KR101134726B1 - 태양전지 모듈용 이물질 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지 모듈의 표면을 따라 이동하면서 태양전지 모듈에 묻거나 쌓인 먼지, 조류의 배설물, 적설 등을 제거하는 세정기구를 포함하기 때문에, 태양광발전 효율이 이들 이물질로 인하여 저하되는 것을 방지할 수 있는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치를 제공한다.

세정, 오염, 이물질, 제거, 태양전지

Description

태양전지 모듈용 이물질 제거장치{Apparatus for Removing Alien Substances of Solar Cell Module}

본 발명은 태양전지 모듈에서 이물질을 제거하는 장치에 관한 것이다.

자연에너지의 하나인 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 태양전지 모듈은 그 표면에 먼지, 조류의 배설물, 눈과 같은 이물질이 존재하거나 눈비로 인하여 얼룩이 져서 태양광의 조사가 차단되면 차단범위에 비례하여 태양광발전 효율이 저감된다.

이와 같은 문제점은 태양전지 모듈의 표면이 빗물에 의하여 자연히 세척되도록 하는 방식으로 해결하는 것이 대부분이었으나, 이는 지극히 수동적인 대처가 아닐 수 없었다. 다른 해결책으로는 인력을 동원하여 직접 닦는 방식이 있었데, 이는 태양전지 모듈이 일반적으로 건물의 외벽이나 옥상, 지붕 등에 설치된다는 점을 고려할 때 매우 불안정하고 어려운 대처가 아닐 수 없었다.

본 발명의 목적은 태양전지 모듈의 표면에 묻거나 쌓인 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 태양전지 모듈의 세정대상표면 양쪽이나 이 양쪽 중 한쪽에 상기 세정대상표면을 따라 이동 가능하도록 설치된 가동부재와; 이 가동부재에 상기 세정대상표면을 닦을 수 있게 장착된 와이퍼와; 이 가동부재를 이동시키는 가동부재 구동수단을 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 제공된다.

여기에서, 상기 와이퍼는 상기 세정대상표면의 위에 눕혀져 있도록 위치되고 이 상태로 상기 가동부재에 회전 가능하도록 지지된 축 부재와; 이 축 부재의 둘레에 상기 세정대상표면과 접촉하도록 구비된 와이퍼 본체와; 상기 축 부재를 회전시키는 축 구동수단을 포함할 수 있다.

상기 축 부재는 속이 빈 중공축이고, 상기 중공축은 둘레에 복수의 토출구가 마련될 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치는 상기 중공축의 내부로 세정공기나 세정액을 제공하는 세정매체 공급수단을 더 포함할 수 있다. 또, 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치는 상기 중공축에 열을 가하는 가열수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치는 상기 세정대상표면과 와이퍼 중 적어도 어느 하나에 세정액을 제공하는 세정액 공급수단을 더 포 함할 수 있다. 이 때, 상기 세정액 공급수단은 상기 와이퍼의 상측에 위치하도록 상기 가동부재에 장착되고 상기 세정대상표면과 와이퍼 중 적어도 한쪽으로 세정액을 분사하는 분사구를 복수 개 가지는 세정액 수송관을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 태양전지 모듈의 세정대상표면을 따라 이동하면서 이물질을 제거하는 세정기구와; 이 세정기구에 상기 태양전지 모듈로부터의 전기에너지를 동작 전원으로서 공급하는 전원공급수단을 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 제공될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 태양전지 모듈의 세정대상표면을 따라 이동하면서 이물질을 제거하는 세정기구와; 상기 태양전지 모듈의 오염도를 측정하는 오염도 측정수단과; 이 오염도 측정수단으로부터의 측정치와 미리 설정하여 둔 기준치를 비교하여 상기 세정기구를 이물질 제거 작동시키는 제어수단을 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 제공될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명은 그 세정유닛에 의하여 태양전지 모듈의 세정대상표면에서 먼지, 조류의 배설물, 적설 등 이물질을 제거할 수 있기 때문에, 태양광발전 효율이 이들 이물질로 인하여 저하되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이러한 용어에 대한 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

도 1, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 도시된 사시도 및 우측면도이다. 이 도 1, 도 2에서, 도면부호 2는 태양광의 에너지를 전기에너지로 변환하는 태양전지 모듈이고, 도면부호 4는 이 태양전지 모듈(2)이 장착되는 마운팅 프레임이며, 도면부호 6은 이 마운팅 프레임(4)을 지지하는 복수 개의 받침다리이다. 태양전지 모듈(2)은 마운팅 프레임(4) 상에 여러 개가 가로세로 연속하도록 배열되어 전체적으로 보았을 때 패널 구조를 가진다. 마운팅 프레임(4)은 받침다리(6)에 의하여 건물 외부(옥상, 외벽, 지붕 등)에 비스듬히 장착될 수 있다.

