KR101087553B1 - 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치 - Google Patents

무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치 Download PDF

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Abstract

무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치가 개시된다. 본 발명의 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈은, 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체; 및 태양에너지 모듈 본체에 부분적으로 결합되며, 태양에너지 모듈 본체의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈 본체의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 간단하고도 단순한 구조를 가지기에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 별도의 동력원 없이도 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거할 수 있어 결과적으로 태양광 발전량의 향상을 기대할 수 있다.

Description

무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치{Solar Energy Module Having Non-Power Waste Remover, and Sun Location Tracking Apparatus of Solar Heat or Photovoltaic Collectors Having The Same}
본 발명은, 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고도 단순한 구조를 가지기에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 별도의 동력원 없이도 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거할 수 있어 결과적으로 태양광 발전량의 향상을 기대할 수 있는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치에 관한 것이다.
석탄이나 석유와 같은 화학에너지의 고갈 및 화학에너지 사용에 따른 환경오염 문제로 인해 근자에 들어서는 대체에너지의 개발에 노력을 기울이고 있는데, 그 중에 하나가 태양에너지를 이용한 태양광 발전(Photo Voltaic)이다. 태양광 발전이라 함은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술이다.
기본 원리에 대해 간략하게 살펴보면, p-n 접합 반도체로 구성된 태양 전지(solar cell)에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자와 양공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생함으로써 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르는 결과를 이용한다.
이처럼 무한정, 무공해의 태양에너지를 전기에너지로 변환시키기 위해서는 무엇보다도 태양의 위치를 추적하여 태양열을 집열하거나 또는 태양광을 집광하기 위한 기술의 개발이 요구된다. 즉, 자전과 공전에 따라 태양의 위치가 계속해서 바뀌기 때문에 단위시간 당 보다 많은 양의 태양에너지를 집열 및 집광하기 위한 수단으로서 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치가 요구된다.
기존에 알려지거나 이미 상용화를 준비 중에 있는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치는, 태양에너지(태양열 및 태양광 포함)를 집열 또는 집광하기 위한 다수의 태양에너지 모듈과, 태양에너지 모듈들을 지지하는 다수의 토크튜브와, 토크튜브를 지면에 대해 지지하는 지지부와, 다수의 토크튜브에 결합되어 다수의 태양에너지 모듈을 일체로 회전 가능하게 지지하되 상호간 고정되게 설치되는 드라이브 스트럿(drive strut) 및 토크아암(torque arm)들과, 드라이브 스트럿 및 토크아암을 구동시키는 구동유닛을 구비한다. 이에, 구동유닛이 동작되어 드라이브 스트럿 및 토크아암을 구동시키면, 그에 연동하여 태양에너지 모듈이 회전하면서 태양에너지를 집열할 수 있게 된다.
한편, 태양에너지 모듈은 태양의 복사에너지를 전기에너지로 바꾸어주는 그 특성상 야외 공간에 설치된다. 단위 면적당 많은 양의 전기 에너지를 생산하고자 한다면 사이즈가 큰 태양에너지 모듈들을 정해진 공간 내에 가능한 많이 설치해야 하는 것이 일반적이다.
그런데, 이처럼 야외 공간에 태양에너지 모듈을 설치하게 되면 모래나 먼지 등의 이물이 태양에너지 모듈의 표면에 접촉되어 태양에너지 모듈의 표면이 오염되는 문제점이 발생된다. 특히, 모래 바람이 심한 사막과 같은 장소 등에 태양에너지 모듈을 설치하면 이러한 문제점은 배가될 것이다.
한편, 태양에너지 모듈의 표면은 태양의 복사에너지를 흡수시키기 위해 일반적으로 유리(유리가 일반적이나 플라스틱일 수도 있음)로 되어 있는데, 이처럼 태양에너지 모듈의 표면이 오염되면 복사에너지가 오히려 반사되거나 흡수되는 복사에너지의 양이 줄어들 수밖에 없기 때문에 결과적으로 태양광 발전량의 손실을 초래한다.
이에, 태양에너지 모듈에 동력원으로서의 전기모터와, 전기모터의 동력에 의해 동작되는 동력전달장치와, 동력전달장치에 연결되어 실질적으로 이물을 제거하는 이물 제거용 브러시 등의 다소 복잡한 구조를 설치하여 태양에너지 모듈의 표면에 잔존될 수 있는 이물을 제거하기 위한 방안을 고려해 볼 수 있다.
