KR100933213B1 - Condensing Lens for Solar Power Generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광 발전용 집광 렌즈에 관한 것이다. The present invention relates to a light collecting lens for photovoltaic power generation.
일반적으로, 태양광 발전설비는 태양전지(solar cell)를 이용하여 태양의 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치를 말한다. 이때, 상기 태양전지는 PN접합 반도체로 구성되어 태양광의 조사시 자유전자를 발생시켜 전기를 유도하는 기능을 수행한다.In general, a photovoltaic power generation facility refers to a device that converts light energy of the sun into electrical energy using a solar cell. In this case, the solar cell is composed of a PN junction semiconductor to induce electricity by generating free electrons when irradiated with sunlight.
집광형 태양광 발전설비에는 태양광을 집중하여 태양전지의 표면에 조사하는 집광장치가 사용된다. 이 집광장치의 광집적도는 발전설비의 에너지효율과 직결되며, 태양전지의 전방에 설치되는 집광용 집광 렌즈의 면적에 비례한다.A condensing photovoltaic power generation facility uses a condenser that concentrates sunlight and irradiates the surface of a solar cell. The light intensity of the light concentrating device is directly related to the energy efficiency of the power generation equipment and is proportional to the area of the light condensing lens installed in front of the solar cell.
일반적으로, 태양광 집광용 광학장치는, 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 선형 집중 트러프 타입(linear-focus trough type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(point-focus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type)의 장치로 구분이 되고, 그 밖에 RXI, TIR 타입(type) 등이 있다. 그러나, 상기 타입의 태양광 집광용 광학장치는, 렌즈 혹은 반사경으로부터 일정 거리 떨어진 곳에 태양전지를 위치하는 방식을 취하고 있어서, 렌즈와 태양전지 사이에 일정한 거리를 확보해줘야 하는 문제점이 있다.In general, solar concentrating optics includes a point-focus dish type, a linear-focus trough type, and a point-focus Fresnel lens type. , Linear-focus Fresnel lens type, and heliostat type device, and other types such as RXI, TIR type (type). However, the above-described type of solar concentrating optical device has a problem in that a solar cell is positioned at a predetermined distance from a lens or a reflector, so that a certain distance must be secured between the lens and the solar cell.
또한, 태양광 발전설비의 발전량 증가를 위해서는 태양전지와 집광 렌즈 구조의 대형화가 불가피하다. 그러나, 통상의 집광 렌즈는 대형으로 제조함에 있어서, 비용이나 구조적인 면에서 많은 제약이 발생됨으로써, 집광장치의 설계시 대형화를 통한 에너지효율의 향상을 기대하기가 매우 곤란한 문제점이 있다.In addition, in order to increase the amount of power generation of the solar power generation facilities, it is inevitable to increase the size of the solar cell and the condenser lens structure. However, since the conventional condensing lens is manufactured in a large size, a lot of constraints are generated in terms of cost and structure, and thus, it is very difficult to expect an improvement in energy efficiency through enlargement in designing the condenser.
한편, 유기물의 산란 특성을 이용하여 측면으로 빛을 집광하는 유기물 태양광 집광 렌즈 렌즈가 고안되기도 하였다(High-Efficiency Organic Solar Concentrators for Photovoltaics, Michael et al., 2008, Science, Vol. 321, pp. 226-228). 그러나, 유기물 태양광 집광 렌즈의 경우, 측면으로 빛을 집광시키기 위하여, 고가의 유기 물질을 사용해야만 하는 문제점이 있다.On the other hand, an organic photovoltaic condenser lens that condenses light to the side by using the scattering characteristics of the organic material has been devised (High-Efficiency Organic Solar Concentrators for Photovoltaics, Michael et al., 2008, Science, Vol. 321, pp. 226-228). However, in the case of the organic solar light collecting lens, in order to focus light on the side, there is a problem that an expensive organic material must be used.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리 집광 렌즈의 측면으로 태양광이 집광되도록 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하여, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있는 태양광 발전용 집광 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Therefore, in order to solve the above problems, the present invention, unlike the conventional method for condensing the sunlight on the rear portion away from the condenser lens by a predetermined distance or more, the solar cell at the side of the lens to focus the sunlight on the side of the condenser lens To provide a light collecting lens for photovoltaic power generation that can significantly reduce the volume and weight of the solar light collecting device.
또한, 본 발명은, 측면부에 설치된 태양전지로 집광시키기 위하여, 상면 및 하면에 각각 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈을 형성하여, 단위 집광 렌즈부에 의하여 형성된 선형 초점에 모인 빛을 원추곡선 형상의 면에서 반사시켜, 측면에 설치된 태양전지의 표면으로 효율적으로 집광되는 태양광 발전용 집광 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention, in order to condense by the solar cell provided in the side portion, the unit condensing lens unit and the unit groove are formed on the upper surface and the lower surface, respectively, the light collected at the linear focus formed by the unit condensing lens unit conical curved surface It is an object of the present invention to provide a light collecting lens for photovoltaic power generation that is reflected by the light, which is efficiently focused on the surface of the solar cell provided on the side.
