WO2017164670A1 - 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치 - Google Patents

고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly 800W by arranging a linear condensing battery module in accordance with a linear condensing point formed along a long axis direction of a reflective condenser having an inner diameter concave in a semicircular column shape.
  • the present invention relates to a photovoltaic power generation module and a power generation apparatus capable of high efficiency and high concentration of light to achieve high power and high efficiency of solar power generation.
  • Photovoltaic power generation is a power generation method that converts sunlight into electrical energy, which causes solar light to be irradiated to the solar cell so that electric current flows through the solar cell by the energy of the solar light.
  • Such photovoltaic power generation can be utilized semi-permanently and is easy to maintain due to the use of solar cells, and is being spotlighted as an alternative energy source of the future due to the use of a pollution-free, limitless solar energy source.
  • the conventional photovoltaic power generation system a lot of silicon solar cells directly receiving light are used. Since the electrical efficiency is about 12 to 14%, the power generation area must be relatively large for sufficient power generation. Thus, the conventional photovoltaic power generation system has a problem of low utility due to low power generation, there was a spatial constraint that the solar panel should be installed in the place where the sunlight can be directly irradiated.
  • Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0120423 is an integrated photovoltaic device, so that the solar cell module is configured to convert the light into electrical energy on the light collector concave reflector,
  • the solar cell module proposed a technology for generating electrical energy at the position corresponding to the through hole in the lower side.
  • the conventional photovoltaic devices can only generate about 250W of electric power due to the characteristics of the solar cell module having a light collector structure and one focus, so that the efficiency of the photovoltaic devices is inevitably deteriorated.
  • Recently, research on a high efficiency solar power generating device capable of increasing power generation of 400W or more than 800W is required.
  • an object of the present invention is to provide a high-output high-efficiency solar light of 400W or 800W by arranging the linear condensing battery module according to the linear condensing point formed along the long axis direction of the reflective condenser having an inner diameter concave semi-circular column shape It is to provide a photovoltaic module and a power generation device capable of high efficiency and high concentration to achieve power generation.
  • a solar power generation module capable of high efficiency and high light condensation for achieving the object of the present invention is a reflection type light collecting device formed in a semi-circular columnar concave side diameter to which sunlight is incident; And a plurality of condensing chips disposed on a front surface in a vertical direction spaced apart by a focal length of the reflective condenser and converting sunlight into electrical energy, wherein the plurality of condensing chips are electrically connected in series to form a long axis of the reflective condenser. It characterized in that it comprises a linear light collecting battery module arranged linearly along the direction.
  • the above-mentioned condensing battery module is configured and arranged linearly so as to be located at a linear condensing point formed along the major axis direction of the inner center of the reflective condenser facing the inner diameter of the semicircular columnar reflective condenser, It is characterized by converting the sunlight collected linearly along the major axis direction by the inner diameter side reflection of the device into electrical energy.
  • the high efficiency high-concentration photovoltaic device for achieving the object of the present invention is on a plate-shaped tracker (light tracker) capable of adjusting the direction and angle of the reflective light collector so that the sunlight is vertically incident It is characterized in that the plurality of solar power modules are arranged.
  • a linear condensing point is formed along the long axis direction of the reflective condenser having an inner diameter concave in a semicircular columnar shape.
  • the light condensing battery module may be positioned so that the linear condensing battery module may be positioned in accordance with the linear condensing point formed along the long axis direction of the reflective condenser (for example, 700 mm ⁇ 1650 mm parabolic reflector) whose inner diameter is concave in a semicircular columnar shape.
  • the battery module has a structure including a support member that enables horizontal, vertical, and rotational movement of the battery module, energy loss due to the movement of light that is concentrated by solar light is concentrated on a solar cell that converts sunlight into electrical energy. Electrical losses) and high efficiency solar power generation, and easy to assemble, it is easy to replace and repair parts.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a plurality of photovoltaic power generation modules capable of high efficiency and high power generation according to an embodiment of the present invention are arranged.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a rear structure of any one solar power module shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a light reflecting path and a light collecting path of the reflective light collecting device shown in FIG. 2.
  • FIGS. 1 to 3 are configuration diagram illustrating in detail the linear light collecting battery module illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 5 is a detailed perspective view illustrating some components of the light collecting battery module illustrated in FIG. 4.
  • the term 'condensing battery module' 'photovoltaic power generation module' refers to photovoltaic power generated by condensing sunlight at a magnification of 500 times or more using an optical system such as a lens or a reflector, and then entering a semiconductor solar cell having a small area.
