KR20130085132A - 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 관한 것으로, 태양전지 및, 상기 태양전지를 중심으로 복수 개의 집광렌즈 유닛이 원대칭성을 갖도록 배치된 집광렌즈 모듈을 포함하며, 상기 집광렌즈 유닛은, 상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부가 상기 태양전지에 대향된 모서리 면을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈와, 상기 프레넬 렌즈의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지가 대향되게 배치된 광 가이드 판을 포함한다.
따라서, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킴으로써, 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.
따라서, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킴으로써, 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.
Description
본 발명은 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈(Fresnel Lens - Light Pipe Combined Lens) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킴으로써, 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전설비는 태양전지(solar cell)를 이용하여 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 이때, 상기 태양전지는 PN접합 반도체로 구성되어 태양광의 조사시 자유전자를 발생시켜 전기를 유도하는 기능을 수행한다.
집광형 태양광 발전설비에는 태양광을 집중하여 태양전지의 표면에 조사하는 집광장치가 사용된다. 이 집광장치의 광집적도는 발전설비의 에너지효율과 직결되며, 태양전지의 전방에 설치되는 집광용 집광 렌즈의 면적에 비례한다.
태양광 집광용 광학장치는, 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 선형 집중 트러프 타입(linear-focus trough type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(point-focus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type)의 장치로 구분이 되고, 그 밖에 RXI, TIR 타입(type) 등이 있다.
그러나, 종래의 태양광 집광용 광학장치는, 렌즈 혹은 반사경으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 태양전지를 위치하는 방식을 취하고 있어서, 렌즈와 태양전지 사이에 일정한 거리를 확보해줘야 하는 문제점이 있다. 또한, 태양광 발전설비의 발전량 증가를 위해서는 태양전지와 집광 렌즈 구조의 대형화가 불가피하다. 그러나, 통상의 집광 렌즈는 대형으로 제조함에 있어서, 비용이나 구조적인 면에서 많은 제약이 발생됨으로써, 집광장치의 설계시 대형화를 통한 에너지효율의 향상을 기대하기가 매우 곤란한 문제점이 있다.
또한, 기존의 프레넬 렌즈를 이용하여 태양광 발전용 집광장치를 구성하는 경우에는 렌즈로부터 일정거리를 두고 태양전지를 배치하는 문제로 인하여 제작 비용이 가중되는 단점이 있다. 그리고, 광가이드 렌즈를 이용하여 태양광 발전용 집광장치를 구성하는 경우에는 상기 프레넬 렌즈를 이용할 때 발생하는 단점을 보완할 수 있으나, 집광장치가 태양광을 0.1도 이내로 지향해야 하기 때문에 부대 비용이 증가하는 단점이 있다.
한편, 유기물의 산란 특성을 이용하여 측면으로 빛을 집광하는 유기물 태양광 집광 렌즈가 소개되기도 하였다(High-Efficiency Organic Solar Concentrators for Photovoltaics, Michael et al., 2008, Science,Vol. 321, pp. 226-228). 그러나, 유기물 태양광 집광 렌즈의 경우, 측면으로 빛을 집광시키기 위하여, 고가의유기 물질을 사용해야만 하는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 프레넬 렌즈 및 광 가이드 판을 이용한 복합형 집광렌즈를 이용하여 집광형 태양광 발전 시스템의 지향오차 허용범위를 완화시킴으로써, 집광형 태양광 발전 시스템의 설치 가격을 획기적으로 낮출 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면에 의해 광 가이드 판으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리, 렌즈의 측면 모서리에 설치된 태양전지로 입사 태양광이 집광되도록 구성함으로써, 기존에 비해 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 프레넬 렌즈와 광 가이드 판으로 구성된 집광렌즈 유닛(unit)이 상기 태양전지를 중심으로 원대칭성을 갖도록 구성하여 렌즈의 가공성 및 공간 사용의 효율성을 높일 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 프레넬 렌즈의 상면에 구형 또는 비구면 형태의 단위 집광 렌즈부를 형성하고 하면에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경을 형성하여, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈의 하부에 설치된 광 가이드 판 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 태양전지로 집광되도록 한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 삼각, 사각, 마름모 형태를 갖는 집광렌즈 유닛(unit)을 태양전지를 중심으로 어레이하여 사각, 마름모, 육각, 팔각 등의 다각 형태의 집광렌즈 모듈로 구성하고, 중앙에 배치된 태양전지로 입사 태양광이 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 대형의 태양광 집광장치를 설계시, 그 장치의 부피를 줄여 설치 공간을 확보하여, 설치비용을 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치를 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 청구항 1에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 태양전지 및, 상기 태양전지를 중심으로 복수 개의 집광렌즈 유닛이 원대칭성을 갖도록 배치된 집광렌즈 모듈을 포함하며, 상기 집광렌즈 유닛은, 상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부가 상기 태양전지에 대향된 모서리 면을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈와, 상기 프레넬 렌즈의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지가 대향되게 배치된 광 가이드 판을 포함한다.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 프레넬 렌즈와 광 가이드 판으로 구성된 집광렌즈 유닛을 태양전지를 중심으로 원대칭으로 배치한 집광렌즈 모듈을 제공하고, 상기 광 가이드 판의 측면 모서리에 태양전지를 각각 설치하여 상기 태양전지로 태양광이 집광되도록 함으로써, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 이를 위해, 상기 프레넬 렌즈는 상면 및 하면에 단위 집광 렌즈부 및 반사경을 형성하여 상기 광 가이드 판의 내부로 태양광이 반사되도록 함으로써, 상기 태양전지로 태양광이 효율적으로 집광되도록 한다.
