KR101102461B1 - 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 - Google Patents
고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101102461B1 KR101102461B1 KR1020090116228A KR20090116228A KR101102461B1 KR 101102461 B1 KR101102461 B1 KR 101102461B1 KR 1020090116228 A KR1020090116228 A KR 1020090116228A KR 20090116228 A KR20090116228 A KR 20090116228A KR 101102461 B1 KR101102461 B1 KR 101102461B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fresnel lens
- manufacturing
- mold
- light collecting
- collecting structure
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 38
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 25
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 12
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 10
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000003851 corona treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 5
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 claims description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000004075 alteration Effects 0.000 abstract description 15
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 22
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 20
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 16
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 14
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 11
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 238000003848 UV Light-Curing Methods 0.000 description 10
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 4
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000005341 toughened glass Substances 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000007516 diamond turning Methods 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N Ethyl urethane Chemical compound CCOC(N)=O JOYRKODLDBILNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 208000028659 discharge Diseases 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007776 silk screen coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/52—PV systems with concentrators
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
본 발명은 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 한 쌍의 보호패널을 사용하여 프레넬 렌즈에 이물질이 쌓이는 것이 방지되어 발전효율이 향상된다. 또한, 전주금형을 사용하여 어레이된 프레넬 렌즈의 간격 공차 발생을 최소화할 수 있고, 비구면을 적용하여 렌즈의 구면수차와 종색수차의 발생이 억제되고, 제조비용이 절감되며, 생산시간이 단축되는 집광구조물을 적용하여 태양광발전 시스템의 수익성을 보다 향상할 수 있다.
프레넬 렌즈, 태양광 발전, 집광구조물, 전주금형, 보호패널
Description
본 발명은 고집광 태양광발전(HCPV) 시스템의 집광구조물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 실리콘 집광구조물을 적용해서 태양광을 집광하여 집광량을 크케 향상시켜 태양광 발전 효율 및 수익성을 보다 향상할 수 있는 태양광 집광구조물에 관련된 공정에 관한 것이다.
태양광발전에서는 반도체 물질로 이루어진 태양전지의 광전효과를 이용하여 태양광을 받아 전기를 생산하게 된다. 이러한 광전효과에 의한 전기에너지 생성원리를 이용한 태양광 발전방식은 단결정 혹은 다결정 실리콘전지가 태양광을 흡수하여 전기를 발전시키는 방식이었다. 그러나 발전효율이 극히 낮으므로 이를 높이기 위하여 집광구조물을 사용하는 고집광 태양광 발전(HCPV ; High Concentrate Photovoltaic) 시스템이 개발되었다. 이러한 고집광 태양광 발전시스템에 적용되는 집광구조물은 태양광을 집광하기 위해 여러 개의 렌즈가 배열(어레이, array)된 형태로서, 볼록렌즈를 태양전지의 전면에 부착하여 태양광을 집광하였으나 이러한 집 광구조물은 두께가 두껍고 무게가 많이 나가서 태양추적식 태양광 발전시 태양전지판을 태양의 위치에 따라 이동시키는데 과도한 전력이 소비되었다.
그래서 최근에는 HCPV 시스템의 집광구조물의 무게를 줄이기 위하여 평판에 띠모양의 프리즘을 형성한 프레넬 렌즈를 사용하는데, 야외에 설치하게되면 프레넬 렌즈에 먼지와 같은 이물질이 쌓여 쉽게 제거되지 않아서 발전효율이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 프레넬 렌즈의 오염을 방지하기 위해 단순히 유리판을 덮게되면, 야외의 온도차로 인해 유리판과 프레넬 렌즈사이에 결로현상이 발생되는 문제점도 있다.
또한, 종래 렌즈 제조방법으로써 “프레넬렌즈시트의 제조방법(국내공개특허 제 2004-0063783)”가 개시된 바 있으나, 종래의 프레넬 렌즈 제조 방법은 프레넬렌즈를 성형하기 위해 원금형에서 복제되는 성형형이 3번의 성형을 거쳐 제조되기 때문에 프레넬렌즈의 골 및 산 패턴들이 3번에 걸쳐 뭉게져서 광학 수차가 발생하게 되어 발전효율이 저하되며, 제조 공정이 복잡하여 제조비용이 증가하고 생산시간이 증가되는 문제점이 있었다.
