KR101310560B1 - 저집광 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자연태양광보다 강한 태양광을 태양전지에 조사하여 태양전지의 발전량을 극대화하고 태양전지의 물성 및 일조(日照) 조건에 따라 태양광 조사량 및 세기를 용이하게 변경할 수 있는 저집광 태양광 발전장치에 관한 것으로, 태양 빛을 모아 굴절 반사시키고 반원통면 형상을 따라 그 폭을 늘리거나 줄일 수 있는 곡면형 반사경과, 상기 곡면형 반사경으로부터 반사된 태양광이 모이는 초점에 배치되어 곡면형 반사경에서 반사한 빛을 재반사 시키는 2차 반사경과, 상기 2차 반사경이 재반사한 태양광을 수광할 수 있는 지점에 높낮이를 변경할 수 있게 설치된 태양전지를 포함하여 구성된다.

Description

저집광 태양광 발전장치{LOW CONCENTRATION PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION SYSTEM }

본 발명은 저집광 태양광 발전장치(low concentration photovoltaic power generation system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 자연태양광보다 강한 태양광을 태양전지에 조사하여 태양전지의 발전량을 극대화하고 태양전지의 물성 및 일조(日照) 조건에 따라 태양광 조사량 및 세기를 용이하게 변경할 수 있는 저집광 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양전지를 이용하여 태양으로부터 오는 무한정, 무공해의 태양에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 태양광 발전은 요즘에 건물의 지붕, 들판, 사막, 호수 위 등 에 설치되어 많이 사용되고 있다. 태양 빛이 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 비춰 지면 태양 빛이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 이때 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차가 발생하면 전류가 흐르게 되는 데 이를 이용한 것이 태양광 발전이다. 태양광 발전의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 것이다. 반면에 전력생산량이 일조량에 의존하고, 설치 장소가 한정적이며, 초기 투자비와 발전 단가가 높은 단점이 있다.

태양전지의 발전 효율을 높이는 기술개발이 계속 이루어져서 결정형 태양전지는 10~20% 의 효율을 보여주고 있다. 이 효율은 실험실에서 1 제곱미터당 1 [kWatt]의 세기를 가진 태양 빛을 태양전지에 비추면, 빛을 받는 태양전지의 면적에서 수광된 빛에너지의 10~20% 를 전기로 변환함을 의미한다. 이때 태양전지의 표면온도는 25도를 유지하면서 실험을 진행한다. 이러한 태양전지 자체의 효율을 높이기 위한 기술개발은, 초기 투자비와 발전단가를 낮추기 위해서 계속적으로 수행되고 있는데, 태양전지의 효율을 높이는 연구와 별도로, 건물의 지붕이나 들판, 사막 등에 고정설치할 때 설치된 태양전지의 수광 표면에 태양 빛이 조금이라도 많이 도달할 수 있도록, 태양의 고도와 이동경로에 따라서 태양전지를 태양 방향을 지향하게 회전시켜 주는 태양추적기술과, 태양광을 집광하여 강한 빛을 태양전지에 도달하도록 하는 집광기술 등에 관한 연구도 많이 진행되고 있다.

태양추적기술은 1축식과 2축식으로 나누어지는데, 도 1은 2축식 태양추적장치를 사용하는 예를 보여준다. 도 1에서처럼 2축식 태양 추적장치를 사용하면 아침부터 저녁까지 하루 동안 태양의 이동경로에 따라서 태양전지가 가장 많은 태양 빛을 받을 수 있도록 태양을 향해서 태양전지를 위치시키기 때문에 고정 설치된 고정식 태양발전장치에 비하여 발전효율이 30~40% 정도 개선되어 높아진다.

도 2는 프레넬 렌즈로 태양광을 수백배 이상으로 집광하는 고집광 태양광 발전장치의 예를 보여 주는데, 렌즈에 의해 태양 빛이 모이는 곳에 일반적인 태양전지에 비해 매우 고가이고 발전효율이 높은 작은 크기의 태양전지를 위치시켜서 발전을 한다. 도 2와 같이 프레넬 렌즈 등을 사용하여 태양광을 수백배 이상으로 고집광하여 사용하기 위해서는 강한 빛에 적합한 물질을 원재료로 한 매우 고가이고 고성능인 태양전지를 필요로 하지만, 현재 태양광 발전 업계는 대규모 생산이 가능한 결정질 실리콘 위주로 산업계가 구성되어 있으며, 렌즈를 이용한 고집광 태양광 발전을 위한 상용화된 광학시스템 기술(렌즈, 광가이드), 냉각기술, 추적기 기술 등 주요 부품 및 제조기술에 대한 연구나 양산 공급이 아직 활발하지 못한 상태이다.

