KR101022203B1 - 태양광 추적 발전 모의 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아치형 레일을 따라 움직이는 모의 태양과 상기 모의 태양에서 발광되는 빛을 추적하며 전력을 생산하는 태양전지판을 구비하여, 야간이나 실내에서도 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 관한 것이다.

태양광 추적 발전, 모의 실험, 모의 태양, 태양전지판, 아치형 레일

Description

태양광 추적 발전 모의 실험장치{Simulation apparatus for sun location tracking type solar generation}

본 발명은 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아치형 레일을 따라 움직이는 모의 태양과 상기 모의 태양에서 발광되는 빛을 추적하며 전력을 생산하는 태양전지판을 구비하여, 야간이나 실내에서도 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 관한 것이다.

태양광 발전이란 태양광을 수광하여 광전효과에 의해 전기를 발생시키는 태양전지판을 이용하는 발전기술로써, 태양광을 전기에너지로 변환하는 발전기술이다.

또한, 태양광 발전은 태양이라는 무제한의 에너지원을 사용하고, 오염물질의 배출이 없는 장점이 있어, 최근 환경보호의 요구에 따라 태양열 발전, 풍력 발전 등의 청정에너지 발전과 함께 급속하게 기술 발전이 이루어지고 있는 발전기술이다.

그러나, 태양광 발전은 전력생산에 있어서 지역에 따른 일사량의 의존도가 크고, 에너지 밀도가 낮아 대형 태양전지판이 필요하여 설치장소가 한정적이며, 초기투자비가 큰 문제점이 있다.

최근에는, 태양전지판을 변화하는 태양광의 입사방향을 추적하며 전력을 발전하게 하여, 태양광 발전의 효율을 높일 수 있는 태양광 추적 발전 기술이 개발되기도 하였는데, 이러한 태양광 추적 발전은 기존의 고정식 태양광 발전보다 약 15%의 발전효율을 향상시켰다.

이러한 태양광 추적 발전 기술의 개발과 더불어, 태양광 추적 발전 기술을 시뮬레이션하여 태양광 추적 발전의 발전효율, 태양전지판의 태양 추적의 정확도를 실험함으로써 태양광 추적 발전 기술을 향상시킬 수 있는 태양광 추적 발전 모의 실험장치의 요구가 있어왔다.

본 발명자들은 태양광 추적 발전의 발전효율을 향상시키기 위해, 태양광 추적 발전의 발전효율이나 태양광 추적의 정확도를 실험할 수 있는 모의 실험장치를 연구 노력한 결과, 시간이나 장소에 구애받지 않고 야간이나 실내에서도 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 기술적 구성을 개발하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 태양광 추적발전 모의 실험장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 태양광의 입사 여부나 입사량, 실험장소 등에 구애받지 않고 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 태양광 추적 발전 모의 실험장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 베이스, 상기 베이스 상에 설치되는 아치형 레일, 상기 아치형 레일을 따라 움직이며, 상기 베이스의 상부를 향해 빛을 발광하는 모의 태양, 상기 아치형 레일의 하부에서 상기 빛을 수광하여 전력을 생산하는 태양전지판 및 상기 베이스 상에 부착되고, 상기 태양전지판을 상기 아치형 레일의 하부에서 지지하며, 상기 태양전지판을 y축 또는 x축을 중심으로 회전하게 하여, 상기 태양전지판이 상기 빛의 발광방향을 추적하며 전력을 생산하게 하는 구동부재를 포함하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 구동부재는 회전축이 상기 y축 상에 구비되는 제1 구동모터를 포함하는 y축 구동부 및 상기 제1 구동모터의 회전축과 연결되어, 상기 y축을 중심으로 회전하며, 회전축이 상기 x축 상에 구비되는 제2 구동모터를 포함하는 x축 구동부를 포함하며, 상기 태양전지판은 상기 제2 구동모터의 회전축에 결합하여 상기 x축 또는 상기 y축을 중심으로 회전한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 아치형 레일의 양단은 상기 베이스의 일정부분에 각각 핀 결합하되, 상기 베이스와 나란한 가상의 직선 회전축을 중심으로 각각 핀 결합하며, 상기 아치형 레일의 회전에 의해 상기 모의 태양과 상기 베이스가 이루는 각도인 고도가 조절된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 가상의 직선 회전축 상에 회전축을 두고 상기 베이스 또는 상기 아치형 레일에 구비되며, 상기 아치형 레일을 상기 가상의 직선 회전축을 중심으로 회전하게 하는 제3 구동모터를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 아치형 레일은 상기 아치형 레일의 일단에 구비되고, 상기 가상의 직선 회전축과 수직이며, 상기 베이스와 평행한 제1 회전축을 중심으로 회전하는 제1 벨트풀리, 상기 아치형 레일의 타단에 구비되고, 상기 가상의 직선 회전축과 수직이며, 상기 베이스와 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 벨트풀리 및 상기 벨트풀리들에 걸려 연결되며, 상기 아치형 레일을 따라 좌우 방향으로 움직이는 컨베이어 벨트를 포함하고, 상기 모의 태양은 상기 컨베이어 벨트의 일정부분에 고정되어 상기 컨베이어 벨트의 움직임에 의해 상기 아치형 레일을 따라 움직이며 빛을 발광한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 아치형 레일은 상기 제1 벨트풀리 또는 상기 제2 벨트풀리를 회전시켜, 상기 컨베이어 벨트를 움직이게 하는 제4 구동모터를 더 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 모의 태양은 할로겐 램프로 구비된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 태양전지판의 상부에 구비되고, 상기 빛의 발광방향을 검출하며, 상기 구동부재가 구동되게 하는 광센서 모듈를 더 포함한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 의하면 태양의 이동 궤적과 유사하게 이동하는 모의 태양과 상기 모의 태양을 추적하는 태양전지판를 구비하여 실제 태양광 추적 발전의 발전과정을 보여줄 수 있고, 태양광 추적 발전의 발전효율 실험할 수 있으므로 태양광 추적 발전 기술을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 의하면 태양의 이동 궤 적과 유사하게 이동하는 할로겐 램프를 모의 태양을 이용하므로 실제 태양광의 입사 여부나 입사량에 구애받지 않고 실내에서도 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치의 모의 태양의 확대도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치의 모의 태양의 구동을 설명하기 위한 도면이다.

