KR100970083B1 - Apparatus for concentrating solar light - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양에너지 집광렌즈 및 장치에 관한 것으로, 특히 저밀도의 태양에너지를 고밀도의 태양에너지로 바꾸어 태양전지 또는 태양열 집열기에 조사시킴으로써 태양에너지의 광 집적도를 최대화하여 태양에너지 발전장치의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양에너지 발전용 집광장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar energy condenser lens and device, and in particular, by converting low-density solar energy into high-density solar energy and irradiating it with a solar cell or a solar heat collector, the light intensity of solar energy is maximized to improve energy efficiency of the solar energy generator. It relates to a solar energy condensing device that can be made.
도1은 일반적인 태양광 또는 태양열 발전 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a general photovoltaic or solar power generation system.
일반적으로 태양에너지를 이용한 발전장치는 태양광 발전장치와 태양열 발전장치로 나뉘어 진다.In general, a solar power generator is divided into a solar power generator and a solar power generator.
태양광 발전장치는 태양전지(solar cell)를 이용하여 무한정, 무공해인 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 이때, 상기 태양전지는 PN접합 반도체로 구성되어 태양광이 조사되면 광 에너지에 의해 자유전자-정공 쌍이 생겨나고, 자유전자와 정공이 이동하여 N층과 P층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 하는 전기를 유도하는 기능을 수행한다.The photovoltaic device refers to a device that converts solar energy, which is infinite and pollution-free, into electrical energy using a solar cell. At this time, the solar cell is composed of a PN junction semiconductor, when solar light is irradiated, a free electron-hole pair is generated by the light energy, free electrons and holes are moved to move the current across the N layer and P layer photovoltaic power The electromotive force is generated by the photovoltaic effect to induce electricity to flow current to an externally connected load.
이렇게 태양전지를 이용하는 태양광 발전장치에는 태양광을 집중하여 태양전지의 표면에 조사하는 집광장치가 사용된다.In the solar cell apparatus using the solar cell as described above, a light concentrating device that concentrates sunlight and irradiates the surface of the solar cell is used.
상기 집광장치에 의한 광 집적도에 따라 발전장치의 에너지 효율에 차이가 있으며, 태양전지와 마주보게 설치되는 집광렌즈의 작용이 에너지 효율향상에 있어 아주 중요하다.There is a difference in the energy efficiency of the power generation device according to the degree of light integration by the light collecting device, and the action of the light collecting lens facing the solar cell is very important in improving the energy efficiency.
태양에너지 발전장치의 발전량 증가와 발전량의 일정화를 위해서는 태양전지와 집광렌즈가 저밀도 태양에너지를 고밀도 태양에너지로 만들기 위한 매우 중요한 장치가 된다.Solar cells and condenser lenses are very important devices to make low density solar energy into high density solar energy in order to increase the amount of generation of solar energy generators and to schedule the amount of power generation.
한편 태양열 발전 장치는 일사된 태양 복사에너지를 고비율로 집광하여 회수된 고온의 열에너지를 이용, 발전설비를 구동하여 전기 에너지를 얻는 것으로서, 태양열 발전설비는 도1과 같이 기본적으로 집광, 흡수, 저장, 발전 시스템을 포함하고 있다.On the other hand, the solar power generator is to collect the solar radiation energy at a high rate to obtain the electrical energy by using the high-temperature heat energy recovered by driving the power generation equipment, the solar power generator is basically focused, absorbed, stored as shown in FIG. It includes a power generation system.
이때 전달된 고온의 태양에너지는 열에너지의 형태로 발전설비에 공급되어 직접 전기를 생산하거나 열함량이 증가된 연료 혹은 수소 등의 화학에너지 생산을 위한 흡열반응의 열원으로 공급되어 발전을 위한 연료의 생산에 이용되기도 한다. 또한 발전방식 및 고온 태양열 연계방식에 따라 별도의 연료를 사용하는 복합시스템을 구축하기도 한다.At this time, the high-temperature solar energy delivered is supplied to the power generation equipment in the form of thermal energy to produce electricity directly or to supply heat sources of endothermic reactions for the production of chemical energy such as fuel or hydrogen with increased heat content to produce fuel for power generation. Also used for. In addition, a complex system using separate fuels may be constructed depending on the power generation method and the high temperature solar thermal connection method.
집광장치를 통하여 고온으로 집열된 태양에너지를 활용하는 응용분야는 다양한 형태의 집광방식에 따라 분류될 수 있는데, 각각의 집광방식이 가지는 특성과 한계로 인하여 획득 온도 및 활용방식이 결정된다.Application fields that utilize solar energy collected at high temperature through the light collecting device can be classified according to various types of light collecting methods. The temperature and utilization method are determined by the characteristics and limitations of each light collecting method.
