KR20200111615A - 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템 - Google Patents

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허진수
이민규
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렉스코리아 주식회사
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Abstract

본 발명은 히트펌프 하이브리드시스템에 관한 것으로서, 태양광을 이용하여 전기에너지로 변환하는 태양광발전패널(110)과, 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 결합되어 태양광발전 과정에서 상기 태양광발전패널(110)에 발생되는 폐열을 흡수하는 증발기(120)를 갖는 하이브리드패널부(100)와; 상기 증발기(120)와 냉매유동로에 의해 연결되며, 상기 증발기(120)가 흡수한 폐열을 난방 및 급탕처에서 요구되는 열원으로 이용하는 히트펌프부(300)와; 상기 태양광발전패널(110)과 연결되어 상기 태양광발전패널(110)에서 생성된 DC전원을 AC전원으로 변환하는 인버터(200)를 포함하며, 상기 히트펌프부(300)는, 상기 증발기(120)와 연결되어 상기 증발기(120)에서 폐열의 흡수에 의해 기체화된 냉매를 압축하여 고온고압의 냉매로 변환시키는 압축기(310)와; 상기 압축기(310)와 연결되어 고온고압의 냉매를 난방 및 급탕처의 공급수와 열교환하여 액체상태 냉매로 변환시키는 응축기(320)와; 상기 응축기(320)와 상기 증발기(120) 사이에 배치되어 상기 응축기(320)에서 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압으로 변환시키는 팽창변(330)을 포함하고, 상기 증발기(120)는 내부에 냉매유동로(123)가 형성된 기판(121,122)을 포함하며, 상기 기판(121,122)은 상기 냉매유동로(123)에 대응되는 영역의 외측으로 돌출되게 형성되어 열교환 효율을 향상시키는 열교환돌기(121a,122a)가 구비되고, 상기 열교환돌기(121a,122a)는 단면이 사각형, 원형 또는 타원 중 어느 하나의 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템{HYBRID SYSTEM FOR SUNLIGHT GENERATION AND HEAT PUMP}
본 발명은 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템에 관한 것으로서, 보다 자세히는 태양광발전 과정에서 부가적으로 발생되는 열을 제거함과 동시에 히트펌프의 추가적 열원으로 활용하는 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템에 관한 것이다.
최근 화석연료를 대체할 수 있는 태양광, 태앙열, 풍력, 조력 발전 등 무공해 청정에너지 자원들에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 특히, 태양광은 많이 사용해도 고갈되지 않고, 환경오염이 없으며, 지역에 관계없이 태양광이 도달하는 곳이면 어디서나 사용가능한 자원이라는 장점을 가지므로, 가장 활발하게 연구가 진행되고 있는 자원이다.
태양광을 에너지 자원으로 사용하는 태양광 발전은 반도체 소자인 태양광발전패널의 광기전력 효과를 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 사용하는 것이다.
태양광발전장치의 성능은 태양의 일사량에 따라 좌우되며, 태양광발전패널의 온도가 1℃ 상승함에 따라 발전효율이 약 0.5%/K 열화된다고 알려져 있다. 이에, 일사량이 최고점에 이르는 시간대 또는 외부온도가 높아지는 시기에는 일사량 뿐 아니라 태양광발전패널과 이에 부속되는 부속기기 사이의 전도열에 의해서도 영향을 받는다. 이에 태양광발전장치는 태양광발전패널을 냉각하기 위한 수단이 요구된다.
종래 태양광발전장치에서 태양광발전패널의 냉각방법으로 크게 스프링쿨러를 이용하는 방법과 알루미늄 방열판을 이용하는 방법이 사용된다.
스프링쿨러를 이용하는 방법은 태양광발전패널의 전면에 물을 분사하여 태양광발전패널을 냉각하는 방식이다. 태양광발전패널의 전면으로 물을 분사하는 것은 태양광발전패널의 후면에 부착된 백시트가 방수에 취약하기 때문이다.
스프링쿨러를 이용해 태양광발전패널의 전면에 물을 분무하여 냉각하는 방식은 설치 가격이 싸고 유지 보수가 단순하다는 장점이 있으나, 열이 발생되는 부분이 태양광발전패널의 후면임을 감안하면 실제 냉각 효과가 떨어지고, 또한 냉각수에 의한 산란으로 오히려 태양광발전의 효율이 떨어지는 단점이 있다.
