KR20130012989A - 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치 - Google Patents

태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치에 관한 것이다.
이에 본 발명의 기술적 요지는 태양을 상시 추적하여 집광기에 의해 수집된 태양광을 광화이버 케이블로 구성된 전송망을 통해 실내 조명단말기로 전송하되, 상기 전송되는 태양광은 집광기가 병렬식의 다수일 경우 하나의 광집적 인터페이스로 모집하여 광원의 고밀도를 조장하는 한편, 상기 고밀도로 집광된 광원은 실내 조명단말기로 분배됨에 있어서, 소용량 광원 분배가 이루어지도록 전송망 상에 별도의 광분배 인터페이스를 부설하고, 특히 일조량이 충분치 못하여 광원의 수집이 용이하지 못할 경우에는 상기 광집적 인터페이스 외측에 병렬로 회로를 갖는 인공식 보조 조명원을 마련하여 실내 조명단말기로의 광원량이 상시 일정하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치{A Hybrid Solar Lighting Device using Solar Tracking Dish Concentrators and Auxiliary Lighting Sources}
본 발명은 태양을 상시 추적하여 집광기에 의해 수집된 태양광을 광화이버 케이블로 구성된 전송망을 통해 실내 조명단말기로 전송하되, 상기 전송되는 태양광은 집광기가 병렬식의 다수일 경우 하나의 광집적 인터페이스로 모집하여 광원의 고밀도를 조장하는 한편, 상기 고밀도로 집광된 광원은 실내 조명단말기로 분배됨에 있어서, 소용량 광원 분배가 이루어지도록 전송망 상에 별도의 광분배 인터페이스를 부설하고, 특히 일조량이 충분치 못하여 광원의 수집이 용이하지 못할 경우에는 상기 광집적 인터페이스 외측에 병렬로 회로를 갖는 인공식 보조 조명원을 마련하여 실내 조명단말기로의 광원량이 상시 일정하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로 지구의 한정된 자원은 인간이 다양한 에너지 자원을 생산하는 데 끊임없는 도전을 시도하게 하는 원동력이 되고 있다.
특히, 심화되고 있는 지구 온난화 현상은 무한한 동시에 청정한 에너지 자원인 태양에너지의 효율적 이용에 대한 갈망을 더욱 불러일으키고 있다.
한편, 태양에너지를 이용한 건물의 냉난방이나 조명 그리고 이를 발전용으로 적용하는 연구는 지난 반세기 동안 지속적으로 이루어져 이미 상당한 실용화를 이루었으며, 이를 더욱 효율적으로 이용하고자 다양한 형태의 태양에너지 변환시스템이 연구 개발되고 있는 실정이다.
이에, 종래에는 태양광을 수광하여 조명 장치로 이용하는 태양광 조명 장치는 기본적으로, 태양광을 수광하는 채광부와, 수광된 태양광을 전송하는 광 전송부, 그리고 전송된 태양광을 필요한 공간으로 발산시키는 산광부로 이루어진다.
이때, 태양광의 조도는 계절, 시각, 기상 상태에 따라 변동되기 때문에 태양광을 효율적으로 수광, 전송, 발산하기 위해 다양한 기술들이 접목된 태양광 조명 장치가 제안되고 있다.
현재 제안되고 있는 태양광 조명 장치를 분류하면, 채광부만을 이용하여 조명 장치로 이용하는 방식과, 채광부 및 광 전송부가 필수적으로 구비되는 방식으로 나눌 수 있다.
전자는 채광부를 거울(또는 렌즈-거울 조합)로 구성하여 태양광을 조명이 필요한 일정 방향으로 반사시키는 방식으로서, 장치가 간단한 장점이 있으나 거울의 단순 반사를 이용한다는 점에서 광 조명 범위 또는 광 전달 거리가 제한되어 현실적인 사용 범위가 넓지 못한 단점이 있다.
