KR20160080622A - 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템 - Google Patents
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 발전효율을 향상시킬 수 있는 집광부가 구비된 태양광 발전모듈을 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 상측으로부터 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 이루어지되 하부에 개구부가 구비되며, 상기 개구된 부위로 빛이 집광되어 조사되도록 하는 집광부와, 상기 집광부로부터 집광된 빛을 전달받는 솔라셀과, 상기 솔라셀로부터 소정 이격된 위치에 설치되어 상기 솔라셀 주위의 온도를 낮추는 열흡수부를 포함하는 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 태양열과 태양광 관련 발전장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시키고, 이 전기로 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.
상술한 방법 중 태양광 발전은 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합을 한 태양광 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시킨다. 이를 위하여 태양광을 집광하기 위한 솔라셀(solar cell), 솔라셀의 집합체인 태양광 모듈(photovoltaic module) 및 솔라셀을 일정하게 배열한 태양광 어레이(solar array) 등이 요구된다. 일례로, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의전자-정공쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
한편, 태양광 발전 시스템에 사용되는 태양광 발전 모듈의 효율은 현재 주류를 이루고 있는 다결정 실리콘 소재의 경우, 약 16~18%의 범위로 태양광 발전의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 요인이다. 이러한 발전효율을 지속적으로 향상하기 위해서는 다양한 장치를 통한 유지, 보수가 필수적이다.
그런데 태양광을 집광하기 위한 솔라셀 등은 태양광 집광에 의한 온도 상승으로 1℃ 상승 시 약 0.5%의 출력저하 현상을 불러일으켜 발전효율이 저하된다. 일례로, 발전량은 태양광 집광량이 최대인 여름보다 봄, 가을에 최고치를 갖는다. 즉, 여름에는 일사량이 많아 솔라셀이 과열되므로 최대치 대비 20~30%의 발전효율이 저하되기 때문이다.
이에 따라서 본 발명은 솔라셀 주변의 온도를 낮추어 발전효율을 높일 수 있는 태양열 및 태양광 발전시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 솔라셀 주위의 온도 저하를 위한 장치의 구성을 콤팩트(compact)하면서도 운영이 편리하게 이루어질 수 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 상측으로부터 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 이루어지되 하부에 개구부가 구비되며, 상기 개구된 부위로 빛이 집광되어 조사되도록 하는 집광부와, 상기 집광부로부터 집광된 빛을 전달받는 솔라셀과, 상기 솔라셀로부터 소정 이격된 위치에 설치되어 상기 솔라셀 주위의 온도를 낮추는 열흡수부를 포함하는 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템이 제공된다.
또한, 상기 열흡수부는 내부에 물이 수용되는 수용부가 구비되며, 상기 수용부에 구비된 물의 무게 측정이 가능한 압력센서가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 열흡수부와 연통되며 물이 저장된 저장부와, 상기 저장부로부터 상기 열흡수부로 물을 공급하는 펌핑부 및 상기 열흡수부로 공급되는 물의 유동을 제어하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열흡수부의 주변 온도를 측정하는 온도센서가 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 열흡수부는 상기 솔라셀의 둘레를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
또한, 상기 열흡수부 내부에 수용된 물이 증기 상태를 이루는 경우 선택적으로 상기 증기를 외부로 배출하여 전기 발전이 가능하도록 하는 터빈부가 더 구비될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템에 의하면, 솔라셀 상부로 내부에 물이 포함된 일종의 투명유리로 이루어진 덕트 형태의 열흡수부가 적용되어 물과 유리가 적외선(열선) 영역의 파장은 흡수하고, 발전에 필요한 가시광선과 자외선 영역의 파장만 솔라셀로 전달하게 된다. 이에 따라서 솔라셀 주변의 온도를 저감시키어 발전효율의 향상을 기대할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템에 의하면, 열흡수부의 무게 및 온도를 측정할 수 있게 되어 관리의 효율성을 높이게 되어 발전효율의 향상을 가져오게 된다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 열흡수부 및 기타 주요 구성들을 나타낸 구성도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도; 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 열흡수부 및 기타 주요 구성들을 나타낸 구성도;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도; 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. 먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템의 구성을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템(100)은 집광부(110), 솔라셀(120) 및 열흡수부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 집광부(110)는 상측으로부터 하측으로 단면적이 작아지는 호퍼 형태로 이루어지며 하부에 개구부가 구비된다. 그리고, 상기 개구된 부위로 빛이 집광되어 관통하도록 상기 집광부(110) 내측면은 개구부 측으로 빛이 반사되어 집광될 수 있는 재질로 이루어진다. 이를 위해, 상기 집광부(110) 내측면으로 거울이나 빛 반사가 가능한 금속재가 설치 및 코팅된 형태를 이루게 될 것이다.
