KR101902374B1 - 광섬유사를 이용한 태양광 발전 유니트 및 이를 적용한 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, POF(Plastic Optical Fiber) 광섬유 어레이(Array)시트 및 이를 이용한 태양광 발전용 PV(photovoltaics)솔라 패널(Solar cell)과 CIGS(Copper Indium Galium Selenide) 박막 솔라 패널에 CPV(Concentrator PhotoVoltic)용 광섬유 측면발광 어레이(Array)를 활용하여, 태양광 발전 시스템에 관한 것이다. 이는 특히, 광섬유 배열시트; 플라스틱 광섬유의 끝단부에 적어도 태양광을 모으는 집광렌즈가 장착되며, 광섬유의 측면에 집광된 빛이 발광하게 만들어 단 방향의 배열로 구성으로 이루어진 광섬유도광시트; 및, 상기 도광시트의 일측 또는 양측면에 빛을 발광시키도록 하는 광섬유(POF) 도광시트와 솔라 패널을 포함하는 구성으로 이루어 진 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 한정된 공간에, 고집광, 고효율 태양광 전기를 생산 할 수 있도록 하여, 원통형 또는 박스형으로 제작해서 전기를 사용하는 소형전자제품에서 대용량 태양광발전소에 작용 할 수 있도록 하는 것이다.
Description
본 발명은 광섬유를 이용한 태양광 발전 유니트 및 이를 적용한 발전 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 POF(Plastic Optical Fiber) 광섬유 어레이(Array) 시트 및 이에 대응하는 솔라 셀을 이용한 태양광 발전 유니트 및 이를 적용한 발전 시스템에 관한 것이다.
무한 에너지원인 태양광을 이용하는 태양광 발전은 높은 에너지의 태양 빛이 입사하는 구조물에 솔라 셀(Solar Cell)이 다수 마련된 패널 또는 시트를 이용한다. 이러한 태양광 발전 시스템은 광전 변환 효율이 높지 않으며 따라서 대용량의 발전을 위해서는 매우 넓은 설치 지역이 요구된다.
태양광은 매우 넓은 범위의 파장 영역을 가지고 있는데 400~700nm 범위의 가시광선 영역을 포함된다. 이러한 태양은 파장 대역 별로 세기가 일정치 않다. 현재, 태양광 발전에 보편적으로 사용되는 고순도의 결정실리콘 계열의 솔라 패널은 500~850nm의 파장 영역에 대해서만 90% 정도 흡수하며, 그 외의 파장에 대해서는 효율이 낮거나 거의 흡수하지 못한다.
태양광 발전 시스템의 솔라 패널 유니트는, 태양광을 솔라패널의 평면에 직접 도달하여 솔라 패널을 직접 조광하는 직하 방식과, 솔라 패널에 반사거울 또는 집광 렌즈 등을 활용하는 집광 방식으로 나뉜다. 건물 옥상이나 땅 위에 설치하는 태양광 발전 시설은 직하 방식이 주로 적용되나, 이는 렌즈나 거울을 이용하는 집광 방식에 비해 효율이 떨어진다. 이러한 직하 방식의 결점을 보완하는 집광 방식은 복잡한 광학 구조 및 이를 지지하는 구조체를 포함해야 한다. 따라서, 이들 종래 방식의 제조 비용 높고 또한 고집광에 의한 솔라 패널의 수명 단축을 피할 수 없다.
본 발명은 차지 면적을 획기적으로 줄이면서도 발전 효율을 크게 증대할 수 있는 태양광 발전 유니트 및 이를 적용하는 발전 시스템을 제공한다.
본 발명은 제작 비용이 적고 또한 설치 비용이 저감된 태양광 발전 유니트 및 이를 적용하는 발전 시스템을 제공한다.
