KR20180022278A - A apparatus for acquiring a various energy from sunlight - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양에너지 이용장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 프레넬렌즈를 이용하여 태양에너지를 집광하고 집광된 태양광을 이용하여 고효율로 태양광 발전을 수행함과 동시에 태양광 중 열 발생에 기여하는 파장의 빛을 이용하여 열에너지도 획득하는 태양에너지 이용장치에 관한 것이다. The present invention relates to a solar energy utilization apparatus, and more particularly, to a solar energy utilization apparatus that condenses solar energy using a Fresnel lens, performs solar power generation with high efficiency using condensed sunlight, And a solar energy utilization apparatus that acquires heat energy using light of a wavelength.
태양 에너지를 이용하여 전기 에너지로 발전을 하는 태양광 발전 장치 중 가장 일반적으로 사용되는 방식 중 하나인 일명 솔라셀(solar cell)이라 명명되는 태양전지는 주로 실리콘 재질을 이용하여 제작이 된 것으로, 가시광선 파장 영역에서의 광전 효과를 이용하여 전기를 발생시키는 원리를 가지고 있다.A solar cell, which is called a solar cell, is one of the most commonly used photovoltaic devices that generate electric energy by using solar energy. The solar cell is mainly made of silicon material, And has a principle of generating electricity by using the photoelectric effect in the light wavelength region.
Si(실리콘) 소재를 이용한 태양전지는 0.3 um에서 1.1 um 까지의 파장 영역의 파장만을 흡수하는 것으로 연구 결과가 보고되고 있는바, 이러한 파장 영역은 주로 가시광선 대역이고 보다 높은 발전 효과를 기대할 수 있는 적외선 영역대에서는 흡수 효율이 매우 낮다는 문제가 있다. It is reported that solar cells using Si (silicon) material absorb only wavelengths in the wavelength range from 0.3 to 1.1 μm, and these wavelength regions are mainly visible light band, There is a problem that the absorption efficiency is very low in the infrared region.
보다 구체적으로는, 상기 실리콘 재질에 의한 태양전지는 적외선 파장 영역의 태양광은 흡수 효율이 낮을 뿐 아니라 태양 전지 표면 온도를 증가시켜 발전 효율이 감소하게 된다. 다시 말해 태양광이 매우 강한 여름의 낮 시간에는 태양광이 강하여 조도는 높을지언정 오히려 태양전지 표면 온도가 과도하게 상승하여 발전 효율이 떨어지게 되는 문제가 발생한다.More specifically, the solar cell using the silicon material not only has low absorption efficiency of sunlight in the infrared wavelength range, but also increases the surface temperature of the solar cell, thereby reducing the power generation efficiency. In other words, during the daytime of the summer when the sunlight is very strong, the sunlight is strong and the light intensity is high. However, the surface temperature of the solar cell is excessively increased and the power generation efficiency is deteriorated.
태양 전지의 소재로서 실리콘(Si) 이외에 다양한 소재가 사용되고, 소재의 특성 별로 흡수가 잘되는 서로 다른 파장 영역대를 가지고 있으나, 문제는 각 소재 별로 고유의 흡수 파장 영역을 가지고 있어서 태양광의 전반적인 파장 영역을 동시에 사용하기에 큰 애로가 따른다는 것이다.Various materials other than silicon (Si) are used as the material of the solar cell, and they have different wavelength range zones which are absorbed by the characteristics of the material. The problem is that each material has its own absorption wavelength range, It is very difficult to use at the same time.
