KR20230068975A - 태양열병합발전 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양열병합발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열 에너지의 활용도를 획기적으로 향상시키는 동시에 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 특히 최소의 동력을 사용하여 신속하고 효과적으로 열 에너지를 회수하여 활용할 수 있는 태양열병합발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은, 내부에 수용공간이 마련된 수조부, 태양광의 가시광선 영역 에너지를 이용하여 태양광 발전을 수행하는 전지셀이 구비된 태양전지모듈, 태양전지모듈에서 생성된 폐열을 전달받아 열교환 과정을 통해 수조부의 유체를 가온하는 열교환수단, 및 태양광의 반사를 위해 설치되는 반사수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양열병합발전 시스템{COGENERATION SYSTEM USING SOLAR ENERGY}

본 발명은 태양열병합발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 열 에너지의 활용도를 획기적으로 향상시키는 동시에 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 특히 최소의 동력을 사용하여 신속하고 효과적으로 열 에너지를 회수하여 활용할 수 있는 태양열병합발전 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전기에너지를 발전하는 발전 시스템은 화석 연료를 이용한 화력발전이나, 원자력을 이용한 원자력발전을 주고 이용하고 있다.

그러나, 화력발전이나 원자력발전은 대규모의 발전설비가 필요하므로 대규모의 투자와 공간을 필요로 한다. 화력발전은 에너지원으로 석유나 석탄 등의 화석연료를 이용하므로 대기환경을 오염시키고, 오존층을 파괴하여 지구 온난화를 일으키는 주요 원인으로 작용되고 있다. 또한, 화력발전에서 이용되는 석유나 석탄 등은 매장량이 한정되어 있고, 그 사용량의 증가와 고갈로 인해 다음 세대에서는 이용할 수 없는 실정에 있다.

이에 따라, 최근에는 태양열, 조력, 파력, 풍력 및 수력 등의 자연에너지를 이용한 발전시스템이 폭넓게 설치되고 있으나, 비교적 태양광을 이용한 방식이 주류로 이용되고 있고, 향후에도 기후변화 대응을 위한 재생에너지 수요 확대에 따라 태양광, 태양열 수요의 증대가 예측되며 이에 따른 태양광, 태양열 시스템 고효율화 기술 개발이 필요하다.

태양광 혹은 태양열 시스템은 지구로 유입되는 태양 복사 에너지를 이용하는데, 단위 면적당 복사에너지는 지역에 따라, 계절에 따라 다소간의 차이가 있으나 대략 850~1300 W/m²로 정해져 있으므로 용량 증대를 위해서는 반드시 면적을 증대시켜야 하는 한계점이 있다.

그리고 태양 복사에너지는 파장대에 따라 자외선, 가시광선, 적외선의 스펙트럼을 가지게 되는데 일반적으로 광전자효과를 이용하는 태양광 발전은 가시광선 영역의 에너지를, 태양열 시스템은 적외선 영역의 복사에너지를 이용하므로 전력 생산과 열 생산 목적에 따라 각기 다른 에너지시스템으로 적용되는 것이 일반적이었다.

최근에는 제한된 설치 면적의 제약을 극복하여 단위 면적당 태양에너지 사용을 극대화하기 위해 태양광발전 및 태양열 이용을 동시에 가능하게 하는 PVT(태양광열; Photo-voltaic & thermal) System이 개발되어 일부 사용되고 있다.

보다 구체적으로 설명하면, PVT 시스템은 태양에너지 유입에 따라 전지셀(PV cell)의 온도가 최대 70℃ 이상까지 올라가서 효율이 크게 떨어지므로 발전 효율을 높이는 방안으로 표면의 온도를 열 전달을 통해 낮출 필요가 있는데, 이렇게 회수된 열 에너지를 온수로 활용하는 기술이다.

그리고 PVT 시스템은 현재까지 태양광 발전이 주요한 목적이고 여러 열교환 방식에 따라 다양항 PVT 시스템이 제안되어 있다.

