KR20170054229A - 견고하게 장착된 추적 솔라 패널 및 방법 - Google Patents

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Abstract

견고하게 장착가능한 솔라 패널은 이동가능 패널 상에서 지탱되는 광기전력 재료 상으로 태양광을 집속하기 위해서 이동가능 패널 위에 지지되는 렌즈들을 포함한다. 가요성 지지체들은 렌즈들의 초점들에서 이동가능 패널을 이격시키며, 서보 기구는 초점이 태양과 함께 이동함에 따라 이동가능 패널의 이동이 위치를 조절하는 것을 가능케 한다. 초점의 이동을 감지하는, 이동가능 패널 상의 광 검출기는, 이동가능 패널의 위치를 자동으로 조절하기 위해 서보 기구에 신호를 보내며, 이에 의해 태양의 이동을 추적한다. 보다 높은 변환 효율을 갖도록 선택된 광기전력 재료 상에 태양광을 집중시키는 것(concentrating)은 출력을 증가시킨다. 광기전력 재료를 세그먼트화하면, 세그먼트들의 출력은 직렬-병렬 관계로 결합될 수 있고, 세그먼트들 상으로 태양광을 반사시키기 위해서 이동가능 패널의 단부들 상에 미러들을 사용하는 것은 일광(daylight) 동안 광기전력 재료에 의해 발생되는 전기가 보다 균일해지는 것을 허용한다.

Description

견고하게 장착된 추적 솔라 패널 및 방법 {RIGIDLY MOUNTED TRACKING SOLAR PANEL AND METHOD}
본 개시는 일반적으로 솔라 패널들(solar panels)에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 개시는 태양의 이동(movement of the sun)을 추적하는 솔라 패널들에 관한 것이다.
태양의 복사(sun's radiation)를 전기 에너지로 변환하는 대부분의 솔라 패널들은 실리콘의 고정된 플랫 패널들(fixed flat―panels of silicon)을 사용한다. 실리콘은 선택적인 광기전력 재료인데, 이는 실리콘의 특징들이 주지되어 있으며, 실리콘이 저렴하고, 필요한 양들을 쉽게 이용가능하며, 내구성이 있고 신뢰성이 있기 때문이다. 실리콘은, 또한 분광 분포(spectral distribution)의 변화들에 의해 영향을 받지 않도록 단일 접합 광기전력 재료(single―junction photovoltaic material)이며; 그의 출력은 그의 흡수 범위의 제한 내에서 통합된 전력 밀도(integrated power density)에 따른다. 실리콘 플랫 패널들은, 옥외 환경(outdoor environment)에서 만들고 설치하는 것이 단순한다.
실리콘의 고정된 플랫 솔라 패널들에는 문제점들이 존재한다. 실리콘은, 통상적으로 18% 내지 20%의 그리고 이론상, 30%를 초과하지 않는 비교적 낮은 변환 효율(conversion efficiency)을 갖는다. 이러한 비교적 낮은 변환 효율 때문에, 변환 효율이 더 높았던 그러한 경우보다 파워(power)를 발생시키기 위해서 더 큰 패널들, 더 많은 패널들 및 패널들을 위한 더 큰 영역이 사용된다. 가정용 발전(home electricity generation)을 위해 지붕에 장착되는 솔라 패널들의 경우에, 가구(household)에 의해 사용되는 파워의 양은, 보통은, 거주지(residence)의 지붕의 크기에 부여된 실리콘 플랫 패널들로부터 솔라 파워(solar power)에 의해 발생될 수 있는 것보다 훨씬 더 많다. 발전소(power plants)의 경우에, 솔라 콜렉터들(solar collectors)에 대한 토지 요구들(land requirements)이 바로(quickly) 지배적인 비용이 된다. 마지막으로, 대부분의 솔라 패널들은 해외에서(overseas) 만들어져, 신규의 그리고 대체 패널들의 서플라이들은 국제적인 안정성 문제들(international stability issues) 및 통화 변동들(currency fluctuations)을 겪을 수 있다.
실리콘 플랫 패널들의 변환 효율을 증가시키기 위한 하나의 방법은, 이 패널들이 태양을 추적하게 하는 것이다. 솔라 패널 추적 시스템들(solar panel tracking systems)이 효율을 개선하긴 하지만, 추적 시스템들은 또한 자본 비용, 작동 비용들, 및 유지보수 비용들을 추가한다. 추적 시스템들은 또한 작동하기 위해서 전력(electrical power)을 사용하며, 이에 의해 추적 시스템들의 변환 효율 이득들(gains)을 오프셋한다(offsetting). 게다가, 추적 시스템들의 추적 능력은, 바람(wind) 및 중력 편향(gravitational deflection)에 의해서 손상된다.
솔라 패널들의 효율은, 상이한 광기전력 재료들에 의해서 또한 개선될 수 있지만, 더좋은 광기전력 재료들은 훨씬 고가이며, 폭넓게 이용할 수 없다.
