KR20030027529A - 태양광 집광 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다수의 소형 접시형 반사기들과 각 반사기의 초점 부근에 구비된 2차 반사기 및 각 2차 반사기의 직하에 집광된 태양광이 입사되는 광섬유들이 모여 이루어진 광섬유 다발을 함께 소형 모듈화한 후, 이 모듈을 단독으로 또는, 태양 추적 장치를 부착하여 각 모듈에서 집광된 태양광을 상기 광섬유를 통하여 다수의 모듈들로부터 떨어진 곳에 위치한 흡수기에 손쉽게 전송하고, 열변환시킬 수 있도록 한 태양광 집광 모듈에 관한 것이다
본 발명의 태양광 집광 모듈은, 베이스판(11A)과 그 둘레를 따라 수직으로 세워진 측벽(11B)으로 이루지고 상부가 개방되며 다수의 1차 반사기(12)들을 고정시키기 위한 프레임(F)이 구비된 케이싱(11)과; 상기 프레임(F)에 2차원적으로 밀집배열되는 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들과; 상기 케이싱(11)의 상부를 밀폐시키는 투명 유리 커버(15)와; 상기 1차 반사기(12)들의 각 중심점 직상부에 대응하는 지점들의 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 다수의 2차 반사기(13)(13")들과; 상기 케이싱(11)의 베이스판(11A) 외부로부터 베이스판(11A) 및 각 1차 반사기(12)의 중심점을 관통한 후 일측 끝단부가 상기 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 각 2차 반사기(13)의 직하부에 위치하여 태양광을 수광하는 광섬유(14A)들이 모여 이루어진 광섬유 다발(14)로 구성된다.
본 발명의 태양광 집광 모듈은 본 발명의 태양광 집광 모듈은 단독으로 사용이 가능할 뿐 아니라, 소형 포물면 접시형 반사기를 이용하여 집광 장치가 소형화되기 때문에 태양의 위치를 추적할 수 있도록 하는 집광 모듈의 자동화 및 설치가 용이하고, 설치 위치에 공간적인 제약을 받지 않는 장점이 있다.

Description

태양광 집광 모듈{Solar concentrator module}
본 발명은 광섬유와 소형의 접시형 반사기를 사용한 소형 태양광 집광 모듈에 관한 것으로, 더 자세하게는 다수의 소형 접시형 반사기들과 각 반사기의 초점 부근에 구비된 2차 반사기 및 각 2차 반사기의 직하에 집광된 태양광이 입사되는 광섬유들이 모여 이루어진 광섬유 다발을 함께 소형 모듈화한 후, 이 모듈을 단독으로 또는, 태양 추적 장치를 부착하여 각 모듈에서 집광된 태양광을 상기 광섬유를 통하여 다수의 모듈들로부터 떨어진 곳에 위치한 흡수기에 전송하고, 열변환시킬 수 있도록 한 태양광 집광 모듈에 관한 것이다.
태양은 5762K의 유효 흑체로서 태양 표면은 6.25×107W/㎡의 에너지를 방출하고 있고 지구와 태양 사이의 확장 각도는 0.27°를 가지므로 지구 대기권밖에 도달하는 일사량은 1370W/㎡ 정도이며, 청명일에 지구에 도달하는 직달 일사량은 800∼1000W/㎡ 정도가 된다.
상기와 같은 태양 에너지를 그대로 사용하기에는 에너지 밀도가 너무 낮기 때문에 태양 에너지로부터 고온을 얻기 위해서는 반드시 태양의 위치를 추적하여 밀도가 낮은 태양광을 집광하므로써 태양 에너지의 밀도를 높여 주어야 한다.
태양광의 집광 방식은 집광된 태양광의 형태에 따라 선형 집광과 점형 집광의 두 가지 방식으로 구분될 수 있으며, 선형 집광 방식은 년중 변화하는 태양의 고도각 중에서 가장 집광 효율이 좋은 고도각에 대한 집광 장치의 각도를 고정시킨 상테에서 태양의 방위각을 따라 동-서의 1축으로만 태양을 추적하는 방법으로서, 그 대표적인 장치로는 피이티씨(Parabolic Trough Concentrator)형 집광기를 들 수가 있다.
