KR850001561B1 - 태양광 수집장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

태양광 수집장치
제 1 도는 본 발명의 1실시예를 설명하기 위한 광학도.
제 2 도는 렌즈계에 의하여 결상되는 태양상의 1예를 나타내는 도.
제 3 도 내지 제 5 도는 광의 파장과 광량과의 관계를 나타내는 광 분포도.
제 6 도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하는 요부 개략도.
제 7 도는 제 6 도의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,11 : 렌즈 2,20 : 광도체
본 발명은 태양광 수집 장치의 개량에 관한 것으로, 특히, 렌즈계를 사용하여 태양광을 수집하고 이 집속된 태양광을 광도체에 도입하여, 광도체를 통하여 임의 소망의 개소에 전달하여 사용에 제공하는 경우 등에 있어서, 사용 목적에 적합한 광성분을 다량으로 포함한 빛을 수집, 전달할 수 있도록 한 것이다.
최근, 태양광 에너지의 효과적 이용에 있어서의 관심이 높아지고, 각 방면에서 활발한 연구 개발이 행하여 지고 있으나, 그 주된 것은 태양광 에너지를 열에너지, 전기 에너지등의 다른 형태의 에너지로 변환하여 이용하는 것이며, 극소수가 태양광 에너지를 다른 형태의 에너지로 변환하지 않고 그대로 광 에너지로서 이용하는 것이고, 예를 들면 태양광 에너지를 렌즈계를 이용 집속하에 광도체내에 도입하고, 광도체를 통하여 조명을 필요로 하는 개소에 도입하여 조명에 공급되는 것이 제안되어 있었다.
이와같이, 종래의 태양광에너지 이용 기술은 주로 태양광 에너지를 그로스(gross)로 받아서 그로스로 처리할 경우의 이용 효율의 향상을 도모하는데 중점을 두었다. 그러나 태양광을 예를들어 패션 조명에 이용하고자 할 경우를 생각한다면 전파장의 광성분을 포함한 백색 광조명이 가장 좋다는 것은 쉽게 이해가 갈 것이다. 또한 태양광 에너지를 해저 식물의 육성에 사용하는 것도 생각되는데 이러한 경우 심해(100m 이상)에는 청록색 계통의 광성분만 도달하기 때문에 심해에 있어서의 식물은 청록색 계통의 광성분을 많이 흡수하여 성장하고 있으며, 깊이가 얕아짐에 따라서 적색계통의 광성분이 도달하게 되므로 얕은 바다의 식물은 적색계통의 광성분을 많이 흡수하여 생장하고, 따라서 적색계통의 광성분을 많이 포함한 빛을 해저에 인도한다면 심해에서도 얕은 바다와 같은 식물을 육성할 수가 있고, 또한 청록색 계통의 광성분을 많이 포함한 빛을 얕은 바다에 도달하도록 한다면 보다 얕은 바다에서도 심해와 같은 종류의 식물을 육성할수 있게된다.
또한 최근 스피루리나, 플로렐라 등의 태양광 에너지를 이용한 인공양식이 행하여 지고 있으나, 예를 들어 클로렐라의 경우는 적색계통의 광성분과 청색계통의 광성분을 많이 필요로 하며 녹색계통의 광성분은 불필요하고, 때에 따라서는 유해한 것이다. 그밖에 태양광 에너지를 동물의 육성, 건강 증진, 치료, 또는 어획 작업에 있어서의 집어광원(녹색) 등으로 이용하는 것도 생각되고 있으나 어느 경우에 있어서도 태양광 에너지의 전파장 성분 또는 특정한 파장 성분의 빛을 필요로 할 경우가 많고, 최근 이러한 광에너지의 이용방법이 많아지고 있다. 그러나 종래의 태양광 에너지 이용 기술에 있어서는 상술한 바와같이 태양광 에너지를 그로스로 취급하고 있기 때문에 필요로 하는 광성분이 꼭 효과적으로 이용되고 있었다고는 할수 없고, 예를들어 태양광 에너지를 프레넬렌즈 등을 사용하여 집속하여서 광도체내에 도입하고 이 광도체를 통하여 소망의 장소에 전송하여 이용에 공급하는 경우 렌즈에 의하에 집속된 빛의 초점 위치는 주지한 바와같이 렌즈의 색수차에 의하여 빛의 파장성분 마다 각각 다르며 적색 계통의 광성분의 초점 거리는 결고, 청색 계통의 광성분의 초점 거리는 짧으며, 예를들어 직경 35cm의 프레넬렌즈를 사용하여 태양상을 결상하였을 경우 그 직경은 약 4mm가 되며, 이렇게 접속된 태양광 에너지를 예로서 직경 4mm의 광도체내에 도입하려 할때에 이 광도체의 수광끝면을 어느 파장의 빛의 초점위치에 맞추는 가에 의하여 광도체내에 도입되는 태양광의 광성분 분포가 달라진다.
