KR20190097807A - Shape-transformable compound parabolic solar concentrator - Google Patents

Shape-transformable compound parabolic solar concentrator Download PDF

Info

Publication number
KR20190097807A
KR20190097807A KR1020180017666A KR20180017666A KR20190097807A KR 20190097807 A KR20190097807 A KR 20190097807A KR 1020180017666 A KR1020180017666 A KR 1020180017666A KR 20180017666 A KR20180017666 A KR 20180017666A KR 20190097807 A KR20190097807 A KR 20190097807A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mirror
solar concentrator
light
point
mirrors
Prior art date
Application number
KR1020180017666A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102132523B9 (en
KR102132523B1 (en
Inventor
이정용
조창순
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020180017666A priority Critical patent/KR102132523B1/en
Publication of KR20190097807A publication Critical patent/KR20190097807A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102132523B1 publication Critical patent/KR102132523B1/en
Publication of KR102132523B9 publication Critical patent/KR102132523B9/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20Optical components
    • H02S40/22Light-reflecting or light-concentrating means
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0019Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors)
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0038Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
    • G02B19/0042Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/08Mirrors
    • G02B5/10Mirrors with curved faces
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00Supporting structures for PV modules
    • H02S20/30Supporting structures being movable or adjustable, e.g. for angle adjustment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)

Abstract

Disclosed is a shape-transformable compound parabolic solar concentrator. The shape-transformable compound parabolic solar concentrator comprises: a first mirror of which the focus is located in a second mirror; and a second mirror of which the focus is located in the first mirror. The first mirror and the second mirror are designed to allow light to enter an entrance even if an incidence angle of the light entering the first mirror and the second mirror is changed, and adjust an allowable incidence angle range by adjusting slopes of the first mirror and the second mirror.

Description

형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기{Shape-transformable compound parabolic solar concentrator}Shape-transformable compound parabolic solar concentrator

본 발명은 CPC의 형상을 연중 변화시킴으로써 일일 광추적(daily light tracking)을 하지 않고도 태양광을 집광할 수 있는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기에 관한 것이다.The present invention relates to a shape-variable complex parabolic solar collector that can collect sunlight without daily light tracking by changing the shape of the CPC throughout the year.

태양광 집광기는 물질 소모 절감과 전압 특성 개선 등의 장점에도 불구하고 광추적 시스템의 운용에 많은 비용이 수반되어 실제 활용이 제한된다. Despite the advantages of reducing the material consumption and improving the voltage characteristics, the solar collector has a high cost for operating the light tracking system, which limits its practical use.

종래기술에 따른 LSC(Luminescent Solar Concentrator)는 발광물질이 빛을 흡수했다가 재방출하여 전반사에 의해 가장자리로 빛을 유도하는 방식이다. 이러한 방식은 빛의 입사각에 무관하게 가장자리의 태양전지로 빛을 모아줄 수 있지만 실제로 광 전달 효율은 매우 낮음. 유리창 대체 등 제한적 목적으로만 이용 가능하다. Luminescent Solar Concentrator (LSC) according to the prior art is a method in which the light emitting material absorbs light and then re-emits the light to induce light to the edge by total reflection. This method can collect light into the solar cell at the edge irrespective of the angle of incidence of light, but the light transmission efficiency is very low. Only available for limited purposes, such as glass window replacement.

1차원 CPC(compound parabolic concentrator)의 허용입사각을 늘리고 그 축을 동서로 정렬하면, 연중 태양의 움직임에 의한 영향을 적게 받으면서 집광이 가능하다. 그러나 1차원 CPC의 배율은 C = n/sin(θaccept/2)(여기서, n은 CPC 내부 몰드의 굴절율) 로 허용입사각 범위와 트레이드 오프 관계에 있으며 허용입사각을 연중 태양의 고도변화인 47도로 설계할 경우 C는 3 미만의 낮은 집광배율만을 가지게 된다. Increasing the permissible incident angle of a one-dimensional compound parabolic concentrator (CPC) and aligning its axes from east to west allows condensing with less influence from sun movement throughout the year. However, the magnification of one-dimensional CPC is C = n / sin (θaccept / 2) where n is the refractive index of the mold within the CPC. In this case, C has only a low light magnification of less than 3.

종래기술에 따르면, 렌즈는 가만히 있고 그 초점에 따라 태양전지가 수평방향으로 움직이게 하여 광추적 비용을 절감하는 방식을 제안하였다. 또 다른 종래기술에 따르면, 종이접기를 이용하여 광추적 비용을 절감하는 방식을 제안하였다. 하지만, 이러한 방식들은 광추적의 비용을 상대적으로 줄이는 것일 뿐 태양전지가 해를 따라 하루종일 움직여야 한다는 근본적 문제를 해결한 것은 아니다. According to the prior art, the lens is still and proposed to reduce the light tracking cost by moving the solar cell in the horizontal direction according to the focus. According to another prior art, a method of reducing light tracking costs using origami has been proposed. However, these methods only reduce the cost of light tracking and do not solve the fundamental problem of solar cells moving all day along the year.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 1차원 CPC 배열을 제작하여 축방향을 동서로 정렬하여 태양의 하루 중 움직임에 따른 단면 방향 입사각 변화를 최소화하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기를 제안한다. 종래의 1차원 CPC의 경우, 연중 태양의 고도변화 +-23.5°에 따라 시스템 전체를 기울여주어야 하므로, 이에 따라 많은 비용이 수반되는 한편 그림자 영역(shading region)에 의해 빛을 받지 못하는 영역이 생기는 등의 문제가 있다. 본 발명은 태양전지 판넬 자체는 고정하되, 포물형 거울의 형상을 연중 태양 고도에 맞게 변화시키고, 태양의 고도가 변함에 따라 그에 맞는 비대칭 CPC가 설계된다.The technical problem to be achieved by the present invention is to produce a one-dimensional CPC array to align the axial direction from east to west to propose a shape-variable composite parabolic solar light collector that minimizes the change in the incident angle of the cross-section direction according to the movement of the sun. In the case of the conventional one-dimensional CPC, the whole system should be tilted according to the altitude change of the sun during the year + -23.5 °, which is very expensive and generates an area not covered by the shadowing area. There is a problem. According to the present invention, the solar cell panel itself is fixed, but the shape of the parabolic mirror is changed according to the yearly solar altitude, and as the altitude of the sun changes, an asymmetric CPC is designed accordingly.