또한 단일 렌즈 사출물을 여러개 어레이 해서 몰드판을 만들어 집광구조물을 제작하게 되면 각 렌즈의 간격들이 공차가 발생되어 최종적으로 집광구조물의 초점위치가 솔라셀에서 벗어나는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 프레넬 렌즈에 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 발전효율이 향상되고, 전주금형을 사용하여 어레이된 프레넬 렌즈의 간격 공차 발생을 최소화할 수 있고, 비구면을 적용하여 렌즈의 구면수차와 종색수차의 발생이 억제되고, 제조비용이 절감되고, 생산시간이 단축되는 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물은 프레넬 렌즈; 상기 프레넬 렌즈의 상부면에 위치하는 상부 보호패널; 상기 프레넬 렌즈와 상부 보호패널 사이를 채우는 UV경화된 충전물; 그리고 상기 프레넬 렌즈의 하부면에 부착하여 실링처리 되는 하부 보호패널;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법은 프레넬 렌즈 패턴이 형성된 마스터금형을 제조하는 단계; 상기 마스터금형을 이용하여 전주금형을 제조하는 단계; 상기 전주금형에 합성수지를 주입하여 경화시키는 단계; 상기 주입된 합성수지를 상기 전주금형에서 이형하는 단계; 상기 합성수지의 프레넬 렌즈 패턴 상에 UV로 경화되는 충전물을 도포하는 단계; 상부 보호패널을 안착하는 단계; 그리고 상기 UV로 경화되는 충전물을 경화시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 마스터 금형은 표면조도가 50nm Ra이고, 주축 회전수가 700rpm이며, 이송속도가 2 내지 5mm/min 인 속도로 가공되는 것을 특징으로 하는 한다.
다른 일면에 따라, 상기 전주금형은 동일한 프레넬 렌즈 패턴이 격자 상으로 배열된 된 것을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 합성수지는 진공도 0.05torr 이하, 압력 2213㎏/㎠에서 주입되고, 200℃에서 1분 내로 경화되는 것을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 프레넬 렌즈는 전주금형에서 이형한 후 표면에 코로나 처리가 되는 것을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 전주금형의 몰드면에 윤활코팅이 되는 것을 특징으로 한다.
다른 일면에 따라, 상기 합성수지의 하면에 하부 보호패널을 부착하고 실링처리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법은 프레넬 렌즈에 이물질이 쌓이는 것을 방지하여 발전효율이 향상되고, 전주금형을 사용하여 어레이된 프레넬 렌즈의 간격 공차 발생을 최소화할 수 있고, 비구면을 적용하여 렌즈의 구면수차와 종색수차의 발생이 억제되고, 제조비용이 절감되고, 생산시간이 단축된다.
이하 본 발명을 그 실시예에 의해 첨부도면을 참고로 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물이 설치된 태양광발전 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법을 도시한 순서도이며, 도 4는 본 발명의 실시예의 마스터금형을 실제 가공하는 사진이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 집광구조물과 PMMA렌즈의 파장대별 투광율을 비교한 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의한 고집광 태양광 발전 시스템의 집광구조물(10)은 고집광 태양광 발전(HCPV ; High Concentrate Photovoltaic) 시스템(1)의 태양전지판(30)의 지지대(40)에 태양전지(20)와 소정의 거리를 두고 설치된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 고집광 태양광 발전 시스템의 집광구조물(10)은 프레넬 렌즈(11)와, 상기 프레넬 렌즈(11)의 상부면에 위치하는 상부 보호패널(13)과, 상기 프레넬 렌즈(11)와 상부 보호패널(13) 사이를 채우는 UV경화된 충전물(12)과, 상기 프레넬 렌즈(11)의 하부면에 부착하여 실링처리 되는 하부 보호패널(14)을 포함하여 구성된다.
