KR101253338B1 - 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명에 따르면, 일정한 간격으로 배열된 복수의 태양 전지판, 상기 복수의 태양 전지판과 연결되어 이동하는 태양의 위치에 따라 회동시키는 태양광 추적 장치 및 적어도 하나의 태양광 추적 장치를 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법은 상기 중앙 제어부가 상기 태양 전지판의 위치로부터의 태양의 고도각을 산출하여, 상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값 이하인 경우 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되지 않도록 백트래킹 제어신호를 생성하여 상기 태양광 추적 장치로 전송한다. 그리고, 상기 태양광 추적 장치가 상기 백트래킹 제어신호에 따라 백트래킹 모드로 구동한다.
이로서, 복수로 배치된 태양 전지판의 설치환경과 태양의 고도각을 고려하여 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생하지 않도록 복수로 연결된 태양광 추적 장치의 트래킹 및 백트래킹을 동시에 제어함으로써 태양 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템{BACKTACKING METHOD AND SYSTEM OF SOLAR TRACKER SYSTEM}
본 발명은 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 태양의 고도각을 고려하여 인접한 전지판에 의해 그림자가 발생하는 것을 예방하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
기존 에너지원의 고갈과 공해물질의 배출로 인한 환경 오염 문제가 대두됨에 따라, 태양, 풍력, 조력 등 자연 환경을 이용하여 깨끗하고 무한한 대체 에너지 개발이 추진되고 있다.
이 가운데 태양 전지를 통해 태양열을 수신하여 전력을 생산하는 태양열 발전 시스템과, 태양 전지를 통해 태양 빛을 수신하여 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템이 가장 활발하게 연구되고 있다.
일반적으로, 태양광 발전장치는 이러한 태양 전지판을 설치 구동하는 방식에 따라 고정식 및 추적식으로 나누어진다. 상기 고정식은 태양 전지판이 고정되어 방위각 및 고도를 변경할 수 없으며, 추적식은 태양 전지판의 방위각 및 고도를 스스로 태양의 위치에 따라 변경할 수 있다.
상기 고정식 태양광 발전장치는 대부분 남쪽을 향하도록 태양 전지판을 설치하며, 이렇게 설치 후 태양 전지판의 방향 및 기울기 등이 변하지 않는다. 이러한 고정식 태양광 발전장치는 초기에 설치 비용이 적게 소요되며 운용 유지보수 비용이 작아진다는 장점이 있으나, 태양의 위치에 무관하게 항상 지정된 방향으로만 태양 전지판이 향하도록 되어 있어 태양광 발전의 효율을 높이지 못하는 단점이 있었다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 태양 전지판의 방향을 태양의 위치에 따라 변경할 수 있는 추적식 태양광 발전장치가 개발되었으며, 이하, 이러한 추적식 태양광 발전장치를 간단히 태양광 추적 장치로 표시한다.
상기 태양광 추적 장치는 해가 뜨고 질때까지 이동하는 태양을 추적하면서 집광성을 높이기 위해 전지판을 이동시키기 위한 장치로, 통상적으로 전지판이 설치되어 있는 프레임을 회동하는 구동 수단을 구비하여 태양의 일주운동에 따라 태양의 위치각이 수직에 가까워질 수 있도록 상기 프레임을 회동시켜 태양광을 추적할 수 있는 방식으로 되어 있다.
한편, 도 1은 종래의 태양광 추적 장치를 개략적으로 나타낸 구조도 이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 태양광 발전을 위해서는 다수개의 태양 전지판(1)이 사용되고 있으며, 각 태양 전지판(1)은 소정간격으로 지지대(2)에 의해 고정 설치된다. 그리고, 각 태양 전지판(1)은 태양광 추적 장치(3)에 따라 이동하는 태양의 방향에 대응하여 회동하게 된다.
그러나, 태양의 고도가 일정 고도 이하로 낮아지는 경우 도 1에서와 같이 인접한 태양 전지판(1)에 의해 그림자가 발생하여 발전이 제대로 이루어지지 않거나 발전 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 태양의 고도가 낮은 일출/일몰 시에 인접한 태양 전지판(1)에 의해 그림자가 발생되지 않도록 전지판의 경사각도를 조절할 수 있는 방안이 요구되고 있다. 또한, 종래의 경우 각 태양 전지판(1)에 추적수단(3)을 각각 별도로 구비해야 하기 때문에 초기 시설비용과 유지비용의 부담이 설비투자의 장벽으로 적용되고 있는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로 태양의 고도각을 고려하여 전지판의 경사각도를 조절함으로써 인접한 전지판에 의해 그림자가 발생하는 것을 예방하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 태양광 추적 장치를 복수의 전지판과 연결하여 복수의 전지판이 하나의 태양광 추적 장치에 의해 동기된 동작으로 태양광을 추적할 수 있도록 하는 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다.
