KR20190024299A - 반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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KR20190024299A
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Abstract

본 발명에 따른 반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템은, 상하 방향을 따라 복수 열로 배열되어 태양광을 집광하는 제1태양광 패널(110), 상기 제1태양광 패널(110)의 후방에 기 설정된 각도로 연결되는 제2태양광 패널(120) 및 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 연결되어, 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 태양광을 반사시키는 반사판(130)을 포함한다.

Description

반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템{Multi Stack PV System with Reflector}
본 발명은 태양광 패널이 적층된 형태의 적층형 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반사판을 포함하여 태양의 고도가 낮은 시간에도 발전 효율을 향상시키고, 운용시간을 극대화시켜 적산 발전량을 증가시킬 수 있도록 하는 적층형 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
태양광 발전은 친환경 환경으로서 최근에는 집광 효율을 향상시키고, 단위면적 당 발전량을 향상시키기 위한 다양한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
또한 최근에는 태양광 발전의 효율을 증대하기 위하여, 집광모듈, 단위 면적의 전지에서의 발전량 극대화, 고효율의 셀 개발 등에 대한 연구가 국, 내외에서 활발하게 진행되고 있는 추세이다. 하지만, 실제 태양광 패널이 설치되는 한정된 공간에 최대한 많은 패널을 배치하여 상대적인 발전단가(LCOE: Levelized Cost of Energy)를 줄이는 개념에 대하여는 상대적으로 연구가 많이 진행이 되지 않고 있다.
특히 종래의 태양광 발전 시스템은 태양의 고도가 가장 높은 시간대에 집중적인 발전을 수행하는 것으로 최적화되어 있으며, 이에 따라 이른 오전 시간과 늦은 오후 시간에는 발전 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다.
한국등록특허 제10-1442749호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 설치면적을 최소화하여 대규모 태양광 발전단지 구축을 가능하도록 하기 위한 목적을 가진다.
또한 운용시간을 보다 확대하여 적산 발전량을 극대화시키기 위한 목적을 가진다.
이에 따라 발전 원가를 최적화시키고, 다른 관련 기술에 대한 경쟁력을 제고하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템은, 상하 방향을 따라 복수 열로 배열되어 태양광을 집광하는 제1태양광 패널(110), 상기 제1태양광 패널(110)의 후방에 기 설정된 각도로 연결되는 제2태양광 패널(120) 및 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 연결되어, 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 태양광을 반사시키는 반사판(130)을 포함한다.
그리고 상기 반사판(130)은 상기 제2태양광 패널(120)의 후방에 연결되어 상기 제2태양광 패널(120)에 태양광을 반사시키도록 형성될 수 있다.
또한 상기 반사판(130)은 상기 제1태양광 패널(110)의 전방에 연결되어 하부 열의 상기 제2태양광 패널(120)에 태양광을 반사시키도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 반사판(130)은 상기 제1태양광 패널(110) 또는 상기 제2태양광 패널(120)과의 연결 각도를 가변 가능하게 형성될 수 있다.
또한 상기 제1태양광 패널(110) 및 제2태양광 패널(120)은 서로의 연결 각도를 가변 가능하게 형성될 수 있다.
그리고 상하 방향으로 길게 형성된 지지기둥(10) 및 상기 지지기둥(10)에 연결되어 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)을 지지하는 지지프레임(50)을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)과 이루는 각도를 가변 가능하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)의 길이 방향을 따라 높이 조절 가능하게 형성될 수 있다.
또한 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성될 수 있다.
그리고 상기 지지프레임(50)은 태양이 떠오르는 시점을 전후한 제1시간대에는 동쪽을 향해 회전되며, 태양의 고도가 높은 정오를 전후한 제2시간대에서는 미회전 상태로 전환되고, 태양이 지는 시점을 전후한 제3시간대에는 서쪽을 향해 회전될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양광을 인접한 태양광 패널로 반사시키는 반사판이 구비되어, 다양한 각도에서 조사되는 태양광의 집광효율을 극대화하고, 설치면적을 최소화하여 대규모 태양광 발전단지 구축이 가능하다는 장점이 있다.
