KR100814974B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 태양광 발전장치는 메인프레임과, 상기 메인 프레임에 남북 방향으로 제 1힌지수단에 의해 회동가능하게 설치되는 제 1서브 프레임과, 상기 제 1서브 프레임과 평행하며 제2힌지수단에 의해 동서 방향으로 회동 가능하게 설치되는 제 2서브 프레임과, 상기 제 2서브 프레임에 설치되는 복수개의 태양광 발전모듈과, 상기 메인프레임과 제 1서브 프레임 사이에 설치되어 상기 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임을 회동시키는 제 1각도 조절수단과 상기 제 1서브 프레임과 제 2서브 프레임 사이에 설치되어 제 1서브 프레임에 대해 제 2서브 프레임을 회동시키는 제 2각도조절수단을 구비한다.
태양광 발전, 각도 조절, 고도, 방위각

Description

태양광 발전장치{solar power plant having solar tracking apparatus}
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 분리 사시도,
도 2는 태양광 발전장치의 측면도,
도 3은 태양광 발전모듈이 수평인 것을 나타내 보인 측면도,
도 4는 제 1각도 조절수단을 발췌하여 도시한 측면도,
도 5는 제 2각도 조절수단을 발췌하여 도시한 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 태양광 발전모듈의 회동상태를 보인 사시도.
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 발전모듈(photovoltaic module)의 집광효율을 높이고 점유면적을 줄인 태양광 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광기술은 태양으로부터 전달되는 복사 열에너지를 이용하는 태양열 기술과 구분된다. 태양광을 이용한 발전은 무한한 청정에너지을 이용한 것으로 별도의 에너지나 구동원이 불필요하고 소규모에서 대규모 시스템의 시공이 간 단하며 환경문제에 따른 설치 제한에 영향을 받지 않은 이점이 있다.
반면, 발전량이 일조시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 많은 태양광 발전모듈이 필요하고, 상용전력에 비해 고가이며, 직류전력이 먼저 얻어지는 점 등에 유의해야 한다.
상술한 태양광 발전모듈은 발전효율을 극대화하기 위해 태양의 직사광선이 항상 태양광 발전모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기 조작을 통하여 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 상하로 위치가 변화되는 반고정식, 태양과의 고도에 관계없이 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.
이러한 태양광의 추적장치는 이동하는 태양을 추적하면서 집광성을 높이기 위해 태양광 발전모듈를 이동시키는 장치이다. 추적방법은 크게 프로그램 추적과 센서 추적이 있다.
프로그램 추적은 지구의 자전과 공전에 의한 태양의 이동을 미리 프로그램에 입력하여 수광체를 회전시키는 추적방법이다. 센서 추적은 태양광의 이동을 센서로 감지하여 수광체의 방향을 제어하는 것으로, 각종 관련 요소기술의 진보에 따라 여러 가지 개량이 이루어지고 있다. 추적장치 기술에는 태양위치 검출방법, 추적부재, 추적구동방식, 구동동력 등이 있다.
종래의 태양추적 정렬방식의 일예가 대한민국 등록실용신안 제297771호에 개시되어 있다. 개시된 태양추적 정렬 방식은 태양광을 집속하는 솔라모듈과 일체화되어 상기 솔라모듈을 회전시킴과 아울러 회전 위치를 감지하는 엔코더가 내장된 트랙커를 구비한다.
등록특허 제 044021호에는 태양 자동 추적장치의 태양 추적방법이 개시되어 있다. 개시된 태양 추적방법은 태양광 발전듈의 법선 방위각이 상기 태양의 방위각보다 제 1각도 뒤지게 될 때, 상기 태양광 발전 모듈의 법선의 방위각이 상기 태양의 방위각보다 제 2각도 만큼 앞서도록 상기 태양광 발전 모듈을 구동시키는 구성을 가진다.
등록특허 제 0483291호에는 태양열 관련설비의 태양 위치 추적 방법이 개시되어 있으며, 등록특허 제 0369897호에는 집광식 태양열 집열기를 위한 혼합식 태양 추적 제어장치가 개시되어 있으며, 등록 실용신안 제 0404291호에는 태양광 발전용 집광유닛을 구비한 태양추적장치가 개시되어 있으며, 실용신안 공개 제199-00186호에는 무선호출에 의한 태양 전지판의 각도 조절장치가 개시되어 있다.
