KR20170064138A - 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는데 있다. 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양열에 의해 가열되는 집열부; 물에 의해 냉각되는 냉각부; 상기 집열부와 상기 냉각부 사이에 배치된 열전 소자를 이용하여, 열을 전기로 변환하는 열전 발전부; 상기 집열부를 덮어, 상기 집열부의 측면 및 상부의 복사열 발산을 방지하는 커버; 및 상기 커버의 측면에 위치하여 서로 다른 모듈을 물리적으로 결합시키기 위한 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 상기 태양열 집열형 열전 발전 모듈 복수개를 포함하되, 각각의 열전 발전 모듈이 상기 결합부를 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 각각의 개별 태양열 집열형 열전 발전 모듈이 담수 또는 해수에 의하여 연속적으로 냉각되고, 모듈의 전체적인 크기를 소형화함에 따라 발전 효율이 향상되는 효과가 있고, 또한 개별 모듈의 커버 측면에 위치하는 결합부에 의하여 개별 모듈이 서로 결합되는 방법으로 시스템이 형성되어 용이한 방법으로 다량의 태양열 발전이 수행될 수 있는 효과가 있다. 나아가, 복수의 상기 발전 모듈들이 해수 또는 담수 표면에 분산됨에 따라 해수 또는 담수의 녹조, 적조를 방지할 수 있고, 또한 담수의 증발을 방지할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 이를 포함하는 시스템에 관한 발명이다.
태양을 이용하는 발전장치는 태양광을 이용하는 태양광 발전장치와 태양열을 이용하는 태양열 발전장치로 구분할 수 있다. 태양광 발전장치는 광전효과를 기대할 수 있는 화합물반도체로 제조된 태양전지를 이용한 것으로, 넓은 면적을 필요로 하고 광전 변환효율이 매우 낮은 단점을 가진다.
이에 따라, 최근 태양열 발전장치가 주목받고 있다. 종래의 태양열을 이용하는 발전장치는 태양열에 의해 직접적으로 전력을 얻을 수 있는 구조가 아니라, 태양열에 의해 물이나 기타 재료를 데우고 이를 이용하여 2차적으로 발전을 하여 설비가 크고 발전효율이 대체적으로 낮았다.
이를 개선하기 위하여 집열판의 형상을 다양하게 하고, 태양의 위치에 따라 태양열 집열부의 위치를 변화시킬 수 있는 트랙커를 갖춘 태양열을 이용한 발전장치나, GPS 위성항법장치를 이용하여 최적의 태양광 입사각을 유지하는 시스템이 발명되었으나, 태양의 복사열을 1회적으로 이용함으로써 발전효율이 낮은 문제점이 있었다.
또한, 이러한 태양열 발전장치들은 열전소자를 단층으로 배치함으로써 넓은 공간을 차지하여 공간에 비하여 발전효율이 낮은 문제점이 있었다.
또한, 최근 기후변화 등의 이유로 하천 및 해양에 녹조 및 적조 발생, 담수의 증발이 심각한 환경문제로 대두되고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 시도가 수행되고 있으나, 근본적이고 효율적으로 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 수단은 현재 전무한 상태이다.
관련 기술로, 한국 등록특허 제10-1015608호는 태양열을 이용한 적층형 열전발전장치를 개시하고 있으며, 구체적으로는 집열부와 그의 하부에 위치하는 열전발전모듈을 포함하는 열전 발전장치를 개시하고 있다. 상기 기술에 따르면 다양한 온도대역에서 작동하는 열전발전모듈을 집열부재 하부에 적층함으로써 발전효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다. 그러나, 상기 장치는 고온부와 저온부 사이의 온도차이를 크게 유지할 수 없어 시간이 지날수록 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 한국 공개특허 제10-2010-0103164호는 열전발전소자를 이용한 전력에너지 변환방법을 개시하고 있으며, 구체적으로는 집광된 열에너지를 열전발전소자의 고온 측에 공급하고, 저온측은 순환되는 냉각수에 열적으로 결합시켜 열전발전소자의 양단간에 온도차를 발생시키는 기술이 기재되어 있다. 상기 장치는 냉각수 순환 및 공급을 위한 추가적이 구성들이 포함됨에 따라 장치의 크기가 커지는 문제점이 있다.