전술한 기술 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 실시 예에 따른 일정한 간격으로 배열된 복수의 태양 전지판, 상기 복수의 태양 전지판과 연결되어 이동하는 태양의 위치에 따라 회동시키는 태양광 추적 장치 및 적어도 하나의 태양광 추적 장치를 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법은,
a) 상기 중앙 제어부가 상기 태양 전지판의 위치로부터의 태양의 고도각을 산출하는 단계; b) 상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값 이하인 경우 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되지 않도록 백트래킹 제어신호를 생성하여 상기 태양광 추적 장치로 전송하는 단계; 및 c) 상기 태양광 추적 장치가 상기 백트래킹 제어신호에 따라 백트래킹 모드로 구동하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템은,
일정한 간격으로 배열된 복수의 태양 전지판; 상기 복수의 태양 전지판과 연결되어 상기 태양 전지판을 이동하는 태양의 위치에 따라 회동시키는 태양광 추적 장치; 및 상기 태양 전지판의 위치로부터의 태양의 고도각을 산출하고, 상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값 이하인 경우 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되지 않도록 백트래킹 제어신호를 생성하여 적어도 하나의 태양광 추적 장치로 전송하는 중앙 제어부를 포함하며, 상기 태양광 추적 장치는 상기 백트래킹 제어신호에 따라 백트래킹 모드로 구동하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
전술한 구성에 의하여 본 발명에 따르면, 복수로 배치된 태양 전지판의 설치환경과 태양의 고도각을 고려하여 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생하지 않도록 복수로 연결된 태양광 추적 장치의 트래킹 및 백트래킹을 동시에 제어함으로써 태양 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양의 고도를 고려한 트래킹 및 백트래킹 제어신호와 수집되는 각 태양광 추적 장치의 현재 상태정보를 비교하여 하달된 제어신호에 대한 동작이 정상적으로 반영 되었는지 판단함으로써 원격에서도 태양광 추적 장치의 구동상태를 실시간으로 감시하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 태양광 추적 장치를 개략적으로 나타낸 구조도 이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치가 트리캥 모드로 동작하는 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치가 백트래킹 모드로 동작하는 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 제어부(300)의 구성을 나타낸다.
도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 백트래킹 설정 값을 산출하는 방법을 보여준다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치의 장애감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양 전지판과 태양광 추적 장치의 연결을 나타낸 구조도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법 및 그 시스템에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구조도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템은 태양 전지판(100)을 태양의 이동궤적에 따라 이동시켜 태양광 발전 효율을 높이는 시스템으로 태양 전지판(100), 태양광 추적 장치(200) 및 중앙 제어부(300)를 포함한다.
태양 전지판(100)은 다수의 태양광 전지모듈이 직병렬로 배열되어, 복수의 태양 전지판(100)이 소정간격으로 지면에 평행하게 고정 설치된다.
태양광 추적 장치(200)는 소정간격으로 설치되는 복수의 태양 전지판(100)과 일방향으로 연결되고, 연결된 태양 전지판(100)을 이동하는 태양에 대향하도록 회동시키는 역할을 한다.
중앙 제어부(300)는 복수의 태양광 추적 장치(200)와 유/무선 통신으로 연결되어 태양의 위치(고도)을 고려한 태양광 추적 장치(200)의 동작을 제어한다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 제어부(300)는 인접한 태양 전지판(100)으로 인해 그림자가 발생되는 것을 예방하기 위하여 태양 전지판(100)의 설치환경과 태양의 고도각을 고려하여 인접한 태양 전지판(100)에 의해 그림자가 발생하지 않도록 태양광 추적 장치(200)의 백트래킹을 제어하는 역할을 한다.
한편, 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 실시 에에 따른 태양광 추적 장치의 세부 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치가 트리캥 모드로 동작하는 상태를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치가 백트래킹 모드로 동작하는 상태를 나타낸다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치(200)는 상기 도 3과 같이 태양의 이동궤적에 따라 태양 전지판(100)의 각도를 순방향으로 회동시키는 트래킹 모드와 반대로 도 4와 같이 태양의 이동궤적의 역방향으로 태양 전지판(100)의 각도를 회동시키는 백트래킹 모드로 구동된다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양 전지판(100)은 받침부(110), 지지부(120), 회전축(130), 회전바(140), 전후 구동축(150), 회전바 결합부(160) 및 구동축 결합부(170)를 포함한다.