또한, 본 발명은, 상층부와 하층부의 집광 렌즈를 굴절률이 다른 물질로 형성하여, 제2 집광 렌즈부의 단위 홈의 원추곡선 형상의 면에 의해 반사된 빛이 허공으로 날아가지 않고 제1 집광 렌즈부와 제2 집광 렌즈부가 맞닿는 면에서 반사되어 태양전지로 집광되도록 하는 태양광 발전용 집광 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, according to the present invention, the condensing lens of the upper and lower layers is formed of a material having a different refractive index, so that the light reflected by the conical curved surface of the unit groove of the second condensing lens portion does not fly into the air, but the first condensing lens portion It is an object of the present invention to provide a condensing lens for photovoltaic power generation to reflect the second condensing lens portion in contact with the solar cell.
또한, 본 발명은, 대형의 태양광 집광장치를 설계시, 그 장치의 부피를 줄여 설치 공간을 확보하여, 설치비용을 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전용 집광 렌즈를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.In addition, the present invention, when designing a large solar light concentrating device, by reducing the volume of the device to secure an installation space, it is possible to reduce the installation cost, and to provide a solar power condensing lens that can improve energy efficiency Its purpose is to provide.
청구항 1에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 측면에 태양전지가 구비되고, 태양전지의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이고, 상면에, 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 하면에, 어느 한 쪽 면은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈이, 단위 집광 렌즈부의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점이 놓여지도록 복수 개 형성되며, 단위 집광 렌즈부에 입사된 태양광은 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 반사되어 태양전지의 표면으로 집광된다.The photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 1 is a condensing lens provided with a solar cell on a side surface and condenses solar light on a surface of the solar cell, and has a unit condensing lens portion having a convex round cross section on an upper surface thereof. A plurality of unit grooves are formed in a direction, one surface of which is formed in a direction such that refracted sunlight does not enter, and the other surface of which has a unit groove formed in a conical curved shape on the lens axis of the unit condensing lens portion. A plurality of conical curved optical focal points are formed at the convex shape, and the sunlight incident on the unit condensing lens part is reflected on the surface formed in the conical curved portion of the unit groove and condensed on the surface of the solar cell.
따라서, 청구항 1에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 집광 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하고, 이 태양전지로 집광되도록 하는 집광 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 이렇게 측면부에 설치된 태양전지로 집광시키기 위하여, 상면 및 하면에 각각 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈을 형성하여, 단위 집광 렌즈부에 의하여 형성된 선형 초점에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면에 반사시키고 있기 때문에, 측면에 설치된 태양전지의 표면으로 효율적으로 집광된다. Therefore, according to the solar light condensing lens of the invention according to claim 1, a solar cell is provided on the side surface of the light condensing lens and a light condensing lens for condensing with the solar cell is used. The volume and weight of the solar light collecting device can be significantly reduced than in the case of installation. In addition, in order to condense the solar cell installed in the side part, the unit condensing lens unit and the unit groove are formed on the upper and lower surfaces, respectively, and the light collected at the linear focus formed by the unit condensing lens unit is reflected on the surface formed in the shape of a conical curve. Therefore, the light is efficiently condensed on the surface of the solar cell provided on the side surface.
청구항 2에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 청구항 1에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 있어서, 하면 전체 또는 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질이 코팅된다.In the solar power condensing lens of the invention according to claim 2, in the solar light condensing lens of the invention according to claim 1, a predetermined reflecting material is coated on a surface formed in a conical curved shape of the entire lower surface or a unit groove.
따라서, 청구항 2에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 집광 렌즈의 하면 전체 또는 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 반사물질을 코팅하여 입사된 태양광을 집광렌즈의 태양전지 방향으로 반사시키고 있기 때문에, 태양전지 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the solar light condensing lens of the invention according to claim 2, the incident light is reflected on the entire surface of the condensing lens or the surface formed in the conical curve of the unit groove to reflect incident sunlight toward the solar cell of the condensing lens. Therefore, the reflectance toward the solar cell can be improved.
청구항 3에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 측면에 태양전지가 구비되고, 태양전지의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이고, 상면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부가 길이 방향으로 복수 개 형성되고, 하면이 평평하게 형성된, 제1 집광 렌즈부, 및 제1 집광 렌즈부의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지고, 상면이 제1 집광 렌즈부의 하면과 적층되도록 평평하게 형성되며, 하면에, 어느 한 쪽 면은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈이, 단위 집광 렌즈부의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점이 놓여 지도록 복수 개 형성되는 제2 집광 렌즈부를 포함하고, 단위 집광 렌즈부에 입사된 태양광은 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 의해 반사되어, 태양전지의 표면으로 직접 집광되거나, 제2 집광 렌즈부의 상하면 사이에서 전반사되어 태양전지의 표면으로 집광된다.The photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 3 is a condensing lens provided with a solar cell on a side surface and condenses solar light on a surface of the solar cell, and a unit condensing lens portion having a round cross section convex on an upper surface thereof in a longitudinal direction. The first condensing lens portion, and the lower surface is formed in a plurality, the refractive index is larger than the refractive index of the first condensing lens portion, and the upper surface is formed flat so as to be laminated with the lower surface of the first condensing lens portion, One side is formed in a direction to prevent refracted sunlight from entering, and the other side is a conical curved unit groove so that the optical focus of the conical shape is placed on the lens axis of the unit condensing lens unit. It includes a plurality of second condensing lens portion formed, the sunlight incident on the unit condensing lens portion is due to the surface formed in the conical curve of the unit groove Is reflected, directly or condensed onto the surface of the solar cell, it is totally reflected between the second upper and lower parts of the condenser lens and is focused onto the surface of the solar cell.
