KR100779036B1

KR100779036B1 - 추적식 태양광 발전 시스템

Info

Publication number: KR100779036B1
Application number: KR1020060121156A
Authority: KR
Inventors: 정균; 윤복현
Original assignee: 정균
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2007-11-23
Anticipated expiration: 2026-12-04

Abstract

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지금까지 독립폴대에 설치되어왔던 면적의 규모의 솔라모듈을 하나의 트래커장치에 여러대 설치하여 최소의 구동수단에 의해 태양광 추적이 이루어지도록 한 추적식 태양광발전 시스템에 관한 것이다.

상기 본 발명의 구성은, 추적식 태양광 발전 시스템에 있어서, 복수개의 솔라모듈(10)과; 상기 솔라모듈(10)을 복수개의 군으로 나누어 그 각 군의 솔라모듈(10)들을 개별적으로 지지하고 또 인접한 군의 솔라모듈(10)에 의해 그림자가 지지않도록 이격 배열 설치되는 모듈프레임(50)과; 상기 배열된 모듈프레임(50)의 둘레에 설치됨과 동시에 각 모듈프레임(50)의 양측에 축(52)을 형성하여 이들 축(52)을 회동가능하게 축착시키는 메인프레임(40)과; 상기 모듈프레임(50)의 축(52)방향과 직각을 이루는 상기 메인프레임(40)의 양측 무게 중심부에 축(42)을 형성하여 이 축(42)을 회동가능하게 축착하여 지지하는 복수개의 포스트(12)와; 상기 메인프레임(40)을 상기 정역 방향으로 회동시키는 제1구동부와; 상기 모듈프레임(50)을 회동시키는 제2구동부; 들로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 구성으로 이루어진 본 발명은, 기존의 여러대의 트래커 장치에 탑재했던 규모의 솔라모듈(10)을 하나의 트래커장치에 탑재되어 최소의 구동수단으로 태양의 위치를 추적할 수 있으므로 태양광발전설비의 초기 설비비가 대폭 낮출 수 있음과 동시에 구조가 단순하여 고장률을 최소화할 수 있어 결국 유지보수비 또한 절 감할 수 있는 장점이 있다.

태양광 발전, 구동장치, 태양추적, 솔라모듈, 트래커

Description

추적식 태양광 발전 시스템{Solar thermal electric power generation system}

도 1은 본 발명 실시예1에 따른 추적식 태양광 발전시스템의 구조도.

도 2는 본 발명 실시예2에 따른 추적식 태양광 발전 시스템의 구조를 나타낸 평면도.

도 3은 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 구조를 나타낸 정면도.

도 4는 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 구조를 나타낸 측면도.

도 5는 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템의 제2구동부 구조를 나타낸 요부 상세도.

도 6은 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 제1구동부의 다른 실시예 구조도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 - 솔라모듈 12 - 포스트 20 - 횡프레임

22 - 지지대 24 - 연결프레임 26 - 회전축

28 - 구동모터 32 - 슬라이딩축 34 - 스크류잭

36 - 링크

(실시예 2)

40 - 메인프레임 42 - 축 44 - 구동모터

45 - 기어 46,56 - 스크류잭 47a,47b - 아암

49 - 링크바

50 - 모듈프레임 52 - 축 57 - 아암

59 - 링크바

본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지금까지 독립폴대에 설치되어왔던 면적 규모의 솔라모듈을 하나의 트래커장치에 여러대 설치하여 최소의 구동수단에 의해 태양광 추적이 이루어지도록 한 트래커장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전기는 태양의 위치변화에 관계없이 항상 일정한 방향을 바라보도록 하는 고정식과, 태양의 위치를 추적하여 항상 솔라모듈이 항상 태양광을 직각을 이루도록 하여 최상의 발전효율을 발휘할 수 있도록 하는 추적식으로 구분된다.

고정식은 설치가 간단하여 초기 시설비가 적게 소요되고 유지관리비가 적은 장점은 있으나 태양광의 효율적 수집이 어렵기 때문에 발전효율이 떨어지는 단점이 있다.

