KR101178386B1

KR101178386B1 - 태양전지판 청소장치 및 청소방법

Info

Publication number: KR101178386B1
Application number: KR1020110087006A
Authority: KR
Inventors: 설진태
Original assignee: 한명전기주식회사
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-08-30

Abstract

본 발명은 태양전지판 청소장치 및 청소방법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 태양전지판 청소장치는 브러쉬가 부착 형성된 회전봉이 볼스크류에 의해 이동되는 가이드와 결합되어 왕복 이동됨으로써 태양전지판을 지나가며 청소를 행하고, 청소방법은 기준값 입력단계, 측정값 산출단계, 기준값과 측정값 비교단계, 청소명령단계 및 청소단계로 이루어진다.

Description

태양전지판 청소장치 및 청소방법{Cleaning apparatus and method for solar cell}

일반적으로 태양전지판은 태양광 발전을 위해 주로 옥외에 설치되는데, 이로 인해 태양전지판에는 먼지 등의 이물질이 쌓이게 되어 시간이 갈수록 전력생산효율을 감소시키게 된다.

이러한 태양전지판은 가정용이나 일반적인 건물에 설치되는 비교적 소용량의 태양광발전장치의 경우 발전효율이 떨어질 경우 장치를 점검하거나 태양전지판을 청소하여 발전효율을 개선시키고 있으나, 대용량의 태양광발전장치의 경우 인력으로 청소하기에는 많은 인원이 필요하고 이로써 유지보수비용의 증대 및 시간소모가 많은 단점이 있다.

또한, 대기 중에 먼지가 많이 함유되어 있는 경우 수시로 청소를 행하여야 하나 이에 대한 대안이 전혀 없는 실정이다.

이러한 태양전지판(모듈)의 청소문제를 해결하고자 등록특허 제10-1034192호에는 태양전지패널 청소용 로봇장치가 제안되어 있으며 도 4에 도시되어 있다.

상기 특허에 제안되어 있는 태양전지패널 청소용 로봇장치는 복수의 태양전지패널이 배열된 태양전지 어레이(array)에서 상기 태양전지패널을 청소하는 청소용 로봇장치로서, 상기 태양전지 어레이의 양측 모서리 각각에 인접하여 설치되어 있으며, 상기 각 모서리를 따라 왕복운동하는 이송차를 각각 구비한 한 쌍의 이송기; 상기 한 쌍의 이송차에 양단부가 각각 결합되고 세척액을 이송하는 이송관 및 상기 이송관의 세척액을 분사하는 세척액 분사노즐을 구비한 세척액 분사부; 및 상기 이송차에 의해 이송되고, 상기 한 쌍의 이송차 사이를 이동하며 상기 태양전지패널을 청소하는 청소로봇을 포함하고, 상기 청소로봇은, 몸체; 상기 몸체를 이동시키는 이동바퀴와, 상기 몸체에 설치되며 이동바퀴를 구동시키는 모터를 구비한 구동부; 상기 모터에 의해 회전되며 회전 시에 공기를 배출하는 임펠러(impeller)를 구비한 공기압 형성부; 상기 임펠러에서 배출되는 공기를 이송하는 제1배관 및 상기 제1배관의 공기를 상기 태양전지패널로 분사하는 공기 분사노즐을 구비한 공기 분사부; 및 상기 몸체에 결합되어 있으며, 상기 태양전지패널에 선택적으로 밀착되어 세척액을 제거하는 와이퍼를 포함하고, 상기 복수의 태양전지패널 사이에는 오목하게 가이드홈이 형성되어 있으며, 상기 청소로봇의 이동 시에, 상기 이동바퀴는 상기 가이드홈에 삽입되어 안내되는 것을 특징으로 한다.

상기 특허에 개시되어 있는 청소용 로봇장치의 가장 큰 문제는 개별의 태양전지패널마다 이송차가 구비되어야하고, 이송기 역시 구비되어야하며 이에 더하여 태양전지패널에는 가이드홈(4)이 형성되어야 한다는 점이다.