그리고, 점형 집광 방식은 태양의 고도각과 방위각을 동시에 정확히 추적하는 2축 태양 추적 장치로서 접시형, 파워 타우워(Power Tower)형, 헬리오스탯(heliostat)형, 태양로 등이 대표적인 장치들이다.
그러나, 상기와 같은 종래의 태양열 집광 장치들은 경제적 규모가 고려되어 그 장치르이 상당한 대규모 시스템들이었으며, 집광된 태양광은 집열기 내에서 초기의 열에너지에서 화학에너지를 거쳐 전기에너지로 변환되고, 집광된 태양광의 전송은 대부분 열변환 후 이루어지므로써 대규모의 태양열 흡수기가 집광기 내에 설치되어야만 하였다.
따라서, 종래의 태양 추적 장치는 상기의 대규모 태양광 집광 장치의 과중한기계적 부하를 감당할 수 있을 정도의 대용량의 모터를 사용해야 하는 단점이 있었으며, 또한 높은 광학적 정밀성을 확보하기 위한 기계적 디자인에 상당히 비용이 소요되는 문제가 있다.
더욱이, 태양열 흡수기가 집광기 내에 설치되어 열변환 되기 때문에 집광된 태양광이 조사되는 흡수기의 개구부면이 집광 장치의 오차에 의해서 커져 열손실의 증가를 초래하게 될 수 있을 뿐 아니라, 집광된 태양광이 흡수기의 내면에 조사될 때 흡수기 내부 위치에 따른 불균일한 플럭스 때문에 흡수기의 국부적 과열 현상이 발생되므로써 흡수기에 열적으로 불안정한 현상이 나타나게 될 수도 있다.
따라서, 집광장치에 내장된 흡수기, 열변환 장치를 분리하여 집광장치를 단순화시켜 집광장치에서는 태양광만을 집광한 후, 집광된 태양 에너지를 상기 흡수기와 열변환장치 등에 광섬유를 통해 전송하는 방법이 제안되었다.
상기의 개념을 이용한 장치로서, 광섬유를 이용하여 단일 집광기에서 집광된 광원을 필요한 곳으로 전송하는 장치가 국내 특허출원 제1994-13158에 개시되어 있으나, 상기 장치는 고정식 집광장치로서 태양광을 열에너지로 전환시키는 전용의 열매체 없이 석영, 규사, 은분 등에 직접 조사하여 빛을 내거나 열을 발생시킴으로써 그 효율이 낮은 개념적인 장치이다.
그리고, 국내 특허 공개공보 제 1983-0009444호와 1989-0000905호 및 1988-058282호에도 집광된 광을 전송하기 위해서 광섬유를 사용하며 렌즈를 이용한 태양광 집광 장치가 개시되어 있다.
상기 종래의 태양광 집광 장치들은 포물면 형태의 단일 반사기 또는 렌즈를사용한 집광 장치이기 때문에, 집광 효율이 떨어지게 되는 문제가 있거나, 렌즈의 사용으로 인한 초점 위치 확인이 어렵고 그 제작이 쉽지 않은 등의 단점이 있다.
본 발명은 종래의 태양광 집광 장치들의 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 집광된 태양광을 열변환시키는 흡수기를 집광장치와 분리하여 집광장치를 소형 모듈화시키므로써 집광장치에 장착되는 태양 추적 장치에 필요한 태양 추적 구동 모터의 기계적 부하도 감소시킬 수 있으며, 집광장치와 분리된 태양광 흡수기 내부면에서의 균일한 플럭스 분포에 의하여 흡수기의 열적 안정성이 개선되는 동시에 흡수기 개구부면의 크기를 줄여 열손실을 감소시킬 수 있고, 단독으로 사용되거나 태양 추적 장치와 결합시켜 사용할 수 있는 사용상 유연성이 우수한 소형의 태양광 집광 모듈을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
도 1은 본 발명 일실시예 태양광 집광 모듈의 사시도
도 2는 본 발명 일실시예 집광 장치 모듈을 보인 것으로,
(가)는 정면도이고,
(나)는 단면도이다.
도 3은 본 발명 모듈을 구성하는 1·2차 반사기 및 광섬유의 설치 구조도.
도 4는 지구에 대한 태양광이 갖는 사이각 개념도.
도 5는 태양광의 반사 개념도.
