KR100984054B1 - 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치 - Google Patents

태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 입력된 기상 데이터에 따른 태양광 발전 과정을 시뮬레이션하는 것으로서, 발광부재가 상호 이격배치된 측면지지 프레임 사이에서 이동가능하게 배치된 가변 프레임부재가 거치대에 결합된 태양광 시뮬레이션부; 및 거치대 상에 회전가능하게 결합된 회전테이블, 회전테이블 상에서 상측으로 돌출형성되는 태양광패널 지지부재 및 태양광패널 지지부재에 회동가능하게 안착되는 태양광패널을 갖는 태양광 추적부를 포함한다.
본 발명은 실제 태양의 운동에 관한 기상 데이터를 입력하면, 입력된 데이터에 따라 발광부재는 실제 태양의 운동을 그대로 시뮬레이션하는 효과가 있다. 태양광 패널은 이를 최적으로 추적하는 효과가 있다. 발광부재가 배치된 가변 프레임부재가 회전운동 및 슬라이딩운동이 가능하도록 하여 변화하는 태양의 고도높이, 고도각과 방위각이 구현되는 효과가 있다. 발광부재를 차광필터가 가로막음으로써, 흐린 기상 조건을 재현하는 효과가 있다.
태양광 시뮬레이션, 자동추적, 태양광발전, 발광부재, 회전테이블,

Description

태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치{EDUCATIONAL AUTOMATIC TRACKING AND GENERATIING APPARATUS FOR SIMULATING PHOTOVOLTAIC POWER GENERATION}
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 태양광 발전과정을 교육목적으로 시뮬레이션하는 장치에 관한 것이다. 구체적으로 입력된 기상 데이터에 따라 모의 태양광이 이동되면, 태양광 추적부가 모의 태양광을 자동으로 추적하며 태양광 발전을 수행하는 장치에 관한 것이다.
종래에도 태양광발전의 시뮬레이션과 관련된 기술이 있었다. 그런데, 종래기술은 단순히 광원에서 일정한 조도 세기로 발광되면 고정된 태양광 패널에서 발전을 하는 기능을 구비한 정도이다.
또한, 광원을 이동시키고 태양광 패널이 이를 추적하는 종래기술도 있으나, 단순히 광원을 추적할 뿐 실제 자연계에서 벌어지는 기상 현상을 제대로 반영하지 못하였다.
특히, 태양과 태양광 패널의 고도높이가 변화되거나 기상 조건이 흐려지는 사항은 태양광 발전에 큰 영향을 미치는 사항임에도 불구하고, 종래 기술은 이러한 기상 조건을 일정하게 반영하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 실제 태양의 운동을 그대로 시뮬레이션하고, 태양광 패널이 이를 추적하도록 한다.
둘째, 태양의 고도높이, 고도각과 방위각이 가변되는 조건을 구현하고자 한다.
셋째, 날씨가 흐린 기상 상황을 구현하여, 실제 기상 조건하에서의 태양광 모의실험이 이루어지게 하고자 한다.
넷째, 태양광 패널의 고저축 회전과 선회축 회전이 용이하도록 하여, 태양광의 추적이 용이하도록 하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 입력된 기상 데이터에 따른 태양광 발전 과정을 시뮬레이션하는 것이다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서, 태양광 시뮬레이션부의 경우, 발광부재는 상호 이격배치된 측면지지 프레임 사이에서 이동가능하 게 배치된 가변 프레임부재가 거치대에 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서, 태양광 추적부의 경우, 거치대 상에 회전가능하게 결합된 회전테이블, 회전테이블 상에서 상측으로 돌출형성되는 태양광패널 지지부재 및 태양광패널 지지부재에 회동가능하게 안착되는 태양광패널을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부의 경우, 일 측에 고도각 센서 및 고도각 구동모터가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 가변 프레임부재의 회전운동 및 상하 슬라이딩운동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가변 프레임부재에는 상호 이격배치된 측면지지 프레임이 상기 거치대의 대향되는 양 측에 결합되어, 결합부분을 회전축으로 하는 측면지지 프레임의 회전운동 및 상하 슬라이딩 운동이 가능한 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서, 측면지지 프레임이 상하로 슬라이딩되면 상기 발광부재와 상기 태양광패널 간의 고도거리가 가변되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부의 경우, 타 측에 방위각 센서 및 방위각 구동모터가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 발광부재를 이동시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서, 