광섬유형 태양광 채광/조명 기술

제1장 서론

최근 세계적인 고유가 시대를 맞이하여 경제적이며 친 환경적인 신재생에너지의 효율적인 이용에 대한 연구·

개발이 활발하며, 특히 정부에서는 고유가로 인한 특별 조치로 자동차 2부제, 격등제 등을 실시 중에 있어 등 기 구 절약을 통한 고유가에 따른 대응이 요구되고 있다.

태양광 채광기술은 에너지 절감 및 급속한 경제사회의 발전으로 인한 환경오염과 건물의 고층화, 집약화로 인 해 부족한 일조를 보충하기 위한 대안으로 새롭게 부각 되고 있다. 태양광 채광은 태양에너지를 전기나 열로 변 환하지 않고 직접 채광하여 조명이나 생육광(生育光)에 이용하는 것으로, 태양열 및 태양광 발전 기술이 열 또는 전기로 변환하는 과정에서 수반하는 손실로 인하여 태양 에너지 이용효율이 최대 20% 수준밖에 되지 않는 반면 에, 태양광 채광 기술은 빛 에너지를 아무런 변환 없이 그대로 사용하므로, 이용효율이 50~60%로 매우 높은 기 술이다.

태양광 채광기술을 조명에 이용할 경우, 주간에 자연 조명을 공급할 수 있으므로 전등 수명을 연장시킬 수 있 고, 조명용 전력요금을 절감할 수 있는 조명 에너지원으 로서의 경제적 중요성이 매우 크다는 장점을 갖는다. 또 한 지하공간은 지상과 달리 겨울에 따뜻하고, 여름에 시 원하여 냉-난방 에너지 절약 측면에서 유리한 점이 많아 사용 면적이 날로 증가되는 추세이지만, 정전, 단전, 화 재, 돌발사고시 대책이 아직까지 미흡한 상태이다. 따라 서 태양광을 지하공간에 도입시킬 경우, 지속적으로 햇 빛을 공급하면 살균, 소독, 정화, 건조기능으로 생활공간 이 쾌적해지고, 재실자는 안정된 분위기에서 근무할 수

있는 환경을 조성하게 되므로 햇빛을 장기간 쬐지 못해 발생되는 우울증 및 각종 질병을 예방할 수 있는 장점이 있고, 인공광원(형광등, 백열등, LED 조명 등)에 비하여 연색성이 탁월하기 때문에 실내 작업환경의 개선은 물론 품질관리 측면에서 매우 유리하게 되는 장점을 갖는다.

태양광 채광에 의해 얻을 수 있는 효과를 Table 1에 나 타내었다.

본 논문에서는 태양광 채광기술을 분류하고, 광섬유형 태양광 채광/조명 기술에 대한 국내외 기술동향과 광섬 유형 태양광 채광/조명기술에 필요한 ① 태양광 집광기 술, ② 태양광 추적기술, ③ 태양광 전송기술, ④ 조명용 산광기술 등에 대하여 선진국들의 기술동향에 대하여 알 아보고, 각 기술들에 대한 장-단점을 비교하여 국내 태양 광 채광 기술 보급과 기술 성장에 도움을 주고자 한다.

제2장 태양광 채광기술

태양광 채광은 Fig. 1에 보인바와 같이 주로 건물 옥상 에 설치하여 태양의 경로만을 바꾸어 주는 반사 형, 덕트 형, 파이프 형 채광 등의 기술과 건물 옥상 외에도 베란 다를 이용하여 채광한 빛을 광파이버를 이용하여 원하는

광섬유형 태양광 채광/조명 기술

글

_ 박현국 한국해양대학교 나노반도체 공학과

Table 1. 태양광 채광의 효과

● 조명용 전기 에너지 절약

● 조명용 등기구 수명 연장

● 등기구 교체비용 등 유지 보수비 절약

● 환경 친화적 자연조명으로 안정된 분위기 조성

● 실내 생활환경 (살균, 소독, 정화, 탈취, 건조 작용) 및 공기질 개선

● 재실자 질병 예방 및 건강증진

● 근무 분위기 향상

● 생산성 향상 (색상 품질관리 등)

● 사고발생의 우려가 없는 안전한 조명 (누전, 누수, 스파크, 폭발, 화재 등)

● 동식물 생육광(생육광)원으로 활용 (실내정원, 수족관 등)

곳에 자유로이 전송이 가능한 광섬유 형 채광으로 분류 할 수 있다.

태양광 채광장치는 태양광을 받아들여서 광전송부로 빛을 전달하는 채광부 (거울, 프리넬 렌즈, 프리즘 등을 이용)와 채광부로부터 받아들인 태양광을 실내로 전달하 는 광전송부 (광섬유, 광덕트, 광파이프 등을 이용), 그리 고 광전송부로부터 전송된 빛을 실내에 조사하는 광조사 부 등 3가지로 구성된다.

태양광 채광과 태양광 발전과의 효율을 비교하면, 태 양광 발전의 경우, 태양전지를 이용하여 빛을 전기에너 지로, 태양열기술은 집열기를 이용하여 태양복사에너지 를 열에너지로 변환하여 이용하는 반면에, “채광” 은 에 너지변환과정 없이 적외선, 가시광선, 자외선 모두를 이 용할 수 있으므로 효율이 높고 용도가 다양하다. 또한 모 듈의 단가와 설치단가를 고려했을 때, 태양광 발전의 손 익분기점은 설치 후 약 15 ~ 20년인 반면, 자연채광은 약 4년에 불과하다. 따라서 경제적 효과가 매우 큰 기술 이라고 할 수 있다.

제3장 광섬유형 태양광 채광/조명 기술

광섬유형 태양광 채광기술은 Fig. 2에서 보는 바와 같 이 태양 빛을 사용자가 원하는 장소에 보낼 수가 있으므 로, 건물 내부는 물론, 지하실, 창고 등 평소 햇빛을 받지 못하거나 햇빛이 직접 도달하지 못하는 임의의 장소 등

에 햇빛을 공급해 줄 수 있는 기술이다.

3.1. 국외 기술 개발 현황

선진국에서는 자연채광을 조명에너지 저감 및 시 환경 성능 개선용, 기타 건강 및 생산성 향상을 목적으로 보급 중에 있다. 또한 신재생에너지로서의 가치이외에 건강과 환경개선 등 웰빙 차원에서도 각광받는 분야로 부상하면 서 자연채광에 관한 인식이 높아지고, 연구소, 대학, 기업 체 등에서 연구가 활발히 이루어지고 있는 실정이다.

