KR20170011725A - 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템 - Google Patents

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Abstract

건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템이 개시된다. 본 발명의 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템은, 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈과 건물의 외벽 사이에 마련되어 태양전지모듈을 냉각시키는 수냉식 냉각부; 건물에 마련되어 수냉식 냉각부로 냉각수를 공급하는 냉각탑; 냉각탑과 수냉식 냉각부를 연결하여 냉각수의 유로로 제공되는 관로부; 및 관로부에 마련되어 관로부를 개폐시키는 밸브부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템{COOLING SYSTEM FOR BUILDING INTEGRATED PHOTOVOLTAIC SYSTEM}
본 발명은, 냉각시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈을 냉각탑에서 공급되는 냉각수를 이용하여 냉각시키는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템에 관한 것이다.
건물 일체형 태양광 발전시스템(Building Integrated Photovoltaic system)은 태양광 전지판을 건축 외장에 일체화하여 건물의 외피를 구성하는 시스템이다. 건물 일체형 태양광 발전시스템은 창호나 벽면, 발코니 등 건물의 외관에 태양광 발전 모듈을 장착해 자체적으로 전기를 생산하여 건축물에서 활용할 수 있다.
태양광 에너지로 전기를 생산하여 소비자에게 공급하는 외에 건물 일체형 태양광 모듈을 건축물 외장재로 사용하여 건설 비용을 줄이고 건물의 가치를 높이는 디자인 요소로도 사용된다.
한편 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈은 표면으로 조사되는 일사량과, 전기 생산 과정에서 발생 되는 태야전지모듈의 자체 열과, 태양전지모듈이 설치된 주변 대기 상태 및 태양전지모듈이 설치되는 건축물 실내 공간의 열 부하 등에 따라 전기 에너지 변환 효율과 발전량이 영향을 받게 되므로 일사량과 발전량은 비례하지 않는다.
예를 들어 태양전지모듈의 온도가 약 1도 상승하면 전기 에너지 변환 효율은 0.5% 전후로 떨어지고, 약 20도 정도 상승하면 전기 에너지 변환 효율은 10% 전후로 크게 떨어진다.
또한 전면 유리와 후면 유리 사이에 복수의 태양전지 셀이 소정 간격으로 설치되고, 셀 보호용 백시트가 부가 설치되는 구성이어서 방열이 어려운 구조이다.
따라서 태양전지모듈의 자체 온도를 가능한 낮게 유지할수록 전기에너지 변환 효율과 태양전지모듈이 설치되는 실내 공간의 단열 효과에 도움이 되므로 태양전지모듈의 온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있는 개선책이 요구된다.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
한국등록특허공보 제10-0976353호(순천대학교 산학협력단) 2010. 08. 10
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈을 냉각탑에서 공급되는 냉각수를 이용하여 냉각시키는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈과 건물의 외벽 사이에 마련되어 상기 태양전지모듈을 냉각시키는 수냉식 냉각부; 상기 건물에 마련되어 상기 수냉식 냉각부로 냉각수를 공급하는 냉각탑; 상기 냉각탑과 상기 수냉식 냉각부를 연결하여 상기 냉각수의 유로로 제공되는 관로부; 및 상기 관로부에 마련되어 상기 관로부를 개폐시키는 밸브부를 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템이 제공될 수 있다.
상기 태양전지모듈에 마련되는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 밸브부는 상기 온도 센서에서 감지되는 온도를 기초로 상기 관로부를 개폐시킬 수 있다.
상기 관로부는, 상기 수냉식 냉각부와 상기 냉각탑을 연결하여 상기 냉각수를 상기 수냉식 공급부로 공급시키는 공급 관로; 상기 수냉식 냉각부와 상기 냉각탑을 연결하여 상기 태양전지모듈에서 배출되는 냉각수를 상기 냉각탑으로 복귀시키는 복귀 관로; 및 상기 복귀 관로에 마련되어 상기 냉각탑으로 복귀되는 냉각수의 역류를 방지하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.
상기 밸브부는, 상기 냉각탑에 근접되는 위치의 상기 공급 관로에 마련되어 상기 냉각탑에서 배출되는 상기 냉각수를 선택적으로 개폐시키는 메인 개폐 밸브; 및 복수로 마련되는 상기 수냉식 냉각부와 근접되는 위치의 상기 공급 관로에 마련되어 각각의 수냉식 냉각부와 연결되는 상기 공급 관로를 개폐시키는 개폐 밸브를 포함할 수 있다.
상기 관로부에 마련되어 상기 냉각탑에서 공급되는 냉각수를 상기 수냉식 냉각부를 바이 패스시켜 상기 냉각탑으로 바로 공급시키는 바이패스부를 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스부는, 상기 공급 관로 상기 복귀 관로를 연결하는 바이 패스 관로; 상기 바이 패스 관로에 마련되어 상기 바이 패스 관로를 개페시키는 바이 패스 밸브; 및 상기 복귀 관로에 마련되어 바이 패스 되는 상기 냉각수의 역류를 방지하는 바이패스 체크밸브를 포함할 수 있다.
