KR100930004B1 - 태양광 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집광렌즈와 위치추적센서 사이에 적외선차단부재를 배치시켜 하우징 내부의 온도가 일정 온도 이상으로 상승되는 것을 방지하여 위치추적센서에 손상이 발생되는 것을 방지하고, 하우징을 가상의 X,Y축 방향으로 각도조절이 가능하고, 집광렌즈와 위치추적센서와의 거리조절이 가능한 태양광 추적장치에 관한 것이다.

본 발명의 태양광 추적장치는 원통형 하우징; 상기 하우징의 상부 개구부에 배치되는 집광렌즈; 상기 하우징의 하부 개구부에 배치되고, 상기 집광렌즈를 통해 입사되는 빛으로부터 태양의 위치를 추적하기 위한 다수의 포토셀로 구성된 위치추적센서; 상기 하우징의 내측에, 그리고 상기 집광렌즈와 상기 태양추적센서 사이에 장착되고, 입사되는 빛의 적외선을 차단하는 적외선차단부재;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 하우징의 외주연 소정부위에는 날개부가 결합되어 있고, 상기 하우징의 외주연이 삽입되는 삽입공이 형성되어 있고 상기 날개부와 결합되는 브라켓;을 더 포함하여 이루어지되, 상기 삽입공의 내경은 상기 하우징 외주연의 외경보다 길어 상기 삽입공에 삽입된 상기 하우징은 일정범위에서 가상의 X축 및 Y축으로의 각도조절과, Z축으로의 길이조절이 가능하고, 방사상으로 배치되는 다수의 고정부재가 상기 날개부와 상기 브라켓을 연결하여 결합시키고, 상기 날개부와 상기 브라켓 사이의 상기 하우징 외주연에는 탄성부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.

태양광, 추적, 집광렌즈, 포토셀, 적외선차단부재, 탄성부재

Description

태양광 추적장치{TRACING DEVICE OF SUNLIGHT}

도 1 은 본 발명에 따른 추적장치의 단면도.

도 2 는 도1의 사시도.

도 3 은 도2의 분해 사시도.

도 4 는 본 발명의 컨트롤러의 개략적인 블록도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하우징 11 : 날개부

20 : 삽입부재 30 : 브라켓

31 : 삽입공 41,42 : 고정부재

50 : 탄성부재 61 : 집광렌즈

63 : 적외선차단부재 65 : 보호유리

67 : 위치추적센서 70 : 컨트롤러

본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집광렌즈와 위치추적센서 사이에 적외선차단부재를 배치시켜 하우징 내부의 온도가 일정 온도 이상으로 상승되는 것을 방지하여 위치추적센서에 손상이 발생되는 것을 방지하고, 하우징을 가상의 X,Y축 방향으로 각도조절이 가능하고, 집광렌즈와 위치추적센서와의 거리조절이 가능한 태양광 추적장치에 관한 것이다.

태양광 추적장치에 관한 종래기술1로 공개특허 제2001-60471호 "포토다이오드를 이용한 태양추적센서"가 개시되었다.

상기 종래기술1은 태양의 방위각과 고도각을 추적하기 위한 4개의 포토다이오드를 구비하고, 각 포토다이오드에 입사되는 빛의 세기를 상호 비교하여 태양의 위치(방위각과 고도각)를 추적한다.

상기 종래기술1은 아침과 저녁이나 흐린날 등과 같이 태양광이 미약한 경우에 태양의 추적이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 공개특허 제2003-62374호 "렌즈를 이용한 태양광 추적장치"가 종래기술2로 제안되었다.

상기 렌즈를 이용한 태양광 추적장치는 하우징의 상부에 렌즈를 배치하여 입사되는 빛을 집광시켜 포토다이오드로 전송함으로서 태양 위치 추적의 정밀도를 높였다.