도 3은 태양전지의 양쪽에 반사판을 구비하고 이 반사판을 이용하여 직사광뿐만 아니라 반사광을 모아 발전하는 저집광 태양광 발전장치의 예를 보여준다. 이러한 방식에서는 태양광 발전장치를 설치, 운용할 때 바람의 영향도 함께 받게 되므로 반사판의 크기를 넓게 형성하는 데 제약이 따르므로, 반사판을 넓게 하는 경우라도 태양전지의 면적 정도가 되도록 하여 사용하므로 실제 빛이 모이는 양이 1.5~2배 정도가 되어 고정식에 비하여 1.5~2배 정도 높은 발전효율이 된다. 또한 태양전지가 측면(태양전지 평면에 대하여 30°이내의 각)에서 입사되는 태양광은 반사를 시키는 특성이 있으므로 도 3에서와 같은 반사경을 사용하게 되면 반사경은 태양전지에서 60도 정도의 각도로 세워줘야 한다. 그러므로 태양전지에 빛을 반사시키기 위해서는 태양전지 양쪽의 반사경의 면적을 합쳐서 태양전지 면적보다 2배 넓이의 반사경이 필요하게 되지만, 그와 같은 넓은 면적의 반사판을 사용하면 바람의 영향을 많이 받게 되어 채용하기 어려운 실정이었다.

이와 같이, 종래의 반사판을 이용한 태양광 발전장치는 넓은 반사판에 비하여, 반사판에서 반사된 태양광 중 태양전지에 유효한 입사각으로 입사하는 태양광 양이 적어 매우 비효율적이었다.

현재까지, 태양전지 자체의 효율을 높이는 기술, 태양추적 기술, 태양집광 기술 등 많은 기술이 개발되고 상용화되어 태양광 발전에 대한 높은 초기 투자비와 발전단가를 낮추고 있음에도 불구 하고 태양광 발전은 여전히 풍력이나 수력발전 등에 비하여는 고비용이 드는 발전방식이다. 그러나, 태양광 발전은 무공해의 태양에너지원을 사용하여 공해가 없이 반영구적으로 사용할 수 있는 많은 장점을 가지고 있으므로 크게 비용을 낮출 수 있는 기술이 나오면 지금보다도 더 많은 곳에서 보급이 확대되어 사용하여 에너지 부족 문제를 해결할 수 있는 좋은 발전 방식이다.

본 발명은 상술한 종래의 반사경을 이용한 태양광 발전장치의 단점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1과제는 반사경을 이용하는 태양광 발전장치에서 반사경에 의하여 반사되어 태양전지에 입사되는 유효 태양광 양을 극대화할 수 있는 저집광 태양광 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2과제는 자연태양광보다 강한 태양광을 태양전지에 조사할 수 있게 하여 태양전지에 의한 발전 효율을 높일 수 있는 저집광 태양광 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3과제는 집광 면적 조절을 통해 집광 광량을 용이하게 조절할 수 있고, 태양전지에 입사되는 태양광의 반사 거리 조절을 통해 태양전지의 수광 태양 에너지 세기를 조절할 수 있는 저집광 태양광 발전장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제4과제는 태양광 반사 면적을 넓게 하면서도, 바람의 영향을 적게 받을 수 있는 저집광 태양광 발전장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제들은, 저집광 태양광 발전장치를, 태양 빛을 모아 굴절 반사시키고 반원통면 형상을 따라 그 폭을 늘리거나 줄일 수 있는 곡면형 반사경과, 상기 곡면형 반사경으로부터 반사된 태양광이 모이는 초점에 배치되어 곡면형 반사경에서 반사한 빛을 재반사 시키는 2차 반사경과, 상기 2차 반사경이 재반사한 태양광을 수광할 수 있는 지점에 높낮이를 변경할 수 있게 설치된 태양전지를 포함하여 구성함으로써 해결된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 고가인 태양전지를 여러 장 사용하여 태양광을 받아서 발전하는 대신에, 태양전지에 비하여 저가인 반사경을 활용하여 3~9배의 저배율로 태양광을 모아서 자연광보다 4~10배 강한 에너지 세기로 태양전지에 입사킴으로써, 자연 태양광을 사용하는 경우보다 더 적은 수의 태양전지를 사용하면서도, 태양전지 발전을 매우 효율적으로 할 수 있는 효과가 있다.

