KR100780565B1

KR100780565B1 - 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치

Info

Publication number: KR100780565B1
Application number: KR1020040097959A
Authority: KR
Inventors: 김응헌
Original assignee: 김응헌
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2007-11-30
Also published as: KR20060058924A

Abstract

본 발명은 태양의 위치에 따른 집진기, 집광기의 위치를 일치시키기 위한 태양위치추적 장치를 얻기 위한 것인 바, 쎈서지지판과; 상기 쎈서지지판의 상부를 4등분된 칸막이를 구성하고, 상기 4등분된 4칸부는 칸막이의 대각선방향으로 배열된 2칸에 광쎈서들을 구성하여 배열하고, 상기 2칸에 형성된 칸막이의 내측면에 연장선상의 상부에 보조그림자턱을 돌출시키도록 구성하고, 상기 칸막이 연장선면에 광쎈서들을 설치한 태양광감지구조부와; 상기 태양광감지구조부의 하단에 태양의 유효광값이 존재시에 태양의 이동방향에 따라 광쎈서들이 들어오는 보조그림자턱의 그림자로 변화된 광전압값을 감지하여 연산부에서 연산후 광전압값이 같아질 때까지 동서방향과 상하방향으로 모터가 작동도록 제어하는 제어부를 포함한 회로기판부를 구성함으로서, +자형 구조와 보조그림자발생 구조로 형성하여 태양의 위치변화를 정확하게 측정한 태양유효광값을 측정할 수 있는 뛰어난 효과가가 있으며 또한 타임모드, 자동모드 등의 기상변화와 계절의 변화에 따라 변동을 기입력된 마이콤을 구성하여 정확하게 위치를 축적할 수 있는 효과가 있다.

광쎈서, 자동모드, 타임모드, 태양위치추적

Description

태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치{Position tracking device to use solar energy}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치를 도시한 평면도,

도 3은 본 발명의 서칸방을 도시한 측면도,

도 4는 본 발명의 동칸방을 도시한 측면도,

도 5는 본 발명의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치에 제어 회로기판을 장착한 사시도이다.

*도면의 주요부호에 대한 설명*

1 : 쎈서지지판 2,3,4,5 : 광쎈서

6 : 거울 7,7-1,7-2,7-3 : 칸막이

8, 9 : 보조그림자턱 10,20 : 동/서칸방

11 : 지지대 30 : 태양광감지구조부

40 : 제어회로기판

본 발명은 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 태양의 위치에 따른 집진판의 위치를 일치시키기 위한 태양위치추적 장치에 관한 것이다.

지구상의 한정된 에너지의 고갈로 인한 에너지 전쟁이 시작되고 있고, 환경오염으로 인한 크린 에너지의 개발이 전세계적으로 활발히 추진되고 있으며 그 일예가 태양에너지의 개발과 활용에 있다.

상기와 같은 과제에 따라 대체에너지로서 자연광을 이용한 여러가지 장치, 즉 태양광 전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있고, 자연환경 제공으로서 자연광 채광장치 등이 개발되고 있다

이러한 과제 아래 태양에너지의 수집장치가 태양의 방향을 추적하여 향일성(向日性)이 유지되도록 함으로써, 태양에너지가 효율적으로 태양에너지 이용기기에 전달될 수 있도록 하는 태양추적장치들이 있었다.

이러한 태양추적장치들은 크게 보아 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 작동되므로서 태양을 추적하는 좌표 계산방식과, 수시로 광쎈서에 의하여 검출되는 신호출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광쎈서방식의 두 가지로 분류할 수 있다.

그러나, 전술한 좌표 계산방식은 일기상태에 구애받지 않고 태양을 추종할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적인 번거로운 교정작업이 필 수적이므로 유지, 보수의 번거로움이 있다. 또한 전술한 광쎈서 방식은 그 구조가 비교적 간결하다는 장점은 있으나 날씨가 흐른 경우에는 태양의 추적이 불가능하고 이러한 상태로 시간이 경과되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우에는 태양이 추적장치의 추적가능범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 되는 것이며, 추종가능범위가 협소하여 작동의 연속성이 유지되기 어렵다는 등의 문제점이 발생한다.

