KR20150123651A

KR20150123651A - 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널

Info

Publication number: KR20150123651A
Application number: KR1020140050333A
Authority: KR
Inventors: 최진곤
Original assignee: 최진곤
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-11-04
Also published as: KR101604824B1

Abstract

본 발명은 태양광에 의하여 상승된 솔라 패널 온도를 열 에너지로 변환하여 전체 에너지 변환 효율을 증가시키고, 태양전지의 변환 성능을 일정하게 유지하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 모듈을 포함하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널에 있어서, 상기 단위 모듈은: 측면을 형성하는 프레임; 태양광을 향하는 프레임 상면에 결합하는 투명층; 상기 프레임 하면에 결합하는 베이스판; 상기 베이스판 상단에 위치하며, 상기 프레임, 베이스판 및 투명층에 의하여 형성되는 내부공간의 열을 온수용 및 난방용의 냉각수로 공급하는 열배출수단; 상기 열배출수단 상단에 부착되는 흡수판; 및 상기 흡수판 상단에 부착되는 복수의 태양전지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널{Hybrid solar panel for solar energy generation device}

본 발명은 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널에 관한 것으로 더욱 상세하게는 전기와 열을 동시에 얻을 수 있는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널에 관한 것이다.

태양광 발전 장치는 태양광에 의하여 전기를 생산하는 다수의 태양전지를 부착하고, 상기 태양전지에서 생산되는 전기를 계통에 연계하여 발전하는 장치이다. 이때 상기 태양전지는 넓은 패널에 부착되어 태양광을 흡수하도록 배치되며 고정형의 패널과 추적형 패널로 구분하여 구성된다.

특히 추적형 패널의 경우에는 태양의 위치와 연동하여 패널이 회전하는 경우로 높은 에너지 효율을 나타내는 장점이 있다.

예를 들면, 등록특허 제956451에는 태양광 발전모듈의 발전효율을 높이기 위해 태양의 일주운동에 따라 태양광을 추적할 때, 태양광 발전모듈을 지지하는 지지프레임의 회동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 태양광 발전장치가 개시되어 있으며, 구체적인 구성은 프레임과, 상기 프레임에 결합되며 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈을 포함하는 회동부와, 상기 회동부의 무게중심을 지나는 축선상의 프레임에 형성되어 상기 프레임을 회전 가능하게 지지하는 회전축들과, 상기 회전축을 지지하도록 지면으로부터 상방으로 연장되는 복수개의 서포트부재를 포함하며, 상기 프레임에 설치되어 상기 회동부의 무게중심의 변화에 따라 상기 프레임의 회전중심이 가변될 수 있도록 회전축 연장지점을 변형시킬 수 있는 축이동수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 등록특허 제1174334호에는 태양광 추적형 자체발전시스템에 있어서 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 하나 이상의 태양광 자체발전장치와, 상기 태양광 자체발전장치의 위치를 제어하는 하나 이상의 자체발전추적 제어부와, 풍속계, 일사계, 우량계와 같은 측정장치를 통해 실시간으로 외부상황을 측정하고 상기 측정장치를 통해 얻어진 측정된 값과 고도, 방위, 일출, 일몰시간, 남중고도, 일 남중시간, 낮의 길이와 같은 기본정보가 입력된 값을 통해 얻어진 데이터를 상기 자체발전추적 제어부에 근거리 통신망을 이용하여 전달하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자체발전시스템의 구성이 개시되어 있다.

또한 태양광과 풍력을 동시에 이용하는 방법들도 제시되어 있다. 예를 들면, 등록특허 제694485호에는 소형의 풍력발전기와, 상기 풍력발전기의 풍속을 감지하는 풍속센서, 및 풍력발전기에서 발생한 교류전력을 직류로 변환하는 정류기와 상기 직류전력을 일시 저장하는 풍력발전 스토리지와 제어장치를 포함하는 단위제어부로 구성되는 풍력발전 유닛과; 태양전지셀로 이루어진 태양광발전기와, 상기 태양광발전기에서 발생한 직류전력을 사용전압에 맞게 바꿔주는 DC/DC 컨버터와, 상기 DC/DC 컨버터를 통과한 직류전력이 일시 저장되는 태양광발전 스토리지로 구성되는 태양광발전 유닛; 및 상기 풍력발전 유닛 및 태양광발전 유닛에서 전송되는 전력 및 데이터를 수집하였다가 각 부하 및 관리서버로 전송하는 관리부를 포함하여 이루어지는 태양광과 풍력을 이용한 하이브리드 발전시스템의 구성이 개시되어 있다.