받침부(110)는 태양 전지판(100)의 하부에 고정되는 사다리 형상의 프레임이며, 지지부(120)는 받침부(110)의 내측면 양측에 마주보는 형상으로 결합되어 지면으로부터 태양 전지판(100)을 지지한다. 회전축(130)은 받침부(110)와 지지부(120)를 관통하여 결합하고, 태양 전지판(100)이 회전하는 축으로서의 역할을 한다.
회전바(140)는 일측 단부가 받침부(110)의 중심에 수직의 T자 형태로 고정되고, 다른 일측 단부가 전후 구동축(150)에 연결되어 전후 구동축(150)의 전진/후진에 따른 직선운동을 회전축(130)을 중심으로 하는 회전운동으로 바꾸는 역할을 한다. 회전바(140)는 받침부(110)에 용접 또는 나사와 같은 결합부재를 통해 고정될 수 있다.
전후 구동축(150)은 길이방향으로 연장된 막대형 바로 일측 단부가 태양광 추적 장치(200)의 파워 실린더(240)에 구동축 결합부(170)를 통해 연결되어 전진 및 후진의 직선운동을 한다.
회전바 결합부(160)는 전후 구동축(150)의 상면에 구비되어 회전바(140)의 끝단과 결합되며, 이 때, 회전바 결합부(160)와 전후 구동축(150)을 관통하여 결합하는 축이 힌지 역할을 하여 전후 구동축(150)의 직선운동을 회전운동으로 전환되도록 한다.
여기서, 회전바(140)는 전후 구동축(150)의 직선운동에 따라 회전축(130)을 중심으로 원을 그리며 회동하므로 고정된 길이를 갖는 경우 회전바 결합부(160)에 스트레스를 주거나 직선운동에 방해가 될 수 있으므로 길이가 가변 되는 이중구조를 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 도면에서는 생략되었으나 직경이 상이하여 결합되는 이중관으로 형성하여 받침부(110)와 전후 구동축(150)에 각각 결합되고, 이중관이 삽입되는 부분에 스프링을 형성하여 회전바(140)의 길이를 가변 할 수 있으며, 길이가 가변 되는 소형 실린더를 회전바(140)로 적용할 수 있다.
태양광 추적 장치(200)는 로컬 제어부(210), 로컬 센서부(220), 모터부(230), 파워 실린더(240), 클램프(250), 브라켓(260) 및 자바라(270)를 포함한다.
로컬 제어부(210)는 태양광 추적 장치(200)의 전반적인 단위 동작을 제어하는 장치로 중앙 제어부(300)와 유선/혹은 무선으로 통신하는 인터페이스가 구비되어, 중앙 제어부(300)의 제어신호에 따라 모터부(230)의 구동을 제어하는 역할을 한다. 여기서, 로컬 제어부(210)는 중앙 제어부(300)이 제어신호에 따라 구동되는 것이 바람직할 것이나 미리 설정된 프로세서 및 구동 환경에 따라 독립적으로 구동될 수도 있다. 예컨대, 로컬 제어부(210)가 중앙 제어부(300)와의 통신장애가 발생하는 것과 같은 특별한 이벤트상황에서 내부 메모리 혹은 외부의 연동되는 메모리에 위치(좌표) 정보와 시간에 따른 태양의 고도각 등의 구동 환경을 고려하여 자체적인 태양광 추적 기능을 제어할 수 도 있다.
로컬 센서부(220)는 디지털식 센서의 일종으로서, 로컬 제어부(210)에 의하여 태양 전지판(100)의 방향이나 각도가 변경된 경우, 현재 실질적으로 변경된 방향 및 각도 등의 상태정보를 감지하여 중앙 제어부(300)로 전달하는 기능을 수행한다.
모터부(230)는 중앙 제어부(300)로부터 수신되는 제어신호에 기초하거나 로컬 제어부(210)로부터 전달되는 제어신호에 따라 구동하여 파워 실린더(240)의 길이를 가변시키는 역할을 한다.
파워 실린더(240)는 일반적으로 엑추에이터, 전동 실린더, 모터 실린더라고도 불리며 모터부(230)의 스크류를 사용하여 회전운동을 직선운동으로 변환 시키는 기능을 갖는다. 이 때, 앞에서 설명한 것처럼 파워 실린더(240)의 단부는 전후 구동축(150)과 구동축 결합부(170)를 통해 결합되며, 트래킹시 전진하고 백트래킹시 후진하는 동작을 수행한다.
