KR20160060283A

KR20160060283A - 해수담수화가 가능한 태양광발전장치

Info

Publication number: KR20160060283A
Application number: KR1020140162278A
Authority: KR
Inventors: 김준섭
Original assignee: (주)미래경영기술
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30
Also published as: KR101647994B1

Abstract

본 발명은 태양광발전장치에 관한 것으로서, 태양전지판이 경사지게 배치된 태양광발전부와; 상기 태양전지판의 상부에 일정높이 이격되게 배치된 유리판과; 상기 태양전지판의 높이가 높은 일측에 배치되어, 상기 태양전지판의 표면으로 해수를 공급하는 해수공급부와; 상기 태양전지판의 높이가 낮은 타측에 배치되어, 상기 태양전지판과 해수의 접촉에 의해 생성된 소금결정이 수집되는 소금수집관과; 상기 해수공급부의 일측에 구비되며, 상기 태양전지판과 상기 유리판 사이의 이격공간을 따라 하부에서 상부로 이동되며 해수로부터 증발된 수증기를 함유한 공기를 응축시켜 담수를 생성하는 열교환부를 포함하며, 상기 열교환부는, 심해수가 유입되는 심해수유입관과; 상기 심해수유입관과 이격되게 배치되는 심해수배출관과; 상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관을 서로 연결하는 복수개의 심해수열교환관과; 상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관 및 상기 심해수열교환관을 내부에 수용하며, 일측에 상기 수증기를 함유한 공기가 유입되는 수증기유입구가 형성된 외부케이스와; 상기 심해수열교환관과의 열전달에 의해 상기 수증기가 응축되며 발생된 담수가 저장되는 담수탱크와; 상기 외부케이스의 상부에 결합되어 응축이 완료된 공기를 외부로 배출하는 공기배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해수담수화가 가능한 태양광발전장치{PHOTOVOLTAICS SYSTEM TO ABLE SEAWATER DESALINATION}

본 발명은 태양광발전장치에 관한 것으로서, 보다 자세히는 태양전지판의 열을 이용해 해수로부터 소금을 생산하고, 저온의 심해수를 이용해 해수를 담수화할 수 있는 태양광발전장치에 관한 것이다.

해수를 증발시켜 담수를 취하는 방법은 오래전부터 시도되었으며, 해수를 증발시키기 위한 수단으로서 태양에너지를 이용하는 방법 또한 근래에 이르면서 많은 관심을 받게 되었다.

일반적으로 해수로부터 담수를 분리하는 공정은 에너지원에 따라 크게 열에너지, 기계/전기에너지, 재생에너지 시스템으로 구분되며, 담수제조방식에 따라서는 증발/증류법, 역삼투압법, 냉동법, 전기투석법 등이 있다.

해수를 담수화하는 장치와 관련해서는 공개특허 제2001-0088963호 "무동력 해수담수화장치와 해수담수방법", 공개특허 제2011-0068728호 "열교환기를 이용한 에너지 절감형 해수담수화 장치 및 이를 이용한 해수담수화 방법"에 개시된 바 있다.

태양열을 이용한 담수법은 열에너지를 이용하는 방법으로 증발기를 1개 적용한 단효용, 그리고 담수 수율을 높이기 위하여 여러개의 증발기를 채택한 다단효용 시스템으로 구분된다. 이 다단 시스템은 크게 다단 플래시증류법(Multi-Stage Flash Distillation, MSF)과 다중효용 증발법(Multi-Effect Evaporation, MED)으로 구분되고 있다. 이러한 방식은 고온의 스템을 사용하거나 대량의 담수를 제조하는 대형시스템에 적용되고 있다.

반면 기존 태양열을 열원으로 하는 담수화 시스템은 태양열로부터 흡수한 온도 60~80의 온수가 증발기에 제공되어 해수로부터 담수를 제조하고 있다. 그 구성은 해수를 기화시키는 증발기, 증발된 수증기를 액화시키는 응축기, 응축기와 증발기 공간을 진공으로 만드는 이젝터, 태양열 집열기, 태양열을 저장하는 축열조로 구성된다.