상기 특허들은 솔라 패널에 가장 많은 태양광이 흡수되도록 하는 점에서 높은 효율성을 나타내는 구성이고, 또한 풍력을 이용하여 태양광 에너지 뿐만 아니라 풍력 에너지도 얻을 수 있는 점에서 효율적인 특성을 나타낸다.

한편, 태양전지의 경우 입사되는 태양 에너지의 일부만 전기로 변환시키므로 나머지는 태양전지 자체의 온도를 올리는 작용을 한다. 특히 태양전지의 경우 반도체 소자이므로, 소자 표면의 온도 증가에 따라 효율이 달라지는 점이 있으며, 또한 지속적인 고온 상태는 소자 자체의 열화를 가중시키므로, 태양전지 자체는 일정한 온도로 유지되는 것이 유리하다.

그리고 일사 조건이 우수한 한여름의 경우에는 태양전지 자체의 온도가 매우 높아져 이에 별도로 냉각이 필요할 경우도 발생하므로, 전기에너지로 변환되지 못한 태양광 에너지를 별도로 유용한 열에너지로 변환하는 경우에는 전기에너지뿐만 아니라 열에너지도 얻을 수 있으면서 태양전지의 성능 유지에 유익한 역할을 하므로, 태양전지의 온도 상승을 방지할 수 있으면서 동시에 열을 회수할 수 있는 새로운 형태의 솔라패널이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 태양광에 의하여 상승된 솔라 패널 온도를 열 에너지로 변환하여 전체 에너지 변환 효율을 증가시키고, 태양전지의 변환 성능을 일정하게 유지하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라 패널을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 모듈을 포함하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널에 있어서, 상기 단위 모듈은: 측면을 형성하는 프레임; 태양광을 향하는 프레임 상면에 결합하는 투명층; 상기 프레임 하면에 결합하는 베이스판; 상기 베이스판 상단에 위치하며, 상기 프레임, 베이스판 및 투명층에 의하여 형성되는 내부공간의 열을 온수용 및 난방용의 냉각수로 공급하는 열배출수단; 상기 열배출수단 상단에 부착되는 흡수판; 및 상기 흡수판 상단에 부착되는 복수의 태양전지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 흡수판은 상기 태양전지에서 발생되는 열을 신속히 전달하기 위하여 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 흡수판은 동 또는 알루미늄인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 내부공간은 진공으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 내부공간에는 상기 투명창과 상기 베이스판 사이를 지지하는 복수의 지지핀이 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 내부공간은 아르곤 가스를 주입한 후, 내부의 가스를 제거하여 진공으로 형성하여 잔류 가스가 아르곤을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 모듈의 사이에는 각 모듈에 연장되는 전선들과 히트파이프체의 일단들이 서로 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열배출수단은 히트파이프체인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열배출수단은 열교환기인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널는 태양전지 표면의 급격한 온도 상승을 방지하여 태양전지의 성능을 일정하게 유지하는 효과가 있으며, 또한, 전기에너지로 변환되지 못하고 패널 등에 흡수된 태양광 에너지를 유효한 열에너지로 변환하여 온수 또는 난방용으로 활용될 수 있어, 본 발명에 따른 솔라패널을 적용하여 태양광 발전 장치를 구현하는 경우, 열병합 발전과 같은 전체 에너지 활용 효율을 증가시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 솔라패널을 구성하는 단위 모듈의 단면도이며,
도 2는 도 1에 도시된 히트파이프체의 형상을 나타내는 정면도이며,
도 3은 도 1의 단위 모듈의 연결관계를 나타내는 구성도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 솔라패널(100)은 도 1에 도시된 바와 같은 단면 구조를 갖는 단위 모듈(3)을 포함하는 것으로, 프레임(2), 상기 프레임(2) 상면에 위치하는 투명층(10), 상기 투명층(10)과 일정한 거리로 이격된 위치에 형성되는 베이스판(20), 상기 투명층(10)과 상기 베이스판(20) 사이에 형성되는 내부 공간(30), 상기 내부 공간(30)에 위치하며, 상단에 태양전지(40)가 부착되는 흡수판(50), 상기 투명층(10)과 상기 베이스판(20) 사이의 위치하여 서로의 거리를 유지하는 다수의 지지핀(60), 상기 흡열판(50)과 베이스판(20) 사이에 위치하여 열에너지를 외부로 전달하는 히트파이프체(70)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 프레임(3), 투명층(10)과 상기 베이스판(20)에 의하여 내부에 내부공간(30)을 형성하는 솔라패널(100) 모듈(3)의 케이스(1)가 구성된다.

