KR100767704B1

KR100767704B1 - 태양추적형 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR100767704B1
Application number: KR1020070040860A
Authority: KR
Inventors: 김수곤
Original assignee: 김수곤
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2007-10-17

Abstract

본 발명은 태양의 이동궤적을 추적하여 이에 맞추어 태양전지모듈판넬이 회전하도록 하여 발전효율을 높인 태양추적형 태양광 발전장치를 제공한다. 이와 같은 태양추적형 태양광 발전장치는 태양전지모듈판넬의 무게중심부를 관통하여 설치되는 토션튜브에 의해 태양전지모듈판넬이 회전되고, 태양광에 의해 토션튜브가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬이 사용됨으로써 적은 토크량으로도 태양전지모듈판넬의 회전이 이루어져 소비전력이 감소되는 한편 태양전지모듈판넬의 전체면적에 걸쳐 발전이 이루어짐에 따라 발전효율이 증대된다. 그리고, 태양전지모듈판넬이 트랙커의 토션튜브에 남북방향의 각도조절이 수시로 가능하고 안정되게 고정되어 시기별로 측정된 태양의 남중고도에 맞추어 각도가 조정됨으로써 동서방향으로 단축 회전하는 트랙커가 사용되어도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현되면서 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소된다. 이와 같은 태양추적형 태양광 발전장치는 일단에 설치된 구동액추에이터와 연결되어 축방향으로 회전하는 토션튜브 및 일정간격으로 입설되어 토션튜브를 지지하는 지주대를 포함하여 이루어진 트랙커와, 토션튜브와 결합되어 회전되는 태양전지모듈판넬로 구성된다. 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에서 토션튜브는 태양전지모듈판넬의 중심부를 관통하여 태양전지모듈판넬의 무게중심부에 결합되어 태양전지모듈판넬의 회전을 위한 토크량이 감소된다. 그리고, 태양전지모듈판넬은 토션튜브가 관통되는 중심부을 포함한 남북방향으로 형성된 개 방부 양측으로 태양전지모듈이 설치되는 구성으로 이루어져 태양전지모듈 표면으로 토션튜브가 투영되지 않게 되어 상기 태양전지모듈 전체에 걸쳐 태양광발전이 이루어지게 된다.

태양추적, 태양광, 발전장치, 태양전지모듈판넬, 트랙커, 토션튜브

Description

태양추적형 태양광 발전장치{A solar power generating system having solar tracker}

도 1은 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 일실시예를 도시한 부분 상세도;

도 2는 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 전체 사시도;

도 3은 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 저면부의 상세 사시도;

도 4는 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 구동부의 상세 사시도;

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치의 정면도;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치의 측면도;

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치에서 태양전지모듈판넬과 토션튜브의 결합관계를 상세히 보여주기 위한 측면도;

도 8은 도 7의 "A"부 상세 단면도;

도 9는 도 7의 "B-B"부 상세 단면도;

도 10은 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치가 다수열로 배열된 상태의 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 태양전지모듈판넬 12 : 태양전지모듈

14 : 개방부 16 : 받침대

18 : 가로대 20 : 트랙커

22 : 토션암 24 : 지주대

26 : 토션튜브 262 : 마운팅부재

264 : 각도조절용 지지대 264a : 제1지지대

264b : 제2지지대 2642 : 고정부재

2644 : 링밴드 30 : 고정핀

40 : 핀결합공 50 : 액추에이터

100 : 태양광 발전장치

본 발명은 태양추적형 태양광 발전장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 태양전지모듈판넬의 무게중심부를 관통하여 설치되는 토션튜브에 의해 태양전지모듈판넬이 회전되고, 태양광에 의해 토션튜브가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬이 사용됨으로써 적은 토크량으로도 태양전지모듈의 회전이 이루어져 소비전력이 감소되는 한편 태양전지모듈판넬의 전체면적에 걸쳐 발전이 이루어짐에 따라 발전효율이 증대될 뿐만 아니라, 태양전지모듈판넬이 트랙커의 토션튜브에 남북방향의 각도조절이 수시로 가능하고 안정되게 고정되어 시기별로 측정된 태양의 남중고도에 맞추어 각도가 조정됨으로써 동서방향으로 단축 회전하는 트랙커가 사용되어도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현되면서 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소되는 태양추적형 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양광 발전장치는 빛에 반응하는 반도체물질로 이루어진 태양전지에 의하여 태양으로부터의 빛에너지가 직접 전기에너지로 변환되는 발전설비로서, 에너지원이 청정하고 무제한적이며, 설비의 유지보수가 용이하고, 무인화가 가능하며, 단기간에 설비건설이 이루어질 수 있어 수요증가에 신속대응이 가능하게 되는 등의 장점으로 인하여 현재 고갈되어가는 화력연료에 대한 대체에너지로서 주목받고 있다. 그러나, 상기와 같은 장점과 함께 전력생산이 에너지밀도가 낮아 넓은 설치면적을 필요로 하고, 설치장소가 한정적이며, 태양광 발전장치 제조 및 설치비용이 높고, 일사량변동에 따른 출력이 불안정한 문제점이 있으므로, 이를 극복하기 위한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

