KR100986252B1

KR100986252B1 - Sun light concentrating device for natural lighting

Info

Publication number: KR100986252B1
Application number: KR1020080057734A
Authority: KR
Inventors: 신병한
Original assignee: (주)팬코리아중공업; 태양조명(주)
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-10-07
Also published as: KR20090021068A

Abstract

본 발명은 태양광을 고 효율로 집광할 수 있는 자연채광 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a natural light device capable of condensing sunlight with high efficiency.

본 발명에 따른 태양광 집광장치는 제1 집광부와 제2 집광부로 나누어지며, 제1 집광부는 태양광을 반사시키는 오목 거울, 제1반사 빛을 재반사하기 위한 볼록 거울로 구성되며, 제2 집광부는 제2 반사 빛을 1차 굴절하기 위한 볼록렌즈, 제1 굴절 빛을 2차 굴절하기 위한 볼 렌즈를 포함하며, 볼 렌즈를 거쳐 모인 빛을 전송하기 위한 광섬유를 포함한다.The solar light collecting apparatus according to the present invention is divided into a first condenser and a second condenser, and the first condenser comprises a concave mirror for reflecting sunlight and a convex mirror for rereflecting the first reflected light. The second condenser includes a convex lens for first refracting the second reflected light and a ball lens for second refracting the first refracted light, and includes an optical fiber for transmitting light collected through the ball lens.

태양광, 채광, 반사형 채광 Sunlight, Daylighting, Reflective Mining

Description

Sun light concentrating device for natural lighting

본 발명은 영속적이며 무한한 에너지를 갖는 태양광을 실내조명으로 이용하기 위한 자연채광에 관한 것이다.The present invention relates to natural light for using sunlight as a permanent and infinite energy for indoor lighting.

태양광을 실내조명으로 사용하기 위해서는 실내외에서 태양광을 집광하여 이를 실내로 전달할 수 있는 집광 장치 즉 자연 채광 장치가 필요하다.In order to use sunlight as indoor lighting, a light collecting device, that is, a natural light collecting device, which collects sunlight from inside and outside and delivers the light to the room, is required.

종래에 개시된 자연 채광 장치로는 프리넬 렌즈, 볼록 렌즈 등의 렌즈를 이용하여 태양광을 작은 구경으로 만드는 집광 장치나, 오목 거울을 이용하여 태양광을 작은 구경으로 만드는 집광 장치가 주로 사용하였다. 집광 장치를 사용하지 않고 덕트 등을 사용하여 외부의 태양광을 실내로 들여오는 경우도 있으나 집광을 하지 않고 덕트를 통해 태양광을 그대로 난반사 시켜 실내로 들여오는 경우에는 많은 양의 태양광을 들여오기 힘들고, 덕트를 통해 실내가 실외로 그대로 노출되기 때문 에 방풍, 방한 등의 심각한 문제가 존재한다.Conventionally disclosed natural light apparatuses have mainly used a light converging device that makes the sunlight into a small aperture using lenses such as Fresnel lens and convex lenses, or a light converging device that makes the sunlight into a small aperture using a concave mirror. In some cases, the outside sunlight can be brought into the room using a duct without using a light collecting device. However, when the light is diffused into the room through the duct without being collected, a large amount of sunlight is imported. It is difficult, and since the indoors are exposed to the outside through the duct, serious problems such as windbreak and cold weather exist.

한편, 일본의 경우, (주) 라포렛 엔지니어링(LA FORET ENGINEERING CO., LTD)에서는 프리넬 렌즈를 이용한 자연채광 장치(히마와리)를 개발하여 상품화에 성공하였다. 이 장치는 태양광 채광 방법으로 프리넬 렌즈를 사용하였고, 렌즈가 갖고 있는 구면 및 색 수차 등을 최소화 하여 지름 1mm 의 중심 경을 갖는 광섬유 한 가닥에 태양광을 집적 시키는 특징이 있다. 그러나 태양광을 받아들이는 렌즈의 크기가 지름 95mm 로 제한되어 있어, 여러 개의 렌즈를 사용해야만 요구되는 밝기를 충족시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있다. On the other hand, in Japan, LA FORET ENGINEERING CO., LTD. Succeeded in commercialization by developing a natural light device (himawari) using a fresnel lens. The device uses a Fresnel lens as a solar light method, and minimizes the spherical and chromatic aberrations of the lens and integrates sunlight into one strand of optical fiber with a central diameter of 1mm. However, since the size of the lens that accepts sunlight is limited to a diameter of 95mm, there is a problem that only the use of multiple lenses can meet the required brightness.

