KR20220076614A

KR20220076614A - 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템 및 이의 운전제어방법

Info

Publication number: KR20220076614A
Application number: KR1020200165281A
Authority: KR
Inventors: 김기봉; 강은철; 김유진
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2022-06-08
Also published as: KR102520770B1

Abstract

본 실시예들에 의하면, 외기온도, 일사량 등 외부요인에 따라 유연하게 냉각을 수행함으로써 태양광 모듈의 발전 효율을 극대화할 수 있으며, 특히 태양광 모듈을 냉각하기 위한 외기의 유량을 제어하며 가변형 배플을 이용하여 태양광 모듈의 전열면적을 조절함으로써 최적의 효율로 전기 및 열을 생산할 수 있다.

Description

가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템 및 이의 운전제어방법{Heat recovery solar power generation system applying variable baffle, and operation control method of the same}

본 실시예들은 열회수 태양광 발전시스템 및 이의 운전제어방법에 관한 것으로서, 특히 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 시스템 및 이의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분될 수 있다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 데워진 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시키는 방법으로 통상 태양광 발전이라고 한다.

태양에너지를 이용하는 방법 중에서도 태양의 빛을 이용하여 전기를 생산하는 태양광 발전에는 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n접합시킨 태양전지(Solar cell)가 사용되며, 태양전지에 태양광이 조사되면 빛 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 광기전력 효과(Photovoltaic effect)에 의해 전기가 발생된다.

태양전지(Solar cell)는 태양 빛을 이용해 전기를 일으키는 최소 단위이고, 적절한 전압과 전류를 얻기 위하여 태양전지를 다수 개 직병렬로 연결하고 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 충진재 및 유리 등과 함께 압축하여 모듈 형태로 제작한 것을 태양광 모듈(Photovoltaic module)이라 한다. 그리고 태양광 모듈을 일정하게 배열한 것을 태양광 어레이(solar array)라 한다.

한편, 태양광 발전 시스템에 사용되는 태양광 모듈의 효율은 현재 주류를 이루고 있는 다결정 실리콘 소재의 경우, 약 16 ~ 18%의 범위로서 태양광 발전의 경제성을 결정짓는 가장 중요한 요인이다. 이러한 발전효율을 지속적으로 향상시키기 위해서는 다양한 장치를 통한 유지, 보수가 반드시 요구된다.

그러나 태양전지, 태양광 모듈 및 태양광 어레이 등은 태양광 집광에 의한 온도 상승으로 1℃ 상승 시 약 0.5%의 출력저하가 발생하여 발전효율이 저하되는 문제가 있다. 이로 인해 태양광 모듈에 의한 발전량은 집광량이 최대인 여름보다 봄, 가을에 최고치를 갖는다. 일사량이 많은 여름의 경우 태양광 모듈의 과열로 인해 발전효율이 최대치 대비 20~30% 정도 떨어지기 때문이다.

즉 태양전지는 온도와 출력 전압이 반비례하는 특성이 있으며, 때문에 온도가 상승할수록 전압이 낮아져 발전출력이 저하된다. 이로 인해 봄, 가을에 비해 일사량이 많은 더운 여름철에 발전출력이 오히려 저하되는 것이며, 이러한 문제 해결을 위해 태양광 모듈을 냉각시키는 장치에 대한 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 특히 최근에는 태양에 의해 가열된 잉여열을 회수하며 태양광 모듈을 냉각시키는 태양광 열발전(Photovoltaic-Thermal)에 대한 연구와 개발이 활발하게 진행되고 있다.

지금까지 알려진 태양광 모듈 냉각 기술에는 크게 3가지 형태가 있다. 구체적으로는, 냉각수를 이용하는 액체 냉각방식과, 외부 공기를 장치 내부로 강제로 끌어 들여 냉각을 도모하는 강제 대류방식, 그리고 외부 풍속과 풍향을 이용하여 외부 공기를 자연스럽게 장치 내부로 유입시켜 냉각을 도모하는 자연 대류방식이 있다.

강제 대류방식은 상기 액체 냉각방식에 비해 낮은 유지관리비가 요구되고 상기 자연 대류방식에 비해 높은 온도 저감 효율을 가지며 외부 환경에 상대적으로 영향을 덜 받는다는 장점이 있다.

그러나, 종래의 강제 대류방식을 채택하는 태양광 열발전 시스템은, 전술한 바와 같이 일사량 등 외부요인에 따라 발전출력이 변동됨에도 불구하고 냉각 공기유량을 유연하게 조절하지 못하여 효율적인 태양광 모듈의 냉각과 발전을 수행하기 어려운 문제가 있었다.

본 실시예들은 전술한 배경에서 안출된 것으로서, 외기온도, 일사량 등 외부요인에 따라 유연하게 냉각을 수행함으로써 태양광 모듈의 발전 효율을 극대화할 수 있으며, 특히 태양광 모듈을 냉각하기 위한 외기의 유량을 제어하며 가변형 배플을 이용하여 태양광 모듈의 전열면적을 조절함으로써 최적의 효율로 전기 및 열을 생산할 수 있는 열회수 태양광 발전시스템 및 이의 운전제어방법에 관한 것이다.

