KR101213768B1

KR101213768B1 - 태양광발전장치

Info

Publication number: KR101213768B1
Application number: KR1020110012528A
Authority: KR
Inventors: 최유심; 최종섭; 안행수
Original assignee: 에스이티 주식회사; 최유심; 초이스라이텍 주식회사
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-12-20
Also published as: KR20120092458A

Abstract

본 발명은 태양광발전장치에 관한 것으로서 베이스와, 베이스의 제1영역의 내부에 상호 이격되게 몰딩된 다수의 태양전지셀들과, 베이스의 상면으로 입사되는 태양광 중 베이스의 제1영역을 제외한 나머지 제2영역으로 입사되는 태양광을 베이스의 저면으로 입사되게 유도하는 광유도수단을 구비한다.
본 발명에 따른 태양광발전장치에 의하면 태양으로부터 직접 입사되는 태양광과 지면으로부터 반사되는 태양광을 모두 이용하여 발전할 수 있고, 베이스에 상호 이격 되게 배열고정되는 다수의 태양전지모듈 사이로 입사되는 태양광을 베이스의 저면에 설치된 태양전지모듈로 입사시킬 수 있어 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광발전장치{solar power generation device}

본 발명은 태양광발전장치에 관한 것으로서, 태양광발전모듈이 설치된 베이스의 상면으로 입사되는 태양광을 베이스의 저면으로 유도하여 발전할 수 있는 태양광발전장치에 관한 것이다.

태양광발전장치는, 태양전지에 태양광이 조사되도록 하여 전기를 얻는 장치이다.

태양전지는 p-형 반도체와 n-형 반도체가 접합된 소자로서, 두 반도체의 접합부에 태양광이 조사되면 광자를 흡수하여 한 쌍의 전자와 정공이 생기게 되는데 전자와 정공이 각각 n-형 반도체와 p-형 반도체 측으로 이동함으로써 전기가 얻어지게 된다.

상기와 같은 태양전지 다수가 결합된 태양전지모듈을 이용하여 전기를 생산하는 태양광발전장치는 태양전지모듈의 수광방법에 따라서 태양전지모듈로 태양광이 직접 조사되는 직접수광식과, 프레넬 렌즈와 같은 집속렌즈 또는 반사판 등을 사용하여 집광된 태양광이 태양전지모듈에 조사되도록 하는 집광식으로 구분할 수 있으며, 태양전지모듈의 움직임에 따라 태양전지모듈이 움직이지 않는 고정식과, 태양전지모듈이 태양을 따라 움직이는 추적식으로 구분할 수 있다.

그러나 상기의 집광식발전 방식과 추적식 발전방식은 구조가 복잡할 뿐만 아니라 고가이기 때문에, 대단위 전력설비로는 적합하나, 가로등을 비롯한 소규모 장치에는 직접수광식이면서 고정식 태양광발전장치가 널리 사용되고 있다.

직접수광식이면서 고정식인 종래의 태양광발전장치는 태양전지모듈의 수광면이 태양의 남중고도각을 향하도록 고정설치되는데, 태양전지모듈은 고정되어 있고 태양으로부터 입사되는 태양광의 입사각은 변화되기 때문에 발전효율이 떨어지는 단점이 있다. 그리고 태양의 남중고도각은 계절에 따라 변화하나, 종래의 태양광발전장치는 태양전지판이 특정 시점의 남중고도각에 고정되어 있기 때문에, 태양전지판의 수광면과 남중고도각이 직각을 이루지 못하는 경우에는 그 효율이 더욱 떨어지게 되는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고정식 태양광발전장치의 주변으로 입사되는 태양광을 태양전지모듈로 반사시키는 반사판을 설치하는 경우 반사판을 설치됨으로써 태양전지모듈이 설치될 수 있는 부지가 제한되어 발전량이 저하되고, 반사판의 설치에 소요되는 비용이 추가된다는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양전지모듈을 지지하는 베이스의 상면으로 입사되는 태양광을 이용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라, 베이스의 저면에 설치된 태양전지모듈방향으로 태양광을 유도하여 발전할 수 있는 태양광발전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전장치는 베이스와, 상기 베이스의 제1영역의 내부에 상호 이격되게 몰딩된 다수의 태양전지셀들과, 상기 베이스의 상면으로 입사되는 태양광 중 상기 베이스의 제1영역을 제외한 나머지 제2영역으로 입사되는 태양광을 상기 베이스의 저면으로 입사되게 유도하는 광유도수단을 구비한다.