최근 광섬유를 전송장치로 하는 태양광 채광 조명 시 스템에 대한 기술 개발이 활발하게 진행 중이며, 광섬유 를 적용하고 태양추적 장치를 장착한 선진그룹은 일본의 라포레 엔지니어링(Lafore Engineering), 스웨덴의 파란 스 솔라 라이팅(Parans solar lighting), 미국의 선라이트 다이렉트(Sunlight direct) 등이 대표적이다.

3.2. 국내 기술 개발 현황

반사거울 및 광 파이프(Duct) 방식의 태양광 채광/조 명 시스템에 대한 개발의 초기 상태이며 실용화 수준에 아직까지 도달하지 못한 실정이다.

광섬유를 이용하는 태양광 채광/조명 시스템에 대한 개발은 일부 대학 연구실에서 시작단계에 있으며, 국외 회사(일본, 스웨덴, 미국)의 제품을 수입하여 설치하는 초기 단계이다. (일본제품 적용사례 : 용산기념관, 삼성

Fig. 2. 광섬유 형 태양광 채광기술.

Fig. 1. 태양광 채광기술의 분류.

의료원, 센트럴시티)

현재 국내 산·학·연에서 개발된 태양광 조명장치는 덕트나 광섬유를 이용하여 태양광을 지하 및 주택내로 유도하는 초보적인 수준의 기술로서, 태양의 위치 변화 에 따른 조명 시간이 짧고 효율이 매우 낮다. 국내에서 연구 개발하여 2003년부터 보급하고 있는 기술은 벽 채 광 패널과 독립채광설비가 있으나 15m 이내 단거리 채 광에 국한되는 결점이 있다.

최근 한국 에이비엠 건설과 휠-코리아 등의 회사에서 광섬유 형 채광시스템을 개발하여 시판 중에 있으나 국 외 제품에 비하여 성능이 크게 떨어지는 실정이다.

제4장 국외 광섬유형 태양광 채광/조명 기술

4.1. 일본의 태양광 채광/조명 기술

일본은 1970년대 초 오일 쇼크 이후 국가적 차원에서 대체에너지에 대한 지원을 지속적으로 한 결과 태양광 분야의 선두에 서 있으며, 1984년에 처음 도입된 자연채 광장치는 이후 서서히 보급되어 1999년까지 전국적으로

약 3,900대가 보급되었다.

태양광 채광 방식 별 보급 현황은 반사거울 방식 15%, 프리즘 방식 28%, 프리즘·거울 병용 방식 6%, 렌즈·

광섬유 방식 51% 등으로, 광섬유 형 채광이 주를 이루고 있음을 알 수 있다.

(주)라포렛 엔지니어링(LA Foret Engineering, Co.

LTD)의 히마와리(Himawari)는 태양을 향해 자동적으로 렌즈의 각도를 변경시킴으로써 태양광을 집광하고, 수집 된 빛을 광섬유를 이용하여 태양광이 필요한 곳까지 전 송하는 장치이다.

Fig. 3. 국외 광섬유형 태양광 채광/조명 기술.

Fig. 4. 국내 태양광 채광/조명 기술.

4.1.1. 히 히마 마와 와리 리 시 시스 스템 템개 개요 요

본 시스템은 일조권외의 건물 음지나 북쪽 측면의 공 간, 지하실 등에 태양 빛을 광섬유를 이용하여 자유롭게 전달할 수가 있다. 그리고 이렇게 전송되는 태양의 가시 광선은 인간의 건강을 활성화하거나 동식물의 생장에 적 합한 환경구성에도 효과를 줄 수가 있다.

태양광 집광기는 태양광을 집광하기 때문에 태양센서 와 마이크로컴퓨터에 의해 항상 집광 렌즈가 태양광과 수직이 되도록 제어하며, 우천 시 집광이 가능한 직달 평 행 광이 대폭 감소하므로 태양센서 대신에 마이콤에서 태양궤적을 산출하여 추적한다.

태양 추적에 대한 시퀀스는 집광기 내부의 시계 기능 에 따라 제어되며, 전원 투입 후는 전 자동으로 수행된다.

또한 광학렌즈와 광섬유는 최적 설계되어져 있어서 시스 템 전송효율이 매우 높다. Fig. 5에는 히마와리 시스템의 기본 개념도를 나타내었다.

4.1.2. 히 히마 마와 와리 리 시 시스 스템 템 동 동작 작 원 원리 리

Fig. 6은 히마와리 시스템의 집광 및 전송원리를 나타 낸 것으로, 렌즈에 입사된 빛은 초점 거리 약 1/100의 상

으로 모여지기 때문에 초점 위치에 광섬유 입력 단을 붙 여 광섬유로 빛을 유입시킨다. 또 렌즈에 집광 시, 색수 차에 따라 빛 파장의 초점상 위치가 조금씩 달라지기 때 문에 자외선은 렌즈 가까이에 위치하고 적외선은 렌즈로 부터 멀리 위치하며 가시광선은 그 중간에 초점의 상을 맺게 된다. 이때 가시광선의 초점이 맺힌 곳에 광섬유의 단면을 위치시킴으로서 가시광선만을 선택하는 것이 가 능하다.

4.1.3. 히 히마 마와 와리 리의 의 구 구성 성

① 집광기

집광효율이 뛰어난 고성능 (비구면 렌즈 채택) 렌즈와 센서를 갖는 집광부는 2축 모터에 의해 구동되며, 집광 부를 보호하는 아크릴 돔 커버 및 본체 하부에 컨트롤 유 닛이 내장되어 있다.

② 광케이블

대구경( Φ 1mm) 석영 광섬유를 사용하여 내열성이 우 수하며, Bending 대응을 위한 내·외 특수 피복제를 사 용한다. (유연성을 갖도록 설계)

표준 케이블은 6개의 광섬유를 번들(bundle)화 하였으 며, 광케이블 1개에 렌즈 6개 분량의 빛을 전송할 수가 있다.

③ 단말 기구

- 광케이블 말단의 고정과 안전 확보 및 천정 내 수납 을 위해

Fig. 5. 히마와리 시스템 기본 개념도.

Fig. 6. 히마와리 시스템 동작원리. Fig. 7. 히마와리 집광기.

㉠ Spot-Light type ㉡ Down-Light type

㉢ Flexible-stand type ㉣ Rainbow type

㉤ Honeycomb type ㉥ Pendant type

등의 표준 품을 사용하며, 이외에는 유저사양으로 대 응하고 있다.

4.1.3. 히 히마 마와 와리 리의 의 특 특성 성

① 고품질 태양광

렌즈 집광의 경우 발생하는“색수차” 를 이용하여 자외 선과 적외선을 차단하고 시각적 부드러움을 구현한다.

