KR101469583B1 - 태양광 집광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 집광 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 집광 장치는, 태양광이 입사되는 태양광 집속부; 상기 태양광 집속부의 하부에 설치되고, 다수의 단위 집광체가 등분할되어 어레이 형태로 배열된 다중 집광부; 및 상기 다중 집광부의 하부에 배치되어 상기 태양광 집속부와 평행하게 설치되며, 상기 다중 집광부에서 출사된 광에 의해 전력을 생성하는 태양전지 패널부;를 포함한다.

Description

태양광 집광 장치{Apparatus for condensing sunlight}
본 발명은 태양광 집광 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 어레이 형태의 다중 집광부가 구비된 이중 광학계로 구성되는 태양광 집광 장치에 관한 것이다.
일반적인 집광형 태양광(CPV : Concentrating Photovoltaic) 발전 시스템은 렌즈나 거울 등을 이용하여 태양광을 집광부에 집광시켜 태양전지에 도달하는 단면적을 적게 하고 태양광의 강도를 높임으로써 광 강도에 따른 태양전지 효율을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 태양광 발전 시스템에서 가장 높은 단가를 차지하는 태양전지 재료의 사용을 최소화함에 의해서 전체적인 가격을 낮춘 태양광 발전 시스템이 제작될 수 있다.
그러나, 광 강도를 향상시키는 것과 관련하여, 태양광의 집광 비율이 높아질수록 입사 허용각이 작아지기 때문에 태양광의 집광 비율을 높게 유지시키기 위한 대응 방안으로 정밀한 태양광 추적기의 사용이 필수적이고, 태양광 추적기를 추가로 설치하기 위한 추가 비용이 상승되어 태양광 발전 시스템의 제조 단가를 더 낮출 수 없는 문제점이 있다.
여기서, 태양광의 입사 허용각은 태양광 발전 시스템을 구성하는 광학계에 의해 집속되는 빔의 초점 면에서 동일한 세기의 입사빔이 도달할 수 있도록 광학계의 중심축에 대하여 기울어질 수 있는 최대 각도를 의미한다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 단일의 광학계를 사용하는 태양광 집광 장치 대신에 별도의 2차 광학계를 설치하여 태양광의 입사 허용각을 넓게 함과 동시에 집광 장치의 출사면에서 광이 균일하게 분포되도록 하는 이중 광학계가 채용된 태양광 집광장치가 제안되고 있고, 이에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다. 이때, 2차 광학계는 1차 광학계를 구성하는 렌즈를 통해 그 초점 위치에 집광된 광을 다시 집광한다.
이와 같은 이중 광학계가 채용된 종래의 태양광 집광장치는 단일 광학계가 채용된 태양광 집광장치에 비해 구조가 복잡하고, 제작 단가가 높으며, 이중의 광학계 채용으로 인하여 집광기의 크기가 커질 수 밖에 없다. 따라서, 종래의 태양광 집광장치는 일반 주택과 같은 협소한 장소에 설치가 곤란한 단점이 있다.
대한민국공개특허공보 제2011-108130호 미국등록특허공보 제6,653,551호
따라서, 본 발명은 종래 태양광 집광 장치에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이중의 광학계로 구성되고 일차적으로 집속된 광이 어레이 형태의 다중 집광부에 집광됨으로써, 컴팩트하고 출사광의 조도 분포를 균일하게 하여 사용 수명이 연장되도록 한 태양광 집광 장치가 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 태양광이 입사되는 태양광 집속부와, 상기 태양광 집속부의 하부에 설치되고, 다수의 단위 집광체가 등분할되어 어레이 형태로 배열된 다중 집광부, 및 상기 다중 집광부의 하부에 배치되어 상기 태양광 집속부와 평행하게 설치되며, 상기 다중 집광부에서 출사된 광에 의해 전력을 생성하는 태양전지 패널부;를 포함하는 태양광 집광 장치가 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 다중 집광부는, 상기 태양광 집속부를 통해 집속되는 태양광의 초점이 형성되는 위치에 설치되되, 상기 태양광 집속부에서 집속된 광이 도달할 수 있는 면적(2r×2r)이 입사면으로 지정되는 위치에 설치된다.
또한, 상기 태양광 집속부는, 태양광이 직접 입사되는 1차 광학계(POE)로 프레넬 렌즈로 구성될 수 있으며, 상기 다중 집광부는, 2×2, 4×4, 6×6 중 어느 하나의 형태로 분할된 상기 각 단위 집광체가 유전체 재질의 2차 광학계(SOE)로 구성된다.
또한, 상기 다중 집광부는, 상기 태양광 집속부에 집속된 광이 초점면에 도달할 때, 초점이 맞춰진 거리에서 2r의 영역으로 초점 면적이 지정되며, 상기 r은 아래의 수학식에 의해서 산출된다.
