KR101595072B1

KR101595072B1 - 집광 렌즈 및 그를 이용한 태양광 발전 장치

Info

Publication number: KR101595072B1
Application number: KR1020140077487A
Authority: KR
Inventors: 김병성
Original assignee: 김병성
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2016-02-17
Also published as: CN106537766A; KR20160000290A; WO2015199322A1

Abstract

본 발명은 집광 렌즈 및 그를 이용한 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 상기 집광 렌즈는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 판형 부분으로서, 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 본체부; 빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서, 상기 본체부의 하면에 마련되며, 상기 본체부를 관통한 빛을 굴절시키는 굴절부;를 포함하며, 상기 굴절부는, 중앙부와, 상기 중앙부의 좌측에 배치되어 있는 좌측부와, 상기 중앙부의 우측에 배치되어 있는 우측부를 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는, 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축을 따라 연장됨으로써 형성되는 복수 개의 굴절면들을 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는 상기 중앙부를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지며, 상기 본체부의 상면으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부와 굴절부를 통과하면서, 미리 정한 폭을 가진 초점 영역에 집광되며, 상기 초점 영역은 상기 중심축을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 렌즈 어레이의 상부에 강화 유리 재질의 보호판이 배치되는 구조를 가진 종래의 복잡한 시스템과는 달리, 단순한 구조의 렌즈 시트 제작이 가능하여 전체적인 제작비용이 감소하고 고장의 우려가 없다는 효과가 있다.

Description

집광 렌즈 및 그를 이용한 태양광 발전 장치 {A Condensing Lens and Solar-Light Power Generation Device using the Same}

본 발명은 집광 렌즈에 관한 것으로서, 특히 단순한 구조의 렌즈 시트 제작이 가능하여 전체적인 제작비용이 감소하고 고장의 우려가 없는 집광 렌즈에 관한 것이다.

태양에너지는 크게 빛에너지와 열에너지로 나뉘는데 그 중 태양의 열에너지를 이용해서 전기를 생산하는 것이 태양열 발전(solar thermal power generation)이고, 태양의 빛에너지를 이용해서 전기를 생산하는 것이 바로 태양광 발전(solar-light power generation)이다.

이러한 태양의 빛에너지는 무공해이며 고갈될 염려가 전혀 없으므로 매우 훌륭한 에너지원으로 각광받고 있다.

상기 태양광 발전의 발전원리는 반도체인 태양 전지에 빛을 쏘이면 전자와 정공이 발생하여 +전극과 -전극이 형성되고 그 전극이 외부회로와 접속되어 있으면 전류가 흐르게 된다. 이렇게 태양 전지가 직접 빛을 전기로 변환시키는 원리를 "광전 효과"라고 부른다.

그러나, 이러한 태양 전지의 광전효과를 높이기 위해서는 많은 양의 태양광을 흡수해야 하지만, 입사되는 빛의 반사 및 기타 변수에 의해 태양광의 흡수 효율이 저하되기도 하며, 태양 전지의 발전 효율이 일반적으로 10% 내지 15%이므로, 태양 전지에 입사되는 태양광 에너지의 10% 내지 15%만이 태양광 발전에 이용되고, 나머지 85% 내지 90%의 에너지는 유효하게 이용되지 못하고 열로 버려지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 태양광의 반사를 최소화하면서 동시에 태양광을 좁은 영역의 집광하는 장치의 필요성이 큰 실정이며, 대한민국등록특허 (등록번호 제10-1282197, 등록일 2013년06월28일)와 같은 태양광 집광모듈 시스템 등이 개발되고 있다.

