KR101230559B1 - 태양 추적장치 - Google Patents

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김기석
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Abstract

태양위치 정보를 획득하는 메인 태양위치정보 획득부와, 채광판을 지지하며 채광판을 틸팅 구동시키는 틸팅장치와, 틸팅장치를 지지하며 베이스에 대해 회동 가능하게 설치되어 채광판을 패닝 구동시키는 패닝장치와, 패닝장치의 패닝구동력을 기준으로 하는 회전각을 검출하는 엔코더와, 베이스에 대한 패닝장치의 방위각의 기준위치를 설정하고 검출하기 위한 포토커플러와, 채광판의 실제 위치를 검출하는 채광판 위치검출부 및, 메인 태양위치정보 획득부에서 획득된 태양위치정보를 근거로 하여 틸팅장치와 패닝장치를 제어하고, 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각과 포토커플러의 검출시점에서의 기준위치를 비교한 결과가 불일치할 경우, 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각을 포토커플러 검출시점을 기준으로 하여 재설정하여 패닝장치 및 틸팅장치의 구동을 제어하며, 채광판 위치검출부에서 검출된 채광판의 실제 위치를 이론적인 위치와 비교하여 채광판의 위치를 보정하는 메인제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치가 개시된다.

Description

태양 추적장치{A SOLAR TRACKING APPARATUS}
본 발명은 태양 추적장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양의 위치에 따라서 채광판을 패닝구동 및 틸팅 구동시킬 수 있는 태양 추적장치에 관한 것이다.
사회가 발전하고 현대화되면서 기존의 에너지원이었던 화석에너지의 사용량 증가로 인한 고유가, 화석에너지의 고갈 등으로 인하여 대체 에너지에 대한 개발이 활발해지고 있다.
대체에너지 중에서도 무공해이면서 무한하게 사용할 수 있는 태양광 에너지 분야에 큰 관심이 쏠리고 있다. 특히 태양광 발전은 발전 부위가 반도체 소자이고 제어부가 전자부품이므로 기계적인 진동이나 소음이 없고, 태양전지의 수명이 수십 년 이상으로 길고, 발전 시스템을 반자동화 또는 자동화가 가능하며, 운전 및 유지관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 태양광 발전은 대규모 발전설비를 필요로 하지 않고 소규모 발전이 가능하기 때문에 가정용으로도 널리 보급하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
한편, 태양은 일출에서 일몰까지의 시간 동안 궤도를 따라 이동하게 되므로 태양이 소정 위치에서 장시간 고정되어 있을 경우 태양광을 최적의 조건에서 받아들이지 못하게 되어 시스템의 효율을 저하시킨다.
따라서 태양광을 채광하는 채광판이 태양의 이동궤도를 따라 추적하게 될 경우, 태양광을 최적의 조건으로 장시간 받아들이게 되어 발전시스템의 효율을 상승시킬 수 있음은 공지의 사실로 알려져 있다. 이와 같은 이유로 인하여 태양 추적 장치의 개발이 활발히 이루어지고 있다.
종래의 태양 추적장치의 일 예로서, 태양위치 정보를 획득하는 태양위치정보 획득부에서 획득된 태양위치 정보를 근거로 하여, 채광판을 패닝구동 및 틸팅 구동시켜서 태양을 추적하는 장치가 사용되고 있다. 구체적으로는 채광판을 패닝 구동시키는 패닝장치 및 틸팅구동시키는 틸팅장치를 각각 독립적으로 구동시킴으로써, 채광판이 태양위치의 변화에 따라서 태양을 추적할 수 있도록 함으로써 태양광 발전효율을 높일 수 있게 된다.
그런데 상기와 같이 태양위치정보 획득부에서 획득된 태양위치 정보를 근거로 하여 패닝장치 및 틸팅장치를 구동할 경우, 오랜 시간 작동시 기계적인 오차 및 전자적인 오차 등의 누적으로 인하여 채광판이 태양을 정확하게 추적하지 못할 수 있기 때문에, 채광판이 태양을 정확하게 추적하고 있는지에 대해서 확인하고, 그렇지 않을 경우 채광판의 태양 추적위치를 보정할 필요가 있다.
이를 위해 종래에는 채광판에 지자기센서를 설치하여 채광판의 방위각을 검출함으로써, 채광판이 태양을 정확하게 추적하도록 움직이고 있는지 확인할 수 있도록 하였다.