렌즈를 이용하여 빛을 집광시킴으로서 포토다이오드에 보다 많은 빛이 집중 되고, 특히 집중되는 빛 중 적외선은 포토다이오드의 표면온도를 급격히 상승시키게 된다. 그러면 포토다이오드는 온도상승에 의해 오동작을 하거나 소손될 가능성이 크다. 따라서 태양 위치 추적의 정밀도를 높이되, 포토다이오드가 오동작도는 것을 방지하기 위해 적외선을 차단시킬 필요가 있다. 그런데 상기 종래기술2는 이러한 수단이 결여되어 있다.

본 발명은 상기와 같이 하우징으로 집중되는 빛 중 적외선을 차단하여 태양광 위치추적센서(즉, 포토다이오드)가 오동작하거나 소손되는 것을 방지하기 위하여 렌즈를 거쳐 입사되는 빛 중 적외선을 차단하는 적외선차단부재를 구비하고,

또한, 태양광 추적장치를 고정설치 후에도 사용자가 간편하게 하우징의 설치각도를 임의로 조절가능하고, 집광렌즈와 위치추적센서의 거리조절도 가능하고,

위치추적센서가 전송하는 아날로그신호를 디지털신호를 변환시켜 처리함으로서 신호의 전송과정에서 노이즈가 유입되어 태양과 추적의 정밀도가 저하되는 것을 방지한 태양광 추적장치를 제공함을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 추적장치는

원통형 하우징;

상기 하우징의 상부 개구부에 배치되는 집광렌즈;

상기 하우징의 하부 개구부에 배치되고, 상기 집광렌즈를 통해 입사되는 빛으로부터 태양의 위치를 추적하기 위한 다수의 포토셀로 구성된 위치추적센서;

상기 하우징의 내측에, 그리고 상기 집광렌즈와 상기 태양추적센서 사이에 장착되고, 입사되는 빛의 적외선을 차단하는 적외선차단부재;를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 위치추적센서의 다수의 포토셀로부터 입력되는 각각의 신호를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부를 통해 증폭된 포토셀들 간의 신호크기를 비교하는 비교기와, 상기 비교기가 출력하는 아날로그신호를 디지털신호를 변환하는 AD컨버터와, 상기 AD컨버터로부터 입력되는 디지털신호에 따라 태양광 추적을 위한 모터를 구동시키기기 위한 신호를 출력하는 마이컴을 포함하여 이루어진 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,

상기 하우징의 외주연 소정부위에는 날개부가 결합되어 있고, 상기 하우징의 외주연이 삽입되는 삽입공이 형성되어 있고 상기 날개부와 결합되는 브라켓;을 더 포함하여 이루어지되, 상기 삽입공의 내경은 상기 하우징 외주연의 외경보다 길어 상기 삽입공에 삽입된 상기 하우징은 일정범위에서 가상의 X축 및 Y축으로의 각도조절과, Z축으로의 길이조절이 가능하고, 방사상으로 배치되는 다수의 고정부재가 상기 날개부와 상기 브라켓을 연결하여 결합시키고, 상기 날개부와 상기 브라켓 사이의 상기 하우징 외주연에는 탄성부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하고,

상기 하우징의 하부 개구부에 스크류식으로 삽입되어 결합되는 삽입부재를 더 포함하고, 상기 삽입부재의 상부에는 상기 위치추적센서가 장착되어, 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 간의 거리조절이 가능한 것을 특징으로 하고,

상기 삽입부재의 상부에 결합되어 상기 위치추적센서가 외부로 노출되지 않도록 하는 보호유리를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도1은 본 발명에 따른 태양광 추적장치의 단면도이고, 도2는 컨트롤러가 제외된 사시도이고, 도3은 도2의 분해 사시도이고, 도4는 컨트롤러의 개략적인 블록도이다.

도1 내지 도3에서 보는 바와 같이, 원통형의 하우징(10)이 있고, 상기 하우징(10)의 상부 개구부에는 집광렌즈(61)가 배치되고, 상기 하우징(10)의 하부 개구부에는 다수의 포토셀로 이루어진 위치추적센서(67)가 배치된다.

