KR100990752B1 - 반사판을 이용한 태양광발전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양전지를 이용하여 태양광발전을 하는 태양광발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 추적하면서 태양의 고도에 따라 태양전지판을 회전시켜 태양전지판이 태양광 입사각과 직각이 되게 하여 태양광발전의 효율을 극대화시키는 반사판을 가진 태양광발전 장치에 관한 것으로,
태양광에 의해 전기를 발생시키는 태양전지판과; 태양광 채광효율을 극대화하기 위한 다수 개의 반사판모듈과; 태양을 추적하는 태양광추적센서모듈과; 상기 태양전지판의 지지를 위한 지지대와; 상기 태양전지판에 삽입되어 상기 태양전지판을 지지하도록 양 측단이 상기 지지대에 의해 고정되는 스윙축과; 상기 태양전지판의 하방에 설치되고 지면과 평행하면서 지구의 자전방향과 직각방향으로 구비된 리니어기어와; 상기 리니어기어의 일 측단에 연결되어 상기 리니어기어를 구동시키는 제어모터와; 상기 리니어기어에 부설되고 상기 제어모터에 의해 전진 혹은 후진하는 이동자와; 상기 이동자의 이동에 의하여 상기 태양전지판이 스윙할 수 있도록 상기 스윙축과 상기 이동자를 연결하는 연결수단과; 상기 태양광추적센서모듈의 신호에 따라 상기 제어모터를 구동시키는 제어모듈;을 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의한 반사판을 가진 태양광발전 장치는 태양전지판이 좌우 지지대 위에 지지되므로 기구적으로 튼튼하며, 지면 가까이에 다수 개의 태양전지판이 일렬로 분산 배치되어 있으므로, 구조물의 전체적인 높이가 낮아 풍압에 대해 견고성을 유지하는 효과가 있으며, 또한, 반사판을 가지고 있어 채광효율을 극대화하여 발전 효율이 높으며, 태양전지판의 무게 중심에 스윙축이 바로 삽입되어 있어, 태양전지판의 관성 모멘트가 적어 제어모터 구동에 소용되는 소모 전력이 적으며, 다수 개의 태양전지판을 하나의 리니어기어로 동시에 제어하므로, 구조가 간단하여 제작비가 저렴하게 되는 효과가 있다.
태양광, 태양광발전, 태양전지, 솔라셀,

Description

반사판을 이용한 태양광발전 장치{An Electric Power Generating Ataratus Which Has Sollar Reflectors}
본 발명은 태양전지를 이용하여 태양광발전을 하는 태양광발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 추적하면서 태양의 고도에 따라 태양전지판을 회전시켜 태양전지판이 태양광 입사각과 직각이 되게 하여 태양광발전의 효율을 극대화시키는 반사판을 이용한 태양광발전 장치에 관한 것이다.
지난 80년대 중반 이후 지금까지는 주로 태양 열을 축열 하였다가 주택의 난방 및 급탕 시스템, 온수기, 농,수산물 건조기, 저가 집열기 등에 사용하거나, 이를 이용한 소규모 태양광발전 등이 주류를 이루었다. 그러나, 최근 고유가와, 지구 온난화에 따른 환경 규제와 반도체 기술의 발전 등으로, 대규모로 경제적인 발전이 가능하게 되었다.
종래의 태양열 이용기술로는 주로 태양전지로 이루어진 태양전지를 통해 태양의 광 에느지를 전기 에느지로 변환하여 이용하는 태양전지 이용기술과 집열기를 통해 태양의 열 에느지를 직접 이용하는 태양열 이용기술을 들 수 있다. 일반적으로, 태양전지는 태양광 에너지를 직접 전기로 변환하는 반도체 화합물 소자이며, 0.2 ~ 0.5 mm의 두께로 제작된다. 태양전지의 구조는 단결정실리콘 태양전지의 경우, 실리콘에 5가의 원소들인 인, 비소, 안티몬 등을 함침시켜 만든 p형 반도체로 이루어진 p-n 결합구조이다. 이렇게 pn 접합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 p-n 접합의 금지 대역폭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 광전효과에 의해 기전력이 발생하고, 외부에 부하를 접속하면 전류가 흐르게 된다. 이러한 원리를 이용하여 태양전지를 직렬과 병렬로 연결하여 산업상 필요한 전기를 생산할 수 있다.
