KR100939928B1

KR100939928B1 - 광전지 트랙커

Info

Publication number: KR100939928B1
Application number: KR1020090066999A
Authority: KR
Inventors: 정종필
Original assignee: 에버테크노 주식회사
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-02-04

Abstract

본 발명은 광전지조립모듈과 구동모듈을 역삼각형 트러스 구조를 갖도록 형성하여 강풍이나 태풍 등의 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있는 광전지 트랙커에 관한 것으로, 지지기둥(20)과; 구동모듈(30)과; 광전지조립모듈(40)로 구성되며, 구동모듈(30)은 광전지조립모듈(40)이 설치되는 스윙운동부재(31)와, 스윙운동부재(31)에 설치되는 다수개의 제1힌지(hinge)(32)와, 다수개의 제1힌지(32)와 연결되는 요운동부재(33)와, 요운동부재(33)에 설치되는 제2힌지(34)와, 스윙운동부재(31)에 설치되는 보조부재(35)와, 보조부재(35)에 설치되는 제3힌지(36)와, 지지기둥(20)에 설치되어 스윙운동부재(31)를 회전시켜 광전지조립모듈(40)을 스윙운동시키는 슬루 드라이브(slew drive)기구(37)와, 제2힌지(34)와 제3힌지(36)에 연결되어 요운동부재(33)를 제1힌지(32)를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈(40)을 요운동시키는 직선이송기구(38)로 이루어져, 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

태양, 방위각, 고도각, 트랙커, 슬루 드라이브, 스윙운동, 요운동

Description

광전지 트랙커{Photovoltaic tracker}

본 발명은 광전지의 트랙커에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광전지조립모듈과 구동모듈을 역삼각형 트러스 구조를 갖도록 형성하여 강풍이나 태풍 등의 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있는 광전지 트랙커에 관한 것이다.

광전지 트랙커는 일축식과 이축식이 있다. 일축식은 태양의 방위각에 따라 광전지(photovoltaic)조립모듈을 좌우로 스윙(swing)운동시켜 조정하는 방식으로 구성되며, 이축식은 태양의 방위각과 고도각에 따라 광전지조립모듈을 조정하는 방식으로 구성된다. 이축식은 태양의 방위각과 고도각에 따라 광전지조립모듈을 좌우로 스윙운동시키거나 상하로 요(yaw)운동시켜 조정함으로써 일축식에 비해 광전지조립모듈이 태양광과 보다 정밀하게 직각을 이루도록 함으로써 발전효율이 개선된다.

이축식 광전지 트랙커의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에서와 같이 광전지 트랙커는 베이스부재(1), 지지기둥(2), 스윙운동기구(3), 요운동기구(4) 및 광전지조립모듈(5)로 구성된다.

베이스부재(1)는 땅에 매립 설치되며, 지지기둥(2)은 베이스부재(1)에 설치되고 일반적으로 내부가 빈 중공부재로 이루어진다. 스윙운동기구(3)는 지지기둥(2)에 연결되어 태양의 방위각에 따라 광전지조립모듈(5)이 스윙운동되도록 지지기둥(2)을 화살표(a1) 방향으로 회전시킨다. 스윙운동기구(3)는 베이스부재(1)에 설치되는 모터(3a) 및 지지기둥(2)과 모터(3a)에 연결되며 서로 치합되는 2개의 기어(3b)로 이루어진다.

요운동기구(4)는 지지기둥(2)과 광전지조립모듈(5)에 연결되어 태양의 고도각에 따라 광전지조립모듈(5)을 화살표(a2) 방향으로 밀거나 당기는 요운동을 시킨다. 이러한 요운동기구(4)는 지지기둥(2)과 광전지조립모듈(5)이 연결되는 힌지부재(4a), 모터(4b), 힌지부재(4a)와 모터(4b)에 연결되는 2개의 풀리(4c) 및 2개의 풀리(4c)를 연결하는 벨트(4d)로 이루어진다. 광전지조립모듈(5)은 스윙운동기구(3)와 요운동기구(4)에 의해 태양의 방위각이나 고도각에 따라 스윙운동이나 요운동을 하여 태양광과 직각이 이루어지도록 조정되어 태양광을 전기로 변화시켜 외부로 출력하게 된다.

종래의 광전지 트랙커는 요운동기구가 광전지조립모듈과 하나의 힌지로 연결됨으로써 지지기둥과 광전지조립모듈의 연결관계가 약해 외부자연환경 즉, 강풍이나 태풍 등에 의해 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광전지조 립모듈과 구동모듈을 역삼각형 트러스 구조를 갖도록 형성하여 강풍이나 태풍 등의 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있는 광전지 트랙커를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광전지조립모듈과 지지기둥 사이에 설치되는 슬루 드라이브기구에 강성보강부재를 더 구비하여 구동모듈이 광전지조립모듈을 견고하고 안정되게 구동할 수는 광전지 트랙커를 제공함에 있다.

