KR20130077973A - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물의 경사진 지붕에 배치되는 태양전지 모듈; 및 상기 태양전지 모듈과 상기 지붕 상이에 개재되어 상기 태양전지 모듈의 배면을 냉각시키는 냉각모듈을 포함하는 태양광 발전장치를 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따른면 첫째, 태양전지 모듈의 배면에 냉각수를 살수하는 구조를 채택하여 태양전지 모듈의 상면에서 태양광 발전에 저해되는 요인을 원천적으로 제거할 수 있고, 둘째, 샌드위치 패널 지붕 상에 설치하여 시공이 간편하며, 셋째, 태양전지 모듈의 상단과 하단에서 냉각수를 공급하기 때문에 보다 원활하면서도 균일한 냉각성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 태양전지 모듈의 발열 및 태양의 복사열에 의한 온도상승을 방지할 수 있도록 냉각시키는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.

이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 V 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.

또한, 태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지 모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.

도 1은 종래 태양광 발전장치의 패널 청소장치를 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 태양광 모듈 패널의 청소 장치는 지지체(20)가 지지되어 이동할 수 있는 가이드 레일(10)과, 회전브러시(30)가 지지되어 태양광 모듈 패널(P) 전면 전체를 커버하도록 이동시키는 지지체(20)와, 상기 태양광 모듈 패널(P)의 전면을 구동수단의 회전력에 의하여 솔(32)이 쓸면서 청소하는 회전브러시(30)와, 태양광 모듈 패널(P)의 전면에 물을 살수하는 살수수단(50) 및 제어수단을 포함한다.

그러나 상기와 같은 태양과 모듈 패널의 청소장치는 태양광 모듈 패널의 상면에서 상기 살수수단으로부터 물을 뿌리기 때문에 태양광 모듈 패널의 상면에 뿌려진 물에 의한 난반사가 발생하여 발전효율이 감소하는 문제점이 발생하고 있다.

또한 회전브러시와 지지체가 태양광 모듈 패널의 상면에서 이송되는 순간에 발생되는 그림자로 인하여 최대출력에 한계가 발생하고 이에 따른 패널의 발열 현상으로 인하여 유지보수 비용 및 시간이 증가하는 등의 폐단이 발생된다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 태양전지 모듈의 발열 및 태양의 복사열에 의한 온도상승을 방지할 수 있도록 태양전지 모듈의 배면에 냉각수를 살수하여 냉각시키는 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 건물의 경사진 지붕에 배치되는 태양전지 모듈; 및 상기 태양전지 모듈과 상기 지붕 상이에 개재되어 상기 태양전지 모듈의 배면을 냉각시키는 냉각모듈을 포함하는 태양광 발전장치를 제공한다.

상기 냉각모듈은 냉각수를 저장하는 저장부와, 상기 저장부로부터 배출되는 냉각수에 압력을 제공하는 펌프와, 상기 지붕의 경사방향을 따라서 상면에 위치하고, 내부에 냉각수가 공급되는 복수개의 살수부와, 상기 저장부로부터 상기 살수부의 상단을 각각 연결하는 상부 공급유로를 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 저장부로부터 상기 살수부의 하단을 각각 연결하는 하부 공급유로를 더 포함할 수 있다.

상기 펌프는 상기 상부 공급유로 및 하부 공급유로 양방향을 통하여 상기 살수부로 냉각수를 공급할 수 있다.

상기 살수부는 길이방향을 따라서 상기 태양전지 모듈의 배면을 향하도록 복수개의 살수노즐이 마련될 수 있다.

상기 살수노즐은 상기 살수부의 원주방향을 따라서 복수개의 열(列)이 배치될 수 있다.

상기 살수노즐은 상기 태양전지 모듈의 배면을 향하여 60~120°의 살수범위를 갖도록 형성될 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 지붕의 경사방향 하측 선단부에 마련되어 살수된 냉각수를 포집하는 집수부를 더 포함할 수 있다.

상기 지붕은 샌드위치 패널 구조로 형성되고, 상기 살수부는 상기 샌드위치 패널 상에 형성되는 돌출부분과 인접하는 다른 돌출부분 사이에 배치될 수 있다.

