KR101304647B1 - 태양추적장치 및 그 운영방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양에너지 수집장치가 장시간 천구상에서 이동하는 태양의 경로를 추적할 수 있도록, 일주운동 및 연주운동에 의한 천구상의 태양의 위치변화에 따라 방위각과 고도를 조절하는 태양추적장치 및 그 운영방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양추적장치는 적경과 적위를 담당하는 2개의 회전축을 설치하되, 상기 회전축들이 서로 독립된 운동을 하는 것이 아니라, 하나의 회전축이 다른 하나의 회전축에 종속적으로 움직이도록 하는데, 이때 상기 종속관계는 태양의 일주운동과 연주운동의 상관관계를 따르도록 기구적으로 구속함으로써, 결과적으로 하나의 액츄에이터를 가지고 태양의 일주운동을 추적할 뿐 아니라, 동시에 절기에 따라 남중고도가 변화하는 연주운동을 보상하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양추적장치 및 그 운영방법을 사용하면, 하나의 액츄에이터를 통해 태양의 일주운동과 연주운동을 동시에 추적할 수 있으므로, 태양광발전 효율을 극대화하면서, 초기설치비용과 유지보수비용을 절감할 수 있다.

Description

태양추적장치 및 그 운영방법 {Solar Tracker and Method using the same}

본 발명은 태양추적장치 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양에너지 수집장치가 장시간 천구상에서 이동하는 태양의 경로를 추적할 수 있도록, 일주운동 및 연주운동에 의한 태양의 위치변화에 따라 방위각과 고도를 조절하는 태양추적장치 및 그 운영방법에 관한 것이다.

태양은 지구에너지의 근원으로서, 바람, 조류, 파도 에너지 뿐 만 아니라 화석연료 또한 원천적으로는 태양에너지에 기인한다. 최근 화석연료의 고갈과 환경오염 문제로 인하여 친환경 대체에너지의 개발이 시급한 문제로 논의 되고 있다. 특히, 태양에너지는 친환경적일 뿐 아니라 지역적인 차이가 크지 않고, 어느 곳에서나 쉽게 얻을 수 있는 에너지 자원이다. 태양광을 에너지로 변환하는 장치들은 태양에너지를 흡수하는 집광장치와 상기 집광장치가 태양을 수직으로 바라보게 하여 효율을 높일 수 있도록 하는 태양추적장치로 구성된다. 그 동안 태양 에너지 수확을 위한 대부분의 노력은 집광장치의 효율을 높이기 위한 기술을 개발하는데 집중되었다. 집광장치의 효율을 단지 몇 퍼센트 개선하기 위해 들어가는 많은 연구개발비용을 고려할 때, 경제적인 관점에서는 같은 비용으로 정밀한 태양추적을 통해 전체 시스템의 효율을 높이는 것이 더 바람직하다 할 수 있다.

일반적인 태양추적장치는 기구부의 자유도에 따라 1자유도 태양추적장치 또는 2자유도 태양추적장치로 구분 할 수 있다. 보통 기구부의 자유도는 태양추적장치에 사용된 회전축의 개수와 동일하기 때문에, ?愍??라는 전문용어를 사용하기 보다, 단순히 1축 시스템 또는 2축 시스템으로 명칭하기도 한다.

태양추적장치는 기구부의 각 회전축을 조절하여 집광장치가 태양을 향해 수직하게 위치하여 최적의 효율을 유지하도록 고도와 방위각을 조절하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 실시간으로 태양의 고도 및 방위각을 센서로 직접 측정하거나 또는 기존에 측정된 데이터를 바탕으로 자동 또는 수동으로 집광장치의 각도를 조절하도록 한다.

종래 기술에 따른 태양추적장치를 살펴보면, 1축 시스템의 경우 태양의 일주운동을 우선적으로 고려하여 매일 동에서 서로 회전하며 태양을 추종하도록 하고, 연중 변화하는 태양의 남중고도에 대해서는 수동으로 보정하도록 하고 있다. 이러한 수동조정 방법은 불편할 뿐 아니라, 통상 연중 4회에 걸쳐서 분기별로 보정한다 하더라도, 발생할 수 있는 추적오차의 최대값은 지구자전축의 기울기 만큼으로 약 23.5도에 달한다. 상기 태양의 연주운동으로 발생하는 최대 오차각도를 태양의 일주운동을 추적하는 관점에서 비교해 보면, 태양추적장치가 매일 동에서 서쪽으로 회전하면서 태양의 일주운동을 추적함에 있어서 약 1시간 30분 동안 태양을 추적하지 못하고 멈춰서서 발생하는 오차보다도 큰 것이다.

2축 시스템의 경우 태양의 일주운동 뿐 아니라 연주운동에 따른 남중고도의 변화를 자동적으로 조절하기 때문에 추적장치의 오차를 획기적으로 줄일 수 있다. 그러나, 추가적인 구동기와 제어기가 필요하기 때문에 초기 시설비가 증가할 뿐 아니라, 추가된 구동기와 제어기를 유지관리하기 위한 전력소모 및 비용을 감수하여야 하며, 결과적으로 추가된 제반 비용보다 향상된 발전효율로 인한 이득을 더 크게 유지할 수 있어야만 경제적으로 의미있는 태양추적장치로 활용할 수 있다. 현실적으로는 추가된 초기비용과 잦은 고장으로 인한 유지보수 비용을 감안할 때, 신뢰성있는 동작으로 경제성을 갖춘 2축 시스템을 구현하기가 쉽지 않은 실정이다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 고안된 것으로서, 2개의 회전축을 설치하여 각각 적경과 적위를 담당하도록 하지만, 회전축들이 서로 독립된 운동을 하는 것이 아니라, 하나의 회전축이 다른 하나의 회전축을 기구적으로 구속하고, 태양의 일주운동과 연주운동의 상관관계를 따라 종속적인 움직임을 갖도록 함으로써, 결과적으로 하나의 액츄에이터에 의해 태양의 일주운동을 추적할 뿐 아니라, 절기에 따라 남중고도가 변화하는 연주운동을 자동으로 보정할 수 있도록 하는 태양추적장치 및 그 운영방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 태양추적장치는, 지구자전축과 평행하게 설치되어 태양의 일주운동에 따른 적경의 변화를 추적하는 적경회전축; 상기 적경회전축을 구동하는 적경회전구동장치; 상기 적경회전축과 수직하며 태양의 연주운동에 따른 적위의 변화를 보정하는 적위회전축; 그리고 상기 적경회전구동장치의 구동력의 일부를 상기 적위회전축으로 전달하여 왕복회동하도록 하는데, 상기 왕복회동하는 각도는 상하로 각각 지구자전축의 기울기와 일치하고, 상기 왕복회동하는 주기는 상기 적경회전축이 약 365번 태양의 일주운동을 추적하는 주기와 일치하도록 하는 적위구동기구부; 로 구성한다.

상기 적위구동기구부에 있어서, 그 효과를 높이기 위하여 이하에서 설명하는 추가적인 구성요소를 포함할 수 있다.

상기 적경회전구동장치에서 발생하는 구동력의 단방향 회전성분을 전달 함으로써, 적경회전축이 주간에 태양의 일주운동을 추적하는 회전량만을 선별적으로 적위회전축에 전달할 수 있도록,상기 적경회전구동장치로부터 상기 적위회전축까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치되는 원웨이클러치를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 적위회전축이 상하로 한번 왕복회동하는 주기를 조절함으로써, 상기 적위회전축의 왕복회동 주기를 상기 적경회전축이 약 365번 일주운동을 추적하는 주기와 정밀하게 일치시킬 수 있도록, 상기 적경회전구동장치로부터 상기 적위회전축까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치되는 감속비조절장치를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 적경회전축과 상기 적위회전축의 구속관계를 선택적으로 연결하거나 해제함으로써, 상기 적위회전축을 상기 적경회전축에 영향을 주지 않고 독립적으로 조절할 수 있도록, 상기 적경회전구동장치로부터 상기 적위회전축까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치하는 커플링을 포함하여 구성할 수 있다.

상기 적위구동기구부에 있어서, 태양의 일주운동과 연주운동의 상관관계를 반영하여, 적경회전축이 약 365번 일주운동을 추적하는 동안, 적위회전축이 지구자전축의 기울기 만큼의 변위를 가지고 왕복회동하는 특징을 갖도록 기구부를 설계해 주어야 한다. 이를 구현하는 하나의 방법으로서, 상기 적경회전구동장치의 구동력의 일부를 받아서 회전비를 변경하여 출력하는 적위감속기; 상기 적위감속기의 출력축에 부착된 크랭크; 상기 적위회전축에 고정되어 태양의 연주운동에 의한 적위의 변화에 따라 지구자전축의 기울기 만큼 상하로 왕복 회동하는 로커; 상기 크랭크의 한 끝과 상기 로커의 한 끝을 연결하여 사절링크를 구성하고 상기 크랭크의 회전운동을 상기 로커의 상하로 왕복 회동하는 운동으로 변환하는 커넥팅로드; 로 적위구동기구부를 구성할 수 있다.

상기 4절링크를 활용하여 적위구동기구부를 구성하는 방법에 있어서, 상기 크랭크 또는 상기 로커 또는 상기 커넥팅로드의 조인트의 위치 또는 링크 길이를 조절하는 수단을 구비하면, 상기 적위회전축의 상하로 왕복회동하는 운동의 변위 및 구간별 속도를 변경할 수 있다.

덧붙여, 태양추적장치가 연주운동을 잘 추적하고 있는지 확인하기 위하여, 적위회전축의 회전량을 각도로 환산하여 표시하는 적위표시장치 또는 상기 회전량을 연중 시간상의 절기로 환산하여 표시하는 절기표시장치를 포함하여 태양추적장치를 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 태양추적장치를 사용하면, 하나의 구동기를 통해 태양의 일주운동과 연주운동을 동시에 추적할 수 있다. 이를 통해 태양광발전 효율을 극대화하면서, 동시에 초기 설비비용과 유지보수비용을 절감하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 태양추적장치의 바람직한 실시예;
도 2은 북반구의 한 지점에서 관측된 춘분때의 태양의 일주운동;
도 3은 북반구의 관측지점에 따른 춘분때의 태양의 남중고도의 변화;
도 4은 북반구의 한 지점에서 관측된 계절에 따른 태양의 남중고도 및 일주운동의 변화;
도 5는 위도 및 계절에 따른 남중고도의 변화;
도 6은 적도좌표계에서 황도를 따라 변화하는 태양의 적위와 본 발명에 따른 태양추적장치의 작동원리;
도 7은 적경회전축의 고도 및 방위각을 조절 할 수 있는 본 발명에 따른 받침대 및 기둥의 실시예;
도 8는 본 발명에 따른 태양추적장치에 있어서, 프레임을 구성하는 바람직한 실시예 및 2자유도 등가 기구;
도 9은 본 발명에 따른 태양추적장치에 있어서, 회전축의 하중을 균등하게 배분하기 위하여 균형무게추를 활용하는 실시예;
도 10은 본 발명에 따른 태양추적장치의 적경회전구동장치를 구성하는 바람직한 실시예;
도 11는 본 발명에 따른 태양추적장치의 적위구동기구부를 구성하는 바람직한 실시예;
도 12는 본 발명에 따른 태양추적장치의 적위구동기구부에 의한 절기에 따른 집광장치거치대의 각도변화;
도 13은 본 발명의 적위구동기구부에 있어서, 커플링 또는 원웨이클러치 또는 감속비 조절장치를 포함하여 구성하는 실시예;
도 14는 본 발명의 태양추적장치에 있어서, 절기에 따른 주간 및 야간의 작동예;
도 15는 본 발명의 태양추적장치에 있어서, 절기 표시장치 또는 적위 표시장치 또는 적경 표시장치를 포함하여 구성하는 실시예;
도 16은 본 발명에 따른 4단계의 운영단계로 태양추적장치를 운영하는 방법의 흐름도;
도 17은 본 발명에 따른 7단계의 운영단계로 태양추적장치를 운영하는 방법의 흐름도 이다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)의 기본적인 실시방법 및 이를 변형한 다양한 실시예들을 설명하기에 앞서서, 먼저 태양(a01)의 일주운동 및 연주운동의 상관 관계에 대해 설명하고자 한다.

