KR20180053842A - acquisition device of high efficiency solar energy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고효율 태양에너지 획득장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광에 포함되어 있는 여러가지 파장의 빛을 그 특성에 맞추어 분할하고, 이를 활용하여 전기에너지와 열에너지를 매우 높은 효율로 동시에 획득하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a high efficiency solar energy acquiring apparatus, and more particularly, to an apparatus and a method for dividing light of various wavelengths included in sunlight into characteristics thereof and using the same to obtain electric energy and heat energy at a very high efficiency .
최근 지구와 인류는 과도한 화석연료 사용으로 인한 지구 온난화를 필두로한 기후 변화와 환경오염 문제를 해결해야 하는 절체절명의 위기에 처해있다. 이러한 문제의 핵심에는 에너지 문제가 위치해있고, 에너지 문제를 해결하지 않고서는 전술한 문제들의 근본적인 해결은 어렵다고 보아야 한다. Recently, the earth and mankind are facing a crisis of desperation to solve climate change and environmental pollution problems, which are caused by excessive use of fossil fuels and global warming. At the heart of these problems is the energy problem, and without solving the energy problem, the fundamental solution of the problems mentioned above must be considered difficult.
따라서 현재 세계 각국은 저마다 온실가스를 배출하지 않고 환경을 오염시키지 않는 신재생에너지, 예를 들어 태양광 발전, 풍력 발전, 지열 발전, 조력 발전, 파력 발전 등의 개발 및 보급에 국가적인 명운을 걸고 나서고 있다. 이러한 신재생 에너지 중에서 전세계적으로 가장 많이 사용되고 보급된 것은 단연 태양에너지 활용 분야이다. As a result, countries around the world are taking a national initiative in the development and dissemination of renewable energy sources such as solar power, wind power, geothermal power, tidal power, and wave power, which do not emit greenhouse gases and do not pollute the environment. It is coming out. Among these renewable energies, solar energy is the most widely used and widely used in the world.
이러한 태양광 발전은 크게 평판형 태양전지를 활용하는 방안과 집광형 태양광 발전 방안이 있다. 평판형 태양전지는 다시 결정형 태양전지와 박막형 태양전지로 나뉘는데, 현재 가장 많이 활용되고 보급되어 있는 태양전지는 대부분 결정형 태양전지이다. 현재 전세계 각국은 평판형 태양전지를 이용한 태양광 발전의 연구개발, 보급 및 설치에 많은 역량을 쏟고 있으며, 특히, 평판형 태양전지의 발전효율을 높이는데 많은 연구 역량을 투여하고 있다. 그런데 평판형 태양전지는 그 이론적 발전 효율이 20% 정도로 한계가 있으며, 실제 발전 효율은 발전 중의 셀 온도 상승 등 다양한 문제로 인하여 15% 정도의 효율만이 달성되는 문제가 있다. Such solar power generation is largely classified into a planar type solar cell and a concentrating solar power generation scheme. The planar type solar cell is divided into a crystalline type solar cell and a thin film type solar cell. Currently, the most widely used and widely used solar cells are crystalline solar cells. Currently, countries around the world are concentrating on the research, development, installation and installation of photovoltaic power generation using flat panel solar cells. In particular, many research capacities are being applied to increase the power generation efficiency of flat panel solar cells. However, the theoretical power generation efficiency of the planar type solar cell is limited to about 20%, and the actual power generation efficiency is only about 15% efficiency due to various problems such as the cell temperature rise during power generation.
한편 평판형 태양광 발전보다 높은 발전효율을 달성할 수 있는 집광형 태양광발전에 대해서도 세계 각국에서 연구개발에 나서고 있으며, 일부 상용화 수준에도 도달하고 있다. 그런데 집광형 태양광 발전은 태양광을 집광하여 발전에 이용하므로, 셀의 냉각에 평판형 태양광 발전보다 더 큰 어려움이 발생하는 상황이다. On the other hand, concentrating solar power generation that can achieve higher power generation efficiency than flat solar power generation is being researched and developed in various countries around the world, and some commercialization levels have been reached. However, since the condensing type solar power generation uses the condensed solar light for power generation, it is more difficult to cool the cell than the flat type solar power generation.
따라서 태양전지셀이 최적의 상태에서 발전을 수행하여 셀 자체가 보유하고 있는 발전 효율이 달성될 수 있도록 발전 여견을 조성할 수 있는 발전시스템과 태양에너지 중 많은 부분을 차지하는 열에너지를 동시에 획득할 수 있는 기술의 개발이 절실하게 요구되고 있다. Accordingly, it is possible to simultaneously obtain a power generation system that can generate electricity generation power and a large amount of solar energy, so that the solar cell can perform power generation in an optimal state, thereby achieving the power generation efficiency possessed by the cell itself The development of technology is urgently required.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 태양광에 포함되어 있는 여러가지 파장의 빛을 그 특성에 맞추어 분할하고, 이를 활용하여 전기에너지와 열에너지를 매우 높은 효율로 획득하는 태양에너지 획득장치에 관한 것이다. The present invention is directed to a solar energy acquiring apparatus that divides light of various wavelengths included in sunlight according to characteristics thereof and acquires electric energy and thermal energy with a very high efficiency.
