KR20150056252A - 태양광 모듈의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 모듈을 냉각하는 장치에 있어서: 태양광 모듈(10); 상기 태양광 모듈(10)의 상측으로 냉각수를 공급하는 멀티노즐(25)을 구비하는 분사수단(20); 상기 태양광 모듈(10)의 온도 변화에 대응하는 신호를 생성하는 검출수단(30); 및 상기 검출수단(30)의 신호에 대응하여 냉각수의 공급을 단속하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 개활지나 도심지 등 설치 장소에 구애되지 않고 태양광 모듈의 발전출력과 기대수명을 향상할 수 있으며, 온도가 높은 부분만 선택적으로 냉각하여 냉각수 낭비를 줄이는 효과가 있다.

Description

태양광 모듈의 냉각장치{Apparatus for cooling solar cell module}

본 발명은 태양광 모듈의 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 물 분사에 의한 증발열을 이용하여 적정 온도를 유지하는 태양광 모듈의 냉각장치에 관한 것이다.

종래의 태양광 모듈을 냉각하는 기술은 분사 노즐을 통하여 고압분사 하는 방식으로 냉각수가 광범위한 구역으로 분사되어 필요 이상으로 냉각수 낭비가 심하다. 분무가 수반되는 경우에는 바람의 영향을 많이 받는다. 이로 인하여 넓은 지역 또는 인적이 드문 제한적인 장소에만 설치 가능하여 태양광 모듈 냉각의 범용적 기술로 적용하기에 단점이 있다.

이와 관련하여 한국 등록특허공보 제0961536호(선행특허 1), 한국 등록특허공보 제1148020호(선행특허 2) 등이 알려져 있다.

선행특허 1은 집광판과, 상기 집광판의 후면에 상기 집광판을 냉각시키도록 형성된 냉각수단과, 상기 냉각수단에 냉각수를 뿌려 주는 분사장치를 포함하여 이루어지고, 상기 냉각수단은 박판으로 형성되며, 상기 박판에는 체류홀 또는 체류홈이 다수 형성된다. 이에 따라, 집광판의 온도를 쉽게 낮추고, 분사장치의 구동시간을 줄이는 효과를 기대한다.

선행특허 2는 냉각수를 저장하는 저장탱크; 상기 태양광 모듈에 냉각수를 분사하는 냉각수 분사수단; 상기 저장탱크에 저장된 냉각수를 펌핑하는 펌프; 상기 냉각수 분사수단의 냉각수 분사를 조절하는 밸브; 및 상기 펌프와 밸브를 시각과 온도에 따라 조절하여 상기 냉각수 분사속도를 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 일일 냉각수 사용량을 정확히 예측할 수 있어 제한된 공급 수량을 유지하는 효과를 기대한다.

그러나, 선행특허 1에 의하면 집광판 후면을 냉각하면서 온도 조건을 고려하지 않으므로 냉각기능에 한계를 보이고, 선행특허 2에 의하면 시각 정보를 기반으로 하므로 예측되지 않은 온도 환경의 변화에 대처하기 미흡하다.

1. 한국 등록특허공보 제0961536호 "태양광 집광판용 냉각장치"(공개일자 : 2010. 1. 13.) 2. 한국 등록특허공보 제1148020호 "효율향상을 위한 태양광 모듈의 냉각시스템"(공개일자 : 2012. 2. 9.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 발전효율의 향상을 위해 태양광 모듈에 냉각 기능을 일체화하는 구조를 기반으로 다수의 영역에서 감지되는 온도에 대응하도록 냉각수를 분사하여 전체적인 온도 균형을 유지하는 태양광 모듈의 냉각장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양광 모듈을 냉각하는 장치에 있어서: 태양광 모듈; 상기 태양광 모듈의 상측으로 냉각수를 공급하는 멀티노즐을 구비하는 분사수단; 상기 태양광 모듈의 온도 변화에 대응하는 신호를 생성하는 검출수단; 및 상기 검출수단의 신호에 대응하여 냉각수의 공급을 단속하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 검출수단은 태양광 모듈의 폭을 균등 분할하는 간격으로 온도센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 검출수단은 태양광 모듈의 전체 영역에 대한 온도 분포를 검출하도록 열적외선센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 제어기는 검출수단의 신호를 판독하여 설정 온도 이상의 영역을 판단하고, 멀티노즐을 국부적으로 개방하여 해당 영역에 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 태양광 모듈은 냉각수의 집중적인 흐름을 유도하도록 표면에 배수통로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 개활지나 도심지 등 설치 장소에 구애되지 않고 발전출력과 기대수명을 향상할 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양광 모듈에서 온도가 높은 부분만 선택적으로 냉각할 수 있고, 냉각수의 재사용이 가능하기 때문에 냉각수 낭비를 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각장치의 주요부를 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 냉각장치의 작동예를 나타내는 플로우차트