그 원리를 보면, 45정도의 낮은 온도의 물이 태양열 등 열원을 축열하는 축열조 내부를 순환하면서 가열되어 60정도의 온수가 생성된다. 이 온수는 증발기 내부의 증발관에 유입되어 증발관 외부의 해수를 가열, 증발시키며 증발된 수증기는 응축기 외부 표면에서 액화된다. 이 응축기의 응축된 내부로는 해수가 흐르는데, 관외부의 수증기를 응축시키면서 온도가 상승되어 증발기에 유입된다. 유입된 해수는 증발관 내부의 온수에 의하여 가열되어 수증기를 방출하게 되고 잔여 해수는 이젝터에 의하여 배출된다. 이때 증발관 내부의 온수는 다시 온도가 저하되어 축열조로 순환된다.

이러한 태양열 이용시스템은 저에너지, 친환경, 적은 장치규모 그리고 초기투자비가 적게 들어 대체 수자원확보를 위한 중요한 기술이 되고 있으며 도서지역이나 여러 소지역에 분산형이 가능한 장점을 보유하고 있다.

그러나 이 태양열 이용한 담수화 기술의 문제점은 태양의 불균일한 일사량으로 인하여 제조되는 담수량이 불규칙하고, 일사량이 적은 경우 열량의 부족으로 생산량이 크게 감소하는 단점이 있다.

더불어, 상술한 담수화시스템 내에서 열매체 및 담수, 해수 등을 유동시키는 각종 펌프 및 상기 펌프들에 비해 상대적으로 많은 동력을 필요로 하는 이젝터 펌프 등의 전원 또한 태양열을 이용하게 되는 데, 이런 경우, 담수화를 위한 열매체의 가열에 사용될 수 있는 열에너지가 부족해지는 문제점이 발생했다. 이러한 문제는 시스템 내에 별도의 전원장치를 더 구비해야만 하는 더 큰 문제점을 야기시켜 시설비 및 구동 비용 등이 증가되는 단점이 발생하였다.

이에 태양에너지만으로 용이하게 가동시킬 수 있는 혁신적인 담수화시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 태양에너지만으로 해수담수화가 가능하며, 더불어 소금생산도 가능한 태양광발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 저온의 심해수를 이용해 담수의 응축효율을 높일 수 있는 태양광발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 태양광발전을 제외한 나머지 구성의 구동에 소요되는 전력소모를 최소화하여 운영 비용을 줄일 수 있는 태양광발전장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명의 목적은 해수담수화가 가능한 태양광발전장치에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 태양광발전장치는, 태양전지판이 경사지게 배치된 태양광발전부와; 상기 태양전지판의 상부에 일정높이 이격되게 배치된 유리판과; 상기 태양전지판의 높이가 높은 일측에 배치되어, 상기 태양전지판의 표면으로 해수를 공급하는 해수공급부와; 상기 태양전지판의 높이가 낮은 타측에 배치되어, 상기 태양전지판과 해수의 접촉에 의해 생성된 소금결정이 수집되는 소금수집관과; 상기 해수공급부의 일측에 구비되며, 상기 태양전지판과 상기 유리판 사이의 이격공간을 따라 하부에서 상부로 이동되며 해수로부터 증발된 수증기를 함유한 공기를 응축시켜 담수를 생성하는 열교환부를 포함하며, 상기 열교환부는, 심해수가 유입되는 심해수유입관과; 상기 심해수유입관과 이격되게 배치되는 심해수배출관과; 상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관을 서로 연결하는 복수개의 심해수열교환관과; 상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관 및 상기 심해수열교환관을 내부에 수용하며, 일측에 상기 수증기를 함유한 공기가 유입되는 수증기유입구가 형성된 외부케이스와; 상기 심해수열교환관과의 열전달에 의해 상기 수증기가 응축되며 발생된 담수가 저장되는 담수탱크와; 상기 외부케이스의 상부에 결합되어 응축이 완료된 공기를 외부로 배출하는 공기배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로부터, 심해로부터 상기 심해수유입관으로 심해수를 공급하는 심해수공급관과; 상기 심해수공급관으로 심해수가 공급되도록 하는 심해수공급펌프와; 상기 심해수배출관의 심해수를 다시 심해로 복귀시키는 심해수복귀관을 더 포함하며, 상기 심해수공급관, 상기 심해수유입관, 상기 심해수열교환관과 상기 심해수배출관 및 상기 심해수복귀관은 서로 밀폐된 경로로 형성되고, 심해수는 상기 심해수공급관으로 사이폰원리를 이용해 공급될 수 있다.

