WO2014208976A2 - 평면거울들을 이용하여 균일하게 집광된 광빔 및 직접 접촉에 의한 냉각법을 이용한 태양광발전 장치 및 방법 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention aims to provide a commercially available method and apparatus for photovoltaic power generation.
  • it combines solar condensing, photovoltaic tracking, and the angle of photovoltaic substrates to lower the cost of photovoltaic power generation so that it can compete with conventional power generation methods such as thermal power generation or nuclear power generation without resorting to government subsidies.
  • the technical purpose is to provide technology.
  • the prior art which has a close relationship with the technical idea of this invention is the photovoltaic power generation technology which applied condensing and cooling.
  • FIG. La JP 2003-536244 A
  • FIG. Lc JP 2009-533841 A
  • JP 2009-545877 A FIG. La, 1b, and 1c all use a lens or spherical filter, and thus still contain the problems of the prior art, which will be described later. (Refer to the section "1.
  • Figure Id is related to the contents of the present invention in the use of non-specific flat mirrors for condensing, but under the structure shown in Figure Id This high level of condensation is hard to pursue.
  • Fig. le is the " 1. It is attached to explain the problems of the prior art pointed out in the section "Condensing using a flat mirror.”
  • the condensed light beams (radical direction ) Has a non-uniform light intensity (intensity), and because the condensed light has a circular shape, there is a problem in that it does not match the shape of the rectangular solar cell engine.
  • the light condensing technology of FIG. Lb et al. Uses a tandem solar cell having high photoelectric conversion efficiency but having an expensive and small area. Therefore, the conventional light condensing technology is uniform to a large-area solar cell substrate. Not suitable for condensing with one light intensity.
  • the problem to be solved of the present invention is to lower the cost of photovoltaic power generation, so that photovoltaic power generation business can be carried out commercially without support policy of the public field. That is, the technical object of the present invention is to provide a method and apparatus capable of producing a large amount of power from a solar cell substrate having a predetermined area.
  • the problem solving means of the present invention is to selectively combine the following three main technical ideas.
  • Non-uniform light intensity of condensed light has an adverse effect on solar power generation.
  • solar heat collectors which are distinguished from solar power generation
  • the uniformity of the concentrated solar light has a very important effect on the performance. This is because the output currents of the unit cells connected in series are determined by the smallest value of the output currents of the unit cells connected in series, and the output current of each unit seal is incident on each unit cell. Because it is proportional to the local light intensity of the sun.
  • the problems caused by the condensing method of the prior art can be easily and at low cost. Can be avoided by
  • the present invention is a photovoltaic power generation method through condensing, high efficiency can be obtained by applying a solar tracking method together .
  • Solar tracking systems are long known and commercially available systems in the art.
  • the photoelectric conversion efficiency increases by a certain ratio (about 0.5% every 1 degree Celsius) at a high temperature of 60 to 70 degrees Celsius or higher during the summertime. It is reported to decrease by).
  • the inventor's prediction is as follows.
  • the semiconductor layer will be the most sensitive to the increase in silver and the biggest influence on the photoelectric conversion efficiency.
  • Conventional indentation is a method of engraving the outer surface of the back surface relatively far from the semiconductor layer. In this way, it does not effectively prevent the silver gradient of the semiconductor layer, which absorbs sunlight and generates free electrons, which has the greatest effect on the photoelectric conversion efficiency.
  • One embodiment of the present invention proposes to arrange a solar cell substrate in a container containing a refrigerant.
  • the light receiving surface of the solar cell substrate is disposed facing the transparent window through which the sunlight is transmitted.
  • Preferred examples of solvents are water (cooling water).
  • the solar cell substrate should be spaced apart from the inner surface of the transparent window at appropriate intervals so that the convection of the angles is smooth, and the interval is set small so that the amount of sunlight absorbed by the angles is minimized.
  • each solar cell substrate can be irradiated with sufficient light intensity. This is because by increasing the number of planar streets sufficiently, even if the intensity of sunlight is very low, it is possible to uniformly collect sunlight on the solar cell engine beyond the intensity of sunlight when the sun is on the ceiling.
  • La to Id are representative views of prior patents related to photovoltaic power generation using condensing.
  • Le is a view for explaining a problem of the conventional light condensing technology using a lens or curved filter.
  • FIG. 2 is a view for explaining a light condensing method and a solar tracking system using a planar mirror of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the cooling method using the housing of the present invention and the light condensing method using planar mirrors. (Representative diagram of the present invention)
  • 4 and 5 are diagrams for explaining the process and size relationship of the light collecting capacity by the planar mirrors of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a light collection capability calculation process assuming 24 plane mirrors and x-y symmetry of FIG.
  • FIG. 7 is a view for explaining the cooling vessel (Housing) of the present invention in detail.
  • FIG. 8 shows a frame form different from the embodiment of FIG. 2, and has a center of gravity of the frame.
  • FIG. 9 is a view for explaining an auxiliary solar cell substrate (Supplementary Panel).
  • FIG. 10A, 10B, and 10C are diagrams for explaining the calculation of the atmospheric layer passage distance according to the change in the altitude of the sun and the attenuation according to the change in the altitude of the solar cells.
  • FIG. LOd is a graph for calculating a change in light collection capacity according to a change in distance between a solar cell substrate and a structure in which planar mirrors are arranged.
  • Figure 11a, lib is a view for explaining the heat release capacity of the photovoltaic cell submerged in the cooling water.
  • the present invention provides a method and apparatus for producing maximum power from the same solar cell substrate by applying a condenser by a flat mirror, a solar tracking for condensing, and a method of cooling heat by condensing. Exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
  • FIG. 2 is a view for intuitively understanding a uniform condensing by a plane mirror and a solar tracking method for condensing
  • FIG. 3 is an example of a method of cooling heat by condensing.
  • the photovolta panel is disposed with its light receiving surface facing away from the sun perpendicular to the direction of incidence of sunlight. That is, when the traveling direction of the solar light is determined by the + z axis, the normal of the light receiving surface side of the solar cell substrate is in the + z axis direction. I'll go over one thing here.
  • the unit vector in the photovoltaic direction is (0, 0, 1)
  • the unit vector in the normal direction of the light receiving surface of the solar cell engine is not limited to (0, 0, 1) as described above.
  • Each of the plurality of flat mirrors is fixed while its reflecting surface faces the sun and is inclined at an appropriate angle in the x- axis direction and the y-axis direction, respectively. Reflected by reflected light of uniform intensity.
  • Each plane is set in a different size and direction depending on its position, but the reflected light must be set so as to completely cover the light receiving surface of the solar cell substrate.
  • the light receiving surface of the solar cell substrate is disposed with the sun back. This is expressed as follows. "When the unit vector in the solar traveling direction is (0, 0, 1), the z-axis component of the normal unit vector in the solar cell substrate receiving surface is positive.” Otherwise, it means that the z-axis component of the normal unit unit vector of the solar panel light-receiving surface is negative or 0, which means that the light-receiving surface of the solar panel is facing the sun or It means that it is very difficult to bring the light intensity of uniform light intensity using a flat mirror to a high level. Since this can be easily grasped using planar geometry, the detailed description thereof will be omitted.
  • the degree of condensing can be easily adjusted by adjusting the number of flat mirrors.
  • the degree of condensing may be varied by changing the direction of some plane girders.
  • the frame fixes the solar cell substrate and the plurality of planar mirrors so that the above positional relationship is maintained with respect to the solar propagation direction.
  • the frame is also connected to a Rot at ion Mechanics that rotates in both the horizontal and vertical biaxial directions.
  • the rotation tracking system (Rotation Mechanics) rotates the frame in two horizontal and vertical two-axis directions in accordance with the change of the position of the sun, thereby placing the relationship between the solar cell substrate and the flat mirror fixed on the frame To be retained.
  • Posts support the weight of the components (frames, solar tracking systems, solar panels, flat mirrors) and are primarily fixed to the ground but may be designed to be mobile.
  • the intensity of sunlight incident on the solar cell engine may be reduced by 20 times or more than in the conventional case. Due to such strong incident light, the temperature of the solar cell substrate rapidly rises, and in particular, the crystalline silicon (Si) -based solar cell decreases rapidly as photoelectric conversion efficiency increases. Therefore, at least in the case of a crystalline silicon (Si) -based solar cell is necessary.
  • the most effective method is to arrange a solar cell substrate inside a housing having a transparent window through which sunlight can penetrate, as illustrated in FIG. Is filled with a coolant (most commonly water). Inflow / outflow of refrigerant into / outside the vessel is more effective.
  • a coolant most commonly water
  • the refrigerant does not flow into or out of the container, it may be considered to have a pure white device (circulator of FIGS. 7 and 9) even when the solvent is circulated inside the container. Even if the inflow / outflow and forced circulation of the solvent are not sufficient, By thermal convection, at least the outer surface of the solar cell substrate can be angled to a certain degree range.
  • the traveling direction of sunlight is the + Z axis direction.
  • the light-receiving surface of the solar cell board is in the + Z axis direction (ie, the light-receiving surface of the solar cell board is against the sun), and the center P of the light-receiving surface is located at (0, 0, 0). .
  • the light condensing ability will be described below.
  • the midplane of the reflecting surface of a plane is located at (d x , d yi 1)
  • the angle between the line segment PM and the z axis is 2 in the yz plane, 2 ⁇ ⁇ in the plane, and the following relationship is established between them. do.
  • the condensing capacity of the planar mirror tilted to ( ⁇ ⁇ , e y ) is cos 2 e x xcos 2 e y .
  • the condensing capacity of the planar mirror tilted to ( ⁇ ⁇ , e y ) is cos 2 e x xcos 2 e y .
  • the plane girders can be arranged so as not to interfere with each other's paths of incident and reflected light. If the size of L is too small, the plane mirrors are used to align the plane mirrors so that no obstacles are placed in the optical path. Difficulties follow)
  • L has an infinite size ( ⁇ ⁇ 92 all converge to 0 degrees), G; ⁇ G5's condensing power is all 1, so the total condensing power by the 24 flat mirrors of Figs. 24e-.
  • Increasing the number of flat mirrors can be performed simply by further placing 24 flat mirrors outside the flat mirrors of FIG. 2. That is, in Fig. 2, the plane mirrors are enclosed in double around the plane mirror (8 + 16). If necessary, 24 plane mirrors can be additionally arranged in the third outer line. ll4> All of the flat girders always project uniformly reflected light on the light-receiving surface of the solar cell board, so that the sun is always uniformly collected on the light-receiving surface of the solar cell board regardless of the number and placement of the plane girders used. Light is projected.
  • the centers of the reflecting surfaces of plane mirrors need not all be coplanar. Rather, the centers of the planar mirrors may be better placed alternately in two or more imaginary planes that are suitably spaced apart. This is because the wind flows smoothly into the empty space between the flat girders according to this configuration, so that the flat girders and the frame can withstand the strong wind better.
  • this effect should be reduced. It is set considering that. (In fact, this is even more important because, as discussed below, to overcome the alignment error, the plane girders must be set to have sufficient margins than the minimum required width.)
  • the width m of one side of the plane girders is slightly larger than the minimum size pcose required.
  • the reflected light can always completely cover the light-receiving surface of the solar cell board despite the alignment error of the solar panel and the operation error of the solar tracking system.
  • the light can be condensed by 8 to 24 times. (In reality, it is reasonable to focus 10-22 times.) In this case, especially in crystalline silicon (Si) -based solar cells, it is impossible to produce power normally without deterioration due to temperature rise due to condensing.
  • Another aspect of the present invention is based on the above facts.
  • the solar cell board is detachably mounted in a closed housing by a holder.
  • a transparent window is detachably provided from the container so that sunlight reflected by the flat mirrors can pass therethrough.
  • the vessel is combined with the window to seal the interior.
  • the vessel is equipped with valves (Inlet, Outlet) for inflow / outflow of coolant (typically water).
  • coolant typically water
  • the vessel also contains two or more power lines, a solar circuit, belonging to a solar cell engine. (Circulator)
  • a separate hole is drilled to take out various electrical wires accompanying the sensor or controller such as the silver sensor which can be added as needed to the outside of the container. It is a matter of course that the container should be sealed to prevent leakage of the refrigerant as a whole.
  • d3i> The use of water (3 ⁇ 40) as a refrigerant is inexpensive, readily available, present in large quantities, harmless to the environment, and one of the most specific heat sources.
  • the large specific heat means that the effect of suppressing the temperature rise of the solar cell substrate is large.
  • a conventional air-cooled cooling method has insufficient cooling efficiency.
  • the water in which the media is combined with both surfaces of the solar cell substrate is used. Because of the direct contact, the cooling efficiency is much higher than that of the conventional water cooling method, which only looks at the rear surface of the solar cell board.
  • Solar cell substrates, terminals, and electrical wiring surround the whole with insulators, and especially the insulators covering the light-receiving surface should have excellent transparency (especially for light in the wavelength band contributing to photoelectric conversion).
  • the insulator described above should have excellent insulating properties as well as have a heat transfer efficiency as high as possible.