본 발명의 광전지 트랙커는 철근 콘크리트부재에 형성된 베이스앙카(base anchor)에 설치되는 지지기둥과; 지지기둥에 설치되는 구동모듈과; 구동모듈에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈에 의해 스윙(swing)이나 요(yaw)운동을 하는 광전지조립모듈로 구성되며,

구동모듈은 광전지조립모듈이 설치되는 스윙운동부재와, 스윙운동부재에 설치되는 다수개의 제1힌지(hinge)와, 다수개의 제1힌지와 연결되는 요운동부재와, 요운동부재에 설치되는 제2힌지와, 스윙운동부재에 설치되는 보조부재와, 보조부재에 설치되는 제3힌지와, 지지기둥에 설치되어 스윙운동부재를 회전시켜 광전지조립모듈을 스윙운동시키는 슬루 드라이브기구(slew drive actuator)와, 제2힌지와 제3힌지에 연결되어 요운동부재를 제1힌지를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈을 요운동시키는 직선이송기구로 이루어지며,
상기 슬루 드라이브기구는 상기 스윙운동부재가 설치되는 하우징과, 상기 하우징에 설치되는 내륜과, 상기 내륜에 설치되며 외주면에 나사산이 형성되는 외륜과, 상기 외륜에 설치되는 외륜커버와, 상기 내륜과 외륜 사이에 설치되어 내륜이 미끄럼 회전운동되도록 하는 볼베어링과, 상기 하우징과 상기 외륜에 설치되는 워엄기어와, 상기 워엄기어에 연결되어 워엄기어가 외륜에 형성된 나사산을 따라 원운동되도록 워엄기어를 회전시켜 상기 하우징에 연결된 스윙운동부재를 회전시키는 모터로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 광전지 트랙커의 다른 실시예는 철근 콘크리트부재에 형성된 베이스앙카에 설치되는 지지기둥과; 지지기둥에 설치되는 구동모듈과; 구동모듈에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈에 의해 스윙이나 요운동을 하는 광전지조립모듈과; 구동모듈과 연결되어 미리 산출된 태양의 황도궤적에 따라 광전지조립모듈의 방위각이나 고도각을 제어하며, CCD 카메라로부터 감지된 태양의 위치를 수신받아 미리 산출된 태양의 황도궤적과 비교하여 황도궤적에 오차가 발생되면 감지된 태양의 위치를 기준으로 구동모듈을 구동하여 광전지조립모듈의 방위각이나 고도각을 제어하는 제어기로 구성되며,

구동모듈은 광전지조립모듈이 설치되는 스윙운동부재와, 스윙운동부재에 설치되는 다수개의 제1힌지와, 다수개의 제1힌지와 연결되는 요운동부재와, 요운동부재에 설치되는 제2힌지와, 스윙운동부재에 설치되는 보조부재와, 보조부재에 설치되는 제3힌지와, 지지기둥에 설치되어 스윙운동부재를 회전시켜 광전지조립모듈을 스윙운동시키는 슬루 드라이브기구와, 제2힌지와 제3힌지에 연결되어 요운동부재를 제1힌지를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈을 요운동시키는 직선이송기구로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 광전지 트랙커는 광전지조립모듈과 구동모듈을 역삼각형 트러스 구조를 갖도록 형성하여 강풍이나 태풍 등의 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있으며, 광전지조립모듈과 지지기둥 사이에 설치되는 슬루 드라이브기구에 강성보강부재를 더 구비하여 구동모듈이 광전지조립모듈을 견고하고 안정되게 구동시킬 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 광전지모듈이 체결되는 지지프레임에 걸림돌출부재를 형성하고, 이 걸림돌출부재를 트러스 프레임에 걸어 고정시킨 상태에서 지지프레임을 트러스 프레 임에 고정 설치함으로써 광전지조립모듈을 구동모듈에 용이하게 조립할 수 있는 이점을 제공한다.

본 발명의 광전지 트랙커의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 5에서와 같이 본 발명의 광전지 트랙커는 크게 철근 콘크리트부재(10), 지지기둥(20), 구동모듈(30) 및 광전지조립모듈(40)로 구성된다.

철근 콘크리트부재(10)는 설치 현장 즉, 본 발명의 광전지 트랙커가 설치될 대지에 매립 설치되며, 철근과 콘크리트를 이용하여 형성한다. 철근 콘크리트부재(10)를 형성 시 콘크리트가 건조되기 전에 베이스앙카(base anchor)(11)를 매립한 후 콘크리트를 건조하게 된다.

지지기둥(20)은 철근 콘크리트부재(10)에 형성된 베이스앙카(base anchor)(11)에 설치된다. 이러한 지지기둥(20)은 중공부재(21), 제1림(rim)부재(22), 제2림부재(23) 및 지지편(24)으로 구성된다.

중공부재(21)는 양단에 제1림부재(22) 및 제2림부재(23)가 설치된다. 제1림부재(22)는 중공부재(21)의 일단에 형성되며 슬루 드라이브기구(37)가 설치되며, 원형을 갖는 슬루 드라이브(slew drive)기구(37)와 체결되기 위해 원형으로 형성된다. 제2림부재(23)는 중공부재(21)의 타단에 형성되며 베이스앙카(11)에 설치되며, 사각형으로 이루어지는 베이스앙카(11)와 견고하게 체결되도록 사각형으로 형성된다. 지지편(24)은 중공부재(21)와 제2림부재(23)에 각각 설치되어 제2림부재(23)를 지지하여 지지기둥(20)이 철근 콘크리트부재(10)에 견고하게 설치되도록 한다.

구동모듈(30)은 지지기둥(20)에 설치되어 광전지조립모듈(40)을 구동하게 된다. 이러한 구동모듈(30)은 스윙운동부재(31), 다수개의 제1힌지(hinge)(32), 요운동부재(33), 제2힌지(34), 보조부재(35), 제3힌지(36), 슬루 드라이브기구(37) 및 직선이송기구(38)로 이루어진다.

스윙운동부재(31)는 광전지조립모듈(40)이 설치되며, 다수개의 제1힌지(32)는 스윙운동부재(31)에 설치된다. 요운동부재(33)는 다수개의 제1힌지(32)와 연결되며, 제2힌지(34)는 요운동부재(33)에 설치된다. 보조부재(35)는 스윙운동부재(31)에 설치되며, 제3힌지(36)는 보조부재(35)에 설치된다. 슬루 드라이브기구(37)는 지지기둥(20)에 설치되어 스윙운동부재(31)를 회전시켜 광전지조립모듈(40)을 스윙운동시키며, 직선이송기구(38)는 제2힌지(34)와 제3힌지(36)에 연결되어 요운동부재(33)를 제1힌지(32)를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈(40)을 요운동시킨다.

