KR20240034700A - 열병합 발전 태양광 시스템용 고집광형 태양전지열 모듈 및 관련 부품 - Google Patents

열병합 발전 태양광 시스템용 고집광형 태양전지열 모듈 및 관련 부품 Download PDF

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KR20240034700A
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Abstract

전기 에너지 생성 및 열 에너지 수집을 위한 고집광형 태양전지열(HCPV-T) 모듈은 바닥으로부터 직립된 다수의 지지 돌출부를 구비한 베이진(basin), 복수의 집광형 광학 어셈블리 및 돌출부 위에 안착되어 광학 어셈블리를 보유하는 광학 지지 트레이를 특징으로 한다. 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈은 광학 어셈블리 아래에 정렬되어 그로부터 집광된 빛을 수신한다. 열 교환 어셈블리는 냉각 유체가 각각의 CPV 전력 모듈을 지나도록 경로를 설정한다. 각각의 CPV 전력 모듈에는 공유 기판 상에 다수의 CPV 셀이 있으며, 각각의 열 교환기 블록에는 냉각 유체가 다수의 CPV 셀을 연속적으로 지나도록 경로를 설정하는 유동 채널이 있다. 각각의 광학 어셈블리는 4개의 복합 포물면 집광기(CPC)가 결합 웹을 통해 서로 원활하게 통합된 쿼드 집광기를 특징으로 하며, 결합 웹은 집합적으로 쿼드 집광기를 CPC 홀더 위에 안정적으로 받쳐주는 지지 플랜지를 형성한다.

Description

열병합 발전 솔라 시스템용 고논도 태양광열 모듈 및 관련 구성요소
본 발명은 일반적으로 태양 에너지와 관련이 있으며, 구체적으로는 집광 광학 장치를 사용하여 태양광을 소형 집광형 태양전지(CPV)에 집중시켜 열병합발전(CHP) 분야를 위해 전기를 생성하고 열 에너지를 모으는 고농도 태양광/열 복합(HCPV-T) 태양광 집열기의 설계에 관한 것이다.
전술한 기술 분야로는 이전의 미국 실용 특허 9,739,991 및 10,133,044 및 미국 디자인 특허 USD792341에 개시된 시스템, 모듈 및 구성 요소가 있고 각각 본 출원과 한 명 이상의 발명자를 공유하며 모두 참조로 본 출원서에 포함되어 있다.
이전의 두 실용 특허 중 전자에서는 태양광 집광 광학 어셈블리의 구체적인 설계가 제안되었고, 해당 어셈블리 다수는 여러 선형으로 연결된 구불구불한 열 교환기가 바닥에 늘어선 인클로저에서 배열 방식으로 사용되며 각 열 교환기 위에 편평하게 장착된 일련의 CPV 셀에 태양광을 집중시키기 위해 광학 어셈블리의 각 행이 배치되어 있다.
이전의 두 실용 특허 중 후자에서는 매우 다른 새로운 형태의 집광 광학 어셈블리가 제안되었으며, 각각은 입사 태양광을 받기 위한 4개의 1차 축외 1/4 단면 포물선형 반사기 세트, 1차 반사기에서 반사된 태양광을 받기 위한 4개의 2차 축외 1/4 단면 포물선형 반사기의 세트, 열 에너지의 수집과 태양광 발전을 목적으로 2차 반사기에서 반사된 태양광을 받아 집광하기 위한 윈스턴 콘(Winston Cone)라고도 하는 4개의 복합 포물선형 집광기(CPC) 세트로 구성된다. 이러한 각 광학 어셈블리는 각 광학 구성 요소 하위 집합에 있는 4개의 반사기/집광기를 고려하여 광학 쿼드라고 할 수 있다.
이전 디자인 특허에서는 투명한 덮개로 덮힌 인클로저에 3x3 배열로 배치된 9개의 광학 쿼드로 구성된 태양 전지판이 개시되었다.
“저비용 하이브리드 CPV 모듈을 위한 다중 셀 설계를 통합한 어셈블리 아키텍처의 특성화”, AIP Conference Proceedings 1766, 060003(2016)의 전체가 본 출원서에 포함되어 있으며 전술한 광학 쿼드를 쿼드 수신기와 결합한 CPV 모듈이 개시되었고, 각각은 각 광학 쿼드의 4개 CPC 아래에 있는 직접 결합 구리(DBC) 단일 알루미나 세라믹 캐리어에 장착된 4개의 삼중 접합 CPV 셀 세트로 구성되어 해당 광학 쿼드의 태양광 집열 출력으로부터 전기 에너지를 생성하는 CPV 전력 모듈을 형성한다. CPV 셀은 4개의 바이패스 다이오드를 통해 별도로 보호되어 있다.
본 출원서는 태양 에너지 분야에서 매우 효율적이고 비용 효과적인 HCPV-T 솔루션의 목표를 위해 해당 종래 기술의 교시를 기반으로 한다.
본 발명의 다수의 새롭고 독창적인 양태는 정해진 순서 없이 다음과 같이 간략하게 요약된다.
본 발명의 첫 번째 양태에 따라 집광을 사용한 전기 에너지 생성 및 열 에너지 수집을 위한 고농도 태양광/열 복합(HCPV-T) 모듈에 있어서:
바닥, 그 둘레 주변에 상기 바닥으로부터 직립된 복수의 주변 벽, 상기 바닥 위의 상기 주변 벽 사이에 경계 지어진 내부 공간, 서로 이격된 위치에서 상기 내부 공간 내의 상기 바닥으로부터 직립된 복수의 지지 돌출부를 포함하는 베이진(basin);
복수의 집광형 광학 어셈블리;
상기 베이진의 상기 내부 공간 내의 설치 위치에 안착되는 광학 지지 트레이이며, 상기 광학 지지 트레이의 상부면 안으로 오목하게 리세스되고 그 위에 격자 패턴으로 배치되어 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리를 각각의 상기 광학 지지 시트 내에서 개별적으로 지지하는 광학 지지 시트의 배열을 포함하는 광학 지지 트레이;
상기 복수의 집광형 광학 어셈블리와 동일한 수량의 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈이며, 각각의 상기 CPV 전력 모듈은 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리 아래에 정렬된 관계로 위치하여 그로부터 집광된 빛을 수신하여 전력을 생성하는 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
상기 베이진의 상기 내부 공간 내에 설치되고 각각의 상기 CPV 전력 모듈을 지나 열 교환 관계에 있는 냉각 유체의 경로를 설정하도록 구성되는 열 교환 어셈블리를 포함하되;
상기 광학 지지 트레이는 상기 광학 지지 시트가 배치되는 상기 격자 패턴의 인접한 행들 사이의 위치에 있는 상기 광학 지지 트레이의 받침 지점에서 상기 베이진의 상기 돌출부 위에 안착되는 HCPV-T 모듈.
본 발명의 두 번째 양태에 따라 집광을 사용한 전기 에너지 생성 및 열 에너지 수집을 위한 고농도 태양광/열 복합(HCPV-T) 모듈의 구성 요소에 있어서:
복수의 복합 포물면 집광기(CPC)와의 각각의 정렬을 위해 공유 기판 상의 개별 위치에 장착된 다중 CPV 셀을 각각 갖는 하나 이상의 다중 셀 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
상기 하나 이상의 다중 셀 CPV 전력 모듈과 함께 각각 사용하기 위한 하나 이상의 열 교환기 블록을 포함하되, 각각의 열 교환기 블록은 내부에 구분된 미리 정의된 유동 채널을 갖고 이를 통해 상기 냉각 유체가 열 교환 관계에 있는 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈 각각의 복수의 상기 다중 CPV 셀을 지나 비선형 경로를 따르도록 연속적으로 경로가 설정되는 부품.
본 발명의 세 번째 양태에 따라 공유 기판 위에 개별적으로 배치된 다수의 CPV 셀을 가진 다중 셀 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈을 냉각하기 위한 열 교환기 구성 요소에 있어서:
냉각 유체가 상기 블록으로 유입 및 배출될 수 있는 입구 포트 및 출구 포트를 갖는 블록;
비선형 경로에서 상기 입구 포트와 상기 출구 포트를 유체적으로 상호 연결하는 상기 블록 내의 미리 정의된 유동 채널;
상기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널의 각 면을 폐쇄하는 열 전도성 물질의 벽이며, 이에 의해 상기 냉각 액체는 상기 열 전도성 벽의 내부 측면과 유동 접촉하여 상기 채널을 통해 흐르는 열 전도성 물질의 벽을 포함하되;
상기 미리 정의된 유동 채널의 상기 비선형 경로는 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈의 상기 공유 기판 상의 상기 CPV 셀의 각각의 위치에 일치하는 레이아웃에서 상기 열 전도성 물질의 벽 영역에 걸쳐 이격된 위치에 분포된 복수의 개별 지점을 연속적으로 통과하고, 상기 열 전도성 벽의 외부 측면은 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈의 상기 공유 기판에 대해 안착 장착되도록 형상 및 크기가 지정되며, 이에 따라 상기 미리 정의된 유동 채널을 통해 경로가 설정된 상기 냉각 유체는 특히 상기 열 전도성 물질의 벽을 통해 상기 CPV 셀이 차지하는 핫스팟을 목표로 하는 방식으로 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈과 열 교환 관계에 있는 열 교환기 구성요소.
