KR20080024309A - 태양광 집속식 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광을 집속하여 전기에너지를 발생시키는 태양광 집속식 발전장치에 관한 것으로서, 본 발명은 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판과; 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판과; 상기 집광판의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판으로 반사시키는 보조 반사판을 포함하여 구성됨으로써, 태양광의 집속 효율을 향상시킴과 아울러 태양의 추적이 용이하게 이루어질 수 있도록 한 태양광 집속식 발전장치에 관한 발명이다.

집광판, 궤도, 반사판, 태양광, 추적, 보조 반사판

Description

태양광 집속식 발전장치{Solar focus type generation apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치가 도시된 개략적인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 수평 이동 상태의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 수직 이동 상태의 측면도,

도 4는 도 2의 A-A 선 방향의 개략적인 단면 구성도,

도 5는 본 발명에서 회전 롤러의 배치 구조가 도시된 상세도,

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 궤도부의 다른 실시예가 도시된 도면들로서,

도 6은 정상 사용시의 상태도이고, 도 7은 비사용시의 상태도이다.

도 8은 본 발명에서 집속부의 구조가 도시된 측면도,

도 9는 본 발명에 따른 집속부의 태양광 추적 상태를 도시한 개략적인 도면들,

도 10은 본 발명에 따른 집속부 구조가 도시된 상세도,

도 11은 본 발명에 따른 집속부의 태양광 집속 상태를 나타낸 상세도,

도 12는 본 발명에서 태양광 집속 상태를 구분하여 나타낸 도면들,

도 13은 본 발명에 따른 집속부의 변형된 실시예의 집속 상태를 나타낸 상세도,

도 14는 본 발명에 따른 집속부의 다른 실시예의 구조를 나타낸 상세도,

도 15는 본 발명에 따른 집속부의 다른 실시예에서의 태양광 집속 상태도를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 집속부 11 : 집속 하우징

12 : 배면판 13 : 곡면판

14 : 지지판 15 : 반사판

17 : 집광판 19 : 보조 반사판

20 : 궤도부 21 : 상부 플랜지

23 : 궤도 레일 30 : 지지구동부

31 : 지지대 34, 35, 36, 37 : 회전 롤러

36 : 구동 롤러 38 : 동력 전달축

40 : 구동모터 50 : 냉각장치

본 발명은 태양광을 집속하여 전기에너지를 발생시키는 태양광 집속식 발전장치에 관한 것으로서, 특히 태양광의 집속 효율을 향상시킴과 아울러 태양의 추적이 용이하게 이루어지도록 한 태양광 집속식 발전장치에 관한 것이다.

일반적인 고집적식 태양광 발전장치로는 구동 방식에 따라 크게 일축식과 이축식으로 구분할 수 있다.

이축식은 여러 개의 반사판을 포함하는 구조체를 태양을 향해 설치하고 발전장치를 포함하는 부분을 구조체의 중심에서 충분한 만큼의 거리에, 태양을 등지고, 설치하고 구조체에 속하는 반사판들을 좌우상하로 조절하여 태양의 방위각과 고도를 추적하며 빛을 발전장치로 모아 발전하게 된다.

이러한 이축 방식은 많은 빛을 한 장소에 집속할 수 있는 이점이 있어 태양전지 사용보다는 태양열 발전에 주로 이용된다. 또한 태양의 움직임을 정확하게 추적해야 하는 정밀성을 요구되어 비용 및 운영이 어렵다는 단점이 있다.

반면, 일축식은 태양의 동선을 기준으로 횡방향으로 설치된 반사판들이 태양의 방위각에 대응하여 동에서 서로 회전하는 동작을 하는 장치로 축 위에 태양전지나 태양열 수집장치를 장착하게 된다. 이 장치는 고도를 추적하지 않으면서도 회전축이 한 개여서 단순하고 군락을 형성하여 설치하기에 용이하여 많이 사용되고 있으며, 이축식에 비해 운영도 비교적 간편한 편이나, 장치가 커서 넓은 공간을 요구하고 발생하는 열이 높아 태양광 발전용 보다는 태양열 이용 장치로 사용되고 있다.

