KR20110024550A - Solar energy utilizing apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A device for utilizing high-efficiency solar energy is provided to efficiently perform generation by simultaneously using a solar cell and solar heat. CONSTITUTION: A device for utilizing high-efficiency solar energy comprises reflectors(100,210), solar heat absorbing units, and heat medium circulation lines. The reflectors are formed in a concave shape and condense solar heat. The solar heat absorbing units are arranged in the front of the reflectors and absorb the condensed solar heat using the reflectors. . The heat medium circulation lines supply heating media to the solar heat absorbing units and collect the heating media.

Description

고효율 태양에너지 이용 장치{SOLAR ENERGY UTILIZING APPARATUS}High efficiency solar energy utilization device {SOLAR ENERGY UTILIZING APPARATUS}

본 발명은 고효율 태양에너지 이용 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 및 태양열 발전을 동시에 수행하면서도 발전 과정에서 온수를 생산할 수 있는 고효율 태양에너지 이용 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a high efficiency solar energy using apparatus, and more particularly, to a high efficiency solar energy using apparatus capable of producing hot water in the power generation process while simultaneously performing solar and solar power generation.

화석 연료의 고갈과 환경 오염의 심화 등으로 인하여 친환경 재생에너지에 관한 연구 개발과 실용화가 전세계적으로 진행되고 있다. 이러한 친환경 재생 에너지 중에서는 태양에너지를 이용하는 기술이 가장 널리 활용되고 있다. 태양 에너지를 이용하는 방식은 크게 태양열을 이용하는 방식과 태양광을 이용하는 방식 2가지로 나눌 수 있다. Due to the depletion of fossil fuels and the deepening of environmental pollution, research and development and commercialization of eco-friendly renewable energy are proceeding worldwide. Among these eco-friendly renewable energy, the technology using solar energy is the most widely used. Solar energy can be divided into two types: solar heat and solar light.

먼저 태양열을 이용하는 방식에서는 태양열을 그대로 이용하거나 집광하여 물과 같은 열매체를 가열하여 얻어지는 열에너지를 활용한다. 한편 태양광을 이용하는 방식에서는 태양광을 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전이 주를 이루고 있다. First, the method of using solar heat utilizes the heat energy obtained by heating the heat medium such as water by using the solar heat as it is or condensing. On the other hand, in the method using solar light, solar power generation using electricity to generate electricity is mainly.

또한 최근에는 태양광을 집광하고, 집광된 태양광에 의하여 발생되는 고온의 열을 이용하여 열전소자를 이용한 태양열 발전 기술도 소개되고 있다. In recent years, solar power generation technology using a thermoelectric element that collects sunlight and uses high temperature heat generated by the collected sunlight has been introduced.

그런데 이렇게 다양한 방식으로 태양 에너지를 이용하는 방식은 아직 그 이용 효율이 낮아서 초기 투자비에 비하여 경제성이 낮은 문제점이 있다. 따라서 이러한 태양에너지를 이용하는 다양한 방식을 통합하여 태양에너지의 이용 효율을 극대화할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다. However, the method of using solar energy in various ways has a low economic efficiency compared to the initial investment because the utilization efficiency is still low. Therefore, the development of a technology that can maximize the efficiency of utilization of solar energy by integrating various methods using such solar energy is urgently required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 태양광 및 태양열 발전을 동시에 수행하면서도 발전 과정에서 온수를 생산할 수 있는 고효율 태양에너지 이용 장치를 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a high efficiency solar energy using device that can produce hot water in the power generation process while simultaneously performing photovoltaic and solar power generation.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 고효율 태양에너지 이용장치는, 중앙 영역에 통공이 형성되며, 태양광을 집광하는 오목 거울 형상의 반사경; 상기 반사경 전방에 배치되며, 상기 반사경에 의하여 집광된 태양열을 흡수하는 태양열 흡수부; 상기 태양열 흡수부에 열매체를 공급하고 회수하는 열매체 순환라인;을 포함한다. High efficiency solar energy using apparatus according to the present invention for achieving the above-described technical problem, the through-hole is formed in the central region, the concave mirror-shaped reflector for collecting the sunlight; A solar heat absorber disposed in front of the reflector and absorbing the solar heat collected by the reflector; It includes; the heat medium circulation line for supplying and recovering the heat medium to the solar heat absorber.

