KR101005748B1 - 태양광 위치 추적장치 - Google Patents

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신관우
김용태
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지앤씨테크(주)
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Abstract

본 발명은 태양광 위치 추적장치에 관한 것으로서, 솔라셀 센서와; 상기 솔라셀 센서가 회전축의 측면에 고정되어 회동되며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더가 구비된 제 1 모터와; 일단에 상기 제 1 모터가 수직 고정되며, 타단이 제 2 모터의 회전축에 고정되되, 일단과 타단 사이가 절곡되어 직각을 이루도록 형성된 판형의 브라켓; 상기 브라켓의 타단이 회전축상에 수직 고정되어서 상기 제 1 모터의 회전축과 직교하는 회전축을 가지고, 상기 브라켓을 회전시킴으로써 상기 제 1 모터 및 상기 솔라셀 센서를 회전시키며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더가 구비된 상기 제 2 모터 및; 상기 솔라셀 센서에서 상기 제 1 모터 회전시 검출된 전압값과 상기 제 2 모터 회전시 검출된 전압값을 입력받고, 상기 엔코더로부터 검출된 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터의 회전각을 입력받아 최대 전압값이 검출된 모터 회전값을 추출하는 제어장치 및, 상기 제어장치에서 추출된 상기 모터 회전값을 원격지의 집광판에 전송하도록 무선 통신 모듈이 구비된 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 위치 추적장치{Solar tracking apparatus}
본 발명은, 솔라셀 센서와; 상기 솔라셀 센서가 회전축의 측면에 고정되어 회동되며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더가 구비된 제 1 모터와; 일단에 상기 제 1 모터가 수직 고정되며, 타단이 제 2 모터의 회전축에 고정되되, 일단과 타단 사이가 절곡되어 직각을 이루도록 형성된 판형의 브라켓; 상기 브라켓의 타단이 회전축상에 수직 고정되어서 상기 제 1 모터의 회전축과 직교하는 회전축을 가지고, 상기 브라켓을 회전시킴으로써 상기 제 1 모터 및 상기 솔라셀 센서를 회전시키며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더가 구비된 상기 제 2 모터 및; 상기 솔라셀 센서에서 상기 제 1 모터 회전시 검출된 전압값과 상기 제 2 모터 회전시 검출된 전압값을 입력받고, 상기 엔코더로부터 검출된 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터의 회전각을 입력받아 최대 전압값이 검출된 모터 회전값을 추출하는 제어장치 및, 상기 제어장치에서 추출된 상기 모터 회전값을 원격지의 집광판에 전송하도록 무선 통신 모듈이 구비된 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치에 관한 것이다.
현대 사회의 문명을 이용하고 누리기 위해서는 이른바 전기의 힘을 빌리지 않으면 안되는 상황이 대부분이다. 그러나, 전기에너지의 대부분이 화석에너지, 즉 석탄 및 석유를 태워 증기 터빈을 돌려 에너지를 얻는 화력발전에 의지하고 있는 것이 현실이다. 그러나 화석에너지는 그 매장량이 한정적이고 또한 그것을 태울 때 발생되는 이산화탄소 등으로 인한 환경오염 및 지구온난화 문제가 항상 대두되어 왔다.
따라서, 이와 같은 화석에너지의 대체 에너지로서 태양 에너지가 주목받게 되었다. 태양에너지를 전기에너지로 변환하려면 태양전지판 등의 변환장치가 필요한데, 태양전지판은, PN접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 빛이 조사되면 내부에 기전력이 발생하는 성질을 이용한 것으로서 여러 분야에서 널리 쓰이는 대체 에너지원으로서 각광받게 되었다.
그러나, 이러한 태양 에너지의 활용 효율을 극대화하기 위해서는 태양전지판이 항상 태양을 바라볼 수 있도록 회전시켜주어야 하는 문제가 있었다. 이를 위하여 종래에는 태양의 고도 및 방위각을 미리 계산된 프로그램 형식으로 저장시켜 놓고 이에 따라 태양전지판을 회전시키거나, 복수의 서로 다른 각을 가지는 솔라셀 센서들의 태양광 검출값을 비교하여 그 값이 서로 같아지는 점을 찾고, 센서의 회전각과 태양전지판의 회전각을 동기화 하여 태양광이 최대로 조사되는 방향을 설정하였다.
