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KR101026743B1 - 집광형 태양광 장치의 하우징 - Google Patents

집광형 태양광 장치의 하우징 Download PDF

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Abstract

일체형 프레즈널 렌즈가 상부에 설치되고, 바닥에 방열판을 지지하기 위한 방열판 지지구가 다수 개 배치되며, 상기 방열판 지지구는 상기 방열판의 일부를 외부로 노출하기 위한 관통공을 구비하고, 상기 프레즈널 렌즈를 지지하기 위한 다수 개의 렌즈 지지대가 상기 바닥에 고정되는 집광형 태양광 장치의 하우징가 개시된다.
태양전지, 솔라 셀, 방열, 효율, 프레즈널 렌즈, 방열판, 케이싱

Description

집광형 태양광 장치의 하우징{Housing for photovoltic generating module}
본 발명은 집광형 태양광 장치의 하우징에 관한 것으로, 특히 기계적 강도를 높이면서 제조원가를 줄이며 방열능력이 우수한 하우징에 관련한다.
최근 들어 국내외적으로 에너지 문제가 심각해지면서 태양전지가 각광을 받게 되어 개발이 활발히 이루어지고 있는바, 태양 광을 반사나 굴절 없이 다중 셀에 직접 입사하는 태양전지와, 다중 셀 앞에 반사체를 설치하여 태양 광을 집광하는 집광형 태양전지가 있다.
그러나 집광형 태양전지는 태양 광을 직접 입사하는 태양전지의 발전효율보다 실질적으로 높지 않게 되는데, 그 이유는 집광형 태양전지의 경우, 셀의 발전출력 효율에 투과율이나 반사율을 곱한 값이 되기 때문이다. 즉, 셀의 경우 입사 태양 광 출력에 대한 발전출력의 비율인 전력변환 효율 수준이 약 15% 라고 할 때, 집광형 태양전지의 발전효율은 투과율이나 반사율이 90% 라면, 15% × 90% = 13.5%가 되어 실질적으로 발전효율이 높지 않게 된다.
그래서 높은 전력변환 효율을 얻기 위하여 그 중의 하나로 셀의 상부에 프레즈넬 렌즈(Fresnel Lens)를 구비하여 입사되는 태양 광을 500배 이상으로 셀에 집 중함으로써, 전력 변환 효율을 증대하도록 하였다.
그러나 태양 광이 500배 이상으로 하나의 셀에 집중되게 되므로, 셀의 온도를 급상승하게 되어, 오히려 전력 변환 효율을 저하하는 요인으로 작용하게 되는 문제점을 가지게 되었다.
따라서 급상승하는 셀의 온도를 낮추기 위하여, 셀을 외력으로 보호하는 케이스에 다수의 핀을 갖는 방열판을 부착한 것이 있으나, 이는 태양전지 전체의 열을 방열하는 것이기에, 셀의 온도를 낮추는데에는 미흡한 점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 방열능력이 우수한 집광형 태양광 장치의 하우징을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 방열능력이 우수하고 기계적 강도를 높이면서 제조원가를 줄일 수 있는 집광형 태양광 장치의 하우징을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 일체형 프레즈널 렌즈가 상부에 설치되고, 바닥에 방열판을 지지하기 위한 방열판 지지구가 다수 개 배치되며, 상기 방열판 지지구는 상기 방열판의 일부를 외부로 노출하기 위한 관통공을 구비하고, 상기 프레즈널 렌즈를 지지하기 위한 다수 개의 렌즈 지지대가 상기 바닥에 고정되는 집광형 태양광 장치의 하우징에 의해 달성된다.
여기서, 상기 하우징은 엔지니어링 플라스틱 또는 알루미늄으로 제작될 수 있다.
바람직하게, 상기 방열판은 본체와 상기 본체 이면에 일체로 형성되어 상기 관통공을 통해 외부로 노출되는 방열핀으로 이루어지고, 상기 방열판 지지구는, 상기 본체가 수납되도록 상기 하우징의 바닥 표면으로부터 돌출되는 사각 링 형상의 지지돌기와 상기 하우징의 바닥 이면으로부터 돌출된 사각 링 형상의 보호돌기를 포함하며, 상기 지지돌기 내부에서 상기 지지돌기와 보호돌기의 경계에서 턱이 형성된다.
바람직하게, 상기 지지돌기의 높이는 상기 본체보다 높게 형성되고, 상기 보호돌기의 높이는 적어도 방열핀의 높이와 같다.
또한, 상기 본체를 상기 지지돌기 내부에 수납하기 전에 상기 턱에 실리콘을 도포하고 난 다음, 상기 본체를 나사로 상기 턱에 고정할 수 있다.
바람직하게, 상기 방열판은 본체와 상기 본체 이면에 일체로 형성되어 상기 관통공을 통해 외부로 노출되는 방열핀으로 이루어지고, 상기 방열판 지지구는 상기 관통공 표면과 이면 가장자리를 따라 사각 링 형상의 절연 방수 패킹이 설치되며, 표면에 설치된 방수 패킹 위에 방열판이 놓여 상기 본체의 네 모서리에 형성된 나사공에 절연 부싱이 끼워지고, 볼트가 상기 절연 부싱에 끼워져 상기 볼트는 이면에 설치된 방수 패킹 이면에서 너트로 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 프레즈널 렌즈는 각각 분리된 다수개의 프레즈널 렌즈를 접합하여 일체형으로 만들어지고, 상기 일체형으로 제작된 프레즈널 렌즈 가장자리에 프레임을 적용할 수 있다.
또한, 상기 일체형 프레즈널 렌즈는, PMMA 시트 위에 각각의 프레즈널 렌즈를 접합하여 만들거나, 각각의 프레스널 렌즈를 화학 용접하여 만들 수 있다.
상기의 구조에 의하면, 방열능력이 우수하며, 이와 함께 기계적 강도를 높이면서 제조원가를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 하우징을 나타내는 일부 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 하우징(100)은 상부가 개구되고 4개의 측면(102)과 바닥(104)으로 이루어지며, 바닥(104)에는 방열판(150)을 설치하기 위한 방열판 지지구(110)가 형성된다.
