KR20130104949A - 태양열발전 열전소자 셀 모듈 - Google Patents

태양열발전 열전소자 셀 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열발전 열전소자 모듈로서 열 발전을 위한 수단으로 집 열 패널의 구조는 슬림형 평면으로 구성되고 그의 두께는 약 50mm 내외로 이루어지며; 종래의 진공 히트 관과 평판형 집 열 패널을 거울삼아 평면 구조로 이루어지며 비 진공이면서 진공효과를 갖도록 구성하여 단위면적 내에 입사되는 태양열의 열 손실을 최소화하고 히트패널의 집 열 효율을 향상시켜 열전소자 셀의 면에 고온의 열을 가하고 반대쪽 셀의 면에는 저온 열매 체를 통과시켜 양극을 이루는 셀의 면에 상이한 온도차를 주어 태양열을 이용하여 열 발전을 할 수 있는 시스템에 관한 것이다,

Description

태양열발전 열전소자 셀 모듈{Thermoelectric solar power cell module}
본 발명은 태양열발전 열전소자 셀의 모듈로서 태양열을 이용하여 열전소자 셀의 면에 열을 가하고 반대쪽 셀의 면에는 저온 냉각수를 통과시켜 양극을 이루는 열전소자 셀의 양면에 상이한 열차를 주어 발전이 이루어지는 태양열을 이용한 열 발전 시스템에 관한 것이다,
종래에는 태양 광을 이용하여 광전효과를 갖은 태양 광 솔라셀을 모듈화하여 발전하는 시스템을 주로 사용하고 있다; 또한 종래의 태양열발전 시스템은 포집한 태양열을 특정 용기에 열을 가하여 발생 된 증기를 고압으로 응축하여 증기터빈을 돌려 열발전을 하고 있으나 태양열 발전원리 및 실험에 그치고 있다; 또한 태양열 발전시스템으로 상기와 같이 증기터빈을 돌려 전기를 생산하는 태양열 발전소를 건설하는 데 있어 불모의 땅 사막과 같은 곳을 제외하고는 태양열 발전소가 차지하는 소요 면적이 방대함으로 경제적이지 못하다; 종래의 태양광발전 시스템 또한 단위면적대비 발전량은 솔라셀의 효율에 따라 한정되어 있다; 따라서 태양열을 이용하여 적은 면적이면서 효율적으로 많은 전기를 생산하는 방법이 요구된다,
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 과제로서; 종래에 태양열을 이용하여 전기를 발전하는 데 있어 증기터빈을 이용한 발전시스템을 갖추는데에는 많은 면적과 많은 비용이 소요된다; 따라서 태양광발전처럼 일반화하여 개인보유 열 발전 시스템을 갖추는데에는 많은 무리가 따른다; 본 발명이 제시하는 태양열발전 열전소자 모듈의 크기는 바람직하게 가로 1000mm x 세로 1500mm로 종래의 태양광발전 솔라셀 모듈에 비해 그의 크기는 매우 유사하며 단위면적 내의 발전량은 종래의 솔라셀 모듈보다 발전량이 수배에 달한다; 본 발명에서 사용되는 열전소자 셀은 적은 수요에 따라 가격이 높다 하나; 점차 적으로 열전소자 셀의 효율을 높여 이용 활용수요를 증가시키면 수년 내에 가격이 내려갈 것으로 예 측 된다;
종래의 태양광발전 솔라셀의 발전 방법은 광전효과를 이용한 발전장치이며 반면 본 발명의 발전 방법은 제백 효과를 갖는 열전소자 셀로 이루어진 모듈로서 태양열을 이용한 열 발전 장치이다; 따라서 열전소자 셀을 이용해 발전하는데 필요한 열을 수집하기 위한 수단으로 비 진공이면서 진공효과를 갖는 집 열 패널로서 슬림형으로 구성되고; 종래의 진공 히트 관을 거울삼아 공기에 의한 기류현상을 최소화하기 위한 수단으로 도11(160)열 흡수층에서 방출하는 복사열이 공기에 의한 기류현상을 통해 외부로부터의 열손실을 줄이기 위한 수단으로 상기 (160)열 흡수층 표면과 접하는 공기량을 최소화하기 위한 수단으로 도11(160)열 흡수층과 인접한 도11(140) b유리커버의 재질은 빛의 투과성이 뛰어난 무반사 저 철분 강화유리재질로 도11(140)b유리커버와 도11(160)열 흡수층과의 내부 공간을 1mm 내외로 허용하고 공기량을 최소화하여 협소한 공간을 주고 공 기류의 이동에 저항을 주어 열 손실을 억제하고 도11(130)a유리커버와 도11(140)b유리커버 사이의 공간은 10mm 내외의 공기층을 주어 도11(140)b유리커버의 보온을 보완하기 위한 수단으로 도11(130)a유리커버로 구성 된다; 