KR101272852B1

KR101272852B1 - 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR101272852B1
Application number: KR1020110115200A
Authority: KR
Inventors: 박기주; 김영석
Original assignee: 주식회사 라온테크
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-06-07
Also published as: KR20130050063A

Abstract

본 발명은 황사, 눈, 태풍과 같은 기상 환경에 따라 태양 전지모듈의 고도각 및 방위각을 조절하여 발전 효율을 극대화시킴과 동시에 안정적인 구조를 갖도록 한 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 복수개의 태양전지 모듈과, 상기 태양전지 모듈을 하측에서 지지하는 지지프레임과, 상기 지지프레임을 받쳐주는 제1지지유닛과, 상기 제1지지유닛을 회동 가능하도록 지지하는 수직프레임 및 상기 제1지지유닛과 수직프레임이 회동할 수 있도록 구동력을 제공하는 구동모터가 구비된 동력전달부와, 상기 동력전달부를 지지하면서 지면에 고정되는 본체부와, 상기 본체부에 구성되어 기상 환경 및 태양의 위치에 따라 상기 구동모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들의 방위각 및 고도각을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 기상 환경에 따라 태양 전지모듈의 방위각과 고도각 조절이 가능함과 함께 집단 제어가 가능한 태양광 발전장치에 관한 것이다.

현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.

여기서, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자를 포함한다.

상기 태양광발전에 이용되는 태양전지는, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.

대부분의 태양전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.

이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다.

실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 볼트(V) 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.

또한, 태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.

그러나 태양전지 모듈은, 일정 전력을 얻기 위하여 다량 사용되어야 하기 때문에 설치장소에 제한이 따르고, 태양전지 모듈의 배치 구조에 따른 하부 지지구조의 변형에 제약이 따를 뿐만 아니라, 태양전지 모듈은 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별문제가 없지만, 주택의 상당수를 차지하는 공동주택에 설치하는 경우에는 세대 내 개별 설치가 어려운 문제점이 있다.

또한 종래의 태양전지 모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 메인프레임들과 태양전지 모듈을 지지하는 지지대들, 메인프레임을 지면에 대해서 지지하는 지지기둥 등이 각각 용접에 의하여 접합되는 경우가 많아서 일단 한번 위치가 정해진 후 용접이 완료되면 배치상태 조정에 어려움이 있었다.

특히, 수많은 태양전지 모듈을 대량으로 지지하는 고정형 지지구조물의 경우, 그 배치각도가 고정되어 있어서, 절기 변화에 따른 태양 고도에 변화에 따라 태양전지 모듈의 배치각도를 조정하는데 한계가 있어서 집광효율 및 전기생산 효율이 떨어지는 문제점도 여전히 내포한다.

우리나라의 경우, 위도(38°)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52°정도이고, 하지에는 75.5°가 되며, 동지에는 28.5°정도가 된다.

그러나 종전의 태양광 발전장치는 정남향을 향하여 고정된 각도를 가진 채 설치되어 있어서 계절별로 전기생산량의 편차가 크게 발생하는데 따른 대책이 시급한 실정이다.

게다가 친환경 에너지 사업이 가시화되고, 태양광 발전에 이목이 집중되면서 대용량 태양광 발전을 위한 설비가 필요하지만, 태양의 이동경로를 따라서 회전하는 구조의 태양광 발전장치는 큰 규모의 태양전지 모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 설비를 필요로 하는 한계가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 황사, 눈, 태풍과 같은 기상 환경에 따라 태양 전지모듈의 고도각 및 방위각을 조절하여 발전 효율을 극대화시킴과 동시에 안정적인 구조를 갖도록 한 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 태양의 고도와 방향의 변화에 대응하여 태양전지 모듈의 배치각도와 배치방향을 계절별로 변화시킬 수 있고, 태양전지 모듈을 안전하면서도 용이하게 설치할 수 있도록 함으로써 발전 효율을 향상시키도록 한 태양광 발전장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 발전장치는 복수개의 태양전지 모듈과, 상기 태양전지 모듈을 하측에서 지지하는 지지프레임과, 상기 지지프레임을 받쳐주는 제1지지유닛과, 상기 제1지지유닛을 회동 가능하도록 지지하는 수직프레임 및 상기 제1지지유닛과 수직프레임이 회동할 수 있도록 구동력을 제공하는 구동모터가 구비된 동력전달부와, 상기 동력전달부를 지지하면서 지면에 고정되는 본체부와, 상기 본체부에 구성되어 기상 환경 및 태양의 위치에 따라 상기 구동모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들의 방위각 및 고도각을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 황사, 눈, 태풍과 같은 기상 환경에 따라 태양 전지모듈들의 고도각 및 방위각을 조절하여 강풍 또는 눈과 같은 외력으로 인하여 태양전지 모듈 및 프레임이 변형되는 것을 방지함과 함께 황사의 누적량을 줄여 발전 효율을 극대화시킬 수 있다.

둘째, 고도조절부에 의해 계절별로 태양의 고도차를 보정할 수 있기 때문에, 태양전지 모듈의 집광 효율 및 발전 효율이 극대화 될 수 있다.

셋째, 태양의 고도 및 방위각의 변화에 대응하여 케이스에 형성되는 캠 그루브를 통하여 태양전지 모듈의 고도 및 방위각을 조절할 수 있기 때문에, 태양전지 모듈의 집광 효율 및 발전 효율이 극대화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치를 나타낸 후방 사시도
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도
도 3은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 분해사시도
도 4는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 부분 확대도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 후방 사시도
도 6은 도 5에 나타낸 제1지지유닛을 나타내는 평면도
도 7은 도 1에 나타낸 동력전달부를 나타내는 측면도
도 8은 도 7에 나타낸 지지베어링을 상측에서 바라본 평면도
도 9는 도 3에 나타낸 고도조절부를 나타내는 분해도
도 10은 도 1의 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도
도 11 내지 도 13은 도 1에 나타낸 태양전지 모듈이 태양의 고도변화에 따라 배치각도가 변화하는 것을 도시한 측면도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 태양광 발전장치를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 발전장치를 개략적으로 나타낸 후방 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도이다.

