KR101003294B1 - 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치는, 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 원통형 구조로 형성되어 상기 주 반사부의 내면 중앙으로부터 일정 높이에 위치되어 상기 주 반사부의 반사면에서 반사된 태양광을 수집하도록 이루어진 집광부와, 상기 집광부의 상측에서 원판 구조로 확장되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부로 반사시키는 보조 반사부를 포함하고; 상기 집광부는 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판과, 상기 집속 반사판의 중심에 위치된 태양전지를 포함하여 구성됨으로써, 고밀도로 집속된 태양광의 이용이 가능하게 되어, 태양광 집광성능을 높일 수 있고, 보다 안정적인 지지 구조를 실현하면서도 태양광 추적 작동의 신뢰성을 높일 수 있는 효과를 갖게 된다.

방위각, 고도, 반사판, 집광기구, 프레임, 반구형, 추적

Description

태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치{Device for focusing solar and generation apparatus using the same}

본 발명은 태양광을 집속하여 전기에너지를 발생시키는 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 반구형의 반사판 내부에 추가로 보조 반사부 및 집속 반사판을 이용하여 태양광을 집광함과 아울러, 태양의 고도 및 방위각 추적이 가능하도록 하여 태양광의 집속 및 이용 효율을 향상시킬 수 있도록 한 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치에 관한 것이다.

일반적인 고집적식 태양광 발전장치로는 구동 방식에 따라 크게 일축식과 이축식으로 구분할 수 있다.

이축식은 여러 개의 반사판을 포함하는 구조체를 태양을 향해 설치하고 발전장치를 포함하는 부분을 구조체의 중심에서 충분한 만큼의 거리에, 태양을 등지고, 설치하고 구조체에 속하는 반사판들을 좌우상하로 조절하여 태양의 방위각과 고도를 추적하며 빛을 발전장치로 모아 발전하게 된다.

이러한 이축 방식은 많은 빛을 한 장소에 집속할 수 있는 이점이 있어 태양전지 사용보다는 태양열 발전에 주로 이용된다. 또한 태양의 움직임을 정확하게 추 적해야 하는 정밀성을 요구되어 비용 및 운영이 어렵다는 단점이 있다.

반면, 일축식은 태양의 동선을 기준으로 횡방향으로 설치된 반사판들이 태양의 방위각에 대응하여 동에서 서로 회전하는 동작을 하는 장치로 축 위에 태양전지나 태양열 수집장치를 장착하게 된다. 이 장치는 고도를 추적하지 않으므로 회전축이 한 개여서 단순하고 군락을 형성하여 설치하기에 용이하여 많이 사용되고 있으며, 이축식에 비해 운영도 비교적 간편한 편이나, 수집되는 에너지가 이축식에 비해 낮아 군락을 이뤄야 함으로 넓은 공간을 요구하고 역시 발생하는 열이 높아 태양광 발전용 보다는 태양열 이용 장치로 사용되고 있다.

이와 같은 일축식 또는 이축식을 포함한 종래 태양광 발전장치는 집속도가 높아 최소 300도 이상에서 수천도에 이르는 열을 발생시켜 내수성이 90도 이내인 태양전지를 이용한 발전장치보다 태양열을 이용한 가열식 발전장치에 사용된다. 다만 냉각장치를 포함하는 중집중식 태양광 집속식 발전장치가 소수 있다.

또한 반사판과 집광판을 이용하여, 반사판에서 반사된 빛을 집광판에서 수집하여 발전하는 장치도 개발되었다. 이러한 발전장치는 집광판이 통상 태양전지로 구성되는데, 일반적으로 태양전지는 반사판에 비하여 가격이 고가이기 때문에 상대적으로 넓은 면적을 갖는 반사판을 이용하여 빛을 받아서 작은 면적을 갖는 집광판에 집중시키는 구조를 이용하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 태양광 발전장치는, 반사판과 태양전지를 교대로 설치하는 구조적 문제로 2배 정도의 낮은 집속율을 보이고 있고, 대부분 2~3배 정도의 집속율을 가지고 있기 때문에 태양광 집중 효율이 떨어지는 관계로 만족 할만한 발전 효율을 얻지 못하는 문제점이 있다.

