KR20080097449A - 집속 태양 전지 장치 - Google Patents

Abstract

집속 조립체, 태양 전지 조립체 및 방열 조립체를 포함하는 집속 태양 전지 장치가 개시된다. 집속 조립체는 오목 거울의 잘 알려져 있는 집속 이론에 의해 초점 위의 대면적에 광선을 집속시킨다. 태양 전지 조립체는 다수의 정방형 태양 전지 조각으로 구성되고, 지지체의 측면 표면에 설치되며, 지지체는 태양 전지 조각 및 포물선 모양의 베이스에 가깝게 밀착된다. 그리하여, 열 전도 통로를 형성하고, 열 방출 장치를 구성한다. 또한 그리하여 태양 전지 조각들로부터 받은 많은 량의 열이 열 도전 통로를 통하여 흩어지도록 한다. 그러므로, 원하는 초고 비율의 집속 광과 그때의 열 방출 목적이 실현된다.

Description

집속 태양 전지 장치{A CONDENSING TYPE SOLAR CELL APPARATUS}

본 발명은 태양 전지 장치에 관한 것으로, 특히 단결정체 또는 다결정 실리콘 태양 전지 패널로 이루어진 광기전성 전력 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 태양 광기전성 전력 발전 분야이다.

현재, 태양 광기전성 전력 발전 시스템은 많은 단결정체 또는 다결정 실리콘을 요구한다. 그러나, 고순도 단결정체와 다결정 실리콘을 생산하기 위한 기술은 여러 외국의 첨단 기술 기업에 의해 독점되고 있으며, 그로 인해 결정질 실리콘의 가격이 높게 유지되고 있다. 따라서 현재 태양 전력 발전 프로젝트를 위한 넓은 영역에서 대중성과 응용성이 방해받고 있다. 태양 전지 패널은 높은 가격 때문에 많은 중국 시장에서 받아들여지지 않고 있다. 한편, 중국 및 외국의 전문가들은 보통의 태양 광 세기하에서 사용되는 결정질 실리콘 광기전성 전지가 실제로 충분히 활용되지 않고 있다는 점을 발견하였다. 왜냐하면, 광기전성 전지가 수명에 영향을 주지 않고 비례하여 더욱 높은 광의 세기를 견디고 광기전성 전지에 의해 형성된 전류를 증가시키기 때문이다. 광기전성 전지 영역의 광 세기가 수배 또는 수백배의 집속에 의해 증가된다면, 같은 양의 전류를 출력하기 위한 광기전성 전지의 영역을 현저히 줄일 수 있다. 이런 방식으로, 태양 전지 패널에 사용되는 결정질 실리콘의 양이 현저히 감소될 수 있고, 따라서 태양 전지의 가격은 사용자에 의해 받아들여질 수 있는 레벨로 현저하게 감소될 수 있다.

프레넬 렌즈(Fresnel lens)에 의해 3-7배의 광 집속을 실현한 것과 같이, 광 집속에 의해 태양으로부터 전력 발전 효율을 증가시키기 위해 중국과 외국에서 여러 산업적 시도가 있다. 그러나, 전송을 통하여 집속된 광 세기의 균일성은 나쁘고, 반면에 특수 렌즈의 비용의 감소 속도는 고반사도를 가진 평면 미러를 따라잡을 수 없다. 따라서, 2배의 광 집속을 실현한 독일 ZSW 회사에서 발명된 V형 집속기, 2.36 배의 광 집속을 실현한 미국의 팔벨(Falbel)에 의해 발명된 사면체 집속기 및 4.8 배의 광 집속을 실현한 중국 전문가에 의해 제공된 팔면체 집속 깔대기 등과 같이, 중국과 외국에서, 반사에 의한 광 집속을 실현하기 위한 시도가 수행되었다. 이러한 모든 상기 방법은 단지 10 배 이하의 광 집속을 실현하며, 그것은 높은 시간에서 집속 광의 문제를 해결할 수 없다. 따라서, 그것의 비용 효율은 바람직하지 않고, 넓은 영역에서 대중성과 응용성의 목적을 실현할 수 없다.