이에 비해, 후자는 채광부에 의해 수광된 태양광을 조명 부분인 산광부로 전달함에 있어 광 전송부를 중간 매개체로 이용하는 방식으로서, 별개의 광 전송부가 부가된다는 점에서 장치 구성이 다소 복잡해지는 단점이 있으나 광 전송부를 적절하게 구성하기만 하면 조명이 필요한 산광부의 위치에 관계없이 설치 가능한 장점이 있어 대부분의 현재 태양광 조명 장치는 이러한 후자의 방식 중의 어느 하나를 채택하여 사용하고 있다.
이와 같이, 종래의 태양에너지 변환시스템은 조명장치로 활용시 집광 효율이 낮아 실질적인 상용화가 곤란하였으며, 특히 기존에는 태양에너지를 변환하여 실내 조명기구로 전송하기까지의 기술적 구현이 상당히 어려운 문제가 야기되고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 그 기술적 요지는 태양을 상시 추적하여 집광기에 의해 수집된 태양광을 광화이버 케이블로 구성된 전송망을 통해 실내 조명단말기로 전송하되, 상기 전송되는 태양광은 집광기가 병렬식의 다수일 경우 하나의 광집적 인터페이스로 모집하여 광원의 고밀도를 조장하는 한편, 상기 고밀도로 집광된 광원은 실내 조명단말기로 분배됨에 있어서, 소용량 광원 분배가 이루어지도록 전송망 상에 별도의 광분배 인터페이스를 부설하고, 특히 일조량이 충분치 못하여 광원의 수집이 용이하지 못할 경우에는 상기 광집적 인터페이스 외측에 병렬로 회로를 갖는 인공식 보조 조명원을 마련하여 실내 조명단말기로의 광원량이 상시 일정하게 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치를 제공할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 상부가 개구된 접시형 반사경(110)이 형성되고, 상기 반사경의 상부측 초점에 형성되되 하부를 향해 구배면(121)을 갖는 볼록거울(120)이 형성되며, 상기 볼록거울의 구배면 측과 대응되어 마주보도록 상광하협의 깔대기 형상이 석영 또는 유리섬유 재질인 수광부(130)가 형성되는 집광기(100)와; 상기 수광부로부터 수집된 태양광을 손실 없이 목적처로 전송하도록 형성되는 광케이블(200)과; 상기 광케이블과 연결되는 실내 조명단말기(300)가; 구성되어 이루어진다.
이때, 상기 혼합형 태양조명 장치는 다수개의 집광기(S1,S2,S3 ... Sx)가 각각 개별 광케이블(C1,C2,C3 ... Cx)에 의해 연결되되, 병렬로 연결된 다수개의 광케이블은 깔대기형 유리 반사경인 광집적 인터페이스(400)의 일측에 집광되어 타측 전송망(800)으로 전송될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합형 태양조명 장치는 광집적 인터페이스(400)와 병렬로 연결되어 보조 광원을 제공할 수 있도록 일조량에 따라 광집적 인터페이스 내의 조도를 센싱하는 센서(610)가 형성되고, 상기 센서로부터 센싱된 조도를 검출하는 제어부(620)가 형성되며, 상기 제어부의 조도 검출에 따라 보조 광원을 위해 발광을 도모하도록 하는 보조 조명(630)이 회로로 연결되어 보조 조명원(600)을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 혼합형 태양조명 장치는 집광기(100:S1,S2,S3 ... Sx)로부터 이웃한 측에 대용량 광집적 인터페이스를 설치하되, 상기 대용량 광집적 인터페이스로부터 전송되는 태양광은 전송망을 거쳐 소용량으로 가정용 실내 조명단말기(300)로 분배되도록 다수개의 깔대기형 유리 반사경인 광분배 인터페이스(700)가 구성되어 이루어진 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 태양을 상시 추적하여 집광기에 의해 수집된 태양광을 광화이버 케이블로 구성된 전송망을 통해 실내 조명단말기로 전송하되, 상기 전송되는 태양광은 집광기가 병렬식의 다수일 경우 하나의 광집적 인터페이스로 모집하여 광원의 고밀도를 조장하는 한편, 상기 고밀도로 집광된 광원은 실내 조명단말기로 분배됨에 있어서, 소용량 광원 분배가 이루어지도록 전송망 상에 별도의 광분배 인터페이스를 부설하고, 특히 일조량이 충분치 못하여 광원의 수집이 용이하지 못할 경우에는 상기 광집적 인터페이스 외측에 병렬로 회로를 갖는 인공식 보조 조명원을 마련하여 실내 조명단말기로의 광원량이 상시 일정하게 공급되도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양조명 장치의 개략적 실시 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 광집적 인터페이스와 보조 조명원을 나타낸 실시 예시도,
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양조명 장치와 실내 조명단말기와의 연결 상태를 나타낸 실시 예시도이다.