또한, 상부 개구를 기준으로 하부로 갈수록 면적이 작아지도록 측면(102)에 경사를 줌으로써 외부 풍압에 저항을 덜 받으며, 소모되는 원자재의 양을 줄여 원가를 절감할 수 있다.
하우징(100)은 엔지니어링 플라스틱으로 제작하여 강도 및 열적 물성 등에 있어서 범용 플라스틱의 단점을 보완하였으며 금속 재질보다 가벼우며 원가절감의 효과를 갖는다.
여기에 사용된 플라스틱은 PC, ABS, 폴리아미드(PolyAmid) 또는 저비중 GMT 등의 소재이며 물리적 성질을 증대시키기 위하여 섬유소를 첨가할 수 있고, 열전도도를 향상시키기 위하여 금속 분말 등을 컴파운딩하여 복합 소재로 제작할 수 있다.
바람직하게, 플라스틱의 기계적 강도를 더 높이기 위하여 금속 프레임으로 뼈대를 만들어 인서트 사출을 함으로써 강도 향상과 함께 작업성을 향상시킬 수 있다.
하우징(100)의 대향하는 측면에는 공기필터(120)가 설치된다. 공기필터(120)는 하우징(100) 내부와 외부의 공기를 순환시키는 필터로써 공기를 통과시키지만 수분은 통과시키지 않는 소재로 만들어진다. 이러한 구조에 의하면, 공기 순환으로 인한 하우징(100) 내부 온도를 낮추는 역할을 하여 태양전지의 효율을 극대화하며 전지의 수명을 연장하는 역할을 하게 된다. 또한, 공기만을 순환시키고 수분의 유입을 방지함으로써 부식을 방지한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 지지구(110)를 나타내는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 방열판(150)은, 가령 직육면체 형상의 본체(151)의 표면에 호퍼 형상의 반사체(158)가 설치되고 네 모서리에 나사공(154)이 관통 형성되며, 이면에 다수의 방열핀(156)이 일체로 형성된다. 여기서, 방열핀(156)은 공기와의 접촉 면적을 넓히고 방열효과를 극대화시켜 집광과 집열에 따른 태양전지의 부하를 줄이고 전지 효율을 증대시키며 수명을 연장하는 효과를 나타낸다.
방열판 지지구(110)는 방열판의 본체(151)가 수납되도록 하우징(100)의 바닥(104)으로부터 돌출되는 사각 링 형상의 지지돌기(112)와 하우징(100)의 바닥(104) 이면으로 노출되는 방열핀(156)을 외부의 충격으로부터 보호하기 위해 바닥 이면으로부터 돌출된 사각 링 형상의 보호돌기(114)를 포함한다. 따라서, 지지돌기(112)와 보호돌기(114) 사이에는 방열핀(156)이 노출되도록 하는 관통공이 형성되며, 이들의 경계에서 턱(113)이 형성된다.
지지돌기(112)와 보호돌기(114)는 하우징(100)과 함께 일체로 사출되는데, 지지돌기(112)의 높이를 방열판(150)보다 높게 형성하여 외부로부터 물이 유입되었을 경우 지지돌기(112)에 의해 걸려 태양전지에 물이 닿지 않고 흐를 수 있도록 하 는 것이 바람직하다.
방열판(150)의 본체(151)를 지지돌기(112) 내부에 수납하기 전에 턱(113)에 실리콘을 도포하고 난 다음, 방열판(151)을 끼워 넣어서 나사(152)로 방열판(150)을 고정한다.
또한, 보호돌기(114)는 외부의 물리적 충격으로부터 방열핀(156)을 보호하기 위해 적어도 방열핀(156)과 같은 높이로 형성된다.
한편, 하우징(100)의 바닥(104)에는 적절한 위치에 렌즈 지지대(130)가 설치되는데, 가령, 하우징(100)의 바닥 이면에서 나사 등을 이용하여 결합 고정할 수 있다.
바람직하게, 렌즈 지지대(130)의 상단은 프레즈널 렌즈(200)의 곡률을 수용하도록 일정한 곡률로 만곡을 이루고 있다.
렌즈 지지대(130)는 프레즈널 렌즈(200)를 지지함으로써 프레즈널 렌즈(200)가 처지거나 이탈하는 것을 방지하여 정밀도 있게 집광하여 태양전지의 효율을 극대화시키는 역할을 한다.
도 1을 참조하면, 프레즈널 렌즈(200)는 각각 분리된 다수개의 프레즈널 렌즈를 접합하여 일체형으로 만들어 작업의 효율성을 높이고 간소화할 수 있다. 가령, PMMA 시트 위에 각각의 프레즈널 렌즈를 접합하여 일체형으로 만들거나, 각각의 프레스널 렌즈를 화학 용접하여 일체형으로 만들 수 있다.
이러한 구조에 의하면, 렌즈 고정프레임을 사용하지 않아도 되기 때문에 원가 절감을 가져오며 일체형이기 때문에 방수문제도 해결된다는 이점이 있다.
또한, 일체형으로 제작된 프레즈널 렌즈(200) 가장자리에 프레임(210)을 적용하여 작업의 효율성을 높일 수 있다. 이 프레임(210)은 렌즈를 금형하는 과정에서 렌즈와 일체로 만들어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 지지구를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 하우징(100)은 알루미늄으로 제작되고, 방열판 지지구(110')의 관통공 표면과 이면 가장자리를 따라 사각 링 형상의 절연 방수 패킹(170, 172)이 설치되며, 표면에 설치된 방수 패킹(170) 위에 방열판(150)이 놓인다.
이때, 방열판(150)과 하우징(100)을 절연시키기 위하여 방열판(150)의 본체(151) 네 모서리에 형성된 나사공(164)에는 절연 부싱(166)이 끼워지며, 절연 부싱(166)에 볼트(162)가 끼워져 이면에 설치된 방수 패킹(172) 이면에서 너트로 고정된다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 하우징을 나타내는 일부 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방열판 지지구(110)를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방열판 지지구를 나타내는 단면도이다.