그러나 상기 종래의 태양광 집광모듈 시스템에서는, 렌즈 어레이(20)의 상부에 강화 유리 재질의 보호판(10)이 배치되고, 렌즈 어레이(20)로부터 태양광을 전달받아 측면으로 집광하는 투명한 소재로 제작된 측면 집광부(30)와, 반사홈(31) 및 반사층(32)을 구비하는 복잡한 시스템이므로, 전체적인 제작비용이 상승하고 고장의 우려가 높아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 단순한 구조의 렌즈 시트 제작이 가능하여 전체적인 제작비용이 감소하고 고장의 우려가 없도록 구조가 개선된 집광 렌즈를 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 집광 렌즈를 이용한 태양광 발전 장치를 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 집광 렌즈는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 판형 부분으로서, 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 본체부; 빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서, 상기 본체부의 하면에 마련되며, 상기 본체부를 관통한 빛을 굴절시키는 굴절부;를 포함하며, 상기 굴절부는, 중앙부와, 상기 중앙부의 좌측에 배치되어 있는 좌측부와, 상기 중앙부의 우측에 배치되어 있는 우측부를 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는, 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축을 따라 연장됨으로써 형성되는 복수 개의 굴절면들을 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는 상기 중앙부를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지며, 상기 본체부의 상면으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부와 굴절부를 통과하면서, 미리 정한 폭을 가진 초점 영역에 집광되며, 상기 초점 영역은 상기 중심축을 따라 연장되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 좌측부와 우측부는, 상기 본체부에 대하여 미리 정한 각도를 각각 가지는 외측 굴절면과 내측 굴절면을 구비하며, 상기 외측 굴절면과 내측 굴절면은 각각 평면으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 복수 개의 굴절면들은, 상기 중심축을 따라 직선형으로 연장되어 있으며, 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 평행한 것이 바람직하다.

여기서, 상기 본체부는 전체 영역에 걸쳐서 미리 정한 값의 두께를 가지며, 상기 본체부의 상면은 빛이 입사되는 입사면으로서 평면 형상인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중앙부와 좌측부와 우측부는 단위 렌즈 모듈을 형성하며, 상기 단위 렌즈 모듈은 복수 개 마련되어 서로 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 복수 개의 단위 렌즈 모듈은 일체로 형성되어 미리 정한 면적을 가지며, 유연하게 휘어질 수 있는 시트 형상으로 마련되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중심축을 따라 전체 길이에 걸쳐서 동일한 형상의 단면을 가지도록 연장된 형상을 가짐으로써, 압출 가공에 의하여 대량으로 제조될 수 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 중심축과 교차하는 방향으로 돌출되어 있는 결합 돌기가, 상기 중심축을 기준으로 하여 좌측 단부와 우측 단부 중 하나에 형성되어 있으며, 상기 중심축과 교차하는 방향으로 함몰되어 있으며 상기 결합 돌기와 탈착 가능하게 결합할 수 있는 결합 홈이, 상기 좌측 단부와 우측 단부 중 나머지 하나에 형성되어 있는 것일 수도 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 상기 집광 렌즈를 포함하는 태양광 발전 장치로서, 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 상기 집광 렌즈의 하방에 미리 정한 거리만큼 이격된 상태로 배치되며, 상기 집광 렌즈의 초점 영역과 대응되는 면적에 마련되어 있는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 본체부와, 상기 본체부의 하면에 마련되며 상기 본체부를 관통한 빛을 굴절시키는 굴절부를 포함하며, 상기 굴절부는 중앙부와, 상기 중앙부의 좌측에 배치되어 있는 좌측부와, 상기 중앙부의 우측에 배치되어 있는 우측부를 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는, 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축을 따라 연장됨으로써 형성되는 복수 개의 굴절면들을 포함하며, 상기 좌측부와 우측부는 상기 중앙부를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지며, 상기 본체부의 상면으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부와 굴절부를 통과하면서, 미리 정한 폭을 가진 초점 영역에 집광되며, 상기 초점 영역은 상기 중심축을 따라 연장됨으로써, 렌즈 어레이의 상부에 강화 유리 재질의 보호판이 배치되는 구조를 가진 종래의 복잡한 시스템과는 달리, 단순한 구조의 렌즈 시트 제작이 가능하여 전체적인 제작비용이 감소하고 고장의 우려가 없다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 집광 렌즈의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 집광 렌즈의 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 집광 렌즈의 상면으로 태양광이 입사되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 집광 렌즈가 복수 개 마련되어 서로 평행하게 배치되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 집광 렌즈가 복수 개 마련되어 일체로 형성되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 집광 렌즈를 포함하는 태양광 발전 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 태양광 발전 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예인 렌즈 시트가 도시된 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 렌즈 시트가 복수 개 마련되어 서로 결합되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 집광 렌즈의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 집광 렌즈의 정면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 집광 렌즈의 상면으로 태양광이 입사되는 상태를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 발전 장치(100)는, 집광 렌즈(10)와, 렌즈 시트(20)와, 집광 패널(30)과, 지지대(40)를 포함하여 구성된다.