상기 투명층(10)은 투명의 재질로 구성되며, 태양을 향하여 배치된다. 상기 투명층(10)의 재질은 유리가 바람직하나, 다른 투명성을 갖는 합성수지로도 구성될 수 있으며, 두께는 전체 강도가 유지될 수 있도록 적절히 선택한다.

상기 베이스판(20)은 단열 재료로 구성하여 열이 베이스판(20)의 통하여 외부로 배출되는 것을 최대한 방지하도록 재질이 선택된다.

그리고 상기 베이스판(20)과 상기 투명층(10) 사이에는 지지핀(60)이 위치하며, 상기 지지핀(60)은 베이스판(20)과 상기 투명층(10) 사이의 거리를 유지시키기 위한 구성으로 일정한 간격으로 다른 부품과 간섭이 발생하지 않는 위치에 배치시킨다.

상기 베이스판(20) 상단에는 히트파이프체(70)가 배치되며, 상기 히트파이프체(70)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부공간(30)과 접촉 면적을 넓이기 위하여 지그재그형태로 배치되며, 상기 케이스(1)의 측면을 통하여 외부로 연장되며, 연장된 히트파이프체(70)의 끝단에 냉각수가 포함된 온수통에서 냉각수와 열교환하도록 구성한다.

상기 히트파이프체(70)는 상기 온수통에 포함된 냉각수와 상기 솔라패널(100) 내부공간(30)과 열교환이 진행되어 상기 내부공간(30)의 온도를 저감시키는 역할을 하며, 온수통의 냉각수의 온도는 증가시키게 된다.

이때 상기 냉각수는 일정시간 온수통에 채류한 후 외부로 배출시키는 경우 필요한 사용처에서 온수로 사용할 수 있으며, 난방용으로 사용하는 경우 상기 냉각수를 순환시키면된다.

상기 히트파이프체(70)는 상단에 위치하는 흡열판(50)이 부착된다. 상기 흡열판(50)은 열전도도가 높은 금속재질이 적절하며, 동판이 가장 바람직하며, 필요한 경우, 알루미늄 판으로 사용할 수도 있다.

또한 히트파이프체(70)와 흡열판(50)은 전도성 접착제를 이용하여 부착하는 것이 열전도 측면에서 유리하다.

상기 흡열판(50) 상단에는 다수의 단위 셀들이 배치된 패널 형태의 태양전지(40)가 부착되며, 상기 태양전지(40)는 상기 투명층(30)과 좁은 간격으로 거리를 유지하는 것이 바람직하며, 상기 간격은 1mm 내지 2mm이다.

상기 간격이 1mm미만인 경우에는 투명층(10)가 태양전지(40) 전면과의 사이에 공기 유동이 미미하여 태양전지(40) 표면 온도가 낮아지지 않으며, 2mm를 초과하는 경우에는 공간적으로 불리하다.

상기 태양전지(40)와 프레임(2)의 접촉부는 단열을 위하여 별도의 단열재가 추가되어 구성될 수 있다.

상기 흡열판(50)은 열전도도가 높은 재질이므로, 상기 태양전지(40)의 온도 증가가 있는 경우, 열을 하부 히트파이프체(70)로 바로 전달하므로, 태양전지(40)의 온도 증가를 방지하는 효과를 제공한다.

상기 흡열판(50)에 부착되는 히트파이프체(70)와 상기 태양전지(40)는 열전도도가 높은 접착제를 이용하여 부착하는 것이 열저항을 줄이는 측면에서 유리하다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 투명층(10)과 태양전지(40) 사이와 흡열판(50)과 베이스판(20) 사이에는 각 부품의 간격 유지를 위한 스페이서(61)를 배치할 수 있다.

또한, 베이스판(20)의 상단 내부공간(30) 측에는 추가적인 단열 성능을 향상시키기 위하여 내부 단열재(21)를 추가하여 배치할 수 있다.