그런데 상기와 같이 지자기 센서를 이용할 경우에는, 지자기 센서가 주변의 전기적인 장치나 기타 구조물 등에 의한 지자기장에 의하여 검출신호에 오류가 발생할 수 있기 때문에, 정확한 방위각을 확인하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 비교적 중량의 채광판 및 틸팅장치의 하중을 지지하면서 패닝구동시키는 패닝장치의 경우, 오랜 시간 사용시에 큰 하중으로 인한 부하를 견디기 위해서는 대용량의 모터와 큰 기어구조가 요구되므로, 장치의 전체적인 사이즈가 커지고, 중량이 증가하여 설치 비용이 증가하고, 유지 관리가 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 오차를 줄이고 정확한 방위각을 감지하여 태양을 정확하게 추적할 수 있도록 개선된 태양 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 소용량의 모터를 이용하여 채광판을 안정되게 패닝구동시킬 수 있도록 개선된 태양 추적장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양 추적장치는, 태양위치 정보를 획득하는 메인 태양위치정보 획득부와; 채광판을 지지하며, 상기 채광판을 틸팅 구동시키는 틸팅장치와; 상기 틸팅장치를 지지하며, 베이스에 대해 회동 가능하게 설치되어 상기 채광판을 패닝 구동시키는 패닝장치와; 상기 패닝장치의 패닝구동력을 기준으로 하는 회전각을 검출하는 엔코더와; 상기 베이스에 대한 상기 패닝장치의 방위각의 기준위치를 설정하고 검출하기 위한 포토커플러와; 상기 채광판의 실제 위치를 검출하는 채광판 위치검출부; 및 상기 메인 태양위치정보 획득부에서 획득된 태양위치정보를 근거로 하여 상기 틸팅장치와 상기 패닝장치를 제어하고, 상기 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각과 상기 포토커플러의 검출시점에서의 기준위치를 비교한 결과가 불일치할 경우, 상기 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각을 상기 포토커플러 검출시점을 기준으로 하여 재설정하여 상기 패닝장치 및 틸팅장치의 구동을 제어하며, 상기 채광판 위치검출부에서 검출된 채광판의 실제 위치를 이론적인 위치와 비교하여 상기 채광판의 위치를 보정하는 메인제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 패닝장치는, 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치되며, 상기 틸팅장치를 지지하는 하우징과; 상기 하우징에 설치되는 모터와; 상기 모터의 동력을 이용하여 상기 베이스에 대해 상기 하우징이 회전구동되도록 하는 기어유닛; 및 상기 하우징을 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 지지하는 턴테이블 베어링;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기어유닛은, 일단이 상기 베이스에 고정되며, 상기 하우징 내부로 연장되어 설치되는 고정축과; 상기 모터의 동력을 회전력을 감속하여 전달하는 제1웜기어; 및 상기 제1웜기어의 동력을 전달받아 상기 고정축으로 전달하는 제2웜기어;를 포함하여, 상기 제2웜기어와 상기 고정축의 상대운동에 의해 상기 하우징이 상기 고정축을 중심으로 회전 구동되는 것이 좋다.
또한, 상기 제1웜기어는, 상기 모터로부터 동력을 전달받도록 상기 하우징에 설치되는 제1웜과, 상기 제1웜의 기어에 기어 연결되며 상기 제1웜을 기준으로 대칭되게 상기 하우징 내에 설치되는 한 쌍의 제1웜휠을 포함하며,
상기 제2웜기어는, 상기 제1웜휠에 동축적으로 연결되는 한 쌍의 제2웜과, 상기 한 쌍의 제2웜 사이에 설치되어 상기 한 쌍의 제2웜으로부터 동시에 동력을 전달받도록 기어연결되며, 상기 고정축에 설치되는 제2웜휠을 포함하며, 상기 제2웜휠은 상기 고정축과 동축적으로 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 패닝장치는, 상기 하우징 내부를 가로질러 설치되는 하나 이상의 보강바를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 포토커플러는, 상기 베이스와 상기 패닝장치 각각에 서로 대응되게 설치되는 발광부 및 수광부를 포함하며, 상기 발광부와 수광부는 상기 패닝장치의 1회전 회전시 1회 마주하여 상기 수광부에서의 수광신호가 발생되는 것이 좋다.