다음은 첨부된 도면을 참조하며 본 발명을 보다 자세히 설명하겠다.
먼저 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 태양 추적식 집광기와 광원 수송용 광케이블 및 상기 집광기를 통해 집광된 광원이 광케이블을 거쳐 실내 공간에서 발광하도록 하는 실내 조명단말기로 크게 구성되는 것으로, 태양을 상시적으로 추적하는 집광기(소형크기: 직경이 100cm 이하)에 의해 모아진 태양광을 광화이버 케이블로 구성된 전송망을 통해 실내로 전송하되, 전송되는 태양광의 양이 충분치 못할 경우에는 전송망에 병렬로 연결된 보조 조명원에서 생성된 빛을 추가하여 일정량의 빛이 항상 실내 조명 단말 장치에 공급되도록 형성된다.
이때, 상기 집광기(100)는 상부가 개구된 접시형 반사경(110)이 형성되고, 상기 반사경의 상부측 초점에 형성되되 하부를 향해 구배면(121)을 갖는 볼록거울(120)이 형성되며, 상기 볼록거울의 구배면 측과 대응되어 마주보도록 상광하협의 깔대기 형상이 석영 또는 유리섬유 재질인 수광부(130)가 형성되어 이루어진다.
이때, 상기 광케이블(200)은 상기 수광부로부터 수집된 태양광을 손실 없이 목적처로 전송하도록 형성되어 이루어진다.
이에, 상기 실내 조명단말기(300)는 상기 광케이블과 연결되어 실내 거주 공간에 대하여 발광을 도모하도록 형성된다.
이때, 상기 혼합형 태양조명 장치는 다수개의 집광기(S1,S2,S3 ... Sx)가 각각 개별 광케이블(C1,C2,C3 ... Cx)에 의해 연결되되, 병렬로 연결된 다수개의 광케이블은 깔대기형 유리 반사경인 광집적 인터페이스(400)의 일측에 집광되어 타측 전송망(800)으로 전송될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합형 태양조명 장치는 광집적 인터페이스(400)와 병렬로 연결되어 보조 광원을 제공할 수 있도록 일조량에 따라 광집적 인터페이스 내의 조도를 센싱하는 센서(610)가 형성되고, 상기 센서로부터 센싱된 조도를 검출하는 제어부(620)가 형성되며, 상기 제어부의 조도 검출에 따라 보조 광원을 위해 발광을 도모하도록 하는 보조 조명(630)이 회로로 연결되어 보조 조명원(600)을 이루도록 하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 혼합형 태양조명 장치는 집광기(100:S1,S2,S3 ... Sx)로부터 이웃한 측에 대용량 광집적 인터페이스를 설치하되, 상기 대용량 광집적 인터페이스로부터 전송되는 태양광은 전송망을 거쳐 소용량으로 가정용 실내 조명단말기(300)로 분배되도록 다수개의 깔대기형 유리 반사경인 광분배 인터페이스(700)가 구성되어 이루어진 것이 바람직하다.
이를 보다 자세히 설명하면, 본 발명의 집광기는 도 1에서 보는 바와 같이, 접시형 반사경(직경 100cm 이하)을 근간으로 제작된 것으로서, 상부 초점에는 3차원 볼록 거울을 설치하여, 반사경에 의해 1차로 모아진 태양광이 큰 손실 없이 반사경의 중심부에 장착된 광화이버 케이블의 수광부를 향하도록 형성된다.
