KR20120093669A - 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물에 관한 것이다.
본 발명의 장치는, 태양광발전 모듈과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비되어 있되 상기 태양광발전 모듈은 염료감응태양전지 방식으로 구현되어 있다.
또, 열에너지 활용을 위한 모듈은 태양광발전 모듈의 하부에 위치된 유리와 태양광발전 모듈 사이의 열에너지정체공간에 위치되어 있되 태양광발전 모듈을 통과하는 빛이 통과되도록 태양광발전 모듈의 후방이 개방되도록 회전될 수도 있고, 태양광발전 모듈의 후방을 차단하여 빛이 통과하지 못하도록 회전될 수도 있게 위치되어 있는 다수 개의 차양판을 가지는 블라인드; 외부의 공기가 상기 열에너지정체공간으로 유입되도록 형성된 외부공기유입구; 상기 열에너지정체공간의 공기가 외부로 배출되도록 형성된 가열공기배출구를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 장치는, 채광이 가능한 정도로 빛 투과율이 확보되므로 유리온실 등과 같이 채광이 요구되는 시설에도 설치가 가능하고, 통상의 건축물과 같은 시설물에 설치하더라도 채광이 가능한 특징이 있다.
또, 회전 가능한 집열판에 의한 차광과 채광이 가능하도록 되어 있어 열에너지를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 장치는, 태양광발전 모듈과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비되어 있되 상기 태양광발전 모듈은 염료감응태양전지 방식으로 구현되어 있다.
또, 열에너지 활용을 위한 모듈은 태양광발전 모듈의 하부에 위치된 유리와 태양광발전 모듈 사이의 열에너지정체공간에 위치되어 있되 태양광발전 모듈을 통과하는 빛이 통과되도록 태양광발전 모듈의 후방이 개방되도록 회전될 수도 있고, 태양광발전 모듈의 후방을 차단하여 빛이 통과하지 못하도록 회전될 수도 있게 위치되어 있는 다수 개의 차양판을 가지는 블라인드; 외부의 공기가 상기 열에너지정체공간으로 유입되도록 형성된 외부공기유입구; 상기 열에너지정체공간의 공기가 외부로 배출되도록 형성된 가열공기배출구를 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 장치는, 채광이 가능한 정도로 빛 투과율이 확보되므로 유리온실 등과 같이 채광이 요구되는 시설에도 설치가 가능하고, 통상의 건축물과 같은 시설물에 설치하더라도 채광이 가능한 특징이 있다.
또, 회전 가능한 집열판에 의한 차광과 채광이 가능하도록 되어 있어 열에너지를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 특징이 있다.
Description
본 발명은 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물에 관한 것이다.
환경오염을 발생시키지 않으면서 전기에너지를 생산하는 태양광발전 기술의 연구, 개발이 활성화되고 있으며, 많은 기술들이 실용화단계를 거쳐 보급되고 있는 실정이다.
태양광발전 분야에서 'PV시스템'이라고 하는 것은 전기에너지를 생산함에 있어 실리콘계 태양전지를 사용하고, 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환(발전)하여 이용하는 것을 의미하며, 태양전지에 의한 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환 및 제어기술이라고 정의할 수 있다.
상기와 같은 'PV시스템'은 태양광 발전만으로 전기를 만들어 자급자족하는 독립형과, 태양광 발전으로 만든 전기와 함께 다른 방법으로 생산된 전기를 같이 사용하는 계통연계형으로 구분된다.
최근에는 태양광발전 모듈을 주택의 지붕이나 건물의 벽면에 설치하되 건축자재(창문, 지붕마감재 등)로 사용 가능하게 구현하여 보급하는 시스템이 주목받고 있는데 이러한 시스템을 'BIPV 시스템'이라고 한다.
BIPV 시스템은 유럽, 일본, 미국 등에서 보급이 빠르게 이루어지고 있는 실정이다.