지평좌표계(a20)를 따라 관측되는 태양(a01)의 방위각(a21) 및 고도(a22)의 변화는 지구(a02)의 자전운동과 공전운동에 기인한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 지평면(a29)에서 관측되는 천구상의 태양(a01)의 일주운동을 살펴보면, 하루의 시간이 흐르는 동안 지구(a02)가 한 바퀴 자전하게 되면, 지평면(a29)에서는 태양(a01)의 방위각(a21)이 동에서 서로 변화하면서 고도(a22)가 점차 높아지다가 점심 쯤 정점에 다다르고 이후에는 점차 낮아져서 저녁에 지평면(a29) 아래로 사라지고 지구(a02) 반대편을 돌아서 다시 동쪽으로 떠오르는 일주운동을 경험하게 된다. 이때 정오 즈음에서 태양(a01)이 자오선(a24)을 통과하며 고도(a22)가 남점(a25)을 기준으로 최고 정점에 오르는 각도를 남중고도(a23)라 한다.

도3 에서 도시한 바와 같이, 태양광선(a03)은 지구(a02)의 어느 지점에서나 거의 평행하게 입사되는데, 이는 지구(a02)의 지름에 비해서 태양(a01)과 지구(a02)사이의 거리가 훨씬 멀기 때문이다. 평행하게 입사하는 태양광선(a03)은 지구(a02)상의 각 지점에서 다른 각도로 관측되는데, 적도(a37)에 근접한 곳에서는 관측되는 태양(a01)의 고도(a22)는 천정 근처를 지나는 높은 경로를 따라 이동하지만, 위도(a32)가 높아질수록 관측되는 태양(a01)의 고도(a22)가 낮아지게 된다. 결국 극지방(a35,a36)에서 관측되는 태양(a01)은 지평선근처를 지나는 낮은 경로를 따라 일주운동을 하게 된다. 이와 같이, 남중고도(a23)는 관측지의 위도(a32)에 따라 달라지게 되며, 남반구의 경우에는 북반구와 반대로 태양의 일주운동 경로(a04)가 남쪽 하늘이 아닌 북쪽 하늘을 거쳐가기 때문에, 남점(a25)을 기준으로 하는 남중고도(a23)을 관측하는 경우 천정을 지나 그 값이 90도를 넘기 때문에, 북점(a26)을 기준으로 하는 북중고도를 사용하는 것이 바람직하다. 이후 자세한 설명에 있어서 특별한 언급이 없는 경우 북반구를 기준으로 서술하며, 남반구의 경우에도 상응하는 관측값을 적용하면 본 발명의 태양추적장치(1000)를 동일하게 사용할 수 있다.

이와 같이 태양(a01)의 일주운동은 관측지의 위도(a32)에 따라 달라지며, 남중고도(a23)는 90도에서 관측지의 위도(a32)를 뺀 값, 즉 여위도(a33)를 기준으로 변화하게 된다. 이때, 지구(a02)에서 관측되는 태양(a01)의 남중고도(a23)는 관측지의 위도(a32) 뿐 만 아니라, 지구(a02)가 공전궤도상에서 어디에 위치하는 가에 따라서도 달라지게 된다. 이는 지구자전축(a34)이 공전축에 대해 약 23.5도 기울어져 있기 때문에 발생하는 것으로서, 지구자전축(a34)의 기울어진 각도는 변화가 없으나, 지구(a02)가 태양(a01)의 주위를 공전하면서 어느 위치에 있는가에 따라서 태양(a01)에 대한 상대적인 기울기 방향이 변화하게 되고, 결과적으로 각 관측지에서 지구(a02)에서 관측되는 태양(a01)의 남중고도(a23)에 영향을 주게 된다.

도 4는 지구(a02)의 공전운동에 있어서 지구자전축(a34)의 기울기의 상대적인 방향과 남중고도(a23)의 상관관계를 북반구의 한 지역의 예를 통해 자세히 설명한 것이다. 예시된 북반구의 한 지역에 있어서, 북반구가 태양(a01) 쪽을 향하도록 지구자전축(a34)의 방향이 기울어진 경우, 태양(a01)의 일주운동의 경로가 높아지고 남중고도(a23)가 상승하여 지평면의 단위면적당 도달하는 태양에너지의 밀도가 증가하게 된다. 이와 같이 남중고도(a23)가 최대가 되는 하지(a42)를 전후로 기온이 높게 유지되는데, 예시된 지역에서는 이러한 시기를 계절상으로 여름으로 분류하게 된다. 반대로 지구(a02)의 공전주기에서, 북반구가 태양(a01)에 적게 노출되는 방향으로 지구자전축(a34)이 기울어진 경우, 남중고도(a23)가 낮아진다. 남중고도(a23)이 최저가 되는 동지(a44)를 전후로 그 지역의 온도가 낮게 유지되며, 이러한 시기를 계절상으로는 겨울로 분류하게 된다.

도 4에 있어서, 계절에 따라 태양의 일주운동 경로(a04)가 변화하지만, 각 경로(a04)는 천구(a19)상에서 지구자전축(a34)과 수직하는 원판의 원주를 따라 생성되며, 각 경로(a04)를 포함하는 원판이 서로 평행한 것에 유의하여야 한다. 춘분(a41) 또는 추분(a43)때에 천구(a19)상의 적도면(a17)을 따라 태양의 일주운동 경로(a04)가 생성되는데, 지평면(a29) 위로 노출되는 경로와 지구반대편에 머무는 경로는 정확하게 반으로 나뉘어 지며, 태양(a01)이 정확히 동쪽에서 떠서 서쪽으로 사라질 때 까지 하늘에 머무는 시간은 정확히 하루의 절반이 된다. 하지(a42)의 경우, 지구자전축(a34)과 수직하는 원판에서 지평면(a29) 위에 노출되는 경로가 더 길고, 태양(a01)이 북동쪽에서 떠서 북서쪽으로 사라질 때 까지 하늘에 머무는 시간은 12시간 이상이 된다. 동지(a44)의 경우, 지구자전축(a34)과 수직하는 원판에서 지평면(a29) 위에 노출되는 경로가 더 짧고, 태양(a01)이 남동쪽에서 떠서 남서쪽으로 사라질 때 하늘에 머무는 시간은 12시간 이하가 된다. 위도(a32)가 높아질수록, 즉 여위도(a33)가 낮아질수록, 이러한 영향이 더 커지게 되는데, 예를 들어 여위도(a33)가 지구자전축의 기울기(a05) 보다 낮은 북극지방에서는, 지구자전축(a34)의 방향이 지평면(a29)의 수직에 가깝고, 태양의 일주운동 경로(a04)는 지평선을 따라 가는 원주운동에 가깝게 된다. 하지(a42)에는 태양(a01)이 하늘에서 사라지지 않고 하루 종일 지평선 주위를 맴도는 백야 (polar day) 현상이 발생하게 되고, 동지(a44)에는 태양(a01)이 지면 아래로 돌면서 하루 종일 밤이 계속되는 극야 (polar night) 현상이 발생하게 된다.

도 5는 태양(a01)의 연주운동에 따른 남중고도(a23)의 변화를 도시한 것이다. 지구의 어디에서 관측하더라도 그 변화는 동일하며, 다만 각 관측지의 위도(a32)에 따라 서로 다른 기준값을 바탕으로 변화하게 된다. 춘분(a41)을 시작으로 남중고도(a23)가 높아지다가, 하지(a42)에 최고점에 다다르고, 이후에는 점차 낮아져서 추분(a43)에는 춘분(a41)과 같은 남중고도(a23)로 복귀하였다가, 계속 감소하여 동지(a44)에 최저점에 이르게 된다. 이후 다시 증가하여 춘분(a41)이 되면 원래의 남중고도(a23)를 회복하게 된다. 이렇게 절기(a40)에 따른 남중고도(a23)의 변화는, 관측지에 따라 그 기준값이 달라지더라도, 변화의 주기와 변위는 동일하다. 남중고도(a23) 변화의 주기는 지구(a02)가 태양(a01)주위를 도는 약 365일이 되며, 보다 정확하게는 태양시 (solar time)를 기준으로 365.24219 일로 관측된다. 남중고도(a23) 변화의 변위에 있어서, 하지(a42)와 동지(a44)에 발생하는 최대변위는 각각 지구자전축의 기울기(a05)와 동일하다. 즉, 일년의 시간이 흐르는 동안, 지구(a02)가 태양(a01)주위를 한 바퀴 돌게 되면, 지구(a02)에서 관측하는 태양(a01)의 일주운동은 약365번 발생하게 되고, 지구(a02)에서 관측하는 태양(a01)의 남중고도(a23)는 날마다 조금씩 변화하여 절기(a40)에 따라 최고점과 최저점을 거쳐서 원래 남중고도(a23)로 돌아오는 한 주기의 연주운동을 경험하게 된다. 이때, 기준값으로 부터 최고점과 최저점의 차이는 지구자전축의 기울기(a05)와 같은 약 23.5도가 된다. 각 관측지점에서 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

예를 들어, 적도(a36)상에 위치하는 관측지에서는 90도에서 적도(a36)의 위도(a32)인 0도를 뺀 90도를 기준으로 계절에 따라 최저 66.5도에서 최고 113.5도까지 변화하게 된다. 또 다른 예로써, 북극(a35)에 위치하는 경우, 90도에서 북극(a35)의 위도(a32)인 90도를 뺀 0도를 기준으로 최고 23.5도에서 최저 -23.5도로 변화하게 된다. 즉, 봄과 가을에 지평선 상에 머무르며, 겨울을 지나는 6개월 동안에는 지표 이하로 태양(a01)이 위치하게 되어 태양(a01)을 관측할 수 없는 극야 (polar night) 현상이 발생하게 된다.

학문적으로는 관측지의 위도(a32)를 표현함에 있어서, 측지위도 (Geodetic latitude), 지심위도(Geocentric latitude ), 지리학적위도(Geographic latitude) 등 다양한 위도(a32) 표현 방법이 있는데, 수식1 에서는 지구(a02)의 타원체를 구체로 단순화 하여 표현한 측지위도를 사용하여도 오차가 크지 않다. 또한 수식1은 지리학적 좌표계 (Geographical coordinate)에서 통용되는 위도(latitude, a32)를 사용하였으나, 수학적인 구면좌표계를 사용하는 경우 위도(latitude, a32)보다는 여위도(colatitudes, a33)를 통해 기술하는 것이 바람직하다. 즉, 수학에서 사용하는 구면좌표계를 사용하는 경우 수식1은 다음과 같다.

수식1과 수식2에 포함된 태양(a01)의 연주운동에 의한 변화는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 삼각함수와 유사한 주기함수로 나타난다. 춘분(a41)에서 관측지의 여위도(a33)에 준하는 기준고도를 통과하고 단조증가하여 하지(a42)에서 극대값을 갖게 되는데, 그 최대 변위는 지구자전축의 기울기(a05)와 같다. 이후 단조감소하여, 추분(a43)에서 원래의 기준고도로 복귀하고 변곡하여 동지(a44)에서 극소값을 갖게 되는데, 그 각도변위는 마찮가지로 지구자전축의 기울기(a05)와 같다. 이후 남중고도(a23)는 다시 증가하며 춘분(a41)에서 원래 고도로 복귀한다. 태양(a01)의 연주운동을 삼각함수로 근사화하여 표현하면 다음과 같다.

이를 수식 2에 대입하여 최종적으로 도출된 삼각함수에 기반한 연주운동에 따른 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화는 다음과 같이 수식화 할 수 있다.

수식 4는 거시적인 변화를 근사화하여 표현한 것으로서, 보다 정확한 변화를 표시하기 위해서는 다양한 변수를 포함하여야 한다. 예를 들어, 지구(a02)의 공전궤도가 정확한 원이 아니라 타원이기 때문에 발생하는 근일점과 원일점에서의 공전속도의 차이의 영향을 생각해 볼 수 있다. 일반적인 태양 추적장치(1000)에 포함된 기계요소의 오차를 생각할 때, 미세한 영향을 미치는 인자들은 공학적인 관점에서 무시할 수 있다.

