KR101171006B1 - Greenhouse provided with a film sheet for area focusing of sun light - Google Patents
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Abstract
면집광용 필름 부재 및 이를 구비한 비닐하우스를 제공한다. 필름 부재는 i) 직사각형 형상을 가진 필름, 및 ii) 필름의 일면 위에 일방향을 따라 뻗어서 형성된 복수의 프리즘 집합체들을 포함한다. 복수의 프리즘 집합체들 중 하나의 프리즘 집합체는, i) 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제1 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제1 프리즘 유닛, 및 ii) 제1 프리즘 유닛과 상호 이웃하고, 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제2 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제2 프리즘 유닛을 포함한다. 제1 프리즘 유닛의 폭은 제2 프리즘 유닛의 폭과 실질적으로 동일하고, 복수의 제1 프리즘들 중 하나의 제1 프리즘의 경사각은 복수의 제2 프리즘들 중 하나의 제2 프리즘의 경사각과 상이하며, 프리즘 집합체에 입사된 광은 면집광되도록 적용된다.Provided is a film member for surface condensing and a vinyl house having the same. The film member includes i) a film having a rectangular shape, and ii) a plurality of prism assemblies formed in one direction on one surface of the film. One prism assembly of the plurality of prism assemblies comprises: i) one or more first prism units comprising a plurality of first prisms having substantially the same angle of inclination with each other, and ii) mutually neighboring, and substantially mutually, first prism units. And one or more second prism units including a plurality of second prisms having the same tilt angle. The width of the first prism unit is substantially the same as the width of the second prism unit, and the inclination angle of the first prism of one of the plurality of first prisms is different from the inclination angle of the second prism of one of the plurality of second prisms The light incident on the prism assembly is applied to be focused.
Description
본 발명은 필름 부재를 구비한 비닐하우스에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 면집광용 필름 부재를 구비한 비닐하우스에 관한 것이다.The present invention relates to a vinyl house provided with a film member, and more particularly, to a vinyl house provided with a film member for surface light collection.
최근 들어 자원 고갈 및 자원 가격 상승으로 인해 청정에너지의 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 청정에너지로는 태양 에너지, 풍력 에너지, 조력 에너지 등을 그 예로 들 수 있다. 특히, 태양 에너지를 효율적으로 이용하여 자원을 절약하기 위한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.Recently, due to resource depletion and rising resource prices, research and development of clean energy is being actively conducted. Examples of clean energy include solar energy, wind energy and tidal energy. In particular, research and development are being actively conducted to save resources by efficiently using solar energy.
태양 에너지를 효율적으로 이용하기 위해 태양광의 집광 효율을 높이는 것이 중요하다. 따라서 태양광의 집광 효율을 높일 수 있는 프레넬 렌즈가 개발되어 사용되고 있다. 프레넬 렌즈는 점집광의 단일 초점을 가지도록 제조된다. 이 경우, 빔의 강도는 가우시안 분포를 가진다. 즉, 초점이 위치한 면의 중심에서 빔의 강도가 가장 크고, 그 가장자리로 갈수록 빔의 강도가 약해진다.In order to use solar energy efficiently, it is important to increase the light collecting efficiency of sunlight. Therefore, a Fresnel lens that can improve the light collection efficiency of sunlight has been developed and used. Fresnel lenses are made to have a single focus of point focusing. In this case, the beam intensity has a Gaussian distribution. That is, the intensity of the beam is the greatest at the center of the plane where the focal point is located, and the intensity of the beam is weakened toward the edge thereof.
태양광을 효율적으로 면집광할 수 있는 필름 부재를 제공하고자 한다. 또한, 전술한 필름 부재를 구비한 비닐하우스를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a film member capable of efficiently condensing sunlight. Another object of the present invention is to provide a vinyl house having the film member described above.
본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재는, i) 직사각형 형상을 가진 필름, 및 ii) 필름의 일면 위에 일방향을 따라 뻗어서 형성된 복수의 프리즘 집합체들을 포함한다. 복수의 프리즘 집합체들 중 하나의 프리즘 집합체는, i) 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제1 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제1 프리즘 유닛, 및 ii) 제1 프리즘 유닛과 상호 이웃하고, 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제2 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제2 프리즘 유닛을 포함한다. 제1 프리즘 유닛의 폭은 제2 프리즘 유닛의 폭과 실질적으로 동일하고, 복수의 제1 프리즘들 중 하나의 제1 프리즘의 경사각은 복수의 제2 프리즘들 중 하나의 제2 프리즘의 경사각과 상이하며, 프리즘 집합체에 입사된 광은 면집광되도록 적용된다.The film member according to an embodiment of the present invention includes: i) a film having a rectangular shape, and ii) a plurality of prism assemblies formed extending in one direction on one surface of the film. One prism assembly of the plurality of prism assemblies comprises: i) one or more first prism units comprising a plurality of first prisms having substantially the same angle of inclination with each other, and ii) mutually neighboring, and substantially mutually, first prism units. And one or more second prism units including a plurality of second prisms having the same tilt angle. The width of the first prism unit is substantially the same as the width of the second prism unit, and the inclination angle of the first prism of one of the plurality of first prisms is different from the inclination angle of the second prism of one of the plurality of second prisms The light incident on the prism assembly is applied to be focused.
본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재는, 제1 프리즘 유닛과 이웃하고, 일방향으로 뻗은 하나 이상의 제3 프리즘을 포함하는 제3 프리즘 유닛을 더 포함하고, 제1 프리즘 유닛은 제2 프리즘 유닛 및 제3 프리즘 유닛의 사이에 위치할 수 있다. 복수의 제2 프리즘들 중 하나 이상의 제2 프리즘의 경사각은 복수의 제1 프리즘들 중 하나 이상의 제1 프리즘의 경사각보다 클 수 있다. 복수의 제2 프리즘들의 수는 복수의 제1 프리즘들의 수보다 많을 수 있다.The film member according to an embodiment of the present invention further includes a third prism unit adjacent to the first prism unit and including one or more third prisms extending in one direction, wherein the first prism unit includes a second prism unit and It may be located between the third prism unit. The inclination angle of the at least one second prism of the plurality of second prisms may be greater than the inclination angle of the at least one first prism of the plurality of first prisms. The number of the plurality of second prisms may be greater than the number of the plurality of first prisms.
복수의 제1 프리즘들의 높이는 복수의 제2 프리즘들의 높이와 실질적으로 동일하고, 복수의 제1 프리즘들의 경사면들의 길이는 복수의 제2 프리즘들의 경사면들의 길이보다 클 수 있다. 하나 이상의 제1 프리즘 유닛은 한 쌍의 제1 프리즘 유닛들을 포함하고, 한 쌍의 제1 프리즘 유닛들은 일방향과 평행한 프리즘 집합체의 중심선을 기준으로 상호 대칭으로 위치할 수 있다. 한 쌍의 제1 프리즘 유닛들 사이에 중심선을 포함하는 비집광영역을 포함하고, 비집광영역의 폭은 제1 프리즘 유닛의 폭과 실질적으로 동일할 수 있다.The height of the plurality of first prisms may be substantially the same as the height of the plurality of second prisms, and the length of the inclined surfaces of the plurality of first prisms may be greater than the length of the inclined surfaces of the plurality of second prisms. The one or more first prism units include a pair of first prism units, and the pair of first prism units may be symmetrically positioned with respect to the center line of the prism assembly parallel to one direction. And a non-condensing region including a centerline between the pair of first prism units, wherein the width of the non-condensing region may be substantially equal to the width of the first prism unit.