즉, 태양전지와 거의 수평인 면에 곡면 반사경을 위치시키고 이 곡면 반사경의 면적을 조절함으로써, 종래의 반사판을 이용한 태양광 발전장치와 비교하여 3배 ~ 9배의 강한 빛을 태양전지에 보내어 발전량을 높일 수 있고, 곡면형 반사광 및 그 촛점에 배치한 2차 반사경을 사용하여 4~10배의 저집광한 태양 빛을 일반적으로 널리 사용되는 실리콘 기반의 결정형 태양전지 등에 가해지도록 하여 발전량을 쉽게 늘릴 수 있으므로, 태양광 발전에 투자한 비용대비 높은 발전량을 낼 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 하면 저위도나 사막 등에서와 같이 태양광이 강한 지역에서는 반사경을 좁게 사용하면 되고 공해가 많은 도시나 고위도 지역에서는 반사경의 면적을 넓게 하여 태양전지가 발전할 수 있는 최대의 발전량에 근접하도록 태양광의 집광 비율을 조절하면서 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 태양전지와 거의 수평인 면에 곡면 반사경을 위치시키면, 곡면 반사경을 넓게 하여도, 바람의 영향을 적게 받는 효과도 있다. 평평한 종이 한장이 바람에 영향을 받는 것보다 이 종이를 약간 구부려주는 것이 바람의 영향을 덜 받는 것처럼, 곡면 반사경을 세우지 않고 눕힐 수 있게 구성함으로써, 필드에서 바람의 영향을 덜 받도록 한 것이다.

도 1은 2축식 태양추적장치를 사용하는 종래 태양광 발전장치에 대한 예시도이다.
도 2는 렌즈를 사용하여 태양광을 수백배로 집광하는 종래의 고집광 태양광 발전장치에 대한 예시도이다.
도 3은 반사판을 사용하는 종래의 태양광 발전장치에 대한 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치를 1축식 태양추적기에 적용한 예를 보여주는 구성도이다.
도 5는 태양전지에 직접 도달하는 태양광을 보여주는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 반사경에 의해 집광된 후 태양전지에 도달하는 태양광을 보여주는 설명도이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 반사경에 의해 집광된 후 태양전지에 도달하는 태양광과 태양전지에 직접 도달하는 태양광을 보여주는 설명도이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전장치에 사용되는 반사경의 단면구조 및 배치를 보여는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양전지의 후면에 설치된 냉각장치의 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 발전장치 기둥, 구동축 및 구동부를 보여주는 예시도이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치를 1축식 태양추적기의 적용한 경우 동작 예를 보여주는 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치 여러개를 수평방향으로 근접 배치하여 사용하는 방법을 보여주는 사용상태도이다.
도 15는 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치를 경사 방향으로 설치하여 사용하는 방법을 보여주는 사용상태도이다.
도 16a 내지 도 16c는 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치를 2축식 태양추적기에 적용하여 사용하는 방법을 보여주는 사용상태도이다.
도 17a 내디 도 17c는 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치를, 원형 레일상에서 회전하는 대형지지판에 적용하여 사용하는 방법을 보여주는 사용상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 4 또는 도 11을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치는 태양전지 주위에 반사경을 사용하여 집광하고 태양전지를 포함한 반사경 등이 태양의 궤도를 좇아서 동작하도록 태양추적기에 탑재된다. 본 발명을 설명함에 있어서는 주로 도 4 내지 도 13에 도시된 바와 같이 태양전지의 양 옆에 반사경을 사용하고 지구의 자전축을 향하여 놓여 진 회전축을 사용하는 1축식 태양추적기를 사용한 예를 들어서 본 발명의 내용을 설명하고자 한다. 그러나, 도 14 내지 도 17c에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치는 다양한 다른 배치 및 구조의 태양추적기에 적용하여 사용할 수 있음은 자세한 설명을 요하지 않는다.