미국의 경우, 선라이트 다이렉트(Sunlight direct, LLC)에서는 2 개의 오목 거울을 사용한 반사형 태양 집광장치(하이브리드 솔라 라이트닝; Hybrid Solar Lightning, HSL)를 개발하였다. 이 장치의 특징은 40 인치의 대 구경 오목거울을 사용함으로써 대량의 태양광을 집광할 수 있다는 것과 태양광을 반사시키는 거울을 사용함으로써, 색 수차로부터 기인하는 집광된 빛의 퍼짐을 줄일 있다는 특징이 있다. 그러나 1차로 입사되는 태양광의 크기가 너무 크기 때문에 여러 가닥의 광섬유를 사용하여야 하며, 이로 인하여 집광 부에서 빛의 손실이 생기는 문제점이 있다.In the United States, Sunlight direct, LLC, has developed a reflective solar concentrator (Hybrid Solar Lightning, HSL) using two concave mirrors. The device features the ability to collect large amounts of sunlight by using a 40-inch large aperture concave mirror, and the use of mirrors that reflect sunlight to reduce the spread of condensed light resulting from chromatic aberration. have. However, since the size of the first incident solar light is too large, several strands of optical fiber should be used, which causes a problem of light loss in the light collecting part.

도 1은 종래의 프리넬 렌즈를 이용한 태양광 집광 장치를 나타낸 도이다.1 is a view showing a solar light collecting device using a conventional Fresnel lens.

도 1을 참조하면 프리넬 렌즈를 이용한 태양광 집광 장치(10)는 두 개의 부채꼴 형상이 대향하면서 상호 연결된 프레임(11)과 이 프레임(11)의 두 원호상부를 갈이 방향 양단부로 하여 부착되는 프리넬 렌즈(12)와 두 부채꼴 형상부 내측에 부 착되는 측면 고반사 필름(13)으로 이루어지고, 프리넬 렌즈(12)를 통해 태양광을 집적시킨다. Referring to FIG. 1, a solar light concentrating device 10 using a Fresnel lens is attached to a frame 11 having two fan shapes facing each other and two circular arcs of the frame 11 connected to each other in a grinding direction. It consists of a Fresnel lens 12 and the side high reflection film 13 attached to the inside of the two fan-shaped portion, and integrates sunlight through the Fresnel lens 12.

이 집광 장치(10)는 태양광 채광 방법으로 프리넬 렌즈(12)를 사용하였고, 렌즈가 갖고 있는 구면 및 색 수차 등을 최소화하여 지름 1mm 의 중심 경을 갖는 광섬유 한 가닥에 태양광을 집적 시킬 수 있다. 그러나 태양광을 받아들이는 렌즈의 크기가 지름 95mm 로 제한되어 있어, 여러 렌즈를 사용해야만 요구되는 밝기를 충족시킬 수 있다는 문제점을 갖고 있다.The condenser 10 uses the Fresnel lens 12 as a solar light method, and minimizes the spherical and chromatic aberrations of the lens to integrate sunlight into a single strand of optical fiber having a central diameter of 1 mm. Can be. However, since the size of the lens that accepts sunlight is limited to a diameter of 95mm, there is a problem that can use the several lenses to meet the required brightness.

도 2는 종래의 2개의 오목 거울을 이용한 태양광 집광 장치를 나타낸 도이다.2 is a view showing a solar condenser using two conventional concave mirrors.

도 2를 참조하면, 2개의 오목 거울을 이용한 태양광 집광 장치(20)는 주 반사기(오목 거울;21) 및 부 반사기(오목 거울;22)를 통해 태양으로부터 오는 태양광을 광섬유(24)가 연설된 집광부(23)로 반사시키는 원리를 이용한다.Referring to FIG. 2, the solar light collecting apparatus 20 using the two concave mirrors receives the sunlight from the sun through the main reflector (concave mirror; 21) and the sub reflector (concave mirror; 22). The principle of reflecting to the condensed light concentrator 23 is used.

구체적으로 집광 장치(20)는 태양광이 주 반사기(21)에 입사되면 내측 즉, 오목면에 1차 반사되며, 상기 오목면의 곡률에 따라 1차 반사된 태양광은 한 초점에 집중하게 되는데, 상기 초점에 부 반사기(22)를 형성하되 오목면이 상기 주 반사기를 향하도록 형성하게 되면, 1차 반사된 태양광은 다시 2차 반사하게 된다. Specifically, the light collecting device 20 is primarily reflected in the inner surface, that is, the concave surface when the sunlight is incident on the main reflector 21, the primary reflected light according to the curvature of the concave surface is concentrated in one focal point When the sub reflector 22 is formed at the focal point, but the concave surface is formed to face the main reflector, the primary reflected sunlight is secondarily reflected again.