  • the thickness of the insulator should be as thin as possible to increase the heat transfer efficiency, but it should be thick enough to not degrade the insulation and durability.
  • the inner surface of the window and the light receiving surface of the solar cell substrate should be placed as close as possible. This is to reduce the amount of light of sunlight absorbed by the refrigerant (corn water). However, avoid the arrangement of the refrigerant near the light-receiving surface of the solar cell substrate so close that it is difficult to convection.
  • the window area of the container must be larger than A. Still, suppose the cross-sectional area of the housing containing the window is A. Given that the inner thickness of the vessel is D, the volume of the angle contained within the vessel is AD. (The volume occupied by solar cell boards, etc. can be ignored.)
  • Whether D is designed small and frequent angle changes or D is designed large and cooling water replacement is rare can be chosen by the practitioner in consideration of the weight of the container and maintenance costs. It is not difficult to keep the coolant temperature within the container within a very small range by flowing the right amount of coolant at a suitable interval, or by controlling the circulation rate of the dill-coolant by using a temperature sensor.
  • the housing is further provided with valves (Inlet, Outlet) through which the solvent flows in and out.
  • valves Inlet, Outlet
  • the above-mentioned it may be provided with a circulator (Circulator) for forced circulation in the container.
  • the circulator may be implemented by a rotating fan or an injection device.
  • the circulator is useful for preventing the coolant temperature near the light-receiving surface of the solar panel from rising higher than the coolant silver in other parts.
  • a circulator is not necessary and may be left to dissipate heat by thermal convection of the cooling water.
  • 11A is a general structure of solar cell caps using crystalline silicon (Si).
  • Si crystalline silicon
  • the rear substrate may be composed of a metal plate, which has a much higher thermal conductivity than the plate glass most commonly used as the front transparent substrate.
  • FIG. lib is a general structure of thin-film solar cell (amorphous silicon, CdTe, CIGS round) model, since the transparent resin on the front side is unnecessary, it is possible to further reduce the total thermal resistance than in the case of Figure 11a.
  • the sealing material typically a polymer resin
  • the sealing material may be transparent, a wider selection option for setting the thermal conductivity k is advantageous.
  • the inner surface of the window should be placed as close as possible. However, it is difficult for the convection of the cooling water to be difficult because the distance between the two surfaces is too close. This is because the angle of increase in silver near the light-receiving surface of the solar cell substrate must be able to convection sufficiently. All.
  • a small amount of antifoaming agent which suppresses generation of bubbles can be added to the cooling water. This is because the air bubbles entering the solar cell substrate are obstructed when there are more bubbles floating in the angle.
  • the heat from the condensation of the Mirro will rarely freeze the angle.
  • the problem that occurs when the angle is frozen is that in the morning when the temperature drops below freezing, the solar light incident on the solar panel is interrupted and the power production efficiency is lowered. Even more problematic is that the volume expansion caused when the water freezes increases the pressure inside the container, the valve, the hose, and the like, which may cause mechanical breakage. This problem will most likely occur during power outages (discontinued), that is, during off-hours (night, cloudy days).
  • the solar cell substrate can be made thinner (within the allowable mechanical strength). Deterioration (mainly due to exposure to short-wavelength radiation such as ultraviolet rays, changes in silver content, etc.) generated when the conventional air is exposed to the air can be reduced.
  • FIG. 8 shows four subframes each arranged with one solar cell substrate and 24 planar mirrors, in which case the solar tracking system is different from that shown in FIG.
  • the shaping of the frame must be designed so that it does not interfere with the course of sunlight.
  • a supplementary solar panel may be further provided on the rear surface of the solar cell substrate (or the cooling vessel) which receives the light collected by concentrating on the plane.
  • it may further include an optical filter layer on the surface of the window (Window) and / or a planar mirror (Mirror) in order to filter out light of a wavelength band which does not contribute to photoelectric conversion.
  • This has the additional effect of suppressing the temperature rise and deterioration of the solar panel (Panel).
  • Bandpass optical filters are best attached to flat mirrors. Since the maximum intensity of sunlight received by plane mirrors is AMK925 WAn 2 ), the degradation of the optical filter due to heat or strong light can be minimized. However, in this case, it is disadvantageous in terms of cost because the required amount of the optical filter increases. The opposite is the case where the optical filter is attached to the window of the container.
  • An optical filter may be attached onto the light receiving surface of the solar cell engine. However, this is the worst way. This is because heat is accumulated in an object (optical filter) that is in direct contact with the light receiving surface of the solar cell substrate.
  • a material for example, a dye
  • an optical filter may be adopted alone or in combination of two or more of the above four cases (plane mirror, window, solar panel, fin) depending on its position.
  • Embodiments of the present invention have been described with commercially available crystalline silicon (Si) based solar cells in mind.
  • thin film solar cells such as amorphous silicon, CIS, CIGS, CdTe, etc., compound multi-junction solar cells composed of ffl—V or ⁇ -VI elements, solar cells with quantum structure, dye-sensitized solar cells, organic thin film solar cells
  • the cooling system of the present invention is expected to be indispensable in silicon (Si) based solar cells.
  • the cooling device disclosed in the embodiment of the present invention is not necessarily required.
  • the method of photovoltaic power generation using the condensing and solar tracking system of the present invention finds that the generated current (i.e., power) is proportional to the amount of light (or light intensity) incident therein. It is based on the general principle of the photoelectric effect. (If the solar light of the intensity above the predetermined value of the low level is incident, it is proportional to the number of series connections of the unit cells inside the solar substrate, regardless of the intensity of the incident sunlight.
  • Output voltage is almost constant, so the output power and the output current from the solar cell engine are substantially directly proportional to each other.
  • the solar panel will not continue to increase the output current (or output power) value, perhaps when the incident light intensity is above a certain value. ),
  • the output current (or output power) of the solar cell board is expected to converge to a certain value (saturation, saturation), or the increase rate of dp / di decreases.
  • I is the power
  • i is the current, not the intensity of the incident light.
  • the aspect of the change of output current (dp / di) according to the current (power) saturation value or the light intensity is the solar cell substrate.
  • Lines 10-12 of Publication KR 10-2007-0004928 A indicate that "... injecting radiation can be absorbed by the functional insects, where each functional layer thickness Above The ratio of the radiated power absorbed in the functional layer is determined and described as ... ".
  • the clp / di value has a constant value. This certainly supports the utility of the present invention. This is because the present invention is used even when the intensity of sunlight is low (when the solar altitude is low, morning and late afternoon of the day, winter, high latitudes, cloudy or foggy weather, etc.).
  • the solar intensity when the sun is on the ceiling, ie when the sun shines perpendicularly to the surface This means that light can be emitted.
  • the present invention can be applied even in an environment in which power generation is abandoned due to weak solar power intensity. If you can commercially use photovoltaic power. This means that there are many inexpensive lands available for photovoltaic power generation in Mongolia, Siberia, Canada, etc., but it is also possible to make photovoltaic power generation projects in regions where high solar power is not competitive due to lack of solar radiation due to high latitude. .
  • ⁇ ( ⁇ ) [(R / H rcos ⁇ + 1 + 2 (R / H)]-(R / H) cos (
  • the path length of sunlight in the atmosphere is ⁇ ( ⁇ )
  • ⁇ ( ⁇ ) is the ratio of the path length ⁇ ( ⁇ ) of sunlight to the atmospheric thickness ⁇ .
  • ci 80> ⁇ ( ⁇ ) [64 cos " +129]-64cos ⁇ .
  • Earth is actually an ellipsoid with an equatorial radius of 6,378 Km and a polar radius of 6,357 Km, but it can be assumed to be a sphere.
  • the thickness H of the atmosphere is not in fact definite. About in height 30 T1
  • i I ⁇ exp [-JYA (P) dx] + I ⁇ exp [-J ⁇ ( ⁇ ) dx].
  • MO solar intensity measured at outermost Q or 3 ⁇
  • AMI solar intensity measured at surface P 0 of sunlight passing through paths Q 0 -3 ⁇ 4
  • AMI .5 and
  • Fig. 10 As shown in ⁇ , the solar AMI that descends in the vertical direction when passing through the atmospheric layers Al, ⁇ 2, and A3 of different air pressures, and the sunlight ⁇ ( ⁇ ) that obliquely descends at an angle ⁇ to the vertical direction, has the same attenuation. Attenuated by the coefficient ⁇ ⁇ ( ⁇ ), the ratio of paths in each atmospheric layer is equally 1: ⁇ ( ⁇ ). Therefore, the ratio of integrals calculated along different paths (Jo path ⁇ ⁇ ( ⁇ ) dx: ⁇ ⁇ 3 ⁇ 45 . ⁇ ( ⁇ ) dx) is also 1: ( ⁇ ). In other words, the ratio of the integral values along the two paths is equal to the ratio between the lengths of the two paths.
  • T is calculated as shown in Table 3 below. 211> IS.3 ⁇
  • the above model is based on an extremely simplified assumption-we have determined the constant value by combining the measured values, it can be regarded as the average intensity of the light components that actually reach the earth's surface. We already mentioned that more accurate models can be obtained by breaking down and measuring the wavelengths. In particular, it would be beneficial to analyze in more detail the wavelength band contributing to the photoelectric conversion.
  • the present invention relates to a photovoltaic power generation technology.
  • the technical purpose of lowering the cost of power generation is naturally applicable to the industry.

Abstract

목적 : 본 발명은 광전효과를 이용한 태양광발전 장치 및 방법에 관한 기술로써，고가의 태양전지기판에 비교적 저렴한 가격의 부가장치들 (평면거울, 태양추적장치，냉각 수단)을 결합하여, 동일한 면적의 태양전지기판으로부터 더 많은 전력을 생산하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 기술목적으로 한다. 구성 ： 프레임 (Frame), 태양을 등지고 수광면이 태양광 입사방향과 수직을 이루도록 상기 프레임 상에 배치된 태양전지기판 (Photovoltaic Panel ), 상기 프레임 상에 배치되고 입사되는 태양광을 상기 태양전지기판의 수광면으로 반사하는 2 이상의평면거울 (Mirror)들, 상기 프레임을 2축 방향으로 회전시켜 태양전지기판의 수광면이 태양광 입사방향과 수직을 이루도록 태양광을 추적하는 태양광추적시스템 (Rotat ion Mechanics), 상기 프레임과 태양광추적시스템 (Rotat ion Mechanics)을 지지하는 기등 (Post )로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

【명세서】
【발명의 명칭】
평면거을들을 이용하여 균일하게 집광된 광빔 및 직접 접촉에 의한 냉각법을 이용한 태양광발전 장치 및 방법
【기술분야】
<1> 본 발명은 상업적으로 이용 가능한 태양광발전 방법 및 장치를 제공하는 것 을 기술목적으로 한다. 특히， 태양광의 집광， 태양광 추적 , 태양전지기판의 넁각을 결합하여 태양광 발전 단가를 낮춰서 정부의 보조금 정책에 의지하지 않고도 화력 발전이나 원자력 발전 등 종래의 발전방식과 경쟁할 수 있는 태양광발전기술을 제 공하는 것을 기술목적으로 한다.
2>
【배경기술】
3> 아인슈타인에 의해서 광전현상이 발견된지 1세기가 넘었고， 미국 NASA에 의해서 개발된 태양전지가 인공위성에 이용된 지도 반세기가 넘었다. 그러나， 수십 년 전 부터 알려진 태양전지에 의한 발전사업이 아직도 수익형 자립사업으로서 성공적이 지 못하다. 가장 주된 이유는 고가의 태양전지기판 가격 때문이다. 2013년 4월 현 . 시점에서 태양전지 기판은 대략 1$/1W 의 가격으로 공급 가능한 것으로 보고된다ᅳ 한국의 경우 전력 공급가가 대략 0.1 $/KWh로 보고되는데， 舊급 태양전지발전 설 비에 필요한 태양전지 기판의 구입 가격과 연간 전기생산양 (전력 매출)을 비교하면 다음과 같다. (한국의 경우 연중으로 평균해서 환산하면 , 하루 평균 3.5시간 정도 씩 lKW/m2의 태양광을 받으며 태양광발전을 수행할 수 있는 것으로 보고됨 . )
4> 1MW급 태양전지기판 가격 ： 1,000,000$ ； 1$/1W
s> 1MW급 태양전지기판의 연간 발전량 (연간 생산된 전력 가격 ) ： 1MWX3.¾X365일 =.
1,277.5 Wh/1년 (127,750 $/1년)
s> 즉， 태양전지기판을 구입하는 비용만도 7.8년 동안의 전력 판매 수입을 투입해야 하고 , 다른 부대비용 (토지비를 제외하더라도 대략 태양전지기판 가격에 버금가는 정도의 비용이 투입되는 것으로 보고됨 . )까지 고려하면 태양광발전 산업이 현시점 에서 그다지 매력적이지 않다. 예외적으로 , 상업적 전력가격이 높게 책정되고 일사
대체용지 (규칙 제 26조) 량이 풍부한 이탈리아, 하와이 등 몇몇 지역이 그리드 패러티 (Grid Parity)에 근접 했다는 보고가 있디-. (Grid Parity ： 상업적 전력가격과 태양광 발전 단가가 같아 지는 시점; 한국의 경우에는 상대적으로 전력 공급가가 낮아서, 그리드 패러티 달 성이 더욱 어렵다.)
