KR100896755B1 - 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전용 트래커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추적식 트래커거 고장에 의해 제어되지 않고 지속적으로 회전구동하여 심각한 장치의 파손 내지 파괴가 일어나는 오동작을 기계적으로 방지하기 위한 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치에 관한 것이다.

상기 본 발명은, 솔라모듈(13)을 탑재한 추적체(12)와 이를 지지하는 고정지지체(10) 사이에 설치되어 상기 추적체(12)를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터(32)의 동력을 받아 상기 추적체(12)를 원하는 방향으로 구동하는 워엄기어(20)에 있어서, 상기 워엄기어(20)를 구성하는 워엄휠(21)의 둘레 일측구간에 기어치를 제거한 공치부(24)를 형성하여 상기 공치부(24)에서는 상기 워엄기어(20)와 맞물려 구동하는 워엄(22)이 헛돌아 동력전달이 차단되도록 한 것을 특징으로 한다.

태양광발전, 트래커, 워엄기어, 스크류잭, 공치부, 안전, 과동작

Description

추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치{Tracker}

본 발명은 태양광 발전용 트래커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추적식 트래커거 고장에 의해 제어되지 않고 지속적으로 회전구동하여 심각한 장치의 파손 내지 파괴가 일어나는 오동작을 기계적으로 방지하기 위한 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치에 관한 것이다.

추적식 태양광 발전용 트래커는 전기를 생산하는 솔라모듈이 항상 태양의 빛의 입사각을 최대한 수직으로 받도록 태양의 위치를 추적함으로써 발전효율을 극대화하기 위한 장치이다. 이러한 추적식 태양광 발전용 트래커는 태양의 위치에 따라 고도각 또는 방위각만 추적할 수 있도록 하는 1축식과 고도각 및 방위각을 동시에 추적하도록 하는 2축식으로 구분된다.

1축식은 고정지지체의 상부에서 솔라모듈을 탑재한 추적체가 하나의 축에 결합되고, 또 이를 구동원의 정역회전 제어를 통해 태양을 추적하는 것이다. 특히 움동작이 수평 또는 수직 한 방향만 선택해야 하므로, 고정식 보다는 발전효율이 좋으나 2축식 보다 효율이 많이 떨어지며, 대신 시설비가 2축식보다 적은 특징이 있다.

또한, 2축식은 지지체에 두 개의 축을 통해 수평 및 수직으로 동작하기 때문에 태양의 위치를 시간에 따라 입체적으로 추적할 수 있으므로 정확도가 매우 높다. 발전효율은 1축식보다 매우 높은 장점이 있으나 시설비가 상승되는 점이 있다. 그러나 장기적 발전량을 비교해 볼 때 2축식이 더욱더 효율적이다.

한편, 1축식 및 2축식의 구동은 주로 콘트롤러를 통해 구동모터의 정/역 동작을 제어하게 되며, 워엄이나, 스크류잭과 같은 동력전달기구를 통해 추적체를 움직인다. 구동시간은 일출에서부터 일몰까지이며, 그 추적방법은 센서나 프로그램에 의해 이루어진다.

이러한 추적식 트래커는 일출 및 일몰 시간에 맞추어 동작을 반복하게 되는데, 전자제어에 의해 이루어지므로 때때로 오동작을 일으킬 수 있다. 특히 우려되는 고장은 동작이 멈추지 않고 계속적인 동작을 실시하는 것이다. 예를들면, 일몰시간에 방위각 구동부의 회전이 멈추지 않고 지속적으로 작동하거나 일출시간으로 복귀할 때 동작이 멈추지 않고 지속적으로 작동하게 되면, 전기배선이나 콘트롤을 위한 각종 센서의 선 등이 꼬이거나 절단되는 사고를 당하게 된다.

또 고도각 조절을 위한 구동모터가 지속적으로 작동하여 스크류잭이 몸체로부터 빠지거나 과도하게 수축하여 기어의 파손 및 모터의 파손으로 이어짐은 물론이고, 고가의 솔라모듈이 파손되는 현상으로 이어질 수가 있는 것이다.

종래에는 이러한 현상을 방지하기 위해 리미트센서를 복수로 장치하여 주리미트센서의 동작이 오동작하게 되면 그 후미부에 설치된 보조 리미트센서가 동작하여 구동장치의 과동작을 제어하도록 하고 있다.

그런데, 종래에는 이와 같이 구동장치의 과작동을 방지하기 위해 보조리미트센서가 부가됨에 따라 트래커의 비용중 센서가 차지하는 비중이 대폭 상승되는 단점이 있다.