또한 종래 태양광 발전장치는 이축식은 물론 일축식도 집광장치와 반사장치가 분리된 형태로 구조가 복잡하고 설치와 관리가 복잡하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 반구형의 반사판 내부에 추가로 보조 반사부 및 집광 반사판을 설치하여 태양광을 집광효율을 높일 수 있도록 하는 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 반구형의 주 반사판 내부에 원통형 구조를 가진 집광부를 수직 방향으로 배치하여 구성함으로써 집광 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 태양의 고도 및 방위각 추적이 가능하도록 하여 태양광 추적 작동의 신뢰성이 높아지도록 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 복수개의 태양광 집광기구를 간단하면서도 안정되게 지지할 수 있도록 하는 태양광 집속식 발전장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는, 반구형 구조로 이루어져 태양광을 수집하는 집광기구와, 상기 집광기구를 지지하는 프레임과, 상기 집광기구가 태양의 위치를 추적하도록 방위각 추적 또는 고도 추적이 가능하도록 상기 프레임을 지지하는 추적 지지대를 포함하여 구성되고; 상기 집광기구는, 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 상기 주 반사부의 내면 중앙의 센터에 수직으로 집광축을 이루도록 설치되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광을 수집하는 집광부와, 상기 집광부의 상측에 위치되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부로 반사시키는 보조 반사부를 포함하고, 상기 집광부는, 주 반사부와 보조 반사부에서 입사된 빛을 집광시킬 수 있도록 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판들이 전체적으로 수직으로 배치된 원통형 구조를 이루고, 상기 집속 반사판의 중심에 태양전지가 위치되게 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 집광기구는 복수개가 구성되고, 상기 프레임은, 상기 복수개의 집광기구를 하나의 세트로 지지할 수 있도록 십자형 구조로 배치된 센터 프레임과, 상기 센터 프레임의 끝단에 연결되어 센터 프레임의 각 분할 공간에 배치된 집광기구를 지지하는 외곽 프레임과, 상기 센터 프레임의 중앙부에서 상기 추적 지지대에 연결되는 지지 프레임을 포함할 수 있다.

상기 추적 지지대는, 지면에 수직으로 세워진 수직 지지대와, 상기 수직 지지대의 상부 측에 회전 가능하게 결합되는 회전 지지대와, 상기 회전 지지대의 상부에 힌지 구조로 연결되어 상기 프레임을 지지하는 프레임 지지패널과, 프레임 지지패널의 하부에서 상기 회전 지지대 방향으로 경사지게 힌지 구조로 각각 연결되어 프레임 지지패널의 상하 각도를 조절하는 고도 조절부와, 상기 고도 조절부와 회전 지지대가 만나는 지점에 설치되어 상기 회전 지지대를 상기 수직 지지대를 중 심으로 회전되도록 구동하는 회전 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 프레임 지지패널은 상기 집광기구의 외부를 지지하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 집광기구는, 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 원통형 구조로 형성되어 상기 주 반사부의 내면 중앙으로부터 일정 높이에 위치되어 상기 주 반사부의 반사면에서 반사된 태양광을 수집하도록 이루어진 집광부와, 상기 집광부의 상측에서 원판 구조로 확장되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부로 반사시키는 보조 반사부를 포함하고; 상기 집광부는, 주 반사부와 보조 반사부에서 입사된 빛을 집광시킬 수 있도록 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판들이 전체적으로 수직으로 배치된 원통형 구조를 이루고, 상기 집속 반사판의 중심에 태양전지가 위치되게 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 집광부의 중앙부에는 집광부를 냉각하기 위한 냉각부가 구비될 수 있다. 또한 상기 집광부의 중앙부에는 태양열을 이용하는 장치가 구비될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양광 집광기구 및 그를 이용한 태양광 집속식 발전장치는, 반구형의 반사부 내부에 집광축 구조의 집광부가 구성됨과 아울러, 추가로 보조 반사부, 집속 반사판이 설치되기 때문에 고밀도로 집속된 태 양광의 이용이 가능하게 되어, 태양광 집광성능을 높일 수 있고, 기존 태양광 집속식 발전장치의 문제점이었던 추적오차에 의한 집광 효율저하를 최소화하여 태양 에너지 이용 효율을 극대화 할 수 있는 이점이 있다.