<7> 현 시점에서 한국을 포함한 각국 정부는 FIT, RPS등을 통해서 태양광 발전 산업을 육성하고자 하나， 재정적 부담 때문에 한계가 있디-. 따라서, 상업적으로 자생 가능 한 태양광 발전기술을 확보할 필요성이 시급하며, 이는 곧 태양광발전분야에서 전 력생산 단가를 낮추는 기술이 필요함을 의미한다.
<8> 주어진 면적의 태양전지기판으로 더욱 많은 전력을 생산하는 것이 중요하다. 이를 위해서 태양전지 셀의 광전변환 효율을 높이는 시도， 태양전지 모들의 은도 상승을 억제해서 태양광발전 효율을 높이는 시도， 집광을 통해서 비용대비 전력생산을 높 이는 시도， 저가의 태양전지기판 생산 시도 등이 이루어지고 있다.
<9> 본 발명의 기술사상과 관계가 깊은 종래 기술은, 집광 및 냉각을 적용한 태양광발 전기술이다.
<ιο> 도 la~도 Id는 집광을 이용한 태양광발전기술과 관련하여 종래에 공개된 특허기술 의 대표도 이다. 순서대로 각각 JP 2009-545186 A (도 la), JP 2003-536244 A (도 lb), JP 2009-533841 A (도 lc), JP 2009-545877 A (도 Id) 특허의 대표도를 제시 하였다. 도 la ,1b ,1c는 모두 렌즈 또는 구면 거을을 사용하므로， 후술 될 종래기술 의 문제점을 여전히 포함하고 있다. (후술 될 "과제 해결수단"의 "1. 평면거울들을 이용한 집광" 부분 참고) 도 Id는 비특 평면거을을 집광에 이용하는 점에서 본 발 명의 내용과 연관성은 있으나, 도 Id에 제시된 구조하에서는 본 발명이 추구하는 높은 수준의 집광이 어렵디-.
<π> 도 le는 후술 될 "과제 해결수단' '의 "1. 평면거울돌을 이용한 집광" 부분에서 지적 한 종래기술의 문제점을 설명하기 위해서 첨부한 도면이다. 곡면 렌즈， 프레넬 렌 즈 또는 곡면 거울을 이용한 종래의 경우에는 집광된 범이 방사상 방향 ((radical direction)으로 불균일한 광 세기 (intensity )를 갖게 되며， 또한 집광된 범의 형태 가 원형의 형상을 가지므로 직사각형 형태의 태양전지기관 형태에 정합하지 않는 문제점이 있다.
<12> 또, 도 lb 등의 집광 기술은 광전변환 효율은 높으나 고가이고 작은 면적을 가지는 탠덤형 태양전지 셀을 이용히ᅵ기 위함인데， 이 때문에 종래의 집광 기술은 대면적의 태양전지기판에 균일한 광 세기로 집광하기에 적합하지 않다.
<13> 넁각과 관련된 종래 기술에는, 방열관에 의한 공냉식, 냉매가 담기거나 흐르는 Heat Smk에 태양전지모들의 후면을 접촉시킨 수넁식 등의 방법이 있으니ᅵ， 태양광 입사를 방해하지 않도록 주로 태양전지기판의 후면만을 넁각하고, 넁매가 태양전지 기판의 외부 표면에 직접 접촉하지 않으며， 따라서 넁각 효율이 크게 미흡하다. <14> 위에서 언급된 선행기슬문헌들은 다음과 같다.
<15> JP 2009-545186 A, JP 2003-536244 A, JP 2009-533841 A, JP 2009-545877 A
<16>
【발명의 상세한 설명】
<17>
【기술적과제】
<)8> 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 태양광발전 단가를 낮춰서, 공공분야의 지원정 책 없이도 태양광발전 사업이 상업적으로 실시될 수 있도록 하는 것이다. 즉， 일정 한 면적의 태양전지기판으로부터 많은 전력을 생산할 수 있는 방법 및 장치를 제공 하는 것을 기술목적으로 한다.
<19>
【기술적 해결방법】
<20> 본 발명의 과제 해결수단은 , 다음의 3가지 주요 기술사상을 선택적으로 결합하는 것이다.
<21> 1. 평면거울들을 이용한 집광
<22> 종래 기술인 집광렌즈 또는 오목거을을 이용한 집광기술의 문제점은 다음과 같다.
<23> (1)높은 정밀성이 요구되므로 제조가 어렵고 고가인 점， (2)직사각형 형상인 태양 전지기판과 통상적으로 원형인 집광된 범 (볼록렌즈， 프레넬 렌즈 또는 포물선 곡면 을 이용한 오목거울을 이용하여 집광시킴)의 형상이 부정합 하다는 점, (3)집광기 의 무게가 작지 않은 점， (4)집광된 태양광의 광 세기가 방사방향 (radical direct ion)으로 불균일하다는 점 등이다. (도 le 참고)
<24> 집광된 범의 광 세기가 불균일하다는 것은, 태양광 발전에 좋지 않은 영향을 끼친 다. 태양광 발전과 구별되는 태양열 집열 장치의 경우에는 집광된 범의 굉ᅳ 세기가 균일하지 않더라도 그리 문제시 되지 않는다. 태양열을 이용하는 경우에는 태양열 집열기에 다다르는 집광된 태양광 광량의 총량이 관심사일 뿐， 집광된 태양광 범의 균일도는 성능에 별 영향을 끼치지 않기 때문이다. 그러나, 태양광 발전의 경우에 는 집광된 태양광 범의 균일도가 성능에 매우 중요한 영향을 끼친다. 왜냐하면 직 렬 연결된 단위셀들의 출력전류는 직렬 연결된 단위 셀들의 출력전류 중 가장 작은 값에 의해서 결정되기 때문이고， 각 단위 씰들의 출력전류는 각 단위샐에 입사되는 태양광의 국지적인 광 세기에 비례하기 때문이다ᅳ
<25> 본 발명은 태양전지기판의 형상 (직사각형)에 정합하도록 직사각형의 평면거울들로 균일한 반사광을 태양전지기판에 중첩시켜 집광함으로써, 상기 종래기술의 집광방 식에 따르는 문제점들을 쉽고 저렴한 비용으로 회피할 수 있다ᅳ
<26> 2. 태양광 추적 방식
<27> 본 발명은 집광을 통한 태양광발전 방식이므로 태양광 추적 방식을 함께 적용해야 높은 효율을 얻을 수 있다.. 태양광 추적 시스템은 당 기술분야에서 오래전부터 공 지된 기슬이고 상업적으로 이용 가능한 시스템이다.
<28> 3. 넁각
<29> 태양광을 집광하지 않는 통상의 실리콘계 태양전지모들의 경우에도 여름철 한낮에 는 섭씨 60~70도 이상의 고온으로 을라가며 섭씨 1도씩 올라갈 때마다 광전변환 효 율이 일정 비율 (약 0.5%씩)로 줄어드는 것으로 보고되고 있다. 본 발명에 의해서 태양전지 기판에 수배에서 수십배까지 태양광이 집광되면 온도 상승 및 광전 변환 효율의 급속한 하락은 불가피할 것이다. 본 발명자의 예측은 다음과 같다. 은도 상 승에 가장 민감하고 광전변환 효율에 가장 큰 영향을 미치는 부분은 반도체 층일 것이다. 종래의 넁각 방식은 반도체층으로부터 상대적으로 훨씬 멀리 떨어진 후면 의 외부 표면을 넁각하는 방법이다. 이러한 방법으로는， 태양광을 흡수하고 자유전 자를 생성하여 광전변환 효율에 가장 큰 영향을 끼치는, 반도체층의 은도상승을 효 과적으로 막지 못한다.
<30> 본 발명의 일 실시예는 냉매가 담긴 용기 안에 태양전지기판을 배치하는 것을 제안 한다. 태양전지기판의 수광면은 태양광이 투과하는 투명한 창을 마주보며 배치된 다. 넁매의 바람직한 예는 물 (냉각수)이다. 이 넁각수의 대류가 원활하게 이루어지 도록 태양전지 기판은 상기 투명한 창의 내측 면과 적정한 간격으로 이격되게 배치 하되， 그 간격은 넁각수에 의해서 흡수되는 태양광의 광량이 최소화되도록 작게 설 정한다ᅳ
<31> 비열이 큰 냉각수가 태양전지기판의 전체 외부 표면 (전면과 후면)과 직접적으로 접 촉하므로, 종래방식의 냉각기술보다 월등히 높은 냉각 효율을 가질 것이디-.
<32>
ί유리한 효과】
<33> 1. 태양광발전 단가를 낮춘다. 즉, 태양광발전 설비, 유지 및 보수에 동일한 비용 을 투입할 때 종래방식보다 더 많은 전력을 생산한다. 평면거울은 집광에 필요한 종래 기술의 수딘- (렌즈, 곡면 거울 등)들 보다 훨씬 저렴하고, 가벼우며 대량 생산 이 가능하다.
<34> 2. 태양전지기판의 열화를 방지하여 수명을 연장시킨다. 이는 태양전지기판이 넁각 용 용기 내부에 배치되는 실시예로부터 얻을 수 있는 추가된 효과이디-.
<35> 3. 태양광의 세기가 낮은 조건 (아침과 늦은 오후， 겨을, 고위도 지역， 구름이나 안 개 낀 닐ᅵ씨 )에서도 각 태양전지기판에 충분한 광세기를 조사할 수 있다. 평면거을 의 개수를 충분히 늘리면， 태양광의 세기가 매우 낮은 경우에도 태양이 천정에 있 을 때의 태양광 세기 이상으로 태양전지기관 상에 균일하게 태양광을 집광할 수 있 기 때문이다.
<36> 4. 정밀도가 낮아도 태양전지기판 전체에 균일한 광세기의 집광을 용이하게 실시할 수 있다. 이는 평면거을들의 가로세로 폭을， 후술하는 mx= cosex 및 my=pycosey로 주어지는 값보다 크게 소정의 값을 마진으로 덧붙임으로써 얻을 수 있는 효과이다. 상기 마진의 크기가 클수록， 요구되는 정밀도는 더욱 낮아도 무방하다. (도 4， 5의 내용을 통해서， 통상의 기술자가 쉽게 그 이유를 파악할수 있다.)
<37
ί도면의 간단한 설명】
<38> 도 la ~ 도 Id는 집광을 이용한 태양광발전 관련 선행특허들의 대표도.
<39> 도 le는 렌즈나 곡면 거을을 이용한 종래 집광기술의 문제점을 설명하기 위한 도 면.
<40> 도 2는 본 발명의 평면거울을 이용한 집광방식 및 태양광 추적 시스템을 설명하기 위한 도면 .
<4i> 도 3은 본 발명의 용기 (Housing)를 이용한 냉각방식 및 평면거울 (Mirror)들을 이용 한 집광방식을 함깨 설명히-기 위한 도면. (본 발명의 대표도)
<42> 도 4，5는 본 발명의 평면거울들에 의한 집광능력 계산과정 및 크기 관계를 설명하 기 위한 도면 .
<43> 도 6은 도 2의 평면거울 24개의 배치 및 x-y 대칭인 경우를 가정하여 집광능력 계 산과정을 설명하기 위한 도면 .
<44> 도 7은 본 발명의 냉각용 용기 (Housing)를 상세히 설명하기 위한 도면.
<45> 도 8은 도 2의 실시예와 다른 형태의 프레임 형태를 제시하고， 프레임의 무게중심
(Q)에 관해서 설명하기 위한 도면 .
<46> 도 9는 보조 태양전지기판 (Supplementary Panel)을 설명하기 위한 도면.
<47> 도 10a, 10b, 10c는 태양의 고도 변화에 따른 대기층 통과 거리 계산 및 태양광 세 기의 고도 변화에 따른 감쇄를 설명하기 위한 도면. <4<S> 도 lOd는 태양전지기판과 평면거울이 배열된 구조물 사이의 거리변화에 따른 집광 능력 변화를 계산한 그래프.
<49> 도 11a, lib는 냉각수 중에 잠긴 태양광전지모들의 열량 방출 능력을 설명하기 위 한 도면.
<50>
【발명의 실시를 위한 형태】
<5)> 본 발명은 평면거울에 의한 집광， 상기 집광을 위한 태양광 추적, 집광에 의한 열 을 냉각하는 방식을 적용하여 동일한 태양전지 기판으로 최대한의 전력을 생산하는 방법 및 장치를 제공하며， 예시적인 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명 한다. 도 2는 평면거울에 의한 균일한 집광 및 상기 집광을 위한 태양광 추적 방법 을 직관적으로 이해할 수 있도록 제시한 도면이고, 도 3은 집광에 의한 열을 냉각하 는 방법의 한 예를 든 것이다.