상기 프레넬 렌즈(11)는 입광면 측에 복수의 동심원상으로 배열된 프리즘(110)이 형성되어 있으며, 입광면측에 입사된 평행광이 상기 프리즘(110)을 거치 면서 집광되도록 형성되어 있다. 상기 프레넬 렌즈(11)의 프리즘(110)은 각 단면이 대략 삼각형으로 되도록 형성되어 있으며, PMMA(Poly methyl methacrylate)와 같은 합성수지를 사용하여 형성하는 것도 가능하나, 상기 집광구조물(10)의 굴절률이 n:1.405~ 1.412이 되게하기 위해 액상 실리콘 조성물로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 액상의 실리콘 조성물의 혼합비는 제한되지 않으나, 수지성분인 A형액과 경화제 성분인 B형액을 혼합하여 사용하는 것도 가능하며, 상기 수지성분인 A형액은 점도가 45,000cP인 것을 사용하며, 경화제 성분인 B액은 점도가 45,000cP인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로 예를 들면, A형 TLS-450(제조사: 동양실리텍)과 B형 TLS-450(제조사: 동양실리텍)의 배합 비율은 1:1로 배합하며 A형액과 B형액을 완전히 혼합하되, 액상 실리콘 광학특성인 파장대별 굴절률은 n:1.405 ~ 1.412로 선택한 것이 바람직하다.
태양광은 넓은 스펙트럼 범위를 갖는 무한물점에 가까운 광원으로서 일반적으로 평행광으로 볼 수 있다. 높은 집광능력을 확보하기 위해서는 구면수차와 종색수차가 잘 보정된 광학계가 설계 되어야 한다. 그러나 짧은 초점거리와 넓은 유효경으로 인해 구면수차의 최소화에 한계가 발생하게 된다. 이로 인해 유효구경의 끝단에서 강한 구면수차로 인한 플레어(Flare)가 유발될 수 있어 비구면을 이용한 최적화 설계가 반드시 필요하게 된다. 또한, 집광구조물은 스펙트럼 영역이 가시광선에서 적외선 영역까지 적용되므로 넓은 가용 파장대로 인해서 종색수차가 더욱 커지게 된다. 일반적으로 종색수차를 제어하기 위해서는 Crown 계열의 소재와 Flint 계열의 소재의 조합으로 통해 이를 제거하지만 집광구조물에 사용되는 프레넬 렌즈는 일반적으로 단소재로 제작되게 되므로 이러한 종색수차의 제거에는 한계가 있지만, 가장 강한 파장을 중심파장으로 하여 집광구조물을 설계하면 구면수차와 종색수차의 발생이 억제된다.
상기 상부 보호패널(13)은 상기 프레넬 렌즈(11)의 상부면에 위치하며 외부로부터 이물질이 프레넬 렌즈면에 쌓이거나 이물질에 의해 파손되는 것을 방지한다. 상기 보호패널(13)은 합성수지, 유리등의 투명재질로 형성하는 것이 가능하나, 내충격성이 뛰어난 강화유리를 사용하여 파손을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 상부 보호패널(13)을 강화유리로 형성한 경우에는 3mm미만으로 형성하게되면 강도가 저하되어 야외의 강한 풍압에 파손되기 쉽고, 우박이나 돌에 의해 쉽게 파손되어 상기 프레넬 렌즈의 보호기능을 할 수 없으며, 3mm를 초과하여 형성하게 되면 광투과율이 저하되며 태양광 발전효율이 저하되며, 무게가 많이 나가서 태양추적식 태양광 발전시 태양전지판을 태양의 위치에 따라 이동시키는데 과도한 전력이 소비되게 되므로, 3mm의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 충전물(12)은 UV경화제가 UV에 의해 경화된 것으로서, 상기 상부 보호패널(13)과 프레넬 렌즈(11)의 사이의 빈공간을 채워 결로현상이 발생되는 것을 방지하고 미세한 먼지가 상기 상부 보호패널(13)과 프레넬 렌즈(11)의 사이에 유입되는 것을 방지한다.