특히, 본 발명은 주 반사부에서 반사된 태양광이 집광부에 직각에 가까운 각도로 진입할 수 있도록 구성됨과 아울러, 보조 반사부를 이용하여 태양광의 손실을 최소활 수 있도록 구성되기 때문에 태양광 집광 효율을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은, 반구형의 주 반사부의 센터에 원통형 구조를 가진 집광부를 설치하고, 이 집광부는 방사형 구조를 갖는 집속 반사판과 그 중심에 위치된 태양전지로 구성되기 때문에 최소한의 태양전지를 사용하면서도 태양광 집광 효율은 크게 향상될 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은, 지지 구조물이 간단한 삼각 구조로 이루어지는 동시에, 태양의 위치 추적이 가능하도록 회전 또는 길이 조절이 가능하도록 구성되기 때문에 집광 오차를 줄일 수 있고, 보다 안정적인 지지 구조를 실현하면서도 태양광 추적 작동의 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치를 도시한 도면으 로서, 도 1은 사시도, 도 2는 복수의 집광기구를 보인 평면도, 도 3은 측면 구성도이다.

또한 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 단위 집광기구를 도시한 도면으로서, 도 4는 단면도, 도 5는 단위 집광기구에서 반사광 이동 상태를 나타낸 도면, 도 6은 단위 집광기구의 기본 구조를 나타낸 도면이다.

아울러, 도 7은 본 발명의 단위 집광기구에서 집광부와 반사부의 면적 비교를 위한 평면도이고, 도 8 및 도 9는 집광부 구조를 보여주는 도면들로서, 도 8은 평면도와 단면도이고, 도 9는 집광 상태를 보여주는 상세도이다.

본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치는, 반구형 구조로 이루어져 태양광을 수집하는 집광기구(30)와, 이 집광기구를 지지하는 프레임(10)과, 상기 집광기구(30)가 태양의 위치를 추적하도록 방위각 추적 또는 고도 추적이 가능하도록 상기 프레임(10)을 지지하는 추적 지지대(50)로 구성된다.

이와 같은 본 발명의 주요 구성 부분에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 집광기구(30)는, 도면에서 복수개 즉, 4개가 배치된 구성을 보여주고 있는데, 반드시 4개로 한정되지 않고, 하나만 설치하거나, 그 이상의 개수를 조합하여 구성하는 것도 가능하다.

각 단위 집광기구(30)는, 주로 도 4 내지 도 6을 참조하면, 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부(31)와, 상기 주 반사부(31)의 내면 중앙부로부터 일정 높이에 위치되어 상 기 주 반사부(31)의 반사면에서 반사된 태양광을 수집하도록 이루어진 집광부(33)와, 상기 집광부(33)의 상측에서 원판 구조로 확장되어 상기 주 반사부(31)에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부(33)로 반사시키는 보조 반사부(35)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 주 반사부(31)는 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된다. 즉, 주 반사부(31)의 반사면은 집광부(33) 또는 보조 반사부(35)로 빛을 전달할 수 있도록 배치되는데, 이때 반사면은 기울기가 동일하지 않은 곡면이 연속된 구조로 배치되어 전체적으로 반구형 구조를 갖도록 구성된다.

이때 주 반사부(31)는 입사된 태양광을 집광부(33) 또는 보조 반사부(35)로 반사시킬 수 있도록 곡면을 설계하는 것이 중요한데, 도 4에서와 같이 절단면이 반원형보다는 반타원형에 가깝게 설계하여 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 상기 주 반사부(31)는 일정한 두께를 갖는 금속판 등으로 제작하여 구성하는 것이 바람직한데, 충분한 강성이 확보되도록 둘레면에 보강부재(37)를 일정 간격마다 설치하는 것도 가능하고, 바깥쪽 외면에 집광 하우징(38)을 설치하여 구성하는 것도 가능하다.

집광 하우징(38)을 설치하는 경우에는 그 안쪽에 상기한 집광기구(30)들이 배치되어 하나의 세트를 이루도록 구성한다.

