KR100908442B1 - 태양광 발전장치의 경사각 조절장치 - Google Patents

태양광 발전장치의 경사각 조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지어레이를 설치하기 위한 모듈프레임의 양측에 두개씩의 연결고리를 형성하되 안내롤러에 안내된 상태로 권취(捲取)드럼에 권취된 와이어의 양끝단이 상기 연결고리에 결속되도록 하고, 상기 권취드럼은 연결축에 의해 구동모터와 연결되어 회전구동됨으로써 모듈프레임의 양측이 와이어에 의해 동시에 연동(聯動)되도록 하여 모듈프레임이 상부와 하부가 유기적으로 동작할 수 있도록 하는 경사각 조절이 가능한 태양광 발전장치의 경사각 조절장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 와이어의 양측단부가 권취롤러에 의해 연동됨으로써 모듈프레임의 움직임이 매우 안정적이고 균형적인 상태가 되어 태풍이나 돌풍에도 잘 견딜 수 있으며, 모듈프레임 양측의 하중이 균형을 이루게 하여 비용절감 효과를 얻을 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
태양광, 발전장치, 와이어, 경사각, 조절장치

Description

태양광 발전장치의 경사각 조절장치{APPARATUS FOR ADJUSTING INCLINATION AN OF SUNLIGHT ELECTRIC POWER APPARATUS}
본 발명은 태양광 발전장치의 경사각 조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양의 방위각 및 고도 변화에 따라 태양전지모듈이 구비된 모듈프레임의 경사각 조절을 용이하게 하며, 태풍이나 돌풍 등의 외부환경에도 안정적이고 균형적으로 지지되도록 하기 위한 태양광 발전장치의 경사각 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 화석연료를 대처하면서도 환경오염 문제를 발생하지 않는 청정에너지원인 태양광(太陽光), 조력(潮力), 파력(波力), 풍력(風力)을 이용한 친환경 발전설비의 시공이 점진적으로 증가하는 추세이며, 상기 발전설비 중 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양전지를 다수 어레이시켜 발전을 하는 태양광 발전장치가 시설되고 있다.
그러나 태양광 발전장치는 발전량이 일조시간 및 태양전지모듈의 입사각도에 따라 좌우되므로 종래의 고정형 태양광 발전장치는 태양광의 이용효율을 향상시키 지 못하는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 태양의 방위각 및 고도변화에 따라 경사각이 조절되어 태양전지모듈 전면에 태양광이 수직으로 입사할 수 있도록 동력을 이용하여 태양의 위치를 추적하는 태양광 발전장치가 개발되고 있다.
그 중 국내등록특허 제10-0687140호에는 특허청구범위의 [청구항 1]에 기재된 바와 같이, "지상에 아주 견고히 안착·설치될 수 있도록 하는 삼각형 구조의 하부 지지대(100)를 구비하고, 그 상단에는 역삼각형 구조이면서 태양전지어레이설치프레임(200)을 구비시키되, 상기 태양전지어레이설치프레임(200)은 하부 지지대(100)의 상단에 구비하고 회전축(50)에 연결하여 그 회전축(50)을 중심으로 매일 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 방위각에 따라 동,서로 회전할 수 있도록 함과 동시에 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 상면에 각각의 모듈회전축(350)에 의해 계절의 변화와 설치장소의 위도에 따른 태양의 고도변화에 따라 남,북방향으로 회전되는 다수개의 태양전지모듈고정판(300)가 각각 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 태양광 추적식 에너지발전장치"가 공개되어 있다.
상기 태양광 추적식 에너지발전장치는 태양전지어레이설치프레임(200)의 양측에 하나 이상의 연결고리(220)를 구비하는 한편, 이와 대응하는 하부 지지대(100)의 하단에는 와이어 안내수단(120)을 한개소 이상 구비시킨 후 그 연결고리(220)와 와이어 안내수단(120)을 통해 와이어1(260), 와이어2(261)를 각각 결속·거치되게 하여 상기 와이어1(260), 와이어2(261) 중 어느 하나를 당김 혹은 풀림 작동할 경우 태양전지어레이설치프레임(200) 전체가 태양의 방위각에 따라 동,서로 일정각도 회전작동될 수 있게 하는 태양전지어레이설치프레임(200) 작동수단을 설치하도록 하고 있다.
