KR101024983B1 - 솔라 패널의 클리닝 장치 - Google Patents

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KR101024983B1 KR1020090010333A KR20090010333A KR101024983B1 KR 101024983 B1 KR101024983 B1 KR 101024983B1 KR 1020090010333 A KR1020090010333 A KR 1020090010333A KR 20090010333 A KR20090010333 A KR 20090010333A KR 101024983 B1 KR101024983 B1 KR 101024983B1
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Abstract

본 발명은 태양광 발전을 위한 솔라패널 클리닝 장치에 관한 것으로, 특히 솔라 패널의 표면을 자동으로 세척할 수 있도록 하면서도 효과적으로 세척할 수 있게 하고, 경사지게 설치된 솔라 패널의 표면에 대응하여 클리너의 경사각 조절이 가능하도록 할 목적으로, 솔라패널(1) 양측 변의 레일(3)을 따라 이동 가능하게 된 주프레임(10)으로서, 상기 주프레임(10)은 아랫부분에 롤러 축(16)의 양단에서 회동 가능하게 설치된 롤러(11)와, 한 부분에 상기 롤러(11)를 구동시키는 드라이빙 모터(14)를 포함하고, 상기 주프레임(10) 하부에 설치된 서브프레임(20)으로서, 상기 서브프레임(20)은 클리너 구동모터(22)와, 상기 클리너 구동모터(22)에 의해 레일의 길이에 대해 수직 방향으로 이동 가능하게 된 클리너(30)를 포함하는 한편 상기 주프레임(10)에서 수직 방향으로 승/하강 가능하게 된 밸런스 실린더(12)의 로드(13)와 연결되어 주프레임에 대해 승/하강 가능하게 된 솔라패널 클리닝 장치가 제공된다.

Description

솔라 패널의 클리닝 장치{Cleaning device of solar panel}
본 발명은 태양광 발전 시설물에 설치된 태양 전지판(solar panel)의 표면에 쌓인 먼지나 이물질 등을 자동으로 세척 및 세정할 수 있도록 하는 솔라 패널의 클리닝 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전 방식은 발전기의 도움 없이 태양을 이용하여 발전하는 것으로, 즉 태양전지를 이용하여 태양 빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 방식이다.
태양전지는 지금까지의 화학전지와는 다른 구조를 가진 것으로 ‘물리전지’라 할 수 있다. 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체라고 하는 2종류의 반도체를 사용해 전기를 일으키는 것으로, 그 원리는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시킨 태양전지에 태양광이 쪼여지면 태양광이 가지고 있는 에너지에 의해 태양전지에 정공(hole)과 전자(electron)가 발생하고, 정공은 P형 반도체 쪽으로, 전자는 N형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위차(광기전력)가 발생하며 이때, 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 되는데, 이를 광전효과라 한다.
태양광발전의 장점은 공해가 없고, 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 유지보수가 용이하다는 이점이 있고, 대부분의 태양전지 모듈은 여러 태양전지를 직·병렬로 연결하여 발전을 하고 있는데, 이하에서는 이를 솔라 패널(solar panel)이라 지칭한다.
솔라 패널은 태양광에 직접 노출되는 특성상 옥외에 설치되기 때문에 바람이나 먼지, 혹은 비가 오거나 눈이 쌓이는 등의 원인으로 인해 솔라 패널의 표면이 오염되기 쉽고, 이 경우 오염물질로 인해 태양광이 충분히 쪼여지지 않게 되어 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 솔라 패널의 표면은 주기적으로 혹은 필요에 따라서 그 표면을 세척해야 하는데, 대형 발전 시설물에서의 솔라 패널 크기는 수십 미터 내지 수백 미터에 달하기 때문에 이러한 대형 솔라 패널의 표면을 일일이 세척하는 것은 쉽지 않은 문제점이 있다.