가변 프레임부재에는 각 측면지지 프레임의 상단에 수평하게 결합된 발광부재 이동프레임이 형성되어, 발광부재 이동프레임에 결합된 발광부재가 좌우 이동되도록 하는 것이 바람 직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서, 발광부재 이동프레임의 하측에는, 측면지지 프레임으로부터 연장 절곡되어 수평하게 결합된 차광필터 이동프레임이 형성되고, 차광필터 이동프레임에는 발광부재와 이격 배치된 차광필터가 좌우 이동가능하도록 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 입력된 기상 데이터에 따라, 발광부재의 빛을 일부 또는 전부 차단하도록 차광필터가 발광부재에 대응되는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부의 일측에는 조도센서가 배치되어 발광부재의 조도를 조절하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 추적부의 경우, 일 측에 고저축 회전센서 및 고저축 구동모터가 배치되어, 2개의 태양광 지지부재에 결합된 태양광패널을 회전시키며, 타 측에 선회축 회선센서 및 선회축 구동모터가 배치되어, 회전테이블을 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광패널은 고저각의 경우 10 ~ 170°의 범위에서 회전되는 것이 바람직하며, 선회각의 경우 60 ~ 300°의 범위에서 회전되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 추적부의 일측에는 일사량 센서가 구비되어, 입력된 기상 데이터에 따라 태양광 시뮬레이션부의 발광부재의 고도각과 방위각이 변하여 일사량 센서의 측정값이 변하면, 회전테이블 및 태양광 패널 중 적어도 어느 하나 가 회전되어 최대 일사량을 확보하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동 추적 장치는 다음과 효과를 가진다.
첫째, 실제 태양의 운동에 관한 기상 데이터를 입력하면, 입력된 데이터에 따라 발광부재는 실제 태양의 운동을 그대로 시뮬레이션하는 효과가 있다. 또한 태양광 패널은 이를 최적으로 추적하는 효과가 있다.
둘째, 발광부재가 배치된 가변 프레임부재가 회전운동 및 슬라이딩운동이 가능하도록 하여 변화하는 태양의 고도높이, 고도각과 방위각이 구현되는 효과가 있다.
셋째, 발광부재를 차광필터가 가로막음으로써, 흐린 기상 조건을 재현하는 효과가 있다.
넷째, 태양광 패널을 회전테이블 위에 배치함으로써, 태양광 패널의 선회운동을 용이하게 제어하는 효과가 있다.
다섯째, 회전테이블 위에 놓인 지지부재에 태양광 패널을 축회전 가능하게 배치함으로써, 태양광 패널 자체의 회전운동을 용이하게 제어하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 동작을 설명하는 사시도이ㄱ고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 평면도이다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 입력된 기상 데이터에 따른 태양광 발전 과정을 시뮬레이션하는 장치에 관한 것으로서, 태양광 시뮬레이션부(100)와 태양광발전 추적부(200)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 거치대(110), 가변 프레임부재(120) 및 발광부재(130)를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 가변 프레임부재(120)는 수평하게 상호 이격배치된 측면지지 프레임(121)과 각 측면지지 프레임(121)의 상단에서 이를 연결하는 발광부재 이동프레임(122)을 가진다. 이 경우 도 1에 도시된 바와 같이 대략 사각형의 형상을 가지게 된다.
측면지지 프레임(121)은 선반 형태의 거치대(110)에 회동가능하게 결합된다. 일반적으로 도 1과 같이 거치대(110)의 양 측면에 축회전 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부(100)의 경우, 일 측에 고도각 센서(미도시) 및 고도각 구동모터(미도시)가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 발광부재(130)가 결합된 가변 프레임부재(120)를 제어가능하게 된다. 고도각 센서와 고도 각 구동모터는 태양광 시뮬레이션부(100)의 거치대(110)나 가변 프레임부재(120) 등 적절한 위치에 배치되면 족하며, 전기적 신호 등에 의해 움직임을 제어하게 될 것이다.
본 발명에 따른 가변 프레임부재(120)에는 상호 이격배치된 2개의 측면지지 프레임(121)이 거치대(110)의 대향되는 양 측에 결합된다.
본 발명에 따른 2개의 측면지지 프레임(121)의 상단에는, 양단에 수평하게 결합되는 발광부재 이동프레임(122)이 형성된다. 발광부재(130)는 발광부재 이동프레임(122)에 결합되어 좌우방향으로 수평 이동이 가능하다.
