KR101466947B1 - 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법 - Google Patents
집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한 쌍의 상하부 금형으로 분리 구성되되, 상기 상부 금형은 그 저면 내측으로 글래스 장착홈이 가공되고, 상기 글래스 장착홈에 위치되는 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형 상면으로 이동, 압출 후 리프트 및 배출 가능하도록 상하이동 및 회전가능하도록 구성되며, 상기 하부 금형은 그 상면 중심부에 일정 두께의 실리콘이 투입되어 성형되는 실리콘렌즈 성형부가 가공되고, 상기 실리콘렌즈 성형부의 상면에는 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 대칭된 다수의 경사형 요철부가 형성되며, 상기 실리콘렌즈 성형부의 내측으로 하부 금형 외측에서 실리콘을 투입할 수 있도록 상기 실리콘렌즈 성형부의 내벽 일측으로 실리콘 투입공이 관통되고, 상기 실리콘 투입공의 대향측에는 실리콘렌즈 성형부에 실리콘이 투입된 상태에서 강화유리가 흡착된 상기 상부금형의 압착시 잉여 실리콘이 실리콘렌즈 성형부 외부로 배출되는 실리콘배출공이 하부금형 외측으로 관통 형성된 구조로 이루어지는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작용 금형과 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조공정에 관한 것이다.
Description
본 발명은 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기계가공으로 이루어진 종래의 프레넬렌즈를 금형을 이용한 압출 성형공법으로 간단하고 정밀하게 제작가능한 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법에 관한 것이다.
태양광발전은 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 발전방식으로, 다른 발전방식에 비해 운전과 유지보수가 용이하고 연료의 공급 없이 수십년간 사용이 가능 할 뿐만 아니라, 수요나 지형에 맞게 설계 및 설치할 수 있으므로 간접적인 송배전 설치에 따른 경제적 손실을 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한, 환경을 크게 해치지 않으면서 환경오염도 유발하지 않는 장점으로 무한한 태양에너지를 이용한다는 측면에서 지구환경파괴와 대기오염 등을 유발하는 화석연료를 이용한 종래의 발전방식을 대체하기 위한 수단으로 점점 부상되고 있는 실정이다.
그러나, 태양광발전은 기존 발전방식에 비해 발전단가가 비교적 높고, 에너지 밀도가 희박하여 일정한 전력을 이용하기 위해서는 넓은 면적의 태양전지모듈을 설치할 장소가 필요하며, 외부 기상조건에 많은 영향을 받으며 생산되는 전기가 직류여서 일반적으로 사용하는 교류로 변환하기 위한 전력변환기가 필요한 단점이 있다.
이러한 태양광 발전시스템은 태양광이 태양전지모듈에 집광되는 정도에 따라 발전효율에 매우 큰 차이가 발생하게 되는데, 이러한 태양의 집광효율을 향상시키기 위한 하나의 방안으로 태양전지모듈을 추적식으로 구성하여 태양의 이동에 따라 태양전지모듈이 움직이도록 구성하고, 또 다른 방안으로 넓은 표면적에 수광되는 태양광을 한 곳으로 집중시켜 발전효율을 향상시키기 위한 집광형 태양전지모듈이 이용되고 있다.
일반적인 실리콘 태양전지는 특성상 여러소재를 적층시켜 라미네이팅 구조를 갖는 것으로, 그 구성은 백시트(back sheet), EVA필름, 실리콘 태양전지셀, 태빙와이어(tabbing wire), EVA 시트, 저철분강화유리를 적층시켜 이를 500℃ 정도의 고온과 압력을 통해 라미네이팅시켜 기밀성이 유지되도록 하는 실링구조를 갖으며, 이러한 실링구조로 인해 장수명구조를 갖는 일반 실리콘 태양전지모듈이 제작된다.
본 발명이 속하는 집광형 태양광 발전방식의 태양전지모듈(M)은 도 1에 도시된 바와 같이, 태양광의 집광효율을 높이기 위해 태양전지(7) 위쪽에 집광렌즈를 설치하여 태양광의 집광효율을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
즉, 집광형 태양전지모듈(M)은 집광렌즈(5)와 세컨더리렌즈(6)를 포함하는 구조로 이루어져 태양광의 집광이 효율적으로 이루어지도록 구성되나, 집광으로 인한 고온발생으로 인해 히트씽크와 같은 방열구조를 갖춰야 하는 문제점이 제기된다.