<52> 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
<53> 태양전지기판 (Photovolta Panel)은 그 수광면이 태양광의 입사방향에 수직으로 태양을 등진 채 배치된다. 즉, 태양광의 진행방향을 +z축으로 정할 때 태양전지기 판의 수광면측 법선은 +z축 방향이다. 여기서 한가지 짚고 넘어가겠다. 태양광 진 행 방향의 단위백터가 (0， 0, 1)일 때, 태양전지기판 수광면의 법선 방향의 단위백 터도 (0, 0, 1)로 배치하는 것이 가장 좋고， 효율적이며, 계산하기도 편하다. 그러 나， 본 발명의 청구범위에서는 본 발명의 청구범위를 회피하기 위한 시도를 방지하 기 위해서 태양전지기관 수광면의 법선방향의 단위백터 대해서 위와 같이 (0, 0, 1)로 한정하지는 않겠다.
<54> 복수의 평면거울 (Flat Mirror)등 각각은 그 반사면이 태양을 마주보며 각각 x축 방 향 및 y축 방향으로 적당한 각도로 기울어진 채 고정되어, 입사되는 태양광을 태양 전지기판으로 균일한 세기의 반사광으로써 반사한다. 각각의 평면거을은 그 위치에 따라 크기와 방향이 다르게 설정되나, 그들의 반사광이 태양전지기판의 수광면을 완전히 덮을 정도로 설정되어야 한다.
<55> 본 발명의 청구범위를 한정하는데 따르는 근거를 들기 위해서 부가적인 설명을 하 겠다. 태양전지기판의 수광면은 태양을 등진 채 배치된다는 것이 본 발명의 중요한 한 요지이다. 이를 다음과 같이 표현하겠다. " 태양광 진행방향의 단위백터가 (0, 0, 1)일 때， 태양전지기판 수광면의 법선방향 단위백터의 z축 성분은 양수이다." 그렇지 않으면 (태양전지기판 수광면의 법선방향 단위백터의 z축 성분이 음수이거나 0임을 의미하며， 이는 곧 태양전지기판의 수광면이 태양을 마주보고 있거나 태양광 진행방향과 평행함을 의미한다ᅳ ) 평면거울을 이용한 균일한 광 세기의 집광을 높은 수준으로 끌어올리기 매우 어렵기 때문이다. 이는 평면 기하학을 사용해서 쉽게 파 악할수 있는 내용이므로 그 자세한설명은 생략하겠다.
<56> 본 발명의 집광기술을 적용하면 대면적의 태양전지기관에 균일하고 높은 수준으로 집광된 태양광을 쉽게 투사할 수 있다 . 집광의 정도는 평면거울의 수를 조정하여 쉽게 조절할 수 있디-. 겨울철 (또는 아침, 저녁 둥) 태양광의 세기가 낮을 때를 대 비하여 평면거을의 수를 넉넉하게 설치하고, 여름철 (또는 한낮 등) 태양광의 세기 가 너무 높을 때는 그 중 몇 개를 불투명한 물건으로 가리거나, 일부 평면거을들의 방향을 변경하는 등의 방법으로 집광의 정도 (입사광 세기)를 가변할 수도 있다. 이 를 위해서, 상기 평면거울들 증 집광에 사용되는 평면거울들의 개수를 가변할 수 있는 별도의 수단을 더 구비하는 것도 좋디-.
<57> 프레임 (Frame)은 태양전지기판과 복수의 평면거울들을 태양광 진행방향에 대해서 상기의 위치관계가 유지되도록 고정한다. 프레임은 또한 수평 및 수직의 2축 방향 으로 회전하는 태양광추적시스템 (Rot at ion Mechanics)에 연결된다.
<58> 태양광추적시스템 (Rotation Mechanics)은 태양의 위치변화에 따라서 수평 및 수직 의 2축 방향으로 프레임을 회전시키며， 이로써 상기 프레임 상에 고정된 태양전지 기판과 평면거울들의 집광을 위한 배치관계가유지되도록 한다.
<59> 기등 (Post)은 상기 구성요소들 (프레임， 태양광추적시스템， 태양전지기판, 평면거울 들)의 무게를 지지하며 주로 지면에 고정되겠지만 이동가능하게 설계될 수도 있다.
<60> 도 3을 참고하여 냉각 방식의 일 실시예를 설명하겠디-.
<6i> 도 2의 실시예와 같이 24개의 평면거울들을 사용하는 경우 태양전지기관에 입사되는 태양광의 세기는 통상의 경우보다 20배 이상으로 을릴 수 있다. 이렇게 강한 입사 광에 의해서 태양전지기판은 빠르게 온도가 올라가고, 특히 결정질 실리콘 (Si)계 태양전지는 은도가 상승함에 따라 광전변환효율이 빠르게 낮아진다. 따라서, 적어 도 결정질 실리콘 (Si)계 태양전지의 경우에는 넁각이 반드시 필요하다.
<62> 가장 효과적인 방법은 도 3에 예시된 비-와 같이, 태양광이 투과할 수 있는 투명한 창 (Window)을 갖는 용기 (Housing)의 내부에 태양전지기판을 배치하고, 용기 내부의 나머지 공간을 냉매 (Coolant, 가장 대표적으로는 물)로 채우는 것이다. 냉매를 용 기의 내부 /외부로 유입 /유출시키면 더욱 효과적이다.
<63> 냉매가 용기의 내부 /외부로 유입 /유출되지 않는 때라도 용기 내부에서 용매가 순환 되도특 순흰기 (도 7, 9의 Circulator)를 구비하는 것도 고려해 볼 수 있다. 넁매의 유입 /유출 및 강제순환 방식이 아니더라도， 넁매의 질량이 층분하다면 냉매 자체의 열적 대류에 의해서 태양전지기판의 적어도 외부표면을 일정은도 범위로 넁각시킬 수 있다.
<64> 도 4， 5， 6을 참고하여 태양전지기판과 평면거을 사이의 위치관계， 크기, 반사광의 세기에 대해서 더욱 자세히 설명하겠디-.
<65> 도 4에서, 태양광의 진행방향을 +Z축 방향이라고 가정하지-. 태양전지기판의 수광면 은 +Z축 방향으로 향해 있고 (즉, 태양전지기판의 수광면은 태양을 등지고 있다. )， 그 수광면의 중심 P가 (0, 0, 0)에 위치한다고 가정하자.
<66> 평면거을의 반사면은 -Z축 방향으로 향해 있고， 반사면의 중심 M이 (0， d, 1)에 위 치하며， 선분 PM과 z축이 이루는 각도가 2Θ일 때， 평면거울에 의한 반사광이 태양 전지기판 전체를 덮는다면, 그 평면거울은 X축에 평행한 직선 (y=d, z=l)을 중심으 로 Θ만큼 회전하여 기울어진 상태로 있어야 한다. (이후부터 이러한 희전을, 희전 의 중심축 방향과 상관없이 "Θ/ 라고 부른다. 마찬가지로, 태양전지기판 수광면 중심과 평면거울 반사면 증심 사이의 X축 방향 이격에 따라 기울어야 하는 평면거 울의 각도는 "θχ" 라고 부른다.)
<67> 그 때의 관계를 정리하면， tan2e=d/l, cos9-m/p. c()se=b/m의 관계가 성립한다. ( 여기서, p는 태양전지기판의 y축 방향 폭， m은 평면거울의 y축 방향 폭， b는 평면 거울에 의해서 반사되어 태양전지기관에 입사되는 태양광 (Sun Beam)의 y축 방향 폭 을 의미한다.
<68> 따라서, 한 변의 길이가 p인 태양전지패널을 반사광으로 완전히 덮기 위해서는， 평 면거을의 해당 변의 길이 최소값 m=pcos© 이고， 그때 입사되는 태양광의 해당 변 의 광폭
Figure imgf000010_0001
이다.
<69> 위의 관계는 X축 방향으로 이격된 평면거울을 놓고 보더라도 동일하게 적용된다.
<70> 따라서, X축 방향으로 θχ만큼 y축 방향으로 θγ 만큼 기울어진 평면거울 (Mirror) 의 반사광의 경우， bxxlv¾cos2exXpycos2ey의 넓이로 입사되는. 태양광을 ¾xpy 의 넓이를 갖는 태양전지기판에 균일하게 반사시키므로, 상기 (Θχ, ey)만큼 기울 어진 평면거을의 집광능력을 다음과 같이 주어진다.
<7i> (Θχ, ey)로 기을어진 평면거을의 집광능력 =cos2exxcos2ey.
<72> 보다 구체화시킨 예를 들어 상기 집광능력을 설명하면 아래와 같다,
<73> 어떤 평면거을의 반사면 중점 M이 (dx, dyi 1) 에 위치하고 태양전지패널 (Panel)의 수광면 중점 P가 (0,0,0)에 위치할 때, 선분 PM과 z축이 이루는 각도는 yz평면에서 봤을 때는 2 이고 평면에서 봤을 때 2ΘΧ이며， 그들 사이에는 다음의 관계가 성 립한다.
t an2 Θ y=dy/ 1 , cos6y=my/py , cosG)y=by/my
tan20x=dx/l , cos0x=mx/px , cos0x=bx/mx 상기의 수식 관계는, 태양전지기판의 (가로 X세로) 크기가 pxxpy 일 때, 평면거을 의 필요 최소 (가로 X세로) 크기는 mxXn )xcosexXpycosey 7l"되고, 그때 상기 평 면거울에 의해서 반사되어 태양전지기판으로 균일하게 입사되는 태양광은， 반사되 기 전의 원래 태양광 진행방향에 수직인 직사각형 평면
Figure imgf000011_0001
입사되는 광량을 태양전지기판의 면적 PxXPy에 균일하게 투사한다는 것을 의미한 다.
따라서 이렇게 (Θχ, ey)로 기울어진 평면거울의 집광능력은 cos2exxcos2ey이다. 도 5， 6을 참고하여 도 2의 24개의 평면거을이 어느 정도 광량의 태양광을 집광하는지 살펴보자. 계산의 편의싱- px=Py=p, 즉 태양전지기판 (Panel)이 정사각형 형태이고， 평면거울 (M ror)들의 배열이 x-y평면에서 대칭적으로 배열되었다고 가정하자. 그 러면， 도 6과같이 24개의 평면거울은 G1-G5의 5가지의 집광능력을 가질 것이다. 도 5에서 dl 二 1.2p, d2 = 2.4p 로 설정하고, L = ¾)， 5p, 0.5p 일 때 각각의 집광 능력을 계산하면 다음과 같다.
L=5p 일 때 ,
2 Θ xi-2 θγ1-2 Θ ^arctanCdl/D-arct an( 1.2/5)=13 - 50도, θχ-6.75 도
2 θ χ2=2 θ y2=2 θ 2=ar c t an ( d2/L ) =ar c t an( 2.4/5) =25.64도, θ2=12.82도
Gl의 집광능력 ： X1 = 0.986 (4개); (θχ1 , 6yl중 하나는 0도)
G2의 집광능력 ： 1X1 = 0.951 (4개); (θχ2 , Θ 중 하나는 0도)
G3의 집광능력 ： 0.986X0.986 = 0.972 (4개)
G4의 집광능력 ：
Figure imgf000011_0002
0.986X0.951 = 0.938 (8개) <87> G5의 집광능력 cos202Xcos e2 = 0.951X0.951 = 0.904 (4개)
<88> L=5p일 때 ᅳ 24개 평면거을 (Mirror)은 입사광을 22.756 배로 집광한다. (상기의 대칭 적인 배열 조건하에서)
<89>
<9(» L=3p 일 때，
<9!> 2 θχ1-2 Gyl=2 Θ 1=arctan(dl/L)=arct an( 1.2/3)=21.80 도, Θ^ΙΟ.90 도
<92> 2 θ x3=2 Θ y2-2 Θ 2-ar ct an(d2/L)=ar ct an(2.4/3)=38.66도, θ2=19.33 도
<93> Gl의 집광능력 ： = 0.964 (4개); (θχ1>θ 1 하나는 0도)
<94> G2의 집광능력 ： = 0.890 (4개); (θχ2)θγ2^ 하나는 0도)
<95> G3의 집광능력 ： .964X0.964 = 0.929 (4개)
<96> G4의 집광능력 ： .964X0,890 = 0.858 (8개)
<97> eG5의 집광능력
Figure imgf000012_0001
0.890X0.890 = 0.792 (4개)
<98> L=3p일 때, 24개 평면거을은 입사광을 21.164 배로 집광한다. (상기의 대칭적인 배 열 조건하에서)
<99> L=0.5p 일 때,
ίΐοο> 2 θ χ 2 Θ yi-2 Θ i-ar ct an(dl/L)=arct an( 1.2/5)=67.38 도, θ^33.69 도
ίΐοι> 2 θ χ2=2 θ y2=2 θ 2-ar ct an(d2/L)=arct an(2.4/5)=78.23 도, θ2=39.12 도 ίΐ02> Gl의 집광능력 ： 1 = 0.692 (4개); (θχ1 ,©^중 하나는 0도) i03> G2의 집광능력 ： 1 = 0.602 (4개); (θχ2 ， Θ y2중 하나는 0도)
<104> G3의 집광능력 ： 0.692 X 0.692 - 0.479 ( 4개) d05> G4의 집광능력 ：
Figure imgf000012_0002
0.692X0.602 = 0.417 (8개) ii06> G5의 집광능력 ： cos2e2Xcos2e2 = 0.602X0.602 = 0.362 (4개)
<i07> L=0.5p일 때, 24개 평면거울 (Mirror)은 입사광을 11.876 배로 집광한다. (상기의 대 칭적인 배열 조건하에서) .1()8> 즉, 태양전지기판 (Panel)과 평면거울 (Mirror)들이 배열된 프레임 평면 사이의 거리
L이 0.5p인 가까운 거리임에도 블구하고 도 2의 24개 평면거을은 10배 이상으로 집 광함을 알 수 있다.