따라서, 청구항 3에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 제1 집광 렌즈부와 제2 집광 렌즈부를 굴절률이 다른 물질로 형성하고 있기 때문에, 제2 집광 렌즈부의 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 의해 반사된 빛이 허공으로 날아가지 않고 제1 집광 렌즈부와 제2 집광 렌즈부가 맞닿는 면에 반사되어 태양전지로 집광되도록 하고 있다. 또한, 집광 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하고, 이 태양전지로 집광되도록 하는 집광 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다.Therefore, according to the photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 3, since the first condensing lens portion and the second condensing lens portion are formed of materials having different refractive indices, they are formed in the shape of a conical curve of the unit groove of the second condensing lens portion. The light reflected by the surface does not fly into the air, but is reflected on the surface where the first condensing lens portion and the second condensing lens portion are in contact with each other to be focused by the solar cell. In addition, since a solar cell is installed at the side of the condenser lens and a condenser lens is used to condense the solar cell, the volume and weight of the solar concentrator is remarkable compared to the case where the solar cell is installed below the condenser lens. Can be reduced.
청구항 4에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 청구항 3에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 있어서, 제2 집광 렌즈부는, 하면 전체 또는 하면의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질이 코팅된다.The solar power condensing lens of the invention according to claim 4 is the solar light condensing lens of the invention according to claim 3, wherein the second condensing lens unit has a predetermined reflective material on a surface formed in a conical curved shape on the entire lower surface or on the lower surface. Coated.
따라서, 청구항 4에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 그 하면 전체 또는 하면의 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질을 코팅하여 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 4, the reflectance in the lateral direction can be improved by coating a predetermined reflecting material on a surface formed in a conical curve shape on the entire lower surface or the lower surface thereof.
청구항 5에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 측면에 태양전지가 구비되고, 태양전지의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이고, 하면에, 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 상면에, 어느 한 쪽 면은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈이, 단위 집광 렌즈부의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점이 놓여지도록 복수 개 형성되며, 상면으로 입사된 태양광이 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에서 차례로 반사되어 태양전지의 표면으로 집광된다.The photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 5 is a condensing lens provided with a solar cell on a side surface and condenses solar light on a surface of the solar cell, and has a unit condensing lens portion having a convex round cross section on its lower surface. A plurality of unit grooves are formed in a direction, one surface is formed in a direction such that refracted sunlight is not incident on the upper surface, and the other surface is formed in a conical curved shape on the lens axis of the unit condensing lens portion. A plurality of conical curved optical focal points are formed on the photoconductor, and sunlight incident on the upper surface is sequentially reflected on the surface of the unit condensing lens unit and the conical curved surface of the unit groove and condensed on the surface of the solar cell.
따라서, 청구항 5에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 집광 렌즈의 측면으로 태양광이 집광되도록 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하기 때문에, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화할 수 있다. 또한, 하면 및 상면에 각각 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈을 형성하여, 단위 집광 렌즈부에 의하여 형성된 선형 초점에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면을 통해 집광 렌즈의 측면에 설치된 태양전지의 표면으로 효율적으로 집광시킬 수 있다.Therefore, according to the solar light condensing lens of the invention according to claim 5, since the solar cell is provided at the side surface of the lens so that the solar light is focused on the side of the condensing lens, the volume and weight of the solar light concentrating device can be minimized. . In addition, the unit condensing lens unit and the unit groove are formed on the lower surface and the upper surface, respectively, and the light collected at the linear focus formed by the unit condensing lens unit is directed to the surface of the solar cell installed on the side of the condensing lens through the surface formed in the conical curve shape. The light can be efficiently collected.
청구항 6에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 청구항 5에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 있어서, 단위집광 렌즈부의 표면 또는 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질이 코팅된다.In the solar power condensing lens of the invention according to claim 6, in the solar light condensing lens of the invention according to claim 5, a predetermined reflecting material is coated on the surface of the unit condensing lens portion or the surface formed in the shape of a conical curve.
따라서, 청구항 6에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 단위집광 렌즈부의 표면 또는 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질을 코팅하여 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the solar light condensing lens of the invention according to claim 6, it is possible to improve a reflectance in the lateral direction by coating a predetermined reflecting material on the surface of the unit condensing lens portion or the surface formed in the shape of a conical curve.
