KR101136543B1 - Tracking Photovoltaic System - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 추적발전 장치에 관한 것으로서, 태양전지 패널을 지지하는 지주와, 태양전지 패널이 장착된 메인 플레이트와, 지주에 대해 메인 플레이트를 수평방향으로 360도 회전가능하게 지주와 메인 플레이트 사이에 결합된 제1회전기둥을 회전구동시키는 수평 회전구동부와, 메인 플레이트를 제1회전기둥에 대해 수직상으로 회전구동시키는 수직 회전구동부와, 전자시계에서 제공되는 현재시간 정보를 이용하여 주간에 태양전지 패널이 태양이 동서 방향으로 이동하는 방위각 이동의 위치 궤적을 추종하도록 하루에 360도를 회전하도록 수평회전구동부를 제어하되 태양의 일몰시간 이후에도 동일 회전방향으로 연속적인 회전이 이루어지도록 구동함으로써 계절의 변화에 따른 태양의 일출, 일몰시간이 변하여도 별도의 재교정장치가 없어도 항상 일출, 일몰 시간에 맞추어서 태양과 태양전지 패널이 수직방향을 이룰수 있고, 계절변화에 따른 태양의 고도 변화는 수직 회전구동부를 통해 태양 고도 위치 변화를 추적하여 태양전지 패널을 제어하는 제어부를 구비한다. 이러한 태양광 추적 발전장치에 의하면, 전자기계 정보를 이용하여 태양광을 추적할 수 있어 구조가 단순해지면서도 태양광 집광효율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.The present invention relates to a solar tracking power generation device, comprising a support for supporting a solar panel, a main plate equipped with a solar panel, and between the support and the main plate to be rotated 360 degrees in the horizontal direction relative to the support The horizontal rotation drive unit for rotating the first rotational column coupled to the rotation, the vertical rotational drive for rotating the main plate vertically with respect to the first rotational column, and the sun in the daytime using the current time information provided by the electronic clock The battery panel controls the horizontal rotational drive to rotate 360 degrees a day so as to follow the position trajectory of the azimuth movement in which the sun moves in the east-west direction, but drives the continuous rotation in the same rotational direction even after sunset of the sun. Even if the sun's sunrise and sunset time change according to the change, The sun and the solar panel can achieve a vertical direction in accordance with the phase sunrise and sunset time, and the change of the altitude of the sun according to the seasonal change is provided with a control unit that controls the solar cell panel by tracking the change of the position of the sun altitude through the vertical rotating drive unit. . According to such a solar tracking power generation device, it is possible to track the sunlight using electromechanical information, thereby providing an advantage of increasing the solar collection efficiency while simplifying the structure.
태양추적, 태양광 발전, 시계, 360도회전, 방위각제어, 고도제어 Solar tracking, solar power generation, clock, 360 degree rotation, azimuth control, altitude control
Description
본 발명은 태양광 추적 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 시계를 이용한 태양광 추적 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar tracking generator, and more particularly, to a solar tracking generator using a clock.
최근 화석연료를 대체하면서도 환경오염 문제를 발생시키지 않는 청정 에너지원인 태양광을 이용한 친환경 에너지 설비인 태양광 발전장치의 시공이 점진적으로 증가하는 추세이다.Recently, the construction of photovoltaic devices, which are environmentally friendly energy facilities using solar, which is a clean energy source that does not cause environmental pollution while replacing fossil fuels, is gradually increasing.
태양광 발전장치는 태양전지 모듈이 장착된 패널이 고정된 고정식과 태양의 궤도를 추종하는 추적식으로 분류할 수 있다.The photovoltaic device can be classified into a fixed type in which a panel equipped with a solar cell module is fixed and a tracking type that tracks the orbit of the sun.
추적식은 태양의 직사광선이 태양광을 입사받는 태양전지 모듈에 수직으로 입사할 수 있도록 동력을 이용하여 태양의 위치를 추적해 가는 방식으로 고정식에 비해 발전효율이 수십퍼센트(%) 이상 높은 장점이 있다.The tracking type tracks the position of the sun using power so that the direct sunlight of the sun can enter the solar cell module receiving the sunlight vertically. The tracking type has the advantage of generating several ten percent (%) higher than the fixed type. .