그러나 상기 태양광 추적식 에너지발전장치는 상기 태양전지어레이설치프레임(200)의 저면 양측에 하나 이상의 연결고리(220)를 형성하고, 이와 대응하도록 하부 지지대(100)의 하단에 와이어 안내수단(120)을 형성하여 상기 연결고리(220) 및 와이어 안내수단(120)에 와이어1,2(260,261)를 결속·거치하는 구조로 인해 [도 1]에 도시된 바와 같이, 상기 와이어(260,161)들을 당김 혹은 풀림 작동하기 위한 모터가 장치로 부터 상당한 거리에서 이격된 상태로 와이어들을 견인하는 구조여서 넓은 설치공간을 필요로 하는 단점과, 또 모터가 장치로부터 독립되어 설치되고 와이어(260,261)들의 고정을 위해 별도의 로크장치(500)을 필요로 하는 구조여서 장치 및 모터, 로크장치 설치를 위한 공사비가 각각 별도로 소요되어 매우 비경제적이며, 특히 태양전지어레이설치프레임(200)이 양쪽에서 각각 별도로 작동되는 와이어들에 결합된 구조여서 균형감이 떨어지는 단점을 갖는다.
또 상기 태양광 추적식 에너지발전장치는 각각의 와이어들이 서로 유기적인 연결구조를 갖지 못하고 태양전지어레이설치프레임(200)과 다수의 태양전지모듈고정판(300)을 각각 개별적으로 구동되는 와이어에 의해 회전작동되므로 높은 토크의 대형 모터가 필요하게 되고, 태풍이나 돌풍 등의 외부환경에 안정적으로 지지되지 못하는 단점을 갖는다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명은 태양전지어레이를 설치하기 위한 모듈프레임의 양측에 두개씩의 연결고리를 형성하되 안내롤러에 안내된 상태로 권취(捲取)드럼에 권취된 와이어의 양끝단이 상기 연결고리에 결속되도록 하고, 상기 권취드럼은 연결축에 의해 구동모터와 연결되어 회전구동됨으로써 모듈프레임의 양측이 와이어에 의해 동시에 연동(聯動)되도록 하여 모듈프레임이 상부와 하부가 유기적으로 동작하게 되어 프레임에 안정감과 균형감을 제공할 수 있으며, 특히 모듈프레임의 무게중심을 이용함으로써 낮은 토크의 소형 모터로도 모듈프레임의 경사각 조절이 가능한 특징을 갖는다.
상기 안내롤러와 권취드럼, 구동모터는 레일 위를 회전구동가능토록 구성된 지지프레임 상부에 설치되도록 함으로써 상기 지지프레임의 회전함에 있어 와이어들이 방해되지 않으며, 좁은 설치공간에도 설치가능한 특징을 갖는다.
이처럼 본 발명은 와이어를 권취롤러에 감고 상기 와이어의 양끝단을 모듈프레임의 양측에 결속함으로써 모듈프레임의 경사각을 하나의 모터로도 유기적으로 조절할 수 있으며, 또 와이어의 양측단부가 권취롤러에 의해 연동됨으로써 모듈프레임의 움직임이 매우 안정적이고 균형적인 상태가 되어 태풍이나 돌풍에도 잘 견 딜 수 있는 효과를 갖는다.
또한 본 발명은 모듈프레임의 상,하부를 연결하는 와이어를 권취롤러에 와이어 한쪽이 감기면 다른 쪽은 풀리도록 구성되도록 구성함으로써 모듈프레임 양측의 하중이 균형을 이루게 하여 기존의 모터에 비해 저용량의 모터를 사용하게 되고, 심지어는 한쌍의 권취롤러를 연결축에 의해 하나의 모터로도 구동할 수 있도록 하여 현저한 설치 및 유지비용절감 효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한 본 발명은 상기 모듈프레임 및 안내롤러와 권취드럼, 구동모터를 원형(圓形)의 레일 위에서 회전가능한 지지프레임 상부에 전부 설치되도록 함으로써 좁은 공간에도 설치가능하고, 상기 지지프레임이 레일 위에서 회전함에 있어 와이어의 방해를 받지 않으며, 이로 인해 태양의 방위각 및 고도변화에 따른 태양광의 흡수효율을 향상시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.