청구항 7에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 측면에 태양전지가 구비되고, 태양전지의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이고, 하면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 상면이 평평하게 형성된, 제1 집광 렌즈부, 및 제1 집광 렌즈부의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지고, 하면이 제1 집광 렌즈부의 상면과 적층되도록 평평하게 형성되며, 상면에, 어느 한 쪽 면은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈이, 단위 집광 렌즈부의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점이 놓여지도록 복수 개 형성되는 제2 집광 렌즈부를 포함하고, 제2 집광 렌즈부의 상면에 입사된 태양광은 제1 집광 렌즈부의 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈의 원추곡선 형상으로 형성된 면에서 차례로 반사되어, 태양전지의 표면으로 직접 집광되거나, 제2 집광 렌즈부의 상하면 사이에서 전반사되어 태양전지의 표면으로 집광된다.The photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 7 is a condensing lens provided with a solar cell on a side thereof and condenses solar light on a surface of the solar cell, and a unit condensing lens portion having a round cross section convex on its lower surface in a longitudinal direction. And a refractive index greater than the refractive index of the first condensing lens portion, and the first condensing lens portion, the plurality of which are formed in a plurality, and the upper surface is flat, and the lower surface is formed flat so as to be laminated with the upper surface of the first condensing lens portion, One side is formed in a direction that prevents refracted sunlight from entering, and the other side is a conical curved unit groove so that the optical focus of the conical curve is placed on the lens axis of the unit condensing lens unit. And a plurality of second condensing lens parts formed, and the sunlight incident on the upper surface of the second condensing lens part is a unit condensing lens part of the first condensing lens part; Is reflected in turn in the plane formed by the conic shape of the above groove, or directly condensed at the surface of the solar cell, it is totally reflected between the upper and lower parts of the condenser lens 2 is converged to the surface of the solar cell.
따라서, 청구항 7에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 제1 집광 렌즈부와 제2 집광 렌즈부를 굴절률이 다른 물질로 형성하기 때문에, 전반사를 통해 집광 배율을 높일 수 있다. 또한, 집광 렌즈의 측면으로 태양광이 집광되도록 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하기 때문에, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 최소화할 수 있다.Therefore, according to the solar condensing lens of the invention according to claim 7, since the first condensing lens portion and the second condensing lens portion are formed of materials having different refractive indices, the condensing magnification can be increased through total reflection. In addition, since the solar cell is installed at the side surface of the lens to collect the sunlight to the side of the condenser lens, it is possible to minimize the volume and weight of the solar condenser.
청구항 8에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈는, 청구항 7에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 있어서, 단위집광 렌즈부의 표면 및 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질이 코팅된다.In the solar power condensing lens of the invention according to claim 8, in the solar light condensing lens of the invention according to claim 7, a predetermined reflective material is coated on the surface of the unit condensing lens unit and a surface formed in a conical curve shape.
따라서, 청구항 8에 관한 발명인 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 단위집광 렌즈부의 표면 또는 원추곡선 형상으로 형성된 면에 소정의 반사물질을 코팅하여 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the photovoltaic condensing lens of the invention according to claim 8, the reflectance in the lateral direction can be improved by coating a predetermined reflecting material on the surface of the unit condensing lens portion or the surface formed in the shape of a conical curve.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리 집광 렌즈의 측면으로 태양광이 집광되도록 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하기 때문에, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다.As described above, according to the present invention, unlike the conventional method of condensing sunlight on the rear portion away from the condenser lens by a certain distance, since the solar cell is installed on the side of the lens so that the sunlight is condensed on the side of the condenser lens, The volume and weight of the solar concentrator can be significantly reduced.
또한, 본 발명에 의하면, 측면부에 설치된 태양전지로 집광시키기 위하여, 상면 및 하면에 각각 단위 집광 렌즈부 및 단위 홈을 형성하여, 단위 집광 렌즈부 에 의하여 형성된 선형 초점에 모인 빛을 원추곡선 형상의 면에서 반사시켜, 측면에 설치된 태양전지의 표면으로 효율적으로 집광될 수 있다.In addition, according to the present invention, in order to condense the solar cell provided in the side portion, the unit condensing lens unit and the unit groove are formed on the upper and lower surfaces, respectively, and the light collected at the linear focus formed by the unit condensing lens unit is conical. By reflecting from the surface, it can be efficiently focused on the surface of the solar cell provided on the side.
또한, 본 발명에 의하면, 상층부와 하층부의 집광 렌즈를 굴절률이 다른 물질로 형성하고 있기 때문에, 제2 집광 렌즈부의 단위 홈의 원추곡선 형상의 면에 의해 반사된 빛이 허공으로 날아가지 않고 제1 집광 렌즈부와 제2 집광 렌즈부가 맞닿는 면에서 반사되어 태양전지로 집광되도록 할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the condensing lenses of the upper and lower layers are formed of materials having different refractive indices, the light reflected by the conical curved surface of the unit grooves of the second condensing lens portion does not fly into the air but does not fly into the air. The light condensing lens unit and the second light condensing lens unit may be reflected from the contact surface to be focused on the solar cell.