본 발명에서 상기 태양열 흡수부는, 상기 반사경을 향하여 배치되는 볼록 거울 형상의 투과부재; 상기 투과부재와 결합되어 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밀봉부재; 상기 밀봉부재의 전면에 형성되며, 상기 투과부재를 통과한 태양광의 태양열을 흡수하는 태양열 흡수부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the solar heat absorbing portion, a convex mirror-shaped transmission member disposed toward the reflecting mirror; A sealing member coupled to the transmission member to form a constant sealed space; It is formed on the front surface of the sealing member, the solar heat absorbing member for absorbing the solar heat of the sunlight passing through the transmission member; characterized in that it comprises a.

한편 본 발명은, 중앙 영역에 통공이 형성되며, 태양광을 집광하는 오목 거울 형상의 1차 반사경; 상기 1차 반사경의 전방에 배치되며, 상기 1차 반사경에 의하여 집광된 태양광을 상기 통공의 후방으로 반사하는 2차 반사경; 상기 2차 반사경 후면에 설치되어, 열매체를 가열하는 태양열 이용부; 상기 1차 반사경의 후방에 배치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 발전부;를 포함하는 고효율 태양에너지 이용장치도 제공한다.On the other hand, the present invention, the through-hole is formed in the central region, the primary reflector of the concave mirror shape for collecting sunlight; A secondary reflector disposed in front of the primary reflector and reflecting the solar light collected by the primary reflector to the rear of the through hole; A solar heat utilization unit installed at a rear surface of the secondary reflector to heat the heat medium; It is disposed behind the primary reflector, and provides a high-efficiency solar energy using apparatus including a power generation unit for generating electricity by using the sunlight reflected by the secondary reflector.

본 발명에서 상기 발전부는, 태양전지와 열전소자를 혼용한 혼용 발전부 또는 열전소자를 이용한 발전부인 것을 특징으로 한다. In the present invention, the power generation unit is characterized in that the power generation unit using a mixed power generation unit or thermoelectric element mixed with a solar cell and a thermoelectric element.

그리고 본 발명에 따른 고효율 태양에너지 이용장치에는, 상기 태양열 이용부에 열매체를 공급하고 회수하는 열매체 순환라인이 구비되되, 상기 열매체 순환라인에 공급되는 열매체는 상기 발전부의 냉각부를 통과하여 공급되는 것이 바람직하다. And the high efficiency solar energy using apparatus according to the present invention, the heat medium is provided with a heat medium circulation line for supplying and recovering the heat medium, the heat medium supplied to the heat medium circulation line is preferably supplied through the cooling unit of the power generation unit. Do.

또한 상기 2차 반사경의 표면에 코팅되어 형성되며, 상기 2차 반사경으로 입사되는 태양광 중 일부는 투과하시키고 일부는 반사하는 빔 스플리팅부가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, the coating is formed on the surface of the secondary reflector, it is preferable to further include a beam splitting portion that transmits some of the sunlight incident to the secondary reflector and reflects.

여기에서 상기 빔 스플리팅부는, 파장이 1.5㎛ 미만의 단파장 대역의 빛은 반사하고, 1.5㎛ 이상의 장파장 대역의 빛은 투과하는 것이 더욱 바람직하다. Here, the beam splitting unit more preferably reflects light in a short wavelength band having a wavelength of less than 1.5 m, and transmits light in a long wavelength band of 1.5 m or more.

본 발명에 따르면 태양광을 집광하여 태양전지를 이용한 발전과 태양열을 이용한 발전을 동시에 수행하면서도 발전과정에서 필연적으로 생산되는 열에너지를 더 효율적으로 이용할 수 있는 효과가 있다. 즉, 한번 집광된 태양광에 포함되어 있는 빛에너지와 열에너지를 최대한 효과적으로 이용하여 전체적인 태양에너지 이용효율을 기존의 기술에 비하여 2 ~ 3 배 이상 향상시키는 장점이 있다. According to the present invention, while concentrating sunlight, power generation using solar cells and power generation using solar heat can be performed at the same time, thereby effectively utilizing heat energy inevitably produced in the power generation process. In other words, by utilizing light energy and heat energy contained in the once-collected solar light as effectively as possible, the overall solar energy utilization efficiency is improved by 2 to 3 times or more compared to the existing technology.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 고효율 태양에너지 이용장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 반사경(100), 2차 반사경(210), 태양열 이용부(200), 발전부(300)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, the high efficiency solar energy using apparatus according to the present exemplary embodiment includes a primary reflector 100, a secondary reflector 210, a solar heat utilization unit 200, and a power generation unit 300. .

