KR101301320B1 - 태양 고도 측정 장치 - Google Patents

태양 고도 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 학습교구용 태양복사에너지 측정 장치에 관한 것으로, 받침판과, 상기 받침판의 상부 양측에 각각 설치되는 지지대와, 상기 지지대 사이에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되는 태양광모듈과, 상기 태양광모듈과 상기 지지대 사이에 고정 설치되는 제 1 각도기 및 상기 제 1 각도기와 상기 태양광모듈 사이에 회전 가능하게 설치되는 제 2 각도기를 포함하되, 상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에 LED 램프, 전압계, 음성키트 등을 설치하여 태양의 고도에 따라 시각적, 청각적으로 다양한 결과가 나타나도록 구성함으로써 초등학생과 같은 어린 학습자의 흥미를 유발하여 학습효과를 극대화할 수 있는 태양 고도 측정 장치를 제공한다.

Description

태양 고도 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING ALTITUDE OF SUN}
본 발명은 태양 고도 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 태양의 고도를 다양한 방법으로 측정하여 학습자의 흥미를 유발하고, 태양광에너지 전반에 대한 이해 및 학습효과를 극대화할 수 있는 학습교구용 태양 고도 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양의 위치는 적도 좌표계와 지평 좌표계의 2가지 방식으로 나타낸다. 적도 좌표계는 정확하나 측정하기가 어렵고, 지평 좌표계는 측정이 간편하지만 장소에 따라 측정값이 다르다는 장단점이 있으나, 지평 좌표계가 간단한 도구만으로 시간에 따른 태양의 위치를 측정할 수 있어 교육용으로 흔히 사용되고 있다.
구체적으로, 지평 좌표계는 지평면과 북점을 기준으로 태양의 위치를 나타내는 좌표로서 방위각과 고도로 표시된다. 방위각은 천구상의 북점에서 지평선을 따라 시계 방향으로 태양의 수직권까지 측정한 각도를 의미하고, 0°~360°의 값을 갖는다. 또한, 고도는 지평선으로부터 태양의 수직권을 따라 태양까지 측정한 각도로서 0°~90°의 값을 갖는다.
그러나 초등학생과 같이 배경지식이 없는 기초 학습자에게 상술한 바와 같은 이론을 교과서나 그림만으로 설명하기에는 이해의 어려움이 있다. 이에, 종래부터 태양의 고도를 보다 쉽게 이해시키기 위해 지표면상에 막대를 수직으로 세운 상태에서 생기는 그림자의 끝에 각도기의 중심을 맞추고, 각도기의 중심과 막대의 끝을 가상의 선으로 연결하여 도출되는 각도로서 태양의 고도를 측정하는 방식이 사용되어 왔다.
그러나 상술한 바와 같이 막대와 그림자를 이용하는 것만으로 주의력이 낮은 초등학생을 집중시켜 소정의 학습효과를 얻기에는 여전히 무리가 있으며, 따라서 시각, 청각 등의 감각을 이용하여 학습자의 흥미를 유발하고, 학습의욕과 능률을 고취할 수 있는 교구용 태양 고도 측정 장치의 개발이 요청된다고 할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 태양의 고도를 간편한 방법으로 측정하여 다양한 수단을 통해 나타냄으로써 초등학생과 같은 기초 학습자의 흥미를 유발하고, 학습의욕을 고취할 수 있는 태양 고도 측정 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 태양의 고도는 물론 방위각까지 간편하게 측정하고, 태양광에너지 전반에 대한 이해 및 학습효과를 극대화할 수 있는 태양 고도 측정 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,
본 발명은, 받침판과, 상기 받침판의 상부 양측에 각각 설치되는 지지대와, 상기 지지대 사이에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 결합되는 태양광모듈 및 상기 태양광모듈의 회전 각도를 측정하는 각도측정수단을 포함하여 구성되는 태양 고도 측정 장치를 제공한다.
이 경우, 상기 각도측정수단은 상기 태양광모듈과 상기 지지대 사이에 고정 설치되는 제 1 각도기 및 상기 제 1 각도기와 상기 태양광모듈 사이에 회전 가능하게 설치되는 제 2 각도기로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 회전축의 양측단부에는 조동나사와 미동나사가 각각 결합될 수 있다.
이 경우, 상기 태양 고도 측정 장치는 상기 받침판이 삽입되어 회전 가능하게 설치되는 하부 받침판을 더 포함하여 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에는 나침반이 설치될 수 있다.
또한, 상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에는 상기 태양광모듈과 전기적으로 연결되는 LED 램프가 설치될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에는 상기 태양광모듈과 전기적으로 연결되는 전압계가 설치될 수 있다.
