KR20090074724A - 태양광 전기 발생을 위하여 태양 복사에너지를 수집하는 반사체 어셈블리, 반사시스템, 그리고 반사 방법 - Google Patents

태양광 전기 발생을 위하여 태양 복사에너지를 수집하는 반사체 어셈블리, 반사시스템, 그리고 반사 방법 Download PDF

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제임스 크리스토퍼 클레멘스
찰스 로스 에반스
다니엘 콘스탄틴 그레고리
러셀 엠. 테일러
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메가와트 솔라 엘엘씨
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Abstract

태양 복사에너지의 집중을 위하여 경량화 반사 시스템이 제공된다. 반사 렌즈는 대략 그 단면이 사인 곡선이고, 지지 프레임과 최소한의 접촉에 의해 이 형상이 유지된다. 반사체는 고정된 또는 조절가능한 끝단 지지부들 사이에서 압축에 의하여 일반적인 사인곡선의 홈톰으로 변형된 플렉서블(flexable)한 직사각형의 시트이다. 상기 사인곡선은 플렉서블 플레이트의 각 끝단에 제공된 토크에 의하여 사인파 주기 절반보다 더 작은 일부분으로 조절된다. 반사면에 반사 필름, 폴리싱 처리된 금속, 또는 비슷한 재질은 태양광 셀의 개선된 집중 레벨을 제공한다. 이로 인하여 선명한 라인(sharp line)보다 방산영역(diffuse band)을 따라 태양빛을 집중시킨다. 반사기들과 그것들의 지지 프레임들은 태양쪽으로 수집기를 향하도록 함에 의해 순간적인 출력 전력을 최대화시키는 추적 장치에 하나 또는 복수개 탑재된다.
태양광 셀, 태양 에너지, 플렉서블 플레이트, 사인 곡선

Description

태양광 전기 발생을 위하여 태양 복사에너지를 수집하는 반사체 어셈블리, 반사시스템, 그리고 반사 방법{REFLECTOR ASSEMBLIES, SYSTEMS, AND METHODS FOR COLLECTING SOLAR RADIATION FOR PHOTOVOLTAIC ELECTRICITY GENERATION}
이건 출원은 2006. 6. 28 출원된 미국 특허 출원 No.60/834,143의 우선권을 주장한다. 상기 출원은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 편입된다.
본 발명은 태양 에너지 수집 및 전환 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 태양광 전기 발생을 위하여 태양복사에너지를 수집하는 반사체 어셈블리, 반사시스템, 그리고 반사방법에 관한 것이다.
태양광 셀(Photovoltaic cells)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 그러나, 태양광 셀의 발명 이전에도, 태양 에너지는 각종 물질을 가열하는 열원(heat source)으로 여전히 사용되었다. 예를 들어, 태양 에너지는 온수기 또는 열 엔진에서 작동 유체(working fluid)를 가열하는데 사용된다. 태양열 난방 시스템은 열에너지를 매게물에 전달시키는 것을 목적으로 하기 때문에, 반사체는 열원(일반적으로 태양)으부터 발생된 복사에너지가 가열되고 있는 물질에 집중되도록 설계되었다. 이러한 반사체들 상당수는 열에너지를 높은 농도로 제공할 수 있는 선명한 선형 초첨을 제공할 수 있는 홈통형상(trough-shaped)을 갖는다.
태양광 셀의 발명 이후, 이전에 난방(heating)을 목적으로 태양 에너지를 집중시키기 위해 사용된 상기 홈통형상의 반사체는 태양광 셀의 성능을 향상시키기 위해 빛을 태양광 셀에 집중시키기 위한 의도로 도입되었다. 그러나, 초기 홈통형상의 수집 기술을 채택한 사람들은 적외선 근처의 가시 파장영역(즉, 1마이크론(micron) 보다 작은 파장을 갖는 영역)의 태양광을 전기로 변환하는 솔라 셀(solar cell)이 열 에너지를 최적으로 수집하기 위하여 요구되는 조건과 매우 다른 자외선 조건 하에서 최적으로 수행된다는 것을 인식하지 못하였다. 특히, 태양의 상(image)을 실리콘 솔라 셀에 집중시킴으로써 발생되는 열 부하(heat load)는 효율을 감소킨다는 것을 인식하지 못하였다. 또한, 오늘날 대량 생산된 대부분의 솔라 셀들은 반사체의 실제 초점 거리에 의해 형성되는 태양의 상보다 더 크다. 그 결과, 빛을 전기로 변환하는 태양광 셀은 셀의 전체 표면이 태양 에너지에 노출되지 않았고, 셀의 효율성에 영향을 미치는 노출된 부분에 열 부하가 집중되었기 때문에 태양광 셀의 성능이 충분히 활용되지 못하였다.
현재의 솔라 셀의 표면을 더 많이 활용할 수 있고, 높은 열 부하의 영향을 줄여주는 반사 시스템을 설계하려는 몇 번의 시도가 있었다. 예를 들면, 셀 표면에 걸쳐 태양 복사열뿐만 아니라, 태양복사열에 의하여 발생되는 열 부하를 분산시키기 위하여 파라볼라 반사체의 선명한 초점으로부터 일정한 위치에 흡수부(receiver)를 배치하는 것을 볼 수 있다.
그러한 발전에도 불구하고, 태양광 반사체에 대한 태양광 셀은 태양 에너지 수집 시스템의 기대와 성능에 영향을 미치는 한 요소이다. 많은 다른 고려 사항은 태양 에너지의 수집과 전환을 위하여 손쉽게 대량 생산이 가능하고 가격 효율이 좋은 시스템의 생산을 위하여 착수되어야 한다. 예를 들면, 하나의 고려 사항으로 시스템의 전체 무게이다. 관련 기술에 종사하는 자는 효과적인 집중 태양열 수집 시스템을 위하여, 태양광 흡수부에 높은 농도의 태양 에너지를 유지시키기 위하여 태양을 추적하는 장치가 상기 시스템에 탑재되어야 한다는 것을 인식한다. 집중 태양열 수집 시스템이 무게가 가벼워질수록, 그 시스템을 움직이기 위해 요구되는 지지대는 점점 줄어들고, 그 시스템이 태양을 추적하기 위하여 요구하는 전력은 점점 줄어든다. 따라서, 지지구조의 자재가격을 아끼고, 추적시스템 구동과 관련된 전력 손실을 제한할 수 있으므로, 이 시스템의 구동 무게를 최소화하는 것은 유용하다.
태양 에너지 수집 시스템을 설계하는 데 고려되어야 하는 다른 요소들로 제조의 용이함, 제조 비용의 저렴, 그리고 내구성이 포함된다. 예를 들면, 태양광의 효율성을 증가시키는 반사 시스템을 건조하기 위하여 사출성형(injection molding) 또는 정밀가공(precise machining)이 요구되는 수집시스템(collecting system)은 대량 생산하는 데 비용효율이 높지 않을 수 있다. 게다가, 유리(glass) 또는 파손되기 쉬운 다른 물질을 요구하는 반사시스템은 잠재하는 바람이나 다른 피해로 인하여 야외에서 사용이 부적합할 수 있다.