수학식
Figure 112012105819652-pat00001
여기서, L은 태양광 집속부의 초점 거리, θ는 입사 허용각, n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률, θ'는 출사각이다.
그리고, 상기 태양전지 패널부는, 태양광이 최초로 입사되는 상기 태양광 집속부와 수평하게 배치되는 하나의 솔라셀 패널 또는 복수개의 솔라셀 패널이 다중 접합된 솔라셀 어레이로 구성된다.
이때, 상기 태양광 집속부의 집속 비율(CP)은 아래의 수학식에 의해 산출될 수 있다.
수학식
Figure 112012105819652-pat00002
여기서, R은 태양광 집속부의 반지름, L은 태양광 집속부의 초점 거리, θ는 태양광 집속부의 입사 허용각, n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률이다.
그리고, 상기 태양광 집속부와 다중 집광부의 최적화 설계에 의한 최종 집속 비율은 아래의 수학식에 의해서 산출될 수 있다.
수학식
Figure 112012105819652-pat00003
여기서, CP는 태양광 집속부의 집속 비율, CS는 다중 집광부의 집속 비율이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 집광 장치는 이중 광학계가 채용되고, 이중의 광학계 중 제2 광학계인 다중 집광부가 어레이 형태로 구성됨으로써, 제1 광학계의 렌즈와 거리를 최소화함에 의해서 컴팩트한 소형의 태양광 집광 장치를 구성할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 소형의 태양광 발전 설비를 제작할 수 있음으로 태양광 발전기를 설치하는 데 장소의 제약을 최소화할 수 있는 작용효과가 발휘된다.
또한, 본 발명의 태양광 집광 장치는 제2 광학계인 다중 집광부의 각 단위 집광체의 크기가 작을수록 다중 집광부를 통해 출사되는 광의 조도 분포를 균일하게 할 수 있기 때문에 태양전지 패널부인 솔라 셀의 수명을 연장시키면서 직렬 저항을 줄여 태양광 발전 시스템(CPV)의 제품 수명이 연장될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 단면 구성도.
도 2는 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 다중 집광부의 확대 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 사시도.
도 4는 태양광 집광 장치를 구성하는 다중 집광부의 크기 또는 높이에 따라 집속 비율(Concentration ratio)의 차이를 보인 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 집광 장치에서 이중의 광학계를 구성하였을 때의 집속 비율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 다중 집광부(SOE)가 6×6 형태로 36개의 단일 집광체로 구성되었을 때, 태양광 집속부와 다중 집광부의 거리와 태양광 집속부의 크기 비율(f-number, f/#)에 따른 집속 비율을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 6×6 형태의 어레이를 갖는 다중 집광부가 적용되었을 때의 조도 분포가 도시된 도면.
본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 단면 구성도이고, 도 2는 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 다중 집광부의 확대 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 집광 장치의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 집광 장치는 태양광 집속부(110)와, 태양광 집속부(110)를 통과한 광이 집광되는 다중 집광부(120)를 포함한다. 또한, 태양광 집광 장치는 다중 집광부(120)의 하부에 다중 집광부(120)로부터 출사된 태양광을 이용하여 전력을 생성하는 태양전지 패널부(130)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 다중 집광부(120)는 태양광 집속부(110)를 통해 집속되는 태양광의 초점이 형성되는 위치에 배치될 수 있다.