상술한 바와 같이 태양광의 위치를 추적하는 태양광위 위치 추적장치는 그 구조가 상대적으로 복잡하고, 위치 고정이 정확하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다. 특히, 강풍에 대한 지지력이 약하여 설정된 태양 추적 각도를 유지하기 어렵다.
특히 종래의 반 고정식은 태양광의 고도를 따라 각도만을 조정할 수 있으므로 태양광의 발전효율을 높이기 어렵고, 태양광 발전장치의 그림자들의 간섭에 의해 상대적인 점유면적이 넓어지는 문제점이 있다. 특히 태양의 방위각에 따라 태양광 발전모듈을 이송시킬 수 없으므로 태양광의 집광성이 떨어진다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양의 고도에 따라 태양광 발전모듈의 각도 조정이 용이하고, 동서 방향으로 태양을 따라 태양광 발전 모듈의 트레킹이 가능한 태양광 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양광 발전모듈의 풍압에 대한 지지력을 향상시킬 수 있으며, 계절별 태양의 고도에 따른 발전장치 상호간의 그림자 간섭을 줄여 점유공간을 최소화 할 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 발전장치는,
메인프레임과, 상기 메인 프레임에 남북 방향으로 제 1힌지수단에 의해 회동가능하게 설치되는 제 1서브 프레임과, 상기 제 1서브 프레임과 평행하며 제2힌지수단에 의해 동서 방향으로 회동 가능하게 설치되는 제 2서브 프레임과, 상기 제 2서브 프레임에 설치되는 복수개의 태양광 발전모듈과,
상기 메인 프레임과 제 1서브 프레임 사이에 설치되어 상기 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임을 회동시키는 제 1각도조절수단
상기 제 1서브 프레임과 제 2서브 프레임 사이에 설치되어 제 1서브 프레임에 대해 제 2서브 프레임을 회동시키는 제 2각도조절수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 제1힌지수단은 메인 프레임에 지지되며 상면이 평활한 평면부와, 이 평면부로부터 연장되는 경사부를 구비하여 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임를 수평상태와 경사상태로 유지될 수 있도록 하는 제1지지부들 가진 제 1 브라켓과; 상기 제 1지지부와 제 1힌지핀에 의해 결합되는 제 2지지부를 가지며 제 1서브 프레임에 설치되는 제 2브라켓;을 구비한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 태양광 발전장치는 태양의 고도에 따라 태양광 발전모듈의 각도를 조정할 수 있으며, 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임을 회동시켜 태양광 모듈의 고도를 최적의 상태로 유지함과 아울러 동서 방향으로 추종하면서 전기를 발전할 수 있는 것으로, 일 실시예를 도 1 내지 도 3에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 태양광 발전장치(10)는 지상 또는 건축물에 수직으로 설치되는 메인프레임(11)과, 상기 메인 프레임(11)에 남북 방향으로 제 1힌지수단(20)에 의해 회동 가능하게 설치되는 제 1서브 프레임(12)과, 상기 제 1서브 프레임(12)에 제2힌지수단(30)에 의해 상기 제 1서브 프레임(12)과 평행하며 동서 방향으로 회동 가능하게 설치되는 제 2서브 프레임(13)과, 상기 제 2서브 프레임(13)에 설치되는 복수개의 태양광 발전모듈(100)을 구비한다. 그리고 메인프레임(11)과 제 1서브 프레임(12) 사이에 설치되어 메인 프레임(11)에 대해 제 1서브 프레임(12)을 회동시키는 제 1각도조절수단(40)과, 상기 제 1서브 프레임(12)과 제 2서브 프레임(13)의 사이에 설치되어 상기 제1서브 프레임(12)에 대해 제 2서브 프레임(13)을 회동시키는 제 2각도조절수단(50)을 구비한다.
상술한 바와 같이 구성된 태양광 발전장치의 구성요소를 보다 설명하면 다음과 같다.