전술한 기술적 과제 달성을 위한 본 발명에 따른 태양에너지 획득장치는, 중앙 영역에 통공이 형성되며, 태양광을 1차 집광하는 포물 거울 구조의 1차 반사경; 상기 1차 반사경의 전방 중 상기 1차 반사경의 초점거리 이내에 배치되며, 상기 1차 반사경에 의하여 집광되는 태양광 중 발전에 기여하는 파장의 빛을 2차 집광하여 상기 통공 방향으로 반사하고 발전에 비기여하는 파장의 빛을 흡수하는 2차 반사경; 상기 통공에 설치되어 2차 집광된 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 다수개의 태양전지셀을 구비하는 발전부; 상기 발전부 전방에 설치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 2차 집광된 태양광을 상기 태양전지셀 별로 안내하는 태양광 안내부; 상기 발전부의 후면에 결합되어 설치되며, 상기 발전부를 냉각시키는 냉각부; 상기 2차 반사경 후측에 결합되어 설치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 흡수되는 태양광의 열을 흡수하여 열매체를 가열하는 열매체 가열부; 상기 냉각부를 수직으로 관통하여 설치되며, 상기 2차 반사경 및 열매체 가열부를 고정시키고 상기 열매체 가열부에 열매체를 순환 공급하는 연결부;를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a solar energy acquiring apparatus including: a primary reflector having a parabolic structure in which a through hole is formed in a central region and a sunlight is primarily condensed; A second reflector disposed in front of the primary reflector for focusing light of a wavelength that contributes to power generation among the sunlight condensed by the primary reflector and reflected in the direction of the aperture, A secondary reflector that absorbs light of a contributing wavelength; A power generating unit installed in the through hole and having a plurality of solar cells for generating electricity using secondary condensed solar light; A solar light guide installed in front of the power generating unit and guiding sunlight secondaryly condensed by the secondary reflector by the solar cell; A cooling unit coupled to a rear surface of the power generation unit and cooling the power generation unit; A heating medium heating unit coupled to a rear side of the secondary reflecting mirror for heating the heating medium by absorbing solar heat absorbed by the secondary reflecting mirror; And a connection part vertically penetrating the cooling part to fix the secondary reflector and the heating medium heating part and circulate and supply the heating medium to the heating medium heating part.
본 발명에서 상기 1차 반사경은, 사출 성형된 내열성 플라스틱으로 이루어지며, 내면에 반사 코팅막이 증착되는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the primary reflector is made of injection-molded heat-resistant plastic, and a reflection coating film is deposited on the inner surface.
그리고 상기 2차 반사경은, 볼록 거울 구조를 가지며, 외면에 발전 기여 파장의 빛은 반사하고, 발전 비기여 파장의 빛은 흡수하는 빔스플리팅 코팅막이 증착되는 것이 바람직하다. Preferably, the secondary reflector has a convex mirror structure, a beam splitting coating film is deposited on the outer surface to reflect light of a power generation contributing wavelength, and to absorb light of a power generation non-contribution wavelength.
그리고 본 발명에서 상기 2차 반사경은, 단면적 크기가 상기 통공의 크기보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. In the present invention, the secondary mirror preferably has a cross-sectional area smaller than the size of the aperture.
또한 상기 연결부는 상기 2차 반사경의 중앙에 형성되는 통공을 관통하여 설치되며, 상기 2차 반사경의 중앙 영역은 상기 1차 반사경에서 반사되는 빛을 2 ~ 7°정도로 확산시키는 구조를 가지고, 상기 중앙 영역을 제외한 나머지 영역은 상기 1차 반사경에서 반사되는 빛을 평행광으로 집광하여 상기 발전부 방향으로 반사하는 구조를 가지는 것이 바람직하다. The central portion of the secondary reflector has a structure for diffusing light reflected by the primary reflector to about 2 to 7 degrees, and the center portion of the secondary reflector has a structure It is preferable that the remaining region except the region has a structure of condensing light reflected by the primary reflector into parallel light and reflecting the light toward the power generation portion.