나아가, 한국 공개특허 제10-2000-0073212호는 열전모듈 외장형 휴대용 태양열 발전기를 개시하고 있으며, 구체적으로는 이동중에도 집광, 발전 및 충전이 가능한 구성을 포함하는 휴대용 태양열 발전기를 개시하고 있다. 상기 장치는 태양열의 집광 효율이 떨어지고 온도차를 유지하기 어려워, 결과적으로 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다.
이에 본 발명의 발명자들은 열전발전 모듈 및 시스템의 발전 효율을 향상시키면서도 동시에 녹조, 적조를 방지하고 나아가 담수의 증발을 방지할 수 있는 기술을 연구하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 이를 포함하는 시스템을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양열에 의해 가열되는 집열부; 물에 의해 냉각되는 냉각부; 상기 집열부와 상기 냉각부 사이에 배치된 열전 소자를 이용하여, 열을 전기로 변환하는 열전 발전부; 상기 집열부를 덮어, 상기 집열부의 측면 및 상부의 복사열 발산을 방지하는 커버; 및 상기 커버의 측면에 위치하여 서로 다른 모듈을 물리적으로 결합시키기 위한 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 상기 태양열 집열형 열전 발전 모듈 복수개를 포함하되, 각각의 열전 발전 모듈이 상기 결합부를 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 각각의 개별 태양열 집열형 열전 발전 모듈이 담수 또는 해수에 의하여 연속적으로 냉각되고, 모듈의 전체적인 크기를 소형화함에 따라 발전 효율이 향상되는 효과가 있고, 또한 개별 모듈의 커버 측면에 위치하는 결합부에 의하여 개별 모듈이 서로 결합되는 방법으로 시스템이 형성되어 용이한 방법으로 다량의 태양열 발전이 수행될 수 있는 효과가 있다. 나아가, 복수의 상기 발전 모듈들이 해수 또는 담수 표면에 분산됨에 따라 해수 또는 담수의 녹조, 적조를 방지할 수 있고, 또한 담수의 증발을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 정면도이고,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 측면도이고,
도 3은 본 발명의 열전 발전부를 나타내는 정면도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 정면도이이고,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 정면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 위에서 본 평면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 위에서 본 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 시스템을 위에서 본 평면도이고, 및
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 시스템을 위에서 본 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 측면도이고,
도 3은 본 발명의 열전 발전부를 나타내는 정면도이고,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 정면도이이고,
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 나타내는 정면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 위에서 본 평면도이고,
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈을 위에서 본 평면도이고,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 시스템을 위에서 본 평면도이고, 및
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 시스템을 위에서 본 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈 및 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양열 발전모듈은 서로 다른 2개의 반도체 또는 금속을 접속하여 접합부에 온도차를 주면 기전력이 발생하는 제백효과를 이용한 것이다. 제백효과에 의해 발생한 기전력을 열기전력이라고 하는데, 열기전력은 접합부 접속점의 온도차에 의해 가변 되는데, 온도차가 클수록 열기전력이 커진다. 따라서, 효율적인 발전을 위해 온도차의 극대화와 더불어 이 온도차를 지속적으로 유지할 수 있는 열원과 냉각원이 필요하다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 태양열을 효과적으로 유지할 수 있는 커버와, 콤팩트한 구조의 열전 소자들을 이용하여 발전을 수행할 수 있다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)은 집열부(100), 냉각부(200), 추(300), 열전 발전부(400), 커버(500), 및 결합부(700)를 포함한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)을 정면에서 바라본 도면이고, 도 2는 도 1의 모듈(1000a)을 측면에서 바라본 도면이다. 도 3은 도 1의 모듈(1000a)의 열전 발전부(400)의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
집열부(100)는 가열되는 부분이다. 본 실시예에서와 같이 태양열을 이용하는 경우, 집열부(100)는 태양열에 의해 가열될 수 있으나, 열원은 반드시 태양열로 한정되어야 하는 것은 아니다. 즉, 다른 응용 예에서는 지열이나, 온천수, 인공 광원 등과 같은 다양한 열원에 의해 집열부(100)가 가열되는 형태로 구현될 수도 있다.
