KR101351530B1 - 집광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치용 집광 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 집광 장치는 복수의 태양전지 셀이 설치된 제1면과 제1면에 나란한 제2면을 구비하며, 일단이 제1힌지축을 중심으로 회동가능하게 바닥면과 결합된 집광판과, 상기 집광판의 제2면에 상기 제1힌지축과 나란한 제2힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 상부 지지대와, 바닥면에 상기 제1힌지축과 나란한 제3힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 하부 지지대와, 상기 상부 지지대에 힌지결합된 한 쌍의 상부 아암과, 일단은 상기 상부아암과 힌지결합하고, 타단은 상기 하부 지지대에 힌지결합되는 상기 한 쌍의 하부 아암과, 상기 상부 아암과 하부 아암의 일측 힌지결합부에 결합되며 내측에 나선부가 형성된 너트와, 상기 상부 아암과 하부 아암의 타측 힌지결합부와 상기 너트를 관통하도록 설치되며, 그 외측에 상기 너트의 나선부와 맞물리는 나선부가 형성된 조절 볼트와, 상기 조절 볼트의 일단과 결합되어, 상기 조절 볼트를 정회전 또는 역회전시켜 상기 상부 아암과 상기 하부 암 사이의 거리를 조절하도록 구성된 구동장치를 포함할 수 있다.

Description

집광 장치{solar concentrator}
본 발명은 태양광 발전장치용 집광 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 개선된 집광판 구동 장치를 구비한 태양광 발전장치에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어주는 발전 방식이다. 태양광 발전 장치는 반도체 물질로 이루어진 태양전지에서 햇빛을 받아 전기를 생성한다.
태양광 발전 장치는 햇빛을 받아 직류 전기를 생성하는 태양전지 모듈(다수의 태양전지로 구성된 집합체)이 다수 모여 형성된 집광판, 집광판을 햇빛의 방향에 따라 이동시키는 집광판 구동 장치, 생성된 직류 전기를 저장하는 축전지, 축전지에 저장된 직류 전기를 교류로 바꾸어 주는 인버터로 구성된다.
도 1은 종래 수동방식의 집광장치를 나타낸 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래 수동방식의 집광장치는 집광판(4)의 프레임(8)과 힌지 결합한 고정링크(2)를 이동시켜 지지대(3)의 측면에 고정하는 방식에 의해 집광판(4)을 원하는 각도로 조절한다. 즉, 태양의 고도가 변하면 고정링크(2)를 손으로 잡고 고정링크의 홈(5)을 지지대의 고정 돌기(6)로부터 이탈시킨 후, 집광판(4)의 각도를 조절하여 해당 위치에 있는 고정링크의 홈(5)을 지지대의 고정 돌기(6)에 삽입한다.
등록특허공보 제0900941호 등록특허공보 제0987750호 등록특호공보 제1085945호
종래의 남북방향 제어 태양광 발전장치는 지면에 한 개 이상의 기둥을 세우고 수동 방식의 각도 조절장치나 실린더 형식의 엑츄레이터를 이용하여 집광판의 각도를 조절하는 방식이 대부분이다.
본 발명은 종래의 집광 장치와 달리 기둥을 세우지 않고 평평한 지붕이나 평평한 바닥면에 직접 설치가 용이한 집광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집광 장치는 복수의 태양전지 셀이 설치된 제1면과 제1면에 나란한 제2면을 구비하며, 일단이 제1힌지축을 중심으로 회동가능하게 바닥면과 결합된 집광판과, 상기 집광판의 제2면에 상기 제1힌지축과 나란한 제2힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 상부 지지대와, 바닥면에 상기 제1힌지축과 나란한 제3힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 하부 지지대와, 상기 상부 지지대에 힌지결합된 한 쌍의 상부 아암과, 일단은 상기 상부아암과 힌지결합하고, 타단은 상기 하부 지지대에 힌지결합되는 상기 한 쌍의 하부 아암과, 상기 상부 아암과 하부 아암의 일측 힌지결합부에 결합되며 내측에 나선부가 형성된 너트와, 상기 상부 아암과 하부 아암의 타측 힌지결합부와 상기 너트를 관통하도록 설치되며, 그 외측에 상기 너트의 나선부와 맞물리는 나선부가 형성된 조절 볼트와, 상기 조절 볼트의 일단과 결합되어, 상기 조절 볼트를 정회전 또는 역회전시켜 상기 상부 아암과 상기 하부 암 사이의 거리를 조절하도록 구성된 구동장치를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 다른 실시예에 따르면, 가로 방향과 세로 방향으로 배열된 복수의 단위 집광장치를 하나의 구동장치를 이용하여 가동할 수 있는 집광장치가 제공된다.
각각의 단위 집광장치는, 복수의 태양전지 셀이 설치된 제1면과 제1면에 나란한 제2면을 구비하며, 일단이 제1힌지축을 중심으로 회동가능하게 바닥면과 결합된 집광판과, 상기 집광판의 제2면에 상기 제1힌지축과 나란한 제2힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 상부 지지대와, 바닥면에 상기 제1힌지축과 나란한 제3힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 하부 지지대와, 상기 상부 지지대에 힌지결합된 한 쌍의 상부 아암과, 일단은 상기 상부아암과 힌지결합하고, 타단은 상기 하부 지지대에 힌지결합되는 상기 한 쌍의 하부 아암과, 상기 상부 아암과 하부 아암의 일측 힌지결합부에 결합되며 내측에 나선부가 형성된 너트와, 상기 상부 아암과 하부 아암의 타측 힌지결합부와 상기 너트를 관통하도록 설치되며, 그 외측에 상기 너트의 나선부와 맞물리는 나선부가 형성된 조절 볼트를 포함한다.