일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 선형 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 연장 가능한 거울이며 연중 모양 변화에 대응하여 연장된다. In one aspect, the variable variable composite parabolic solar light collector proposed by the present invention includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror, wherein the first mirror And the second mirror is designed to allow light to enter the entrance even when the incident angles of the light incident on the first mirror and the second mirror are changed, and the allowable angle of incidence by adjusting the inclination of the first mirror and the second mirror. Adjusting range, the first mirror and the second mirror is a linear mirror, the first mirror and the second mirror is an extendable mirror and extends in response to a change in shape throughout the year.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 각 기울기에서 상기 제1 거울에 반사된 빛이 상기 제2 거울에 집중되는 포인트 및 상기 제2 거울에 반사된 빛이 상기 제1 거울에 집중되는 포인트를 기준으로 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울을 절단하여 집광배율을 조절한다.
Based on the point at which the light reflected by the first mirror is focused on the second mirror at each inclination of the first mirror and the second mirror, and the point where the light reflected on the second mirror is focused on the first mirror By cutting the first mirror and the second mirror to adjust the condensing magnification.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 액추에이터는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에만 설치한 2 포인트 선형 거울을 이용하거나 또는 보조 액추에이터를 추가한 3 포인트 선형 거울을 이용한다. The actuators of the first mirror and the second mirror use two-point linear mirrors installed only at the top of the first mirror and the second mirror, or use three-point linear mirrors with an auxiliary actuator.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상부 거울 및 하부 거울을 각각 포함하고, 상기 상부 거울 및 상기 하부 거울은 서로 중첩된 부분을 포함한다. According to another aspect, the variable variable composite parabolic solar collector proposed by the present invention includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror, The first mirror and the second mirror are designed to allow light to enter the entrance even if the incident angle of the light incident on the first mirror and the second mirror is changed, and by adjusting the inclination of the first mirror and the second mirror. Adjusting the allowable angle of incidence range, the first mirror and the second mirror comprises an upper mirror and a lower mirror, respectively, the upper mirror and the lower mirror includes a portion overlapping each other.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 고무줄의 신축성에 따라 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 구조 및 크기가 변환되도록 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에 설치된 액추에이터와 집광부 입구 사이에 고무줄을 걸고, 상기 고무줄에 상기 상부거울을 부착하고, 상기 집광부 입구에 하부 거울을 부착한다. The first mirror and the second mirror between the actuator and the light inlet entrance installed on top of the first mirror and the second mirror so that the structure and size of the first mirror and the second mirror is converted according to the elasticity of the rubber band Hook a rubber band, attach the upper mirror to the rubber band, and attach a lower mirror to the inlet of the light collecting part.

상기 액추에이터가 움직임에 따라 상부 거울의 움직임이 변하고, 하부 거울은 상부 거울에 기대어지며, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울이 포물면 구조에 근사되는 효과를 증가 시키기 위해 상기 집광부 입구에 상부 거울과 하부 거울을 고정하는 포인트를 서로 이격시킨다. The movement of the upper mirror changes as the actuator moves, the lower mirror leans against the upper mirror, and the upper mirror at the entrance of the condenser to increase the effect of the first mirror and the second mirror approximating the parabolic structure. The points fixing the lower mirror are spaced apart from each other.

상기 하부 거울은 선형 거울 또는 포물형 거울이다. The bottom mirror is a linear mirror or parabolic mirror.

또 다른 일 측면에 있어서, 본 발명에서 제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절하고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 포물형 금속 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절한다. According to another aspect, the variable variable composite parabolic solar collector proposed by the present invention includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror, The first mirror and the second mirror are designed to allow light to enter the entrance even if the incident angle of the light incident on the first mirror and the second mirror is changed, and by adjusting the inclination of the first mirror and the second mirror. Adjusting the allowable angle of incidence range, the first mirror and the second mirror is a parabolic metal mirror, and adjusts the inclination of the first mirror and the second mirror.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 은, 알루미늄을 포함하는 금속을 유리, 플라스틱 또는 금속판에 코팅하여 제작된다. The first mirror and the second mirror are manufactured by coating a metal including silver and aluminum on glass, plastic, or a metal plate.

본 발명의 실시예들에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 1차원 CPC 배열을 제작하여 축방향을 동서로 정렬하여 태양의 하루 중 움직임에 따른 단면 방향 입사각 변화를 최소화할 수 있다. 종래의 1차원 CPC의 경우, 연중 태양의 고도변화 +-23.5°에 따라 시스템 전체를 기울여주어야 하므로, 이에 따라 많은 비용이 수반되는 한편 그림자 영역(shading region)에 의해 빛을 받지 못하는 영역이 생기는 등의 문제가 있다. 본 발명은 태양전지 판넬 자체는 고정하되, 포물형 거울의 형상을 연중 태양 고도에 맞게 변화시키고, 태양의 고도가 변함에 따라 그에 맞는 비대칭 CPC가 설계될 수 있다. According to the embodiments of the present invention, the variable-shape complex parabolic photovoltaic light collector may manufacture a one-dimensional CPC array and align the axial direction in the east-west direction to minimize the change in the incident angle of the cross section according to the movement of the sun. In the case of the conventional one-dimensional CPC, the whole system should be tilted according to the altitude change of the sun during the year + -23.5 °, which is very expensive and generates an area not covered by the shadowing area. There is a problem. According to the present invention, the solar cell panel itself is fixed, but the shape of the parabolic mirror is changed according to the yearly solar altitude, and as the altitude of the sun changes, an asymmetric CPC can be designed.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양의 고도에 따른 입사각을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 판넬의 기울기에 따른 입사각의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광배율에 따른 태양전지의 개방전압 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 집광 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다.
1 is a view for explaining the angle of incidence according to the altitude of the sun according to an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing the change of the incident angle according to the inclination of the solar cell panel according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the open-circuit voltage characteristics of the solar cell according to the light condensing magnification according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a light collecting principle of a shape variable composite parabolic solar light collector according to an embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining the structure of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to the first embodiment of the present invention.
7 is a result of simulating the optical efficiency according to the first embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining the structure of a variable-shape composite parabolic solar collector according to a second embodiment of the present invention.
9 is a result of simulating the optical efficiency according to the second embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining the structure of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to the third embodiment of the present invention.
11 is a result of simulating the optical efficiency according to the third embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양의 고도에 따른 입사각을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the angle of incidence according to the altitude of the sun according to an embodiment of the present invention.