프리즘 집합체의 폭은 면집광 영역의 폭의 3배 내지 10배일 수 있다. 필름은 일면이 향하는 방향과 반대 방향을 향하는 타면을 더 포함하고, 타면에 일방향을 따라 뻗어서 형성된 또다른 복수의 프리즘 집합체들을 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재는 복수의 프리즘 집합체들 및 또다른 복수의 프리즘 집합체들을 각각 덮는 한 쌍의 커버필름들을 더 포함할 수 있다.The width of the prism assembly may be 3 to 10 times the width of the surface condensing region. The film may further include a second surface facing in a direction opposite to a direction to which one surface faces, and may further include another plurality of prism assemblies formed extending in one direction on the other surface. The film member according to an embodiment of the present invention may further include a pair of cover films respectively covering a plurality of prism assemblies and another plurality of prism assemblies.
본 발명의 일 실시예에 따른 비닐하우스는 i) 커버부를 포함하는 지지 프레임, 및 ii) 커버부를 덮는 필름 부재를 포함한다. 필름 부재는, i) 직사각형 형상의 일면을 포함하는 필름, 및 ii) 필름 위에 상호 이웃하여 배열된 복수의 프리즘 집합체들을 포함한다. 복수의 프리즘 집합체들 중 하나의 프리즘 집합체는, i) 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제1 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제1 프리즘 유닛, 및 ii) 제1 프리즘 유닛과 상호 이웃하고, 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제2 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제2 프리즘 유닛을 포함한다. 제1 프리즘 유닛의 폭은 제2 프리즘 유닛의 폭과 실질적으로 동일하고, 복수의 제1 프리즘들 중 하나의 제1 프리즘의 경사각은 복수의 제2 프리즘들 중 하나의 제2 프리즘의 경사각과 상이하며, 프리즘 집합체에 입사된 광은 면집광되도록 적용될 수 있다.The vinyl house according to an embodiment of the present invention includes i) a support frame including a cover part, and ii) a film member covering the cover part. The film member comprises: i) a film comprising a rectangular shaped surface, and ii) a plurality of prism assemblies arranged adjacent to each other on the film. One prism assembly of the plurality of prism assemblies comprises: i) one or more first prism units comprising a plurality of first prisms having substantially the same angle of inclination with each other, and ii) mutually neighboring, and substantially mutually, first prism units. And one or more second prism units including a plurality of second prisms having the same tilt angle. The width of the first prism unit is substantially the same as the width of the second prism unit, and the inclination angle of the first prism of one of the plurality of first prisms is different from the inclination angle of the second prism of one of the plurality of second prisms The light incident on the prism assembly may be applied to be focused.
복수의 제1 프리즘들 및 복수의 제2 프리즘들은 비닐하우스가 뻗은 방향을 따라 뻗어서 형성될 수 있다. 프리즘 집합체는 원형으로 형성되고, 제2 프리즘 유닛은 제1 프리즘 유닛을 둘러싸고, 제1 프리즘 유닛 및 제2 프리즘 유닛은 동일한 중심을 가질 수 있다. 복수의 제2 프리즘들 중 하나 이상의 제2 프리즘의 경사각은 복수의 제1 프리즘들 중 하나 이상의 제1 프리즘의 경사각보다 클 수 있다. 복수의 제2 프리즘들의 수는 복수의 제1 프리즘들의 수보다 많을 수 있다. 복수의 제1 프리즘들의 높이는 복수의 제2 프리즘들의 높이와 실질적으로 동일하고, 복수의 제1 프리즘들의 경사면들의 길이는 복수의 제2 프리즘들의 경사면들의 길이보다 클 수 있다.The plurality of first prisms and the plurality of second prisms may be formed to extend in a direction in which the vinyl house extends. The prism assembly may be formed in a circular shape, the second prism unit may surround the first prism unit, and the first prism unit and the second prism unit may have the same center. The inclination angle of the at least one second prism of the plurality of second prisms may be greater than the inclination angle of the at least one first prism of the plurality of first prisms. The number of the plurality of second prisms may be greater than the number of the plurality of first prisms. The height of the plurality of first prisms may be substantially the same as the height of the plurality of second prisms, and the length of the inclined surfaces of the plurality of first prisms may be greater than the length of the inclined surfaces of the plurality of second prisms.
프리즘 집합체의 폭은 면집광된 영역의 폭의 3배 내지 10배일 수 있다. 커버부는 곡면으로 형성되고, 복수의 프리즘 집합체들은 각각 그 폭방향을 따라 곡률을 가지면서 위치하며, 곡률은 면집광 영역의 폭에 반비례할수 있다.The width of the prism assembly may be 3 to 10 times the width of the surface focused region. The cover part is formed in a curved surface, and each of the plurality of prism assemblies is positioned with curvature along its width direction, and the curvature may be inversely proportional to the width of the surface condensing area.
필름 부재를 사용하여 복수의 초점들이 필요한 렌즈 패턴을 한 장의 필름 위에 용이하게 형성할 수 있다. 그 결과, 필름 부재의 생산성을 향상시키고, 그 제조 비용을 최소화할 수 있으며, 운송 및 취급이 편리하다. 또한, 필름 부재를 이용하여 태양광의 집광 효율을 크게 향상시킬 수 있다.Using the film member, a lens pattern requiring a plurality of focal points can be easily formed on one sheet of film. As a result, the productivity of the film member can be improved, the manufacturing cost thereof can be minimized, and transportation and handling are convenient. Moreover, the light condensing efficiency of sunlight can be improved significantly using a film member.
필름 부재를 태양 전지에 적용하는 경우, 특정 영역에서 광세기 분포가 일정하도록 면집광을 하므로, 태양 전지의 집광 효율을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 점집광형 프레넬 렌즈에 비해 그 구조를 단순화할 수 있고, 그 외관을 개선하면서 제조 비용을 저감시킬 수 있다. 또한, 태양 전지의 열화를 방지하여 태양 전지의 수명을 증대시킬 수 있다. 그리고 필름 부재가 구비된 비닐하우스에서 특정 면적에 비춰지는 광의 양을 비교적 균일하게 유지할 수 있다. 그 결과, 비닐하우스에서 재배하는 작물의 성장 속도와 수확량을 증대시킬 수 있다.When the film member is applied to the solar cell, the surface light is condensed so that the light intensity distribution is constant in a specific region, and thus the light collecting efficiency of the solar cell can be improved. As a result, the structure can be simplified compared with the point-collecting Fresnel lens, and the manufacturing cost can be reduced while improving the appearance. In addition, the deterioration of the solar cell can be prevented to increase the life of the solar cell. In addition, in the plastic house provided with the film member, the amount of light shining on a specific area may be kept relatively uniform. As a result, it is possible to increase the growth rate and yield of crops grown in the plastic house.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름 부재의 개략적인 부분 사시도이다.
도 2는 도 1의 프리즘 집합체의 개략적인 확대 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 필름 부재의 면집광 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필름 부재의 개략적인 부분 사시도이다.
도 7은 도 6의 원형 프리즘 집합체의 평면 구조 및 이에 대응하는 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8f는 도 1의 필름 부재의 부분 단면 구조의 다양한 변형예들을 나타낸 도면들이다.
도 9는 도 1의 필름 부재를 구비한 비닐하우스의 개략적인 사시도이다.
도 10은 도 9의 비닐하우스의 개략적인 내부 단면도이다.