그렇지만, 단지 몇 개의 태양에너지 모듈이 아닌 넓은 야외 공간에서 수십 혹은 수백 개 이상의 태양에너지 모듈이 설치되어 전기에너지를 생산하고 있다는 점을 감안할 때, 복잡한 구조를 갖게 되면 설치가 어렵고, 특히 전기모터와 같은 별도의 동력원을 사용하고 또한 전기모터의 인위적인 온/오프(on/off) 동작에 기초하여 태양에너지 모듈의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거한다는 것은 다소 실효성이 떨어질 수밖에 없어 상용화가 곤란하므로 이와 다른 새로운 방안이 요구된다.
본 발명의 목적은, 간단하고도 단순한 구조를 가지기에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 별도의 동력원 없이도 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거할 수 있어 결과적으로 태양광 발전량의 향상을 기대할 수 있는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체; 및 상기 태양에너지 모듈 본체에 부분적으로 결합되며, 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈에 의하여 달성된다.
여기서, 상기 무동력 이물 제거유닛은, 노출단부가 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 접촉되어 상기 이물을 제거하는 이물 제거부재; 및 상기 이물 제거부재가 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면을 따라 이동되도록 상기 이물 제거부재를 상기 태양에너지 모듈 본체에 대해 이동 가능하게 지지하는 이동 지지체를 포함할 수 있다.
상기 이동 지지체는, 상기 태양에너지 모듈 본체의 측벽에 마련되는 레일; 및 상기 이물 제거부재가 착탈 가능하게 결합되며, 단부가 상기 레일에 결합되어 상기 레일을 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동되는 슬라이더를 포함할 수 있다.
상기 슬라이더의 단부에는 상기 레일 상에서 상기 레일을 따라 슬라이딩 이동되는 슬라이딩 이동부재가 더 결합될 수 있다.
상기 슬라이더는, 상기 이물 제거부재가 결합되며 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면과 나란하게 배치되는 슬라이딩 가로바아; 및 상기 슬라이딩 가로바아의 단부에서 상기 슬라이딩 가로바아의 길이 방향에 교차되는 방향으로 절곡되는 슬라이딩 세로바아를 포함할 수 있다.
상기 레일에는 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전각도가 미리 결정된 각도보다 작은 경우 상기 슬라이딩 이동부재의 슬라이딩 이동을 일시적으로 저지시키는 슬라이딩 이동 저지홈이 더 형성될 수 있다.
상기 슬라이딩 이동 저지홈은 아크(arc) 형상으로 가공될 수 있다.
상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 양측벽에 상호 대칭되게 마련될 수 있다.
상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 별도로 결합될 수 있다.
상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 일체로 형성될 수 있다.
상기 이물 제거부재는 브러시일 수 있다.
한편, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 지면에 대해 기립 배치되는 지지대; 상기 지지대에 대하여 상대 회전 가능하게 결합되는 제1 토크튜브; 상기 제1 토크튜브를 회전시키는 구동유닛; 상기 제1 토크튜브의 회전에 연동하여 상기 제1 토크튜브에 인접한 제2 토크튜브가 회전하도록 상기 제1 토크튜브와 상기 제2 토크튜브를 상호 연결하는 제1 연동연결유닛; 및 상기 제1 토크튜브에 결합되며, 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체와, 상기 태양에너지 모듈 본체에 부분적으로 결합되며 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 간단하고도 단순한 구조를 가지기에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 별도의 동력원 없이도 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거할 수 있어 결과적으로 태양광 발전량의 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 요부 확대도이다.
도 3은 도 2의 "A"의 부분 확대도이다.
도 4는 무동력 이물 제거유닛의 요부 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 각각 도 1에 도시된 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치의 동작에 따른 무동력 이물 제거유닛의 동작을 함께 도시한 도면들이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치의 사시도이다.
이 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치(1)는, 지면에 대해 기립 배치되는 지지대(10)와, 지지대(10)에 대하여 상대 회전 가능하게 결합되는 토크튜브(20,50,60)와, 토크튜브(20,50,60)를 회전시키는 구동유닛(30)과, 제1 토크튜브(20)에 결합되며, 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체(5)와, 태양에너지 모듈 본체(5)에 부분적으로 결합되며 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛(100, 도 2 참조)을 구비하는 태양에너지 모듈(3)을 포함한다.
여기서 토크튜브(20,50,60)는 다수의 태양에너지 모듈(3)과 결합하기 때문에 토크튜브(20,50,60) 역시 다수의 토크튜브(20,50,60)가 마련되는데, 본 실시예에서는 제1 토크튜브(20)와, 제1 토크튜브(20)에 대해 양측으로 이격 배치되어 있는 제2 토크튜브(50) 및 제3 토크튜브(60)가 마련된다.