도면들을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험 장치(100)는 베이스(110), 아치형 레일(120), 모의 태양(130), 태양전지판(140) 및 구동부재(150)를 포함하여 이루어진다.

상기 베이스(110)는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치(100)의 바닥을 규정하며, 상기 아치형 레일(120), 상기 모의 태양(130), 상기 태양전지판(140) 및 상기 구동부재(150)를 지지한다.

상기 아치형 레일(120)은 상기 베이스(110) 상에 설치되고, 아래에서 설명할 모의 태양(130)의 이동경로가 되며, 실제 태양의 이동 궤적인 황도와 대응된다.

또한, 상기 아치형 레일(120)의 양단은 상기 베이스(110)의 일정부분에 결합한다.

더욱 자세하게는, 상기 아치형 레일(120)의 양단은 상기 베이스(110)의 상면과 나란한 가상의 직선 회전축(a)을 중심으로 상기 베이스(110)의 마주보는 두 가장자리에 각각 핀 결합하여, 상기 가상의 직선 회전축(a)을 중심으로 회전한다.

또한, 상기 아치형 레일(120)이 핀 결합하는 상기 베이스(110)의 두 가장자리에는, 각각 상기 가상의 직선 회전축(a)을 따라 핀 홀이 천공된 핀 결합부(111,111a)가 형성되며, 상기 아치형 레일(120)의 양단은 각각 상기 핀 결합부들(111,111a)에 핀 결합한다.

그러나, 상기 아치형 레일(120)의 양단은 상기 아치형 레일(120)이 상기 가상의 직선 회전축(a)을 중심으로 회전할 수 있다면, 어떠한 결합방법으로도 상기 베이스(110)와 결합할 수 있다.

즉, 상기 아치형 레일(120)은 상기 가상의 직선 회전축(a)을 중심으로 회전 하여 상기 베이스(110)와의 각도(d)가 조절되며, 상기 베이스(110)와의 각도(d)는 실제 태양의 고도와 대응된다.

또한, 상기 핀 결합부들(111,111a) 중 어느 하나의 핀 결합부(111a)에는 회전축이 상기 가상의 직선 회전축(a) 상에 구비되고, 상기 아치형 레일(120)을 회전시키는 제3 구동모터(160)가 구비된다.

따라서, 실험자는 상기 제3 구동모터(160)를 이용하여 상기 아치형 레일(120)을 자동으로 회전시킬 수 있다.

그러나, 상기 제3 구동모터(160)는 상기 아치형 레일(120)에 구비되어 상기 아치형 레일(120)을 회전시킬 수 있음은 물론이다.

