KR101343342B1 - 대용량 태양광 추적장치 - Google Patents

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KR101343342B1
KR101343342B1 KR1020130063870A KR20130063870A KR101343342B1 KR 101343342 B1 KR101343342 B1 KR 101343342B1 KR 1020130063870 A KR1020130063870 A KR 1020130063870A KR 20130063870 A KR20130063870 A KR 20130063870A KR 101343342 B1 KR101343342 B1 KR 101343342B1
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Abstract

본 발명은 기어의 회전운동을 이용하여 동서방향(방위각)을 추적할 수 있도록 함과 더불어 회전드럼 및 와이어로프를 이용하되 와이어로프의 감김과 풀림 동작의 상호작용을 통해 남북방향(고도각)을 추적할 수 있도록 한 대용량 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 1기당 120~200장의 태양전지모듈을 장착하여 취급 및 이들로부터 30~50kW급의 전력을 생산해낼 수 있는 대용량 구축을 가능하게 할 뿐더러 보다 작은 대지면적에서도 대용량 발전을 실시 및 태양광 발전효율을 높일 수 있고, 태풍에 의한 강한 바람의 영향으로부터 장치의 파손을 방지할 수 있는 등 내구성을 확보할 수 있으며, 고도각(남북방향)과 방위각(동서방향)의 위치 제어를 정밀하면서도 안정적으로 수행할 수 있는 대용량 태양광 추적장치에 관한 것이다.

Description

대용량 태양광 추적장치{SOLAR TRACKING APPARATUS}
본 발명은 태양광발전시스템을 구축하기 위한 양축 추적식 태양광 추적장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 작은 대지면적에서도 대용량 발전을 가능하게 하며 구동 안정성은 물론 장치의 내구성을 높일 수 있도록 한 대용량 태양광 추적장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광발전(photovoltaic power generation, 太陽光發電)은 태양광을 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산해내기 위한 것으로서, 다수의 태양전지들이 어레이(array)된 태양전지모듈(태양전지판)을 이용하여 전기를 대규모로 생산하기 위한 발전시스템이다.
이러한 태양광발전시스템에 있어서는 태양의 위치를 추적하면서 이동하는 추적식 발전시스템이 주류를 이루고 있는데, 통상 웜기어 드라이브와 액추에이터를 이용해 태양전지모듈을 동서방향과 남북방향으로 위치 조정하여 움직이는 양축 구조의 태양광 추적장치가 보편화되어 있는 추세이며, 이 태양광 추적장치는 보통 3~5kW급의 용량을 취급할 수 있는 구조설계를 갖는 것이다.
또한, 웜기어 드라이브와 액추에이터를 이용하는 종래 태양광 추적장치를 통해서 30kW급 이상의 대용량 태양광발전시스템을 구축하고자 하는 경우, 대면적의 부지를 확보하여야 하는 문제와 이웃하는 태양광발전장치 간의 그림자 간섭에 의한 음영의 문제를 비롯하여 다수의 태양광발전장치를 설치하여야 하므로 설치비용이 과다해지는 문제점이 있었으며, 이로 인해 현재 태양광발전 효율 및 이득이 상쇄되어가고 있는 실정에 있다.