전술된 구동유닛(30)은 제1 토크튜브(22)를 회전시키고, 제1 토크튜브(20)의 회전에 연동하여 제1 토크튜브(20)에 인접한 제2 토크튜브(50)가 회전하도록 제1 토크튜브(20)와 제2 토크튜브(50)를 상호 연결하는 제1 연동연결유닛(40)과, 제1 토크튜브(20)의 회전에 연동하여 제3 토크튜브(60)가 회전할 수 있도록 제1 토크튜브(20)의 제1 토크아암(31)과 제3 토크튜브(60)에 결합되는 제3 토크아암(61)에 상호 연결되는 제2 연동연결유닛(70)이 더 마련된다.
지지대(10)는, 제1 토크튜브(20), 제2 토크튜브(50) 및 제3 토크튜브(60)를 각각 지면에 대해 지지하는 부분이다. 이러한 지지대(10)는 지면의 콘크리트 타설 시 콘크리트에 삽입되어 고정됨으로써 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)는 각각 견고하게 지지된다. 도면에 보면 지지대(10)가 단면 원형상의 봉 타입(type)으로 도시되어 있지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
지지대(10)에 상대 회전 가능하게 결합된 토크튜브(20,50,60), 즉 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60) 모두는, 태양에너지를 집열 또는 집광하기 위한 태양에너지 모듈(3)을 회전 가능하게 지지하는 부분이다. 본 실시예에서는 도 1의 X축 방향을 따라 3개(3열)의 제1 토크튜브(20), 제2 토크튜브(50) 및 제3 토크튜브(60)를 개시하고 있다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 3개(3열)의 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60) 외에도 도 1의 X축 방향을 따라 4개(4열) 이상의 토크튜브가 마련될 수도 있으며, 경우에 따라서는 2개(2열)의 제1 및 제2 토크튜브(20,50)만이 마련될 수도 있는 것이다.
본 실시예의 태양에너지 모듈(3)은, 태양에너지가 태양열인 경우 태양열을 집열하고, 태양에너지가 태양광인 경우 태양광을 집광하는 역할을 한다. 물론, 후술하는 바와 같이, 본 실시예의 경우에는 태양의 위치에 따라 태양에너지 모듈(3)이 움직여야 하기 때문에 본 실시예의 태양에너지 모듈(3)은 주로 태양광을 집광하는 역할을 하게 되지만, 태양열을 집열하는 수단으로 적용되거나 사용되더라도 무방하다.
참고로, 태양에너지 모듈(3)이란, p-n 접합 반도체로 구성된 태양 전지(solar cell)가 직렬 혹은 병렬 연결된 후, 기후에 견딜 수 있는 단단한 재료와 구조로 만들어진 태양전지 모듈(solar cell module)을 가리키지만, 본 발명의 권리범위가 반드시 이에 제한되는 것은 아니므로 태양에너지 모듈(3)의 표면, 다시 말해 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면은 전술한 바와 같이, 유리일 수 있지만 플라스틱 특히, 볼록 렌즈일 수도 있다.
본 실시예에서의 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)는 각형 강관으로 제작되고 있다. 이는 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)가 태양에너지 모듈(3)이 직접 결합되는 부재임을 고려하여 각형 강관을 일 예시로 들었을 뿐, 태양에너지 모듈(3)을 지지하는 토크튜브로서의 기능을 수행할 수 있는 한 형상의 제한은 없다.
본 실시예에 따른 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치(1)는 인적이 드물고 광활한 공간에 설치된다는 점을 고려해볼 때, 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)는 그 길이가 긴 것이 사용되어야 한다. 하지만, 제작 상 무한정 길이가 긴 강관을 제작하는 것은 쉽지 않다.
구동유닛(30)은, 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60) 중에서 제1 토크튜브(20)를 직접 구동시켜 회전시키는 역할을 한다. 이러한 구동유닛(30)은, 제1 토크튜브(20)에 결합되는 제1 토크아암(31)과, 제1 토크아암(31)에 연결되어 제1 토크튜브(20)를 회전시키는 구동부(33)를 구비한다.
제1 토크아암(31)은, 제1 토크튜브(20)의 길이 방향에 교차하는 방향으로 제1 토크튜브(20)에 결합되며, 구동부(33)의 동작 시 제1 토크튜브(20)와 함께 지면에 대하여 소정의 회전운동을 한다.
구동부(33)는, 제1 토크아암(31)을 직접 회전시키는 구성이다. 이러한 구동부(33)의 구동에 의하여 제1 토크아암(31)이 회전운동하게 되고, 이에 따라 제1 토크튜브(20)의 회전운동이 이루어질 수 있게 된다.
이러한 구동부(33)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 토크튜브(20)와 제2 토크튜브(50) 사이에 배치된다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 구동부(33)가 제2 토크튜브(50)와 제3 토크튜브(60) 사이에 배치되어도 좋다.