제 1 도는 본 발명의 제 1실시예를 설명하기 위한 광학도이며, 도시중 (1)은 프레넬 렌즈등의 렌즈계, (2)는 렌즈(1)에 의하여 집속된 태양광을 도입하고 이 도입된 태양광을 임의 소망의 개소에 전달하기 위한 광도체인데 태양광을 렌즈계에 의하여 집속하였을때 그 태양상은 제 2 도에 도시한 바와같이 중심부(A)는 거의 백색광이 되고 그 주변부(B)는 그 초점위치에 맞는 파장의 광성분을 많이 포함하게 된다. 즉, 태양광을 렌즈계에 의하여 집속하였을 경우, 그 초점위치 및 태양상의 크기는 빛의 파장에 따라서 달라지며, 예로서 파장이 짧은 청색계통의 빛은(P1)의 위치에 직경(D1)의 태양상을, 녹색계통의 빛은(P2)의 위치에 직경(D2)의 태양상을, 또한 적색계통의 빛은(P3)의 위치에 직경(D3)의 태양상을 맺게 된다.
따라서 도시의 경우(P1)의 위치에 광도체(2)의 수광끝면을 배치하면 청색 청분의 빛을 주변부에 많이 포함한 태양광을 수집할수가 있고, (P2)의 위치에 배치하면 녹색 계통의 광성분을 주변부에 많이 포함한 태양광을, 또한(P3)의 위치에 배치하면 적색계통의 광성분을 주변부에 많이 포함한 태양광을 수집할 수 있게 되며, 이때에 광도체의 직경을 수집하고자 하는 광성분에 맞추어서, 예를들어 청색계통의 경우에는 (D1)에 녹색계통 일때에는 (D2)에, 적색 계통일때에는(D3)으로 하여 두면, 광도체의 사용량을 적게하면서 가장 효율적으로 소망의 광성분을 다량 포함한 태양광을 수집할 수가 있다. 또한, 도시한 바와 같이 광도체(2)의 수광끝면의 직경을 크게 하여서 (D0)로 하고, 모든 파장성분을 포함한 빛을 수집할수 있게 하는 것도 가능하다.
그리고 광도체(2)의 수광 끝면을 렌즈계의 초점 위치에 맞출때에 미리 생산공장 측에서 수구끝면(受口端面)을 초점 위치에 고정시켜 두어도 좋고, 또는 광도체의 수구 끝면을 렌즈계의 광축 방향에 조정 가능하게 하여 두고 사용자측에서 소망의 색의 빛에 맞추어 조절 고정하게 하여도 된다. 상술한 바와같이 태양광을 렌즈계에 의하여 접속시킬 경우 그 태양상의 중심부(A)는 발색광이지만 주변부(B)의 빛은 렌즈로부터의 거리에 따라서 다르고 렌즈에 가까운 경우에는 청색계통의 빛, 먼 경우에는 적색계통의 빛이 되는데 주변부(B)의 면적은 중심부(A)의 면적에 비하여 크고, 이 주변부(B)내의 광 에너지도 무시할수 없는 것이며, 또한(B)내의 광에너지는 소정의 파장의 광성분을 많이 포함하고 있음으로 이 주변부의 빛을 적극적으로 이용 한다면 태양광 에너지를 더욱 효과적으로 이용할수가 가능해 진다.