태양광의 흡수 파장 영역을 확장하기 위한 기술로서, 국내 특허 제 589323호 ‘광 흡수파장대가 확장된 연료 감응 태양전지’의 경우 다공질막에 흡착되는 특정 복합 염료에 의하여 태양전지의 광 흡수파장대를 확장 처리한다고 하고 있으나, 나노 크기의 다공질막을 제작하고 이에 흡착되는 특정 복합 염료를 마련하는데 소요되는 비용 대비 광 흡수 영역대 확장 효과가 크지 않고, 가시광선 영역에서 적외선 영역까지 폭넓은 광 흡수 영역대를 동시에 해결하기에는 한계가 따른다는 문제가 있다.As a technology for expanding the absorption wavelength range of sunlight, in the case of Korean Patent No. 589323 'fuel-sensitized solar cell with a broad absorption band of light', the optical absorption wavelength band of the solar cell is expanded by a specific complex dye adsorbed on the porous film However, the nano-sized porous film is fabricated and the optical absorption region is not enlarged in cost compared to the cost required to prepare a specific composite dye to be adsorbed thereon, and the wide optical absorption region can be solved simultaneously from the visible light region to the infrared region. There is a problem that the limit is followed.
한편 태양광을 이용한 발전방식 중 다른 하나는 열전소자를 이용한 태양광 발전 장치이다. 열전소자는 태양광에 의하여 가열이 되는 기판과 냉각부에 의하여 냉각이 되는 기판 사이의 온도 차이에 의하여 제베크(Seebeck) 효과 내지 펠티에(Peltier) 효과, 톰슨(Tomson) 효과를 통해 열전 현상을 발생시킴으로써 열기전력을 창출하는 것을 의미한다.On the other hand, another solar power generation system is a solar power generation apparatus using a thermoelectric element. The thermoelectric element generates a thermoelectric effect through the Seebeck effect, the Peltier effect, and the Thomson effect due to the temperature difference between the substrate heated by the sunlight and the substrate cooled by the cooling part. This means creating electricity by creating electricity.
이러한 열전소자를 이용하여 태양광 발전을 하는 선행기술로서, 국내 특허등록 제 868492호 ‘열전소자가 구비된 태양광 발전장치’, 국내 실용신안등록 제 223071호 ‘태양전지와 열전냉온소자를 이용하는 냉난방장치’, 국내 실용신안등록 제 259618호 ‘태양열 난방장치’와 같은 기술들이 개시되어 있다.As a prior art for solar power generation using these thermoelectric elements, Korean Patent Registration No. 868492 entitled "Photovoltaic Device with Thermoelectric Device", Domestic Utility Model Registration No. 223071 "Heating and cooling using solar cell and thermoelectric cooler Device ', Korean Utility Model Registration No. 259618,' solar heating system '.
이러한 기술을 살펴보면, 모두 열전소자와 태양전지를 결합시킨 것으로 상술하였듯이 태양전지는 가격 대비 발전 효율이 낮아 열전소자를 결합하였을 경우에 발전 효율을 증강시킬 수 있을지 의문이 들고, 더욱이 상기 기술은 열전소자를 태양광 발전 효율 자체를 증가시키기 위한 것이 아니라 태양전지의 과열 현상 내지 냉방으로의 전환을 위하여 사용하고 있는 수준에 그치는 것이다.As described above, when the thermoelectric elements and the solar cells are combined, it is doubtful whether the solar cells can improve the power generation efficiency when the thermoelectric elements are combined because the power generation efficiency of the solar cells is low. Further, Is not used to increase the solar power generation efficiency itself but to a level that is used for the conversion from the overheating phenomenon to the cooling of the solar cell.
예를 들어, 국내 특허등록 제 868492호는 펠티에 효과를 이용하여 태양전지의 과잉된 열을 열전소자를 통해 분산 처리함으로써 태양전지의 열화 문제를 방지할 수 있다고 기술되어 있어 열전소자가 열기전력을 창출하기 위하여 사용되는 것이 아니라 단순히 열 분산 효과를 나타내기 위하여 사용되고 있을 뿐이다.For example, Korean Patent No. 868492 discloses that the problem of deterioration of a solar cell can be prevented by dispersing excessive heat of a solar cell through a thermoelectric element by using the Peltier effect, But is used merely to exhibit a heat dispersion effect.
