KR20240032304A - 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법 - Google Patents

태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법 Download PDF

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KR20240032304A
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허민수
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Abstract

본 발명은 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법에 관한 것으로, 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치는 회전자와 복수의 고정자를 포함하고, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 에너지 발전부 및 태양 전지판 상에 위치하고, 상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 세정부를 포함할 수 있다.

Description

태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF CLEANING SURFACE OF SOLAR CELL PANEL WITH SELF-CLEANING FUNCTION}
본 발명은 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 기술에 관한 것이다.
재생 에너지 분야에서는 태양 전지판을 사용하는 태양광 발전이 광범위한 관심을 얻고 있어서, 태양광 발전을 위한 태양 전지판의 설치 지역의 증가 및 그 수요가 증가하고 있다.
기존 태양 전지판의 주요 과제 중 하나는 태양 전지판을 덮을 수 있는 먼지 및 기타 입자와 같은 불순물에 의한 출력 전력의 감소일 수 있다.
태양 전지판은 태양 전지판 위에 먼지와 같은 불순물이 누적되면 출력이 크게 줄어드는 단점이 존재한다.
즉, 태양 전지판은 태양 전지판 위에 먼지가 쌓이면 태양광에 노출되는 면적이 감소하여 출력이 크게 줄어드는 단점이 존재한다.
이러한 문제를 해소하기 위한 일반적인 접근법은 태양 전지판을 기계적으로 청소하는 것이며, 이는 물과 육체 노동과 같은 물리적인 요소가 추가로 요구된다.
또한, 그러한 육체 노동 또는 물의 공급을 대신하기 위한 로봇과 같은 기계적 장치가 많이 개발되고 있는데 이러한 기계적 장치는 동작 오류가 발생되어서 태양 전지판의 세정에 문제가 발생되기도 한다.
또한, 추가적으로 고려되고 있는 방식에는 태양 전지판의 유리 표면에 소수성 또는 친수성 코팅을 도포하고 로봇을 사용하여 수동 세척을 자동화하는 방식이 존재한다.
그러나, 반복적인 기계적 세척은 태양 전지판의 유리 표면을 손상시키며 대량의 물을 필요로 하는 문제점도 존재한다.
다른 접근 방법으로는 EDS(Electrodynamic Screen Effect)를 이용한 세정 방식이 존재하는데, 전극을 통한 EDS는 전기장을 생성하여 태양 전지판의 먼지 입자가 정전기력을 경험하고 태양 전지판에서 반발 되도록 하는 기술이다.
EDS의 사용은 달과 화성에서 작동하는 차량의 태양 전지판에 먼지 축적 문제를 해결하기 위해 관심을 끌었다.
달의 경우, 저 중력, 제로 자기장 및 단단한 진공 환경으로 인해 EDS가 먼지 입자를 격퇴(repel)할 수 있다.
즉, EDS 기술은 인력과 물 없이 전기 역학적 힘으로 표면에 불순물을 제거하는 기술로서 장점이 존재한다.
그러나, 현재의 EDS 기술은 현재 사용중인 전극 재료의 낮은 투명도와 지국의 습도 레벨로 인해, 지상 적용에 실용적이지 못하다는 단점이 존재한다.
다시 말해, 현재의 EDS 기술은 태양 전지판의 표면에 응축된 수분 층은 전기장을 차폐할 뿐만 아니라 유전 영 동력(dielectrophoresis forces), 접착력 등과 같은 수분층의 저항력으로 인해 먼지 입자의 트랩 역할을 함에 따라 효과적으로 먼지를 제거하지 못하는 단점이 존재한다.
한국공개특허 제10-2020-0059245호, "전기역학적 차폐를 이용한 태양 전지판 자가 세정 시스템 및 방법" 한국등록특허 제10-1776573호, "발전 효율이 증대된 태양광 및 풍력 발전 장치" 한국등록특허 제10-0836269호, "가로등" 한국등록특허 제10-1030144호, "태양전지패널의 세정장치가 구비된 도시 관제 가로등 및 이의 관리 시스템"
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생하기 위한 추가적인 전기 설비를 요구하지 않음에 따라 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법의 구현을 위한 비용 및 시간을 단축하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 자기장을 생성함에 따라 태양 전지판의 표면에 부착된 불순물 제거하고, 이에 따른 태양 전지판의 발전 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치는 회전자와 복수의 고정자를 포함하고, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 에너지 발전부 및 태양 전지판 상에 위치하고, 상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 세정부를 포함할 수 있다.
상기 회전자는 제1 대전 영역과 제2 대전 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하고, 상기 복수의 고정자는 각각은 금속 영역과 공백 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함할 수 있다.
상기 에너지 발전부는 상기 회전자가 회전하면서 상기 제1 대전 영역이 상기 금속 영역 상에 위치하면 상호 마찰되어 상기 제1 대전 영역과 상기 금속 영역 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 상기 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성할 수 있다.