본 발명은 열충격으로부터 솔라 패널을 효과적으로 보호하여 솔라 패널의 수명을 연장할 수 있는 태양광 발전 유니트 및 이를 적용하는 발전 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 유니트:는
태양으로부터의 광파를 일방향으로 수송하는 다수의 광섬유사(Optical Fiber Yarn)를 포함하는 광파 수송부; 그리고
상기 광파 수송부의 광섬유사를 통해 수송되는 광파를 이용해 발전하는 발전부;를 포함하고,
상기 발전부:는
광파에 의해 발전(發電)을 행하는 솔라 패널; 그리고
상기 솔라 패널에 대응하게 상기 광섬유사들이 평면적 또는 섬유상으로 배열되어 있는 패널 장착부가 마련되고, 그리고 상기 패널 장착부에는 상기 광섬유사를 진행하는 광파를 상기 솔라 패널로 입사 시키는 출광부가 마련되어 있는 광 가이드부;를 구비한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 시스템:은
다수 태양광 발전 유니트의 발전부가 하나로 집적되어 다중 발전부;
상기 다수 태양광 발전 유니트의 수송부가 하나로 집적되어 있는 다중 수송부; 그리고
상기 다중 수송부에 태양광을 집중시키는 광학계;를 포함하고,
상기 태양광 발전 유니트:는
태양으로부터의 광파를 일방향으로 수송하는 다수의 광섬유사(Optical Fiber Yarn)를 포함하는 광파 수송부; 그리고
상기 광파 수송부의 광섬유사를 통해 수송되는 광파를 이용해 발전하는 발전부;를 포함하고,
상기 발전부:는
광파에 의해 발전(發電)을 행하는 솔라 패널; 그리고
상기 솔라 패널에 대응하게 상기 광섬유사들이 평면적 또는 섬유상으로 배열되어 있는 패널 장착부가 마련되고, 그리고 상기 패널 장착부에는 상기 광섬유사를 진행하는 광파를 상기 솔라 패널로 입사 시키는 출광부가 마련되어 있는 광 가이드부;를 구비한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 출광부는 상기 광섬유사의 외주면에 소정 깊이로 형성되는 굴절부를 포함할 수 있다.
상기 광 가이드부는 평면 또는 섬유상으로 배치된 상기 다수의 광섬유사를 고정하는 고정 베이스;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 고정 베이스에 상기 광섬유사의 외주 일부가 삽입되는 도랑(도랑)형 채널이 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광 가이드부는 평면 또는 섬유상으로 배치된 상기 다수의 광섬유사를 고정하는 고정 베이스;를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 고정 시이트에는 상기 광섬유사가 고정되는 고정 채널이 다수 나란하게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 이동성 및 비용과 설치면적을 현저히 낮추면서도 대용량의 태양광 발전소 및 중, 소형 발전시스템을 대중적으로 보급 할 수 있고, 특히 종래의 태양광 발전소를 설치할 시 적지 않은 면적을 확보하기 위해, 발생되는 환경파괴와 주변 환경변화에 따른 수명저하에 따른 관리비용의 증가를 혁신적으로 개선할 수 있으며, 특히 가정용 태양광 전기, 부지 확보가 어려운 지역에서의 태양광발전, 우주공학, 대형선박, 전기자동차, 휴대용 전기제품 등, 응용분야가 광범위하게 사용되는 효과가 있는 것이다.
도1은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트를 개략적으로 도시한다.
도2는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트의 발전부에서의 광파 진행 경로를 개략적으로 보인다.
도3은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광가이드부의 개략적 구조를 보인다.
도4는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 고정 베이스의 부분 발췌도이다.
도5는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 고정 베이스의 다른 실시예를 보인다.
도6은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광섬유사에서의 광파 진행 및 굴절 등에 의해 광섬유사 외주면을 통한 출광을 예시한다.
도7은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광섬유사의 개략적 단면도이다.
도8은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 일 실시 예를 도시한다.
도9는 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 다른 실시 예를 도시한다.
도10은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 다른 실시 예를 도시한다.
도11은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구체적인 한 실시 예를 도시한다.
도12는 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구체적인 한 실시 예를 도시한다.
도13은 도11과 도12에 도시된 본 발명에 따른 발전 시스템을 기존의 대면적의 설처 공간 및 부지를 요구하는 발전 시스템을 대체할 수 있음을 대비하여 보여 준다.
도2는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트의 발전부에서의 광파 진행 경로를 개략적으로 보인다.
도3은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광가이드부의 개략적 구조를 보인다.