  • the semiconductor solar cell may be made of a high efficiency group III-V compound, for example.
  • reflective refers to a reflective type using a reflective collector that has a light collecting device of a high-concentration photovoltaic module not formed of a lens but formed of a semi-circular column with a concave inner diameter.
  • the term 'high efficiency' means that the photovoltaic power generation efficiency is improved by about 30% or more compared with conventional photovoltaic power generation systems such as silicon solar cells and thin film solar cells.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a plurality of photovoltaic power generation modules capable of high efficiency and high power generation according to an embodiment of the present invention are arranged.
  • Figure 2 is a perspective view showing the back structure of any one solar power module shown in FIG.
  • the photovoltaic module 100 shown in FIGS. 1 and 2 has a focal length between the reflection type light collecting device 110 and the reflection type light collecting device 110 having a concave semi-circular columnar side in which the solar light is incident. It includes a plurality of condensing chips disposed on the front of the vertical direction spaced apart by a plurality of condensing chips to convert the sunlight into electrical energy, the plurality of condensing chips are electrically connected in series to linearly along the long axis direction of the reflective condenser 110
  • the linear light collecting battery module 120 is disposed.
  • the photovoltaic module 100 is disposed in one direction, such as the rear surface or the bottom surface of the reflective light concentrator 110 so that the solar light can be incident perpendicularly to the reflective light concentrator 110.
  • Plate-shaped tracker 150 for adjusting the direction and angle of the 110, and disposed on the front of the plate-shaped tracker 150 is coupled to at least one side or end of the light collecting battery module 120, the light collecting battery module 120 ) Is configured to include vertical and horizontal members 130 and 140 for adjusting and fixing the position of the condensing battery module 120 to be disposed at a position corresponding to the linear condensing point of the reflective condenser 110.
  • Reflective light collector 110 is disposed and assembled on the top or front of the plate-shaped tracker 150 is provided with a plurality of support members 160, the reflective light collector 110 is a semi-circular columnar concave inner diameter It is formed so that the light collection point is formed linearly on the central axis of the inner diameter along the long axis direction of the semi-circular columnar shape. That is, when the solar light is incident on the surface of the concave inner diameter, the reflective light concentrator 110 reflects the incident solar light toward the center of the inner diameter to linearly condense the central portion along the long axis direction of the semicircular columnar shape.
  • the reflective concentrator 110 is formed in a semicircular column shape having an inner diameter concave, and is formed in the central axis of the inner diameter along the long axis direction of the semicircular column shape.
  • the reflective condenser 110 may be configured with a 700 mm ⁇ 1650 mm parabolic reflector.
  • the reflective concentrator 110 may be formed of an inner diameter of the inner side, that is, an inner side of nickel or chromium-coated ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene resin) in order to achieve light weight and efficiency at low cost.
  • a mirror may be disposed on at least a portion of the inner surface of the reflective light collecting device 110 or a mirror coating layer may be formed.
  • the plate-shaped tracker 150 may be configured in various ways according to an installation environment, such as a flat plate shape having a predetermined thickness or a square frame shape of a steel structure, and the like. And vertical and horizontal members 130 and 140 are configured to be fixedly installed.
  • the plate type tracker 150 has the reflective light collecting device 110 assembled therein, and the direction and the angle of the reflective light collecting device 110 may be perpendicularly incident to the reflective light collecting device 110. It is provided with a plurality of support members 160 to adjust the.
  • Each support member 160 rotates and adjusts the inclination of the reflective light concentrator 110 so that the sunlight reflected by the reflective light concentrator 110 can be focused on the linear light condensing battery module 120. You can adjust the angle and height in the vertical direction. To this end, each support member 160 penetrates the plate-shaped tracker 150 or penetrates the nut 161 on the plate-shaped tracker 150 so that the end end thereof is fixed holder 111 on the back of the reflective condenser 110. It may be configured to include a bolt 162 inserted into and fixed to each.
  • the light collecting battery module 120 illustrated in FIGS. 1 and 2 may face an inner diameter of the semicircular columnar reflective light collecting device 110 and may be disposed at a linear light collecting point formed along a long axis direction of an inner center of the reflective light collecting device 110. It is arranged and arranged linearly to be located.
  • the light condensing battery module 120 having a linear shape is configured to include a plurality of condensing chips disposed on the front of the vertical direction spaced apart by the focal length of the reflective condenser 110 to convert sunlight into electrical energy.
