KR20130071830A - 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 사용하여 태양광 모듈의 냉각 장치를 구성함으로써 구조가 간단하고 제작이 용이하며 기존 인프라의 변형 없이 적용이 용이하도록 하여 태양광 모듈 크기에 유연하게 대응 가능하며 제작 및 설치 비용이 절감되며, 태양광 모듈을 냉각시키는 부동액의 순환 및 열 교환을 위한 펌프부와 부동액 냉각부를 포함하여 냉각 장치를 구성함으로써 부동액을 신속히 방열하고 태양광 모듈의 온도를 효과적으로 낮추도록 하여 태양광 발전 효율을 향상시키고, 염수의 증발열을 이용한 열 교환을 통해 부동액을 방열함으로써 제작이 비교적 용이하고 방열 비용이 저렴하도록 하여 설치 및 유지 비용이 절감되며 효과적인 부동액의 방열을 통해 태양광 발전의 실효 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 특히 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 이용한 수냉식 냉각 장치를 태양광 모듈의 후면에 부착하여 기존 인프라 구성의 변경 없이 저렴한 비용으로 태양광 모듈을 냉각시켜 태양광 발전의 실효 효율을 향상시키도록 한 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
태양광 발전이란, 태양 빛을 태양광 전지(Solar Cell) 또는 태양광 모듈(Photovoltaic module)에 집광시켜 전기를 발생시키는 것을 말한다.
태양광 모듈은 태양광 전지의 집합체로 태양광 모듈이 모여서 태양광 어레이(Solar Array)를 이루며, 일반형, 창호형, 추적형, 하이브리드형(다른 청정 에너지 발전수단과 병행된 타입)등이 존재한다.
태양광 모듈을 이용한 태양광 발전의 원리는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)를 이용한 것으로, 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 것을 광기전력 효과라고 한다.
예컨대, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되었을 때, p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광 에너지에 의해 가 전자대(valance band)로 여기되고, 이렇기 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(EHP:electron hole pair)를 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
태양광은 화석원료를 바탕으로 하는 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성을 초래하지 않는 청정 에너지원이며 고갈의 염려도 없다.
태양에너지의 이용 가능량은 전 세계 연간 에너지 소요량의 약 2,890배이며 입지조건이 여타 풍력이나 해수력과 달리 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다.
따라서, 부존자원이 빈약한 우리나라에서는 자원안보의 관점에서도 적극적으로 수용하려는 움직임이 최근 크게 일어나고 있다.
한편, 태양광 모듈에 사용되는 태양광 셀은 온도가 상승할수록 기전력이 감소하는 특징이 있으며, 이러한 특징은 주위 온도가 높은 환경에서 태양광 발전의 효율을 떨어트리는 주된 원인으로 지목되어 왔다.
따라서, 하절기와 같은 일사량이 많은 환경조건에서 태양광 발전의 효율을 유지하려면 태양광 모듈의 냉각이 반드시 필요하다.
발전효율은 태양광 발전의 경제성을 결정하는 가장 중요한 요인으로 지속적인 발전효율의 유지는 태양광 발전에 매우 중요하며, 태양광 모듈의 과열은 수명을 단축시키는 요인이 되므로 냉각장치는 필수적이다.
또한, 이와 같은 온도 상승에 의한 태양광 발전량의 저하로 인해 태양광 발전은 계절별 집광량과 평균온도에 따라 변동성을 갖는다.
태양광 집광량이 최대인 하절기에는 과다 일사량에 의한 태양광 모듈 과열로 인해 상당한 발전효율의 저하가 발생하며, 오히려 태양광 발전량은 하절기보다는 봄, 가을에 최고치를 갖는 것이 관찰된다.
전력수요가 많은 하절기에 오히려 태양광 발전량이 감소하는 문제는 분산발전 위주의 전력수요정책에 큰 걸림돌이라고 볼 수 있다.
종래에는, 이러한 온도 상승으로 인한 태양광 모듈의 발전 효율 저하의 문제점을 해결하기 위해서, 태양광 모듈의 후면에 방열핀을 부착하여 공랭 방식으로 태양광 셀의 온도를 떨어트리는 냉각 장치를 사용하거나 또는 태양광 모듈의 전면에 물을 분사하여 태양광 셀의 온도를 떨어트리는 냉각 장치가 사용되었다.