상기 집광렌즈(61)는 볼록렌즈로서 입사되는 빛을 집광(FOCUS)시켜 보다 많은 빛이 위치추적센서(67)로 입사되도록 하여, 흐린날과 같이 태양빛의 적은 때에도 오동작을 방지하고 위치추적의 정밀도를 높이게 된다.

상기 위치추적센서(67)는 입사되는 태양광량(빛의 세기)의 변화에 따른 전기적 신호를 출력하는 센서로서, 보통 포토다이오드와 같은 포토셀이 사용된다. 상기 포토셀은 입사되는 태양광의 세기에 따라 출력하는 기전력의 크기가 달라진다. 상 기 위치추적센서(67)에는 각 포토셀의 전기적신호를 상기 컨트롤러(70)로 전송하기 위한 다수의 핀(68)들이 구비되어 있다.

위치추적센서(67)로서 다수의 포토셀을 방사상으로 배열함으로서 태양의 위치를 추적하게 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 가상의 X축 방향(좌우측), 즉, 태양의 방위각 방향으로 배치되어 있는 두 포토셀이 발생시키는 기전력을 비교하여 그 값이 서로 다르면 태양은 기전력이 작은 쪽에 치우쳐 있는 것이므로, 모터를 구동시켜 두 포토셀이 발생시키는 기전력이 같아지도록 하우징(10)을 X축의 일방향으로 회전시킨다.

마찬가지로 가상의 Y축 방향(전후측), 즉, 태양의 고도각 방향으로 배치되어 있는 두 포토셀이 발생시키는 기전력을 비교하여 그 값이 작은 쪽으로 하우징(10)을 Y축상에서 회전시켜 두 포토셀이 발생시키는 기전력이 같도록 한다.

이와 같이 다수의 포토셀 중 가상의 X축 방향에 평행하게 배치되어 있는 포토셀 간의 기전력을 상호 비교하여 태양의 방위각을 추적하고, 가상의 Y축 방향에 평행하게 배치되어 있는 포토셀 간의 기전력을 상호 비교하여 태양의 고도각을 추적하게 된다.

일정범위의 오차 내에서 모든 포토셀의 기전력이 일치하면 하우징(10)은 태양을 정면으로 보고 있게 된다.

상기 위치추적센서(67)는 도면에서 보는 바와 같이 삽입부재(20)의 상부에 장착되어 있고, 상기 삽입부재(20)는 상기 하우징(10)의 하부 개구부에 스크류식으로 삽입결합되는 구조로 되어 있어, 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67) 간의 거리를 사용자가 임의로 조절 가능하다.

그리고 상기 삽입부재(20) 외주연에는 와셔부재(25)가 끼워져 상기 삽입부재(20)가 하우징(10)에 일정 깊이 이상으로 삽입되지 않도록 하고, 하우징(10)에 스크류결합되어 있는 삽입부재(20)가 쉽게 분리되지 않도록 한다.

삽입부재(20)와 하우징(10)을 스크류식으로 결합시키는 하나의 예이고, 삽입부재(20)를 하우징(10)에 삽입한 후에 볼트 등으로 이들을 결합고정시킬 수도 있다. 이때는 삽입부재(20)와 하우징(10)의 치수를 정밀하게 제작하여 렌즈(61)와 센서(67)의 거리가 삽입부재와 하우징의 초기 결합시 정확하게 조절되고, 그 거리가 사후에도 지속적으로 유지되도록 삽입부재와 하우징의 결합이 견고하게 이루어질 필요가 있다.

그리고 상기 삽입부재(20)의 상부에는 위치추적센서(67)가 외부로 노출되지 않도록 하여, 우발적인 충격에 의해 위치추적센서(67)가 파손되는 것을 방지하기 위한 보호유리(65)가 장착되어 있다.

그리고 상기 집광렌즈(61)와 위치추적센서(67) 사이의 하우징(10) 내측에는 적외선을 차단하는 적외선차단부재(63)가 배치된다.