일 실시예로부터, 상기 심해수공급관은, 상기 심해수가 이동되는 내부관과; 상기 내부관과 일정간격 이격되어 공기층을 형성하는 외부관과; 상기 내부관을 감싸는 단열재층을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광발전장치는 태양광발전을 시행하면서 소금생산과 해수담수화가 가능하다.

종래 태양광을 이용한 해수담수화 장치와 비교할 때 본 발명의 태양광발전장치는 전체 구성이 간단하며, 저온의 심해수를 이용하므로 응축효율이 높아 담수생산량을 증가시킬 수 있다. 또한, 심해수를 사이폰 원리에 의해 공급하므로 열교환에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있다. 이에 따라 해수담수화에 소요되는 운영비용을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 열교환부의 구성을 도시한 사시도와 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 동작과정을 도시한 단면예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광발전장치(1)는 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생성하는 태양광발전부(100)와, 태양광발전부(100)의 상부에 배치되어 태양광을 집광시키는 유리판(200)과, 태양광발전부(100)로 해수(B)를 공급하는 해수공급부(300)와, 태양광발전부(100)와 해수(B)가 접촉되며 생성된 소금을 포집하는 소금수집관(400)과, 심해수(A)와 수증기를 함유한 공기(C1)를 열교환하여 담수를 생성하는 열교환부(500)를 포함한다.

본 발명에 따른 태양광발전장치(1)는 해수(B)를 태양전지판(110)의 상부로 분사하여 태양전지판(110)의 열에 의해 증발시켜 농축해수와 함께 소금결정(S)을 생성하고, 건조공기(C)가 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이로 이동되며 해수(B)로부터 증발된 수증기를 함유하여 이동된다.

수증기를 함유한 공기(C1)는 열교환부(500)로 유입된 후 저온의 심해수(A)와 열교환을 통해 응축되고, 응축과정에서 담수(B1)가 생성되고, 잔여 공기(C2)는 외부로 배출된다.

이에 의해 간단한 구조와 저전력으로 해수를 담수화할 수 있고, 더불어 소금을 생성할 수 있다.

태양광발전부(100)는 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생성한다. 태양광발전부(100)는 태양전지판(110)과, 태양전지판(110)을 지지하는 지지프레임(120)을 포함한다. 태양전지판(110)은 지지프레임(120)에 의해 일정각도 경사지게 배치된다. 태양전지판(110)은 표면으로 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생성한다. 태양전지판(110)에서 생성된 전기에너지는 지지프레임(120)의 내부에 구비된 축전지(미도시)에 저장되거나, 외부로 공급된다.

유리판(200)은 태양전지판(110)의 상부에 일정거리 이격되게 배치된다. 유리판(200)은 태양광을 태양전지판(110)으로 집광시키고, 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격공간을 온실화한다. 이에 의해 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이로 이동되는 해수(B)의 증발량이 높아질 수 있다.

여기서, 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격거리는 10~15cm 범위로 형성된다.

해수공급부(300)는 태양전지판(110)의 상면으로 해수(B)를 공급한다. 해수공급부(300)는 바다(S)로부터 해수(B)를 유입하여 태양전지판(110)의 상면으로 분사한다. 이를 위해 해수공급부(300)는 해수(B)를 태양전지판(110)으로 분사하는 해수분사관(310)과, 해수분사관(310)으로 해수를 공급하는 해수공급관(320)과, 해수공급관(320)으로 해수가 공급되도록 하는 해수공급펌프(330)를 포함한다.

해수분사관(310)은 경사지게 배치된 태양전지판(110)의 높이가 높은 상부측에 배치된다. 해수분사관(310)은 태양전지판(110)의 폭 방향으로 일정 길이를 갖도록 배치되어 태양전지판(110)의 상면에 해수(B)를 분사한다. 해수분사관(310)은 측면에 해수를 분사하는 분사노즐(311)이 복수개 배치된다.