본 발명의 네 번째 양태에 따라 집광을 사용한 전기 에너지 생성 및 열 에너지 수집을 위한 고농도 태양광/열 복합(HCPV-T) 모듈에 있어서:
지지대;
상기 지지대 위에 설치된 복수의 집광형 광학 어셈블리;
상기 복수의 집광형 광학 어셈블리와 동일한 수량의 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈이며, 각각의 상기 CPV 전력 모듈은 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리 아래에 정렬된 관계로 위치하여 그로부터 집광된 빛을 수신하여 전력을 생성하는 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
상기 지지대 위에 설치되는 열 교환 어셈블리를 포함하되, 상기 열 교환 어셈블리는:
상기 복수의 CPV 전력 모듈과 동일한 수량의 복수의 열 교환기 블록이며, 각각의 열 교환기 블록은 입력 포트, 출력 포트 및 그 사이에 확장된 미리 정의된 유동 채널을 갖고, 이로써 냉각 유체가 상기 유동 채널을 통해 상기 입력 포트에서 상기 출력 포트로 흐르는 경로가 설정되며, 상기 유동 채널은 열 전도성 물질의 벽에 의해 상기 열 교환기 블록의 각각의 면에서 폐쇄되고, 그 외부에는 상기 CPV 전력 모듈 각각이 장착되어 있으며, 이로써 상기 미리 정의된 유동 채널을 통해 경로가 설정되는 상기 냉각 유체는 상기 열 전도성 물질의 벽을 통해 상기 CPV 전력 모듈과 열 교환 관계에 있는 복수의 열 교환기 블록; 및
상기 복수의 열 교환기 블록으로, 상기 복수의 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 복수의 열 교환기 블록 사이로 상기 냉각 유체를 전달하기 위해 상기 복수의 열 교환기 블록의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트에 연결된 복수의 연결 도관을 포함하는, HCPV-T 모듈.
본 발명의 다섯 번째 양태에 따라 다음을 포함하는 다중 콘 태양광 집광기에 있어서:
각각의 중심축에 대해 축외 포물면 관계인 포물선형 내부를 구분하는 각각의 원추형 외벽을 각각 갖고 상기 중심 축 주위로 상기 원추형 외벽이 원주 방향으로 걸쳐 있는 복수의 복합 포물면 집광기(CPC)를 포함하되;
상기 복수의 CPC는 상기 복수의 CPC가 다음 특징 중 적어도 하나에 의해 서로 일체로 상호 연결되는 단일 구조의 이음매 없이 통합된 구성요소인 다중 원추형 태양광 집광기:
(a) 상기 단일 구조의 복수의 결합 웹이며, 이의 각각은 각각의 인접한 CPC 쌍 사이에 걸쳐 있고, 개별 높이에서 이의 외부 벽에 대한 일체형 부착을 통해 상기 각각의 인접한 CPC 쌍을 함께 결합하는 반면, 상기 결합 웹에 의해 점유되지 않은 다른 높이에서 상기 인접한 CPC 쌍의 외벽을 서로 이격되고 부착되지 않은 관계로 남겨두는 복수의 결합 웹; 및/또는
(b) 각각의 인접한 CPC 쌍의 상기 외벽의 서로에 대한 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합이며, 이는 축방향으로 대향하고 더 좁은 출구 개구에 비해 상기 인접한 CPC 쌍의 상기 포물선형 내부의 더 넓은 입구 개구에 더 근접한 관계인 상부 영역에서 이루어지는 반면, 이의 다른 영역에서 상기 인접한 CPC 쌍의 상기 외벽을 서로 이격되고 부착되지 않은 관계로 남겨두는 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합.
이제 본 발명의 일 실시예가 다음의 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이다:
도 1은 CHP 솔라 시스템에 사용하기 위한 HCPV-T 태양광 집광기 모듈의 전체 조립도이다.
도 2는 별도의 광학, 전기/열 및 지지대 하위 어셈블리를 보여주는 HCPV-T 태양광 집광기 모듈의 분해도이다.
도 3은 도 2의 지지대 하위 어셈블리를 분리하여 조립한 모습이다.
도 4는 도 3에 도시된 지지 베이진 하위 어셈블리의 분해도이다.
도 5는 도 2의 전기/열 하위 어셈블리를 분리하여 조립한 모습이다.
도 6은 도 5의 전기/열 하위 어셈블리의 부분 분해도이다.
도 7은 도 2의 광학 하위 어셈블리를 분리하여 조립한 모습이다.
도 8은 도 7의 광학 하위 어셈블리의 부분 분해도이다.
도 9는 도 1의 HCPV-T 태양광 집광기 모듈을 A-A 선으로 표시된 절단면에서 본 입면 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 동일한 단면의 사시도이다.
도 11은 CPC 홀더, 그 위에 장착된 쿼드 집광기 및 CPC 홀더가 쿼드 셀 CPV 전력 모듈의 CPV 셀 4개에서 4개의 CPC를 대상으로 한 위치로 쿼드 집광기를 운반하기 위해 그 위에 장착된 쿼드 셀 CPV 전력 모듈의 사시도이다.
도 12는 도 11의 CPC 홀더 및 쿼드 셀 전력 모듈을 설명하기 위해 쿼드 집광기를 제거한 사시도이다.
도 13은 도 11의 쿼드 집광기를 분리한 평면 사시도이다.
도 14는 도 13의 쿼드 집광기의 하부 사시도이다.
도 15는 도 11의 쿼드 셀 CPV 전력 모듈을 분리한 평면 사시도이다.
도 16은 도 11의 쿼드 셀 CPV 전력 모듈이 액체 냉각을 위해 장착될 수 있는 상부 작업면에서 본, 도 5의 전기/열 하위 어셈블리의 열 교환기 블록의 사시도이다.
도 17은 도 4의 지지 베이진 하위 어셈블리의 바닥에 장착된 도 1의 HCPV-T 모듈을 조립하는 동안 도 16의 열교환기 블록을 반대쪽 바닥에서 바라본 또 다른 사시도이다.
도 1은 집광된 태양광을 사용한 전기 에너지 생성 및 열 에너지 수집에 유용한 본 발명의 조립된 고농도 태양광/열 복합(HCPV-T) 태양광 집광기 모듈(10)을 도시한다. 도 2의 분해도에 따라 모듈은 다른 하위 어셈블리를 수용하고 고정하기 위한 지지 베이진 하위 어셈블리(12), 입사 태양광을 집광하는 데 사용되는 광학 하위 어셈블리(14) 및 해당 태양광 집광으로부터 전기를 생성하고 그로부터 열 에너지를 수집하는 전기/열 하위 어셈블리(16)으로 구성되어 있다.
지지 베이진 하위 어셈블리(12)는 직사각형 투명 유리 시트(22)(예: 저철분 강화 유리)와 직사각형 주변 프레임(24)으로 구성되어 기본 주변 씰(26)이 있는 유리 시트(22)의 외부 주변 영역 상부에 장착된 직사각형 지지 베이진(18) 및 협력 커버(20)을 특징으로 한다. 이러한 배열을 통해 주변 프레임(24)이 지지 베이진(18)에 고정되면 하단의 유리(22)가 단단히 고정되어 지지 베이진(18)에서 처음에 개방되어 있던 상부를 폐쇄한다. 지지 베이진(18)은 직사각형 바닥(28)을 특징으로 하며, 이는 직사각형 바닥(28)의 각 측면에 직립한 4개의 경계 벽(30) 세트를 포함한다. 해당 주변 벽의 상부 가장자리(30A)는 베이진의 개방형 직사각형 상부를 협력적으로 구분한다. 따라서 커버의 주변 프레임(24)이 주변의 가장자리(30A)에 고정되어 커버 유리(22)를 개방된 상부에 완전히 걸쳐 있는 위치에서 베이진에 고정한다. 베이진이 폐쇄된 상태에서 해당 내부 공간은 4개의 주변 벽(30) 사이에서 수평으로, 그리고 베이진 바닥(28)과 커버 유리(22) 사이에서 수직으로 경계가 정해진다. "수평" 및 "수직"이라는 방향 용어는 도시된 모듈의 방향과 관련하여 사용되며, 여기서 베이진 바닥은 베이진 주변 벽이 직립하는 수평 기준 평면에 위치하는 것으로 이해한다. 이러한 방향성은 도면에서 여러 구성요소 및 특징의 상대적인 방향을 설명하기 위해서만 사용되며, HCPV-T 모듈(10)의 의도된 작동 위치 또는 방향을 구체적으로 나타내지는 않는다.
베이진(18)은 편평한 바닥(20) 대신에 그 내부 공간 전체에서 이격되고 균일하게 배열된 위치에서 베이진(18)의 내부 공간 내의 바닥을 기준으로 직립한 다수의 지지 돌출부(32A, 32B)를 특징으로 한다. 도시된 실시예에는 베이진(18)의 주변 벽(30)을 형성하는 내부로 이격된 거리에 존재하는 4개의 독립형 돌출부(32A)가 있다. 추가로, 도시된 실시예는 주변 벽(30)이 교차하는 베이진 모서리에서 베이진의 주변 벽(30)에 직접 부착된 4개의 벽 부착 모서리 돌출부(32B)와 베이진의 4개 모서리 사이의 중앙 영역에서 베이진의 외곽 벽에 직접 부착된 8개의 벽 부착 중간벽 돌출부(32C)를 특징으로 한다. 도시된 예에서 각각의 주변 벽(30)은 2개의 중간벽 돌출부(32C)를 특징으로 한다.
베이진(18)의 2개의 직교 관계형 수평 치수 각각에서, 해당 치수는 베이진의 4개 주변 벽(30) 중 각각 반대되는 베이진 바닥(28)의 쌍을 가로질러 측정되고, 2개의 반대되는 중간 벽(30) 중 하나에 있는 각각의 중간벽 돌출부(32C)는 2개의 반대되는 주변 벽(30) 중 반대편에 있는 중간벽 돌출부(32C)와 정렬되며 2개의 반대되는 주변 벽 사이에 있는 4개의 독립형 돌출부(32A) 중 2개와도 정렬된다. 4개의 정렬된 돌출부는 각각 내부 돌출부 행을 구성하며, 베이진의 2개 수평 치수 각각에 이 중 2개의 내부 행이 있다. 베이진의 2개의 수평 치수 각각에는 2개의 외부 행이 있으며, 각각은 그 방향으로 있는 두 개의 중간 벽(30) 중 하나에 있는 4개의 벽 부착 돌출부(2개의 모서리 돌출부(32B) 및 2개의 중간벽 돌출부(32C))로 구성되어 있다. 따라서 도시된 예에는 베이진의 2개의 수평 치수 각각에 돌출부가 4개씩 있는 4개의 행이 있다. 행은 균일한 간격으로 떨어져 있으며, 그 결과 베이진 바닥(28)의 직사각형 공간에 걸쳐 균일하게 분포된 격자 패턴으로 배치된 4x4 직사각형 배열의 돌출부가 형성된다.