Claims (8)

  1. 집광형 태양광 장치의 하우징에 있어서,
    일체형 프레즈널 렌즈가 상부에 설치되고, 바닥에 방열판을 지지하기 위한 방열판 지지구가 다수 개 배치되고, 상기 방열판 지지구는 상기 방열판의 일부를 외부로 노출하기 위한 관통공을 구비하며,
    상기 방열판은 본체와 상기 본체 이면에 일체로 형성되어 상기 관통공을 통해 외부로 노출되는 방열핀으로 이루어지고,
    상기 방열판 지지구는, 상기 본체가 수납되도록 상기 바닥의 표면으로부터 돌출되는 사각 링 형상의 지지돌기와 상기 바닥의 이면으로부터 돌출된 사각 링 형상의 보호돌기를 포함하며,
    상기 지지돌기 내부에서 상기 지지돌기와 보호돌기의 경계에서 턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  2. 일체형 프레즈널 렌즈가 상부에 설치되고, 바닥에 방열판을 지지하기 위한 방열판 지지구가 다수 개 배치되고, 상기 방열판 지지구는 상기 방열판의 일부를 외부로 노출하기 위한 관통공을 구비하며,
    상기 방열판은 본체와 상기 본체 이면에 일체로 형성되어 상기 관통공을 통해 외부로 노출되는 방열핀으로 이루어지고,
    상기 방열판 지지구는 상기 관통공 표면과 이면 가장자리를 따라 사각 링 형상의 절연 방수 패킹이 설치되며,
    표면에 설치된 방수 패킹 위에 방열판이 놓여 상기 본체의 네 모서리에 형성된 나사공에 절연 부싱이 끼워지고, 볼트가 상기 절연 부싱에 끼워져 상기 볼트는 이면에 설치된 방수 패킹 이면에서 너트로 고정되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 하우징은 엔지니어링 플라스틱 또는 알루미늄으로 제작되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 프레즈널 렌즈를 지지하기 위한 다수 개의 렌즈 지지대가 상기 바닥에 고정되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지돌기의 높이는 상기 본체보다 높게 형성되고, 상기 보호돌기의 높이는 적어도 방열핀의 높이와 같은 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체를 상기 지지돌기 내부에 수납하기 전에 상기 턱에 실리콘을 도포하고 난 다음, 상기 본체를 나사로 상기 턱에 고정하는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 프레즈널 렌즈는 각각 분리된 다수개의 프레즈널 렌즈를 접합하여 일체형으로 만들어지고,
    상기 일체형으로 제작된 프레즈널 렌즈 가장자리에 프레임을 적용한 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 일체형 프레즈널 렌즈는, PMMA 시트 위에 각각의 프레즈널 렌즈를 접합하여 만들거나, 각각의 프레스널 렌즈를 화학 용접하여 만드는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광 장치의 하우징.
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