솔라 전기의 문제점들에도 불구하고, 제곱 미터(square meter)당 더 많은 전기를 발생시킬 수 있는 솔라 패널은 현재의 솔라 패널들에 비해 상당한 이점이 있을 것이며 그리고 보다 다양한 적용들에서 유용할 것이다.
본 개시는 프레임워크(framework)에 견고하게 장착되는 복수 개의 렌즈들을 채용하는 솔라 패널을 설명한다. 가요성 지지체들은, 복수 개의 렌즈들로부터 매달려있으며, 복수 개의 렌즈들에 대해 이격된 관계로 이동가능 패널을 유지한다. 이동하는 태양과 함께 태양광이 이동함에 따라, 렌즈들은 이동가능 패널 상으로, 그리고 특히 이동가능 패널 상의 광기전력 재료 상으로 태양광을 집속한다. 광기전력 재료 상으로의 태양광의 집속은, 더 낮은 재료 비용으로 더 높은 변환 효율들을 가능케 한다. 렌즈들의 어레이는, 동―서로 배향되며, 지구(earth)에 대한 태양의 경사 각도(tilt angle)에 부합하도록 틸팅된다(tilted). 계절들에 따른 태양의 이동을 추적하는 것이 이에 따라 감소되며, 광기전력 재료를 유지하는 이동가능 패널을 이동시킴으로써 추가로 수용될 수 있다. 복수 개의 렌즈들 중 하나의 렌즈는, 광기전력 재료 상으로 대신에, 이동가능 패널 상의 검출기 상으로 광을 지향시킨다. 검출기는, 검출기로부터의 신호들에 응답하는 서보 기구에 전기 연결된다. 그러한 신호들은 위치 정보(position information)를 서보 기구에 전달한다. 그 위치 정보는 검출기 상에서 초점의 로케이션(location)을 나타낸다. 태양의 이동이 검출기 상의 초점을 검출기 상의 다른 로케이션으로 이동시킬 때, 그 이동은 서보 기구가 초점의 위치를 검출기 상에서 그의 초기 로케이션으로 복원시키도록 이동가능 패널의 위치를 조절하는 것을 유발한다.
개시의 특징은, 패널 상에 배열되는 광기전력 재료 상에 태양광을 집속하기 위해서 원통형 또는 구형으로 만곡될 수 있는 복수 개의 렌즈들을 사용하는 것이다.
개시의 다른 특징은, 렌즈들에 대하여 이격된 관계로 이동가능 패널을 유지하기 위한 가요성 지지체들을 사용하는 것이며, 이 지지체들은 태양광의 이동에 응답하여 광기전력 재료 상에 렌즈들의 초점을 유지하도록 이동가능 패널을 조절할 때 서보 기구의 작동에 응답하여 휘어질(flex) 수 있다.
개시의 다른 특징은, 렌즈가 구형 렌즈 또는 원통형 렌즈일 수 있으며, 렌즈들의 어레이가 긴 원통형 렌즈들의 로우 또는 구형 렌즈들의 2차원 어레이일 수 있다는 점이다.
솔라 패널의 다른 특징은, 추가의 광 에너지량(addition amount of light energy)을 캡처하기(capture) 위해서 이동가능 패널의 단부 벽에 부딪친 광을 단부 벽에 인접한 광기전력 재료 상으로 반사시키기 위해 이동가능 패널의 단부들에서 미러들을 사용하는 것이다.
솔라 패널의 특징은, 광기전력 재료들이 복수 개의 세그먼트들로 분할되어, 하나의 세그먼트에서 발생된 전기의 양이 하루종일(through the day) 보다 일정한 출력을 만드는 방식으로 다른 세그먼트들에서 발생된 전기의 양과 결합될 수 있다는 점이다. 예컨대, 최외곽 세그먼트들의 전기의 양은 병렬로(in parallel) 결합될 수 있고, 세그먼트들의 쌍들 모두의 전기의 양은 직렬로(in series) 결합될 수 있다.
본 개시의 또다른 특징은, 복수 개의 원통형 렌즈들을 갖는 솔라 패널이 태양의 하루 동안의 경로(daily path of the sun)에 평행하게 렌즈의 장축(long axis)으로 배향될 수 있고, 태양을 추적하기 위한 이동을 최소화하기 위해서 솔라 패널이 지구의 축에 대하여 태양의 경사 각도에 부합하도록 틸팅된다는 점이다.
솔라 패널의 특징은, 원통형 렌즈들이 패널에 대해 고정되는 길이로 유지되어 태양광이 광기전력 재료 상에 집속되면서, 서보 기구가 원통형 렌즈들의 어레이에 대하여 이동가능 패널을 이동시키도록 구성된다는 점이다.
다른 특징들 및 이들의 이점들은, 하기 도면들에 의해 동반되는 상세한 설명의 정독(careful reading)으로부터 솔라 패널들의 당업자에게 명백해질 것이다.