가변 프레임부재(120)는 거치대(110)에 결합된 부분을 회전축으로 하여, 고도각 구동모터에 의해 회전운동이 가능하다. 가변 프레임부재(120)의 회전운동에 의해 태양광에 상응하는 발광부재(130)는 고도각이 변화되는 기상 조건을 구현하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 측면지지 프레임(121)은 슬라이딩운동이 가능하다. 측면지지 프레임(121)이 아래로 슬라이딩되면, 발광부재 이동프레임(122)에 결합된 발광부재(130)도 아래로 이동하게 된다. 이러한 제어를 통해, 태양광의 고도높이가 변경되는 기상 조건을 구현하게 된다.
본 발명에 따른 상기 태양광 시뮬레이션부(100)의 경우, 타 측에 방위각 센서(미도시) 및 방위각 구동모터(미도시)가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 발광부재 이동프레임(122)에 결합된 발광부재(130)를 좌우로 수평 이동시키는 제어가 가능하다. 방위각 센서와 방위각 구동모터는 태양광 시뮬레이션부(100)의 가변 프레임부재(120) 중 소정 위치 또는 발광부재(130) 등 적절한 위치에 배치되면 족하며, 전기적 신호 등에 의해 움직임을 제어하게 될 것이다.
가변 프레임부재(120)가 상측으로 회전이동된 상태에서, 발광부재(130)가 수평이동되는 제어동작을 통해, 태양광의 방위각이 변경되는 기상 조건을 구현하게 된다.
제어동작의 일 실시예로서, 가변 프레임부재(120)가 수평면에 배치된 상태에서 상측으로 180도 회전하면서, 발광부재(130)가 우측으로 수평이동되며, 측면지지 프레임(121)이 일정 시간 후 상측으로 소정 간격 슬라이딩되고, 다른 일정 시간이 경과된 후 소정 간격 하측으로 슬라이딩되는 제어동작이 가능할 것이다.
이러한 제어동작에 의해, 본 발명에 따른 교육용 태양광 추적장치는 태양의 고도각이 변경되고, 고도높이가 증가하였다가 다시 감소되고, 방위각이 변경되는 기상 조건이 구현될 것이다.
참고로, 고도각은 지평면에서 천체를 지나는 수직권을 따라 측정한 각도를 말하며, 방위각은 북점을 기준으로 동->남->서->북의 시계방향으로 천체를 지나는 수직권까지 측정한 각도를 의미한다.
본 발명의 경우, 지평면은 회전테이블(210)의 수평면과 대응되며, 북점은 사용자가 임의로 본 발명에 따른 장치의 배치위치를 임의로 변경하여 적용시킬 수 있을 것이다. 예로 발광부재(130)가 배치된 쪽을 동쪽으로 가정할 수도 있을 것이고, 동남쪽으로 가정할 수도 있을 것이다.
한편, 대부분의 교육용 태양광발전 시뮬레이션 장치는 태양의 빛이 태양광패 널(230)에 모두 전달되는 맑은 날씨를 전제로 제작된다. 그런데 실제의 기상 조건은 맑은 날씨도 발생하고, 흐린 날씨도 발생하게 된다. 본 발명은 이러한 흐린 날씨를 구현하여 다양한 기상 조건하에서 태양광발전이 수행되는 상황을 시뮬레이션 할 수 있는 기술적 특징이 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 발광부재 이동프레임(122)의 하측에는, 도 1에 도시된 바와 같이 측면지지 프레임(121)으로부터 연장 절곡되어 수평하게 결합된 차광필터 이동프레임(123)이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 발광부재 이동프레임(122)은 측면지지 프레임(121)과 동일 평면상에 배치되는 실시예가 가능하다. 이 경우, 만약 추가로 결합되는 차광부재 이동프레임(123)이 발광부재 이동프레임(122)으로부터 연장 절곡되지 않으면, 차광필터 이동 프레임(123) 자체가 발광부재(130)에서 방출되는 빛을 항상 일부 차단하게 될 것이다. 따라서, 이러한 문제점을 방지하기 위하여 측면지지 프레임(121)으로부터 연장절곡을 하여 발광부재 이동프레임(122)과 차광필터 이동프레임(123)이 다른 평면 상에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
그리고 입력된 기상 데이터에 따라, 발광부재(130)의 빛을 일부 또는 전부 차단하도록 차광필터(140)가 발광부재(140)에 대응되는 위치에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 구현하고자 하는 것은 발광부재(130)에서 방출되는 빛이 차광필터(140)에 의해 일부 또는 전부 차단되는 기술적 구성에 의해 흐린 날씨를 시뮬레이션 조건에 반영하는 것이다.
