KR20110051282A - 광패널을 이용한 발전 장치 및 발전 방법 - Google Patents

광패널을 이용한 발전 장치 및 발전 방법 Download PDF

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KR20110051282A
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끌로뜨 마르꼬 로사
끌로뜨 파올로 로사
산드로 까라라
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쉬엔자 인두스뜨리아 떼끄놀로지아 에스.알.엘.
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Abstract

광패널(2)을 이용한 발전 장치(1)는, 태양 복사를 수광하도록 구성된 패널(2)의 상면(3)이 미리 결정된 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 패널을 수역에 위치시킬 수 있도록 구성된 패널(2) 장착 구조물(4)을 포함한다. 광패널(2)을 이용한 발전 방법은, 패널(2)을 장착하기 위한 구조물(4)을 준비하는 단계와; 태양 복사를 수광하도록 구성된 패널(2)의 상면(3)이 미리 정해진 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 구조물(4)을 수역에 배치하는 단계를 포함한다.

Description

광패널을 이용한 발전 장치 및 발전 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING ELECTRICITY USING PHOTOVOLTAIC PANELS}
본 발명은 광패널을 이용한 발전 장치 및 발전 방법에 관한 것이다.
태양 에너지로부터 전기를 발생시키는 시스템은 일반적으로 태양광 전지로 구성되어 있다.
태양광 전지는 광전 효과 때문에 반도체 표면을 타격하는 태양의 광선들을 전기로 변환시킬 수 있는 반도체 시스템으로 만들어진다. 반도체의 표면을 타격하는 각 광자는 다량의 전류(a quantum of current)를 발생시킨다.
광전지를 이용하여 전기를 발생시키는 모든 시스템들의 성능은 온도, 특히 반도체 소재의 온도가 상승하면 하락하는 경향이 있다.
예를 들어, 단결정 실리콘의 효율은 25℃에서는 12 내지 15%인데 70℃에서는 9 내지 12%로 떨어진다.
종래 기술에 의해 제시된 광전 패널의 효율을 증가시키는 한 가지 방법은, 유체(예를 들어, 공기 또는 물)의 강제 유동을 생성하여 광전지의 온도를 하강시키는 동시에 유체 자체를 가열하고, 그에 따라 열병합 발전 시스템을 구성하는 것이다.
따라서 종래 기술에는 전기의 생산과 열에너지의 생산을 조합한 기술적 해결책이 포함된다.
다른 종래 기술의 해결책(예를 들어 미국 특허 US 6,489,553호에 공지됨)에서는 냉각 유체의 순환에 의해 광패널의 온도가 낮아진다.
그러나 이러한 해결책들은 복잡하고 값비싼 설비를 필요로 하는 단점이 있다. 결론적으로, 패널의 냉각과 관련된 비용과 문제는 보상할 수 없으며 어떤 경우에도 저온으로 인한 고효율 패널의 장점을 상쇄한다.
또한 종래 기술의 시스템들 중 어떤 시스템도, 발생된 전기를 그 전기를 사용하는 장소로 전송하기에는 불편한 외딴 지역에 시스템을 설치할 필요로 인한 추가적인 단점과 관련된 환경 부하(environmental impact)를 감소시키도록 구성되지는 않았다.
본 발명의 목적은 상술한 단점들을 극복한 발전 장치와 발전 방법을 제공하는 데 있다.
특히 본 발명의 목적은, 효율이 매우 높으면서 동시에 간단하고 저렴한, 태양 에너지를 전기로 변환시키는 장치와 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 환경 부하가 매우 작은 광패널을 이용한 발전 장치 및 발전 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 이러한 목적들은 첨부된 청구범위에 그 특징이 기재된 본 발명에 따른 발전 장치와 발전 방법에 의해 충분히 달성된다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 발전 장치는 태양 복사를 수광하도록 구성된 패널의 상면이 미리 결정된 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 패널을 수역에 위치시킬 수 있도록 구성된 패널 장착 구조물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 구조물은 패널에 연결되는 프레임, 프레임에 연결되는 적어도 한 개의 부대; 및 프레임을 수역의 바닥에 고정하기 위한 고정 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 발전 방법은
패널을 장착하기 위한 구조물을 준비하는 단계와,
태양 복사를 수광하도록 구성된 패널의 상면이 미리 정해진 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 구조물을 수역에 배치하는 단계를 포함한다.