열전소자를 이용하여 발전을 할 때에는, 가열된 기판 면과 냉각된 기판 면의 온도 차이를 이용하여 발전을 하는 것으로 이해할 수 있다. 일반적으로 열전소자의 가열판과 냉각판의 온도 차이를 300℃ 가량 유지시킬 경우 열전소자의 크기가 예를 들어 50mm × 50mm 일 때 발전용량은 14 watt 정도가 되는 것이 일반적이라 발표된 연구 결과가 있으나 50 watt 이상이 되는 제품이 개발되었다고 러시아 또는 독일에서 보고되고 있다.When electricity is generated using the thermoelectric element, it can be understood that the power generation is performed by using the temperature difference between the heated substrate surface and the cooled substrate surface. Generally, when the temperature difference between the heating plate and the cooling plate of the thermoelectric element is maintained at about 300 ° C., the generation capacity is about 14 watt when the size of the thermoelectric element is, for example, 50 mm × 50 mm, watt or more has been developed in Russia or Germany is reported.
하지만, 상기 열전소자의 양 측판의 온도 차이를 확보하기 위하여 가열판의 가열을 위해 히터를 이용한다면 히터에 소요되는 열용량이 더욱 크게 되는 매우 비효율적인 현상이 발생하게 된다. 따라서 열전소자를 통해 보다 의미 있고 효율적으로 발전을 하기 위해서는 비용이 소요되지 않는 열원, 즉 폐열 회수발전 내지 온천 열, 지열 등의 제시될 수 있고 특히 환경 친화적이고 반영구적으로 사용 가능한 태양 에너지를 이용하여 가열판의 고온의 온도를 확보할 필요가 따른다. However, if a heater is used to heat the heating plate in order to secure the temperature difference between both side plates of the thermoelectric element, a very inefficient phenomenon occurs in which the heat capacity required for the heater is further increased. Therefore, in order to develop more meaningfully and efficiently through the thermoelectric element, it is possible to propose a heat source that does not require cost, that is, a waste heat recovery power generation, hot heat and geothermal heat. In particular, by using solar energy that is environment- It is necessary to secure the high-temperature temperature.
결국 현재 사용되고 있는 태양광 발전에서는 소자의 과열을 방지하여 효율 하락을 방지하는 기술과 소자의 발전에 적합한 파장 영역의 빛을 선택적으로 선별하여 발전 효율을 향상시키고 부적합한 파장의 빛에서는 열에너지를 별도로 획득할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다. As a result, in the currently used photovoltaic power generation, the technology to prevent the overheating of the device to prevent the degradation of the efficiency, and the selective selection of the light of the wavelength range suitable for the power generation of the device to improve the power generation efficiency, and to obtain the heat energy separately in the non- The development of a technology that can be used is urgently required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 프레넬렌즈를 이용하여 태양에너지를 집광하고 집광된 태양광을 이용하여 고효율로 태양광 발전을 수행함과 동시에 태양광 중 열 발생에 기여하는 파장의 빛을 이용하여 열에너지도 획득하는 태양에너지 이용장치를 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method and apparatus for collecting solar energy using a Fresnel lens and performing solar power generation with high efficiency using condensed sunlight and using light of a wavelength that contributes to generation of heat in solar light And to provide a solar energy utilization device that also obtains thermal energy.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 태양에너지 이용장치는, 전면이 대구경으로 개방되고 후면이 소구경으로 개방되며, 사각뿔대 형상의 통 구조를 가지는 본체; 상기 본체의 전면을 차단하도록 설치되며, 상기 전면을 통과하는 태양광을 상기 후면 방향으로 집광하는 집광부; 상기 본체의 후면을 차단하도록 설치되는 설치 프레임; 상기 설치 프레임의 전면에 설치되며, 상기 집광부에 의하여 집광된 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 발전부; 상기 발전부의 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 발전부로 입사되는 태양광이 상기 발전부에 조사되도록 안내하는 광안내부; 상기 광안내부의 전면에 설치되며, 상기 집광부에 의하여 집광된 태양광 중 상기 발전부의 발전에 적합한 파장의 태양광은 통과시키고 발전에 적합하지 않는 파장의 태양광은 전방으로 반사하는 빔스플리팅부; 상기 본체 내부 중 상기 빔스플리팅부 전방에 설치되며, 상기 빔스플리팅부에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 열매체를 가열하는 열매체 가열부; 상기 설치 프레임 후면에 설치되며, 상기 발전부에서 발생하는 열을 방출하는 방열부;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a solar energy utilizing apparatus comprising: a main body having a front surface opened to a large diameter, a rear surface opened to a small diameter, and a tubular structure having a quadrangular pyramid shape; A light collecting part installed to block the front surface of the main body and condensing sunlight passing through the front surface in the rear direction; An installation frame installed to block the rear surface of the main body; A power generator installed on a front surface of the installation frame and generating electric power using solar light collected by the light collecting unit; A photocathode installed to protrude forward of the power generator and guiding sunlight incident on the power generator to the power generator; A beam splitting unit that is installed on a front surface of the light source and reflects solar light having a wavelength suitable for power generation of the power generation unit among the sunlight condensed by the light collection unit and having a wavelength not suitable for power generation; A heating medium heating unit installed in front of the beam splitting unit in the main body and heating the heating medium using sunlight reflected by the beam splitting unit; And a heat dissipation unit installed on a rear surface of the installation frame to dissipate heat generated in the power generation unit.
