KR102511064B1 - 광 수송 매체 - Google Patents

Abstract

광 수송 매체에 관해 개시된다. 광 수송 매체:는 광이 진행하는 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 크래드(clad);를 포함하고, 외주면 일 측과 타 측에 광 주입 영역(light injection region)과 출광 영역(light output region)이 정의되어 있는 광 파이버; 상기 광 파이버의 광 주입 영역에 마련되는 것으로 상기 크래드를 관통하여 코어가 노출되는 적어도 하나의 광 주입 윈도우(light injection windows); 그리고 상기 광 파이버의 광 주입 윈도우에 장착되는 것으로, 외부로부터 입사하는 광을 광 주입 윈도우를 통해 상기 코어 내부로 주입하는 렌즈;를 구비한다.

Description

광 수송 매체 {light transporting media}

하나 또는 그 이상의 실시 예는 광 에너지를 광 파이버를 이용해 전송하는 광 수송 매체에 관한 것으로, 상세하게는 다수의 렌즈가 광 파이버의 수광 영역에 마련되어 있는 광 수송 매체 및 이를 적용하는 태양광 발전 유니트 및 시스템에 관한 것이다.

광 파이버는 광통신, 태양발전, 식물경작 등에 다양한 목적으로 사용되는 광 전송 매체이다. 광 전송은 광 파이버의 양 단에 마련되는 경면(facet)을 통해 입사 및 출사한다.

이러한 광 파이버는 광이 진행하는 코어와 코어를 감싸는 박막형태의 크래드를 포함한다. 응용 형태에 따라 하나의 광 파이버가 이용될 수 도 있고, 태양 발전이나 식물재배 시스템에서는 대용량의 광 에너지를 전송하기 위하여 다발의 형태로 광 파이버가 이용되기도 한다.

광 파이버를 통한 광 에너지의 크기는 광 파이버로 입사하는 광 에너지에 의해 결정되며, 대량의 광 에너지를 입사시키는 일반적인 방법은 넓은 광 입사 영역을 가지는 렌즈를 이용해 입사 광을 광 파이버의 경면에 집중(converging)한다.

하나 또는 그 이상의 실시 예(one or more embodiments)는 광 입사 영역이크게 확대 되어 고 에너지의 광 에너지의 공급이 가능한 광 파이버를 적용하는 광 수송 매체를 제시한다.

하나 또는 그 이상의 실시 예는 광 파이버 단위 면적당 광의 입사 량을 증대할 수 있는 광 수송 매체를 제시한다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면,

광이 진행하는 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 크래드(clad);를 포함하고, 외주면 일 측과 타 측에 광 주입 영역(light injection region)과 출광 영역(light output region)이 정의되어 있는 광 파이버;

상기 광 파이버의 광 주입 영역에 마련되는 것으로 상기 크래드를 관통하여 코어가 노출되는 적어도 하나의 광 주입 윈도우(light injection windows); 그리고

상기 광 파이버의 광 주입 윈도우에 장착되는 것으로, 외부로부터 입사하는 광을 광 주입 윈도우를 통해 상기 코어 내부로 주입하는 렌즈;를 구비하는 광 수송 매체가 제공된다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 광 주입 윈도우는 상기 광 주입 영역에서 상기 광 파이버의 외주면 둘레에 다수 형성될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 코어의 중심축에 직교하는 하나의 직선 상에서 하나의 광 주입 윈도우 및 렌즈가 배치될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 광 주입 영역에서 상기 광 주입 윈도우는 상기 코어의 단부에 마련되며, 상기 렌즈는 상기 코어의 단부의 광 주입 윈도우에 설치될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 상기 코어에 이식되는 쐐기형 광 주입부가 마련되고, 상기 광 주입 윈도우에는 상기 쐐기형 광 주입부에 대응하는 광 주입부 수용홈이 형성될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 구비하며, 그리고 상기 광 주입 영역에서 상기 광 주입 윈도우는 외주면에 적어도 어느 하나에 마련되며, 상기 쐐기형 광 주입부의 선단부는 상기 코어의 중심으로부터 이격되어 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 광 파이버가 다수 하나로 집적되어 광 파이버 번들을 형성할 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면,

일측과 타측에 광 주입 영역 및 출광 영역이 마련되어 있는 광 수송매체;

상기 출광 영역이 위치하는 내부 공간을 가지는 튜브 타입(tube type)의 하우징(housing); 그리고

상기 하우징 내부의 적어도 일 측에 마련되어 상기 광 파이버의 출광 영역으로부터 입사하는 광파에 의해 발전을 행하는 솔라 패널을 포함하는 발전부(power generation part);를 포함하고

상기 광 수송 매체:는

광이 진행하는 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 크래드(clad);를 포함하는 광 파이버;

