KR101207270B1

KR101207270B1 - 태양광 발전용 태양 추적 장치

Info

Publication number: KR101207270B1
Application number: KR1020120101422A
Authority: KR
Inventors: 엄분도
Original assignee: 엄분도
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2012-12-03
Also published as: EP2708831A2; US20140069481A1; US8993870B2; CN103676967B; CN103676967A; EP2708831A3; EP2708831B1

Abstract

본 발명인 태양 추적 장치는 고도각이 최저인 동지점과 고도각이 최대인 하지점 범위 내에서 연중 계절에 따라 반복적으로 변하는 태양의 고도각은 일변화량이 극히 작은데 비해, 방위각은 매일 일출에서 일몰로 한 방향으로의 이동이 반복되는 바, 고도각을 추적하는 한 축의 1회 구동으로 고도를 맞춘 후에는 태양의 고도가 일정범위를 벗어나기까지는 고도각을 고정하며, 일상 반복의 동서 방위각을 추적하는 다른 축만을 구동하도록 함으로써 태양 추적을 위한 구동부의 상시전력 소모를 최소화하고 장치의 운영과 관리에서 비용을 낮출 수 있으며, 풍압이 일정 세기에 도달하면 태양 전지 판넬을 열어 바람이 통과함으로써 풍압을 완화하여 태양 추적 장치 구조물의 전체의 안정성을 확보할 수 있다.

Description

태양광 발전용 태양 추적 장치{Solar tracker for photovoltaic power generation}

본 발명은 태양광 발전용 태양 추적 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양의 움직임(궤적)에 대응되게 태양전지판의 각도를 태양과 수직으로 형성하도록 하여 발전효율을 높이고자 하루의 태양 방위이동과 계절에 따른 태양의 높낮이인 고도의 변화를 직동실린더를 이용하여 추적하는 태양 추적 장치에 관한 것이다.

태양과 수직으로 태양전지판이 위치할 수 있도록 하기 위하여 태양 추적 장치는 최소 두 개의 축, 즉 태양의 일주운동에 대한 방위각을 추적하기 위한 X축과 태양의 계절운동에 대한 고도각을 추적하기 위한 Y축을 각각 구동하여야 하며 이를 달성하기 위한 기계적 구성은 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 도 1은 동서 방위각 추적을 위하여 X축을 중심으로 회전하고 태양의 고도를 조준하기 위해 Y축을 회전하도록 고안된 종래의 태양 추적 장치(1)의 사시도를 도시하고 있다.

종래의 태양 추적 장치(1)는 태양의 방위각과 고도각을 추적하기 위하여 지속적으로 태양의 방위각과 고도각을 추적하여 방위각 추적 구동장치와 고도각 추적 구동장치를 항상 동시에 구동하여야 하므로 컴퓨터를 통하여 복잡한 수학적 계산이 필요하거나, 이를 정밀하게 제어할 수 있어야 하는 문제점과 이로 인한 구동장치의 작동이 빈번하여 고장의 빈도가 높아지는 문제가 있었다.

또한, 많은 양의 전력을 얻기 위하여 태양전지판의 크기가 대형화가 될 수록 기계적 성능과 별도로 강풍 등 외부의 작용에 변형되거나 흔들림이나 구조물 전체의 전복 등을 방지하기 위하여 충분히 견딜 수 있는 강성을 달성하도록 구조설계를 해야 하므로 구조도 복잡해지고 중량도 무거워져 제작과 시공이 까다롭고 비용이 비싸지는 문제점도 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 인식하고, 풍압에 충분히 견디는 강성과 내구성을 보유하며 아울러 간단한 구조를 가지면서 단순히 기구 동작만으로도 고도각 과 방위각을 정확히 제어할 수 있는 구동장치를 구비한 태양 추적 장치를 만드는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 태양 추적 장치는 하나 이상의 태양 전지 판넬을 포함하는 태양전지판과 상기 태양전지판을 적재하는 상부구조물과 상기 상부구조물을 지지하기 위한 하나의 주기둥과 기초바닥부를 가지고, 계절에 변화하는 태양의 고도에 대응하여 상기 태양전지판의 고도각을 조절하는 고도각 조절 직동실린더와, 상기 고도각 조절 직동실린더에 의하여 고도각이 고정되면 태양의 일주운동에 대응하여 시간에 따라 방위각을 조절하는 방위각 조절 직동실린더를 포함한다.

이 때, 상기 기초바닥부 상면은 상기 주기둥의 일단부에 고정되고, 상기 고도각 조절 직동실린더와는 1자유도의 힌지와 연결되고, 상기 방위각 조절 실린더는 2자유도를 가진 잠금형 십자 연결구로 연결되고, 상기 상부구조물 저면의 일지점에서 상기 주기둥과 상기 고도각 조절 직동실린더 및 방위각 조절 직동실린더는 잠금형 십자 연결구로 연결된다.

상기 잠금형 십자 연결구는 2자유도를 가지고 회전가능하므로 구조물에 사용하는 경우 측면으로부터 작용하는 외부 작용력에 붕괴될 수 있는 취약점이 있어, 2자유도 회전운동을 구속하는 회전잠금부를 가지도록 함으로써,상기 고도각 조절 및 방위각 조절 직동실린더가 각각 각도를 조절하는 구동을 마친 후에는 상기 고도각 조절 직동실린더 및 방위각 조절 직동실린더와 연결되어 있는 상기 잠금형 십자 연결구의 상대적인 움직임을 구속하도록 하여 구조물 전체가 강체로서 구조적으로 안정되도록 할 수 있다.