도 2는 태양광 발전 장치의 집광 성능을 개선하기 위한 것으로, 측면에 태양전지가 구비되고, 태양전지의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이고, 상면에, 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 하면에, 어느 한 쪽 면은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈이, 단위 집광 렌즈부의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점이 놓여지도록 복수 개 형성되며, 단위 집광 렌즈부의 광학적 초점선과 원추곡선 형상의 광학적 초점선이 일정 공간 내에서 일치하도록 하여, 단위 집광 렌즈부에 입사된 태양광은 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 반사되어 태양전지의 표면으로 집광되도록 하는 것이나, 볼록 렌즈 형상의 집광렌즈의 경우 태양광의 입사각이 수시로 변하는 상황 즉, 오전과 오후 또는 여름과 겨울에 태양광의 입사량이 달라지게 됨에 따라 최대의 효율로 태양광을 집광하는 것이 곤란해지며 또한 입사된 태양광을 원추형상으로 재집광하기 때문에 손실이 발생될 수 밖에 없으며 태양광이 한 곳에 집광되기 때문에 태양발전 소자의 내열성이 특히 높은 것이 요구되는 문제점이 있다.2 is to improve the light collecting performance of the photovoltaic device, a solar cell is provided on the side, a light condensing lens for condensing the sunlight on the surface of the solar cell, the upper surface, the unit condensing having a convex round cross section A plurality of lens portions are formed in the longitudinal direction, one side of which is formed in a direction such that refracted sunlight is not incident on the lower surface, and the other side of which has a unit groove formed in a conical curved shape. A plurality of conical curved optical focal points are formed on the lens axis, and the optical focal line of the unit condensing lens unit and the optical focal line of the conical curved line coincide in a predetermined space, so that the sunlight incident on the unit condensing lens unit Is reflected on the surface formed in the shape of the conical curve of the unit groove so as to be focused on the surface of the solar cell. In the case of the optical lens, the incident angle of sunlight changes frequently, that is, the amount of incident sunlight is varied in the morning and afternoon or summer and winter, making it difficult to focus the sunlight with maximum efficiency. Because of the re-condensing, the loss is inevitable, and since the solar light is collected in one place, there is a problem that the heat resistance of the solar cell is particularly high.
도 3은 종래 기술에 따른 다른 형태의 태양광 발전용 집광 유닛으로 솔라셀에 태양광이 집중적으로 집광될 경우, 솔라셀의 온도 상승에 따라 발전 효율이 저하되는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 태양광을 집광하는 집광부, 집광부에 의해 집광된 태양광을 흡수하여 전기를 발생하는 솔라셀을 직렬 또는 병렬로 배열한 태양전지 모듈, 태양전지 모듈에 축적되는 열을 냉각하기 위한 발열판 및 집광부와 태양전지 모듈 간의 간격을 유지 및 지지하기 위한 골격구조인 프레임을 포함하되, 솔라셀을 복수개의 서브셀로 분할하여 전극에서 발생하는 주울(Joule) 열을 감소시킨 것을 특징으로 하며 솔라셀의 수직 상부에는 집광 렌즈를 설치하지 않음으로써 솔라셀의 온도 상승을 억제하는 효과가 있으나 이에 따른 집광 효율은 저하될 수 밖에 없다.3 is a proposal of solving a problem that power generation efficiency decreases as the temperature of a solar cell is concentrated when solar light is concentrated in a solar cell condensing unit of another type according to the prior art, A solar cell condenser that condenses sunlight, a solar cell module that arranges solar cells that generate electricity by absorbing sunlight condensed by the concentrator, or a heating plate and house for cooling heat accumulated in the solar cell module. Including a frame that is a skeleton structure for maintaining and supporting the gap between the miner and the solar cell module, by dividing the solar cell into a plurality of subcells characterized in that the Joule heat generated from the electrode is reduced There is an effect of suppressing the temperature rise of the solar cell by not installing a condenser lens in the vertical upper portion, but the condensing efficiency is inevitably deteriorated.
도 4는 종래 기술에 따른 다른 형태의 태양광 집광 장치로 복수의 초점 거리를 가지는 렌즈를 돔 또는 반 원통형 형태의 렌즈로 구성하여 집광하는 것이나 복수의 초점 거리를 가지는 렌즈를 돔 또는 반 원통형 형태로 구성하여 제조하는 것은 용이하지 않아 제조가 곤란하다는 단점이 있다.4 is a solar light condenser of another type according to the prior art for condensing a lens having a plurality of focal lengths composed of a dome or a semi-cylindrical shape, or a lens having a plurality of focal lengths in a dome or a semi-cylindrical shape There is a disadvantage that the manufacturing is difficult because it is not easy to configure.