그러나, 종래의 기술들은 그 구조가 복잡하고, 태양전지판이 항시 태양을 바라보도록 함으로써 태양전지판을 구동함에 있어서 전력이 과도하게 소모되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은, 하나의 센서로서 태양의 위치를 정확하게 추적할 수 있는 태양광 위치 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 원격지에 구비되는 복수의 집광판을 동시에 제어할 수 있으므로 복수의 추적장치가 필요치 않아 제작 원가를 절감할 수 있는 태양광 위치 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 태양을 추적함에 있어서 항시 추적을 위한 구동을 하지 않고, 일정 시간마다 구동하여 태양을 추적함으로써 불필요한 구동전력의 낭비를 줄일 수 있는 태양광 위치 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 솔라셀 센서(100)와; 상기 솔라셀 센서(100)가 회전축의 측면에 고정되어 회동되며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(210)가 구비된 제 1 모터(200)와; 일단에 상기 제 1 모터(200)가 수직 고정되며, 타단이 제 2 모터(400)의 회전축에 고정되되, 일단과 타단 사이가 절곡되어 직각을 이루도록 형성된 판형의 브라켓(300); 상기 브라켓(300)의 타단이 회전축상에 수직 고정되어서 상기 제 1 모터(200)의 회전축과 직교하는 회전축을 가지고, 상기 브라켓(300)을 회전시킴으로써 상기 제 1 모터(200) 및 상기 솔라셀 센서(100)를 회전시키며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(410)가 구비된 상기 제 2 모터(400) 및; 상기 솔라셀 센서(100)에서 상기 제 1 모터(200) 회전시 검출된 전압값과 상기 제 2 모터(400) 회전시 검출된 전압값을 입력받고, 상기 엔코더(210, 410)로부터 검출된 상기 제 1 모터(200) 및 상기 제 2 모터(400)의 회전각을 입력받아 최대 전압값이 검출된 모터 회전값을 추출하는 제어장치(510) 및, 상기 제어장치(510)에서 추출된 상기 모터 회전값을 원격지의 집광판에 전송하도록 무선 통신 모듈(520)이 구비된 제어부(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 하나의 센서로 구성됨으로서 구조가 간단하면서도 태양의 위치를 정확하게 추적할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 원격지에 구비되는 복수의 집광판을 동시에 제어할 수 있으므로 복수의 추적장치가 필요치 않아 제작 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 태양을 추적함에 있어서 항시 추적을 위한 구동을 하지 않고, 일정 시간마다 구동하여 태양을 추적함으로써 불필요한 구동전력의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 사시도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 제 1 모터의 사용 상태도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 제 2 모터의 사용 상태도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 위치 추적 개념을 도시한 그래프.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 제 1 모터의 사용 상태도이며, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 제 2 모터의 사용 상태도이다. 한편, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치의 위치 추적 개념을 도시한 그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 위치 추적장치는 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 솔라셀 센서(100), 제 1 모터(200), 브라켓(300), 제 2 모터(400), 제어부(500)로 이루어져 있다.
솔라셀 센서(100)는 통상적으로 사용되는 태양전지로서 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 태양광이 솔라셀 센서(100)에 조사되면 솔라셀 센서(100)는 특정 전압을 발생하게 되는데, 이때 솔라셀 센서(100)를 회전시켜 가장 높은 전압이 검출된 위치를 추출해 내는 것이다.
솔라셀 센서(100)는 소형으로 제작되어 제 1 모터(200)의 회전축의 측면에 고정 장착되며, 제 1 모터(200)가 회전할 때 같이 회전하고, 따라서 모터의 회전각에 따라 태양광이 조사되는 각이 변함으로써 검출되는 전압이 달라지게 된다.