이와 같은 태양광 발전장치는 일반적으로 태양광을 받아 직류전기를 생성하 는 태양전지모듈판넬과, 상기 태양전지모듈판넬에서 생성된 전기를 제어하는 전력제어장치와, 발생된 전기에너지를 저장하는 축전지 및, 직류전기를 교류로 바꾸어 주는 인버터를 포함하는 구성으로 이루어지는데, 상기의 태양전지모듈판넬의 설치방식에 따라 고정형 태양광 발전장치와, 태양추적형 태양광 발전장치로 구분된다.

고정형 태양광 발전장치는 일정시점에서 측정된 태양 고도각과 일조량 등을 종합적으로 분석하여 결정된 각도와 방위로 태양전지모듈판넬이 고정되어 발전이 이루어지는 것으로, 태양전지모듈판넬이 단순히 지지대에 일정각도 및 방위로 고정된 상태가 유지되는 형태여서 태양전지모듈판넬이 안정되게 설치됨에 따라 기기의 내구성이 높고, 설치후 유지보수가 간편하고 용이하게 이루어졌다.

여기서, 태양광이 태양전지모듈판넬에 직각으로 입사될 시 태양광 발전장치의 발전효율이 최대가 되는데, 고정형 태양광 발전장치의 경우 일출과 일몰 사이 동서방향으로 이동하는 태양의 이동궤적과 관계없이 태양전지모듈판넬이 일정한 각도 및 방위로 고정되어 있어 발전효율이 현저하게 낮은 문제점이 있었다.

이에 따라, 태양의 이동궤적을 추적하여 이에 맞추어 태양전지모듈판넬이 회전하도록 하여 발전효율을 높인 태양추적형 태양광 발전장치가 현재 안출되어 개시되고 있다. 태양추적형 태양광 발전장치는 다양한 형태의 구성으로 이루어지나, 일반적으로 태양의 이동궤적에 따라 구동되는 트랙커가 구비되어 상기 트랙커에 태양전지모듈판넬이 장착되는 구성이다.

이와 같은 태양추적형 태양광 발전장치에서 사용되는 트랙커로는 단축 회전방식의 트랙커와, 양축 회전방식의 트랙커가 있는데, 단축 회전방식의 트랙커는 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 궤적을 추적하여 태양전지모듈판넬을 동서방향으로 회전시키는 것이고, 양축 회전방식의 트랙커는 태양의 고도까지 고려하여 태양의 위치를 정확하게 추적하여 태양전지모듈판넬을 동서방향 및 남북방향으로 회전시키는 것이다.

여기서, 양축 회전방식의 트랙커를 태양추적형 태양광 발전장치에 적용할 경우 태양의 위치가 정확하게 추적되어 항상 태양광이 태양전지모듈판넬이 직각으로 입사되도록 함으로써 발전효율을 최대화시킬 수 있는 장점이 있으나, 이를 위하여 구동액추에이터, 구동링크 등으로 구성된 구동장치의 구성이 복잡해져 제조 및 설치비용이 현저하게 증대되고, 태양의 위치를 정확하게 추적하여 실시간으로 태양전지모듈판넬을 회전시킴에 따라 구동장치의 고장 및 손상이 빈번하게 발생되어 유지보수작업이 번거롭고 비용이 증대되는 문제가 있었다. 또한, 양축 회전방식의 트랙커의 경우 구동장치가 각각의 태양전지모듈판넬에 하나씩 설치되어야 함에 따라 태양광 발전장치가 규모가 커져 일정지역에 설치되는 태양전지모듈판넬의 갯수가 커질수록 설치 및 유지보수가 비용이 증대되었다.

반면, 단축 회전방식의 트랙커는 일출에서 일몰 사이 태양의 방위각만을 센싱하여 태양전지모듈이 동서방향으로 회전함에 따라 상기 양축 회전방식의 트랙커에 비하여 발전효율은 떨어지나, 태양전지모듈판넬을 구동시키기 위한 구동장치의 구성이 단순화되어 제조비용이나 유지보수비용은 절감되는 장점이 있었다.

상기와 같이 종래 태양추적형 태양광 발전장치에 사용되는 단축 회전방식의 트랙커와 양축 회전방식의 트랙커는 각각 장단점을 가지고 있으므로, 서로의 단점을 보완할 수 있는 새로운 형태의 트랙커의 개발이 요구되고 있는 실정이라 하겠다.