따라서, 일반적인 용어들로 개시의 변형들이 설명되며, 이제 반드시 축적대로 도시되어 있는 것은 아닌 첨부 도면들을 참조할 것이다.
도 1은 본 개시의 일 양태에 따른, 광기전력 재료(26)를 지탱하는 이동가능 패널(18) 위에 있는 렌즈들(14)을 도시하는 솔라 패널(10)의 상부 사시도이며, 렌즈들(14)은 가요성 지지체들(22)에 의해 이동가능 패널(18)에 연결되며, 이동가능 패널(18)은, 서보 기구(30)에 의해 이동가능하다.
도 2는 본 개시의 양태에 따른, 도 1의 솔라 패널(10)의 단면도이다.
도 3은 본 개시의 양태에 따른, 태양(sun)의 각도의 계절적 변화에 대한 조절을 위해서 서보 기구(30)에 의해서 이동가능 패널(18)이 좌측으로 이동되는 상태에서의 도 2의 솔라 패널(10)의 단면도이다.
도 4는 본 개시의 양태에 따른, 태양의 각도에 대한 조절을 위해서 이동가능 패널(18)이 우측으로 이동되는 상태에서의 도 2의 솔라 패널(10)의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 양태에 따른, 광기전력 재료(26)가 A―A', B―B' 등 내지 F―F'로 라벨링된 세그먼트들(36)의 쌍들로 분할된 상태에서의 도 1의 솔라 패널(10)의 측면도이다.
도 6은 이른 아침 또는 늦은 오후 동안과 같이 낮은 각도로 들어와, 이동가능 패널(18)의 단부 벽(32)의 경면식 표면(mirrored surface)에 의해서 광기전력 재료(26)의 세그먼트(A') 상으로 반사되는 태양광(sunlight)을 도시하는, 도 5의 솔라 패널(10)의 측면도이다.
도 7 및 도 8은 렌즈(14)를 통한 태양광의 초점(focal point)의 이동에 응답하여 검출기(38)의 위치가 조절될 수 있고 그 이동에 응답하여 가요성 지지체들(22)의 휨(flexing)이 가능한 서보 기구(30) 및 이동가능 패널(18) 사이의 연결을 도시하는 도 1의 솔라 패널(10)의 단면도들이다.
도 9 및 도 10은 대안의 배열체의 단면도들이며, 여기서, 렌즈(14)는 고정된 지지체들(56)에 의해 고정된 베이스(fixed base)(60)로부터 지지되며, 이동가능 패널(52)은 가요성 지지체들(50)을 통해 고정된 베이스(60)에 의해서 아래로부터 지지되며, 검출기(38) 상에서 렌즈(14)로부터 태양광의 포커스를 유지하도록 서보 기구(30)에 의해 이동가능하다.
도 11 및 도 12는 다른 대안의 배열체의 단면도들이며, 여기서, 이동가능 패널(72)은 이동가능 베이스(movable base)(68)에 의해서 아래로부터 지지되며, 렌즈(14)의 저부(bottom)(48)로부터 고정된 간격으로 검출기(38)를 유지하도록 서보 기구들(30)에 의해서 이동가능 패널(72) 및 이동가능 베이스(68)가 이동된다.
개시된 바와 같은 솔라 패널은, 적절한 배향 및 경사를 사용하여 솔리드 표면(solid surface)에 견고하게 장착될 수 있고 태양의 이동을 자동으로 추적하고 그리고 사용되는 광기전력 재료의 수집 효율(collection efficiency)을 최적화시키는 것을 시작하는 솔라 패널(10)의 형태일 수 있다. 솔라 패널(10)은 얇을 수 있으며; 예컨대, 1.5cm 내지 2.5cm 두께일 수 있고, 그리고 스케일러블(scalable) 가능할 수 있다. 솔라 패널(10)은, 예컨대, 제곱 미터(square meter)일 수 있고, 경량(light―weight)일 수 있다. 이는, 광기전력 재료를 덜 사용할 수 있어, 더 높은 효율의 집광기(concentrator) 포토셀 재료들을 사용하는 것이 비용 효율적이다. 솔라 패널의 렌즈들은 광학 유리 또는 광학 플라스틱 중 어느 하나로 만들어질 수 있고, 프레넬 렌즈들(Fresnel lenses)로서 구성될 수 있다.
도 1은 어레이(16)로 배열되어 가요성 지지체들(22)에 의해 이동가능 패널(18)을 지지하는 복수 개의 렌즈들(14)을 포함하는 솔라 패널(10)의 사시도이다. 어레이(16)에서 렌즈(14)는, 이 예시에서 원통형으로 도시되며, 렌즈(14)의 길이 치수에 대해 평행한 대칭 축을 갖는다. 사용시, 패널(18)은 렌즈(14)의 대칭 축이 동쪽 및 서쪽으로 이어진(running) 상태에서 배향될 것이며, 지구 회전축(earth's rotational axis) 및 지구 궤도축(orbital axis) 사이의 각도(이는 약 23.4도임)인 태양의 경사 각도(tilt angle)로 틸팅될 것이다.