d0 > 원리적으로 따져보면 다음과 같다. 평면거을 (Mirror)의 반사면이 모두 z=0인 평면 ( 즉， 태양전지기판의 수광면이 무한히 연장된 평면， 즉 X— y 평면)의 오른쪽 (z>0)에 있는 조건 하에서 L이 아무리 작아지더라.도, θι, 92는 45도보다 작다. 따라서 도 6 의 24개 평면거을 (Mirror) 배열 및 χ-y 대칭 배열 (정사각형 형태)의 조건 하에서， G1 G5의 집광능력은 각각 0.5(4개)ᅳ 0.5(4개), 0.25(4개), 0.25(8개), 0.25(4개)보 다 크고， 총 집광능력은 8보다 크다. (단, 상기의 유추는 평면거을들이 서로 입사 광과 반사광의 진로를 방해하지 않도록 배열될 수 있다는 전제하에 가능하다. L의 크기가 너무 작으면 광 경로에 장애물이 위치하지 않도록 평면거울들을 정렬하는데 어려움이 따른다.)
dio> L=0.25p인 경우를 대입해 보자. 이고 기타 다른 조건 (dl, (12의 크기)도 상 기의 예들과 같다면, G =39.16도, Θ 2=42.03도이고， (;1 5의 집광능력은 각각
0.601, 0.552， 0.361, 0.332, 0.305가 되며， 24개 거을의 총 집광능력은 9.932가 된다.
dii> L이 무한대의 크기를 가지면 (©^92 가 모두 0도로 수렴)， G;卜 G5의 집광능력은 모 두 1이 되므로， 도 2，6의 24개 평면거울들에 의한총 집광능력은 24이디-. 112> 그러나， 총 집광능력을 높이기 위해서 L을 크게 설정하는 것은 매우 비효율적인 방 법이다. 왜냐하면, L의 크기가 5p (5p는 도 2의 24개 평면거울들이 이루는 반사체 구조물의 가로, 세로 폭과 대략 비슷하다,)를 넘어서게 되면, 본 태양광 발전시스 템의 구조물 부피 (정확히는 z축 방향의 길이)가 커지는데 반해서 총 집광능력의 증 가는 그리 크지 않기 때문이다. 평면거울들의 반사면 중심들이 이루는 평면까지의 거리 L을 가능하면 작게 하고, 대신에 평면거을의 수를 늘리는 것이 더 쉽고 효과 적이다. (위에서， 평면거을들의 반사면 중심들은 대략 같은 평면에 있다고 근사시 킬 수 있다. 그러나, 평면거울들의 반사면 중심들이 엄밀하게 동일 평면에 있어야 한다는 의미는 아니다ᅳ )
m> 평면거울들의 수를 늘리는 것은, 도 2의 평면거울들 외곽에 또 다른 24깨의 평면거 울들을 더 배치함으로써 간단히 수행될 수 있다. 즉， 도 2에서는 평면거울 둘레에 평면거을들을 2중으로 둘러싸고 있는데 (8개 +16개 )ᅳ 필요에 따라서는 3번째 외곽 라 인에 새로 24개의 평면거울을 더 배치할 수 있다. ll4> 아을러， 평면거을들은 모두 각각 태양전지기판의 수광면에 항상 균일한 반사광을 투사하므로, 사용되는 평면거을의 수와 배치 위치에 상관없이 태양전지기판의 수광 면에는 항상 균일하게 집광된 태양광이 투사된다.
di5> 위와 같은 조건 (정사각형의 태양전지기판 (pXp), dl=1.2P> (12=2.4p)에서 L = αρ
로 놓고 , 0.1≤ α≤ 10의 범위에서 도 6의 24개 평면거을들의 집광능력을 계산하여 아래의 표 1과도 1CW의 그래프로 제시하였다-. d!6>
Figure imgf000014_0001
G5=cos4e2°i고， di7> 291=arctan(dl/L), 202---arctan(d2/L) 의 관계가 있음은 이미 설명했다ᅳ)
;118> 【표 U
Figure imgf000014_0002
ίΐΐ9> 도 10d의 그래프로부터 α를 0.5 내지 5 사이의 범위에서 설정하는 것이 합리적이 고 현실적이라는 것을 누구나 파악할수 있을 것이다.
ηο> 평면거울들의 반사면 중심들이 모두 동일 평면상에 있을 필요가 없음은 이미 말하 였다. 오히려， 평면거울들의 중심들은 적당히 떨어진 2 이상의 가상의 평면들에 번 갈아 가며 나뉘어 배치하는 것이 더 좋을 수도 있다. 이러한 구성에 따른 평면거을 들 사이의 빈 공간으로 바람의 흐름이 원활하게 되어 평면거을이나 프레임이 강풍 을 보다 잘 견딜 수 있기 때문이다 ·. 앞선 실시예에서 cll= .2p, d2=2.4p 와 같이 평 면거을들 사이의 간격에 충분한 거리를 둔 것도， 이런 바람에 의한 영향을 줄여야 한다는 것을 고려하여 설정한 것이다. (사실 이보다 더 증요한 이유는， 후술되는 바 와 같이 정렬 오차를 극복하기 위해서 평면거을들은 필요 최소 폭보다 충분한 정도 의 마진을 갖도록 설정되어야 하기 때문이다.)
d2i> 평면거을들의 한변의 폭 m은， 요구되는 최소 크기 pcose 보다 약간 큰 것이 좋다.
그래야 평면거을들의 정렬 오차 태양전지기판의 정렬 오차, 태양광추적시스템의 가동 오차 등에도 불구하고 반사광이 태양전지기판의 수광면을 항상 완전히 덮을 수 있기 때문이다.
d22> 평면거울을 이용한 태양광 집광에 대해서는 이것으로 층분히 설명되었다- .
cl23> 이하에서 냉각방식에 대해서 보다 자세히 설명하겠다-.
i24 위에서 보듯이 도 2의 24개 평면거을을 이용하면， 태양전지기판 (Panel)과 평면거을
(Mirror)들 사이의 z축 방향 거리 L에 따라서 8 24배로 집광할 수 있다. (현실적 으로는 10-22배로 집광하는 것이 합리적이다.) 이 경우， 특히 결정질 실리콘 (Si) 계열의 태양전지에서는， 집광에 의한 온도상승 때문에 넁각 없이는 정상적으로 전 력을 생산할수 없다.
ί125 태양전지기판을 냉각할 경우 전력생산 효율이 높아진다는 것은 널리 알려진 현상이 다. 집광하지 않는 경우에도 결정질 실리콘 (Si) 계열의 태양전지모들은 한 여름의 맑은 날씨에 섭씨 60~70도까지 온도가 상승하고， 섭씨 1도씩 상승할 때마다 광전변 환효율은 일정한 비율 (약 0.5 ¾씩)로 하락하며, 섭씨 100도 이상이면 기능을 멈춘 다고 보고된다. 본 발명의 실시예와 같이 입사되는 태양광이 10배 이상으로 집광하 는 경우에는, 태양전지기판의 냉각， 특히 결정질 실리콘계 태양전지기판의 냉각은 필수적일 것이며， 비용이 다소 증가하더라도 냉각효율을 획기적으로 높일 필요가 있다.
<126> 본 발명의 또 다른 관점은 위와 같은 사실을 배경으로 한다 .
d27> 도 7을 참조하여 본 발명의 냉각방식에 관한 바람직한 실시예를 설명하겠다.
=：128> 태양전지기판은 지지대 (Holder)에 의해서 밀폐된 용기 (Housing) 안에 분리 가능하 게 설치된다. 태양전지기관의 수광면 앞에는 평면거울들에 의해서 반사된 태양광이 투과할 수 있도록 투명한 창 (Window)이 용기에서 분리 가능하게 구비된다. (태양전 지기판 및 창을 분리 가능하게 설계하는 이유는, 부품 교체나 수리， 물이끼나 침전 물 등의 불순물 제거 등 유지보수에 편리하기 때문이다.)
d29> 상기 용기는 창과 함께 결합하여 내부를 밀폐시킨디-.
i3o> 용기에는 넁매 (Coolant, 대표적으로는 물)가 유입 /유출되는 밸브 (Inlet, Outlet)가 구비된다. 용기에는 또한 태양전지기관에 속하는 2개 이상의 전력선， 넁매 순환기 (Circulator), 필요에 따라 추가될 수 있는 은도 센서 등의 각종 센서나 제어기 등 에 수반되는 각종 전기배선들을 용기 외부로 빼낼 수 있도록 별도의 구멍이 뚫려 있다. 용기가 전체적으로 냉매가 누출되지 않도록 밀봉되어야 함은 당연하다.
d3i> 냉매로서 물 (¾0, Water)을 사용하는 것은, 값싸고, 쉽게 구할 수 있으며, 대량으로 존재하고, 환경에 무해할 뿐 아니라 가장 비열이 큰 물질 중의 하나이기 때문이다. 비열이 크다는 것은 태양전지기판의 온도상승을 억제하는데 효과가 큼을 의미한다 ᅳ (종래의 공랭식 냉각법은 냉각 효율이 크게 불충분하다.) 본 발명의 실시예는 넁 매인 물이 태양전지기판의 양쪽 표면과 직접적으로 접촉해 있기 때문에 태양전지기 판의 후면만을 넁각하는 종래의 수넁식 냉각법보다도 냉각 효율을 월등히 높인다.
^ 2> 물론 태양전지기판이 물속에 잠긴 상태가 되므로 절연에 세심한 주의를 기을여야 하고 추가적인 비용이 들 것이다. 그러나， 현재의 기술 수준으로 충분히 극복할 수 있고， 여기에 추가되는 비용을 고려하더라도， 본 발명의 넁긱 · 방법은 층분한 경제 적 효용성을 가질 것이다.
<133> 태양전지기판, 단자 및 전기 배선은 그 전체를 절연체로 둘러싸며， 특히 수광면을 덮는 절연체는 (특히 광전변환에 기여하는 파장 대역의 빛에 대해서) 우수한 투과 성을 가져야 한다. 상기의 절연체는 우수한 절연성은 물른이고, 가능한 한 높은 열 전달 효율을 가지는 것이 좋다. 절연체의 두께는 열 전달 효율을 높이기 위해서 가 능한 한 얇은 것이 좋으나, 절연성 및 내구성을 악화시키지 않을 정도의 두께는 되 어야 한다.
-134> 창 (Window)의 내부면과 태양전지기판의 수광면은 가능한 한도 내에서 가깝게 배치 한다. 이는 냉매 (넁각수)에 의해서 흡수되는 태양광의 광량을 줄이기 위함이다. 그 러나， 태양전지기판의 수광면 부근의 냉매 (넁각수)가 대류 하기 힘들 정도로 가깝 게 배치되는 것은 피한다.
d35> 넁매가 물인 경우를 가정하여 냉각수 (Cooling Water)의 교체주기를 계산해 보자.
태양전지기판의 수광면 면적이 A이면, 용기의 창 면적은 A 보다 커야 한다. 그래도 일단， 창을 포함하는 용기 (Housing)의 단면적을 A라고 가정하자. 용기의 내부 두께 는 D라고 할 때， 용기 내에 수용되는 넁각수의 부피는 AD이다. (태양전지기판 등이 차지하는 부피는 무시할 수 있음.)
ί 6> 예를 들어， 냉각수의 온도가 섭씨 20도에서 섭씨 50도까지 상승 (ΔΤ=30Κ)하는데 걸 리는 시간 t가소요된다면 다음의 수식이 성립한다.
<i37> AQ=ADp σ AT=gI0At d38> 상기 수식은 용기 내의 물의 온도를 30도 을리는데 (즉, ΔΤ=30Κ) 필요한 에너지량 과 태양전지기판에 입사되는 반사광에 의해서 유입되는 에너지량이 같다는 것을 의 미한다 ·.
139> 여기서， p=i g/cm 3 (물의 밀도), σ-4.2 J/gR (물의 비열)이고, gl0는 태양전지기판 으로 입사되는 집광된 반사광의 세기로서, 상기 g는 도 2의 2 개 평면거울에 의한 집광능력을 의미하며 그 크기는 8~24사이 (현실적으로는 10-22사이)의 값을 갖는 다는 것을 보았다. 10는 태양광의 세기로서 지표면 상에서 가장큰 값인 AM1=925
W/m2 (맑은 날 천정에 있는 태양에서 방사되는 태양광의 세기)을 적용하면 충분하다. (상기의 조건이 온도 상승과 관련해서는 최악의 조건이다.)
