KR20190102982A - 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치 - Google Patents
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Abstract
이 출원은 고효율의 공간 쉘 태양 에너지 장치를 제공한다. 이 장치는 햇빛의 서로 다른 스펙트럼으로부터 태양 에너지를 흡수하기 위해 적어도 두 개의 다른 태양 에너지 흡수재를 사용했다. 적어도 하나의 투명한 태양 에너지 흡수재를 포함하는 흡수재는 태양광선의 자외선 및/또는 적외선으로부터 주로 태양 에너지를 흡수한다. 이 장치는 새롭게 제조되거나 기존의 low-E 유리, PV 패널 및 박막 셀에서 개선될 수 있다.
Description
본 명세서는 태양 에너지와 관련된 출원이다. 이 명세서는 특히 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치(space shell solar energy unit)에 관한 것이다. 이 장치는 태양 광선의 서로 다른 스펙트럼 대역에서 태양 에너지를 흡수하기 위해 적어도 두 개의 서로 다른 태양 에너지 흡수재를 사용한다. 적어도 하나의 투명한 태양 에너지 흡수재가 주로 자외선 및/또는 적외선으로부터 태양 에너지를 흡수하는데 사용된다.
이 출원은 PCT/CA/2016/000085 및 PCT/CA/2016/000086의 우선권을 주장하였으며, 이는 본 출원에 참고로 인용된다.
우리는 새로운 에너지 시대에 진입하고 있다. 태양 에너지는 새로운 에너지 시대에서 핵심이자 가장 중요한 에너지이다. 많은 태양 에너지 응용 제품이 개발되어 운영되고 있다. 더 많은 R&D는 기존 제품을 개선하고 고효율 태양 에너지 장치 및 시스템을 달성하려고 한다.
고효율 태양 에너지 장치란 무엇인가? 어떻게 높은 효율을 달성할 수 있는가? 태양 광선의 에너지는 주로 자외선, 가시 광선 및 적외선의 세 가지 스펙트럼 영역에 있다. 태양 에너지는 태양열, 태양 전기 및 조명의 세가지 적용 분야가 있다.고효율 태양 에너지 장치의 아이디어는 다음과 같은 특징을 대부분 가지고 있다:
1. 이 장치는 태양 에너지를 전기로 전송할 수 있을 뿐만 아니라 태양 에너지를 열로 전송할 수 도 있으며, 태양열과 태양 전기 둘 다 제공할 수 있다. 태양 전기와 태양열을 하나의 장치에 통합하는 솔루션이다.
2. 이 장치는 태양 스펙트럼의 세 가지 주 태양 에너지 영역에서 태양 에너지를 흡수할 수 있다. 적어도 두 개의 태양 에너지 흡수재가 필요할 수 있다.
3. 현지 발전, 현지 저장 및 현지 소비로 전송 손실을 줄였다. 공간 쉘 태양 에너지 장치는 해결책일 수 있다.
4. 공간의 조명을 고려하는 것이 가장 좋다. 이는 적어도 하나의 투명한 태양 에너지 흡수재를 포함하는 반투명 장치가 해결책일 수 있다.
5. 현지 날씨와 경제상에 맞출 수 있다. 이는 모든 지역에서 단일 제품을 사용하는 시간이 끝났음을 의미 할 수 있다. 태양광 산업은 정밀 태양 에너지 산업의 시대로 진입할 필요가 있다.
위의 분석을 기반으로, 시장에 있는 대부분의 태양에너지 응용 제품에는 개선의 여지가 있다. 다음은 그 예이다: PV셀과 박막 셀의 패널은 현재 시장에서 가장 인기 있는 태양 전기 제품이다. 그러나 그들의 효율성은 30 % 미만이다. 70 %의 태양 에너지가 낭비되고 있다.
태양 전지 기술에 기반한 중앙 발전소는 전송에 의한 에너지 손실을 추가로 추가해야 하는 것이 필요하다. 단일 태양열 제품은 매우 높은 열효율을 갖지만 사용시 유연성이 떨어진다. 몇몇 통합된 태양 전기 및 태양열 제품은 구성요소가 높은 효율이 아니므로 완전한 아이디어가 아니다.
태양 에너지 절약 유리는 예를 들어, 저 방사율 유리(low-E 유리) 또는 태양 단열 유리가 있다. 그것들은 태양열 코팅으로 배치된 단열 유리이다. 지역의 기상 조건을 고려한 후에도 일부 지역에서는 에너지 효율을 높일 수 있다.
따라서 기존 제품을 개선하거나 새로운 제품을 개발할 여지가 있다. 선행기술 PCT/CA2013/000856과 우선권 신청 PCT/CA/2016/000085 및 PCT/CA2016/000086에서 우리는 이유, 아이디어, 단계 및 해결책을 소개했다. 여기서 다시 반복하지 않을 것이다.
이 명세서의 목적은 공간 쉘로 사용될 고효율의 태양 에너지 장치를 제공하는 것이다. 이 장치는 지역 사회의 중앙 에너지 스테이션의 기본 요소로 사용될 수도 있다. 공간 쉘은 물체가 공간을 완전히 또는 부분적으로 커버하고 그 공간을 주변과 분리 시킨다는 것을 의미한다. 공간의 예는 건물과 운송 장치이다. 건물의 예에는 산업, 상업 및 주거용 건물이 포함된다. 운송 장치는 도로 운송 장치, 철도 운송 장치, 해상 운송 장치; 항공 운송 장치의 그룹에서 선택될 수 있다. 셸 장치의 예로는 창, 문, 지붕, 벽 및 건물과 운송 장치의 조합이 있다.