이와 같은 일축식 또는 이축식을 포함한 종래 태양광 발전장치는 집속도가 높아 최소 300도 이상에서 수천도에 이르는 열을 발생시켜 내수성이 90도 이내인 태양전지를 이용한 발전장치보다 태양열을 이용한 가열식 발전장치에 사용된다. 다만 냉각장치를 포함하는 중집중식 태양광 집속식 발전장치가 소수 있다.

또한 반사판과 집광판을 이용하여, 반사판에서 반사된 빛을 집광판에서 수집하여 발전하는 장치도 개발되었다. 이러한 발전장치는 집광판이 통상 태양전지로 구성되는데, 일반적으로 태양전지는 반사판에 비하여 가격이 고가이기 때문에 상대적으로 넓은 면적을 갖는 반사판을 이용하여 빛을 받아서 작은 면적을 갖는 집광판에 집중시키는 구조를 이용하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 태양광 발전장치는 집광판이 반사판에서 반사된 빛을 수집하기 때문에 대부분 태양을 등진 위치에 설치되고, 이에 따라 태양 전지로 이루어진 집광판은 반사판에서 반사된 태양열과 함께 태양으로부터 직접 제공되는 열에 의해 온도가 과도하게 상승하여 전지 기능이 현저히 떨어지거나 수명이 단축되는 등의 문제가 발생하게 된다.

또한 종래 태양광 발전장치는 소수 연구 중인 저집속식 태양광 발전장치는 반사판과 태양전지를 교대로 설치하는 구조적 문제로 2배 정도의 낮은 집속율을 보이고 있고, 대부분 2~3배 정도의 집속율을 가지고 있기 때문에 태양광 집중 효율이 떨어지는 관계로 만족할만한 발전 효율을 얻지 못하는 문제점이 있다.

또한 종래 태양광 발전장치는 이축식은 물론 일축식도 전체적으로 장치의 크기가 크고 구조가 복잡하여 설치에 많은 비용이 소요됨과 아울러 설치 공간이 많이 차지하는 관계로 설치상의 제약도 많이 따르게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 집광판이 반 사판에서 태양광이 입사되는 영역 밖에 위치되어 태양광을 수집할 수 있도록 구성함으로써, 태양광의 수집 효율을 높여서, 보다 효율적인 태양광 발전이 가능하도록 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 집광판이 태양을 등지지 않고, 태양으로부터 전달되는 열에 의한 영향을 최소화할 수 있는 위치에 설치됨으로써 집광판의 손상을 방지하고 오랜 시간 안정적으로 사용할 수 있도록 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 보조 반사판을 추가로 구비하여 간단한 구조로 태양광의 집적 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 타원형 구조의 궤도 장치를 이용하여 좁은 공간에서도 태양 추적이 용이하게 이루어지도록 하여, 공간 활용이 유리하면서도 경제성도 우수하도록 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는, 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판과; 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판과; 상기 집광판의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판으로 반사시키는 보조 반사판을 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 반사판은 태양광의 입사 방향에 대하여 반사면의 기울기가 상기 집광판에 근접할수록 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 집광판과 보조 반사판은 대략 엘자 구조로 연결되어 설치된 것이 바람직하다.

