KR20150030822A - 태양광패널의 온도관리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광패널의 온도관리장치는, 태양광패널이 적층되어 설치되는 온도관리패널; 및 적어도 하나의 온도관리패널에 설치되되, 내부에 유동하는 냉온수가 직렬유동하도록 구성되는 냉온수관;을 포함한다.
이와 같이 본 발명은, 태양광패널에 온도관리패널이 설치되고 이러한 온도관리패널에 열이나 충격에 취약한 연결부위가 없는 미분기된 직렬구조의 냉온수관이 구성됨으로써, 유지관리 시 비용 및 작업부하를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 모듈형 태양광패널과 대응되게 온도관리패널과 단열재가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성됨으로써, 지붕과 같은 설치공간에서 다른 시설물에 의한 제약 없이 적정한 배치구조를 이룰 수 있다.
나아가, 본 발명은 냉온수관이 지열파이프와 이어진 축열조에 연결됨으로써, 지열을 활용하여 태양광패널의 온도를 관리할 수 있다.

Description

태양광패널의 온도관리장치{Apparatus for controlling temperature of photovoltaic panel}

본 발명은 태양광패널의 온도관리장치로서, 미분기된 직렬구조의 냉온수관이 구성되고, 모듈형 태양광패널과 대응되게 온도관리패널과 단열재가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성되며, 지열을 활용하는 태양광패널의 온도관리장치에 관한 것이다.

태양광 발전이란, 태양광을 태양광패널(Photovoltaic panel)에 집광시켜 전기를 발생시키는 것을 말한다. 이러한 태양광패널을 이용한 태양광 발전원리는 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 되며, 이를 광기전력 효과라고 한다.

예컨대, 외부에서 광이 태양광패널에 입사되었을 때, p형 반도체의 전도대의 전자가 입사된 광에너지에 의해 가전자대로 여기되고, 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.

이와 같이 태양광 발전에서 사용되는 태양광은 화석원료를 바탕으로 하는 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성을 초래하지 않는 청정 에너지원이며 무궁무진한 태양광을 바탕으로 하기 때문에 고갈의 염려도 없다. 태양에너지의 이용 가능량은 2005년 기준 전 세계 연간 에너지 소요량의 2,890배이며 입지조건이 여타 풍력이나 해수력과 달리 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다. 또한 기술혁신에 따른 원가절감과 효율성 제고로 발전단가가 하락하였고, 향후 박막형 태양전지 등의 기술개발로 발전단가는 더욱 하락할 것으로 예측된다. 따라서 부존자원이 빈약한 우리나라에서는 자원안보의 관점에서도 적극적으로 수용하려는 움직임이 최근 활발히 일어나고 있다.

현재 일반적으로 쓰이는 태양광 발전패널의 효율은 약 15~16%의 값의 범위를 갖는다. 발전효율은 태양광 발전의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 요인으로서, 시간에 따른 출력감소 요인을 제거하여 지속적인 발전효율의 유지가 필수적이다.

그런데, 태양광 발전의 특성상 태양광 발전량은 계절별 집광량과 평균온도에 따라 변동성을 갖는다. 태양광 집광량이 최대인 하절기에 과다 일사량에 의한 태양광패널 과열로 인해 최대치 대비 5~15%의 발전효율 저하가 발생한다. 이와 같이 전력수요가 많은 하절기에 오히려 태양광 발전량이 감소하는 문제는 분산발전 위주의 신재생 에너지 이용 전력수요정책에 큰 걸림돌이라고 볼 수 있다.

또한, 동절기 강설에 의한 태양광패널 표면에의 적설은 태양광 발전출력 감소에 직접적인 영향을 준다. 즉 동절기 강설로 인한 태양광패널 표면의 적설상태가 방치되면, 적설상태가 유지되는 동안에는 태양광 발전이 어렵게 된다.

한편, 최근의 태양광 발전설비는 무인화, 대형화되는 추세이며, 전력생산을 위해 대면적 태양광패널의 설치가 필수적이다.

그러나, 태양광패널의 설치장소가 주로 건물의 지붕이나, 주차장 지붕과 같은 장소인데, 이와 같은 지붕에 설치 시 굴뚝, 위성안테나 등 다른 시설물에 의해 설치가 어려운 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 미분기된 직렬구조의 냉온수관이 구성되고, 모듈형 태양광패널과 대응되게 온도관리패널과 단열재가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성되며, 지열을 활용하는 태양광패널의 온도관리장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광패널의 온도관리장치는, 태양광패널이 적층되어 설치되는 온도관리패널; 및 적어도 하나의 온도관리패널에 설치되되, 내부에 유동하는 냉온수가 직렬유동하도록 구성되는 냉온수관;을 포함한다.