상기 태양전지모듈과 상기 수냉식 냉각부는 복수로 마련되고, 복수로 마련되는 상기 태양전지모듈 중 선택된 태양전지모듈만을 냉각할 시 상기 선택된 태양전지모듈에 결합 된 상기 수냉식 냉각부를 제외한 다른 수냉식 냉각부에 마련된 개폐 밸브를 닫아 상기 선택된 태양전지모듈에 결합 된 상기 수냉식 냉각부에만 냉각수를 공급시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 태양전지모듈의 발열이 여름에 문제가 되는 것을 고려하여 실질적으로 여름에 작동되는 냉각탑을 활용하도록 함으로써 수냉식 구조를 이용하기 위한 냉각 및 순환부 구성을 기존 냉각탑을 활용하여 저렴하게 구성할 수 있으며 냉각 성능 역시 높일 수 있다.
또한 냉각탑의 냉각수를 이용하여 건물 외벽의 온도를 낮출 수 있어 건물의 냉방 성능도 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수냉식 냉각부의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 수냉식 냉각부와 태양전지모듈을 복수로 마련된 경우의 작동도이다.
도 4는 도 3에 도시된 수냉식 냉각부와 태양전지모듈의 일부가 작동되는 것을 도시한 작동도이다.
도 5는 도 3에 도시된 바이패스부의 작동도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수냉식 냉각부의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 수냉식 냉각부와 태양전지모듈을 복수로 마련된 경우의 작동도이고, 도 4는 도 3에 도시된 수냉식 냉각부와 태양전지모듈의 일부가 작동되는 것을 도시한 작동도이고, 도 5는 도 3에 도시된 바이패스부의 작동도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템(1)은, 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈(M)과 건물(B)의 외벽 사이에 마련되어 태양전지모듈(M)을 냉각시키는 수냉식 냉각부(100)와, 건물(B)에 마련되어 수냉식 냉각부(100)로 냉각수를 공급하는 냉각탑(200)과, 냉각탑(200)과 수냉식 냉각부(100)를 연결하여 냉각수의 유로로 제공되는 관로부(300)와, 태양전지모듈(M)에 마련되는 온도 센서(400)와, 관로부(300)에 마련되어 관로부(300)를 개폐시키는 밸브부(500)와, 관로부(300)에 마련되어 냉각탑(200)에서 공급되는 냉각수를 수냉식 냉각부(100)를 바이 패스시켜 냉각탑(200)으로 바로 공급시키는 바이패스부(600)와, 건물(B)에 마련되어 수냉식 냉각부(100)에서 열교환 된 냉각수를 냉각탑(200)으로 복귀시키는 펌프(700)를 구비한다.
수냉식 냉각부(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 일측부는 태양전지모듈(M)의 저면부에 접촉되고, 타측부는 건물(B)의 외벽에 접촉되도록 마련 되어 태양전지모듈(M)의 열을 냉각탑(200)에서 공급되는 냉각수로 냉각하는 역할을 한다.
또한 본 실시 예에서 수냉식 냉각부(100)는 건물(B)의 외벽에 접촉될 수 있으므로 건물(B)을 냉각시키는 역할도 할 수 있다.
본 실시 예에서 수냉식 냉각부(100)는 태양전지모듈(M)과 건물(B)의 외벽에 탈부착 가능하게 브래킷을 이용하여 볼트 결합 될 수 있다.
본 실시 예에서 수냉식 냉각부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉각수가 유입되는 유입구(111)와 열교환 된 냉각수가 배출되는 배출구(112)가 마련된 냉각 바디(110)와, 냉각 바디(110)의 내부에 지그 재그 형태로 마련되어 냉각수의 흐름을 지연시키는 복수의 격벽(120)을 포함한다.
냉각탑(200)은, 일반 건물(B)의 옥상에 마련되어 에어컨을 냉각시키는 냉각수를 공급하는 공지된 구성으로서, 본 실시 예는 기존에 설치되어 있는 냉각탑(200)과 냉각탑(200)의 배관을 그대로 이용할 수 있다.
즉 기 설치된 냉각탑(200)의 배관에 수냉식 냉각부(100)와 연결되는 공급 관로(310)와 복귀 관로(320)를 연결시켜 냉각탑(200)에서 배출되는 냉각수를 수냉식 냉각부(100)로 공급할 수 있고, 수냉식 냉각부(100)에서 열교환 되어 온도가 상승 된 냉각수를 냉각탑(200)에서 냉각할 수 있다.
