KR20100098973A - 태양광 발전장치 - Google Patents

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KR20100098973A
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이헌
송호석
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솔라비토(주)
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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 양면수광형 태양전지 모듈이 내장된 태양전지 패널과, 태양전지 패널이 직립되도록 태양전지 패널의 가장자리를 지지하되 상단부에 수평부가 형성된 지지로드와, 수평부에 일단부가 연결되되 수평부를 회전축으로 회전 가능하게 연결되는 회전로드 및 회전로드의 타단부에 결합되고 일면에는 반사면이 형성된 반사판을 포함하되, 회전로드의 회전에 의해 반사판의 위치가 변경되어도 반사면은 태양전지 패널을 향하는 태양광 발전장치가 제공함으로써, 양면수광형 태양전지 모듈의 양면에 입사되는 태양광의 양을 증가시켜 태양광 발전장치의 발전효율이 높아진다.
태양전지, 태양광전지, 태양광 발전, 대체 에너지

Description

태양광 발전장치{APPARATUS FOR PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 반사판을 이용하여 양면수광형 태양전지 모듈의 발전효율을 증가시킨 태양광 발전장치에 관한 것이다.
주요한 에너지원으로 사용되어 오던 석유나 석탄과 같은 화석 에너지 자원의 고갈이 예측되고 환경에 대한 관심이 높아져 오면서, 화석 에너지 자원을 대체할 대체 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히 대체 에너지 중에서도 환경오염에 대한 문제점이 없고, 한 번의 설비투자로 반영구적인 사용이 가능한 태양에너지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.
태양에너지를 이용하는 태양전지(太陽電池)는 태양열을 이용하여 터빈을 회전시키는데 필요한 증기를 발생시키는 태양열전지(太陽熱電池)와, 반도체의 성질을 이용하여 태양광을 전기에너지로 변환시키는 태양광전지(太陽光電池)로 구분된다. 통상적으로 태양전지는 태양광전지를 지칭하며, 이하, 본 명세서에서도 태양광전지를 태양전지라고 지칭하기로 한다.
태양전지는 전류가 발생되는 최소단위인 셀(cell)을 집합시켜 태양전지 모 듈(module)을 형성하고, 이러한 태양전지 모듈을 복수 개 직·병렬로 연결하여 태양전지 어레이(array)를 형성하여 사용한다.
그런데, 단면수광형 태양전지 모듈의 경우, 태양의 위치가 시간의 경과에 따라 변화되므로, 발전효율을 높이기 위하여 태양광이 최대한 입사될 수 있는 방향으로 태양전지 모듈의 방향을 변경시키는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 양면수광형 태양전지 모듈(Bifacial Photovoltaic Solar Module)은 투명전극과 두 개의 P-N접합을 이용하여 태양광이 태양전지 모듈의 전면에서 조사되는 경우뿐만 아니라, 배면에서 조사되는 경우에도 발전이 가능하도록 하여 단면수광형 태양전지 모듈 보다 발전효율이 향상되도록 한 것이다.
따라서, 이러한 양면수광형 태양전지 모듈은, 기존의 단면수광형 태양전지 모듈과 달리, 태양추적기능을 사용하지 않고도 높은 발전효율을 얻을 수 있으나, 태양광이 양면수광형 태양전지 모듈의 일측 수광면으로 입사되고 있는 동안 태양전지 모듈의 타측 수광면으로는 태양광이 입사되지 않는다.
즉, 양면수광형 태양전지 모듈은 태양추적기능을 사용하지 않더라도 태양추적기능을 부가한 단면수광형 태양전지 모듈 이상의 발전효율을 얻을 수는 있으나, 태양광이 입사는 측의 반대측 수광면은 충분히 활용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 반사판을 이용하여 양면수광형 태양전지 모듈의 발전효율을 높일 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양면수광형 태양전지 모듈이 내장된 태양전지 패널과, 태양전지 패널이 직립되도록 태양전지 패널의 가장자리를 지지하되 상단부에 수평부가 형성된 지지로드와, 수평부에 일단부가 연결되되 수평부를 회전축으로 회전 가능하게 연결되는 회전로드 및 회전로드의 타단부에 결합되고 일면에는 반사면이 형성된 반사판을 포함하되, 회전로드의 회전에 의해 반사판의 위치가 변경되어도 반사면은 태양전지 패널을 향하는 태양광 발전장치가 제공된다.
여기서, 태양광 발전장치에는 회전로드의 상단부에 설치되어, 회전로드가 지지로드에 대하여 회전되도록 하는 구동부가 더 포함될 수 있으며, 구동부에는, 수평부에 형성 또는 설치되는 웜휠과, 윔휠에 치합되는 웜기어가 형성 또는 설치된 구동축 및 구동축을 회전시키는 구동장치가 포함될 수 있다.
