KR100989283B1 - 광 케이블을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지시스템 - Google Patents

광 케이블을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지시스템 Download PDF

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본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템은, 태양 또는 인공 광원의 광 에너지를 각각 수집하는 다수의 집광용 광 케이블들을 구비하는 집광 유닛; 상기 다수의 집광용 광 케이블들이 수집한 광 에너지를 전송하는 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블; 상기 다수의 집광용 광 케이블들과 상기 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블 사이에 연결되는 역방향 광 분배기; 상기 원거리 전송용 광 케이블을 통하여 전송된 광 에너지를 전송하는 다수의 로컬 광 케이블들을 각각 포함하는 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트; 상기 원거리 전송용 광 케이블과 상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트 사이에 연결되는 순방향 광 분배기; 및 상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트에 각각 연결되고, 상기 로컬 광 케이블 세트를 통하여 전송되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전하는 하나 이상의 태양 전지를 구비한다.

Description

광 케이블을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지 시스템{System for transmitting photo energy using optical cable and optical fiber}
본 발명의 실시예는 광 에너지 시스템에 관한 것으로써, 특히 광 케이블 또는 광 섬유을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지 시스템에 관한 것이다.
종래의 태양광 발전 시스템은 태양광 수집 장치 및 태양 전지를 개별 건축물의 외부에 노출, 설치한다. 그러므로, 개별 건축물들에 별도의 공간을 확보하여, 태양광을 이용한 발전 설비를 구축해야 하는 문제가 있다.
본 발명의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는, 광 케이블 또는 광 섬유을 통하여 광 에너지를 전송하는 광 에너지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템은, 태양 또는 인공 광원의 광 에너지를 각각 수집하는 다수의 집광용 광 케이블들을 구비하는 집광 유닛; 상기 다수의 집광용 광 케이블들이 수집한 광 에너지를 전송하는 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블; 상기 다수의 집광용 광 케이블들과 상기 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블 사이에 연결되는 역방향 광 분배기; 상기 원거리 전송용 광 케이블을 통하여 전송된 광 에너지를 전송하는 다수의 로컬 광 케이블들을 각각 포함하는 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트; 상기 원거리 전송용 광 케이블과 상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트 사이에 연결되는 순방향 광 분배기; 및 상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트에 각각 연결되고, 상기 로컬 광 케이블 세트를 통하여 전송되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전하는 하나 이상의 태양 전지를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템은, 집광 유닛에서 수집된 광 에너지를 원거리에 위치하는 태양 전지에 광 케이블을 이용하여 전송한다. 그럼으로써, 수요자 측에서는 집광 유닛을 설치하지 않아도 되고 태양 전지를 실외 대신에 실내에 설치해도 되는 장점이 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템(100)은, 집광 유닛(110), 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블(140), 및 하나 이상의 태양 전지(182, 184, 186)를 구비한다.
집광 유닛(110)은 태양(L1) 또는 인공 광원(L2)의 빛 에너지를 수집한다. 수집된 빛 에너지는 원거리 전송용 광 케이블(140)을 통하여 태양 전지(182, 184, 186)에 전송된다. 태양 전지(182, 184, 186)는 전송된 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전한다. 원거리 전송용 광 케이블(140)은 광 케이블 또는 광 섬유로 이루어질 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 광 케이블로 가정하고 설명한다.
집광 유닛(110)은 제1영역(R1)에 속할 수 있고, 태양 전지(182, 184, 186)는 제2 내지 제4영역(R2, R3, R4)에 속할 수 있다. 즉, 집광 유닛(110)과 태양 전지(182, 184, 186)은 서로 다른 영역에 설치되고, 원거리 전송용 광 케이블(140)로 연결될 수 있다.
특정한 시설 또는 기관(제1영역 ; R1)에 집광 유닛(110)을 설치하고, 집광 유닛(110)을 통하여 수집된 태양광(L1) 또는 인공광(L2)을 광 에너지를 필요로 하는 건축물(제2 내지 제4영역 ; R2~R4)로 원거리 전송용 광 케이블(140)을 이용하여 전달한다. 개별 건축물(제2 내지 제4영역 ; R2~R4)에 설치된 태양 전지(182, 184, 186)에 빛 에너지를 전기 에너지로 변환 축전하여, 수요자가 필요로 할 때 전기 에너지를 공급받도록 한다.