본 발명의 목적은 집속 조립체와 방열 조립체의 제공에 의해 수배에서 수백배로 수십 내지 수백배의 복합 광 집속을 실현하는 태양 전지 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발 발명에 따른 기술적 해결 수단은 포물선 모양의 베이스, 및 상기 포물선 모양의 베이스의 내측 위에 구비되고 놓여진 반사 미러를 포함하는 집속 조립체; 상기 포물선 모양의 베이스의 아래쪽 중심에 수직으로 구비된 지지체와, 상기 지지체의 자유단 주위에 제공되고, 서로 직렬로 연결되며, 상기 집속 조립체의 상기 반사 미러의 집속 초점 주위에 배열되는 다수의 태양 전지 조각을 포함하는 태양 전지 조립체; 및, 상기 지지체에 연결된 방열 조립체로 이루어진 집속 태양 전지 장치를 제공한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 반사 미러가 작은 영역을 갖는 다수의 평면 미러로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 방열 조립체가 상기 포물선 모양의 베이스의 바깥에 제공됨을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 지지체가 상기 태양 전지 조각의 배선을 수납하는 중공 구조인 것을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 방열 조립체가 상기 지지체의 중공 구조 내측에 제공됨을 특징으로 한다. 상기 집속 태양 전지 장치는 상기 지지체와 상기 포물선 모양의 베이스가 우수한 열 전도 성능을 갖는 재료로 만들어짐을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 지지체와 상기 포물선 모양의 베이스가 알루미늄 또는 구리 재료로 만들어짐을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 포물선 모양의 베이스의 호(arc) 하부가 가로막는 평면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 태양 전지 조각이 절연성과 높은 열 전도성을 갖는 재료를 통하여 상기 지지체에 가깝게 접촉함을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 방열 조립체가 팬을 더 포함함을 특징으로 한다.

상기 집속 태양 전지 장치는 상기 포물선 모양의 베이스의 포물선 표면이 직경 1.2-5미터인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 집속 태양 전지 장치는 집속 조립체, 태양 전지 조립체 및 방열 조립체를 포함하고, 상기 집속 조립체는 포물선 모양의 베이스와 반사 미러를 포함한다. 상기 반사 미러는 상기 포물선 모양의 베이스의 내측을 덮는 다수의 평면 미러 조각들로 형성되거나, 또는 윤기나는 내측을 갖는 포물선 모양의 베이스의 금속 재료로 형성될 수 있다. 집속 조립체는 오목 거울의 잘 알려져 있는 집속 이론에 의해 초점 위의 대면적에 광선을 집속시킨다. 상기 태양 전지 조립체는 지지체의 4(또는 다수의) 측면에 탑재된 4(또는 다수의) 정방형(2mm×50mm와 같은) 태양 전지 조각들로 구성된다. 상기 태양 전지 조각은 절연성과 높은 열전도성을 갖는 재료가 개재되어 상기 지지체에 가깝게 접촉된다. 따라서, 최고로 집속된 광선을 모을 수 있도록, 상기 4(또는 다수의)개의 태양 전지 조각이 상기 집속 조립체의 초점 위에 배열되도록 한다. 상기 4 개의(또는 다수의) 태양 전지 조각을 지지하는 상기 지지체는 상기 포물선 모양의 베이스의 중앙에 수직으로 연결되고, 그것들을 잘 접촉하도록 한다. 상기 방열 조립체는 좋은 열 전도 성능을 갖는 알루미늄 합금(또는 구리 합금)으로 이루어진 상기 지지체와, 상기 지지체와 같이 좋은 열 전도 성능을 갖는 상기 포물선 모양의 베이스로 구성된다. 상기 포물선 모양의 베이스는 동일한 재료로부터 만들어지고 방열 영역을 증가시키기 위해 상기 포물선 모양의 베이스의 외측 위에 많은 히트 싱크를 갖는다. 상기 지지체는 속이 빈 도관, 즉 상기 태양 전지 조각의 배선을 안내하는 중앙 홀 형태로 이루어져 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 히트 싱크는 상기 지지체의 속이 빈 도관의 공동 공간 내에 제공될 수 있고, 따라서 상기 태양 전지 조각들로부터 발생된 열은 상기 지지체 및 상기 내측의 히트 싱크를 통해 신속하게 외부로 전도된다. 한편, 상기와 같은 구조의 상기 방열 조립체는 보다 컴팩트한 구조를 갖고, 보다 짧은 열 방출 통로를 가지며, 보다 효율적이다.

