KR100988264B1 - 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광의 1차 추적 및 2차 추적이 가능하여 태양광을 정밀하게 추적이 가능하며, 제조비용을 낮추고 시공성을 향상시킬 수 있는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 정밀 태양추적센서모듈은 기판과; 상기 기판의 상부를 덮는 상태로 구비되고, 중앙에 태양광을 집광하는 렌즈부가 형성되는 투명캡부와; 상기 기판의 상부의 가운데에 구비되어 상기 투명캡부의 렌즈부를 통하여 맺히는 태양광의 초점의 위치를 감지하는 태양광 초점감지부와; 상기 태양광 초점감지부로부터 일정거리 이격된 상태로 상기 기판의 상부에 등각으로 3개 이상 경사진 상태로 구비되는 복수의 광센서부;를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈에 관한 것으로서, 태양의 궤도 및 고도에 따라 태양광발전시스템의 태양전지판을 대략적으로 추적함과 동시에, 대략적으로 추적된 태양전지판을 미세 조정이 가능하여 집광효율을 극대화할 수 있는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 발전은 태양광을 전기에너지로 변환시키는 기술로써, 빛이 조사되면 광전효과에 의해 광기전력을 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다. 태양광발전시스템은 태양전지판, 축전지 및 전력변환장치로 구성된다. 그리고 태양전지는 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌 광전지 및 아황산구리 광전지, 반도체 pn접합을 사용한 실리콘광전지 등의 종류가 있다.
특히 현재 주로 사용하고 있는 화석에너지는 환경오염 및 지구온난화의 주원인으로 인식되고 있으며 국제적으로 점차 규제가 구체화되고 있어 태양광발전 등의 친환경적인 신재생에너지의 개발과 보급의 확대가 절실히 요구되고 있다.
또한, 종래에는 환경오염 및 지구온난화를 방지할 수 있는 에너지 원천으로서 태양전지모듈을 이용한 태양광 발전시스템이 주목받았으나, 근래에는 화석에너지 등의 종래의 발전수단에 대해 경제성 등에 대해서도 경쟁력을 가질 수 있는 고효율 저가의 태양전지모듈의 개발에 중점이 되고 있다.
이러한 추세에 따라 현재에는 발전효율이 우수하고 비용이 상대적으로 저렴한 집광식 태양광발전시스템이 주목을 받고 있다.
집광식 태양광발전시스템, 집광식 태양전지모듈로서는 국내공개특허 제2008-0070163호, 국내공개특허 제2009-0097405호, 국내공개특허 제2008-0097449호, 국내공개특허 제1997-0067949호, 국내공개실용신안 제2009-0009460호, 국내등록특허 제0824725호, 일본공개특허 제2010-003969호, 일본공개특허 제2009-272567호 및 일본공개특허 제2009-266890호 등이 제안된 바 있다.
한편 집광식 테양광발전시스템의 경우 태양광의 방향과 태양전지셀에 태양을 집광하는 집광렌즈, 집광반사경 등의 집광수단의 광축이 일치하지 않는 경우 태양광의 초점이 태양전지셀로부터 벗어나 발전효율이 크게 저하되는 문제가 발생한다.
태양광의 방향과 집광수단의 광축을 일치시기키 위하여 태양광을 정밀하게 추적가능한 고효율 집광용 태양광 추적장치 및 그 방법이 국내등록특허 제0913074호로 제안된 바 있다. 상기 고효율 집광용 태양광 추적장치의 경우 태양광 감지기를 통해 태양광을 개략적으로 1차 추적하는 태양광 감지기와, 상기 태양광 감지기를 통해 1차 추적된 태양광을 2차 추적하는 태양광추적센서가 포함되어 구성되어 있어, 태양광을 정밀 추적할 수 있으나, 상기 태양광 감지기와 상기 태양광추적센서가 별도 모듈로서 제공되어 제조비용이 상승되고, 별도로 각각 설치해야 함에 따라 설치작업이 번거로운 등 시공성이 나쁜 문제점이 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 태양광의 1차 추적 및 2차 추적이 가능하여 태양광을 정밀하게 추적이 가능하며, 제조비용을 낮추고 시공성을 향상시킬 수 있는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
기판과;
상기 기판의 상부를 덮는 상태로 구비되고, 중앙에 태양광을 집광하는 렌즈부가 형성되는 투명캡부와;
상기 기판의 상부의 중간부에 구비되어 상기 투명캡부의 렌즈를 통하여 모이는 태양광의 초점의 위치를 감지하는 태양광 초점감지부와;
상기 태양광 초점감지부로부터 일정거리 이격된 상태로 상기 기판의 상부면에 등각으로 3개 이상 경사진 상태로 구비되는 광센서부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈을 제공한다.