둘째, 이른 오전 시간과 늦은 오후 시간의 발전 효율을 크게 증가시켜 운용시간을 확대함에 따라 적산 발전량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
셋째, 부지 단위면적 당 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.
넷째, 태양의 고도 및 각도에 따라 반사판에 의한 태양광의 반사 각도를 조절 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템에 있어서, 반사판을 통해 태양광이 반사되는 패턴을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템에 있어서, 지지프레임과 지지기둥의 연결 구조를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템에 있어서, 제1태양광 패널, 제2태양광 패널 및 반사판 간의 각도를 조절하는 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템에 있어서, 반사판을 통해 태양광이 반사되는 패턴을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명과 종래기술의 발전량을 대비하여 나타낸 도면; 및
도 9 및 도 10은 반사판의 여부에 따른 광 흡수량을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템은 제1태양광 패널(110)과, 제2태양광 패널(120)과, 반사판(130)을 포함하며, 이들을 지지하기 위한 지지기둥(10) 및 지지프레임(50)을 더 포함할 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 도 1을 기준으로 지지기둥(10)이 위치된 방향을 후방으로 정의하며, 상기 제1태양광 패널(110), 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)이 위치된 방향을 전방으로 정의하도록 한다. 다만, 이는 어디까지나 설명의 편의를 위한 것이며 이하의 설명에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아님은 물론이다.
상기 제1태양광 패널(110)은 상하 방향을 따라 복수 열로 배열될 수 있으며, 지면에 대해 경사진 각도를 이루고, 전면이 전방 측으로 노출되어 태양광을 집광하게 된다.
그리고 상기 제2태양광 패널(120)은 상기 제1태양광 패널(110)의 후방에 기 설정된 각도로 연결되며, 상기 제1태양광 패널(110)의 면적을 확장하여 집광 면적을 증가시킬 수 있도록 한다. 본 실시예의 경우 상기 제2태양광 패널(120)은 지면과 평행한 각도로 상기 제1태양광 패널(110)과 소정 각도를 이루도록 연결된다.
이때 본 실시예에서는 공간의 효율적 점유를 위해 상기 제2태양광 패널(120)은 상부 열에 위치된 상기 제1태양광 패널(110)의 직하부에 위치되도록 배열된다. 즉 본 실시예의 적층형 태양광 발전 시스템은 하부로 갈수록 제1태양광 패널(110)이 전방으로 돌출된 형태를 가지나, 상기 제2태양광 패널(120)이 상부 열의 상기 제1태양광 패널(110) 직하부에 위치됨으로 인해 최소한의 공간을 점유할 수 있다.
다만, 이와 같은 경우 상기 제2태양광 패널(120)은 상부 열의 제1태양광 패널(110)에 의해 일부가 가려져 태양광의 조사량이 저조한 영역이 발생할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 반사판(130)을 이용하여 상기 제2태양광 패널(120)의 태양광 저조사 영역을 커버할 수 있도록 하였다. 상기 반사판(130)은 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 연결될 수 있으며, 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 태양광을 반사시키는 역할을 수행한다.
특히 본 실시예에서 상기 반사판(130)은 상기 제2태양광 패널의 후방에 연결되며, 이에 따라 상기 반사판(130)은 도 3에 도시된 바와 같이 태양광을 상기 제2태양광 패널(120)에 반사시킬 수 있도록 형성된다.
이때 상기 반사판(130)은 태양광을 직접 반사시키는 것 외에도 단지 내에 설치된 다른 구조체의 반사판(130)과 태양광 패널(110, 120)과 함께 서로에서 반사되어 나오는 태양광을 재반사시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명은 해당 단지 내에서 상호 간 반사 효과를 얻을 수 있어 전체적으로 보았을 경우 종래에 비해 보다 높은 적산 발전량을 얻을 수 있게 된다.
그리고 상기 지지기둥(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 길게 형성되며, 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)에 연결되어 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)을 지지하게 된다.
본 실시예에서 상기 지지프레임(50)은 복수 개가 상기 지지기둥(10)으로부터 분지되어 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)을 유기적으로 지지하는 형태를 가진다.