집광렌즈로는 일반적으로 프리넬렌즈와 같은 경량소재가 주로 사용되고 있으나, 일부에서는 프리즘이나 구형렌즈를 사용하여 집광성능을 향상시킬 수 있도록 하는 기술도 접목되고 있다.
이와 같은 구조의 집광형 태양전지모듈(M)은 기본적으로 집광렌즈의 광학적 특성상 태양전지와의 사이에 일정한 초점거리를 유지하기 때문에 태양전지(7)와 집광렌즈(5) 사이가 비어 있는 구조로 이루어지고, 무게가 경량이면서 가공성이 우수하며 경제적 측면에서 다른 재료보다 우수한 알루미늄 프레임을 이용하여 일체로 조립된다.
또한, 태양전지(7)와 집광렌즈(5) 사이의 빈 공간부에는 불활성가스인 질소를 충전하여 집광형 태양전지모듈(M)의 내외부 온도차에 의한 결로현상을 방지할 수 있도록 구성되며, 태양전지(7)의 표면에는 소자의 보호를 위해 광학 실리콘을 도포하여 태양전지의 셀을 보호하도록 구성되며, 프레임인 알루미늄 소재는 아르곤 용접을 통해 실링이 유지되는 결합구조로 이루어진다.
따라서, 이러한 집광형 태양전지모듈은 알루미늄 프레임 높이가 실제 초점거리가 되어 그 초점거리가 짧을수록 모듈의 부피가 작아지는 장점이 있고, 프레임의 두께가 두꺼울수록 태양전지 모듈의 내구성과 강도는 증가하나 비용과 무게가 상승하는 단점이 있어 그 최적화가 필요하다.
집광렌즈는 일반적으로 PMMA(Polymethly Methacrylate) 타입과 SOG(Silicon on glass) 타입이 주로 사용되는데, PMMA 타입은 강화유리에 렌즈를 적층하는 형태로 이루어지고, SOG(Silicon on glass) 타입은 렌즈가 강화유리에 부착되도록 하여 제작되는데 구조가 간단하고 광투과율이 높은 장점 때문에 SOG(Silicon on glass) 타입이 근래에 많이 사용되고 있다.
또한, SOG(Silicon on glass) 타입은 강화유리와 함께 사용하므로 스크래치나 내구성이 PMMA 타입에 비해 우수하여 그 실용성 측면에서 매우 뛰어나다.
특히, SOG(Silicon on glass) 타입의 또 다른 장점으로는 압축변형이 적으면서 우수한 복원력을 갖고 있으며, 고온, 내한성 및 기계적 특성이 강하고, 다양한 색상이 가능하며 내후성, 불활성 및 무취 무독성의 성질을 갖는다.
또한, SOG(Silicon on glass) 타입에 사용되는 실리콘 소재는 광학용 실리콘 재료를 이용한 것으로, 디메틸 폴리실록산 구조를 가진 합성오일로 열에 강한 실록산 결합(Si-O-Si)과 유기질 메틸기로 구성되어 일반적인 광유나 합성유에 비해 많은 특이 성질이 있고, 점도는 0.65에서부터 500,000까지 다양하게 설계가 가능하고, 광투과율이 1㎜ 두께에서 93％ 이상이 유지된다.
이러한 실리콘 재질은 압축변형이 1/1,000정도로 매우 작아 열에 의한 수축, 인장이 거의 없어 초기 제작 후 변형이 없다는 것이 큰 장점으로 렌즈의 형상변화나 성능변화에 영향을 주지 않아 향후 실리콘 렌즈가 산업계에 널리 이용될 것으로 예상된다.
이러한 장점을 갖은 실리콘재질을 이용한 SOG(Silicon on glass) 타입의 렌즈는 광학용 저철분강화유리에 고투과율 광학실리콘을 일정한 두께로 도포한 후 이를 렌즈설계에 따른 방식으로 회전절삭을 통해 렌즈형상을 가공한다.
광학용 실리콘은 굴절율 n=1.46 정도의 투명성을 갖는 오일컴파운드를 이용하고, 특히 표면장력이 낮고, 미독성, 내산화성, 열적안정성 등으로 인해 광학렌즈의 소재로 매우 적합하다. 이러한 실리콘을 3.0㎜의 저철분강화유리 위에 0.5㎜ 두께로 도포한 후 형상가공을 수행한다.