상기 메인 프레임(11)은 지상 또는 각종 구조물에 수직으로 설치되는 것으로 H빔, 형강 등으로 이루어질 수 있는데, 이의 단부에 설치되는 제 1서브 프레임(12)의 회동 시 간섭을 받지 않은 구조이면 어느 것이나 가능하다. 상기 메인 프레임(11)은 구조적인 안정을 위하여 보조 프레임(미도시)이 더 구비될 수 있다.
상기 제 1힌지수단(20)은 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 메인 프레임(11)에 대해 제 1서브 프레임(12)을 남북방향으로 회동 가능하게 지지하는 것으로, 메인프레임(11)에 설치되는 제 1베이스 부재(21a)와, 이 제 1베이스 부재(21a)에 지지되며 상면이 평활한 평면부(21b)와 이 평면부(21b)로부터 연장되는 경사부(21c)를 가진 제 1지지부(21d)를 구비한 제 1브라켓(21)과, 제 1서브프레임(12)의 중심측 하면에 설치되는 제 2베이스 부재(22a)와, 이 제 2베이스 부재(22a)에 지지되며 제 1지지부(21d)와 제 1힌지핀(23)에 의해 결합되는 제 2지지부(22b)를 구비한 제 2브라켓(22)을 구비한다. 여기에서 상기 제 1힌지수단(20)은 메인 프레임(11)에 대해 제 1서브 프레임(12)을 수평상태와 경사부(21c)에 의해 태양의 고도를 따라 회동 될 수 있다.
상기 제 1각도조절수단(40)은 메인 프레임(11)과 제1힌지수단(20) 제 1서브 프레임(12)을 메인 프레임(12)에 대해 회동시킬 수 있는 것으로, 상기 메인프레임(11)에 본체(41)가 힌지 연결되고, 이 본체에 대해 인입 및 인출되는 로드(42)가 상기 제 1서브 프레임(12)에 힌지 연결되는 액튜에이터(43)를 구비한다. 이 액튜에이터(43)는 로드(42)의 중공부에 길이 방향으로 나사 결합되는 회전부재(미도시) 상기 본체에 설치되어 이 회전부재를 정역회전시켜 상기 로드(42)를 승강시키기 위 한 모터(44)를 구비한다. 상기 제1각도조절수단은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임(12)을 동서 방향으로 회동시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데, 실린더, 모터에 의해 정, 역회전되는 스크류, 랙과 모터에 의해 정역회전되는 피이언 등으로 이루어질 수 있다.
상기 제 2힌지수단(30)은 도 1, 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 제 1서브프레임(12)에 대해 제 2서브 프레임(13)을 회동 가능하게 지지하는 것으로, 제1서브 프레임(12)의 상부에 설치되는 제 3베이스 부재(31a)와, 상기 제 3베이스 부재(31a)에 지지되는 제 3지지부(31b)를 가진 제 3브라켓(31)과, 제2서브 프레임(13)의 상부에 설치되는 제 4베이스 부재(32a)와, 상기 제 4베이스 부재(32a)에 지지되며 제 3지지부(31b)와 제 2힌지핀(33)에 의해 결합되는 제 4지지부(32b)를 구비한 제 4브라켓(32)을 구비한다. 여기에서 상기 제 1힌지수단(20)에 의한 제 1서브 프레임(12)의 회동방향과 제 2힌지수단(30)에 의한 제 1서브 프레임(12)에 대한 제 2서브 프레임(12)의 회동방향은 직각을 이룬다.