1차원 CPC라고 해서 하루 중 단면 입사각이 변하지 않는 것은 아니다. 예를 들어, 도 1과 같이 1차원 CPC를 동서로 정렬하고 허용입사각을 +-23.5도로 설계한다 하더라도, 봄과 가을(120)에는 태양의 일주궤도(121)가 항상 허용입사각 범위에 들어오지만 여름(130)과 겨울(110)에는 태양의 일주궤도(131, 111)가 남중고도 근방을 제외하고는 대부분의 시간이 허용 입사각 범위 밖에 있게 된다. 이러한 문제점은 1차원 CPC의 성능을 제한하는 요소인 동시에 본 발명에서 해결해야 할 과제이다.
One-dimensional CPC does not mean that the angle of incidence of the cross section does not change throughout the day. For example, even if one-dimensional CPCs are aligned east-west as shown in FIG. 130 and the winter 110, the sun orbit 131, 111 of the sun is outside the allowable angle of incidence most of the time except near the southern middle altitude. This problem is a problem to be solved in the present invention while at the same time limiting the performance of the one-dimensional CPC.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양전지 판넬의 기울기에 따른 입사각의 변화를 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing the change of the incident angle according to the inclination of the solar cell panel according to an embodiment of the present invention.

도 2는 태양전지 판넬을 동서방향 축으로 정렬하고 지역의 고도만큼 기울여 주었을 때, 겨울(동지), 여름(하지), 봄가을(춘분추분)에 각각 아침 6시부터 저녁6시까지 입사각이 어떻게 변하는지를 나타내는 그래프이다. 봄과 가을에는 입사각이 일정하지만 여름과 겨울에는 그 변화가 심한 것을 알 수 있다. 실제 광량은 낮시간 대가 많으므로 시스템 설계는 (비교적 입사각 변화가 적은) 낮시간 대에 맞게 설계하고, 아침과 저녁시간대의 광 손실을 최소화 하는 방향으로 이루어져야 한다.
Figure 2 shows the angle of incidence from 6 am to 6 pm in winter (winter), summer (lower), and spring and autumn (Fall equinox), when the solar panels are aligned on the east-west axis and tilted by the local altitude. It is a graph showing whether it changes. The angle of incidence is constant in spring and autumn, but the change is severe in summer and winter. Since the actual amount of light is large during the daytime, the system design should be designed for the daytime (with less variation in the incident angle) and aimed at minimizing light loss in the morning and evening hours.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 집광배율에 따른 태양전지의 개방전압 특성을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing the open-circuit characteristics of the solar cell according to the light condensing magnification according to an embodiment of the present invention.

태양광 집광배율(C)이 높을수록 해당 태양전지의 개방전압 특성이 증가하는 것은 도 3에 나타낸 바와 같이 이미 잘 알려져 있으며, 실제로 GaAs 등 고비용 고효율 태양전지의 경우 효율극대화를 위해 수백배 이상의 고배율 집광으로 전압을 극대화하는 기술이 많이 이용되고 있다.As the photovoltaic magnification (C) is higher, it is well known that the open-circuit characteristic of the solar cell is increased, as shown in FIG. 3. As a result, a technique for maximizing voltage is widely used.

수백배의 고배율 집광은 1차원 CPC로 달성할 수 있는 대상이 아니며, 본 발명은 약 10배 내외, 적게는 2-3배에서 많게는 수십배 정도의 집광 배율을 타겟으로 한다. 아래 그래프에 보인 바와 같이, 실리콘 태양전지의 경우 저배율 집광만으로도 태양전지의 광변환 효율은 수 퍼센트 이상 증가하는 것을 알 수 있다.
Hundreds of times high magnification condensation is not an object that can be achieved with one-dimensional CPC, and the present invention targets condensation magnifications of about 10 times, at least 2-3 times and as many as tens of times. As shown in the graph below, it can be seen that the photovoltaic conversion efficiency of the solar cell increases by several percent even with low magnification of the silicon solar cell.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. Figure 4 is a schematic diagram for explaining the operation of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to an embodiment of the present invention.

CPC는 두 개의 포물형 거울(411, 412)이 각자의 초점을 상대편 거울 위에 있게 하여 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 들어올 수 있게 설계된 구조이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 두 개의 포물형 거울(411, 412)의 최상단에 설치된 액추에이터(420)와 두 개의 포물형 거울(411, 412)의 하단에 집광부 입구(430)가 위치하도록 하여 각 포물형 거울을 기울여줌으로써 허용 입사각 범위를 조절할 수 있다. The CPC is designed so that two parabolic mirrors 411 and 412 put their focus on the opposite mirror so that the light can enter the entrance even if the angle of incidence of the light changes. According to an embodiment of the present invention, the actuator 420 installed at the top of the two parabolic mirrors 411 and 412 and the condenser entrance 430 are located at the bottom of the two parabolic mirrors 411 and 412. The angle of incidence angle can be adjusted by tilting each parabolic mirror.

포물형 거울을 기울여서 설계를 하면, 집광배율은 실제로 조금씩 줄어드는 것으로 나타난다. 그러나 본 발명의 경우 입구의 넓이가 이미 고정이 되어있고, 구조물의 주기도 일정하므로 이에 따른 집광배율도 항상 동일해야 한다.When the tilted parabolic mirror is designed, the magnification actually appears to decrease slightly. However, in the case of the present invention, the width of the entrance is already fixed, and the period of the structure is constant, so the condensing magnification should be the same accordingly.

따라서 본 발명은 CPC를 원하는 집광배율 타겟보다 더 높은 배율로 설계하고, 각 기울기에서 절단(truncation)을 통해 집광배율을 조절하는 방식으로 기울기별 CPC를 설계할 수 있다. 각 기울기에서 절단(truncation)을 통해 집광배율을 조절하는 방식을 도 5를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
Accordingly, the present invention can design the CPC at a higher magnification than the desired target magnification target, and design the slope-specific CPC in such a manner as to control the concentration of the focus through truncation at each slope. A method of adjusting the condensing magnification by truncation at each slope will be described in more detail with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 집광 원리를 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for explaining a light collecting principle of a shape variable composite parabolic solar light collector according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 복합 포물선 집중 장치(CPC)는 태양 광 집광을 위해 가장 널리 사용되는 구성 중 하나이다. 렌즈 형 집광 장치는 일반적으로 하나의 초점을 가지며 입사각 변화에 매우 민감하지만 CPC는 두 개의 포물선(510, 520)이 서로 다른 초점(F1, F2)을 가지므로 주어진 입사각 범위에서 입사광 전체를 집중시킬 수 있다. CPC의 설계 절차는 이미 잘 알려져 있다. Composite parabolic concentrator (CPC) according to an embodiment of the present invention is one of the most widely used configuration for solar condensing. Lenticular concentrators generally have one focal point and are very sensitive to changes in angle of incidence, but CPC concentrates the entire incident light in a given angle of incidence range since the two parabolas 510 and 520 have different focal points (F 1 , F 2 ). You can. The design procedure of the CPC is well known.