집광렌즈로 사용되는 프레넬렌즈의 설계에 있어서 핵심은 각 링(ring)의 곡률 중심이 구면수차를 제거하기 위해 중심으로부터의 거리가 축을 따라 감소한다는 것이다. 따라서, 구면 수차를 제거하고 모든 광축이 같은 점에 맺히도록 정밀하게 각 원추의 표면을 잘라야 한다.
그리고, 강화유리상에 도포된 실리콘을 설계에 따라 식각을 수행하여야 하며, 이러한 식각은 메탈블레이드를 이용하여 절단하는 과정(dicing process)으로 진행한다.
따라서, 이 과정에서 블레이드가 고속회전하면서 실리콘 형상가공을 수행하는데 가장자리부분이나 굴곡이 심한 부분, 회전각도가 작은 부분에서 가장자리가 깨지면서 치핑(chipping)이 발생하게 된다.
또한, 가공 대상체의 이동속도가 빠르면 절단속도와 공작물의 이동속도의 불균형으로 인하여 치핑(chipping)이 다량 발생하거나 블레이드가 파손되며, 블레이드의 회전속도가 낮은 경우에도 치핑(chipping)이 발생한다.
즉, 집광렌즈로서 다양한 장점을 가진 프레넬렌즈는 그 제작과정이 매우 복잡하고, 식각 작업 중에 오류가 발생할 가능성이 높아 제작공정이 개선되어야할 필요성이 제기되어 본 발명을 안출하게 되었다.
본 발명은 상술한 종래의 프레넬렌즈의 가공작업시 발생되었던 어려움을 해소하기 위해 안출된 것으로, 제작공정의 단순화로 불필요한 공정을 줄이고, 생산성과 품질 안전성을 높인 프레넬렌즈를 제작할 수 있도록 하는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형 및 그 금형을 이용한 프레넬렌즈의 제작방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제작용 금형은 한 쌍의 상하부 금형으로 분리 구성되되, 상기 상부 금형은 그 저면 내측에 글래스 장착홈이 가공되고, 상기 글래스 장착홈의 일측에는 상부금형 외측으로 관통되어 진공흡착력을 발생시키는 진공흡입관이 관통 설치되어 상기 글래스 장착홈에 위치한 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형 상면으로 이동, 압출 후 리프트 및 배출 가능하도록 상하이동 및 회전가능하도록 구성되며, 상기 하부 금형은 그 상면 중심부에 일정 두께의 실리콘이 투입되어 성형되는 실리콘렌즈 성형부가 가공되고, 상기 실리콘렌즈 성형부의 상면에는 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 대칭된 다수의 경사형 요철부가 형성되며, 상기 실리콘렌즈 성형부의 내측으로 하부 금형 외측에서 실리콘을 투입할 수 있도록 상기 실리콘렌즈 성형부의 내벽 일측으로 실리콘 투입공이 관통되고, 상기 실리콘 투입공의 대향측에는 실리콘렌즈 성형부에 실리콘이 투입된 상태에서 강화유리가 흡착된 상기 상부금형의 압착시 잉여 실리콘이 실리콘렌즈 성형부 외측으로 배출되도록 실리콘 배출공이 하부금형 외측으로 관통 형성된 구조로 이루어진다.
또한, 상술한 금형을 이용하여 프레넬렌즈를 제조하는 방법으로는 한 쌍으로 구성된 상하부 금형 중 상부금형의 저면에 형성된 글래스 장착홈에 준비된 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형의 상부로 이동시키는 강화유리 준비단계; 하부금형의 상면에 구비된 실리콘렌즈 성형부에 하부금형 일측에 형성된 실리콘 투입공을 통해 일정 두께를 갖도록 액상의 실리콘을 주입하는 단계; 실리콘이 주입된 하부금형의 실리콘 성형부 내측으로 강화유리가 저면에 흡착된 상부금형을 안착시키는 단계; 상기 하부금형의 실리콘 성형부에 상부금형을 안착시켜 상부금형 자체의 무게로 강화유리의 부피에 해당되는 여분의 실리콘을 실리콘 배출공을 통해 하부금형 외측으로 배출시키면서 설정된 시간동안 큐링을 실시하는 단계; 설정된 시간 동안 큐링 수행 후, 하부금형으로 투입된 실리콘과 압착되어 일체로 구성된 강화유리를 진공흡착파이프를 통한 진공흡착력으로 상부금형을 하부금형에서 분리시켜 강화유리에 압착 성형된 실리콘렌즈를 배출시키는 단계;를 포함하여 구성된다.