도 11은 도 3의 필름 부재를 구비한 태양광 집광장치의 개략적인 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재와 이를 통과한 광의 세기를 측정한 그래프이다.
도 13은 종래기술에 따른 필름 부재와 이를 통과한 광의 세기를 측정한 그래프이다.1 is a schematic partial perspective view of a film member according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic enlarged cross-sectional view of the prism assembly of FIG. 1. FIG.
3 to 5 schematically show the surface condensing mechanism of the film member.
6 is a schematic partial perspective view of a film member according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view schematically illustrating a planar structure and a cross-sectional structure corresponding to the circular prism assembly of FIG. 6.
8A to 8F illustrate various modifications of the partial cross-sectional structure of the film member of FIG. 1.
9 is a schematic perspective view of a vinyl house with a film member of FIG. 1.
10 is a schematic internal cross-sectional view of the vinyl house of FIG.
FIG. 11 is a schematic perspective view of a solar light collecting device including the film member of FIG. 3.
12 is a graph measuring the intensity of light passing through the film member according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph measuring the intensity of light passing through the film member according to the prior art.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the term "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element, and / or component, and other specific characteristics, region, integer, step, operation, element, component, and / or group. It does not exclude the presence or addition of.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 필름 부재(100)를 개략적으로 나타낸 부분 사시도이다. 도 1의 필름 부재(100)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 필름 부재(100)의 구조를 다양하게 변형할 수 있다. 1 is a partial perspective view schematically showing a
도 1에 도시한 바와 같이, 필름 부재(100)는 필름(10) 및 프리즘 집합체(12)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 필름 부재(100)는 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, the
필름(10)은 PMMA(polymethylmethacrylate, 폴리메탈메타크릴레이트) 또는 PC(polycarbonate, 폴리카보네이트) 등의 수지를 이용하여 박형 형상으로 제조할 수 있다. 필름(10)의 소재로서 300nm 내지 1700nm의 파장 범위에서 광학적으로 투명한 재질을 사용하는 경우, 태양에너지를 더 효율적으로 이용할 수 있다. 전술한 파장 범위를 벗어나는 경우, 광손실이 발생한다. 필름(10)은 직사각형 형상을 가지고, 직사각형 형상을 형상을 가진 프리즘 집합체(12)를 필름(10) 위에 형성한다. 도 1에는 3개의 프리즘 집합체들(12)을 필름(10) 위에 형성한 것으로 도시하였지만 실제로는 더 많은 수의 프리즘 집합체들을 필름(10) 위에 형성할 수 있다. 한편, 도 1에는 필름(10)과 프리즘 집합체(12)가 별개로 형성된 것처럼 도시하였지만, 필름(10)과 프리즘 집합체(12)는 일체로 함께 형성될 수 있다.The
도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 프리즘 집합체들(12)은 x축 방향을 따라 상호 이웃하여 위치한다. 또한, 각 프리즘 집합체(12)는 필름 위에 일방향, 즉, y축 방향을 따라 형성된다. 따라서 프리즘 집합체(12)는 입사되는 태양광을 선형으로 출사하여 면집광하므로, 프리즘 집합체(12)를 태양광 집광장치 또는 비닐하우스에 사용하는 경우, 광이용 효율을 높여준다. As shown in FIG. 1, the plurality of
도 2는 도 1의 프리즘 집합체(12)의 단면 구조를 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram schematically showing an enlarged cross-sectional structure of the
도 2에 도시한 바와 같이, 프리즘 집합체(12)는 제1 프리즘 유닛(121), 제2 프리즘 유닛(123), 제3 프리즘 유닛(125) 및 제4 프리즘 유닛(127)을 포함한다. 여기서, 비집광영역(129)이 필름 부재(100)의 중심에 위치하고, 비집광영역(129)의 좌측(미도시)에 대칭 형태로 제2 프리즘 유닛(123), 제3 프리즘 유닛(125), 제4 프리즘 유닛(127) 및 제5 프리즘 유닛(129)이 위치할 수 있다. 프리즘 집합체(12)의 중심에 입사된 광이 집광면에 바로 입사되도록 비집광영역(129)에는 프리즘을 형성하지 않는다.As shown in FIG. 2, the
제1 프리즘 유닛(121)은 복수의 제1 프리즘들(1211)을 포함한다. 복수의 제1 프리즘들(1211)은 상호 실질적으로 동일한 경사각(α1)을 가진다. 여기서, 경사각(α1)은 제1 프리즘(1211)의 경사면(1211a)이 필름(10)의 판면(101)과 이루는 각도를 의미한다. 한편, 제2 프리즘 유닛(123)은 제1 프리즘 유닛(121)과 이웃하고, 복수의 제2 프리즘들(1231)을 포함한다. 복수의 제2 프리즘들(1231)은 상호 실질적으로 동일한 경사각(α2)을 가진다.The
또한, 제3 프리즘 유닛(125)은 제1 프리즘 유닛(121)과 이웃하고, 복수의 제3 프리즘들(1251)을 포함한다. 복수의 제3 프리즘들(1251)은 상호 실질적으로 동일한 경사각(α3)을 가진다. 제4 프리즘 유닛(127)은 제2 프리즘 유닛(123)과 이웃하고, 복수의 제4 프리즘들(1271)을 포함한다. 복수의 제4 프리즘들(1271)은 상호 실질적으로 동일한 경사각(α4)을 가진다. 한편, 제1 프리즘 유닛(121), 제2 프리즘 유닛(123), 제3 프리즘 유닛(125) 및 제4 프리즘 유닛(127)은 각각 상호 동일한 형상의 제1 프리즘들(1211), 제2 프리즘들(1231), 제3 프리즘들(1251) 및 제4 프리즘들(1271)을 포함하므로, 입사광을 동일한 각도로 굴절시켜서 출사시킨다. 제1 프리즘들(1211), 제2 프리즘들(1231), 제3 프리즘들(1251) 및 제4 프리즘들(1271)은 각각 일방향, 즉 y축 방향을 따라 뻗어 있다.In addition, the
