KR100972424B1 - 다방향성 태양광 집광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계절과 시간에 상관없이 입사된 태양광을 다시 반사시켜 투광판의 겉면과 내면에서 동시에 집광이 이루어질 수 있게 함으로써, 추적장치가 없이도 구조가 간단하면서도 어떠한 방향에서라도 집광효과를 높일 수 있어 가정이나 차량 그리고 항공기 등에서도 쉽게 장착하여 사용할 수 있는 다방향성 태양광 집광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다방향성 태양광 집광장치는, 중앙에 전방향으로 빛을 반사시킬 수 있도록 볼록경이 구비된 베이스; 및 태양광이 투과가능하며 베이스의 상부에 테두리 부분이 장착되는 반구형상의 투광판;을 포함하고, 투광판은, 외주면에 태양광이 투과될 수 있도록 설치된 복수의 태양광셀; 각 태양광셀과 대응하는 내주면에 설치된 소형의 볼록경; 및 볼록경에 의해 반사된 태양광을 집광하도록 투광판의 내주면에 볼록경 사이에 위치하도록 설치되는 복수의 태양광셀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다방향성 태양광 집광장치{MULTIDIRECTIONAL SOLAR CONCENTRATING APPRATUS}

본 발명은 다방향성 태양광 집광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광의 비춰지는 방향에 상관없이 태양광을 집광할 수 있고, 구조가 간단하여 차량이나 가정 그리고 항공기 등에도 쉽게 장착하여 사용할 수 있는 다방향성 태양광 집광장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 집광장치는 태양에서 비춰지는 빛을 모아 이를 전기 또는 열에너지로 전환시킬 수 있도록 집광시켜 주기 위한 장치이다. 이러한 태양광 집광장치는 태양광셀이 태양과 마주보도록 설치하여 집광하게 된다. 특히, 태양광셀은 태양의 빛이 진행하는 방향에 대하여 수직으로 설치되어야 그 집광효율을 최대로 높일 수 있다.

이러한 태양광 집광장치는, 가정이나 소형 건물 등에 설치하는 경우와 같이, 태양광셀을 고정시켜서 사용하는 방법이 있다. 이 경우, 태양광셀은 평판상에 복수의 태양광셀을 복수로 배치하고, 이 평판을 태양과 마주보는 방향에 설치한다. 이때, 태양은 계절에 따라 빛의 진행방향이 달라지기 때문에 계절에 상관없이 가장 많은 태양광이 평판에 닿을 수 있도록 그 설치 각도를 결정하여 고정설치한다.

또한, 태양광 집광장치는, 일정한 지역이나 대형 공장과 같이 대형으로 제작하는 경우가 있다. 이 경우의 태양광 집광장치는 집광효과를 높이기 위하여 구조를 대형화하고, 태양광 집광장치가 태양을 따라 움직일 수 있도록 추적장치를 구비한다.

하지만 이러한 종래의 태양광 집광장치는 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 추적장치가 없는 경우 계절과 시간에 따라 태양광의 비춰지는 각도가 달라지기 때문에 태양광의 집광효율이 계절과 시간에 따라 큰 격차를 보이게 되었다.

둘째, 태양광 집광장치에 추적장치를 구비하는 경우, 추적장치의 비용이 많이 들 뿐만 아니라 태양광 집광장치의 크기가 커져 전체 설치비가 많이 들고, 또한 다른 곳으로 이동시켜 설치하는데 어려움이 많았다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 계절과 시간에 상관없이 입사된 태양광을 다시 반사시켜 투광판의 겉면과 내면에서 동시에 집광이 이루어질 수 있게 함으로써, 추적장치가 없이도 구조가 간단하면서도 어떠한 방향에서라도 집광효과를 높일 수 있어 가정이나 차량 그리고 항공기 등에서도 쉽게 장착하여 사용할 수 있는 다방향성 태양광 집광장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다방향성 태양광 집광장치는,

중앙에 전방향으로 빛을 반사시킬 수 있도록 볼록경이 구비된 베이스; 및 태양광이 투과가능하며 베이스의 상부에 테두리 부분이 장착되는 반구형상의 투광판;을 포함하고, 투광판은,

외주면에 태양광이 투과될 수 있도록 설치된 복수의 태양광셀; 각 태양광셀과 대응하는 내주면에 설치된 소형의 볼록경; 및 볼록경에 의해 반사된 태양광을 집광하도록 투광판의 내주면에 볼록경 사이에 위치하도록 설치되는 복수의 태양광셀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 베이스에는 상면에 반사층이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 이때의 반사층은 광반사 소재로 이용되는 금속소재, 비금속소재, 펄 및 유리 중에서 선택된 어느 하나이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 한다. 또한, 베이스에는 볼록경보다 작은 복수의 소볼록경 또는 소오목경이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다. 그리고, 이러한 소볼록경과 소오목경은 함께 배치하여 사용하는 것도 가능하다.