집열부(100)는 열전도도가 높은 금속이나, 세라믹 등과 같은 물질로 구성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 3에 따르면, 집열부(100)는 복수의 제1 패널(110,120,130)과 복수의 제1 기판(110a,120a,130a)을 포함한다.
집열부(100)의 상부는 커버(500)에 의해 둘러싸여 밀폐된다. 즉, 커버(500)는 집열부(100)의 상부 및 각 측면을 커버하도록 형성된다. 집열부(100)는 두께가 얇은 직사각 판형상으로 태양 복사열에 의해 직접 열을 전달받아 데워진다. 또한, 집열부(100)로 전달된 열은 커버(500)에 의해 외부로 유출되지 않아, 집열부(100)의 온도는 지속적으로 상승될 수 있다.
도 3을 참조하면, 집열부(100)는 복수의 제1 패널(110,120,130)에 의해 형성될 수 있다. 제1 패널들(110,120,130)은 각각 복수의 제1 기판(110a,120a,130a)에 연결된다. 이러한 구성에 의해 정면에서 보았을 때, 집열부(100)는 'T'자 형상을 가진다.
태양열에 의해 데워진 집열부(100)의 제1 패널들(110,120,130)의 열은 각각의 제1 기판(110a,120a,130a)으로 전도된다. 각각의 제1 기판(110a,120a,130a) 들은 복수의 열전 소자들 사이로 배치된다. 이에 따라 제1 패널들로부터 전도되는 열을 열전 소자들 방향으로 전달한다.
제1 패널들(110,120,130) 및 제1 기판(110a,120a,130a)은 열전도성이 우수한 금속(예를 들어, 알루미늄, 구리 등)이나 기타 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 설명의 편의를 위해서 도 3에서는, 집열부(100)가 서로 결합된 제1 패널들(110,120,130) 및 제1 기판(110a,120a,130a)으로 구성되는 것처럼 설명하였으나, 집열부(100)는 T자 형상의 일체화된 바디(body)로 구성될 수도 있다.
냉각부(200)는 냉각이 이루어지는 부분이다. 본 실시예의 모듈(1000a)이 강이나 바다에 설치되는 경우, 냉각부(100)는 하천수나 해수에 의해 냉각될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 냉각부(100)는 하천수나 해수 이외에도, 얼음, 눈 등과 같은 다양한 소스에 의해 냉각될 수도 있다.
하천수나 해수에 의해 냉각될 경우, 냉각부(200)는 지속적인 냉각이 가능하고 냉각시키기 위한 추가적인 에너지가 필요 없어 발전효율을 높일 수 있다.
도 3을 참조하면, 냉각부(200)는 복수의 제2 패널(210,220,230), 복수의 제2 기판(210a,220a,230a) 및 냉각핀(240)으로 구성된다. 각 제2 패널들(210,220,230)은 각각 제2 기판(210a,220a,230a)에 의해 연결된다. 이러한 구성에 의해, 냉각부(200)는 '역 T'자 형상을 가질 수 있다.
냉각부(200)의 제2 패널들(210,220,230)은 하천수나 해수 등과 같은 외부 소스에 직접적으로 또는 간접적으로 노출되어, 그 온도에 따라 냉각될 수 있다. 이 경우, 냉각 효율을 높이기 위해서, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2패널들(210,220,230)에는 복수의 냉각핀(240)이 연결될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 냉각핀(240)이 생략되고, 제2 패널들(210, 220, 230)의 표면 전체가 직접 하천수나 해수에 닿을 수도 있다.
냉각된 제2 패널들(210,220,230)로부터 복수의 제2 기판(210a,220a,230a)도 전도에 의해 동일한 온도로 된다.