이 명세서의 기본 아이디어와 기술적 경로는 다음과 같다; 상기 장치는 적어도 2개의 분리 가능하거나 전기적으로 절연된 태양 에너지 물질을 포함한다. 이 장치는 자외선(UV), 가시 광선(VL) 및 적외선(IR)의 3가지 주된 스펙트럼 태양 광선으로부터 태양 에너지를 흡수할 수 있다. 이 장치는 가능한 첫 번째로 태양 에너지를 전기로 변환할 필요가 있다. 그런 다음 장치는 남아있는 태양 에너지를 열로 변환한다. 이 장치는 공간 쉘을 사용할 수 있으므로 태양 전기를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 받은 태양 에너지를 사용하여 지역을 가열하고 냉각할 수 있다.
상기 2개의 흡수재 중 적어도 하나는 투명하다. 따라서 태양 광선은 부분적으로 첫번째 흡수재를 통과하여 두번째 흡수재에 도달할 수 있다. 태양 광선이 조명을 위해 공간으로 들어가는 것이 좋다. 이 장치는 다른 지역의 기상 상황을 고려한다. 새로운 기술은 신제품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 태양 에너지 제품을 혁신하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서는 청구항 제1항에 기재된 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치를 제공한다. 상기 장치는: 태양 에너지를 흡수하기 위한 적어도 2개의 상이한 태양 에너지 흡수재; 상기 흡수재는 태양 광선의 자외선 및/또는 적외선으로부터 주로 태양 에너지를 흡수하는 적어도 하나의 투명 태양 에너지 흡수재를 포함하며; 상기 흡수재를배치하기 위한 캐리어 재료; 적어도 하나의 투명 캐리어 재료 및 2개 또는 3개의 캐리어 재료가 병렬 연결되고 에어갭에 의해 분리되며; 흡수된 태양열을 전달하여 사용하기 위한 유체 채널을 포함한다.
상기 장치의 태양 에너지 흡수재는, 저 방사율(low-E) 유리용 투광성 코팅재; 단열 유리용 태양열 흡수재; 태양열 제품용 태양열 소재; 주로 가시광으로부터 태양 에너지를 전기로 변환하는 태양 전지 재료 및 반도체(예를 들어, 실리콘) 및 태양 에너지를 열로 변환할 수 있는 태양전지; 유기 태양 에너지 막; 주로 태양 광선의 자외선 및/또는 적외선으로부터 태양 에너지를 전기로 변환하는 투명 태양 전기 재료; 태양 광선의 적외선 및/또는 자외선으로부터 받은 태양 에너지를 열로 변환하는 투명 태양열 재료와 PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystals) 및 필요한 전원 공급 장치를 기반으로 한 스마트 필름의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
청구항 제1항에 따른 장치에 있어서, 상기 스마트 필름은, 변압기; 광도계; 타이머 및 제어기의 그룹에서 하나 또는 하나 이상이 선택되어 구성되는 컨트롤 장치를 포함할 수 있다.
청구항 제1항에 따른 장치에 있어서, 상기 캐리어 물질은 하나의 투명 캐리어 물질; 병렬 연결되고 에어 갭에 의해 분리된 2개의 캐리어 재료; 병렬 연결되고 에어 갭에 의해 분리된 3개의 캐리어 물질의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 언급된 장치는 태양 전기 재료를 포함하는 경우, 전기를 사용하기 위한 전송을 위해 전기 연결 장치를 더 포함한다. 상기 장치는 DC/AC 변환기, 변압기, 광도계 및 제어기의 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
상기 캐리어 재료는: 절연 유리; 유리; 중합체; 필름/호일; 태양광을 받을 수 있는 공간 쉘 구성요소의 표면; 절연 유리 또는 이중 유리; 단열 유리; 태양 전지 패널 또는 태양 전지를 기반으로 한 박막의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
상기 언급된 장치는 공기 서라운드 태양열 흡수재; 액체 채널; 가스 채널; 선풍기; 펌프; 및 상기 유체를 이송하기 위한 제어기의 그룹으로부터 하나 또는 그 이상 선택되는 태양 유체 채널을 포함할 수 있다. 상기 장치는 2개의 태양 에너지 흡수재가 하나의 투명 재료의 양면에 배치되어 있고, 상기 투명 재료는 절연 유리 내에 위치한 슬롯에 제거 가능하게 삽입될 수 있다.
상기 장치는 상기 장치를 수용하기 위한 공간 쉘의 프레임을 포함하고, 상기 장치는 상기 프레임으로부터 제거될 수 있고; 상기 캐리어 물질 및 태양 에너지 흡수재는 교체 및 수리를 위해 상기 장치로부터 분리될 수 있다. 이는 태양 에너지 흡수재의 작동 시간이 유리보다 짧기 때문이다.
상기 장치는 상기 태양 흡수재 및 상기 캐리어 물질이 라미네이트 장치, 상기 태양 흡수재 및 상기 캐리어 물질이 에어 갭 및 분리기에 의해 분리되는 것으로 간주되는 장치의 그룹으로부터 선택되는 형태로 통합될 수 있다.
청구항 제1항에 따른 장치에 있어서, 장치의 배면에 배치된 단열재; 열을 저장하고 장치의 작동 온도를 제한하기 위해 장치 아래에 배치된 상 변화 물질; 및 흡수된 열을 전달하기 위한 유체 채널의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 하나 이상을 포함한다.
본 출원은 또한 태양 에너지를 흡수하기 위한 적어도 2개의 상이한 태양 에너지 흡수재; 상기 흡수재는 태양 광선의 자외선 및/또는 적외선으로부터 주로 태양 에너지를 흡수하는 적어도 하나의 투명 태양 에너지 흡수재를 포함하며; 상기 흡수재를 배치하기 위한 적어도 하나의 투명 캐리어 재료; 및 흡수된 태양열을 사용하기 위해 전송하는 유체 채널을 포함하는 공간 및 공간을 나누기 위한 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 형태 및 특징은 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 특정 실시 예에 대한 다음의 설명을 검토함으로써 당업자에게 명백해질 것이다. 그것들은 이 출원의 청구항에 포함될 수 있다.
