KR20170005289A - 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 - Google Patents

집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170005289A
KR20170005289A KR1020150094817A KR20150094817A KR20170005289A KR 20170005289 A KR20170005289 A KR 20170005289A KR 1020150094817 A KR1020150094817 A KR 1020150094817A KR 20150094817 A KR20150094817 A KR 20150094817A KR 20170005289 A KR20170005289 A KR 20170005289A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
sunlight
solar
condensing
condensed
Prior art date
Application number
KR1020150094817A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102378110B1 (ko
Inventor
문승필
박기준
안연식
정훈
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020150094817A priority Critical patent/KR102378110B1/ko
Publication of KR20170005289A publication Critical patent/KR20170005289A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102378110B1 publication Critical patent/KR102378110B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 집광형 태양광 발전 장치 이를 이용한 태양광 발전 방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 집광형 태양광 발전 장치는 태양광을 집광하는 집광수단; 상기 집광된 태양광을 평행화시키는 평행광수단; 상기 평행광수단 후단에 위치되어, 상기 평행화된 태양광을 분광하는 프리즘; 상기 프리즘 후단에 위치되어, 상기 분광된 태양광을, 파장별 중첩 없이 집광하는 광학부재; 및 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생하는 태양전지;를 포함한다.

Description

집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 {CONCENTRATED SOLAR RAY GENERATION DEVICE AND METHOD FOR SOLAR RAY GENERATION USING THE SAME}
본 발명은 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법에 관한 것이다.
태양광 에너지의 이용효율을 높이기 위하여, 집광을 통해 태양에너지의 전파장 영역의 전기에너지 변환효율을 높이고 적외선영역의 열에너지 효율을 높이는 기술이 연구되고 있다. 도 1은 태양광의 파장에 따른 에너지 분포를 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 지표에 도달되는 태양에너지를 파장별로 구분하여 자외선, 가시광선, 적외선영역으로 에너지 비중을 나누면, 자외선 영역은 약 5%, 가시광선영역은 약 43% 및 적외선 영역은 약 52% 비중을 차지하고 있으며, 주로 가시광선 영역에서 태양광 발전이 이루어지고 있다.
태양광 발전에 사용되는 태양광전지(또는 태양전지, Photo voltaic cell)는 주로 가시광선영역 및 근적외선영역의 파장영역에서 감응하는데, 집광의 경우 전기에너지로 변환되는 가시광선영역뿐만 아니라 자외선 및 적외선영역까지 많은 에너지가 응집되어 고열이 발생할 수 있다. 그러나, 태양광전지는 일반적으로 열에 취약하여, 고열에 노출시 효율저하, 수명저하 및 파손 등의 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 태양전지 셀 후면에 방열판을 부착하거나, 프리즘 또는 스펙트럼 분리기를 이용하여 자외선 및 적외선 영역의 광을 분리하여 태양전지 셀의 과열문제를 해결함과 동시에, 열에너지로 활용하려는 시도가 이루어지고 있다.
또한, 복수 개의 빔 스플리터(beam splitter)를 이용하여 광원을 스펙트럼 분리하는 경우, 상기와 같이 프리즘에 의한 스펙트럼 중첩 문제는 방지할 수 있으나, 고가의 빔 스플리터 사용에 의한 경제적 부담과, 장치의 복잡성이 문제가 되고 있었다.
본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제1043237호(2011.06.21. 공고, 발명의 명칭: 집광형 태양전지 모듈)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 태양광 집광 및 발전 효율이 우수한 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공간 효율성 및 경제성이 우수한 집광형 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 집광형 태양광 발전 장치의 과열 및 파손을 방지할 수 있는 집광형 태양광 발전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 집광형 태양광 발전 장치를 이용한 태양광 발전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 집광형 태양광 발전 장치에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 집광형 태양광 발전 장치는 태양광을 집광하는 집광수단; 상기 집광된 태양광을 평행화시키는 평행광수단; 상기 평행광수단 후단에 위치되어, 상기 평행화된 태양광을 분광하는 프리즘; 상기 프리즘 후단에 위치되어, 상기 분광된 태양광을, 파장별 중첩 없이 집광하는 광학부재; 및 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생하는 태양전지;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 태양광 발전장치는, 상기 집광된 태양광을 이용하여 열을 발생하는 열교환장치;를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 태양광 발전장치는 상기 집광된 태양광 및, 난반사된 태양광을 상기 열교환장치로 반사시키는 반사수단;을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 집광수단 및 평행광수단은, 각각 포물선형 반사경, 오목렌즈, 볼록렌즈 및 프레넬 렌즈 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 광학부재는, 볼록렌즈일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 태양광 발전장치를 이용한 태양광 발전방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 태양광 발전 방법은 집광수단을 사용하여 태양광을 집광하는 단계; 상기 집광된 태양광을 평행광수단을 사용하여 평행화 하는 단계; 상기 평행화된 태양광을 분광하는 단계; 상기 분광된 태양광을 파장별 중첩없이 집광하는 단계; 및 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 단계;를 포함한다.
