KR20210060848A

KR20210060848A - 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름

Info

Publication number: KR20210060848A
Application number: KR1020190148337A
Authority: KR
Inventors: 이택규; 김대현; 옥광호
Original assignee: 주식회사 미래기술연구소
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-27

Abstract

본 발명은, 태양광패널(10)의 상면에 부착되어 입사하는 태양광을 태양광패널(10)로 유도하는 홀로그래픽 집광필름으로서, 상기 홀로그래픽 집광필름은 서로 다른 각도로 입사하는 태양광을 회절시키는 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23)로 구획되는 투과형 회절격자필름(20)으로 이루어지며, 상기 제1회절격자필름부(21)는 투과형 회절격자필름(20)의 일측부위를 따라 마련되고, 상기 제2회절격자필름부(22)는 제1회절격자필름부(21)와 일정간격 이격되어 투과형 회절격자필름(20)의 타측부위를 따라 마련되며, 상기 제3회절격자필름부(23)는 제1, 2회절격자필름부(21, 22) 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름을 제공한다.

Description

태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름{Holographic condensing film fixed to solar panel}

본 발명은 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 시간대별이나 계절별에 구애받지 않고 태양광발전 효율을 현저하게 증진시키는 것이 가능함은 물론 태양광을 유도하는 과정에서의 광 손실을 최소화하는 것이 가능한 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름에 관한 것이다.

태양광 발전은 지구로 입사하는 태양광 자체를 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 전기에너지 생성과정 자체가 친환경적이라는 점에서 다양한 종류의 기술이 속속 제안되고 있다. 태양광을 이용하여 전기에너지를 효율적으로 생산하기 위해서는 태양광패널 자체에 가능한 많은 양의 태양광이 입사하도록 유도할 필요가 있다.

이를 위해 근자 도 3에 개시된 것과 같이, 홀로그램 필름(14)을 이용하여 태양광을 유도하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이 기술은 일정한 간섭무늬가 형성된 홀로그램 필름(14)을 태양광패널(미도시)에 결합하여, 홀로그램 필름(14)으로 입사하는 태양광을 태양광패널로 유도하게 된다.

홀로그램 필름을 이용하는 이러한 기술은, 태양광의 방향을 임의로 유도하는 렌즈를 이용하는 기술에 비해 태양광패널을 손상시키지 않는다는 점에서 일정한 장점이 있다. 하지만, 도 3에 개시된 기술을 포함하여 현재 제안되고 있는 기술들의 상당수가 반사형 홀로그램 필름을 이용하고 있는데, 반사형의 경우 광의 가이드 과정에서 태양광 중의 일부가 손실되어 발전효율이 저하되는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 특2001-0022006호

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 입사하는 태양광을 손실 없이 태양광패널로 유도할 수 있을 뿐 아니라 태양의 남중 고도에 제한 받지 않고 입사하는 태양광을 최대한 수용할 수 있는 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 태양광패널(10)의 상면에 부착되어 입사하는 태양광을 태양광패널(10)로 유도하는 홀로그래픽 집광필름으로서, 상기 홀로그래픽 집광필름은 서로 다른 각도로 입사하는 태양광을 회절시키는 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23)로 구획되는 투과형 회절격자필름(20)으로 이루어지며, 상기 제1회절격자필름부(21)는 투과형 회절격자필름(20)의 일측부위를 따라 마련되고, 상기 제2회절격자필름부(22)는 제1회절격자필름부(21)와 일정간격 이격되어 투과형 회절격자필름(20)의 타측부위를 따라 마련되며, 상기 제3회절격자필름부(23)는 제1, 2회절격자필름부(21, 22) 사이에 마련되는 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명은 일주 운동하는 태양의 위치에 대응하여 입사하는 태양광을 태양광패널로 유도할 수 있다는 점에서 시간 및 계절에 구애받지 않고 태양광발전 효율을 현저하게 증진시키는 것이 가능하며, 투과형 회절격자필름을 이용하여 태양광을 유도하는 방식이라는 점에서 유도 과정에서의 광 손실을 최소화하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 홀로그래픽 집광필름과 태양광패널 상호 간의 개략적인 결합 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 홀로그래픽 집광필름이 부착된 태양광패널의 개략적인 집광도.
도 3은 종래 태양광을 유도하기 위한 홀로그래픽 집광필름의 개략적인 일 구성도.

본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 홀로그래픽 집광필름과 태양광패널 상호 간의 개략적인 결합 구성도를 보여준다. 도면에 개시된 것과 같이, 본 발명은 태양광패널(10)의 상면에 부착되는 홀로그래픽 집광필름으로서의 투과형 회절격자필름(20)을 제안하다.

투과형 회절격자필름(20)은 태양광패널(10)로 입사하는 태양광을 태양광패널(10)로 유도하기 위한 수단으로서, 흔히 HOE(holographic optical elements) 또는 DOE(diffractive optical elements)로 불리는 회절 현상을 이용하는 광학소자이다.

이러한 회절광학소자 중에서 투과형 회절격자필름은 포토폴리머(photopolymer) 필름을 준비한 다음, 레이저 다이오드 광원에서 생성된 광을 물체광 및 참조광으로 분리하여 일정 경로차를 형성하고, 일정 경로차가 형성된 물체광 및 참조광 각각을 포토폴리머 필름의 일면에 동시에 입사시키는 방식으로 만들어질 수 있다.