따라서, 측면지지 프레임(121)과 차광부재 이동프레임(123)이 동일 평면상에 배치되고, 발광부재 이동프레임(122)이 다른 평면상에 배치되는 실시예도 가능할 것이다. 또한 측면지지 프레임(121)과 발광부재 이동프레임(122)과 차광필터 이동프레임(123) 모두가 서로 다른 평면상에 배치되는 실시예도 가능할 것이다.
본 발명에 따른 차광필터(140)는 빛을 일부 또는 전부 차단할 수 있는 다양한 소재가 적용가능하다. 차광 정도가 상이한 복수 개의 차광필터(140)를 교체하는 실시예도 가능할 것이다. 다만 전 과정이 프로그램화되어 자동으로 구현되게 하는 경우, 전류 인가 정도에 따라 차광 정도가 변경될 수 있는 1개의 제어가능한 차광필터(140)를 구비하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 모의 태양에 해당되는 발광부재(130) 자체의 조도를 조절하는 것도 가능하다. 구체적으로 본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부(100)의 일측에 조도센서(미도시)를 배치하여 발광부재(130)의 조도를 조절할 수 있다. 따라서, 조도센서를 이용하여 발광부재(130)의 조도를 제어함으로써 흐린 날씨를 구현하는 일 실시예도 가능할 것이다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치의 기술적 주요 특징을 정리하면, 조도센서를 이용하여 시간의 흐름에 따른 태양의 조도의 변화를 구현하며, 차광필터(140)를 이용하여 흐린 날씨를 구현하며, 가변 프레임부재(120)의 회전 운동에 의해 고도각의 변경을 구현하며, 측면지지 프레임(121)의 슬라이딩 운동에 의해 고도높이의 변경을 구현하며, 발광부재(130)의 수평이동에 의해 방위각 변경을 구현하는 것이 가능하다.
기상 데이터는 다양하게 입력가능하다. 한국의 특정 시기의 기상 데이터를 입력하는 것도 가능하며, 미국, 일본, 남극, 북극 등 다양한 지역의 기상 데이터를 입력할 수도 있을 것이다.
본 발명에 따른 교육용 태양광 자동추적 발전장치는 고저각 센서, 고저각 구동모터, 프레임 슬라이딩 모터, 방위각 센서, 방위각 구동모터, 조도 센서, 발광부재 구동모터, 차광필터 구동모터, 차광필터 차광제어 센서 등 다양한 구동수단과 센서를 이용하여 입력된 기상 데이터에 따른 태양의 운동을 구현할 수 있다. 여기서 구동수단과 센서 등의 선택은 기존 기술을 최적으로 선택하는 것에 해당되므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 태양광 추적부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 회전테이블(210), 태양광패널 지지부재(220) 및 태양광패널(230)을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따른 회전테이블(210)은 거치대(110) 상에 회전가능하게 결합된다.
본 발명에 따른 태양광패널 지지부재(220)는 회전테이블(210) 상에서 상측으로 돌출형성되며, 태양광패널(230)은 태양광패널 지지부재(220)에 회동가능하게 안착된다.
태양광패널 지지부재(220)는 1개의 지지부재로 이루어질 수도 있을 것이나, 원활한 선회축 회전을 위해 2개의 지지부재로 이루어지는 것이 바람직하다. 2개의 지지부재로 이루어진 경우, 각 지지부재는 1개의 지지부(기둥)도 가능하고, 2개의 지지부(도 1 참조)도 가능하다.
본 명세서에서는 태양광패널(230)의 안정적인 안착을 위해, 태양광패널 지지부재(220)가 2개의 지지부재로 이루어지고, 각 지지부재는 2개의 지지부가 연결된 구조로 이루어진 실시예를 도 1에 제시하였다.
본 발명에 따른 태양광 추적부(200)의 경우, 일 측에 고저축 회전센서(미도시) 및 고저축 구동모터(미도시)가 배치되어, 2개의 태양광 지지부재(220)에 결합된 태양광패널(230)을 회전시킨다. 또한, 타 측에는 선회축 회선센서(244) 및 선회축 구동모터(245)가 배치되어, 회전테이블(210)을 회전시킨다. 고저축 회전센서와 고저축 구동모터는 태양광 추적부(200)의 적절한 위치에 배치되면 족하며, 전기적 신호 등에 의해 움직임을 제어하게 될 것이다.