한편, 제1 프리즘(1211), 제2 프리즘(1231), 제3 프리즘(1251) 및 제4 프리즘(1271)은 각각 제1 경사면(1211a), 제2 경사면(1211b), 제3 경사면(1211c) 및 제4 경사면(1211d)을 포함한다. 여기서, 제1 경사면(1211a)의 길이(l1), 제2 경사면(1211b) 의 길이(l2), 제3 경사면(1211c)의 길이(l3) 및 제4 경사면(1211d) 의 길이(l4)는 비집광영역(129)에 가까울수록 점점 길어진다. 즉, l3 > l1 > l2 > l4의 관계를 만족한다.Meanwhile, the
또한, 제1 프리즘(1211), 제2 프리즘(1231), 제3 프리즘(1251) 및 제4 프리즘(1271)과 필름(10)의 판면(101)이 각각 이루는 제1 경사각(α1), 제2 경사각(α2), 제3 경사각(α3) 및 제4 경사각(α4)은 비집광영역(101)으로부터 멀어질수록 점점 커진다. 예를 들면, 제2 프리즘(1231)의 제2 경사각(α2)은 제1 프리즘(1211)의 경사각(α1)보다 크다.Further, the first inclination angle α1 and the first formed by the
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 프리즘(1211), 제2 프리즘(1231), 제3 프리즘(1251) 및 제4 프리즘(1271)은 높이(h)에 있어서 전부 실질적으로 동일하다. 따라서 프리즘 유닛들(121, 123, 125, 127)에 각각 포함된 프리즘들(1211, 1231, 1251, 1271)의 수는 프리즘 유닛들(121, 123, 125, 127)이 비집광영역(129)으로부터 멀어질수록 점점 많아진다. 예를 들면, 복수의 제2 프리즘들(1231)의 수는 복수의 제1 프리즘들(1211)의 수보다 많다.As shown in FIG. 2, the
도 3은 도 1의 프리즘 집합체(12)의 작동 상태를 개략적으로 나타낸다. 도 1의 프리즘 집합체(12)의 작동 상태는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 프리즘 집합체(12)의 작동 상태를 다양한 형태로 변형할 수 있다.FIG. 3 schematically shows the operating state of the
도 3에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 제1 프리즘 유닛들(121), 한 쌍의 제2 프리즘 유닛들(123), 한 쌍의 제3 프리즘 유닛들(125) 및 한 쌍의 제4 프리즘 유닛들(127)은 프리즘 집합체(12)의 중심을 통과하는 중심선(C)을 기준으로 대칭으로 위치한다. 즉, 비집광영역(129)을 기준으로, 한 쌍의 제1 프리즘 유닛들(121), 한 쌍의 제2 프리즘 유닛들(123), 한 쌍의 제3 프리즘 유닛들(125) 및 한 쌍의 제4 프리즘 유닛들(127)은 좌우 대칭으로 위치한다. 여기서, 비집광영역(129)는 중심선(C)을 포함한다. 제1 프리즘 유닛(121)의 폭(w1), 제2 프리즘 유닛(123)의 폭(w2), 제3 프리즘 유닛(125)의 폭(w3), 제4 프리즘 유닛(127)의 폭(w4) 및 비집광영역(129)의 폭(w5)는 실질적으로 동일하다. As shown in FIG. 3, a pair of
도 3의 화살표로 도시한 바와 같이, 프리즘 집합체(12)에 입사된 광은 면집광되어 면집광 영역(a)에 입사된다. 즉, 광은 점으로 집광되는 것이 아니라 면으로 집광되므로, 일정 면적을 가진 면집광 영역(a)을 형성한다. 그 결과, 일정한 면적을 가지는 태양 전지 또는 비닐하우스의 집광을 위해서 사용하는 경우, 광이용효율을 최대화할 수 있다.As shown by the arrow in FIG. 3, the light incident on the
여기서, 프리즘 집합체(12)의 폭(2w1+2w2+2w3+2w4+w5)은 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)의 3배 내지 10배일 수 있다. 집광이 각각의 폭과 동일한 폭으로 이루어지므로, 집광 면적을 좁게하려면 프리즘 집합체의 폭은 집광면적에 비례하여 줄어들어야 한다. 따라서 전술한 범위로 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)을 유지한다. 이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 필름 부재(100)(도 1에 도시)의 면집광 메커니즘을 좀더 상세하게 설명한다.Here, the width 2w1 + 2w2 + 2w3 + 2w4 + w5 of the
도 4는 필름 부재(100)(도 1에 도시)의 면집광 메커니즘을 개략적으로 나타낸다. 도 4에서 광의 진행 경로는 점선으로 나타낸다. 편의상 설명을 위하여 도 4에는 1개의 프리즘 유닛당 1개의 프리즘(1251, 1121, 1231)만 도시하며, 나머지 프리즘들은 그 도시를 생략한다.4 schematically shows the surface condensing mechanism of the film member 100 (shown in FIG. 1). In FIG. 4, the traveling path of the light is indicated by a dotted line. For convenience, only one
도 4에 도시한 바와 같이, 각 프리즘들(1251, 1211, 1231)에 입사되는 광들은 굴절되어 초점(F2)에 모인다. 한편, 프리즘들(1251, 1211, 1231) 이외의 위치에 위치하는 다른 프리즘들에 의해서도 광을 초점(F2)에 모을 수 있다. 즉, 각 프리즘들(1251, 1211, 1231)의 각도를 다르게 가공함으로써 프리즘을 통과한 광들을 모두 한 개의 초점(F2)에 집광시킬 수 있다.As shown in FIG. 4, light incident on the
각 프리즘들(1251, 1211, 1231)의 경사각들(α1, α2, α3)이 중심부에서 가장자리, 즉 좌측으로부터 우측으로 가면서 점점 커지도록 설계하는 경우, 초점(F2)에 광을 모을 수 있다. 반대로, 모두 동일한 경사각들(α1, α2, α3)을 가지도록 프리즘들(1251, 1211, 1231)을 설계하는 경우, 광은 모두 동일한 각도로 굴절되므로, 초점(F2)에 광이 모이지 않는다. 전술한 바와 같이. 복수의 프리즘들(1251, 1211, 1231)은 상이한 굴절각들(β1, β2, β3)을 가지므로, 광을 초점(F2)에 모을 수 있다.When the inclination angles α1, α2, and α3 of the
한편, 각 프리즘 유닛에 포함되고 상호 동일한 형상을 가지는 프리즘들에 입사된 광들은 상호 실질적으로 동일한 각도로 굴절되어 집광면에 조사된다. 따라서 집광 영역은 실질적으로 균일한 광세기 분포를 가진다. 그 결과, 각 프리즘 유닛에 포함된 상호 동일한 형상을 가지는 프리즘들에 의해 광세기 분포를 균일하게 유지하면서 상호 상이한 경사각을 가지는 각 프리즘 유닛마다의 프리즘에 의해 광을 집광시킬 수 있다. 그 결과, 광세기 분포가 균일하게 유지되는 면집광 영역을 형성할 수 있다.On the other hand, the light incident on the prisms included in each prism unit and having the same shape as each other is refracted at substantially the same angle to each other and irradiated to the light collecting surface. Therefore, the light converging region has a substantially uniform light intensity distribution. As a result, light can be condensed by the prism for each prism unit having mutually different inclination angles while maintaining the light intensity distribution uniformly by the prisms having the same shape included in each prism unit. As a result, it is possible to form the surface condensing region in which the light intensity distribution is kept uniform.