청구항 2에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 태양전지 및, 상기 태양전지를 중심으로 복수 개의 집광렌즈 유닛이 원대칭성을 갖도록 배치된 집광렌즈 모듈을 포함하며, 상기 집광렌즈 유닛은, 상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부가 상기 태양전지에 대향된 모서리 면을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈와, 상기 프레넬 렌즈의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지가 대향되게 배치되고, 상기 태양전지가 배치된 쪽으로 갈수록 상기 하면에서 상기 상면이 멀어지도록 형성된 광 가이드 판을 포함한다.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 프레넬 렌즈와 광 가이드 판으로 구성된 집광렌즈 유닛을 태양전지를 중심으로 원대칭으로 배치한 집광렌즈 모듈을 제공하고, 상기 광 가이드 판의 측면 모서리에 태양전지를 각각 설치하여 상기 태양전지로 태양광이 집광되도록 함으로써, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 상기 광 가이드 판을 상기 태양전지가 배치된 쪽으로 갈수록 단면의 높이가 높게 형성되도록 함으로써, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면에 의해 광 가이드 판으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있다.
청구항 3에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛은, 상기 단위 집광 렌즈부를 통해 굴절된 태양광이 상기 반사경에 반사되어 단차면을 통해 상기 광 가이드 판의 내부로 입사되고, 상기 광 가이드 판의 내부로 입사된 광이 상기 광 가이드 판의 상면 및 하면에 반사되어 상기 태양전지의 표면으로 집광된다.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈의 하부에 설치된 광 가이드 판 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 태양전지로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
청구항 4에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 3 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛으로 입사하는 태양광은, 상기 프레넬 렌즈의 광축을 중심으로 ±1°∼±5°의 입사각도를 갖는다.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 프레넬 렌즈의 광축을 중심으로 ±1°∼±5°의 입사각도를 가짐으로써, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면에 의해 광 가이드 판으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있다.
청구항 5에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛은 하나의 꼭지점에 모서리 면이 형성된 삼각형, 사각형, 마름모꼴 중 어느 하나의 형태로 구성된다.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 삼각형, 사각형, 마름모꼴 형태의 집광렌즈 유닛을 상기 모서리 면을 중심으로 원대칭으로 구성하여 사각형, 육각형, 팔각형 등의 다각 형태를 갖는 집광렌즈 모듈을 구성할 수 있다.
청구항 6에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈에 있어서, 상기 프레넬 렌즈의 하면 및 상기 광 가이드 판의 상면은, 상기 광 가이드 판 내부에서 입사각이 커지도록 소정의 기울기로 경사지게 형성된 제 1 및 제 2 면과, 상기 제 1 및 제 2 면 사이에 수직으로 연결된 제 3 면이 주기적으로 형성된다.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 프레넬 렌즈의 하면 및 상기 광 가이드 판의 상면을 단차로 구성함으로써, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈의 하부에 설치된 광 가이드 판 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 태양전지로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
청구항 7에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈에 있어서, 상기 프레넬 렌즈의 하면에 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성된 경사면 및, 상기 경사면과 상기 프레넬 렌즈의 하면 사이에 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태로 형성된 반사면을 포함한다.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태로 형성된 반사면에 의해 상기 단위 집광 렌즈부를 통해 집광된 태양광을 측면 모서리 면에 배치된 태양전지로 반사하여 집광시킬 수 있다.
청구항 8에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 7 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈에 있어서, 상기 반사경은 마이크로미터 레벨의 미세 구조로 형성된다.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 반사경을 마이크로미터 레벨의 미세 구조 정도의 크기로 형성함으로써 렌즈의 크기를 줄일 수 있다.
청구항 9에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 단위 집광 렌즈부는, 렌즈의 표면적과 렌즈의 두께, 모서리 면의 면적에 의해 집광배율이 결정된다.
따라서, 청구항 9에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 단위 집광 렌즈부는, 렌즈의 표면적과 렌즈의 두께, 모서리 면의 면적에 의해 집광배율이 결정됨으로써, 설치 면적을 줄일 수 있고, 태양광의 일부만이 태양전지 표면으로 집중되어 에너지 효율이 저하되는 문제점을 해소할 수 있다.
청구항 10에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 반사경의 반사면에 소정의 반사물질이 코팅된다.
따라서, 청구항 10에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 집광 렌즈의 하면 전체 또는 원추곡선 형상의 단면을 갖는 반사면에 반사물질을 코팅하여 입사된 태양광을 집광렌즈의 태양전지 방향으로 반사시키고 있기 때문에, 태양전지 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다.
청구항 11에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 프레넬 렌즈와 상기 광 가이드 판은 굴절율이 서로 다르게 형성된다.
따라서, 청구항 11에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 프레넬 렌즈와 상기 광 가이드 판은 굴절율이 서로 다르게 형성되어 있기 때문에, 상기 광 가이드 판의 상면으로 입사되는 빛이 상기 프레넬 렌즈로 다시 들어가지 않고 상기 프레넬 렌즈와 상기 광 가이드 판이 맞닿는 면에 반사되어 상기 태양전지로 집광되도록 함으로써, 집광 효율을 높일 수 있다.
청구항 12에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 광 가이드 판은 상기 프레넬 렌즈보다 큰 굴절율을 갖는다.
따라서, 청구항 12에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 광 가이드 판의 굴절율이 상기 프레넬 렌즈의 굴절율보다 크게 형성되어 있기 때문에, 상기 광 가이드 판의 상면으로 입사되는 빛이 상기 프레넬 렌즈로 다시 들어가지 않고 상기 프레넬 렌즈와 상기 광 가이드 판이 맞닿는 면에 반사되어 상기 태양전지로 집광되도록 함으로써, 집광 효율을 높일 수 있다.
청구항 13에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 있어서, 상기 태양전지 하부에 냉각 수단을 구비한다.