한편, 태양(a01)을 비롯한 천체의 위치를 기술하는데 있어서 방위각(a21)와 고도(a22)에 기초한 지평좌표계(a20)를 사용하는 것보다 적경(a11)과 적위(a12)를 통해 기술하는 적도좌표계(a10)를 사용하는 것이 용이하다. 지구(a02)의 공전궤도와 비교할 때, 일반적으로 천문에서 관측하는 별이나 은하와 같은 천체들은 수 백배이상 먼 거리에 존재한다. 따라서, 일반적인 천체의 위치는 지구(a02)의 공전의 영향을 거의 받지 않기 때문에 적도좌표계(a10)를 사용하면 천구(a19)상에 고정된 점으로서 표현된다. 태양(a01) 및 태양계의 행성 등은 지구(a02)의 공전궤도와 비교하여 상대적으로 거리가 가깝기 때문에, 천구(a19)상의 위치가 변화하게 된다. 도 6에 도시한 바와 같이, 태양(a01)의 경우, 지구(a02)의 공전에 따라 천구(a19)상의 적도(a16)로 부터 지구자전축의 기울기(a05) 만큼 기울어진 황도(a18)를 따라 움직이게 된다.

본 발명에서 제공하는 태양 추적장치(1000)에 대한 이해를 돕기 위하여, 천문연구분야에서 사용되는 장비에 대해 간단히 설명하고자 한다. 별, 은하, 또는 성운을 관측하는 천문장비들은 천체를 지속적으로 추적하여 관측하기 용이하도록 대부분 적도좌표계(a10)를 채택하고 있다. 적도좌표계(a10)는 천구좌표계의 한 방법으로서, 도 6에 도시한 바와 같이, 지구(a02)를 둘러싸는 우주상에 고정된 거대한 구를 가정하여, 이를 천구(a19)라 명칭하고, 천구상에 고정된 천체들의 위치를 구면좌표를 통해 정의한다. 적도좌표계(a10)는, 천구(a19)의 적도면(a17)과 황도(a18)가 만나는 춘분점(a45)을 원점으로 서쪽에서 동쪽방향으로 측정한 적경(a11)과, 천구(a19)의 적도면(a17)으로부터 지구자전축(a34)을 천구(a19)로 연장한 천축(a13)방향으로의 각도를 측정한 적위(a12)를 통해, 천구(a19)상의 위치를 표현하는 방법이다. 이와 같이 은하와 별자리와 같은 천체를 관측할 때, 지평좌표계(a20)를 사용하면 관측지에 따라 방위각(a21)과 고도(a22)가 달라지게 되지만, 적도좌표계(a10)를 사용하면 관측지와 관계없이 적경(a11)과 적위(a12)가 고정된 값으로 표현된다. 따라서, 천문분야에서는 적경(a11)과 적위(a12)를 기반으로 작성된 천체지도가 널리 사용되고 있으며, 관측자는 천체망원경을 적도의(Equatorial Mount)에 설치하고, 적경(a11)과 적위(a12)를 조절함으로써, 망원경의 시야 안에서 대상 천체를 쉽게 찾을 수 있다.

지구(a02)는 우주상에 고정된 천구(a19) 안에서 매일 1회전 한다. 지구(a02)상의 관측자의 눈에는 천구(a19)상의 별자리가 시간에 따라 동에서 서로 조금씩 회전하는 것으로 느껴지는데, 이를 천체의 일주운동이라 명칭한다. 그 회전속도는 지구(a02)가 자전하는 속도와 일치하며, 시간당 약 15도의 각속도로 일주운동을 하게 된다. 따라서, 넓은 밤하늘에서 하나의 별자리를 찾더라도 조금씩 서쪽으로 흘러가게 되며, 천체망원경을 통해 좁은 영역을 확대하여 관측하는 경우에는 그 영향이 더욱 심해진다. 관측하고자 하는 천체를 시야 안에 확보했다 하더라도, 망원경의 방향을 동에서 서로 이동해 주지 않으면, 곧 시야 안에서 사라지게 된다. 방위각(a21)과 고도(a22)를 조절하는 일반적인 망원경의 경우, 일주운동을 하는 천체를 추적하기 위해서 두 개의 회전축을 동시에 조절해 주어야 한다. 그러나 적도의(Equatorial Mount)를 사용하는 망원경의 경우, 적위(a12)회전축을 고정하고 적경(a11)회전축만을 조금씩 돌려주면, 도 6에 도시한 바와 같이, 일주운동을 상쇄하면서 장시간 동안 동일한 천체를 관측할 수 있어서 매우 편리하다.

태양(a01)을 관측하는 경우, 다른 천체와 달리 천구(a19)상에서 그 위치가 조금씩 변화하는데, 황도(a18)를 따라 서서히 이동하여 매년 천구(a19)를 한 바퀴 돌게 된다. 상기 태양(a01)이 천구(a19)를 회전하는 속도는 매일 약 1도 이하로 미미하기 때문에, 짧은 시간 관측함에 있어서는 그 영향을 무시할 수 있다. 즉, 태양(a01)을 관측할 때, 적위(a12)의 변화를 무시하여 적위(a12)회전축을 고정하고 적경(a11)회전축만을 조금씩 돌려주면서 관측할 수 있다. 그러나, 장기간 태양(a01)을 관측하는 경우에는, 날이 갈수록 오차가 누적되기 때문에, 이를 해소할 필요가 있다. 즉, 태양(a01)의 적위(a12)의 변화를 무시할 수 없고, 적경(a11)회전축을 돌려주면서 일주운동을 상쇄할 뿐 아니라, 동시에 적위(a12)회전축을 돌려주면서 연주운동을 상쇄하여 주어야 한다. 연주운동에 의한 태양(a01)의 적위(a12)의 변화는 천구(a19)상에서 기울어진 황도(a18)를 따라 이동하면서 발생하는데, 수식 3으로 기술된 남중고도(a23)의 변화와 일치한다.

본 발명에 따른 태양추적장치(1000)의 실시예를 도1을 통해 자세히 설명하고자 한다. 본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)는, 일주운동에 따른 태양(a01)의 적경(a11)의 변화를 매일 추적할 뿐 아니라, 연주운동에 의한 태양(a01)의 적위(a12)의 변화를 자동으로 보정하여 장기간 누적되는 적위(a12)의 오차를 해소할 수 있도록 특별히 고안된 것이다. 본 발명의 태양추적장치(1000)는, 천구(a19)상에서 황도(a18)를 따라 이동하는 태양(a01)의 적경(a11)과 적위(a12)의 상관관계를 고려하여, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)을 기구적으로 구속할 수 있는 적위구동기구부(400)를 구비함으로써, 적경구동장치(200)를 통해 적경회전축(100)을 회전시켜 태양의 일주운동을 추적할 뿐 아니라, 적경구동장치(200)의 회전력의 일부를 적위회전축(300)로 전달하여 태양(a01)의 적위(a12)의 변화를 자동으로 보상하여 주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)를 위한 필수적인 구성요소는 적경회전축(100), 적경회전구동장치(200), 적위회전축(300), 적위구동기구부(400)로 구성되며, 이를 각 부분별로 자세히 설명하고, 추가적인 구성요소를 통해 본 발명의 편의성을 높이는 방법을 자세히 설명하고자 한다.

도1 은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이다. 지면으로부터 태양광 집광장치(600)까지 연결되는 주요 기구부는 다음과 같다. 지면에 받침대(510)를 고정하고, 기둥(520)을 연결한 후, 그 끝에 적경회전지지대(530)를 적절한 각도로 기울여서 설치한다. 상기 적경회전지지대(530)에 적경회전축(100)을 설치하여 자유로운 회전이 가능하도록 적위회전지지대(540)을 연결한다. 상기 적위회전지지대(540)와 집광장치거치대(550)를 적위회전축(300)을 통해 자유로운 회전이 가능하도록 설치하고, 마지막으로 집광장치(600)를 상기 집광장치거치대(550)에 부착한다. 적경회전축(100)을 구동하기위한 적경회전구동장치(200)를 구비하고, 적경회전구동장치(200)의 구동력의 일부를 적위회전축(300)으로 전달하는 적위구동기구부(400)을 설치한다.

도 1에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예는 기구학적으로 2자유도 직렬형 2절링크와 등가를 이루는데, 이를 도 8(b)에 도시하였다. 즉, 받침대(510), 기둥(520), 및 적경회전지지대는 지면과 연결된 하나의 강체로서 베이스링크(L0)를 이루고, 적위회전지지대(540)은 제1링크(L1)를 이루고, 집광장치거치대(550)은 제2링크(L2)의 역할을 하게 되는데, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)은 각각 상기 베이스링크(L0)와 제1링크(L1)을 연결하는 제1조인트(J1)와 제1링크(L1)와 제2링크(L2)를 연결하는 제2조인트(J2)로서 동작하게 된다. 이와 같이 본 발명의 태양추적장치의 기구적인 형태는 2자유도 메커니즘을 채택하고, 실제로는 제1조인트(J1)와 제2조인트(J2)가 독립적으로 운동하지 않고 구속관계를 따라 종속적인 움직임을 만들기 때문에 엄밀하게는 1자유도 장치라고 정의해야 한다. 이하에서, 먼저 언급된 링크들(L0, L1, L2) 및 조인트들(J1, J2)을 구성하는 각 구성요소의 설치 및 연결방법을 설명하고, 계속해서 각 조인트(J1, J2)에 해당하는 적경회전축(100)과 적위회전축(300)을 종속해서 구동하는 방법을 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 프레임(500)은, 적경회전축(100)이 지구자전축(a34)과 평행하게 설치되고, 적위회전축(300)이 상기 적경회전축(100)과 수직으로 설치되어, 상기 두 개의 회전축이 정해진 방향으로 원활하게 움직이도록 튼튼히 받쳐주는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 하나의 실시예로서 프레임(500)을 받침대 (510), 기둥(512), 적경회전지지대(530), 적위회전지지대(540), 및 집광장비거치대(550)로 구성하는데, 받침대(510)와 기둥(520)은 적경회전축(100)을 지구자전축(a34)과 평행하게 설치할 수 있도록, 방위각(a21)와 고도(a22)를 조절하는 수단을 구비하도록 한다. 예를 들어, 하나의 기둥(520)을 사용하는 실시예를 도 7(a)를 통해 자세히 설명한다. 지면에 기초를 다지고 표면에 여러 개의 나사 구멍이 가공된 받침대(510)를 설치한 후 콘크리트를 부어 지면에 단단히 고정하고, 기둥(520)을 상기 지면에 고정된 받침대(510)위에 세우도록 한다. 이때 상기 받침대 (510)의 측면 나사 구멍을 따라 볼트를 체결하여 기둥(520)이 북쪽을 향하도록 방위각(a21)을 변경할 수 있도록 하면, 추후 적경회전축(100)을 지구자전축(a34)과 평행하게 조절하기가 용이하다.

상기 기둥(520) 위에 적경회전지지대(530)을 설치하고 적경회전축(100)을 고정하도록 한다. 이 때, 설치하는 장소의 위도(a32)에 따라 상기 적격회전축(100)의 고도(a22)를 조절하는 수단을 제공하도록 한다. 도7에 도시한 실시예에서는, 기둥(520)과 적경회전지지대(530)을 연결할 때 회전이 가능하도록 하고, 플랜지에 나사 구멍을 내어서, 설치하는 장소의 위도(a32)에 따라 적경회전지지대(513)를 적절하게 기울인 체로 기둥(520)에 고정하도록 하였다. 결과적으로, 받침대(510)에 고정하는 기둥(520)의 회전방향과 적경회전지지대(530)의 기울기를 조절함으로써, 도 6에 도시한 바와 같이, 설치장소의 위도(a32)에 따라 지구자전축(a34)의 방향과 적경회전축(100)의 방향이 평행을 이루도록 하였다.

도 7(b)에 도시한 또 다른 실시예와 같이, 두 개의 기둥(520)을 사용하여 프레임(500)을 구성할 수도 있다. 받침대(510)위에 두 개의 기둥 (520a, 520b)을 세우고, 상기 기둥(520a, 520b)의 끝에 적경회전축(100)의 양단에 연결하도록 한다. 적경회전축(100)의 방위각(a21)을 조절하는 방법으로서, 기둥(520a 또는 520b)을 동서방향으로 이동하면서 상기 두 기둥(520a, 520b)이 정확히 남북방향을 향하도록 조절해 준다. 적경회전축(100)의 고도(a22)를 조절하는 방법으로서, 기둥(520a 또는 520b)의 높이를 조절하여, 적경회전축(100)과 지면이 이루는 각도를 적절히 변경해준다. 북반구의 경우 위도(a32)에 따라 북측의 기둥(520b)을 남측의 기둥(520a)보다 높게 설치하게 되고, 남반구의 경우에는 반대로 북측이 낮고 남측이 높게 고정된다. 이때 기둥(520a 또는 520b)의 높이를 변경하면서 상기 적경회전축(100)에 휨이 발생할 수 있는데, 기둥(520)의 양단에서 축의 처짐방향으로 회전가능하도록 하면, 상기 휨에 의한 변형을 해소할 수 있다.