본 발명에 의한 태양광 발전장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이,는 복수개의 태양전지 모듈(10)과, 상기 태양전지 모듈(10)을 하측에서 지지하는 지지프레임(110)과, 상기 지지프레임(110)을 받쳐주는 제1지지유닛(120)과, 상기 제1지지유닛(120)을 회동 가능하도록 지지하는 수직프레임(150) 및 상기 제1지지유닛(120)과 수직프레임(150)이 회동할 수 있도록 구동력을 제공하는 구동모터(M)가 구비된 동력전달부(160)와, 상기 동력전달부(160)를 지지하면서 지면에 고정되는 본체부(300)와, 상기 본체부(300)에 구성되어 기상 환경 및 태양의 위치에 따라 상기 구동모터(M)를 제어하여 상기 태양전지 모듈(10)들의 방위각 및 고도각을 제어하는 제어장치(500)를 포함하여 구성되어 있다.

여기서, 상기 제어장치(500)는 외부로부터 공급되는 기상 정보에 따라 상기 구동모터(M)를 제어할 수도 있고, 내부에 외부의 기상 정보를 검출하는 센서로부터 정보를 받아 상기 구동모터(M)를 제어할 수 있다.

또한, 상기 태양전지 모듈(10)이 가로로 길게 배치되어 가로로 세 장씩 세로로 네 장이 배치되어 총 12장의 상기 태양전지 모듈(10)이 마련되어 약 3kW의 전력을 생산하며, 상기 태양전지 모듈(10)의 개수는 전체 태양광 발전 용량과 관련이 있을 뿐 이에 따른 배치구조 및 형상이 변경될 수 있다.

상기 태양전지 모듈(10)은 세로길이에 비하여 가로길이가 길게 배치되며, 상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)의 크기에 대응하는 세로길이를 갖도록 조립되고, 상기 태양전지 패널의 가로길이에 비하여 작거나 또는 같은 길이를 갖도록 형성된다.

상기 지지프레임(110)은 단면이 사각형을 갖는 빔 형상으로, 태양광 발전에 따른 발전 용량에 따라서 필요로 하는 상기 태양전지 모듈(10)의 개수에 맞춰 그 크기가 정해지고, 조립식으로 결합하여 상기 지지프레임(110)의 크기는 유동적으로 변경할 수 있다.

상기 태양전지 모듈(10)은 격자구조로 복수개가 패턴 형성되며, 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 인접하는 다른 태양전지 모듈과의 사이에 간격이 형성되도록 측방향으로 이격 배치된다.

또한, 상기 태양전지 모듈(10)은 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 지그재그 방향으로 인접하는 다른 태양전지 모듈과의 사이에 높이차가 발생하도록 이격 배치된다.

따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 태양전지 모듈 ①과 인접하는 태양전지 모듈 ② 사이에는 상기 높이차가 형성되도록 상기 태양전지모듈 ②가 보다 높게 배치되어 상기 태양전지 모듈 ①과 상기 태양전지모듈 ② 사이의 상기 높이차로 인한 공간으로 바람이 통과할 수 있어 풍압에 의한 저항을 감소시킬 수 있다.

그리고 상기 태양전지 모듈 ④는 인접하는 태양전지 모듈 ⑤로부터 상기 간격이 형성되도록 측방향으로 이격되도록 배치되고, 또한 상기 높이차가 형성되도록 배치된다. 이는 상기 태양전지 모듈 ④의 높이에 의하여 상기 태양전지 모듈 ⑤에 그림자가 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 높이차와 간격에 의하여 바람이 통과할 수 있어 풍압에 의한 저항을 감소시키고, 또한 상기 태양전지 모듈들의 상면에 쌓인 눈이 흘러내리거나 통과할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

여기서 짝수 번인 상기 태양전지 모듈 ②, ④, ⑥, ⑧, ⑩ 및 태양전지 모듈⑫는 상기 높이차에 의하여 높은 곳에 배치되고, 상기 태양전지 모듈 ④, ⑥, ⑩ 및 태양전지 모듈⑫는 중심에 배치되는 상기 태양전지 모듈 ⑤ 및 태양전지 모듈 ⑪에 대하여 각각 측방향으로 상기 간격이 형성되도록 이격되어 배치된다.

상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에는 피뢰부(400)가 마련된다. 상기 피뢰부(400)는 상기 태양전지 모듈(10)에 낙뢰가 직접적으로 떨어지는 것을 방지하도록 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 높은 위치에 배치된다.

이때 상기 피뢰부(400)는 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에 마련되는 것을 일 예로 도시하였지만, 상기 태양전지 패널이 수평 방향으로 눕혀지는 장소에서는 상기 지지프레임(110)의 각 모서리 부분에 상기 피뢰부(400)를 설치하여 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)이 파손되는 것을 방지할 수도 있다.

상기 피뢰부(400)는 상기 지지프레임(110)에 결합되는 복수개의 결합부재(410)와, 상기 결합부재(410)들의 외측으로 결합되는 복수개의 애자(碍子)부재(420)와, 상기 애자부재(420)들의 외측으로 결합되는 연장부재(430)들 및 상기 연장부재(430)들의 상단을 각각 연결하도록 체결되는 금속재질의 낙뢰 유도부재(440)를 포함한다.

상기 결합부재(410)는 단면이 ‘U'자 형상으로 상기 서브 프레임(330)과 연결 프레임(350)의 단부에 체결되되, 상기 태양전지 모듈(10)의 경사 각도를 고려하여 상기 연결 프레임(350)의 단부에서 지면에 대하여 수직방향으로 결합된다.

상기 애자부재(420)는 일 측이 상기 결합부재(410)에 체결되고, 타 측이 상기 연장부재(430)에 체결되며, 상기 결합부재(410)와 연장부재(430)가 통전되는 것을 방지하도록 내부 중심에 빈 공간이 형성된다.

상기 애자부재(420)는 사기, 유리 또는 플라스틱 합성수지재로 형성되어 절연기능을 가지며, 전기적으로 충분한 절연내력(絶緣耐力)을 가지게 하기 위하여 하나 또는 복수개의 주름(미도시)을 만들어 표면 거리가 증대되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 주름이 형성되면 상기 애자부재의 표면 습도가 높을 때, 특히 염분이나 먼지 등이 부착하였을 때 절연내력이 저하되는 것을 방지하는데 효과적이다. 보다 바람직하게는 상기 애자부재가 내부식성, 내열성 및 강도가 우수한 경질자기로 이루어질 수 있다.

상기 연장부재(430)는 일 단부가 상기 애자부재(420)의 타 측에 결합되고, 타 단부는 상기 낙뢰 유도부재(440)가 결합될 수 있도록 절곡 형성된다. 상기 연장부재(430)는 상기 애자부재(420)로부터 상기 낙뢰 유도부재(440)의 배치 위치를 상방으로 연장하며, 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 상기 낙뢰 유도부재(440)의 높이를 더 높은 위치에 배치시킨다. 따라서 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)의 안전을 확보할 수 있는 이점이 있다.