,i4o> 상기의 수식에 상기의 수치들을 대입하여 정리하면, t=(D/g)( 1362) (sec/cm) [초]의 관계가 성립한다.
d4i> 도 10(1로부터 (은도상승 측면에서) 현실적으로 최악의 상황은 g=22 정도임을 알 수 있다. 이값을 대입하면, t=(D)(61.9)(sec/cm) [초]로 된다ᅳ
；142> 상기 식은 용기의 내부 폭 D가 ΙΟαη 일때, 30도 온도 상승에 619초 (10분 이상)가 소요된다는 것을 의미한다. D를 60cm로 설계하면， 1시간 이상 넁각수 교체 없이도 냉각수의 온도를 최대 설정값 (섭씨 50도) 이내로 유지할 수 있다는 뜻이다.
m> D를 작게 설계하고 넁각수 교체를 자주하느냐 또는， D를 크게 설계하고 냉각수 교 체를 드물게 하느냐 여부는 용기의 무게， 유지 비용 등을 고려하여 실시자가 선택 할 수 있다. 적당한 주기로 적당한 양의 냉각수를 흘리거나， 온도 센서를 딜-아 냉 각수의 순환 속도를 제어함으로써 용기 내부의 냉각수 온도를 메우 작은 일정한 범 위 이내로 유지하는 것도 어렵지 않다.
<\44> 용기 (Housing)에는 넁매가 유입 /유출되는 벨브 (Inlet, Outlet)들이 더 구비됨은 앞 서 설명했디-. 또， 넁매를 용기 내에서 강제순환하는 순환기 (Circulator)가 더 구비 될 수 있음도 앞서 언급하였다. 순환기 (Circulator)는 회전하는 팬 또는 분사 장치 등으로 구현할 수 있다. 순환기 (Circulator)는 태양전지기판 (Panel )의 수광면 부근 의 냉각수 온도가 다른 부분의 냉각수 은도보다 많이 상승하는 것을 방지하는데 유 용하디-. 그러나, 순환기가 반드시 필요한 것은 아니며 냉각수의 열적 대류에 의한 열의 분산에 맡길 수도 있다.
d45> 다음으로 도 11a， lib를 참고하여, 냉각수에 잠긴 태양전지기판이 과연 집광된 태 양광을 입사받아 얻은 열량만큼의 열량을 냉매로 방출할 수 있는지 계산해 보자. 도 11a는 결정계 실리콘 (Si)을 이용한 태양전지모들의 일반적인 구조이다. l46> 밀봉재의 열전도도는 kl, 전면 투명 기판까지의 밀봉재 두께는 dl이고， 전면 투명 기판의 열전도도는 k2, 전면 투명기판의 두께는 d2라 가정하면, 밀봉재의 전면쪽으 로의 열저항 Rl=dl/kl이고, 전면 투명 기판의 열저항 R2=d2/k2이다. 따라서， 태양 전지 소자로부터 전면측 넁각수까지 이르는 경로의 총 열저항 R=Rl+R2=dl/k2+d2/k2 이고, 열량 전달은 Q=A(AT)t/R 로 구해진디-. (여기서, ΔΤ는 냉각수와 태양전지 소자 표면의 은도차, t는 열량이 흘러간 시간이디 -.)
d47> dl=2 應 1， cl2=5 mm, kl=l W/m (열전도도가 매우 높은 종류의 수지), k2=0„8 W/mK (일 반적인 유리)， ΔΤ=10Κ로 가정하면 (태양전지소자의 온도가 섭씨 60도, 냉각수의 은 도가 섭씨 50도인 것으로 가정),총 열저항 R=8.25X10"3 (m2K/W)이고， (AQ)/tA=(A
T)/R=l,212 W/m2이다. 즉, 1 당 1,212 W의 일를로 전면 쪽으로 열량을 방출할 수 있다는 의미이다, 태양전지모들의 후면 쪽은 투명할 필요가 없으므로， 후면 쪽으로 의 열저항을 전면 쪽의 열저항보다 더욱 작게 설계할 수 있다. (예를 들어 후면 기 판은， 전면 투명 기판으로써 가장 많이 이용되는 판유리보다 열전도도가 훨씬 높 은， 금속판으로 구성할 수도 있다.)
d48> 따라서 적어도, 도 11a의 실시예 및 상기 변수값 지정에 의해서도 전，후면 쪽을 모 두 고려하면 열방출 능력은 최소한 2X1,212=2,424 /m ) 이상임을 알 수 있다. dl, d2를 작게 하고, kl, k2는 크게 선택함으로써， 총 열저항 R을 더욱 작게 만들 수 있다. (즉, 넁각수 쪽으로의 열 방출 능력을 더욱 크게 할 수 있다.)
<149> 또， 냉각수의 은도가 낮아서 ΔΤ가크면 그 만큼 더 열량 방출이 잘 이루어 진다. dso> 도 lib는 박막형 태양전지 (비정질 실리콘， CdTe, CIGS 둥) 모들의 일반적인 구조인 데, 전면 쪽의 투명한 수지가 불필요하므로 도 11a의 경우 보다 총 열저항을 더욱 줄일 수 있다. 도 lib의 경우에는 도 11a의 경우와는 달리 밀봉재 (일반적으로 고분 자 수지)가 블투명해도 되므로, 열전도도 k를 크게 설정하기 위한 선택의 폭이 더 욱 넓은 점도 유리하게 작용한디-ᅳ
ii5i> 한편, 열전도도 k가 7 W/niK에 이르는 고분자 수지가 시판되고 있으므로 싱-기 실시 예의 가정보다 총 열저항을 줄이는 일은 현 기술수준에서 어렵지 않다. l52> 위에서, 냉각수에 잠긴 상태의 태양전지모들이, 집광된 태양광으로부터 받는 열량 에 버금가는 열량을 넁각수로 방출할 수 있음을 충분히 고찰했다.
dS3> 냉각수에 의한 태양광의 흡수를 최소화하기 위해서 태양전지기판의 수광면과 창
(Window)의 내면은 가능한 한 가깝게 배치한다. 그러나， 상기 두 표면 사이의 거리 가 지나치게 가까워서 냉각수의 대류가 어려워지는 것은 곤란하다. 태양전지기판의 수광면 부근에서 은도가 상승한 넁각수가 층분히 대류 할 수 있어야 하기 때문이 다.
d54> 냉각수에는 기포의 발생을 억제하는 소포제를 소량 첨가할 수 있다. 이는 넁각수 중에 떠다니는 기포가 많아지면 태양전지기판으로 입사하는 태양광의 진로가 방해 받기 때문이다.
d55> 기은이 영하로 내려 갈 때는 넁각수에 부동액을 일정비율 섞어 줄 수도 있디 그러 나， 환경에 대한 악영향, 태양광 시스템의 부식 증가， 부동액 구입과 관리에 필요 한 추가비용 등의 문제를 고려하면 가능한 한 순수한 물을 넁각수도 사용하는 것이 가장 좋다. 태양광이 비추는 맑은 날의 낮 동안 (전력을 생산 기간)에는 · 평면거울
(Mirro)들의 집광에 의한 열 때문에 넁각수가 어는 일은 좀처럼 없을 것이디ᅳ. 넁각 수가 얼 때 발생하는 문제점은 기온이 영하로 떨어진 아침에 얼음에 의해서 태양전 지기판 (Panel)에 입사되는 태양광의 진로가 방해받아서 전력생산 효율이 떨어지는 것이다. 더욱 문제가 되는 것은, 물이 얼 때 발생하는 부피팽창에 의해서 용기나 밸브, 호스 등의 내부에 압력이 커지고 이에 따라 기계적 파손이 발생할 수 있다는 점이다. 이러한 문제는, 전력 생산을 멈춘 (가동이 중단된)， 즉 태양광이 비추지 않 는 시간 (밤, 흐린 날) 동안에 주로 발생할 것이다.
d56> 그러나 넁각수가 순수한 물인 경우라고 하더라도 기계적 파손을 방지하는 방법이 전혀 없는 것은 아니다. 기온이 영하로 내려가는 밤 또는 햇빛이 비출 가능성이 거 의 없는 영하의 흐린 날에는 용기나 밸브， 넁각수 유입 /유출관 등 시스템 내부의 넁각수를 모두 빼서 비워두고, 태양이 비추기 시작해서 발전을 시작하기 직전에 넁 각수를 채운다면， 넁각수가 얼어서 태양광발전 가동이 지체되는 문제 및 부피팽창 에 따른 기계적 파손 등의 상기에서 언급한 문제점들을 해결할 수 있을 것이다. 집 광에 의한 열 때문에 창 등에 낀 얇은 얼음은 곧 녹을 것이다.
'-：157> 한 가지 덧붙이자면 , 도 7과 같이 태양전지기관이 용기 내부에 설치되어 용기에 의 해서 보호되므로, 태양전지기판을 더 얇게 만들 수도 있고 (기계적 강도가 허용되는 범위 내에서) , 종래 대기 중에 노출된 상태로 있을 때 발생하는 열화 (주로， 자외선 등의 단파장 방사선에의 노출， 은도변화 등에 기인함ᅳ )를 감소시킬 수 있다.
,i5S> 도 8을 참고하여 도 2와 관련된 또 다른실시예를 설명한다.
\59> 도 8에는, 각각 1개의 태양전지기판과 24개 평면거울들을 배열한 4개의 서브프레임 이 도시되어 있는 ·데， 이 경우 도 2에 도시된 바와는 다르게 태양추적시스템
(Rotation Machine)은 프레임의 무게 중심 Q에 연결하는 것이 가장좋다. 그 이유 는 전체 프레임의 무게 중심에 태양추적시스템이 연결될 때 프레임을 회전시키는데 필요한 구동력이 최소화되고, 중력이나 바람 등에 의한 기계적 피로도를 최소화 시 킬 수 있기 때문이다. 도 2의 경우에도 프레임의 무게중심을 찾아 태양추적시스에 연결하는 것이 더욱 좋을 것은 물론이디-.
160> 또 , 프레임의 형싱ᅳ이 태양광의 진로를 방해하지 않도록 설계되어야 함도 당연하다 .
；161> 도 9에서 보듯이 평면거을에 의해서 반사되어 집광된 태양광을 입사 받는 태양전지 기판 (또는 냉각용 용기)의 이면에는 별도로 보조 태양전지기판 (Supplementary Panel)을 더 구비할 수도 있다. 이는 기왕에 마련된 태양광추적시스템을 이용할 수 있고, 또 태양전지기판 (Panel)이니- 용기의 후면으로 입사되는 태양광이 쓸모없이 버려지고 오히려 온도 상승만 유발하기 때문이디-. (상기 실시예의 경우에는, 적어 도 보조 태양전지기판의 변환효율에 해당하는 양 만큼의 에너지가 전력의 형태로 외부로 빠져 나간다.)
£162> 도면에는 나타내지 않았지만， 광전변환에 기여하지 않는 파장대역의 빛을 걸러내기 위하여 창 (Window) 및 /또는 평면거울 (Mirror)의 표면에 광 필터층을 더 구비할 수 있다. 이는 온도상승과 태양전지기판 (Panel) 등의 열화를 억제하는 추가적인 효과 를 가진다. 대역통과 광필터는 평면거울에 부착함이 가장 좋디-. 평면거울들이 받는 태양광의 세기는 최대치가 AMK925 WAn2)이기 때문에 열이나 강한 광에 의한 광필터 의 열화를 최소화 할 수 있기 때문이다. 그러나 이 경우에는 광필터의 필요량이 증가하기 때문에 가격면에서는 불리하다ᅳ 광필터를 용기의 창 (Window)에 부착하는 경우는 이와 반대이다. 광 필터를 태양전지기관의 수광면 상에 부착할 수 있다. 그 러나, 이는 가장 안 좋은 방법이다. 태양전지기판의 수광면에 직접 접촉한 물체 (광 필터)에 열량이 축적되는 것을 의미하기 때문이다. 또한 광필터와 유사한 기능을 수행하는 물질 (예를 들어， 염료)을 용기 내부의 냉매에 흔합할 수도 있다. 광필터 의 사용은 그 위치에 따른 상기 4가지 경우 (평면거울， 창， 태양전지기판, 넁메) 중 에서 단독으로 또는 2 이상을 결합하여 채택할수 있다.
<163> 입사광 (특히， 광전변환에 기여하는 파장대역의 입사광)에 대해서，
평면거울 (Mirror)은 높은 반사율, 낮은 투과율 및 낮은 흡수율을 가져야 하며， 창 (Window)은 낮은 반사율， 높은 투과율 및 낮은 흡수율을 가져야 한다. d64> 본 발명의 기술 사상에 대해서 몇 가지 덧붙이겠디-.