또한, 본 발명에 의하면, 대형의 태양광 집광장치를 설계시, 그 장치의 부피를 줄여 설치 공간을 확보할 수 있기 때문에, 설치비용을 감소시킬 수 있고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, when designing a large-scale solar light collecting device, the installation space can be reduced by reducing the volume of the device, so that the installation cost can be reduced and the energy efficiency can be improved.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Specific matters other than the problem to be solved, the problem solving means, and the effects of the present invention as described above are included in the following embodiments and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only described in order to more easily disclose the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the scope of the accompanying drawings that will be readily available to those of ordinary skill in the art. You will know.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 사시도 이다.1 is a perspective view showing the structure of a condenser lens for photovoltaic power generation according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈(10)는, 측면에 태양전지(20)가 구비되고, 그 태양전지(20)의 표면에 태양광을 집광시키는 집광 렌즈이다. 즉, 본 발명에 따른 집광 렌즈는 태양광 발전용 집광장치에 사용되는 태양광 발전용 측면 집중 렌즈(Side Concentration Lens for Solar Power Generation)이다.As shown in FIG. 1, the condensing
집광 렌즈(10)는, 상면으로 입사되는 직사광선인 태양광(11)의 진행방향을 측면방향(12)으로 변경시켜 측면에 설치된 태양전지(20)의 표면으로 집광시켜주게 된다. 여기서, 집광 렌즈(10)의 측면에 태양전지(20)를 설치하여, 집광 렌즈로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식에 비하여, 태양광 집광장치가 차지하는 부피를 현저하게 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 태양광의 진행방향을 측면으로 변경시킬 수 있는 집광 렌즈(10)의 구조에 대하여는, 도 2 내지 도 5에서 상세하게 설명하기로 한다.The condensing
이하, 본 발명의 실시예에서는, 집광 렌즈의 외측에 트랙킹 장치(tracking device)를 장착하여, 태양의 위치변화에 따라 집광 렌즈의 지향각을 자동으로 조정할 수 있는 기술은 당업자에 의하여 용이하게 실시가능한 기술에 해당하므로, 이에 대한 설명을 생략하기로 한다. 따라서, 집광 렌즈의 상면으로 입사되는 태양광을 직사광선임을 가정하여 집광 렌즈의 구조를 설명하기로 한다. 또한, 집광 렌즈에 입사되는 태양광에 대하여 집광 렌즈로 사용되는 물질의 굴절율이 일정하다고 가정하고, 각 파장에 따른 빛의 특성 변화에 대하여는 생략하기로 한다.Hereinafter, in the embodiment of the present invention, a technique for mounting a tracking device on the outside of the condenser lens and automatically adjusting the orientation angle of the condenser lens according to the change of position of the sun can be easily implemented by those skilled in the art. Since it corresponds to the description, a description thereof will be omitted. Therefore, the structure of the condenser lens will be described on the assumption that the sunlight incident on the image plane of the condenser lens is direct sunlight. In addition, it is assumed that the refractive index of the material used as the condensing lens is constant with respect to sunlight incident on the condensing lens, and a change in the characteristic of light according to each wavelength will be omitted.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing the structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈(100)는, 상면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(110)가 복수 개 형성되고, 하면에 단위 집광 렌즈부(110)에 대응되는 소정 위치에 단위 홈(120)이 각각 형성된다.As shown in FIG. 2, in the solar
집광 렌즈(100)는, 상면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(110)가 길이방향으로 복수 개 형성된다. 여기서, 태양광은, 단위 집광 렌즈부의 상면에 대하여 수직으로 입사(111)된다. 또한, 집광 렌즈(100)는, 하면에, 어느 한 쪽 면(121)은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면(122)은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈(120)이 형성된다. 여기서, 단위 홈(120)은, 마이크로스코픽(microscopic)정도의 크기로 형성될 수 있다. 또한, 단위 홈(120)은 단위 집광 렌즈부(110)의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점(F1)이 놓여지도록 각각 복수 개 형성된다. 따라서, 단위 집광 렌즈부(110)의 광학적 초점선과 원추곡선 형상의 광학적 초점선이 일정공간 내에서 일치하게 된다. 또한, 복수 개의 단위 집광 렌즈부(111)의 폭의 합(W1)은 태양전지의 너비(H1)의 2배 내지 30배로 설계되는 것이 바람직하다. 여기서, 복수 개의 단위 집광 렌즈부(111)의 폭의 합(W1)이 태양전지의 너비(H1)의 2배 이하일 경우에는, 단위 집광 렌즈부(111) 및 태양전지(130)의 개수가 증가하여 설치 상의 문제점이 있고, 30배 이상일 경우에는, 입사되는 태양광의 일부만이 태양전지 표면으로 집광되므로, 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 집광 렌즈(100)에 입사되는 모든 태양광을 태양전지에 집광시키기 위하여, 복수 개의 단위 집광 렌즈부(111)의 폭의 합(W1)은 태양전지의 너비(H1)의 2배 내지 30배로 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 4mm 정도의 태양전지 너비(H1)에 대하여 8mm 내지 12cm 정도 크기의 폭을 가지는 복수 개의 단위 집광 렌즈부(110)를 설계할 수 있다.In the condensing