한편, 종래 태양광 추적장치의 선행기술 관련하여, 국내공개특허 제10-2011-0016309호와 국내공개특허 제10-2012-0007249호 및 국내등록특허 제10-0941458호 등 다수가 있으나, 이들 모두 액추에이터나 웜기어 드라이브를 통해 태양전지모듈을 움직이기 위한 것으로서, 통상 1기당 20~30장의 태양전지모듈을 장착 및 중량을 견딜 수 있는 구조이고 그 태양전지모듈로부터 3~5kW급 또는 5~7kW급의 전력을 생산해낼 수 있는 것이라 할 것인데, 30kW급 이상의 대용량 태양광발전시스템을 구축하는데 있어 상술한 문제를 갖는 등 상당한 어려움이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0016309호
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0007249호
대한민국 등록특허공보 제10-0941458호
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 보다 작은 대지면적에서도 대용량 발전을 가능하게 하고 태양광발전시스템의 발전효율을 높일 수 있으며 고도각(남북방향) 및 방위각(동서방향)에 대해 위치 제어하기 위한 양축 추적식 구성을 갖도록 한 대용량 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 대용량 태양광발전의 구축을 위해 종래 발생되었던 대면적의 부지를 확보하여야 하는 문제, 이웃하는 태양광발전장치 간의 그림자 간섭에 의한 음영의 문제, 설치비용이 과다해지는 문제 등을 개선할 수 있도록 한 대용량 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 구동 안정성과 더불어 장치의 내구성을 높일 수 있도록 한 대용량 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대용량 태양광 추적장치는, 기초 고정 및 하부 지지를 위한 것으로서, 내주면 둘레를 따라 고정 결합된 고정기어를 갖는 원형구조물; 상기 원형구조물의 상면에 고정 결합되는 레일; 상기 레일 상에 이동 가능하도록 지지 결합되며 다수 개소에 설치되는 레일바퀴; 상기 다수 개소에 설치되는 레일바퀴 상에 고정 결합되는 바퀴고정틀; 상기 바퀴고정틀의 일측에 고정 결합되는 동서회전모터와, 상기 동서회전모터에 결합되는 감속기 및, 상기 감속기에 결합되고 고정기어 측에 기어 결합되는 감속기어를 포함하는 방위각 구동수단; 상기 바퀴고정틀의 상면에 고정 결합되며, 서로 마주하는 양측에 위치되는 지지대; 상기 지지대의 상단에 지지 결합되며, 중심힌지축을 기준으로 상하방향 움직임이 가능하도록 설치되는 모듈장착대; 상기 바퀴고정틀 상에 배치되어 회전 가능하도록 지지 결합되는 회전드럼과, 상기 회전드럼의 회전 구동을 위한 남북회전모터 및, 상기 회전드럼의 양측단부 외면에 감김 또는 풀림 동작이 가능하도록 감겨지되 양쪽끝단이 모듈장착대의 길이방향 측 양측단부에 고정 결합되는 와이어로프를 포함하는 고도각 구동수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 레일바퀴의 움직임을 제동(制動)하기 위한 제동수단; 을 더 포함하되, 상기 제동수단은 바퀴고정틀의 외측면에 장착하되 브레이크패드를 원형구조물 측에 위치시켜 원형구조물과의 접촉에 의한 제동이 이루어지도록 구성함으로써 레일바퀴의 제동기능과 더불어 바퀴고정틀을 지지 및 고정하여주는 역할까지 담당하도록 구성할 수 있다.
바람직하게, 상기 회전드럼의 외면 양측단부에 나선형 또는 직선형 구조의 와이어거치홈을 각각 형성할 수 있다.
바람직하게, 상기 모듈장착대는 트러스구조물을 이용한 트러스결합체로 구성하거나 또는 외곽을 트러스구조물로 하고 이 트러스구조물 내에 강관을 배열 결합시킨 구성으로 이루어지게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고도각(남북방향) 및 방위각(동서방향)에 대해 구동에 따른 안정성을 가지고 위치 제어할 수 있는 양축 추적식 태양광 추적장치를 제공하되, 1기당 120~200장의 태양전지모듈을 장착하여 취급 및 이들로부터 30~50kW급의 전력을 생산해낼 수 있는 대용량 태양광 추적장치를 제공할 수 있으며, 이를 통해 보다 작은 대지면적에서도 대용량 발전을 실시할 수 있음은 물론 태양광발전에 따른 발전효율을 높일 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 태풍에 의한 강한 바람의 영향으로부터 장치의 파손을 방지할 수 있는 등 내구성을 확보할 수 있으며, 고도각(남북방향)과 방위각(동서방향)의 위치 제어를 정밀하면서도 안정적으로 수행할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
본 발명은 대용량 태양광발전의 구축을 위해 종래 발생되었던 대면적의 부지를 확보하여야 하는 문제를 비롯하여 이웃하는 태양광발전장치 간의 그림자 간섭에 의해 발생되는 음영 및 이에 의해 발전효율이 저하되는 문제 및 다수의 장치를 설치하여야 하므로 설치비용이 과다해지는 문제 등을 개선할 수 있는 유용함을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 태양광 추적장치를 나타낸 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 대용량 태양광 추적장치를 나타낸 측단면 구성도.
도 4는 본 발명에 있어 하부 구조를 나타낸 요부 상세도.
