KR100956360B1 - 태양전지 모듈 구동 시스템 - Google Patents

태양전지 모듈 구동 시스템 Download PDF

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신행철
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김종태
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Abstract

본 발명은, 상부에 상면이 개방되며 양측에 제1회전축 관통공이 형성된 사각통 형태의 제1구동부 수용부가 형성되며, 하부에 구조물과 체결되기 위한 고정부가 형성된 지지대 ; 상기 제1회전축 관통공에 마련되는 제1방수 캡 ; 상기 제1구동부 수용부의 상부를 덮는 제1구동부 수용부 상부 커버 ; 상기 제1구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제1방수 캡을 관통하여 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제1회전축 ; 상기 제1회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제1베어링이 수용되며 상기 제1구동부 수용부의 내측벽에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제1베어링 하우징, 상기 제1구동부 수용부에 위치되며 상기 제1회전축에 동심으로 결합되는 제1워엄휘일, 상기 제1워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제1워엄, 상기 제1워엄을 회전시키기 위하여 상기 제1구동부 수용부에 마련되는 제1구동모터를 포함하여 이루어지는 제1구동부 ; 상부에 밀폐된 공간을 이루는 제2구동부 수용부가 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측에 제2회전축 관통공이 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측 하부에 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제1회전축의 양단과 고정결합되는 제1회전축 결합부가 각각 마련되는 제2구동부 수용 몸체 ; 상기 제2회전축 관통공에 마련되는 제2방수 캡 ; 상기 제1회전축과 직각을 이루도록 상기 제2구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제2방수 캡을 관통하여 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제2회전축 ; 상기 제2회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제2베어링이 수용되며 상기 제2구동부 수용 부의 바닥면에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제2베어링 하우징, 상기 제2구동부 수용부에 위치되며 상기 제2회전축에 동심으로 결합되는 제2워엄휘일, 상기 제2워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제2워엄, 상기 제2워엄을 회전시키기 위하여 상기 제2구동부 수용부에 마련되는 제2구동모터를 포함하여 이루어지는 제2구동부 ; 상부의 태양전지 모듈이 마련되기 위한 태양전지 모듈 지지판과 상기 태양전지 모듈 지지판의 양측 하부에 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제2회전축의 양단과 고정결합되는 제2회전축 결합부가 각각 마련되는 태양전지 모듈 지지 몸체 ; 상기 태양전지 모듈이 향하는 방향과 동일한 방향을 향하여 상기 태양전지 모듈 지지판에 마련되는 태양 위치 추적 장치 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 모듈 구동 시스템{SOLAR CELL MODULE DRIVING SYSTEM}
본 발명은 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위한 태양전지 모듈 구동 시스템에 관한 것이다.
최근 지구의 에너지 부족과 환경오염으로 인하여 친환경적인 대체 에너지의 개발이 모색되고 있다. 그 중 하나로서 태양에너지의 개발과 활용이 급진전되고 있다.
상기와 같은 대체에너지로서 태양 에너지를 이용하기 위한 여러가지 장치, 즉 태양(광)전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있다.
이러한 개발 과정에서 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위한 태양전지 모듈 구동 시스템의 개발이 절실하다.
태양전지 모듈은 인적이 없는 곳에 대형으로 설치되는 경우도 있지만, 전체적인 태양에너지의 효율적인 이용을 위하여는 태양전지 모듈이 사람의 통행량이 빈번한 도시 내부에 가로등 기둥의 상부 등에 소규모로 설치되되, 매우 많은 곳에 설치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 소규모의 태양전지 모듈을 매우 많은 곳에 설치할 경우 다음과 같 은 문제점이 있다.
하나의 태양전지 모듈에서 발생할 수 있는 전력량은 비교적 적은 편이며, 또한 태양의 위치는 시간의 경과에 따라 그 위치가 변화되며, 태양전지 모듈에서 발생할 수 있는 전력량은 태양전지 모듈이 태양을 곧바로 향하고 있을 때 최대가 된다.
따라서 태양전지 모듈이 태양을 곧바로 향하기 위하여는 태양전지 모듈의 배치 방향이 시간의 경과에 따라 변화할 수 있는 것이 바람직하다.
이러한 점에서 태양전지 모듈 구동 시스템은 태양전지 모듈의 배치 방향을 변화시킬 수 있도록 하기 위하여는, 즉 태양전지 모듈이 태양의 위치를 따라 변화하기 위하여는 2개의 회전축이 필요로 하게 되며, 또한 각각의 회전축을 구동시키기 위한 구동모터들이 필요로 하게 된다.
한편 구동모터나 제어기판과 같은 부품들은 우천 등에 노출되지 않아야 한다.