도4는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 고정 베이스의 부분 발췌도이다.
도5는 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 고정 베이스의 다른 실시예를 보인다.
도6은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광섬유사에서의 광파 진행 및 굴절 등에 의해 광섬유사 외주면을 통한 출광을 예시한다.
도7은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트에서 광섬유사의 개략적 단면도이다.
도8은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 일 실시 예를 도시한다.
도9는 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 다른 실시 예를 도시한다.
도10은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 다른 실시 예를 도시한다.
도11은 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구체적인 한 실시 예를 도시한다.
도12는 다중 태양광 발전 유니트에 의한 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템의 구체적인 한 실시 예를 도시한다.
도13은 도11과 도12에 도시된 본 발명에 따른 발전 시스템을 기존의 대면적의 설처 공간 및 부지를 요구하는 발전 시스템을 대체할 수 있음을 대비하여 보여 준다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 따른 태양광 발전 유니트(10)를 개략적으로 도시한다.
도면에서, 참조번호 10a는 광파에 의한 전기 발생이 일어나는 발전부(10a)를 나타내며, 10b는 발전부(10a)로 발전 에너지인 광파를 수송하는 광 파이버를 포함하는 광파 수송부(10b)에 해당한다.
구체적으로 발전부(10a)에 속하는 참조번호 "101" 은 PV(Photovoltaics) 혹은 CIGS(Copper Indium Galium Selenide) 계열 등의 솔라 패널 혹은 솔라필름(Solar Panel or Cell, 이하 솔라 패널로 통칭)이며, "102"는 상기 광파 수종부(10b)를 통해 공급된 태양으로부터의 광파(1)를 솔라패널(101)의 입사면에 수직한 방향으로 주입(inject) 또는 투사(project)하는 광 가이드부(light wave-guide part)이다. 상기 솔라 패널(101)에 대응하는 상기 광 가이드부(102)의 전면은 솔라 패널 장착부에 해당한다. 그리고 광 가이드부(102)의 후면에는 광 가이드부(102)의 후방으로 진행하는 광파를 솔라 패널(101) 측으로 반사하여 광판(1)의 손실을 방지하는 95% 이상의 반사율을 가지는 반사판(103)이 마련되며, 이때에 반사판(103)은 선택적 요소이며, 이 기능은 후술하는 고정 시이트(1022, 도2)에 의해 제공될 수 있다.
도1에서 상기 광 가이드부(102)는 다수 나란하게 배치되는 광섬유 또는 광섬유사(1021a)를 포함하며, 광 가이드부(102) 외부로 연장된 광섬유사(1021a)의 단부가 하나의 뭉치(다발)로 집적되어서 상기 광파 수송부(10b)를 구현하며, 이 다발형태의 광 수송부(10b)의 선단면에 광파 입사 영역(A)이 형성된다. 광 입사부(A)는 상기 광섬유사(1021a)의 단면부(1021a')들이 위치하는 임의 평면상에 위치하는 것으로 이 부분에 렌즈 광학계(40)에 의해 태양으로부터의 광파(1)가 상기 광파 입사 영역에 집중된다. 여기에서, 상기 광 입사부(A)에 집중되는 열에 의한 광섬유사의 변형 또는 손상을 방지하기 위한 냉각 장치가 상기 광 입사부(A)가 마련되는 광섬유사 다발 주위에 마련될 수 있으며, 이는 후에 다시 설명된다.
도2를 참조하면, 발전부(10a)에 속하는 광 가이드부(102)는 자발광(self luminescence)이 아닌 외부 광(external light source)을 이용하는 면광원(surface light source or surface illuminant) 형태로서, 그 평면에 나란한 방향으로 주입된 광파(1)를 그 평면에 수직한 방향으로 투사 또는 굴절시켜 솔라패널(101)에 입사되게 한다. 그리고, 광 가이드부(102)의 후방에 위치한 반사판(103)은 광 가이드부(102)의 후방으로 진행하는 광파(1)를 솔라 패널(101) 방향으로 반사한다.