또한 상기 냉각부는, 알루미늄으로 이루어지며, 다수개의 냉각핀이 배면에 형성되는 구조를 가져서 공냉식으로 상기 발전부를 냉각시키는 것이 바람직하다. Preferably, the cooling unit is made of aluminum and has a plurality of cooling fins formed on a rear surface thereof to cool the power generation unit by air cooling.
본 발명의 고효율 태양에너지 획득장치는, 열에너지와 전기에너지를 고효율로 동시에 획득하면서 발전부에 대하여 고효율로 태양광 발전이 가능한 온도 조건을 조성해주는 획기적인 장점이 있다. The high-efficiency solar energy acquiring apparatus of the present invention has an epoch-making advantage in providing a temperature condition capable of generating solar power at high efficiency with respect to a power generating unit while simultaneously obtaining heat energy and electric energy with high efficiency.
또한 본 발명은 2차 반사경 및 열매체 가열부의 설치가 단순 용이하며, 1차 반사경에서 집광된 태양광을 완벽하게 열에너지와 전기에너지로 전환할 수 있는 광학 시스템을 구현한 효과를 가진다. In addition, the present invention has the effect of realizing an optical system that can easily install the secondary reflector and the heating medium heating unit, and can convert the sunlight condensed in the primary reflector completely into heat energy and electric energy.
또한 본 발명의 고효율 태양에너지 획득장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 매트릭스 구조로 이웃하게 결합설치할 수 있어서, 확장성과 설치 용이성을 동시에 확보할 수 있는 장점이 있다. As shown in FIG. 5, the high-efficiency solar energy acquiring apparatus of the present invention can be installed adjacent to a matrix structure, thereby ensuring both expansion and ease of installation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 태양에너지 획득장치의 구조를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효휼 태양에너지 획득장치의 구조를 도시하는 다른 방향의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 태양에너지 획득장치의 구조를 도시하는 분리 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 태양에너지 획득장치에서 이루어지는 광경로의 변화를 도시하는 도면이다.1 is a perspective view showing a structure of a high-efficiency solar energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view showing another structure of a high-efficiency solar energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is an exploded perspective view showing a structure of a high-efficiency solar energy obtaining apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a change in an optical path in a high-efficiency solar energy obtaining 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 획득장치(1)는, 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 1차 반사경(10), 2차 반사경(20), 발전부(30), 태양광 안내부(40), 냉각부(50), 열매체 가열부(60) 및 연결부(70)를 포함하여 구성될 수 있다. 1 and 2, the solar energy obtaining apparatus 1 according to the present embodiment includes a primary reflector 10, a secondary reflector 20, a power generating section 30, a solar light guide section 40 , A cooling unit 50, a heating medium heating unit 60, and a connection unit 70.
먼저 상기 1차 반사경(10)은, 자연 상태에서 입사되는 태양광을 1차 집광하는 구성요소로서, 전체적으로 포물선 거울 구조 또는 오목 거울 구조를 가진다. 그리고 상기 1차 반사경(10)에는 중앙 영역에 발전부(30) 등을 설치하기 위한 통공이 형성되고, 전면은 안정적이고 용이한 설치 및 충분한 강도를 확보하기 위하여 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 사각틀 형상을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 1차 반사경(10)에 의하여 1차 집광된 태양광은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 1차 반사경(10) 전방 특정한 지점에 초점을 이루면서 집광된다. First, the primary reflector 10 is a component for primarily focusing sunlight incident in a natural state, and has a parabolic mirror structure or a concave mirror structure as a whole. In the primary reflecting mirror 10, a through hole is formed in a central region for installing the power generating unit 30, etc. In order to ensure stable and easy installation and sufficient strength, as shown in FIGS. 1 and 3 , And has a rectangular frame shape. Accordingly, as shown in FIG. 4, the sunlight focused by the primary reflector 10 is condensed while focusing on a specific point in front of the primary reflector 10.
본 실시예에서 상기 1차 반사경(10)은, 경량으로 제조할 수 있으며, 정밀한 광학 형상의 성형이 용이한 내열성 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 1차 반사경(10)은 시중에서 쉽게 입수할 수 있으며, 열에 변형되지 않는 내열성 플라스틱 소재로 이루어질 수 있으며, 사출 성형 방법으로 대량생산할 수 있는 구조를 가진다. In the present embodiment, it is preferable that the primary reflector 10 is made of a heat-resistant plastic which can be manufactured with a light weight and is easily molded with a precise optical shape. Specifically, the primary reflector 10 may be made of a heat-resistant plastic material that is readily available in the market, does not deform to heat, and has a structure capable of being mass-produced by an injection molding method.
특히, 본 실시예에 따른 1차 반사경(10)에는, 상기 냉각부(50)가 체결되는데, 이를 위하여 너트 삽입 상태에서 사출하여, 상기 냉각부(50)를 단순한 볼트 체결로 결합시킬 수 있는 구조를 가진다. Particularly, in the primary reflector 10 according to the present embodiment, the cooling part 50 is fastened to the primary reflecting mirror 10, so that the cooling part 50 can be coupled with a simple bolt .