제 1 모터(200)는 솔라셀 센서(100)를 직접 회전시켜 회전각에 따른 전압값을 검출하기 위한 구동장치로서, 회전축의 측면에 솔라셀 센서(100)가 고정 장착되며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(210)가 구비된다. 이때 솔라셀 센서(100)와 제 1 모터(200)의 회전축 사이에 별도의 지지대(220)가 더 구비될 수 있다. 제 1 모터(200)는 브라켓(300)에 장착 고정되며, 하술할 제 2 모터(400)에 의해 브라켓(300)과 함께 회전되게 된다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 제 1 모터(200)는 지면의 법선을 기준으로 0도에서 180도 까지 회전을 하며 이 경우 제 1 모터(200)의 엔코더(210)는 태양의 고도를 측정하기 위한 회전각을 검출하게 된다.
브라켓(300)은 판형으로 제작되며, 일단에 제 1 모터(200)가 수직 고정되며, 타단이 제 2 모터(400)의 회전축에 고정된다. 브라켓(300)의 일단과 타단 사이는 직각을 이루도록 절곡되어서 일단에 고정된 제 1 모터(200)의 회전축과 타단이 고정되는 제 2 모터의 회전축의 방향이 서로 직교하도록 한다. 따라서, 솔라셀 센서(100)가 제 1 모터(200)의 회전축으로 한 번 회전하고 제 2 모터(400)의 회전축으로 한 번 회전하도록 한다. 즉, 직교하는 두 회전축에 대해 솔라셀 센서(100)를 한 번씩 회전하도록 하여서 태양의 방위각 및 고도를 측정할 수 있도록 한다.
브라켓(300)은 제 1 모터(200)의 모터 본체와 모터 회전축 끝단을 고정할 수 있도록 'ㄷ' 자 형태로 형성될 수 있으나, 모터의 본체부분만을 고정 장착할 수 있도록 'ㄴ' 자 형태 역시 가능하며, 제 1 모터(200)를 장착하여서 제 2 모터(400)에 고정함으로써 제 2 모터(400) 회전시 제 1 모터(200)가 회전하여 제 1 모터(200)의 회전축 측면에 고정된 솔라셀 센서(100)가 제 2 모터(400)의 회전축으로 회전할 수 있도록 하는 형태이면 모두 가능하다.
제 2 모터(400)는 지면에 수직한 고정판(310)의 측면에 고정되고, 제 1 모터(200)가 고정된 브라켓(300)의 타단이 회전축상에 수직으로 고정된다. 브라켓(300)의 일단에는 제 1 모터(200)가 수직고정되어 있으므로, 제 1 모터(200)의 회전축과 제 2 모터(400)의 회전축은 서로 직교하게 된다. 제 2 모터(400)가 회전하게 되면 회전축상에 장착된 브라켓(300)이 회전되고, 이때 브라켓(300)에 고정된 제 1 모터(200)가 회전하여서, 제 1 모터(200)의 회전축 측면에 고정된 솔라셀 센서(100)가 제 2 모터(400)의 회전방향으로 회전하게 된다.
제 2 모터(400)의 회전축상에는 회전각을 검출하기 위한 엔코더(410)가 구비된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 제 2 모터(400)는 지면의 평행선을 기준으로 0도에서 180도까지 회전을 하며 이 경우 제 2 모터(400)의 엔코더(410)는 태양의 방위각을 측정하기 위한 회전각을 검출하게 된다.
상술한 제 1 모터(200) 또는 제 2 모터(400)의 엔코더(210, 410)에서 검출되는 회전각의 용도는 제 1 모터(200) 또는 제 2 모터(400)가 장착되는 방향에 따라 설정된다. 예를 들어, 제 1 모터(200)가 남-북 방향으로 장착되고, 제 2 모터(400)가 동-서 방향으로 장착될 때, 솔라셀 센서(100)는 제 1 모터(200)에 의해 동-서 방향으로 회전하고 제 2 모터(400)에 의해 남-북 방향으로 회전하므로, 이때에는 제 1 모터(200)는 태양의 방위각을 측정하기 위한 용도로 쓰이며, 제 2 모터(400)는 태양의 고도를 측정하기 위한 용도로 쓰이게 된다. 이때, 태양의 고도를 측정하는 용도의 모터는 지면의 법선을 기준으로 0도에서 180도까지 회전을 하며, 태양의 방위각을 측정하는 용도의 모터는 지면의 평행선을 기준으로 0도에서 180도까지의 회전을 하게 된다.