아울러, 상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에는 상기 태양광모듈과 전기적으로 연결되어 태양복사에너지의 크기에 따라 다른 소리를 내는 음성키트가 설치될 수 있다.
한편, 상기 태양광모듈의 양측에는 가이드판이 각각 돌출 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 램프, 음성키트, 전압계 등을 통해 태양 고도의 측정 결과를 나타냄으로써 어린이들과 같은 학습자의 흥미를 유발하여 학습효과를 극대화할 수 있다.
또한, 태양광모듈의 회전축에 조동나사와 미동나사를 설치하고, 태양광모듈의 양측에는 가이드판을 돌출 형성함으로써 태양광의 입사각을 매우 간편하게 조절할 수 있다.
뿐만 아니라, 받침판 또는 하부 받침판에 설치된 나침반을 통해 태양의 방위각도 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 회전축과 조동나사 및 미동나사의 결합구조를 도시한 확대도.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 조동나사 및 미동나사의 결합구조를 도시한 확대도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치(100)는 받침판(110)과, 지지대(120)와, 회전축(130)과, 태양광모듈(140) 및 각도측정수단(150)을 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 받침판(110)은 나머지 구성의 설치를 위한 구성으로 사각판이나 원판 등 다양한 형태로 구현될 수 있으나, 후술하는 바와 같이 회전 가능하게 원판형으로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 지지대(120)는 상기 회전축(130)의 설치를 위한 구성으로 상기 받침판(110)의 상부 양측에 각각 수직하게 설치된다. 이 경우, 여기서는 상기 지지대(120)가 두 개인 것을 예시하였으나, 상기 지지대(120)를 하나로 구성하는 것도 물론 가능하며, 이 때에는 상기 받침판(110)의 중앙에 수직하게 설치되는 것이 바람직하다.
상기 회전축(130)은 상기 태양광모듈(140)을 회전시키기 위한 구성으로 상기 지지대(120) 사이에 수평하게 설치된다. 이 경우, 상기 회전축(130)의 양측단부에는 후술하는 바와 같이 조동나사(131)와 미동나사(132)가 각각 결합될 수 있다.
상기 태양광모듈(140)은 태양이나 전구와 같은 광원으로부터 발산된 태양에너지를 흡수하여 전기에너지로 변환하기 위한 구성으로 상기 회전축(130)에 중간 부분이 관통 결합된다.
상기 각도측정수단(150)은 지표면에 대한 상기 태양광모듈(140)의 회전 각도를 측정하기 위한 구성으로 제 1 각도기(151)와 제 2 각도기(152)로 구성될 수 있다. 그러나 본 발명에서 상기 각도측정수단(150)이 상기 제 1 각도기(151) 및 상기 제 2 각도기(152)와 같이 반원 형태의 투명한 학습용 각도기로 한정되는 것은 아니며, 공지된 다양한 형태의 기계식, 전자식 각도측정장치를 모두 포함하는 의미로 이해되어야 한다.
구체적으로, 상기 제 1 각도기(151)는 상기 태양광모듈(140)이 회전한 각도를 대비 판단하기 위한 기준이 되는 구성으로 상기 지지대(120)와 상기 태양광모듈(140) 사이에 지평면과 평행하게 고정 설치된다. 또한, 상기 제 2 각도기(152)는 상기 태양광모듈(140)의 회전각을 나타내는 것으로 상기 제 1 각도기(151)와 상기 태양광모듈(140) 사이에 설치된다. 이 경우, 상기 제 1 각도기(151)는 상기 태양광모듈(140)의 회전과 무관하게 고정되도록 상기 지지대(120)의 내측에 장착되고, 상기 제 2 각도기(152)는 상기 태양광모듈(140)과 함께 회전할 수 있도록 상기 태양광모듈(140)의 일측에 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 상기 제 1 각도기(151)와 상기 제 2 각도기(152)를 중첩하여 설치하고, 상기 제 2 각도기(152)만 상기 태양광모듈(140)과 함께 회전하도록 구성함으로써 상기 제 1 각도기(151)와 대비하여 회전한 각도를 한 눈에 알아볼 수 있도록 한 것이다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 기본적인 구성에 대해 도면을 참고하여 설명하였다. 본 발명은 상술한 구성 외에도 추가적으로 다른 구성을 구비할 수 있는 바 이하에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에서는 상기 태양광모듈(140)의 회전 각도를 정밀하게 조절할 수 있도록 상기 회전축(130)의 양측단부에 상기 조동나사(130)와 상기 미동나사(131)가 각각 기어 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 조동나사(130)는 상기 태양광모듈(140)의 회전 각도를 큰 폭으로 조절하고, 상기 미동나사(131)는 상기 태양광모듈(140)의 회전 각도를 미세하게 조절하며, 이를 위해 상기 조동나사(130)의 폭이 상기 미동나사(131)에 비해 크게 형성되는 것은 물론이다.
