KR100956451B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전모듈의 발전효율을 높이기 위해 태양의 일주운동에 따라 태양광을 추적할 때, 태양광 발전모듈을 지지하는 지지프레임의 회동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 태양광 발전장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 프레임과, 상기 프레임에 결합되며 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈을 포함하는 회동부와, 상기 회동부의 무게중심을 지나는 축선상의 프레임에 형성되어 상기 프레임을 회전 가능하게 지지하는 회전축들과, 상기 회전축을 지지하도록 지면으로부터 상방으로 연장되는 복수개의 서포트부재를 포함하며, 상기 프레임에 설치되어 상기 회동부의 무게중심의 변화에 따라 상기 프레임의 회전중심이 가변될 수 있도록 회전축 연장지점을 변형시킬 수 있는 축이동수단을 더 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양광 발전모듈이 설치되어 있는 프레임의 무게중심을 지나가도록 프레임의 회전중심이 형성되기 때문에 프레임을 회동시키는 구동부의 구동시 부하가 적게 걸리게 되며, 프레임의 회동시 구동부의 파손을 방지할 수 있다.

태양광 발전장치, 무게중심, 축이동

Description

태양광 발전장치 {Solar power generating system }

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 태양광 발전모듈의 발전효율을 높이기 위해 태양의 일주운동에 따라 태양광을 추적할 때, 태양광 발전모듈을 지지하는 지지프레임의 회동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양전지는 태양열을 이용하는 발전방식과, 태양광을 이용하는 발전방식으로 구분된다. 특히, 태양광을 이용하는 발전방식은 무한한 청정에너지를 이용한 것으로 별도의 에너지나 구동원이 필요하지 않으며, 소규모에서 대규모 시스템의 시공이 간단하고, 환경문제에 따른 설치제한에 영향을 받지 않는다는 이점이 있기 때문에 그 가능성이 무한하지만, 한편으로는 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 다량의 태양광 발전모듈이 필요하며, 상용전력에 비해 고가의 설치 비용이 소요되기도 한다.

상술한 태양광 발전모듈은 발전효율을 극대화하기 위해 태양의 직사광선이 태양광 발전모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기조작을 통하여 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 태양의 고도에 따라 상하 로 위치가 변화되는 반고정식, 태양의 고도에 관계없이 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.

상기 추적식 태양광 발전모듈의 추적장치는 이동하는 태양을 추적하면서 집광성을 높이기 위해 집광판을 이동시키기 위한 것으로, 통상적으로 집광판이 설치되어 있는 프레임을 회동 가능하게 서포트에 결합하고, 태양의 일주운동에 따라 태양의 입사각이 수직에 가까워질 수 있도록 상기 프레임을 회동시켜 태양광을 추적할 수 있는 방식으로 되어 있다.

구동수단에 의해 상기 프레임을 회동시키게 되는데, 통상적으로 서포트에 결합되는 회동축이 프레임에 설치된 다음에 프레임에 집광판을 비롯한 태양광 발전모듈을 설치하게 되므로 태양광 발전모듈이 결합된 프레임의 무게중심과 회전축의 중심이 어긋나 프레임을 회동시키는 것이 용이하지 않은 경우가 많다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 발전모듈이 설치된 프레임의 무게중심과 일치하는 지점에서 연장되는 회전축을 갖는 태양광 발전장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 프레임과, 상기 프레임에 결합되며 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈을 포함하는 회동부와, 상기 회동부의 무게중심을 지나는 축선상의 프레임에 형성되어 상기 프레임을 회전 가능하게 지지하는 회전축들과, 상기 회전축을 지지하도록 지면으로부터 상방으로 연장되는 복수개의 서포트부재를 포함하며, 상기 프레임에 설치되어 상기 회동부의 무게중심의 변화에 따라 상기 프레임의 회전중심이 가변될 수 있도록 회전축 연장지점을 변형시킬 수 있는 축이동수단을 더 구비할 수 있다.

