KR101315982B1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 복수개의 태양전지 모듈이 장착된 지지프레임을 하측에서 지지하는 제1지지유닛; 상기 제1지지유닛을 수직방향으로 상대 회동시키도록 상기 제1지지유닛의 하측에 링크절 구조로 결합되는 제2지지유닛; 상기 제1지지유닛과 제2지지유닛의 중심 부분을 각각 회동 가능하도록 결합하는 결합프레임; 상기 결합프레임의 하측에 마련되어 상기 결합프레임을 지면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부; 상기 결합프레임의 측방향에 일 측이 결합되고, 상기 타 측이 상기 제1지지유닛의 중심 부분에 결합되며, 상기 지지프레임을 수직방향으로 회동시키는 제2구동모터가 구비된 수직구동부 및 상기 결합프레임과 상기 수평구동부 사이에 개재되어 상기 결합프레임과 수평구동부 사이에 유격이 발생하는 것을 방지하는 탈거방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 고도 및 방향에 따라서 태양전지 모듈의 배치각도 및 배치 방향을 변화시킬 수 있는 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(38ㅀ)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52ㅀ정도이고, 하지에는 75.5ㅀ가 되며, 동지에는 28.5ㅀ정도가 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, 태양의 고도와 방향의 변화에 대응하여 태양전지 모듈의 배치각도와 배치방향을 시간대별 및 계절별로 변화시킬 수 있고, 태양전지 모듈을 안전하면서도 용이하게 설치할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 복수개의 태양전지 모듈이 장착된 지지프레임을 하측에서 지지하는 제1지지유닛; 상기 제1지지유닛을 수직방향으로 상대 회동시키도록 상기 제1지지유닛의 하측에 링크절 구조로 결합되는 제2지지유닛; 상기 제1지지유닛과 제2지지유닛의 중심 부분을 각각 회동 가능하도록 결합하는 결합프레임; 상기 결합프레임의 하측에 마련되어 상기 결합프레임을 지면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부; 상기 결합프레임의 측방향에 일 측이 결합되고, 상기 타 측이 상기 제1지지유닛의 중심 부분에 결합되며, 상기 지지프레임을 수직방향으로 회동시키는 제2구동모터가 구비된 수직구동부 및 상기 결합프레임과 상기 수평구동부 사이에 개재되어 상기 결합프레임과 수평구동부 사이에 유격이 발생하는 것을 방지하는 탈거방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.

상기 탈거방지부는 상기 결합프레임의 저면 단부에 등간격으로 복수개 결합되는 고정부재와, 상기 고정부재의 내주면에 결합되어 상기 수평구동부의 상면으로부터 가이드되는 한 쌍의 롤러부재를 포함할 수 있다.

상기 고정부재는 일 단면이 'ㄱ'자 형상으로 형성되어 상기 결합프레임의 저면에 고정되는 고정편과, 상기 고정편으로부터 상기 수평구동부의 상면 측 단부에 인접하게 연장되는 연장편을 포함할 수 있다.

상기 연장편은 상기 연장편의 내주면에 수직방향으로 서로 이격 배치되어 상기 롤러부재가 결합되도록 형성된 결합공을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 롤러부재는 상기 결합공 상에 결합되되, 상기 수평구동부의 상면 측 단부의 두께에 대응하여 수직방향으로 이격되도록 결합될 수 있다.

상기 제1지지유닛은 수평하게 이격 배치되는 한 쌍의 수직프레임과, 각각의 상기 수직프레임의 중심부분을 연결하는 제1수평프레임과, 상기 수직프레임의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임 및 제3수평프레임과, 상기 제1수평프레임과 상기 제2수평프레임의 중심을 각각 연결하는 제1보조 프레임을 포함할 수 있다.

상기 제2지지유닛은 상기 제1지지유닛의 일 측 하방에 마련되는 제1링크부와, 상기 제1링크부에 대응하여 상기 제1지지유닛의 타 측 하방에 마련되는 제2링크부를 포함할 수 있다.