먼저 1차 반사경(100)은 태양광을 1차적으로 집광하는 오목 거울 형상의 구성요소이다. 이 1차 반사경(100)은 태양광을 효과적으로 반사할 수 있도록 표면에 코팅 처리되어 있으며, 전체적인 재질은 다양한 경질 소재로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 제조와 가공이 용이한 플라스틱 수지, Al Die Casting 또는 Al press로 이루어질 수 있다. 더불어, 1차 반사경(100)은 반사면(집광 면)이 곡면 형태로 이루어진 접시 형상을 가질 경우에는 1차 반사경(100)의 전체 형상이 삼각형, 사각형의 다양한 형태를 가질 수가 있으나, 태양광의 진행 경로 상 태양광 손실이 가장 적고 조립성이 우수한 장방형, 즉 가로 세로의 길이가 동일한 사각형의 형태를 갖는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다. First, the primary reflector 100 is a concave mirror-shaped component that primarily collects sunlight. The primary reflector 100 is coated on the surface to effectively reflect the sunlight, the overall material may be made of a variety of hard materials. Preferably it may be made of a plastic resin, Al Die Casting or Al press that is easy to manufacture and process. In addition, when the primary reflector 100 has a plate shape having a reflective surface (condensing surface), the overall shape of the primary reflector 100 may have various shapes such as triangles and squares, but the progress of sunlight It is most preferable to have a rectangular shape having the least solar loss on the path and excellent assembly property, that is, a rectangular shape having the same length and width.

또한, 1차 반사경(100)의 표면에는 반사 특성을 달성하기 위하여 알루미늄(Al)과 같은 반사 코팅막을 증착하는 바, 먼저 표면에 베이스 코팅층을 형성한 이후 반사 코팅막을 증착하도록 한다. 1차 반사경(100)은 주로 PC 내지 PC-ABS 수지또는 알루미늄으로 제작되기 때문에 시간이 경과함에 따라 반사 코팅막을 증착할 때 반사면과의 사이에서 발생 및 함유된 기포가 노출(outgasing)되어 반사면에서 반사 코팅막이 벗겨지는 현상(peeling)이 발생되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위하여, 반사 코팅막의 코팅 처리 이전에 우선 반사면에 베이스 코팅층을 형성한다. 본 발명에 따른 베이스 코팅층은 UV 경화성 도료 또는 열 경화성 도료를 반사면에 딥핑(dipping) 처리하거나 스프레이 코팅하여 증착 한 이후 UV 조사 또는 열처리에 의하여 경화 처리되는 방식으로 형성 가능하다. In addition, the surface of the primary reflector 100 to deposit a reflective coating such as aluminum (Al) in order to achieve the reflective properties, first to form a base coating layer on the surface and then to deposit a reflective coating film. Since the primary reflector 100 is mainly made of PC or PC-ABS resin or aluminum, when the reflective coating film is deposited over time, bubbles generated and contained between the reflecting surfaces are outgased and the reflecting surfaces are exposed. In this case, the peeling of the reflective coating may occur. Therefore, in order to prevent such a problem, the base coating layer is first formed on the reflective surface before the coating treatment of the reflective coating film. The base coating layer according to the present invention may be formed by dipping or spray coating a UV curable paint or a heat curable paint on a reflective surface and then depositing the curable by UV irradiation or heat treatment.

이러한 베이스 코팅층에 의하면, 반사경의 반사면이 다소 거칠거나 흠집이 있다 해도 이를 평탄 처리하여 불량의 문제를 개선시킬 수가 있고, 추후 반사 코팅층의 형성에도 우수한 접착력을 제공할 수 있다는 특성을 제공한다. 주로 Al로 이루어진 반사 코팅막은 베이스 코팅층 상에 evaporation 증착 공법 내지 PVD 공법으로 코팅 처리되고, 코팅되는 두께는 수 내지 수십 um 정도이다.According to such a base coating layer, even if the reflecting surface of the reflector is somewhat rough or scratched, it can be flattened to improve the problem of defects and can provide excellent adhesive strength to the formation of the reflecting coating layer later. The reflective coating film mainly made of Al is coated on the base coating layer by an evaporation deposition method or a PVD method, and the coated thickness is several to several tens of um.

이러한 반사 코팅막 상부에는 보호 차원에서 표면 보호막이 형성되는 것이 가능한바, 상기 베이스 코팅층처럼 UV 경화성 도료를 이용하거나 SiO2를 표면 증착하는 방법이 있다. It is possible to form a surface protective film on the reflective coating layer in the protective dimension, there is a method of using a UV curable paint or surface deposition of SiO 2 like the base coating layer.