도 5는 종래 기술에 따른 태양광 집광장치로 복수의 셀로 구분된 프레넬 렌즈와 상기 복수의 각 셀에 대응되게 태양전지를 구분 배치하는 것이나, 상기와 같은 따르면 하나의 태양전지에 집중되는 각 프레넬 렌즈에 대응하는 태양전지 역시 내열성이 여전히 높아야 하는 단점이 있다.5 is a solar light concentrator according to the related art, in which a fresnel lens divided into a plurality of cells and a solar cell are disposed to correspond to each of the plurality of cells, but according to the above, each frame concentrated in one solar cell is illustrated. Solar cells corresponding to the Nell lens also have a disadvantage that the heat resistance still needs to be high.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 태양광 또는 태양열의 집광 효율을 별도의 부가 장치 없이도 태양각의 입사각에 크게 영향을 받지 않도록 하여 집광 효율을 높일 뿐만 아니라 집광된 태양광 또는 태양열이 일정영역에 집광되도록 함으로써 수광부재의 재질이 특별히 내열성이 높은 재질이 아니어도 되며 집광장치를 제조함에 있어서도 수작업이 아닌 자동화 작업이 가능한 집광구조를 가지는 집광 장치를 제공하고자 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, so that the light collection efficiency of solar light or solar heat is not significantly affected by the angle of incidence of the solar angle without a separate additional device to increase the light collection efficiency as well as the collected sunlight or By concentrating solar heat in a certain area, the material of the light receiving member does not have to be a material having high heat resistance, and in order to provide a light collecting device having a light collecting structure capable of automated work instead of manual work in manufacturing the light collecting device.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 집광부재를 포함하는 발전 장치는,
투명한 재질로 형성되며, 상부는 평탄한 표면으로 이루어지고 하부에는 복수의 굴절각을 가지며 서로 다른 높이를 가지는 적어도 둘 이상의 렌즈가 중심축에 대칭으로 형성되는 제1집광부재(1030);
상기 제1집광부재(1030)의 각 렌즈의 초점에 의해 형성되는 면에 상기 제1집광부재(1030)를 통해 집광된 태양광 또는 태양열을 축열하는 수광부재(1040); 및
상기 제1집광부재(1030)의 상부에는 제2집광부재(1010) 연접하여 구비되며;
상기 제2집광부재(1010)의 상기 제1집광부재(1030)에 대향하는 하부면은 평탄한 표면으로 이루어지고 상부에는 상기 제1집광부재(1030)의 중심축에 평행하는 선상으로 렌티큘러 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 한다.The power generation device including a solar light collecting member according to an embodiment of the present invention for achieving the above object,
A first condensing
A
An upper portion of the first
A lower surface of the second
한편 상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 집광부재의 중심축에 평행하는 선상에 동일한 굴절각으로 일체로 형성되거나,Meanwhile, the first light collecting member has a rectangular shape, and the lens is integrally formed with the same refractive angle on a line parallel to the central axis of the light collecting member,
상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일축과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 소정의 간격으로 배치하여 형성되는 면을 중심축에 평행하는 선상으로 소정의 간격으로 절단하여 형성되는 면에 의해 형성되거나 또는 상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일측과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 상기 직사각형과 상기 프레넬 렌즈의 외주면과 부분에서 중심 방향으로 수정의 폭과 넓이를 가지는 직사각형으로 절단하고, 상기 절단된 프레넬 렌즈를 절단된 부분에서 상기 중심축과 평행하는 선상에서 직사각형의 일축으로 연장하여 형성되는 것을 특징으로 한다.The first light collecting member has a rectangular shape, and the lens has a surface formed by arranging a Fresnel lens having a diameter equal to one axis of the rectangle at a predetermined interval in a line parallel to the central axis. The first light collecting member has a rectangular shape, and the lens has a Fresnel lens having a diameter of the same size as one side of the rectangle. Cut into a rectangle having a width and a width of the crystal in the center direction at the outer circumferential surface and the portion thereof, and the cut Fresnel lens is formed by extending in one line of the rectangle on a line parallel to the central axis at the cut portion; do.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실 시예에 따른 태양광 집광부재를 포함하는 발전 장치는 투명한 재질로 형성되며, 하부에는 복수의 굴절각을 가지며 서로 다른 높이를 가지는 적어도 둘 이상의 렌즈가 중심축에 대칭으로 형성되는 제1집광부재와 상기 제1집광부재의 상부의 빛이 통과되는 소정의 두께를 가지는 투광부재 및 상기 투광부재의 상부에 상기 중심축에 평행하는 선상으로 형성되는 제2집광부재로 구성되는 집광부재와 상기 집광부재의 각 렌즈의 초점에 의해 형성되는 면에 상기 집광 부재를 통해 집광된 태양광 또는 태양열을 축열하는 수광 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power generation apparatus including the solar light collecting member according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is formed of a transparent material, the lower portion has a plurality of refractive angles and at least two or more lenses having different heights are the central axis A light converging member having a predetermined thickness through which the first condensing member and a light of the upper portion of the first condensing member are symmetrically formed on the second condensing member, and a second condensing member formed in a line parallel to the central axis on the light transmitting member; And a light receiving member configured to accumulate sunlight or solar heat collected through the light collecting member on a surface formed by the light collecting member and a focus of each lens of the light collecting member.
