KR101546853B1

KR101546853B1 - 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치

Info

Publication number: KR101546853B1
Application number: KR1020130156482A
Authority: KR
Inventors: 백승욱; 이동일; 오근섭
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-08-25
Also published as: KR20150070489A

Abstract

복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치가 제공되며, 태양의 위치를 산출하는 위치 산출부, 위치 산출부를 통해 추적한 태양의 위치에 따라 이동하며 태양광을 집광하는 태양전지와 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부를 포함하는 집광부, 열을 이용하여 난방을 제공하는 난방부, 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부, 그리고 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치를 포함한다.

Description

복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치{HYBRID DEVICE FOR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION AND AIR-CONDITIONING}

복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치가 제공된다.

최근 신재생에너지 중에서 태양전지(solar cell)를 이용한 발전시스템 및 난방시스템의 기술개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, 집광형 태양전지(concentrating solar cell)를 이용한 발전시스템 및 난방시스템은 태양전지를 적층하여 여러 파장대를 이용하기 때문에 실리콘 태양전지(silicon solar cell)를 이용한 발전시스템 및 난방시스템보다 효율이 뛰어나다는 점에서 각광받고 있다.

그러나, 종래 집광형 태양전지를 이용한 발전시스템 및 난방시스템은 집광장치로 프레넬 렌즈(fresnel lens)를 이용한다는 점에서 대규모 발전시스템 및 난방시스템 구현이 불가능하며, 센서를 이용하여 태양광을 감지하고 태양의 위치를 추적하기 때문에 비와 구름이 동반된 날씨에는 태양의 위치 추적이 어렵다. 또한, 종래 집광형 태양전지를 이용한 발전시스템 및 난방시스템은 폐열을 이용하여 난방 및 온수를 공급할 뿐 냉방시스템을 제공하지 않는다.

본 발명의 일 실시예가 해결하려는 과제는 태양전지 효율을 높이고, 태양전지에 의해 생성된 열을 발전시스템 및 냉난방시스템에 활용하며, 태양의 위치 추적에 있어 정확도를 높일 수 있는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 태양의 위치를 산출하는 위치 산출부, 상기 위치 산출부를 통해 추적한 태양의 위치에 따라 이동하며 태양광을 집광하는 태양전지와 상기 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부를 포함하는 집광부, 상기 열을 이용하여 난방을 제공하는 난방부, 상기 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부, 그리고 상기 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치를 제안한다.

여기서, 상기 위치 산출부는 태양의 위치를 산출하고자 하는 시간정보(년, 월, 일, 시, 분, 초)와 위도, 그리고 경도에 기초하여 태양의 고도각과 방위각을 산출할 수 있다.

또한, 상기 난방부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 고온의 물을 저장하는 축열탱크, 상기 축열탱크에 저장된 물을 상기 집광부로 공급하는 제1 모터, 상기 축열탱크에 저장된 물을 난방장치로 공급하는 난방 배관, 그리고 상기 축열탱크에 저장되는 저온의 물을 제공하는 상수도 배관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 축열탱크는 상기 고온의 물과 상기 저온의 물을 저장하는 탱크를 포함하며, 상기 탱크 내의 고온의 물과 저온의 물의 온도 감지 결과에 따라 상기 제1 모터, 상기 난방 배관, 상기 상수도 배관과 연결된 밸브의 개폐를 제어할 수 있다.

또한, 상기 냉방부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 물 또는 증기를 이용하는 단효용 흡수식 냉동부와 이중효용 흡수식 냉동부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발전부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 물 또는 증기를 저장하는 증기탱크, 상기 증기탱크에 저장된 증기를 이용하여 기계적 에너지를 생산하는 제1 에너지 생성부, 상기 제1 에너지 생성부의 기계적 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 제2 에너지 생성부, 그리고 상기 제1 에너지 생성부에서 응축된 물을 상기 집광부로 전달하는 제2 모터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광부는 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광거울을 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광부는 프레넬 렌즈 또는 도파로를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 흡열부는 상기 태양전지 내부에 결합될 수 있다.