한 구체예에서 상기 집광된 태양광 및 난반사된 태양광 중에서 하나 이상을 이용하여 열에너지를 발생시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 태양광 발전 장치는 집광시, 태양광 스펙트럼의 중첩을 방지할 수 있어 태양광 집광 효율이 우수하며, 장치의 소형화 및 단순화가 가능 하여 공간 효율성이 우수하고, 태양광 발전에 직접적 영향을 주지 못하는 파장대는 분리하여 따로 이용하여, 태양광 발전 장치의 과열 및 파손을 방지하면서, 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 태양광의 파장에 따른 에너지 분포를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 열교환장치를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 열교환장치를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 대한 비교예의 태양광 발전 장치의 파장별 분광을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예의 집광형 태양광 발전 장치의 파장별 분광을 나타낸 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 단파장광은, 자외선 영역의 광을 의미하며, 380nm 미만의 파장을 갖는 영역을 의미하고, 중파장 광은, 가시광선 영역의 광으로, 380nm 이상 내지 700nm 이하의 파장을 갖는 영역을 의미하며, 장파장 광은, 적외선 영역의 광으로, 700nm 이상의 파장을 갖는 태양광의 영역을 의미하는 것으로 정의하도록 한다.
집광형 태양광 발전 장치
본 발명의 하나의 관점은 집광형 태양광 발전 장치에 관한 것이다. 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치(100)를 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 집광형 태양광 발전 장치(100)는 태양광을 집광하는 집광수단(10); 상기 집광된 태양광을 평행화시키는 평행광수단(20); 평행광수단(20) 후단에 위치되어, 상기 평행화된 태양광을 분광하는 프리즘(30); 프리즘(30) 후단에 위치되어, 상기 분광된 태양광을, 파장별 중첩 없이 집광하는 광학부재(40); 및 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생하는 태양전지(50);를 포함한다.
집광수단
집광수단(10)은 입사되는 태양광을 집광하는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 집광수단(10)은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 상기 도 3과 같은 볼록렌즈를 사용하거나, 포물선형 반사경(parabolic reflecting collar), 오목렌즈 및 프레넬(Fresnel lens) 렌즈 중에서 하나 이상 사용할 수 있다. 상기 프레넬 렌즈는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 동심원을 이루고 단면이 톱니 형상을 이루는 패턴이 형성된 것을 사용할 수 있다. 집광수단(10)로 상기 프레넬 렌즈를 적용시, 집광효율이 우수할 수 있다. 집광수단(10)의 재질은 플라스틱 또는 유리 재질일 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 집광수단(10)은 선형의 볼록렌즈를 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치(200)를 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 집광수단(11)은 포물선형 반사경을 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치(300)를 나타낸 것이다. 상기 도 4를 참조하면, 한 구체예에서 집광수단(12)는 원형의 포물선형 반사경을 사용할 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서 집광수단은 사각형의 포물선형 반사경을 사용할 수 있다.
평행광수단
평행광수단(20)은 상기 집광된 태양광을 평행화시키는 목적으로 포함된다. 상기 도 2를 참조하면, 집광수단(10)를 통과한 태양광은, 굴절하여 초점에 수렴된 이후, 계속 진행하여 평행광수단(20)에 도달한다. 평행광수단(20)을 통과한 태양광은, 굴절하여 광선이 평행화되며, 광선이 계속 진행하여도 투광 직경이 변하지 않을 수 있다. 한 구체예에서 평행광수단(20)은 통상적인 것을 사용할 수 있다. 포물선형 반사경(parabolic reflecting collar), 오목렌즈 및 프레넬(Fresnel lens) 렌즈 중에서 하나 이상 사용할 수 있다. 상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 한 구체예에서 평행광수단(21)은 포물선형 반사경을 사용할 수 있다. 평행광수단(21)의 재질은 플라스틱 또는 유리 재질일 수 있다.
