KR100946308B1

KR100946308B1 - 대용량 태양광 에너지 집적 장치

Info

Publication number: KR100946308B1
Application number: KR1020080002404A
Authority: KR
Inventors: 윤주평
Original assignee: (주)티엠테크
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2010-03-09
Also published as: KR20080015897A

Abstract

본 발명은 대용량 태양광 에너지 집적 장치에 관한 것으로서, 프레임 상에 다수의 태양 전지 판을 장착하고 태양 이동 방향에 맞춰 이들 프레임과 태양 전지 판을 동시 가동시킴으로써 최대한의 태양광 에너지 집적 효과를 얻을 수 있다.

태양 에너지, 태양광 에너지, 태양 전지.

Description

대용량 태양광 에너지 집적 장치 {A high capacity solar beam energy accumulating apparatus}

본 발명은 대용량 태양광 에너지 집적 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 프레임(frame) 상에 다수의 태양 전지 판을 장착하고 태양 이동 방향에 맞춰 이들 프레임과 태양 전지 판을 동시 가동시킴으로써 최대한의 태양광 에너지 집적 효과를 얻을 수 있는 대용량 태양광 에너지 집적 장치에 관한 발명이다.

다시 말하자면, 주요 대체 에너지로서의 태양광을 전기 에너지로 변환하는 태양광 에너지 집적 장치 관련 기술 분야에 속하는 발명이다.

석유 에너지의 고갈과 환경오염 문제가 인류 전체의 심각한 문제로 제기됨에 따라 세계 각국은 대체 에너지 개발에 힘을 쏟고 있다.

개발 또는 연구 대상 에너지 가장 대표적인 예로서 태양광 에너지를 들 수 있는데, 태양광을 받으면 전류를 발생시키는 특성(광전효과)을 갖는 솔라셀(solar cell)이 다수 부착된 태양 전지 판을 태양 쪽으로 향하게 하여 그 광 에너지를 집적하는 방식으로 되어 있다.

이와 같은 방식의 태양광 에너지 집적 메카니즘(mechanism)은 대체 에너지로 서의 태양광 에너지 이용 장치들의 근간을 이루는 기본 원리이며, 적어도 태양광 에너지 관련 기술 분야에 있어서는, 어떻게 하면 최대한의 태양광 에너지를 집적할 수 있을 것인가에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이처럼, 최대한의 태양광 에너지를 집적하기 위해서는, 태양 추적 센서(sensor) 유니트(unit)를 이용하여 태양 전지 판으로 하여금 낮 시간 동안 시종 태양을 똑바로 향하도록 함으로써 태양광 에너지 집적 효율을 높이는 방법, 또는 특정의 넓은 장소에다 상당히 많은 수의 태양 전지 판을 배열, 설치함으로써 태양광 에너지 집적량 자체를 높이는 방법 등을 택하고 있다.

그러나 이들 두 가지 형태의 방법, 즉 태양 추적 센서 유니트를 이용함으로써 에너지 집적 효율을 높이는 방법(방법 1)과, 다수의 태양 전지 판을 설치함으로써 에너지 집적량을 높이는 방법(방법 2) 모두 대용량 태양광 에너지 집적 방법으로서는 비실용적인 측면이 있었다.

예를 들면, 대용량 태양광 에너지 집적을 위하여 다수의 태양 전지 판을 설치할 경우, 센서 유니트 및 관련 PLC(programmable logic controller) 설치 및 관리 비용이 함께 높아지는 문제(방법 1)가 있는가 하면, 낮 시간 동안의 특정 시간대(정오쯤)를 제외한 나머지 시간대에는 태양광 에너지 집적 효율이 낮다는 문제(방법 2)를 지적하지 않을 수 없다.

본 발명은 이러한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 대용량 태양광 에 너지 집적을 위하여 다수의 태양 전지 판을 갖는 동시에 높은 태양광 에너지 집적 효율을 얻을 수 있는 구조의 태양광 에너지 집적 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 프레임 상에 다수의 태양 전지 판을 장착하고 태양 이동 방향에 맞춰 이들 설치대와 태양 전지 판을 동시 가동시키는 구조를 채택함으로써 달성된다.

다시 말하자면, 본 발명의 대용량 태양광 에너지 집적 장치는 하나의 장치 상에 집적 효율 및 집적량 향상을 위한 두 가지 구조를 동시에 구현한 특징이 있다.