또한, 상기 집광부는 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 접시 형상의 집광거울을 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광부는 태양전지, 상기 태양전지 내부에 위치하는 흡열판, 상기 흡열판 내부에 위치하는 히트파이프, 상기 히트파이프 상부에 위치하는 냉각수 출입구, 그리고 상기 태양전지 외부에 위치하는 추가 집광기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광부는 상기 태양전지와 수직방향으로 이격되어 위치하며 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광거울을 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광거울은 상기 태양전지를 중심으로 좌우방향 또는 상하방향으로 이동할 수 있다.

또한, 상기 흡열부는 상기 태양전지 외부에 결합될 수 있다.

또한, 상기 집광부는 상기 태양전지와 수직방향으로 이격되어 위치하며 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광렌즈를 포함할 수 있다.

또한, 상기 흡열부는 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구와 상기 태양전지로부터 발생하는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 상기 태양전지로부터 발생하는 열을 상기 냉각수에 전달하는 히트파이프를 포함하며, 상기 흡열판과 상기 히트파이프는 상기 태양전지의 형상에 따라 직선형상 또는 곡선형상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 집광부는 집광형 태양전지, 상기 집광형 태양전지 하부에 위치하는 히트파이프와 단열재, 상기 집광형 태양전지 상부에 상기 집광형 태양전지와 일대일 대응하도록 위치하는 2차 집광기를 포함하며, 상기 히트파이프 일단에는 상기 히트파이프와 수직방향을 갖는 냉각핀을 포함하는 냉각수 출입구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치가 복수개 병렬 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 날씨에 관계없이 태양의 위치를 정확히 산출하고 전기와 열을 동시에 생산함으로써 태양에너지의 이용 효율을 높일 수 있으며, 태양전지에 의해 생성된 열을 이용하여 냉방 및 난방을 제공함으로써 건물의 냉방 및 난방 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 집광부의 구성이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 추가 구성이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방부의 구성이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방부의 구성이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전부의 구성이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하며 명세서 전체를 통하여 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치이다.

도 1의 복합식 태양광 발전 및 냉난방장치는, 이동하는 태양의 위치를 산출하는 위치산출부(100), 산출된 태양의 위치에 따라 태양광을 집광하는 집광부(200), 집광부(200)에서 발생된 열을 저장하는 저장부(300), 저장부(300)에 저장된 열을 이용하여 난방 및 온수를 제공하는 난방부(400), 저장부(300)에 저장된 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부(500), 그리고 저장부(300)에 저장된 열을 이용하여 전기를 생산하여 제공하는 발전부(600)를 포함할 수 있다.

도 1의 복합식 태양광 발전 및 냉난방장치는 난방부(400)와 냉방부(500) 그리고 발전부(600)의 조작 메뉴를 제공하는 조작부(도 1에 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

위치산출부(100)는 태양의 위치를 산출하고자 하는 시간의 위도와 경도에 기초하여 태양의 고도각과 방위각을 산출한다. 이때, 시간은 년, 월, 일, 시, 분, 초 등을 포함할 수 있다.

위치산출부(100)는 매틀랩(matlab) 기반의 시뮬링크(simulink), 랩뷰(labview), 또는 마이크로 프로세서(micro processor) 등의 프로그램을 포함할 수 있으며, 아래에서는 시뮬링크 프로그램 기반의 위치산출 방법에 대해 설명한다.

먼저, 컴퓨터로부터 시각 정보를 입력 받는다.

수학식 1에서 clock는 컴퓨터에서 현재시간을 읽어 들이는 함수이며, fix(clock)는 불러들인 시간 값을 0에 가까운 정수로 정리해주는 매틀랩(matlab) 함수이다.

아래의 수학식 2 내지 7은 시간 정보로 입력된 년(y), 월(m), 일(d), 시(h), 분(mi), 초(s)이다.