한편, 태양광발전 모듈과 태양열사용 모듈이 함께 구비된 복합모듈이 안출되기도 하였는데 이러한 태양광-열(Photovoltaic-Thermal: PVT) 복합 모듈은 태양광발전 모듈(PV module)로부터 전기에너지뿐만 아니라 열에너지를 동시에 생산하는 구조이다.
즉, 태양광-열(PVT) 복합시스템은 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치로서, 태양광 발전이 이루어지면서 태양에너지 자체에 의한 열과 발전 과정에서 발생되는 열을 난방시스템이나 온수의 공급시스템에 연결하여 사용하는 형태이다.
기존의 태양광발전 모듈(PV module)은 결정질계인 실린콘(Si)을 사용하여 구현된 것으로서 빛의 투과율이 매우 낮아 각종 시설물(건축물은 시설물의 한 종류라고 할 수 있음)에 사용하더라도 채광이 불가능한 문제점이 있었다.
따라서 시설물에 적용할 때 채광이 요구되지 않는 장소에만 사용되고 있었다.
실리콘계 태양전지를 사용하는 경우 25℃ 이상의 조건에서 온도가 상승할수록 발전효율이 저하되는 문제점이 있었다.
이러한 발전효율 저하의 문제점을 해소하기 위하여 염료감응태양전지(DSC) 모듈이 안출되었다.
염료감응태양전지(DSC)는 태양광을 받으면 전기를 생산하는 염료를 이용해 전기를 생산한다.
기존 반도체 접합 태양전지와 달리 광합성 원리를 이용한 화학적 태양전지인 것이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 태양광발전과 열에너지를 활용할 수 있는 복합모듈 형태로 이루어져 있되 채광이 가능할 정도로 빛의 투과효율이 우수하여 채광이 요구되는 시설물에도 사용이 가능하고 열에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 장치 및 그것이 구비된 시설물을 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에서는 염료감응태양전지(DSC) 방식의 태양광발전 모듈과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비된 복합 모듈 형태가 되도록 하여 설치 상태에서 채광이 가능하도록 하되 회전 가능한 집열판을 구비하여 집열판에 의한 차광도 가능하도록 함으로써 열에너지를 더욱 효과적으로 활용할 수 있도록 한다.
이러한 본 발명의 장치는, 태양광발전 모듈과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비되어 있되 상기 태양광발전 모듈은 염료감응태양전지 방식으로 구현된 것이다.
또, 열에너지 활용을 위한 모듈은 태양광발전 모듈의 하부에 위치된 유리와 태양광발전 모듈 사이의 열에너지정체공간에 위치되어 있되 태양광발전 모듈을 통과하는 빛이 통과되도록 태양광발전 모듈의 후방이 개방되도록 회전될 수도 있고, 태양광발전 모듈의 후방을 차단하여 빛이 통과하지 못하도록 회전될 수도 있게 위치되어 있는 다수 개의 차양판을 가지는 블라인드; 외부의 공기가 상기 열에너지정체공간으로 유입되도록 형성된 외부공기유입구; 상기 열에너지정체공간의 공기가 외부로 배출되도록 형성된 가열공기배출구를 포함하여 구성된다.
본 발명의 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치는, 염료감응태양전지(DSC) 방식의 태양광발전 모듈과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비된 복합 모듈 형태로 구현되어 있다.
따라서 채광이 가능한 정도로 빛 투과율이 확보되므로 유리온실 등과 같이 채광이 요구되는 시설에도 설치가 가능하고, 통상의 건축물과 같은 시설물에 설치하더라도 채광이 가능한 특징이 있다.
또, 회전 가능한 집열판에 의한 차광과 채광이 가능하도록 되어 있어 열에너지를 더욱 효과적으로 활용할 수 있는 특징이 있다.