또한, 상기 받침판(110)의 하부에는 하부 받침판(111)이 추가적으로 설치될 수 있다. 상기 하부 받침판(111)은 상기 받침판(110)을 수평 방향으로 회전시켜 상기 태양광모듈(140)을 태양의 방향에 보다 간편하게 일치시키기 위한 구성으로 사각판 형태를 가지며, 이 경우, 상기 받침판(110)은 회전을 위해 앞서 설명한 바와 같이 원판 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 상기 하부 받침판(111)을 설치할 때에는 상기 받침판(110)을 나침반 형태로 구성할 수 있다. 즉, 상기 받침판(110)을 회전 가능하게 구성하여 상부면에 화살표(110a)를 표기하고, 상기 하부 받침판(111)의 상부면에는 방위표(111a)를 표기하여 상기 태양광모듈(140)을 태양에 일치시킨 후 상기 방위표(111a)에서 상기 화살표(110a)가 가리키는 방향을 읽으면 태양의 방위각이 얻어지도록 구성한 것이다.
한편, 본 발명은 측정된 태양의 고도를 다양한 방법으로 구현하여 학습자의 흥미를 유발하고, 학습효과를 증대시킨 것에 기술적 특징이 있는 바 이하에서는 이를 위한 구성에 대해 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 하부 받침판(111)에는 LED 램프(160)가 설치될 수 있다. 상기 LED 램프(160)는 상기 태양광모듈(140)을 통해 변환된 전기에너지의 세기, 즉, 태양의 고도를 시각적으로 표시하기 위한 구성으로 상기 하부 받침판(111)의 상부 일측에 설치된다. 이를 위해, 상기 LED 램프(160)는 상기 태양광모듈(140)과 전선(도면 미도시)에 의해 연결되며, 이 경우, 상기 전선은 외관을 해치지 않도록 상기 받침판(110) 및 상기 지지대(120)의 내부에 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명에서 상기 LED 램프(160)의 설치시에는 상기 태양광모듈(140)에 방해받지 않는 시인성을 확보할 수 있도록 상기 하부 받침판(111)의 상부에 배치하는 것이 바람직하나, 상기 LED 램프(160)의 설치 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 받침판(110)에 설치하거나 외부에 설치하는 것도 물론 가능한 것으로 이해되어야 한다.
상기 LED 램프(160)를 상술한 바와 같이 설치하면 상기 LED 램프(160)의 밝기를 통해 상기 태양광모듈(140)과 태양이 이루는 상대적인 각도를 알 수 있다. 즉, 상기 태양광모듈(140)이 태양에 수직할 때 집광되는 태양복사에너지가 가장 크므로 상기 태양광모듈(140)을 회전시키면서 상기 LED 램프(160)의 밝기를 관찰하여 제일 밝을 때 회전을 멈추면 이 때가 태양광모듈(140)과 태양이 수직을 이루는 시점인 것이다. 또한, 상기 LED 램프(160)의 설치로 인해 어두운 저녁이나 밤에도 태양의 고도 측정이 가능해질 수 있으며, 이에 따라 반짝이는 불빛을 통해 어린이들의 흥미를 유발하여 학습효과를 극대화할 수 있다.
다음으로, 상기 받침판(110) 또는 상기 하부 받침판(111)에 전압계(170)가 설치되는 것도 가능하다. 상기 전압계(170)는 상기 태양광모듈(140)을 통해 집광된 태양복사에너지의 크기를 정량적으로 나타내기 위한 구성으로 상기 LED 램프(160)와 동일한 방식으로 설치된다. 상기 전압계(170)는 상기 LED 램프(160)의 단점을 보완할 수 있다. 즉, 상기 LED 램프(160)의 경우에는 밝기의 변화를 통해 태양복사에너지의 상대적인 크기만을 측정할 수 있으나, 상기 전압계(170)는 상기 태양광모듈(140)에 의해 변환된 전기에너지를 수치적으로 측정함으로써 보다 정확한 데이터를 얻을 수 있다. 따라서 상기 LED 램프(160)의 밝기 정도가 불명확할 경우에도 상기 전압계(170)를 사용하면 태양광의 입사각을 보다 정확하게 조절할 수 있다. 본 발명에서 상기 전압계(170)로는 공지된 형태의 다양한 전압계를 사용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.