따라서, 태양전지패널의 생산과정이 매우 복잡해지고 생산비용이 과도하게 상승되며 비교적 대형의 태양광발전장치에는 이러한 비용증대로 인해 그 사용이 현실적으로 어렵게 된다.

또 다른 선행기술로서는 등록특허 제10-0888395호에 개시되어 있는 태양전지패널의 표면 청소용 시스템이 있으며 도 5에 도시되어 있다.

상기 특허에 개시되어 있는 태양전지패널의 표면 청소용 시스템은 태양 전지 패널의 광 발전값을 측정하는 측정부; 기준값을 제공하는 기준부; 상기 측정부에서 측정된 상기 광 발전값과 상기 기준부에서 제공된 상기 기준값을 비교하여 상기 태양 전지 패널의 청소를 명령하는 제어부; 상기 태양 전지 패널의 표면을 청소하기 위한 청소 장치를 가동하는 구동부; 및 상기 제어부로부터 경고 신호를 받는 관리부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 태양 전지 패널의 상기 표면의 오염으로 상기 광 발전값이 감소하는 경우에만 상기 태양 전지 패널의 청소를 명령하고, 그리고 상기 광 발전값의 감소가 상기 태양 전지 패널의 상기 표면의 오염에 의한 것이 아닌 경우에는 상기 경고 신호를 상기 관리부로 보내는 것을 특징으로 한다.

상기 특허에서는 태양전지패널의 표면 청소용 시스템에 대해 개략적으로만 설명하고 있을 뿐 구체적인 해결수단 즉, 태양전지패널의 청소장치에 대해서는 '청소 장치는 와이퍼(wiper) 또는/및 브러시(brush)에 의한 왕복 운동, 회전 운동 및 병진 운동 중에서 선택된 적어도 하나의 기계적 힘을 이용할 수 있다. 또는, 청소 장치는 정전기적 인력 또는 반발력을 이용할 수 있다.'라고만 기재하고 있으므로 구체적인 청소장치에 대해서는 제시하고 있지 않다.

따라서, 본 발명은 비교적 대형의 태양광발전장치에 사용이 가능한 태양전지판 청소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 태양전지판 청소장치에 사용되는 세척수를 빗물을 모은 저장탱크에서 공급받음으로써 별도로 물을 공급할 필요가 없는 태양전지판 청소장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 상기 태양전지판 청소장치를 볼스크류를 따라 이동되도록 구성함으로써 인접하여 설치된 다수의 태양전지판을 하나의 청소장치로서 행할 수 있는 태양전지판 청소장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은 기준값 입력단계, 측정값 산출단계, 기준값과 측정값 비교단계, 청소명령단계 및 청소단계로 이루어진 태양전지판 청소방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 태양전지판 청소장치는 브러쉬가 부착 형성된 회전봉과, 상기 회전봉의 양측에 형성된 볼스크류와, 상기 볼스크류를 지지해주는 포스트와, 상기 볼스크류를 구동시켜주는 모터와, 상기 회전봉과 볼스크류를 결합시켜주며 볼스크류의 회전에 따라 이동되는 가이드와, 태양전지판의 청소 수행 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 구성하며, 태양전지판 청소방법은 기준값 입력단계, 측정값 산출단계, 기준값과 측정값 비교단계, 청소명령단계 및 청소단계로 이루어지도록 한다.

본 발명에 의한 태양전지판 청소장치는 비교적 대형의 태양광발전장치에 사용이 가능하며, 상기 태양전지판 청소장치에 사용되는 세척수를 빗물을 모은 저장탱크에서 공급받음으로써 별도로 물을 공급할 필요가 없으며, 상기 태양전지판 청소장치가 볼스크류를 따라 이동되도록 함으로써 인접하여 설치된 다수의 태양전지판을 하나의 청소장치로서 행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 태양전지판 청소장치의 구성예시도
도 2는 도 1의 측면도
도 3은 본 발명의 타실시 예시도
도 4 내지 5는 종래 태양전지판 청소장치 및 방법의 예시도