이와 같은 새로운 형태의 트랙커에 대한 개발의 일환으로 현재 기출원되어 개시된 발명으로는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2005-0110010호 "추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물"가 있는데, 상기 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물은 일반적으로 북-남축 상에 배향된 일련의 지지부들과, 토션튜브축을 갖고 토션튜브 축을 중심으로 회전될 수 있도록 지지부들에 회전가능하게 장착되는 토션튜브와, 아침, 정오 및 저녁 각방향 방위 사이에서 토션튜브를 회전시키도록 토션튜브에 작동가능하게 연결되는 토션튜브 회전체와, 각각의 무게중심을 갖는 태양열 패널(PV모듈)들을 포함하는 유형의 추적 태양열 집열기이며, 태양열 패널들을 토션튜브축에 대해 선택된 각도로 토션튜브에 고정하는 장착 구조물을 포함한다.

상기 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물은 도 1 내지 도 4에 도시되어 있는데, 상기 장착 구조물의 일실시예가 도시된 도 1을 참조하면, 장착구조물(150)은 토션튜브(32)에 편향각(B)을 이루도록 PV모듈(34A)을 부착하는데, 이는 한쌍의 장착판(152, 154)을 포함한다. 각각의 장착판(152, 154)은 일반적으로 삼각형인 토션 튜브부(156)와, 토션튜브부(156)로부터 직각으로 연장되는 일반적으로 직사각형인 긴 모양의 태양열 패널부(158)를 포함한다. 장착판(152, 154)들은 절곡되어 천공된 통상적인 판금부품으로서, 볼트들이 구멍에 결합되어 장착판(152, 154)들을 토션 튜브(32)의 양 측면에 체결하고 있다. 부착은 예컨대 용접 또는 브라켓을 사용하여 수행될 수도 있다. PV모듈(34)은 볼트, 리벳 또는 다른 수단으로 종래 방식으로 장착구조물(150)에 고정된다.

이와 다른 장착 구조물의 다른 실시예가 도시된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 장착 구조물은 PV모듈어레이(204)를 지지하는데 사용되는데, 이는 일련의 남측 지지부(212 내지 214)와 일련의 북측 지지부(216 내지 218)를 포함한다. 각각의 남측 지지부(212 내지 214)는 지지면 내로 연장되는 기부(220)와, 기부(220)로부터 수직하게 상향 연장된 기둥(222)과, 기둥(222)의 상단부에 마련되는 피벗 커넥터(224)를 포함한다. 각각의 북측 지지부(216 내지 218)는 기부(226)와 Y-커넥터(230)에 의해 기부(226)에 연결되는 하나 또는 두 개의 지주(228)와, 지주(228)의 상단부에 마련되는 제2 피벗 커넥터(232)를 포함한다.

그리고, PV모듈조립체(204)는 토크튜브(236)와 토크튜브(236)의 각 측면으로부터 측방으로 연장되는 곳에 고정된 일련의 모듈레일(238)과, 모듈레일(238)에 장착되어 지지되는 PV모듈(240)의 어레이를 포함한다. 제1 및 제2 피벗 커넥터(224, 232)는 토크튜브를 따라 제1 및 제2 지지점에서 토크튜브(236)에 장착된다. 제1 및 제2 피벗 커넥터(224, 232)는 PV모듈어레이(204)가 편향되어 태양을 추적할 수 있 도록 하기 위해 토크튜브(236)를 편향축(237)인 그 자체의 축을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 제1 피벗 커넥터(224)도 또한 토크튜브(236)를 따라서 PV모듈 조립체(204)가 피벗(242)을 중심으로 수직하게 피벗될 수 있도록 구성된다. 이는 PV모듈조립체(204)의 북-남 경사각이 통상적으로 고정된 길이 또는 가변적인 길이의 지주(228)의 길이에 따라 용이하게 변경될 수 있도록 한다.

그러나, 이와 같이 PV모듈(34A, 240)들은 토션튜브(32)나 토크튜브(236) 상측으로 편향되게 장착되는데, 이에 따라, PV모듈(34A, 240)들이 토션튜브(32)나 토크튜브(236)에 의해 회전될 시 PV모듈(34A, 240)들의 무게중심이 토션튜브(32)나 토크튜브(236)의 회전중심에서 이격되는 거리만큼 관성모멘트가 증가하여 PV모듈(34A, 240)들을 회전시키기 위한 토크값이 증대되게 된다. 특히, PV모듈(34A, 240)은 발전효율을 위해 대규모로 설치되는 경우가 많으므로, 전체 PV모듈(34A, 240)의 회전에 요구되는 토크값이 높아져 에너지소비가 증대됨으로써 발전효율이 저하되는 발생하였다.