태양광 집속부(110)는 구형 또는 돔 형태의 렌즈로 집광형 태양광 발전(CPV)에서 이용되는 집속 부재이며, 렌즈의 양면 또는 한 면이 볼록하여 초점거리가 양(+)인 볼록 렌즈가 주로 이용되며, 도면에 도시된 바와 같이 태양전지 패널부(130) 및 태양광을 집광하는 다중 집광부(120) 상에 수평하게 설치될 수 있다. 또한, 렌즈 전면에 걸쳐 복수개의 원형 띠 모양의 렌즈로 분할 형성되어 각 띠에 프리즘 작용이 구현 가능한 프레넬 렌즈(Fresnel Lens)가 채용될 수 있다. 이때, 태양광 집속부(110)는 프레넬 렌즈 등을 이용한 1차 광학계(POE : Primary Optical Element)이다.
또한, 상기 다중 집광부(120)는 태양광 집속부(110)의 하부에 설치되며, 다수의 단위 집광체(121)가 등분할된 어레이 형태로 구성될 수 있다. 다중 집광부(120)는 2차 광학계(SOE : Secondary Optical Element)로 1차 광학계인 태양광 집속부(110)에 집속되는 광의 초점 위치에 각 단위 집광체(121)의 상면이 위치하도록 설치 높이가 조절되되, 태양광 집속부(110)에서 집속된 광이 도달할 수 있는 최대 면적(2r×2r)이 입사면으로 지정될 수 있는 위치에 설치됨이 바람직하다. 이때, 상기 다중 집광부(120)는 유전체의 재질로 구성될 수 있다.
그리고, 태양전지 패널부(130)는 1차 광학계(POE)인 태양광 집속부(110)와 2차 광학계인 다중 집광부(120) 하부에 설치되고, 광이 최초로 입사되는 태양광 집속부(110)와 수평하게 배치되는 하나의 솔라셀 패널 또는 복수개의 솔라셀 패널이 다중 접합된 솔라셀 어레이일 수 있으며, Ⅲ-Ⅴ족 화합물 태양전지 재료로 이루어진 고효율 태양전지 패널을 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 태양광 집광 장치는 제2 광학계인 다중 집광부(SOE, 120)를 다수의 단위 집광체(121)가 등분할되어 어레이 형태로 배열함으로써, 다중 집광부(120)의 높이를 최소화하여 컴팩트한 장치 구성이 가능하도록 할 수 있다.
이때, 다중 집광부(120)의 출사면에서 제1 광학계인 태양광 집속부(110)를 통과한 입사빔의 최대 조도가 도달할 수 있도록 다중 집광부(120)의 높이를 비롯한 형상을 최적화할 수 있는 전산모사 툴을 이용하여 최적화 시뮬레이션을 수행하고, 이에 대한 조건들을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2를 참조한 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 광학계인 태양광 집속부(110)에 입사되는 태양광의 입사 허용각(θ)에 따라 입사빔이 도달할 수 있는 다중 집광부() 상면의 최대 면적은 2r×2r로 지정될 수 있는 데, 태양광 집속부(110)의 입사 허용각(θ)에 대한 출사각(θ')은 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112012105819652-pat00004
여기서, θ는 입사 허용각이고, n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률이다.
이때, 제1 광학계인 태양광 집속부(110)에 집속되는 광이 초점면에 도달할 때, 렌즈의 초점 거리(L)에서 입사광의 가장자리 광이 복합 각도(Φc)와 함께 이동되어 초점이 맞춰진 거리가 2r의 영역으로 지정된다.
이때, r은 아래의 수학식 2에 의해서 산출된다.
Figure 112012105819652-pat00005
여기서, L은 태양광 집속부의 초점 거리이고, θ는 입사 허용각이며, n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률이다.
그리고, 상기 수학식 2를 이용하여 제1 광학계인 태양광 집속부(110)의 집속 비율(CP)은 아래의 수학식 3에 의해서 계산된다.
Figure 112012105819652-pat00006
여기서, R은 태양광 집속부의 반지름이고, L은 태양광 집속부의 초점 거리이며, θ는 입사 허용각이고, n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률이다.
한편, 제2 광학계인 다중 집광부()의 형상을 최적화하기 위해서는 다섯가지의 파라미터가 고려되는 것이 필요할 수 있는 데, 먼저 첫번째로 다중 집광부(120)가 유전체 재료로 구성됨에 있어 유전체 재료의 굴절률과, 두번째로 다중 집광부(120)를 구성하는 어레이 형태의 각 단위 집광체(121)에서 중간 부분의 단면적과, 세번째로 어레이 형태의 다중 집광부(120) 높이와, 네번째로 하부의 태양전지 패널부(130)와 접속되는 하부 단면적(s×s) 및 다섯번째로 다중 집광부(120)를 구성하는 단위 집광체(121)의 수가 파라미터로 설정될 수 있으며, 이 중에서 다중 집광부(120)를 어레이 형태로 구성하는 단위 집광체(121)의 수는 사전 설정되는 것이 바람직하다.
상기의 파라미터를 이용한 태양광 집속부(110)와 다중 집광부(120)의 최적화 과정 후 태양광 집광 장치의 최종 집속 비율(CF)은 아래의 수학식 4를 통해 산출될 수 있으며,
