KR100864215B1 - 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양의 위치에 맞춰 방향이 변하면서 태양광을 집광하는 태양광 모듈을 하나의 모듈프레임에 설치하지 않고, 태양광 모듈이 설치되는 모듈프레임을 다수의 크랭크축에 각각 분산시켜 설치한 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치는, 구동장치, 구동장치의 일단(一端)에 연결되어 직선왕복운동을 하는 장축, 장축에 힌지결합되는 삽입구조체에 하단(下端)이 삽입된 다수의 크랭크축, 태양광 모듈이 구비된 다수의 모듈프레임, 각 크랭크축의 상단(上端)에 고정 설치되며 상부에 상기 모듈프레임이 고정 설치되는 모듈프레임 거치대, 크랭크축을 중심으로 양측으로 일정거리 이격 설치되어 각 모듈프레임 거치대를 지지하는 지지대를 포함하여 구성되고, 지지대의 상단에는 회전베어링을 수용하는 베어링커버가 설치되어, 회전베어링을 관통하도록 설치된 각 모듈프레임 거치대를 회동시킴으로써, 각 태양광 모듈의 방향을 바꿔주는 것을 구성적 특징으로 한다.

태양광 모듈, 모듈프레임, 회전베어링, 크랭크축, 장축

Description

다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치{Multi crank shaft type solar power plant}

본 발명은 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양의 위치에 맞춰 방향이 변하면서 태양광을 집광하는 태양광 모듈을 하나의 모듈프레임에 설치하지 않고, 태양광 모듈이 설치되는 모듈프레임을 다수의 크랭크축에 각각 분산시켜 설치한 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치에 관한 것이다.

태양 에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분되는데, 태양열을 이용하는 방법은 태양 빛에 의해 데워진 물 등을 이용하여 온수공급 및 난방을 하는 방법이며, 태양광을 이용하는 방법은 태양 빛을 이용하여 전기를 발생시키고, 이 전기를 이용하여 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.

태양광 발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 직접 전기로 바꿀 수 있도록 한 기술로서, 태양광을 이용한 발전은 무한한 청정에너지를 이용한 것으로, 별도의 에너지나 구동원이 불필요하고 소규모에서 대규모까지 시스템의 시공이 간단하며 환경문제에 따른 설치 제한에 영향을 받지 않은 이점이 있는 반면, 발전량이 일사 시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 많은 태양광모듈이 필요하고, 상용전력에 비해 고가(高價)이며 일상적으로 사용하는 교류가 아닌 직류가 먼저 얻어진다는 단점이 있다.

태양광의 에너지를 전기로 변환하는 기술은 태양 전지셀을 이용하는 것인데, 이들은 태양광 에너지를 모으기 위한 태양광모듈을 포함하고 있으며, 태양광모듈에 의한 발전효율은 여러 요인에 의해 달라질 수 있으나, 최적의 발전효율을 얻기 위해서는 집광(集光)되는 에너지를 최대화하는 것이 필요하고, 이를 위해서는, 태양광모듈과 태양광선과의 각도가 수직을 이룰 것이 요구되는바, 종래부터 이를 위한 다양한 장치들이 개발되어 왔다.

태양광 발전에서 가장 주요한 부분인 태양광모듈(photovoltaic module)은 발전효율을 극대화시키기 위하여 태양의 직사광선이 항상 태양광모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기 조작을 통해 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 상하로 위치가 변화되는 반고정식, 태양과의 고도에 관계없이 항상 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.

그 중에서 태양의 위치를 추적해 가는 추적식의 예로 들 수 있는 것이 실용신안등록 제431870호인데, 이는 태양광모듈의 수직방향 각도 조절 기능을 갖는 태양광 발전장치로, 도 1을 참조하여 기술내용을 간략히 설명하면, 다수의 태양전지 셀이 배치되는 태양광모듈(11)과, 태양광모듈의 배면에 위치하여 태양광모듈을 고정하는 평판형 프레임(12)과, 지면에서 수직방향으로 연장되며 평판형 프레임을 고정하는 수직 프레임(13)과, 일단(一端)이 수직 프레임에 힌지로 결합되는 제1 부재(14)와, 일단이 제1 부재의 타단부에 신축 가능하게 연결되며, 타단(他端)은 평판형 프레임의 배면에 힌지로 결합되는 제2 부재(15) 및 제1 부재와 제2 부재의 연결부를 보호하는 커버부재(16)를 포함하며, 제1 부재에 대한 제2 부재의 신축에 의해서 발전모듈의 수직방향 각도가 조절되도록 한 것을 특징으로 한다.