상기 하부 보호패널(14)은 상기 프레넬 렌즈(11)의 하부에 위치하며, 차이에 인해 외부로부터 이물질이 프레넬 렌즈면에 쌓이거나 이물질에 의해 파손되는 것 을 방지한다. 상기 보호패널(13)은 합성수지, 유리등의 투명재질로 형성하는 것이 가능하나, 내충격성이 뛰어난 강화유리를 사용하여 파손을 방지하는 것이 바람직하다. 상기 상부와 동일하게 3mm로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 집광구조물의 측면을 실링처리하여 상기 프레넬 렌즈(11)와 보호패널(13, 14)의 열팽창 계수의 차이로 인해, 상기 프레넬 렌즈(11)와 보호패널(13, 14) 사이에 틈이 발생되어 결로현상이 발생되거나 미세한 먼지가 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 고집광 태양광발전 시스템 집광구조물은 아래와 같은 방법에 의해 제조된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 프레넬 렌즈 패턴이 형성된 마스터금형을 제조하는 단계(S1)와, 상기 마스터금형을 이용하여 전주금형을 제조하는 단계(S2)와, 상기 전주금형에 합성수지를 주입하여 경화시키는 단계(S3)와, 상기 주입된 합성수지를 상기 전주금형에서 이형하는 단계(S4)와, 상기 합성수지의 프레넬 렌즈 패턴 상에 UV로 경화되는 충전물을 도포하는 단계(S5)와, 상기 상부 보호패널을 안착하는 단계(S6)와, 상기 UV경화제접착제를 경화시키는 단계(S7),를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
프레넬 렌즈 패턴이 형성된 마스터금형을 제조하는 단계(S1)는 상기 프레넬 렌즈(11)를 형성하기 위한 틀을 만드는 것으로, 상기 마스터 금형은 전주금형을 만들기 위한 사전 단계로서, 프레넬 렌즈(11) 형상을 금형으로 가공하는 단계이다.
마스터 금형 가공은 다이아몬드 터닝 머시인 장비를 이용하여 단결정 다이아 몬드 공구를 사용하여 초정밀 가공한다. 이때 필요에 따라 상기 스탁박스 재질의 표면에 무전해 니켈도금 표면처리를 하여 금형의 이형성을 보다 향상시키고, 수명을 향상시킬 수도 있는데, 스탁박스 소재의 마스터 금형의 가공면에 400㎛ 두께로 무전해 니켈도금을 실시하는 것이 바람직하다. 무전해 니켈도금의, 화학조성은 Ni 90~91%, P 8~10%이며 경도는 HV450~470 정도이다. 또한 니켈도금의 표면처리를 시행하여 금형의 라이프타임을 향상시킬 수도 있다.
구체적인 예를 들면, 2~5mm/min의 이송속도로, 700rpm의 주축회전수에서 가장 양호한 거칠기의 결과를 얻을 수 있으며, 마스터 금형의 표면조도 Ra 50㎚, 형상정밀도(Center 3um , middle 4.um, End 5um)이고, 스탁박스 소재의 마스터 금형은 지름70mm x 30mm두께이다. 가공는 Nanotech 350FG 5축 가공기 다이아몬드 터닝머시인(DTM)을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 표면조도 및 형상정밀도는 Rough 측정방법로 측정하되 Laser conforcal measuring(VK 9500) 장비를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 마스터금형을 이용하여 전주금형을 제조하는 단계(S2)는 집광구조물(10)은 40mm×40mm의 크기를 가진 프레넬 렌즈를 200개 이상 어레이 해서 일체형 집광구조물을 제작시 마스터 금형 1 Cavity로는 양산제작에 어려움이 있으므로, 스탁박스 재질의 프레넬 렌즈 패턴이 형성된 마스터 금형 1 Cavity을 황동이나 전기가 잘 통하는 소재로 만드는 단계이다. 상기 전주금형은 동일한 프레넬 렌즈 패턴이 격자 상으로 배열되어 있으며, 18개×12개, 20개×10개 또는 22개×10개과 같이 다양한 격자상의 배열로 어레이하는 것이 가능하다.
상기 전주금형은 니켈도금 4~5mm 적층 한 후 마스터 금형과 똑같은 프레넬 렌즈을 복제하는 방법이 바람직하다. 또한 전주금형에서는 프레넬 렌즈 패턴들의 각이나 면들이 섬세하게 유지할 수 있어 광학적 표면조도를 마스터 금형과 똑같이 유지할 수 있을 것도 바람직하다. 또한 여러개의 프레넬 렌즈가 어레이 됨으로 렌즈마다 간격 공차 발생을 최소화 할 수 있으므로 이러한 문제점을 해소 할 수 있다.