상기 추적식 발전기는 태양의 고도변화에 적극 대응하여 태양광을 최대한 효율적으로 받을 수 있도록 솔라모듈의 각도를 가변시키는 별도의 트래커 장치가 필요하고 또 하나의 트래커장치에 탑재할 수 있는 솔라모듈의 갯수가 한정되어 있기 때문에 여러대의 트래커장치가 필요하므로 그에 따른 초기 시설비가 많이 소요됨과 동시에 추적을 위한 구동장치의 고장 발생으로 인한 유지보수비의 비용이 예상되는 단점은 있으나, 발전효율이 매우 좋아 장기적으로 볼 때에는 추적식 태양광발전시스템이 바람직하며, 현재 추적식 태양광 발전시스템의 도입이 늘어나고 있는 추세이다.

이러한 추적식 태양광 발전 시스템은, 일출에서 일몰까지의 태양의 위치를 추적하기 위한 방위각 즉 수평각의 조절과 태양의 남중고도 변화를 추적하기 위한 고도각 조절을 통해 전체적인 태양의 위치를 추적하도록 구성되어 있다.

이의 구동을 위해서는 하나의 폴의 상단에 수평회동수단과 수직회동수단이 동시에 이루어지도록 하는 별도의 구동부가 필요하다.

좀더 구체적으로 설명하면 주로 동서 및 남북 방향의 변화를 담당하는 두개의 모터를 장치하여 기어를 통해 각도조절을 실시하는 것도 있고, 또 동서방향으로의 태양 위치 변화는 그 변화각 범위가 크기 때문에 구동모터를 사용하고, 남북 방향의 각도 변화는 그 폭이 작으므로 스크류잭을 이용하는 것도 있다.

이러한 종래의 추적식 태양광 발전시스템은 바람의 영향을 많이 받는 특성이 있어 하나의 포스트에 많은 솔라모듈을 탑재하는데 한계가 있다.

그로 인하여 대규모 태양광 발전소를 시설할 때에는 포스트에 일정 갯수의 솔라모듈을 탑재한 상술한 일반적 추적식 발전시스템의 갯수를 늘려 발전용량을 충족시키는 수밖에 없다.

그 결과 포스트를 지면에 견고하게 설치하기 위한 기초공사와 더불어 각 추적식 태양광 발전시스템에 필요한 수평 및 수직 구동수단이 다량 추가됨은 물론이고 설치면적이 넓어져 태양광 발전 설비 비용이 증가하게 되는 단점이 있다.

또한 구동부와 같은 각종 부품의 갯수가 늘어나게 됨에 따라 고장의 확률도 높아지고, 그에 따라 당연히 "AS"의 횟수가 많아질 것이므로 유지 보수비 상승의 문제점이 있다.

이는 설비업자는 물론이고 발전소 건립자에게도 큰 부담으로 작용하게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 태양광 발전기의 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은 여러대의 포스트를 나란히 설치하고, 이에 동서방향으로 축(이소)회동하는 메인프레임을 연결 설치함과 동시에 상기 메인프레임에 지지되어 남북방향으로 회동되는 모듈프레임들을 설치하여 한 쌍의 구동수단 즉, 동서방향의 회동을 위한 제1구동부와 남북방향의 회동을 위한 제2구동부에 의해 다량의 솔라모듈을 지지하는 모듈프레임을 한 번에 연동 시키는 구조가 가능함으로써 종래와 같이 솔라모듈의 탑재에 한계를 극복할 수 있음은 물론이고, 태양광 발전 설비의 시공면적을 최소화할 수 있고, 또 태양광 발전설비의 초기 설비비를 대폭 다운 수 있도록 함과 아울러 고장률을 낮추어 유지보수비를 최소화할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명 실시예1에 따른 추적식 태양광 발전시스템의 구조도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 태양광 발전시스템의 트래커장치는 여러개의 솔라모듈(10)(그 크기는 다양할 수 있으나, 도면에서와 같이 여러개의 단위 솔라모듈(10)을 하나의 군을 이루도록 배열시켜 일체화한 것도 포함하는 의미)이 탑재될 수 있는 길이가 긴 횡프레임(20)을 구성한다.