이와 같이, 구동부(33)가 제1 토크튜브(20)와 제2 토크튜브(50) 사이에 배치됨에 따라 종래의 구동유닛(미도시) 사용으로 인해 야기되던 면적 손실 및 구조상 제약 문제를 적절하게 해소할 수 있게 된다. 즉, 종래에는 그 구조상 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)들 사이에 구동부(33)가 배치될 수 없는 구조로 인하여 면적 손실 및 구조상 제약 문제가 발생되었다. 하지만, 본 실시예에서는 후술할 제1 연동연결유닛(40) 및 제2 연동연결유닛(70)의 유기적인 메커니즘에 의해 구동부(33)가 제1 토크튜브(20)와 제2 토크튜브(50) 사이에 배치될 수 있게 됨으로써 종래의 문제점을 해소할 수 있게 된 것이다. 본 실시예의 경우 구동부(33)는 제1 토크아암(31)을 밀거나 당기기 위한 스크루잭(35)을 포함하는 트래커(tracker)로 마련되고 있지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 연동연결유닛(40)은, 구동부(33)에 의해 제1 토크튜브(20)가 회전될 경우, 제1 토크튜브(20)의 회전에 연동하여 제1 토크튜브(20)에 인접한 제2 토크튜브(50)가 회전하도록 제1 토크튜브(20)와 제2 토크튜브(50)를 상호 연결하는 구조물이다.
제2 연동연결유닛(70)은, 제1 토크튜브(20)의 회전에 연동하여 제3 토크튜브(60)가 유기적으로 회전될 수 있도록 하는 역할을 한다. 제2 연동연결유닛(70)은, 제1 토크튜브(20)의 회전에 연동하여 제3 토크튜브(60)가 회전할 수 있도록, 제1 토크튜브(20)의 제1 토크아암(31)과 제3 토크튜브(60)에 결합되는 제3 토크아암(61)에 상호 연결된다. 이러한 제2 연동연결유닛(70)은, 일단에서 제1 토크아암(31)의 하단부 및 스크루잭(35)의 일단부와 결합되고, 타단에서 제3 토크아암(61)의 하단부와 결합되는 하부연결축(71)을 구비한다.
구동부(33)의 스크루잭(35)에 의해 제1 토크아암(31)이 회전하는 경우, 제1 토크아암(31)의 하단부 및 스크루잭(35)의 일단부와 연결된 제2 연동연결유닛(70)의 하부연결축(71) 역시 제1 토크아암(31)에 기초하여 유기적으로 동작되면서 제3 토크튜브(60)를 회전시켜 제3 토크튜브(60)에 결합된 태양에너지 모듈(3)을 회전시킬 수 있게 되는 것이다.
한편, 태양에너지 모듈(3)은, 모듈회전저지유닛(미도시)에 의하여 임의 회전이 저지된 상태에서 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)에 각각 결합된다.
참고로, 제2 토크튜브(50) 및 제3 토크튜브(60)를 포함하여, 도시되지는 않았지만 태양에너지 모듈(3)이 연속 배열되는 X축 방향으로 배치될 제4 이상의 토크튜브(미도시)들에 구비되는 모듈회전저지유닛(미도시)들 역시 전술된 모듈회전저지유닛(미도시)과 동일한 바, 이들에 대해서는 도시 및 설명을 생략하기로 한다.
모듈회전저지유닛(미도시)은, 태양에너지 모듈(3)을 제1 토크튜브(20)에 결합시키는 역할 외에도 특히, 제1 토크튜브(20)에 결합된 태양에너지 모듈(3)의 임의 회전을 저지하는 역할을 한다. 여기서, 임의 회전이라 함은, 태양에너지 모듈(3)이 지면에 정역 방향으로 회전하는 것을 의미한다.
한편, 이하에서는 전술된 바와 같이 태양에너지 모듈(3)에 부분적으로 결합되어 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛(100)에 대해 도 2 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 요부 확대도이고, 도 3은 도 2의 "A"의 부분 확대도이며, 도 4는 무동력 이물 제거유닛의 요부 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 각각 도 1에 도시된 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치의 동작에 따른 무동력 이물 제거유닛의 동작을 함께 도시한 도면들이다.
이들 도면을 참조하되 주로 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 태양에너지 모듈(3)은, 태양에너지 모듈 본체(5)와, 태양에너지 모듈 본체(5)에 부분적으로 결합되며 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛(100)을 포함한다.
태양에너지 모듈 본체(5)의 표면은 앞서 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치에서 설명하였듯이 통상의 유리이거나 볼록 렌즈일 수 있고, 이외에 플라스틱으로 마련될 수 있다. 본 실시예에서의 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면은 유리이다.