이때, 태양광 발전장치에는 태양의 위치를 감지하는 태양위치추적센서가 더 포함되어, 태양위치추적센서의 신호에 따라 구동부가 작동되도록 할 수 있다. 또는, 시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 관한 데이터가 저장되는 기억장치가 더 포함되어, 데이터에 따라 구동부가 작동되도록 할 수도 있다.
그리고, 태양광 발전장치에는 지지로드의 하단부를 지지하며 태양전지 패널을 수평방향으로 회전시키는 회전받침이 더 포함될 수 있다.
한편, 반사면은 입사되는 태양광을 상기 태양전지 패널에 집광시킬 수 있도 록 곡면형상으로 형성될 수 있고, 태양전지 패널의 표면 및 반사면에는 광촉매가 코팅 될 수 있다. 그리고, 반사판의 소재는 경금속합금 또는 합성수지가 사용될 수 있는데, 경금속합금으로는 알루미늄, 마그네슘 또는 티타늄 등이 사용될 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전후면이 개방된 프레임과, 프레임의 내부에 수직방향으로 배열되고 양측에 각각 수평방향으로 결합되는 복수의 지지로드에 의해 프레임의 양측면에 지지되는 복수의 양면수광형 태양전지 패널과, 복수의 지지로드 각각에 일단부가 복수의 지지로드를 회전축으로 회전 가능하게 연결된 복수의 회전로드와, 복수의 태양전지 패널 각각의 양측 부분에 위치하는 한 쌍씩의 복수의 회전로드의 타단부에 결합되고 각각의 일면에는 반사면이 형성된 복수의 반사판 및 복수의 반사판 각각이 복수의 태양전지 패널 각각의 둘레를 수직방향으로 회전되도록 하는 구동부를 포함하되, 복수의 회전로드의 회전에 의해 복수의 반사판 각각의 위치가 변경되어도 복수의 반사면은 각각 복수의 태양전지 패널을 향하는 태양광 발전장치.
여기서, 구동부에는, 프레임의 일측면에 각각 회전 가능하게 관통하여 설치되고, 각각의 일측에는 복수의 지지로드 중 프레임의 일측면 측에 위치하는 복수의 지지로드가 회전 가능하게 지지되며, 일단부에는 복수의 회전로드 중 프레임의 일측면 측에 위치하는 복수의 회전로드의 일단부가 연결되는 복수의 중공회전축과, 복수의 중공회전축 각각의 타단부에 설치되는 복수의 웜휠과, 복수의 웜휠과 치합되는 복수의 웜기어가 형성 또는 설치된 구동축 및 구동축을 회전시키는 구동장치가 포함된다.
본 발명의 일측면에 따른 태양광 발전장치는 양면수광형 태양전지 모듈에 입사되는 태양광의 양이 증가시켜 태양전지 모듈의 발전량 또한 증가되도록 함으로써, 태양광 발전장치의 발전효율을 높일 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)에는 태양전지 패널(110) 및 반사판(130)이 포함된다. 여기서, 태양전지 패널(110)은 양면수광형 태양전지 모듈(111)이 내장되어, 양면에 수광부가 형성되는 양면수광형 태양전지 패널(110)이다.
여기서, 태양전지 패널(110)에는 도시된 바와 같이 두 개의 양면수광형 태양전지 모듈(111)이 내장될 수도 있고, 도시되지는 않았으나, 필요에 따라 하나 또는 세 개 이상의 양면수광형 태양전지 모듈이 내장될 수도 있다. 태양전지 패널(110)에 내장되는 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 수는 태양광 발전장치(100)의 규모 또는 태양광 발전장치(100)가 설치될 공간의 여유에 따라 결정될 수 있다.
태양전지 패널(110)의 양측은 한 쌍의 지지로드(103, 104)에 의해 지지된다. 이때, 한 쌍의 지지로드(103, 104)의 상단부에는 각각 수평부가 형성되는데, 이 수평부가 태양전지 패널(110)의 가장자리에 결합되어 태양전지 패널(110)이 직립을 유지하며 지지된다.
한 쌍의 지지로드(103, 104) 각각의 수평부에는 한 쌍의 회전로드(131, 132)의 일단부가 회전 가능하게 연결된다. 여기서, 회전로드(131, 132)는 각각 수평부를 회전축으로 수직방향으로 회전할 수 있게 연결된다.
한 쌍의 회전로드(131, 132)의 타단부에는 패널 형상의 반사판(130)의 양측 가장자리가 결합된다. 반사판(130)의 일면에는 태양광에 대한 반사율이 높은 반사면(도시되지 않음)이 형성된다. 따라서, 반사판(130)은 지지로드(103, 104)의 수평부를 중심축으로 하여 태양전지 패널(110) 둘레를 수직방향으로 회전할 수 있다. 이때, 반사판(130)의 반사면은 태양전지 패널(110)을 향하는 면에 설치되어, 회전로드(131, 132)의 회전에 의해 반사판(130)의 위치가 변경되어도 반사면이 항상 태양전지 패널(110)을 향한다.