이와 더불어, 상기 강화유리 준비단계에는 상부 금형에 흡착 고정된 강화유리의 저면에 실리콘과의 접착 성능 및 접착 내구성을 향상시키기 위해 일정 두께의 프라이머를 도포하는 단계가 포함되고, 상기 하부금형에서 성형된 실리콘렌즈를 배출시킨 후에, 상부금형에서 분리된 실리콘렌즈의 테두리부를 식각 처리하거나 다듬는 마무리 단계;가 추가로 수행되어 집광형 실리콘 온 글래스(SOG)를 성형하도록 구성된다.
상술한 본 발명에 따른 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈 제조용 금형 및 그 방법을 이용하여 제조되는 프레넬렌즈는 제조 후 각 링의 곡률중심에 따른 구면수차가 발생되지 않고, 강화유리에 도포된 실리콘을 별도로 식각 처리하는 공정이 필요하지 않아 고품질 및 작업성을 개선한 프레넬렌즈의 가공이 가능하도록 한다.
또한, 성형된 프레넬렌즈의 형상 가공에 많은 시간 및 작업량이 필요하지 않게 되어 제품의 생산성을 향상시키고, 제조장치의 구성을 복잡하게 구비할 필요가 없도록 한다.
또한, 제조되는 프레넬렌즈가 균등한 품질이 유지되어 상품성을 향상시키고, 제품불량이 발생되는 것을 현저히 줄일 수 있도록 한다.
도 1은 일반적인 집광형 태양광 발전용 태양전지의 구성 모식도,
도 2는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전용 프레넬렌즈 제작용 금형의 구성도,
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작 공정상태도,
도 7은 본 발명의 금형을 이용하여 제작된 프레넬렌즈의 일측 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 금형을 이용하여 제작된 프레넬렌즈의 일 실시예에 따른 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전용 프레넬렌즈의 제작공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전용 프레넬렌즈 제작용 금형의 구성도,
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작 공정상태도,
도 7은 본 발명의 금형을 이용하여 제작된 프레넬렌즈의 일측 단면도,
도 8은 본 발명에 따른 금형을 이용하여 제작된 프레넬렌즈의 일 실시예에 따른 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 집광형 태양광 발전용 프레넬렌즈의 제작공정도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작용 금형과 이 금형을 이용하여 프레넬렌즈를 제작하는 공정에 대해서 설명한다.
본 발명은 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈(Fresnel lens)를 압출 금형을 이용하여 실리콘 온 글래스(SOG, Silicon On Glass)방식으로 제작하기 위한 금형 및 이를 이용한 프레넬렌즈의 제조방법을 제공한다.
도 2는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈를 제작하기 위한 본 발명에 따른 금형(100)의 구성을 간단하게 도시하고 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프레넬렌즈 제작용 금형(100)은 한 쌍의 상·하부 금형(10,20)으로 분리 구성되되, 상부 금형(10)은 그 저면 에 일정 크기 및 깊이의 글래스 장착홈(12)이 가공되어 일정 두께의 강화유리가 삽입될 수 있도록 구성되고, 상기 글래스 장착홈(12)에 위치되는 강화유리를 진공흡착방식으로 흡착할 수 있도록 상부금형(10)의 일측에는 상기 글래스 장착홈(12)과 연통된 진공흡입관(14)이 설치된 구조로 이루어진다.
또한, 상기 상부금형(10)은 별도의 장치에 의해 이동이 가능하도록 그 상단부에 고정수단(16) 또는 유압수단(도시안됨)이 연결되어 상하 및 좌우 이동이가능하도록 구성된다.
또한, 상기 상부금형(10)과 한 쌍으로 이루어지는 하부금형(20)은 상기 상부금형(10)이 상면 내측에 안착될 수 있도록 상부금형(10)보다 다소 크게 구성된다.
즉, 상부금형(10)이 안착되는 상기 하부금형(20)의 상면에는 일정 두께의 실리콘이 투입되어 상부금형(10)의 안착시 그 압착력에 의해 일정 두께의 실리콘렌즈가 성형되도록 일정 깊이의 실리콘렌즈 성형부(22)가 오목하게 가공된다.