이때, 상기 냉온수관은, 폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌으로 제조되며, 미분기되면서 복수 개가 연결 시 연결관에 의해 직렬연결될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 냉온수관과 연결된 축열조; 및 상기 축열조와 연결되며, 땅속으로 연장배치된 지열파이프;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 온도관리패널은 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈되는 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명은 상기 온도관리패널이 적층되어 설치되며, 상기 온도관리패널과 대응되는 형상으로 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈되는 단열재;를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 온도관리패널은 상기 냉온수관이 설치 시 끼움되고, 굴곡되는 배치구조를 이루는 경우 위치고정을 가이드하도록 돌출되거나 파여진 가이드부가 형성될 수 있다.

이때, 상기 가이드부는 상기 온도관리패널에서 상기 냉온수관이 접촉되는 면에 원형으로 복수 개가 돌출된 것일 수 있다.

본 발명에 따른 태양광패널의 온도관리장치는, 태양광패널에 온도관리패널이 설치되고 이러한 온도관리패널에 열이나 충격에 취약한 연결부위가 없는 미분기된 직렬구조의 냉온수관이 구성됨으로써, 유지관리 시 비용 및 작업부하를 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 모듈형 태양광패널과 대응되게 온도관리패널과 단열재가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성됨으로써, 지붕과 같은 설치공간에서 다른 시설물에 의한 제약 없이 적정한 배치구조를 이룰 수 있는 장점을 지닌다.

나아가, 본 발명은 냉온수관이 지열파이프와 이어진 축열조에 연결됨으로써, 지열을 활용하여 태양광패널의 온도를 관리할 수 있다.

도 1은 태양광패널의 온도관리장치에 의해 온도관리시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 태양광패널의 온도관리장치를 나타낸 분해사시도이다.
도 3은 태양광패널과 도 2의 태양광패널의 온도관리장치가 지붕 위에 설치되기 전을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 지붕 위에 설치된 태양광패널의 온도관리장치에서 태양광패널이 제거된 것을 나타낸 사시도이다.
도 5(a)는 온도관리패널에 냉온수관이 장착된 것을 나타낸 사시도이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 냉온수관을 두 개 연결 시 사용되는 연결관을 나타낸 사시도이다.
도 6은 태양광패널에 장착된 온도관리장치가 지열에 의해 흡수된 열을 이용하는 것을 나타낸 도면이다.

본 발명의 태양광패널의 온도관리장치는, 태양광패널에 온도관리패널이 설치되고 이러한 온도관리패널에 열이나 충격에 취약한 연결부위가 없는 미분기된 직렬구조의 냉온수관이 구성되며, 지붕과 같은 설치공간에서 다른 시설물에 의한 제약 없이 적정한 배치구조를 이룰 수 있도록 모듈형 태양광패널과 대응되게 온도관리패널과 단열재가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성되며, 지열을 활용하도록 냉온수관이 지열파이프와 이어진 축열조에 연결되는 것을 기술적 특징으로 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 태양광패널의 온도관리장치에 의해 온도관리시스템을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 태양광패널(10)이 적층되어 설치되는 온도관리패널(20)과 상기 온도관리패널(20)에 설치되는 냉온수관(30)을 포함한다.

여기에서, 상기 온도관리패널(20)은 일면에 태양광패널(10)이 겹쳐지면서 적층되어 설치되는데, 이때 태양광패널(10)과의 사이에 상기 냉온수관(30)이 배치될 수 있다.

이와 같이 온도관리패널(20)은 태양광패널(10)과 적층되면서 체결됨으로써 전체적으로 접하게 되어 냉온수관(30)에 의한 열이 원활하게 전달될 수 있는 구조를 이룬다.

아울러, 상기 온도관리패널(20)은 열전도 및 가공이 유리한 모든 금속 및 합금류(스틸, 알루미늄, 마그네슘, 구리, 티타늄 등)의 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 냉온수관(30)은 열교환기(50)와 연결되고 상기 열교환기(50)는 열저장탱크(60)와 연결되어 온도관리시스템이 이루어진다.

구체적으로, 상기 온도관리시스템은 냉온수관(30)의 배관수가 열교환기(50)에서 열교환되며, 이때 열교환기(50)는 열저장탱크(60)와 연결되어 태양광패널(10)을 가열 또는 냉각시킬 수 있도록 설정된 온도의 냉온수를 공급받도록 구성된다.