한편, 이러한 추적식 태양광 발전장치는 태양의 위치를 실시간으로 검출할 수 있도록 태양빛의 세기를 감지하여 태양의 위치를 추적하는 센서를 적용하는 방식의 경우 일기가 흐리거나 일출/일몰 시간에 가까운 시간의 경우 태양위치 추적이 어려운 문제점이 있다.On the other hand, such a tracked photovoltaic device detects the sun's intensity to detect the sun's position in real time, and applies a sensor that tracks the sun's position so that the weather is cloudy or close to sunrise / sunset time. In the case of time, it is difficult to track the sun position.
또한, 일기와 일출/일몰시간에 대한 제약을 완화시킬 수 있도록 GPS를 이용하여 태양의 위치를 추적하는 방식이 있으나, 가로등주 또는 무선 송신소에 소규모 발전을 위해 적용되는 태양발전모듈의 경우 경제성과 실용성이 떨어져 적용하기 어려운 단점이 있다.In addition, there is a method of tracking the position of the sun using GPS to alleviate the constraints on weather and sunrise / sunset time, but the solar power module applied to small-scale power generation in street lamps or wireless transmission stations is economical and practical. It is difficult to apply apart.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 소규모 발전설비에 적합하도록 구조를 단순화하면서도 태양을 추적할 수 있는 태양광 추적 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, and an object thereof is to provide a solar tracking power generation apparatus capable of tracking the sun while simplifying the structure to be suitable for small-scale power generation facilities.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 태양광 추적 발전장치는 지주와; 태양전지 패널이 장착된 메인 플레이트와; 상기 지주에 대해 상기 메인 플레이트를 수평방향으로 360도 회전가능하게 상기 지주와 상기 메인 플레이트 사이에 결합된 제1회전기둥과; 상기 제1회전기둥을 회전구동시키는 수평 회전구동부와; 전자시계와; 상기 전자시계에서 제공되는 현재시간(시분) 정보를 이용하여 주간에 상기 태양전지 패널이 태양의 동서 방향의 위치 궤적을 추종되게 회전되도록 상기 수평회전구동부를 제어하되 상기 태양의 일몰시간 이후에도 동일 회전방향으로 연속적인 회전이 이루어지도록 구동하는 제어부;를 구비한다.Solar tracking power generation device according to the present invention to achieve the above object and the holding; A main plate on which the solar cell panel is mounted; A first rotating column coupled between the support and the main plate to rotate the main plate 360 degrees in the horizontal direction with respect to the support; A horizontal rotary driving unit rotating the first rotary pillar; An electronic clock; By using the current time (hours and minutes) information provided from the electronic clock to control the horizontal rotation drive unit so that the solar cell panel rotates to follow the position trajectory of the sun in the daytime in the same rotation direction even after the sunset time of the sun And a controller for driving the continuous rotation.
바람직하게는 상기 메인 플레이트는 상기 제1회전기둥에 대해 수직상으로 회동가능하게 결합되어 있고, 상기 메인 플레이트를 상기 제1회전기둥에 대해 수직상으로 회전구동시키는 수직 회전구동부;를 더 구비하고, 상기 제어부는 설정된 기간 단위로 상기 태양전지 패널이 태양의 고도변화에 추종되도록 상기 전자시계의 날짜(월일) 정보를 이용하여 상기 메인 플레이트의 수직상의 위치가 조정되게 상기 수직 회전구동부를 제어한다.Preferably, the main plate is further rotatably coupled vertically with respect to the first rotary pillar, and further comprises a vertical rotary drive for rotating the main plate vertically with respect to the first rotary pillar; The control unit controls the vertical rotation driving unit to adjust the vertical position of the main plate by using the date (month day) information of the electronic clock so that the solar panel follows the altitude change of the sun in a set period.