아울러, 본 발명은 학습자의 흥미를 유발하기 위해 음성키트(도면 미도시)를 구비하는 것도 가능하다. 즉, 상기 받침판(110) 또는 상기 하부 받침판(111)의 내부에 상기 태양광모듈(140)과 전기적으로 연결되는 음성회로(도면 미도시)를 구성하고, 표면에 스피커(180)를 설치하여 태양복사에너지의 크기에 따라 동물 소리나 기타 다양한 자연음, 기계음 등이 나오도록 구성하면 학습자, 특히, 어린이들이 높은 관심을 나타낼 수 있으며, 이에 따라 태양의 고도 측정 원리에 대한 이해도를 높일 수 있다.
한편, 상기 태양광모듈(140)의 양측에는 가이드판(141)이 설치될 수 있다. 상기 가이드판(141)은 상기 태양광모듈(140)을 태양에 수직하게 조절하기 위한 구성으로 상기 태양광모듈(140)의 양측단부에 수직하게 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 태양광모듈(140)을 태양을 향해 배치한 후 상기 가이드판(141)의 그림자가 생기지 않도록 상기 태양광모듈(140)을 회전시키면 태양과의 수직이 맞춰지는 것이다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양 고도 측정 장치의 작용에 대해 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 상기 하부 받침판(111)을 평탄한 지면이나 테이블 위해 설치한다. 이 경우, 상기 방위표(111a)의 북극(N)이 천구상의 북점을 향하도록 세팅하면 태양의 방위각까지 측정할 수 있어 바람직하다. 다음, 상기 받침대(110)를 회전시켜 상기 태양광모듈(140)이 태양을 향하도록 조절한다. 이 경우, 상기 태양광모듈(140)이 태양에 대해 수직하게 배치된 후 상기 화살표(110a)가 향하는 방향을 읽으면 태양의 방위각을 알 수 있다. 이후, 상기 가이드판(141)의 그림자를 주시하면서 상기 조동나사(131)를 회전시켜 상기 태양광모듈(140)의 대략적인 회전 각도를 조절한다. 이 경우, 상기 LED 램프(160)의 밝기, 상기 전압계(170)의 측정값 또는 상기 음성키트에서 나오는 소리를 관찰하여 기록한다. 계속하여, 상기 미동나사(132)를 회전시켜 상기 가이드판(141)의 그림자가 없어질 때까지 상기 태양광모듈(140)을 회전시킨다. 그림자가 없어지면 다시 상기 LED 램프(160)의 밝기, 상기 전압계(170)의 측정값 및 상기 음성키트의 소리 등을 확인하여 처음 측정한 결과와 비교한다. 이러한 과정에서 학습자는 흥미를 느끼며 태양의 고도에 대한 궁금증을 가지게 되고, 최종적으로 상기 제 2 각도기(152)가 상기 제 1 각도기(151)에 대해 회전한 각도를 측정함으로써 태양의 고도를 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 태양 고도 측정 장치 110 : 받침판
110a : 화살표 111 : 하부 받침판
111a : 방위표 120 : 지지대
130 : 회전축 131 : 조동나사
132 : 미동나사 140 : 태양광모듈
141 : 가이드판 150 : 각도측정수단
151 : 제 1 각도기 152 : 제 2 각도기
160 : LED 램프 170 : 전압계
180 : 스피커

Claims (9)

  1. 하부 받침판과; 상기 하부 받침판에 회전가능하게 삽입 설치되는 받침판과; 상기 받침판의 상부 양측에 각각 설치되는 지지대와; 상기 지지대 사이에 설치되는 회전축과; 상기 회전축에 결합되는 태양광모듈; 및 상기 태양광모듈의 회전 각도를 측정할 수 있도록 상기 태양광모듈과 상기 지지대 사이에 고정 설치되는 제 1 각도기와, 상기 제 1 각도기와 상기 태양광모듈 사이에 회전 가능하게 설치되는 제 2 각도기를 갖는 각도측정수단;을 포함하는 태양 고도 측정 장치에 있어서,
    상기 태양광모듈의 양측에 각각 수직하게 돌출 형성되는 가이드판을 더 포함하되, 상기 하부 받침판의 상면에는 방위표가 표기되고, 상기 받침판의 상면에는 전후방향을 가리키는 화살표가 표기되어, 사용자가 상기 태양광모듈을 태양을 향해 배치할 경우 상기 가이드판의 그림자 유무에 의해 상기 태양광모듈과 상기 태양의 수직 여부를 확인할 수 있고, 상기 방위표에서 상기 화살표가 지시하는 방향을 읽어 상기 태양의 방위각까지 직접 측정할 수 있는 태양 고도 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 받침판 또는 상기 하부 받침판에는 상기 태양광모듈과 전기적으로 연결되는 LED 램프, 전압계 및 음성키트가 설치되는 것을 특징으로 하는 태양 고도 측정 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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