상기 보조 반사판은 상기 집광판을 중심으로 상기 반사판과 상호 대향된 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 반사판은 전체적으로 반사면이 곡면 구조로 배치되어 구성되고, 상기 보조 반사판은 반사면이 평면 구조를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 집광판의 후면에는 냉각장치가 구비되고, 이 냉각장치는 상기 반사판을 지지하는 부재에 연결되어 방열할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는, 일정 공간으로 태양광을 반사시킬 수 있도록 이루어진 반사판과; 집광면이 평면 구조로 형성되되, 이 집광면이 상기 태양광의 입사 방향과 나란히 배치되어 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따른 발전 장치는 상기 반사판, 집광판은, 곡면 구조로 형성된 집속 하우징의 내측에 배치되어 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 집속 하우징은 완만한 곡면 구조로 형성되어 상기 반사판을 지지하는 배면판과, 상기 배면판의 한쪽에서 원형상으로 절곡되어 그 내부에 상기 집광판을 지지하는 곡면판으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 반사판, 집광판을 포함하여 집속부를 구성하고, 상기 집속부가 태양의 위치에 따라 추적이 가능하도록 집속부를 지지하면서 구동하는 추적 지지부를 포함 한 것이 바람직하다.

상기 추적 지지부는 상기 집속부의 양측에 구비되어 태양 추적이 가능하도록 하는 양쪽 궤도부와, 상기 양쪽 궤도부를 지지하면서 이동시켜 상기 집속부를 태양 궤도를 따라 이동시키는 지지 구동부를 포함하여 구성된다.

상기 지지 구동부는 상기 궤도부 및 집속부를 지지하는 지지대와, 이 지지대에 구비되어 상기 궤도부를 지지함과 아울러 궤도부를 이동시키는 복수의 회전 롤러와, 상기 복수의 회전 롤러 중 하나를 구동하는 구동 수단을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 회전 롤러는 상기 궤도부를 중심으로 위쪽에 하나가 배치되고, 아래쪽에 두 개가 배치되되, 그 중 하나는 상기 구동 수단에 의해 회전되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치가 도시된 개략적인 사시도이고, 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 태양 추적 이동 상태를 나타낸 측면도들이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는 크게 태양광을 집속하는 집속부(10)와, 이 집속부가 태양의 위치에 따라 추적 이동이 가능하도록 집속부를 지지하면서 구동하는 추적 지지부로 이루어진다. 그리고 이 추적 지지부 는 집속부(10)의 양측에 구비되어 태양 추적이 가능하도록 하는 양쪽 궤도부(20)와, 이 양쪽 궤도부(20)를 지지하면서 궤적을 따라 이동시키는 지지 구동부(30)로 이루어진다.

이하 상기 각각의 주요 구성 부분에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 집속부(10)는 집속 하우징(11)의 내측에 반사판(15), 집광판(17), 보조 반사판(19)이 구비된다. 이러한 집속부(10)는 본 발명의 장치로 입사된 태양광이 상기 반사판(15)에 반사된 후에 바로 상기 집광판(17)으로 집속되거나 상기 보조 반사판(19)에 반사된 후에 상기 집광판(17)으로 집속될 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 집광판(17)에 집속된 태양광을 전기 에너지를 변환시켜 이용할 수 있도록 구성되는 것이다. 물론 집속된 태양광을 열 에너지로 이용하는 것도 가능하다.

이와 같은 집속부(10)의 보다 상세한 배치 구조에 대해서는 도 8 내지 도 14를 참조하여 나중에 설명하고, 도 1 내지 도 7을 참조하여 태양의 위치 변화에 따른 상기 집속부(10)의 추적이 가능하게 하는 궤도부(20) 및 지지 구동부(30)의 구성을 먼저 설명한다.

상기 궤도부(20) 및 지지 구동부(30)는, 상기 집속부(10)를 지면 또는 설치 대상물로부터 일정 높이 떨어진 위치에 지지하는 동시에 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양 위치를 추적하기 위한 구조물이다.

먼저 상기 궤도부(20)는 유선형 또는 반타원형 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 타양 추적 궤도에 따라 그 형상과 모양을 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 즉, 타원형상이 아닌, 원형으로도 가능하고, 실시 조건에 따라서는 'U'자형 구조 등 다양하게 궤도 구조를 변형하여 실시하는 것이 가능하다.