  • the condensing chips of are electrically connected in series and are arranged linearly along the long axis direction of the reflective condenser 110.
  • the light collecting battery module 120 converts solar light linearly collected along the long axis direction by the inner diameter side reflection of the semicircular columnar reflective light collecting device 110 into electrical energy.
  • the condensing battery module 120 includes a housing configured to correspond to an internal long axis length of the reflective condenser 110 and a solar cell linearly disposed inside the housing. The condensing battery module 120 will be described in more detail later with reference to the accompanying drawings.
  • the vertical and horizontal members 130 and 140 are disposed at least one outside the front portion of the plate-shaped tracker 150 to be coupled to at least one side or end of the light collecting battery module 120 so that the light collecting battery module 120 is a reflective light collecting device. Adjust and fix the position of the light collecting battery module 120 to be disposed at a position corresponding to the linear light collecting point of 110.
  • the vertical member 140 is configured to protrude in the front direction on the left and right or upper and lower end sides of the reflective light collector 110 outside the front portion of the plate-shaped tracker 150.
  • the vertical member 140 may be formed to be adjustable in length, and may be configured and arranged to enable length adjustment in the front direction thereof.
  • the horizontal member 130 one end is fastened to the end or at least one side of the condensing battery module 120, the other end is fastened to the at least one side of the protrusion or end of the vertical member 140
  • the light collecting battery module 120 is disposed on the front surface of the reflective light collecting device 110.
  • the condensing battery module 120 may be disposed and fixed at a position corresponding to the linear condensing point in the internal long axis direction of the reflective condenser 110.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating a light reflecting path and a light collecting path of the reflective light collecting device shown in FIG. 2.
  • the condensing battery module 120 is installed to face the inner diameter side of the reflective condenser 110 by at least one vertical and horizontal member 130 and 140 so as to have a linear condensing point in the long axis direction by the reflective condenser 110. It converts solar energy collected by direct energy into electrical energy.
  • the at least one vertical and horizontal member 130 and 140 is formed to be adjustable in length, so that the light collecting battery module 120 is disposed at a position corresponding to a linear light collecting point in the internal long axis direction of the reflective light collecting device 110. The position of the module 120 is adjusted and fixed.
  • the reflective light concentrator 110 reflects the incident sunlight to the center of the inner diameter when the sunlight is incident on the surface of the concave inner diameter to condense linearly in the center along the long axis direction of the semi-circular column type, 120 may convert the solar energy collected by the linear condensing point in the long axis direction into electrical energy and output the electrical energy.
  • FIG. 4 is a configuration diagram illustrating in detail the linear light collecting battery module illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • 5 is a perspective view illustrating in detail some components of the light collecting battery module illustrated in FIG. 4.
  • the light collecting battery modules 120 are electrically connected in series to convert a plurality of light collecting chips 122 to convert sunlight reflected from the reflective light collecting device 110 into electrical energy.
  • the light is incident on the solar light incident surface of each light collecting chip 122 and has a light incident surface having a larger cross-sectional area than the light collecting chip 122 to condense the light incident from the reflective light collecting device 110 in multiples.
  • a plurality of guide lenses 121 transferred to each condensing chip 122, a housing 124 fixing the plurality of condensing chips 122 so that the condensing chips 122 are linearly mounted, and a housing 124. It is configured to include a water cooling device 123 disposed inside to lower the heat generation temperature generated in each light collecting chip (122).
  • the plurality of light collecting chips 122 are linearly disposed in the housing 124, but are spaced apart from each other by the incident surface intervals of the guide lenses 121. Accordingly, a plurality of guide lenses 121 are linearly arranged side by side on the solar incidence surface of the light collecting battery module 120.
  • an area of each light collecting chip 122 may be 4 mm ⁇ 4 mm
  • an area of each guide lens 121 may be 10 mm ⁇ 10 mm.
  • Each guide lens 121 condenses sunlight incident from the reflective condenser 110 so as to condense by more than two times to enhance the high condensing function.
  • Each of the guide lenses 121 may be formed of a prism lens or the like.
  • the water cooling device 123 is disposed along the inner major axis direction of the housing 124 to lower the heat generation temperature generated by each light collecting chip 122. Thus, if the heat generated in the condensing battery module 120 by the water cooling device 123 effectively removed. It is possible to prevent the performance degradation of each light collecting chip 122, to increase the life and to reduce the efficiency.