태양 에너지를 필요로 하는 수요자는, 특정한 시설 또는 기관(제1영역 ; R1)으로부터 광케이블(광섬유)을 통하여 실내에 설치된 태양 전지(182, 184, 186)에 태양광을 전달 받아 축전/사용할 수 있다. 그러므로, 수요자는 자신의 영역(제2 내지 제4영역 ; R2~R4)에 태양광 에너지를 수집하는 장치를 설치할 필요가 없다.
또한, 수요자 측에서는 태양 전지(182, 184, 186)를 건물 외부에 설치하지 않아도 되고 건물 내부에 설치할 수 있다. 그에 따라, 태양 전지(182, 184, 186)에 외부 설치 상면을 추가하지 않아도 된다. 또한, 날씨 등 기후 변화에 대비하기 위하여 태양 전지(182, 184, 186)를 특별 제작하지 않아도 된다. 즉, 태양 전지(182, 184, 186)의 외부 노출로 인해 발생될 수 있는 마모, 손실 등 내구성 보완을 위하여 소요되는 태양 전지(182, 184, 186)의 생산 원가 비용을 절감할 수 있다. 또한, 태양 전지(182, 184, 186)를 외부에 설치함으로써 발생할 수 있는 태양 전지(182, 184, 186)의 노후화도 방지할 수 있고, 노후화에 따른 유지 보수 문제도 방지할 수 있다. 그에 따라, 태양 에너지 및 태양 전지 관련 산업의 활성화를 기대할 수 있으며, 석유 및 석탄 등 한정된 에너지 자원에 대한 대체 에너지로 무공해 에너지인 태양 에너지 산업의 발전을 도모할 수 있다.
한편, 송신자 측은 집광된 광 에너지를 광 케이블을 통하여 수요자 측으로 전송하므로, 송신자 측에는 태양 전지가 설치되지 않아도 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템의 상세도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템(100)은, 집광 유닛(110), 역방향 광분배기(130), 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블(140), 순 방향 광분배기(160), 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트(172, 174), 및 하나 이상의 태양 전지(182, 184)를 구비한다.
집광 유닛(110)은 다수의 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)을 구비한다. 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)은 태양(L1) 또는 인공 광원(L2)의 광 에너지를 각각 수집한다. 원거리 전송용 광 케이블(140)은 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)이 수집한 광 에너지를 전송한다.
역방향 광분배기(130)는 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)과 원거리 전송용 광 케이블(140) 사이에 연결된다. 역방향 광분배기(130)는 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)을 모아서, 원거리 전송용 광 케이블(140)에 연결시킨다.
원거리 전송용 광 케이블(140)의 개수는, 집광용 광 케이블(120_1~120_n)의 개수보다 작을 수 있다. 집광용 광 케이블(120_1~120_n)의 개수를 늘림으로써 집광 효율을 높일 수 있다. 원거리 전송용 광 케이블(140)의 개수를 줄임으로써, 설치/관리의 편의성을 증대시킬 수 있고 원거리 전송의 편의성을 증대시킬 수 있다.
로컬 광 케이블 세트(172, 174)는 수요자 영역(R2, R3)에 설치되고, 원거리 전송용 광 케이블(140)을 통하여 전송된 광 에너지를 수신한다. 로컬 광 케이블 세트(172, 174) 각각은, 다수의 로컬 광 케이블들로 이루어질 수 있다.
순방향 광분배기(160)는 원거리 전송용 광 케이블(140)과 로컬 광 케이블 세트(172, 174) 사이에 연결된다. 순방향 광분배기(160)는 원거리 전송용 광 케이블(140)을 분리하여, 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트(172, 174)에 연결시킬 수 있다. 그에 따라, 원거리 전송용 광 케이블(140)을 통하여 전송되는 광 에너지는, 다수의 수요자 영역(R2, R3)으로 전달될 수 있다.
