[go: up one dir, main page]

KR101847632B1 - 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템 - Google Patents

원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101847632B1
KR101847632B1 KR1020160135904A KR20160135904A KR101847632B1 KR 101847632 B1 KR101847632 B1 KR 101847632B1 KR 1020160135904 A KR1020160135904 A KR 1020160135904A KR 20160135904 A KR20160135904 A KR 20160135904A KR 101847632 B1 KR101847632 B1 KR 101847632B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reflector
absorber
heat
solar
solar cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020160135904A
Other languages
English (en)
Inventor
이귀현
Original Assignee
강원대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 강원대학교 산학협력단 filed Critical 강원대학교 산학협력단
Priority to KR1020160135904A priority Critical patent/KR101847632B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101847632B1 publication Critical patent/KR101847632B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/30—Thermophotovoltaic systems
    • F24J2/15—
    • F24J2/34—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S23/75—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors with conical reflective surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S60/00—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors
    • H01L31/042—
    • H01L31/0547—
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/42—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with photovoltaic cells, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H10F77/488—Reflecting light-concentrating means, e.g. parabolic mirrors or concentrators using total internal reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20—Solar thermal
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60—Thermal-PV hybrids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템에 관한 것이다. 반사판은 내부로 입사된 태양광을 중심부로 반사시키도록 원추형으로 이루어진다. 반사판 지지대는 반사판을 지지한다. 집열용 흡수기는 반사판의 중심에 설치되어 반사판 내에 배치되며, 열매체를 공급받아 반사판에서 집광된 태양광과 열교환을 통해 가열해서 배출한다. 태양전지 셀들은 반사판 내에서 집열용 흡수기의 표면에 부착된다. 추가 반사판들은 반사판에 의해 집광되는 태양광을 태양전지 셀들로 추가 집광시키도록 태양전지 셀들의 주위에 설치된다. 축열조는 집열용 흡수기로 열매체를 공급하고, 집열용 흡수기를 거쳐 가열된 열매체를 회수해서 저장한다. 태양추적장치는 반사판을 태양광을 따라 이동시킨다.