도 5a에 도시된 바와 같이, F1 및 F2에 각각 초점을 맞추는 포물선(520) 및 포물선(510)은 ± θt만큼 서로를 향해 기울어진다. F1과 F2는 집중 영역의 끝점이 되며, 이 지점 아래의 포물선은 제거(truncation)되어야 한다(점선으로 표시). As shown in FIG. 5A, parabola 520 and parabola 510 that focus on F 1 and F 2 , respectively, are inclined toward each other by ± θ t . F 1 and F 2 are the end points of the concentrated area, and the parabola below this point must be truncated (indicated by the dashed line).

두 축 L1과 L2는 각각 L'1과 L'2로 이동하여 F2와 F1을 포함하면 L'1과 포물선(510)의 교점과 L'2와 포물선(520)의 교점이 CPC의 다른 끝점을 결정한다. 이 교차점 위의 포물선도 제거해야 한다. The two axes L 1 and L 2 move to L ' 1 and L' 2 , respectively, and include F 2 and F 1 , where the intersection of L ' 1 and parabola 510 and the intersection of L' 2 and parabola 520 are CPC. Determine the other endpoint of. The parabola above this intersection must also be removed.

포물선은 축에 평행한 입사광을 초점에 집중시키는 특성을 갖기 때문에 L'2t와 동일한 입사각)에 평행한 입사 광선은 포물선(510)의 반사에 의해 F2로 집중된다. 입사각이 감소하고 수직이 되면, 광선은 F2의 왼쪽 영역을 통과한다. 이러한 작동 원리는 포물선(520)과 F1에도 적용되기 때문에 ±θt 이내의 모든 입사 광선은 F1과 F2 사이의 영역을 손실 없이 통과시킨다. CPC를 굴절률 n의 투명 재료로 몰딩한 경우, 스넬의 법칙에 의해 입사각 θa는 1D의 경우 θa = 2sin- 1(nsin (θt))이되고, C1D = 1/sin (θt) = n/sin (θa/2)이고, 2D의 경우 C2D = 1/sin2t) = n2 / sin2a/2)이다.
Since the parabola has a characteristic of focusing incident light parallel to the axis at the focal point, the incident light beam parallel to L ' 2 (the same incident angle as θ t ) is concentrated at F 2 by the reflection of the parabola 510. As the angle of incidence decreases and becomes vertical, the light beam passes through the left region of F 2 . This principle of operation also applies to parabola 520 and F 1 , so that all incident light rays within ± θ t pass through the region between F 1 and F 2 without loss. When the CPC is molded with a transparent material of refractive index n, the angle of incidence θ a becomes θ a = 2sin 1 (nsin (θ t )) for 1D and C 1D = 1 / sin (θ t ) by Snell's law. = n / sin (θ a / 2), and for 2D, C 2D = 1 / sin 2t ) = n 2 / sin 2a / 2).

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a view for explaining the structure of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to the first embodiment of the present invention.

제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함한다. The proposed variable geometry composite parabolic solar collector includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror.

제1 거울 및 제2 거울은 제1 거울 및 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 제1 거울 및 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절한다. The first and second mirrors are designed to allow light to enter the entrance even when the incident angles of the light incident on the first and second mirrors are changed, and the allowable incidence angle range is adjusted by adjusting the inclination of the first and second mirrors. Adjust

본 발명의 제1 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 선형 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 연장 가능한 거울이며 연중 모양 변화에 대응하여 연장된다. 다시 말해, CPC를 포물형 대신 선형 거울로 만든 경우 거울은 연장 가능(stretchable)하여 연중 모양 변화에 유연하게 대처할 수 있다. According to a first embodiment of the present invention, the variable-shape composite parabolic solar light collector is the first mirror and the second mirror, and the first mirror and the second mirror are extendable mirrors, Correspondingly extended. In other words, if the CPC is made of a linear mirror instead of a parabola, the mirror is stretchable to flexibly cope with shape changes throughout the year.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 각 기울기에서 상기 제1 거울에 반사된 빛이 상기 제2 거울에 집중되는 포인트 및 상기 제2 거울에 반사된 빛이 상기 제1 거울에 집중되는 포인트를 기준으로 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울을 절단하여 집광배율을 조절할 수 있다. Based on the point at which the light reflected by the first mirror is focused on the second mirror at each inclination of the first mirror and the second mirror, and the point where the light reflected on the second mirror is focused on the first mirror By cutting the first mirror and the second mirror can adjust the light condensing ratio.

상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 액추에이터는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에만 설치한 하나의 액추에이터(610)를 이용하는 2 포인트 선형 거울 또는 최상단에 설치한 액추에이터(621)와 보조 액추에이터(622)를 추가한 3 포인트 또는 3 포인트 이상의 선형 거울을 이용할 수 있다. 보조 액추에이터(622)의 개수에 따라 포인트 수가 늘어나는 경우 그만큼 정확도를 높일 수 있다.
The actuators of the first mirror and the second mirror are two-point linear mirrors using one actuator 610 installed only at the uppermost ends of the first mirror and the second mirror or actuators 621 and auxiliary actuators installed at the uppermost end. A three-point or three-point or more linear mirror with the addition of 622 can be used. When the number of points increases according to the number of auxiliary actuators 622, the accuracy can be increased accordingly.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다. 7 is a result of simulating the optical efficiency according to the first embodiment of the present invention.

2 포인트 선형 거울, 3 포인트 선형 거울, 12 포인트 선형 거울 각각에 대해, CPC가 태양의 고도에 맞게 기울어진다고 가정했을 때 입사각 변화에 따른 광학효율을 시뮬레이션 한 결과를 도 7(a), 도 7 (b), 도 7(c)에 각각 나타내었다. 도 7(d)는 포인트에 따른 광학 효율을 비교하는 그래프이다. For each of the two-point linear mirror, the three-point linear mirror, and the 12-point linear mirror, a simulation result of optical efficiency according to the change of the incident angle, assuming that the CPC is inclined to the altitude of the sun, is shown in FIGS. 7 (a) and 7 ( b) and Fig. 7 (c) respectively. 7 (d) is a graph comparing optical efficiency with respect to points.