상기 축이동수단은 상기 회전축이 상기 프레임의 상하방향을 따라 이동할 수 있도록 하는 제1 이동부와, 상기 회전축이 상기 프레임의 너비방향을 따라 이동할 수 있도록 상기 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제2 이동부를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양광 발전모듈이 설치되어 있는 프레임의 무게중심을 지나가도록 프레임의 회전중심이 형성되기 때문에 프레임을 회동시 키는 구동부의 구동시 부하가 적게 걸리게 되며, 프레임의 회동시 구동부의 파손을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 태양광 발전장치(100)는 남북방향으로 상호 이격되게 설치된 서포트부재(10)와, 서포트부재(10)에 회전축(12)에 의해 회전 가능하게 설치되어 있는 회동부(13)와, 회동부(13)를 태양의 일주운동에 따라 동서방향으로 회전시키기 위한 구동부(20)를 구비한다.

서포트부재(10)는 지면으로부터 상방으로 소정거리 연장되도록 설치되어 있으며, 상단에 상기 회전축(12)이 회전 가능하게 결합되는 필로우블럭(11)이 마련되어 있다.

본 실시예에서는 양측 서포트부재(10)의 높이가 동일하여 회동부(13)가 지면과 나란하게 연장되어 있으나, 태양의 남중고도를 고려하여 태양광의 입사각이 수직에 가까워질 수 있도록 북쪽에 설치되는 서포트부재(10a)의 높이가 남쪽에 설치되는 서포트부재(10b)의 높이보다 상대적으로 높게 설치될 수도 있다.

회동부(13)는 프레임(14)과, 프레임(14)의 상부에 설치되는 태양광 발전모듈(15)을 포함한다.

프레임(14)은 서포트부재(10)의 사이에서 상기 태양광 발전모듈(15)이 설치될 수 있도록 형성되어 있는데, 프레임(14)은 통상적으로 평면이 사각형이며 상하 방향으로 일정 길이의 높이를 갖도록 형성되나, 프레임(14)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.

태양광 발전모듈(15)은 프레임(14)의 상부에 결합되며, 입사하는 태양광을 통해 발전하는 태양전지가 상부에 형성되어 있다.

상기 프레임(14)의 양 단부에는 회전축(12)이 형성되어 있으며, 이 회전축(12)이 상기 서포트부재(10)에 결합됨으로써 프레임(14)이 서포트부재(10)에 회전 가능하게 지지된다.

통상적으로 프레임(14)의 제작시, 프레임(14)의 회동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위해 회전축(12)은 프레임(14)의 무게중심을 지나는 제1 축선(16) 상에 위치하도록 프레임(14)에 형성된다.

하지만 실제 프레임(14)을 서포트부재(10)에 설치할 때에는 태양광 발전모듈(15)이 프레임(14)의 상부에 결합되기 때문에 회동부(13) 전체의 무게중심은 프레임(14) 자체의 무게중심에 비해 높아지게 된다.

이렇게 태양광 발전모듈(15)에 의해 회동부(13)의 무게중심이 프레임(14)의 무게중심에 비해 높은 위치에 형성되기 때문에 회전축(12)이 프레임(14)과 태양광 발전모듈(15)이 결합된 회동부(13)의 무게중심을 지나는 제2 축선(17) 상에 위치하도록 프레임(14)에 형성되는 것이 바람직하다.

회전축(12)이 제2 축선(17) 상에 위치하게 되면, 프레임(14)의 회동이 용이해지기 때문에 태양의 일주운동에 따라 프레임(14)을 회동시키기 위해 구동되는 구동부(20)에 걸리는 부하가 작아지게 되므로, 구동부(20)의 파손 및 동력 손실을 최 소화할 수 있다.