또 리미트센서의 오동작이 보조리미트센서의 오동작으로 이어질 경우에는 우려하는 트래커 과작동 사고를 막을 방법이 없는 문제점이 없다.

또한, 트래커의 구동모터를 정역시키기 위해서는 릴레이가 사용되는데, 릴레이가 동작하다가 접점이 늘어붙게 될 경우에는 리미터센서가 정상적으로 작동하고 있다 하더라도 구동모터를 정지시킬 수가 없기 때문에 상술한 트래커의 사고를 방지할 수가 없는 문제점이 있다.

이러한 종래의 트래커 문제점을 해결하기 위해서는 고가의 릴레이와 고가의 리미트센서를 채용해야 하는데, 이는 트래커 설비 비용의 상승으로 이어질 뿐만 아니라 정기적으로 릴레이 및 리미트센서의 상태를 확인해야 하고 일정기간마다 릴레이를 교체해 주어야 하는 번거러움이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안한 것으로, 그 목적은, 고장에 의해 발생되는 추적식 태양광 발전 트래커의 과작동 사고를 방지하기 위해 전자적 제어가 아닌 기계적 단순 제어방식을 채택함으로써, 트래커 설비비용을 대폭 절감하도록 하고, 또 과작동으로 인한 트래커의 파손, 예를 들면, 구동모터의 파손, 전력선 및 센서선의 절단, 기어의 파손 및 솔라모듈의 파손 등의 사고를 확실하게 방지할 수 있도록 하며, 사후 관리가 필요없도록 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

솔라모듈을 탑재한 추적체와 이를 지지하는 고정지지체 사이에 설치되어 상기 추적체를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터의 동력을 받아 상기 추적체를 원하는 방향으로 구동하는 워엄기어에 있어서,

상기 워엄기어를 구성하는 워엄휠의 둘레 일측구간에 기어치가 없는 공치부를 형성하여 상기 공치부에서는 상기 워엄기어와 맞물려 구동하는 워엄이 헛돌아 동력전달이 차단되도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공치부에는 워엄의 진행방향으로의 동력전달이 차단되도록 기어치물림방지구를 형성하여 된 것임을 특징으로 한다.

또한, 상기 기어치물림방지구는 기어치 형성방향으로 가이드를 형성하고, 상기 가이드에 밀편을 결합하여 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀편은, 워엄의 기어치 단부와 접촉되지 않도록 빗면을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀편은 양측 대향되게 복수개 구성하고, 그 사이에 탄성체를 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성체는 절곡된 탄성편인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성체는 양측 밀편 사이에 탄력적으로 설치되는 스프링인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 솔라모듈을 탑재한 추적체와 이를 지지하는 고정지지체 사이에 설치되어 상기 추적체를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터의 동력을 받아 상기 추적체를 원하는 방향으로 구동하는 스크류잭에 있어서,

상기 스크류잭을 구성하는 스크류축 상하부에 스크류산이 없는 상,하부 공치부를 일정구간 형성하여 이 구간내에서는 동력전달이 없도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상부 공치부에 상기 공치부에 지지되어 이동가능하게 설치된 밀편을 형성하고, 상기 밀편과 스크류잭의 단부 사이에 탄성체를 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스크류축 하단부에 몸체로부터의 이탈을 방지하는 스토퍼가 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 워엄이 워엄휠과 맞물려 동작하거나 스크류잭이 작동하다가 리미트센서나 릴레이 및 콘트롤러의 전기적 고장에 의해 트래커가 과동작하게 될 경우공치부에서 헛돌아 동력전달이 기계적으로 차단되기 때문에 트래커의 과동작으로 인한 사고를 확실히 방지할 수가 있는 장점이 있다.

따라서 종래와 같이 고가의 리미트센서의 갯수를 절반 이상으로 줄일 수 있고, 고가의 릴레이를 정기적으로 교체해야하는 사후관리가 필요가 없고, 트래커 설 비 비용을 대폭 절감할 수 있음은 물론이고, 트래커 안전장치의 신뢰도가 대폭 향상되는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 트래커의 기본적인 구조도이고, 도 2는 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 워엄기어의 사시도이고, 도 3은 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 워엄기어의 개략도이고, 도 4, 도 5는 본 발명 과동작 방지장치의 동작상태도이고, 도 6은 본 발명 과동작 방지장치의 요부 확대도이다.

본 발명 트래커는 도 1에서와 같이 지면에 견고하게 고정설치된 고정지지체(10)가 설치되어 있고, 그 상부에 솔라모듈(13)을 탑재한 추적체(12)가 설치되어 있다.

