KR20100096486A - 집속 태양광을 이용한 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 집광수단에 의해 집속된 태양광을 임의의 위치에서 조명 및 채광을 위해 사용할 수 있도록 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 집속된 태양광을 전송 및 확산하여 사용하기 위한 조명장치로서, 태양광을 집속하기 위한 집광수단과; 상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 전달받아 조명을 실시하는 조명수단과; 상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 상기 조명수단까지 전송하는 전송수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치가 제공된다.
태양광, 채광, 조명, 집광, 전송, 카세그레인, 그레고리안, 거울관, 유리관, 광섬유

Description

집속 태양광을 이용한 조명장치{ILLUMINATION APPARATUS USING FOCUSED SOLAR LIGHT}
본 발명은 집광수단에 의해 집속된 태양광을 임의의 위치에서 조명 및 채광을 위해 사용할 수 있도록 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치에 관한 것이다.
태양으로부터 전자기파의 형태로 방출되는 에너지인 태양 에너지는 공해가 없고 지구대기의 열균형이 보존될 수 있는 환경친화적인 대체에너지로서 그 활용방법에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다.
종래 태양광을 이용하여 실내를 조명하는 기술이 제안되어 있으며, 이러한 기술에 따르면, 태양광을 집속하지 않은 상태로, 실외에서부터 태양광을 프리즘이나 거울 등을 통하여 굴절 입사 및 반사시켜 조명이 필요한 장소까지 전달하는 방법을 사용하고 있다.
그런데, 이와 같이 프리즘이나 거울 등을 통하여 태양광을 굴절시켜 조명이 필요한 장소까지 전달하는 방식은, 태양광을 집속하지 않은 상태로 전달하기 때문에 에너지 밀도가 낮고, 장치를 설치하는데 있어서 부피가 크고, 운영상의 융통성이 낮고 효율이 높지 않은 문제점이 있었다.
그에 따라 환경친화적이며 무제한인 태양광을 이용하여 실내를 조명하는 방법에 대한 연구가 지속적으로 이루어질 필요가 있다.
이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 태양광을 집속하여 광에너지 밀도를 높이고, 이를 조명 및 채광이 필요한 장소까지 전송 및 확산하여 태양광을 유효하게 사용할 수 있도록 한 태양광 조명장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 집속된 태양광을 전송 및 확산하여 사용하기 위한 조명장치로서, 태양광을 집속하기 위한 집광수단과; 상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 전달받아 조명을 실시하는 조명수단과; 상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 상기 조명수단까지 전송하는 전송수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치가 제공된다.
상기 조명장치는, 상기 집광수단이 태양을 추종할 수 있도록 상기 집광수단의 방향을 조절하기 위한 위치추적 수단을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 집광수단은, 집광을 위한 복수의 렌즈들이 배열된 판 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 렌즈들은 바둑판 또는 하니콤 형태를 가지도록 배열되며, 상기 렌즈는 원형 볼록 렌즈, 육각형 하니콤 렌즈 및 사각 볼록 렌즈 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 전송수단은 광섬유 및 유리관 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 집광수단에는 상기 광섬유가 연결되며, 상기 집광수단의 움직임을 간섭하지 않도록 상기 광섬유와 상기 유리관 사이에는 회전 탭이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 조명수단은, 주 반사기와 부 반사기를 조합한 구조를 갖는 카세그레인형(cassegrain type) 또는 그레고리안형(gregorian type) 조명장치인 것이 바람직하다.
상기 조명수단은, 상기 전송수단의 말단에 부착되는 투명체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 위치추적 수단은, 태양의 위치를 감지할 수 있는 센서와, 지구의 자전 및 공전 정보와 상기 센서에 의해 감지된 태양의 위치 정보를 통해 수평 및 수직축선을 중심으로 상기 집광수단을 선회시키기 위한 각도 제어장치를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 태양광을 집속하고, 이를 조명 및 채광이 필요한 장소까지 전송 및 확산하여 태양광을 유효하게 사용할 수 있도록 한 태양광 조명장치가 제공된다.