그리고 상기 태양광 초점감지부는 4분할 광센서 또는 PSD(Position Sensing Detectors)로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 기판의 상부면에 상기 태양광 초점감지부로부터 일정거리 이격된 상태로 등각으로 3개 이상 구비되는 복수의 경사판이 구비되고, 상기 복수의 경사판은 상측으로 갈수록 내측으로 경사진 상태로 이루어지고, 상기 광센서부는 상기 복수의 경사판에 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기판의 상부면에 상단부가 잘리고 상부면이 개방형성된 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 이루어진 경사부가 구비되고, 상기 경사부의 개방 공간의 중심에는 상기 태양광 초점감지부가 위치하고, 상기 경사부의 외측면에는 등각으로 3개 이상 상기 광센서부가 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈은 태양광의 1차 추적 및 2차 추적이 가능하여 태양광을 정밀하게 추적이 가능하며, 1개의 모듈로서 제공됨에 따라 제조비용을 크게 낮추고 작업이 간편하는 등 시공성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고,
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면상태를 나타내는 단면도이고,
도 3은 투명캡부가 분리된 정밀 태양추적센서모듈의 평면상태를 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 다른 형태의 경사부가 구비된 정밀 태양추적센서모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 태양광 초점감지부로서 PSD가 사용된 정밀 태양추적센서모듈의 평면상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 집광식 태양광발전시스템의 프레임에 설치된 정밀 태양추적센서모듈에 태양광이 조사되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 8은 정밀 태양추적센서모듈의 광센서부에 의해 태양을 1차 추적한 상태를 나타내는 도면이고,
도 9는 정밀 태양추적센서모듈의 태양광 초점감지부에 의해 태양을 2차 추적한 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면상태를 나타내는 단면도이고,
도 3은 투명캡부가 분리된 정밀 태양추적센서모듈의 평면상태를 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 5는 다른 형태의 경사부가 구비된 정밀 태양추적센서모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 태양광 초점감지부로서 PSD가 사용된 정밀 태양추적센서모듈의 평면상태를 나타내는 평면도이다.
도 7은 집광식 태양광발전시스템의 프레임에 설치된 정밀 태양추적센서모듈에 태양광이 조사되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 8은 정밀 태양추적센서모듈의 광센서부에 의해 태양을 1차 추적한 상태를 나타내는 도면이고,
도 9는 정밀 태양추적센서모듈의 태양광 초점감지부에 의해 태양을 2차 추적한 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈을 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈(10)은 도 1 내지 도 3과 같이 크게 기판(110), 투명캡부(120), 복수의 광센서부(140) 및 태양광 초점감지부(130)를 포함하여 구성된다.
상기 투명캡부(120)는 상기 기판(110)의 상부를 덮는 상태로 구비되고, 중앙에 태양광을 집광하는 렌즈부(122)가 형성된다. 상기 투명캡부(120)의 재질은 유리, 플라스틱 등 크게 한정되는 것은 아니고 투명한 재질이면 족하다.
그리고 상기 투명캡부(120)의 중앙에 형성된 렌즈부(122)는 태양광을 집광하여 상기 태양광 초점감지부(130)에 초점이 맺히도록 하기 위한 것으로, 도 2와 같이 볼록렌즈 등으로 구현될 수 있다.
상기 복수의 광센서부(140)는 태양광을 1차 추적 즉, 개략적으로 추적하기 위한 것으로서, 상기 기판(110)의 상부의 중간부에 구비된 상기 태양광 초점감지부(130)로부터 일정거리 이격된 상태로 상기 기판(110)의 상부에 등각으로 3개 이상 경사진 상태로 구비된다. 상기 복수의 광센서부(140)는 설치구조는 크게 한정되지 않고, 상기 기판(110)의 상부에 등각으로 3개 이상 경사진 상태로 구비될 수 있는 구조이면 족하다.
예를 들면, 도 1과 같이 상단부가 잘리고 상부면이 개방형성된 삼각뿔 형상으로 이루어진 경사부(152)의 각 외측면에 상기 복수의 광센서부(140)가 구비될 수 도 있다. 또한 상기 경사부(152)가 상단부가 잘리고 상부면이 개방형성된 사각뿔, 오각뿔, 육각뿔 등의 다각뿔 형상으로 구현될 수 도 있다.
그리고 도 4와 같이 상단부가 잘리고 상부면이 개방형성된 원뿔 형상으로 이루어진 경사부(154)의 외측면에 상기 복수의 광센서부(140)가 등각으로 구비될 수 도 있다.
상기 경사부(152, 154)의 개방 공간의 중심에는 상기 태양광 초점감지부(130)가 위치한다. 한편 상기 투명캡부(120)의 렌즈부(122)를 통과하는 태양광은 상기 경사부(152, 154)의 개방공간을 통해 상기 태양광 초점감지부(130)에 초점을 맺힌다.
그리고 도 5와 같이 상기 복수의 광센서부(140)는 상기 기판(110)의 상부면에 등각으로 3개 이상 구비되는 복수의 경사판(156)에 구비될 수 도 있다. 상기 복수의 경사판(156)은 상기 기판(110)의 상부면에 상기 태양광 초점감지부(130)로부터 일정거리 이격된 상태로 등각으로 구비된다.