도 6은 본 발명 모듈을 구성하는 2차 반사기와 광섬유의 위치 선정 개념도.
도 7은 태양광이 본 발명 일실시예 모듈에 반사, 집광되는 개념도.
도 8은 쌍곡선형 2차 반사기와 광섬유의 설치 개념도.
도 9는 집광기가 부착된 일실시예 광섬유의 부분 단면도.
도 10은 일실시예 태양 추적 집광 모듈의 사시도.
도 11은 다수 태양 추적 집광 모듈의 일실시예 연결도.
((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))
1. 집광 모듈 2. 태양 추적 집광 모듈
3. 흡수기 11. 케이싱
12. 1차 반사기 13,13". 2차 반사기
14. 광섬유 다발 15. 투명 유리 커버
20. 태양 추적 장치 21. 구동부
22. 지지대 23. 받침대
본 발명의 상기 목적은 다수의 소형 접시형 1차 반사기와 1차 반사기에서 집광된 태양광을 광섬유의 일측 선단부로 입사시키기 위한 평면형 또는 쌍곡선형의 2차 반사기 및 집광된 태양광을 전송하기 위한 광섬유 다발로 구성된다.
본 발명의 태양광 집광 모듈은 소형 경량 모듈로서, 태양의 고도와 방위각을 추적할 수 있는 태양 추적 장치에 과다한 동작 부하를 부여하지 않기 때문에 저용량 모터가 사용되는 태양 추적 장치와 용이하게 결합될 수 있으며, 그렇게 함으로써 본 발명 모듈의 효율성을 극대화 할 수 있다.
본 발명의 태양광 집광 모듈은 태양광을 2차에 걸쳐 반사시켜 집광하고, 집광된 태양광을 각 모듈과 떨어져 있는 흡수기에 광섬유 다발을 통하여 전송하는 시스템으로서, 태양광을 1차 집광하는 다수의 소형 접시형 1차 반사기들은 베이스판과 베이스판의 둘레를 따라 상향 직립한 측벽으로 이루어지고 상부가 개방된 케이싱 내부 저면(상기 베이스판의 상면)에 설치된다.
이때, 상기 케이싱을 구성하는 베이스판의 형상은 정육각형으로 하는 것이 바람직한데, 이는 상기 케이싱의 저면에 원형의 1차 반사기를 가능한 한 밀집배열하여 전체 설치면적대 반사면의 면적 비율을 높이으로써 집광 효율을 최대화 하기 위한 것으로, 정면이 원형인 다수의 물체를 서로 접하도록 임의의 기하학적 도형내에 2차원적으로 배열할 경우, 상기 물체들에 의해 점유되지 않는 빈공간이 최소화되는 기하학적인 형상이 정육각형이기 때문에, 상기 1차 반사기가 설치되는 케이싱의 형상, 즉 베이스판의 형상을 정육각형으로 하는 것이 좋다.
본 발명의 태양광 집광 모듈은 다수의 소형 접시형 1차 반사기를 하나의 케이싱 내에 밀집배열시켜 소형화하므로써 대형 반사기를 사용한 경우에 비하여 각 모듈에 필요시 결합될 수 있는 태양 추적 구동 모터에 걸리는 기계적 부하를 최소화 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 태양광 집광 모듈은, 각 1차 반사기로부터 반사되어 초점에 모이는 태양광을 광섬유로 2차 반사시키는 2단계 반사에 의해 태양광을 집광하게 되며, 상기 2차 반사는 반사기의 종류에 따라 두 가지로 구분될 수 있는 바, 이를 살펴 보면 다음과 같다.
다수의 1차 반사기가 설치된 케이싱의 개방된 상부에 투명 유리 커버를 장착하되 투명 유리 커버의 반사기측 하면이 소형 반사기의 초점거리를 벗어나지 않도록 하면서, 각 반사기의 중심축과 만나는 유리 커버의 하면에 평면형 2차 반사기를 구비하는 것이 그 하나이며, 다른 하나는 상기 평면형이 아닌 쌍곡선형 2차 반사기를 설치하는 것이고, 광섬유는 1차 반사기의 중심을 관통하여 상기 2차 반사기의 직하에 그 끝단부가 위치하도록 설치된다.