발전 방법은 또한 수역의 수면 아래의 패널의 깊이를 변화시키는 단계도 포함하되, 패널은 물에 잠겨있다.
따라서 본 발명은 패널을 물에 잠기게 함으로써 태양 에너지를 전기로 변환하는 효율을 최적화화는 관점에서 물 또는 다른 액체에 잠긴 임의의 태양광 발전 시스템을 수용하도록 특별히 구성된 장착 구조물을 제공함으로써, 이러한 유형의 에너지를 생산하는 비용을 절감하는 동시에 설치비와 수역(예를 들면 인공 관개호 또는 에너지 생산 이외의 목적으로 만들어진 천연 또는 인공 수역; 그러한 목적에 적당한 수역은 예를 들어 인공 저수지나 인공호지만 패널들은 바다의 석호 또는 파도를 막을 수 있는 다른 해안선들에도 설치될 수 있음; 다른 패널들이 설치될 수 있는 다른 장소들은 웅덩이(pool), 탱크 또는 대형 태양열 집열기임)에 의한 환경 부하를 감소시킨다.
따라서 본 발명은 광패널(또는 광패널들)이 수층(바람직하게는 그 두께는 수 밀리미터 내지 대략 5 센티미터임) 아래에 배치될 수 있게 하는 장착 구조물 또는 프레임을 제공한다.
본 발명의 이러한 특징들과 또 다른 특징들은 바람직하고 비한정적인 실시예에 대한 하기의 상세한 설명을 첨부 도면을 참조하면서 읽으면 명백해질 것이다.
도1은 본 발명에 따른 발전 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 발전 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 도1의 발전 장치의 일 부품을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 발전 장치의 부품이 다른 유사한 부품과 연결되어 모듈식 시스템을 형성한 것을 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 발전 장치의 부품의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 부품의 일부분을 도시한 도면이다.
도 7은 태양 복사의 스펙트럼 분포의 함수로 본 발명에 따른 발전 장치의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 패널 위의 수층의 두께의 함수로 본 발명에 따른 발전 장치의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 첫 번째는 표준 조건 하이고 두 번째는 본 발명에 따른 수층 아래에 있는 두 개의 광패널의 최대 부하에서의 전압을 나타낸 그래프이다.
첨부된 도면에서 도면 부호 1은 본 발명에 따른 발전 장치를 나타낸다.
발전 장치(1)는 광패널(2)들을 이용한 발전 장치이다.
광패널(2)들은 공지 기술에 따라 만들어지며, 그 각각이 태양 에너지를 전기로 변환하기 위해 태양 복사를 수광하도록 구성된 상면(3)을 포함한다. 상면(3)은 실리콘(단결정, 다결정 또는 비결정성), 카드뮴 텔룰라이드(cadmium telluride), CIS(즉, 구리-인듐-셀레니움 박막) 또는 폴리머 박막 등의 이용 가능한 여러 가지 소재들로 만들어진 층들로 구성된다.
본 발명에 따르면, 발전 장치(1)는 태양 복사를 수광하도록 구성된 패널(2)들의 상면(3)들이 미리 정해진 두께의 수층(layer of water)에 의해 작동 가능하게 덮일 수 있게 패널(2)들을 수역에 설치하기 위해 마련된 패널(2) 장착 구조물(4)을 포함한다.
바람직하게는, 구조물(4)(패널(2)들을 장착하기 위한 것)은 적어도 하나의 부대(float)(6)(바람직하게는 다수의 부대(6)들)에 연결되고 예를 들어 로프(7)와 같은 고정 수단에 의해 수역의 바닥에 고정되는 프레임(5)을 포함한다.
