본 논문은 포물 반사경 방식 및 프레넬 렌즈 방식을 이용한 태양광 집광장치 및 이의 응용에 관한 것이다. 본 시스템은 대구경 반사경과 더불어 2차 광학계를 도입하여 광섬유로 입사되는 빛의 입사각을 광섬유의 개구수보다 작게 함으로써 집광효율을 극대화하였다. 또한 광섬유 단면에 입사하는 빛의 에너지 밀도를 낮게 하기 위해 광섬유 다발 직경 크기와 동일한 평행광이 광섬유로 입사되게 함으로써 반사경을 사용한 집광 시 문제가 되는 열발생 문제를 별도의 냉각장치 없이 근원적으로 차단하였다. 최근 각광받고 있는 식물공장에 주로 쓰이는 LED와 같은 인공광원 대신 본 연구에서 개발한 태양광 집광장치를 식물공장에 적용하여 인공조명과 태양광의 혼합조명장치를 통해 식물을 재배하였다. 그 결과 낮 시간대에 인공조명에 소요되는 전기에너지를 대폭 절감할 수 있었다. 혼합조명장치에서는 조도센서를 활용하여 항상 일정량의 빛이 식물에 제공되도록 LED등의 밝기를 조절하였다. 하루 10시간 기준으로 100형 규모의 식물공장에 태양광 채광시스템을 적용할 경우 한 달에 약 28,080KWh의 에너지 절감효과가 있다.
This paper describes solar light collecting system which employs parabolic reflector and Fresnel lens and its industrial application. We have introduced second-stage optical system so that it makes optical fiber overcome its numerical aperture limitation and also it makes focused light become collimated, which results in decreased light energy density. As result of these, light collecting efficiency become maximized and the system does not require separate cooling apparatus any more. The developed solar lighting system together with artificial light source like LED has been applied to plant factory as a hybrid lighting source. This makes us save electric energy for artificial lighting during day time. The intensity of LED light in the hybrid lighting system is controlled automatically according to ambient-light-sensor installed in the system so that the light intensity for a plant always keeps the same level no matter how the sun light changes. For a plant factory whose size is 330 square meters, when solar lighting system is applied, 28,080KWh electric energy can be saved per month.2 times.