본 발명의 받침대(510)와 기둥(520)은 상기에서 설명한 몇 가지 실시예 뿐만 아니라, 이를 참조하여 적경회전축(100)의 방위각(a21)과 고도(a22)를 조절할 수 있도록 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명에 따른 적경회전축(100)은, 지구자전축(a34)과 평행하게 설치되어, 지구자전의 같은 각속도 만큼 반대방향으로 회전시킴으로써, 지구자전에 따른 태양(a01)의 일주운동을 상쇄하고, 매일 동에서 떠서 서쪽으로 지는 태양(a01)의 위치를 추적하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 적위회전축(300)은 상기 적경회전축(100)과 수직하게 설치되어, 천구의 적도면(a17)과 평행하게 위치하고, 약365일을 주기로 지구자전축의 기울기(a05)만큼 상하로 왕복 회동시킴으로써, 지구공전에 따른 태양(a01)의 연주운동을 상쇄하고, 절기(a40)에 따라 수식 4와 같이 변화하는 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화를 보상하는 것을 목적으로 한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 받침대(510)와 기둥(520)을 통해 지면에 고정된 적경회전지지대(530)의 끝단에, 적경회전축(100)을 설치하고 적위회전지지대(540)가 자유롭게 회전하도록 연결한다. 상기 적위회전지지대(540)에는, 적경회전축(100)과 수직을 이루도록 적위회전축(300)을 설치한 후, 상기 적위회전축(300)을 통해 적위회전지지대(540)와 집광장치거치대(550)을 연결하도록 한다. 상기 적위회전축(300)을 따라 적위회전지지대(540)를 회전시키면, 설치된 태양광 집광장치(600)가 향하는 적경(a11) 각도는 변화가 없으면 적위(a12) 각도만 변화하게 된다. 뿐만 아니라, 적경회전축(100)이 지구자전축(a34)과 평행하게 설치되면, 적경회전축(100)을 따라 적위회전지지대(540)를 돌려주더라도, 부착된 집광장치거치대(550) 및 설치된 집광장치(600) 역시 따라 회전하게 되지만, 적경(a11) 각도만이 독립적으로 변화할 뿐, 적위(a12) 각도는 변하지 않는다. 이와 같이, 본 발명의 태양 추적장치(1000)가 설치하는 장소에 따라 적경회전축(100)이 지구자전축(a34)과 일치하도록 설치하면, 수직하게 설치된 적경회전축(100)과 적위회전축(300)을 각각 조절함으로써, 부착된 집광장치(600)가 향하는 천구(a19)상의 적경(a11) 및 적위(a12) 좌표를 독립적으로 조절할 수 있으며, 천구상의 모든 방향으로 자유롭게 조절할 수 있다. 도6은 본 발명의 적경회전축(100)을 지구자전축(a34)과 평행하게 설치한 바람직한 실시예와 이를 통해 지구(a02)의 자전방향과 반대로 회전하면서 천구(a19)상에 고정된 위치를 장시간 추적하는 작동원리를 보여준다.

본 발명에 따른 균형무게추(560)는, 적경회전축(100) 또는 적위회전축(300)에 전달되는 하중이 균형을 이루도록 하여, 어떤 각도에서나 동일한 회전력으로 장치를 구동할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 기능을 구현함에 있어서 균형무게추(560)는 필수적인 요소는 아니지만, 장치의 효율을 높이는데 도움을 준다.

본 발명의 실시예에서, 직위회전지지대(540), 집광장치거치대(550), 태양광 집광장치(600), 및 이에 부착되는 여러 구성요소의 형상과 무게에 따라, 적경회전축(100)과 적위회전축(200)에 부가되는 하중이 달라지게 된다. 이러한 구성요소의 무게가 각 회전축을 중심으로 적절히 배분되지 않는 경우, 한쪽으로 쏠려서 균형이 맞지 않고, 회전축의 각도가 변함에 따라 필요한 구동력이 달라지는 문제가 생길 수 있다. 즉, 무게의 균형이 맞지 않아서 한쪽으로 기울어지면서, 한 방향으로는 쉽게 회전되지만 반대방향으로 움직이기 위해서는 큰 구동력을 필요로 하게 되어, 사용하는 액츄에이터의 효율이 떨어지게 된다.

따라서, 각 회전축을 따라 무게를 잘 배분하여 한쪽으로 기울어지지 않고 균형을 잘 이루도록 해야만, 어떤 각도에서든지 동일한 토크로 부드럽게 회전축을 구동할 수 있다. 태양 추적장치(1000)에 있어서 일반적으로 태양광 집광장치(600)의 무게가 큰 비중을 차지하기 때문에, 구조적으로 균형을 이루기 어렵게 된다. 이때, 도 9에서 도시한 바와 같이, 무거운 질량을 가지는 중량물의 반대편에 카운터밸런스를 이루는 무게추(counter balancing weight)를 설치하여 균형을 맞추어 주면, 각 회전축방향으로 부드러운 회전이 가능하다. 적경회전축(100)을 중심으로 양쪽의 무게가 잘 배분되도록 적절한 무게의 적경균형무게추(561)를 부착하고, 필요에 따라 적위회전축(300)을 중심으로 양쪽의 무게가 잘 배분되도록 적절한 위치에 적절한 무게의 적위균형무게추(562)를 부착하도록 한다. 각 회전축의 회전중심을 기준으로 기구부의 균형이 잘 잡히게 되면, 어느 각도로 회전시키더라도 동일한 토크가 작용하여 적은 동력으로도 부드럽게 회전시킬 수 있다.

지금까지 본 발명의 태양 추적장치(1000)을 구현하기 위해서, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)을 통해 2자유도의 기구부를 구성하는 방법을 설명하였다. 이하에서, 각 회전축을 구동하는 방법과, 특히 두 개의 회전축을 구속하여 1개의 자유도로 전체기구를 작동하는 방법에 대해 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 적경회전구동장치(200)는, 상기 적경회전축(100)이 지구(a02)의 자전속도에 해당하는 시간당 15도의 각속도로 움직이면서 매일 천구(a19)상에서 동에서 서로 움직이는 태양(a01)의 일주운동을 추적하기 위한 회전력을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 적경회전구동장치(200)의 하나의 바람직한 실시예를 도 10를 통해 자세히 설명하고자 한다. 적경회전구동장치(200)는 액츄에이터(210)과 적경감속기(220)으로 구성하는데, 회전형 액츄에이터(210)를 적위회전지지대(450)에 설치하였고, 적경감속기(220)는 액츄에이터(210)에 직결된 적경직결감속기(221)와 적경웜기어(222) 및 적경웜휠(223)로 구성하였다. 액츄에이터(210)에서 발생한 회전력은 적경직결감속기(221)를 통해 증폭되어 적경웜기어(222)를 구동하고, 적경회전지지대(530)에 고정된 적경웜휠(223)에 맞물리면서, 적위회전지지대(540)를 구동하게 됨으로써 적경회전축(100)을 따라서 회전하게 된다. 도 10에 도시한 하나의 실시예에서는, 추후 설명하는 적위구동기구부(400)를 구현하기 용이하도록, 액츄에이터(210)을 적위회전지지대(540)에 고정하도록 하였기 때문에, 액츄에이터(210)가 적위회전지지대(540)와 함께 회전하게 된다. 필요에 따라서 액츄에이터(210) 및 적경웜기어(222)를 적경회전지지대(530)에 설치하고, 적경웜휠(223)을 적위회전지지대(540)에 고정하여, 액츄에이터가 움직이지 않도록 설계하여도 무방하다.

적경회전구동장치(200)는 적경회전축(100)을 매일 동쪽에서 서쪽으로 회전시키도록 하는데, 그 회전속도는 지구(a02)의 자전속도와 같이 하루 한 바퀴, 즉 시간당 약 15도의 각속도를 유지할 수 있어야 할 뿐 아니라, 빠른 기동이 가능하도록 충분한 가속력을 내기 위한 토크를 출력할 수 있어야 한다. 상기 액츄에이터(210)는 스텝모터, 서보모터, 또는 초음파 모터 등을 다양한 회전형 액츄에이터(210)를 활용할 수 있으며, 크랭크-슬라이더와 같은 적절한 변환기구와 조합하여 선형 액츄에이터(210)를 사용하는 것도 가능하다. 일반적인 전기모터를 사용하는 경우, 회전속도는 빠르지만 토크가 작기 때문에 적경감속기(220)를 사용하는 것이 바람직하다. 전기 모터에 직결하는 일체형 감속기를 채택할 수 도 있고, 필요에 따라 외부에 추가적인 감속을 시행할 수 있다. 감속비가 높은 경우 유성기어나 하모닉드라이브를 사용하는 것이 바람직하다. 평기어를 조합하여 입력축과 출력축이 평행한 형태로 구성할 수 있고, 베벨기어나 웜기어 등을 통해 입력축과 출력축이 평행하지 않은 형태로 구성할 수도 있는데, 후자의 경우 동력전달 경로가 다양해 지면서 보다 자유로운 설계방식을 적용할 수 있게 된다. 다양한 사이즈의 기어의 조합 뿐 만 아니라, 백래시로 인한 오차를 줄일 수 있도록 타이밍밸트 또는 케이블을 이용하여 구성할 수 도 있다. 상기 적경감속기(220)를 구성함에 있어서, 언급된 방법 뿐만 아니라 산업현장에서 사용되는 다양한 형태의 감속기를 변형하여 적용할 수 있다. 또한 사용하는 액츄에이터(210)의 토크가 충분한 경우 상기 적경감속기(220)를 제거하고 액츄에이터(210)를 적경회전축(100)에 직접 연결하여 구동하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 적위구동기구부(400)는, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)을 태양(a01)의 일주운동과 연주운동의 상관관계를 따라 종속적인 움직임을 갖도록 기구적으로 구속함으로써, 적경회전축(100)이 태양(a01)의 일주운동를 추적하기 위해 회전하는 동안, 상기 회전량과 연동하여 적위회전축(300)이 태양(a01)의 연주운동을 보상하기 위해 상하로 왕복회동하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 적경회전축(100)은 적경회전구동장치(200)에 의해 매일 동에서 서쪽으로 태양(a01)의 일주운동을 따라 움직이게 되는데, 이때 적경회전구동장치(200)의 구동력의 일부를 적위구동기구부(400)통해 적위회전축(300)에도 전달함으로써, 적위회전축(300)이 적경회전축(100)에 종속적으로 움직이도록 하고, 특히 적경회전축(100)이 약 365번 일주운동을 추적하는 동안 적위회전축(300)이 수식 4와 유사하게 움직일 수 있도록 적위구동기구부(400)를 구성하도록 한다.

본 발명에 따른 적위구동기구부(400)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 적경회전구동장치(200)로부터 적경회전축(100)까지 동력이 전달되는 경로상의 한 지점을 입력으로 하는 적위감속기(410), 상기 적위감속기(410)의 출력축의 회전운동을 전달하여 적위회전축(300)의 왕복회동운동으로 변환하는 왕복회동변환기구부(420)로 구성할 수 있다. 도 11에 도시한 실시예에서는 적경감속기(220)의 내부의 한 지점에서 구동력을 추출하였으며, 보다 자세하게는 적경웜기어(222)의 회전력을 적위감속기(410)에 전달하도록 하였다.

이때, 상기 적위감속기(410)의 감속비를 선택함에 있어서, 적경회전축(100)이 약 365번 태양(a01)의 일주운동을 추적하는 동안 발생하는 회전량에 대해서 상기 적위감속기(410)의 출력축이 한 바퀴 회전하도록 하면, 상기 왕복회동변환기구부(412)의 설계가 용이해진다. 도 11을 통해 왕복회동변환기구부(420)를 구현하는 하나의 실시예를 보다 자세하게 설명하면, 상기 적위감속기(410)의 출력축이 약 365일에 한 바퀴 회전하도록 감속비를 선정하고, 적위감속기(410)의 출력축에 크랭크(421)를 고정하고, 상기 적위회전축(300)에는 태양(a01)의 연주운동을 따라 함께 상하로 회동하는 로커(422)를 고정하고, 상기 크랭크(421) 및 로커(422)의 한 끝을 연결하는 커넥팅로드(423)를 구비하여 전체적으로 4절 링크를 이루도록 한다. 도 11의 실시예에서는 집광장치거치대(550)의 측면에 핀조인트를 구비하여 상기 집광장치거치대(550)가 상기 로커(422)의 역할을 겸하도록 하였다.