도시되지 않은 본 발명의 다른 실시예에서는 구조물(4)이 수역의 바닥에 직접 고정될 수 있고 이에 따라 부대(6)는 필요 없다는 것에 유의해야 한다.
그러나 이 실시예는 깊이가 일정한 수역에서만 사용될 수 있다.
따라서, 예시된 해결책은 일반적으로는 부대(6)들을 포함하는데, 이는 임의의 수역, 심지어 수심이 변하는 곳에도 설치할 수 있기 때문이다.
부대(6)들을 구비한 해결책 내에서, 본 발명의 여러 가지 다른 실시예들을 고려할 수 있다.
제1 실시예에서는, 패널(2)들은 그들이 수역에 잠기고 이에 따라 수면 아래로 미리 정해진 깊이에 위치되도록 프레임(5)에 연결된다.
부대(6)들과 관련하여, 본 발명서는 이격 부재(9)들에 의해 프레임(5)에 연결되는 부표(8)들(수면 위에 영구적으로 있음)을 구비하는 것을 고려할 수 있다. 따라서 예를 들어 봉으로 구성된 이격 부재(9)들은 부대(6)들과 프레임(5) 사이에 개재된다.
바람직하게는, 발전 장치는 또한 적어도 한 개의 내부 중공 부재(10)들을 포함하는데, 이 내부 중공 부재들은 각기 다른 밀도를 갖는 유체들(예를 들어 선택적으로 공기 또는 물)을 내부 중공 부재(10)들로 공급하기 위한 수단(미도시, 그 자체가 공지됨)에 연결된다.
따라서 내부 중공 부재(10)들은 가변 밀도 밀봉 챔버들을 구성한다.
내부 중공 부재(10)들은 부대(6)들을 구성한다(물의 밀도 보다 밀도가 낮은 공기나 다른 유체로 가득 찬 경우).
그러므로 내부 중공 부재(10)들은 부표(8)에 추가(도 1에 도시된 예)하여 또는 부표(8) 대신(도 2에 도시된 예)에 프레임(5)에 연결될 수 있다.
밀봉 챔버(10)들(즉 내부 중공 부재(10)들)은, 각기 다른 밀도를 갖는 유체들을 챔버로 공급하기 위한 수단과 함께, 패널(2)들(수역에 잠겨 있음)의 수면으로부터의 거리를 변화시키기 위한 수단, 즉 패널(2)들의 깊이를 변화시키기 위한 수단을 구성한다.
바람직하게는, 발전 장치(1)는 패널(2) 깊이 검출기와 에너지 변환 효율을 최적화하기 위해 패널들의 깊이를 자동으로 조정하기 위한 변경 수단에 연결된 제어 유닛(미도시, 예를 들어 전자 카드 또는 컴퓨터로 구성됨)도 포함한다.
도시되지 않은 패널 깊이 검출기는 압력 게이지 또는 수면 아래에 위치되어 그 깊이를 측정하기 위한 임의의 다른 공지된 기구로 구성된다.
따라서 제어 수단은 패널들의 깊이 및 그에 따른 패널(2) 위의 수층의 두께를 자동으로 조정(피드백 제어에 의함)하는 수단을 구성한다.
이를 감안하여, 바람직하게는 수층의 두께가 1 내지 2000mm(더 바람직하게는 2 내지 500mm)이도록 구조물(4)이 구성되어야 한다(즉, 조정 수단이 프로그램 되어야 함)는 점에 유의해야 한다.
그러나 패널(2)들은 발전 장치(1)를 손상시킬 위험을 발생시키는 악천후 조건(예를 들어 강한 파도를 생각할 수 있음)에서는 더 깊은 깊이에 위치(패널을 수면 아래로 더 밀어 넣음)될 수도 있을 것이다.
제2 실시예(도 5와 도 6에 도시됨)에서는, 구조물(4)은 패널(2)들이 물에서 나오도록, 즉 수면 위로 부상하도록 구성된다.
