KR20150077073A - 집광형 태양광발전장치 - Google Patents

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KR20150077073A
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Abstract

본 발명은 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부 및 이를 포함하는 집광형 태양광발전장치에 관한 것으로서, 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화에 무관하게 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있는 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부 및 이를 포함하는 집광형 태양광발전장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명은, 집광형 태양광발전장치로서, 복수 개의 단위모듈을 포함하는 태양전지모듈; 설치공간에 고정되는 고정부재; 상기 고정부재의 상부에 지지되고, 내부에 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지부; 및 상기 단위모듈의 상부에 구비되고, 태양광을 집광하여 상기 단위모듈의 입광면으로 상기 태양광을 분산시키는 집광렌즈부;를 포함하고, 상기 지지부는 상부가 개방된 반구형 형상을 구비하고, 상기 태양전지모듈은 상기 지지부의 내측면 중 일부분에서 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치에 관한 것이다.

Description

집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부 및 이를 포함하는 집광형 태양광발전장치{SUNBEAMS CONCENTRATING LENS UNIT FOR CONCENTRATING SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATOR AND CONCENTRATING SOLAR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부 및 이를 포함하는 집광형 태양광발전장치에 관한 것으로서, 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각 변화에 무관하게 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있는 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부 및 이를 포함하는 집광형 태양광발전장치에 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.
여기서, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자를 포함한다.
상기 태양광발전에 이용되는 태양전지는, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
대부분의 태양전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.
이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다.
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 태양전지모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.
그러나 태양전지모듈은, 일정 전력을 얻기 위하여 다량 사용되어야 하기 때문에 설치장소에 제한이 따른다. 즉, 태양전지모듈은 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별문제가 없지만, 주택의 상당수를 차지하는 공동주택에 설치하는 경우에는 세대 내 개별 설치가 어려운 문제점이 있다.
종래의 태양전지모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 메인프레임들과 태양전지모듈을 지지하는 지지대들, 메인프레임을 지면에 대해서 지지하는 지지기둥 등이 각각 용접에 의하여 접합되는 경우가 많아서 일단 한번 위치가 정해진 후 용접이 완료되면 배치상태 조정에 어려움이 있었다.
특히, 수많은 태양전지모듈을 대량으로 지지하는 고정형 지지구조물의 경우, 그 배치각도가 고정되어 있어서, 절기 변화에 따른 태양 고도에 변화에 따라 태양전지모듈의 배치각도를 조정하는데 한계가 있어서 집광효율 및 전기생산효율이 떨어진다는 문제점도 있었다.
즉, 우리나라의 경우, 위도(38°)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52°정도이고, 하지에는 75.5°가 되며, 동지에는 28.5°정도가 된다.
그런데 종전의 태양전지모듈은 정남향을 향하여 고정된 기울기 각도를 가진채로 설치되어 있어서 계절별로 전기생산량의 편차가 크다는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 또 다른 종래기술에 따른 태양전지모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 계절변화에 따른 태양의 남중고도 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각에 맞추어 태양전지모듈을 회전 및 각도조절하도록 구성된다.