한편, 종래 알루미늄 방열판을 이용하여 냉각하는 방법은 열전도율이 높은 알루미늄 방열판을 태양전지판의 후면에 밀착시켜 태양전지 모듈을 냉각하게 된다. 이의 일례가 공개특허 제10-2012-0096346호 "태양광발전 모듈의 유체냉각시스템"에 개시된 바 있다.
그러나 종래의 태양광발전패널 냉각 방법들은 효율, 신뢰성이 적고 일시적인 방법이므로 실효성을 기대하기 어렵다. 또한, 종래의 태양광발전 냉각방법들은 태양광발전패널에서 발생되는 열을 단순히 제거해야 하는 수준에서 머물며 발생된 열을 능동적이고 효율적으로 이용하려는 노력이 부족한 실정이다.
한편, 히트펌프의 증발기(Heat source)는 원리적으로 냉매가 증발(기화)하기 위한 열을 주변에서 흡열하는 원리이기 때문에 태양광발전패널의 냉각에 사용할 수 있다.
이에 히트펌프의 증발기를 이용해 태양광발전 패널에서 발생되는 열을 제거함과 동시에, 이 열을 히트펌프의 열원으로 사용할 수 있는 새로운 형태의 냉각구조 및 에너지의 재활용을 극대화하는 기술 개발이 요구된다.
등록특허 제10-1105160호 "공기열 및 태양열을 이용한 히트펌프"
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 태양광발전시에 태양광발전 패널에서 부가적으로 발생되는 열을 히트펌프 열원으로 활용할 수 있는 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 태양광발전 패널에서 발생하는 열의 열교환 뿐만 아니라 주변 대기와의 대류에 의한 열교환을 포함하여 히트펌프의 열원으로 취득할 수 있는 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 히트펌프의 증발기와 태양광발전 패널의 열교환시에 태양광발전 패널의 표면에 결로가 발생되는 것을 방지할 수 있는 구조의 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템은, 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양광발전패널(110)과, 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 결합되어 태양광발전 과정에서 상기 태양광발전패널(110)에 발생되는 폐열을 흡수하는 증발기(120)를 갖는 하이브리드패널부(100)와; 상기 증발기(120)와 냉매유동로에 의해 연결되며, 상기 증발기(120)가 흡수한 폐열을 난방 및 급탕처에서 요구되는 열원으로 이용하는 히트펌프부(300)와; 상기 태양광발전패널(110)과 연결되어 상기 태양광발전패널(110)에서 생성된 DC전원을 AC전원으로 변환하는 인버터(200)를 포함하며, 상기 히트펌프부(300)는, 상기 증발기(120)와 연결되어 상기 증발기(120)에서 폐열의 흡수에 의해 기체화된 냉매를 압축하여 고온고압의 냉매로 변환시키는 압축기(310)와; 상기 압축기(310)와 연결되어 고온고압의 냉매를 난방 및 급탕처의 공급수와 열교환하여 액체상태 냉매로 변환시키는 응축기(320)와; 상기 응축기(320)와 상기 증발기(120) 사이에 배치되어 상기 응축기(320)에서 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압으로 변환시키는 팽창변(330)을 포함하고, 상기 증발기(120)는 내부에 냉매유동로(123)가 형성된 기판(121,122)을 포함하며, 상기 기판(121,122)은 상기 냉매유동로(123)에 대응되는 영역의 외측으로 돌출되게 형성되어 열교환 효율을 향상시키는 열교환돌기(121a,122a)가 구비되고, 상기 열교환돌기(121a,122a)는 단면이 사각형, 원형 또는 타원 중 어느 하나의 형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 기판(121,122)은 상기 태양광발전패널(110)의 면적에 대응되는 평판형태로 구비되고, 상기 냉매유동로(123)는 상기 기판(121,122)의 판면에 대해 전영역에 걸쳐 지그재그 형태로 구비되며, 상기 냉매유동로(123)는 단면형상이 사각형, 원형 또는 타원형 중 어느 하나의 형상으로 구비되며, 상기 증발기(120)는 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 이격되게 배치된다. 바람직하게는 상기 증발기(120)는 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 3mm~7mm 범위로 이격되게 배치된다.
