KR101085523B1 - 태양광 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양추적센서와 함께 태양의 월별 이동경로를 입력하여 프로그램에 따라 트레커를 작동하여 집광효율을 향상시키도록 한 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 태양전지판과, 상기 태양전지판의 배면에 연결되어 상기 태양전지판의 각도를 조절하는 트레커와, 상기 태양전지판의 상부에 설치되어 태양의 각도를 추적하는 태양광 추적센서를 포함하여 구성되는 태양광 감지수단과, 상기 트레커의 주변에 설치되어 바람의 세기를 측정하는 풍속센서와, 상기 태양광 감지수단 및 풍속센서로부터 각종 정보를 받아 연산하여 상기 태양전지판의 각도를 조절하고 월별로 나눠 태양의 이동경로가 입력된 프로그램을 내장하는 제어유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 추적장치{APPARATUS FOR TRACKING THE SUNLIGHT}

본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 특히 전력생산 효율을 증대시키도록 한 태양광 추적장치에 관한 것이다.

현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈되어감에 따라 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다.

태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발생시키는 태양열 발전, 태양광을 이용하여 태양전지로부터 전기를 발생시키는 태양광발전 등이 있다.

여기서, 태양광발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체화합물 소자를 포함한다.

이러한 반도체 화합물들은 주로 실리콘(Si)과 갈륨아세나이드(GaAs)을 포함하며, 실리콘이 가장 많이 활용되고 있는데, 태양전지에 사용되는 반도체 화합물의 종류에 따라 염료감응형 태양전지, CIGS 태양전지, CdTe 태양전지 등의 다양한 태양전지가 현재 개발되어 사용되고 있다.

일반적으로 태양 에너지의 이용에는 크게 태양열의 이용과 태양광의 이용으로 구분한다.

한편, 태양전지는 반도체의 광기전력효과(photovoltaic effect)를 이용하여 동작되는데, 이와 같은 태양전지는 타 에너지원과 비교해볼 때 에너지 변환효율이 낮고, 온도가 높아지면 에너지 변환효율이 더욱 낮아지는 문제점이 있었다. 즉, 태양전지는 태양전지를 이루는 반도체의 특성에 의해 태양전지의 표면온도가 1℃ 상승하게 되면 약 0.5％의 비율로 출력이 감소하였다.

따라서, 태양광 발전 시스템에서 발전 효율을 높이기 위해서는 태양전지가 태양을 정확히 바라보도록 하여 빛의 입사각이 태양전지와 법선을 이루도록 하여야만 한다.

이를 위해서 태양의 움직임에 따라 태양광 발전모듈이 이동할 수 있도록 추적식 태양광 발전 시스템이 필요하다.

일반적으로 추적식 태양광 발전 시스템에는 빛을 감지할 수 있는 센서를 사용하는 방식과 태양의 고도를 미리 입력하여 시간에 따라 태양광 모듈을 이용하는 방식이 있다.

상기 센서를 사용하는 방식은 태양의 위치를 센싱하는 센서의 범위가 한정되어 있어 장시간 구름에 가릴 경우 센서의 범위 밖에 태양이 위치할 때 추적이 불가능하며 설비비용이 고가이고 센서의 감도에 크게 의지한다는 단점이 있다.

또한, 태양의 고도를 미리 입력하여 추적하는 방식에는 추적을 위한 별도의 프로그램이 필요하며 설치비용이 고가이고 프로그램에 오류가 발생하거나 외부전원이 차단되면 동작하지 않는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 태양추적센서와 함께 태양의 월별 이동경로를 입력하여 프로그램에 따라 트레커를 작동하여 집광효율을 향상시키도록 한 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 풍속센서를 설치하여 강풍시 태양전지판을 지면과 수평으로 위치하여 태양전지판의 파손을 미연에 방지하도록 한 태양광 추적장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 추적장치는 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 태양전지판과, 상기 태양전지판의 배면에 연결되어 상기 태양전지판의 각도를 조절하는 트레커와, 상기 태양전지판의 상부에 설치되어 태양의 각도를 추적하는 태양광 추적센서를 포함하여 구성되는 태양광 감지수단과, 상기 트레커의 주변에 설치되어 바람의 세기를 측정하는 풍속센서와, 상기 태양광 감지수단 및 풍속센서로부터 각종 정보를 받아 연산하여 상기 태양전지판의 각도를 조절하고 월별로 나눠 태양의 이동경로가 입력된 프로그램을 내장하는 제어유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 태양광 추적장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 태양추적센서와 함께 태양의 월별 이동경로를 입력하여 프로그램에 따라 트레커를 작동하여 집광효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 풍속센서를 설치하여 강풍시 태양전지판을 지면과 수평으로 위치하여 태양전지판의 파손을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 추적장치에서 태양광 감지수단이 태양전지판에 설치된 상태를 나타낸 정면도
도 2는 본 발명에 의한 태양광 추적장치를 나타낸 측면도
도 3은 도 1의 태양광 감지수단을 개략적으로 나타낸 구성도
도 4는 도 1의 제어유닛을 개략적으로 나타낸 구성도
도 5는 도 1의 태양광 추적센서를 개략적으로 나타낸 평면도
도 6은 도 2의 풍속센서를 개략적으로 나타낸 평면도

