KR101651453B1 - 신개념 지능형 태양광 발전소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기존 태양광 발전소의 설치 및 유지시 발생하는 친환경적 문제점을 보완한 태양광 발전소에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전을 위한 시스템을 태양광유입/반사/산란/발전/송전 및 저장이 하나의 정형화된 발전소 유니트(Unit)로 구현하는 신개념 지능형 태양광 발전소에 관한 것이다.
종래의 태양광 발전소는 태양광모듈이 설치하기 위한 넓은 공간이 필요하여 공간확보시 생태계 및 자연을 파괴하여야 하는 경우가 발생되며, 전체 시스템의 구성이 파트별 거리를 두고 있기 때문에 관리상 효율성이 떨어지는 문제점이 있는 바, 이를 개선하기 위해 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소는 상측에 회전가능하게 설치되며, 태양에너지를 하측의 상판집광경으로 전달하는 회전반사경(10)과; 상기 회전반사경(10)에서 전달된 태양에너지를 집광하여 내측으로 전달하는 상판집광경(20)과; 상기 상판집광경(20)에서 전달된 태양에너지를 산란시켜 각각의 태양광모듈(50)로 전달하는 상판산란경(40)과; 상기 상판산란경(40)의 하측에 수직으로 복수열 설치되어 태양에너지에 의해 전기를 생성하는 태양광모듈(50)과; 상기 태양광모듈(50)에서 흡수하지 못한 태양에너지를 하부에서 다시 한번 반사시켜 태양광모듈(50)로 전달하는 하판반사경(70)과; 전기·온도·습도를 피드백 제어하여 태양광 발전소를 자동으로 유지관리하는 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)과 태양광모듈(50)에서 생성된 전기에너지를 저장하는 배터리(82)가 설치되는 제어함(80);을 포함하는 정형화된 유니트(Unit) 발전소(100)로 구성되되, 상기 태양광모듈(50)의 외측에는 측면에서 유입되는 태양광 에너지를 산란시켜 태양광모듈(50)로 전달하는 세라믹재질로 이루어진 외벽세라믹유리(30)가 설치되며, 상기 외벽세라믹유리(30)의 상측에는 세라믹으로 이루어져 태양광 에너지를 태양광모듈로 전달하는 상판세라믹유리(31)가 형성되고, 상기 외벽세라믹유리(30)에는 오염물질을 자동으로 세척할 수 있도록 와이퍼(21)가 구비된 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소는 외벽세라믹유리의 내측에 태양광 모듈을 복수열 수직 설치하고, 상판집광경과 상판산란경과 상판/하판반사경 및 하판반사경을 통해 반복하여 산란시킨 태양광 에너지를 태양광모듈에 전달하는 발전소 유니트를 시스템화하여 구성함으로써 적은 공간에 설치되어도 높은 에너지효율을 달성할 수 있는 효과가 있다. 또한, 하부에 설치된 전자동 콘트롤 시스템 패널과 냉난방기를 통해 신개념 지능형 태양광 발전소 내부의 항온, 항습 제어가 구현되어 태양광 에너지의 발전효율을 극대화할 수 있다. 또한, 회전반사경의 맞은편에 태양광과 근접한 파장을 방출하는 적외선엘이디를 설치하여 일조량에 관계없이 야간에도 지속적인 태양광 충전이 가능하다

Description

신개념 지능형 태양광 발전소 {New concept smart photovoltaic power generatior}
본 발명은 기존 태양광 발전소의 설치 및 유지시 발생하는 친환경적 문제점을 보완한 태양광 발전소에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전을 위한 시스템을 태양광유입/반사/산란/발전/송전 및 저장이 하나의 정형화된 발전소 유니트(Unit)로 구현하는 신개념 지능형 태양광 발전소에 관한 것이다.
이때, 각 발전소 유니트에는 태양에너지를 유입하는 외벽세라믹유리와 태양의 위치에 따라 레일을 이동하면서 반사각이 조절되는 회전반사경을 통해 태양에너지를 유입하고, 유입된 태양에너지를 상판집광경과 내부 상/하판반사경을 통해 빛을 산란하여 복수열 수직 설치된 태양광모듈에 전달하고, 각각의 태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 각 그룹별로 제어하여 송전 또는 배터리에 저장하며, 태양광모듈과 배터리의 온도 및 습도를 전자동으로 제어하여 에너지 효율을 상승시킨 신개념 지능형 태양광 발전소에 관한 것이다.