그러나, 상기 방열핀을 이용한 냉각 장치는 공랭 방식을 사용하는 구조로서, 태양광 모듈의 특성상 고 집광으로 인한 단위 면적당 가열량이 상당한 것에 비해 방열량이 부족하여 냉각 장치로서의 효율적인 성능을 기대할 수 없었다.
또한, 태양광 모듈의 전면은 열 전도율이 낮은 강화 유리 등으로 코팅되어 있어, 태양광 모듈의 전면에 물을 분사하는 냉각 장치를 이용할 경우 물에 의한 방열 효과가 강화 유리로 인해 태양광 셀까지 도달하지 않아 그 효율이 매우 떨어졌다.
한편, 종래에 태양광 모듈의 태양광 셀을 봉 형상으로 변형하고 내측에 냉각 유체를 충진한 방열파이프를 내재시켜 태양광 셀의 온도를 떨어트리는 냉각 장치도 있었다.
태양광 모듈은 노후화로 인해 시간이 지남에 따라 발전 효율이 점차 떨어지는 반면 태양광 발전의 사업 환경은 매년 연간 발전량의 증가로 인해 발전 단가가 점차 낮아지고 있어, 태양광 발전 사업에서 발전 효율성을 증가시키는 것은 매우 중요하다.
그러나, 노후화된 태양광 모듈을 신규 태양광 모듈로 교체하여 발전 효율을 향상시키는 것은 발전 효율의 증가에 비해 교체 비용이 과도하여 실효성이 없다.
이러한 이유로, 상기 태양광 셀을 봉 형상으로 변형하고 냉각 유체를 충진한 방열파이프를 이용한 냉각장치는 기존의 면 형상의 태양광 모듈에는 사용할 수 없어 교체 비용이 과도하므로, 발전 효율을 실효성 있게 높이기에는 부적합한 구조이다.
따라서, 기존의 태양광 모듈 및 그와 관련된 인프라의 변경 없이 용이하게 적용할 수 있도록 하여 설치 및 적용 비용이 저렴하면서도, 냉각 효율을 올려 실효성 있는 발전 효율의 상승을 기대할 수 있는 태양광 모듈의 냉각 장치가 요구된다.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 목적은 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 사용하여 태양광 모듈의 냉각 장치를 구성함으로써 구조가 간단하고 제작이 용이하며 기존 인프라의 변형 없이 적용이 용이하도록 한 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 다른 목적은 태양광 모듈을 냉각시키는 부동액의 순환 및 열 교환을 위한 펌프부와 부동액 냉각부를 포함하여 냉각 장치를 구성함으로써 부동액을 신속히 방열하고 태양광 모듈의 온도를 효과적으로 낮추도록 한 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.
전술한 문제점을 개선하기 위한 본 발명 실시 예의 또 다른 목적은 염수의 증발열을 이용한 열 교환을 통해 부동액을 방열함으로써 제작이 비교적 용이하고 방열 비용이 저렴하도록 한 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법은 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 태양광 모듈의 크기에 맞춰 절단하는 단계, 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부의 격벽을 일부 절개하여 냉각용 부동액의 유로를 형성하는 단계, 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부 혹은 상,하부의 측면에 부동액 입출부를 구비한 각각 탑 커버,언더 커버를 결합하고 실링하는 단계 및 상기 탑 커버,언더 커버의 각 입,출부에 상기 부동액의 입,출관을 결합하는 단계를 포함한다.
상기 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법은 상기 입,출관 중 하나와 연결되며 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부를 구성하는 단계 및 일측은 상기 입,출관 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 부동액 냉각부 구성 단계는 밀폐되어 진공 펌프를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수를 증발시키는 염수 증발부를 구성하는 단계, 상기 염수 증발부와 분리되며 상기 부동액이 통과하는 부동액 통과부를 구성하는 단계 및 상기 염수 증발부와 상기 부동액 통과부의 열 교환을 통해 상기 부동액의 온도를 낮추는 열교환부를 구성하는 단계인 것이 바람직하다.
또한, 상기 부동액 냉각부 구성 단계는 공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키는 라디에이터 부를 구성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
더불어, 상기 부동액 냉각부 구성 단계는 공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터를 구성하는 단계로 구성할 수도 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치는 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널로서, 상,하부의 격벽이 일부 절개된 형상으로 태양광 모듈 후면에 부착되는 방열 패널부, 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부나 상,하부 측면에 실링 처리되어 결합된 탑 커버,언더 커버를 구비한 커버부, 냉각용 부동액의 입,출을 위해 상기 탑 커버,언더 커버에 구성된 입출부 및 상기 부동액의 입,출관을 포함한다.