이러한 점을 감안하여 태양전지 모듈 구동 시스템을 설계한다면 구동모터나 제어기판을 수용하기 위한 수용부가 필요하게 되며, 그 수용부가 차지하는 부피는 상당히 커지게 된다.
또한 통상 태양전지 모듈 구동 시스템이 높은 곳에 위치하여 바람의 저항을 상당히 많이 받고, 또한 수용부들의 부피가 커진다면 그 중량이 증가함은 물론이며 바람의 저항을 더욱 많이 받게 되어 구동모터는 보다 많은 전력을 소비하게 된다. 특히 태양전지 모듈 구동 시스템은 태풍 등의 강풍에도 견딜 수 있을 정도로 설계 되어야 하므로, 태양전지 모듈 구동 시스템의 전체 부피의 증가는 필연적으로 태풍 등의 강풍에 견딜 수 있는 강도를 가진 두꺼운 재질의 금속판을 사용할 수 밖에 없다.
그러나 태양전지 모듈 구동시스템에서 구동모터를 회전시키기 위한 전력은 태양전지 모듈로부터 발생되는 적은 량의 전력을 이용하도록 설계하는 것이 바람직하며, 구동모터가 소비하는 전력이 지나치게 높아진다면 태양전지 모듈 구동시스템은 그 자체로서 실용성이 없는 시스템이 될 것이다.
이러한 점에서 보다 부피를 간소화시킬 수 있는 태양전지 모듈 구동시스템의 설계가 절박한 실정이다. 즉 전체적인 부피를 간소화시킴으로써 강풍에 의한 영향을 덜받음으로써 보다 얇은 금속판 등으로 수용부를 구성할 수 있으므로 전체적인 중량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 또한 부피 감소 자체로 인한 중량 감소로 구동모터의 부하 감소를 필요로 하고 있다.
그러나 현재까지 제안된 태양 전지 모듈 구동 시스템은 대부분 대형의 태양전지 모듈 구동 시스템을 위한 것들로서 이러한 점에 대한 개선책이 전혀 제시되지 않고 있으며, 아울러 소규모의 태양전지 모듈 구동 시스템 또한 아직까지 이러한 수용부의 부피를 감소시킬 수 있는 구체적인 기술을 개발하지 못하고 있다.
따라서 앞서 설명한 바와 같이 태양전지 모듈 구동 시스템에 있어서는, 구동모터가 태양전지 모듈이 발생한 전력을 소비하여 구동되어야 한다는 점을 감안하면, 태양전지 모듈의 발전 효율을 개선시키는 것 못지 않게 전체적인 태양전지 모듈 구동 시스템의 부피 내지 중량을 감소시킬 수 있는 기술의 중요성이 더욱 증대되고 있다.
한편, 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양에너지의 수집장치가 태양의 방향을 추적할 수 있도록 한 태양 위치 추적 장치가 다수 제안된 바 있다.
태양 위치 추적 장치들은 크게, 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 동작함으로써 태양을 추적하는 좌표 계산 방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호 출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서 방식의 두가지로 분류될 수 있다.
좌표 계산 방식의 경우, 일기 상태에 구애받지 않고 태양을 추적할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적인 교정 작업이 필수적이므로 유지 및 보수의 번거로움이 있다. 특히 좌표 계산 방식의 경우 소형 태양 에너지 이용 장치가 무수히 많이 설치되는 방식에는 적용되기 어렵다.
광센서 방식은 그 구조가 비교적 간결하다는 장점이 있지만, 날씨가 흐린 경우에는 태양의 추적이 불가능하고 이러한 상태로 시간이 경과되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우에는 태양의 위치가 태양 위치 추적 장치의 추적 가능 범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 광센서 방식에 의한 태양 위치 추적 장치의 문제를 해결하기 위하여 제안되기도 한다.
한편, 종래의 기술로서 미국 특허 US4,424,801호, US4,495,408호, US4,672,191호가 제안된 바 있으며, 또한 한국 등록특허 제10-0836870호, 한국 등 록특허 제10-0780565호, 한국 공개특허 특1994-0007551호, 한국 공개실용신안공보 제20-2008-0000278호 등이 제안된 바 있다. 상기 종래 기술들은 모두 본 명세서에 일체화된 것으로 본다.
특히 한국 공개실용신안 공보 제20-2008-0000278호는, 장시간 태양이 나타나지 않다가 마직막 위치에서 현저하게 변경된 위치에서 태양이 나타나는 경우에도 태양의 위치를 추적할 수 있도록 주 추적 센서 외에 보조센서를 마련한 구성을 제안하고 있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 센서의 추가적인 구성이 필요하여 전체적인 장치가 복잡하게 될 뿐만 아니라 그 제어회로가 복잡하게 될 수 밖에 없다.