도1, 2에서 솔라 패널(101), 광 가이드부(102) 및 반사판(103)은 이해를 돕기 위하여 상호 분리된 상태로 도시되어 있으나, 실제는 샌드위치 형태로 상호 밀착된다.
상기 광 가이드부(102)는 면상 광 가이드부(102)의 가장자리 측면으로 주입된 광파(1)를 그 평면에 수직한 방향으로 출사하는 면광원의 형태를 가지는데, 도3은 이러한 광 가이드부(102)의 구조를 개략적으로 보여 준다.
광 가이드부(102)는 다수 나란하게 배열되는 다수의 광섬유사(102a)와 이를 시트 형태 또는 평면 상으로 지지하는 고정 시이트(1022)를 포함한다.
고정 시이트(1022)는 소정의 간격으로 배치된 광섬유사(102a)를 시이트 형태 또는 면의 형태를 유지시키는 것으로서, 광섬유사(1021)와 함께 하나의 면상 또는 섬유상 도광 시트(light guide sheet)를 형성한다. 상기 광섬유사(1021)는 상기 고정 시이트(1022)에 대해 하부측 일부가 고정되어 있다. 이를 위하여, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 고정 시이트(1022)의 상면에는 상기 광섬유사(1021)가 고정되는 도랑 또는 채널(1022c)이 형성되어 있다.
본 실시 예에서는 사각형의 고정 시이트(1022)에 다수의 광섬유사의 일측 부분이 고정되고 그 타측 부분은 자유롭게 한 올씩 개별적으로 연장되어 있다. 따라서, 상기 고정 시이트(1022)는 기본적으로 솔라 패널(101)에 대응하는 크기를 가진다.
이러한 고정 시이트(1022)는 전술한 바와 같은 반사판(103)의 기능을 포함할 수 있으며, 따라서, 고정 시이트(1022)는 광섬유사(1021)를 고정할 뿐 아니라 이로부터의 광파를 솔라 패널로 반사함으로써 광이용 효율을 높일 수 있다. 상기 고정 시이트(1022)에 의한 반사기능은 상기 광섬유사(1021)와 고정 시이트(1022) 재료 물질 간의 굴절율 차에 의한 계면 반사(interface reflection)에 의해 얻어질 수 있으며, 한편으로는 상기 채널(1022c)의 바닥에 반사 물질층(미도시)을 코팅함으로 얻을 수 있다. 이러한 반사기능은 현존하는 다양한 기술에 의해 매우 다양하게 구현될 수 있으며, 따라서 반사기능을 구현하는 특정 기술에 의해 본 발명의 기술적 범위를 제한하지 않는다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 고정 시이트(1022)는 상기 광섬유사(1021) 몸체 전체를 지지하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이 고정 시이트(1022)은 솔라 패널(102)에 대응하는 제1부분(1022a)과 그 바깥의 제2부분(1022b)을 포함할 수 있다. 제1부분(1022a)은 광섬유사(102)의 내부 코어를 따라 진행하는 광파(1)를 그에 수직한 방향으로 투사 또는 굴절시키는 광파 출사 영역(output region)에 해당하며, 그 나머지의 제2부분(1022b)은 광파를 상기 광파 출사영역으로 안내하는 입사 영역(input region)에 해당한다.
본 발명은 평면 또는 곡면의 형태로 배치되는 다수의 광섬유사를 이용하여 집광된 태양 광파를 일방향으로 가이드하고, 광섬유사를 따라 진행하던 광파를 진행방향에 상기 평면 방향으로 굴절시킨다.
도4로 돌아가서, 광섬유사(1021)는 그 표면에 자외선 차단층이 형성될 수 있으며, 그 직경은 0.1mm~1.5mm 정도이다. 이러한 광섬유사(1021)는 한 올씩 단방향으로 나란하게 배열되며, 광섬유사(1021) 간의 배열 간격은 0.1㎜ ~ 0.8mm 이내이다. 광섬유사(1021)에 코팅되는 자외선 차단층은 0.05~0.09 mm 두께를 가질 수 있다. 이러한 광섬유사는 유리 또는 플라스틱 광섬유사일 수 있다. 이 광섬유사(1201)에는 내부 코어를 따라 진행하는 광파를 외부로 출광하는 출광부(出光部)로서의 프리즘부 또는 굴절부(1021b)가 다른 일정 간격으로 형성되며, 이에 대해서는 후에 다시 설명된다.