그러나, 태양광 발전장치는 기본적으로 태양광모듈을 고정하고 있는 평판형 프레임의 크기가 크기 때문에, 상기와 같은 구조로는, 설사 태풍이 아닌 강풍이 불더라도 프레임이 흔들리기 때문에 태양광 발전장치가 파손되거나 훼손되는 등 발전을 할 수 없을 뿐만 아니라 안전에도 큰 문제가 생기게 된다.

이와 같은 문제점을 개선하여 출현한 것이 특허등록 제687140호인데, 이는 태양광 추적식 발전장치로, 도 2를 참조하여 기술내용을 간략히 설명하면, 지상에 견고히 설치될 수 있도록 하는 삼각형 구조의 하부 지지대(21)를 구비하고, 그 상 단에는 태양광모듈(24)을 고정하는 역삼각형 구조의 설치프레임(22)을 구비시켜, 하부 지지대(21)의 상단에 구비된 회전축(23)에 연결하여 그 회전축(23)을 중심으로 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 방위각에 따라 동서(東西)로 회전할 수 있도록 함과 동시에, 설치프레임(22)의 양측에 와이어(25)를 구비해서 설치프레임을 지지하고 있는 것을 특징으로 한 태양광 추적식 발전장치이다.

상기 태양광 추적식 발전장치는 와이어가 설치프레임을 잡아주기 때문에 강풍에는 어느 정도 견딜 수 있더라도, 거대한 크기의 설치프레임을 회전시키면서 각도를 변경시켜야 하므로 회전축을 회전시키는 힘만으로는 장치 전체에 무리가 따르게 되고, 와이어를 구동시키기 위한 별도의 동력이 필요하게 되는 등 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 태양의 위치에 맞춰 방향이 변하면서 태양광을 집광하는 태양광 모듈을 하나의 모듈프레임에 설치하지 않고, 태양광 모듈이 설치되는 모듈프레임을 다수의 크랭크축에 각각 분산시켜 설치함으로써, 설치 비용이 저렴함은 물론 유지와 보수 비용이 적게 드는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제 해결을 위하여 본 발명에 따른 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치는, 태양광 모듈의 방향을 바꿔주기 위한 동력을 발생시키는 구동장치; 구동장치의 일단(一端)에 연결되어, 구동장치의 회전방향에 따라 직선왕복운동을 하는 장축; 장축에 힌지결합되는 삽입구조체에 하단(下端)이 삽입되는 다수의 크랭크축; 태양광 모듈이 구비된 다수의 모듈프레임; 각 크랭크축의 상단(上端)에 고정 설치되며, 그 상부에 상기 모듈프레임이 고정 설치되는 모듈프레임 거치대; 크랭크축을 중심으로 양측으로 일정거리 이격 설치되어 각 모듈프레임 거치대를 지지하는 지지대를 포함하여 구성되고, 상기 지지대는 하단(下端)이 지면에 고정 설치되고, 그 상단(上端)에는 회전베어링을 수용하는 베어링커버가 설치되어, 구동장치의 회전방향에 따라 삽입구조체가 장축과 함께 직선왕복운동하여 크랭크축과 모듈프레임 거치대를 회동시킴으로써, 상기 각 태양광 모듈의 방향을 바꿔주며, 상기 삽입구조체는 장축의 길이방향을 따라 등간격으로 일단이 체결수단에 의해 힌지결합되어 설치되고, 타단이 장축의 상부로 돌출되어 있어서, 상기 크랭크축의 하단(下端)이 삽입구조체의 돌출된 부분으로 삽입되어 슬라이딩 될 수 있도록 된 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 태양광 모듈의 위치를 변경시켜주는 구동장치는 감속모터와 상기 감속모터로부터 회전력을 전달받아 일단(一端)에 연결된 상기 장축을 직선왕복운동시키는 랙기어로 된 전동식 액츄에이터이다.