또한, 상기 채광판 위치 검출부는, 상기 채광판에 서로 다른 위치에 각각 설치되어, 위성 GPS로부터 각각의 위치정보를 수신하는 복수의 GPS 수신부와; 상기 복수의 GPS 수신부에서 검출된 상기 채광판의 좌표 변위값을 전달받아 상기 채광판의 변경된 위치(자세)를 산출하는 위치산출부;를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 태양 추적장치에 따르면, 패닝장치에 있어서 웜기어를 이용하여 모터의 동력을 고정축을 기준으로 하여 분산시켜 상대적으로 전달함으로써, 채광판 및 틸팅장치 등의 하중을 안정적으로 지지하면서 패닝구동시킬 수 있으며, 동력전달력에 의한 편마모 발생을 억제하고, 안정적인 지지력을 확보함으로써, 장치의 내구성을 높이고 큰 풍압에도 견딜 수 있게 된다.
또한, 소용량의 모터를 이용하여 패닝장치의 구동이 가능하도록 함으로써, 장치의 사이즈와 중량을 줄일 수 있게 된다.
또한, 패닝장치의 모터에 연결된 엔코더를 통해 패닝장치의 회전각을 검출하고, 포토커플러를 통해서는 패닝장치의 기준점을 설정하여 검출하도록 함으로써, 엔코더를 통한 패닝장치의 회전각을 포토커플러의 검출신호를 기점으로 하여 기준점이 되도록 재설정하여 세팅함으로써, 오랜 시간에 걸쳐 구동시 누적되는 누적 오차를 근본적으로 없앨 수 있게 된다. 따라서 채광판이 태양을 보다 정확하게 추적할 수 있도록 하여 태양광 발전효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 채광판 위치검출부를 구비하여, 채광판의 실제 위치를 검출함으로써, 이론적인 위치와 비교하여 차이 발생시 이를 보정하여 줌으로써 채광판이 보다 정확하게 태양을 추적할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 턴테이블 베어링을 이용하여 하우징을 베이스에 대해 회전 가능하게 지지시킴으로써, 큰 하중에도 오랜 기간 안정된 패닝구동이 가능하도록 하여 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치를 나타내 보인 개략적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치를 나타내 보인 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양 추적장치의 정면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 태양 추적장치의 측면구성도이다.
도 5 및 도 6 각각은 도 2에 도시된 태양 추적장치의 패닝장치를 발췌하여 나타내 보인 도면이다.
도 7 내지 도 10 각각은 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치를 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치(100)는 메인 태양위치정보 획득부(120)와, 채광판(110)을 패닝 구동시키는 패닝장치(130)와, 채광판(110)을 틸팅 구동시키는 틸팅장치(140)와, 메인제어부(150)와, 채광판 위치검출부(170)와, 포토커플러(180) 및 엔코더(190)를 구비한다.
상기 채광판(110)은 태양으로부터 오는 태양광을 채광하기 위한 것으로서, 소정 넓이를 가질 수 있다. 이러한 채광판(110)에서 태양광을 채광하여 태양광발전을 할 수 있다.
상기 채광판(110)은 태양광을 최적의 상태에서 채광할 수 있도록, 상기 메인 태양위치정보 획득부(120)에서 획득된 태양위치 정보를 근거로 하여 구동되는 패닝장치(130)에 의해 패닝구동되고, 상기 틸팅장치(140)에 의해 틸팅 구동되면서 태양을 추적하도록 자세 및 위치변경되면서 최상의 상태에서 광을 채광할 수 있게 설치된다.
상기 메인 태양위치정보 획득부(120)는 입력부(123)를 통해 입력된 해당 추적장치의 설치위치에 대한 정보(고도 및 경도를 포함하는 좌표정보와, 날짜 등의 정보)를 근거로 하여, 미리 프로그래밍된 태양위치정보를 산출하는 프로그램의 실행을 통해 날짜 및 시간별 태양위치정보를 산출하여 획득할 수 있게 된다. 이러한 메인 태양위치정보 획득부(120)는 이론적으로 산출된 정보를 메인 제어부(150)로 제공한다. 따라서, 메인 제어부(150)는 전달받은 태양위치 정보를 근거로 하여 패닝장치(130) 및 틸팅장치(140)를 구동제어함으로써 채광판(110)이 태양을 추적할 수 있도록 구동제어하게 된다.