여기서, C는 집광배율, θt = 틸트각 (= θa/2)을 나타낸다. 틸트각은 CPC를 설계할 때 포물형 거울을 기울이는 각도를 말하며 틸트각이 클수록 허용입사각이 넓어진다. 저배율(C=2)의 경우, 직선형만 가지고도 95% (θt = 15°) 이상의 광학효율을 달성할 수 있다.Here, C represents the condensing magnification, θ t = tilt angle (= θ a / 2). The tilt angle is the angle to tilt the parabolic mirror when designing the CPC. The larger the tilt angle, the wider the allowable incident angle. In the case of low magnification (C = 2), even with a straight line, optical efficiency of 95% or more (θ t = 15 °) can be achieved.

C=3의 경우는 3 포인트 선형 거울, 즉 한 번 꺾일 때 광학효율이 90%가(θt = 10°) 되었다. 2 포인트 선형 거울로는 76%로 다소 떨어졌다. C=5부터는 선형거울로는 높은 광학효율을 얻기 어려웠다
In the case of C = 3, the optical efficiency is 90% (θ t = 10 °) when the 3-point linear mirror is folded. The two-point linear mirror dropped slightly to 76%. From C = 5, it was difficult to achieve high optical efficiency with linear mirrors.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the structure of a variable-shape composite parabolic solar collector according to a second embodiment of the present invention.

제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함한다. The proposed variable geometry composite parabolic solar collector includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror.

제1 거울 및 제2 거울은 제1 거울 및 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 제1 거울 및 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절한다. The first and second mirrors are designed to allow light to enter the entrance even when the incident angles of the light incident on the first and second mirrors are changed, and the allowable incidence angle range is adjusted by adjusting the inclination of the first and second mirrors. Adjust

본 발명의 제2 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상부 거울 및 하부 거울을 각각 포함하고, 상기 상부 거울 및 상기 하부 거울은 서로 중첩된 부분을 포함한다. Shape-variable composite parabolic solar light collector according to a second embodiment of the present invention, the first mirror and the second mirror includes an upper mirror and a lower mirror, respectively, the upper mirror and the lower mirror is a portion overlapping each other It includes.

다시 말해, 제1 거울(810)은 상부 거울(811) 및 하부 거울(812)을 포함하고, 상부 거울(811) 및 하부 거울(812)은 서로 중첩된 부분을 포함한다. 제2 거울(820)은 상부 거울(821) 및 하부 거울(822)을 포함하고, 상부 거울(821) 및 하부 거울(822)은 서로 중첩된 부분을 포함한다.In other words, the first mirror 810 includes an upper mirror 811 and a lower mirror 812, and the upper mirror 811 and the lower mirror 812 include portions overlapping each other. The second mirror 820 includes an upper mirror 821 and a lower mirror 822, and the upper mirror 821 and the lower mirror 822 include portions overlapping each other.

제1 거울(810) 및 제2 거울(820)은 고무줄의 신축성에 따라 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 구조 및 크기가 변환되도록 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에 설치된 액추에이터(850)와 집광부 입구 사이에 고무줄을 걸고, 상기 고무줄에 상기 상부거울을 부착하고, 상기 집광부 입구에 하부 거울을 부착한다. The first mirror 810 and the second mirror 820 is an actuator installed on top of the first mirror and the second mirror so that the structure and size of the first mirror and the second mirror is converted according to the elasticity of the rubber band ( 850) and a rubber band is attached between the condenser part, the upper mirror is attached to the rubber part, and a lower mirror is attached to the condenser part inlet.

상기 액추에이터가 움직임에 따라 상부 거울의 움직임이 변하고, 하부 거울은 상부 거울에 기대어지며, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울이 포물면 구조에 근사되는 효과를 증가 시키기 위해 상기 집광부 입구에 상부 거울과 하부 거울을 고정하는 포인트를 서로 이격시킨다. The movement of the upper mirror changes as the actuator moves, the lower mirror leans against the upper mirror, and the upper mirror at the entrance of the condenser to increase the effect of the first mirror and the second mirror approximating the parabolic structure. The points fixing the lower mirror are spaced apart from each other.

더욱 상세하게는, 도 8과 같이 CPC를 두 개의 거울을 겹치는 식으로 만들 경우 거울 자체가 연장 가능하지 않더라도 길이가 변화하는 효과를 낼 수 있다. 예를 들어, 고무줄을 상부 액추에이터와 하부 집광부 입구 사이에 걸어두고, 그 고무줄에 상부거울을 붙여둔다. 이 경우 거울 자체는 연장 가능하지 않더라도 고무줄의 신축성 때문에 구조 크기가 변환 가능하다. 한편 집광부 입구에 고정된 하부거울이 이 상부거울에 기댈 수 있도록 배치하면, 상부거울이 커버하지 못한 하부면은 하부거울에 의해서 커버되고 전체가 거울로 작용한다.More specifically, as shown in FIG. 8, when the CPC is overlapped with two mirrors, the length of the CPC may be changed even if the mirrors themselves are not extendable. For example, a rubber band is hung between the upper actuator and the lower condenser entrance, and an upper mirror is attached to the rubber band. In this case, even though the mirror itself is not extensible, the elasticity of the elastic allows the structure to be resized. On the other hand, if the lower mirror fixed at the entrance of the light collecting part can be leaned on the upper mirror, the lower surface which the upper mirror cannot cover is covered by the lower mirror and the entire mirror acts as a mirror.

도 8에서 원의 반지름(830)이 하부거울의 사이즈를 의미하며, 선(840)은 상부거울을 지탱하는 지지대(예를 들어, 고무줄)를 의미한다. 상부 액추에이터(850)가 움직임에 따라 선(840)의 모양이 변하며, 하부거울(850)은 선(840)에 기대어지며, 선(840)과 선(850)이 합쳐진 거울은 배경에 있는 포물면과 유사한 형태가 되는 것이다.
In FIG. 8, the radius 830 of the circle means the size of the lower mirror, and the line 840 means a support (for example, a rubber band) that supports the upper mirror. As the upper actuator 850 moves, the shape of the line 840 changes, the lower mirror 850 is leaning against the line 840, and the mirror in which the line 840 and the line 850 are combined has a parabolic surface in the background. It is a similar form.