또한 상기 제1집광부재의 렌즈는 프레넬 렌즈이며, 상기 제2집광부재의 렌즈는 렌티큘러 렌즈인 것을 특징으로 한다.In addition, the lens of the first light collecting member is a Fresnel lens, the lens of the second light collecting member is characterized in that the lenticular lens.
한편 상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 집광부재의 중심축에 평행하는 선상에 동일한 굴절각으로 일체로 형성되거나, 상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일축과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 소정의 간격으로 배치하여 형성되는 면을 중심축에 평행하는 선상으로 소정의 간격으로 절단하여 형성되는 면에 의해 형성되거나, 상기 제1집광부재는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일측과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 상기 직사각형과 상기 프레넬 렌즈의 외주면과 부분에서 중심 방향으로 수정의 폭과 넓이를 가지는 직사각형으로 절단하고, 상기 절단된 프레넬 렌즈를 절단된 부분에서 상기 중심축과 평행하는 선상에서 직사각형의 일축으로 연장하여 형성되는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the first light collecting member has a rectangular shape, and the lens is integrally formed with the same refractive angle on a line parallel to the central axis of the light collecting member, or the first light collecting member has a rectangular shape. The lens is formed by a surface formed by cutting a surface formed by arranging Fresnel lenses having a diameter equal to one axis of the rectangle at predetermined intervals and cutting at a predetermined interval on a line parallel to the central axis. The light collecting member may have a rectangular shape, and the lens may include a Fresnel lens having a diameter equal to one side of the rectangle in a center direction from the outer circumferential surface and part of the rectangle and the Fresnel lens. The branches are cut into rectangles and the cut Fresnel lens is cut into the center axis at the cut portion. By extending the line for performing the uniaxial rectangular characterized in that the formation.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 집광렌즈는 태양광의 집광 효율을 별도의 부가 장치를 구비하지 않아도 태양광의 입사각에 크게 영향 받지 않지 않아 집광 효율을 높일 수 있으며, 태양광이 특정 영역에 집광되지 않으므로 수광부재가 특별히 내열성이 높지 않아도 되어 제조 비용을 절약할 수 있으며 집광 장치를 제조함에 있어서도 자동화 작업이 가능하여 제조를 용이해진다.Condensing lens according to the present invention having the configuration as described above is not significantly affected by the incident angle of sunlight even if the light condensing efficiency of the solar light does not have a separate additional device can increase the light condensing efficiency, sunlight is not collected in a specific area Therefore, the light receiving member does not have to have a particularly high heat resistance, thereby reducing manufacturing costs, and in the manufacture of the light collecting device, an automated operation is possible, thereby facilitating manufacture.
도1은 일반적인 태양광 또는 태양열 발전 시스템의 구성도이다.
도2는 종래 기술에 따른 태양광 집광 장치의 일 예를 나타내는 구조이다.
도3은 종래 기술에 따른 태양광 집광 장치의 다른 일 예를 나타내는 구조이다.
도4은 종래 기술에 따른 태양광 집광 장치의 또 다른 일 예를 나타내는 구조이다.
도5는 종래 기술에 따른 복수의 영역으로 구분된 태양광 집광 부재를 구비한 집광장치를 나타내는 구조도이다.
도6은 통상적인 프레넬 렌즈를 제작하는 과정을 도시한 것이다.
도7은 본 발명에 따른 태양광 집광부재를 제작하는 과정을 도시한 것이다.