본 발명에 있어서, 차양판의 어느 한쪽 면에 빛을 반사하는 빛반사체가 위치되어 있는 경우 채광을 위한 빛의 입사각을 조절할 수 있고, 태양광발전 모듈의 후방에서 태양광발전 모듈로 향하는 빛을 반사시킬 수도 있으며, 시설물 내부의 조명에 의한 빛을 반사하여 시설물의 내부가 더욱 밝은 상태가 되도록 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 열에너지정체공간에 유체유동관이 위치되어 있는 경우 유체유동관 내부를 유동하는 유체를 가열하여 온수나 난방수 등으로 사용할 수 있고, 여름이나 열대지방과 같이 외부온도가 높은 계절 및 지역에서는 냉각수를 유동시켜 냉각작용을 하도록 하는 효과를 얻을 수 있는 특징이 있다.
도 1은 염료감응태양전지의 원리 및 구조를 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치를 설명하기 위한 측단면 개략도
도 3은 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치의 사시도
도 4는 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치가 구비된 시설물(사용상태)을 설명하기 위한 개략도
도 5는 본 발명의 구성요소인 집열판을 설명하기 위한 개략도
A: 일자형으로 구현된 형태
B : 'L'자 형으로 구현된 형태
C : 유체유동관이 부착된 형태
도 6은 유체유동관이 구비된 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치의 측단면 개략도
도 2는 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치를 설명하기 위한 측단면 개략도
도 3은 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치의 사시도
도 4는 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치가 구비된 시설물(사용상태)을 설명하기 위한 개략도
도 5는 본 발명의 구성요소인 집열판을 설명하기 위한 개략도
A: 일자형으로 구현된 형태
B : 'L'자 형으로 구현된 형태
C : 유체유동관이 부착된 형태
도 6은 유체유동관이 구비된 본 발명의 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치의 측단면 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치에 관한 것이다.
따라서 본 발명의 장치는 종래와 같이 태양광발전 모듈(10)과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비된 복합모듈 형태로 이루어져 있다.
그런데 본 발명은 채광이 가능할 정도로 빛의 투과효율이 우수하여 채광이 요구되는 시설물에 설치가 가능하고 열에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 장치 및 그것이 구비된 시설물을 제공하려는 목적을 갖는다.
본 출원의 발명자는 연료감응태양전지 방식의 태양광발전 모듈은 빛의 투과효율이 채광이 가능한 정도로 우수하다는 것에 주목하였다.
염료감응태양전지(DSC)는 태양광을 받으면 전기를 생산하는 염료를 이용하여 전기를 생산한다.
기존 반도체 접합 태양전지와는 달리 광합성 원리를 이용한 화학적 태양전지인 것이다.
연료감응태양전지는 도 1과 같이 샌드위치 구조로 투명전극(F-doped SnO2, FTO), 나노입자의 다공질 산화티탄(TiO2), 염료 고분자층으로 구성된 광전극(photo-electrode)과 투명전극 및 백금(Pt) 박막으로 구성된 상대전극(counter-electrode), 그리고 두 전극 사이를 산화환원용 전해질 용액으로 채우고 있는 구조이다.
연료감응태양전지는, 실리콘계 태양전지와 대비할 때 제조원가는 3분의1에서 최대 5분의1 수준이고 입사각에 민감성이 적으며, 부분적인 그늘짐에 강하고, 25℃이상의 온도에서 효율이 감소하지 않는 특성이 있다.
작동원리는 태양 빛을 받아 산화티탄 표면에 있는 염료(Dye)에 외부의 빛이 닿으면 전자(Electron)가 생성되면서 작동을 시작한다.
생성된 전자는 산화티탄을 이동해 전도성 유리(20)(ITO Glass)에 이르고, 전선을 따라 흐르면서 전기를 생산한다.
전자는 반대편 전도성 유리(20)표면의 백금판에 도달해 두 전도성 유리(20)판 사이에 전해질로 전달된다.
상기와 같은 구조만으로는 열에너지를 효율적으로 활용할 수 있도록 하려는 목적을 달성할 수 없다.
이러한 이유로 본 발명에서의 열에너지 활용을 위한 모듈은, 태양광발전 모듈(10)의 하부에 위치된 유리(20)와 태양광발전 모듈(10) 사이의 열에너지정체공간(30)에 위치되어 있되 회전 가능하게 위치되어 있는 다수 개의 차양판(41)을 가지는 블라인드(40)를 갖고 있도록 구현한다.
