KR100898501B1

KR100898501B1 - Cds소자를 이용한 태양광 추적장치

Info

Publication number: KR100898501B1
Application number: KR1020070088774A
Authority: KR
Inventors: 윤주평
Original assignee: 윤주평
Priority date: 2007-09-03
Filing date: 2007-09-03
Publication date: 2009-05-21
Also published as: US20100192940A1; AU2007358713A1; KR20090023765A; WO2009031726A1; EP2191208A1; JP2011512017A

Abstract

본 발명은 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 관한 것이다.

센서부; 신호비교부; 제어부; 한계제어부; 및 구동부를 포함하여 이루어진 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 있어서; 상기 센서부의 추적센서는 몸체의 상부에 투명링이 결합되고; 상기 투명링의 내부에 복수의 동쪽CDS소자와 서쪽CDS소자를 가설하고; 상기 동쪽CDS소자와 서쪽CDS소자 사이에 차단막이 가설되고; 상기 차단막의 양측에는 빛의 강도에 따라 렌즈의 색상이 변하는 반원볼록형의 동쪽감광렌즈와 서쪽감광렌즈가 상기 투명링의 상부를 덮어서 가설된 것; 을 그 특징으로 한다.

태양광, CDS소자, 추적센서, 솔라판, 프레임, 솔라부, 웜, 웜기어, 모터, 동서구동장치, 구동체, 남북구동장치, 회전원판, 하우징, 센서부, 신호비교부, 제어부, 한계제어부, 구동부, 동쪽CDS소자, 서쪽CDS소자, 차단막.

Description

CDS소자를 이용한 태양광 추적장치{Solar photovoltatics tracking system that use CDS element}

본 발명은 광센서의 일종인 CDS(황화카드뮴셀)소자를 이용한 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 CDS소자가 빛을 받게 되면 빛의 강도에 따라 저항이 달라지는 가변저항의 특성을 이용하여, 빛을 많이 받는 방향으로 자동으로 구동부의 모터를 회전시켜, 복수의 CDS소자의 저항치가 항상 "0" 밸런스(BALANCE)를 유지할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광을 추적하는 장치는 두 가지 이유로 그 중요성을 높이 평가하고 있는 실정이다.

하나는, 태양광을 이용하여 전력을 생산하고자 하는 태양전지모듈이며, 또 다른 하나는 태양광을 집열판에서 축열하여 산업용, 농업용 또는 가정의 온, 난방용 등으로 이용하기 위한 것이다.

상기와 같이 태양광을 에너지화하기 위하여 정부, 업체 및 학자들이 막대한 자금과 인력을 투입하여 연구를 계속 해 오고 있는 실정이다.

한편, 근래에는 세계 각국이 고유가에 몸살을 앓고 있으며, 이를 극복하기 위하여 무공해 태양에너지를 이용하려는 분위기가 고조되고 있고, 그 실용화율도 점차적으로 높아가고 있는 실정이다.

또한, 상기 태양에너지는 산업 전반에 걸쳐 그 이용 가치가 다양하나 현실적으로 볼 때 투자 대비 효율측면에서 부가 가치성이 떨어지는 문제점을 가지고 있고, 특히 태양이 구름에 가린 흐린 날에는 태양열을 집적하기 어려워서 별도의 발전 및 난방 등의 부가적인 시설이 요구됨으로 인해 많은 자금이 소요되는 문제점도 있지만, 일부 국가에서는 태양에너지발전소, 태양열건축물 등을 여러모로 실용화하고 있는 추세이다.

이와 같이 태양에너지를 이용하기 위해서는 태양열을 효율적으로 집적시키기 위한 장치가 필요하게 되었고, 이를 위해 광센서를 이용하여 집열판 또는 집광판을 태양의 고도 및 방향에 일치시켜 주기 위한 태양광 추적장치를 개발하고 있는 추세이다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 광센서인 CDS소자를 이용하여 태양이 구름에 가린 흐린 날에도 태양광을 추적하여 태양열을 보다 효율적으로 집적할 수 있도록 함에 그 목적이 있다.

