KR100872069B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광의 집광효율을 높이기 위하여 계절과 시간에 따른 태양의 움직임에 따라 태양광을 집광하는 모듈 프레임의 방향을 광원에 수직이 되도록 방향을 조절해주는 태양광 발전장치에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명은, 다수 개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전유닛, 소정거리 이격된 위치마다 지면에 고정되며 상부는 상기 태양광 발전유닛에 힌지 결합되는 복수개의 고정프레임, 상기 복수개의 고정프레임과 교차하는 방향으로 배치되는 이동프레임, 상기 이동프레임의 중앙부에 웜기어 방식에 의하여 연결되어 상기 이동프레임을 병진운동시키는 구동모터, 상기 이동프레임을 길이방향을 따라 원활하게 이동하도록 상기 고정프레임에 구비되는 롤러 및 상기 고정프레임에 교차됨과 동시에 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전유닛과 상기 고정프레임의 결합부위에서 일정 간격 이격된 부위로 상기 태양광 발전유닛이 상대회동 가능하도록 힌지 결합되어, 상기 이동프레임의 병진운동에 의해 상기 태양광 발전유닛을 틸팅시키는 링크부재를 포함하여 구성된 태양광 발전장치를 제공한다.

태양광 발전장치, 모터, 링크부재

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic Power Generation Apparatus}

본 발명은 발전장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 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 방법 등이 있다.

이와 같이 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 태양광 모듈이 필요하고, 상용전력에 비해 고가(高價)이며 일상적으로 사용하는 교류가 아닌 직류가 먼저 얻어진다는 단 점이 있다.

태양광의 에너지를 전기로 변환하는 기술은 태양 전지셀을 이용하는 것인데, 이들은 태양광 에너지를 모으기 위한 태양광 모듈을 포함하고 있으며, 상기 태양광 모듈에 의한 발전효율은 여러 요인에 의해 달라질 수 있다.

최적의 발전효율을 얻기 위해서는 집광(集光)되는 에너지를 최대화하는 것이 필요하고, 이를 위해서는, 태양광 모듈과 태양광선과의 각도가 수직을 이룰 것이 요구되는바, 종래부터 이를 위한 다양한 장치들이 개발되어 왔다.

태양광 발전에서 가장 주요한 부분인 태양광 모듈(photovoltaic module)은 발전효율을 극대화시키기 위하여 태양의 직사광선이 항상 태양광 모듈의 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.

최근에는 동력을 이용하여 상기 태양광 모듈의 경사를 조절하도록 하는 장치가 많이 개발되고 있는데, 종래의 경우에는 다수개의 태양광 모듈각각 마다 동력장치를 설치하는 경우가 있었다.

그런데, 이러한 경우에는 각 태양광 모듈마다 동력장치의 제어를 따로 하여야 하므로 관리 및 제어가 힘들게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 고정식으로 하는 경우에는 태양의 고도에 따라 태양광 모듈의 적절 경사각 조절이 어려워 효율적인 발전이 어렵다는 문제점이 있었다.

그리고, 이러한 고정식이나 이동식 태양광 발전장치 모두 종래의 구조의 경 우에는 태풍이나 강풍 등에 취약하였는데, 이러한 점들을 개선시킨 새로운 태양광 발전장치의 개발이 필요하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점 및 제결점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

첫째, 다수개의 태양광 발전장치를 태양의 고도에 따라 그 경사각을 달리하도록 하여 효율적인 발전과 동작이 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

둘째, 다수개의 태양광 발전장치의 동작조절에 가장 유리한 구동모터의 설치 및 경사각 조절이 가능한 장치의 설치구조를 제공하는데 있다.

셋째, 시간 및 계절에 따라 모터의 동작이 자동적으로 이루어지도록 함으로써 태양광 발전장치의 동작을 따로 관리하지 않도록 하는데 있다.

넷째, 강풍 및 태풍 등 주위환경의 변화에도 안정적인 태양광 발전장치 구조를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수 개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전유닛, 지면에 고정되고 상부는 상기 태양광 발전유닛에 힌지 결합되는 고정프레임, 구동모터의 회전력을 인가받아 병진운동을 하며, 상기 고정프레임과 교차하는 방향으로 배치되는 이동프레임 및 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전유닛과 상기 고정프레임의 결합부위에서 일정 간격 이격된 부위로 상기 태양광 발전유닛이 상대회동 가능하도록 힌지 결합되어, 상기 이동프레임의 병진운동에 의해 상기 태양광 발전유닛을 틸팅시키는 링크부재를 포함 하여 구성된 태양광 발전장치를 제공한다.

여기서, 상기 링크부재는 상기 고정프레임을 교차하도록 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전 유닛에 힌지결합될 수 있다.