제어부(500)는 제어장치(510) 및 무선 통신 모듈(520)로 이루어져 있으며, 각 모터를 구동하고, 솔라셀 센서(100)로부터 입력되는 전압값 및 각 엔코더(210, 410)로부터 입력되는 회전각을 계산한 후 무선 통신 모듈(520)을 통해 원격지에 구비되는 집광판에 태양의 위치 정보를 전송하는 역할을 한다.
제어장치(510)는 솔라셀 센서(100)로부터 제 1 모터(200) 회전시 검출된 전압값과 제 2 모터(400) 회전시 검출된 전압값을 케이블(530)을 통해 입력받고, 각 모터에 구비된 엔코더(210, 410)로부터 각 모터의 회전각을 케이블(530)을 통해 입력받아 분석하여 최대 전압값이 검출된 모터 회전값을 추출하고, 추출된 모터 회전값을 무선 통신 모듈(520)에 제공함으로써 원격지의 집광판에 태양 위치 좌표를 전송할 수 있도록 한다.
제어장치(510)는 각 모터를 구동함에 있어서 모터가 항시 구동하는 것이 아닌 수 분 단위로 구동할 수 있도록 카운터를 더 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 태양광이 최대로 조사될 수 있는 허용 오차 범위를 초과하지 않으면서 다수의 집광판을 계속적으로 구동하지 않아도 되므로 집광판 구동에 필요한 전력의 손실을 줄일 수 있다.
무선 통신 모듈(520)은 제어장치(510)로부터 추출된 모터 회전값, 즉 태양의 위치 좌표 정보를 원격지에 구비되는 집광판에 전송하는 역할을 한다. 따라서, 각 집광판마다 태양광 위치 추적장치를 설치할 필요가 없이 복수의 집광판에 동시에 정보를 전송하여 집광판이 회전할 수 있도록 함으로써 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.
이때, 집광판에 각각 수신모듈을 부착하여 집광판의 회전을 유도할 수 있으며, 하나의 수신모듈에서 각 집광판에 정보를 제공하는 방식 역시 가능함은 물론이다.
한편, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는 원격지에 구비되는 집광판의 설치 각도와 태양광 위치 추적장치의 설치각도를 동기화 하기 위한 나침반(600)을 더 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는 제어부(500) 및 제 1 모터(200), 제 2 모터(400) 등을 구동하는데 필요한 전력을 제공하는 전력 공급 장치(700)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 전력 공급 장치(700)는 솔라셀로 이루어질 수 있으며, 날씨가 흐린 날에도 각 부에 전력을 공급할 수 있도록 별도의 충전장치(미도시)를 더 구비하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는 각 부를 밀폐하여 보호하되, 태양광을 투과시킬 수 있도록 투명하게 제작된 상부덮개(800)와, 판형의 하부 받침을 더 구비하여 구성될 수 있다.
상부덮개(800)는 태양광의 굴절로 인한 측정오차를 최소화할 수 있도록 반구형상으로 제작되는것이 바람직하나, 그 형상을 한정하는 것은 아니다.
이와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 태양광 위치 추적장치의 사용 상태를 살펴보면, 제어부(500)의 제어장치(510)에서 제 1 모터(200)에 구동신호를 보내고, 제 1 모터(200)가 구동함과 동시에 솔라셀 센서(100)로부터 전압값이 검출되어 제어장치(510)로 전송된다. 제 1 모터(200)는 솔라셀 센서(100)를 회전 시킨 후 다시 초기위치로 복귀하게 되는데, 복귀가 완료되면 제어장치(510)는 다시 제 2 모터(400)에 구동신호를 보낸다. 제어장치(510)로부터 구동신호를 수신한 제 2 모터(400)는 회전축에 고정된 브라켓(300)을 회전시켜 제 1 모터(200) 및 제 1 모터(200)에 고정된 솔라셀 센서(100)를 회전시키게 되고, 솔라셀 센서(100)로부터 검출된 전압값은 다시 제어장치(510)로 전송되게 된다. 이때, 각 모터의 회전시 각 모터에 각각 구비된 엔코더(210, 410)로부터 모터의 회전각이 제어장치(510)로 전송되게 되며, 제어장치(510)는 동시간에 전송받는 전압검출값 및 회전각을 매칭하여 저장하게 된다.