즉, 상기 제3 구동모터(160)는 상기 가상의 직선 회전축(a) 상에 회전축을 두고 상기 아치형 레일(120)을 회전시킬 수 있다면 상기 베이스(110)나 상기 아치형 레일(120) 중 어느 곳에도 구비될 수 있다.

또한, 상기 아치형 레일(120)은 상기 아치형 레일(120)의 일단에 구비되고 상기 가상의 직선 회전축(a)과 수직이며, 상기 베이스(110)의 상면과 평행한 제1 회전축(b)을 중심으로 회전하는 제1 벨트풀리(121) 및 상기 아치형 레일(120)의 타단에 구비되고 상기 가상의 직선 회전축(a)과 수직이며, 상기 베이스(110)의 상면과 평행한 제2 회전축(c)을 중심으로 회전하는 제2 벨트풀리(122)를 구비한다.

또한, 상기 아치형 레일(120)은 상기 벨트풀리들(121,122)에 걸려 연결되며, 상기 아치형 레일(120)을 따라 움직이는 컨베이어 벨트(123)을 더 구비한다.

더욱 자세하게는, 상기 컨베이어 벨트(123)는 상기 아치형 레일(120)의 내부 에서 좌우 방향으로 움직이며, 아래에서 설명할 모의 태양(130)과 연결되어 상기 모의 태양(130)을 상기 아치형 레일(120)을 따라 움직이게 한다.

또한, 상기 아치형 레일(120)은 회전축을 상기 제1 회전축(b)에 두고 상기 제1 벨트풀리(121)를 회전시켜 상기 컨베이어 벨트(123)를 움직에게 하는 제4 구동모터(124)를 더 구비한다.

그러나, 상기 제4 구동모터(124)는 회전축을 상기 제2 회전축(c) 상에 두고 상기 제2 벨트풀리(122)를 회전시켜 상기 컨베이어 벨트(123)를 움직이게 할 수도 있다.

상기 모의 태양(130)은 상기 아치형 레일(120)을 따라 움직이며, 상기 베이스(110)의 상부를 향해 빛을 발광한다.

또한, 상기 모의 태양(130)은 빛을 발광하는 할로겐 램프(131), 상기 할로겐 램프(131)를 상기 아치형 레일(120)에서 지지하며, 상기 아치형 레일(120)을 따라 슬라이딩하는 슬라이더(133) 및 상기 슬라이더(133)을 상기 컨베이어 벨트(123)에 고정하는 벨트고정부재(132)를 포함한다.

즉, 상기 모의 태양(130)은 상기 아치형 레일(120)을 따라 실제 태양의 움직임과 같이 움직이며 빛을 발광한다.

상기 태양전지판(140)은 상기 모의 태양(130)에서 발광하는 빛을 수광하여 전력을 생산한다.

또한, 상기 태양전지판(140)은 아래에서 설명할 구동부재(150)에 의해 상면이 상기 빛의 발광방향을 향하도록 움직여 상기 모의 태양(130)을 추적한다.

또한, 상기 태양전지판(140)의 상면 중앙부분에는 상기 빛의 발광방향을 검출하는 광센서 모듈(141)을 구비하며, 상기 광센서 모듈(141)은 상기 태양전지판(140)이 상기 빛의 발광방향을 향하도록 상기 구동부재(150)가 구동되게 한다.

상기 구동부재(150)는 상기 베이스(110)의 상면 중앙부에 부착되어 상기 태양전지판(140)을 지지하고, 상기 태양전지판(140)이 x축 또는 y축을 중심으로 회전하게 한다.

또한, 상기 구동부재(150)는 상기 광센서 모듈(141)에 의해 검출된 빛의 발광방향으로 상기 태양전지판(140)의 상면이 향하도록 상기 x축 또는 y축을 중심으로 회전한다.

다시 말해서, 상기 구동부재(150)는 상기 태양전지판(140)이 상기 모의 태양(130)의 움직임을 추적하며 전력을 생산할 수 있게 해주는 역할을 한다.

또한, 상기 구동부재(150)는 상기 태양전지판(140)을 상기 y축을 중심으로 회전시키는 y축 구동부(151) 및 상기 태양전지판(140)을 상기 x축을 중심으로 회전시키는 x축 구동부(152)를 포함한다.