태양전지 셀은 태양광 에너지를 전기 변환하는 반도체 단위 소자를 말하고, 태양전지판은 다수의 태양전지 셀을 전기적으로 접속하고 내구환경을 고려하여 제작된 최소면적 단위로 제작된 발전유닛을 말한다. 태양전지 셀은 하나의 셀로는 충분한 출력을 얻지 못하므로 각각의 셀을 직렬 혹은 병렬 상태로 연결해야 하는데 이렇게 연결된 상태를 '태양전지판'이라 부른다. 태양전지판은 백 시트(back sheet), 솔라셀, 리본, 에바(EVA) 유리로 구성된다. 백 시트는 모듈 맨 아래 깔리는 소재로 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이 많이 사용되고 있으며, 리본은 전류를 흘려보내는 통로로 사용되므로 구리에 은이나 주석납으로 코팅된 소재가 이용된다.
태양광발전 장치는 태양광의 효율적인 수광을 위하여 많은 경우 태양광 추적 기능을 가진 경우가 많으며, 태양광 추적 장치는 거대한 태양전지판을 회전시켜야 하므로, 태양전지판 구동을 위한 구동 장치 제작에 많은 비용이 소요되었고, 태풍 등 외부적인 자연환경에 대해 견고성을 유지하여야 하므로, 자연히 구조물의 관성이 커 모터의 구동에도 많은 전력이 소모되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 태양전지판의 채광효율을 극대화하도록 하기 위해 태양광이 수직으로 입사되도록 태양광 추적 기능을 구비하고, 태양전지판의 가장자리에는 반사판을 구비하여 발전 효율을 높이며, 태풍 등 자연 재해에 대해 견고성을 유지하도록 태양전지판을 소규모로 분할하여 지면 가까이에 분산시킨 견고한 지지 구조로 이루어지고, 설치비용과 운전비용을 최소화할 수 있는 태양광발전 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 의한 반사판을 이용한 태양광발전 장치는 태양광에 의해 전기를 발생시키는 태양전지판과; 태양광 채광효율을 극대화하기 위한 다수 개의 반사판모듈과; 태양을 추적하는 태양광추적센서모듈과; 상기 태양전지판의 지지를 위한 지지대와; 상기 태양전지판에 삽입되어 상기 태양전지판을 지지하도록 양 측단이 상기 지지대에 의해 고정되는 스윙축과; 상기 태양전지판의 하방에 설치되고 지면과 평행하면서 지구의 자전방향과 직각방향으로 구비된 리니어기어와; 상기 리니어기어의 일 측단에 연결되어 상기 리니어기어를 구동시키는 제어모터와; 상기 리니어 기어에 부설되고 상기 제어모터에 의해 전진 혹은 후진하는 이동자와; 상기 이동자의 이동에 의하여 상기 태양전지판이 스윙할 수 있도록 상기 스윙축과 상기 이동자를 연결하는 연결수단과; 상기 태양광추적센서모듈의 신호에 따라 상기 제어모터를 구동시키는 제어모듈;를 포함하여 이루어지며,
또한, 본 발명에 의한 반사판을 이용한 태양광발전 장치의 리니어기어는 다수 개의 이동자를 구비하고 있어, 하나의 제어모터로 다수 개의 태양전지판을 동시에 스윙시킬 수 있는 것으로 구성되어 이루어지며,
또한, 본 발명에 의한 반사판을 이용한 태양광발전 장치의 스윙축과 이동자를 연결하는 연결수단은 상기 이동자와 회동가능한 체결수단으로 체결된 이동자제1연결암과 상기 스윙축에 삽입되어 결합 고정되는 이동자제2연결암을 포함하여 이루어지고, 상기 이동자제1연결암과 상기 이동자제2연결암의 연결은 회동가능한 체결수단으로 결합 되어 있어, 상기 이동자의 이동에 의해 상기 스윙축이 스윙하도록 구성되어 이루어진다.