상기 전주금형에는 윤활코팅을 하는 것이 바람직한데, 전주금형에 실리콘 재질의 사용하면 일반적으로 금속몰드와 이형성이 나빠 이형시 프레넬 렌즈 패턴이 손상될 우려가 있으나, 본 발명은 전주금형의 몰드면에 윤활코팅을 함으로써 이러한 문제점을 해소할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 윤활코팅은 코니프 코팅(제조사:희망테크프론)을 사용하며, 상기 코니프 코팅은 특히 내마모성, 비점착성, 발수성, 자기윤활성이 우수하며, 복잡한 형상에도 균일한 피막코팅을 얻을 수 있고 내열성이 뛰어나고, 정전기를 형성하지 않으며 초발수성이므로, 종래의 불소수지코팅으로 해결이 어려웠던 내경 및 미세한 패턴에도 정밀한 피막코팅층을 얻을 수 있다. 위와 같은 특성에 의해 미세한 전주금형의 프리즘 형상에도 균일한 코팅이 가능하므로 상기 전주금형에서 상기 프레넬 렌즈를 이형시 프리즘 형상의 손상이 방지된다.
상기 전주금형에 합성수지를 주입하여 경화시키는 단계(S3)는, 상기 전주금형에 합성수지를 주입하는 과정과 주입된 합성수지를 경화시키는 과정으로 구성되어 있다.
상기 전부금형에 합성수지를 주입하는 단계는 위에서 예를 든 것과 같이 합성수지로 실리콘을 사용한 것이다. 액상 실리콘 사출기(LSR)에 전주금형과 지그를 장착 후 함께 조립한 후 액상 실리콘을 넣고, 진공, 가압, 가열을 동시에 수행하여 실리콘 프레넬 렌즈를 사출한다. 본 실시예에서 프레넬 렌즈를 제조하기 위하여 사용되는 액상의 실리콘 조성물은 제한되지 않으나, 수지성분인 A형액과 경화제 성분인 B형액을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 구체적으로 상기 수지성분인 A형액은 점도가 45,000cP인 것을 사용하며, 경화제 성분인 B액은 점도가 45,000cP인 것을 사용한다. 구체적으로 예를 들면, A형 TLS-450(제조사: 동양실리텍)과 B형 TLS-450(제조사: 동양실리텍)의 배합 비율은 1:1로 배합하며 A형액과 B형액을 완전히 혼합한다. 액상 실리콘 광학특성인 파장대별 굴절률은 n:1.405~ 1.412로 선택한 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 액상실리콘사출기(LSR) 장비를 사용하기 때문에 200℃에서 약 1분 이내 후로 기포제거 및 실리콘 수지가 경화되므로 빠른 시간 내에 제조가 가능하다. 따라서 액상실리콘사출기(LSR)장비를 사용하는 것이 바람직하다. 사출된 실리콘 프레넬 렌즈 조성물은 두께가 0.5mm로 제조되는 것이 바람직하며, 상기 두께로 제조함으로써 보호패널과 적층시 UV조사 광 투과율을 높여 접착력이 용이하도록 한다.
실리콘 수지로 A형 TLS-450((제조사: 동양실리텍)과 B형TLS-450((제조사: 동양실리텍)의 배합 비율은 1:1으로 배합하였으며, 교반 시 발생되는 기포를 제거하기 위하여 액상실리콘사출기(LSR)를 이용하여 진공도는 0.05torr이하, 압력은 2213 ㎏/㎠를 유지하는 것이 바람직하다.
상기 전주금형에 상기 액상의 실리콘 조성물을 주입하여, 액상실리콘사출기 자체 압력 250~300℃, 충진압력200℃에서 1분이내로 기포제거 및 경화하는 것이 바람직하다.