히트 부을 구성하는 뒷부분은 내열성과 단열이 우수한 도11(110)폴리우레탄 폼 재질로 히트 부 뒷면과 접합시켜 히트 부 도11(180)접합면의 공기층을 제거하는 과 동시에 단열 및 공기에 의한 기류 발생을 제거하여 비 진공상태에서 진공 효과를 얻기 위해 상기와 같이 이루어진다; 아울러 도11(160)열 흡수층과 도11(140) b유리커버의 사이에 1mm 내외의 두께를 가진 비열전도성 재질로 하여 도1(280)와 같이 격자형 그물망을 포함시켜 상기 공간 내의 공 기류 이동을 완전 격리시킴으로써 한층 높은 진공효과를 얻을 수 있다; 도11(160)열 흡수층으로서 흡수층 표면에 빛을 잘 흡수하는 무반사 흑색도료로 도포 되고 열화현상에 의한 열 흡수층 표면의 변화를 방지하기 위한 수단으로 고온으로 열처리하여 이루어지며; 상기 슬림형 히트 부에서 수집된 열은 자연대류를 통해 상단부에 구비된 도5(350)축열부내에 지속적으로 열이 가해지고 축열 부을 포함하고 있는 도3(320)지지체을 기반으로 도7(360)과 같이 3면에 열전소자 셀이 입체적으로 밀집 배열되고; 히트패널을 구성하는 도11(160)으로부터 수집된 열원은 도11(210)열 매체 유의 자연대류를 통해 도5(350)축열 부에 축적된 열원이 열전소자 셀의 면에 열이 가해지고 반대쪽 셀의 면에는 도3(300)내에 흐르는 저온 열 매체에 의해 양극을 이루는 셀의 면에 상이한 온도 차를 주어 태양열발전이 이루어지는 것을 특징으로 한다; 또한 미 도시; 도5(350)축열 부에 온도센서가 있게 하여 축열 부의 온도가 30℃이상이 되면 도5(380)내부에 저온 열 매체가 흐르도록 순환 펌프를 가동되게 한다; 여기서 저온 열 매체로서는 열 매체 유 내지 일반수 또는 지하수, 바닷물 등으로 사용될 수 있다;
본 발명은 태양열발전 열전소자 셀 모듈로서 열 발전이 이루어지게 하기 위한 수단으로 태양열을 수집하는 데 있어 히트패널은 슬림형 평면으로 이루어지고 단위 면적 내에 입사되는 태양열의 손실을 방지하기 위한 수단으로 비 진공이면서 진공효과를 얻어 고온 열 수를 얻는데 유리하다; 종래의 태양 광 솔라셀모듈은 단위면적 내에서 태양광발전을 하는 데 있어 많은 면적이 소요된다; 따라서 열전소자 셀 모듈을 설치하는 데 있어 적은 면적에서도 설치가 가능하다; 예를 들어 종래에 사용되고 있는 솔라셀의 크기는 가로 156mm x 세로 156mm의 크기로 LED발광소자를
발광하는데 필요한 전류가 3V이상 이라고 볼 때 위 솔라셀이 6매 이상이 필요하다; 따라서 본 발명에 따른 열전소자 셀의 크기는 가로x세로 정사각형을 이루어 20mm ~ 60mm의 크기로 다양하게 있으나; 열전소자 셀 40mm x 40mm을 1개로 하여 셀의 양극 면에 온도 차를 주면 3V이상의 전류가 발생 되어 상기 LED를 발광시킬 수 있으며; 전압과 전류는 그 효율에 따라 좌우되고; 전압은 전류에 비례하여 발생 되며 태양 광 솔라셀에 비해 발전량이 매우 크다; 열전소자 셀의 단점은 열 발전을 위해 별도의 열을 가해야 발전이 이루어지며 솔라셀보다 가격이 비싼 편이다; 한가지 더 예를 들면 종래의 태양 광 솔라셀 모듈의 크기는 약 가로 1000mm x 세로 1500mm이며 약 60매의 솔라셀이 소요된다 가정할 때 약 0.5v x 60 = 30V의 전류를 발생한다; 따라서 본 발명의 열전소자 셀 모듈의 크기가 집 열 패널을 포함하여 이루어질 때 가로 1000mm x 세로 1500mm의 크기로 실행하면 약 72개의 셀이 탑재되고 열전소자 모듈의 발전량은 약 3v x 72 = 216v의 전류가 발생 된다; 이와 같이 단위면적 내에서 발전하는 두 셀의 발전량과 차지하는 면적의 차이는 매우 크다; 종래에는 솔라셀 모듈을 이용하여 차량에 탑재하여 태양 전지판에서 발전 된 전압과 전류를 배터리에 충전하고 모터를 구동하여 운전할 수 있는 전기차량이 일부 선을 보이고 있으나 실용적이지 못하여 하이브리드카 등이 출시되고 있다; 본 발명에 따른 태양열발전 열전소자 모듈을 차량에 탑재시 순수한 전기에너지로 운행이 가능하다;
도1 : 태양열 슬림형 집 열 패널이 포함된 열전소자 셀의 모듈
도2 : 열전소자 모듈 측면도
도3 : 열전소자 모듈 측 단면도