그리고, 상기 집광부(110)는 지지부(115)와 별도의 받침부(150)에 의하여 지면 등에 고정된 구조를 이루게 된다.
추가적으로, 집광부(110), 솔라셀(120) 및 열흡수부(130) 중 적어도 어느 하나는 광추적센서를 이용하여 태양의 위치에 따라 회전하는 등 변할 수 있다. 이로 인해 위 구성들은 태양과 수직하거나 수직에 가까울 수 있어 효율을 향상할 수 있다.
다음으로, 상기 솔라셀(120)은 상기 집광부(110)의 개구부 하부에 구비되어, 상기 집광부(110)를 통하여 집광된 빛을 전달받아 빛을 전기 에너지로 전환하게 된다.
일반적으로 태양광을 조사받아 솔라셀을 이용한 발전방식 및 이에 따른 별도의 필요한 추가 구성은 기 공지된 구성 중 일 형태가 적용될 수 있다. 당업자에게 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 별도의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 실시예에 따른 태양광 발전모듈(100)에 있어서 상기 열흡수부(130)는 상기 솔라셀(120)로부터 상부로 소정 이격된 위치에 설치되어 상기 솔라셀(120) 주위의 온도를 낮추는 역할을 하게 된다.
이를 위해, 상기 열흡수부(130)는 내부에 물이 저장될 수 있는 수용부가 형성되고 투명한 유리 재질로 이루어진 판상의 케이스 형태를 이룬다. 이때, 상기 집광부(110)를 관통하여 열흡수부(130)로 전달되는 빛이 직진상태로 상기 솔라셀(120)로 전달되도록 즉, 빛의 굴절이 없도록 상기 열흡수부(130)는 평면 형태로 이루어짐이 바람직하다.
한편, 상기 열흡수부(130) 또한 별도의 지지부에 의하여 설치된 구성을 이루는데, 상기 열흡수부(130)와 지지부 사이로는 압력센서(135)가 적용되어 열흡수부(130)의 무게 측정이 가능하도록 한다.
도시된 것처럼, 두 개 이상이 압력센서(135)가 적용되어 열흡수부의 설치가 안정적으로 되어 있는지의 파악도 가능하도록 함이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템(100)은 상기 집광부(110)를 통하여 집광된 빛이 열흡수부(130)를 통한 후 상기 솔라셀(120)로 조사되어 전기적 에너지를 얻게 된다.
특히, 집광부를 통하여 과도한 빛이 집광 시 적외선 영역은 내부에 수용된 물과 열흡수부에 의하여 흡수되고 발전에 필요한 가시광선, 자외선 영역만이 솔라셀로 조사되도록 함으로써 솔라셀 주변에서 과도하게 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있게 되로 이를 통하여 발전효율의 향상을 가져온다.
또한, 열흡수부(130)에 구비된 압력센서(135)를 이용하여 열흡수부(130)의 설치 상태와 함께 적절한 물량, 특히 빛의 굴절이 없기 위하여는 상기 열흡수부(130)에 완전이 물이 채워진 형태를 이룸이 바람직한데 이와 같은 상태로 물이 수용되어 있는지도 파악할 수 있게 되어 유지 및 관리의 효율성을 가져올 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 열흡수부 및 기타 주요 구성들을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전모듈은 상기 열흡수부(130) 내부 수용부로 연결관(136)에 의하여 순환 가능하게 물을 공급하는 별도의 저장부(160)가 구비된다.
자세히 도시되지는 않았으나, 상기 저장부(160)는 열흡수부(130)로 공급하는 물을 냉각시키는 냉각부가 더 구비됨이 바람직하며, 상기 냉각부로는 송풍팬 등이 적용될 수 있다.
그리고, 상기 저장부(160)로부터 상기 열흡수부(130)로 물의 유동을 제어하는 개폐밸브(180)와 펌핑부(166)가 구비된다.