상기 제1 대전 영역은 비닐, 폴리디메틸실록산, 테플론, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 황화합물, 유리 중 어느 하나의 물질로 형성되고, 상기 제2 대전 영역은 털, 폴리프로필렌, 실크, 나일론, 고무, 및 종이 중 어느 하나의 물질로 형성되며, 상기 금속 영역은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 어느 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다.
상기 에너지 발전부는 상기 회전자 및 상기 복수의 고정자를 구성하는 날개들의 수 및 상기 회전자의 회전 수에 따라 상기 전기 에너지와 관련된 전압, 전류 및 전하의 출력이 제어될 수 있다.
상기 세정부는 상기 태양 전지판 상에 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 상기 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름을 포함할 수 있다.
상기 세정부는 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 상기 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 상기 형성된 자기장이 상기 보호 필름 상에 불순물을 격퇴(repel)시켜 상기 태양 전지판을 세정할 수 있다.
상기 하나 이상의 전극 세트를 이루는 각각의 전극은 투명한 구리, 폴리 폴리스티렌 설포 네이트, 탄소 나노 튜브, 은 나노 와이어, 인듐 주석 산화물 및 플로린 도핑된 주석 산화물 중 어느 하나의 물질로 형성되고, 상기 보호 필름은 폴리이미드, 테플론, 폴리우레탄, 불소수지 필름, 이산화규소, 나일론, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
상기 보호 필름은 상기 태양 전지판의 표면을 이루고, 상기 보호 필름의 두께 및 상기 하나 이상의 전극 세트에서 전극 사이 간격은 상기 불순물을 세정하는 효율과 반비례할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 태양 전지판 자가 세정 방법은 회전자와 복수의 고정자를 포함하는 에너지 발전부에서, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계 및 태양 전지판 상에 위치하는 세정부에 있어서, 상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 회전자는 제1 대전 영역과 제2 대전 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하고, 상기 복수의 고정자는 각각은 금속 영역과 공백 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함할 수 있다.
상기 회전자와 복수의 고정자를 포함하는 에너지 발전부에서, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계는 상기 회전자가 회전하면서 상기 제1 대전 영역이 상기 금속 영역 상에 위치하면 상호 마찰되어 상기 제1 대전 영역과 상기 금속 영역 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 상기 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 단계는, 상기 태양 전지판 상에 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 상기 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름을 포함하는 상기 세정부에서, 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 상기 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 상기 형성된 자기장이 상기 보호 필름 상에 불순물을 격퇴(repel)시켜 상기 태양 전지판을 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생하기 위한 추가적인 전기 설비를 요구하지 않음에 따라 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법의 구현을 위한 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 자기장을 생성함에 따라 태양 전지판의 표면에 부착된 불순물 제거하고, 이에 따른 태양 전지판의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치를 설명하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부의 회전자와 고정자를 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전기적 특성을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무게 측정에 기반한 태양 전지판 자가 세정 장치의 불순물 제거 성능을 설명하는 도면이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일실시예에 따른 OM(Optical Microscope) 측정에 기반한 태양 전지판 자가 세정 장치의 불순물 제거 성능을 설명하는 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 먼지 제거에 따른 태양광 출력 변화를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 방법을 설명하는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 동작 특성과 관련된 실험 데이터를 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 스테이지, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치를 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 구성 요소를 예시한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치(100)는 에너지 발전부(110) 및 세정부(120)를 포함한다.
일례로, 에너지 발전부(110)는 회전자와 복수의 고정자를 포함하고, 바람에 의해 회전자가 회전함에 따라 회전자가 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 세정부(120)는 태양 전지판 상에 위치하고, 에너지 발전부(110)에서 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 전기장을 이용하여 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정할 수 있다.
예를 들어, 세정부(120)는 태양 전지판 상에 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름으로 구성되어 하나 이상의 전극 세트가 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 전기장을 통해 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 제거한다.
따라서, 본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 태양 전지판 자가 세정 장치(100)는 태양 전지판 자가 세정 시스템으로 지칭하고, 에너지 발전부(110)는 에너지 발전 소자로 지칭하며, 세정부(120)는 세정 장치로 지칭할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 발전부(110)는 바람이 불면 회전자가 연결된 기준봉이 회전되고, 기준봉이 회전됨에 따라 회전자가 회전하며, 회전자가 회전되면서 복수의 고정자와 마찰이 이루어져 전기 에너지를 생성할 수 있다.
이에 따라, 태양 전지판 자가 세정 장치(100)는 에너지 발전부(110)로 외부로부터 전기 에너지를 끌어오는 기존 펄스 발생기를 대체할 수 있다.
즉, 태양 전지판 자가 세정 장치(100)는 전기 공급이 필요한 외부 전원장치가 없어도 스스로 전기 공급이 가능한 에너지 발전부(110)와 세정부(120)를 연결하여 태양 전지판의 표면 상의 먼지와 같은 불순물을 자가 제거할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 구성 요소를 보다 구체적으로 예시한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치(200)는 에너지 발전부(210) 및 세정부(220)를 포함한다.