상기 4절 링크로 구성된 왕복회동변환기구부(420)가 작동하는 원리를 살펴 보면, 먼저 커넥팅로드(423)를 통해 크랭크(421)의 회전운동이 로커(422)의 상하 왕복회동운동으로 변환하게 되는데, 적경회전축(100)이 약365번 일주운동을 추적하는 동안 적위감속기(410)를 통해 상기 크랭크(421)가 1회전하게 되면, 상기 로커(422)는 약 365일을 주기로 하여 상하로 왕복회동하게 된다.

도 12를 통해 절기(a40)에 따른 적위회전축(300)에 부착된 집광장치거치대(550)의 각도변화를 자세히 설명하고자 한다. 크랭크(421)는 매 3개월 마다 약 1/4회전하므로, 각 절기(a40)를 지날 때 마다 약 90도 회전하게 되는데, 하지(a42)와 동지(a44)에서 각각 상사점(top dead center)과 하사점(bottom dead center)에 위치하도록 조절한다. 따라서, 춘분(a41)때 집광장치거치대(550)가 중립지점에 위치한다. 춘분(a41)을 지나서 크랭크(421)이 커넥팅로드(423)를 당기면서 집광장치거치대(550)의 각도는 점점 증가하여 하지(a42)에서 최대각에 도달한다. 크랭크(421)가 하지(a42)에서 상사점을 지나게 되면 커넥팅로드(423)를 위로 밀면서 집광장치거치대(550)의 각도는 점점 감소하여 추분(a43)에서 중립지점으로 복귀한다. 약 9개월 후 동지(a44)가 되면 크랭크(421)은 하사점에 이르게 되어 최소각을 이루며, 이후 다시 커넥팅로드(423)를 아래로 당기면서 집광장치거치대(550)의 각도가 증가한다. 약 1년이 지나서 크랭크(421)가 완전히 1회전 하게 되면, 다시 춘분(a41)때가 되어 집광장치거치대(550)는 중립위치로 복귀한다.

상기 설명된 과정에서, 적위회전축(300)이 왕복회동하는 최대각이 상하로 각각 지구자전축의 기울기(a05) 만큼의 각도를 가지도록, 크랭크(421), 커넥팅로드(423), 로커(422)의 상대 길이 및 각 연결조인트의 위치를 적절히 선정하여 주어야 한다. 상기 크랭크(421) 또는 상기 로커(422) 또는 상기 커넥팅로드(423)에, 조인트의 위치 및 링크 길이를 조절하는 수단(424)을 구비하면, 상기 로커(422)의 상하로 왕복 회동하는 운동의 변위 및 구간별 속도를 세밀하게 조절할 수 있어서, 수식 4에서 제시한 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화와 유사하게 적위회전축(300)을 구동할 수 있다.

실제적으로는 태양추적장치(1000)를 운영함에 있어서 계절에 따라 적경회전축(100)의 회전량이 달리 하게 되며, 적위회전축(300)으로 누적되는 각도도 변화한다. 예를 들어, 여름에 적경회전축(100)의 회전량이 늘어나면 적위회전축(300)의 변화도 더 빨라지게 되고, 반대로 겨울에는 적위회전축(300)에 전달되는 각도의 누적량이 적어지게 된다. 또한 원일점과 근일점에서 지구(a02)의 공전속도 차이로 인하여, 실제적으로는 단기간의 오차가 더 커질 수 있다. 이러한 변화까지 반영하기 위해서는, 상기 조인트의 위치 및 링크 길이를 조절하는 수단(424)을 활용하여 상기 로커(422)의 운동을 세밀하게 조절하도록 한다. 도 12에 도시된 크랭크(421)의 회전각도와 집광장치거치대(550)의 왕복회동 각도의 변화를 살펴보면, 춘분(a41)에서 하지(a42)를 거쳐 추분(a43)으로 가는 구간이, 추분(a43)에서 동지(a44)를 거쳐 춘분(a41)으로 가는 구간보다 더 긴 것을 알 수 있다. 도 12의 실시예에서는 크랭크(421)가 각 절기(a40)마다 단순하게 1/4바퀴 회전하도록 하는 것이 아니라, 원일점과 근일점에서는 공전속도 변화 및 이에 따른 균시차를 감안하여 구간별로 속도를 달리하도록 특별히 설계하였다.

본 발명에서 4절링크를 통해 구성한 왕복회동변환기구부(420)의 일실시예 뿐 만 아니라, 캠 팔로워 방식, 크랭크-슬라이더 방식, 4절링크, 5절링크, 등 다양한 메커니즘을 변형하여 구성하더라도, 일주운동과 연주운동의 상관관계를 모사하고자 하는 본 발명의 왕복회동변환기구부(420)의 목적을 달성할 수 있다. 덧붙여, 본 발명의 왕복회동변환기구부(420)의 실시예를 변형한 다양한 구현방법에 있어서, 상기 적경회전축(100)의 회전운동과 적위회전축(300)의 상하 왕복회동하는 운동사이의 구속관계가 수식 4와 차이가 난다 하더라도, 그 범위가 크지 않으면 본 발명에서 제공하는 태양 추적장치(1000)를 운영하는데 제한을 주지 아니한다.

본 발명에 따른 커플링(430)은 필요에 따라 적경회전축(100)과 적위회전축(300)의 구속관계를 해제하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)를 초기에 설치함에 있어서, 설치하는 시간에 따라 해당 절기(a40)에 맞추어 적위회전축(300)의 각도를 적절히 설정해 주어야 한다. 본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)를 장기간 운영하는 경우, 적위회전축(300)의 각도와 실제 태양(a01)의 적위(a12) 사이에 오차가 발생할 수 있으며, 이를 해소하기 위해 적위회전축(300)의 각도를 재설정 할 수 있어야 한다. 본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)의 적경회전축(100)과 적위회전축(300)은 적위구동기구부(400)를 통해 구속되어 일정한 상관관계를 갖게 되는데, 이러한 상관관계로 인하여 적위회전축(300)의 각도를 재설정하기 불편해 진다. 이러한 불편을 해결하기 위해서는, 필요에 따라 적경회전축(100)과 적위회전축(300)의 구속관계를 해제하고, 적위회전축(300)을 독립적으로 조절할 수 있는 수단을 제공하여야 한다. 적위회전축(300)을 구동하는 구동력은 적경회전구동장치(200)로부터 공급되어 감속기 또는 링크기구를 통해 전달된다. 따라서 적경회전구동장치(200)로부터 적위회전축(300)까지 동력이 전달되는 경로의 어느 한 지점에 커플링(430)을 설치하고, 전달되는 회전력을 선택적으로 연결하거나 차단함으로써, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)의 구속관계를 연동하거나 해제할 수 있다.

도 13의 실시예에서는 적위감속기(410)의 최종 출력축과 왕복회동변환기구부(420)의 크랭크(421)을 연결하는 부분에 커플링(430)을 설치하였으며, 커플링(430)을 해제하면 적경회전축(100)에 아무런 영향을 주지 않고 크랭크(421)의 회전각도를 자유롭게 조절하여 집광장치거치대(550)의 각도를 변경 할 수 있다.

본 발명에 따른 원웨이클러치(450)는 적경회전축(100)의 단방향 회전운동만을 적위회전축(300)과 연동하도록 하는 것을 목적으로 한다.

일반적으로 태양추적장치(1000)에 부착하는 집광장치(600)의 부피가 커서 주변과 간섭이 발생하기 때문에, 적경회전축(100)을 연속회전 시키지 않고 양방향으로 왕복회동하면서 간섭을 피해 사용하게 된다. 즉, 도 14에 도시한 바와 같이, 주간에 태양(a01)이 동쪽에서 떠서 서쪽으로 질 때까지 적경회전축(100)을 약 반 바퀴 정도 회전하여 움직이고, 야간에는 반대방향으로 역회전하여 낮에 거쳐온 경로를 거슬러서 동쪽 위치로 복귀하고, 다음날 아침에 다시 태양(a01)을 추적할 수 있도록 대기한다. 본 발명에서 적위회전축(300)을 적경회전축(100)과 연동하여 구동함에 있어서, 야간에 적경회전축(100)이 역행하는 회전운동을 무시하여야 하고, 주간에 정상적으로 동에서 서쪽으로 태양(a01)을 추적하는 회전량을 선별적으로 추출하여 적위구동기구부(400)를 통해 적위회전축(300)으로 전달하여 주어야 한다.

원웨이클러치(450)를 사용하면 양방향 왕복회동운동으로부터 단방향 회전력을 선별적으로 추출할 수 있다. 적경회전축(100)이 주간에 태양(a01)의 일주운동을 동에서 서쪽 방향으로 추적하는 회전성분 만을 추출할 수 있으며, 야간에 적경회전축(100)이 반대로 역회전하는 운동은 적위회전축(300)에 전달되지 않게 된다. 도 13에서 적위구동기구부(400)에 원웨이클러치(450)를 추가하여 구성한 실시예를 도시하였다. 도 13의 실시예에서는 적위감속기(410)의 입력축 전단에 원웨이클러치(450)를 설치하여 단방향의 정류된 회전성분만 적위감속기(410)로 입력될 수 있도록 하였다. 원리적으로는 적경회전구동장치(200)로부터 적위회전축(300)까지 구동력이 전달되는 어느 지점에 원웨이클러치(450)를 설치하여도 동일한 역할을 수행하게 된다. 물론 집광장치(600)의 부피가 작고, 주변의 간섭이 없는 경우에는 적경회전축(100)을 연속회전하면서 태양(a01)을 추적할 수 있으며, 원웨이클러치(450)를 사용할 필요가 없다.

원웨이클러치(450)을 사용하는 본 발명의 태양추적장치(1000)에 있어서, 도 14에 도시한 바와 같이, 적경회전축(100)이 야간에 동쪽위치로 복귀하기 위한 역회전을 제외하고 정상적으로 태양(a01)의 일주운동을 추적하면서 발생하는 주간 회전량은 하루에 약 반바퀴가 되는데, 상기 하루 약 반바퀴의 회전량에 대해 적위구동기구부(400)의 크랭크(421)가 약 1/365회전하는 감속비를 설정하여야 한다. 이때 상기 하루 약 반바퀴의 회전량은 주변 지형, 계절, 적경축의 기구적 운동범위, 등에 따라 달라지게 되므로, 설치하는 환경에 따라 적위감속기(410) 또는 감속비조절장치(440)을 적절히 조절하여 주어야 한다.

본 발명에 따른 감속비조절장치(440)는 적경회전축(100)의 회전운동에 따른 적위회전축(300)의 회전량의 비율을 조절하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 태양추적장치(1000)는 적경회전축(100)이 매일 태양의 일주운동를 추적하는 회전량과 연동하여 적위회전축(300)이 매일 조금씩 구동된다. 매일 조금씩 누적되는 적위회전축(300)의 회전량은 3개월에 23.5도에 불과한 미미한 양이다. 적위감속기(410)의 감속비가 정확히 설정되지 않으면 장기간 사용시 오차가 누적되어 정확성이 떨어지게 된다. 특히, 적경회전축(100)이 주야간에 반대방향으로 왕복회동하도록 운영하는 경우, 주변환경이나 설치조건 등에 따라 적경회전축(100)의 운동범위가 달라질 뿐 아니라, 원웨이클러치(450)의 작동에 있어서 추가적인 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 주변에 장애물이 없는 해변가와 달리, 산간지역에서는 주간에 태양을 추적하는 시간이 현저히 줄어들고, 적경회전축(100)의 운동범위를 줄여주어야 한다. 여러 개의 태양추적장치(1000)를 설치하는 경우에, 서로 태양광을 가리지 않도록 배치함에 있어서, 적경회전축(100)의 회전량을 제한 할 수도 있다. 이와 같이, 장기간 운행에 따라 누적되는 오차가 발생 할 수 있으므로, 적위감속기(410)의 감속비를 손쉽게 조절 할 수 있도록 감속비조절장치(440)을 구비하는 것이 바람직하다.