광기전력 재료(26)는 패널(18) 상의 원통형 렌즈(14)의 초점에 있다. 렌즈(14)가, 그의 기하학적 형상 및 이동가능 패널(18)로부터 태양까지의 그의 거리 덕분에, 태양광의 평행한 광선들을 좁은 빔(narrow beam)으로 집속시키는(focus) 것이 가능하기 때문에, 광기전력 재료(26)의 영역은 더 작아질 수 있으며, 이에 따라 광기전력 재료의 양이 더 적어질 수 있다. 이에 따라, 단위 면적(unit area)당 더 높은 비용에도 불구하고, 실리콘보다 효율이 더 높은 광기전력 재료가 사용될 수 있다.
렌즈(14)는 구형일 수 있으며, 그러면 어레이(16)는 구형 렌즈들(spherical lenses), 이를테면 로우들(rows) 및 칼럼들(columns)의 어레이 또는 조밀 육방(close―packed hexagonal) 어레이로 만들어질 수 있다. 구형 렌즈(14)는 이동가능 패널(18) 상의 광기전력 재료(26) 위의 작은 원(small circle) 위로 광을 집속한다.
가요성 지지체들(22)은 렌즈들(14)의 단부들로부터 매달려 있는(suspended) 것으로 도 1에 도시되어 있다. 가요성 지지체들(22)은, 대안으로, 렌즈들(14) 사이의 벽들(walls)일 수 있다. 횡방향 이동을 유발할 수 있는 서보 기구(30) 또는 다른 기계적 디바이스가 이동가능 패널(18)에 부착되며, 패널(18)이 횡방향으로 이동하는 것을 유발하도록 구성된다. 가요성 지지체들(22)은, 렌즈(14)와 이동가능 패널(18) 사이의 초점 거리를 일정하게 유지하도록 작동하며, 서보 모터(30)는 이동가능 패널(18)을 렌즈(14)에 대해서 횡방향으로 이동시킨다.
이동가능 패널(18)이 횡방향으로 이동되는 것을 허용하는 솔라 패널(10)의 가요성 지지체들(22)의 능력은, 태양의 이동에도 불구하고, 렌즈(14)의 초점이 광기전력 재료(26) 상에서 중심에 유지되는 것을 허용한다. 서보 모터(30)는 태양을 추적하여(tracking) 이동가능 패널(18)을 이동시킨다. 필수적인 이동량(amount of movement required)은 작다. 렌즈(14)는, 렌즈의 길이 치수가 태양의 동―서 경로(east―west path)에 대해 평행하고 지구에 대하여 태양의 경사 축에 부합하도록 틸팅되게 배치된다. 이에 따라, 태양의 하루 동안의 이동(daily movement)의 대부분이 솔라 패널(10)의 초기 포지셔닝(initial positioning)에 의해 수용된다. 태양의 위치는, 위도(latitude)를 기준으로 정오에(at noon) 바로 머리위에 있는(directly overhead) 것으로부터 변화할 것이다. 이에 따라, 솔라 트래킹의 잔류량이 요구된다.
이러한 조절은 도 2, 도 3 및 도 4를 비교함으로써 예시된다. 이들 도면들은 솔라 패널(10)의 단면도들을 도시한다. 도 2는 파선들로 나타내는 태양의 광선들이 바로 머리위에 있는 것으로부터 유래하는(coming from) 상태로, 솔라 패널(10)을 도시한다. 도 3에서, 남쪽 방향이 우측이고 북쪽 방향이 좌측이면, 태양은 일반적으로 남동쪽에서 남서쪽으로 이동할 때, 도 3은 북방 지역(northern latitudes)에서 동계(winter months)에 적합할 수 있는, 이동가능 패널(18)의 위치의 좌측으로의 시프트(shift)를 예시한다. 마찬가지로, 그 다음에 도 4는, 보다 북쪽으로 배향된 태양 경로―일반적으로 동쪽에서 서쪽 그리고 남반구(southern hemisphere)에서 겨울에 또는 북반구(northern hemisphere)에서 여름에 그러하듯이 북쪽으로 틸팅됨―를 수용하도록 이동가능 패널(18)의 조절을 예시할 것이다. 이동가능 패널(18)의 이동 및 가요성 지지체들(22)의 휨(flexing)은 솔라 패널(10)이 광기전력 재료(26) 상에 태양의 광을 집속하는 것을 가능케 한다.