클램프(250)는 파워 실린더(240)를 전후 구동축(150) 방향으로 고정하고, 브라켓(260)은 클램프(250)와 연결되어 태양광 추적 장치(200)를 지지한다. 이 때 클램프(250)와 브라켓(260)의 결합은 결합된 축을 중심으로 일정각도 회동 가능하도록 하여 회전바(140)가 고정 길이를 갖더라도 파워 실린더(240)의 직선운동에 영향을 주지 않도록 한다.
자바라(270)는 전진 및 후진 하는 파워 실린더(240)를 비, 먼지와 같은 외부 유해환경으로부터 보호하고, 파워 실린더(240)가 전진/후진하는 길이방향으로 펴지거나 접히는 역할을 한다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 제어부(300)의 구성을 나타낸다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 중앙 제어부(300)는 통신부(310), 로컬 정보 수집부(320), 센서부(330), 환경 설정부(340), 제어부(350), 표시부(360) 및 저장부(370)를 포함한다.
통신부(310)부는 태양광 추적 장치(200)의 로컬 제어부(210)와 통신을 위한 인터페이스와 운영자의 컴퓨터와 같은 단말기와 연결되는 외부 인터페이스를 포함하며, 이러한 인터페이스는 유선/무선 통신수단으로 구성될 수 있다.
로컬 정보 수집부(320)는 통신부(310)를 통해서 각 태양광 추적 장치(200)로부터 방향 및 각도 등의 상태정보를 수집하여 저장한다.
센서부(330)는 외부적 환경을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하고 있으며, 포함된 센서를 통하여 측정되는 외부의 환경 값을 제어부(350)로 전달 및 저장한다. 이러한 센서부(330)는 외부의 광량을 측정하는 수광 센서(331)와 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향/풍속 센서(134)를 포함한다. 이 밖에도 GPS 수신 모듈을 더 포함할 수 있으나 태양 전지판(100)이 고정된 위치를 가지므로 기 측정된 태양 전지판(100)의 설치 좌표 값을 활용하여 생략할 수 있으며, 다른 자연 현상을 측정하는 센서들의 정보를 태양광 추적 장치(200)의 구동에 활용할 수 있다.
환경 설정부(340)는 태양광 추적 장치(200)의 구동을 위한 다양한 기준치의 구동 환경을 설정한다. 예컨대, 태양 전지판(100)의 위치(좌표값), 시작각도(일출시 대기 각도), 풍향 및 풍속에 따른 안전모드 설정 값, 백트래킹 설정 값 등을 포함한다. 상기 백트래킹 설정 값은 인접한 태양 전지판(100)에 의해 그림자가 발생되는 시점의 태양의 고도각을 의미하며, 상기 태양의 고도각에 대응되는 전지판의 기울기각도 같은 의미를 가질 수 있다.
제어부(350)는 중앙 제어부(300)의 전반적인 구동을 위한 각부의 동작을 제어하는 역할을 한다. 제어부(350)는 시간에 따라 변화되는 태양의 고도를 산출한다. 그리고, 산출된 태양의 고도각에 따라 태양 전지판(100)이 태양과 수직에 가까운 최적화된 각도를 갖도록 제어 신호를 생성하여 각 태양광 추적 장치(200)로 전달한다. 특히, 본 발명의 실시 예에 따르면 제어부(350)가 인접한 태양 전지판(100)으로 인해 그림자가 발생되는 조건의 태양의 고도각을 계산하고, 계산된 고도각에 태양이 위치하는 시점에서 백트래킹 제어신호를 생성하여 태양광 추적 장치(200)를 제어한다.
그리고, 제어부(350)는 태양광 추적 장치(200) 및 센서부(330)에서 수집되는 광량이나 풍속 등의 외부환경 정보를 환경 설정부(340)에서 미리 설정된 기준치와 비교하여, 기준치를 벗어나는 경우 태양광 추적 장치(200)의 트래킹 구동을 중지하고 수평상태를 유지하는 안전 모드로 구동할 수 있다.
또한, 제어부(350)는 태양의 고도를 고려한 트래킹 및 백트래킹 제어신호와 로컬 정보 수집부(320)에서 수집되는 각 태양광 추적 장치(200)의 현재 상태정보를 비교하여 하달된 제어신호에 대한 동작이 정상적으로 반영 되었는지 비교하여 태양광 추적 장치(200)의 정상적인 구동상태를 실시간으로 체크할 수 있다. 그래서, 태양광 추적 장치(200)의 구동이 비정상적으로 동작되는 것으로 판단되는 경우와 특정 태양광 추적 장치(200)로부터 이벤트 신호를 수신하는 경우에도 경보를 발생하거나 안전 모드로 구동할 수 있다.
