KR100941925B1 - 태양광 집속식 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파손을 방지하고, 발전효율을 향상시킨 태양광 집속식 발전장치를 제공하고자 한 것이다. 이를 위해, 본 발명은 반구형 구조로 이루어져 태양광을 집광하는 집광유닛과, 상기 집광유닛을 지지하며 지면에 고정되는 지지프레임과 상기 지지프레임과 연결되며 상기 집광유닛으로부터 집광된 광을 이용 발전하는 태양전지유닛 및 상기 집광유닛과 상기 태양전지유닛을 연결하는 광섬유를 포함하여 구성되고, 상기 태양전지유닛은 외관을 이루는 케이스와, 상기 케이스 내 설치되며 상기 광섬유와 연결되는 태양전지 및 상기 케이스 내 설치되며 상기 집광된 광에 의하여 상승된 온도를 낮추기 위한 쿨러를 포함하여 구성됨과 동시에, 복수개가 구비되어 상기 각각의 태양전지유닛에 상기 광섬유가 상기 태양전지유닛의 개수만큼 나뉘어져 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공한다.

태양광, 집광, 광섬유

Description

태양광 집속식 발전장치{Generation Device With Concentrating Solar Light}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파손을 방지하는 구조를 이룸과 동시에 발전효율을 향상시킨 태양광 발전장치에 관한 것이다.

본 발명은 태양 및 광원을 집광열하여 생활에 이용할 수 있는 발광, 발열, 발전수단으로 태양광원을 이용한 발전장치에 관한 것이다.

지구 대기밖에 있어서 태양을 향하고 있는 면은 1㎠당 매분 약 1.96cal의 복사 에너지를 받는다. 지구에서는 대기중의 수증기에 의한 흡수나 구름에 의한 반사, 산란 등으로 에너지가 손실되어 1㎠'당 매초 약 1kal의 복사 에너지를 받는다.

이것은 1㎠당 700W의 에너지에 상당하며 지구에 달하는 태양열로 계산하면, 태양은 주위의 공간에 3.90×10 33 의 복사 에너지를 방출하고 있다는 것을 알 수 있다.

이러한 태양에너지를 활용하기 위하여 최근에는, 태양이 복사하는 열에너지를 흡수하여 열기관과 발전기를 움직여서 발전하거나 태양전기에너지로 전환하여 태양전지를 사용하거나, 또는 태양열을 축열하여 난방 및 온수장치에 태양열을 이 용하는 등의 태양열을 이용한 에너지 개발이 활발히 이루어지고 있는 추세이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 본 발명은 태양광 발전을 위한 메인 구성요소인 태양전지 등이 집광유닛의 상부에 노출되지 않도록 함으로써, 외부 충격 등에 의하여 파손되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다.

둘째, 본 발명은 태양광 발전효율이 증대될 수 있는 구조를 이룬 태양광 집속식 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

셋째, 설치공간을 효율적으로 활용할 수 있는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반구형 구조로 이루어져 태양광을 집광하는 집광유닛과 상기 집광유닛을 지지하며 지면에 고정되는 지지프레임과 상기 지지프레임과 연결되며 상기 집광유닛으로부터 집광된 광을 이용 발전하는 태양전지유닛 및 상기 집광유닛과 상기 태양전지유닛을 연결하는 광섬유를 포함하여 구성된 태양광 집속식 발전장치를 제공한다.

여기서, 상기 태양전지유닛은 외관을 이루는 케이스, 상기 케이스 내 설치되며 상기 광섬유와 연결되는 태양전지 및 상기 케이스 내 설치되며 상기 집광된 광에 의하여 상승된 온도를 낮추기 위한 쿨러가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 태양전지유닛은 상기 태양전지 및 쿨러를 감싸는 형태로 반사부가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 집광유닛 및 상기 지지프레임 사이에는 상기 집광유닛이 태양을 추적하여 이동하도록 하는 추적구동부가 구비될 수 있다.

한편, 상기 태양전지유닛은 상기 추적구동부를 전기적으로 제어하는 제어부가 더 구비될 수 있다.