또한, 볼록경은 어안 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이러한 볼록경은 반원 형상 또는 반타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 볼록경과 투광판은 각각 그 단면 형상이 반원 또는 반타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 태양광셀은 원형, 사각형, 오각형 및 육각형을 포함하는 다각형 형상 또는 정다각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 그리고, 태양광셀에는 태양광이 입사되는 면에 집광용 렌즈가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 다방향성 태양광 집광장치에는, 베이스에 서로 다른 크기를 갖는 복수의 투광판이 일정한 간격을 두고 다층으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 하나의 투광판에는 내외주면에 각각 볼록경과 태양광셀이 위치하도록 구비되고, 다른 투광판에는 외주면에 설치된 태양광셀과 대응하는 내주면에 볼록경이 구비되고, 태양광셀 사이에 위치하도록 내외주면에 서로 마주보게 설치되는 또 다른 태양광셀이 구비된 것을 특징으로 한다

마지막으로, 본 발명의 태양광 집광장치에는 투광판의 외주면에는 외부의 먼지로부터 보호하기 위하여 투명한 보호커버가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다방향성 태양광 집광장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 설치위치에 상관없이 항상 일정량의 태양광을 집광할 수 있기 때문에 계절이나 시간에 상관없이 태양광의 집광효과를 유지할 수 있다.

둘째, 태양의 위치를 추적하기 위한 추적장치가 없어도 되기 때문에 전체적으로 구성이 간단하다.

셋째, 설치비가 적게 들고 설치면적이 작아 일반 가정이나 주택과 같은 건축물 뿐만 아니라 차량이나 항공기와 같은 이송수단에도 쉽게 장착하여 사용할 수 있다.

넷째, 구조가 간단하기 때문에 설치가 용이할 뿐만 아니라 설치 후에도 유지보수가 용이하다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 분해사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도.
도 6는 본 발명의 제5실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

( 제1실시예 )

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 분해사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치(1000)는, 소정의 크기를 갖는 판상의 베이스(100)와, 태양광이 투과가능한 재질로 이루어지고 이 베이스(100)의 상부에 설치되는 반구 형상의 투광판(200)을 포함한다. 특히, 베이스(100)에는 입사된 태양광을 반사시켜 주기 위한 볼록경(110)이 구비된다. 그리고, 투광판(200)에는 내외면에 각각 태양광셀(210,230)이 구비되고, 내측면에는 상기 볼록경(110)에 의해 반사된 태양광을 다시 반사시킬 수 있도록 또 다른 볼록경(220)이 구비된다.

이하, 베이스(100)와 투광판(200)의 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

베이스(100)는 소정의 크기를 갖는 판상부재로서 바람직하기로는 원형으로 제작한다. 이러한 베이스(100)에는 윗면의 중앙에 볼록경(110)이 구비된다. 볼록경(110)은 투광판(200)을 통해 투과된 태양광을 다시 투광판(200)의 내측면을 향해 반사시켜 주는 역할을 한다.

이러한 볼록경(110)은 어안형상, 바람직하기로는 반원형상으로 형성하여 투과된 태양광이 항상 일정한 방향으로 입사하여 반사될 수 있게 한다. 그리고, 볼록경(110)은 본 발명에 따른 집광장치가 설치되는 위도와 경도에 따라서 태양광의 입사각이 달라지는데, 이때 위도와 경도에 따라 입사각을 조절할 수 있도록 다양한 곡률반경을 갖는 반타원 형태로도 제작할 수 있다.

투광판(200)은 태양광이 투과가능하도록 투명한 재질로 제작되며, 상기 볼록경(110)의 형상과 같은 반원 또는 반타원 형상으로 제작한다. 이때, 투광판(200)은 내부가 빈 반구 형상으로 제작하며, 도면에서는 도시하지 않았으나 도 2의 플랜지(240) 부분에는 체결구멍을 형성하여 베이스(100)에 장착할 수 있도록 구성한다.