Description

원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템{Photovoltaic thermal hybrid system using cone shape reflector}
본 발명은 태양광열 복합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전과 태양열 집열이 동시에 가능한 태양광열 복합 시스템에 관한 것이다.
현대의 주된 에너지원인 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료 매장량에 대한 한계성, 이의 부산물로 발생되는 공해 등을 생각하여 볼 때, 가까운 장래에 닥칠 심각한 에너지난과 환경상의 제약으로 인한 파국을 벗어나기 위하여 무공해이며 무궁무진한 태양에너지에 대한 연구 개발이 촉진되고 있고, 기술적인 면에서 이용 가능성이 입증되었으며, 부분적으로 태양에너지 이용 기기의 생산이 이루어지고 있다.
우리나라는 지리적인 위치와 계절적 기후조건이 연중 태양에너지를 충분히 공급받을 수 있으며, 특히 동절기에는 날씨가 건조하고 맑아 태양 복사량이 많은 편이어서 태양열 이용에 매우 유리하다. 그러므로, 대체에너지로서 고효율 태양에너지 이용분야의 실용기술을 개발하여 농산업적 이용뿐만 아니라 전 산업 분야의 에너지원으로의 확대 및 보급이 절실한 실정이다.
현재 진행되고 있는 태양광 발전 연구는 발전 단가를 낮추는 저가형 태양전지 연구 개발과, 변환 효율을 높이는 고효율 태양전지 연구가 활발히 진행되고 있다. 그런데, 태양전지 분야는 주로 태양전지의 온도를 낮춰 효율을 향상시키기 위한 연구가 대부분이며, 태양전지를 냉각시킨 에너지를 활용하는 방안에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다.
또한, 태양전지 기술과 병행하여 태양열을 직접 이용하는 집열기술에 있어서도 평판형 집열기가 이미 오래 전부터 실용화되고 있는데, 평판형 집열기는 제조가 복잡하여 제조 비용이 크게 소요되며, 효율이 낮은 단점이 있다.
본 발명의 과제는 고 효율의 태양광 발전과 태양열 집열이 동시에 가능한 태양광열 복합 시스템을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 반사판과, 반사판 지지대와, 집열용 흡수기와, 추가 반사판들과, 축열조, 및 태양추적장치를 포함한다. 반사판은 내부로 입사된 태양광을 중심부로 반사시키도록 원추형으로 이루어진다. 반사판 지지대는 반사판을 지지한다. 집열용 흡수기는 반사판의 중심에 설치되어 반사판 내에 배치되며, 열매체를 공급받아 반사판에서 집광된 태양광과 열교환을 통해 가열해서 배출한다. 태양전지 셀들은 반사판 내에서 집열용 흡수기의 표면에 부착된다. 추가 반사판들은 반사판에 의해 집광되는 태양광을 태양전지 셀들로 추가 집광시키도록 태양전지 셀들의 주위에 설치된다. 축열조는 집열용 흡수기로 열매체를 공급하고, 집열용 흡수기를 거쳐 가열된 열매체를 회수해서 저장한다. 태양추적장치는 반사판을 태양광을 따라 이동시킨다.
본 발명에 따르면, 집열용 흡수기에 부착된 태양전지 셀의 냉각으로 인한 태양광 발전효율을 극대화할 뿐만 아니라, 태양전지 셀이 부착되지 않은 집열용 흡수기의 표면에 집광된 태양복사열을 회수 및 이용함으로써, 하나의 시스템에서 고 효율의 태양광 발전과 태양열 집열을 동시에 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 태양광열 복합 시스템은 일반가정용 온수급탕 및 냉난방, 산업 공정 열 분야와 발전분야 등 다양한 분야의 설비에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광열 복합 시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양광열 복합 시스템의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 있어서, 반사판, 반사판 지지대, 및 집열용 흡수기를 분해하여 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 있어서, 집열용 흡수기의 외부가 2중 진공관에 의해 밀폐된 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 태양전지 셀들에 추가 반사판이 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6에 있어서, 추가 반사판의 다른 예를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 2에 있어서, 태양광추적장치를 발췌하여 도시한 사시도이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광열 복합 시스템에 대한 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 태양광열 복합 시스템의 일부를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2에 있어서, 반사판, 반사판 지지대, 및 집열용 흡수기를 분해하여 도시한 사시도이다. 도 4는 도 2에 있어서, 집열용 흡수기의 외부가 2중 진공관에 의해 밀폐된 상태를 도시한 단면도이다. 도 5는 도 4에 대한 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 태양광열 복합 시스템(100)은 반사판(110)과, 반사판 지지대(120)와, 집열용 흡수기(130)와, 태양전지 셀(140)들과, 추가 반사판(150)들과, 축열조(160), 및 태양추적장치(170)를 포함한다.