일 실시예에 따르면, 상기 열교환돌기(121a,122a)의 두께는 상기 기판(121,122)의 두께의 50%~100% 범위로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템은 태양광발전패널의 태양광발전 과정에서 발생되는 열을 증발기의 냉매 증발을 위한 증발잠열로 이용한다.
이에 의해 태양광발전패널의 효율적 냉각이 가능해지고, 태양광발전의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 태양광발전패널에서 발생되는 열이 부족하거나 없을 경우, 보조적으로 주변 대기열을 대류 열전달 방식으로 취득하여 증발기의 열원으로 이용할 수 있다.
여기서, 증발기의 표면에는 양측을 향해 돌출된 열교환돌기가 구비되어 증발기와 대기와의 접촉면적을 증대시켜 열교환효율을 극대화시키게 된다. 이에 태양 일사가 높지 않은 계절(봄, 가을, 겨울)이나 야간에도 충분한 열취득이 가능해질 수 있다.
히트펌프부는 태양광발전패널에서 발생한 열과 주변 대기의 열을 흡수하여 난방, 급탕수요처에 열을 공급하며, 이로 인해 태양광발전패널이 효율적으로 냉각됨으로 태양광발전패널의 발전효율 증가와 태양에너지 이용을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템은 증발기와 태양광발전패널이 일정간격 이격되게 배치되어 태양광발전패널 표면에 성에가 발생되는 것을 방지하고, 대기와 열교환할 수 있는 공간을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템의 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템의 하이브리드패널부의 구성을 분해하여 도시한 분해사시도,
도 3은 하이브리드패널부의 단면구성을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템의 히트펌프부의 구성을 도시한 개략도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어 지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템(1)의 전체 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도시된 바와 같이 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템(1)은 하이브리드패널부(100)와, 태양광발전패널(110)에서 생성된 DC전원을 AC전원으로 변환하는 인버터(200)와, 난방,급탕수요처(500)에 요구되는 열원을 생성하는 히트펌프부(300)를 포함한다.
여기서, 하이브리드패널부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 태양광발전패널(110)과, 태양광발전패널(110)의 후면에 결합되어 태양광발전 과정에서 태양광발전패널(110)에 발생되는 폐열을 흡수하는 증발기(120)를 포함한다.
태양광발전패널(110)은 태양광을 이용하여 직류(DC) 형태의 전기에너지를 생성한다. 태양광발전패널(110)에는 도면에 도시되지 않은 축전지(미도시)가 구비될 수 있다. 축전지(미도시)에 저장된 전기에너지는 DC전원 형태로 저장된다. 인버터(200)에서는 축전지(미도시)에 저장된 DC 전원을 AC전원으로 변환한다.
히트펌프부(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 증발기(120)와 연결되어 태양광발전패널(110) 표면의 폐열이 난방,급탕수요처(500)의 열원으로 공급될 수 있게 한다. 히트펌프부(300)는 압축기(310), 응축기(320) 및 팽창변(330)을 포함한다. 압축기(310)와 응축기(320) 및 팽창변(330)과 증발기(120)는 서로 냉매유동로에 의해 연결된다.
압축기(310)는 증발기(120)와 연결되며 증발기(120)에서 생성된 과열증기상태의 냉매를 고온고압의 냉매로 압축시킨다. 응축기(320)는 압축기(310)와 연결되며 고온고압의 냉매와 난방,급탕수요처(500)의 공급수와 열교환하여 난방,급탕수요처(500)의 열을 공급한다.
팽창변(330)은 응축기(320) 이후에 연결되며, 증발기(120)에서 냉매가 증발되기 쉽도록 저온저압 상태로 팽창시키는 역할을 한다. 또한, 팽창변(330)은 부하변동에 따라 증발기(120)로 공급되는 냉매의 양을 조절한다.
증발기(120)는 태양광발전패널(110) 후면에 배치되어 태양광발전패널(110) 표면의 폐열을 흡수하여 태양광발전패널(110)이 냉각되도록 한다. 태양광발전패널(110)은 사계절 동안 태양광을 이용하여 전기에너지를 생성하므로, 사계절 동안 태양광발전패널(110)의 표면, 특히 후면에는 폐열이 발생된다.
