KR101197973B1 - 태양광 발전기의 태양광 추적방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 발전기의 태양광 추적방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 집광판을 기 설정된 프로그램에 의해 이동시키는 추적장치에 의해 태양광을 추적하는 태양광 추적방법에 있어서, 상기 프로그램은 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 프로그래밍되는 프로그램 설정단계, 상기 프로그램에 의해 설치된 집광판의 위치를 기준으로 상기 집광판을 방위각 방향으로 일정 각도씩 이동시켜 각 각도에서의 집광량을 각각 측정하는 집광량 측정단계, 상기 각 측정값을 비교하여 집광량이 가장 높은 집광판의 각도를 확인하는 집광량 비교단계, 상기 집광량이 가장 높은 각도로 집광판을 위치시키는 집광판 각도 설정단계, 및 상기 집광판의 각도를 기준으로 프로그램을 수정하는 프로그램 수정단계를 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 태양광 발전기의 집광판을 최대전력이 가능한 위치로 정확하게 설정할 수 있어 종래 천문학적 정의에서 발생되는 오차를 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 종래보다 장기간 최대전력량을 생산시킬 수 있어 전력 생산량을 향상시킬 수 있다.

태양광, 발전기, 추적, 프로그램, 천문학적, 오차

Description

태양광 발전기의 태양광 추적방법{Sunlight chasing method of photovoltaic power generater}

본 발명은 태양광 추적방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로그램에 의해 태양을 추적하는 태양광 발전기의 태양 추적방법에 있어서, 프로그램 상의 오차를 최소화시키기 위해 집광판을 방위각 방향을 따라 일정각도로 이동시켜 최대 전력량이 생산되는 위치를 찾아서 시작 위치로 설정함에 따라 최대 전력 생산은 물론, 유지 보수가 용이하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 태양광 발전기의 태양광 추적방법에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광 발전기술은 햇빛에너지를 직접 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지와 태양전지로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환 및 제어기술이라고 정의할 수 있다.

이러한 태양광 발전은 청정에너지로써, 가동부분이나 고온, 고압의 부분이 없고, 보수가 용이하며, 무인화가 가능하고, 무한정한 에너지원이며, 양산성이 높고, 필요에 따라 소규모에서 대규모 시스템까지 설치 가능한 장점을 가지고 있다.

반면, 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 대면적이 필요하고, 상용전력에 비해 고가이며, 직류전력이 먼저 얻어지는 점 등에 유의해야 한다.

이 태양광 발전을 위한 태양 집광장치가 구비되고, 이 집광장치는 고정식과 반고정식 및 추적식으로 구분된다.

고정식은 태양광을 집광하는 집광판이 일정하게 고정된 것이고, 반고정식은 계절 또는 월별에 따라 상하 등으로 집광판의 위치가 변화되는 것이며, 추적식은 태양의 직사광선이 항상 태양전지 판의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 집광판을 이동시켜 태양의 위치를 추적하게 된다.

최근에 들어, 태양광 발전의 전력을 향상시키기 위해 추적식을 많이 사용하고 있으며, 이 추적식은 센서를 이용한 방법과 프로그램에 의한 방법으로 구분된다.

센서를 이용하는 방법은 태양의 조사량에 따라 태양의 위치를 파악하는 센서를 이용하여 집광판을 자동으로 이동시키는 것이고, 프로그램에 의한 방법은 집광판의 이동 경로를 태양의 이동경로에 따라 자동으로 이동되도록 프로그램을 설정하는 것이다.

여기서 센서를 이용한 방법은 구름이 많거나 흐린날씨 또는 눈과 비 등이 내리는 날에는 오작동이 발생되어 태양광을 집광하지 못하는 경우가 많고, 태양을 추적하기 위해 집광판을 이동시키기 위한 전력이 더 소비되는 문제점이 있다.

반면에, 프로그램 방식은 미리 설정된 프로그램에 따라 이동되는 것으로, 보 통 천문학적으로 정의된 태양의 궤적에 따라 자동으로 집광판을 이동시켜 최대전력을 발생시키게 된다.

즉, 집과판을 이동시키는 추적장치는 기상관측용이나 천문 관측용으로 주로 적용되어 사용되고 있다.

이때, 태양위치 계산은 지구에서 본 태양의 고도와 방위각을 계산해내는 것으로, 추적시스템의 입력신호로서 사용되는 태양의 위치를 천문학에서 정의된 지구의 운동 관계식을 사용하여 계산해 낸 것이다.

그러나 이러한 천문학에서 사용되는 태양위치계산을 위한 관계식은 대단히 복잡하고 방대하여 작은 계산오차도 결과 값에 큰 영향을 주게 되는 것으로, 실제 태양의 위치와는 오차가 발생되는 문제점이 있다.