본 실시예들에 의하면, 태양광을 이용하여 열회수 및 발전을 수행하기 위한 시스템으로서, 전면에 태양전지판이 설치되는 PV 모듈, PV 모듈의 배면에 결합되며, PV 모듈을 냉각시키기 위한 외기가 공급되는 유동경로가 내부에 형성되는 PVT 구조체, 및 유동길이의 길이를 조절하는 제어부를 포함하며, PVT 구조체는, PV 모듈의 배면과의 사이에서 빈공간을 형성하는 하우징, 하우징에 구비되어 빈공간과 연통되는 입구와 출구를 형성하는 댐퍼, 빈공간을 구획하며 입구와 출구의 사이에서 유동경로를 형성하고, 유동길이의 길이가 조절되도록 제어부에 의해 가변되는 적어도 한 개 이상의 배플를 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템이 제공될 수 있다.

또한, 본 실시예들에 의하면, 입구로 유입되는 외기의 온도 및 PV 모듈의 배면의 온도를 측정하는 측정단계, PV 모듈의 배면의 온도가 소정 온도값보다 큰 경우, 제어부는 댐퍼를 제어하여 입구 및 출구의 열린 정도를 증가시키는 개방동작, 배플을 제어하여 유동경로의 길이를 증가시키는 연장동작, 및 입구로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 PV 모듈의 배면을 온도값 이하의 온도로 냉각하는 온도조절단계를 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법이 제공될 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 의한 태양광 발전시스템의 PV 모듈 및 PVT 구조체에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 일부에 대한 정면도이다.
도 3은 도 1의 일부에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해사시도이다.
도 5 내지 도 8은 본 실시예들에 의한 태양광 발전시스템의 일례를 보여주는 사시도 및 정면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 실시예들에 의한 운전제어방법의 순서도이다.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.

또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.

구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.

구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.

한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

도 1은 본 실시예들에 의한 태양광 발전시스템의 PV 모듈 및 PVT 구조체에 대한 사시도, 도 2는 도 1의 일부에 대한 정면도, 도 3은 도 1의 일부에 대한 사시도, 도 4는 도 3의 분해사시도, 도 5 내지 도 8은 본 실시예들에 의한 태양광 발전시스템의 일례를 보여주는 사시도 및 정면도, 도 9 내지 도 11은 본 실시예들에 의한 운전제어방법의 순서도이다.

본 실시예들에 의한 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템은, 태양광을 이용하여 열회수 및 발전을 수행하기 위한 시스템으로서, 전면에 태양전지판(111)이 설치되는 PV 모듈(110), PV 모듈(110)의 후면에 결합되며 PV 모듈(110)을 냉각시키기 위한 외기가 공급되는 유동경로(160)가 내부에 형성되는 PVT 구조체(120), 및 유동경로(160)의 길이를 조절하는 제어부를 포함한다. 그리고, PVT 구조체(120)는, PV 모듈(110)의 후면과의 사이에서 빈공간을 형성하는 하우징(130), 하우징(130)에 구비되어 하우징(130)의 빈공간과 연통되는 입구(131)와 출구(132)를 형성하는 댐퍼(140), 및 하우징(130)의 빈공간을 구획하며 입구(131)와 출구(132)의 사이에서 유동경로(160)를 형성하고 유동경로(160)의 길이가 조절되도록 제어부에 의해 가변되는 적어도 한 개 이상의 배플(150)을 포함한다.

우선, 도 1 내지 도 4를 참고하여 살펴본다.

PV 모듈(110)의 전면에는 다수개의 태양전지(solar cell)가 집합된 태양전지판(111)이 설치되어 있으며, PV 모듈(110)의 전면에는 태양전지판(111)과 함께 충진재, 유리 등이 적층되어 있을 수 있다.

PVT 구조체(120)는 PV 모듈(110)의 후면에 결합되며, PVT 구조체(120)의 내부에는 외기가 공급되는 유동경로(160)가 형성되어 있어 외기의 유동에 의해 PV 모듈(110)이 냉각된다. 외기가 PVT 구조체(120)의 내부로 공급되고 유동경로(160)를 거쳐 외부로 배출됨에 따라 PV 모듈(110)이 냉각되며, 따라서 태양전지판(111)이 최적의 발전효율로 작동되도록 PV 모듈(110)을 냉각할 수 있을 뿐만 아니라 PV 모듈(110)로부터 잉여열을 회수할 수 있다.

PVT 구조체(120)로 공급되는 외기는 PV 모듈(110)의 후면과 열적으로 접촉되며 PV 모듈(110)로부터 열을 회수한다. 이 때, 제어부에 의해 배플(150)이 가변되며 유동경로(160)의 길이가 증가되거나 감소되고, 그에 따라 PV 모듈(110)의 후면이 외기와 접촉하는 전열면적을 증가시키거나 감소시킬 수 있어 PV 모듈(110)의 냉각효율을 유연하게 조절할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 외기온도, 일사량 등 외부요인에 의해 보다 높은 냉각효율이 요구되는 경우 제어부는 유동경로(160)의 길이를 증가시켜 전열면적을 증가시킬 수 있으며, 낮은 냉각효율이 요구되는 경우 제어부는 유동경로(160)의 길이를 감소시켜 전열면적을 감소시킬 수 있다.