따라서, 본 발명 태양 추적 집광 장치 모듈에서의 태양광 진행은, 태양 -> 1차 반사기 -> 2차 반사기 -> 광섬유 -> 흡수기의 순으로 이루어진다.
그리고, 상기 평면형 2차 반사기는 투명 유리 커버의 하면에 별도로 제작되어 부착될 수도 있고, 상기 유리 커버 하면에 직접 은코팅하여 사용될 수도 있으며 유리 커버가 없는 경우에는 베이스판에 지지대를 사용하여 설치될 수도 있다.
그리고, 쌍곡선형 2차 반사기는 그 특성상 상기 평면형 반사기와 달리 별도로 제작된 후 상기 유리 커버의 하면에 부착되거나 지지대를 사용하여 설치되어야 한다.
상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의 설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.
도 1에 본 발명 일실시예 태양광 집광 모듈의 사시도를, 도 2에 본 발명 일실시예 집광 장치 모듈의 정면도와 단면도를, 도 3에 본 발명 모듈을 구성하는1·2차 반사기 및 광섬유의 설치 구조도를 도시하였다.
도시된 바와 같이 본 발명의 태양광 집광 모듈(1)은, 베이스판(11A)과 그 둘레를 따라 수직으로 세워진 측벽(11B)으로 이루지고 상부가 개방되며 내부 저면에 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들을 고정시키기 위한 프레임(F)이 구비된 케이싱(11)과; 상기 케이싱(11) 내부의 프레임(F)에 2차원적으로 밀집배열되는 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들과; 1차 반사기(12)들의 반사면 오염을 방지하기 위하여 상기 케이싱(11)의 상부를 밀폐시키는 투명 유리 커버(15)와; 상기 1차 반사기(12)들의 각 중심점 직상부에 대응하는 지점들의 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 다수의 2차 반사기(13)들과; 상기 케이싱(11)의 베이스판(11A) 외부로부터 베이스판(11A)과 각 1차 반사기(12)의 중심점을 관통한 후 일측 끝단부가 상기 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 각 2차 반사기(13)의 직하부에 위치하여 2차에 걸쳐 반사된 태양광을 수광하는 광섬유(14A)들이 모여 이루어진 광섬유 다발(14)로 구성된다.
이때, 상기 2차 반사기(13)는 투명 유리 커버(15)의 하면에 부착될 수도 있으나, 투명 유리 커버(15)가 없는 경우에는 1차 반사면에 세워지는 적절한 지지대를 이용하여 1차 반사기(12)의 초점거리 이내에 설치될 수도 있다.
상기 2차 반사기(13)의 위치는 집광 효율측면에서 매우 중요하며, 그 설치 위치는 1차 반사기(12)의 초점거리보다 가까운 곳에 설치하는 것이 바람직한데, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.
지구의 한 지점으로 입사되는 태양광은 자세히 살펴보면 평행한 상태가 아니고, 도 4에 도시된 바와 같이 0.54°의 사이각(θ)을 갖는 상태로 지구에 입사되기 때문에 접시형 반사면이 완벽하여도 상기의 사이각에 의하여 반사면의 초점에 모이는 태양광은 점의 형태가 아닌 일정 크기의 면으로 형성된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 평면형 2차 반사기(13')가 1차 반사기(12)의 초점(f)에 위치할 때 상기 2차 반사기(13')의 직경(d'1)은 다음 식 1을 만족하게 된다.
, 여기서 D는 1차 반사기의 직경임
그리고, 상기 2차 반사기(13')에서 1차 반사기(12)측으로 반사된 태양광의 반사폭은 1차 반사기(12)측으로 갈수록 커짐을 알 수 있으며, 따라서 상기와 같이 초점에 위치한 2차 반사기(13')에 반사된 태양광을 모두 수광하기 위한 광섬유(14'A)의 직경(d'2)은 상기 2차 반사기(13')의 직경보다 크도록 광섬유의 직경을 선정해야하며, 이 광섬유의 직경(d'2)은 상기 초점(f)에 위치한 2차 반사기(13')와 광섬유(14'A) 사이의 거리(ℓ)에 따라 변화된다.