상기 태양광 모듈 냉각 장치는 상기 입,출관 중 하나와 연결되며 상기 부동액을 통과시켜 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부 및 일측은 상기 입,출관 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 부동액 냉각부는 밀폐되어 진공 펌프를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수를 증발시키는 염수 증발부, 상기 염수 증발부와 분리 구성되어 상기 부동액이 통과하는 부동액 통과부 및 상기 염수 증발부와 상기 부동액 통과부의 열 교환을 통해 상기 부동액의 온도를 낮추는 열교환부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부동액 냉각부는 공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키는 라디에이터 부를 더 구비할 수도 있다.
한편, 상기 부동액 냉각부는 공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터로 구성할 수도 있다.
또는, 상기 부동액 냉각부는 컴프레셔 및 프레온 가스를 이용하거나 또는 펠티어 소자를 이용하여 상기 부동액의 온도를 낮추도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법은 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 사용하여 태양광 모듈의 냉각 장치를 구성함으로써 구조가 간단하고 제작이 용이하며 기존 인프라의 변형 없이 적용이 용이하도록 하여 태양광 모듈 크기에 유연하게 대응 가능하며 제작 및 설치 비용이 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법은 태양광 모듈을 냉각시키는 부동액의 순환 및 열 교환을 위한 펌프부와 부동액 냉각부를 포함하여 냉각 장치를 구성함으로써 부동액을 신속히 방열하고 태양광 모듈의 온도를 효과적으로 낮추도록 하여 태양광 발전 효율을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법은 염수의 증발열을 이용한 열 교환을 통해 부동액을 방열함으로써 제작이 비교적 용이하고 방열 비용이 저렴하도록 하여 설치 및 유지 비용이 절감되며 효과적인 부동액의 방열을 통해 태양광 발전 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈의 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널의 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부의 제 1예시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부의 제 2예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널의 예시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부의 제 1예시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부의 제 2예시도.
상기한 바와 같은 본 발명을 첨부된 도면들과 실시 예들을 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈(10)의 예시도다.
상기 태양광 모듈은(10) 일반적으로 태양광 셀 층(2), 후면의 불소 수지 코팅층(3), 전면의 강화 유리층(1)을 포함하여 구성된다.
상기 태양광 셀 층(2)은 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자로 구성된다.
상기 불소 수지 코팅층(3)은 상기 태양광 모듈(10)을 습기나 자외선으로부터 보호하고 전기적으로 절연하기 위한 구성이다.
태양광 모듈(10)은 일반적으로 20년 이상의 장기간에 걸쳐 발전에 이용되므로, 강우나 우박 또는 급격한 온도 변화와 같은 기상 상황에 대처하며 내구성을 향상시키기 위해 전면에 강화 유리층(1)이 사용된다.
상기 강화 유리층(1)은 약 3mm에서 4mm정도의 두께로 일반 유리에 비해 굽힘 강도는 3배에서 5배, 내충격성은 3배에서 8배나 강하여 내구성 및 내열성이 우수하므로 장기간의 사용에도 태양광 셀 층(2)의 파손을 방지할 수 있다.
반면, 이러한 특성으로 인해, 방수, 방진 성능은 우수하나 열 전도율이 낮아 상기 태양광 셀 층(2)의 온도가 일조량에 의해 높아질 경우 태양광 모듈(10)의 전면을 통해 방열이 되지 않아 태양광 발전의 효율이 떨어진다.
또한, 전면에 물을 분사하는 등의 냉각 장치를 적용하여도 상기 전면의 강화 유리층(1)의 열 전도율이 낮다는 특성 때문에, 물에 의한 냉각 효과가 태양광 셀 층(2)까지 도달하지 않아 상기 냉각 장치의 효과적인 방열 성능을 기대하기 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 태양광 모듈의 후면을 이용하여 상기 태양광 모듈(10)의 효과적인 방열을 도모하는 냉각 장치를 구성한다.
한편, 태양광 모듈(10)의 발전 효율은 약 15%에서 20%정도의 수준이며, 태양광 모듈(10)의 내부 온도가 대략 25도 일 때 효율이 실험실에서 측정되어 해당 모듈의 효율로 공개된다. 하지만, 일반적인 경우 태양광 모듈(10)의 발전 시 내부 온도는 70도 이상인 경우가 빈번한 것으로 알려져 있다.