일 실시예들에 의하면, 입구(131)로 유입되는 외기의 온도를 측정하는 센서, PV 모듈(110)의 온도를 측정하는 센서, 및 태양전지판(111)으로의 일사량을 측정하는 센서 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 제어부는 상기 센서들로부터 외기의 온도, PV 모듈(110)의 온도, 및 일사량 중 적어도 어느 하나를 수신받고 수신받은 정보에 기반하여 유동경로(160)의 길이를 조절할 수 있다.

PVT 구조체(120)는 하우징(130), 댐퍼(140) 및 적어도 한 개 이상의 배플(150)을 포함한다.

하우징(130)은 PV 모듈(110)의 후면에 결합되며 PV 모듈(110)의 후면과의 사이에서 빈공간을 형성한다. 하우징(130)은 PV 모듈(110)의 후면을 모두 커버할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하며, 도면에 도시된 바와 같이 예를 들어 PV 모듈(110)이 사각형 형태로 형성되는 경우 하우징(130)도 사각형의 프레임 형태로 형성될 수 있다.

댐퍼(140)는 하우징(130)에 구비되며 빈공간과 연통되는 입구(131)와 출구(132)를 형성한다. 도면에 도시된 바와 같이 입구(131)와 출구(132)는 하우징(130)에 서로 반대측에 구비될 수 있다. 외기는 팬(미도시)에 의해 입구(131)를 통해 하우징(130)의 내부로 공급되고, 출구(132)를 통해 출구(132)를 통해 하우징(130)의 외부로 배출된다. 하우징(130)에는 입구(131)와 출구(132)가 각각 하나씩 구비될 수 있으며, 또는 두 개 이상의 입구(131) 및/또는 두 개 이상의 출구(132)가 구비될 수도 있다. 팬은 입구(131) 측에 구비되거나 출구(132) 측에 구비될 수 있으며, 또는 양측에 모두 구비될 수도 있을 것이다. 입구(131)와 출구(132)는 각각 유동경로(160)의 시작지점과 끝지점을 형성하며, 유동경로(160)는 입구(131)와 출구(132)의 개수에 따라 하나의 경로로만 형성되거나 복수개의 경로로 형성될 수도 있다.

일 실시예에 의하면, 다수개의 PVT 구조체(120)가 연결되게 구비될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참고하여 살펴보면, 다수개의 PVT 구조체(120)는 직렬로 구비될 수 있다. 직렬로 구비되는 PVT 구조체(120)는 인접한 것끼리 서로 연결되며, 연결된 PVT 구조체(120)의 사이에는 댐퍼(140)가 미구비되고 첫번째 PVT 구조체의 입구(131) 및 마지막 PVT 구조체의 출구(132)에만 각각 댐퍼(140)가 구비될 수 있다. 직렬로 연결되는 각 PVT 구조체(120)들의 유동경로(160)가 서로 연결되며 하나의 유동경로를 형성한다. 팬은 연결된 유동경로를 통해 하우징의(130) 내부로 외기를 공급할 수 있다. 도 7을 참고하여 살펴보면, 다수개의 PVT 모듈(120)은 병렬로 연결될 수 있다. 병렬로 구비된 PVT 구조체(120)의 유동경로는 서로 연결되지 않을 수 있다. 도 8을 참고하여 살펴보면, 다수개의 PVT 모듈(120)은 직렬 및 병렬로 구비될 수 있다. 직렬로 구비되는 PCT 구조체(120)는 인접한 것끼리 서로 유동경로(160)가 연결되며, 병렬로 구비된 PVT 구조체(120)의 사이에서는 유동경로(160)가 연결되지 않을 수 있다. 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이, 직렬로 연결된 PVT 구조체(120)의 각 출구(132)에 댐퍼(140)가 구비될 수 있다. 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 직렬로 연결된 PVT 구조체(120)의 각 출구(132)가 하나의 댐퍼(140)로 연결될 수 있다.

제어부는 댐퍼(140)의 열린 정도를 제어할 수 있으며, 또한 유동경로(160)로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 제어할 수도 있다. 즉, 제어부에 의해 댐퍼(140)의 열린 정도가 증가되거나 감소됨에 따라, 또는 팬의 회전수가 증가되거나 감소됨에 따라 유동경로(160)로 공급되는 외기의 유량을 증가시키거나 감소시킬 수 있어 PV 모듈(110)의 냉각효율을 유연하게 조절할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 외기온도, 일사량 등 외부요인에 의해 보다 높은 냉각효율이 요구되는 경우 제어부는 댐퍼(140)의 열린 정도 및/또는 팬의 회전수를 증가시켜 외기의 유량을 증가시킬 수 있으며, 낮은 냉각효율이 요구되는 경우 제어부는 댐퍼(140)의 열린 정도 및/또는 팬의 회전수를 감소시켜 외기의 유량을 감소시킬 수 있다.