하지만, 또 다른 종래기술에 따른 태양전지모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 상기 태양전지모듈의 설치각도를 변화시키기 위한 구동부를 필수적으로 포함하여야 하므로, 복잡한 구성과 복잡한 제어알고리즘이 필수적으로 수반되어야 하므로 제조단가가 상당히 고가로 형성될 수 밖에 없다는 문제점이 존재하는 동시에, 태양전지모듈에서 발전된 전력의 일부를 상기 구동부를 작동시키는데 할애해야하므로 광발전효율을 저하시키는 문제점도 함께 수반될 수 밖에 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래기술의 문제점을 해결하는 태양광발전장치를 제공하는 것이다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 간단한 구조로 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각 변화에 무관하게 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있도록 하는 태양광발전장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조로 태양광발전장치의 효율을 고효율화할 수 있는 태양광발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 집광형 태양광발전장치로서, 복수 개의 단위모듈을 포함하는 태양전지모듈; 설치공간에 고정되는 고정부재; 상기 고정부재의 상부에 지지되고, 내부에 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지부; 및 상기 단위모듈의 상부에 구비되고, 태양광을 집광하여 상기 단위모듈의 입광면으로 상기 태양광을 분산시키는 집광렌즈부;를 포함하고, 상기 지지부는 상부가 개방된 반구형 형상을 구비하고, 상기 태양전지모듈은 상기 지지부의 내측면 중 일부분에서 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치를 제공할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 지지부는 반구형상의 내측면을 포함하고, 상기 반구형상의 내측면에는 상기 내측면으로 입사된 태양광을 상기 집광렌즈부 쪽으로 반사시키는 반사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 반사부는 상기 지지부의 내측면으로 입사되는 태양광을 상기 집광렌즈부 쪽으로 반사시키는 복수 개의 소형거울로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 지지부는 하부에서 상기 지지부의 하부를 관통하는 배출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 집광렌즈부는 상기 단위모듈의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 받침대에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 소정 높이는 상기 집광렌즈부가 상기 지지부의 개방된 상부와 동일한 높이 또는 상기 개방된 상부보다 높은 높이인 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 집광렌즈부는 광투과성 물질로 구성되고, 전체적으로 중공구 형상을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 집광렌즈부는, 중공구 형상을 구비하는 본체와, 상기 본체의 외주면 전체에 걸쳐 서로 동일한 간격으로 배치되고, 상기 본체의 외주면에 입사되는 태양광을 상기 본체의 내부 중심 쪽으로 집광시키는 복수 개의 볼록렌즈부와; 상기 본체의 내부 중심에 배치되고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부에 의해 집광된 태양광을 상기 본체의 하부로 향하게 하는 집광구와, 상기 본체의 하부에 구비되며, 상기 집광구에 의해 상기 본체의 하부로 향하는 태양광을 상기 단위모듈의 입광면으로 분산시키는 오목렌즈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 오목렌즈부는 상기 본체의 하부에 탈착가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 집광구는 상기 오목렌즈부의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 집광구용 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는, 상기 집광구용 지지대는 광투과성 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 집광형 태양광발전장치의 태양전지모듈에 포함되는 복수 개의 단위모듈 각각의 상부에 구비되고, 태양광을 집광하여 상기 태양광이 상기 단위모듈의 입광면을 향하도록 상기 태양광의 광경로를 조절하는 집광렌즈부로서, 광투과성 물질로 구성되고, 중공구 형상을 구비하는 본체와; 상기 본체의 외주면 전체에 걸쳐 서로 동일한 간격으로 배치되고, 상기 본체의 외주면에 입사되는 태양광을 상기 본체의 내부 중심 쪽으로 집광시키는 복수 개의 볼록렌즈부와; 상기 본체의 내부 중심에 배치되고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부에 의해 집광된 태양광을 상기 본체의 하부로 향하게 하는 집광구와; 상기 본체의 하부에 구비되며, 상기 집광구에 의해 상기 본체의 하부로 향하는 태양광을 상기 단위모듈의 입광면으로 분산시키는 오목렌즈부;를 포함하는 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부를 제공할 수 있다.
전술한 과제해결수단에 의하면, 본 발명은 복잡한 구동장치를 필요로 하지 않는 간단한 구조로 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각 변화에 무관하게 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 고효율이면서 제조단가가 상당히 저렴하며 동시에 수명이 향상되어 유지보수비용을 절감할 수 있는 태양광발전장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 볼록렌즈부와 오목렌즈부를 포함하는 집광렌즈부를 구비함으로써, 간단한 구조로 태양광발전장치의 효율을 고효율화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치에 대한 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치에 대한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치에 대한 개략적인 종단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 집광렌즈부에 대한 개략적인 사시도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 집광렌즈부에 대한 개략적인 분해 사시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치의 작동상태에 대한 개략적인 종단면도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 집광렌즈부의 작동상태에 대한 개략적인 종단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치(1000)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치(1000)에 대한 개략적인 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치(1000)에 대한 개략적인 종단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치(1000)는, 태양전지모듈(200)과, 고정부재(100)와, 지지부(400)와, 집광렌즈부(500)를 포함한다.