반사판(110)은 내부로 입사된 태양광을 중심부로 반사시키도록 원추형으로 이루어진다. 즉, 반사판(110)은 일정 두께를 갖고 내주면이 원추형으로 이루어진다. 반사판(110)은 원추의 밑면에 해당하는 부위에 제1 개구(111)가 형성되고, 원추의 꼭지점에 해당하는 부위에 제2 개구(112)가 형성된다. 반사판(110)은 넓은 크기의 제1 개구(111)가 상방을 향해 배치되어 태양광을 입사시키며, 좁은 크기의 제2 개구(112)가 하방을 향해 배치되어 집열용 흡수기(130)를 삽입시켜 설치할 수 있게 한다.
반사판(110)으로 들어오는 태양광은 태양추적장치(170)에 의해 거의 일직선으로 입사된다. 따라서, 반사판(110)으로 입사된 태양광은 반사판(110)의 내주면에 반사되어 중심의 하부를 향해 반사되고, 반사된 태양광은 집열용 흡수기(130)로 입사되어 집열용 흡수기(130)에서 효율적인 집열이 이루어질 수 있게 한다.
반사판(110)은 45도의 원추각을 갖도록 형성될 수 있다. 반사판(110)은 대략 0.5㎜의 두께로 이루어질 수 있다. 반사판(110)은 반사율이 90% 이상의 재질, 예컨대 반사율이 95%의 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다. 반사판(110)은 형태가 변형되지 않도록 제1,2 개구(111, 112) 부위에 환형의 보강부재가 각각 부착될 수도 있다.
반사판 지지대(120)는 반사판(110)을 지지한다. 일 예로, 반사판 지지대(120)는 반사판(110)의 외주를 지지하여 반사판(110)의 변형을 방지하는 제1 지지체(121)와, 지면에 고정되는 스탠드(174)와 연결되는 사각 형태의 제2 지지체(122), 및 제1 지지체(121)와 제2 지지체(122)를 연결하는 연결부재(123)를 포함할 수 있다.
제1 지지체(121)는 반사판(110)의 상, 중, 하측의 외주 부위를 지지하도록 형성된 3개의 원형 링(121a)들과, 반사판(110)의 빗변 방향에 등 간격으로 배열되어 원형 링(121a)들과 연결되는 4개의 선형 막대(121b)들, 및 반사판(110)의 제2 개구(112) 부위를 지지하도록 선형 막대(121b)들에 연결된 중공의 원형 판(121c)을 구비할 수 있다. 원형 판(121c)의 중공은 집열용 흡수기(130)를 통과시키도록 형성된다. 집열용 흡수기(130)의 외측 둘레가 사각 형상을 이루어지는 경우, 원형 판(121c)의 중공은 집열용 흡수기(130)의 외측 둘레와 동일한 크기의 사각 형상으로 이루어져 집열용 흡수기(130)를 통과시킬 수 있다.
제1,2,3 지지체(121, 122, 123)는 반사판(110)을 지지할 강도를 구비하면서, 스탠드에 가해지는 하중을 감소시키기 위해 알루미늄 관의 조합으로 이루어질 수 있다. 반사판(110)은 제1 지지체(121)에 접합될 수 있다. 여기서, 반사판(110)은 반사율에 영향을 받지 않는 접합 방법으로 제1 지지체(121)에 접합될 수 있다.
집열용 흡수기(130)는 반사판(110)의 중심에 설치되어 반사판(110) 내에 배치된다. 집열용 흡수기(130)는 반사판(110)의 제2 개구(112)를 통해 반사판(110) 내로 삽입된 상태로 고정기구(126)에 의해 고정될 수 있다. 예컨대, 고정기구(126)는 중앙에 삽입 홀(127a)을 갖는 원통 부재가 2분할된 형태의 반원통 부재(127)들을 구비할 수 있다. 집열용 흡수기(130)의 외측 둘레가 사각 형상을 이루어지는 경우, 삽입 홀(127a)은 사각 형상으로 이루어지며, 반원통 부재(127)들은 삽입 홀(127a)의 한쪽 대각선 방향으로 2분할될 수 있다.
반원통 부재(127)들은 삽입 홀(127a)에 집열용 흡수기(130)를 삽입시킨 상태에서 서로 가깝게 이동되어 삽입 홀(127a)의 내면에 집열용 흡수기(130)의 외면을 밀착시킨 후, 볼트(128)에 의해 체결될 수 있다. 이 상태에서, 반원통 부재(127)들은 제1 지지체(121)의 원형 판(121c)에 볼트(129)에 의해 체결됨으로써, 집열용 흡수기(130)를 반사판(110)에 고정시킬 수 있다. 반원통 부재(127)들은 알루미늄 재질 등으로 이루어질 수 있다.
집열용 흡수기(130)는 열매체를 공급받아 반사판(110)에서 집광된 태양광과 열교환을 통해 가열해서 배출한다. 집열용 흡수기(130)는 축열조(160)로부터 열매체를 내부로 유입시키는 제1 유입구(131a)와, 가열된 열매체를 내부로부터 축열조(160)로 배출시키는 제1 배출구(132a)가 형성된다.