상기 주입된 합성수지를 상기 전주금형에서 이형하는 단계(S4)는 상기 전주금형으로부터 경화된 프레넬 렌즈를 분리하는 단계이다. 상기 분리된 프레넬 렌즈의 일면에 코로나 처리를 하여 경화된 실리콘 표면의 표면에너지를 높여 주여 접착성을 향상시키기는 것이 바람직하다. 일반적으로 코로나 방전처리는 코로나 처리기로부터 발생된 고주파에 의해 방전 전극과 처리 룰 사이에 있는 공기를 이온화하여 전하를 띤 입자를 발생시키고 이러한 입자들이 전극과 처리 룰 사이에 위치한 실리콘 프레넬 렌즈 표면에 충돌함으로서 경화된 실리콘 표면에 산화를 일으키게 된다. 따라서 본 실시예에서는 보호패널에 경화된 실리콘 프레넬 렌즈를 접착하기 위해서는 코로나 처리기를 이용하는 것이 바람직하다. 코로나 처리된 실리콘 프레넬 렌즈 표면에 프라이머 도포 후 접착제를 토출하지 않은 이유는 공정 작업자가 실수로 상기 실리콘 프레넬 렌즈 표면에 프라이머 처리 후 프라이머가 휘발 되지 않은 상태에서 접착제를 토출하면, 접착제가 프라이머와 빠른 속도로 반응하기 때문에 접착 전에 이미 접착제의 경화가 진행 되는 경우가 발생하고, 다른 이유로는 프라이머가 완전하게 휘발이 되지 않으면 경화된 실리콘 렌즈 표면이 젖은 상태이기 때문에 접착이 잘 이루어지지 않아 주변 온도, 습도 영향을 많이 받으며, 작업환경에 많은 문제점을 야기시키기 때문이다.
상기 합성수지의 프레넬 렌즈 패턴 상에 UV로 경화되는 충전물을 도포하는 단계(S5)는 보호패널과 경화된 실리콘 수지 계면간의 접착력을 더 향상시키기 위해 UV 경화제 조성물을 도포하는 단계로서, UV 경화제는 혐기성 접착제(anaerobic adhesiver)로서 일명 자외선 경화 접착제라고도 한다. 통상 경화 이전에는 액상을 유지하고 있다가 자외선을 조사하면 접착제 내에 포함되어 있는 광반응 개시제가 반응을 시작하여 단시간 내에 고형화되기 때문에 코로나 처리된 실리콘 프레넬 렌즈 조성물과 보호패널을 접착하기에 매우 적합하다. UV 경화제로는 아크릴계나 우레탄계 조성물를 사용하는 것이 바람직하며, 구체적으로 예를 들면, UCT-114B22, UCT-114B23(제조사:유씨테크)를 사용하는 것이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다. 본 실시예에서의 보호패널 표면에 UV경화제의 도포 두께는 30~100㎛로 되도록 하는 게 바람직하다. 상기 UV경화제 도포 두께가 얇으면, 접착력이 약화될 우려가 있고, 반대로 많은 양을 도포하여 두께워지면 보호패널 밖으로 밀려나오는 현상이 발생한다. 보호패널에 UV 경화제를 도포하는 방법으로는 스프레이 코팅이나, 롤 코팅 등의 방법으로 도포해도 좋으나 디스펜서를 이용한 실크스크린 도포방식으로 두께가 균일하게 도포하는 것이 바람직하다.
상기 상부 보호패널을 안착하는 단계(S6)는 상기 코로나 처리된 경화된 실리콘 프레넬 렌즈(11)와 UV경화제가 도포된 상부 보호패널(13)을 서로 접착하게 되는데, 이때 통상적인 접착방법으로 접착하게 되면 기포가 발생하여 접착강도가 불량하게 되거나, 외관상 불량품이 발생하는 원인이 되기도 한다.
본 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상부지그 및 하부지그를 제작하여 경화된 실리콘 프레넬 렌즈(11)와 UV경화제인 충전물(12)가 도포된 보호패널(13)을 밀착시켜, 액상실리콘사출기(LSR)에 넣어 진공도 0.05torr이하, 압력은 2213㎏/㎠를 유지하여 완전히 기포를 제거한다.