구체적으로 상기 지지프레임(50)은, 상부 열의 구성요소를 지지하기 위한 제1프레임(51)과, 동일 열의 상기 제2태양광 패널(120) 및 반사판(130)을 지지하기 위한 제2프레임(52)과, 동일 열의 제1태양광 패널(110)을 지지하기 위한 제3프레임(53)과, 상기 제1프레임(51) 및 상기 제2프레임(52)을 서로 지지하기 위한 제4프레임(54)과, 상기 제2프레임(52) 및 상기 제3프레임(53)을 서로 지지하기 위해 빗살 형태로 형성된 제5프레임(55)을 포함할 수 있다.
또한 최하열의 경우 상기 제3프레임(53)과 상기 제5프레임(55)이 생략되며, 상기 제2프레임(52)을 지면으로부터 지지하기 위해 상하 방향으로 기립된 제6프레임(56)이 대신 구비된 형태를 가진다.
그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)과 이루는 각도를 가변 가능하게 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우 상기 지지기둥(10)에는 힌지부(15)가 구비되며, 상기 상기 지지프레임(50)의 세부 프레임들은 상기 힌지부(15)에 회전 가능하게 형성된다. 이에 따라 상기 지지프레임(50)의 세부 프레임들은 상기 지지기둥(10)과의 각도를 가변하여 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)의 각도를 용이하게 조절할 수 있다.
한편 도시되지는 않았으나, 본 실시예에서 상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)의 길이 방향을 따라 높이 조절 가능하게 형성될 수 있으며, 또한 상기 지지기둥(10)의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성될 수도 있다.
이와 같이 할 경우, 시간 별 태양의 움직임에 따라 부지 내의 각 태양광 패널(110, 120)의 높이 및 각도를 조절할 수 있으며, 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히 상기 지지프레임(50)은 태양이 떠오르는 시점을 전후한 제1시간대에는 동쪽을 향해 회전되며, 태양의 고도가 높은 정오를 전후한 제2시간대에서는 미회전 상태로 전환되고, 태양이 지는 시점을 전후한 제3시간대에는 서쪽을 향해 회전될 수 있다.
예컨대, 일출 시점에서 약 오전 10시까지는 상기 지지프레임(50)을 태양 방향을 향해 약 15˚ 회전시켜 태양광을 집광하고, 오전 10시부터 오후 14시 정도까지는 상기 지지프레임(50)을 본래의 위치로 복귀시켜 태양광을 집광한 뒤, 일몰 시점까지는 오전과 반대 방향으로 약 15˚ 회전시켜 태양광을 집광할 수 있다. 이후 일출 시점 시 집광을 위해 오전 방향과 동일한 방향으로 재회전시켜 대기할 수 있을 것이다.
한편 상기 지지프레임(50)이 상기 지지기둥(10)의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성될 경우, 최하부에 위치된 제2태양광 패널(120)에는 회전휠 등이 구비되어 용이하게 이동되도록 할 수 있을 것이다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널 및 상기 반사판(130)은 서로 간의 연결 각도를 가변시킬 수 있도록 할 수 있다.
구체적으로 본 실시예에서 상기 반사판(130)은 회전부재(105)를 통해 상기 제2태양광 패널(120)과의 연결 각도를 가변 가능하게 형성되며, 상기 제1태양광 패널(110) 역시 회전부재(105)를 통해 상기 제2태양광 패널(120)과의 연결 각도를 가변 가능하게 형성된다.
상기 회전부재(105)의 회전 구동 방식은 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있음은 물론이며, 상기 반사판(130)이 상기 제1태양광 패널(110)에 연결될 경우에도 역시 마찬가지로 상기 반사판(130)과 상기 제1태양광 패널(120)과의 연결 각도를 가변시키도록 구비될 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명은 태양광을 인접한 태양광 패널로 반사시키는 반사판(130)이 구비되어, 이른 오전 시간과 늦은 오후 시간의 발전 효율을 크게 증가시켜 운용시간을 확대함에 따라 적산 발전량을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 적층형 태양광 발전 시스템의 모습을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우 전술한 제1실시예와 마찬가지로 모든 구성요소가 동일하게 구비된다. 다만, 본 실시예의 경우 상기 반사판(130)이 상기 제2태양광 패널(120)의 후방이 아닌 상기 제1태양광 패널(110)의 전방에 연결된다는 점이 다르다.