한편, 한 쌍의 지지로드(103, 104)의 하단부는 수평방향으로 회전 가능한 회 전받침(101)에 의해 지지된다. 따라서, 회전받침(101)의 회전에 의해 태양전지 패널(110)의 전·후면이 향하는 방향이 변경될 수 있다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)에는 회전받침(101)이 포함되나, 경우에 따라 회전받침(101)이 설치되지 않고, 한 쌍의 지지로드(103, 104)의 하단부가 바닥면에 직접 지지되도록 할 수도 있다. 회전받침(101)은 사용자가 직접 회전시키는 수동방식일 수도 있고, 내부에 구동장치(도시되지 않음)를 내장하여 제어부(도시되지 않음)의 신호에 따라 회전되도록 할 수도 있다.
한 쌍의 회전로드(131, 132) 중 어느 한 쪽의 회전로드(132)에는 구동부(140)가 설치되고, 다른 한 쪽에는 회전연결부(141)가 설치된다. 여기서 회전연결부(141)는 회전로드(131)가 지지로드(103)의 수평부를 회전축으로 회전할 수 있게 연결된 부분이다. 그리고, 구동부(140)는 회전로드(132)가 지지로드(104)의 수평부를 회전축으로 하여 수직방향으로 회전시킬 수 있도록 회전로드(132)에 회전력을 가할 수 있는 부분이다.
이때, 한 쌍의 회전로드(131, 132)는 반사판(130)에 의하여 서로 연결되어 있으므로, 구동부(140)에 의하여 하나의 회전로드(132)가 회전하면 반사판(130) 및 다른 하나의 회전로드(131) 또한 회전한다. 따라서, 구동부(140)의 작동에 의해 반사판(130)은 태양전지 패널(110) 둘레를 수직방향으로 회전하게 된다.
참고로, 태양광 발전장치(100)에 구동부(140)를 설치하지 않고 사용자가 반사판(130)을 직접 회전시킬 수도 있다. 그러나, 아래에서 상세히 설명하겠지만, 반사판(130)은 태양의 위치에 따라 회전되어야 하는데 반해, 태양의 위치는 주간에 지속적으로 변경되므로, 구동부(140)를 설치하지 않는 경우에는 사용자가 빈번하게 반사판(130)의 위치를 조정해야 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)에는 구동부(140)가 설치되어 사용자의 편의성을 향상시키도록 한다.
구동부(140)에는 반사판(130)을 태양전지 패널(110) 주변으로 회전시킬 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 그 중 일 예에 따른 구동부(140)를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
도 2에는 도 1에 A로 표시한 부분이 확대 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 회전로드(132)의 상단부에 설치된 구동부(140)에는 구동장치(150), 구동축(151) 및 웜휠(155)이 포함된다.
구동장치(150)는 일측에 설치된 구동축(151)을 회전시키는 장치로, 전동기 등이 사용될 수 있다. 구동축(151)의 일부분에는 웜기어(worm gear, 155)가 일체로 형성되거나, 별도로 제작되어 설치된다. 웜기어(155)에는 웜휠(worm wheel, 105)이 치합된다. 이때, 웜기어(155)는 지지로드(104)의 수평부에 일체로 형성되거나 별도로 제작되어 설치되는데, 웜기어(155)가 지지로드(104)의 수평부에 별도로 제작되어 설치되는 경우에도 웜기어(155)는 지지로드(104)의 수평부에 견고하게 고정된다.
따라서, 구동장치(150)가 작동되어 구동축(151)을 회전시키면, 웜기어(155)가 웜휠(105)을 회전시키게 된다. 여기서, 웜기어(155)는 회전로드(132)의 상단부에 설치되어 있고, 웜휠(105)은 지지로드(104)의 수평부에 고정되어 있으므로, 웜기어(155)가 회전하면 회전로드(132)가 지지로드(104)의 수평부를 중심으로 회전하 게 된다.
그러므로, 구동장치(150)의 작동에 따라 반사판(130)이 태양전지 패널(110) 주변을 수직방향으로 회전하게 되며, 구동장치(150)가 구동축(151)을 회전시키는 방향이 변경되면 반사판(130)의 회전 방향 또한 변경된다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)의 작동에 대해서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)가 태양광이 입사되는 방향에 따라 작동되는 모습을 도시한 측면도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 반사판(130)이 태양전지 패널(110)의 일측면에 대향하는 위치로 이동되어 있다.