또한 상기 1차 반사경의 외측면에는 도 2에 도시된 바와 같이, 다수개의 돌출턱(14)이 일정한 길이로 형성된다. 이 돌출턱(14)은 부품의 이동 과정에서 상기 1차 반사경 다수개를 적층하여 이동할 수 있도록 한다. 적층하여 이동하는 과정에서 상기 1차 반사경의 내면 즉, 광학적 반사 코팅막이 형성되어 있는 부분이 손상되지 않아야 하므로, 상기 돌출턱이 이웃한 1차 반사경과의 접촉을 방지하여 보호하는 것이다. As shown in FIG. 2, a plurality of protrusions 14 are formed on the outer surface of the primary reflector to have a predetermined length. The protruding jaws 14 allow the plurality of primary reflecting mirrors to be stacked and moved in the process of moving the components. The inner surface of the primary reflector, that is, the portion where the optical reflective coating film is formed, must not be damaged in the process of stacking and moving. Therefore, the protruding jaw prevents and protects the contact with the neighboring primary reflector.
그리고 상기 1차 반사경(10)의 내면에는 태양광의 완벽한 반사를 위하여 반사 코팅막이 증착되는 것이 바람직하며, 상기 반사 코팅막의 증착은 물리적 증기 증착법(Physical Vapor Deposition) 방법 들을 활용하여 이루어질 수 있다. In addition, a reflective coating layer is preferably deposited on the inner surface of the primary reflector 10 for the complete reflection of sunlight, and the reflective coating layer may be deposited using physical vapor deposition (PVD) methods.
다음으로 상기 2차 반사경(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 1차 반사경(10)의 전방에 설치되며, 상기 1차 반사경(10)에 의하여 집광되는 태양광 중 발전에 기여하는 파장의 빛을 2차 집광하여 상기 통공 방향으로 반사하는 구성요소이다. 따라서 상기 2차 반사경(20)은 전체적으로 볼록 거울 형상을 가지며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 1차 반사경(10)에 의하여 집광되는 태양광의 초점 거리 이내에 설치된다. 1, the secondary reflector 20 is installed in front of the primary reflector 10, and the wavelength of the sunlight condensed by the primary reflector 10, And then reflects the light in the direction of the aperture. Therefore, the secondary reflector 20 has a convex mirror shape as a whole, and is installed within the focal distance of sunlight condensed by the primary reflector 10, as shown in FIG.
그리고 상기 2차 반사경(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 단면적 크기가 상기 통공의 크기보다 작게 형성되는 것이, 상기 1차 반사경(10)으로 입사되는 태양광을 가리는 면적이 작아서 바람직하다. 실제로 상기 2차 반사경(20)의 크기가 상기 통공의 크기와 동일하거나 작게 형성되면, 1차 반사경(10) 중에서 태양광을 반사하는 영역에 입사되는 태양광을 2차 반사경(20)이 전혀 가리지 않으므로 태양광 집광 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. As shown in FIG. 4, the secondary reflector 20 is preferably formed to have a smaller sectional area than that of the aperture, because the area covering the sunlight incident on the primary reflector 10 is small . If the size of the secondary reflector 20 is set to be equal to or smaller than the size of the through hole, the secondary reflector 20 does not totally block the sunlight incident on the region of the primary reflector 10, Therefore, there is an advantage that the efficiency of collecting sunlight can be maximized.
또한 상기 2차 반사경(20)에는 상기 1차 반사경(10)에 의하여 집광된 태양광 중에서 발전에 기여하는 파장의 빛만을 상기 통공 방향으로 반사하고, 발전에 기여하지 않는 파장의 빛(주로 장파장 대역의 빛)은 반사하지 않고 그대로 흡수할 수 있도록 빔스플리팅(beam splitting) 코팅막이 형성되는 것이 바람직하다. 이 빔스플리팅 코팅막은 이미 알려진 물질을 사용할 수 있으며, 분할하고자 하는 광의 파장 대역에 따라 물질의 종류나 비율이 달라질 수 있다. In the secondary reflector 20, only light of a wavelength that contributes to power generation among sunlight condensed by the primary reflector 10 is reflected in the direction of the aperture, and light of a wavelength not contributing to power generation (mainly, It is preferable that a beam splitting coating film is formed so that it can be absorbed as it is without reflection. The beam splitting coating can use known materials and the kind and ratio of the material can be changed according to the wavelength band of the light to be divided.