따라서, 청구항 13에 관한 발명인 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치에 의하면, 상기 태양전지 하부에 히트싱크(Heat Sink)와 같은 냉각 수단을 구비함으로써, 상기 태양전지에서 발생한 열을 상기 냉각 수단을 통해 효과적으로 방열시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킴으로써, 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있다.
또한, 프레넬 렌즈의 상면에 구형 또는 비구면 형태의 렌즈를 형성하고, 하면에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경을 형성하여, 광 가이드 판의 입사지역으로 빛을 집광시킬 수 있다. 이와 동시에, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면에 의해 광 가이드 판으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있다. 이러한 프레넬 렌즈 및 광 가이드 복합형 집광렌즈를 이용하여 집광형 태양광 발전 시스템의 지향오차 허용범위를 완화시킴으로써, 집광형 태양광 발전 시스템의 제작 비용의 큰 비중을 차지하는 태양추적장치의 비용을 크게 줄일 수 있어 집광형 태양광 발전 시스템의 설치 가격을 획기적으로 낮출 수 있다.
또한, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리, 렌즈의 측면 모서리에 설치된 태양전지로 입사 태양광이 집광되도록 구성함으로써, 기존에 비해 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화할 수 있고, 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 프레넬 렌즈의 상면 및 하면에 단위 집광 렌즈부와 반사경을 형성하여, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈의 하부에 설치된 광 가이드 판 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판 내부로 반사된 태양광이 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 태양전지의 표면으로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 프레넬 렌즈와 광 가이드 판으로 구성된 집광렌즈 유닛(unit)이 상기 태양전지를 중심으로 원대칭성을 갖도록 하여 렌즈의 가공성 및 공간 사용의 효율성을 높일 수 있다.
또한, 삼각 형태를 갖는 복수 개의 집광렌즈 유닛(unit)을 태양전지를 중심으로 어레이하여 육각, 팔각 등의 다각 형태의 집광렌즈 모듈로 구성하고, 중앙에 배치된 태양전지로 입사 태양광이 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 사각 또는 마름모꼴 형태를 갖는 복수 개의 집광렌즈 유닛(unit)을 태양전지를 중심으로 어레이하여 사각 또는 마름모꼴의 집광렌즈 모듈로 구성하고, 중앙에 배치된 태양전지로 입사 태양광이 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 대형의 태양광 집광장치를 설계시, 그 장치의 부피를 줄여 설치 공간을 확보하여, 설치비용을 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치의 사시도
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도
도 5는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도
도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도
도 7은 도 6에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치의 사시도
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도
도 11은 도 8 내지 도 10에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도
도 12는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도
도 13은 도 8 내지 도 11에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도
도 14는 도 13에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도
도 15 및 도 16은 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도
도 5는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도
도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도
도 7은 도 6에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치의 사시도
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도
도 11은 도 8 내지 도 10에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도
도 12는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도
도 13은 도 8 내지 도 11에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도
도 14는 도 13에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도
도 15 및 도 16은 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
제 1 실시 예
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치의 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 1 내지 도 4에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도이다.
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100)의 제 1 실시 예는 도 1에 도시된 바와 같이, 육각형 모양의 측면 모서리 집광렌즈 모듈(이하, '육각 집광렌즈 모듈'이라고 함)(110)이 복수 개로 배열되어 벌집 형태로 구성되어 있다.
여기서, 상기 육각 집광렌즈 모듈(110)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 삼각형 형상의 프레넬 렌즈(120)와 광 가이드 판(130)이 상하로 배치된 집광렌즈 유닛이 태양전지(140)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 육각형 형태를 이루고 있다. 이때, 상기 태양전지(140)는 상기 육각 집광렌즈 모듈(110)의 중앙에 배치되어 있는데, 상기 광 가이드 판(130)의 모서리 면(도 6의 132)에 각각 대향되도록 배치되어 있다. 상기 삼각형 형상의 프레넬 렌즈(120)와 광 가이드 판(130)은 도 6에 도시된 바와 같이, 동일한 크기를 가지며, 한쪽 꼭지점에 상기 태양전지(140)와 대향되는 모서리 면(122,132)을 각각 형성하고 있다.
상기 태양전지(140)는 발생하는 열을 대기 중으로 발산하도록 히트싱크(Heat Sink)와 같은 냉각 장치(142)가 하부에 설치되어 있다(도 4 및 도 5 참조).
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100)는 태양광 발전용 집광장치에 사용되는 태양광 발전용 측면 집중 렌즈(Side Concentration Lens for Solar Power Generation)로서, 상기 광 가이드 판(130)의 모서리 면(132)에 배치된 상기 태양전지(140)의 표면으로 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이다.
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100)는 상기 육각 집광렌즈 모듈(110)이 모여서 벌집 형태로 구성되어 있고, 상기 육각 집광렌즈 모듈(110)은 상기 프레넬 렌즈(120)와 광 가이드 판(130)이 상하로 배치된 집광렌즈 유닛이 모서리 면을 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 있다. 이러한 구조를 갖는 상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100)는 상면으로 입사되는 태양광을 각각의 집광렌즈 유닛을 통해 상기 광 가이드 판(130)의 모서리 면(132)에 대향 설치된 태양전지(140)로 집광시켜주게 된다.
여기서, 상기 집광렌즈 유닛은 도 6에 도시된 바와 같이, 삼각형 형태의 프레넬 렌즈(120)와 광 가이드 판(130)이 상하로 배치되어 있고, 삼각형의 한 꼭지점에 모서리 면(122)이 형성되어 있다. 이때, 상기 태양전지(140)는 상기 광 가이드 판(130)의 모서리 면(122)에 대향 배치되어 있다.