여기서 선들(840)을 고정하는 하부면의 점(841)은 집광면보다 조금 떨어지게 하였다. 다시 말해, 선들(850)의 고정 포인트(851)와 선들(840)의 고정 포인트(841)가 각각 다른 것이다. 이렇게 설계할 때 해당 구조가 포물면의 구조에 근사되는 효과가 더욱 극대화된다.Here, the point 841 of the lower surface fixing the lines 840 is slightly separated from the condensing surface. In other words, the fixed point 851 of the lines 850 and the fixed point 841 of the lines 840 are different. This design maximizes the effect that the structure approximates to the parabolic structure.

또한, 하부 거울은 반드시 선형이 아니어도 된다. 약간의 곡률을 가지도록 설계하여 전체 구조가 포물형에 더 가까워지도록 만들 수 있다.Also, the bottom mirror may not necessarily be linear. Designed to have a slight curvature, the overall structure can be closer to the parabola.

도 8의 뒤쪽 포물면들은 연중 태양의 고도에 맞는 이상적인 포물형 CPC를 나타낸 것이며, 양 극단의 경우(다시 말해, 여름 및 겨울)에 두 포물형 거울의 길이는 각각 최대 및 최소가 된다. 원의 반지름(830)은 이 중 최소 거울 사이즈보다 작아야 한다. 하부거울의 길이가 원래의 포물면보다 길면 안되기 때문이다.
The back parabolas in FIG. 8 represent the ideal parabolic CPC for the height of the sun throughout the year, with both parabolic mirrors at both extremes (ie summer and winter) being the maximum and the minimum, respectively. The radius 830 of the circle must be smaller than the minimum mirror size of these. This is because the length of the lower mirror should not be longer than the original parabolic surface.

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다.9 is a result of simulating the optical efficiency according to the second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2 실시예를 이용하여 각각 최적화한 시뮬레이션 결과이다. 하부 거울은 약간의 곡률이 있는 포물형인 것으로 가정한다. 포물형 거울을 기울이는 각도는 태양의 고도변화보다 1.4배 내지 1.6배정도 크게 했다. 태양의 남중고도는 연중 23.5도 밖에 변하지 않지만 아침이나 저녁의 태양 고도는 남중고도보다 편차가 크기 때문이다. CPC의 허용입사각은 배율에 따라 5~10도 정도로 설계했다. Simulation results optimized for each using the second embodiment of the present invention. The lower mirror is assumed to be parabolic with some curvature. The angle of tilting the parabolic mirror was 1.4 to 1.6 times greater than the change in altitude of the sun. The sun's south-high altitude varies only 23.5 degrees a year, but the morning and evening sun altitudes vary more than the south-high altitude. The allowable angle of incidence of CPC was designed to be 5 ~ 10 degrees according to magnification.

시뮬레이션 결과, 봄과 가을에는 배율을 C=10까지 올리더라도 하루종일 비교적 높은 광학효율을 얻을 수 있었다. 반면 여름과 겨울에는 고배율로 갈수록 광학효율이 떨어지는 편이었다. As a result of the simulation, even in the spring and autumn, even if the magnification was increased to C = 10, the optical efficiency was relatively high all day. On the other hand, in the summer and winter, the optical efficiency decreased as the magnification increased.

광학효율이 조금 떨어지더라도 여전히 집광 효과는 유효하다. 예를들어, 10배 집광의 경우, 광학효율이 70%라면 태양전지는 넓이 대비 7배의 빛을 받는 것이다. 즉, 경제성 측면에서의 효과는 여전히 있다고 볼 수 있다.
Even if the optical efficiency is slightly reduced, the condensing effect is still effective. For example, in the case of 10 times condensing, if the optical efficiency is 70%, the solar cell receives 7 times the light. In other words, the economic effect still exists.

도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining the structure of the variable-shape composite parabolic solar light collector according to the third embodiment of the present invention.

제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울 및 초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울을 포함한다. The proposed variable geometry composite parabolic solar collector includes a first mirror having a focal point at the second mirror and a second mirror having a focal point at the first mirror.

제1 거울 및 제2 거울은 제1 거울 및 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고, 제1 거울 및 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절한다. The first and second mirrors are designed to allow light to enter the entrance even when the incident angles of the light incident on the first and second mirrors are changed, and the allowable incidence angle range is adjusted by adjusting the inclination of the first and second mirrors. Adjust

본 발명의 제3 실시예에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 포물형 금속 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절한다. 다시 말해, CPC를 처음부터 포물형 금속 거울로 만들고, 거울 전체가 기울어지게 만들 수 있다.According to a third embodiment of the present invention, the variable-shape composite parabolic solar collector is a first mirror and a second mirror, which is a parabolic metal mirror, and adjusts the inclination of the first mirror and the second mirror. In other words, the CPC can be made from a parabolic metal mirror from scratch and the entire mirror tilted.

CPC가 기울기에 따라 두 거울의 길이 변화가 심했기 때문에 신축성 있는 구조가 필요하지만, 두 거울의 길이 변화가 최소가 되도록 CPC 설계를 다소 수정을 한 결과, 도 10과 같이 연중 5% 이하로만 길이가 변하도록 설계를 할 수 있었다. 도 10에서 실선은 연중 고도변화에 따른 CPC 모양(길이변화 5%이내)을 나타내고, 점선은 실제 금속 거울이 그 포물면을 따라간 경우를 나타낸다. 왼쪽 거울이 오른쪽 거울에 기대고 있고, 길이의 차이로 인해 오른쪽거울이 왼쪽거울보다 더 튀어나와있음을 볼 수 있다(원으로 표시(1010)). As the CPC is inclined, the length of the two mirrors is severely changed, so a flexible structure is required. However, as a result of the modification of the CPC design to minimize the length change of the two mirrors, as shown in FIG. It could be designed to change. In FIG. 10, the solid line represents the CPC shape (within 5% of the length change) according to the altitude change throughout the year, and the dotted line represents the case where the actual metal mirror is along the parabolic surface. It can be seen that the left mirror is leaning against the right mirror, and due to the difference in length, the right mirror is more protruding than the left mirror (circled 1010).

앞서 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기는 제1 거울 및 상기 제2 거울은 은, 알루미늄을 포함하는 금속을 유리, 플라스틱 또는 금속판에 코팅하여 제작될 수 있다.
The shape-variable composite parabolic solar collector according to the embodiments of the present invention described above may be manufactured by coating a metal including silver and aluminum on glass, plastic, or a metal plate.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학효율을 시뮬레이션한 결과이다.11 is a result of simulating the optical efficiency according to the third embodiment of the present invention.