상기 광유도수단은, 상기 베이스의 상면의 제2영역에 설치되어 상기 베이스 상면의 제2영역으로 입사되는 태양광을 집속하여 투명소재의 상기 베이스를 통해 하방으로 전달하는 광집속부와, 상기 베이스 저면의 제2영역에 설치되어 상기 광집속부에 의해 집속되어 상기 베이스를 통해 전달되는 태양광을 상기 태양전지셀 방향으로 반사시키는 반사부를 구비한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광발전장치는 다수의 태양전지셀들이 상호 인접되게 배열형성된 태양전지모듈과, 상기 태양전지모듈의 가장자리에 결합되어 상기 태양전지모듈을 지지하는 것으로 상기 태양전지모듈의 주변으로 입사되는 태양광을 상기 태양전지모듈의 저면방향으로 유도하는 광유도수단을 구비한다.

상기 광유도수단은, 상기 태양전지모듈의 가장자리를 둘러싸도록 형성되되 하부가 상기 태양전지모듈 방향으로 경사지게 형성된 경사면을 가지며 태양광이 투과할 수 있게 투명소재로 형성된 지지틀과, 상기 경사면에 설치되어 지지틀을 통해 전달되는 태양광을 상기 제2태양전지모듈 방향으로 반사시키는 반사부를 구비한다.

본 발명에 따른 태양광발전장치는 베이스의 상면에 설치된 태양전지모듈 뿐만 아니라 베이스의 저면에 설치된 태양전지모듈을 통해 발전할 수 있어 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 태양광발전장치는 태양전지모듈의 주변으로 입사되는 태양광을 베이스의 저면방향으로 유도하여 베이스의 저면에 설치된 태양전지모듈의 발전효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제1실시 예를 도시한 부분 절개 확대 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 태양광발전장치를 도시한 단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 광반사부의 다른 실시 예를 나타낸 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제2실시 예를 도시한 부분 절개 확대 사시도이며,
도 5는 도 4에 도시된 태양광발전장치를 발췌한 부분 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제3실시 예를 도시한 분리사시도이며,
도 7은 도 6의 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양광발전장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 2에는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제1실시 예가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 태양광발전장치는 베이스(10)와, 다수의 태양전지셀(20)들과, 광유도수단(30)을 구비한다.

베이스(10)는 평판 형상으로 형성되어 있고, 상면(11)과 저면(12)을 가지며 태양광이 투과할 수 있게 투명소재로 형성되어 있다. 베이스(10)는 일 예로 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리메타아크릴레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등으로 이루어질 수 있다.

태양전지셀(20)은 양면에서 입사되는 태양광을 이용하여 전기에너지를 생성할 수 있는 양면 발전형 태양전지셀이 적용되었다.

베이스(10)의 제1영역의 내부에는 다수의 태양전지셀(20)들이 일정 패턴으로 상호 이격되게 몰딩되어 있다. 여기서, 제1영역은 태양전지셀(20)들이 베이스(10)의 내부에서 상호 이격되게 배열된 자리 즉, 태양전지셀(20)이 위치되는 베이스(10)의 일정 부분을 말한다.

한편, 베이스(10)에는 다수의 태양전지셀(20)들로 구성된 태양전지모듈이 몰딩될 수도 있다. 이 경우, 각 태양전지셀(20)에서 생산된 전기가 흐를 수 있는 회로가 더 구비되는 것이 바람직하다.

이하에서 베이스(10)의 상면(11)과 동일한 방향을 향하도록 베이스(10)에 설치되는 태양전지셀(20)의 일 측면은 제1면이라하고, 베이스(10)의 저면(12)과 동일한 방향을 향하도록 베이스(10)에 설치되는 제1면에 대향되는 면은 제2면이라 한다.

광유도수단(30)은 베이스(10)의 상면(11)으로 입사되는 태양광 중 베이스(10)의 제1영역을 제외한 나머지 제2영역으로 입사되는 태양광을 베이스(10)의 저면(12)으로 입사되게 유도하는 것으로, 광집속부(31)와 반사부(32)를 구비한다.

광집속부(31)는 베이스(10) 상면(11)의 제2영역으로 입사되는 태양광을 집속하여 베이스를 통해 하방으로 전달하는 것으로서, 베이스(10) 상면(11)의 제2영역에 설치되어 있다.