이와 같은 오목 거울을 이용한 집광 장치의 앞서 설명한 바와 같이, 1차로 입사되는 태양광의 크기가 너무 크기 때문에 여러 가닥의 광섬유를 사용하여야 하며, 이로 인하여 집광부에서 빛의 손실이 생기는 문제점이 있다.As described above of the condenser using the concave mirror, since the size of the primary incident light is too large, several strands of optical fiber should be used, which causes a problem of light loss in the condenser.

본 발명의 목적은 1차로 입사되는 태양광의 크기가 너무 크지 않고, 집광되는 빛의 구경을 최소화하여 하나의 광섬유만을 이용해도 되는 정도도 효율성이 높은 집광 장치를 제공하는 것이다. 또한 광 집적과 별도로 집적된 열을 별도로 모아 전기에너지 생성에 사용할 수 있게 하는 집광 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a light concentrating device having a high degree of efficiency in which the size of sunlight incident to the first incident light is not too large, and only a single optical fiber is minimized by minimizing the aperture of condensed light. In addition, to provide a light concentrating device that collects the heat integrated separately from the light integration and can be used to generate electrical energy.

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 특징에 의하면, 태양광 집광 장치는, 태양광을 집광하기 위한 오목거울과 상기 오목 거울에 대향해서 설치되고, 상기 오목거울에서 반사되어 1차 집광된 빛을 2차 집광하기 위한 볼록 거울을 포함하는 제1 집광부 및 상기 오목거울과 상기 볼록 거울 사이에 위치하고, 상기 볼록 거울에서 반사되어 2차 집광된 빛을 채광하기 위한 제2 집광부를 포함하며, 상기 제2 집광부는, 상기 2차 집광된 빛을 1차 굴절하여 집광하기 위한 볼록렌즈; 상기 볼록 렌즈에 인접하여 설치되고 상기 1차 굴절된 빛을 재 굴절하여 최소한의 지름으로 집광하기 위한 볼 렌즈; 및 상기 집광된 빛을 전송하기 위한 광섬유를 포함한다.In order to achieve the object of the present invention as described above, according to a feature of the present invention, the solar light concentrating device is provided opposite the concave mirror and the concave mirror for condensing sunlight and is reflected from the concave mirror A first condenser including a convex mirror for second condensing primary focused light and a second concentrator positioned between the concave mirror and the convex mirror and for reflecting the second condensed light reflected from the convex mirror; A light converging lens, wherein the second light converging part comprises: a convex lens for condensing the second condensed light by primary refraction; A ball lens installed adjacent to the convex lens and configured to re-reflect the primary refracted light to condense to a minimum diameter; And an optical fiber for transmitting the focused light.

본 발명에 따른 태양광 집광장치는 초기 1차 거울에 입사된 태양광을 작은 지름 크기로 집적시키는 역할을 한다. 제2 집광부에서는 집적된 태양광을 지름 1.5 mm의 중심내경을 갖는 광섬유 한 가닥에 입사되어 원하는 태양광이 손실없이 전송시킬 수 있는 효과를 갖게 한다.The solar light collecting device according to the present invention serves to integrate the sunlight incident on the initial primary mirror into a small diameter size. In the second condenser, the integrated solar light is incident on one strand of an optical fiber having a central internal diameter of 1.5 mm, so that desired sunlight can be transmitted without loss.

이에 따라 프리넬 렌즈를 사용하는 집광 장치의 경우 광섬유 한 가닥에 집광시킬 수 있는 렌즈의 크기가 지름 95mm 로 제한되는 데 비해, 본 발명은 거울을 이용해 빛의 반사 현상을 이용하므로 한 가닥의 광섬유에 보다 많은 양의 빛을 집광시킬 수 있는 장점을 갖고, 2개의 오목 렌즈만으로 집광하는 집광 장치의 경우 최종적으로 집광된 빛의 크기가 매우 크기 때문에 광섬유 다발을 사용하여 빛을 전송하게 되고 이에 따라 빛의 손실이 발생하는 문제가 있으나, 본 발명의 경우 최종 집광된 빛의 지름이 1.5 mm로 매우 작기 때문에 광섬유 한 가닥에 전부 입사시킬 수 있으므로 빛의 손실을 없앨 수 있다. 또한, 광 전송에 있어서도 여러 다발의 무거운 광섬유를 사용하는 것이 아니므로 경제적이고 조작이 간편하다는 장점을 갖는다.Accordingly, in the case of a light collecting device using a fresnel lens, the size of a lens that can focus on one strand of optical fiber is limited to 95 mm in diameter, whereas the present invention uses a reflection of light using a mirror, so In the case of the light condensing device that condenses only a larger amount of light, and condensing with only two concave lenses, the size of the light finally collected is very large, the optical fiber bundle is used to transmit the light. Although there is a problem that a loss occurs, in the case of the present invention, since the diameter of the final focused light is very small as 1.5 mm, it can be incident on one strand of the optical fiber, thereby eliminating the loss of light. In addition, also in the light transmission does not use a plurality of heavy optical fiber has the advantage of economical and easy operation.