일례로, 에너지 발전부(210)는 회전자(212)를 회전 시키는 기준봉(211), 회전자(212)와 마찰되는 고정자(213) 및 회전자(212)와 고정자(213)를 고정하는 고정틀(214)로 구성된다.
회전자(212)는 고정자(213)의 사이에 위치하는데 고정자(213)는 이중 구조로 이루어져서 복수로 구성된다.
즉, 에너지 발전부(210)는 복수의 고정자(213)를 포함하는 이중 스택 구조(2 stacked structure)를 이루고 있어서, 전기 에너지의 생성율이 증가될 수 있다.
회전자(212)는 제1 대전 영역과 제2 대전 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하고, 고정자(213)는 금속 영역과 공백 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함한다.
제1 대전 영역과 제2 대전 영역은 각각이 서로 다른 물질로 이루어져 있어서 다른 색으로 표현되었고, 금속 영역은 돌출되어 보인다.
일례로, 에너지 발전부(210)는 회전자(212)가 회전하면서 제1 대전 영역이 금속 영역 상에 위치하면 상호 마찰되어 제1 대전 영역과 금속 영역 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 발전부(210)는 회전자(212)와 고정자(213)의 마찰에 의한 역학적 에너지를 전기적 에너지로 생성하고, 전기적 에너지를 세정부(220)로 공급할 수 있다.
일례로, 세정부(220)는 전극(221) 보호 필름(222)으로 이루어지고, 태양 전지판(230) 상에 위치한다.
태양 전지판(230)은 태양 전지(231)와 태양 전지를 덮는 유리(232)로 이루어져 있다.
즉, 세정부(220)는 태양 전지판(230) 상에 2 개의 전극(221)으로 이루어진, 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름(222)을 포함한다.
세정부(220)는 전기 에너지를 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 형성된 자기장이 보호 필름(222) 상에 불순물을 격퇴(repel)시켜 태양 전지판(230)을 세정한다.
예를 들어, 하나 이상의 전극 세트를 이루는 각각의 전극(221)은 구리, 폴리 폴리스티렌 설포 네이트, 탄소 나노 튜브, 은 나노 와이어, 투명한 인듐 주석 산화물 및 플로린 도핑된 주석 산화물 중 어느 하나의 물질로 형성된다. 즉, 전극(221)은 투명 전극으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 하나 이상의 전극 세트를 이루는 각각의 전극(221)은 0.5mm 내지 3mm의 폭을 갖고, 다른 전극과 서로 0.5mm 내지 3mm의 폭으로 이격되어 위치할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 전극 세트에서 전극(221)간의 폭은 0.5mm, 1mm, 2mm 및 3mm으로 결정될 수 있다.
또한, 보호 필름(222)은 폴리이미드, 테플론, 폴리우레탄, 불소수지 필름, 이산화규소, 나일론, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 보호 필름(222)은 나일론으로 형성되는 경우에 먼지 제거율(dust removal rate, DRE)가 약 50 % 이상으로 측정됨에 따라 나일론으로 형성되는 것이 효율적일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 보호 필름(222)은 태양 전지판(230)의 표면인 유리(232)를 모두 덮고 있어 태양 전지판(230)의 표면을 이루고 있다.
보호 필름(222)의 두께는 불순물을 세정하는 효율과 반비례한다.
다시 말해, 하나 이상의 전극 세트에서 전극(221)들 사이 간격 및 보호 필름(222)의 두께는 불순물을 세정하는 효율과 반비례한다.
즉, 세정부(220)를 형성하는 전극 세트에서 전극(221)들 사이의 간격이 증가하면 불순물을 세정하는 효과는 감소될 수 있는데, 이는 도 6 및 도 7a를 이용하여 보충 설명한다.
예를 들어, 유리(232)의 두께가 2mm인 경우에는 보호 필름(222)의 두께는 0.05mm인 것이 바람직하고, 이는 전극(221)의 형성 두께도 0.05mm 이하인 것이 바람직한 것 을 나타낸다.
예를 들어, 세정부(220)는 유리(232)가 창, 차량 표면, 차량 앞유리 또는 광학 장치 중 어느 하나일 경우에서도 표면 세정이 가능하다.
또한, 전극(221)은 300nm 내지 700nm의 파장(wavelength)을 갖는 태양광에 대하여 90% 이상의 투과율(transmittance)를 갖는 투명 전극일 수 있다.
즉, 태양 전지판(230)의 표면에 위치하는 세정부(220)는 전극(221)과 보호 필름(222)의 투명도가 높아서 태양광이 태양 전지판(230)으로 입사하는데 방해 요소로서 작용되지 않는 장점이 존재한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부를 설명하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부의 구성 요소를 보다 구체적으로 예시한다.
도 3a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부(300)는 회전자(310)와 고정자(320)를 포함한다. 고정자(320)는 회전자(310)를 설명하기 위해 하나만을 표현 하였으나 회전자(310) 상에 고정자(320)가 하나 더 위치하여 이중 스택 구조로 이루어진다.