이하 첨부된 도면에 의해 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 지지프레임(1100)과, 상기 지지프레임(1100)의 양측에 위치하고 상부에 회전축(1210)이 형성된 지주(1200)와, 상기 지주(1200)의 회전축(1210)에 결합되어 작동하는 모듈프레임(1300)으로 이루어지고, 상기 모듈프레임(1300)과 지지프레임(1100)에는 와이어(1400)가 결속되어 상기 모듈프레임(1300)의 경사각을 조절하는 태양광 발전장치에 있어서, 상기 지지프레임(1100)의 상측에 형성된 한 쌍의 권취드럼(1110)과, 상기 권취드럼(1110)에 대향(對向)된 상태로 지지프레임(1100)의 상측에 형성된 한 쌍의 안내롤러(1120)와, 상기 안내롤러(1120)에 의해 안내되어 권취드럼(1110)에 중간부가 권취되고, 양끝단부는 각각 모듈프레임(1300)의 양측에 형성된 연결고리(1310)에 결속되는 와이어(1400)와, 상기 권취드럼(1110)을 회전구동하기 위한 구동모터(1130)로 구성되어진다.
이때 상기 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)는 연결고리(1310)의 하방에 설치되도록 하며, 상기 권취드럼(1110)은 각각 연결축(1131)에 의해 구동모터(1130)에 연결되어 하나의 구동모터(1130)에 의해서도 작동되도록 구성되어 진다.
이를 위해 상기 구동모터(1130)는 양축모터를 사용할 수도 있으며, 이때 큰 힘을 발휘할 수 있도록 축브레이크 기능을 갖는 감속모터를 사용함이 바람직하다.
그리고 상기 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)에는 와이어(1400)를 안내하기 위한 권취유도홈(1112)이 형성되도록 구성될 수도 있는데, 이때 상기 권취유도홈(1112)은 권취드럼(1110)에 와이어(1400)가 감기거나 풀릴때 와이어끼리 서로 간섭받는 것을 방지하기 위한 구성으로, 그 폭은 와이어(1400)의 폭과 거의 동일하게 이루어진다.
그리고 상기 와이어(1400)는 권취드럼(1110)에 충분히 감긴 상태에서 상기 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)를 통해 모듈프레임(1300)의 각 모서리에 형성된 연결고리(1310)에 결속되도록 구성되어 진다.
이때 상기 와이어(1400)가 감긴 권취드럼(1110)의 중심에는 와이어클 립(1111)을 형성하여 상기 와이어(1400)를 권취드럼(1110)에 고정할 수 있도록 한다. 즉 상기 와이어클립(1111)은 모듈프레임(1300)의 경사각을 조절하기 위해서 구동모터(1130)를 구동시 상기 와이어(1400)가 권취드럼(1110)에서 헛도는 것을 방지하기 위한 것으로 모듈프레임(1300)의 경사각을 보다 원활하게 조절하기 위한 것이다.
또 상기 권취드럼(1110)은 와이어(1400)가 충분히 감기도록 형성되는데, 이는 태양의 방위각 및 고도 변화에 따라 모듈프레임(1300)의 경사각이 여유롭게 조절가능하게 하기 위한 구성으로, 상기 권취드럼(1110)의 재질은 주로 주강(鑄鋼)으로 목형 및 금형에 의해 주물방식으로 제작된다.
또한 상기 권취드럼(1110)과 구동모터(1130)는 연결축(1131)에 의해 서로 연결되고, 상기 한 쌍의 연결축(1131)은 양축을 구비하는 구동모터(1130)의 축에 체인과 체인스프라켓에 의해 연결되도록 구성되어 진다.
이때 상기 연결축(1131)은 동력수단인 구동모터(1130)의 회전력을 권취드럼(1110)에 균등하게 전달하게 되고, 상기 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)는 연결고리(1310)의 하방에 설치됨으로써 지주(1200)를 중심으로 모듈프레임(1300) 양측의 하중이 균형을 이루게 되어 기존의 모터에 비해 저용량의 모터를 사용할 수 있게 되며, 특히 와이어의 양측단부가 권취롤러에 의해 연동됨으로써 와이어 한쪽이 감기면 다른 쪽은 풀리게 되어 모듈프레임의 움직임이 매우 안정적이고 균형적인 상태가 된다.
즉 권취드럼(1110)과 모듈프레임(1300) 일측, 안내롤러(1120)와 모듈프레 임(1300) 타측의 와이어는 경사각에 따라 거의 수직이나 경사진 상태를 이루게 되며, 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)의 사이에 위치한 와이어는 거의 수평을 이루게 되므로 좁은 공간에도 설치가능하게 되며, 와이어를 견인하는데 있어 동력의 낭비가 적고, 모듈프레임(1300) 일측이 상승할 때 일측은 하강하게 되고, 반대로 일측이 하강할 때 타측은 상승하는 구조여서 와이어들이 권취드럼(1110)을 중심으로 연동하게 되어 큰 힘이 필요하지 않게 되는 것이다.
