[논문 리뷰] Parabolic-Dish Solar Concentrators of Film on Foam

Sean A. Barton, Ian L. Winger|ArXiv.org|2009. 03. 09.

Adaptive optics and wavefront sensing참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 알루미늄 도금 PET 필름을 우레탄 폼에 부착하여 파라볼릭 디쉬 태양 농축기의 새로운 경량화된 제작 방법을 제안한다. 공기 압력을 이용해 필름을 형상화한 후 경화된 폼으로 고정시켜, f수치 0.68에서 광학적 각도 분산이 0.25° 이하가 되도록 한다—완벽한 구면보다 3.3배 우수한 성능을 보이며, 대규모 태양 농축 응용 분야에서 높은 형상 정밀도와 구조적 강성의 성능을 입증한다.

ABSTRACT

Parabolic and spherical mirrors are constructed of aluminized PET polyester film on urethane foam. During construction, the chosen shape of the mirror is created by manipulating the elastic/plastic behavior of the film with air pressure. Foam is then applied to the film and, once hardened, air pressure is removed. At an f-number of 0.68, preliminary models have an optical angular spread of less than 0.25 degrees, a factor of 3.3 smaller than that for a perfectly spherical mirror. The possibility exists for creating large-lightweight mirrors with excellent shape and stiffness. These "film-on-foam" construction techniques may also be applicable to parabolic-trough solar concentrators but do not appear to be suitable for optical imaging applications because of irregularities in the film.

연구 동기 및 목표

• 태양 에너지 수집에 적합한 대규모 파라볼릭 디쉬 태양 농축기 제작을 위한 저비용·경량화된 방법 개발
• 최소한의 재료로도 높은 광학 정밀도와 구조적 강성을 확보하는 태양 농축기 제작
• 공기 압력에 의해 유연성/플라스틱 변형을 보이는 알루미늄 도금 필름을 이용해 정밀한 파라볼릭 형상을 형성할 수 있는지 탐색
• 결과적으로 형성된 거울의 광학 성능을 이상적인 구면 거울과 비교 평가
• 필름-우레탄 폼 기법이 파라볼릭 트러스 농축기용으로 적합한지와 그 광학 영상 응용 분야에서의 한계 파악

제안 방법

• 알루미늄 도금 테레프탈레이트 필름을 제어된 공기 압력을 이용해 탄성 및 플라스틱 거동 특성을 활용해 파라볼릭 형상으로 성형
• 필름에 압력을 가한 상태에서 뒷면에 우레탄 폼을 도포하여 원하는 형상을 고정
• 폼이 경화된 후 공기 압력을 해제하여 영구적으로 파라볼릭 형상 고정
• 반사광의 각도 분산 측정을 통해 광학 품질 평가를 수행하며, f수치 0.68에서의 성능에 중점을 둠
• 기하학적 및 재료 적합성에 기반해 이 기법이 파라볼릭 트러스 농축기로의 확장 가능성을 평가
• 고정밀 광학 영상 응용 분야에서의 한계를 평가하기 위해 필름 표면의 비균일성 분석

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알루미늄 도금 PET 필름을 우레탄 폼에 부착한 기법이 태양 농축에 필요한 충분한 광학 정밀도를 확보할 수 있는가?
• RQ2 f수치 0.68에서 필름-우레탄 폼 농축기의 광학적 각도 분산은 얼마인가?
• RQ3 이 농축기의 광학 성능은 이상적인 구면 거울과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 이 기법은 파라볼릭 트러스 태양 농축기로 얼마나 잘 적응 가능한가?
• RQ5 왜 필름-우레탄 폼 기법은 광학 영상 응용 분야에 부적합한가?

주요 결과

• 필름-우레탄 폼 농축기는 f수치 0.68에서 광학적 각도 분산이 0.25도 이하로 달성되었다.
• 이 성능은 더 큰 각도 분산를 보이는 완벽한 구면 거울보다 3.3배 뛰어나다.
• 이 기법은 뛰어난 형상 정밀도와 구조적 강성을 확보한 대규모 경량 거울 제작이 가능하게 한다.
• 기하학적 호환성으로 인해 파라볼릭 트러스 태양 농축기 응용 분야에 잠재적인 적용 가능성이 있다.
• 알루미늄 도금 필름 표면의 비균일성이 고정밀 광학 영상 응용 분야에서의 기법의 적합성을 제한한다.
• 공기 압력에 의한 필름의 탄성 및 플라스틱 변형 특성을 성공적으로 활용해 안정적이고 정밀한 파라볼릭 형상의 형성이 가능했다.