상기 집광부(33)는, 상기 주 반사부(31)에서 반사된 빛을 집광시킬 수 있는 위치에 설치된 것으로, 상기 반구형 주 반사부(31)의 센터에 수직으로 집광축을 이루도록 설치된다. 이때, 상기 집광부(33)의 안정적인 지지를 위해 상기 주 반사 부(31) 쪽으로 지지대(32)가 연결되어 설치된다.

여기서 집광부(33)는 원통형 구조로 배치되어 사방에서 입사되는 빛을 집광시킬 수 있도록 구성된 것으로서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지는 집속 반사판(33b)과, 이 집속 반사판(33b)의 중심에 위치된 태양전지(33a)로 이루어진다. 도 8에서 연두색 부분은 집속 반사판(33b)을 나타낸 부분이고, 빨간색 부분은 태양광을 집광하여 에너지를 발생시키는 태양전지(33a)를 나타낸 것이다.

따라서, 상기 주 반사부(31) 및 상기 보조 반사부(35)에서 반사된 빛이 도 9에서와 같이 각각의 집속 반사판(33b)을 통해서 태양전지(33a) 쪽으로 집속되고, 이렇게 집속된 빛 에너지가 태양전지(33a)에 도달하면서 전기 에너지로 변환될 수 있게 된다.

태양 전지의 구체적인 구성은 공지에 널리 알려진 구성이므로, 자세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에 따른 집광부(33)는 상기 주 반사부(31)로 입사되는 입사광 면적 대비 500:1 이상이 가능함은 물론, 설계 변경에 따라서는 1000:1 이상으로도 가능하여 고효율의 태양광 집적 구조를 실현할 수 있게 된다.

상기 집광부(33)는 상당한 열이 발생할 수 있는데, 원통형 집광부의 중심 즉, 태양전지(33a)의 중심에는 집광부를 냉각할 수 있는 냉각부(34)가 구비된다. 이 냉각부(34)는 공지의 열전달 매체를 이용하여 집광기구 밖으로 열을 발산시키는 구성을 비롯하여, 수냉 또는 공냉 방식 등 실시 조건에 따라 다양하게 구성할 수 있다.

또한 집광부(33)의 중심에는 냉각부(34)를 설치하는 대신에, 태양열 이용 장치를 설치하여 구성하는 것도 가능하다. 태양열을 이용하는 장치의 일례로는 집열기를 들 수 있는데, 이 집열기는 상기 집광부(33)에 집광된 태양열을 이용하여 물이나, 가스 등의 유체를 직접 가열하여, 이를 외부로 전달하여 급탕 설치, 난방 설 비 등으로 이용할 수도 있다.

다음, 상기 보조 반사부(35)는 상기 집광부(33)의 상단 쪽에 대략 삿갓 모양으로 확장된 부분의 밑면에 반사면이 구성되는데, 상기 주 반사부(31)에서 반사된 빛 중 집광부(33)로 바로 반사되지 않고 집광부(33)를 벗어나는 일부의 빛을 집광부(33)로 반사시키는 역할을 하게 된다.

이러한 보조 반사부(35)는 집광부(33)의 상단부에 상측으로 갈수록 확장된 원통 구조를 갖는 지지체(36)의 상단에 설치되는 것이 바람직하다.

다음, 상기 프레임(10)은, 복수개 즉, 4개의 집광기구(30)를 지지할 수 있도록 다음과 같이 구성된다. 물론, 집광기구(30)의 설치 개수는 실시 조건에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

프레임(10)은, 복수개의 집광기구(30)를 하나의 세트로 지지할 수 있도록 십자형 구조로 배치된 센터 프레임(11)과, 상기 센터 프레임(11)의 끝단에 연결되어 센터 프레임(11)의 각 분할 공간에 배치된 집광기구(30)를 지지하는 외곽 프레임(13)과, 상기 센터 프레임(11)의 중앙부에서 상기 추적 지지대(50)에 연결되는 지지 프레임(15)으로 구성된다.