해수분사관(310)의 분사노즐(311)로부터 분사된 해수(B)는 태양전지판(110)의 상면을 따라 흘러내리면서 태양전지판(110)의 열과 접촉하여 증발이 일어난다.

해수공급관(320)은 일단은 바다(S)와 연결되고 타단은 해수분사관(310)과 연결된다. 해수공급관(320)의 경로상에 해수공급펌프(330)가 구비된다. 해수공급펌프(330)는 제어부(미도시)의 제어에 의해 해수분사관(310)으로 공급되는 해수량을 조절한다. 해수공급펌프(330)는 기준량의 해수(B)를 해수공급관(320)으로 공급하나, 태양전지판(110)의 표면에 소금결정이 부착된 경우 제어부(미도시)의 제어에 의해 해수의 공급량을 증가하여 소금결정이 탈락되도록 한다.

여기서, 태양전지판(110)의 표면에는 광센서(미도시)가 구비되어 소금결정에 의해 태양전지판(110) 표면에 빛이 흡수되는 것이 차단되는지 여부를 감시한다. 그리고, 광센서(미도시)의 감지결과에 따라 제어부(미도시)는 해수공급펌프(330)의 구동량을 조절하여 해수공급량을 가감한다.

소금수집관(400)은 경사지게 배치된 태양전지판(110)의 높이가 낮은 하부측에 배치된다. 소금수집관(400)의 고온의 태양전지판(110)과 접촉하며 담수가 증발되어 농축된 농축해수와 소금결정(s)을 포집한다.

소금수집관(400)은 도 3에 확대도시된 바와 같이 상부가 개방된 단면이 반원형태로 형성된다. 소금수집관(400)은 태양전지판(110)의 하부와 연결되게 결합되어 태양전지판(110)을 따라 내려온 소금결정(S)과 농축해수가 중력에 의해 수용되도록 한다. 소금수집관(400)의 판면에는 농축해수(B)는 하부로 낙하시키고 소금결정(S)만 잔류시키도록 하는 해수배출공(410)이 관통형성된다. 이에 의해 소금수집관(400)의 상면에는 소금결정(S)만 남게 된다.

소금수집관(400) 상의 소금결정(S)은 필터프레스(420)로 이동된 후 여과과정을 거쳐 출하된다.

열교환부(500)는 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이를 따라 이동되며 해수(B)로부터 증발된 수증기가 함유된 공기(C1)를 열교환을 통해 응축시켜 담수(B1)를 생성한다. 본 발명의 열교환부(500)는 심해수(A)를 이용해 열교환을 한다. 심해수(A)는 바다밑 심해로부터 끌어올려 사용된다. 심해수(A)는 사이폰 원리를 이용하여 지상위로 끌어올려진다.

도 2는 열교환부(500)의 구성을 도시한 사시도와 단면도이다. 도시된 바와 같이 열교환부(500)는 심해로부터 심해수(A)를 지상으로 끌어올리는 심해수공급관(320)과, 심해수공급관(320)으로부터 공급된 심해수(A)가 저장되는 심해수저장탱크(525)와, 열교환을 위해 심해수가 유입되는 심해수유입관(530)과, 심해수유입관(530)과 이격되게 배치되는 심해수배출관(540)과, 심해수유입관(530)과 심해수배출관(540)을 서로 연결하는 복수개의 심해수열교환관(550)과, 열교환에 의해 온도가 상승된 심해수배출관(540)의 심해수를 다시 심해로 복귀시키는 심해수복귀관(560)과, 심해수유입관(530)과 심해수배출관(540) 및 복수개의 심해수열교환관(550)을 내부에 수용하는 외부케이스(570)를 포함한다.

여기서, 심해수공급관(320)과, 심해수유입관(530), 심해수열교환관(550), 심해수배출관(540) 및 심해수복귀관(560)으로 이어지는 심해수의 이동경로는 폐쇄경로를 형성한다. 그리고, 심해수는 심해수공급관(320)으로 사이폰 원리에 의해 공급된다.

심해수공급관(320)의 관로상에 심해수공급펌프(330)가 구비되어 심해수(A)가 순환되도록 한다. 그러나, 사이폰 원리에 의해 심해수가 공급되므로 심해수공급펌프(330)는 최소한의 에너지로 심해수(A)를 순환시킬 수 있다.