본 발명에서는 자연상태에서의 태양광 보다 강하게 집속 된 태양광을 사용하므로 태양전지의 온도가 급격하게 올라갈 수 있다. 따라서, 본 발명은 도 9에 도시된 바와 같이 태양전지(1)의 후면에 냉각장치(4)를 사용하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치는 태양광 에너지를 전기 에너지로 바꾸어주는 태양전지(1)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치는 태양전지의 주위에 함께 설치되어 태양 빛을 모아주는 곡면형 반사경(2a, 2b), 곡면형 반사경으로부터 반사된 태양광이 모이는 초점부근에 설치된 곡면 반사경에 비해 좁은 넓이의 2차 반사경(3a, 3b)을 포함한다. 또한, 상술한 바와 같이, 4~10배로 집광된 강한 태양광에 의해서 태양전지(1)에서 발전이 될때 부수적으로 발생하는 열을 식혀주기 위한 냉각장치(4)를 더 포함한다. 본 발명에 따른 저집광 태양광 발전장치는 태양전지와 반사경 등을 지지하면서 태양을 추적하게 하는 태양추적기에 탑재되는 데, 도 4에 도시된 1축 태양추적기는 기둥(7a, 7b), 구동축(5) 및 구동부(6)를 포함하여 구성된다.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 특징은 태양 빛을 모아 굴절 반사시키고 원통면 형상을 따라 그 폭을 늘리거나 줄일 수 있는 곡면형 반사경(2a, 2b)과, 상기 곡면형 반사경(2a, 2b)으로부터 반사된 태양광이 모이는 초점에 배치되어 곡면형 반사경(2a, 2b)에서 반사한 빛을 재반사 시키는 2차 반사경(3a, 3b)과, 상기 2차 반사경(3a, 3b)이 재반사한 태양광을 수광할 수 있는 지점에 높낮이를 변경할 수 있게 설치된 태양전지(1)를 포함하여 저집광 태양광 발전장치를 구성한 데 있다.

상기 곡면형 반사경(2a, 2b)은 일정한 지름을 가진 원통 단면의 일부이고 길이 방향으로 연장된 형상을 갖는다. 상기 2차 반사경(3a, 3b)은 상기 곡면형 반사경(2a, 2b)을 형성하는 원통 단면의 수직 방향 촛점 또는 그 부근에 배치된다. 상기 곡면형 반사경(2a, 2b)과 2차 반사경(3a, 3b)은 상기 태양전지를 중심으로 양측에 1개씩 대칭으로 설치되는 것이 바람직하다.

도 4에서는 1축식 태양추적방식으로 동작하므로 북반구 기준으로 설명하면, 구동축(5)은 북극 방향으로 설치되고 구동부(6)에 의해 구동축 위에 고정되어 있는 태양전지(1)와 곡면형 반사경(2a, 2b)이 태양광을 가장 많이 받을 수 있도록 태양을 따라 회전하며 태양의 움직임을 추적하게 된다.

도 5 내지 도 8을 참조하여, 태양광이 집광되는 동작을 먼저 설명하면 다음과 같다.

먼저 태양전지에 직접도달하는 태양광은 도 5와 같다. 그리고, 도 6과 같이 태양으로부터 온 태양광이 곡면형 반사경(2a, 2b)에서 곡면의 초점(C)을 향하여 집광되고 반사된다. 도 8에 도시된 바와 같이 이와 같은 곡면의 촛점(C)은 반지름 r인 곡면형 반사경의 단면 중심(A)으로부터 수직축(B)의 r/2이 지점에 위치한다. 만약 레이져 광선 등과 같이 인공으로 만들어진 광선을 사용할 경우, 도 8에서와 같이 반지름의 r/2에 해당한 위치에 있는 초점에 정확하게 모이게 되지만 자연 상태의 태양광은 적외선, 가시광선, 자외선 등 여러 가지 다양한 파장의 광선이 섞여 있으므로 정확하게 초점에 모이지 않고 곡면형 반사경(2a, 2b)의 초점 부근에 약간 퍼져서 모이게 된다. 초점에 2차 반사경(3a, 3b)이 배치하면, 곡면 반사경(2a, 2b)에 의해 반사되면서 집광된 태양광을 태양전지로 재반사시킨다. 2차 반사경(3a, 3b)은 평면 또는 곡면의 거울을 사용할 수 있는데, 이는 태양전지(1)의 넓이와 태양전지에 보내고자 하는 최종 목표하는 집광된 태양광의 세기(에너지 강도)를 조절하기 위하여 태양광 발전장치를 설계, 제작할 때 결정하여 사용한다.