제어장치(510)는 도 4 에 도시된바와같이 제 1 모터(200)의 구동에 의해 검출된 전압값 및 회전각의 정보로서 최대 전압값이 검출된 제 1 모터(200) 회전각을 도출해내고, 다시 제 2 모터(400)의 구동에 의해 검출된 전압값 및 회전각의 정보로서 최대 전압값이 검출된 제 2 모터(400) 회전각을 도출해 낸다.
제어장치(510)에서 도출해 낸 제 1 모터(200) 및 제 2 모터(400)의 회전각의 정보는 제어부(500)에 구비된 무선 통신 모듈(520)에 의해 원격지에 구비되는 집광판에 전송되게 된다. 집광판에는 별도의 제어장치(510)가 구비되어 무선 통신 모듈(520)로부터 전송된 제 1 모터(200) 및 제 2 모터(400)의 회전각과 현재 집광판이 지향하고 있는 회전각의 차이를 계산하여 최종적으로 집광판이 회전해야 할 회전각으로서 집광판을 구동하게 된다. 이는 집광판의 최초 설치시 본 발명의 태양광 위치 추적장치와 동일한 방위를 지향하도록 설치되므로 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 하나의 센서로서 태양의 위치를 정확하게 추적할 수 있으며,
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 원격지에 구비되는 복수의 집광판을 동시에 제어할 수 있으므로 복수의 추적장치가 필요치 않아 제작 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 위치 추적장치는, 태양을 추적함에 있어서 항시 추적을 위한 구동을 하지 않고, 일정 시간마다 구동하여 태양을 추적함으로써 불필요한 구동전력의 낭비를 줄일 수 있는 효과가 있다.
100 : 솔라셀 센서 200 : 제 1 모터
210 : 엔코더 300 : 브라켓
400 : 제 2 모터 410 : 엔코더
500 : 제어부 510 : 제어장치
520 : 무선 통신 모듈 600 : 나침반
700 : 전력 공급 장치 800 : 상부덮개

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 솔라셀 센서(100)와;
    상기 솔라셀 센서(100)가 회전축의 측면에 고정되어 회동되며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(210)가 구비된 제 1 모터(200)와;
    일단에 상기 제 1 모터(200)가 수직 고정되며, 타단이 제 2 모터(400)의 회전축에 고정되되, 일단과 타단 사이가 절곡되어 직각을 이루도록 형성된 판형의 브라켓(300);
    상기 브라켓(300)의 타단이 회전축상에 수직 고정되어서 상기 제 1 모터(200)의 회전축과 직교하는 회전축을 가지고, 상기 브라켓(300)을 회전시킴으로써 상기 제 1 모터(200) 및 상기 솔라셀 센서(100)를 회전시키며, 회전축상에 모터의 회전각을 검출하기 위한 엔코더(410)가 구비된 상기 제 2 모터(400) 및;
    상기 솔라셀 센서(100)에서 상기 제 1 모터(200) 회전시 검출된 전압값과 상기 제 2 모터(400) 회전시 검출된 전압값을 입력받고, 상기 엔코더(210, 410)로부터 검출된 상기 제 1 모터(200) 및 상기 제 2 모터(400)의 회전각을 입력받아 최대 전압값이 검출된 모터 회전값을 추출하는 제어장치(510) 및, 상기 제어장치(510)에서 추출된 상기 모터 회전값을 원격지의 집광판에 전송하도록 무선 통신 모듈(520)이 구비된 제어부(500);
    를 포함하여 구성되되,
    상기 제어장치(510)는, 상기 제 1 모터(200) 및 상기 제 2 모터(400)가 일정시간마다 구동되도록 하는 카운터를 더 구비하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광 위치 추적장치는, 원격지의 집광판과 설치 위치를 동기화 하기 위한 나침반(600)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 태양광 위치 추적장치는, 상기 각 부에 전력을 공급하기 위한 전력 공급 장치(700)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력 공급 장치(700)는 태양전지인 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 태양광 위치 추적장치는, 상기 각 부를 밀폐하여 보호하되, 태양광을 투과시킬 수 있도록 투명하게 제작된 상부 덮개(800)와, 판형의 하부 밭침(810)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 위치 추적장치.
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