KR910008485B1 - 태양광 수집 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 출원인이 전에 제안한 태양광 수집 장치의 1실시예를 설명하기 위한 사시도.
제2도 내지 제4도는 각각 종래의 태양광 수집 장치의 실시예들을 설명하기 위한 구성도.
제5도는 본 발명에 의한 태양광 수집 장치의 1실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 보호 캡슐 2 : 렌즈
2a : 렌즈의 출광끝단 3 : 렌즈 유지 기구
4 : 방향 센서 5 : 광도체 케이블(광파이버)
6 : 파이버 호울더 7 : 아암
8, 11 : 펄스 모우터 9 : 수평 회전축
10 : 받침대 12 : 수직회전축
13 : 광도체 케이블 20 : 광 커플링
20a : 수광 끝단 20b :출광 끝단
20c : 둘레면 θ1~θ4: 각도
C : 곡면
본 발명은, 프레넬렌즈에 의해 접속한 태양광을 효과적으로 광도체 케이블내에 도입 하도록한 태양광 수집 장치에 관한 것이다.
본 출원인은 전에, 다수매의 렌즈에 의해 이루어진 태양광 수집장치를 제안 하였다. 렌즈들에 의해 집속된 광도체 케이블내로 도입된다.
이와 같이 하여 도입된 태양광은 광도체 케이블을 통하여 임의의 소망하는 장소로 전달된다.
상술한 바와 같은 태양광 수집장치에 있어서는, 렌즈의 개구각이 큰 경우에는 렌즈에 의해 접속되는 태양의 상이 작다.
따라서 직경이 작은 광도체 케이블이 사용될 수 있게 되어, 크기면에 있어서는 유리하다.
그러나 렌즈의 주변부에 있어서의 상승각도가 커서, 이 부분에서의 광의 반사가 커져, 접속 효율이 나빠지고 또한 광도체 케이블에 대한 입사각이 커져서 광도체 케이블의 수광 끝단부에서의 반사가 커져, 광도체 케이블에의 광 도입 효율이 나빠진다.
또한, 렌즈내에 도입된 광이 이 렌즈의 출광 끝단측에서 반사되어 렌즈 내로 되돌아와서, 이후 이렌즈내에 전파되어버려, 입사된 태양광이 효율좋게 광도체로 유지될 수 없게 된다.
한편, 렌즈의 개구각이 작은 경우에는, 렌즈 주변부에 있어서의 상승각도가 작아서, 이 부분에서의 반사가 작고, 또한 광도체 케이블에 대한 입사각이 작아져서, 광도체 케이블 수광 끝단부에서의 반사도 작아져서 수집 효율이 좋지만, 그 반면에 렌즈에 의해 상이 맺어지는 태양의 상이 커져서, 광도체 케이블의 직경을 크게 하여야만 하기 때문에 광도체 케이블의 코스트가 높아진다고 하는 결점이 있다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 특히 광도체 케이블에 개구수가 큰 것을 사용 가능하게 하고 그러면서도 이 광도체 케이블의 수광 끝단부에 있어서의 반사을 없애, 이 광도체 케이블로의 광의 도입 효율을 높게 유지하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 광도체 케이블의 직경을 작게 할 수 있도록 하여 광도체 케이블의 코스트를 절감 시키는 것을 목적으로 한다.
제1도는, 본 발명이 적용되는 태양광 수집장치의 1예를 설명하기 위한 상세 사시도로서, 제1도에서 참조부호(1)은 투명체인 보호캡슐을 나타내고, (2)는 프레넬렌즈, (3)은 렌즈 유지기구, (4)는 태양광의 방향을 검출하는 태양광 방향센서, (5)는 프레넬 렌즈 (2)의 촛점위치에 수광끝단이 배설된 광파이버(또는 광도체 케이블), (6)은 파이버 호울더, (7)은 아암, (8)은 펄스모우터, (9)는 이펄스 모우터 (8)에 의해 회전되는 수평 회전축, (10)은 상기 보호 캡슐(1)을 탑재하기 위한 받침대, (11)은 또 다른 펄스 모우터, (12)는 이 펄스 모우터 (11)에 의해 회전되는 수직 회전축이다.