도 6은 본 발명에 있어 회전드럼을 설명하기 위해 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명에 있어 기어 결합구조를 나타낸 요부 평면 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 있어 모듈장착대를 설명하기 위해 나타낸 예시도.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 대용량 태양광 추적장치는, 도 1 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 기초 고정 및 하부 지지를 위한 링(ring) 형태의 원형구조물(10)이 구비된다.
상기 원형구조물(10)은 매설되는 콘크리트 기초구조물(A)에 고정 설치되는 것으로서, H빔으로 구성함이 바람직하며, 이와 유사한 강도 및 물성을 갖는 철구조물이 사용될 수 있다 할 것이다.
상기 원형구조물(10)의 내주면에는 그 둘레를 따라 고정기어(12)가 고정 결합된다.
이때, 상기 고정기어(12)는 원형구조물(10)의 내주면 둘레 전체에 설치하여 방위 360도를 커버하도록 구성할 수도 있으나, 제조비의 절감 및 경제성 등을 고려하여 원형구조물(10)의 내주면 둘레에 대해 방위 270도만을 커버하도록 구성함이 바람직하다.
상기 고정기어(12)는 철강 소재를 레이저 가공하여 제작한 후 원형구조물(10) 측에 용접 결합함으로써 구비될 수 있다.
상기 원형구조물(10)의 상면에는 원형의 레일(20)이 고정 결합되며, 원형구조물(10)의 구조 형상에 대응하여 방위 360도를 커버하도록 설치된다.
상기 원형의 레일(20) 상에는 2개 이상의 다소 개소에 레일바퀴(22)가 이동 가능하도록 지지 결합되는데, 도시한 바와 같이 4군데에 걸쳐 4개를 설치함이 바람직하다 할 수 있다.
상기 레일바퀴(22) 상에는 판형 또는 프레임 구조의 바퀴고정틀(30)이 고정 결합되어 구비되는데, 지지구조물(B)을 결합매개체로 하여 상호간 결합되게 구성할 수도 있다.
상기 바퀴고정틀(30)은 레일바퀴(22)의 설치개수에 따라 형상이 달라질 수 있다.
또한, 상기 바퀴고정틀(30)의 일측에 고정 결합되는 동서회전모터(42)와, 상기 동서회전모터(42)에 결합되어 회전비를 낮추어주기 위한 감속기(44)와, 상기 감속기(44)에 결합되고 상기 고정기어(12) 측에 기어 결합을 이루어 치합(齒合)되는 감속기어(46)를 포함하는 방위각 구동수단(40)이 구비된다.
한편, 상기 바퀴고정틀(30)의 상면에는 서로 마주하는 양측에 위치하여 일정길이를 갖는 지지대(50)가 고정 결합되며, 또한 회전 가능하도록 지지 결합되는 회전드럼(60)이 수평 배치되어 설치된다.
상기 회전드럼(60)은 지지대(50)에 간섭되지 않도록 설치함이 바람직하며, 지지브래킷 등에 지지 결합되어 회전 가능하도록 설치될 수 있다.
이때, 상기 지지대(50)의 상단에는 다수의 태양전지모듈 장착 및 지지를 위한 모듈장착대(70)를 지지 결합하되 수평하게 배치되는 중심힌지축(H)을 기준으로 상하방향 움직임이 가능하도록 설치된다.
상기 지지대(50)는 다수의 태양전지모듈이 장착되는 모듈장착대(70)를 지지 및 중량을 지탱할 수 있도록 트러스(truss)나 보강살 등의 보강구조가 적용될 수 있는 등 다양한 형태로 구비될 수 있다.
상기 모듈장착대(70)는 도 7의 예시에서와 같이 중심힌지축(H)을 포함하는 구성이되 트러스구조물(72)만을 이용한 트러스결합체로 구성될 수 있고, 때로는 도 8의 예시에서와 같이 중심힌지축(H)을 포함하는 구성이되 외곽 베이스를 트러스구조물(72)로 하고 이 트러스구조물(72)에 강관(74)을 배열하여 결합한 구성으로 이루어지게 할 수 있다.
이에 따라, 상기 모듈장착대(70)는 트러스구조물(72)을 이용함으로써 태풍 등의 외부 환경이나 충격에 대해 쉽게 휘어지지 않는 휨 강도를 제공하는 등 구조적인 안정성을 부여할 수 있다.