본 발명에 의한 반사판을 이용한 태양광발전 장치는 태양전지판이 좌우 지지대 위에 지지되므로 기구적으로 튼튼하며, 지면 가까이에 다수 개의 태양전지판이 일렬로 분산되어 배치되어 있으므로, 구조물의 전체적인 높이가 낮아 풍압에 대해 견고성을 유지하는 효과가 있으며,
본 발명에 의한 반사판을 이용한 태양광발전 장치는 반사판을 가지고 있어 채광 효율이 높아 발전 효율이 높고, 태양전지판의 무게 중심에 스윙축이 바로 삽입되어 있어, 태양전지판의 관성 모멘트가 적어 제어모터 구동에 소용되는 소모 전력이 적으며, 다수개의 태양전지판을 하나의 리니어기어로 동시에 제어하므로, 구조가 간단하여 제작비가 저렴하게 되는 효과가 있다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광발전 장치의 조감도이고, 도 2는 태양전지판의 사시도이며, 도 3은 태양전지판이 설치된 지지대 사이의 하부에 태양전지판의 고도를 조절하는 리니어기어가 설치된 태양광발전 장치에 대한 사시도이며, 도 4는 리어어기어와 태양전지판의 결합 관계를 보여주는 리어어기어의 측면도이며, 도 5는 리어어기어와 태양전지판의 결합 관계를 보여주는 리어어기어의 정면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 태양광발전 장치는 태양전지판(101)의 하부 중심에 스윙축(209)이 삽입되고, 스윙축(209)의 양측단은 각각 좌우 지지대(103, 104)에 의해 고정된다. 또한, 태양의 고도에 따라 태양전지판(101)의 각도를 조정하는 리니어기어(401)가 태양전지판(101)의 하부에 부설되고, 태양의 고도에 따라 제어모터(111)에 의해 좌우로 스윙하여 태양을 추적하게 된다. 태양추적을 위하여 태양전지판(101)의 일측면에는 태양광추적센서모듈(115)이 태양전지판(101)과 수평으로 부착된다.
도 2를 참조하면, 태양전지판(101)은 풍압에 충분히 견딜 수 있는 강도를 지닌 기구물 지지판(205) 위에 절연체를 깔고, 태양전지셀(203)을 부착한다. 태양전지판(101)의 양측단과 중간에는 반사판모듈(201)이 설치되고, 반사판모듈(201)에서 반사된 빛이 태양전지판에 잘 조사될 수 있도록 반사판 사이의 각도가 5-70도가 되도록 부설된다. 태양전지판(101)의 하부에는 태양전지판(101)을 스윙축(209)에 결합할 수 있도록 하기 위하여 태양전지판고정자(207)가 형성되고, 태양전지판고정자(207)에는 스윙축을 관통하여 삽입할 수 있도록 스윙축 삽입 구멍이 형성된다. 태양전지판고정자(207)에는 태양전지판고정자(207)를 스윙축(211)에 고정하기 위하여 다수 개의 스윙축고정나사(213)가 구비된다.
도 3을 참조하면, 태양전지판(203)의 하방에 리니어기어(401)가 부설된 모양을 나타낸 것으로, 리니어기어(401)는 리니어기어(401)의 양측단에 리니어기어지지대(105)가 설치되고, 리니어기어회전축(109)과 평행하게 두개의 리니어기어지지축(107a, 107b)이 형성되어 제어모터(111)에 의해 리니어기어회전축(109)이 회전하면 이동자(301)가 전진 혹은 후진하게 된다. 상기 리니어기어회전축(109)에는 다수 개의 이동자(301)가 설치되어 있고, 상기 리니어기어회전축(109)의 회전에 따라 동시에 전진 혹은 후진하게 된다. 상기 이동자(301)의 전진 혹은 후진은 이동자제1연결암(309)을 당기거나 밀게 되고, 이동자제1연결암(309)을 당기거나 미는 것은 이동자제2연결암(311)을 당기거나 미는 것이 되고, 이동자제2연결암(311)의 일 측단 은 스윙축(209)에 고정되어 있어, 스윙축(209)를 회전시키고 스윙축(209)에 고정되어 있는 태양전지판(101)이 스윙을 하게 한다. 상기 이동자제2연결암(311)의 일 측단을 스윙축(209)에 고정하기 위하여 이동자제2연결암고정나사(313)가 부설된다. 이동자제1연결암(309)은 이동자제1연결암고정나사(307)을 통해 이동자(301)에 회동가능하도록 고정된다. 태양전지판(101)하부에는 다수 개의 태양전지판고정자(207)가 형성되어 있고, 스윙축(209)을 태양전지판고정자(207)에 삽입한 후, 스윙축고정나사(213)로 고정한다. 제어모터(111)는 내부에 감속을 위한 감속기어가 내장되어 있으며, 제어모터설치대(305)위에 설치되어 고정된다.
도 4를 참조하면, 리니어기어(401)에는 다수 개의 이동자(301)가 설치되며, 리니어기어회전축(109)의 회전에 따라 다수 개의 이동자(301)가 동시에 전진 혹은 후진하게 된다. 이동자제1연결암(309)과 이동자제2연결암(311)은 연결암고정나사(403) 및 연결암고정너트(501)에 의해 회동가능하도록 체결되어 있어, 이동자(301)의 움직임에 의해 관절 운동을 하여 태양전지판(101)이 스윙 운동을 하게 한다.