독립 돌출부(32A) 및 중간벽 돌출부(32C)는 위쪽으로 테이퍼진 형상이며, 베이진 바닥(28)으로부터 베이진(18)의 개방 상부를 향해 갈수록 좁아진다. 주변 벽에 부착되지 않은 3차원 독립 형태로, 독립 돌출부(32A)는 베이진의 수평 차원 양쪽에서 테이퍼져 있으며, 예를 들어 도시된 실시예에서는 정사각형 기반 피라미드 형상을 갖는다. 중간벽 돌출부(32C)는 부착되는 각각의 벽의 수평 차원에서만 위쪽으로 테이퍼지고, 따라서 각각의 주변 벽(30)으로부터 안쪽으로 짧은 거리로 돌출하는 삼각형 돌기와 유사한 보다 2차원적인 형태를 갖는다. 모서리 돌출부(32B)는 베이진(18)의 주어진 모서리에서 교차하는 2개의 주변 벽의 이웃하는 영역으로부터 안쪽으로 짧은 거리로 돌출된 작은 리브와 유사하다. 각각의 모든 돌출부(32A-32C)는 주변 벽(30)보다 약간 짧지만 높이는 다른 돌출부와 동일하며, 이에 따라 돌출부의 상단 끝은 모두 베이진의 수평 바닥(28)에서 상승된 공통 수평면에 위치하며, 커버 유리(22)의 밑면에 대해 아래쪽으로 오프셋된 관계로 약간 아래 높이에 위치하지만, 베이진의 개방 상단의 수평면에 더 가깝다.
도 7 및 8을 참조하면, 광학 하위 어셈블리(14)는 베이진(18)의 내부 공간 내에 수용되는 설치 위치에 배치하기 위한 광학 지지 트레이(34)를 특징으로 하며, 더 구체적으로는 배열된 베이진 돌출부(32A-32C)의 상단 끝에 안착된다. 광학 지지 트레이(34)는 광학 지지 시트(36)의 배열을 특징으로 하며, 그 중 하나가 도 8에서 비어 있는 것으로 도시되어 있다. 각각의 광학 지지 시트(36)는 트레이(34)의 상부면 내로 오목하게 리세스되어 있다. 광학 지지 시트(36)는 각각의 광학 지지 시트(36)에 있는 각각의 집광형 광학 어셈블리(40)의 각각의 개별적인 지지를 위해 지지 트레이(34) 상에 직사각형 격자 패턴으로 배치된다. 광학 지지 트레이(34)에 있는 지지 시트(36)의 격자 직사각형 배열은 이의 각각의 두 차원에서 지지 베이진(18)에 있는 돌출부(32A-32C)의 격자 직사각형 배열보다 한 행 더 작다. 따라서, 지지 베이진(18)에 4×4 배열의 돌출부를 갖는 도시된 예에서, 광학 트레이는 3×3 배열의 광학 지지 시트(36)를 특징으로 하며, 광학 지지 시트(36)의 행은 광학 지지 트레이(34)가 그 위에 안착될 때 돌출부(32A-32C)의 행 간에 특정적으로 위치된다. 따라서 각각의 오목하게 리세스된 지지 시트(36)는 트레이(34)의 4개의 각각의 받침 지점(38) 세트에 의해 이의 4개의 모서리에서 인접해 있다. 이러한 받침 지점(38)에서 트레이(34)가 트레이의 설치 위치에서 4개의 베이진 돌출부(32A-32C)의 각각의 세트 위에 안착된다. 결과적으로, 각각의 지지 시트(36)는 이러한 4개의 베이진 돌출부(32A-32C)의 각각의 세트 사이의 공간에서 아래쪽으로 늘어지게 된다.
광학 하위 어셈블리(14)는 집광형 광학 어셈블리(40)의 배열을 특징으로 하며, 각각은 광학 지지 트레이(34)의 광학 지지 시트(36) 중 각각 하나에 설치된다. 도시된 바와 같이, 각각의 집광형 광학 어셈블리(40)(간단히 광학 어셈블리)는 출원인의 현재 통합된 미국 특허 제10,133,044호에 기술된 유형일 수 있다. 따라서, 도시된 실시예의 각각의 광학 어셈블리(40)는 중심 수직 기준 축에 대해 축외 및 안쪽으로 오목한 관계에 있는 4개의 1차 1/4 단면 포물선 반사기로 구성되고 중심 수직 기준 축을 중심으로 1차 1/4 단면 반사기가 집합적으로 걸쳐 있고 그쪽으로 입사 태양광을 반사시키도록 배치되는 1차 쿼드 거울(42), 1차 쿼드 거울(42)의 바닥 위의 높은 관계에서 그로부터 반사된 태양광을 수신하도록 중심 수직 기준 축에 대해 축외 및 바깥쪽으로 볼록한 관계에 있는 4개의 2차 1/4 단면 포물선 반사기로 구성되는 2차 쿼드 거울(44), 및 4개의 복합 포물면 집광기(CPC)(48)로 구성되고 이는 2차 쿼드 거울(44)로부터 하향 반사광을 수신하고 이 반사광을 집광시켜 이러한 CPC(48)의 바닥 출구 개구로부터 반사광의 최종적으로 집광된 방출을 위한 것인 쿼드 집광기(46)를 포함한다.
각각의 광학 어셈블리(40)는 중심 기준 축에서 오목하게 마주보게 되는 1차 1/4 단면 포물선 반사기들 사이에 개방되어 있는 1차 쿼드 거울(42)의 중앙 바닥 개구(52A)를 통해 쿼드 집광기(46)와 2차 쿼드 거울(44) 모두를 지지하도록 설계된 CPC 홀더(50)를 더 포함한다. CPC는 또한 당업계에서 윈스턴 콘(Winston cone)으로도 알려져 있으며, 따라서 본원에서도 또한 그렇게 지칭될 수 있다. 윈스턴 콘은 미국 특허 번호 3,923,381, 미국 특허 번호 4,003,638 및 미국 특허 번호 4,002,499에서 설명되고 예시되며, 이들 모두는 그 전체 내용이 참고로 여기에 포함되어 있으며, Ari Rabl의 "Comparison of Solar Concentrators"라는 제목의 출판물, Solar Energy, 18권, 93-111페이지에서 설명되고 예시된다.
전기/열 하위 어셈블리(16)는 도 5 및 6에 도시되며, 광학 어셈블리(40)의 수와 동일한 수량으로 제공되는 쿼드 셀 CPV 전력 모듈(54)의 배열을 특징으로 한다. 조립된 HCPV-T 모듈(10)에서, 이러한 쿼드 셀 CPV 전력 모듈(54)은 베이진(18)의 내부 공간 내의 광학 어셈블리(40) 아래, 더 구체적으로 설치된 광학 지지 트레이(34) 아래에 각각 정렬된 위치에 존재한다. 각각의 쿼드 셀 CPV 전력 모듈(54)(그 중 하나가 도 15에 분리되어 도시됨)은 4개의 CPV 셀(58)이 장착된 공유 기판 또는 캐리어(56)를 특징으로 하며, 4개의 CPV 셀의 기판의 2D 평면에서의 서로 상대적인 간격은 각각의 광학 어셈블리(40)에 있는 쿼드 집광기(46)의 4개의 CPC(48)의 4개의 출구 개구의 상대적인 간격과 일치한다. 레이아웃과 간격은 4개의 CPV 셀(58)이 각각 가상 정사각형의 4개의 모서리에 위치하도록 되어 있다. 공유 기판(56)은 또한 도시된 예에서 정사각형이지만, 모서리가 4개의 CPV 셀(58)에 의해 점유되는 더 작은 가상 정사각형은 기판(56)의 중앙에서 수직으로 교차하는 기준 축에 대해 더 큰 정사각형 기판으로부터 45도 회전 오프셋된다. 따라서, 각각의 CPV 셀은 기판의 4개 주변 에지 중 하나 각각을 따라 대략 중간에 위치하며 기판으로부터 안쪽으로 짧은 거리를 두고 위치한다. 기판(56)은 DBC 단일 알루미나 세라믹 캐리어일 수 있고, CPV 셀은 C4MJ 4세대 삼중 접합 태양 전지일 수 있다. 사용 가능한 쿼드 셀 CPV 전력 모듈 설계에 대한 자세한 내용은 여기에 포함된 앞서 언급한 AIP 출판물을 참조할 수 있다.
도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 각각의 CPV 전력 모듈(54)은 완성된 HCPV-T 모듈(10)의 조립 및 작동 상태에서 CPV 전력 모듈(54)을 냉각시키기 위해 냉각 유체(예를 들어 물/글리콜 혼합물)가 순환되는 각각의 열 교환기 블록(60) 위에 장착된다. 바람직하게는, HCPV-T 모듈(10)은 가열된 냉각 유체가 예를 들어 바닥 난방, 주변 난방 또는 기타 온수 적용과 같은 목적으로 온수 탱크와의 열 교환을 위해 잘 사용되는 복합 전력 및 난방(CPH) 적용에 사용된다. 각각의 열 교환기 블록(60)은 4개의 베이진 돌출부(32A, 32C)들 사이에 중심을 둔 각각의 지점에서 바닥(28) 위의 지지 베이진(18) 내에 장착되어 광학 지지 트레이(34)의 각각의 광학 지지 시트(36) 아래에 정렬되고, 따라서 마찬가지로 지지 시트(36)에 설치된 각각의 광학 어셈블리(40) 아래에 정렬된다. 따라서, 각각의 열 교환기 블록(60) 및 그 위에 설치된 각각의 CPV 전력 모듈(54)은 광학 어셈블리(40)의 3x3 격자 내의 각각의 지점과 정렬되어 배열된 베이진 돌출부(32A-32C)의 격자 행들 사이의 대응 지점에 위치한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 열 교환기 블록(60) 중 분리된 것이 도시되어 있다. 블록(60)은 평면도에서 정사각형 형상의 상부 작업면(62)(도 16), 외부 둘레가 평면도에서 같거나 유사한 크기의 정사각형 형상인 대향 바닥(64)(도 17), 및 상부 작업면(62)의 정사각형 향상과 대향하는 정사각형 바닥(64) 주변으로 걸쳐 있는 4개의 외부 측면(66A-66D)을 갖는다. 블록(60)의 제1 외측면(66A)은 외부로부터 블록(60) 내로 개방되는 입구 포트(68)를 갖고, 블록의 제1 외측면(66A)으로부터 외부로 돌출하는 각각의 커플링 넥(70A)에 의해 둘러싸여 있어 유연한 호스를 그곳에 연결하여 연결 도관 역할을 할 수 있게 하여 이를 통해 완성된 HCPV-T 모듈(10)을 사용하는 동안 펌핑된 유체 순환 중에 냉각 유체가 블록(60)으로 들어갈 수 있다. 블록(60)의 제2 외측면(66B)은 제1 외측면(66A)에 이웃하는 관계로 존재하며, 입구 포트(68)를 통해 블록(60)으로 공급된 냉각 액체가 후속적으로 블록(60)을 빠져나갈 수 있는 출구 포트(72)를 특징으로 한다. 입구 포트(68)와 마찬가지로, 출구 포트(72)는 블록의 제2 외측면(66B)으로부터 외부로 돌출하는 각각의 커플링 넥(70B)에 의해 둘러싸여 있어 유연성 호스를 그곳에 연결하여 다시 연결 도관 역할을 할 수 있게 하며, 이번에는 이를 통해 완성된 HCPV-T 모듈(10)을 사용하는 동안 펌핑 유체 순환 중에 냉각 유체가 블록으로부터 배출될 수 있다.