앵글러 마진(Angler margin)(= 허용입사각/2)을 5도로 두고, 배율 10에 맞게 설계한 CPC를 0~30도로 기울여가며 연중 성능을 측정한 결과이다. 애뉴얼 각(Annual angle) = 0은 봄과 가을, 23.5도는 여름과 겨울을 의미한다. 즉, 도 11의 그래프를 해석하면, 봄과 가을에는 CPC 기울기를 0도(rigid0)로 두다가 시간이 지날수록(약 2-3주 간격) 5도, 10도 등으로 조금씩 기울이고 여름이나 겨울에는 25도 내지 30도까지 기울여서 이용하면 된다. This is a result of measuring year-round performance with the angler margin (= permissible incident angle / 2) at 5 degrees and tilting the CPC designed for a magnification of 10 to 30 degrees. Annual angle = 0 means spring and autumn, and 23.5 degrees means summer and winter. That is, if the graph of FIG. 11 is interpreted, the slope of CPC is set at 0 degree (rigid0) in spring and autumn, and it is gradually inclined at 5 degrees, 10 degrees, etc. as time passes (about 2-3 weeks interval), and in summer or winter. It may be used by tilting it to 25 to 30 degrees.

이와 같이 태양의 고도가 5도 정도 변할 때마다 구조물을 움직여줌으로써, 연 20회 이하의 움직임 만으로 별도의 일간 광추적 없이 집광 시스템을 활용할 수 있다.In this way, by moving the structure whenever the sun's altitude changes by about 5 degrees, it is possible to utilize the condensing system without a separate daily light tracking with only 20 movements or less per year.

광학효율은 여름과 겨울에 약 60%정도로 나타났다. 배율이 10이므로, 이 때 태양전지는 면적대비 6배정도의 빛을 받을 수 있음을 의미한다.The optical efficiency was about 60% in summer and winter. Since the magnification is 10, this means that the solar cell can receive light about 6 times the area.

본 발명의 실시예에 따르면, CPC의 형상을 연중 변화시킴으로써 일일 광추적(daily light tracking)을 하지 않고도 태양광을 집광할 수 있는 시스템을 설계할 수 있다. 제안하는 형상 가변형 복합 포물형 태양광 집광기의 거울은 은, 알루미늄 등 다양한 금속을 유리나 플라스틱, 금속판 등에 코팅하여 제작할 수 있다. 태양전지는 실리콘, III-V족, 박막형 등 모든 종류의 태양전지 또는 태양열 발전 등에도 활용할 수 있다. 형상변환은 액추에이터를 전동으로 구동할 수도 있고, 사용자가 직접 수동으로 움직일 수도 있다. 일일 광추적(daily light tracking)이 아니기 때문에 사용자가 직접 해도 부담이 크지 않은 것이 장점이다.
According to an embodiment of the present invention, by changing the shape of the CPC throughout the year, it is possible to design a system that can collect sunlight without daily light tracking (daily light tracking). The mirror of the proposed variable-shape complex parabolic solar collector can be manufactured by coating various metals such as silver and aluminum on glass, plastic, and metal plate. Solar cells can be used for all kinds of solar cells such as silicon, group III-V, thin film, or solar power generation. The transformation can drive the actuators electrically, or the user can manually move them. Since it is not daily light tracking, it is advantageous that the user does not have a heavy burden.

이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다.  또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.  이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다.  예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다.  또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.The apparatus described above may be implemented as a hardware component, a software component, and / or a combination of hardware components and software components. For example, the devices and components described in the embodiments may be, for example, processors, controllers, arithmetic logic units (ALUs), digital signal processors, microcomputers, field programmable arrays (FPAs), It may be implemented using one or more general purpose or special purpose computers, such as a programmable logic unit (PLU), microprocessor, or any other device capable of executing and responding to instructions. The processing device may execute an operating system (OS) and one or more software applications running on the operating system. The processing device may also access, store, manipulate, process, and generate data in response to the execution of the software. For convenience of explanation, one processing device may be described as being used, but one of ordinary skill in the art will appreciate that the processing device includes a plurality of processing elements and / or a plurality of types of processing elements. It can be seen that it may include. For example, the processing device may include a plurality of processors or one processor and one controller. In addition, other processing configurations are possible, such as parallel processors.

소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.  소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다.  소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. It can be embodied in. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다.  상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.  상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.  컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.  프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.  The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.  예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (10)