태양광 발전장치(100)가 산등성이와 같은 고지대에 설치된 경우, 일출 무렵에는 입사되는 태양광(1, 이하 '입사광'이라 칭함)이 도시된 바와 같이 직립된 상태로 고정된 태양전지 패널(110)의 일측 수광면에 수직한 방향으로 입사될 수 있다.
여기서, 도 1을 참조하여 설명하였던 바와 같이, 반사판(130)의 양면 중 태양전지 패널(110)을 향하는 면에는 반사면(도시되지 않음)이 형성된다. 따라서, 태양광은 반사면(도시되지 않음)에 의해 반사된다.
따라서, 입사광(1)이 태양전지 패널(110)의 일측 수광면에 수직한 방향으로 입사되는 경우, 반사판(130)을 도시된 바와 같이 회전시켜, 입사광(1)이 태양전지 패널(110)을 투과한 다음 반사판(130)의 반사면(도시되지 않음)에 의해 반사되어 태양전지 패널(110)의 타측 수광면으로 재입사(2, 이하 '반사광'이라 칭함)되도록 한다.
이럴 경우, 태양전지 패널(110)에 내장된 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 양측 수광면에는 각각 입사광(1) 및 반사광(2)이 입사된다. 따라서, 반사판(130)이 없는 경우에 비하여 많은 양의 태양광이 양면수광형 태양전지 모듈(111)에 입사되므로, 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 발전량이 증가된다.
양면수광형 태양전지 모듈(111)의 발전량이 최대한 증가되도록 하기 위해서는 반사판(130)의 반사면(도시되지 않음)에 의한 반사광(2)이 태양전지 패널(110)에 최대한 많이 입사되도록 해야 한다. 따라서, 구동부(140)를 이용하여 회전로드(132)가 지지로드(104)에 대하여 회전하는 정도를 조절하여 입사광(1)의 각도에 따라 반사판(130)이 최적의 위치로 이동될 수 있어야 한다. 이에 관하여는 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 입사광(1)이 태양전지 패널(110)의 상향, 즉 지지로드(104)의 수평부의 중심축을 지나는 가상의 수평선(H)에 대하여 a의 각도로 입사되고 있다.
이때, 도 3을 참조하여 설명했던 바와 같이, 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 발전량이 증가되도록 하기 위해서는, 반사판(130)의 반사면(도시되지 않음)에 의한 반사광(2)이 태양전지 패널(110)에 최대한 많이 재입사 될 수 있도록 해야 한다.
여기서, 회전로드(132)와 반사판(130)이 형성하는 각도(c)를 직각이 되도록 하고, 회전로드(132) 및 가상의 수평선(H)이 형성하는 각도(b)가 a와 같게 하면 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 반사광(2)측 수광면이 반사광(2)의 조사되는 범위 내에 있게 된다. 따라서, 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 반사광(2)측 수광면 전체가 발전에 활용될 수 있으므로, 태양전지 패널(110)의 발전효율이 높아진다.
따라서, 태양의 고도에 따라 반사판(130)의 위치를 조절하면 태양전지 패널(110)의 발전효율을 크게 높일 수 있다. 태양의 고도에 따라 반사판(130)의 위치를 조절하는 방법에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
한편, 태양전지 패널(110)의 수광면에 산광판(散光板, 도시되지 않음)을 부착하는 경우에는 양면수광형 태양전지 모듈(110)의 수광면에 입사광(1)이 수직으로 입사되지 않더라도, 양면수광형 태양전지 모듈(110)의 발전량이 크게 감소되지는 않는다. 즉, 시간의 경과에 따라 태양의 고도가 어느 정도 변경되더라도 태양전지 패널(110)의 발전효율이 크게 감소되지 않는다.
그러나, 태양전지 패널(110)의 양측 수광면이 각각 남북방향을 향하도록 설치되는 경우에는 일출 또는 일몰에 가까운 시간에는 태양광이 태양전지 패널(110)의 양측 가장자리 방향으로 입사된다. 특히 태양의 남중고도(南中高度)가 매우 높은 저위도 지방에서 태양전지 패널(110)의 양측 수광면이 각각 남북방향을 향하도록 설치되면, 태양광이 계속 태양전지 패널(110)의 양측 및 상측 가장자리로 입사되므로, 태양전지 패널(110)의 발전효율이 저하된다. 따라서, 태양전지 패널(110)의 양측 수광면이 동서방향을 향하도록 설치되어야 발전효율이 높아질 수 있다.
그런데, 도 1에서 설명했던 회전받침(도 1의 101 참조)을 이용하여 태양전지 패널(110)의 일측 수광면이 시간에 따른 태양의 방위각을 따라 수평방향으로 회전되도록 하면, 태양전지 패널(110)의 발전효율을 더욱 높일 수 있다. 이때, 앞에서 언급했던 바와 같이, 태양의 고도에 따라 반사판(130)의 위치 또한 함께 조절하면 태양전지 패널(110)의 발전효율이 극대화 될 수 있다.