감속비조절장치(440)를 구현하는 하나의 실시예로서, 도13에 도시한 바와 같이, 적경회전구동장치(200)의 적경웜기어(222)로부터 회전력을 추출하여 감속비조절장치(440)에 입력되도록 하였다. 감속비조절장치(440)의 하나의 실시예로써 무단변속기에 주로 사용되는 회전반경을 가변할 수 있는 풀리-벨트 전달장치를 사용할 수 있다. 경사면을 갖는 두 개의 회전바퀴를 서로 마주보게 설치하여 브이홈풀리를 구성하는데, 두 개의 회전바퀴의 간격을 조절 가능하도록 한다. 브이홈풀리의 간격을 늘이면 벨트가 구동되는 유효 회전반경이 줄어들고, 브이홈풀리의 간격을 줄이면 벨트가 구동되는 유효 회전반경이 커지는데, 이를 통해 감속비를 높이거나 줄일 수 있다. 이와 달리, 반경을 달리하는 다단의 풀리를 양축에 설치하고 적절한 위치에 벨트를 걸어줌으로써 감속비를 조절할 수 도 있다. 이 외에도 풀리의 반경을 조절하는 다양한 기구구성이 가능하며, 풀리 뿐 아니라 다른 메커니즘을 통해 감속비를 조절할 수도 있다.

감속비를 조절함에 있어서, 적위회전축(300)의 단기간의 오차를 반영하기보다는 상하로 왕복회동하는 1년의 주기를 맞추는 데에 초점을 맞추어야 한다. 일반적으로 계절에 따라 적경회전축(100)의 회전량이 달리 하게 되며, 적위회전축(300)으로 누적되는 각도도 변화하기 때문이다. 예를 들어, 여름에 적경회전축(100)의 회전량이 늘어나면 적위회전축(300)의 변화도 더 빨라지게 되고, 반대로 겨울에는 적위회전축(300)에 전달되는 각도의 누적량이 적어지게 된다. 결과적으로 적위회전축(300)의 변화가 단기적으로는 수식4에서 제시된 곡선에서 벗어나서 오차가 발생하더라도, 여름과 겨울에 누적되는 오차가 상쇄되어, 전체 1년의 주기가 흐르면 오차가 스스로 해소하게 된다.

본 발명의 적위표시장치(460)는 태양추적장치(1000)에 부착된 집광장치(600)가 천구(a19)를 향하는 방향의 적위(a12)를 각도로 표시하여 주는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명의 절기표시장치(470)는 태양추적장치(1000)에 부착된 집광장치(600)가 천구(a19)를 향하는 방향의 적위(a12)를 절기(a40)로 환산하여 표시하여 주는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 태양추적장치(1000)를 처음 설치할 때, 설치하는 시기에 따라 적위회전축(300)의 각도를 적절히 조절하여 집광장치거치대(550)와 이에 부착된 집광장치(600)의 방향을 태양(a01)의 적위(a12)에 맞추어 주어야 한다. 또한 본 발명의 태양추적장치(1000)를 장시간 운영하다 보면, 적위회전축(300)의 각도와 현재 하늘에 떠있는 실제 태양(a01)의 적위(a12)와 차이가 발생할 수 있으며, 이를 보정할 필요가 있다.

적위회전축(300)의 각도를 표시하기 위한 적위표시장치(460)의 하나의 실시예를 도 15에 도시하였다. 집광장치거치대(550)는 태양(a01)의 적위(a12)가 0도가 되는 춘분(a41)과 추분(a43)에서 적경회전축(100)과 평행한 중립상태가 된다. 본 발명의 적위표시장치(460)의 실시예에서는, 집광장치(600)와 함께 회전하는 집광장치거치대(550)에 적위측정바늘(461)을 고정하고, 적위회전지지대(540) 에 적위눈금(462)을 부착하여 집광장치거치대(550)와 적경회전축(100)이 이루는 각도를 측정할 수 있도록 하였다. 상기 적위표시장치(460)을 통해 태양추적장치(1000)가 실제로 향하고 있는 천구(a19)상의 적위(a12)를 손쉽게 파악할 수 있다.

태양추적장치(1000)를 장시간 운영하면서, 정확하게 작동하고 있는지 확인하는 것은 매우 중요한 일이다. 이를 위해, 적위표시장치(460)에서 측정된 태양추적장치(1000)의 실제 방향과 측정 시기에 따른 태양(a01)의 적위(a12)를 비교하여 확인하는 것은 다소 불편하다. 수식 4에서 정리한 바와 같이, 태양(a01)의 적위(a12)와 절기(a40) 사이에는 일정한 상관관계가 있으며, 세계 대부분의 나라에서 날짜를 셈하는 방법으로 태양(a01)의 적위(a12)에 근거한 태양력을 사용하기 때문에, 태양(a01)의 적위(a12)는 달력의 날짜로 쉽게 환산된다. 따라서, 태양추적장치(1000)의 실제 방향을 적위표시장치(460)를 통해 각도로 표현하는 것보다, 상기 각도를 태양추적장치(1000)가 추적하고 있는 절기(a40)로 환산하여 표시하면 보다 직관적으로 오차를 파악할 수 있다.

적위회전축(300)의 각도를 시간상의 절기(a40)로 환산하여 표시하는 절기표시장치(470)의 하나의 실시예를 도 15에 도시하였다. 적위감속기(410)의 출력축에 연결된 크랭크(421)에 절기측정바늘(471)을 설치하여 같이 회전하도록 하고, 적위회전지지대(540)에 절기눈금(472)을 구비함으로서, 크랭크(421)의 회전량을 그에 상응하는 절기(a40)로 환산하여 읽도록 한다. 예를 들어, 상기 크랭크(421)가 한 해에 한 바퀴 회전하도록 설계된 경우, 크랭크(421)의 회전량과 절기(a40)와의 상관관계는 도 15에 도시한 바와 같다. 따라서, 절기눈금(472)을 크게 4등분하여 춘분(a41), 하지(a42), 추분(a43), 동지(a44)를 각각 표시하여 상기 크랭크(421)과 같이 회전하고, 절기측정바늘(471)을 통해 현재 크랭크(421)의 회전각도를 해당하는 절기(a40)로 환산하여 읽을 수 있도록 한다. 물론, 4절기뿐 아니라, 12절기, 매월, 또는 하루 단위의 세부 눈금을 두면 보다 정밀한 측정이 가능하다. 또한 여름과 겨울에 누적되는 회전량이 다른 경우에 이를 감안하여 눈금의 간격을 달리할 수도 있다. 도 12의 크랭크(421)의 각도변화를 보면, 여름의 구간이 겨울 구간보다 길도록 설계하였으며, 따라서 여름의 눈금의 간격을 겨울보다 길게 하여야 한다.

본 발명의 태양추적장치(1000)가 제대로 설치되고 오차가 적절히 보정되어 운영되는 경우, 매일 적경회전축(100)이 태양의 일주운동을 따라 조금씩 움직이면, 상기 절기측정바늘(471)이 통과하는 절기눈금(472)도 하루씩 증가하게 되고, 4절기를 거쳐서 일년이 지나면, 절기눈금(472)이 한 바퀴를 돌아서 원래 날짜로 돌아오게 된다. 절기표시장치(470)를 통해 정기적으로 적위회전축(300)의 각도를 시간상의 절기(a40)로 환산하고, 이를 현재 달력상의 날짜와 일치하는지 비교하면, 적위회전축(300)의 추적오차를 직관적으로 파악할 수 있으며, 조금씩 빨라지거나 늦어지는 추적 오차의 추이를 감속비조절장치(440)에 반영하여 보다 정확한 추적이 가능하도록 조치할 수 있다.

상술한 적위표시장치(460)와 절기표시장치(470)는 눈금의 단위의 차이일 뿐, 원리적으로 동일하다. 상기의 적위표시장치(460)에 눈금을 절기(a40)로 표시하면 절기표시장치(470)로 사용할 수 있으며, 각 장치의 눈금에 각도와 절기(a40)를 병기하면, 적위표시장치(460)와 절기표시장치(470)를 통합하여 하나의 표시장치로 사용할 수 있다. 또한 적경회전구동장치(200)로부터 발생한 구동력이 적위구동기구부(400)를 통해 적위회전축(300)에 전달되기까지 거치는 모든 구동축에서 태양추적장치(1000)가 향하고 있는 적위(a12)와 절기(a40)의 정보를 포함하고 있기 때문에, 상기 동력 전달 경로의 어느 지점에 눈금을 표시하더라도, 적위회전축(300)의 회전각 또는 그에 상응하는 절기(a40)를 파악할 수 있다. 따라서, 상기의 실시예 뿐 만 아니라 이에 응용하는 다양한 방법이 가능하다.

예를 들어, 적경회전구동장치(200)으로 부터 적위회전축(300)까지 동력이 전달되는 한 지점으로부터, 측정을 위한 별도의 회전축을 부설하고 그 끝에 눈금이 표시된 회전판을 설치하여 측정할 수 있다. 물론, 적경구동축(100)이 왕복회동하고 원웨이클러치(450)를 통해 단방향의 회전성분을 적위회전축(300)에 전달하는 경우, 원웨이클러치(450)를 거쳐서 정류된 회전성분이 전달되는 동력축의 한 지점에서 적위표시장치(460) 또는 절기표시장치(470)를 설치하여야 한다.

적경회전축(100)에 대해서도 적경표시장치(480)가 있으면 본 발명의 태양추적장치(1000)의 오작동 여부를 손쉽게 알 수 있다. 도 15에서 적경측정바늘(481)과 적경눈금(482)을 각각 적위회전지지대(540)과 적경회전지지대(530)에 구비하여 적경표시장치(480)를 구성하는 하나의 실시예를 도시하였다.

본 발명에 따른 태양추적장치(1000)의 운영방법은, 도 18에 도시한 바와 같이,

적경회전축(100)의 방향을 지구자전축(a34)과 일치시키는 제1단계(S01);

적위회전축(300)의 각도를 태양(a01)의 적위(a12)와 일치시키는 제2단계(S02);

적경회전구동장치(200)를 통해 적경회전축(100)을 구동하여 태양(a01)의 일주운동을 추적하는 제3단계(S03);

적경회전구동장치(200)의 구동력의 일부를 적위구동기구부(400)를 통해 적위회전축(300)으로 전달하여 연주운동에 따른 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화를 추적하는 제4단계(S04);

로 구성한다.

필요에 따라 다음의 단계들을 추가적으로 포함하여 운영할 수 있다

적위회전축(300)의 운동변위가 지구자전축의 기울기(a05)보다 작거나 큰 경우, 적위구동기구부(400)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동변위를 변경하는 제5단계(S05); 또는

적위회전축(300)의 운동주기가 지구(a02)의 공전주기보다 길어지거나 짧아지는 경우, 감속기조절장치(440)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동주기를 변경하는 제6단계(S06); 또는

적위회전축(300)의 각도가 태양(a01)의 적위(a12)와 차이가 큰 경우, 커플링(430)을 해제하고 적위회전축(300)의 각도를 재설정하는 제7단계(S07);

를 포함할 수 있다.

상기 추가적으로 포함할 수 있는 제 5단계, 제 6단계, 및 제 7단계를 모두 포함하여 운영하는 방법을 도 19에 도시하였다.

본 발명에 따른 태양추적장치(1000)의 운영방법에 따른, 각 단계에 대해 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)가 제대로 기능하기 위해서는, 본 발명에 따른 태양추적장치(1000)의 운영방법에서 제공하는 제1단계 및 제2단계를 참조하여, 정확하게 설치해 주어야 한다.

적경회전축(100)의 방향을 조절하여 지구자전축(a34)과 일치시키는 제1단계(S01)에 대해 설명하고자 한다.

본 발명의 태양추적장치(100)를 실시함에 있어서 가장 먼저 해야 할 일은 지면에 튼튼한 기초를 마련하고, 지면의 기울기를 기준하는 수평계, 기울기를 측정하는 각도계, 거리를 측정하는 거리계, 자북을 측정하는 나침반, 진북을 측정하기 위한 데오도라이트 또는 토탈스테이션, 등의 계측장비를 활용하여, 적경회전축(100)이 지구자전축(a34)과 일치하도록 설치하는 것이다. 이를 위해, 두 개의 각도, 즉 지평면(a29)에서의 방위각(a21)와 하늘을 향하는 고도(a22)를 동시에 맞추어 주어야 한다.