상기 태양전지 모듈은 상기 지붕의 경사방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

상기 태양전지 모듈은 상기 지붕의 경사방향과 수직방향 또는 대각선 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따른면,

첫째, 태양전지 모듈의 배면에 냉각수를 살수하는 구조를 채택하여 태양전지 모듈의 상면에서 태양광 발전에 저해되는 요인을 원천적으로 제거할 수 있고,

둘째, 샌드위치 패널 지붕 상에 설치하여 시공이 간편하며,

셋째, 태양전지 모듈의 상단과 하단에서 냉각수를 공급하기 때문에 보다 원활하면서도 균일한 냉각성능을 발휘할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 태양광 발전장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치가 설치될 건물의 지붕을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 건물의 내부를 나타내는 측단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 건물의 지붕에 장착되는 태양광 발전장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 태양광 발전장치의 분해도이다.
도 6은 도 4에 나타낸 태양광 발전장치의 내부구조를 도시하는 부분단면도이다.
도 7 은 도 4에 나타낸 태양광 발전장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 8a 및 8b는 도 6에 나타낸 살수부를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양광 발전장치를 나타내는 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)가 설치될 건물의 지붕(10)을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 건물의 내부를 나타내는 측단면도이다.

도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기와 같은 공장이나 대규모 단지로 조성되는 건물 지붕(10)에는 상당한 면적을 가지는 휴면공간이 형성되고, 또한 건물의 용도와 규모로 인하여 대체적으로 그 높이가 높고 양지바르게 위치하는 곳이 적지 않다.

게다가 상기와 같은 건물의 지붕(10)은 대게 경량 다공질 재료를 강도가 높은 박판 사이에 끼운 형식의 샌드위치 패널(sandwich panel, 11) 구조물이 설치되고 있는 실정이다.

이하에서 본 발명은 상기와 같은 샌드위치 패널(11) 상면에 설치되는 태양광 발전장치(100)를 일 예로 설명하되, 건물의 지붕(10) 구조가 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 상기 지붕(10)은 경사면(미도시)이 형성되거나 또는 기울기가 없는 평면으로 형성될 수도 있다.

도 4는 도 2에 나타낸 건물의 지붕(10)에 장착되는 태양광 발전장치(100)를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 분해도이며, 도 6은 도 4에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 내부구조를 도시하는 부분단면도이고, 도 7 은 도 4에 나타낸 태양광 발전장치(100)를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)는 태양전지 모듈(110)과, 상기 태양전지 모듈(110)을 냉각시키는 냉각모듈(120)을 포함한다.

상기 태양전지 모듈(110)은 상기 샌드위치 패널(11) 구조로 형성되는 상기 지붕(10) 상부에 설치되고, 상기 태양전지 모듈(110)의 설치구조는 고정형으로 이루어지기 때문에 되도록 태양광에 효과적으로 노출될 수 있도록 남쪽을 향하여 하향 경사지도록 배치된다.

이때 상기 건물의 구조가 남향이 아닌 경우에 대해서는 후술할 도면을 통하여 후기한다.

상기 냉각모듈(120)은 냉각수를 저장하는 저장부(121)와, 상기 저장부(121)로부터 배출되는 냉각수에 압력을 제공하는 펌프(122)와, 상기 지붕(10)의 경사방향을 따라서 상면에 위치하고 내부에 냉각수가 공급되는 복수개의 살수부(123)와, 상기 저장부(121)로부터 상기 살수부(123)의 상단을 각각 연결하는 상부 공급유로(130)와, 상기 저장부(121)로부터 상기 살수부(123)의 하단을 각각 연결하는 하부 공급유로(140)를 포함한다.

상기 저장부(121)는 상기 지붕(10)의 상측 또는 상기 태양전지 모듈(110)의 상측에 배치된다. 보다 바람직하게는 상기 저장부(121)는 내부에 수용되는 냉각수의 하중을 고려하여 상기 지붕(10) 상에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 저장부(121)는 순환하는 냉각수를 냉각시킬 수 있도록 별도의 냉각모듈(미도시)이 추가적으로 구비될 수 있다.

상기 저장부(121)의 일 측에는 상기 펌프(122)가 마련된다. 상기 펌프(122)는 상기 상부 공급유로(130)와 하부 공급유로의 일 측을 각각 연결하도록 결합되고, 상기 상부 공급유로(130)와 하부 공급유로의 타 측은 상기 살수부(123)의 양 측이 각각 연결된다.

상기 살수부(123)는 상기 상부 공급유로(130)와 상기 하부 공급유로(140)로부터 냉각수를 양방향으로 공급받아 상기 태양전지 모듈(110)의 배면으로 분사하는 기능을 갖으며, 도 5 및 도 6과 같이 상기 샌드위치 패널(11) 상에 형성되는 돌출부분과 인접하는 다른 돌출부분 사이에 배치된다.

따라서 상기 살수부(123)의 설치가 용이하고, 또한 상기 살수부(123)에서 살수된 냉각수가 자연스럽게 상기 돌출부분과 인접하는 다른 돌출부분 사이에 형성되는 골을 타고 흘러내려 집수가 용이한 효과를 기대할 수 있다.