이와 같이 광전지조립모듈(40)이 설치되는 요운동부재(33)는 스윙운동부재(31)와 2개의 제1힌지(32)로 연결되며, 직선이송기구(38)와 하나의 제2힌지(34)로 연결됨으로써 구동모듈(30)과 광전지조립모듈(40)이 역삼각형 트러스 구조로 형성되어 강풍이나 태풍 등의 외부환경에 의한 손상을 방지할 수 있게 된다. 즉, 요운동부재(33)에 2개의 제1힌지(32)와 제2힌지(34)가 삼각점을 이루도록 설치되고, 2개의 제1힌지(31)에 스윙운동부재(31)가 설치되고 하나의 제2힌지(34)에 직선이송기구(28)가 설치됨으로써 역삼각형 트러스 구조를 갖게 된다.

광전지조립모듈(40)은 도 8에서와 같이 구동모듈(30)에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈(30)에 의해 스윙(swing)이나 요(yaw)운동을 한다. 이러한 광전지조립모듈(40)은 광전지모듈(41), 지지프레임(42), 트러스 프레임(truss frame)(43), 다수개의 제1체결부재(44) 및 다수개의 제2체결부재(45)로 구성된다.

광전지모듈(41)은 태양광을 전기신호로 변환시켜 출력하며 저면에 다수개의 관통홀(41a)이 형성되며, 지지프레임(42)은 다수개의 관통홀(42a)이 형성된다. 트러스 프레임(43)은 다수개의 장공(43a)이 형성되며, 다수개의 제1체결부재(44)는 지지프레임(42)에 설치되며 광전지모듈(41)의 관통홀(41a)에 삽입되어 지지프레임(42)에 광전지모듈을 체결한다. 다수개의 제2체결부재(45)는 지지프레임(42)의 관통홀(42a)과 트러스 프레임(43)의 장공(43a)에 각각 삽입 설치되어 지지프레임(42)을 트러스 프레임(43)에 체결시킨다.

상기 구성 중 구동모듈(30)과 광전지조립모듈(40)의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

구동모듈(30)은 도 5, 도 6a 내지 도 6d 및 도 7에서와 같이 스윙운동부재(31), 다수개의 제1힌지(hinge)(32), 요운동부재(33), 제2힌지(34), 보조부재(35), 제3힌지(36), 슬루 드라이브기구(37) 및 직선이송기구(38)로 이루어지며, 각각의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

스윙운동부재(31)는 스윙플레이트(111), 중공부재(112) 및 림부재(113)로 구성된다. 스윙플레이트(111)는 2개의 제1힌지(32)가 설치되며, 중공부재(112)는 스 윙플레이트(111)의 하측에 일체로 형성되며, 림부재(113)는 중공부재(112)에 일체로 형성되며 슬루 드라이브기구(37)와 연결된다.

2개의 제1힌지(32)는 각각 한 쌍의 요크(york)부재(121), 회전축부재(122), 오일리스 베어링(oilless bearing)(123) 및 힌지회전부재(124)로 구성된다. 한 쌍의 요크부재(121)는 스윙운동부재(31)에 서로 이격 설치되며, 회전축부재(122)는 한 쌍의 요크부재(121)에 각각 설치된다. 오일리스 베어링(123)은 요크부재(121)와 회전축부재(122) 사이에 설치되어 회전축부재(122)가 미끄럼 회전 운동되도록 하며, 힌지회전부재(124)는 회전축부재(122)에 삽입되어 설치되는 회전축부재(122)에 연동되어 회전된다. 이러한 힌지회전부재(124)는 요운동부재(33)가 설치된다. 이와 같이 제1힌지(32)가 한 쌍의 요크부재(121)와 오일리스 베어링(123)을 구비함으로써 광전지조립모듈(40)의 하중을 보다 견고하게 지지할 수 있으며, 요운동부재(33)의 요운동 시 비와 같은 외부환경에 영향을 받지 않고 직선이송기구(38)의 구동에 의해 요운동부재(33)가 오일에 의한 오염 발생 없이 정확하게 동작할 수 있게 된다.

요운동부재(33)는 사각 플레이트가 사용되며, 광전지조립모듈(40)이 설치된다. 이러한 요운동부재(33)는 다수개의 삽입돌출부재(33a: 도 9에 도시됨)가 설치된다. 삽입돌출부재(33a)는 광전지조립모듈(40)의 트러스 프레임(235)의 설치 시 트러스 프레임(235)을 요운동부재(33)에 정렬하여 가체결하기 위해 설치된다. 여기서, 가체결은 요운동부재(33)에 트러스 프레임(235)을 볼트나 너트(부재번호 미도시)로 완전히 체결시키기 위한 전단계에 해당된다.

제2힌지(34)는 요크부재(141), 고정축부재(142), 힌지회전부재(143) 및 베어링(144)으로 구성된다. 요크부재(141)는 스윙운동부재(31)에 설치되며, 고정축부재(142)는 요크부재(141)에 설치된다. 힌지회전부재(143)는 고정축부재(142)에 설치되며, 베어링(144)은 고정축부재(142)와 힌지회전부재(143) 사이에 설치되어 힌지회전부재(143)가 미끄럼 회전운동되도록 한다. 이러한 힌지회전부재(143)는 직선이송기구(38)가 설치된다.