본 발명의 집속 태양 전지 장치는 상기 지지체 및 상기 태양 전지 조각의 상기 포물선 모양의 베이스에 의해 열 전도 통로를 정교하게 형성한다. 따라서, 태양 광선의 초점 위에 위치된 상기 태양 전지 조각들이 최고의 높은 비율과 매우 높은 열로 집속된 광선을 받는다고 하여도, 상기 열은 상기 태양 전지 조각과 상기 지지체 사이의 우수한 접촉으로 인해 신속하게 상기 지지체와, 신속하게 상기 포물선 모양의 베이스로, 그리고 나서 상기 포물선 모양의 베이스 후면에 큰 영역을 갖는 히트 싱크로 전도된다. 이 부분의 열 방출 영역이 매우 크고 태양에 의해 방사되지 않으므로(그것은 본 발명의 장치가 항상 직사 광 상태를 집속 전지 장치에 제공하도록 하는 시스템을 자동적으로 따르는 것에 의해 제어될 필요가 있기 때문이다.), 대부분의 집속된 열은 흩어진다. 이러한 구조의 태양 전지 조각(초점 위)의 이론 온도는 도전 접촉이 우수한 한 자연적 냉각 조건에서 60℃ 이하이다.

광 집속율의 필요에 따라, 다른 광 집속율이 본 발명의 장치에서 상기 포물선 모양의 표면 크기, 상기 지지체의 높이 및 상기 지지체의 직경을 조정함에 의해 실현될 수 있다. 예를 들면, 30-40배의 광 집속의 요구를 실현하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 포물선 모양의 베이스의 포물선 직경이 1.8m이고, 초점으로부터 포물선 모양의 호 바닥까지 지지체의 높이가 45cm이며, 지지체의 직경이 25cm로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 상기 포물선 모양의 베이스의 직경은 1.2-5미터 사이에서 선택될 수 있다. 더 높은 광 집속 설계 요구를 위해, 필요하면, 지지체를 통한 히트 싱크 하부로 전달되는 열이 보다 빠르게 흩어지도록 팬 장치가 상기 방열 조립체에 구비될 수 있다.

본 발명의 집속 태양 전지 장치는 집속 조립체와 방열 조립체를 구비한다. 따라서, 전지 장치의 광 집속율은 크게 증가하고 태양 광의 초점 위에 집속된 많은 량의 열은 상기 히트 싱크를 통하여 외부로 신속하게 전도될 수 있다. 직렬로 이러한 집속 태양 전지 장치를 사용한 전력 발전은 우수한 정합성과 높은 안전성을 갖는다. 상기 태양 전지 조각은 충분히 채택될 수 있고 태양 광 기전 전력 발전의 비용은 상당히 감소한다.

도1은 본 발명의 집속 태양 전지 장치의 투시도이다.

도2는 도1의 장치에 대한 포물선 모양의 베이스 사시도이다.

도3은 본 발명에 따른 집속 태양 전지 장치의 측면도이다.

도4는 본 발명의 한 실시예에 따른 개략적인 방열 구조이다.

본 발명은 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기술함에 의해 더 욱 상세하게 설명될 것이다.

본 발명의 일실시예가 도1에 도시되어 있다. 지지체(2)의 4(또는 다수) 측면 위에 설치된 4개의(또는 다수의) 태양 전지 조각(1)은 태양 전지 조립체를 구성하고 절연성이며 높은 열 전도율을 갖는 실리카 겔을 통하여 상기 지지체(2)에 가깝게 접촉하고 있다. 상기 지지체(2)는 포물선 모양의 베이스(3)의 중앙 위에 설치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 집속 조립체는 평면 미러(6)의 많은 작은 조각들로 구성되어 있다. 상기 태양 전지 조각(1)은 상기 평면 미러(6)로부터 반사된 광선의 초점(7) 주변에 배열되어 있다. 상기 포물선 모양의 베이스(3)의 바깥 측면에 많은 개수의 히트 싱크(4)가 있다. 상기 베이스(3)의 포물선 호 바닥은 상기 히트 싱크가 위치 및 설치되기에 적합하도록 가로막는 평면으로 되어 있다. 방열 조립체는 상기 지지체(2), 상기 포물선 모양의 베이스(3) 및 상기 포물선 모양의 베이스(3)의 바깥 측면에 설치된 상기 히트 싱크(4)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 지지체(2)는 속이 빈 통로의 형태를 하며, 상기 태양 전지 조립체의 배선을 안내하기 위해 그 중심에 작은 홀(5)을 갖는다. 상기 지지체(2) 및 상기 포물선 모양의 베이스(3)는 신속하게 열을 배출하도록 우수한 열 전도 성능을 갖는 재료로 만들어진다.