상기 복수의 광센서부(140)에 각 감지된 광도값에 의하여 태양광발전시스템의 태양전지모듈을 엑츄에이터 등의 태양추적 구동부재(미도시)에 의해 이동시켜 태양을 1차 추적할 수 있다. 상기 태양추적 구동부재 및 상기 복수의 광센서부(140)에 감지된 광도값에 의해 상기 태양추적 구동부재를 제어하는 방법 등은 본 발명이 속하는 당업자가 용이하게 실시할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
그리고 상기 태양광 초점감지부(130)는 상기 투명캡부(120)의 렌즈부(122)를 통해 맺히는 태양광의 초점의 위치를 감지하여 상기 복수의 광센서부(140)에 의해 1차 추적된 태양을 더욱 정밀하게 2차 추적하기 위한 것이다.
상기 태양광 초점감지부(130)는 상기 도 1 내지 도 3과 같이 상기 기판(110)의 상부의 가운데에 구비된다. 상기 태양광 초점감지부(130)는 도 1 내지 도 3과 같이 4분할 광센서 또는 도 4와 같이 PSD(Position Sensing Detectors)로 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 정밀 태양추적센서모듈(10)은 상기 복수의 광센서부(140)에 의해 태양의 1차 추적이 가능하고, 상기 복수의 광센서부(140)의 가운데에 위치하여 상기 투명캡부(120)의 렌즈부(122)를 통해 맺히는 태양광의 초점의 위치를 감지하는 상기 태양광 초점감지부(130)에 의해 태양을 더욱 정밀하게 2차 추적이 가능하다. 특히 종래와 달리 2개의 모듈로 각각 제공되지 않고 1개의 모듈로서 제공됨에 따라 제조비용을 크게 낮추고 시공성을 대폭 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
도 7은 집광식 태양광발전시스템의 프레임에 설치된 정밀 태양추적센서모듈(10)에 태양광이 조사되는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 정밀 태양추적센서모듈(10)은 도 7과 같이 집광식 태양광발전시스템의 태양전지모듈을 지지하는 태양전지모듈 프레임(30) 등에 설치된다.
상기 도 7과 같이 태양광의 방향과 상기 정밀 태양추적센서모듈(10)이 수직상태가 아닌 경우 상기 복수의 광센서부(140)에는 각각 다른 광도값이 감지된다. 먼저 상기 복수의 광센서부(140)에 감지된 광도값에 의해 도 8과 같이 태양추적 구동부재(미도시)를 제어하여 태양을 1차 추적한다. 1차 추적된 상기 정밀 태양추적센서모듈(10)의 상기 태양광 초점감지부(130)에 상기 투명캡부(120)의 렌즈부(122)를 통해 맺힌 태양광의 초점이 도 8과 같이 정중앙에 위치하지 않는 경우 상기 태양광 초점감지부(130)가 태양광의 초점 위치를 검출하여 도 8과 같이 태양추적 구동부재를 제어하여 태양을 정밀하게 2차 추적한다.
10: 정밀 태양추적센서모듈,
110: 기판,
120: 투명캡부,
122: 렌즈부,
130: 태양광 초점감지부,
140: 광센서부,
152, 154: 경사부,
156: 경사판,
30: 태양전지모듈 지지프레임
110: 기판,
120: 투명캡부,
122: 렌즈부,
130: 태양광 초점감지부,
140: 광센서부,
152, 154: 경사부,
156: 경사판,
30: 태양전지모듈 지지프레임
Claims (5)
- 기판과;
상기 기판의 상부를 덮는 상태로 구비되고, 중앙에 태양광을 집광하는 렌즈부가 형성되는 투명캡부와;
상기 기판의 상부의 가운데에 구비되어 상기 투명캡부의 렌즈부를 통하여 맺히는 태양광의 초점의 위치를 감지하는 태양광 초점감지부와;
상기 태양광 초점감지부로부터 일정거리 이격된 상태로 상기 기판의 상부에 등각으로 3개 이상 경사진 상태로 구비되는 복수의 광센서부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상부면에 상단부가 잘리고 상부면이 개방형성된 원뿔 또는 다각뿔 형상으로 이루어진 경사부가 구비되고,
상기 경사부의 개방 공간의 중심에는 상기 태양광 초점감지부가 위치하고, 상기 복수의 광센서부가 상기 경사부의 외측면에 등각으로 3개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 기판의 상부면에 상기 태양광 초점감지부로부터 일정거리 이격된 상태로 등각으로 3개 이상 구비되는 복수의 경사판이 구비되고,
상기 복수의 경사판은 상측으로 갈수록 내측으로 경사진 상태로 이루어지고, 상기 복수의 광센서부는 상기 복수의 경사판에 구비되는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 태양광 초점감지부는 4분할 광센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈.
- 제1항에 있어서,
상기 태양광 초점감지부는 PSD(Position Sensing Detectors)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고효율 집광식 태양광발전시스템의 정밀 태양추적센서모듈.
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