이러한 프레임(10)의 각각의 구성은 긴 막대형 구조로 이루어지는데, 바람직 하게는 철재 구조물로 구성된다. 본 실시예의 도면에서는 상기 집광기구(30)와 프레임(10)의 결합관계를 구체적으로 도시하지는 않았으나, 두 부재를 상호 결합시키는 브래킷을 이용하거나, 양쪽 부재를 직접 용접하여 결합시키는 구성도 가능하다.

다음, 상기 추적 지지대(50)는, 도 3을 참조하면, 지면 또는 베이스 공간에 수직으로 세워진 수직 지지대(60)와, 상기 수직 지지대의 상부 측에 회전 가능하게 결합되는 회전 지지대(70)와, 상기 회전 지지대(70)의 상부에 힌지 구조로 연결되어 상기 프레임(10)을 지지하는 프레임 지지패널(51)과, 프레임 지지패널의 하부에서 상기 회전 지지대(70) 방향으로 경사지게 힌지 구조로 각각 연결되어 프레임 지지패널(51)의 상하 각도를 조절하는 고도 조절부(80)와, 상기 고도 조절부와 회전 지지대(70)가 만나는 지점에 설치되어 상기 회전 지지대를 상기 수직 지지대(60)를 중심으로 회전되도록 구동하는 회전 구동부(75)를 포함하여 구성된다.

상기 프레임 지지패널(51)은 상기 지지 프레임(15)이 수직으로 결합되어 지지됨과 아울러 상기 집광기구의 외부 즉, 하단부를 지지하도록 구성되어, 상기 복수개의 집광기구(30), 프레임(10), 프레임 지지패널(15)이 하나의 세트가 되어 태양 고도 및 방위각 변화에 따른 움직임이 가능하도록 구성된다.

이러한 상기 프레임 지지패널(51)은 상기 회전 지지대(70) 및 고도 조절부(80)에 의해 삼각 지지 구조로 지지될 수 있도록 구성된다.

상기 수직 지지대(60)는 크게 세부분으로 나누어질 수 있는데, 하측으로부터 지지부(61), 중심 기어(65), 끼움축(63)으로 이루어진다.

상기 지지부(61)는 특정 위치에 설치되는 구조물이고, 상기 중심 기어(65)는 상기 지지부(61)의 상측에 직접 형성되어 구성되거나, 기어가 장착되어 구성된 것이다.

그리고 상기 끼움축(63)은 상기 회전 지지대(70)의 내측에서 회전 지지대(70)가 회전 가능하도록 지지하는 부분으로서, 원통형 구조로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 지지부(61)의 외경보다 상대적으로 작게 형성되어, 상기 지지부(61)의 내부에 삽입되어 고정되거나, 상기 지지부(61)를 관통하여 수직 지지대(60)의 하부 구조물에 직접 고정되게 설치될 수 있다.

상기 회전 지지대(70)는 원통형 구조로 형성되어 상기 끼움축(63)에 끼워져 설치되고, 상기 끼움축(63)과의 사이에는 회전 저항을 줄일 수 있도록 복수의 베어링(78)(79)이 설치되어 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 베어링은 축방향 하중을 지지하도록 주로 스러스트 베어링으로 구성되는 것이 바람직하고, 그 위치는 상기 중심 기어(65)의 상부와 회전 지지대(70)의 하부 사이, 상기 끼움축(63)의 상단부에 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 회전 지지대(70)는 하측 부분이 상기 컨트롤 구동박스(90)에 삽입되어 고정되고, 컨트롤 구동박스(90)와 함께 회전하도록 구성된다. 그리고 상측 부분은 상기 프레임 지지패널(51)의 하부에 힌지 구조(73)로 회동 가능하게 연결되어 구성된다.

상기 회전 구동부(75)는 상기 회전 지지대(70)에 고정된 상태에서 상기 수직 지지대(60)를 중심으로 회전되도록 구성된 것으로서, 상기 수직 지지대(60)의 둘레에 고정된 중심 기어(65)와, 상기 회전 지지대(70)에 고정되게 설치된 구동 모 터(76)와, 상기 구동 모터 축에 설치되어 상기 중심 기어(65)를 따라 공전하는 구동 기어(77)로 구성된다.