도 5 및 도 6은 솔라 패널(10)의 측면도들을 예시한다. 측면으로부터, 태양은, 그의 하루 동안의 횡단(dailytraverse)에 있어서 우측으로부터 좌측으로 이동할 것이다(도 5 및 도 6의 우측들은 동쪽으로 배향되고, 좌측들은 서쪽으로 배향되는 것을 가정함). 태양이 일반적으로 도 5에 예시된 바와 같이 일반적으로 머리위에 있을 때, 솔라 패널(10)에 오는(falling on) 태양광(재차 파선으로 나타냄)은 렌즈(14)를 통해 통과하며, 광기전력 재료(26) 상으로 직접적으로 온다. 태양이 도 6에 예시된 바와 같이 낮(day) 동안 하늘을 횡단함에 따라, 일부 태양광이 솔라 패널(10)의 단부 벽들(32)을 지나 올 것이며 이에 따라 이동가능 패널(18)을 그늘지게 하거나, 또는 단부 벽들(32) 상으로 올 것이다. 그 태양광을 포함하기 위해서, 단부 벽들(32)은 집속되는 태양광을 재료(26) 상으로 역으로(back) 반사시키기 위해서 경면식 내부 표면들을 가져, 반사된 광이 전기로 변환될 수 있고 또한 발생된 전기 에너지의 나머지에 추가될 수 있다.
광기전력 재료(26)는 길이가 동일할 수 있는 세그먼트들(36)로 분할될 수 있다. 세그먼트들(36)은 도 5 및 도 6에서 도시되는 바와 같이 쌍을 이루며 그리고 문자들에 의해 식별된다. 세그먼트들(36)의 제 1 쌍은, 도 5 및 도 6에서 2 개의 최외각 세그먼트들(36)(세그먼트 A 및 A')로부터, 그리고 이어서, 마지막 2 개의 세그먼트들(36)(이 예에서, F―F')이 쌍을 이룰 때까지, 다음 2 개의 최외각 세그먼트들(36)(세그먼트 B 및 B')이 쌍을 이루는 식이다: C―C', D―D' 등. 각각의 쌍(A―A', B―B', C―C', D―D', E―E', 및 F―F')에서 세그먼트들(36)은, 병렬식으로 전기 배선되며, 세그먼트 쌍들(A―A', B―B', C―C', D―D', E―E', 및 F―F')은 직렬식으로 전기 배선되어 광기전력 재료(26)를 위해 전류 출력을 제공한다. 이렇게 하여, 세그먼트(A') 상에 오는 미러(34)에 의해 반사된 태양광이 그 위에 바로 오는 임의의 태양광에 추가되며, 그늘진 세그먼트(A) 상에 오는 감소된 태양광을 부분적으로 보상한다. 이에 따라, 광기전력 재료(26)의 세그먼트들(36) 모두에 의해 발생된 전기의 양은 하루 동안 비교적 더 일정하다.
도 7 내지 도 12는 렌즈(14)로부터의 광의 초점이 광기전력 재료(26) 상에서 어떻게 유지되는지를 예시한다. 어레이(16)의 렌즈(14) 아래에서, 광기전력 재료(26)는 검출기(38)에 의해 대체된다. 검출기(38) 상에서 렌즈(14)에 의해 집속되는 광의 이동은 이동가능 패널(18)을 이동시키는 방법을 판정하기 위해 사용된다. 검출기(38) 상에서의 초점이 머리위 태양의 이동에 응답하여 이동함에 따라, 검출기(38)는 그 이동을 감지하고, 대응하는 신호를 서보―기구(30)에 전송하며, 이 기구는 검출기(38) 상에서 광의 초점을 리센터링하기(re―center) 위해서 이동가능 패널(18)을 이동시킴으로써 응답한다. 검출기(38)는 임의의 유형의 광학 구현, 이를테면, 쿼드 셀, 위치 종속 검출기, 리니어 어레이 또는 2 차원 어레이일 수 있다.
도 7에서, 검출기(38)의 이동은 서보 기구(30)가 이동가능 패널(18)을 밀거나 당김으로써 성취된다. 가요성 지지체들(22)은 렌즈(14)에 대하여 이동가능 패널(18)의 이동을 용이하게 한다. 가요성 지지체들(22)은 2 개의 가요성 조인트들, 즉, 상부 가요성 조인트(40) 및 하부 가요성 조인트(44)를 가지며, 이들은 서보 기구(30)에 의한 이동가능 패널(18)의 이동에도 불구하고 가요성 지지체들(22)이 렌즈(14)에 평행하게 이동가능 패널(18)을 유지하는 것을 가능케 한다. 렌즈(14)의 저부(48)는 이동가능 패널(18)의 평면에 대해 평행한 평면을 규정한다. 서보 기구(30)에 의해서 도 8에서 화살표로 나타내는 바와 같이 이동가능 패널(18)이 밀려질 때, 상부 및 저부 가요성 조인트들(40, 44)은 렌즈의 저부(48)가 이동가능 평면(18)에 대해 평행하게 유지되는 것을 보장한다. 렌즈(14)를 횡방향으로 이동시키는 것이 가능함으로써, 일년 내내(throughout the year) 태양의 비교적 높거나 낮은 각도가 수용될 수 있다. 이동가능 패널(18)의 이동이 패널의 가장 먼(extreme) 위치들로부터 패널의 중앙 위치로 진행함에 따라 렌즈(14)와 이동가능 패널(18) 사이의 공간이 약간 증가하며, 이는 포커스에 영향을 미친다.