이때, 상기 수광부는 인터페이스 손실을 최소화하기 위해 광화이버와 동일 재질의 재료(쿼츠 혹은 유리 섬유)를 내부 전반사가 극대화될 수 있는 형상으로 용착시켜 제작한다.
이때, 각 집광기마다 장착된 광화이버 케이블은 여러 개가 한꺼번에 하나의 광집적 인터페이스에 의해 모아질 수 있으며 도 2에서와 같이, 집광기의 수가 많을 경우에는 여러 개의 광집적 인터페이스를 사용하여 1차로 모으고, 이를 다시 하나의 광집적 인터페이스로 최종적으로 모으는 형태로 태양광 수집 전송망을 구성할 수 있다.
한편, 일조 조건 등이 불량해 최종적으로 광집적 인터페이스에 모아진 태양광의 양이 적을 경우에는 전송망과 병렬로 접속된 보조 조명원으로부터 발생된 빛을 자동적으로 추가하여 항상 일정량의 빛이 최종적으로 광집적 인터페이스를 통과하도록 하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 광집적 인터페이스를 통과한 빛은 도 3에 도시된 바와 같이, 광분배 전송망을 통해 하나의 (대용량) 광분배 인터페이스로 접속되는데, 여기서는 최종적으로 빛을 다시 분배하여야 하는 실내 조명단말부의 숫자에 따라 다시 여러 개의 (소용량) 광분배 인터페이스를 거쳐 최종적으로 목표 지점에 빛을 공급할 수 있도록 형성된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
100 ... 집광기 110 ... 반사경
120 ... 볼록거울 130 ... 수광부
200 ... 광케이블 300 ... 실내 조명단말기
400 ... 광집적 인터페이스 500 ... 전송망
600 ... 보조 조명원 610 ... 센서
620 ... 제어부 630 ... 보조 조명
700 ... 광분배 인터페이스

Claims (4)

  1. 상부가 개구된 접시형 반사경(110)이 형성되고, 상기 반사경의 상부측 초점에 형성되되 하부를 향해 구배면(121)을 갖는 볼록거울(120)이 형성되며, 상기 볼록거울의 구배면 측과 대응되어 마주보도록 상광하협의 깔대기 형상이 석영 또는 유리섬유 재질인 수광부(130)가 형성되는 집광기(100)와;
    상기 수광부로부터 수집된 태양광을 손실 없이 목적처로 전송하도록 형성되는 광케이블(200)과;
    상기 광케이블과 연결되는 실내 조명단말기(300)가;
    구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 혼합형 태양조명 장치는
    다수개의 집광기(S1,S2,S3 ... Sx)가 각각 개별 광케이블(C1,C2,C3 ... Cx)에 의해 연결되되, 병렬로 연결된 다수개의 광케이블은 깔대기형 유리 반사경인 광집적 인터페이스(400)의 일측에 집광되어 타측 전송망(800)으로 전송될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 혼합형 태양조명 장치는
    광집적 인터페이스(400)와 병렬로 연결되어 보조 광원을 제공할 수 있도록 일조량에 따라 광집적 인터페이스 내의 조도를 센싱하는 센서(610)가 형성되고, 상기 센서로부터 센싱된 조도를 검출하는 제어부(620)가 형성되며, 상기 제어부의 조도 검출에 따라 보조 광원을 위해 발광을 도모하도록 하는 보조 조명(630)이 회로로 연결되어 보조 조명원(600)을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 혼합형 태양조명 장치는
    집광기(100:S1,S2,S3 ... Sx)로부터 이웃한 측에 대용량 광집적 인터페이스를 설치하되, 상기 대용량 광집적 인터페이스로부터 전송되는 태양광은 전송망을 거쳐 소용량으로 가정용 실내 조명단말기(300)로 분배되도록 다수개의 깔대기형 유리 반사경인 광분배 인터페이스(700)가 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 추적식 집광기와 보조 조명원을 이용한 혼합형 태양조명 장치.
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