상기 제1링크부 및 제2링크부는 각각의 상기 수직프레임 하측에서 회동 가능하도록 결합되는 제1링크 프레임 및 제2링크 프레임과, 상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임 하측 단부에 회동 가능하도록 결합되어 상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임을 연동시키며, 중심 부분이 상기 결합프레임으로부터 회동 가능하도록 결합되는 제3링크 프레임을 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 제1지지유닛으로부터 상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임이 회동 가능하도록 결합시키는 링크 브라켓을 더 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 제2지지유닛의 조립 강성을 증대시킬 수 있도록 상기 제1링크부에 마련되는 상기 제3링크 프레임과 상기 제2링크부에 마련되는 또 다른 제3링크 프레임을 각각 연결하는 제2보조 프레임을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면,

첫째, 제1지지유닛과 제2지지유닛 사이의 결합구조를 개선하여 제2지지유닛에 집중되는 하중 및 외력을 분산 지지할 수 있으며,

둘째, 수평구동부 및 수직구동부를 각각 구비하여 태양의 고도각 및 방위각의 변화에 대응하여 정확한 위치추적이 가능하고,

셋째, 태양의 정확한 위치추적에 따른 태양전지 모듈의 집광효율 및 발전효율을 극대화할 수 있으며,

넷째, 황사, 눈, 태풍과 같은 기상 환경에 따라 발생하는 강풍과 강설과 같은 외력으로 인한 태양전지 모듈 및 프레임이 변형 또는 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치의 후방 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 제2지지유닛의 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 도시하는 평면도이다.
도 4a는 도 4에 나타낸 탈거방지부를 도시하는 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 나타낸 탈거방지부의 내부를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 수직구동부를 도시하는 측면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 수직구동부를 도시하는 분해도이다.
도 7은 도 2에 나타낸 제어부를 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 8 내지 도 10은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 작동상태를 나타내는 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)의 후방 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 태양광 발전장치(100)는 복수개의 태양전지 모듈(10)이 결합위치를 변경할 수 있도록 장착되는 지지프레임(110)과, 상기 지지프레임(110)의 하중을 분산 지지하도록 상기 지지프레임(110)의 하측에 마련되는 제1지지유닛(120)과, 상기 제1지지유닛(120)을 수직방향으로 상대 회동시키도록 상기 제1지지유닛(120)의 하측에 링크절 구조로 결합되는 제2지지유닛(130)과, 상기 제1지지유닛(120)과 제2지지유닛(130)의 중심 부분을 각각 회동 가능하도록 결합하는 결합프레임(140)과, 상기 결합프레임(140)의 하측에 마련되어 상기 결합프레임(140)을 지면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터(M1)가 구비된 수평구동부(200) 및 상기 결합프레임(140)의 측방향에 일 측이 결합되고, 상기 타 측이 상기 제1지지유닛(120)의 중심 부분에 결합되며, 상기 지지프레임(110)을 수직방향으로 회동시키는 제2구동모터(M2)가 구비된 수직구동부(300)를 포함한다.

본 발명에 따른 실시예의 태양광 발전장치(100)는 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 출력을 내며, 상기 태양전지 모듈(10)의 개수는 전체 태양광 발전 용량과 관련이 있을 뿐 이에 따른 배치구조 및 형상이 변경될 수 있음은 물론이다.

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 이격되어 배치될 수 있다.

도면에 도시되지는 않았지만 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에는 피뢰부(미도시)가 마련될 수 있다. 상기 피뢰부는 상기 태양전지 모듈(10)에 낙뢰가 직접적으로 떨어지는 것을 방지하도록 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 높은 위치에 배치된다.

이때 상기 피뢰부는 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에 마련되는 것을 일 예로 설명하였지만, 상기 태양전지 모듈(10)이 수평 방향으로 눕혀지는 장소에서는 상기 지지프레임(110)의 각 모서리 부분에 상기 피뢰부를 설치하여 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)이 파손되는 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)과, 제3수평프레임(124) 및 상기 제1수평프레임(122)과 상기 제2수평프레임 각각의 중심을 연결하는 제1보조 프레임(125)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 수평구동부(200)는 지면을 지지하는 본체부(400)에 내장되며, 내부에 제1구동모터(M1)가 구비되고 상기 결합프레임과 상기 제1구동모터(M1)가 결합되어 상기 제1구동모터(M1)의 회전에 의해 방위각을 조절하게 된다.