상기 광 파이버의 일 측과 타측에 광 주입 영역(light injection region)과 출광 영역(light output region)이 정의되고, 상기 광 주입 영역에 마련되는 것으로 상기 크래드를 관통하여 그 바닥에 코어가 노출되는 적어도 하나의 광 주입 윈도우(light injection windows); 그리고

상기 광 주입 윈도우에 장착되는 것으로, 외부로부터 입사하는 광을 광 주입 윈도우를 통해 상기 코어 내부로 주입하는 렌즈;를 구비하는, 태양광 발전 유니트가 제공된다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면,

다수 집적되어 있는 태양광 발전 유니트;를 포함하며,

상기 태양광 발전 유니트:는

일측과 타측에 광 주입 영역 및 출광 영역이 마련되어 있는 광 파이버;

상기 출광 영역이 위치하는 내부 공간을 가지는 튜브 타입(tube type)의 하우징(housing); 그리고

상기 하우징 내부의 적어도 일 측에 마련되어 상기 광 파이버의 출광 영역으로부터 입사하는 광파에 의해 발전을 행하는 솔라 패널을 포함하는 발전부(power generation part);를 포함하고,

상기 광 수송 매체:는

광이 진행하는 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 크래드(clad);를 포함하는 광 파이버;

상기 광 파이버의 일 측과 타측에 광 주입 영역(light injection region)과 출광 영역(light output region)이 정의되고, 상기 광 주입 영역에 마련되는 것으로 상기 크래드를 관통하여 그 바닥에 코어가 노출되는 적어도 하나의 광 주입 윈도우(light injection windows); 그리고

상기 광 주입 윈도우에 장착되는 것으로, 외부로부터 입사하는 광을 광 주입 윈도우를 통해 상기 코어 내부로 주입하는 렌즈;를 구비하는, 태양광 발전 시스템이 제공된다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 상기 광 파이버의 출광 영역을 에워싸는 다수의 벽체을 가지며, 상기 내부 공간의 가운데 또는 상기 벽체들 사이에 다수의 코너 중 적어도 어느 하나에 상기 광 파이버가 위치하고, 상기 다수 벽체 중 적어도 하나에 상기 광 파이버로부터의 광이 입사하는 솔라 패널이 형성 또는 설치될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 하우징의 내부 공간을 에워싸는 상기 튜브 형태의 하우징의 내부 공간은 파상형으로 주름진 형태의 내벽을 가지며, 상기 내벽에 솔라 패널이 형성될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 하우징의 내벽에는 광 파이버를 지지하는 리브가 형성되어 있고, 상기 하우징의 내벽과 리브의 측면에 솔라 패널이 형성될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 하우징은 파상형으로 주름진 형태의 내벽을 가지며, 상기 내벽에는 상기 솔라 패널이 형성되어 있고, 상기 광 파이버는 상기 내벽으부터 이격될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 출광 윈도우는 상기 광 파이버의 외주면에 스파이럴형으로 형성되는 연속적 또는 불연속적 그루브에 의해 마련될 수 있다.

하나 또는 이 이상의 실시 예에 따르면, 광 파이버 일측 단부에 광 주입 영역이 정의되고 여기에 다수의 렌즈가 이식되어 있는 광 수송 매체 및 이를 적용하는 태양광 발전 유니트 및 시스템이 제공된다. 다수의 렌즈가 이식되어 있는 광 파이버를 다양한 용도로 사용될 수 있다. 발전 유니트는 하나 또는 그 이상의 광 파이버가 위치하는 하나의 공간 주위에 솔라 패널을 배치된 구조를 가진다. 이러한 바(bar) 형태의 태양광 발전 유니트는 다수 입체적으로 집적이 가능하여, 좁은 공간에서 대용량의 발전이 가능하며, 광 입사면를 제외한 발전 시스템의 본체는 실내 설치가 가능하다. 이러한 태양광 발전 유니트에 따르면, 이동성 및 비용과 설치면적을 현저히 낮추면서도 대용량의 태양광 발전소 및 중, 소형 발전시스템을 대중적으로 보급 할 수 있다. 특히 종래의 태양광 발전소를 설치할 시 적지 않은 면적을 확보하기 위해, 발생되는 환경파괴와 주변 환경변화에 따른 수명저하에 따른 관리비용의 증가를 혁신적으로 개선할 수 있다. 나아가서는 가정용 태양광 전기, 부지 확보가 어려운 지역에서의 태양광발전, 우주공학, 대형선박, 전기자동차, 휴대용 전기제품 등, 응용분야가 광범위하게 사용되는 효과가 있는 것이다.