또한 본 발명은 [도 6]에 도시된 바와 같이, 상기 지주(1200)의 내측에는 수평상태의 와이어(1400)와 동일선상에 위치하도록 지주브라켓(1220)이 돌출되어 형성되고, 상기 지주브라켓(1220)에 일단이 고정된 인장스프링(1230)의 하부 끝단에는 가이드롤러(1241)가 구비된 가이드부재(1240)가 형성되어 상기 가이드롤러(1241)에 수평상태의 와이어(1400)가 안내되도록 하며, 상기 권취드럼(1110)의 상부에 위치한 수직상태의 와이어(1400)와 연결고리(1310) 사이에는 턴버클(1410)을 형성할 수도 있는데, 상기 턴버클(1410)은 권취드럼(1110)에 감긴 와이어를 와이어클립(1111)으로 고정한 후 권취드럼(1110)의 상부에 위치한 연결고리(1310)에 와이어(1400)를 결속할 때 상기 와이어(1400)가 처지지 않고 팽팽한 상태를 유지할 수 있도록 장력을 조절하기 위한 구성이다.
즉 상기 권취드럼(1110)과 안내롤러(1120)의 사이에 위치하는 와이어(1400)는 외부환경(고온의 날씨)이나 와이어의 무게하중에 의해 반드시 늘어나게 되고, 이로인해 처짐현상이 발생하게 되는데, 이때 와이어(1400)의 늘어난 길이만큼 턴버 클(1410)을 조이게 되면 와이어가 당겨져 일정한 텐션을 유지하게 된다.
상기 인장스프링(1230)은 수평상태의 와이어(1400)의 중간부를 상부로 끌어당길 수 있도록 구성되어 지는데, 상기 인장스프링(1230) 대신에 압축스프링에 의해 수평상태의 와이어(1400)의 중간부를 하부로부터 상부로 밀어올리는 방식에 의해 상기 와이어(1400)의 처짐을 방지하도록 구성할 수도 있다.
또한 본 발명은 [도 7]에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(1100)과 모듈프레임(1300)의 사이에는 스톱퍼(1600)를 형성하되, 상기 스톱퍼(1600)의 상단에는 걸림턱(1610)을 형성하고, 상기 걸림턱(1610)의 상면에는 충격완충부재(1611) 또는 리미트센서(1612)를 장착하여 구성할 수도 있다.
이때 상기 스톱퍼(1600)는 모듈프레임(1300)의 수평상태를 유지하고 안정적인 지지가 가능하도록 한 구성으로, 권취드럼(1110)이 위치한 지지프레임(1100)측으로 모듈프레임(1300)이 작동되는 것을 방지하기 위한 것이다.
또 상기 스톱퍼(1600)의 상단에 절곡된 걸림턱(1610)의 상측에는 충격완충부재(1611)가 형성되는데, 이때 상기 충격완충부재(1611)는 우레탄 등의 연질의 재질로 이루어져 모듈프레임(1300)이 상기 걸림턱(1610)에 접촉시 그 충격을 완화시키기 위한 것이다.
또 상기 걸림턱(1610)에는 리미트센서(1612)가 장착될 수도 있는데, 이는 태양광 발전장치가 안전모드, 즉 모듈프레임(1300)이 평행상태로 구동시 상기 리미트센서(1612)에 의해 정지모드로 자동전환되어 태양광 발전장치가 안정적인 위치에서 더 이상 반대쪽 방향으로 작동되는 것을 방지할 수 있을 뿐더러 강풍이나 돌풍시에 도 리미트센서(1612)에 의해 모듈프레임(1300)이 수평상태를 유지할 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한 본 발명은 [도 8]에 도시된 바와 같이, 태양의 방위각 및 고도변화에 따른 태양광의 흡수효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위하여 상기 권취드럼(1110) 및 안내롤러(1120), 지주(1200)와 모듈프레임(1300)이 설치된 지지프레임(1100)의 하부에 일정간격으로 다수의 지지롤러(1140) 및 측면롤러(1141)를 형성하여 원형(圓形)의 레일(B) 위에서 일정 반경 또는 360°회전가능하게 구성할 수도 있다.