2개의 커플링 넥(70A, 70B)은 이를 통과하는 각각의 포트(68, 72)의 명명 규칙에 따라 입구 넥(70A) 및 출구 넥(70B)으로서 고유하게 본원에서 지칭될 수 있다. 입구 및 출구 포트(68, 72)는 각각 블록의 각각의 외측면(66A, 66B)을 따라 중간 지점에 존재한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 블록의 제3 외측면(66C)은 제2 외측면(66B)의 반대편에 있는 블록의 측면을 지칭하고, 블록의 제4 외측면(66D)은 제1 외측면(66A)의 반대편에 있는 블록의 마지막 측면을 지칭한다.
블록(60)은 입구 및 출구 포트(68, 72)를 서로 유동적으로 상호 연결하는 비선형 경로를 따르는 고정된 형상의 미리 정의된 유동 채널(74)을 형성하여, 그 사이에서 완성된 HCPV-T 모듈(10) 내의 블록을 통한 펌핑 유체 순환 중에 냉각 유체의 유동을 가능하게 한다. 유동 채널(74)의 비선형 경로는 이를 통해 펌핑되는 냉각 유체가 블록(60)에 설치된 각각의 CPV 전력 모듈(54)에 있는 4개의 CPV 셀(58) 모두의 위치를 연속적으로 통과하도록 특정적으로 설계된다. 이러한 방식으로, 냉각 유체는 CPV 모듈(54)의 가장 집광된 핫스팟, 즉 집광된 태양광이 쿼드 집광기(46)의 4개의 CPC(48)에 의해 특별히 집광되는 CPV 셀(58)을 지나도록 타겟 방식으로 특정적으로 경로를 설정한다. 블록의 상부 작업면(62)은 상부 작업면(62)의 대부분을 차지하는 정사각형 외부 둘레의 편평한 중앙 수용 영역(76)을 갖고, 나머지는 중앙 수용 영역(76)을 둘러싸는 약간 상승된 외부 림(78)에 의해 점유된다. 유동 채널(74)은 블록의 상부 작업면(62)의 중앙 수용 영역(76) 안으로 리세스되어 있고, 입구 포트(68)와 출구 포트(72) 사이의 유동 채널의 비선형 경로는 3개의 아치형 곡선 세그먼트(74A-74C)로 구성된다.
제1 아치형 세그먼트(74A)는 블록의 제1 외측면(66A)을 따르는 중간 지점에서 제1 외측면 근처의 외부 림(78)의 바로 내부 위치에서 입구 포트(68)로의 이의 연결에서 시작점을 갖는다. 제1 세그먼트(74A)는 블록의 제3 외부 측면(66C)을 따르는 중간 지점에서 제3 외부 측면 근처의 외부 림(78) 바로 내부의 각각의 끝점까지 원호를 이룬다. 따라서 제1 세그먼트(74A)의 이러한 끝점은 블록(60)의 출구 포트(72) 바로 건너편에 위치한다. 제1 세그먼트(74A)의 아치형 곡률은 이의 오목한 측면이 제1 및 제3 외측면(66A, 66C)이 교차하는 블록의 모서리를 향해 바깥쪽으로 향하는 반면, 이의 볼록한 측면은 블록의 가상 대각선을 가로지르는 제1 세그먼트와 대칭된 관계에 있고 블록의 중심점을 가로질러 제1 세그먼트의 반대편에 놓인 제3 세그먼트(76C)를 향하도록 되어 있다. 제2 아치형 세그먼트(74B)의 시작점이기도 한 제1 아치형 세그먼트(74A)의 끝점으로부터, 제2 아치형 세그먼트는 블록의 제4 측면(66D)을 따르는 중간 지점에서 제4 측면 근처의 외부 림(78) 바로 내부의 해당 끝점까지 원호를 이룬다. 제2 세그먼트(74B)의 아치형 곡률은 그 볼록한 측면이 제3 및 제4 측면(66C, 66D)이 교차하는 블록의 모서리를 향해 바깥쪽으로 향하도록 되어 있다. 제3 아치형 세그먼트(74C)의 시작점이기도 한 제2 아치형 세그먼트(74B)의 끝점으로부터, 제3 아치형 세그먼트(74C)는 블록의 제2 측면(66B)을 따르는 중간 지점에서 제2 측면 근처의 외부 림(78) 바로 내부의 해당 끝점까지 원호를 이룬다. 제3 세그먼트(74B)의 아치형 곡률은 이의 오목한 측면이 제2 및 제4 측면(66B, 66D)이 교차하는 블록의 모서리를 향해 바깥쪽을 향하는 반면, 이의 볼록한 측면이 앞에서 언급한 블록의 가상 대각선을 가로질러 대칭된 관계에 있는 제1 세그먼트(74A)의 볼록한 측면을 향하도록 되어 있다. 이의 해당 끝점에서, 제3 세그먼트(74C)는 블록(60)의 출구 포트(72)에 연결된다.
블록 상단 작업면의 정사각형 수용 영역(76)은 이의 외부 모서리 근처, 외부 림(78) 바로 내부에 4개의 고정 개구(80)를 가진다. 이러한 개구는 수용 영역(76)의 전체 또는 실질적 전체를 차지하는 위치에서 블록(60)의 상단 작업면(62)에 열 전도성 물질의 정사각형 판, 예를 들어 구리 판(82)을 장착할 수 있게 한다. 따라서 장착된 구리 판(82)은 공정에서 리세스된 유동 채널(74)의 개방된 상부면을 완전히 덮는다. 리세스된 유동 채널(74)의 개방된 상부면의 유밀한 폐쇄를 제공하기 위해, 밀봉 홈(84)은 또한 유동 채널의 개방된 상단을 완전히 둘러싸는 방식으로 블록(60)의 수용 영역(76) 내로 리세스되며, 이러한 밀봉 홈(84)에 일치하는 형상의 압축 가능한 밀봉부(86)가 그 안에 수용된다. 이는 도 6에서 볼 수 있으며, 여기서 열 교환기 블록(60) 중 하나는 이의 구리 판(82) 및 압축성 밀봉부(86)와 분해된 관계로 도시되어 있으며, 이는 조립 중에 리세스된 유동 채널(74)의 개방된 상부면을 유체 기밀 방식으로 폐쇄하기 위해 블록과 판 사이에 끼워져 있다. 결과적으로, 열 교환기 블록(60)을 통해 펌핑될 때, 냉각 유체는 유동 채널(74)의 상부면에서 열 전도성 구리 판(82)과 물리적으로 접촉하는 유동 채널(74)을 통해 흐른다.
구리 판(82)은 CPV 전력 모듈(54)(도 15)의 공유 기판(56)의 3개의 대응 장착 개구(88B)와 일치하는 관계의 레이아웃으로 내부에 3개의 장착 개구(88A)(도 6)를 갖고, 히터 교환기 블록의 상단 작업면(62)의 수용 영역(76)에 3개의 추가 대응 장착 개구(88C)를 갖는다. 이러한 장착 개구(88A-88C)의 세트를 정렬하고 아래에 더 자세히 설명되는 방식으로 이를 통해 적합한 패스너(110)를 공급함으로써 CPV 전력 모듈(54)은 전력 모듈의 공유 기판(56)의 밑면을 구리 판(82)과 동일한 높이로 배치하는 위치에서 구리 판(82)과 아래에 놓인 열 교환기 블록(60)에 고정된다. 장착 개구(88A-88C)의 레이아웃은 전력 모듈 기판(56)의 정사각형 형상이 구리 판(82)의 정사각형 형상 및 열 교환기 블록의 아래에 놓인 수용 영역(76) 모두와 정렬되도록 되어 있다. 전술한 바와 같이, CPV 전력 모듈(54)의 각각의 CPV 셀(58)은 기판의 4개의 주변 에지 각각을 따라 대략 중간에 위치하며, 이로부터 안쪽으로 이격된 거리에 위치한다. 이러한 CPV 셀 위치는 3개의 아치형 유동 채널 세그먼트(74A-74C)의 시작점과 끝점이 열 교환기 블록(60)의 외부 림(78)으로부터 안쪽으로 짧은 거리에서, 블록의 수용 영역(76)의 각각의 주변 경계를 따라 존재하는 중간 위치와 일치한다.