본 발명은 상기와 같이 구동모터나 제어기판 등의 부품이 실장되는 수용부의 크기를 최소화시킬 수 있으며, 아울러 구동모터의 소비전력을 최소화시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지 모듈 구동 시스템을 개발하여 구동모터들이 소비하는 전력을 최소화하고자 하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한 본 발명은 날씨가 흐리거나 일몰과 일출로 인한 태양의 급작스런 위치 변화에도 태양의 위치를 추적할 수 있으며, 매우 간단한 구성으로 인하여 전체적인 장치가 매우 간소하게 되고 또한 그 제어회로가 매우 단순하게 적용될 수 있는 새로운 태양 위치 추적 장치를 구비한 태양전지 모듈 구동 시스템을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상부에 상면이 개방되며 양측에 제1회전축 관통공이 형성된 사각통 형태의 제1구동부 수용부가 형성되며, 하부에 구조물과 체결되기 위한 고정부가 형성된 지지대 ; 상기 제1회전축 관통공에 마련되는 제1방수 캡 ; 상기 제1구동부 수용부의 상부를 덮는 제1구동부 수용부 상부 커버 ; 상기 제1구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제1방수 캡을 관통하여 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제1회전축 ; 상기 제1회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제1베어링이 수용되며 상기 제1구동부 수용부의 내측벽에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제1베어링 하우징, 상기 제1구동부 수용부에 위치되며 상기 제1회전축에 동심으로 결합되는 제1워엄휘일, 상기 제1워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제1워엄, 상기 제1워엄을 회전시키기 위하여 상기 제1구동부 수용부에 마련되는 제1구동모터를 포함하여 이루어지는 제1구동부 ; 상부에 밀폐된 공간을 이루는 제2구동부 수용부가 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측에 제2회전축 관통공이 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측 하부에 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제1회전축의 양단과 고정결합되는 제1회전축 결합부가 각각 마련되는 제2구동부 수용 몸체 ; 상기 제2회전축 관통공에 마련되는 제2방수 캡 ; 상기 제1회전축과 직각을 이루도록 상기 제2구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제2방수 캡을 관통하여 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제2회전축 ; 상기 제2회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제2베어링이 수용되며 상기 제2구동부 수용부의 바닥면에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제2베어링 하우징, 상기 제2구동부 수용부에 위치되며 상기 제2회전축에 동심으로 결합되는 제2워엄휘일, 상기 제2워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제2워엄, 상기 제2워엄을 회전시키기 위하여 상기 제2구동부 수용부에 마련되는 제2구동모터를 포함하여 이루어지는 제2구동부 ; 상부의 태양전지 모듈이 마련되기 위한 태양전지 모듈 지지판과 상기 태양전지 모듈 지지판의 양측 하부에 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제2회전축의 양단과 고정결합되는 제2회전축 결합부가 각각 마련되는 태양전지 모듈 지지 몸체 ; 상기 태양전지 모듈이 향하는 방향과 동일한 방향을 향하여 상기 태양전지 모듈 지지판에 마련되는 태양 위치 추적 장치 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서, 상기 태양 위치 추적 장치는 : 중심축에서부터 방사상으로 돌출되어 적어도 3개 이상의 균등하게 분할된 감지 공간을 형성하는 복수의 칸막이부와, 상기 칸막이부의 상부에 마련되는 차광부를 포함하여 이루어지는 추적 장치 몸체와 ; 상기 감지 공간에 마련되어 상기 차광부를 향하여 배치되는 광센서 ; 를 포함하여 이루어지며, 상기 추적 장치 몸체의 각 감지 공간마다 상기 광센서의 후방으로부터 입사되는 빛을 상기 광센서로 금속반사시키기 위한 금속반사용 비구면부가 형성되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 추적 장치 몸체는 금속반사를 위하여 합성수지 재질의 상기 추적 장치 몸체 표면이 금속도금되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기와 같이 본 발명은, 구동모터나 제어기판 등의 부품이 실장되는 수용부의 크기를 최소화시킬 수 있는 새로운 형태의 태양전지 모듈 구동 시스템을 개발하여 구동모터들이 소비하는 전력을 최소화하게 된다.
또한 본 발명은 날씨가 흐리거나 일몰과 일출로 인한 태양의 급작스런 위치 변화에도 태양의 위치를 추적할 수 있으며, 매우 간단한 구성으로 인하여 전체적인 장치가 매우 간소하게 되고 또한 그 제어회로가 매우 단순하게 적용될 수 있는 새로운 태양 위치 추적 장치를 구비한 태양전지 모듈 구동 시스템을 제공하게 된다.