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 다수의 솔라셀을 연결한 태양광 모듈을 냉각하는 장치에 관하여 제안한다. 통상적으로 태양광 모듈(10)의 표면온도가 1℃ 상승하면 발전출력이 0.5% 감소한다. 이외에 분진, 눈, 새의 분비물 등도 발전출력을 감소시키는 요인으로 작용한다. 이에 태양광 모듈(10)에 냉각수(물)를 분사하면 냉각과 수세의 효과를 도모할 수 있다. 도 1은 하나의 태양광 모듈(10)을 예시하지만 다수의 태양광 모듈(10)을 지닌 시스템에도 동일한 방식으로 적용된다.

본 발명에 따르면 분사수단(20)이 상기 태양광 모듈(10)의 상측으로 냉각수를 공급하는 멀티노즐(25)을 구비하는 구조이다. 멀티노즐(25)은 일정한 간격으로 다수의 노즐을 구비하는 구조로서 각각의 노즐에는 개별로 유로를 개폐하는 밸브가 설치된다. 멀티노즐(25)에서 노즐의 간격은 태양광 모듈(10)의 크기나 설치 환경에 따라 다르기는 하지만 60~80㎝ 범위가 적절하다.

이때, 분사수단(20)은 멀티노즐(25)에 연결되는 물탱크(21)와 펌프(23)를 구비하고 태양광 모듈(10)의 하단에 배수로(27)를 구비한다. 멀티노즐(25)은 일측의 펌프(23)를 개재하여 물탱크(21)와 연결되고, 배수로(27)는 타측의 펌프(23)를 개재하여 물탱크(21)와 연결된다. 이에 태양광 모듈(10)로 분사된 냉각수는 다시 물탱크(21)에 회수되므로 설치 장소에 대한 제약이 완화된다. 배수로(27)와 물탱크(21) 사이에는 이물질을 여과하는 필터를 설치한다.

한편, 물탱크(21)는 하절기에 회수되는 냉각수의 방열을 위한 냉각핀을 구비한다. 냉각수는 동절기 동결을 방지하도록 부동액을 혼합한다.

또, 본 발명에 따르면 검출수단(30)이 상기 태양광 모듈(10)의 온도 변화에 대응하는 신호를 생성하는 구조이다. 검출수단(30)은 태양광 모듈(10)의 솔라셀 단위로 설정되는 영역의 온도 변화를 검출한다. 즉, 하나의 태양광 모듈(10)에 대하여 다수의 영역으로 분할하여 국부적인 이상 고온을 감시한다.

제1실시예로서, 상기 검출수단(30)은 태양광 모듈(10)의 폭을 균등 분할하는 간격으로 온도센서(32)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 온도센서(32)는 태양광 모듈(10)의 폭에 걸쳐서 솔라셀 단위로 균등하게 분할되도록 설치한다. 설치 위치는 태양광 모듈(10)의 전면이 바람직하지만 후면을 택할 수도 있다. 온도센서(32)의 설치 간격은 분사수단(20)의 노즐과 마찬가지로 60~80cm 범위로 한다. 물론 태양광 수광에 영향이 적도록 인접하는 솔라셀 사이에 설치하는 것이 좋다.