본 발명의 집속 태양광을 이용한 조명장치에 의하면, 태양광을 효율적으로 집속하여 태양광 에너지 밀도를 높여 전송하기 때문에, 창이 없는 지하나 실내에서도 자연광에 가까운 채광 및 조명이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 집속 태양광을 이용한 조명장치에 의하면, 시공 및 운영이 간편하고 고장의 확율이 매우 낮은 신뢰성 있는 태양광 채광 및 조명이 가능하여, 건강 증진, 전기 에너지 절약을 도모할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치는, 태양광을 모으기 위한 집광수단(10)과, 이 집광수단(10)에 의해 집광된 태양광을 조명이 필요한 장소까지 전송하기 위한 태양광 전송수단(20)과, 이 태양광 전송수단(20)에 의해 전송된 태양광을 확산시켜 조명 및 채광을 실시하는 조명수단(30, 40)을 포함한다. 본 발명의 조명장치는, 집광수단(10)이 항상 태양을 추종할 수 있도록 집광수단(10)의 방향을 조절하기 위한 위치추적 수단(50)을 더 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 조명장치를 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 집광수단(10)은, 복수의 원형 볼록 렌즈(11) 들이 배열된 대략 직사각형의 판 형상을 가진다. 도 1 및 도 2에서 복수의 볼록 렌즈(11)들이 배열된 형태는 바둑판 형태를 가지는 것으로 도시되어 있지만, 하니콤 형태를 가지도록 배열될 수도 있으며, 배열되는 볼록 렌즈(11)의 개수 역시 설계시 필요에 따라 변경될 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 원형 볼록 렌즈(11)를 대신하여 육각형 하니콤 렌즈를 사용하여도 좋다. 하니콤 렌즈는 집광판 면적 전체에 조사되는 태양광을 모두 활용할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 본 발명에 따르면, 사각형 또는 원형 볼록 렌즈를 하니콤 형태로 배열할 수도 있다.
집광수단(10)에 배열된 볼록 렌즈(11)(또는 하니콤 렌즈)의 초점 강도는 집광면적이 대략 1/90 내지 1/110 정도로 되도록 집적하는 것이 바람직하다. 볼록 렌즈(11)에 의해 집속된 집속광은 고강도 에너지(high intensity energy)이므로, 집광면적이 1/90 보다 크면 집적 효율이 저하되어 바람직하지 않고, 집광면적이 1/110 보다 작으면 과대 집광에 의한 열손실이 증가되고, 재질에 따라서는 전송수단(20)의 수명을 단축시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.
태양광을 전송하는 태양광 전송수단(20)으로서는 빛을 전달할 수 있는 광섬유(21)와, 유리관(23)(또는 거울관(mirror tube), 이하 유리관이라 함은 거울관까지 포함하는 것으로 본다)이 사용될 수 있는데, 대용량의 경우에는 통상 유리관을 사용하고 소용량이나 중용량의 경우에는 광섬유를 사용한다.
도 1에 도시된 제1 실시형태에 따르면, 집광수단(10)의 각각의 볼록 렌즈(11)에 의해 집광된 집속광은, 각각의 볼록 렌즈(11)의 배면측에 연결되는 복수 의 집속광 이송관로, 즉 광섬유(21)를 통해 전달될 수 있다.
도 1에서는 광섬유(21)는 외부에 노출된 것처럼 도시되어 있지만, 이는 예시일 뿐이며, 필요에 따라 광섬유(21) 다발은 보호 파이프(55) 내에 배열될 수 있다. 이 보호 파이프(55)는 후술하는 위치추적 수단(50)의 수직방향 회전축 역할을 수행하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 복수의 볼록 렌즈(11)에 각각 연결된 광섬유(21)는 하나의 다발을 형성한 후, 계속해서 하나의 유리관(21)에 연결되어 이 유리관(21)을 통하여 조명수단(30)까지 태양광을 전송한다.
광섬유(21)는 집광수단(10)의 배면측, 즉 각각의 볼록 렌즈(11)의 배면측에 연결되며, 이 광섬유(21)의 말단에는 각각의 볼록 렌즈(11)에 의해 집광된 집속광이 조사된다. 이 광섬유(21)들로 이루어진 다발은 도중에 유리관(23)에 연결됨으로써 집속광은 유리관(23)을 통해 조명수단(30)까지 전달될 수 있다.
이때, 유리관(23)은 그 위치가 고정된 상태이고, 집광수단(10)은 태양의 위치를 따라 움직이기 때문에, 집광수단(10)에 연결되어 있는 광섬유(21)와 유리관(23) 사이에는 회전 탭(25)을 설치하여 집광수단(10)의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.