또한 적외선 필터를 사용하여 열을 제거한 집광이 가능하며 제거된 열은 따로 모아서 전기 에너지를 생성하는 데 사용할 수 있다.Infrared filters can also be used to condense heat, which can then be collected and used to generate electrical energy.

본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, the advantages of the operability of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 3은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 구성을 나타낸 도이다.3 is a view showing the configuration of a solar light collecting device according to the present invention.

도 3을 참조하면, 태양광 집광 장치는, 볼록 거울(31), 2차 볼록 거울 지지대(32), 오목 거울(36)을 포함하는 제1 집광부와 볼록 렌즈(33), 볼 렌즈(34), 집광 부 지지대(35), 광섬유(37),를 포함하는 제2 집광부, 그리고, 적외선 광 필터(38), 거울 고정판(39), 광 필터 하우징(40)을 포함한다.Referring to FIG. 3, the solar light collecting apparatus includes a first condenser including a convex mirror 31, a secondary convex mirror support 32, and a concave mirror 36, a convex lens 33, and a ball lens 34. ), A second light collecting part including a light collecting sub supporter 35, an optical fiber 37, and an infrared light filter 38, a mirror fixing plate 39, and an optical filter housing 40.

본 발명에서는 500mm 의 곡률 반경을 갖는 오목 거울(36)과 50mm 의 곡률 반경의 2차 볼록 거울(31)을 사용하여 태양광을 집광시킨다. 태양광은 오목 거울에 의해 1차 반사되어 볼록 거울에 집광된다. 볼록 거울은 오목 거울의 초점 면 보다 앞에 위치하며, 볼록 거울에 의해 다시 반사된 빛은 제2 집광부(50)의 볼록 렌즈(33)에 평행하게 입사된다. 볼록 렌즈(33)에 입사된 빛은 볼록렌즈(33)의 초점면을 지나 볼렌즈(34)로 들어가도록 설계된다. 볼렌즈(34)에 의해 최종 집광된 태양광의 크기는 지름 1.5 mm 가 되어 광섬유 한 가닥에 입사시키는 것이 가능하다.In the present invention, sunlight is condensed using a concave mirror 36 having a radius of curvature of 500 mm and a secondary convex mirror 31 of a radius of curvature of 50 mm. Sunlight is primarily reflected by the concave mirror and is concentrated on the convex mirror. The convex mirror is located in front of the focal plane of the concave mirror, and the light reflected back by the convex mirror is incident in parallel to the convex lens 33 of the second condenser 50. Light incident on the convex lens 33 is designed to enter the ball lens 34 through the focal plane of the convex lens 33. The size of the solar light finally collected by the ball lens 34 is 1.5 mm in diameter and can be incident on one strand of the optical fiber.

즉, 본 발명에 따른 태양광 집광 장치에서는 이 집광된 빛을 볼록 렌즈(33)와 볼렌즈(34)를 사용하여 지름 1.5mm 의 광섬유 한 가닥에 집광시킴으로써, 집광된 태양광의 손실을 최소화하였다. 이 결과로 일본의 렌즈 집광형 채광방식에 비하여 약 2배의 대면적 채광이 가능해 졌으며, 미국의 반사 집광 형에 비교하여서는 광섬유 한 가닥에 집광시킴으로써, 광섬유 다발에 집광시킬 때 발생할 수 있는 손실을 없앨 수 있으므로 보다 더 효율적인 광 전송이 가능하다. 광섬유를 통과한 빛은 적외선 광필터를 이용하여 적외선을 거른 후, 조명에 이용되도록 한다.That is, in the solar light concentrating device according to the present invention, the condensed light is condensed on one strand of an optical fiber having a diameter of 1.5 mm by using the convex lens 33 and the ball lens 34 to minimize the loss of the condensed sunlight. As a result, it is possible to obtain approximately twice the area of light compared to the Japanese lens condensing method, and condensing on one strand of optical fiber compared to the American condensing condensing method eliminates the loss that can occur when condensing on a bundle of optical fibers. This allows for more efficient light transmission. The light passing through the optical fiber is filtered through an infrared light filter and then used for illumination.

도 4는 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 제2 집광부의 구성을 나타낸 도이다.4 is a diagram illustrating a configuration of a second light collecting unit of the solar light collecting device according to the present invention.