<165> 1. 본 발명의 실시예는 상업적으로 시판되고 있는 결정질 실리콘 (Si)계 태양전지를 염두에 두고 기술되었다. 그러나, 비정질 실리콘， CIS, CIGS, CdTe 등의 박막 태양 전지 , ffl—V족 또는 Π-VI족 원소로 이루어진 화합물 다중접합 태양전지， 양자구조 를 갖는 태양전지， 염료감웅 태양전지， 유기박막 태양전지， 플라즈몬 태양전지 등 여타의 태양전지기판에도 본 발명의 실시예가 적용가능함은 자명하다. d66> 2. 본 발명의 냉각 시스템은 실리콘 (Si)계 태양전지에서 필수적으로 요구될 것으로 예상된다. 그러나， 은도상승에 광전변환 효.율이 그다지 떨어지지 않는 종류의 태양 전지기판을 사용하는 경우에는 본 발명의 실시예에서 밝힌 냉각 장치가 반드시 필 요한 것은 아니다.
,"167> 3. 본 발명의 집광 및 태양추적 시스템을 이용한 태양광발전 방법은， 생산되는 전 류 (즉, 전력)가 입사되는 광량 (또는 광세기; intensity)에 비례한다는, 아인슈타인 이 발견한 광전효과의 일반 원리에 입각한 것이다, (낮은 레벨의 소정의 값 이상인 세기의 태양광이 입사된다면, 상기 입사되는 태양광의 세기에 크게 상관없이, 태양 전지기판 내부의 단위 셀들의 직렬연결 수에 비례하여 출력되는 출력전압은 거의 일정한 값을 가지므로， 태양전지기관에서 나오는 출력전력과 출력전류는 실질적으 로 정비례한다.) 그러나， 입사되는 광량 (광세기)이 계속해서 커 나갈 때， 그에 비 례해서 태양전지기판이 계속해서 출력전류 (또는 출력전력) 값을 계속 높여 나가지 는 않을 것이다. 아마 입사 광량 (세기)이 어느 일정 값 이상이 되면 광세기 (intensity)가 계속 증가하더라도 태양전지기판의 출력전류 (또는 출력전력)가 어느 일정한 값으로 수렴하거나 (포화현상, saturation), 또는 증가율 dp/di 값이 작아지 는 현상이 발생할 것으로 예측된다. (위에서 p는 전력， i는 전류가 아니라 입사하 는 광의 세기를 의미함.) 그러나， 상기의 전류 (전력) 포화값 또는 광세기에 따른 출력전류의 변화율 (dp/di)의 양상은 태양전지기판을 이루는 반도체 물질의 종류， 반도체 층의 두깨， 도핑 농도, 공핍층 두께， 적층 구조 등의 제조 방법이나 구조에 따라서 달라질 것이다. 가장 간단한 방법은 반도체 층 (액티브층 또는 기능층)의 두 께를 두껍게 하는 것이다. 공개특허 KR 10-2007-0004928 A (W0 2005-096394 A1에 대응)의 10-12째줄에는 "... 입사하는 방사선은 기능충들에 의해 흡수될 수 있으 며, 이때 각각의 기능층꾀 두께는 상기 기능층에서 흡수되는 방사 전력 (radiated power)의 비율을 결정하고 ..."와 같이 기재되어， 반도체 액티브층 (기능층)의 두깨 가 두꺼울수록 광을 더 많이 흡수하여 전류를 더 많이 생성함을 밝히며， 상기에 기 재된 바, 상기 전력의 포화값 또는 출력 전류의 변화율 (dp/di) 양상이 반도체층의 두께와 관련될 것이라는 본 발명인의 예상을 뒷받침하고 있다.
.168> 4. 상기에서 언급한 광세기 (i)의 증가에 따른 태양전지기판의 전류 (전력) 포화값을 높이거나 또는 dp/cii 값을 높게 유지할 수 있도특 하는 기술은， 그 자체로 매우 의 미 있고 유익한 발명이 될 것이다. 그러나 그러한 발명들이 이루어진다면， 그 발명 들은 본 발명에 의해서 공개된 기술사상으로부터 발명의 동기 (motive)를 얻은 것들 이고， 따라서 본 발명과의 관계에서는 개량발명 (이용발명)으로 인식되어야 한다. cl69> 5. 상기 3.항에 기재된 바와 같이, 태양전지기판으로 생산되는 전력이 광세기가 커 짐에 따라 종국에는 포화되거나 증가율이 둔화될 것이다. 그러나， 적어도 광세기가
1,000 W/m2의 크기까지는， 적어도 시판되고 있는 실리콘 (Si)계 태양전지기판의 경우 에， clp/di 값이 일정한 값을 갖는다. 이점은 본 발명의 효용성을 확실하게 뒷받침 한다. 왜냐하면, 태양광의 세기가 약한 경우 (태양 고도가 낮은 경우， 하루 중 아침 과 늦은 오후， 겨을, 고위도 지역， 구름이나 안개가 낀 날씨 등)에도 본 발명을 이 용하면， 항상 태양전지기판의 수광면 상에 IKW/m2 (상기 값은 태양이 천정에 있을 때， 즉 태양광이 지표면에 수직으로 비출 때의 태양광 세기인 AMK925 W/m2)보다 약 간 높은 값이다.) 이상의 광세기로 태양광을 비출 수 있음을 의미하기 때문이다. 즉, 같은 면적의 태양전지기판을 이용할 때， 비록 평면거울의 개수 및 태양광 발전 시설에 소요되는 토지 면적 등이 증가하겠지만, 종래 태양광 세기가 약해서 전력 생산을 포기했던 환경에서도 본 발명을 적용할 경우 상업적으로 태양광발전을 이용 할 수 있는 것이다. 이는 몽골， 시베리아， 캐나다 등， 태양광 발전에 이용할 수 있 는 저렴한 토지가 많지만 고위도 지역이라서 태양광의 일사량이 부족해서 태양광발 전 사업이 경쟁력이 없다고 평가받는 지역에서도 태양광발전 사업이 가능함을 의미 한다.
ᅳ170> 6. 본 발명의 청구내용과 크게 관계없지만, 아주 단순화된 모델을 이용하여 태양의 고도 변화에 따라서 태양광의 세기 (intensity)가 어떻게 변화는지 예측해 본다. (도 10a, 도 10b, 도 10c 참고)
<171>
ci72> 도 10a에서 보듯이, 태양의 고도가 낮을수록 태양광의 세기가 작아지는 이유는， 대 기 중의 분자나 먼지 등의 입자에 의해서 태양광이 차단 (흡수， 반사, 산란)되기 때 문이다. 태양광의 진행 경로에 차단 입자 (기체액체 분자, 고체 입자)가 많을수록 태양광 세기가 감소한다. 이는 곧 태양광 범의 대기 중 진행경로가 길수록 태양광 세기가 감소한다는 것을 의미한다ᅳ
i73> 도 10a에서와 같이 태양광이 수직 방향 (천정)에서 오는 지표상의 지점 P0와 태양광 이 수직에서 각 Φ만큼 비껴서 오는 지표상의 지점 P를 비교하자. (태양의 고도 =90- Φ 의 관계가 성립한다.)
l74> P0로 내리쬐는 태양광은 대기 중에서 H (대기권 두께) 만큼 이동한다. d75> P로 내리쬐는 태양광의 대기 중에서의 이동거리를 X(PQ 사이의 거리)라고 하면， 삼 각형 OPQ에서의 코사인 제 2법칙의 관계로, (R4il) =R x— 2Rx«)s(180- )로 되며, x에 대한 2차 방정식으로 정리하면 x2+2 (Rcos φ )x-(H2+2RH)-0 이다 ,
<ΐ76> (여기서 , R.은 지구 반지름， H는 대기의 두께, 0는 지구중심, Q와 ¾는 긱-각 P와 P0 로 진행하는 태양광이 대기의 최외각과 만나는 (가상의) 지점이디-. 또, 지구는 완 전한 구형체이고, 태양광이 대기 중에서 진행할 때 굴절되지 않는다고 가정한다,) 물리적으로 의미있는 상기 2차방정식의 해를 구하면, x((I>) RJcos $+ir+2Rii) - Rcos φ 이디-.
d77> 여기서 , Χ( φ )/Η≡ β ( φ )로 정의하면 ,
2 1/2
m> β ( φ )= [ (R/H rcos φ +1+2 (R/H)] ― (R/H)cos(|) 이다. (태양광의 입사각이 수직과
Φ각을 이를 때 태양광의 대기 중 경로 길이가 χ(Φ)이고, β(Φ)는 대기 두께 Η 에 대한 태양광의 대기 중 경로 길이 χ(φ)의 비율이다.)
ii79> R=6,400 Km, H=100 Km로 가정하면,
2 1/2
ci80> β(φ) = [64 cos" +129] - 64cos φ 이다.
dsi> (지구는 사실， 적도 반지름 6,378 Km, 극 반지름 6,357 Km의 타원체지만， 구체라고 가정해도 무방하다.
<182> 대기의 두께 H는 사실 명확히 정할 수 있는 수치는 아니다. 고도 30 T1에서 대략
1/100 기압, 고도 lOO m에서 대략 1/100만 기압이므로, 대기의 두께를 lOO m로 가 정해도 큰 오류는 없을 것이다, 무엇보다도， 대기의 두께를 어떻게 설정하든 β( Φ)은 비슷한 형태를 갖는다. 단， Η를 크게 설정하면 φ에 따른 β(φ)값이 작아진 다. H=32Km로 가정할 때 |3((1 =90도)=20.02, I LOO ra로 가정할 때 β(φ=90도 )=11.36, Η=320Κιτι로 가정할 때 β(φ 90도 )=6.403으로 계산된다.)
<183> 다음으로， 태양광이 대기 중을 통과할 때 어떻게 감쇄되는지에 관해서 간단한 모델 을 세워 실제 측정치와 결합하여 예측해 보자. 대기 중 경로 dx를 진행할 때 광 세 기의 변화량 di는 다음과 같이 변한다고 가정할 수 있디ᅳ. di/dx = -γ(ρ, λ) i d84> (상기의 식은 자연계 현상을 해석하는데 기-장 빈번하고 유용하게 적용되는 미분방 정식 중의 하나이다.)
d85> 감쇄 계수 Υ (ρ, λ)가 광의 파장 λ 및 기압 ρ에 의존하는 변수라는 가정은 물리적 으로 쉽게 받아들일 수 있는 가정이디-. (왜냐하면， 기압 ρ는 기온 변화를 무시할 때 지표면으로부터의 고도 h, 공기 분자 수， 밀도와 직접적으로 연관되기 때문이 다.) d86> 상기 식은 di/i = - γ (p. λ ) dx로 정리되고, 적분을 통해서 그 해를 구하면， ίΐ87> ί = Io exp [- J (ρ,λ) dx ] 로 주어진다. ( I。는 대기권 진입 직전의 태양광 세기 이고， 수식의 적분은 태양광의 대기 중 진로를 따라서 계산한다,)
d8S> 보다 일반적인 해는 다음과 같이 주어진디-.
d8 > i = ∑;{ I0' exp [ - J Y i(p) clx ] } ( 10' 는 대기권에 진입하기 직전의 태양광 중 파장 인 광 성분의 광 세기이고, Y i(p)는 파장 인 광 성분의 대기 중 기압 ρ 인 환경에서의 감쇄 계수이디-. )
d90> 각 파장 대역 λ;별로 측정하면 태양의 고도 변화에 따른 실제 태양광의 세기 모델 을 정확히 세울 수 있을 것이다. 그러나, 대략적인 양태만 파악해도 충분하므로， 가정을 보다 단순화시켜 태양고도 변화에 따른 태양광의 세기 변화를유추해 보자. ί191> 가정은 다음과 같다ᅳ 태양광은 지표면에 도달할 수 있는 파장 λΑ와 지표면에 도달 하기 전에 모두 감쇄되는 파장 λΒ의 두 가지 광 성분으로만 이루어져 있다고 가정 한다. (대기 상층부의 오존 등의 흡수로 인해서 자외선 등 단파장의 빛은 지표면에 거의 도달하지 못한다ᅳ )
Λ Β
<1 2> 이 경우, i = I。 exp [ - J Y A(P) dx ] + I。 exp [ - J Β(ρ) dx ]로 주어진다. d93> 즉， 적어도 일부 p 구간에서 γΒ(ρ) » γΑ(ρ) 이므로 지표상에는 ΐΛ파장 λΑ인 광 의 대기권 밖 세기)가 대기 중에서 감쇄되고 남은 값만 도달한다.
194> 상기 모델을 실측치에 대입하여 Ι0 Α , Io" , J A(P) dx 값을 구해보지-. ίΙ 5> MO = 1353 W/m2 ： 대기권 밖에서의 태양상수 d 6> AMI = 925 W/m2 ： φ = 0도 일 때의 태양광 세기
<i97> AMI.5 = 832 W/m2 ： φ = 45도 일 때의 태양광 세기 d 8> AMI = 691 W/m2 ： Φ = 60도 일 때의 태양광 세기
;!99> 도 10a에서, MO는 대기권 최외곽인 Q 또는 ¾에서 측정한 태양광 세기이고， AMI은 경로 Q0 - ¾를 통과한 태양광을 지표면 P0에서 측정한 태양광 세기이며， AMI.5 및
AM2는- 경로 Q ~ P를 통과한 태양광을 지표면 P에서 (각각의 φ=45도 및 φ=60도이 다.) 측정한 태양광 세기이다. 2 (» 실측값을 대입하기에 앞서, 경로 Q0P0 (이하에서 "0경로"라고 한다.)를 지나갈 때와 경로 QP (이하에서 "φ경로"라고 한다, )를 지나갈 때의 적분값 J γΑ(ρ) dx 이 서로 어떠한 관계가 있는지 고찰해 보자. 태양광이 0경로 (경로 Q0P0)를 지나갈 때의 적분 값 T ≡ J O¾¾YA( ) dx 라고 한다면, 결론적으로 태양광이 φ경로 (경로 QP)를 지나 갈 때의 적분값 Φ _ γΑ(ρ) ck = Τχβ(φ)의 관계가성립한다.