또한, 상기 제어부는 상기 제1회전기둥이 분당 0.25도씩 회전되게 하여 하루 24시간에 360도를 회전함으로써 24시간 시계가 하루에 360도를 회전하는 것과 동일하게 회전하도록 상기 수평 회전구동부를 제어하여 지구의 자전에 따른 동서방향의 태양이동과 동기화시켜 방위각을 시계와 같이 매 1분마다 0.25도씩 이동하도록 제어하여 계절변화에 따른 태양의 일출 일몰 시간 변화에 상관없이 항상 태양과 태양전지 패널이 마주 보도록 움직이게 하고, 상기 지주가 설치된 위치의 하지의 태양고도와 동지의 태양고도의 차분각에 대해 6개월로 제산한 값에 대응되는 단위 수직 각도만큼씩 상기 하지를 기준으로 상기 메인 플레이트의 수직각이 낮아지게 월간 단위로 상기 수직 회전구동부를 제어하되 동지 이후 하지 까지는 다시 월간 단위로 상기 단위 수직각도만큼씩 수직각이 높아지게 상기 수직 회전구동부를 제어하는 것이 바람직하다.In addition, the control unit rotates the first rotary column by 0.25 degrees per minute to rotate 360 degrees in 24 hours a day to control the horizontal rotary drive to rotate the same as the 24-hour clock rotates 360 degrees per day By synchronizing with solar movement in the east-west direction according to the rotation, the azimuth is controlled to move 0.25 degrees every minute like a clock so that the sun and the solar panel face each other regardless of the change of the sunrise or sunset time according to the seasonal change. In order to reduce the vertical angle of the main plate on the basis of the lower extremity by the unit vertical angle corresponding to the dividing value of the solar altitude of the lower part of the position where the strut is installed and the solar altitude of the winter solstice by 6 months, The vertical rotational drive unit is controlled in units, but the unit vertical angle again in monthly units until after winter solstice It is preferable to control the vertical rotation driving unit so that the vertical angle is increased by each.
더욱 바람직하게는 상기 제1회전기둥의 1일 1회전에 대한 기준 위치를 검출할 수 있는 제1센서가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 제1센서로부터 출력되는 신호로부터 상기 제1회전기둥의 회전 오차를 1일 단위로 보정되게 상기 수평회전구동부를 제어한다.More preferably, there is further provided a first sensor capable of detecting a reference position for one rotation per day of the first rotary pillar, wherein the controller is configured to rotate the first rotary pillar from a signal output from the first sensor. The horizontal rotary drive unit is controlled to correct the error in units of one day.
본 발명에 따른 태양광 추적 발전장치에 의하면, 시계정보를 이용하여 태양광을 추적할 수 있어 구조가 단순해지면서도 태양광 집광효율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.According to the solar tracking power generation device according to the present invention, it is possible to track the sunlight by using the clock information, thereby providing an advantage of increasing the solar light collecting efficiency while simplifying the structure.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적 발전장치를 나타내 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 일부 부분에 대한 부분 절단 단면도이고, 도 3은 도 1의 메인플레이트의 회전각을 제어하기 위한 제어계통 회로도이다.1 is a perspective view showing a solar tracking power generation device according to the present invention, Figure 2 is a partial cut cross-sectional view of a portion of Figure 1, Figure 3 is a control system for controlling the rotation angle of the main plate of Figure 1 It is a circuit diagram.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 태양광 추적 발전장치(100)는 지주(110), 메인 플레이트(120), 수직회동 섹터기어(125), 제1회전기둥(140), 제1 및 제2모터(151)(161) 및 제어부(190)를 구비한다.1 to 3, the