예컨대 PVT 시스템의 대표적인 열교환 방식은 전도 열전달을 이용한 방식으로 열전도도가 큰 구리, 알루미늄 핀을 대면적으로 설치한 방식으로 별도의 동력(전기에너지) 사용 없이 전지셀(PV cell)의 표면에서의 열을 제거하여 PV 발전 효율 유지와 열 에너지를 회수하여 이용하지만 제거되는 열 유속(Heat flux)이 낮아 표면 온도를 낮추는데 상대적인 한계가 있고, 회수되는 온수의 온도도 낮은 단점이 있다.

그리고, PVT 시스템의 다른 열교환 방식으로는 대류 열전달을 이용하는 방식으로 전지셀 표면을 감싸는 하우징으로 공기의 흐름을 송풍팬에 의해 유발하여 표면의 열전달을 향상시킨 방식이다. 이러한 대류 열전달 방식은 전도 열전달 방식과 대비하여 전지셀 표면 온도를 좀 더 효과적으로 낮게 유지할 수 있고 열 유속도 증대되어 상대적으로 높은 온수를 얻어 이용할 수 있는 장점이 있지만 송풍팬 가동이 필요하여 에너지 비용이 상승되는 단점이 있다.

또한 종래 PVT 시스템은 전술한 바와 같이 태양광 발전이 주요한 목적으로서 전지셀의 표면 온도 상승으로 인한 효율저하 방지를 위한 목적으로 회수되는 열 에너지를 어느 정도 활용하려는 보조적인 열회수수단에 불과한 한계점이 있다. 이에 태양광 발전 효율을 일정하게 유지하면서도 열 에너지의 활용도를 향상시킬 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있다.

그리고, 종래 PVT 시스템은 동절기의 경우 폭설 등으로 전지셀의 표면에 눈이 쌓여 전기에너지를 발전할 수 없으므로 연간 운전시간의 감소로 효율이 낮은 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1744293호 "히트 파이프 일체형 태양전지" 한국등록특허 제10-1846291호 "태양광 히트펌프를 이용한 관외착빙형 냉온수 겸용 혼합축열 시스템" 한국공개특허 제10-2018-0117267호 "PVT를 이용한 냉난방환기시스템"

본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 열 에너지의 활용도를 획기적으로 향상시키는 동시에 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양열병합발전 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 최소의 동력을 사용하여 신속하고 효과적으로 열 에너지를 회수하여 활용할 수 있도록 한 태양열병합발전 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 양방향 열전달 제어가 가능한 기술 적용으로 동절기 전지셀에 쌓이는 눈을 신속하게 제거함으로서 연간 운전시간을 극대화 할 수 있도록 한 태양열병합발전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 태양열병합발전 시스템에 있어서, 내부에 수용공간이 마련된 수조부; 태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 전지셀이 구비된 태양전지모듈; 상기 태양전지모듈에서 생성된 폐열을 전달받아 열교환 과정을 통해 수조부의 유체를 가온하는 열교환수단; 및 상기 전지셀로 태양광을 공급하기 위한 반사작용을 수행하도록 설치되는 반사수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 상기 수조부에 수용된 유체를 사용처로 공급하는 유체이송수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 유체이송수단은, 상기 수조부에 일측이 접속되고 타측이 상기 사용처로 배치되는 유체공급라인; 상기 사용처를 경유한 유체가 상기 수조부로 회수되도록 상기 유체공급라인에 일측이 접속되고 타측이 상기 수조부에 접속되는 유체회수라인; 및 상기 유체공급라인 또는 상기 유체회수라인에 접속되는 유체압송수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 상기 전지셀에 열기를 제공하도록 상기 수조부에 수용된 유체를 가온하도록 구성되는 역방향가온수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게, 상기 역방향가온수단은, 온열을 제공하는 온열제공부; 온열매체가 수용되어 공급되도록 상기 수조부에 일측이 접속되고 타측이 상기 온열제공부에 접속되는 온열매체공급라인; 상기 수조부를 경유한 온열매체가 상기 온열제공부로 회수되도록 상기 온열매체공급라인에 일측이 접속되고 타측이 상기 온열제공부에 접속되는 온열매체회수라인; 및 상기 온열매체공급라인 또는 상기 온열매체회수라인에 접속되는 온열매체압송수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 상기 전지셀에서 생성된 열기를 상기 수조부에 채워진 유체에 전달하도록 일측이 상기 전지셀에 접하여 배치되고 타측이 상기 수조부의 유체에 침지되게 배치되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.