바람직하게는, 태양광 모듈의 위치를 변경시켜주는 구동장치는 회전지지대에 고정 설치된 너트, 너트를 관통하는 스크류볼트, 스크류볼트의 일단에 고정되어 스크류볼트를 회전시키기 위한 핸들, 스크류볼트의 타단에 설치되고 장축과 고정 연결되는 스크류 회전지지대로 구성되는 수동방식의 구동장치이다.

바람직하게는, 모듈프레임이 고정 설치된 모듈프레임 거치대는 사각파이프이며, 모듈프레임 거치대는 지지대의 상단에 위치하는 회전베어링에 의해 회전하면서 태양광 모듈의 방향을 바꿔준다.

이상에서 설명한 것과 같은 본 발명에 따른 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치는, 태양의 위치에 맞춰 방향이 변하면서 태양광을 집광하는 태양광 모듈을 하나의 모듈프레임에 설치하지 않고, 태양광 모듈이 설치되는 모듈프레임을 다수의 크랭크축에 각각 분산시켜 설치했기 때문에 동일한 양의 발전(태양광 모듈의 숫자가 동일)을 하더라도 모듈프레임의 숫자는 많아지지만 모듈프레임 개개의 크기가 작아져서 태풍이나 강풍이 불더라도 모듈프레임의 흔들림이 적어 태양광 발전장치가 파손되거나 훼손되는 일이 적을 뿐만 아니라, 모듈프레임의 크기가 작기 때문에 작은 동력으로도 모듈프레임을 회전시킬 수 있어서 설치 비용이 저렴함은 물론 유지와 보수 비용이 훨씬 적게 든다.

본 발명에 따른 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치의 가장 큰 기술적 특징은, 태양광 모듈이 구비된 모듈프레임을 다수개 설치하여, 각 모듈프레임을 서로 다른 다수의 크랭크축에 각각 분산 설치함으로써, 태양광 모듈을 하나의 모듈프레임에 설치하여 모듈프레임의 크기가 커졌을 때 발생하는 여러 가지 문제점을 근본적으로 해결한 것이다.

본 발명에 따른 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치에 대하여 설명하면, 태양광 발전장치는 태양광 모듈(131)의 방향을 바꿔주기 위한 동력을 발생시키는 구동장치; 구동장치의 일단(一端)에 연결되어 구동장치의 회전방향에 따라 지면과 나란한 방향으로 직선왕복운동을 하는 장축(120); 장축(120)에 힌지결합되는 다수의 삽입구조체(122); 각 삽입구조체(122)에 하단(下端)이 삽입되는 크랭크축(121); 태양광 모듈(131)이 구비된 다수의 모듈프레임(130); 각 크랭크축(121) 의 상단(上端)에 고정 설치되며, 그 상부에 상기 모듈프레임(130)이 고정 설치되는 모듈프레임 거치대(125); 크랭크축(121)을 중심으로 양측으로 일정거리 이격 설치되어 각 모듈프레임 거치대(125)를 지지하는 지지대(123)를 포함하여 구성되고, 상기 지지대(123)는 하단(下端)이 지면에 고정 설치되고, 그 상단(上端)에는 회전베어링(129)을 수용하는 베어링커버(127)가 설치되어, 상기 구동장치의 회전방향에 따라 장축(120)과 삽입구조체(122)가 직선왕복운동하여, 하단(下端)이 삽입구조체(122)에 삽입된 크랭크축(121)과 모듈프레임 거치대(125)를 회동시킴으로써, 상기 각 태양광 모듈(131)의 방향을 바꿔주는 것을 구성적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 액츄에이터를 사용하는 자동식과, 사람이 직접 핸들을 돌려주는 수동식으로 구분되는데, 자동식은 도 3에 도시한 것과 같이 태양광 모듈(131)의 위치를 변경시켜주는 구동장치는 감속모터(110)와, 상기 감속모터(110)로부터 회전력을 전달받아 일단(一端)에 연결된 장축(120)을 직선왕복운동시키는 랙기어(115)로 된 전동식 액츄에이터이다. 감속모터(110)는 모터와 감속기를 구비하여 모터의 회전력을 감속기를 거쳐 피니언을 통해 랙기어(115)로 전달하는 공지된 구성이므로 자세한 설명은 생략한다. 여기서는 감속모터와 랙기어를 사용하는 것만 설명했지만, 사용자의 필요에 따라 액츄에이터로는 실린더 또는 볼스크류를 선택하여 사용할 수도 있다.