단위 집광 렌즈부(110)에 입사된 태양광(111)은, 단위 집광 렌즈부(110)에 의하여 형성된 초점(F1)에 모여 단위 홈(120)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(122)에 반사된 후, 태양전지(130)의 표면으로 집광된다. 또한, 집광 렌즈(110)의 하면 전체 또는 단위 홈(120)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(122)에 소정의 반사물질을 코팅하여 입사된 태양광을 집광렌즈의 태양전지 방향으로 반사시키고 있기 때문에, 측면 방향으로의 반사율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 90% 이상의 반사율을 가지는 금속물질을 의미하는 것으로서, 알루미늄, 은, 금, 니켈 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 90% 이상의 반사율을 가지고, 가격이 저렴한 알루미늄을 반사물질로 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 원추곡선 형상이라 함은, 꼭지점이 서로 맞닿은 두 개의 원뿔형을 잘랐을 때 생기는 단면의 형상을 총칭하는 것으로서, 원, 타원, 포물선, 쌍곡선 형상을 모두 의미한다.The
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 집광 렌즈의 측면부에 태양전지를 설치하고, 이 태양전지로 집광되도록 하는 집광 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 이렇게 측면부에 설치된 태양전지(130)로 집광시키기 위하여, 상면 및 하면에 각각 단위 집광 렌즈부(110) 및 단위 홈(120)을 형성하여, 단위 집광 렌즈부(110)에 의하여 형성된 선형 초점(F1)에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면에 반사시키고 있기 때문에, 측면에 설치된 태양전지(130)의 표면으로 효율적으로 집광된다. Therefore, according to the light condensing lens for solar power generation according to the first embodiment of the present invention, since a solar cell is provided on the side surface of the light condensing lens and the light condensing lens is condensed by the solar cell, It is possible to significantly reduce the volume and weight of the solar light collecting device than when installing solar cells in the solar cell. In addition, in order to condense the
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the second embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈는, 상면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(210a)가 복수 개 형성되고, 하면(210b)이 평평하게 형성된 제1 집광 렌즈부(210)와, 상면(220a)이 평평하게 형성되고, 하면에 단위 집광 렌즈부(210a)에 대응되는 소정 위치에 단위 홈(230)이 각각 형성된 제2 집광 렌즈부(220)로 이루어진다. 도 3은 제1 집광 렌즈부(210)와 제2 집광 렌즈부(220)의 굴절율을 다르게 하여 입사되는 태양광을 반사 및 전반사시켜 그 측면에 설치된 태양전지의 표면에 집광시키기 위한 구조이다.As shown in FIG. 3, in the solar light condensing lens according to the second embodiment of the present invention, a plurality of unit condensing
제1 집광 렌즈부(210)는, 상면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(210a)가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 하면(210b)이 평평하게 형성된다. 여기서, 복수 개의 단위 집광 렌즈부(210a)의 폭(W2)의 합은 태양전지(240)의 너비(H2)의 2배 내지 30배로 형성되는 것이 바람직하다.In the first
제2 집광 렌즈부(220)는, 제1 집광 렌즈부(210)의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 제2 집광 렌즈부(220)는, 상면(220a)이 제1 집광 렌즈부(210)의 하면(210b)과 적층되도록 평평하게 형성된다. 제2 집광 렌즈부(220)는, 하면(220b)에, 어느 한 쪽 면(231)은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면(232)은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈(230)이 형성된다. 여기서, 단위 홈(230)은, 마이크로스코픽(microscopic)정도의 크기를 가지고, 단위 집광 렌즈부(210a)의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점(F2)이 놓여지도록 복수 개 형성된다. 또한, 제2 집광 렌즈부(220)의 하면(220b) 전체 또는 하면의 원추곡선 형상으로 형성된 면(232)에 소정의 반사물질이 코팅될 수도 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 90% 이상의 반사율을 가지는 금속물질을 의미하는 것으로서, 알루미늄, 은, 금, 니켈 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 90% 이상의 반사율을 가지고, 가격이 저렴한 알루미늄을 반사물질로 사용하는 것이 바람직하다.The second condensing lens unit 220 is formed of a material having a refractive index greater than that of the first