상기 구동부(20)는 하단이 지면에 고정되어 있고, 상단이 프레임(14)의 일측에 결합되어 프레임(14)의 일측을 상방으로 밀거나 하방으로 잡아당김으로써 프레임(14)의 동서 방향으로 회동시키는 것으로, 지면으로부터 상방으로 연장되는 본체(21)와, 본체(21)에 슬라이딩 가능하게 설치되며 단부가 프레임(14)의 일측에 힌지연결된 리드스크류(22)와, 본체(21)에 회전 가능하게 설치되며 리드스크류(22)와 나사결합되는 웜휠(23)과, 본체(21)에 설치되어 웜휠(23)과 치합되는 웜(24)을 구비한다.

구동부(20)는 별도의 구동모터 또는 핸들에 의해 웜(24)을 회전시키면 웜(24)과 치합된 웜휠(23)이 리드스크류(22)를 본체(21)로부터 인출 또는 인입되게 슬라이딩시킴으로써 프레임(14)을 회동시킨다. 물론 구동부(20)는 프레임(14)을 회동시킬 수 있다면 본 실시예와는 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.

도 2 및 도 3에는 회전축(12)의 연장지점을 가변시킬 수 있는 축이동수단(30)이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 축이동수단(30)은 프레임(14)에 대하여 회전축(12)의 연장 높이를 조절하기 위한 것으로, 프레임(14)의 전면에 결합되며, 서포트부재(10)에 회전 가능하게 결합되는 회전축(12)과 연결되는 결합판(31)과, 상기 결합판(31)을 상기 프레임(14)에 체결하는 체결부재(32)를 구비한다.

프레임(14)의 단부에는 상하방향으로 소정간격 이격되어 있는 복수개의 체결홀(33)들이 마련되어 있고, 상기 결합판(31)에도 상기 체결홀(33)들 중 선택된 체 결홀(33)과 대응하는 네 개의 결합홀(34)이 형성되어 있다.

체결홀(33)들이 상하방향으로 이격되어 연장되어 있기 때문에 체결홀(33)의 선택에 따라 회전축(12)이 프레임(14)으로부터 연장되는 연장높이를 조절할 수 있다. 즉, 프레임(14)에 결합되는 태양광 발전모듈(15)의 무게가 무겁지 않거나, 프레임(14)의 무게중심보다 프레임(14)상에 중량물이 결합되어 회동부(13)의 무게중심이 프레임(14)의 무게중심보다 낮은 위치에 형성되는 경우에는 상기 무게중심을 지나는 축선 상에 회전축(12)이 위치할 수 있도록 상기 체결홀(33)들 중 하부에 형성되어 있는 체결홀(33)에 결합판(31)의 결합홀(34)들이 대응하도록 위치시킨 다음 체결부재(32)를 결합홀(34)과 선택된 체결홀(33)을 관통하도록 삽입함으로써 프레임(14)의 회전 중심이 태양광 발전모듈(15)을 비롯한 전체 결합물들이 결합된 회동부(13)의 무게중심을 통과하거나 이와 인접하도록 한다.

반대로 프레임(14)의 상부에 태양광 발전모듈(15)을 비롯한 중량물들이 결합되어 회동부(13)의 무게중심이 프레임(14)의 본래 무게중심보다 상방에 형성되는 경우에는 결합판(31)을 상측 체결홀(33)들에 체결함으로써 회전축(12)이 프레임(14)의 양 단부 상측에서 연장되게 하여 프레임(14)의 회전중심이 회동부(13)의 무게중심을 지나도록 한다.

이렇게 프레임(14)으로부터 연장되는 회전축(12)의 연장높이가 프레임(14)의 단부에서 상하방향으로 조절 가능하게 되므로 회전축(12)의 높이를 조절하여 프레임(14)의 회전중심과 회동부(13)의 무게중심의 높이를 일치하거나 유사하게 하여 프레임(14)의 회동에 따르는 구동부(20)의 부하를 최소화할 수 있다.