이렇게 상기 2차 반사경(20)에 빔스플리팅 코팅막이 형성되면, 상기 발전부(30) 방향으로 발전에 기여하지 않고 온도만 상승시키는 파장대역의 빛을 원천적으로 보내지 않으므로, 발전부가 불필요하게 고온으로 가열되지 않는 장점이 있다. 한편 상기 2차 반사경(20)에 의하여 흡수된 발전 비기여 파장의 빛은 후술하는 열매체 가열부(60)를 가열하여 열에너지 획득하는 데에 활용된다. Thus, when the beam splitting coating film is formed on the secondary reflector 20, the light of the wavelength band for raising the temperature only without contributing to the power generation in the direction of the power generation section 30 is not originally sent. There is an advantage that it is not heated. On the other hand, the light of the power generation contribution wavelength absorbed by the secondary reflector 20 is utilized for heating the heating medium heating unit 60 to acquire heat energy.
또한 본 실시예에서 상기 2차 반사경(20)의 중앙에는 후술하는 연결부(70)의 설치를 위하여 관통공이 형성될 수 있다. In this embodiment, a through-hole may be formed at the center of the secondary reflector 20 for providing a connecting portion 70 to be described later.
다음으로 상기 발전부(30)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 통공에 설치되어 상기 2차 반사경(20)에 의하여 2차 집광된 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 구성요소이다. 상기 발전부(30)에는 1개의 태양전지셀이 설치될 수도 있지만, 발전 효율을 극대화하기 위하여 다수개의 태양전지셀이 설치되는 것이 바람직하다. 여기에서 사용되는 태양전지셀은 상용적으로 구매할 수 있는 트리플 정션 셀(triple junction cell)이 사용될 수 있다. Next, as shown in FIG. 3, the power generating unit 30 is a component that is installed in the through hole and generates electricity using solar light secondary-condensed by the secondary reflector 20. As shown in FIG. Although one solar battery cell may be installed in the power generator 30, it is preferable that a plurality of solar battery cells are installed in order to maximize power generation efficiency. The solar cell used herein may be a commercially available triple junction cell.
구체적으로 상기 발전부(30)는 상기 태양전지셀(32) 다수개가 일정 간격 이격되어 실장되어 있는 인쇄회로기판으로 이루어질 수 있으며, 후술하는 냉각부(50)에 결합되어 설치된다. 그리고 상기 발전부(30)에도 후술하는 연결부(70)의 설치를 위하여 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙에 관통공이 형성되며, 상기 태양전셀(32)들은 이 관통공을 피하여 설치된다. Specifically, the power generation unit 30 may include a printed circuit board having a plurality of solar cells 32 spaced apart from each other by a predetermined distance, and may be installed in a cooling unit 50, which will be described later. As shown in FIG. 3, a through hole is formed in the power generation part 30 at the center for installing a connection part 70 described later. The solar cells 32 are installed to avoid the through holes.
다음으로 상기 태양광 안내부(40)는, 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(30) 전방에 설치되며, 상기 2차 반사경(20)에 의하여 2차 집광된 태양광을 상기 태양전지셀 별(32)로 안내하는 구성요소이다. 상기 발전부(30)에 다수개의 태양전지 셀(32)이 설치되는 경우에는 다수개의 태양전지 셀이 일정간격 이격되어 설치되므로, 2차 집광된 태양광이 정확하게 태양전지 셀에만 조사되도록 해야 효율 저하기 발생하지 않는다. 1 and 3, the solar light guiding unit 40 is installed in front of the power generating unit 30, and the sunlight secondaryly condensed by the secondary reflecting mirror 20 And is guided to each solar battery cell 32. In the case where the plurality of solar cells 32 are installed in the power generation unit 30, a plurality of solar cells are spaced apart from each other by a predetermined distance, The following does not occur.
2차 집광된 태양광이 태양전지셀이 아닌 다른 부분에 조사되는 것은 발전 효율을 급격히 저하시키는 원인이 된다. 따라서 상기 태양광 안내부(40)는 상기 발전부(30) 전면에 설치되어 상기 2차 반사경(20)에 의해 반사 집광되어 입사되는 태양광 전체가 태양전지셀로 향하도록 안내하는 것이다. The fact that the secondary condensed sunlight is irradiated to a portion other than the solar battery cell causes a drastic decrease in power generation efficiency. Therefore, the solar light guide portion 40 is installed on the front surface of the power generation portion 30, and is guided to the solar battery cell so that the entire solar light incident on the secondary reflector 20 is reflected and condensed.