따라서, 제1 유동 채널 세그먼트(74A)의 시작부터 제3 유동 채널 세그먼트(74C)의 끝까지의 냉각 유체의 유동 경로에서, 냉각 유체는 열 교환기 블록(60)의 열 전도성 구리 판(82) 위에 장착되는 CPV 전력 모듈(54) 상의 4개의 CPV 셀(58) 모두의 위치를 연속적으로 통과하여 흐른다. 이는 특히 CPV 전력 모듈(54)의 특정 핫스팟으로 냉각 유체를 타겟 방식으로 지향시킴으로써 CPV 모듈(54)의 효과적이고 효율적인 냉각을 제공한다. CPV 전력 모듈 기판(56)이 매립형으로 장착되는 구리 또는 기타 열 전도성 물질로 된 판(82)은 이를 통한 최적의 열 전달을 보장하는 반면, 열 교환기 블록(60)의 나머지 부분은 성형된 플라스틱 또는 기타 더 저렴하고/하거나 전도성 구리 판(82)보다 덜 열 전도성인 물질로 만들어질 수 있다. 구리 판(82)은 특히 유동 채널을 통해 이동하는 냉각 유체와 열 교환기 블록에 장착된 CPV 전력 모듈 사이의 열 전달을 최적화하기 위해 CPV 전력 모듈이 장착되는 채널의 상부면에서 전략적으로 배치된 열 전도성 벽 역할을 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 가요성 호스(90) 또는 다른 연결 도관은, 예를 들어, 바람직하게는 열 교환기 블록(60)의 바브형(barbed) 커플링 넥(70A, 70B)에 있는 호스 클램프(92)를 사용하여 열 교환기 블록(60)의 입구 및 출구 포트(68, 72)에 연결 가능하다. 호스(90) 및 열 교환기 블록(60)은 조립된 HCPV-T 모듈(10)의 모든 광학 어셈블리(40)의 각각의 CPV 전력 모듈(54)을 냉각시키기 위해 냉각 유체가 열 교환기 블록(60)을 통해 연속적으로 펌핑되는 조립된 열 교환기 회로를 형성한다. 이러한 열 교환기 회로를 HCPV-T 모듈(10) 외부의 펌핑 소스와 연결하기 위해 유체 유입 및 유체 배출 포트(94A, 94B)는 지지 베이진(18)의 내부를 베이진 외부의 주변 외부 환경과 연결한다. 예시된 실시예에서, 이러한 유체 포트(94A, 94B)는 하나 이상의 베이진의 독립 돌출부(32A)의 중공형 내부를 통해 실현된다. 초기 흡입 및 최종 배출 호스(90A, 90B)는 이러한 유입 및 배출 포트(94A, 94B)에서 적합한 호스 피팅에 연결되고, 각각 회로의 제1 열 교환기 블록의 입구 포트(68) 및 회로의 최종 열 교환기 블록의 배출 포트(72)로 연결된다. 한편, 다른 호스(90)는 그 대신 각각 하나의 열 교환기 블록의 출구 포트(72)를 다른 열 교환기 블록의 입구 포트(68)에 연결한다. 도시된 바와 같이, 호스 형상의 변화가 회로의 한 열 교환기 블록에서 다른 열 교환기 블록으로 연속적으로 확장되는 데 필요한 경우, 호스(90)는 2개의 인접한 독립 베이진 돌출부(32A)들 사이를 각각 통과하기 위한 선형 호스와, 독립 베이진 돌출부(32A) 중 하나의 여러 측면 주위에서 각각 만곡되는 곡선형 호스를 포함할 수 있다.
전기/열 하위 어셈블리(16)는 또한 CPV 전력 모듈(54)로의 전기 연결을 위한 배선(96)을 포함하며, 그 중 전선은 베이진의 주변 벽(30)을 따라 내부로 경로가 설정될 수 있고 베이진 돌출부(32A-32C) 행 간의 CPV 전력 모듈(54)에 연결될 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 양극 및 음극 전선용 배선 단자(98A, 98B)는 선택적으로 하나 이상의 베이진 돌출부(32A-32C) 상에 지지될 수 있다. 예시된 예에서, 2개의 배선 단자(98A, 98B)는 각각 서로 다른 베이진 주변 벽의 각각의 중간벽 돌출부(32C)에 장착되어, 베이진의 주변 벽(30)을 따라 내부로 경로가 설정된 배선에 의해 직접적이고 쉽게 도달할 수 있는 위치에 있다. 유체 유입 및 배출 포트(94A, 94B)와 마찬가지로, 하나 이상의 배선 포트, 예를 들어 별도의 양극 및 음극 배선 포트(100A, 100B)가 주변 외부 환경에 대해 베이진 내부에 제공되고, 도시된 바와 같이 선택적으로 하나 이상의 내부가 중공형인 독립 베이진 돌출부(32A)에 위치하여, 양극 및 음극 리드 와이어(96A, 96B)가 내부 배선 단자(98A, 98B)를 CHP 태양광 시스템의 외부 회로에 연결할 수 있다.
각각의 광학 어셈블리(40)의 쿼드 집광기(46)를 각각의 CPV 전력 모듈(54) 위에 적절하게 정렬된 관계로 유지하기 위해, 도 11 및 도 12에 도시된 CPC 홀더(50)가 사용된다. CPC 홀더(50)는 환형 지지 선반(104)에 의해 모든 측면이 둘러싸인 중앙 직립 포스트(102)를 특징으로 하며, 이는 다시 중앙 직립 포스트(102)가 차지하는 중심축을 중심으로 서로 동일한 각도 간격을 이루는 위치에서 환형 지지 선반(104)의 밑면으로부터 아래쪽으로 달려 있는 3개의 지지 다리(106) 세트 위에 지지된다. 중앙 포스트(102)는 환형 지지 선반(104)으로부터 아래쪽으로 연장되지 않고, 그로부터 위쪽으로만 연장된다. 3개의 다리(106)의 바닥 단부는 CPV 전력 모듈(54)의 기판(56) 위에, 특히 내부의 전술한 장착 개구(88B) 위에 놓이는 위치에 수용된다. 따라서 다리(106)는 또한 구리 판의 대응 장착 개구(88A) 및 상단 작업면(62)의 수용 영역(76)을 통해 리세스된 유동 채널(74)과 외부 측면(66A-66D)을 정의하는 블록(60)의 개별 주변 벽 사이에 존재하는 블록의 바닥(62)의 개방 공동 내로 관통하는 열 교환기 블록(60)의 추가의 해당 장착 개구(88C)와 정렬된다. 이러한 3 세트의 정렬된 장착 개구(88A, 88B, 88C)를 통해 CPC 홀더(50)는 열 교환기 블록(60)의 바닥 공동으로부터 구리 판(82) 및 위에 놓인 CPV 전력 모듈 기판(56)을 통해 위쪽으로 공급되는 패스너(110)(도 6)를 사용하여 열 교환기 블록(60)에 고정된다. 이에 따라 이러한 패스너(110)는 CPC 홀더(50), 구리 판(82) 및 CPV 전력 모듈(54)을 열 교환기 블록(60) 위에 고정시킨다. 구리 판(82)의 추가 고정은 이의 모서리 근처에 있는 구리 판(82)의 해당 고정 개구를 통해 열 교환기 블록(60)의 고정 개구(80)에 결합된 다른 4개의 패스너(112) 세트(도 6)를 사용하여 이루어질 수 있다. CPC 홀더(50)의 고정된 다리(106)는 이제 열 교환기 블록(60) 위에 장착된 CPV 전력 모듈(54)에 대해 높이 이격된 관계로 CPC 홀더(50)의 선반(104)을 지지하는 역할을 한다.
도 11 및 12를 다시 참조하면, CPC 홀더의 지지 선반(104)은 쿼드 집광기(46)의 4개의 CPC(48)를 지지하는 데 사용되며, 이는 도 13 및 14에 별도로 도시되어 있다. 쿼드 집광기(46)는 단일 구조의 이음매 없이 통합된 구성요소로서 4개의 CPC(48)를 통합하는 새로운 디자인을 갖는다. 각각의 CPC(48)는 내부 표면이 CPC의 포물선형 내부 공간(116)을 구분하는 각각의 원추형 외부 벽(114)을 갖고, 원추형 외부 벽(114)이 원주 방향으로 걸쳐 있는 각각의 중심 축에 대해 축외 포물면 관계를 갖는다. 4개의 CPC의 중심축은 서로 평행하며 해당 평행축에 수직인 기준면의 가상 정사각형의 4개의 모서리에 존재한다. 이러한 가상 정사각형은 CPV 전력 모듈(54)의 기판(56) 상의 CPV 셀(58)이 모서리를 차지하는 정사각형의 크기와 일치한다.
쿼드 집광기의 단일 구조는 4개의 결합 웹(118)을 특징으로 하며, 이의 외부 벽(114)의 개별 높이에서 각각의 결합 웹은 4개의 CPC(48)의 각각 인접한 쌍 사이에 걸쳐 있다. 웹이 차지하는 높이는 쿼드 집광기의 각각의 CPC(48)의 원추형 형상이 가장 좁아 CPC의 좁은 출구 개구(116)를 정의하는 쿼드 집광기(46)의 최하부 평면보다 각각의 CPC(48)의 원추형 형상이 가장 넓어 CPC의 넓은 입구 개구(115)를 정의하는 쿼드 집광기(46)의 최상부 평면에 더 가깝다. 도시된 예에서 결합 웹(118)은 모두 공통 평면에서 서로 동일한 개별 축 높이에 존재하므로 4개의 CPC(48)를 상호 연결할 뿐만 아니라 CPC 홀더(50)의 지지 선반(104) 위에 편평하게 놓이기 위한 평면형 지지 플랜지를 집합적으로 정의한다. 결합 웹(118)의 공유 평면 아래에서, 4개의 CPC의 벽(114)의 매달린 하부 영역(114A)은 지지 플랜지로부터 서로 독립적으로 매달리고, 서로 이격되어 부착되지 않은 관계로 존재한다. CPC 홀더(50)의 지지 선반(104)은 이의 내부에 4개의 CPC(48)의 매달린 하부 부분을 각각 수용하기 위해 축방향으로 관통하는 4개의 개구(120)를 갖는다. 이는 도 11에 도시되어 있으며, 여기서 쿼드 집광기의 웹(118)은 CPC 홀더(50)의 지지 선반(104) 위에 안착되고 이에 웹(118) 및 지지 선반(104)의 정렬된 개구(122A, 122B)를 통해 고정된다. 4개의 CPC(48)는 내부의 개구(120)를 통해 지지 선반(104)으로부터 아래쪽으로 매달려 있으며, 이에 따라 CPC 홀더가 서 있는 곳 아래에 놓인 CPV 전력 모듈(54)의 4개의 CPV 셀(58) 바로 위에 4개의 CPC의 출구 개구(116)가 배치된다.