본 발명의 일실시예에 따르면 회전자(310)는 제1 대전 영역(311)과 제2 대전 영역(312)으로 구분되는 복수의 날개를 포함한다.
일례로, 회전자(310)는 제1 대전 영역(311)과 제2 대전 영역(312)이 구분되어서, 각 영역 마다 하나의 날개로 포함하여 복수의 날개를 포함한다.
고정자(320)는 금속 영역(321)과 공백 영역(322)으로 구분되는 복수의 날개를 포함한다.
즉, 고정자(320)는 금속 영역(321)이 복수로 구분 되어 포함됨에 따라 복수의 날개를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 에너지 발전부(300)는 회전자(310)가 회전하면서 제1 대전 영역(311)이 금속 영역(321) 상에 위치하면 상호 마찰되어 제1 대전 영역(311)과 금속 영역(321) 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성할 수 있다.
일례로, 제1 대전 영역(311)은 비닐, 폴리디메틸실록산, 테플론, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 황화합물, 유리 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 대전 영역(312)은 털, 폴리프로필렌, 실크, 나일론, 고무, 및 종이 중 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 대전 영역(311)은 음의 대전 물질로 이루어지고, 제2 대전 영역(312)은 양의 대전 물질로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 금속 영역(321)은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 어느 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 에너지 발전부(300)는 고정자(320)들 사이에 회전자(310)가 위치함에 따라 전기 생산량이 증가될 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부의 구성 요소를 이미지로 예시한다.
도 3b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부(330)는 회전자(331)와 고정자(332)를 포함한다.
도 3b는 고정자(332)들 사이에 회전자(331)가 위치하는 구조를 확인 시켜 준다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부의 회전자와 고정자를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 발전부의 회전자와 고정자의 날개 수 변화에 따른 이미지를 예시한다.
도 4를 참고하면, 회전자(400), 회전자(401), 회전자(402), 회전자(403), 고정자(410), 고정자(411), 고정자(412) 및 고정자(413)를 예시한다.
회전자(400)와 고정자(410)의 날개 수가 대응하여 8개인 경우를 예시한다.
회전자(401)와 고정자(411)의 날개 수가 대응하여 16개인 경우를 예시한다.
회전자(402)와 고정자(412)의 날개 수가 대응하여 24개인 경우를 예시한다.
회전자(403)와 고정자(413)의 날개 수가 대응하여 32개인 경우를 예시한다.
회전자(400) 내지 회전자(403)와 고정자(410) 내지 고정자(413)의 날개 수에 따른 전기적 특성 변화는 도 5a 내지 도 5c를 이용하여 보충 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전기적 특성을 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전기적 특성에 대한 실험 결과를 예시한다.
도 5a 내지 도 5c에서의 전기적 특성은 도 4에서 예시된 회전자와 고정자를 이용한 실험 결과일 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전압 출력을 예시한다.
도 5a의 그래프(500)를 참고하면, 날개의 수가 8개, 16개, 24개 및 32개 인 경우에 더하여 고정자가 2중 구조인 24개(2)를 예시한다.
그래프(500)는 각 날개의 수에 따른 전압의 변화를 예시하고, 2중 구조인 24개(2)에 해당하는 전압의 출력이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전류 출력을 예시한다.
도 5b의 그래프(510)를 참고하면, 날개의 수가 8개, 16개, 24개 및 32개 인 경우에 더하여 고정자가 2중 구조인 24개(2)를 예시한다.
그래프(510)는 각 날개의 수에 따른 전류의 변화를 예시하고, 2중 구조인 24개(2)에 해당하는 전류의 출력이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
도 5c는 본 발명의 일실시예에 따른 회전자와 고정자를 구성하는 날개의 수에 따른 전하 출력을 예시한다.
도 5c의 그래프(520)를 참고하면, 날개의 수가 8개, 16개, 24개 및 32개 인 경우에 더하여 고정자가 2중 구조인 24개(2)를 예시한다.
그래프(520)는 각 날개의 수에 따른 전하의 변화를 예시하고, 2중 구조인 24개(2)에 해당하는 전하의 출력이 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
그래프(500) 내지 그래프(520)는 회전자와 고정자를 구성하는 날개들의 수가 에너지 발전부에서 생성되는 전기 에너지의 크기와 관련된 전압, 전류 및 전하의 출력의 제어에 관련됨을 나타낸다.
예를 들어, 에너지 발전부는 회전자 및 복수의 고정자를 구성하는 날개들의 수에 따라 전기 에너지와 관련된 전압, 전류 및 전하의 출력이 제어할 수 있다.
바람직하게는 에너지 발전부를 구성하는 회전자 및 고정자의 날개의 수는 24개이고, 고정자는 복수로 구성되는 것이 전기 에너지의 생성율을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 무게 측정에 기반한 태양 전지판 자가 세정 장치의 불순물 제거 성능을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 태양 전지판 자가 세정 장치에서 에너지 발전부 작동 전과 후의 먼지 무게 비교 실험을 통해 실제 먼지가 제거됨을 확인하기 위하여 세정부에 의해 제거된 먼지 무게의 100배를 제거 전 먼지 무게로 나눈 수치인 무게 기반 먼지 제거율(Weight dust removal rate)을 예시한다.