또한, 태양광 모듈(10)의 내부 온도 증가 정도와 그 발전 효율의 감소 정도가 비례 관계에 있어 온도가 증가하면 발전 효율은 그만큼 감소하는 데, 예를 들어, 25도에서 300와트의 발전력을 갖는 태양광 모듈의 경우 내부 온도가 20도 증가하면 원래의 발전력에 비해 10%정도 감소하여 270와트의 발전력으로 전기를 생산한다.
일조량이 상대적으로 적은 겨울철의 경우라도 실제 태양광 모듈의 내부 온도를 측정하면 45도 이상으로 관찰되어 이상적인 경우에 비해 10% 이상의 발전 효율의 손실이 발생하게 되며, 일조량이 겨울철에 비해 월등한 여름철의 경우에는 실제 태양광 모듈의 내부 온도는 대략 75도 이상이며 이러한 경우 25도에서의 발전량과 비교할 때 25% 이상의 손실이 발생하게 되어, 태양광 모듈 내부 온도의 상승으로 인한 발전 효율의 저하가 상당하다.
따라서, 본 발명에서는 태양광 모듈 후면을 이용하여 계절에 관계없이 태양광 모듈(10)의 내부 온도를 효과적으로 낮추면서도, 기존에 많이 사용되는 면 형상의 태양광 모듈에 용이하게 적용 가능한 구조로 구성하여 제작 및 설치가 간편하고 비용이 저렴한 냉각 장치 및 이의 제작 방법을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법의 순서도다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법은 격벽으로 구분되는 통공을 가지는 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 태양광 모듈의 크기에 맞춰 절단하는 단계(S100), 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부의 격벽을 일부 절개하여 부동액의 유로를 형성하는 단계(S100), 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부에 각각 탑 커버,언더 커버를 결합하고 실링하는 단계(S200) 및 상기 탑 커버,언더 커버에 각각 입,출부를 구성하고 상기 부동액의 입,출관을 결합하는 단계(S300)를 포함한다.
물론, 상기 탑 커버, 언더 커버 결합 시 부동액 입,출관을 결합하기 위한 입,출부가 구성된 상태에서 결합이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법은 상기 입,출관 중 하나와 연결되며 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부를 구성하는 단계(S400) 및 일측은 상기 입,출관 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부를 구성하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
바람직한 실시 예로서, 상기 부동액 냉각부 구성 단계(S400)는 밀폐되어 진공 펌프를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수를 증발시키는 염수 증발부를 구성하는 단계, 상기 염수 증발부와 분리되며 상기 부동액이 통과하는 부동액 통과부를 구성하는 단계 및 상기 염수 증발부와 상기 부동액 통과부의 열 교환을 통해 상기 부동액의 온도를 낮추는 열교환부를 구성하는 단계일 수 있다.
이때, 상기 부동액 냉각부 구성 단계(S400)는 공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키는 라디에이터 부를 구성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 바람직한 실시 예로서, 상기 부동액 냉각부 구성 단계(S400)는 공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터를 구성하는 단계일 수 있다.
상기 태양광 모듈의 냉각 장치 및 이의 제작 방법은 도 3 내지 도 7에서 순서대로 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)의 예시도며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도다.
도 3을 참조하면, 상기 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)은 단층의 폴리카보네이트 시트와는 달리 상,하 복층(21,22)으로 구성된 사이의 공간에 격벽(23)이 구성된 형태로서, 흔히 폴리카보네이트 복층판 시트 또는 아키라이트로 명칭되는 것으로 시중에서 쉽게 구할 수 있다.
상기 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)은 두께나 폭, 길이 등이 규격화되어 있어 가공이 용이하며, 유연성이 뛰어나 절단 및 접합이 매우 쉽다.
더불어, 유리나 아크릴 재질에 비해 충격 성능이 우수하고 경량성이 높아 설치가 간편하며 내구성이 뛰어나다.
아울러, 상기 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)은 격벽(23)이 기 구성되어 태양광 모듈의 냉각을 위한 부동액의 유로와 안정성을 위한 구조를 따로 구성할 필요가 없어 제작 시간이 단축되며 제조 비용이 절감된다.