그러나, 상기와 같이 2차 반사기의 직경보다 광섬유의 직경이 크게 되면, 실질적으로는 1차 반사기에서 반사되어 2차 반사기로 향하는 태양광이 2차 반사기에도달하기전 광섬유에 의해 방해를 받아 신란되므로써 태양광의 집광 효율이 떨어지는 문제가 있다.
이를 더욱 자세히 살펴보면, 1차 반사기의 끝단부를 통하여 반사되는 태양광만을 고려할 경우 도 6에 도시된 바와 같이, 초점(f)에 2차 반사기(13')가 설치되면 이 2차 반사기(13')에서 반사되는 태양광이 입사되는 광섬유 끝단부(E')의 면적이, 초점(f) 직하에 설치된 2차 반사기(13)에 의해 태양광이 입사되는 경우의 광섬유 끝단부(E) 면적 보다 더욱 커져야만 한다.
즉, 2차 반사기를 초점에 설치하게 되면 2차 반사되는 태양광의 폭이 2차 반사기의 직경보다 더 넓게 퍼져 광섬유의 직경이 커지게 되어 설치가 용이하지 않을 뿐 아니라, 2차 반사기로 반사되는 태양광이 광섬유에 의해 산란되는 등 집광 효율이 떨어지게 되는 문제가 있기 때문에 광섬유의 직경이 2차 반사기의 직경보다 작게 되도록 2차 반사기를 1차 반사기의 초점거리보다 까까운 위치에 설치하는 것이다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 평면형 2차 반사기(13)는 1차 반사기(12)의 초점(f)이 아닌 그 직하에 설치되고, 태양광이 입사되는 광섬유의 끝단부(E)는 상기 2차 반사기(13)의 직하에 위치하게 되며, 이때 광섬유 끝단부의 직경(d2)이 상기 2차 반사기(13)의 직경(d1)보다 작으면서 2차 반사기에서 반사되는 태양광 모두를 수광할 수 있고, 1차 반사기(12)에서 2차 반사기(13)로 반사되는 태양광의 진로 방해가 가능한 한 적도록 2차 반사기(13)와 광섬유 끝단부(E)의 위치를 선정해야한다.
실험적으로 볼 때, 상기 1차 반사기의 초점(f)과 2차 반사기 사이의 거리(L1)는 다음 식2를 만족하는 것이 가장 집광 효율이 우수하다.
L1= 0.04∼0.05fd, 여기서 fd는 1차 반사기의 초점거리.
이때, 2차 반사기와 광섬유 끝단부 사이의 거리를 L2라 하면, L1= L2가 되도록 하는 것이 바람직 하다.
즉, 1차 반사기의 초점과 광섬유의 끝단부가 2차 반사기의 반사면에 대하여 서로 대칭이 되는 상태가 집광 효율이 가장 좋으며, 상기 1차 반사기의 초점(f)과 2차 반사기 사이의 거리(L1)를 상기 식 2에 의해 제한하는 이유는 다음과 같다.
L1이 0.04fd에 미치지 못하면 2차 반사기가 1차 반사기에 더욱 근접하게 되면 광섬유의 직경이 필요 이상 증가하여 1차 반사기로 입사되는 태양광의 양을 감소시킬 뿐 아니라 1차 반사기에서 2차 반사기로 반사되는 태영광의 진로 방해 정도가 크게 되기 때문이며, 0.05fd를 초과하게 되면 광섬유의 직경은 감소시킬 수 있으나 2차 반사기의 직경이 과다하게 증가하여 1차 반사기로 입사되는 태양광의 절대양을 감소시킬 뿐 아니라 2차 반사기와 광섬유의 거리가 멀어지게 되어 태양광의 입사효율이 감소하게 되는 문제가 있다.
2차 반사기와 광섬유의 정확한 위치는 상기 L1이 결정된 상태에서 접시형 1차 반사기의 직경(D), 1차 반사기의 림각(Φ)(rim angle) 및 지구에서 태양을 바라볼 때 태양과의 사이각(θ)에 따라 달라진다.
예를 들어, 1차 반사기의 림각이 45°이고 직경의 D, 초점 길이를 fd라 하고, 초점과 2차 반사기 사이의 거리를 0.04f∼0.05f로 하면, 2차 반사기의 직경은 대략 0.05D∼0.06D, 광섬유의 직경은 0.005D∼0.006D정도가 되고, 이때 태양광의 손실양은 0.3∼0.4%정도가 된다.