따라서 본 실시예의 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 반사판(130)은 조사되는 태양광을 반사시켜 하부 열의 상기 제2태양광 패널(120)의 전면에 조사하는 형태를 가진다.
또한 본 실시예 역시 전술한 제1실시예와 마찬가지로 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)의 각도를 조절 가능하게 형성될 수 있음은 물론이다.
도 8은 본 발명과 종래기술의 발전량을 대비하여 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 좌측에 나타난 종래기술 대비 우측의 본원발명의 경우 동일 면적의 부지 내에 태양광 패널의 설치 개수가 보다 많아 집적률을 크게 향상시킨 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 기준 면적 대비 발전량이 약 1.5배 향상된 것으로 나타난다.
도 9 및 도 10은 반사판(130)의 여부에 따른 광 흡수량을 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 9의 경우 반사판(130)이 구비되지 않은 경우의 광 흡수량을 나타낸 것이며, 도 10의 경우 본원발명으로서 반사판(130)이 구비된 경우의 광 흡수량을 나타낸 것이다.
그리고 양 도면에서 (a)~(f)의 그림은 상부에서부터 하부 순서로 적층된 각 태양광패널의 광 흡수량을 나타낸 것으로, 붉은색에서 흰색으로 갈수록 흡수량이 높은 것이다. 특히 (b), (d), (f)의 경우 제2태양광패널을 나타낸 것이다.
이들에서 나타난 바와 같이, 반사판(130)이 구비되는 경우에는 종래에 비해 광 흡수 효울이 11.08% 증가된 것으로 나타나며, 우측의 그림을 통해 종래에 비해 본원발명의 각 태양광 패널(a)~(f)에서 나타난 흡수량이 보다 많은 것을 육안으로 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
10: 지지기둥 15: 힌지부
50: 지지프레임 51: 제1프레임
52: 제2프레임 53: 제3프레임
54: 제4프레임 55: 제5프레임
56: 제6프레임 110: 제1태양광 패널
120: 제2태양광 패널 130: 반사판

Claims (10)

  1. 상하 방향을 따라 복수 열로 배열되어 태양광을 집광하는 제1태양광 패널(110);
    상기 제1태양광 패널(110)의 후방에 기 설정된 각도로 연결되는 제2태양광 패널(120); 및
    상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 연결되어, 상기 제1태양광 패널(110) 및 상기 제2태양광 패널(120) 중 적어도 어느 하나에 태양광을 반사시키는 반사판(130);
    을 포함하는 적층형 태양광 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사판(130)은 상기 제2태양광 패널(120)의 후방에 연결되어 상기 제2태양광 패널(120)에 태양광을 반사시키도록 형성된 적층형 태양광 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사판(130)은 상기 제1태양광 패널(110)의 전방에 연결되어 하부 열의 상기 제2태양광 패널(120)에 태양광을 반사시키도록 형성된 적층형 태양광 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반사판(130)은 상기 제1태양광 패널(110) 또는 상기 제2태양광 패널(120)과의 연결 각도를 가변 가능하게 형성된 적층형 태양광 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1태양광 패널(110) 및 제2태양광 패널(120)은 서로의 연결 각도를 가변 가능하게 형성된 적층형 태양광 발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상하 방향으로 길게 형성된 지지기둥(10); 및
    상기 지지기둥(10)에 연결되어 상기 제1태양광 패널(110), 상기 제2태양광 패널(120) 및 상기 반사판(130)을 지지하는 지지프레임(50);
    을 더 포함하는 적층형 태양광 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)과 이루는 각도를 가변 가능하게 형성되는 적층형 태양광 발전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)의 길이 방향을 따라 높이 조절 가능하게 형성되는 적층형 태양광 발전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지프레임(50)은 상기 지지기둥(10)의 둘레를 따라 회전 가능하게 형성되는 적층형 태양광 발전 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지프레임(50)은 태양이 떠오르는 시점을 전후한 제1시간대에는 동쪽을 향해 회전되며, 태양의 고도가 높은 정오를 전후한 제2시간대에서는 미회전 상태로 전환되고, 태양이 지는 시점을 전후한 제3시간대에는 서쪽을 향해 회전되는 적층형 태양광 발전 시스템.
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