KR100780571B1

KR100780571B1 - 현가장치를 이용한 태양 추적장치

Info

Publication number: KR100780571B1
Application number: KR1020070021277A
Authority: KR
Inventors: 백 희 원; 김용식
Original assignee: 주식회사 비제이 피앤에스; 백 희 원
Priority date: 2007-03-05
Filing date: 2007-03-05
Publication date: 2007-11-30

Abstract

본 발명은 태양광 집광을 위한 태양광 추적장치에 관한 것으로, 태양광을 집광하는 태양광 집광판의 뒷면에 주 지지봉이 자유롭게 상하 좌우로 회동할 수 있게 설치되고, 상기 주 지지봉과 태양광 집광판 사이에 상기 태양광 집광판을 자유롭게 상하 좌우로 회동시킬 수 있게 하는 현가장치가 설치되며, 상기 현가장치에 태양광 센서와 전자 컨트롤러에 의해 제어되는 구동모터가 설치된 구조로 이루어져 있다. 상기 현가장치는 주 지지봉에 각각 회동할 수 있게 설치된 가로 및 세로 지지대와, 상기 가로/세로 지지대의 양쪽 선단에 설치되어 상하로 신축 이동할 수 있게 설치된 신축 연결부재로 이루어져 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 발명의 태양 추적장치는 구조가 간단하여 쉽게 설치할 수 있을 뿐만 아니라 필요에 따라 간단하게 이동하여 설치할 수가 있고, 태양광의 조사 각도에 따라 구동모터가 선택적으로 작동하면서 태양광 집광판의 각도를 조절하여 항상 최적의 상태로 태양광을 집광할 수 있게 한다.

현가장치, 태양추적, 태양광 집광판

Description

현가장치를 이용한 태양 추적장치{A SOLAR TRACKING DEVICE USING A SUSPENSION MECHANISM}

도 1은 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치에 의해 지지되어 있는 상태를 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치를 이루는 스크류봉과 지지봉에 의해 자유롭게 회동할 수 있게 연결된 상태를 나타낸 측면도,

도 3은 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치에 의해 오른쪽으로 기울어진 상태를 나타낸 측면도,

도 4는 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치에 의해 왼쪽으로 기울어진 상태를 나타낸 측면도,

도 5는 도면 4의 "A"부분에 대한 확대 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 지지봉의 설치구조에 대한 다른 실시예를 나타낸 부분도,

도 7(a)(b)는 본 발명에 따른 태양 추적장치를 구성하는 태양광 센서의 일례를 도시한 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 - 태양광 집광판 3 - 베이스

5 - 주 지지봉 7 - 현가장치

9 - 태양광 센서 11 - 컨트롤러

13 - 구동모터 15 - 가로 지지대

17 - 세로 지지대 19 - 신축 연결부재

21 - 조인트 23 - 감속기

25 - 구동기어세트

본 발명은 태양광 집광판의 태양 추적장치에 관한 것으로, 특히 태양광 집광판이 간단한 현가장치에 의해 자유롭게 전후좌우로 기울어질 수 있게 하여, 태양광 집광판의 각도를 최적의 상태로 자동 조절할 수 있게 한 현가장치를 이용한 태양 추적장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 집광판은 태양광 전지나 태양광을 이용한 보일러 등에서 사용되는데, 이러한 태양광 집광판은 그 효과를 높이기 위해 항상 태양이 비추어지는 수직으로 배치되어야만 한다.

따라서 통상의 태양광 집광판을 이용한 태양전지 등에는 그레이디언 트(gradient)가 최대로 되게 하기 위해 태양의 이동에 따라 태양광 집광판이 자동적으로 이동하면서 태양광의 집광 효율을 높이게 되어 있다.