Figure 112012105819652-pat00007
여기서, CP는 태양광 집속부의 집속 비율이고, CS는 다중 집광부의 집속 비율이다.
도 4를 참조하면, 도 4는 태양광 집광 장치를 구성하는 다중 집광부(120)의 크기 또는 높이에 따라 집속 비율(Concentration ratio)의 차이를 보인 그래프로써, 2×2, 4×4, 6×6의 형태로 등분할된 어레이 형태의 다중 집광부가 어레이의 수, 즉 등분할된 단위 집광체(121)의 개수가 많아지더라도 집속 비율의 크기가 거의 변화가 없는 반면에 어레이 형태의 다중 집광부(120)의 높이는 점차적으로 작게 형성될 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 다중 집광부(120)를 구성하는 단위 집광체(121)의 개수를 무한대로 늘릴수는 없지만 6×6 형태로 36개의 등분할된 단위 집광체(121)로 다중 집광부(120)를 구성했을 때 단일 집광부로 구성했을 때와 유사한 집속 비율을 가지면서도 대략 1/3 정도의 높이로 다중 집광부(120)를 구성할 수 있기 때문에 컴팩트한 태양광 집광 장치의 제작이 가능할 수 있다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 태양광 집광 장치에서 이중의 광학계를 구성하였을 때의 집속 비율을 나타낸 그래프로서, 도시된 바와 같이 1차 광학계인 태양광 집속부(POE, 110)와 2차 광학계인 다중 집광부(SOE, 120)를 동시에 사용하여 산출된 집속 비율(Concentration ratio)이 가장 우수함을 알 수 있다. 즉, 단일 광학계를 채용하여 이론적인 최대 집속 비율이 실선의 형태로 산출되고, 전산모사를 이용하여 1차 광학계인 태양광 집속부(110)만의 채용을 가정하고 집속 비율을 산출한 수치보다 본 발명에서와 같이 제1 광학계의 태양광 집속부(POE, 110)와 제2 광학계인 다중 집광부(SOE, 120)의 이중 광학계를 채용하여 집속 비율을 산출하였을 때 집속 비율이 가장 우수하다.
한편, 도 6은 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 다중 집광부(SOE)가 6×6 형태로 36개의 단일 집광체로 구성되었을 때, 태양광 집속부와 다중 집광부의 거리와 태양광 집속부의 크기 비율(f-number, f/#)에 따른 집속 비율을 나타낸 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 1차 광학계인 태양광 집속부(110)와 2차 광학계인 다중 집광부(120)의 거리가 가까워질수록 집속 비율은 높아질 수 있으나, 태양광 집광 장치의 설계 상 태양광 집속부(110)와 다중 집광부(120)의 거리(L)와 태양광 집속부(110)의 크기 비율(f-number, L/POE diameter)은 그 한계 설계치가 0.5로 제한되므로 무한정 가까워질 수 없고 입사 허용각(θ)이 클수록 설계 마진이 작아지는 것을 알 수 있다.
즉, 태양광 집광 장치의 컴팩트화를 위해서는 f-number가 최소화되게 설계하면서 허용 입사각(θ)을 최소화하는 태양광 집속부(110)를 1차 광학계의 렌즈로 선정하여 설계됨이 바람직하다.
이와 같이, 다섯개의 파라미터를 이용하여 산출된 사양에 의해서 태양광 집속부(110)와 다중 집광부(120)의 거리를 최소화하여 컴팩트한 태양광 집광 장치를 구성하고, 6×6 형태의 어레이 형태로 구성된 36개의 단위 집광체(121)를 갖는 다중 집광부(120)로 제2 광학계를 구성하였을 때, 그 조도 분포는 균일해질 수 있으며, 이에 대하여 아래의 도 7을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 태양광 집광 장치에 채용되는 6×6 형태의 어레이를 갖는 다중 집광부가 적용되었을 때의 조도 분포가 도시된 도면으로써, 단일 광학계가 채용된 종래 태양광 집광 장치와의 조도 분포 비교를 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 제2 광학계인 다중 집광부(120)의 출사면에서의 조도 분포가 어레이 형태를 구성하는 단위 집광체(121)의 크기가 작을수록 각 단위 집광체(120)를 통해 출사되는 광의 조도 분포가 균일함을 알 수 있으며, 조도 분포가 균일할수록 다중 집광부(120) 하부에 배치되는 태양전지 패널부(130), 즉 솔라 셀의 수명을 연장하면서 직렬 저항을 줄일 수 있어 고효율의 발전시스템(CPV)을 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
110. 태양광 집속부
120. 다중 집광부
121. 단위 집광체
130. 태양전지 패널부
θ. 입사 허용각

