KR100919488B1 - 태양광 발전기의 2축 트래커 및 그 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4절 링크를 이용하여 솔라모듈이 구비된 프레임을 들어올리는 스크류잭과의 연결을 보다 견고하게 하고, 솔라모듈 프레임의 하중을 분산함으로써 강풍이나 바람에 의한 외부 힘에도 안정적으로 견딜 수 있는 견고성을 가진 구조를 갖는 태양광 발전기의 2축 트래커 구조에 관한 것이다.

본원에서는 하나 또는 다수 개의 솔라모듈(11)이 탑재된 솔라모듈 프레임(10)이 기둥관(30)의 상부에 설치되어 좌우 회전수단과 상하 기울기 조절수단을 갖는 태양광 발전기의 2축 트래커에서, 상기 2축 트래커의 상하 기울기 조절수단은 상기 솔라모듈 프레임(10)의 후면에 제1승강링크(21)가 힌지축결합(S1)되고, 고정브래킷(23)이 솔라모듈 프레임의 후면 제1승강링크의 힌지축결합(S1)위치보다 낮은 위치에 힌지축결합(S2)되고, 상기 제1승강링크(21)는 제2승강링크(22)와 힌지축결합(S4)되며, 상기 제1승강링크(21)와 제2승강링크(22)의 힌지축결합위치(S4)와 고정브래킷(23)의 중단에 버팀링크(24)가 힌지축결합으로 연결되고, 제2승강링크(22)는 기둥관(30) 내부의 승강봉(31)의 상단 끝단에 힌지축결합되는 수단으로 제공되는 태양광 발전기의 2축 트래커 구조에 관한 것이다.

Description

태양광 발전기의 2축 트래커 및 그 구조{Tracker of solar power generator}

본 발명은 태양광 발전기의 2축 트래커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4절링크를 이용하여 솔라모듈이 구비된 프레임을 들어올리는 스크류잭과의 연결을 보다 견고하고 안전하게 하며, 솔라모듈 프레임의 하중을 분산시켜 줌으로 바람이나 태풍 등의 큰 외부힘에도 안정적으로 견딜 수 있는 높은 견고성을 갖는 구조의 태양광 발전기의 2축 트래커에 관한 것이다.

태양광 발전기의 트래커는 일출시부터 일몰 때까지의 시간 동안 태양의 위치를 계산하고, 계산된 태양의 위치에 따라 태양광을 받는 솔라모듈을 회전시켜 태양에너지를 더욱 많이 받을 수 있도록 설치되는 장치이다.

특히 2축 트래커는 솔라모듈을 회전시키는 축과 솔라모듈을 기울이는 축으로 구성되어, 태양의 위치를 방위각과 고도각으로 구분하여 계산하고, 계산된 방위각과 고도각에 맞추어 솔라모듈의 회전각과 기울기를 결정함으로써 솔라모듈이 항상 태양에너지를 가장 많이 받을 수 있도록 하여 최상의 발전효율을 얻을 수 있도록 도모하는 장치이다.

종래의 태양광 발전기 2축 트래커는, 기초위에 기둥이 세워지고 기둥의 상부에 솔라모듈을 지지하는 프레임이 상하 회동가능하게 축설됨과 동시에 워엄기어를 통해 기둥의 상부에서 구동모터에 의해 원하는 방위를 향할 수 있도록 회전이 가능하게 설치되고, 후측으로는 아암을 설치하고 이에 스크류잭을 설치하여 스크류잭의 출몰에 의해 솔라모듈 프레임이 원하는 고도 각을 형성하는 구조를 이루고 있었다.

그러나 종래의 2축 트래커는 무거운 중량을 갖는 솔라모듈이 설치된 프레임을 상/하 회동시키는 스크류잭의 구성으로 내구성이 매우 취약한 문제점을 갖는다. 즉, 스크류잭이 프레임을 수직방향으로 세우고자 할 때에는 상기 스크류잭의 길이를 늘려야 하는데 그 길이가 늘어나면 늘어날수록 스크류잭과 프레임이 이루는 각이 좁아져 지지력이 약화 되는 문제점, 특히 무거운 중량의 솔라모듈의 하중에 강한 풍압이 가해지게 될 경우에는 상기 스크류잭이 부러져 기둥 위의 솔라모듈이 떨어지는 사고도 발생하게 되는 문제점을 갖는다.