집중 태양 에너지 수집 시스템을 만들 때, 고려해야 하는 요소들로서, 태양광 전기 발전을 위해 태양 복사에너지를 수집하기 위한 반사체 어셈블리, 반사 시스템, 그리고 반사 방법에 대한 요구가 있다.
여기에 개시된 발명들은 태양광 전기 발생을 위하여 태양 복사열을 수집하는 반사체 어셈블리(reflector assemblies), 반사 시스템(reflector system), 그리고 반사 방법(reflector methods)을 포함한다.
일 양태에 있어서, 본 발명의 태양 에너지 반사체 어셈블리는 플렉서블 플레이트(flexible plate)를 포함한다. 플레이트는 어느 하나의 면(surface)에서 태양 에너지를 반사시킨다. 플렉서블 플레이트가 굽혀지지 않았을 때 플렉서블 플레이트의 양 끝단의 간격보다 더 좁은 간격을 갖도록, 플렉서블 플레이트의 양 끝단과 결합되는 지지부(supports)가 프레임(frame)에 설치된다. 이렇게 하여, 플렉서블 플레이트는 지지부와 결합 된 양 끝단에서 수직한 방향으로 압축력이 작용하여 굽혀진다. 그리고, 토크부재(torquing member)는 지지부에 결합되는 플렉서블 플레이트의 양끝단에 결합한다. 토크부재는 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인곡선(sinusoidal curve)을 형성하도록 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 토크를 작용시킨다. 단면이 대체로 사인곡선형상을 갖는 플렉서블 플레이트는 그 반사표면으로부터 기설정된 거리에 있는 전자기 방사선원(electromagnetic radiation source)의 반사가 흐트러지도록 한다. 태양광 정렬 지지부(photovoltaic array support)는 태양광 정렬부(photovoltaic array)를 지지한다. 태양광 정렬부는 전자기 방사선원의 흐트리진 이미지(blurred image)가 태양광 정렬부의 흡수 표면(receiving surface)의 많은 부분을 덮도록 반사면으로부터 기설정된 거리에 위치한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 태양광 전기 발전(photovoltaic electricity generation)을 위한 집중 태양복사에너지 수집 시스템(concentration solar energy collecting system)을 포함하며, 집중 태양복사에너지 수집 시스템은 프레임(frame), 프레임의 양 끝단에 지지된 지지부들(supprots), 그리고 양 끝단이 지지부에 설치되며 어느 하나의 표면으로 태양 에너지를 반사하는 플렉서블 플레이트(flexible plate)를 포함한다. 플렉서블 플레이트가 구부러지지 않았을 때, 플렉서블 플레이트의 양 끝단 사이의 간격은 지지부간의 간격보다 더 길다. 지지부들과 결합되는 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 수직한 방향으로 작용하는 압축력에 의하여 구부러진 플렉서블 플레이트의 간격은 지지부간의 간격과 같다. 토크부재(torquing member)는 그 끝단부가 지지부들과 결합되는 플렉서블 플레이트의 양끝단에 결합된다. 토크부재는 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인곡선(sinusoidal surve)을 형성하기 위하여 플렉서블 플레이트의 각 끝단에 토크(torque)를 가한다. 사인곡선의 형상은 전자기 방사선원(electromagnetic radiation source)의 반사가 흐트러지도록 한다. 태양광 정렬 지지부(photovoltaic array support)는 태양광 정렬부(photovoltaic array)를 지지한다. 태양광 정렬부는 전자기 방사선원의 흐트리진 이미지(blurred image)가 태양광 정렬부의 흡수 표면의 많은 부분을 덮도록 반사면으로부터 기설정된 거리에 위치한다. 태양광 장치들이 배열된 흡수부(receive)는 태양열 정렬 지지부에 결합된다. 흡수부는 전자기 방사선을 전기 에너지로 변환한다.
또 다른 양태에 따라, 본 발명은 집중 태양 에너지 수집 시스템(concentrating solar energy collecting system)를 제작하는 방법을 포함한다. 어느 하나의 면으로 반사가 일어나는 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 압축력이 작용한다. 플렉서블 플레이트의 양 끝단은 프레임내에 탑재된다. 그 양 끝단에 작용하는 압축력에 의하여 플렉서블 플레이트가 구부러지지 않았을 때, 프레임의 간격은 플렉서블 플레이트의 양 끝단간의 간격보다 작다. 토크는 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인곡선의 형상을 형성하도록 플렉서블 플레이트의 각 끝단에 작용한다. 플렉서블 플레이트는 반사표면으로부터 기설정된 위치에서 복사에너지원의 반사가 흐트러지도록 한다. 태양광 흡수부는 복사에너지원의 흐트러진 반사를 수용할 수 있도록 기설정된 위치에서 프레임에 설치된다.
도 1은 본 발명의 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2a와 2b는 본 발명의 실시예에 따라 태양광 수신부의 사시도 및 분해도이다.
도 3a는 그 끝단에 압축력이 가해졌을 때 얇은 플레이트의 형상을 나타낸 그래프이다.
도 3b는 그 끝단이 압축된 얇은 플레이트로 형성된 반사체에 의하여 반사된 광선을 나타내는 도표이다.
도 3c는 그 끝단이 압축된 얇은 플레이트로 형성된 미러에 의한 에너지 집중을 나타내는 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라, 플레이트의 끝단에 굴곡방향으로 압축력과 토크가 작용했을 때 얇은 플레이트의 형상을 나타내는 도표이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라, 플레이트의 끝단에 굴곡방향으로 압축력 과 토크가 작용했을 때, 얇은 플레이트로부터 형성된 반사체에 의해 반사되는 광선을 나타내는 도표이다.
도 4c는 플레이트의 끝단에 굴곡방향으로 압축력과 토크가 작용했을 때 얇은 플레이트로 형성된 미러에 의한 에너지 집중을 나타내는 그래프이다.
도 5는 사인곡선의 미러, 파라볼라 형상의 미러, 그리고 단주의 사인파(sine wave) 형상의 미러에 의한 에너지 집중을 비교하는 그래프이다.
도 6a 내지 6b는 아래에서 설명되는 본 발명의 실시예에 따라서 태양 에너지 반사체의 양 끝단에 각각 토크를 제공하는 토크부재를 가지며, 태양 에너지 반사체를 지지하는 지지부의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7a는 단단하게 지지된 대에 탑재된 복수개의 태양 에너지 수집시스템을 나타내는 사시도이다.
도 7b는 태양 에너지 수집시스템을 회전시키고 기울어뜨리는 것이 가능한 추적 시스템에 탑재된 복수개의 태양 에너지 수집 시스템의 사시도이다.