프리즘
프리즘(30)은 평행광수단(20)을 통해 평행화된 태양광을 분광하는 목적으로 포함된다. 프리즘(30)을 통과한 태양광은, 면광원 형태로 분광될 수 있다.
광학부재
본 발명에서 광학부재(40)는 프리즘(30) 후단에 구비되어, 프리즘(30)에 의해 분광된 태양광을, 파장별로 집광하는 역할을 목적으로 포함된다. 상기 도 2와 같이 본 발명의 프리즘(30) 후단에 광학부재(40)를 구비하는 경우, 프리즘(30)에 의해 면광원 형태로 분광된 태양광을 점광원 형태로 집광하여, 태양광 스펙트럼을 파장별로 중첩 없이 집광시킬 수 있다. 따라서 기존 태양광 발전장치에 비해 프리즘(30) ?? 태양전지(50) 사이의 거리를 가깝게 할 수 있어, 장치의 소형화 및 단순화가 가능할 수 있다.
또한, 파장별로 중첩없이 집광되므로 후술할 고가의 태양전지(50)의 사용 면적을 최소화 할 수 있고, 태양전지의 발전 효율을 상승시키면서, 태양광 발전 장치의 과열 및 파손 현상을 방지할 수 있으며, 상기 집광된 태양광을 통해 효율적인 열 발전이 가능할 수 있다.
한 구체예에서 광학부재(40)는 볼록렌즈일 수 있다. 예를 들면, 선형의 볼록렌즈일 수 있다. 상기 볼록렌즈를 사용시 파장별로 중첩없이 집광되므로 후술할 고가의 태양전지(50)의 사용 면적을 최소화 할 수 있고, 태양전지의 발전 효율을 상승시키면서, 태양광 발전 장치의 과열 및 파손 현상을 방지할 수 있으며, 집광거리 단축으로 인한 태양광 장치의 공간 크기를 최소화 할 수 있으며, 상기 집광된 태양광을 통해 효율적인 열 발전이 가능할 수 있다.
태양전지
태양전지(50)는 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생할 수 있다.
태양전지(50)는 통상적인 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 태양전지(50)는, 광전효과를 이용하여 빛 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 반도체 소자를 사용할 수 있으며, 이는 각각 (+), (-)의 극성을 띄는 반도체 박막으로 구성될 수 있다. 즉, 태양전지 셀에 중파장광(가시광선) 영역에 해당하는 태양광이 입사되면, 태양전지 내부에서 전자 및 정공이 발생하며, 전하들은 각각 태양전지(50)의 P극 및 N극으로 이동한다. 이러한 현상에 의하여 상기 P극 및 N극 사이에 전위차가 발생하며, 이 때 태양전지(50)에 부하를 연결하면 전류가 흐를 수 있다. 한 구체예에서 태양전지(50)는 상기 집광된 태양광 중에서 자외선 영역에 구비될 수 있다. 한 구체예에서 태양전지(50)는, 흡수 파장 영역대가 상이한 것을 사용하여, 감응하는 흡수 파장에 해당하는 태양광 입사 위치에 구비될 수 있다.
한 구체예에서 태양전지(50)는 300nm 내지 3㎛ 파장에 감응하는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 380nm 이상 내지 1600nm 이하의 파장을 갖는 영역일 수 있다. 다른 예를 들면, 400nm 이상 내지 1400nm 이하의 파장을 갖는 영역일 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치(100)는 상기 집광된 태양광을 이용하여 열을 발생하는 열교환장치(60);를 더 포함할 수 있다.
열교환장치
열교환장치(60)는 상기 집광된 태양광 및 난반사된 태양광 중에서 하나 이상을 이용하여 열을 발생하는 목적으로 포함될 수 있다. 열교환장치(60)를 포함시, 태양광 및 태양열을 동시에 이용할 수 있어, 태양에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 상기 도 3을 참조하면, 본 발명의 한 구체예에서 열교환장치(60)는 상기 집광된 태양광 중에서, 중파장광(가시광선) 및 장파장광(적외선) 영역의 태양광이 입사되는 영역에 구비되어, 상기 중파장광(가시광선) 및 장파장광(적외선) 영역의 태양광을 이용하여 열을 발생할 수 있다. 예를 들면, 650nm 이상의 파장을 이용할 수 있다. 다른 예를 들면 650nm~5㎛의 파장을 이용할 수 있다. 다른 예를 들면, 700nm~5㎛의 파장을 이용할 수 있다.