이러한 궤도부(20)는 상기 집속부(10)의 양쪽에 설치되는 것이 바람직하고, 설치 조건에 따라서는 상기 집속부(10)의 상부와 하부에 설치하는 것도 가능하다.

보다 구체적인 궤도부(20)의 단면 형상은 도 4에 도시된 바와 같이 'I'자 모양으로 형성되어, 상부 플랜지(21)는 상기 집속부(10)의 양단부에 고정되고, 하부 플랜지인 궤도 레일(23)은 이후 설명될 지지 구동부(30)의 롤러(34)들에 의해 지지되는 구성으로 이루어진다.

다음, 상기 지지 구동부(30)는, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 지면 또는 특정 공간에 설치되는 양쪽 지지대(31)와, 상기 양쪽 지지대(31) 사이에 설치되는 복수의 회전 롤러(34)와, 상기 회전 롤러(34) 중 어느 하나의 롤러(36)를 회전 구동시키는 구동모터(40)로 이루어진다.

여기서 상기 지지대(31)는 상기 회전 롤러(34)를 포함한 궤도부(20) 및 집속부(10)를 지지할 수 있는 구조물이면 실시 조건에 따라 다양하게 구성하여 실시할 수 있다. 다만 본 실시예에서는 중앙에 중앙 지지대(31a)를 구성하고, 그 양쪽에 한 쌍의 측면 지지대(32a,32b)를 구성하여, 본 장치를 설치할 때 중앙 지지대(31a)를 먼저 설치하고, 나중에 측면 지지대(32a,32b)를 양쪽에 설치함으로써 보다 용이하게 설치할 수 있도록 구성된다.

도면에서 측면 지지대(32a,32b)의 은선 부분은 지면 등에 직접 설치될 수 있음은 나타낸 것이다.

이러한 지지대(31)는 기본적으로 상기 회전 롤러(34)들을 지지하는 축을 지지하는 구성으로 이루어지고, 한쪽 측면에는 상기 회전 롤러(34) 중 구동 롤러(36)를 구동하기 위한 구동모터(40)가 설치된다.

상기 회전 롤러(34)는 도 5에서와 같이 상기 궤도부(20)의 궤도레일(23)을 중심으로 위쪽에 하나의 회전 롤러(35)가 설치되고, 아래쪽에 두 개의 회전 롤러(36)(37)가 설치된다. 이와 같이 회전 롤러(34)들은 3개가 배치됨과 아울러 아래쪽에 두 개의 롤러가 배치되는데, 이는 상기 궤도부(20)를 보다 안정적으로 지지하기 위한 것이다.

상기 회전 롤러(34) 중 구동 롤러(36)는 상기 구동 모터(40)의 축에 연결되어 강제 회전되는 구성으로 이루어진다. 이때 상기 지지 구동부(30)는 상기 집속부(10)를 중심으로 양쪽에 구성되는 바, 한 쪽에 설치된 구동 모터(40)의 회전력이 반대쪽 구동 롤러(36)에도 전달되어 집속부(10)의 태양 추적 이동이 보다 안정적이고 정확하게 이루어지도록, 집속부(10)의 하부 공간으로 동력 전달축(38)이 길게 연결된다.

한편, 상기 회전 롤러(34)들은 상기 궤도부(20)와 랙 피니언 구조로 치합되게 구성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 실시 조건에 따라 상대 운동을 위한 충분한 마찰력을 가질 수 있으면, 고무 롤러 및 고무 패드 등을 이용하여 상호 접촉되게 구성하는 것도 가능하다. 하지만 구동 롤러(36) 측은 랙과 피니언 구조로 상호 치합되게 구성하여 동력 손실을 최소화할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 집속부(10)의 태양전지의 뒤쪽에는 태양열에 의해 전지의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하는 방열 장치가 설치될 수 있다. 이에 대해서는 다음에 다시 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 집속식 발전장치가 도시된 도면으로서, 집속부(10)의 구조가 생략되고 궤도부(20A)와 지지 구동부(30A)의 측면 구성을 나타낸 것이다.