여기서, 태양의 위치, 즉 고도 및 방위를 추적할 수 있는 방법으로는, 태양위치추적센서(도시되지 않음)를 이용하여 태양의 위치를 직접 측정하는 방법 또는 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)가 설치되는 지역의 시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 대한 데이터를 이용하여 태양의 위치를 추정하는 방법을 사용할 수 있다.
즉, 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)에 태양위치추적센서(도시되지 않음)를 설치하고, 태양위치추적센서(도시되지 않음)의 신호에 따라 구동부(140)에 설치된 구동장치(도 1의 150 참조)를 작동시켜, 태양의 고도에 따라 반사판(130)의 위치를 조절하여 최대한 많은 반사광(2)이 태양전지 패널(110)에 재입사 되도록 할 수 있다.
이때, 태양위치추적센서(도시되지 않음)의 신호에 따라 회전받침(도 1의 101 참조)을 회전시켜 태양전지 패널(110)의 일측 수광면이 태양의 수평방위를 향하도록 하면 태양전지 패널(110)의 발전효율을 극대화 할 수 있다.
또한, 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)가 설치되는 지역의 시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 대한 데이터를 활용하는 경우에는, 현재 시간을 참조하여 기억장치에 저장된 데이터에 따라 태양의 추정위치를 향해 반사판(130)의 위치 및 태양전지 패널(110)의 방향을 조절하여, 태양전지 패널(110)의 발전효율을 극대화 할 수 있다.
한편, 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)는 옥외에 설치된다. 따라서, 한 쌍의 지지로드(104, 도 1의 103 참조), 회전로드(132, 도 1의 132 참조) 및 반사판(130)은 내수성 및 내후성이 높은 소재로 제작되어야 하며, 구동부(140)는 방수처리 되어야 한다.
그리고, 태풍이나 국지성 돌풍 등에 의해 태양전지 패널(110) 및 반사판(130)에 강한 힘이 작용될 수 있으므로, 지지로드(104, 도 1의 103 참조), 회전로드(132, 도 1의 132 참조)는 압축강도, 굽힘강도 및 전단강도가 높은 소재로 제작되어야 한다.
특히, 반사판(130)의 위치를 변경시키는데 소요되는 동력을 최소화하기 위해서는 반사판(130)을 최대한 경량화하여야 한다. 따라서 반사판(130)의 소재로는 경금속합금이나 합성수지를 사용할 수 있다. 여기서 경금속합금으로는 안정적인 피막을 형성할 수 있는 알루미늄, 마그네슘 및 티타늄 등을 사용할 수 있고, 합성수지로는 유리섬유강화플라스틱(Fiberglass Reinforced Plastic), 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 등 다양한 것을 선택하여 사용할 수 있다.
한편, 태양전지 패널(110)의 표면 및 반사판(130)의 일면에 형성된 반사면(도시되지 않음)에 이물질이 부착되는 경우, 태양전지 패널(110)의 발전효율이 저하될 수 있다. 따라서, 정기적으로 태양전지 패널(110)의 표면 및 반사면(도시되지 않음)의 표면을 세척할 필요가 있으나, 이러한 세척 작업에는 많은 시간 및 인건비 등의 비용이 소모될 수 있다.
따라서, 태양전지 패널(110)의 표면 및 반사판(130)에 초친수성을 갖는 이산화티타늄(Titanium Dioxide)과 같은 광촉매를 코팅하여, 우천시 자정작용(self cleaning)에 의해 부착된 이물질이 제거되도록 할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 변형예가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 곡면형상의 반사판(150)이 회전로드(132)에 의해 지지되고 있다. 곡면형상의 반사판(150)은 반사광(3)이 태양전지 패널(110)의 타측 수광면에 집광되도록 한다.
앞에서 설명한 평면 패널형상의 반사판(도 4의 130 참조)은, 입사광(1)이 도시된 바와 같이 태양전지 패널(110)의 입사광(1)측 수광면에 대하여 수직으로 입사되지 않는 경우, 반사판(150)의 가장자리 부분에서 반사되는 반사광(3)은 태양전지 패널(110)의 반사광(3)측 수광면의 가장자리 부분을 벗어나게 된다.
따라서, 곡면형상의 반사판(150)을 사용하면 반사판(150)에 입사되는 태양광을 최대한 태양전지 패널(110)의 반사광(3)측 수광면을 향하여 반사되도록 할 수 있다. 그러므로, 태양전지 패널(110)의 발전효율이 높아질 수 있다.