종래에는 이러한 오차에 따른 전력 손실을 감수하고 사용하였으나 시간이 지남에 따라 그 오차범위가 더욱 크게 발생되어 전력 생산량이 급격하게 저하되는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 주기적으로 프로그램을 수정하거나 집광판의 위치를 수정하는 작업이 이루어지고 있으나, 그에 따른 별도의 비용이 발생되어 비용 증가에 따른 운용 효율이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 이와 같은 오차를 초기에 수정하고, 수정 주기를 증가시키도록 다양한 기술 개발이 이루어지고 있으나 전력 생산량은 크게 발전되지 않고 있으며, 특히, 태양 집광장치의 설치위치에 따라 다른 값의 프로그램이 사용됨에 따라 수정을 위한 비용 및 시간이 기하급수적으로 증가되는 문제점이 있다.

이런 비용의 발생은 태양광 에너지를 활용을 백지화시킬 수 있는 것이기에 비용을 감소시키고, 오차를 최소화시키는 기술을 개발이 절실히 요구되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 설정된 프로그램을 설정 후, 집광판의 각도를 바위각을 따라 일정각도 변경하여 각 집광량을 측정한 다음 집광량이 최대인 각도로 집광판을 조절하고, 프로그램을 수정함에 따라 집광량을 증가시킬 수 있다.

특히, 집광판의 이동 각도는 방위각을 따라 0.1 ~ 10℃의 범위로 이동되며, 1℃씩 이동하여 집광량을 측정함에 따라 집광량이 최대인 집광판의 위치를 정밀하게 측정하여 프로그램을 수정할 수 있다.

이에 따라, 천문학적 태양 궤적에 의한 프로그램 상의 오차를 최소화시킴은 물론, 최대 집광량을 유지할 수 있어 전력량을 증가시킬 수 있는 태양광 발전기의 태양광 추적방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 집광판을 기 설정된 프로그램에 의해 이동시키는 추적장치에 의해 태양광을 추적하는 태양광 추적방법에 있어서, 상기 프로그램은 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 프로그래밍되는 프로그램 설정단계, 상기 프로그램에 의해 설치된 집광판의 위치를 기준으로 상기 집광판을 방위각 방향으로 일정 각도씩 이동시켜 각 각도에서의 집광량을 각각 측정하는 집광량 측정단계, 상기 각 측정값을 비교하여 집광량이 가장 높은 집광판의 각도를 확인하는 집광량 비교단계, 상기 집광량이 가장 높은 각도로 집광판을 위치시키는 집광판 각도 설정단계, 및 상기 집광판의 각도를 기준으로 프로그램을 수정하는 프로그램 수정단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 집광량 측정단계는, 상기 태양광 발전기의 최초 사용할 경우와 최초 사용 후 1년(365일) 단위로 측정한다.

그리고 상기 집광량 측정단계에서 상기 집광판은, 상기 프로그램 설정단계에서 설정된 집광판의 위치를 기준으로 양 방향 0.1 ~ 10°의 각도 범위를 갖는다.

또한, 상기 집광량 측정단계에서 상기 집광판은, 상기 프로그램 설정단계에서 설정된 집광판의 위치를 기준으로 양 방향 1℃씩 이동 후 집광량을 측정한다.

그리고 상기 프로그램 설정단계의 천문학적 정의에 의한 태양궤적은 날짜와 시간 및 위치 등의 정보 중 선택된 어느 하나 이상의 정보를 이용한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 발전기의 태양광 추적방법에 의하면, 태양광 발전기의 집광판을 최대전력이 가능한 위치로 정확하게 설정할 수 있어 종래 천문학적 정의에서 발생되는 오차를 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 종래보다 장기간 최대전력량을 생산시킬 수 있어 전력 생산량을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전기를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법의 집광판 위치 설정을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법의 집광판 위치 설정에 의한 최대전력을 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 태양광 발전기의 태양광 추적방법은 프로그램 설정단계(S10)와 집광량 측정단계(S20), 집광량 비교단계(S30), 집광판 각도 설정단계(S40) 및 프로그램 수정단계(S50)로 구성된다.

먼저, 태양광 발전기(10)는 다수의 집광판(100)과 이 집광판(100)을 지지하는 프레임이 구비되며, 프로그램에 의해 집광판(100)을 이동시키는 추적수단(200) 및 집광판(100)을 통해 모여진 태양광을 전기에너지로 전환시키는 발전부(300)로 구성된다.

이러한 태양광 발전기(10)의 전력량을 증가시키기 위해 태양광 추적방법을 살펴보면, 프로그램 설정단계(S10)에서 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 프로그래밍되어 집광판(100)을 이동시키게 된다.