이 횡프레임(20)에는 일정 간격으로 지지대를 직립설치하여 그 상단에 솔라모듈(10)을 각각 설치한다. 이때 상기 각 솔라모듈(10)은 각 지지대의 상단에서 축방향으로 회동가능하게 축설된다.

또한 상기 횡프레임(20)의 양단에는 수직의 연결프레임(24)이 연결됨과 아울러 전체 무게중심이 위치하는 상기 양측 연결프레임(24)에 회전축(26)을 설치하며, 이 회전축(26)은 지지면에 견고하게 설치된 포스트(12)의 상단에 회전가능하게 축설시킨다.

또한 상기 포스트(12)에는 제1구동부, 즉 구동모터(28)를 장치하여 상기 회전축(26)에 동력이 전달 되도록 연결설치함으로써 구동모터(28)에 의해 솔라모듈(10)이 회동되도록 구성한다.

이때 상기 횡프레임(20)의 방향은 남/북 방향 또는 그와 유사한 방향이 바람 직하다.

한편, 상기 횡프레임(20)에는 슬라이딩축(32)을 설치하여 횡프레임(20)에 지지되어 그 길이 방향으로 수평이동되도록 구성하며, 이의 구동은 횡프레임(20)에 제2구동부, 즉 스크류잭(34)을 설치하여 이를 사이 슬라이딩축(32)에 연결시킨 것이다.

그리고 상기 각 솔라모듈(10)과 상기 슬라이딩축(32) 사이에 링크(36)를 연결시켜 스크류잭(34)의 구동에 의해 슬라이딩축(32)이 횡으로 이동하면서 링크(36)를 당기고 밀어 상기 솔라모듈(10)의 각도를 가변시키도록 한 것이다.

(실시예 2)

도 1은 본 발명 실시예1에 따른 추적식 태양광 발전시스템의 구조도이고, 도 2는 본 발명 실시예2에 따른 추적식 태양광 발전 시스템의 구조를 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 구조를 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 구조를 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템의 제2구동부 구조를 나타낸 요부 상세도이며, 도 6은 본 발명 실시예2에 의한 추적식 태양광 발전 시스템 제1구동부의 다른 실시예 구조도이다.

원하는 용량에 맞게 솔라모듈(10)을 복수개 구성하여 이들 솔라모듈(10)을 도 1과 같이 복수개의 군으로 나눈다.

그리고 각 군의 솔라모듈(10)들을 지지하는 모듈프레임을 설치하여 평행하게 배열 설치하고, 상기 배열된 각 모듈프레임(50)의 양측에 축(52)을 형성한다.

또 상기 배열된 모듈프레임(50)의 둘레에 메인프레임(40)을 구성하여 이에 상기 모듈프레임(50)의 축(52)들을 회동가능하게 축착시킨다. 이때 상기 각 모듈프레임(50)은 솔라모듈(10)이 태양을 향할 때의 각도로 인하여 인접한 솔라모듈(10)에 그림자가 지지않도록 충분한 간격을 유지시킨다.

또한 복수의 모듈프레임(50)을 장치한 메인프레임(40)의 전후부 즉, 모듈프레임(50)의 축(52)과 직교되는 방향의 메인프레임(40) 전후 무게중심부에 축(42)을 설치하여 자체 중량이나 바람(태풍)과 같은 외력에도 견딜 수 있는 정도로 견고하게 설치된 기초(1)를 기반으로 하는 포스트(12)의 상단에 회동가능하게 축결합시킨다. 이는 마치 시소형태의 구조를 갖는다.

이때 상기 메인프레임 축(42)은 남북방향을 그리고 각 모듈프레임 축(52)은 동서방향을 향하도록 하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 메인프레임(40)을 상기 정역 방향으로 회동시키는 제1구동부와, 상기 모듈프레임(50)을 회동시키는 제2구동부를 설치한다.