도1은 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체를 보여 주는 사시도이다.
도2A는 도1에 도시된 광 파이버의 광 주입 영역의 종단면도이다.
도2B는 도1에 도시된 광 파이버의 광 주입 영역의 횡단면도이다.
도3은 도1에 도시된 광 수송 매체에서 렌즈의 배치 형태를 설명하는 개략적 단면도이다.
도4는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 렌즈의 다른 변형 예를 예시한다.
도5는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 렌즈의 또 다른 변형 예를 예시한다.
도6은 도5에 도시된 형태의 렌즈를 적용하는 또 다른 형태의 광 수송 매체의 광 주입 영역을 부분적으로 예시한다.
도7은 도6에 도시된 광 수송 매체의 부분적 횡단면도이다.
도8은 도5에 도시된 형태의 렌즈를 적용하는 또 다른 형태의 광 수송 매체의 광 주입 영역을 부분적으로 예시한다.
도9은 도8에 도시된 광 수송 매체의 부분적 횡단면도이다.
도10는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따라, 광 주입 영역(Ri)과 출광 영역(Ro)를 가지는 광 수송 매체를 예시한다.
도11a는 도10에 도시된 광 수송 매체의 출광 영역(Ro)의 종단면도이다.
도11b은 도10에 도시된 광 파이버의 출광 영역(Ro)의 횡단면도이다.
도12는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체의 출광 영역에 광학적 필터가 마련된 구조를 예시한다.
도13a 내지 13c는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 다양한 형태의 광라, 수송 매체를 예시한다.
도14는 전술한 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체를 적용하는 발전 유니트를 보여주는 개략적 사시도이다.
도15은 광 파이버와 솔라 패널의 관계를 보이는 도9의 I-I 선 단면도이다.
도16은 하나 또는 그 이상의 다른 실시 예에 따른 사각 바(bar) 형태의 태양광 발전 유니트를 개략적으로 도시한다.
도17은 도11의 II-II 선 단면도이다.
도18은 도12에 도시된 단면 구조를 입체적으로 보인다.
도19a는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따라 복수의 광 파이버가 사각의 하우징 내부에 설치된 태양광 발전 유니트의 부분적인 구조를 보인다.
도19b는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따라 복수의 광 파이버가 사각의 하우징 내부에 설치된 태양광 발전 유니트의 부분적인 구조를 보인다.
도20는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양광 발전 유니트의 개략적 하우징 내부 구조를 입체적으로 보인다.
도21은 도20의 III-III 선 단면도이다.
도22은 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 태양광 발전 유니트의 원통형 하우징의 단면 구조를 개략적으로 예시한다.
도23은 다수의 태양광 발전 유니트에 의해 발전 시스템의 태양 발전 구조체를 개략적으로 도시한다.
도24은 도18에 도시된 태양 발전 구조체의 하부를 부분적으로 도시한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정 되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.

어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.

첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "기판"은 기판 그 자체, 또는 기판과 그 표면에 형성된 소정의 층 또는 막 등을 포함하는 적층 구조체를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "기판의 표면"이라 함은 기판 그 자체의 노출 표면, 또는 기판 위에 형성된 소정의 층 또는 막 등의 외측 표면을 의미할 수 있다. 또한 "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.

이하에서 설명되는 모범적 실시 예들에 적용되는 발전부의 솔라 패널 또는 솔라셀은 특정 구조에 제한되지 않는다. 즉, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 적용되는 솔라 패널은 광파에 의해 전기를 발생하는 어떠한 형태의 광전변환 장치 또는 광전 변환 소자로도 대체 가능하다.

바람직한 실시 예들에 따르면, 발전부는 굳은 재질의 기판을 포함하는 솔리드 솔라 패널 또는 가요성 기판을 포함하는 플렉서블 솔라 패널을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 발전부는 유기 고분자 또는 무기 반도체 솔라셀을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 발전부는 비정질 또는 다결정 실리콘계 솔라 패널을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 발전부는 가요성 금속 또는 무기 필름 상의 기판 상에 형성되는 유기 고분자 또는 무기 화합물 광전변환물질을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 발전부는 페로브스카이트 솔라 패널 또는 염료 감응형 솔라 패널을 포함할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따르면, 상기 발전부는 상기 하우징의 내벽에 직접 형성되거나 별도로 제작되어 부착되는 광전변환구조물을 포함할 수 있으며, 이하의 설명에서 언급되는 솔라 패널 또는 솔라셀은 위와 같은 특정 구조에 국한되지 않음은 물론이다.

도1은 한 실시 예에 따른 실 또는 와이어 형태의 광 파이버(11) 및 이에 장착되는 렌즈(20)를 포함하는 광 수송 매체(110)를 예시한다. 도1에서 "A"는 렌즈(20)가 다수 이식(移植)된 광 파이버(11)의 광 주입 영역(Ri)을 나타낸다. 광 파이버(11)는 중심의 코어(11a)와 이를 덮는 크래드(11b)를 포함한다. 상기 광 파이버(11)는 상기 광 주입 영역(Ri)의 렌즈(20)를 통해 입사한 광을 그 반대 방향으로 코어(11a)를 통해 안내한다. 상기 렌즈(20)는 상기 렌즈(20)는 상기 광 주입 영역(Ri)에서 광 파이버(11)의 둘레 또는 단부 또는 둘레와 단부에 형성된다.