도시된 본 발명의 장치는 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예의 궤도부(20)와는 달리 궤도 레일(23A)의 양끝단부(25)가 곡면 형상으로 더 연장되게 형성된다.

이와 같은 구조를 통해 정상적으로 태양광을 집속할 때는 도 6에서와 같이 궤도부(20A)가 위치되게 작동하면서 도시되지 않은 집속부의 태양 추적 이동이 이루어지고, 눈비가 오거나 장시간 사용하지 않을 때 등은 도 7에서와 같이 궤도부(20A)가 완전히 뒤집힌 상태로 위치되어 집속부이 뒤집힌 상태에서 내부로 눈비가 직접 유입되거나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

결국, 이와 같은 구조에 의해 집속부(10) 및 궤도부(20)의 내부로 눈비가 유입되지 않게 됨은 물론 먼지 등의 이물질이 유입되는 것도 최소화할 수 있게 되어, 본 발명에 따른 장치의 이용이 용이함과 아울러 보관상 이점에 의해 장치의 사용 수명도 길게 할 수 있게 된다.

도 6과 도 7에서 참조 번호 31'는 지지대를 나타낸 것이고, 34는 상기한 바와 같은 회전 롤러들을 나타낸 것이다.

도 8은 본 발명의 집속부 구조를 나타낸 측면도로서, 이를 참조하여 집속부(10)의 주요 구성 부분인 반사판(15), 집광판(17), 보조 반사판(19)을 지지하는 집속 하우징(11)에 대하여 설명한다.

상기 집속 하우징(11)은 완만한 곡면 구조로 형성되어 상기 반사판(15)을 지지하는 배면판(12)과, 이 배면판(12)의 한쪽에서 급격한 곡면으로 말린 구조로 형성되어 상기 집광판(17) 및 보조 반사판(19)을 지지하는 곡면판(13)으로 이루어진다.

이러한 집속 하우징(11)은 상기 배면판(12)과 곡면판(13)이 연속한 구조로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 배면판(12)과 곡면판(13)은 상기 집광판(17)에서 발생된 열을 외부로 용이하게 전달하여 방열함과 아울러 충분한 보호 강성을 갖도록 열전달율이 높은 금속재 등으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 8에 예시된 집속 하우징(11)은 하나의 예시일 뿐, 아래에서 구체적으로 설명될 집속부(10)의 주요 구성부분인 반사판(15), 집광판(17), 보조 반사판(19)을 지지할 수 있는 구성이면, 그 형상과 구조를 다양하게 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

또한 상기 집속 하우징(11)은 도 1에서와 같이 반사판(15)과 배면판(12) 사이에 공간을 안정적으로 지지할 수 있도록 복수의 지지 리브(12a)가 일정 간격마다 삽입되어 구성되는 것이 바람직하다. 물론 상기 곡면판(13)과 집광판(17) 및 보조 반사판(19) 사이의 공간에도 상기 지지 리브(12a)와 같은 구조물을 설치하는 것이 바람직하다.

도 9는 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 장치에서 상기 집속부의 위치 변화에 따른 궤도 추적 상태를 나타낸 도면이다.

도 9의 (a)에서 (c)는 태양의 위치에 따라 전술한 궤도부(20) 및 지지 구동부(30)에 의해 집속부(10)가 이동되는 상태를 보인 도면으로서, (a)는 해뜰녁, (b)은 태양의 고도가 60도 정도, (c)는 해질녁의 상태일 수 있고, 상기 집속부(10)는 지지 구동부의 회전 롤러(34)를 중심으로 움직이게 된다.