그리고 상기 1차 반사경(100)에는 중앙 영역에 2차 반사경(210)로부터 2차 집광되는 태양광이 통과할 수 있는 경로를 제공하는 통공(110)이 형성된다. 발전부(300)은 1차 반사경(100)의 후방에 배치되며, 이 통공(110)을 통과하여 조사되는 태양광을 이용하여 발전한다. In addition, the primary reflector 100 is formed with a through hole 110 that provides a path through which the solar light secondary collected from the secondary reflector 210 may pass through the central reflector. The power generation unit 300 is disposed at the rear of the primary reflector 100, and generates power by using sunlight emitted through the through hole 110.

다음으로 2차 반사경(210)은 상기 1차 반사경(100)의 전방, 구체적으로 상기 1차 반사경(100)의 초점 근방에 배치되며, 상기 1차 반사경(100)에 의하여 집광된 태양광을 상기 통공(110)의 후방으로 반사하는 구성요소이다. 이 2차 반사경(210)은 도 1에 도시된 바와 같이, 볼록 거울 형상으로 형성되며, 상기 1차 반사경(100)에 고정되거나 고정을 위한 별도의 부재를 가질 수도 있다. Next, the secondary reflector 210 is disposed in front of the primary reflector 100, specifically, in the vicinity of the focal point of the primary reflector 100, and receives the sunlight collected by the primary reflector 100. It is a component that reflects back of the through hole (110). As shown in FIG. 1, the secondary reflector 210 is formed in a convex mirror shape, and may be fixed to the primary reflector 100 or have a separate member for fixing.

본 실시예에서 상기 2차 반사경(210)에는 1차 반사경(100)에 의하여 집광된 태양광을 조사받으므로 고온의 열이 발생한다. 따라서 이 2차 반사경(210)는 내열성 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 예를 들어 수정(Quartz) 또는 Boro Silicate로 이루어질 수 있다. In the present embodiment, the secondary reflector 210 is irradiated with the sunlight collected by the primary reflector 100, so that high temperature heat is generated. Therefore, the secondary reflector 210 is preferably made of a heat resistant material, for example, may be made of quartz or Boro Silicate.

다음으로 빔 스플리팅부는 상기 2차 반사경(210)의 표면에 코팅되어 형성되며, 상기 1차 반사경(100)에 의하여 집광된 태양광의 일부는 투과하고 일부는 상기 통공(110) 방향으로 2차 집광하는 구성요소이다. 상기 빔 스플리팅부의 특정 파장 영역 별 태양광의 분광 특성은 표면에 HfO, ZrO2, TiO2 및 TaO2 중 어느 하나의 재질로 이루어진 박막과 SiO2로 이루어진 보호 코팅막을 1쌍으로 하여 이를 특정 회수로서 적층 처리하는 방식에 의하여 달성이 된다. 통상적으로 빔 스프리터(beam splitter)에 핫 미러(Hot mirror) 또는 콜드 미러(Cold Mirror)용 반사막 형성을 위한 코팅(coating)을 수행할 때 Hfo, ZrO2, TiO2 및 TaO2 중 어느 하나의 재질로 이루어진 박막을 반사하고자 하는 파장의 1/4배 두께로 코팅을 하여 반사면을 만드는 것이 일반적이라 할 수 있는바, 여기에 투명한 SiO2로 이루어진 보호 코팅막을 코팅하게 되면 코팅 면도 보호하고 특정 파장대에 따른 태양광을 보호 코팅막의 두께 내지 적층 회수 조절 방식에 의하여 보다 효율적으로 파장 영역에 따라 선택 분리하는 역할을 수행할 수가 있다. Next, the beam splitting part is formed by coating the surface of the secondary reflector 210, and a part of the sunlight collected by the primary reflector 100 is transmitted, and a part of the beam splitter is secondary to the through hole 110. Condensing component. Said beam splitting unit specific wavelength region by the sun light spectral characteristics by a thin film and a protective coating film made of SiO 2 made of any one material of HfO, ZrO 2, TiO 2 and TaO 2 to the surface as a pair this particular number of This is achieved by a lamination process as a method. Typically, the material of any one of Hfo, ZrO 2 , TiO 2 and TaO 2 when coating for forming a reflective film for a hot mirror or a cold mirror on a beam splitter. It is common to make a reflective surface by coating a thin film made of 1/4 times the wavelength of the wavelength to be reflected. If a protective coating film made of transparent SiO 2 is coated on it, the coating is protected and protected at a specific wavelength range. The solar light may be selectively separated according to the wavelength region by the thickness of the protective coating layer or the number of laminations.