도면에서 나타나는 하나 또는 그 이상의 예들은 참조부호를 통하여 본 발명의 가능한 실시예를 자세하게 설명될 것이다. 각각의 예는 본 발명을 설명하기 위해 제공되며, 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 실제로, 실시예의 일부로 그려지거나, 삽입된 특징은 다른 실시예를 상세하게 설명하는 데 사용될 수 있다. 본 발명은 변경 및 수정을 포함하며, 이는 명확한 설명을 위하여 의도되었다.
천체 망원경 디자이너에 의해 채택된, 잘 알려진 경험 법칙에 따르면(e.g. van Belle, Meinel, & Meinel, proc . SPIE, 5489, 563), 단일 망원경(monolithic teleccope)의 가격은 지름에 대해,
C=D 2.5
에 따라 정해진다. 여기서, C는 가격(cost)을 나타내고, D는 주된 렌즈(optic)의 지름을 나타낸다. 큰 지수는 반사경(mirror)의 폭이 증가함에 따라 광학적 내구성을 유지하기 어렵다는 것을 반영한다. 상기 법칙에 의하면, 단일의 커다란 집광장치(single large light-collecting device) 보다 작은 집광 장치들의 어레이( array of small light-collecting device)가 가격에서 더 저렴하다. 그러나, 개별 부품의 가격이 낮아지지 않거나, 부품들을 조립하는 것과 관련한 노동비가 점점 상승하는 경우, 상기 법칙은 맞지 않다. 가격과 사이즈간의 관계에 있어서, 상기 법칙이 맞지 않게 되면, 대량 생산 및 설치가 용이한 최소한의 규격을 갖는 수집용 반사경(collecting mirror)의 생산이 문제된다.
또한, 태양광 셀의 생산 규모가 우려된다. 6인치(inch) 반도체 웨이퍼(semi-conducting wafer)를 처리할 수 있는 처리 장치는 일반적이며, 이 사이즈의 웨이퍼를 생산하기 위해 필요한 장비 역시 흔하다. 그 결과, 여러 재조업체들은 최종 치수로 가공할 때 약 5 인치(inch)×5인치(inch)크기를 갖는 솔라 셀(solar cell)을 생산한다. 이러한 솔라 셀들 중에 몇몇이 보통의 태양 에너지의 유동(solar flux)에 비하여 10 배 내지 50배에 해당하는 복사에너지에 조사되었을 때, 작동가능하 다. 그 결과, 그러한 셀들을 하나의 라인으로 제공하는 많은 홈통형상(trough-shape)의 수집기들은 50인치와 250인치 사이의 크기를 가진다. 대량 생산된 복합 사인 보드(composite sign board)의 표준 규격은 상기 범위내이고, 비용이 저렴한 기술을 바탕으로 반사체 설계할 것을 제안한다.
이에 따라, 하나의 양태에서, 본 발명은 대량으로 생산 및 설치가 용이하고, 집중 태양광 전지(concentrator photovoltaic cells)의 표준화된 사이즈의 사용에 적합는 경량 반사 렌즈(lightweight reflecting optic)를 제공한다. 구체적으로, 도 1을 참조하면, 도 1에는 태양광 전기 발전을 위한 경량화된 태양 복사에너지 수집 시스템(lightweight solar radiation collecting system)의 일 예로써, 태양 에너지 반사체 어셈블리(solar energy reflector assembly, 100)가 도시되어 있다. 플렉서블 플레이트(flexible plate, 102)는 일 표면에서 태양광을 반사한다. 플레이트(102)의 양 끝단은 지지부들(supports, 104)에 결합된다. 플렉서블 플레이트로 다양한 물질이 사용될 수 있다. 상기 물질은 금속(metal), 폴리머(polymer), 종이(paper), 나무(wood), 유리섬유(fiberglass), 탄소섬유(carbon fiber), 그리고 이들의 복합체(composites)과 조합(combinations)을 포함하며, 주름진 구성(corrugated composites)이거나, 또는 에어 스페이스(air spaces)를 포함하는 다른 구성일 수 있다.
지지부들(supports, 104)은 플렉서블 플레이트(102)를 위한 프레임을 형성하기 위하여 신장부(elongate member, 106)에 고정될 수 있다. 이때, 지지부들(104)간의 간격은 플렉서블 플레이트(102)가 휘어지기 전의 길이(즉, 지지부들에 결합된 그 끝단들에 수직한 길이)보다 더 작다. 지지부들(104)간의 간격은 고정되거나, 또는 플렉서블 플레이트(102)에 적용되는 압축의 정도에 따라 변경가능하도록 설정될 수 있으며, 그로 인하여 플렉서블 플레이트(102)의 흼의 정도를 변경할 수 있다. 신장부(106)에 의하여 그 크기가 정해지는 프레임에 플렉서블 플레이트(102)를 고정시키기 위하여, 플렉서블 플레이트의 길이방향을 따라 가해지는 압축은 플렉서블 플레이트를 구부러지게 한다.(즉, 버클(buckle)) 압축에 의한 이러한 휨은 플렉서블 플레이트(102)가 그것의 길이방향의 단면(즉, 지지부들(104)에 결합된 플렉서블 플레이트(102)의 끝단들에 수직한 평면)을 따라 일반적으로 사인곡선 형상(sinusoidal shape 즉, 파라볼라 형상이 아님)을 갖도록 한다.
그 결과, 플렉서블 플레이트(102)에 입사된 태양 복사에너지는 전자기 복사에너지(예컨데, 태양 복사에너지)를 전기에너지로 변환시키기 위하여 흡수부(receiver, 112)의 흡수 표면으로 반사된다. 흡수부(112)는 플렉서블 플레이트(102)의 반사면으로부터 기설정된 거리에 위치하며, 태양광 정렬 지지부(116)에 결합된다. 플렉서블 플레이트(102)로부터 태양복사에너지의 반사는 흡수부(112)의 흡수 표면으로 전자기 복사에너지원(예컨데, 태양)의 흐릿한 반사(blurred reflection)를 발생한다. 이러한 태양 에너지의 흐릿한 반사는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환에 있어서, 흡수부(112)의 기능이 최대한 활용되도록 흡수 표면의 상당 부분으로 발산된다.
예를 들면, 한 실시에 있어서, 플렉서블 플레이트(102)는 폭이 4피트(feet), 길이가 8피트(feet)로 형성된 플렉서블 시트(flexible sheet)로, 그 양끝단이 프레 임내에 설치되도록 압축된다. 이때, 프레임은 최소한 8푸트(foot)시트(예를 들면, 약 94인치 폭)보다 약간 더 작다. 이러한 특징에서, 흡수부(112)는 반사된 태양 복사에너지를 흡수하기 위하여, 플렉서블 플레이트(102)의 반사 표면으로부터 대략 5피트(예컨데, 약 61 인치)의 상부에 위치할 수 있다.