또한, 상기 태양전지판은 일정 크기의 태양 전지 판넬을 복수 개를 배열하여 대규모 발전을 하는 태양광 발전장치에서 사용할 수 있는데, 이러한 대형화로 인하여 풍압에 취약해 질 수 있는 문제점을 개선하기 위하여 상기 태양 전지 판넬의 내부에 회전축을 축설하고 회전축 일단에 웜기어를 설치하며, 태양 전지 판넬의 외부에 스토퍼를 장착하고, 전동식 또는 공압식 모터와 회전축 일단에 있는 윔기어와 맞물리도록 웜기어장치를 부착하여 상기 태양 전지 판넬이 개폐가능할 수 있도록 하여 풍압이 정해진 세기에 이르는 경우 이를 열어두어 구조물에 미치는 풍압을 완화할 수 있는 개폐조절부를 포함할 수 있다.

또한, 태양의 고도각과 방위각에 맞추어 태양전지판을 포함한 상부구조물을 구동하기 위하여, 상기 직동실린더는 단일의 직동실린더를 병렬로 하여 복수개로 결합하고 다시 이들을 복수의 단으로 결합하여 대중량, 대행정거리를 가지는 다단 복합 직동실린더를 포함할 수 있다.

도2에서 도시된 바와 같이, 고도각이 최저인 동지점과 고도각이 최대인 하지점 범위 내에서 연중 계절에 따라 반복적으로 변하는 태양의 고도각은 일변화량이 극히 작은데 비해, 방위각은 매일 일출에서 일몰로 한 방향으로의 이동이 반복되는 바, 본 발명인 태양 추적 장치는 고도각을 추적하는 한 축의 1회 구동으로 고도를 맞춘 후에는 태양의 고도가 일정범위를 벗어나기까지는 고도각을 고정하며, 일상 반복의 동서 방위각을 추적하는 다른 축만을 구동하도록 함으로써 태양 추적을 위한 구동부의 상시전력 소모를 최소화하고 장치의 운영과 관리에서 비용을 낮출 수 있다.

본 발명인 태양 추적 장치는 태양 전지판의 각도를 조절하는 구동장치인 직동실린더가 장치의 기초 구조물로서 기능을 겸함으로써 구동장치의 구조를 획기적으로 단순화하여 태양광 발전기의 단일기기당 크기와 용량을 무제한적으로 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 제조비와 시공비를 크게 낮출 수 있고 또한 내구성을 높일 수 있다.

본 발명인 태양 추적 장치는 복수개의 태양 전지 판넬을 개폐할 수 있어 풍압이 정해진 세기에 이를 때 태양 전지 판넬을 일부 또는 전부를 열어 태양전지판 전체에 작용하는 풍압을 완화하므로써 태양 추적 장치 구조물 전체의 안전성과 내구성을 확보할 수 있다.

또한 본 발명인 잠금형 십자 연결구와 직동실린더를 사용한 태양 추적 장치는 대용량의 구조물 하중과 풍압 등 외부 작용력을 주기둥과 직동실린더들로 적절히 분산하여 지지할 수 있으며, 지면으로부터 높이 설치 가능하므로 태양 추적 장치 하부 부지의 활용도 자연스러울 뿐 만 아니라 녹지의 훼손을 최소화 할 수 있다.

이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 종래의 태양 추적 장치의 일실례를 도시한 사시도.
도 2는 계절과 하루의 변화에 따라 달라지는 태양의 고도각과 방위각에 대한 상태도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 잠금형 십자 연결구의 배치를 나타내는 배치도.
도 5 (a),(b)는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 고도각이 조절되는 모습을 보여주는 측면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 고도각과 방위각이 조절되는 모습을 보여주는 사시도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 방위각 조절 직동실린더의 조립되는 형상을 보여주는 상태도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 방위각 조절 직동실린더의 조립되는 형상을 보여주는 단면도
도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 잠금형 십자 연결구의 형상을 보여주는 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 잠금형 십자 연결구의 형상을 보여주는 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 잠금형 십자 연결구의 죔쇠볼트가 작동하여 잠금되는 모습을 보여주는 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 잠금형 십자 연결구의 죔쇠볼트가 작동하여 잠금이 해제되는 모습을 보여주는 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 잠금형 십자 연결구에 죔너트와 전자석이 설치되어 있는 것을 보여주는 단면도.
도 14는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치에서 태양 전지 판넬들이 개방되어 있는 것을 보여주는 사시도.
도 15는 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치에서 태양 전지 판넬이 개방되는 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 16 (a),(b)은 도 15에 있어서, 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치에서 태양 전지 판넬이 개방되는 것을 설명하기 위한 'A'에서 본 평면도.
도 17은 (a),(b)은 본 발명에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치에서 태양 전지 판넬이 개폐되는 방식을 설명하기 위한 단면도.
도 18은 복수의 태양 전지 판넬을 직렬로 연결하고 하나의 모터로 동시에 개방되는 것을 설명하기 위해 2개의 태양 전지 판넬을 연결한 다른 일실시예를 보여주는 사시도
도 19는 본 발명에 사용될 수 있는 직동실린더의 다른 일실시예를 보여주는 사시도.
도 20은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 태양광 발전용 태양 추적 장치의 측면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 태양 추적 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 추적 장치의 사시도이다.