이러한 투광판(200)에는 외주면에 복수의 태양광셀(210)이 구비된다. 태양광셀(210)이란 통상적으로 태양광을 전기에너지로 변환시켜 주는 통상의 태양전지를 의미한다. 그리고, 이들 태양광셀(210)은 원형, 사각형, 오각형 및 육각형을 포함하는 다각형 형상 또는 정다각형 형상으로 제작하여 투광판(200)에 장착시 이웃한 태양광셀(210) 사이로 태양광이 투광판(200) 내부로 투광될 수 있게 설치하는 것이 바람직하다. 물론, 이러한 태양광셀(210)은 정다각형 형상으로 제작하고 투광판(200)의 외표면에 대칭형상으로 장착함으로써, 본 발명의 태양광 집광장치(1000)를 어디에 설치하더라도 일정한 방향으로 태양광이 입사될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 투광판(200)의 내주면에는 이들 각 태양광셀(210)이 부착된 위치에 대응하여 각각 소형의 볼록경(220)이 설치된다. 이 볼록경(220)은 상기 볼록경(110)으로부터 반사된 태양광을 다시 반사시켜 주는 역할을 한다.

마지막으로, 투광판(200)의 내주면에는 이들 볼록경(220)과 중첩되지 않도록 또 다른 복수의 태양광셀(230)이 장착된다. 이때의 태양광셀(230)도 상기 태양광셀(210)과 동일한 형태로 제작한다. 그리고, 이들 태양광셀(230)은 베이스(100) 쪽에서 투광판(200)의 내면 쪽으로 반사되는 반사광에 의해 집광이 이루어지도록 설치된다.

이와 같이 이루어진 투광판(200)은 플랜지(240)를 베이스(100)에 고정시키게 된다. 이에 따라 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치(1000)는, 항상 태양광셀(210)을 통해서 집광기능을 하고, 특히 투광판(200)을 통과하여 내부로 투사된 태양광이, 도 2에서 태양광의 흐름방향을 표시한 화살표와 같이, 볼록경(110,220)에 의해 반사되면서 내부의 태양광셀(230)을 통해서도 집광이 이루어진다. 따라서, 태양광의 집광면적은 이들 태양광셀(210,230)에 의해 집광면적을 넓히는 효과를 얻게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 태양광 집광장치(1000)는, 태양광이 입사되는 태양광셀(210,230)의 일면에 별도의 집광용 렌즈를 더 구비함으로써, 각 태양광셀(210,230)에서의 집광기능을 더욱 향상시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.

( 제2실시예 )

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도이다. 여기서, 제1실시예와 동일 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 태양광 집광장치(1000a)는, 투광판(200)을 통해 내부로 투광된 태양광이 더욱 더 반사가 잘 될 수 있도록 베이스(100')의 상면에 반사층(120)을 형성한 것이다. 특히, 이러한 반사층(120)은 광반사에 많이 이용되는 소재로서, 금속소재, 비금속소재, 펄 및 유리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 소재로 이루어진 것을 이용할 수 있다.

( 제3실시예 )

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도이다. 여기서, 제1실시예와 동일 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 태양광 집광장치(1000b)는, 베이스(100")에서의 반사효율을 높이기 위하여 베이스(100")의 상면에 복수의 소볼록경(111)과 소오목경(112)을 더 구비하여 난반사가 더 잘 이루어지도록 한 것이다. 소볼록경(111)이란 상기 볼록경(110)과 동일한 재질과 모양으로 제작되는 것으로 그 크기가 작은 것을 의미한다. 그리고, 소오목경(112)이란 볼록경(110)과 동일한 재질로 이루어지며 오목한 반사경을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 소볼록경(111)은 제1실시예의 경우에만 적용된 것으로 설명하고 있으나, 제2실시예의 반사층(120) 위에 장착하는 구성도 가능하다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 소볼록경(111)과 소오목경(112)은 각각 베이스(100)에 구성하는 것도 가능하나, 도 4에서와 같이 이들을 함께 적용하는 것이 더욱 바람직하다.

( 제4실시예 )

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도이다. 여기서, 제1실시예와 동일 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 제4실시예에 따른 태양광 집광장치(1000c)는, 베이스(100)에 복수의 투광판(200a,200b)을 구성한 것이다. 여기서 각 투광판(200a,200b)은 상기 제1실시예의 투광판(200)과 동일한 구성으로 이루어지며, 그 크기에서만 차이가 있다.

그리고, 이들 투광판(200a,200b)은 태양광이 볼록경(110)에 의해 반사가 될 수 있도록 그 형상을 제작한다. 이에 따라 투과된 태양광이 복수의 투광판(200a,200b)으로 반사되면서 그 집광면적을 더욱 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 제4실시예에서, 베이스(100)에는 볼록경(110)만이 구비된 것을 예로 들고 있으나, 베이스(100)로서 상기 제2 및 제3실시예에 따른 다른 베이스(100',100")를 적용할 수도 있다.