상기 진동형 히트파이프는, 다수의 굴곡부를 가지면서 폐회로를 형성하는 히트파이프로 구성되되, 상기 히트파이프의 중앙부가 절곡되어 상측에 상기 전지셀에 근접하는 상부파이프부와 하측에 유체에 침지하는 하부파이프부로 형성될 수 있다.

한편, 상기 반사수단은, 상기 태양광의 반사작용을 수행하는 반사판; 상기 반사판을 지지하는 반사판지지프레임; 및 상기 반사판을 반사판지지프레임에 회전 가능하게 지지하도록 설치되는 반사판지지부재;를 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 반사수단은 개구가 형성된 수납부; 및 상기 수납부에 출몰 가능하게 설치되고 태양광의 반사작용을 수행하는 반사면상체;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 수납부는, 개구를 갖는 수납몸체; 상기 수납몸체에 내장되고 상기 반사면상체가 감김되는 감김축; 상기 감김축에 회전력을 인가하기 위해 설치되는 외력인가수단; 및 상기 반사면상체가 인출되어 전개된 상태를 유지하도록 설치되는 면상체지지수단;을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 상기 전지셀을 기울기를 조절하도록 상기 수조부 또는 상기 태양전지모듈에 설치되는 설치각도조절장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템에 의하면, 수조부의 상부에 태양전지모듈이 설치되어 적외선 영역의 복사에너지로 인한 태양전지모듈의 가열로 생성된 폐열이 열교환수단을 매개로 신속하게 회수되므로 전지셀 표면의 온도를 효율적으로 제어하여 발전효율을 극대화할 수 있는 동시에 회수된 열 에너지를 적절한 용도로 재활용할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 반사수단이 구비되어 있어서 태양의 위치에 따라 전지셀로 향하는 태양광의 집중 조사와 조사범위를 조절할 수 있으므로 발전효율을 유지하면서도 열회수 온도 상승의 조건을 확보함으로써 열 에너지 이용효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템에 따른 세부 구성을 나타낸 개략적인 구성도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 열교환수단 부분을 설명하기 위한 사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템에 적용할 수 있는 반사수단의 일 예를 나타낸 사시도,
도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템을 설명하기 위한 도면,
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 반사수단을 나타낸 분리사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도6에 의거하여 상세히 설명하되, 도1 내지 도6에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.

한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 태양열병합발전 시스템에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템에 따른 세부 구성을 나타낸 개략적인 구성도, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 열교환수단 부분을 설명하기 위한 사시도이다.

도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 열 에너지의 활용도를 획기적으로 향상시키는 동시에 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것으로서, 수조부(1), 태양전지모듈(2), 열교환수단(3), 반사수단(4) 및 유체이송수단(5)을 구비한다.

수조부(1)는 용수가 채워져 수용되도록 형성된 구성요소로서 전지셀에서 생성된 적외선 영역의 복사에너지에 따른 열 에너지를 열교환 방식으로 회수하는 유체로서 용수가 수용된다.

수조부(1)는 내부에 용수가 수용되는 수용공간이 마련된 수조(11)와, 수조(11)가 설치되는 수조프레임(12)을 구비한다.