상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 구체예에서 상기 집광형 태양광 발전장치는 상기 광학부재(40)로부터 집광된 태양광 및, 난반사된 태양광 중에서 하나 이상을 열교환장치(60)로 반사시키는 반사수단(70);을 더 포함할 수 있으며, 반사수단(70)에 의해 반사되는 태양광 및, 열교환장치(60)에 입사되어, 열을 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 집광형 태양광 발전 장치(400)를 나타낸 것이다. 상기 도 5를 참조하면, 집광형 태양광 발전장치(400)는 빔스플리터 및 장파장 영역 반사경을 더 구비하여, 평행광으로부터 장파장광과, 단파장광 및 중파장광으로 분광하여 태양광 발전할 수 있다. 좀 더 구체적으로 상기 평행화렌즈(21) 후단에 빔스플리터를 구비하여, 평행광수단(21)에 의하여 평행화된 태양광 중에서 중파장광(가시광선) 및 단파장광(자외선) 영역을 분리하고, 빔스플리터 후단에 구비되는 장파장(적외선) 반사경을 이용하여 장파장 영역으로 분광할 수 있다. 상기 집광된 중파장광은 태양전지(50)에 입사되어, 상기 중파장광을 이용하여 전기 에너지를 발생할 수 있으며, 상기 장파장 반사경에 의해 반사된 장파장광은, 광학부재(40)를 통해 파장별로 집광되어 열교환장치(60)로 입사되고, 상기 단파장광은 반사수단(70)을 통해 반사되어, 열교환장치(60)로 입사된다. 열교환장치는(60) 상기 태양광을 이용하여 열을 발생할 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 구체예에 따른 열교환장치를 나타낸 것이다. 상기 도 6을 참조하면, 열교환장치(60)는 내부에 일정한 크기의 공간이 마련된 사각 통형의 구조를 가질 수 있다. 구체예에서 열교환장치(60)의 내부는 열교환매체가 출입할 수 있도록 하부에 열교환매체가 유입되는 유입부(도시되지 않음)이 구비되고, 상부에 열교환매체가 유출되는 유출부(도시되지 않음)이 구비될 수 있다. 상기 유입부 및 유출부는 플렉서블한 소재로 제조될 수 있다. 구체예에서 열교환장치(60)의 외측에는, 단열 커버 등의 단열부재(64)가 설치될 수 있다. 또한, 열교환장치(60)의 내부에는 펌프가 설치되어 열전달매체를 강제 순환시킬 수 있다. 또한, 상기 도 6과 같이 열교환장치(60)의 적어도 일면에는 복수 개의 태양전지(51, 52)가 구비될 수 있다. 이때, 태양전지(51, 52)는 전술한 바와 같이, 감응하는 흡수 파장에 해당하는 태양광 입사위치에 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 구체예에 따른 열교환장치(61)를 나타낸 것이다. 상기 도 7을 참조하면, 상기 집광된 장파장광, 단파장광 등의 태양광 및, 난반사된 태양광 중 하나 이상의 활용을 위해, 일측면에 반사수단(71)을 부착하여, 난반사된 태양광을 반사하여 열교환장치(61)에 입사시킬 수 있다. 한 구체예에서 상기 난반사된 태양광중에서 단파장광(자외선)을 활용할 수 있다.
본 발명의 집광형 태양광 발전 장치는 집광시, 스펙트럼의 중첩을 방지할 수 있어 태양광 집광 효율이 우수하며, 장치를 단순화 하여 공간 효율성이 우수하고, 태양광 발전에 직접적 영향을 주지 못하는 파장대는 분리하여 따로 이용하여, 태양광 발전 장치의 과열 및 파손을 방지할 수 있다. 또한 집광형 태양광과 집열형 태양열 시스템에 공통으로 사용되는 장치를 공유하게 되므로 제작단가를 낮출 수 있고 태양광/열 설비의 에너지 출력 당 단가 절감, 시설투자비 절감 및 투자회수 기간 단축의 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 집광형 태양광 발전장치를 이용한 태양광 발전방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 태양광 발전 방법은 집광수단을 사용하여 태양광을 집광하는 단계; 상기 집광된 태양광을 평행광수단을 사용하여 평행화 하는 단계; 상기 평행화된 태양광을 분광하는 단계; 상기 분광된 태양광을 파장별 중첩없이 집광하는 단계; 및 상기 집광된 태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 단계를 포함한다.