증발기(120)는 태양광발전패널(110)의 후면에 배치되어 폐열을 냉매의 증발열로 흡수하고, 히트펌프부(300)가 난방,급탕수요처(500)로 공급할 열원을 확보한다.
또한, 증발기(120)는 태양광발전패널(100)의 폐열을 흡수하거나 대기열을 흡수하여 냉매가 증발되게 한다. 이 과정에서 팽창변(330)으로부터 공급된 저온저압의 액체상태의 냉매를 증기상태, 즉 과열증기 상태로 변환하여 압축기(310)로 공급한다.
증발기(120)는 한 쌍의 기판(121,122)이 결합되어 형성되거나, 일체로 형성될 수 있다. 한 쌍의 기판(121,122)이 결합되는 경우 열을 가하여 서로 일체로 형성시킬 수 있다. 기판(121,122)은 열흡수성능이 높은 금속소재로 형성된다.
각 기판(121,122)의 내측에는 냉매유동로(123)가 전 면적에 걸쳐 함몰되게 형성된다. 한 쌍의 기판(121,122)의 내측에 형성된 한 쌍의 냉매유동로(123)는 서로 합쳐져서 단면이 사각형, 타원형 또는 원형 중 어느 하나의 형상을 형성하게 된다.
본 발명의 증발기(120)는 기판(121,122)의 외부에 냉매관이 배치되지 않고 냉매유동로(123) 내부에 냉매가 유동하게 한다. 이에 의해 기판(121,122)을 통해 전달된 열이 냉매관을 통과하면서 전달시간이 지체되거나 열손실이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해 냉매관이 외부에 있는 형태와 비교할 때 열전달효율을 보다 더 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
냉매유동로(123)는 각 기판(121,122)의 전면적에 걸쳐 열전달면적을 최대화하기 위해 지그재그 형태로 형성된다. 냉매유동로(123)는 서로 간섭되지 않는 범위에서 서로 간의 간격이 최소화되게 형성되는 것이 바람직하다.
냉매유동로(123)의 양단은 팽창변(330)과 연결된 냉매유입관(340)과, 압축기(310)와 연결되는 냉매배출관(350)에 각각 결합된다.
한편, 기판(121,122)의 외측면에는 냉매유동로(123)에 대응되는 영역에 외측으로 돌출되게 열교환돌기(121a,122a)가 구비된다. 열교환돌기(121a,122a)는 도 3에 도시된 바와 같이 기판(121,122)의 표면으로부터 일정두께(W) 돌출되게 형성된다. 열교환돌기(121a,122a)는 사각형, 원형, 타원형 중 어느 하나의 형태로 단면이 형성된다. 열교환돌기(121a,122a)의 높이는 냉매유동로(123)의 직경보다 크게 형성되어 냉매유동로(123)의 외부를 감싸게 형성된다.
이러한 열교환돌기(121a,122a)에 의해 기판(121,122)의 외측면의 열전달면적이 평평한 기판에 비해 현저하게 증가된다. 따라서, 태양광발전패널(110)과의 대류에 의한 열전달(H1), 주변 대기와의 대류에 의한 열전달(H2) 과정 모두에서 열전달면적을 증가시켜 냉매의 증발이 빠르게 이루어지게 한다.
또한, 열교환돌기(121a,122a)는 기판(121,122)의 외측표면과의 사이에 요철을 형성하여 태양광발전패널(110)과 기판(121,122) 사이의 이격공간에서 대기의 와류를 형성하여 대기와의 접촉면적과 접촉속도를 증가시킬 수 있다. 이에 의해 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 열교환돌기(121a,122a)의 두께(W)는 기판(121,122)의 두께의 50%~100% 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 열교환돌기(121a,122a)의 두께(W)가 기판(121,122)의 두께의 50% 보다 작게 형성되면 열전달면적의 증가폭이 크기 않아 열전달효율이 평판과 비교할 때 차이가 나지 않게 된다. 또한, 열교환돌기(121a,122a)의 두께(W)가 기판(121,122)의 두께의 100% 보다 크게 형성되면 냉매유동로(123)까지의 거리가 멀어져 열전달시간이 지연될 수 있다.
여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 증발기(120)는 태양광발전패널(110)에 접촉되게 배치되지 않고 일정간격(d) 이격되게 배치된다.