제2 집광부(50)는, 광섬유(37), 볼록 렌즈(41), 집광 부 하우징(42), 볼렌즈(43), 광섬유 지지대(44)를 포함한다.The second light collecting part 50 includes an optical fiber 37, a convex lens 41, a light collecting part housing 42, a ball lens 43, and an optical fiber support 44.

도 3에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 집광장치는 약 500mm 의 곡률 반경을 갖는 오목 거울(36)과 곡률반경 약 50mm 를 갖는 볼록 거울(31)로 구성된다. 태양광은 오목 거울(36)에 의해 반사되어 볼록 거울(31)에 집광된다. 볼록 거울(31)은 오목 거울(36)의 초점 면 보다 앞에 위치하며 2차 거울에 의해 다시 반사된 빛은 제2 집광부의 볼록 렌즈(33)에 이 볼록 렌즈의 크기와 같은 크기로 입사된다. 볼록 렌즈(33)에 입사된 빛은 볼록 렌즈(33)의 초점면을 지나 볼렌즈(34)로 들어가도록 구성되며, 볼렌즈(34)에 의해 최종 집광된 태양광의 크기는 지름 1.5mm 가 되어 광섬유 한 가닥에 입사시키는 것이 가능하다. 상기 지름 및 곡률 반경은 위에 기재된 지름 및 곡률반경에서 ±10%의 오차범위 내의 크기를 가질 수 있다.As shown in FIG. 3, the solar light collecting apparatus according to the present invention includes a concave mirror 36 having a radius of curvature of about 500 mm and a convex mirror 31 having a radius of curvature of about 50 mm. Sunlight is reflected by the concave mirror 36 and condensed on the convex mirror 31. The convex mirror 31 is located in front of the focal plane of the concave mirror 36 and the light reflected back by the secondary mirror is incident on the convex lens 33 of the second condenser at the same size as that of the convex lens. . The light incident on the convex lens 33 passes through the focal plane of the convex lens 33 and enters the ball lens 34. The size of the solar light condensed by the ball lens 34 is 1.5 mm in diameter. It is possible to make incident on one strand of optical fiber. The diameter and radius of curvature may have a size within an error range of ± 10% from the diameter and radius of curvature described above.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 태양광 집광장치의 빛의 집광 경로를 나타낸 도이다.5 and 6 are views showing a light condensing path of the solar light collecting device according to the present invention.

도 5를 참조하면, 집광 장치에 입사된 태양광은 오목 거울(36)을 통해 1차 반사 빛(51)이 되어 제2차 볼록 거울(31)로 입사된다. 이때 오목 거울(36)의 특성 에 따라 1차 반사 빛(51)은 오목 거울(36)의 지름보다 작은 볼록 거울(31)의 지름만큼 집광된다. Referring to FIG. 5, sunlight incident on the light collecting device becomes primary reflected light 51 through the concave mirror 36 and is incident on the second convex mirror 31. At this time, the primary reflected light 51 is condensed by the diameter of the convex mirror 31 smaller than the diameter of the concave mirror 36 according to the characteristics of the concave mirror 36.

그리고 제1 반사 빛(51)은 볼록 거울(31)을 통해 2차 반사되어 집광된다. 만일 볼록 거울(31) 대신 평면거울이나 오목 거울을 사용하는 경우에는 2차 반사 빛이 도면부호 53과 같이 2차 거울(평면거울 또는 오목 거울) 바로 앞에 초점이 생기기 때문에 제2 집광부(50)에 의해 가려지는 빛의 양이 많아 효율성이 떨어지게 된다. 본 집광장치는 2차 거울을 볼록 거울(31)을 사용하여 2차 거울로부터 상당히 떨어진 부근에서 2차 반사된 빛(52)을 집광할 수 있게 된다. 2차 반사된 빛(52)은 집광 장치 내의 제2 집광부(50)로 입사된다.In addition, the first reflected light 51 is secondly reflected by the convex mirror 31 to be collected. If a flat mirror or a concave mirror is used instead of the convex mirror 31, the second condensing part 50 because the secondary reflected light is focused in front of the secondary mirror (flat mirror or concave mirror) as shown by reference numeral 53. Because of the large amount of light obscured, the efficiency is reduced. The condenser can use the secondary mirror to condense the secondary reflected light 52 in the vicinity of a considerable distance from the secondary mirror using the convex mirror 31. The secondary reflected light 52 is incident on the second light collecting portion 50 in the light collecting device.

