KR101003465B1 - 투영 그림자를 이용한 태양광 추적 장치 및 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치 및 웹기반 방식 태양광 추적 모니터링 제어 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 투영 그림자를 이용한 태양광 추적 장치는 태양광 추적 모듈 및 본체 모듈을 포함한다. 상기 태양광 추적 모듈은 태양의 경도를 측정하기 위한 제1조도센서와 제2조도센서 및 태양의 위도를 측정하기 위한 제3조도센서와 제4조도센서를 구비하되, 상기 제1조도센서 및 상기 제3조도센서는 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되고 상기 제2조도센서 및 제4조도센서는 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되면 조도가 낮아지는 위치에 배치된다. 상기 본체 모듈은 일측에 상기 태양광 추적 모듈이 연결되며, 상기 제3조도센서와 제4조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 남북방향으로 자체 회전하고, 상기 제1조도센서와 제2조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 상기 태양광 추적 모듈을 동서방향으로 회전시켜, 동서방향 회전각도 및 남북방향 회전각도로부터 태양의 경도 및 위도에 대한 데이터를 연산하여, 집광판 각도 조절부에 전송한다.
Description
본 발명은 태양광 추적 장치 및 태양광 추적모니터링 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집광판의 각도 조절부와 별도의 공간에 소규모로 구성되며, 투영그림자를 이용하여 태양의 위도 및 경도를 계산하여 집광판의 각도 조절부에 해당 데이터를 송신함으로써, 태양광 추적의 신뢰성, 에너지소비량 및 집광판의 각도 조절부의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치 및 태양광 추적 시스템의 태양광 추적 제어를 웹 기반 방식으로 모니터링 제어하여 태양광 발전소 등을 장시간 떠나 있더라도 태양광 추적 시스템의 오작동이나 자연재해로 인한 피해에 대한 신속한 대처 및 태양광 추적 장치의 모니터링 제어가 가능한 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법에 관한 것이다.
최근 석탄과 석유와 같은 화석연료의 고갈 문제 및 환경오염 문제의 심각성 으로 인하여, 이를 대체할 수 있는 대체에너지에 대한 다양한 모델이 제시되고 있다. 이중 태양광 에너지를 이용한 발전 또는 난방은 화석 연료에 대한 에너지 의존도를 줄이고, 무공해 환경을 조성할 수 있어서, 세계 여러 나라에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.
태양광 에너지를 열 또는 전기로 변환하기 위해서는 집광판이 필요하다. 여기서, 집광판은 태양광으로부터 열에너지를 얻는 태양광 집열 판넬이나 태양광으로부터 전기에너지를 얻는 태양광 발전 판넬 등과 같이 태양광을 흡수하기 위한 판형상의 판넬을 모두 포함하는 개념이다.
이러한 집광판은 종래에는 대부분 집광판의 각도가 고정되는 고정 방식이었으나, 그 효율이 낮아 최근에는 태양의 이동에 따라 집광판의 각도를 변화시켜 집광 효율을 높일 수 있는 태양광 추적 방식이 많이 이용되고 있다. 이러한 태양광 추적 방식을 구현하기 위해서는 태양광 추적이 이루어질 수 있는 시스템이 필요한데, 통상 이를 태양광 추적 시스템이라 한다.
태양광 추적 시스템은 크게 프로그램 방식과 광센서 방식으로 나누어질 수 있다. 태양광 추적 시스템 중 프로그램 방식은 지구의 공전과 자전은 일년을 주기로 항상 일정한 패턴이 나타난다는 전제 하에, 프로그램에 의해 통계적인 일출, 일몰 시간을 가지고, 일정 시간대 별 집광판 각도 조절부의 기울기의 변위(태양의 고도)를 주어 최적의 효율을 얻게 하는 장치이다. 한편, 태양광 추적 시스템 중 광 센서 방식은 집광판 각도 조절부에 설치된 광 센서를 이용하여 태양의 위치를 파악해 태양광을 최적으로 집광할 수 있도록 고도를 찾아 이동하는 장치이다.
이들 모두 각각의 장, 단점을 가지고 있다. 현재 여러 곳에서 시공되고 있는 태양광 추적 시스템의 문제점으로, 프로그램 방식은 일반적인 계산방식을 사용하여 통계적으로 도출되어 있는 자료를 가지고 태양광의 추적이 이루어지기 때문에, 위도와 경도 및 계절의 변화에 따라 오차가 크게 생기는 문제점이 있어, 주로 광 센서 방식이 많이 이용된다.