다음으로, 아래의 수학식 8에 의해 태양의 황도좌표계(ecliptic coordinates)에서의 회전각(n)을 산출한다.

여기서, da는 1월 1일부터 오늘까지의 일 수를 센 값을 의미한다. 예를 들면, 1월 1일의 경우 da=1, 2월 4일의 경우 da=31+4=35이다.

수학식 8에 따르면 1월 1일 0시 정각에서 n=0이며, 12월 31일 24시 정각에서 n=360°이다.

다음으로, 적도좌표계에서 태양의 위치 즉, 적위(dec)와 시간각(H)를 산출한다.

적위(dec)는 아래의 수학식 9에 따라 산출한다.

시간각(H)는 아래의 수학식 10에 따라 산출한다.

여기서, ha는 남중고도시각과 현재시각과의 차이값을 의미하며, 아래의 수학식 11에 따라 산출한다.

여기서, Tm은 남중고도시각을 의미하며, 아래의 수학식 12에 따라 산출한다.

여기서, Te는 균시차를 의미하고, LST는 지방표준시를 의미하며, longitude(actual)는 위치산출부가 위치한 경도를 의미한다.

균시차 Te는 아래의 수학식 14 내지 17에 따라 산출한다.

여기서, floor(x)는 x보다 같거나 작은 최대의 정수를 나타내주는 매틀랩 함수이다.

마지막으로, 아래의 수학식 18 내지 20에 의해 지평좌표계에서 태양의 위치 즉, 고도(alt)와 방위각(azi)를 산출한다.

일 경우 방위각은 아래의 수학식 19에 의해 산출한다.

일 경우 방위각은 아래의 수학식 20에 의해 산출한다.

여기서, lat는 위치산출부(100)가 위치한 위도를 의미한다.

결국, 현재시각과 위치산출부(100)의 위도와 경도에 기초하여 태양의 고도와 방위각을 산출할 수 있으며, 이러한 방법으로 산출된 태양의 고도와 방위각은 한국천문연구원의 자료와 평균 0.1°이하의 오차를 보이는 것을 확인하였다.

집광부(200)는 위치산출부(100)에서 산출된 태양의 위치값에 따라 태양광 집광을 위한 최적의 위치로 이동을 수행하고 태양광을 집광한다.

집광부(200)는 집광형 태양전지(210), 집광형 태양전지(210) 주위에 배치되어 집광효율을 높이는 집광거울(220), 그리고 집광형 태양전지(210)로부터 생성된 열을 흡수하는 흡열부(230)를 포함할 수 있다.

태양전지(210)는 일례로, ⅢⅤ족 화합물 반도체 태양전지를 포함할 수 있다.

집광거울(220)은 포물선(parabolic) 형상을 포함하며, 집광렌즈로 대체할 수 있다.

흡열부(230)는 집광형 태양전지(210)로부터 생성된 열을 흡수하여 저장부(300)로 전달하며, 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구와 집광형 태양전지(210)와 맞닿아 집광형 태양전지(210)로부터 생성되는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 집광형 태양전지(210)로부터 생성되는 열을 냉각수에 전달하는 히트파이프를 포함할 수 있다. 흡열판은 블랙크롬으로 표면 처리된 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 을 포함하며, 에폭시 계열의 접착제를 통해 집광형 태양전지(210)와 접합될 수 있고, 집광형 태양전지(210)의 형상에 따라 직선형상 또는 곡선형상을 갖는다. 히트파이프는 열전도율이 높은 금속을 포함하며, 집광형 태양전지(210)의 형상에 따라 직선형상 또는 곡선형상을 포함할 수 있다.

흡열부(230)는 집광형 태양전지(210)의 열을 흡수하여 이동하는 냉각수의 온도를 유지시키며, 경질 폴리우레탄(rigid polyurethane) 또는 글라스 울(glass wool) 재질을 갖는 단열재를 더 포함할 수 있다.