플라스틱 광섬유사는, 고순도 아크릴 레진(PMMA : Polymethyl methacrylate)으로 된 코어(Core)와 불소 폴리머(F-PMMA : Fluorine Polymethyl methacrylate)로 만들어진 얇은 크래드(Clad)층을 포함할 수 있다. 상기 고정 시이트(1022)에 형성되는 채널(1022c)의 깊이는 상기 광섬유사(1021)의 외주면 일부가 진입할 수 있는 정도의 깊이, 예를 들어 0.006~0.1mm의 깊이를 가질 수 있다. 그리고 선택적인 요소인 반사판(103)은 0.1mm~1.5mm의 두께를 가질 수 있다.
도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 광섬유사(1021)은 코어를 따라 진행하던 광파(1)를 그에 수직한 방향으로 굴절시키는 출광부로서의 프리즘 기능의 굴절부(1021b)를 구비한다. 굴절부(1021b)는 전술한 바와 같이 광파 출사 영역에 위치하는 것으로서 다이아몬드 커팅 등의 기계적 가공에 의해 형성되며, 이 굴절부(1021b)는 도6에 도시된 바와 같이 클래드(clad) 층 아래의 코어(core) 부분까지 적절한 깊이로 연장된다. 이러한 굴절부(1201b)은 내부를 진행하는 광파(1)를 그에 수직하는 방향으로 광파(1)를 출사하는 광섬유사(1021)의 외주부에 적절한 간격과 깊이로 다수 형성되며, 이는 설계 사양에 따라 조절될 수 있다.
전술한 바와 같이 태양광 발전 유니트(10)는 다수 집적되어 큰 발전 용량의 발전시스템을 구축할 수 있다.
도8은 다수의 태양광 발전 유니트(10)가 일방향으로 다수 집적(적층)되어 있는 구조의 다중 발전부(1000a)를 가지는 본 발명에 따른 태양광 발전 시스템(1000)를 개략적으로 도시한다.
솔라 패널(101), 광 가이드부(102) 및 반사판(103)을 포함하는 발전 유니트가 다수 적층된 구조에 의해 다중 발전부(1000a)가 구현한다. 이때에 각 태양광 발전 유니트(10)의 광섬유사(1021)를 하나의 다발로 묶어 하나의 다중 광파 수송부(1000b)가 구현되고 광파 수송부의 광 파이버 선단부들이 하나의 임의 평면에 위치하여 광파 입사면 또는 입사부(A)를 구현한다. 상기 입사부(A)는 상기와 같이 하나의 다발로 묶인 광섬유사(1021)의 단면들을 다이아몬드 습식 연삭기로 컷팅한 후 연마제로 경면 처리(mirror finishing)할 수 있다. 이러한 광파 입사부(A)에는 렌즈 광학계(40)에 의해 태양으로부터의 광파가 집중된다.
본 발명에서, 상기 렌즈 광학계(40)는 태양 광파를 집중하기 위한 단위 렌즈 광학계 또는 다수 렌즈를 포함하는 복합 렌즈 광학계를 모두 의미하며 특정한 광학 구조에 의해 본 발명의 기술적 범위는 제한되지 않는다. 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 상기 광파 입사부에 광파를 집중하는 단일 볼록렌즈 또는 볼록 렌즈 어레이에 등에 의한 제1렌즈 광학계, 그리고 제2렌즈 광학계로 태양광을 수렴 시키는 단일 프레넬 렌즈 또는 프레넬 렌즈 어레이와 같은 제2렌즈 광학계;를 포함할 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명에 따른 발전 시스템은 도8에 도시된 바와 같이, 원기둥의 형태로 구현될 수 있다.
이것은 전술한 바와 같은 단위 발전 시스템, 즉 태양광 발전 유니트(10)를 평면상에서 일방향으로 적층하고 이것을 둥글게 말아서 원기둥의 형태의 발전부가 구현된 발전 시스템이다.
