KR100799771B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양의 고도에 따라 회동함으로써 태양광의 집광효율을 높일 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 지면으로부터 상방으로 연장되며 상호 이격 설치되는 복수개의 서포트부재와, 서포트부재의 사이에 회동 가능하게 설치되는 회동축과, 회동축에 설치되는 메인프레임을 포함하는 제1 회동유니트와, 메인프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과, 서포트부재에 설치되어 메인프레임의 각도를 조절하기 위해 회동축을 회동시키는 각도조절부와, 메인프레임이 각도조절부에 의해 회동할 때, 메인프레임의 뒤틀림을 방지하기 위해 메인프레임에 설치되는 보조프레임을 구비한다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양의 고도와 이동에 따라 발전효율이 높아지도록 태양광 발전모듈을 트래킹 할 수 있으며, 트래킹 과정에서 메인프레임의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.

그리고 태양광 발전모듈의 단위집광판들이 개별적으로 회동함으로써 풍압과 같은 외부요인에 의한 메인프레임 또는 단위집광판의 회동위치 변화가 최소화되는 이점을 제공한다.

Description

태양광 발전장치 {Solar power plant having solar tracking apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 일 실시예를 도시한 부분 절단 사시도,

도 2는 도 1의 메인프레임 및 보조프레임을 도시한 부분 발췌 사시도,

도 3은 회동유니트의 다른 실시예를 도시한 부분 절단 사시도,

도 4는 도 1의 실시예의 각도조절부 및 위치고정부를 도시한 정면도,

도 5는 위치고정부의 다른 실시예를 도시한 정면도,

도 6은 진동감쇠부의 일 실시예를 도시한 정면도,

도 7은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 다른 실시예를 도시한 부분 절단 사시도,

도 8은 도 7의 메인프레임 및 보조프레임을 도시한 부분 발췌 사시도,

도 9는 도 7의 단위집광판들을 구동시키는 구동부를 나타낸 부분 발췌 사시도,

도 10은 단위집광판들을 구동시키는 구동부의 다른 실시예를 나타낸 부분 발췌 사시도,

도 11은 제2 회동유니트의 다른 실시예를 도시한 부분 발췌 사시도.

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 태양의 고도에 따라 회동함으로써 태양광의 집광효율을 높일 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 태양열을 이용하는 발전방식과, 태양광을 이용하는 발전방식으로 구분된다. 특히, 태양광을 이용하는 발전방식은 무한한 청정에너지를 이용한 것으로 별도의 에너지나 구동원이 필요하지 않으며, 소규모에서 대규모 시스템의 시공이 간단하고, 환경문제에 따른 설치제한에 영향을 받지 않는다는 이점이 있기 때문에 그 가능성이 무한하지만, 한편으로는 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 다량의 태양광 발전모듈이 필요하며, 상용전력에 비해 고가의 설치 비용이 소요되기도 한다.

상술한 태양광 발전모듈은 발전효율을 극대화하기 위해 태양의 직사광선이 태양광 발전모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기조작을 통하여 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 태양의 고도에 따라 상하로 위치가 변화되는 반고정식, 태양의 고도에 관계없이 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.

상기 추적식 태양광 발전모듈의 추적장치는 이동하는 태양을 추적하면서 집광성을 높이기 위해 집광판을 이동시키는 장치이다. 추적장치의 추적방법은 크게 프로그램 추적과 센서 추적이 있다. 프로그램 추적은 지구의 자전과 공전에 의한 태양의 이동을 미리 프로그램에 입력하여 집광판을 회전시키는 추적방법이다. 반면에 센서 추적은 태양의 이동을 센서로 감지하여 집광판의 방향을 제어하는 것으로, 각종 관련요소 기술의 진보에 따라 여러 가지 개량이 이루어지고 있다. 추적장치 기술에는 태양위치 검출방법, 추적부재, 추적구동방식, 구동동력 등이 있다.

종래의 태양추적 정렬방식의 일례가 대한민국 등록실용신안 제297771호에 게시되어 있다. 게시된 태양추적 정렬방식은 태양광을 집속하는 솔라모듈과 일체화되어 상기 솔라모듈 모듈을 회전시킴과 아울러 회전위치를 감지하는 엔코더가 내장된 트랙커를 구비한다.

대한민국 등록특허 제044021호에는 태양 자동 추적장치의 태양 추적방법이 게시되어 있다. 게시된 태양 추적방법은 태양광 발전모듈의 법선 방위각이 태양의 방위각보다 제1 각도 뒤지게 될 때, 태양광 발전모듈의 법선 방위각이 태양의 방위각보다 제2 각도만큼 앞서도록 상기 태양광 발전모듈을 구동시키는 구성을 가진다.

등록특허 제0483291호에는 태양열 관련설비의 태양 위치 추적방법이 게시되어 있으며, 등록특허 제0369897호에는 집광식 태양열 집열기를 위한 혼합식 태양 추적 제어장치가 게시되어 있다. 그리고 등록 실용신안 제0404291호에는 태양광 발전용 집광유닛을 구비한 태양추적장치가 게시되어 있으며, 실용신안 공개 제1999-0000186호에는 무선호출에 의한 태양 전지판의 각도 조절장치가 게시되어 있다.

상술한 바와 같이 태양광의 위치 추적장치는 그 구조가 상대적으로 복잡하고, 위치 고정이 정확하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다. 특히 강풍에 대한 지지력이 약하여 설정된 태양 추적 각도를 유지하기가 어렵다.

본 발명은 계절에 따라 변화하는 태양의 고도 및 지구의 자전에 의한 태양의 이동에 따라 태양광 발전모듈로 입사하는 태양광의 입사각이 수직에 가깝도록 태양광 발전모듈을 트래킹함으로써 구조가 간단하고 발전효율을 높일 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 태양광 발전모듈을 지지하는 메인프레임의 뒤틀림 현상을 방지하고, 풍압과 같은 외부 요인에 대해 태양광 발전모듈의 위치가 일정하게 고정될 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 지면으로부터 상방으로 연장되며 상호 이격 설치되는 복수개의 서포트부재와, 서포트부재의 사이에 회동 가능하게 설치되는 회동축과, 회동축에 설치되는 메인프레임을 포함하는 제1 회동유니트와, 메인프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과, 서포트부재에 설치되어 메인프레임의 각도를 조절하기 위해 회동축을 회동시키는 각도조절부와, 메인프레임이 각도조절부에 의해 회동할 때, 메인프레임의 뒤틀림을 방지하기 위해 메인프레임에 설치되는 보조프레임을 구비한다.

태양광 발전모듈은 태양광을 집광하는 복수개의 단위집광판들을 포함하며, 단위집광판들은 각각 메인프레임의 상부에 회동축의 연장방향과 직교되는 방향으로 연장되게 설치되는 보조회동축과, 보조회동축을 회동시키는 구동부를 포함하는 제2 회동유니트에 의해 메인프레임에 회동가능하게 결합되는데, 구동부는 상기 각각의 보조회동축의 일측 단부에 고정되며 하방으로 연장되는 복수개의 링크와, 상기 각각의 링크에 연결되어 상기 회동축의 연장방향을 따라 전진 또는 후진 가능하게 설치되는 커넥팅 로드와, 상기 메인프레임에 설치되며, 상기 커넥팅 로드와 연결되는 피스톤 로드를 포함하는 액튜에이터를 구비하는 것이 바람직하다.

단위집광판을 회동시키는 제2 회동유니트는 메인프레임의 상면 일측 단부의 양 측에 각각 설치된 회동모터와, 상기 메인프레임의 길이방향을 따라 연장되며 상기 회동모터에 의해 회동되는 회동로드와, 상기 회동로드에 각각의 단위집광판의 일측 단부와 대응되는 지점에 위치하도록 소정간격 이격되게 설치되는 회동부재와, 상기 회동부재에 회동가능하게 설치되며, 일단이 상기 단위집광판의 일측 양 모서리에 힌지결합되는 승강로드와, 상기 승강로드가 결합되지 않은 타측의 선택된 하나의 모서리에 일단이 지지되고 타단이 메인프레임에 결합되는 볼 조인트를 구비할 수도 있다.

각도조절부는 서포트부재의 일측에 마련된 지지판에 힌지결합된 본체와, 본체에 슬라이딩 가능하게 설치되며 단부가 제1 회동유니트의 일측에 힌지연결된 리드스크류와, 본체에 회전 가능하게 설치되며 리드스크류와 나사결합되는 웜휠과, 본체에 설치되어 웜휠과 치합되는 웜을 구비하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 메인프레임의 회동위치를 고정하기 위한 것으로, 상기 회동축을 중심으로 상기 제1 회동유니트의 양측에 양 단부가 각각 고정된 자성체 로프와, 상기 서포트부재에 회동 가능하게 설치되어 상기 자성체 로프와 접촉하여 상기 자성체 로프의 진행방향을 가이드하며 전원의 인가 여부에 따라 상기 자성체 로프를 고정시키는 마그네틱 브레이크 롤 베어링을 포함하는 위치고정부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

그리고 서포트부재는 5 내지 7m 간격으로 상호 이격되게 설치되며, 메인프레임은 회동축의 길이방향과 평행하게 연장되며 회동축으로부터 동일거리만큼 양 측으로 이격된 두 개의 평행바와, 각각의 평행바의 일측 단부와 타측 단부를 각각 연결하는 결합바를 포함하고, 보조프레임은 메인프레임의 네 모서리로부터 평행바를 이 분할하는 지점까지 대각선 방향으로 연장되게 설치되는 경사바를 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치를 보다 상세하게 설명한다.

도 1, 도2 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(10)는 지면에 고정되어 상방으로 일정길이 연장되며, 남북방향으로 소정 간격 이격 설치되는 세 개의 서포트부재(11)와, 서포트부재(11)의 사이에 회동가능하게 설치되는 회동유니트(80)와, 회동유니트(80)의 상면에 결합되는 태양광 발전모듈(87)과, 회동유니트(80)를 회동시키는 각도조절부(40) 및 회동유니트(80)를 고정시키는 위치고정부(50)를 구비한다.

서포트부재(11)는 하단이 지면에 고정되어 있으며, 지면으로 일정거리 상방으로 연장되어 있다. 서포트부재(11)는 세 개가 설치되며 각각의 서포트부재(11)의 상부에는 회동유니트(80)의 회동축(19)이 회동가능하게 설치될 수 있도록 필로우 블럭(13)이 마련되어 있다. 서포트부재(11)는 각각 메인프레임(82)의 길이에 대응 되도록 5 내지 7m 간격으로 상호 이격되게 일직선으로 설치되는데, 회동유니트(80)가 일출부터 일몰까지 지구의 자전에 의한 태양의 이동을 추적하여 회동할 수 있도록 회동축(19)이 남북 방향으로 연장되므로 서포트부재(11) 역시 남북 방향으로 상호 이격되게 설치된다. 세 개의 서포트부재(11)중 중간에 위치한 서포트부재(11)에는 측면 일측에 각도조절부(40)가 결합되는 지지판(12)이 외측으로 돌출되도록 형성되어 있다.

회동유니트(80)는 필로우 블럭(13)에 회동 가능하게 설치되는 회동축과 회동축에 결합되는 메인프레임(82)과, 메인프레임(82)에 설치되는 보조프레임을 포함한다.

메인프레임(82)은 회동축(19)의 길이방향과 평행하게 연장되며, 회동축(19)을 중심으로 양측으로 동일거리만큼 이격된 두 개의 평행바(83)와, 평행바(83)의 일측과 타측 단부를 각각 연결하는 결합바(84)를 포함한다. 따라서 메인프레임(82)은 평행바(83)와 결합바(84)에 의해 전체적으로 사각틀의 형상을 갖는다.

보조프레임은 메인프레임(82)의 뒤틀림을 방지하기 위한 것으로, 메인프레임(82)의 네 개의 모서리에서 각각 평행바(83)를 이분할 하는 지점까지 대각선 방향으로 연장되는 경사바(21)를 구비한다.

메인프레임(82)의 회동은 각도조절부(40)에 의해서 이루어지는데, 메인프레임(82)의 길이가 5 내지 7m로 폭에 비해 상대적으로 길기 때문에 연결바(85)에 연결되어 메인프레임(82)을 회동시키는 각도조절부(40)에 의해 메인프레임(82)이 회전력을 전달받을 때, 각도조절부(40)와 인접된 메인프레임(82)의 일측과, 각도조절 부(40)로부터 이격된 타측 사이에 발생하는 토크의 차이에 의해 메인프레임(82)에 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 뒤틀림은 메인프레임(82)의 수명을 저하시킬 수 있고, 태양의 이동에 따른 메인프레임(82)의 회동시 태양광 발전모듈(87)에 입사하는 태양광의 입사각이 낮아지게 되는 원인이 될 수도 있다.

따라서 메인프레임(82)을 보강하기 위한 보조프레임이 설치되는데, 보조프레임은 상술한 바와 같이 평행바(83) 또는 결합바(84)와 평행하게 연장되지 않고, 메인프레임(82)의 네 모서리로부터 대각선 방향으로 연장됨으로써 각도조절부(40)와 인접하는 메인프레임(82)의 일측 모서리와 이에 대각선 방향으로 대칭 위치에 있는 타측 모서리의 토크의 차이에 의해 메인프레임(82)에 뒤틀림이 발생하지 않도록 효과적으로 메인프레임(82)을 보강할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 회동유니트(80a)의 메인프레임(82a) 및 보조프레임은 가볍고 강도가 높은 각 알루미늄 프레임으로 형성될 수도 있는데, 각 알루미늄 프레임 인발 또는 압출을 통해 소정의 단면 형상을 갖도록 형성된 봉재로, 각 알루미늄 프레임의 단면 형상은 도시된 실시예 외에도 다양하게 형성될 수 있다.

회동유니트(80)는 각도조절부(40)에 의해 태양의 이동 따라 회동하며, 태풍과 같은 외부 요인에 대하여 위치고정부(50)를 통해서 회동유니트(80)의 회동상태를 고정시킬 수 있다.

각도조절부(40)는 서포트부재(11)에 마련된 지지판(12)에 단부가 힌지결합되는 본체(41)와, 본체(41)에 슬라이딩 가능하게 설치되고 단부가 메인프레임(82)을 상호 연결하는 연결바(85)의 일측에 힌지결합되는 리드스크류(42)와, 본체(41)에 회전 가능하게 설치되며 내측면에 리드스크류(42)와 나사결합되는 나사산이 형성된 웜휠(43)과, 본체(41)에 설치되어 웜휠(43)과 치합되는 웜(44) 및 웜(44)을 회동시키는 제1 구동모터(45)를 구비한다.

제1 구동모터(45)가 웜(44)을 회동시키면 웜(44)과 치합된 웜휠(43)이 회동하게된다. 웜휠(43)이 회동하면 리드스크류(42)가 웜휠(43)과 나사결합되어 있고 리드스크류(42)의 일단부는 회동유니트(80)에 고정되어 있기 때문에 리드스크류(42)가 웜휠(43)을 중심으로 승강 또는 하강하게 된다. 따라서 웜(44)이 일측으로 회동하면 이에 따라 리드스크류(42)가 본체(41)의 내측으로 인입되어 회동축(19) 및 메인프레임(82)이 정방향으로 회동하게 되고, 웜(44)이 제1 구동모터(45)에 의해 타측으로 회동하면 리드스크류(42)는 본체(41)로부터 인출되도록 이동하여 연결바(85)를 지지판(12)에 대하여 밀어냄으로써 회동축(19) 및 메인프레임(82)을 역방향으로 회동시킨다.

본 실시예에서는 웜(44)을 회동시키기 위해 제1 구동모터(45)가 본체(41)에 결합되었으나 이와는 달리 웜(44)은 관리자가 직접 회전시킬 수 있도록 마련된 핸들에 의해서 웜(44)이 회동되게 할 수도 있다.

위치고정부(50)는 회동축을 중심으로 양측 메인프레임(82)에 각각 두 개가 설치된다.

위치고정부(50)는 메인프레임(82)에 결합되는 제1 로드(51)와, 서포트부재(11)에 힌지결합되는 제2 로드(52)와, 제1, 제2 로드(51,52)를 상호 연결하는 체결부재(53)을 포함한다. 태풍과 같이 강력한 풍압이 발생하는 경우, 회동유니 트(80)의 회동위치를 고정함으로써 파손을 방지할 필요가 있다. 위치고정부(50)는 사용하지 않을 때에는 제1 로드(51)를 메인프레임(82)으로부터 분리시켜 두었다가 태풍 발생과 같은 긴급 상황시에 관리자가 제1 로드(51)를 메인프레임(82)의 양측에 각각 결합시킨 후 각각의 체결부재(53)을 이용해 장력 조절을 함으로써 위치고정부(50)가 회동유니트(80)의 회동 위치를 고정하게 한다.

본 실시예에서 각도조절수단의 리드스크류(42)는 메인프레임(82)의 회동에 따른 길이변화에 대하여 본체(41)로부터 인입 및 인출되어 본체(41)와 연결바(85) 사이의 연결상태를 유지할 수 있도록 충분히 길게 형성되어 있다.

도 5에는 위치고정부(60)의 다른 실시예가 도시되어 있다.

위치고정부(60)는 메인프레임(82)에 양 단부가 고정된 자성체 로프(61)와, 서포트부재(11)에 설치되며, 자성체 로프(61)의 진행방향을 가이드하고 전원의 공급 유무에 따라 자성체 로프(61)를 고정시키는 마그네틱 브레이크 롤 베어링(62)을 포함한다.

상기 태양광 발전장치(10)가 정상적으로 작동할 때에는 마그네틱 브레이크 롤 베어링(62)에 전원이 인가되지 않으며, 따라서 회동유니트(80)의 회동에 따라 자성체 로프(61)와 마그네틱 브레이크 롤 베어링(62)의 접촉위치가 이동하게 된다. 태풍이 발생하면 풍압에 대한 노출 면적을 최소화하기 위해 각도조절부(40)를 이용하여 회동유니트(80)가 수평상태가 되도록 회동시킨 후 마그네틱 브레이크 롤 베어링(62)에 전류를 공급한다. 마그네틱 브레이크 롤 베어링(62)은 자성체 로프(61)를 고정시켜 회동유니트(80)의 회동위치가 수평상태에 고정되도록 한다.

본 실시예의 서포트부재(11)와 각도조절부(40)를 비롯한 도 1 내지 도 3에 도시된 태양광 발전장치의 구성요소들과 동일한 형태와 기능을 갖는 구성요소들은 모두 동일 번호를 부여하였으며 자세한 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 태양광 발전장치(10)는 댐핑수단을 더 구비할 수도 있다.

각도조절부(40)에 의해 회동유니트(80)가 회동할 때, 태풍과 같은 외부 요인에 의해 강한 풍압이 발생하면 회동유니트(80)가 이 외력에 의해 각도조절부(40)의 작동에 상관없이 회동하게 될 수 있다. 특히 각도조절부(40)에 의한 회동유니트(80)의 회동방향과 풍압에 의한 외력의 작용방향이 서로 상반되는 경우에는 각도조절부(40)가 파손될 가능성이 있으며, 관리자가 원하는 만큼 회동유니트(80)를 회동시키기가 어렵게 된다.

도시된 바와 같이, 댐핑수단은 일단이 메인프레임(82)에 힌지결합된 제1 연결로드(91)와, 제1 연결로드(91)의 타단에 결합된 실린더(93)와, 실린더(93)의 내부에 장착된 피스톤(미도시)에 일단이 연결되어 피스톤의 이동에 따라 실린더(93)에 슬라이딩 가능하며 타단이 서포트부재(11)에 힌지결합되는 제2 연결로드(92)를 구비하는 유압 댐퍼(90)로 되어있다.

유압 댐퍼(90)의 실린더(93) 내부에 충진된 유체에 의해 실린더 내부의 피스톤의 이동이 제한되며 따라서 제2 연결로드(92)의 연장길이가 쉽게 변화하지 않으므로 강한 풍압이 회동유니트(80)에 작용하여도 회동유니트(80)가 이러한 외력에 의해 회동하는 것이 방지된다.

본 실시예에서는 댐핑수단으로서 유압 댐퍼(90)가 사용되었으나, 댐핑수단은 회동유니트(80)가 외력에 의해 회동하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다면 이 외에도 다양한 댐핑장치가 적용될 수 있다.

도 7를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 상방으로 연장되는 세 개의 서포트부재(11)와, 서포트부재(11)의 사이에 회동 가능하게 설치되며 메인프레임(15)을 포함하는 제1 회동유니트(14)와, 제1 회동유니트(14)에 설치되는 태양광 발전모듈(30)과, 제1 회동유니트(14)를 회동시키는 각도조절부(40)와, 제1 회동유니트(14)의 회동 위치를 고정하는 위치고정부(60)와, 메인프레임(15)의 뒤틀림을 방지하기 위한 보조프레임을 구비한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 회동유니트(14)는 서포트부재(11)의 필로우 블럭(13)에 회동 가능하게 결합되는 회동축(19)과, 이 회동축(19)에 결합되는 메인프레임(15)을 구비한다.

메인프레임(15)은 회동축(19)의 길이방향과 평행하게 연장되며, 회동축(19)을 중심으로 양측으로 동일거리만큼 이격된 두 개의 평행바(16)와, 평행바(16)의 일측과 타측 단부를 각각 연결하는 결합바(17)를 포함한다. 따라서 메인프레임(15)은 평행바(16)와 결합바(17)에 의해 전체적으로 사각틀의 형상을 갖는다. 평행바(16)의 상부에는 평행바(16)의 길이방향을 따라 소정간격 이격된 복수개의 브라켓(18)이 마련되어 있다. 브라켓(18)은 후술하는 태양광 발전모듈(30)의 단위집광판(31)들이 회동 가능하게 설치될 수 있도록 하기 위한 것으로, 보조회동축(33)이 회동축(19)과 직교하는 방향으로 설치될 수 있도록 양 측의 평행바(16)에 쌍으로 형성되어 있다.

본 실시예에서는 세 개의 서포트부재(11)의 사이에 두 개의 메인프레임(15)이 장착되며, 각각의 메인프레임(15)은 연결바(20)에 의해 상호 연결되어 있다.

메인프레임(15)의 내측에는 보조프레임으로써 경사바(21)가 결합되어 있는데, 경사바(21)는 상기 도 1, 도2 및 도 3에 도시된 실시예의 보조프레임의 경사바(21)와 동일한 방법으로 메인프레임(15)에 결합되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

도 7 및 도 9를 참조하면, 태양광 발전모듈(30)은 태양광을 집광하여 이로부터 발전을 하는 것으로서, 복수개의 단위집광판(31)들과, 이 단위집광판(31)들을 메인프레임(15)의 상부에 회동가능하게 결합시키는 제2 회동유니트(32)를 포함한다.

단위집광판(31)들은 태양광을 집광할 수 있도록 되어 있으며, 회동축(19)의 연장방향 상으로 1 내지 2m의 폭을 갖게 형성된다.

제2 회동유니트(32)는 회동축(19)과 직교되는 방향으로 연장되도록 단위집광판(31)에 설치되며, 메인프레임(15)의 상부에 설치된 브라켓(18)에 회동가능하게 결합되는 보조회동축(33)과, 보조회동축(33)을 회동시킴으로써 단위집광판(31)들을 회동시키는 구동부를 포함한다.

단위집광판(31)은 보조회동축(33)이 동서방향으로 연장되어 있기 때문에 지구의 공전과 자전축의 기울어짐에 따라 변화되는 태양의 고도에 대응되게 남북방향으로 회동한다.

특히 각각의 단위집광판(31)들이 개별적으로 회동하기 때문에 풍압과 같은 외압에 의해 노출되는 태양광 발전모듈(30)의 면적이 작아지게 되므로, 외부 요인에 의해 태양광 발전모듈(30)의 회동위치가 변동되는 것을 최소화할 수 있다.

구동부는 브라켓(18)으로부터 돌출된 보조회동축(33)에 결합되는 링크(35)와, 각각의 링크(35)를 평행바(16)의 길이방향을 따라 연결하는 커넥팅 로드(36) 및 커넥팅 로드(36)를 전진 또는 후진시키는 액튜에이터(37)를 구비한다. 액튜에이터(37)는 유압에 의해 작동하며, 액튜에이터(37)의 피스톤 로드(38)가 커넥팅 로드(36)의 단부에 연결되어 액튜에이터(37)의 작동에 따라 피스톤 로드(38)가 인입 또는 인출되면 이에 결합된 커넥팅 로드(36)가 전,후진하면서 링크(35)를 회동시킨다. 링크(35)는 다시 보조회동축(33)을 회동시킴으로써 단위집광판(31)들이 회동하게 된다.

도 10에 도시된 바와 같이 단위집광판(31)들에 결합된 보조회동축(33)을 회동시키기 위한 구동부로써 제2 구동모터(34)가 각각의 보조회동축(33)의 일측 단부에 개별적으로 연결될 수도 있다.

도 11에는 단위집광판들을 회동시키는 제2 회동유니트(70)는 다른 실시예가 도시되어있다.

본 실시예의 제2 회동유니트(70)는 메인프레임(15)의 상면 일측 단부의 양 측에 각각 설치된 회동모터(71)와, 메인프레임(15)의 길이방향을 따라 연장되며 회동모터(71)에 의해 회동되는 회동로드(72)와, 회동로드(72)에 각각의 단위집광판(31)의 일측 단부와 대응되는 지점에 위치하도록 회동로드(72)에 소정간격 이격되게 설치되는 회동부재(73)와, 회동부재(73)에 회동가능하게 설치되며, 일단이 단 위집광판(31)의 일측 양 모서리에 힌지결합되는 승강로드(74)와, 승강로드(74)가 결합되지 않은 타측의 선택된 하나의 모서리에 일단이 지지되고 타단이 메인프레임(15)에 결합되는 볼 조인트(75)를 구비한다.

회동모터(71)의 작동에 따라 회동로드(72)가 회전하면 회동부재(73)가 회동로드(72)에 의해 함께 회동하면서 승강로드(74)를 승하강 시킨다. 단위집광판(31)은 승강로드(74)의 승강 또는 하강에 따라 일측이 함께 승강하게 되며, 타측의 일단이 볼 조인트(75)에 의해 회동가능하게 결합되어 있으므로, 태양의 고도에 대응되게 단위집광판(31)을 회동시킬 수 있다.

본 실시예의 태양광 발전장치(100)는 태풍과 같은 강력한 풍압 발생시 파손을 방지하기 위해 회동을 제한하도록 하기 위해 앞선 실시예의 위치고정부(50,60)가 설치될 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)의 작동과정을 설명하면 다음과 같다.

도시되지는 않았으나 각도조절부(40)를 작동시키는 제1 구동모터(45)와, 단위집광판(31)들을 회동시키기 위한 구동부의 액튜에이터(37)를 컨트롤하는 제어기가 일측에 마련되어 있다. 이 제어기는 태양의 고도 및 이동에 따라 최상의 입사각이 형성될 수 있도록 제1 구동모터(45)와 액튜에이터(37)를 작동시키게 된다. 컨트롤러는 태양광 센서를 구비하고 있어서, 이 태양광 센서에 의해 태양의 위치를 추적하여 메인프레임(15)과 단위집광판(31)의 회전각을 정하고 구동시키도록 할 수도 있고, 이와는 달리 계절별 또는 월별로 미리 입력된 태양의 고도와 이동경로를 프 로그램하여 이 프로그램된 정보에 따라 컨트롤러가 제1 구동모터(45) 및 액튜에이터(37)를 작동시키도록 할 수도 있다.

컨트롤러의 신호에 의해 지구의 공전과 기울어진 자전축에 의해 변화하는 태양의 고도에 맞도록 단위집광판(31)들을 회동시키기 위해 액튜에이터(37)를 작동시켜 단위집광판(31)을 회동시킨다. 일반적으로 대한민국의 경우 위도를 38°로 생각하기 때문에 태양의 남중고도가 하지에 77.5°, 동지에 28.5°이다. 이러한 지구 공전에 따른 태양의 고도 변화 때문에 입사각의 차이가 발생하기 때문에 계절별 태양의 고도에 따라 단위집광판(31)을 회동시켜 태양광 발전모듈(30)에 대한 태양광의 입사각이 수직에 가까워지게 함으로써 발전효율을 높일 수 있다.

지구의 자전에 의한 태양의 이동에 따른 트래킹을 위해 컨트롤러가 신호를 보내면 제1 구동모터(45)가 작동하고, 리드스크류(42)의 본체(41)에 대한 인입 및 인출에 의해 제1 회동유니트(14)가 태양의 이동에 대응되도록 회동한다.

이렇게 제1, 제2 회동유니트(32)에 의해 태양광 발전모듈(30)의 단위집광판(31)들이 태양광의 입사각에 대응되도록 회동하기 때문에 태양광 발전모듈(30)의 발전효율이 높아진다.

본 실시예의 태양광 발전장치(100)는 단위집광판(31)이 태양의 고도에 따라 회동되며, 제1 회동유니트(14)가 지구의 자전에 따른 태양의 이동에 대하여 회동할 수 있도록 되어 있으나, 이와는 달리 회동축(19)이 동서방향으로 연장되도록 서포트부재(11)를 설치하고 제1 회동유니트(14)가 지구의 공전과 자전축의 기울어짐에 따른 태양의 고도에 대응되도록 회동하고, 제2 회동유니트(32)는 단위집광판(31)들 이 지구의 자전에 의한 태양의 이동에 대응되는 각도로 회동되도록 할 수도 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양의 고도와 이동에 따라 발전효율이 높아지도록 태양광 발전모듈을 트래킹 할 수 있으며, 트래킹 과정에서 메인프레임의 뒤틀림 현상을 방지할 수 있다.

그리고 태양광 발전모듈의 단위집광판들이 개별적으로 회동함으로써 풍압과 같은 외부요인에 의한 메인프레임 또는 단위집광판의 회동위치 변화가 최소화되는 이점을 제공한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

1. 지면으로부터 상방으로 연장되며 상호 이격 설치되는 복수개의 서포트부재와;

   상기 서포트부재의 사이에 회동 가능하게 설치되는 회동축과, 상기 회동축에 설치되는 메인프레임을 포함하는 제1 회동유니트와;

   상기 메인프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과;

   상기 서포트부재에 설치되어 상기 메인프레임의 각도를 조절하기 위해 상기 회동축을 회동시키는 각도조절부와;

   상기 메인프레임이 상기 각도조절부에 의해 회동할 때, 상기 메인프레임의 뒤틀림을 방지하기 위해 상기 메인프레임에 설치되는 보조프레임;을 구비하며,

   상기 태양광 발전모듈은 태양광을 집광하는 복수개의 단위집광판들을 포함하며,

   상기 단위집광판들은 각각 상기 메인프레임의 상부에 상기 회동축의 연장방향과 직교되는 방향으로 연장되게 설치되는 보조회동축과, 상기 보조회동축을 회동시키는 구동부를 포함하는 제2 회동유니트에 의해 상기 메인프레임에 회동가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 서포트부재는 5 내지 7m 간격으로 상호 이격되게 설치되며,

   상기 메인프레임은 상기 회동축의 길이방향과 평행하게 연장되며, 상기 회동축으로부터 동일거리만큼 양 측으로 이격된 두 개의 평행바와, 상기 각각의 평행바의 일측 단부와 타측 단부를 각각 연결하는 결합바를 포함하고,

   상기 보조프레임은 상기 메인프레임의 네 모서리로부터 상기 평행바를 이분할하는 지점까지 대각선 방향으로 연장되게 설치된 경사바를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 구동부는 상기 각각의 보조회동축의 일측 단부에 고정되며 하방으로 연장되는 복수개의 링크와, 상기 각각의 링크에 연결되어 상기 회동축의 연장방향을 따라 전진 또는 후진 가능하게 설치되는 커넥팅 로드와, 상기 메인프레임에 설치되며, 상기 커넥팅 로드와 연결되는 피스톤 로드를 포함하는 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치
6. 제 1항에 있어서,

   상기 메인프레임의 회동위치를 고정하기 위한 것으로,

   상기 회동축을 중심으로 상기 제1 회동유니트의 양측에 양 단부가 각각 고정된 자성체 로프와,

   상기 서포트부재에 회동 가능하게 설치되어 상기 자성체 로프와 접촉하여 상기 자성체 로프의 진행방향을 가이드하며 전원의 인가 여부에 따라 상기 자성체 로프를 고정시키는 마그네틱 브레이크 롤 베어링을 포함하는 위치고정부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 태양광 발전모듈은 태양광을 집광하는 복수개의 단위집광판들을 포함하며,

   상기 단위집광판들은 상기 메인프레임의 상면 일측 단부의 양 측에 각각 설 치된 회동모터와, 상기 메인프레임의 길이방향을 따라 연장되며 상기 회동모터에 의해 회동되는 회동로드와, 상기 회동로드에 각각의 단위집광판의 일측 단부와 대응되는 지점에 위치하도록 소정간격 이격되게 설치되는 회동부재와, 상기 회동부재에 회동가능하게 설치되며, 일단이 상기 단위집광판의 일측 양 모서리에 힌지결합되는 승강로드와, 상기 승강로드가 결합되지 않은 타측의 선택된 하나의 모서리에 일단이 지지되고 타단이 메인프레임에 결합되는 볼 조인트를 구비하는 제2 회동유니트에 의해 상기 메인프레임에 회동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 메인프레임 및 상기 보조프레임은 인발 또는 압출을 통해 소정의 내부 형상을 갖는 봉재인 각 알루미늄 프레임으로 형성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 메인프레임이 각도조절부에 의해 회동할 때, 안정적으로 회동할 수 있도록 하기 위한 것으로서,

   상기 제1 회동유니트와 상기 서포트부재 사이에 설치되어 상기 제1 회동유니트의 진동을 감쇠시키는 댐핑수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

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