상기 태양전지(40)는 별도의 정션박스를 통하여 외부와 전기적 배선이 이루어지며, 상기 태양전지(40)는 다수의 셀로 이루어지며, 셀간의 연결은 통상의 방식으로 구현되어 상기 정션박스와 최종적으로 배선된다.

한편, 상기 내부공간(30)은 단열 특성을 증가시키기 위하여 진공으로 유지하는 것이 바람직하며, 진공에 따른 투명층(10)과 베이스판(20)의 거리 변화는 상기 지지핀(60)이 방지한다.

또한 필요한 경우 상기 내부공간(30)에 불활성 가스(Ar)를 주입한 후, 진공으로 형성하여 일부 잔류되는 성분이 불활성 가스만되도록 제조할 수 있다.

한편 본원 발명의 솔라패널(100)은 일정한 크기로 제조되어야 하므로, 상기의 단위 모듈(3)을 제조하여 다수의 단위 모듈(3)이 도 3에 도시된 바와 같이, 배치되어 최종 솔라패널(100)이 형성되도록 구성할 수 있다.

이때 상기 히트파이프체(70)는 프레임(2)과 프레임(2) 사이에 서로 연통되도록 구성하고 전체 히트파이프체(70)의 끝단은 냉각수와 열교환하도록 구성하며, 태양전지(40)의 배선은 통상의 방법으로 연결하면 된다.

상기 히트파이프체(70)는 필요한 경우, 냉각수가 순환하는 열교환기 형태로 대체될 수 있다. 상기 열교환기는 전체 제조 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 본원 발명의 혼합형 솔라패널(100)은 제조 방법은 비교적 간단하게 수행할 수 있다.

먼저 프레임(2)을 제조한 후, 투명층(10)을 전면에 부착한다.

이후 투명층(10)에 지지핀(60)을 배치한 후, 태양전지(40)를 지지핀(60)과 간섭이 발생하지 하도록 배치한다.

이후, 상기 태양전지(40)와 연결되는 정션박스를 설치하여 배선한다.

이후 상기 태양전지(40) 배면에 내열성 접착제를 도포한다.

이후 흡열판(50)을 부착한 후, 상기 흡열판(50)의 배면에 내열성 접착제를 도포한 후 히트파이프체(70)를 상기 흡열판(50)에 부착한다.

이후, 베이스판(20)을 부착하고, 내부에 아르곤 가스를 주입한다.

이후 내부를 진공으로 형성한후 전체를 밀봉하여 완성한다.

상기 제조 방법은 일실시예를 나타낸 것으로, 특히 흡열판(50), 태양전지(40) 및 히트파이프체(70)를 먼저 조립한 후, 프레임(2)에 결합하는 방식으로도 진행 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 케이스 2: 프레임
3: 모듈 10: 투명층
20: 베이스판 21: 내부 단열재
30: 내부공간 40: 태양전지
50: 흡수판 60: 지지핀
61: 스페이서 70: 히트파이프체
100: 혼합형 솔라패널

Claims

복수의 모듈을 포함하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널에 있어서,
상기 단위 모듈은:
측면을 형성하는 프레임;
태양광을 향하는 프레임 상면에 결합하는 투명층;
상기 프레임 하면에 결합하는 베이스판;
상기 베이스판 상단에 위치하며, 상기 프레임, 베이스판 및 투명층에 의하여 형성되는 내부공간의 열을 온수용 및 난방용의 냉각수로 공급하는 열배출수단;
상기 열배출수단 상단에 부착되는 흡수판; 및
상기 흡수판 상단에 부착되는 복수의 태양전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 1에 있어서, 상기 흡수판은 상기 태양전지에서 발생되는 열을 신속히 전달하기 위하여 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 2에 있어서, 상기 흡수판은 동 또는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 3에 있어서, 상기 내부공간은 진공으로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 4에 있어서, 상기 내부공간에는 상기 투명창과 상기 베이스판 사이를 지지하는 복수의 지지핀이 위치하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 4에 있어서, 상기 내부공간은 아르곤 가스를 주입한 후, 내부의 가스를 제거하여 진공으로 형성하여 잔류 가스가 아르곤을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 5에 있어서, 상기 모듈의 사이에는 각 모듈에 연장되는 전선들과 히트파이프체의 일단들이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 1에 있어서, 상기 열배출수단은 히트파이프체인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.
청구항 1에 있어서, 상기 열배출수단은 열교환기인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치용 혼합형 솔라패널.