제1실시예는 이와 같이 설치된 태양전지 모듈(2)의 세정대상표면에서 먼지나 조류의 배설물과 같은 이물질을 제거하는 것인바, 도시된 바와 같이, 세정대상표면을 따라 이동하는 세정기구(A)를 포함한다. 이 때, 세정대상표면이라 함은 패널 구조로 조립된 태양전지 모듈(2)의 표면을 말하는바, 표면 전체를 그 대상으로 할 수도 있고, 표면 일부만을 그 대상으로 할 수도 있다.

세정기구(A)는 마운팅 프레임(4)의 좌우에 각각 장착되어 세정대상표면의 양쪽에 위치한 선형 가이드(10), 이 가이드(10)에 각각 결합되어 이 가이드(10)를 따라 이동하는 가동부재(20), 이 가동부재(20)에 양쪽이 각각 지지된 와이퍼(30), 가동부재(20)를 이동시키는 가동부재 구동수단(40), 태양전지 모듈(2)의 세정에 필요 한 세정매체를 제공하는 세정매체 공급수단(50)을 포함한다. 따라서 세정기구(A)는 그 가동부재 구동수단(40)을 작동시키면 가동부재(20)가 가이드(10)를 따라 이동하는 것과 동시에, 와이퍼(30)가 이 가동부재(20)와 동일방향으로 이동한다.

도 3은 도 1, 도 2에 도시된 와이퍼(30)를 나타내는 단면도이다. 이 도 3에 도시된 바와 같이, 와이퍼(30)는 베어링에 의하여 좌우의 가동부재(20)에 양 끝 부분이 각각 회전 가능하도록 장착된 축 부재(32), 이 축 부재(32)의 둘레에 세정대상표면과 접촉하도록 구비된 와이퍼 본체(34), 축 부재(32)를 일정한 속도로 회전시키는 축 구동수단(36)을 포함하는바, 축 구동수단(36)을 작동시키면 축 부재(32)가 회전하는 것과 동시에, 와이퍼 본체(34)가 이 축 부재(32)와 동일방향으로 회전한다.

여기에서, 좌우의 가동부재(20)에 양 끝 부분이 장착됨에 따라 세정대상표면 상에 눕혀져 있는 축 부재(32)는 그 속이 빈 중공축이고, 이 중공축(32)은 그 둘레의 전반에 복수의 토출구(33)가 서로 이격되도록 마련된다. 회전하면서 세정대상표면을 닦는 와이퍼 본체(34)는 중공축(32)의 둘레 전반에 걸쳐 토출구(33)를 차폐함이 없도록 마련되는바, 연질의 브러시 모를 가지는 브러시로 구성될 수도 있고, 융(絨)과 같이 부드러운 섬유포로 구성될 수 있다. 축 구동수단(36)은 모터를 포함한다.

가동부재 구동수단(40)은 마운팅 프레임(4)의 우측에 각각 장착된 구동 스프로킷 휠(42)과 종동 스프로킷 휠(44), 이 두 스프로킷 휠(42)(44)에 걸리도록 감은 체인(46), 구동 스프로킷 휠(42)을 양쪽방향(정/역)으로 회전시키는 모터(48)를 포 함한다. 이 때, 두 스프로킷 휠(42)(44)은 우측의 가이드(10) 양단 측에 이 우측의 가이드(10)를 사이에 두도록 각각 위치되고, 체인(46)은 그 한쪽에 가동부재(20)가 결합된다. 따라서 가동부재 구동수단(40)은 그 모터(48)를 작동시키면 두 스프로킷 휠(42)(44)이 회전하고 체인(46)이 순환운동을 한다. 그리고 이 작동에 따르면, 평상시 도면에서 볼 때 와이퍼(30)가 마운팅 프레임(4)의 최하단 측에 위치하여 있도록(평상시 와이퍼(30)가 이렇게 위치하여야 와이퍼(30)에 따른 음영으로 인하여 태양광발전 효율이 감소되는 것을 방지할 수 있다) 위치된 가동부재(20)는 체인(46)의 순환방향에 따라 한쪽에서 다른 쪽으로 이동하였다가 복귀하는 것을 반복한다. 한편, 여기에서는 가동부재 구동수단(40)이 마운팅 프레임(4)의 우측(세정대상표면의 우측)에 위치하는 것으로 설명하였으나, 가동부재 구동수단(40)은 마운팅 프레임(4)의 좌측에 구비될 수도 있다. 또, 체인전동 대신 벨트전동을 이용하는 타입이 적용될 수도 있다.