도 5를 참조하면, 태양전지판(101)은 태양전지판고정자(207)를 통하여 스윙축(209)에 고정되고, 스윙축(209)에 고정된 이동자제2연결암(311)과 이동자(301)에 고정된 이동자제1연결암(309)은 연결암고정나사(403) 및 연결암고정너트(501)에 의해 체결되어 있어, 이동자(301)의 움직임에 의해 관절 운동을 하게 된다. 또한 스윙축(209)의 양측단은 지면에서 일정높이를 유지하도록 설치된 지지대(103, 104)에 의해 지지 되며, 양 지지대(103, 104)는 위도에 따라 기울어지도록 양 높이가 다르 게 설치된다.
도 1을 참조하면, 태양광추적센서모듈(115)의 각면에는 태양광추적센서가 부착되어 있으며, 제어모듈은 태양전지판(101)이 태양을 정면으로 바라보도록 태양광추적센서모듈(115)의 출력에 따라 제어모터를 제어하여 리니어기어회전축(109)을 회전시켜 태양을 추적한다.
상술한 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광발전 장치의 조감도,
도 2는 태양전지판의 사시도,
도 3은 태양전지판이 설치된 지지대 사이의 하부에 태양전지판의 고도를 조절하는 리니어기어가 설치된 태양광발전 장치에 대한 사시도,
도 4는 리어어기어와 태양전지판의 결합 관계를 보여주는 리어어기어의 측면도,
도 5는 리어어기어와 태양전지판의 결합 관계를 보여주는 리어어기어의 정도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101 : 태양전지판, 103 : 지지대
104 : 지지대, 105 : 리너어기어지지대
107 : 리니어기어지지축,109 : 리니어기어회전축
111 : 제어모터, 115 : 태양광추적센서모듈
201 : 반사판모듈, 203 : 태양전지셀
205 : 지지판, 207 : 태양전지판고정자,
209 : 스윙축, 213 : 스윙축고정나사,
301 : 이동자, 305 : 제어모터설치대,
307 : 이동자제1연결암고정나사
309 : 이동자제1연결암, 311 : 이동자제2연결암
313 : 이동자제2연결암고정나사
401 : 리니어기어, 403 : 연결암고정나사
501 : 연결암고정너트

Claims (3)

  1. 태양광에 의해 전기를 발생시키는 태양전지판과 태양광추적 수단을 구비한 태양광발전 장치에 있어서, 태양광에 의해 전기를 발생시키는 태양전지판과; 태양광 채광효율을 극대화하기 위한 다수 개의 반사판모듈과; 태양을 추적하는 태양광추적센서모듈과; 상기 태양전지판의 지지를 위한 지지대와; 상기 태양전지판에 삽입되어 상기 태양전지판을 지지하도록 양 측단이 상기 지지대에 의해 고정되는 스윙축과; 상기 태양전지판의 하방에 설치되고 지면과 평행하면서 지구의 자전방향과 직각방향으로 구비된 리니어기어와; 상기 리니어기어의 일 측단에 연결되어 상기 리니어기어를 구동시키는 제어모터와; 상기 리니어기어에 부설되고 상기 제어모터에 의해 전진 혹은 후진하는 이동자와; 상기 이동자의 이동에 의하여 상기 태양전지판이 스윙할 수 있도록 상기 스윙축과 상기 이동자를 연결하는 연결수단과; 상기 태양광추적센서모듈의 신호에 따라 상기 제어모터를 구동시키는 제어모듈;을 포함하고,
    스윙축과 이동자를 연결하는 연결수단은 상기 이동자와 회동가능한 체결수단으로 체결된 이동자제1연결암과 상기 스윙축에 삽입되어 결합 고정되는 이동자제2연결암을 포함하여 이루어지고, 상기 이동자제1연결암과 상기 이동자제2연결암의 연결은 회동가능한 체결수단으로 결합 되어있어, 상기 이동자의 이동에 의해 상기 스윙축이 스윙하도록 구성된 것을 특징으로 하는 반사판을 이용한 태양광발전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 리니어기어는 다수 개의 이동자를 구비하고 있어, 하나의 제어모터로 다수 개의 태양전지판을 동시에 스윙시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 반사판을 이용한 태양광발전 장치.
  3. 삭제
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