태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존하는 이물을 제거하기 위한 무동력 이물 제거유닛(100)은, 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면 측으로 노출되는 노출단부가 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면과 접촉되면서 이물을 제거하는 이물 제거부재(110)와, 이물 제거부재(110)가 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면상에서 슬라이딩 이동될 수 있도록 이물 제거부재(110)를 태양에너지 모듈 본체(5)에 대해 이동 가능하게 지지하는 이동 지지체(130)를 포함한다.
이물 제거부재(110)의 설명에 앞서 무동력 이물 제거유닛(100)의 이동 지지체(130)에 대해 살펴보면 이동 지지체(130)는, 태양에너지 모듈 본체(5)의 측벽에 마련되는 레일(131)과, 이물 제거부재(11)가 착탈 가능하게 결합되며 단부가 레일(131)에 결합되어 레일(131)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동되는 슬라이더(133)를 포함한다.
슬라이더(133)는 이물 제거부재(110)가 결합되며 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면과 나란하게 배치되는 슬라이딩 가로바아(133a)와, 슬라이딩 가로바아(133a)의 단부에서 슬라이딩 가로바아(133a)의 길이 방향과 교차되는 방향으로 절곡되는 슬라이딩 세로바아(133b)를 포함한다.
슬라이더(133)의 슬라이딩 가로바아(133a)는 일반적으로 직육면체나 원통형의 긴 봉 형태로 형성되나 슬라이딩 가로바아(133a)의 이러한 형태는 하나의 예시일 뿐 이에 한정되지 않고 다양한 형태로 형성될 수 있고, 본 실시예에서는 직육면체의 긴 봉 형태로 형성된다.
슬라이딩 가로바아(133a)에는 태양에너지 모듈 본체(5)와 마주하는 일측에 결합홈(미도시)이 형성되며, 이 결합홈(미도시)에 태양에너지 모듈 본체(5) 표면의 이물을 제거하는 이물 제거부재(110)가 결합될 수 있다. 심하게 오염되거나 끝이 마모된 이물 제거부재(110)는 제거될 수 있어야 하기 때문에 이물 제거부재(110)는 슬라이딩 가로바아(133a)의 결합홈(미도시)에 손쉽게 착탈되는 구조를 가지면 좋다.
슬라이더(133)에는 그 양단부에 레일(131) 상에서 레일(131)을 따라 무동력으로 슬라이딩 이동되는 슬라이딩 이동부재(135)가 더 결합된다. 슬라이딩 이동부재(135)는 플라스틱 사출물로서 레일(131) 상에서 레일(131)을 따라 무동력으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로 슬라이딩 이동부재(135)로서 레일(131) 상에서 레일(131)을 따라 무동력으로 구름이동되는 무동력 구름이동 휠(미도시)이 적용되어도 좋다. 이러한 경우, 무동력 구름이동 휠은 슬라이딩 세로바아(133b)의 단부에 결합된 상태에서 레일(131)에 구름이동 가능하게 결합될 수 있는데, 무동력 구름이동 휠과 슬라이딩 세로바아(133b)의 사이에 베어링(미도시)이 개재되어 무동력 구름이동 휠의 회전운동이 보다 원활해질 수 있도록 하면 더욱 좋다. 물론, 베어링이 없더라도 무동력 구름이동 휠은 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전운동에 연동하여 충분히 구름이동될 수 있으나, 무동력 구름이동 휠과 슬라이딩 세로바아(133b)의 사이에 베어링이 개재되면 무동력 구름이동 휠의 구름이동이 훨씬 부드러워지고, 무동력 구름이동 휠과 슬라이딩 세로바아(133b) 사이의 마찰이 최소화되는 효과를 얻을 수 있을 것이다.
슬라이딩 가로바아(133a)의 양단부에서 슬라이딩 가로바아(133a)의 길이방향과 교차되는 방향으로 절곡되고 전술된 바와 같이 슬라이딩 이동부재(135)가 결합되는 슬라이딩 세로바아(133b)는, 슬라이딩 이동부재(135)와 결합되는 그 단면의 크기가 슬라이딩 이동부재(135)보다 크게 형성되어 슬라이딩 이동부재(135)가 레일(131)로부터 이탈되는 것을 방지함과 아울러 외부로부터 먼지 및 오염물이 슬라이딩 이동부재(135)로 유입되는 것을 차단하는 효과가 있다.
레일(131)은 태양에너지 모듈 본체(5)의 양측벽에 상호 대칭되게 마련된다. 이러한 레일(131)은 별도로 제작된 후에 태양에너지 모듈 본체(5)의 외곽 테두리를 형성하는 프레임(미도시)에 추가로 결합될 수도 있고, 태양에너지 모듈 본체(5)의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 일체로 형성될 수도 있다. 태양에너지 모듈 본체(5)가 이미 제작된 후라면 전자의 경우가 유리하고, 태양에너지 모듈 본체(5)가 제작 중이라면 후자의 경우가 유리할 수 있다.