이와 같이 태양광 집광판의 태양광 집광 효율을 높이기 위해 태양광 집광판이 태양의 이동에 따라 이동하게 하는 방안으로서, 태양광 집광판에 각도를 조정할 수 있는 각도 조정기구를 설치해 두고, 상기 각도 조정기구에 미리 태양의 궤적에 따른 각도가 입력된 전자적 컨트롤러를 연결하여, 시간의 경과에 따라 자동적으로 각도 조정기구를 가동시킴으로써, 태양광 집광판의 각도를 조절하게 한 것이 있는데, 이러한 각도 조정기구 만으로서는 태양광 집광판을 태양과 직각으로 정확하게 맞추어 주기가 어렵다는 단점이 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해소하기 위한 방안으로서, 특허 10-656139호 및 특허공고 1994-835호와 같은 장치가 제안되어 있는바, 이러한 기존의 장치는 태양광 집광판을 프레임에 장착하여 프레임의 각도를 조절함으로써, 태양광 집광판의 각도를 조절해 주게 되어 있는데, 상기한 바와 같은 종래의 장치는 그 구조가 복잡하고, 복잡한 구조의 장치를 사용하여 태양의 궤적에 따라 태양광 집광판의 각도를 정확하게 맞추어 주기가 어렵다는 단점이 있었고, 자유롭게 이동하기가 곤란하다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 태양 추적장치에 따른 문제점을 해결하여, 구조가 간단하면서도 태양의 궤적에 따라 태양광 집광판의 각도를 편리하 고 정확하게 조절해 줄 수 있게 한 태양 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 설치구조물에 부착되는 베이스에 수직으로 고정 설치된 주 지지대와, 상기 주지지대에 가로 방향으로 고정 설치된 가로 지지대, 상기 주 지지대에 대해 세로 방향으로 고정 설치된 세로 지지대, 상기 가로 지지대와 세로 지지대 각각의 한쪽 선단에 상하 이동할 수 있게 설치된 수직 스크류봉, 상기 수직 스크류봉과 구동기어세트를 통하여 결합되어 수직 스크류봉을 가로/세로 지지대에 대하여 상하로 이동할 수 있도록 구동시켜 주는 구동모터, 상기 가로 지지대와 세로 지지대의 다른 한쪽 선단에 설치되어 가로/세로 지지대와 태양광 집광판을 연결시켜 지지해 주는 지지봉, 상기 주 지지대와 수직 스크류봉 및 지지봉의 상단 각각에 조인트를 통하여 자유롭게 회동할 수 있도록 연결된 태양광 집광판, 태양광의 조사 방향을 센싱하는 태양광 센서, 상기 태양광 센서와 구동모터를 연계하여 태양광의 조사 방향에 따라 태양광 집광판의 각도를 조정해 주는 컨트롤러로 이루어진다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 장치는 태양광 센서에 비추어지는 태양의 조사 각도와 태양광 집광판의 각도가 일치하지 않는 경우에 구동모터를 구동시켜 상기 가로 및/또는 세로 지지대의 스크류봉을 상하로 이동시켜 줌으로써, 스크류봉의 상단에 볼 또는 유니버셜 조인트에 의해 자유롭게 회동할 수 있게 연결된 태양광 집광판의 각도가 최적의 상태로 조절되어져 태양광을 최대한으로 집광시킬 수 있게 한다.

이러한 본 발명의 장치는 구조가 간단하여, 설치하기가 용이할 뿐만 아니라 필요에 따라서는 간단하게 이동 설치할 수도 있고, 또한 설치비용도 저렴하면서도 정확하게 태양광 집광판을 제어할 수 있는 것이다.

이하 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도면 1은 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치에 의해 지지되어 있는 상태를 나타낸 사시도이고, 도면 2는 본 발명에 따라 태양광 집광판이 현가장치를 이루는 스크류봉과 지지봉에 의해 자유롭게 회동할 수 있게 연결된 상태를 나타낸 측면도로서, 이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 태양광을 집광하는 태양광 집광판(1)의 뒷면에 구조물에 장착되는 베이스(3)와 연결된 주 지지봉(5)이 자유롭게 전후좌우로 자유롭게 회동할 수 있게 설치되고, 상기 주 지지봉(5)과 태양광 집광판(1) 사이에 상기 태양광 집광판(1)을 자유롭게 전후좌우로 자유롭게 회동시킬 수 있게 하는 현가장치(7)가 설치된 구조로 이루어져 있다.

그리고, 상기 현가장치(7)에 태양광 센서(9)와 전자 컨트롤러(11)에 의해 제어되는 구동모터(13)가 설치되어 있다.

상기 현가장치(7)는 주 지지봉(5)에 가로 및 세로 방향으로 고정 설치된 가로 지지대(15) 및 세로 지지대(17)와, 상기 가로/세로 지지대(15, 17)의 양쪽 선단에 각각 설치되어 태양광 집광판(1)을 상하로 신축 이동하면서 지지하는 신축 연결부재(19)로 이루어져 있다.

여기서 상기 신축 연결부재(19)는 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17)에 공 통적으로 설치되어 동일한 구조로 이루어져 있으면서, 단지 설치 방향만 가로 또는 세로 방향으로 배치되어 있는 점에서 차이가 있을 뿐이다.

이러한 신축 연결부재(19)는 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17)의 한쪽 선단에 상하 이동할 수 있게 설치되어 태양광 집광판(1)을 상하로 이동시켜 주는 수직 스크류봉(19a,19b)과, 상기 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17)의 다른 한쪽 선단에 설치되어 태양광 집광판을 지지해 주는 지지봉(19c,19d)으로 이루어진다.