예컨대, 집열용 흡수기(130)는 2중 열교환기 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 집열용 흡수기(130)는 외관 부재(131), 및 내관 부재(132)를 구비한다. 외관 부재(131)는 내부에 밀폐된 공간을 형성하되, 하단 일측에 제1 유입구(131a)가 형성된 구조로 이루어진다. 외관 부재(131)는 표면에 태양전지 셀(140)들의 부착이 용이하도록 사각형 관으로 이루어질 수 있다. 외관 부재(131)는 열전달이 용이하도록 동 재질로 이루어질 수 있고, 그 표면은 태양복사열의 흡수를 돕기 위해 검정색 계열로 도색될 수 있다.
내관 부재(132)는 내부 공간을 갖고 상,하단이 개구된 구조로 이루어진다. 내관 부재(132)는 열매체 유동이 용이하도록 원형 관으로 이루어질 수 있다. 내관 부재(132)는 동 재질 등으로 이루어질 수 있다.
내관 부재(132)는 상단이 외관 부재(131)의 하단을 관통하여 외관 부재(131)의 내부 공간의 상부에 배치되며, 하단이 외관 부재(131)의 외부로 인출되게 배치된다. 내관 부재(132)의 하단 개구가 제1 배출구(132a)로 작용하고, 내관 부재(132)의 상단 개구가 제2 유입구(132b)로 작용한다. 여기서, 제2 유입구(132b)는 제1 유입구(131a)로 들어와 태양복사열에 의해 가열된 후 대류현상에 의해 위로 올라간 고온의 열매체를 유입시키도록 외관 부재(131)의 내측 상단과 근접하도록 배치된다.
따라서, 열매체가 외관 부재(131)의 제1 유입구(131a)로 들어와 태양열에 의해 가열된 후 내관 부재(132)의 제2 유입구(132b)로 빠져 나감으로써, 태양열에 의해 가열되는 열매체가 집열용 흡수기(130) 내에서 자연순환이 이루어짐과 동시에, 고온으로 가열된 열매체만 제2 유입구(132b)를 통해 축열조(160)로 배출될 수 있으므로, 에너지 효율의 증대를 기대할 수 있다.
집열용 흡수기(130)의 외부는 2중 진공관(136)에 의해 밀폐될 수 있다. 2중 진공관(136)은 내외관 부위 사이가 진공 상태로 이루어져 집열용 흡수기(130)의 외부를 밀폐하도록 설치된다. 따라서, 집열용 흡수기(130)의 외부는 2중 진공관(136)에 의해 단열되므로, 대기로의 열 손실이 최소화됨으로써, 최대로 열 회수할 수 있다.
2중 진공관(136)은 상단이 막히고 하단이 개구된 구조로 이루어진다. 2중 진공관(136)은 하단 개구를 통해 집열용 흡수기(130)를 내관 부위의 내부 공간으로 삽입시킨 후, 하단 개구에 고무 패킹 등의 패킹(137)이 설치되어 집열용 흡수기(130)와의 사이를 밀폐시킬 수 있다. 2중 진공관(136)은 내관 부위의 내부 공간도 진공 상태로 밀폐될 수도 있다. 다른 예로, 단일 진공관이 집열용 흡수기(130)의 외부를 진공 상태로 밀폐할 수도 있다.
태양전지 셀(140)들은 반사판(110) 내에서 집열용 흡수기(130)의 표면에 부착된다. 집열용 흡수기(130)의 집광 영역이 반사판 내에서 상측으로부터 길이 방향을 따라 하측까지 고 집광부(high concentration part), 중 집광부(middle concentration part), 저 집광부(low concentration part)로 순차적으로 구분되는 경우, 태양전지 셀(140)들은 집열용 흡수기(130)의 표면에 고 집광부와 대응되게 부착되어 태양광 발전을 극대화할 수 있다.
즉, 태양전지 셀(140)들은 집열용 흡수기(130)의 표면에 부착되므로, 집열용 흡수기(130)로 유입되는 열매체에 의해 냉각되어 고 효율의 태양광 발전을 가능하게 한다. 태양전지 셀(140)들에 의해 생산된 전기는 축전기(180)에 저장되어 이용되거나, 계통연계에 의해 한전으로 보내질 수 있다. 이와 동시에, 집열용 흡수기(130)는 태양전지 셀(140)들이 부착되지 않은 표면에 집광된 태양열을 회수한다.
태양전지 셀(140)은 가시광선 및 적외선 영역에서 태양광 발전효율이 탁월한 CPV(Concentrated Photovoltaic) 셀로 이루어질 수 있다. 태양전지 셀(140)들은 집열용 흡수기(130)의 길이 방향으로 행을 지어 배열됨과 아울러 집열용 흡수기(130)의 둘레 방향으로 열을 지어 배열될 수 있다.
집열용 흡수기(130)가 둘레 방향을 따라 4개의 측면들을 갖는 경우, 태양전지 셀(140)들은 집열용 흡수기(130)의 4개 측면마다 복수 개씩 집열용 흡수기(130)의 길이 방향을 따라 배열될 수 있다. 일 예로, 태양전지 셀(140)들은 집열용 흡수기(130)의 4개 측면마다 4개씩 총 16개로 4행 4열로 배열될 수 있다. 태양전지 셀(140)은 기판(141)에 실장된 상태로 기판(141)을 매개로 집열용 흡수기(130)의 표면에 부착될 수 있다. 여기서, 기판(141)은 열전도계수가 우수한 서머글루(thermal glue)에 의해 집열용 흡수기(130)의 표면에 부착될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 추가 반사판(150)들은 반사판(110)에 의해 집광되는 태양광을 태양전지 셀(140)들로 추가 집광시키도록 태양전지 셀(140)들의 주위에 설치될 수 있다. 추가 반사판(150)은 반사판(110)으로부터 태양전지 셀(140)의 주위에 집광되는 태양광을 태양전지 셀(140)의 표면에 추가 집광되도록 하여 집광비를 향상시킨다. 또한, 추가 반사판(150)은 태양전지 셀(140)의 기판(141)을 방열시킴으로써, 태양전지 셀(140)의 기판(141) 과열 방지로 인한 태양전지 셀(140)의 손상을 방지할 수 있게 한다.