도8은 본 발명에 따른 태양광 집광부재를 이용하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것이다.
도9은 통상적인 렌티큘러 렌즈의 원리를 도시한 것이다.
도10은 본 발명에 따른 일체로 형성되는 2중 집광부재에 의하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것이다.
도11은 본 발명에 따른 분리되어 형성되는 2중 집광부재에 의하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것이다.1 is a block diagram of a general photovoltaic or solar power generation system.
2 is a structure showing an example of a solar light collecting device according to the prior art.
3 is a structure showing another example of a solar light collecting device according to the prior art.
Figure 4 is a structure showing another example of a solar light collecting device according to the prior art.
5 is a structural diagram showing a light collecting device having a solar light collecting member divided into a plurality of areas according to the prior art.
6 shows a process of manufacturing a conventional Fresnel lens.
7 illustrates a process of manufacturing the solar light collecting member according to the present invention.
8 illustrates the principle of condensing sunlight using a solar light collecting member according to the present invention.
9 shows the principle of a conventional lenticular lens.
Figure 10 illustrates the principle of condensing sunlight by a double light collecting member integrally formed according to the present invention.
Figure 11 illustrates the principle of condensing sunlight by a double light collecting member formed separately according to the present invention.
이하에 본 발명에 따른 태양광 집광부재를 포함하는 발전 장치에 관하여 도면을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
Hereinafter, a power generation apparatus including a solar light collecting member according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 집광부재는 프레넬 렌즈 형상의 집광부재만을 포함하는 것에 관한 것이다.The solar light collecting member according to the embodiment of the present invention relates to a light collecting member having a Fresnel lens shape only.
도6은 통상적인 프레넬 렌즈를 제작하는 과정을 도시한 것이다.6 shows a process of manufacturing a conventional Fresnel lens.
도6의 (a)의 반구형 볼록렌즈에서 빛이 굴절되는 부분은 렌즈의 표면이며 이곳에서 굴절된 하나의 초점에 모이게 되는 이때 초점이 형성되는 쪽을 절단하여 평 복록 렌즈를 형성하여도 일반적인 렌즈와 동일한 기능을 수행하게 된다.The part where the light is refracted in the hemispherical convex lens of FIG. 6 (a) is the surface of the lens, and when the light is collected at a single focal point refracted therein, the focal point is cut off to form a flat binocular lens. Will perform the same function.
따라서 점선으로 표시된 부분을 깍아 제거하여도 일반적인 볼록렌즈와 동일한 기능을 수행하게 되는 이렇게 절단면을 동일한 평면상에서 동일한 축으로 배열하면 일반적으로 알려진 프레넬 렌즈가 된다.Therefore, if the cut-off portion shown by the dotted line performs the same function as a general convex lens, the cutting planes are arranged in the same axis on the same plane, which is a generally known Fresnel lens.
통상적으로 렌즈는 유리로 제작되기 때문에 그 직경이 커질수록 중량이 기하급수적으로 증가하게 되나 프레넬 렌즈의 경우 내부면을 깍아 제거하기 때문에 크기가 커져도 중량은 급격하게 증가되지 않는다.Typically, since the lens is made of glass, the weight increases exponentially as the diameter increases, but in the case of the Fresnel lens, the weight is not increased sharply even when the size is increased because the inner surface is scraped off.
그러나 통상적인 프레넬 렌즈는 하나의 초점만을 형성하고 있어 이를 태양광 집중 소자에 사용할 경우 수광소자는 내열성이 매우 커야 하는 단점이 있어 이를 분산할 필요가 있다.However, a typical Fresnel lens forms only one focal point, and thus it is necessary to disperse it because the light receiving element has a very high heat resistance when it is used in a solar concentrator.
도7은 본 발명에 따른 태양광 집광부재를 제작하는 과정을 도시한 것이다.7 illustrates a process of manufacturing the solar light collecting member according to the present invention.
본 발명의 일 실시 예에 따른 태양광 집광부재는 상기 도6의 프레넬 렌즈를 기초로 하여 제작되는 것으로 집광부재의 y축의 길이와 동일한 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 소정의 간격으로 x축으로 연속적으로 원주면의 접하는 면의 시작과 끝이 집광부재의 x축의 길이와 같이 배치한 다음 y축 방향으로 소정의 폭으로 중심축을 중심으로 절단하여 절단된 부분을 연속적으로 배치하여 제작할 수 있다.The solar light collecting member according to the exemplary embodiment of the present invention is manufactured based on the Fresnel lens of FIG. 6, and the Fresnel lens having the same diameter as the length of the y axis of the light collecting member is continuously arranged on the x axis at predetermined intervals. As the start and the end of the contact surface of the circumferential surface is arranged with the length of the x-axis of the light collecting member, it can be produced by continuously cutting the cut portion about the central axis with a predetermined width in the y-axis direction.