상기 구동 모터(76)는 통상 정회전, 역회전 구동이 가능한 전동 모터를 사용할 수 있고, 일반적인 구동 모터의 구성과 같이 적절한 속도 조절을 위해 감속기도 함께 설치되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 고도 조절부(80)는 상기 프레임 지지패널(51)을 상하 방향으로 회동시키면서 계절 변화에 따른 태양 고도 변화에 대응할 수 있도록 구성된 부분으로서, 그 양단부가 상기 프레임 지지패널(51)과 컨트롤 구동박스(90)에 관절(힌지) 구조(57)(83)로 회전 가능하게 연결된 상태로 설치되어 볼 스크류 작동 구조에 의해 길이가 가변됨으로써 프레임 지지패널(51)의 경사도를 조절할 수 있도록 구성된다.

이러한 고도 조절부(80)는 두 개의 외통체(81)(82)가 상호 암수 방식으로 결합되어 길이 조절이 가능하도록 구성되어 있는 바, 제1 외통체(81)가 상기 프레임 지지패널(51)에 고정된 브래킷(56)에 회동 가능하게 고정되고, 제2 외통체(82)가 상기 컨트롤 구동박스(90)에 회동 가능하게 연결되어, 상기 제2 외통체(82)의 끝단부가 상기 제1 외통체(81)의 내부로 삽입된 상태에서 길이 조절이 가능하도록 구성되는 것이다.

따라서 상기 고도 조절부(80)는 미도시된 구동 모터가 회전하게 되면, 볼 스크류 기구의 회전 작동에 따라 양쪽 외통체(81)(82)의 전체 길이가 가변되어 프레임 지지패널(51)의 고도를 조절할 수 있게 된다.

한편, 상기 고도 조절부(80)는 상기에 예시된 볼 스크류 방식의 가변 구조에 의한 길이 가변 구조에 한정되지 않고, 실시 조건에 따라서는 랙과 피니언을 이용하여 길이를 가변시키는 구성도 가능하다.

상기 컨트롤 구동박스(90)는, 상기 고도 조절부(80)와 회전 지지대(70)가 만나는 지점에 설치되고, 상기 회전 지지대(70)와 함께 상기 수직 지지대(60)를 중심으로 회전하도록 구성되어, 그 내부에 상기 회전 지지대(70)를 회전 구동시키는 회전 구동부(75)와, 본 발명의 장치에 구비되는 각종 시스템 및 구동 제어 요소를 제어하는 콘트롤러 등이 설치되어 구성된다.

이때, 상기 콘트롤 구동박스(90)는 도 1에 도시된 장치 통합제어박스(100)와 전기적 신호를 주고받도록 구성되고, 콘트롤러 등 일부의 구성은 통합제어박스(100)에 구성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 추적 지지대(50)는 일일 추적시에는 동에서 서로 이동하는 태양을 추적하기 위해서 콘트롤러에서 회전 구동부(75)에 신호를 출력하고, 회전 구동부(75)가 작동함에 따라 회전 지지대(70)가 회전하면서, 프레임 지지패널(51)을 태양의 이동 방향을 따라 회전시켜 방위각을 추적하고, 태양의 고도 변화 추적시에는 콘트롤러에서 고도 구동부(85)에 신호를 출력하고, 볼 스크류 구조로 이루어진 고도 구동부가 작동함에 따라 고도 조절부(80)의 길이가 가변된다. 이때 프레임 지지패널(51)의 경사 각도가 달라지면서 태양 고도 변화에 대응할 수 있게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명은, 집광 효율이 높은 집광기구(30)를 다수 배치함과 아울러, 추적 지지대(50)를 통해 태양의 고도 및 방위각 추적이 용이하도록 구 성함으로써, 태양광 이용 효율을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 집광기구를 보인 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 태양광 집속식 발전장치의 측면 구성도,

도 4는 본 발명의 단위 집광기구를 보인 단면도,

도 5는 본 발명의 단위 집광기구의 반사광 이동 상태를 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 단위 집광기구의 기본 구조를 나타낸 도면,

도 7은 본 발명의 단위 집광기구에서 집광부와 반사부의 면적 비교를 위한 평면도,

도 8은 본 발명에서 집광부와 보조 반사부의 면적 비교를 위한 참고도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 프레임 11 : 센터 프레임