상기 고정지지체(10)와 추적체(12)의 사이에는 추적체(12)의 하중을 견디면서 반대로 이탈되지 않도록 함과 동시에 용이한 수평회전이 가능하도록 하는 연결부, 즉, 턴테이블베어링이나 테이퍼베어링 등과 같은 베어링부가 설치된다.

또한, 상기 고정지지체(10)와 추적체(12)의 사이에는 추적체(12)를 원하는 방향을 향하도록 제어하는 워엄기어(20)가 설치되어 있다. 이 워엄기어(20)는 워엄휠(21)과 워엄(22)으로 구성되며 상기 워엄(22)에는 제1구동모터(23)가 연결되어 제1구동모터(23)가 동작하게 되면 상기 워엄(22)이 워엄휠(21)을 회전시키거나 또는 고정된 워엄휠(21)의 둘레를 워엄(22)이 회전하도록 되어 있다.

여기서 중요하게는 도 2, 도 3에서와 같이 워엄휠(21) 둘레 일측구간에 기어치를 제거한 공치부(24)를 형성하여 상기 공치부(24)에서는 상기 워엄기어(20)와 맞물려 구동하는 워엄(22)이 헛돌아 동력전달이 차단되도록 한 것이다.

또한, 상기 공치부(24)에는 워엄(22)의 진행방향으로의 동력전달이 차단되도록 기어치물림방지구를 형성한다. 상기 기어치물림방지구는 기어치 형성방향으로 가이드(27)를 형성하고, 상기 가이드(27)에 밀편(25)을 결합하여 된 것이며, 상기 밀편(25)은, 워엄(22)의 기어치 단부와 접촉되지 않도록 빗면(251)을 구성한다. 즉, 워엄(22)이 회전할 때 그 기어 단부가 워엄휠(21)의 기어이에 닿지 않도록 하여 동일한 방향으로의 회전이 계속될 때에는 동력의 전달이 차단되도록 한 것이다.

또한, 비정상적인 워엄(22)의 이동방향은 정/역방향으로 모두 발생할 우려가 있기 때문에 상기 밀편(25)은 양측 대향되게 복수개 구성한다.

이러한 구성은 고장에 의해 워엄(22)이 한 방향으로 지속적으로 회전하더라도 공치부(24)에 위치하게 되면 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이 동력전달이 차단됨에 따라 추적체(12)는 더이상 움직이지 않게 된다.

복귀시키고자 할 때에는 인위적으로 추적체(12)를 역방향으로 밀어 워엄(22)의 기어이가 워엄휠(21)의 기어이에 맞물리게 한 후 제1구동모터(23)를 역회전시키면 복원된다.

한편, 워엄기어(20)의 동력이 전달이 공치부(24)에 의해 차단된 후 수리작업에 의해 정상적인 상태로 고쳐졌을 경우에 제1구동모터(23)를 역회전시키면 워엄기어가 자동으로 맞물려 원래의 상태로 회복될 수 있도록 할 수 있다.

즉, 복수개로 구성된 양측 상기 밀편(25) 사이에 탄성체를 구성하는 것이다. 이때 탄성체는 도 6과 같이 판스프링(26a)을 절곡시켜 구성할 수도 있고, 도 2 내지 도 5와 같이 코일스프링(26b)으로 구성할 수도 있다.

동작원리는, 도 4, 도 5와 같이 워엄(22)이 한방향으로 과도하게 회전을 하게 되어 워엄휠(21)의 공치부(24)에 도달하게 되면 일단 워엄(22)의 단부는 밀편(25)을 밀어 이동시킨다. 상기 밀편(25)은 가이드(27)에 안내되어 이동하게 되고, 결국은 공치부(24) 일측단부에 닿게 되어 더이상 이동하지 않게 된다. 이때에는 워엄(22)이 워엄휠(21)의 기어이를 거의 이탈할 위치에 도달하게 된다. 이 상태에서 좀더 워엄(22)이 전진하면 밀편(25)이 후퇴하면서 탄성체(판스프링, 코일스프링)을 압축시킨다. 물론 밀편(25)에는 빗면(251)이 형성되어 있으므로 워엄(22)의 기어이 단부에는 닿지 않는다. 따라서 워엄(22)은 밀편(25)을 후퇴시켜 탄성체를 압축시키게 됨과 동시에 워엄(22)이 워엄휠(21)의 기어이를 완전히 떠나게 되어 공회전하게 되면 압축되어 있던 상기 탄성체가 밀편(25)을 후퇴시키게 되어 전방으로의 동력전달은 차단하면서 워엄의 후단은 지속적으로 워엄휠의 기어이 물림범위에 놓여지게 하는 것이다.