결합 웹(118)에 의해 집합적으로 정의된 지지 플랜지 위에서, 각각의 인접한 CPC 쌍의 외벽(114)의 상부 영역은 2개의 CPC의 벽(114)의 원형 단면이 서로 평행한 접선을 갖는 영역에서 서로 일체로, 직접적으로, 이음매 없이 상호 결합된다. 예시된 예에서, CPC 벽(114)의 이들 상부 영역(114B)은 결합 웹(118)의 공유 공통 평면으로부터 4개 CPC(48)의 상단 끝의 입구 개구(115)의 공유 공통 평면까지 이 상부 영역의 전체 높이 범위에 걸쳐 상호 결합된다. CPC 벽(114)의 함께 결합된 상부 영역(114B) 사이에, 중앙 개구(124)는 쿼드 집광기(46)를 통해 축방향으로 관통하고, CPC 홀더(50)의 직립 포스트(102)의 통과를 수용하도록 형상화되어 직립 포스트(102)가 지지 선반(104)에 안착되고 고정되면 쿼드 집광기(46)로부터 위쪽으로 세워진다. 직립 포스트(102)는 도 11에 도시된 바와 같이 4개의 CPC(48)의 상단 끝을 지나 위쪽으로 연장된다.
도 9 및 10은 완성된 HCPV-T 모듈(10)의 9개의 배열된 광학 어셈블리(40) 중 하나, 특히 베이진(18)의 외부 모서리에 설치된 모서리 광학 어셈블리에서 서로 다른 하위 어셈블리 구성요소 사이에서 완전히 조립되고 설치된 위치를 도시하지만, 배열된 광학 어셈블리(40)의 모서리가 아닌 위치에도 유사한 설치가 마찬가지로 적용된다. CPC 홀더(50)의 직립 포스트(102)는 각각의 광학 어셈블리(40)의 1차 쿼드 거울(42)의 중앙 바닥 개구(52A)를 통해 직립하고, 그렇게 함으로써 마찬가지로 광학 지지 트레이(34)의 각각의 광학 시트(36)에 있는 일치하는 중앙 바닥 개구(52B)(도 8)를 통과한다. 따라서 직립 포스트(102)는 광학 어셈블리의 1차 쿼드 거울(42)의 축외 포물면 형상의 중심축에 존재한다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 광학 지지 시트(36) 바닥의 중앙 바닥 개구는 광학 지지 트레이(34)를 CPC 홀더(50)의 지지 선반(104)의 외주에 고정하기 위한 목적으로 지지 시트(36)의 나머지 부분으로부터 아래쪽으로 매달린 관계에 있는 주변 림(126)을 가질 수 있다. 4개의 CPC(48)의 상호 결합된 상부 영역(114B)은 1차 쿼드 거울(42)의 오목한 내부 내에서 중앙 바닥 개구(52A) 바로 위에 지지된다.
여기서, 4개의 CPC(48)의 입구 개구(115)는 직립 지지 포스트(102) 위에 쿼드 집광기(46)의 4개의 CPC(48) 위의 높은 관계에서 장착된 2차 쿼드 거울(44)의 아래쪽을 향해 위쪽으로 개방된다. 커버 글라스(22)를 통해 1차 쿼드 거울(42)에 입사된 입사광선은 중앙에 위치한 지지 포스트(102) 위에 지지된 2차 쿼드 거울(44)을 향해 안쪽으로 반사되고, 그 다음 2차 쿼드 거울(44)에서 아래쪽으로 반사되어 쿼드 집광기(46)의 4개의 CPC(48)의 입구 개구(115)로 들어오며, 이로부터 집광된 태양광은 4개의 CPC(48)의 출구 개구(116)로부터 CPV 전력 모듈(54)의 4개의 CPV 셀(58)로 방출되어 전기를 생성한다. 한편, 생성된 열은 구리 판(82)을 통해 열 교환 관계에 있는 4개의 CPV 셀(58) 각각을 연속적으로 통과하는 타겟형 유동 경로에서 열 교환기 블록(60)을 통해 펌핑되는 순환 냉각 유체로 전달된다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 다양한 수정이 이루어질 수 있고, 이의 많은 명백히 광범위하게 상이한 실시예가 만들어질 수 있으므로, 첨부된 명세서에 포함된 모든 내용은 단지 설명을 위한 것이지 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다.

Claims (67)

  1. 집광된 빛을 이용하여 전기 에너지를 생성하고 열 에너지를 수집하기 위한 고집광형 태양전지열(HCPV-T) 모듈로서, 상기 모듈은:
    바닥, 그 둘레 주변에 상기 바닥으로부터 직립된 복수의 주변 벽, 상기 바닥 위의 상기 주변 벽 사이에 경계 지어진 내부 공간, 서로 이격된 위치에서 상기 내부 공간 내의 상기 바닥으로부터 직립된 복수의 지지 돌출부를 포함하는 베이진(basin);
    복수의 집광형 광학 어셈블리;
    상기 베이진의 상기 내부 공간 내의 설치 위치에 안착되는 광학 지지 트레이이며, 상기 광학 지지 트레이의 상부면 안으로 오목하게 리세스되고 그 위에 격자 패턴으로 배치되어 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리를 각각의 상기 광학 지지 시트 내에서 개별적으로 지지하는 광학 지지 시트의 배열을 포함하는 광학 지지 트레이;
    상기 복수의 집광형 광학 어셈블리와 동일한 수량의 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈이며, 각각의 상기 CPV 전력 모듈은 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리 아래에 정렬된 관계로 위치하여 그로부터 집광된 빛을 수신하여 전력을 생성하는 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
    상기 베이진의 상기 내부 공간 내에 설치되고 각각의 상기 CPV 전력 모듈을 지나 열 교환 관계에 있는 냉각 유체의 경로를 설정하도록 구성되는 열 교환 어셈블리를 포함하되;
    상기 광학 지지 트레이는 상기 광학 지지 시트가 배치되는 상기 격자 패턴의 인접한 행들 사이의 위치에 있는 상기 광학 지지 트레이의 받침 지점에서 상기 베이진의 상기 돌출부 위에 안착되는 HCPV-T 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 베이진의 상기 지지 돌출부 중 적어도 일부는 상기 베이진의 상기 주변 벽으로부터 안쪽으로 이격된 관계의 독립 돌출부인 HCPV-T 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 베이진의 상기 지지 돌출부 중 적어도 일부는 상기 베이진의 상기 주변 벽에 직접 부착된 관계의 벽 부착 돌출부인 HCPV-T 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 돌출부 중 적어도 일부는 상기 베이진의 상기 바닥으로부터 멀어질수록 좁아지는 위쪽으로 테이퍼진 형상인 HCPV-T 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위쪽으로 테이퍼진 형상은 서로 직교하는 관계의 두 차원에서 좁아지는 HCPV-T 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 돌출부의 적어도 일부는 피라미드 형상인 HCPV-T 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 돌출부 중 적어도 일부는 중공형인 HCPV-T 모듈.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 돌출부 중 적어도 하나는 상기 냉각 유체가 상기 열 교환기를 들어가거나 나가는 유체 포트를 내부에 갖는 HCPV-T 모듈.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 돌출부 중 적어도 하나는 상기 CPV 전력 모듈 중 적어도 일부가 배선되는 배선 단자가 장착되는 단자 지지부 역할도 하는 HCPV-T 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서:
    각각의 집광형 광학 어셈블리는 복수의 출구 지점에서 집광된 빛을 출력하는 다중 집광기 광학 어셈블리이고;
    각각의 CPV 전력 모듈은 상기 집광형 광학 어셈블리 각각의 상기 출구 지점과 각각 정렬된 개별 위치에서 공유 기판에 장착된 다중 CPV 셀을 갖는 다중 셀 전력 모듈인 HCPV-T 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 열 교환 어셈블리는 상기 CPV 전력 모듈의 각각에 대응하고 열 교환 관계에 있는 복수의 열 교환기 블록을 포함하고, 각각의 열 교환기 블록은 내부에 구분된 미리 정의된 유동 채널을 갖고 이를 통해 상기 냉각 유체가 열 교환 관계에 있는 상기 CPV 전력 모듈 각각의 복수의 상기 다중 CPV 셀을 연속적으로 지나도록 경로가 설정되는 HCPV-T 모듈.
  12. 제11항에 있어서, 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 냉각 유체가 상기 CPV 전력 모듈 각각의 상기 CPV 셀 모두를 연속적으로 지나도록 경로를 설정하는 상기 열 교환기 블록의 유일한 유동 채널인 HCPV-T 모듈.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 열 교환기 블록의 면 안으로 리세스된 채널을 포함하고, 그 위에 열 전도성 판이 유밀 관계로 설치되어 상기 냉각 유체가 상기 열 전도성 판과의 유동 접촉하여 상기 채널을 통해 흐르는 HCPV-T 모듈.
  14. 제13항에 있어서, 상기 CPV 전력 모듈 각각의 상기 공유 기판은 상기 열 전도성 판에 대해 장착되어, 상기 열 전도성 판을 통해 상기 냉각 유체와 상기 복수의 상기 다중 CPV 셀 사이의 열 교환 관계를 설정하는 HCPV-T 모듈.
  15. 제14항에 있어서, 상기 열 전도성 판은 구리를 포함하는 HCPV-T 모듈.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 열 교환기 블록의 제1 측면에 있는 입구 포트를 상기 열 교환기 블록의 이웃하는 제2 측면에 있는 출구 포트에 연결하는 3개의 아치형 곡선 세그먼트로 구성되는 HCPV-T 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 상기 3개의 아치형 곡선 세그먼트는 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 근처의 상기 입구 포트와의 연결부로부터 상기 제2 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제3 측면을 향해 원호를 이루는 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제4 측면을 향해 원호를 이루는 제2 세그먼트, 및 상기 제2 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제2 측면 근처에 있는 상기 출구 포트와의 연결부까지 원호를 이루는 제3 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 오목한 외측은 상기 열 교환기 블록의 주변을 향해 바깥쪽으로 향하고, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 볼록한 내측은 서로를 향해 안쪽으로 향하며, 상기 제2 세그먼트의 볼록한 외측은 상기 열 교환기 블록의 상기 주변을 향해 바깥쪽으로 향하는 HCPV-T 모듈.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 각각의 넥 돌출부는 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 포트를 형성하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 HCPV-T 모듈.