즉, 태양광발전 모듈(10)을 통과하는 빛이 통과될 수 있게 태양광발전 모듈(10)의 후방을 개방하는 형태가 되도록 차양판(41)이 회전되거나, 태양광발전 모듈(10)의 후방을 차단하여 빛이 통과하지 못하는 상태가 되도록 차양판(41)이 회전될 수도 있도록 구현하는 것이다.
상기와 같이 차양판(41)을 회전시켜 채광과 차광이 가능하도록 하는 블라인드(40)의 형태는 통상의 블라인드 형태 등 공지의 다양한 형태로 구현 가능한 것이므로 차양판(41)의 회전구조 등에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
물론, 상기와 같은 블라인드(40)에서 차양판(41)의 회전은 열에너지정체공간(30)의 외측에서 제어할 수 있도록 구현한다.
열에너지정체공간(30)에 위치되는 열을 효과적으로 사용하기 위해서 본 발명의 장치에는 외부공기유입구(50)와 가열공기배출구(60)가 구비되어 있다.
즉, 외부의 공기가 상기 열에너지정체공간(30)으로 유입되도록 형성된 외부공기유입구(50)를 갖는 것이다.
또, 열에너지정체공간(30)의 공기가 외부로 배출되도록 형성된 가열공기배출구(60)를 갖는 것이다.
본 발명의 장치가 복수 개 연결되는 형태로 설치되는 경우에는 어느 하나의 장치에 구비된 외부공기유입구(50)와 다른 하나의 장치에 구비된 가열공기배출구가 연결된 형태로 구현하는 것이 좋다.
또, 외부공기유입구(50)는 본 발명의 장치 하부에 위치되고 가열공기배출구(60)는 본 발명의 장치 상부에 위치된 형태로 구현하는 것이 좋다.
상기와 같은 외부공기유입구(50)와 가열공기배출구(60)를 갖는 경우 겨울철과 같이 난방이 요구되는 경우에는 열에너지정체공간(30)의 가열된 공기가 시설물의 내측 등 난방이 요구되는 공간으로 공급되도록 할 수 있다.
물론, 가열공기배출구(60)가 복수 개 형성되어 있되 일부는 시설물의 외측으로 연결되도록 형성되어 있고, 또 다른 일부는 시설물의 내측으로 연결되어 있는 경우 여름철과 같이 냉방이 요구되는 계절에 열에너지정체공간(30)의 가열된 공기가 시설물의 외측으로 배출되도록 구현할 수도 있다.
열에너지정체공간(30)의 공기를 공급하는 것은 팬을 사용한 강제 공급방식으로 구현하는 것이 좋으며, 태양광발전 모듈(10)에 의해 생산되는 전기에너지에 의해서 상기 팬이 구동되도록 하는 것이 바람직하다.(본 발명의 장치에 상기 팬이 구비된 형태로 구현할 수도 있음)
본 발명에 있어서, 차양판(41)의 어느 한쪽 면에 빛을 반사하는 빛반사체(42)가 위치되어 있도록 하면 채광을 위한 빛의 입사각을 조절할 수 있고, 태양광발전 모듈(10)의 후방에서 태양광발전 모듈(10)로 향하는 빛을 반사시킬 수도 있다.
상기와 같은 빛반사체(42)로는 필름이나 거울 등이 있다.
채광을 위한 빛의 입사각을 조절할 수 있다는 것은 투과되는 빛을 원하는 지점으로 보낼 수 있는 등 빛을 더욱 효율적으로 활용할 수 있는 효과로 이어진다.