도 9의 (a)에서와 같이 도면상 우측에서 입사된 빛은 반사판(15)과 보조 반사판(19)에 의해 반사되어 집광판(17)으로 모이게 되고, (b)에서와 같이 도면상 상부에서 조사된 빛은 역시 반사판(15) 및 보조 반사판(19)에 의해 집광판(17)으로 모이게 된다.

그리고 도 9의 (c)에서와 같이 도면상 좌측에서 입사된 빛도 반사판(15)과 보조 반사판(19)에 의해 반사되어 집광판(17)로 집광되면서 전기 에너지로의 전환이 가능해진다.

이와 같은 집광 구조가 가능하기 위해, 도 10 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 집광 구조에 대하여 자세히 설명한다.

도 10 내지 13은 본 발명의 일 실시예 및 변형 실시예에 따른 집광 구조를 도시한 도면이고, 도 14와 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 구조를 도시한 도면이다.

먼저, 도 10 내지 13을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광 구조는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이 집속 하우징(11) 내에 반사판(15), 집광판(17), 보조 반사판(19)으로 구성된다.

상기 집속 하우징(11)은 전술한 바와 같이 배면판(12)과 곡면판(13)이 연속하여 곡면으로 연결된 구조로 구성된다.

이러한 집속 하우징(11)의 배면판(12) 안쪽에 설치되는 반사판(15)은 태양광을 반사시키는 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된다. 즉, 상기 반사면은 상기 집광판(17) 또는 보조 반사판(19)으로 빛을 전달할 수 있도록 배치되는데, 이때 반사면은 기울기가 동일하지 않은 복수의 평면이 연속된 구조로 배치되어 전체적으로 곡면 구조를 갖도록 구성된다.

이러한 상기 반사판(15)은 태양광의 입사 방향에 대하여 반사면의 기울기가 상기 집광판(17)에 근접할수록 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

다음 상기 집속 하우징(11)의 곡면판(13) 내에 구비되는 집광판(17)은 상기 반사판(15)에서 반사된 빛을 집광시킬 수 있는 위치에 설치된 것으로, 대략 곡면판(13)이 원형 구조를 갖는다고 하였을 때 가운데 부분을 향하여 돌출된 구조로 배치된다.

물론, 상기 집광판(17)의 안정적인 지지를 위해 상기 반사판(15) 쪽으로 지지판(14)이 연결되어 설치된다.

여기서 집광판(17)은 상기 반사판(15) 및 이후 설명될 보조 반사판(19)에서 반사된 빛이 집광되고, 이렇게 집광된 빛 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있는 태양 전지로 구성된다. 이러한 태양 전지의 구체적인 구성은 공지에 널리 알려진 구성이므로, 자세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에 따른 집광판(17)은 상기 반사판(15)으로 입사되는 입사광 면적 대비 1/4 이상 1/10배 사이의 크기로 형성될 수 있으므로 4 ~ 10배의 집광 효율을 갖도록 구성될 수 있다.

참고로 도 13은 집광판(17)이 입사광 면적 대비 10 배정도의 집광율을 가질 수 있도록 구성된 것을 예시한 도면이다.

다음, 상기 보조 반사판(19)은 상기 곡면판(13)의 끝단부 내면에 평면 구조로 형성되는데, 상기 반사판(15)에서 반사된 빛 중 집광판(17)으로 반사되지 않고 집광판(17)을 벗어나는 일부의 빛을 상기 집광판(17)으로 반사시키는 역할을 하게 된다.

이러한 보조 반사판(19)은 상기 집광판(17)을 중심으로 상기 반사판(15)과 상호 대향된 위치, 즉 반대쪽에 위치되도록 구성되며, 상기 반사판(15)의 앞쪽에서 집광판(17)과 대략 엘자 구조로 연결되어 설치되는 것이 바람직하다.

이와는 달리 도 13에서와 같이 보조 반사판(19)과 집광판(17) 사이에 보조 연결판(18)을 설치하여 연결하는 구성도 가능하다.