상기 프레넬 렌즈(120)는 도 2, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상면에 구형 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(도 15의 321 참조)가 상기 모서리 면(122)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되어 있고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경(도 15의 323 참조)이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성되어 있다.
상기 광 가이드 판(130)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 프레넬 렌즈(120)의 하부에 배치되며, 상면이 상기 프레넬 렌즈(120)의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면이 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면(132)에 상기 태양전지(140)가 대향 배치되어 있다.
상기 프레넬 렌즈(120)는 상면으로 입사되는 태양광을 상기 단위 집광 렌즈부(도 15의 321 참조)와 상기 반사경(도 15의 323 참조)을 이용하여 상기 광 가이드 판(130) 내부로 반사시키고, 상기 광 가이드 판(130)은 내부로 입사된 광을 상면 및 하면에 반사시켜 상기 모서리 면(132)에 배치된 상기 태양전지(140)로 집광시켜 준다.
상기 프레넬 렌즈(120)와 광 가이드 판(130)으로 이루어진 상기 집광렌즈 유닛은 여러 가지 형태로 구성될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하는 도 15 내지 도 17의 실시 예에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 육각 집광렌즈 모듈(110)은 삼각형 형상의 집광렌즈 유닛이 상기 태양전지(140)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 육각형 형태를 이루고 있으나, 상기 집광렌즈 유닛의 크기를 변경하여 동일한 방법으로 팔각형 이상의 다각 형태로도 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100)의 제 1 실시 예는, 상기 프레넬 렌즈(120)의 상면에 구형 또는 비구면 형태의 단위 집광 렌즈부를 형성하고 하면에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경을 형성하여, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈(120)의 하부에 설치된 상기 광 가이드 판(130) 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판(130) 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판(130)의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(140)로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리, 상기 집광렌즈 유닛의 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(140)로 입사 태양광이 집광되도록 구성함으로써, 기존에 비해 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 프레넬 렌즈(120)와 상기 광 가이드 판(130)으로 구성된 집광렌즈 유닛(unit)이 상기 태양전지(140)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 구성하여 렌즈의 가공성 및 공간 사용의 효율성을 높이고 렌즈의 가공성을 높일 수 있다.
제 2 실시 예
도 8은 본 발명의 바람직한 제 2 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치의 사시도이고, 도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈을 상부 및 하부에서 바라본 분해 사시도이다. 그리고, 도 11은 도 8 내지 도 10에 도시된 사각 측면 모서리 집광렌즈 모듈에 설치된 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 12는 태양전지 및 냉각 장치를 도시한 사시도이고, 도 13은 도 8 내지 도 11에 도시된 육각 측면 모서리 집광렌즈 모듈의 집광렌즈 유닛(unit)을 나타낸 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 집광렌즈 유닛(unit)의 광 경로를 나타낸 개략도이다.
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(200)의 제 2 실시 예는 도 8에 도시된 바와 같이, 사각형 모양의 측면 모서리 집광렌즈 모듈(이하, '사각 집광렌즈 모듈'이라고 함)(210)이 복수 개로 배열되어 벌집 형태로 구성되어 있다.
여기서, 상기 사각 집광렌즈 모듈(210)은 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 사각형 형상의 프레넬 렌즈(220)와 광 가이드 판(230)이 상하로 배치된 집광렌즈 유닛이 태양전지(240)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 사각형 형태를 이루고 있다. 이때, 상기 태양전지(240)는 상기 사각 집광렌즈 모듈(210)의 중앙에 배치되어 있는데, 상기 광 가이드 판(230)의 모서리 면(도 13의 232)에 각각 대향되도록 배치되어 있다. 상기 사각형 형상의 프레넬 렌즈(220)와 광 가이드 판(230)은 도 13에 도시된 바와 같이, 동일한 크기를 가지며, 한쪽 꼭지점에 상기 태양전지(240)와 대향되는 모서리 면(222,232)을 각각 형성하고 있다.
상기 태양전지(240)는 발생하는 열을 대기 중으로 발산하도록 히트싱크(Heat Sink)와 같은 냉각 장치(242)가 하부에 설치되어 있다(도 11 및 도 12 참조).
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(200)는 태양광 발전용 집광장치에 사용되는 태양광 발전용 측면 집중 렌즈(Side Concentration Lens for Solar Power Generation)로서, 상기 광 가이드 판(230)의 모서리 면(232)에 배치된 상기 태양전지(240)의 표면으로 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이다.
상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(200)는 상기 사각 집광렌즈 모듈(210)이 모여서 벌집 형태로 구성되어 있고, 상기 사각 집광렌즈 모듈(210)은 상기 프레넬 렌즈(220)와 광 가이드 판(230)이 상하로 배치된 상기 집광렌즈 유닛이 모서리 면을 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 있다. 이러한 구조를 갖는 상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(200)는 상면으로 입사되는 태양광을 각각의 집광렌즈 유닛을 통해 상기 광 가이드 판(230)의 모서리 면(232)에 대향 설치된 태양전지(240)로 집광시켜주게 된다.
여기서, 상기 집광렌즈 유닛은 도 13에 도시된 바와 같이, 삼각형 형태의 프레넬 렌즈(220)와 광 가이드 판(230)이 상하로 배치되어 있고, 사각형의 한 꼭지점에 모서리 면(222)이 형성되어 있다. 이때, 상기 태양전지(240)는 상기 광 가이드 판(230)의 모서리 면(222)에 대향 배치되어 있다.
상기 프레넬 렌즈(220)는 도 9, 도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상면에 구형 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(도 15의 321 참조)가 상기 모서리 면(222)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되어 있고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경(도 15의 323 참조)이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성되어 있다.