또한 종래의 2축 트래커 구조에서는 스크류잭이 외부로 노출되어 있어 눈, 비를 맞으며 때론 뜨거운 열사의 악천후 속에 부식이 빠르게 진행될 수밖에 없고, 그로 인해 내구성이 약화되어 빈번하게 고장이 발생하는 문제점이 있으며, 디자인적으로도 일측으로 편중되어 조잡한 느낌을 면하기 어려운 문제점을 갖고 있었다.

또한 종래의 2축 트래커는 시각적 안정감을 갖도록 하기 위해 기둥의 상부에서 무거운 중량을 가진 솔라모듈이 장치된 프레임을 수평회전시키는 수단, 즉, 솔라모듈이 상하 유동하는 것을 방지하면서 수평회전이 가능한 구조를 갖는 베어링 및 워엄기어와 같은 동력전달 수단 등과 같은 장치를 소형으로 구현할 수 밖에 없는 한계성을 갖고 따라서 내구성 향상을 위한 부가적 기구에 제한을 받을 수 밖에 없으며, 그로 인해 내구성 및 견고성을 보장할 수 없는 구성이었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 무거운 중량의 솔라모듈을 탑재한 프레임과 이를 상/하 회동시키는 스크류잭의 연결 구조에서, 스크류잭에 4절링크를 연결함으로써 솔라모듈 및 프레임의 중량 그리고 풍압 등의 힘이 분산되도록 하여 스크류잭에 가하여지는 부하를 줄이고, 스크류잭의 고장의 발생률을 낮춰서 내구성을 높이고자 하는 기술적 과제를 갖고 시작된 발명이다.

본 발명의 목적은, 스크류잭이 외부로 노출되지 않고 기둥의 내부에 내장 설치됨으로써 스크류잭의 부식을 방지하고 내구성을 높일 뿐 아니라 시각적으로도 심플하고 안정적이며 균형을 갖는 솔라모듈 탑재 프레임 구조를 제공하고자 목적을 갖는다.

본 발명의 또 다른 목적은, 솔라모듈 프레임을 수평 및 상하로 회동시키기 위한 기구적 구동수단을 기둥의 하부에 위치시켜 구조적 안정감을 갖도록 함과 동시에 견고성 및 내구성 향상을 위한 기술적 구현이 자유롭도록 하는데 있다.

본원에서는 상기의 목적을 달성하기 위하여, 기둥관의 상부에 설치되고 좌우 회전수단과 기울기 조절수단을 갖는 솔라모듈 프레임을 구비한 태양광 발전기의 2축 트래커에 있어서,

상기 솔라모듈 프레임은 전면으로는 하나 또는 다수 개의 솔라모듈을 탑재하고, 후면으로는 4절링크와 힌지축결합하는 구조를 이루고,

상기 4절링크는 제1승강링크, 제2승강링크, 고정브래킷, 버팀링크로 구성되되, 제1승강링크의 일측 끝단은 솔라모듈프레임에 힌지축결합하고 타측끝단은 제2승강링크의 일측 끝단에 힌지축결합하고, 제2승강링크의 타측 끝단은 승강봉의 상부측 끝단에 힌지축결합하며, 고정브래킷은 기둥관 상부로 고정설치되고 일측 끝단이 솔라모듈프레임에 힌지축결합하고, 버팀링크의 일측 끝단은 고정브래킷의 중단에 힌지축결합하며 타측끝단은 제1승강링크와 제2승강링크가 힌지축결합한 위치게 같이 힌지축결합하는 구조를 이루고,

상기 기둥관은 내부가 빈 관으로서, 상부로는 솔라모듈 프레임이 설치되고 하부로는 기어박스가 구비되고 기둥관 내부로 승강봉이 상단에서부터 하단까지 연결되는 구조를 이루며,

상기 솔라모듈 프레임의 좌우 회전수단으로서, 상기 솔라모듈 프레임과 힌지축결합되는 고정브래킷이 기둥관의 상단에 고정설치되고, 상기 기둥관 하부의 기어박스에는 기둥관 자체를 좌우로 회전시키기 위한 제1회전장치가 구비되는 구조를 이루며,

상기 솔라모듈 프레임의 기울기 조절수단으로서, 상기 솔라모듈 프레임과 힌지축결합되는 승강링크가 기둥관의 상단 중앙으로 튀어나온 승강봉에 힌지축결합되고, 상기 승강봉은 기둥관 내 중심으로 기둥관 하단의 기어박스에 연결되며, 기어박스에는 상기 승강봉을 수직으로 승,하강시키는 제2회전장치가 구비되는 구조를 이루는 태양광 발전기의 2축 트래커를 구성한다.