다만 상기와 같이 제작할 경우 프레넬 렌즈를 불필요하게 집광부재 표면상에 각인하여야 하는 문제점이 있다.However, when manufactured as described above, there is a problem that the Fresnel lens need to be imprinted on the surface of the light collecting member unnecessarily.
이와 같은 문제점을 개선하기 위하여 중심축을 지나는 지름을 집광부재의 x축의 시작부분에 소정의 간격을 두고 배치하여 상기 지름을 중심으로 소정의 폭으로 절단한 면을 이를 x축의 길이만큼 연장하여 제작할 수 도 있다. 다른 한편으로 상기 절단한 면을 가상의 면으로 하고 이를 x축의 길이만큼 연장한 다음 가공하는 것에 제작할 수 도 있다.In order to improve such a problem, the diameter passing through the central axis may be arranged at the beginning of the x axis of the light collecting member at a predetermined interval, and the surface cut to a predetermined width about the diameter may be extended by the length of the x axis. have. On the other hand, the cut surface may be fabricated to be a virtual surface, which is extended by the length of the x-axis, and then processed.
이를 실제 렌즈로 제작하는 경우에는 집광부재의 크기, 렌즈의 수, 초점길이등을 변수로 하여 소정의 두께를 가지는 집광부재을 절삭가공하는 데이터로 미리 계산하여 절삭기에 의하여 절삭하는 것으로 제작하게 된다.In the case of manufacturing this as an actual lens, the light collecting member having a predetermined thickness may be pre-calculated as cutting data by cutting the light collecting member having a predetermined thickness using the size of the light collecting member, the number of lenses, and the focal length as variables.
도8은 본 발명에 따른 태양광 집광부재를 이용하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것이다.8 illustrates the principle of condensing sunlight using a solar light collecting member according to the present invention.
도8에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 집광부재(810)은 종래 태양광 집광부재에서 채용된 원형의 형상을 가지는 프레넬 렌즈에서 하나의 초점만을 가지는 것이 아니라 동일한 굴절각을 가지는 렌즈를 면으로 형성되어 있으므로 각 렌즈가 형성하는 굴절각은 면을 형성하며 동일한 원리로 초점 또한 집광부재의 중심축을 따라 면을 형성하게 된다.As illustrated in FIG. 8, the solar
이에 따라 집광된 태양광을 초점면 전체로 분사할 수 있어 수광부재(820)가 내열성능이 특별히 높은 재질을 구비하지 않아도 되어 제작비용 및 제작이 용이해진다. 또한 각 렌즈의 굴절각을 조절할 경우, 한 부분에서 형성되는 초점을 점이 면으로 분산할 수 있으며, 이는 특히 태양열에 의하여 액체나 물을 가열하여 발전하는 태양열 발전 시스템에 특히 유리하다. 즉, 태양광을 소정의 지름을 가지는 파이프에 액체 등을 통과시키면서 집광된 태양광 즉 태양열에 의하여 가열할 경우 액체를 넓은 면적에서 가열할 수 있으므로 집광된 태양에너지의 활용 효율이 높아지게 되는 것이다.Accordingly, the collected solar light can be sprayed to the entire focal plane, so that the
본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 집광부재는 집광의 효율을 높이기 위해 프레넬 렌즈 형상의 집광부재와 렌티큘러 렌즈 형상의 집광부재를 포함하는 것에 관한 것이다.The solar light collecting member according to another embodiment of the present invention relates to a light collecting member having a Fresnel lens shape and a lenticular lens shape collecting member in order to increase the light collecting efficiency.
도9는 통상적인 렌티큘러 렌즈의 원리를 도시한 것으로 렌티큘러 렌즈의 원리에 대해서는 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만 렌티큘러(910) 렌즈에 있어 입사각이 A측에서 입사될 때와 A’측에서 입사될 때 그 초점이 약간의 차이가 있으며 본 발명에서는 이를 이용함에 특징이 있다.9 illustrates the principle of a conventional lenticular lens. Since the principle of the lenticular lens is known, a detailed description thereof will be omitted. However, in the lenticular 910 lens, the focal point is slightly different when the incident angle is incident from the A side and is incident from the A 'side, and the present invention is characterized by using the same.