한편, 상기 주 지지봉(5)과 수직 스크류봉(19a,19b) 및 지지봉(19c,19d)은 태양광 집광판(1)에 대하여 전후좌우로 자유롭게 회동할 수 있는 조인트(21)에 의해 연결되어 있는데, 상기한 바의 조인트(21)로서 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트를 사용하여 자유롭게 전후좌우 방향으로 회동할 수 있게 지지할 수가 있다.

상기 수직 스크류봉(19a)에는 도면 5에 도시한 바와 같이, 모터(13)의 회전속도를 감속시켜 주는 감속기(23)와, 상기 감속기(23)의 출력을 전달받아 구동하면서 상기 수직 스크류봉(19a)에 맞물려 있는 구동기어세트(25)가 장착되어, 상기 모터(13)의 구동력이 감속기(23)를 통하여 구동기어세트(25)를 회전시키면, 상기 구동기어세트(25)에 나사 결합되어 있는 수직 스크류봉(19a,19b)이 나사산을 따라 상하로 이동하게 되어 있다.

그리고, 상기 지지봉(19c,19d)은 가로/세로 지지대(15,17)와 태양광 집광판(1) 사이를 연결하여, 상기 수직 스크류봉(19a,19b)이 상하 이동함에 따라 태양광 집광판(1)을 가로/세로 지지대(19,21)에 대해 지지해 주게 하면서 태양광 집광판(1)이 전후좌우로 기우어질 수 있게 한다.

따라서, 도면 2에 도시한 바와 같이 태양광 집광판(1)이 수평상태로 배치되어 있는 상태에서, 도면 3과 도면 4에 도시한 바와 같이 상기 수직 스크류봉(19a,19b)이 모터(13)에 의해 상하로 이동하면, 상기 지지봉(19c,190d)이 수직 스크류봉(19a,19b)의 이동과 반대 방향으로 상하 신축하면서 태양광 집광판(1)이 전후좌우 방향으로 기울어질 수 있게 지지해 주게 된다.

이러한 지지봉(19c,19d)은 여러 가지 타입으로 만들 수가 있는바, 도면 2에서 도면 4까지에 도시한 바와 같이 가스 실린더를 사용하여, 수직 스크류봉(19a,19b)이 상하로 이동함에 따라 그 길이가 자체적으로 변화되면서 가로/세로 지지대(15,17)에 대하여 태양광 집광판(1)을 지지하게 해 줄 수 있는 한편, 도면 6에 도시한 바와 같이 상기 지지봉(19c,19d)이 슬라이드 봉으로 이루어지고, 상기 슬라이드 봉이 슬라이드 베어링(19e)에 상하로 미끄러지면서 이동할 수 있게 할 수가 있다.

한편, 상기한 바와 같이 지지봉(19c,19d)을 슬라이드 봉으로 이루어지게 한 경우에는, 슬라이드 베어링(19e)의 내부에 탄성 스프링 등과 같은 지지 수단을 설치하여 상기 슬라이드 봉이 슬라이드 베어링(19e)을 통하여 무저항의 상태로 아래로 쳐지지 않고 소정의 저항력으로 지탱하면서, 상기 스크류봉(19a,19b)의 상하 이동에 따라 상하 이동하면서 태양광 집광판(1)을 지지하게 할 수가 있다.

한편, 상기 태양광 센서(9)는 도면 7에 도시한 바와 같이, 삼각형 또는 사각형 타입의 것을 사용할 수가 있는데, 이러한 태양광 센서(9)는 태양광 집광판(1) 위에 설치할 수도 있고, 아니면 다른 구조물에 설치하여 태양광이 비추어지는 각도 를 측정하여 그 결과를 컨트롤러(11)에 전달하게 되어 있다.

이러한 구조로 이루어진 본 발명의 장치는, 상기 태양광 집광판(1)이 컨트롤러(11)에 입력된 데이터에 의해 자동적으로 시간의 흐름에 따라 전후좌우로 기울어지면서 태양의 조사 방향에 항상 직각방향을 이루도록 기울어지게 하는데, 컨트롤러(11)에 입력된 데이터의 정보와 태양광 센서(9)에서 감지된 태양광의 각도 및 태양광 집광판(1)의 각도가 서로 일치하지 않는 경우에는 컨트롤러(11)에 의해 태양광 집광판(1)의 각도를 조절하여 항상 태양광 집광판(1)이 태양에 직각 상태로 배치되어지게 조절해 주게 된다.