본 발명의 실시 예에서는 이처럼 시중에서 쉽게 구할 수 있으며 규격화되어 가공 및 설치가 간편한 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)을 이용하여 냉각 장치를 구성하고 이를 면 형상의 태양광 패널의 후면에 적용하여 저렴한 제작 비용을 통해 태양광 발전의 실효 효율을 크게 높일 수 있다.
또한, 태양광 모듈의 크기에 맞춰 절단하는 것만으로 태양광 모듈의 크기 대응이 가능하여 현재 작동하는 태양광 모듈의 크기에 상관없이 제작이 매우 용이하며 적용이 자유롭다.
도 3을 참조하면, 상기 냉각 장치의 방열 패널부를 구성하기 위해 태양광 모듈의 크기에 맞춰 상기 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)을 절단(5)한다.
또한, 상기 폴리카보네이트 패널(20)의 상,하부의 격벽을 일부 절개(6)하여 부동액의 유로를 형성한다.
이후, 도 4를 참조하면, 상기 폴리카보네이트 패널(20)의 상,하부에 각각 탑 커버(30),언더 커버(31)를 결합하고 실링한다.
그리고, 상기 탑 커버(30), 언더 커버(31)에 각각 입,출부(41,42)를 구성하고 상기 부동액(7)의 입,출관(51,52)을 결합한다. 물론, 입,출부(41,42)가 구성된 탑 커버(30)와 언더 커버(31)를 패널(20)의 상,하부에 결합한 후 실링할 수도 있다.
상기 탑 커버(30) 및 언더 커버(31)는 상기 폴리카보네이트 패널(20)의 상,하부의 크기에 맞도록 가공이 용이하며 입,출부(41,42)의 구성이 용이한 재질을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 부동액(7)의 입,출관(51, 52)이 패널 외부로 노출되는 것을 방지하고 패널 후면으로 직접 연결되도록 하기 위해서 상기 탑 커버(30)와 언더 커버(31)의 구성을 다소 변형하거나 추가 구성을 더 적용할 수 있다. 즉, 절단한 패널(20)의 내부 격벽을 일부 절개할 때, 패널의 상하부에서 외부로 노출되는 패널 외부면과 그에 연결된 격벽의 일부를 절단한 후 상기 탑 커버(30)와 언더 커버(31)로 패널(20)의 상하부 실링과 동시에 측면 절단부 실링을 동시에 실시할 수 있다. 이 때, 측면 절단부 영역의 커버에 입,출부를 구성하게 되면 패널의 후면 방향으로 입, 출부가 돌출되게 되므로 입,출관(51, 52)이 패널(20)에 수직하게 연결될 수 있어 패널 외부로 노출되지 않게 된다.
이후, 상기 태양광 모듈(10)의 후면에 상기 구성된 냉각 장치를 부착한다.
상기에서 폴리카보네이트 패널(20)의 격벽을 일부 절개하는 것은 원활한 부동액의 유로를 다수 형성하여 태양광 모듈(10)의 전체 면적에 대한 전반적인 방열 효과를 높이기 위한 것으로, 이러한 유로를 형성하기 위한 다양한 다른 실시 예가 더 있을 수 있다.
예를 들어, 상기 탑 커버(30), 언더 커버(31)를 각각의 격벽이 구성하는 공간에 대응되는 부동액 주입구 및 배출구들을 구비하도록 구성한 후, 상기 입,출부(41,42)를 순환하는 부동액(7)이 상기 주입구 및 배출구를 통해 주입, 배출되어 상기 격벽으로 구성된 공간을 통해 부동액이 순환되도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 태양광 모듈의 냉각을 위한 유체로서는 물 또는 냉각 효율이 높은 다른 유체를 이용할 수도 있으나, 겨울철에도 원활하게 순환하게 하기 위해서 부동액을 사용하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법은 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널(20)을 사용하여 태양광 모듈(10)의 냉각 장치를 구성하여, 구조가 간단하고 제작이 용이하며 기존 인프라의 변형 없이 적용이 용이하므로 태양광 모듈(10)의 크기에 유연하게 대응 가능하며 제작 및 설치 비용이 타 구성에 비해 매우 절감된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치의 예시도다.
도 5를 참조하면, 상기 태양광 모듈 냉각 장치는 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널로서, 상,하부의 격벽이 일부 절개된 형상으로 태양광 모듈 후면에 부착되는 방열 패널부(20), 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부에 실링 처리되어 결합된 탑 커버(30),언더 커버(31)를 구비한 커버부, 부동액의 입,출을 위해 상기 탑 커버(30),언더 커버(31)에 구성된 입출부(41,42) 및 상기 부동액의 입,출관(51,52)을 포함한다.