한 구체예에서 상기 태양광 발전 방법은, 집광된 태양광 및 난반사된 태양광 중에서 하나 이상을 이용하여 열에너지를 발생시키는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 구체예에서 반사수단(70)을 통해, 상기 난반사된 태양광을 열교환장치(60)로 반사시켜 열에너지를 발생시킬 수 있다.
실시예 및 비교예
실시예
태양광을 집광하는 볼록렌즈를 포함하는 집광수단(10), 상기 집광된 태양광을 평행화시키는 볼록렌즈를 포함하는 평행광수단(20), 평행광수단(20) 후단에 구비되어 상기 평행화된 태양광을 분광하는 프리즘(30), 프리즘(30) 후단에 구비되어, 프리즘(30) 후단에 위치되어, 프리즘(30)으로부터 분광된 태양광을 파장별 중첩없이 집광하는 광학부재(선형 볼록렌즈, 40), 상기 집광된 태양광중 중파장광(가시광선) 영역에 구비되고, 상기 중파장광을 이용하여 전기 에너지를 발생하는 태양전지(50), 상기 집광된 태양광중 장파장광(적외선) 영역에 구비되고, 상기 장파장광을 이용하여 열을 발생하는 열교환장치(60), 및 상기 집광된 태양광중 단파장광(자외선)을 열교환장치(60)로 반사시키는 반사수단(70)을 포함하는 도 2와 같은 집광형 태양광 발전 장치(100)를 제조하였다.
비교예
프리즘 후단에 볼록렌즈를 포함하지 않는 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 태양광 발전장치를 제조하였다.
도 8은 본 발명에 대한 비교예 태양광 발전 장치의 파장별 분광을 나타낸 것이다. 상기 도 8을 참조하면, 프리즘에 입사되는 광이 점광원이 아닌 경우, 프리즘을 이용한 스펙트럼 분리 과정에서 스펙트럼이 중첩되거나 아주 먼 거리에서 스펙트림이 분리되는 현상이 발생하여, 집광 효율이 떨어지고 태양광 발전 장치의 구성이 어려워지고, 집광효율이 저하되며, 스펙트럼 중첩에 의해 태양전지에 장파장광(적외선) 등의 파장이 수광되어, 과열 및 파손의 위험성이 있음을 알 수 있었다.
도 9는 본 발명에 따른 실시예의 집광형 태양광 발전 장치의 파장별 분광을 나타낸 것이다. 이때 상기 도 9는, 특정 파장만을 도시한 것으로, 실제 집광은, 파장별로 연속 스펙트럼 형태로 나타날 수 있다. 상기 도 9를 참조하면, 본 발명의 프리즘 후단에 광학부재(볼록렌즈)를 추가하는 경우 스펙트럼 중첩을 방지하고 파장별로 집광시킬 수 있어, 태양전지의 발전 효율을 상승시키면서, 태양광 발전 장치의 과열 및 파손 현상을 방지할 수 있으며, 자외선 및 적외선 영역의 파장을 이용하여 열 발전이 가능할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10, 11, 12: 집광수단 20, 21: 평행광수단
30: 프리즘 40: 광학부재
50, 51, 52: 태양전지 60, 61: 열교환장치
64: 단열부재
70, 71: 반사수단
100, 200, 300, 400: 집광형 태양광 발전 장치

Claims (7)

  1. 태양광을 집광하는 집광수단;
    상기 집광된 태양광을 평행화시키는 평행광수단;
    상기 평행광수단 후단에 위치되어, 상기 평행화된 태양광을 분광하는 프리즘;
    상기 프리즘 후단에 위치되어, 상기 분광된 태양광을, 파장별 중첩 없이 집광하는 광학부재; 및
    상기 집광된 태양광을 이용하여 전기 에너지를 발생하는 태양전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 태양광 발전장치는,
    상기 집광된 태양광을 이용하여 열을 발생하는 열교환장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 태양광 발전장치는 상기 집광된 태양광 및 난반사된 태양광 중 하나 이상을 상기 열교환장치로 반사시키는 반사수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 집광수단 및 평행광수단은, 각각 포물선형 반사경, 오목렌즈, 볼록렌즈 및 프레넬 렌즈 중에서 하나 이상 사용하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학부재는, 볼록렌즈인 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 발전 장치.