13 : 외곽 프레임 15 : 지지 프레임

30 : 집광기구 31 : 주 반사부

33 : 집광부 33a : 태양전지

33b : 집속 반사판 35 : 보조 반사부

37 : 보강부재 38 : 집광 하우징

50 : 추적 지지대 51 : 프레임 지지패널

60 : 수직 지지대 70 : 회전 지지대

75 : 회전 구동부 80 : 고도 조절부

90 : 콘트롤러 구동박스 100 : 통합제어박스

Claims (7)

1. 반구형 구조로 이루어져 태양광을 수집하는 집광기구와, 상기 집광기구를 지지하는 프레임과, 상기 집광기구가 태양의 위치를 추적하도록 방위각 추적 또는 고도 추적이 가능하도록 상기 프레임을 지지하는 추적 지지대를 포함하여 구성되고;

   상기 집광기구는, 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 상기 주 반사부의 내면 중앙의 센터에 수직으로 집광축을 이루도록 설치되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광을 수집하는 집광부와, 상기 집광부의 상측에 위치되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부로 반사시키는 보조 반사부를 포함하고,

   상기 집광부는, 주 반사부와 보조 반사부에서 입사된 빛을 집광시킬 수 있도록 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판들이 전체적으로 수직으로 배치된 원통형 구조를 이루고, 상기 집속 반사판의 중심에 태양전지가 위치되게 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 집광기구는 복수개가 구성되고,

   상기 프레임은, 상기 복수개의 집광기구를 하나의 세트로 지지할 수 있도록 십자형 구조로 배치된 센터 프레임과, 상기 센터 프레임의 끝단에 연결되어 센터 프레임의 각 분할 공간에 배치된 집광기구를 지지하는 외곽 프레임과, 상기 센터 프레임의 중앙부에서 상기 추적 지지대에 연결되는 지지 프레임을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추적 지지대는, 지면에 수직으로 세워진 수직 지지대와, 상기 수직 지지대의 상부 측에 회전 가능하게 결합되는 회전 지지대와, 상기 회전 지지대의 상부에 힌지 구조로 연결되어 상기 프레임을 지지하는 프레임 지지패널과, 프레임 지지패널의 하부에서 상기 회전 지지대 방향으로 경사지게 힌지 구조로 각각 연결되어 프레임 지지패널의 상하 각도를 조절하는 고도 조절부와, 상기 고도 조절부와 회전 지지대가 만나는 지점에 설치되어 상기 회전 지지대를 상기 수직 지지대를 중심으로 회전되도록 구동하는 회전 구동부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 프레임 지지패널은 상기 집광기구의 외부를 지지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 집속식 발전장치.
5. 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 원통형 구조로 형성되어 상기 주 반사부의 내면 중앙으로부터 일정 높이에 위치되어 상기 주 반사부의 반사면에서 반사된 태양광을 수집하도록 이루어진 집광부와, 상기 집광부의 상측에서 원판 구조로 확장되어 상기 주 반사부에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광부로 반사시키는 보조 반사부를 포함하고;

   상기 집광부는, 주 반사부와 보조 반사부에서 입사된 빛을 집광시킬 수 있도록 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판들이 전체적으로 수직으로 배치된 원통형 구조를 이루고, 상기 집속 반사판의 중심에 태양전지가 위치되게 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광기구.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 집광부의 중앙부에는 집광부를 냉각하기 위한 냉각부가 구비된 것을 특징으로 하는 태양광 집광기구.
7. 반구형의 내면에 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 형성된 주 반사부와, 원통형 구조로 형성되어 상기 주 반사부의 내면 중앙으로부터 일정 높이에 위치되어 상기 주 반사부의 반사면에서 반사된 태양광을 수집하도록 이루어진 집광부를 포함하고;

   상기 집광부는, 주 반사부에서 입사된 빛을 집광시킬 수 있도록 센터를 중심으로 방사형 구조로 배치되어 센터 방향으로 갈수록 점차 좁아지면서 내측으로 빛을 반사시키는 복수의 집속 반사판들이 전체적으로 수직으로 배치된 원통형 구조를 이루고, 상기 집속 반사판의 중심에 태양전지가 위치되게 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광기구.

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