도4 : 방열 핀이 제거된 축열 부 와 방열부 측면도
도5 : 축열 부 와 방열부 내부의 단면도
도6 : 셀의 방열 부을 포함한 열전소자 셀 클립 체
도7 : 열전소자 셀의 밀집배열 입체도
도8 : 열전소자 셀 모듈 단면도
도9 : 지지체와 열전소자 셀 과 방열 부을 포함한 클립 체의 결합 볼트
도10 : 열전소자 셀 모듈의 전기회로
도11 : 태양열 슬림형 집 열 패널 단면도
본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대한 도면을 첨부하고 도면을 입체적으로 도시하여 상세 설명을 돕기 위해 도면에 부호를 붙였다; 본 발명의 실시 예에 따른 태양열발전 열전소자 모듈에 대하여 도1 또는 도2 내지 도3을 포함하여 도4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 도11을 참고로 하여 설명한다; 본 발명의 열전소자 모듈의 크기는 바람직하게 가로 1000mm x 세로 1500mm로 형성되어 이루어지며; 사용자 요구에 따라 그의 크기는 자유롭게 이루어질 수 있다; 집 열 히트패널의 내부의 단면 구조는 도11과 같은 단면 구조로 형성되고 히트패널을 구성하는 재질로서는 열 전도성이 우수한 구리 또는 알미늄 재질로 이루어지며; 열 전도성이 우수한 탄소 나노튜브의 재질 또는 열 전도성 플라스틱 사출 성형물로 이루어질 수 있다; 상기 히트패널의 태양열 흡수층 표면은 빛을 잘 흡수하는 무반사 흑색도료로 도포 되고 도11(160)열 흡수층과 접하고 있는 도11(210)히트부 내부에는 열 전도성이 우수한 열 매체 유로 채워진다; 히트 부 내부에 열 매체 유가 채워지는 공간의 폭은 약 3mm 내외로 이루어지고 상기 히트 부 내부의 공간을 결정하는 도11(200)지지체는 열 매체 유의 대류를 돕는 가이드 역할을 포함하고 있다; 상기 도11(160)열 흡수층으로부터 전달받은 열원에 의해 도11(210)열매체유가 가열되고 가열된 열 매체 유는 자연대류를 통해 히트패널 상단부에 위치한 도5(350)축열부로 지속적으로 열이 축적되어 고온이 발생되고; 축열 부을 포함한 도3(320)셀의 지지체와 접하는 열전소자 셀의 면에 열이 가해지고 상기 셀의 면 반대쪽 셀의 면과 접하고 있는 도5(310)셀 클립 체로 열이 전달되어 상기 셀 클립 체와 접하고 있는 도3(300)저온 열매 체 물 재킷을 통하여 방열이 이루어지고 추가로 도2(290) 방열 핀에 의하여 공 냉 식으로 방열이 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다; 상기와 같은 과정을 통해 양극을 이루는 셀의면에 상이한 온도차를 주어 열 발전이 이뤄지며; 열전소자 모듈을 구성하는 최 외각 단은 단열 및 내열성이 우수한 도11(220) 하이샤시 재질의 사각 프레임으로 이루어지며; 상기 프레임 재질에 한정하지 않고 플라스틱 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다; 열전소자 셀 모듈 축열 부 하단부에 있는 도3(330)내부의 공간 도3(340)에 단열재가 있게 하여 축열 부 하단 부을 보온 마감하여 열전소자 모듈로 이루어진다,
110 : 단열재(폴리우레탄 폼)
120 : 공 기류 저항 층(잔류 공기층)
130 : a 유리커버
140 : b 유리커버
150 : b 유리커버 보온 층
160 : 열 흡수층을 포함한 히트 부 b금속판
170 : 히트 부 뒷면의 a금속판
180 : 히트 부 뒷면과 단열재 접합부분
190 : 단열재 마감(백보드)
200 : 히트 부 내부 지지체
210 : 열 매체 유
220 : 패널을 구성하는 프레임
230 : 축열 부을 포함한 열 발전 부
240 : 저온 열 매체(물 재킷)마감재
250 : 저온 열매 체 파이프
260 : 열매 체 유 주입구
270 : 축열 부 마감재
280 : 격자형 그물망
290 : 방열핀(공냉식)
300 : 저온 열 매체(물 재킷)
310 : 셀 클립 체 및 방열부
320 : 열전소자 셀 지지체
330 : 단열재 외장 커버
340 : 단열재 부분
350 : 열 매체 유가 포함된 축열 부
360 : 열전소자 3면의 입체적 배열
370 : 단열 시트