상기 제1구동부와 제2구동부는 다양한 구동수단으로 구현할 수 있다.

제1구동부는, 도 6과 같이 메인프레임(40)의 축(42)에 동력전달장치 즉, 기어(45)를 연결하여 정역 구동하는 구동모터(44)의 구조를 채택할 수 있다. 이때 상기 구동모터(44)는 포스트(12)에 고정설치하여 축(42)에 설치된 기어를 회전시키도록 하거나 또는 그와 반대로 기어를 포스트(12)에 고정 설치한 후 이와 맞물리도록 구동모터(44)를 메인프레임(40) 또는 모듈프레임(50)에 설치할 수도 있다.

이러한 구조에 의하여 상기 구동모터(44)의 정역 회전에 의해 메인프레 임(40)이 축(42)을 중심으로 정역 회동되도록 할 수 있다.

한편, 제1구동부의 다른 실시예로는, 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 스크류잭(47)을 이용할 수 있다.

도 4와 같이 포스트(12)의 하부에 축회전하는 아암(46b)을 형성하여 상기 메인프레임 축(42)에 형성된 아암(46b)과 링크바(49)로 연결하고, 포스트(12)에 설치된 하부의 아암(46a)에 스크류잭(47)이 링크연결되어 스크류잭(47)의 출몰에 의해 상기 아암(46a)(46b)이 링크바(49)에 의해 연동되어 메인프레임(40)을 정역 회동시키도록 할 수도 있고, 또 도 3과 같이 메인프레임(40)과 포스트(12)의 사이에 스크류잭(47)을 직접 링크 연결하여 스크류잭(47)의 출몰에 따라 상기 링크 연결된 상기 메인프레임(40)이 동서방향으로 회동되도록 할 수도 있다. 이때 상기 메인프레임(40)에 연결되는 스크류잭(47)은 메인프레임(40)의 축(42)과 거리를 갖도록 하여 메인프레임(40)과 직접 연결 되거나 또는 상기 메인프레임(40)의 축(42)에 아암(46a)을 형성하여 이 아암(46a)에 링크연결되어 스크류잭(47)의 출몰에 따라 상기 메인프레임(40)이 정역 회동되도록 구성할 수도 있다.

또한 제2구동부는, 도 2, 도 3, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 메인프레임(40)에 설치된 각 모듈프레임(50)의 축(52) 일단에 회동 아암(56)을 연결하고, 각 아암(56)을 링크바(59)로 연결시킨 후 링크바(59) 또는 아암(56)과 메인프레임(40)사이에 스크류잭(57)을 링크 연결시켜 스크류잭(57)의 출몰 작동에 의해 상기 링크바(59)가 전진 또는 후퇴하게 되고, 이와 연결된 아암(56)이 회동하여 결국 각 솔라모듈(10)이 동시에 회동되게 된다.

이러한 구조에 의해 시간에 따른 태양의 일출에서 일몰 까지의 이동은 제1구동부에 의한 메인프레임(40)의 담당하여 추적하고, 그와 함께 태양의 남중고도는 제2구동부에 의한 모듈프레임(50)이 담당하여 추적함으로써 결과적으로 시간에 따른 태양의 위치를 정확하게 추적할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 트래커장치에 동력을 전달하고, 또 년간 일정한 주기를 가지는 태양의 고도변화를 추적하는 제1,제2구동부, 즉 구동모터(44) 및 스크류잭(47)(57)을 제어하는 콘트롤박스 및 생산된 전기를 인버터를 통해 송전하는 등의 전기장치는 태양광 발전시스템에 기본적인 요소이므로 본 발명에서는 그 설명을 생략하기로 한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명 추적식 태양광 발전 시스템은, 태양의 추적을 메인프레임은 동서방향 모듈프레임은 남북방향으로 회동 조절되는 구조를 취함에 따라 하나의 트래커장치에 여러군의 솔라모듈을 탑재하여 하나의 구동수단으로 여러군의 솔라모듈을 연동시켜 시간에 따른 태양의 위치를 추적할 수 있도록 함으로써, 결국 기존의 여러대의 트래커 장치에 탑재했던 규모의 솔라모듈(10)을 하나의 트래커장치에 탑재되어 최소의 구동수단 및 이들을 제어하는 제어부로도 태양의 위치를 추적할 수 있으므로 태양광 발전설비의 초기 설비비를 대폭 절감할 수 있음과 동시에 구조가 단순하여 고장률을 최소화할 수 있어 결국 유지보수비를 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 복수의 포스트가 견고한 기초위에 설치되어 서로를 지지하기 때문에 태 풍과 같은 높은 풍압도 효과적으로 견딜 수 있는 장점이 있다.