이 경우에 발전 장치(1)는, 수역으로부터 패널(2)들의 상면(3)들 상으로 물을 펌핑(물이 패널들의 상면 위로 유동할 수 있게 함)하고 이에 의해 앞에서 설명한 수층을 생성할 수 있게 구성된 펌핑 장치(통상의 것이어서 도시하지 않음)를 포함한다.
이 실시예는 부대(6)들을 포함하는 도시된 유형의 구조물(이 경우 부대(6)들은 특히 패널(2)들이 수면 위에 부상할 수 있게 구성됨)과 수역의 바닥에 그 자신을 고정시키는 족부(foot)들을 구비한 대안적인 유형의 구조물(4) 둘 다에 적용될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
또한 발전 장치(1)가 광패널(2)들에 의해 발생된 전력을 부하 또는 전력망으로 전송하기 위한 적어도 한 개의 전선(11)을 포함한다는 점에도 유의해야 한다.
채택된 실시예(상술한 설명과 관련됨)와 상관없이, 발전 장치(1)는 또한 본 발명의 또 다른 양태에 따라 다음의 것을 고려할 수 있다.
패널(2)들은 수역의 수면에 의해 한정되는 수평면과 직교하는 수직축을 중심으로 프레임(5)에 대해 회전할 수 있도록 프레임(5)에 움직일 수 있게 결합된다.
또한, 패널(2)들은 수역의 수면에 대해 기울어질 수 있도록(수역의 수면에 의해 한정되는 수평면 내의 축들을 중심으로 패널들을 회전시키는 것에 의함) 프레임(5)에 움직일 수 있게 결합된다.
이 점을 고려하여, 발전 장치(1)는, 프레임(5)에 결합되고 패널들을 수직축들을 중심으로 회전시키고 그리고/또는 패널들을 수면에 대해 기울이도록 패널(2)들을 작동시키는 구동 수단(미도시, 예를 들어 통상의 전기 모터로 구성됨)을 포함한다.
태양에 대한 패널(2)들의 방향을 최적화하고 그에 따라 패널(2)들에 의해 수광되는 태양 복사량(irradiation)을 최대화하기 위해, 구동 수단은 태양광 추적기(미도시, 그 자체가 공지됨)에 연결된 제어 수단(예들 들어 상술한 바와 같은 제어 유닛)에 의해 제어된다.
패널(2)들이 수직과 수평 둘 다로 회전(즉, 패널들이 기울어질 수 있음)하는 실시예에 있어서, 발전 장치는 2 자유도로 태양광을 추적할 수 있어 최대 효율을 달성할 수 있다. 이는 또한 분명히 발전 장치의 높은 생산비 및 운용비와 관련된다.
이 점을 고려하여, 발전 장치(1)의 다른 실시예에서는, 패널들이 고정된 각도로 기울어지거나 한정된 수의 미리 정해진 위치들(또는 각도들), 예를 들면 예를 들어 겨울용 제1 최적 위치와 여름용 제2 최적 위치, 사이에서 수평을 중심으로 기울어질 수 있다.
그렇게 하여, 2축 상에서 태양을 추적하는 경우(실제로는, 패널(2)들과 프레임(5) 자체가 떠있다는 사실에 의해 수직을 중심으로 한 회전은 용이해짐)에 비해 비용이 크게 낮아지지만, 그럼에도 불구하고 효율은 높다(비록 효율이 2축 상에서 태양을 추적하는 경우보다는 낮지만, 그 감소 정도는 비교적 제한적임).
패널(2)들을 수직축들을 중심으로 프레임(5)에 대해 회전시키는 것과 관련하여, 다음과 같은 점에 주목해야 한다.
프레임(5)은 바람직하게는,
고정 수단(7)에 연결된 제1 부분(12)과,
패널(2)들이 고정되는 제2 부분(13)을 포함한다.