최근 친환경적인 태양광 발전사업에 대해 많은 연구가 진행되고 있으나, 기후변화에 따른 에너지 효율문제와, 태양광 발전기의 유지관리 및 에너지 효율을 높일 수 있는 새로운 시스템의 부재로 인해 보다 체계적인 보완책이 요구되고 있다.
즉, 태양광 에너지는 날씨, 기후, 계절, 시간, 장소에 의해 생성되는 전체 전기에너지가 극히 불안정한 에너지원으로서, 에너지의 효율적 관리에 있어서 많은 문제점이 노출되었다.
더욱이, 종래 태양광발전은 등록특허공보 제10-0715040호에서 제안한 바와 같이 태양광모듈이 상측으로 위치되도록 고정설치되는 평면경사형 방식임으로써 태양광 발전을 위해서는 과다한 설치면적이 필요하며, 이를 위한 공간확보시 생태계 및 자연을 파괴하여야 하는 경우가 발생되었다.
또한, 설치면적이 넓어 유지관리 및 선로연결에도 전압에 불안정한 차이가 있어 충전효율이 감소하며, 태양광모듈이 오픈 설치방식으로서 주변온도를 제어할 수 없으므로 겨울철 등 온도 강하시 에너지효율이 떨어지고, 전체 시스템의 구성이 파트별 거리를 두고 있기 때문에 관리상 효율성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 기존 태양광 발전소의 설치 및 유지시 발생하는 친환경적 문제점을 보완한 태양광 발전소에 관한 것으로서, 특히 태양광 발전을 위한 시스템을 태양광유입/반사/산란/발전/송전 및 저장이 하나의 정형화된 발전소 유니트(Unit)로 구현하는 신개념 지능형 태양광 발전소를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 각 발전소 유니트에는 태양에너지를 유입하는 외벽세라믹유리와 태양의 위치에 따라 레일을 이동하면서 반사각이 조절되는 회전반사경을 통해 태양에너지를 유입하고, 유입된 태양에너지를 상판집광경과 내부 상/하판반사경을 통해 빛를 산란하여 복수열 수직 설치된 태양광모듈에 전달하고, 각각의 태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 전자동 콘트롤 시스템 패널에서 각 그룹별로 제어하여 송전 또는 배터리에 저장하며, 태양광모듈과 배터리의 온도 및 습도를 전자동으로 제어하여 에너지 효율을 상승시키며, 전자동으로 유지관리 및 모니터링을 수행할 수 있는 신개념 지능형 태양광 발전소를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소는 상측에 회전가능하게 설치되며, 태양에너지를 하측의 상판집광경으로 전달하는 회전반사경과; 상기 회전반사경에서 전달된 태양에너지를 집광하여 내측으로 전달하는 상판집광경과; 상기 상판집광경에서 전달된 태양에너지를 산란시켜 각각의 태양광모듈로 전달하는 상판산란경과; 상기 상판산란경의 하측에 수직으로 복수열 설치되어 태양에너지에 의해 전기를 생성하는 태양광모듈과; 상기 태양광모듈에서 흡수하지 못한 태양에너지를 하부에서 다시 한번 반사시켜 태양광모듈로 전달하는 하판반사경과; 전기·온도·습도를 피드백 제어하여 태양광 발전소를 자동으로 유지관리하는 전자동 콘트롤 시스템 패널과 태양광모듈에서 생성된 전기에너지를 저장하는 배터리가 설치되는 제어함;을 포함하는 정형화된 유니트(Unit) 발전소로 구성되되, 상기 태양광모듈의 외측에는 측면에서 유입되는 태양광 에너지를 산란시켜 태양광모듈로 전달하는 세라믹재질로 이루어진 외벽세라믹유리가 설치되며, 상기 외벽세라믹유리의 상측에는 세라믹으로 이루어져 태양광 에너지를 태양광모듈로 전달하는 상판세라믹유리가 형성되고, 상기 외벽세라믹유리에는 오염물질을 자동으로 세척할 수 있도록 와이퍼가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소는 외벽세라믹유리의 내측에 태양광모듈을 복수열 수직 설치하고, 상판집광경과 상판산란경과 상판/하판반사경 및 하판반사경을 통해 반복하여 산란시킨 태양광 에너지를 태양광모듈에 전달하는 발전소 유니트를 시스템화하여 구성함으로써 적은 공간에 설치되어도 높은 에너지효율을 달성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 하부에 설치된 전자동 콘트롤 시스템 패널과 냉난방기를 통해 신개념 지능형 태양광 발전소 내부의 항온, 항습 제어가 구현되어 태양광 에너지의 발전효율을 극대화할 수 있다.