그리고 본 발명에서 상기 집광부는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 이루어지는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the light-collecting unit comprises a Fresnel lens.
또한 본 발명에서 상기 광안내부는, 상기 빔스플리팅부를 통과한 집속광의 단면 형상과 일치하는 광안내통 구조를 가지는 것이 바람직하다. Further, in the present invention, it is preferable that the inside of the light guide has a light-emitting internal structure that agrees with a cross-sectional shape of the focused light passing through the beam splitting portion.
또한 본 발명에 따른 태양에너지 이용장치에서, 상기 본체에는 상기 본체를 관통하여 형성되며, 상기 본체 내부와 외부를 환기시키는 통풍구가 더 형성되는 것이 바람직하다. In the apparatus for using solar energy according to the present invention, it is preferable that the main body is further formed with a ventilation hole formed to penetrate the main body and ventilating the inside and the outside of the main body.
본 발명의 태양에너지 이용장치에 의하면 프레넬렌즈를 이용하여 태양에너지를 집광하고 집광된 태양광을 이용하여 고효율로 태양광 발전을 수행함과 동시에 태양광 중 열 발생에 기여하는 파장의 빛을 이용하여 열에너지도 획득하는 장점이 있다. 특히, 독특한 구조의 광안내부와 빔스플리팅부에 의하여 집광된 태양광 중 태양광 발전에 적합한 파장의 빛만을 손실없이 발전에 이용하므로 발전 효율이 매우 높고, 빔스플리팅부에 의하여 발전부 반대 방향으로 반사된 장파장 빛은 열에너지 획득에 이용되므로 태양전지셀이 과도하게 가열되지 않는 장점이 있다. According to the solar energy utilizing apparatus of the present invention, the Fresnel lens is used to condense solar energy, to perform solar power generation with high efficiency using condensed sunlight, and at the same time to utilize light of a wavelength It also has the advantage of obtaining thermal energy. Particularly, since only light of a wavelength suitable for photovoltaic generation is used for power generation among the sunlight condensed by a unique structure of the photocathode and the beam splitting portion, the power generation efficiency is very high, and the beam splitting portion reflects Since the long wavelength light is used for the acquisition of heat energy, there is an advantage that the solar cell is not heated excessively.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양에너지 이용장치의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양에너지 이용장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양에너지 이용장치의 구조를 도시하는 다른 방향의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광안내부와 빔스플리팅부의 구조를 도시하는 분리사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전부, 광안내부 및 빔스플리팅부의 결합상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통풍구와 필터의 구조를 도시하는 부분 단면도이다.
도 7, 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양에너지 이용장치 내에서의 광경로를 도시하는 도면들이다. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a solar energy utilizing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing a structure of a solar energy utilizing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating another structure of a solar energy utilizing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded perspective view illustrating the structure of a beam splitter and a beam splitter according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
5 is a view showing a combined state of a power generating unit, a light source inside, and a beam splitting unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a partial cross-sectional view showing the structure of a ventilation hole and a filter according to an embodiment of the present invention.