그리고, 상기 광섬유는 다수개의 광섬유 다발로 이루어짐과 동시에 상기 태양전지유닛도 복수개가 구비되어, 상기 하나의 태양전지유닛에 다수개의 광섬유라인이 나뉘어진 형태로 연결될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명 태양광 집속식 발전장치의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첫째, 태양전지 등의 주요 발전장치를 집광유닛의 상부 중앙부가 아닌 곳에 따로 설치하여 외부 환경 요인, 즉 우박이나 강풍 또는 새와 같은 짐승의 오물에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 집광유닛과 태양전지를 광섬유로 연결하여 발전효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

셋째, 광섬유를 일정한 다발로 구분하여 분리한 후, 분리된 다발의 광섬유를 일정한 수량 즉 단위 별로 구성된 태양전지가 연결되도록 하여, 차후의 유지 수선 시 단위 별 태양전지만을 교체 및 보수할 수 있어 사용상의 편리함을 가져오는 효 과가 있다.

넷째, 태양전지유닛을 이루는 태양전지 주위로 반사부를 구비하여, 태양광이 바로 태양전지에 흡수되지 못하더라도 상기 반사부에 의하여 반사되다가 다시 태양전지로 흡수되도록 함으로써 발전효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치의 측면도이다.

상기 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치는 집광유닛(100), 지지프레임(200), 태양전지유닛(300) 및 광섬유(210)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 집광유닛(100)은 외관을 이루는 반구형의 집광하우징(110) 및 반사경(130)을 포함하여 구성되며, 상기 집광하우징(110)의 내측은 태양광을 받아 반사경(130)에 모여 반사된 광이 상기 집광하우징(110)의 집광부(115)에 집광되도록 그 모양이 형성된다.

그리고, 상기 지지프레임(200)은 상측이 상기 집광유닛(100)이 연결되고 하측은 지면 또는 기타 부재에 고정되는 관 형태로 구성된다.

한편, 도 1에서는 상기 태양전지유닛(300)에 직접 상기 지지프레임(200)의 하측이 연결된 형태를 도시한 것이다.

여기서, 상기 태양전지유닛(300)은 도시된 위치에 한정되지 않고, 상기 집광유닛(100)을 통한 태양광을 전달받을 수 있는 형태로 다른 위치에 구비될 수도 있으며, 지면에 매설된 형태로도 가능하다.

그리고, 상기 집광유닛(100)에 의하여 집광된 태양광이 상기 태양전지유닛(300)으로 전달될 수 있도록 상기 지지프레임(200) 내측을 관통하며 상기 광섬유(210)가 구비된다.

이때, 상기 광섬유(210)의 일측은 상기 집광유닛(100)에 연결되고 타측은 상기 태양전지유닛(300)에 연결되며, 상기 광섬유(210)는 한 개로 구성될 수도 있으며 다수 개의 다발로 이루어질 수도 있다.

그리고, 상기 집광유닛(100) 및 상기 지지프레임(200) 사이에는 상기 집광유닛(100)이 태양을 추적하여 이동할 수 있도록 추적구동부(180)가 구비된다.

자세히 도시되어 있지는 않으나, 상기 추적구동부(180)는 힌지장치(미도시) 및 모터(미도시) 등이 포함되어 구성될 것이며, 이미 여러 공지된 기술이 나와 있으며, 이러한 공지된 기술 중에서 채택이 가능할 것이다.

그리고, 본 발명 태양광 집속식 발전장치는 상기 추적구동부(180)를 전기적으로 제어하는 제어부(350)를 구비한다.

도 3은 상기 태양전지유닛을 구성하는 주요 구성요소가 설치된 구조를 나타낸 도면이다.

도시된 것처럼, 상기 태양전지유닛(300)은 외관을 이루는 케이스(310), 상기 케이스(310) 내측에 설치되며 상기 광섬유(210)로부터 전달된 태양광을 전기적 에너지로 바꾸어 주는 태양전지(340) 및 상기 케이스(310) 내측에 설치되며 상기 전달되는 집속된 태양광에 의하여 온도가 지나치게 상승하는 것을 방지할 수 있는 쿨러(330)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 태양전지유닛(300)은 상기 태양전지(340) 및 쿨러(330)를 감싸는 형태로 반사부(320)를 더 구비한다.

상기 반사부(320)는 상기 케이스(310) 내측으로 들어옴과 동시에 상기 태양전지(340)로 바로 흡수되지 못한 태양광 등이 소실되지 않고 상기 반사부(320)에 의하여 반사되다가 다시 상기 태양전지(340)로 흡수되도록 하는 역할을 한다.