그러나, 광 센서 방식은 센서의 고장 또는 흐린 날 또는 갑자기 구름이 꼈을 경우 방향성을 상실하여, 오작동을 유발하게 된다.
특히, 광 센서를 이용하는 통상의 태양광 추적 시스템은 집열판에 연결된 집열판 각도 조절부를 직접 구동하는 방식을 취하고 있다. 이는 태양을 추적하기 위해 모터의 잦은 구동으로 인하여, 장치 내부의 모터, 감속기, 1차, 2차 웜기어 등에 무리를 주게 되고, 결국 각도 조절부의 상기와 같은 부품을 자주 교체해야 하는 문제점이 있다.
한편, 통상의 태양광 추적 시스템은 집열판에 연결된 집열판 각도 조절 장치를 직접 구동하는 방식을 취하고 있다. 이는 태양을 추적하기 위해 모터의 잦은 구동으로 인하여, 장치 내부의 모터, 감속기, 1차, 2차 웜기어 등에 무리를 주게 되고, 결국 각도 조절 장치의 상기와 같은 부품을 자주 교체해야 하는 문제점이 있다.
또한, 통상의 태양광 추적 시스템의 경우, 태양광 발전소 등의 관리시에 발전소를 장시간 비울 경우, 태양광 추적 시스템의 오작동이 발생할 수 있으며, 예상치 못한 자연재해로 인한 피해에 대하여 신속히 대처할 수 없는 문제점이 있다.
광이 조사되는 부분은 투영그림자가 형성되지 않고, 광이 조사되지 않는 부분은 투영그림자가 형성되어 양자 간에 조도차가 나게 되는데, 본 발명에서는 이를 응용한 태양광 추적 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 종래의 집열판에 장착된 집열판 각도 조절 장치를 이용하여 태양광을 추적하는 방식 대신, 집열판이 설치되는 장소에 별도의 소규모 태양광 추적 장치를 배치하여, 태양광 추적이 이루어지면 태양의 위치에 대한 데이터를 집열판 각도 조절 장치로 전송하여 기존 집열판 각도 조절 장치의 수명 특성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광 추적 장치에서 얻어진 데이터를 날짜 및 시간별로 저장하여, 흐린 날이나 또는 눈이나 비가 올 경우, 저장된 데이터를 이용하여 태양광을 추적하여, 오작동을 최소화할 수 있는 태양광 추적 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치가 분리 구성되는 태양광 추적 시스템을 제어함으로써 집광판 각도 조절 장치의 수명특성 및 에너지소비효율을 높이는 것은 물론, 관리자가 외부에서도 오작동이나 자연재해로 인한 피해에 대한 신속한 대처를 할 수 있는 웹 기반 방식의 태양광 추적모니터링 제어 방법을 제공하는 것을 또다른 목적으로 한다.
상기 하나의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 투영 그림자를 이용한 태양광 추적 장치는 태양광 추적 모듈 및 본체 모듈을 포함한다.
상기 태양광 추적 모듈은 태양의 경도를 측정하기 위한 제1조도센서와 제2조도센서 및 태양의 위도를 측정하기 위한 제3조도센서와 제4조도센서를 구비하되, 상기 제1조도센서 및 상기 제3조도센서는 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되고 상기 제2조도센서 및 제4조도센서는 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되면 조도가 낮아지는 위치에 배치된다.
상기 본체 모듈은 일측에 상기 태양광 추적 모듈이 연결되며, 상기 제1조도센서와 제2조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 동서방향으로 자체 회전하고, 상기 제3조도센서와 제4조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 상기 태양광 추적 모듈을 남북방향으로 회전시켜, 동서방향 회전각도 및 남북방향 회전각도로부터 태양의 경도 및 위도에 대한 데이터를 연산하여, 집광판 각도 조절부에 전송한다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웹 기반 방식의 태양광 추적모니터링 제어 방법은 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치가 별도로 구성되는 태양광 추적 시스템의 태양광 추적 모니터링 제어 방법에 있어서, (a)태양의 위도 및 경도에 대한 측정 범위를 설정하는 단계; (b)태양광의 추적이 이루어지는 시간을 설정하는 단계; (c)태양광 추적 장치의 남북방향 및 동서방향 각도를 조절 하여 태양의 위치를 추적하고, 추적된 태양의 위도 및 경도에 대응하는 태양광 추적 장치의 기울기 데이터를 생성하는 단계; (d)상기 생성된 기울기 데이터가 태양의 위도 및 경도에 대한 측정 범위에 속하는지 비교하는 단계; (e)상기 기울기 데이터를 집광판 각도 조절 장치로 전송하는 단계; 및 (f)상기 전송된 기울기 데이터를 이용하여 집광판의 각도를 조절하는 단계를 포함하고, 상기 각 단계는 태양광 추적 장치와 웹기반 네트워크로 연결되는 모니터링 장치를 통하여 모니터링 및 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치는 집광판에 장착을 하지 않고 별도로 집광판이 설치된 곳의 지표면에 설치를 하여 태양의 위치를 추적하고, 태양의 정확한 위치를 추적하였을 경우 하여 그 위치에 대한 데이터를 집광판 각도 조절 장치에 무선 또는 유선으로 전송한다.