도9에서 다수의 태양광 발전 유니트를 구비하는 발전 시스템(1000)의 다중 발전부(1000a)는 원기둥형이며, 이러한 원기둥형 발전부(1000a)는 나이테 또는 스파이럴 형태로 둥글게 말려있는 단위 발전 시스템, 즉 태양광 발전 유니트(10)의 집성체이다. 원기둥 형태로 집성된 태양발전 유니트(10) 들의 모든 광섬유사(1021)은 하나로 모인 상태에서 그 선단부가 하나의 원통형 광섬유사 고정부(1003)에 의해 하나의 다발로 집적되어 있는 광파 수송부(1000b)의 선단부에 전술한 바와 같이 경면 처리된 광파 입사면 또는 입사부(A)가 마련된다.
도10은 도8, 9의 발전기에서 광파 수송부(1000b)의 냉각구조를 가지는 발전 시스템(1000)의 상부 구조를 도시한다. 도10의 발전 시스템(100)은 렌즈 광학계(40)의 제1렌즈 시스템(41)과 이를 광파 수송부(1000b)이 고정 구조물(1002)에 의해 하나로 결합되어 있다. 상기 광파 수송부(1000b)의 하부에는 도8, 9에 도시된 형태의 발전부(1000) 가 마련될 수 있다. 상기 광파 수송부(1000b)의 둘레에는 냉각장치(1001)가 설치되어 있다.
한편, 상기 렌즈 광학계(40)의 복수의 렌즈 시스템을 구비할 수 있으며, 본 실시 예에서는 전술한 제1렌즈 시스템(41)과 이에 대응하는 제2렌즈 시스템(42)를 구비한다. 예를 들어, 상기 제1렌즈 시스템(41)은 다수 볼록 렌즈에 의한 어레이, 제2렌즈 시스템(41)은 플레넬 렌즈 어레이로 구현될 수 있다.
상기 광섬유사 고정부(1003)는 일정한 길이와 직경을 가진 금속 또는 유리, 도자기 재질을 가진 원통형 구조물이며, 경면 처리되는 광 입사부(A)에서 광섬유사들 사이의 갭은 방수 처리된다.
상기 냉각장치(1001)는 냉각수 순환 코일의 구조를 가지며 이것에 의해 고온의 열에너지가 집중되는 광 입사부(A)를 포함하는 광섬유사의 선단부를 냉각시킴으로써 이 부분의 온도를 5~80도의 범위를 유지하도록 하여, 고열에 의한 광섬유사의 변형 내지는 손상을 방지한다. 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 냉각장치(1001)는 다중 수송부의 광섬유사 묶음(집적체, 1000a) 뿐 아니라 냉각이 필요한 다른 어느 요소에까지도 확장될 수 있다.
태양으로부터의 광파를 1차 집광하는 제2렌즈시스템(42)의 프레넬 렌즈 어레이는 별도의 구조물에 의해 제1렌즈 시스템(41)에 대한 상대적 위치가 고정된다.
도11은 하나의 캐비넷 구조로 구성된 것으로 도10에 도시된 바와 같은 냉각장치(1001)가 마련된 태양광 발전 시스템을 예시한다. 이는10Kw 이하의 전력이 요구되는 도시형 발전 시스템을 예시하며, 도11은 300Kw 이상의 규모를 가지는 대형 태양광 발전 시스템을 예시한다.
도12의 시스템에는 태양광 발전에 필요한 모든 요소뿐 아니라 이를 냉각시키는 설비, 그리고 발전된 전기를 관리 제어하는 시스템이 포함될 수 있다. 도12의 발전 시스템은 도1에서 설명된 판상 적층 구조, 즉 솔라패널(101), 광가이드부(102) 및 반사판(103)이 다중 적층된 샌드위치 구조를 가질 수 있다.
상기 광학렌즈계에 고온의 열 집중을 완화하기 위하여 자외선 (200nm~380nm)과 가시광선(381nm~650nm)을 반사하고 적외선(651nm ~ )을 투과시키는 콜드미러(cold mirror)를 적용함으로써 고온에 의한 광섬유사의 변형 또는 손상 방지에 효과적이다.