삭제

상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 있어서, 태양광을 추적하는 복수의 CDS소자와 차단막이 내장된 추적센서; 상기 추적센서와 태양광을 집적할 수 있는 복수의 솔라판을 프레임에 내장하여 이루어진 솔라부; 상기 솔라부를 모터가 회전할 때 웜 및 웜기어에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치; 상기 솔라부를 핸들 또는 모터의 구동체를 회전시켜 웜 및 웜기어에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치; 상기 남북구동장치와 솔라부를 지지하는 회전원판이 가설된 하우징; 을 포함하여 구성된 것을 그 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로는 센서부; 신호비교부; 제어부; 한계제어부; 및 구동부를 포함하여 이루어진 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 있어서; 상기 센서부의 추적센서는 몸체의 상부에 투명링이 결합되고; 상기 투명링의 내부에 복수의 동쪽CDS소자와 서쪽CDS소자를 가설하고; 상기 동쪽CDS소자와 서쪽CDS소자 사이에 차단막이 가설되고; 상기 차단막의 양측에는 빛의 강도에 따라 렌즈의 색상이 변하는 반원볼록형의 동쪽감광렌즈와 서쪽감광렌즈가 상기 투명링의 상부를 덮어서 가설된 것; 을 그 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 해결하고자 하는 과제 및 해결수단들은 첨부한 도면에 나타난 다양한 실시 예들의 상세한 설명을 통해서 보다 더 명백하여 질 것이다.

삭제

이와 같이 본 발명은 태양광을 추적하는 복수의 CDS소자가 빛을 받게 되면, 빛의 강도에 따라 전기적인 저항치가 달라지는 일종의 가변저항의 특성을 이용하여 태양광을 추적함으로써 태양에너지를 충분히 확보할 수 있으며, 특히 태양이 구름에 가린 흐린 날에도 태양에너지를 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

본 발명의 구체적인 실시 사례를 설명함에 있어서, 본 발명의 도면에 의해 도시되어 있고 이에 따른 구성과 동작들은 적어도 하나의 일실시 사례로서 설명되어지는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심적인 구성 및 동작들이 제한받지는 않아야 할 것이다.
참고할 사항으로, 본 발명에서 설명되어지는 각 도면에 부호를 표기함에 있어서, 동일한 구성요소는 비록 다른 도면에 표기되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여하였음에 유의하여야 할 것이다.

이하, 본 발명에 의한 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 우측방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 추적센서를 정면에서 바라본 정면도와 상기 정면도를 측면에서 잘라서 본 단면도이며, 도 4는 본 발명의 추적센서를 측면에서 바라본 측면도이고, 도 5는 본 발명의 작동원리를 도시한 회로도이며, 도 6은 본 발명의 추적센서의 CDS소자에 의해 저항값이 변화하는 원리를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 추적센서가 저항값 "0" 밸런스를 유지하면서 추적하는 상태를 요약 도시한 평면도이고, 도 8은 구름에 의해 태양이 가려지거나 흐린날에 투명링에 의해 CDS소자가 태양광을 감지하는 상태를 도시한 평면도이며, 도 9는 한국의 계절별 태양 고도 및 궤적을 도시한 다이아그램이다.

본 발명은 태양을 동서(東西) 간 자동으로 추적하는 것을 기준으로 설명하고, 남북(南北) 간은 도 9에서 도시한 바와 같이, 계절에 따라 고도의 편차가 일정하게 나타나고 있는 바, 고도를 1년에 4회 정도 수동으로 조정하는 것을 기준으로 설명하고자 한다.
그러나, 남북 간에도 복수의 CDS소자 및 회로를 구성하여 도 6에 도시한 회로도에 센서부, 신호비교부, 제어부, 한계제어부 및 구동부를 추가함으로써 자동으로 제어하도록 할 수도 있는 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 CDS소자를 이용한 태양광추적장치(100)는 태양광을 추적하는 복수의 동쪽CDS소자(13) 및 서쪽CDS소자(13')와 차단막(15)이 내장된 추적센서(1)와, 상기 추적센서(1)와 태양광을 집적할 수 있는 복수의 솔라판(52)을 프레임(51)에 내장하여 구성된 솔라부(5)와, 상기 솔라부(5)를 모터(21)가 회전할 때 웜(22) 및 웜기어(23)에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치(2)와, 상기 솔라부(5)를 핸들 또는 모터의 구동체(30)를 회전시켜 웜(31) 및 웜기어(32)에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치(3)와, 그리고 상기 남북구동장치(3)와 솔라부(5)를 지지하는 회전원판(232)이 가설된 하우징(4)을 포함하여 구성된다.