도 6의 그래프(600)를 참고하면, 지시선(601)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 0.5mm인 경우를 예시하고, 지시선(602)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 1mm인 경우를 예시하며, 지시선(603)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 2mm인 경우를 예시하고, 지시선(604)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 3mm인 경우를 예시한다.
그래프(600)는 가로축에서 회전자의 회전 속도(rotation speed)를 나타내고, 세로축에서 먼지 제거율(dust removal rate, DRE)를 나타낸다.
지시선(601) 내지 지시선(604)은 회전 속도가 증가하면 먼지 제거율이 증가하는 추세를 동일하게 나타낸다.
회전자의 회전 속도가 증가되면 전기 에너지 생성이 증가되고, 전기 에너지 생성 증가에 따른 자기장의 크기도 증가될 수 있어서 먼지 제거율이 증가되는 것일 수 있다.
지시선(601) 내지 지시선(604)과 관련하여 회전 속도에 따른 먼지 제거율의 변화는 하기 표 1 내지 표 4와 같이 정리할 수 있다.
먼지 무게에 기반한 먼지 제거율은 하기 수학식 1에 기반하여 결정된다.
[수학식 1]
수학식 1에서, DREWeight는 먼지 무게에 기반한 먼지 제거율이고, 표 1 내지 표 4에서는 먼지 생성 및 먼지 제거 후 각각의 상황에서 먼지 양과 남은 먼지 양으로 먼지 측정 무게를 기반하여 먼지 제거율을 나타낸다.
0. 5mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
먼지 양(g) 0.0124 0.0107 0.0129 0.0121 0.0119
남은 먼지 양(g) 0.0077 0.0061 0.0069 0.0061 0.0057
먼지 제거율(%) 38.71 42.99 46.51 49.59 52.10
표 1은 지시선(601)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 0.5mm인 경우일 수 있다.
1mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
먼지 양(g) 0.0107 0.0119 0.0104 0.0102 0.0108
남은 먼지 양 (g) 0.0092 0.01 0.0085 0.0077 0.0066
먼지 제거율(%) 36.70 42.61 45.54 48.67 51.67
표 2는 지시선(602)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 1mm인 경우일 수 있다.
2mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
먼지 양(g) 0.01 0.0115 0.011 0.0104 0.0111
남은 먼지 양 (g) 0.0091 0.0103 0.0097 0.0091 0.0092
먼지 제거율(%) 21.15 25.66 27.35 27.68 30.63
표 3은 지시선(603)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 2mm인 경우일 수 있다.
3mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
먼지 양(g) 0.0118 0.012 0.0112 0.01 0.0116
남은 먼지 양 (g) 0.0094 0.0092 0.0085 0.0074 0.0085
먼지 제거율(%) 20.34 23.33 24.11 26.00 26.72
표 4는 지시선(604)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 3mm인 경우일 수 있다.
지시선(601) 내지 지시선(604)에 기반한 먼지 제거율을 고려하면 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격은 0.5mm 내지 1mm인 것이 바람직할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일실시예에 따른 OM(Optical Microscope) 측정에 기반한 태양 전지판 자가 세정 장치의 불순물 제거 성능을 설명하는 도면이다.
도 7a는 OM DRE(Optical Microscope Dust Removal rate) 실험 결과를 예시하고, 도 7b 내지 도 7e는 OM DRE 실험 결과 이미지를 예시한다.
도 7은 본 발명의 태양 전지판 자가 세정 장치에서 에너지 발전부 작동 전과 후의 먼지 무게 비교 실험을 통해 실제 먼지가 제거됨을 확인하기 위하여 세정부에 의해 제거된 먼지 면적의 100배를 제거 전 먼지 면적으로 나눈 수치인 광학 이미지 기반 먼지 제거율(optical microscope dust removal rate, OM DRE)을 예시한다.
도 7a의 그래프(700)를 참고하면, 지시선(701)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 0.5mm인 경우를 예시하고, 지시선(702)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 1mm인 경우를 예시하며, 지시선(703)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 2mm인 경우를 예시하고, 지시선(704)은 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 3mm인 경우를 예시한다.
그래프(700)는 가로축에서 회전자의 회전 속도(rotation speed)를 나타내고, 세로축에서 먼지 제거율(dust removal rate, DRE)를 나타낸다.
지시선(701) 내지 지시선(704)은 회전 속도가 증가하면 먼지 제거율이 증가하는 추세를 동일하게 나타낸다.
회전자의 회전 속도가 증가되면 전기 에너지 생성이 증가되고, 전기 에너지 생성 증가에 따른 자기장의 크기도 증가될 수 있어서 먼지 제거율이 증가되는 것일 수 있다.
예를 들어, 에너지 발전부는 회전자의 회전 수에 따라 전기 에너지와 관련된 전압, 전류 및 전하의 출력이 제어될 수 있다.