광집속부(31)는 도시된 바와 같이 제2영역의 일부에만 형성될 수도 있으나, 제2영역을 모두 커버하도록 형성되는 것이 바람직하다.

광집속부(31)는 상부가 태양광이 굴절되어 집속될 수 있게 곡률을 갖는 곡면형상으로 형상되고 하부는 베이스(10)의 상면에 밀착되게 평탄한 면을 갖도록 형성되어 있다. 도시된 바와는 다르게 광집속부(31)는 상부가 프레넬 렌즈와 같은 요철구조로 형성될 수도 있다.

반사부(32)는 베이스(10) 저면(12)의 제2영역에 설치되고, 광집속부(31)에 의해 집속되어 베이스(10)를 통해 전달되는 태양광을 태양전지셀(20)의 제2면으로 반사시키는 것으로, 지지부재(32a)와 반사판(32b)을 구비한다.

지지부재(32a)는 베이스(10) 저면(12)의 제2영역을 따라 설치되어 있고, 베이스(10)를 통해 전달되는 태양광이 투과될 수 있게 투명소재로 형성되어 있다.

지지부재(32a)는 태양광이 베이스(10)로부터 지지부재(32a)로 입사되면서 베이스(10)와 지지부재(32a)의 경계면에서 굴절되어 태양전지셀(20)로 많은 양이 입사될 수 있도록 베이스(10)와 다른 굴절률을 갖는 재질로 형성될 수도 있다.

반사판(32b)은 베이스(10)의 제2영역으로 입사되는 태양광을 상호 인접되는 각 태양전지셀(20)의 제2면으로 반사될 수 있게 일 측면과 타 측면이 상호 교차되게 단면 형상이 역'V'자 형상을 가지며 각 측면은 베이스(10)의 저면(12)에 대하여 경사진 구조를 갖도록 형성되어 있다. 반사판(32b)은 도시된 바와 같이 각 측면이 평탄하게 형성될 수도 있고, 이와는 다르게 각 측면이 하부로 볼록한 형상으로 형성될 수도 있다.

한편, 반사부(32)는 도 3에 도시된 바와 같이 지지부재(32a)가 생략되고 반사판(32b)으로만 구성될 수도 있다.

도 3을 참조하면, 베이스(10) 저면(12)의 제2영역에는 태양전지셀(20)이 몰딩된 내부방향으로 인입된 인입홈이 다수 형성되어 있고, 각 인입홈에는 인입홈에 대응되는 형상으로 형성된 반사판(32b)이 부착되어 있다.

각 태양전지셀(20)들은 베이스(10)의 상면(11)과 저면(12)의 중심으로부터 상방으로 편향된 위치에 몰딩될 수 있다.

각 태양전지셀(20)들은 도시된 바와는 다르게 태양전지셀(20)의 제2면으로 입사되는 태양광의 양을 증가시킬 수 있게 반사판(32b)이 하부로 더 연장된 구조를 가질 수도 있다.

도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제2실시 예가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 태양광발전장치는 태양전지모듈(120)과, 광유도수단(130)을 구비한다.

태양전지모듈(120)은 다수의 태양전지셀(121)들이 상호 인접되게 배열형성되어 있으며, 태양전지셀(121)의 상면에는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)(122)가 결합되어 있고, 에틸렌 비닐 아세테이트(122)의 상면에는 강화유리(123)가 결합되어 있으며 태양전지모듈의 하부 또한 동일한 구조로 결합되어 있다.

여기서, 태양전지모듈(120)은 상부와 하부에 각각 결합되는 강화유리(123)에 의해 지지된다.

본 실시 예에서 태양전지셀(121)은 양면에서 입사되는 태양광을 이용하여 각각 전기에너지를 생성할 수 있게 상면에 형성된 제1면과 저면에 형성된 제2면을 갖는 양면 발전형 태양전지가 적용되었다.

광유도수단(130)은 상호 인접되게 배열된 태양전지모듈(120)의 가장자리에 결합되어 태양전지모듈(120)을 지지하는 것으로 태양전지모듈(120)의 주변으로 입사되는 태양광을 태양전지셀(121)의 제2면으로 유도한다.

광유도수단(130)은 지지틀(131)과, 반사부(132)를 구비한다.

지지틀(131)은 태양광이 투과될 수 있게 투명소재로 이루어져 있고, 태양전지모듈(120)의 가장자리를 둘러싸도록 형성되어 있다.