이때 상기 레일(B)은 라운드 벤딩된 H-빔 레일로, 정밀하게 가공한 다수의 블럭을 가공용접하여 오차를 1mm 범위안에 들도록 조립한 다음 메인 회전체인 지지프레임(1100)의 지지롤러(1140) 및 측면롤러(1141)에 슬라이드 되었을 때, 본 발명 경사각 조절장치(1000)가 레일(B)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 목적으로 상기 레일(B)의 H-빔에 걸림턱(미도시)을 형성하여 구성할 수도 있다. 즉 본 발명 경사각 조절장치(1000)는 H-빔으로 구성된 원형의 레일(B)을 타고 일정 반경 또는 360°의 정밀한 회전이 가능한 것이다.
이처럼 본 발명은 레일(B) 위에서 회전가능한 지지프레임(1100) 위에 권취드럼(1110) 및 안내롤러(1120), 구동모터(1130), 와이어(1400)들을 모두 설치함으로써 지지프레임(1100)이 회전함에 있어 와이어(1400)의 방해를 받지 않게 된다.
이때 상기 와이어(1400)는 모듈프레임(1300)의 경사각을 조절하기 위한 기능을 하지만, 태풍 또는 돌풍이 불 때 모듈프레임(1300)의 수평각을 유지하도록 함으 로써 바람에 의해 태양전지판(C)이 손상받는 것을 최소화하기 위한 기능을 하기도 한다.
이처럼 상기한 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.
도 1,2 - 종래의 태양광 발전장치를 도시한 참고도.
도 3 - 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 경사각 조절장치의 일 실시예를 도시한 사시도.
도 4 - 도 3의 부분 확대도.
도 5 - 도 3의 정면도.
도 6 - 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 경사각 조절장치의 다른 실시예를 도시한 단면도.
도 7 - 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 경사각 조절장치의 또 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 8 - 본 발명의 사용상태 참고도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1000: 본 발명 태양광 발전장치의 경사각 조절장치
1100: 지지프레임 1110: 권취드럼
1111: 와이어클립 1120: 안내롤러
1130: 구동모터 1131: 연결축
1140: 지지롤러 1141: 측면롤러
1200: 지주 1210: 회전축
1220: 지주브라켓 1230: 인장스프링
1240: 가이드부재 1241: 가이드롤러
1300: 모듈프레임 1310: 연결고리
1400: 와이어 1410: 턴버클
1500: 모터 1510: 기어
1600: 스톱퍼 1610: 걸림턱
1611: 충격완충부재 1612: 리미트센서
A: 기초 B: 레일
C: 태양전지판

Claims (5)

  1. 지지프레임(1110)과, 상기 지지프레임(1110)의 양측에 위치하고 상부에 회전축(1210)이 형성된 지주(1200)와, 상기 지주(1200)의 회전축(1210)에 결합되어 작동하는 모듈프레임(1300)과, 상기 지지프레임(1110)의 상측 모서리에 형성된 한쌍의 안내롤러(1120)와, 상기 안내롤러(1120)에 의해 안내되고 양끝단부는 각각 모듈프레임(1300)의 양측에 연결되는 한쌍의 와이어(1400)로 구성되는 경사각을 조절하는 경사각 조절장치에 있어서,
    상기 지지프레임(1110)의 상부에는 한쌍의 안내롤러(1120)에 대향되도록 한쌍의 권취드럼(1110)이 설치되도록 하되 상기 권취드럼(1110)에는 한쌍의 와이어(1400)의 중간부가 권취되도록 하고, 상기 권취드럼(1110)은 연결축(1131)에 의해 구동모터(1130)와 연결되어 회전되도록 하며, 상기 지주(1200)의 내측에는 수평상태의 와이어(1400)와 동일선상에 위치하도록 지주브라켓(1220)이 돌출되어 형성되고, 상기 지주브라켓(1220)에 일단이 고정된 인장스프링(1230)의 하부 끝단에는 가이드롤러(1241)가 구비된 가이드부재(1240)가 형성되어 상기 가이드롤러(1241)에 수평상태의 와이어(1400)가 안내되도록 하며, 상기 권취드럼(1110)의 상부에 위치한 와이어(1400)와 연결고리(1310) 사이에는 장력조절을 위한 턴버클(1410)이 형성되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 경사각 조절장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 지지프레임(1100)의 하부에는 일정간격으로 다수의 지지롤러(1140) 및 측면롤러(1141)를 형성하여 원형의 레일(B) 위에서 일정 반경 또 는 360° 회전가능하도록 구성되어짐을 특징으로 하는 태양광 발전장치의 경사각 조절장치.
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