KR101896747B1 - 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템 - Google Patents

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Abstract

광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템은 태양으로부터 인가되는 태양빛을 집광하는 구형렌즈, 광섬유, 상기 광섬유의 외주면에 도포되는 광감응유기물인 염료층, 상기 염료층의 외주면에 도포되는 유리소재로 형성되는 반사층, 상기 반사층의 외주면에 형성되는 절연층, 상기 절연층의 외주면에 형성되는 외피층으로 이루어지고, 상기 구형렌즈에 일측단이 밀착되는 집광튜브, 상기 집광튜브의 염료층에서 발생되는 전기에너지를 축전시키는 전지부로 이루어진다.

Description

광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템{SOLAR CELL SYSTEM}
본 발명은 태양빛을 전기에너지로 변환시키는 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양빛이 유입되는 광섬유의 외부면에 광감응유기물을 도포하여 광섬유로 유입된 태양빛이 전기에너지로 변환되도록 함으로써 전기를 얻을 수 있도록 하는 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템에 관한 것이다.
최근에는 화석연료의 대량소비에 의한 온난화와 대기오염 등 지구 환경문제와 에너지문제는 인류의 제일 중요한 과제로 대두되고 있다. 태양전지는 깨끗하고 무한한 태양에너지를 가장 효율적인 에너지 형태로 직접 변환하기 때문에 지구상 어느 장소에서도 이용 가능하여 에너지 및 환경의 가장 근원적인 해결책이 되고 있다.
염료감응형 태양전지는 광합성 작용을 모방해 태양빛을 에너지로 변환하는 태양전지의 일종이다. 기존의 실리콘 태양전지에 비해 적은 빛으로도 고효율의 에너지 변환이 가능하고, 비싼 반도체소재 혹은 독성물질이 포함되지 않아서 차세대 태양전지로 최근 각광받고 있다. 특히 염료감응형 태양전지는 사물을 구별할 수 있는 반투명한 상태로 제조할 수 있기 때문에 건물의 창문 등에 설치하여 사용할 수 있다.
일반적인 염료감응형 태양전지의 구조를 설명하면, 염료감응형 태양전지의 기본 구조는 투명유리 위에 코팅 된 투명전극(working electrode, counter electrode), 다공질 Ti02 입자, Ti02 입자에 흡착되어 있는 염료, 그리고 두 전극 사이에 있는 50~100 ㎛ 두께의 공간을 채우고 있는 산화환원용 전해질 용액이 들어있는 샌드위치 구조를 지니고 있다. 즉, 염료감응형 태양전지는 보통 수십 나노미터의 직경을 갖는 Ti02 입자들로 이루어진 필름에 염료가 흡착되어 있는 구조로 되어 있다.
이와같은 구조로 되어 있는 염료감응형 태양전지의 원리는, 태양광이 염료감응형 태양전지의 투명전극을 통과하여 Ti02 나노 결정체에 흡수되어 있는 염료를 조사하면 염료가 태양빛을 흡수하여 염료의 전자가 기저상태(grounding state)로 광여기(photo-excitation)된다. 이로써 들뜬 전자는 Ti02의 전도대로 점프하게 되고 주입된 다공질의 Ti02의 막을 통해 확산되어 투명전극까지 도달하게 된다. 전극에 도달한 전자는 외부회로를 통해 상대전극으로 이동하여 전기를 생성하게 된다. 반대로, 전자를 Ti02에 빼앗긴 염료는 전해질로부터 전자를 얻어 환원되고 요오드화물(iodide)은 요오드(iodine)로 산화되며, 요오드는 상대전극으로부터 전자를 얻어 요오드화물로 역시 환원된다. 이 과정이 반복되는 것으로 태양전지가 작동되며 산화환원과정이 반복된다.
이와 같은 원리로 이루어지는 기존의 태양전지의 경우 많은 태양빛을 받아들여 전기에너지를 얻기 위해서는 면적을 넓혀야 하는데 면적을 넓히는데는 많은 제약이 따르는 문제가 있다.
본 발명 의 실시 예는 둥근 구형렌즈를 통해 태양빛이 광섬유에 유입되도록 하여 광섬유의 외주면에 도포된 광감응유기물인 염료에 태양빛이 반응하도록 함으로써 광감응유기물인 염료층으로부터 발생되는 전기에너지를 얻을 수 있도록 하는 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템을 제공하는 데 있다.
실시 예에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템은, 태양으로부터 인가되는 태양빛을 집광하는 구형렌즈; 광섬유, 상기 광섬유의 외주면에 도포되는 광감응유기물인 염료층, 상기 염료층의 외주면에 도포되는 유리소재로 형성되는 반사층, 상기 반사층의 외주면에 형성되는 절연층, 상기 절연층의 외주면에 형성되는 외피층으로 이루어지고, 상기 구형렌즈에 일측단이 밀착되는 집광튜브; 상기 집광튜브의 염료층에서 발생되는 전기 에너지를 축전시키는 전지부로 이루어진다.