여기서 상기 살수부(123)로부터 분출된 냉각수는 상기 골을 따라서 상기 경사방향의 하측으로 흘러내리게 되고, 이때 상기 샌드위치 패널(11)의 하측 선단부에는 흘러내린 냉각수를 포집하는 집수부(150)가 마련된다.

상기 집수부(150)는 상기 살수부(123)로부터 분출된 냉각수가 상기 태양전지 모듈(110)의 배면에 뿌려지면서 상기 태양전지 모듈(110)의 온도를 저감시킨 후에 상기 샌드위치 패널(11)의 상면에 떨어지면서 흘러내리는 것을 포집하며, 이때 상기 집수부(150)에는 상기 저장부(121)와 연결된 반송유로가 마련되어 사용된 냉각수를 재사용할 수 있는 구조로 설치할 수 있다.

따라서 상기 집수부(150)는 상기 저장부(121)가 상기 지붕(10) 상에 위치하는 경우 또는 상기 태양전지 모듈(110)의 상측에 위치하는 경우를 고려하여 별도의 냉각수 반출펌프(미도시)를 구비할 수 있다.

보다 바람직하게는 높이의 순서에 따라서 상기 상부 공급유로(130) 하측에 상기 하부 공급유로(140)가 배치되고, 상기 하부 공급유로(140) 하측에 상기 집수부(150)가 배치되며, 상기 집수부(150) 하측에 상기 저장부(121)가 배치되어, 하나의 펌프를 사용하여 새로 공급되거나 또는 포집된 냉각수를 반송시켜 이를 상기 상부 공급유로(130) 및 하부 공급유로(140)로 상기 펌프(122)를 통하여 순환시키는 구조로 설비하는 것이 바람직하다.

도 8a 및 8b는 도 6에 나타낸 살수부(123)를 나타내는 단면도이다.

도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 상기 살수부(123)는 상측 방향으로 복수개의 살수노즐(124)이 마련된다.

이때 상기 살수노즐(124)은 상기 살수부(123)의 길이방향을 따라서 상측 방향으로 복수개 패턴이 형성되며, 또한 상기 살수부(123)의 길이방향을 따라서 복수개의 열(列)로 배치된다.

이때 상기 살수부(123)의 상측 방향은 상기 태양전지 모듈(110)을 향한 방향이 되고, 상기 태양전지 모듈(110)의 설비 규모에 따라서는 상기 살수부(123)의 길이방향을 따라서 상기 태양전지 모듈(110)이 상측에 복수개 배치된다.

상기 살수노즐(124)은 상기 살수부(123)의 원주방향을 따라서 상기 태양전지 모듈(110)을 향하여 설정각도 별로 배치된다.

이때 상기 설정각도는 도 8a와 같이 상기 살수부(123)의 중심으로부터 상측 방향으로 약 60 ~ 120° 범위를 갖도록 형성된다. 물론 상기 살수부(123)로부터 수직 상방으로 상기 살수노즐(124)이 마련되어 상기 태양전지 모듈(110)을 향하여 냉각수를 분출하도록 마련될 수도 있다.

이상에서 전기한 상기 태양전지 모듈(110)은 상기 지붕(10) 즉 샌드위치 패널(11)의 경사방향과 동일한 방향으로 설치된 상태를 실시예로 설명했으며 이하에서는 상기 태양전지 모듈(110)과 상기 지붕(10)의 경사방향이 수직방향 또는 대각선 방향으로 경사지게 배치되는 예를 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양광 발전장치(200)를 나타내는 단면도이다.

도 9를 참조하면, 건물의 구조 상 정남향(正南向])으로 신축되지 않고 남동향(南東向) 또는 동향(東向)으로 지어진 건물의 경우 상기 태양전지 모듈(110)의 설치방향은 태양으로부터 가장 효과적인 집광효율을 얻을 수 있도록 남쪽을 향하여 설치된다.

따라서 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 지붕(10)의 경사방향과 상기 태양전지 모듈(110)의 경사방향이 서로 다르게 설치된다. 물론 상기 지붕(10) 상면이 가지는 경사를 고려하여 상기 태양전지 모듈(110)의 경사에 대응하여 상기 태양전지 모듈(110)을 하부에서 받치는 지지부재(211)의 높이를 달리하여 설치할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)의 작용효과에 대하여 알아보기로 하겠다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 태양광 발전장치(100)는 상기 태양전지 모듈(110)의 배면에 냉각수를 공급하여 냉각시키는 구조를 갖는다.