  • the above-described housing 124 mounts the light collecting chips 122 arranged linearly therein, and the mounted light collecting chips 122 are spaced apart from the above-described reflective light collecting device 110, that is, the above-described reflective light collecting light. It is fixedly coupled by at least one vertical and horizontal member (130,140) so that it can be located at a point where it is focused to a linear focus by the reflecting force of the device (110).
  • the reflective type concentrator 110 reflects the incident sunlight to the center of the inner diameter when the sunlight is incident on the surface of the concave inner diameter, and condenses linearly in the center along the long axis direction of the semicircular columnar shape.
  • the condensing battery module 120 may convert solar energy collected by linear condensing points in the long axis direction into electrical energy and output the electrical energy.
  • the linear condensing point formed along the long axis direction of the reflective condenser having an inner diameter concave in a semi-circular column shape by the solar power module and the power generation device capable of high efficiency and high light condensation according to the embodiment of the present invention as described above
  • the linear light condensing battery module By arranging the linear light condensing battery module, it is possible to achieve high power high efficiency solar power generation of 400W or more.
  • the condensing battery module may be horizontally, vertically, and rotationally moved so that the linear condensing battery module may be positioned in accordance with a linear condensing point formed along the long axis of the reflective condenser having a concave semi-circular columnar shape.
  • the supporting member has a structure, solar light is concentrated in a solar cell that converts sunlight into electrical energy, thereby minimizing energy loss due to the movement of collected light, and enabling high efficient solar power generation. It is easy to assemble and it is easy to replace and repair parts.

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Abstract

본 발명은 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 배치되도록 함으로써 400W 이상의 고출력 고효율의 태양광 발전을 이룰 수 있도록 한 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈은 태양광이 입사되는 측 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기; 및 반사형 집광기기의 초점 거리만큼 이격된 수직 방향의 전면에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩을 포함하되, 복수의 집광칩이 전기적으로 직렬 연결되어 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 선형으로 배치된 선형 집광 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 배치되도록 함으로써 800W 이상의 고출력 고효율의 태양광 발전을 이룰 수 있도록 한 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 절환시키는 발전 방식으로서 태양전지에 태양광이 조사되도록 하여 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 전류가 흐르도록 하는 발전 방식이다. 이러한 태양광 발전은 반영구적으로 활용할 수 있고 태양전지를 사용함으로 유지 보수가 간편하며 무공해, 무진장의 태양 에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체 에너지원으로 각광받고 있다.
하지만, 종래의 태양광 발전 시스템에서는 직접 광을 받는 실리콘 방식의 태양전지를 많이 사용하고 있는데, 이러한 방식은 전기적 효율이 12 내지 14% 정도이기 때문에 충분한 발전을 위해서는 발전 면적이 비교적 넓어야 한다. 이에, 종래의 태양광 발전 시스템은 낮은 발전력으로 인한 효용성이 떨어지는 문제점이 있었고, 태양광이 직접 조사될 수 있는 장소에 태양전지판이 설치되어야 하는 공간적인 제약이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 대한민국 공개특허 제10-2014-0120423호에는 일체형 태양광 발전장치로서, 오목한 반사경 형태로 이루어지는 집광기 상측에 빛을 전기에너지로 전환시키도록 이루어지는 태양전지모듈이 구비되도록 하되, 태양전지모듈이 하측의 관통공과 대응된 위치에서 전기에너지를 발전시키는 기술을 제시하였다.
하지만, 이러한 종래의 태양광 발전장치는 태양광이 일 초점으로 반사되는 정확한 지점에 태양전지모듈이 위치되지 못하면 태양광이 태양전지모듈에 전달되는 과정에서 막대한 에너지 손실이 생겨 태양전지모듈의 설치가 매우 제한적인 문제가 있었다.