아래에서는 도 2 내지 도 8에 도시된 다양한 실시예를 바탕으로 집광부 구조에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 2의 집광부(200-1)는 포물선 형상을 갖으며 선집광하는 집광거울(220-1), 집광거울(220-1)의 중심부에 위치한 집광형 태양전지(210-1), 그리고 집광형 태양전지(210-1) 하단에 직육면체 기둥 형상을 갖는 흡열부(230-1)를 포함할 수 있다.

흡열부(230-1)는 집광형 태양전지(210-1) 하단에 접촉되는 흡열판(231-1), 흡열판(231-1) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 히트파이프(232-1), 그리고 히트파이프(232-1) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 냉각수 출입구(233-1)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 3의 집광부(200-2)는 지면에 설치된 지지대 위에 위치하며 포물선 형상을 갖는 집광거울(220-2), 집광거울(220-2)의 중심부에서 수직방향으로 이격되어 위치하는 집광형 태양전지(210-2), 그리고 집광형 태양전지(210-2)의 집광면 반대면에 직육면체 기둥 형상을 갖는 흡열부(230-2)를 포함할 수 있다. 이때, 흡열부(230-2)는 도 2에 도시된 흡열부(230-2)와 동일한 형상으로, 별도의 지지대를 통해 집광거울(220-2) 또는 지면에 고정될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 4의 집광부는 도 3에 도시된 집광부(200-2)의 설치 구조를 도시한 것으로, 흡열부(230-2) 양단에 냉각수 출입구(233-2)와 연결되는 냉각수 이동부(234)를 더 포함할 수 있다. 냉각수 이동부(234)와 흡열부(230-2)는 집광거울(220-2)의 대응방향으로 회전할 수 있다. 냉각수 이동부(234)는 별도의 지지대를 통해 집광거울(220-2) 또는 지면에 고정되어 위치하며, 냉각수 출입구(233-2)와 냉각수 이동부(234)를 통해 이동하는 냉각수를 저장부(300)에 저장할 수 있다.

도 3 내지 도 4에 도시된 집광부(200-2)에 따르면, 포물선 형상의 집광거울(220-2) 초점부분에 집광형 태양전지(210-2)가 위치하여 태양광을 집광함으로써 도 2의 집광부(200-1)보다 집광효율이 뛰어나다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 5의 집광부(200-3)는 지면에 설치된 지지대 위에 위치하며 포물선 형상을 갖는 집광거울(220-3), 집광거울(220-3) 중심부에서 수직방향으로 이격되어 위치하는 원형 기둥형상의 집광형 태양전지(210-3), 그리고 집광형 태양전지(210-3) 내부에 위치하는 흡열부(230-3)를 포함할 수 있다.

흡열부(230-3)는 일례로, 집광형 태양전지(210-3) 내부에 접촉되는 원형 기둥형상의 흡열판(231-3), 흡열판(231-3) 내부에 위치하며 원형 기둥형상을 갖는 히트파이프(232-3), 그리고 히트파이프(232-3) 내부에 위치하며 원형 기둥형상을 갖는 냉각수 출입구(233-3)를 포함할 수 있다.

이때, 냉각수 출입구(233-3)와 연결되는 냉각수 이동부(도 5에 도시되지 않음)는 도 4와 유사한 형상을 갖는다.

도 5의 집광부(200-3)에 따르면, 포물선 형상의 집광거울(220-3) 초점부분에 집광형 태양전지(210-3)가 위치하여 태양광을 집광한다는 점에서 도 2의 집광부(200-1)보다 집광효율이 뛰어나며, 집광형 태양전지(210-3)가 흡열판(231-3), 히트파이프(232-3), 그리고 냉각수 출입구(233-3)를 둘러싸고 있는 구조이므로 도 3 내지 도 4의 흡열부보다 열전도율이 높다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 6의 집광부(200-4)는 포물선 형상을 갖는 집광렌즈(220-4), 집광렌즈(220-4) 중심부에서 하부 수직방향으로 이격되어 위치하는 집광형 태양전지(210-4), 그리고 집광형 태양전지(210-4) 하단에 직육면체 기둥 형상을 갖는 흡열부(230-4)를 포함할 수 있다.