여기서, 도시된 바와 같이 반사판(150) 전체를 곡면형상으로 제작할 수도 있고, 반사판(150)의 일면에 형성된 반사면(도시되지 않음)만을 곡면형상으로 제작할 수도 있다. 다만, 반사판(150) 또는 반사면(도시되지 않음)의 곡률반경은 태양전지 패널(110)의 수광부의 면적 및 회전로드(132)의 길이 등을 고려하여, 양면수광형 태양전지 모듈(111)의 반사광(3)측 수광면의 최대한 넓은 면적에 반사광(3)을 반사시킬 수 있도록 한다.
이상에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(도 1의 100 참조) 및 도 5를 참조하여 설명한 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)의 변형예는, 각각 하나의 태양전지 패널(110) 및 하나의 반사판(150, 도 1의 130 참조)을 사용하는 비교적 규모가 작은 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)이다. 따라서, 비교적 협소한 지역이나 큰 전력을 필요로 하지 않는 장소에서 사용될 수 있다.
그러나, 사막과 같이 넓은 면적을 활용할 수 있는 지역이나 큰 전력을 필요로 하는 장소에는 다수의 태양전지 패널(110) 및 반사판(도 1의 130 참조)을 설치하여 사용할 수 있다. 이에 관하여는 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치(200)에는 프레임(202)에 복수의 태양전지 패널(210) 및 반사판(230)이 설치된다. 여기서, 복수의 태양전지 패널(210) 및 반사판(230)은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)의 태양전지 패널(도 1의 110 참조) 및 반사판(도 1의 130 참조)과 같으므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 프레임(202) 내에 설치되는 복수의 태양전지 패널(210) 및 복수의 반 사판(230) 각각의 연결구조는 동일하므로, 한 세트의 태양전지 패널(210) 및 반사판(230)의 연결구조를 설명하는 것으로, 전체적인 설명을 갈음하기로 한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치(200)에 대한 설명에서는 특정한 경우를 제외하고는 '복수의'라는 표현을 생략하기로 한다.
프레임(202)은 태양광이 내부로 입사될 수 있도록 전후면이 개방되며, 도시된 바와 같이 상면 또한 개방될 수도 있다. 따라서 프레임(202)은, 도시된 바와 같이 패널형상의 양측면 및 바닥면이 연결되어 있는 형상을 가질 수 있다.
태양전지 패널(210)의 양측에는 지지로드(203, 204)가 수평방향으로 하나씩 결합된다. 이 중 태양전지 패널(210)의 일측에 결합된 지지로드(203)의 단부는 프레임(202)의 일측면에 의해 지지된다. 그리고, 태양전지 패널(210)의 타측에 결합된 지지로드(204)에는 중공회전축(220)이 결합된다.
여기서, 중공회전축(220)은 프레임(202)의 타측면을 관통하는 형상으로 설치되는데, 그 길이방향의 중심축을 회전 중심으로 하여 회전 가능하게 설치된다. 즉, 도시되지는 않았으나, 프레임(202)의 관통된 부분 및 중공회전축(220)의 외주면 사이에는 베어링이 개재될 수 있다.
중공회전축(220)의 일측은 지지로드(204)의 단부를 지지한다. 이때, 중공회전축(220)의 중공부(도시되지 않음)에 지지로드(204)의 단부가 삽입되어 중공회전축(220) 및 지지로드(204)는 상대적으로 회전 가능하게 연결되나, 중공회전축(220)은 지지로드(204)가 그 길이방향을 제외한 방향으로는 흔들리지 않도록 지지한다.
따라서, 태양전지 패널(210)는 일측에 결합된 지지로드(203) 및 타측에 결합 된 지지로드(204)에 의해 프레임(202)의 양측면에 지지된다.
한편, 중공회전축(220)의 타단부에는 웜휠(225)이 설치된다. 이때, 중공회전축(220)의 타단부는 프레임(202)의 타측면 외측으로 돌출되어 있으므로, 웜휠(225) 또는 프레임(202)의 타측면 외부에 설치된다.
중공회전축(220)의 일측 가장자리 부분에는 회전로드(232)의 일단부가 결합된다. 그리고, 태양전지 패널(210)의 일측에 설치된 지지로드(203)에는 회전로드(231)의 일단부가 지지로드(203)를 중심으로 수직방향으로 회전 가능하도록 회전연결부(241)를 형성하며 연결된다.
따라서, 태양전지 패널(210)의 양측에는 한 쌍의 회전로드(231, 232)가 각각 지지로드(203, 204)를 회전축으로 수직방향으로 회전할 수 있게 설치된다. 이 한 쌍의 회전로드(231, 232) 각각의 타단부는 반사판(230)의 양측 가장자리가 결합된다. 따라서, 반사판(230)은 태양전지 패널(210)의 둘레를 수직방향으로 회전할 수 있다.