일정 깊이로 형성된 상기 실리콘렌즈 성형부(22)의 중심부에는 성형될 실리콘렌즈의 표면이 볼록렌즈형상을 갖도록 오목한 중심홈(25)이 형성되고, 상기 중심홈(25)의 좌우측에는 성형될 실리콘렌즈의 주변부가 중심부를 향해 수광된 빛이 굴절되어 집광되도록 다수의 경사형 요철부(27)가 상호 대칭된 구조로 형성되어 있다.
그리고, 상기 실리콘렌즈 성형부(22)의 내측으로 하부 금형 외측에서 실리콘을 투입할 수 있도록 상기 실리콘렌즈 성형부(22)의 내벽 일측으로 실리콘투입공(24)이 관통 형성되어 있다.
또한, 상기 실리콘 투입공(24)의 대향 측에는 실리콘렌즈 성형부(22)에 실리콘이 투입된 상태에서 강화유리가 흡착된 상기 상부금형(10)의 압착시 잉여 실리콘이 실리콘렌즈 성형부(22) 외측으로 배출되도록 하는 실리콘 배출공(26)이 하부금형(20)의 외측으로 관통 형성된 구조로 이루어진다.
한편, 도 3 내지 도 6은 상술한 금형(100)을 이용하여 프레넬렌즈를 성형하는 공정을 순서대로 각각 도시하고 있다.
도 3은 상기 상부금형(10)의 글래스 장착홈(12)에 강화유리(40)가 삽입된 상태에서 진공흡입관(14)을 통한 진공압력으로 강화유리를 흡착 고정한 상태를 도시하고 있다.
본 발명의 금형(100)을 이용하기 위해서는 먼저, 제작하고자 하는 프레넬렌즈의 크기로 강화유리가 절단되어 공급되고, 공급된 강화유리를 상기 상부 금형(10)이 이동하여 진공압력으로 흡착 고정한 상태로 하부금형(20)이 설치된 상부로 이동한다.
상기 상부 금형(10)에 의해 흡착된 강화유리(40)가 하부 금형(20)의 상부로 이동하여 대기 상태가 되면, 상기 하부 금형(20)의 실리콘 투입공(24)으로 실리콘 주입장치(도시생략)에서 압출된 실리콘이 주입되면서 하부 금형(20)의 실리콘렌즈 성형부(22)에 일정 두께로 충진되는 것으로, 도 4에 하부 금형(20)의 내측에 실리콘(30)이 충진된 상태가 도시되어 있다.
일정량의 실리콘(30)이 실리콘렌즈 성형부(22)에 충진된 후에, 하부 금형(20)의 상부에서 대기하고 있던 상부 금형(10)이 하강되어 실리콘렌즈 성형부(22)에 안착되며, 하부 금형(20)에 상부 금형(10)이 안착되면 상기 진공흡입관(14)에 작용하는 진공압력을 해제상태가 된다.
실리콘렌즈 성형부(22)에 상부 금형(10)이 안착되면, 상부 금형(10)의 자체 중량 또는 필요할 경우 일정한 압력으로 가압되는 상부 금형(10)에 의해 실리콘렌즈 성형부(22)에 충진된 실리콘(30)이 을 압출되는 것으로, 그 상태가 도 5에 도시되어 있다.
상기 상부 금형(10)의 저면 및 강화유리(40) 부분이 실리콘렌즈 성형부(22)에 충진된 실리콘을 가압하게 되면, 그 가압력에 의해 실리콘렌즈 성형부(22)에 채워졌던 실리콘(30)이 최소한 강화유리의 가압부피에 해당되는 만큼의 잉여 실리콘(32)이 실리콘 배출공(26)으로 압출된다.
도 5와 같은 압출 및 압착상태에서 2~3시간 동안 큐링시간을 거치게 된다.
상기 실리콘렌즈 성형부(22)에 충진되는 실리콘은 일정한 경화제가 투입되어 상부 금형(10)의 안착 후 이루어지는 큐링시간이 실리콘에 투여된 경화제의 양에 의해 조절 되어진다.
이와 같이, 일정시간 큐링 과정을 거친 후에 다시 상부 금형(10)의 진공흡입관(14)을 통해 진공압력을 발생하여 하부 금형(20) 내의 실리콘렌즈 성형부(22)에 충진된 실리콘과 접합된 강화유리(40)를 하부 금형(20)의 실리콘렌즈 성형부(22)에서 탈리시키는 것으로, 이의 상태가 도 6에 도시되어 있다.