회전 탭(25)은 광섬유(21) 다발이 유리관(23)과 연결되는 위치에 설치되어, 광섬유(21) 다발의 회전으로 인해 유리관(23)의 내부가 손상되는 것을 방지하고 광섬유(21) 다발이 유리관(23)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.
또한, 도 1에는 전송수단(20)과 위치추적 수단(50)이 별개로 도시되어 있지 만, 설계시 위치추적 수단(50) 내부에 전송수단(20)이 설치되도록 할 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 광섬유(21)를 내장하고 있는 보호 파이프가 위치추적 수단(50)의 수직축으로서 활용될 수도 있다.
유리관(23)을 사용할 경우에는 에너지 밀도가 크기 때문에, 제1 실시형태에 있어서의 조명수단(30)은, 태양광을 이용한 대규모 채광 및 조명시설로서, 유리관(23), 즉 전송수단(20)의 말단에 카세그레인형(또는 그레고리안형) 조명장치(30)를 설치하여 이루어진다.
카세그레인형(cassegrain type) 조명장치는, 2개의 반사기(주 반사기(31)와 부 반사기(32))를 조합한 구조를 갖는다. 카세그레인형 조명장치는 포물면 형태의 주 반사기(31)와 쌍곡면 형태의 부 반사기(32)의 공초점(共焦點)이 허초점(虛焦點)으로 되도록 주 반사기(31)와 부 반사기(32)가 적절한 거리로 배치된다.
또한, 도 1에 도시된 카세그레인형 조명장치(30) 이외에도, 조명수단으로서는 그레고리안형(gregorian type) 조명장치(도시생략)가 사용될 수 있다. 그레고리안형 조명장치는, 카세그레인형 조명장치와 마찬가지로 2개의 반사기(주 반사기와 부 반사기)를 조합한 구조를 갖는다. 다만, 그레고리안형 조명장치는 포물면 형태의 주 반사기와 타원면 형태의 부 반사기의 공초점(共焦點)이 실초점(實焦點)으로 되도록 주 반사기와 부 반사기가 적절한 거리로 배치된다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면, 카세그레인형 또는 그레고리안형 조명장치에 의하면 태양광을 효율적으로 채광 및 조명할 수 있으며, 제1 실시형태의 태양광 조명장치에는 이들 중 하나가 사용될 수 있다.
집광수단(10)은 태양의 위치를 추적하는 위치추적 수단(50)과 함께 협력하도록 구성되어 낮 동안 태양의 위치를 추종할 수 있도록 설치된다. 위치추적 수단(50)은, 태양의 위치를 감지할 수 있는 광센서 등의 센서(51)와, 지구의 자전 및 공전 정보와 센서(51)에 의해 감지된 태양의 위치 정보를 통해 수평 및 수직축선을 중심으로 집광수단(10)을 선회시키기 위한 각도 제어장치(53)를 포함한다.
각도 제어장치(53)는 사전에 지구의 자전 및 공전 정보가 기록된 메모리를 포함하는 것이 바람직하다. 이 메모리가 포함된 경우, 각도 제어장치(53)는 메모리에 저장된 지구의 자전 및 공전 정보를 활용하여 해당 날짜 및 시간에 있어서의 태양의 위치를 계산하여 집광수단(10)을 대략적인 위치 및 각도로 선회시킨다. 그 다음, 광센서 등의 센서(51)에 의해 수집된 정보를 근거로 집광수단(10)의 위치 및 각도를 정밀하게 조절하여 볼록 렌즈(11)(또는 하니콤 렌즈)의 초점을 정확하게 맞춰준다.
이러한 각도 제어장치(53)로서는 사전에 기록된 지구의 자전 및 공전 정보와, 센서(51)의 감지 정보에 따라 집광판 유닛(10)의 각도를 조절할 수 있다면 어떠한 구성을 가지는 것이라도 사용할 수 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 태양광 조명장치를 설명한다. 제2 실시형태에 따른 태양광 조명장치는, 전송수단과 조명수단에 있어서만 제1 실시형태에 따른 태양광 조명장치와 상이하므로, 상술한 제1 실시형태에서와 동일한 집광수단 및 위치추적 수단에 대한 설명은 생략한다.