이에 따라 상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 솔라 패널의 표면을 자동으로 세척할 수 있도록 하면서도 효과적으로 세척할 수 있도록 하고, 경사지게 설치된 솔라 패널의 표면에 대응하여 경사각 조절이 가능한 솔라 패널 클리닝 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 태풍이나 폭설, 폭우 등의 기상 악조건에서도 손상되지 않고, 방습, 방풍, 방충 및 방열 기능으로 내구성이 향상된 솔라 패널 클리닝 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 수단은,
솔라패널(1) 양측 변의 레일(3)을 따라 이동 가능하게 된 주프레임(10)으로서, 상기 주프레임(10)은 아랫부분에 롤러 축(16)의 양단에서 회동 가능하게 설치된 롤러(11)와, 한 부분에 상기 롤러(11)를 구동시키는 드라이빙 모터(14)를 포함하고, 상기 주프레임(10) 하부에 설치된 서브프레임(20)으로서, 상기 서브프레임(20)은 클리너 구동모터(22)와, 상기 클리너 구동모터(22)에 의해 레일의 길이에 대해 수직 방향으로 이동 가능하게 된 클리너(30)를 포함하는 한편 상기 주프레임(10)에서 수직 방향으로 승/하강 가능하게 된 밸런스 실린더(12)의 로드(13)와 연결되어 주프레임에 대해 승/하강 가능하게 된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 수단으로서, 상기 밸런스 실린더(12)와 로드(13)는 각각 주프레임(10)과 서브프레임(20)의 양측 끝 부분에 연결되어 각 로드(13)의 승/하강 거리가 각각 조절되게 하여 서브프레임(20)이 솔라패널의 경사도에 대응하여 경사지게 한 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직한 실시 수단으로서, 상기 클리너(30)는, 솔라패널의 횡 방향으로 설치되어 클리너 구동모터(22)에 의해 회전 가능하게 된 클리너 구동축(21)과 기어 방식으로 축설되어 구동축 회전으로 이동 가능하게 하여, 서브프레임이 경사지더라도 이동 가능하게 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 솔라 패널 클리닝 장치는, 드라이빙 구동과 크로싱 구동에 의해서 전/후/좌/우 방향 이동이 가능하므로, 솔라 패널의 전 구역을 간편하게 세척할 수 있을 뿐 아니라, 계절별 태양 고도차를 고려하여 솔라 패널의 경사 각도가 변경되더라도 그에 적합하게 대응하여 클리너의 크로싱 각도 조절이 가능하므로 4 계절 언제나 사용할 수 있는 이점이 있다.
더욱이 세척을 물 분사/세척제 분사/에어 분사 등의 순서대로 세척하므로 찌든 때나 굳은 먼지 등의 이물질을 완벽하게 제거할 수 있고, 구동 공정이 각종 감지센서와 컴퓨터 장치에 의해 전자동으로 제어되며, 잠금장치에 의해서 솔라 패널을 고정한 패널 프레임에 클리닝 장치가 견고하게 고정되므로 태풍이나 돌풍 등에 의해서 장치가 떨어져 나가는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 보인 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 구동 방향을 보인 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선의 단면도로서 클리닝 장치의 와이퍼 크로스 구동 구조를 보인 것이고, 도 3은 도 2의 B 방향 관측 측면도이며, 도 4는 도 3의 D-D선의 단면도로서 클리닝 장치의 레일 드라이브 구동 구조를 보인 것이다.
도 1을 참조하는 바와 같이, 솔라패널(1)의 양측 변에는 레일(3)이 설치되고, 본 발명의 클리닝 장치를 구성하는 주프레임(10)은 상기 레일(3)을 따라서 슬라이드 이동 가능하게 설치되는데, 설명의 편의상 이를 드라이빙 구동이라 칭한다.
또한, 주프레임(10) 아랫부분에 설치된 클리너(30)는 주프레임(10)의 길이방향, 즉 주프레임(10)이 이동하는 방향에 대해 직각 방향으로 이동 가능하게 설치되는데, 설명의 편의상 이를 크로싱 구동이라 칭한다.
이와 같이, 본 발명의 클리닝 장치는 주프레임(10)의 드라이빙 구동(도 1에서 수직 방향의 화살표)과, 클리너(30)의 크로싱 구동(도 1에서 수평 방향의 화살표)에 의해서 상기 클리너(30)는 솔라패널(1)의 표면 전체 영역을 지나가면서 세척할 수 있게 된다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 주프레임(10)의 드라이빙 구동 구조를 설명한다.