따라서, 소규모의 태양광 추적 장치를 통하여 전력소모를 줄일 수 있으며, 집광판 각도 조절 장치는 종래와는 달리 본 발명에 따른 태양광 추적 장치에서 송신된 데이터만 가지고 현 태양의 위치로 이동을 하게 된다.
또한, 정확한 태양의 위치를 찾기 위해 거대한 집광판 각도 조절 장치가 상하좌우로 움직이는 불필요한 동작을 최소화할 수 있으며, 한번의 동작으로 태양의 위치에 대응하는 각도로 구동하게 된다. 따라서, 집광판 각도 조절 장치의 고장을 최대한 줄일 수 있으며, 이에 따라 기존 집광판 각도 조절 장치의 수명특성을 향상 시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법은 태양광 발전소 등의 현장뿐만 아니라 인터넷 환경에서도 태양광 추적 장치를 제어 및 모니터링할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치가 분리 구성된 태양광 추적 시스템을 통합 제어함으로써 종래 집광판 각도 조절 장치 자체로 태양광을 추적할 경우에 문제시 되었던 집광판 각도 조절 장치의 에너지소비 문제 및 수명특성 문제를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 투영 그림자를 이용한 태양광 추적 장치 및 웹기반 방식 태양광 추적 모니터링 제어 방법에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 추적 장치는 태양광 추적 모듈(110) 및 본체 모듈(120)을 포함한다.
태양광 추적 모듈(110)은 태양의 경도를 측정하기 위한 복수의 조도센서를 구비한다. 이들 조도센서들 중에는 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되는 조도센서들과, 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되는 위치에 배치되는 조도센서들을 포함한다. 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되는 위치에 배치되는 조도센서들은, 투영그림자가 형성되었을 경우 그렇지 않은 조도 센서들보다 낮은 조도값을 출력하게 된다.
이때, 태양광 추적 모듈(110)이 남북방향 혹은 동서방향으로 일정각도로 회전을 하게 되면, 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되는 조도센서들과 그렇지 않은 조도센서들이 동일한 조도값을 가지게 된다. 이 경우, 태양광 추적 모듈(110)의 남북방향 혹은 동서방향 이동각도를 계산하면 태양의 위치를 추적할 수 있게 된다. 여기서, 동일한 조도값이라 함은 완전히 동일한 조도값을 의미하는 것은 아니며, 사용자에 의해 동일하다고 인정되는 범위 내에 있는 것을 의미하며, 설정값에 따라 범위는 달라질 수 있다.
조도센서는 4개가 배치될 수 있는데, 구체적으로는 태양의 경도를 측정하기 위한 제1조도센서와 제2조도센서 및 태양의 위도를 측정하기 위한 제3조도센서와 제4조도센서가 배치될 수 있다. 이때, 제1조도센서 및 제3조도센서는 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되어 레퍼런스 조도값을 출력할 수 있고, 제2조도센서 및 제4조도센서는 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되면 조도가 낮아지는 위치에 배치되어 비교 조도값을 출력할 수 있다.
본체 모듈(120)은 일측 상부에 태양광 추적 모듈(110)이 연결되며, 지지부(130)에 의해 지지된다. 본체 모듈(120)은 제3조도센서와 제4조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 남북방향으로 자체 회전하고, 제1조도센서와 제2조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 상기 태양광 추적 모듈을 동서방향으로 회전시켜, 동서방향 회전각도 및 남북방향 회전각도로부터 태양의 경도 및 위도에 대한 데이터를 연산한다.
본체 모듈(120)은, 상기 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 집광판의 각도를 조절하기 위해 일반적으로 집광판 하부에 배치되는 집광판 각도 조절부에 유선 또는 무선을 통하여 전송한다.