상기 낙뢰 유도부재(440)는 각각의 상기 연장부재(430)의 상단을 연결시키도록 결합되고, 상기 낙뢰 유도부재(440)와 연장부재(430)는 금속재질로 형성되어 서로 통전하며, 상기 연장부재(430) 중 적어도 하나 이상은 지면에 접지된다.

따라서 상기 지지프레임(110)을 통하여 낙뢰로 인한 전기적인 충격이 상기 태양전지 모듈(10)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.

상기 지지프레임(110)의 저면에 마련되는 상기 제1지지유닛(120)은 수직방향으로 서로 이격되도록 마련되는 한 쌍의 수직프레임(150)과, 상기 수직프레임(150)의 중심 부분을 연결하는 제1수평프레임(122)과, 상기 수직프레임(150)의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)을 포함한다.

상기 수직프레임(150)은 중공의 사각빔 형상으로 서로 이격되어 나란히 배치되며, 상기 지지프레임(110)의 하중 및 바람에 의한 풍압과 상기 태양전지 모듈(10) 상면에 쌓인 적설의 하중 또한 지지해야 하기 때문에 비교적 단면적이 넓고 강성이 강한 재질로 제작된다.

상기 제1수평프레임(122)은 상기 수직프레임(150) 간의 각 중심을 연결하도록 마련되고, 상기 제1수평프레임(122) 역시 큰 하중을 받는 부분으로 여러 가지 응력을 고려하여 제작된다.

상기 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)은 상기 수직프레임(150)의 일 측 단부와 타 측 단부를 각각 연결하도록 마련되며, 상기 수직프레임(150) 및 제1수평프레임(122)에 비하여 받는 하중이 작기 때문에 단면적이 적은 사각 빔으로 형성될 수 있다.

상기 제1지지유닛(120)은 상기 지지프레임(110)에 비하여 전체적인 규모가 작게 형성되기 때문에 상기 지지프레임(110)을 전반적으로 지지할 수 있도록 한 쌍의 상기 수직프레임(150)의 양 단부로부터 상기 지지프레임(110)을 추가적으로 지지할 수 있는 보조지지부(126)를 포함한다.

상기 보조지지부(126)는 상기 수직프레임(150)들의 양 단부에 인접하여 저면에 마련되는 제1고정부재(127)와, 상기 제1고정부재(127)에 회동 가능하도록 일 단부가 결합되는 봉 형상의 제1연결로드(128) 및 상기 지지프레임(110)의 저면에 마련되어 상기 제1연결로드(128)의 타 단부가 회동 가능하도록 결합되는 제2고정부재(129)를 포함한다.

상기 보조지지부(126)는 상기 지지프레임(110)의 규모 대비 상기 제1지지유닛(120)의 규모에 따라서 추가적으로 지지하는 위치가 변경될 수 있으며, 상기 제1연결로드(128)의 길이 또한 변경될 수 있다.

상기 제1고정부재(127)는 상기 제1연결로드(128)의 일 단부를 힌지구조로 각각 체결할 수 있도록 통공이 형성된다.

상기 제1연결로드(128)는 상기 제1고정부재(127)에 형성된 상기 통공에 볼트체결되며, 상기 제1지지유닛(120)으로부터 상기 지지프레임(110)을 수평방향으로 보다 안전하게 지지하는 기능을 갖는다.

상기 제1연결로드(128)의 타 단부는 상기 제2고정부재(129)에 형성된 또 다른 통공에 볼트체결되며, 상기 제1연결로드(128)의 길이에 따라서 상기 제2고정부재(129)의 위치를 유동적으로 고정할 수 있다.

상기 제2고정부재(129)는 상기 지지프레임(110)의 저면 또는 측면에 고정될 수 있으며, 상기 지지프레임(110) 상에서 상기 제2고정부재(129)가 슬라이딩 될 수 있도록 슬라이딩 홈(미도시)이 형성된다.

상기 제2지지유닛(150)은 상기 제1수평프레임(122)의 저면에 수직 하방으로 고정되는 한 쌍의 브라켓(151)과, 상기 각각의 브라켓(151)으로부터 상기 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)을 연결하여 지지하는 제2연결로드(152)를 포함한다.

여기서 상기 제2연결로드(152)는 상기 브라켓(151)으로부터 상기 제2수평프레임(123)을 각각 연결하여 지지하는 한 쌍의 상부 연결로드(152a)와, 상기 브라켓(151)으로부터 상기 제3수평프레임(124)을 각각 연결하여 지지하는 한 쌍의 하부 연결로드(152b)를 포함한다.

상기 브라켓(151)은 사다리꼴 형태로 마련되는 것이 바람직하며, 상기 상부 연결로드(152a)와 상기 하부 연결로드(152b)의 일 단부는 각각 상기 브라켓(151)의 모서리에 인접한 부분에 결합되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 상부 연결로드(152a) 및 하부 연결로드(152b)를 마련함으로써, 상기 제1지지유닛(120)을 하방에서 보다 견고하게 지지하여, 강풍을 동반하는 바람이나 다설 지역에 집중 강설로 쌓인 적설 중량으로 인하여 상기 제1지지유닛(120)의 하중을 분산 지지할 수 있고, 또한 상기 지지프레임(110)의 결합상태가 변형되거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.

상기 동력전달부(160)는 하측에 구동모터(M)가 구비되고 외주면에 캠 그루브(162)가 형성된 케이스(161)와, 상기 캠 그루브(162)의 형상에 대응하여 상기 구동모터(M)의 회전에 따라 수직방향으로 왕복 운동하는 리프트 암(165)을 포함한다.

또한 상기 캠 그루브(162)는 상기 리프트 암(165)의 위치가 수직방향으로 변화될 수 있도록 높이 차이가 형성되도록 하는 폐곡선으로 형성된다.

상기 케이스(161) 내부에는 구동모터(M)와 체결되어 회전하는 복수개의 기어부재(미도시)가 마련되고, 상기 케이스(161)의 상측에는 상기 구동모터(M)의 회전에 따라 수평방향으로 상기 힌지 결합프레임(141)이 회전하도록 배치된다.

상기 리프트 암(165)은 일 단이 상기 리프트 암(165)의 내측에서 슬라이딩 하도록 결합되고, 타 단부는 상기 제1수평프레임(122)에 결합된다.