태양전지모듈(2)은 태양광의 가시광선 영역 에너지를 이용하여 태양광 발전을 수행하는 전지셀이 구비된 구성요소로서, 태양광 발전분야에서 주지된 구성이므로 첨부 도면에서는 구체적인 도시를 생략하고 간략화하여 나타낸 것이다.

태양전지모듈(2)은 전지셀의 종류에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 PVT(태양광열; Photo-voltaic & thermal) System에서 널리 적용하고 있는 PV(Photo-voltaic) cell을 적용한다. 여기서, 전지셀은 별도의 셀프레임에 안착되어 지지되도록 되어 있다.

열교환수단(3)은 태양전지모듈(2)에서 생성된 폐열을 전달받아 열교환 과정을 통해 수조부(1)의 유체를 가온하는 구성요소로서, 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 표면 열 제거를 위한 열 유속 증대를 위해 진동형 히트파이프(3a)로 구성된다.

진동형 히트파이프(3a)는 주지된 바와 같이 밀폐된 내부에 작동유체를 주입한 후 진공 배기한 것으로 작동유체의 증발과 응축에 의하여 별도의 외부동력 없이 열을 전달하는 기구이다. 여기서, 작동유체(working fiuid)란 일반적으로 냉매를 말하는 것으로, 열기관에서는 열 에너지의 공급을 받는 유체가 팽창함으로써 역학적 일을 하는데, 나머지 에너지를 방출해 원래의 상태로 되돌아간 다음에 다시 열의 공급을 받는 식으로, 유체가 몇 단의 상태변화를 하는 하나의 사이클에 의해 동력이 발생한다. 아울러 진동형 히트파이프(3a)는 열교환 대상유체의 최소 작동 온도차(전지셀에서 생성된 열기와 수조부에 수용된 유체 사이의 온도차)가 7℃ 이상일 경우 열교환 특성이 우수한 제품이 널리 적용되고 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.

그리고, 진동형 히트파이프(3a)는 전지셀에서 생성된 열기를 수조부(1)에 채워진 유체에 전달하도록 일측이 전지셀에 접하여 배치되고 타측이 수조부의 유체에 침지되게 배치되어 있다.

예컨대 진동형 히트파이프(3a)는 도3에 도시된 바와 같이 다수의 굴곡부를 가지면서 폐회로를 형성하는 히트파이프로 구성되되, 히트파이프의 중앙부가 절곡되어 상측에 전지셀에 근접하는 상부파이프부(31)와 하측에 유체에 침지하는 하부파이프부(32)로 형성되어 있다.

또는 상부파이프부(31)와 하부파이프부(32) 사이에는 진동형 히트파이프를 수조부(1) 또는 태양전지모듈(2)의 셀프레임에 고정하기 위한 파이프설치판(33)를 구비한다.

파이프설치판(33)은 판상부재에 히트파이프가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿이 형성된 것으로서, 이 파이프삽입슬릿에 히트파이프를 삽입한 후 기밀부재에 의해 기밀적으로 고정할 수 있다.

반사수단(4)은 태양광의 반사를 위해 설치되는 구성요소로서, 대략 수평 방향으로 배치된 태양전지모듈(2) 중앙에 수직으로 설치되고 태양광의 반사작용을 수행하는 반사판(41,Reflector)을 포함한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템에 적용할 수 있는 반사수단의 일 예를 나타낸 사시도이다.

도4를 참조하면, 반사수단(4)은 필요시에 제거하거나 방향변환이 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

예컨대, 반사수단(4)은 태양광의 반사작용을 수행하는 반사판(41), 이 반사판(41)을 지지하는 반사판지지프레임(42), 및 반사판(41)을 반사판지지프레임(42)에 회전 가능하게 지지하는 반사판지지부재(43)를 구비한다.