이처럼, 본 발명에 따르면, 프레임 상에 다수의 태양 전지 판을 장착하고 이들 프레임과 태양 전지 판을 동시 가동시킴으로써 고효율, 대용량의 태양광 에너지 집적 장치를 얻을 수 있다.

국제적 원유가 상승 문제에 직면하여 본 발명이 갖는 기술적 가치 및 경제적 효과는 매우 크다고 본다.

이하 본 발명 실시예의 대용량 태양광 에너지 집적 장치를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명 제 1 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 평면도인 도 1 과 그 정면도인 도 2 에 나타낸 바와 같이, 태양광 에너지 집적 장치(1)는 다수의 태양 전지 판(10), 상부 프레임(20), 전지 판 가동체(30), 하부 프레임(40), 프레임 가동체(50) 및 제어 박스(60)를 포함하는 기본적 구조를 이룬다.

이들 구성 요소들 간의 상관관계 측면을 고려하여 구체적으로 설명하자면, 태양광 에너지 집적 장치(1)는, 프레임 상에 줄 지어 장착된 다수의 태양 전지 판(10)과, 이들 태양 전지 판(10)의 양측단이 회동 가능 상태로 축 지지된 상부 프레임(20)과, 이 상부 프레임(20) 상에 결합되며, 다수의 태양 전지 판(10)에 회전력을 제공하는 전지 판 가동체(30)와, 지면 등의 설치 장소에 고정되며, 상부 프레임(20) 및 기타 구성 요소들을 지탱해 주는 하부 프레임(40)과, 이들 상부 프레임(20)과 하부 프레임(40)을 상호 연결하며, 상기 상부 프레임(20)의 일측단을 승강시키는 프레임 가동체(50)와, 동서 방향 센서(22) 및 남북 방향 센서(23)로부터의 감지 신호에 따라 상기 전지 판 가동체(30) 및 프레임 가동체(50)의 작동을 제어하는 PLC가 내장된 제어 박스(60)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

도시한 바와 같이, 상부 프레임(20)과 하부 프레임(40)은 각각 철재 가로대(20-a, 40-a)와 세로대(20-b, 40-b)의 상호 용접으로 이루어진 장방형 부재이다.

이들 가로대(20-a, 40-a) 및 세로대(20-b, 40-b)는 도시한 바와 같은 판재에 한정되지 않고, 통상의 앵글(angle) 또는 형강 등이라도 무방하다.

상기 전지 판 가동체(30)는 상부 프레임(20) 일측단에 결합된 회전 모터(31)와, 그 회전축에 결합된 스프로켓(sprocket)(S1) 및 이에 감겨진 체인(C1)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 프레임 가동체(50)는 하부 프레임(40) 상에 결합된 유압 실린더(51)와, 유압 실린더 구성 요소로서의 피스톤(51-b) 및 그 상단에 결합된 연결봉(52)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

도시한 바와 같이, 피스톤(51-b)과 연결봉(52)의 상단부는 각각 “U” 자형 틈새를 갖는 형태로 벌어짐에 따라, 상대 부재의 하단부를 그 틈새 내에 삽입한 다음 연결핀(pin)(P)을 꽂아 상호 결합할 수 있도록 되어 있다.

도면 부호 “24” 는 상부 프레임(20) 상의 가로대(20-b) 양 측단에 용접된 연결판을 나타낸다.

한편, 태양 전지 판(10) 상에 장착된 동서 방향 센서(22)와 상부 프레임(20) 상에 장착된 남북 방향 센서(23)는 태양 추적 센서로서, 태양에 대한 태양 전지 판(10)과 상부 프레임(20)의 경사 정도를 감지하여 제어 박스(60) 내 PLC로 신호 출력하는 역할을 한다.

태양 추적 센서의 구조 및 작동 원리는 해당 기술 분야에 있어 널리 알려진 바, 본 발명에 있어 그 구조 등을 특별히 한정할 필요가 있는 것은 아니므로, 상기 동서 방향 센서(22) 및 남북 방향 센서(23)에 관한 더 이상의 설명은 생략한다.