도 5와 도 6의 과정을 합쳐서 태양전지(1)에 직접 도달하는 태양광과 2차 반사경(3a, 3b)으로 구성된 집광부와 이들 집광부에 의해 모여진 태양 빛이 태양전지(1)에 입사되는 상세도는 도 7과 같다.

공해 등이 많은 도시나 북반구 기준으로 북쪽지역의 경우처럼 자연 상태로 태양전지에 도달하는 태양광이 약해서 태양광의 집광율을 높여서 태양전지에 자연상태의 태양광보다 매우 강한 태양에너지를 보내려면, 태양광 발전장치를 제작할 때 곡면 반사경(2a, 2b)의 넓이를 넓게 해주고, 2차 반사경(3a, 3b)을 곡면 반사경의 초점(C) 부근에서 적절히 위치 조절하고, 2차 반사경(3a, 3b)의 형상도 평면형이 아닌 오목한 형태의 곡면 반사경을 사용하여 곡률을 조정해 주고, 도 8에서의 2차 반사경의 기울기(θ)와 2차 반사경과 태양전지(1) 사이의 거리(d)가 작아지도록 태양전지를 2차 반사경(3a, 3b) 쪽으로 가까이 이동하여 설치하여 준다.

사용하려는 태양전지(1)의 물질이 강한 태양광에 약하거나 설치하려는 지역에서 자연상태의 태양광이 강해서 태양광을 낮은 배율로 집광하고자 하면 곡면 반사경(2a, 2b)의 넓이를 좁게 해주고, 2차 반사경(3a, 3b)을 곡면 반사경의 초점(C) 부근에서 적절히 위치 조절하고, 2차 반사경(3a, 3b) 형상도 평면형이 아닌 약간 볼록한 형태의 곡면 반사경을 사용하여 곡률을 조정해 주고 도 8에서의 2차 반사경의 기울기(θ)와 2차 반사경과 태양전지(1) 사이의 거리(d)가 커지도록 태양전지의 위치를 2차 반사경 쪽에서 멀리 이동하여 설치하여 준다.

일반적으로 널리 사용되는 실리콘 재질의 결정형 태양전지 등은 태양전지의 표면 온도가 올라감에 따라서 발전효율이 감소한다. 대체로 실험실에서 측정하여보면 온도가 1° 증가할 경우 효율이 0.5% 감소하는 것으로 알려져 있다. 그래서 본 발명에서와 같이 태양전지를 자연광 상태보다 강한 태양광에서 사용하려면 냉각장치가 매우 중요하다. 도 9에서는 태양전지의 후면부에 넓은 면적의 냉각장치가 위치하고 있다. 이 냉각장치는 공냉식, 강제 공냉식, 수냉식, 또는 냉매를 사용한 냉각 파이프 등 상황에 따라 적절한 것을 사용하면 된다.

지구의 북반구를 기준으로 도 10과 같이 1축식 태양추적방식으로 동작하는 경우를 예로 들어 상세히 설명하면, 구동축(5)은 북극 방향으로 설치되고 구동부(6)에 의해 구동축 위에 고정되어 있는 태양전지(1)와 반사경(2a, 2b)이 태양광을 가장 많이 받을 수 있도록 도 11 내지 도 13과 같이 태양을 따라 회전하며 태양의 움직임을 추적하게 된다.

만약 기둥(7a) 보다 기둥(7b)를 높게 설치하여 구동축(5)가 지구의 자전축과 평행하도록 설치하면 구동축(5)을 수평으로 설치했을 때보다 보다 더 정확하게 태양을 추적하면서 태양전지(1)와 반사경(2a, 2b)이 더 많은 태양광을 입사된다.

또한 겨울에는 태양의 남중고도가 낮고, 봄, 가을에는 중간이고 여름에는 남중고도가 높아지는 것에 대한 대비로 구동축(5)의 높이를 계절별로 조절할 수 있게 구성하면, 1축식 태양추적장치로 2축식 태양추적기의 성능과 비슷해진다.

도 14는 넓은 부지에 수평방향으로 축을 연결하여 다수의 태양광 발전장치를 설치한 실시 예이다. 이때, 구동축을 지구의 북극을 향한 방향으로 설치하여주면 아침에 동쪽에서 시작하여 저녁에는 서쪽으로 회전하며 태양의 움직임을 추적하며 동작하게 된다. 여기서 구동모터의 숫자를 줄이기 위하여 구동모터를 대형으로 교체하고 체인이나 벨트 등을 이용하여 각각의 열을 연결하여 실시할 수도 있다.