태양 전지(182, 184)는 로컬 광 케이블 세트(172, 174)에 각각 연결된다. 태양 전지(182, 184)는 로컬 광 케이블 세트(172, 174)를 통하여 전송되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전한다. 태양 전지(182, 184)에 축전된 전기 에너지는, 태양 전지(182, 184)에 연결되는 전기 기기(APP1, APP2)에서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템(100)은, 광 증폭기(150)를 더 구비할 수 있다. 광 증폭기(150)는 원거리 전송용 광 케이블(140)의 소정 영역에 연결되고, 원거리 전송용 광 케이블(140)을 통하여 전송되는 광 에너지를 증폭한다. 그럼으로써, 먼 거리까지 광 에너지가 전송될 수 있도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템(100)은, 컨버터(192, 194)를 더 구비할 수 있다. 컨버터(192, 194)는 DC-AC 컨버터 일 수 있다. 컨버터(192, 194)는 태양 전지(182, 184)에 축전된 전기 에너지를 컨버팅 하여, 전기 기기(APP1, APP2)로 전달한다.
본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템(100)은 보호막(125)을 더 구비할 수 있다. 보호막(125)은 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)의 양쪽 끝 부분 중에서, 태양(L1) 또는 인공 광원(L2)을 향하는 한쪽 끝 부분들 상에 배치된다. 그럼으로써, 보호막(125)은 집광용 광 케이블들(120_1~120_n)이 외부에 직접 노출되지 않도록 할 수 있다. 보호막(125)은 유리 덮개 등으로 이루어질 수 있다.
도 3은 도 2의 집광용 광 케이블의 예시도이다.
도 3을 참조하면, 집광용 광 케이블(320_1)의 한쪽 끝 부분은, 태양 또는 인 공 광원에서 멀어질수록 직경이 짧아지는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 깔대기 형태 또는 둥근 돔 형태를 가질 수 있다. 그럼으로써, 집광용 광 케이블(320_1)이 집광할 수 있는 광 에너지 량을 늘릴 수 있다.
도 4는 도 3의 집광용 광 케이블의 변형도이다.
도 4를 참조하면, 집광용 광 케이블(320_1)은 보호 덮개(326_1)를 구비할 수 있다. 보호 덮개(326_1)는 태양 또는 인공 광원을 향하는 집광용 광 케이블(320_1)의 종단을 덮는다. 그럼으로써, 집광용 광 케이블(320_1)의 종단이 보호될 수 있다.
보호 덮개(326_1)는 제1면(3261_1)과 제2면(3262_1)을 구비할 수 있다. 제1면(3261_1)은 태양 또는 상기 인공 광원을 향하는 면이고, 제2면(3262_1)은 제1면(3261_1)의 반대 면이다. 제1면(3261_1)은 빛을 투과하는 소재로 이루어진다. 제2면(3262_1)은 제1면(3261_1)을 통하여 투과된 빛을 굴절시키는 소재로 이루어진다.
도 5는 도 4의 집광용 광 케이블이 빛을 받아들이는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 태양 또는 인공 광원의 빛이 보호 덮개(326_1)의 제1면(3261_1)에 도달하면, 제1면(3261_1)을 투과한다(A 경로와 B 경로 참조). A 경로의 빛은 광 케이블(320_1) 내벽에서 한번 굴절되고, 보호 덮개(326_1)의 제2면(3262_1)에서 다시 한번 굴절되어, 광 케이블(320_1)의 내부(328_1)로 전달된다. 광 케이블(320_1) 내벽과 보호 덮개(326_1)의 제2면(3262_1)은 A 경로의 빛을 일부 감쇄시키지만 광 케이블(320_1)의 내부(328_1)로 전달한다. 한편, B 경로의 빛은 굴절되지 않고 광 케이블(320_1)의 내부(328_1)로 전달된다.
도 6은 도 2의 태양 전지를 상세하게 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 태양 전지(182)는 태양 전지 덮개(1822)와 태양 전지 본체(1824)를 구비한다.
태양 전지 덮개(1822)는 다수의 구멍들을 포함할 수 있다. 상기 구멍들은 태양 전지 덮개(1822)를 관통하여 형성된다. 로컬 광 케이블들(172)은 태양 전지 덮개(1822)에 형성되는 구멍들에 삽입되어, 태양 전지 본체(1824)에 연결되어 광 에너지를 전달한다.