Figures 7 and 8 are views showing an optical path in a solar energy utilizing apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 실시예에 따른 태양에너지 이용장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(110), 집광부(120), 설치 프레임(130), 발전부(140), 광안내부(150), 빔스플리팅부(160), 열매체 가열부(180) 및 방열부(190)를 포함하여 구성될 수 있다. 1, the solar
먼저 상기 본체(110)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 내부 공간이 빈 통 구조를 가지되, 전체적으로 사각뿔대 형상을 가진다. 그리고 상기 본체(110)의 전면이 대구경으로 개방되고 후면이 소구경으로 개방되며, 제조가 용이한 금속 소재나 플라스틱 소재로 이루어질 수 있다. 다만, 상기 본체(110)는 집광부(120)에서 집광된 태양광이 상기 발전부(140) 방향으로 조사되도록 세팅된 초기 조건이 변경되지 않도록 변형이 발생하지 않는 소재로 제작되는 것이 바람직하다. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the
한편 상기 본체(110)의 변형을 방지하기 위하여 상기 본체(110)의 외면에 별도로 지지뼈대(111)가 더 구비될 수도 있다. 또한 상기 본체(110)의 전면 개구부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 집광부(120)의 안정적인 설치를 위하여 설치턱(114)이 더 구비될 수 있다. In order to prevent deformation of the
다음으로 상기 집광부(120)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 본체(110)의 개방된 전면을 차단하도록 설치되며, 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 상기 전면을 통과하는 태양광을 상기 후면 방향으로 집광하는 구성요소이다. 특히, 상기 집광부(120)는 태양광이 상기 발전부(140) 방향으로 집광되도록 세팅되는 것이 바람직하며, 설치와 제조가 용이한 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 이루어지는 것이 바람직하다. 1 and 3, the
또한 상기 집광부(120)는 상기 본체(110)에 설치된 상태에서 상기 본체(110)와 집광부(120) 사이에 틈이 발생하여 기체 또는 액체가 스며들지 않도록 밀봉부재(도면에 미도시)를 사이에 두고 견고하게 결합되는 것이 바람직하다. The
다음으로 상기 설치 프레임(130)은 전체적으로 판 형상을 가지며, 상기 본체(110)의 후면을 차단하도록 설치된다. 그리고 상기 설치 프레임(130)은 상기 발전부(140)와 방열부(180) 및 광안내부(150) 등의 다른 구성요소들이 설치될 수 있는 공간을 제공한다. 본 실시예에서 상기 설치 프레임(130)은 열전도율이 우수한 금속 소재로 이루어질 수 있으며, 효과적인 방열을 위하여 후술하는 방열부(180)와 일체로 형성될 수도 있다. Next, the
다음으로 상기 발전부(140)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 설치 프레임(130)의 전면에 설치되며, 상기 집광부(120)에 의하여 집광된 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 발전부(140)는 상기 설치 프레임(130)에 설치되어 집광된 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 다수개의 태양전지셀(142)을 구비하는 구성요소이다. 구체적으로 상기 발전부(140)는 다수개의 태양전지셀(142)과 상기 다수개의 태양전지셀(142)이 고정되어 설치되는 인쇄회로기판(144) 및 역류 방지용 다이오드(도면에 미도시) 등 구성된다. 그리고 상기 인쇄회로 기판(144)의 표면 중 상기 태양전지셀(142)이 고정되는 영역을 제외한 영역에 역류 방지용 다이오드 등 다른 구성요소들이 설치된다. 1 and 3, the
그리고 본 실시예에서는 상기 다수개의 태양전지셀(142)이 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 서로 일정한 간격 이격되어 설치된다. 본 실시예에서는 집광형이지만, 태양광 중 열을 발생시키는 영역인 장파장 영역의 빛을 빔스플릿팅부(160)에 의하여 제거하고 상기 태양전지셀(142)에는 열을 발생시키지 않고 발전에 적합한 단파장 영역의 빛만이 조사되므로, 다수개의 태양전지셀(142)을 사용할 수 있는 것이 가능하다. 따라서 본 실시예에서는 다른 집광형 태양광 발전장치와 달리 다수개의 태양전지셀(142)을 사용하여 효율적인 태양광 발전을 할 수 있는 것이다. In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the plurality of
한편 본 실시예에서 상기 인쇄회로기판(144)은 전기가 전도되지 않는 세라믹 기판으로 이루어지는 것이 바람직하다. In the present embodiment, the printed