이 경우에도, 상기 열흡수부(130)의 무게를 측정하는 압력센서(135)가 더 구비되며, 상기 압력센서(135)는 복수 개가 적용되도록 함이 바람직함은 상술한 일 실시예와 같다.
또한, 상기 열흡수부(130)의 온도를 측정하는 온도센서(140)가 구비되며, 상기 압력센서(135), 온도센서(140), 펌핑부(166) 및 개폐밸브(180)와 전기적으로 연결되는 제어부(170)가 구비된다.
이와 같이 구성된 경우에는 열흡수부(130) 내 물을 지속적으로 냉각시킨 상태로 공급이 가능하게 된다.
즉, 온도센서(140)와 압력센서(135) 등을 이용하여 상기 열흡수부(130) 내 물의 온도와 수용된 양을 지속적으로 측정한 후, 일정 온도 이상으로 물이 가열되거나, 또는 물의 증발로 인하여 냉각에 필요한 물량이 충분하지 않은 경우 상기 제어부(170)가 상기 펌핑부(166)와 개폐밸브(180)를 작동시켜 적절 온도로 냉각된 물을 재공급함으로써 최적의 발전효율을 얻을 수 있도록 운영이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 주요 구성간의 연결관계를 나타낸 블록도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템은 상술한 실시예들과 마찬가지로 집광부(110)와 열흡수부(130)가 구비되되, 상기 열흡수부(130) 내부에 수용된 물이 끓어 증기 상태를 이루는 경우 증기를 선택적으로 외부로 배출할 수 있도록 하는 보조개폐밸브(280)가 더 구비된다.
그리고, 상기 보조개폐밸브(280)의 개방 시 배출되는 증기를 이용 전기의 발전이 가능한 터빈부(290)가 더 구비된다.
즉, 본 실시예에 의하는 경우에는 상술한 태양광 발전 및 열흡수부를 통한 솔라셀 주변의 온도 조절 효과와 더불어, 상황에 따라서는 열흡수부 내부의 물을 이용하여 태양열 발전 또한 가능하게 되는 것이다.
이는 상기 집광부(110)와 솔라셀(120) 그리고 열흡수부(130)의 규모가 대형화를 이루는 경우 유용하게 적용될 수 있게 되며, 증발된 물의 보충을 위하여는 상술한 실시예의 구성이 적용되어 상기 열흡수부(130)로 지속적인 물이 보충되도록 함은 물론이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템
110: 집광부 115: 지지부
120: 솔라셀 130: 열흡수부
135: 압력센서 136: 연결관
140: 온도센서 150: 받침부
160: 저장부 166: 펌핑부
170: 제어부 180: 개폐밸브
110: 집광부 115: 지지부
120: 솔라셀 130: 열흡수부
135: 압력센서 136: 연결관
140: 온도센서 150: 받침부
160: 저장부 166: 펌핑부
170: 제어부 180: 개폐밸브
Claims (6)
- 상측으로부터 하측으로 갈수록 단면적이 작아지는 형태로 이루어지되 하부에 개구부가 구비되며, 상기 개구된 부위로 빛이 집광되어 조사되도록 하는 집광부;
상기 집광부로부터 집광된 빛을 전달받는 솔라셀;
상기 솔라셀로부터 소정 이격된 위치에 설치되어 상기 솔라셀 주위의 온도를 낮추는 열흡수부;
를 포함하는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템 - 제1항에 있어서,
상기 열흡수부는 내부에 물이 수용되는 수용부가 구비되며,
상기 수용부에 구비된 물의 무게 측정이 가능한 압력센서가 더 구비되는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 열흡수부와 연통되며 물이 저장된 저장부;
상기 저장부로부터 상기 열흡수부로 물을 공급하는 펌핑부; 및
상기 열흡수부로 공급되는 물의 유동을 제어하는 개폐밸브;
를 포함하는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열흡수부의 둘레 온도를 측정하는 온도센서가 더 구비되는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열흡수부는 상기 솔라셀의 둘레를 감싸는 형태로 구비되는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 열흡수부 내부에 수용된 물이 증기 상태를 이루는 경우 선택적으로 상기 증기를 외부로 배출하여 전기 발전이 가능하도록 하는 터빈부가 더 구비되는,
집광부를 이용한 태양열과 태양광 하이브리드 발전 시스템.
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2014
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Patent Citations (11)
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