따라서 상기 케이스(161) 내부에서 상기 구동모터(M)가 회전하면 상기 힌지 결합프레임(141)이 회전하게 되고, 이때 상기 리프트 암(165)이 상기 힌지 결합프레임(141)과 동시에 회전하면서 상기 캠 그루브(162)의 형상을 따라서 수직방향으로 왕복운동 하면서 상기 제2지지유닛(150)을 수직방향으로 회동시키게 된다.

상기 리프트 암(165)은 상기 리프트 암(165)이 상기 캠 그루브(162)의 높이 차에 대응하여 수직 왕복운동을 함에 따라서, 상기 태양전지 모듈(10)의 하루 중 시간대 별 고도각 조정이 이루어지며, 이에 따라서 상기 지지프레임(110)이 상기 힌지 결합프레임(141)에 대하여 수직 방향으로 상대회동하게 된다.

여기서 상기 태양전지 모듈(10)의 고도각 조절을 위한 회동은 상기 힌지 결합프레임(141)의 회전에 따른 상기 리프트 암(165)의 수직 왕복운동이 수반되어 이루어지되, 상기 태양전지 모듈(10), 지지프레임(110), 제1지지유닛(120) 및 제2지지유닛(150)은 동시에 수평 방향으로 회전이 이루어지고, 이때 상기 케이스(161)를 비롯한 상기 케이스(161)의 하측에 구비되는 본체부(300)는 지면에 고정되어 회전하지 않기 때문에 상기 제2지지유닛(150)의 상측에 배치되는 구성은 상기 케이스(161)에 대하여 수평 방향으로 상대회전운동이 이루어진다.

그리고 시간에 따른 태양의 이동 궤적을 따라서 상기 태양전지 모듈(10)의 방위각 및 고도각을 조절할 수 있도록 상기 본체부(300)는 상기 구동모터(M)를 제어하는 제어부(500)를 포함한다.

상기 본체부(300)의 저면에는 방진패드(171)가 구비된다.

상기 방진패드(171)는 지면으로부터 진동이 상기 태양광 발전장치(100)로 전가되는 것을 방지할 뿐만아니라, 상기 동력전달부(160)의 회동에 의한 진동이 지면으로 전달되는 것을 방지하는 기능을 갖는다.

상기 방진패드(171)는 약 5~12㎜의 두께를 가지는 압축된 합성 고무재질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 고무칩(Rubber Chip)을 기본 모재로 사용하여 우레탄 바인더(Uretthan Binder)로 결합시키기 때문에 미세간 칩의 마찰저항과 재질이 갖고 있는 우수한 점성 저항력에 의해 일반적인 고무가 갖지 못하는 탁월한 충격에너지 흡수성을 갖는다.

또한, 방진용 탄화 콜크(Carbonized CorkK Board) 재질로 원재료는 참나무의 수피 또는 콜크용 떡갈나무의 외피를 분쇄하여 Ø2~Ø22㎜의 채를 통과할 수 있는 입자를 만들어 금속의 형틀에 넣고 압축하여 열 또는 증기로 가열 소성하여 만든 천연소재가 사용될 수도 있다. 상기 탄화 콜크 재질은 수명이 영구적이고 내약품성, 방습성, 보온 방진성, 탄력성, 조직의 불변성이 우수하며 더욱이 인체에 무해한 특징 및 효과를 갖는다.

또한, 상기 본체부(300) 상에는 방위표시부(310)가 마련된다.

상기 방위표시부(310)는 상기 동력전달부 상에 마련되는 지침부재(311)와, 상기 본체부(300) 외주면 상에 형성되어 상기 태양전지 모듈(10)이 향하고 있는 방위를 표시하는 방위표시부재(312)를 포함한다.

상기 지침부재(311)는 상기 동력전달부 상측에 마련되어 상기 구동모터(M)의 회동에 의하여 회전하는 구성요소와 동시에 회전하도록 마련된다.

상기 방위표시부재(312)는 상기 본체부(300)가 지면에 고정되어 있기 때문에 회전운동은 발생하지 않으며, 상기 지침부재(311)의 일 측이 상기 방위표시부재(312) 상에서 회전하면서 상기 태양전지 모듈(10)이 현재 가리키고 있는 방위를 표시하게 된다.

이렇게 상기 방위표시부(310)에 의하여 현재 상기 태양전지 모듈(10)이 향하고 있는 방위를 표시함으로써 사용자로 하여금 상기 태양광 발전장치(100)가 효율적으로 작동하고 있다는 것을 알 수 있게 하고, 계절별로 태양의 일출 및 일몰에 따른 상기 태양광 발전장치(100)의 작동 오류를 대략적으로 판단할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 부분 확대도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1지지유닛(120)의 하측에는 상기 제1지지유닛(120)을 수직방향으로 회동 가능하도록 결합시키는 힌지결합부(140)가 마련된다.

상기 힌지결합부(140)는 상기 제1수평프레임(122)의 저면과 힌지 결합되는 힌지 결합프레임(141)과, 상기 힌지 결합프레임(141)의 상면과 상기 제1수평프레임(122)의 저면에 개재되어 힌지 결합구조로 형성되며, 상기 제1지지유닛(120)의 하중을 분산 지지하는 세 개의 체결부재(142)를 포함한다.

상기 힌지 결합프레임(141)은 상기 지지프레임(110), 제1지지유닛(120) 및 제2지지유닛(150)을 전반적으로 지지하여 최대 하중이 가해지는 부분으로 단면적이 상기 지지프레임(110), 제1지지유닛(120) 및 제2지지유닛(150)에 비하여 상대적으로 크게 형성되며, 상기 체결부재(142)는 상기 힌지 결합프레임(141)의 상면에 동일 간격으로 배치된다.

상기 태양전지 모듈(10)이 결합되는 상기 지지프레임(110)은 지면에 대해서 소정 경사각을 갖도록 기울어지게 배치된다. 그리고, 상기 제1지지유닛(120) 및 상기 제2지지유닛(150)은 상기 제1지지유닛(120)의 하측에 배치되는 상기 힌지 결합프레임(141)에 대하여 수직 방향으로 상대 회동하게 된다.

이런 상대 회동은 상기 동력전달부의 회동에 따라서 수평 회동운동이 수직 회동운동으로 이어진다.

상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)로부터 인출되는 전원선의 수납이 용이하도록 상기 지지프레임(110)의 길이방향을 따라서 내부에 덕트홈(111)이 형성된다.