도 3에서 도시된 바와 같이, 태양의 고도와 방위의 변화에 따라 태양광을 추적할 수 있도록 구동하는 태양 추적 장치(100)는 하나 이상의 태양 전지 판넬(10)을 포함하는 태양전지판(20)과 상기 태양전지판(20)을 탑재하는 상부구조물(30)과 상기 상부구조물(30)을 지지하기 위한 태양 추적 장치(100)의 하중을 지지하는 하나의 주기둥(40)과 기초바닥부(50)로 이루어진다.

이때, 상기 기초바닥부(50)는 콘크리트 또는 적절한 철구조물로 장치의 전복이나 기울어짐 또는 강한 풍압등에 견딜 수 있는 충분한 기초가 되게 하는것이 바람직하다.

또한, 계절에 변화하는 태양의 고도에 대응하여 상기 상부구조물의 고도각을 조절하는 고도각 조절 직동실린더(60)와 상기 고도각 조절 직동실린더(60)에 의하여 고도각이 고정되면, 태양의 일주운동에 대응하여 시간에 따라 고도각과 직교하는 방위각을 조절하는 방위각 조절 직동실린더(70)로 구성된다. 상기 고도각 조절 직동실린더(60)와 상기 방위각 조절 직동실린더(70)는 미도시된 제어장치로부터 신호 또는 전류의 작동명령을 받으면 그 길이가 연장되거나 수축되면서 상하 직선운동을 하여 방위각 회전축과 고도각 회전축을 회전하게 하여 상기 상부구조물(30)이 태양을 추적하여 수직으로 마주할 수 있도록 한다.

이 때, 상기 기초바닥부(50)의 상면은 상기 주기둥(40)의 일단부에 고정되고, 상기 고도각 조절 직동실린더(60)의 일단부와는 1자유도의 힌지(61)를 통하여 연결되고, 상기 방위각 조절 직동실린더(70)의 일단부와는 2자유도를 가진 잠금형 십자 연결구(80a)를 통하여 기초바닥부(50)와 연결되며,상기 상부구조물(30) 저면의 일지점에서 상기 주기둥(40)과 상기 고도각 조절 직동실린더(60)와 상기 방위각 조절 직동실린더(70)들의 타단부와는 각각 잠금형 십자 연결구(80b, 80c, 80d)로 연결되어 구성된다.

상기 잠금형 십자 연결구(80b, 80c, 80d)가 상기 상부구조물(30)의 저면에 연결되는 지점사이에 상기 상부구조물(30)의 무게 중심이 위치하는 것이 안정적인 구조물이 되는데 바람직하다.

상기 고도각 조절 직동실린더(60) 및 방위각 조절 직동실린더(70)들과 상기 주기둥(40)을 상기 상부구조물(30)과 상기 기초바닥부(50)에 연결하는 상기 잠금형 십자 연결구(80a, 80b, 80c, 80d)는 각각 십자형 기계축(93)을 가지고 있어 2자유도를 가지므로, 각각의 기계축은 상호 어떠한 각도도 형성할 수 있게 할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 태양 추적장치(100)가 회전력에 의한 비틀림을 방지하고 기계적으로 안정된 구동을 하기 위해서는 상기 상부구조물(30)이 수평을 유지한 상태에서 상기 상부구조물(30)의 저면과 상기 주기둥(40)의 일단부에 연결되는 잠금형 십자 연결구(80b)와 상기 상부구조물(30) 저면과 상기 방위각 조절 직동실린더(70)가 연결되는 잠금형 십자 연결구(80d)는 상기 잠금형 십자 연결구(80b, 80d)가 가지는 각각의 십자형 기계축 중 어느 하나의 축을 상기 태양추적장치(100)의 고도각 회전축(Y축)으로 구성하기 위하여 동심으로 서로 일치시키고, 상기 상부구조물(30)의 저면과 상기 주기둥(40)의 일단부에 연결되는 잠금형 십자 연결구(80b)와 상기 상부구조물(30)의 저면과 상기 고도각 조절 직동실린더(60)를 연결하는 잠금형 십자 연결구(80c)는 상기 잠금형 십자 연결구(80c)가 가지는 십자형 기계축 중 하나의 축과 상기 잠금형 십자연결구(80b)의 십자형 기계축의 나머지 한 개의 축을 상기 태양추적장치(100)의 방위각 회전축(X축)으로 구성하도록 동심으로 일치시키는 것이 필요하다. 또한, 상기 상부구조물(30) 저면에 상기 주기둥(40)과 상기 방위각 조절 직동실린더(70) 및 상기 고도각 조절 직동실린더(60)와 각각 연결되는 상기 십자형 연결구(80b, 80c, 80d)들은 상기 상부 구조물(30)이 원활하게 회전할 수 있도록 동일한 방향으로 배열하여 설치하는 것이 바람직하다.