상기 태양전지모듈(200)은 복수 개의 단위모듈을 포함한다. 상기 태양전지모듈(200)은 상기 지지부(400)의 내부에서 수평방향으로 설치된다. 상기 태양전지모듈(200)의 하부면에는 격자형태로 구성된 지지프레임(300)이 결합되고, 상기 지지프레임(300)은 상기 지지부(400)의 내측면에 고정 및 결합되어 상기 지지부(400)에 의해 지지된다.
상기 복수 개의 단위모듈은 각각 태양광이 입사하는 입광면을 구비하고, 상기 복수 개의 단위모듈 각각은 입광면의 중심에서 후술할 받침대(510) 및 상기 입광면에서 소정 높이 높게 위치하는 (후술할) 집광렌즈부(500)를 구비한다.
상기 고정부재(100)는 집광형 태양광발전장치(1000)가 설치되는 설치공간에 고정되고, 상부에서 상기 지지부(400)를 지지하도록 구성된다.
상기 고정부재(100)는 상기 설치공간과의 지지면적을 증가시키기 위하여 하부에 하부 서포트 플레이트(110)를 구비한다.
상기 지지부(400)는 상기 고정부재(100)의 상부에 지지되고, 내부에 상기 태양전지모듈(200)을 지지한다.
구체적으로, 상기 지지부(400)는 상부가 개방된 반구형 형상을 구비하고, 상기 지지부(400)의 내측면 중 일부분에서 수평방향으로 배치된 상기 태양전지모듈(200)(즉, 지지프레임(300))을 지지한다. 상기 태양전지모듈(200)은 반구형 형상인 상기 지지부(400)의 내측면에서 상기 지지부(400)의 최저부에서부터 소정 높이 높은 부분에 결합 및 고정된다.
상기 지지부(400)를 상부가 개방된 반구형 형상으로 구비하고 상기 지지부(400)의 내부에 태양전지모듈(200)을 배치시킴으로써, 강풍에 의해 동반되는 돌과 같은 이물질이 태양전지모듈(200)에 충돌하는 것을 방지하여 태양전지모듈(200)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 지지부(400)는 반구형상의 내측면을 포함한다. 상기 반구형상의 내측면에는 상기 내측면으로 입사된 태양광을 상기 집광렌즈부(500) 쪽으로 반사시키는 반사부(410)를 구비한다. 여기서, 상기 반구형상의 내측면은 단위유닛 각각의 상부에 구비되는 복수 개의 집광렌즈부(500) 쪽으로 태양광을 반사하도록하는 곡률을 가지도록 성형가공된다.
바람직하게는, 상기 반사부(410)는 상기 지지부(400)의 내측면으로 입사되는 태양광을 각각의 집광렌즈부(500) 쪽으로 반사시키는 복수 개의 소형거울로 구성될 수 있다.
변형 실시예로서, 상기 반사부(410)는 경면(鏡面) 코팅가공되어 형성될 수도 있다.
상기 반사부(410)는 상기 반구형상의 내측면의 전체면적 중에서 상기 태양전지모듈(200)이 설치되는 부분에서부터 개방된 상부단부까지만 구비되는 것이 바람직하다. 이는, 실질적으로 상기 반구형상의 내측면의 전체면적 중에서 태양전지모듈(200)이 설치된 부분의 하부부분은 태양전지모듈(200)에 의해 태양광 반사경로가 차단되기 때문이며, 실질적으로 집광렌즈부(500)에 태양광을 반사할 수 있는 내측면 부분에만 반사부(410)를 형성함으로써, 반사부(410)를 형성하는데 소요되는 제조비용을 절감할 수 있다.
물론, 상기 반사부(410)는 반구형상의 내측면에 전체적으로 형성될 수 있음은 당연한다.
상기 지지부(400)는 하부(예를 들어, 최저바닥부)에서 상기 지지부(400)의 하부를 관통하는 배출구(420)를 구비할 수 있다. 이는, 상기 지지부(400)가 전체적으로 반구형으로 구성되어 비가 오거나 눈이 오는 경우, 상기 지지부(400)의 내부에 물이 고이기 쉬어, 이렇게 고인 물을 외부로 배출하여 고인 물로 인한 지지부(400)의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 배출구(420)는 상기 지지부(400)의 내측면의 최저바닥부에서 외측면을 향해 경사지게 형성될 수 있다. 이로 인해, 상기 배출구(420)와 상기 고정부재(100) 사이의 공간적 간섭을 방지할 수 있다.