프레임(5)의 제2 부분은 수역의 수면과 직교하는 수직축을 중심으로 회전하도록 제1 부분(12)에 회전가능하게 연결되고, 패널들은 프레임의 제2 부분에 고정된다.
바람직하게는, 프레임의 제1 부분(12)은 그 형상이 원형이다. 즉, 제1 부분은 환형 부재를 포함한다. 프레임(5)의 제2 부분(13)은 환형 부재 자체 내부에서 유지되면서 환형 부재에 대해 회전할 수 있도록 상기 환형 부재 내에 회전가능하게 장착된다.
바람직하게는, 발전 장치(1)는 제1 부분(12)에 대해 프레임(5)의 제2 부분을 (그리고 패널(2)들을 제2 부분과 함께) 자동으로 회전시키기 위한 액츄에이터를 구비한다.
액츄에이터(미도시, 예를 들어 전기 모터로 구성됨)는 제어 유닛에 연결되어 태양 광선의 기울기에 대해 패널(2)들의 방향을 조정하고, 2 자유도로 패널(2)들의 기울기를 변화시킨다.
그에 따라 유리하게는 발전 장치(1)의 효율이 더 증가될 수 있게 된다.
구조물(4)이 부대(6)들을 구비하기 때문에, 패널(2)들은 특히 간단하고 경제적으로 수직축을 중심으로 회전하게 된다는 점에 유의해야 한다.
이 점에서, 프레임(즉, 프레임(5)의 제2 부분(13))과 결합된 한 세트의 패널(2)들이 부대 유닛(14)을 구성한다는 점에 유의해야 한다.
부대 유닛(14)은 예를 들어 도 3에 도시되어 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 발전 장치(1)는 모듈식 장치(도 4에 도시됨)를 형성할 수 있게 상호 연결된 다수의 부대 유닛(14)들을 포함한다.
바람직하게는, 이 부대 유닛들 각각에 있어서, 프레임(5)의 제1 부분(12)은 그 형상이 원형이고 제2 부분(13)은 제1 부분 내에 회전가능하게 장착된다.
본 발명은 또한 광패널(2)들을 이용한 발전 방법에 관해 다룬다.
상기 발전 방법은 다음의 단계들, 즉
패널(2)들을 장착하기 위한 구조물(4)을 준비하는 단계와,
태양 복사를 수광하도록 구성된 패널들의 상면(3)들이 미리 정해진 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 구조물(4)을 수역에 배치하는 단계를 포함한다.
또한 상기 발전 방법은 수역의 수면 아래의 패널(2)들의 깊이를 변화시키는 단계도 포함하되, 패널(2)들은 물에 잠겨있다. 이에 따라 발전 장치(1)의 효율을 최적화하기 위해 수층의 두께를 조정할 수 있게 된다.
특히, 이 조정 단계는 다음의 단계들, 즉
상술한 거리를 측정하는 단계와,
에너지 변환 효율을 최적화하기 위해 패널(2)들의 깊이를 자동으로 조정하는 단계를 포함한다.
상기 단계는 패널(2)의 유형(특히 상면(3)을 만드는 데 사용되는 소재의 유형)에 따라 패널들 위의 수층 두께의 최적값을 자동으로 선택하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 두께는 1 내지 200mm의 값으로 조정된다.
또한, 발전 방법은 수역의 수면에 대해 (또는 프레임(5)에 대해, 바람직하게는 프레임(5)의 제1 부분(12)에 대해) 패널(2)들을 기울이는 단계를 포함한다.
대안적으로, 본 발명에 따른 발전 방법에서는, 패널들이 수평에 대해 고정된 각도로 위치될 수도 있고, 또는 각기 다른 설정 각도들(예를 들어 년의 각기 다른 때에 최적화됨)에 대응하는 한정된 수의 미리 정해진 위치 사이에서 움직일 수도 있다.
발전 방법은 프레임(5)(더 구체적으로는 프레임(5)의 제2 부분(13))과 프레임에 결합된 패널(2)들을 수역의 수면과 직교하는 축(수직)을 중심으로 돌리는 단계도 또한 포함한다.