상기 제1지지유닛(120)의 하측에는 상기 제1지지유닛(120)을 수직방향으로 회동 가능하도록 결합시키는 결합프레임이 배치된다.

상기 결합프레임(140)은 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 복수개의 체결부재(142)와, 상기 결합프레임(140)의 측방향으로 돌출되어 상기 수직구동부(300)가 회동 가능하도록 결합되는 것을 지지하는 고정프레임(145)을 포함한다.

상기 힌지 결합프레임(141)은 상기 지지프레임(110) 및 상기 제1지지유닛(120)을 전반적으로 지지하여 최대 하중이 가해지는 부분으로 단면적이 상기 지지프레임(110) 및 제1지지유닛(120)에 비하여 상대적으로 크게 형성된다.

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

상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)로부터 인출되는 전원선의 수납이 용이하도록 상기 지지프레임(110)의 길이방향을 따라서 내부에 덕트홈(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 덕트홈은 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 덕트홈이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 덕트홈은 상기 전원선 수납 후 내부에 먼지나 빗물이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 덕트캡(미도시)

도 3은 도 2에 나타낸 제2지지유닛(130)의 작동상태를 도시하는 참고도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 제1지지유닛(120) 및 제2지지유닛(130)을 도시하는 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제2지지유닛(130)은 상기 제1지지유닛(120)의 일 측 하방에 마련되는 제1링크부(131a)와, 상기 제1링크부(131a)에 대향하여 상기 제1지지유닛(120)의 타 측 하방에 마련되는 제2링크부(131b)를 포함한다.

여기서 상기 제1링크부(131a)와 제2링크부(131b)는 상기 제1지지유닛(120)으로부터 가해지는 하중 또는 외력을 상기 제2지지유닛(130)을 통하여 분산할 수 있도록 6개의 링크 관절로 형성된다.

상기 제1링크부(131a)와 제2링크부(131b)는 동일한 구성요소를 가지며, 상기 제1지지유닛(120)의 하방으로부터 각각 좌측 및 우측에 배치되므로 이하에서는 상기 제1링크부(131a)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

상기 제1링크부(131a)는 일 측에 배치되는 상기 수직프레임(150)의 하측에서 수직방향으로 회동 가능하도록 이격되어 각각의 일 단부가 결합되는 제1링크 프레임(132a) 및 제2링크 프레임(133a)과, 상기 제1링크 프레임(132a)과 제2링크 프레임(133a)의 타 단부를 연결하도록 결합되며 상기 제1링크 프레임(132a) 및 제2링크 프레임(133a)과 연동하여 회동 가능하도록 결하보디는 제3링크 프레임(134a)을 포함한다.

이때 상기 제1링크 프레임(132a) 및 제2링크 프레임(133a)의 일 단부는 상기 수직프레임(150) 상에 직접적으로 결합이 가능하고, 또한 상기 수직프레임(150)으로부터 하방으로 연장된 링크 브라켓(137)들에 간접적으로 결합될 수도 있다.

상기 링크 브라켓(137)은 상기 제1링크 프레임(132a) 및 제2링크 프레임(133a)의 회동이 상기 수직프레임(150)으로부터 간섭되지 않도록 결합시키며, 또한 보다 견고한 결합이 가능한 이점이 있다.

따라서 상기 제1링크 프레임(132a)과 제2링크 프레임(133a)은 상기 결합프레임(140)과 항상 평행하게 수직방향으로 배치되며, 상기 제1링크 프레임(132a)의 높이에 대응하여 상기 제2링크 프레임(133a)의 높이가 상대적으로 변화하는 시소운동이 이루어진다.

또한 상기 제3링크 프레임(134a)은 상기 지지프레임(110)과 항상 평행하게 회동이 이루어진다.

상기 수직프레임(150)의 중심부분과, 상기 제3링크 프레임(134a)의 중심부분은 각각 상기 결합프레임(140)의 상단으로부터 회동 가능하게 결합되며, 상기 수직프레임(150)의 중심부분이 보다 상측에 배치되도록 결합된다.