그리고, 2차 반사기를 평면형이 아닌 쌍곡선면으로 구성할 경우에는, 평면형 반사기와 같이 쌍곡선형 2차 반사기의 반사면을 1차 반사기의 초점거리 이내에 위치시키되, 접시형 1차 반사기의 초점과 쌍곡선형 반사기의 초점을 일치시키고, 쌍곡선형 2차 반사기의 반사면을 이루는 쌍곡선과 마주 보는 수학적 대향 쌍곡선의 초점에 광섬유의 끝단부가 오도록 광섬유를 위치시킨다.
좀더 자세히 설명하면, 도 8에 도시된 바와 같이 1차 반사기에서 반사된 태양광(R)이 1차 반사기의 초점(f)을 향하게 되면, 이 1차 반사된 태양광은 쌍곡선형 2차 반사기(13")의 쌍곡선 초점(f')을 동시에 향하게 되는 것이며, 이 쌍곡선형 반사기(13")의 반사면에서 2차 반사된 태양광(R')은 2차 반사면을 이루는 쌍곡선면에 대향하며, 대칭축(X)을 갖고 수학적으로 상기 2차 반사기(13")의 쌍곡선면과 쌍을 이루는, 1차 반사기측 쌍곡선면(13"A)의 대향 초점(f")으로 반사되는 성질을 이용하여 광섬유 끝단부를 상기 대향 쌍곡선의 초점(f")에 위치시키는 것이다.
그리고, 2차 반사기(13)(13")에서 반사된 태양광이 입사되는 광섬유(14A)의 끝단부는 광섬유 그대로 사용될 수도 있으나, 도 9에 도시된 바와 같이 밥그릇 형태의 소형 2차 집광기(C)를 부착하여 사용하는 것도 바람직하다.
이때, 상부가 개방된 상기 집광기(C)의 가상 상면이 설치 기준면이 된다. 즉, 상기 집광기(C)의 가상 상면이, 집광기가 없는 경우 설치 기준면이 되는 광섬유 끝단부의 역할을 하게 된다.
상기와 같이 광섬유(14A)의 끝단부에 집광기(C)를 부착하게 되면 광섬유의 직경을 줄일 수 있는 동시에 집광 효율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 태양광 집광 모듈은 고정식으로 사용할 수도 있으나, 집광 효율을 향상시키기 위해서는 1차 반사기의 반사면이 시시각각 변하는 태양을 향하여야 하며, 본 발명의 모듈에 태양 추적 장치를 결합시킨 태양 추적 집광 모듈을 도 10에 도시하였다.
도시된 바와 같이, 상기 태양 추적 집광 모듈(2)은 본 발명의 태양광 집광 모듈(1)의 후면에, 태양을 2축으로 추적하기 위한 구동부(21)와 지지대(22) 및 받침대(23)로 이루어진 태양 추적 장치(20)가 결합되어 구성된다.
그리고, 태양광 집광 모듈(2)에 태양 추적 장치(20)가 결합된 상기 태양 추적 집광 모듈(2)은 필요에 따라 그 설치수를 선택하고, 각 모듈(2)에서 집광된 태양광을각 모둘(2)들과 떨어져 있는 곳에 설치된 흡수기(3)에서 열변환시키게 되는데, 이와 같이 다수의 태양 추적 집광 모듈(2)들이 연결되어 하나의 시스템을 구성하는 일실시예를 도시한 것이 도 11 이다.
이때, 상기 흡수기(3)에 연결되는 본 발명의 광섬유 다발(14)의 끝단부에 광손실을 최소화하기 위하여 2차 집광기(도면 미도시)를 설치하는 것도 바람직하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 태양광 집광 모듈은 단독으로 사용이 가능할 뿐 아니라, 소형 포물면 접시형 반사기를 이용하여 집광 장치가 소형화 되기 때문에 본 발명 모듈에 부착되는 태양 추적 시스템의 기계적 부하가 감소되어 태양의 위치를 추적할 수 있도록 하는 집광 모듈의 자동화 및 설치가 용이한 장점이 있다.