도 3의 좌측과 우측은 중앙 대시 라인(dashed line)을 따라 대칭이다. 즉, 포물선 모양의 후면의 좌측 및 우측에 히트 싱크가 있고, 그 모양을 보여주기 위해 왼쪽의 히트 싱크는 도시되어 있지 않다. 또한, 상기 태양 전지 조각(1)은 상기 지지체(2)에 직접 접촉하지 않고 있으나, 절연성이고 높은 열 전도율을 갖는 실리카 겔이 그것들 사이에 개재되어 서로 가깝게 접촉하여야 한다.

동작에 있어, 태양광은 상기 평면 미러(6)를 통하여 반사되고 상기 태양 전지 조각(1)에 초점이 맞춰진다. 상기 태양 전지 조각(1)에 의해 발생된 전류는 상기 지지체(2)에 구비된 배선을 통하여 전달되고 출력된다. 한편, 많은 량의 집속된 열은 상기 포물선 모양의 베이스(3)와 상기 태양 전지 조각에 가깝게 접촉된 상기 지지체(2)를 통하여 상기 베이스의 바깥에 구비된 히트 싱크(4)로 신속하게 전도되고, 빠르게 흩어진다. 이러한 방식으로, 상기 태양 전지는 수배에서 수백배로 집속된 세기를 견딜 수 있다. 동작 온도는 정상으로 유지되는 반면 발생되는 전류는 비례하여 증가될 수 있다. 상기 태양 전지의 동작 효율은 상당히 증가된다.

본 발명의 방열 조립체의 다른 바람직한 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 다수의 히트 싱크(4)가 상기 지지체(2)의 내부 공동 구조로 제공될 수 있다. 히트 싱크(4)의 길이는 상기 지지체(2)의 길이와 같을 수 있다. 상기 태양 전지 조각에 의해 발생된 열은 상기 지지체(2)를 통하여 상기 히트 싱크(4)에 전도될 수 있고, 그 내부의 홀을 통하여 빠르게 바깥으로 전도될 수 있다.

본 발명의 상기 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명에 따르면, 당업자는 다양한 변화와 변경을 할 수 있으며, 그것은 본 발명의 정신을 벗어나지 않는다면 첨부된 청구항의 범위에 속한다.

Claims (11)

1. 포물선 모양의 베이스, 및

   상기 포물선 모양의 베이스의 내측 위에 구비되고 놓여진 반사 미러를 포함하는 집속 조립체;

   상기 포물선 모양의 베이스의 아래쪽 중심에 수직으로 구비된 지지체와,

   상기 지지체의 자유단 주위에 제공되고, 서로 직렬로 연결되며, 상기 집속 조립체의 상기 반사 미러의 집속 초점 주위에 배열되는 다수의 태양 전지 조각을 포함하는 태양 전지 조립체; 및,

   상기 지지체에 연결된 방열 조립체로 이루어진 것을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 반사 미러는 작은 영역을 갖는 다수의 평면 미러로 구성된 것을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 방열 조립체는 상기 포물선 모양의 베이스의 바깥에 제공됨을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 지지체는 상기 태양 전지 조각의 배선을 수납하는 중공 구조인 것을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 방열 조립체는 상기 지지체의 중공 구조 내측에 제공됨을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 지지체와 상기 포물선 모양의 베이스는 우수한 열 전도 성능을 갖는 물질로 만들어짐을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 지지체와 상기 포물선 모양의 베이스는 알루미늄 또는 구리 재료로 만들어짐을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 포물선 모양의 베이스의 호(arc) 하부는 가로막는 평면으로 형성된 것을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 태양 전지 조각은 절연성과 높은 열 전도성 재료를 통하여 상기 지지체에 가깝게 접촉함을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 방열 조립체는 팬을 더 포함함을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.
11. 제1항에 있어서,

    상기 포물선 모양의 베이스의 포물선 표면은 직경이 1.2-5미터인 것을 특징으로 하는 집속 태양 전지 장치.

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