광학 이미지에 기반한 먼지 제거율은 하기 수학식 2에 기반하여 결정된다.
[수학식 2]
수학식 2에서, DREOM은 광학 이미지에 기반한 먼지 제거율을 나타내고, 지시선(701) 내지 지시선(704)과 관련하여 회전 속도에 따른 먼지 제거율의 변화는 하기 표 5 내지 표 8과 같이 정리할 수 있다.
표 5 내지 표 8에서는 이전(before)은 먼지 제거 이전의 표면 먼지 비율을 나타내고, 먼지 제거후는 먼지 제거 후 표면 잔존 먼지 비율을 나타낸다.
0.5mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
이전(%) 36.3 43 53.3 28.5 34.5
먼지 제거 후(%) 22 26 30.2 15.1 15.4
먼지 제거율(%) 39.39 39.53 43.34 47.02 55.36
표 5는 지시선(701)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 0.5mm인 경우일 수 있다.
1mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
이전(%) 60.4 59.1 46 36.2 39.4
먼지 제거 후(%) 41.3 38.7 28.4 20.8 19.3
먼지 제거율(%) 31.62 34.52 38.26 42.54 51.02
표 6은 지시선(702)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 1mm인 경우일 수 있다.
2mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
이전(before) 49.8 37.63 46.07 63.23 24.61
먼지 제거 후 40.37 28.92 32.68 42.14 15.36
먼지 제거율(%) 18.94 23.15 29.06 33.35 37.59
표 7은 지시선(703)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 2mm인 경우일 수 있다.
3mm 100RPM 300RPM 500RPM 700RPM 900RPM
이전(before) 42.8 64.4 52.8 49.1 69.1
먼지 제거 후 37.6 54.2 44.1 38.1 52.5
먼지 제거율(%) 12.15 15.84 16.48 22.2 24.02
표 8은 지시선(704)과 관련되며, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 3mm인 경우일 수 있다.
지시선(701) 내지 지시선(704)에 기반한 먼지 제거율을 고려하면 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격은 0.5mm 내지 1mm인 것이 바람직할 수 있다.
도 7b는 도 7a의 지시선(701)에 대응하는 광학 이미지를 예시한다.
도 7b를 참고하면, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 0.5mm인 경우에 해당하는 이미지(710)는 먼지의 제거 전(711)과 먼지의 제거 후(712)로 구분될 수 있다.
먼지의 제거 전(711)은 표 5의 이전에 해당하고, 먼지의 제거 후(712)는 표 5의 먼지 제거 후에 해당된다.
도 7c는 도 7a의 지시선(702)에 대응하는 광학 이미지를 예시한다.
도 7c를 참고하면, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 1mm인 경우에 해당하는 이미지(720)는 먼지의 제거 전(721)과 먼지의 제거 후(722)로 구분될 수 있다.
먼지의 제거 전(721)은 표 6의 이전에 해당하고, 먼지의 제거 후(722)는 표 6의 먼지 제거 후에 해당된다.
도 7d는 도 7a의 지시선(703)에 대응하는 광학 이미지를 예시한다.
도 7d를 참고하면, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 2mm인 경우에 해당하는 이미지(730)는 먼지의 제거 전(731)과 먼지의 제거 후(732)로 구분될 수 있다.
먼지의 제거 전(731)은 표 7의 이전에 해당하고, 먼지의 제거 후(732)는 표 7의 먼지 제거 후에 해당된다.
도 7e는 도 7a의 지시선(704)에 대응하는 광학 이미지를 예시한다.
도 7e를 참고하면, 세정부를 형성하는 전극 세트에서 전극들 사이의 간격이 3mm인 경우에 해당하는 이미지(740)는 먼지의 제거 전(741)과 먼지의 제거 후(742)로 구분될 수 있다.
먼지의 제거 전(741)은 표 8의 이전에 해당하고, 먼지의 제거 후(742)는 표 8의 먼지 제거 후에 해당된다.
따라서, 본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생하기 위한 추가적인 전기 설비를 요구하지 않음에 따라 태양 전지판 자가 세정 장치 및 방법의 구현을 위한 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 먼지 제거에 따른 태양광 출력 변화를 설명하는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판의 표면에 세정부를 부착한 경우를 가정하여, 세정부의 표면에 투명 전극이 일정 간격으로 패턴된 유리 기판을 부착하고, 부착된 유리 상에 먼지를 위치 시킨 후 EDS를 이용하여 제거함에 따라 본 발명의 태양 전지판 자가 세정 장치의 세정 능력을 확인하는 실험 과정을 예시한다.
도 8a를 참고하면, 이미지(800)는 실험대를 준비한 제1 단계를 예시하고, 이미지(801)는 실험대 위에 샘플을 위치시킨 제2 단계를 예시하며, 이미지(802)는 샘플 위에 먼지를 위치시킨 제3 단계를 예시하며, 이미지(803)는 세정부의 자가 세정 능력을 통해 먼지를 제거하는 제4 단계를 예시한다.