또는, 상기 링크부재는 상기 고정프레임과 교차되지 않도록 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전 유닛에 힌지결합될 수도 있다.

여기서, 상기 이동프레임의 수평이동 시 그 방향 및 원활한 이동을 가이드하는 롤러를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 태양광 발전유닛의 배면에 고정되는 평판프레임을 포함할 수 있다.

상기 링크부재는, 상기 고정프레임을 기준으로 각각 양측에 위치하되 일측은 상기 평판프레임에 힌지결합되며, 타측은 상 상기 이동프레임에 힌지결합될 수 있다.

그리고, 상기 이동프레임과 상기 구동모터는 웜기어에 의하여 연결될 수 있다.

한편, 태양의 위치에 따라 상기 태양광 발전유닛이 대향하도록 상기 구동모터의 움직임을 제어하는 제어부를 포함함이 바람직하다.

그리고, 상기 구동모터는, 상기 이동프레임의 중앙에 연결될 수 있다.

한편, 상기 태양광 발전 유닛은 다수개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전 유닛, 상기 태양광 발전 유닛의 배면에 배치되는 평판프레임 및 상기 평판프레임의 하부에 배치되며 상기 고정프레임에 힌지연결되는 연결프레임을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 태양광 발전장치는 다음과 같은효과가 있다.

첫째, 구동모터와 유, 무선적으로 연결된 제어부에 미리 계절 및 시간에 따른 태양의 고도를 입력하여 전자동으로 태양광 발전장치의 경사각이 조절되도록 함으로써 각각의 태양광 발전장치를 관리하지 않고서도 여러 개의 발전장치를 동시에 제어할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 다수개의 태양광 발전장치를 하나의 이동프레임 및 이를 이동시키는 구동모터에 연결되도록 하여 한번의 동작으로 모든 태양광 발전장치의 경사각을 조절할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 특히 구동모터를 이동프레임의 중앙부에 웜기어 형식으로 연결되도록 배치시킴으로써, 이동프레임의 끝단에 배치시키는 것보다 동력 전달 면에서 과부하의 발생을 방지하고 효율적인 힘의 전달을 가져올 수 있는 효과가 있다.

넷째, 이동프레임과 태양광 발전유닛 사이를 하나의 링크부재에 의하여 연결되도록 함으로써, 그 설치가 간단하고 유지 보수의 관점에서도 유리하게 되는 효과가 있다.

다섯째, 태양광 발전유닛과 고정프레임을 힌지연결하여, 순간적으로 강한 외력이 작용 시에 신축성 있는 소정의 회동이 가능하도록 함으로써 강풍이나 태풍에 도 유리한 구조를 가지는 효과가 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 태양광 발전장치의 바람직한 실시예에 따른 구조를 설명한다.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명 태양광 발전장치는, 전원의 인가에 의하여 작동하는 구동모터(100)와 상기 구동모터(100)에 연결되어 상기 구동모터(100)의 작동 시 병진이동하는 이동프레임(120)을 구비한다.

여기서, 상기 이동프레임(120)은 일정 길이를 가지는 프레임으로 이루어지며, 일정 강도를 가짐과 동시에 가벼운 재질의 철질 프레임으로 이루어짐이 바람직할 것이다.

한편, 상기 구동모터(100)는 상기 이동프레임(120)의 중앙부에 배치되고, 도시되어 있지는 않으나, 상기 이동프레임(120)과 상기 구동모터(100)는 웜기어방식에 의하여 연결된다.

이와 같이 하는 이유는 상기 구동모터(100)가 상기 이동프레임(120)의 일단에 연결되어 이동프레임(120)를 이동시키는 경우에는 필요이상의 전력이 필요하고, 구동모터(100)에 과부하가 걸릴 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 웜기어는 구동모터(100)의 회전축에 구비되고, 상기 이동프레임(120)에는 상기 웜기어에 대응하는 기어가 구비될 것이다. 그리고, 상기 이동프레임(120)의 수평 병진이동 시 그 방향 및 원활한 이동을 가이드하는 롤러(150)가 상기 이동프레임(120) 주위에 적절한 위치로 적어도 한 쌍 이상이 설치됨이 더욱 바람직하다.

상기 구동모터(100)의 하부에는 구동모터(100)를 지면에 고정하는 지지부(172)가 설치된다.

그리고, 상기 이동프레임(120)을 기준으로 양측 대칭으로 다수개의 태양광 발전 유닛(200)이 배치되도록 한다.

도시된 바와 같이, 상기 태양광 발전 유닛(200)은 상기 구동모터(100)를 기준으로 하여 다수 개의 배치가 가능할 것이다.