  19. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록은 입구 및 출구 포트를 갖고, 각각의 넥 돌출부는 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 포트를 형성하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 HCPV-T 모듈.
  20. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 유체가 상기 연결 도관을 통해 흐르도록 경로를 설정하기 위해 상기 열 교환기 블록의 입구 및 출구 포트에 연결되는 복수의 연결 도관을 포함하는 HCPV-T 모듈.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 도관은 가요성 호스를 포함하는 HCPV-T 모듈.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 연결 도관의 하위 세트가 상기 베이진의 상기 지지 돌출부의 이웃하는 쌍 사이를 통과하는 HCPV-T 모듈.
  23. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 도관 중 적어도 하나가 상기 돌출부 각각의 주위에 적어도 부분적으로 걸쳐 있는 HCPV-T 모듈.
  24. 집광된 빛을 이용하여 전기 에너지를 생성하고 열 에너지를 수집하기 위한 고집광형 태양전지열(HCPV-T) 모듈을 위한 부품으로서, 상기 부품은:
    복수의 복합 포물면 집광기(CPC)와의 각각의 정렬을 위해 공유 기판 상의 개별 위치에 장착된 다중 CPV 셀을 각각 갖는 하나 이상의 다중 셀 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
    상기 하나 이상의 다중 셀 CPV 전력 모듈과 함께 각각 사용하기 위한 하나 이상의 열 교환기 블록을 포함하되, 각각의 열 교환기 블록은 내부에 구분된 미리 정의된 유동 채널을 갖고 이를 통해 상기 냉각 유체가 열 교환 관계에 있는 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈 각각의 복수의 상기 다중 CPV 셀을 지나 비선형 경로를 따르도록 연속적으로 경로가 설정되는 부품.
  25. 제24항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 냉각 유체가 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈 각각의 상기 CPV 셀 모두를 연속적으로 지나도록 경로를 설정하는 유일한 유동 채널인 부품.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 열 교환기 블록의 면 안으로 리세스된 채널을 포함하고, 그 위에 열 전도성 판이 유밀 관계로 설치되어 상기 냉각 유체가 상기 열 전도성 판과의 유동 접촉하여 상기 채널을 통해 흐르는 부품.
  27. 제26항에 있어서, 상기 CPV 전력 모듈 각각의 상기 공유 기판은 상기 열 전도성 판에 대해 장착되어, 상기 열 전도성 판을 통해 상기 냉각 유체와 상기 복수의 상기 다중 CPV 셀 사이의 열 교환 관계를 설정하는 부품.
  28. 제27항에 있어서, 상기 열 전도성 판은 구리를 포함하는 부품.
  29. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미리 정의된 유동 채널의 상기 비선형 경로는 상기 열 교환기 블록의 제1 측면에 있는 입구 포트를 상기 열 교환기 블록의 이웃하는 제2 측면에 있는 출구 포트에 연결하는 서로 연이어 위치한 3개의 아치형 곡선 세그먼트를 포함하는 부품.
  30. 제29항에 있어서, 상기 3개의 아치형 곡선 세그먼트는 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 근처의 상기 입구 포트와의 연결부로부터 상기 제2 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제3 측면을 향해 원호를 이루는 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제4 측면을 향해 원호를 이루는 제2 세그먼트, 및 상기 제2 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제2 측면 근처에 있는 상기 출구 포트와의 연결부까지 원호를 이루는 제3 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 오목한 외측은 상기 열 교환기 블록의 주변을 향해 바깥쪽으로 향하고, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 볼록한 내측은 서로를 향해 안쪽으로 향하며, 상기 제2 세그먼트의 볼록한 외측은 상기 열 교환기 블록의 상기 주변을 향해 바깥쪽으로 향하는 부품.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 각각의 넥은 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 블록으로부터 돌출하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 부품.
  32. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록은 입구 및 출구 포트를 갖고, 각각의 넥 돌출부는 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 포트를 형성하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 부품.
  33. 제24항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 유체가 상기 연결 도관을 통해 흐르도록 경로를 설정하기 위해 하나 이상의 상기 열 교환기 블록의 입구 및 출구 포트에 연결되는 복수의 연결 도관을 포함하는 부품.
  34. 제31항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결 도관은 가요성 호스를 포함하는 부품.
  35. 제24항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 다중 셀 CPV 전력 모듈은 이의 상기 기판 상에 4개의 CPV 셀을 갖는 쿼드 셀 CPV 전력 모듈인 부품.
  36. 공유 기판에 개별적으로 배치되는 복수의 CPV 셀을 갖는 다중 셀 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈을 냉각하기 위한 열 교환기 구성요소로서, 상기 열 교환기 구성요소는:
    냉각 유체가 상기 블록으로 유입 및 배출될 수 있는 입구 포트 및 출구 포트를 갖는 블록;
    비선형 경로에서 상기 입구 포트와 상기 출구 포트를 유체적으로 상호 연결하는 상기 블록 내의 미리 정의된 유동 채널;
    상기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널의 각 면을 폐쇄하는 열 전도성 물질의 벽이며, 이에 의해 상기 냉각 액체는 상기 열 전도성 벽의 내부 측면과 유동 접촉하여 상기 채널을 통해 흐르는 열 전도성 물질의 벽을 포함하되;
    상기 미리 정의된 유동 채널의 상기 비선형 경로는 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈의 상기 공유 기판 상의 상기 CPV 셀의 각각의 위치에 일치하는 레이아웃에서 상기 열 전도성 물질의 벽 영역에 걸쳐 이격된 위치에 분포된 복수의 개별 지점을 연속적으로 통과하고, 상기 열 전도성 벽의 외부 측면은 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈의 상기 공유 기판에 대해 안착 장착되도록 형상 및 크기가 지정되며, 이에 따라 상기 미리 정의된 유동 채널을 통해 경로가 설정된 상기 냉각 유체는 특히 상기 열 전도성 물질의 벽을 통해 상기 CPV 셀이 차지하는 핫스팟을 목표로 하는 방식으로 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈과 열 교환 관계에 있는 열 교환기 구성요소.
  37. 제36항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 블록의 상기 면 안으로 리세스되고, 상기 열 전도성 물질의 벽은 이의 상기 면에서 상기 블록 상에 장착된 별도의 커버 판에 의해 정의되는 열 교환기 구성요소.
  38. 제37항에 있어서, 상기 블록과 상기 별도의 커버 판은 서로 물질적으로 다른 열 교환기 구성요소.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서, 상기 별도의 커버 판은 상기 블록의 구성 물질보다 열 전도성이 더 큰 물질로 구성되는 열 교환기 구성요소.
  40. 제36항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 전도성 벽은 구리를 포함하는 열 교환기 구성요소.
  41. 제36항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 상기 블록의 이웃하는 측면에 존재하고, 상기 미리 정의된 유동 채널의 상기 비선형 경로는 상기 입구 포트와 상기 출구 포트 사이에서 서로 연이어 위치한 3개의 아치형 곡선 세그먼트를 포함하는 열 교환기 구성요소.
  42. 제41항에 있어서, 상기 3개의 아치형 곡선 세그먼트는 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 근처의 상기 입구 포트와의 연결부로부터 상기 제2 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제3 측면을 향해 원호를 이루는 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제4 측면을 향해 원호를 이루는 제2 세그먼트, 및 상기 제2 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제2 측면 근처에 있는 상기 출구 포트와의 연결부까지 원호를 이루는 제3 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 오목한 외측은 상기 열 교환기 블록의 주변을 향해 바깥쪽으로 향하고, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 볼록한 내측은 서로를 향해 안쪽으로 향하며, 상기 제2 세그먼트의 볼록한 외측은 상기 열 교환기 블록의 상기 주변을 향해 바깥쪽으로 향하는 열 교환기 구성요소.
  43. 제36항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 넥은 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 블록으로부터 돌출하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 열 교환기 구성요소.
  44. 집광된 빛을 이용하여 전기 에너지를 생성하고 열 에너지를 수집하기 위한 고집광형 태양전지열(HCPV-T) 모듈로서, 상기 모듈은:
    지지대;
    상기 지지대 위에 설치된 복수의 집광형 광학 어셈블리;
    상기 복수의 집광형 광학 어셈블리와 동일한 수량의 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈이며, 각각의 상기 CPV 전력 모듈은 각각의 상기 집광형 광학 어셈블리 아래에 정렬된 관계로 위치하여 그로부터 집광된 빛을 수신하여 전력을 생성하는 복수의 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈; 및
    상기 지지대 위에 설치되는 열 교환 어셈블리를 포함하되, 상기 열 교환 어셈블리는:
    상기 복수의 CPV 전력 모듈과 동일한 수량의 복수의 열 교환기 블록이며, 각각의 열 교환기 블록은 입력 포트, 출력 포트 및 그 사이에 확장된 미리 정의된 유동 채널을 갖고, 이로써 냉각 유체가 상기 유동 채널을 통해 상기 입력 포트에서 상기 출력 포트로 흐르는 경로가 설정되며, 상기 유동 채널은 열 전도성 물질의 벽에 의해 상기 열 교환기 블록의 각각의 면에서 폐쇄되고, 그 외부에는 상기 CPV 전력 모듈 각각이 장착되어 있으며, 이로써 상기 미리 정의된 유동 채널을 통해 경로가 설정되는 상기 냉각 유체는 상기 열 전도성 물질의 벽을 통해 상기 CPV 전력 모듈과 열 교환 관계에 있는 복수의 열 교환기 블록; 및
    상기 복수의 열 교환기 블록으로, 상기 복수의 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 복수의 열 교환기 블록 사이로 상기 냉각 유체를 전달하기 위해 상기 복수의 열 교환기 블록의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트에 연결된 복수의 연결 도관을 포함하는, HCPV-T 모듈.