보다 구체적으로, 요망하는 코팅 파장 대역을 가진 태양광을 선택적으로 빔 스플리팅부에서 분산 처리하기 위하여, Hfo, ZrO2, TiO2 및 TaO2 중 어느 하나의 재질로 이루어진 박막 상에 SiO2로 이루어진 보호 코팅막이 코팅되어 있는 것을 1개의 복합 코팅층이라 한다면 이 복합 코팅층을 복수 회수로 빔 스플리팅부의 표면에 코팅하도록 한다.More specifically, SiO 2 is formed on a thin film made of any one of Hfo, ZrO 2 , TiO 2 and TaO 2 so as to selectively disperse sunlight having a desired coating wavelength band in a beam splitting portion. If the protective coating film is coated with one composite coating layer, the composite coating layer is coated on the surface of the beam splitting part in a plurality of times.

본 실시예에서는 상기 빔 스플리팅부는 상기 1차 반사경(100)에서 집광된 태양광 중 파장 1.5㎛ 미만의 단파장 대역의 빛을 2차 집광 및 반사하고, 1.5 ㎛ 이상의 장파장 대역의 빛을 투과하는 것이 바람직하다. In the present exemplary embodiment, the beam splitting unit secondaryly collects and reflects light having a short wavelength band of less than 1.5 μm of wavelengths of sunlight collected by the primary reflector 100, and transmits light having a long wavelength band of 1.5 μm or more. It is preferable.

다음으로 태양열 이용부(200)는 상기 2차 반사경(210) 후면에 설치되어, 열매체를 가열하는 구성요소이다. 이를 위하여 상기 태양열 이용부(200)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 챔버(220), 고정수단(240) 및 실링부재(250)를 포함하여 구성된다. 먼저 챔버(220)는 상기 2차 반사경(210)의 후면에 밀착한 상태로 결합되어 열매체를 저장하는 캐버티(cavity)를 형성하는 구성요소이다. 따라서 이 챔버(220)는 내측으로 음각되는 형상을 가질 수 있으며, 알루미튬 같은 금속소재로 이루어지는 것이 바람직하다. Next, the solar heat using unit 200 is installed at the rear side of the secondary reflector 210 and is a component for heating the heat medium. To this end, as shown in FIGS. 1 and 2, the solar heat utilization unit 200 includes a chamber 220, a fixing means 240, and a sealing member 250. First, the chamber 220 is a component that is coupled in close contact with the rear surface of the secondary reflector 210 to form a cavity for storing the heat medium. Therefore, the chamber 220 may have a shape that is engraved inward, and preferably made of a metal material such as aluminium.

그리고 상기 챔버(220)의 내면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 태양열 흡수 코팅막(230)이 더 형성될 수 있다. 이 태양열 흡수 코팅막(230)은 상기 2차 반사 경(210)을 투과하는 태양열을 효과적으로 흡수하는 기능을 하며, 예를 들어 흑크롬 코팅이나 또는 TiNOx 등으로 구성될 수 있다. And the inner surface of the chamber 220, as shown in Figure 1, a solar heat absorption coating film 230 may be further formed. The solar heat absorption coating film 230 has a function of effectively absorbing solar heat passing through the secondary reflector 210, and may be formed of, for example, black chromium coating or TiNOx.

그리고 상기 고정수단(240)은 상기 2차 반사경(210)을 챔버(220)에 고정하는 구성요소이다. 이 고정수단(240)은 상기 2차 반사경(210)을 상기 챔버(220)에 고정할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 나선 구조를 가질 수 있다. 한편 상기 실링 부재(250)는 상기 2차 반사경(210)과 상기 챔버(220) 사이에 개재되어, 내외부를 실링하는 구성요소이다. 상기 2차 반사경(210)과 챔버(220)에 의하여 형성되는 내부 공간에는 유체인 열매체가 채워지므로 상기 실링 부재(250)를 이용하여 밀봉하는 것이다. The fixing means 240 is a component for fixing the secondary reflector 210 to the chamber 220. The fixing means 240 may have various structures for fixing the secondary reflector 210 to the chamber 220, for example, may have a spiral structure. Meanwhile, the sealing member 250 is interposed between the secondary reflector 210 and the chamber 220 to seal the inside and the outside. Since the heat medium, which is a fluid, is filled in the inner space formed by the secondary reflector 210 and the chamber 220, the sealing is performed using the sealing member 250.