흡열부(230-4)는 집광형 태양전지(210-4) 하단에 접촉되는 흡열판(231-4), 흡열판(231-4) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 히트파이프(232-4), 그리고 히트파이프(232-4) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 냉각수 출입구(233-4)를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 7의 집광부(200-5)는 포물선 형상을 갖는 집광렌즈(220-5), 집광렌즈(220-5) 중심부에서 하부 수직방향으로 이격되어 위치하는 집광형 태양전지(210-5), 집광형 태양전지(210-5) 내부에 위치하는 흡열판(231-5), 흡열판(231-5) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 히트파이프(232-5), 그리고 히트파이프(232-5) 하단에 위치하며 원형 또는 사각형의 기둥형상을 갖는 냉각수 출입구(233-5)를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 8의 집광부(200-6)는 집광렌즈(220-6), 집광형 태양전지(210-6), 그리고 흡열판(231-6)이 도 7과 동일하게 구현되며, 흡열판(231-6) 내부에 위치하는 히트파이프(232-6)와 히트파이프(232-6) 내부에 위치하는 냉각수 출입구(233-6)를 포함할 수 있다.

도 7 또는 도 8의 집광부에 따르면, 집광형 태양전지(210-5, 210-6), 흡열판(231-5, 231-6), 그리고 히트파이프(232-5, 232-6)가 서로 맞닿는 면적이 도 6의 흡열부보다 증가하여 열전도율이 높다.

또한, 포물선 형상의 집광렌즈(220-5, 220-6) 초점부분에 집광형 태양전지(210-5, 210-6)가 위치하여 태양광을 집광하므로 도 2의 집광부보다 집광효율이 뛰어나며, 집광형 태양전지(210-5, 210-6)가 흡열판(231-5, 231-6), 히트파이프(232-5, 232-6), 그리고 냉각수 출입구(233-5, 233-6)를 둘러싸고 있는 구조이므로 도 3 또는 도 4의 흡열부보다 열전도율이 높다.

도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 집광부의 구성이다.

도 9는 복수의 집광부를 병렬구조로 배치한 것을 도시하며, 일례로, 도 2의 집광부를 병렬로 배치하여 흡열부를 서로 공유하도록 구현할 수 있다.

또한, 집광부를 병렬로 배치하되, 집광부 내에 포함되는 흡열부를 각각 배치하고 복수의 흡열부에 포함되는 복수의 냉각수 출입구를 하나의 냉각수 이동부와 연결하여 구현할 수 있다.

도 2 내지 도 9에 도시된 집광부는 프레넬 렌즈 또는 도파로 등의 추가 집광장치(2차 집광장치)를 더 포함하여 집광 및 열전달 효율을 높일 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파로 추가 구성이다.

도 10에서 보면, 2차 집광장치(270)는 깔때기 형상을 갖으며, 면적이 넓은 개구부는 집광거울(280)을 향하도록 구현되며, 면적이 좁은 개구부는 집광형 태양전지(240)을 향하도록 구현될 수 있다. 또한, 접시 형상을 갖으며 면집광하는 집광형 태양전지(240)의 집광면에 대응하도록 다수의 2차 집광장치(270)을 포함할 수 있다. 이때, 집광형 태양전지(240)는 반원 형상을 갖으며, 히트파이프(260)는 집광형 태양전지(240)의 원 둘레를 따라 냉각수 입구에서 출구 방향으로 좌우대칭 형상을 갖는다. 구체적으로 히트파이프(260)는 집광형 태양전지(240) 내부에 "―" 또는 "｜"와 같은 직선 형상, 또는 집광형 태양전지(240)의 반원 형상과 동일한 곡선 형상으로 구현될 수 있다.