도 15는 태양의 남중고도가 겨울에는 설치되는 장소의 위도보다 낮고 봄가을에는 위도와 같고 여름에는 위도보다 높아지는 변화까지를 반영하여 구동축을 경사지게 설치하고 운영할 때의 실시 예이다. 물론 해당지역의 위도 또는 연중 가장 태양광을 많이 받거나 해당지역의 강설량과 바람의 영향 등을 고려하여 도 15에서 경사를 1년 동안 변화시키지 않고 고정하고 설치하여 1축식 태양추적 방식으로 매일 동쪽에서 서쪽으로만 태양의 움직임을 따라 회전하며 동작하도록 실시할 수도 있다.

도 16a 내지 도 16c는 2축식 태양추적기에 적용된 실시 예인데, 2축식에서는 태양전지가 항상 태양광을 정면으로 볼 수 있도록 구동부를 2개 사용하여 수평과 수직방향의 방향 제어를 하며 태양을 추적하게 되므로 도 16a 내지 도 16c에서와 같이 곡면 반사경과 2차 반사경이 태양을 향한 정면방향에서 보았을 때 옆으로 기울어져서 지구의 자전축 방향과 일치하지 않고 다르게 위치한다. 그러나 이는 태양전지와 곡면 반사경과 2차 반사경에 의한 태양광 집광과 발전의 동작에는 영향을 미치지 않는다. 즉 도 16a 내지 도 16c에서와 같이 2차 반사경의 그림자가 태양전지나 곡면 반사경의 위에 위치하지 않고 본 발명의 집광 원리대로 동작한다. 1축식 태양추적기 보다는 2축식 태양추적기가 수평, 수직 방향 모두 정확하게 태양전지가 태양광을 정면으로 보도록 동작하므로 본 발명의 집광방식이 2축식에 적용될 때는 아무런 문제가 없다.

도 17a 내지 도 17c는 넓은 지역에서 태양광 발전시스템이 설치될 부지에 바퀴가 굴러갈 수 있도록 원형의 궤도 모양의 좁고 평평한 길을 만들고 튼튼한 구조물에 의해서 지지되는 수백제곱미터의 경사진 면적에 태양전지를 대량으로 부착하고 바퀴에 의하여 회전하면서 아침부터 저녁까지 태양의 움직임을 따라 가며 태양광 발전을 하도록 운영되는 대형태양추적기에 적용된 실시 예이다. 본 발명에 의한 자연 태양광보다 3~10배로 집광된 태양광을 사용하여 실제 발전에 사용되는 태양전지 갯수를 줄이는 효과가 가장 크게 나타나는 실시 예이다. 이러한 방식에서도 그림 13에서와 같이 1년 동안 태양의 남중고도의 변화를 따라가며 경사각도 조절하며 동작하도록 할 수도 있고 해당지역의 위도 또는 연중 가장 태양광을 많이 받거나 해당지역의 강설량과 바람의 영향을 고려하여 1년 동안 경사각을 변화시키지 않으며 고정하고 설치하여 실시할 수도 있다.

1 : 태양전지 2a, 2b : 곡면형 반사경
3a, 3b : 2차 반사경 4 : 냉각장치
5 : 구동축 6 : 구동부
7a, 7b : 기둥 8a, 8b : 프레임

Claims (3)

1. 태양 빛을 모아 굴절 반사시키고 원통면 형상을 따라 그 폭을 늘리거나 줄일 수 있는 곡면형 반사경(2a, 2b)과, 상기 곡면형 반사경(2a, 2b)으로부터 반사된 태양광이 모이는 초점에 배치되어 곡면형 반사경(2a, 2b)에서 반사한 빛을 재반사 시키는 2차 반사경(3a, 3b)과, 상기 2차 반사경(3a, 3b)이 재반사한 태양광을 수광할 수 있는 지점에 높낮이를 변경할 수 있게 설치된 태양전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 저집광 태양광 발전장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 2차 반사경(3a, 3b)은 평면형 반사경이거나, 오목 또는 볼록한 형태의 곡면 반사경 가운데서 선택하여 태양광 재반사 양을 조절할 수 있게 한 것을 특징으로 하는 저집광 태양광 발전장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 곡면형 반사경(2a, 2b)과 2차 반사경(3a, 3b)은 상기 태양전지를 중심으로 양측에 1개씩 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 저집광 태양광 발전장치.

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