한편, 전술한 바와 같이 상기 집광판(17)에는 태양광을 수집하는 과정에서 상당한 열을 발생시키게 되므로, 집광판(17)의 후면에 냉각장치(50)가 구비되는 것이 바람직하다. 이때 구성할 수 있는 냉각 장치는 상기 반사판(15) 및 보조 반사판(19)을 지지하는 집속 하우징(11)을 통해서 외부로 방열할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 집속부(10)는 도 11, 도 12, 도 13에서와 같은 태양광 집속 구조를 갖는데, 도 12에 태양광 집속 순서가 잘 나타나 있다.

즉, 도 12의 (a)에서와 같이 태양으로부터 입사된 빛이 반사판(15)의 반사면에 도달하면, 상기 반사면에서 반사된 빛의 대부분은 도 12의 (b)에서와 같이 바로 집광판(17)으로 집속되어 전기 에너지로 변환될 수 있게 되고, 도 12의 (c)에서와 같이 나머지 일부의 빛만 보조 반사판(19)으로 반사된 다음에 상기 집광판(17)으로 집속되게 반사된다.

여기서 태양전지 즉, 집광판등의 온도 상승을 고려하여 바람직한 설계 비율로, 도 11을 참고하면, 상기 집광판(17)의 집광 면적(A) 대비 각 부분의 면적은 다음과 같이 설계되는 것이 바람직하다. 상기 집광면적(A) 대비 태양광의 입사면적(B)은 4~10배, 반사판(15)의 반사면적(C)은 5~7배, 그리고 보조 반사판(19)의 반사 면적(D)은 0.5~1배 정도의 크기로 설계하여 배치하는 것이 바람직하다.

다음, 도 14와 도 15를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 구조를 살펴본다.

도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 집광 구조는 전술한 일 실시예의 집광 구조와 유사하나, 보조 반사판(19)이 구비되어 있지 않은 구성으로 이루어진다.

즉, 집속 하우징(11) 내에서 태양광을 반사시킬 수 있도록 이루어진 반사 판(15A)과, 집광면이 상기 태양광의 입사 방향과 나란히 배치되어 상기 반사판(15)에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판(17A)으로 구성된다. 여기서 상기 집광판(17A)의 집광면은 평면 구조로 형성되어 태양광의 입사 방향과 거의 평행하게 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 다른 집광 구조에서도 전술한 일 실시예에서와 같은 집속 하우징(11)이 구비되고, 이 집속 하우징(11)은 배면판(12)과 곡면판(13)으로 이루어진다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 다른 실시예의 집광 구조도 집광판이 태양을 등지지 않고, 태양으로부터 전달되는 열에 의한 영향을 최소화할 수 있는 위치에 설치되므로, 태양열에 의한 집광판의 손상을 줄이고, 장시간 보다 안정적으로 사용할 수 있게 된다.

한편, 태양광을 수집하는 장치에 있어 반사판(15)과 보조 반사판(19)을 이용해 집속된 태양광을 더 좁은 면적으로 유도하는 렌즈를 이용하여 구성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는 반타원형 궤도 장치를 이용하여 태양 추적이 가능하도록 구성되기 때문에 가볍고 얇은 외관의 구성이 가능해지고, 이에 따라 낮은 기계적 강도를 가진 구조체 또는 건축물 등 설치 장소로 취약했던 장소에서도 용이하게 설치하여 사용이 가능해지는 이점이 있다. 또한 전체적인 설치 위치를 낮게 할 수 있어 풍압에도 안정된 상태를 유지할 수 있고, 회전 반경이 작아 각각의 장치들 간에 필요로 하는 이격거리를 최소화하여 동일 면적 대비 더 많은 장비들의 설치가 가능해지는 이점이 있다.