추출된 가시광 중심의 빛은 식물의 광합성에도 최적의 조건을 만들어 활성적 생장을 지속시킬 수가 있다.

② 태양 빛의 고열을 최소화

자외선과 적외선을 차단함으로서, 열에 의한 온도상승 이 없으며, 연색성이 뛰어나므로 물질이 갖고 있는 고유 색을 자연 그대로 연출하게 한다.

③ 빛의 연출

집광렌즈를 통해 면적대비 약 1만 배로 농축된 빛을 실내로 유입하므로 단말 기구를 이용하여 원하는 위치에 원하는 모양의 빛을 구현할 수 있다.

④ 유지 및 에너지 절약

태양추적 센서 및 위치 설정 마이콤에 의해 태양의 이 동 궤적을 자동적으로 인식·이동하므로 장비 유지를 위 한 인력 및 인건비 지출이 발생하지 않는다. (Fig. 10 참 조, 동일광량 1,000 lm 기준)

Fig. 10에서 보는 바와 같이 12개 렌즈가 장착된 시스 템과 비교 했을 때, 형광등의 1/30, 할로겐 등의 1/140 수 준의 저 전력을 소모하고 있음을 알 수 있다.

⑤ 거리별 조사 직경

광케이블의 말단으로부터 조사되는 빛은 약 58° 이며, 단말 기구를 이용할 경우, 조사 광의 확대 및 축소가 가 능하다. Fig. 11은 58°조사 시 이격 거리별 조사 직경을 나타낸 것이다.

Fig. 8. 히마와리 광케이블.

Fig. 9. 가시광 집광 원리.

⑥ 광섬유당 출력 광 데이터

⑦ 광전송 효율

앞에서 밝힌바와 같이 히마와리의 광전송은 모 회사인 (주)아사히 글래스에서 제작한 실리카 광섬유를 사용한 다. Fig.12에는 실리카 광섬유의 광투과 특성을 나타내었 다.

그림에서 보는바와 같이 400 nm 이하의 자외선은 투 과를 못하고, 400~800 nm의 영역에서 90% 이상의 매우 좋은 투과도를 나타냄을 알 수 있다.

Fig. 13에는 전송거리에 따른 광섬유의 태양광 전송효 율을 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 50 m 전송 시 약 90%의 투과율을 보이며, 100 m 전송에서도 약 80%의 매우 우수한 광 전송효율을 유지하고 있음을 알 수 있다.

4.1.4. 히 히마 마와 와리 리의 의 응 응용 용

히마와리의 태양광 추적기능을 응용하여 동경 공업대 학과의 공동연구로 태양광 여기 레이저 실험기의 개발에 응용되고 있다. Fig. 14에는 198개의 렌즈가 장착되는 히 마와리 시스템에 집광렌즈를 대형의 프리넬 렌즈로 교체 하여 추적시스템과 구동장치를 응용한 태양광 레이저 발 생장치를 나타내었다.

4.1.5. 히 히마 마와 와리 리의 의 태 태양 양광 광 채 채광 광기 기술 술 평 평가 가

① 집광율

Fig. 10. 소비전력 비교.

Fig. 11. 거리에 따른 조사 직경.

Fig. 12. 히마와리 광섬유의 광투과 특성.

※ 외부 태양광 조도 98,000 Lux 기준

비구면 렌즈 외경 95 mm Φ

광섬유 코어 직경 1.0 mm Φ

광섬유 개수 6 개

광속 / 광케이블 1, 630 lm

광속 / 광섬유 272 lm

조사 각도 58°

조사거리(m) 평균조도(Lux) 중심조도(Lux) 조사경(m) 조사면적(m

) 0.5 6,755 9,456 0.554 0.241 1.0 1,689 2,364 1.109 0.965

1.5 751 1,051 1.163 2.172

2.0 422 591 2.217 3.861

2.5 270 378 2.772 6.033

3.0 188 263 3.326 8.688

② 가격

- 히마와리 12AS 1대당 기기 가격은 기본 광케이블 2 개 및 조사기구 포함해서 약 1,000만원.

③ 시공 편의성

- 유리재질의 실리카 광섬유를 사용하므로 건물이 복 잡할 경우 광섬유의 파손이 우려됨.

- 시공 시 광섬유 처리에 매우 신경을 써야함.

- 히마와리 12AS의 경우 무게가 14Kg으로 매우 가볍 기 때문에 지붕뿐 아니라 베란다나 건물 외측에 설치 가 가능

- 조사 기구를 설치하기 전에는 광케이블 끝에서 나오 는 빛이 매우 뜨겁기 때문에 화상 및 화재의 위험이 있음.

④ 사용자 편의성

- 태양 추적 센서와 마이컴에 의해 동작되는 전자동 시 스템이므로 설치 후, 사용자가 따로 제어를 할 필요 가 없음.

- 구형의 아크릴 돔 덮개를 가지고 있어서, 청소가 필 요 없음.

⑤ 하이브리드화

- 인공광원과의 하이브리드화로 해가 없는 날의 조명 에 대한 문제를 해결해야 함.

- 라포렛 엔지니어링의 경우, 연구 단계에 있으며, 아 직 상품화되어 나온 제품은 없음.

⑥ 설치가능거리

- 실리카 광섬유를 사용하여 태양광 전송거리가 매우 길다.

- 일반적으로 시공은 50 m 이내에서 이루어지지만, 필 요한 경우 100 m 이상도 가능.

Fig. 13. 히마와리 광섬유 길이에 따른 광전송 효율.

Fig. 14. 히마와리 198렌즈 시스템 개조형 태양광 여기 레이저 실 험장치.

집광기 면적(㎟) 수광기 면적(㎟) 집광율

7,088 0.79 8,972

⑦ 조도분류 (KS A 3011 기준) - 2∼2.5m 높이의 공간

- 작업면 조명 기준: 300 ∼ 600 Lux (조도분류‘G’ )

⑧ 연색성

- 실리카 광섬유를 사용하므로, 장거리 전송에도 연색 성이 뛰어남.

- 하지만, 비구면 렌즈에 의해 무리하게 초점의 크기를 작게 만들었기 때문에 구면 수차(Spherical aberration) 와 색 수차(Chromatic aberration) 등에 의한 노란 빛 을 많이 띰.

⑨ 응용분야

- 실내 조명이외에 지하 공간의 식물 또는 해조류 생장 에 응용.

- 태양광 여기 레이저의 태양광 추적에 응용.