또한, 회전반사경의 맞은편에 태양광과 근접한 파장을 방출하는 적외선엘이디를 설치하여 일조량에 관계없이 야간에도 지속적인 태양광 충전이 가능하다.
도 1은 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소의 분해사시도,
도 2는 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소의 결합사시도,
도 3은 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소의 정면 결합단면도,
도 4는 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소의 측면 결합단면도,
도 5는 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소에서 태양광 또는 적외선 엘이디의 빛이 태양광모듈로 전달되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도,
도 6은 본 발명에 의한 신개념 지능형 태양광 발전소를 구성하는 발전소 유니트가 복수로 구성되어 송전 및 원격제어되는 것을 개략적으로 나타낸 모식도.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 통해 상세히 설명한다.
본 발명은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상측에 회전가능하게 설치되며, 태양에너지를 하측의 상판집광경으로 전달하는 회전반사경(10)과; 상기 회전반사경(10)에서 전달된 태양에너지를 집광하여 내측으로 전달하는 상판집광경(20)과; 상기 상판집광경(20)에서 전달된 태양에너지를 산란시켜 각각의 태양광모듈(50)로 전달하는 상판산란경(40)과; 세라믹재질로 이루어져 측면에서 유입되는 태양광 에너지를 산란시켜 태양광모듈(50)에 전달하는 외벽세라믹유리(30)와; 상기 외벽세라믹유리(30)의 내측에 수직으로 복수열 설치되어 태양에너지에 의해 전기를 생성하는 태양광모듈(50)과; 상기 태양광모듈(50)에서 흡수하지 못한 태양에너지를 하부에서 다시 한번 반사시켜 태양광모듈(50)로 전달하는 하판반사경(70)과; 상기 태양광모듈(50)이 설치된 외벽세라믹유리(30)가 안착되며, 전기·온도·습도를 피드백 제어하여 태양광 발전소를 자동으로 유지관리하는 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)과 태양광모듈(50)에서 생성된 전기에너지를 저장하는 배터리(82)가 설치되는 제어함(80)을 포함하는 정형화된 유니트(Unit) 발전소(100)로 구성된다.
또한, 상기 외벽세라믹유리(40)의 상측에는 회전반사경(10)이 태양의 위치를 따라 이동할 수 있도록 원형의 레일(11)이 더 설치되며, 상기 회전반사경(10)은 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)의 제어신호에 따라 모터(도면미표시)에 의해 레일(11)을 따라 이동하게 되는데, 상기 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)에서는 광추적시스템에 의해 태양광의 입사각도를 계산하여 모터를 제어하게 된다.
이때, 광추적시스템에 관한 사항은 태양광발전에 관한 공지의 기술이고, 모터의 구동방식 역시 공지의 기술이므로, 이하에서 구체적인 기술사항은 생략한다.
본 발명의 일실시예로, 태양광이 없는 야간에 일정부분 전기생성이 가능할 수 있도록 상기 레일(11)의 회전반사경(10) 맞은편 위치에는 야간에 태양광의 파장에 근접한 적외선을 회전반사경(10)으로 방출할 수 있도록 적외선엘이디(12)가 더 구비되며, 상기 레일(11)의 내측 원주면상에는 태양광의 반사효율을 높일 수 있도록 상판반사경(13)이 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외벽세라믹유리(30)의 상측에는 세라믹으로 이루어져 태양에너지 를 태양광모듈(50)로 전달하는 상판세라믹유리(31)가 더 구비된다.
상기 상판세라믹유리(31)는 외벽세라믹유리(30)와 상판집광경(20) 사이의 공간을 메우는 역활을 수행함과 동시에 수직 입사되는 태양광을 하측의 상판산란경(40)에 전달하게 된다.
본 발명에서 태양광이 유입, 전달되는 방식은 도 5의 모식도와 같다.