세정매체 공급수단(50)은 세정매체로서 세정액이 저장된 세정액 저장탱크(도시되지 않음), 이 세정액 저장탱크에 저장된 세정액을 중공축(32)의 내부로 이송하는 플렉시블 타입의 세정액 공급라인(52), 이 세정액 공급라인(52) 상에 장착된 압송펌프(도시되지 않음)를 포함한다. 이러한 세정매체 공급수단(50)에 의하면, 세정액 저장탱크에 저장된 세정액은 세정액 공급라인(52)을 따라 중공축(32) 내로 이송되고, 이후 토출구(33)를 통하여 토출된다. 한편, 여기에서는 세정매체로서 세정액을 제공하는 것으로 설명하였으나, 세정매체는 세정공기가 이용될 수도 있다. 세정공기를 제공하는 경우에는 세정액 저장탱크와 압송펌프 대신 송풍기가 적용된다.

살펴본 바와 같은 제1실시예는 중공축(32)에 열을 가하는 가열수단(60)을 더 포함하는데, 이 가열수단(60)은 중공축(32)의 안쪽둘레에 길이를 따라 감긴 전열선을 포함한다. 이러한 가열수단(60)에 따르면, 중공축(32)에서는 열이 발산되고, 토출구(33)에서는 가열된 세정액(세정매체로서 세정공기를 이용하는 경우에는 가열된 세정공기)이 토출된다. 따라서 세정대상표면에 점착성이 있는 이물질이 묻은 경우, 또는 세정대상표면이 얼음이나 적설로 덮인 경우에도 이를 쉽게 제거할 수 있다.

도 4는 제1실시예의 전원공급수단(70)이 도시된 블록도로, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예는 세정기구(A)에 태양전지 모듈(2)로부터의 전기에너지를 동작 전원으로서 공급하는 전원공급수단(70)을 더 포함하는데, 전원공급수단(70)은 태양광 발전기, 컨버터(72), 축전지(74), 충전잔량 측정기(76) 및 제어부(78)를 포함한다.

여기에서, 태양광 발전기는 태양광의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것인바, 세정대상인 태양전지 모듈(2)을 포함한다. 컨버터(72)는 이 태양광 발전기로부터의 직류전원을 교류로 변환한다. 축전지(74)에는 이 컨버터(72)에 의하여 변환되는 교류전원이 저장된다. 충전잔량 측정기(76)는 이 축전지(74)에 저장된 전원의 잔량을 실시간으로 측정한다. 제어부(78)의 경우에는, 충전잔량 측정기(76)에 의하여 측정된 측정값이 미리 설정하여 둔 설정치(세정기구의 소비전력, 즉 세정기구를 작동시킬 수 있는 정도의 충전잔량을 말한다)를 초과하면 세정기구(A)에 축전지(74)의 전원을 공급하고, 이와 반대로 측정값이 설정치 이하이면(예를 들어, 세정대상표면에 묻거나 쌓인 이물질, 흐린 날씨 탓으로 태양광발전이 원활하지 않아 충전잔량이 불 충분하면) 세정기구(A)에 상용전원을 공급한다. 이 때, 제어부(78)는 이와 같은 작동을 위하여 스위치를 포함할 수 있다. 이러한 구성의 전원공급수단(70)에 따르면, 세정기구(A)는 태양광발전이 원활히 이루어지는 조건 하에서는 상용전원이 아닌 태양광 발전기로부터의 전원으로 작동된다. 물론, 이에 따라 세정기구(A)를 운용하는 데 필요한 전기에너지(상용전원)를 절약할 수 있다.

제1실시예는 또, 이물질에 의한 태양전지 모듈(2)의 오염도를 측정하는 오염도 측정수단(80)을 더 포함할 수 있고, 제어부(78)의 경우에는 이 오염도 측정수단(80)의 측정값과 미리 설정하여 둔 기준치를 비교하여 세정대상표면이 오염된 것으로 판단된 때 세정대상표면에서 이물질이 제거되도록 세정기구(A)를 작동시키는 구성을 가질 수 있다. 이 때, 오염도 측정수단(80)은 태양광 발전기로부터의 전류(또는, 전압)를 측정하는 기기를 포함할 수 있고, 기준치는 세정대상표면이 청결한 상태인 때 태양광 발전기에서 생성되는 범위의 전류(또는, 전압)값일 수 있다. 이 구성에 따르면, 제어부(78)는 오염도 측정수단(80)으로부터 입력되는 측정값이 기준치 이하이면 제어신호를 출력, 세정기구(A)를 작동시킨다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 도시된 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2실시예는 제1실시예와 비교하여 볼 때 기타 구성 및 그 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 와이퍼(30)에 이 와이퍼(30)의 외측에서 세정매체로서 세정액을 토출하도록 구성된 점만이 상이하다.