상기 집광렌즈부(500)는 상기 단위모듈의 상부에 구비되고, 직사광선인 태양광 또는 상기 반사부(410)에 의해 반사되는 태양광을 집광하여 상기 단위모듈의 입광면으로 상기 태양광을 분산 또는 가이드하도록 구성된다.
상기 집광렌즈부(500)는 상기 단위모듈의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 받침대(510)에 의해 지지된다.
여기서, 바람직하게는, 상기 소정 높이는 상기 집광렌즈부(500)가 상기 지지부(400)의 개방된 상부와 동일한 높이 또는 상기 개방된 상부보다 높은 높이일 수 있다. 이러헥, 상기 집광렌즈부(500)를 상기 지지부(400)의 개방된 상부의 높이 이상 위치시킴으로써, 태양으로부터의 직사광선을 보다 많이 집광시킬 수 있다.
따라서, 복잡한 구동장치를 필요로 하지 않는 간단한 구조의 고정형 태양광발전장치를 사용하여 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각 변화에 무관하게 태양전지모듈(200)의 입광면에 입사되는 태양광량을 충분히 확보할 수 있어 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있다. 또한, 본 발명은 복잡한 구동구조 및 복잡한 제어알고리즘을 불필요로 하므로, 고효율이면서 제조단가가 상당히 저렴하며 동시에 수명이 향상되어 유지보수비용을 절감할 수 있다.
이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 집광렌즈부(500)에 대해 보다 구체적으로 기술하기로 한다.
도 4a는 본 발명에 따른 집광렌즈부(500)에 대한 개략적인 사시도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 집광렌즈부(500)에 대한 개략적인 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집광렌즈부(500)는, 상기 집광렌즈부(500)는 상기 단위모듈의 상부에서 상기 지지부(400)의 개방된 상부의 높이 이상의 위치에 구비되고, 태양으로부터 직사광선인 태양광 또는 상기 반사부(410)에 의해 반사되는 태양광을 모두 집광하여 상기 단위모듈의 입광면 쪽으로 상기 태양광을 분산 및/또는 가이드하도록 구성된다.
상기 집광렌즈부(500)는 전체적으로 광투과성 물질로 구성되고, 전체적으로 중공구(中空球) 형상을 구비한다. 구체적으로, 상기 집광렌즈부(500)는 하부부분(521)에서 후술할 오목렌즈부(550)가 결합되고, 상기 오목렌즈부(550)가 결합되는 하부부분(521)을 제외하곤 전체적으로 구(球)형상을 가진다. 상기 집광렌즈부(500)는 내부에 집광구(540)를 수용하기 위하여 내부가 비어 있도록 구성(즉, 중공형으로 구성)된다.
구체적으로, 상기 집광렌즈부(500)는, 광투과성 물질로 구성된 본체(520)와, 복수 개의 볼록렌즈부(530)와, 집광구(540)와, 하나의 오목렌즈부(550)를 포함한다.
상기 본체(520)는 소정의 두께를 가지는 중공구 형상을 구비하고, 하부에 오목렌즈부(550)가 결합될 수 있도록 구성되고, 외주면에 볼록렌즈부(530)가 지지될 수 있도록 하는 부분이다.
상기 복수 개의 볼록렌즈부(530)는 상기 본체(520)의 외주면 전체에 걸쳐 서로 동일한 간격으로 배치되고, 상기 본체(520)의 외주면에 입사되는 태양광을 상기 본체(520)의 내부 중심 쪽으로 집광시키는 부분이다. 상기 볼록렌즈부(530)는 상기 본체(520)에 의해 지지되거나 상기 본체(520)와 일체형으로 형성되며, 상기 본체(520)의 외부면에 구비되어 외측방향으로 볼록한 곡률을 가지는 부분과 상기 본체(520)의 중심방향으로 볼록한 곡률을 가지는 부분을 포함한다.