상기 틸팅장치(140)는 액추에이터(141)와, 지지브라켓(142) 및 메인 브라켓(143)을 구비할 수 있다. 상기 지지브라켓(142)은 패닝장치(130)의 일측으로 연결되게 설치된다. 상기 메인 브라켓(143)은 소정의 틀 형상을 가지며, 상기 패닝장치(130)의 하우징(131)에 회동 가능하게 설치되고, 상부에는 상기 채광판(110)이 설치된다. 상기 액추에이터(141)의 일단은 패닝장치(130)에 연결되는 지지브라켓(142)에 연결되고, 타단은 채광판(110)을 지지하는 메인 브라켓(143)에 연결된다. 여기서 액추에이터(141)는 복수가 구비되어 서로 다른 지점에 설치될 수 있다. 그리고 액추에이터(141)는 예를 들어 구동시 각각 길이 조정 가능한 피스톤과 실린더로 이루어진 유압실린더 장치를 포함할 수 있으며, 이외에도 다양한 종류의 액추에이터가 사용될 수 있다.
상기 구성에 의하면, 액추에이터(141)의 독립적인 구동에 의해 채광판(110)을 상하로 회동시켜서 틸팅구동시킬 수 있게 됨으로써, 채광판(110)이 태양을 추적할 수 있게 된다.
한편, 상기와 같은 틸팅장치(140)의 구성은 다양한 예가 가능하며, 본 발명을 한정하는 것이 아니므로, 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
상기 패닝장치(130)는 베이스(160)에 대해 회전 가능하게 설치되는 하우징(131)과, 상기 하우징(131)에 설치되는 모터(132)와, 모터(132)의 동력을 이용하여 상기 하우징(131)이 상기 베이스(160)에 대해 상대적으로 회전구동되도록 하는 기어유닛(133)과, 상기 하우징(131)을 베이스(160) 상에서 회전 가능하게 지지하는 턴테이블 베어링(137)을 구비한다.
상기 하우징(131)에는 상기 틸팅장치(140)가 틸팅구동 가능하게 설치된다. 상기 하우징(131)의 외측, 구체적으로는 하측에 상기 모터(132)가 설치된다. 상기 모터(132)는 메인제어부(150)의 구동제어신호에 의해 정회전 및 역회전 구동될 수 있다.
상기 기어유닛(133)은 일단이 상기 베이스(160)에 고정되며 상기 하우징(131) 내부로 연장되어 설치되는 고정축(133a)과, 상기 모터(132)의 동력을 회전력을 감속하여 전달하는 제1웜기어(134)와, 상기 제1웜기어(134)의 동력을 전달받아 상기 고정축(133a)으로 전달하는 제2웜기어(135)를 구비한다. 여기서 상기 제2웜기어(135)와 상기 고정축(133a)의 상대운동에 의해 상기 하우징(131)이 상기 고정축(133a)을 중심으로 회전 구동된다.
상기 제1웜기어(134)는 모터(132)로부터 동력을 전달받는 제1웜(134a)과, 상기 제1웜(134a)의 기어에 기어 연결되는 한 쌍의 제1웜휠(134b)을 구비한다. 상기 제1웜(134a)은 고정축(133a)과 평행하게 설치되며, 고정축(133a)과 소정 거리 이격되어 회전 가능하게 설치된다. 상기 한 쌍의 제1웜휠(134b)은 제1웜(134a)을 사이에 두고 서로 대칭되게 설치된다. 따라서 제1웜(134a)의 동력은 한 쌍의 제1웜휠(134b)로 1/2로 분할되어 동시에 전달될 수 있게 된다.
상기 제2웜기어(135)는 제1웜기어(134)의 동력을 전달받아 상기 고정축(133a)으로 전달하기 위한 것으로서, 한 쌍의 제2웜(135a)과, 상기 한 쌍의 제2웜(135a)으로부터 동시에 동력을 전달받는 제2웜휠(135b)을 구비한다.
상기 한 쌍의 제2웜(135a)은 상기 제1웜휠(134b)에 동축적으로 연결되며, 제1웜휠(134b)과 일체로 회전되도록 하우징(131)에 설치된다.