다음으로는 상기 태양광 발전 유닛을 이동프레임에 설치하는 구조를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명은 지면으로부터 고정된 채로 상향 연장되는 고정프레임(280)이 구비되고, 상기 고정프레임(280)의 상부에 상기 태양광 발전 유닛(200)이 힌지(258)에 의하여 결합되도록 한다. 그리고, 상기 고정프레임(280)의 하부에는 고정프레임(280)이 지면에 완전히 고정되도록 하는 지지부(171)가 구비된다.

이렇게 되어, 상기 고정프레임(280)의 상부에서 상기 태양광 발전 유닛(200)이 힌지결합(258)을 중심으로 회동이동이 가능하게 된다.

이때, 상기 태양광 발전 유닛(200)은 다수개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전모듈(210)과, 상기 태양광 발전모듈의 배면에 설치되는 평판프레임(220)과, 상기 평판프레임(220)과 상기 태양광 발전모듈(210) 사이를 연결하는 연결프레임(230) 및 연결채널(222)을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 연결프레임(230) 및 연결채널(222)은 고정프레임(280)과 링크부재(250)와의 연결을 보다 용이하게 하기 위하여 구비된 것으로서, 상기 연결프레임 및 연결채널이 없이 상기 평판프레임(220)을 바로 고정프레임(280)과 링크부재(250)에 연결할 수도 있다.

상기 평판프레임(220)은 상부에 설치될 태양광 발전모듈(210)의 크기 및 갯수에 따라 알맞은 크기 및 넓이를 가지도록 형성될 것이다.

그리고, 본 발명 태양광 발전장치는 태양의 고도에 따라 상기 태양광 발전 유닛(200)의 경사각을 조절하도록 링크부재(250)가 구비된다.

즉, 상기 링크부재(250)는 상기 태양광 발전 유닛(200)과 상기 이동프레임(120)에 각각 힌지(123,253)연결되어 상기 이동프레임(120)의 병진이동 시 상기 태양광 발전 유닛(200)이 소정의 경사각을 가지고 회동하도록 한다.

여기서, 상기 링크부재(250)는 상기 이동프레임(120)을 교차하도록 일측은 상기 이동프레임(120)에 힌지(123) 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전 유닛(200)이 설치된 평판프레임(220)에 힌지(253) 결합된다.

그리고, 본 발명 태양광 발전장치는 계절과 시간에 따라 변하는 태양의 위치에 따라 자동적으로 상기 태양광 발전 유닛(200)이 태양에 수직으로 대향되도록 함 이 바람직하다. 이를 위해, 상기 구동모터(100)와 유, 무선적으로 연결된 소정의 마이컴 역할을 하는 제어부(미도시)가 구비됨이 더욱 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명 태양광 발전장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

사용자는 미리 상기 제어부에 계절대별 또는 시간대별로 고도가 달라지는 태양에 대응하여 본 발명 태양광 발전유닛의 적절한 각도를 프로그램하여 놓는다. 즉 여기서, 적절한 각도라 함은 계절 및 시간에 따른 태양의 고도에 수직으로 대향되는 각도를 의미한다.

그리고, 상기 제어부는 상기 구동모터(100)와 유, 무선적으로 연결되어 있어 제어부의 전기적 신호에 따라서 구동모터가 작동하게 된다.

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명 태양광 발전장치의 작동과정을 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 3을 기준으로, 태양의 경사각에 따라 상기 고정프레임(280)을 기준으로 태양광 발전 유닛(200)의 좌측부분이 경사지게 설치될 수 있다.

이때, 태양의 고도가 높아지게 되는 경우에는 상기 태양광 발전 유닛(200)의 기울어진 좌측 부분이 상향되도록 회동시켜야 한다.

이를 위해서 정해진 시간마다 미리 일정한 경사각이 입력된 제어부가 구동모터(100)에 신호를 보내어 상기 구동모터를 일정시간 작동시킨다. 이렇게 되면, 상기 구동모터(100)와 기어 방식에 의하여 연결된 이동프레임(120)이 병진이동된다.

이 경우, 첨부된 도 3에서와 같이, 상기 이동프레임(120)을 좌측으로 이동시 키게 되면, 상기 이동프레임(120)에 힌지결합된 링크부재(250) 또한 좌측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 태양광 발전 유닛(200)은 고정프레임(280)에 의하여 한 위치에 고정된 상태를 이룸과 동시에 힌지부분을 중심으로 회동이 가능하게 설치되어 있고, 상기 링크부재(250)는 상기 고정프레임(280)과 상기 이동프레임(120)에 일단과 타단이 각각 힌지(123,253)결합되어 있다.

그러므로, 태양광 발전 유닛(200)의 우측 힌지부분을 링크부재(250)가 끌어오는 방식으로 하여 태양광 발전 유닛(200)의 경사각을 점점 줄일 수 있게 된다.

이때, 상기 이동프레임(120)을 더욱 좌측으로 이동시키게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 링크부재(250)에 의하여 태양광 발전유닛(200)은 수평을 이루는 위치로 회동하게 된다.