도 6을 참조하면, 2차 반사된 빛(52)은 제2 집광부(50)의 볼록렌즈(33)를 통해 1차 굴절되어 집광된다. 볼록 렌즈(33)를 통과한 1차 굴절 빛(54)은 볼렌즈(34)를 통해 2차 굴절되어 최종 집광된다. 최종 집광된 2차 굴절빛(55)은 지름 1.5mm 이내로 집광된 빛이며 광섬유(37)를 통해 실내 등으로 전송될 수 있다.Referring to FIG. 6, the second reflected light 52 is first refracted and collected through the convex lens 33 of the second condenser 50. The primary refracted light 54 passing through the convex lens 33 is second refracted through the ball lens 34 to be finally focused. The final condensed secondary refraction light 55 is light condensed within a diameter of 1.5 mm and may be transmitted to the room through the optical fiber 37.

즉, 본 발명에 따른 태양광 집광장치는 제1 집광부와 제2 집광부로 나눠지며, 제1 집광부는 태양광을 반사시키기 위한 1차 오목 거울(36)과 이로부터 반사된 빛을 제2 집광부로 다시 반사시키기 위한 2차 볼록 거울(31)로 구성된다. 제2 집광부(50)는 볼록 렌즈(33)와 볼렌즈(34)로 구성되며 초기 1차 오목 거울(36)에 입사된 오목 거울의 지름에 대응되는 크기의 태양광을 지름 1.5 mm 크기로 집적시키는 역할을 한다. 제2 집광부에서는 집적된 태양광을 지름 1.5 mm의 중심내경을 갖는 광섬유 한 가닥에 입사되어 원하는 태양광이 손실없이 전송시킬 수 있는 효과를 갖게 한다.That is, the solar light collecting apparatus according to the present invention is divided into a first light collecting unit and a second light collecting unit, and the first light collecting unit is configured to reflect the sunlight to the primary concave mirror 36 and the light reflected therefrom. And a secondary convex mirror 31 for reflecting back to the light collecting portion. The second condenser 50 includes a convex lens 33 and a convex lens 34, and the sunlight having a size corresponding to the diameter of the concave mirror incident on the initial primary concave mirror 36 is 1.5 mm in diameter. It serves to accumulate. In the second condenser, the integrated solar light is incident on one strand of an optical fiber having a central internal diameter of 1.5 mm, so that desired sunlight can be transmitted without loss.

그리고 광섬유를 통과하여 나온 빛은 적외선 필터(38)를 사용하여 열을 제거하여 조명에 이용할 수 있다. 즉, 필터링부(40)는 제2 집광부(50)에서 수집된 빛을 자외선, 가시광선 및 적외선 등으로 각각 분리하여 목적에 맞게 필터링을 할 수 있다.Light emitted through the optical fiber may be used for illumination by removing heat using the infrared filter 38. That is, the filtering unit 40 may separate the light collected by the second condenser 50 into ultraviolet rays, visible rays, infrared rays, and the like, respectively, and filter the light according to the purpose.

한편, 오목 거울(36)과 볼록 거울(31) 사이의 거리와, 볼록 거울(31)과 제2 집광부(50) 사이의 거리는 초점 조절을 위해 조절 가능하게 제작될 수 있다. Meanwhile, the distance between the concave mirror 36 and the convex mirror 31 and the distance between the convex mirror 31 and the second condenser 50 may be manufactured to be adjustable for focusing.

도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치를 이용하여 집광된 태양광의 조도와 백열등(30, 60, 100W)과의 조도 비교를 나타낸 그래프이다.7 and 8 are graphs showing the illuminance of the solar light collected using the solar light collecting device according to the present invention and the illuminance between the incandescent lamps 30, 60, and 100W.

도 7은 광원으로부터 1cm ~ 30cm 거리 사이에서의 조도를 나타내었고, 도 8은 광원으로부터 40 cm ~ 90cm 사이에서의 조도를 나타내었다. FIG. 7 shows the illuminance between 1 cm and 30 cm from the light source, and FIG. 8 shows the illuminance between 40 cm and 90 cm from the light source.

실험은 고 효율 태양광 집광장치에 100m의 지름 1.5mm 광섬유 한 가닥을 연결하여 암실분위기에서 30W, 60W, 100W 백열등과 조도를 비교하였다.The experiments were conducted by connecting one strand of 100m diameter 1.5mm optical fiber to a high efficiency solar concentrator and comparing the illuminance with 30W, 60W and 100W incandescent lamps in dark environment.

도 7 및 도 8을 참조하면, 각 광원과의 거리가 1cm 떨어진 거리에서 백열등 간의 조도차이는 30W와 60W의 백열등에 비하여 100W의 조도가 약 3배, 2.3배로 각각 측정되었다. 이에 반하여 집광된 태양광의 조도는 100W의 백열등에 비해 약 4배 높은 것으로 측정되었다.Referring to FIGS. 7 and 8, the illuminance difference between incandescent lamps at distances of 1 cm from each light source was about 3 times and 2.3 times the illuminance of 100 W, respectively, compared to the 30 W and 60 W incandescent lamps. On the contrary, the intensity of the collected solar light was about 4 times higher than that of the 100W incandescent lamp.