그리고 집광량 측정단계(S20)는 프로그램에 의해 설치된 집광판(100)의 위치 를 기준으로, 집광판(100)을 방위각 방향으로 일정 각도씩 이동시켜 각 각도에서의 집광량을 각각 측정하게 된다.

집광량 비교단계(S30)는 각 측정값을 비교하여 집광량이 가장 높은 집광판(100)의 각도를 확인하고, 집광판 각도 설정단계(S40)는 집광량이 가장 높은 각도로 집광판(100)을 위치시키게 된다.

또한 프로그램 수정단계(S50)는 집광판 각도 설정단계(S40)에 의해 위치된 집광판(100)의 각도를 기준으로 프로그램을 수정하여 최대 집광량을 유지함에 따라 발전량을 증가시킬 수 있다.

이러한 태양광 발전기의 태양광 추적방법은 천문학적으로 정의된 태양궤적이 극히 미미하지만, 오차가 발생되는 것임으로, 이 오차를 극복 또는 최소화시키기 위해 본 발명에서는 상기와 같은 설치된 집광판(100)의 위치를 조정하게 된다.

그리고 집광량 측정단계(S20)는 태양광 발전기(10)의 최초 사용할 경우와 일정 주기간격으로 시행하는 것으로, 최초 사용 후 1년(365일) 단위로 측정함이 바람직하며, 최초 한 번의 수정으로도 지속적으로 사용 가능하다.

또한 집광량 측정단계(S20)에서 집광판(100)의 회전 각도 범위는 프로그램 설정단계(S10)에서 설정된 집광판(100)의 위치를 기준으로 양 방향 0.1 ~ 10°이며, 양 방향 5°의 회전각도 범위에서 이루어짐이 바람직하다.

그리고 이 회전 각도 범위 내에서, 집광판(100)은 양 방향을 따라 1°씩 이동 후 집광량을 측정하여 비교함에 따라 집광량이 최대인 각도를 설정하고, 이 각도로 집광판(100)을 설정하도록 프로그램을 수정하는 것이다.

이와 같이 수정된 프로그램에 따라 추적수단(200)이 집광판(100)을 이동시켜 태양을 자동으로 추적함에 따라 태양광을 용이하게 집광할 수 있다.

또한 프로그램에서 사용되는 천문학적 정의에 의한 태양궤적(지구의 자전과 공전에 의한 태양의 궤적)은 날짜와 시간 및 위치 등의 정보 중 선택된 어느 하나 이상의 정보를 이용하여 프로그래밍되며, 정밀도를 위해서 날짜와 시간 및 위치 등의 모든 정보를 종합하여 프로그램되는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법을 도시한 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전기를 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법의 집광판 위치 설정을 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 태양광 추적방법의 집광판 위치 설정에 의한 최대전력을 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 태양광 발전기 100 : 집광판

200 : 추적수단 300 : 발전부

Claims (5)

1. 집광판을 기 설정된 프로그램에 의해 이동시키는 추적장치에 의해 태양광을 추적하는 태양광 추적방법에 있어서,

   상기 프로그램은 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 프로그래밍되는 프로그램 설정단계;

   상기 프로그램에 의해 설치된 집광판의 위치를 기준으로 상기 집광판을 방위각 방향으로 일정 각도씩 이동시켜 각 각도에서의 집광량을 각각 측정하는 집광량 측정단계;

   상기 각 측정값을 비교하여 집광량이 가장 높은 집광판의 각도를 확인하는 집광량 비교단계;

   상기 집광량이 가장 높은 각도로 집광판을 위치시키는 집광판 각도 설정단계; 및

   상기 집광판의 각도를 기준으로 프로그램을 수정하는 프로그램 수정단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 집광량 측정단계에서 상기 집광판은,

   상기 프로그램에 의해 설정된 위치에서 집광판의 면을 기준으로, 양 방향(상측방향과 하측방향)으로 각각 0.1 ~ 10°의 각도 범위에서 일정각도씩 회전되어 각 각도에서의 집광량을 측정하되,

   상기 집광판의 일정각도는 양 방향(상측방향과 하측방향)으로 1°씩 이동 후 집광량을 측정하며,

   상기 집광량 측정단계는,

   상기 태양광 발전기의 최초 사용할 경우와 최초 사용 후 1년(365일) 단위로 측정하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 태양광 추적방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 프로그램 설정단계의 천문학적 정의에 의한 태양궤적은 날짜와 시간 및 위치의 정보 중 선택된 어느 하나 이상의 정보를 이용하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 태양광 추적방법.

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