다시 도 1의 설명으로 돌아가서, 저장부(300)는 제1 밸브(V1)를 통해 흡열부(230)로부터 유입된 온수를 제2 밸브(V2)와 제3 밸브(V3) 및 제4 밸브(V4)의 개폐 여부에 따라 난방부(400), 냉방부(500), 그리고 발전부(600)로 전달한다. 일례로, 열교환기를 포함할 수 있으며, 이때, 흡열부는 열전도율이 높은 작동유체를 사용할 수 있다.

이때, 제1 밸브(V1) 내지 제4 밸브(V4)의 개폐 시점은 저장부(300) 내에 저장된 온수의 수위와 온도 감지결과에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 수위 감지결과, 저장부(300)의 온수 수위가 미리 설정된 임계값을 초과할 경우 제1 밸브(V1)를 닫아(close) 흡열부(230)로부터 온수가 유입되는 것을 방지하거나, 제2 밸브(V2) 내지 제4 밸브(V4)를 열어(open) 난방부(400), 냉방부(500), 그리고 발전부(600)로 온수를 전달할 수 있다. 또한, 온도 감지결과, 저장부(300) 내의 온수 온도가 증기발생 온도보다 낮아졌을 경우 제1 밸브(V1)와 제4 밸브(V4)를 닫고 제2 밸브(V2)를 열어 낮은 온도의 온수를 난방부(400)로 전달한 후, 제2 밸브(V2)를 닫고 제1 밸브(V1)를 열어 흡열부(230)로부터 고온의 온수가 저장부(300)에 유입되도록 하며 제4 밸브(V4)를 열어 발전부(600)로 전달하고 증기를 발생시킬 수 있다.

도 1의 복합식 태양광 발전 및 냉난방장치 중에서 난방부(400), 냉방부(500), 그리고 발전부(600)의 구성은 아래의 도 11 내지 도 13을 참고하여 설명한다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방부의 구성이다.

도 11의 난방부(400)는 저장부(300)로부터 전달되는 온수를 이용하여 난방을 제공하고 집광부(200)의 발열을 해소하기 위한 냉각수를 제공하며, 저장부(300)로부터 전달되는 온수를 저장하는 축열탱크(410), 축열탱크(410)에 저장된 물을 흡열부(230)로 공급하여 순환시키는 제1 모터(420), 축열탱크(410)에 저장된 물을 난방장치로 공급하는 난방 배관(430), 그리고 축열탱크(410)에 저장되는 저온의 물(냉각수)을 제공하는 상수도 배관(440)을 포함할 수 있다.

축열탱크(410)는 고온의 물과 저온의 물을 각각 저장하는 두 개의 탱크(고온부, 저온부)를 포함하며, 고온부와 저온부의 수위와 온도를 감지한 결과에 따라 모터, 난방 배관 및 상수도 배관과 연결된 밸브의 개폐를 제어할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉방부의 구성이다.

도 12의 냉방부(500)는 저장부(300)로부터 전달되는 온수 또는 온수로부터 발생되는 증기를 이용하여 냉방을 제공하며, 단효용 흡수식 냉동부(510)와 이중효용 흡수식 냉동부(520)를 포함할 수 있다. 이때, 단효용 흡수식 냉동부(510)의 저압증기 또는 중온수와 이중효용 흡수식 냉동부(520)의 고압증기는 저장부(300)를 통해 전달될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전부의 구성이다.

도 13의 발전부(600)는 저장부(300)로부터 전달되는 온수로부터 발생되는 증기를 기계적 에너지 또는 전기적 에너지로 변환하며, 저장부(300) 내에 저장된 온수로부터 발생되는 증기를 저장하는 증기탱크(610), 증기탱크(610)에 저장된 증기를 이용하여 기계적 에너지를 생산하는 제1 에너지 생성부(620), 제1 에너지 생성부(620)의 기계적 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 제2 에너지 생성부(630), 그리고 기계적 에너지 생산 후 응축된 물을 흡열부(230)로 전달하는 제2 모터(640)를 포함할 수 있다.