반사판지지부재(43)는 반사판(41)의 중앙에 횡방향으로 배치되어 반사판지지프레임(42)에 설치되고 장 볼트 등으로 구성되는 지지축(431)와, 이 지지축에 체결되는 고정너트(432)로 구성될 수 있다.

전술한 반사수단(43)은 시각별 태양광 유입각도 변화에 따른 발전효율 변화를 최소화하면서 전지셀 표면 온도를 상승시켜 열에너지의 회수효율을 증대시키는 작용을 수행한다. 이때, 반사판(41)은 단위면적당 유입되는 태양에너지가 증대되어 반사판 기준 반쪽 전지셀의 온도를 더 승온시킬 수 있다. 여기서 일반적으로 전지셀 표면온도가 높아지면 PV 발전효율이 감소하므로 손해이나 진동형 히트파이프 적용시 열전달 계수가 크게 증가하므로 신속하게 표면의 열 에너지를 제거할 수 있어서 전지셀 온도는 기존과 유사하거나 더욱 낮출 수 있어서 발전효율을 유지하면서 열 회수 유속을 증가하여 회수되는 온수의 온도를 높일 수 있다.

유체이송수단(5)은 수조부(1)에 수용된 유체(온수)를 사용처나 열저장부로 공급하는 구성요소로서, 이송배관, 이송펌프 등을 구비할 수 있다.

예컨대 유체이송수단(5)은 수조부(1)에 일측이 접속되고 타측이 식물이 재배되는 온실과 같은 사용처(6)로 배치되는 유체공급라인(51), 사용처(6)를 경유한 유체가 수조부(1)로 회수되도록 유체공급라인(51)에 일측이 접속되고 타측이 수조부(1)에 접속되는 유체회수라인(52)을 구비한다.

그리고 유체이송수단(5)은 유체공급라인(또는 유체회수라인)에 접속되는 유체압송수단(53)을 구비한다. 여기서 유체압송수단(53)은 유체를 펌핑할 수 있는 펌프로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 양방향 열전달 제어가 가능한 기술 적용으로 동절기 전지셀에 쌓이는 눈을 신속하게 제거하여 연간 운전시간을 증가시킴으로써 발전효율을 극대화 할 수 있도록 역방향가온수단(7)을 구비한다.

역방향가온수단(7)은 전지셀에 열기를 제공하도록 수조부(1)에 수용된 유체를 가온하도록 구성되는 것으로서, 온열제공부(71), 온열매체공급라인(72), 온열매체회수라인(73) 및 온열매체압송수단(74)을 구비한다.

온열제공부(71)는 수조부(1)에 공급되는 온열을 제공하는 위한 구성요소로서 온수를 생성하는 보일러나, 지열 등을 회수하여 온열을 제공하는 지열회수용 히트펌프 등으로 구성할 수 있다.

온열매체공급라인(72)은 온열매체가 수용되어 공급되도록 수조부에 일측이 접속되고 타측이 온열제공부(71)에 접속되는 배관으로 구성되고, 온열매체회수라인(73)은 수조부(1)를 경유한 온열매체가 온열제공부(71)로 회수되도록 온열매체공급라인(72)에 일측이 접속되고 타측이 온열제공부(71)에 접속되는 배관으로 구성되어 있다.

온열매체압송수단(74)은 온열매체공급라인(또는 온열매체회수라인)에 접속되는 구성으로 유체를 펌핑할 수 있는 펌프로 구성될 수 있다.