본 실시예에서는 레일(131)이 태양에너지 모듈 본체(5)의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 일체로 형성되어 마련되는 것으로, 프레임의 4면 중 상호 대칭되는 두 개의 외측면에 슬라이딩 이동부재(135)가 결합 가능하도록 개구된 홈(131')이 형성됨으로써 마련된다.
한편, 슬라이딩 이동부재(135)는 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전 시 태양에너지 모듈 본체(5)의 기울기에 기초하여 레일(131)을 따라 슬라이딩 이동되면서 이물 제거부재(110)로 하여금 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면 이물을 제거하도록 한다. 이 경우 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도가 가장 큰, 예컨대 45도가 된 상태에서 슬라이딩 이동부재(135)가 신속하게 또한 빠르게 슬라이딩 이동되면서 이물 제거부재(110)로 하여금 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면 이물을 제거하도록 하는 것이 효율상 좋다.
그렇지 않고, 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도가 비교적 작음에도 불구하고 슬라이딩 이동부재(135)가 슬라이딩 이동하게 되면 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동 속도가 너무 느리거나 중간에서 멈추는 현상이 발생될 우려가 높아 결과적으로 이물 제거의 효율을 저하시킬 수 있다.
이러한 현상을 예방하기 위해, 레일(131)에는 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도가 미리 결정된 각도 보다 작은 경우에 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 일시적으로 저지시키는 슬라이딩 이동 저지홈(131a)이 마련된다.
슬라이딩 이동 저지홈(131a)은 전술한 바와 같이 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 한시적으로 저지하기 위해 마련한 것으로써 아크(arc)형상으로 가공될 수 있다.
이는 슬라이딩 이동 저지홈(131a)이 가능한 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도 또는 기울기가 미리 결정된 값인 최대가 될 때까지 예컨대 45도가 되기 전까지 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 일시적으로만 저지해야 하기 때문이며 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도가 최대 기울기가 되었음에도 불구하고 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 저지하면 곤란하다.
이에, 본 실시예의 경우, 슬라이딩 이동 저지홈(131a)을 아크(arc)형상으로 가공하고 있는 것이다. 이때, 슬라이딩 이동 저지홈(131a)의 지름은 슬라이딩 이동부재(135)의 지름보다 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 이처럼 슬라이딩 이동 저지홈(131a)의 지름의 크기는 슬라이딩 이동부재(135)의 지름 크기보다 작게 형성되는 것이 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 한시적으로 저지하는데 유리하다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 즉 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전각도와 기울기가 미리 결정된 값보다 작을 때까지 저지시킨 후, 미리 결정된 각도에서 다시 말해 최대 각도인 예컨대 45도의 각도에서 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 허용할 수만 있다면 슬라이딩 이동 저지홈(131a)은 도시된 아크 형상에서 벗어나 그 크기나 깊이, 또한 그 형태나 모양이 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
한편, 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면과 접촉되어 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면 이물을 제거하는 이물 제거부재(110)는 차량 청소용 브러시나 차량 유리를 세척하는 와이퍼용 고무와 같이 다양하게 마련될 수 있다. 다만, 이물 제거부재(110)로 자동차 유리 세척을 위한 와이퍼용 고무를 사용하는 경우에는 마찰력에 의해 원활한 동작이 이루어지지 않을 수도 있으므로 본 실시예에서는 이물 제거부재(110)로 브러시를 선택하고 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 참조하여 전술된 바와 같은 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치의 작동과, 이에 연동하는 무동력 이물 제거유닛(100)의 작동에 대해 설명하기로 한다.
도 5 내지 도 7의 도면을 참조하면, 태양에너지 모듈 본체(5)는 동쪽 방향에서 비추는 태양광의 조사방향과 직교할 수 있도록 일정하게 기울어진 방향으로 배치되는 것이 바람직하므로 제1 토크아암(31) 및 제3 토크아암(61)은 지면에 대해 일정한 각도를 형성하면서 위치하게 된다. 동작을 살펴보면, 구동부(33)의 스크루잭(35)이 일정 길이만큼 후진하여 동작됨에 따라 제1 토크아암(31)은 도 5와 같이 경사지게 배치된다.
이처럼 구동부(33)의 동작에 기인하여 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)가 동회전하게 됨으로써 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)에 결합된 태양에너지 모듈 본체(5)는 도 5와 같이 경사진 방향으로 회전되고, 이에 따라 동쪽 방향에서 비추는 태양광의 조사방향과 직교하도록 맞춰져 많은 양의 태양에너지를 집열 또는 집광할 수 있게 된다.