4.2. 미국의 태양광 채광/조명 기술

1997년 오 크 리 지 연 구 소 (Oak Ridge National Laboratory, ORNL)의 Engineering Science & Technology Division (ESTD)에서는 미국 에너지 자원부(Department of Energy, DOE)와 테네시주(Tennessee Valley Authority, TVA)로부터 지원을 받아 광 섬유형 태양광 채광 시스템 인‘Hybrid Solar Lighting (HSL) 시스템’개발에 착수 하였다. 이 연구개발 프로젝트에는 ESTD의 Photonics 그룹, Analog and Digital Systems 그룹, Residential Building & Equipment 그룹 및 MSTD(Material Science

& Technology Division)의 Materials Processing 그룹 등 총 4개의 연구팀이 개발에 참여하였다. 총 5년간 수행 된 이 프로젝트의 결과로 2004년‘Sunlight Direct’ 라는 회사가 설립되었고, 태양광 채광 이외에도, HSL을 이용 한 생체 반응기(Bio reactor), 광전시스템(Photovoltaic sys- tem) 등에 응용하고 있다.

4.2.1. Hybrid Solar Lighting (HSL) 개 개발 발 배 배경 경

1970년대 오일쇼크 이후, 전 세계적으로 태양에너지의

이용에 관심을 갖게 되었고, 이를 이용한 태양열 발전, 태양열 온수(히터), 태양광 시스템 등에 대한 연구가 시 작 되었다. 오늘날 과학의 진보에 의해 초기 태양 에너지 이용에 장애가 되었던 기술적인 문제들이 점점 해결됨으 로 인하여 많은 대체에너지 및 신재생 에너지 기술들이 개발되고 있는 실정이다.

세기 초, 태양은 낮 시간 동안 건물의 조명으로서 매우 큰 역할을 하였다. 하지만 전기를 이용한 램프가 등장하 게 되면서, 조명으로서의 태양의 역할은 사라지게 되었 다. 미국에서 인공조명에 의한 연간 소비액은 약 750억 불 ($75 billion)에 달하며, 국가 전기 소비 중 4번째에 해 당한다. 따라서 태양에너지를 이용한 새로운 조명시스템 의 개발은 전기 에너지 절약에 큰 역할을 할 수가 있다.

특히, 하이브리드 라이팅 시스템(HSL)은 태양광을 아무 런 전기적 변환 없이 사용하므로, 현재의 솔라 셀을 이용 한 태양광 발전 시스템의 효율 보다 10배 이상의 효율을 가진다.

DOE의 Antares 그룹에 의하면, 2020년까지 하이브리 드 라이팅 시스템 1만대를 사용할 경우, 매년 10억 달러 의 전기 에너지를 절약할 수 있다고 예상하고 있으며, 인

Fig. 15. 미국 상업용 건물의 주요 에너지 소비와 이산화탄소 배

출 현황.

공조명을 사용하는 건물의 24%의 에너지만을 가지고도 현재와 같은 조명이 가능할 것으로 예상하였다.

하이브리드 라이팅 기술은 건물 옥상에 고정되는 48인 치 직경의 태양광 수집기와 추가적으로 2차의 반사 거울 이 하루 종일 태양을 따라서 움직이게 된다. 태양광 수집 기는 태양광을 집광하여 127개의 광섬유에 모으고, 이 광섬유들은 형광등과 같은 산란체(diffusion rod)에 빛을 전달한다. 한 개의 태양광 수집기는 8 ∼ 12 개의 광 조 사 기구에 연결되고, 약 1,000 ft

를 밝힐 수 있는 밝기를 가진다. 태양이 없거나 약할 때에는 태양광 센서가 인공 광원의 세기를 조절하여 실내의 조도를 일정하게 유지시 킨다. 하이브리드 라이팅 시스템은 자외선과 적외선 열 을 차단할 수 있기 때문에, 조명용으로의 사용뿐만 아니 라 쿨링의 기능도 가지고 있다.

4.2.2. Hybrid Solar Lighting (HSL) 시 시스 스템 템 개 개요 요 하이브리드 라이팅 시스템은 유연성, 고효율, 상업용

건물에 쉬운 설치 등의 장점을 갖는다. 화창한 날 한 대 의 HSL을 사용하면, 약 50,000 루멘의 태양광 - 이것은 60W의 백열전구 55개가 가지는 조도와 같음 - 을 전송 하는 것이 가능하다.

HSL 시스템의 내부에는 태양 추적 컨트롤 보드가 탑재 되어 있다. (Fig. 17 참조) 이 컨트롤 시스템에는 하루 동 안 태양의 위치 변화(위도, 경도)에 대한 데이터가 들어 있고 이를 계산하는 마이크로프로세서가 내장되어 있다.

계산에 사용되는 데이터는 미국 해군 기상청(U.S. Naval Observatory)로부터 얻은 것을 사용하며, 향후, 300년간 1/60° 의 오차만을 가진다. 시스템의 추적 정밀도는 0.1°

이내 이며, GPS 위치 감지를 통해 시스템의 위도 및 경 도 좌표를 정확하게 감지하여 계산 할 수 있도록 설계되 었다.

컨트롤러는 계산에 의해 얻은 태양의 방향과 실제 태 양의 위치를 비교하여 위치의 이동이 필요할 경우 (+) 방 향 또는 (-) 방향으로 움직여 실제 태양의 위치와 매치 시킨다. 이때 태양을 따라가는 속도는 1초 간격으로 태 양의 위치를 정확하게 따라가도록 설정되어 있다. 컨트 롤러 보드는 12V 또는 24V dc 전원을 사용하며, 소비전

Fig. 16. 태양전지와 태양광 채광의 태양이용 효율 비교. Fig. 17. HSL 컨트롤 보드.

력은 2W 이하이다. 태양전지를 이용할 경우, 컨트롤 보 드의 전력을 보충할 수가 있다.

태양광 집광기는 건물 옥상에 4 인치의 구멍을 내어설 치되며, 집광기로부터 모은 가시광선은 플라스틱 광섬유 번들에 의해 전송된다. 전송된 빛은 건물 실내에 설치된 하이브리드 조명기구에 의해 확산된다. 하이브리드 조명 기구는 실내조도가 일정하게 유지될 수 있도록 태양광과 인공조명기구(형광등, 백열등 등)의 조도를 자동적으로 조절한다. 날씨 변화에 의해서 태양광이 적거나 없을 때 에는 광센서에 의해 감지되어 인공조명 램프의 조도를 사용자가 원하는 수준으로 자동적으로 맞출 수가 있다.

상업용의 전기 램프와는 달리 HSL을 통해 전송된 자연광 은 열이 없으므로 사용자가 만졌을 때, 전혀 뜨겁지 않으 므로 매우 안전하게 사용할 수 있다. 이러한 이유는 태양 광 집광기에 장착된 적외선 필터에 의해 가능하며, 적외 선뿐만 아니라 자외선도 제거함으로써 인체에 전혀 유해 함이 없다.