주프레임(10)의 양측 하부에는 롤러(11)가 구비되고, 각 롤러(11)는 레일(3) 을 따라 이동 가능하게 설치되며, 도 4와 같이 양측 롤러(11)는 롤러 축(16)으로 연결되며, 롤러 축(16)에는 풀리(pulley)(17)가 설치된다. 또한 주프레임(10)에 드라이빙 모터(14)가 설치되고 상기 드라이빙 모터(14)와 풀리(17)는 벨트, 체인과 같은 연결수단(15)으로 연결된다.
이러한 구조에 따라, 상기 드라이빙 모터(14)가 구동하면, 구동력이 연결수단(15)을 통해 풀리(17)를 회전시키고, 풀리(17)가 회전하면서 양측 롤러(11)가 회전하여 주프레임(10)이 레일(3)을 따라 전/후 방향으로 이동할 수 있게 된다.
한편, 상기 주프레임(10)의 하부에는 서브프레임(20)이 설치되며, 상기 서브프레임(20)은 클리너(30)의 크로싱 구동을 제공한다. 도시된 바와 같이 서브프레임(20)에는 클리너 구동모터(22)가 설치되고, 상기 클리너 구동모터(22)는 상기 롤러 축(16)의 길이방향으로 설치된 클리너 구동축(21)을 회전시킨다.
상기 클리너 구동축(21)에는 클리너(30)가 축설되며, 이때 상기 클리너 구동축(21)의 외면은 나사산 형태의 기어가 형성되고, 상기 클리너(30)의 관통 부분에도 상기 나사산 형태의 기어와 대응하여 결합하는 기어가 형성되어 있어서, 이들 클리너(30)와 구동축(21)은 상호 기어 방식으로 결합되어 있다.
이러한 구조에 따라, 클리너 구동모터(22)가 구동하면, 상기 클리너 구동축(21)을 회전시키고, 이 회전에 따라 기어 방식으로 축설된 클리너(30)가 도면상 좌측 혹은 우측으로 이동한다.
도 5는 도 2의 C부 확대도로서 클리너의 세부 구조를 보인 것이다.
도 2 내지 도 5를 참조하는 바와 같이, 상기 클리너(30)는 솔라패널(1)의 표 면을 닦기 위한 와이퍼(31)가 적어도 하나 이상 구비되고, 상기 와이퍼(31)와 함께 복수 개의 분사노즐이 구비될 수 있으며, 상기 와이퍼의 재질이나 형태는 제한이 없다.
상기 분사노즐의 예로서, 도 5와 같이 물을 분사하는 물 분사노즐(35)과, 세정제를 분사하는 세정제 분사 노즐(34), 그리고 다시 물을 분사하는 물 분사 노즐(33)을 비롯하여 공기를 분사하는 에어 분사 노즐(32)이 순서대로 설치될 수 있으며, 이들 순서는 도시된 예로 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 열거된 분사노즐에서 택일 되거나 또는 1종 이상의 분사노즐이 하나 또는 그 이상 설치될 수 있다. 또한, 각 분사노즐 사이에는 와이퍼(31)가 설치될 수 있다.
크로싱 구동의 일 예로써 클리너 구동모터(22)에 의해서 도 5와 같이 클리너(30)가 솔라패널(1)의 우측 방향(화살표 참조)으로 이동하면, 먼저 물 분사노즐(35)에서 물이 분사되어 솔라패널(1) 표면의 이물질을 적신 후, 다음에 진행하는 와이퍼(31)로 젖은 이물질을 닦아낸다. 이후 세정제 분사노즐(34)이 세정제를 분사하면 와이퍼(31)가 세정제를 솔라패널(1) 표면에 고르게 도포하며, 이후 다시 물 분사노즐(33)이 물을 분사한 다음 와이퍼(31)가 세정제를 씻어낸다. 그리고 에어 분사노즐(32)이 강하게 에어를 분사하여 물기를 제거하게 된다.