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 태양전지판 청소장치의 구성예시도이고, 도 2는 도 1의 측면도로서, 본 발명에 의한 태양전지판 청소장치는 상기 청소장치는 브러쉬(3)가 부착 형성된 회전봉(2)과, 상기 회전봉(2)의 양측에 형성된 볼스크류(4)와, 상기 볼스크류(4)를 지지해주는 포스트(6)와, 상기 볼스크류(4)를 구동시켜주는 모터(8)와, 상기 회전봉(2)과 볼스크류(4)를 결합시켜주며 볼스크류(4)의 회전에 따라 이동되는 가이드(5)와, 태양전지판(1)의 청소 수행 여부를 결정하는 제어부(11)를 포함하여 구성되어 있다.

먼저, 상기 회전봉(2)은 브러쉬(3)가 부착 형성되는데 상기 브러쉬(3)는 부드러운 솔로서 형성되어 태양전지판(1)의 표면에 스크래치가 남지 않는 것이 바람직하며 자전될 수 있도록 형성할 수 있다.

상기 회전봉(2)의 양측에는 포스트(6)가 형성되어 볼스크류(4)를 지지해주는 동시에 회전봉(2) 및 브러쉬(3)를 태양전지판(1) 쪽으로 이동될 수 있도록 하며, 상기 볼스크류(4)의 일부를 감싸는 형태로 가이드(5)가 형성된다.

상기 포스트(6)의 일측 또는 양측에는 볼스크류(4)의 회전을 위해 모터(9)가 형성되어 있다.

또한, 상기 모터(9)의 구동 여부를 제어하는 제어부(11)가 형성되어 태양전지판(1)의 청소 수행 여부 즉, 청소장치의 작동 여부를 제어한다.

따라서, 제어부(11)에서 모터(9)의 구동명령을 내리게 되면 모터(9)에 의해 상기 모터(9)의 축과 결합되어 있는 볼스크류(4)가 회전되고, 볼스크류(4)의 회전에 따라 가이드(5)가 이동되며, 상기 가이드(5)와 고정 결합되어 있는 회전봉(2) 역시 이동되게 된다.

이때, 상기 회전봉(2)을 감싸는 형태로 형성된 브러쉬(3) 역시 회전되면서 이동되면서 태양전지판(1)의 청소가 수행된다.

이때 상기 브러쉬(3)에는 배수홀(7)이 형성되어 회전봉(2)을 통해 인입된 세척수가 분사되는데, 브러쉬(3)가 솔로 이루어진 경우 브러쉬(3)에는 별도의 배수홀(8)이 필요치 않고 회전봉(2)에만 배수홀이 형성될 수 있다.

상기 세척수는 회전봉(2)의 일측과 연결되어 있는 세척수관(9)을 통해 유입되며 이러한 세척수관(9)은 빗물을 받아 저장하는 저장탱크(도시하지 않음)와 연결되어 있다.

즉, 상기 저장탱크는 강우시 빗물을 저장해두었다가 청소장치가 가동될 때 세척수관(9)을 통해 회전봉(2)이나 브러쉬(3) 쪽으로 세척수를 공급하게 되는데, 빗물을 저장할 때 불순물을 걸러주기 위해 필터를 사용할 수 있고 물이 섞는 것을 방지하기 위해 저장탱크 내에 화학약품 등을 사용할 수 있으며, 빗물이 부족할 경우 상수도를 이용하여 저장탱크에 물을 채울 수도 있다.

상술한 실시예에서 회전봉(2)의 이동을 위해 볼스크류(4)와 가이드(5)를 형성하였으나 경우에 따라 볼스크류(4) 대신 롤러를 사용할 수도 있다.