이를 위하여 상기 태양광 안내부(40)는 상기 2차 반사경(20)에서 반사되는 빛의 광 경로 상에 설치되어, 평행광으로 입사되는 빛을 태양전지셀 방향으로 약간 모아주는 역할을 하는 광학 구조로 구성될 수 있다. For this purpose, the solar light guide part 40 is provided on the optical path of the light reflected by the secondary reflector 20, and is provided with an optical structure ≪ / RTI >
구체적으로 상기 태양광 안내부(40)는 도 1, 3에 도시된 바와 같이, 내면이 거울 구조를 가지는 사각 경통 구조가 태양전지셀 개수 만큼 형성되는 구조를 가질 수 있다. 이때 상기 태양광 안내부(40)의 중앙에도 연결부(70)의 설치를 위하여 관통공이 형성된다. 물론 상기 태양광 안내부는 플라이 아이렌즈(fly eye lens) 등 다른 구조를 가질 수도 있다. Specifically, as shown in FIGS. 1 and 3, the solar light guiding unit 40 may have a structure in which a square barrel structure having a mirror structure on the inner surface is formed by the number of solar cells. At this time, a through hole is also formed in the center of the solar light guide part 40 for installing the connection part 70. Of course, the solar light guide may have another structure such as a fly eye lens.
그리고 상기 태양광 안내부(40)는 상기 발전부(30)를 외측에서 완벽하게 감싸도록 상기 방열부(50)에 결합되어 설치된다. The solar light guide part 40 is installed to be coupled to the heat dissipation part 50 so as to completely surround the power generation part 30 from the outside.
다음으로 상기 냉각부(50)는, 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상기 발전부(30)의 후면에 결합되어 설치되며, 상기 발전부(30)를 냉각시키는 구성요소이다. 본 실시예에서는 상기 냉각부(50)는 일반적으로 사용되는 자연 공냉식 냉각판 구조를 가질 수 있다. Next, as shown in FIGS. 2 and 3, the cooling unit 50 is coupled to the rear surface of the power generation unit 30, and is a component for cooling the power generation unit 30. In this embodiment, the cooling unit 50 may have a generally used natural air cooling type cooling plate structure.
전술한 바와 같이, 상기 냉각부(50)에는 상기 발전부(30)와 태양광 안내부(40)가 결합되어 설치되고, 상기 냉각부(50)는 다시 상기 1차 반사경(10)의 배면에 결합되어 설치된다. 이때 상기 태양광 안내부(40)는 상기 1차 반사경(10)에 형성되어 있는 통공을 관통하여 설치된다. The power generation unit 30 and the solar light guide unit 40 are coupled to the cooling unit 50 and the cooling unit 50 is installed on the back surface of the primary reflector 10 Respectively. At this time, the solar light guide part 40 is installed to penetrate the through hole formed in the primary reflector 10.
본 실시예에서 상기 냉각부(50)는 알루미늄 소재와 같은 열전도성이 우수한 금속 소재로 이루어질 수 있으며, 다이캐스팅 방법으로 다양한 형상을 가지도록 대량 생산될 수 있다. In this embodiment, the cooling unit 50 may be made of a metal material having excellent thermal conductivity such as an aluminum material, and can be mass-produced to have various shapes by a die casting method.
다음으로 상기 열매체 가열부(60)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 2차 반사경(20) 후측에 결합되어 설치되며, 상기 2차 반사경(20)에 의하여 흡수되는 태양광의 열을 흡수하여 열매체를 가열하는 구성요소이다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서 상기 2차 반사경(20)은 발전에 기여하는 단파장 대역의 빛은 상기 발전부(30) 방향으로 반사하고, 발전에 기여하지 않고 주로 열을 발생하는 장파장 대역의 빛은 흡수하게 되는데, 이렇게 흡수되는 장파장 대역의 빛을 상기 열매체 가열부(60)가 흡수하여 내부에 채워진 열매체를 가열하는 것이다. 3, the heating medium heating unit 60 is coupled to the rear side of the secondary reflecting mirror 20 and absorbs heat of sunlight absorbed by the secondary reflecting mirror 20 It is a component that heats the heating medium. As described above, in the present embodiment, the secondary reflector 20 reflects the light in the short wavelength band contributing to power generation to the power generation section 30, and generates the heat of the long wavelength band Light is absorbed by the heating medium heating unit 60. The heating medium heating unit 60 absorbs the light of the long wavelength band absorbed in this way and heats the heating medium filled in the heating medium.
전술한 바와 같이, 상기 2차 반사경(20)에 의하여 흡수되는 빛은 장파장 대역의 빛이므로, 대부분 열을 많이 발생시키는 빛이다. 따라서 상기 열매체 흡수부(60)는 많은 열을 흡수하여 상기 열매체를 단시간에 고온으로 가열할 수 있다. As described above, since the light absorbed by the secondary reflector 20 is light of a long wavelength band, it is mostly light that generates a lot of heat. Therefore, the heating medium absorbing part 60 absorbs a lot of heat and can heat the heating medium to a high temperature in a short time.