이러한 트래커의 고장이 수리되어 원래의 상태로 회복되면, 제1구동모터(23)를 역회전시키면, 제1구동모터(23)의 역회전에 의해 워엄(22)은 역으로 회전하게 되는데, 이때 밀편(25)이 지속적으로 워엄(22)을 후퇴시켜 그 후단부가 워엄휠(21)의 기어이와 맞물릴 수 있는 위치에 있기 때문에 제1구동모터(23)의 역회전에 의해 워엄(22)은 워엄휠(21)의 기어이에 곧바로 물리게 되므로 워엄과 워엄휠의 기어이 맞물림 상태가 자동으로 복원된다.

도 7은 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 스크류잭 구조도이고, 도 8, 도 9는 본 발명 과동작 방지장치의 동작상태도이다.

도 1에서는 트래커의 솔라모듈을 탑재한 추적체(12)의 고도각을 조절하기 위한 스크류잭(30)이 설치되어 있다.

상기 스크류잭(30)은 도 7, 도 8, 도 9에서와 같이 제2구동모터(32)의 구동력을 전달받아 몸체(31)의 내부에서 스크류축(34)을 출몰시키는 구조이다.

구조적 변형에 따라 제2구동모터(32)가 몸체(31) 내에 설치된 암나사형태의 구동기어(33)를 회전시켜 그 내부에 결합된 스크류축(34)을 출몰시켜 목적물을 이동시키는 타입이나, 또는, 도면에는 도시되지 않았지만 스크류축(34)을 회전시켜 스크류축(34) 둘레에 결합된 구동기어(33) 및 구동기어와 일체를 이루는 로드르 출몰시켜 목적물을 이동시키는 타입이 있는데, 본 발명은 원리적으로 두 타입 모두에 적용된다.

본 발명의 특징은 도 7 내지 도 9에서와 같이 상기 스크류잭(30)을 구성하는 스크류축(34) 상하부에 나사산이 없는 상,하부 공치부(35b)(35a)를 일정구간 형성하여 이 구간 내에서는 공회전되어 동력이 차단되도록 한 것이다. 즉, 스크류잭(30)이 동작하여 스크류축(34)을 출몰시키는 구동기어(33)가 스크류축(34)의 최상단 또는 최하단에 위치하게 되면 상,하부 공치부(35b)(35a)에 의해 헛돌아 동력전달이 차단 되므로 더이상 스크류축(34)의 출몰동작이 이루어지지 않게 된다.

스크류축(34)의 출몰이 차단된 후 고장원인을 해결하여 다시 구동기어(33)를 스크류축(34)에 결합할 때에는 추적체(12)를 들어올려 스크류축(34)이 구동기어(33)에 물리도록 하여 복원시킨다. 스크류축(34)이 추적체(12)를 최대한 들어올려진 상태에서 구동기어(33)가 스크류축(34)의 하단부에 형성된 하부 공치부(35a)에 놓여 졌을 경우에는 추적체(12) 자체 중량이 작용하기 때문에 스크류축(34) 하단부가 자연스럽게 구동기어(33)에 물리게 되므로 단순히 제2구동모터(32)의 역회전 동작이 가해지면 복원된다.

또한, 상기한 바와 같이 구동기어(33)가 스크류축(34) 양단의 상,하부 공치부(35b)(35a)에 위치하여 동력전달이 차단된 상태에서 다시 구동기어(33)를 스크류축(34)에 맞물리도록 하는 동작을 자동으로 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 상기 스크류축(34)의 상부 공치부(35b) 또는 하부 공치부(35a)에 탄성체를 설치하여 항상 구동기어(33) 또는 스크류잭(30)의 몸체(31)를 역방향으로 밀어내도록 하는 탄성력을 제공하는 것이다. 좀더 상세히 설며하면, 밀편(36)을 상기 상,하부 공치부(35b)(35a)에 관통설치하여 상,하부 공치부(35b)(35a) 내에서 자유롭게 슬라이딩 이동되게 결합한 후 상기 밀편(36)과 스크류잭(30)의 단부 사이에 탄성체를 설치한 것이다. 즉, 탄성력을 가하여 밀편(36)을 밀어내는 스프링(37)을 탄력설치하는 것이다. 이때, 상기 스크류축(34) 하단부에는 몸체(31)로부터의 이탈을 방지하는 스토퍼(38)가 설치되어 있다.

따라서 비정상적인 작동에 의해 스크류축(34)의 상,하부 공치부(35b)(35a)에 구동기어(33)가 위치하게 되면 구동기어(33)가 밀편(36)을 밀어 스프링(37)을 지속적으로 압축시키면서 공회전하게 된다.