상기 덕트홈(111)은 상기 지지프레임(110)의 측면, 상면 및 저면에 하나 또는 복수개 형성된다.

그리고 상기 지지프레임(110) 상에서 상기 태양전지 모듈(10)의 배치구조와 조립성을 고려하여 적어도 상기 지지프레임(110)의 저면에 상기 덕트홈(111)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 덕트홈(111)은 상기 전원선 수납 후 내부에 먼지나 빗물이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 덕트캡(112)이 마련된다. 상기 덕트캡(112)은 상기 덕트홈(111)의 단부에서 슬라이딩 또는 억지끼움 방식으로 체결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치(100′)의 후방 사시도이고 도 6은 도 5에 나타낸 제1지지유닛(120′)을 나타내는 평면도이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 제1지지유닛(120′)은 수직방향으로 서로 이격되도록 마련되는 한 쌍의 수직프레임(150)과, 상기 수직프레임(150)의 중심 부분을 연결하는 제1수평프레임(122)과, 상기 수직프레임(150)의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임(123′) 및 제3수평프레임(124′)을 포함한다.

여기서 상기 제2수평프레임(123′) 및 제3수평프레임(124′)은 상기 수직프레임(150)과의 연결부분으로부터 상기 제2수평프레임(123′) 및 제3수평프레임(124′)의 길이방향 양 측방으로 각각 연장되는 제1연장프레임(123a) 및 제2연장프레임(124a)을 포함한다.

상기 제1연장프레임(123a) 및 제2연장프레임(124a)은 전기한 도 1에 나타낸 보조지지부(도 3 참조, 126)와 유사한 기능을 가지며, 상기 지지프레임(도 1 참조, 110)을 저면에서 하중을 분산하는 효과를 기대할 수 있다.

상기 제1연장프레임(123a)은 상기 제2수평프레임의 양 측방으로 연장되어 수평방향으로 배치되는 상기 지지프레임(110)의 상측 저면을 지지하되, 상기 지지프레임(110)의 가장자리 부분에서 발생하는 하중을 분산 지지하도록 연장된다.

또한 상기 제2연장프레임(124a)은 상기 제3수평프레임의 양 측방으로 연장되어 수평방향으로 배치되는 상기 지지프레임(110)의 하측 저면을 지지하되, 상기 지지프레임(110)의 가장자리 부분에서 발생하는 하중을 분산 지지하도록 연장된다.

따라서 상기 제1연장프레임(123a) 및 상기 제2연장프레임(124a)은 상기 수직프레임(150)의 각 단부로부터 상기 지지프레임(110)의 양 측 단부 사이 거리의 약 1/3~2/3 지점을 지지하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이 상기 태양전지 모듈(110′)은 중앙에 수직방향으로 배치된 태양전지 모듈이 양 측에 수직방향으로 배치되는 다른 태양전지 모듈로부터 상측으로 이격되도록 배치된다. 이로써 상기 중앙에 수직방향으로 배치된 태양전지 모듈과 상기 양 측에 수직방향으로 배치되는 다른 태양전지 모듈 사이의 이격된 공간으로 바람에 의한 풍압을 감소시키고, 쌓이는 눈이 흘러내릴 수 있도록하여 상기 태양전지 모듈의 변형 및 파손을 방지할 수 있는 효과가 발생한다.

또한 도면에 도시하지 않았지만, 상기 중앙에 수직방향으로 배치된 태양전지 모듈과 상기 양 측에 수직방향으로 배치되는 다른 태양전지 모듈이 측방으로 이격되도록 설치되어, 상기 중앙에 수직방향으로 배치된 태양전지 모듈과 상기 양 측에 수직방향으로 배치되는 다른 태양전지 모듈은 수직방향 및 수평방향으로 각각 이격되도록 배치하여 풍압 및 적설에 의한 피해를 보다 효과적으로 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 7은 도 1에 나타낸 동력전달부를 나타내는 측면도이고, 도 8은 도 7에 나타낸 지지베어링(170)을 상측에서 바라본 평면도이다.

또한 상기 동력전달부는 상기 케이스(161)의 상부와 상기 힌지 결합프레임(141)이 연결되는 부분에 걸리는 하중을 보조적으로 지지할 수 있는 지지베어링(170)을 포함한다.

상기 지지베어링(170)은 상기 구동모터(M)로부터 제공되는 회전력이 상기 힌지 결합프레임(141)에 전달되면서 상기 케이스(161)와 상기 힌지 결합프레임(141) 사이에서 발생하는 응력을 분산시키며, 상기 동력전달부의 내구성을 향상시키는 기능을 갖는다.

이때 상기 지지베어링(170)은 도 8과 같이 내부에서 3점 지지 구조로 이루어지는 것이 바람직하며, 4점 지지 이상의 구조로도 변경할 수 있음은 물론이다.

이는 상기 케이스(161) 상에서 상기 힌지 결합프레임(141)이 회동하면서 받는 외부의 풍압과 같은 외력으로 인하여 상기 지지베어링(170)의 지지면에 받는 압력을 균등하게 분포하기 위함이다.

도 9는 도 3에 나타낸 고도조절부(200)를 나타내는 분해도이다.

도 9를 참조하면, 상기 리프트 암(165)의 타 단부와 상기 제1수평프레임(122)의 사이에는 고도조절부(200)가 마련된다.

상기 고도조절부(200)는 사용자가 파지하여 회전시킬 수 있는 손잡이부(210)와, 상기 손잡이부(210)의 중심으로부터 수직 양 방향으로 돌출되는 제1체결부(220)와, 상기 제1체결부(220)에 결합되어 상기 제1체결부(220) 상에서 왕복운동 하도록 체결되는 제2체결부(230)를 포함한다.

또한 상기 고도조절부(200)는 상기 제2체결부(230)와 상기 제1수평프레임(122)을 연결하는 회절부재(125)를 포함한다.

여기서 상기 고도조절부(200)는 사용자가 수동으로 회전시켜 계절별 태양의 고도에 따른 고도의 차이를 보정하며, 상기 고도조절부(200)에 다른 구동력을 부여하여 자동적으로 계절에 따라서 태양의 고도 차이를 미세하게 보정할 수 있음은 물론이다.

먼저 상기 손잡이부(210)는 봉 형상의 손잡이(212)가 방사형으로 복수개 형성되고, 각각의 상기 손잡이(212) 중심으로부터 수직 방향으로 연장되는 상기 제1체결부(220)가 일체로 형성된다. 이때 상기 손잡이(212)는 상기 제1체결부(220)를 중심축으로 하여 상기 제1체결부(220)의 수직 방향에 동일 간격으로 3개 이상 마련되는 것이 바람직하다.