도2a는 상기 광파이버(11)에서 상기 광 주입 영역(Ri)의 종단면도이며, 도2b는 렌즈(20)가 부착된 부분의 개략적 횡단면도이다. 도2a, 2b를 참조하면, 상기 광 파이버(11)의 광 주입 영역(Ri)에 렌즈(20)가 장착되는 광 주입 윈도우(11c)가 형성되는데, 이 광 주입 윈도우 (11c)는 광 파이버(11)의 외피, 즉 크래드(11b)를 관통하며, 그 하부 바닥에 코어(11a)의 표면이 노출되도록 형성된다. 상기 광 주입 영역(Ri)에는 광 파이버의 외주면 뿐 아니라 그 단면 또는 경면(facet)도 포함된다. 여기에서 광 주입 윈도우(11c)의 바닥에 노출된 코어의 표면 또는 단면은 상기 렌즈(20)의 저면에 대응하게 가공될 수 있다. 광 주입 윈도우(11c)에서 렌즈(20)는 광학 접착제(21)에 의해 코어(11a)의 일 측면과 결합된다.

따라서, 상기 광 주입 영역(Ri)에서 외부로부터의 광(1)은 다수의 렌즈(20)를 통해 코어(11a) 내부로 주입되고, 코어(11a)에 주입된 광은 코어(11a)를 따라 도파하게 된다. 여기에서, 상기 광 주입 영역(Ri) 측의 코어 단부 또는 경면은 광 차단 물질 또는 부품에 의해 광학적으로 폐쇄될 수도 있으며, 다른 실시 예에 따르면 상기 렌즈(20)가 장착될 수 도 있다.

한편, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 광 파이버(11)의 외주면에 렌즈(20)를 배치함에 있어서, 인접한 렌즈(20)는 코어(11a)의 중심(11a')을 두고 서로 마주 보지 않고 서로 엇갈리게 부착되는 것이 바람직하다. 코어(11a)를 중심으로 인접한 두 렌즈(20)가 서로 마주 대할 경우 한쪽 렌즈(20)를 통해 입사한 광이 다른 렌즈(20)를 통해 빠져 나갈 수 있으며, 따라서 이를 방지하기 위하여 서로 엇갈리게 렌즈를 배치하는 것이 바람직하다.

도4는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체에 적용되는 여러 형태의 렌즈를 예시한다.

도4의 (a)에 도시된 렌즈는 반구형 또는 돔형의 곡면을 가지며, (b)에 도시된 렌즈는 완전 구형이며, 그리고 (c)에 도시된 렌즈는 원뿔형이다. 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 렌즈들은 보다 다양한 형태로 변형 또는 수정이 가능하며 특정한 렌즈의 형태에 의해 본 개시의 기술적 범위가 제한되지 않는다.

상기와 같이 다수의 렌즈(20)가 마련된 광 주입 영역(Ri)을 가지는 광 파이버(11)는 다양한 용도로 사용될 수 있으며, 자동차용 조명 시스템, 온실용 광원 장치, 디스플레이 장치, 태양 발전 시스템 등이 있으며, 그 용도는 더욱 확대될 수 있다.

도5는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따라 개조된 새로운 형태의 렌즈(20)를 예시한다.

도5에 도시된 바와 같이 렌즈(20)는 빛이 입사하는 반구형의 집광부(21)와 집광부(21)의 저면에 마련되어 집광부(21)로부터의 광을 코어(11a)로 주입하는 쐐기형 광 주입부(22)를 포함한다.

도6 및 도8은 상기한 바와 같이 원뿔 형태의 쐐기형 광 주입부(22)를 가지는 렌즈(20)의 다양한 적용 예를 도시하며, 도7및 도9는 각각 도6 및 도7의 횡단면도이다.

도6 및 도7은 광파이버(11)의 단면 또는 경면에만 렌즈(20)가 설치되는 구조를 보인다. 상기 광 파이버(11)의 경면에 광 주입 윈도우(11c)가 형성되고 그 바닥에 코어(11a)의 축을 따라 깊숙이 연장되는 광 주입부 수용홈(11c')가 형성되어 있다. 이러한 구조에 따르면, 광 파이버(11)의 단부에 마련된 렌즈(20)를 통해 광(1)이 코어 내부로 깊숙이 주입할 수 있게 된다. 여기에서 상기 렌즈(20)의 하부에 마련되는 광 주입부(22)의 길이는 광학적 조건에 따라 조절될 것이며, 기계적으로 또는 렌즈 및 광파이버에 대한 광 주입부(11c')의 가공 기술이 허용하는 범위 내에서 최대한 연장되는 것이 바람직하다.

