KR20100018654A - 집열판 일체형 태양광발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집열판 일체형 태양광발전장치에 관한 것이다.

본 발명의 태양광발전장치는 태양 빛을 투과시키면서 외력에 의한 손상을 방지하기 위한 투명커버와, 투명커버 하단에 배치되어 투과된 태양 빛으로부터 전기력을 일으켜 모으는 태양전지모듈과, 태양전지모듈 후면에 배치되고, 내부에는 다공(多孔) 형태의 매체이송로가 일체로 형성된 집열판과, 집열판의 매체이송로와 연계되게 양단에 형성되며, 투명커버와 태양전지모듈의 양단을 일괄 구속하는 헤드관로를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의해 태양전지모듈의 고열이 방지됨으로 발전효율이 향상되는 동시에 태양전지모듈의 폐열을 이용한 난방 및 온수공급이 가능한 집열판 일체형 태양광발전장치가 제공된다.

태양광, 태양발전, 태양열, 집열판, 난방, 다공형

Description

집열판 일체형 태양광발전장치{THE PHOTOVOLTAIC POWER GENERATING APPARATUS UNIFIED WITH PLATE FOR COLLECTING SOLAR HEAT}

본 발명은 집열판 일체형 태양광발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광발전장치는 작동형태에 따라 고정식과 추적식으로 나눠지고, 태양전지모듈은 작동형태에 관계없이 한쪽 면이 n(negative)-도체이고, 다른 쪽 면은 p(positive)-도체인 단결정이나 다결정 또는 비결정질의 규소판이나 실리콘(Si) 등과 같은 형태로써, 태양 빛이 투사되면, 전자의 이동이 활성화되면서 전류 및 전압을 포함하는 전기를 발생시킬 수 있도록 구성된다.

그러나, 집광매체인 태양전지모듈은 태양 빛이 강한 한여름 대낮의 경우, 60℃~70℃ 이상의 고열현상을 일으키고, 이러한 고열현상이 일정 시간 이상 지속되는 경우에는 발전효율이 떨어질 뿐만 아니라, 파열 등과 같은 고장발생률이 높아지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로써, 한국 등록실용신안공보 제20-0405790호 '태양광 발전기의 전지모듈 냉각장치'(2006년 1월 4일 등록)를 들 수 있다.

상기의 '냉각장치'는 통상의 태양광발전기의 태양전지모듈 뒷면에 일정량의 수분흡수가 가능한 부직포나 펠트 또는 섬유재로 형성된 수분함침재를 포함하는 것으로, 수분함침재의 상단에는 물공급호스와 더불어 노즐부가 구성된 형태로 이루어진다.

그러나, 상기의 '냉각장치'는 섬유소재의 수분함침재를 태양전지모듈 뒷면에 밀착 구성한 상태에서 단순히 물공급호스 및 노즐부를 통해 수분함침재에 물을 공급함으로써, 열을 식히는 구조일 뿐임으로 설령, 태양전지모듈의 고열현상을 방지하는 것이라 하더라도 수분함침재에 함입된 물에 의해 태양전지모듈에서는 누전이 발생될 수 있는 등의 위험을 감수해야 하는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 상기의 '냉각장치'는 태양전지모듈에서 발생되는 고열로 인한 발전효율의 저하를 방지하고자 하는 해결과제에만 집중한 나머지 발전효율을 높이기 위해 사용한 냉매 즉, 물을 회수한다거나 하는 등과 같은 기술사항에 대한 개시가 전혀 없는 것이므로 태양전지모듈의 고열이 지속 될 경우, 냉매로 쓰이는 물과 같은 자원의 낭비가 초래될 수밖에 없는 문제점을 안고 있다.

그리고, 한국 등록특허공보 제10-0662230호에서는 '태양광발전기 냉각시스템'에 관한 기술이 개시되어 있다.

상기의 '냉각시스템'은 집광부에 축적되는 열을 냉각하기 위하여 집광부의 외주면 둘레에 설치되어 집광부의 전후면을 향해 냉각수를 분사하는 다수의 분무노즐과, 냉각수공급관, 온도감지부, 제어부 및 저수조동작부를 포함하여 구성된다.

그러나, 상기의 '냉각시스템' 또한 집광부 내에 축적된 높은 온도를 떨어뜨리기 위해 단순히 집광부의 전후면에 냉각수를 뿌려주는 것에 불과한 것으로, 상기의 '냉각장치'에서와 마찬가지로 지속 되는 냉각수의 낭비를 해결할 수 없는 문제점을 안고 있다.

나아가, 상기의 '냉각장치'와 '냉각시스템'은 공히 냉각수를 분무하는 방식으로 태양전지모듈이나 집광부에서 발생 된 자연적인 열에너지를 단순히 식혀 없애버림으로써, 재활용 가능한 에너지를 그대로 소진시켜 버리는 문제점이 발생 된다.