그리고, 상기 케이스(310) 내측에 설치되는 상기 태양전지(340) 및 쿨러(330)는, 도시된 것처럼, 복수개가 상기 반사부(320) 내측에 위치되도록 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명 태양광 집속식 발전장치의 설치방법 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 케이스(310) 내부에 태양전지(340)와 쿨러(330) 및 반사부(320)가 설치되도록 한 후, 상기 케이스(310)를 적절한 위치에 설치한다.

이때, 상기 집광유닛(100)을 태양의 위치 및 고도를 추적하며 움직이도록 상기 추적구동부(180)를 제어하는 제어부(350)도 또한 상기 케이스(310) 주위에 설치되도록 함이 바람직하며, 도시된 것처럼, 상기 제어부(350)는 상기 케이스(310)의 외부에 설치될 수도 있으며, 상기 케이스(310) 내측에 별도의 공간을 구비하여 설치될 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 지지프레임(200)을 설치한 후, 상기 지지프레임(200)의 상부에 추적구동부(180)를 설치한다.

그리고, 상기 추적구동부(180)에 연결되어 태양을 추적할 수 있도록 집광유닛(100)이 설치된다.

이때, 상기 추적구동부(180)는 상기 제어부(350)와 전기적으로 연결된 상태를 이루며, 상기 광섬유(210)가 상기 지지프레임(200) 내부를 관통함과 동시에 상기 집광유닛(100)과 상기 태양전지유닛(300)이 연결되도록 설치된다.

이와 같이 설치가 완료된 태양광 집속식 발전장치는 상기 제어부(350)에 의하여 상기 추적구동부(180)가 작동하여 상기 집광유닛(100)이 태양의 위치를 추적하면서 태양광 발전이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 집광유닛(100)으로 태양광이 입사된 후 태양광이 상기 집광하우징(110) 내측 반사경(130)에 집광된 후 반사됨으로써 상기 집광부(115)에 집광된다.

이와 같이 집광된 태양광은 광섬유(210)를 통하여 상기 태양전지유닛(300)으로 이동하게 된다.

그리고, 상기 태양전지유닛(300)을 구성하는 케이스(310) 내측으로 전달된 태양광은 바로 태양전지(340)에 흡수되거나 또는 반사부(320)를 통하여 상기 케이스(310) 내부에서 이동하다가 상기 태양전지(340)로 흡수된다.

이와 같은 과정을 통하여 태양광이 흡수된 상기 태양전지(340)는 입사된 태양광을 전기에너지로 변환하게 된다.

또한, 상기 집광유닛(100)에 집광되어 입사된 태양광이 상기 태양전지(340)에 집중하게 되면서 온도가 상승하게 되는데, 과열을 방지할 수 있도록 태양전지에는 쿨러(330)가 연결되도록 설치되어, 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 태양광은 파장에 따라서 자외선, 가시광선, 적외선 등으로 나뉘어지는데, 적외선 및 적외선에 가까운 영역의 파장을 가지는 태양광은 태양전지의 온도를 높이게 된다.

그런데, 태양광발전에 있어서는 일정한 온도범위 내에서 최적의 발전효율을 가져오는데 상기와 같은 적외선 근처의 파장에 해당하는 태양광의 경우는 이와 같은 이유로 발전효율에 문제를 가져온다.

그러므로, 처음부터 일부 파장영역에 해당하는 태양광만이 태양전지유닛 측으로 전달되도록 광섬유를 설계하여 적외선 영역이 전달 시 발생하는 온도증가로 인한 발전효율저하를 방지하도록 함이 바람직할 것이다.

또한, 태양전지유닛 자체를 태양광 중 일부 파장영역의 태양광만을 이용 발전되도록 할 수도 있을 것이다.

다음으로, 첨부된 도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 측면도이다.

이 경우에도, 태양광 집속식 발전장치는 반구형 구조로 이루어져 태양광을 집광하는 집광유닛(100), 상기 집광유닛(100)을 지지하도록 설치되는 지지프레 임(225), 상기 집광유닛(100)으로부터 집광된 광을 전기적 에너지로 변환시키는 태양전지유닛(400) 및 상기 집광유닛(100)과 상기 태양전지유닛(400)을 연결하는 광섬유(215)를 포함하여 구성된다.