( 제5실시예 )

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 태양광 집광장치의 구성을 보여주기 위한 단면도이다. 여기서, 제4실시예와 동일 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 제5실시예에 따른 태양광 집광장치(1000d)는, 태양광의 난반사 효과를 더욱 높일 수 있도록 투광판(200a',200b')을 구성한다.

즉, 내부의 투광판(200a')에는 제4실시예와 동일하게 구성하나, 볼록경(220')이 투광판(200a')의 내외주면에 서로 마주보게 형성함으로써, 2개의 투광판(200a',200b') 사이에서 일어나는 난반사 효과를 더욱 높일 수 있게 한다. 그리고, 이 투광판(200a')에는 볼록경(220')들 사이에 설치되는 태양광셀(230')도 내외면에 서로 마주보게 설치하여 볼록경(220')에 의해 난반사되는 태양광을 집광하게 한다.

그리고, 외부의 투광판(200b')에는 제4실시예와 동일하게 구성하나, 태양광셀(230')의 구성에서 차이가 있다. 즉, 태양광셀(230')은 투광판(200b')의 내외주면에 각각 서로 마주보게 형성함으로써, 태양으로부터 직접 투사되는 태양광과 투광판(200a')에서 반사되는 태양광을 통해 집광이 이루어지도록 한 것이다.

마지막으로, 투광판(200b)의 외주면에는 보호커버(300)를 더 구비한다. 이러한 보호커버(300)는 투광판(200a',200b')의 형상과 동일한 형상으로 제작하는 것이 바람직하며, 외부의 충격이라든가 먼지 등으로부터 태양광 집광장치(1000d)를 보호하는 역할을 한다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 베이스(100)의 중앙과 각 투광판(200,200a,200b)에 구비된 볼록경(110,111,220)을 통해 투광판(200,200a,200b)을 투과한 태양광이 반사되면서 이들 투광판(200,200a,200b)의 내외면에 구비된 태양광셀(210,230)을 통해 집광이 이루어질 수 있게 함으로써, 설치위치에 상관없이 집광면적을 넓혀 에너지 생성효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

100 : 베이스 110, 220 : 볼록경
111 : 소볼록경 120 : 반사층
200, 200a, 200b : 투광판 210, 230 : 태양광셀
240 : 플랜지

Claims (13)

1. 중앙에 전방향으로 빛을 반사시킬 수 있도록 볼록경(110)이 구비된 베이스(100); 및
   태양광이 투과가능하며 상기 베이스(100)의 상부에 테두리 부분이 장착되는 반구형상의 투광판(200);을 포함하고, 상기 투광판(200)은,
   외주면에 태양광이 투과될 수 있도록 설치된 복수의 태양광셀(210); 상기 각 태양광셀(210)과 대응하는 내주면에 설치된 소형의 볼록경(220); 및 상기 볼록경(110)에 의해 반사된 태양광을 집광하도록 상기 투광판(200)의 내주면에 볼록경(220) 사이에 위치하도록 설치되는 복수의 태양광셀(230);을 포함하는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스(100)에는 상면에 반사층(120)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 반사층(120)은 광반사 소재로 이용되는 금속소재, 비금속소재, 펄 및 유리 중에서 선택된 어느 하나이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스(100)에는 상기 볼록경(110)보다 작은 복수의 소볼록경(111) 또는 소오목경(112)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스(100)에는 소볼록경(111)과 소오목경(112)이 혼합 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 볼록경(110,220)은 어안 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 볼록경(110,220)은 반원 형상 또는 반타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 볼록경(110)과 상기 투광판(200)은 각각 그 단면 형상이 반원 또는 반타원 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 태양광셀(210,230)은 원형, 사각형, 오각형 및 육각형을 포함하는 다각형 형상 또는 정다각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 태양광셀(210,230)에는 태양광이 입사되는 면에 집광용 렌즈가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베이스(100)에는 서로 다른 크기를 갖는 복수의 투광판(200a,200b)이 일정한 간격을 두고 다층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 투광판(200a)에는 내외주면에 각각 볼록경(220')과 태양광셀(230)이 위치하도록 구비되고,
    상기 투광판(200b)에는 외주면에 설치된 태양광셀(210)과 대응하는 내주면에 볼록경(220)이 구비되고, 상기 태양광셀(210) 사이에 위치하도록 내외주면에 서로 마주보게 설치되는 태양광셀(230)이 구비된 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 투광판(200b)의 외주면에는 외부의 먼지로부터 보호하기 위하여 투명한 보호커버(300)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 다방향성 태양광 집광장치.

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