한편 상기 태양열 이용부(200)에는 열매체를 공급하기 위한 열매체 유입라인(410)과 가열된 열매체를 배출하기 위한 열매체 배출라인(420)으로 이루어지 열매체 순환부(400)이 더 구비된다. 이 열매체 순환부(400)는 상기 2차 반사경(210) 및 태양열 이용부(200)를 상기 1차 반사경(100) 및 발전부(300)에 고정하는 고정바에 형성되는 것이, 태양열 이용장치의 전체적인 구성을 간단하게 하여 바람직하다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 2차 반사경(210)을 상기 1차 반사경(100) 및 발전부(300)에 고정하는 4개의 고정바 중 2개의 고정바를 관으로 구성한다. 그리고 그 중 하나를 열매체 유입라인(410)으로 구성하고, 나머지 하나를 열매체 배출라인(420)으로 활용하는 것이다. On the other hand, the solar heat using unit 200 is further provided with a heat medium circulation unit 400 consisting of a heat medium inlet line 410 for supplying a heat medium and a heat medium discharge line 420 for discharging the heated heat medium. The heat medium circulation unit 400 is formed in a fixed bar for fixing the secondary reflector 210 and the solar heat using unit 200 to the primary reflector 100 and the power generating unit 300, It is preferable to simplify the configuration. Therefore, as shown in FIG. 2, two fixing bars of four fixing bars for fixing the secondary reflector 210 to the primary reflector 100 and the power generation unit 300 are configured as tubes. One of them is configured as a heat medium inlet line 410, and the other is used as a heat medium discharge line 420.

다음으로 발전부(300)는 상기 1차 반사경(100)의 후방에 배치되며, 상기 2차 반사경(210)에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 구성요소이다. 이 발전부(300)는 태양광을 이용하여 발전하는 태양 전지 또는 태양열을 이용하여 발전하는 열전소자 또는 태양광을 이용하여 발전하는 태양전지와 태양열을 이용하여 발전하는 열전소자를 복합하여 구성한 복합 발전소자로 구성될 수 있다. Next, the power generation unit 300 is disposed at the rear of the primary reflector 100, and is a component that generates electricity by using sunlight reflected by the secondary reflector 210. The power generation unit 300 is a complex power plant consisting of a combination of a solar cell to generate power using solar light or a thermoelectric device to generate power using solar heat or a solar cell to generate power using solar light and a thermoelectric device to generate power using solar heat. It can be composed of a ruler.

본 실시예에서는 이 발전부(300)를 상기 태양열 이용부(200)와 효율적으로 조합하여 이용할 수 있도록 태양전지와 열전소자를 혼용한 혼용 발전부로 구성한다. 이를 위하여 본 실시예에 따른 발전부(300)는 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 태양 전지(330), 열전소자(310), 냉각부(320), 열 흡수부(350)를 포함하여 구성된다. In this embodiment, the power generation unit 300 is configured as a hybrid power generation unit using a combination of a solar cell and a thermoelectric element so that the power generation unit 300 can be effectively combined with the solar heat utilization unit 200. To this end, the power generation unit 300 according to the present embodiment includes a solar cell 330, a thermoelectric element 310, a cooling unit 320, and a heat absorbing unit 350 as shown in FIG. 2. It is composed.

먼저 태양 전지(330)는 상기 발전부(300)의 전면에 형성되며, 태양광을 이용하여 발전하는 구성요소이다. 본 실시예에서는 이 태양전지(330)를 발전 효율이 우수한 화합물 반도체를 이용한 태양전지로 구성하는 것이 바람직하다. 상기 화합물 반도체는 예를 들어 GaAs, InP, GaInAsP, InGaAs 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. First, the solar cell 330 is formed on the front of the power generation unit 300, and is a component that generates power by using sunlight. In this embodiment, the solar cell 330 is preferably constituted by a solar cell using a compound semiconductor having excellent power generation efficiency. For example, the compound semiconductor may be any one or two or more selected from GaAs, InP, GaInAsP, and InGaAs.

상기 태양 전지(330)의 전방에는 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광을 더욱 집광하기 위한 광학소재(340), 예를 들어 FEL(Fly Eye Lens)가 더 구비될 수도 있다. As shown in FIG. 2, an optical material 340, for example, a fly eye lens (FEL), may be further provided at the front of the solar cell 330 to further collect sunlight.

다음으로 열전소자(310)는 상기 태양전지(330)의 후방에 설치되며, 태양열을 이용하여 발전하는 구성요소이다. 이 열전 소자(310)의 전면은 상기 2차 반사경(210)에 의하여 집광된 태양광에 의하여 가열되고, 타면은 상기 열전소자(310)의 후면에 밀착하여 형성되는 냉각부(320)에 의하여 냉각되어 발전을 직접 수행하는 구성요소이며, 별도로 출력 단자(312, 314)가 구비된다. Next, the thermoelectric element 310 is installed at the rear of the solar cell 330 and is a component that generates power using solar heat. The front surface of the thermoelectric element 310 is heated by sunlight collected by the secondary reflector 210, and the other surface is cooled by the cooling unit 320 formed in close contact with the rear surface of the thermoelectric element 310. It is a component that directly generates power, and is provided with output terminals 312 and 314 separately.