상기 집광 렌즈(10)는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 렌즈로서, 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polypropylene), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET; polyethylene terephthalate), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 등의 합성 수지로 제조될 수 있으나, 본 실시예에서는 폴리카보네이트(PC)가 사용되고 있다. 이 집광 렌즈(10)는, 본체부(11a)와 굴절부(11b)를 포함하여 구성된다.

상기 본체부(11a)는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서, 중심축(C)을 따라 미리 정한 길이만큼 길게 직선적으로 연장되어 있는 판형 부분으로서, 미리 정한 폭(L)을 가진다.

상기 본체부(11a)는 전체 영역에 걸쳐서 미리 정한 값의 두께(T)를 가지며, 상기 본체부(11a)의 상면(15)은 빛이 입사되는 입사면(15)으로서 평면 형상을 가진다.

상기 굴절부(11b)는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서, 상기 본체부(11a)를 관통한 빛을 굴절시키며, 미리 정한 폭(L)을 가진다.

상기 굴절부(11b)는, 상기 본체부(11a)의 하면(16)에 마련되어 있으며, 상기 본체부(11a)와 일체로 형성되어 있다.

상기 굴절부(11b)는, 중앙부(12)와 좌측부(13)와 우측부(14)를 포함하여 구성된다.

상기 중앙부(12)는, 하방으로 돌출되어 있으며 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 연장되어 있는 1개의 톱니를 가지며, 미리 정한 폭(L1)을 가진다.

상기 중앙부(12)의 톱니는, 상기 중심축(C)을 기준으로 좌우 대칭의 제1 굴절면(12a)과 제2 굴절면(12b)을 두 변으로 하는 이등변 삼각형 형상의 단면을 구비하고 있다.

상기 제1 굴절면(12a)과 제2 굴절면(12b)은, 각각 평면으로 형성되어 있으며, 상기 본체부(11a)의 하면(16)에 대하여 미리 정한 값의 제1 각도(α1)로 기울어져 있다.

상기 중앙부(12)의 삼각형 단면은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 길이(W1)의 밑변과 미리 정한 높이(H1)을 가지고 있다.

상기 좌측부(13)는, 상기 중앙부의 좌측에 배치되어 있는 부분으로서, 하방으로 돌출되어 있으며 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 연장되어 있는 복수 열의 톱니를 가지며, 미리 정한 폭(L2)을 가진다.

상기 좌측부(13)의 톱니는, 외측 굴절면(13a)과 내측 굴절면(13b)을 두 변으로 하는 삼각형 형상의 단면을 구비하고 있다.

즉, 상기 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 길게 연장됨으로써 복수 개의 굴절면들(13a, 13b)이 형성되며, 상기 굴절면들(13a, 13b)은 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 평행하게 배치된다.

상기 외측 굴절면(13a)과 내측 굴절면(13b)은, 각각 평면으로 형성되어 있으며, 상기 본체부(11a)의 하면(16)에 대하여 미리 정한 값의 제2 각도(α2) 및 제3 각도(α3)로 각각 기울어져 있다.

본 실시예에서는 상기 외측 굴절면(13a)의 길이가 상기 내측 굴절면(13b)의 길이보다 더 길게 형성됨으로써, 상기 제2 각도(α2)의 값이 상기 제3 각도(α3)의 값보다 더 작은 값을 가진다. 즉 상기 좌측부(13)의 톱니들은 상기 중심축(C) 방향으로 약간 기울어져 있다.