상기 적외선차단부재(63)는 집광렌즈(61)를 통과하여 입사되는 빛의 적외선을 반사시켜 집광렌즈(61)를 통해 외부로 방출시킴으로서, 하우징(10) 내부의 온도 가 급격히 상승하고 위치추적센서(67)가 오동작 되는 것을 방지한다.

도면에 도시된 바와 같이 집광렌즈(61)와 적외선차단부재(63) 사이에는 받침부재(62)가 개재된다. 상기 받침부재(62)는 집광렌즈(61)를 받쳐주고, 집광렌즈(61)와 적외선차단부재(63)를 일정간격으로 이격시킨다.

하우징(10)을 고정설치하기 위한 브라켓(30)은 도면에서 보는 바와 같이, 브라켓(30)의 일측에는 브라켓(30)을 회전장치와 같은 특정기기에 고정시키기 위한 나사공(33)이 형성되어 있고 타측에는 하우징(10)이 삽입되는 삽입공(31)이 형성되어 있다.

상기 브라켓(30)의 삽입공(31) 주변에는 방사상으로 배열되어 있는 3개의 결합공(32)이 형성되어 있고, 상기 하우징(10)의 외주연에는 날개부(11)가 형성되어 있고 상기 날개부(11)에는 상기 결합공(32)에 대응되는 위치에 결합홀(12)이 형성되어 있다.

그리고 상기 결합공(32)과 결합홀(12)에는 긴 막대 형상의 고정부재가 삽입되어 브라켓(30)과 하우징(10)을 연결시킨다. 상기 고정부재는 도면에 도시된 바와 같이 소정길이를 갖는 볼트(41)와 상기 볼트(41)를 조이는 너트(42)가 일례가 될 수 있다.

상기 삽입공(31)의 내경은 상기 하우징(10)의 외주연 외경 보다 더 크다. 그리하여 상기 하우징(10)은 가상의 Z축 방향을 이동가능하고, 가상의 X축 및 Y축 방향으로 일정범위 기울어질 수 있다.

그리고 상기 날개부(11)와 상기 브라켓(30) 사이에는 하우징(10)이 바람이나 외부충격에 의해 요동치지 않도록 하는 탄성부재(50)로서 다수개의 코일스프링이 개재되어 있다.

이와 같이 브라켓(30) 삽입공(31)의 내경이 하우징(10)의 외경보다 크고, 날개부(11)와 브라켓(30) 사이에 탄성부재(50)가 개재되고, 날개부(11)와 브라켓(30)을 연결하는 3개의 고정부재(41,42) 각각을 통해 날개부(11)와 브라켓(30)의 간격조절이 가능함으로서,

사용자는 고정부재 각각을 조이거나 푸는(즉, 길이조절) 작업만으로 하우징(10)의 X축과 Y축으로의 기울어짐 조절이나, Z축으로의 위치조절이 가능하다. 따라서 태양광 추적장치를 특정기기에 고정설치한 후에도 사용자는 간편하게 임의로 일정범위에서 하우징(10)을 X,Y,Z축 방향으로 조절이 가능하다.

도4는 위치추적센서(67)로부터 입력되는 신호를 받고, 입력되는 신호에 따라 회전장치(미도시)를 특정방향으로 회전시키기 위한 모터를 구동시키는 컨트롤러(70)의 개략적인 블록도로서,

도면에서 보는 바와 같이 증폭부(71), 비교기(73), AD컨버터(75), 마이컴(77)을 포함하여 이루어진다.

상기 증폭부(71)는 위치추적센서(67) 각각의 포토셀에서 입력되는 신호(기전력 또는 전류)를 증폭시킨다.

상기 비교기(73)는 증폭된 포토셀들의 신호의 크기를 상호 비교한다. 전술한 바와 같이 가상의 X축과 가상의 Y축에 평행하게 배열되어 있는 포토셀간의 신호크기를 상호 비교한다.