이때, 상기 승강봉은 2단, 또는 3단으로 분리되어 구성되고, 각 단 사이에 베어링을 장착하여 연결시킴으로써, 기둥관이 회전할 때 승강봉 상단도 같이 회전할 수 있도록 한다. 또한, 상기 제1회전장치는 모터와 워엄기어를 이용하여 구성되고, 상기 제2회전장치는 모터와 스크류잭을 이용하여 구성될 수 있다.

본원에서 제공하는 구조를 갖는 2축 트래커는 무거운 중량의 솔라모듈을 탑재한 프레임과 이를 상/하 회동시키는 스크류잭이 4절링크에 의해 연결되어 스크류잭에 가하여지는 힘, 예를 들어 솔라모듈및 프레임의 하중과 상기 솔라모듈에 가하여지는 풍압과 같은 힘이 링크에 의해 분산됨에 따라 스크류잭이 받는 부하를 줄임으로써 스크류잭의 지지력이 더욱더 높아지고, 고장의 발생이 줄어들며, 내구성이 높어지는 효과가 있다.

또한 본 발명은, 스크류잭이 외부로 노출되지 않고 기둥의 내부에 내장되므로 부식이 방지됨은 물론이고 디자인적으로도 심플한 미감을 제공하는 효과를 갖는다. 특히, 솔라모듈을 탑재한 프레임을 수평 및 상하로 회동시키기 위한 기구적 메카니즘과 구동수단이 기어박스를 통해 기둥의 하부에 배치되므로 구조적 안정감을 가질 수 있으며, 견고성 및 내구성 향상을 위한 기술적 구현이 자유로워지게 되는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명 2축 트래커 구조도.

도 2는 본 발명에 따른 트래커의 기어박스 구조도.

도 3a는 본 발명에 따른 트래커의 고도각 조절 동작상태도.

도 3b는 본 발명에 따른 트래커의 고도각 조절 동작상태도.

******** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ********

10 : 솔라모듈 프레임 11 : 솔라모듈

21 : 제1승강링크 22 : 제2승강링크

23 : 고정브래킷 24 : 버팀링크

30 : 기둥관 31 : 승강봉

35 : 지지베어링 40 : 기어박스

50 : 제1회전장치 51 : 워엄기어

60 : 제2회전장치 61 : 베벨기어

이하, 본원 발명을 구성한 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 겸하여 설명하고자 한다.

도 1은 본원의 태양광 발전기 2축 트래커 구조도이고, 도 2는 본 발명에 따른 트래커의 기어박스 구조도이고, 도 3은 본 발명에 따른 트래커의 고도각 조절 동작상태도이다.

본 태양광 발전기의 2축 트래커는, 도 1에 도시된 바와 같이 솔라모듈 프레임(10)에 제1승강링크(21)와 고정브래킷(23)이 각각 힌지축결합(S1, S2)되고, 제1승강링크(21)와 제2승강링크(22)가 힌지축결합(S4)되고, 제2승강링크(22)가 승강봉(31)과 힌지축결합되고, 버팀링크(24)의 일측 끝단이 고정브래킷(23)의 중단에 힌지축결합(S5)되고, 타측 끝단이 승강링크(21, 22)의 힌지축결합(S4) 위치에 힌지축결합되어 하중을 분산시키며, 상기 고정브래킷은 기둥관(30)과 고정되어 설치되며, 상기 기둥관의 하부로는 기어박스(40)가 구비되고, 상기 기어박스는 지면에 매립되는 기초(B)의 상부에 설치되는 구조를 이룬다.