본 출원인이 전에 이미 제안하고 있는 바와 같이, 상기 태양광 수집 장치는, 태양광 방향에서 (4)에 의해 태양의 방향을 검출하고, 그 검출 신호에 의해 이 태양광 방향센서 (4)가 태양의 방향을 향하도록 상기 수평회전축(9) 및 수직 회전축(12)의 구동모우터 (8) 및 (11)을 각각 구동시키고 그리하여 각 렌즈(2)에 의해 수집된 태양광이 각각의 렌즈의 촛점위치에 수광 끝단이 배설된 광 파이버(5)내에 도입되도록 되어 있다. 각 렌즈마다 배설된 광 파이버 또는 광도체 케이블(5)은, 서로 합쳐져 케이블(13)로 되어 태양광 수집장치에서 도출되어 이들이 사용되는 임의의 소망하는 장소로 인도된다.
제2도 및 제3도는, 각각 종래이 태양광 수집 장치이 실시예들을 설명하기 위한 구성도이다. 제2도 및 제3도에 있어서, 부호(2)는 태양광을 접속하기 위한 렌즈, (5)는 이 렌즈에 의해 접속된 태양광이 도입되는 광도체 케이블로서, 제2도는 렌즈(2)의 개구수 (각)가 큰 경우의 실시예이고, 제3도는 렌즈(2)의 개구수 (각)가 작은 경우의 실시예를 나타내고 있다.
그리하여 제2도에 나타낸 바와 같이, 렌즈(2)의 개구각이 큰 경우에는, 렌즈(2)에 의해 맺어지는 태양의 상이 작아지고, 따라서 직경이 작은 광도체 케이블을 사용할 수 있게 되어, 그 점에 있어서는 유리하지만, 그 반면에 렌즈(2)의 주변부의 상승 각도 θ1가 커져서, 이 부분에서의 광의 반사가 커져, 집속 효율이 나빠지고 또한 광도체 케이블(5)에 대한 입사각 θ2이 커져서 광도체 케이블(5)의 수광 끝단부에서의 반사가 커져, 광도체 케이블(5)에의 도입 효율이 나빠진다.
또한 렌즈(2)내에 도입된 광이, 이 렌즈의 출광 끝단(2a)측에서 반사되어 렌즈(2)내로 되돌아와서, 이후 이 렌즈(2)내에 전파되어 버려, 입사된 태양광이 효율좋게 광도체 케이블로 유도될 수 없게 된다.
한편 제3도에서 나타낸 바와 같이 렌즈(2)의 개구각이 작은 경우에는 렌즈 주변부의 상승각도 θ3가 작아서, 이 부분에서의 반사가 작고, 또한 광도체 케이블(5)에 대한 입사각 θ4이 작아져서, 광도체 케이블(5)의 수광 끝단부에서의 반사도 작아져서, 수집 효율은 좋지만 그 반면에 렌즈(2)에 의해 맺어지는 태양의 상이 커져서, 광도체 케이블의 직경을 크게 하여야만 하기 때문에, 광도체 케이블의 코스트가 매우 높아진다고 하는 결점이 있다.
제4도는, 제2도에 나타낸 바와 같은 개구각이 큰 렌즈 대신의 프레넬 렌즈를 채용한때의 요부를 모식적으로 확대하여 나타낸 도면이다.
주지하는 바와 같이, 프레넬 렌즈는, 제2도에 나타낸 바와 같은 통상의 렌즈의 곡면 C을 유효하게 이용하여, 두께를 얇게 함과 동시에, 전체의 중량을 가볍게 한 것으로서, 제2도 및 제3도에 나타낸 렌즈 대신에 이와 같은 프레넬 렌즈를 사용하면, 장치의 소형화 및 경량화가 가능해지고, 특히 렌즈를 태양의 이동에 따라 이동시키는 등의 경우에, 이동부가 경량화되어, 이동부에 따라 움직이는 동작이 빨라지는 잇점이 있다.