도 1은 태양 에너지 장치의 구성 요소 이미지 및 기호를 나타내는 개략도이다.
도 2는 고효율 태양 에너지 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치를 도시하는 개략도이다
도 4는 개조된 Low-E 유리 또는 단열 유리를 나타내는 개략도이다.
도 5는 광 조절형 태양 에너지 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 고효율 태양 에너지 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치를 도시하는 개략도이다
도 4는 개조된 Low-E 유리 또는 단열 유리를 나타내는 개략도이다.
도 5는 광 조절형 태양 에너지 장치를 도시하는 개략도이다.
다음은 어떻게 고효율의 태양 에너지 장치가 만들 수 있는가에 대한 실시예의 자세한 설명이다. 실시예는 기존 태양 에너지 장치를 수정하고 업그레이드하는 방법과 새로운 구성을 추가하여 효율성을 높이는 방법을 설명한다. 본 명세서 일부 청구항의 재료는 일부는 코팅 및 박막 등과 같은 매우 얇은 부품이다. 그들 중 일부는 투명하거나 반투명하다. 그것은 그리는 것과 그것들을 도면에서 확인하는 것은 매우 어렵다. 우리는 도 1에서 구성 요소의 이미지와 기호를 정의했다. 도 2에서는 기호를 사용하여 장치의 구성 요소를 나타낼 것이다. 구성 요소의 소개는 모든 설명서를 위한 것이다.
도면 1 참조: 도 1은 청구된 장치의 구성 요소 및 그것들의 소개, 이미지 및 기호를 다음의 도면 및 설명에서 그 요소를 쉽게 식별하기 위해 제공한다. 그들은 다음과 같습니다:
01: 태양광선, 모든 태양 에너지의 원천.
11: 태양 에너지를 광전기 및 태양열로 변환하거나 또는 태양열로만 변환하는 태양 에너지 흡수재.
111: 태양 전지 소재는 주로 태양 전지를 기반으로 태양 에너지를 전기로 변환한다. 태양 전지 소재는 또한 태양열을 생성한다. 그 예로 PV 셀과 박막 셀이 널리 사용된다. 태양 전지 소재는 일반적으로 반도체(예: 실리콘) 재료를 포함한다. 태양 전지는 주로 가시 광선을 흡수한다. 태양 전지는 투명 태양 에너지 물질이 아니다. 태양 전지 소재의 셀, 모듈 및 패널은 반투명 또는 불투명하다.
112: 태양 에너지를 열로 변환하는 태양열 재료
121: 자외선 및/또는 적외선으로부터 태양 에너지를 전기로 변환하는 투명 태양 전기 재료.
122: 적외선 및/또는 자외선으로부터 주로 태양 에너지를 열로 변환하는 투명 태양열 소재.
123: 스마트 필름을 위한 PDLCs 또는 광 전환 필름. 태양열 재료는 또한 폴리머 분산 액정(PDLCs)를 포함한다. 스마트 필름 또는 전환형 필름은 폴리머 분산 액정(PDLCs)으로 만들어진다. 이것은 제어된 전계에 의해 투명과 불투명 사이의 광 투과율을 조절할 수 있는 제품이다. 그것은 완전 투명할 수 있기 때문에, 본 명세서에서, 스마트 필름은 또한 투명한 태양열 흡수 재료로서 거래된다.
참고: 투명 태양 에너지 흡수재에는 여러 종류가 있다. 이 재료의 공통적인 특징은 주로 자외선이나 적외선 또는 둘 모두로부터 태양 에너지를 흡수한다는 것이다. 본 명세서에서, 투명한 태양 흡수재는 투명 태양 전기 재료, 투명한 태양열 재료 및 PDLC를 포함한다. 투명한 태양 에너지 흡수재는 유기 태양 에너지 흡수 막을 포함할 수 있다.
13: 캐리어 물질: 캐리어 물질은 물질을 배열하고 지지하기 위한 것이다. 또한 태양 에너지 흡수재 및 기타 재료 또는 공기를 격리 및/또는 절연시킨다. 캐리어 물질은 투명, 반투명 또는 불투명 할 수 있다. 투명 캐리어 물질의 예는 투명 유리, 중합체 및 필름 등을 포함한다. 대중적인 반투명 캐리어 물질은 반투명 코팅이 적용된 투명 재료이다. 공간 쉘 구성 요소는 또한 캐리어 재료이다. 그것들은 지붕, 벽, 창문, 건물 및 운송 장치의 재질을 포함할 수 있다.
131 유리 및 단단한 투명 소재.
132: 필름 및 부드러운 투명 소재.
133: 공간 쉘의 표면 재료.
14: 유체 채널: 유체 채널은 흡수 태양열을 전달하기 위한 액체 또는 가스 채널 (예: 공기)이다. 단열재가 없는 전면 또는 후면은 공기가 열을 전달하는 공기 채널이다. 유체 채널은 열 전달을 위해 유체의 유동을 유도하고 유도하기 위한 구동 장치 (예를 들어, 펌프 및 팬), 감지기 및 제어기를 선택적으로 포함할 수 있다.
141: 액체 채널.
142: 가스 (예: 공기) 채널.
15: 에어 갭
16: 반사 물질.
17: 전기 연결 장치: 이 장치는 사용하기 위해 전기를 전송하거나 두 개의 태양 전기 재료를 연결하기 위해 태양 전기 재료를 연결하는 장치이다. 전기 연결 장치는 커넥터, 스위처, DC/AC 변환기, 변압기 및 제어기를 선택적으로 포함할 수 있다.