상기 집광튜브의 타측단에는 집광튜브의 광섬유를 통해 전달되는 태양빛을 조명으로 사용할 수 있는 조명시스템이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템은 태양으로부터 인가되는 태양빛을 둥근 구형렌즈를 이용하여 집광하고, 상기 구형렌즈에 집광된 태양빛은 집광튜브로 유입되도록 하여 집광튜브를 구성하는 광섬유를 통해 집광튜브의 내부로 전달되도록 한다. 상기 집광튜브의 내부를 구성하는 광섬유의 외주면에는 태양빛에 반응하는 광감응유기물인 염료층이 도포되어 있으므로 염료가 태양빛에 반응하여 전기를 발생하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템을 구성하는 집광튜브의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 집광튜브에 연결되는 전지부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구성될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템을 구성하는 집광튜브의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 집광튜브에 연결되는 전지부를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 태양으로부터 인가되는 태양빛은 둥근 형상의 구형렌즈(100)에 인가되어 집광된다. 상기 구형렌즈(100)의 일측부에는 광섬유(200)의 일측단이 밀착되도록 착설된다. 상기 구형렌즈(100)에 인가된 태양빛은 집광되어 광섬유(200)에 유입된다.
상기 광섬유(200)는 중심부에 투명관(210)가 구비된다. 상기 투명관(210)의 외주면에는 광감응염료층(220)이 도포된다. 상기 광감응염료층(220)은 태양빛에 반응하여 전기를 발생시키는 광감응유기물로 이루어지고, 상기 광감응염료층(220)은 투명관(210)의 외주면 전체에 도포된다. 상기 광섬유(200)의 내부에 구비되는 투명관(210)에 유입되는 태양빛은 투명관(210)를 따라 전진하면서 연속적으로 광감응염료층(220)에 통과하는 태양빛에 의해 광감응염료층(220)에서 전기가 생산된다.
상기 광감응염료층(220)의 외주면에는 투명층(230)이 구비된다. 상기 광섬유(200)에 전극을 연결하되, 상기 투명층(230)과 광감응염료층(220) 사이에 전극연결하고, 상기 투명관(210)과 광감응염료층(220) 사이에 전극연결하여 축전부(300)에 전기를 축전한다.
상기 투명층(230)은 유리소재로 이루어지고, 상기 투명층(230)의 외주면에는 상기 투명층(230)을 통과한 태양빛을 반사하는 반사층(240)과 상기 광감응연료층(220)에서 발생하는 전기의 외부 노출을 방지하는 외피층(250)이 순차적으로 구비된다.
즉, 상기 광섬유(200)는 중앙에 형성된 투명관(210)의 동심원을 따라 광감응염료층(220), 투명층(230), 반사층(240), 외피층(250)이 바깥쪽에 순착적으로 적층된 튜브 형상으로 형성되고, 상기 구형렌즈(100)가 한쪽 끝에 연결된다.
상기 구형렌즈(100)가 각각 연결된 다수의 광섬유(200) 다발을 하나의 덕트에 모아 상기 광섬유(200)의 반대쪽 끝에 발산하는 태양빛으로 실내를 조명하는 조명수단(400)이 구비된다. 상기 조명수단(400)은 광섬유(200)의 투명관(210)를 통해 전달되는 태양빛을 조명으로 사용할 수 있도록 하여 건물 등에 조명으로 사용할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.
100 : 구형렌즈 200 : 광섬유
210 : 투명관 220 : 광감응염료층
230 : 투명층 240 : 반사층
250 : 외피층 300 : 전지부
400 : 조명수단

Claims (2)

  1. 태양의 위치에 상관없이 태양빛을 집광하는 구형렌즈(100)와;
    중앙에 형성된 투명관(210)의 동심원을 따라 광감응염료층(200), 투명층(230), 반사층(240), 외피층(250)이 바깥쪽에 순차적으로 적층된 튜브 형상으로 상기 구형렌즈(100)에 한쪽 끝이 연결된 광섬유(200)와;
    상기 투명관(210)과 광감응염료층(220)의 사이에 형성된 전극과 상기 투명층(230)과 광감응염료층(220)의 사이에 형성된 전극을 연결하여 상기 광감응염료층(220)에서 생산되는 전기를 축전하는 축전부(300)와;
    상기 구형렌즈(100)가 각각 연결된 다수의 광섬유(200) 다발을 하나의 덕트에 모아 상기 광섬유(200)의 반대쪽 끝에 발산하는 태양빛으로 실내를 조명하는 조명수단(400)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유를 이용한 염료감응형 태양광발전시스템.
  2. 삭제
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