본 발명에 따른 태양광패널(230)은 고저각도의 측면에서 각도 제한없이 회전가능하나, 10 ~ 170°의 범위에서 회전되는 것이 바람직하다. 선회각의 측면에서도 각도제한없이 회전가능하나 60 ~ 300°의 범위에서 회전되는 것이 바람직하다. 여기에서 태양광패널(230)의 고저각도의 기준은 태양광패널(230)이 수평하게 배치된 경우이다. 태양광패널(230)의 선회각도의 기준은 임의로 선정될 수 있으며, 일 실시예로 태양광패널 지지부재(220)가 측면지지 프레임(121)쪽에 배치되는 상태를 기준으로 삼는 것도 가능하다. 이 경우 도 1에 도시된 상태는 기준에서 90°로 회전된 상태로 해석될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 태양광 추적부(200)의 일측에는 일사량 센서(미도시)가 구비된다. 입력된 기상 데이터에 따라 태양광 시뮬레이션부(100)의 발광부재(130)의 고 도각과 방위각이 변경되면, 일사량 센서(미도시)의 측정값이 변경된다.
이 경우, 최대의 일사량을 확보하기 위하여, 회전테이블(210)이 수평방향으로 회전할 수도 있고, 태양광 패널(230)이 고저 회전을 할 수 있으며, 회전테이블(210)과 태양광 패널(230)이 동시에 회전될 수도 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 태양광 자동추적장치를 이용한 실습장비에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 실습장비 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 태양의 고도높이 조정이 가능한 사각형상의 가변 프레임부재를 이용하여 태양 방위각과 고도각에 대한 정밀한 피드백 서보제어를 수행하는 태양광 시뮬레이션부(100)와, 입력된 기상 데이터에 따라 프로그램되어 운동하는 조명 즉 발광부재(130)를 추적하는 태양광발전 추적부(200)가 구비된다.
발전된 전력을 전류센서와 전압센서를 가지고 PWM(펄스폭변조) 충전을 수행하는 태양광 충전기와, 이러한 충전기를 이용하여 발전전력을 배터리에 저장하고 독립형 인버터와 연계형 인버터의 전력변환 실험을 수행하는 전력변환장치가 구비된다.
배터리와 연결된 DC 부하장치와 인버터와 연결된 AC 부하장치에 대한 부하실험을 수행하는 부하실험부가 구비된다. 그리고 태양광 발전전력과 소비전력을 계측하고 분석할 수 있는 태양광 발전 모니터링부가 구성되어 자동 추적식 태양광 발전실험을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부의 고도각과 방위각의 피드백 서보제어를 나타내는 구성도이다.
태양광 시뮬레이션부(100)의 정밀한 태양광 위치각을 제어하기 위한 목적으로 태양광 시뮬레이션부에 대한 방위각과 고도각 입력명령에 대하여 방위각센서와 고도각센서에 의하여 계측된 위치각도가 피드백된다. 그리고 위치각 오차분이 방위각과 고도각 PID 위치각 제어기에 의하여 오차분이 보상되고, PID 속도제어기를 이용하여 각축에 대한 속도값이 고도각 구동모터와 방위각 구동모터에 공급된다.
이에 대한 모터의 상전류는 상전류센서에 의하여 계측되어 PID 속도제어기에 피드백 보상됨으로써 매우 정밀하게 조명(발광부재) 구동장치의 방위각과 고도각을 각기 제어할 수 있다.
조명구동장치는 학습자의 운용시간 설정모드 입력에 따라 도 4의 마이컴 제어반#1에서 1일 24시간 실시간 구동모드와 1일 1/2 ~ 1/24 단축시간 모드로 태양광 시뮬레이터를 서보 제어할 수 있다. 이러한 서보 제어에 의해, 가변 프레임부재의 고도각 높이를 조정할 수 있고, 태양광 고도각 방향으로 피드백 제어하여 구동 제어할 수 있으며, 태양광 선회각 방향으로 피드백 제어하여 구동제어 할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 추적부의 선회각과 고저각의 피드백 서보제어를 나타내는 구성도이다.