상기 방위각(a21)을 맞추는 방법은, 적경회전축(100)이 자오선(a24)이 통과하는 평면에 놓이도록, 적경회전축(100)을 지면에 투영하여 양끝이 각각 남쪽과 북쪽을 향하도록 하는 것이다. 도 7(a)에 도시한 하나의 기둥(520)을 사용한 실시예에서는 기둥(520)을 적절히 회전시켜서 방향을 맞추어 준다. 도 7(b)에 도시한 두 개의 기둥(520a, 520b)을 활용한 실시예에서는 각 기둥의 상대적 위치를 조절하여 방향을 맞추어 준다.

상기 고도(a22)를 맞추는 방법은, 설치장소의 위도(a32)를 고려하여 적경회전축(100)과 지평면(a29)이 이루는 각도를 조절하는 것이다. 예를 들어, 북반구의 경우 북점(a26)으로부터 적경회전축(100)과 지면이 이루는 각도가 설치장소의 위도(a32)만큼 기울어지도록 설치하고, 남반구의 경우 남점(a25)으로 부터 적경회전축(100)과 지면이 이루는 각도를 설치장소의 위도(a32)만큼 기울여 준다. 따라서, 설치장소가 적도(a37)인 경우, 적경회전축(100)이 지평면(a29)과 평행하게 되고, 북극(a35) 또는 남극(a36) 에 설치하는 경우 적경회전축(100)이 기둥(520)과 같이 지평면(a29)으로부터 수직하게 세워지게 되며, 대한민국에 설치하는 경우 북점(a26)으로부터 약 37도, 남점(a25)으로 부터 천정을 지나 약 143도 정도 지평면(a29)으로부터 기울어지게 설치한다. 본 발명의 하나의 기둥(520)을 사용한 실시예에서는 기둥(520)에 고정된 적경회전지지대(530)를 적절히 기울여 줌으로써 적경회전축(100)의 고도(a22)를 조절할 수 있다. 본 발명의 두 개의 기둥(520a, 520b)을 가진 지지대(510)의 실시예에서는 길이 변경이 가능한 기둥(520a 또는 520b)의 높이를 조절하여 적경회전축(100)의 고도(a22)를 조절할 수 있다.

적위회전축(300)의 각도를 절기(a40)에 따른 태양(a01)의 적위(a12)와 일치시키는 제2단계(S02)에 대해 자세히 설명하고자 한다. 본 발명의 태양추적장치(1000)를 초기 설치함에 있어서, 제1단계(S01)뿐 만 아니라 적위회전축(300)을 조절하는 제2단계(S02)를 올바르게 수행하여야 한다. 상기 제2단계(S02)는 절기(a40)에 따른 적도면(a17)과 황도(a18)의 간격, 즉 계절에 따른 태양(a01)의 적위(a12)에 따라 적위회전축(300)의 각도를 조절하는 것으로서, 결과적으로 집광장치거치대(550)의 각도를 변경하고 부착되는 집광장치(600)가 태양(a01)을 향하도록 맞추어 주게 된다. 수식 4에서 정리된 바와 같이, 태양(a01)의 적위(a12)는 춘분(a41) 때에 0도인 지점, 즉 천구(a19)의 적도면(a17)을 통과하여, 하지(a44)때 지구자전축의 기울기(a05)의 각도에 이르기까지 단조 증가한다. 하지(a44)에서 최대각도의 남중고도(a23)에 올랐다가 이후 다시 감소하여, 추분(a43)이 지나면 천구(a19)의 적도면(a17)을 지나 남반구에 머무르게 되는데, 동지(a44)때에 태양(a01)의 남중고도(a23)는 최소각도를 갖는다. 지구(a02)의 남반구에서는 계절의 변화가 북반구와 반대로 나타나고 측정상의 기준점이나 계절상의 절기(a40)가 달라지기 때문에, 이를 감안하여 본 발명이 제공하는 태양추적장치(1000)를 실시하여야 한다.

본 발명의 태양추적장치(1000)를 구현함에 있어서, 커플링(430)을 구비하지 않은 경우에는, 적경회전축(100)을 계속 돌려주면서, 이와 연동하여 움직이는 적위회전축(300)의 각도가 절기(a40)에 따라 적절한 적위(a12)를 가지도록 조절한다. 적경회전축(100)이 약 365번 회전하는 동안 적위회전축(300)이 단지 한 주기의 운동을 하기 때문에, 적위회전축(300)을 조금만 움직이려고 해도, 적경회전축(100)을 많이 돌려주어야 하는 불편함이 따른다. 커플링(430)을 포함하는 본 발명의 태양추적장치(1000)의 경우, 적경회전축(100)과 적위회전축(300)의 구속을 즉시 해제하고, 적위회전축(300)을 독립적으로 조절할 수 있다. 즉, 적위구동기구부(400)의 동력전달축상에 설치된 커플링(430)을 풀게되면, 적경회전축(100)에 영향을 주지 않고 적위회전축(300)과 이에 부착된 집광장치거치대(550)의 각도를 자유롭게 조절할 수 있는 것이다.

적위표시장치(460)가 구비된 본 발명의 태양추적장치(1000)의 경우, 별도의 측정장비가 없더라도 적위표시장치(460)의 적위눈금(462)을 통해 집광장치(600)가 향하는 천구(a19)상의 적위(a12)를 쉽게 알 수 있으며, 이를 참조하여 적위회전축(300)을 조절해 주면 된다. 절기표시장치(460)를 구비하면, 계절상의 절기(a40)에 따른 태양(a01)의 적위(a12)를 환산하고, 이에 따라 적위회전축(300)의 각도를 조절하는 불편함을 해소할 수 있다. 절기표시장치(460)를 포함하는 본 발명의 태양추적장치(1000)의 실시예에 있어서, 적위회전축(300)의 각도가 계절상의 절기(a40)로 환산되어 표시되기 때문에, 상기 적위회전축(300)의 각도를 태양(a01)의 적위(a12)와 비교할 필요 없이 절기눈금(472)을 읽어서 현재 시간상의 절기(a40)에 맞추어 주기만 하면 된다. 즉, 각도와 각도를 비교하는 것이 아니라, 시간과 시간을 비교하는 맞추어주는 방식을 사용하기 때문에 보다 직관적이다.

상기 설명된 제1단계(S01)과 제2단계(S02)는 본 발명의 태양추적장치(1000)를 초기 설치함에 있어서 필수적인 운영단계에 대한 것이다. 이후 설명하는 제3단계(S03)와 제4단계(S04)는 본 발명의 태양추적장치(1000)의 초기 설치를 마치고 태양을 추적하는 과정에 있어서 필수적인 운영단계에 관한 것이다.

적경회전구동장치(200)를 통해 적경회전축(100)을 구동하여 태양(a01)의 일주운동을 추적하는 제3단계(S03)에 대해 자세히 설명하고자 한다.

제1단계(S01)와 제2단계(S02)에 따라, 본 발명이 제공하는 태양추적장치(1000)의 초기 설치가 끝나면, 태양추적장치(1000)에 부착된 집광장치(600)가 매일 발생하는 태양(a01)의 일주운동을 따라 움직이도록, 태양추적장치(1000)를 구동하여야 한다. 일주운동을 추적하는 가장 단순한 방법은 미리 정해진 프로그램에 따라 아침의 특정시간에 동쪽의 특정각도에서 시작하여 적경회전축(100)을 지구가 자전하는 시간당 약 15도의 일정한 각속도로 구동하다가 저녁의 특정시간에 서쪽의 특정각도에서 멈추도록 하고, 야간에 동쪽으로 복귀하도록 한다. 이와 같이 시간에 기반한 프로그램에 의한 수동적추적방법은, 태양추적장치(1000)가 설치된 장소의 위도(a32) 및 경도(a31)의 데이터가 정확하고, 적경회전축(100)의 방향이 정밀하게 설치되면, 큰 오차 없이 태양(a01)을 정밀하게 추적할 수 있다. 시간에 기반한 프로그램을 운용함에 있어서, 또한 지구(a02)의 공전궤도가 정확한 원이 아니라 타원이기 때문에 근일점과 원일점에서의 공전속도의 차이로 인하여 최대 약 8분 정도 (각도로 환산하면 약 2.5도의 추적오차에 상응) 균시차가 발생할 수 있으므로, 케플러 법칙을 통해 평균태양시에서 균시차를 보정함으로써 보다 정밀한 프로그램을 운용할 수 있다. 다만, 상기 프로그램에 기반한 수동적 추적방법은 구동장치의 슬립현상과 같은 외부요인으로 인하여 오차가 발생한 경우 이에 대한 실시간 보정이 불가능한 단점을 가진다. 상기 수동적 추적방법의 단점을 보완하는 방법으로서 태양(a01)을 감지하는 센서를 구비하여 태양(a01)의 위치를 실시간으로 측정하고, 파악된 위치에 따라 적경회전축(100)을 구동하도록 할 수 있다. 이와 같이 센서에 기반한 능동적 추적방법의 경우, 기기의 고장과 같은 외부적인 문제가 발생하더라도, 실제 확인된 태양(a01)의 위치를 실시간으로 확인하여 작동하는 장점을 가진다. 반대로, 날씨의 영향이나 지나가는 장애물로 인하여 일시적으로 작동을 멈출 수 있으며, 진동에 취약하여 일정한 속도를 유지하지 못하고 가다서다를 반복하며 속도의 변화가 심한 단점이 발생할 수 있다. 가장 바람직한 방법은 두 가지 방법을 병용하여, 기본적으로는 미리 정해진 프로그램에 따라 관측지의 데이터에 기반하여 시간에 따라 태양추적장치(1000)를 운용하되, 센서를 사용하여 태양(a01)의 추적상태를 모니터링하고, 오차가 큰 경우 실시간으로 이를 보정하도록 할 수 있다.

적경회전구동장치(200)의 구동력의 일부를 적위구동기구부(400)를 통해 적위회전축(300)으로 전달하여 절기(a40)에 따른 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화를 추적하는 제4단계(S04)에 대해 자세히 설명하고자 한다.

제4단계(S04)는 제3단계(S03)에 의해 자동으로 발생하는 것으로서, 상기 제3단계(S03)에서 적경회전축(100)이 태양의 일주방향을 따라 회전하게 되면, 상기 적경회전축(100)의 회전각도는 적위구동기구부(400)를 통해서 적위회전축(300)에 전달되어 태양의 연주운동을 따라 상하로 왕복회동하게 된다. 이를 위해 적경회전구동장치(200)의 구동력전달경로의 한 지점에서 구동력을 추출하여, 설치된 적위구동기구부(400)를 통해 적위회전축(300)을 구동하도록 하는데, 적경회전축(100)이 한방향으로 연속회전하지 않는 경우에는, 원웨이클러치(450)을 사용하여 순수하게 태양(a01)의 일주운동을 추적하는 단방향 회전성분만을 선별적으로 전달하도록 한다. 적경회전축(100)이 태양(a01)의 일주운동을 추적하면서 1년동안 누적되는 회전량이 적위회전축(300)의 상하로 왕복회동하는 운동주기와 일치하도록 적위구동기구부(400)를 설계하게 되는데, 상기 적위구동기구부(400)의 적위감속기(410)의 출력축이 1년에 1회전하도록 감속비를 조절하면 기구부의 설계가 용이하다. 예를 들어 적위감속기(410)의 출력축에 크랭크(421)를 설치하고, 적위회전축(300)에는 태양의 연주운동에 따라 함께 상하로 회동하는 로커(422)를 설치하고, 4절링크를 구성하여 크랭크(421)가 1년에 1회전하게 되면, 로커(422)와 고정된 적위회전축(300)은 1년을 주기로 상하 왕복회동하게 된다. 이때 크랭크(421), 커넥팅로드(423), 로커(422)의 상대 길이 및 각 연결조인트의 위치를 조절할 수 있도록 하면, 4절링크의 운동범위를 변경하여 상하로 각각 지구자전축의 기울기(a05) 각도를 가지도록 조절하기가 용이하다.