또한, 상기 y축 구동부(151)는 상기 y축 상에 회전축을 두고 회전하는 제1 구동모터(151a)를 구비하며, 상기 x축 구동부(152)는 상기 제1 구동모터(151a)의 회전축과 결합하여 상기 x축을 중심으로 회전하며, 상기 y축에 회전축을 두고 회전하는 제2 구동모터(152a)를 구비한다.

또한, 상기 제2 구동모터(152a)의 회전축에는 상기 태양전지판(140)이 결합한다.

즉, 상기 태양전지판(140)은 상기 제1 구동모터(151a) 및 상기 제2 구동모터(152a)에 의해 각각 y축 및 x축으로 회전하며, 상기 모의 태양(130)을 추적하며 전력을 생산한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치를 보여주는 도면이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치의 모의 태양의 확대도이고,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 추적 발전 모의 실험장치의 모의 태양의 구동을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:태양광 추적 발전 모의 실험장치 110:베이스

111,111a:핀 결합부 120:아치형 레일

121:제1 벨트풀리 122:제2 벨트풀리

123:컨베이어 벨트 124:제4 구동모터

130:모의 태양 131:할로겐 램프

132:벨트 고정부재 133:슬라이더

140:태양전지판 141:광센서 모듈

150:구동부재 151:y축 구동부

151a:제1 구동모터 152:x축 구동부

152a:제2 구동모터 160:제3 구동모터

Claims (8)

1. 실내에서 태양광 추적 발전을 실험할 수 있는 태양광 추적 발전 모의 실험장치에 있어서,

   베이스;

   상기 베이스 상에 설치되는 아치형 레일;

   상기 아치형 레일을 따라 움직이며, 상기 베이스의 상부를 향해 빛을 발광하는 모의 태양;

   상기 아치형 레일의 하부에서 상기 빛을 수광하여 전력을 생산하는 태양전지판;

   상기 베이스 상에 부착되고, 상기 태양전지판을 상기 아치형 레일의 하부에서 지지하며, 상기 태양전지판을 y축 또는 x축을 중심으로 회전하게 하여, 상기 태양전지판이 상기 빛의 발광방향을 추적하며 전력을 생산하게 하는 구동부재; 및

   상기 태양전지판의 상부에 구비되고, 상기 빛의 발광방향을 검출하며, 상기 구동부재가 상기 빛의 발광방향으로 상기 태양전지판을 구동하게 하여, 상기 태양전지판이 상기 모의 태양의 발광방향을 추적하며 전력을 생산하도록 하는 광센서 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동부재:는

   회전축이 상기 y축 상에 구비되는 제1 구동모터를 포함하는 y축 구동부; 및

   상기 제1 구동모터의 회전축과 연결되어, 상기 y축을 중심으로 회전하며, 회전축이 상기 x축 상에 구비되는 제2 구동모터를 포함하는 x축 구동부;를 포함하며,

   상기 태양전지판은 상기 제2 구동모터의 회전축에 결합하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 아치형 레일의 양단은 상기 베이스의 일정부분에 각각 핀 결합하되, 상기 베이스와 나란한 가상의 직선 회전축을 중심으로 각각 핀 결합하며, 상기 아치형 레일의 회전에 의해 상기 모의 태양과 상기 베이스가 이루는 각도인 고도가 조절되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 가상의 직선 회전축 상에 회전축을 두고 상기 베이스 또는 상기 아치형 레일에 구비되며, 상기 아치형 레일을 상기 가상의 직선 회전축을 중심으로 회전하게 하는 제3 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 아치형 레일:은

   상기 아치형 레일의 일단에 구비되고, 상기 가상의 직선 회전축과 수직이며, 상기 베이스와 평행한 제1 회전축을 중심으로 회전하는 제1 벨트풀리;

   상기 아치형 레일의 타단에 구비되고, 상기 가상의 직선 회전축과 수직이며, 상기 베이스와 평행한 제2 회전축을 중심으로 회전하는 제2 벨트풀리; 및

   상기 벨트풀리들에 걸려 연결되며, 상기 아치형 레일을 따라 좌우 방향으로 움직이는 컨베이어 벨트를 포함하고,

   상기 모의 태양은 상기 컨베이어 벨트의 일정부분에 고정되어 상기 컨베이어 벨트의 움직임에 의해 상기 아치형 레일을 따라 움직이는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 아치형 레일은 상기 제1 벨트풀리 또는 상기 제2 벨트풀리를 회전시켜, 상기 컨베이어 벨트를 움직이게 하는 제4 구동모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 모의 태양은 할로겐 램프로 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 발전 모의 실험장치.
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