특히, 종래의 태양광 발전장치들은 집광기 구조와 일 초점을 갖는 태양전지모듈의 특성상 약 250W 정도의 전력밖에 발전시킬 수 없었기에 그 효율성이 저하될 수밖에 없었다. 이에 최근에는 400W 또는 800W 이상 발전 전력을 높여 생산할 수 있는 고효율의 태양광 발전장치에 관한 연구가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 배치되도록 함으로써 400W 또는 800W 이상의 고출력 고효율의 태양광 발전을 이룰 수 있도록 한 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈은 태양광이 입사되는 측 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기; 및 반사형 집광기기의 초점 거리만큼 이격된 수직 방향의 전면에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩을 포함하되, 복수의 집광칩이 전기적으로 직렬 연결되어 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 선형으로 배치된 선형 집광 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 집광 전지모듈은 반원 기둥형 반사형 집광기기의 내경과 마주하여 반사형 집광기기 내부 중심부의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 위치하도록 선형으로 구성 및 배치되며, 반원 기둥형 반사형 집광기기의 내경측 반사에 의해 장축 방향을 따라 선형으로 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전장치는 태양광이 수직으로 입사될 수 있도록 반사형 집광기기의 방향 및 각도 조절이 가능한 판형의 트랙커(light tracker) 상에 상기의 태양광 발전모듈이 복수개 배치되는 것을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치에 의하면, 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 배치되도록 함으로써, 400W 또는 800W 이상의 고출력 고효율의 태양광 발전을 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한, 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기(예를 들어, 700mm×1650mm 파라볼릭 반사경)의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 위치될 수 있도록 집광 전지모듈의 수평, 수직, 회전 이동을 가능하게 하는 지지부재가 구비되는 구조를 가짐에 따라, 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 태양광이 집중되어 집광되는 빛의 이동에 따른 에너지 손실(전기적인 손실)을 최소화하며, 고 효율적인 태양광 발전을 가능하게 하는 동시에 조립성이 용이하여 부품의 교체 및 보수가 간편한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치가 다수 배치된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 어느 한 태양광 발전모듈의 배면 구조를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 반사형 집광기기의 광 반사 경로와 집광 경로를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 선형의 집광 전지모듈을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 집광 전지모듈의 일부 구성을 구체적으로 나타낸 사시도이다.
이하에는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
용어 '집광 전지 모듈' '태양광 발전모듈'은 렌즈 또는 반사경과 같은 광학계를 사용하여 오백배 이상의 높은 배율로 태양광을 집광시킨 후, 작은 면적을 갖는 반도체 태양전지 셀에 입사시켜 발전하는 태양광 발전모듈을 의미하며, 반도체 태양 전지셀은 예를 들어 고효율의 III-V족 화합물로 이루어질 수 있다.
용어 '반사형'이라 함은, 고집광 태양광 발전모듈의 광수집 장치가 렌즈형이 아닌 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기를 이용한 반사형을 의미한다.
용어 '고효율'은 기존의 실리콘 태양전지, 박막 태양전지 등 태양광 발전 시스템들 대비 태양광 발전효율이 약 30% 이상 향상된 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치가 다수 배치된 상태를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 2는 도 1에 도시된 어느 한 태양광 발전모듈의 배면 구조를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 태양광 발전모듈(100)은 태양광이 입사되는 측 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기(110), 및 반사형 집광기기(110)의 초점 거리만큼 이격된 수직 방향의 전면에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩을 포함하되, 복수의 집광칩이 전기적으로 직렬 연결되어 반사형 집광기기(110)의 장축 방향을 따라 선형으로 배치된 선형 집광 전지모듈(120)을 포함한다.
또한, 태양광 발전모듈(100)은 반사형 집광기기(110)의 배면이나 하부면 등 어느 한 방향에 배치되어 태양광이 반사형 집광기기(110)에 수직으로 입사될 수 있도록 반사형 집광기기(110)의 방향 및 각도를 조절하는 판형 트렉커(150), 및 판형 트렉커(150)의 전면에 배치되어 집광 전지모듈(120)의 적어도 어느 한 측면이나 단부에 결합됨으로써 집광 전지모듈(120)이 반사형 집광기기(110)의 선형 집광 포인트에 대응하는 위치에 배치되도록 집광 전지모듈(120)의 위치를 조절하여 고정하는 수직 및 수평부재(130,140)를 포함하여 구성된다.
반사형 집광기기(110)는 복수의 지지부재(160)가 구비된 판형 트렉커(150)의 상부나 전면에 배치 및 조립되는데, 이러한 반사형 집광기기(110)는 내경이 오목한 반원 기둥형으로 형성되어 반원 기둥형의 장축 방향을 따라 내경의 중심축에 선형으로 집광 포인트가 형성되도록 구성된다. 즉, 반사형 집광기기(110)는 태양광이 오목한 내경의 표면으로 입사되면 입사된 태양광을 내경의 중심부로 반사시켜 반원 기둥형의 장축 방향을 따라 중심부에 선형으로 집광시키는 역할을 한다.