그러면 상기 수직구동부(300)의 작동에 따라서 일출 또는 일몰 시, 상기 제1링크 프레임(132a)의 높이가 높아짐과 동시에 상기 제2링크 프레임(133a)의 높이가 낮아지고, 태양의 고도가 가장 높아지는 순간을 기점으로 상기 제1링크 프레임(132a)과 제2링크 프레임(133a)의 높이차가 가장 적게 형성된다.

도 4와 같이 상기 제1링크부(131a)와 제2링크부(131b) 사이에는 상기 제1링크부(131a)와 제2링크부(131b) 사이의 조립강도를 보강하는 제2보조 프레임(135)이 결합된다. 상기 제2보조 프레임(135)은 상기 제1링크 프레임(132a)에 인접하는 부분과, 상기 제2링크 프레임(133a)에 인접하는 부분에 상기 제1수평프레임(122)과 평행하게 각각 한 쌍이 마련되는 것이 바람직하다.

이리하여 상기 제1링크부(131a)와 제2링크부(131b)는 상기 제1지지유닛(120)으로부터 상기 제2지지유닛(130)으로 가해지는 하중 및 외력을 복수개의 지점으로 분산하여 지지하기 때문에 보다 견고하고 안전한 태양광 발전장치(100)를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 4에서 설명하지 않은 참조부호 '250'은 탈거방지부를 나타낸다. 상기 탈거방지부(250)는 하기 도 4a와 4b를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4a는 도 4에 나타낸 탈거방지부(250)를 도시하는 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 나타낸 탈거방지부(250)의 내부를 도시하는 단면도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 탈거방지부(250)는 상기 결합프레임(140)과 상기 수평구동부(200) 사이에 발생하는 유격의 변동을 극히 제한하는 기능을 가진다.

상기 탈거방지부(250)는 상기 결합프레임(140)의 저면 단부에 결합되는 고정부재(210)와, 상기 고정부재(210)의 내주면에 결합되어 상기 수평구동부(200)의 상면을 가이드하는 롤러부재(230)를 포함한다.

상기 고정부재(210)는 일 단면이 'ㄱ'자 형상으로 형성되어 상기 결합프레임(140)에 고정되고, 바람과 같은 외력에 의해 상기 결합프레임(140)이 흔들리는 경우 상기 결합프레임(140)과 상기 수평구동부(200) 사이에서 상기 롤러부재(230)가 유격의 변동을 방지함으로써 파손이 발생하는 것을 방지한다.

보다 상세하게는 상기 결합프레임(140)과 상기 수평구동부(200) 사이에는 상기 제1구동모터(M1)와 연결되는 회전축이 배치되는데, 이때 상기 회전축에 의해 상기 결합프레임(140)과 수평구동부(200)는 수평방향으로 상대회전하게 된다. 그런데 상기 태양전지 모듈(도 1 참조, 10) 상에 많은 양의 눈이 내려 하중이 증가하거나, 태풍과 같은 강풍을 동반한 악천후 속에서 상기 회전축은 취약한 환경에 노출됨과 동시에 상기 결합프레임(140)과 수평구동부(200) 사이에 형성된 유격만큼 구부러지거나 파손될 수 있다.

따라서 상기 결합프레임(140)과 수평구동부(200) 사이에 형성된 유격에 변동을 방지함으로써 상기 회전축의 파손을 방지함과 아울러 상기 결합프레임(140)이 보자 정확한 각도로 태양의 방위각에 대응하여 회전할 수 있게 된다.

상기 고정부재(210)는 상기 결합프레임(140)의 하측 단부에 고정되는 고정편(211)과, 상기 고정편(211)으로부터 상기 수평구동부(200)의 상면 측 단부에 인접하도록 연장되는 연장편(212)을 포함한다.

상기 고정부재(210)는 상기 결합프레임(140)의 하측 단부에서 등 간격으로 복수개 마련되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 적어도 3개 이상 구비되는 것이 안정적이다. 본 발명에 따른 태양광 발전장치에서는 상기 탈거방지부(250)가 등간격으로 4개의 상기 고정부재(210)가 구비되는 것을 일 예로 설명한다.