일 예로, 추가 반사판(150)들은 태양전지 셀(140)들에 열 단위로 대응되어 배치되도록 형성될 수 있다. 추가 반사판(150)들은 집열용 흡수기(130)의 4개 측면들에 각각 대응되어 배치되도록 4개로 이루어진다. 각각의 추가 반사판(150)은 각 열의 태양전지 셀(140)들을 모두 공통되게 둘러싼 상태로 기판에 고정된다.
추가 반사판(150)은 상하 부위가 개구되고 4개 측면이 역 사다리꼴 형태로 각각 이루어질 수 있다. 즉, 추가 반사판(150)은 사각 깔때기 형태로 이루어질 수 있다. 추가 반사판(150)은 좁은 개구 부위가 태양전지 셀(140)들의 주위를 감싼 상태로 기판(141)에 고정되어, 넓은 개구 부위를 통해 태양광이 입사되게 할 수 있다. 추가 반사판(150)은 알루미늄 재질 등으로 이루어질 수 있다.
다른 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 추가 반사판(150')들은 태양전지 셀(140)들에 일대일 대응되어 배치되도록 형성될 수 있다. 추가 반사판(150')은 전술한 추가 반사판(150)보다 작은 크기로 이루어져 하나의 태양전지 셀(140) 주위를 둘러싼 상태로 기판(141)에 고정된다.
다시 도 1을 참조하면, 축열조(160)는 집열용 흡수기(130)로 열매체를 공급하고, 집열용 흡수기(130)를 거쳐 가열된 열매체를 회수해서 저장한다. 축열조(160)는 제1 유입구(131a)와 제1 이송관(161)으로 연결된 제2 배출구(161a)가 하단에 형성되고, 제1 배출구(132a)와 제2 이송관(162)으로 연결된 제3 유입구(162a)가 상단에 형성될 수 있다. 제2 배출구(161a)와 제3 유입구(162a)를 연결하는 열교환 관(163)이 축열조(160) 내부에 수용될 수 있다.
축열조(160)의 내부에는 물이 수용될 수 있는데, 집열용 흡수기(130)에서 가열된 열매체가 제3 유입구(162a)를 통해 유입되어 열교환 관(163)을 통과하면서 축열조(160) 내부의 물과 열교환하여 물을 가열시킨 후, 제2 배출구(161a)를 통해 빠져나가 집열용 흡수기(130)로 다시 유입될 수 있다.
축열조(160)는 저장탱크의 형태를 취할 수 있으며, 여러 겹으로 형성될 수 있다. 내통은 스테인리스강으로 형성될 수 있으며, 내통의 외부는 폴리우레탄폼 등으로 단열될 수 있으며, 외부 케이스는 칼라 강판 등으로 제조될 수 있다. 열매체를 집열용 흡수기(130)와 축열조(160)로 순환시키는 펌프(164)가 제1 이송관(161)에 추가로 설치될 수 있다. 제1 이송관(161)에 열매체의 유량을 측정하기 위한 유량계(165)와, 열매체의 흐름을 제어하기 위한 밸브(166)가 설치될 수 있다. 또한, 제2 이송관(162)에 가열된 열매체의 온도를 측정하기 위한 서모커플(thermocouple)과 같은 온도 센서(167)가 설치될 수 있다.
태양추적장치(170)는 반사판(110)을 태양광을 따라 이동시킨다. 일 예로, 도 1 및 2와 함께 도 8을 참조하면, 태양추적장치(170)는 태양추적센서(171)와, 제1 회전부재(172), 및 제2 회전부재(173)를 포함한다.
태양추적센서(171)는 2축 태양추적센서로서, 태양추적 원리는 가장 밝은 위치의 태양광을 추적하는 방식이며, 구름에 태양이 가리면 작동을 멈춘 후 태양이 나타나면 즉시 추적할 수 있고 야간에는 원위치로 복귀하는 메커니즘을 갖추고 있다. 이러한 2축 태양추적센서는 3개의 전압비교회로를 응용한 입력회로와 2개의 반도체 H-Bridge형출력 드라이브로 간단히 구성될 수 있다.
제1 회전부재(172)는 태양추적센서(171)의 신호에 따라 작동하며, 태양의 고도각 추적을 위해 반사판 지지대(120)과 반사판(110)을 상하방향으로 회전시키는 역할을 한다. 제2 회전부재(173)는 태양추적센서(171)의 신호에 따라 작동하며, 태양의 방위각 추적을 위해 반사판 지지대(120)와 반사판(110)을 스탠드(174)에 대해 수평방향으로 회전시키는 역할을 한다.
반사판 지지대(120)와 반사판(110)의 태양 고도각 추적을 위한 제1 회전부재(172)는 리니어 액추에이터(Linear Actuator)가 이용될 수 있으며, 태양 방위각 추적을 위한 제2 회전부재(173)는 스크류 드라이브(Slew Drive)가 이용될 수 있다. 한편, 태양추적장치(170)는 일사량을 측정하기 위한 일사량 센서(175)를 더 포함할 수 있다. 또한, 태양추적장치(170)는 상용전원인 220VAC를 DC로 변환하기 위한 전원부와, 태양추적장치(170)를 전반적으로 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있으며, 원격으로 제어될 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110..반사판
120..반사판 지지대
130..집열용 흡수기
136..2중 진공관
140..태양전지 셀
150, 150'..추가 반사판
160..축열조
170..태양추적장치