플렉서블 플레이트(102)는 오직 그 끝단들에서만 지지될 필요가 있다. 왜냐하면, 대체로 사인 곡선(sinusoidal shape)을 형성하기 위해서는 단지 지지부(104)에 의한 압축만이 필요하기 때문이다. 선택적으로, 플렉서블 플레이트(102)는 태양 복사에너지 수집 시스템의 위치에 관계없이 사인 곡선의 형상으로 유지될 수 있도록, 지지 바(support bar,110)에 결합될 수 있다. 이러한 부가적인 지지는 플렉서블 플레이트(102)의 형상이 외부 힘(중력 또는 바람에 의한 하중)에 의하여 변형되는 것을 예방한다. 예를 들면, 만약, 흡수부(112)의 능률을 최대한 활용하기 위하여 태양 복사에너지 수집 시스템이 하늘(sky)을 가로질러 움직이는 태양을 추적하도록 특징지어진다면, 플렉서블 플레이트(102)의 일단 또는 타단 쪽으로 중력이 작용하여 플렉서블 플레이트(102)의 곡선 모양의 측면 윤곽이 비틀어질 수 있다. 이러한 비틀림을 예방하기 위하여, 플렉서블 플레이트(102)는 상기 프레임으로부터 받는 압력에 의해 정해지는 형상을 유지하도록 하나 또는 다수의 지점에서 지지 바(110)와 결합될 수 있다.
흡수부(112)는 태양 복사에너지를 전기에너지로 바꾸기 위한 적합한 태양광 장치이다. 도 2a 및 2b는 흡수부(112)에 대한 하나의 실시예를 나타내는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 흡수부의 하나의 실시예로서, 흡수표면을 볼 수 있도록 흡수표 면이 위쪽를 향하도록 도시하였다. 흡수부(112)는 흡수부(112)의 성능을 가장 능률적으로 활용하기 위하여 복수개의 레이어들(layers)을 결합시킨 래머네이트 디지인(laminate design)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 그림 2b에 도시된 것과 같이, 흡수부(112)는 알루미늄 프레임(204)으로부터 투명한 커버 플레이트(transparent cover plate, 206)(예컨데, low iron glass), 광학적으로 커버 플레이트(206)를 솔라셀에 결합시키는 폴리머 엔캡슐랜트(polymer encapsulant, 208), 집중 태양광 셀들(예컨데, 각각 125mm 너비를 갖는 9개의 셀들 또는 9개의 셀에서 잘려진 복수개의 조각들)로 구성된 직선 어레이(linear array, 210), 열전달은 가능하나 전기적으로 절연된 필름(212), 그리고 방열판(114)이 샌드위치(sandwhich)형태로 구성될 수 있다. 커버 플레이트(206)는 직선 어레이(210)에 입사되는 파워(power)를 최대화시키는 반사방지 코팅(antireflective coating) 그리고/또는 직선 어레이(210)의 민감도 영역(sensitivity band) 밖에 있는 빛의 파장을 받아들이지 않는 코팅(coating)이 되어있다. 직선 어레이(210)은 단결정 실리콘(as monocrystalline silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 비정질 실리콘(amorphous silicon), laser grooved buried contact, back contact 또는 다중 접합(multi-junction)과 같은 다양한 태양광 셀들 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
방열판(114)에 관해서는, 다른 경헙 법칙에 따르면, 수집시스템(collecting system)이 효율적으로 작동하기 위하여 요구되는 열 방산 표면의 영역은 개략적으로 수집 영역(collecting area)과 동일하다. 그래서, 도 1, 2a, 그리고 2b에 도시된 바와 같이, 방열판(114)은 비교적 작은 공간을 차지하면서, 열 부하를 효율적으 로 방산하기 위한 표면적을 갖기 위하여 핀 구조를 갖거나, 핀 장치가 접합된 돌출된 알루미늄으로 제공될 수 있다. 또는, 솔라 셀들(예를 들면, 직선 어레이,210)로부터 받은 열부하가 플렉서블 플레이트(102)의 표면으로 가해진다면, 방열판과 관련한 가격 및 무게 이슈가 해결될 수 있다. 예를 들면, 흡수부(112)는 메탄올 또는 다른 구동 유체를 포함하는 수동 열 파이프(passive heat pipe)에 의하여 플렉서블 플레이트(102)의 배면(rear surface)에 탑재될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 흡수부(112)는 플렉서블 플레이트의 전면에 지지될 수 있다. 이경우, 빛이 직접 솔라 셀에 조사되도록 제2 광학렌즈(a secondary optic)(예컨데, 평면 또는 곡면을 갖는 반사경(mirror))의 사용이 요구된다. 상기 특정 구성에 관계없이, 흡수부(112) 및/또는 방열판(114)을 지나는 공기(air) 또는 물(water)의 강제 유동은 열의 방산을 돕는다.
동작시의 플렉서블 플레이트(102)의 형상은 반사된 빛을 분산시킴으로 흡수부(112)의 표면의 중요한 영역에 과도한 열 부하의 발생을 예방한다. 사인 곡선(sinusoidal shape)의 형상은, 위에서 설명한 바와 같이 플렉서블 플레이트(102)에 가해지는 압력에 의해 형성되는 형상, 태양 에너지 집중기(solar concentrators)의 디자인으로 많이 도입된 보통의 파라볼라(parabola)형상보다 더 유용하다. 특히, 이 형상은 적당한 초점 길이(예를 들면, 2미터(meters)보다 적은 길이)를 갖는 반사경과 비교적 사이즈가 큰(예컨데, 50mm보다 더큰) 솔라셀을 이용하는 시스템에서 유용하다. 파라볼라 반사체는 반사된 상(image)을 단일 지점(a single point)(또는 홈통 반사체의 경우 단일 라인)에 초점되도록 설계된다. 이 때 문에, 파라볼라 반사체에 의해 형성되는 상의 사이즈(size)는 그보다 비교적 큰 솔라셀의 사이즈와 일치하지 않는다.
반면, 사인 곡선 형상의 반사경(sinusoidal mirror)은 단일 초점(또는 초점 라인)을 가지지 않는다. 대신에 사인 곡선 형상의 반사경은 흐릿한 상(blurry image)을 생성한다. 그 결과, 사인 곡선 형상의 반사경은 파라볼라 형상에 의해 생성되는 또렷한 상에 비하여 빛의 집중을 더 흐트러뜨린다. 게다가, 사인 곡선 형상을 갖는 태양복사에너지 수집 시스템은 반사경과 흡수부 사이의 거리의 변화 없이 집중요소(concentration factor)의 조정이 가능하다는 점에서, 태양 에너지의 반사를 분산시키고자 하는 다른 장치 및 방법에도 이용될 수 있다.