그리고 상기 제 1서브 프레임(12)에 대해 제 2서브 프레임(13)을 회동시키는 제 2각도조절수단(50)은 제 1서브 프레임(12)에 본체(51)가 힌지연결되고 제 2서브 프레임(13)에 로드(52)가 힌지 연결된 액튜에이터로 이루어진 것으로 상기 제 1각도조절수단(40)과 동일한 구조를 가지므로 다시 설명하지 않기로 한다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전장치(10)는 제 2서브 프레임(13)이 수평상태를 유지함으로써 이에 지지된 태양광 발전모듈(100)이 수평상태를 유지한 상태에서 태양이 동에서 떠오르게 되면 제 1각도조절수단(40)이 작동되어 상기 메인 프레임(11)에 남북 방향으로 설치된 제 1서브 프레임(12)을 반 시계방향으로 회전시켜 태양과 대응되도록 한다. 그리고 제 2각도 조절수단(50)을 이용하여 제 1서브 프레임(12)에 대해 제 2서브 프레임(13)의 각도를 조절하여 제2 서브 프레임(13)에 설치된 태양 발전 모듈(photovoltaic module,100)이 태양광에 최대한 노출되어 태양으로부터 많은 광량을 조사 받을 수 있도록 한다. 여기에서 상기 태양광 발전모듈(100)은 낮 동안 태양을 따라 추종 될 수 없으므로 하루평균 최대한의 광량을 받을 수 있는 각도로 설정함이 바람직하다. 그러나 태양이 황도를 따라 이동함에 따라 방위각이 변화하게 되는데, 태양광 발광모듈의 방위각과 태양의 방위각을 작업자가 인식하고, 작업자가 주기적으로 제 1,2각도 조절수단(40)(50)을 조정하여 태양의 고도와 방위각에 따라 태양광 발전모듈(100)의 각도를 조절할 수 있다. 따라서 하루종일 태양을 따라 태양광 발전모듈(100)이 반복적으로 추종될 수 있어 발전효율을 극대화 할 수 있다.
그리고 태풍 등과 같이 초 강풍이 불 때에 메인 프레임(11)에 대해 제 1각도 조절수단(40)을 이용하여 제 1서브 프레임(12)을 회동시켜 수평상태를 유지할 수 있도록 한다. 이때에 상기 제 1브라켓(21)의 제1지지부(21d)에는 평면부(21b)가 설치되어 있으므로 제 1서브 프레임(12)가 시계방향(도 1참조)으로 경사지게 회동되는 것이 방지된다. 이 상태에서 상기 제 2각도 조절수단(50)을 이용하여 제 2서브 프레임(13)을 제 1서브 프레임(12)에 대해 회동시킴으로써 상기 태양광 발전모 듈(100)이 수평상태를 유지하도록 한다. 이러한 상태는 태양광 발전모듈(100)의 바람에 의한 저항을 최소화 함으로써 강풍으로부터 태양광 발전장치를 보호 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 남북방향으로 회동되어 고도의 조정이 가능하고, 태양광 발전모듈을 황도의 궤적 즉, 동서방향으로 태양을 추종할 수 있으므로 태양광의 집광효율을 높이고 월별 또는 계절별로 태양의 고도에 따른 태양광 발전모듈의 각도를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있어 발전량을 극대화할 수 있다. 특히 계절별 태양의 고조에 따라 제 1서브 프레임의 각도를 조절할 수 있으므로 발전장치 상호간의 그림자에 의한 간섭을 줄일 수 있으며, 나아가서는 태양광 발전장치의 설치에 따른 점유면적을 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 메인프레임과, 상기 메인 프레임에 남북 방향으로 제 1힌지수단에 의해 회동가능하게 설치되는 제 1서브 프레임과, 상기 제 1서브 프레임과 평행하며 제2힌지수단에 의해 동서 방향으로 회동 가능하게 설치되는 제 2서브 프레임과, 상기 제 2서브 프레임에 설치되는 복수개의 태양광 발전모듈과,
    상기 메인 프레임과 제 1서브 프레임 사이에 설치되어 상기 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임을 회동시키는 제 1각도조절수단과,
    상기 제 1서브 프레임과 제 2서브 프레임 사이에 설치되어 제 1서브 프레임에 대해 제 2서브 프레임을 회동시키는 제 2각도조절수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1힌지수단은 메인 프레임에 지지되며 상면이 평활한 평면부와 이 평면부로부터 연장되는 경사부를 구비하여 메인 프레임에 대해 제 1서브 프레임를 수평상태와 경사상태로 유지될 수 있도록 하는 제1지지부들 가진 제 1브라켓과, 상기 제 1지지부와 제 1힌지핀에 의해 결합되는 제 2지지부를 가지며 제 1서브 프레임에 설치되는 제 2브라켓을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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