Claims (4)

  1. 내부로 입사된 태양광을 중심부로 반사시키도록 원추형으로 이루어진 반사판;
    상기 반사판을 지지하는 반사판 지지대;
    상기 반사판의 중심에 설치되어 상기 반사판 내에 배치되며, 열매체를 공급받아 상기 반사판에서 집광된 태양광과 열교환을 통해 가열해서 배출하는 집열용 흡수기;
    상기 반사판 내에서 상기 집열용 흡수기의 표면에 부착되되, 상기 반사판 내에서 상측으로부터 상기 집열용 흡수기의 길이 방향을 따라 하측까지 고 집광부, 중 집광부, 저 집광부로 순차적으로 구분된 집열용 흡수기의 집광 영역에서 고 집광부와 대응되게 부착되는 태양전지 셀들;
    상기 반사판에 의해 집광되는 태양광을 상기 태양전지 셀들로 추가 집광시키도록 상기 태양전지 셀들의 주위에 설치되는 추가 반사판들;
    상기 집열용 흡수기로 열매체를 공급하고, 상기 집열용 흡수기를 거쳐 가열된 열매체를 회수해서 저장하는 축열조;
    상기 반사판을 태양광을 따라 이동시키는 태양추적장치; 및
    내외관 사이가 진공 상태로 이루어져 상기 집열용 흡수기의 외부를 밀폐하도록 설치되는 2중 진공관;을 포함하며,
    상기 2중 진공관은 상단이 막히고 하단이 개구된 구조로 이루어져 하단 개구를 통해 상기 집열용 흡수기를 내관 부위의 내부 공간으로 삽입시킨 상태에서 하단 개구에 설치되는 패킹에 의해 상기 집열용 흡수기와의 사이를 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 셀들은 상기 집열용 흡수기의 길이 방향으로 행을 지어 배열됨과 아울러 상기 집열용 흡수기의 둘레 방향으로 열을 지어 배열되며;
    상기 추가 반사판들은 상기 태양전지 셀들에 열 단위로 대응되어 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추가 반사판들은 상기 태양전지 셀들에 일대일 대응되어 배치되도록 형성된 것을 특징으로 하는 태양광열 복합 시스템.
  4. 삭제
KR1020160135904A 2016-10-19 2016-10-19 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템 Active KR101847632B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160135904A KR101847632B1 (ko) 2016-10-19 2016-10-19 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160135904A KR101847632B1 (ko) 2016-10-19 2016-10-19 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101847632B1 true KR101847632B1 (ko) 2018-04-10

