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광섬유를 통한 집광된 태양에너지의 수송시스템

전문가 제언: ○ 이 자료는 광섬유를 이용한 태양에너지 수송시스템인 TCSEvOF 시스템의 광섬유 및 포물면 접시에 대한 특성을 이용목적별로 요약하고 있다. 광섬유는 유리 또는 플라스틱 섬유로 구성되며, 그 길이에 따라 광을 수송할 수 있는 특성이 달라진다.

○ 광섬유를 통신에 사용하면 재래의 금속재료에 비해 증폭 없이 긴 거리에 걸쳐 많은 양의 데이터를 수송할 수 있다. 또한 광섬유는 가볍고, 전자기의 간섭영향을 받지 아니하며, 수송신호를 외부에서 검출할 수 없으므로 보안성이 높다. 그러나 휨에 따른 손실, 산란 손실 등으로 광이 감쇠하고 신호가 왜곡되는 등의 단점도 있다.

○ 태양에너지 이용의 큰 단점 중 하나는 에너지밀도가 낮다는 점이다. 에너지 밀도를 높이기 위해 일반적으로 포물면경, 또는 프레넬 렌즈를 사용하여 태양광을 집중하고 있다. 그 중에서 포물면경이 많이 사용되고 있는데 포물면경(접시)의 설계 및 제작에서는 포물면 접시 축에 대해 평행하게 입사하는 일광이 포물면의 초점에 정확히 집중되도록 하는 것이 중요하다.

○ 태양광은 지구의 모든 곳에서 평행하게 입사하므로 접시 축이 태양을 향하면 태양광은 그 초점에 집중하게 된다. 따라서 포물면경에서의 태양광 손실은 포물면이 불완전할 때와 반사가 불완전할 때에 발생한다. 포물면경의 집광계수와 도달할 수 있는 최고온도는 개구면의 크기(aperture size), 포물면 표면의 윤곽, 포물면의 정확도에 달려있다.

○ 레이저 펌핑(pumping)의 원리에 대해 간략히 소개한다. 레이저 발진을 위한 빛의 증폭이 가능하려면 높은 에너지준위의 원자나 분자밀도가 낮은 에너지준위의 밀도보다 커져야 한다. 열적 평형을 벗어나 원자나 분자의 밀도분포가 역전되는 현상을 밀도반전이라 한다. 밀도반전을 위해 외부에서 광 에너지와 같은 에너지를 공급하여 높은 에너지준위를 가진 원자나 분자들의 밀도를 높이는 과정을 펌핑이라 한다.

저자: C. Kandilli, K. Ulgen
자료유형: 학술정보