일 실시예들에 의하면, 입구(131)로 유입되는 외기의 온도를 측정하는 센서, PV 모듈(110)의 온도를 측정하는 센서, 및 태양전지판(111)으로의 일사량을 측정하는 센서 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 제어부는 상기 센서들로부터 외기의 온도, PV 모듈(110)의 온도, 및 일사량 중 적어도 어느 하나를 수신받고 수신받은 정보에 기반하여 댐퍼(140)의 열린 정도 및/또는 팬의 회전수를 조절할 수 있다.

한편, 입구(131)로 유입되는 외기의 압력과 출구(132)로 배출되는 외기의 압력 간의 차압이 증가되면 PV 모듈(110)의 냉각효율이 저하되고 균일한 냉각을 수행할 수 없으므로, 제어부는 차압이 높은 경우 팬의 회전수를 감소시키거나 유동경로(160)의 길이를 감소시킴으로써 차압을 낮출 수 있다.

일 실시예들에 의하면, 입구(131)로 유입되는 외기와 출구(132)로 배출되는 외기의 압력을 측정하는 센서를 더 포함할 수 있다. 제어부는 상기 센서로부터 입구(131) 및 출구(132)에서의 외기 압력을 수신받고 산출된 차압에 기반하여 팬의 회전수 및/또는 유동경로(160)의 길이를 조절할 수 있다.

특히, PVT 구조체(120)가 다수개 구비되는 경우에 차압이 높아지는 문제가 빈번히 발생하므로, 단일의 PVT 구조체(120)를 이용하는 경우보다 다수개의 PVT 구조체(120)를 이용하는 경우에 차압의 측정 및 제어가 보다 중요하다. 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 다수개의 PVT 구조체(120)가 구비되는 경우, 차압은 각 유동경로(120)의 입구(131) 및 출구(132)에서의 외기 압력으로부터 산출될 수 있다. 즉, PVT 구조체(120)가 직렬로 연결되며 각 PVT 구조체(120)의 유동경로(160)가 하나의 유동경로를 형성하는 경우, 차압은 상기 하나의 유동경로의 입구 및 출구에서의 외기 압력의 차이일 수 있다. 도 6에 도시된 실시예의 경우, 차압은 첫번째 PVT 구조체의 입구(131)와 마지막 PVT 구조체의 출구(132) 사이의 외기 압력 차이일 수 있다. 다수개의 유동경로가 병렬로 구비되는 경우, 차압은 각 유동경로의 입구 및 출구에서의 외기 압력의 차이일 수 있다. 도 8의 (A)에 도시된 실시예의 경우, 차압은 각 유동경로의 입구(131) 및 출구(132) 사이의 외기 압력 차이일 수 있다. 도 8의 (B)에 도시된 실시예의 경우, 차압은 각 유동경로의 입구(131)와 각 출구(132)를 연결하는 댐퍼(140) 사이의 외기 압력 차이일 수 있다. 다수개의 유동경로가 병렬로 구비되는 경우, 제어부는 적어도 어느 하나의 유동경로에서의 차압이 증가되면 해당 유동경로에 외기를 공급하는 팬의 회전수를 감소시키거나 해당 유동경로의 길이를 감소시킬 수 있다.

배플(150)은 하우징(130)의 빈공간을 구획하며 입구(131)와 출구(132)의 사이에서 유동경로(160)를 형성한다. 배플(150)은 적어도 한 개 이상 구비되며 빈공간을 다수개의 공간으로 구획한다. 따라서, 입구(131)를 통해 빈공간으로 공급된 외기는 배플(150)에 의해 형성된 유동경로(160)를 따라 빈공간에서 유동하며 PV 모듈(110)과 열적으로 접촉되게 되고, PV 모듈(110)의 잉여열을 회수한 외기는 출구(132)를 통해 외부로 배출되게 된다.

배플(150)은 제어부에 의해 가변되게 형성된다. 배플(150)의 구조가 가변되며 유동경로(160)의 길이가 증가하거나 감소하게 되고, 따라서 PV 모듈(110)의 후면이 외기와 접촉하는 전열면적이 증가하거나 감소하며 냉각효율이 유연하게 조절될 수 있다.

배플(150)이 복수개 구비되는 경우, 제어부는 각 배플(150)을 모두 동일하게 가변하거나 적어도 일부가 다르도록 가변할 수 있다. 또는, 제어부는 배플(150) 중 일부만 가변하고 나머지는 가변하지 않거나, 소정의 순서에 따라 순차적으로 배플(150)을 가변할 수도 있다.

보다 구체적으로, 빈공간은 배플(150)에 의해 적어도 두 개 이상의 구획공간(210)으로 분리되며, 구획공간(210) 중 어느 하나는 입구(131)와 연통되고, 구획공간(210) 중 다른 하나는 출구(132)와 연통될 수 있다. 그리고, 배플(150)에는 구획공간(210) 중 인접한 구획공간(210)을 연통시키는 연통부(151)가 형성되어, 유동경로(160)는 입구(131), 연통부(151) 및 출구(132)에 의해 정의될 수 있다.