Claims

추적식 태양광 발전시스템에 있어서,

횡프레임(20)과,

상기 횡프레임(20)에 일정간격으로 직립설치하는 복수개의 지지대(22)와;

상기 복수개의 각 지지대(22) 상단에 축방향으로 회동가능하게 축설되는 솔라모듈(10)과;

상기 횡프레임(20)의 양단에 연결되는 연결프레임(24)과;

상기 전체무게중심에 위치하는 상기 연결프레임(24)에 설치되는 회전축(26)과;

상기 회전축(26)을 회전가능하게 지지하는 포스트(12)와;

상기 회전축(26)을 회전시키는 제1구동부와;

상기 횡프레임(20) 방향으로 놓여지고 상기 횡프레임(20)에 축방향으로 슬라이딩 이동되게 설치되는 슬라이딩축(32)과;

상기 각 솔라모듈(10)과 상기 슬라이딩축(32) 사이에 연결되는 링크(36)와;

상기 횡프레임(20)에 설치되며 상기 슬라이딩축(32)을 밀고 당기는 제2구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 시스템.
추적식 태양광 발전 시스템에 있어서,

복수개의 솔라모듈(10)과;

상기 솔라모듈(10)을 복수개의 군으로 나누어 그 각 군의 솔라모듈(10)들을 개별적으로 지지하고 또 인접한 군의 솔라모듈(10)에 의해 그림자가 지지않도록 이격 배열 설치되는 모듈프레임(50)과;

상기 배열된 모듈프레임(50)의 둘레에 설치됨과 동시에 각 모듈프레임(50)의 양측에 축(52)을 형성하여 이들 축(52)을 회동가능하게 축착시키는 메인프레임(40)과;

상기 모듈프레임(50)의 축(52)방향과 직각을 이루는 상기 메인프레임(40)의 양측 무게 중심부에 축(42)을 형성하여 이 축(42)을 회동가능하게 축착하여 지지하는 복수개의 포스트(12)와;

상기 메인프레임(40)을 상기 정역 방향으로 회동시키는 제1구동부와;

상기 모듈프레임(50)을 회동시키는 제2구동부;

들로 구성된 추적식 태양광 발전 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 모듈프레임(50)을 포함하는 메인프레임(40)을 복수개 구성하여 그 축(42)이 나란히 연결되도록 배열함과 동시에 각 배열된 메인프레임(50)을 회동가능하게 지지하는 포스트(12)를 복수개 설치하여 발전소 규모에 따라 연속 설치가 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제1구동부는 메인프레임(40)의 축(42)과 동력전달 기어(45)로 연결되는 구동모터(44)인 것을 특징으로 하는 추적식 태양 광 발전 시스템.
제 2 항 내지 제 3 항에 있어서, 상기 제1구동부는 포스트(12)와 메인프레임(40) 사이에 링크 연결된 스크류잭(47)인 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 제2구동부는 상기 각 모듈프레임(50)의 축(52)에 아암(56)을 형성하고, 상기 각 아암(56)들을 링크바(59)로 연결하여 각 모듈프레임(50)들이 동일각으로 회동 연동되도록 하고, 상기 어느 일측 아암(56)과 메인프레임(40) 사이에 스크류잭(57)이 링크연결 되어 구성된 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 시스템.