태양에너지 모듈 본체(5)가 도 5처럼 회전되면 이에 연동되어 무동력 이물 제거유닛(100)이 동작된다. 즉 태양에너지 모듈 본체(5)에 부분적으로 결합되는 무동력 이물 제거유닛(100)의 이물 제거부재(110)는 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전운동에 연동되어 점선에서 실선의 화살표 방향으로 이동되면서 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하게 된다. 이때의 이물 제거부재(110)는 지면을 향한 측에 위치하게 된다.
시간이 경과하여 도 6과 같이 태양이 정오에 위치하게 되면, 구동부(33)의 스크루잭(35)이 일정 길이만큼 전진하여 동작됨에 따라 제1 토크아암(31)은 도 6과 같이 실질적으로 상하방향으로 수직되게 배치된다.
제1 토크아암(31)이 회전하게 되면 이와 동시에 제1 연동연결유닛(40) 및 제2 연동연결유닛(70)에 의해 제2 및 제3 토크튜브(50,60) 역시 제1 토크튜브(20)와 동회전하게 됨으로써 태양에너지 모듈 본체(5)의 각도는 수평 상태로 유지되면서 정오에서 비추는 태양광의 조사방향과 직교하도록 맞춰지게 된다.
그리고 이때의 무동력 이물 제거유닛(100)의 위치는 태양이 정오에 위치하기 전과 크게 다르지 않다. 태양에너지 모듈 본체(5)는 태양의 위치 이동에 따라 각각의 토크아암의 회전으로 인해 지면과 수평 상태가 되도록 회전운동을 하였지만 무동력 이물 제거유닛(100)이 이동될 만큼의 경사가 변화된 것이 아니므로 무동력 이물 제거유닛(100)은 이동하지 않는다.
한편, 무동력 이물 제거유닛(100)은 태양에너지 모듈 본체(5)의 회전에 따른 진동으로 인해 무동력 이물 제거유닛(100)이 미세한 정도의 이동 가능성이 있으나 레일(131)에 형성된 슬라이딩 이동 저지홈(131a)이 형성되어 있기 때문에 무동력 이물 제거유닛(100)이 처음 위치와 반대되는 방향으로 이동하지는 않는다.
다시 시간이 경과하여 도 7과 같이 태양이 대략 서쪽 방향에 위치하게 되면, 태양에너지 모듈 본체(5)는 서쪽 방향에서 비추는 태양광의 조사방향과 직교할 수 있도록 일정하게 기울어진 방향으로 배치되는 것이 바람직하므로 제1 토크아암(310)은 지면에 대해 일정한 각도를 형성하면서 위치하게 된다.
동작을 살펴보면, 구동부(33)의 스크루잭(35)이 일정 길이만큼 전진하여 동작됨에 따라 제1 토크아암(31)은 도 7과 같이 경사지게 배치된다. 이와 동시에, 제1 토크아암(31)의 하단부 및 스크루잭(35)의 일단부와 연결된 제2 연동연결유닛(70) 역시 제1 토크아암(31)에 기초하여 유기적으로 동작되면서 제3 토크튜브(60)를 회전시키게 됨으로서 제3 토크튜브(60) 역시 제1 토크튜브(20)와 동회전하게 된다.
이처럼 구동부(33)의 동작에 기인하여 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)가 동회전하게 됨으로써 제1 내지 제3 토크튜브(20,50,60)에 결합된 태양에너지 모듈 본체(5)는 도 7과 같이 경사진 방향으로 회전되고, 이에 따라 서쪽 방향에서 비추는 태양광의 조사방향과 직교하도록 맞춰져 많은 양의 태양에너지를 집열 또는 집광할 수 있게 된다.
태양에너지 모듈 본체(5)가 도 7처럼 회전되면 이에 연동되어 무동력 이물 제거유닛(100)이 동작된다. 즉 태양에너지 모듈 본체(5)는 도 5처럼 동쪽 방향을 향해 기울어져 있다가 태양의 위치 이동에 따라 회전을 하면서 서쪽 방향을 향해 기울어짐으로써 태양에너지 모듈 본체(5)의 경사 방향이 90도로 변화한다.
따라서 무동력 이물 제거유닛(100)은 태양에너지 모듈 본체(5)가 동쪽 방향을 향해 기울어져 있을 때 태양에너지 모듈 본체(5)의 지면을 향한 측에 위치하고 있다가 태양에너지 모듈 본체(5)가 서쪽 방향을 향해 기울어지면 무동력 이물 제거유닛(100)의 초기 위치가 그와 반대되는 위치보다 높아짐으로써 낮은 위치를 향해 슬라이딩 이동부재(135)가 슬라이딩 이동을 시작한다.