본 발명은 종래기술이 가지고 있었던 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 작동 중 태양전지모듈에서 발생하는 열로 인한 발전효율의 저하를 방지하는 동시에 태양전지모듈의 폐열을 재활용함으로써, 난방이나 온수공급까지 가능하게 하는 집열판 일체형 태양광발전장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 라미네이트 열 가압 방식으로 제조할 수 있는 기술구성을 채택함으로써, 제조공정의 자동화를 통해 공정시간을 단축하는 등 생산성 향상을 도모할 수 있는 집열판 일체형 태양광발전장치를 제공하기 위한 것이기도 하다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 태양광발전장치는 태양 빛을 투과시키면서 외력에 의한 손상을 방지하기 위한 투명커버와, 투명커버 하단에 배치되어 투과된 태양 빛으로부터 전기력을 일으켜 모으는 태양전지모듈과, 태양전지모듈 후면에 배치되고, 내부에는 다공(多孔) 형태의 매체이송로가 일체로 형성된 집열판과, 집열판의 매체이송로와 연계되게 양단에 형성되며, 투명커버와 태양전지모듈의 양단을 일괄 구속하는 헤드관로를 포함하여 구성된다.

그리고 본 발명의 태양광발전장치는 태양전지모듈과 집열판의 사이에 투명테 들러나 블랙시트를 더 구비함으로써, 발전이나 집열효율을 향상시킬 수 있는 형태로도 구성 가능하다.

본 발명의 태양광발전장치에 의하면, 태양전지모듈 후면에 소정의 집열판을 일체시키고, 집열판의 매체이송로를 통해 소정의 냉각수를 흘려 태양전지모듈의 발열상태를 제어함으로써, 태양 빛이 강한 한여름에도 태양전지모듈의 발열로 인한 발전효율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 뛰어나다.

뿐만 아니라, 집열판의 구조를 열에 대한 전도성이 좋도록 개선하여 내부의 매체이송로로 흘러가는 냉각수가 태양전지모듈에서 발생하는 열에 의해 가열되게 함으로써, 난방 및 온수 용도로도 사용할 수 있는 등의 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명은 태양전지모듈과 집열판의 사이에 투명테들러나 블랙시트를 더 구비함으로써, 태양전지모듈의 발전효율이나 집열판의 집열효율을 높이는 것은 물론, 절기에 따라 달라지는 일조량에 관계없이 사시사철 일정한 난방 및 온수공급을 위한 장치의 실효성을 높이는 효과가 도모된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 구성을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 태양광발전장치가 빛을 받아 발전할 때, 태양전지모듈(20) 후면의 온도가 약 70℃~80℃까지 상승하고, 이러한 온도의 상승은 태양전지모듈(20)의 발전효율을 저하시킨다는 점에 착안하여 태양전지모듈(20) 후면에 소정의 집열판(30)을 일체시켜 발전 및 집열효율을 높일 수 있도록 한 것으로, 구체적인 기술구성은 아래와 같다.

도 1 내지 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 태양광발전장치는 투명커버(10)와, 태양전지모듈(20) 및 집열판(30)이 순차적으로 적층된 형태로써, 집열판(30)의 양단에는 소정의 헤드관로(40)가 일체로 형성되되, 헤드관로(40)는 투명커버(10)와 태양전지모듈(20)의 양단 또한 일괄 구속할 수 있는 형태로 구성된다.

투명커버(10)는 태양 빛을 투과시키면서 외력에 의한 손상을 방지하기 위한 것으로, 일반적인 유리나 투명한 플라스틱 판체에 특수한 필름을 입혀 강도를 향상시킨 형태 등 다양하게 적용할 수 있다. 바람직하게는 저철분 강화유리를 적용한 형태가 좋다.

투명커버(10) 하단에 배치된 태양전지모듈(20)은 투과된 햇빛을 받아 전기력을 일으키는 셀(Cell) 단위의 소자가 직렬 또는 병렬로 배열된 소정의 판 형태로 써, 예를 들면, 규소판이나 실리콘(Si)과 같은 반도체화합물을 이용하여 PN접합 구조로 형성시킨 형태 등을 들 수 있다.

그리고 본 발명의 집열판(30)은 열전도율이 좋은 실리콘과 같은 수지재나 금속재를 이용하여 발전시 태양전지모듈(20)의 후면으로 발생하는 열을 효율적으로 전이시킬 수 있도록 하되, 그 내부에는 냉각매체의 이송을 위한 경로(經路)의 일종인 다공(多孔) 형태의 매체이송로(31)를 구비함으로써, 물과 같은 소정의 냉각매체의 흐름이 가능한 형태로 구성한다.