또한, 상기 태양광 모듈 냉각 장치는 상기 입,출관(51,52) 중 하나와 연결되며 상기 부동액을 통과시켜 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부(100) 및 일측은 상기 입,출관(51,52) 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부(100)와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 부동액 냉각부(100)는 염수의 증발열(기화열)을 이용하여 부동액의 효과적인 방열을 도모하는 것이 바람직하다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치는 태양광 모듈(10)을 냉각시키는 부동액의 순환 및 열 교환을 위한 펌프부(60)와 부동액 냉각부(100)를 포함하여 구성하여 부동액을 신속히 방열하고 이를 통해 태양광 모듈(10)의 온도를 효과적으로 낮춰 태양광 발전의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부의 제 1예시도다.
도 6을 참조하면, 상기 부동액 냉각부(100)는 밀폐되어 진공 펌프(123)를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수(122)를 증발시키는 염수 증발부(130), 상기 염수 증발부(130)와 분리 구성되어 부동액(7)이 통과하는 부동액 통과부(140) 및 상기 염수 증발부(130)와 상기 부동액 통과부(140)의 열 교환을 통해 상기 부동액(7)의 온도를 낮추는 열 교환부(120)를 구비한다.
상기 부동액 냉각부(100)는 상술한 바와 같이 염수 증발부(130), 부동액 통과부(140) 및 열교환부(120)를 구비하며, 상기 염수 증발부(130)에서 증발되는 염수(122)의 증발열과 상기 부동액 통과부(140)의 부동액(7)과의 열 교환을 통해 부동액(7)의 온도를 효과적으로 낮춘다.
염수의 증발열을 이용한 상기의 구성은, 구성이 비교적 간단하고 상기 부동액 냉각부(100)를 구동하는 소비 전력에 비해 태양광 발전 효율의 증가가 상당하여 매우 높은 태양광 발전 효율의 향상을 꾀할 수 있다.
상기 염수 증발부(130)는 배출관(126) 및 진공 펌프(123)를 통해 저장된 염수(122)를 강제 증발시키며, 염수(122)가 증발되더라도 염분은 잔존하므로 주입관(125)을 통해 물만 보충하면 된다.
상기 열 교환부(120)는 상기 염수 증발부(130)와 부동액 통과부(140)와의 효과적인 열 교환을 이루기 위해, 열전도율이 우수한 동파이프 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 부동액 냉각부(100)는 단일의 태양광 모듈 냉각 장치에 적용할 수 있으나, 복수의 태양광 모듈 냉각 장치에 적용하여 다수의 태양광 모듈 냉각 장치를 순환하는 부동액 전체에 대한 방열을 수행할 수도 있다.
더불어, 상기 부동액 냉각부(100)는 태양광 모듈의 실효 효율의 향상을 효과적으로 달성하기 위해, 주위 환경의 온도, 태양광 모듈의 내부 온도, 태양광 모듈의 발전 효율 및 상기 부동액 냉각부의 소비 전력을 고려하여 최적화된 부동액의 온도를 유지하도록 상기 부동액 냉각부의 동작을 제어하는 동작 제어부를 더 구비할 수도 있다.
아울러, 상기 부동액 냉각부(100)는 공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키거나 상기 부동액 통과부(140)를 방열시키는 라디에이터 부(124)를 더 구비하여, 겨울철과 같이 주위 환경의 온도가 낮은 경우 외부 온도에 의한 냉각을 기대할 수도 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈 냉각 장치는 염수의 증발열을 이용한 열 교환을 통해 부동액을 방열하여 제작이 비교적 용이하고 방열 비용이 저렴하므로 설치 및 유지 비용이 절감되며 효과적인 부동액의 방열을 통해 태양광 발전의 실효 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부동액 냉각부(100)의 제 2예시도다.
도 7을 참조하면, 상기 부동액 냉각부(100)는 공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터(110)를 구비한 것일 수 있으며, 방열 효과의 향상을 위해 팬(111)을 더 구비할 수도 있다.