또한 본 발명은 설치비용을 줄여 경제성을 높이면서도 집광 효율이 우수하기 때문에 보급을 확대할 수 있는 이점이 있다. 즉 유가의 고공행진 속에 정부에서 추진하고 있는 재생에너지 보급 사업은 깨끗한 환경을 후손에게 물려준다는 취지에도 불구하고 소비자가 부담해야 하는 비용 때문에 외면되고 있는 것이 현실인 바, 본 발명에 따른 장치는 태양전지 가격에 비해 상대적으로 싼 반사판을 이용하여 태양 에너지 이용 효율을 높임으로써 사용자로 하여금 에너지도 아끼고 환경도 보호한다는 동기를 부여함으로써 보급률을 높일 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은 특정 각도로 설치된 반사판을 이용하여 태양광을 일정각도를 유지하며 반사하도록 하고 집광판(태양전지)이 태양광을 간섭하지 않도록 하단에 설치하여 태양광을 수집하기 때문에 집광판의 손상을 방지하면서도 보다 효율적인 태양광 발전이 가능한 이점이 있다.

또한 일반적으로 태양전지가 빛을 수집하는 과정에서 발생하는 사소한 그림자에 의해 태양 전지에 불평형한 빛이 조사되고, 이에 따라 각 면마다 다른 전압을 발생시켜 전압강하현상으로 태양전지의 효율을 떨어뜨리는 문제가 발생되나, 본 발명은, 태양광이 입사하는 영역을 벗어난 위치에 집광판이 설치되어 그림자 등에 영향을 받지 않도록 구성되므로, 내부에 그늘이 발생하지 않게 되어 태양 에너지를 보다 균일하게 집광시키면서 태양전지의 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (13)

1. 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판과;

   상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판과;

   상기 집광판의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판으로 반사시키는 보조 반사판을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 반사판은 태양광의 입사 방향에 대하여 반사면의 기울기가 상기 집광판에 근접할수록 더 크게 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 집광판과 보조 반사판은 대략 엘자 구조로 연결되어 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 보조 반사판은 상기 집광판을 중심으로 상기 반사판과 상호 대향된 위치에 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 반사판은 전체적으로 반사면이 곡면 구조로 배치되어 구성되고,

   상기 보조 반사판은 반사면이 평면 구조를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 집광판의 후면에는 냉각장치가 구비되고,

   이 냉각장치는 상기 반사판을 지지하는 부재에 연결되어 방열할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
7. 일정 공간으로 태양광을 반사시킬 수 있도록 이루어진 반사판과;

   집광면이 평면 구조로 형성되되, 이 집광면이 상기 태양광의 입사 방향과 나란히 배치되어 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 반사판, 집광판은, 곡면 구조로 형성된 집속 하우징의 내측에 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 집속 하우징은 완만한 곡면 구조로 형성되어 상기 반사판을 지지하는 배면판과, 상기 배면판의 한쪽에서 원형상으로 절곡되어 그 내부에 상기 집광판을 지지하는 곡면판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
10. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 반사판, 집광판을 포함하여 집속부를 구성하고,

    상기 집속부가 태양의 위치에 따라 추적이 가능하도록 집속부를 지지하면서 구동하는 추적 지지부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 추적 지지부는 상기 집속부의 양측에 구비되어 태양 추적이 가능하도록 하는 양쪽 궤도부와, 상기 양쪽 궤도부를 지지하면서 이동시켜 상기 집속부를 태양 궤도를 따라 이동시키는 지지 구동부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 지지 구동부는 상기 궤도부 및 집속부를 지지하는 지지대와, 이 지지대에 구비되어 상기 궤도부를 지지함과 아울러 궤도부를 이동시키는 복수의 회전 롤러와, 상기 복수의 회전 롤러 중 하나를 구동하는 구동 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 회전 롤러는 상기 궤도부를 중심으로 위쪽에 하나가 배치되고, 아래쪽에 두 개가 배치되되, 그 중 하나는 상기 구동 수단에 의해 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.

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