지지틀(131)은 태양전지모듈(120)의 측면을 감싸도록 형성되어 있고 후술 되는 반사부(132)에 의해 태양전지셀(121)의 제2면으로 태양광이 입사되도록 하부 외측은 곡면 형상을 갖는다.

한편, 지지틀(131)의 하부는 도시된 바와는 다르게 태양전지모듈(120)에 대해 일정한 기울기를 갖는 평면 형상으로 형성될 수도 있다.

지지틀(131)은 지면에 설치된 지지프레임(190)에 지지되어 있다. 지지프레임(190)에는 태양의 남중고도와 일주주기에 따라 태양전지셀(121)로 입사되는 태양광이 제1면 대해 수직되는 방향으로 입사될 수 있게 액추에이터(191)가 설치되어 있다.

반사부(132)는 지지틀(131)을 통과하는 태양광을 태양전지모듈(120)의 제2면방향으로 반사시키도록 지지틀(131)의 하부에 부착되어 있다. 반사부(132)는 지지틀(131)의 하부 형상과 대응되는 형상을 갖는 거울이 부착될 수 있다.

또한, 도면에 도시되어 있지 않지만 반사부(132)는 지지틀(131)의 하부뿐만 아니라 지지틀(131)의 상부 외주면으로 연장되어 부착될 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 태양전지모듈(120)의 주변으로 입사되는 태양광들은 지지틀(131)을 통과하여 반사부(132)에 의해 반사되어 태양전지모듈(120)의 제2면으로 반사된다.

한편, 도 6 및 도 7에는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 제3실시 예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 태양광발전장치는 베이스(100)와, 다수의 태양전지모듈조립체(200)를 구비한다.

베이스(100)는 태양전지모듈조립체(200)가 각각 삽입장착될 수 있게 다수의 장착홀(111)이 형성되어 있으며, 지면으로부터 일정 높이로 이격되게 지면에 대하여 지지하는 지지프레임(290)과 연결되어 있다.

태양전지모듈조립체(200)는 지지판(210)과, 제1태양전지모듈(220)과, 제2태양전지모듈(230)과, 결합프레임(240)과, 가이드프레임(250)과, 결합프레임(240)과 가이드프레임(250)을 연결하는 연결프레임(270) 및 광유도수단을 구비한다.

지지판(210)은 평판형상으로 형성되어 있고, 상면과 저면을 가지며, 상면과 저면에는 제1태양전지모듈(220)과 제2태양전지모듈(230)이 각각 부착되어 있다. 제1태양전지모듈(220) 및 제2태양전지모듈(230)은 지지판(210)의 상면 및 저면에 각각 접착제를 이용하여 부착될 수도 있고 볼트체결될 수도 있다.

도시된 바와는 다르게 지지판(210)은 투명소재로 이루어질 수 있고, 지지판(210)의 내부에는 본 발명의 제1실시 예에서 설명한 양면 발전형 태양전지셀(20)이 몰딩될 수 있다.

결합프레임(240)은 지지판(210)과 제1태양전지모듈(220) 및 제2태양전지모듈(230)을 밀착되게 결합시키는 것으로서, 측벽(241)과 제1단속부(242)와 제2단속부(243)를 포함한다.

측벽(241)은 제1태양전지모듈(220)과 제2태양전지모듈(230) 및 지지판(210)의 각 측방을 감싸도록 상부 및 하부가 개방되고 내부가 빈 사각 관 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 측벽(241)의 내주면은 제1태양전지모듈(220)과 제2태양전지모듈(230) 및 지지판(210)의 각 측면에 접촉되어 있다.

제1단속부(242)는 측벽(241)의 상단으로부터 내측으로 연장되어 제1태양전지모듈(220)의 가장자리 일부분을 감싸도록 형성되어 있다.

제2단속부(243)는 측벽(241)의 하단으로부터 내측으로 연장되어 제2태양전지모듈(230)의 가장자리 일부분을 감싸도록 형성되어 있다.

가이드프레임(250)은 결합프레임(240)과 일정 간격으로 이격되고 결합프레임(240)을 둘러싸는 방향으로 형성된 것으로, 수직벽(251)과 경사면(253)을 구비한다.

수직벽(251)은 상부 및 하부가 개방되며, 내부가 빈 사각 관 형상으로 형성되어 있다. 수직벽(251)은 결합프레임(240)의 측벽(241)에 대향되는 방향으로 형성되고 측벽(241)을 둘러싸는 방향으로 형성되며 측벽(241)과 소정간격으로 이격되게 형성된 다수의 면을 갖도록 형성되어 있다.