또한, 상기 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 PV모듈(34A, 240)들은 남북방향으로 경사지게 설치되더라도, 남북방향의 각도가 고정되는 구성이어서 발전효율을 보다 증대시키기 위해 시기별 태양의 남중고도에 맞추어 PV모듈(34A, 240)의 남북방향의 각도를 조정하는 작업이 어렵고 번거로웠다. 즉, 상기 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물에서 장착판(152, 154)나 지주(228) 자체를 교체함으 로써 PV모듈(34A, 240)들의 남북방향의 각도를 조정해야 했다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 태양전지모듈판넬의 무게중심부를 관통하여 설치되는 토션튜브에 의해 태양전지모듈판넬이 회전되고, 태양광에 의해 토션튜브가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬이 사용됨으로써 적은 토크량으로도 태양전지모듈의 회전이 이루어져 소비전력이 감소되는 한편 태양전지모듈판넬의 전체면적에 걸쳐 발전이 이루어짐에 따라 발전효율이 증대될 수 있는 새로운 형태의 태양추적용 태양광발전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 태양전지모듈판넬이 트랙커의 토션튜브에 남북방향의 각도조절이 수시로 가능하고 안정되게 고정되어 시기별로 측정된 태양의 남중고도에 맞추어 각도가 조정됨으로써 동서방향으로 단축 회전하는 트랙커가 사용되어도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현되면서 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소될 수 있는 새로운 형태의 태양추적용 태양광 발전장치를 제공하는 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 일단에 설치된 구동액추에이터와 연결되어 축방향으로 회전하는 토션튜브 및, 일정간격으로 입설되어 상기 토션튜브를 지지하는 지주대를 포함하여 이루어진 트랙커와, 상기 토션튜브와 결합되어 회전되는 태양전지모듈판넬로 구성되는 태양추적용 태양광 발전장치에 있어서, 상기 토션튜브는 상기 태양전지모듈판넬의 중심부를 관통하여 상기 태양전지모듈판넬의 무게중심부에 결합되어 태양전지모듈판넬의 회전을 위한 토크량이 감소되고, 상기 태양전지모듈판넬은 상기 토션튜브가 관통되는 중심부을 포함한 남북방향으로 형성된 개방부 양측으로 태양전지모듈이 설치되는 구성으로 이루어져 상기 태양전지모듈 표면으로 상기 토션튜브가 투영되지 않게 되어 상기 태양전지모듈 전체에 걸쳐 태양광발전이 이루어지게 되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에서 상기 토션튜브는 상기 태양전지모듈판넬과 교차되는 부위에 결합되고 측면에 핀결합공이 형성된 마운팅부재와, 상기 마운팅부재에서 이격된 부위에 핀결합되어 입설되고 다수개의 핀결합공이 길이방향을 따라 이격되어 천공된 각도조절용 지지대가 구비되고; 상기 태양전지모듈판넬은 상기 태양전지모듈의 하측에 남북방향으로 고정설치되고, 상기 토션튜브가 관통되는 위치에 마운팅부재용 핀결합공이 형성되며, 상기 토션튜브가 관통되는 부위에서 이격된 위치에 지지대용 핀결합공이 형성된 받침대가 구비되어; 상기 받침대의 마운팅부재용 핀결합공과 상기 마운팅부재의 핀결합공으로 고정핀이 관통되어 상기 태양전지모듈판넬이 상기 토션튜브에 회동가능하게 고정되고, 상기 받침대의 지지대용 핀결합공과 상기 각도조절용 지지대의 핀결합공으로 고정핀이 관통되어 상기 태양전지모듈판넬이 상기 토션튜브에 경사지게 고정되되, 상기 받침대의 지지대용 핀결합공과 상기 토션튜브에 결합되는 상기 각도조절용 지지대의 핀결합공을 변경하여 상기 태양전지모듈판넬의 경사각을 조절하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에서 상기 마운팅부재는 상기 토션튜브의 상부와 동일한 형태의 요홈이 하단에 형성되어 상기 요홈이 상기 토션튜브에 밀착되어 안정되게 고정되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에서 상기 각도조절용 지지대는 상기 마운팅부재에서 북측 방향으로 이격된 부위에 입설되는 제1지지대와, 상기 마운팅부재에서 남측 방향으로 이격된 부위에 입설되는 제2지지대로 이루어져 상기 태양전지모듈판넬이 안정되게 지지되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에서 상기 제1지지대는 상기 토션튜브에 결합되고 양측면에 핀결합공이 형성된 고정부재의 양측면에 각각 핀결합되어 입설되는 한쌍으로 이루어져 상기 태양전지모듈판넬의 양측 받침대에 각각 고정되고, 상기 제2지지대는 상기 토션튜브을 둘러싸며 상기 토션튜브에 고정되는 링밴드의 중앙부에 핀결합되어 상기 태양전지모듈판넬의 양측 받침대 사이 개방부에 내입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 태양의 이동궤적에 따라 태양전지모듈판넬이 회전하도록 하여 발전효율을 높인 것이다. 이와 같은 태양추적형 태양광 발전장치는 태양전지모듈판넬의 무게중심부를 관통하여 설치되는 토션튜브에 의해 태양전지모듈판넬이 회전되고, 태양광에 의해 토션튜브가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬이 사용되는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 적은 토크량으로도 태양전지모듈의 회전이 이루어져 소비전력이 감소되고, 태양전지모듈판넬의 전체면적에 걸쳐 발전이 이루어져 발전효율이 증대된다. 또한, 본 발명은 태양전지모듈판넬이 트랙커의 토션튜브에 남북방향의 각도조절이 수시로 가능하고 안정되게 고정되는 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라 시기별로 측정된 태양의 남중고도에 맞추어 태양전지모듈판넬의 남북방향의 각도가 조정될 수 있어 태양광 발전장치에 동서방향으로 단축 회전하는 트랙커가 사용되어도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현되면서 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소된다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 5 내지 도 10에 의거하여 상세히 설명하며, 도 5 내지 도 10에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 태양추적형 태양광 발전장치로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다. 그리고 도면의 도시에 있어서 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.