18: 단열재.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같은 장치 기호로 도시된 예시적인 고효율 태양 에너지 장치가 도시된다. 도 2에서, 장치 A는 유리 또는 투명 필름 (131), 반사 물질(16), 태양 전지의 태양 전기 재료(111) 및 유리 또는 투명 필름의 덮개, 두번째(131)를 포함한다. 태양 전지 재료(111)는 하나 또는 그 이상의 층을 포함할 수 있다. 핵심은 전지가 실리콘을 함유하고 있으며 주로 가시 광선으로부터 태양 에너지를 흡수한다는 것이다. 사례는 시장에서 널리 사용되는 태양 전지 패널 또는 박막 태양 전지의 일반적인 배열이다.
장치의 효율을 높이기 위해, 장치 A의 상부에 투명 태양 전지 물질(121)를 추가할 수 있다. 예를 들어, 라미네이트 장치 A의 전면 유리(131) 상에 코팅 (121)을 도포하여 더 많은 전기를 생성한다. 이것은 도 1의 B 경우이다. 장치(B)에 의해 흡수된 태양열을 얻기 위해, 에어 갭 또는 에처 채널 (142)을 121 위 및 제3투명재료(131) 아래에 추가할 수 있다. 채널(142)은 전원 및 제어기를 포함하는 열을 전달하기 위한 펀(fun) 또는 펌프 (19)를 포함할 수 있다.
이것은 도 1의 C에 도시되어 있다. 또한, 태양열 효율을 증가시키기 위해, 투명 태양열 흡수재(122)가 111 내지 16 사이에 추가될 수 있다. 제1투명 재료(131)와 제2투명 재료 (131) 사이의 이 물질은 장치 내에서 라미네이트될 수 있다. 우리는 라미네이팅을 위해 두번째 131 아래에 121을 둘 수 있다. 이것은 도 1에 도시된 D의 경우이다.
장치D는 장치를 조립하기 위한 프레임(도 1에 도시되지 않음)을 필요로 한다. 태양광선(01)이 장치(D)에 비치면, 빛은 세 번째(131, 142)를 통과하고, 투명 태양 전기 물질(121)은 주로 자외선으로부터 태양 에너지의 첫 번째 부분을 흡수하여 전기로 변환한다. 전기 연결 장치(도 2에 도시되지 않음)를 통해 사용을 위해 전달 된 전기. 남은 빛은 131을 통과하여 111에 도달하고, 111의 태양 전지는 주로 태양 광선의 가시 광선으로부터 태양에너지를 흡수하여 전기로 변환하여 사용한다. 태양열 흡수재(122)는 주로 태양 광선의 적외선으로부터 태양 에너지를 흡수하여 열로 변환시킨다.
반사 물질 (16)은 그 표면에 도달 한 모든 태양 광선을 반사시키고 태양 광선의 태양 에너지 효율을 더 증가시키기 위해 역방향으로 처리를 반복한다.
도 1의 재료를 도 1에 도시된 순서로 배열할 필요는 없다. 재료의 순서는 엔지니어링 상황에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, C의 경우 142 및 121은 서로 위치를 변경할 수 있다. 코팅(121)은 투명한 물질(131) 및 유체 채널 (142) 위에 도포될 수 있다. 이 경우 투명한 태양 전기코팅이 된 유리를 현장의 기존 PV 패널에 쉽게 추가하여 패널 효율을 높일 수 있다. 도 1의 재료를 적층 할 필요도 없다. 예를 들어, C의 경우, 제1투명 재료(131) 및 제2투명 재료(131)는 절연 유리일 수 있다.
도 1의 D의 모든 재료가 하나의 장치에 포함될 필요는 없다. 우리는 태양 에너지 흡수재(121, 122) 중 어느 하나를 추가하여 장치의 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 도 2의 D의 경우에서, 우리는 반사 재료(16)를 태양열 재료 (122)로 대체하여 공간을 가열 및 조명하기 위한 반투명 태양 전기 및 열 장치를 얻는다.
131-121-142-131-111-131-122-16을 포함하는 케이스 F는 D의 변형 버전이다.케이스 G에서, 추운 날씨 지역의 공간 지붕에 사용하기 위해 수정된 고효율 태양 에너지 장치의 뒷면에 단열재(15)를 추가한다. 단열재(15)는 또한 열을 저장하고 장치의 작동 온도를 제한하기 위해 장치 아래에 배치된 상 변화 물질로 대체 될 수 있다. 때때로 상 변화 물질은 유체 채널을 포함한다.
우리는 다른 경제 및 날씨 상황에 맞게 더 많은 수정된 샘플을 제공 할 수 있다. 도 2의 장치는 적어도 2개의 상이한 태양 에너지 흡수재를 포함하고, 상기 태양 에너지 흡수재는 자외선 및/또는 적외선으로부터 주로 태양 에너지를 흡수하기 위한 적어도 하나의 투명 태양 에너지 흡수재를 포함한다.
도 3을 참조하면, 예시적인 고효율 태양 에너지 장치(30)가 수직 단면도로 도시되어 있다.
장치(30)는 제1면(311) 및 제2면(312)을 갖는 하나의 투명 캐리어 재료(31)(예를 들어, 유리)를 가질 수 있다. 청구항 제1항에 청구된 2개의 상이한 태양 흡수재 (3110 및 3120)는 장치(30)의 양 측면에 배치될 수 있다. 규칙은 다음과 같다.