한편 제2도에 나타낸 바와 같은 개구각이 큰 렌즈를 프레넬 렌즈로 하는 경우에 원리적으로는 개구각이 큰 렌즈를 A1, A2, A3… 등으로 절단하여, 이들 렌즈의 절단 부분들을 평면상에, A1, A2, A3…순으로 늘어서게 형성하여, 렌즈면 S1, S2, S3…를 프레넬 렌즈의 렌즈면으로 이용하는 것이다.
이 경우에, 렌즈를 A1, A2, A3…로 절단할 때에, 면 B1, B2, B3…는 제4도에 나타낸 바와 같이 경사지게 절단 하여야 하고, 이러한 구성에 있어서는 W1, W2…에 상당하는 부분의 광을 이용할 수 없게 되어 비효율적 이었다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 기술의 결점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 특히 광도체 케이블에 개구수를 큰 것을 사용 가능하게 하고, 그러면서도 이 광도체 케이블이 수광 끝단부에 있어서의 반사를 없애, 이 광도체 케이블로의 광의 도입 효율을 높게 유지하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 상기 광도체 케이블의 직경을 작게 할 수 있도록 하여 광도체 케이블의 코스트를 절감시키는 것을 목적으로 한다.
제5도는, 본 발명에 의한 태양광 수집 장치의 1실시예를 설명하기 위한 구성도이다.
제5도에 있어서, 부호 (2)는 태양광 접속용 프레넬 렌즈, (5)는 광도체 케이블이고, (20)은 수광끝단(20a)측이 넓은 면적으로 형성되고 출광 끝단(20b)측이 작은 면적으로 형성된 끝이 잘린 원추 형상의 광도체로 이루어진 광 커플링으로서, 본 발명에 있어서는 집광 렌즈로서, 개구수가 작은 바꾸어 말하면 주변부의 상승각도가 별로 크지 않은 프레넬 렌즈를 사용한다.
그러나 개구수가 작은 프레넬 렌즈(2)는, 주변부에서의 상승률이 작아, 주변부에서의 반사가 적고, 또한 제4도에서 설명한 바와 같은 경사 절단을 할 수 있어, 이 프레넬 렌즈(2)에 의해 효율 좋게 태양광을 접속할 수 있다.
그러나 이와 같은 개구수가 작은 프레넬 렌즈(2)에 의해 집속된 태양의 상은 크기 때문에 이 프레넬 렌즈(2)에 접속된 광을 그대로 광도체 케이블(5)내로 도입하려고 하면, 이 광도체 케이블(5)로서 직경이 큰 것을 사용하여야만 하게되어, 매우 코스트가 높아진다.
한편 광도체 케이블(5)의 직경을 작게 하려고 하면, 렌즈(2)의 개구각을 크게 하여 렌즈(2)의 촛점상을 작게 하여야만 하는데 렌즈(2)의 개구각을 크게 하면, 상술한 바와 같이 광도체 케이블(5)의 입사 끝단면에 있어서의 광의 입사각이 커지고, 이 입사 끝단면에 있어서의 반사 손실이 커진다는 문제가 있다.
그리하여 본 발명에 있어서는, 수광끝단(20a)측의 면적이 크고 출광 끝단(20b)측의 면적이 작은 광 커플링(20)을 사용하여, 상술한 바와 같은 개구수가 비교적 작은 프레넬 렌즈(2)에 의해 접속된 비료적 큰 상의 태양상을 이 광 커플링(20)의 넓은 면적(20a)에서 수취하여, 이광 커플링(20)내에 도입한다.
이와 같이 하여 광 커플링(20)내에 도입된 광은, 이 광 커플링(20)의 둘레면 (20c)에서 반사를 되풀이하면서 출광 끝단(20b)으로 향하여 나아가는데 반사를 되풀이하는 동안에 개구각이 커져서 출광끝단(20b)에 있어서의 개구각은 광도체 케이블(5)의 개구수와 거의 같아지게 된다.