증기탱크(610)는 저장된 증기의 압력과 온도를 감지한 결과에 따라 제1 에너지 생성부(620)와 연결된 밸브의 개폐를 제어할 수 있다.

제1 에너지 생성부(620)는 노즐(621)과 날개차(622)를 포함한다. 노즐(621)은 증기탱크(610)로부터 전달된 증기의 압력과 열에너지를 속도에너지로 변환하며, 날개차(622)와 연결될 수 있다. 날개차(622)는 노즐(621)로부터 전달된 증기의 속도에너지를 이용하여 기계적 에너지를 생성하며, 다양한 형태 및 구조를 갖는 고정날개와 회전날개의 조합을 포함할 수 있다.

제2 에너지 생성부(630)는 종래 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 발전기(dynamo)로 포함할 수 있다.

제2 모터(640)는 제1 에너지 생성부(620)에서 기계적 에너지 생성을 통해 응축된 물을 난방부(400) 또는 흡열부(230)로 전달하여 재사용할 수 있다.

상기 본 발명의 실시예에 따른 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치에서는 다양한 형상의 집광형 태양전지, 집광거울/집광렌즈, 그리고 흡열부를 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 2 내지 도 7에 개시된 형상 이외의 다양한 형상으로 구현될 수 있다.

상기 본 발명의 실시예에 따른 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치에서는 히트파이프를 포함하는 흡열부를 개시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각핀 또는 냉각핀과 히트파이프를 동시에 포함하는 흡열부가 구현될 수 있다. 일례로, 도 14와 같이 냉각핀과 히트파이프를 동시에 포함하는 흡열부가 구현될 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 위치 산출부 200 : 집광부
210, 210-1, 210-2, 210-3, 210-4, 210-5, 210-6 : 집광형 태양전지
220, 220-1, 220-2, 220-3 : 집광거울
220-4, 220-5, 220-6 : 집광렌즈
230, 230-1, 230-2, 230-3, 230-4, 230-5, 230-6 : 흡열부
231-1, 231-2, 231-3, 231-4, 231-5, 231-6, 250 : 흡열판
232-1, 232-2, 232-3, 232-4, 232-5, 232-6, 260 : 히트파이프
233-1, 233-2, 233-3, 233-4, 233-5, 233-6 : 냉각수 출입구
234 : 냉각수 이동부 300 : 저장부
400 : 난방부 410 : 축열탱크
420 : 제1 모터 430 : 난방 배관
440 : 상수도 배관 500 : 냉방부
510 : 단효용 흡수식 냉동부 520 : 이중효용 흡수식 냉동부
600 : 발전부 610 : 증기탱크
620 : 제1 에너지 생성부 621 : 노즐
622 : 날개차 630 : 제2 에너지 생성부
640 : 제2 모터