상기 고정편(211)과 연장편(212)은 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 고정편(211)은 상기 결합프레임(140)의 하측 단부에 고정되며, 상기 연장편(212)에는 내주면에 상기 롤러부재(230)가 결합될 수 있도록 형성된 결합공(214)을 포함한다.

상기 결합공(214)은 상기 연장편(212)의 내주면에서 수직방향으로 한 쌍이 서로 이격되어 배치되며, 상기 롤러부재(230)는 상기 결합공(214)에 각각 수직방향으로 이격되어 결합된다.

그러면 상기 롤러부재(230)들 사이에는 상기 수평구동부(200)의 상면 측 단부 일부가 맞물리도록 삽입되고, 상기 결합프레임(140)과 상기 수평구동부(200) 사이에 형성된 유격은 상기 고정부재(210)의 강성에 의해 거의 변동이 없어진다.

따라서 상기 한 쌍의 롤러부재(230) 또는 상기 결합공(214)은 상기 수평구동부(200)의 상면 측 단부의 두께에 대응하도록 수직방향으로 이격되어 배치된다.

도 5는 도 2에 나타낸 수직구동부(300)를 도시하는 측면도이고, 도 6은 도 3에 나타낸 수직구동부(300)를 도시하는 분해도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 수직구동부(300)는 일 단부가 상기 제2구동모터(M2)와 결합되어 회전하며 외주면에 수나사가 형성되어 길이방향으로 길게 환봉 형상으로 형성되는 회전부재(301)와, 상기 회전부재(301)와 치합하여 상기 회전부재(301)의 회전운동에 따라서 전후방향으로 왕복 운동하도록 내주면에 암나사가 형성되고, 일 단부가 상기 제1지지유닛(도 1 참조, 120)으로부터 회동 가능하도록 결합되는 이송부재(303) 및 외주면의 하측이 상기 고정프레임(도 2 참조, 145)의 일 측으로부터 회동 가능하도록 결합되고, 상기 이송부재(303)가 내부에서 왕복 운동하는 것을 안내할 수 있도록 원통 형상으로 형성되는 가이드부재(305)를 포함한다.

상기 이송부재(303)는 마찰력 및 소음이 발생하는 것을 방지하도록 타 단 외주면에 결합되어 상기 가이드부재(305) 내주면과 접촉하도록 적어도 하나 이상 마련되는 제1부시(304)를 포함한다.

또한 상기 가이드부재(305)는 일 단부 내주면에 마련되어 상기 이송부재(303)가 왕복 운동 시 상기 제1부시(304)와 대향하도록 배치되어 상기 이송부재(303)의 진행방향을 안내하고 상기 이송부재(303)가 이탈되는 것을 제한하는 제2부시(306)를 포함한다.

상기 제2구동모터(M2)와 상기 회전부재(301) 사이에는 상기 회전부재(301)의 회전력을 제어할 수 있도록 상기 제2구동모터(M2)와 상기 회전부재(301) 사이에 개재되는 감속기(308)가 마련된다.

따라서 상기 회전부재(301)가 상기 제2구동모터(M2)에 의하여 회전하게 되면, 상기 회전부재(301)와 치합되는 상기 이송부재(303)가 상기 가이드부재(305) 내부에서 전후방향으로 이동하게 되고, 이때 상기 이송부재(303)의 일 단부에 결합된 상기 제1지지유닛(120)은 상기 지지프레임(110)과 함께 상기 태양전지 모듈(10)의 고도각을 조절하여 태양의 위치에 따른 고도각의 제어가 이루어진다.

그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 시간에 따른 태양의 이동 궤적을 따라서 상기 태양전지 모듈(10)의 방위각 및 고도각을 조절할 수 있도록 상기 본체부(400)는 상기 제1구동모터(M1) 및 제2구동모터(M2)를 각각 제어하는 제어부(500)를 포함한다.