보조부재(35)는 체결플레이트(151), 선단플레이트(152), 제1수평플레이트(153), 경사플레이트(154) 및 제2수평플레이트(155)로 구성된다.

체결플레이트(151)는 스윙운동부재(31)에 설치되며, 선단플레이트(152)는 체결플레이트(151)의 일단에 설치된다. 제1수평플레이트(153)는 선단플레이트(152)의 양단에 설치되며, 경사플레이트(154)는 제1수평플레이트(153)에 연장되도록 형성된다. 제2수평플레이트(155)는 제1수평플레이트(153) 보다 하측에 위치되도록 경사플레이트(154)에 연장되도록 형성되며 직선이송기구(38)가 연결되는 제3힌지(36)가 설치되어 요운동부재(33)와 보조부재(35)에 직선이송기구(38)가 경사지도록 설치된다.

제3힌지(36)는 요크부재(161), 회전축부재(162), 오일리스 베어링(163) 및 힌지회전부재(164)로 구성된다. 요크부재(161)는 보조부재(35)에 설치되며, 회전축부재(162)는 요크부재(161)에 설치된다. 오일리스 베어링(163)은 요크부재(161)와 회전축부재(162) 사이에 설치되어 회전축부재(162)가 미끄럼 회전운동되도록 하며, 힌지회전부재(164)는 회전축부재(162)에 삽입되어 설치되는 회전축부재(162)에 연 동되어 회전된다. 이러한 힌지회전부재(164)에는 직선이송기구(38)가 설치된다.

슬루 드라이브기구(37)는 하우징(171), 내륜(172), 외륜(173), 외륜커버(174), 볼베어링(175), 워엄기어(176) 및 모터(177)로 구성된다.

하우징(171)은 스윙운동부재(31)가 설치되며, 내륜(172)은 하우징(171)에 설치된다. 즉, 하우징(171)은 스윙운동부재(31)와 내륜(172) 사이에 설치되고, 외륜(172)을 감싸도록 설치되며, 워엄기어(176) 및 모터(177)가 설치된다. 외륜(173)은 내륜(172)에 설치되며, 외주면에 나사산(173a)이 형성된다. 나사산(173a)은 워엄기어(176)와 치합되어 모터(177)에 의해 워엄기어(176)의 회전 시 워엄기어(176)가 나사산(173a)을 따라 이동하여 원운동되도록 한다.

외륜커버(174)는 외륜(173)에 설치되어 외부 오염원인이 슬루 드라이브기구(37)의 내부로 침투되는 것을 방지하며, 볼베어링(175)은 내륜(172)과 외륜(173) 사이에 설치되어 내륜(172)이 미끄럼 회전운동되도록 한다. 워엄기어(176)는 하우징(171)과 외륜(173)에 설치된다. 이러한 워엄기어(176)는 외륜(173)에 형성된 나사산(173a)과 치합되도록 설치된다. 모터(177)는 워엄기어(176)에 연결되어 워엄기어(176)가 외륜(173)에 형성된 나사산(173a)을 따라 원운동되도록 워엄기어(176)를 회전시켜 하우징(171)에 연결된 스윙운동부재(30)를 회전시킨다.

상기 구성을 갖는 슬루 드라이브기구(37)의 동작을 설명하면 다음과 같다.

외륜(173)과 연결된 외륜커버(174)가 지지기둥(20)에 고정 설치한 상태에서 모터(177)가 회전되면 워엄기어(176)가 외륜(173)에 형성된 나사산(173a)을 따라 화살표(B1) 방향으로 회전운동한다. 외륜(173)이 지지기둥(20)에 고정 설치된 상태 에서 워엄기어(176)가 회전되면 워엄기어(176)는 나사산(173a)을 따라 이동하여 화살표(B2) 방향으로 원 운동을 한다. 워엄기어(176)의 원운동은 하우징(174)으로 연결된 외륜(173)의 내측에서 회전하는 내륜(172)에 가이드되어 이루어지고, 내륜(172)의 회전에 의해 내륜(172)에 설치된 하우징(171)이 회전하게 되며, 하우징(171)의 회전에 의해 하우징(171)에 고정 설치된 스윙운동부재(37)가 회전하게 된다.

슬루 드라이브기구(37)는 강성보강부재(180)가 더 구비된다. 강성보강부재(180)는 중공 가이드(181), 강성바(182) 및 다수개의 베어링(183)으로 구성된다. 중공 가이드(181)는 지지기둥(20)의 내측으로 삽입되도록 슬루 드라이브기구(37)에 설치된다. 이러한 중공 가이드(181)는 슬루 드라이브기구(37)의 외륜커버(174)에 설치된다. 강성바(182)는 중공 가이드(181)에 삽입되도록 스윙운동부재(31)에 설치되어 외부환경에 의해 슬루 드라이브기구(37)로 가해지는 굽힘이나 비틀림 모멘트를 지지기둥(20)으로 전달됨으로써 강풍에 의한 굽힘이나 비틀림 모멘트가 슬루 드라이브기구(37)로 직접 전달되는 것을 방지한다. 다수개의 베어링(183)은 중공 가이드(181)와 강성바(182) 사이에 설치되어 강성바(182)가 스윙운동부재(31)에 연동되어 미끄럼 회전운동되도록 한다.

직선이송기구(38)는 스크류잭 이송기구, 볼스크류 이송기구와 리니어 모터 중 하나가 사용되어 요운동부재(33)를 제1힌지(34)를 축으로 하여 당기거나 밀어 광전지조립모듈(40)이 요운동되도록 한다. 여기서 스크류잭 이송기구는 면접촉된 상태에서 직선운동을 함으로써 보다 큰 추력을 얻을 수 있다.