전동식 액츄에이터를 사용할 때는, 모터의 회전방향과 속도를 제어해주는 제 어부(140)를 더 포함하는데, 제어하는 방식은 계절과 시간에 따른 일출부터 일몰까지의 태양의 위치를 미리 입력시킨 후, 입력된 정보에 의거 타이머에 의해 모터를 제어할 수도 있고, 센서를 부착하여 센서에 의해 태양의 위치를 추적하면서 모터를 제어할 수도 있을 것이다.

수동식의 경우에는 도 4에 도시한 것과 같이, 전동식 액츄에이터 대신 사람이 직접 핸들을 돌려 태양광모듈(131)의 방향을 조정해주는 방식인데, 수동식의 구동장치는 회전지지대에 고정 설치된 너트(210), 너트(210)를 관통하는 스크류볼트(213), 스크류볼트(213)의 일단에 고정되어 스크류볼트(213)를 회전시키기 위한 핸들(217), 스크류볼트(213)의 타단에 설치되고 장축(120)과 고정 연결되는 스크류 회전지지대(215)로 구성된다.

자동식의 경우에는 매일 태양의 위치에 따라 태양광 모듈의 위치를 바꾸기 때문에 집광효율을 높이기 위해서는 최초에 설치할 때 태양광 모듈의 방향을 태양이 뜨는 동쪽을 향하도록 설치하는 것이 바람직하고, 수동식의 경우는 계절별로 태양광 모듈의 방향을 바꿔주기 때문에 최초에 설치할 때 태양광 모듈이 남쪽을 향하도록 설치해 주는 것이 바람직하다.

모듈프레임(130)이 고정 설치된 모듈프레임 거치대(125)는 원형파이프이어도 상관은 없으나, 설치작업 등의 편의성을 위해 사각파이프로 하는 것이 바람직하며, 모듈프레임 거치대(125)는 지지대(123)의 상단에 위치하는 회전베어링(129)에 의해 회전하면서 태양광 모듈(131)의 방향을 바꿔주는데, 회전베어링(129)의 재질은 플라스틱으로 하는 것이 바람직하다.

장축(120)에 힌지결합되는 삽입구조체(122)는 장축(120)의 길이방향을 따라 등간격으로 다수개가 설치되는데, 크랭트축(121)의 하단은 삽입구조체(122)의 장축(120) 위로 돌출된 부분에 삽입되어, 장축(120)과 삽입구조체(122)의 왕복직선운동에 따라 삽입구조체(122)의 내측에서 슬라이딩되면서 움직일 수 있도록 되어 있고, 장축(120)과 삽입구조체(122)는 체결수단에 의해 힌지결합되어 있는데, 체결수단은 볼트와 너트로 체결시킬 수도 있고 또는 핀에 의해서도 할 수 있으며, 장축(120)과 크랭크축(121) 및 삽입구조체(122)의 형상도 사각파이프인 것이 바람직하고 원형파이프를 사용해도 상관은 없다.

각 모듈프레임 거치대(125)는 중앙에서 크랭크축(121)에 고정되고, 크랭크축(121)의 양측으로 각각 일정 거리만큼 이격 설치된 지지대(123)가 지지해주도록 되어 있는데, 크랭크축(121)의 상단에 모듈프레임 거치대(125)를 고정시킬 때는 용접에 의해 고정시킬 수도 있고, 도 7 (a), (b)에 도시한 것과 같이 고정볼트(126)와 평판형 지지플레이트(124)를 사용하여 고정시킬 수도 있을 것이다. 고정볼트(126)은 ㄷ자 형상 또는 일자형상이어도 상관은 없다.