또한, 집광 모듈이 소형화되어 설치 위치에 공간적인 제약을 받지 않고, 광섬유 다발을 이용하여 다수의 모듈을 하나의 시스템으로 손쉽게 통합할 수 있되, 각 모듈을 열 흡수기로부터 떨어진 각각의 최적 위치에 설치할 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 접시형 반사기와 광섬유를 사용하여 태양광을 집광하는 장치에 있어서, 베이스판(11A)과 그 둘레를 따라 수직으로 세워진 측벽(11B)으로 이루지고 상부가 개방되며 내부 저면에 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들을 고정시키기 위한 프레임(F)이 구비된 케이싱(11)과;
    상기 프레임(F)에 2차원적으로 밀집배열되는 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들과;
    1차 반사기(12)들의 반사면 오염을 방지하기 위하여 상기 케이싱(11)의 상부를 밀폐시키는 투명 유리 커버(15)와;
    상기 1차 반사기(12)들의 각 중심점 직상부에 대응하는 지점들의 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 다수의 2차 반사기(13)(13")들과;
    상기 케이싱(11)의 베이스판(11A) 외부로부터 베이스판(11A)과 각 1차 반사기(12)의 중심점을 관통한 후 일측 끝단부가 상기 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 각 2차 반사기(13)(13")의 직하부에 위치하여 2차에 걸쳐 반사된 태양광을 수광하는 광섬유(14A)가 모여 이루어진 광섬유 다발(14)로 구성됨을 특징으로 하는 태양광 집광 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 태양광 집광 모듈의 2차 반사기(13)(13″)는유리커버(15) 없이 베이스판(11A)으로부터 지지대를 구성하여 지지되는 것임을 특징으로 하는 태양광 집광 모듈
  3. 제 1항에 있어서, 상기 2차 반사기(13)(13")는 반사면이 평평한 평면형 반사기(13)와, 쌍곡선형 반사면을 갖는 반사기(13") 중의 하나임을 특징으로 하는 태양광 집광 모듈
  4. 제 1항에 있어서, 상기 광섬유(14A)의 끝단부(E)는, 광섬유(14A)의 끝단부(E)와 평면형 2차 반사기(13) 사이의 거리가 평면형 2차 반사기(13)와 1차 반사기 초점(f) 사이의 거리와 동일한 위치와, 쌍곡선형 2차 반사기(13")의 쌍곡선면과 수학적으로 쌍을 이루는 대향 쌍곡선면(13"A)의 대향 초점(f") 위치 중의 한 곳에 위치하는 것임을 특징으로 하는 태양광 집광 모듈.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광섬유 다발(14)은, 광섬유 다발(14)을 이루는 각 광섬유(14A)의 2차 반사기(13)(13")측 끝단부(E)와, 흡수기(3)측 광섬유 다발(14)의 끝단부 중의 한 곳에 2차 집광기가 설치된 것임을 특징으로 하는 태양광 집광 모듈
  6. 접시형 반사기와 광섬유를 사용하여 태양을 추적하며 집광하는 장치에 있어서, 베이스판(11A)과 그 둘레를 수직으로 세워진 측벽(11B)으로 이루지고 상부가 개방되며 내부 저면에 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들을 고정시키기 위한 프레임(F)이 구비된 케이싱(11)과, 상기 프레임(F)에 2차원적으로 밀집배열되는 다수의 소형 접시형 1차 반사기(12)들과, 상기 케이싱(11)의 상부를 밀폐시키는 투명 유리 커버(15)와, 상기 1차 반사기(12)들의 각 중심점 직상부에 대응하는 지점들의 투명 유리 커버(15) 하면에 구비된 다수의 2차 반사기(13)들과, 상기 케이싱(11)의 베이스판(11A) 외부로부터 베이스판(11A) 및 각 1차 반사기(12)의 중심점을 관통한 후 일측 끝단부가 상기 각 2차 반사기(13)의 직하부에 위치하는 광섬유(14A)들이 모여 이루어진 광섬유 다발(14)로 구성되는 태양광 집광 모듈(1)과;
    하단부에 받침대(23)가 구비되고 상단부에는 구동부(21)가 회동가능하게 결합된 지지대(22)와 상기 태양광 집광 모듈(1)과 구동부(21)를 연결하는 한쌍의 연결대(24)로 이루어진 태양 추적 장치(20)로 구성됨을 특징으로 하는 태양 추적 집광 모듈(2).
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