광전지조립모듈(40)은 도 8 및 도 9에서와 같이 광전지모듈(41), 지지프레임(42), 트러스 프레임(43), 다수개의 제1체결부재(44) 및 다수개의 제2체결부재(45)로 구성되며, 각 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

광전지모듈(41)은 광전지 셀모듈(211) 및 광전지모듈프레임(212)으로 구성된다. 광전지 셀모듈(211)은 각각 태양광을 전기신호로 변환시켜 출력하는 다수개의 광전지 셀(211a: 도 10에 도시됨)이 배열되어 설치되며, 광전지모듈프레임(212)은 광전지 셀모듈(211)에 설치되며 저면에 다수개의 관통홀(41a)이 형성되며, 광전지모듈프레임(212)은 알루미늄재질로 이루어진다.

지지프레임(42)은 한 쌍의 세로부재(221)와 다수개의 가로부재(222)로 구성된다. 한 쌍의 세로부재(221)는 서로 대향되도록 설치되며 다수개의 관통홀(42a)이 형성되며, 다수개의 가로부재(222)는 한 쌍의 세로부재(221) 사이에 이격 설치되며 다수개의 관통홀(42a)이 형성된다. 이러한 한 쌍의 세로부재(221)는 각각 저면에 트러스 프레임(43)에 걸리도록 걸림돌출부재(221a)가 형성된다. 걸림돌출부재(221a)는 지지프레임(42)을 트러스 프레임(43)에 가체결시키기 위해 사용된다.

트러스 프레임(43)은 한 쌍의 제1봉부재(231), 제2봉부재(232), 다수개의 트러스 플레이트(233), 보강트러스 플레이트(234) 및 트러스 사각플레이트(235)로 구성된다. 한 쌍의 제1봉부재(231)는 그 단면이 원형으로 형성되며, 제2봉부재(232)는 한 쌍의 제1봉부재(231) 사이에 설치된다. 이러한 제1봉부재(231)의 직경(R1)은 제2봉부재(232)의 직경(R2)보다 작도록 형성한다. 다수개의 트러스 플레이트(233)는 제1봉부재(231)와 제2봉부재(232)에 삽입 설치되고 다수개의 장공(43a)이 형성 되며 지지프레임(42)에 구비된 세로부재(221)의 걸림돌출부재(221a)가 걸리게 된다.

보강트러스 플레이트(234)는 트러스 플레이트(233) 사이에 위치되도록 제1봉부재(231)와 제2봉부재(232)에 삽입 설치된다. 이러한 보강 트러스 플레이트(234)는 각각 중앙의 폭(W1)보다 양단의 폭(W2)이 작도록 형성되며, 다수개의 통풍구(234a)가 형성되어 강풍이 발생되는 경우에도 보강 트러스 플레이트(234)를 통해 강풍이 빠져나갈 수 있도록 한다. 트러스 사각플레이트(235)는 보강 트러스 플레이트(234)에 설치된다. 트러스 사각플레이트(235)는 요운동부재(33)의 삽입돌출부재(33a: 도 9에 도시됨)에 삽입되는 다수개의 관통홀(235a)이 형성된다. 관통홀(235a)은 트러스 프레임(43)을 요운동부재(33)에 설치 시 삽입돌출부재(33a)에 삽입되어 트러스 프레임(43)이 요운동부재(33)에 용이하게 정렬되어 가체결될 수 있도록 한다.

상기 구성 중 트러스 플레이트(233)는 트러스 베이스플레이트(233a), 걸림 트러스 플레이트(233b) 및 지지편(233c)으로 구성된다. 트러스 베이스플레이트(233a)는 제1봉부재(231) 및 제2봉부재(232)에 삽입 설치된다. 이러한 트러스 베이스플레이트(233a)는 중앙의 폭(W1)보다 양단의 폭(W2)이 작도록 형성되며, 다수개의 통풍구(233d)가 형성되어 강풍이 발생되는 경우에도 보강 트러스 플레이트(234)를 통해 강풍이 빠져나갈 수 있도록 한다. 걸림 트러스 플레이트(233b)는 트러스 베이스플레이트(233a)에 직교방향으로 연장되도록 형성되어 세로부재(221)의 걸림돌출부재(221a)가 걸리도록 하며 제2체결부재(45)가 삽입되도록 장공(43a) 이 형성된다. 지지편(233c)은 트러스 베이스플레이트(233a)와 걸림 트러스플레이트(233b)에 설치되어 걸림 트러스플레이트(233b)를 지지한다.

제1체결부재(44)는 사각체결플레이트(241)와 볼트 및 너트(242,243)로 구성된다. 사각체결플레이트(241)는 지지프레임(42)에 설치되며 각각 관통홀(241a)이 형성되며, 볼트 및 너트(242,243)는 사각체결플레이트(241)에 형성된 관통홀(241a)에 삽입되는 광전지모듈(41)을 세로부재(211)와 가로부재(212)에 체결한다. 이러한 사각체결플레이트(241)는 지지프레임(42)에 용접으로 접합된다.

제2체결부재(45)는 볼트 및 너트(251,252)가 사용되며, 볼트 및 너트(251,252)는 지지프레임(42)의 관통홀(42a)과 트러스 프레임(43)의 장공(43a)에 삽입되어 트러스 프레임(43)에 지지프레임(42)을 체결되도록 한다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 광전지 트랙커의 다른 실시예는 도 10에서와 같이 철근 콘크리트부재(10), 지지기둥(20), 구동모듈(30), 광전지조립모듈(40), CCD 카메라(50) 및 제어기(60)로 구성되다.