상기 제어 박스(60) 내 PLC는, 동서 방향 센서(22)와 남북 방향 센서 쪽(23)으로부터의 감지 신호를 근거로 상기 회전 모터(31)을 동쪽 또는 서쪽으로 회전시킴으로써 태양 전지 판(10)으로 하여금 태양을 향하여 기울어지도록(도 2 참조, 화살표(L)는 태양광 입사 방향을 나타냄) 하는 한편, 유압 펌프(44), 컨트롤 밸 브(45) 및 유압 실린더(51)를 작동시킴으로써 상부 프레임(20) 또한 태양을 향하여 기울어지도록(도 4 참조, 화살표는 작동 방향을 나타냄) 한다.

한편, 태양 전지 판(10)이 일정 각도 이상으로 기울어짐에 따라(도 2 참조) 인접 태양 전지 판(10) 상에 그림자가 지면서 태양광이 차단될 것을 염려할 수도 있겠으나, 실험 결과에 따르면, 태양 전지 판(10) 폭의 20-30 % 정도에 해당하는 판 사이 간격을 두게 되면, 하루 낮 10 시간 정도 태양광 에너지를 집적하는 데는 그다지 문제가 없는 것으로 밝혀졌다.

다수의 태양 전지 판(10) 양 측단으로 돌출 형성된 회전 지지축은 상기 상부 프레임(20) 상의 가로대(20-a)에 걸쳐지며, 도면 부호 “21” 은 이들 회전 지지축을 지탱해 주는 베어링 케이스(bearing case)를 나타낸다.

각각의 회전 지지축 일측단(도면상으로는 앞쪽)에는 스프로켓(S3)(도면상의 맨 왼쪽 태양 전지 판의 경우, 스프로켓(S2)과 동축을 이루는 관계로 드러나 보이지 않음)이 장착되며, 이들은 체인(chain)(C2)을 매개로 상호 연결되어 있다.

다른 하나의 체인(C1)은 상기 전지 판 가동체(30)를 구성하는 체인으로서, 회전 모터(31)로부터의 회전력을 태양 전지 판(10) 측 입력 스프로켓(S2)으로 전달하게 된다.

따라서, 상기 전지 판 가동체(30)로부터의 회전력은 다수의 태양 전지 판(10) 중 하나(도면상으로는 맨 왼쪽)의 태양 전지 판(10) 회전 지지축에 결합된 입력 스프로켓(S2), 이 입력 스프로켓(S2)과 동축으로 결합된 종동 스프로켓(S3), 상기 체인(C2)을 매개로 상호 연결된 나머지 태양 전지 판(10) 회전 지지축 상의 종동 스프로켓(S3)의 순서로 전달된다.

본 발명 제 1 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 우측면도인 도 3 과 그 작동 상태도인 도 4 에 나타낸 바와 같이, 상기 두 프레임(20, 40)의 일측단(도면상으로는 뒤쪽 끝)은 연결핀(P)을 매개로 상호 힌지 결합되며, 타측단과의 사이에는 길이 가변형 구조의 프레임 가동체(50)가 수직으로 배치되어 있다.

이로써, 앞서 언급한 바 있듯이, 상부 프레임(20)은 제어 박스(60) 내 PLC로부터의 제어 신호에 따라 태양을 향하여 회동할 수 있게 된다. (도 4 상의 화살표 참조)

도 5 는 본 발명 제 2 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 정면도로서, 앞서 설명한 바의 프레임 가동체(50)를 유압식 이외의 회전 나사식으로 구성할 수도 있음을 나타낸다.

이러한 경우, 본 발명 제 2 실시예에 따른 대용량 태양광 집적 장치(1')에 있어 프레임 가동체(50')는, 회전 모터(46) 및 감속기(46)로부터의 수평 회전력을 수직 회전력으로 변환하는 기어 박스(gear box)(55)와, 이 기어 박스(55) 상방으로 돌출된 나사봉(54) 및 이와 결합되어 상대 운동하는 나사관(53)과, 이 나사관(53)의 상단부에 결합된 상기 연결봉(52)을 포함하는 구성을 이루게 된다.

상기 기어 박스(55) 내에는 회전 방향 변경을 위한 베벨(bevel) 기어 두 개가 내장되어 있음은 물론이며, 기어 박스 (55) 위치에다 회전 모터(46) 및 감속기(46)를 수직 상방으로 향하도록 하여 설치함으로써 기어 박스(55) 자체를 삭제할 수도 있다.