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 태양광 추적장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 추적장치에서 태양광 감지수단이 태양전지판에 설치된 상태를 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 태양광 추적장치를 나타낸 측면도이며, 도 3은 도 1의 태양광 감지수단을 개략적으로 나타낸 구성도이고 도 4는 도 1의 제어유닛을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

본 발명에 의한 태양광 추적장치는 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 태양전지판(110)과, 상기 태양전지판(110)의 배면에 연결되어 상기 태양전지판(110)의 각도를 조절하는 트레커(150)와, 상기 태양전지판(110)을 지지하는 지지수단(120)과, 상기 지지수단(120)의 상측에 구성되어 상기 태양전지판(110)의 상부에 설치되어 태양과 상기 태양전지판(110)이 항상 90도를 유지하기 위해 태양의 각도를 추적하는 태양광 추적센서(131) 및 상기 태양전지판(110)에 설치되어 태양광이 가장 강한 곳을 측정하는 일사량 추적센서(132)를 포함하여 구성되는 태양광 감지수단(130)과, 상기 트레커(150)의 주변에 설치되어 바람의 세기를 측정하는 풍속센서(160)와, 상기 태양광 감지수단(130) 및 상기 풍속센서(160)로부터 각종 정보를 받아 연산하여 상기 태양전지판(110)의 각도를 조절하고 월별로 나눠 태양의 이동경로를 입력한 프로그램을 내장하는 제어유닛(140)을 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 태양전지판(110)은 광집광을 위해 CPV셀로 이루어지는데, 상기 CPV셀의 렌즈를 통해 외부에서 입사되는 태양광을 집광함으로써 기존 PV셀보다 태양광 발전의 효율을 증진시킬 수 있다.

상기 풍속센서(160)는 상기 태양전지판(110)의 주변에 설치되는데, 전체 어레이의 중간 부분 높이로 구성되어 바람의 세기를 측정하여 상기 제어유닛(140)에 제공하고, 상기 제어유닛(140)은 상기 풍속센서(160)의 측정결과에 따라 상기 트레커(150)를 제어하여 상기 태양전지판(110)의 각도를 조절한다.

상기 태양광을 집광하는 태양전지판(110)의 셀 부분에서 많은 열이 발생하게 되는데, 집광된 광으로 인해 열의 온도는 수백도에 달하게 되고, 이러한 열은 태양전지판(110)의 효율을 떨어뜨려 상기 셀에 발생된 열을 방출하기 위해 상기 태양전지판(110)의 배면에 방열판(도시되지 않음)을 설치하여 외부로 열을 방출하고 있다.

상기 제어유닛(140)은 태양광 추적센서(131) 및 일사량 추적센서(133)에서 측정된 정보를 전달받아 연산하여 상기 트레커(150)를 제어함으로써 상기 태양전지판(110)과 태양의 각도를 최적의 각도로 유지하여 집광 효율을 한층더 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 제어유닛(140)은 상기 풍속센서(160)로부터 바람의 세기를 전달받아 바람의 세기가 일정 기준 이상일 경우 강풍이라고 판단하여 상기 태양전지판(110)이 지면과 수평으로 위치하도록 제어함으로써 상기 태양전지판(110)의 파손을 미연에 방지할 수도 있다.

또한, 상기 제어유닛(140)은 기상정보를 근거로 태양의 월별 이동경로를 저장하는 프로그램이 입력되어 있고 상기 프로그램을 근거로 태양을 추적할 수 있다. 이때 상기 프로그램으로 저장된 정보는 상황과 지역에 따라 수정이 가능하다.

상기 제어유닛(140)의 프로그램을 근거로 태양전지판(110)의 각도를 조절할 때 오차가 발생하더라도 상기 태양전지판(110)에 부착된 태양광 감지수단(130)을 통해 오차범위를 줄일 수가 있다.

상기 제어유닛(140)은 상기 태양전지판(110)에 결합된 태양광 추적센서(131) 및 상기 태양전지판(110)의 인접한 지역에 설치된 풍속센서(160)로부터 정보가 입력되는 태양광 추적센서 접점(151) 및 풍속센서 접점(152)과, 상기 트레커의 회전 수평각, 및 장비아이디 시간을 표시하는 디스플레이부(153)와, 전원이 입력되는 전원 접점(154)과, 외부와 통신을 수행하는 통신 접점(155)과, MC 및 릴레이 코일 접점으로 모터를 상하좌우로 조작하는 MC코일 접점(156)과, 시간, 트레커 위치, 아이디 등을 설정할 수 있는 프로그램 설정버튼(157)과, 스위치를 연결하여 OFF시 태양광 추적장치의 입력대로 트레커가 움직이며 ON시 외부에 부착된 스위치로 트레커를 조작하는 스위치 ON/OFF 접점(158)과, 상기 스위치 ON/OFF 접점(158)의 스위치를 조작하는 스위치 접점(159)과, 근접센서나 리미트 스위치 등의 접점으로 모터 정지신호를 받는 모터 정지센서 접점(170)과, 수동으로 트레커를 조작하는 트레커 조작버튼(171)을 포함하여 구성되어 있다.