장치는 2개의 투명 캐리어 물질(31 및 32)을 가질 수 있다. 재료(32)(예를 들어, 유리)는 제1면(321) 및 제2면(322)을 갖는다. 청구항 제1항에 청구된 두개의 상이한 태양 흡수재는 장치(30)의 네 측면으로부터 선택된 임의의 두 측면 상에 배치될 수 있다. 규칙은 아래에 제공된 규칙과 동일하다. 그러나 보통 장치의 두 유리에는 두 개의 유리(31과 32)를 분리하기 위한 스페이서(35+36)가 있다. 따라서, 청구항 제1항에 청구된 태양 에너지 재료(3120, 3220)는 보호 목적으로 312 및 322의 측면에 도포된다.
장치(30)는 3개의 투명 재료(예를 들어, 유리) 31, 32 및 33를 가질 수 있다. 유리(33)는 제1측면(331) 및 제2측면 (332)을 갖는다. 청구항 제1항에 청구된 두 개의 다른 태양 흡수물질은 장치(30)의 6개의 측면으로부터 선택된 임의의 2 개의 측면 상에 배치 될 수 있다. 이들은 31 10, 3120, 3210, 3220, 3310 및 3320의 그룹으로부터 선택된 2개의 재료일 수 있다. 규칙은 아래에 언급 된 규칙과 동일하다.
이 경우, 스페이서는 35 또는 36이며, 여기서는 35이고, 공간가열 및 냉각을 위해 태양열을 전달하는 유체 (3501 및 3502)에 대한 유체 채널일 수도 있다. 태양 에너지 흡수재가 하나의 태양 전기 재료(예를 들어, 태양 전지, 투명 태양 - 전기 재료 및 스마트 필름 등)를 포함 할 때, 전기 연결 장치 (301)는 사용을 위해 태양 전기를 픽업 할 것이다. 태양 에너지 흡수재가 두 개의 태양-전기 재료(예를 들어, 태양 전지, 투명 태양 전기 재료 및 스마트 필름 등)를 포함하는 경우, 전기 연결 장치 (301 및 302)는 각각 태양 전지를 사용하여 사용할 것이다.
전기 연결 장치 (301 및 302)는 DC/AC 변환기, DC/AC 변환기, 변압기, 광도계 및 제어기의 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 두 태양 전기 재료의 전압이 다른 경우 전압 어댑터가 필요할 수 있다.
다음은 장치(30)가이 따라야 할 몇 가지 규칙들이다: a. 태양 전기 재료는 태양열 재료보다 태양 광선 300의 전면에 있다. b. 투명한 태양 흡수재는 반투명하고 불투명 한 재료보다 태양 광선의 전면에 있다. c. 더 많은 태양열을 흡수한 물질은 추운 날씨 지역의 공간에 더 근접하게 위치한다. 더운 날씨에서는 반대이다. 우리는 장치(30)를 사용하여 지역의 날씨와 경제 상황에 따라 기존 장치를 사용하여 새로운 고효율 태양 에너지 공간 쉘 장치를 만들거나 개조 할 수 있는 방법을 설명한다.
프레임(39)은 공간 쉘의 공간(도 1에 도시되지 않음)에 고정하기 위해 조립된 장치(30)이다. 장치(30)는 프레임의 슬롯으로부터 제거 가능하게 수용되고 제거될 수 있다. 유리(31, 32, 33) 및 태양 에너지 흡수재(있는 경우)는 재코팅, 수리 또는 장치의 교체 및/또는 유리의 코팅을 위해 장치(30)로부터 탈부착될 수 있다.
또한, 낭비된 유리를 절약하고 대체 비용을 절약하기 위해, 2개의 청구된 재료는 제1 유리(31) 및 제2유리(32)에 의해 형성된 절연 유리 사이의 유리(33)의 두면에 도포될 수 있다. 절연 유리의 슬롯(333)은 태양 에너지 흡수재 (3310, 3320)를 포함하는 유리 (32)를 착탈 가능하게 수용한다. 스페이서(36), 유체 채널 (35), 전기 접속 장치 (301 및 302)와 같은 다른 구성요소는 상기 샘플에서 언급된 것과 동일하다.
연산 처리도 언급된 것과 동일하다. 차이점은 태양 흡수재의 교체가 필요할 때, 장치는 프레임과 제거 및 교체될 수 있는 절연 유리 사이의 유리(33)로부터 제거될 수 있다. 대부분의 장치의 구성 요소는 변경되지 않는다.
태양열 흡수재를 두가지 재료로 제한 할 필요는 없다. 예를 들어, 도 3에서, 3310은 투명 태양 전기 재료이고, 3320은 태양 전지 재료이며, 3230은 반투명 태양열 재료이다. 태양 광선(30)이 장치(30)에 비치면, 투명한 태양 전기 재료(3310)는 먼저 자외선을 흡수하고 전기 커넥터(301)로 전기를 전송한다. 태양 전지 재료(3220)는 가시광을 흡수하여 이를 전기로 변환하고 커넥터 (302)로 전달한다. 반투명 태양열 재료(3330)는 태양 광선의 일부를 흡수하여 태양열로 변환한다. 빛의 마지막 부분은 조명을 위해 우주 룸으로 들어간다.
위에서 언급한 모든 샘플에서 우리는 또한 스페이서를 제거하고 그것을 교차 결합 물질(cross-linking material)로 교체하여 라미네이트 장치로 제조할 수 있다.도 4를 참조하면, 대표적으로 개조된 Low-E 유리 또는 단열 유리가 특별히 수직 단면도로 도시되어 있다. 이것은 low-E 유리 및 단열 유리가 기존 건물, 특히 타워 건물의 커튼 벽과 주거용 건물의 창에서 매우 인기가 있다고 생각된다.
low-E 유리 및 단열 유리는 절연 유리(중공 유리) 및 열 흡수재를 포함한다 절연 유리는 유리 사이에 빈 공간을 형성하도록 스페이서에 의해 분리되고 둘러싸인 두 개의 평행한 유리를 갖는다. 스페이서에는 코팅을 보호하기위한 건조기/건조제가 들어 있다. 유리는 투명 또는 반투명 열 흡수재에 의해 중공 공간의 두 내부면에 도포된다.