도 1은 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 일실시예를 도시한 부분 상세도이고, 도 2는 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 전체 사시도이며, 도 3은 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 저면부의 상세 사시도이고, 도 4는 종래 발명에 따른 추적 태양열 집열기 조립체 및 설치물의 다른 실시예의 구동부의 상세 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치의 정면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치의 측면도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치에서 태양전지모듈판넬과 토션튜브의 결합관계를 상세히 보여주기 위한 측면도이고, 도 8은 도 7의 "A"부 상세 단면도이며, 도 9는 도 7의 "B-B"부 상세 단면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치가 다수열로 배열된 상태의 사시도이다.

태양추적형 태양광 발전장치(100)는 태양광이 입사되는 태양전지모듈판넬(10)과, 트랙커(20)로 이루어지는데, 트랙커(20)는 일단에 설치된 구동액추에이터(50)와 연결되어 축방향으로 회전하는 토션튜브(26) 및, 일정간격으로 입설되어 상기 토션튜브(26)를 지지하는 지주대(24)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치(100)의 기술적 특징은 태양전지모듈판넬(10)과 트랙커(20)의 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부에서 서로 결합되고, 태양전지모듈판넬(10)이 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 각도조절이 가능하게 토션튜브(26)에 고정되는 구성에 있다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 토션튜브(26)는 태양전지모듈판넬(10)의 중심부를 관통하여 지주대(24)에 지지되어 수평으로 설치되는데, 토션튜브(26)는 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심이 형성된 위치에서 태양전지모듈판넬(10)과 결합된다.

이에 따라, 태양전지모듈판넬(10)을 동서방향으로 회전시키기 위하여 자신의 중심축을 회전축으로 하여 회전하는 토션튜브(26)에 있어서, 토션튜브(26)의 중심축과 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심과의 거리가 최소화됨으로써 토션튜브(26)의 중심축을 회전축으로 회전하는 태양전지모듈판넬(10)의 관성모메트의 크기가 최소화되어 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)을 회전시키기 위한 토크의 크기가 최 소화되게 된다.

여기서, 토션튜브(26)의 중심축과 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심이 일치되도록 토션튜브(26)와 태양전지모듈판넬(10)을 결합시키는 것이 토션튜브(26)에서 태양전지모듈판넬(10)로 전달되는 토크의 크기를 최소화시키는데 가장 바람직하다.

이와 같이 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부를 관통하여 설치될 수 있도록, 태양전지모듈판넬(10)은 중심부를 포함한 남북방향으로 개방부(14)가 직선형태로 형성되고, 이와 같은 개방부(14)의 양측으로 태양전지가 집적된 태양전지모듈(12)이 형성되는 구성으로 이루어지게 된다.

이에 따라 태양전지모듈판넬(10)의 개방부(14)를 토션튜브(26)가 통과하며 토션튜브(26)와 태양전지모듈판넬(10)이 원활하게 결합되는 것이다.

그리고, 태양전지모듈판넬(10)에 형성된 개방부(14)는 토션튜브(26)가 원활하게 태양전지모듈판넬(10)을 관통할 수 있도록 하는 역할과 동시에, 태양광에 의해 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)로 투영되는 부위를 개방시켜 태양전지모듈판넬(10)을 이루는 태양전지모듈(12)이 토션튜브(26)에 의해 가려지지 않도록 하는 역할도 수행한다. 즉, 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)을 관통하여 설치됨에 따라 토션튜브(26)는 태양광에 의해 태양전지모듈판넬(10)의 외측 표면으로 투영되는데, 토션튜브(26)에 의해 태양전지모듈판넬(10)이 동서방향으로 회전하게 되더라도 태양전지모듈판넬(10)은 태양과 정면으로 마주보는 상태를 유지하며 태양의 이동궤적에 맞추어 회전됨에 따라 토션튜브(26)는 항상 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향으로 형성되는 중앙부로 투영되게 된다. 이에 따라 본 발명에 따른 태양전지모듈판넬(10)은 남북방향으로 형성되는 중앙부를 개방부(14)로 형성시키고, 개방부(14) 양측으로 태양전지모듈(12)이 형성되도록 구성됨으로써 토션튜브(26)에 의해 가려지는 태양전지모듈(12)이 없어져 태양전지모듈판넬(10)을 구성되는 전체 태양전지모듈(12)에 태양광이 입사되어 태양광발전이 이루어지게 된다.