종래에는 집광판 각도 조절부 자체가 태양광 추적 장치 역할을 하여 집광판과 일체로 태양광을 추적하기 위하여 구동하였으나, 본 발명에서는 별도로 구성되는 태양광 추적 장치에서 태양의 위도 및 경도를 추적하고, 집광판 각도 조절부는 그 결과 데이터를 이용하여 집광판의 각도를 구동함으로써 전력소모를 줄일 수 있으며, 잦은 모터 구동으로 인한 수명 특성의 향상을 기할 수 있게 된다.
태양광 추적 모듈(110)은 제1회전축(141)을 통하여 동서방향으로 회전하고, 본체 모듈(120)은 제2회전축(142)을 통하여 동서 방향으로 회전한다.
도 2는 본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치에서 태양광 추적 모듈 및 본체 모듈의 회전 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 태양광 추적 모듈(110)은 제1회전축을 기준으로 동서방향으로 회전하며, 본체 모듈(120)은 제2회전축(142)을 기준으로 남북방향으로 회전함을 알 수 있다. 제1회전축(141)과 제2회전축(142)은 x축과 y축과 같이 직교하며, 제1회전축(141)을 통하여 태양광 추적 모듈(110)이 동서방향으로 회전하더라도 본체 모듈(120)은 영향을 받지 않으나, 제2회전축(142)을 통하여 본체 모듈(120)이 회전하면 태양광 추적 모듈(120)은 함께 남북방향으로 회전하는 것이 된다.
태양광 추적 모듈(110) 및 본체 모듈(120)의 회전의 각도는 태양이 반구상의 어느 지점에도 위치할 수 있다고 한다면 각각 최대 -90° 내지 +90° 의 범위가 될 수 있으며, 주변에 산이 위치하는 등의 장소적 제약이나 이용자의 필요에 의하여 범위를 좁힐 수 있다.
도 3은 태양광 추적 모듈의 일예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 태양광 추적 모듈은 광투과 홀(310), 제1조도센서(321), 제2조도센서(322), 제3조도센서(323) 및 제4조도센서(324)를 포함한다.
광투과 홀(310)은 태양광이 조사되는 전면에 배치된다. 제2조도센서(322), 제3조도센서(323) 및 제4조도센서(324) 중 광투과 홀(310)을 통하여 태양광이 조사되는 경우에는 상대적으로 높은 조도값을 나타내고, 태양의 위치 변화에 따라서 광 투과 홀(310)을 통하여 태양광이 조사되지 않는 경우에는 투영그림자에 의하여 상대적으로 낮은 조도값을 나타낸다.
제1조도센서(321)는 광투과 홀(310)의 측면에 배치되며, 태양광이 조사되는 전면에 노출되어, 태양의 경도 추적시 투영그림자가 형성되지 않는 부분에 해당한다. 제3조도센서(323)는 광투과 홀(310)의 가운데 부분의 직하부에 배치되며, 태양의 위도 추적시 투영그림자가 형성되지 않는 부분에 해당한다.
한편, 제2조도센서(322) 및 제4조도센서(324)는 광투과 홀(310)의 일측 및 타측 가장자리 부분의 직하부에 각각 배치된다. 제2조도센서(322)는 태양의 경도 추적을 위하여, 제4조도센서(324)는 태양의 위도 추적을 위하여 필요한 것으로, 이들 조도센서(322,324)는 태양광 추적 모듈(110)의 전면이 태양에 대하여 기울어진 각도를 형성하고 있을 경우 투영그림자에 의해 조도값이 상대적으로 낮게 출력되며, 태양과 태양광 추적 모듈(110)의 전면이 수직에 가깝게 되면 투영그림자가 형성되지 않게 되어 제1조도센서(321) 및 제3조도센서(323)와 거의 동일한 조도값을 출력하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제2조도센서(322), 제3조도센서(323) 및 제4조도센서는 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
도 4는 태양광 추적 모듈의 정면도를 나타낸 것이고, 도 5는 태양광 추적 모듈의 평면도를 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 태양광 추적 모듈(110)은 본체 모듈(120)에 동서방향으로 회전하는 제1회전축(14) 연결되어, 동서방향으로 회전함을 알 수 있다.