한편, 도 6는 본 발명의 실시 예에 따른 백트래킹 설정 값을 산출하는 방법을 보여준다.
첨부된 도 6를 참조하면, 본 발명의 백트래킹 설정 값은 백트래킹 조건에 해당하는 태양의 고도각을 산출하는 것으로 a는 태양 전지판(100)의 길이의 반, b는 태양 전지판(100) 사이의 거리(지지부(120)간의 간격), c는 태양 전지판(100)중심의 높이를 각각 의미한다.
여기서, 태양의 고도각이 수학식 1과 같이
Figure 112010008474570-pat00001
이하가 되면 인접한 태양 전지판(100)에 그림자가 생기기 시작한다. 즉,
Figure 112010008474570-pat00002
는 그림자가 발생되어 백트래킹이 시작/종료되는 조건의 태양의 고도각을 의미한다.
Figure 112010008474570-pat00003
그리고, 태양 전지판(100)의 길이의 반과, 그 중심 높이, 인접한 태양 전지판(100)과의 간격 등의 조건과 현재 태양의 고도각을 고려하여 태양 전지판(100)을 최대로 기울일 수 있는 각도
Figure 112010008474570-pat00004
는 다음 수학식 2로 계산할 수 있다. 여기서, 각도
Figure 112010008474570-pat00005
는 태양의 고도각
Figure 112010008474570-pat00006
에 대응하는 값으로 백트래킹이 시작/종료되는 조건의 태양 전지판(100)의 기울기 각도를 의미한다.
Figure 112010008474570-pat00007
여기서, 상기 각도
Figure 112010008474570-pat00008
가 최대로 기울일 수 있는 각도라는 의미는 태양 전지판(100)에 그림자가 발생되는 것을 예방하기 위한 백트래킹 모드로 동작하는 경우에 해당하며, 태양광 추적 장치(200)가 물리적으로 태양 전지판(100)을 기울일 수 있는 각도가
Figure 112010008474570-pat00009
에 한정된다는 것은 아니다.
표시부(360)는 태양광 추적 시스템의 구동에 따른 정보를 외부로 표시하는 역할을 한다. 특히, 각 센서로부터 수집되는 외부 자연 환경 정보와 각 태양광 추적 장치의 운영정보를 표시한다. 또한, 표시부(360)는 운영자의 단말기와 연결되는 경우 운영자 단말기로 GUI(Graphical User Interface)를 통해 표시정보를 제공할 수 있다.
저장부(370)는 태양광 추적 시스템의 구동을 위한 다양한 데이터와 프로그램이 저장되고, 태양광 추적 시스템의 구동에 따라 발생되는 데이터를 저장한다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템의 중앙 제어부(300)는 태양 전지판(100)이 일출시 시작 각도를 유지하도록 태양광 추적 장치(200)를 제어한다(S701). 그리고, 태양 전지판(100)이 시간에 따른 태양의 고도 상승에 대응하면서 역방향으로 회전하는 백트래킹 모드로 동작하도록 태양광 추적 장치(200)를 제어한다(S702). 여기서, 일출시에는 태양의 고도각이 백트래킹 설정 값보다 낮으므로 태양광 추적 장치(200)의 동작이 시작함과 동시에 백트래킹 모드로 구동된다.
다음, 중앙 제어부(300)는 태양의 고도각이 백트래킹 설정 값을 초과하면 백트래킹 종료 조건을 만족하는 것을 판단하여(S703), 도 3과 같이 태양광 추적 장치(200)가 트래킹 모드로 동작하도록 제어한다(S704). 이 때, 태양광 추적 장치(200)는 태양의 이동궤적에 따라 파워 실린더(240)를 점차 전진하고, 이에 태양 전지판(100)이 태양의 위치에 대응하여 순방향으로 회전함으로써 태양의 위치에 최적화된 태양 전지판(100)의 각도를 유지시키므로 태양광 발전 효율을 극대화 할 수 있다.
이후, 중앙 제어부(300)는 태양의 고도각이 고점을 지나 점차 하강하여 백트래킹 설정 값 이하가 되는 경우 백트래킹 시작 조건을 만족하는 것으로 판단하여(S705), 도 4와 같이 태양광 추적 장치(200)가 태양의 고도 하강에 따른 백트래킹 모드로 동작하도록 제어한다(S706). 이 때, 태양광 추적 장치(200)는 태양의 고도 하강에 따라 파워 실린더(240)를 점차 후진시켜, 인접한 태양 전지판(100)들 간의 그림자가 발생되는 것을 예방할 수 있다.
그리고, 태양광 발전이 불가능할 때까지 백트래킹이 이루어진뒤 일몰시 종료 각도에서 종료된다(S707).