즉, 본 발명은 집열판(30) 내에 일체로 형성된 매체이송로(31)로 소정의 냉각매체를 흘러 보내는 구조를 채택함으로써, 태양전지모듈(20)의 발열상태를 냉각매체와의 열교환을 통해 억제시켜 발전효율을 높이는 동시에 열교환에 의해 데워진 냉각매체는 다시 난방이나 온수공급을 위한 용수로 사용할 수 있는 등과 같은 기술적 특징을 발휘하게 된다.

이때, 집열판(30)은 태양전지모듈(20)에서 발생하는 열로부터 매체이송로(31)의 냉각매체를 원활하게 가열할 수 있도록 하기 위해서는 판의 두께는 가능한 한 얇게 형성하여 전체적으로 열의 전도가 빠르게 진행될 수 있도록 하는 형태가 좋다.

또, 집열판(30)의 매체이송로(31)는 태양전지모듈(20)로부터 집열판(30)을 통해 전이되는 열을 매체이송로(31)의 냉각매체까지 전달하는 효율을 최적화시킨 형태로써, 도 3a 내지 3c에서 도시한 바와 같은 다양한 크기와 형상 및 모양으로 구현할 수 있다.

아울러, 집열판(30)의 상단 표면에는 종 방향 또는 횡 방향의 스크레치홈(32) 또는 소정의 코팅막(33)이 더 구비된 형태 등을 채택함으로써, 집열효율을 높이는 형태로도 가능하다.

본 발명의 헤드관로(40)는 집열판(30)의 양단에 형성된 소정 형태의 배관으로 이루어지되, 도 4a 내지 4c에서 도시한 바와 같은 형태 등 다양하게 실시될 수 있다. 특히, 집열판(30)의 매체이송로(31)와 연계되게 구성되며, 바람직하게는 투명커버(10)나 태양전지모듈(20)의 양단을 동시에 일괄 구속할 수 있는 형태가 좋다.

나아가, 본 발명은 도 5 내지 6에서처럼 태양전지모듈(20)과 집열판(30) 사이에 소정의 판 형태로 이루어진 투명테들러(50) 또는 소정의 막 형태인 블랙시트(60)를 더 구비하여 집열판(30)의 집열효율을 높일 수 있는 형태로도 가능하다.

즉, 투명테들러(50)는 태양전지모듈(20)까지 투과한 빛을 굴절시키지 않고 다시 집열판(30)의 본체에 비춰 지게 함으로써, 태양전지모듈(20)의 발열상태와 더불어 본체에 비췬 햇빛으로부터도 열을 모을 수 있음으로 집열효율을 향상시키게 된다.

그리고 블랙시트(60)는 태양전지모듈(20)에서 발생하는 열의 흡수는 물론, 태양전지모듈(20)을 투과한 빛의 흡수를 통해 흡열량을 늘림으로써, 궁극적으로는 집열판(30)의 집열효율을 높이는 기술적 특징을 발휘한다. 즉, 블랙시트(60)의 경우, 태양 빛의 파장영역 중 적외선 부분에 대한 복사열의 방사를 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 태양광발전장치(80)은 서로 맞대어진 기술구성들 즉, 투명커버(10)와 태양전지모듈(20), 헤드관로(40)와 매체이송로(31)를 포함하는 집열판(30) 및 투명테들러(50)나 블랙시트(60) 각각 마다 에바(EVA)접착시트(70)를 삽입하고, 라미네이트 열 가압방식을 적용하여 일체로 형성된 형태가 좋다.

이때, 태양전지모듈(20)과 집열판(30) 사이 투명테들러(50)나 블랙시트(60)를 일체화시키기 위한 에바(EVA)접착시트(70)는 전기절연물질을 응용함으로써, 접착강도를 높일 수 있는 등의 형태로도 실시할 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 본 발명에 대한 기술구성 간의 작동관계를 첨부한 도면을 참조하여 간략하게 살펴본다.

본 발명의 태양광발전장치(80)는 태양 빛이 투명커버(10)의 표면에 수직으로 투과된 상태에서 발전 효과를 일으키게 된다. 즉, 태양 빛이 투명커버(10)를 투과하면, 직렬 또는 병렬로 배열된 셀(Cell) 단위의 소자를 포함하는 태양전지모듈(20) 내에서 전기력이 발생하게 되고, 이러한 발전이 일정 시간 지속하면 소정의 온도에 이르는 열이 발생하게 된다.