본 실시예를 도시한 도 2, 도 3에는 축이동수단(30)과 회전축(12) 및 프레임(14)의 일단부만이 도시되어 있으나, 본 실시예의 축 이동수단은 프레임(14)의 타단부에도 형성되어 양 단에서 회전축(12)의 연장높이를 함께 조절할 수 있으며, 나머지 구성요소는 도 1의 태양광 발전장치(100)와 동일하므로 도면에 도시하지 않고 상세한 설명도 생략하였다.

도 4 및 도 5에는 축이동수단(40)의 제2 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 실시예의 축이동수단(40)은 프레임(14)에 설치되는 브라켓(41)과, 상기 브라켓(41)에 상하방향을 따라 승강 가능하게 결합되며 회전축(12)이 연장되는 제1 승강결합부(45)와, 상기 제1 승강결합부(45)를 브라켓(41)에 고정하기 위한 두 개의 제1 고정볼트(47) 및 제1 고정너트(48)를 구비한다.

브라켓(41)은 프레임(14)의 단부에 용접결합되어 있는 베이스부(42)와, 베이스부(42)의 전면에서 서포트부재(10)를 향해 돌출되어 있고, 상하방향으로 연장되는 두 개의 가이드부(43)를 갖는다.

가이드부(43)는 상호 나란하게 연장되어 있고, 각각 양 측면을 관통하는 제1 관통홀(44)들이 상하방향을 따라 소정간격 이격되게 복수개가 형성되어 있다.

제1 승강결합부(45)는 폭이 상기 두 개의 가이드부(43)의 이격 거리에 대응되게 형성되어 가이드부(43)의 사이에서 승강 가능하게 결합된다. 제1 승강결합부(45)에는 상기 제1 관통홀(44)의 연장방향과 동일하게 양 측면을 관통하는 제1 지지홀(46)이 상부와 하부에 형성되어 있다.

상기 제1 승강결합부(45)를 가이드부(43)의 사이에 위치시킨 후, 선택된 제1 관통홀(44)과 제1 지지홀(46)을 상호 일치시킨 다음 제1 고정볼트(47)를 삽입하고 제1 고정너트(48)로 나사결합함으로써 제1 승강결합부(45)를 브라켓(41)에 설치한다.

이때, 프레임(14)에 설치되는 태양광 발전모듈(15)을 비롯한 중량물들을 고려한 회동부(13)의 무게중심을 고려하여 제1 승강결합부(45)의 설치 높이를 선택함으로써 회전축(12)이 회동부(13)의 무게중심의 축선 상에 위치하도록 할 수 있다.

도 6에는 축이동수단(50)의 제3 실시예가 도시되어 있다.

본 실시예의 축이동수단(50)은 프레임(14)의 너비방향을 따라 소정거리 슬라이딩 가능하게 프레임(14)에 결합되는 제2 이동부(61)와, 제2 이동부(61)에 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 제1 이동부(51)를 구비한다.

제2 이동부(61)는 상술한 바와 같이 회전축(12)을 중심으로 프레임(14)의 양 측 무게가 다를 경우 회전축(12)을 프레임(14)의 너비방향으로 소정거리 이동시키기 위한 것이다.

프레임(14)의 단부에는 프레임(14)의 너비방향을 따라 소정거리 연장되어 있는 장공이 마련되어 있고, 제2 이동부(61)는 상기 프레임(14)의 상면과 전면 및 하면을 감싸도록 'ㄷ'자 형태로 형성된 슬라이딩부재(62)와, 상기 슬라이딩부재(62)에 형성되며 프레임(14)의 전방으로 돌출되고 상하방향으로 연장되는 두 개의 돌출부재(64)를 구비한다.