지지기둥(20)은 철근 콘크리트부재(10)에 형성된 베이스앙카(11)에 설치되며, 구동모듈(30)은 지지기둥(20)에 설치된다. 광전지조립모듈(40)은 구동모듈(30)에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈(30)에 의해 스윙이나 요운동을 하며, CCD 카메라(50)는 광전지조립모듈(40)에 설치되어 태양의 위치를 감지한다. 즉, CCD 카메라(50)는 태양의 위치를 촬영하여 촬영정보를 제어기(60)로 전달한다. 제어기(60)는 CCD 카메라(50)로부터 감지된 태양의 위치 즉, 촬영정보를 수신받아 구동모듈(30)을 구동하여 광전지조립모듈(40)의 방위각이나 고도각을 제 어한다.

제어기(60)는 구동모듈(30)과 연결되어 미리 산출된 태양의 황도궤적에 따라 광전지조립모듈(40)의 방위각이나 고도각을 제어하며, CCD 카메라(50)로부터 감지된 태양의 위치를 수신받아 미리 산출된 태양의 황도궤적과 비교하여 황도궤적에 오차가 발생되면 감지된 태양의 위치를 기준으로 구동모듈(30)을 구동하여 광전지조립모듈(40)의 방위각이나 고도각을 제어한다. 이러한 제어기(60)는 CCD 카메라(50)로부터 감지된 태양의 위치를 기준으로 오차가 발생되면 미리 산출된 태양의 황도궤적을 정정하여 광전지조립모듈(40)의 방위각이나 고도각을 제어한다.

구동모듈(30)의 슬루 드라이브기구(37)는 제어기(60)의 제어에 따라 광전지조립모듈(40)을 태양의 방위각에 따라 지지기둥(20)을 중심으로 0 내지 270°로 스윙운동시킨다. 또한, 직선이송기구(38)는 제어기(60)의 제어에 따라 광전지조립모듈(40)을 태양의 고도각에 따라 스윙운동부재(31)를 기준으로 0 내지 80° 범위로 요운동시킨다. 즉, 0°일 때 요운동부재(33)는 제1힌지(34)를 축으로 스윙운동부재(31)와 수평상태가 된다.

본 발명의 광전지 트랙커의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제어기(60)는 공지된 태양의 황도계산 추출프로그램을 미리 저장한다. 황도계산 추출프로그램은 태양의 황도궤적을 산출한다. 황도궤적이 산출되면 제어기(60)는 초기위치에 위치한 광전지조립모듈(40)을 산출된 황도궤적에 따라 이동되도록 구동모듈(30)을 제어한다. 광전지조립모듈(40)의 이동 중 CCD 카메라(50)에서 촬영된 태양의 위치가 수신되면, 현재 이동 중인 산출된 황도궤적이 바르게 이동되 는 것인지를 판별한다.

제어기(60)는 CCD 카메라(50)로부터 감지된 태양의 위치를 수신받아 미리 산출된 태양의 황도궤적과 비교하여 황도궤적에 오차가 발생되면 감지된 태양의 위치를 기준으로 구동모듈(30)을 구동하여 광전지조립모듈(40)의 방위각이나 고도각을 제어한다. 즉, 제어기(60)는 CCD 카메라(50)로부터 감지된 태양의 위치가 기준 위치로부터 벗어나면 오차를 산출하여 미리 산출된 태양의 황도궤적을 정정하여 슬루 드라이브기구(37) 및 직선이송기구(38)를 제어한다.

예를 들어, 황도궤적의 오차 중 태양의 방위각에 오차가 발생되는 경우에 제어기(60)는 슬루 드라이브기구(37)의 모터(176)를 제어한다. 모터(176)는 제어기(60)의 제어에 따라 워엄기어(175)를 구동하여 슬루 드라이브기구(37)에 연결된 스윙운동부재(31)를 회전시켜 태양의 방위각의 변화에 따라 광전지조립모듈(40)의 위치를 조정한다. 태양의 고도각에 오차가 발생되는 경우에 제어기(60)는 직선이송기구(38)를 제어한다. 직선이송기구(60)는 제어기(60)의 제어에 따라 요운동부재(33)를 당기거나 밀어 광전지조립모듈(40)의 위치를 조정하여 광전지조립모듈(40)이 항상 태양광과 직교되도록 위치시킨다.

본 발명의 광전지 트랙커는 태양열을 이용한 장치나 태양광 발전산업 분야에 적용할 수 있다.

도 1은 종래의 광전지 트랙커의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명의 광전지 트랙커의 사시도,

도 3은 도 2에 도시된 광전지 트랙커의 분리 조립 사시도,

도 4는 도 3에 도시된 지지기둥과 구동모듈의 부분 단면도,

도 5는 도 4에 도시된 구동모듈의 부분 확대도,

도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시된 구동모듈의 요부 확대도,

도 7은 도 5에 도시된 슬루 드라이브기구의 평면도,

도 8은 도 3에 도시된 광전지조립모듈의 분리 조립사시도,

도 9는 도 5에 도시된 구동모듈의 측면도,

도 10은 도 2에 도시된 광전지 트랙커를 다른 방향에서 바라본 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 철근 콘크리트부재 11: 베이스앙카

20: 지지기둥 30: 구동모듈

31: 스윙운동부재 32: 제1힌지

33: 요운동부재 34: 제2힌지

35: 보조부재 36: 제3힌지

37: 슬루 드라이브기구 38: 직선이송기구

40: 광전지조립모듈 41: 광전지모듈

42: 지지프레임 43: 트러스 프레임

44: 제1체결부재 45: 제2체결부재

50: CCD 카메라 60: 제어기

Claims

철근 콘크리트부재에 형성된 베이스앙카(base anchor)에 설치되는 지지기둥과;

상기 지지기둥에 설치되는 구동모듈과;