도 5는 도 4의 프리즘 집합체(12)의 집광 강도를 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 5의 확대원에는 프리즘 집합체(12)의 단면 구조를 확대하여 나타낸다. FIG. 5 is a graph schematically showing the condensing intensity of the
도 5에 도시한 바와 같이, 프리즘 집합체(12)으로 입사된 광은 각각 굴절되어 집광면에 중첩된다. 그 결과, AB 영역에 걸쳐서 광이 상호 중첩되면서 면집광된다. 또한, 각각의 프리즘 유닛들(121, 123, 125, 127)(도 3에 도시)에 포함된 프리즘들(1211, 1231, 1251, 127)(도 4에 도시)의 형상은 상호 동일하므로, 균일한 강도를 가지도록 광을 모을 수 있다. 광이 중첩되면서 집광되므로, 광을 점집광하는 것보다 균일한 광세기 분포를 가지게 할 수 있다.As shown in FIG. 5, the light incident on the
도 5에 도시한 바와 같이, 각각의 프리즘 유닛들(121, 123, 125)(도 3에 도시)을 통하여 입사되는 광은 면집광 영역(1002)에 대응하는 선분 AB에 동일하게 중첩된다. 그 결과, 선분 AB에 대응하는 면집광 영역(1002)에서 광세기는 균일하게 분포하고, 선분 AB에 대응하는 면집광 영역(1002)에서의 광의 세기는 크다. 여기서, 선분 AB의 길이는 면집광 영역(1002)의 길이(w1002)와 동일하다.As shown in FIG. 5, light incident through the
한편, 프리즘 유닛(121, 123, 125)(도 3에 도시) 내부의 프리즘들(121, 123, 125, 127)(도 3에 도시)은 모두 동일한 형상을 가지므로, 광은 모두 동일한 각도로 굴절되어 서로 평행하게 진행한다. 도 5에는 도시하지 않았지만, 도 5의 좌측 부분은 대칭되는 형상을 가지므로, 동일한 원리로 광을 집광할 수 있다.On the other hand, since the
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 필름 부재(200)의 개략적인 부분 사시도이다. 도 6의 필름 부재(200)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 필름 부재(200)의 구조를 다른 형태로 변형할 수 있다. 또한, 도 6의 필름 부재(200)의 구조는 도 1의 필름 부재(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하고, 그 상세한 설명을 생략한다.6 is a schematic partial perspective view of a
도 6에 도시한 바와 같이, 필름 부재(200)는 필름(10) 및 복수의 원형 프리즘 집합체들(22)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 필름 부재(200)는 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. 복수의 원형 프리즘 집합체들(22)은 x축 방향 및 y축 방향을 따라 어레이 형태로 규칙적으로 배열된다. 이하에서는 도 7을 통하여 도 6의 원형 프리즘 집합체(22)를 좀더 상세하게 설명한다.As shown in FIG. 6, the
도 7은 도 6의 원형 프리즘 집합체(22)의 평면 구조 및 이에 대응하는 단면 구조를 개략적으로 나타낸다.FIG. 7 schematically shows the planar structure and the corresponding cross-sectional structure of the
도 7에 도시한 바와 같이, 원형 프리즘 집합체(22)는 제1 프리즘 유닛(221), 제2 프리즘 유닛(223), 제3 프리즘 유닛(225), 제4 프리즘 유닛(227) 및 비집광영역(220)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 원형 프리즘 집합체(22)는 다른 구성 부품들을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the
제1 프리즘 유닛(221), 제2 프리즘 유닛(223), 제3 프리즘 유닛(225) 및 제4 프리즘 유닛(227) 내에는 각각 실질적으로 동일한 형상의 프리즘들이 비집광영역(220)을 향하여 형성된다. 여기서, 제1 프리즘 유닛(221), 제2 프리즘 유닛(223), 제3 프리즘 유닛(225) 및 제4 프리즘 유닛(227)은 모두 동일한 중심을 가지면서 고리 형상으로 형성된다. 제2 프리즘 유닛(223)은 제1 프리즘 유닛(221)을 둘러싼다. 각 프리즘 유닛(221, 223, 225, 227)에 형성된 프리즘들의 형상은 상호 실질적으로 동일하므로, 원형 프리즘 집합체(22)에 입사된 광은 각 프리즘 유닛(221, 223, 225, 227)에서는 모두 동일한 방향을 향하여 굴절된다. 따라서 광의 세기 분포를 균일하게 조절할 수 있다. 또한, 제1 프리즘 유닛(221), 제2 프리즘 유닛(223), 제3 프리즘 유닛(225) 및 제4 프리즘 유닛(227)에 포함된 프리즘들은 상호 상이한 경사각을 가지므로, 광을 면집광할 수 있다. 제1 프리즘 유닛(221), 제2 프리즘 유닛(223), 제3 프리즘 유닛(225) 및 제4 프리즘 유닛(227)은 모두 고리 형상을 가지므로, 광은 원형 형태로 면집광된다.Prisms having substantially the same shape are formed toward the non-condensing area 220 in the
도 8a 내지 도 8f는 도 1의 필름 부재(100)의 부분 단면 구조의 다양한 변형예들을 나타낸다. 도 8a 내지 도 8f의 필름 부재(110, 120, 130, 140, 150, 160)의 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 필름 부재(100)의 단면 구조를 다양한 형태로 변형할 수 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8f에는 편의상 필름 부재(100) 중 한 쌍의 프리즘 유닛만을 도시한다.8A to 8F illustrate various modifications of the partial cross-sectional structure of the
도 8a에 도시한 바와 같이, 필름 부재(110)는 필름(10)과 프리즘 집합체(11)를 포함한다. 프리즘 집합체(11)는 필름(10) 위에 위치한다. 접착제를 사용하여 프리즘 집합체(11)를 필름(10) 위에 부착할 수 있다. 접착제는 분리 가능한 라이너를 사용하여 프리즘 집합체(11)를 필름(10) 위에 부착할 수 있다. 실리콘을 함유한 투명 폴리머, 일례로 인비시실(invisisil) 소재로 프리즘 집합체(11)을 제조한 후 유리로 제조된 필름(10) 위에 부착할 수 있다.As shown in FIG. 8A, the
프리즘 집합체(13)의 중심에는 상부를 향하여 볼록한 프리즘이 위치하고, 그 주위의 프리즘들은 중심에 위치한 프리즘을 향한다. 프리즘 집합체(13)는 일방향을 따라 뻗어서 형성되어 광을 집광한다. 한편, 필름(10)과 프리즘 집합체(11)는 일체로 형성될 수 있다. 즉, 몰드, 엠보싱 또는 핫프레싱 등의 방법을 이용하여 필름 부재(110)를 대량으로 성형 가공할 수 있으므로, 저가로 단시간에 필름 부재(110)를 제조할 수 있다. 필름 부재(110)의 두께는 50㎛ 내지 300㎛일 수 있다. 설계 조건상 필름 부재(110)의 두께를 너무 작게 형성할 수 없고, 필름 부재(110)의 두께가 너무 큰 경우, 필름 부재(110)가 잘 휘어지지 않으므로, 가공성이 저하된다.At the center of the
한편, 도 8b에 도시한 바와 같이, 또다른 변형예로서 필름 부재(120)는 필름(10)과 프리즘 집합체들(11)을 포함한다. 프리즘 집합체들(11)은 필름(10)의 상면 위와 하면 아래에 위치한다. 즉, 필름(10)의 상면, 즉 상부 판면이 향하는 방향과 멀어지는 방향을 향하는 타면, 즉 필름(10)의 하면 아래에도 프리즘 집합체들(11)이 형성된다. 이 경우, 도 8a의 필름 부재(110)의 제조 비용과 거의 동일한 제조 비용을 이용하여 필름 부재(120)를 제조할 수 있다. 도 8b에 도시한 프리즘 집합체(11)는 도 8a에 도시한 프리즘 집합체(11)와 동일하다. 필름(10)과 프리즘 집합체(11)는 수지 등을 프레싱하여 일체형으로 고속 압출할 수도 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 8B, as another modification, the