이와 같은 제2실시예는 세정액 수송관(85)을 포함하는데, 세정액 수송관(85)은 와이퍼(30)의 상측에 위치하도록 가동부재(20)에 양쪽이 각각 지지되고, 와이 퍼(30)와 마주하는 하측 부분에는 토출구(86)가 복수 개 형성된다. 이 때, 세정액 수송관(85)은 한쪽 끝 부분에 세정액 공급라인(52)이 연결되고, 토출구(86)는 바람직하게는 세정액 수송관(85)의 길이방향을 따라 서로 이격되도록 배치된다. 한편, 축 부재(32)의 경우에는 중공축이 아닐 수도 있고 토출구(도면부호 33 참조)가 마련되지 않을 수도 있으나, 경량화 측면에서는 중공축을 적용하는 것이 바람직하겠다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들면, 위에서는 와이퍼(30)가 세정대상표면을 따라 좌우방향에 대하여 수직으로 이동하는 것으로 설명하였으나, 와이퍼(30)는 마운팅 프레임(4)의 상하에 각각 가이드(10)를 장착하여 세정대상표면을 따라 좌우방향으로 이동하도록 구성할 수도 있다.

또한, 태양전지 모듈(2)은 설치대상에 마운팅 프레임(4)과 받침다리(6) 없이 직접 설치될 수도 있는데, 이 경우에는 가동부재(20)를 설치대상에 설치할 수도 있다. 또, 세척대상표면이 넓은 경우에는 가동부재(20)를 세 개 이상 구비할 수도 있다.

또한, 제2실시예에서는 세정액이 와이퍼(30)에 토출되는 것으로 설명하였으나, 세정액 수송관(85)은 그 토출구(86)로부터의 세정액이 세정대상표면을 향하여 토출되도록 구성될 수도 있다. 물론, 와이퍼(30)와 세정대상표면 둘 모두에 토출되 도록 구성할 수도 있다.

도 1, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 도시된 사시도 및 우측면도이다.

도 3은 도 1, 도 2에 도시된 와이퍼를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치의 전원공급수단이 도시된 블록도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 태양전지 모듈용 이물질 제거장치가 도시된 우측면도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

A : 세정기구 2: 태양전지 모듈

10 : 가이드 20 : 가동부재

30 : 와이퍼 32 : 축 부재

33 : 토출구 34 : 와이퍼 본체

36 : 축 구동수단 40 : 가동부재 구동수단

50 : 세정매체 공급수단 60 : 가열수단

70 : 전원공급수단 72 : 컨버터

74 : 축전지 76 : 충전잔량 측정기

78 : 제어부 80 : 오염도 측정수단

85 : 세정액 수송관 86 : 토출구

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 태양전지 모듈의 세정대상표면의 한쪽이나 양쪽에 상기 세정대상표면을 따라 이동 가능하게 설치된 가동부재와;

   상기 세정대상표면 상에 눕혀져 있도록 위치되고 이렇게 눕혀진 상태로 상기 가동부재에 회전 가능하게 지지되며 둘레에 토출구가 복수 개 마련되고 속이 빈 중공축인 축 부재, 상기 축 부재의 둘레에 상기 세정대상표면과 접촉하도록 구비되어 상기 세정대상표면을 닦는 와이퍼 본체, 상기 축 부재를 회전시키는 축 구동수단을 포함하는 와이퍼와;

   상기 가동부재를 이동시키는 가동부재 구동수단과;

   상기 중공축의 내부로 세정공기나 세정액을 제공하는 세정매체 공급수단과;

   상기 토출구에서 가열된 세정공기나 세정액이 토출되도록 상기 중공축에 열을 가하는 가열수단을 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 태양전지 모듈의 세정대상표면을 따라 이동하면서 이물질을 제거하는 것으로서, 청구항 4에 기재된 가동부재와 와이퍼와 가동부재 구동수단과 세정매체 공급수단과 가열수단을 포함하는 세정기구와;

   상기 세정기구에 상기 태양전지 모듈로부터의 전기에너지를 동작 전원으로서 공급하는 전원공급수단을 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 태양전지 모듈의 오염도를 측정하는 오염도 측정수단과;

   상기 오염도 측정수단으로부터의 측정치와 미리 설정하여 둔 기준치를 비교하여 상기 세정기구를 이물질 제거 작동시키는 제어수단을 더 포함하는 태양전지 모듈용 이물질 제거장치.

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