수직축(또는 수직선)을 중심으로 돌리는 단계는 패널(2)들이 수평에 대해서도 소정 각도로 기울어진 경우뿐만 아니라 패널(2)들이 고정된 각도 또는 다수의 미리 정해진 위치(한정된 수의 설정 각도들에 대응함) 사이에서 가변 각도로 기울어진 경우에도 고려될 수 있다.
패널(2)들이 수면 아래에 잠긴 채로 유지되지 않는 다른 실시예에서는, 본 발명의 발전 방법은 물을 수역으로부터 수면 위에 위치된 패널(2)들(더 구체적으로는, 패널(2)들은 다수의 부대(6) 상에 장착된 프레임(5) 상에 위치됨)의 상면(3) 위로 펌핑하여 상술한 수층을 생성하는 단계를 포함한다.
이 실시예는 태양 광선에 대한 패널들의 방향을 최적화하기 위하여 프레임(5)에 대해 패널(2)들을 움직이는 상술한 단계들 모두에 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 발전 방법은 서로 연결될 수 있는 다수의 부대 유닛(14)들을 연결하여 모듈식 장치를 형성하는 단계를 포함한다. 부대 유닛(14)들 각각은 바람직하게는 제1의 원형 프레임 부분(12)과 이에 회전가능하게 결합되고 광패널(2)들에 연결되는 제2의 프레임 부분(13)을 포함한다.
본 발명의 이 양태(모듈식 시스템)는 본 발명의 다른 모든 양태들에 적용될 수 있고 이 모든 양태들과 시너지 효과를 일으키도록 조합될 수 있다.
프레임(5)은 바람직하게는 10개 내지 100개까지 변화할 수 있는 다수의 패널들을 지지하는 경량 소재, 예를 들면 폴리머 소재로 만들어진다는 점에 유의해야 한다. 전체 패널 시스템은, 상술한 바와 같이, 예를 들어 5 내지 10cm의 변화 가능한 깊이에 위치될 수 있다(바람직하게는 부대(6)들에 의해서 위치되고 수역의 바닥 상에 놓인 추에 고정됨).
본 발명은 광패널을 이용한 발전 장치의 효율을 크게 개선시킨다.
실제로, 상술한 설명을 지지하기 위해 아래에서 간략하게 설명하는 본 출원인이 행한 수많은 연구와 실험들은 본 발명의 장점들(특히 사용되는 패널의 유형에 따른 바람직한 구성과 관련된 장점들)을 나타내었다.
도 7의 그래프는 각기 다른 수심에서의 태양광 스펙트럼(L1, L2, L3 및 L4곡선들은 각각 수심 0cm, 5cm, 10cm 및 50cm을 나타냄)을 나타내고, L5곡선은 단결정 실리콘의 흡수력을 나타내는데, 패널에 의해 수광된 스펙트럼 전력(spectral power)(Watt/nm/m2)이 y축 상에 도시되고 파장은 nm 단위로 x축 상에 도시되어 있다. 실리콘 효율 곡선은 임의의 단위로 나타내었다.
그래프에서 볼 수 있듯이, 두께가 5cm인 수층은 실리콘의 변환 능력을 실질적으로 변경하지 않으면서 태양 복사의 대략 30%를 흡수한다. 특히, 물의 흡수 곡선을 L6으로 나타내었다.
변환 능력이 약간 감소되는 것은 실리콘을 비교적 저온으로 유지함으로써 얻을 수 있는 효율 향상에 의해 충분히 보상된다.