상기와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 태양전지모듈판넬(10)을 회전시키기 위한 토크의 크기가 최소화되고, 태양전지모듈판넬(10)을 이루는 태양전지모듈(12) 전체에 걸쳐 태양광발전이 안정되게 이루어짐으로써 발전효율이 증대되게 된다.

상기와 같이 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부를 관통하여 토션튜브(26)가 설치되고, 태양광에 의해 토션튜브(26)가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬(10)이 사용되는 형태의 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)는 태양전지모듈판넬(10)이 동서방향 및 남북방향으로 동시에 회전하게 되는 양축 회전방식과 태양전지모듈판넬(10)이 동서방향으로만 회전하는 단축 회전방식 모두에 적용된다.

여기서, 토션튜브(26)가 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부를 관통하며 결 합되도록, 도 7과 도 8과 같이 토션튜브(26)에 구비된 마운팅부재(262)와, 태양전지모듈판넬(10)에 구비된 받침대(16)가 서로 결합된다.

마운팅부재(262)는 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부를 관통하면서 태양전지모듈판넬(10)과 교차되는 부위의 토션튜브(26)에 설치되는 것으로서, 토션튜브(26)의 상측에 놓이는데, 용접 등에 의한 방법으로 접합되는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같은 마운팅부재(262)는 토션튜브(26)의 상부와 동일한 형태의 요홈(2621)이 하단에 형성되어 토션튜브(26)의 상부면에 밀착됨으로써 마운팅부재(262)가 토션튜브(26)에 보다 원활하게 접합되어 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 토션튜브(26)가 원형단면으로 이루어질 경우에는 마운팅부재(262)의 요홈(2621)을 반원형으로 형성하고, 토션튜브(26)가 각형단면으로 이루어질 경우에는 마운팅부재(262)의 요홈(2621)을 토션튜브(26)와 동일한 각형으로 형성하게 되는 것이다.

그리고, 태양전지모듈(12)에 구비된 받침대(16)는 태양전지모듈(12)의 하측에 남북방향으로 고정설치되는 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지모듈판넬(10)은 개방부(14)의 양측으로 태양전지모듈(12)이 형성되고, 태양전지모듈(12)을 동서방향으로 지지하는 복수개의 가로대(18)가 태양전지모듈(12)의 하면에 밀착되어 일정간격으로 고정되며, 가로대(18)의 하면에 받침대(16)가 개방부(14)의 측방에 고정설치되는 구성이다.

이에 따라, 토션튜브(26)의 마운팅부재(262)는 태양전지모듈판넬(10)의 개방부(14)에 위치되어 개방부(14) 측방에 설치된 받침대(16)와 결합되게 된다.

여기서, 받침대(16)는 개방부(14)의 양측에 각각 하나씩 설치되어 태양전지모듈판넬(10)가 보다 안정되게 지지되며 토션튜브(26)의 마운팅부재(262)에 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 마운팅부재(262)는 측면에 핀결합공(40)이 천공되고, 받침대(16)는 마운팅부재(262)의 핀결합공(40)과 대응되는 위치에 마운팅부재용 핀결합공(161)이 천공되어 마운팅부재(262)와 받침대(16)가 측방에서 서로 밀착된 상태에서 고정핀(30)에 의해 핀결합된다. 이는 태양전지모듈판넬(10)이 남북방향의 회전이 가능하게 토션튜브(26)에 고정되도록 하기 위함이다.

이와 같이 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)는 토션튜브(26)의 마운팅부재(262)에 태양전지모듈판넬(10)의 받침대(16)가 핀결합됨으로써 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 회전도 가능하게 되는데, 이에 따라 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)는 태양전지모듈판넬(10)이 동서방향 및 남북방향으로 동시에 회전하게 되는 양축 회전방식에도 적용할 수 있게 되는 것이다.

이와 더불어 토션튜브(26)에는 각도조절용 지지대(264)가 구비되어 태양전지모듈판넬(10)이 남북방향의 각도가 조정된 후 안정되게 지지되면서 토션튜브(26)에 고정되도록 하는데, 이와 같이 남북방향의 각도의 조정이 가능해짐으로써 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)는 태양전지모듈판넬(10)이 동서방향으로 만 회전하는 단축 회전방식에 적용되어 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현할 수 있게 되는 한편, 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 각도조절은 수동으로 각도조절용 지지대(264)를 통해 이루어지도록 함으로써 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소되게 된다.

이와 같은 각도조절용 지지대(264)는 일정길이의 봉형태로 이루어진 것으로서 마운팅부재(262)에서 일정거리 이격된 위치에서 토션튜브(26)에 입설되는데, 일단은 토션튜브(26)에 고정되고, 타단은 무게중심에서 이격된 위치의 태양전지모듈판넬(10)의 받침대(16)에 고정되어 태양전지모듈판넬(10)이 남북방향으로 일정 각도를 유지하며 토션튜브(26)에 장착되도록 한다.