첨부된 도 4는, 상기 태양전지유닛(400)도 복수개가 구비되고, 상기 광섬유(215) 또한 대응되는 갯수의 다수개의 광섬유 다발로 이루어지도록 하여 상기 각각의 태양전지유닛(400)에 다수개의 광섬유(215) 다발 중 일부 다발이 나뉘어진 형태로 연결된 형태를 도시한 것이며, 이 경우 자세히 도시되지는 않았으나, 하나의 광섬유가 상기 지지프레임(200)을 관통하도록 하고 상기 광섬유의 하부가 분지된 형태로 각각의 상기 태양전지유닛(400)에 연결되도록 할 수도 있다.

한편, 상기 태양전지유닛(400)은 일실시예에서와 마찬가지로 케이스(410), 반사부(420), 쿨러(430), 태양전지(440)가 구비된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치에 있어서 상기 태양전지유닛(400)의 경우는 하나의 케이스(410)에 복수개의 태양전지(440)와 쿨러(430)가 미리 정해진 일부 단위갯수 만큼 설치된다.

이와 같이 구성된 태양광 집속식 발전장치의 경우에도, 상기 일실시예에 따른 발전장치와 마찬가지로 작동하게 된다.

특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치의 경우는 일부 태양전지유닛(400)이 작동을 하지 않는 경우에, 모든 태양전지(440)를 검사하거나 교체하지 않고, 이상 작동하는 태양전지유닛(400)만을 교체하면 되므로 유지 및 보수가 편리하게 되는 장점이 있게 된다.

한편, 첨부된 도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 사시도이다.

첨부된 도 5, 즉 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치는 복수개의 집광유닛(100)이 설치프레임(10)에 설치된다.

즉, 가로 및 세로로 연결프레임(11)을 구비한 설치프레임(10)에 도시된 것처럼, 복수개의 집광유닛(100)을 설치하고, 상기 설치프레임(10)이 지지프레임(200)에 연결되어 한번에 다수의 집광유닛(100)이 태양의 위치를 추적할 수 있도록 한 것이다.

그 이외 구성은 본 발명의 일실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.

상술한 것처럼 본 발명에 의하면, 태양전지를 지면 아래에 설치하여 외부 환경 요인, 즉 우박이나 강풍, 새와 같은 짐승의 오물에 의하여 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 다수개의 광섬유를 일정 갯수로 분리한 후, 분리된 갯수마다 태양전지가 연결되도록 하여, 차후의 유지 수선을 편리하게 할 수 있는 효과가 있다.

나아가, 태양전지 주위에 반사부를 구비하여, 태양전지에 바로 흡수되지 못한 태양광이 상기 반사부에 의하여 반사되다가 다시 태양전지로 흡수되도록 하여 발전효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 사시도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치의 측면도;

도 3은 발전유닛을 구성하는 주요 구성요소가 설치된 구조를 나타낸 도면;

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 측면도; 및

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치를 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 집광유닛 110: 집광하우징

180: 추적구동부 200: 지지프레임

210: 광섬유 300,400: 태양전지유닛

310,410: 케이스 320,420: 반사부

330,430: 쿨러 340,440: 태양전지

Claims (8)

1. 반구형 구조로 이루어져 태양광을 집광하는 집광유닛(100)과, 상기 집광유닛(100)을 지지하며 지면에 고정되는 지지프레임(200)과 상기 지지프레임(200)과 연결되며 상기 집광유닛(100)으로부터 집광된 광을 이용 발전하는 태양전지유닛(400) 및 상기 집광유닛(100)과 상기 태양전지유닛(400)을 연결하는 광섬유(215)를 포함하여 구성되고,

   상기 태양전지유닛(400)은 외관을 이루는 케이스(410)와, 상기 케이스(410) 내 설치되며 상기 광섬유(215)와 연결되는 태양전지(440) 및 상기 케이스(410) 내 설치되며 상기 집광된 광에 의하여 상승된 온도를 낮추기 위한 쿨러(430)를 포함하여 구성됨과 동시에,

   복수개가 구비되어 상기 각각의 태양전지유닛(400)에 상기 광섬유(215)가 상기 태양전지유닛(400)의 개수만큼 나뉘어져 연결되는 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 케이스(410) 내부에는 반사부(420)가 구비되되,

   상기 반사부(420)는 상기 태양전지(440)를 둘러 감싸는 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 광섬유(215)는 선택된 파장영역에 해당하는 태양광만이 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 태양전지유닛(400)은 각각 태양광의 파장영역 중 선택된 파장영역에 해당하는 태양광에 의하여 발전되도록 한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
8. 삭제

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