도 7은 도 2에 나타낸 제어부(500)의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 상기 제어부(500)는 GPS 모듈(510), 통신모듈(520), 기상 모듈(530) 및 제어모듈(540)로 이루어지면서 상기 제1구동모터 및 제2구동모터를 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 제어모듈(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 반대방향인 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 제어모듈(540)로 전달하고, 상기 제어모듈(540)은 상기 태양 전지모듈(10)들이 하늘을 향하도록 상기 제1구동모터 및 제2구동모터를 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 제어모듈(540)로 전달하고, 상기 제어모듈(540)은 상기 태양 전지모듈(10)들이 지면과 수직이 되도록 제어하여 눈으로부터 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.

즉, 적설로 인하여 상기 태양전지 모듈(10)들의 표면에 눈이 쌓이게 되면 태양 전지모듈(10)들을 지지하는 지지프레임(110)을 포함하여 본체부(400)가 눈의 하중에 의하여 변형 또는 파손될 우려가 있기 때문에 눈이 온다는 기상 정보를 받거나 실시간으로 눈이 내리는 경우에 상기 적설 모드(533)를 이를 판단하여 상기 제어모듈(540)로 전달하면, 상기 제어모듈(540)은 상기 제1구동모터 및 제2구동모터를 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 모듈 상면에 쌓이면 발전에 영향을 주므로 태양 전지모듈(10)들의 경사각이 지는 형태로 상기 제1구동모터 및 제2구동모터를 제어한다.

여기서, 상기 계절풍이란 해양의 열용량이 대륙에 비하여 크기 때문에 대륙은 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 상기 제1구동모터 및 제2구동모터를 제어하기 위해 별도로 프로그래밍된 제어부(500)를 통해 기상 정보에 따라 태양전지 모듈(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 제어모듈(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 8 내지 도 10은 도 1에 나타낸 태양전지 모듈(10)이 태양의 고도변화에 따라 배치각도가 변화하는 것을 도시한 측면도이다. 이하에서 전기한 참조번호 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

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

도 8에서 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 이송부재(303)의 일 단부가 상기 제1지지유닛(120)을 최대한 밀어 올리도록 인출되어 있어야 한다.

이 경우, 상기 수직구동부(300)로부터 상기 이송부재(303)가 상방으로 최대로 배출되기 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 9에서 도시한 바와 같이, 시간이 흐르면 태양은 동쪽에서 남동쪽 방향으로 이동하고, 그에 따라서, 고도(h2) 또한 높아진다.

이러한 태양의 방향과 고도 변화를 반영하여, 상기 제어부(도 2참조, 500))가 상기 제1구동모터(M1)를 제어하면, 상기 제1구동모터(M1)의 회전에 의하여 상기 태양전지 모듈(10)이 남동쪽을 바라보도록 회전하게 된다.

한편, 상기 이송부재(303)는 상기 제1지지유닛(120)을 끌어당겨 상기 지지프레임의 고도(h2)가 함께 상승한다.

상기 이송부재가 끌어당겨지면 , 상기 태양전지 모듈(10)의 상단이 뒤로 젖혀지게 되어, 그 배치각도(θ2)는 도 8의 경우보다 지면으로부터 작은 경사각을 이루게 된다.

도 10에서 도시한 바와 같이, 시간이 더 경과하여, 태양이 최고 고도(h3)에 이르게 되면, 태양은 남쪽에 위치한다.

이때 상기 태양전지 모듈(10)은 상기 제1구동모터(M1)에 의해 남쪽을 향하도록 회전하고, 상기 이송부재(303)의 일 단부는 상기 제1지지유닛(120)을 최대한 끌어당겨 상기 지지프레임(110)의 각도가 지면과 거의 동일한 각도를 이루게 된다.

이 경우, 상기 이송부재(303)의 일 단부에 결합된 상기 제1지지유닛(120)이 하방으로 최대로 당겨지기 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 극대화 할 수 있다.

더 시간이 흘러가면, 태양은 남서방향으로 이동하고, 상기 태양전지 모듈(10)의 고도 또한 낮아지게 되며, 이에 대응하도록 상기 제1구동모터(M1)는 상기 태양전지 모듈(10)이 남서방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 낮아진 고도를 반영하여, 상기 이송부재(303)의 일 단부가 맞물린 상기 제1지지유닛(120)의 높이도 더 큰 경사각을 이루도록 상승된다.