한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 장치의 장애감지 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 추적 시스템은 태양광 추적을 위한 트래킹 및 백트래킹 모드시 비정상적인 구동에 따른 이벤트를 감지할 수 있다.
중앙 제어부(300)는 태양광 추적을 위한 트래킹 및 백트래킹 모드시 시간(날짜 포함)에 따른 태양의 고도각을 확인한다(S801). 이 때 태양의 고도각을 확인하는 방법은 미리 설정된 태양 위치 테이블을 통해 확인하거나 제어부에 탑재된 태양 위치 산출 알고리즘을 통해 확인된 위치 및 시간에서의 태양 고도각 및 방위각을 계산하는 방법이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 태양 위치 테이블은 태양 전지판의 위치(좌표), 날짜, 시간에 기초한 태양의 위치 고도각이 매핑되어 있는 테이블을 의미한다.
중앙 제어부(300)는 시간에 따라 변경된 태양의 고도(위치)에 따른 제어신호를 생성하여 태양광 추적 장치(200)로 전송한다(S802). 그리고, 태양광 추적 장치(200)로부터 현재 실질적으로 변경된 방향 및 각도 등의 상태정보를 수집하여(S803), 상기 전달한 제어신호에 대한 동작이 정상적으로 반영 되었는지 판단한다(S804).
이 때, 중앙 제어부(300)는 제어신호에 해당하는 태양 전지판(100)의 각도와 상기 상태정보에 포함된 태양 전지판(100)의 각도를 비교하여 미리 설정된 오차 범위로 확인되면 정상 구동으로 판단하고, 오차 범위를 초과하는 경우 비정상적인 구동으로 판단하여 이벤트를 생성하여 1만큼 증가시킨다(S805).
그리고, 태양광 추적 장치(200)의 비정상적인 구동으로 인한 이벤트 횟수가 미리 설정된 횟수를 초과하면(S806), 운영자에게 이상 발생을 표시하기 위한 경고음을 발생 및 경고 메시지를 표출한다(S807).
만약, 경보를 발생한 이후 일정기간이 경과 한 후에도 별다른 조취가 없는 경우 태양광 추적 장치(200)를 안전모드로 동작시켜 태양광 위치 추적을 종료할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면 복수로 배치된 태양 전지판(100)의 설치환경과 태양의 고도각을 고려하여 인접한 태양 전지판(100)에 의해 그림자가 발생하지 않도록 복수로 연결된 태양광 추적 장치(200)의 트래킹 및 백트래킹을 동시에 제어함으로써 태양 발전 효율을 극대화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 태양의 고도를 고려한 트래킹 및 백트래킹 제어신호와 수집되는 각 태양광 추적 장치(200)의 현재 상태정보를 비교하여 하달된 제어신호에 대한 동작이 정상적으로 반영 되었는지 판단함으로써 원격에서도 태양광 추적 장치(200)의 구동상태를 실시간으로 감시하는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 도 2에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 각 태양광 추적 장치(200)가 직렬(하나의 열)로 배열된 복수의 태양 전지판(100)을 동시에 제어하는 구조로 설명하였으나, 도 9에서와 같이 전 전후 구동축(150)을 직/병렬로 연결할 수도 있다.