도 8c에 도시한 바와 같이, 또다른 필름 부재(130)는 필름(10), 프리즘 집합체(11) 및 커버 필름(13)을 포함한다. 도 8c의 필름(10) 및 프리즘 집합체(11)는 도 8a의 필름(10) 및 프리즘 집합체(11)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하여 나타낸다. 필름(10) 및 프리즘 집합체(11)는 일체로 형성될 수 있다. 프리즘 집합체(11)가 외부에 노출되는 경우, 충격에 의해 손상될 수 있다. 따라서 한 쌍의 커버필름들(13)을 사용하여 각 프리즘 집합체(11)를 덮어서 보호한다.As shown in FIG. 8C, another
도 8d에 도시한 바와 같이, 필름 부재(140)는 필름(10) 및 프리즘 집합체(14)를 포함한다. 프리즘 집합체(14)는 필름(10) 위에 위치한다. 프리즘 집합체(14)에 포함된 프리즘들은 중심으로부터 바깥쪽을 향한다. 프리즘들은 중심으로부터 바깥쪽을 향하는 경우에도 광은 굴절되어 동일하게 면집광될 수 있다. 한편, 필름(10)과 프리즘 집합체(14)는 일체로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 8D, the
한편, 도 8e에 도시한 바와 같이, 필름 부재(150)는 필름(10)과 프리즘 집합체들(14)을 포함한다. 프리즘 집합체들(14)은 필름(10)의 상면 위와 하면 아래에 위치한다. 도 8e에 도시한 프리즘 집합체(14)는 도 8d에 도시한 프리즘 집합체(14)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하여 나타낸다. 필름(10)과 프리즘 집합체(11)는 수지 등을 프레싱하여 일체형으로 고속 압출할 수도 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 8E, the
도 8f에 도시한 바와 같이, 필름 부재(160)는 필름(10), 프리즘 집합체(14) 및 커버 필름(15)을 포함한다. 도 8f의 필름(10) 및 프리즘 집합체(14)는 도 8d의 필름(10) 및 프리즘 집합체(14)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하여 나타낸다. 필름(10) 및 프리즘 집합체(14)는 일체로 형성될 수 있다. 프리즘 집합체(14)가 외부에 노출되는 경우, 충격에 의해 손상될 수 있다. 따라서 한 쌍의 커버필름들(15)을 사용하여 각 프리즘 집합체(14)를 덮어서 보호한다.As shown in FIG. 8F, the
도 9는 도 1의 필름 부재(100)를 구비한 비닐하우스(1000)의 개략적인 사시도이다. 도 9의 비닐하우스(1000)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 비닐하우스(1000)의 구조를 다르게 변형할 수 있다.9 is a schematic perspective view of the
도 9에 도시한 바와 같이, 비닐하우스(1000)는 지지 프레임(170) 및 필름 부재(100)를 포함한다. 도 9의 필름 부재(100)는 도 1의 필름 부재(100)와 동일하므로, 동일한 도면 부호를 사용하여 표시한다. 한편, 도 9의 비닐하우스(1000)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 비닐하우스(1000)의 구조를 다양하게 변형할 수 있다.As shown in FIG. 9, the
도 9에 도시한 바와 같이, 지지 프레임(170)은 비닐하우스(1000)의 뼈대 역할을 한다. 따라서 자면 위에 지지 프레임(170)을 세운 후, 필름 부재(100)로 지지 프레임(170)을 덮는다. 필름 부재(100)는 롤 또는 두루마리 형태로 말아서 보관할 수 있다. 한편, 지지 프레임(170)은 필름 부재(100)가 덮이는 커버부(1701)를 포함한다. 커버부(1701)는 파이프 등을 곡선형으로 벤딩하여 곡면으로 제조할 수 있다.As shown in FIG. 9, the
필름 부재(100)는 복수의 프리즘들(미도시)을 포함하므로, 광을 효율적으로 집광할 수 있다. 복수의 프리즘들(미도시)은 y축 방향, 즉, 비닐하우스(1000)가 뻗은 방향을 따라 뻗어 있다. 따라서 비닐하우스(1000) 내부에 작물이 성장하는 길게 뻗은 복수의 재배 영역들과 그 사이에 사람들이 지나갈 수 있는 길들을 만든 경우, 길을 제외하고 작물들이 성장하는 재배 영역에만 광을 집광시켜 작물들의 생육 조건, 즉 작물의 성장과 수확량을 좋게 조절할 수 있다. 길에는 그림자가 형성된다. 이하에서는 도 10을 참조하여 이를 좀더 상세하게 설명한다.Since the
도 10은 도 9의 비닐하우스(1000)의 내부 단면을 개략적으로 나타낸다. 도 10의 비닐하우스(1000)의 내부 단면 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 비닐하우스(1000)의 내부 단면 구조를 다르게 변형할 수 있다.FIG. 10 schematically shows an internal cross section of the
도 10에 도시한 바와 같이, 비닐하우스(1000)를 덮는 필름 부재(100)는 복수의 프리즘 집합체들(14)를 포함한다. 프리즘 집합체(14)에 의해 집광된 광은 작물의 재배 영역(1004)에만 집광된다. 예를 들면, 도 10에 도시한 바와 같이, 상호 이격된 5개의 재배 영역들(1004)을 만들고, 비닐하우스(1000)를 5개의 프리즘 집합체들(14)로 덮는 경우, 각 프리즘 집합체(14)는 각 재배 영역(1004)에 대응하는 면집광 영역(1002)을 만든다. 따라서 재배 영역들(1004)에만 광이 집광되면서 일조량이 증가하므로, 재배 영역들(1004)에 위치한 과일, 채소 또는 화초 등의 작물들의 수확량을 늘릴 수 있다. 전술한 바와 같이, 재배 영역(1004)의 폭과 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)이 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.As shown in FIG. 10, the
겨울에는 기온이 매우 낮고, 햇빛의 세기가 크지 않다. 따라서 식물을 냉해로부터 보호하기 위해 비닐하우스를 이용한다. 비닐하우스(1000)를 이용하는 경우, 광을 모아서 특정 영역에만 비출 수 있다. In winter the temperature is very low and the intensity of sunlight is not high. Therefore, a greenhouse is used to protect plants from cold water. In the case of using the
작물의 광합성은 광이 없는 상태에서는 일어나지 않는다. 작물의 광합성은 광의 강도에 비례하여 증가하고, 광합성에 있어서 일정 단계가 지나가면 탄산가스의 흡수와 산소의 방출이 작물의 외관상으로는 더 이상 나타나지 않는다. 이 단계의 광의 강도를 광보상점이라고 한다. 광의 강도가 광보상점을 넘어서 증가하는 경우, 광합성 속도는 광의 강도와 비례하여 증가하지 않는다. 이 단계의 광의 강도를 광포화점이라고 한다. 광 이외의 요인이 광합성 속도를 제한할 수 있다. 광포화점은 작물의 종류에 따라 다르다. 그 결과, 강한 광을 좋아하는 작물과 약한 광을 좋아하는 작물을 상호 구분하여 광의 강도를 조절할 수 있다.Photosynthesis of crops does not occur in the absence of light. The photosynthesis of crops increases in proportion to the intensity of light, and after a certain stage in photosynthesis, the absorption of carbon dioxide and the release of oxygen no longer appear in the crop's appearance. The intensity of light at this stage is called the optical compensation point. When the intensity of light increases beyond the photocompensation point, the photosynthetic rate does not increase in proportion to the intensity of light. The intensity of light at this stage is called the light saturation point. Factors other than light may limit the rate of photosynthesis. Photosaturation point depends on the type of crop. As a result, the intensity of light can be adjusted by distinguishing between crops that prefer strong light and crops that like weak light.