더 상세하게 설명하면, 본 출원인은 심도있는 연구와 실험들 도중에 더 높은 효율을 고찰하게 되었고, 이는 다음의 두 가지 요인에 의한다는 것을 밝히게 되었다.
a) 그 경로를 따라 굴절률 n=1.33인 수층과 만나는 태양 복사의 낮은 입력 임피던스. 이 중간층 때문에 태양광의 투과가 직사광 및 수직광에 대해서는 2% 수준으로, 그리고 산란광 또는 입사각이 50ㅀ 이상인 직사광에 대해서는 4 내지 6% 수준으로 용이해진다.
b) 온도를 안정화하는 효과, 또는 10 내지 30℃ 범위의 수온에서 작동하고 그에 따라 특히 여름에 매우 높을 수 있는 열 변형(thermal drift)을 받지 않는 패널의 (효과적인) 온도 조절. 이 효과는 패널 별로 변할 수 있지만 언제나 매우 뚜렷한데, 물 바깥 패널의 작동 온도가 75℃(대개는 완전한 직사광인 경우)면 효율 손실은 단결정 또는 다결정 실리콘에 대해서는 25%이고, 카드뮴 텔룰라이드에 대해서는 15%이고, 비결정성 실리콘에 대해서는 10%이다.
본 발명에 의한 해결책에 의해 이러한 효율 손실을 피할 수 있다.
도 8은 물에 잠긴 패널의 시뮬레이션된 효율을 일반적인 노출 상태에 있는 패널의 효율과 비교하여 나타내는데, 여기서는 100을 곱하여 표시하였다. 검사한 모든 패널이 유리하게는 수심 10cm 아래에 놓일 수 있고 비결정성 실리콘의 경우 수심은 50cm 이상일 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
특히, 도 8은 다음의 소재들, 즉 단결정 실리콘(L1곡선), 다결정 실리콘(L2곡선) 및 비결정성 실리콘(L3곡선)을 특징으로 하는 세 가지 유형의 패널들에 대한 효율 곡선들(패널(2)의 상면(3) 위의 수층 두께의 함수임)을 예시한다.
또한, 많은 비교례들을 수집하였고 그 중 일례가 도 9에 나타내었는데, 도 9는 하나(L2곡선)는 패널의 상면(3) 위에 수층이 없는, 그리고 다른 하나(L1곡선)는 패널이 수심 5cm에 잠겨 있는, 즉 패널 위에 5cm 두께의 수층이 있는, 단결정 실리콘으로 만들어진 두 개의 패널들에 대해 측정한 전압 값들(최적 부하시)을 나타낸다.
또한 입사 복사의 곡선(그래픽적 표현을 이유로 100으로 나누어 표시함)도 L3으로 나타내었다. 두 개의 패널들 간의 평균 온도차는 30℃이고 효율 상승은 10% 이상인 것으로 밝혀졌는데, 이는 시뮬레이션 결과와 비슷하다.
따라서 본 발명에 의하면 다음과 같은 장점들을 얻을 수 있다.
우선, 본 발명은 상용 광패널의 효율을 적어도 10% 정도 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 설치비와 운영비를 현저하게 저감시킨다.
또한 본 발명은 수역 내에 잠긴 패널들이 외부에서 보이지 않기 때문에 대규모 설비의 환경 부하를 저감시킨다.
본 발명은 또한 유지보수가 용이하다. 실제로, 패널들은 예를 들어 수영장을 세척하기 위한 자주식 자동 시스템과 같이 시장에서 이미 이용 가능한 로봇을 이용하여 세척될 수 있다.
마지막으로 본 발명은 절도나 공공 기물 파손 행위에 흔히 노출되는 광패널 설비들에 대한 보안을 더 우수하게 보장한다.