또한, 상기 회전드럼(60)에는 양측단부의 외면에 와이어거치홈(62)을 형성함이 바람직하며, 상기 회전드럼(60)의 정역 회전을 구동하기 위한 남북회전모터(80)가 일측부에 위치하여 결합된다.
이때, 상기 와이어거치홈(62)은 직선형 구조도 가능하나 나선형 구조로 형성함이 더욱 바람직하다 할 수 있는데, 와이어로프(90)의 지지에 따른 구조적 안정성은 물론 감김과 풀림 작용의 원활함을 이끌어낼 수 있다.
상기 회전드럼(60)의 와이어거치홈(62)에는 그 일측과 타측에 각각 와이어로프(90)를 삽입 거치하여 감겨지게 하되 각 와이어로프(90)의 일단과 타단을 모듈장착대(70)의 길이방향 측 일직선상에 위치되는 양측단부에 고정 결합함으로써 회전드럼(60)의 정역 회전에 따른 와이어로프(90)의 감김 및 풀림의 상호작용을 통해 모듈장착대(70)의 상하방향(남북방향) 위치 제어를 실시할 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 와이어로프(90)의 장력을 조절할 수 있도록 턴버클(91)이 사용될 수 있으며, 와이어로프(90)는 지지대(50)에 간섭되지 않도록 설치함이 바람직하다.
여기서, 상기 회전드럼(60)과 남북회전모터(80) 및 와이어로프(90)는 고도각 구동수단이 된다.
덧붙여, 상기 고도각 구동수단으로 이용되는 와이어로프(90)는 회전드럼(60)에 감겨진 상태로 양쪽끝단이 모듈장착대(70)의 길이방향 측 양측단부에 고정 결합되는 구조로서, 모듈장착대(70)의 남북방향 회전을 견인함과 더불어 모듈장착대(70)를 강하게 붙잡아주는 지지체로서 기능토록 한 것으로, 태풍에 의한 강한 바람의 영향시 모듈장착대(70)가 들려 날아가거나 휘어지는 현상 및 파손되는 것을 방지하여줄 수 있다.
나아가, 상기 레일바퀴(22)의 움직임을 제동(制動)하기 위한 제동수단(101)을 구비함이 바람직한데, 상기 제동수단(101)은 전자석을 이용하는 전자식 브레이크를 적용함이 바람직하다.
특히, 상기 제동수단(101)은 바퀴고정틀(30)의 외측면에 장착하되 브레이크패드를 원형구조물(10) 측에 위치시킴으로써 원형구조물(10)과의 접촉에 의한 제동이 이루어지도록 구성함이 바람직하며, 이와 같은 제동수단(101)의 구조배치설계를 통해서는 태양광 추적장치의 상하 구조물에 대한 베이스 및 결합매개체가 되는 바퀴고정틀(30)을 강하게 지지 및 고정하여주는 역할을 수행할 수 있도록 한 것으로서, 태풍에 의한 강한 바람의 영향시 태양광 추적장치의 하부에서부터 들뜸이 발생되는 현상 및 장치가 파손되는 것을 방지하여줄 수 있다.
이러한 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 대용량 태양광 추적장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 방위각(동서방향) 위치 제어를 수행하고자 하는 경우,
동서회전모터(42)를 정회전 또는 역회전 구동시키면 이에 결합된 감속기어(46)가 회전 운동하게 되는데, 감속기어(46)는 원형구조물(10)의 고정기어(12) 측과 기어 결합된 상태로 고정기어(12)을 타고 회전 이동하게 되면서 위치 이동을 추진하게 된다.
이때, 원형구조물(10)의 고정기어(12)를 타고 회전 이동하게 되는 감속기어(46)는 동서회전모터(42)를 통하여 바퀴고정틀(30) 및 레일바퀴(22)와 결합관계를 갖는 것으로서, 레일(20) 상에 위치된 레일바퀴(22)를 동서방향으로 회전 견인하게 되고, 이와 동시에 바퀴고정틀(30)이 회전 이동함으로써 본 발명의 대용량 태양광 추적장치를 위치 제어하게 된다.
여기서, 본 발명에서는 고정기어(12)와 감속기어(46)의 기어 결합에 의한 구조배치설계를 갖게 한 것으로서, 이를 통해 동서방향 위치 제어에 따른 정밀한 각도의 보상을 실시할 수 있다 할 것이다.