즉, 입구(131)로 유입된 외기는 출구(132)로 배출되기까지 서로 분리된 각 구획공간(210)을 거치게 되며, 인접한 구획공간(210) 사이에 배치된 배플(150)의 연통부(151)를 통해 유동경로(160) 상 다음 구획공간(210)으로 이동하게 된다.

배플(150)은 빈공간을 다양한 형태의 구획공간(210)들로 구획할 수 있으며, 배플(150)에는 연통부(151)가 두 개 이상 형성될 수도 있다. 유동경로(160)는 입구(131)에서 출구(132)까지 하나의 경로로만 형성되거나 두 개 이상의 연통부(151)에 의해 분기될 수도 있으며, 이러한 유동경로(160)의 구성은 PV 모듈(110)의 형태나 외부요인 등에 의하여 적절히 설계될 수 있다.

도 2를 참고하여 살펴보면, 도면에는 5개의 배플이 구비되어 빈공간이 6개의 구획공간으로 분리되는 실시예가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이 입구(131)와 출구(132)가 각각 하나씩 구비되는 경우, 입구(131)와 연통되는 구획공간(210)이 유동경로(160)상 첫번째 구획공간을 형성하고 출구(132)와 연통되는 구획공간(210)이 유동경로(160)상 마지막 구획공간(210)을 형성한다.

일 실시예에 의하면, 입구(131)와 출구(132)의 사이에서, 배플(150)은 연통부(151)가 지그재그 형태로 위치되게 배치될 수 있다. 도 2를 기준으로, 각 배플(150)은 연통부(151)가 상측 및 하측에 번갈아가며 위치되게 배치될 수 있다. 따라서, PV 모듈(110)의 후면이 외기와 접촉하는 전열면적이 증대되어 효과적인 냉각이 수행되도록 유동경로(160)를 구성할 수 있다.

이하, 배플(150)의 구조에 대해 보다 자세히 살펴본다.

배플(150)은 PV 모듈(110)의 후면 및 하우징(130)의 내측면에 지지되며 구획공간(210)을 분리하며 연통부(151)가 형성되는 고정플레이트(310), 고정플레이트(310)에 이동가능하게 결합되어 연통부(151)와 중첩되며 연통부(151)가 열린 정도를 조절하는 이동플레이트(320), 및 이동플레이트(320)를 이동시키기 위한 구동부(330)를 포함한다.

고정플레이트(310)는 배플(150)의 몸체를 형성하는 것으로서 하우징(130)의 내측면에 지지되어 있으며, 하우징(130)이 PV 모듈(110)에 결합됨에 따라 PV 모듈(110)의 후면에 지지되게 된다. 따라서, 고정플레이트(310)에 의해 빈공간에서 구획공간(210)이 구획되게 된다. 연통부(151)는 고정플레이트(310)를 관통하게 형성되며, 따라서 고정플레이트(310)에 의해 구획되는 인접한 구획공간(210)이 연통부(151)를 통해 연통된다.

일 실시예에 의하면, 도면에 도시된 바와 같이 고정플레이트(310)는 바(bar) 형태로 형성되고 연통부(151)는 고정플레이트(310)의 일단에 위치할 수 있으며, 따라서 전술한 바와 같이 배플(150)은 연통부(151)가 지그재그 형태로 위치되게 배치될 수 있다.

그리고, 구동부(330)가 이동플레이트(320)를 이동시킴에 따라 이동플레이트(320)가 연통부(151)와 중첩되는 정도를 증가시키거나 감소시킴에 따라 연통부(151)가 열린 정도가 조절된다.

구동부(330)는 제어부에 의해 제어되며, 제어부는 구동부(330)를 제어하며 각 배플(150)의 연통부(151)가 열린 정도를 조절함으로써 유동경로(160)의 길이를 조절할 수 있다.

예를 들어 도면에 도시된 실시예와 같이 연통부(151)가 지그재그 형태로 위치되게 배플(150)이 배치하는 실시예에 있어서, 도 2의 (A) 및 도 3의 (A)를 참조하면, 연통부(151)가 열린 정도가 증가하면 인접한 연통부(151) 사이의 거리가 가까워져(D2<D1) 유동경로(160)의 길이가 감소한다. 반대로, 도 2의 (B) 및 도 3를 (B) 참조하면, 연통부(151)가 열린 정도가 감소하면 인접한 연통부(151) 사이의 거리가 멀어져(D1>D2) 유동경로(160)의 길이가 증가하게 되는 것이다.

도면에 도시된 실시예와 다른 형태로 유동경로가 구성되는 경우에도, 제어부는 구동부를 제어하여 이동플레이트를 이동시키며 연통부가 열린 정도를 증가 또는 감소시켜 유동경로의 길이를 조절할 수 있다.

도 4를 참고하여 고정플레이트(310)와 이동플레이트(320)의 형태를 보다 자세히 살펴본다.