Family

ID=61975091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160135904A Active KR101847632B1 (ko) 2016-10-19 2016-10-19 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101847632B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113983699A (zh) * 2021-11-12 2022-01-28 嘉寓光能科技(阜新)有限公司 一种直通式太阳能真空集热管

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113983699A (zh) * 2021-11-12 2022-01-28 嘉寓光能科技(阜新)有限公司 一种直通式太阳能真空集热管
CN113983699B (zh) * 2021-11-12 2024-06-07 武威嘉寓光能源科技有限公司 一种直通式太阳能真空集热管

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101979659B1 (ko) 건물일체형 태양광·태양열 시스템
US20110226308A1 (en) Solar energy hybrid module
CN104583686A (zh) 聚光太阳能发电系统
US20090126364A1 (en) Convective/radiative cooling of condenser coolant
WO2013141683A1 (es) Un sistema flexible de concentrador solar parabólico lineal en pequeña escala, para generación de energía y des hidratación
CN102959343B (zh) 具备圆柱形集光装置的太阳光发电装置
WO2009001225A3 (en) Solar energy collection system
US10056509B2 (en) Apparatus for generating power by amplifying sunlight
US20100294266A1 (en) Concentrated solar thermal energy collection device
US20120174966A1 (en) Concentrating tracking solar energy collector
US20160036379A1 (en) Hybrid solar thermal and photovoltaic system with termal energy cature subsystem
KR20180023430A (ko) 태양광발전장치
US9350290B2 (en) Solar water-collecting, air-conditioning, light-transmitting and power generating house
KR101847632B1 (ko) 원추형 반사판을 이용한 태양광열 복합 시스템
Patel et al. Comparative study of thermal performance of spiral tube solar water heater with straight tube solar water heater
MX2014006740A (es) Sistema hibrido de recuperacion de energia solar.
KR101998794B1 (ko) 원추형 태양광열 복합 시스템을 이용한 에너지 자립형 건조설비
JP5869284B2 (ja) 太陽熱コレクター
CN201615679U (zh) 一种太阳能多向跟踪太阳能干燥设备
CN201504195U (zh) 一种自动追日太阳能发电装置
JP2016114252A (ja) トラフ型反射鏡
CN209800175U (zh) 太阳能光热发电系统
AU2013225488B2 (en) Linear Fresnel light concentrating device with high multiplying power
KR101407079B1 (ko) 원추형 반사체를 이용한 태양광 집열시스템
WO2012055426A1 (en) Solar receiver for solar power tower

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

D13-X000 Search requested

St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000

D14-X000 Search report completed

St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000

PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-2-2-P10-P22-nap-X000

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

Fee payment year number: 1

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 4

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 5

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 6

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R14-asn-PN2301

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

P16-X000 Ip right document amended

St.27 status event code: A-5-5-P10-P16-nap-X000

Q16-X000 A copy of ip right certificate issued

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q16-nap-X000

PR1001 Payment of annual fee

St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001

Fee payment year number: 7

P22-X000 Classification modified

St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000

P14 Amendment of ip right document requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-P10-P14-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

P14 Amendment of ip right document requested

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-P10-P14-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

P14-X000 Amendment of ip right document requested

St.27 status event code: A-5-5-P10-P14-nap-X000

P16 Ip right document amended

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-5-5-P10-P16-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

P16-X000 Ip right document amended

St.27 status event code: A-5-5-P10-P16-nap-X000

Q16 A copy of ip right certificate issued

Free format text: ST27 STATUS EVENT CODE: A-4-4-Q10-Q16-NAP-X000 (AS PROVIDED BY THE NATIONAL OFFICE)

Q16-X000 A copy of ip right certificate issued

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q16-nap-X000