도8 및 도9는 광 파이버(11)의 단면 뿐 아니라 측면에서 형성되는 구조를 가지는 광 수송 매체(110)를 예시한다. 광파이버(11)의 경면과 외부면에 렌즈(20)가 다수 설치된다. 상기 광 파이버(11)의 경면에 광 주입 윈도우(11c)가 형성되고 그 바닥에 코어(11a)의 축을 따라 깊숙이 연장되는 광 주입부 수용홈(11c')가 형성되어 있다. 그리고, 광 파이버(11)의 외주면에도 광 주입 윈도우(11c)가 다수 형성되며, 이때에 코어(11a)에 형성되는 광 주입부 수용홈은 코어(11a)의 중심 가깝게 까지 연장되며, 이때에 코어 중심을 통한 광 진행 방해를 억제하기 위하여 코어의 중심으로부터 소정 거리(x) 이격되어야 한다.

한편, 도8 및 도9에서 도시된 광 수송 매체(110)에서, 광 파이버(11)의 단면에 배치되는 렌즈(20)는 배제될 수 있으며, 이경우 광파이버(11)의 단면은 광학적으로 차단 처리될 수 있다.

도10는 다른 실시 예에 따라 광 주입 영역(Ri)과 출광 영역(Ro)를 가지는 광 수송 매체를 개략적으로 다시 한번 예시하며, 도11a는 상기 출광 영역(Ro)의 종단면도, 그리고 도11b는 출광 영역(Ro)의 횡단면도이다.

도10을 참조하면, 코어(11a)와 크래드(11b)를 포함하는 광파이버(11)는 일측에 전술한 바와 같이 광(1)이 입사하는 다수 렌즈(20)가 전술한 바와 같은 다양한 실시 예에 따라 배치되는 광 주입 영역(Ri)을 포함하며, 그 타측에서는 출광 영역(Ro)이 마련된다. 상기 광 주입 영역(Ri)과 출광 영역(Ro)는 인접하거나 소정 거리 상호 이격될 수 있다.

도11a 및 11b는 상기 출광 윈도우(11d)의 구조를 보이는 출광 영역(Ro)의 종단면도 및 횡단면도이다. 도11a, 11b에 도시된 바와 같이, 출광 윈도우(11d)는 크래드(11b)를 관통하는 관통공 구조를 가지며, 그 바닥에 코어(11a)의 표면이 노출되어 있다.

이러한 구조의 광 파이버(11)에서 크래드(11b)에 덮여 있는 코어(11a)를 따라 광(1)이 진행한다. 클래드(11b)는 계면 반사를 통해 광파(1)를 코어(11a)내에 가두어서 광(1)이 코어(11a)를 따라 진행하도록 안내 한다. 출사 영역(Ro)에서 크래드(11b)에 형성되는 출광 윈도우(11d)의 하부 또는 바닥에는 코어(11a)의 표면이 노출되어 있고, 따라서 이 부분에는 코어(11a)를 진행하던 광(1) 일부가 출광 윈도우(11d)를 통해 외부로 빠져 나온다.

도12는 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따라 상기 광 파이버(11)의 출광 영역(11d)에 특정 파장을 통과 또는 차단하는 광학적 필터(11e)가 마련되는 구조를 개념적으로 도시한다. 즉, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체(110)는 상기 출광 윈도우(11d)를 통과하는 광파를 특정 광 성분 중 특정 파장을 선택하거나 차단하는 필터를 적용할 수 있다. 즉, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 수송 매체(110)는 상기와 같은 상기와 같은 광학적 필터 구조를 상기 광 주입 영역에도 다양한 형태로 적용할 수 있다. 또한, 하나 또는 그 이상의 실시 예에 따른 광 파이버는 상기 광 주입 영역에도 상기 필터와 함께 또는 필터를 대체하여 코어를 보호 하는 코어 보호 코팅층이 다양한 형태로 적용할 수 있다.

상기와 같은 광학적 필터(11e) 또는 이를 대체하는 필터 형태의 보호 코팅층은 다양한 형태로 변형이 가능하며 별개의 부품으로 상기 출광 영역(11d)에 장착될 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면 상기 출광 영역(11d)에 대한 필터 물질의 코팅에 의해 목적하는 파장 선택 필터를 형성하며, 한편 코어를 보호하는 투명 물질층을 코팅함으로써 상기 코어 보호 코팅층을 형성할 수 있다. 이하의 실시 예의 설명에서는 편의상 상기 필터에 대해 언급하지 않으며 도면 상에도 표시하지 않는다.

도13a, 13b, 13c는 광 파이버(11)의 크래드(11b)에 형성되는 출광부(11d)가 나선형 또는 스파이럴형으로 형성되는 광 수송 매체(110)를 예시한다. 상기 스파이럴형 출광부(11d')는 광 파이버(11)의 외주면을 돌아가면서 스파이럴형으로 형성되는 그루브(groove)에 의해 형성되어 코어 내부를 진행하는 광이 스파이럴 형태의 그루부를 통해 외부로 출광할 수 있게 된다. 이 그루브는 광 파이버 외주면 전체에서 연속되게 형성되거나 또는 부분적으로 단절되어 크래드에 비연속적으로 형성될 수 있다. 그러나 다양한 실시 예들은 클래드에 형성되는 특정한 구조나 형태의 출광 윈도우에 의해 기술적으로 제한되지 않음은 당연하다.