도시된 도 5(a)를 참조하면, 위와 같이 구성된 상기 태양 추적 장치(100)는 태양의 고도가 낮아지는 경우 미도시된 제어장치의 명령에 따라 상기 고도각 조절 직동실린더(60)의 길이가 길어지고, 이에 상기 상부구조물(30)이 고도각 회전축 중심으로 회전하여 태양을 따라 고도가 낮아지며, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 태양의 고도가 높아지는 경우에는 제어장치의 명령에 따라 상기 고도각 조절 직동실린더(60)의 길이가 짧아지고 고도각각 회전축을 중심으로 반대로 회전하여 태양을 따라 고도가 높아짐을 알 수 있다.

또한, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 상부구조물(30)이 상기 고도각 조절 직동실린더(60)의 길이가 늘어나면서 고도각 회전축을 중심으로 회전하여 임의의 고도각을 유지한 상태에서 상기 방위각 조절 직동실린더(70)가 작동하여 길이가 늘어나거나 줄어듬으로써 상기 상부구조물(30)이 임의 각도로 회전하는 것을 일실례로 보여주는 것으로, 고도각 회전축을 움직이는 고도각 조절 직동실린더(60)가 정지하면 일정 고도각을 유지하는 상태가 되고, 이 상태에서 방위각 회전축을 움직이는 방위각 조절 직동실린더(70)의 길이가 늘거나 줄어들게 되면서 상기 태양 추적 장치(100)는 일정 고도각에서 방위각 추적을 반복하게 된다. 즉, 고도각을 추적하는 고도각 회전축의 1회 구동으로 고도를 맞춘 후에는 태양의 고도가 일정범위를 벗어나기까지는 고도각은 고정하며, 이후에는 동서 방위각을 추적하는 방위각 조절 직동실린더(70)만을 구동하도록 함으로써 상기 태양 추적 장치(100)의 운영을 간단하게 할 수 있다.

도 7과 도 8에서 도시된 바와 같이, 상기 상부구조물(30)의 저면에서 2자유도를 가지는 잠금형 십자 연결구(80d)와 연결되어 있는 상기 방위각 조절 직동실린더(70)는 상기 고도각 조절 직동실린더(60)와 상기 방위각 조절 직동실린더(70)의 구동으로 인하여 상기 상부구조물(30)이 회전하면서 발생하는 상기 방위각 조절 직동실린더(70)의 비틀림을 제거하여 원활한 작동과 안정적인 구조를 이루게 하기 위해서, 상기 방위각 조절 직동실린더(70)의 길이방향 축을 중심으로 상기 방위각 조절 작동실린더(70)가 자유롭게 회전할 수 있도록 상기 잠금형 십자 연결구(80d)와 상기 방위각 조절 직동실린더(70)를 서로 연결할 때 그 사이에 트러스트 베어링(71)을 삽입하고 베어링 홀더(72)로 고정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태양 추적 장치(100)의 다른 일실시예로써 하나의 직동실린더만을 사용하고, 나머지는 주기둥으로 고정할 수 있으며, 이와 같은 경우에는 구조적으로 기계적 작동부분이 줄고 강고한 구조를 이루는 1축식 추적장치를 구성할 수 있다.

상기 태양 추적 장치(100)의 일실시예에 따르면, 한개의 고정된 주기둥(40)과 보조적으로 고도각 조절 직동실린더(60) 및 방위각 조절 직동실린더(70)로 이루어지면서, 본 추적장치의 구조물 전체는 모두 3개의 기둥을 가지게 되어 수직하중을 포함한 수직 작용력에는 충분한 저항을 할 수 있지만, 상기 고도각 조절 직동실린더(60)와 상기 방위각 조절 직동실린더(70)의 양단에는 회전이 자유로운 십자형 기계축(93)을 가지는 잠금형 십자 연결구(80)나 힌지(61)로 연결되어 풍압 등으로 인한 측면으로부터 작용하는 진동이나 흔들림에는 취약할 수 있어 상기 태양 추적 장치(100)의 구동을 마친 후에는 미도시된 제어장치로부터의 명령이나 신호에 따라 잠금형 십자 연결구(80)의 상대적인 회전 움직임을 구속하도록 함으로써 구조물 전체가 단단한 강체로서 기능하게 할 수 있도록 할 수 있다.

상기 잠금형 십자연결구(80)는 2자유도 회전운동을 할 수 있도록 내부에 십자형 기계축(93)이 포함되어 있는바, 도 9는 상대적인 회전 움직임을 구속할 수 있는 잠금형 십자 연결구(80)를 도시한 것으로 이를 위하여 잠금형 십자 연결구(80)는 죔쇠볼트(91)와 죔너트(92)및 실린더(94)를 구성할 수 있다. 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 잠금형 십자 연결구(80)의 축암(89)과 십자형 기계축(93)과의 회전운동을 억제하기 위하여 상기 잠금형 십자연결구(80)의 내부에서 십자형 기계축(93)의 양단부를 지지하고 있는 축암(89)의 하단을 절개하여 절개부를 형성하고 상기 절개부를 죄었다 풀었다 할 수 있도록 절개부에 관통홀을 형성하고 상기 잠금형 십자 연결구(80)에 포함되는 죔쇠볼트(91)는 절개부의 관통홀에 구비된다. 또한 상기 죔쇠볼트(91)가 절개부를 조이고 푸는 기능을 발휘하도록 하는 죔쇠로드(95)의 일단은 절개부 사이에서 상기 죔쇠볼트(91)와 같이 연결된다. 상기 죔쇠로드(95)의 타단에는 실린더(94)의 로드와 같이 연결되고 상기 실린더(94)는 상기 잠금형 연결구의 축암(89)의 외측면에 고정된다.