상기 설명한 바와 같은 유용함을 인식하도록 일반적인 사인 곡선의 형상을 갖는 태양복사에너지 수집시스템을 만들기 위하여, 본 발명은 그 끝단에 가해지는 압축력에 의한 구조물의 자연적인 굽힘 특성을 이용한다. 탄성(elasticity)과 단면(cross section)이 균일한 모듈(moudule)을 갖는 물질로 이루어진 시트(sheet)는, 다른 힘들이 작용하지 않은 상태에서 양 끝단이 압축되었을 때, 잘 알려진 베르누이-오일러 빔 하중 공식(Bernoulli-Euler beam loading formula)에 따라 일반적인 사인 곡선형상이 된다. 사인 곡선형상을 갖는 반사 플레이트의 각 끝단이 회전이 자유로운 한, 굴곡의 깊이는 시트의 길이와 비교할 때 작고, 굽혀진 시트의 이론적인 형상은 사인 곡선이다. 단, 중력하중에 의한 변형은 무시한다.
상기 형상은 힘(P)가 그 양끝단을 압축할 때, 플레이트의 굽힘 모멘 트(bending moment)를 고려함으로써 설명될 수 있다. 굽힘 모멘트 M= Py 는 M=- YI / R c 로써, 곡률반경 R c 와 관련된다. 여기서, Y는 플레이트의 탄성계수(Young's modulus), I는 그것의 관성 모멘트(moment of inertia), 그리고 y는 플레이트의 끝단으로부터 X지점에서의 굽힘이다. 굽힘이 작은 경우, 굽힘에 대한 2차 도함수는 곡률반경(the radius of curvature)의 역수이다. 오일러 공식은
Figure 112009012192581-PCT00001
.
이고, 이 방정식의 해는
Figure 112009012192581-PCT00002
이다.
변형되지 않은 상태(단, 회전은 자유로움)에서 끝단(x = 0, L) 의 경계조건(boundary condition)을 적용하면, cosine 영역이 제거된 아래와 같은 관계가 나온다.
Figure 112009012192581-PCT00003
Figure 112009012192581-PCT00004
그 결과, 곡선형상을 갖는 플레이트는 도 3a에 도시된 바와 같이 사인 파 주기의 절반에 해당하는 형상을 갖는다. 그러나, 도 3b는 이러한 형상의 렌즈의 경우 몇 번의 적용에서 상이 너무 흐트러진다는 것을 보여준다. 도 3b에서 나타나듯이, 이러한 곡선형상을 갖는 플레이트로부터 반사된 에너지 전부를 수용하기 위해서는 비교적 큰 흡수면(예컨데, 도시된 흡수면보다 훨씬 더 크다)이 요구된다. 다른 관점에서 보면, 도 3c를 참조하면, 사인 파 주기의 절반에 해당하는 형상으로 굽혀진 반사체는 태양 에너지 효율을 최대화할 수 있을 정도의 높은 플럭스 밀도(flux density )를 생성하지 못한다.
그러나, 만약 곡선형상을 갖는 플레이트의 각 끝단에 크기는 동일하지만, 같은 방향을 기준으로 작용하는 방향이 서로 반대인 토크(torques)가 작용한다면, 상기 플레이트의 형상은 사인 파 주기의 절반보다 더 작은 일부분(segment)의 형상이 된다. 예를 들면, 도 4a는 그림 1의 플렉서블 플레이트(102)의 단면도를 나타낸다. 지지부(104)에 결합된 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단이 회전에 자유로울 때, 각 끝단은 곡률이 0인 지점이다. 각 끝단에 토크가 작용하면 곡률이 생성되고, 굴곡점(inflection points)이 플렉서블 플레이트(102)의 끝단을 넘어서 가상의 끝단(404)으로 이동된다. 또 다른 관점에서 보면, 만약 길이가 더 긴 플레이트의 각 끝단이 가상의 끝단(404)의 위치에서 탑재되고, 긴 플레이트가 지지부(104)의 위치에 대응하는 지점에서 사인곡선 형상으로 매달린다면, 시트의 가상의 구역(406)을 잘라버림으로써 사인 파 주기의 절반보다 더 작은 일부분을 만들 수 있다. 남겨진 것은 사인곡선의 일부분(fraction)이고 그 형상을 유지하기 위해서는 각 끝단에 토크의 작용이 요구된다. 예를 들면, 그림 4a 내지 4c에 나타난 일부분(fraction)은 전체 주기의 0.11857이다(각 끝단에 토크가 작용하지 않고 반사경이 힌지 결합하는 경우 전체주기의 0.5에 해당) 도 4b에 나타나듯이, 이 특징은 사인파 절반의 형상을 갖는 반사경에 의해 생성되는 방사 상(diffuse image)보다 더 작은 방사 상(diffuse image)을 만들지만, 파라볼라 형상의 반사경에 의해 생성되는 상(image)보다 훨씬 더 크다. 이러한 특징은 태양광 셀의 보통 사이즈(예컨데, 125mm)로 적당하다. 도 4c에 나타나듯이, 이러한 형상은 사인 파 주기의 절반의 형상에 의한 것보다 비교적 높은 에너지 플럭스(energy flux)를 흡수표면에 생성한다.
도 5와 관련하여, 본 발명에서 설명되는 태양열 집중 반사체의 형상에 의해 생성되는 조도(illumination)는 완전한 파라볼라 형상 또는 사인파 주기의 절반 형상에 의해 제공되는 조도와 비교된다. 본 발명에서 설명되는 태양열 흡수표면은(예를 들면, 태양광 셀) 0.125m 직선 너비에 걸쳐서 빛을 차단한다. 상기 너비는 사인파 주기 절반 형상에 의해 형성된 빛의 분포보다 더 좁다. 반대로, 파라볼릭 형상의 반사체는 너무 좁은 초점라인을 만든다. 이는 국지영역의 가열(local heating), 더 높은 저항의 소실(Ohmic dissipation), 태양광 장치의 효율성을 감소를 야기한다. 이와 같은 비교에서 알 수 있듯이, 일반적으로 단면이 사인파의 일부분의 형상을 갖는 태양 에너지 반사체는 파라볼라 형상의 반사체보다 더 넓은 표면을 통하여 입사된 태양복사에너지를 효과적으로 집중시킬 수 있다. 그리고, 사인 파 주기 절반의 형상을 갖는 반사체보다 비교적 더 큰 플럭스를 형성한다. 이처럼, 사인파 주기 절반보다 더 작은 일부분을 갖는 형상은 태양광 셀의 출력을 최대화하기 위한 태양 에너지의 집중과 태양광 셀의 효율의 저하를 피하기 위해 빛을 방산하는 것과 의 사이에서 균형을 제공한다.