그러나 태양광의 조도는 10cm 떨어진 지점부터 급격히 감소하며, 광원으로부터의 거리가 증가할수록 조도가 천천히 감소한다. 이것은 광섬유를 통해서 나오는 태양광이 일정한 발산 각을 가지고 퍼져나가기 때문이다. 그러나 90cm 떨어진 지 점에서 태양광의 조도는 100W 백열등에 비해서는 낮지만, 30W, 60W 백열등에 비해서는 여전히 높은 조도를 나타내고 있다. 이 결과로 본 발명에 따른 집광 장치를 이용할 경우, 30W 나 60W 백열등 보다는 더 높은 조도를 생산해 낼 수 있음을 알 수 있다.However, the illuminance of sunlight rapidly decreases from 10cm away, and gradually decreases as the distance from the light source increases. This is because sunlight from the optical fiber spreads out at a constant divergence angle. However, at a distance of 90 cm, the solar light intensity is lower than that of 100W incandescent lamps, but still higher than that of 30W and 60W incandescent lamps. As a result, it can be seen that when using the light collecting device according to the present invention, it is possible to produce higher illuminance than a 30W or 60W incandescent lamp.

추가적으로, 본 발명에 따른 집광 장치를 구성하는 광부품의 광 특성을 고려한 최대 집광 효율은 70%이며, 100 미터의 광섬유를 사용하여 빛을 전송하였을 때, 2~5%의 손실 밖에 나타나지 않는다.In addition, the maximum light collection efficiency considering the optical characteristics of the optical component constituting the light collecting device according to the present invention is 70%, and only 2 to 5% of loss occurs when light is transmitted using 100 meters of optical fiber.

도 9는 본 발명에 따른 태양광 집광 장치를 이용하여 집광된 태양광을 100m 전송 후, 분광기를 사용하여 측정한 태양광 스펙트럼을 나타낸다.9 shows the solar spectrum measured by using a spectrometer after transmitting 100m of the sunlight collected using the solar light collecting device according to the present invention.

태양광 스펙트럼은 300nm 의 가시광선부터 900nm 의 적외선 영역까지 잘 관찰이 되었고, 450~550nm에서 가장 큰 빛의 세기를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이 결과를 통해 본 발명에 따른 태양광 집광 장치를 이용하였을 때, 파장의 손실없이 전송이 가능함을 알 수 있다. The solar spectrum was well observed from 300nm visible light to 900nm infrared light, and it can be seen that it shows the largest light intensity at 450 ~ 550nm. From this result, it can be seen that when using the solar light collecting device according to the present invention, transmission can be performed without loss of wavelength.

도 10은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치에 적외선 필터를 장착한 후, 도 9와 동일한 조건에서 측정한 태양광 스펙트럼을 나타낸다.FIG. 10 shows the solar spectrum measured under the same conditions as in FIG. 9 after the infrared filter is mounted on the solar light collecting apparatus according to the present invention.

도 10을 참조하면, 적외선 필터의 투과 영역인 400~700 nm에서 파장의 손실없이 도 9의 태양광 스펙트럼과 같은 스펙트럼이 전부 투과되고, 적외선 영역인 700~900nm 에서는 완전히 태양광이 차단되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, all of the same spectrum as the solar spectrum of FIG. 9 is transmitted without loss of wavelength in the transmission region of the infrared filter, 400 to 700 nm, and sunlight is completely blocked in the infrared region of 700 to 900 nm. Able to know.

본 발명에 따른 태양광 집광장치는 1개의 집광장치의 태양광 입사 면적이 1차 반사 거울인 오목 거울의 지름에 해당한다. 따라서 사용하는 용도에 따라서 오 목 거울의 지름 이상의 더 많은 양의 태양 빛을 집광할 필요가 생길 경우, 본 발명에 따른 집광장치를 다수 개 인접하여 하나의 집광 모듈을 만들 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 태양광 집광장치 25개를 사용하여 가로 5개, 세로 5개씩 배열시켜 하나의 집광 모듈을 만들면, 태양광의 집광 면적을 크게 늘려 사용할 수 있게 된다. 이 경우 25개의 광섬유를 최종적으로 1개로 결합하여 전송할 수 있어, 광섬유의 절약에 따른 비용 절감을 이룰 수 있게 된다.The solar light collecting apparatus according to the present invention corresponds to the diameter of the concave mirror in which the solar incident area of one light collecting apparatus is the primary reflection mirror. Therefore, when it is necessary to collect a larger amount of solar light than the diameter of the concave mirror, depending on the intended use, a plurality of condensing devices according to the present invention can be adjacent to one condensing module. For example, when the solar light concentrating device according to the present invention is used to make one condensing module by arranging five horizontally and five vertically by using twenty five solar light concentrating devices, the light condensing area of solar light can be greatly increased. In this case, 25 optical fibers can be finally combined and transmitted, thereby achieving cost reduction due to the saving of optical fibers.