도14는 전술한 바와 같이 다양한 실시 예에 따른 광 수송 매체(110)의 응용 례를 하나로서, 광 수송 매체(110)를 적용하는 발전 유니트를 보여 주는 개략적 사시도이며, 도15은 광 파이버와 솔라 패널의 관계를 보이는 I-I 선 단면도이다.

도14, 15을 참조하면, 광 수송 매체(110)의 광 파이버(11)는 광 주입 영역(Ri)과 출광 영역(Ro)을 가진다. 출광 윈도우(11d)가 다수 형성되는 출광 영역(Ro)의 주위에 다수 솔라 패널(30)에 의한 발전부가 배치된다.

광파(1)는 광 주입 영역(Ri)의 다수의 렌즈(2)를 통해 광 파이버(11)의 코어(11a) 내로 주입되며, 출광 영역(Ro)에서 코어(11a)를 진행하던 광파(1)의 일부가 코어(11a)를 덮고 있는 클래드(11b)에 형성되는 출광 윈도우(11d)를 통과한다.

상기 출광 영역(Ro)의 출광 윈도우(11d)는 클래드(11b)의 부분적 제거에 의해 형성되며, 그 바닥에 코어(11a)가 노출되어 있다. 본 실시 예에서는 4방향으로 배치된 4매의 솔라 패널(30)에 대응하여, 상기 광 파이버(11)의 출광부(11d)는 방사상 4개의 방향으로 형성된다.

상기 솔라 패널(30)들은 광 파이버(11)의 출광 윈도우(11d)로부터의 광파 진행 경로 상에 배치된다. 솔라 패널(30)은 그 개수에 제한되지 않으며, 다른 실시 예에 따라 두 매 또는 세 매 또는 네 매, 나아가서는 그 이상이 마련되어 광 파이버(11)의 출광 영역이 부분적으로 또는 전체적으로 상기 솔라 패널(30)에 의해 에워싸일 수 있다. 또한 모범적 다른 실시 예에 따르면, 상기 솔라 패널(30)은 상기 광 파이버(11)를 에워싸는 다수의 벽체(12a)를 가지는 삼각 기둥, 사각 기둥 또는 다각 기둥형상의 하우징(12)의 내부에 설치될 수 있다.

상기 광 파이버(11)는 하우징(12) 또는 이 안쪽의 다수의 솔라 패널(30) 들에 의해 마련되는 내부 공간에 설치되어 모든 솔라 패널(30)들로 광(1)을 공급한다.

다른 실시 예에 따르면, 상기 광 파이버(11)의 출광부(11d)는 전술한 바와같이 스파이럴 출광부(11d')의 구조를 가질 수 있다. 도13a 내지 도13c의 설명에서 언급된 바와 같이, 스파이럴형 출광부(11d')는 광 파이버(11)의 외주면을 돌아가면서 스파이럴형으로 형성되는 그루브(groove)에 의해 형성될 수 있다. 이 그루브는 광 파이버 외주면 전체에서 연속되게 형성되거나 또는 부분적으로 단절되어 크래드에 비연속적으로 형성될 수 있다. 그러나 다양한 실시 예들은 크래드에 형성되는 특정한 구조나 형태의 출광 윈도우에 의해 기술적으로 제한되지 않음은 당연하다.

도16은 좀 더 구체화된 한 실시 예에 따른 사각 바(bar) 형태의 태양광 발전 유니트를 개략적으로 도시한다.

도16에 도시된 태양광 발전 유니트(10)는 광 파이버(11)의 출광 영역(Ro)이 내장되는 내부 공간을 형성하는 다수의 벽체(12a)를 가지는 하우징(12)을 포함한다. 상기 하우징(12)의 내부에는, 도9와 10의 설명에서 언급 되었던 바와 같이 광 파이버(11)의 출광 영역(Ro)을 부분적으로 또는 전체적으로 에워싸는 하나 또는 그 이상의 솔라 패널(30)이 배치된다.

상기 하우징(12)의 양단에는, 실링 부재 또는 앤드캡(13, 14)이 결합되어 있고, 일측 앤드캡(13)을 광 파이버(11)가 관통한다. 상기 앤드캡(13, 14)은 하우징(12)의 내부 공간은 외부와 격리되며, 진공 상태일 수 있다. 진공 상태의 하우징(12) 내부 공간은 습기나 이물질 등에 의해 광 산란 또는 흡수를 방지하여 발전을 위한 광이용 효율을 높인다.