따라서 상기 손잡이(212)를 수평방향으로 회전시키면 상기 제1체결부(220)가 축이 되어 동시에 회전하게 된다.

상기 제1체결부(220)는 상부 체결부재(221)와 하부 체결부재(222)로 구성된다. 상기 상부 체결부재(221)의 외주면에는 오른나사가 형성되고, 상기 하부 체결부재(222)의 외주면에는 왼나사가 형성된다. 물론 상기 제1체결부(220)는 도면으로 도시하지 않았지만, 볼트형상이 아닌 턴버클(Turn buckle) 형태로 내주면 양 단부에 각각 다른 방향의 나사산이 형성된 형태로 구성될 수도 있다.

더욱이 상기 상부 체결부재(221)와 하부 체결부재(222)의 외주면에 형성되는 나사는 그 방향이 서로 반대 방향으로 형성되며, 상기 상부 체결부재(221)의 외주면에 왼나사가 형성되고, 상기 하부 체결부재(222)의 외주면에 오른나사가 형성될 수도 있음은 물론이다.

또한 상기 제2체결부(230)는 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)로 구성된다.

그러면 상기 제1체결부(220) 양 측에 각각 연결되는 상기 제2체결부(230)는 상기 제1체결부(220)에 각각 형성된 나사 형상에 대응하도록 상기 상부 결합부재(231)는 상기 상부 체결부재(221)에 결합되도록 오른나사가 형성되는 결합홀(231a)이 형성되고, 상기 하부 결합부재(232)는 상기 하부 체결부재(222)에 결합되도록 왼나사가 형성되는 결합홀(231b)이 형성된다.

따라서 상기 제1체결부(220)를 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)는 상기 제1체결부(220)의 중심방향 즉 상기 방사형의 손잡이(212)들 중심부분으로 가까워지도록 직선운동을 하고, 상기 제1체결부(220)를 반시계 방향으로 회전하는 경우, 상기 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)는 상기 제1체결부(220) 상에서 서로 멀어지는 방향으로 직선운동 하게 된다.

상기 상부 결합부재(231)의 일 측에는 상기 오른나사가 형성되는 결합홀(231a)의 수직 방향으로 상기 회절부재(125)로부터 회동 가능하도록 결합할 수 있도록 결합공(233a)이 형성된다.

여기서 상기 회절부재(125)는 상기 제1수평프레임(122)의 수직방향 회전 중심으로부터 벗어난 위치에서 상기 상부 결합부재(231)와 결합되고, 상기 상부 결합부재(231)가 회동 가능하도록 결합된다. 따라서 상기 회절부재(125)는 상기 손잡이부(210)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라서 상기 태양전지 모듈(도 2 참조, 10)의 경사각도가 태양의 계절별 고도각도에 따라서 조절되도록 상기 제2체결부(230)의 직선운동을 상기 태양전지 모듈(도 4 참조 : 10)의 회전운동으로 변환시키는 기능을 갖는다.

또한 상기 하부 결합부재(232)의 일 측에는 상기 왼나사가 형성되는 결합홀(231b)의 수직 방향으로 상기 리프트 암(165)의 단부로부터 회동 가능하도록 결합할 수 있도록 결합공(233b)이 형성된다.

이와 같이 상기 고도조절부(200)를 사용하게 되면, 사용자가 혼자서도 계절별 태양의 고도각에 따른 상기 태양전지 모듈(도 1 참조, 10)의 고도각을 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 상기 고도조절부(200)는 고도표시부(240)를 포함한다. 상기 고도표시부(240)는 상기 제1체결부(220)에 사용자가 눈으로 인식할 수 있도록 적어도 두 가지 이상의 단계로 고도표시가 되어 있다.

상기 고도 표시는 계절별 태양의 고도각 차이를 사용자가 인식하고, 적정 고도각에 맞추어 상기 고도조절부(200)를 설정각도로 회전시킬 수 있도록 할 수 있다. 상기 고도표시부(240)는 상기 제1체결부(220)에 홈 또는 홀을 뚫어 상기 제1체결부(220)의 회전수를 제한하거나, 또는 색상을 달리하여 계절별 고도각의 표시할 수도 있다.

이때 상기 고도표시부(240)는 세 가지 단계로 설정하여 표시하고, 봄/가을, 여름 및 겨울에 따른 태양의 고도각을 조정할 수 있도록 표시하는 것이 바람직하다.

도 10은 도 1의 제어부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 제어장치(500)는 GPS 모듈(510), 통신 모듈(520), 기상 모듈(530) 및 제어부(540)로 이루어지면서 구동 모터(M)를 구동하여 태양 전지모듈(10)들의 고도각 및 방위각을 제어한다.

여기서, 상기 기상 모듈(531)은 상기 통신 모듈(520) 또는 GPS 모듈(510)로부터 획득된 정보를 제공받아 황사 모드(531), 태풍 모드(532), 적설 모드(533), 계절풍 모드(534)인지를 판단하여 상기 제어부(540)로 전송한다.

상기 황사 모드(531)는 3~5월 사이에 몽고에서 발생한 황사 먼지를 대비하여 발전을 종료한 후 태양 전지모듈(10)들의 방향을 황사가 날아오는 반대 방향인 동남 방향을 향해 대기하도록 한다. 즉, 몽고 지방에서 발생한 황사 먼지가 태양 전지모듈(10)의 표면에 안착되면 그 만큼 발전 효율이 저하하기 때문에 황사가 발생하여 어느 정도의 이상인 경우에는 태양 전지모듈(10)들의 방향이 황사가 날아오는 방향과 반대 방향에 위치하도록 하여 태양 전지모듈(10)의 표면에 황사가 안착되는 미연에 방지할 수 있다.

상기 태풍 모드(532)는 지난 100년 동안의 기상청 자료에 의하면 우리나라에 영행을 주는 태풍의 90%가 7~9월로, 태풍이 가장 많이 발생하고 있는 기간 동안 풍압의 영향을 최소화할 수 있도록 태양 전지모듈(10)이 지면과 수평이 되도록 제어하여 대기하도록 한다.