태양광발전패널(110)과 증발기(120)를 서로 접촉되게 밀착시키면 태양광발전패널(110)의 냉각효율은 향상될 수 있으나, 태양광발전패널(110) 전면에 주변대기조건에 따라 성에가 발생될 수 있다. 성에가 발생되더라도 일조량이 확보되면 30분이 경과한 후부터는 태양광발전패널(110) 표면의 성에는 없어진다. 그러나, 그 시간 동안 물이 흐르는 문제가 있다.
이를 방지하기 위해 본 발명의 하이브리드패널부(100)는 증발기(120)를 태양광발전패널(110)의 후면에 3~7mm 범위로 이격되게 배치한다. 3mm 보다 좁게 증발기(120)를 태양광발전패널(110)의 후면에 배치하면 성에가 발생되는 것을 실험결과 확인했다.
반면, 7mm를 초과하게 증발기(120)를 이격배치할 경우, 태양광발전패널(110)에 대한 냉각 효율이 저하되는 경향이 있다. 이 경우, 히트펌프부(300)의 열원 확보도 저하될 수 있다. 즉, 증발기(120)가 태양광발전패널(110)의 열을 증발잠열로 흡수하는 것에 의해 태양광발전패널(110)이 냉각되는 것이므로 태양광발전패널(110)의 냉각효율이 떨어지면 히트펌프부(300)의 효율도 저하된다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템(1)의 동작과정을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
하이브리드패널부(100)의 태양광발전패널(110)은 사계절 동안 태양광(S)을 이용하여 전기에너지를 생성한다. 생성된 전기에너지는 축전지(미도시)에 저장된 후 인버터(200)로 공급된다. 인버터(200)에서는 DC 전기를 AC전기로 변환한다. 인버터(200)에서 변환된 AC전기는 전력수요처(400)로 공급된다.
한편, 인버터(200)에서 변환된 전기에너지의 일부는 전원선(210)을 통해 히트펌프부(300)로 공급된다. 히트펌프부(300)의 압축기(310)는 인버터(200)로부터 공급받은 전기에너지로 구동할 수 있다.
이렇게 히트펌프부(300)가 태양광발전패널(110)에서 생성된 전기에너지를 공급받아 사용하므로, 본 발명의 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템(1)은 별도의 전원공급없이 구동될 수 있는 장점이 있다.
한편, 태양광발전패널(110)에서 전기에너지를 생성하는 동안 태양광발전패널(110)에는 부가적으로 열이 발생된다.
증발기(120)는 태양광발전패널(110)의 후면에 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 일정간격(d) 이격되게 배치되어 태양광발전패널(110)의 폐열(H1)을 흡수하여 태양광발전패널(110)을 냉각시킨다. 증발기(120)는 태양광발전패널(110)의 폐열을 흡수하여 내부의 냉매를 기체화시킨다. 또한, 증발기(120)는 주변 대기의 열(H2)을 추가적으로 흡수하여 내부의 냉매를 기체화시킨다.
이렇게 기체화된 냉매는 압축기(310)로 보내지고, 압축기(310)에서 고온고압 상태로 변환시킨다. 고온 기체상태의 냉매는 응축기(320)로 보내진다. 응축기(320)는 난방,급탕수요처(500)의 공급수와 열교환하여 공급수에 열을 전달한다.
공급수와의 열교환에 의해 액체상태로 변환 냉매는 팽창변(330)으로 이동되고, 팽창변에서 저온저압의 액체상태로 변화된다. 저온저압 액체상태의 냉매는 증발기(120)로 다시 공급되고, 증발기(120)에서 기체 상태로 변화한 후 압축기(310)로 공급되는 사이클을 순환하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템은 태양광발전패널의 태양광발전 과정에서 발생되는 폐열을 증발기의 냉매 증발을 위한 증발잠열로 이용한다.
이에 의해 태양광발전패널의 효율적 냉각이 가능해지고, 태양광발전의 발전효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 태양광발전패널과에서의 열취득이 어려운 경우, 대기의 열을 대류 열전달방식으로 흡수하여 증발기의 냉매 증발을 위한 증발잠열로 이용할 수 있다. 이에 태양열이 높지 않은 계절(봄이나 가을, 겨울)이나 야간에도 충분한 열취득이 가능해질 수 있다.