다만 도면들에는 도시하지 않았으나, 상기 제2 각도(α2)는 상기 중심축(C)에 가까운 톱니일수록 점점 커지며, 상기 제3 각도(α3)는 상기 중심축(C)에 가까운 톱니일수록 점점 작아지게 된다.

상기 좌측부(13)의 톱니 단면은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 길이(W2)의 밑변과 미리 정한 높이(H2)을 가지고 있다.

상기 우측부(14)는, 상기 중앙부의 우측에 배치되어 있는 부분으로서, 하방으로 돌출되어 있으며 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 연장되어 있는 복수 열의 톱니를 가지며, 미리 정한 폭(L3)을 가진다.

상기 우측부(14)의 톱니는, 외측 굴절면(14a)과 내측 굴절면(14b)을 두 변으로 하는 삼각형 형상의 단면을 구비하고 있다.

즉, 상기 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 길게 연장됨으로써 복수 개의 굴절면들(14a, 14b)이 형성되며, 상기 굴절면들(14a, 14b)은 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 평행하게 배치된다.

상기 외측 굴절면(14a)과 내측 굴절면(14b)은, 각각 평면으로 형성되어 있으며, 상기 본체부(11a)의 하면(16)에 대하여 미리 정한 값의 제4 각도(α4) 및 제5 각도(α5)로 각각 기울어져 있다.

본 실시예에서는 상기 외측 굴절면(14a)의 길이가 상기 내측 굴절면(14b)의 길이보다 더 길게 형성됨으로써, 상기 제4 각도(α4)의 값이 상기 제5 각도(α5)의 값보다 더 작은 값을 가진다. 즉 상기 우측부(14)의 톱니들은 상기 중심축(C) 방향으로 약간 기울어져 있다.

다만 도면들에는 도시하지 않았으나, 상기 제4 각도(α4)는 상기 중심축(C)에 가까운 톱니일수록 점점 커지며, 상기 제5 각도(α5)는 상기 중심축(C)에 가까운 톱니일수록 점점 작아지게 된다.

상기 우측부(14)의 톱니 단면은, 도 2에 도시된 바와 같이 미리 정한 길이(W3)의 밑변과 미리 정한 높이(H3)을 가지고 있다.

본 실시예에서는 상기 좌측부(13)와 우측부(14)는 상기 중앙부(12)를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지고 있다.

따라서, 상기 본체부(11a)의 상면(15)으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부(11a)와 굴절부(11b)를 통과하면서, 미리 정한 초점 거리(F)만큼 이격되어 있고 미리 정한 폭(D)을 가진 초점 영역(FR)에 집광된다. 여기서 상기 초점 영역(FR)은 상기 중심축(C)을 따라 직선적으로 길게 형성된다.

여기서, 상기 중앙부(12)의 폭(L1)은 10 내지 14mm, 상기 좌측부(13)의 폭(L2) 및 우측부(14)의 폭(L3)는 20 내지 28mm, 상기 중앙부(12)의 톱니 밑변 길이(W1)는 10 내지 14mm, 상기 좌측부(13) 및 우측부(14)의 톱니 밑변 길이(W2, W3)는 4 내지 8mm, 상기 본체부(11a)의 두께(T)는 14 내지 20mm, 상기 중앙부(12)와 좌측부(13)와 우측부(14)의 톱니 높이(H1, H2, H3)는 2 내지 4mm가 적절하다.

본 실시예에서는 상기 중앙부(12)의 폭(L1)은 12mm, 상기 좌측부(13)의 폭(L2) 및 우측부(14)의 폭(L3)는 24mm, 상기 중앙부(12)의 톱니 밑변 길이(W1)는 12mm, 상기 좌측부(13) 및 우측부(14)의 톱니 밑변 길이(W2, W3)는 6mm, 상기 본체부(11a)의 두께(T)는 17mm, 상기 중앙부(12)와 좌측부(13)와 우측부(14)의 톱니 높이(H1, H2, H3)는 3mm이다.