도13은 도11과 도12에 도시된 본 발명에 따른 발전 시스템을 기존의 대면적의 설처 공간 및 부지를 요구하는 발전 시스템을 대체할 수 있음을 대비하여 보여 주는 그림이다.
본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀 두고자 한다.
Claims (10)
- 태양으로부터의 광파를 일 방향으로 수송하는 것으로, 상기 광파가 진행하는 코어(core)와 상기 코어를 감싸는 클래드(clad)층을 구비하는 광섬유사(Optical Fiber Yarn)를 다수 포함하는 광파 수송부; 그리고
상기 광파 수송부의 광섬유사를 통해 수송되는 광파를 이용해 발전하는 발전부;를 포함하고,
상기 발전부:는
광파에 의해 발전(發電)을 행하는 솔라 패널; 그리고
상기 솔라 패널에 대응하게 상기 광섬유사들이 평면적 또는 섬유상으로 배열되어 있는 패널 장착부가 마련되고, 그리고 상기 패널 장착부에는 상기 광섬유사를 진행하는 광파를 상기 솔라 패널로 입사 시키는 출광부가 마련되어 있는 광 가이드부;를 구비하며,
상기 출광부:는 상기 클래드를 관통하여 클래드 하부의 코어까지 연장되는 굴절부;를 다수 포함하여, 상기 클래드에 싸여 있는 코어를 진행 중인 광파가 상기 클래드에 덮이지 않은 상기 굴절부의 하부에 노출된 코어를 통해 상기 솔라 패널로 진행하도록 되어 있는, 태양광 발전 유니트. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 광 가이드부는 평면 또는 섬유상으로 배치된 상기 다수의 광섬유사를 고정하는 고정 베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 유니트. - 제3항에 있어서,
상기 고정 베이스에 상기 광섬유사의 외주 일부가 삽입되는 도랑형 채널이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 유니트. - 제4항에 있어서,
상기 고정 베이스는 상기 광섬유사로부터의 광파를 상기 솔라 패널로 반사하는 반사기능을 가지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 유니트. - 다수 태양광 발전 유니트의 발전부가 하나로 집적되어 다중 발전부;
상기 다수 태양광 발전 유니트의 수송부가 하나로 집적되어 있는 다중 수송부; 그리고
상기 다중 수송부에 태양광을 집중시키는 광학계;를 포함하고,
상기 태양광 발전 유니트:는
태양으로부터의 광파를 일 방향으로 수송하는 것으로, 상기 광파가 진행하는 코어(core)와 상기 코어를 감싸는 클래드(clad)층을 구비하는 다수 광섬유사(Optical Fiber Yarn)를 포함하는 광파 수송부; 그리고
상기 광파 수송부의 광섬유사를 통해 수송되는 광파를 이용해 발전하는 발전부;를 포함하고,
상기 발전부:는
광파에 의해 발전(發電)을 행하는 솔라 패널; 그리고
상기 솔라 패널에 대응하게 상기 광섬유사들이 평면적 또는 섬유상으로 배열되어 있는 패널 장착부가 마련되고, 그리고 상기 패널 장착부에는 상기 광섬유사를 진행하는 광파를 상기 솔라 패널로 입사 시키는 출광부가 마련되어 있는 광 가이드부;를 구비하며,
상기 출광부:는 상기 클래드를 관통하여 클래드 하부의 코어까지 연장되는 굴절부;를 다수 포함하여, 상기 클래드에 싸여 있는 코어를 진행 중인 광파가 상기 클래드에 덮이지 않은 상기 굴절부의 하부에 노출된 코어를 통해 상기 솔라 패널로 진행하도록 되어 있는, 태양광 발전 시스템. - 제6항에 있어서,
광파가 입사하는 광입사부롤 포함하는 다중 수송부를 냉각하는 냉각장치;를 더 구비하는 태양광 발전 시스템. - 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 광 가이드부는 평면 또는 섬유상으로 배치된 상기 다수의 광섬유사를 고정하는 고정 베이스;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 고정 베이스는 상기 광섬유사로부터의 광파를 상기 솔라 패널로 반사하는 반사기능을 가지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 시스템.
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