고정플레이트(310)는 인접한 구획공간(210) 사이에 위치하는 차단벽부(312), 및 차단벽부(312)와 연통부(151)의 테두리를 형성하며 PV 모듈(110)의 후면 및 하우징(130)의 내측면에 지지되는 측벽부(311)를 포함한다.

측벽부(311)의 외측면은 PV 모듈(110)의 후면 및 하우징(130)의 내측면에 지지되며, 측벽부(311)는 사각형의 띠 형태로 형성될 수 있다. 측벽부(311)의 내측에는 차단벽부(312)와 연통부(151)가 형성되며, 차단벽부(312)는 측벽부(311)의 내측 일부를 가로막는 형태로 형성되고 나머지는 연통부(151)를 형성한다.

이동플레이트(320)는 차단벽부(312)에서 연통부(151)를 향하는 방향 및 그 반대방향으로 이동가능하게 구비된다. 이동플레이트(320)는 고정플레이트(310)에 이동가능하게 결합되고 연통부(151)와 중첩될 수 있는 형태면 족하다. 이동플레이트(320)가 차단벽부(312)에서 연통부(151)를 향하는 방향으로 이동됨에 따라 적어도 일부가 연통부(151)와 중첩되며 연통부(151)가 열린 정도가 감소하며, 이동플레이트(320)가 연통부(151)에서 차단벽부(312)를 향하는 방향으로 이동됨에 따라 연통부(151)가 열린 정도가 증가하게 된다.

또한, 측벽부(311)에는 이동플레이트(320)에 이동경로를 제공하는 레일(340)이 결합될 수 있다. 도 4를 기준으로, 이동플레이트(320)의 상면과 측벽부(311)의 사이 및 이동플레이트(320)의 하면과 측벽부(311)의 사이에 각각 레일(340)이 구비되어, 레일(340)에 의해 이동플레이트(320)가 고정플레이트(310)에 대해 슬라이딩될 수 있다.

또한, 구동부(330)는 예를 들어 리니어모터로 형성되어, 이동플레이트(320)에 차단벽부(312)에서 연통부(151)를 향하는 방향 및 그 반대방향으로의 이동을 제공할 수 있다.

이하, 본 실시예들에 의한 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법을 살펴본다.

도 9를 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 운전제어방법은, 입구(131)로 유입되는 외기의 온도 및 PV 모듈(110)의 온도를 측정하는 측정단계, 및 PV 모듈(110)의 온도가 소정 온도설정값보다 큰 경우, 제어부가 댐퍼(140)를 제어하여 입구(131) 및 출구(132)의 열린 정도를 증가시키는 개방동작, 배플(150)을 제어하여 유동경로(160)의 길이를 증가시키는 연장동작, 및 유동경로(160)로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 PV 모듈(110)을 상기 온도설정값 이하의 온도로 냉각하는 온도조절단계를 포함한다.

측정단계에서는 PV 모듈(110)의 온도를 측정하며, 보다 구체적으로 PVT 구조체(120)가 결합되는 PV 모듈(110)의 후면의 온도를 측정할 수 있다.

측정된 PV 모듈(110)의 온도가 소정 온도설정값보다 큰 경우, 온도조절단계를 수행하여 PV 모듈(110)을 냉각한다.

상기 온도설정값은 태양전지판(111)의 과열을 방지하여 최적의 발전효율을 발휘하기 위해 설정된 임계값으로서, 예를 들어 측정단계에서 측정된 외기온도, 계절 등 외부요인에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

온도조절단계에서 제어부는 상기 개방동작, 연장동작, 및 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행한다. 개방동작은 입구(131) 및 출구(132)의 열린 정도를 증가시키는 동작이며, 연장동작은 배플(150)을 제어하여 유동경로(160)의 길이를 증가시키는 동작이며, 가속동작은 유동경로(160)로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 동작이다. 즉, 개방동작 및 가속동작에 의하면 유동경로(160)로 유입되는 외기의 유량이 증가되어 냉각효율이 향상되고, 연장동작에 의하면 PV 모듈(110)의 후면이 외기와 접촉하는 전열면적이 증가되어 냉각효율이 향상된다.

또한, 온도조절단계에서 제어부는 상기 개방동작, 연장동작, 및 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하는데, 외기온도 등 외부요인을 고려하여 적절히 선택하여 수행하거나 소정의 순서로 수행할 수 있다.

예를 들어, 온도조절단계에서 제어부는 상기 개방동작, 연장동작, 그리고 가속동작 순서의 우선순위로 수행할 수 있으며, 이는 소비전력을 고려하여 각 동작의 소비전력이 낮은 순서에서 높은 순서로 제어하는 것이다. 즉, 팬의 회전수를 증가시키는 것은 댐퍼(140) 또는 배플(150)을 제어하는 것보다 상대적으로 큰 소비전력을 소모하므로, 상기와 같은 순서로 PV 모듈(110)을 냉각하는 경우 PV 모듈(110)의 발전량보다 소비전력이 큰 문제를 방지할 수 있다.