냉각핀(240)은 각 제2 패널들(210,220,230)의 하부에 복수로 형성되어 물과 동일한 온도를 형성한다. 본 발명에서는 냉각핀(240)은 단면이 직육면체형상의 기둥으로 구성되는 것으로 예시하였으나, 예를 들어 단면은 원형이나, 삼각형으로 형성될 수 있다. 냉각핀(240)의 형상이나 위치, 배치 간격 등은 본 모듈(1000a)이 사용되는 환경이나, 모듈의 사용 목적 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 가령, 본 모듈(1000a)이 유수의 흐름에 저항을 주지 않아야 하는 환경에서는, 너무 촘촘히 배치되지 않도록 설계될 수도 있다.
냉각부(200)는 부력에 의해 물에 뜰 수 있는 것이 바람직하다. 냉각부(200)의 부력이 크지 않을 경우, 부력 보조 기구(미도시)를 각 제2 패널들(210,220,230)의 측면에 부착할 수 있다.
본 실시예에서는 집열부(100)의 제1 패널들(110,120,130)과 냉각부(200)의 제2 패널들(210,220,230)이 분리된 상태에서 하나의 모듈로 조립되는 것을 예시하였다. 그러나, 패널들(110,120,130)과 제2 패널들(210,220,230)은 일체로 성형되어 제조될 수 있다. 일체로 성형되는 경우, 분리된 상태에서 조립하는 경우에 비해 내구성이 우수할 수 있으나, 이동 시 불편함이 따를 수 있다.
추(300)는 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)의 전체 안정성을 위해 냉각부(200)의 하부에 연결된다. 이에 따라, 추(300)는 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)이 하천에 설치되면 강바닥에 안착되고, 해양에 설치되면 해저에 닿도록 배치된다. 이에 따라 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)은 추(300)에 의해 물결이나 파도에 의해 전후좌우로 유동되는 것이 제한됨에 따라 하천이나 해양에서 안정적으로 위치할 수 있다. 도 3을 참조하면, 열전 발전부(400)는 태양열에 의한 집열부(100)와 냉각수에 의해 냉각된 냉각부(200)와의 온도차이를 전력으로 변환한다. 열전 발전부(400)는 복수의 열전소자(415,425,435,445,455) 및 복수의 절연층(410a,410b,420a,420b,430a,430b,440a,440b,450a,450b)을 포함한다.
본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 제1 기판(110a)과 제2 기판(220a)에 둘러싸인 열전 발전부(400)에 대해서만 설명한다.
제1 기판(110a)과 제2 기판(220a)은 'T'자 형상으로 이루어지며, 이격 배치된다. 제1 기판(110a)의 일측에는 절연층(420a)이 형성되며, 제2 기판(220a)의 일측에는 절연층(420b)이 형성된다.
이 경우, 상기 절연층(420a,420b)은 직사각형 형상으로 각각 제1 기판(110a)와 제2 기판(220a)에 부착된다. 절연층(420a,420b)은 알루미나, 산화아연 및 산화니켈 중 어느 하나의 절연성 산화물로 도포된 형태일 수 있다.
열전소자(425)는 절연층(420a,420b) 사이에 개재될 수 있다. 열전소자(425)는 열을 전기로 변환시키는 소자로, P-타입의 P형 반도체와 N-타입의 N형 반도체를 포함할 수 있다.
즉, 열전 발전부(400)는 태양 열에 의해 데워진 집열부(100)와 냉각수에 의해 냉각된 냉각부(200) 사이의 온도차로 인한 제백효과를 통해 전기에너지를 생성할 수 있다.
열전 발전부(400)는 집열부(100)의 복수의 제1 기판(110a,120a,130a)과 냉각부(200)의 복수의 제2 기판(210a,220a,230a)이 교번하도록 배치된다. 종래기술은 집열부와 냉각부의 각 기판들이 복수로 배치되는 경우, 기판들은 고온기판, 저온기판, 저온기판 및 고온기판의 순대로 교번하여 배치되었다. 즉, 고온기판 끼리 또는 저온기판 끼리 인접한 부분을 가지므로, 이러한 구성에 의해 고온기판과 고온기판의 사이를 이격하거나 추가적으로 열전도성 구리스를 고온 기판 사이에 배치해야 했다. 이에 반해 본 실시예에서는 'T'자 및 '역T'자 형의 기판들이 교번하도록 배치되어 종래기술에 비해 부피를 줄일 수 있어 콤팩트한 구성이 가능하다. 또한, 본 실시예는 줄어든 부피만큼 좁은 장소에서도 발전을 수행할 수 있어 발전효율이 증대될 수 있다.