도 11에서 도시된 바와 같이, 상기 실린더(94)가 전기 또는 유공압에 의해 실린더 로드의 길이가 길어지면 연결되어 있는 죔쇠로드(95)를 아래로 내리게 되고 상기 죔쇠로드(95)는 상기 죔쇠볼트(91)를 회전시켜 절개된 십자 연결부 축암(89)의 절개부가 당겨지면서 상기 잠금형 십자 연결구 축암(89)과 상기 십자형 기계축(93)간의 회전운동을 구속하게 된다.

한편, 도 12에서 도시된 바와 같이, 상기 실린더(94)가 전기 또는 유공압에 의해 실린더 로드의 길이가 짧아지면 상기 죔쇠로드(95)를 위로 당기게 되고 상기 죔쇠볼트(91)를 반대로 회전시켜 오른나사의 경우 잠금형 십자 연결구 축암(89)의절개부의 간격이 벌어지게 되면서 조임을 풀고 느슨해지고, 상기 잠금형 십자 연결구 축암(89)과 상기 십자형 기계축(93)간의 회전운동이 가능하게 된다.

또한 도 13에서 보듯이, 상기 잠금형 십자 연결구(80)은 상기 십자형 기계축(93) 내부에는 전자석(96a)을 삽입하고, 상기 십자형 기계축(93) 내부에 삽입되어 있는 전자석(96a)이 위치된 부분의 외부에는 나사산을 형성하여 암나사인 죔너트(92)를 장치하며, 상기 죔너트(92)의 내부에는 전자석(96b)을 내장하도록 장치함으로써, 직류 전류가 흐를 경우 전자석(96a, 96b)들이 특정의 극성을 나타내도록 하여 같은 극성끼리는 밀어내고 다른 극성끼리는 서로 당기는 작용을 함에 따라 죔너트(92)가 임의의 각도만큼 회전을 하도록 함으로써 나사의 체결력을 발생하게 할 수 있다.

또한, 상기 잠금형 십자 연결구(80)는 체결력을 더욱 확보하도록 도 10에서 도시한 바와 같이, 상기 잠금형 십자 연결구(80)의 빈 공간 내부에는 전기식 또는 공압식 또는 유압식 모터(97)를 설치하고, 상기 모터에 연결된 구동기어(98)와 상기 구동기어(98)에 맞물려 있는 종동기어(99)를 통하여 죔너트(92)의 측면부에 가공된 기어를 서로 맞물리게 함으로써 상기 모터(97)의 회전에 따라 상기 죔너트(92)가 회전하여 상기 잠금형 십자 연결구 축암(89)과 상기 십자형 기계축(93) 간의 회전운동을 추가적으로 구속하게 할 수 있다. 이와 같은 경우 상기 전자석(96a, 96b)의 자기력에 의해 상기 죔너트(92)가 회전하여 상기 잠금형 십자 연결구 축암(89)을 조여 회전운동을 구속하지만 죔너트(92)가 여러가지 요인으로 완전한 체결력을 발휘하지 못하더라도 강제로 모터(97)의 구동력으로 맞물린 기어를 통하여 죔너트(92)에 추가적인 회전력을 더하므로써 보다 완전한 잠금을 하도록 할 수 있다.

위와 같은 상기 잠금형 십자 연결구(80)의 상대적인 회전 운동을 방지하는 위한 방법들은 십자형 기계축(93)의 2개 축 모두 적용하여 함께 구속할 수도 있고 잠금형 십자 연결구(80)의 십자형 기계축(93)의 한 축에만 적용하여 한개 축만을 구속할 수도 있어 상기 태양 추적 장치의 크기와 중량에 따라 선택적으로 적용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 태양전지판(20)은 일정 크기의 태양 전지 판넬(10)을 복수 개를 배열하여 포함하고 있는데, 대규모 발전을 하는 태양광 발전장치에서 대형화로 인하여 풍압에 취약해 질 수 있는 문제점을 개선하기 위하여 상기 태양 전지 판넬(10) 내부에 회전축(111)을 축설하고, 상기 태양 전지 판넬(10)의 외곽에 스토퍼(116a, 116b)를 장착하고 전동식 또는 공압식 모터(113)와 웜(114)과 웜기어(115)를 부착하여 회전문처럼 열고 닫을 수 있도록 함으로써 풍압이 정해진 세기에 이르는 경우 이를 열어 강풍이 통과할 수 있도록 하여 구조물에 미치는 풍압을 완화할 수 있는 판넬개폐조절부(110)를 포함할 수 있다.