초점이 제2 거울에 위치하는 제1 거울; 및
초점이 제1 거울에 위치하는 제2 거울
을 포함하고,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울로 입사되는 빛의 입사각이 변하여도 빛이 입구로 입사 가능하도록 설계되고,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절함으로써 허용 입사각 범위를 조절하는
태양광 집광기.
A first mirror having a focal point at the second mirror; And
A second mirror in focus of the first mirror
Including,
The first mirror and the second mirror,
Is designed to allow light to enter the entrance even if the incident angle of the light incident to the first mirror and the second mirror is changed,
By adjusting the inclination of the first mirror and the second mirror to adjust the allowable angle of incidence range
Solar concentrator.
제1항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 선형 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 연장 가능한 거울이며 연중 모양 변화에 대응하여 연장되는
태양광 집광기.
The method of claim 1,
The first mirror and the second mirror are linear mirrors, the first mirror and the second mirror are extendable mirrors and extend in response to year-round shape changes.
Solar concentrator.
제2항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 각 기울기에서 상기 제1 거울에 반사된 빛이 상기 제2 거울에 집중되는 포인트 및 상기 제2 거울에 반사된 빛이 상기 제1 거울에 집중되는 포인트를 기준으로 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울을 절단하여 집광배율을 조절하는
태양광 집광기.
The method of claim 2,
Based on the point at which the light reflected by the first mirror is focused on the second mirror at each inclination of the first mirror and the second mirror, and the point where the light reflected on the second mirror is focused on the first mirror By cutting the first mirror and the second mirror to adjust the condensing magnification
Solar concentrator.
제2항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 액추에이터는 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에만 설치한 2 포인트 선형 거울을 이용하거나 또는 보조 액추에이터를 추가한 3 포인트 이상의 선형 거울을 이용하는
태양광 집광기.
The method of claim 2,
The actuator of the first mirror and the second mirror uses a two-point linear mirror installed only at the top of the first mirror and the second mirror or a three-point or more linear mirror with an auxiliary actuator.
Solar concentrator.
제1항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 상부 거울 및 하부 거울을 각각 포함하고, 상기 상부 거울 및 상기 하부 거울은 서로 중첩된 부분을 포함한
태양광 집광기.
The method of claim 1,
The first mirror and the second mirror include an upper mirror and a lower mirror, respectively, and the upper mirror and the lower mirror include portions overlapping each other.
Solar concentrator.
제5항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은,
고무줄의 신축성에 따라 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 구조 및 크기가 변환되도록 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 최상단에 설치된 액추에이터와 집광부 입구 사이에 고무줄을 걸고, 상기 고무줄에 상기 상부거울을 부착하고, 상기 집광부 입구에 하부 거울을 부착하는
태양광 집광기.
The method of claim 5,
The first mirror and the second mirror,
Hanging a rubber band between an actuator installed on the top of the first mirror and the second mirror and the condenser inlet so that the structure and size of the first mirror and the second mirror is converted according to the elasticity of the rubber band, the upper portion of the rubber band Attaching a mirror, and attaching a lower mirror to the condenser entrance
Solar concentrator.
제5항에 있어서,
상기 액추에이터가 움직임에 따라 상부 거울의 움직임이 변하고, 하부 거울은 상부 거울에 기대어지며,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울이 포물면 구조에 근사되는 효과를 증가 시키기 위해 상기 집광부 입구에 상부 거울과 하부 거울을 고정하는 포인트를 서로 이격시키는
태양광 집광기.
The method of claim 5,
As the actuator moves, the movement of the upper mirror changes, the lower mirror is leaning against the upper mirror,
In order to increase the effect that the first mirror and the second mirror approximate the parabolic structure, the points for fixing the upper mirror and the lower mirror at the entrance of the condenser are separated from each other.
Solar concentrator.
제5항에 있어서,
상기 하부 거울은 선형 거울 또는 곡면 거울인
태양광 집광기.
The method of claim 5,
The bottom mirror is a linear mirror or curved mirror
Solar concentrator.
제1항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은 곡면 거울이고, 상기 제1 거울 및 상기 제2 거울의 기울기를 조절하는
태양광 집광기.
The method of claim 1,
The first mirror and the second mirror are curved mirrors, and adjusting the inclination of the first mirror and the second mirror
Solar concentrator.
제1항에 있어서,
상기 제1 거울 및 상기 제2 거울은, 알루미늄을 포함하는 금속을 유리, 플라스틱 또는 금속판에 코팅하여 제작되는
태양광 집광기.
The method of claim 1,
The first mirror and the second mirror is produced by coating a metal containing aluminum on glass, plastic or metal plate
Solar concentrator.
KR1020180017666A 2018-02-13 2018-02-13 Shape-transformable compound parabolic solar concentrator KR102132523B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180017666A KR102132523B1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Shape-transformable compound parabolic solar concentrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180017666A KR102132523B1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Shape-transformable compound parabolic solar concentrator

Publications (3)

Publication Number Publication Date
KR20190097807A true KR20190097807A (en) 2019-08-21
KR102132523B1 KR102132523B1 (en) 2020-07-10
KR102132523B9 KR102132523B9 (en) 2022-12-27

Family

ID=67808737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180017666A KR102132523B1 (en) 2018-02-13 2018-02-13 Shape-transformable compound parabolic solar concentrator

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102132523B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220067154A (en) * 2020-11-17 2022-05-24 주식회사 도담엔지니어링 Apparatus for reflecting by structure of back of solar photovoltaic panel

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060107730A (en) * 2005-04-11 2006-10-16 황우성 Concentration enhanced collector designs that provide uniform energy distribution on the receiver surface
US20090283144A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 3M Innovative Properties Company Solar concentrating mirror
JP2013162038A (en) * 2012-02-07 2013-08-19 Ikehata:Kk Concentrating photovoltaic power generation system
KR20170054229A (en) * 2015-10-12 2017-05-17 더 보잉 컴파니 Rigidly mounted tracking solar panel and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060107730A (en) * 2005-04-11 2006-10-16 황우성 Concentration enhanced collector designs that provide uniform energy distribution on the receiver surface
US20090283144A1 (en) * 2008-05-14 2009-11-19 3M Innovative Properties Company Solar concentrating mirror
JP2013162038A (en) * 2012-02-07 2013-08-19 Ikehata:Kk Concentrating photovoltaic power generation system
KR20170054229A (en) * 2015-10-12 2017-05-17 더 보잉 컴파니 Rigidly mounted tracking solar panel and method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220067154A (en) * 2020-11-17 2022-05-24 주식회사 도담엔지니어링 Apparatus for reflecting by structure of back of solar photovoltaic panel

Also Published As

Publication number Publication date
KR102132523B9 (en) 2022-12-27
KR102132523B1 (en) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4003638A (en) Radiant energy collection
US20080295883A1 (en) Adaptive solar concentrator system
JP5337961B2 (en) Solar tracking module device
US20090283134A1 (en) Concentrating photovoltaic solar panel having one or more concentrator modules or module groups that articulate in place
US20120031463A1 (en) Stationary Sunlight Redirecting System For Increasing The Efficiency Of Fixed-Tilt PV Farm
US4800868A (en) Tilted panel linear echelon solar collector
CN112262479A (en) Light management system for optimizing performance of two-sided solar modules
WO2006041943A2 (en) Asymetric, three-dimensional, non-imaging, light concentrator
WO2009063416A2 (en) Thin and efficient collecting optics for solar system
NL1040088C2 (en) Concentrating solar panel with diffuse light conversion.
JP2010190566A (en) Two-part solar energy collection system
León et al. Semi-passive solar tracking concentrator
JP6867771B2 (en) Fixed-mounted tracking solar panels and methods
US20120312349A1 (en) Stationary concentrated solar power module
US20100147375A1 (en) Micro-concentrators for solar cells
US20150009568A1 (en) Light collection system and method
WO2023031426A1 (en) Photovoltaic system for low solar elevation angles
US20100206356A1 (en) Rotational Trough Reflector Array For Solar-Electricity Generation
KR102132523B1 (en) Shape-transformable compound parabolic solar concentrator
US20140133041A1 (en) Modular off-axis fiber optic solar concentrator
Singh et al. Some geometrical design aspects of a linear fresnel reflector concentrator
JP6351459B2 (en) Solar cell module
US20090308432A1 (en) Reflective light concentrator
US20090301469A1 (en) Solar collectors
JP4313841B1 (en) Solar lens and solar-powered equipment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]