역방향가온수단(7)은 동절기 눈이 내려 전지셀 표면에 눈이 쌓일 경우 외부로부터 생산된 온수를 펌프로 공급하면 진동형 히트파이프(3a)를 매개로 온수로부터 얻어진 열기를 전지셀 표면으로 신속하게 전달하므로 표면에 쌓여 있던 눈을 녹여 제거할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 태양열병합발전 시스템은 눈 녹은 물의 배수나 우수의 원활한 배수를 위해 태양전지모듈(2)이 소정 각도로 경사지게 설치될 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 작용을 간략하게 설명한다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 수조부(1)의 상부에 태양전지모듈(2)이 설치되어 적외선 영역의 복사에너지로 인한 태양전지모듈의 가열로 생성된 폐열이 열교환수단(3)을 매개로 신속하게 회수되므로 전지셀 표면의 온도를 효율적으로 제어하여 발전효율을 극대화할 수 있는 동시에 회수된 열 에너지를 적절한 용도로 재활용할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 반사수단(4)이 구비되어 있어서 태양의 위치에 따라 중앙에 위치한 반사판(41) 기준 절반에 해당하는 전지셀에 태양광을 집중함으로써 발전효율은 기존 방식(반사수단이 구비하지 않은 수평형 태양전지모듈과 대비)과 동일하거나 일부 증대할 수 있다. 이와 동시에 전지셀 표면의 온도를 기존 대비 상승시켜 열회수 온도 증대의 조건을 확보 할 수 있다. 또한 열교환수단(3)으로 구성되는 진동형 히트파이프(3a)의 높은 열 유속 특성을 활용 하부의 용수과 신속하게 열교환이 가능하므로 전지셀 표면 온도를 충분히 낮게 유지함과 동시에 높은 열 유속의 열전달을 통해 고온의 온수를 획득하여 활용할 수 있다.

아울러, 진동형 히트파이프(3a)는 높은 열 유속에도 불구하고 작동시 별도의 외부 동력이 불필요한 무동력 열전달 메커니즘이므로 에너지 비용을 절감할 수 있다. 이때 진동형 히트파이프는 열전달 발생을 위해서 일정 온도의 온도차가 필요하지만, 본 발명의 경우 반사수단(4)을 통해 기존 대비 높은 표면 온도를 형성할 수 있으므로 진동형 히트파이프 가동을 위한 충분한 온도차 유지가 가능한 특징이 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 역방향가온수단(7)이 구비되어 있으므로 동절기 열전달 방향을 역 방향으로 제어하여 눈이나 얼음이 표면에 쌓여 정상적인 발전이 불가능해지는 경우, 정상 작동이 가능한 상태로 신속하게 회복하여 휴지시간을 최소화함으로써 발전시간 증가에 따른 발전효율을 극대화 할 수 있다.

보다 구체적으로 설명하면, 태양전지모듈(2)의 전지셀 표면에 눈이나 얼음이 형성된 경우 보일러와 같은 온열제공부(71)를 가동하여 온열매체공급라인(72)을 매개로 수조부에 열기를 제공하게 된다. 이로 인해 수조부(1)의 온도가 상승되면 히트파이프(3a)의 하부파이프부(32)가 용수에 침지되어 있으므로 열 유속 특성에 따라 상부파이프부(31)를 매개로 열기가 상층부로 전달되면서 전지셀 표면 온도를 상승시킴으로써 눈이나 얼음을 녹일 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 일 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 일 실시예에 나타난 구성요소 또는 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 서로 간에 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.

도5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템을 설명하기 위한 도면으로서, 태양열병합발전 시스템에 적용할 수 있는 반사수단의 다른 예를 나타낸 사시도, 도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 반사수단을 나타낸 분리사시도이다.

도5 및 도6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 수조부(1), 태양전지모듈(2), 열교환수단(3), 반사수단(4) 및 유체이송수단(5)을 구비하되, 반사수단(4)은 필요에 따라 태양광의 입사 각도 등을 조절할 수 있도록 선택적으로 출몰되는 출몰식 구조로 구성되어 있다.

반사수단(4)은 개구(453)가 형성된 수납부(45)와, 수납부(45)에 출몰 가능하게 설치되고 태양광의 반사작용을 수행하는 반사면상체(46)와, 반사면상체(46)가 인출되어 전개된 상태를 유지하도록 설치되는 면상체지지수단(47)으로 구성되어 있다.

