KR20110125494A

KR20110125494A - 태양광 집광기

Info

Publication number: KR20110125494A
Application number: KR1020100045057A
Authority: KR
Inventors: 김현진
Original assignee: 김현진
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-11-21

Abstract

본 발명은 태양광과 엘이디광에 의해 발생되는 일정한 빛에너지를 이용한 하이브리드 솔라시스템에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 입사되는 태양광을 광섬유로 집광시키며 광섬유가 고정되는 페룰을 보호하는 페룰보호윈도우가 구비된 집광부와, 이 집광부와 광섬유로 연결되며 엘이디와 이 엘이디에서 발생되는 엘이디광과 집광부에서 전달되는 태양광을 집광시키는 엘이디집광커플러가 구비된 엘이디모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엘이디와 태양광을 이용한 하이브리드 솔라시스템이 제공된다.

Description

태양광 집광기{SUNLIGHT COLLECTOR}

본 발명은 태양광 집광기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구성으로 이루어져 태양광을 효율적으로 집광할 수 있는 태양광 집광기에 관한 것이다.

태양광을 이용한 시스템은 막대한 에너지를 발산하는 태양광을 이용한 시스템으로서, 화석연료의 사용을 억제하여 지구온난화를 방지하고 에너지 절약에 절대적인 기여를 할 수 있는 응용 기술에 해당한다.

최근에는 태양광을 이용한 시스템 중 채광시스템과 이를 활용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 태양광 채광시스템의 방식에는 여러 가지가 있으며, 그 중에서 렌즈 및 광섬유를 이용한 방식이 많이 사용되고 있다. 렌즈 및 광섬유를 이용한 태양광 전송방식은 태양광을 렌즈로 집광한 후, 광섬유를 통하여 농축한 태양광을 전송하고, 이렇게 전달된 태양광을 조명 등으로 사용하는 형태로 이루어져 있다.

채광시스템에 사용되는 채광장치는 가장 효율적으로 태양광을 모을 수 있도록 광센서 등에 의해 제어되며, 태양의 움직임을 자동 추적할 수 있도록 이루어져 있다. 렌즈에 의하여 집광 된 태양광은 광섬유를 통하여 먼 곳까지 전달되어 사용될 수 있다.

전술한 채광시스템에 관련된 선행기술이 한국등록특허공보 제10-0935921호(2009.12.30) "태양광을 집광하는 집광기"에 개시되어 있다. 상기 선행기술은 접시형 집광기나 포물면형 집광기를 활용하여 태양광을 집광하는 집광기에 있어서, 넓은 원형체를 이루면서 오목한 형태의 포물면주반사경과, 상기 포물면주반사경에 태양광이 수직으로 입사되면서 소정의 각도로 중앙 측으로 반사되어 포물면주반사경의 중심측에서 마주보면서 입사된 태양광을 초점으로 모은 후 다시 포물선주반사경 중심측으로 재반사 시켜 고밀도의 태양광을 만드는 포물면부반사경과, 상기 포물면부반사경의 일직선상으로 중심축에 위치하면서 포물면주반사경에 근첩한 위치에서 포물면부반사경으로 부터 재반사된 태양광을 포물면주반사경의 일측에 통공된 분출구 측으로 전송하는 제1반사경과, 상기 분출구로 유입된 태양광을 다수개로 절곡을 이루면서 연이어지는 것으로 직각을 이루는 수평축과 수직축이 만나는 모서리측 마다 다수개의 반사경이 위치하여 태양광을 외부로 전송시키는 송광관과, 상기 태양광을 따라 집광하기 위해 집광기를 상하, 좌우 회전하도록 내부에 방향을 제어하는 센서 컨트롤러를 구비하여 집광기에는 태양을 추적하여 태양의 이동궤도를 따라 회동시키는 회전부를 포함하되, 상기 집광기에 구성되는 제1,2,3,4,5관을 통해 태양광을 전송하는 송광관에 의해 이동하여 직진성을 유지하는 고밀도 평행광으로 전송되는 태양광을 원거리로 유도할 때 송광관에 유연성과 변위의 흡수성을 부여하도록 직선성을 유지시키는 태양광의 반사광노를 두 번의 반사각을 주면서 45°이내의 각도로 제한하는 것을 특징으로 한다.