도 14는 상기 판넬개폐조절부(110)를 구비한 대형의 태양전지판(20)을 가진 태양 추적 장치(100)의 일실례를 보여주는 사시도로서, 상기 태양 전지 판넬(10) 전체에 작용하는 풍압을 줄이기 위해 2개 열의 태양 전지 판넬(10)을 동시에 개방한 상태를 나타낸 것이다. 상기 판넬개폐조절부(110)는 도 15에서 보듯이 상기 태양 전지 판넬(10)의 중앙 내부에 상기 태양 전지 판넬(10)이 회전할 수 있도록 회전축(111)을 설치하고, 상기 회전축(111)의 일단에 웜기어(115)를 장착하며 타단은 회전 가능하도록 베어링 홀더(35)에 연결된다. 또한, 상기 태양 전지 판넬(10)의 외부에는 상기 상부구조물(30)을 구성하고 있는 프레임(33)을 설치하고, 상기 회전축(111)은 회전축 홀더(35)에 의해 상기 프레임(33) 상면에 위치되고, 상기 회전축(111)을 중심으로 상기 태양 전지 판넬(10)이 회전하면서 개폐되는 부분에 대응하는 상기 프레임(33)의 회전축(111)의 좌우에는 각각 제1스토퍼(116a)와 제2스토퍼(116b)를 장착하고, 상기 회전축 일단의 상기 웜기어(115)에 맞물리도록 상기 웜(114)과 상기 웜(114)를 회전시키기 위하여 감속기가 내장된 모터(113)가 연결되어 상기 프레임(33)의 상면에 장치된다.

한편 상기 태양 전지 판넬(10)의 회전축(111)이 설치되는 방향의 수직방향의 상기 프레임(33)에는 좌우 상하로 제1걸림쇠 뭉치(117a)와 제2걸림쇠 뭉치(117b)가 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 제1걸림쇠 뭉치(117a)와 제2걸림쇠 뭉치(117b)에 각각 대응하는 상기 태양 전지 판넬(10)의 좌우 측면에는 걸림홈(119)을 형성하고 좌우 측면 중 어느 한쪽 측면의 걸림홈(119) 내부에는 각각 제1리미트 스위치(118a)와 제2리미트 스위치(118b)가 설치되며, 상기 프레임(33)의 하부에는 브라켓트(34)를 설치하여 상기 태양 전지 판넬(10)이 특정의 각도로 열리는 지점에서 서로 접촉할 수 있도록 상기 브라켓트(34)의 끝단에 제3리미트스위치(118c)를 장착한다.

도 16 (a),(b)는 도 15에 표시한 A쪽에서 바라본 형태를 도시한 것으로 도 16(a)는 상기 태양 전지 판넬(10)이 닫힌 경우를, 상기 도 16(b)는 상기 태양 전지 판넬(10)이 열리는 상태를 도시하고 있으며, 상기 태양 전지 판넬(10)은 특정의 열림각도에 위치하는 브라켓트(34)에 구비되어 있는 제3리미트스위치(118c)에 의하여 어느 일정 각도 이내에서만 모터(113)이 작동하도록 하며, 제1스토퍼(116a) 및 제2스토퍼(116b)에 의하여 반대 방향으로는 회전하지 않도록 할 수 있다.

도 17 (a),(b)는 태양 전지 판넬(10)이 닫혀 있거나 열려 있을때의 모습의 단면을 도시한 것으로, 도 17(a)와 같이 상기 태양 전지 판넬(10)이 닫혀 있는 상태에서는 상기 제1걸림쇠 뭉치(117a)와 대응하도록 상기 태양 전지 판넬(10)의 측면의 걸림홈(119)에 나란히 구비된 상기 제1리미트 스위치(118a)와 제2리미트 스위치(118b)가 제1걸림쇠 뭉치(117a)의 걸림쇠에 의해 동시에 눌려져 OFF 상태가 되므로써 상기 태양 전지 판넬(10)을 회전시키는 모터(113)는 정방향이나 역방향이나 어느 쪽으로도 작동할 수 없도록 하고 있다.

상기 태양 전지 판넬(10)을 열고자 하는 경우, 미도시된 판넬개폐조절부(110)의 개방스위치를 작동하여야 하며, 개방스위치가 ON상태로 작동되는 순간 미도시된 판넬개폐조절부(110)의 폐쇄스위치는 OFF상태로 해제된 상태가 되어 폐쇄회로는 작동할 수 없고, 도 17(b)에서 도시된 바와 같이, 제1걸림쇠 뭉치(117a)와 제2걸림쇠 뭉치(117b)에 내장된 단동 솔레노이드가 작동하여 뒤로 후진함에 따라 태양 전지 판넬(10)이 열릴 수 있는 상태가 됨과 동시에 제1리미트 스위치(118a)와 제2리미트 스위치(118b)가 눌려있는 상태에서 해제되어 상기 모터(113)가 작동을 시작한다. 이 때 상기 모터(113)를 역방향 회전하도록 제어하는 제2리미트 스위치(118b)가 눌려있는 상태에서 해제되더라도 폐쇄회로는 해제된 OFF상태로 남아 있어 작동하지 않는다.

도 16 (b)에서 도시된 것과 같이, 상기 모터(113)의 작동으로 미도시된 감속기를 통하여 웜(114)이 회전하고 상기 웜(114)에 맞물린 웜기어(115)가 회전하므로써 상기 태양 전지 판넬(10)은 서서히 열리게 되고 특정의 열림각에 도달하였을 때 적정 위치의 제3리미트 스위치(118c)를 누르게 되고 제3리미트 스위치(118c)는 해제 상태가 되어 상기 모터(113)는 작동을 멈추게 되고 아울러 제1걸림쇠 뭉치(117a)와 제2걸림쇠 뭉치(117b)의 단동 솔레노이드도 작동을 해제하여 앞으로 이동함으로써 스프링력에 의해 걸림쇠는 원래 위치로 복귀하게 된다.