여기서, 심해수공급관(320)은 심해수(A)를 저온의 상태로 심해수유입관(530)으로 유입시키는 것이 중요하다. 이를 위해 심해수공급관(320)은 도 2에 확대도시된 바와 같이 이중구조를 갖는다. 심해수공급관(320)은 심해수(A)가 이동되는 내부관(511)과, 내부관(511)과 일정거리 이격되게 형성되는 외부관(513)과, 내부관(511)을 감싸는 단열재(517)를 포함한다.

심해수공급관(320)은 내부관(511)과 외부관(513) 사이에 진공층(515)이 형성되어 심해수(A)를 심해에서의 저온상태 그대로 육상으로 공급할 수 있다. 또한, 내부관(511)의 외부를 발포성수지 또는 스펀지와 같은 단열재(517)로 감싸 단열효율을 더욱 높일 수 있다.

심해수공급관(320)에 의해 이동된 심해수(A)는 심해수저장탱크(525)에 1차적으로 저장된다. 그리고, 심해수공급밸브(526)의 개폐에 의해 심해수유입관(530)으로 유입된다. 심해수공급밸브(526)은 제어부(미도시)의 제어에 의해 개폐된다.

심해수유입관(530)과 심해수배출관(540)은 외부케이스(570) 내부에 수용되어 심해수(A)가 수증기를 함유한 공기(C1)와 열교환이 이루어지도록 한다. 심해수유입관(530)과 심해수배출관(540)은 직경이 작은 복수개의 심해수열교환관(550)에 의해 연결된다. 복수개의 심해수열교환관(550)이 외부케이스(570) 내부에 배치됨에 따라 외부케이스(570) 내부로 유입된 수증기를 함유한 공기(C1)와 접촉면적이 넓어져 열교환효율이 높아지게 된다.

이 때, 심해수열교환관(550)은 열전달률이 높은 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

도 2의 하부에 확대도시된 단면도와 같이 외부케이스(570)의 수증기유입구(571)로 유입된 수증기를 합유한 공기(C1)는 상부를 향해 이동되며 복수개의 심해수열교환관(550) 사이로 지그재그 형태로 접촉하게 된다. 이에 따라 저온의 심해수(A)와 열전달이 이루어지고, 수증기는 응축되어 외부케이스(570) 바닥면에 담수(B1)로 생성된다.

여기서, 심해수배출관(540)이 심해수유입관(530) 보다 낮게 배치되어 심해수열교환관(550)은 전체적으로 심해수배출관(540) 측으로 기울어지게 형성된다. 이에 따라 외부케이스(570)의 바닥면에 생성된 담수(B1)는 높이차에 의해 심해수배출관(540) 측으로 이동된 후 외부케이스(570)와 연결된 담수배출관(591)으로 배출된다.

담수배출관(591)으로 배출된 담수(B1)는 담수탱크(590)에 저장된 후 용처에 따라 보내진다.

한편, 외부케이스(570)는 심해수(A)와 수증기를 함유한 공기(C1)의 열교환이 이루어지게 한다. 외부케이스(570)는 원통관의 형태로 형성되며, 양측에 심해수공급관(320)과 심해수복귀관(560)이 관통결합된다. 또한, 외부케이스(570)의 일측에는 담수배출관(591)이 연결되어 담수(B1)를 담수탱크(590)로 배출시킨다.

외부케이스(570)의 길이방향을 따라 수증기유입구(571)가 형성된다. 수증기유입구(571)를 통해 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이를 이동해온 수증기를 함유한 공기(C1)가 유입된다. 외부케이스(570)의 상부에는 열교환을 통해 수증기가 분리된 공기(C2)를 대기로 배출하는 공기배출관(580)이 수직하게 결합된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광발전장치(1)의 동작과정을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 경사지게 태양전지판(110)이 설치된다. 태양전지판(110)은 지지프레임(120)에 의해 지지된다. 태양전지판(110)과 일정높이 이격되게 유리판(200)이 배치된다. 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격공간을 통해 공기가 이동될 수 있다.