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

이를 반영하여 상기 제1구동모터(M1)는 상기 태양전지 모듈(10)이 서쪽 방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 그 상태의 태양 고도를 반영하여, 상기 이송부재(303)의 일 단부는 상기 제1지지유닛(120)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 변화에 따른 태양의 고도변화에 대응하여 시간대별 및 계절별 고도각과 방위각을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 제어부(500)를 통하여 보다 정확하게 태양의 위치에 대응하여 고도각과 방위각을 제어할 수 있는 효과가 기대된다.

게다가 상기 제1지지유닛(120)으로부터 하방으로 연결되는 상기 제2지지유닛(130)의 결합부분을 증대시킴으로써 상기 제2지지유닛(130)이 보다 견고하고 안전하게 상기 제1지지유닛(120)을 지지하는 효과가 있다.

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 130 : 제2지지유닛
140 : 결합프레임 200 : 수평구동부
250 : 탈거방지부 300 : 수직구동부
400 : 본체부 500 : 제어부
10 : 태양전지 모듈

Claims (10)

1. 복수개의 태양전지 모듈이 장착된 지지프레임을 하측에서 지지하는 제1지지유닛;
   상기 제1지지유닛을 수직방향으로 상대 회동시키도록 상기 제1지지유닛의 하측에 링크절 구조로 결합되는 제2지지유닛;
   상기 제1지지유닛과 제2지지유닛의 중심 부분을 각각 회동 가능하도록 결합하는 결합프레임;
   상기 결합프레임의 하측에 마련되어 상기 결합프레임을 지면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부;
   상기 결합프레임의 측방향에 일 측이 결합되고, 상기 타 측이 상기 제1지지유닛의 중심 부분에 결합되며, 상기 지지프레임을 수직방향으로 회동시키는 제2구동모터가 구비된 수직구동부 및
   상기 결합프레임과 상기 수평구동부 사이에 개재되어 상기 결합프레임과 수평구동부 사이에 유격이 발생하는 것을 방지하는 탈거방지부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 탈거방지부는,
   상기 결합프레임의 저면 단부에 등간격으로 복수개 결합되는 고정부재와, 상기 고정부재의 내주면에 결합되어 상기 수평구동부의 상면으로부터 가이드되는 한 쌍의 롤러부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정부재는,
   일 단면이 'ㄱ'자 형상으로 형성되어 상기 결합프레임의 저면에 고정되는 고정편과, 상기 고정편으로부터 상기 수평구동부의 상면 측 단부에 인접하게 연장되는 연장편을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연장편은,
   상기 연장편의 내주면에 수직방향으로 서로 이격 배치되어 상기 롤러부재가 결합되도록 형성된 결합공을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 한 쌍의 롤러부재는,
   상기 결합공 상에 결합되되, 상기 수평구동부의 상면 측 단부의 두께에 대응하여 수직방향으로 이격되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1지지유닛은,
   수평하게 이격 배치되는 한 쌍의 수직프레임과, 각각의 상기 수직프레임의 중심부분을 연결하는 제1수평프레임과, 상기 수직프레임의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임 및 제3수평프레임과, 상기 제1수평프레임과 상기 제2수평프레임의 중심을 각각 연결하는 제1보조 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2지지유닛은,
   상기 제1지지유닛의 일 측 하방에 마련되는 제1링크부와, 상기 제1링크부에 대응하여 상기 제1지지유닛의 타 측 하방에 마련되는 제2링크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제1링크부 및 제2링크부는,
   각각의 상기 수직프레임 하측에서 회동 가능하도록 결합되는 제1링크 프레임 및 제2링크 프레임과,
   상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임 하측 단부에 회동 가능하도록 결합되어 상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임을 연동시키며, 중심 부분이 상기 결합프레임으로부터 회동 가능하도록 결합되는 제3링크 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 제1지지유닛으로부터 상기 제1링크 프레임과 제2링크 프레임이 회동 가능하도록 결합시키는 링크 브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2지지유닛의 조립 강성을 증대시킬 수 있도록 상기 제1링크부에 마련되는 상기 제3링크 프레임과 상기 제2링크부에 마련되는 또 다른 제3링크 프레임을 각각 연결하는 제2보조 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.

Images