상기 선행기술은 태양광과 태양열의 공존상태로 초고밀도로 집광이 가능하고 집광된 초고밀도 광을 고집적화하여 원거리로 비상광학적(非像光學的) 방법과 상광학적(像光學的) 방법으로 자유로이 송광 할 수 있어 다양한 에너지원으로 활용할 수 있는 이점이 있다. 다만, 포물면주반사경에서 반사시킨 태양광을 포물면부반사경에서 재 반사시켜 집광하므로 포물면주반사경의 바닥까지 도달하는 태양광의 거리가 길어지고 이로 인해 태양광의 전송 효율이 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 간단한 구성으로 이루어져 효율적으로 태양광을 집광할 수 있는 태양광 집광기와 관련된다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는 태양광을 집광하는 태양광 집광기에 있어서, 집광본체와, 이 집광본체의 일측에 설치되어 태양광을 집광하는 집광렌즈와, 집광본체의 타측에 설치되며 집광렌즈에서 집광 된 태양광이 집광본체에 연결된 광섬유에 집중되도록 하는 포커싱렌즈유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광기를 제공한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 간단한 구성으로 이루어져 효율적으로 태양광을 집광할 수 있는 태양광 집광기를 제공할 수 있다.

둘째, 포커싱렌즈유닛에 설치되는 페룰보호윈도우에 의해서 페룰로 집중되는 태양광으로부터 페룰을 보호할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광기를 도시한 정단면도,
도 2 는 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 집광렌즈를 도시한 정면도,
도 3 은 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 포커싱렌즈유닛의 정단면도,
도 4 는 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 페룰보호윈도우를 도시한 정단면도,
도 5 는 도 1에 도시된 태양광 집광기의 사용 상태도이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 집광기를 도시한 정단면도이고, 도 2 는 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 집광렌즈를 도시한 정면도이고, 도 3 은 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 포커싱렌즈유닛의 정단면도이고, 도 4 는 도 1에 도시된 태양광 집광기에 채용된 페룰보호윈도우를 도시한 정단면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 집광기(1)는 집광본체(10), 집광렌즈(20), 강화유리(30), 포커싱렌즈유닛(40)을 포함한다.

집광본체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 바람직하게는 역삼각형 단면 형상이며, 이 집광본체(10)의 하측에는 도 1에 도시된 바와 같이 후술할 포커싱렌즈유닛(40)이 고정되는 포커싱렌즈유닛수용홈(10a)이 형성된다.

집광렌즈(20)는 입광되는 태양광을 집광본체(10)의 포커싱렌즈유닛수용홈(10a)에 집광시키는 것으로서 집광본체(10)의 상측에 바람직하게는 끼워 맞춤 또는 본딩 결합된다. 상기 집광렌즈(20)는 바람직하게는 프레넬렌즈(Fresnel lens)를 사용한다. 상기 프레넬렌즈는 집광렌즈(20) 중 하나로 두께를 줄이기 위하여 몇 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 수차를 작게 한 것으로, 종래의 공지된 프레넬렌즈로 대체될 수 있다.

강화유리(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 집광본체(10)의 상측에 설치되며 하면이 프레넬렌즈의 상면에 밀착 접촉되도록 설치하는 것이 바람직하다. 상기 강화유리(30)는 태양광의 투과율을 높이기 위해 저철분강화유리를 사용하는 것이 바람직하다.

포커싱렌즈유닛(40)은 프레넬렌즈를 통해 집광 된 태양광이 피사용매체에 연결되는 광섬유(100)에 집중될 수 있도록 하는 것으로서, 도 1 및 3에 도시된 바와 같이 집광본체(10)의 포커싱렌즈유닛수용홈(10a)에 바람직하게는 나사 또는 끼워 맞춤 결합 되며 상측에 포커싱렌즈지지턱(41a)이 형성되고 하측에 페룰수용홈(41b)이 형성된 포커싱렌즈유닛몸체(41)와, 상기 포커싱렌즈유닛몸체(41)의 포커싱렌즈지지턱(41a)에 바람직하게는 끼워 맞춤 결합되며 수광 된 태양광이 광섬유(100)에 집중되도록 하는 포커싱렌즈(42)와, 상기 포커싱렌즈유닛몸체(41)의 페룰수용홈(41b)에 바람직하게는 나사 또는 끼워 맞춤 결합되는 페룰(43)과, 상기 페룰(43)의 상측에 위치되도록 페룰수용홈(41b)에 바람직하게는 끼워 맞춤 결합되며 수광되는 태양광으로부터 페룰(43)을 보호하는 페룰보호윈도우(44)로 구성된다.