태양전지판(110)의 상부에 해수분사관(310)이 설치된다. 해수분사관(310)은 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격공간에 배치되어 해수(B)를 태양전지판(110)의 상면으로 분사한다. 해수분사관(310)은 해수공급관(320)과 연결되어 해수(B)를 공급받는다.

해수분사관(310)의 후방으로 열교환부(500)의 외부케이스(570)가 배치된다. 이 때, 외부케이스(570)의 수증기유입구(571)는 태양전지판(110)을 향하도록 형성된다. 외부케이스(570)의 내부에는 양측으로 심해수유입관(530)과 심해수배출관(540)이 배치되고, 이들 사이를 복수개의 심해수열교환관(550)이 연결한다.

심해수유입관(530)은 심해수공급관(320)과 연결되어 심해수(A)를 공급받는다. 심해수배출관(540)은 심해수복귀관(560)과 연결되어 열교환에 의해 온도가 상승된 심해수(A)를 심해로 복귀시킨다.

심해수공급관(320)은 사이폰 원리에 의해 심해수를 심해수유입관(530) 측으로 공급하고, 심해수공급펌프(330)는 심해수가 순환될 수 있도록 구동된다.

태양이 뜨면, 태양전지판(110)은 태양광을 흡수하여 전기에너지를 생성한다. 이와 동시에 태양광에 의해 태양전지판(110) 표면은 온도가 상승하게 된다. 이 때, 도 3에 도시된 바와 같이 해수분사관(310)으로부터 해수(B)가 태양전지판(110)의 표면으로 해수(B)를 분사한다.

해수(B)는 고온의 태양전지판(110)과 접촉하며 아래로 흘러내려간다. 이 때, 고온의 열에 의해 해수(B)에 포함된 물이 증발되어 수증기화 된다. 그리고, 해수는 점차 농축된다. 통상 해수(B)는 소금이 3~4% 포함되나, 태양전지판(110)을 따라 이동하며 물이 증발되어 태양전지판(110)의 하부에서는 소금결정화되거나 농축해수로 변화된다.

소금결정(S)은 소금수집관(400)에 수용되고, 농축해수는 소금수집관(400)의 해수배출공(410)을 통해 낙하된다.

한편, 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 공간으로 건조한 공기(C)가 유입된다. 건조한 공기(C)는 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격공간을 따라 상방향으로 이동된다. 이 때 건조한 공기는 해수(B)로부터 증발된 수증기를 함유하게 된다.

수증기를 함유한 공기(C1)는 점차 상승하여 태양전지판(110)의 상부에서 외부케이스(570) 내부로 유입된다. 그리고, 저온의 심해수(A)가 이동되는 심해수열교환관(550)과 접촉되며 열교환이 진행된다. 이에 따라 수증기는 응축되어 외부케이스(570)의 바닥면에 담수(B1)로 생성된다. 외부케이스(570) 바닥면의 담수(B1)는 경사지게 배치된 외부케이스(570)를 따라 흘러 담수배출관(591)으로 배출된 후, 담수탱크(590)에 저장된다.

담수(B1)가 응축된 공기(C2)는 공기배출관(580)을 통해 대기로 배출된다.

여기서, 증발량은 태양열에 의해 온도가 상승된 건조된 공기가 녹일 수 있는 최대수증기량을 의미한다. 해수의 염분농도에서 소금결정이 생성되는 염분농도를 빼면 증발량이 된다. 그리고, 해수에서 생산될 수 있는 담수의 양은 온도가 상승된 건조 공기의 포화수증기량에서 식혀진 건조 공기의 포화수증기량을 빼면 계산될 수 있다.

한편, 본 발명의 태양광발전장치(1)에서 해수담수화 효율을 증가시키기 위해서는 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격공간을 따라 이동되는 건조공기의 량이 적정량이 되도록 조절하는 것이 중요하다. 건조공기의 량이 적으면 운반되는 수증기의 양이 줄어들고 증발량이 줄어들 수 있어 담수의 생산량이 줄어들게 된다. 반면, 건조공기의 량이 많으면 응축되는 담수의 량에 영향을 주지 않는다. 즉, 건조공기의 응축 냉매의 양이 증가할 수 밖에 없어 비경제적이게 된다.