태양 전지 본체(1824)는 에너지 변환 모듈(미도시)과 축전 모듈(미도시)을 구비할 수 있다. 에너지 변환 모듈(미도시)은 광 에너지를 상기 전기 에너지로 변환하고, 축전 모듈(미도시)은 변환된 전기 에너지를 축전한다. 축전된 전기 에너지는 전기 기기(도 2의 APP1, APP2)에 공급되어 사용될 수 있다.
태양 전지 덮개(1822)의 하부는 광을 반사할 수 있는 물질로 코팅될 수 있다. 그에 따라, 태양 전지 덮개(1822)를 통하여 전달된 빛은 외부로 빠져나가지 않고 내부로 반사될 수 있고, 빛의 손실을 방지할 수 있다.
태양 전지 덮개(1822)에 형성되는 구멍들에서 로컬 광 케이블들(172)이 삽입되고 남은 공간은, 밀봉될 수 있다. 그에 따라, 빛이 빠져나갈 수 있는 공간이 없 어진다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광 에너지 시스템의 상세도이다.
도 3은 도 2의 집광용 광 케이블의 예시도이다.
도 4는 도 3의 집광용 광 케이블의 변형도이다.
도 5는 도 4의 집광용 광 케이블이 빛을 받아들이는 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 태양 전지를 상세하게 나타내는 도면이다.

Claims (12)

  1. 태양 또는 인공 광원의 광 에너지를 각각 수집하는 다수의 집광용 광 케이블들을 구비하는 집광 유닛;
    상기 다수의 집광용 광 케이블들이 수집한 광 에너지를 전송하는 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블;
    상기 다수의 집광용 광 케이블들과 상기 하나 이상의 원거리 전송용 광 케이블 사이에 연결되는 역방향 광 분배기;
    상기 원거리 전송용 광 케이블을 통하여 전송된 광 에너지를 전송하는 다수의 로컬 광 케이블들을 각각 포함하는 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트;
    상기 원거리 전송용 광 케이블과 상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트 사이에 연결되는 순방향 광 분배기; 및
    상기 하나 이상의 로컬 광 케이블 세트에 각각 연결되고, 상기 로컬 광 케이블 세트를 통하여 전송되는 광 에너지를 전기 에너지로 변환하여 축전하는 하나 이상의 태양 전지를 구비하되,
    상기 태양 전지는 태양 전지 덮개; 및 태양 전지 본체를 구비하고, 상기 태양 전지 본체는 상기 광 에너지를 상기 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 모듈; 및 상기 변환된 전기 에너지를 축전하는 축전 모듈을 구비하고, 상기 태양 전지 덮개는 상기 태양 전지 덮개를 관통하여 형성되는 다수의 구멍들을 포함하고 하부가 광을 반사할 수 있는 물질로 코팅되며, 상기 로컬 광 케이블들은 상기 다수의 구멍들에 삽입되어 상기 에너지 변환 모듈에 연결되는 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 태양 또는 상기 인공 광원을 향하는 상기 집광용 광 케이블들의 한쪽 끝 부분은,
    상기 태양 또는 상기 인공 광원에서 멀어질수록 직경이 짧아지는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 집광용 광 케이블들 각각은,
    상기 태양 또는 상기 인공 광원을 향하는 상기 집광용 광 케이블들의 한쪽 끝 부분을 덮는 보호 덮개를 더 구비하고,
    상기 보호 덮개는,
    상기 태양 또는 상기 인공 광원을 향하고, 빛을 투과하는 소재로 이루어지는 제1면; 및
    상기 제1면의 반대 면이고, 상기 제1면을 통하여 투과된 빛을 굴절시키는 소재로 이루어지는 제2면을 구비하는 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 태양 전지 덮개에 형성되는 구멍들에서 상기 로컬 광 케이블들이 삽입되고 남은 공간은, 밀봉되는 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양 전지에 축전된 상기 전기 에너지를 컨버팅 하는 DC-AC 컨버터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 원거리 전송용 광 케이블의 개수는,
    상기 집광용 광 케이블의 개수보다 작은 것을 특징으로 하는 광 에너지 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
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