  45. 제44항에 있어서, 각각의 집광형 광학 어셈블리는 복수의 출구 지점에서 집광된 빛을 출력하는 다중 집광형 광학 어셈블리이고, 각각의 CPV 전력 모듈은 상기 집광형 광학 어셈블리 각각의 상기 출구 지점과 각각 정렬된 개별 위치에서 공유 기판 상에 장착된 다중 CPV 셀을 갖는 다중 셀 모듈이고, 각각의 열 교환기 블록의 상기 유동 채널은 상기 냉각 유체가 상기 CPV 셀 각각의 복수의 상기 다중 CPV 셀을 연속적으로 지나도록 경로를 설정하는 HCPV-T 모듈.
  46. 제45항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 냉각 유체가 상기 다중 셀 CPV 전력 모듈 각각의 상기 CPV 셀 모두를 연속적으로 지나도록 경로를 설정하는 상기 열 교환기 블록의 유일한 유동 채널인 HCPV-T 모듈.
  47. 제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 채널은 상기 블록의 상기 면 안으로 리세스되고, 상기 열 전도성 물질의 벽은 이의 상기 면에서 상기 블록 상에 장착된 별도의 커버 판에 의해 정의되는 HCPV-T 모듈.
  48. 제47항에 있어서, 상기 블록과 상기 별도의 커버 판은 서로 물질적으로 다른 HCPV-T 모듈.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 별도의 커버 판은 상기 블록의 구성 물질보다 열 전도성이 더 큰 물질로 구성되는 HCPV-T 모듈.
  50. 제44항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 전도성 벽은 구리를 포함하는 HCPV-T 모듈.
  51. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널은 이의 상기 입구 포트와 상기 출구 포트 사이의 비선형 경로를 따르는 HCPV-T 모듈.
  52. 제44항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 열 교환기 블록의 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 상기 블록의 이웃하는 측면에 존재하고, 각각의 열 교환기 블록의 상기 미리 정의된 유동 채널은 상기 입구 포트와 상기 출구 포트 사이에 서로 연이어 위치한 3개의 아치형 곡선 세그먼트를 포함하는 비선형 경로를 따르는 HCPV-T 모듈.
  53. 제52항에 있어서, 상기 3개의 아치형 곡선 세그먼트는 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 근처의 상기 입구 포트와의 연결부로부터 상기 제2 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제3 측면을 향해 원호를 이루는 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제1 측면 반대편에 위치하는 상기 열 교환기 블록의 제4 측면을 향해 원호를 이루는 제2 세그먼트, 및 상기 제2 세그먼트로부터 상기 열 교환기 블록의 상기 제2 측면 근처에 있는 상기 출구 포트와의 연결부까지 원호를 이루는 제3 세그먼트를 포함하며, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 오목한 외측은 상기 열 교환기 블록의 주변을 향해 바깥쪽으로 향하고, 상기 제1 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트의 볼록한 내측은 서로를 향해 안쪽으로 향하며, 상기 제2 세그먼트의 볼록한 외측은 상기 열 교환기 블록의 상기 주변을 향해 바깥쪽으로 향하는 HCPV-T 모듈.
  54. 제44항 내지 제52항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 넥은 이에 대한 연결 도관의 외부 결합을 위해 이의 상기 입구 포트 및 상기 출구 포트 각각에서 상기 열 교환기 블록으로부터 돌출하여, 상기 열 교환기 블록으로, 상기 열 교환기 블록으로부터, 그리고 상기 열 교환기 블록 사이로 유체 유동을 가능하게 하는 HCPV-T 모듈.
  55. 제10항 내지 제23항 및 제44항 내지 제54항 중 어느 한 항에 있어서:
    각각의 집광형 광학 어셈블리는 입사된 빛을 반사하는 4개의 1차 1/4 단면 포물선 반사기로 구성된 1차 쿼드 거울, 상기 4개의 1차 1/4 단면 포물선 반사기로부터 반사된 빛을 각각 수신하는 4개의 2차 1/4 단면 포물선 반사기로 구성된 2차 쿼드 거울, 및 상기 4개의 2차 1/4 단면 포물선 반사기로부터 반사된 빛을 수신하는 4개의 복합 포물면 집광기(CPC)로 구성된 쿼드 집광기를 포함하고; 그리고
    각각의 CPV 전력 모듈은 상기 집광형 광학 어셈블리 각각의 상기 쿼드 집광기의 상기 4개의 CPC 아래에 놓인 각각의 위치에 4개의 CPV 셀을 갖는 쿼드 셀 CPV 전력 모듈인 HCPV-T 모듈.
  56. 다중 원추형 태양광 집광기로서:
    각각의 중심축에 대해 축외 포물면 관계인 포물선형 내부를 구분하는 각각의 원추형 외벽을 각각 갖고 상기 중심 축 주위로 상기 원추형 외벽이 원주 방향으로 걸쳐 있는 복수의 복합 포물면 집광기(CPC)를 포함하되;
    상기 복수의 CPC는 상기 복수의 CPC가 다음 특징 중 적어도 하나에 의해 서로 일체로 상호 연결되는 단일 구조의 이음매 없이 통합된 구성요소인 다중 원추형 태양광 집광기:
    (a) 상기 단일 구조의 복수의 결합 웹이며, 이의 각각은 각각의 인접한 CPC 쌍 사이에 걸쳐 있고, 개별 높이에서 이의 외부 벽에 대한 일체형 부착을 통해 상기 각각의 인접한 CPC 쌍을 함께 결합하는 반면, 상기 결합 웹에 의해 점유되지 않은 다른 높이에서 상기 인접한 CPC 쌍의 외벽을 서로 이격되고 부착되지 않은 관계로 남겨두는 복수의 결합 웹; 및/또는
    (b) 각각의 인접한 CPC 쌍의 상기 외벽의 서로에 대한 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합이며, 이는 축방향으로 대향하고 더 좁은 출구 개구에 비해 상기 인접한 CPC 쌍의 상기 포물선형 내부의 더 넓은 입구 개구에 더 근접한 관계인 상부 영역에서 이루어지는 반면, 이의 다른 영역에서 상기 인접한 CPC 쌍의 상기 외벽을 서로 이격되고 부착되지 않은 관계로 남겨두는 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합.
  57. 제56항에 있어서, 상기 복수의 CPC는 적어도 상기 복수의 결합 웹에 의해 서로 일체로 상호 연결되는 다중 원추형 태양광 집광기.
  58. 제57항에 있어서, 상기 복수의 결합 웹은 상기 다중 원추형 태양광 집광기가 별도의 CPC 홀더 위에 놓일 수 있게 하는 받침 플랜지를 협력하여 형성하는 다중 원추형 태양광 집광기.
  59. 제58항에 있어서, 상기 다중 원추형 태양광 집광기의 상기 단일 구조는 상기 복수의 CPC가 주위에 배치되고 상기 직립 포스트를 둘러싸는 상기 CPC 홀더의 지지 선반 상에 상기 다중 원추형 태양광 집광기를 장착하는 중에 상기 CPC 홀더의 직립 포스트가 관통하여 수용될 수 있는 중앙 개구를 포함하는 다중 원추형 태양광 집광기.
  60. 제59항에 있어서, 상기 별도의 CPC 홀더, 상기 CPC 홀더의 상기 직립 포스트가 관통하여 수용되는 중앙 개구를 내부에 갖는 1차 포물선형 거울, 및 상기 1차 포물선형 거울에 대해 높은 관계로 상기 CPC 홀더의 상기 직립 포스트 위에 장착하는 2차 포물선형 거울과 결합되어, 반사된 입사광을 수신하고 추가로 상기 반사된 입사광을 상기 다중 원추형 태양광 집광기의 상기 CPC 내로 아래쪽으로 반사하는 다중 원추형 태양광 집광기.
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서, 상기 별도의 CPC 홀더의 상기 지지 선반은 상기 별도의 CPC 홀더를 상기 CPC의 상기 출구 개구 아래에 각각 정렬된 위치에서 상기 공유 기판 상에 배치된 복수의 CPV 셀을 갖는 집광형 태양전지(CPV) 전력 모듈의 공유 기판 위에 지지하기 위해 상기 지지 선반으로부터 달려 있는 복수의 지지 다리를 갖는 다중 원추형 태양광 집광기.
  62. 제61항에 있어서, 상기 전력 모듈과 결합된 다중 원추형 태양광 집광기.
  63. 제62항에 있어서, 제36항 내지 제43항 중 어느 한 항에 따른 상기 열 교환기 구성요소와 추가로 결합되고, 상기 CPV 전력 모듈의 상기 공유 기판이 상기 열 교환기 구성요소의 상기 블록에 상기 열 전도성 물질의 벽에 의해 점유된 상기 블록의 상기 면에서 장착되는 다중 원추 태양광 집광기.
  64. 제56항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 CPC는 적어도 상기 외부 벽의 상기 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합에 의해 서로 일체로 상호 연결되는 다중 원추형 태양광 집광기.
  65. 제56항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 CPC는 상기 결합 웹과 상기 CPC의 상기 외벽의 상기 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합에 의해 상호 연결되는 다중 원추형 태양광 집광기.
  66. 제65항에 있어서, 상기 외벽의 상기 직접적이고 이음매 없는 일체형 상호 결합을 특징으로 하는 상기 CPC의 상기 상부 영역이 상기 결합 웹 위에 위치하는 다중 원추형 태양광 집광기.
  67. 제66항에 있어서, 각각의 인접한 CPC 쌍의 상기 상부 영역은 상기 인접한 CPC 쌍 사이의 상기 결합 웹 각각의 상부면으로부터 이의 상단 끝까지 연장되는 높이 범위를 점유하며, 여기서 상기 인접한 CPC 쌍의 더 넓은 입구 개구가 있고, 상기 인접한 CPC 쌍은 이의 외벽이 상기 높이 범위의 전체에 걸쳐 직접적이고 일체로 상호 결합되는 다중 원추형 태양광 집광기.
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