이하 본 발명에 의한 일 실시례에 따라 그 구체적 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 태양 전지 모듈 구동 시스템의 사시도이며, 도 2는 도 1에서 제2구동부 수용 몸체 내부의 배치를 도시한 개략 사시도이며, 도 3은 도 1에서 제2구동부 수용 몸체와 제2구동부 수용 몸체 내부의 제2구동부를 분리하여 도시한 사시도이며, 도 4는 도 3의 제2구동부 수용 몸체의 단면도이며, 도 5는 도 1의 지지대의 내부의 배치를 도시한 사시도이며, 도 6은 도 5의 분리 사시도이며, 도 7 및 도 8은 제1회전축의 회전에 의한 본 실시례의 회전 상태를 설명하기 위한 개략 정면도이며, 도 9 및 도 10은 제2회전축의 회전에 의한 본 실시례의 회전 상태를 설명하기 위한 개략 측면도이며, 도 11은 워엄기어 결합을 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 도 1의 태양 위치 추적 장치의 개념 사시도이며, 도 13은 도 12의 분해 개념 사시도이며, 도 14는 도 12의 정면도 및 단면도이며, 도 15는 도 12의 추적 장치 몸체를 하부에서 바라본 사시도이며, 도 16은 도 12의 추적 장치 몸체의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.
본 실시례는 크게 지지대(210), 제2구동부 수용 몸체(260), 태양전지 모듈 지지 몸체(300)로 이루어진다.
먼저 도 1 내지 도 11, 특히 도 1, 도 5, 도 6을 참조하여 지지대(210) 부위를 설명한다.
지지대(210)는 상부에 제1구동부 수용부(211)가 형성되며 하부에 고정부(212)가 형성된다.
제1구동부 수용부(211)는 후술하는 제1구동부(250)가 실장되는 공간을 형성하는 것으로 상면이 개방된 사각통 형태로 형성된다.
아울러 제1구동부 수용부(211)의 양측에는 제1회전축(240)의 단부가 관통하여 외측으로 돌출되기 위하여 제1회전축 관통공(213)이 형성된다.
고정부(212)는 가로등 등의 구조물과 체결되어 고정되는 부위로서, 볼트 등의 체결을 위하여 다수의 구멍이 형성되어 있다.
2개의 제1회전축 관통공(213) 각각에는 제1방수 캡(220)이 마련된다.
제1방수 캡(220)은 제1회전축 관통공(213)으로 빗물 등이 침투하는 것을 방지하기 위하여 마련된다.
아울러 제1구동부 수용부(211)의 개방된 상면은 제1구동부 수용부 상부 커버(230)에 의하여 덮혀진다. 따라서 제1구동부 수용부(211)는 빗물 등이 침투될 수 없다.
이러한 제1구동부 수용부(211)에 제1회전축(240)과 제1구동부(250)가 마련된다.
제1회전축(240)은 제1구동부 수용부(211)를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제1방수 캡(220)을 관통하여 제1구동부 수용부(211) 외측으로 돌출된다.
이러한 제1회전축(240)을 구동시키기 위한 제1구동부(250)는 제1구동부 수용부(211) 내측에 마련되며, 제1회전축(240)에 의하여 회전되는 제2구동부 수용 몸체(260)는 제1구동부 수용부(211) 외측에서 제1회전축(240)에 결합된다.
제1구동부(250)는 제1베어링 하우징(251), 제1워엄휘일(252), 제1워엄(253), 제1워엄지지대(254), 제1기어박스(255), 제1구동모터(256)로 이루어진다.
제1베어링 하우징(251)은 제1회전축(240)을 회전가능하게 지지하기 위하여 마련되는 것으로 내부에 제1베어링이 내장된다.
또한 제1베어링 하우징(251)은 한 쌍으로 마련되되 서로 이격되어 제1구동부 수용부(211)의 내측벽에 고정된다.
이와 같이 제1회전축(240)이 제1베어링 하우징(251)에 의하여 회전가능하게 지지된다.
다음으로 제1워엄휘일(252)이 제1회전축(240)에 동심으로 결합된다. 물론 제1워엄휘일(252)는 제1구동부 수용부(211)에 위치된다.
상기 제1워엄휘일(252)을 회전시키기 위하여 제1워엄(253)이 제1워엄휘일(252)과 워엄기어결합된다.
일반적인 워엄 기어 결합에서 워엄의 리이드 각이 소정치 이하일 경우 자동 체결이 발생한다. 따라서 제1워엄(253)의 회전에 의하여 제1워엄휘일(252)이 회전할 수 있지만, 제1워엄휘일(252)의 회전에 의하여는 제1워엄(253)이 회전하지 않게 된다.
제1워엄(253)은 제1워엄 지지대(254)에 의하여 회전가능하게 지지되며, 제1워엄 지지대(254)는 제1구동부 수용부(211)의 내측벽에 고정된다.
제1워엄(253)을 회전시키기 위하여 제1워엄(253)에 제1기어박스(255)가 결합되며, 상기 제1기어박스(255)에 제1구동모터(256)가 결합된다.