도 6은 태양광 추적 모듈에서 춘/추분시 태양의 위도를 추적하는 예를 나타낸 것이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 제3조도센서(323)는 광투과 홀(310)을 통하여 태양광이 조사되고 있으나, 제4조도센서(324)는 광투과 홀(310)을 통하여 태양광이 조사되지 않아 투영그림자가 형성되어 있음을 알 수 있다. 이 경우, 제3조도센서(323)와 제4조도센서(324)에서 출력되는 조도값은 차이를 보이게 된다.
반면, 도 6의 (a)의 상태에서 태양광 추적 모듈(110)이 남북방향으로 37°회전한 도 6의 (b)의 경우, 제3조도센서(323) 뿐만 아니라 제4조도센서(324)에서도 광투과 홀(310)을 통하여 태양광이 조사되고 있다. 따라서, 이 경우, 제3조도센서(323)와 제4조도센서(324)에서 출력되는 조도값은 거의 동일한 값을 보이게 되어, 태양의 위도 추적은 완료된다.
이는 태양광 추적 모듈에서 태양의 경도를 추적하는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 태양의 경도와 태양광 추적 모듈의 동서방향 기울기에 차이가 있는 경우, 제1조도센서(321)에는 광이 조사되고 있으나, 제2조도센서(322)에는 광이 조사되지 않아 각 조도센서로부터 출력되는 조도값은 차이를 보이게 된다. 한편, 태양광 추적 모듈(110)의 회전으로 태양과 태양광 추적 모듈(110)의 전면이 수직에 가깝게 되는 경우 제1조도센서(321)와 제2조도센서(322)에 모두 광이 조사되어, 이들 조도센서들로부터 출력되는 조도값은 거의 동일한 값을 보이게 되어, 태양의 경도 추적은 완료된다.
도 7은 본 발명에 따른 본체 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 본체 모듈은 입력부(710), 신호처리부(720), 경도추적 구동부(730), 위도추적 구동부(740) 및 송신부(750)를 포함한다.
입력부(710)는 태양광 추적 모듈(110)의 제1조도센서 내지 제4조도센서에서 감지된 조도값을 입력받는다.
신호처리부(720)는 입력부(710)로부터 출력되는 제1조도센서 및 제2조도센서의 조도값을 비교하여 경도추적신호를 출력하고, 제3조도센서 및 제5조도센서의 조도값을 비교하여 위도추적신호를 출력한다. 또한, 신호처리부(720)는 본체 모듈(120)의 남북방향 회전각도 및 태양광 추적 모듈(110)의 동서방향 회전각도로부터 태양의 위도 및 경도를 연산한다.
경도추적 구동부(730)는 신호처리부(720)의 경도추적신호에 응답하여 태양광 추적 모듈(110)을 동서방향으로 회전시키는 제1모터를 구동한다. 제1모터의 구동에 의해 태양광 추적 모듈(110)은 제1조도센서 및 제2조도센서가 동일한 조도값을 출력할 때까지 동서방향으로 회전한다.
위도추적 구동부(740)는 신호처리부(720)의 위도추적신호에 응답하여 본체 모듈(120)을 남북방향으로 회전시키는 제2모터를 구동한다. 제2모터의 구동에 의해 본체 모듈(120)은 제3조도센서 및 제4조도센서가 동일한 조도값을 출력할 때까지 남북방향으로 회전한다.
송신부(750)는 신호처리부(720)에서 출력되는 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 복수의 집광판 각도 조절부(701)에 유선 또는 무선으로 송신한다. 복수의 집광판 각도 조절부(701) 각각은 전송된 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 이용하여 집광판의 각도를 조절하게 된다.
이때, 태양광 추적 모듈(110)에는 도 3에 도시된 바와 같이 동서방향 회전각도를 측정하는 제1각도센서(331) 및 남북방향 회전각도를 측정하는 제2각도센서(332)가 포함될 수 있다. 한편, 제2각도센서(332)는 태양광 추적 모듈(110) 뿐만 아니라, 본체 모듈(120)에 포함되어도 무방하다. 이는 본체 모듈(120)과 태양광 추적 모듈(110)의 남북방향 각도는 동일하기 때문이다.
이 경우, 신호 처리부(720)는 제1조도센서 및 제2조도센서의 조도값이 일치하는 경우의 제1각도센서(331)의 출력값 및 제3조도센서 및 제4조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치하는 경우의 제2각도센서(332) 출력값을 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터로 출력할 수 있다.
한편, 본체 모듈은 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 별도로 저장하기 위한 저장부(760)를 더 포함할 수 있다.