이에 본 발명의 태양광발전장치(1)는 경우에 따라 태양전지판(110)과 유리판(200) 사이의 이격간격을 조절할 수 있다. 즉, 태양의 고도, 계절, 날씨 등에 따라 지지프레임(120)에 대한 태양전지판(110)의 높이를 조절하여 유리판(200) 사이의 이격간격을 조절할 수 있다. 이에 따라 유리판(200)과 태양전지판(110) 사이를 이동하는 건조공기의 양을 조절할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 태양광발전장치는 태양광발전을 시행하면서 소금생산과 해수담수화가 가능하다.

이상에서 설명된 본 발명의 태양광발전장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 해수담수화가 가능한 태양광발전장치
100 : 태양광발전부 110 : 태양전지판
120 : 지지프레임 200 : 유리판
300 : 해수공급부 310 : 해수분사관
311 : 분사노즐 320 : 해수공급관
330 : 해수공급펌프 400 : 소금수집관
410 : 해수배출공 420 : 필터프레스
500 : 열교환부 510 : 심해수공급관
511 : 내부관 513 : 외부관
515 : 진공층 517 : 단열재
520 : 심해수공급펌프 525 : 심해수저장탱크
530 : 심해수유입관 540 : 심해수배출관
550 : 심해수열교환관 560 : 심해수복귀관
570 : 외부케이스 571 : 수증기유입구
580 : 공기배출관 590 : 담수탱크
591 : 담수배출관
A : 심해수
B : 해수
B1 : 담수
C : 건조공기
C1 : 수증기를 함유한 공기
C2 : 수증기를 응축시킨 후의 공기

Claims

태양전지판이 경사지게 배치된 태양광발전부와;
상기 태양전지판의 상부에 일정높이 이격되게 배치된 유리판과;
상기 태양전지판의 높이가 높은 일측에 배치되어, 상기 태양전지판의 표면으로 해수를 공급하는 해수공급부와;
상기 태양전지판의 높이가 낮은 타측에 배치되어, 상기 태양전지판과 해수의 접촉에 의해 생성된 소금결정이 수집되는 소금수집관과;
상기 해수공급부의 일측에 구비되며, 상기 태양전지판과 상기 유리판 사이의 이격공간을 따라 하부에서 상부로 이동되며 해수로부터 증발된 수증기를 함유한 공기를 응축시켜 담수를 생성하는 열교환부를 포함하며,
상기 열교환부는,
심해수가 유입되는 심해수유입관과;
상기 심해수유입관과 이격되게 배치되는 심해수배출관과;
상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관을 서로 연결하는 복수개의 심해수열교환관과;
상기 심해수유입관과 상기 심해수배출관 및 상기 심해수열교환관을 내부에 수용하며, 일측에 상기 수증기를 함유한 공기가 유입되는 수증기유입구가 형성된 외부케이스와;
상기 심해수열교환관과의 열전달에 의해 상기 수증기가 응축되며 발생된 담수가 저장되는 담수탱크와;
상기 외부케이스의 상부에 결합되어 응축이 완료된 공기를 외부로 배출하는 공기배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화가 가능한 태양광발전장치.
제1항에 있어서,
심해로부터 상기 심해수유입관으로 심해수를 공급하는 심해수공급관과;
상기 심해수공급관으로 심해수가 공급되도록 하는 심해수공급펌프와;
상기 심해수배출관의 심해수를 다시 심해로 복귀시키는 심해수복귀관을 더 포함하며,
상기 심해수공급관, 상기 심해수유입관, 상기 심해수열교환관과 상기 심해수배출관 및 상기 심해수복귀관은 서로 밀폐된 경로로 형성되고, 심해수는 상기 심해수공급관으로 사이폰원리를 이용해 공급되는 것을 특징으로 하는 해수담수화가 가능한 태양광발전장치.
제2항에 있어서,
상기 심해수공급관은,
상기 심해수가 이동되는 내부관과;
상기 내부관과 일정간격 이격되어 공기층을 형성하는 외부관과;
상기 내부관을 감싸는 단열재층을 포함하는 것을 특징으로 하는 해수담수화가 가능한 태양광발전장치.