따라서 상기와 같이 구성된 제어유닛(140)은 태양전지판(110)에 부착된 태양광 추적센서(131)로부터 정보를 받아 태양과 90도가 되도록 상기 구동모터를 제어하여 트레커(150)를 통해 태양전지판(100)의 각도를 조절하여 태양광 발전을 효율을 향상시킬 수가 있다.

또한, 상기 풍속센서(160)로부터 정보를 받아 바람의 세기가 일정한 세기 이상일 경우에 상기 태양전지판(110)이 지면과 수평이 되도록 태양전지판(110)이 바람에 의해 파손되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 제어유닛(140)에 부착된 디스플레이부(153)의 화면을 보면서 상기 트레커 조작버튼(161)을 이용하여 수동으로 상하좌우 방향으로 회전하도록 상기 트레커를 조작할 수도 있다.

그리고 월별로 나눠 태양의 이동 경로를 입력한 프로그램을 이용하여 상기 트레커를 조작하여 태양을 추적할 수 있는데, 프로그램으로 태양을 추적하다 오차가 나는 경우나 구름이 끼었을 때 태양광이 가장 강한 방향을 일사량 추적센서를 통해 측정된 정보를 근거로 트레커를 조작하여 태양을 추적할 수도 있다.

도 5는 도 1의 태양광 추적센서를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 6은 도 2의 풍속센서를 개략적으로 나타낸 평면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 태양광 추적센서(131)는 신호를 전달하는 케이블 인출단자(131a)와, 태양광의 각도를 측정하는 포토다이오드(131b)와, 상기 포토다이오드(131b)를 고정하는 고정부재(131c)를 포함하여 이루어져 있다.

도 6에 도시한 바와 같이, 풍속센서(160)는 바람의 세기를 측정하여 제어유닛(140)에 디지털 값으로 전송하는데, 회전축(161)과, 상기 회전축(161)에 일정한 간격을 갖고 나열되는 지지대(162)와, 상기 지지대(162)의 각 끝단에 구성되어 바람의 방향 및 세기에 따라 회전하는 날개(163)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 날개(163)는 바람의 세기에 따라 그 회전속도가 상이하고, 회전속도가 빠르다는 것은 바람이 그만큼 세게 분다는 것을 의미한다.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

110 : 태양전지판 120 : 지지수단
130 : 태양광 감지수단 140 : 제어유닛
150 : 트레커 160 : 풍속센서

Claims (5)

1. 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키기 위한 태양전지판과,
   상기 태양전지판의 배면에 연결되어 상기 태양전지판의 각도를 조절하는 트레커와,
   상기 태양전지판의 상부에 설치되어 태양의 각도를 추적하는 태양광 추적센서를 포함하여 구성되는 태양광 감지수단과,
   상기 트레커의 주변에 설치되어 바람의 세기를 측정하여 상기 태양전지판이 지면과 수평으로 위치하도록 상기 트레커의 주변에 어레이 중간 높이로 설치되는 풍속센서와,
   상기 태양전지판에 설치되어 태양광이 가장 강한 곳을 측정하는 일사량 추적센서와,
   상기 태양광 감지수단 및 풍속센서로부터 각종 정보를 받아 연산하여 상기 태양전지판의 각도를 조절하고 월별로 나눠 태양의 이동경로가 입력된 프로그램을 내장하는 제어유닛을 포함하여 구성되고,
   상기 제어유닛은 상기 태양전지판에 결합된 태양광 추적센서 및 상기 트레커 주변의 풍속센서로부터 정보가 입력되는 태양광 추적센서 접점 및 풍속센서 접점과, 상기 트레커의 회전 수평각 및 장비아이디 시간을 표시하는 디스플레이부와, 전원이 입력되는 전원 접점과, 외부와 통신을 수행하는 통신 접점과, MC 및 릴레이 코일 접점으로 모터를 상하좌우로 조작하는 MC코일 접점과, 시간, 트레커 위치, 아이디를 설정할 수 있는 프로그램 설정버튼과, 스위치를 연결하여 OFF시 태양광 추적장치의 입력대로 트레커가 움직이며 ON시 외부에 부착된 스위치로 트레커를 조작하는 스위치 ON/OFF 접점과, 상기 스위치 ON/OFF 접점의 스위치를 조작하는 스위치 접점과, 근접센서나 리미트 스위치의 접점으로 모터 정지신호를 받는 모터 정지센서 접점과, 수동으로 트레커를 조작하는 트레커 조작버튼을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어유닛은 태양광 추적센서 및 풍속센서에서 측정된 정보를 전달받아 연산하여 상기 태양전지판과 태양의 각도를 90도 유지하도록 상기 트레커를 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
4. 삭제
5. 삭제

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