상기 볼록렌즈부(530)는 태양광선으로부터 직사광선인 태양광 및/또는 상기 반사부(410)에 의해 반사된 태양광을 외주면을 통하여 수광한 후, 상기 본체(520)의 중심을 향하여 태양광들을 집광시킨다.
상기 집광구(540)(集光球)는 상기 본체(520)의 내부 중심에 배치되고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부(530)에 의해 집광된 태양광을 상기 본체(520)의 하부로 향하게 광경로를 가이드한다.
변형 실시예로서, 집광구(540)를 생략하고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부(530)의 광초점이 오목렌즈부(550)의 입광면을 향하도록 상기 복수 개의 볼록렌즈부(530)를 본체(520)에 배치할 수도 있다.
상기 오목렌즈부(550)는 상기 본체(520)의 하부에 구비되며, 상기 집광구(540)에 의해 상기 본체(520)의 하부로 향하는 태양광을 수광하여 상기 단위모듈의 입광면으로 분산 및/또는 가이드하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 오목렌즈부(550)는 상기 본체(520)의 하부에 탈착가능하게 결합된다. 이로 인해, 집광렌즈부(500)의 제조시, 본체(520)와 볼록렌즈부(530)를 일체형으로 주조 등으로 성형가공하고, 오목렌즈부(550)는 별도로 주조 등으로 성형가공하여, 상기 본체(520)와 오목렌즈부(550)를 나사결합방식으로 결합하거나 또는 용접 방식으로 결합함으로써, 집광렌즈부(500)의 제조과정을 단순하고 용이화할 수 있다.
상기 집광구(540)는 상기 오목렌즈부(550)의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 집광구용 지지대(541)에 의해 지지된다. 상기 집광구용 지지대(541)는 상기 오목렌즈부(550)에 일체형으로 제조될 수 있다.
상기 집광구용 지지대(541)는 광투과성 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 집광구용 지지대(541)도 오목렌즈부(550)의 입광면에 태양광을 유도하는 경로로 사용할 수 있어, 집광구용 지지대(541)로 인한 광량 손실을 최소화할 수 있다.
상기 오목렌즈부(550)의 하부에는 단위모듈의 중심에서부터 연결되는 받침대(510)가 결합되거나 구비될 수 있다.
도 5a는 본 발명에 따른 집광형 태양광발전장치(1000)의 작동상태에 대한 개략적인 종단면도이고, 도 5b는 본 발명에 따른 집광렌즈부(500)의 작동상태에 대한 개략적인 종단면도이다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 집광렌즈부(500)는 항상 지지부(400)의 개방된 상부를 통하여 태양광에 노출될 수 있으며, 태양으로부터 직사광선인 태양광과 지지부(400)에 구비되는 반사부(410)에 의해 반사된 태양광을 모두 수광하여 상기 집광렌즈부(500)의 내부 중심으로 집광시킨다.
구체적으로, 태양으로부터 직사광선인 태양광과 지지부(400)에 구비되는 반사부(410)에 의해 반사된 태양광은 집광렌즈부(500)의 표면에 균일하게 분포된 복수 개의 볼록렌즈부(530)의 입광면을 통하여 입사되어 볼록렌즈부(530)의 출광면을 통하여 방출되면서 상기 태양광의 광초점이 집광구(540)로 집중되고, 상기 집광구(540)의 표면을 통하여 수광된 태양광은 하부방향으로 방출되며, 이렇게 하부 방향으로 방출된 태양광은 오목렌즈부(550)의 입광면을 통하여 입사된 후, 오목렌즈부(550)의 출방면을 통하여 방출되면서 단위모듈의 입광면의 표면적에 대응되게 광분산되어 단위모듈 전체적으로 균일한 태양광량을 입사하게 된다.
이러한 방식으로 태양광을 집광하는 집광렌즈부(500)는 계절의 변화에 따른 태양의 남중고도의 변화에 무관하게 그리고 하루 중 태양의 고도 및 방위각의 변화에 무관하게 항상 고광량을 단위모듈로 공급할 수 있다.