상기 태양전지(330)와 열전소자(310) 사이에는 도 2에 도시된 바와 같이, 열 흡수부(350)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이 열 흡수부(Heat Sink, 350)는 상기 태양전지(330)의 후방에 배치되어 상기 2차 반사경(210)으로부터 조사되는 태양광에 의하여 가열되고, 얻어진 열을 효과적으로 유지하는 역할을 한다. 이 열 흡수부(350)의 후면은 상기 열전소자(310)의 전면과 접촉하여 상기 열전소자(310)의 전면을 고온으로 가열하는 역할을 한다. As shown in FIG. 2, a heat absorber 350 is further provided between the solar cell 330 and the thermoelectric element 310. The heat sink 350 is disposed at the rear of the solar cell 330 and heated by sunlight irradiated from the secondary reflector 210 to effectively maintain the heat obtained. The rear surface of the heat absorbing unit 350 is in contact with the front surface of the thermoelectric element 310 serves to heat the front surface of the thermoelectric element 310 to a high temperature.

한편 상기 냉각부(320)는 상기 열전소자(310)의 후면에 설치되어 상기 열전소자(310)의 후면을 냉각하는 역할을 한다. 따라서 상기 열 흡수부(350)와 상기 냉각부(320)에 의하여 상기 열전소자(310)의 양면이 큰 온도차를 가지게 되어 효과적으로 발전할 수 있는 구조를 가진다. Meanwhile, the cooling unit 320 is installed on the rear surface of the thermoelectric element 310 to serve to cool the rear surface of the thermoelectric element 310. Therefore, both surfaces of the thermoelectric element 310 have a large temperature difference due to the heat absorbing part 350 and the cooling part 320, and thus have a structure capable of effectively generating power.

상기 냉각부(320)에는 냉각을 위한 냉매가 순환되며, 상기 냉매의 순환을 위하여 냉매 유입라인(510)과 냉매 배출라인(324)이 각각 형성된다. 그런데 본 실시예에 따른 고효율 태양광 이용장치에서는 상기 냉각부(320)를 순환하는 냉매와 상기 태양열 이용부(200)를 순환하는 열매체를 동일한 물질로 사용한다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 배출라인(324)과 상기 열매체 유입라인(410)이 서로 연결되는 구조를 가진다. 따라서 상기 냉각부(320)를 통과하면서 1차적으로 가열된 냉매가 상기 냉매 배출라인(324)과 열매체 유입라인(410)을 통하여 상기 태양열 이용부(200)로 공급된다. 그러면 이 냉매는 상기 태양열 이용부(200)에서 더욱 높은 온도로 가열된 후, 상기 열매체 배출라인(420)을 통하여 배출된다. 그러면, 단순하게 상기 태양열 이용부(200)를 이용하여 1차 가열만하는 경우보다 더욱 효과적으로 열매체를 고온으로 가열할 수 있으며, 이렇게 얻어지는 고온의 열에너지는 다양하게 활용할 수 있다. The refrigerant for cooling is circulated in the cooling unit 320, and a refrigerant inlet line 510 and a refrigerant discharge line 324 are formed to circulate the refrigerant. However, in the high efficiency photovoltaic device according to the present embodiment, the refrigerant circulating in the cooling unit 320 and the heat medium circulating in the solar heat using unit 200 are used as the same material. Therefore, as shown in Figure 2, the refrigerant discharge line 324 and the heat medium inlet line 410 has a structure that is connected to each other. Therefore, the refrigerant heated primarily while passing through the cooling unit 320 is supplied to the solar heat utilization unit 200 through the refrigerant discharge line 324 and the heat medium inlet line 410. Then, the refrigerant is heated to a higher temperature in the solar heat utilization unit 200, it is discharged through the heat medium discharge line 420. Then, the heat medium can be heated to a high temperature more effectively than the case of only primary heating using the solar heat using unit 200, and the high temperature thermal energy thus obtained can be utilized in various ways.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 태양에너지 이용장치의 구성을 도시하는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of a high efficiency solar energy using apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 이용부와 발전부의 구성을 도시하는 분해사시도이다. Figure 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the solar heat using and power generation unit according to an embodiment of the present invention.