반대로 태양 전지 판넬(10)을 닫고자 하는 경우, 미도시된 상기 판넬개폐조절부(110)의 폐쇄스위치를 작동하여야 하며, 폐쇄스위치가 ON상태로 작동되는 순간 개방스위치는 OFF상태로 해제되어 개방회로는 작동할 수 없다. 한편 모터(113)는 전류의 극성이 바뀌어 역방향으로 작동을 개시하고 웜(114)을 통하여 웜기어(115)를 회전시켜 태양 전지 판넬(10)은 반대로 닫히기 시작하며 눌림을 받던 제3리미트 스위치(118c)는 해제된 OFF상태에서 작동되는 ON상태로 회복되지만 태양 전지 판넬 개방회로는 OFF상태로 해제되어있어 작동하지 않는다. 또한, 태양 전지 판넬(10)이 닫히기 시작하여 제1걸림쇠 뭉치(117a), 제2걸림쇠 뭉치(117b)에 이르러 태양 전지 판넬(10)의 측면이 걸림쇠의 경사면을 밀게 되면서 걸림쇠는 뒤로 밀려나게 되고 걸림쇠를 넘는 순간 태양 전지 판넬 측면의 걸림홈(119)에 내장된 제1리미트 스위치(118a)와 제2리미트 스위치(118b)가 스프링력이 미는 걸림쇠에 의해 눌리면서 OFF로 해제된 상태로 바뀌며 동시에 모터(113)는 작동을 멈추고 상기 태양 전지 판넬(10)은 제1스토퍼(116a) 및 제2스토퍼(116b)와 제1걸림쇠 뭉치(117a) 및 제2걸림쇠 뭉치(117b)에 의해 어느 쪽으로도 열릴 수 없게 되고 고정된다.

도 18에서 도시한 바와 같이, 상기 태양 전지 판넬(10)의 판넬개폐조절부의 다른 실시예로서 복수개의 상기 태양 전지 판넬(10)에 포함되어 있는 각각의 웜을 일렬로 상기 프레임 상면에 위치한 하나의 웜기어 구동축(36)으로 연결하고 상기 웜기어 구동축의 일단에 연결되어 있는 하나의 모터(113)를 작동함으로써 직렬 연결된 복수개의 상기 태양 전지 판넬이 동시에 열리거나 닫히도록 구성될 수 있다.

본 발명인 잠금형 십자 연결구와 직동실린더를 사용한 태양 추적 장치(100)는 간단한 구성으로 인하여 대용량화, 대형화가 가능하고, 구조물 하중과 외부 작용력의 많은 부분을 주기둥이 부담하므로써 주기둥이 철구조물 또는 콘크리트 구조물로서 규모가 커지게 될 수있다. 이러한 태양 추적 장치(100)의 대형화에 대응하여 도19에서 도시한 바와 같이, 다수의 직동실린더(121)들을 병렬로 연결하고 이를 홀더(122)로 연결하여 다단을 이루게 함으로써, 대용량 및 긴 행정거리를 가질 수 있도록 할 수 있는 다단 복합 직동실린더(120)를 포함할 수 있다.

도20은 대형화된 상기 태양 추적 장치(100)의 다른 일실시예를 도시하고 있는데, 대형화 및 대용량화된 상기 태양 추적 장치(100)은 상기 다단 복합 직동실린더(120)로 구성될 수 있고, 철구조물 또는 콘트리트 구조물로 이루어진 상기 주기둥(30) 내부에는 태양광 발전 모듈의 냉각을 위한 용도로 빗물을 저장하는 우수저장시설(31)과 숙식 및 사무용의 거주공간 및 사람과 물자의 이동이 가능한 승강시설과 발전설비를 제어관리하는 관리사무실(32)을 갖추어질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 태양광 발전용 태양 추적 장치 10 : 태양 전지 판넬
20 : 태양전지판 30 : 상부구조물
31 : 우수저장시설 32 : 관리사무실
33 : 프레임 34 : 브라켓트
35 : 회전축 홀더 36 : 웜기어 구동축
40 : 주기둥 50 : 기초바닥부
60 : 고도각 조절 직동실린더 61 : 힌지
70 : 방위각 조절 직동실린더 71 : 트러스트 베어링
72 : 베어링 홀더 80 : 잠금형 십자 연결구 89 : 축암 91 : 죔쇠볼트
92 : 죔너트 93 : 기계축
94 : 실린더 95 : 죔쇠로드
96 : 전자석 97 : 모터
98 : 구동기어 99 : 종동기어
110 : 판넬개폐조절부 111 : 회전축
113 : 모터 114 : 웜 115 : 웜기어 116 : 스토퍼 117 : 걸림쇠 뭉치 118 : 리미트스위치 119 : 걸림홈 120 : 다단 복합 직동실린더
121 : 직동실린더 122 : 홀더