물론, 실리콘렌즈 성형부(22)에서 성형된 실리콘렌즈는 상부 금형(10)의 강화유리 표면에 긴밀히 압착된 상태로 달라붙게 되며, 도 6과 같이 하부 금형(20)에서 실리콘 온 글래스(silicon on glass, 이하 프레넬렌즈라 함)를 분리한 후에 정해진 장소에 이동 적재하게 된다.
하부 금형(20)에서 분리된 프레넬렌즈는 그 다음공정으로 이동되어 필요한 후공정을 거친 후에 제품으로 출하되며, 상부 금형(10)은 다시 강화유리를 글래스 장착홈에 흡착 이동하여 상술한 과정을 통해 반복적으로 수행하게 되며, 이와 같이 성형된 플레넬렌즈의 단면이 도 7에 도시되어 있으며, 그 외관의 상태가 도 8에 평면도로 도시되어 있다.
즉, 도 8에 도시된 프레넬렌즈(F)는 2×4 매트릭스 구조로 이루어진 것으로, 상기 프레넬렌즈(F)는 제작하고자 하는 크기 및 형태에 알맞는 금형장치를 이용하여 제작하면 된다.
한편, 도 9에는 상술한 금형(100)을 이용한 프레넬렌즈(F)의 제조공정이 간단한 순서도로 도시되어 있다.
도 9의 순서도를 참고하면서 그 제조공정을 더욱 자세히 설명하면, 상술한 한 쌍의 상·하부 금형 중 상부 금형의 저면에 형성된 글래스 장착홈에 준비된 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형의 상부로 이동시키는 강화유리 준비단계(S1); 하부금형의 상면에 구비된 실리콘렌즈 성형부에 하부금형 일측에 형성된 실리콘 투입공을 통해 일정 두께를 갖도록 액상의 실리콘을 주입하는 단계(S2); 실리콘이 주입된 하부금형의 실리콘렌즈 성형부 내측으로 강화유리가 흡착된 상기 상부 금형을 안착시키는 단계(S3); 상기 하부 금형의 실리콘렌즈 성형부에 상부 금형을 안착시켜 상부 금형 자체의 무게 또는 별도의 장치를 통해 가압하여 가압된 강화유리의 부피에 해당되는 잉여 실리콘을 실리콘 배출공을 통해 하부금형 외측으로 배출시키면서 설정된 시간동안 큐링을 실시하는 단계(S4); 설정된 시간 동안 큐링을 거친 후에 하부금형으로 투입된 실리콘에 압착되어 일체로 구성된 강화유리를 진공흡입관을 통한 진공흡착력으로 실리콘 온글래스를 하부금형에서 분리하여 실리콘렌즈를 배출시키는 단계(S5);를 포함하여 집광렌즈용 프레넬렌즈를 성형하게 된다.
이와 더불어, 상기 강화유리 준비단계(S1)에는 상부 금형에 흡착 고정된 강화유리의 저면에 실리콘과의 접착 성능 및 접착 내구성을 향상시키기 위해 일정 두께의 프라이머를 도포하는 단계(S1′)가 포함되고, 상기 하부 금형에서 성형된 실리콘렌즈를 배출시킨 후에, 상부 금형에서 분리된 실리콘렌즈의 테두리부를 식각 처리하거나 다듬는 마무리 단계(S6);가 추가로 수행될 수 있으며, 이러한 추가작업은 금형의 정밀도 향상을 통해 그 공정을 줄이거나 단축시킬 수 있게 된다.
이와 같은 공정을 통해 성형된 본 발명의 프레넬렌즈는 태양전지 모듈 조립과정에 공급되어 조립이 이루어지게 되며, 상술한 장치 및 방법으로 제작된 프레넬렌즈와 종래의 PMMA렌즈의 투과성을 비교실험한 결과 아래 [표 1]에 도시되어 있다.
[표 1] 본 발명에 따른 프레넬렌즈와 종래 PMMA 렌즈의 투과율 측정
상기 [표 1]에 나탄난 바와 같이, 본 발명의 프레넬렌즈(F)는 가시광선 스펙트럼영역 360~820㎚에서의 평균 투과율은 84.5％로 약 70％ 전후인 PMMA렌즈에 비해 월등히 뛰어남을 알 수 있으며, 2,000㎚까지 투과율이 유지됨으로써 집광형 태양전지셀의 발전특성을 가질 수 있는 것임을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 프레넬렌즈의 금형 동작 및 실리콘의 주입에 필요한 관련장치와 금형의 동작을 위한 제어장치 등의 상세한 기술구성은 생략되었으나, 이러한 주변 기술은 통상의 기술을 이용하여 당업자가 용이하게 적용할 수 있는 것이어서 그 구체적인 실시예에 대해서는 설명을 생략한다.