커버(500)는 투명한 재질로서 집열부(100)의 패널(110,120,130)을 완전히 밀폐한다. 예를 들어, 커버(500)는 유리, 비닐, 플라스틱 등과 같은 다양한 재질로 구현될 수 있다. 커버(500)를 투과하여 입사되는 태양열은 집열부(100)를 가열시킬 수 있다. 본 실시예에서는 커버(500)가 단일막으로 구현되는 것을 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 커버(500)는 초극박막 불소 수지필름(ETFE)를 이용한 이중막으로 구현되어 집열 효율을 더욱 높일 수 있다.
커버(500)의 형상 역시 집열 효과를 극대화시킬 수 있는 형태로 구현될 수 있다. 도 1 및 도 2를 커버는 단면이 반원인 원기둥의 형상을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 다른 실시예에서는, 집열부(100)의 패널(110,120,130)을 밀폐하기 위해 반 구 형상을 가질 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는 집열부(100)의 패널(110,120,130)을 커버(500)에 의해 밀폐함으로써 집열부(100)로 복사된 열을 일회적으로 사용하고 버리는 기존 발명에 비해 태양열 이용 효율이 증대되어 집열부의 온도를 높은 상태로 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 따라, 지속적으로 안정적인 발전을 수행할 수 있다.
커버(500)의 내부는 진공으로 구현할 수 있으나, 온실가스를 커버(500) 내부로 봉입하는 것도 가능하다. 온실가스는 지구의 온실효과를 발생시키는 가스를 의미하며, 커버(500)에 봉입되는 온실 가스는 이산화탄소, 메탄, 아질산수소, 수소불화탄소 중 어느 하나일 수 있다. 커버(500) 내부에서 온실효과가 발생하면, 집열부(100)와 냉각부(200)의 온도차이를 보다 증대시켜 전류발생량을 더욱 증대시킬 수 있다.
한편, 미도시하였지만, 커버(500)를 집열부(100)의 패널(110,120,130)로 밀폐하기 위해 집열부(100)의 패널(110,120,130)의 상부 각 측단에 커버(500) 고정장치를 설치할 수 있다.
본 발명에서 커버의 측면에 위치하는 결합부(700)는 태양열 집열형 열전발전 모듈이 복수개 존재하는 경우, 이들 복수개의 모듈을 물리적으로 결합시키는 역할을 한다. 이때, 결합부는 자력을 띠는 물질을 포함하여 자력으로 복수개의 모듈을 결합시킬 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈은 커버 측면부에 결합부를 포함하여, 복수의 모듈이 용이하게 하나의 시스템을 구성할 수 있으며, 복수의 모듈을 설치한 후, 추후 이를 회수할 때 용이하게 회수할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000b,1000c)을 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000b)은 제1 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a)과 대부분의 구성이 동일하며, 집열렌즈(520)를 더 포함한다.
제2 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성에 대해 동일한 부재번호를 부여하며, 동일한 구성에 대한 설명을 생략한다.
집열렌즈(520)는 빛을 수렴하는 볼록렌즈로 구성될 수 있다. 집열렌즈(520)의 표면은 커버(500)의 표면에 형성된다. 집열렌즈(520)를 통해 고온의 열이 집열부(100)로 전달된다. 집열 렌즈(520)를 제외한 나머지 커버(500) 부분은 유리나 비닐, 플라스틱과 같이 집열성이 뛰어난 재질로 이루어질 수 있다.