이에 따라서, 대체에너지로서 자연광을 이용한 여러가지 장치, 즉 태양광 전지, 태양열 난방장치등이 개발되고 있고, 자연환경 제공으로서 자연광 채광장치등이 개발되고 있다. 그러나, 이러한 태양광 장치들은 대부분 고정 설치되어 있기 때문에 태양의 움직임에 의한 수광량의 변화로 운영면에서 매우 비효율적이고 불안정하다는 단점을 가지고 있다.

따라서, 보다 효율적이고 안정된 장치개발을 위해서는 먼저 태양을 정밀추적하여 태양과 장치가 항상 수직면상에 높이게 하는 방법을 개발하지 않으면 아니되었다. 현재 이러한 태양추적방법에는 일반적으로 태양추적 쎈서를 사용하고 있으나, 초정밀 태양추적이라는 문제에서는 아직도 연구하여야 할 부분이 다분한 실정이다.

종래에도 미합중국 특허 US 4,424,801과 4,495,408에 기술된 것과 같이, 태양광 검출쎈서들이 개시되어 있고, 태양의 위치에 따라서 장치를 움직일 수 있도록 태양의 방향을 검출하는 기술이 개시되어 있었다. 그러나 상기 미합중국 특허들에 개시된 태양광 검출하는 기술이 개시되어 있었다. 그러나 상기 미합중국 특허들에 개시된 태양광 검출쎈서들은 광쎈서들을 배치하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라, 태양의 고도가 어느 정도 이하가 되면 원통안으로 입사되는 광이 전혀 없게 되어 상기 광쎈서들에 입사되는 광량의 차가 발생하지 않게 되어 태양의 위치를 추적하지 못하게 된다.

또한, 미합중국 특허 US 4,672,191와 같이, 광쎈서들에 입사되는 광량의 차는 태양의 고도에 관계없이 발생하게 되어 있고, 입사되는 광량이 차이나게 광쎈서에 도달되게 하는 차광판의 아래에 광쎈서들을 대칭배치하고 있으나, 광쎈서들을 지지하는 지지판상에 광쎈서들이 직립하여 위치하고 있기 때문에, 미세한 태양위치의 변동에 정밀하게 대처할 수 없었다

따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 태양고도 및 경로위치에 따라 태양에너지와 집진기, 집광기가 직각으로 집광되도록 한 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 날씨의 맑고 흐림에도 관계없는 집열기/집광기 등 태양열 설비가 태양과 일직선상에 위치토록한 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 쎈서지지판과; 상기 쎈서지지판의 상부를 4등분된 칸막이를 구성하고, 상기 4등분된 4칸부는 칸막이의 대각선방향으로 배열된 2칸에 광쎈서들을 구성하여 배열하고, 상기 2칸에 형성된 칸막이의 내측면에 연장선상의 상부에 보조그림자턱을 돌출시키도록 구성하고, 상기 칸막이 연장선면에 광쎈서들을 설치한 태양광감지구조부와; 상기 태양광감지구조부의 하단에 태양의 유효광값이 존재시에 태양의 이동방향에 따라 광쎈서들이 들어오는 보조그림자턱의 그림자로 변화된 광전압값을 감지하여 연산부에서 연산후 광전압값이 같아질 때까지 동서방향과 상하방향으로 서보 모터가 작동도록 제어하는 제어부를 포함한 회로기판부를 구성하여 달성하였다.

이하, 본 발명의 일실시예의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치의 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 바람직한 실시예의 +자형 칸막이를 구성한 쎈서지지판을 도시한 도면이고, 도 2는 상부에서 본 평면도로 광쎈서들이 4개가 장착되어 이고, 도 3과 도4는 동/서칸방을 도시한 측면도이고, 도 5는 회로기판과 일체형으로 적층한 상태의 사시도이다.