또, 채광된 빛이 시설물 내부의 물체 등에 반사되어 태양광 발전모듈로 향할 때 그러한 형태로 반사되는 빛을 시설물의 내부로 다시 반사시키면 채광을 통한 효과를 더욱 높일 수 있고, 내부의 전구(발광램프) 등에 의한 빛이 반사되어 시설물의 내부가 더욱 밝게 하는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
본 발명에 있어서, 열에너지정체공간(30)에는 내부로 유동되는 유체가 열에너지정체공간(30)의 열과 열교환되도록 하는 유체유동관(70)이 위치되어 있도록 구현할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 유체유동관(70) 내부를 유동하는 유체를 가열하여 온수나 난방수 등으로 사용할 수 있고, 여름과 같이 외부온도가 높은 계절에는 냉각수를 유동시켜 냉각 작용을 하도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같은 유체유동관(70)은 각파이프의 형상으로 구현하는 것이 넓은 접촉면적이 확보되기 때문에 좋다.
본 발명의 장치가 창문 등의 형태로 구현되어 시설물에 설치된 상태일 때 단열 성능이 우수하도록 하기 위해 열에너지정체공간(30)을 형성하는 유리(20)에 단열필름을 부착시켜 놓거나 열에너지정체공간(30)과는 구분되는 공간이 열에너지정체공간(30)의 뒤쪽(열에너지정체공간(30)에서 시설물의 내측으로 향하는 방향)에 더 위치되어 있는 구조로 구현할 수도 있다.
본 발명의 차양판(41)은 열전달효율이 우수한 알루미늄 등의 재질로 구현하는 것이 바람직하며, 도 5의 A 형태 뿐만 아니라 면적을 넓혀줄 수 있는 도 5의 B와 같은 형태 등으로도 구현 가능하다.
10. 태양광발전모듈 20. 유리
30. 열에너지정체공간 40. 블라인드
41. 차양판 42. 빛반사체
50. 외부공기유입구 60. 가열공기배출구
70. 유체유동관
30. 열에너지정체공간 40. 블라인드
41. 차양판 42. 빛반사체
50. 외부공기유입구 60. 가열공기배출구
70. 유체유동관
Claims (5)
- 태양광발전 모듈(10)과 열에너지 활용을 위한 모듈이 함께 구비된 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치에 있어서,
상기 태양광발전 모듈(10)은 염료감응태양전지(DSC) 방식으로 구현된 것이고,
상기 열에너지 활용을 위한 모듈은 태양광발전 모듈(10)의 하부에 위치된 유리(20)와 태양광발전 모듈(10) 사이의 열에너지정체공간(30)에 위치되어 있되 태양광발전 모듈(10)을 통과하는 빛이 통과되도록 태양광발전 모듈(10)의 후방이 개방되도록 회전될 수도 있고, 태양광발전 모듈(10)의 후방을 차단하여 빛이 통과하지 못하도록 회전될 수도 있게 위치되어 있는 다수 개의 차양판(41)을 가지는 블라인드(40);
외부의 공기가 상기 열에너지정체공간(30)으로 유입되도록 형성된 외부공기유입구(50);
상기 열에너지정체공간(30)의 공기가 외부로 배출되도록 형성된 가열공기배출구(60);를 포함하여 구성된, 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 차양판(41)의 어느 한쪽 면에는 빛을 반사하는 빛반사체(42)가 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 열에너지정체공간(30)에는 내부로 유동되는 유체가 열에너지정체공간(30)의 열과 열교환되도록 하는 유체유동관(70)이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는, 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 유체유동관(70)은 각파이프의 형상인 것을 특징으로 하는, 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 채광이 가능하고 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치가 구비된 시설물.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020110013370A KR101194715B1 (ko) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110013370A KR101194715B1 (ko) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20120093669A true KR20120093669A (ko) | 2012-08-23 |
| KR101194715B1 KR101194715B1 (ko) | 2012-10-25 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110013370A KR101194715B1 (ko) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 채광이 가능한 태양광발전과 열에너지 활용을 위한 장치 및 그것이 구비된 시설물 |
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-
2011
- 2011-02-15 KR KR1020110013370A patent/KR101194715B1/ko active IP Right Grant
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| KR101194715B1 (ko) | 2012-10-25 |
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