지주(110)는 지면으로부터 일정높이 연장되게 설치되어 있다.The
지주(110)는 지면에 고정되는 베이스 플레이트(111)로부터 상방으로 연장된 속이빈 원통형으로 형성된 메인 본체(112)와, 메인본체(112)의 상단에서 메인 본체(112)보다 외경이 작게 상방으로 연장된 서브 본체(114)를 갖는 구조로 되어 있다.The
도시된 예에서 지주(110)는 가로등(117)이 설치되는 가로등용 지주를 적용한 것으로서, 도시된 예와 다르게 무선 중계기용 지주 등 태양전지패널(130)에서 발전되는 전력으로 자체 구동이 가능하거나 보충하는 소규모 발전설비가 적용되는 것에 적용될 수 있다.In the illustrated example, the
제1회전기둥(140)은 지주(110)의 서브 본체(114)의 외주면에 장착된 베어링을 통해 서브 본체(114)에 대해 회전가능하게 결합되어 지주(110)로부터 상방으로 연장되게 설치되어 있다. The first
제1회전기둥(140)의 하부측에는 후술되는 수평회전 구동부의 요소인 제1종동기어(143)가 일체로 형성되어 있다.The first driven
이러한 제1회전기둥(140)은 지주(120)에 대해 수평방향으로 즉, 지면에 나란한 방향을 따라 360도 회전될 수 있다.The first
메인 플레이트(120)는 판형상으로 형성되어 있고 상면에 태양전지 패널(130)이 장착되어 있다.The
메인 플레이트(120)의 저면 중앙에는 하방으로 돌출되게 형성된 수직회동섹터기어(125)가 형성되어 있다.At the center of the bottom surface of the
수직회동 섹터기어(125)의 중심부는 제1회전기둥(140)의 상단 부분에 회동가능하게 힌지(126)에 의해 결합되어 있고, 힌지(126)를 중심으로 메인 플레이트(120) 맞은편의 가장자리를 따라 기어가 형성되어 있다.The center portion of the vertical rotating
수평 회전구동부는 제1회전기둥(140)을 회전구동시키도록 되어 있다.The horizontal rotary drive unit is configured to rotate the first
수평회전 구동부는 제1회전기둥(140)에 일체로 형성된 제1종동기어(143)와, 지주(110)에 설치되어 제1종동기어(143)와 치합되는 제1구동기어(152)를 회전시키는 제1모터(151)를 구비한다.The horizontal rotation driving unit rotates the first driven
제1모터(151) 및 후술되는 제2모터(161)는 스테핑모터가 적용되는 것이 바람직하다.Stepping motor is preferably applied to the
제1모터(151)는 메인 본체(112)로부터 외측으로 연장되게 결합된 브라켓(153)에 지지되게 설치되어 있다.The
수직회동구동부는 제1회전기둥(140)에 대해 메인 플레이트(120)를 수직상으로 회동시킬 수 있도록 되어 있다.The vertical rotation driving part is capable of rotating the
수직 회동구동부는 메인 플레이트(120) 저면에 형성된 수직회동섹터기 어(125)와 치합되게 제1회전기둥(140)에 설치된 제2구동기어(146)와, 제2구동기어를 회전구동시키는 제2모터(161)를 구비한다.The vertical rotational drive unit includes a
한편, 제1모터(151)로부터 제1종동기어(143)로의 동력전달구조 또는 제2모터(161)로부터 수직회동섹터기어(125)로의 동력전달구조는 도시된 예와 다르게 워엄과 워엄기어를 적용하는 방식이 적용될 수 있음은 물론이다.On the other hand, the power transmission structure from the
제1센서(185)는 제1회전기둥(140)이 지주(110)에 대해 수평방향으로 360도 회전시 1일 1회전에 대한 기준 위치를 검출한다.The
도시된 예에서는 제1회전기둥(140)의 저면에 돌출되게 설치된 돌기(186)가 제1회전기둥(140)이 1회전시마다 접촉에 의해 회전위치 정보를 제공할 수 있도록 제1모터(151)가 장착된 브라켓(153) 상면에 돌기(186)의 접촉을 감지하는 접촉센서가 제1센서(185)로 적용되었다.In the illustrated example, the
도시된 예와 다르게 제1센서(185)는 비접촉식에 의해 제1회전기둥(140)의 회전위치를 검출할 수 있는 근접센서 등 공지된 다양한 센서가 적용될 수 있음은 물론이다.Unlike the illustrated example, the
제2모터(161)는 제1회전구동(140)에 지지되게 설치되어 있다.The
전자시계(181)는 현재시간(시분) 및 날짜(년월일) 정보를 제공한다.The