HSL 시스템은 조명 비용을 줄임으로써 에너지 절약을 할 수 있는 기술이다. 이외에 다음과 같은 장점들을 제공 한다.

- 태양으로부터 전해지는 적외선과 자외선을 분리하여 가시광선만을 건물에 전송한다. 따라서 난방, 환기, 냉방(Heat, Ventilation, Air-Conditioning, HVAC)에 사용되는 비용을 전기 조명을 사용할 때와 비교하여 5∼10 % 가량 감소시킬 수 있다.

- HSL 시스템은 복수의 플로어, 상대적으로 낮은 천정 높이, 그리고 내부의 벽을 가지는 상업용의 건물 상 부의 플로어에 적응할 수 있다. 단일 시스템은 전형 적인 오피스 빌딩 몇 개의 작은 방을 조명하기에 충 분한 태양광을 전달할 수 있다.

- 집광된 태양광은 광섬유가 건물내부 (지붕과 천정사 이)를 통과해서 설치되기 때문에 HVAC 덕트나 화 재 스파클링 장치, 전기 도관 등 기존에 설치되어있 는 설비에 전혀 영향을 주지 않는다.

- HSL의 조명은 확산용 조명뿐만 아니라 다른 여러 가지 조명의 용도로도 사용이 가능하다. (Spot light- ing, Accent lighting)

- 태양광이 충분할 때에는 HSL에 의한 조명만으로도 실내를 모두 밝힐 수 있고, 태양이 없거나 흐릴 때에 는 센서에 의해 조절되는 인공 광원에 의해 원하는 조도로 맞출 수가 있다.

- 태양광 조명 기구들은 태양광 집광기를“OFF-Sun”

위치로 옮김으로써 쉽게 ” Switched OFF”시킬 수 있다.

4.2.3. Hybrid Solar Lighting 시 시스 스템 템 구 구성 성

하이브리드 라이팅 시스템은 다음 5개의 주요 파트로 구성된다.

① 광원 (태양광과 전기램프)

② 태양광 집광기 및 추적 시스템

③ 광 분배 시스템

④ Hybrid Lighting 컨트롤 시스템

⑤ Hybrid 광 조사기

① 태양광 광원(Natural light sources)

태양광은 전체 조도의 4/5를 지구 표면에 조사하며, 약 6,000° K의 색온도를 갖는다. 청명한 날 해수면에서의 최 고 조도는 다음과 같다.

E=1.24 × 10

lux (lm/m

)

태양으로부터 조사되는 전체 조도의 나머지 1/5은 모 두 산란되어 지표면에 도달하지 못한다.

하이브리드 라이팅 시스템은 직사광만을 사용해야 하

므로 태양을 추적해야하고, 산란광은 집광에 이용되지

못한다. 하지만, 직사광만으로도 조명용 광원으로서 충분

히 이용할 수가 있다.

② 조사기구와 자동으로 연동되는 전기램프

하이브리드 라이팅 시스템은 구름이 많거나, 흐린 날 그리고, 밤이 되면, 충분한 조도를 실내에 공급할 수 없 기 때문에 전기를 사용하는 램프에 의존하게 된다. 전기 램프를 사용하는 하이브리드 라이팅 시스템에서는 하이 브리드 조사기구가 같이 사용되며, 태양광과 자동으로 연동되도록 설계가 된다. 제품 개발 초기에는 상업용으로 사용되는 형광등과 같은 형태의 조사기구를 사용하여 전 기적인 램프와 자연광이 자동적으로 연동되도록 하였다.

③ 태양광 집광 및 추적 시스템

하이브리드 라이팅에서는 직사광만을 집광하며, 이것 은 두 개의 축으로 이루어진 태양광 추적 시스템에 의해 서 가능해진다. 하루 동안 태양의 위치적인 변화를 추적 장치에 의해 일정하게 유지시키며, 시간적인 변화는 앞 에서 설명한 전기램프와의 자동 연동에 의해 일정하게 유지시키는 것이 가능하다.

④ 광 분배 시스템

집광된 빛이 건물 내부로 전송되기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

·대구경 광섬유(large-core optical fiber)

광섬유의 코어를 고형의 폴리머나 젤, 액체 등의 유연 성이 좋은 재료를 사용하여 특별히 제작한 것으로 내부 전반사에 의해 빛을 전송하는 일반 광섬유와 원리는 같 다.

·광섬유 번들(fiber optic bundle)

유리 또는 플라스틱 광섬유를 묶어서(번들 화) 그 크기 를 대구경 광섬유와 같이 만들어서 사용

·속 빈 반사 광 파이프(hollow-core reflective lightpipe) 속인 빈 실린더 형태의 코어를 만들고, 코어의 바깥에 는 고 반사율을 가지는 물질을 코팅하여 코어 내벽 표면 에서 다중 반사를 없앤 것.

광섬유의 유연성, 비용, 설치 편의성, 광전송 성능 등을 고려하여 하이브리드 라이팅 시스템에서는 대구경 광섬 유를 채용하여 사용한다.

⑤ 하이브리드 라이팅 컨트롤 시스템

하이브리드 라이팅 시스템에서는 다음의 3가지 이유 로 인해 라이팅 컨트롤 시스템을 사용한다.

·전기 램프에 의한 에너지 소비를 줄이기 위해서 종래 의 상업용 주광 시스템과 유사한 주광 수집 컨트롤 시 스템이 요구됨

·경우에 따라서 실내 조사기구의 색 온도나 색 렌더링 이 필요한 경우가 있다. 따라서 효과적인 색온도의 조 절을 위해서 하이브리드 라이팅 색 컨트롤 시스템이 필요하다.

·쾌적한 실내조명을 위해서는 태양광과 전기램프의 디 밍 이나 on/off 기능을 자동적으로 컨트롤 할 수 있는 시스템이 요구된다.

Fig. 18. 하이브리드 라이팅 태양광 집광부. Fig. 19. HSL 집광부 지지 프레임.

⑥ 하이브리드 조명기구

하이브리드 라이팅 시스템은 둘 또는 그 이상의 광원 을 사용한다. 이 중 적어도 한 개는 태양광이고, 나머지 는 전기 램프이다. 하이브리드 조명기구는 이들 광원으 로부터 전송된 빛을 효과적으로 분산시킬 수가 있어야 한다. 이 때, 전송된 빛의 손실을 최대한 줄일 수 있어야 하고 상대적으로 일정한 시-공간적 분배가 이루어져야 하며, 어떠한 광원을 사용하던지 빛의 색과 CU (Coefficient of Utilization)값 또한 일정하게 유지되어야 한다.