따라서 광 커플링(20)에서 방출되는 광은 광도체 케이블(5)중에 도입할 수 있는 것인 한은, 이 광도체 케이블(5)내를 전파하기에 가장 효율적이고, 이와 같이 하여 광이 효과적으로 전달되게 한다.
그러나 상술한 바와 같이, 광도체 케이블(5)의 개구수가 큰 것인 경우, 이 큰 개구수를 같은 입사각(개구각)을 가진 광을 이 광도체 케이블(5)내에 도입하고자 하여도, 이 광도체 케이블(5)의 수광 끝단면에서의 반사 손실이 커서, 효율좋게 광도체 케이블 2내에 광을 도입할 수 없다.
그러므로 본 발명에 있어서는, 광 커플러(20)의 출광 끝단(20b)는 광도체 케이블(5)의 수광 끝단면에 대하여 광학풀 등에 의해 일체적으로 접착되어 있고 따라서 광도체 케이블(5)의 수광 끝단면에 있어서의 반사 손실을 거의 없게 할 수 있다.
이상의 설명으로 부터 분명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 개구수가 작은 프레넬 렌즈를 사용함으로써 개구수가 큰 프레넬 렌즈를 사용하는 경우에 비하여, 렌즈 주변부에서의 반사 손실을 적게한다.
이와 동시에, 프레넬 렌즈를 형성할 때 에 필요한 경사 절단 분의 면적을 작게하여 효율좋게 광을 접속할 수 있게 한다.
또한 수광 면적이 넓은 광 커플링을 사용함으로써 개구수가 작은 프레넬 렌즈의 사용을 가능하게 하여 이 광 커플링의 수광면에서의 반사 손실을 작게 한다.
더우기 태양광을 이 광 커플링을 통하게 함으로써 태양광의 개구각을 크게 하여, 이 개구각을 광도체 케이블이 수취할 수 있는 최대의 개구각까지 크게 할 수 있다.
그리하여 개구수가 큰 광도체 케이블의 사용을 가능하게 하고, 따라서 직경이 작은 광도체 케이블의 사용을 가능하게 한다.
그 결과로, 광도체 케이블이 코스트를 절감할 수 있게 된다.
또한 광학풀 등을 사용하여, 광 커플링의 출광 끝단을 광도체 케이블의 수광 끝단과 일체적으로 접착 시킴으로써, 이 광도체 케이블의 수광 끝단에서의 반사 손실을 거의 완전히 제고할 수 있게 된다.
Claims (1)
- 태양광을 접속하기 위한 렌즈(2)와, 끝이 잘린 원추형상의 광도체에 의해 이루어지는 광 커플링(20)과, 광도체 케이블(5)로 이루어지고, 상기 렌즈(2)에 접속된 태양광을 상기한 끝이 잘린 원추형상의 광 커플링(20)의 넓은 면적의 끝단축(20a)에 도입하여, 이 끝이 잘린 원추 현상의 광 커플링(20)의 좁은 면적의 끝단축(20b)에서 방출되는 광을 상기 광도체 케이블(5)에 도입하도록 한 태양광 수집장치로서, 상기 광도체 케이블(5)은, 이 광도체 케이블(5)의 광 입사면에 있어서의 태양광의 입사 각도가 이 광도체 케이블(5)의 개구수가 같거나 또는 그 이상일때에는 큰 반사 손실을 가지며, 상기 렌즈(2)는 상기 광도체 케이블(5)의 개구수 보다도 작은 개구수의 프레넬 렌즈에 의해 구성되고, 상기 광 커플링(20)은, 상기 광도체 케이블(5)의 개구수와 같은 개구수를 갖는 출광 끝단(20b)을 가지며, 이 광 커플링(20)의 출광 끝단(20b)은 상기 광도체 케이블(5)의 수광 끝단에 광학풀로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 수집 장치.
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