상기 수납부(45)는 수납몸체(451), 수납몸체(451)에 설치되고 반사면상체(46)가 감김되는 감김축(454), 및 감김축(454)에 회전력을 인가하기 위해 설치되는 외력인가수단(455)을 구비한다. 여기서 외력인가수단(455)은 회전 모터와 같은 전동식으로 구성할 수 있지만 본 실시예에서는 감김축(454)을 회전시키기 위해 결합되는 회전손잡이(455) 등이 구비되어 있다.

수납몸체(451)는 대략 원통 형상으로 형성되고, 지지다리(452)가 설치되어 있다.

그리고, 수납부(45)는 감김축(454)에 감김된 반사면상체(46)가 인출된 상태에서 당김력이 해소되면 수납부(45)의 내부로 다시 인입되도록 감김축(454)을 역회전 시키는 복원장치(456)가 구비될 수 있다. 여기서, 복원장치(456)는 반사면상체(46)를 되감는 동작이 가능하다면 특별한 제한 없이 적용할 수 있지만 대표적으로 태엽스프링을 감김축(454)에 설치하는 방식으로 구성할 수 있다.

반사면상체(46)는 태양광을 반사할 수 있는 반사층을 갖는 면상체로서 롤 형태로 감김된 상태에서 인출 및 인입 되도록 구성되어 있다. 그리고 반사면상체(46)는 하단에 감김축(454)의 삽입을 위한 원통형의 삽입부가 마련되어 있다.

한편, 면상체지지수단(47)은 반사면상체(46)의 인출, 전개된 상태를 안정적으로 유지할 수 있고, 반사면상체(46)의 노출 정도에 맞게 단계적으로 지탱할 수 있다면 형상과 구조에 특별한 제한 없이 다양하게 구성될 수 있다.

예컨대, 면상체지지수단(47)은 수납부(45)에 일단이 회동 가능하게 설치되는 봉상부재(471)로 되어 있고, 이 봉상부재는 출몰 가능하게 구성되어 있다. 여기서, 봉상부재(471)는 하단 부분이 수납부에 회전 가능하게 고정되어 있다.

그리고, 면상체지지수단(47)은 낚시대와 유사하게 복수의 봉상부재가 출몰 가능하게 연결, 형성되되, 수작업에 의해 봉상부재를 인출 및 인입시키는 수동식 낚시대형이나, 전기액츄에이터에 의해 봉상부재를 인출 및 인입시키는 자동식 낚시대형으로 구성될 수 있다.

또한, 수납부(45)에는 상기한 면상체지지수단(47)을 접어 보관하기 위한 수납홈과 같은 지지수단수납부(457)가 요입, 형성되어 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 도면에 도시하지는 않았으나 필요시 태양전지모듈(2)의 설치각도를 조절할 수 있도록 설치각도조절장치(미도시)가 구비될 수 있다.

예컨대 설치각도조절장치는 작동로드(미도시)가 태양전지모듈(2)의 일측에 접속되어 태양전지모듈의 설치각도를 조절하는 유압실린더(미도시)와, 이 유압실린더에 유압호스를 매개로 유압작동유를 공급하는 유압공급유닛(미도시)을 구비한다. 여기서 유압공급유닛은 유압탱크, 유압펌프, 솔레노이드밸브 등을 구비한 공지의 유압공급유닛을 적용하여 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 전술한 일 실시예와 마찬가지로 태양전지모듈(2)의 가열로 생성된 폐열이 열교환수단(3)을 매개로 전달, 회수되므로 전지셀 표면의 온도를 효율적으로 제어하여 발전효율을 극대화할 수 있는 동시에 회수된 열 에너지를 적절한 용도로 재활용할 수 있다.