다시 도1을 참조하면, 토크부재(torquing members, 108)은 플렉서블 플레이트(102)의 형상을 수정하는데 제공된다. 토크부재(108)는 실질적으로 사인곡선의 커브 또는 좀더 구체적으로, 사인 파의 주기 절반보다 작은 커브 형상을 만들기 위하여 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단에 토크를 제공한다. 예를 들면, 토크부재(108)는 신장부(106)에 의해 정해지는 프레임에서 회전가능한 지지부(104)에 플렉서블 플레이트(102)의 양 끝단을 결합시키기 위한 패스트너(fastener)를 포함한다. 이와 관련하여, 지지부(104)는 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단에 적절한 크기의 토크가 가해지도록 적절한 각도로 회전될 수 있다. 일단 각도가 정해지면, 패스터너는 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단을 고정한다. 패스트너로는 레버(lever)와 클램프(clamp), 래칫(ratchet) 과 멈춤쇠(pawl), 레버(lever)와 수동조절나사(manually adjustable screw), 또는 최적으로 지향된 슬롯과 키(optimally oriented slot and key)가 사용될 수 있다.
이와 다르게, 지지부(104)는 특정 각도에서 프레임에 고정될 수 있다. 상기 고정된 각도는 바람직한 형상을 형성하도록 플렉서블 플레이트(102)에 토크를 가할 수 있도록 설계된다. 여기서, 토크부재(108)는 플렉서블 플레이트(102)의 끝단 조건을 정하는 각도 부재(angled member) 및 각도부재와 함께 플렉서블 플레이트(102)의 끝단을 정렬하고, 그 자리에서 각 끝단을 고정하는 잠금 부재(locking member)를 포함한다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단은 고정각도를 갖는 각도 부재와 잠금부재 사이에 배치된다. 패스트너(예컨데, 볼트, 클램프)는 플렉서블 플레이트(102)에 대해 잠금부재를 누르고 각도부재와 정렬하기 위하여 플렉서블 플레이트(102)를 가압한다. 또한, 도 6b를 참조하면, 만약 볼트가 플렉서블 플레이트(102)에 대해 잠금부재를 가압하는데 사용된다면, 볼트가 관통하는 각도부재의 개구부(opening)가 신장할 수 있으며, 이로 인해 결합된 상태에서 패스트너의 회전이 발생하고, 시트의 각도부재를 따라 측면운동이 발생한다.
어느 경우든지, 토크 부재(108)은 토크부재(108)가 충분히 관여되고, 예상했던 토크가 제공될 때까지, 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단이 지지부(114)를 따라 이동할 수 있도록 제공된다. 즉, 플렉서블 플레이트(102)의 정해진 길이 때문에, 플렉서블 플레이트(102)의 끝단이 지지부(104)에 결합되는 각도가 변하면, 플렉서블 플레이트(102)의 각 끝단은 정해진 끝단 조건과 관련하여 본래의 곡률을 유지하기 위하여 안쪽(예컨데, 반대쪽 끝단으로)으로 미끄러지는 경향이 있다. 그렇지 않으면, 플렉서블 프레이트(102)의 끝단에 토크를 가하는 것은 플렉서블 플레이트가 사인파의 일부분 형상을 형성하는 것을 방해하는 인장력으로 작용한다. 이러한 미끄럼이 발생에 의하여, 플렉서블 플레이트(102)의 형상은 지지부(104)사이에서 플렉서블 플레이트(102)의 팽창에 의해서가 아니라, 토크부재(108)에 의해 결정되는 끝단조건에 의하여 정해진다.
게다가, 지지부(104)와 토크부재(108)의 설계는 플렉서블 플레이트(102)의 세정, 수리, 또는 교체를 위한 처리가 용이하거나, 플렉서블 플레이트의 끝단에 이전에 적용된 비틀림을 갖도록 이전 위치로 되돌아 갈 수 있다. 또한 토크 부재(108)는 그 그림자가 플렉서블 플레이트(102)에 형성되지 않도록 배치됨으로써 태양 복사에너지 수집 시스템의 효과를 떨어뜨리지 않도록 제공된다.
여기서 설명되는 태양 복사에너지 반사체 어셈블리(solar energy reflector assembly)의 하나의 예에 있어서, 플렉서블 플레이트(102)는 4mm 두께, 96" 곡률 치수, 48" 수직 치수를 갖는 알루미늄 시트들과 폴리카보네트의 합성으로 이루어 질 수 있다. 이러한 치수들은 대량 생산된 사인보드의 표준화된 규격이며 따라서, 이 구성요소를 위한 재료들은 다양하게 이용가능하다. 예를 들면, 이 사이즈에서 Dibond라는 브랜드 명으로 팔리는 상품은 플렉서블 플레이트(102)로써 탑재될 때, 적절한 광학적 특징을 유지하는 충분한 강성을 가지고 있다.
4 ft x 8 ft, 4mm Dibond 명의 표준화된 시트는 알루미늄 표면들 중 어느 하나가 반사가 가능할 때까지 폴리싱(polishing)처리 된다. 또는, 3M Corporation of St. Paul, Minnesota에서 판매하는 강화 스펙트럼 반사필름(the enhanced spectral reflector (ESR) film )과 같은 반사 필름이 플렉서블 플레이트(102) 에 부착될 수 있다. 또는, 플렉서블 플레이트(102)는 다른 반사 코팅이 제공될 수있다. 게다가, 플렉서블 플레이트(102)는 반사표면 아래의 부식 및/또는 산화를 막기 위해 투명한 보호막(protective layer)(예컨데, e.g., polyurethane coating)으로 코팅될 수 있다. 지지부(104)로 제공되는 두 개의 강성 바(bar)는 플렉서블 플레이트(102)의 각각의 끝단에 탑재되며, 플렉서블 플레이트(102)의 양끝단을 압축하여 미리 설치된 프레임내에 들어가도록 구부러뜨린다. 도 1에 나타나 실시예에서, 각각의 지지바(104)는 토크 부재(108)로 제공되는 고정너트(예컨데, 패스트너)가 단단하게 죄일 때까지 그 축을 기준으로 회전할 수 있다. 지지바(110)는 그 중심을 가로지르는 라인을 따라 플렉서블 플레이트(102)와 접착될 수 있으며, 지지바(104)는 프레임에 의한 압축력과 토크부재(108)에 의한 비틀림(torsion)에 의해 형성된 플렉서블 플레이트의 형상을 흐트러뜨리지 않는다. 지지바(110)의 사용은 플레이트가 하나 또는 다수의 축을 기준으로 회전하는 경우(예컨데, 낮동안 태양의 움직임을 따라 회전하는 경우), 플레이트에 가해지는 중력 하중의 변화로 인한 영향을 제거한다. 이 실시예에서, 흡수부(112)는 플렉서블 플레이트(102)의 곡선 형상의 반사표면으로부터 반사된 복사에너지를 수집하기 위하여 아래 방향을 향한다.