상기 광 가이드 판(230)은 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 프레넬 렌즈(220)의 하부에 배치되며, 상면이 상기 프레넬 렌즈(220)의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면이 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면(232)에 상기 태양전지(240)가 대향 배치되어 있다.
상기 프레넬 렌즈(220)는 상면으로 입사되는 태양광을 상기 단위 집광 렌즈부(도 15의 321 참조)와 상기 반사경(도 15의 323 참조)을 이용하여 상기 광 가이드 판(230) 내부로 반사시키고, 상기 광 가이드 판(230)은 내부로 입사된 광을 상면 및 하면에 반사시켜 상기 모서리 면(232)에 배치된 상기 태양전지(240)로 집광시켜 준다.
상기 프레넬 렌즈(220)와 광 가이드 판(230)으로 이루어진 상기 집광렌즈 유닛은 여러 가지 형태로 구성될 수 있으며, 이에 대해서는 후술하는 도 15 내지 도 17의 실시 예에서 상세히 설명하기로 한다.
한편, 상기 사각 집광렌즈 모듈(210)은 삼각형 형상의 집광렌즈 유닛이 상기 태양전지(240)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 복수 개로 배치되어 사각형 형태를 이루고 있으나, 상기 집광렌즈 유닛이 마름모꼴로 구성된 경우 마름모꼴로 구현할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(200)의 제 2 실시 예는, 상기 프레넬 렌즈(220)의 상면에 구형 또는 비구면 형태의 단위 집광 렌즈부를 형성하고 하면에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경을 형성하여, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부와 상기 반사경을 통해 상기 프레넬 렌즈(220)의 하부에 설치된 상기 광 가이드 판(230) 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판(230) 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판(230)의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(240)로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리, 상기 집광렌즈 유닛의 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(240)로 입사 태양광이 집광되도록 구성함으로써, 기존에 비해 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 프레넬 렌즈(220)와 상기 광 가이드 판(230)으로 구성된 집광렌즈 유닛(unit)이 상기 태양전지(240)를 중심으로 원대칭성을 갖도록 구성하여 렌즈의 가공성 및 공간 사용의 효율성을 높이고 렌즈의 가공성을 높일 수 있다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시 예에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치(100,200)는, 정사각형이나 정육각형 등 반복적 배열로 2차원 공간을 채울 수 있는 다각형으로 구성할 수 있으며, 이외에 공간 사용의 효율성을 높이도록 응용하는 형태를 모두 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예에서는, 집광 렌즈의 외측에 트랙킹 장치(tracking device)를 장착하여, 태양의 위치변화에 따라 집광 렌즈의 지향각을 자동으로 조정할 수 있는 기술은 당업자에 의하여 용이하게 실시가능한 기술에 해당하므로, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다. 따라서, 집광 렌즈의 상면으로 입사되는 태양광을 직사광선임을 가정하여 집광 렌즈의 구조를 설명하기로 한다. 또한, 집광 렌즈에 입사되는 태양광에 대하여 집광 렌즈로 사용되는 물질의 굴절율이 일정하다고 가정하고, 각 파장에 따른 빛의 특성 변화에 대하여는 생략하기로 한다.
집광렌즈 유닛의 제 1 실시 예
도 15 및 도 16은 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도이다. 여기서, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제 1 및 제 2 실시 예에서 프레넬 렌즈(120,220) 및 광 가이드 판(130,230)으로 구성된 집광렌즈 유닛을 나타낸다.
상기 집광렌즈 유닛은 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(321)가 상기 태양전지(140,240; 이하, '340'이라 함)에 대향된 모서리 면(도 6의 122, 도 13의 222 참조)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부(321)에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경(323)이 형성되고, 상기 반사경(323) 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈(120,220; 이하, '320'이라 함)와, 상기 프레넬 렌즈(320)의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈(320)의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경(323)에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지(340)가 대향되게 배치된 광 가이드 판(330)을 포함하고 있다. 여기서, 상기 원추 곡선의 단면은, 꼭지점이 서로 맞닿은 두 개의 원뿔형을 잘랐을 때 생기는 단면의 형상을 총칭하는 것으로서, 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 형상을 모두 의미한다.
상기 프레넬 렌즈(320)의 상면은 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(321)가 상기 태양전지(340)에 대향된 모서리 면(도 6의 122, 도 13의 222 참조)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되어 있다. 그리고, 그 하면(322)은 단차를 갖는 제 1 내지 제 3 면(a∼c)이 연속적으로 형성되어 있다. 즉, 상기 제 1 면(a)과 제 2 면(b)은 소정의 기울기로 경사지게 형성되어 있으며, 상기 제 1 면(a)과 제 2 면(b) 사이에 제 3 면(c)이 수직으로 연결되어 단차를 형성하고 있다.
상기 반사경(323)은 상기 단위 집광 렌즈부(321)에 대향되는 상기 제 1 면(a) 위에 동일한 높이로 각각 형성되어 있다. 상기 반사경(323)은 상기 단위 집광 렌즈부(321)를 통해 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 경사지게 형성된 경사면(323a)과, 상기 단위 집광 렌즈부(321)를 통해 굴절된 태양광을 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(340)로 반사하는 반사면(323b)으로 형성된다. 이때, 상기 반사면(323)은 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태로 형성될 수 있다. 상기 반사경(323)은, 마이크로미터 레벨의 미세 구조 정도의 크기로 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(321)의 폭의 합은 상기 태양전지(340)의 너비(높이)의 2배 내지 30배로 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(321)의 폭의 합이 상기 태양전지(340)의 너비의 2배 이하일 경우에는 상기 단위 집광 렌즈부(321) 및 태양전지(340)의 개수가 증가하여 설치 상의 문제점이 있고, 30배 이상일 경우에는 입사되는 태양광의 일부만이 상기 태양전지(240) 표면으로 집광되므로 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 집광 렌즈 유닛에 입사되는 모든 태양광을 상기 태양전지(340)에 집광시키기 위하여, 상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(321)의 폭의 합은 상기 태양전지(340)의 너비의 2배 내지 30배로 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 4mm 정도의 태양전지 너비에 대하여 8mm 내지 12cm 정도 크기의 폭을 가지는 복수 개의 단위 집광 렌즈부(321)를 설계할 수 있다.