상기 렌즈 시트(20)는, 상기 중앙부(12)와 좌측부(13)와 우측부(14) 3 부분이 협력하여 형성된 상기 집광 렌즈(10)가 단위 렌즈 모듈(10)이 되고, 복수 개의 단위 렌즈 모듈(10)이 서로 평행하게 배치된 상태에서 일체로 형성된 시트 부재로서, 도 5에 도시된 바와 같이 미리 정한 면적을 가지며 유연하게 휘어질 수 있다.

상기 렌즈 시트(20)는, 압출 가공(extrusion)에 의하여 대량으로 제조될 수 있도록, 상기 중심축(C)을 따라 전체 길이에 걸쳐서 동일한 형상의 단면을 가지도록 연장된 형상을 가지고 있다.

상기 집광 패널(30)은, 상기 렌즈 시트(20)를 통과한 태양광이 집광되어 조사되는 평판형 부재로서, 태양 전지(31)를 포함하고 있다.

상기 태양 전지(solar battery)(31)는, 태양의 빛에너지를 전기에너지로 직접 바꾸는 장치로서, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 렌즈 시트(20)의 하방에 미리 정한 초점 거리(F)만큼 이격된 상태로 배치되어 있다.

상기 태양 전지(31)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 집광 렌즈(10)의 초점 영역(FR)과 대응되는 띠 형상의 면적에만 마련되어 있다.

상기 태양 전지(31)는, 우리가 생활에서 흔히 사용하는 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로, p형 반도체와 n형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으키는 장치이다.

상기 지지대(40)는, 상기 렌즈 시트(20) 및 집광 패널(30)을 지지하기 위한 프레임으로서, 태양을 향하여 경사진 자세를 가지도록 상기 집광 패널(30)을 고정하고 있다.

상술한 구성의 집광 렌즈(10)는, 빛이 투과할 수 있는 재질의 판형 부분으로서, 중심축(C)을 따라 미리 정한 길이만큼 길게 연장되어 있는 본체부(11a)와, 빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서 상기 본체부(11a)의 하면에 마련되며 상기 본체부(11a)를 관통한 빛을 굴절시키는 굴절부(11b)를 포함하며, 상기 굴절부(11b)는 중앙부(12)와, 상기 중앙부(12)의 좌측에 배치되어 있는 좌측부(13)와, 상기 중앙부(12)의 우측에 배치되어 있는 우측부(14)를 포함하며, 상기 좌측부(13)와 우측부(14)는, 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축(C)을 따라 길게 연장됨으로써 형성되는 복수 개의 굴절면들(13a, 13b, 14a, 14b)을 포함하며, 상기 좌측부(13)와 우측부(14)는 상기 중앙부(12)를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지며, 상기 본체부(11a)의 상면으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부(11a)와 굴절부(11b)를 통과하면서, 미리 정한 폭을 가진 초점 영역(FR)에 집광되며, 상기 초점 영역(FR)은 상기 중심축(C)을 따라 길게 형성되므로, 렌즈 어레이(20)의 상부에 강화 유리 재질의 보호판(10)이 배치되는 구조를 가진 종래의 복잡한 시스템과는 달리, 도 5에 도시된 바와 같은 단순한 구조의 렌즈 시트(20) 제작이 가능하여 전체적인 제작비용이 감소하고 고장의 우려가 없다는 장점이 있다.

그리고 상기 집광 렌즈(10)는, 상기 좌측부(13)와 우측부(14)가, 상기 본체부(11a)에 대하여 미리 정한 각도(α2, α3, α4, α5)를 각각 가지는 외측 굴절면(13a, 14a)과 내측 굴절면(13b, 14b)을 구비하며, 상기 외측 굴절면(13a, 14a)과 내측 굴절면(13b, 14b)은 각각 평면으로 형성되어 있으므로, 상기 외측 굴절면(13a, 14a)과 내측 굴절면(13b, 14b)이 곡면으로 형성되는 경우와 달리, 상기 굴절면들(13a, 13b, 14a, 14b)의 가공이 용이하며, 상기 초점 영역(FR)에 빛을 집광하기 위하여 상기 굴절면들(13a, 13b, 14a, 14b)의 개별 위치에 따른 각도(α2, α3, α4, α5)의 결정이 용이하다는 장점이 있다.