태양광 모듈(131)의 회전에 대하여 설명하면, 구동수단이 구동되어 구동수단에 연결된 장축(120)이 도 3에서 좌측으로 이동하면, 삽입구조체(122)도 장축(120)과 함께 좌측으로 이동하고, 삽입구조체(122)에 삽입된 크랭크축(121)이 회동하면서 크랭크축(121)의 상부에 고정 설치된 모듈프레임 거치대(125)가 회동하게 됨에 따라 모듈프레임(130)의 방향이 바뀌게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 태양광 발전장치의 일예를 도시한 도면이다.

도 2는 종래의 태양광 발전정치의 다른 실시예를 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전장치를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전장치 제2실시예를 설명하기 위한 도면이다

도 5는 지지대를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 크랭크축에 의한 태양광 모듈의 회동을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 모듈프레임 거치대를 고정시키는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

110 : 감속모터 115 : 랙기어

116 : 고정볼트 120 : 장축

121 : 크랭크축 122 : 삽입구조체

123 : 지지대 124 : 지지플레이트

125 : 모듈프레임 거치대 126 : 고정볼트

127 : 베어링커버 129 : 회전베어링

130 : 모듈프레임 131 : 태양광 모듈

140 : 제어부 210 : 너트

211 : 회전지지대 213 : 스크류볼트

215 : 스크류 회전지지대 217 : 핸들

Claims (12)

1. 태양광의 집광효율을 높이기 위하여 태양의 위치에 따라 태양광 모듈의 방향을 바꾸는 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양광 발전장치는,

   상기 태양광 모듈의 방향을 바꿔주기 위한 동력을 발생시키는 구동장치;

   상기 구동장치의 일단(一端)에 연결되어, 구동장치의 회전방향에 따라 직선왕복운동을 하는 장축;

   상기 장축에 힌지결합되는 다수의 삽입구조체;

   상기 삽입구조체에 삽입되는 다수의 크랭크축;

   태양광 모듈이 구비된 다수의 모듈프레임;

   상기 각 크랭크축의 상단(上端)에 고정 설치되며, 그 상부에 상기 모듈프레임이 고정 설치되는 모듈프레임 거치대;

   상기 크랭크축을 중심으로 양측으로 일정거리 이격 설치되어 각 모듈프레임 거치대를 지지하는 지지대;

   를 포함하여 구성되고, 상기 지지대는 하단(下端)이 지면에 고정 설치되고, 그 상단(上端)에는 회전베어링을 수용하는 베어링커버가 설치되어, 상기 구동장치의의 회전방향에 따라 상기 장축과 삽입구조체가 직선왕복운동하면서 크랭크축을 회동시키고, 상기 각 크랭크축에 고정된 모듈프레임 거치대를 회동시킴으로써, 상기 각 태양광 모듈의 방향을 바꿔주며, 상기 삽입구조체는 장축의 길이방향을 따라 등간격으로 일단이 체결수단에 의해 힌지결합되어 설치되고, 타단이 장축의 상부로 돌출되어 있어서, 상기 크랭크축의 하단(下端)이 삽입구조체의 돌출된 부분으로 삽입되어 슬라이딩 될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 구동장치는, 감속모터와, 상기 감속모터로부터 회전력을 전달받아 일단(一端)에 연결된 상기 장축을 직선왕복운동시키는 랙기어인 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 구동장치는, 구동장치의 회전방향과 속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제어부는, 태양의 위치를 센서에 의해 감지하여 태양광 모듈의 방향이 바뀌도록 상기 구동장치를 제어해주는 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제어부는, 타이머에 의해 태양광 모듈의 방향이 바뀌도록 상기 구동장치를 제어해주는 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 구동장치는,

   회전지지대에 고정 설치된 너트;

   상기 너트를 관통하는 스크류볼트;

   상기 스크류볼트의 일단에 고정되어 스크류볼트를 회전시키기 위한 핸들;

   상기 스크류볼트의 타단에 설치되고, 상기 장축과 고정 연결되는 스크류 회전지지대;

   인 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 모듈프레임 거치대는 사각파이프이며, 상기 회전베어링은 모듈프레임 거치대가 회전할 수 있도록 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서,

   상기 회전베어링의 재질은 플라스틱인 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,

    상기 장축과 삽입구조체 및 크랭크축은 사각파이프 형상인 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 구동장치는, 유체로 작동되는 실린더인 것을 특징으로 하는 다수의 크랭크축을 이용한 태양광 발전장치.

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