그래서, 태양 전지판(100)의 설치면적이 협소한 경우라도 직병렬로 연결된 태양광 추적 장치(200)를 통해 복수의 열로 배열된 다수의 태양 전지판(100)을 동시에 구동할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 태양 전지판 110: 받침부 120: 지지부
130: 회전축 140: 회전바 150: 전후 구동축
160: 회전바 결합부 170: 구동축 결합부
200: 태양광 추적 장치 210: 로컬 제어부 220: 로컬 센서부
230: 모터부 240: 파워 실린더 250: 클램프
260: 브라켓 270: 자바라
300: 중앙 제어부 310: 통신부 320: 로컬 정보 수집부
330: 센서부 340: 환경 설정부 350: 제어부
360: 표시부 370: 저장부

Claims (16)

  1. 일정한 간격으로 배열된 복수의 태양 전지판, 상기 복수의 태양 전지판과 연결되어 이동하는 태양의 위치에 따라 회동시키는 태양광 추적 장치 및 적어도 하나의 태양광 추적 장치를 제어하는 중앙 제어부를 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법에 있어서,
    a) 상기 중앙 제어부가 상기 태양 전지판의 위치로부터의 태양의 고도각을 산출하는 단계;
    b) 상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값 이하인 경우 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되지 않도록 백트래킹 제어신호를 생성하여 상기 태양광 추적 장치로 전송하는 단계;
    c) 상기 태양광 추적 장치가 상기 백트래킹 제어신호에 따라 백트래킹 모드로 구동하는 단계; 및
    d) 상기 태양광 추적 장치로부터 태양 전지판의 변경된 방향 및 각도에 따른 상태정보를 수신하여 상기 백트래킹 제어신호에 해당하는 방향 및 각도와 비교하고, 상기 비교결과 미리 설정된 오차 범위를 초과하는 경우 비정상적인 구동으로 판단하여 이벤트를 생성하고 상기 이벤트에 따른 경보를 발생 및 안전모드로 구동하는 단계를 포함하되,
    상기 백트래킹 설정 값은, 상기 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되는 시점의 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00019
    )과 상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00020
    )에 대응하는 상기 태양 전지판의 기울기 각도(
    Figure 112012088429547-pat00021
    )를 포함하며,
    상기 태양 전자판의 길이의 반을 a, 인접한 태양 전지판 사이의 거리를 b, 태양 전지판의 중심의 높이를 c라고 할 때,
    상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00022
    )은
    Figure 112012088429547-pat00023
    식을 이용하여 계산하고,
    상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00024
    )에 대응하여 구동되는 상기 태양 전지판의 기울기 각도(
    Figure 112012088429547-pat00025
    )는
    Figure 112012088429547-pat00026
    식을 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 백트래킹 설정 값은,
    상기 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되는 시점의 태양의 고도각과 상기 태양의 고도각에 대응되는 전지판의 기울기각 중 적어도 하나인 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    미리 설정된 태양 위치 테이블--여기서, 상기 태양 전지판의 위치, 날짜, 시간에 기초한 태양의 위치 고도각이 매핑되어 있는 테이블을 의미함--을 통해 확인하는 단계; 혹은
    사전에 설정된 태양 위치 산출 알고리즘을 통하여, 상기 태양 전지판의 위치 및 시간에서의 태양 고도각 및 방위각을 계산하는 단계
    를 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양광 추적 장치는,
    상기 트래킹 및 백트래킹 제어신호에 따라 직렬 혹은 직병렬로 연결된 태양 전지판들을 동시에 회동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이벤트 생성 횟수가 미리 설정된 횟수를 초과하면 상기 태양광 추적 장치의 이상 발생을 알리는 경고를 시각적/청각적 표시수단으로 표출하는 단계; 및
    상기 경보를 발생한 이후 일정기간이 지나면 상기 태양광 추적 장치를 안전모드로 제어하는 단계
    를 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 a) 단계 이후에,
    상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값을 초과하는 경우 상기 태양 전지판이 이동하는 태양의 위치에 대향하도록 트래킹 제어신호를 생성하여 상기 태양광 추적 장치로 전송하는 단계; 및
    상기 태양광 추적 장치가 상기 트래킹 제어신호에 따라 트래킹 모드로 구동하는 단계
    를 더 포함하는 태양광 추적 시스템의 백트래킹 방법.
  8. 일정한 간격으로 배열된 복수의 태양 전지판;
    상기 복수의 태양 전지판과 연결되어 상기 태양 전지판을 이동하는 태양의 위치에 따라 회동시키는 태양광 추적 장치; 및
    상기 태양 전지판의 위치로부터의 태양의 고도각을 산출하고, 상기 태양의 고도각이 미리 설정된 백트래킹 설정 값 이하인 경우 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되지 않도록 백트래킹 제어신호를 생성하여 적어도 하나의 태양광 추적 장치로 전송하는 중앙 제어부를 포함하며,
    상기 태양광 추적 장치는 상기 백트래킹 제어신호에 따라 백트래킹 모드로 구동하되,