다음으로 상기 광안내부(150)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(140)의 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 발전부(140)로 입사되는 태양광이 상기 발전부(140) 중 태양전지셀(142)에만 조사되도록 안내하는 구성요소이다. 상기 집광부(120)에 의하여 집광된 태양광 중 발전에 적합한 파장의 태양광만이 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 상기 발전부(140) 방향으로 조사된다. 이때 상기 광안내부(150)는 이렇게 발전에 적합하고 집광된 고효율의 태양광을 손실 없이 상기 발전부(120) 방향으로 안내하여 발전효율을 극대화하는 것이다. 1 and 3, the
이를 위하여 본 실시예에서는 상기 광안내부(150)가 도 7, 8에 도시된 바와 같이, 상기 빔스플리팅부(160)를 통과한 집속광의 단면 형상과 일치하는 광안내통 구조를 가지는 것이 바람직하며, 구체적으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 사각틀 형상의 안내프레임(152)과, 상기 안내프레임(152) 내측에 결합되어 다수개의 태양전지셀(142) 별로 광안내통을 형성하는 통형성 프레임(154)으로 구성될 수 있다. For this purpose, in the present embodiment, it is preferable that the light-receiving
여기에서 상기 안내프레임(152)은 전체적으로 사각틀 형상을 가지며, 단면 형상이 도 2에 도시된 바와 같이, 전방측이 얇고 후방측이 두꺼워지는 삼각형 형상을 가져서 상기 집광부(120)에 의하여 집광되어 상기 태양전지셀(142) 방향으로 조사되는 집속광의 단면 형상과 일치하는 각도를 가지는 것이 바람직하다. 2, the
그리고 상기 통형성 프레임(154)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전체적으로 십자 형상을 가지며, 상기 안내 프레임(152) 내측의 공간을 4분할하는 구성요소이다. 이때 상기 통형성 프레임(154)도 단면 형상이 전방측이 얇고 후방측이 두꺼워지는 삼각형 형상을 가져서 상기 통형성 프레임(154)과 안내 프레임(152)에 의하여 만들어지는 후방측 개구 면적은 상기 태양전지셀(142) 하나의 면적과 일치하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 4, the barrel-forming
또한 상기 안내 프레임(152)의 내측면과 통형성 프레임(154)의 내측면은 모두 경면처리 되어 입사되는 모든 빛을 반사하는 특성을 가지는 것이 바람직하다. It is preferable that the inner surface of the
그리고 상기 통형성 프레임(154)의 후방에는 상기 안내 프레임(152)에 억지끼움 방식으로 끼워져서 고정될 수 있도록 고정부(153)가 더 형성되는 것이 바람직하다. Further, it is preferable that a fixing
다음으로 상기 빔스플리팅부(160)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 광안내부(150)의 전면에 설치되며, 상기 집광부(120)에 의하여 집광된 태양광 중 상기 발전부(140)의 발전에 적합한 파장의 태양광은 통과시키고 발전에 적합하지 않는 파장의 태양광은 전방으로 반사하는 구성요소이다. 즉, 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 집광된 태양광을 전기 생산에 적합한 파장의 빛과 열에너지 획득에 적합한 파장의 빛으로 분리하여 서로 다른 방향으로 보내는 것이다. 1 and 2, the
본 실시예에서 상기 빔스플리팅부(160)는 구체적으로 상기 집광부(120)에 의하여 집광된 태양광 중 발전에 적합한 단파장의 빛은 경로변화 없이 그대로 통과시키고, 열에너지 획득에 적합한 장파장의 빛은 상기 빔스플리팅부(160) 전방의 특정 지점을 초점으로 하여 집광되도록 반사하는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 빔스플리팅부(160)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전면(162)이 볼록한 볼록형 빔스플리팅부가 바람직하다. Specifically, the
이때 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 반사된 태양광의 초점 위치는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 본체(110) 내부인 것이 바람직하며, 이 초점 위치에 상기 열매체 가열부(180)가 설치된다. At this time, as shown in FIG. 7, the focal point of sunlight reflected by the