본 발명의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치는 도 1내지 도5에 도시한 바와 같이 쎈서지지판(2)의 상부를 4등분한 +형 칸막이(7,7-1,7-2,7-3)를 구성하고, 상기 4등분된 4칸부는 칸막이의 대각선방향으로 배열된 동/서칸방(10,20)에 광쎈서(2,3,4,5)을 배열구성하여 동/서칸방에 장착된 광쎈서에서 발생되는 전압은 칸막이의 상부에 형성된 보조그림자턱(8,9)의 그림자로 인하여 태양 빛의 세기 태양 빛의 조사면적에 따라 달라지므로 태양 빛의 세기는 일조조건, 태양빛의 조사면 적에 필수판별요소가 되므로 연산부에서 광쎈서의 편차에 따라 서보모터가 작동하도록 제어하여 태양에너지와 집진기, 집광기가 직각으로 집광되도록 한 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치를 요점으로 하고 있다.

도 1과 도2에 도시한 바와 같이 태양광감지구조부(30)는 쎈서지지판(2)의 상부를 4등분한 +형 칸막이(7,7-1,7-2,7-3)를 구성하도록 하되 대각선 칸방에 광쎈서(2,3,4,5)을 배열하여 설치하되 칸막이와 직교하는 쎈서지지판(2)에 설치되어 있다.

또한, 태양의 위치변화에 따른 그림자를 새겨지도록 광쎈서(2,3,4,5)의 상부에 보조그림자턱(8,9)을 구성하여 태양의 위치변화에 따른 변화량을 주도록 구성되어 있다.

도 4의 서칸부(20)의 일측면에 거울(6)을 구성하여 석양의 빛이 세기가 약할시에 빛을 반사토록 하여 부족한 부분을 보상할 수 있도록 하여 정확한 태양의 위치를 감지할 수 있도록 구성하고 있다.

상기와 같이 구성된 태양광감지구조부(30)의 하부에 회로를 구성한 제어 회로기판부(40)를 적층배열하여 지지대(40)로 끼워 구성되어 태양의 유효광값이 존재시에 태양의 이동방향에 따라 광쎈서들이 들어오는 보조그림자턱(8,9)의 그림자로 변화된 광전압값을 감지하여 연산부에서 연산후 광전압값이 같아질 때까지 동서방향과 상하방향으로 서보모터부가 작동도록 제어하는 제어부를 포함한 회로기판부(40)를 적층하도록 이루어진 결합된 특징이 있다.

상기와 같이 태양광감지구조부(30)와 제어 회로기판부(40)를 적층배열하므 로 제작이 쉽고 배열구조가 공학적으로 이루어져 사용 및 설치가 편리하다.

본 발명의 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치 제어부의 동작을 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 마이컴에 기입된 캐린더에 맞추어 설치장소와 날짜, 시간등을 설정하고, 기입력된 태양의 경로와 최근에 이동된 경로를 입력되도록 프로그램 제어화 되어있다.

절기에 따른 일출시간에 따라 추적가능한 시간(AM-06:30~PM19:30)(41)내에 태양의 세기와 면적에 따른 광쎈서(2,3,4,5)의 광쎈서값을 태양광(고도)감지구조부(30)에서 감지하여 변환연산(39)하도록 하여 4개의 쎈서중 광쎈서유효값(42)의 차이가 발생시 광쎈서모드(43)가 작동되어 광쎈서비교/연산하여 차이발생(44)시 서보 모터작동개시(45)되고, 다시 광쎈서값비교(46)하여 편차가 없으면 모터가정지하도록 이루어진다.

상기 편차가 없을시 서보 모터부의 작동이 멈추면 이때부터 쎈서타임이 작동되어 기입력한 시간이 되면 다시 태양고도감지 광세서의 유효값을 측정하여 유효값이 발생이 상기와 같이 반복되도록 이루어진다.