Claims (8)

  1. 태양광이 입사되는 태양광 집속부;
    상기 태양광 집속부의 하부에 설치되고, 다수의 단위 집광체가 등분할되어 어레이 형태로 배열된 다중 집광부; 및
    상기 다중 집광부의 하부에 배치되어 상기 태양광 집속부와 평행하게 설치되며, 상기 다중 집광부에서 출사된 광에 의해 전력을 생성하는 태양전지 패널부;를 포함하되,
    상기 다중 집광부는, 2×2, 4×4, 6×6 중 어느 하나의 형태로 분할된 상기 각 단위 집광체가 유전체 재질의 2차 광학계(SOE)로 구성되는 태양광 집광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 집광부는, 상기 태양광 집속부를 통해 집속되는 태양광의 초점이 형성되는 위치에 설치되되, 상기 태양광 집속부에서 집속된 광이 도달할 수 있는 면적(2r×2r)이 입사면으로 지정되는 위치에 설치되는 태양광 집광 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 집속부는, 태양광이 직접 입사되는 1차 광학계(POE)로 프레넬 렌즈로 구성된 태양광 집광 장치.
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 다중 집광부는, 상기 태양광 집속부에 집속된 광이 초점면에 도달할 때, 초점이 맞춰진 거리에서 2r의 영역으로 초점 면적이 지정되며, 상기 r은 아래의 수학식에 의해서 산출되는 태양광 집광 장치.
    수학식
    Figure 112012105819652-pat00008

    여기서, L은 태양광 집속부의 초점 거리,
    θ는 입사 허용각,
    n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률,
    θ'는 출사각.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양전지 패널부는, 태양광이 최초로 입사되는 상기 태양광 집속부와 수평하게 배치되는 하나의 솔라셀 패널 또는 복수개의 솔라셀 패널이 다중 접합된 솔라셀 어레이로 구성된 태양광 집광 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 태양광 집속부의 집속 비율(CP)은 아래의 수학식에 의해 산출되는 태양광 집광 장치.
    수학식
    Figure 112012105819652-pat00009

    여기서, R은 태양광 집속부의 반지름,
    L은 태양광 집속부의 초점 거리,
    θ는 태양광 집속부의 입사 허용각,
    n은 태양광 집속부를 구성하는 렌즈의 굴절률.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 태양광 집속부와 다중 집광부의 최적화 설계에 의한 최종 집속 비율은 아래의 수학식에 의해서 산출되는 태양광 집광 장치.
    수학식
    Figure 112012105819652-pat00010

    여기서, CP는 태양광 집속부의 집속 비율,
    CS는 다중 집광부의 집속 비율.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200419531Y1 (ko) * 2006-05-02 2006-06-20 대한테크렌(주) 중첩개념을 이용한 태양광 발전용 집광렌즈 및 집광장치
KR20080008118A (ko) * 2006-07-19 2008-01-23 정중한 태양광 전력 시스템을 갖는 차량

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6804062B2 (en) * 2001-10-09 2004-10-12 California Institute Of Technology Nonimaging concentrator lens arrays and microfabrication of the same
KR200419531Y1 (ko) * 2006-05-02 2006-06-20 대한테크렌(주) 중첩개념을 이용한 태양광 발전용 집광렌즈 및 집광장치
KR20080008118A (ko) * 2006-07-19 2008-01-23 정중한 태양광 전력 시스템을 갖는 차량

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