다음으로 상기 열매체 가열부(180)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 본체(110) 내부 중 상기 빔스플리팅부(160) 전방에 설치되며, 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 열매체를 가열하는 구성요소이다. 따라서 열매체 가열부(180)는 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 반사된 태양광의 초점 위치에 설치되며, 일정량의 열매체가 채워지는 흡광셀(182)과, 상기 흡광셀(182)에 열매체를 순환시키는 열매체 순환부(184)를 포함하여 구성된다. 1 and 2, the heating
먼저 상기 흡광셀(182)은 좌우 양측으로 개구되어 일측 개구로 유입되는 열매체가 타측 개구로 유출될 수 있는 구조를 가지며, 중앙에는 일정량의 열매체가 머물 수 있는 공간이 형성된다. 그리고 상기 흡광셀(182)의 전면은 상기 빔스플리팅부(160)에 의하여 반사되는 모든 태양광이 입사될 수 있는 면적을 가지며, 상기 흡광셀(182)의 내부 공간 중앙에 상기 빔스플리팅부(160)의 초점이 형성되도록 세팅되는 것이 바람직하다. 또한 상기 흡광셀(182)는 입사되는 빛을 반사하거나 흡수하지 않는 투명한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. First, the light absorbing
다음으로 상기 열매체 순환부(184)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 흡광셀(182)이 양측 개구에 각각 연결되는 열매체 순환관들로 이루어지며, 상기 열매체 순환관들(184)은 상기 본체(110)의 일측벽을 관통하여 외부로 연통되도록 설치된다. 1 and 2, the heat
실제로 본 실시예에 따른 태양에너지 이용장치(100) 다수개가 매트릭스 형태로 배열되는 시스템(도면에 미도시)에서는 상기 열매체 순환관들(184)끼리 직렬 연결되어 열매체가 다수개의 집광셀(182)을 반복하여 통과하면서 온도가 지속적으로 상승되는 구조로 연결되는 것이 바람직하다. In a system in which a plurality of solar
다음으로 상기 방열부(190)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 설치 프레임(130) 후면에 설치되며, 상기 발전부(140)에서 발생하는 열을 방출하는 구성요소이다. 따라서 상기 방열부(190)는 상기 발전부(140)에서 발생하는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 설치 프레임(130) 후면에 형성되는 방열핀 구조를 가질 수 있다. 1 and 2, the
한편 상기 방열부(190)는 별도의 방열판으로 구성될 수도 있으며, 상기 방열판은 상기 설치 프레임(130)을 관통하여 상기 인쇄회로기판(144)의 후면에 부착되고, 상기 태양전지셀(142)의 열을 전달받아 방열하는 구조를 가질 수도 있다. 이때 상기 방열판(190)의 중앙 영역에는 상기 인쇄회로기판(144)의 후면이 삽입될 수 있는 크기의 기판 배면 삽입홈이 형성되며, 상기 방열판의 후면에는 효율적인 방열을 위하여 방열핀들이 형성된다. The
다음으로 상기 본체(110)에는 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 상기 본체(110)를 관통하여 형성되며, 상기 본체(110) 내부와 외부를 환기시키는 통풍구(116)가 더 형성되는 것이 바람직하다. 상기 통풍구(116)는 상기 본체(110)의 측벽에 다수개가 설치 이격되어 설치되며, 특히, 서로 마주보는 측벽에 대칭적인 위치에 형성되는 것이 효과적인 통풍을 위하여 바람직하다. Next, as shown in FIGS. 3 and 4, the
이때 각 통풍구(116)에는 도 4에 도시된 바와 같이, 먼지나 수분이 상기 본체 내부로 유입되지 않도록 차단하는 필터(118)가 설치되는 것이 바람직하다. At this time, as shown in FIG. 4, it is preferable that a
100 : 본 실시예에 따른 태양에너지 이용장치
110 : 본체 120 : 집광부
130 : 설치 프레임 140 : 발전부
150 : 광안내부 160 : 빔스플리팅부
180 : 열매체 가열부 190 : 방열부100: Solar energy utilization device according to this embodiment
110: main body 120: condenser
130: installation frame 140:
150: Photon inside 160: Beam splitting part
180: heating medium heating unit 190:
Claims (4)
상기 본체의 전면을 차단하도록 설치되며, 상기 전면을 통과하는 태양광을 상기 후면 방향으로 집광하는 집광부;
상기 본체의 후면을 차단하도록 설치되는 설치 프레임;
상기 설치 프레임의 전면에 설치되며, 상기 집광부에 의하여 집광된 태양광을 이용하여 전기를 발전하는 발전부;
상기 발전부의 전방으로 돌출되어 설치되며, 상기 발전부로 입사되는 태양광이 상기 발전부에 조사되도록 안내하는 광안내부;
상기 광안내부의 전면에 설치되며, 상기 집광부에 의하여 집광된 태양광 중 상기 발전부의 발전에 적합한 파장의 태양광은 통과시키고 발전에 적합하지 않는 파장의 태양광은 전방으로 반사하는 빔스플리팅부;
상기 본체 내부 중 상기 빔스플리팅부 전방에 설치되며, 상기 빔스플리팅부에 의하여 반사되는 태양광을 이용하여 열매체를 가열하는 열매체 가열부;