그리고, 상기 이동프레임(120)을 좌측으로 보다 더 이동시키게 되면, 태양광 발전 유닛(200)의 우측이 하향 경사진 형태를 이루게 된다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 구동모터(100)는 상기 이동프레임(120)의 일단이나 타단에 연결할 수도 있다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 이동프레임(120)의 정중앙에 배치시킴으로써 전체적인 무게의 균형을 이루게 되어 과부하의 방지를 가져옴과 동시에 효율적인 힘으로 전체 태양광 발전모듈의 경사각을 조절할 수 있게 된다.

물론, 웜기어 방식이 아닌 리니어 모터 방식을 이용하여 이동프레임(120)의 일단이나 타단에 구동모터를 연결하는 방식도 가능할 것이다.

한편, 첨부된 도 6에서와 같이, 본 발명 태양광 발전장치는 링크부재를 다른 위치에 설치할 수도 있다.

즉, 도 2에서는 고정프레임(280)과 링크부재(250)가 교차하도록 힌지 결합부위가 위치되도록 하였으나, 도 6에서와 같이, 고정프레임의 어느 일측에 힌지 결합부위가 전부 위치되도록 링크부재(390)를 연결할 수도 있다.

이와 같은 경우에도 이동프레임의 이동에 따라서 링크부재의 회동에 의한 태양광 발전유닛의 경사각을 조절할 수 있게 된다.

그러나, 도 6에서와 같은 경우에는 태양광 발전유닛의 원활한 경사각을 얻기 위해서는 링크부재의 길이가 필요이상 길어져야 하는 등의 문제가 있으므로, 고정프레임의 양측으로 힌지 결합부위가 위치되도록 링크부재가 설치된 도 1과 같은 형태가 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다.

그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

도 1은 본 발명 태양광 발전장치가 설치된 모습을 나타낸 평면도

도 2는 본 발명 태양광 발전장치의 주요구성요소간의 관계를 나타낸 측면도

도 3은 본 발명 태양광 발전장치가 일측으로 경사지는 상태를 나타낸 측면도

도 4는 본 발명 태양광 발전장치가 평형인 상태를 나타낸 측면도

도 5는 본 발명 태양광 발전장치가 타측으로 경사지는 상태를 나타낸 측면도

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 측면도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100: 구동모터 120: 이동프레임

123,253,283: 힌지 150: 롤러

171,172: 받침부 200: 태양광 발전유닛

210: 태양광 발전유닛 220: 평판프레임

222: 연결채널 230: 연결프레임

250: 링크부재 280: 고정프레임

Claims (10)

1. 다수 개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전유닛;

   소정거리 이격된 위치마다 지면에 고정되며 상부는 상기 태양광 발전유닛에 힌지 결합되는 복수개의 고정프레임;

   상기 복수개의 고정프레임과 교차하는 방향으로 배치되는 이동프레임;

   상기 이동프레임의 중앙부에 웜기어 방식에 의하여 연결되어 상기 이동프레임을 병진운동시키는 구동모터;

   상기 이동프레임을 길이방향을 따라 원활하게 이동하도록 상기 고정프레임에 구비되는 롤러; 및

   상기 고정프레임에 교차됨과 동시에 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전유닛과 상기 고정프레임의 결합부위에서 일정 간격 이격된 부위로 상기 태양광 발전유닛이 상대회동 가능하도록 힌지 결합되어, 상기 이동프레임의 병진운동에 의해 상기 태양광 발전유닛을 틸팅시키는 링크부재;

   를 포함하여 구성된 태양광 발전장치..
2. 제1항에 있어서,

   상기 링크부재는,

   상기 고정프레임을 교차하도록 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되고, 타측은 상기 태양광 발전모듈에 힌지결합된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 링크부재는,

   상기 고정프레임과 교차되지 않도록 일측은 상기 이동프레임에 힌지 결합되 고, 타측은 상기 태양광 발전 유닛에 힌지결합된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 롤러는,

   상기 고정프레임에 배치된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 태양광 발전유닛의 배면에 고정되는 평판프레임을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 링크부재는,

   일측은 상기 평판프레임에 힌지결합되며, 타측은 상기 이동프레임에 힌지결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
8. 제1항에 있어서,

   태양의 위치에 따라 상기 태양광 발전유닛이 대향하도록 상기 구동모터의 움직임을 제어하는 제어부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,

    상기 태양광 발전 유닛은,

    다수개의 태양전지 셀이 배치된 태양광 발전 모듈;

    상기 태양광 발전 유닛의 배면에 배치되는 평판프레임; 및

    상기 평판프레임의 하부에 배치되며 상기 고정프레임에 힌지연결되는 연결프레임;

    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

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