상기 구동모듈에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈에 의해 스윙(swing)이나 요(yaw)운동을 하는 광전지조립모듈로 구성되며,

상기 구동모듈은 상기 광전지조립모듈이 설치되는 스윙운동부재와, 상기 스윙운동부재에 설치되는 다수개의 제1힌지(hinge)와, 상기 다수개의 제1힌지와 연결되는 요운동부재와, 상기 요운동부재에 설치되는 제2힌지와, 상기 스윙운동부재에 설치되는 보조부재와, 상기 보조부재에 설치되는 제3힌지와, 상기 지지기둥에 설치되어 상기 스윙운동부재를 회전시켜 광전지조립모듈을 스윙운동시키는 슬루 드라이브(slew drive)기구와, 상기 제2힌지와 상기 제3힌지에 연결되어 요운동부재를 제1힌지를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈을 요운동시키는 직선이송기구로 이루어지며,

상기 슬루 드라이브기구는 상기 스윙운동부재가 설치되는 하우징과, 상기 하우징에 설치되는 내륜과, 상기 내륜에 설치되며 외주면에 나사산이 형성되는 외륜과, 상기 외륜에 설치되는 외륜커버와, 상기 내륜과 외륜 사이에 설치되어 내륜이 미끄럼 회전운동되도록 하는 볼베어링과, 상기 하우징과 상기 외륜에 설치되는 워엄기어와, 상기 워엄기어에 연결되어 워엄기어가 외륜에 형성된 나사산을 따라 원운동되도록 워엄기어를 회전시켜 상기 하우징에 연결된 스윙운동부재를 회전시키는 모터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 지지기둥은 중공부재와;

상기 중공부재의 일단에 형성되며 상기 슬루 드라이브기구가 설치되는 제1림(rim)부재와;

상기 중공부재의 타단에 형성되며 상기 베이스잉카에 설치되는 제2림부재와;

상기 중공부재와 제2림부재를 지지하는 지지편으로 구성되며,

상기 제1림부재는 원형으로 형성되며, 상기 제2림부재는 사각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 스윙운동부재는 스윙플레이트와;

상기 스윙플레이트의 하측에 형성되는 중공부재와;

상기 중공부재에 형성되며 슬루 드라이브기구와 연결되는 림부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 제1힌지는 스윙운동부재에 서로 이격 설치되는 한 쌍의 요크(york)부재와;

상기 한 쌍의 요크부재에 설치되는 회전축부재와;

상기 요크부재와 상기 회전축부재 사이에 설치되어 회전축부재가 미끄럼 회전운동되도록 하는 오일리스 베어링(oilless bearing)과;

상기 회전축부재에 삽입되어 설치되는 회전축부재에 연동되어 회전되는 힌지회전부재로 구성되며,

상기 힌지회전부재는 상기 요운동부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 요운동부재는 사각 플레이트이며, 광전지조립모듈의 트러스 프레임을 설치 시 트러스 프레임을 정렬하기 위한 다수개의 삽입돌출부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 제2힌지는 스윙운동부재에 설치되는 요크부재와;

상기 요크부재에 설치되는 고정축부재와;

상기 고정축부재에 설치되는 힌지회전부재와;

상기 고정축부재와 상기 힌지회전부재 사이에 설치되어 힌지회전부재가 미끄럼 회전운동되도록 하는 베어링으로 구성되며,

상기 힌지회전부재는 상기 직선이송기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 보조부재는 상기 스윙운동부재에 설치되는 체결플레이트와;

상기 체결플레이트의 일단에 설치되는 선단플레이트와;

상기 선단플레이트의 양단에 설치되는 제1수평플레이트와;

상기 제1수평플레이트에 연장되도록 형성되는 경사플레이트와;

상기 제1수평플레이트 보다 하측에 위치되도록 상기 경사플레이트에 연장되도록 형성되며 직선이송기구가 연결되는 제3힌지가 설치되어 직선이송기구가 요운동부재와 보조부재에 경사지도록 설치되도록 하는 제2수평플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 제3힌지는 상기 보조부재에 설치되는 요크부재와;

상기 요크부재에 설치되는 회전축부재와;

상기 요크부재와 상기 회전축부재 사이에 설치되어 회전축부재가 미끄럼 회전운동되도록 하는 오일리스 베어링과;

상기 회전축부재에 삽입되어 설치되는 회전축부재에 연동되어 회전되는 힌지회전부재로 구성되며,

상기 힌지회전부재는 직선이송기구가 설치되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
삭제
제1항에 있어서, 상기 슬루 드라이브기구는 강성보강부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제10항에 있어서, 상기 강성보강부재는 지지기둥의 내측으로 삽입되도록 슬루 드라이브기구에 설치되는 중공 가이드와;

상기 중공 가이드에 삽입되도록 스윙운동부재에 설치되어 외부환경에 의해 슬루 드라이브기구로 가해지는 굽힘이나 비틀림 모멘트를 지지기둥으로 전달하는 강성바와;

상기 중공 가이드와 상기 강성바 사이에 설치되어 상기 강성바가 스윙운동부재에 연동되어 미끄럼 회전운동되도록 하는 다수개의 베어링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 직선이송기구는 스크류잭 이송기구, 볼스크류 이송기구와 리니어 모터 중 하나인 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제1항에 있어서, 상기 광전지조립모듈은 태양광을 전기신호로 변환시켜 출력하며 저면에 다수개의 관통홀이 형성되는 광전지모듈과;

다수개의 관통홀이 형성되는 지지프레임과;

다수개의 장공이 형성되는 트러스 프레임(truss frame)과;