물론, 도면에 도시된 바와는 다르게 상기 냉온수관(30)이 직접적으로 열저장탱크(60)와 연결될 수 있으며, 이때 태양광패널(10)이 냉온수관(30)을 통한 냉수에 의해 열을 빼앗기거나 냉온수관(30)을 통한 온수에 의해 열을 흡수함으로써 냉각 또는 가열될 수 있으며, 이하 설명에서는 냉온수관(30)을 유동하는 유체를 '냉온수'로 지칭하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 태양광패널의 온도관리장치를 나타낸 분해사시도이며, 도 3은 태양광패널과 도 2의 태양광패널의 온도관리장치가 지붕 위에 설치되기 전을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 지붕 위에 설치된 태양광패널의 온도관리장치에서 태양광패널이 제거된 것을 나타낸 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 상술된 온도관리패널(20) 및 냉온수관(30)과 함께 상기 온도관리패널(20)에 적층되는 설치되는 단열재(40)도 포함될 수 있다.

이때, 상기 온도관리패널(20)은 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈가능하는 구조를 취할 수 있으며, 이러한 온도관리패널(20)에 설치되는 단열재(40)도 온도관리패널(20)과 대응되는 형상으로 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈되는 구조를 취할 수 있다.

여기에서, 태양광 발전설비를 설치측면에 있어서 살펴보면, 높은 전력을 생산하기 위해 태양광패널(10)이 대면적을 차지하도록 설치되는 것이 중요한데, 이를 위해 대표적인 예로서 주로 건물의 지붕(1)이나 주차장 지붕과 같은 장소에 설치될 수 있다.

이와 같이 지붕에 설치 시 일반적인 모듈형 태양광패널(10)은 설치가 용이한 반면에, 상기 태양광패널(10)의 온도를 관리하는 온도관리장치의 설치에는 한계점이 있다. 즉, 기존의 온도관리장치에서 온도관리패널, 냉온수관, 단열재는 굴뚝(2), 위성안테나 등 지붕의 상부에 여러 가지의 돌출된 다른 시설물에 의해 설치가 어렵게 되며, 이로 인하여 각각의 특정한 면적에 맞도록 별도의 생산 또는 구조변경을 위한 수리가 필요하게 된다. 이에 따라 설치비용상승 및 작업의 로드가 커지는 비효율적인 측면이 존재한다.

상기와 같은 한계점을 극복하기 위해, 본 발명의 온도관리장치는 모듈형 태양광패널(10)과 대응되게 온도관리패널(20)과 단열재(40)가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 냉온수관(30)의 직렬구조에 대해 도 5를 참조하여 살펴보기로 한다.

도 5(a)는 온도관리패널에 냉온수관이 장착된 것을 나타낸 사시도이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 냉온수관을 두 개 연결 시 사용되는 연결관을 나타낸 사시도이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 냉온수관(30) 내부를 유동하는 냉온수가 직렬유동하도록 구성될 수 있다.

여기에서, 기존의 온도관리장치에서의 냉온수 유동구조를 살펴보면, 태양광패널을 냉각 또는 가열하는 냉온수가 병렬유동하도록 구성된다. 즉, 냉온수가 냉온수관에 유입된 후 계속해서 일방향으로 나아간 후 배수되는 직렬유동이 아닌, 일 지점에서 분기유동하거나 나아가 냉온수관을 벗어나 태양광패널을 직접적으로 타고 흐를도록 구성된다.

이와 같은 병렬유동을 이루기 위해 기존의 냉온수관은 병렬구조를 취하는데, 구체적으로 메인관과 이러한 메인관으로부터 분기되는 분기관을 구비하게 된다. 이때 분기관은 메인관에 연결되는 구조를 취하는데, 이와 같은 연결부위는 열(고온 또는 저온) 또는 충격에 취약한 부위로서 온도관리장치를 유지관리하는 측면에 있어서 손상이 빈번하게 나타나게 되어 유지관리비용 및 작업부하가 증가시키는 원인이 된다.

상기와 같은 문제점을 극복하기 위해, 본 발명에서의 냉온수는 유입된 냉각수가 배출될 때까지 계속해서 진행되도록 직렬유동을 이루며 이를 구현하도록, 냉온수관(30)은 도 4에 도시된 바와 같이 분기관이 없는 미분기구조로서 연결부위가 없는 직렬구조를 이룬다.

구체적으로, 상기 냉온수관(30)은 온도관리패널(20)에 S자 형상으로 굴곡형 구조를 이루도록 폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌 재질로 제조되어 용이하게 굽혀질 수 있다. 아울러, 냉온수관(30)은 하나가 적어도 하나의 온도관리패널(20), 나아가 지붕(1)에 설치된 많은 수의 온도관리패널(20)에 설치될 수 있도록 긴 형상으로 제조될 수 있다.

나아가, 이와 같이 긴 냉온수관(30)을 하나 이상 사용하는 경우에는 연결관(35)에 의해 직렬연결됨으로써 냉온수가 미분기되는 직렬구조를 유지할 수 있다.