도17은 도16의 II-II 선 단면도이며, 도18은 도17에 도시된 단면 구조를 입체적으로 보인다.

도16, 17, 18에 도시된 바와 같이, 하우징(12)은 사각 단면을 가지는 사각 막대(bar)의 형태를 가지며, 그 중앙에 광 파이버(11)의 출광 영역이 위치하며, 광 주입 영역이 생략되어 있다. 하우징(12) 내부의 네 귀퉁이로부터 그 내부 중심으로 향하는 대각선 방향의 리브(lib, 12a)가 소정 길이 연장하여 하우징 내부 중심에 마련되는 광 파이버(11)를 지지한다. 그리고, 하우징(12)의 내부의 4개의 벽체(12a)의 내면 각각에 솔라 패널(30)이 설치된다.

상기 솔라 패널(30)은 특정 물질이나 구조에 의해 한정되지 않으며, 별도의 기판에 형성되는 완성체의 상태로 상기 하우징(12)의 내벽에 설치될 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면, 상기 하우징(12)의 내벽 자체에 광전변환물질 및 그 양측의 전극의 코팅에 의해 형성될 수 도 있다

도19a 및 도19b는 다른 실시 예에 따라 복수의 광 파이버가 사각 및 삼각 하우징 내부에 설치된 태양광 발전 유니트의 부분적인 구조를 보인다.

도19a, 19b를 참조하면, 가운데가 비어 있는 중공 사각 및 삼각 봉상의 하우징(12)의 내벽에 솔라 패널(30)이 설치 또는 형성된다. 그리고, 하우징(12)의 내측의 4개 및 3개의 모퉁이에는 광 수송 매체(110)가 설치되며, 광 주입 영역이 편의상 생략되어 있다. 이 구조에서는 도11에 도시된 바와 같이 한 방향으로만 광파가 출사되는 출광 윈도우(11d)가 형성되어 있는 광 파이버(11)가 적용된다. 이때에 도12에 도시된 바와 같이 광 파이버(11)는 출광 방향(화살표)이 하우징(12) 내부 공간을 향하도록 하고, 이때에 출광 방향을 내부 중심(실선 화살표) 또는 이에서 벗어나서 맞은편 두 솔라 패널 중 어느 하나를 향하도록(점선 화살표) 배향시킬 수 있다.

도20은 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 유니트의 개략적 하우징 내부 구조를 입체적으로 보이며, 도21는 도20의 III-III 선 단면도이다.

도20과 도21를 참조하면, 하우징(15)은 원형 또는 타원형 파이프 또는 튜브의 형태를 가지고 있으며, 그 내부 중심에 하우징(15)의 내벽으로부터 그 중심으로 방향으로 연장되는 다수의 리브(15a)에 의해 지지되는 광 수송 매체(110)가 위치하고, 하우징(15)의 그 내면에 솔라 패널(33)이 부착 또는 형성되어 있다. 상기 솔라 패널(30)은 상기 하우징(15) 내벽 자체에 광전 변환물질 및 전극을 포함하는 적층 구조체로서 내벽에 직접 형성될 수 도 있으며, 다른 실시 예에 따르면 가요성 필름을 베이스로 하는 가요성 솔라 패널으로 대체될 수 있다. 이러한 실시 예에서는 광 수송 매체(110)의 광 파이버(11)로부터의 솔라 패널 부분별 광파의 진행거리의 차가 전술한 실시 예의 사각형 하우징의 태양광 발전 유니트에서의 진행 거리의 차에 비해 적다.

도22은 다른 실시 예에 따른 태양광 발전 유니트의 하우징의 구조를 개략적으로 예시한다. 본 실시 예에서의 하우징(16)은 중공 원기둥 형상을 가지며, 그 내부에는 파상형으로 주름진 형태의 내벽(16a)이 형성되어 있다. 따라서 하우징의 단면에서 하우징 내부 공간은 주름진 파상형 또는 별 형상을 가진다. 이러한 구조에 따르면, 따라서 파상형 내벽(16a)은 크게 확장된 면적을 가지게 된다.

이러한 주름진 내벽(16a)에는 태양발전을 위한 광전 변환 구조물이 적층형성될 수 있으며, 그 내부에는 전술한 여러 형태의 광 수송 매체(110)가 하나 또는 그 이상 설치될 수 있다.

또한 주름 내벽의 돌출부는 내부 공간 중심영역에 위치하는 광 수송 매체의광 파이버를 지지할 수 있다.

도23은 다수의 태양광 발전 유니트에 의해 발전 시스템의 태양 발전 구조체를 개략적으로 도시하며, 도24은 도25에 도시된 태양 발전 구조체의 하부를 부분적으로 도시한다.