여기서, 각도조절용 지지대(264)에는 다수개의 핀결합공(40)이 길이방향으로 일정간격으로 천공되고, 각도조절용 지지대(264)의 일단이 고정되는 토션튜브(26)와 각도조절용 지지대(264)의 타단이 고정되는 태양전지모듈판넬(10)의 받침대(16)에는 지지대용 핀결합공(162)이 각각 천공되어, 각도조절용 지지대(264)와 토션튜브(26) 및 받침대(16)의 핀결합공(40)(162)으로 각각 고정핀(30)에 관통되어 고정됨으로써 각도조절용 지지대(264)는 토션튜브(26) 및 받침대(16)에 각각 핀결합되게 된다.

상기와 같이 각도조절용 지지대(264)는 토션튜브(26)와 받침대(16)에 핀결합 방식으로 고정되는데, 각도조절용 지지대(264)는 길이방향을 따라 다수개의 핀결합공(40)이 형성되어 있으므로 토션튜브(26)나 받침대(16)의 지지대용 핀결합공(162) 에 대응되는 각도조절용 지지대(264)의 핀결합공(40)을 변경시킴으로써 태양전지모듈판넬(10)의 무게중심부로부터 이격된 위치의 토션튜브(26)와 받침대(16) 사이의 간격이 변경되어 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 경사각이 조절된다.

여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)에서 각도조절용 지지대(264)는 마운팅부재(262)에서 북측 방향으로 일정거리 이격된 위치의 토션튜브(26)에 입설되는 제1지지대(264a)와, 마운팅부재(262)에서 남측 방향으로 일정거리 이격된 우치의 토션튜브(26)에 입설되는 제2지지대(264b)로 구성되는데, 이와 같이 태양전지모듈판넬(10)이 무게중심에서 남북방향으로 각각 이격된 위치에서 동시에 지지되도록 함으로써 복수개의 태양전지모듈(12)이 형성되어 비교적 중량이 큰 태양전지모듈판넬(10)이 보다 안정되게 남북방향으로 일정각도를 유지하며 토션튜브(26)에 장착되게 된다.

그리고, 도 9와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)에서 토션튜브(26)는 마운팅부재(262)에서 북측방향으로 일정거리 이격된 위치에 별도의 고정부재(2642)를 고정시켜 제1지지대(264a)가 토션튜브(26)에 고정된 고정부재(2642)에 결합되는데, 이와 같은 제1지지대(264a)는 한쌍으로 이루어져 고정부재(2642)의 양측에 각각 결합된다. 이는 중량이 큰 태양전지모듈판넬(10)에 의한 부하를 분산시키고, 태양전지모듈판넬(10)을 보다 안정되게 지지하기 위함이다.

여기서, 고정부재(2642)는 측면으로 핀결합공(40)이 형성되어 제1지지대(264a)와 핀결합되는데, 토션튜브(26)의 상부와 동일한 요홈이 하부에 형성되어 토션튜브(26)에 보다 안정되게 고정되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고정부재(2642)는 마운팅부재(262)와 동일한 형태의 구성으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)에서 토션튜브(26)는 도 7과 같이 남측방향으로 일정거리 이격된 위치에 별도의 링밴드(2644)를 고정시키고, 복수개의 핀결합공(40)이 일정간격으로 천공된 제2지지대(264b)가 토션튜브(26)에 고정된 링밴드(2644)에 결합되는데, 제2지지대(264b)의 일단은 링밴드(2644)에 핀결합되고, 제2지지대(264b)의 타단은 태양전지모듈판넬(10)의 개방부(14)에 내입되어 개방부(14) 양측 받침대(16)에 핀결합됨으로써 태양전지모듈판넬(10)이 원활하게 남북방향으로 회전하여 각도조절이 가능해지게 된다.