열 흡수재는 일반적으로 코팅재이다. low-E 유리의 열 흡수재는 저 방사율 재료이다. 단열 유리의 열 흡수재는 여러 종류의 열 흡수재 중 하나이다. 그들 중 일부는 열 반사 물질을 포함할 수 있다. 절연 유리와 단열 유리의 차이점은 유리 위에 열 흡수재가 있는지 여부이다. 태양 광선 아래에서, 그들 모두는 태양 열 흡수재이다. 이 출원에서는 그들을 Low-E 유리 및/또는 단열 유리로 불릴 수 있으며,. 둘 중 하나는 둘 다 대표하고 동일한 의미를 갖는다.
단열 유리의 주된 장점은 낮이나 더운 날씨에 건물의 내부 공간으로 들어오는 태양열을 줄이기 위해 첫 번째 막이 태양열을 흡수한다는 것이다. 두 번째 막은 야간 또는 시원한 날씨에 실외로 전달되는 열을 보호한다. 일반적으로 단열 유리의 코팅은 반투명하다. 단열 커튼 벽은 전통적인 벽을 대체할 수 있다.
단열 유리와 low-E 유리의 단점은 다음과 같다: 단열 유리의 중공 공간에 흡수 된 태양열은 열 방출, 전도 및 관례에 의해 건물의 실내 또는 실외로 옮겨 져야 한다. 그래서 태양 에너지 활용의 관점에서, 단열 유리의 기본 기능은 열을 차단하고 공간의 실내 및 실외로 열을 전달하기 위해 중공 공간에 열을 저장하는 것입니다. 그러나 차가운 날씨에는 단열 유리의 온도가 주변 공기 온도와 문 애의 공기 온도보다 훨씬 높다.
2개의 태양열 흡수재가 동일할 때, 태양열은 주로 제1막에 흡수된다. 첫 번째 막에서 흡수된 태양열은 실외 환경으로 쉽게 전달된다. 이 태양 에너지의 일부는 건물 난방에 사용되어 낭비된다. 더운 날씨에 이 공간의 온도는 단열 유리의 온도와 공간의 주변 공기와 비교할 때 가장 낮은 온도이다. 단열 유리에 흡수된 태양열은 실외 환경에 비해 공간 내부로 쉽게 전달된다.
그러므로 태양 에너지 활용의 관점에서, 단열 유리는 최상의 해결책이 아니다. 일부 개선 및 개조가 필요하다. 해결책 중 하나는 우리의 특허 출원에서 소개된 것과 같은 새로운 에너지 절약 유리 장치로 교체하는 것이다. 더 비용적으로 효과가 있는 에너지 절약 방법은 단열 유리 및 low-E 유리를 개조하고 효율성을 높이는 것이다. 다음은 예이다. 도 4에서, 스페이서 (36)를 포함하는 유리(32, 33)는 절연 유리(38)를 형성한다.
반투명 태양 흡수재는 332 및 322의 2개의 내부 측면 상에 도포된다. 두 코팅은 3220과 3320이다. 여기서 단열 유리의 두 코팅은 태양열 흡수재로 취급될 수 있다. 태양 에너지 효율을 높이고 low-E 유리 또는 단열 유리를 개조하기 위해서는 이 출원에 청구된 기술에 따라 다음과 같은 해결책 및 예가 있다.
먼저, 우리는 간단하게 유리(33)의 측면(331) 상에 투명 태양 전기 재료(예를 들어, 코팅)(3310)를 추가할 수 있다. 코팅은 전기 연결 장치(301)에 연결되어 사용되는 전기를 생성한다. 코팅(3310)은 또한 태양열을 흡수하고 공간으로부터 더 많은 태양열을 유지하기 위해 투명 태양열 재료로 대체될 수 있다.
두 번째로 우리는 태양 광선(300)쪽으로 38의 전면에 평행 유리(31)를 배치 할 수 있다. 새로운 중공 공간(37)은 새로운 추가된 스페이서(35)에 의해 분리된다. 35는 팬 또는 펌프를 갖는 유체 채널(3501)을 포함할 수 있다. 프레임(39)은 하나의 장치(30) 내에 모든 부품을 고정시킨다. 햇빛이 비치면, low-E 유리(38)에 의해 흡수된 열은 정면의 유리(33)에 의해 차단된다. 더운 계절에, 중공 공간(37) 내의 공기는 공간(S1)을 냉각시키기 위해 펌핑될 수 있다.
시원한 계절이나 야간에 공간 S1의 열은 개보수 전에 강화된 단열 기능을 가진 장치(30)에 의해 차단된다. 또한, 유리(31)를 단열 유리(38)의 후방으로 이동시킬 수 있다. (도 4에는 도시되지 않음) 이 기능은 전면 케이스와 유사하다. 유리를 전면 또는 후면에 추가하는 것은 지역 기상 상황에 달려 있다.
장치(30)의 태양 에너지 효율을 증가시키기 위해 청구된 태양 에너지 흡수재는 3320 및 3220을 제외한 유리(31, 32 및 33)의 측면에 배치될 수 있다. 여기서 단열 유리의 두 코팅은 태양 열 흡수재로 취급될 수 있다. 우리가 해야 할 일은 유리(31)의 측표면(312)에 투명 태양전기 코팅(3120)을 도포하는 것이다. 생성된 전기는 사용을 위해 연결부(301)에 전달될 수 있다. 투명 태양 전기 코팅(3120)은 투명 태양열 재료로 대체될 수 있다. 둘 다 장치(30)가 더 많은 태양 에너지를 흡수하도록 도울 수 있다.