종래에는 고출력 고용량의 전력을 생산하기 위해는 대형의 평판형 미러를 이용해야 했다. 이는 경제성이 낮고 핸들링이 어려워 일 초점화된 반사각을 갖기 어렵기 때문에 본 발명에서는 반사형 집광기기(110)가 내경이 오목한 반원 기둥형으로 형성되어, 반원 기둥형의 장축 방향을 따라 내경의 중심축에 선형으로 집광 포인트가 형성되도록 함으로써 공간상 효율적이면서도 경제적으로도 우수한 성능을 발휘할 수 있게 된다.
반사형 집광기기(110)는 700mm×1650mm 파라볼릭 반사경으로 구성될 수 있다. 이러한 반사형 집광기기(110)는 저비용으로 경량화와 효율을 이루기 위하여 내경 측 즉, 내부 측이 니켈 또는 크롬이 코팅된 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin)의 재질로 형성될 수 있다. 다만, 집광효율을 높이기 위해 경우에 따라 반사형 집광기기(110)의 내부면 적어도 일부에 거울을 배치하거나, 거울 코팅층을 형성할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 판형 트렉커(150)는 소정의 두께를 갖는 평평한 판재 형태 또는 철골 구조의 사각 프레임 형태 등으로 설치 환경에 따라 다양하게 구성되어, 추후에 설명될 반사형 집광기기(110)와 수직 및 수평부재(130,140) 등이 고정 가능하게 설치되도록 구성된다.
구체적으로, 판형 트렉커(150)에는 반사형 집광기기(110)가 조립되도록 하면서고 태양광이 반사형 집광기기(110)에 수직으로 입사될 수 있도록 반사형 집광기기(110)의 방향 및 각도를 조절하는 복수의 지지부재(160)가 구비된다.
각각의 지지부재(160)는 반사형 집광기기(110)에 의해 반사되는 태양광이 선형의 집광 전지모듈(120)에 집광 될 수 있도록 반사형 집광기기(110)의 기울기를 조절함과 아울러 회전 각도 및 상하 방향의 높이를 조절할 수 있다. 이를 위해, 각각의 지지부재(160)는 판형 트렉커(150)를 관통하거나 판형 트렉커(150) 상의 너트(161)를 관통하여 끝 단부가 반사형 집광기기(110) 배면의 고정 홀더(111)에 각각 삽입 고정되는 볼트(162)를 포함하여 구성될 수 있다. 볼트(162)를 포함하는 각각의 지지부재(160) 구성에 의해 반사형 집광기기(110)의 크기 및 곡률 반경 등을 고려하여 태양광이 집광 전지모듈(120) 이외의 영역으로 반사될 경우, 반사형 집광기기(110)의 회전각과 기울기 및 높이 등을 각각 조절할 수 있다.
도 1과 2에 도시된 집광 전지모듈(120)은 반원 기둥형 반사형 집광기기(110)의 내경과 마주하여, 반사형 집광기기(110) 내부 중심부의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 위치하도록 선형으로 구성되어 배치된다.
선형으로 구성되는 집광 전지모듈(120)은 반사형 집광기기(110)의 초점 거리만큼 이격된 수직 방향의 전면에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩을 포함하여 구성되며, 복수의 집광칩은 전기적으로 직렬 연결되어 반사형 집광기기(110)의 장축 방향을 따라 선형으로 배치된다. 이에, 집광 전지모듈(120)은 반원 기둥형 반사형 집광기기(110)의 내경측 반사에 의해 장축 방향을 따라 선형으로 집광되는 태양광을 전기 에너지로 변환시킨다. 이러한 집광 전지모듈(120)은 반사형 집광기기(110)의 내부 장축 방향 길이와 대응되도록 구성된 하우징 및 하우징의 내부에 선형으로 배치되는 태양전지를 포함하여 구성된다. 이러한 집광 전지모듈(120)에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 추 후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
수직 및 수평부재(130,140)는 판형 트렉커(150)의 전면부 외곽에 적어도 하나씩 배치되어 집광 전지모듈(120)의 적어도 어느 한 측면이나 단부에 결합됨으로써 집광 전지모듈(120)이 반사형 집광기기(110)의 선형 집광 포인트에 대응하는 위치에 배치되도록 집광 전지모듈(120)의 위치를 조절하여 고정한다.