이와 같은 제1워엄휘일(252), 제1워엄(253), 제1워엄 지지대(254), 제1기어박스(255), 제1구동모터(256)의 결합 상태는 도 11에 구체적으로 도시하였다.
따라서 제1구동모터(256)의 회전 구동에 의하여 제1기어박스(255)를 매개로 제1워엄(253)이 회전하며, 제1워엄(253)에 결합된 제1워엄휘일(252)이 회전하면서 동시에 제1회전축(240)이 회전하게 된다.
이와 같이 제1구동부(250)의 모든 구성요소들이 제1구동부 수용부(211) 내측에 모두 마련됨으로써 제1구동부 수용부(211)의 외측에는 단지 제1회전축(240)과 제2구동부 수용몸체(260)의 고정결합을 위한 장치들만이 존재하게 되며, 따라서 제2구동부 수용몸체(260)의 부피가 매우 작아질 수 있다.
다음으로 도 1 내지 도 11, 특히 도 1 내지 도 4를 참조하여 제2구동부 수용몸체(260) 부위를 설명한다.
제2구동부 수용몸체(260)는 상부에 제2구동부 수용부(261)가 형성되며, 하부 양측에 제1회전축 결합부(262)가 각각 형성된다.
제2구동부 수용부(261)는 후술하는 제2구동부(290)가 실장되는 공간을 형성하는 것으로 밀폐된 공간을 이룬다. 여기서 밀폐된 공간이란 빗물 등이 침투하는 것을 막을 수 있을 정도로 밀폐된 공간을 말하며, 완전 밀봉을 의미하는 것은 아니다.
아울러 제2구동부 수용부(261)의 양측에는 제2회전축(280)의 단부가 관통하여 외측으로 돌출되기 위하여 제2회전축 관통공(263)이 형성된다.
제1회전축 결합부(262)는 제1구동부 수용부(211) 외측으로 돌출된 제1 회전축(240)의 양단과 고정결합되기 위한 것이다. 따라서 제1회전축 결합부(262)는 제1회전축(240)과 함께 회전되며, 결과적으로 제2구동부 수용 몸체(260)가 제1회전축(240)과 함께 회전된다.
2개의 제2회전축 관통공(263) 각각에는 제2방수 캡(270)이 마련된다.
제2방수 캡(270)은 제2회전축 관통공(263)으로 빗물 등이 침투하는 것을 방지하기 위하여 마련된다.
따라서 제2구동부 수용부(261)에는 빗물 등이 침투할 수 없다.
이러한 제2구동부 수용부(261)에 제2회전축(280)과 제2구동부(290)가 마련된다.
제2회전축(280)은 제1회전축(240)과 직각을 이루도록 제2구동부 수용부(261)를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제2방수 캡(270)을 관통하여 제2구동부 수용부(261) 외측으로 돌출된다.
이러한 제2회전축(280)을 구동시키기 위한 제2구동부(290)는 제2구동부 수용부(261) 내측에 마련되며, 제2회전축(280)에 의하여 회전되는 태양전지 모듈 지지 몸체(300)는 제2구동부 수용부(261) 외측에서 제2회전축(280)에 결합된다.
제2구동부(290)는 제2베어링 하우징(291), 제2워엄휘일(292), 제2워엄(293), 제2워엄지지대(294), 제2기어박스(295), 제2구동모터(296)로 이루어진다.
제2베어링 하우징(291)은 제2회전축(280)을 회전가능하게 지지하기 위하여 마련되는 것으로 내부에 제2베어링이 내장된다.
또한 제2베어링 하우징(291)은 한 쌍으로 마련되되 서로 이격되어 제2구동부 수용부(261)의 바닥면에 고정된다.
이와 같이 제2회전축(280)이 제2베어링 하우징(291)에 의하여 회전가능하게 지지된다.
다음으로 제2워엄휘일(292)이 제2회전축(280)에 동심으로 결합된다. 물론 제2워엄휘일(292)은 제2구동부 수용부(261)에 위치된다.
상기 제2워엄휘일(292)을 회전시키기 위하여 제2워엄(293)이 제2워엄휘일(292)과 워엄기어결합된다.
일반적인 워엄 기어 결합에서 워엄의 리이드 각이 소정치 이하일 경우 자동 체결이 발생한다. 따라서 제2워엄(293)의 회전에 의하여 제2워엄휘일(292)이 회전할 수 있지만, 제2워엄휘일(292)의 회전에 의하여는 제2워엄(293)이 회전하지 않게 된다.
제2워엄(253)은 제2워엄 지지대(294)에 의하여 회전가능하게 지지되며, 제2워엄 지지대(294)는 제2구동부 수용부(261)의 내측벽에 고정된다.
제2워엄(293)을 회전시키기 위하여 제2워엄(293)에 제2기어박스(295)가 결합되며, 상기 제2기어박스(295)에 제2구동모터(296)가 결합된다.