대안적인 방법은 투명 태양열 재료(3310)가 유리(33)의 측면(331)에 추가될 수 있다는 것이다. 태양 전기 재료(3120)는 변화가 없다. 햇빛이 비치면 코팅(3120)은 주로 자외선으로부터 태양 에너지를 흡수하여 전기로 전환시킨다. 전기 연결 장치 (301)는 생성된 전기를 사용하기 위해 픽업한다. 장치(301)는 또한 커넥터, 스위처, DC/AC 변환기, 제어기 등을 선택적으로 포함한다. 코팅(3310)은 주로 적외선으로부터 태양 에너지 및 덮개의 열을 흡수한다.
다른 태양 광선은 2개의 열 흡수재(3320 및 3220)를 통과하여 에너지의 일부를 태양열로 변환한다. 빛은 마침내 조명을 위해 공간 S1 안으로 들어간다. 태양열 흡수 재(3310, 3320 및 3220)에 의해 흡수된 열은 투과를 위해 중공 공간(37 및 38)에 저장될 것이다. 더운 계절에 중공 공간(37) 내의 공기는 공간(S1)을 냉각시키기 위해 펌핑될 것이다. 시원한 계절 또는 야간에, 보다 강한 단열 특성을 갖는 장치(30)에 의해 공간(S1)의 열이 차단 될 것이다.
전기 연결 장치 및 유체 채널의 모든 구성 요소는 상기의 경우에 사용될 수 있다. 그들은 다시 반복하지 않는다.
도 5를 참조하면, 예시적인 광 조절 태양 에너지 장치(50)가 수직 단면도로 도시되어 있다. 그것은 공간 쉘의 지붕, 벽 및 창문에 사용할 수 있다. 상기 흡수 재료의 캐리어 물질은 상기 공간의 외측에 더 가까운 제1유리 (51) 및 상기 공간(S1)의 내부에 더 가까운 제2유리(52)를 갖는 절연 유리(57)이다. 스페이서 (55)는 유리의 주변 외곽을 폐쇄하여 중공 공간(57)을 형성한다.
태양 에너지 흡수재는: (1) 제1유리(51)의 표면(511)에 도포된 투명 태양 전기 코팅(5110)이다. (2) 제2유리(52)의 표면(521) 상에 배치된 PDLCs에 기초한 스마트 필름이다. 전력 공급 및 제어 장치(56)는 제어 전력을 제공하기 위해 스마트 필름의 태양 전기 코팅(5220)을 연결한다. 장치(56)는 태양 에너지를 저장하는 배터리, DC와 AC 사이에서 변환하는 변환기, 요구되는 전압을 얻는 변압기, 생성된 전기를 수신하기 위한 유틸리티 전원(571)이 필요할 경우 유틸리티 전원을 공급하고, 광 제어를 위한 광도계가있는 컨트롤러의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 구성요소를 포함한다.
통상적으로, 2개의 태양 에너지 흡수재는 보호 목적으로 단열 유리의 중공 공간의 내부 측면(512, 522)에 도포된다. 그러나 태양 전기 코팅과 스마트 필름은 지역 기상 상황, 유리 유형 및 태양 에너지 흡수재의 기상 감도에 따라 유리의 양면 중 한면 511, 512, 521 또는 522에 도포될 수 있다.
예를 들어, 표면에 직접 전기를 공급하는 태양 전지는 대기를 연결하여 더 많은 전력을 얻을 수 있지만 작동 시간은 짧다. 중공 공간 내의 표면에 있는 스마트 필름은 더 많은 열을 얻을 수 있지만 작동 시간은 짧다. 투명 태양 전기 코팅은 일반적으로 스마트 필름에 비해 햇빛에 더 가깝다. 이것은 "따뜻한" 조명 자체 전원 태양 에너지 장치이다.
상기의 경우, 투명 태양 전기 코팅은 투명 태양열 재료에 의해 대체되거나 첨가되어 제1유리(51)의 표면 상에 도포될 수 있다. 교체가 일어날 때, 제어기를 갖는 독립적인 전원 공급기(57)는 제어된 전기장을 제공하기 위해 스마트 필름(5220)을 연결한다. 전력 공급원은 유틸리티 전력 공급기(571) 또는 분리된 태양 전기 패널(도 5에 도시되지 않음)일수 도 있다.
태양 광(500)이 장치(50)에 비치면 태양열 물질(예: 5110)은 주로 적외선을 흡수한다. 스마트 필름은 공간 S1으로의 "시원한" 빛 전달을 제어한다. 이것은 주로 뜨거운 지역에서 사용되는 소위 "시원한"빛 조절 장치이다. 물론, 캐리어 물질(51 및 52)는 투명 재료(51)의 한 층 또는 투명 재료의 세 층(도 3에 도시됨) 일수 도 있다.
시장에 존재하는 기존의 스마트 필름은 컬러, UV 및 IR 광선 차단과 같은 많은 새로운 기능을 결합할 수 있다. 이 기능은 의도적으로 PDLCs의 기능을 변경하기 위해 새로운 재료를 추가하거나 재료를 라미네이팅하여 발생할 수 있다. 새로운 기능은 PDLCs의 재료를 덮는 것과 같은 의도하지 않은 제조 공정이나 라미네이팅 또는 실링을 위한 교차 결합 물질51211(도 5의 슬래시 부분)에 의해 또한 야기될 수 있다.