본 발명에 따른 태양추적장치(1000)의 운영방법에 있어서, 기본적으로 제1단계(S01)에서 제4단계(S04)까지의 4단계 만으로 운영하는 것이 가능하다. 유지보수의 편의를 위하여 제5단계(S05) 또는 제6단계(S06) 또는 제7단계(S07)를 추가적으로 포함하여 운영할 수 있다

적위회전축(300)의 운동변위가 지구자전축의 기울기(a05)보다 작거나 큰 경우, 적위구동기구부(400)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동변위를 변경하는 제5단계(S05)에 대해서 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000) 에 있어서, 1년을 주기로 하는 적위회전축(300)의 상하 회동하는 운동변위가 지구자전축의 기울기(a05)보다 작거나 커지게 되면, 태양(a01)을 추적하는 오차가 커지게 된다. 적위회전축(300)의 운동변위는 적위구동기구부(400)의 기구적 구성에 따라 결정되는 값으로서, 적절한 범위를 가지도록 정밀하게 설계되어야 한다. 본 발명의 적위구동기구부(400)를 구현한 일 실시예에서는, 크랭크(421), 로커(422), 또는 커넥팅로드(423)의 조인트의 위치 및 링크의 길이를 조절하여 운동변위 및 구간별 속도를 조절하도록 하였다. 상기 링크의 길이 및 각 연결조인트의 위치를 조절하면, 적위회전축(300)의 운동변위 뿐 만 아니라 운동궤적, 구간속도 등을 비롯한 다양한 운전특성을 조절할 수 도 있다. 다만, 적위회전축(300)의 운동변위는 설치하는 위치나 주변환경에 따라 변경할 필요가 없는 것으로서, 지구상의 어디에 설치하든지 동일하게 운영되며, 조절할 상황이 자주 발생하는 것은 아니다.

적위회전축(300)의 운동주기가 지구(a02)의 공전주기보다 길어지거나 짧아지는 경우, 감속비조절장치(440)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동주기를 변경하는 제6단계(S06)에 대해 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)를 장시간 운영하다 보면, 적위회전축(300)의 운동주기가 태양(a01)의 연주운동의 주기보다 조금씩 빨라지거나 느려질 수 있다. 무엇보다, 설치하는 장소의 주변 지형지물과 같은 환경조건에 따라 하루 일주운동을 추적하는 적경회전축(100)의 회전범위를 조절게되는데, 이에 따라 적위구동기구부(400)의 감속비를 조절해 주어야 한다. 예를 들어, 해변가와 같이 주변이 트인 곳에서는 하루 최대 180도까지 운동하게 되고, 산간지방의 경우에는 주변에 장애물이 많아서 일출시간이 늦어지고 일몰시간은 빨라지기 때문에 하루 회전량이 줄어든다. 이와 같이 적경회전축(100)의 회전량이 지역에 따라 달라지더라도, 적위회전축(300)이 태양(S01)의 연주운동을 추적하기위해서 하루 움직여야 하는 회전각도는 수식4에 명시된 바와 같이 변함이 없기 때문에, 설치하는 장소의 환경을 고려한 적경회전축(100)의 가동범위에 따라 적위구동기구부(400)의 감속비를 조절해 주어야 한다. 본 발명의 태양추적장치(1000)을 운영하면서 적위회전축(300)의 상하로 회동운동하는 주기가 지구의 실제 공전주기보다 짧아지는 것은, 적위구동기구부(400)의 감속비가 부족한 것이므로, 감속비를 증가시키도록 한다. 적위회전축(300)의 운동주기가 지구의 실제 공전주기보다 길어지는 것은, 감속비가 큰 것이므로, 감속비를 감소시키도록 한다. 적위표시장치(460) 또는 절기표시장치(470)을 구비한 경우 이를 참조하면 상기 운동주기의 오차를 확인하는 것이 용이하다. 주기적으로 적위회전축(300)의 운동주기를 확인하고, 오차가 발생하는 경우 상기 적위구동기구부(400)의 감속비를 적절하게 가감하도록 조절하여 해소하도록 한다. 적위구동기구부(400)의 감속비가 고정된 경우, 적위회전축(300)의 운동주기를 변경하는 것이 불편하기 때문에, 본 발명에서는 감속비조절장치(440)를 부착하는 것을 권장하였다.

적위회전축(300)의 각도가 태양(a01)의 적위(a12)와 차이가 큰 경우, 커플링(430)을 해제하고 적위회전축(300)의 각도를 재설정하는 제7단계(S07)를 자세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 제공하는 태양추적장치(1000)를 장시간 운영하게 되면, 적위회전축(300)의 운동변위 또는 운동주기에 있어서 오차가 발생할 수 있으며, 이러한 경우 상기 설명된 제5단계(S05) 또는 제6단계(S06)에서 제시된 방법으로 추후 발생하는 오차를 줄이도록 한다. 그러나 이미 누적된 오차가 그대로 남아있기 때문에, 이를 해소하기 위한 추가적인 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 적위회전축(300)이 태양(a01)의 적위(a12)를 추적하면서 누적된 오차를 해소하기 위해서는, 제2단계(S02)와 유사한 방법으로, 먼저 커플링(430)을 해제하고, 적위회전축(300)을 독립적으로 회전시켜 누적된 오차를 해소하고, 다시 커플링(430)을 연결함로써 적위회전축(300)이 적경회전축(100)과 연동하여 움직이도록 구속한다.

1000 : 태양 추적장치 100 : 적경회전축
200 : 적경회전구동장치 210 : 액츄에이터
220 : 적경감속기 300 : 적위회전축
400 : 적위구동기구부 410 : 적위감속기
420 : 왕복회동변환기구부 421 : 크랭크
422 : 로커 423 : 커넥팅로드
424 : 조인트 위치 및 링크 길이 조절 수단 430 : 커플링
440 : 감속비조절장치 450 : 원웨이클러치
460 : 적위표시장치 470 : 절기표시장치
480 : 적경표시장치 500 : 프레임
510 : 받침대 520 : 기둥
530 : 적경회전지지대 540 : 적위회전지지대
550 : 집광장치거치대 560 : 균형무게추
600 : 집광장치
a01 : 태양 a02 : 지구
a03 : 태양광선 a04 : 태양의 일주운동 경로
a05 : 지구자전축의 기울기(약 23.5도) a10 : 적도좌표계
a11 : 적경 a12 : 적위
a13 : 천축 a15 : 천구 북극
a16 : 천구 남극 a17 : 적도면
a18 : 황도 a19 : 천구
a20 : 지평좌표계 a21 : 방위각
a22 : 고도 a23 : 남중고도
a24 : 자오선 a25 : 남점
a26 : 북점 a27 : 동점
a28 : 서점 a29 : 지평면
a30 : 지구좌표계 a31 : 경도
a32 : 위도 a33 : 여위도
a34 : 지구자전축 a35 : 북극
a36 : 남극 a37 : 적도
a40 : 절기 a41 : 춘분 (절기)
a42 : 하지 (절기) a43 : 추분 (절기)
a44 : 동지 (절기) a45 : 춘분점 (천구상의 위치)
a46 : 하지점 (천구상의 위치) a47 : 추분점 (천구상의 위치)
a48 : 동지점 (천구상의 위치)
a51 : 지구의 자전운동 a52 : 지구의 공전운동
a53 : 태양의 연주운동 a54 : 천구의 일주운동
a55 : 일주운동을 추적하는 적경회전축의 회전운동
a56 : 연주운동을 보상하는 적위회전축의 왕복회동운동
L0 : 베이스링크 L1 : 제1링크
L2 : 제2링크 J1 : 제1조인트
J2 : 제2조인트

Claims (13)

1. 지구자전축(a34)과 평행하게 설치되어 태양(a01)의 일주운동에 따른 적경(a11)의 변화를 추적하는 적경회전축(100);
   상기 적경회전축(100)을 구동하는 적경회전구동장치(200);
   상기 적경회전축(100)과 수직하며 태양(a01)의 연주운동에 따른 적위(a12)의 변화를 추적하기 위해 1년을 주기로 왕복회동하는 적위회전축(300);
   상기 적경회전구동장치(200)가 상기 적경회전축(100)을 구동할 때, 그 회전력의 일부를 적위회전축(300)으로 전달하여 상하로 왕복 회동하도록 하는데, 상기 적위회전축(300)으로 전달되는 회전력의 단방향 회전성분을 선별하여 전달하도록 상기 적경회전구동장치(200)로부터 상기 적위회전축(300)까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치된 원웨이클러치(450)를 포함하는 적위구동기구부(400);
   로 구성된 태양추적장치(1000).
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 적경회전구동장치(200)로부터 상기 적위회전축(300)까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치되어 전달되는 회전비율을 가감할 수 있는 감속비조절장치(440)를 포함하는 태양추적장치(1000).
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 적경회전구동장치(200)로부터 상기 적위회전축(300)까지의 동력전달경로의 한 지점에 설치되어 전달되는 회전력을 연결하거나 차단할 수 있는 커플링(430)을 포함하는 태양추적장치(1000).
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 적위구동기구부(400)는, 상기 적경회전구동장치(200)의 구동력을 받아서 회전비를 변경하여 출력하는 적위감속기(410);
   상기 적위감속기(410)의 출력축에 부착된 크랭크(421);
   상기 적위회전축(300)에 고정되어 태양의 연주운동에 의한 적위(a12)의 변화에 따라 지구자전축의 기울기(a05) 만큼 상하로 왕복 회동하는 로커(422);
   상기 크랭크(421)의 한 끝과 상기 로커(422)의 한 끝을 연결하여 사절링크(420)를 구성하고 상기 크랭크(421)의 회전운동을 상기 로커(422)의 상하로 왕복 회동하는 운동으로 변환하는 커넥팅로드(423); 를 포함하는 태양추적장치(1000).
   
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 크랭크(421) 또는 상기 로커(422) 또는 상기 커넥팅로드(423)는, 조인트의 위치 또는 링크 길이를 조절하는 수단(424)을 구비하여, 상기 적위회전축(300)의 상하로 왕복회동하는 운동의 변위 및 구간별 속도를 변경할 수 있는 특징을 갖는 태양추적장치(1000).
   
   
7. 제1항에 있어서,
   적위회전축(300)의 회전량을 각도로 환산하여 표시하는 적위표시장치(460) 또는 상기 회전량을 연중 시간상의 절기(a40)로 환산하여 표시하는 절기표시장치(470)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적장치(1000).
   
8. 적경회전축(100)의 방향을 지구자전축(a34)과 일치시키는 제1단계(S01);
   적위회전축(300)의 각도를 태양(a01)의 적위(a12)와 일치시키는 제2단계(S02);
   적경회전구동장치(200)가 적경회전축(100)을 구동하여 태양(a01)의 일주운동을 추적하는 제3단계(S03);
   적위구동기구부(400)가 적경회전구동장치(200)의 구동력의 일부를 적위회전축(300)으로 전달하는데, 단방향 회전성분을 선별적으로 추출하고 1년을 주기로 황복회동하는 운동으로 변환하도록하여, 상기 적위회전축(300)이 연주운동에 따른 태양(a01)의 남중고도(a23)의 변화를 추적하는 제4단계(S04);
   로 구성된 태양추적장치(1000)의 운영방법.
   
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    적위회전축(300)의 운동변위가 지구자전축의 기울기(a05)보다 작거나 큰 경우, 적위구동기구부(400)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동변위를 변경하는 제5단계(S05); 또는
    적위회전축(300)의 운동주기가 지구(a02)의 공전주기보다 길어지거나 짧아지는 경우, 감속기조절장치(440)를 조절하여 적위회전축(300)의 운동주기를 변경하는 제6단계(S06); 또는
    적위회전축(300)의 각도가 태양(a01)의 적위(a12)와 차이가 큰 경우, 커플링(430)을 해제하고 적위회전축(300)의 각도를 재설정하는 제7단계(S07);
    중의 어느 하나의 단계를 포함하는 태양추적장치(1000)의 운영방법.
    
11. 제8항에 있어서,
    제4단계(S04)에서 적위회전축(300)의 왕복회동하는 각도는 상하로 각각 지구자전축의 기울기(a05)와 일치하는 태양추적장치(1000)의 운영방법.
    
12. 삭제
13. 제1에 있어서,
    적경회전축(100) 또는 적위회전축(300)에 부가된 하중이 균형을 이루어 자중으로 인한 회전을 방지하고 구동에 필요한 회전력을 최소화하는 목적으로, 각 회전축에 부가된 하중의 무게중심을 변경하여 각 회전축 상에 위치하도록, 무게와 부착위치를 조절할 수 있는 균형무게추(560)를 포함하는 태양추적장치(1000)
    
    
    

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