380 : 저온 열매 체 공간
390 : 열전소자 셀 모듈 전기회로
400 : 열전소자 셀 모듈 전기회로(구성 공간)

Claims (8)

  1. 태양열발전 열전소자 모듈에 있어 슬림형 히트패널을 구성하는 태양열 흡수층으로서 도11(160)열 흡수층을 포함한 뒷 쪽 내부에는 도11(210)에 열 매체 유로 채워지고 열 매체 유가 채워지는 공간의 폭은 3mm내외로 슬림형 평면 구조를 갖는 히트 부로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다,
  2. 청구 항 1항에 있어서 도11(160)열 흡수층과 접하는 공 기류를 억제하기 위한 수단으로 (120)공 기류 저항 층으로서 도11(160)열 흡수층과 도11(140) b유리커버 사이의 공간을 1mm 내외로 허용하여 도11(160) 열 흡수층과 도11(140) b유리커버 사이의 공기량을 최소화하여 열 흡수층에서 방출하는 복사열에 의해 공기에 의한 기류의 흐름에 저항을 주어 도11(140)b유리커버 외부로부터의 열손실을 억제하여 진공효과를 갖기 위한 것을 특징으로 한다;
  3. 청구 항 2항에 있어 도11(160)열 흡수층과 도11(140) b유리커버와 사이에 1mm내외의 두께를 가진 비열전도성 재질로 하여 도1(280)와 같이 격자형 그물망을 포함시켜 상기 공간 내에 공 기류의 이동을 완전 격리시킴으로써 한층 높은 진공 효과를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 한다,
  4. 청구 항 1항에 있어서 도11(210)열매체유가 포함하고 있는 공간에 도11(160)흡수 층에 의해 가열된 열 매체 유의 팽창으로 인하여 히트 부을 구성하는 도11(170) a면 금속판과 도11(160)b면 열 흡수층 금속판 사이가 벌어지는 것을 방지하기 위한 수단으로 히트 부 내부에 특정 간격을 두고 종(縱)으로 배열된 도11(200)지지체는 도11(170) a면 금속판과 도11(160) b면 열 흡수층 금속판 사이에 접합 부분을 포함하여 히트 부 내부공간을 유지하는 도11(200)지지체로서 상호 지탱하여 외부로 벌어지는 것을 막아주는 것으로 특징으로 한다,
  5. 청구항 3에 있어서 열 매체 유의 원활한 대류의 흐름을 돕는 역할을 포함하는 도11(200) 지지체는 히트 부 내부 열 매체 유의 자연대류가 원활하게 이루어지도록 특정 간격을 주어 종(縱)으로 배열하는 것을 특징으로 한다,
  6. 상기 집 열 패널과 포함되어 상단에 위치한 도5(350)축열부 내에 있는 열 매체 유는 하단부에 있는 집 열 패널 내의 도11(210)열 매체 유가 자연대류를 통해 도5(350)축열부 내에 열이 축적되고 축적된 열에 의해 축열 부를 포함하고 있는 도3(320)열전소자 셀 지지체는 상기 셀의 면에 열이 가해지고 반대쪽 셀의 면에는 도3(310)과 결합된 도3(300)내에 흐르는 저온 열 매체에 의해 셀의 양면에 상이한 열차가 발생 되어 열 발전이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다,
  7. 도5(380)저온 열 매체 공간에 열 매체 유가 있게 하고 도2(250)저온 열 매체 파이프 양단을 밀봉하여 도1(290) 히트패널 후면의 방열 핀에 미 도시; 추가로 방열판을 결합하여 태양열 이동식 열 발전모듈로 이루어질 수 있으며; 상기 태양열발전 열전소자 셀의 모듈을 차량에 탑재하여 순수한 전기자동차를 구현할 수 있다,
  8. 상기 태양열발전 열전소자 셀의 모듈에 있어 발전 부를 구성하는 열전소자 셀의 배열을 도7(360)과 같이 상, 좌, 우로 3면에 열전소자 셀을 밀집배열 하는 것을 특징으로 하고; 셀의 배열은 1면 또는 2면으로 하여 이루어질 수 있으며 도3(320)열전소자 셀의 지지체로서 다각형 또는 원형으로도 이루어질 수 있다,
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101385493B1 (ko) * 2013-10-14 2014-04-15 한국기계연구원 태양에너지 열전발전 장치

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