도 9 및 도 10은 도 7 및 도 8의 어레인지먼트에 대한 대안인 뒤집힌 굴곡(inverted flexure) 어레인지먼트를 예시하며, 여기서 가요성 지지체들(50)은 고정된 베이스(60) 아래로부터 이동가능 패널(52)을 지탱한다. 고정된 베이스(60)로부터 강성 지지체들(56)의 세트가 렌즈(14)를 지지한다. 이러한 어레인지먼트에서, 이동가능 패널(52)은 서보 기구(30)로부터 화살표에 의해 도시되는 바와 같이 이동될 수 있어, 렌즈(14)의 초점에서 검출기(38)를 유지한다. 도 7 및 도 8의 어레인지먼트와 달리, 검출기(38)와 렌즈(14) 사이의 간격은, 이동가능 패널(52)이 패널의 2 개의 가장 먼 위치들 중 하나로부터 패널의 중앙 위치로 이동함에 따라 증가하며, 이러한 이동은 또한 포커스에 영향을 준다.
도 11 및 도 12는 렌즈(14)가 이동가능 베이스(68)에 부착되는 강성 지지체들(64)에 의해 지지되는 제 3 어레인지먼트를 예시한다. 이동가능 베이스(68)는 가요성 지지체들(76)을 사용하여 이동가능 패널(72)을 지지한다. 이동가능 베이스(68) 및 이동가능 패널(72)은, 예컨대, 2 개의 서보 기구들(30)을 사용하여 화살표들에 의해 나타내는 바와 같이 독립적으로 이동될 수 있다. 이러한 어레인지먼트는, 검출기(38)가 태양의 이동 추적시에 렌즈(14)에 대하여 횡방향으로 이동하는 것을 허용하면서 샤프 포커스(sharp focus)를 위해 렌즈(14)의 저부(48)와 검출기(38) 사이의 분리 거리 뿐만 아니라 이들의 평행 관계를 유지한다.
도 7 내지 도 12에 도시된 본 발명의 3 개의 양태들에서, 검출기(38) 및 렌즈(14)의 상대 위치들은 검출기(38)에 정렬된 렌즈(14)가 어레이(16) 도처에서 유지되도록 조절될 필요가 있다. 검출기(38)는 라이트 포커스의 시프팅 위치(shifting position)를 검출하여 서보 기구(30)에 신호를 보내 이동가능 패널들(18, 52, 72)을 이동시킴으로써 그러한 변화를 수행한다. 검출기(38) 대신에 광기전력 재료들(26)을 갖춘 어레이(16)의 나머지는 그에 맞춰 후속한다.
게다가, 본 개시는 하기 항목들에 따른 실시예들을 포함한다:
항목 1. 솔라 패널(10)로서, 복수 개의 렌즈들(14)―상기 복수 개의 렌즈들 중의 렌즈는 광을 집속하기 위해서 만곡됨(curved)―; 이동가능 패널(18); 상기 이동가능 패널(18) 상에 지탱되는 광기전력 재료(26)―상기 광기전력 재료(26)는 상기 복수 개의 렌즈들(14)에 의해 상기 광기전력 재료들(26) 상에 광이 집속될 때 전류를 발생시킴―; 상기 이동가능 패널에 상기 복수 개의 렌즈들을 연결하는 복수 개의 지지체들; 및 상기 이동가능 패널에 연결되는 서보 기구를 포함하며, 상기 서보 기구는 상기 광기전력 재료 상에서 상기 복수 개의 렌즈들로부터의 상기 광을 유지하기 위해 상기 이동가능 패널을 이동시키는, 솔라 패널.
항목 2. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 복수 개의 지지체들 중의 지지체는 가요성 조인트들을 갖는다.
항목 3. 항목 2의 솔라 패널에 있어서, 상기 지지체는 상부 및 하부 가요성 조인트를 갖는다.
항목 4. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 광은 태양으로부터의 태양광이며, 상기 솔라 패널은 상기 이동가능 패널 상에서 검출기를 더 포함하며, 상기 검출기는 상기 검출기에 대한 초점의 이동에 대해 응답하며, 상기 검출기는 상기 초점의 상기 이동에 대한 위치 정보를 제공하며, 상기 서보 기구는 상기 검출기와 통신하고, 상기 서보 기구는 상기 검출기 상에서 상기 초점을 유지하도록 상기 이동가능 패널을 이동시킨다.
항목 5. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 렌즈는 구형 렌즈이다.
항목 6. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 렌즈는 원통형 렌즈이다.
항목 7. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 렌즈는 프레넬 렌즈이다.
항목 8. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 렌즈는 광학 플라스틱으로 만들어진다.
항목 9. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 상기 이동가능 패널은 일 단부를 가지며, 상기 솔라 패널은 상기 광기전력 재료 상에 상기 광을 반사시키기 위해서 상기 이동가능 패널의 상기 단부에 로케이팅되는 미러(mirror)를 더 포함한다.