온도조절단계를 수행하여 PV 모듈(110)이 소정 설정온도값 이하로 냉각된 경우, PV 모듈(110)의 발전효율이 향상되어 전기생산량이 증가되게 된다.

도 10을 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 운전제어방법은, 상기 측정단계에서 입구(131)로 유입되는 외기의 압력과 출구(132)로 배출되는 외기의 압력 간의 차이인 차압을 더 측정하고, 상기 차압이 소정의 차압설정값보다 큰 경우, 제어부가 팬의 회전수를 감소시키는 감속동작 및 배플(150)을 제어하여 유동경로(160)의 길이를 감소시키는 단축동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 차압을 상기 차압설정값 이하로 감소시키는 압력조절단계를 더 포함할 수 있다.

압력조절단계는, 상기 온도조절단계를 수행하여 PV 모듈(110)의 온도가 감소되었으나 차압이 증가하여 소비전력에 비해 냉각효율이 낮은 것을 방지하기 위해 수행된다. 즉, 상기 온도조절단계에 의하여 PV 모듈(110)이 상기 온도설정값 이하로 냉각되었으나 차압이 상기 차압설정값보다 큰 경우, 압력조절단계를 수행하여 차압을 감소시킨다. 이 때, 압력조절단계에 의하여 PV 모듈(110)의 온도가 상기 온도설정값보다 높아지는 것을 방지하기 위해, 압력조절단계를 수행한 후 다시 상기 온도조절단계를 수행할 수 있다. 다시 말해, 본 실시예들에 의하면 상기 온도조절단계와 압력조절단계를 교대로 수행하면서 PV 모듈(110)을 냉각하여 최적의 발전효율을 발휘하는 것과 동시에 PV 모듈(110)의 냉각효율도 최적으로 유지할 수 있는 것이다.

상기 차압설정값은 PV 모듈(110)을 최적의 냉각효율로 냉각하기 위해 설정된 임계값으로서, 예를 들어 측정단계에서 측정된 외기온도, 계절 등 외부요인에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

압력조절단계에서 제어부는 상기 감속동작 및 단축동작 중 적어도 어느 하나를 수행한다. 감속동작은 유동경로(160)로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 감소시키는 동작이며, 단축동작은 유동경로(160)의 길이를 감소시키는 동작이다. 즉, 감속동작에 의해 유동경로(160)로 유입되는 외기의 유량이 감소되거나 단축동작에 의해 외기의 흐름이 원활해지며 차압이 감소되고 냉각효율이 향상된다.

또한, 압력조절단계에서 제어부는 상기 감속동작, 및 단축동작 중 적어도 어느 하나를 수행하는데, 외기온도 등 외부요인을 고려하여 적절히 선택하여 수행하거나 소정의 순서로 수행할 수 있다.

예를 들어, 압력조절단계에서 제어부는 상기 감속동작, 그리고 상기 단축동작 순서의 우선순위로 수행할 수 있는데, 이는 소비전력을 고려하여 각 동작의 소비전력이 높은 순서에서 낮은 순서로 제어하는 것이다. 즉, 팬의 회전수를 빠르게 유지하는 것은 배플(150)을 제어하는 것보다 상대적으로 큰 소비전력을 소모하므로, 상기와 같은 순서로 차압을 감소시키는 경우 PV 모듈(110)의 발전량보다 소비전력이 큰 문제를 방지할 수 있다.

압력조절단계를 수행하여 차압이 소정 차압설정값 이하가 된 경우, PV 모듈(110)의 냉각효율이 향상되고 따라서 발전효율이 향상되게 된다.

한편, 본 실시예들에 의한 운전제어방법은 일사량에 따라 온도조절단계를 수행할 수 있다.

도 11을 참고하여 살펴보면, 본 실시예들에 의한 운전제어방법은, 입구(131)로 유입되는 외기의 온도 및 태양전지판(111)으로의 일사량을 측정하는 측정단계, 및 상기 일사량이 소정 일사량설정값보다 큰 경우, 제어부가 댐퍼(140)를 제어하여 입구(131) 및 출구(132)의 열린 정도를 증가시키는 개방동작, 배플(150)을 제어하여 유동경로(160)의 길이를증가시키는 연장동작, 및유동경로(160)로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 PV 모듈(110)을 상기 온도설정값 이하의 온도로 냉각하는 온도조절단계를 포함한다.

상기 일사량설정값은 일사량에 따라 태양전지판(111)이 최적의 발전효율을 발휘하기 위해 설정된 임계값으로서, 예를 들어 측정단계에서 측정된 외기온도, 계절 등 외부용인에 따라 다른 값을 가질 수 있다.