예를 들어, 고정기어(12) 1개의 골을 감속기어(46)가 지나갈 때 나타나는 동서회전모터(42)의 동작시간 및 회전수를 통해 단위회전각의 값을 산출해내고, 이렇게 산출된 단위회전각을 바탕으로 태양광 추적장치의 컨트롤러에 의해 지시된 요청값에 근접하게 위치 제어하여 태양광을 추적하게 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 대용량 태양광 추적장치를 동서방향으로 움직임으로써 방위각 위치 제어를 정밀하면서도 안정적으로 수행할 수 있다.
한편, 고도각(남북방향) 위치 제어를 수행하고자 하는 경우,
남북회전모터(80)를 정회전 또는 역회전 구동시키면 이에 결합된 회전드럼(60)이 회전 운동하게 되고, 이 회전드럼(60)의 회전 방향에 따라 감겨진 와이어로프(90)가 회전드럼(60)의 좌우 양측방향에서 감김과 풀림 동작에 의한 상호작용을 하게 되는데, 이와 같은 회전드럼(60)의 회전에 의한 와이어로프(90)의 움직임에 의해 태양전지모듈이 장착되는 모듈장착대(70)의 남북방향 회전 이동을 견인하게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 대용량 태양광 추적장치를 남북방향으로 움직임으로써 고도각 위치 제어를 정밀하면서도 안정적으로 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 위치 변경 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.
10: 원형구조물 12: 고정기어
20: 레일 22: 레일바퀴
30: 바퀴고정틀 40: 방위각 구동수단
42: 동서회전모터 44: 감속기
46: 감속기어 50: 지지대
60: 회전드럼 62: 와이어거치홈
70: 모듈장착대 72: 트러스구조물
74: 강관 80: 남북회전모터
90: 와이어로프 101: 제동수단

Claims (4)

  1. 기초 고정 및 하부 지지를 위한 링 형태의 철구조물로서, 내주면 둘레를 따라 고정기어가 고정 결합되며, H빔으로 구성되는 원형구조물;
    상기 원형구조물의 상면에 고정 결합되는 레일;
    상기 레일 상에 이동 가능하도록 지지 결합되며 다수 개소에 설치되는 레일바퀴;
    상기 다수 개소에 설치되는 레일바퀴 상에 고정 결합되는 바퀴고정틀;
    상기 바퀴고정틀의 일측에 고정 결합되는 동서회전모터와, 상기 동서회전모터에 결합되는 감속기 및, 상기 감속기에 결합되고 고정기어 측에 기어 결합되는 감속기어를 포함하는 방위각구동수단;
    상기 바퀴고정틀의 상면에 고정 결합되며, 서로 마주하는 양측에 위치되는 지지대;
    상기 지지대의 상단에 지지 결합되며, 중심힌지축을 기준으로 상하방향 움직임이 가능하도록 설치되는 모듈장착대;
    상기 바퀴고정틀 상에 배치되어 회전 가능하도록 지지 결합되는 회전드럼과, 상기 회전드럼의 회전 구동을 위한 남북회전모터 및, 상기 회전드럼의 양측단부 외면에 감김 또는 풀림 동작이 가능하도록 감겨지되 양쪽끝단이 모듈장착대의 길이방향 측 양측단부에 고정 결합되는 와이어로프를 포함하는 고도각구동수단; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 추적장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 레일바퀴의 움직임을 제동(制動)하기 위한 제동수단; 을 더 포함하되,
    상기 제동수단은 바퀴고정틀의 외측면에 장착하되 브레이크패드를 원형구조물 측에 위치시켜 원형구조물과의 접촉에 의한 제동이 이루어지도록 구성함으로써 레일바퀴의 제동기능과 더불어 바퀴고정틀을 지지 및 고정하여주는 역할까지 담당하도록 구성한 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 추적장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전드럼의 외면 양측단부에 나선형 또는 직선형 구조의 와이어거치홈을 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 추적장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈장착대는 트러스구조물을 이용한 트러스결합체로 구성하거나 또는 외곽을 트러스구조물로 하고 이 트러스구조물 내에 강관을 배열 결합시킨 구성으로 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 대용량 태양광 추적장치.
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