4.2.4. Hybrid Solar Lighting 시 시스 스템 템 특 특성 성

① 3M 대구경 광섬유의 광투과 특성

3M 대구경 광섬유의 태양광 투과도 특성을 관찰하기 위하여 태양광과 가장 비슷한 파장 특성을 보이는 Xe 램

프를 광원으로 하여 조사하였다. 3M 대구경 광섬유를 통과한 빛은 적분구에 연결하여 전체 빛의 파워(W)를 측 정하였다.

이 실험에서 3M 대구경 광섬유의 경우, 가시광선인 643 nm와 근적외선인 750 nm에서 매우 큰 흡수를 보이 는 것을 알 수 있다. 또한 광섬유의 길이에 따라서 길이 가 증가할 수록 이 두 파장에서 흡수가 점점 증가하는 것 도 보인다.

3M 대구경 광섬유에 입사되는 빛의 각도를 0 ∼ 45°

까지 변화시켜 투과도를 관찰하였다. 0.5 m 길이의 대구 경 광섬유를 사용하여 측정하였으며, 그림에서 보는바와 같이 입사각이 20°이상이 되면 투과도가 현저히 떨어짐 을 알 수가 있다.

태양광 집광기로부터 모아진 빛을 건물내부로 조사하 기 위해서는 광섬유가 건물내부에서 자유자재로 움직일 수 있어야한다. 광섬유의 구부러진 정도에 따른 빛의 손 실을 알아보기 위하여 3M 대구경 광섬유의 굽힘 정도를 0~90° 까지 변화시켜 입사각과의 관계를 알아보았다.

그림에 나타낸 바와 같이 밴딩 각도가 증가할수록 투 과도는 비례해서 감소함을 알 수가 있으며, 입사되는 빛 과의 관계는 앞에서 살펴본 바와 같이 입사각이 20°이 상일 때 급격히 감소하는 경향을 보였다.

Fig. 20. HSL의 광 분배 기술.

Fig. 21. HSL의 하이브리드 조명 기구.

6.5 m 길이의 3M 대구경 광섬유를 사용하여 입사각 도와 파장에 따른 투과도를 관찰하였다. 400 nm 이하와 750 nm 이상의 영역은 신호-대-잡음비가 너무 크기 때 문에 그래프에 나타내지 않았다.

입사각의 증가에 따라 650nm에서의 흡수 외에도 400

~500 nm의 범위에서 큰 흡수가 관찰 된다.

광섬유의 길이와 입사각도의 변화에 따른 광 투과 특 성을 관찰하였다. 다음 그림은 광섬유의 길이를 0.5~

10m 까지 변화시켜 광 투과도를 입사각에 변화(0° ~40° ) 에 따라 측정한 것을 나타낸 것이다. 입사각이 0° (Straight) 일 때, 10 m 길이에서 약 20%의 손실을 보였으며, 입사 각이 증가할수록 광섬유 길이에 따른 손실도 훨씬 더 증 가함을 알 수 있다.

광섬유에 입사되는 입사각과 파장에 대하여 광섬유 길 이에 따른 광 투과 손실을 측정하였다. 입사각 20°이상

에서 앞서 살펴본 바와 같이 많은 손실을 보였고, 650 nm 뿐만이 아니라 가시광 파장 전 영역에서 손실을 보임을 알 수 있다.

② 적외선 제거용 거울의 광 특성

하이브리드 라이팅 시스템에서는 가시광만을 전송하 기위하여 자외선 및 적외선 제거를 위하여 Cold Mirror 를 사용한다.

Fig. 27에는 HSL에서 사용하는 Cold Mirror의 파장에 따른 반사 특성을 나타내었다.

450nm~650 nm 까지 98% 이상의 반사가 일어남을 보여준다. 650 nm 이상의 파장에서부터는 적외선 영역 으로 반사율이 점점 떨어짐을 알 수 있고, 400 nm 이하 의 자외선 영역에서도 반사를 하지 않으므로, 가시광만 을 효과적으로 반사하여 광섬유에 전달함을 알 수 있다.

Fig. 22. 광섬유 길이와 파장에 따른 투과도. Fig. 23. 광섬유 길이와 파장에 따른 투과 비율.

Fig. 24. 입사각에 따른 투과도 변화. Fig. 25. 광섬유 밴딩 각도와 입사각에 따른 투과도 측정.

③ 하이브리드 라이팅 시스템 성능

다음의 표에는 HSL의 각 부분 장치들에 대한 광학적 특성 데이터를 사용하여 얻은 전체 시스템의 성능 데이 터를 나타내었다. 표에는 상업용 전기 램프와 HSL의 에 너지효율을 비교하였다.

4.2.5. Hybrid Solar Lighting 태 태양 양광 광 채 채광 광기 기술 술 평 평가 가

① 집광율

② 가격

- 2007년 기준으로 HSL 1대당 가격 $8,500

③ 시공 편의성

- 유연성이 좋은 플라스틱 광섬유를 사용하기 때문에 시공이 매우 용이함.

- 광섬유를 뽑아내기 위해서는 건물 옥상에 4인치의 구멍을 내야함.

- 반드시 바닥이 평평한 곳에 설치하여야 하며, 건물 외측 벽에 설치가 불가능.

- Cold Mirror를 사용하여 적외선을 제거하였기 때문 에 빛이 뜨겁지 않음.

Fig. 26. 입사각도와 파장에 따른 광투과도 관찰. Fig. 27. Cold Mirror의 파장에 따른 반사 특성.

HSL System Performance Loss Parameter Transmission

Primary Mirror 92 %

Second Mirror 94 %

Collection Losses 97 %

Fresnel Losses 94 %

Fiber Attenuation(at 6m) 78 %

Fresnel Losses 94 %

Luminaire Losses 85 %

Total 50 %

Comparison of Lighting Efficiencies Type of Lighting Typical Energy Efficiency

(approx. lm/W)

Incandescent 15

Fluorescent 75

Hybrid Solar 200

집광기 면적(㎟) 수광기 면적(㎟) 집광율

1,167,454 124.69 9,363

2005 2007

System Cost 12,000 6,000

Installation Cost 10,000 2,000

Indirect Cost 2,000 0

Maintenance Cost 1,000 500

Total 25,000 8,500

④ 사용자 편의성

- 태양 추적 센서와 마이컴에 의해 동작되는 전자동 시 스템이므로 설치 후, 사용자가 따로 제어를 할 필요 가 없음.

- 시스템을 덮어줄 돔이 없음.

- 눈이나 비가 올 경우 주의가 필요함.

⑤ 하이브리드화

- 기존 형광등과 하이브리드 화가 가능함

- 광센서에 의해 제어되는 디밍 기능이 있어 실내에서 조도 차이를 느낄 수 없음.