도면 부호 “56”은 하부 프레임(40) 상에 고정된, 상기 나사관(53)의 흔들림을 방지하기 위한 지지대로서, 그 중앙부 구멍에는 나사관(53)의 원활한 직선 운동을 안내하기 위한 베어링(Br)이 삽설되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명 실시예의 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 경우, 하나의 프레임 상에 장착된 다수의 태양 전지 판이 단일 태양 추적 센서로부터의 감지 신호에 의거하여 프레임과 함께 정확히 태양을 따라 회동하는 매우 효율적인 작동 메커니즘(mechanism)을 갖춤에 따라, 고효율, 대용량의 태양광 에너지 집적이 가능하게 된다.

한편, 사용자의 선택에 따른 일정한 설정 시간 동안의 태양광 에너지 집적이 완료되고 나면, 태양 전지 판 상에 장착된 별도의 리미트 스위치(limit switch)(도시하지 않음)가 작동함에 따라 태양 전지 판 및 상부 프레임 등의 구성 요소들이 초기 상태로 복귀하며, 이 역시 PLC 상의 제어 프로그램에 의해 이루어짐은 물론이다.

도 1 은 본 발명 제 1 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 평면도,

도 2 는 상기 제 1 실시예의 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 정면도,

도 3 과 도 4 는 본 발명 제 1 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 우측면도와 그 작동 상태도,

도 5 는 본 발명 제 2 실시예에 따른 대용량 태양광 에너지 집적 장치의 정면도이다.

Claims

다수의 태양 전지 판(10)과; 이들 태양 전지 판(10)의 양측단이 회동 가능 상태로 축 지지된 상부 프레임(20)과; 이 상부 프레임(20) 상에 결합되며, 다수의 태양 전지 판(10)에 회전력을 제공하는 전지 판 가동체(30)와; 그 일측단에 결합된 상부 프레임 지지체(41) 상단에 힌지 결합된 상기 상부 프레임(20)과 기타 구성 요소들을 지탱해 주는 하부 프레임(40)과; 하부 프레임(40)의 타측단에 결합되며, 상부 프레임(20)의 일측단을 승강시키는 프레임 가동체(50, 50')와; 동서 방향 센서(22) 및 남북 방향 센서(23)로부터의 감지 신호에 따라 상기 전지 판 가동체(30) 및 프레임 가동체(50, 50')의 작동을 제어하는 PLC가 내장된 제어 박스(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1, 1').
제 1 항에 있어서,

상기 전지 판 가동체(30)는 상부 프레임(20) 일측단에 결합된 회전 모터(31)와, 그 회전축에 결합된 스프로켓(S1) 및 이에 감겨진 체인(C1)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1, 1').
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 프레임 가동체(50)는 하부 프레임(40) 상에 결합된 유압 실린더(51)와, 유압 실린더 구성 요소로서의 피스톤(51-b) 상단에 결합된 연결봉(52)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1).
제 1 항에 있어서,

상기 프레임 가동체(50')는 하부 프레임(40) 상에 결합된 회전 모터(46) 및 감속기(46)로부터의 수평 회전력을 수직 회전력으로 변환하는 기어 박스(55)와, 이 기어 박스(55) 상방으로 돌출된 나사봉(54) 및 이와 결합되어 상대 운동하는 나사관(53)과, 이 나사관(53)의 상단부에 결합된 연결봉(52)을 포함하는 구성된 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1')
제 2 항에 있어서,

상기 전지 판 가동체(30)로부터의 회전력은 다수의 태양 전지 판(10) 중 하나의 태양 전지 판(10) 회전 지지축에 결합된 입력 스프로켓(S2), 이 입력 스프로켓(S2)과 동축으로 결합된 종동 스프로켓(S3), 체인(C2)을 매개로 상호 연결된 나머지 태양 전지 판(10) 회전 지지축 상의 종동 스프로켓(S3)의 순서로 전달되는 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1, 1').
제 4 항에 있어서,

상기 하부 프레임(40) 상에는 프레임 가동체(50) 구성 요소로서의 유압 실린더(51)에 대한 오일 공급을 위한 오일 탱크(43) 및 오일 펌프(44)와, 상기 제어 박스(60)가 결합된 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 에너지 집적 장치(1).