이와 같은 제2워엄휘일(292), 제2워엄(293), 제2워엄 지지대(294), 제2기어박스(295), 제2구동모터(296)의 결합 상태는 도 11에 구체적으로 도시하였다.
따라서 제2구동모터(296)의 회전 구동에 의하여 제2기어박스(295)를 매개로 제2워엄(293)이 회전하며, 제2워엄(293)에 결합된 제2워엄휘일(292)이 회전하면서 동시에 제2회전축(280)이 회전하게 된다.
제2회전축(280)에 태양전지 모듈 지지 몸체(300)가 고정결합된다.
태양전지 모듈 지지 몸체(300)는 상부에 태양전지 모듈 지지판(301)이 마련되며, 하부 양측에 제2회전축 결합부(302)가 각각 마련된다.
태양전지 모듈 지지판(301)은 태양전지 모듈(310)이 마련되기 위한 것이다.
제2회전축 결합부(302)는 제2구동부 수용부(261) 외측으로 돌출된 제2회전축(280)의 양단과 고정결합되기 위한 것이다. 따라서 제2회전축 결합부(302)는 제2회전축(280)과 함께 회전되며, 결과적으로 태양전지 모듈 지지 몸체(300)가 제2회전축(280)과 함께 회전된다.
아울러 태양전지 모듈 지지판(301)에는 태양 위치 추적 장치(100)가 마련된다.
태양 위치 추적 장치(100)는 태양전지 모듈(310)이 향하는 방향과 동일한 방향을 향하여 배치된다.
도 7 및 도 8은 제1회전축(240)의 회전에 따른 다른 상태를 보이기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10은 제2회전축(280)의 회전에 따른 다른 상태를 보이기 위한 도면이다.
물론 제1회전축(240)과 제2회전축(280)은 동시에 회전될 수도 있다.
이와 같이 제1회전축(240)과 제2회전축(280)이 회전되어 태양전지 모듈(310)이 태양을 따라 회전하게 된다.
이하에서는 본 실시례에서 태양의 위치를 추적하기 위하여 마련되는 태양 위 치 추적 장치(100)를 도 12 내지 도 16을 참고하여 설명한다.
본 태양 위치 추적 장치(100)는 크게 추적 장치 몸체(110)와 4개의 광센서(120)와 광센서 지지부(130)로 구성된다.
먼저 추적 장치 몸체(110)에 대하여 설명한다.
추적 장치 몸체(110)는 차광부(111)와 칸막이부(112)와 금속반사용 비구면부(114)로 이루어진다.
칸막이부(112)는 중심축(112a)에서부터 방사상으로 돌출되는 것으로서 이에 의하여 4개의 균등하게 분할된 감지 공간(113)이 형성된다. 또한 각 감지 공간(113)마다 광센서(120)가 마련된다. 본 실시례에서는 4개의 칸막이부(112)에 의하여 4개의 감지 공간(113)이 형성되도록 하였지만, 논리적으로는 최소 3개의 감지 공간(113)이 형성된다면 모든 방향의 태양의 위치를 추적하는 것이 가능하다.
칸막이부(112)의 상부에 차광부(111)가 형성된다. 차광부(111)는 추적 장치 몸체(110)가 정확하게 태양을 향하였을 때 태양으로부터 감지 공간(113)으로 입사되는 빛을 차단하기 위한 것이다.
종래 기술에 있어서의 차광부는 오직 빛을 차단하기 위한 목적으로만 이용된다.
즉, 본 추적 장치 몸체(110)가 정확하게 태양을 향하는 경우 4개의 광센서(120)는 모두 차광부(111)에 의하여 빛을 감지하지 못하게 된다. 그리고 본 추적 장치 몸체(110)가 비스듬하게 태양을 향할 경우 어느 하나의 광센서(120) 또는 두개의 광센서(120)가 태양빛을 감지하며(즉, 2개 또는 3개의 광센서(120)는 차 광부(111) 내지 칸막이부(112)에 의하여 태양빛을 감지하지 못하는 상태가 됨.), 그 태양빛을 감지한 광센서(120)가 위치한 방향으로 본 추적 장치 몸체(110)의 방향을 변화시킨다면 4개의 광센서(120)가 모두 차광부(111)에 의하여 빛을 감지하지 못하게 되는 상태, 즉 정확하게 태양을 향하는 상태로 변경된다.
그러나 본 실시례의 차광부(111)는 그 하부 모양을 변형시켜 금속반사용 비구면부(114)를 형성된다. 실시례에 따라서는 차광부(111)와 금속반사용 비구면부(114)가 서로 이격되어 별도로 마련될 수도 있지만, 차광부(111)의 하면이 비구면부(114)로서 기능하는 것이 전체 구조를 간략하게 한다.