수직벽(251)에는 태양전지모듈조립체(200)가 베이스(100)의 장착홀(111)에 삽입장착될 시 빠지지 않도록 상부 가장자리로부터 수직벽(251)과 멀어지는 방사상 방향으로 연장형성된 걸림턱(252)이 형성되어 있다.

광유도수단은 결합프레임(240)의 측벽(241)과 가이드프레임(250)의 수직벽(251)이 이격된 공간(이하 '유도공간(260)'이라 함)으로 입사되는 태양광을 지지판(210)의 저면에 설치된 제2태양전지모듈(230) 방향으로 유도하는 것으로서, 본 실시 예에서는 가이드프레임(250)의 수직벽(251)과, 경사면(253)에 의해 구현된다.

경사면(253)은 수직벽(251)의 하단으로부터 측벽(241)의 하단보다 하방으로 더 연장되되 유도공간으로 입사되는 태양광을 상기 제2태양전지모듈(230)로 입사시킬 수 있게 하방으로 갈수록 가이드프레임(250)의 내측 방향으로 휘어지게 형성되어 있다.

경사면(253)은 태양광을 반사시킬 수 있는 소재로 형성되어 있다. 이와는 다르게 경사면(253)의 내주면에는 거울이 부착되거나 반사물질이 코팅된 코팅층이 더 형성될 수도 있다.

도 7에 도시된 바와 같이 유도공간으로 입사되는 태양광은 가이드프레임(250)을 따라서 베이스(100)의 하방으로 진행하면서 가이드프레임(250)의 경사면(253)에 의해 지지판(210)의 저면에 설치된 제2태양전지모듈(230)로 반사된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 태양광발전장치에 의하면 태양으로부터 직접 입사되는 태양광과 지면으로부터 반사되는 태양광을 모두 이용하여 발전할 수 있고, 베이스에 상호 이격되게 배열고정되는 각각의 태양전지모듈 사이로 입사되는 태양광을 베이스의 저면에 설치된 태양전지모듈로 입사시킬 수 있어 발전효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

이상에서 설명된 본 발명에 따른 태양광발전장치는 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

10 : 베이스
20 : 태양전지셀 30 : 광유도수단
31 : 광집속부 32 : 반사부
200 : 모듈조립체 210 : 지지판
220 : 제1태양전지모듈 230 : 제2태양전지모듈
240 : 결합프레임 250 : 가이드프레임
260 : 유도공간

Claims

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지면으로부터 이격되게 설치되고 복수의 장착홀이 마련된 베이스와;
상기 장착홀에 각각 장착되는 태양전지모듈조립체;를 구비하고,
상기 태양전지모듈조립체는 평판 형상으로 형성되고 상면과 저면을 가지며 상면과 저면에 각각 제1태양전지모듈과 제2태양전지모듈이 부착된 지지판과, 상기 지지판과 상기 제1태양전지모듈 및 상기 제2태양전지모듈을 상하로 밀착되게 결합시키는 결합프레임과, 상기 결합프레임과 소정간격 이격되고 상기 결합프레임을 둘러싸도록 형성되며 상기 장착홀에 삽입 장착되는 가이드프레임과, 상기 결합프레임과 상기 가이드프레임을 연결하는 연결프레임을 포함하며,
상기 결합프레임은 상기 제1태양전지모듈과 상기 제2태양전지모듈 및 상기 지지판의 측방을 감싸도록 형성된 측벽과, 상기 측벽의 상단과 하단으로부터 상기 제1태양전지모듈과 상기 제2태양전지모듈의 가장자리 일부분을 감싸도록 내측으로 연장된 제1단속부와 제2단속부를 구비하고,
상기 가이드프레임은 상부 및 하부가 개방되고 상기 측벽과 소정간격 이격되는 다수의 면을 갖는 수직벽과, 상기 수직벽의 상단으로부터 방사상으로 연장되어 상기 베이스의 상면에 걸림 지지되는 걸림턱과, 상기 수직벽의 하단으로부터 상기 측벽의 하단보다 하방으로 길게 연장되고 상기 측벽과 상기 수직벽 사이에 형성된 유도공간으로 입사되는 태양광을 상기 제2태양전지모듈로 입사시킬 수 있게 하방으로 연장될수록 상기 가이드프레임의 내측 방향으로 휘어지게 형성되며 내주면에 반사물질이 코팅된 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광발전장치.