⑥ 설치가능거리

- 플라스틱 광섬유를 사용하므로 태양광 전송거리는 매우 짧다.

- 최대 20m 이내의 거리에서만 시공이 가능하며, 10m 이내가 가장 최적임.

⑦ 조도분류 (KS A 3011 기준) - 데이터 없음.

⑧ 연색성

- 플라스틱 광섬유를 사용하므로, 500 ∼ 600 nm의 흡 수로 인하여 초록색 빛이 나타남.

- 10 m 이내에서는 백색광을 볼 수 있지만, 20 m 이상 이 되면, 초록색 빛으로 인하여 연색성이 매우 떨어짐.

⑨ 응용분야

- 실내조명 및 솔라 셀에 의한 전기 생산 - 생화학 반응기로의 응용.

4.3. 스웨덴의 태양광 채광/조명 기술

2002년에 설립된 Parans Daylighting. A.B.는 스웨덴 예테보리(Goteborg)의 찰마즈 기술대학과(Chalmers Technical University)의 R&D 연구로 개발한 광섬유형 태양광 채광장치를 제작·판매하고 있다. 2002년에 취득 한 특허의 초기 상품을 2004년에 상업화하여 현재는 영

국, 독일, 프랑스 등의 유럽전역에 판매망을 구축하고 있 고, 한국, 중국을 비롯한 아시아 지역에도 그 판매망을 넓혀가고 있는 중이다. 2009년에는 WWF와 Global Focus 로부터 스웨덴의 가장 중요한 기후관련 혁신 개발에 기 여한 12명의 스웨덴 기업 중 하나로 선발되어“Parans Climate Solver”상을 받기도 하였다.

4.3.1. Parans Daylighting 시 시스 스템 템 개 개요 요

파란스 태양광 채광 장치의 원리는 첫째, 실외에 설치 된 파란스 태양광 채광 패널에 의해 태양광을 모으고, 다 음 단계로 모아진 태양광은 파란스 광케이블(번들)에 의 해 실내로 전송시킨다. 마지막으로, 파란스 조명기구에 의해 실내에 조사되어 진다.

·파란스 태양광 채광 패널

: 파란스 태양광 채광패널은 건물 지붕이나 건물 외관 에 고정될 수 있으며, 태양광을 집광하고 모으기 위해서 어레이 형태의 광학 렌즈를 사용한다. 이 장치는 기존 건 물을 허물지 않고 간단한 시공만으로 쉽게 설치가 가능 하다.

·파란스 광케이블

: 파란스 광케이블은 몇 가닥의 플라스틱 광섬유를 번 들화하여 제작한 것이다. 가늘고, 좋은 유연성을 가지므 로 높은 광 투과성으로 태양광은 건물 내 깊은 곳까지 쉽 게 효율적으로 전송할 수 있다.

·파란스 조명기구

: 파란스에서 직접 제작한 조명기구를 이용하여 태양 광 조사를 위해 선택된 공간에 태양광을 조사시킬 수 있 다. 건강에 유익한 태양광을 조사시킴으로써 심미적인 효과와 실외에서 느끼는 태양광을 실내에서도 만끽할 수 가 있다.

·Parans Daylighting 태양광 채광 시스템의 장점

① Wellness & Productivity

- 작업장에 태양광을 전달해 줄 경우, 생산성이 6 ∼

16 % 증가한다.

- 1%의 생산성 증가는 사무실 전체의 에너지 비용과 같다.

- 순수한 태양광은 신체 내의 멜라토닌과 코티솔 등의 조절을 담당하는 신경절 세포(ganglion cell)를 자극 하여 생체시계를 맞추어준다. 이것은 낮에는 숙면을 취할 수가 있고, 신체내부의 면역체계를 강화해주는 역할을 한다.

- 태양광은 깜박거리는 실내 전기 조명과는 달리 향상 된 빛과 더 좋은 컬러 렌더링을 제공하기 때문에 시 계(visibility)를 향상시켜 준다.

② Sustainability & Energy Saving

- 상업용 빌딩에서 전기 조명은 약 40~50%의 전기 에 너지를 소비한다.

- 전기 조명은 상업용 빌딩에서서 발생되는 전체 그린 하우스 가스의 25~30%를 차지한다.

- 상업용 건물에서 사용하는 전기 조명의 1/2을 파란스 태양광 채광 시스템으로 교체할 경우, 에너지 비용을 20~25% 절약할 수 있고, 그린하우스 가스의 방출을 10~15% 로 감쇠시킬 수 있다.

③ Increased Property Value

- 파란스 태양광 채광 시스템을 사용하여 채광 상태가 좋지 못한 건물에 도입하게 되면, 상업적으로도 유용 한 사무실로 바뀔 수가 있다.

- 태양광에 의해 사무실 공간이 보다 유용하게 되면, 평방미터당 재산소득을 상당히 증대 시킬 수 있다.

- 녹색 기업이라고 하는 프로필이 현대의 회사와 사회 를 위한 필수품이므로, 파란스 태양광 채광 시스템은 환경 친화적 시설을 원하는 고객들에게 매우 매혹적 일 수 있다.

4.3.2. Parans Daylighting 시 시스 스템 템 구 구성 성 및 및 특 특성 성

① 파란스 태양광 패널(Parans Solar Pannel)

파란스 태양광 패널은 지붕 또는 건물 외관에 고정할 수 있는 것으로 1 m

의 크기를 갖는다. 패널 안에는 62

개의 프리넬 렌즈들이 태양광을 집광하고 추적하기위하 여 태양의 이동 축을 따라 균일하게 움직이도록 설계가 되었다. 이러한 태양광 채광기술은 파란스 만이 가지고 있는 독자적인 기술이다.

·태양의 추적

파란스 SP2 모델은 능동적 추적 방식으로서 프리넬 렌 즈들이 항상 태양을 향하도록 도와준다. 이러한 움직임 은 3개의 모터로 구현되며, 이 모터들의 구동에 사용되 는 전기에너지는 2W 이하이다. 이러한 능동적 트래킹의 구현으로 파란스 SP2 모델은 어떠한 위치한 방향에서도 사전 프로그래밍 없이도 설치가 가능하다. 기술적으로 이야기하자면, 태양의 추적은 두 개의 광센서에 의해 조 절된다. SP2 설치 시, 시스템은 자동적으로 태양의 방향 을 찾기 위해 스캔 작업을 수행하며, 이를 통해 태양의 궤도를 학습하고 기억한다.

Fig. 28. 파란스 태양광 채광 패널 (SP2 모델).

Fig. 29. 트랙킹 메카니즘.