항목 10. 항목 1의 솔라 패널에 있어서, 광기전력 재료는 복수 개의 세그먼트들로 분할되며, 상기 복수 개의 세그먼트들 중의 세그먼트는 상기 광에 노출될 때 전기를 발생시킨다.
항목 11. 항목 10의 솔라 패널에 있어서, 상기 복수 개의 세그먼트들은 세그먼트 쌍들로 배열되며, 상기 세그먼트 쌍들에 의해 발생된 전기는 직렬로 결합된다.
항목 12. 솔라 패널을 사용하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 복수 개의 렌즈들의 축(axis)이 동쪽 및 서쪽으로 배향되도록 배향되는 지상에(on the earth) 복수 개의 렌즈들을 배치시키는 단계; 및 상기 태양의 경사 각도(tilt angle)에 부합하도록 상기 복수 개의 렌즈들을 틸팅하는(tilting) 단계를 포함하는, 솔라 패널을 사용하기 위한 방법.
항목 13. 솔라 패널로서, 축을 갖는 렌즈들의 어레이―상기 렌즈들은 원통형 렌즈들임―; 이동가능 패널; 상기 이동 가능 패널 상에 지탱되는 광기전력 재료; 상기 렌즈들의 어레이 상에 비치는(shining on) 태양광이 상기 이동가능 패널 상에 지탱된 상기 광기전력 재료 상에 집속되도록 상기 렌즈들의 어레이에 대하여 이격된 관계로 상기 이동가능 패널을 유지하는 가요성 지지체들―상기 광기전력 재료는 상기 태양광이 그 위에 집속될 때 일정량의 전기를 발생시킴―; 및 상기 이동가능 패널에 연결되는 서보 기구를 포함하며, 상기 서보 기구는 상기 태양광이 상기 렌즈들의 어레이에 의해서 상기 광기전력 재료 상에 집속되지 않을 때 상기 이동가능 패널을 이동시키는, 솔라 패널.
항목 14. 항목 13의 솔라 패널에 있어서, 상기 렌즈들의 어레이는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 솔라 패널은 상기 광기전력 재료 상에 태양광을 반사시키도록 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부에 위치되는 미러들을 더 포함한다.
항목 15. 항목 13의 솔라 패널에 있어서, 상기 광기전력 재료는 세그먼트들로 분할되며, 상기 세그먼트들 중의 세그먼트는 전기를 발생시킨다.
항목 16. 항목 15의 솔라 패널에 있어서, 상기 세그먼트는 쌍들로 전기적으로 연결된다.
항목 17. 항목 16의 솔라 패널에 있어서, 상기 세그먼트들의 쌍들은 직렬로 전기 연결된다.
항목 18. 항목 13의 솔라 패널에 있어서, 상기 서보 기구와 통신하며 상기 이동가능 패널 상에 있는 검출기를 더 포함하며, 상기 검출기는 상기 복수 개의 렌즈들 중의 렌즈로부터 광을 수신하고 상기 검출기에 의해 수신된 상기 광의 이동에 응답하며 상기 이동에 관련된 신호를 출력하며, 상기 서보 기구는 상기 검출기로부터 상기 신호를 수신하고 상기 이동가능 패널을 이동시킴으로써 응답한다.
항목 19. 항목 13의 솔라 패널로서, 고정된 베이스; 및 강성 지지체들을 더 포함하며, 상기 강성 지지체들은 상기 이동가능 패널에 대하여 상기 렌즈들의 어레이를 유지하고 상기 가요성 지지체들은 상기 고정된 베이스에 대하여 상기 이동가능 패널을 유지하며, 상기 서보 기구는 상기 이동가능 패널을 이동시킨다.
항목 20. 항목 13의 솔라 패널로서, 고정된 베이스; 및 강성 지지체들을 더 포함하며, 상기 가요성 지지체들은 상기 고정된 베이스에 대하여 상기 이동가능 패널을 지지하며, 상기 강성 지지체들은 상기 고정된 베이스에 대하여 상기 렌즈들의 어레이를 유지하며, 상기 서보 기구는 상기 태양광이 이동함에 따라 상기 이동가능 베이스 및 상기 이동가능 패널을 이동시킨다.
본 개시의 엘리먼트들 또는 본 개시의 예시적인 양태들 또는 실시예(들)을 도입할 때, 단수형 표현들은 엘리먼트들 중 하나 또는 그 초과가 존재하는 것을 의미하도록 의도된다. 용어 "포함하는", "갖는"은 내포적인 것으로 의도되며, 목록화된 것들에 추가의 엘리먼트들이 존재할 수 있음을 의미한다. 본 개시가 특정 실시예들에 대하여 설명되고 있지만, 이들 실시예들의 상세들은 제한들로서 이해되어서는 안된다.