상기 지지프레임에 설치되며 상기 광전지모듈의 관통홀에 삽입되어 지지프레임에 광전지모듈을 체결하는 다수개의 제1체결부재와;

상기 지지프레임의 관통홀과 상기 트러스 프레임의 장공에 각각 삽입 설치되어 지지프레임을 트러스 프레임에 체결시키는 다수개의 제2체결부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제13항에 있어서, 상기 광전지모듈은 태양광을 전기신호로 변환시켜 출력하는 다수개의 광전지 셀이 배열되어 설치되는 광전지 셀모듈과;

상기 광전지 셀모듈에 설치되며 저면에 관통홀이 형성되는 광전지모듈프레임으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제13항에 있어서, 상기 지지프레임은 서로 대향되도록 설치되며 관통홀이 형성되는 한 쌍의 세로부재와;

상기 한 쌍의 세로부재 사이에 이격 설치되며 관통홀이 형성되는 다수개의 가로부재로 구성되며,

상기 한 쌍의 세로부재는 각각 저면에 트러스 프레임에 걸리도록 걸림돌출부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제13항에 있어서, 상기 트러스 프레임은 한 쌍의 제1봉부재와;

상기 한 쌍의 제1봉부재 사이에 설치되는 제2봉부재와;

상기 제1봉부재와 상기 제2봉부재에 삽입 설치되고 다수개의 장공이 형성되며 지지프레임에 구비된 세로부재의 걸림돌출부재가 걸리는 다수개의 트러스 플레이트와;

상기 트러스 플레이트 사이에 위치되도록 상기 제1봉부재와 상기 제2봉부재에 삽입 설치되는 보강트러스 플레이트와;

상기 보강 트러스 플레이트에 설치되는 트러스 사각플레이트로 구성되며,

상기 제1봉부재의 직경은 상기 제2봉부재의 직경보다 작도록 형성되며, 상기 트러스 사각플레이트는 요운동부재의 삽입돌출부재에 삽입되는 다수개의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제16항에 있어서, 상기 트러스 플레이트는 트러스 베이스플레이트와;

상기 트러스 베이스플레이트에 직교방향으로 연장되도록 형성되어 세로부재의 걸림돌출부재가 걸리도록 하며 제2체결부재가 삽입되도록 장공이 형성되는 걸림 트러스 플레이트와;

상기 트러스 베이스플레이트와 상기 걸림 트러스플레이트에 설치되어 걸림 트러스플레이트를 지지하는 지지편으로 구성되며,

상기 트러스 베이스플레이트는 중앙의 폭보다 양단의 폭이 작도록 형성되며며, 각각 다수개의 통풍구가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제16항에 있어서, 상기 보강 트러스 플레이트는 중앙의 폭보다 양단의 폭의 작도록 형성되며, 다수개의 통풍구가 형성되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제13항에 있어서, 상기 제1체결부재는 지지프레임에 설치되며 각각 관통홀이 형성되는 사각체결플레이트와;

상기 사각체결플레이트에 형성된 관통홀에 삽입되는 광전지모듈을 세로부재와 가로부재에 체결하는 볼트 및 너트로 구성되며,

상기 사각체결플레이트는 지지프레임에 용접으로 접합되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제13항에 있어서, 상기 제2체결부재는 볼트 및 너트이며, 상기 볼트 및 너트는 지지프레임의 관통홀과 트러스 프레임의 장공에 삽입되는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
철근 콘크리트부재에 형성된 베이스앙카에 설치되는 지지기둥과;

상기 지지기둥에 설치되는 구동모듈과;

상기 구동모듈에 설치되어 태양의 방위각이나 고도각에 따라 구동모듈에 의해 스윙이나 요운동을 하는 광전지조립모듈과;

상기 광전지조립모듈에 설치되어 태양의 위치를 감지하는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라와;

상기 구동모듈과 연결되어 미리 산출된 태양의 황도궤적에 따라 광전지조립모듈의 방위각이나 고도각을 제어하며, 상기 CCD 카메라로부터 감지된 태양의 위치를 수신받아 미리 산출된 태양의 황도궤적과 비교하여 황도궤적에 오차가 발생되면 감지된 태양의 위치를 기준으로 상기 구동모듈을 구동하여 광전지조립모듈의 방위각이나 고도각을 제어하는 제어기로 구성되며,

상기 구동모듈은 상기 광전지조립모듈이 설치되는 스윙운동부재와, 상기 스윙운동부재에 설치되는 다수개의 제1힌지와, 상기 다수개의 제1힌지와 연결되는 요운동부재와, 상기 요운동부재에 설치되는 제2힌지와, 상기 스윙운동부재에 설치되는 보조부재와, 상기 보조부재에 설치되는 제3힌지와, 상기 지지기둥에 설치되어 상기 스윙운동부재를 회전시켜 광전지조립모듈을 스윙운동시키는 슬루 드라이브기구와, 상기 제2힌지와 상기 제3힌지에 연결되어 요운동부재를 제1힌지를 축으로 회동시켜 광전지조립모듈을 요운동시키는 직선이송기구로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제21항에 있어서, 상기 슬루 드라이브기구는 상기 광전지조립모듈을 태양의 방위각에 따라 0 내지 270°로 스윙운동시키는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제21항에 있어서, 상기 직선이송기구는 상기 광전지조립모듈을 태양의 고도각에 따라 0 내지 80° 범위로 요운동시키는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.
제21항에 있어서, 상기 제어기는 상기 CCD 카메라로부터 감지된 태양의 위치가 기준 위치를 벗어나면 벗어난 오차를 산출하여 미리 산출된 태양의 황도궤적을 정정하여 광전지조립모듈의 방위각이나 고도각을 제어하는 것을 특징으로 하는 광전지 트랙커.