도 7에서 도시한 단결정 실리콘 태양전지의 온도변화에 따른 전류 및 전압의 특성 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 태양전지의 내부 온도변화에 따라 전류의 변화는 적으나 전압의 경우, 50℃에서와 75℃에서의 변화량을 살펴보면, 태양전지의 발전효율이 10 내지 20%이상 떨어짐을 알 수 있다.

본 발명은 위와 같이 온도에 따라 태양전지모듈(20)의 발전효율이 떨어지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양전지모듈(20) 후면에 소정의 집열판(30)이 일체로 구성된 것을 특징으로 한다.

즉, 내부에 소정의 매체이송로(31)를 형성하고, 양단에 헤드관로(40)가 연계된 집열판(30)을 태양전지모듈(20) 후면에 일체시켜, 헤드관로(40) 및 집열판(30)의 매체이송로(31)로 소정의 냉각매체를 흘러 보냄으로써, 태양전지모듈(20)에서 발생하는 열을 식힐 뿐만 아니라, 태양전지모듈(20)에서 발생하는 열에 의해 데워진 물과 같은 냉각매체는 다시 난방이나 온수공급에 사용할 수 있도록 함으로써, 폐열을 재활용하는 등의 효과를 발휘하게 된다.

여기서, 태양전지모듈(20)과 집열판(30) 사이에 배치되는 투명테들러(50)나 블랙시트(60)는 태양전지모듈(20)에서 발생하는 열은 물론, 태양전지모듈(20)을 투과한 빛에 의한 집열판(30)의 흡열량을 늘림으로써, 궁극적으로는 집열판(30)의 집열효율을 높이는 동시에 난방 및 온수공급 효율을 높이는 역할을 하게 된다.

또한, 본 발명의 에바(EVA)접착시트(70)는 각 기술구성 상호 간의 접착상태를 견고하게 유지하기 위한 것으로, 라미네이트 열 가압방식을 적용할 수 있도록 함으로써, 간편한 제조공정의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 생산성의 향상을 도모하는 기술적인 특징이 발휘된다.

이상과 같은 본 발명의 상세한 설명은 발명에 대한 이해를 돕고자 특정 실시형태를 대표적으로 예시하였으나, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 개념을 이탈하지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 또는 변경 실시될 수 있는 것 또한 본 발명의 청구범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 집열판 일체형 태양광발전모듈을 분리상태로 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 집열판 일체형 태양광발전모듈을 결합상태로 도시한 사시도.

도 3은 도 2에 표시된 "A-A"선에 따른 본 발명의 단면상태를 각각 도시한 것으로, 도 3a는 집열판의 매체이송로에 대한 한 실시형태, 도 3b는 다른 실시형태, 도 3c는 또 다른 실시형태를 도시한 도면.

도 4는 도 2에 표시된 "B-B"선에 따른 본 발명의 단면상태를 각각 도시한 것으로, 도 4a는 헤드관로에 대한 한 실시형태, 도 4b는 다른 실시형태, 도 4c는 또 다른 실시형태를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 집열판 일체형 태양광발전모듈을 분리상태로 도시한 사시도.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 집열판 일체형 태양광발전모듈을 분리상태로 도시한 사시도.

도 7은 단결정 실리콘 태양전지의 온도변화에 따른 전류 및 전압의 특성을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 투명커버 20 : 태양전지모듈

30 : 집열판 31 : 매체이송로

32 : 스크레치홈 33 : 코팅막

40 : 헤드관로 50 : 투명테들러

60 : 블랙시트 70 : 에바접착시트

80 : 태양광발전모듈

Claims (4)

1. 태양 빛을 투과시키면서 외력에 의한 손상을 방지하기 위한 투명커버(10)와;

   투명커버(10) 하단에 배치되어 투과된 태양 빛으로부터 전기력을 일으켜 모으는 태양전지모듈(20)과;

   태양전지모듈(20) 후면에 배치되고, 내부에는 다공(多孔) 형태의 매체이송로(31)가 일체로 형성된 집열판(30)과;

   집열판(30)의 매체이송로(31)와 연계되게 양단에 형성되며, 투명커버(10)와 태양전지모듈(20)의 양단을 일괄 구속하는 헤드관로(40)를 포함하여 발전 및 집열효율을 높일 수 있도록 구성된, 집열판 일체형 태양광발전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 태양전지모듈(20)과 집열판(30) 사이에 투명테들러(50) 또는 블랙시트(60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는, 집열판 일체형 태양광발전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 투명커버(10)는 저철분 강화유리로 구성된 것을 특징으로 하는, 집열판 일체형 태양광발전장치.
4. 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 태양광발전장치(80)는 서로 맞대어진 기술구성 간에 에바접착시트(70)를 삽입하여 라미네이트 열 가압방식에 의해 일체로 구성된 것을 특징으로 하는, 집열판 일체형 태양광발전장치.

Images