Claims

태양의 위치를 산출하는 위치 산출부,
상기 위치 산출부를 통해 추적한 태양의 위치에 따라 이동하며 태양광을 집광하는 태양전지와 상기 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부를 포함하는 집광부,
상기 열을 이용하여 난방을 제공하는 난방부,
상기 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부, 그리고
상기 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 흡열부는 냉각수가 유입되거나 배출되는 냉각수 출입구와 상기 태양전지로부터 발생하는 열을 흡수하는 흡열판, 그리고 상기 태양전지로부터 발생하는 열을 상기 냉각수에 전달하는 히트파이프를 포함하며,
상기 흡열판과 상기 히트파이프는 상기 태양전지의 형상에 따라 직선형상 또는 곡선형상을 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 위치 산출부는 태양의 위치를 산출하고자 하는 시간정보(년, 월, 일, 시, 분, 초)와 위도, 그리고 경도에 기초하여 태양의 고도각과 방위각을 산출하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 난방부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 고온의 물을 저장하는 축열탱크, 상기 축열탱크에 저장된 물을 상기 집광부로 공급하는 제1 모터, 상기 축열탱크에 저장된 물을 난방장치로 공급하는 난방 배관, 그리고 상기 축열탱크에 저장되는 저온의 물을 제공하는 상수도 배관을 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제3항에서,
상기 축열탱크는 상기 고온의 물과 상기 저온의 물을 저장하는 탱크를 포함하며, 상기 탱크 내의 고온의 물과 저온의 물의 온도 감지 결과에 따라 상기 제1 모터, 상기 난방 배관, 상기 상수도 배관과 연결된 밸브의 개폐를 제어하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 냉방부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 물 또는 증기를 이용하는 단효용 흡수식 냉동부와 이중효용 흡수식 냉동부를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 발전부는 상기 집광부로부터 전달된 상기 열을 흡수한 물 또는 증기를 저장하는 증기탱크, 상기 증기탱크에 저장된 증기를 이용하여 기계적 에너지를 생산하는 제1 에너지 생성부, 상기 제1 에너지 생성부의 기계적 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 제2 에너지 생성부, 그리고 상기 제1 에너지 생성부에서 응축된 물을 상기 집광부로 전달하는 제2 모터를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 집광부는 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광거울을 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제7항에서,
상기 집광부는 프레넬 렌즈 또는 도파로를 더 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
삭제
제7항에서,
상기 흡열부는 상기 태양전지 내부에 결합되어 있는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 집광부는 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 접시 형상의 집광거울을 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
태양의 위치를 산출하는 위치 산출부,
상기 위치 산출부를 통해 추적한 태양의 위치에 따라 이동하며 태양광을 집광하는 태양전지와 상기 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부를 포함하는 집광부,
상기 열을 이용하여 난방을 제공하는 난방부,
상기 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부, 그리고
상기 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 집광부는 태양전지, 상기 태양전지 내부에 위치하는 흡열판, 상기 흡열판 내부에 위치하는 히트파이프, 상기 히트파이프 상부에 위치하는 냉각수 출입구, 그리고 상기 태양전지 외부에 위치하는 추가 집광기를 더 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제7항 또는 제11항에서,
상기 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치가 복수개 병렬 배치되어 있는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제1항에서,
상기 집광부는 상기 태양전지와 수직방향으로 이격되어 위치하며 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광거울을 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제14항에서,
상기 집광거울은 상기 태양전지를 중심으로 좌우방향 또는 상하방향으로 이동하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제14항에서,
상기 흡열부는 상기 태양전지 외부에 결합되어 있는 복합식 태양광 발전 및 냉난방장치.
삭제
제1항에서,
상기 집광부는 상기 태양전지와 수직방향으로 이격되어 위치하며 상기 태양전지를 중심으로 좌우 대칭되어 있는 포물선 형상의 집광렌즈를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
제14항 또는 제18항에서,
상기 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치가 복수개 병렬 배치되어 있는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.
태양의 위치를 산출하는 위치 산출부,
상기 위치 산출부를 통해 추적한 태양의 위치에 따라 이동하며 태양광을 집광하는 태양전지와 상기 태양전지에서 발생하는 열을 흡수하는 흡열부를 포함하는 집광부,
상기 열을 이용하여 난방을 제공하는 난방부,
상기 열을 이용하여 냉방을 제공하는 냉방부, 그리고
상기 열을 이용하여 전기를 생산하는 발전부를 포함하며,
상기 집광부는 집광형 태양전지, 상기 집광형 태양전지 하부에 위치하는 히트파이프와 단열재, 상기 집광형 태양전지 상부에 상기 집광형 태양전지와 일대일 대응하도록 위치하는 2차 집광기를 포함하며,
상기 히트파이프 일단에는 상기 히트파이프와 수직방향을 갖는 냉각핀을 포함하는 냉각수 출입구를 포함하는 복합식 태양광 발전 및 냉난방 장치.