여기서, 상기와 달리 고정부재(2642)가 토션튜브(26)의 남측 방향에 설치되고, 링밴드(2644)가 토션튜브(26)의 북측 방향에 설치될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 태양전지모듈판넬(10)은 토션튜브(26)에 고정된 마운팅부재(262)에 회동가능하게 고정되고, 토션튜브(26)에 설치된 각도조절용 지지대(264)에 의해 남북방향의 각도조절이 수시로 용이하고 원활하게 이루어짐으로써, 시기별로 측정 된 태양의 남중고도에 맞추어 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 각도가 조정되는데, 이에 따라 동서방향으로 단축 회전하는 방식의 태양광 발전장치에서도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 태양광 발전장치에 근접하는 높은 발전효율이 구현될 수 있는 것이다. 한편, 본 발명에 따른 태양추적용 태양광 발전장치(100)는 태양전지모듈판넬(10)의 남북방향의 각도가 각도조절용 지지대(264)를 통해 수동으로 이루어지는 단순한 구성임에 따라 기기 제작원가와 기기 고장은 양축 회전방식에 비하여 현저하게 감소되게 된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적용 태양광 발전장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 태양추적용 태양광 발전장치에 의하면, 태양전지모듈판넬의 무게중심을 관통하여 설치되는 토션튜브에 의해 태양전지모듈판넬이 회전되고, 태양광에 의해 토션튜브가 투영되는 중앙부가 개방된 형태의 태양전지모듈판넬이 사용됨으로써 적은 토크량으로도 태양전지모듈의 회전이 이루어져 소비전력이 감소되는 한편 태양전지모듈판넬의 전체면적에 걸쳐 발전이 이루어짐에 따라 발전효율이 증대되는 효과를 가진다. 그리고, 태양전지모듈판넬이 트랙커의 토션튜브에 남북방 향의 각도조절이 수시로 가능하게 고정되어 시기별로 측정된 태양의 남중고도에 맞추어 각도가 조정됨으로써 동서방향으로 단축 회전하는 트랙커가 사용되어도 동서 및 남북방향의 양축 회전방식의 트랙커에 근접하는 높은 발전효율이 구현되면서 기기 제작원가 및 기기 고장은 현저하게 감소된다.

Claims

일단에 설치된 구동액추에이터와 연결되어 축방향으로 회전하는 토션튜브 및, 일정간격으로 입설되어 상기 토션튜브를 지지하는 지주대를 포함하여 이루어진 트랙커와, 상기 토션튜브와 결합되어 회전되는 태양전지모듈판넬로 구성되는 태양추적용 태양광 발전장치에 있어서,

상기 토션튜브는 상기 태양전지모듈판넬의 중심부를 관통하여 상기 태양전지모듈판넬의 무게중심부에 결합되어 태양전지모듈판넬의 회전을 위한 토크량이 감소되고,

상기 태양전지모듈판넬은 상기 토션튜브가 관통되는 중심부을 포함한 남북방향으로 형성된 개방부 양측으로 태양전지모듈이 설치되는 구성으로 이루어져 상기 태양전지모듈 표면으로 상기 토션튜브가 투영되지 않게 되어 상기 태양전지모듈 전체에 걸쳐 태양광발전이 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 태양추적용 태양광 발전장치.
제 1항에 있어서,

상기 토션튜브는

상기 태양전지모듈판넬과 교차되는 부위에 결합되고 측면에 핀결합공이 형성된 마운팅부재와, 상기 마운팅부재에서 이격된 부위에 핀결합되어 입설되고 다수개의 핀결합공이 길이방향을 따라 이격되어 천공된 각도조절용 지지대가 구비되고;

상기 태양전지모듈판넬은

상기 태양전지모듈의 하측에 남북방향으로 고정설치되고, 상기 토션튜브가 관통되는 위치에 마운팅부재용 핀결합공이 형성되며, 상기 토션튜브가 관통되는 부위에서 이격된 위치에 지지대용 핀결합공이 형성된 받침대가 구비되어;

상기 받침대의 마운팅부재용 핀결합공과 상기 마운팅부재의 핀결합공으로 고정핀이 관통되어 상기 태양전지모듈판넬이 상기 토션튜브에 회동가능하게 고정되고, 상기 받침대의 지지대용 핀결합공과 상기 각도조절용 지지대의 핀결합공으로 고정핀이 관통되어 상기 태양전지모듈판넬이 상기 토션튜브에 경사지게 고정되되, 상기 받침대의 지지대용 핀결합공과 상기 토션튜브에 결합되는 상기 각도조절용 지지대의 핀결합공을 변경하여 상기 태양전지모듈판넬의 경사각을 조절하는 것을 특징으로 하는 태양추적형 태양광 발전장치.
제 2항에 있어서,

상기 마운팅부재는 상기 토션튜브의 상부와 동일한 형태의 요홈이 하단에 형성되어 상기 요홈이 상기 토션튜브에 밀착되어 안정되게 고정되는 것을 특징으로 하는 태양추적용 태양광 발전장치.
제 2항에 있어서,

상기 각도조절용 지지대는 상기 마운팅부재에서 북측 방향으로 이격된 부위에 입설되는 제1지지대와, 상기 마운팅부재에서 남측 방향으로 이격된 부위에 입설 되는 제2지지대로 이루어져 상기 태양전지모듈판넬이 안정되게 지지되는 것을 특징으로 하는 태양추적용 태양광 발전장치.
제 4항에 있어서,

상기 제1지지대는 상기 토션튜브에 결합되고 양측면에 핀결합공이 형성된 고정부재의 양측면에 각각 핀결합되어 입설되는 한쌍으로 이루어져 상기 태양전지모듈판넬의 양측 받침대에 각각 고정되고,

상기 제2지지대는 상기 토션튜브을 둘러싸며 상기 토션튜브에 고정되는 링밴드의 중앙부에 핀결합되어 상기 태양전지모듈판넬의 양측 받침대 사이 개방부에 내입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 태양추적용 태양광 발전장치.