즉, 태양광은 회전반사경(10)에서 반사되어 상판집광경(20)으로 유입되거나 또는 상판세라믹유리(31) 및 외벽세라믹유리(30)에 직접 유입될 수 있다. 내부로 유입된 태양광은 상판산란경(40)에 의해 산란되어 수직 설치된 각각의 태양광모듈(50)에 전달되며, 태양광모듈(50)에 미처 흡수되는 못한 잔여 태양광 에너지는 다시 하판반사경(70)에 의해 태양광모듈(50)에 다시 전달되는 방식이다.
본 발명은 자체적으로 유지관리의 편이성 및 발전효율을 높일 수 있도록 상기 상판세라믹유리(31) 또는 외벽세라믹유리(30)의 일측에는 오염물질을 자동으로 세척할 수 있도록 와이퍼(21)가 구비되도록 구성할 수 있다.
상기 와이퍼(21)는 종래 자동차 전면유리에 설치되어 모터의 구동력으로 자동으로 세척하는 종래의 공지기술을 응용하는 방식이므로, 이하 구체적인 기술구성은 생략한다.
본 발명은 특히 태양에너지중 복사에너지(radiant energy)의 효율을 높일 수 있도록 상기 상판세라믹유리(31)와 외벽세라믹유리(30)에 세라믹 재질의 유리를 사용하였다.
한편, 여름철 태양광모듈(50)의 온도가 너무 높을 경우에 태양광 발전효율이 극도로 떨어지게 되는 바, 본 발명은 태양광의 발전 에너지효율을 높일 수 있도록 신개념 지능형 태양광 발전소를 구성하는 발전소 유니트(100) 내부의 온도를 조절할 수 있는 기술을 추가로 구현하였다.
본 발명의 일 실시예로, 상기 태양광모듈(50)은 가로방향으로 일정 간격마다 복수의 냉각봉(51)이 결합되어 양측면으로 연장형성되고, 상기 냉각봉(51)의 끝단은 냉난방기(83)와 연결된 냉각지지대(60)에 삽입되고, 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)의 제어신호에 따라 냉각지지대(60)의 내측으로 순환되는 냉매에 의해 태양광모듈(50)의 표면온도를 하강시키게 된다.
이때, 상기 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)에서는 냉난방기(83)를 통해 외벽세라믹유리(30)의 내측 온도를 35∼45℃ 로 유지시키고, 태양광모듈(50)의 표면온도 및 배터리(82)의 표면온도는 20∼30℃ 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 태양광모듈(50)은 최소에너지를 효율적으로 만들기 위하여 3W에서 20W의 최소형 모듈로 구성하여 외벽세라믹유리(30)의 내측에 복수열 수직설치됨으로써 적은 설치면적에서 에너지효율을 극대화할 수 있다.
상기 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)은 태양광모듈(50)에서 발생된 전기에너지를 인버터(도면미표시) 등 전기적 변환소자를 통해 배터리(82)에 저장하게 되며, 에너지 발전효율 및 에너지 저장효율을 높일 수 있도록 전체 시스템의 항온 및 항습을 피드백(Feed back)제어하게 되며, 별도의 통신모듈(도면미표시)을 통해 외부의 관제장치(도면미표시)에 전달함으로써 원격 모니터링이 가능하도록 구현할 수도 있다.
이를 위한 제어기술에 관한 사항 역시 종래 일반적인 전기전자 기술이므로, 이하 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 외벽세라믹유리(30)의 일측에는 환풍장치가 부가되고, 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)에서는 태양광모듈(50) 및 배터리(82)가 일정한 습도를 유지되도록 제어하게 되면, 에너지 효율이 더욱 상승하게 된다.
한편, 본 발명은 정형화된 유니트(Unit) 단위로 구현할 수 있으므로, 공간이 확보되며, 도 6과 같이 유니트 발전소(100)를 여러개 설치하고, 각각의 유니트발전소(100)(200)(300)(400)를 유선 또는 무선으로 연결하여 제어함으로써, 발전량을 극대화할 수 있다.
이때, 첫번째 유니트 발전소(100)에 구비된 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)의 제어에 의해 복수의 유니트 발전소(200)(300)(400)를 각각 구분제어 또는 일정 갯수를 그룹별 제어하며, 가정(110) 또는 한국전력(120)에 전기를 송전하거나, 배터리(82)에 저장하게 된다.
또한, 상기 유니트 발전소(100)는 통신모듈에 의해 외부관리기관(130)으로 현재 전체 시스템의 상태 및 발전량을 송신하고, 외부관리기관(130)의 제어에 의해 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)을 원격제어할 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.
