사시 도에 나타낸 바와 같이 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치는 전체를 지지하는 프레임(14), 광전지 모듈(3), 반사경(6)들, 벌어진 틈(16), 태양 추적기로의 연결 장치(15), 전력 케이블(17) 등으로 구성된다.

태양 광 발전 장치(1)에서 양면에 광전지 표면(2)을 갖는 광전지 모듈(3)은 원호 형태의 긴 홈통(18) 내측 면(19) 원호 중앙 점(20)들이 연결되어서 만들어지는 윗 쪽에 면과 수직 방향으로 그리고 홈통 길이(23)와 같거나 길게 세워진다.

광전지 모듈(3)을 홈통의 길이(23) 보다 길게 하는 경우는 동서쪽의 1 축 제어만 하는 경우로서, 1 축 제어 만으로는 계절에 따라 남북으로 변화하는 해의 위치에 대응하지 못하기 때문에, 남북으로 변화하는 해의 위치 대응되는 만큼만 모듈의 길이를 길게 하므로 반사되는 빛의 손실을 막는다.

홈통 길이 방향으로 홈통 중앙에 길게 세워지는 광전지 모듈(3)은 모듈 양쪽 면 중의 한쪽 면에 일 측 광전지 표면(4)과 다른 쪽 면에 타 측 광전지 표면(5)을 갖추며, 광전지 모듈(3)에서 생산되는 전력은 전력 케이블(17)에 의해서 외부로 공급된다.

홈통 중앙에 고정되는 광전지 모듈(3)에서 빛 반사에 의해 발생하는 열은 태 양 추적 기구로의 연결 장치(15) 및 전체 지지 프레임(14) 등과의 기구 적 연결에 의해 방열하게 하는 특성을 갖추도록 구성된다.

광전지 모듈(3)의 양쪽 방향에 있는 긴 홈통 내측 면(19)에는 반사경들 (6,7,8,9,10,11,12,13)이 부착되어 있으며, 일 측 광전지 표면(4)에는 일 측 광전지 표면을 향하고 있는 반사경(10,11,12,13)에 의해 빛이 입사되고, 타 측 광전지 표면(5)에는 반사경(6,7,8,9)의 반사에 의해서 빛이 입사된다.

긴 홈통 내측 면(19)에 부착되는 반사경(거울)들은 원호 형태를 여러 부분으로 나눈 다음, 나누어진 한 개의 짧은 원호(22)의 끝과 끝을 잇는 직선(24)과 홈통의 길이(23)가 곱해지는 작은 사각형 면적에 부착되며, 작은 사각형에 부착되는 반사경의 반사각은 같다.

작은 사각형 면적에 부착된 반사경들의 반사각은 광전지 표면에 빛이 입사되도록 각각 결정된다.

원호 형태의 중앙 점(20)들이 연결되는 선 그리고 반사경과 반사경 사이에는 바람이 통하는 틈(16)을 두어서, 강풍에도 안정성을 갖추게 되며, 틈(16)에 의한 바람의 소통은 광전지 모듈(3)을 식혀서 온도를 낮추게 된다.

또한 긴 홈통(18)의 햇빛 반대 방향인 뒷 쪽에는 태양 추적 기구로의 연결 장치(15)를 갖추고 있어서, 본 발명의 태양 광 발전 장치는 태양 추적 장치에 탑재되어, 태양을 추적하면서 전력을 생산하는 특징을 갖추고 있다.

본 발명은 상기와 같은 새로운 접근 방법에 의해서 용량 대비 저렴한 설비 공급, 강풍에 대한 안정성 확보, 고 효율 광전지 모듈 등의 특징들을 갖춘 햇빛 반 사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치이다.

본 발명의 변형 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상 지식을 가진자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항 범위 내에 있는 것으로 간주한다.

도 1은 본 발명에 따르는 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치의 사시 도이다.

도 2는 도 1의 A와B 사이의 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1. 태양 광 발전 장치.

2. 광전지 표면.

3. 광전지 모듈.

4. 일 측의 광전지 표면.

5. 타 측의 광전지 표면.

6. 제 1 반사경.

7. 제 2 반사경.

8. 제 3 반사경.

9. 제 4 반사경.

10. 제 5 반사경.

11. 제 6 반사경.

12. 제 7 반사경.

13. 제 8 반사경.

14. 반사경 지지 프레임.

15. 태양 추적 기구로의 연결 장치.

16. 벌어진 틈.

17. 전력 케이블.

18. 원호 형태의 긴 홈통.

19. 긴 홈통의 내측 면.

20. 원호의 중앙 점.

21. 원호 형태.

22. 원호 일부분의 짧은 원호.

23. 홈통의 길이.

24. 원호의 끝과 끝을 잇는 직선.

Claims (2)

1. 광전지의 발전량은 광전지 표면에 입사되는 빛의 양에 비례하는바, 광전지의 광 입사 표면 보다 넓은 면적의 반사경에 의해 반사되는 빛을 광전지 표면에 집광시키는 태양 광 발전 장치에 관한 것으로서,

   상기 태양 광 발전 장치에서 양면에 광전지 표면을 갖는 광전지 모듈은 원호 형태 긴 홈통 내측 면의 원호 중앙 점들이 연결되어 만들어지는 선의 위쪽에, 선을 갖는 면과 수직 방향으로 그리고 홈통의 길이와 같거나 길게 세워지며,

   상기 긴 홈통 내측 면에는 광전지 표면의 양면 중에서 자기 쪽으로 향하고 있는 광전지 표면에 빛을 반사시키기 위해서 반사경들이 부착되며,

   상기 반사경들은 홈통 내측 면의 원호를 여러 부분으로 나눈 다음, 나누어진 한개 짧은 원호의 끝과 끝을 잇는 직선과 홈통의 길이가 곱해지는 작은 면적에는 햇빛을 광전지 표면에 반사시키는 같은 반사각을 갖는 반사경이 부착되고,

   상기 여러 부분으로 나누어진 작은 면적 들에도 반사경이 부착되고, 광전지 표면에 빛이 반사되도록 반사각이 결정되어, 광전지 표면에는 여러 개의 반사경에 의한 집광이 이루지며,

   원호 중앙 점들이 연결되는 선 그리고 작은 면적 들에 고정된 반사경과 반사경 사이에는 바람이 통하는 벌어진 틈을 두어서, 강풍에 대한 안정성과 광전지 모듈을 식혀 온도를 낮추는 특성을 갖춘 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치는 빛의 집광이 효율에 중대한 영향을 미치므로, 빛을 직접 받지 않는 태양 광 발전 장치 뒷부분에 태양 추적 기구에 탑재시킬 수 있는 연결 장치를 갖추고 있는 특징을 갖는 햇빛 반사경에 의해 집중되는 빛을 이용한 태양 광 발전 장치.

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