관로부(300)는, 냉각탑(200)의 냉각수를 수냉식 냉각부(100)로 공급함과 아울러 수냉식 냉각부(100)에서 열교환 된 냉각수가 다시 냉각탑(200)으로 복귀되도록 냉각수의 유로로 제공된다.
본 실시 예에서 관로부(300)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 수냉식 냉각부(100)와 냉각탑(200)을 연결하여 냉각수를 수냉식 공급부로 공급시키는 공급 관로(310)와, 수냉식 냉각부(100)와 냉각탑(200)을 연결하여 태양전지모듈(M)에서 배출되는 냉각수를 냉각탑(200)으로 복귀시키는 복귀 관로(320)와, 복귀 관로(320)에 마련되어 냉각탑(200)으로 복귀되는 냉각수의 역류를 방지하는 체크 밸브(330)를 포함한다.
본 실시 예에서 냉각탑(200)은 건물(B)의 옥상 즉 제일 높은 위치에 있으므로 냉각탑(200)에서 배출되는 냉각수는 중력에 의해 공급 관로(310)를 통해 수냉식 냉각부(100)로 공급될 수 있다.
또한 수냉식 냉각부(100)에서 태양전지모듈(M)과 열 교환 된 냉각수는 건물(B)의 옥상에 설치되는 펌프(700)의 펌핑력과 공급 관로(310)를 통해 공급되는 냉각수에 복귀 관로(320)를 통해 냉각탑(200)으로 복귀될 수 있다.
그리고 복귀 관로(320)를 통해 배출되는 냉각수는 복귀 관로(320)에 마련되는 체크 밸브(330)에 의해 다시 수냉식 냉각부(100)로 리턴 되는 것을 방지할 수 있다.
온도 센서(400)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 태양전지모듈(M)에 마련되어 태양전지모듈(M)의 온도를 감지하고, 온도 센서(400)에서 감지된 온도는 제어부(미도시)로 전달된다. 제어부에는 이 온도를 기초로 메인 개폐 밸브(510)와 개폐 밸브(520)를 선택적으로 개폐시켜 태양전지모듈(M)을 선택적으로 냉각할 수 있다.
밸브부(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각탑(200)에 근접되는 위치의 공급 관로(310)에 마련되어 냉각탑(200)에서 배출되는 냉각수를 선택적으로 개폐시키는 메인 개폐 밸브(510)와, 복수로 마련되는 수냉식 냉각부(100)와 근접되는 위치의 공급 관로(310)에 마련되어 각각의 수냉식 냉각부(100)와 연결되는 공급 관로(310)를 개폐시키는 개폐 밸브(520)를 포함한다.
본 실시 예에서 메인 개폐 밸브(510)를 잠그면 수냉식 냉각부(100)로 냉각수는 공급되지 않으므로 외기의 온도가 낮아 태양전지모듈(M)을 냉각할 필요가 없는 경우 메인 개폐 밸브(510)를 잠궈 수냉식 냉각부(100)로 냉각수가 공급되지 않게 할 수 있다.
또한 본 실시 예에서 개폐 밸브(520)는, 각각의 수냉식 냉각부(100)로 공급되는 냉각수의 유로를 잠그는 역할을 한다.
따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 중간에 배치되는 수냉식 냉각부(100)에만 냉각수를 공급할 필요가 있는 경우 해당 개폐 밸브(520)만 열고 다른 개폐 밸브(520)를 모두 잠금으로써 중간에 배치되는 수냉식 냉각부(100)를 더욱 빠르고 효율적으로 냉각할 수 있는 이점이 있다.
바이패스부(600)는, 냉각탑(200)의 작동 중에 수냉식 냉각부(100)의 전체적인 점검이나 일부 수냉식 냉각부(100)의 수리가 필요한 경우 수냉식 냉각부(100)를 바이 패스시켜 냉각수를 냉각탑(200)으로 복귀시키는 역할을 한다.
본 실시 예에서 바이패스부(600)는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 공급 관로(310)와 복귀 관로(320)를 연결하는 바이 패스 관로(610)와, 공급 관로(310)와 복귀 관로(320)를 연결하여 바이 패스 관로(610)의 대비용으로 사용되는 보조 바이패스관로(620)와, 바이 패스 관로(610)와 보조 바이패스관로(620)에 마련되어 바이 패스 관로(610)와 보조 바이패스관로(620)를 개폐시키는 바이 패스 밸브(630)와, 복귀 관로(320)에 마련되어 바이 패스 되는 냉각수의 역류를 방지하는 바이패스 체크밸브(640)를 포함한다.
이하에서 바이패스부(600)의 작동을 도 5를 참고하여 간략히 설명한다.
수냉식 냉각부(100)의 전체적인 점검이 필요하여 수냉식 냉각부(100)로 냉각수를 공급하지 않아야 할 경우 각각의 수냉식 공급부와 근접되게 배치된 개폐 밸브(520)와, 보조 바이패스관로(620)에 설치된 바이 패스 밸브(630)를 잠근다.