구체적으로 상기 열매체 흡수부(60)는 내부에 일정한 공간을 가져서 일정량의 열매체가 채워질 수 있는 구조를 가지며, 전방에는 상기 연결부(70)가 삽입될 수 있도록 관통공이 형성되는 구조를 가진다. 그리고 본 실시예에서 상기 열매체 흡수부(60)는 상기 2차 반사경(20)의 외측을 감싸는 구조로 상기 2차 반사경(20)과 결합되어 고정된다. Specifically, the heating medium absorbing portion 60 has a structure having a predetermined space and filled with a predetermined amount of heat medium, and a through hole is formed in front of the heating medium absorbing portion 60 so that the connecting portion 70 can be inserted therein. In this embodiment, the heating medium absorber 60 is fixedly coupled to the secondary reflector 20 in such a structure as to surround the outside of the secondary reflector 20.
다음으로 상기 연결부(70)는, 상기 냉각부(50), 발전부(30) 및 2차 반사경(20)을 수직으로 관통하여 설치되며, 상기 2차 반사경(20) 및 열매체 가열부(60)를 상기 냉각부(50)에 고정시키고 상기 열매체 가열부(60)에 열매체를 순환 공급하는 구성요소이다. 즉, 상기 연결부(70)는 상기 2차 반사경(20)과 열매체 가열부(60)를 냉각부(50)에 고정하는 역할과 상기 열매체 가열부(60)에 열매체를 공급하고 회수하는 역할을 동시에 수행하는 것이다. The connection unit 70 is installed vertically through the cooling unit 50, the power generation unit 30 and the secondary reflector 20, and the secondary reflector 20 and the heating medium heating unit 60, Is fixed to the cooling unit (50) and the heating medium is circulated and supplied to the heating medium heating unit (60). That is, the connection unit 70 has a function of fixing the secondary reflector 20 and the heating medium heating unit 60 to the cooling unit 50, and a role of supplying and recovering the heating medium to the heating medium heating unit 60 .
구체적으로 상기 연결부(70)는 원통형 관으로 형성되며, 중앙은 분할판이 형성되어 내부 공간이 길이방향으로 이등분된 구조를 가진다. 그리고 이 연결부(70)의 일단은 상기 2차 반사경(20)의 관통공을 관통하여 상기 열매체 가열부(60)에 결합되며, 타단은 상기 냉각부(50)를 관통하여 열매체 공급/회수부(80)와 결합된다. Specifically, the connection portion 70 is formed as a cylindrical tube, and a center portion thereof is formed with a partition plate so that the inner space is bisected in the longitudinal direction. One end of the connecting portion 70 is connected to the heating medium heating portion 60 through the through hole of the secondary reflecting mirror 20 and the other end passes through the cooling portion 50 to be connected to the heating medium supplying / 80).
이때 본 실시예에서 상기 2차 반사경(20)의 중앙 영역은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 1차 반사경(10)에서 반사되는 빛을 2 ~ 7°정도로 확산시키는 구조를 가지고, 상기 중앙 영역을 제외한 나머지 영역은 상기 1차 반사경(10)에서 반사되는 빛을 평행광으로 집광하여 상기 발전부(30) 방향으로 반사하는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이는 2차 반사경(20)의 중앙 영역에서 반사된 빛이 상기 연결부(70)에 조사되어 발전효율이 저하되거나 불필요하게 연결부(70)를 가열하는 현상을 방지하기 위함이다. 3, the central region of the secondary reflector 20 has a structure that diffuses the light reflected by the primary reflector 10 to about 2 to 7 degrees, It is preferable that the other region except the region reflects the light reflected by the primary reflector 10 in parallel light and reflects the light toward the power generation portion 30. [ This is to prevent a phenomenon that light reflected from the central region of the secondary reflector 20 is irradiated to the connection portion 70 to lower the power generation efficiency or unnecessarily heat the connection portion 70.
이러한 구조를 가지는 본 실시예에 따른 고효율 태양에너지 획득장치(1)는, 발전부(30)에 의하여 35% 이상의 고효율로 전기에너지를 생산함과 더불어 동시에 상기 열매체 가열부(60)를 통하여 매우 양질의 열에너지를 효율적으로 획득할 수 있는 것이다. The high-efficiency solar energy obtaining apparatus 1 according to the present embodiment having such a structure produces electric energy with a high efficiency of 35% or more by the power generation unit 30, and at the same time, through the heating medium heating unit 60, It is possible to efficiently obtain the thermal energy of the heat exchanger.