프리넬 렌즈를 사용한 집광 장치의 경우, 렌즈를 사용하므로 광섬유 한 가닥에 집광시킬 수 있는 렌즈의 크기가 지름 95mm 로 제한되는 데 비해, 본 발명은 거울을 이용해 빛의 반사 현상을 이용하므로 한 가닥의 광섬유에 보다 많은 양의 빛을 집광시킬 수 있는 장점을 갖는다. In the case of a light collecting device using a Fresnel lens, the size of a lens that can focus on one strand of optical fiber is limited to 95 mm in diameter because the lens is used, whereas the present invention uses a reflection of light using a mirror, so It has the advantage of concentrating a larger amount of light in the optical fiber.

또한 2개의 오목 거울을 사용하여 집광하는 집광 장치의 경우와 달리 거울 사이의 거리가 더 짧게 할 수 있으므로, 장치의 부피를 보다 작게 할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, HSL의 경우 최종적으로 집광된 빛의 크기가 매우 크기 때문에 광섬유 다발을 사용하여 빛을 전송하게 되고 이에 따라 빛의 손실이 발생하는 문제가 있으나, 본 발명의 경우 최종 집광된 빛의 지름이 1.5 mm로 매우 작기 때문에 광섬유 한 가닥에 전부 입사시킬 수 있으므로 빛의 손실을 없앨 수 있다. 또한, 광 전송에 있어서도 여러 다발의 무거운 광섬유를 사용하는 것이 아니므로 경제적이고 조작이 간편하다는 장점을 갖는다.In addition, unlike the case of the condenser for condensing by using two concave mirrors, since the distance between the mirrors can be made shorter, there is an advantage that the volume of the device can be made smaller. In addition, in the case of HSL, since the size of the finally focused light is very large, there is a problem in that light is transmitted by using the optical fiber bundle and thus there is a problem in that the loss of light occurs. In the present invention, the diameter of the final focused light is 1.5 It is so small in mm that it can be incident on one strand of optical fiber, eliminating the loss of light. In addition, also in the light transmission does not use a plurality of heavy optical fiber has the advantage of economical and easy operation.

또한 적외선 필터를 사용함으로써, 가시광선의 빛은 조명에 이용되고, 분리된 적외선은 따로 집광하여 열, 전기 변환을 거쳐 전기 에너지로 바꿀 수 있다.In addition, by using an infrared filter, the visible light is used for illumination, and the separated infrared light can be collected separately and converted into electrical energy through heat and electricity conversion.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims

A first condensing part including a concave mirror for condensing sunlight, and a convex mirror provided opposite to the concave mirror, and condensing mirror for condensing light primarily reflected by the concave mirror;

Located between the concave mirror and the convex mirror, and includes a second condensing portion for mining the light secondary reflected by the convex mirror,

The second condenser is

A convex lens for condensing and condensing the second condensed light;

A ball lens installed adjacent to the convex lens and configured to condense the first refracted light to have a diameter of 1.5 mm or less; And

Solar concentrating device comprising an optical fiber for transmitting the focused light.

According to claim 1,

The solar light collecting device,

And a infrared filter unit for separating and filtering infrared rays from the light collected by the second condenser.

The method of claim 1,

The convex mirror is located at a distance shorter than the focal length of the concave mirror, the light reflected from the convex mirror and incident on the convex lens is incident in parallel,

The concave mirror has a curvature radius ranging from 500mm to ± 50mm solar concentrating device.

The method of claim 1,

The convex mirror has a radius of curvature ranging from 50mm to ± 5mm solar light collecting device.

delete

The method of claim 1,

A first distance between the concave mirror and the convex mirror,

And a second distance between the convex mirror and the second condenser is respectively adjustable.

Consists of a number of solar concentrators,

Each solar light collecting device,

A first condensing part including a concave mirror for condensing sunlight, and a convex mirror provided to face the concave mirror and for condensing light reflected by the concave mirror to a primary light;

The second condenser is

A convex lens for condensing and condensing the second condensed light;

An optical fiber for transmitting the focused light,

A solar condensing module for combining the respective optical fibers from each of the solar light collecting device to output and transmit to one optical fiber.