상기 단위 집광 렌즈부(321)에 입사된 태양광은, 상기 단위 집광 렌즈부(321)에 의하여 굴절되어 상기 반사경(323)의 원추곡선 형상의 단면을 갖는 반사면(323b)에 집광되어 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 반사되게 된다. 이때, 상기 반사면(323b)에 반사된 광은 상기 프레넬 렌즈(320)의 하면(322)과 상기 광 가이드 판(330)의 상면에 형성된 단차를 갖는 수직면(c)을 통해 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 입사되게 된다. 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 입사된 광은 상기 광 가이드 판(330)의 상면(331) 및 하면(332)에 각각 반사되어 측면 모서리 면(도 6의 132, 도 13의 232)에 대향 설치된 상기 태양전지(340)의 표면으로 집광된다.
여기서, 상기 프레넬 렌즈(320)로 입사되는 태양광은 도 15와 같이 상기 프레넬 렌즈(320)의 상면에 대하여 수직으로 입사(L1)되거나, 또는 상기 프레넬 렌즈(320)의 광축에 대하여 소정의 각도(θ), 예를 들어 ±4°∼±5°의 기울기로 입사될 수도 있다. 따라서, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면(323b)에 의해 상기 광 가이드 판(330)으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 집광 렌즈 유닛은 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 입사된 광이 상기 프레넬 렌즈(323)로 재입사되지 않도록, 상기 프레넬 렌즈(323)보다 상기 광 가이드 판(330)의 굴절율을 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 입사된 광은 상기 광 가이드 판(330)의 상면(331) 및 하면(332)에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(340)로 집광될 수 있다.
또한, 상기 집광 렌즈 유닛은 상기 반사경(323)의 반사면(323b)에 소정의 반사물질을 코팅하여 입사된 태양광을 상기 광 가이드 판(330)의 내부로 반사시켜 상기 태양전지(340) 방향으로 집광시킴으로써, 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 알루미늄이나 은 등과 같은 금속성을 가지는 물질이 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛은, 상기 프레넬 렌즈(320)의 상면(322)에 구형 또는 비구면 형태의 단위 집광 렌즈부(321)를 형성하고 하면(331)에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경(323)을 형성하여, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부(321)와 상기 반사경(323)을 통해 상기 프레넬 렌즈(320)의 하부에 설치된 상기 광 가이드 판(330) 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판(330) 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판(330)의 상면 및 하면에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(340)로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킬 수 있어, 태양광 지향각도를 구현하기 위해 발생되는 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 잇점이 있다.
집광렌즈 유닛의 제 2 실시 예
도 17은 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛의 단면 구조 및 광 경로를 나타낸 개략도이다. 여기서, 상기 집광렌즈 유닛은 상기 제 1 및 제 2 실시 예에서 프레넬 렌즈(120,220) 및 광 가이드 판(130,230)으로 구성된 집광렌즈 유닛을 나타낸다.
상기 집광렌즈 유닛은 도 17에 도시된 바와 같이, 상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(421)가 상기 태양전지(140,240; 이하, '440'이라 함)에 대향된 모서리 면(도 6의 122, 도 13의 222 참조)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부(421)에 대향되는 하면(422)에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경(423)이 형성되고, 상기 반사경(423) 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈(120,220; 이하, '420'이라 함)와, 상기 프레넬 렌즈(420)의 하부에 배치되며, 상면(431)은 상기 프레넬 렌즈(420)의 하면(422)과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면(432)은 평평하게 형성되며, 상기 반사경(423)에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지(440)가 대향되게 배치되고, 상기 태양전지(440)가 배치된 쪽으로 갈수록 상기 하면(432)에서 상기 상면(431)이 멀어지도록 형성된 광 가이드 판(430)을 포함하고 있다. 여기서, 상기 원추 곡선의 단면은, 꼭지점이 서로 맞닿은 두 개의 원뿔형을 잘랐을 때 생기는 단면의 형상을 총칭하는 것으로서, 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 형상을 모두 의미한다.
상기 프레넬 렌즈(420)의 상면은 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부(421)가 상기 태양전지(440)에 대향된 모서리 면(도 6의 122, 도 13의 222 참조)을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되어 있다. 그리고, 그 하면(422)은 단차를 갖는 제 1 내지 제 3 면(a∼c)이 연속적으로 형성되어 있다. 즉, 상기 제 1 면(a)과 제 2 면(b)은 소정의 기울기로 경사지게 형성되어 있으며, 상기 제 1 면(a)과 제 2 면(b) 사이에 제 3 면(c)이 수직으로 연결되어 단차를 형성하고 있다.