또한 상기 집광 렌즈(10)는, 복수 개의 굴절면들(13a, 13b, 14a, 14b)은, 상기 중심축(C)을 따라 직선형으로 길게 연장되어 있으며, 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 평행하므로, 압출 가공(extrusion)에 의하여 대량으로 제조될 수 있다는 장점이 있다.

그리고 상기 집광 렌즈(10)는, 상기 본체부(11a)가 전체 영역에 걸쳐서 미리 정한 값의 두께(T)를 가지며, 상기 본체부(11a)의 상면(15)은 빛이 입사되는 입사면(15)으로서 평면 형상이므로, 상기 본체부(11a)의 상면(15)에 먼지 등의 이물질이 쌓이는 경우, 먼지 등의 이물질이 모일 수 있는 구석 공간이 없는 바, 별도의 세척 장치나 빗자루 등을 이용하여 이물질을 제거하기 용이하다는 장점이 있다.

또한 상기 집광 렌즈(10)는, 상기 중앙부(12)와 좌측부(13)와 우측부(14)가 단위 렌즈 모듈(10)을 형성하며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 단위 렌즈 모듈(10)은 복수 개 마련되어 서로 평행하게 배치될 수 있으므로, 대면적의 집광 패널(30)에 용이하게 사용될 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 집광 렌즈(10)는, 상기 복수 개의 단위 렌즈 모듈(10)이 일체로 형성되어 미리 정한 면적을 가지며 유연하게 휘어질 수 있는 시트 형상의 렌즈 시트(20)로 구성될 수 있으므로, 평면형 집광 패널(30)뿐만 아니라 곡면형 집광 패널(30)에 대해서도 사용될 수 있는 장점이 있다.

또한 상기 집광 렌즈(10)는, 상기 중심축(C)을 따라 전체 길이에 걸쳐서 동일한 형상의 단면을 가지도록 연장된 형상을 가짐으로써, 압출 가공에 의하여 대량으로 제조될 수 있으므로, 사출 가공과 달리 길이에 제한 없는 렌즈 시트(20)를 대량 제조할 수 있는 장점이 있다.

그리고 상기 태양광 발전 장치(100)는, 태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 상기 집광 렌즈(10)의 하방에 미리 정한 거리만큼 이격된 상태로 배치되며, 상기 집광 렌즈(10)의 초점 영역(FR)과 대응되는 면적에 마련되어 있는 태양 전지(31)를 포함하고 있으므로, 고가의 태양 전지(31)를 최소한으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

한편, 도 8에는 본 발명의 제2 실시예인 렌즈 시트(120)가 도시되어 있다. 이 렌즈 시트(120)는 도 5에 도시된 렌즈 시트(20)와 대부분의 구성 및 효과가 동일하므로 이하에서는 양자 간의 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. 이 렌즈 시트(120)는, 결합 돌기(21)와 결합 홈(22)를 구비하고 있다.

상기 결합 돌기(21)는, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 본체부(11a)의 좌측 단부에 형성된 돌기로서, 상기 중심축(C)과 교차하는 방향인 좌측 방향으로 돌출되어 있다.

상기 결합 홈(22)은, 상기 본체부(11a)의 우측 단부에 형성된 홈으로서, 상기 중심축(C)과 교차하는 방향인 좌측 방향으로 함몰되어 있다.

상기 결합 홈(22)은, 상기 결합 돌기(21)와 탈착 가능하게 결합할 수 있도록 개구된 부근 영역이 탄성적으로 변형될 수 있다.

상기 결합 돌기(21) 및 결합 홈(22)은, 상기 중심축(C)을 따라 길게 연장되어 있다.

상기 렌즈 시트(120)는, 상기 본체부(11a)의 일측 단부에는 상기 중심축(C)과 교차하는 방향으로 돌출되어 있는 결합 돌기(21)가 형성되어 있으며, 상기 본체부(11a)의 타측 단부에는 상기 중심축(C)과 교차하는 방향으로 함몰되어 있으며, 상기 결합 돌기(21)와 탈착 가능하게 결합할 수 있는 결합 홈(22)이 형성되어 있으므로, 별도의 체결 부재나 접착제의 도움 없이 시공 현장에서 간편하게 상기 렌즈 시트(120)를 서로 결합시킬 수 있는 장점이 있다.