이때, 저장부(760)에 저장되는 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터는 날짜 및 시간에 따라서 저장될 수 있다. 흐린 날이나 또는 눈이나 비가 올 경우 태양광 추적 모듈(110)의 오작동이 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 저장부(760)에 저장된 데이터 중 바로 전날의 데이터나 일정 기간 중 가장 집광률이 높았던 날의 데이터를 이용하여 태양광 추적 모듈(110) 및 본체 모듈(120)의 각도조절을 함으로써, 오 작동을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치는 기상 여건이 좋은 경우 4개의 조도센서를 이용하여 태양광을 추적하는 방식이 이용되고, 기상상황이 좋지 않은 경우 오작동을 방지하기 위하여 프로그램에 의하여 태양광을 추적하는 방식이 이용된다.
본체 모듈(120)은 유선 또는 무선 네트워크로 연결되는 모니터링 장치에 의해 제어될 수 있다. 모니터링 장치는 본체 모듈의 상황을 모니터링 하며, 예를 들어 강풍과 같이 돌발 상황 발생시는 안전모드로 변경하는 등의 신호를 본체 모듈(120)로 송신한다.
모니터링 장치는 태양광 추적 장치 및 집광판 각도 조절 장치(120)와 웹기반 네트워크로 연결되어, 상기 모니터링 장치(130) 및 태양광 추적 장치(110)의 상태를 모니터링한다. 웹기반 방식을 이용함으로써 태양광 발전소 등의 현장 뿐만 아니라 인터넷 환경에서도 태양광 추적 장치(110) 및 집광판 각도 조절 장치(120)를 제어 및 모니터링 할 수 있으며, 이들 장치의 오작동이나 자연재해로 인한 피해 발생시에도 신속한 대처가 가능하다.
도 8은 본 발명에 이용되는 태양광 추적 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 태양광 추적 시스템은 태양광 추적 장치(810), 집광판 각도 조절 장치(820) 및 모니터링 장치(830)를 포함한다.
여기서, 모니터링 장치(830)는 태양광 추적 장치(810) 및 집광판 각도 조절 장치(820)와 웹기반 네트워크로 연결되어, 상기 모니터링 장치(830) 및 태양광 추적 장치(810)의 상태를 모니터링한다. 웹기반 방식을 이용함으로써 태양광 발전소 등의 현장 뿐만 아니라 인터넷 환경에서도 태양광 추적 장치(810) 및 집광판 각도 조절 장치(820)를 제어 및 모니터링 할 수 있으며, 이들 장치의 오작동이나 자연재해로 인한 피해 발생시에도 신속한 대처가 가능하다.
도 9는 본 발명에 따른 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 웹기반 태양광 추적모니터링 제어 방법은 측정 범위 설정 단계(S910), 태양광 추적 시간 설정 단계(S920), 태양광 위치 추적 단계(S930), 기울기 데이터 비교 단계(S940) 및 기울기 데이터 전송 단계(S950)를 포함한다.
측정 범위 설정 단계(S910)에서는 태양 위치의 측정 범위를 설정한다. 태양 위치는 위도 및 경도로 표시할 수 있고, 본 단계에서는 원하는 태양의 위도 범위 및 경도 범위 등이 설정될 수 있다.
측정 범위 설정 단계(S910) 이전에 태양광 추적 장치 및 집광판 각도 조절 장치의 좌우방향 각도 및 상하방향 각도를 0°로 초기화할 수 있으며, 나아가, 태양광 추적 시스템 전체를 미리 초기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이는 현재와 전날의 측정 범위나 태양광 추적 시간 등의 설정 사항 등의 변동이 필요하거나, 태 양광 추적 시스템의 오작동이 발생하였을 경우 등에 유용하게 적용될 수 있다.
태양광 추적 시간 설정 단계(S920)에서는 태양광 추적 시간을 설정한다. 이는 현재의 일출 및 일몰시간을 기준으로 하여 설정될 수 있으며, 필요시 더 짧은 혹은 더 긴 추적 시간을 설정할 수 있다.
한편, 현재의 풍압이 집광판 각도 조절 장치나 집광판 혹은 태양광 추적 장치의 구동에 영향을 미칠 정도로 높은 경우 바람에 의한 집광판의 파손이 발생할 수 있다. 따라서, 이 경우, 태양광 추적 장치의 남북방향 및 동서방향의 각도 조절을 이용한 태양광 추적 대신, 집광판 각도 조절 장치에 수평면을 기준으로 0° ~ 15° 이하와 같은 미리 정해진 기울기 데이터를 전송하여 집광판의 각도를 조절하여 고장이나 오작동을 예방할 수 있는 이른바 안전모드로 태양광 추적 장치 및 집광판 각도 조절 장치를 제어 및 모니터링할 수 있다.