도 4에서 집열렌즈(520)는 태양이 어느 위치에 있더라도 지속적으로 집열이 이루어질 수 있도록 다양한 위치 및 간격으로 복수 개 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 태양의 위치에 따라 집열을 위한 최적의 환경을 구현할 수 있도록, 집열 렌즈의 위치를 태양 위치에 맞게 조정할 수도 있다. 이 경우, 모듈(1000b)은 태양위치 감별기능을 갖는 센서(미도시), 집열렌즈를 회전시키기 위한 구동부(미도시), 센서의 감지 결과에 따라 구동부를 제어하는 제어부(미도시)를 구비한다. 센서는 광센서로 구현될 수 있다. 센서는 복수개로 마련되어, 커버(500)의 각 부분 별로 배치될 수 있다. 제어부는 각 센서들 중에서 광 감지 값이 가장 큰 센서가 배치된 방향에 태양이 위치한다고 판단하고, 해당 센서 방향으로 집열 렌즈가 향하도록 구동부를 제어할 수 있다.
구동부(미도시)는 외부의 전극(미도시)으로부터 연결된 전선으로 발생된 전력을 수집하거나, 모듈(1000b)에 의해 발생된 전력을 수집하여 집열렌즈(520)의 자세를 가변시킬 수 있다. 또한, 최적의 집열렌즈(520)의 방향이 제어부(미도시)의 메인보드(미도시)에서 제어신호로 변환되면, 구동부(미도시)는 모터구동모듈(미도시)과 다축의 구동모터(미도시)에 의해 집열렌즈(520)가 최적의 각도를 유지하도록 구동한다.
이에 따라, 제어부(미도시)에 의해 태양의 고도각에 대응하여 지속적으로 태양을 추적하도록 제어되어, 집열부(100)는 고온의 상태를 유지하여 전력생산 효율이 증가하게 된다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000c)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5에 따르면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000c)은 도 4의 제2 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000b)과 대부분의 구성이 동일하며, 커버(600)는 돔형이 아닌 직육면체 형상의 단열 커버(610)로 형성되는 것이 상이하다.
제3 실시예는 제1 실시예와 동일한 구성에 대해 동일한 부재번호를 부여하며, 동일한 구성에 대한 설명을 생략한다.
단열 커버(610)는 반투명이거나 불투명한 단열소재로 구성된다. 단열 커버(610)는 집열부(100)의 상부인 패널(110,120,130)을 완전히 밀폐하여 열이 단열 커버(610)의 외부로 유출되는 것을 차단한다.
단열 커버(610)의 상부도 복수의 집열렌즈(620)가 형성되거나, 태양 위치 감별기능이 있어서, 제2 실시예와 같이 전력 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a,1000b,1000c)는 소규모의 휴대용 태양열 발전모듈 뿐만 아니라 대용량의 태양발전 설비에도 적용할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 모듈을 이용하면 무공해 에너지 자원인 태양과 해수를 활용하여, 저비용 고효율의 발전이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a,1000b,1000c)은 하천수나 해수 이외에도, 도로변, 산, 사막 및 양 극지방의 빙하 위에서도 태양열을 집열하여 전력을 생산할 수 있다.
본 발명의 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a,1000b,1000c)을 바다에서 사용할 경우, 대단위 양식장의 전력을 공급하기 위한 용도로 사용되거나, 해상 등대의 전력원으로도 사용 가능하다. 또한, 도로변에 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a,1000b,1000c)을 설치하는 경우, 가로등이나 교통안내 표지판으로도 사용될 수 있다.