이러한 순서로 클리너(30)가 우측 방향의 끝까지 이동하면, 서브프레임(20)이 위로 상승하여 와이퍼(31)가 솔라패널(1)의 표면에서 떨어지게 한 뒤, 좌측(도 5의 점선 화살표 참조)으로 이동하여 클리너(30)가 원위치로 복귀하며, 이후 드라이빙 모터(14)의 구동에 의해서 주프레임(10)이 다음 위치, 즉 클리닝이 되지 않은 위치로 드라이빙 구동한 후, 다시 도 5와 같은 크로싱 구동을 반복하는 공정을 연속하여 솔라패널(1)의 표면 전체를 세척할 수 있다.
상기 클리너(30)로의 물 혹은 세정제의 공급은 주프레임(10) 상에 설치된 물 혹은 세정제 탱크(5)에서 공급받으며, 세정효율을 향상시키기 위해 상기 물은 온수가 제공될 수 있다. 이때 주프레임(10) 상에는 물을 가열시키기 위한 히팅수단이 구비될 수 있다. 물론 상기 주프레임(10) 상부에 에어 펌프가 설치됨으로써 상기 에어 분사노즐(32)로 에어를 분사할 수 있다.
또한, 상기 제시된 분사수단 외에도, 분사노즐은, 솔라패널(1)의 표면을 코팅하기 위한 코팅액 분사노즐, 미세한 먼지를 진공 흡입하는 먼지 흡입수단 등이 부가될 수 있으며, 상기 와이퍼(31)는 고무나 실리콘과 같이 신축성과 유연성이 있는 재료 등에서 선택될 수 있다.
바람직한 형태로서, 상기 주프레임(10) 상에는 상기 각종 장치요소, 즉 물탱크(5), 히팅수단, 에어펌프를 비롯하여 후술하는 밸런스 실린더(12) 등을 외부로부터 격리하여 보호하기 위해 커버(6)를 설치할 수 있으며, 상기 커버(6)가 설치되면 내부 장치들이 바람이나 비, 눈, 해충, 먼지 등에 의해서 보호된다.
한편, 상기 클리너(30)의 크로싱 구동시 원위치로 복귀할 때 서브프레임(20)이 상승하는 구동을 설명하였던 바, 즉 본 발명에 의하면, 상기 서브프레임(20)이 주프레임(10)에 대해 승/하강 가능한 구조이며, 이로써 도 6과 같이 구성하는 경우 서브프레임(20)이 경사진 상태에서 크로싱 구동을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 경사 밸런스 조절 구조를 보 인 것이다.
도 6을 참조하는 바와 같이, 서브프레임(20)은 주프레임(10) 상에 설치된 밸런스 실린더(12)에 연결, 고정된다. 상기 밸런스 실린더(12)는 공압 혹은 유압 방식에 의해서 실린더 로드(13)가 상/하 방향으로 이동 가능하게 설치되며, 상기 로드(13)의 하측 끝 부분에는 서브프레임(20)이 힌지(hinge) 형태로 회동 가능하게 고정된다.
이때 상기 밸런스 실린더(12)는 주프레임(10)의 양측 끝 부분에 설치되고, 또한, 각 밸런스 실린더(12)에 설치된 로드(13) 역시 서브프레임(20)의 양측 끝 부분에 설치되며, 각 실린더 로드(13)의 승강 거리는 각각 서로 다르게 조절되는 것이 가능한데, 이 경우 서브프레임(20)은 솔라패널(1)의 경사 각도에 대응하여 경사진 상태에서 클리어 구동을 수행할 수 있다.
즉, 솔라패널(1)은 태양광을 이용한 발전 설비이므로, 계절별로 태양의 고도차에 따라 경사 각도가 변경된다. 이때 양측 밸런스 실린더(12)의 각 로드(13)의 돌출 길이를 다르게 하면 서브프레임(20)을 경사지게 할 수 있으며, 양측 로드(13)의 돌출 정도에 따라 서브프레임(20)의 경사각을 조절할 수 있다. 따라서 클리너(30)는 서브프레임(20)의 경사진 상태에서 크로싱 구동하므로 경사진 솔라패널(1)의 표면을 세척할 수 있게 된다. 물론, 상기 서브프레임(20)의 경사각은 솔라패널(1)의 경사각을 감지하는 센서의 신호에 연동하여 상기 밸런스 실린더(12)의 구동량을 자동으로 조절되게 할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 잠금장치 구조를 보인 것이 다.