과동작 고장의 원인을 해결한 후 스크류축(34)을 구동기어(33)에 맞물리도록 하기 위해서는 단순히 제2구동모터(32)를 역회전시키게 되면 압축되어있던 스프링(37)이 밀편(36)을 밀고 이는 다시 구동기어(33)를 역이동시켜 스크류축(34)과 구동기어(33)가 맞물리도록 유도하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명 트래커의 기본적인 구조도.

도 2는 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 워엄기어의 사시도.

도 3은 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 워엄기어의 개략도.

도 4, 도 5는 본 발명 과동작 방지장치의 동작상태도.

도 6은 본 발명 과동작 방지장치의 요부 확대도.

도 7은 본 발명 과동작 방지장치를 구비한 스크류잭 구조도.

도 8, 도 9는 본 발명 과동작 방지장치의 동작상태도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 - 고정지지체 12 - 추적체 20 - 워엄기어

21 - 워엄휠 22 - 워엄 23 - 구동모터

24 - 공치부 25 - 밀편 26a- 판스프링

26b- 코일스프링 27 - 가이드 30 - 스크류잭

31 - 몸체 32 - 구동모터 33 - 구동기어

34 - 스크류축 35b,35a - 상,하부 공치부 36 - 밀편

37 - 스프링 38 - 스토퍼

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 솔라모듈(13)을 탑재한 추적체(12)와 이를 지지하는 고정지지체(10) 사이에 설치되어 상기 추적체(12)를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터(32)의 동력을 받아 상기 추적체(12)를 원하는 방향으로 구동하는 워엄기어(20)에 있어서,

   상기 워엄기어(20)를 구성하는 워엄휠(21)의 둘레 일측구간에 기어치를 제거한 공치부(24)를 형성하여 상기 공치부(24)에서는 상기 워엄기어(20)와 맞물려 구동하는 워엄(22)이 헛돌아 동력전달이 차단되도록 하고,

   상기 공치부(24)에는 기어치 형성방향으로 가이드(27)를 형성하고, 상기 가이드(27)에 밀편(25)을 결합하여 워엄(22)의 진행방향으로의 동력전달이 차단되도록 한 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 밀편(25)은, 워엄(22)의 기어치 단부와 접촉되지 않도록 빗면(251)을 구성하는 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 밀편(25)은 양측 대향되게 복수개 구성하고, 그 사이에 탄성체를 구성한 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
6. 솔라모듈(13)을 탑재한 추적체(12)와 이를 지지하는 고정지지체(10) 사이에 설치되어 상기 추적체(12)를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터(32)의 동력을 받아 상기 추적체(12)를 원하는 방향으로 구동하는 스크류잭(30)에 있어서,

   상기 구동모터(32)에 의해 몸체(31) 내에서 회전 구동하는 구동체(33)와 맞물려 출몰되는 스크류축(34) 상하부에 스크류산이 없는 상,하부 공치부(35b)(35a)를 일정구간 형성하여 이 구간 내에서는 동력전달이 없도록 하되,

   상기 상부 공치부(35b)에, 상기 상부 공치부(35b)에 지지되어 이동하는 밀편(36)을 설치하고, 상기 밀편(36)과 스크류잭(30)의 단부 사이에 탄성체(37)를 설치한 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 스크류축(34) 하단부에 몸체(31)로부터의 이탈을 방지하는 스토퍼(38)가 설치된 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 스크류축(34) 하단부의 하부 공치부(35a)에 상기 하부 공치부(35b)에 지지되어 이동하는 밀편(36)을 설치하고, 상기 밀편(36)과 스토퍼(38) 사이에 탄성체(37)를 탄력 설치한 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.
9. 솔라모듈(13)을 탑재한 추적체(12)와 이를 지지하는 고정지지체(10) 사이에 설치되어 상기 추적체(12)를 견고하게 결합함과 동시에 구동모터(32)의 동력을 받아 상기 추적체(12)를 원하는 방향으로 구동하는 스크류잭(30)에 있어서,

   상기 구동모터(32)에 의해 몸체(31) 내에서 회전 구동하는 구동체(33)와 맞물려 출몰되는 스크류축(34) 상하부에 스크류산이 없는 상,하부 공치부(35b)(35a)를 일정구간 형성하여 이 구간 내에서는 동력전달이 없도록 하되,

   상기 스크류축(34) 하단부에 몸체(31)로부터의 이탈을 방지하는 스토퍼(38)가 설치된 것을 특징으로 하는 추적식 태양광 발전 트래커의 과동작 방지장치.

Images