Claims

태양의 고도와 방위의 변화에 따라 태양광을 추적할 수 있도록 구동하는 태양광 발전용 태양 추적 장치에 있어서,
하나 이상의 태양 전지 판넬을 포함하는 태양전지판;
상기 태양전지판을 포함하여 지지하는 상부구조물;
상기 상부구조물을 지지하기 위한 주기둥;
상기 주기둥과 연결되어 상기 상부구조물을 지지하는 기초바닥부;
계절에 변화하는 태양의 고도에 대응하여 상기 태양전지판의 고도각을 조절하는 고도각 조절 직동실린더와 상기 고도각 조절 직동실린더에 의하여 고도각이 고정되면, 태양의 일주운동에 대응하여 시간에 따라 방위각을 조절하는 방위각 조절 직동실린더; 및
상기 기초바닥부 상면은 상기 주기둥의 일단부에 고정되고,상기 고도각 조절 직동실린더의 일단부와 1자유도의 힌지와 연결되고, 상기 방위각 조절 실린더의 일단부와 2자유도를 가진 잠금형 십자 연결구로 연결되고,
상기 상부구조물 저면의 일지점에서 상기 주기둥과 상기 고도각 조절 직동실린더 및 방위각 조절 직동실린더의 반대편 끝단부와는 각각 잠금형 십자 연결구로 연결하되, 상기 상부구조물과 상기 방위각 조절 직동실린더에 연결되는 잠금형 십자 연결구는 상기 방위각 조절 직동실린더의 길이 방향 축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 연결하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
상기 청구항 1에 있어서, 상기 상부구조물이 수평을 유지하는 상태를 기준으로 상기 주기둥과 상기 상부구조물의 저면을 연결하는 상기 잠금형 십자 연결구의 기계축 중 하나의 축중심과 상기 고도각 조절 직동실린더와 상기 상부구조물의 저면을 연결하는 상기 잠금형 십자 연결구의 기계축 중 하나의 축중심은 방위각 회전축을 구성하도록 두 기계축 중심으로 일치하며,
상기 주기둥과 상기 상부구조물의 저면을 연결하는 상기 잠금형 십자 연결구의 다른 기계축 중심과 상기 방위각 조절 직동실린더와 상기 상부구조물의 저면을 연결하는 상기 잠금형 십자 연결구의 기계축 중 하나의 축중심을 방위각 회전축과 직교하는 고도각 회전축을 구성하도록 두 기계축 중심으로 일치시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 방위각 조절 직동실린더와 상기 고도각 조절 직동실린더는 하나 이상의 직동실린더들을 병렬로 연결하고 이를 홀더로 연결하여 다단을 이루는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 잠금형 십자 연결구는 2자유도 회전운동을 할 수 있는 십자형 기계축을 포함하고,
상기 잠금형 십자 연결구의 2자유도 회전운동을 구속할 수 있도록 죔쇠로드와 죔쇠볼트 및 실린더를 포함하며,
상기 실린더로 상기 죔쇠로드를 작동하여 상기 죔쇠볼트를 회전시켜 상기 십자형 기계축을 구속함으로써 잠금형 십자 연결구를 잠그거나 풀도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 잠금형 십자 연결구는 2자유도 회전운동을 할 수 있는 십자형 기계축을 포함하고,
상기 잠금형 십자 연결구의 2자유도 회전운동을 구속할 수 있도록 죔너트와 전자석을 각각 포함하며,
상기 전자석들이 특정의 극성을 가지도록 하여 상기 전자석들이 서로 당기거나 밀어내도록 함으로써 상기 죔너트를 회전시켜 상기 십자형 기계축을 구속함으로써 상기 잠금형 십자 연결구를 잠그거나 풀도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 잠금형 십자 연결구는 2자유도 회전운동을 할 수 있는 십자형 기계축을 포함하고,
상기 잠금형 십자 연결구는 상기 잠금형 십자 연결구의 2자유도 회전운동을 구속할 수 있도록 모터 및 죔너트를 포함하며,
상기 모터를 구동하여 죔너트를 회전시켜 상기 십자형 기계축을 구속함으로써 상기 잠금형 십자 연결구를 잠그거나 풀도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 태양전지판은 상기 태양전지판넬의 외부에서 상기 태양전지판넬을 지지하는 프레임을 포함하고,
상기 태양전지판넬 내부에는 회전축을 축설하고,
상기 회전축의 일단에는 웜이 설치되며,
상기 프레임의 상면에는 모터와 윔기어를 장치하여 상기 모터와 상기 모터에 연결된 상기 웜기어의 회전으로 상기 회전축을 회전시켜 상기 태양 전지 판넬이 열리거나 닫히도록 하는 판넬개폐조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 판넬개폐조절부에는 상기 태양 전지 판넬의 열림각도를 제어할 수 있도록 리미트 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 7에 있어서, 상기 판넬개폐조절부는 상기 태양 전지 판넬 복수개에 설치되어 있는 각각의 상기 웜들을 직렬로 연결하는 하나의 웜기어 회전축과 상기 웜기어 회전축 일단에 연결되어 있는 모터를 포함하고,
상기 모터가 회전하여 일렬 연결된 복수개의 상기 태양 전지 판넬이 동시에 열리거나 닫히도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 주기둥 내부에 태양광 발전 모듈의 냉각을 한 용도로 빗물을 저장하는 우수저장시설과 숙식 및 사무용의 거주공간 및 시설과 사람과 물자의 이동이 가능한 승강시설과 발전설비를 제어관리하는 전기제어시설를 갖추어 지는 것을 특징으로 하는 태양광 발전용 태양 추적 장치.