태양광 위치 추적 단계(S930)에서는 태양광 추적 장치의 남북방향 및 좌우방향의 각도를 조절하여 태양의 위치를 추적하고, 추적된 태양의 위치에 대응하는 태양광 추적 장치의 기울기 데이터를 생성한다.
태양광 추적 장치의 기울기는 남북방향 및 동서방향으로 회전을 통하여 얻어질 수 있다. 태양광 추적 장치의 남북방향의 회전은 태양의 위도를 찾기 위함이고, 동서방향의 회전은 태양의 경도를 찾기 위함이다.
태양광 추적 장치의 남북방향 회전 및 동서방향 회전은 각각 별개로 이루어지며, 이는 각각을 회전시키기 위한 2개의 회전축 및 각 회전축에 연결되는 모터의 구동에 의해 이루어질 수 있다.
태양광 위치 추적 단계(S930)에서 생성되는 태양광 추적 장치의 기울기 데이터는 태양광 추적 장치 내부에 2개의 각도센서를 배치하여, 이들 각도센서들로부터 생성될 수 있다. 이들 각도센서 중 하나는 태양광 추적 장치의 남북방향 회전에 따른 남북방향의 기울기를 측정하고, 다른 하나는 태양광 추적 장치의 동서방향 회전에 따른 동서방향의 기울기를 측정한다.
기울기 데이터 비교 단계(S940)에서는 태양광 위치 추적 단계(S930)를 통하여 생성된 기울기 데이터가 태양 위치의 측정 범위에 속하는지 비교한다. 비교 결과 생성된 기울기 데이터가 태양 위치의 측정 범위에 속하는 경우, 기울기 데이터 전송 단계(S950)가 수행된다. 그러나, 생성된 기울기 데이터가 태양 위치의 측정 범위 밖에 해당하는 경우, 상술한 측정 범위 설정 단계(S910)에서 태양 위치의 측정 범위를 다시 설정한다.
기울기 데이터 전송 단계(S950)에서는 상기의 태양광 위치 추적 단계(S930)를 통하여 생성된 기울기 데이터를 집광판 각도 조절 장치로 전송한다.
태양광 추적 장치의 기울기 데이터를 전송받은 집광판 각도 조절 장치는 이를 이용하여 집광판의 각도를 조절하게 된다.
이때, 기울기 데이터의 전송이 제대로 이루어졌는지를 확인하기 위하여, 집광판 각도 조절 장치에서는 집광판 기울기 데이터를 생성하여 태양광 추적 장치로 전송할 수 있다. 태양광 추적 장치는 전송된 태양광 추적 장치의 기울기 데이터와 집광판 기울기 조절 장치로부터 전송받은 집광판 기울기 데이터를 비교하여, 일치하지 않을 경우, 다시 태양광 추적 장치의 기울기 데이터를 집광판 기울기 조절 장 치로 전송한다.
상기 각 단계(S910 ~ S950)는 태양광 추적 장치와 웹기반 네트워크로 연결되는 모니터링 장치를 통하여 수행될 수 있다. 이를 통하여, 태양광 발전소 등의 현장은 물론, 인터넷 환경에서도 태양광 추적 장치 및 집광판 각도 조절 장치를 제어 및 모니터링 할 수 있으며, 관리자가 멀리 떨어져 있더라도 이들 장치의 오작동이나 자연재해로 인한 피해 발생시에도 신속한 대처가 가능하다.