롤러를 사용할 경우 롤러의 일측에 벨트나 체인과 같은 동력전달구성을 형성하고 상기 벨트나 체인을 구동하는 구동모터를 형성하여 회전봉이 롤러를 따라 이동되도록 형성할 수도 있으며, 회전봉의 일측에 와이어를 연결하여 상기 와이어의 롤(roll) 및 언롤(unroll) 동작으로 회전봉(2) 및 브러쉬(3)를 이동시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 포스트(6)에는 볼스크류(4)의 상하 이동을 위해 가이드홈(10)이 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 즉, 볼스크류(4)을 따라 가이드(5)가 태양전지판(1) 쪽으로 이동될 때에는 회전봉(2)이 청소위치 즉, 태양전지판(1)과 브러쉬(3)가 접하는 위치로 이동되어 있다가 원위치로 복귀될 때에는 회전봉(2)이 위로 상승하여 태양전지판(1)과 브러쉬(3)가 맞닿지 않도록 하는 이동위치로 이동되어 회전봉(2)을 복귀시킬 수 있도록 구성할 수 있으며, 볼스크류(4)의 상하이동으로 회전봉 및 브러쉬의 높낮이를 조절할 수 있다.

도 3은 본 발명의 타실시 예시도로서, 상술한 실시예에서는 태양전지판이 경사져 있는 상하방향으로 회전봉 및 브러쉬가 이동하여 청소를 진행하였으나, 대용량 태양전지판의 경우 도시한 바와 같이 다수의 태양전지판을 하나의 블록으로 설치하는 경우도 있으므로 이러한 경우 청소장치를 태양전지판의 측면에서 타측면으로 이동되도록 구성할 수도 있다.

본 발명에 의한 태양전지판 청소방법은 모델이 되는 태양전지판을 기준으로 하여 일정 시간 동안 발전된 전기의 전압값, 전류값, 전력값 중 적어도 어느 하나 이상을 측정한 측정값을 기준값으로 입력하는 기준값 입력단계, 측정할 태양전지판에서 발전된 전기의 전압값, 전류값, 전력값 중 적어도 어느 하나 이상을 측정한 측정값을 산출하는 측정값 산출단계, 상기 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값보다 소정의 비율만큼 감소되었을 경우 제어부로 청소명령을 내리는 청소 명령단계, 태양전지판 청소장치로서 태양전지판의 청소를 행하는 태양전지판 청소단계로 이루어지며, 상기 청소장치는 브러쉬(3)가 부착 형성된 회전봉(2)과, 상기 회전봉(2)의 양측에 형성된 볼스크류(4)와, 상기 볼스크류(4)를 지지해주는 포스트(6)와, 상기 볼스크류(4)를 구동시켜주는 모터(8)와, 상기 회전봉(2)과 볼스크류(4)를 결합시켜주며 볼스크류(4)의 회전에 따라 이동되는 가이드(5)와, 태양전지판(1)의 청소 수행 여부를 결정하는 제어부(11)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 기준값을 산출하기 위한 모델이 되는 태양전지판은 도 1과 같이 태양전지판 여러 개가 하나의 세트로 되어있는 것을 하나의 섹터로 지정하는 것이 바람직하며, 최초 설치하여 일정 시간 동안 발전된 전기의 전압값, 전류값, 전력값 중 적어도 어느 하나 이상을 측정한 측정값이 전체 태양전지판 중 평균 정도 되는 것을 정할 수도 있고 가장 발전비율이 높은 것을 정할 수도 있으며, 가장 발전비율이 낮은 것을 정할 수도 있다. 이러한 기준값에 따라 청소 명령단계에서 판단하는 청소횟수가 가감될 수 있다.

즉, 모델이 되는 태양전지판의 발전비율이 가장 높은 경우 측정한 태양전지판의 발전비율이 10% 이상으로 내려가지 않는 이상 청소 명령을 내리지 않을 수도 있으며, 반대로 모델이 되는 태양전지판의 발전비율이 가장 낮은 것을 정한 경우 측정한 태양전지판의 발전비율이 5% 이상 내려갈 경우 즉시 청소명령을 내릴 수도 있다.