상기 설치 프레임 후면에 설치되며, 상기 발전부에서 발생하는 열을 방출하는 방열부;를 포함하는 태양에너지 이용장치. A main body having a front surface opened to a large diameter and a rear surface opened to a small diameter and having a tubular structure of a quadrangular pyramid shape;
A light collecting part installed to block a front surface of the main body and condensing sunlight passing through the front surface in the rear direction;
An installation frame installed to block the rear surface of the main body;
A power generator installed on a front surface of the installation frame and generating electric power using solar light collected by the light collecting unit;
A photocathode installed to protrude forward of the power generator and guiding sunlight incident on the power generator to the power generator;
A beam splitting unit that is installed on a front surface of the light source and reflects solar light having a wavelength suitable for power generation of the power generation unit among the sunlight condensed by the light collection unit and having a wavelength not suitable for power generation;
A heating medium heating unit installed in front of the beam splitting unit in the main body and heating the heating medium using sunlight reflected by the beam splitting unit;
And a heat dissipation unit installed on a rear surface of the installation frame, for emitting heat generated in the power generation unit.
프레넬 렌즈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양에너지 이용장치. The light-emitting device according to claim 1,
And a Fresnel lens.
상기 빔스플리팅부를 통과한 집속광의 단면 형상과 일치하는 광안내통 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 태양에너지 이용장치.The light emitting device according to claim 1,
And has a light-emitting structure coinciding with a cross-sectional shape of the focused light passing through the beam splitting portion.
상기 본체를 관통하여 형성되며, 상기 본체 내부와 외부를 환기시키는 통풍구가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양에너지 이용장치. The apparatus according to claim 1,
And a ventilation hole formed through the main body and ventilating the inside and the outside of the main body.
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---|---|---|---|
KR1020160107488A KR20180022278A (en) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | A apparatus for acquiring a various energy from sunlight |
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KR102450775B1 (en) * | 2021-11-22 | 2022-10-06 | 김영지 | Pollution-proof Solar Power Module |
-
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- 2016-08-24 KR KR1020160107488A patent/KR20180022278A/en not_active Application Discontinuation
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