상기 제2웜휠(135b)은 한 쌍의 제2웜(135a) 사이에 설치되어, 한 쌍의 제2웜(135a)으로부터 동시에 동력을 전달받게 된다. 즉, 제2웜휠(135b)은 회전중심을 기준으로 원주 방향으로 서로 대칭되는 두 지점에서 한 쌍의 제2웜(135a)으로부터 동일한 회전력을 동시에 상대적으로 전달받는다. 이러한 제2웜휠(135b)은 고정축(133a)의 회전중심에 동축적으로 설치되며, 고정축(133a)과 함께 자세 고정된 상태로 유지된다. 이와 같이 고정축(133a)에 고정된 상태에서 회전력이 전달됨에 따라서 상대적으로 베이스(160)에 회전 가능하게 설치된 하우징(131)이 고정축(133a)을 중심으로 하여 회전구동될 수 있다.
이와 같이, 모터(132)로부터 제공되는 동력을 제1 및 제2웜기어(134,135)를 이용하여 1/2로 분할한 뒤, 고정축(133a)에 전달되는 시점에서 다시 합쳐지도록 하여 전달하되, 회전속도를 감속하여 전달함으로써, 최종 고정축(133a)의 회전중심을 기준으로 하여 원주 방향으로 균형있게 작은 회전부하를 받게 된다. 따라서 편중된 부하로 인한 기어의 마모를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 작은 모터(132)를 이용하여 큰 출력을 얻을 수 있게 됨으로써, 소용량의 모터를 채용할 수 있게 된다. 따라서 전체적인 장치의 사이즈는 물론, 장치의 중량을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 한 쌍의 웜휠(134b)을 가지는 제1웜기어(134)와, 한 쌍의 웜(135a)을 가지는 제2웜기어(135)를 포함하는 구성을 가지고, 모터(132)의 동력을 고정축(133a)으로 전달하는 구성을 가짐으로써, 고정축(133a)에 대해서 상대적으로 회전되는 하우징(131)이 보다 안정적으로 회전될 수 있고, 하우징(131)에 작용하는 외부압력(예를 들어 풍압 등)에 대해 견고하면서도 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
상기 턴테이블 베어링(137)은 고정축(133a)에 설치되어 상기 하우징(131)을 회전 가능하게 지지한다. 상기 하우징(131)의 상부는 고정축(133a)의 상단에 지지되며, 하단부는 턴테이블 베어링(137)에 지지되어 회전될 수 있게 된다. 여기서 고정축(133a)은 하단이 충분히 큰 외경을 가지며, 베이스(160) 상에 견고하게 고정된다. 또한, 큰 하중을 지지할 수 있는 턴테이블 베어링(137)에 의해 하우징(131)이 지지된 상태로 회전됨으로써, 채광판(110)과 틸팅장치(140) 및 하우징(131) 등을 포함하는 큰 하중에도 안정되게 지지할 수 있게 된다. 따라서 패닝장치(130)의 안정적인 구동은 물론, 오랜 시간 고장 없이 사용할 수 있게 된다.
또한, 상기 하우징(131) 내에서는 복수의 보강바(139)가 더 설치되는 것이 바람직하다. 상기 보강바(139)는 하우징(131) 내부를 가로질러 설치된다. 상기 보강바(139)는 상기 틸팅장치(140) 및 채광판(110)의 하중이 하우징(131)에 전달되어 하우징(131)에 변형이 가거나, 편하중을 받는 것으로부터 하우징(131)이 안정된 상태를 유지할 수 있도록 보강하는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 태양 추적장치(100)에 따르면, 제1 및 제2웜기어(134,135)에 의해 동력을 감속하여 전달하고 동력을 분산시켜 전달하는 구조를 가짐으로써 채광판(110) 및 틸팅장치(140)를 안정되게 지지할 수 있고, 편심된 구조가 아닌 균형잡힌 지지력을 통해 안정되게 동력을 전달할 수 있게 된다. 따라서 채광판(110)을 큰 풍력에 대해서도 안정적으로 지지할 수 있으며, 소용량의 모터를 설치하더라도 채광판(110)을 안정적으로 패닝구동시킬 수 있게 된다.