도 10a는 태양광 추적 장치의 동작이 적용된 예를 나타내는 블록도이고, 도 10b는 집광판 각도 조절 장치의 동작이 적용된 예를 나타내는 블록도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 태양광 추적 장치에서 일련의 과정을 통하여 태양광을 추적하여 기울기 데이터를 생성하면, 이를 집광판 각도 조절 장치로 전송하고, 집광판 각도 조절 장치는 전송된 기울기 데이터를 이용하여 집광판의 각도를 조절하게 된다. 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치 각각의 동작 과정에서 데이터를 확인하기 위하여 다수의 송신 및 수신과정이 마련되어 있으며, 또한 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치 각각의 동작은 모니터링 장치를 통하여 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치는 소규모 장치를 별도로 구성하여 태양의 위치를 추적하고, 대규모 집광판 각도 조절부는 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 수신하여, 구동함으로써 한번의 구동으 로 태양광의 추적이 이루어질 수 있다. 따라서, 전력소모 및 기존의 집광판 각도 조절부의 수명특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 웹 기반 태양광 추적모니터링 제어 방법은 소규모 장치를 별도로 구성하여 태양의 위치를 추적하고, 대규모 집광판 각도 조절 장치는 태양의 위도 및 경도에 대한 데이터를 수신하여, 구동함으로써 한번의 구동으로 태양광의 추적이 이루어질 수 있는 시스템에 적용될 수 있으며, 웹기반 모니터링 및 제어가 이루어져, 발전소 등 자체뿐만 아니라 멀리 떨어져 있는 곳에서도 태양광 추적 시스템의 모니터링 및 제어가 이루어질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 투영그림자를 이용한 태양광 추적 장치에서 태양광 추적 모듈 및 본체 모듈의 회전 예를 나타낸 것이다.
도 3은 태양광 추적 모듈의 일예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 태양광 추적 모듈의 정면도를 나타낸 것이고, 도 5는 태양광 추적 모듈의 평면도를 나타낸 것이다.
도 6은 태양광 추적 모듈에서 춘/추분시 태양의 위도를 추적하는 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 본체 모듈을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 8은 본 발명에 이용되는 태양광 추적 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 10a는 태양광 추적 장치의 동작이 적용된 예를 나타내는 블록도이고, 도 10b는 집광판 각도 조절 장치의 동작이 적용된 예를 나타내는 블록도이다.
Claims (13)
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- 태양의 경도를 측정하기 위한 제1조도센서와 제2조도센서 및 태양의 위도를 측정하기 위한 제3조도센서와 제4조도센서를 구비하되, 상기 제1조도센서 및 상기 제3조도센서는 투영그림자가 형성되지 않는 위치에 배치되고 상기 제2조도센서 및 제4조도센서는 태양의 위치에 따라 투영그림자가 형성되면 조도가 낮아지는 위치에 배치되는 태양광 추적 모듈과, 상기 태양광 추적 모듈이 연결되며, 상기 제3조도센서와 제4조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 남북방향으로 자체 회전하고, 상기 제1조도센서와 제2조도센서로부터 출력되는 조도값이 일치할 때까지 상기 태양광 추적 모듈을 동서방향으로 회전시켜, 남북방향 회전각도 및 동서방향 회전각도로부터 태양의 경도 및 위도에 대한 데이터를 연산하는 본체 모듈을 포함하는 태양광 추적 장치와 집광판 각도 조절 장치가 별도로 구성되는 태양광 추적 시스템의 태양광 추적 모니터링 제어 방법으로서,(a)태양의 위도 및 경도에 대한 측정 범위를 설정하는 단계;(b)태양광의 추적이 이루어지는 시간을 설정하는 단계;(c)상기 태양광 추적 장치의 남북방향 및 동서방향 각도를 조절하여 태양의 위치를 추적하고, 추적된 태양의 위도 및 경도에 대응하는 태양광 추적 장치의 기울기 데이터를 생성하는 단계;(d)상기 생성된 기울기 데이터가 태양의 위도 및 경도에 대한 측정 범위에 속하는지 비교하는 단계;(e)상기 기울기 데이터를 상기 집광판 각도 조절 장치로 전송하는 단계; 및(f)상기 전송된 기울기 데이터를 이용하여 집광판의 각도를 조절하는 단계를 포함하고,상기 각 단계는 상기 태양광 추적 장치와 웹기반 네트워크로 연결되는 모니터링 장치를 통하여 모니터링 및 제어되는 것을 특징으로 하는 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법.
- 제10항에 있어서,상기 (a)단계 이전에 상기 태양광 추적 장치 및 집광판의 좌우방향 각도 및 상하방향 각도를 0°로 각각 초기화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법.
- 제10항에 있어서,상기 (b)단계 이전에 풍압을 체크하여, 풍압이 미리 정해진 수치 이상이면, 상기 집광판 각도 조절 장치에 수평면을 기준으로 0° ~ 15°이하의 기울기 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법.
- 제10항에 있어서,상기 (f)단계 이후, 상기 집광판 각도 조절 장치로부터 집광판 기울기 데이터를 수신하고, 전송된 기울기 데이터와 수신된 집광판 기울기 데이터가 일치하는지를 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웹기반 방식 태양광 추적모니터링 제어 방법.
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