강한 광을 좋아하는 작물로서 수박, 토란 및 토마토를 그 예로 들 수 있다. 수박 및 토란은 80klx 그리고 토마토는 70klx의 광포화점을 가진다. 중간 정도의 광을 좋아하는 작물로서 오이, 순무, 호박, 샐러리, 딸기, 가지, 양배추, 배추 및 완두콩을 그 예로 들 수 있다. 오이와 순무는 55klx의 광포화점을 가지고, 호박 및 샐러리는 45klx의 광포화점을 가지며, 딸기, 가지, 양배추, 배추 및 완두콩은 40klx의 광포화점을 가진다. 한편, 약한 광을 좋아하는 작물로서 피망, 강낭콩 및 양상추를 그 예로 들 수 있다. 피망은 30klx의 광포화점을 가지고, 강낭콩 및 양상추는 250klx의 광포화점을 가진다. 광의 강도는 계절에 따라 다르다. 하지시 광의 강도는 120klx이고, 춘분이나 추분에는 약 75klx의 광의 강도를 가진다. 또한, 동지시 광의 강도는 30klx이다. 따라서 비닐하우스(1000) 내의 작물에 닿는 광의 강도는 하지에 약 80klx, 춘분 또는 추분에는 50klx, 동지에는 20klx가 된다. 추분에서 춘분까지는 광의 강도가 토마토의 광합성을 만족시킬 수 없고, 동지가 가까워지면 강한 광을 필요로 하지 않는 오이나 피망의 광합성도 만족시킬 수 없다. 따라서 비닐하우스(1000) 내부에서 작물의 종류 또는 작물의 심어진 위치에 따라 특정 영역의 광의 강도를 제어하는 것이 바람직하므로, 필름 부재(100)를 이용하여 광의 강도를 제어한다.For example, watermelons, taro, and tomatoes are examples of crops that prefer strong light. Watermelon and taro have a light saturation point of 80klx and tomato 70klx. Cucumbers, turnips, zucchini, celery, strawberries, eggplant, cabbage, cabbage and peas are examples of moderate light favorite crops. Cucumbers and turnips have a light saturation point of 55klx, pumpkins and celery have a light saturation point of 45klx, and strawberries, eggplant, cabbage, cabbage, and peas have a light saturation point of 40klx. On the other hand, green peppers, kidney beans and lettuce are examples of the crops that favor weak light. Bell peppers have a light saturation point of 30klx, and kidney beans and lettuce have a light saturation point of 250klx. The intensity of light varies with the season. The light intensity at the ground is 120klx, and at the vernal equinox or the autumn equinox, the light intensity is about 75klx. In addition, the intensity of light at the time of winter solstice is 30klx. Therefore, the intensity of light reaching the crop in the
프리즘 집합체(14)는 그 폭방향, 즉 x축 방향을 따라 곡률을 가지면서 위치한다. 필름 부재(100)가 유연한 소재로 제조되므로, 프리즘 집합체(14)는 곡률을 가질 수 있다. 여기서, 곡률은 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)에 반비례한다. 즉, 프리즘 집합체(14)의 곡률이 커질수록 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)은 작아진다. 즉, 프리즘 집합체(14)에 의해 면집광되는 부분의 영역이 좁아진다. 한편, 프리즘 집합체(14)의 폭(w14)은 면집광 영역(1002)의 폭(w1002)의 3배 내지 10배일 수 있다. 전술한 범위를 벗어나는 경우, 광이용효율이 크게 저하될 수 있다. 그리고 프리즘 집합체(14)의 설계 구조상 전술한 범위를 벗어나기 어렵다.The
도 11은 도 3의 필름 부재(200)를 구비한 태양광 집광장치(2000)의 개략적인 사시도이다. 도 11의 태양광 집광장치(2000)의 구조는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 태양광 집광장치(2000)의 구조를 다양하게 변형할 수 있다.FIG. 11 is a schematic perspective view of the
도 11에 도시한 바와 같이, 태양광 집광장치(2000)는 필름 부재(200), 태양전지(201), 케이싱(203) 및 방열판(205)을 포함한다. 이외에, 필요에 따라 태양광 집광장치(2000)는 다른 부품들을 더 포함할 수 있다. 케이싱(203) 상부에 설치된 필름 부재(200)는 광을 집광하여 태양전지(201)에 조사한다. 즉, 도 11에 점선 화살표로 도시한 바와 같이, 광은 필름 부재(200)에 의해 면집광되고, 면집광 영역에는 태양전지(201)가 위치하므로, 집광에 의한 광전변환효율을 최대화할 수 있다. 또한, 태양전지(201)의 국부적인 열화를 방지할 수 있으므로, 태양전지(201)의 수명이 길어진다. 필름 부재(200)를 통하여 입사된 광은 태양전지(201)의 집광면 위에 반복적으로 균일하게 입사되고, 모든 광은 중첩되어 집광된다. 따라서 집광된 광은 전체 집광 영역에서 균일한 광세기 분포를 가진다. 한편, 집광에 의한 태양전지(201)의 열화를 방지하기 위해 방열판(205)을 설치함으로써 열을 외부로 방출시킨다.As illustrated in FIG. 11, the solar
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재와 이를 통과한 광의 세기를 측정한 그래프이고, 도 13은 종래기술에 따른 필름 부재와 이를 통과한 광의 세기를 측정한 그래프이다. 이하에서는 도 12 및 도 13을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 부재와 종래기술에 따른 필름 부재를 각각 통과한 광의 세기를 상호 비교하여 설명한다.12 is a graph measuring the intensity of light passing through the film member according to an embodiment of the present invention, Figure 13 is a graph measuring the intensity of light passing through the film member according to the prior art. Hereinafter, the intensity of light passing through each of the film member and the film member according to the prior art will be described with reference to FIGS. 12 and 13.
도 12의 그래프는 도 1의 필름 부재와 동일한 형상의 프레넬 렌즈 패턴이 형성된 필름 부재에 광을 입사시켜서 그 광세기 분포를 측정함으로써 얻어진다. 도 12의 상측에는 도 1의 필름 부재의 단면 구조를 도시하고, 도 12의 하측에는 도 1의 필름 부재에 의한 집광면의 광의 세기 분포를 나타낸다.The graph of FIG. 12 is obtained by injecting light into the film member in which the Fresnel lens pattern of the same shape as the film member of FIG. 1 was formed, and measuring the light intensity distribution. The upper side of FIG. 12 shows the cross-sectional structure of the film member of FIG. 1, and the lower side of FIG. 12 shows the light intensity distribution of the light condensing surface by the film member of FIG.
도 12에 도시한 바와 같이, 중심을 기준으로 광의 세기가 크게 나타나는 것을 알 수 있다. 즉, 디지털 조도계를 이용하여 필름 부재를 통과하면서 굴절된 광의 조도를 각 지점별로 측정하면 전술한 결과를 얻을 수 있다. As shown in FIG. 12, it can be seen that light intensity is largely displayed based on the center. That is, when the illuminance of the light refracted while passing through the film member using the digital illuminometer is measured for each point, the above-described result can be obtained.
즉, 도 12의 필름 부재를 사용하는 경우, 광은 면집광되고, 광세기 분포는 집광면 전체에 걸쳐서 균일하다. 그리고 집광면을 벗어나는 경우, 광의 세기는 거의 0이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 프리즘이 표면에 형성된 필름 부재는 일반적인 프레넬 렌즈에 비해 광손실이 더 적고, 하나의 초점으로 광이 집광되는 경우보다 광세기 분포가 더욱 균일하다.That is, when using the film member of FIG. 12, light is surface condensed and light intensity distribution is uniform over the whole condensing surface. And when it is out of the light collecting surface, the light intensity is almost zero. The film member on which the prism is formed on the surface of the prism according to an embodiment of the present invention has less light loss than a general Fresnel lens and has a more uniform light intensity distribution than when light is focused with one focal point.