금속반사용 비구면부(114)는 광센서(120)의 후방으로부터 입사되는 빛을 광센서(120)로 금속반사하기 위하여 형성된다.
금속반사용 비구면부는 2가지 특징, 즉 금속반사를 일으키는 금속반사면이라는 점과 비구면부가 형성된다는 점에서 특징을 가진다.
금속반사면을 형성하기 위하여는 비구면부(바람직하게는 추적 장치 몸체 전체)의 표면이 금속 재질로 이루어지는 것으로 충분하다. 비구면부의 표면이 금속 재질로 되기 위하여는 i) 비구면부 전체가 금속재질로 이루어지는 방법(즉 내부와 외부 모두 금속재질로 이루어지는 방법임.)과, ii) 비구면부 자체는 합성수지 재질로 이루어지되 그 표면이 금속도금되는 방법이 있다.
본 실시례에서는 추적 장치 몸체(110)를 합성수지 재질로 기본적임 몸체를 형성하여 그 성형 과정이 저렴하게 이루어지도록 하고, 그 형태가 완성된 후 합성수지 재질의 추적 장치 몸체(110)의 표면 전체를 금속도금(니켈도금 또는 크롬도금 등)하였다. 따라서 비구면부(114) 또한 금속도금된 표면, 즉 금속반사면을 가지게 되어 금속반사를 할 수 있게 된다.
또한 금속반사용 비구면부는, 비구면부로서 구면이 아닌 타원면, 포물면 등의 곡면을 가지도록 하여, 광센서(120) 후방에서 태양이 어디에 위치하는 경우라도 그 태양빛이 비구면부(114)에서 반사되어 광센서(120)에서 그 빛을 감지할 수 있도록 하였다.
광센서 지지부(130)가 칸막이부(112)의 하단에 고정마련되며, 상기 광센서 지지부(130)의 상부에 광센서(120)가 차광부(111)를 향하여 배치된다.
따라서 도 16에 도시된 바와 같이 추적 장치 몸체(110)가 태양을 비스듬하게 향하는 경우에는 해당 광센서(120)에 태양빛이 직접 입사되며, 태양이 추적 장치 몸체(110)의 후방에 위치하는 경우에는 태양빛이 금속반사용 비구면부(114)에서 반사된 후 광센서(120)로 입사된다.
따라서 도 16에서 태양의 위치에 관계없이 추적 장치 몸체(110)는 태양을 향하여 반시계 방향으로 회전하면 태양의 위치를 추적할 수 있다.
상기와 같이 본 태양 위치 추적 장치(100)는 금속반사용 비구면부(114)가 형성됨으로써 태양이 태양 위치 추적 장치(100)의 후방에 위치하는 경우에도 태양을 추적할 수 있게 된다.
이러한 상황은 주로 태양이 상당시간 구름에 가려 있는 경우 혹은 일몰과 일출 사이에 발생할 수 있다.
또한 이러한 구조를 가진 태양 위치 추적 장치(100)의 제어 방식은 종래의 방식이 그대로 적용될 수 있으므로 제어회로의 구성이 매우 간단하게 되며, 또한 별도의 광센서가 추가되지도 않으며 금속반사용 비구면부의 형성만 필요로 할 뿐이므로 전체적인 구조가 매우 간단하면서도 종래의 광센서 방식에 의한 태양 위치 추적 장치의 근본적인 문제점을 일거에 해결시킬 수 있다.