Claims (21)

  1. 광패널(2)을 이용한 발전 장치(1)에 있어서,
    태양 복사를 수광하도록 구성된 패널(2)의 상면(3)이 미리 결정된 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 패널을 수역에 위치시킬 수 있도록 구성된 패널(2) 장착 구조물(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조물(4)이,
    패널(2)에 연결되는 프레임(5);
    프레임(5)에 연결되는 적어도 한 개의 부대(6); 및
    프레임(5)을 수역의 바닥에 고정하기 위한 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    수역에 잠긴 패널(2)의 수면으로부터의 거리를 변화시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서, 패널(2)의 깊이를 변화시키기 위한 상기 수단은 하나 이상의 밀봉 챔버(10)를 포함하고, 상기 밀봉 챔버(10)는 각기 다른 밀도를 갖는 유체들을 밀봉 챔버로 공급하기 위한 수단에 연결된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    깊이 검출기와, 에너지 변환 효율을 최적화하기 위해 패널의 깊이를 자동으로 조정하기 위한 변경 수단에 연결된 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    프레임(5)과 결합되고, 패널을 수면과 직교하는 수직축을 중심으로 회전시키도록 패널(2)을 작동시키는 구동 수단을 포함하며, 패널(2)은 상기 축을 중심으로 회전될 장착 프레임(5)에 움직일 수 있게 연결된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    프레임(5)은 고정 수단(7)에 연결된 제1 부분(12)과, 수역의 수면과 직교하는 축을 중심으로 제1 부분에 대해 회전하는 제2 부분을 포함하며,
    패널(2)은 프레임(5)의 상기 제2 부분(13)에 고정된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 부분(12)은 그 형상이 환형인 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    프레임(5)에 결합되고 패널(2)을 수면에 대해 기울이도록 작동시키는 구동 수단을 포함하며, 패널은 수면에 평행한 축을 중심으로 한 회전에 의해 기울어질 수 있도록 장착 프레임(5)에 움직일 수 있게 연결된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  10. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    패널(2)은 프레임(5)에 대해서 수면에 대해 고정된 각도로 위치되거나, 설정된 수의 미리 정해진 각도 위치들 사이에서 수면과 평행한 축을 중심으로 한 회전에 의해 움직일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 연결되어 모듈식 장치를 형성하는 다수의 부대 유닛(14)들을 포함하되, 상기 유닛들 각각의 제1 프레임 부분(12)은 그 형상이 환형이고 제2 부분(13)은 제1 부분 내에 회전가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    수역으로부터 패널(2)들의 상면(3)들 상으로 물을 펌핑하고 이에 의해 상기 수층을 생성할 수 있게 구성된 펌핑 장치를 포함하며, 구조물(4)은 패널(2)을 수면 위에 유지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 한 청구항에 있어서,
    수층의 두께는 1 내지 2000mm 범위 내에서 변화하는 것을 특징으로 하는 발전 장치.
  14. 광패널(2)을 이용한 발전 방법에 있어서,
    패널(2)을 장착하기 위한 구조물(4)을 준비하는 단계와;
    태양 복사를 수광하도록 구성된 패널(2)의 상면(3)이 미리 정해진 두께의 수층으로 작동 가능하게 덮일 수 있게 구조물(4)을 수역에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    수역의 수면으로부터의 패널(2)의 거리를 변화시키는 단계를 포함하되, 패널은 물에 잠긴 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 거리를 측정하는 단계와;
    에너지 변환 효율을 최적화하기 위해 패널(2)의 깊이를 자동으로 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    수역의 수면과 직교하는 축을 중심으로 프레임(5)의 적어도 일 부분(13)과 이에 결합된 패널(2)을 돌리는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    수역의 수면에 대해 패널(2)을 기울이는 단계를 포함하되, 패널은 장착 프레임(5)에 움직일 수 있게 연결되거나, 미리 정해진 기울어진 위치들 사이에서 움직일 수 있거나 또는 프레임(5)에 대해 고정된 각도로 위치된 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    수역으로부터 패널(2)의 상면(3) 상으로 물을 펌핑하고 이에 의해 상기 수층을 형성하는 단계를 포함하되, 패널(2)은 수면 위에 위치된 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    수층의 두께는 1 내지 2000mm 범위 내에서 변화하는 것을 특징으로 하는 발전 방법.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    다수의 부대 유닛(14)들을 서로 연결하여 모듈식 장치를 형성하는 단계를 포함하되, 상기 유닛들 각각의 제1 프레임 부분(12)은 그 형상이 환형이고 제2 부분(13)은 제1 부분 내에 회전가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 발전 방법.
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