이와는 대조적으로, 도 13에 도시한 바와 같이, 일반적인 형상의 프리즘들만을 구비한 프레넬 렌즈에 광을 입사시켜서 그 광세기 분포를 측정하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다. 여기서, 프리즘은 단순히 그 경사각만을 조절하여 형성한다. 도 13의 상측에는 일반적인 필름 부재의 단면 구조를 도시하고, 도 13의 하측에는 도 1의 필름 부재에 의한 집광면의 광의 세기 분포를 나타낸다.In contrast, as shown in FIG. 13, when light is incident on a Fresnel lens having only prisms having a general shape and the light intensity distribution is measured, the following results are obtained. Here, the prism is formed by simply adjusting the inclination angle. The upper side of FIG. 13 shows the cross-sectional structure of a general film member, and the lower side of FIG. 13 shows the light intensity distribution of the light condensing surface by the film member of FIG.
도 13에 도시한 바와 같이, 광세기는 중심 영역에서는 크게 나타나지만, 중심 영역에서 멀어지는 경우, 광세기는 종모양을 나타내면서 점차 감소한다. 즉, 광은 가우스 분포를 나타낸다. 따라서 종래기술에서는 집광 효율이 낮으며, 모든 평행광이 집광면의 일정 영역에서 균일한 광세기 분포를 가지지 않는다. As shown in FIG. 13, the light intensity appears large in the central region, but when away from the central region, the light intensity gradually decreases while showing a bell shape. In other words, the light exhibits a Gaussian distribution. Therefore, in the prior art, the light collection efficiency is low, and all parallel lights do not have a uniform light intensity distribution in a certain region of the light collecting surface.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.
10. 필름 11, 12, 14, 22. 프리즘 집합체
13, 15. 커버필름 101. 판면
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 200. 필름 부재
121, 123, 125, 127, 129, 221, 223, 225, 227, 229. 프리즘 유닛
170. 지지 프레임 1211, 1231, 1251, 1271. 프리즘
1211a, 1231a, 1251a, 1271a. 경사면 1000. 비닐하우스
1002. 집광 영역 1004. 재배 영역
1701. 커버부10.
13, 15.
100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 200. Film member
121, 123, 125, 127, 129, 221, 223, 225, 227, 229. Prism unit
170.
1211a, 1231a, 1251a, 1271a.
1002.
1701. Cover Section
Claims (18)
상기 커버부를 덮는 필름 부재
를 포함하는 비닐하우스로서,
상기 필름 부재는,
직사각형 형상의 일면을 포함하는 필름, 및
상기 필름 위에 상호 이웃하여 배열된 복수의 프리즘 집합체들
을 포함하고,
상기 복수의 프리즘 집합체들 중 하나의 프리즘 집합체는,
상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제1 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제1 프리즘 유닛, 및
상기 제1 프리즘 유닛과 상호 이웃하고, 상호 실질적으로 동일한 경사각을 가지는 복수의 제2 프리즘들을 포함하는 하나 이상의 제2 프리즘 유닛
을 포함하며,
상기 제1 프리즘 유닛의 폭은 상기 제2 프리즘 유닛의 폭과 실질적으로 동일하고, 상기 복수의 제1 프리즘들 중 하나의 제1 프리즘의 경사각은 상기 복수의 제2 프리즘들 중 하나의 제2 프리즘의 경사각과 상이하며, 상기 복수의 프리즘 집합체들 각각은 상기 비닐하우스가 뻗은 제1 방향을 따라 위치하면서 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 상호 이격되어 상기 비닐하우스 내에 위치한 작물의 각 재배 영역에 상기 프리즘 집합체에 입사된 광을 면집광하여 조사하도록 적용되고,
상기 커버부는 곡면으로 형성되며, 상기 복수의 프리즘 집합체들은 각각 그 폭방향을 따라 곡률을 가지면서 위치하고, 상기 곡률은 상기 면집광 영역의 폭에 반비례하는 비닐하우스.A support frame comprising a cover portion, and
Film member covering the cover part
As a vinyl house comprising:
The film member,
A film comprising one surface of a rectangular shape, and
A plurality of prism assemblies arranged adjacent to each other on the film
Including,
One prism aggregate of the plurality of prism aggregates,
At least one first prism unit comprising a plurality of first prisms having substantially the same tilt angle as each other, and
At least one second prism unit comprising a plurality of second prisms mutually adjacent to the first prism unit and having substantially the same tilt angle as each other
/ RTI >
The width of the first prism unit is substantially equal to the width of the second prism unit, and the inclination angle of the first prism of one of the plurality of first prisms is the second prism of one of the plurality of second prisms Different from the inclination angle of each of the plurality of prismatic aggregates are located along the first direction in which the vinyl house extends and are spaced apart from each other along a second direction crossing the first direction to cultivate each crop of crops located in the plastic house. Is applied to surface-concentrate and irradiate light incident on the prism assembly to a region,
The cover part is formed in a curved surface, wherein the plurality of prism assemblies are each positioned with a curvature along its width direction, the curvature is inversely proportional to the width of the surface condensing area.
상기 복수의 제1 프리즘들 및 상기 복수의 제2 프리즘들은 상기 제1 방향을 따라 뻗어서 형성된 비닐하우스.The method of claim 11,
And the plurality of first prisms and the plurality of second prisms extend along the first direction.
상기 프리즘 집합체는 원형으로 형성되고, 상기 제2 프리즘 유닛은 상기 제1 프리즘 유닛을 둘러싸고, 상기 제1 프리즘 유닛 및 상기 제2 프리즘 유닛은 동일한 중심을 가지는 비닐하우스.The method of claim 11,
The prism assembly is formed in a circular shape, the second prism unit surrounds the first prism unit, and the first prism unit and the second prism unit have the same center.
상기 복수의 제2 프리즘들 중 하나 이상의 제2 프리즘의 경사각은 상기 복수의 제1 프리즘들 중 하나 이상의 제1 프리즘의 경사각보다 큰 비닐하우스.The method of claim 11,
And the inclination angle of the second prism of at least one of the plurality of second prisms is greater than the inclination angle of the first prism of at least one of the plurality of first prisms.
상기 복수의 제2 프리즘들의 수는 상기 복수의 제1 프리즘들의 수보다 많은 비닐하우스.15. The method of claim 14,
And the number of the plurality of second prisms is greater than the number of the plurality of first prisms.
상기 복수의 제1 프리즘들의 높이는 상기 복수의 제2 프리즘들의 높이와 실질적으로 동일하고, 상기 복수의 제1 프리즘들의 경사면들의 길이는 상기 복수의 제2 프리즘들의 경사면들의 길이보다 큰 비닐하우스.15. The method of claim 14,
The height of the plurality of first prisms is substantially the same as the height of the plurality of second prisms, the length of the inclined surfaces of the plurality of first prisms is greater than the length of the inclined surfaces of the plurality of second prisms.
상기 프리즘 집합체의 폭은 상기 면집광된 영역의 폭의 3배 내지 10배인 비닐하우스.The method of claim 11,
And a width of the prism assembly is three to ten times the width of the surface condensed area.
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JPH11326605A (en) | 1998-05-12 | 1999-11-26 | Toppan Printing Co Ltd | Condenser lens |
KR200419531Y1 (en) * | 2006-05-02 | 2006-06-20 | 대한테크렌(주) | Sunbeams concentration lens and apparatus for solar photovoltaic generator using concept of superposition |
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- 2010-08-16 KR KR1020100078925A patent/KR101171006B1/en not_active IP Right Cessation
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