한편, 상기 온도관리패널(20)은 상기와 같이 구성되는 냉온수관(30)이 용이하게 배치고정될 수 있도록, 도 2 내지 도 5(a)에 도시된 바와 같이 가이드부(21)가 형성될 수 있다.

상기 가이드부(21)는 냉온수관(30)이 설치 시 끼움되고, 굴곡되는 배치구조를 이루는 경우 위치고정을 가이드하도록 돌출되는 형상을 취하는데, 물론 이에 한정되지 않고 파연진 홈과 같은 형상도 취할 수 있음은 물론이다.

즉, 상기 냉온수관(30)이 태양광패널(10)의 전체적인 부분을 효율적으로 온도관리하면서 아울러 미분기되는 직렬구조로 배치되기 위해, S자 형상 또는 이와 유사한 굴곡형상으로 태양광패널(10)과 온도관리패널(20) 사이에 배치되는데, 상기 가이드부(21)는 이러한 냉온수관(30)의 배치구조의 비간섭과 함께 굽힘부분을 지지하고 나아가 직선부분도 위치고정시키면서 지지하도록 구성된다.

이와 같은 가이드부(21)는 온도관리패널(20)에서 냉온수관(30)이 접촉되는 면에 일례로서 원형으로 복수 개가 돌출되어 형성될 수 있다.

한편, 본 발명은 상술된 바와 같이 냉온수관(30)이 열저장탱크(60)에 의해 온수를 공급받을 수 있지만, 이와 더불어 도 6에 도시된 바와 같이 지열에 의해 열을 공급받을 수 있다.

도 6은 태양광패널에 장착된 온도관리장치가 지열에 의해 흡수된 열을 이용하는 것을 나타낸 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명은 상기 냉온수관(30)과 연결된 축열조(70)와, 상기 축열조(70)와 연결되며 땅속으로 연장배치된 지열파이프(80)를 더 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 축열조(70)는 지열파이프(80)에 의해 공급받은 열을 축적하는 곳으로서, 일례로서 보일러실 내에 설치될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 계속적인 소비비용을 들이지 않은 태양광패널(10)과 함께 상기 태양광패널(10)의 온도를 관리하는 온도관리장치에 있어서도 지열을 활용함으로써, 생산적인 측면에 있어서 비용을 한층 더 절감할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은, 태양광패널(10)에 온도관리패널(20)이 설치되고 이러한 온도관리패널(20)에 열이나 충격에 취약한 연결부위가 없는 미분기된 직렬구조의 냉온수관(30)이 구성됨으로써, 유지관리 시 비용 및 작업부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 모듈형 태양광패널(10)과 대응되게 온도관리패널(20)과 단열재(40)가 하나의 세트로서 모듈형으로 구성됨으로써, 지붕(1)과 같은 설치공간에서 다른 시설물에 의한 제약 없이 적정한 배치구조를 이룰 수 있다.

나아가, 본 발명은 냉온수관(30)이 지열파이프(80)와 이어진 축열조(70)에 연결됨으로써, 지열을 활용하여 태양광패널(10)의 온도를 관리할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 태양광패널 20 : 온도관리패널
21 : 가이드부 30 : 냉온수관
40 : 단열재 50 : 열교환기
60 : 열저장탱크 70 : 축열조
80 : 지열파이프

Claims (7)

1. 태양광패널(10)이 적층되어 설치되는 온도관리패널(20); 및
   적어도 하나의 온도관리패널(20)에 설치되되, 내부에 유동하는 냉온수가 직렬유동하도록 구성되는 냉온수관(30);
   을 포함하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉온수관(30)은,
   폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌으로 제조되며, 미분기되면서 복수 개가 연결 시 연결관(35)에 의해 직렬연결되는 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉온수관(30)과 연결된 축열조(70); 및
   상기 축열조(70)와 연결되며, 땅속으로 연장배치된 지열파이프(80);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 온도관리패널(20)은 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈되는 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 온도관리패널(20)이 적층되어 설치되며, 상기 온도관리패널(20)과 대응되는 형상으로 모듈형으로 구성되며 복수 개가 서로 착탈되는 단열재(40);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 온도관리패널(20)은 상기 냉온수관(30)이 설치 시 끼움되고, 굴곡되는 배치구조를 이루는 경우 위치고정을 가이드하도록 돌출되거나 파여진 가이드부(21)가 형성된 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 가이드부(21)는 상기 온도관리패널(20)에서 상기 냉온수관(30)이 접촉되는 면에 원형으로 복수 개가 돌출된 것을 특징으로 하는 태양광패널의 온도관리장치.
   

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