단위 집광 렌즈부(210a)에 입사된 태양광(211)은, 굴절율이 다른 제1 집광 렌즈부(210) 및 제2 집광 렌즈부(220)를 통과시 다소 굴절(212, 213)되고, 단위 집광 렌즈부(210a)에 의하여 형성된 초점(F2)에 모여 단위 홈(230)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(232)에 의해 반사된 후, 태양전지(240)의 표면으로 직접 집광되거나, 제2 집광 렌즈부(220)의 상하면 사이에서 전반사되어 태양전지(240)의 표면으로 집광된다. 여기서, 전반사란 빛의 반사율이 100%인 반사를 의미하는 것으로서, 빛이 경계면에서 모두 반사하는 현상이다. 구체적으로 설명하자면, 전반사는, 빛이 굴절율이 큰 물질로부터 굴절율이 작은 물질 쪽으로 입사할 때, 굴절각이 90도가 될 때의 입사각(임계각)보다 더 큰 각으로 입사할 때 발생된다. 본 발명에서는, 제2 집광 렌즈부(220)를 제1 집광 렌즈부(210)보다 큰 굴절율을 가지도록 형성하여, 제1 집광 렌즈부(210)를 투과하여 제2 집광 렌즈부(220)의 하면(210b)에 형성된 원추곡선 형상으로 형성된 면(232)에 의하여 반사된 빛이, 제1 집광 렌즈부(210)와 제2 집광 렌즈부(220)와의 경계면을 향하여 진행할 때, 그 경계면 상에 전반사되게 된다. 이때, 전반사된 빛이 직접 태양전지(240) 표면으로 집광된다. 또한, 제1 집광 렌즈부(210)와 제2 집광 렌즈부(220)와의 경계면에서 전반사된 빛이 제2 집광 렌즈부(220)의 하면을 향하여 진행할 때에도, 위와 동일한 원리로 그 하면 상에서 다시 전반사되게 된다. 여기서, 제2 집광 렌즈부(220)의 굴절율은 그 외부의 대기 중의 굴절율(n=1)보다는 항상 높기 때문에, 제2 집광 렌즈부(220)와 외부 대기와의 경계면 상에서는 전반사가 이루어진다.The
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 제1 집광 렌즈부(210)와 제2 집광 렌즈부(220)를 굴절율이 다른 물질로 형성하고 있기 때문에, 제2 집광 렌즈부(220)의 단위 홈(230)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(232)에 의해 반사된 빛이 허공으로 날아가지 않고, 제1 집광 렌즈부(210)와 제2 집광 렌즈부(220)가 맞닿는 면에 반사되어 태양전지(240)로 집광되도록 하고 있다. 또한, 집광 렌즈의 측면부에 태양전지(240)를 설치하고, 이 태양전지(240)로 집광되도록 하는 집광 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다.Therefore, according to the condensing lens for solar power generation according to the second embodiment of the present invention, since the first
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light collecting lens for solar power generation according to a third embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈(300)는, 하면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(310)가 복수 개 형성되고, 상면에 단위 집광 렌즈부(310)에 대응되는 소정 위치에 단위 홈(320)이 각각 형성된다. 도 4는, 도 2에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈(100)의 변형 예로서, 상면을 투과한 빛이 단위 집광 렌즈부(310)에 의하여 반사되어 단위 홈(320)의 하 측에 초점(F3)이 형성되도록 하고, 초점(F3)에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면(322)에 의하여 측면에 설치된 태양전지(330)의 표면으로 집광시키는 구조이다.As shown in FIG. 4, in the solar
집광 렌즈(300)는, 하면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(310)가 길이방향으로 복수 개 형성된다. 이때, 단위집광 렌즈부(310)의 표면 및 원추곡선 형상으로 형성된 면(322)에 소정의 반사물질이 코팅될 수도 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 90% 이상의 반사율을 가지는 금속물질을 의미하는 것으로서, 알루미늄, 은, 금, 니켈 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 90% 이상의 반사율을 가지고, 가격이 저렴한 알루미늄을 반사물질로 사용하는 것이 바람직하다. 복수 개의 단위 집광 렌즈부(310)의 폭의 합(W3)은 태양전지의 너비(H3)의 2배 내지 30배로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 집광 렌즈(300)는, 상면에, 어느 한 쪽 면(321)은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면(322)은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈(320)이 형성된다. 여기서, 단위 홈(320)은, 마이크로스코픽(microscopic)정도의 크기로 형성될 수 있다. 또한, 단위 홈(320)은, 단위 집광 렌즈부(310)의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점(F3)이 놓여지도록 복수 개 형성된다.In the condensing
상면으로 입사된 태양광(311)이, 단위 집광 렌즈부(310)에 의하여 반사되고, 그 반사된 빛이 단위 집광 렌즈부(310)에 의하여 형성된 초점(F3)에 모여, 그 모인 빛이 단위 홈(320)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(322)에서 반사된 후, 측면에 설치된 태양전지(330)의 표면으로 집광된다.The
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈(300)에 의하면, 집광 렌즈(300)로부터 일정 거리 이상 떨어진 후면부에 태양광을 집광하는 기존 방식과는 달리 집광 렌즈(300)의 측면으로 태양광이 집광되도록 집광 렌즈(300)의 측면부에 태양전지(340)를 설치하기 때문에, 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. 또한, 측면부에 설치된 태양전지(240)로 집광시키기 위하여, 하면 및 상면에 각각 단위 집광 렌즈부(310) 및 단위 홈(320)을 형성하여, 단위 집광 렌즈부(310)에 의하여 형성된 선형 초점(F3)에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면(322)에 반사시키고 있기 때문에, 측면에 설치된 태양전지(340)의 표면으로 효율적으로 집광된다. Therefore, according to the condensing
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도이다.5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the fourth embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈는, 하면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(410a)가 복수 개 형성되고, 상면(410b)이 평평하게 형성된 제1 집광 렌즈부(410)와, 하면(420a)이 평평하게 형성되고, 상면(420b)에 단위 집광 렌즈부(410a)에 대응되는 소정 위치에 단위 홈(430)이 각각 형성된 제2 집광 렌즈부(420)로 이루어진다. 도 5는 제1 집광 렌즈부(410)와 제2 집광 렌즈부(420)의 굴절율을 다르게 하여 입사되는 태양광을 반사 및 전반사시켜 그 측면에 설치된 태양전지(440)의 표면에 집광시키기 위한 구조이다. 또한, 도 5는 도 3에 도시된 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 변형 예로서, 제2 집광 렌즈부(420)의 상면(420b)에서 빛이 투과되고, 투과된 빛이 제1 집광 렌즈부(410)의 하면에 형성된 단위 집광 렌즈부(410a)에 의하여 반사되어 제2 집광 렌즈부(420)의 상측에 초점(F4)이 형성되도록 하며, 초점(F4)에 모인 빛을 원추곡선 형상으로 형성된 면(432)에 의하여 측면에 설치된 태양전지(440)의 표면으로 집광시키는 구조이다.As shown in FIG. 5, in the solar light condensing lens according to the fourth embodiment, a plurality of unit condensing