이러한 기준값과 측정값의 비교에 따른 청소 명령 여부는 사용자가 임의로 정할 수 있는데, 예로서 겨울철의 경우 모델이 되는 태양전지판의 발전비율에 비해 측정한 태양전지판의 발전비율이 10% 이상 내려갔을 경우에 청소명령을 내리는데 비해, 봄의 경우 모델이 되는 태양전지판의 발전비율에 비해 측정한 태양전지판의 발전비율이 5%만 내려갔을 경우에도 청소명령을 내릴 수 있다.

이는 봄에는 황사 등의 영향으로 인해 다른 계절에 비해 많은 먼지가 쌓일 우려가 있고, 겨울에는 잦은 청소로 인해 오히려 세척수가 얼어서 태양전지판의 발전을 저해할 수 있기 때문이다.

이러한 계절과 함께 실시간 온도와 일사량을 대비하여 가장 적합한 경우에만 청소명령을 내리는 것이 바람직하다.

또한, 비가 올 경우 자연적으로 청소가 이루어지므로 습도계로서 습도가 100%인 경우 발전비율이 떨어지더라도 굳이 태양전지판에 대해 청소 명령을 내릴 필요가 없다.

1. 태양전지판 2. 회전봉
3. 브러쉬 4. 볼스크류
5. 가이드 6. 포스트
7. 배수홀 8. 모터
9. 세척수관 10. 가이드홈
11. 제어부

Claims

태양전지판 청소장치에 있어서,
상기 청소장치는 브러쉬(3)가 부착 형성된 회전봉(2)과, 상기 회전봉(2)의 양측에 형성된 볼스크류(4)와, 상기 볼스크류(4)를 지지해주는 포스트(6)와, 상기 볼스크류(4)를 구동시켜주는 모터(8)와, 상기 회전봉(2)과 볼스크류(4)를 결합시켜주며 볼스크류(4)의 회전에 따라 이동되는 가이드(5)와, 태양전지판(1)의 청소 수행 여부를 결정하는 제어부(11)를 포함하여 구성된 것이 특징인 태양전지판 청소장치
제1항에 있어서,
상기 브러쉬(3)에는 배수홀(8)이 형성되어 회전봉(2)을 통해 인입된 세척수가 분사되는 것이 특징인 태양전지판 청소장치
제2항에 있어서,
상기 세척수는 빗물을 받아 저장하는 저장탱크에서 공급받는 것이 특징인 태양전지판 청소장치
제1항에 있어서,
상기 포스트(6)에는 회전봉(2)의 상하 이동을 위해 가이드홈(10)이 형성되는 것이 특징인 태양전지판 청소장치
태양전지판 청소방법에 있어서,
모델이 되는 태양전지판에서 일정 시간 동안 발전된 전기의 전압값, 전류값, 전력값 중 적어도 어느 하나 이상을 측정한 측정값을 기준값으로 입력하는 기준값 입력단계, 측정할 태양전지판에서 발전된 전기의 전압값, 전류값, 전력값 중 적어도 어느 하나 이상을 측정한 측정값을 산출하는 측정값 산출단계, 상기 기준값과 측정값을 비교하여 측정값이 기준값보다 소정의 비율만큼 감소되었을 경우 제어부로 청소명령을 내리는 청소 명령단계, 태양전지판 청소장치로서 태양전지판의 청소를 행하는 태양전지판 청소단계로 이루어지는 것이 특징인 태양전지판 청소방법
제5항에 있어서,
상기 청소장치는 브러쉬(3)가 부착 형성된 회전봉(2)과, 상기 회전봉(2)의 양측에 형성된 이동프레임(4)과, 상기 이동프레임(4)의 움직임을 가이드해주는 레일(5)과, 상기 레일(5)의 일측에 형성된 롤러(6)와, 상기 롤러(6) 사이에 형성된 벨트(7)와, 상기 롤러(6)를 회전시켜주는 구동모터(9)와, 태양전지판의 청소 수행 여부를 결정하는 제어부를 포함하여 구성된 것이 특징인 태양전지판 청소방법