상기 태양광 집광판(1)의 각도가 조절되어지는 과정은, 먼저 태양광 센서(9)에서 감지된 태양광의 각도와 태양광 집광판(1)의 각도가 일치하지 않으면, 컨트롤러(11)에서 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17)에 설치된 구동모터(13)에 전기신호가 선택적으로 인가되어, 가로 지지대(15)의 수직 스크류봉(19a)을 상하로 이동시켜 주면 태양광 집광판(1)이 전후 방향으로 기울어지게 되고, 이와 반대로 상기 세로 지지대(17)의 수직 스크류봉(19b)을 상하로 이동시켜 주면 태양광 집광판(1)이 좌우 방향으로 기울어지게 된다.

이와 같이 태양광 집광판(1)이 전후좌우로 기울어지면 태양광 집광판(1)의 각도가 태양을 향하여 정직각을 이루도록 배치되어져, 태양으로부터 조사되어지는 태양광을 최대한으로 집광시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기한 바와 같이 수직 스크류봉(19a 또는 19b)이 상하로 이동할 때, 태양광 집광판(1)이 좌우로 자유롭게 기울어지게 하기 위해, 상기 태양광 집광 판(1)에 연결되어 있는 주 지지봉(5)과 수직 스크류봉(19a,19b) 및 지지봉(19c,19d)의 상단에 전후좌우 방향으로 자유롭게 회동할 수 있는 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트와 같은 조인트(21)가 설치되어 태양광 집속판(1)이 자유롭게 기울어질 수 있게 한다.

따라서 본 발명에 따른 장치는 간단한 구조의 장치를 사용하여 태양광의 조사 각도에 맞추어 태양광 집광판(1)을 전후좌우로 회동시켜 줄 수가 있으므로, 태양광의 집광 효과를 최대한으로 증대시켜 줄 수가 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 현가장치를 이용한 태양 추적장치는 건축물 또는 구조물 위에 간단하게 부착할 수 있는 베이스(3)에 장착되어 있으면서, 태양광 집광판(1)이 간단한 구조의 현가장치(7)에 의해 지지되어 있기 때문에 필요에 따라 간단하게 다른 곳으로 이동하여 설치할 수가 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 현가장치(7)가 중앙의 주 지지봉(5)에 고정 설치된 가로/세로 지지대(15,17)에 대해 수직 스크류봉(19a,19b)과 지지봉(19c,19d)을 통하여 연결된 간단한 구조로 이루어져 있으면서도 태양광 집광판(1)을 정확하게 태양광의 조사 방향에 맞추어 조절해 줄 수가 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims

설치구조물에 부착되는 베이스(3)에 수직으로 고정 설치된 주 지지봉(5)과, 상기 주 지지봉(5)에 가로 방향으로 고정 배치된 가로 지지대(15), 상기 주 지지봉(5)에 대해 세로 방향으로 고정 배치된 세로 지지대(17), 상기 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17) 각각의 한쪽 선단에 상하 이동할 수 있게 설치된 수직 스크류봉(19a,19b), 상기 수직 스크류봉(19a,19b)과 구동기어세트(25)를 통하여 결합되어 수직 스크류봉(19a,19b)을 가로/세로 지지대(15,17)에 대하여 상하로 이동할 수 있게 구동시켜 주는 구동모터(13), 상기 가로 지지대(15)와 세로 지지대(17)의 다른 한쪽 선단에 설치되어 가로/세로 지지대(15,17)와 태양광 집광판(1)을 연결시켜 지지해 주는 지지봉(19c,19d), 상기 주 지지봉(5)과 수직 스크류봉(19a,19b) 및 지지봉(19c,19d)의 상단 각각에 조인트(21)를 통하여 자유롭게 회동할 수 있도록 연결된 태양광 집광판(1), 태양광의 조사 방향을 센싱하는 태양광 센서(9), 상기 태양광 센서(9)와 구동모터(13)를 연계하여 태양광의 조사 방향에 따라 태양광 집광판(1)의 각도를 조정해 주는 컨트롤러(11)로 이루어진 태양 추적장치
제 1 항에 있어서, 상기 지지봉(19c,19d)이 가스 실린더로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 추적장치
제 1 항에 있어서, 상기 지지봉(19c,19d)이 슬라이드 봉으로 이루어지고, 상기 가로/세로 지지대(15,17)의 한쪽 선단에 상기 슬라이드 봉이 결합되는 슬라이드 베어링(19e)이 설치된 것을 특징으로 하는 태양 추적장치
제 1 항에 있어서, 상기 조인트(21)가 볼 조인트 또는 유니버셜 조인트로 이루어진 것을 특징으로 하는 태양 추적장치