여기서, 증발기의 표면에는 양측을 향해 돌출된 열교환돌기가 구비되어 증발기와 대기와의 접촉면적을 향상시켜 열교환효율을 증가시키게 된다.
히트펌프부는 흡수된 폐열을 활용하여 난방, 급탕수요처의 열원으로 변환하여 발전효율 증가와 에너지 절감효과를 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템은 증발기와 태양광발전패널이 일정간격 이격되게 배치되어 태양광발전패널 표면에 성에가 발생되는 것을 방지하고, 태양광발전패널과 증발기 사이에 대기가 유동될 수 있게 하여 폐열 뿐만 아니라 대기와의 열교환도 가능하게 한다.
이상에서 설명된 본 발명의 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템
100 : 하이브리드패널부 110 : 태양광발전패널
120 : 증발기 121 : 제1기판
121a : 제1열교환돌기 122 : 제2기판
122a : 제2열교환돌기 123 : 냉매유동로
200 : 인버터 300 : 히트펌프부
310 : 압축기 320 : 응축기
330 : 팽창변 340 : 냉매유입관
350 : 냉매배출관 400 : 전력수요처
500 : 난방,급탕수요처

Claims (3)

  1. 태양광을 이용하여 전기에너지로 변환하는 태양광발전패널(110)과, 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 결합되어 태양광발전 과정에서 상기 태양광발전패널(110)에 발생되는 폐열을 흡수하는 증발기(120)를 갖는 하이브리드패널부(100)와;
    상기 증발기(120)와 냉매유동로에 의해 연결되며, 상기 증발기(120)가 흡수한 폐열을 난방 및 급탕처에서 요구되는 열원으로 이용하는 히트펌프부(300)와;
    상기 태양광발전패널(110)과 연결되어 상기 태양광발전패널(110)에서 생성된 DC전원을 AC전원으로 변환하는 인버터(200)를 포함하며,
    상기 히트펌프부(300)는,
    상기 증발기(120)와 연결되어 상기 증발기(120)에서 폐열의 흡수에 의해 기체화된 냉매를 압축하여 고온고압의 냉매로 변환시키는 압축기(310)와;
    상기 압축기(310)와 연결되어 고온고압의 냉매를 난방 및 급탕처의 공급수와 열교환하여 액체상태 냉매로 변환시키는 응축기(320)와;
    상기 응축기(320)와 상기 증발기(120) 사이에 배치되어 상기 응축기(320)에서 응축된 냉매를 팽창시켜 저온저압으로 변환시키는 팽창변(330)을 포함하고,
    상기 증발기(120)는 내부에 냉매유동로(123)가 형성된 기판(121,122)을 포함하며,
    상기 기판(121,122)은 상기 냉매유동로(123)에 대응되는 영역의 외측으로 돌출되게 형성되어 열교환 효율을 향상시키는 열교환돌기(121a,122a)가 구비되고,
    상기 열교환돌기(121a,122a)는 단면이 사각형, 원형 또는 타원 중 어느 하나의 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광발전/히트펌프 하이브리드시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판(121,122)은 상기 태양광발전패널(110)의 면적에 대응되는 평판형태로 구비되고,
    상기 냉매유동로(123)는 상기 기판(121,122)의 판면에 대해 전영역에 걸쳐 지그재그 형태로 구비되며,
    상기 냉매유동로(123)는 단면형상이 사각형, 원형 또는 타원형 중 어느 하나의 형상으로 구비되며,
    상기 증발기(120)는 상기 태양광발전패널(110)의 후면에 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광발전/히트펌프 하이브리드시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열교환돌기(121a,122a)의 두께는 상기 기판(121,122)의 두께의 50%~100% 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전/히트펌프 하이브리드시스템.
KR1020200011969A 2019-03-19 2020-01-31 태양광발전 히트펌프 하이브리드시스템 KR20200111615A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220057030A (ko) * 2020-10-29 2022-05-09 부강이엔에스 주식회사 벽면형 태양광 태양열 복합모듈

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101105160B1 (ko) 2011-05-06 2012-01-17 비아이에너지연구 주식회사 공기열 및 태양열을 이용한 히트펌프

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