구체적으로, 수직 부재(140)는 판형 트렉커(150)의 전면부 외곽에서 반사형 집광기기(110)의 좌우 또는 상하 단부 측에 전면 방향으로 돌출된 형태로 구성된다. 여기서 수직 부재(140)는 길이 조절식으로 형성되어 그 전면 방향으로 길이 조절이 가능하게 구성 및 배치될 수 있다. 한편, 수평부재(130)는 일 측 단부가 집광 전지모듈(120)의 단부나 적어도 어느 한 측면에 체결되되, 타 측의 단부는 수직 부재(140)의 돌축된 단부나 적어도 어느 한 측면에 체결됨으로써 집광 전지모듈(120)이 반사형 집광기기(110)의 전면에 배치되도록 한다. 이러한 구조의 수직 및 수평부재(130,140)에 의해 집광 전지모듈(120)은 반사형 집광기기(110)의 내부 장축 방향의 선형 집광 포인트에 대응하는 위치에 배치 및 고정될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 반사형 집광기기의 광 반사 경로와 집광 경로를 나타낸 평면도이다.
집광 전지모듈(120)은 적어도 하나의 수직 및 수평부재(130,140)에 의해 반사형 집광기기(110)의 내경측 방향과 마주하도록 설치되어 반사형 집광기기(110)에 의해 장축 방향의 선형 집광 포인트로 집광되는 태양광 에너지를 직접 전기에너지로 변환한다.
적어도 하나의 수직 및 수평부재(130,140)는 길이 조절식으로 형성되는바, 집광 전지모듈(120)이 반사형 집광기기(110)의 내부 장축 방향의 선형 집광 포인트에 대응하는 위치에 배치되도록 집광 전지모듈(120)의 위치를 조절하여 고정시키게 된다. 이에, 반사형 집광기기(110)는 태양광이 오목한 내경의 표면으로 입사되면 입사된 태양광을 내경의 중심부로 반사시켜 반원 기둥형의 장축 방향을 따라 중심부에 선형으로 집광시키고, 집광 전지모듈(120)은 장축 방향의 선형 집광 포인트로 집광되는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력할 수 있다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 선형의 집광 전지모듈을 구체적으로 나타낸 구성도이다. 그리고 도 5는 도 4에 도시된 집광 전지모듈의 일부 구성을 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 3과 함께, 도 4 및 도 5를 참조하면, 집광 전지모듈(120)은 전기적으로 직렬 연결되어 반사형 집광기기(110)에서 반사되는 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩(122), 각 집광칩(122)의 태양광 입사되는 면에 부착되고 집광칩(122)보다 큰 단면적을 갖는 입사면과 높이를 가짐으로써 반사형 집광기기(110)로부터 입사된 태양광을 배수로 집광하여 각 집광칩(122)에 전달하는 복수의 가이드 렌즈(121), 복수의 집광칩(122)이 선형으로 장착되도록 복수의 집광칩(122)을 고정하는 하우징(124), 및 하우징(124)의 내부에 배치되어 각 집광칩(122)에서 발생하는 발열 온도를 낮추는 수냉장치(123)을 포함하여 구성된다.
복수의 집광칩(122)은 하우징(124)에 선형으로 배치되되 각 가이드 렌즈(121)의 입사면 간격만큼 이격되어 배치된다. 이에 집광 전지모듈(120)의 태양광 입사면에는 복수의 가이드 렌즈(121)가 선형으로 연속하여 나란히 배치된다. 예를 들어, 각각의 집광칩(122) 면적은 4mm×4mm, 각 가이드 렌즈(121)의 면적은 10mm×10mm가 될 수 있다.
각각의 가이드 렌즈(121)는 반사형 집광기기(110)로부터 입사된 태양광을 재집광하기 때문에 2배수 이상으로 집광하여 고집광 기능이 강화되도록 한다. 이러한 각각의 가이트 렌즈(121)는 프리즘 렌즈 등으로 구성될 수 있다.
수냉장치(123)는 하우징(124)의 내부 장축 방향을 따라 배치되어 각 집광칩(122)에서 발생하는 발열 온도를 낮춘다. 이렇게 수냉장치(123)에 의해 집광 전지모듈(120) 내에 발생하는 열을 효과적으로 제거하면. 각 집광칩(122)들의 성능저하를 방지하고 수명을 증가시키며 효율저하를 방지할 수 있게 된다.