·태양광 집광

프리넬 렌즈에 태양광이 수직으로 입사하도록 추적 장 치가 이동한다. 집광된 빛은 렌즈의 아래쪽에 설치된 0.75 mm의 플라스틱 광섬유에 입사된다.

·태양광 채광 성능

파란스 SP2는 넓은 각도의 태양광 집광 능력뿐만 아니 라 높은 선속(luminous flux)의 전송능력도 가지고 있다.

SP2는 태양의 방향으로부터 60° 정도의 각도에서도 빛을 집광할 수 있으며, 하루 평균 8시간의 집광이 가능하다.

② 파란스 태양광 패널(Parans Solar Pannel) Mounting 파란스 SP2는 넓은 각도에서 태양광 집광이 가능하기 때문에 지붕과 건물 외곽 모두 장착이 가능하다. 태양광 패널은 건물 시공에 사용하는 표준품을 가지고 고정이 가능하도록 설계 되었다. 일반적으로 최적의 패널 각도 는 남쪽을 향하는 것이지만, 시공을 북쪽 방향으로 해야 할 경우에는 역으로 수정해서 사용할 수 있다. 수직 방향 으로는 최적의 상하 각도가 있어서 일반적으로 크게 지 장을 주지 않는다.

·건물 지붕에 고정 (Roof Mounting)

시공하고자 하는 지붕의 각도가 최적의 수평 수직 각 도와 얼마나 떨어져 있는 가에 따라서 지붕에 수평으로 장착하던가 아니면 약간의 각도를 주어서 설치 할 수가 있다.

·건물 외곽에 고정 (Facade Mounting)

모든 고도에서 건물이 서쪽이나 동쪽을 향하고 있다면 태양광 패널은 건물외곽에 편평하게 장착시킬 수가 있다.

③ 파란스 광케이블

파란스 태양광 패널로부터 4개의 광케이블이 나온다.

케이블의 직경은 6 mm이며, 30 g/m의 밀도와 20 m까지 의 길이를 갖는다. 벤딩 곡률은 최대 50 mm까지 이며, 매우 좁은 장소의 시공도 가능하다.

광케이블은 내화성의 Megolon으로 덮여져 있고, 케 이블 내부에 16 가닥의 코어 경 0.75 mm의 플라스틱 광 섬유(PMMA)에 의해 광을 전송 시킨다.

광 전송율은 미터 당 95% 이다.

④ 파란스 태양광 조사기구 (Luminaires)

파란스는 양질의 태양광을 실내로 전송하기위하여 많 은 노력을 하였다. 이를 위하여 조명 전문가와 건축가들 과의 공동연구로 새로운 파란스 조명기구를 제작하였다.

4.3.3. Parans Daylighting 태 태양 양광 광 채 채광 광기 기술 술 평 평가 가

① 집광율

② 가격 - 조사 안됨

③ 시공 편의성

- 유연성이 좋은 플라스틱 광섬유를 사용하기 때문에 시공이 매우 용이함.

- 건물 지붕 외에도 건물외측 벽에 자유로이 설치가 가 능.

Fig. 30. 광섬유 길이에 따른 광 전송효율.

집광기 면적(㎟) 수광기 면적(㎟) 집광율

3,848.45 0.44 8,747

- 시스템 크기가 1 m

로 크고, 무게도 30kg으로 무거 움.

④ 사용자 편의성

- 태양 추적 센서와 마이컴에 의해 동작되는 전자동 시 스템이므로 설치 후, 사용자가 따로 제어를 할 필요 가 없음.

- 시스템을 덮어줄 돔이 없음.

- 눈이나 비가 올 경우 주의가 필요함.

⑤ 하이브리드화

- 태양광 채광기 근처에 인공조명 광원을 설치하여 하 이브리드 화를 시도.

- 컨트롤러의 정밀도에 데이터가 없음.

⑥ 설치가능거리

- 플라스틱 광섬유를 사용하므로 태양광 전송거리는 매우 짧다.

- 최대 20m 이내의 거리에서만 시공이 가능하며, 10m 이내가 가장 최적임

⑦ 조도분류 (KS A 3011 기준) - 데이터 없음.

⑧ 연색성

- 플라스틱 광섬유를 사용하므로, 500~600 nm의 흡수 로 인하여 초록색 빛이 나타남.

- 10 m 이내에서는 백색광을 볼 수 있지만, 20 m 이상 이 되면, 초록색 빛으로 인하여 연색성이 매우 떨어짐.

⑨ 응용분야

- 현재까지 실내조명에 대항 응용만을 보임.

제5장 결론

○ 합광 및 배광 기술, 대구경 실리카 광섬유를 이용한 원거리 전송기술의 개발이 요구 됨.

○ 대용량의 태양광 채광 기술을 개발하면, 터널이나 고

층 건물에 적용이 가능

○ 대용량 채광 조명장치의 상용화로 태양광을 기존의 조명시스템과 함께 사용할 경우, 약 30,000 kWh/년의 에너지 절감 효과

○ 최근 광통신 수요가 줄어들면서 광섬유 제조사에서는 새로운 아이템을 찾고 있는 중이므로 본 연구를 통해 광섬유 제조분야를 다시 부활시킬 수 있는 계기가 될 것으로 기대됨

○ 고휘도 및 최대 잔광시간을 갖는 축광 재료를 개발하 고, 이를 태양광 조명과 연계하여 사용함으로써 태양 광 조명이 갖는 한계점을 뛰어 넘을 수 있으며, 새로 운 대체 조명 분야의 개척이 가능

○ 채광을 위해서는 대량의 반사 거울이 사용되므로, 국 내 광학유리 및 렌즈 제조업계의 제조기술 향상 및 산 업 활성화에 기여할 것으로 보임

○ 태양광 조명 시스템은 광학에 대한 이론과 실제를 겸 비한 인력이 요구되며, 이 분야에 대한 기술 인력들에 대한 수요 창출이 가능

○ 최근 정부에서는 2011년까지 총 1차 에너지 중 신·

재생에너지 공급비를 5% 보급하는 것을 목표로 함. 이 에 대응하여 신축하는 공공기관의 건축물에 본 연구 에서 개발한 채광 시스템을 설치 가능할 것으로 기대 됨

○ 병원, 어린이집, 체육관 등의 공공시설에 시공할 경우, 국민들의 건강과 삶의 질을 높일 수 있음.

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박현국

경남대학교 분석화학 석사 경남대학교 분석화학 박사

(주)옵트론-텍 광전자연구소 선임연구원 일본 토호쿠대학 금속재료연구소 조교수 경남대학교 나노공학과 겸임교수

한국해양대학교 나노반도체 공학과 산학협력 교수

[email protected]