또는, 도시하지는 않았지만, 상기 부동액 냉각부(100)는 컴프레셔 및 프레온 가스를 이용하거나 또는 펠티어 소자를 이용하여 상기 부동액의 온도를 낮추도록 구성할 수도 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
10: 태양광 패널
20: 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널
30: 탑 커버 31: 언더 커버
41: 입부 42: 출부
51: 입관 52: 출관
60: 펌프부 100: 부동액 냉각부
110: 라디에이터 111: 팬
120: 열교환부 122: 염수
123: 진공펌프 124: 라디에이터
125: 염수 주입관 126: 배출관
130: 염수 증발부 140: 부동액 통과부
20: 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널
30: 탑 커버 31: 언더 커버
41: 입부 42: 출부
51: 입관 52: 출관
60: 펌프부 100: 부동액 냉각부
110: 라디에이터 111: 팬
120: 열교환부 122: 염수
123: 진공펌프 124: 라디에이터
125: 염수 주입관 126: 배출관
130: 염수 증발부 140: 부동액 통과부
Claims (11)
- 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법에 있어서,
a) 격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널을 태양광 모듈의 크기에 맞춰 절단하는 단계;
b) 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부의 격벽을 일부 절개하여 냉각용 부동액의 유로를 형성하는 단계;
c) 상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부 혹은 상,하부의 측면에 부동액 입출부를 구비한 각각 탑 커버,언더 커버를 결합하고 실링하는 단계;및
d) 상기 탑 커버,언더 커버의 각 입,출부에 상기 부동액의 입,출관을 결합하는 단계;를 포함하는 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법.
- 제 1항에 있어서,
e) 상기 입,출관 중 하나와 연결되며 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부를 구성하는 단계;및
f) 일측은 상기 입,출관 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부를 구성하는 단계;를 더 포함하는 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 e)단계는
밀폐되어 진공 펌프를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수를 증발시키는 염수 증발부를 구성하는 단계;
상기 염수 증발부와 분리되며 상기 부동액이 통과하는 부동액 통과부를 구성하는 단계;및
상기 염수 증발부와 상기 부동액 통과부의 열 교환을 통해 상기 부동액의 온도를 낮추는 열교환부를 구성하는 단계;인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법.
- 제 3항에 있어서, 상기 e)단계는
공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키는 라디에이터 부를 구성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 e)단계는
공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터를 구성하는 단계;인 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치의 제작 방법.
- 태양광 모듈의 냉각 장치에 있어서,
격벽이 구성된 레디메이드 폴리카보네이트 패널로서, 상,하부의 격벽이 일부 절개된 형상으로 태양광 모듈 후면에 부착되는 방열 패널부;
상기 폴리카보네이트 패널의 상,하부 혹은 상,하부의 측면에 실링 처리되어 결합된 탑 커버,언더 커버를 구비한 커버부;
냉각용 부동액의 입,출을 위해 상기 탑 커버,언더 커버에 구성된 입출부;및
상기 부동액의 입,출관;을 포함하는 태양광 모듈 냉각 장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 입,출관 중 하나와 연결되며 상기 부동액을 통과시켜 상기 부동액의 온도를 낮추는 부동액 냉각부;및
일측은 상기 입,출관 중 하나와 연결되고 타측은 상기 부동액 냉각부와 연결되어 상기 부동액을 순환시키는 펌프부;를 더 포함하는 태양광 모듈 냉각 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 부동액 냉각부는
밀폐되어 진공 펌프를 통해 내부 기압을 낮춰 저장된 염수를 증발시키는 염수 증발부,
상기 염수 증발부와 분리 구성되어 상기 부동액이 통과하는 부동액 통과부 및
상기 염수 증발부와 상기 부동액 통과부의 열 교환을 통해 상기 부동액의 온도를 낮추는 열교환부를 구비한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 부동액 냉각부는
공랭 방식으로 상기 부동액을 추가 방열시키는 라디에이터 부를 더 구비한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 부동액 냉각부는
공랭 방식으로 상기 부동액을 방열시키는 라디에이터를 구비한 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치.
- 제 7항에 있어서, 상기 부동액 냉각부는
컴프레셔 및 프레온 가스를 이용하거나 또는 펠티어 소자를 이용하여 상기 부동액의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈 냉각 장치.
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| KR1020110139276A KR20130071830A (ko) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | 태양광 모듈 냉각 장치 및 그 제작 방법 |
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2011
- 2011-12-21 KR KR1020110139276A patent/KR20130071830A/ko active IP Right Grant
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