상기 엔코더(190)는 상기 패닝장치(130)의 구동신호를 통해 패닝장치(130)의 패닝각 즉, 회전방위각을 획득하기 위한 것으로서, 구체적으로는 모터(132)에 연결되어, 모터(132)의 실제 회전구동값을 측정함으로써 채광판(110)의 회전각을 획득하고, 획득된 회전각은 메인제어부(150)로 전달한다. 따라서 메인제어부(150)는 세팅된 초기위치(초기의 방위각)로부터 변화된 방위각을 엔코더(190)에서 측정된 측정값을 통해 확인할 수 있게 되며, 확인된 방위각을 근거로 하여 태양위치를 보다 정확하게 추종하도록 하는 제어신호를 제공할 수 있게 된다. 즉, 모터(132)에서 출력되는 출력값과, 상기 기어유닛(133)에서의 기어열에 의한 기어 감속비를 통해 실제 패닝장치(130)의 구동에 의한 채광판(110)의 방위각을 계산할 수 있게 된다.
상기 포토커플러(180)는 상기 베이스(160)와 하우징(131) 상에 상호 대응되는 위치에 설치되는 발광부(181) 및 수광부(182)를 구비한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(181)는 베이스(160) 상부에 고정 설치되어 하우징(131)을 향하여 광을 조사하며, 수광부(182)는 베이스(160)에 마주하도록 하우징(131)의 하부에 설치되어 발광부(181)와 마주할 경우에는 발광부(181)에서 조사되는 광을 수광하고, 수광신호를 메인제어부(150)로 제공하게 된다.
상기 구성에 의하면, 발광부(181)와 수광부(182)는 패닝장치(130)의 1회전 회전시마다 1회 서로 마주하여 대함으로써, 수광부(182)에서는 발광부(181)에서 조사되는 광을 수광할 수 있게 된다. 따라서 포토커플러(180)가 상호 마주하는 위치를 초기의 방위값으로 세팅하여 설치할 경우, 메인 제어부(150)는 수광부(182)로부터의 수광신호를 근거로 하여 채광판(110)의 현재위치를 초기화하여 세팅할 수 있게 된다. 따라서, 오랜 시간 사용을 할 경우에, 기구적인 오차와 전자적인 오차의 발생 및 누적 오차로 인한 문제를 해결할 수 있다. 그리고 패닝장치(130)의 1회전 회전시마다 채광판(110)의 방위각을 기준점에서 초기값으로 재설정하고, 재설정된 초기값을 근거로 하여 패닝장치(130) 및 틸팅장치(140)의 구동을 제어할 수 있게 됨으로써, 채광판(110)이 항상 태양을 정확하게 추종할 수 있도록 하여 장치의 신뢰성을 높이고, 태양광 발전효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 포토커플러(180)는 복수 지점, 예를 들어 동서남북 각각의 기준점을 기준으로 하여 복수 지점에 각각 설치될 수도 있고, 하나만 설치될 수 있다. 또한, 상기 포토커플러(180)는 수발광센서인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이외에도 다양한 종류(접촉식, 비접촉식 센서, 기계식, 전기식 센서 등 포함)의 센서가 적용될 수 있음은 당연하다. 그리고 발광부(181) 및 수광부(182)의 설치위치가 서로 바뀌어도 무방하다.
또한, 상기 채광판 위치 검출부(170)는 채광판(110)의 서로 다른 위치에 설치되는 복수의 GPS 수신부(171)(172)(173) 및 위치산출부(175)를 구비한다.
상기 복수의 GPS 수신부(171)(172)(173)는 채광판(110)에 설치되되, 서로 다른 위치에 설치되어 GPS위성과의 송/수신을 통해서 각각의 위치값 즉, 좌표값을 획득하게 되고, 그 획득된 각각의 X,Y,Z 좌표값은 위치산출부(175)로 전달된다.
여기서 상기 GPS 수신부(171)(172)(173)는 각각 채광판(110)에 대해 위치 고정되게 설치되므로, 각각의 거리는 미리 설정되어 있으며, 그 거리는 위치산출부(175)에서 미리 알고 있다.