제1 집광 렌즈부(410)는, 하면에 볼록한 라운드 형상의 단면을 가지는 단위 집광 렌즈부(410a)가 길이방향으로 복수 개 형성되고, 상면(410b)은 평평하게 형성된다. 이때, 단위집광 렌즈부(410a)의 표면 및 원추곡선 형상으로 형성된 면(433)에 소정의 반사물질이 코팅될 수도 있다. 여기서, 소정의 반사물질은, 90% 이상의 반사율을 가지는 금속물질을 의미하는 것으로서, 알루미늄, 은, 금, 니켈 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 90% 이상의 반사율을 가지고, 가격이 저렴한 알루미늄을 반사물질로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 복수 개의 단위 집광 렌즈부(410a)의 폭의 합(W4)은 태양전지(440)의 너비(H4)의 2배 내지 30배로 형성되는 것이 바람직하다.The first
제2 집광 렌즈부(420)는, 제1 집광 렌즈부(410)의 굴절율보다 큰 굴절율을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 제2 집광 렌즈부(420)는, 하면(420a)이 제1 집광 렌즈부(410)의 상면(410b)과 적층되도록 평평하게 형성된다. 제2 집광 렌즈부(420)는, 상면(420b)에, 어느 한 쪽 면(431)은 굴절된 태양광이 입사되지 않도록 하는 방향으로 형성되고, 다른 한 쪽 면(432)은 원추곡선 형상으로 형성된 단위 홈(430)이 형성된다. 여기서, 단위 홈(430)은, 마이크로스코픽(microscopic)정도의 크기를 가지고, 단위 집광 렌즈부(410a)의 렌즈축 상에 원추곡선 형상의 광학적 초점(F4)이 놓여지도록 복수 개 형성된다. The second condensing lens unit 420 is formed of a material having a refractive index greater than that of the first
제2 집광 렌즈부(420)의 상면에 입사된 태양광(411)은, 제1 집광 렌즈부(410)의 단위 집광 렌즈부(410a)에 의하여 반사되고, 그 반사된 빛이 단위 집광 렌즈부(410a)에 의하여 형성된 초점(F4)에 모여 단위 홈(430)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(432)에서 반사된 후, 태양전지(440)의 표면으로 직접 집광되거나, 제2 집광 렌즈부(420)의 상하면(420a, 420b) 사이에서 전반사되어 태양전지(440)의 표면으로 집광된다. 본 발명에서는, 제2 집광 렌즈부(420)를 제1 집광 렌즈부(410)보다 큰 굴절율을 가지도록 형성하여, 제2 집광 렌즈부(420)를 투과하여 제1 집광 렌즈부(410)의 단위 집광 렌즈부(410a) 및 단위 홈(430)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(432)에서 차례로 반사된 빛이, 제1 집광 렌즈부(410)와 제2 집광 렌즈부(420)와의 경계면을 향하여 진행할 때, 그 경계면 상에 전반사되게 된다. 이때, 전반사된 빛이 직접 태양전지(440) 표면으로 집광된다. 또한, 제1 집광 렌즈부(410)와 제2 집광 렌즈부(420)와의 경계면에서 전반사된 빛이, 제2 집광 렌즈부(420)의 상면을 향하여 진행할 때에도, 위와 동일한 원리로 그 상면 상에서 다시 전반사되게 된다. 여기서, 제2 집광 렌즈부(420)의 굴절율은 그 외부의 대기 중의 굴절율(n=1)보다는 항상 높기 때문에, 제2 집광 렌즈부(420)와 외부 대기와의 경계면 상에서는 전반사가 이루어진다.The
본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈에 의하면, 제1 집광 렌즈부(410)와 제2 집광 렌즈부(420)를 굴절율이 다른 물질로 형성하고 있기 때문에, 제2 집광 렌즈부(420)의 단위 홈(430)의 원추곡선 형상으로 형성된 면(432)에 의해 반사된 빛이 허공으로 날아가지 않고, 제1 집광 렌즈부(410)와 제2 집광 렌즈부(420)가 맞닿는 면에 반사되어 태양전지(440)로 집광되도록 하고 있다. 또한, 집광 렌즈의 측면부에 태양전지(440)를 설치하고, 이 태양전지(440)로 집광되도록 하는 집광 렌즈를 사용하고 있기 때문에, 집광 렌즈의 하측에 태양전지를 설치하는 경우보다 태양광 집광장치의 부피와 무게를 현저하게 줄일 수 있다. According to the solar condensing lens according to the fourth embodiment of the present invention, since the first
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.As such, the technical configuration of the present invention described above can be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.
그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the exemplary embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and their All changes or modifications derived from equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 동작 메커니즘을 나타내는 도면.1 is a view showing an operation mechanism of the condenser lens for photovoltaic power generation according to the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도.2 is a cross-sectional view showing a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도.3 is a cross-sectional view showing a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도.4 is a cross-sectional view showing a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the third embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광 발전용 집광 렌즈의 구조를 나타내는 단면도.5 is a cross-sectional view showing a structure of a light collecting lens for photovoltaic power generation according to the fourth embodiment of the present invention.
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