전술한 바에 의하면, 본 발명은 복잡한 구동장치를 필요로 하지 않는 간단한 구조로 계절 변화에 따른 태양의 남중고도 변화 및 하루 중 시간변화에 따른 태양의 고도 및 방위각 변화에 무관하게 광발전효율을 고효율로 유지할 수 있다. 이로 인해, 본 발명은 고효율이면서 제조단가가 상당히 저렴하며 동시에 수명이 향상되어 유지보수비용을 절감할 수 있는 태양광발전장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 볼록렌즈부와 오목렌즈부를 포함하는 집광렌즈부를 구비함으로써, 간단한 구조로 태양광발전장치의 효율을 고효율화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
1000 : 집광형 태양광발전장치
100 : 고정부재
200 : 태양전지모듈
300 : 지지프레임
400 : 지지부
500 : 집광렌즈부

Claims (12)

  1. 집광형 태양광발전장치로서,
    복수 개의 단위모듈을 포함하는 태양전지모듈;
    설치공간에 고정되는 고정부재;
    상기 고정부재의 상부에 지지되고, 내부에 상기 태양전지모듈을 지지하는 지지부; 및
    상기 단위모듈의 상부에 구비되고, 태양광을 집광하여 상기 단위모듈의 입광면으로 상기 태양광을 분산시키는 집광렌즈부;를 포함하고,
    상기 지지부는 상부가 개방된 반구형 형상을 구비하고,
    상기 태양전지모듈은 상기 지지부의 내측면 중 일부분에서 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 반구형상의 내측면을 포함하고, 상기 반구형상의 내측면에는 상기 내측면으로 입사된 태양광을 상기 집광렌즈부 쪽으로 반사시키는 반사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 지지부의 내측면으로 입사되는 태양광을 상기 집광렌즈부 쪽으로 반사시키는 복수 개의 소형거울로 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는 하부에서 상기 지지부의 하부를 관통하는 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부는 상기 단위모듈의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 받침대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 소정 높이는 상기 집광렌즈부가 상기 지지부의 개방된 상부와 동일한 높이 또는 상기 개방된 상부보다 높은 높이인 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부는 광투과성 물질로 구성되고, 전체적으로 중공구 형상을 구비하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 집광렌즈부는,
    중공구 형상을 구비하는 본체와;
    상기 본체의 외주면 전체에 걸쳐 서로 동일한 간격으로 배치되고, 상기 본체의 외주면에 입사되는 태양광을 상기 본체의 내부 중심 쪽으로 집광시키는 복수 개의 볼록렌즈부와;
    상기 본체의 내부 중심에 배치되고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부에 의해 집광된 태양광을 상기 본체의 하부로 향하게 하는 집광구와;
    상기 본체의 하부에 구비되며, 상기 집광구에 의해 상기 본체의 하부로 향하는 태양광을 상기 단위모듈의 입광면으로 분산시키는 오목렌즈부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오목렌즈부는 상기 본체의 하부에 탈착가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  10. 제8항에 있어서
    상기 집광구는 상기 오목렌즈부의 중심에서부터 소정 높이로 연장되는 집광구용 지지대에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 집광구용 지지대는 광투과성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전장치.
  12. 집광형 태양광발전장치의 태양전지모듈에 포함되는 복수 개의 단위모듈 각각의 상부에 구비되고, 태양광을 집광하여 상기 태양광이 상기 단위모듈의 입광면을 향하도록 상기 태양광의 광경로를 조절하는 집광렌즈부로서,
    광투과성 물질로 구성되고, 중공구 형상을 구비하는 본체와;
    상기 본체의 외주면 전체에 걸쳐 서로 동일한 간격으로 배치되고, 상기 본체의 외주면에 입사되는 태양광을 상기 본체의 내부 중심 쪽으로 집광시키는 복수 개의 볼록렌즈부와;
    상기 본체의 내부 중심에 배치되고, 상기 복수 개의 볼록렌즈부에 의해 집광된 태양광을 상기 본체의 하부로 향하게 하는 집광구와;
    상기 본체의 하부에 구비되며, 상기 집광구에 의해 상기 본체의 하부로 향하는 태양광을 상기 단위모듈의 입광면으로 분산시키는 오목렌즈부;를 포함하는 집광형 태양광발전장치용 집광렌즈부.
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