전술한 하우징(124)은 내부에 선형으로 배열된 집광칩(122)들을 장착시키며, 장착된 집광칩(122)들이 전술한 반사형 집광기기(110)의 이격된 상부, 즉 전술한 반사형 집광기기(110)의 반사력에 의해 선형 초점으로 집광되는 지점에 위치될 수 있도록 적어도 하나의 수직 및 수평부재(130,140)에 의해 고정 결합된다.
전술한 구성에 의해, 반사형 집광기기(110)는 태양광이 오목한 내경의 표면으로 입사되면 입사된 태양광을 내경의 중심부로 반사시켜 반원 기둥형의 장축 방향을 따라 중심부에 선형으로 집광시키고, 집광 전지모듈(120)은 장축 방향의 선형 집광 포인트로 집광되는 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시켜 출력할 수 있게 된다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈 및 발전장치에 의해 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 배치되도록 함으로써, 400W 이상의 고출력 고효율의 태양광 발전을 이룰 수 있다.
또한, 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 형성되는 선형 집광 포인트에 맞춰 선형의 집광 전지모듈이 위치될 수 있도록 집광 전지모의 수평, 수직, 회전 이동을 가능하게 하는 지지부재가 구비되는 구조를 가짐에 따라, 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양전지에 태양광이 집중되어 집광되는 빛의 이동에 따른 에너지 손실을 최소화하며, 고 효율적인 태양광 발전을 가능하게 하는 동시에 조립성이 용이하여 부품의 교체 및 보수가 간편한 효과를 이룰 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 태양광이 입사되는 측 내경이 오목하게 반원 기둥형으로 형성된 반사형 집광기기; 및
    상기 반사형 집광기기의 초점 거리만큼 이격된 수직 방향의 전면에 배치되어 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 복수의 집광칩을 포함하되, 상기 복수의 집광칩이 전기적으로 직렬 연결되어 상기 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 선형으로 배치된 선형 집광 전지모듈;
    을 포함하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광 전지모듈은
    상기 각 집광칩의 태양광 입사되는 면에 부착되면서도 상기 각 집광칩보다 큰 단면적을 갖는 입사면과 높이를 가짐으로써 상기 반사형 집광기기로부터 입사된 태양광을 배수로 집광하여 상기 각 집광칩에 전달하는 복수의 가이드렌즈를 더 포함하고,
    상기 각 집광칩에 부착된 가이드 렌즈 각각은 상기 반사형 집광기기의 장축 방향을 따라 연속하여 선형으로 배치된 것을 특징으로 하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 집광 전지모듈은
    상기 각 집광칩이 선형으로 배치 및 장착되는 하우징; 및
    상기 하우징의 내부에 구성되어 상기 각 집광칩에서 발생하는 열을 낮추는 수냉장치;
    를 더 포함하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사형 집광기기는
    내경을 이루는 내부 측이 니켈 또는 크롬이 코팅된 ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin)의 재질로 이루어지거나,
    상기 내경을 이루는 내부 측 적어도 일부에는 거울이나 거울 코팅층이 형성된 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전모듈.
  5. 태양광이 수직으로 입사될 수 있도록 반사형 집광기기의 방향 및 각도 조절이 가능한 판형의 트랙커(light tracker) 상에,
    제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 태양광 발전모듈이 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 판형 트렉커는
    태양광이 반사형 집광기기에 수직으로 입사될 수 있도록 상기 반사형 집광기기의 방향 및 각도를 조절하는 복수의 지지부재를 구비하며,
    상기 복수의 지지부재는 상기 판형 트렉커를 관통하거나 상기 판형 트렉커 상의 너트에 체결되어 끝 단부가 상기 반사형 집광기기 배면의 고정 홀더에 각각 삽입 고정되는 볼트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 판형 트렉커는
    일 측이 상기 판형 트렉커에 체결되어 상기 반사형 집광기기의 좌우 또는 상하 단부 측에 전면 방향으로 돌출된 형태로 구성되되, 타 측은 상기 집광 전지모듈의 적어도 어느 한 측면이나 단부에 결합됨으로써, 상기 집광 전지모듈이 상기 반사형 집광기기의 선형 집광 포인트에 대응하는 위치에 배치되도록 상기 집광 전지모듈의 위치를 조절하여 고정하는 복수의 수직 및 수평부재를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 수직 및 수평부재 각각은
    길이 조절식으로 구성되어 상기 집광 전지모듈의 높이 및 위치를 조절이 가능 한 것을 특징으로 하는 고효율 고집광이 가능한 태양광 발전장치.
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