도23과 도24를 참조하면, 일 방향(도면에서 상하)으로 정렬된 태양광 발전 유니트(10)가 하나의 평면상에 2차원적으로 다수 밀집 배열되어 있다. 태양광 발전 유니트(10)는 사각 튜브형태의 하우징(12)과 하우징(12)의 내부에 그 일측의 출광 영역(Ro)이 위치하는 광 파이버(11)를 구비한다. 고, 광 파이버(11)들의 외단부, 즉 광 주입이 일어나는 광 주입 영역(Ri)이 나란하게 배치되어 있다. 이러한 태양광 발전 유니트(10)는 두 개의 방향으로 다수 밀집되어 큰 규모의 태양 발전 구조체(40)를 구현한다.

도23와 도24에 도시된 태양 발전 구조체에서 그 상부에 마련된 무수한 광 파이버(11)의 광 주입 영역(Ri)들은 하나 또는 복수의 묶음으로 다발(번들)화하며, 각 번들의 광 파이버 각각에 다수 마련되는 다수 나란한 광 주입 영역(Ri)의 광 주입 렌즈를 통해서 태양광, 즉 광파를 모든 광 파이버의 코어 내부를 주입한다. 이 구조의 특징은 별도의 집광 렌즈 등의 광학 장치가 없고, 광 파이버 자체를 통해 직접 광파를 받아 들이게 된 점이다.

상기와 같은 실시 예들에서, 태양광 발전 유니트의 솔라 패널은 잘 알려진 페로브스카이트 솔라 패널 또는 셀을 적용할 수 있다. 페로브스카이트 솔라 패널 또는 솔라 셀은 페로브스카이트 구조 화합물을 포함한다.

본 개시에서 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 (13)

1. 광이 진행하는 코어(core) 및 상기 코어를 감싸는 크래드(clad);를 포함하고, 외주면 일 측과 타 측에 광 주입 영역(light injection region)과 출광 영역(light output region)이 정의되어 있는 광 파이버;
   상기 광 파이버의 광 주입 영역에 마련되는 것으로 상기 크래드를 관통하여 코어가 노출되는 적어도 하나의 광 주입 윈도우(light injection windows); 고
   상기 광 파이버의 광 주입 윈도우에 장착되는 것으로, 외부로부터 입사하는 광을 광 주입 윈도우를 통해 상기 코어 내부로 주입하는 렌즈;를 구비하며,
   상기 렌즈는 상기 광파이버의 외주면에서 상기 코어를 중심으로 상호 어긋나게 배치되어 있는, 광 수송 매체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 출광 영역에 상기 크래드를 관통하는 다수의 출광 윈도우가 형성되고, 상기 출광 윈도우에 광학적 필터 또는 코어 보호 코팅층이 마련되어 있는 광 수송 매체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 출광 영역에 상기 크래드를 관통하는 다수의 출광 윈도우가 형성되고, 상기 출광 윈도우는 상기 광 파이버의 외주면에 스파이럴형으로 형성되는 연속적 또는 불연속적 그루브에 의해 마련되는 광 수송 매체.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 광 주입 영역에서 상기 광 주입 윈도우는 상기 코어의 단부에 마련되며, 상기 렌즈는 상기 코어의 단부의 광 주입 윈도우에 설치되는, 광 수송 매체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 포함하는 광 수송 매체.
7. 제6항에 있어서,
   상기 광 파이버의 광 주입 윈도우에는 상기 쐐기형 광 주입부에 대응하는 광 주입부 수용홈이 형성되어 있는 광 수송 매체.
8. 제7항에 있어서,
   상기 광 파이버의 일단부에 상기 수용홈이 형성되되, 상기 코어의 길이 방향으로 연장되는 광 수송 매체.
9. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와, 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부가 마련되어 있는 광 수송 매체.
10. 제9항에 있어서,
    상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 포함하며,
    상기 쐐기형 광 주입부에 대응하는 것으로, 상기 광 파이버의 일단부에 상기 코어의 길이 방향으로 연장되는 수용홈이 형성되어 있는 광 수송 매체.
11. 제1항 또는 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 구비하며, 그리고
    상기 광 주입 영역에서 상기 광 주입 윈도우는 외주면에 적어도 어느 하나에 마련되며, 상기 쐐기형 광 주입부의 선단부는 상기 코어의 중심으로부터 이격되어 있는, 광 수송 매체.
12. 제11항에 있어서,
    상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 포함하며,
    상기 쐐기형 광 주입부에 대응하는 것으로, 상기 광 파이버의 일 단부에 상기 코어의 길이 방향으로 연장되는 수용홈이 형성되어 있는, 광 수송 매체.
13. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 외부로부터의 광이 입사하는 집광부와 집광부의 저면에 마련되어 집광부로부터의 광을 코어로 주입하는 쐐기형 광 주입부를 포함하며,
    상기 쐐기형 광 주입부에 대응하는 것으로, 상기 광 파이버의 일 단부에 상기 코어의 길이 방향으로 연장되는 수용홈이 형성되어 있는, 광 수송 매체.

Images