<20ΐ> 이유는 다음과 같다. 도 10— Β에서 보듯이 서로 다른 기압의 대기층 Al, Α2, A3를 지날 때 수직 방향으로 내리쬐는 태양광 AMI과 수직 방향과 φ각을 이루며 비스듬 히 내리쬐는 태양광 ΑΜ(φ)는, 동일한 감쇄 계수 γΑ(ρ)로 감쇄되며, 각 대기층에서 의 경로의 비는 동일하게 1:β(φ)이다. 따라서， 서로 다른 경로를 따라서 계산되 는 적분의 비 (Jo경로 γΑ(ρ) dx ： ΙΦ¾5.ΥΑ(Ρ) dx ) 또한 1: (φ)이다. 즉, 두 경로 에 따른 적분값의 비율은 두 경로의 길이 사이의 비율과 같은 것이다.
<202> 따라서, 위에서 정의한 Τ와고찰된 결과를 적용하면 다음과 같은 식이 성립한다.
<203> AM0 - 1353 - Ι0 Α + Ι0 Β (수식 10a)
=204> AMI - 925 = U exp [ - JO¾ YA(P) dx ] = I0 A exp [ -T ] (수식 10b)
^ 05> AMI.5 - 832 = I0 A exp [ - J Φ=45도경로 γΑ(ρ) dx ] = h exp [-TX β ( φ=45도)] (수식 10c)
ί2()6> ΑΜ2 - 691 - I0 A exp [ - J Φ=60도 경로 γ A(p) dx ] = i/ exp [-TX β ( φ=60도)] (수식 10d)
ί2()7> 대기권 두께 H=100 Km로 가정할 때의 φ에 따른 H 대비 대기층 통과 길이의 비인 β
(φ)는, χ( φ )/Η≡ β ( φ [64"cos φ+129] "― 64cos φ 로 주어짐은 앞서 밝혔다. 20S> ΙοΑ, ΐΛ Τ의 계산에 필요한 β(φ)값은 다음의 표 2와 같다,
=20 > IS.2】
Figure imgf000025_0001
ς2ΐο> 수식 10b, 10c, 10d 사이의 관계에서 T는 다음의 표 3과 같이 계산된다. 211> IS.3】
Figure imgf000026_0001
각각의 상기 4개 T값을 수식 10b, 10c, 10d에 적용하여 계산된 I。 의 값은 다음의 표 4와 같이 주어진다.
【표 4】
Figure imgf000026_0002
<214> 극도로 단순화된 가정을 바탕으로 하고, 거의 정성적인 고찰을 바탕으로 추 론한 것임을 고려하면， τ의 변동값괴- ι0 Α의 변동값이 그다지 크지 않다. 평균치에 가장 가깝도록 AMI— AM2의 관계에서 추출한 T값 (0.3051) 및 상기 T값을 AM2에 대응 시켜 얻은 I0 A값 (1，255 W/ni2)를 취하고， 상기 값을 AM0 (수식 10a)에 대입하여 얻 은 If 값 (98 W/m2)을 취하기로 한다. (λΒ 파장의 광 성분은 지표상으로 전달되지 않으므로 태양광발전 측면에서는 ι0 Β가 어떤 값을 갖든 상관없다.) 215> 결론적으로ᅳ 수직선과 φ각을 이루며 비스듬히 내리쬐는 태양광의 세기는 지표면상 에서, Κφ) = 1255 X exp[ -0.3051 X β(φ)]로모델링 할 수 있다.
.216> (상기의 유추에서 압력 ρ의 함수인 감쇄계수 Υ (ρ)가 직접적으로 이용되지는 않았 다.)
<217> 입사각 φ에 따른， 대기 경로 길이 비율 β(φ) 및 태양광 세기 모델 ί(φ)의 계산 된 결과는 아래의 표 5와 같다. 도 10c에는 정규화된 β(φ)및 Κφ)그래프가 도 시되어 있다. (도 10c의 그래프에서는 Κφ)를 Intensity(4 로 표시함)
<218> 【표 5]
Figure imgf000027_0001
,219> 상기의 모델은 비록 극도로 단순화시킨 가정에 의존하고 있으니-， 실측치를 결합시 켜 상수 값을 결정했으므로, 실질적으로 지표면에 도달하는 광 성분의 평균치 세기 라고 간주할수도 있다. 더 정확한 모델은 파장의 크기 별로 분해해서 실측하면 얻을 수 있음을 이미 언급하였다. 특히， 광전변환에 기여하는 파장 대역을 보다 자 세하게 분석하는 것이 유익할 것이다.
<220> 도 10c에서 살펴 보면， Φ가 7075도 사이에서 비로소 태양광의 세기가 절반으로 떨어짐을 알 수 있다. 태양의 고도가 아주 낮은 경우라도， 본 발명의 평면거울을 이용한 균일한 집광을 통해서 태양광 발전이 층분히 가능함을 암시한다-. (물론， 태 양의 고도가 낮으면 구름에 가려질 확률은 더욱 높아지기는 한다.)
≤221> 따라서， 종래 방식으로는 태양광발전을 포기해야 할 정도로 태양광 세기가 작을지 라도, 본 발명에 의해서 태양광발전을 실행할 수 있다.
c222>
ί223> 이상 살펴본 바와 같이 , 본 발명의 상세한 설명에는 도면에 도시된 실시 예를 참고 로 본 발명의 기술사상과 적용가능성을 충분히 설명하였다. 그러나， 상기의 실시예 는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 모양의 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이 다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사 상에 의해 정해져야 할 것이다.
c224> 【산업싱- 이용가능성】
^225> 본 발명 은 태양광발전에 관한 기술이고， 특히 발전 단가를 낮추는 것을 기술목적으 로 하는바 , 당연히 산업상 이용가능하다 .
c226>
<227>
<228>
ί229>
c230>
=;231>
ί232>
<233>
<234>
c235>
c236>

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
프레임 (Frame),
상기 프레임 상에 배치된 태양전지기판 (Photovoltaic Panel),
상기 프레임 상에 배치된 2 이상의 평면거울 (Flat Mirror)들，
상기 프레임을 2축 방향으로 회전시켜 태양광을 추적하는
태양광추적시스템 (Rot at ion Mechanics),
상기 태양광추적시스템 및 프레임을 지지하는 기등 (Post)을 포함하고;
상기 프레임 상에 배치된 상기 태양전지기판과 상기 평면거을들의 위치관계는, 상기 태양광추적시스템이 태양광을 정상적으로 추적하고 있을 때의 태양광의 진행 방향의 단위백터를 (0， 0， 1)로 정한 방향이 가변하는 직교 좌표계에서，
상기 태양전지기판수광면의 법선방향 단위백터의 z축 성분이 양의 값을 갖도록 태 양전지기판을 상기 프레임 상에 배치되고，
상기 평면거을들 각각에 의해서 반사되는 태양광이 상기 태양전지기판의 수광면 전 체에 균일하게 입사되도록 상기 평면거울들이 상기 프레임 상에 배치되며;
상기 태양광추적시스템은 상기 태양전지기판과 상기 평면거울들의 상기 위치관계가 유지되도록 태양의 위치 변화에 따라서 상기 프레임을 회전시키는 것; 을 특징으로 하는 태양광발전 장치 .
【청구항 2】
제 1항에 있어서， 상기 태양전지기판 수광면의 법선방향 단위백터가 (0， 0， 1)이 되 도록 상기 태양전지기판이 상기 프레임 상에 배치된 것; 을 특징으로 하는 태양광 발전 장치 .
【청구항 3】
제 1항에 있어서, 상기 태양전지기판을 냉각하는 냉각수단이 더 포함된 것; 을 특징 으로 하는 태양광발전 장치 .
【청구항 4]
제 1항에 있어서, 상기 평면거울들의 반사면 또는 태양전지기판의 수광면 중에서 적 어도 어느 하나의 표면에는 태양전지기판의 광전변환에 유효한 파장대의 빛만을 선 택적으로 투과시키는 광학 필터가 더 구비된 것; 을 특징으로 하는 태양광발전 장 치. 【청구항 51
제 1항에 있어서， 상기 태양광추적시스템은，
프레임을 상하 방향으로 회전시키는 제 1 회전 수단 및 수평 방향으로 회전시키는 제 2 회전수단을 포함하여 구성되는 것; 을 특징으로 하는 태양광발전 장치.
【청구항 6】
제 1항에 있어서， 상기 프레임은 태양〜평면거울-태양전지기판 사이의 광 경로 상에 서 태양광의 진로를 막지 않도록 설계된 것; 을 특징으로 하는 태양광발전 장치 . 【청구항 7]
제 1항에 있어서， 적정한 수준으로 집광된 반사광을 얻기 위해서 집광 전 태양광의 세기 (intensity)에 따라 상기 평면거을들 중 집광에 사용되는 평면거울들의 개수를 가변할 수 있는 것； 을특징으로 하는 태양광발전 장치 .
【청구항 8]
제 1항에 있어서， 상기 태양전지기판의 후면에 위치하는 보조 태양전지기판을 더 구 비하되， 상기 보조 태양전지기판은 그 수광면의 밥선방향의 단위백터가 (0， 0， -1) 이 되도록 상기 프레임 상에 배치된 것; 을 특징으로 하는 태양광발전 장치.
【청구항 9]
태양전지기판 (Photovoltaic Panel)을 넁각하는 냉각 장치 (Cooling System)에 있어 서, 상기 넁각 장치는，
적어도 한쪽 면의 적어도 일 부분이 개방된 밀폐성 용기 (Housing),
상기 용기의 개방된 부분을 막아 용기를 밀폐시키고， 또한 입사되는 광을 투과시켜 서 상기 태양전지기판의 수광면으로 입사할 수 있도록 허용하는 투명한
창 (Window)，
상기 용기 내부에서 상기 태양광전지기판이 상기 창의 내면과 소정의 간격을 두고 배치되도록 고정하는 지지대 (Holder),
상기 용기 내부에 채워져서 태양전지기판을 감싸고 냉각시키는 넁매를 포함하여 구 성된 것； 을 특징으로 하는 태양전지기판의 넁각 장치.
【청구항 10]
제 9항에 있어서， 상기 용기에 냉매가 유입 /유출 될 수 있도록 하고， 전기 배선이 연결될 수 있도록 복수의 밸브 또는 홀 (Inlet, Outlet)이 상기 용기의 일부분에 더 구비된 것; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 넁각 장치.
【청구항 111
제 9항에 있어서, 상기 용기 내의 냉매를 강제로 대류 시키는 순환기 (Circulator)가 더 구비된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지 기판의 넁각 장치 .
【청구항 12】
제 9항에 있어서， 상기 창 및 상기 태양전지기판은 각각, 상기 용기 및 상기 지지 대 와 분리 가능하게 결합된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 넁각 장치 .
【청구항 13]
제 9항에 있어서， 상기 냉각수단의 투명한 창에는 태양전지기판의 광전변환에 유효 한 파장대의 빛만을 선택적으로 투과시키는 광필터가 더 구비된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 냉각 장치 .
【청구항 14】
제 9항에 있어서， 상기 넁각수단의 넁매에는 태양전지기판의 광전변환에 유효한 파 장대의 빛만을 선택적으로 투과시키는 광 필터성 물질 (염료 등)이 더 포함된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 냉각 장치 .
【청구항 15】
제 9항에 있어서， 상기 넁매는 물 (냉각수)인 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 냉각 장치 .
【청구항 16】
제 15항에 있어서， 상기 넁각수 내부에서 기포가 발생하는 것을 억제하도록 상기 넁 각수에 소포제가 더 포함된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 냉각 장치 .
【청구항 17】 、
제 15항에 있어서， 상기 넁각수가 얼지 않도록 상기 넁각수에 부동액이 더 포함된 것 ; 을 특징으로 하는 태양전지기판의 넁각 장치 .
【청구항 18】
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 상기 태양광발전 장치 또는， 제 9항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 상기 태양전지기판의 냉각 장치를 이용하여 생산되는 전기 에너 지 .
【청구항 19】
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 상기 태양광발전 장치 또는， 제 9항 내지 제 17항 중 어느 한 항의 상기 태양전지기판의 넁각 장치를 이용하여 전력을 생산하는 방 법 .
【청구항 20]
제 19항의 방법에 의해서 생산되는 전기 에너지 .
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