이는 계절에 따른 기온 상승 및 태양의 복사열로 인하여 상기 태양전지 모듈(110)이 과열되거나, 또는 상기 태양전지 모듈(110)의 상면에서 태양광 발전에 저해되는 예컨대 구름이 많이 낀 날, 황사가 심한 날, 그림자가 지는 시간 등의 요인으로 인하여 상기 태양전지 모듈(110)이 과열되기 때문에 이를 냉각시키되 최대한 상기 태양전지 모듈(110)의 상면에 태양광 발전에 따른 저해요인이 제거되도록 하기 위함이다.

또한 상기 태양전지 모듈(110)의 상면에 냉각수를 분사하는 경우, 냉각수 표면에서 난반사가 발생하면서 발전 효율이 저하되는 문제점을 보완하는 기술을 포함하고 있다.

게다가 일반적인 공장이나 규모가 큰 건물의 지붕(10)은 샌드위치 패널(11)을 사용하여 시공하기 때문에 이를 적극 활용하여 시공성이 용이하고, 이에 따른 원가가 절감되는 효과를 기대할 수 있기 때문에 산업상 이용가능성 또한 증대된다고 볼 수 있다.

또한 상기 살수부(123)는 상기 저장부(121)로부터 냉각수를 상부와 하부에서 동시에 공급받기 때문에 상기 살수부(123)가 상기 태양전지 모듈(110)의 상부로부터 냉각수를 공급하여 냉각시키는 구조에 비해 냉각성능이 뛰어나다.

이는 상기 태양전지 모듈(110)의 상부로부터 냉각수가 공급되는 경우 상기 태양전지 모듈(110)의 하부에 형성되는 셀(Cell)은 상대적으로 상기 태양전지 모듈(110)의 상부에 위치하는 셀에 비하여 온도가 높은 냉각수가 흘러내리게 되므로 전체적인 냉각 효율의 균형을 맞추는데 한계가 있다. 따라서 본 발명의 태양광 발전장치(100)는 상기 살수부(123)를 길이방향으로 길게 상기 지붕(10) 상에 배치하고, 상기 살수부(123)의 상부에 상기 살수노즐(124)을 복수개 마련하며, 게다가 상기 상부 공급유로(130)와 하부 공급유로(140)를 통하여 양방향으로 냉각수를 공급할 수 있기 때문에 냉각수의 수압을 균형 있게 유지함과 아울러 상기 태양전지 모듈(110)의 상부, 중부 및 하부를 모두 동일한 온도의 냉각수를 공급하여 균형있는 냉각효과를 발휘할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 태양광 발전장치 110 : 태양전지 모듈
120 : 냉각모듈 121 : 저장부
122 : 펌프 123 : 살수부
124 : 살수노즐 130 : 상부 공급유로
140 : 하부 공급유로 150 : 집수부
10 : 지붕 11 : 샌드위치 패널

Claims (11)

1. 건물의 경사진 지붕에 배치되는 태양전지 모듈; 및
   상기 태양전지 모듈과 상기 지붕 상이에 개재되어 상기 태양전지 모듈의 배면을 냉각시키는 냉각모듈;
   을 포함하는 태양광 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각모듈은,
   냉각수를 저장하는 저장부와,
   상기 저장부로부터 배출되는 냉각수에 압력을 제공하는 펌프와,
   상기 지붕의 경사방향을 따라서 상면에 위치하고, 내부에 냉각수가 공급되는 복수개의 살수부와,
   상기 저장부로부터 상기 살수부의 상단을 각각 연결하는 상부 공급유로를 포함하는 태양광 발전장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 저장부로부터 상기 살수부의 하단을 각각 연결하는 하부 공급유로를 더 포함하는 태양광 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 펌프는 상기 상부 공급유로 및 하부 공급유로 양방향을 통하여 상기 살수부로 냉각수를 공급하는 태양광 발전장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 살수부는 길이방향을 따라서 상기 태양전지 모듈의 배면을 향하도록 복수개의 살수노즐이 마련되는 태양광 발전장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 살수노즐은 상기 살수부의 원주방향을 따라서 복수개의 열(列)이 배치되는 태양광 발전장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 살수노즐은 상기 태양전지 모듈의 배면을 향하여 60~120°의 살수범위를 갖도록 형성되는 태양광 발전장치.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 지붕의 경사방향 하측 선단부에 마련되어 살수된 냉각수를 포집하는 집수부를 더 포함하는 태양광 발전장치.
9. 청구항 2에 있어서,
   상기 지붕은 샌드위치 패널 구조로 형성되고, 상기 살수부는 상기 샌드위치 패널 상에 형성되는 돌출부분과 인접하는 다른 돌출부분 사이에 배치되는 태양광 발전장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은 상기 지붕의 경사방향과 동일한 방향으로 경사지게 배치되는 태양광 발전장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지 모듈은 상기 지붕의 경사방향과 수직방향 또는 대각선 방향으로 경사지게 배치되는 태양광 발전장치.

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