이에 더하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템은 반사수단(4)이 출몰식 구조이므로 태양광의 입사각도 등에 따라 반사면상체(46)의 위치를 조정하면서 발전효율이나 폐열의 회수 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 불필요시에 반사수단(4)을 간단하게 접어 보관할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상 설명한 본 발명의 실시예에 따른 태양열병합발전 시스템의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1:수조부 11:수조
12:수조프레임 2:태양전지모듈
3:열교환수단 3a:진동형 히트파이프
31:상부파이프부 32:하부파이프부
33:파이프설치판 4:반사수단
41:반사판 42:반사판지지프레임
43:반사판지지부재 45:수납부
46:반사면상체 47:면상체지지수단
5:유체이송수단 51:유체공급라인
52:유체회수라인 53:유체압송수단
6:사용처 7:역방향가온수단
71:온열제공부 72:온열매체공급라인
73:온열매체회수라인 74:온열매체압송수단

Claims (11)

1. 태양열병합발전 시스템에 있어서,
   내부에 수용공간이 마련된 수조부;
   태양광을 이용하여 태양광 발전을 수행하는 전지셀이 구비된 태양전지모듈;
   상기 태양전지모듈에서 생성된 폐열을 전달받아 열교환 과정을 통해 수조부의 유체를 가온하는 열교환수단; 및
   상기 전지셀로 태양광을 공급하기 위한 반사작용을 수행하도록 설치되는 반사수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 수조부에 수용된 유체를 사용처로 공급하는 유체이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 유체이송수단은,
   상기 수조부에 일측이 접속되고 타측이 상기 사용처로 배치되는 유체공급라인;
   상기 사용처를 경유한 유체가 상기 수조부로 회수되도록 상기 유체공급라인에 일측이 접속되고 타측이 상기 수조부에 접속되는 유체회수라인; 및
   상기 유체공급라인 또는 상기 유체회수라인에 접속되는 유체압송수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 전지셀에 열기를 제공하도록 상기 수조부에 수용된 유체를 가온하도록 구성되는 역방향가온수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 역방향가온수단은,
   온열을 제공하는 온열제공부;
   온열매체가 수용되어 공급되도록 상기 수조부에 일측이 접속되고 타측이 상기 온열제공부에 접속되는 온열매체공급라인;
   상기 수조부를 경유한 온열매체가 상기 온열제공부로 회수되도록 상기 온열매체공급라인에 일측이 접속되고 타측이 상기 온열제공부에 접속되는 온열매체회수라인; 및
   상기 온열매체공급라인 또는 상기 온열매체회수라인에 접속되는 온열매체압송수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 상기 전지셀에서 생성된 열기를 상기 수조부에 채워진 유체에 전달하도록 일측이 상기 전지셀에 접하여 배치되고 타측이 상기 수조부의 유체에 침지되게 배치되는 진동형 히트파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 진동형 히트파이프는,
   다수의 굴곡부를 가지면서 폐회로를 형성하는 히트파이프로 구성되되, 상기 히트파이프의 중앙부가 절곡되어 상측에 상기 전지셀에 근접하는 상부파이프부와 하측에 유체에 침지하는 하부파이프부로 형성된 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 반사수단은,
   상기 태양광의 반사작용을 수행하는 반사판;
   상기 반사판을 지지하는 반사판지지프레임; 및
   상기 반사판을 반사판지지프레임에 회전 가능하게 지지하도록 설치되는 반사판지지부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 반사수단은
   개구가 형성된 수납부; 및
   상기 수납부에 출몰 가능하게 설치되고 태양광의 반사작용을 수행하는 반사면상체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 수납부는,
    개구를 갖는 수납몸체;
    상기 수납몸체에 내장되고 상기 반사면상체가 감김되는 감김축;
    상기 감김축에 회전력을 인가하기 위해 설치되는 외력인가수단; 및
    상기 반사면상체가 인출되어 전개된 상태를 유지하도록 설치되는 면상체지지수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀을 기울기를 조절하도록 상기 수조부 또는 상기 태양전지모듈에 설치되는 설치각도조절장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열병합발전 시스템.

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