즉, 경로차를 가지는 물체광 및 참조광 각각에 의해 포토폴리머 필름의 일면에는 광이 보강되는 부분과 상쇄되는 부분으로 나눠지고, 이러한 보강 및 상쇄 패턴이 간섭무늬를 형성하게 된다. 이때, 입사하는 광의 각도에 따라 회절광의 각도가 달라질 수 있다.

본 발명은 투과형 회절격자필름(20)이 일률적인 간섭무늬를 가지는 구성이 아니라 도면과 같이 서로 다른 간섭무늬가 형성되는 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23)로 이루어지는 경우를 제안한다.

이때, 제1회절격자필름부(21)은 투과형 회절격자필름(20)의 일측부위를 따라 마련되며, 제2회절격자필름부(22)는 제1회절격자필름부(21)와 일정간격 이격되어 투과형 회절격자필름(20)의 타측부위를 따라 마련되고, 제3회절격자필름부(23)는 제1, 2회절격자필름부(21, 22) 사이에 마련될 수 있다.

이처럼, 투과형 회절격자필름(20)이 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23)로 구획되어 이루어지고, 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23) 각각의 간섭무늬가 서로 다른 패턴으로 형성되면, 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23) 각각을 통해 입사하는 태양광은 서로 다른 각도로 유도되는 특징이 있다.

태양광패널(10)이 일정 각도를 이루며 남쪽을 향하여 고정된 상태를 상정하여 투과형 회절격자필름(20)의 개략적인 작동을 살펴본다.

태양의 일출에서 일정 시간이 경과하기 전까지는 태양광이 매우 작은 입사각을 가지며 태양광패널(10)로 입사한다. 이 시간대에 태양광패널(10)로 입사하는 태양광은 태양광패널(10)의 일측부위에 마련되는 제1회절격자필름부(21)에서 담당한다.

일출 이후에 일정 시간이 경과하여 태양의 고도가 서서히 높아지면서 남중을 지나 일정 시간이 경과할 때까지는 태양광이 매우 큰 입사각을 가지며 태양광패널(10)로 입사한다. 이 시간대에 태양광패널(10)로 입사하는 태양광은 태양광패널(10)의 중앙부위에 마련되는 제3회절격자필름부(23)에서 담당한다.

첨부된 도 2에는 회절격자필름부 중에서 제3회절격자필름부(23)의 경우, 상하 좌우 각각에 대하여 60°의 각도 범위 내에서 입사하는 태양광을 수용하여 태양광패널(10)로 유도할 수 있도록 간섭무늬를 형성한 예가 개시되어 있다.

남중 이후 일정 시간이 경과한 시점에서 일몰까지는 태양의 고도가 서서히 낮아지게 되고, 이에 따라 태양광은 작은 입사각을 가지며 태양광패널(10)로 입사한다. 이 시간대에 태양광패널(10)로 입사하는 태양광은 태양광패널(10)의 타측부위에 마련되는 제2회절격자필름부(22)에서 담당한다.

이때, 제2회절격자필름부(22)에 의한 태양광 유도 방향은 제1회절격자필름부(21)에 의한 태양광 유도 방향과 반대로 이루어지며, 이러한 방향성은 포토폴리머 필름에의 참조광 입사 방향에 따라 해당 간섭무늬를 형성하는 방식으로 용이하게 구현할 수 있다.

이처럼 본 발명은, 태양의 고도 변화에 따라 서로 다른 유도 각도를 가지는 필름부에서 태양광 유도를 담당하게 구성함으로써, 입사되는 태양광 대부분을 태양광패널(10)로 집광시켜 태양광발전 효율 증진을 상당 부분 제고할 수 있게 되는 것이다.

한편, 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23) 각각을 단일 영역으로 하지 않고, 도면과 같이 상하 복수 개로 구성하게 되면 계절에 따라 달라지는 태양의 고도각 변화에 적절하게 대응하는 것이 가능하다. 회절격자필름부 각각을 몇개의 조합으로 구성할지 여부는 임의 사항이다.

태양광패널(10)에 있어 도면부호 11은 태양광모듈이고, 도면부호 12는 마감프레임이다. 태양광모듈(11)은 복수 개의 단위 셀로 이루어질 수 있으며, 입사하는 태양광에 의한 광전효과는 태양광모듈(11)에서 발생한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

10 : 태양광패널 20 : 투과형 회절격자필름
21, 22, 23 : 제1, 2, 3회절격자필름부

Claims

태양광패널(10)의 상면에 부착되어 입사하는 태양광을 태양광패널(10)로 유도하는 홀로그래픽 집광필름으로서,
상기 홀로그래픽 집광필름은 서로 다른 각도로 입사하는 태양광을 회절시키는 제1, 2, 3회절격자필름부(21, 22, 23)로 구획되는 투과형 회절격자필름(20)으로 이루어지며, 상기 제1회절격자필름부(21)는 투과형 회절격자필름(20)의 일측부위를 따라 마련되고, 상기 제2회절격자필름부(22)는 제1회절격자필름부(21)와 일정간격 이격되어 투과형 회절격자필름(20)의 타측부위를 따라 마련되며, 상기 제3회절격자필름부(23)는 제1, 2회절격자필름부(21, 22) 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 태양광패널 부착형 홀로그래픽 집광필름.