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊
100 : 태양광 발전 장치 10 : 집광 렌즈
11a : 본체부 11b : 굴절부
12 : 중앙부 12a, 12b : 굴절면
13 : 좌측부 13a, 13b : 굴절면
14 : 우측부 14a, 14b : 굴절면
15 : 상면 16 : 하면
20, 120 : 렌즈 시트 21 : 결합 돌기
22 : 결합 홈 30 : 집광 패널
31 : 태양 전지 40 : 지지대

Claims

빛이 투과할 수 있는 재질의 판형 부분으로서, 중심축을 따라 미리 정한 길이만큼 연장되어 있는 본체부;
빛이 투과할 수 있는 재질의 부분으로서, 상기 본체부의 하면에 마련되며, 상기 본체부를 관통한 빛을 굴절시키는 굴절부;를 포함하며,
상기 굴절부는, 중앙부와, 상기 중앙부의 좌측에 배치되어 있는 좌측부와, 상기 중앙부의 우측에 배치되어 있는 우측부를 포함하며,
상기 좌측부와 우측부는, 복수 열의 톱니 형태 단면이 상기 중심축을 따라 연장됨으로써 형성되는 복수 개의 굴절면들을 포함하며,
상기 좌측부와 우측부는 상기 중앙부를 중심으로 서로 좌우 대칭적인 형상과 배치를 가지며,
상기 본체부의 상면으로부터 조사되는 빛은 상기 본체부와 굴절부를 통과하면서, 미리 정한 폭을 가진 초점 영역에 집광되며,
상기 초점 영역은 상기 중심축을 따라 연장되어 있으며,
상기 중앙부와 좌측부와 우측부는 단위 렌즈 모듈을 형성하며, 상기 단위 렌즈 모듈은 복수 개 마련되어 서로 평행하게 배치되어 있으며,
상기 복수 개의 단위 렌즈 모듈은 일체로 형성되어, 미리 정한 면적을 가지며 유연하게 휘어질 수 있는 시트 형상으로 마련되며,
상기 중심축을 따라 전체 길이에 걸쳐서 동일한 형상의 단면을 가지도록 연장된 형상을 가짐으로써, 압출 가공에 의하여 대량으로 제조될 수 있으며,
상기 좌측부와 우측부는, 상기 본체부에 대하여 미리 정한 각도를 각각 가지는 외측 굴절면과 내측 굴절면을 구비하며,
상기 외측 굴절면과 내측 굴절면은 각각 평면으로 형성되어 있으며,
상기 복수 개의 굴절면들은, 상기 중심축을 따라 직선형으로 연장되어 있으며, 미리 정한 간격만큼 이격된 상태로 서로 평행하며,
상기 본체부는 전체 영역에 걸쳐서 미리 정한 값의 두께를 가지며, 상기 본체부의 상면은 빛이 입사되는 입사면으로서 평면 형상이며,
상기 중심축과 교차하는 방향으로 돌출되어 있는 결합 돌기가, 상기 중심축을 기준으로 하여 좌측 단부와 우측 단부 중 하나에 형성되어 있으며,
상기 중심축과 교차하는 방향으로 함몰되어 있으며 상기 결합 돌기와 탈착 가능하게 결합할 수 있는 결합 홈이, 상기 좌측 단부와 우측 단부 중 나머지 하나에 형성되어 있으며,
상기 결합 홈은, 상기 결합 돌기와 탈착 가능하게 결합할 수 있도록 개구된 부근 영역이 탄성적으로 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 집광 렌즈
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제 1항에 기재되어 있는 집광 렌즈를 포함하는 태양광 발전 장치로서,
태양의 빛에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 상기 집광 렌즈의 하방에 미리 정한 거리만큼 이격된 상태로 배치되며, 상기 집광 렌즈의 초점 영역과 대응되는 면적에 마련되어 있는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치