도 3 내지 도 5에 나타낸 바와 같이 센서부, 신호비교부, 제어부, 한계제어부 및 구동부를 포함하여 이루어진 본 발명의 추적센서(1)에 있어서, 상기 추적센서(1)는 몸체(11)의 상부에 투명링(12)을 결합하고, 상기 투명링(12)의 내부에 복수의 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')를 가설하며, 상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')와의 사이에 차단막(15)을 가설하고, 상기 차단막(15)의 양측에는 빛의 강도에 따라 렌즈가 썬글라스와 같이 색상이 변하는 반원 볼록형의 동쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')를 상기 투명링(12)의 상부를 덮어서 가설되고, 상기 투명링(12)의 하부에는 몸체(11)를 결합하여 이루어진다.

상기 솔라부(5)는 프레임(51)의 내측에 복수의 솔라판(52)을 가설하고, 상기 프레임(51)의 중앙 또는 편리한 위치에 추적센서(1)를 가설하고, 후방에 상기 프레임(51) 고정용 브라켓(53)을 가설하여 구성된다.

상기 동서구동장치(2)는 하우징(4)의 하부 및 상부에 가설되며, 하부에 동서 간 구동용 모터(21)와, 상기 모터(21)에 축으로 연결된 웜(22)과, 상기 웜(22)과 맞물리게 웜기어(23)를 가설하고, 상기 웜기어(23)와 회전원판(232)이 가설된 회전축(231)을 상기 하우징(4)의 내부에 결합하고, 그리고 상기 회전원판(232)의 상부에 회전브라켓(33)을 가설한 것을 포함하여 이루어진다.

상기 남북구동장치(3)는 상기 회전브라켓(33)의 일측에 기어박스(미도시)를 가설하여, 상기 기어박스 내부의 하부에는 웜(31)을 가설하고, 상기 웜(31)의 상부에 맞물리게 웜기어(32)를 가설하여, 상기 웜기어(32)의 축과 상기 솔라부(5)의 고정용 브라켓(53)과 결합하여, 상기 웜(31) 축의 일단의 연결부(311)에 핸들 또는 모터 등의 구동체(30)를 연결하여 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하여 상기 모터(21)가 회전하게 되면 웜(22)이 회전함에 따라 상기 웜기어(23)가 회전하면서 회전축(231)을 돌려주게 되면, 이때 상기 회전원판(232)의 상부에 가설된 회전브라켓(33)이 회전함과 동시에 상기 솔라부(5)가 태양을 따라 동서 간으로 회전하게 된다.

한편, 상기 구동체(30)에 의해 웜(31)이 회전할 때 상기 웜기어(32)가 회전하면서 상기 웜기어(32)의 축에 동기화되어 있는 고정용 브라켓(53)이 회전하여 상기 솔라부(5)를 남북 간으로 회전시키며, 이때 수동으로 도 9에 나타낸 바와 같이 계절에 따라 태양의 고도에 맞추어 사용할 수 있으며, 더욱 정밀한 추적을 위하여 계절별 태양의 고도에 일치시키기 위한 회로를 추가하여 남북 간에도 자동으로 태양광에 초점을 맞추어 사용할 수도 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치(100)의 동작에 대해서 살펴보면, 도 3 및 도 5 내지 6에 나타낸 바와 같이 센서부, 신호비교부, 제어부와, 한계제어부 및 구동부를 포함하여 이루어지며, 상기 센서부의 추적센서(1)는 차단막(15)을 중심으로 양쪽에 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')가 가설되고, 상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')를 보호하고 빛의 강약에 따라 렌즈의 색상이 변하여 빛의 강약을 민감하게 전달하기 위한 반원 볼록형의 동쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')가 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 투명링(12)의 상부를 덮어서 가설되는 구성으로 된다.