상기 개방동작, 연장동작, 및 가속동작 등, 그리고 수행순서에 관한 특징은 전술한 바와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: PV 모듈 111: 태양전지판
120: PVT 구조체 130: 하우징
131: 입구 132: 출구
140: 댐퍼 150: 배플
151: 연통부 160: 유동경로
210: 구획공간 310: 고정플레이트
311: 측벽부 312: 차단벽부
320: 이동플레이트 330: 구동부
340: 레일

Claims

태양광을 이용하여 열회수 및 발전을 수행하기 위한 시스템으로서,
전면에 태양전지판이 설치되는 PV 모듈;
상기 PV 모듈의 후면에 결합되며, 상기 PV 모듈을 냉각시키기 위한 외기가 공급되는 유동경로가 내부에 형성되는 PVT 구조체; 및
상기 유동경로의 길이를 조절하는 제어부;
를 포함하며,
상기 PVT 구조체는,
상기 PV 모듈의 후면과의 사이에서 빈공간을 형성하는 하우징;
상기 하우징에 구비되어 상기 빈공간과 연통되는 입구와 출구를 형성하는 댐퍼; 및
상기 빈공간을 구획하며 상기 입구와 출구의 사이에서 상기 유동경로를 형성하고, 상기 유동경로의 길이가 조절되도록 상기 제어부에 의해 가변되는 적어도 한 개 이상의 배플;
를 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부가 상기 댐퍼의 열린 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 입구로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 제어하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 입구로 유입되는 외기의 온도를 측정하는 센서, 상기 PV 모듈의 온도를 측정하는 센서, 상기 태양전지판으로의 일사량을 측정하는 센서, 및 상기 입구로 유입되는 외기와 상기 출구로 배출되는 외기의 압력을 측정하는 센서 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 빈공간은 상기 배플에 의해 적어도 두 개 이상의 구획공간으로 분리되어, 상기 구획공간 중 어느 하나는 상기 입구와 연통되고, 상기 구획공간 중 다른 하나는 상기 출구와 연통되며,
상기 배플에는 상기 구획공간 중 인접한 구획공간을 연통시키는 연통부가 형성되어,
상기 유동경로는 상기 입구, 연통부 및 출구에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 입구와 출구의 사이에서, 상기 배플은 상기 연통부가 지그재그 형태로 위치되게 배치되는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 배플은,
상기 PV 모듈의 후면 및 상기 하우징의 내측면에 지지되며 상기 구획공간을 분리하며, 상기 연통부가 형성되는 고정플레이트;
상기 고정플레이트에 이동가능하게 결합되어, 상기 연통부와 중첩되며 상기 연통부가 열린 정도를 조절하는 이동플레이트; 및
상기 이동플레이트를 이동시키기 위한 구동부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 고정플레이트는,
상기 인접한 구획공간 사이에 위치하는 차단벽부; 및
상기 차단벽부와 상기 연통부의 테두리를 형성하며 상기 PV 모듈의 후면 및 상기 하우징의 내측면에 지지되는 측벽부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 이동플레이트는, 상기 차단벽부에서 연통부를 향하는 방향 및 그 반대방향으로 이동가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 측벽부에는 상기 이동플레이트에 이동경로를 제공하는 레일이 결합되는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 구동부는 리니어모터인 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템.
제 1 항에 따른 시스템의 운전제어방법으로서,
상기 입구로 유입되는 외기의 온도 및 상기 PV 모듈의 온도를 측정하는 측정단계;
상기 PV 모듈의 온도가 소정의 온도설정값보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 댐퍼를 제어하여 상기 입구 및 출구의 열린 정도를 증가시키는 개방동작, 상기 배플을 제어하여 상기 유동경로의 길이를 증가시키는 연장동작, 및 상기 입구로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 PV 모듈을 상기 온도설정값 이하의 온도로 냉각하는 온도조절단계;
를 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법.
제 12 항에 있어서,
상기 측정단계에서는 상기 입구로 유입되는 외기의 압력과 상기 출구로 배출되는 외기의 압력 간의 차이인 차압을 더 측정하고,
상기 차압이 소정의 차압설정값보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 팬의 회전수를 감소시키는 감속동작 및 상기 배플을 제어하여 상기 유동경로의 길이를 감소시키는 단축동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 차압을 상기 차압값 이하로 감소시키는 압력조절단계;
를 더 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법.
제 1 항에 따른 시스템의 운전제어방법으로서,
상기 입구로 유입되는 외기의 온도, 및 상기 태양전지판으로의 일사량을 측정하는 측정단계;
상기 일사량이 소정 일사량설정값보다 큰 경우, 상기 제어부가 상기 댐퍼를 제어하여 상기 입구 및 출구의 열린 정도를 증가시키는 개방동작, 상기 배플을 제어하여 상기 유동경로의 길이를 증가시키는 연장동작, 및 상기 입구로 외기를 공급하는 팬의 회전수를 증가시키는 가속동작 중 적어도 어느 하나를 수행하여 상기 PV 모듈을 냉각하는 온도조절단계;
를 포함하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법.
제 12 항 또는 제 14항에 있어서,
상기 온도조절단계에서, 상기 제어부가 상기 개방동작, 연장동작 그리고 가속동작 순서의 우선순위로 수행하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법.
제 13 항에 있어서,
상기 압력조절단계에서, 상기 제어부가 상기 감속동작, 그리고 상기 단축동작 순서의 우선순위로 수행하는 것을 특징으로 하는 가변형 배플을 적용한 열회수 태양광 발전시스템의 운전제어방법.