각각의 개폐 밸브(520)와 보조 바이패스관로(620)에 설치된 바이 패스 밸브(630)가 잠기면, 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 수냉식 냉각부(100)로 냉각수가 공급되지 않는다. 이 상탱에서 바이 패스 관로(610)에 있는 바이 패스 밸브(630)를 열면 냉각탑(200)에서 공급되는 냉각수는 바이 패스 관로(610)와, 복귀 관로(320)를 통해 냉각탑(200)으로 복귀된다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 태양전지모듈의 발열이 여름에 문제가 되는 것을 고려하여 실질적으로 여름에 작동되는 냉각탑을 활용하도록 함으로써 수냉식 구조를 이용하기 위한 냉각 및 순환부 구성을 기존 냉각탑을 활용하여 저렴하게 구성할 수 있으며 냉각 성능 역시 높일 수 있다.
또한 냉각탑의 냉각수를 이용하여 건물 외벽의 온도를 낮출 수 있어 건물의 냉방 성능도 개선할 수 있다.
나아가 바이패스부를 통해 수냉식 냉각부의 점검이나 수리를 편리하게 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템
100 : 수냉식 냉각부 110 : 냉각 바디
111 : 유입구 112 : 배출구
120 : 격벽 200 : 냉각탑
300 : 관로부 310 : 공급 관로
320 : 복귀 관로 330 : 체크 밸브
400 : 온도 센서 500 : 밸브부
510 : 메인 개폐 밸브 520 : 개폐 밸브
600 : 바이패스부 610 : 바이 패스 관로
620 : 보조 바이패스관로 630 : 바이 패스 밸브
640 : 바이패스 체크밸브 700 : 펌프
B : 건물 M : 태양전지모듈

Claims (7)

  1. 건물 일체형 태양광 발전시스템의 태양전지모듈과 건물의 외벽 사이에 마련되어 상기 태양전지모듈을 냉각시키는 수냉식 냉각부;
    상기 건물에 마련되어 상기 수냉식 냉각부로 냉각수를 공급하는 냉각탑;
    상기 냉각탑과 상기 수냉식 냉각부를 연결하여 상기 냉각수의 유로로 제공되는 관로부; 및
    상기 관로부에 마련되어 상기 관로부를 개폐시키는 밸브부를 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 태양전지모듈에 마련되는 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 밸브부는 상기 온도 센서에서 감지되는 온도를 기초로 상기 관로부를 개폐시키는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 관로부는,
    상기 수냉식 냉각부와 상기 냉각탑을 연결하여 상기 냉각수를 상기 수냉식 공급부로 공급시키는 공급 관로;
    상기 수냉식 냉각부와 상기 냉각탑을 연결하여 상기 태양전지모듈에서 배출되는 냉각수를 상기 냉각탑으로 복귀시키는 복귀 관로; 및
    상기 복귀 관로에 마련되어 상기 냉각탑으로 복귀되는 냉각수의 역류를 방지하는 체크 밸브를 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 밸브부는,
    상기 냉각탑에 근접되는 위치의 상기 공급 관로에 마련되어 상기 냉각탑에서 배출되는 상기 냉각수를 선택적으로 개폐시키는 메인 개폐 밸브; 및
    복수로 마련되는 상기 수냉식 냉각부와 근접되는 위치의 상기 공급 관로에 마련되어 각각의 수냉식 냉각부와 연결되는 상기 공급 관로를 개폐시키는 개폐 밸브를 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 관로부에 마련되어 상기 냉각탑에서 공급되는 냉각수를 상기 수냉식 냉각부를 바이 패스시켜 상기 냉각탑으로 바로 공급시키는 바이패스부를 더 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 바이패스부는,
    상기 공급 관로와 상기 복귀 관로를 연결하는 바이 패스 관로;
    상기 바이 패스 관로에 마련되어 상기 바이 패스 관로를 개페시키는 바이 패스 밸브; 및
    상기 복귀 관로에 마련되어 바이 패스 되는 상기 냉각수의 역류를 방지하는 바이패스 체크밸브를 포함하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 태양전지모듈과 상기 수냉식 냉각부는 복수로 마련되고,
    복수로 마련되는 상기 태양전지모듈 중 선택된 태양전지모듈만을 냉각할 시 상기 선택된 태양전지모듈에 결합 된 상기 수냉식 냉각부를 제외한 다른 수냉식 냉각부에 마련된 개폐 밸브를 닫아 상기 선택된 태양전지모듈에 결합 된 상기 수냉식 냉각부에만 냉각수를 공급시키는 것을 특징으로 하는 건물 일체형 태양광 발전시스템의 냉각시스템.
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