10 : 회전반사경 11 : 레일
12 : 적외선엘이디 13 : 상판반사경
20 : 상판집광경 21 : 와이퍼
30 : 외벽세라믹유리 31 : 상판세라믹유리
40 : 상판산란경 50 : 태양광모듈
60 : 냉각고정대 61 : 냉각봉
70 : 하판반사경 80: 제어기함
81 : 전자동 콘트롤 시스템 패널 82 : 배터리
83 : 냉난방기
100,200,300,400 : 발전소 유니트
110 : 가정 120 : 한국전력
130 : 외부관리기관

Claims (9)

  1. 상측에 회전가능하게 설치되며, 태양에너지를 하측의 상판집광경으로 전달하는 회전반사경(10)과; 상기 회전반사경(10)에서 전달된 태양에너지를 집광하여 내측으로 전달하는 상판집광경(20)과; 상기 상판집광경(20)에서 전달된 태양에너지를 산란시켜 각각의 태양광모듈(50)로 전달하는 상판산란경(40)과; 상기 상판산란경(40)의 하측에 수직으로 복수열 설치되어 태양에너지에 의해 전기를 생성하는 태양광모듈(50)과; 상기 태양광모듈(50)에서 흡수하지 못한 태양에너지를 하부에서 다시 한번 반사시켜 태양광모듈(50)로 전달하는 하판반사경(70)과; 전기·온도·습도를 피드백 제어하여 태양광 발전소를 자동으로 유지관리하는 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)과 태양광모듈(50)에서 생성된 전기에너지를 저장하는 배터리(82)가 설치되는 제어함(80);을 포함하는 정형화된 유니트(Unit) 발전소(100)로 구성되되,
    상기 태양광모듈(50)의 외측에는 측면에서 유입되는 태양광 에너지를 산란시켜 태양광모듈(50)로 전달하는 세라믹재질로 이루어진 외벽세라믹유리(30)가 설치되며, 상기 외벽세라믹유리(30)의 상측에는 세라믹으로 이루어져 태양광 에너지를 태양광모듈로 전달하는 상판세라믹유리(31)가 형성되고, 상기 외벽세라믹유리(30)에는 오염물질을 자동으로 세척할 수 있도록 와이퍼(21)가 구비된 것을 특징으로 하는 신개념 지능형 태양광 발전소.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유니트 발전소(100)는 단수 또는 복수로 이루어지되, 첫 번째 유니트 발전소(100)에 구비된 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)의 제어에 의해 복수의 유니트 발전소(200)(300)(400)를 각각 구분제어 또는 일정 갯수를 그룹별 제어하며, 가정(110) 또는 한국전력(120)에 전기를 송전하거나, 배터리(82)에 저장하며,
    상기 유니트 발전소(100)는 통신모듈에 의해 외부관리기관(130)으로 현재 시스템의 상태 및 발전량을 송신하고, 외부관리기관(130)의 제어에 의해 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)이 원격제어될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신개념 지능형 태양광 발전소.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 외벽세라믹유리(30)의 상측에는 회전반사경(10)이 태양의 위치를 따라 이동할 수 있도록 원형의 레일(11)이 더 설치되고, 상기 레일(11)의 회전반사경(10) 맞은편 위치에는 야간에 태양광의 파장에 근접한 적외선을 회전반사경(10)으로 방출할 수 있도록 적외선엘이디(12)가 더 구비되고, 상기 레일의 내측 원주면상에는 태양광의 반사효율을 높일 수 있도록 상판반사경(13)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 신개념 지능형 태양광 발전소.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 태양광모듈(50)은 가로방향으로 일정 간격마다 복수의 냉각봉(51)이 결합되어 양측면으로 연장형성되고, 상기 냉각봉(51)의 끝단은 냉난방기(83)와 연결된 냉각지지대(60)에 삽입되고, 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)의 제어신호에 따라 냉각지지대(60)의 내측으로 순환되는 냉매에 의해 태양광모듈(50)의 표면온도를 하강시키며,
    상기 전자동 콘트롤 시스템 패널(81)에서는 냉난방기(83)를 통해 외벽세라믹유리(30)의 내측 온도를 35∼45℃ 로 유지시키고, 태양광모듈(50)의 표면온도 및 배터리(82)의 표면온도는 20∼30℃ 유지하는 것을 특징으로 하는 신개념 지능형 태양광 발전소.
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