상기 UV로 경화되는 충전물을 경화시키는 단계(S7)는, 상기 프레넬 렌즈(11)와 상부 보호패널(13) 사이의 미세기포가 완전히 제거된 코팅층에 자외선을 조사하여 UV경화제를 경화시키는 단계이다. 이때, 자외선의 조도나 광량은 코팅층의 두께에 따라 달라지는데, 바람직하기로는 UV경화기 800W로 3초 이내에 조사하면 완전히 경화되어 집광구조물이 완성된다. 상기 경화단계는 합성수지가 실리콘일 경우 주입 후 200℃에서 1분 내로 경화되는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 의해 제작된 집광구조물이 기존의 PMMA렌즈보다 파장의 전 범위에서 우수한 것을 알 수 있다. 상기 도 5는 UV/Vis Spectrophotometer 장비를 사용해서 300~2500nm 영역에서 투과율을 측정한 것이다.
상기 합성수지의 하면에 하부 보호패널을 부착하고 실링처리하는 단계(S8)를 추가하는 것도 가능하다. 상기 집광구조물의 측면을 실링처리하여 상기 프레넬 렌즈(11)와 보호패널(13, 14)의 열팽창 계수의 차이로 인해, 상기 프레넬 렌즈(11)와 보호패널(13, 14) 사이에 틈이 발생되어 결로현상이 발생되거나 미세한 먼지가 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명은 특정실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서는 얼마든지 수정 및 변형이 가능하다.
도 1은 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물이 설치된 태양광발전 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 사시도.
도 3은 본 발명의 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 실시예의 마스터금형을 실제 가공하는 사진.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 집광구조물과 PMMA렌즈의 파장대별 투광율을 비교한 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 ; 태양광 발전 시스템
10 ; 집광구조물
11 ; 프레넬 렌즈
12 ; 충전물
13 ; 상부 보호패널
14 ; 하부 보호패널
20 ; 태양전지
30 ; 태양전지판
40 ; 지지대
Claims (8)
- 프레넬 렌즈;상기 프레넬 렌즈의 상부면에 위치하는 상부 보호패널;상기 프레넬 렌즈와 상부 보호패널 사이를 채우는 UV경화된 충전물; 그리고상기 프레넬 렌즈의 하부면에 부착하여 실링처리 되는 하부 보호패널;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물.
- 프레넬 렌즈 패턴이 형성된 마스터금형을 제조하는 단계;상기 마스터금형을 이용하여 전주금형을 제조하는 단계;상기 전주금형에 합성수지를 주입하여 경화시키는 단계;상기 주입된 합성수지를 상기 전주금형에서 이형하는 단계;상기 합성수지의 프레넬 렌즈 패턴 상에 UV로 경화되는 충전물을 도포하는 단계;상기 충전물의 상부면에 상부 보호패널을 안착시키는 단계; 그리고상기 UV로 경화되는 충전물을 경화시키는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 마스터 금형은 표면조도가 50nm Ra이고, 주축 회전수가 700rpm이며, 이 송속도가 2 내지 5mm/min 인 속도로 가공되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 전주금형은 동일한 프레넬 렌즈 패턴이 격자 상으로 배열된 된 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 합성수지는 진공도 0.05torr 이하, 압력 2213㎏/㎠에서 주입되고, 200℃에서 1분 내로 경화되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 프레넬 렌즈는 전주금형에서 이형한 후 표면에 코로나 처리가 되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 전주금형의 몰드면에 윤활코팅이 되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
- 제2항에 있어서,상기 합성수지의 하면에 하부 보호패널을 부착하고 실링처리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템용 집광구조물의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090116228A KR101102461B1 (ko) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090116228A KR101102461B1 (ko) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20110059480A KR20110059480A (ko) | 2011-06-02 |
| KR101102461B1 true KR101102461B1 (ko) | 2012-01-05 |
Family
ID=44394625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020090116228A KR101102461B1 (ko) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101102461B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240000113A (ko) | 2022-06-23 | 2024-01-02 | 홍경일 | 입체형 구조를 이루는 태양광 발전 시스템 및 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101466947B1 (ko) * | 2013-07-02 | 2014-12-04 | 전남과학대학교 산학협력단 | 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법 |