즉, 태풍이나 강한 바람이 부는 경우에 본 발명에 의한 태양광 발전장치(100)의 피해를 사전에 최소화하기 위하여 GPS 모듈(510) 또는 통신 모듈(520)로부터 태풍이나 바람의 세기 정보를 사전에 받는 태풍 모드(532)는 이를 분석하여 상기 제어부(540)로 전달하고, 상기 제어부(540)는 상기 태양 전지모듈(10)들이 하늘을 향하도록 상기 구동모터(M)를 제어하여 태풍이나 바람의 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.

상기 적설 모드(533)는 상기 GPS 모듈(510) 또는 통신 모듈(520)로부터 적설에 대한 정보를 사전에 받고, 이를 분석하여 상기 제어부(540)로 전달하고, 상기 제어부(540)는 상기 태양 전지모듈(10)들이 지면과 수직이 되도록 제어하여 눈으로부터 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.

즉, 적설로 인하여 상기 태양 전지모듈(10)들의 표면에 눈이 쌓이게 되면 태양 전지모듈(10)들을 지지하는 지지프레임(110)을 포함하여 본체부(300)가 눈의 하중에 의하여 파괴될 우려가 있기 때문에 눈이 온다는 기상 정보를 받거나 실시간으로 눈이 내리는 경우에 상기 적설 모드(533)를 이를 판단하여 상기 제어부(540)로 전달하면, 상기 제어부(540)는 상기 구동모터(M)를 제어하여 상기 태양 전지모듈(10)들이 지면과 수직이 되도록 한다.

상기 계절풍 모드(534)는 6월 경우에 여름이 시작되는 절기로 내륙의 온도가 해양 온도보다 높아 바다에서 육지로 부는 계절풍의 특성을 감안하여 태양 전지모듈(10)들의 방향을 동쪽 지방에는 동쪽을, 서쪽 지방에는 서쪽을 향하도록 한다. 또한, 10~12월은 내륙의 온도가 해양 온도보다 낮아 북서쪽 시베리아 방향에서 불어오는 편서풍이 많이 불이 불어오는 계절풍의 특성을 감안하여 태양 전지모듈(10)들이 바람의 영향을 가장 적게 받을 수 있는 편서풍이 불어오는 방향을 향하도록 한다.

또한, 가을철의 이슬이나 겨울철의 누이 오는 것을 감안하여 계절풍의 영향을 있겠지만 이슬이나 눈이 모듈면에 쌓이면 발전에 영향을 주므로 태양 전지모듈(10)들의 경사각이 지는 형태로 상기 구동모터(M)를 제어한다.

여기서, 상기 계절풍이란 해양의 열용량이 대륙에 비하여 크기 때문에 대룩은 빨리 데워지고 빨리 냉각된다. 따라서 여름에는 대륙이 해양보다 온도가 높아 저압부가 되고, 겨울에는 온도가 낮아 고압부가 되므로 바람이 여름에는 해양에서 내륙으로 불고, 겨울에는 내륙에서 해양으로 불게 되는 열적 순환을 말한다.

따라서 상기 계절풍 모드(534)는 계절풍에 따라 상기 태양 전지모듈(10)들의 방향을 상기 구동모터(M)를 제어하여 최적의 방향이 되도록 하여 태양광 발전장치의 손상을 미연에 방지한다.

이상과 같은 본 발명에 의한 태양광 발전장치(100)는 구동모터(M)를 제어하기 위해 별도로 프로그래밍된 제어장치(500)를 통해 기상 정보에 따라 태양 전지모듈(10)들의 방향을 최적의 방향이 되도록 제어한다.

기존에 트레커들은 제어기와 모니터링 프로그램에서만 트레커 제어가 가능하였지만, 태양광 설치용량이 대용량인 경우 설치면적이 넓어져 모니터링 프로그램에서만으로 제어하기에는 한계를 느꼈으며, 또한 트레커의 제어기에서 조정하는 방식 또한 제이기가 설치되어 있는 곳에서만 제어가 가능하였으나, 태풍 모드, 황사 모드, 적설 모드, 계절풍 모드를 통해 자유롭게 태양 전지모듈(10)들의 방위각과 고도각을 제어하여 발전 효율을 향상시킴과 더불어 파손 피해를 미연에 방지할 수 있다.

여기서, 상기 GPS 모듈(510)은 위성으로부터 GPS 신호를 수신 즉, 온도, 습도, 바람과 같은 기상 정보를 취득하여 상기 기상 모듈(530)을 통해 상기 제어부(540)로 전송하고, 또한, 상기 GPS 모듈(510)은 태양광 발전장치(100)가 설치된 위치를 알려줌과 동시에 현재의 시간을 실시간을 알 수 있다.

상기 통신 모듈(520)은 RS 485 통신을 이용하여 약 15대의 태양광 발전장치를 1개 그룹으로 만들어 각 태양광 발전장치의 감지신호를 동시에 받아 상기 제어부(540)에 전송하여 각 태양광 발전장치를 동일하게 제어한다. 한편, 각 그룹별로 그룹 제어를 할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)의 작용효과에 대하여 상세히 설명한다.

도 11 내지 도 13은 도 1에 나타낸 태양전지 모듈(10)이 태양의 고도변화에 따라 배치각도가 변화하는 것을 도시한 측면도이다. 이하에서 전기한 참조번호 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

상기 태양(S)으로부터 상기 태양전지 모듈(10)의 표면을 연결하는 직선(L)은 수직상태를 이루어야 집광효율을 극대화할 수 있다.

도 11에 도시한 바와 같이, 일출 시 상기 태양의 고도(h1)는 제일 낮은 상태를 유지한다. 이 경우, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도(θ1)는 지면으로부터 가장 큰 경사각을 이루어야 한다.

이를 위해서는 상기 리프트 암(165) 하단부가 상기 캠 그루브(162)의 가장 낮은 부분에 물려 있어야 한다.

이 경우, 상기 고도조절부(200)의 상단부에 결합된 상기 회절부재(125)가 하방으로 최대로 끌어 당겨지기 때문에 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도가 가장 큰 경사각을 이루게 된다.

이때, 상기 태양전지 모듈(10)이 향하는 방향은 일출이 시작되는 동쪽방향이 되어야 한다.

도 12에 도시한 바와 같이, 시간이 흐르면 태양은 동쪽에서 남동쪽 방향으로 이동하고, 그에 따라서, 고도(h2) 또한 높아진다.

이러한 태양의 방향과 고도 변화를 반영하여, 상기 제어장치(500)가 상기 구동모터(M)를 제어하면, 상기 구동모터(M)의 회전에 의하여 상기 태양전지 모듈(10)이 남동쪽을 바라보도록 회전하게 된다.