제2실시예로서, 상기 검출수단(30)은 태양광 모듈(10)의 전체 영역에 대한 온도 분포를 검출하도록 열적외선센서(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 열적외선센서(35)는 태양광 모듈(10)과 이격된 위치에 설치되어 방사광의 강도로 온도를 측정한다. 태양광 모듈(10)의 크기가 증가할수록 온도센서(32)보다 열적외선센서(35)가 선호된다. 물론 태양광 수광에 영향이 적으면서 최대의 감지능을 유지하는 높이로 설치하는 것이 좋다.

또, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 검출수단(30)의 신호에 대응하여 냉각수의 공급을 단속하는 구조이다. 제어기(40)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 구비하는 마이콤 회로로 구성한다. 메모리는 도 2의 작동 알고리즘을 탑재하고 검출수단(30)의 신호를 갱신하여 저장한다. 입력인터페이스에는 검출수단(30)을 연결하고, 출력인터페이스에는 펌프(23)와 멀티노즐(25)의 밸브를 연결한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어기(40)는 검출수단(30)의 신호를 판독하여 설정 온도 이상의 영역을 판단하고, 멀티노즐(25)을 국부적으로 개방하여 해당 영역에 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 한다. 태양광 모듈(10)의 적정 온도는 계절과 시각에 따라 약간씩 다르게 설정할 수도 있다. 멀티노즐(25)의 밸브를 개폐하는 타이밍은 검출수단(30)의 신호를 활용하여 설정한다.

도 2를 참조하면, 제어기(40)는 검출수단(30)을 통하여 실시간으로 온도를 검출하고(S10), 설정 범위를 초과하는 고온이 발생하는 위치를 판단하고(S20), 해당 고온 발생부에 위치한 노즐의 밸브를 작동하여 냉각수를 공급하고(S30), 배수로(27)에 수집되는 냉각수를 물탱크(21)로 회수한다(S40). 물론 냉각수를 공급하여도 온도가 저하되지 않는 경우에는 경보를 발생한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 태양광 모듈(10)은 냉각수의 집중적인 흐름을 유도하도록 표면에 배수통로(15)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 배수통로(15)가 없는 경우 멀티노즐(25)에서 분출되는 냉각수는 태양광 모듈(10)의 하단으로 갈수록 넓게 퍼진다. 이러한 퍼짐 현상을 방지하여 냉각수가 집중되도록 상하 방향으로 배수통로(15)를 형성한다. 다만, 배수통로(15)는 냉각수가 지나치게 집중되지 않도록 얕은 깊이로 형성하는 것이 좋다.

이와 같이 본 발명은 개별적으로 작동하는 분사노즐을 통하여 특정 구역에만 냉각수를 흘려보내 모듈의 온도를 낮추는 방식에 의하여 발전용량의 향상, 장비의 기대수명 증가(열화현상 예방), 냉각수의 절약이 가능한 효과를 나타낸다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 태양광 모듈 15: 배수통로
20: 분사수단 21: 물탱크
23: 펌프 25: 멀티노즐
27: 배수로 30: 검출수단
32: 온도센서 35: 열적외선센서
40: 제어기

Claims (5)

1. 태양광 모듈을 냉각하는 장치에 있어서:
   태양광 모듈(10);
   상기 태양광 모듈(10)의 상측으로 냉각수를 공급하는 멀티노즐(25)을 구비하는 분사수단(20);
   상기 태양광 모듈(10)의 온도 변화에 대응하는 신호를 생성하는 검출수단(30); 및
   상기 검출수단(30)의 신호에 대응하여 냉각수의 공급을 단속하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출수단(30)은 태양광 모듈(10)의 폭을 균등 분할하는 간격으로 온도센서(32)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 검출수단(30)은 태양광 모듈(10)의 전체 영역에 대한 온도 분포를 검출하도록 열적외선센서(35)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어기(40)는 검출수단(30)의 신호를 판독하여 설정 온도 이상의 영역을 판단하고, 멀티노즐(25)을 국부적으로 개방하여 해당 영역에 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양광 모듈(10)은 냉각수의 집중적인 흐름을 유도하도록 표면에 배수통로(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 모듈의 냉각장치.

Images