도 2에 도시된 바와 같이 제2 실시형태에 따르면, 태양광을 전송하는 전송수단(20)으로서 빛을 전달할 수 있는 광섬유(21)를 사용한다. 제2 실시형태에 있어서 복수의 볼록 렌즈(11)에 연결되어 있는 각각의 광섬유(21)의 말단에는 별도의 조명수단(50)이 설치된다.
제2 실시형태에서의 조명수단(40)은 집속된 태양광을 이용한 소규모 조명시설로서, 각각의 광섬유(21)의 말단에 투명체(41)와 반사용 갓(42)을 부착시켜 이루어진다. 투명체(41)의 형상은 예컨대 구, 원뿔, 다각뿔 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
또한, 제2 실시형태에서의 조명수단으로서는, 형광등과 같이 긴 원통 형상을 가지고 있는 파이프 조명기(45)와 같이 시판되고 있는 조명기를 활용하여도 좋다. 파이프 조명기(45) 이외에 공지되어 있는 어떠한 조명기라도 본 발명의 조명수단으로 활용 가능하므로, 파이프 조명기(45)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시형태에 따르면, 집속수단(10)에 의해 집속된 후 전송된 집속 태양광은 조명수단(40)의 투명체(41)에 의해 전반사 또는 산란되어 주변을 조명 및 채광할 수 있다.
도 2에는 집광수단(10)과 조명수단(40) 사이를 연결하기 위해서 광섬유(21)만이 사용되는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명에 따르면 집광수단(10)과 조명수단(40)을 연결하기 위해서 광섬유(21) 및 유리관(23)을 모두 사용하여도 좋다. 즉, 집광수단(10)에서 집속된 태양광은 광섬유(21), 유리관(23) 및 또 다른 광섬유(21)를 순차적으로 통과하여 조명수단(40)에 전달될 수 있다. 이와 같이 구성하 면, 집광수단(10)에 배열된 볼록 렌즈(11)의 개수와 조명수단(40)의 개수가 상이한 경우에도 집속된 태양광을 모두 활용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시형태에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면, 그리고
도 2는 본 발명의 바람직한 제2 실시형태에 따른 집속 태양광을 이용한 조명장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 집광수단 11 : 렌즈
20 : 전송수단 21 : 광섬유
23 : 유리관(또는 거울관) 25 : 회전 탭
30, 40 : 조명수단 31 : 주 반사기
32 : 부 반사기 41 : 투명체
42 : 갓 50 : 위치추적 수단
51 : 센서 53 : 각도 제어장치
55 : 회전축으로서의 보호 파이프

Claims (9)

  1. 집속된 태양광을 전송 및 확산하여 사용하기 위한 조명장치로서,
    태양광을 집속하기 위한 집광수단과;
    상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 전달받아 조명을 실시하는 조명수단과;
    상기 집광수단에 의해 집속된 태양광을 상기 조명수단까지 전송하는 전송수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광수단이 태양을 추종할 수 있도록 상기 집광수단의 방향을 조절하기 위한 위치추적 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 집광수단은, 집광을 위한 복수의 렌즈들이 배열된 판 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 렌즈들은 바둑판 또는 하니콤 형태를 가지도록 배열되며,
    상기 렌즈는 원형 볼록 렌즈, 육각형 하니콤 렌즈 및 사각 볼록 렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전송수단은 광섬유 및 유리관 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 집광수단에는 상기 광섬유가 연결되며, 상기 집광수단의 움직임을 간섭하지 않도록 상기 광섬유와 상기 유리관 사이에는 회전 탭이 설치되는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명수단은, 주 반사기와 부 반사기를 조합한 구조를 갖는 카세그레인형(cassegrain type) 또는 그레고리안형(gregorian type) 조명장치인 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 조명수단은, 상기 전송수단의 말단에 부착되는 투명체를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치추적 수단은, 태양의 위치를 감지할 수 있는 센서와, 지구의 자전 및 공전 정보와 상기 센서에 의해 감지된 태양의 위치 정보를 통해 수평 및 수직축선을 중심으로 상기 집광수단을 선회시키기 위한 각도 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 태양광을 이용한 조명장치.
KR1020090015386A 2009-02-24 2009-02-24 집속 태양광을 이용한 조명장치 KR20100096486A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101497459B1 (ko) * 2013-07-19 2015-03-03 삼성중공업 주식회사 광 조명 시스템

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