    상기 백트래킹 설정 값은, 상기 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되는 시점의 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00027
    )과 상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00028
    )에 대응하는 상기 태양 전지판의 기울기 각도(
    Figure 112012088429547-pat00029
    )를 포함하며,
    상기 태양 전자판의 길이의 반을 a, 인접한 태양 전지판 사이의 거리를 b, 태양 전지판의 중심의 높이를 c라고 할 때,
    상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00030
    )은
    Figure 112012088429547-pat00031
    식을 이용하여 계산하고,
    상기 태양의 고도각(
    Figure 112012088429547-pat00032
    )에 대응하여 구동되는 상기 태양 전지판의 기울기 각도(
    Figure 112012088429547-pat00033
    )는
    Figure 112012088429547-pat00034
    식을 이용하여 계산하고,
    상기 중앙 제어부는 태양광 추적 장치로부터 태양 전지판의 변경된 방향 및 각도에 따른 상태정보를 수신하여 상기 백트래킹 제어신호에 해당하는 방향 및 각도와 비교하고, 상기 비교결과 미리 설정된 오차 범위를 초과하는 경우 비정상적인 구동으로 판단하여 이벤트를 생성하고 상기 이벤트에 따른 경보를 발생 및 안전모드로 구동하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 백트래킹 설정 값은,
    상기 인접한 태양 전지판에 의해 그림자가 발생되는 시점의 태양의 고도각으로 상기 태양 전지판이 배열된 방향의 태양 전지판의 길이의 반, 인접한 태양 전지판 사이의 거리, 태양 전지판의 중심(회전축)의 높이, 태양 전지판의 기울기 각도 중 적어도 하나의 정보에 기초하여 계산되는 태양광 추적 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 태양 전지판은 상부에 다수의 태양광 전지모듈이 직병렬로 배열되는 사각의 판이며 상기 태양 전지판의 하부에 사다리 형상으로 고정되는 받침부;
    상기 받침부의 내측면 양측에 마주보는 형상으로 결합되어 지면으로부터 상기 태양 전지판을 지지하는 지지부;
    상기 받침부와 지지부를 관통하여 결합하고, 상기 태양 전지판이 회전하는 축으로서의 역할을 하는 회전축;
    상기 태양광 추적 장치의 구동에 따라 상기 복수의 태양 전지판이 배열된 방향으로 직선운동을 하는 전후 구동축; 및
    길이방향으로 형성되어 일측 단부가 상기 받침부의 중심에 수직으로 고정되고 다른 일측 단부가 상기 전후 구동축에 결합되어 상기 전후 구동축의 전진/후진에 따른 직선운동을 상기 회전축을 중심으로 하는 회전운동으로 전환하는 회전바
    를 포함하는 태양광 추적 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전후 구동축은,
    'ㄷ'자 형태의 직병렬로 연결하여 복수의 열로 배열된 태양 전지판을 동시에 구동하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전바는,
    상기 회전축을 중심으로 회전시 일정 길이가 가변 되는 이중구조를 갖는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 태양광 추적 장치는,
    유선 혹은 무선 통신수단을 통해 상기 중앙 제어부로부터 수신되는 제어신호에 따라 상기 태양광 추적 장치를 제어하는 로컬 제어부;
    상기 로컬 제어부로부터 전달되는 제어신호에 따라 구동되는 모터부;
    상기 모터부의 스크류를 사용하여 회전운동을 직선운동으로 변환 시키고, 길이방향의 단부와 상기 전후 구동축이 구동축 결합부를 통해 결합되어 상기 직선운동을 전후 구동축으로 전달하는 파워 실린더;
    상기 파워 실린더를 전후 구동축 방향으로 고정하는 클램프를 지지하는 브라켓;
    전진 및 후진 운동을 하는 상기 파워 실린더를 커버하여 외부 유해환경으로부터 보호하는 자바라; 및
    상기 중앙 제어부의 제어신호에 따라 상기 태양 전지판의 방향이나 각도가 변경된 경우 변경된 방향 및 각도의 상태정보를 감지하여 상기 중앙 제어부로 전달하는 로컬 센서부
    를 포함하는 태양광 추적 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중앙 제어부는,
    원격지의 상기 태양광 추적 장치와의 통신과 운영자 단말기와의 통신을 위한 유/무선 인터페이스를 가지는 통신부;
    상기 태양광 추적 장치로부터 방향 및 각도 등의 상태정보를 수집하는 로컬 정보 수집부;
    외부의 광량을 측정하는 수광센서와 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향/풍속 센서로 구성된 센서부;
    상기 태양광 추적 장치의 구동을 위한 복수의 기준치를 설정하는 환경 설정부;
    상기 중앙 제어부의 구동을 위한 각부의 동작을 제어하며, 태양광 추적 장치의 트래킹 및 백트래킹 구동을 위한 제어신호를 생성하여 상기 태양광 추적 장치로 각각 전달하는 제어부
    를 포함하는 태양광 추적 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 태양광 추적 장치로 각각 전달되는 상기 트래킹 및 백트래킹 구동을 위한 제어신호와 상기 로컬 수집부에서 수집되는 각 태양광 추적 장치의 상태정보를 비교하여 상기 제어신호에 대한 각 태양광 추적 장치의 구동상태를 실시간으로 감시하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기준치는,
    상기 태양 전지판의 위치, 시작각도, 풍향 및 풍속에 따른 안전모드 설정 값, 백트래킹 설정 값, 이벤트 경보 발생 조건 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 시스템.
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