이러한 상태에서 상기 패닝장치(130) 및 틸팅장치(140)의 구동에 의해 채광판(110)의 자세가 변하게 되면, 그 자세가 변한 위치에서 각각의 GPS 수신부(171)(172)(173)는 좌표값을 획득하고, 획득된 좌표값은 위치산출부(175)로 전달된다. 따라서 위치산출부(175)에서는 채광판(110)의 실제 변경된 위치에 대한 정보를 산출할 수 있게 된다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2GPS 수신부(171,172)의 거리(d)는 항상 일정하게 유지되고 있으므로, 각 수신부(171,172) 에서의 좌표값을 검출하면 초기의 채광판(110)의 자세 즉, 수평면에 대한 틸팅각(θ2)을 산출할 수 있으며, 그로부터 태양의 고도각(θ1)도 산출할 수 있게 된다.
이어서, 도 7의 상태에서 도 8과 같이 채광판(110)이 틸팅장치(140)에 의해 Y축을 기준으로 회전구동된 경우에는, 각 수신부(171,172)의 변경된 좌표값을 근거로 하여 변경된 틸팅각(θ2')을 위치산출부(175)에서 산출할 수 있고, 변경된 태양의 고도각(θ1')도 산출하여 획득할 수 있게 된다.
또한, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 채광판(110)이 패닝장치(130)에 의해 패닝구동 될 경우, 채광판(110)은 Z축을 기준으로 하여 소정 각도 패닝구동된다. 이때, 제1GPS 수신부(171)와 제2GPS 수신부(173) 간의 거리는 일정한 상태이고, 제1GPS 수신부(171)의 좌표값은 변경될 수도 있고, 그대로일 수도 있다. 그리고 제3GPS 수신부(173)에서 획득된 3축 좌표값은 변경된 상태로 획득되므로, 그 변경된 좌표값을 근거로 하여 위치 산출부(175)에서는 채광판(110)이 패닝구동된 각도 즉, 변경된 방위각(θ3)을 산출할 수 있게 된다. 즉, 채광판(110)이 도 9에 도시된 바와 같은 상태에서, 도 10에 가상선으로 도시된 바와 같은 자세로 자세 변경될 경우, 위치 산출부(175)는 변경된 좌표값들을 근거로 하여 채광판(110)의 변경된 방위각(θ3)을 산출함으로써 채광판(110)의 실제 위치(자세)를 검출할 수 있게 된다.
이와 같이 채광판 위치검출부(170)를 통해서 실제 채광판(110)의 태양에 대한 상대적인 위치(자세)를 산출할 수 있다.
그리고 위치산출부(175)에서 산출된 채광판(110)의 실제위치 정보(측정값)는 메인 제어부(150)로 전달된다.
상기 메인 제어부(150)는 초기에는 메인 태양위치 산출부(120)에서 산출된 태양위치값(이론값)을 근거로 하여 채광판(110)이 태양을 최적의 상태로 추적하도록 패닝장치(130) 및 틸팅장치(140)를 구동제어하여 채광판(110)의 위치 즉, 자세를 추적장치(100)의 설치 위치, 날짜 및 시간에 따라 태양위치에 맞게 조정한다.
또한, 메인 제어부(150)는 위치산출부(175)에서 산출되어 전송된 채광판(110)의 실제 위치(자세)에 대한 측정값을 메인 태양위치 산출부(100)에서 산출된 이론값과 비교한다. 그리고 비교 결과 측정값과 이론값에 차이가 있을 경우, 측정값이 이론값과 일치할 수 있도록 패닝장치(130)와 틸팅장치(140)를 제어하여 채광판(110)의 위치(자세)를 보정하게 된다.
따라서, 채광판(110)이 항상 태양위치를 정확하게 추적하여 위치함으로써, 최상의 상태에서 태양광을 채광할 수 있도록 하며, 패닝장치(130) 및 틸팅장치(140)가 오작동하거나 구동 오차가 발생하더라도 채광판 위치 검출부(170)에서 그러한 오작동이나 구동 오차로 인한 차이값을 검출하여 이를 보정 할 수 있게 된다.