남극이나 북극과 같은 지방에서 태양열 집열형 열전발전 모듈(1000a,1000b,1000c)은 더욱 효과적으로 사용될 수 있다. 열전발전 모듈은 집열부와 냉각부의 온도차이가 클수록 열기전력이 더욱 커진다. 양 극지방에서는 냉각부의 온도가 낮고, 집열부는 커버에 의해 태양의 복사열이 온대지방만큼 고온으로 유지될 수 있어 발전효율이 증대될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 태양열 집열형 열전 발전 모듈 복수개를 포함하되, 각각의 열전 발전 모듈이 상기 결합부를 통하여 결합되는 태양열 집열형 열전 발전 시스템(2000a, 2000b)을 제공한다. 본 발명에 따른 열전 발전 시스템의 일 실시예는 도 8 및 도 9에 도시되었다. 본 발명에 따른 열전 발전 시스템은 복수개의 열전 발전 모듈을 포함하고 있어, 해수면 또는 담수면에 분산된 상태에서 열전 발전을 효율적으로 수행할 수 있으며, 또한, 각각의 모듈은 결합부에 의하여 결합됨으로써 각 모듈의 위치를 제어할 수 있고, 모듈 회수시에도 용이하게 복수개의 모듈을 회수할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 태양열 집열형 열전 발전 시스템은 복수의 모듈이 담수면 또는 해수면에 분산되어 있는 형태이기 때문에 해수 또는 담수에 발생하는 녹조 또는 적조를 방지할 수 있는 효과가 있고, 또한 태양열에 의한 담수의 증발을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따른 태양열 집열형 열전 발전 시스템을 구성하는 복수의 열전 발전 모듈 중 일부는 축전지일 수 있다. 상기 시스템을 구성하는 모듈 중 일부가 축전지인 경우, 시스템 내에서 발전과 함께 축전을 함께 수행하여 발전된 전기를 시스템 내에 저장할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양열 집열형 열전 발전 시스템에서 각 모듈은 상기 결합부(700)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 별도의 전기적 연결을 위한 구성 없이도 각 모듈들이 결합부를 통하여 전기적으로 연결되어, 각 모듈에서 생성되는 전기를 시스템 내부의 축전기 또는 외부의 축전기로 용이하게 전달할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100: 집열부
200: 냉각부
300: 추
400: 열전 발전부
500, 600: 커버
700: 결합부
200: 냉각부
300: 추
400: 열전 발전부
500, 600: 커버
700: 결합부
Claims (14)
- 태양열에 의해 가열되는 집열부;
물에 의해 냉각되는 냉각부;
상기 집열부와 상기 냉각부 사이에 배치된 열전 소자를 이용하여, 열을 전기로 변환하는 열전 발전부;
상기 집열부를 덮어, 상기 집열부의 측면 및 상부의 복사열 발산을 방지하는 커버; 및
상기 커버의 측면에 위치하여 서로 다른 모듈을 물리적으로 결합시키기 위한 결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 커버는 태양광을 상기 집열부로 수렴시키는 적어도 하나의 집열렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제2항에 있어서,
상기 집열렌즈는 상기 태양광의 복사열을 집중하기 위하여 태양의 고도각에대응하여 자세가 가변되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제2항에 있어서,
상기 커버는 불투명한 단열커버인 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제2항에 있어서,
상기 커버는 투명한 돔 형상인 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 커버는 상기 집열부와 접하는 부분이 밀폐되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 집열부는,
복수의 제1 패널 및 상기 복수의 제1 패널로부터 상기 열전 발전부 내측으로 연장 형성된 복수의 제1 기판을 포함하고,
상기 냉각부는,
복수의 제2 패널, 상기 복수의 제2 패널로부터 상기 열전 발전부 내측으로 연장 형성되어, 상기 열전 발전부 내부에서 상기 복수의 제1 기판과 교번적으로 배치된 복수의 제2 기판, 상기 복수의 제2 패널로부터 상기 복수의 제2 기판의 반대 방향으로 연장 형성된 복수의 냉각 핀을 포함하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제7항에 있어서,
상기 열전 발전부는,
교번적으로 배치된 상기 복수의 제1 기판과, 상기 복수의 제2 기판 사이 마다 배치되는 복수의 절연층; 및
상기 복수의 절연층 각각에 배치된 복수의 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전발전 모듈.
- 제8항에 있어서,
상기 열전 발전부는 상기 집열부 또는 상기 냉각부의 길이방향으로 모듈화되어 조립된 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각부의 하부에 연결되는 추를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 결합부는 자력을 띠는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 모듈.
- 제1항에 따른 태양열 집열형 열전 발전 모듈 복수개를 포함하되, 각각의 열전 발전 모듈이 상기 결합부를 통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 복수개의 태양열 집열형 열전 발전 모듈 중 일부는 축전지인 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 시스템.
- 제12항에 있어서, 상기 복수개의 태양열 집열형 열전 발전 모듈은 상기 결합부를 통하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 태양열 집열형 열전 발전 시스템.
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2015
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