도 8b는 도 8a에서 실행된 실험에 따른 실험 결과와 관련하여 전류 밀도 및 효율성을 예시한다.
도 8b의 그래프(810)는 제1 단계(811), 제2 단계(812), 제3 단계(813) 및 제4 단계(814)에 대한 측정 결과로 효율성을 나타낸다.
그래프(810)에 따르면 먼지가 제거된 제4 단계의 전류 밀도 및 효율성이 먼지가 위치하기 이전인 제2 단계에 근접하도록 회복되는 것을 확인시켜준다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치는 태양 전지판 상의 먼지를 효과적으로 제거하여 태양 전지판의 효율성을 회복하는 효과를 제공할 수 있다.
도 8c는 도 8a에서 실행된 실험에 따른 실험 결과와 관련하여 전류 밀도 대 전압을 예시한다.
도 8c의 그래프(820)는 제1 단계(821), 제2 단계(822), 제3 단계(823) 및 제4 단계(824)에 대한 측정 결과를 나타낸다.
그래프(820)에 따르면 먼지가 제거된 제4 단계의 전류 밀도 및 전압이 먼지가 위치하기 이전인 제2 단계에 근접하도록 측정되는 것을 예시한다.
먼지가 위치하는 제3 단계에 대비하여 제4 단계는 태양 전지판 자가 세정 장치가 태양 전지판의 전기 에너지 생산과 관련하여 월등한 효과를 제공하도록 지원할 수 있음을 확인 시켜준다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치는 태양 전지판 상의 먼지를 효과적으로 제거하여 태양 전지판의 전류 밀도 및 전압 생산성을 회복하는 효과를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부를 전력원으로 활용하여 세정부의 자기장을 생성함에 따라 태양 전지판의 표면에 부착된 불순물 제거하고, 이에 따른 태양 전지판의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 방법을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 방법이 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 하는 절차를 예시한다.
도 9를 참고하면, 단계(901)에서 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 방법이 회전자가 복수의 고정자 사이에서 회전함에 따라 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성할 수 있다.
즉, 태양 전지판 자가 세정 방법은 회전자와 복수의 고정자를 포함하고, 바람에 의해 회전자가 복수의 고정자 사이에서 회전함에 따라 회전자가 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 발생시키고, 역학적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
단계(902)에서 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 방법이 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하여 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정한다.
즉, 태양 전지판 세정 방법이 태양 전지판 상에 위치하고, 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 전기장을 이용하여 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 제거하여, 불순물을 세정할 수 있다.
다시 말해, 태양 전지판 세정 방법은 전기 에너지를 세정부의 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 형성된 자기장이 보호 필름 상에 먼지와 같은 불순물을 격퇴(repel)시켜 태양 전지판을 세정할 수 있다.
따라서, 본 발명은 자가 에너지 발전 및 공급이 가능한 에너지 발전부로부터 공급되는 전기 에너지를 이용하여 세정부의 전극이 자기장을 발생시킴에 따라 태양 전지판의 표면 상의 이물질을 제거하는 태양 전지판의 자가 세정 방법을 제공할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 동작 특성과 관련된 실험 데이터를 설명하는 도면이다.
도 10a는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 팬(fan)의 개수 및 스택(stack) 유무에 따른 먼지 제거율을 예시한다.
도 10a를 참고하면, 그래프(1000)는 가로축에서 회전 속도(rotation speed)를 나타내고, 세로축에서 먼지 제거율(dust removal rate, DRE)을 나타낸다.
그래프(1000)는 회전 속도에 관계 없이 팬의 개수가 증가하고, 스택이 존재하는 경우에 먼지 제거율이 향상되는 것을 예시한다.
여기서, 8 fan의 데이터와 24 fan의 데이터를 비교하면 팬의 개수 증가에 따른 먼지 제거율의 향상을 확인할 수 있고, 24 fan의 데이터와 24 fan(2)의 데이터를 비교하면 스택의 유무에 따른 먼지 제거율의 향상을 확인할 수 있다.
도 10b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 보호 필름을 형성하는 유전체 물질의 종류에 따른 먼지 제거율을 예시한다.
도 10b를 참고하면, 그래프(1010)는 가로축에서 유전체 물질의 종류를 PFA(Perfuo alkyl), PI(Polyimide), PET(poly(ethyleneterephthalate)) 및 나일론(Nylon) 으로 예시하고, 좌 세로축과 우 세로축에서 먼지 제거율을 나타낸다.
좌 세로축은 무게(weight) 기반이고, 우 세로축은 OM(optical microscope) 기반이다.
그래프(1010)를 참고하면, 지시선(1011)은 OM 기반 먼지 제거율을 나타내고, 지시선(1012)은 무게 기반 먼지 제거율을 나타낸다.
지시선(1011)과 지지선(1012)을 참고하면, 나일론으로 보호 필름 형성 물질을 결정하는 것이 바람직할 수 있다.
도 10c는 종래 기술에 따라 보호 필름이 없는 투명 전극이 배치된 유리 기판과 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 세정부를 비교 설명한다.