슬라이딩부재(62)는 상하방향으로 관통되는 제2 관통홀(63)이 형성되어 있으며, 제2 고정볼트(66)가 제2 관통홀(63)과 상기 프레임(14)에 형성되어 있는 장공 을 통과하여 하방으로 연장되고, 프레임(14)의 하부에서 제2 고정너트(67)가 제2 고정볼트(66)에 나사결합됨으로써 제2 이동부(61)를 프레임(14)에 고정한다. 물론 제2 고정볼트(66)와 제2 고정너트(67)를 풀고 프레임(14)의 양측 무게를 고려하여 슬라이딩부재(62)를 프레임(14)의 너비방향을 따라 이동시킨 후, 다시 체결하여 슬라이딩부재(62)를 프레임(14)에 고정할 수도 있다.

돌출부재(64)에는 양 측면을 관통하는 제3 관통홀(65)들이 상하방향을 따라 소정거리 이격되게 복수개가 형성되어 있다.

제1 이동부(51)는 제2 이동부(61)에 상하방향으로 이동 가능하게 결합되는 것으로, 상기 돌출부재(64)의 사이에 결합되는 제2 승강결합부(52)와, 제2 승강결합부(52)를 돌출부에 결합하는 제3 고정볼트(54) 및 제3 고정너트(55)를 구비한다.

제2 승강결합부(52)에는 프레임(14)의 너비방향으로 연장되어 양 측면을 관통하는 제2 지지홀(53)이 상부와 하부에 하나씩 형성되어 있으며, 제2 승강결합부(52)의 전면으로부터 상기 회전축(12)이 연장된다.

제2 승강결합부(52)를 돌출부재(64)의 사이에 위치시키고, 선택된 제3 관통홀(65)과 제2 지지홀(53)을 통과하도록 제3 고정볼트(54)를 삽입하고 제3 고정너트(55)와 나사결합 함으로써 제2 승강결합부(52)가 돌출부재(64)에 체결된다. 제2 승강결합부(52) 역시 결합되는 제3 관통홀(65)의 높이를 선택함으로써 체결높이를 용이하게 조절할 수 있다.

본 실시예의 축 이동수단은 제1 이동부(51)가 상하방향으로 이동 가능하기 때문에 프레임(14)에 결합되는 태양광 발전모듈(15)을 비롯한 중량물에 의한 무게 중심의 변화에 용이하게 대처할 수 있으며, 제2 이동부(61)가 프레임(14)의 너비방향으로 이동 가능하므로 프레임(14)의 좌우 불균형에 따른 무게중심의 변화시에도 회전중심이 회동부(13)의 무게중심을 지나는 축선을 따라 연장되도록 하는 것이 용이하다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 태양의 일주운동이나 남중고도에 따라 프레임을 회동시키는 추적형 태양광 발전장치에 적용할 수 있으며, 이때, 구동부에 걸리는 부하를 최소화하여 에너지 절약 및 파손이 방지되므로 실제 태양광 발전 산업에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치를 도시한 측면도,

도 2는 본 발명에 따른 축이동수단의 제1 실시예를 도시한 부분발췌 사시도,

도 3은 도 2의 분리사시도,

도 4는 축이동수단의 제2 실시예를 도시한 분리사시도,

도 5는 도 4의 측면도,

도 6은 축이동수단의 제3 실시예를 도시한 분리사시도이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 프레임과, 상기 프레임에 결합되며 태양광에 의해 발전하는 태양광 발전모듈을 포함하는 회동부와;

   상기 회동부의 무게중심을 지나는 축선상의 프레임에 형성되어 상기 프레임을 회전 가능하게 지지하는 회전축들과;

   상기 회전축을 지지하도록 지면으로부터 상방으로 연장되는 복수개의 서포트부재; 및

   상기 프레임에 설치되어 상기 회동부의 무게중심의 변화에 따라 상기 프레임의 회전중심이 가변될 수 있도록 회전축 연장지점을 변형시킬 수 있는 축이동수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 축이동수단은 상기 회전축이 상기 프레임의 상하방향을 따라 이동할 수 있도록 하는 제1 이동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 축이동수단은 상기 회전축이 상기 프레임의 너비방향을 따라 이동할 수 있도록 상기 프레임에 슬라이딩 가능하게 결합되는 제2 이동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

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