5 : 프레넬렌즈 6 : 센컨드리 렌즈
7 : 쏠라셀 10 : 상부금형
12 : 글래스 장착홈 14 : 진공흡입관
16 : 고정수단 20 : 하부금형
22 : 실리콘렌즈 성형부 24 : 실리콘 투입공
26 : 실리콘 배출공 30 : 실리콘
32 : 여분실리콘 40 : 강화유리
100 : 금형장치 F : 프레넬렌즈
7 : 쏠라셀 10 : 상부금형
12 : 글래스 장착홈 14 : 진공흡입관
16 : 고정수단 20 : 하부금형
22 : 실리콘렌즈 성형부 24 : 실리콘 투입공
26 : 실리콘 배출공 30 : 실리콘
32 : 여분실리콘 40 : 강화유리
100 : 금형장치 F : 프레넬렌즈
Claims (3)
- 한 쌍의 상하부 금형으로 분리 구성되되,
상기 상부 금형은 그 저면 내측으로 글래스 장착홈이 가공되고, 상기 글래스 장착홈에 위치한 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형 상면으로 이동, 압출 후 리프트 및 배출 가능하도록 상하이동 및 회전가능하도록 구성되며,
상기 하부 금형은 그 상면 중심부에 일정 두께의 실리콘이 투입되어 성형되는 실리콘렌즈 성형부가 가공되고, 상기 실리콘렌즈 성형부의 상면에는 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 대칭된 다수의 경사형 요철부가 형성되며, 상기 실리콘렌즈 성형부의 내측으로 하부금형 외측에서 실리콘을 투입할 수 있도록 상기 실리콘렌즈 성형부의 내벽 일측으로 실리콘 투입공이 관통 형성되며, 상기 실리콘 투입공의 대향측에는 실리콘렌즈 성형부에 실리콘이 투입된 상태에서 강화유리가 흡착된 상기 상부금형의 압착시 잉여 실리콘이 실리콘렌즈 성형부 외부로 배출되는 실리콘배출공이 하부금형 외측으로 관통 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작용 금형. - 한 쌍으로 구성된 상하부 금형 중 상부금형의 저면에 형성된 글래스 장착홈에 준비된 강화유리를 진공흡착하여 하부 금형의 상부로 이동시키는 강화유리 준비단계(S1);
하부금형의 상면에 구비된 실리콘렌즈 성형부에 하부금형 일측에 형성된 실리콘 투입공을 통해 일정 두께를 갖도록 액상의 실리콘을 주입하는 단계(S2);
실리콘이 주입된 하부금형의 실리콘 성형부 내측으로 강화유리가 저면에 흡착된 상부금형을 안착시키는 단계(S3);
상기 하부금형의 실리콘 성형부에 상부금형을 안착시켜 상부금형 자체의 무게로 강화유리의 부피에 해당되는 여분의 실리콘을 실리콘 배출공을 통해 하부금형 외측으로 배출시키면서 설정된 시간동안 큐링을 실시하는 단계(S4);
설정된 시간 동안 큐링 수행 후, 하부금형으로 투입된 실리콘과 압착되어 일체로 구성된 강화유리를 진공흡착파이프를 통한 진공흡착력으로 상부금형을 하부금형에서 분리시켜 강화유리에 압착 성형된 실리콘렌즈를 배출시키는 단계(S5);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제조방법. - 제2항에 있어서,
상기 강화유리 준비단계(S1)에는 상부 금형에 흡착 고정된 강화유리의 저면에 실리콘과의 접착 성능 및 접착 내구성을 향상시키기 위해 일정 두께의 프라이머를 도포하는 단계(S1′)가 포함되고,
상기 하부금형에서 성형된 실리콘렌즈를 배출시킨 후에, 상부금형에서 분리된 실리콘렌즈의 테두리부를 식각 처리하거나 다듬는 마무리 단계(S6);가 추가로 수행되는 것을 특징으로 하는 집광형 태양광발전용 프레넬렌즈의 제작방법.
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| KR20110059480A (ko) * | 2009-11-27 | 2011-06-02 | 주식회사 씨엘에프하이텍 | 고집광 태양광발전 시스템용 집광구조물 및 이의 제조방법 |
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