이때, 레일(131)에 마련된 슬라이딩 이동 저지홈(131a)은 무동력 이물 제거유닛(100)이 태양에너지 모듈 본체(5)의 기울기 방향 변화가 작을 때 슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동을 시작하는 것을 한시적으로 저지하고 태양에너지 모듈 본체(5)의 기울기가 어느 정도 커지면 슬라이딩 이동부재(135)가 슬라이딩 이동을 시작한다.
슬라이딩 이동부재(135)의 슬라이딩 이동에 연동하여 이물 제거부재(110)가 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면을 슬라이딩 이동하게 되고, 이러한 작용에 의해 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면 이물을 제거할 수 있다.
다시 다음날이 되면 도 5의 상태가 될 수 있으므로 실질적으로 본 실시예의 무동력 이물 제거유닛(100)에 의해 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면은 자동으로 또한 무동력으로 하루 두 번 청소될 수 있게 되는 셈이다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 간단하고도 단순한 구조를 가지기에 용이하게 설치할 수 있음은 물론 별도의 동력원 없이도 무동력으로 동작되면서 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거할 수 있어 결과적으로 태양광 발전량의 향상을 기대할 수 있게 된다.
특히, 본 실시예의 경우에는, 작업자가 자주 왕래할 수 없는 광활한 지역에 설치되거나 설치되는 개체수가 너무 많아 작업자가 자주 왕래할 수 있다 하여도 관리가 어려운 장소에 적용되어 별도의 관리비용 없이 태양에너지 모듈 본체(5)의 표면을 항상 깨끗하게 관리할 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치
3: 태양에너지 모듈 5 : 태양에너지 모듈 본체
10: 지지대 20: 제1 토크튜브
30: 구동유닛 40: 제1 연동연결유닛
50: 제2 토크튜브 60: 제3 토크튜브
70: 제2 연동연결유닛 100: 무동력 이물 제거유닛
110: 이물 제거부재 130: 이동 지지체
131: 레일 133: 슬라이더
135: 슬라이딩 이동부재

Claims (12)

  1. 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체; 및
    상기 태양에너지 모듈 본체에 부분적으로 결합되며, 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무동력 이물 제거유닛은,
    노출단부가 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 접촉되어 상기 이물을 제거하는 이물 제거부재; 및
    상기 이물 제거부재가 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면을 따라 이동되도록 상기 이물 제거부재를 상기 태양에너지 모듈 본체에 대해 이동 가능하게 지지하는 이동 지지체를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 이동 지지체는,
    상기 태양에너지 모듈 본체의 측벽에 마련되는 레일; 및
    상기 이물 제거부재가 착탈 가능하게 결합되며, 단부가 상기 레일에 결합되어 상기 레일을 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동되는 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬라이더의 단부에는 상기 레일 상에서 상기 레일을 따라 슬라이딩 이동되는 슬라이딩 이동부재가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라이더는,
    상기 이물 제거부재가 결합되며 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면과 나란하게 배치되는 슬라이딩 가로바아; 및
    상기 슬라이딩 가로바아의 단부에서 상기 슬라이딩 가로바아의 길이 방향에 교차되는 방향으로 절곡되는 슬라이딩 세로바아를 포함하는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 레일에는 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전각도가 미리 결정된 각도보다 작은 경우 상기 슬라이딩 이동부재의 슬라이딩 이동을 일시적으로 저지시키는 슬라이딩 이동 저지홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬라이딩 이동 저지홈은 아크(arc) 형상으로 가공되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 양측벽에 상호 대칭되게 마련되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 별도로 결합되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 레일은 상기 태양에너지 모듈 본체의 외곽 테두리를 형성하는 프레임에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 이물 제거부재는 브러시인 것을 특징으로 하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈.
  12. 지면에 대해 기립 배치되는 지지대;
    상기 지지대에 대하여 상대 회전 가능하게 결합되는 제1 토크튜브;
    상기 제1 토크튜브를 회전시키는 구동유닛;
    상기 제1 토크튜브의 회전에 연동하여 상기 제1 토크튜브에 인접한 제2 토크튜브가 회전하도록 상기 제1 토크튜브와 상기 제2 토크튜브를 상호 연결하는 제1 연동연결유닛; 및
    상기 제1 토크튜브에 결합되며, 태양의 위치에 따라 회전운동하면서 태양에너지를 집열 또는 집광하는 태양에너지 모듈 본체와, 상기 태양에너지 모듈 본체에 부분적으로 결합되며 상기 태양에너지 모듈 본체의 회전운동에 연동하여 무동력으로 동작되면서 상기 태양에너지 모듈 본체의 표면에 잔존 가능한 이물을 제거하는 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치.
KR1020100019122A 2010-03-03 2010-03-03 무동력 이물 제거유닛을 구비하는 태양에너지 모듈, 그리고 그를 구비하는 태양열 집열기 또는 태양광 집광기의 태양위치 추적장치 KR101087553B1 (ko)

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