한편, 상기 리프트 암(165)의 하단부가 물려 있는 상기 캠 그루브(162)의 높이는 도 11의 경우보다 높은 상태로 배치되고, 이에 따라서 상기 리프트 암(165)도 상기 고도조절부(200)와 함께 상승한다.

상기 리프트 암(165)이 상승하게 되면, 상기 태양전지 모듈(10)의 상단이 뒤로 젖혀지게 되어, 그 배치각도(θ2)는 도 11의 경우보다 지면으로부터 작은 경사각을 이루게 된다.

도 13에 도시한 바와 같이, 시간이 더 경과하여, 태양이 최고 고도(h3)에 이르게 되면, 태양은 남쪽에 위치한다.

이때 상기 태양전지 모듈(10)은 남쪽을 향하도록 회전하고, 상기 리프트 암(165)의 하단부는 상기 캠 그루브(162) 중 그 높이가 최대가 되는 부분에 위치한다.

이 경우, 상기 고도조절부(200)의 상단부에 결합된 상기 회절부재(125)가 상방으로 최대로 밀어 올려지기 때문에 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도가 가장 작은 경사각을 이루게 된다.

그러므로, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도(θ3)는 가장 작은 경사각을 형성함으로써 집광효율을 극대화할 수 있다.

더 시간이 흘러가면, 태양은 남서방향으로 이동하고, 상기 태양전지 모듈(10)의 고도 또한 낮아지게 되며, 이에 대응하도록 상기 수평 회동프레임은 상기 태양전지 모듈(10)이 남서방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 낮아진 고도를 반영하여, 상기 리프트 암(165)의 하단부가 맞물린 캠 그루브(162)의 높이도 도 12의 경우보다 낮아진 상태가 되므로, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도는 도 12의 경우보다 더 큰 경사각이 된다.

일몰이 가까워지면, 태양은 서쪽에 위치하고, 상기 태양전지 모듈(10)의 고도 또한 더 낮아진다.

이를 반영하여 상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)이 서쪽 방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 그 상태의 태양 고도를 반영하여, 리프트 암(165)의 하단부는 캠 그루브(162)의 높이가 가장 낮은 부분에 위치하게 된다.

따라서, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도는 최대 경사각을 이룬다. 그리고 일몰 이 후 태양이 지고나면, 상기 태양전지 모듈(10)이 익일 일출 시 다시 집광을 할 수 있도록 익일 일출이 시작되기 전에 상기 태양광 발전장치(100)는 동쪽 방향을 향하도록 회전이 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 시간의 흐름에 따른 태양의 고도변화 및 태양의 방위각의 변화에 따라서 그 집광 효율을 극대화할 수 있도록 자동으로 회전하고, 또한 계절의 변화 및 기상 조건에 따른 태양의 고도변화에 대응하여 사용자가 수동으로 계절별 고도각을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 지지프레임의 하측에 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 설치하여 상기 태양광 발전장치의 발전 규모가 커짐에 따라서 상기 태양전지 모듈을 보다 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 기대된다.

한편, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 태양광 발전장치 110 : 지지프레임
120 : 제1지지유닛 140 : 힌지결합부
150 : 제2지지유닛 160 : 동력전달부
171 : 방진패드 200 : 고도조절부
300 : 본체부 310 : 방위표시부
400 : 피뢰부 500 : 제어장치

Claims

복수개의 태양전지 모듈과,
상기 태양전지 모듈을 하측에서 지지하는 지지프레임과,
상기 지지프레임의 상단 모서리 부분에 구비되는 피뢰부와,
상기 지지프레임을 받쳐주는 제1지지유닛과, 상기 제1지지유닛을 회동 가능하도록 지지하는 수직프레임 및 상기 제1지지유닛과 수직프레임이 회동할 수 있도록 구동력을 제공하는 구동모터가 구비된 동력전달부와,
상기 동력전달부를 지지하면서 지면에 고정되는 본체부와,
상기 본체부에 구성되어 기상 환경 및 태양의 위치에 따라 상기 구동모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들의 방위각 및 고도각을 제어하는 제어장치를 포함하여 구성되고,
상기 동력전달부는 상기 본체부의 내부에 구비된 구동모터에 의하여 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 회전시키되, 외주면에 캠 그루브가 형성된 케이스와, 상기 구동모터의 회전에 따라서 상기 캠 그루브의 형상에 대응하여 수직 방향으로 왕복운동하며, 일 단부가 상기 캠 그루브 내에서 슬라이딩 가능하도록 배치되고, 타 단부가 상기 수직프레임 상에서 회동 가능하도록 결합되는 리프트 암을 포함하고,
상기 태양전지 모듈이 계절별 태양의 고도각 변위차를 보정할 수 있도록 상기 수직프레임과 상기 리프트 암의 타 단부 사이에 마련되는 고도조절부를 포함하며,
상기 제어장치는 외부로부터 공급되는 기상 정보에 따라 상기 구동모터를 제어하거나 내부에 외부의 기상 정보를 검출하는 센서로부터 정보를 받아 상기 구동모터를 제어하며,
상기 태양전지 모듈은 격자구조로 복수개가 패턴 형성되며, 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 중앙에 배치된 태양전지 모듈이 양측에 배치된 다른 태양전지 모듈로부터 상측으로 이격 배치되고, 상기 중앙에 배치된 태양전지 모듈은 상기 양측에 배치된 다른 태양전지 모듈과의 사이에 간격이 형성되도록 측방향으로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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제 1 항에 있어서, 상기 제어장치는
위성으로부터 GPS 신호를 수신하는 GPS 모듈과,
RS 485 통신을 이용하여 다수의 태양광 발전장치를 1개 그룹으로 만들어 각 태양광 발전장치의 감지신호를 전송하는 통신 모듈과,
상기 통신 모듈 또는 GPS 모듈로부터 획득된 기상 정보를 제공받아 이를 분석하는 기상 모듈과,
상기 기상 모듈로부터 전달된 정보를 근거로 상기 구동모터를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제 7 항에 있어서, 상기 기상 모듈은 상기 GPS 모듈 또는 통신 모듈로부터 전달된 정보가 황사 모드, 태풍 모드, 적설 모드, 계절풍 모드인지를 판단하여 상기 제어부로 전달하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
제 7 항에 있어서, 상기 GPS 모듈은 태양광 발전장치가 설치된 위치 및 현재의 시간과 함께 온도, 습도, 바람과 같은 기상 정보를 취득하여 상기 기상 모듈을 통해 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.