도 1에서 나타난 예에 있어서, 플렉서블 플레이트(102)가 사인파의 바람직한 일부분의 형상을 가질 때까지 토크가 지지부(104)에 가해질 수 있다. 그리고 나서, 지지부(104)는 토크부재(108)(예컨데, 패스트너를 단단하게 죄임)에 의하여 이 방향으로 고정된다. 그 이후, 지지바(110)은 프레임이 수평방향을 유지하는 동안 플렉서블 플레이트(102)의 중심과 접촉하도록 위치할 수 있다. 그리고 나서, 지지바(110)는 플렉서블 플레이트와 서로 접촉하는 라인을 따라 패스트너로 플렉서블 플레이트(102)에 연결될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 경량한 폼 반사경(lightweight foam mirror)이 플렉서블 플레이트(102)로써 제공될 수 있다. 바람직한 사인곡선을 갖는 경량한 폼 반사경를 만들기 위해서, 직사각형의 몰드(mold)가 제공될 수 있다. 직사각형의 몰드는 그림 1에 나타난 형상과 반대의 형상(즉, 오목한 사인곡선이 아래쪽으로 향하는 형상)으로 구부러진 유연한 재질의 시트(예컨데, Dibond)로 구성된 밑바닥을 갖는다. 몰드는 상기 설명한 바와 같은 일반적인 사인곡선 형상을 가지며, 경량하고 저 렴한 반사경를 생산하기 위하여 폴리우레탄(polyurethane), 또는 폴리스티렌(polystyrene)과 같은 팽창가능한 폼으로 채워진다.
다른 양태에서, 본 발명은 태양 복사에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 태양복사에너지의 집중을 위하여 경량한 태양광 복사에너지 수집기들이 일렬로 배열된다. 도 7a 및 7b를 참고하면, 복수개의 수집기 어셈블리(collecting assemblies, 100)가 단단하게 지지된 대(pier, 602) 또는 추적 시스템(tracking system 602)에 탑재된다. 수집기 어셈블리(100)은 전자 제어에 의한 모터의 구동으로 방위각(azimuthally)과 고도(elevation)가 동일하도록 함께 회전될 수 있다. 단단하게 지지된 대 또는 추적 시스템(602)은 복수개의 수집기 어셈블리(100)가 충분히 넓은 구동 범위를 가질 수 있도록 높이가 높게 제공된다.(예컨데, 지면으로부터 10-12피트(feet)의 높이) 컴퓨터 제어 시스템(computer control system)은 전력 생산 레벨(power generation levels)을 피드백(feedback) 받을 수 있고, 순간적인 전력 생산을 최대화하기 위하여 태양 추적을 최적화 할 수 있다.
게다가, 본 발명은 아래에서 설명되는 제어 시스템을 포함한다. 제어시스템은 흡수부(112)의 흡수 표면에서 에너지의 최적화된 분포를 유지하기 위하여 플렉서블 플레이트(102)의 형상을 사인곡선의 일부분 형상으로 바꾼다. 또는 흡수부(112)는 배열된 태양광 장치(photovoltaic devices)의 출력이 최대가 되도록 플렉서블 플레이트(102)와 비교적 적절한 위치에 놓인다. 일 예에 있어서, 흡수부(112)로부터 순간적인 전력이 전자 제어 유닛에 입력된다. 전자 제어 유닛은 플렉서블 플레이트(102)가 최적의 전력 분포를 유지할 수 있는 바람직한 형상으로 굽어지도록 모터를 구동시킨다. 흡수부(112)로부터 전자 제어 유닛으로 입력되는 순각적인 전력의 측정에 의하여, 그리고 상기 전자 제어 유닛에 의한 모터의 구동에 의하여, 상기 시스템에 거의 최적의 토크를 지속적으로 제공하는 것이 가능하다. 이러한 특징은 항상 플렉서블 플레이트가 사인 곡선의 일부분 형상을 유지하도록 한다.
그러한 특징을 충족시키는 하나의 방법은 프로그램된 컴퓨터 제어를 사용하는 것이다. 상기 프로그램은 특정한 주기(예컨데, 1Hz)에 토크를 업(up) 그리고 다운(down)으로 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 각 스윕(sweep)으로부터 최대 값(maximum value)이 새로운 최적 토크로 선택될 수 있다. 소음과 외부 환경(예컨데, 구름의 변화, 바람) 에 덜 민감한 대체 접근법에 있어서, 구동 주파수에 대응하는 신호에서 구동요소의 변화를 추출할 수 있다. 예를 들면, 그 과정은 신호의 푸리에 변환 (Fourier transform), 적절한 분석함수(windowing function)를 사용하여 구동주파수로부터 구성 요소의 제로화, 그리고 나서 필터된 신호에 역 푸리에 변환(inverse Fourier transform)을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 어느 하나의 면으로 태양 에너지를 반사시키는 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 압축력을 작용하여 집중 태양 에너지 수집 시스템의 제조방법(method for concentrating solar energy collecting system)을 제공한다. 플렉서블 플레이트의 양 끝단은 프레임내에 설치되며, 프레임은 플렉서블 플레이트가 굽어지기 전의 양 끝단 간격보다 더 좁은 간격을 갖는다. 플렉서블 플레이트는 플렉서블 플레이트에 가해진 압축력에 의해 프레임 내에 설치되어 지탱된 다. 토크는 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인곡선을 형성하도록 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 작용한다. 단면이 사인곡선 형상을 갖는 플렉서블 플레이트는 반사표면으로부터 기설정된 거리에 있는 복사에너지원의 반사가 흐트러지도록 한다. 그리고, 태양광 흡수부는 흐트리진 복사에너지의 반사가 흡수되도록 프레임내에 기설정된 위치에 설치된다. 방열판은 태양광 흡집기로부터 열을 방출하기 위하여 태양광 흡집기와 연결되도록 부착될 수 있다.
프레임에 플렉서블 플레이트의 설치하는 단계는 먼저, 지지부를 플렉서블 플레이트의 양끝단에 결합하고, 지지부를 프레임에 결합함으로써 이루어진다. 만약 지지부가 제공되면, 토크를 제공하는 단계는 플렉서블 플레이트의 각 끝단이 프레임에 설치되는 각도를 정하기 위하여 지지부를 회전시키는 것과 그 각도에서 지지부를 고정시키는 것을 포함한다. 선택적으로, 토크를 제공하는 단계는 지지부에 의해 정해진 각도에서 플렉서블 플레이트의 각 끝단을 지지부에 고정하기 위해 패스트너를 사용하는 것과 패스트너를 단단하게 죄이므로써, 플렉서블 플레이트를 지지부를 따라 이동시키는 것을 포함한다. 이러한 선택가능한 단계 중 어느 하나의 결과로써, 플렉서블 플레이트의 단면은 사인곡선의 주기의 절반보다 작은 크기의 곡선을 형성한다.
본 발명의 다양한 설명은 본 발명의 범위를 벗어나지 않은 범위에서 변형되어 이해될 수 있다. 게다가, 앞에서 설명한 내용은 오직 본 발명을 설명하기 위한 목적이지, 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.