본 발명의 서보 모터는 2개 또는 그 이상의 설치가 가능하며, 방향속도제어신호에 따라 모터의 회전속도와 작동시간, 감속기어와 연결되어 회전되는 모터의 구성요소로 이루어지고 있으나 본 발명의 도면에는 도시하지 하지 않았다.

상기 4개의 광쎈서의 유효값이 전부무효값(49)이면 설정시간 10분 후에 타임모드(50)가 작동되어 기입력된 타임 프로그램에 따라 태양의 위치를 자동추적토록 서보 모터부가 작동개시(51)하여 태양의 경로로 이동되고 다시 쎈서타임이 작동되어 광쎈서(2,3,4,5) 중 어느 한 개라도 광전압 유효값이 감지되면 다시 광쎈서모드(43)가 작동하여 비교연산되어 진다.

상기 유효값이 발생되지 않으면 다시 타임모드진행(53)되어 서보 모터부가 작동을 개시하고 설정된 시간후에는 다시 리턴모드(54)로 전환되어 동쪽으로이동(56)되어지고 일정한 한계위치정지(57)하여 대기되도록 작동되어지고, 다시 일출시전에 서쪽으로 이동한계위치에 대기(58)하는 것을 반복적으로 플로우가 이루어져 태양의 에너지를 최대한 집진 할 수 있도록 하였다.

예컨대, 본 발명은 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 +자형 구조와 보조그림자발생 구조로 형성하여 태양의 위치변화를 정확하게 측정한 태양유효광값을 측정할 수 있는 뛰어난 효과가가 있으며 또한 타임모드, 자동모드 등의 기상변화와 계절의 변화에 따라 변동을 기입력된 마이콤을 구성하여 정확하게 위치를 추적할 수 있으므로 태양에너지 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

쎈서지지판과;

상기 쎈서지지판의 상부를 4등분된 +자형태의 칸막이를 구성하고, 상기 칸막이의 대각선방향으로 배열된 2칸에만 광쎈서들을 구성하여 배열하고, 상기 2칸에 형성된 칸막이의 내측면 연장선상의 상부에 보조그림자턱을 돌출시키도록 구성하고, 상기 칸막이와 쎈서지지판의 접선상에 광쎈서들을 설치한 태양광감지구조부와;

상기 태양광감지구조부의 하단에 태양의 유효광값이 존재시에 태양의 이동방향에 따라 광쎈서들이 들어오는 보조그림자턱의 그림자로 변화된 광전압값을 감지하여 연산부에서 연산후 광전압값이 같아질 때까지 동서방향과 상하방향으로 모터가 작동도록 제어하는 제어부를 포함한 회로기판부를 구성한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치.
제 1항에 있어서, 상기 제어부는 태양광감지구조부에 구성된 광쎈서들에 의해 감지한 광전압값의 변화를 감지하여 연산부에서 연산하여 편차가 있을 시에 동서방향과 상하방향으로 이동하도록하고, 광쎈서들 중에 어느 한 개라도 유효광전압값이 감지시에 다시 광쎈서들의 광전압값을 비교연산하여 2개의 서보 모터부를 작동하여 어떠한 각도에서 든지 정확하게 추적하도록 서보 모터부에 전원을 공급토록 이루어지며,

기입력된 시간설정에 주기적으로 광쎈서들의 광전압값을 반복적으로 비교연산토록 쎈서체크타임부를 구성하고, 상기 광쎈서들의 유효광전압값이 일시 또는 지속적으로 존재치 않을 시에는 이미 설정된 타임계산프로그램에 따라 자동추적하도록 한 마이콤으로 구성함을 특징으로 하는 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치.
제 1항에 있어서, 상기 태양광감지구조부는 원형 또는 각형구조로 형성된 쎈서지지판과 상기 쎈서지지판을 4등분한 칸막이의 1면 또는 2면에 거울을 부착한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치.