| CN104576799B (zh) * | 2015-01-23 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 带有相位光栅纳米结构的太阳能电池 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030000943A (ko) * | 2001-06-27 | 2003-01-06 | 한국에너지기술연구원 | 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 자연 채광조명 장치 |
| KR20040086031A (ko) * | 2003-04-01 | 2004-10-08 | 심규상 | 태양 광원을 집광하여 에너지로 이용하는 광원설비 기계 |
| KR20070109435A (ko) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | 현대건설주식회사 | 집광 및 조명 시스템 |
| KR100909444B1 (ko) | 2008-11-27 | 2009-08-06 | 주식회사 썬아이씨피브이 | 플라이 아이 렌즈가 구비된 소형 태양광 발전 모듈 |
-
2009
- 2009-11-27 KR KR1020090116228A patent/KR101102461B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030000943A (ko) * | 2001-06-27 | 2003-01-06 | 한국에너지기술연구원 | 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 자연 채광조명 장치 |
| KR20040086031A (ko) * | 2003-04-01 | 2004-10-08 | 심규상 | 태양 광원을 집광하여 에너지로 이용하는 광원설비 기계 |
| KR20070109435A (ko) * | 2006-05-11 | 2007-11-15 | 현대건설주식회사 | 집광 및 조명 시스템 |
| KR100909444B1 (ko) | 2008-11-27 | 2009-08-06 | 주식회사 썬아이씨피브이 | 플라이 아이 렌즈가 구비된 소형 태양광 발전 모듈 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20240000113A (ko) | 2022-06-23 | 2024-01-02 | 홍경일 | 입체형 구조를 이루는 태양광 발전 시스템 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20110059480A (ko) | 2011-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2017107783A1 (zh) | 一种减反射自清洁薄膜及其制备方法 | |
| EP2995977B1 (en) | Multilayer diffractive optical element | |
| GB2449504A (en) | Photovoltaic module with reflective V-grooves | |
| EP2871499A1 (en) | Optical element and concentrated photovoltaic device | |
| KR101102461B1 (ko) | 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 | |
| US20140182659A1 (en) | Methods for optimizing materials for lenses and lens arrays and devices thereof | |
| CN103955014A (zh) | 一种微透镜阵列的制作方法 | |
| KR20100131045A (ko) | 태양전지의 방진방오층 제조방법 | |
| Huang et al. | Fabrication of fresnel lens by glass molding technique | |
| US20210402721A1 (en) | Silicone fresnel lenses on glass substrates for solar concentrators and method of manufacturing | |
| KR20090058729A (ko) | 하이브리드 마이크로 렌즈 어레이 및 그 제조 방법 | |
| CN113169237A (zh) | 光伏组件 | |
| JP2006106229A (ja) | 透過型光学素子の製造方法および透過型光学素子 | |
| US20130182333A1 (en) | Apparatus and process for producing plano-convex silicone-on-glass lens arrays | |
| KR101409574B1 (ko) | 리소그라피 공정을 이용한 렌즈 부착형 태양광 모듈 제조 방법 및 그 렌즈 부착형 태양광 모듈 | |
| KR101123821B1 (ko) | 태양전지의 표면처리방법 및 그에 따라 제조된 태양전지 | |
| DE102014223298A1 (de) | Optische Anordnung und Photovoltaikmodul, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendungen hiervon | |
| US20140196762A1 (en) | Methods for forming optimized lenses and devices thereof | |
| CN112103369B (zh) | 一种带有微纳复合绒面的聚光玻璃板及其制备工艺和应用 | |
| KR100551623B1 (ko) | 자외선 경화를 이용한 하이브리드 렌즈의 제조방법 | |
| JP5081866B2 (ja) | 集光式太陽光発電用２次光学系ガラス部材ホモジナイザーの製造方法 | |
| KR20100044757A (ko) | 광전효율이 우수한 태양광 발전 모듈용 광학유리 | |
| TW201323191A (zh) | 聚光型太陽能薄型化聚光鏡之製程方法 | |
| CN104752541A (zh) | 一种防红外光和散热的微透镜结构玻璃基板 | |
| JP2006196489A (ja) | 光発電パネル及び光発電素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20141226 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20151228 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161221 Year of fee payment: 6 |