Claims (20)

  1. (a) 반사면을 갖는 플렉서블 플레이트;
    (b) 상기 플렉서블 플레이트의 각 끝단에 결합하는 지지부들;
    (c) 상기 플렉서블 플레이트가 구부러지지 않았을 때, 상기 플렉서블 플레이트의 각 끝단 사이의 간격보다 더 작은 간격에서 상기 지지부를 지지하는 프레임,
    이에 의해, 상기 플렉서블 플레이트는 상기 지지부들에 결합되는 그 끝단에 수직 방향을 따라 압축에 의하여 구부러지며;
    (d) 상기 반사면으로부터 기설정된 거리에 전자기 복사에너지원의 흩어진 반사를 생성하기 위하여, 상기 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인 곡선의 형상을 형성하도록 그 끝단에 토크를 제공하고, 상기 지지부에 결합되는 상기 플렉서블 플레이트의 끝단에 결합하는 토크부재들;
    (e) 상기 전자기 복사에너지원의 흩어진 상이 태양광 정렬부의 흡수 표면을 덮도록 상기 반사면으로부터 기설정된 거리에서 태양광 정렬부를 지지하는 태양광 정렬 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지부들간의 간격은 상기 플렉서블 플레이트의 굽힘이 변할 수 있도록 조절가능한 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 형상은 비파라볼라 형상인 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 형상은 사인 곡선이고,
    상기 토크 부재들는 상기 형상이 사인파 주기의 절반보다 더 작은 일부분을 갖도록 토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 토크 부재들은
    상기 플렉서블 플레이트의 끝단이 상기 프레임 내에 결합되는 각도를 결정하는 상기 지지부를 회전시키기 위한 각도 부재와
    각도부재에 의해 정해지는 각도에서 상기 지지부를 고정시키는 잠금 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 토크 부재들은
    상기 플렉서블 플레이트의 끝단을 상기 지지부에 결합시키는 패스트너를 포함하되,
    상기 패스트너가 단단하게 죄여짐으로써, 상기 플렉서블 플레이트는 상기 지지부를 따라 이동가능한 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 플레이트는 그 끝단이 단지 상기 프레임과 결합하는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 플레이트는 하나 또는 다수의 위치에서 상기 프레임에 지지되며,
    상기 프레임에 의한 압축과 상기 토크 부재에 의한 비틀림에 의하여 정해진 상기 플렉서블 플레이트의 형상은 외부의 힘에 의하여 상기 태양 에너지 반사체로부터 변하지 않는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 부재는 상기 전자기 복사에너지원에 관련하여 상기 반사 플레이트를 그늘지게 하는 것을 피할 수 있는 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 태양 에너지 반사체 어셈블리.
  10. (a) 프레임;
    (b) 상기 프레임의 양 끝단에 탑재된 지지부들;
    (c) 구부러지지 않았을 때, 각 끝단의 간격이 상기 지지부들간의 간격보다 더 길고, 상기 지지부와 결합된 그 끝단에 수직한 방향을 따라 압축에 의하여 구부러지며, 상기 지지부에 그 끝단이 결합하고 어느 하나의 면으로 반사가 일어나는 플렉서블 플레이트;
    (d) 전자기 복사에너지원의 흩어진 반사를 생성하기 위하여, 상기 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인곡선의 형상을 형성하도록 그 끝단에 토크를 제공하고, 상기 지지부에 결합되는 상기 플렉서블 플레이트의 끝단과 결합되는 토크 부재들;
    (e) 상기 전자기 복사에너지원의 흩어진 상이 태양광 정렬부의 흡수표면의 상당 영역을 덮도록, 상기 반사면으로부터 기설정된 거리에서 상기 태양광 정렬부를 지지하기 위한 태양광 정렬 지지부;
    (f) 전자기 복사에너지를 전기 에너지로 변환하며, 상기 태양광 정렬 지지부에 결합되는 태양광 장치들의 정렬을 포함하는 흡수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 전기 발생을 위한 집중 태양 에너지 수집 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 형상은 사인 곡선이고,
    상기 토크 부재들은 사인파 주기의 절반보다 더 작은 일부분을 갖도록 토크를 제공하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 플렉서블 플레이트에 관하여 상기 흡수부의 위치는 상기 태양광 장치들의 정렬의 전력의 출력을 최대화할 수 있도록 조절가능한 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 흡수부로부터 열을 방출하기 위한 방열판을 포함하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템.
  14. 제 10 항에 있어,
    상기 태양광 장치들은 솔라 셀(solar cell)을 포함하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 토크부재는 성기 전자기 복사에너지원에 관련하여 상기 반사 플레이트를 그늘지게 하는 것을 피할 수 있는 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 집중 태양광 수집 시스템.
  16. 집중 태양 에너지 수집 시스템을 건축하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    (a) 어느 하나의 표면으로 반사가 일어나는 플렉서블 플레이트의 양 끝단에 압축력을 적용하는 단계;
    (b) 상기 압축력이 유지되도록, 상기 플렉서블 플레이트가 구부러지지 않았을 때 그 양 끝단의 간격보다 더 작은 간격을 갖는 프레임에 상기 플렉서블 플레이트의 양 끝단을 결합시키는 단계;
    (c) 상기 반사면으로부터 기설정된 거리에 복사에너지원의 흩어진 반사를 생성하기 위하여 상기 플렉서블 플레이트의 단면이 대체로 사인 곡선의 형상을 형성하도록 그 끝단에 토크를 제공하는 단계;
    (d) 상기 복사에너지원의 흩어진 반사를 흡수하기 위하여 기설정된 거리에 태양광 수집기를 상기 프레임에 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템 건축 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 플렉서블 플레이트를 프레임에 결합시키는 단계는 상기 플렉서블 플레이트의 양 끝단을 지지부들에 결합시키는 단계, 및 상기 지지부들을 상기 프레임에 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템 건축 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 토크를 제공하는 단계는 상기 플렉서블 플레이트의 각 끝단이 상기 플 레임에 결합되는 각도를 결정하기 위해 상기 지지부를 회전시키는 단계 및 상기 각도에서 상기 지지부를 고정시키는 단계를 포함하며,
    이에 의해 상기 플렉서블 플레이트의 단면이 사인파 주기 절반보다 더 작은 일부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집 시스템 건축 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 토크를 제공하는 단계는 상기 지지부에 의하여 결정된 각도에서 상기 플렉서블 플레이트의 양 끝단을 상기 지지부들에 고정시키기 위하여 패스트너를 사용하는 단계, 및 상기 패스트너가 단단하게 죄여짐으로써, 상기 플렉서블 프레이트가 상기 지지부를 따라 이동하는 단계를 포함하며,
    이에 의해 상기 플렉서블 플레이트의 단면이 사인파의 주기 절반보다 더 작은 일부분의 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집시스템 건축 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 태양광 수집기로부터 열 방출을 위하여 태양광 수집기와 연결되도록 방열판을 붙이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집중 태양 에너지 수집시스템 건축 방법.
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