상기 반사경(423)은 상기 단위 집광 렌즈부(421)에 대향되는 상기 제 1 면(a) 위에 각각 형성되어 있다. 상기 반사경(423)은 상기 단위 집광 렌즈부(421)를 통해 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 경사지게 형성된 경사면(423a)과, 상기 단위 집광 렌즈부(421)를 통해 굴절된 태양광을 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(440)로 반사하는 반사면(423b)으로 형성된다. 이때, 상기 반사면(423)은 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태로 형성될 수 있다. 상기 반사경(423)은, 마이크로미터 레벨의 미세 구조 정도의 크기로 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(421)의 폭의 합은 상기 태양전지(440)의 너비(높이)의 2배 내지 30배로 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(421)의 폭의 합이 상기 태양전지(440)의 너비의 2배 이하일 경우에는 상기 단위 집광 렌즈부(421) 및 태양전지(440)의 개수가 증가하여 설치 상의 문제점이 있고, 30배 이상일 경우에는 입사되는 태양광의 일부만이 상기 태양전지(440) 표면으로 집광되므로 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 상기 집광 렌즈 유닛에 입사되는 모든 태양광을 상기 태양전지(440)에 집광시키기 위하여, 상기 복수 개의 단위 집광 렌즈부(421)의 폭의 합은 상기 태양전지(440)의 너비의 2배 내지 30배로 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 4mm 정도의 태양전지 너비에 대하여 8mm 내지 12cm 정도 크기의 폭을 가지는 복수 개의 단위 집광 렌즈부(421)를 설계할 수 있다.
상기 단위 집광 렌즈부(421)에 입사된 태양광은, 상기 단위 집광 렌즈부(421)에 의하여 굴절되어 상기 반사경(423)의 원추곡선 형상의 단면을 갖는 반사면(423b)에 집광되어 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 반사되게 된다. 이때, 상기 반사면(423b)에 반사된 광은 상기 프레넬 렌즈(420)의 하면(422)과 상기 광 가이드 판(430)의 상면에 형성된 단차를 갖는 수직면(c)을 통해 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 입사되게 된다. 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 입사된 광은 상기 광 가이드 판(430)의 상면(431) 및 하면(432)에 각각 반사되어 측면 모서리 면(도 6의 132, 도 13의 232)에 대향 설치된 상기 태양전지(440)의 표면으로 집광된다.
여기서, 상기 프레넬 렌즈(420)로 입사되는 태양광은 도 17과 같이 상기 프레넬 렌즈(420)의 상면에 대하여 수직으로 입사되거나, 또는 상기 프레넬 렌즈(420)의 광축에 대하여 소정의 각도(φ), 예를 들어 ±4°∼±5°의 기울기로 입사(L2,L3)될 수도 있다. 따라서, 입사각이 기존의 광축에서 벗어나더라도 최적화된 자유곡선 반사면(423b)에 의해 상기 광 가이드 판(430)으로 입사되도록 하여 입사각 변화에 따른 태양에너지의 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 집광 렌즈 유닛은 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 입사된 광이 상기 프레넬 렌즈(423)로 재입사되지 않도록, 상기 프레넬 렌즈(423)보다 상기 광 가이드 판(430)의 굴절율을 크게 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 입사된 광은 상기 광 가이드 판(430)의 상면(331) 및 하면(332)에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(440)로 집광될 수 있다.
또한, 상기 집광 렌즈 유닛은 상기 반사경(423)의 반사면(423b)에 소정의 반사물질을 코팅하여 입사된 태양광을 상기 광 가이드 판(430)의 내부로 반사시켜 상기 태양전지(440) 방향으로 집광시킴으로써, 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 알루미늄이나 은 등과 같은 금속성을 가지는 물질이 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 의한 집광렌즈 유닛은, 상기 프레넬 렌즈(420)의 상면(422)에 구형 또는 비구면 형태의 단위 집광 렌즈부(421)를 형성하고 하면(431)에 원추곡선을 포함한 자유 곡면의 반사경(423)을 형성하고, 상기 프레넬 렌즈(420)의 하부에 상기 태양전지(440)가 배치된 쪽으로 갈수록 단면의 높이가 높게 형성된 광 가이드 판(430)을 배치함으로써, 입사 태양광이 상기 단위 집광 렌즈부(421)와 상기 반사경(423)을 통해 상기 프레넬 렌즈(420)의 하부에 설치된 상기 광 가이드 판(430) 내부로 반사되도록 하고, 상기 광 가이드 판(430) 내부로 반사된 태양광이 상기 광 가이드 판(430)의 상면(431) 및 하면(432)에 반사되어 측면 모서리에 설치된 상기 태양전지(440)로 집광되도록 함으로써, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화하고 집광 효율을 높일 수 있다.
또한, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킬 수 있어, 태양광 지향각도를 구현하기 위해 발생되는 시스템의 제작 비용을 획기적으로 낮출 수 있는 잇점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는, 태양광 발전용 측면 모서리 집광 렌즈는, 기존의 프레넬 렌즈 방식과 광가이드 방식을 복합 적용하여, 집광형 태양광 발전 시스템의 단점이라 할 수 있는 0.1도 이내로 주어지는 지향오차의 허용범위를 대폭 증가시킴으로써, 본 발명의 기술적 과제를 해결할 수가 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명에 의한 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치는 태양광을 집광시키는 모든 태양광 발전용 집광장치에 적용될 수 있다.