Claims (15)

  1. 솔라 패널(solar panel)(10)로서,
    복수 개의 렌즈들(lenses)(14)―상기 복수 개의 렌즈들 중의 렌즈는 광(light)을 집속하기(focus) 위해서 만곡됨(curved)―; 이동가능 패널(18); 상기 이동가능 패널(18) 상에 지탱되는 광기전력 재료(photovoltaic material)(26)―상기 광기전력 재료(26)는 상기 복수 개의 렌즈들(14)에 의해 상기 광기전력 재료들(26) 상에 광이 집속될 때 전류(electric current)를 발생시킴―; 상기 이동가능 패널(18)에 상기 복수 개의 렌즈들(14)을 연결하는 복수 개의 지지체들(22); 및 상기 이동가능 패널(18)에 연결되는 서보 기구(servo―mechanism)(30)를 포함하며, 상기 서보 기구(30)는 상기 광기전력 재료(26) 상에서 상기 복수 개의 렌즈들(14)로부터의 상기 광을 유지하기 위해 상기 이동가능 패널(18)을 이동시키는,
    솔라 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 지지체들 중의 지지체는 가요성 조인트들(flexible joints)(40, 44)을 갖는,
    솔라 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지체는 상부(40) 및 하부(44) 가요성 조인트를 갖는,
    솔라 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광은 태양으로부터의 태양광(sunlight)이며, 상기 솔라 패널은 상기 이동가능 패널(18) 상에서 검출기(detector)(38)를 더 포함하며, 상기 검출기(38)는 상기 검출기(38)에 대한 초점(focal point)의 이동에 대해 응답하며, 상기 검출기(38)는 상기 초점의 상기 이동에 대한 위치 정보(position information)를 제공하며, 상기 서보 기구(30)는 상기 검출기(38)와 통신하고, 상기 서보 기구(30)는 상기 검출기(38) 상에서 상기 초점을 유지하도록 상기 이동가능 패널(18)을 이동시키는,
    솔라 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈(14)는 구형 렌즈(spherical lens)인,
    솔라 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈(14)는 원통형 렌즈(cylindrical lens)인,
    솔라 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈(14)는 프레넬(Fresnel) 렌즈인,
    솔라 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 렌즈(14)는 광학 플라스틱(optical plastic)으로 만들어지는,
    솔라 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동가능 패널(18)은 일 단부를 가지며,
    상기 솔라 패널은 상기 광기전력 재료(26) 상에 상기 광을 반사시키기 위해서 상기 이동가능 패널(18)의 상기 단부에 로케이팅되는(located) 미러(mirror)(34)를 더 포함하는,
    솔라 패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    광기전력 재료는 복수 개의 세그먼트들(segments)(36)로 분할되며, 상기 복수 개의 세그먼트들(36) 중의 세그먼트는 상기 광에 노출될 때 전기를 발생시키는,
    솔라 패널.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 세그먼트들(36)은 세그먼트 쌍들 (A―A',ㆍㆍㆍ)로 배열되며, 상기 세그먼트 쌍들에 의해 발생된 전기는 직렬로(in series) 결합되는,
    솔라 패널.
  12. 솔라 패널을 사용하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 상기 복수 개의 렌즈들의 축(axis)이 동쪽 및 서쪽으로 배향되도록 배향되는 지상에(on the earth) 복수 개의 렌즈들을 배치시키는 단계; 및 상기 태양의 경사 각도(tilt angle)에 부합하도록 상기 복수 개의 렌즈들을 틸팅하는(tilting) 단계를 포함하는,
    솔라 패널을 사용하기 위한 방법.
  13. 솔라 패널(10)로서,
    축을 갖는 렌즈들(14)의 어레이(array)(16)―상기 렌즈들(14)은 원통형 렌즈들임―; 이동가능 패널(18); 상기 이동 가능 패널(18) 상에 지탱되는 광기전력 재료(26); 상기 렌즈들(16)의 어레이 상에 비치는(shining on) 태양광이 상기 이동가능 패널(18) 상에 지탱된 상기 광기전력 재료(26) 상에 집속되도록 상기 렌즈들(16)의 어레이에 대하여 이격된 관계로 상기 이동가능 패널(18)을 유지하는 가요성 지지체들(22)―상기 광기전력 재료(26)는 상기 태양광이 그 위에 집속될 때 일정량의 전기를 발생시킴―; 및 상기 이동가능 패널(18)에 연결되는 서보 기구(30)를 포함하며, 상기 서보 기구(30)는 상기 렌즈들의 어레이에 의해서 상기 태양광이 상기 광기전력 재료(26) 상에 집속되지 않을 때 상기 이동가능 패널(18)을 이동시키는,
    솔라 패널.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 렌즈들(16)의 어레이는 제 1 단부 및 제 2 단부를 가지며, 상기 솔라 패널은 상기 광기전력 재료(26) 상에 태양광을 반사시키도록 상기 제 1 단부 및 상기 제 2 단부에 위치되는 미러들을 더 포함하는,
    솔라 패널.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광기전력 재료(26)는 세그먼트들(36)로 분할되며, 상기 세그먼트들(36) 중의 세그먼트는 전기를 발생시키는,
    솔라 패널.
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