태양광발전 추적부에 대한 선회각과 고저각 입력명령에 대하여 선회각센서와 고저각센서에 의하여 계측된 위치각도가 피드백된다. 그리고 위치각 오차분이 선회각과 고저각 PID 위치각 제어기에 의하여 오차분이 보상되고, PID 속도제어기를 이용하여 각축에 대한 속도값이 고저각 구동모터와 선회각 구동모터에 공급된다. 이에 대한 모터의 상전류는 상전류센서에 의하여 계측되어 PID 속도제어기에 피드백 보상됨으로써 매우 정밀하게 추적구동장치의 선회각과 고저각을 제어할 수 있게 된다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 동작을 설명하는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 자동추적 발전장치의 실습장비 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 시뮬레이션부의 고도각과 방위각의 피드백 서보제어를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 추적부의 선회각과 고저각의 피드백 서보제어를 나타내는 구성도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 태양광 시뮬레이션부 110 : 거치대
120 : 가변 프레임부재 121 : 측면지지 프레임
122 : 발광부재 이동프레임 123 : 차광필터 이동프레임
130 : 발광부재 140 : 차광필터
200 : 태양광 추적부 210 : 회전테이블
220 : 태양광패널 지지부재 230 : 태양광패널

Claims (13)

  1. 입력된 기상 데이터에 따른 태양광 발전 과정을 시뮬레이션하는 교육용 태양광 자동추적 발전장치에 있어서,
    발광부재가 상호 이격배치된 측면지지 프레임 사이에서 이동가능하게 배치된 가변 프레임부재가 거치대에 결합된 태양광 시뮬레이션부; 및
    상기 거치대 상에 회전가능하게 결합된 회전테이블, 상기 회전테이블 상에서 상측으로 돌출형성되는 태양광패널 지지부재 및 상기 태양광패널 지지부재에 회동가능하게 안착되는 태양광패널을 갖는 태양광 추적부를 포함하며,
    상기 태양광 시뮬레이션부의 경우, 일 측에 고도각 센서 및 고도각 구동모터가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 가변 프레임부재의 회전운동 및 상하 슬라이딩운동을 제어하며,
    상기 가변 프레임부재에는 상호 이격배치된 측면지지 프레임이 상기 거치대의 대향되는 양 측에 결합되어, 결합부분을 회전축으로 하는 측면지지 프레임의 회전운동 및 상하 슬라이딩 운동이 가능하며,
    상기 측면지지 프레임이 상하로 슬라이딩되면 상기 발광부재와 상기 태양광패널 간의 고도거리가 가변되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 시뮬레이션부의 경우,
    타 측에 방위각 센서 및 방위각 구동모터가 배치되어, 입력된 기상 데이터에 따라 상기 발광부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 프레임부재에는 상기 각 측면지지 프레임의 상단에 수평하게 결합 된 발광부재 이동프레임이 형성되어,
    상기 발광부재 이동프레임에 결합된 상기 발광부재가 좌우 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 발광부재 이동프레임의 하측에는, 상기 측면지지 프레임으로부터 연장 절곡되어 수평하게 결합된 차광필터 이동프레임이 형성되고,
    상기 차광필터 이동프레임에는 상기 발광부재와 이격 배치된 상기 차광필터가 좌우 이동가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  8. 제1항에 있어서,
    입력된 기상 데이터에 따라, 상기 발광부재의 빛을 일부 또는 전부 차단하도록 차광필터가 발광부재에 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 시뮬레이션부의 일측에 조도센서가 배치되어 상기 발광부재의 조도를 조절하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 추적부의 경우,
    일 측에 고저축 회전센서 및 고저축 구동모터가 배치되어, 2개의 태양광 지지부재에 결합된 태양광패널을 회전시키며,
    타 측에 선회축 회선센서 및 선회축 구동모터가 배치되어, 상기 회전테이블을 회전시키는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 태양광패널은 고저각 10 ~ 170°의 범위에서 회전되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 태양광패널은 선회각 60 ~ 300°의 범위에서 회전되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 태양광 추적부의 일측에는 일사량 센서가 구비되어,
    입력된 기상 데이터에 따라 태양광 시뮬레이션부의 발광부재의 고도각과 방위각이 변하여 일사량 센서의 측정값이 변하면,
    상기 회전테이블 및 상기 태양광 패널 중 적어도 어느 하나가 회전되어 최대 일사량을 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시뮬레이션을 위한 교육용 태양광 자동추적 발전장치.
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