상기 AD컨버터(75)는 상기 비교기(73)의 아날로그 출력신호를 디지털신호로 변환한다. 디지털신호로 변환하는 것은 신호의 전송과정에서 노이즈가 유입되어 신호가 왜곡되어 모터가 오동작하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 특히 신호의 장거리 전송에 유리하다.

상기 마이컴(77)은 상기 AD컨버터(75)를 통해 입력되는 신호를 가지고 태양광 추적을 위한 모터를 구동시키기 위한 신호를 출력한다. 마이컴(77)의 신호에 의해 모터는 특정방향으로 회전되어 회전장치를 X축이나 Y축으로 회전시킴으로서, 회전장치에 장착되어 있는 집열판(또는 집광판은)이 지속적으로 태양을 추적하여 보다 많은 열(또는 빛)을 얻게 된다.

그리고 상기 마이컴(77)은 최근일의 시간에 따른 추적경로에 데이터를 저장함으로서, 위치추적센서(67)에 빛이 입사되지 않거나 입사되는 빛이 너무 미약하여 정확한 위치추적이 불가능한 경우에는 저장된 데이터에 의해 모터를 구동시킨다.

상기한 바와 같이 본 발명은 집광렌즈를 구비함으로서 흐린 날에도 태양 위치의 정밀 추적이 가능하고, 위치추적센서가 발하는 아날로그신호를 디지털신호를 변환하여 전송함으로서 노이즈의 유입이 최소화되어 신호의 장거리 전송에 유리하고, 적외선차단부재를 구비함으로서 위치추적센서(포토다이오드)의 표면온도가 급 격히 상승하여 위치추적센서가 오동작하는 것을 방지하고, 사용자는 추적장치를 설친 한 후에도 필요에 따라 간편하게 집광렌즈와 위치추적센서의 거리 조절은 물론 하우징의 기울어짐 및 위치 조절이 가능한 장점을 갖는다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 태양광 추적장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 원통형 하우징;

   상기 하우징의 상부 개구부에 배치되는 집광렌즈;

   상기 하우징의 하부 개구부에 배치되고, 상기 집광렌즈를 통해 입사되는 빛으로부터 태양의 위치를 추적하기 위한 다수의 포토셀로 구성된 위치추적센서;

   상기 하우징의 내측에, 그리고 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 사이에 장착되고, 입사되는 빛의 적외선을 차단하는 적외선차단부재;를 포함하여 이루어진 태양광 추적장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 위치추적센서의 다수의 포토셀로부터 입력되는 각각의 신호로서 기전력 또는 전류를 증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부를 통해 증폭된 포토셀들 간의 신호크기를 비교하는 비교기와, 상기 비교기가 출력하는 아날로그신호를 디지털신호를 변환하는 AD컨버터와, 상기 AD컨버터로부터 입력되는 디지털신호에 따라 태양광 추적을 위한 모터를 구동시키기기 위한 신호를 출력하는 마이컴을 포함하여 이루어진 컨트롤러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 하우징의 외주연 소정부위에는 날개부가 결합되어 있고,

   상기 하우징의 외주연이 삽입되는 삽입공이 형성되어 있고 상기 날개부와 결합되는 브라켓;을 더 포함하여 이루어지되,

   상기 삽입공의 내경은 상기 하우징 외주연의 외경보다 길어 상기 삽입공에 삽입된 상기 하우징은 일정범위에서 가상의 X축 및 Y축으로의 각도조절과, Z축으로의 길이조절이 가능하고,

   방사상으로 배치되는 다수의 고정부재가 상기 날개부와 상기 브라켓을 연결하여 결합시키고, 상기 날개부와 상기 브라켓 사이의 상기 하우징 외주연에는 탄성부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 하우징의 하부 개구부에 스크류식으로 삽입되어 결합되는 삽입부재를 더 포함하고, 상기 삽입부재의 상부에는 상기 위치추적센서가 장착되어, 상기 집광렌즈와 상기 위치추적센서 간의 거리조절이 가능한 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 삽입부재의 상부에 결합되어 상기 위치추적센서가 외부로 노출되지 않도록 하는 보호유리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.

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