여기서, 웜휠(225)이 회전하면 중공회전축(220)으로 연결된 회전로드(232)가 함께 회전하게 되는데, 한 쌍의 회전로드(231, 232)는 반사판(230)에 의해 서로 연결되어 있으므로, 웜휠(225)이 회전하면 반사판(230)이 태양전지 패널(210) 둘레를 회전하게 된다.
한편, 프레임(202)의 타측면 외측에는 수직 방향으로 구동축(251)이 설치된다. 구동축(251)에는 웜기어(255)가 일체로 형성되거나 별도로 제작되어 설치되는데, 웜기어(255)는 웜휠(255)에 치합된다. 따라서, 구동축(251)이 회전하면 윔 휠(225) 또한 회전하게 되며, 웜휠(225)의 회전에 의해 반사판(230)이 회전하게 된다.
이때, 구동축(251)에는 구동축(251)을 회전시키는 구동장치(250)가 설치된다. 따라서, 구동장치(250)의 회전에 의해 반사판(230)의 위치가 변경될 수 있으며, 구동장치(250)가 구동축(251)을 회전시키는 방향에 따라 반사판(230)의 회전방향 또한 변경될 수 있다.
여기서, 구동축(251)이 안정적으로 회전할 수 있게 하기 위하여 지지공(209)이 형성된 브라켓(208)이 프레임(202)의 일부분에 설치되어, 구동축(251)을 회전가능하게 지지할 수 있다.
상술한 바와 같은 태양전지 패널(210), 지지로드(203, 204), 회전로드(231, 232), 반사판(230), 중공회전축(220) 및 웜휠(225)로 구성되는 연결구조체를 한 세트라고 하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 태양광 발전장치(200)에는, 복수 세트의 연결구조체가 프레임(202)에 수직방향, 즉 상하방향으로 배열된다.
여기서, 연결구조체의 수는 도시된 바와 같이 네 세트일 수도 있고, 필요에 따라 가감될 수도 있다.
이때, 구동축(251)에는 복수의 웜기어(255)가 일체로 형성되거나 별도로 제작되어 설치되는데, 복수의 윔기어(255) 각각은 복수의 웜휠(225) 각각에 치합된다. 따라서, 구동장치(250)가 구동축(251)을 회전시키면, 복수의 반사판(230) 각각이 복수의 태양전지 패널(210) 각각의 둘레를 수직방향으로 회전하게 된다.
그런데, 지상에 도달되는 태양광은 평행광으로 볼 수 있으므로, 복수의 반사 판(230)이 각각 복수의 태양전지 패널(210) 둘레를 회전하는 위치는 모두 동일하게 설정한다. 따라서, 태양광이 입사되는 각도에 따라 복수의 반사판(230)을 일괄적으로 회전시켜, 복수의 태양전지 패널(210)의 태양광이 입사되는 측의 반대측의 수광면에 반사광이 재입사되도록 함으로써, 태양광 발전장치(200)의 발전효율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치(200)에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치(도 1의 100 참조)에 적용 될 수 있는 것으로 설명했던 태양위치추적센서(도시되지 않음) 또는 시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 관한 데이터가 저장된 기억장치(도시되지 않음)를 적용하여, 구동장치(250)를 작동시킴으로써, 태양광 발전장치(200)의 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 태양광 발전장치(200)에 회전받침(도 1의 101 참조)과 같이 프레임(202)을 수평방향으로 회전시킬 수 있는 장치를 설치하면 태양광 발전장치(200)의 발전효율을 극대화 할 수 있다.
이상 도 6을 참조하여 설명한 바에 따르면, 태양광 발전장치(200)에는 중공회전축(220), 웜휠(225), 구동축(251), 웜기어(255) 및 구동장치(250)로 구성되는 구동부가 설치되는 것으로 기술하였다.
그러나, 필요에 따라 태양광 발전장치(200)는 중공회전축(220), 웜휠(225), 구동축(251), 웜기어(255) 및 구동장치(250)를 설치하지 않고 사용자가 직접 복수의 반사판(230)을 회전시키도록 할 수도 있다.
이 때에는, 도시되지는 않았으나, 회전로드(232)의 일단부가 지지로드(204) 에 직접 회전 가능하게 연결되고, 지지로드(204)의 단부는 프레임(202)의 타측면에 지지된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도.
도 2는 도 1에 A로 표시한 부분의 확대도.