또한, 채광판 위치 검출부(170)에서 검출된 측정값과 이론값의 차이가 지나치게 날 경우 즉, 기준비율(10%) 이상 차이가 날 경우에는, 메인 제어부(150)는 패닝장치(130) 또는 틸팅장치(140)의 고장으로 판단하고, 이에 대한 후속조치가 이루어질 수 있도록 한다. 즉, 메인 제어부(150)는 패닝장치(130) 또는 틸팅장치(140)의 고장으로 확인될 경우, 미도시 된 송신부를 통해 관리자의 단말기 또는 관리센터의 관리 서버 등으로 패닝장치(130) 또는 틸팅장치(140)의 고장발생 정보를 전송함으로써, 관리자 또는 관리센터에서 이를 인지하여 고장을 수리하거나 교체할 수 있도록 할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110..채광판 120..메인 태양위치 정보 획득부
130..패닝장치 140..틸팅 장치
150..메인제어부 160..베이스
170..채광판 위치검출부 180..포토커플러
190..엔코더

Claims (7)

  1. 태양위치 정보를 획득하는 메인 태양위치정보 획득부와;
    채광판을 지지하며, 상기 채광판을 틸팅 구동시키는 틸팅장치와;
    상기 틸팅장치를 지지하며, 베이스에 대해 회동 가능하게 설치되어 상기 채광판을 패닝 구동시키는 패닝장치와;
    상기 패닝장치의 패닝구동력을 기준으로 하는 회전각을 검출하는 엔코더와;
    상기 베이스에 대한 상기 패닝장치의 방위각의 기준위치를 설정하고 검출하기 위한 포토커플러와;
    상기 채광판의 실제 위치를 검출하는 채광판 위치검출부; 및
    상기 메인 태양위치정보 획득부에서 획득된 태양위치정보를 근거로 하여 상기 틸팅장치와 상기 패닝장치를 제어하고, 상기 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각과 상기 포토커플러의 검출시점에서의 기준위치를 비교한 결과가 불일치할 경우, 상기 엔코더에서 검출된 패닝장치의 회전각을 상기 포토커플러 검출시점을 기준으로 하여 재설정하여 상기 패닝장치 및 틸팅장치의 구동을 제어하며, 상기 채광판 위치검출부에서 검출된 채광판의 실제 위치를 이론적인 위치와 비교하여 상기 채광판의 위치를 보정하는 메인제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패닝장치는,
    상기 베이스에 대해 회전 가능하게 설치되며, 상기 틸팅장치를 지지하는 하우징과;
    상기 하우징에 설치되는 모터와;
    상기 모터의 동력을 이용하여 상기 베이스에 대해 상기 하우징이 회전구동되도록 하는 기어유닛; 및
    상기 하우징을 상기 베이스에 대해 회전 가능하게 지지하는 턴테이블 베어링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기어유닛은,
    일단이 상기 베이스에 고정되며, 상기 하우징 내부로 연장되어 설치되는 고정축과;
    상기 모터의 동력을 회전력을 감속하여 전달하는 제1웜기어; 및
    상기 제1웜기어의 동력을 전달받아 상기 고정축으로 전달하는 제2웜기어;를 포함하여, 상기 제2웜기어와 상기 고정축의 상대운동에 의해 상기 하우징이 상기 고정축을 중심으로 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1웜기어는,
    상기 모터로부터 동력을 전달받도록 상기 하우징에 설치되는 제1웜과, 상기 제1웜의 기어에 기어 연결되며 상기 제1웜을 기준으로 대칭되게 상기 하우징 내에 설치되는 한 쌍의 제1웜휠을 포함하며,
    상기 제2웜기어는,
    상기 제1웜휠에 동축적으로 연결되는 한 쌍의 제2웜과, 상기 한 쌍의 제2웜 사이에 설치되어 상기 한 쌍의 제2웜으로부터 동시에 동력을 전달받도록 기어연결되며, 상기 고정축에 설치되는 제2웜휠을 포함하며,
    상기 제2웜휠은 상기 고정축과 동축적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 패닝장치는,
    상기 하우징 내부를 가로질러 설치되는 하나 이상의 보강바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 포토커플러는,
    상기 베이스와 상기 패닝장치 각각에 서로 대응되게 설치되는 발광부 및 수광부를 포함하며,
    상기 발광부와 수광부는 상기 패닝장치의 1회전 회전시 1회 마주하여 상기 수광부에서의 수광신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채광판 위치 검출부는,
    상기 채광판에 서로 다른 위치에 각각 설치되어, 위성 GPS로부터 각각의 위치정보를 수신하는 복수의 GPS 수신부와;
    상기 복수의 GPS 수신부에서 검출된 상기 채광판의 좌표 변위값을 전달받아 상기 채광판의 변경된 위치(자세)를 산출하는 위치산출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
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