100 : 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치
110 : 육각 집광렌즈 모듈 120 : 프레넬 렌즈
122 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 130 : 광 가이드 판
132 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 140 : 태양전지
142 : 태양전지 냉각 장치
200 : 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치
210 : 사각 집광렌즈 모듈 220 : 프레넬 렌즈
222 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 230 : 광 가이드 판
232 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 240 : 태양전지
242 : 태양전지 냉각 장치 320 : 프레넬 렌즈
321 : 구면 또는 비구면 형상이 동심원의 패턴으로 형성된 단위 집광 렌즈부
322 : 하면 323 : 반사경
323a : 경사면 323b : 반사면
330 : 광 가이드 판 331 : 상면
332 : 하면 340 : 태양전지
420 : 프레넬 렌즈
421 : 구면 또는 비구면 형상이 동심원의 패턴으로 형성된 단위 집광 렌즈부
422 : 하면 423 : 반사경
423a : 경사면 423b : 반사면
430 : 광 가이드 판 431 : 상면
432 : 하면 440 : 태양전지
110 : 육각 집광렌즈 모듈 120 : 프레넬 렌즈
122 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 130 : 광 가이드 판
132 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 140 : 태양전지
142 : 태양전지 냉각 장치
200 : 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치
210 : 사각 집광렌즈 모듈 220 : 프레넬 렌즈
222 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 230 : 광 가이드 판
232 : 태양전지 입사를 위한 모서리 면 240 : 태양전지
242 : 태양전지 냉각 장치 320 : 프레넬 렌즈
321 : 구면 또는 비구면 형상이 동심원의 패턴으로 형성된 단위 집광 렌즈부
322 : 하면 323 : 반사경
323a : 경사면 323b : 반사면
330 : 광 가이드 판 331 : 상면
332 : 하면 340 : 태양전지
420 : 프레넬 렌즈
421 : 구면 또는 비구면 형상이 동심원의 패턴으로 형성된 단위 집광 렌즈부
422 : 하면 423 : 반사경
423a : 경사면 423b : 반사면
430 : 광 가이드 판 431 : 상면
432 : 하면 440 : 태양전지
Claims (13)
- 태양전지; 및
상기 태양전지를 중심으로 복수 개의 집광렌즈 유닛이 원대칭성을 갖도록 배치된 집광렌즈 모듈;을 포함하며,
상기 집광렌즈 유닛은,
상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부가 상기 태양전지에 대향된 모서리 면을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈와,
상기 프레넬 렌즈의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지가 대향되게 배치된 광 가이드 판을 포함하는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 태양전지; 및
상기 태양전지를 중심으로 복수 개의 집광렌즈 유닛이 원대칭성을 갖도록 배치된 집광렌즈 모듈;을 포함하며,
상기 집광렌즈 유닛은,
상면에 구면 또는 비구면 형상을 갖는 단위 집광 렌즈부가 상기 태양전지에 대향된 모서리 면을 중심으로 동심원의 패턴으로 형성되고, 상기 단위 집광 렌즈부에 대향되는 하면에, 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태의 반사경이 형성되고, 상기 반사경 사이에 주기적으로 단차가 형성된 프레넬 렌즈와,
상기 프레넬 렌즈의 하부에 배치되며, 상면은 상기 프레넬 렌즈의 하면과 대응되어 결합되도록 형성되고, 하면은 평평하게 형성되며, 상기 반사경에 반사된 광이 집광되는 측면 모서리 면에 상기 태양전지가 대향되게 배치되고, 상기 태양전지가 배치된 쪽으로 갈수록 상기 하면에서 상기 상면이 멀어지도록 형성된 광 가이드 판을 포함하는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛은:
상기 단위 집광 렌즈부를 통해 굴절된 태양광이 상기 반사경에 반사되어 단차면을 통해 상기 광 가이드 판의 내부로 입사되고, 상기 광 가이드 판의 내부로 입사된 광이 상기 광 가이드 판의 상면 또는 하면에 반사되어 상기 태양전지의 표면으로 집광되는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛으로 입사하는 태양광은:
상기 프레넬 렌즈의 광축을 중심으로 ±1°∼±5°의 입사각도를 갖는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 집광렌즈 유닛은 하나의 꼭지점에 모서리 면이 형성된 삼각형, 사각형, 마름모꼴 중 어느 하나의 형태로 구성된,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 프레넬 렌즈의 하면 및 상기 광 가이드 판의 상면은,
상기 광 가이드 판 내부에서 입사각이 커지도록 소정의 기울기로 경사지게 형성된 제 1 및 제 2 면과,
상기 제 1 및 제 2 면 사이에 수직으로 연결된 제 3 면이 주기적으로 형성된,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 반사경은:
상기 프레넬 렌즈의 하면에 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성된 경사면; 및
상기 경사면과 상기 프레넬 렌즈의 하면 사이에 원추 곡선의 단면을 갖는 토러스 형태로 형성된 반사면;을 포함한,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 반사경은 마이크로미터 레벨의 미세 구조로 형성된,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 단위 집광 렌즈부는, 렌즈의 표면적과 렌즈의 두께, 모서리 면의 면적에 의해 집광배율이 결정되는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 집광렌즈 유닛은,
상기 반사경의 반사면에 소정의 반사물질이 코팅된,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 프레넬 렌즈와 상기 광 가이드 판은 굴절율이 서로 다르게 형성된,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 11 항에 있어서,
상기 광 가이드 판은 상기 프레넬 렌즈보다 큰 굴절율을 가지는,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 태양전지 하부에 냉각 수단을 구비한,
태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020120006060A KR20130085132A (ko) | 2012-01-19 | 2012-01-19 | 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020120006060A KR20130085132A (ko) | 2012-01-19 | 2012-01-19 | 태양광 발전용 프레넬 렌즈 - 광가이드 복합형 집광 렌즈 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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ID=48995447
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130085132A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104199132A (zh) * | 2014-09-25 | 2014-12-10 | 四川钟顺太阳能开发有限公司 | 一种多焦点光斑能量均匀化菲涅尔透镜 |
| KR20200108584A (ko) * | 2019-03-11 | 2020-09-21 | 한국항공대학교산학협력단 | 기능성 광도파로를 이용한 창호형 태양광 발전 장치 및 이를 포함하는 태양전지 창호 |
| KR20230041545A (ko) * | 2021-09-17 | 2023-03-24 | 포항공과대학교 산학협력단 | 광마이크로 반응기 및 이의 제조 방법 |
| US11796728B1 (en) | 2022-03-23 | 2023-10-24 | Industrial Technology Research Institute | Light source module |
-
2012
- 2012-01-19 KR KR1020120006060A patent/KR20130085132A/ko not_active Application Discontinuation
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