제 3 도는 태양광의 파장성문 분포를 나타내는 그림으로 그림중(B)는 청색계통의 광성분 분포, (G)는 녹색계통의 광성분 분포(R)는 적색계통의 광성분 분포이며, 적술한 바와같이 직경(D6)의 광도체를 사용할 경우에는 제 4 도에 곡선(A)로서 표시한 것같이 대략 전파장의 광성분을 가진 빛을 수집할수가 있으며, 직경(D1)의 광도체 수광끝면을(P1)의 위치에 배치하였을 때에는 제 5 도(B)에 표시한 파장성분을 가진 빛을, 또한 직경(D2)의 광도체의 수광끝면을 (P2)의 위치에 배치하였을때에는 제 5 도 (G)에 표시한 파장성분을 가진 빛을, 또한 직경 (D3)의 광도체의 수광끝면을 (P3)의 위치에 배치하였을 때에는 제 5 도(R)에 표시한 파장성분을 가진 빛을 효과적으로 수집할 수가 있다.
제 6 도는 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 요부 개략측단면도.
제 7 도는 제 6 도의 평면도이며, 그림중 (10)은 직경 4m 정도의 소형 태양광 집속용 렌즈(11)가 다수개 일체적으로 형성되어 있는 렌즈 어레이, (20)은 각 렌즈(11)에 대응하여 1본식 설치된 직경 약 0.2mm의 광 화이버, (30)은 렌즈 및 광화이버를 보호지지하는 보호지지부재로서 도시예에 있어서는 렌즈 어레이(10)는 다수개의 소형 렌즈 (11)가 일체적으로 형성되어 있다.
그러나 이 렌즈어레이(10)는 개개의 소형렌즈(11)를 접착제등을 사용하여 일체적으로 접착한 것이든지 또는 일체적으로 하지 않고 개개로 흩어져 있는 상태로 사용하여도 되고, 또한 보호지지 부재(30)도 렌즈를 보호지지하는 부분과 광 화이버를 보호지지하는 부분을 별체로 형성하여도 좋다.
보호지지부재(30)에는 각 렌즈(11)의 초점위치 근방에 대응하여 구멍(31)이 뚫려있고, 렌즈(11)를 보호지지부재(30)에 고정한 다음 렌즈측에서 평행 광선을 쪼이면 각 렌즈(11)는 구멍(31)의 축상에 초점을 맺으나 그 초점위치는 전술한 바와같이 빛의 파장에 따라서 달라진다. 따라서 구멍(31)에 광 화이버를 삽입하고 각 광화이버 마다에 소망의 빛이 도입되는 초점 위치를 찾아서 그 위치에 광화이버를 고정하면 각각의 화이버 마다에 소망의 빛이 도입된다.
예를들어 본 발명에 의한 태양광 수집장치를 사용하여 클로렐라 배양용의 광원을 얻고자 할 경우에 대하여 생각한다면, 클로렐라의 배양에는 상술한 바와같이 적색계통의 광성분과 청색계통의 광성분을 많이 필요로하기 때문에 그 비율에 맞추워서 소정본수의 광화이버(예를들어 제 7 도의 (R)의 렌즈에 대응하는 광화이버)에는 적색성분의 빛을, 나머지 광화이버(제 7 도의 (B)의 렌즈에 대응하는 광화이버)에는 청색성분의 빛이 도입되도록 하여서 소망의 광성분이 도입된 광화이버의 다른 끝단을 클로렐라 배양조내에 도입하면 클로렐라 배양에 적합한 광성분의 빛을 클로렐라에 공급할 수가 있다.