상기 페룰보호윈도우(44)는 포커싱렌즈유닛몸체(41)의 페룰수용홈(41b)과 상응하는 크기를 갖는 윈도우몸체(44a)와, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 윈도우몸체(44a)의 상측에 형성되는 광코팅층(44b)과, 상기 윈도우몸체(44a)의 하측에 형성되며 광코팅층(44b)을 통해서 유입되는 태양광을 반사시켜 태양광에 의해서 페룰(43)이 손상되는 것을 방지하는 미러코팅층(44c)으로 구성된다.

도 5 는 도 1에 도시된 태양광 집광기의 사용 상태도이다. 이하에서 도 5를 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 집광기(1)의 사용 상태를 설명한다.

태양광은 도 5에 도시된 바와 같이 강화유리(30)를 통하여 유입되며, 유입된 태양광은 집광렌즈(20)에 의해서 포커싱렌즈유닛(40)에 집광된다. 포커싱렌즈유닛(40)에 집광 된 태양광은 포커싱렌즈(42)에 의해 집중되어 광섬유(100)로 전달된다. 태양광이 광섬유(100)로 전달되는 과정에서 고 집광된 태양광에 의해서 페룰(43)이 손상될 수 있지만, 전술한 바와 같이 페룰보호윈도우(44)의 미러코팅층(44c)에 의해서 페룰(43)로 입광되는 태양광이 반사되므로 페룰(43)의 손상을 방지할 수 있다. 광섬유(100)로 유입된 태양광은 광섬유(100)를 통하여 사용 매체로 전달된다.

본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 요지를 벗어나지 않고도 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변경 실시될 수 있으므로, 본 발명의 기술보호범위는 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 않는다.

1 : 태양광 집광기 10 : 집광본체
10a : 포커싱렌즈유닛수용홈 20 : 집광렌즈
30 : 강화유리 40 : 포커싱렌즈유닛
41 : 포커싱렌즈유닛몸체 41a : 포커싱렌즈지지턱
41b : 페룰수용홈 42 : 포커싱렌즈
43 : 페룰 44 : 페룰보호윈도우
44a : 윈도우몸체 44b : 광코팅층
44c : 미러코팅층 100 : 광섬유

Claims

태양광을 집광하는 태양광 집광기에 있어서,
집광본체;
상기 집광본체의 일측에 설치되어 태양광을 집광하는 집광렌즈; 및
상기 집광본체의 타측에 설치되며 상기 집광렌즈에서 집광 된 태양광이 집광본체에 연결된 광섬유에 집중되도록 하는 포커싱렌즈유닛을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 집광기.
제 1 항에 있어서,
상기 집광본체의 상측에는 상기 집광렌즈와 밀착되도록 강화유리가 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 집광기.
제 2 항에 있어서,
상기 포커싱렌즈유닛에는 집광 된 태양광에 의해 광섬유가 고정되는 페룰이 손상되는 것을 방지하는 페룰보호윈도우가 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 집광기.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포커싱렌즈유닛은 상기 집광본체의 하측에 설치되며 상측에 포커싱렌즈지지턱이 형성되고 하측에 페룰수용홈이 형성된 포커싱렌즈유닛몸체와, 상기 포커싱렌즈유닛몸체의 포커싱렌즈지지턱에 고정되며 상기 집광렌즈를 통해서 집광 된 태양광이 상기 집광본체의 하측에 결합 된 광섬유에 집중되도록 하는 포커싱렌즈와, 상기 페룰수용홈에 고정되는 페룰과, 상기 페룰의 상측에 위치되도록 페룰수용홈에 고정되며 집광 된 태양광에 의해 상기 페룰이 손상되는 것을 방지하는 페룰보호윈도우로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광기.
제 4 항에 있어서,
상기 페룰보호윈도우는 상기 페룰수용홈에 고정되는 윈도우몸체와, 상기 윈도우몸체의 상측에 형성되는 광코팅층과, 상기 윈도우몸체의 하측에 형성되어 상기 페룰로 입광되는 태양광이 반사되도록 하는 미러코팅층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광기.