이때, 상기 기둥관(30)이 좌우로 회전하면서 고정브래킷(23)을 통해서 연결된 솔라모듈 프레임(10)이 좌우로 회전하여 태양의 방위각에 맞추어 태양을 바라볼 수 있도록 하고, 상기 승강봉(31)의 상하로 이동하면서 제2승강링크(22)를 회동시켜 솔라모듈 프레임(10)의 기울기를 조절하여 태양의 고도에 맞추어 태양을 향할 수 있도록 한다.

상기 승강봉(31)은 상단과 하단으로 나뉘고 그 중간에 베어링을 통하여 연결함으로써 기둥관(30)이 회전할 때, 승강봉의 상단은 같이 회전하지만 승강봉의 하단은 회전하지 않는 구조를 이룬다.

또한, 상기 승강봉(31)은 기둥관(30)의 내부 중앙에 위치하면서 기둥관의 상단 중앙으로 빠져나와 제2승강링크(22)와 힌지축결합(S3)되는데, 이때 기둥관(30)의 상단에는 승강봉(31)을 지지하기 위한 지지베어링(35)이 설치되는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하여 상기 기어박스(40)의 구조에 대해 설명한다. 상기 기어박스는 상부로 기둥관(30)과 연결되되, 기둥관이 회전가능하도록 테이블베어링(45)이 설치되고, 기어박스 상부 중심에는 승강봉(31)이 연결된다.

상기 기어박스(40)의 내부로는 기둥관을 회전시키기 위한 제1회전장치(50)와, 승강봉을 승강시키기 위한 제2회전장치(60)가 구비되며, 도시되지는 않았지만 시각에 따라 계산된 태양의 방위각과 고도에 따라 제1회전장치(50)와 제2회전장치(60)를 제어하여 적절한 위치를 찾는 제어장치와 전원을 공급하는 전원부도 포함되어 구성된다.

제1회전장치(50)는 모터(M1)에 의해 회전하는 워엄기어(51)가 기둥관에 설치된 기어(52)에 맞물려 기둥관을 회전시키는 구조를 이루고, 제2회전장치는 모터(M2)에 의해 회전하는 베벨기어(61)를 이용하여 가운데 나사봉(62)이 램(63)을 위로 밀어올리거나 밑으로 내림으로써 승강봉(31)을 승강시키는 스크류 잭 구조를 이룬다.

이때, 제1회전장치(50)의 워엄기어(51)와 기둥관에 설치된 기어(52) 및 제2회전장치의 베벨기어(62)는 헨리컬기어로 이용하는 것이 바람직하다.

이 작동에 의해 솔라모듈 프레임(10)이 기둥관과 함께 좌우 회전하면서 태양의 방위각을 향하도록 하면서 힌지결합축(S2)을 중심으로 상/하 회동하여 태양의 고도각을 향하도록 된다.

도 3은 승강봉(31)이 승하강하면서 솔라모듈 프레임의 기울기가 변하는 것을 나타낸 단면도로서, 도 3a는 승강봉이 승강하였을 때의 솔라모듈 프레임의 기울기를 나타낸 것이고, 도 3b는 승강봉이 하강하였을 때의 솔라모듈 프레임의 기울기를 나타낸 것이다.

승강봉(31)이 승하강할 때 승강링크(21, 22)가 솔라모듈 프레임(10)을 승 하강시키면, 상기 프레임(10)은 고정브래킷(23)의 축(S2)을 중심으로 상하 회동하면서 그 회동각 변화에 의해 제1승강링크(21)의 상단과 연결된 축(S1)이 위치변화를 일으키게 된다. 즉, 프레임(10)의 제1승강링크(21) 연결축(S1)은 브래킷의 축(S2)을 중심으로 원을 그리기 때문에 원과 접하는 접하는 점은 원의 회전에 의해 그 위치가 좌우로 이동하게 되는 것이다.

만약 승강링크(21, 22)가 일체형으로 형성되어 있다면, 제1승강링크의 연결축(S1)의 위치변화에 의해 승강봉(50)에 측방향의 힘이 가해지게 된다. 즉, 직선방향, 회전방향으로만 힘을 가하고 받도록 된 승강봉(50)에 측방향의 힘이 오랫동안 작용하면 파손되는 현상으로 발전할 수가 있게 된다.