제 7 도는 제 6 도의 평면도이며, 종래 사용하고 있는 직경 35cm의 프레넬 렌즈에 상당하는 면적내에 배설된 소형 렌즈 전체의 배열을 표시하는 평면도이며, 도시예에서와 같이 정 6각형의 렌즈(11)를 사용하는 동일면적내에 가장 많은 렌즈를 배설할 수가 있어 렌즈 (11)의 직경(대각선의 길이)을 4cm로 하며는 61개의 렌즈(11)를 배설할 수가 있다. 또한 이렇게하여 소형의 렌즈가 다수 조합된 렌즈어레이도 제 7 도에 표시한것과 같이 대체로 정 6각형이 되므로 이 제 7 도에 표시한 렌즈 어레이를 1유니트로하여 이 유니트를 다수개(예를들어 7개, 19개) 조합하여 더욱 대형의 태양광 수집장치를 구성하는 것도 가능하고, 각 유니트 마다에 광성분 비율을 변화시켜서 필요에 따라 소망의 유니트를 선택하여 사용하게 하는 것도 가능하다.
또한 상술한 바와같이 정 6각형의 소형 렌즈를 사용하면, 가장 효율 좋게 다수개의 소형 렌즈를 배설할 수 있으나, 본 발명은 정 6각형의 소형 렌즈에 한정되는 것은 아니고, 환형 또는 각형의 렌즈라고 좋고 또한 각 소형 렌즈를 프레넬 렌즈 또는 구형렌즈로 구성하여도 좋은 것은 용이하게 이해될 것이다. 또한 이 제 6 도 및 제 7 도의 도시한 실시예에 있어서는 광도체의 본수가 많아서 따라서 각 광도체의 수광끝면에 대하여 각각을 렌즈계의 초점에 정확하게 위치하는 것의 결정을 상당한 시간도 걸리고 귀찮은 일이나, 수광끝면을 렌즈계의 초점 위치에 맞추는 것은 예를들어 특허공고번호 85-1194호에서와 같은 장치를 사용할 수 있고, 또한 미리 사용 목적에 맞추어서 시방을 작성하고 그 시방에 맞추어서 공장측에서 각 광도체의 수구끝면을 그 대응하는 렌즈의 초점 위치에 정확하게 맞추어서 고정하여 사용자측에서의 조절을 불필요하게 한다든지 또는 예를들어 도시 실시예에 있어서 적색계통의 빛을 수광하는 광도체전부를 단일 기판으로 지지하게 하는 동시에 청색계통의 빛을 수광하는 광도체 전부를 다른 단일 겨판으로 지지하게 하여 이들 겨판을 광축 방향으로 조절 가능하게 하면 된다.

Claims (7)

  1. 태양광을 집속하기 위한 렌즈계 (1),(11)와, 이 렌즈계(1),(11)에 의하여 집속된 태양광을 도입하고 이 도입된 태양광을 소망의 장소에 전달하는 광도체(2),(20) 케이블을 가지며, 이 광도체 케이블의 수광끝면을 렌즈계 (1),(11)의 초점위치 근방에서 렌즈계 (1),(11)의 광축방향으로 위치를 조정가능하게 하여, 상기 렌즈계 (1),(11)에 의하여 집속된 태양광 중에서 소망하는 색의 광성분을 다량으로 포함한 초점 위치에 광도체 케이블 (2),(20)의 수광끝면을 배치한 것을 특징으로 하는 태양광수집장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기한 렌즈계 (1),(11) 및 광도체 케이블 (2),(20)을 1조로 하는 복수개의 태양광 수집장치로 구성되며, 각조의 출력광을 합성하여서 임의 소망의 광성분을 다량 포함한 합성광을 얻을 수 있게 한 것을 특징으로 하는 태양광수집장치.
  3. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기한 광도체케이블의 수광끝면적이 동일한 것을 특징으로 하는 태양광수집장치.
  4. 제 1 항 또는 2항에 있어서, 상기 광도체케이블의 수광끝면적이 수집하는 광성분에 따라서 다르게 되어있는 것을 특징으로 하는 태양광수집장치.
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