통상적으로 태양으로 입사되는 입사각은 하루를 주기로 다양한 각도로 변경된다. 그런데 단위 면적당 최대의 태양광이 입사되기 위해서는 태양광이 항상 직각으로 입사되도록 집광부재의 위치를 변경하는 것이 필요하며 이를 달성하기 위한 많은 부재가 구비되어 있다. 그러나 상기와 같이 집광부재의 위치를 변경하기 위해 별도의 장치를 설치하는 것은 매우 부품들이 요구되며 이러한 장치를 태양광을 추적하도록 하기 위한 별도의 장치들이 부수적으로 요구된다. 다른 한편으로 집광부재가 대형인 경우 상기 별도의 장치들 또한 대형화 될 수 밖에 없다.Typically, the angle of incidence incident on the sun is varied at various angles every day. However, in order for the maximum sunlight to be incident per unit area, it is necessary to change the position of the light collecting member so that the sunlight is always incident at a right angle, and many members are provided to achieve this. However, the installation of a separate device to change the position of the light collecting member as described above is very demanding parts, and additional devices are required additionally to allow such a device to track the sunlight. On the other hand, when the light collecting member is large, the separate devices may also be enlarged.
본 발명에서는 상기와 같이 별도의 장치 없이도 태양광을 최대로 입사되도록 하기 위하여 렌티큘러 렌즈(910) 형상의 집광부재를 더 구성하였다.In the present invention, a light converging member in the shape of a
렌티큘러 렌즈(910)는 입사각이 변경될 때 초점이 일부 달라지는 특성이 있는 것으로 즉 A측에서 입사되는 태양광과 A’측에서 입사되는 태양광의 초점은 다르게 되는데 만일 서로 다른 초점의 차이가 미비한 위치에 수광부재를 설치하면 입사각의 위치에 무관하게 동일한 양의 태양광을 수광 할 수 있다. 그런데 상기 렌티큘러 렌즈(910)는 각 렌즈마다 초점이 상이하므로 태양광의 한 곳에 집중할 수 없는 단점이 있다. 따라서 분산된 초점을 집중할 필요가 있다.The
도 10은 본 발명에 따른 일체로 형성되는 2중 집광부재에 의하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것이다.10 illustrates the principle of condensing sunlight by a double light collecting member integrally formed according to the present invention.
본 발명은 도10의 2중 집광부재 즉, 상부에 제2집광부재(1010) 즉, 렌티큘러 렌즈를 형성하고 하부에 제1집광부재(1030) 즉, 프레넬 렌즈를 구비하는 것으로 태양광의 입사각에 큰 영향을 받지 않으면서도 태양광을 최대의 효율로 수광 할 수 있도록 한다.According to the present invention, a second
이를 구체적으로 설명하면 먼저 제2집광부재 즉, 렌티큘러 렌즈(1010)에 의해 태양이 E --> W의 경로를 따라 이동함에 따라 초점거리가 다른 태양광을 수광하여 수광된 태양광을 제1집광부재(1030) 즉, 프레넬 렌즈에 입사시키면 상기 도6에서 설명한 바와 같이 제1집광부재(1030) 즉, 프레넬 렌즈의 특성으로 인해 면 형태로 입사된 광을 한 곳으로 집중할 수 있다.In detail, first, the second light collecting member receives light having different focal lengths as the sun moves along the path of E-> W by the
이를 본 발명에 따른 도7과 같은 프레넬 렌즈로 구성하는 경우, 일정한 면적의 초점면을 가지도록 수광 할 수 있으며, 상기 초점면에 수광부재(1040)을 배치하는 경우 태양광을 효율적으로 집광할 수 있게 된다.In the case of the Fresnel lens as shown in FIG. 7 according to the present invention, it is possible to receive light to have a focal plane having a predetermined area, and when the
도11은 본 발명에 따른 분리되어 형성되는 2중 집광부재에 의하여 태양광을 집광하는 원리를 도시한 것으로, 그 기본적인 원리는 도9와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 하며 다만, 2중 집광 부재를 분리하는 것은 제작상의 어려움과 설치되는 위치에 따라 초점거리를 조절하기 용이하도록 하기 위함이다.11 is a view illustrating a principle of condensing sunlight by a double condensing member formed separately according to the present invention. Since the basic principle is the same as that of FIG. 9, a detailed description thereof will be omitted. The separation is to make it easy to adjust the focal length according to the manufacturing difficulties and the installation position.