설정부(183)는 태양광 추적 발전장치(100)가 설치될 때 설치장소의 위치에 따라 태양전지 모듈(130)이 현재의 태양광을 수직으로 입사받을 수 있도록 태양전지모듈(130)의 초기 위치를 셋팅할 때 이용하기 위한 것으로서, 제1 및 제2모터(151)(161)의 회전구동을 조정할 수 있는 키가 마련되어 있다.The
또한, 설정부(183)는 태양전지모듈(130)에 대해 월단위 고도 조정각도를 설정할 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다.In addition, the
제어부(190)는 전자시계(181)에서 제공되는 현재시간 정보를 이용하여 제1회전기둥(140)이 1일 360도 회전되도록 제1회전기둥(140)에 대해 설정된 단위시간 간격으로 설정된 각도만큼 회전시킨다. The
즉, 제어부(190)는 주간에 태양전지 패널(130)이 태양의 동서 방향의 위치 궤적을 추종되게 회전되도록 제1모터(151)를 제어하되 태양의 일몰시간 이후에도 동일 회전방향으로 연속적인 회전이 이루어지도록 구동한다.That is, the
이 경우, 제어부(190)는 제1회전기둥(140)이 분당 0.25도씩 회전되게 수평 회전구동부의 제1모터(151)를 제어한다.In this case, the
한편, 제어부(190)는 제1센서(185)로부터 출력되는 신호를 이용하여 제1회전기둥(140)의 회전 오차를 1일 단위로 보정되게 수평회전 구동부 즉, 제1모터(151)를 제어한다. 즉, 제어부(190)는 제1회전기둥(140)이 1일 1회전하는 과정에서 제1센서(185)로부터 돌기(186) 접촉에 의한 기준위치 검출신호가 수신됐을 때 정확하게 24시간이 경과한 것으로 판단되면 오차발생이 없는 것으로 판단하고, 24시간 보다 짧은 경우 해당 시간만큼 지연시킨 후 제1회전기둥(140)이 회전되게 제어하고, 24시간 보다 긴 경우 해당 시간만큼에 대응되는 위치에 제1회전기둥(140)의 회전위치가 조정되게 제1모터(151)를 대응되는 각도 만큼 더 이동되게 구동하여 일치시켜 보정되게 처리한 후 다시 매분 앞서 설명된 회전각도로 회전되게 제1모터(151)를 제어한다.On the other hand, the
또한, 제어부(190)는 설정된 기간 단위로 태양전지 패널(130)이 태양의 고도변화에 추종되도록 전자시계(181)의 날짜 정보를 이용하여 메인 플레이트(120)의 수직상의 위치가 조정되게 제2모터(161)를 제어한다.In addition, the
바람직하게는 제어부(190)는 지주(110)가 설치된 위치의 하지의 태양고도와 동지의 태양고도의 차분각에 대해 6개월로 제산한 값에 대응되는 단위 수직 각도만큼씩 하지를 기준으로 메인 플레이트(120)의 수직각이 낮아지게 월간 단위로 수직 회전구동부를 제어하되 동지 이후 하지 까지는 다시 월간 단위로 단위 수직각도만큼씩 수직각이 높아지게 수직 회전구동부를 제어한다.Preferably, the
일 예로서, 제어부(190)는 지주(110)가 설치된 장소의 하지때의 태양고도가 75.5도이고, 동지때의 태양고도가 28.5도인 경우 태양고도의 차분각인 47도를 6개월로 제산한 각도인 약 7.83 만큼 매달 1회씩 조정되게 제2모터(161)를 제어한다. 즉, 하지때 태양전지 패널(130)이 75.5도의 고도를 유지하도록 된 경우 1개월이 경과하면 제어부(190)는 제1모터를 구동하여 7.83도 만큼 고도가 낮아지게 제어한다. 이러한 과정은 6개월 동안 1개월 단위로 태양전지 패널의 고도가 낮아지게 조정되고, 6개월이 경과하여 동지가 된 다음에는 마찬가지로 1개월 후에 제2모터(161)를 구동하여 7.83도 만큼 고도가 낮아지게 제어한다.As an example, the
이상에서 설명된 태양광 추적 발전장치는 태양추적을 위한 연산부담이 거의 없고 시계정보를 이용하여 수평방향에 대해서는 단위 각도씩 회전시키고, 수직방향에 대해서는 월간 단위로 조정함으로써 구조가 단순해지면서도 발전효율을 높일 수 있는 장점을 제공한다.The solar tracking generator described above has little computational burden for solar tracking and rotates by unit angle in the horizontal direction by using the clock information, and adjusts it in monthly units in the vertical direction, thereby simplifying the structure and generating power efficiency. Provides an advantage to increase.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적 발전장치를 나타내 보인 사시도이고,1 is a perspective view showing a solar tracking power generation device according to the present invention,
도 2는 도 1의 일부 부분에 대한 부분 절단 단면도이고,2 is a partial cut cross-sectional view of a portion of FIG. 1;
도 3은 도 1의 메인플레이트의 회전각을 제어하기 위한 제어계통 회로도이다.3 is a control circuit diagram for controlling the rotation angle of the main plate of FIG.
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