그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이 본 발명의 추적센서(1)를 구성하는 센서부에서 태양광이 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')에 동일하게 작용할 때에는 즉, 상기 추적센서(1)가 태양광과 일치되었을 때에는 기전류를 공급하지 않음으로 구동부의 모터(21)가 정지되어 있으며, 또한 태양광이 한쪽으로 기울어져 차단막(15)에 의해 상기 어느 한 쪽의 동쪽CDS소자(13) 또는 서쪽CDS소자(13')에 그늘이 발생하게 되면, 상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13') 간에 저항값이 변하여 불평등 전류가 발생하게 되어, 상기 신호비교부에서 선택된 신호A 또는 신호B 가 제어부로 보내지게 된다. 상기 신호A 또는 신호B를 수신한 제어부의 증폭기가 내장된 포토릴레이A 또는 포토릴레이B는 상기 신호A 또는 신호B를 증폭하여 LED(발광다이오드)로 보내게 되면, 상기 증폭된 신호A 또는 신호B를 수신한 LED가 발광하면서 스위치 역할을 하여 상기 구동부의 구동용 모터(21)에 전원을 공급하여 정회전 또는 역회전하면서 상기 추적센서(1)가 태양광을 향해 일치시키려는 추적동작을 지속하면서 솔라부(5)가 태양광에 항상 초점을 맞추게 된다.
그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이 태양이 지고 상기 추적센서(1)가 한계제어부의 서쪽한계리미트(16')에 닿게 되면 상기 모터(21)가 역회전하여 동쪽으로 원위치하고, 또한 상기 추적센서(1)가 동쪽한계리미트(16)에 닿게 되면 상기 모터(21)의 동작이 정지되며, 익일 일출시 상기와 같은 동작을 반복할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 도 8에 나타낸 바와 같이 구름이 태양광을 가린 흐린 날 또는 태양광으로부터 많은 각도를 이탈한 추적센서(1)는 상기 추적센서(1)를 감싸고 있는 투명링(12)으로 투과되는 미약한 태양광을 동쪽CDS소자(13) 및 서쪽CDS소자(13')가 감지하여 태양광을 추적할 수 있도록 함으로써, 상기와 같이 태양광을 최대한 집적할 수 있도록 솔라부(5)를 제어할 수 있게 되는 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정 등이 가능함을 자명하게 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 언급된 바와 같은 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 특허청구범위에 의하여 정해져야 함이 바람직할 것이다.

도 1은 본 발명의 사시도이며,

도 2는 본 발명의 우측방 사시도이고,

도 3은 본 발명의 추적센서를 정면에서 바라본 정면도와 상기 정면도를 측면에서 잘라서 본 단면도이며,

도 4는 본 발명의 추적센서를 측면에서 바라본 측면도이고,

도 5는 본 발명의 원리를 도시한 회로도이며,

도 6은 본 발명의 추적센서의 CDS소자에 의해 저항값이 변화하는 원리를 도시한 평면도이고,

도 7은 본 발명에 의한 추적센서가 저항값 "0" 밸런스를 유지하면서 추적하는 상태를 요약 도시한 평면도이고,

도 8은 구름에 의해 태양이 가려지거나 흐린날에 투명링에 의해 CDS소자가 태양광을 감지하는 상태를 도시한 평면도이며,

도 9는 한국의 계절별 태양 고도 및 궤적을 도시한 다이아그램이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 추적센서 2 : 동서구동장치

3 : 남북구동장치 4 : 하우징

5 : 솔라부 11 : 몸체

12 : 투명링 13 : 동쪽CDS소자

13' : 서쪽CDS소자 14 : 동쪽감광렌즈

14' : 서쪽감광렌즈 15 : 차단막

16 : 동쪽한계리미트 16' : 서쪽한계리미트

21 : 모터 22 : 웜

23 : 웜기어 30 : 구동체 31 : 웜 32 : 웜기어 33 : 회전브라켓 51 : 프레임

52 : 솔라판 53 : 브라켓

100 : 태양광추적장치 231 : 회전축

232 : 회전원판 311 : 연결부

Claims

삭제
센서부; 신호비교부; 제어부; 한계제어부; 및

구동부를 포함하여 이루어진 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 있어서;

상기 센서부의 추적센서(1)는 몸체(11)의 상부에 투명링(12)이 결합되고;

상기 투명링(12)의 내부에 복수의 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')를

가설하고;

상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13') 사이에 차단막(15)이 가설되고;

상기 차단막(15)의 양측에는 빛의 강도에 따라 렌즈의 색상이 변하는 반원볼록형의 동쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')가 상기 투명링(12)의 상부를 덮어서 가설된 것;

을 특징으로 하는 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치.
삭제
제2항에 있어서, 상기 추적센서(1)는 흐린 날 또는 태양광으로부터 각도가 이탈되면;

상기 추적센서(1)를 감싸고 있는 투명링(12)으로 투과되는 상기 태양광을 동쪽CDS소자(13) 및 서쪽CDS소자(13')가 감지하도록 한 것;

을 특징으로 하는 CDS소자를 이용한 태양광 추적장치.