1 : 본 발명의 일 실시예에 따른 태양에너지 획득장치
10 : 1차 반사경 20 : 2차 반사경
30 : 발전부 40 : 태양광 안내부
50 : 냉각부 60 : 열매체 가열부
70 : 연결부 80 : 열매체 공급/회수부1: A solar energy acquiring apparatus according to an embodiment of the present invention
10: primary reflector 20: secondary reflector
30: power generating section 40: solar light guide section
50: cooling section 60: heating medium heating section
70: connection part 80: heating medium supply / recovery part
Claims (6)
상기 1차 반사경의 전방 중 상기 1차 반사경의 초점거리 이내에 배치되며, 상기 1차 반사경에 의하여 집광되는 태양광 중 발전에 기여하는 파장의 빛을 2차 집광하여 상기 통공 방향으로 반사하고 발전에 비기여하는 파장의 빛을 흡수하는 2차 반사경;
상기 통공에 설치되어 2차 집광된 태양광을 이용하여 전기를 생산하는 다수개의 태양전지셀을 구비하는 발전부;
상기 발전부 전방에 설치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 2차 집광된 태양광을 상기 태양전지셀 별로 안내하는 태양광 안내부;
상기 발전부의 후면에 결합되어 설치되며, 상기 발전부를 냉각시키는 냉각부;
상기 2차 반사경 후측에 결합되어 설치되며, 상기 2차 반사경에 의하여 흡수되는 태양광의 열을 흡수하여 열매체를 가열하는 열매체 가열부;
상기 냉각부를 수직으로 관통하여 설치되며, 상기 2차 반사경 및 열매체 가열부를 고정시키고 상기 열매체 가열부에 열매체를 순환 공급하는 연결부;를 포함하는 고효율 태양에너지 획득장치.A primary reflecting mirror having a parabolic mirror structure in which a through hole is formed in a central region and is primarily focused on sunlight;
A second reflector disposed in front of the primary reflector for focusing light of a wavelength that contributes to power generation among the sunlight condensed by the primary reflector and reflected in the direction of the aperture, A secondary reflector that absorbs light of a contributing wavelength;
A power generating unit installed in the through hole and having a plurality of solar cells for generating electricity using secondary condensed solar light;
A solar light guide installed in front of the power generating unit and guiding sunlight secondaryly condensed by the secondary reflector by the solar cell;
A cooling unit coupled to a rear surface of the power generation unit and cooling the power generation unit;
A heating medium heating unit coupled to a rear side of the secondary reflecting mirror for heating the heating medium by absorbing sunlight absorbed by the secondary reflecting mirror;
And a connection part vertically penetrating the cooling part for fixing the secondary reflector and the heating medium heating part and circulatingly supplying the heating medium to the heating medium heating part.
사출 성형된 내열성 플라스틱으로 이루어지며, 내면에 반사 코팅막이 증착되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 획득장치.The apparatus according to claim 1,
And a reflective coating film is deposited on the inner surface of the heat-resistant plastic.
볼록 거울 구조를 가지며, 외면에 발전 기여 파장의 빛은 반사하고, 발전 비기여 파장의 빛은 흡수하는 빔스플리팅 코팅막이 증착되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 획득장치.The apparatus according to claim 1,
Characterized in that a beam splitting coating film having a convex mirror structure and reflecting the light of the power generation contributing wavelength on the outer surface and absorbing the light of the power generation non-contribution wavelength is deposited.
단면적 크기가 상기 통공의 크기보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 획득장치.The apparatus according to claim 1,
And the cross-sectional area is smaller than the size of the through hole.
상기 연결부는 상기 2차 반사경의 중앙에 형성되는 통공을 관통하여 설치되며,
상기 2차 반사경의 중앙 영역은 상기 1차 반사경에서 반사되는 빛을 2 ~ 7°정도로 확산시키는 구조를 가지고, 상기 중앙 영역을 제외한 나머지 영역은 상기 1차 반사경에서 반사되는 빛을 평행광으로 집광하여 상기 발전부 방향으로 반사하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 획득장치.The method according to claim 1,
The connection part is installed through a through hole formed at the center of the secondary reflector,
The central region of the secondary reflector has a structure that diffuses the light reflected by the primary reflector to about 2 to 7 degrees and the remaining region except the central region condenses the light reflected from the primary reflector into parallel light And a structure for reflecting in the direction of the power generation part.
알루미늄으로 이루어지며, 다수개의 냉각핀이 배면에 형성되는 구조를 가져서 공냉식으로 상기 발전부를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고효율 태양에너지 획득장치.The refrigerator according to claim 1,
And a plurality of cooling fins are formed on the rear surface of the power generating unit to cool the power generation unit by an air cooling method.
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Free format text: TRIAL NUMBER: 2019101003999; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20191202 Effective date: 20201030 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| S601 | Decision to reject again after remand of revocation |