810: 집광부재 820: 수광부재
910: 렌티큘러 렌즈 920: 투광부재
1010: 제2집광부재 1020: 투광부재
1030: 제1집광부재 1040: 수광부재
F: 초점 E --> W: 태양이동경로
1110: 제2집광부재 1120: 제1집광부재
1130: 수광부재810: light collecting member 820: light receiving member
910
1010: second light collecting member 1020: light transmitting member
1030: first light collecting member 1040: light receiving member
F: Focus E-> W: Solar Pathway
1110: second light collecting member 1120: first light collecting member
1130: light receiving member
Claims (10)
투명한 재질로 형성되며, 상부는 평탄한 표면으로 이루어지고 하부에는 복수의 굴절각을 가지며 서로 다른 높이를 가지는 적어도 둘 이상의 렌즈가 중심축에 대칭으로 형성되는 제1집광부재(1030);
상기 제1집광부재(1030)의 각 렌즈의 초점에 의해 형성되는 면에 상기 제1집광부재(1030)를 통해 집광된 태양광 또는 태양열을 축열하는 수광부재(1040); 및
상기 제1집광부재(1030)의 상부에는 제2집광부재(1010) 연접하여 구비되며;
상기 제2집광부재(1010)의 상기 제1집광부재(1030)에 대향하는 하부면은 평탄한 표면으로 이루어지고 상부에는 상기 제1집광부재(1030)의 중심축에 평행하는 선상으로 렌티큘러 렌즈가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광부재(810)를 포함하는 발전 장치.In the power generation device comprising a solar light collecting member 810,
A first condensing member 1030 formed of a transparent material, having an upper surface having a flat surface and having a plurality of refraction angles and having at least two lenses having different heights symmetrically with respect to a central axis;
A light receiving member 1040 for accumulating sunlight or solar heat collected through the first light collecting member 1030 on a surface formed by the focus of each lens of the first light collecting member 1030; And
An upper portion of the first light collecting member 1030 is provided in contact with the second light collecting member 1010;
A lower surface of the second light collecting member 1010 facing the first light collecting member 1030 is formed of a flat surface, and a lenticular lens is formed in a line parallel to the central axis of the first light collecting member 1030. Power generation device comprising a solar light collecting member 810, characterized in that.
상기 제1집광부재(1030)는 직사각형의 형태이며, 상기 렌즈는 상기 집광부재(810)의 중심축에 평행하는 선상에 동일한 굴절각으로 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광부재(810)를 포함하는 발전 장치.The method of claim 1,
The first light collecting member 1030 has a rectangular shape, and the lens is integrally formed with the same refractive angle on a line parallel to the central axis of the light collecting member 810. Including power generation device.
상기 제1집광부재(1030)는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일축과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 소정의 간격으로 배치하여 형성되는 면을 중심축에 평행하는 선상으로 소정의 간격으로 절단하여 형성되는 면에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광부재(810)를 포함하는 발전 장치.The method of claim 1,
The first light collecting member 1030 has a rectangular shape, and the lens has a line formed in parallel with a central axis on a surface formed by arranging Fresnel lenses having a diameter equal to one axis of the rectangle at predetermined intervals. And a photovoltaic light collecting member 810, which is formed by a surface formed by cutting at predetermined intervals.
상기 제1집광부재(1030)는 직사각형의 형태를 가지고 있으며, 상기 렌즈는 상기 직사각형의 일측과 동일한 크기의 지름을 가지는 프레넬 렌즈를 상기 직사각형과 상기 프레넬 렌즈의 외주면과 부분에서 중심 방향으로 수정의 폭과 넓이를 가지는 직사각형으로 절단하고,
상기 절단된 프레넬 렌즈를 절단된 부분에서 상기 중심축과 평행하는 선상에서 직사각형의 일축으로 연장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광부재(810)를 포함하는 발전 장치.The method of claim 1,
The first light collecting member 1030 has a rectangular shape, and the lens is a Fresnel lens having a diameter of the same size as one side of the rectangle in the center and the outer peripheral surface and portion of the Fresnel lens modified in the center direction Cut into rectangles with width and width
And a photovoltaic light collecting member (810), wherein the cut Fresnel lens extends from a cut portion to a rectangular one axis on a line parallel to the central axis.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020100013296A KR100970083B1 (en) | 2010-02-12 | 2010-02-12 | Apparatus for concentrating solar light |
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| KR100970083B1 true KR100970083B1 (en) | 2010-07-16 |
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ID=42645554
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| KR (1) | KR100970083B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101322739B1 (en) * | 2011-12-13 | 2013-10-28 | 한국건설기술연구원 | Solar collector apparatus |
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2010
- 2010-02-12 KR KR1020100013296A patent/KR100970083B1/en active IP Right Grant
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