이러한 현상을 방지하는 것이 상기 4절링크의 구조이며, 특히 승강링크(21, 22)를 분리하여 힌지축결합하고 버팀링크(24)가 힌지축결합되어 연결됨으로써 승강봉(31)에 가하여지는 힘을 분산시키게 되며, 제1/제2승강링크(21, 22)는 수평으로 작용하는 힘의 방향을 최대한 수직방향에 가깝도록 변위시켜 승강봉(31)으로 전달하는 역할을 수행하게 된다.

Claims (3)

1. 하나 또는 다수 개의 솔라모듈(11)이 탑재된 솔라모듈 프레임(10)이 기둥관(30)의 상부에 설치되어 좌우 회전수단과 상하 기울기 조절수단을 갖는 태양광 발전기의 2축 트래커에 있어서,

   상기 2축 트래커의 좌우 회전수단은 기둥관(30)의 하단에 설치된 기어박스(40)에 설치된 제1회전장치(50)를 이용하여 기둥관을 좌우로 회전시키는 수단으로 이루어지고,

   상기 2축 트래커의 상하 기울기 조절수단은 상기 솔라모듈 프레임(10)의 후면에 제1승강링크(21)가 힌지축결합(S1)되고, 고정브래킷(23)이 솔라모듈 프레임의 후면 제1승강링크의 힌지축결합(S1)위치보다 낮은 위치에 힌지축결합(S2)되며, 상기 제1승강링크(21)는 제2승강링크(22)와 힌지축결합(S4)되고, 상기 제1승강링크 (21)와 제2승강링크(22)의 힌지축결합위치(S4)와 고정브래킷(23)의 중단에 버팀링크(24)가 힌지축결합으로 연결되고, 제2승강링크(22)는 기둥관(30) 내부의 승강봉(31)의 상단 끝단에 힌지축결합되며, 상기 승강봉(31)은 기어박스(40)에 설치된 제2회전장치(60)를 이용하여 승강봉을 상하로 이동하는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 2축 트래커.
2. 하나 또는 다수 개의 솔라모듈(11)이 탑재된 솔라모듈 프레임(10)을 이용한 태양광 발전기의 2축 트래커 구조에 있어서,

   상기 솔라모듈프레임(10)은 기둥관(30)의 상단에 설치되고, 상기 기둥관(30)의 하단에는 기어박스(40)가 설치되는 구조를 이루되,

   상기 솔라모듈 프레임(10)과 기둥관의 연결구조로서, 솔라모듈 프레임(10)의 후면에 제1승강링크(21)가 힌지축결합(S1)되고, 고정브래킷(23)이 솔라모듈 프레임의 후면 제1승강링크의 힌지축결합(S1)위치보다 낮은 위치에 힌지축결합(S2)되며, 상기 제1승강링크(21)는 제2승강링크(22)와 힌지축결합(S4)되고, 상기 제1승강링크(21)와 제2승강링크(22)의 힌지축결합위치(S4)와 고정브래킷(23)의 중단에 버팀링크(24)가 힌지축결합으로 연결되고, 제2승강링크(22)는 기둥관(30) 내부의 승강봉(31)의 상단 끝단에 힌지축결합되며, 고정브래킷(23)은 기둥관 상단에 고정설치되는 구조를 이루고,

   상기 기둥관(30)의 내부로는 지지베어링(35)으로 연결하는 승강봉(31)을 구비하고, 상기 승강봉(31)은 다단으로 분리되어 제공되되 각 단에는 베어링이 설치되는 구조를 이루고,

   상기 기어박스(40)는 기둥관(30)과 테이블베어링(45)으로 연결되고 내부로는 기둥관(30)을 좌우로 회전하는 제1회전장치(50)와 승강봉(31)을 상하로 이동시키는 제2회전장치(60)를 구비하되, 제1회전장치는 기둥관(30)에 설치된 기어(52)를 회전시키고, 제2회전장치는 승강봉(31)의 하단에 연결된 램(63)과 나사선 연결되어 승하강시키는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 2축 트래커.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제1회전장치(50)는 모터에 의해 회전하는 워엄기어(51)와 기둥관(30)에 고정 설치된 기어가 맞물리는 구조를 이루고,

   상기 제2회전장치(60)는 베벨기어(61)를 이용하여 승강봉을 승/하강하는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 2축 트래커.