도 10c의 그래프(1020)를 참고하면, 지시선(1021)은 종래 기술을 나타내고, 지시선(1022)은 본 발명을 나타낼 수 있다.
지시선(1021)과 지시선(1022)을 비교하면 투과도에 차이가 없음에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 세정부가 태양 전지판에 적용 가능함을 확인할 수 있다.
도 10d는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 전지판 자가 세정 장치의 에너지 발전부의 회전 속도에 따른 전류 밀도 변화를 예시한다.
도 10d를 참고하면, 그래프(1030)는 가로축에서 시간의 변화를 나타내고, 세로축에서 전류 밀도의 변화를 나타낸다.
그래프(1030)는 시간이 경과할 수 록 에너지 발전부에서 회전 속도가 증가하고, 회전 속도의 증가에 따라 먼지 제거율이 증가하고, 증가된 먼지 제거율에 따라 태양 전지의 전류 밀도가 증가하는 것을 나타낸다.
즉, 에너지 발전부의 회전 속도의 증가는 먼지 제거율 증가로 이어지고, 먼지 제거율의 증가는 태양 전지의 전류 밀도 증가로 이어지는데 이는 태양 전지의 발전 효율 증가로 연결됨을 나타낸다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 태양 전지판 자가 세정 장치
110: 에너지 발전부 120: 세정부

Claims (13)

  1. 회전자와 복수의 고정자를 포함하고, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 에너지 발전부; 및
    태양 전지판 상에 위치하고, 상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 세정부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자는 제1 대전 영역과 제2 대전 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하고,
    상기 복수의 고정자는 각각은 금속 영역과 공백 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 발전부는 상기 회전자가 회전하면서 상기 제1 대전 영역이 상기 금속 영역 상에 위치하면 상호 마찰되어 상기 제1 대전 영역과 상기 금속 영역 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 상기 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 대전 영역은 비닐, 폴리디메틸실록산, 테플론, 폴리테트라 플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 황화합물, 유리 중 어느 하나의 물질로 형성되고,
    상기 제2 대전 영역은 털, 폴리프로필렌, 실크, 나일론, 고무, 및 종이 중 어느 하나의 물질로 형성되며,
    상기 금속 영역은 알루미늄, 구리, 은 및 금 중 어느 하나의 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에너지 발전부는 상기 회전자 및 상기 복수의 고정자를 구성하는 날개들의 수 및 상기 회전자의 회전 수에 따라 상기 전기 에너지와 관련된 전압, 전류 및 전하의 출력이 제어되는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세정부는 상기 태양 전지판 상에 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 상기 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 세정부는 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 상기 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 상기 형성된 자기장이 상기 보호 필름 상에 불순물을 격퇴(repel)시켜 상기 태양 전지판을 세정하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 하나 이상의 전극 세트를 이루는 각각의 전극은 구리, 폴리 폴리스티렌 설포 네이트, 탄소 나노 튜브, 은 나노 와이어, 투명한 인듐 주석 산화물 및 플로린 도핑된 주석 산화물 중 어느 하나의 물질로 형성되고,
    상기 보호 필름은 폴리이미드, 테플론, 폴리우레탄, 불소수지 필름, 이산화규소, 나일론, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 어느 하나의 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 보호 필름은 상기 태양 전지판의 표면을 이루고,
    상기 보호 필름의 두께 및 상기 하나 이상의 전극 세트에서 전극 사이 간격은 상기 불순물을 세정하는 효율과 반비례하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 장치.
  10. 회전자와 복수의 고정자를 포함하는 에너지 발전부에서, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계; 및
    태양 전지판 상에 위치하는 세정부에 있어서, 상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전자는 제1 대전 영역과 제2 대전 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하고,
    상기 복수의 고정자는 각각은 금속 영역과 공백 영역으로 구분되는 복수의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전자와 복수의 고정자를 포함하는 에너지 발전부에서, 바람에 의해 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자가 상기 복수의 고정자 사이에서 마찰되어 발생되는 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계는
    상기 회전자가 회전하면서 상기 제1 대전 영역이 상기 금속 영역 상에 위치하면 상호 마찰되어 상기 제1 대전 영역과 상기 금속 영역 사이의 접촉 전압 차이에 따른 역학적 에너지가 발생되고, 상기 발생된 역학적 에너지를 전기 에너지로 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 생성된 전기 에너지를 이용하여 전기장을 생성하며, 상기 전기장을 이용하여 상기 태양 전지판의 표면 상의 불순물을 세정하는 단계는,
    상기 태양 전지판 상에 하나 이상의 전극 세트가 위치하고, 상기 하나 이상의 전극 세트를 덮는 보호 필름을 포함하는 상기 세정부에서, 상기 전기 에너지를 상기 하나 이상의 전극 세트에 전달하고, 상기 하나 이상의 전극 세트에서 자기장을 형성하여 상기 형성된 자기장이 상기 보호 필름 상에 불순물을 격퇴(repel)시켜 상기 태양 전지판을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    태양 전지판 자가 세정 방법.
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