상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
본 발명은 태양 에너지를 효율적으로 이용하기 위한 태양전지 모듈 구동 시스템으로 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 태양 전지 모듈 구동 시스템의 사시도,
도 2는 도 1에서 제2구동부 수용 몸체 내부의 배치를 도시한 개략 사시도,
도 3은 도 1에서 제2구동부 수용 몸체와 제2구동부 수용 몸체 내부의 제2구동부를 분리하여 도시한 사시도,
도 4는 도 3의 제2구동부 수용 몸체의 단면도,
도 5는 도 1의 지지대의 내부의 배치를 도시한 사시도,
도 6은 도 5의 분리 사시도,
도 7 및 도 8은 제1회전축의 회전에 의한 본 실시례의 회전 상태를 설명하기 위한 개략 정면도,
도 9 및 도 10은 제2회전축의 회전에 의한 본 실시례의 회전 상태를 설명하기 위한 개략 측면도,
도 11은 워엄기어 결합을 설명하기 위한 도면,
도 12는 도 1의 태양 위치 추적 장치의 개념 사시도,
도 13은 도 12의 분해 개념 사시도,
도 14는 도 12의 정면도 및 단면도,
도 15는 도 12의 추적 장치 몸체를 하부에서 바라본 사시도,
도 16은 도 12의 추적 장치 몸체의 작동을 설명하기 위한 개념도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 태양 위치 추적 장치 110 : 추적 장치 몸체
111 : 차광부 112 : 칸막이부
113 : 감지 공간 114 : 금속반사용 비구면부
120 : 광센서 130 : 광센서 지지부
210 : 지지대 211 : 제1구동부 수용부
212 : 고정부 213 : 제1회전축 관통공
220 : 제1방수 캡 230 : 제1구동부 수용부 상부 커버
240 : 제1회전축 250 : 제1구동부
251 : 제1베어링 하우징 252 : 제1워엄휘일
253 : 제1워엄 254 : 제1워엄 지지대
255 : 제1기어박스 256 : 제1구동모터
260 : 제2구동부 수용 몸체 261 : 제2구동부 수용부
262 : 제1회전축 결합부 263 : 제2회전축 관통공
270 : 제2방수 캡 280 : 제2회전축
290 : 제2구동부
291 : 제2베어링 하우징 292 : 제2워엄휘일
293 : 제2워엄 294 : 제2워엄 지지대
295 : 제2기어박스 296 : 제2구동모터
300 : 태양전지 모듈 지지 몸체 301 : 태양전지 모듈 지지판
302 : 제2회전축 결합부
310 : 태양전지 모듈

Claims (3)

  1. 상부에 상면이 개방되며 양측에 제1회전축 관통공이 형성된 사각통 형태의 제1구동부 수용부가 형성되며, 하부에 구조물과 체결되기 위한 고정부가 형성된 지지대 ;
    상기 제1회전축 관통공에 마련되는 제1방수 캡 ;
    상기 제1구동부 수용부의 상부를 덮는 제1구동부 수용부 상부 커버 ;
    상기 제1구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제1방수 캡을 관통하여 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제1회전축 ;
    상기 제1회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제1베어링이 수용되며 상기 제1구동부 수용부의 내측벽에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제1베어링 하우징, 상기 제1구동부 수용부에 위치되며 상기 제1회전축에 동심으로 결합되는 제1워엄휘일, 상기 제1워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제1워엄, 상기 제1워엄을 회전시키기 위하여 상기 제1구동부 수용부에 마련되는 제1구동모터를 포함하여 이루어지는 제1구동부 ;
    상부에 밀폐된 공간을 이루는 제2구동부 수용부가 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측에 제2회전축 관통공이 형성되며, 상기 제2구동부 수용부의 양측 하부에 상기 제1구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제1회전축의 양단과 고정결합되는 제1회전축 결합부가 각각 마련되는 제2구동부 수용 몸체 ;
    상기 제2회전축 관통공에 마련되는 제2방수 캡 ;
    상기 제1회전축과 직각을 이루도록 상기 제2구동부 수용부를 수평상으로 가로지르면서 양단이 상기 제2방수 캡을 관통하여 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출되는 제2회전축 ;
    상기 제2회전축을 회전가능하게 지지하기 위한 제2베어링이 수용되며 상기 제2구동부 수용부의 바닥면에 서로 이격되어 고정마련되는 한 쌍의 제2베어링 하우징, 상기 제2구동부 수용부에 위치되며 상기 제2회전축에 동심으로 결합되는 제2워엄휘일, 상기 제2워엄휘일과 워엄기어 결합되는 제2워엄, 상기 제2워엄을 회전시키기 위하여 상기 제2구동부 수용부에 마련되는 제2구동모터를 포함하여 이루어지는 제2구동부 ;
    상부의 태양전지 모듈이 마련되기 위한 태양전지 모듈 지지판과 상기 태양전지 모듈 지지판의 양측 하부에 상기 제2구동부 수용부 외측으로 돌출된 상기 제2회전축의 양단과 고정결합되는 제2회전축 결합부가 각각 마련되는 태양전지 모듈 지지 몸체 ;
    상기 태양전지 모듈이 향하는 방향과 동일한 방향을 향하여 상기 태양전지 모듈 지지판에 마련되는 태양 위치 추적 장치 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 구동 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양 위치 추적 장치는 :
    중심축에서부터 방사상으로 돌출되어 적어도 3개 이상의 균등하게 분할된 감지 공간을 형성하는 복수의 칸막이부와, 상기 칸막이부의 상부에 마련되는 차광부를 포함하여 이루어지는 추적 장치 몸체와 ; 상기 감지 공간에 마련되어 상기 차광부를 향하여 배치되는 광센서 ; 를 포함하여 이루어지며,
    상기 추적 장치 몸체의 각 감지 공간마다 상기 광센서의 후방으로부터 입사되는 빛을 상기 광센서로 금속반사시키기 위한 금속반사용 비구면부가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 구동 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 추적 장치 몸체는 금속반사를 위하여 합성수지 재질의 상기 추적 장치 몸체 표면이 금속도금되어 있는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈 구동 시스템.
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