도 7을 참조하는 바와 같이, 상기 주프레임(10) 한 부분에는 고리 형태의 잠금장치(40)가 설치되고 상기 잠금장치는 필요에 따라 솔라패널(1)을 고정 설치한 패널 고정프레임(2)에 걸 수 있도록 설치될 수 있는데, 상기 잠금장치(40)를 걸 수 있는 위치는 제한되지 않는다.
상기 잠금장치(40)는 태풍이나 폭풍과 같이 거센 바람에 의해서 클리닝 장치가 레일(3)에서 이탈하지 않도록 하기 위한 것으로, 이러한 목적을 위해서라면, 상기 잠금장치(40)의 형태를 다양하게 변형 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능함을 이해해야 하고, 그에 따라 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위 및 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상까지 포함하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 구동 방향을 보인 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선의 단면도로서 클리닝 장치의 와이퍼 크로스 구동 구조를 보인 것이다.
도 3은 도 2의 B 방향 관측 측면도이다.
도 4는 도 3의 D-D선의 단면도로서 클리닝 장치의 레일 드라이브 구동 구조를 보인 것이다.
도 5는 도 2의 C부 확대도로서 클리너의 세부 구조를 보인 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 경사 밸런스 조절 구조를 보인 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 솔라패널 클리닝 장치의 잠금장치 구조를 보인 것이다.
< 도면의 부호 설명 >
1... 솔라패널 2... 패널 고정프레임
3... 레일 5... 저장탱크
6... 커버
10... 주프레임 11... 롤러
12... 밸런스 실린더 13... 실린더 로드
14... 드라이빙 모터 15... 연결수단
16... 롤러축 17... 풀리(pulley)
20... 서브프레임 21... 클리너 구동축
22... 클리너 구동모터
30... 클리너 31... 와이퍼(wiper)
32~35... 노즐(nozzle)
40... 잠금장치

Claims (7)

  1. 태양광 발전을 위한 솔라패널 클리닝 장치로서,
    저부에 롤러 축(16)의 양단에서 회동 가능하게 설치된 롤러(11)와, 일측에 상기 롤러(11)를 구동시키는 드라이빙 모터(14)를 포함하여, 솔라패널(1) 양측 변의 레일(3)을 따라 이동 가능하게 된 주프레임(10);
    상기 주프레임(10) 하부에 설치되되,
    클리너 구동모터(22)와, 상기 클리너 구동모터(22)에 의해 레일의 길이에 대해 수직 방향으로 이동 가능하게 된 클리너(30)를 포함하고, 상기 주프레임(10)에서 수직 방향으로 승/하강 가능하게 된 밸런스 실린더(12)의 로드(13)와 연결된 서브프레임(20);으로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔라패널 클리닝 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸런스 실린더(12)와 로드(13)는 각 실린더 로드(13)의 승/하강 거리가 솔라패널(1)의 경사도에 대응하여 서로 다르게 조절되도록 각각 주프레임(10)과 서브프레임(20)의 양측 단부에 연결된 것을 특징으로 하는 솔라패널 클리닝 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 클리너(30)는, 솔라패널의 횡 방향으로 설치되어 클리너 구동모터(22)에 의해 회전 가능하게 된 클리너 구동축(21)과 기어 방식으로 축설되어 구동축 회전으로 이동 가능하게 된 것을 특징으로 하는 솔라패널 클리닝 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 클리너(30)는, 솔라패널의 표면과 접하는 적어도 하나 이상의 와이퍼(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 솔라패널의 클리닝 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 클리너(30)는, 물 분사 노즐, 세정제 분사 노즐, 에어 분사 노즐 중 어느 하나 또는 하나 이상 선택된 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 솔라패널의 클리닝 장치.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주프레임(10) 일측에 상기 솔라패널을 고정한 패널 고정프레임(2)과 연결되는 장금장치(40)가 구비된 것을 특징으로 하는 솔라패널의 클리닝 장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주프레임(10)의 상부에 클리닝 장치를 외부와 차단하는 커버(6)가 형성된 것을 특징으로 하는 솔라패널의 클리닝 장치.
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