  6. 집광수단을 사용하여 태양광을 집광하는 단계;
    상기 집광된 태양광을 평행광수단을 사용하여 평행화 하는 단계;
    상기 평행화된 태양광을 분광하는 단계;
    상기 분광된 태양광을 파장별 중첩없이 집광하는 단계; 및
    상기 집광된 태양광을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 집광된 태양광 및 난반사된 태양광 중에서 하나 이상을 이용하여 열에너지를 발생시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 방법.
KR1020150094817A 2015-07-02 2015-07-02 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법 KR102378110B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150094817A KR102378110B1 (ko) 2015-07-02 2015-07-02 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150094817A KR102378110B1 (ko) 2015-07-02 2015-07-02 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170005289A true KR20170005289A (ko) 2017-01-12
KR102378110B1 KR102378110B1 (ko) 2022-03-28

Family

ID=57811634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150094817A KR102378110B1 (ko) 2015-07-02 2015-07-02 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102378110B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110122020A (ko) * 2010-05-03 2011-11-09 (주)애니캐스팅 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전시스템
KR20130081774A (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 기세웅 프레넬 렌즈를 이용한 태양 에너지 이용장치
KR20130088516A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 기세웅 프레넬 렌즈를 이용한 태양에너지 이용 장치
KR20150020780A (ko) * 2013-08-19 2015-02-27 주식회사 알티에이치 고효율 태양에너지 획득장치
KR20170002733A (ko) * 2015-06-29 2017-01-09 한국광기술원 파장 분리를 이용한 집광형 태양광-태양열 복합 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110122020A (ko) * 2010-05-03 2011-11-09 (주)애니캐스팅 고효율 집광형 태양광 발전 시스템을 이용한 전력 발전시스템
KR20130081774A (ko) * 2012-01-10 2013-07-18 기세웅 프레넬 렌즈를 이용한 태양 에너지 이용장치
KR20130088516A (ko) * 2012-01-31 2013-08-08 기세웅 프레넬 렌즈를 이용한 태양에너지 이용 장치
KR20150020780A (ko) * 2013-08-19 2015-02-27 주식회사 알티에이치 고효율 태양에너지 획득장치
KR20170002733A (ko) * 2015-06-29 2017-01-09 한국광기술원 파장 분리를 이용한 집광형 태양광-태양열 복합 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102378110B1 (ko) 2022-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4021267A (en) High efficiency converter of solar energy to electricity
US20080314436A1 (en) Solar augmentation system
AU2006227140A1 (en) Multi-junction solar cells with an aplanatic imaging system
KR101092418B1 (ko) 다기능 태양광 집광기
KR20090032900A (ko) 고 농축 태양광의 분광에 의한 집광 형 태양광 발전 시스템
CN103888051A (zh) 全息聚光分光太阳能发电模块
US20100229908A1 (en) Solar power conversion system and methods of use
JP2013537004A (ja) マルチバンド集光装置・エネルギー変換モジュール
JP2004297025A (ja) 高効率太陽電池
KR20090021068A (ko) 자연채광을 위한 태양광 집광장치
KR20210041993A (ko) 열전소자를 이용한 태양 에너지 복합 발전 시스템
KR101715667B1 (ko) 파장 분리를 이용한 집광형 태양광-태양열 복합 시스템 및 방법
CN102403391A (zh) 聚光及能量转换系统
US20170179875A1 (en) Beam splitting of solar light by reflective filters
CN101894875B (zh) 一种高效聚光式太阳能光电转换器
CN203933529U (zh) 全息聚光分光太阳能发电模块
KR20170005289A (ko) 집광형 태양광 발전 장치 및 이를 이용한 태양광 발전 방법
WO2017146557A1 (ru) Солнечная фотоэлектрическая батарея (варианты)
US7206142B1 (en) Refractive spectrum splitting concentrator system
US20100101640A1 (en) Optical structure and solar cell using the same
CN209881723U (zh) 一种聚光分光光伏系统
JP6694072B2 (ja) 光起電装置
JP2013191697A (ja) 太陽電池
CN103580601A (zh) 一种高效波长分光式太阳能综合利用系统
RU2645800C1 (ru) Солнечный модуль с концентратором

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant