KR100803232B1

KR100803232B1 - 태양 추적장치

Info

Publication number: KR100803232B1
Application number: KR1020070040755A
Authority: KR
Inventors: 김병철; 김선호
Original assignee: 한국에이.비이.엠.건설 주식회사
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2007-04-26
Publication date: 2008-02-14

Abstract

본 발명은 태양광을 이용하는 하나 또는 하나 이상의 광학부와; 막대형으로서 중간부에 볼 조인트(받침점 볼 조인트)를 형성시켜 지레의 받침점이 되도록 하며, 일측 단부에는 상기 광학부를 고정하여 지레의 작용점으로 되게 하고, 타측 단부는 지레의 힘점이 되도록 하는 광학부 마운트와; 상기 광학부 마운트의 볼 조인트가 삽입되는 홀이 형성되어 상기 광학부 마운트가 볼 조인트를 중심으로 유니버셜 운동하도록 고정된 지지판과; 상기 지지판의 하측에 형성된 판으로서, 상기 지지판을 관통하여 내려온 상기 광학부 마운트의 타측 단부와 회동 또는 구면습동(universal moving)되도록 결합되며, 상기 지지판에 대하여 판 운동이 발생되는 구동판과; 상기 구동판을 판운동시키는 구동부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치에 관한 것이다.

본 발명에 의하여 태양의 적경, 적위 운동을 평면 판운동만으로 추적하며, 판운동의 구조를 단순화시켜 장치의 무게를 가볍게 하고 생산이 쉬운 태양 추적장치가 제공되는 이점이 있다.

태양열 집전판, 볼 조인트, 받침점, 작용점, 힘점, 지레

Description

태양 추적장치{Plate type Solar tracking Device}

도 1은 본 발명의 단면 구조도

도 2는 본 발명의 모식도

도 3은 본 발명의 광학부 마운트와 지지판, 구동판의 관계를 설명하는 설명도

도 4는 본 발명의 광학부 마운트의 슬라이더 구조도

도 5는 본 발명의 광학부 구조도

도 6과 도 7은 본 발명의 구동판의 실시 예시도

*도면의 주요부분에 관한 설명*

10 : 광학부 11 : 렌즈

12 : 광케이블 13 : 냉각핀

20 : 광학부 마운트 21 : 받침점 볼 조인트

22 : 힘점 볼 조인트 30 : 지지판

40 : 구동판 400 : 상판

401 : 일자형 슬라이딩 가이드

402 : y축 슬라이딩 기어에 치합되는 기어

403 : 웜 404 : y축 슬라이딩 기어

410 : 하판 411 : 기어

412 : 기어산 413 : 일자형 슬라이딩 홀

414 : x축 슬라이딩 가이드

일반적으로 태양전지 전지로 입사되는 빛의 입사각에 따라 태양 전지나 태양 조명의 출력이 달라지므로, 태양전지를 일중 태양의 이동을 추적하게 하여 전지의 출력이 최대가 되게 만들어 주기 위해 고안된 장치를 태양광 추적장치(Tracking system)라 한다.

상기 태양광 추적장치를 이용하여 태양 에너지의 최대 출력지점을 찾기 위하여 구동장치로 태양 전지나 태양 집광판을 회전시키게 되는데, 하루 중 태양의 이동에 따라 태양 전지나 태양 집광판도 동에서 서로 이동하며, 여러 장의 태양전지나 집광렌즈를 직/병렬로 연결하여 제조된 모듈을 구동장치에 얹어 한꺼번에 움직이게 한다.

그런데 태양의 이동경로를 살펴보면 하루 중 운동을 나타내는 일주운동과 계절별 고도운동이 같이 일어나게 되는데, 이를 천구의 적경과 적위를 기준으로 살펴보면, 수직의 평면운동으로 구성된다.

즉, 태양을 온전히 기계에 맡겨 자동추적하기 위해서는 적경, 적위에 따라 구동하는 구동부가 필수적으로 제공되어야 하는데, 종래기술방식에 의하면 상기와 같은 평면 운동에 대한 적경, 적위 수직운동의 문제점을 해결하지 못하여, 태양의 일주운동이 독립적으로 일어나는 태양추적장치를 제공하고, 계절별 고도는 수동으로 조절하고 있다.

그 일례로서는 보다 진보된 형태의 PCT/SE2005/001636 과 같은 태양추적장치가 제공되고 있으나, 이 역시 계절별 태양 고도의 추적이 어렵고 구조가 복잡하여 제작이 힘들다는 문제점이 있다.

또한 상기한 문제점으로 인하여 종래의 태양 추적 장치는 일반적으로 구조가 복잡하고, 그 복잡한 구조에 의하여 장치가 무겁고 둔한 문제점을 내포하고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 태양이 적경, 적위 운동을 판운동으로 추적하는 태양 추적장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 판운동의 구조를 단순화시켜 장치의 무게를 가볍게 하고 생산이 쉬운 태양 추적장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 태양광을 이용하는 하나 또는 하나 이상의 광학부와; 막대형으로서 중간부에 볼 조인트(받침점 볼 조인트)를 형성시켜 지레의 받침점이 되도록 하며, 일측 단부에는 상기 광학부를 고정하여 지레의 작용점으로 되게 하고, 타측 단부는 지레의 힘점이 되도록 하는 광학부 마운트와; 상기 광학부 마운트의 볼 조인트가 삽입되는 홀이 형성되어 상기 광학부 마운트가 볼 조인트를 중심으로 유니버셜 운동하도록 고정된 지지판과; 상기 지지판의 하측에 형성된 판으로서, 상기 지지판을 관통하여 내려온 상기 광학부 마운트의 타측 단부와 회동 또는 구면습동(universal moving)되도록 결합되며, 상기 지지판에 대하여 판 운동이 발생되는 구동판과; 상기 구동판을 판운동시키는 구동부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치를 기술적 요지로 한다.

여기서 상기 광학부 마운트는 상기 광학부 마운트 타측 단부 역시 볼 조인트(힘점 볼 조인트)로 형성된 더블 볼 조인트로 구성되어 상기 구동판에 자재 결합되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 구동부는 상기 구동판을 x축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 태양 일주운동 추적장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것 이 바람직하다. (x축은 적경방향에 평행한 판운동 방향)

또한, 상기 구동부는 상기 태양 일주운동 추적장치와 연동하여 상기 구동판을 z축 슬라이딩 운동시켜 상기 광학부 마운트의 지레 받침점에 대한 힘점의 원운동시, 구동반지름을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다. (z축은 구동판의 법선방향)

또한, 상기 구동부는 상기 구동판을 y축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 계절별 태양고도 추적장치로 구성하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다. (y축은 적위방향에 평행한 판운동 방향)

그리고 상기 광학부 마운트는 더블 볼 조인트의 볼 조인트 사이에 길이가 가변되는 슬라이더가 형성되어 광학부 마운트 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 구동부는 상기 구동판을 x축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 태양 일주운동 추적장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다. (x축은 적경방향에 평행한 판운동 방향)

그리고 상기 구동판은 상기 힘점 볼 조인트가 조인트 결합되는 판으로서, 중심부에 하측으로 돌설된 y축 방향으로 일자형 슬라이딩 가이드가 형성된 상판과; 상기 상판의 슬라이딩 가이드가 관통되는 일자형 슬라이딩 홀이 형성되며 측면에 x 축 슬라이딩 운동을 형성시키는 기어산과 x축 슬라이딩 가이드, 상기 기어산에 치합되는 기어와 상기 기어를 구동하는 구동부가 구비된 하판과; 상기 하판의 저부에서 상기 상판의 슬라이딩 가이드에 결합되는 y축 슬라이딩 기어와; 상기 하판에 결합되며 상기 y축 슬라이딩 기어에 치합되는 기어 및 기어 구동부로 구성되는 y축 구동부로; 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광학부는 태양광을 집광하는 렌즈와; 상기 렌즈의 촛점부에 위치하여 집광된 빛을 수광하여 전송하는 광케이블로; 구성되는 태양 조명장치인 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광케이블에는 단부에 냉각핀이 결합되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광학부는 태양광에 반응하여 전기를 생산하는 태양열 집전판인 것을 특징으로 하는 태양 추적장치로 되는 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 단면 구조도이며, 도 2는 본 발명의 모식도이며, 도 3은 본 발명의 광학부 마운트와 지지판, 구동판의 관계를 설명하는 설명도이며, 도 4는 본 발명의 광학부 마운트의 슬라이더 구조도이며 도 5는 본 발명의 광학부 구조도이며, 도 6과 도 7은 본 발명의 구동판의 실시 예시도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 광학부(10)와 광학부 마운트(20)와 지지판(30)과 구동판(40)과 구동부(미도시)로 구성되며, 특히 상기 광학부 마운트(20)가 더블 볼 조인트로 구성되어 상기 지지판(30)과 구동판(40)에 결합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 광학부(10)는 태양광을 이용하여 조명 또는 전기를 생산하는 부분이다.

즉, 상기 광학부(10)는 태양광을 집광하여 그대로 조명 광원으로 이용하는 집광부 또는 태양에너지를 전기에너지로 가공하는 집전부가 된다.

본 발명을 상기 집광부로 구성할 경우에는 태양광을 집광하는 렌즈(11)와 상기 렌즈의 촛점부에 위치하여 집광된 빛을 수광하여 전송하는 광케이블(12)로 구성되며, 상기 광케이블(12)은 실내로 안내되어 집광된 태양광을 조명 광원으로 사용한다.

이때, 본 발명의 상기 광케이블(12)의 단부는 렌즈(11)에 의하며 모여진 빛이 수광되므로 열에 의해 소손될 위험을 방지하기 위하여 냉각핀(13)을 결합시키는 특징이 있다.

상기 냉각핀(13)은 본 발명의 광학부 마운트(20) 내에 형성시키는 것도 고려 할 만 하다.

본 발명의 상기 광학부(10)는 태양광에 반응하여 전기를 생산하는 태양열 집전판이 될 수 있음은 물론이다..

한편, 본 발명의 주요 특징은 적어도 하나 이상의 광학부(10)를 전체로 구동하여 태양을 추적하는 것이므로, 상기 광학부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나 또는 적어도 하나 이상의 복수개로 형성될 수 있다.

본 발명의 광학부 마운트(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 막대형으로서 중간부에 볼 조인트(받침점 볼 조인트(21))를 형성시켜 지레의 받침점이 되도록 하며, 일측 단부에는 상기 광학부(10)를 고정하여 지레의 작용점으로 되게 하고, 타측 단부는 지레의 힘점이 되도록 한다.

즉, 본 발명의 광학부 마운트(20)는 지레와 같이 받침점을 중심으로 힘점의 작용에 의하여 작용점이 운동을 하는 것을 기본으로 하며, 상기 받침점 부분의 자유 운동을 보장하기 위하여 도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 광학부 마운트(20)의 받침점 부분을 볼 조인트로 형성시키고, 상기 힘점 부분의 자유 운동을 보장하기 위하여 상기 힘점 부분에도 볼 조인트 또는 힌지를 형성시키며, 상기 작용점 부분에는 상기 광학부(10)를 결합하여 힘점의 작용에 의해 운동되게 한다.

이하, 상기 광학부 마운트(20)가 더블 볼 조인트로 구성되는 경우에 받침점과 힘점을 구성하는 볼 조인트를 상호 구별하기 위하여 받침점 볼 조인트(21)와 힘점 볼 조인트(22)라 구분하기로 한다.

본 발명의 지지판(30)은 상기 광학부 마운트(20)의 받침점 볼 조인트(21)가 조인트 결합되는 홀이 형성되어, 상기 광학부 마운트(20)의 받침점 볼 조인트(21)가 유니버셜 운동하도록 하며, 힘점 볼 조인트(22)가 받침점 볼 조인트(21)에 대하여 상대 운동을 하도록 하는 지지판이다.

본 발명의 구동판(40)은 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 상기 지지판(30)의 하측에 형성된 판으로서, 상기 지지판(30)을 관통하여 내려온 상기 광학부 마운트(20)의 힘점 볼 조인트(22)가 구면습동(볼 슬라이딩 운동, 전방향 자재운동(universal moving)) 운동 하도록 결합된 판이다.

상기 구동판(40)에는 구동부를 구비하여 상기 지지판(30)에 대하여 판 운동을 할 수 있게 한다.

상기의 구성에 의하면 복수개의 광학부가 더블 볼 조인트에 의하여 지지판(30)과 구동판(40)에 조인트 결합되어, 상기 구동판(40)의 슬라이딩 운동에 의하여 광학부(10)가 일체로 동일 운동을 일으키는 장치가 제공된다.

이때, 상기 구동판(40)의 슬라이딩 운동을 적경, 적위 방향을 따라 태양의 일주운동 속도와 계절별 고도운동 속도에 맞추면 태양의 일주운동을 추적하는 태양 추적장치가 제공된다.

자세하게는 구동판(40)의 x축 방향을 적경방향에 평행한 판운동 방향으로 설정하면, 상기 구동부(미도시)는 상기 구동판(40)을 x축 슬라이딩 운동시키도록 형 성하는 것으로서 태양 일주운동 추적장치가 구성된다.

또한, 상기 구동부(미도시)를 상기 구동판(40)을 y축(y축은 적위방향에 평행한 판운동 방향) 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 계절별 태양고도 추적장치로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 의할 경우에는 상기 x축 판운동은 1일 1회 왕복운동이 될 것이며, y축 판운동은 1년 1회 왕복운동이 될 것이다.

한편, 상기와 같은 구동판(40)의 운동은 상기 광학부 마운트(20)의 힘점 부분의 원호운동에 의하여 길이를 보정하여야 하므로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 태양 일주운동 추적장치와 연동하여 상기 구동판(40)을 z축(z축은 구동판의 법선방향) 슬라이딩 운동시켜 상기 광학부 마운트(20)의 지레 받침점에 대한 힘점의 원운동시, 구동반지름을 일정하게 유지시켜야 한다.

상기 구동판(40)의 z축(z축은 구동판의 법선방향) 슬라이딩 운동은 상기 구동판에 힌지 결합된 캠을 x축 방향으로 원운동시킴으로써, x축 운동과 z축 운동을 병행할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 z축 보정을 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 상기 광학부 마운트(20)에 더블 볼 조인트의 볼 조인트 사이에 길이가 가변되는 슬라이더(200)를 형성시켜 z축 구동부를 생략하여 간단한 판 구동 장치를 구성하는 것 또한 요지로 한다.

상기 가변되는 슬라이더(200)는 받침점 볼 조인트 아랫부분은 슬리브로 구성하고, 힘점 볼 조인트(22) 윗 부분은 상기 슬리브에 안내되어 슬라이드 되는 핀으로 구성할 수 있다.

이와 같은 슬리브와 핀 구조는 실린더와 피스톤의 관계로 이해할 수 있다.

이상 설명한 구조에 의하면, 상기 구동판(40)과 구동부(미도시)는 x,y 판운동 하는 x,y 평면 구동장치가 될 것인데, 이와 같은 x,y 평면 구동장치는 일반적으로 프린트 등에 널리 알려진 공지의 구성이다.

본 발명에 있어서의 실시예로서는 상기 구동판(40)을 이중판 구조로 형성시켜 그 상판(400)은 상기 힘점 볼 조인트(22)가 조인트 결합되는 판으로 형성시키고, 중심부에 하측으로 돌설된 y축 방향으로 일자형 슬라이딩 가이드(401)를 형성시킨다.

또한 그 하판(410)은 상기 상판의 슬라이딩 가이드(401)가 관통되는 일자형 슬라이딩 홀(413)이 형성되며 측면에 x축 슬라이딩 운동을 형성시키는 기어산(412)과 x축 슬라이딩 가이드(414), 상기 기어산(412)에 치합되는 기어(411)와 상기 기어(411)를 구동하는 x축 구동모터 및 그 제어회로(미도시)를 구비한다.

(상기 슬라이딩 가이드(401), 슬라이딩 홀(413), 기어산(412) 등의 조합은 본 발명의 구동부가 될 것이다.)

상기 하판(410)의 저부에는 상기 상판의 일자형 슬라이딩 가이드에 결합되는 y축 슬라이딩 기어(404)와 상기 하판(410)에 결합되며 상기 y축 슬라이딩 기어(404)에 치합되는 기어(402) 및 상기 기어(402)를 구동하기 위한 웜(403) 및 모 터들로 구성되는 y축 구동부를 구비한다.

이러한 구성에 의할 경우 x, y축 구동운동이 상판으로 전달되어 희망하는 평면 운동이 전달될 것이다.

상기 x축 구동부와 y축 구동부에는 각각 태양의 일주운동 속도 및 연간 태양 고도에 대한 데이터가 마련된 제어부에 의하여 모터의 속도를 제어하여야 함은 물론이다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예에 불과하며, 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상 설명한 본 발명에 의하여 태양의 적경, 적위 운동을 평면 판운동 만으로 추적하는 태양 추적장치가 제공되는 이점이 있다.

또한 본 발명은 판운동의 구조를 단순화시켜 장치의 무게를 가볍게 하고 생산이 쉬운 태양 추적장치가 제공되는 이점이 있다.

Claims

태양광을 이용하는 하나 또는 하나 이상의 광학부와;

막대형으로서 중간부에 볼 조인트(받침점 볼 조인트)를 형성시켜 지레의 받침점이 되도록 하며, 일측 단부에는 상기 광학부를 고정하여 지레의 작용점으로 되게 하고, 타측 단부는 지레의 힘점이 되도록 하는 광학부 마운트와;

상기 광학부 마운트의 볼 조인트가 삽입되는 홀이 형성되어 상기 광학부 마운트가 볼 조인트를 중심으로 유니버셜 운동하도록 고정된 지지판과;

상기 지지판의 하측에 형성된 판으로서, 상기 지지판을 관통하여 내려온 상기 광학부 마운트의 타측 단부와 회동 또는 구면습동(universal moving)되도록 결합되며, 상기 지지판에 대하여 판 운동이 발생되는 구동판과;

상기 구동판을 판운동시키는 구동부로;

구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
제1항에 있어서 상기 광학부 마운트는

상기 광학부 마운트 타측 단부 역시 볼 조인트(힘점 볼 조인트)로 형성된 더블 볼 조인트로 구성되어 상기 구동판에 자재 결합되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
제1항 또는 제2항에 있어서 상기 구동부는

상기 구동판을 x축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 태양 일주운동 추적장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.

(x축은 적경방향에 평행한 판운동 방향)
제3항에 있어서 상기 구동부는

상기 태양 일주운동 추적장치와 연동하여 상기 구동판을 z축 슬라이딩 운동시켜 상기 광학부 마운트의 지레 받침점에 대한 힘점의 원운동시, 구동반지름을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.

(z축은 구동판의 법선방향)
제4항에 있어서 상기 구동부는

상기 구동판을 y축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 계절별 태양고도 추적장치로 구성하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.

(y축은 적위방향에 평행한 판운동 방향)
제2항에 있어서 상기 광학부 마운트는

더블 볼 조인트의 볼 조인트 사이에 길이가 가변되는 슬라이더가 형성되어 광학부 마운트 길이가 가변되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
제6항에 있어서 상기 구동부는

상기 구동판을 x축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 태양 일주운동 추적장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.

(x축은 적경방향에 평행한 판운동 방향)
제7항에 있어서 상기 구동부는

상기 구동판을 y축 슬라이딩 운동시키도록 형성하여 계절별 태양고도 추적장치로 구성하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.

(y축은 적위방향에 평행한 판운동 방향)
제8항에 있어서 상기 구동판은

상기 힘점 볼 조인트가 조인트 결합되는 판으로서, 중심부에 하측으로 돌설된 y축 방향으로 일자형 슬라이딩 가이드가 형성된 상판과;

상기 상판의 슬라이딩 가이드가 관통되는 일자형 슬라이딩 홀이 형성되며 측면에 x축 슬라이딩 운동을 형성시키는 기어산과 x축 슬라이딩 가이드, 상기 기어산에 치합되는 기어와 상기 기어를 구동하는 x축 구동부가 구비된 하판과;

상기 하판의 저부에서 상기 상판의 슬라이딩 가이드에 결합되는 y축 슬라이딩 기어와;

상기 하판에 결합되며 상기 y축 슬라이딩 기어에 치합되는 기어 및 기어 구동부로 구성되는 y축 구동부로;

구성되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
제1항에 있어서 상기 광학부는

태양광을 집광하는 렌즈와;

상기 렌즈의 촛점부에 위치하여 집광된 빛을 수광하여 전송하는 광케이블로;

구성되는 태양 조명장치인 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
제10항에서 상기 광케이블에는

단부에 냉각핀이 결합되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치
제11항에 있어서 상기 광학부는

태양광에 반응하여 전기를 생산하는 태양열 집전판인 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.