태양 에너지 활용의 관점에서 보았을 때, 그것들은 사용을 위한 고효율이 아니다. 예를 들어, 적외선 차단 필름은 시원한 지역에서 태양 에너지를 저장하기 위한 고효율 제품이 아니다. 이유는 low-E 유리의 이유와 유사하다. 따라서 "순수한"스마트 필름이 요구된다. 광 조절형 태양 에너지 장치는 소위 "순수한"스마트 필름을 포함할 수 있다.
순수한 스마트 필름(5121)(도 5c에 도시 된 바와 같이)은 필름 또는 PDLCs를 포함하는 두개의 투명 재료 코팅 사이에서 만들어진 라미네이트된 구성요소이다. 스마트 필름의 양면에서의 햇빛 스펙트럼은 가능한 비슷하다. 필름의 특징 및 기능은 주로 햇빛 투과율을 조절하기 위한 것이다.
PDLCs 재료의 보호를 위해, 투명 커버 재료(예를 들어, 유리 및 폴리머 플레이트 또는 필름)는 둘레 가장자리를 따라 적층(예를 들어, 유리) 또는 밀봉(예를 들어, 필름)될 수 있다. 유리를 보호하기 위해, 도 5C에 도시 된 바와 같이 몇몇 그물 형태의 가교 결합 재료(51211)가 추가될 수 있다. 왜냐하면 유리의 전체 영역은 교차하지 않기 때문에, 온도 유리가 선호된다.
Claims (19)
- 태양 에너지 흡수를 위한 적어도 두개의 다른 태양 에너지 흡수재;
상기 태양 에너지 흡수재는 태양 광선의 적외선 및/또는 자외선으로부터 주로 태양 에너지를 흡수하는 적어도 하나의 투명 태양 에너지 흡수재;와,
상기 태양 에너지 흡수재를 배치하기 위한 적어도 캐리어 물질; 및
흡수된 태양열을 사용하기 위해 전달할 수 있는 유체 채널;을 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항에 있어서,
전기를 사용하기 위해 전송할수 있는 전기 연결장치를 더 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제2항에 있어서,
상기 태양 에너지 흡수재는 가시광선으로부터 태양 에너지를 전기로 변환하는 태양 전지 물질과 반도체(예를 들어, 실리콘)을 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 투명 태양 에너지 물질은 태양 광선의 자외선 및/또는 적외선으로부터 받은 태양 에너지를 전기로 변환하는 투명 태양 전기 재료를 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제4항에 있어서,
상기 투명 태양 에너지 흡수재는 태양광선의 적외선 및/또는 자외선으로부터 받은 태양 에너지를 열로 변환하는 투명 태양열 재료를 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제5항에 있어서,
상기 흡수 물질은 PV셀의 태양열 물질, 저 방사율(low-E) 유리를 위한 반투명 코팅 물질, 단열 유리를 위한 태양열 흡수재, 태양열 제품을 위한 태양열 물질, 불투명 태양 전기 코팅, 유기 태양 에너지 막, 투명 태양열 코팅의 그룹으로부터 선택되는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제6항에 있어서,
상기 흡수 물질은 폴리머 분산 액정(PDLCs)을 기반으로 한 스마트 필름 및 필요한 전원 공급을 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제7항에 있어서,
상기 스마트 필름은 광도계, 타이머, 제어기의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 구비하는 제어 장치를 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제8항에 있어서,
상기 캐리어 물질은 하나의 투명 캐리어 물질, 병렬 연결되고 에어 갭에 의해 분리되는 두개의 캐리어 물질, 병렬 연결되고 에어 갭에 의해 분리되는 세개의 캐리어 물질의 그룹으로부터 선택되는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제9항에 있어서,
상기 캐리어 물질은 단열 유리를 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제10항에 있어서,
상기 캐리어 물질은 태양 PV 패널, 태양 전지를 기반으로 하는 박막 및 유기 태양 에너지 막의 그룹으로부터 선태되는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제11항에 있어서,
상기 캐리어 물질은 유리, 중합체, 필름, 호일, 태양 광선을 받을 수 있는 공간 쉘의 구성요소의 표면, 전송 장치의 표면을 구비하는 그룹으로부터 선택되는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제12항에 있어서,
상기 태양 전기 연결 장치는 DC/AC 변환기, 변환기, 광도계, 제어기의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제13항에 있어서,
상기 태양 유체 채널은 에어 주변 태양열 흡수재, 펌프, 가스 채널, 액체 채널, 팬, 상기 유체 전송을 위한 제어기의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 이상을 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제14항에 있어서,
상기 두 태양 에너지 흡수재 물질은 투명 물질의 두 측면에 배치되고, 상기 투명 물질은 절연 유리 내의 슬롯에 삽입되어 위치하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제15항에 있어서,
상기 장치를 수용하기 위한 공간 쉘에 프레임을 포함하고,
상기 장치는 상기 프레임으로부터 제거할 수 있으며, 상기 캐리어 물질 및 상기 태양 에너지 흡수재는 교체 및 수리를 위해 상기 장치로부터 분리될 수 있는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제16항에 있어서,
상기 태양 흡수 물질 및 상기 캐리어 물질은 라미네이트 중간층 장치, 가정 장치, 분리기 및 에어갭에 의해 분리되는 상기 태양 흡수 물질 및 상기 캐리어 물질의 그룹으로부터 선택되는 유형인 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제17항에 있어서,
상기 공간의 일부를 형성하며,
상기 공간의 일부는 빌딩 및 전송 장치의 그룹으로부터 선택되는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
- 제1항 내지 제18항에 있어서,
장치의 뒤에 단열 물질, 장치의 작동 온도를 제한하고 열을 저장을 위해 장치 아래에 배치되는 상변화 물질, 흡수열을 전송하기 위한 유체 채널을 포함하는 그룹 중 하나 또는 그 이상을 더 포함하는 고효율 공간 쉘 태양 에너지 장치.
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