Claims (9)

중앙 영역에 통공이 형성되며, 태양광을 집광하는 오목 거울 형상의 반사경;A through-hole is formed in the center region, the concave mirror-shaped reflector for collecting sunlight; 상기 반사경 전방에 배치되며, 상기 반사경에 의하여 집광된 태양열을 흡수하는 태양열 흡수부;A solar heat absorber disposed in front of the reflector and absorbing the solar heat collected by the reflector; 상기 태양열 흡수부에 열매체를 공급하고 회수하는 열매체 순환라인;을 포함하는 고효율 태양에너지 이용장치.A high-efficiency solar energy utilization apparatus comprising a; heat medium circulation line for supplying and recovering a heat medium to the solar heat absorber. 제1항에 있어서, 상기 태양열 흡수부는, The method of claim 1, wherein the solar heat absorbing portion, 상기 반사경을 향하여 배치되는 볼록 거울 형상의 투과부재;A convex mirror-shaped transmission member disposed toward the reflecting mirror; 상기 투과부재와 결합되어 일정한 밀폐 공간을 형성하는 밀봉부재;A sealing member coupled to the transmission member to form a constant sealed space; 상기 밀봉부재의 전면에 형성되며, 상기 투과부재를 통과한 태양광의 태양열을 흡수하는 태양열 흡수부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.And a solar heat absorbing member which is formed on the front surface of the sealing member and absorbs the solar heat of the solar light passing through the transmission member. 중앙 영역에 통공이 형성되며, 태양광을 집광하는 오목 거울 형상의 1차 반사경;A through-hole is formed in the central region, the primary reflector of the concave mirror shape for collecting sunlight; 상기 1차 반사경의 전방에 배치되며, 상기 1차 반사경에 의하여 집광된 태양광을 상기 통공의 후방으로 반사하는 2차 반사경;A secondary reflector disposed in front of the primary reflector and reflecting the solar light collected by the primary reflector to the rear of the through hole; 상기 2차 반사경 후면에 설치되어, 열매체를 가열하는 태양열 이용부;A solar heat utilization unit installed at a rear surface of the secondary reflector to heat the heat medium; 상기 1차 반사경의 후방에 배치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 발전부;를 포함하는 고효율 태양에너지 이용장치.It is disposed behind the primary reflector, the power generation unit for generating electricity by using the sunlight reflected by the secondary reflector; high efficiency solar energy using apparatus comprising a. 제3항에 있어서, 상기 발전부는, The method of claim 3, wherein the power generation unit, 열전소자를 이용한 발전부인 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.High efficiency solar energy using device, characterized in that the power generation unit using a thermoelectric element. 제3항에 있어서, 상기 발전부는, The method of claim 3, wherein the power generation unit, 태양전지와 열전소자를 혼용한 혼용 발전부인 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.High efficiency solar energy using device, characterized in that the mixed power generation unit using a combination of solar cells and thermoelectric elements. 제3항에 있어서, 상기 발전부는, The method of claim 3, wherein the power generation unit, 태양전지를 이용한 발전부인 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.High efficiency solar energy using device, characterized in that the power generation unit using a solar cell. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 4 to 6, 상기 태양열 이용부에 열매체를 공급하고 회수하는 열매체 순환라인이 구비되되, The heating medium is provided with a heat medium circulation line for supplying and recovering the heat medium, 상기 열매체 순환라인에 공급되는 열매체는 상기 발전부의 냉각부를 통과하 여 공급되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.The heat medium supplied to the heat medium circulation line is supplied through the cooling unit of the power generation unit, characterized in that the high efficiency solar energy using apparatus. 제3항에 있어서, The method of claim 3, 상기 2차 반사경의 표면에 코팅되어 형성되며, 상기 2차 반사경으로 입사되는 태양광 중 일부는 투과하시키고 일부는 반사하는 빔 스플리팅부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.Is formed by coating on the surface of the secondary reflector, the high efficiency solar energy using apparatus further comprises a beam splitting unit for transmitting a portion of the sunlight transmitted to the secondary reflector and reflects a part. 제8항에 있어서, 상기 빔 스플리팅부는, The method of claim 8, wherein the beam splitting unit, 파장이 1.5㎛ 미만의 단파장 대역의 빛은 반사하고, 1.5㎛ 이상의 장파장 대역의 빛은 투과하는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 이용장치.High efficiency solar energy using device, characterized in that the light of the short wavelength band of less than 1.5㎛ wavelength reflects, and the light of the long wavelength band of 1.5㎛ or more is transmitted.
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