도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 작동을 나타낸 측면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 변형예.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 태양광 발전장치 101 : 회전받침
103, 104 : 지지로드 110 : 태양전지 패널
111 : 양면수광형 태양전지 모듈 130 : 반사판
132 : 회전로드 133 : 회전연결부
140 : 구동부

Claims (19)

  1. 양면수광형 태양전지 모듈이 내장된 태양전지 패널;
    상기 태양전지 패널이 직립되도록 상기 태양전지 패널의 가장자리를 지지하되, 상단부에 수평부가 형성된 지지로드;
    상기 수평부에 일단부가 연결되되, 상기 수평부를 회전축으로 회전 가능하게 연결되는 회전로드; 및
    상기 회전로드의 타단부에 결합되고, 일면에는 반사면이 형성된 반사판을 포함하되,
    상기 회전로드의 회전에 의해 상기 반사판의 위치가 변경되어도 상기 반사면은 상기 태양전지 패널을 향하는 태양광 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전로드의 상단부에 설치되어, 상기 회전로드가 상기 지지로드에 대하여 회전되도록 하는 구동부를 더 포함하는 태양광 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동부에는,
    상기 수평부에 형성 또는 설치되는 웜휠;
    상기 윔휠에 치합되는 웜기어가 형성 또는 설치된 구동축; 및
    상기 구동축을 회전시키는 구동장치가 포함되는 태양광 발전장치.
  4. 제2항에 있어서,
    태양의 위치를 감지하는 태양위치추적센서를 더 포함하되,
    상기 태양위치추적센서의 신호에 따라 상기 구동부가 작동되는 태양광 발전장치.
  5. 제2항에 있어서,
    시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 관한 데이터가 저장되는 기억장치를 더 포함하되,
    상기 데이터에 따라 상기 구동부가 작동되는 태양광 발전장치.
  6. 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지로드의 하단부를 지지하며, 상기 태양전지 패널을 수평방향으로 회전시키는 회전받침을 더 포함하는 태양광 발전장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사면은 입사되는 태양광을 상기 태양전지 패널에 집광시킬 수 있도록 곡면형상으로 형성되는 태양광 발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 표면 및 상기 반사면에는 광촉매가 코팅되는 태양광 발전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반사판의 소재는 경금속합금 또는 합성수지인 태양광 발전장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 경금속합금은 알루미늄, 마그네슘 또는 티타늄을 포함하는 태양광 발전장치.
  11. 전후면이 개방된 프레임;
    상기 프레임의 내부에 수직방향으로 배열되고, 양측에 각각 수평방향으로 결합되는 복수의 지지로드에 의해 상기 프레임의 양측면에 지지되는 복수의 양면수광형 태양전지 패널;
    상기 복수의 지지로드 각각에, 일단부가 상기 복수의 지지로드를 회전축으로 회전 가능하게 연결된 복수의 회전로드;
    상기 복수의 태양전지 패널 각각의 양측 부분에 위치하는 한 쌍씩의 상기 복수의 회전로드의 타단부에 결합되고, 각각의 일면에는 반사면이 형성된 복수의 반사판; 및
    상기 복수의 반사판 각각이 상기 복수의 태양전지 패널 각각의 둘레를 수직방향으로 회전되도록 하는 구동부를 포함하되,
    복수의 상기 반사면 각각은 상기 복수의 반사판 각각의 위치가 회전에 변경되어도 상기 복수의 태양전지 패널을 향하는 태양광 발전장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 프레임의 일측면에 각각 회전 가능하게 관통하여 설치되고, 각각의 일측에는 상기 복수의 지지로드 중 상기 프레임의 일측면 측에 위치하는 복수의 지지 로드가 회전 가능하게 지지되며, 일단부에는 상기 복수의 회전로드 중 상기 프레임의 일측면 측에 위치하는 복수의 회전로드의 일단부가 연결되는 복수의 중공회전축;
    상기 복수의 중공회전축 각각의 타단부에 설치되는 복수의 웜휠;
    상기 복수의 웜휠과 치합되는 복수의 웜기어가 형성 또는 설치된 구동축; 및
    상기 구동축을 회전시키는 구동장치를 더 포함하는 태양광 발전장치.
  13. 제11항에 있어서,
    태양의 위치를 감지하는 태양위치추적센서를 더 포함하되,
    상기 태양위치추적센서의 신호에 따라 상기 구동부가 작동되는 태양광 발전장치.
  14. 제11항에 있어서,
    시간의 경과에 따른 태양의 위치 변화에 관한 데이터가 저장되는 기억장치를 더 포함하되,
    상기 데이터에 따라 상기 구동부가 작동되는 태양광 발전장치.
  15. 제13항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임의 하부를 지지하며, 상기 프레임을 수평방향으로 회전시키는 회전받침을 더 포함하는 태양광 발전장치
  16. 제11항에 있어서,
    상기 반사판의 소재는 경금속합금 또는 합성수지인 태양광 발전장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 경금속합금은 알루미늄, 마그네슘 또는 티타늄을 포함하는 태양광 발전장치.
  18. 제11에 있어서,
    상기 반사면은 입사되는 태양광을 상기 태양전지 패널에 집광시킬 수 있도록 곡면형상으로 형성되는 태양광 발전장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 표면 및 상기 반사면에는 광촉매가 코팅되는 태양광 발전장치.
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