또한, 이들 복수의 단위 집광장치 중에서 예를 들어, 우측 상단에 배치된 단위 집광장치의 조절 볼트의 일단과 결합되어, 상기 조절 볼트를 정회전 또는 역회전시키는 구동장치와, 상기 구동장치가 결합된 단위 집광장치의 조절 볼트와 상기 구동장치가 결합된 단위 집광장치의 위 또는 아래에 배치된 단위 집광장치들의 조절 볼트들을 서로 연결하는 스프로킷 및 체인을 더 포함한다.
이를 통해서 세로로 배치된 일렬의 단위 집광장치들을 하나의 구동장치를 통해서 모두 가동할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 가로 방향으로 서로 인접한 상기 단위 집광장치들의 조절 볼트들을 서로 연결하는 커플링들을 더 포함하는 것이 바람직하다. 이를 통해서 세로로 배치된 일렬의 단위 집광장치들과 가로로 연결된 단위 집광장치들도 가동할 수 있다. 따라서 하나의 구동장치로 전체 단위 집광장치들을 모두 가동할 수 있다.
본 발명은 집광판을 지지하기 위한 기둥을 세우지 않고, 평평한 지붕이나 평평한 바닥면에 직접 용이하게 설치할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 복수의 집광장치를 체인 및/또는 커플링 등을 사용하여 연결함으로써, 복수의 집광장치를 하나의 구동장치를 이용하여 동시에 가동할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 종래의 집광 장치의 사시도이다.
도 2와 3은 본 발명에 따른 집광 장치의 일실시예의 사시도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 집광 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2와 3은 본 발명에 따른 집광 장치의 일실시예의 사시도들이다.
도 2와 3을 참고하면, 본 발명에 따른 집광 장치의 일실시예는 집광판(10), 상부 지지대(20), 하부 지지대(30), 한 쌍의 상부 아암(40), 한 쌍의 하부 아암(50), 너트(60), 조절 볼트(70) 및 구동장치(80)를 포함한다.
집광판(10)은 제1면(11)과 제1면(11)에 나란한 제2면(13)을 구비한다. 집광판(10)의 제1면(11)에는 복수의 태양전지 셀(12)이 설치된다. 집광판(10)의 일단은 집광판(10)이 설치되는 바닥면에 힌지(15)를 이용하여 결합한다. 따라서 집광판(10)은 힌지(15)의 회전축인 제1힌지축을 중심으로 바닥면에 대해서 회동가능하다. 동절기에는 태양의 고도가 낮기 때문에, 태양광의 입사각을 최대화화기 위해 집광판(10)을 지평면과 거의 수직이 되도록 회전시키며, 하절기에는 태양의 고도가 높기 때문에 집광판(10)을 지명편과 거의 수평이 되도록 회전시킨다.
본 발명의 나머지 구성요소들은 집광판(10)을 자동으로 회전시키기 위한 구성요소들이다.
상부 지지대(20)는 집광판(10)의 제2면(13)에 힌지(25)를 이용하여 결합한다. 상부 지지대(20)는 제1힌지축과 나란한 제2힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치된다. 상부 지지대(20)는 ㄷ자 형태의 단면을 가진다. 상부 지지대(20)에는 집광판(10)의 제2면(13)에 결합된 힌지(25)와 결합하기 위한 돌기(21)가 형성된다. 상부 지지대(20)의 양단의 양쪽 측면(23)에는 관통구멍이 형성되어 있다.
하부 지지대(30)는 상부 지지대(20)와 나란하게 설치된다. 하부 지지대(30)는 바닥면에 힌지(35)를 이용하여 설치힌다. 하부 지지대(30) 역시 제1힌지축과 나란한 제3힌지축을 중심으로 바닥면에 대해서 회동가능하게 설치된다. 하부 지지대(30) 역시 ㄷ자 형태의 단면을 가진다. 하부 지지대(30)에는 바닥면에 고정된 힌지(35)와 결합하기 위한 돌기(31)가 형성된다. 하부 지지대(30)의 양단의 양쪽 측면(33)에는 관통구멍이 형성되어 있다.
한 쌍의 상부 아암(40)은 상부 지지대(20)에 힌지 결합한다. 한 쌍의 상부 아암(40)은 각각 상부 지지대(20)의 끝단에 결합된다. 상부 아암(40)은 제2힌지축과 직교하는 제4힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치된다. 상부 아암(40)의 양단에는 관통구멍이 형성된다. 상부 아암(40)은 상부 아암(40)의 일단의 관통구멍과 상부 지지대(20)의 양 측면의 관통구멍을 통과하는 고정핀(26)을 통해서 상부 지지대(20)에 결합한다.
한 쌍의 하부 아암(50)의 일단은 하부 지지대(30)에 힌지 결합한다. 한 쌍의 하부 아암(50)의 일단은 각각 하부 지지대(30)의 끝단에 결합된다. 하부 아암(50)은 제3힌지축과 직교하는 제5힌지축을 중심으로 회동가능하게 설치된다. 하부 아암(50)의 양단에는 관통구멍이 형성된다. 하부 아암(50)은 하부 아암(50)의 일단의 관통구멍과 하부 지지대(30)의 양 측면의 관통구멍(31)을 통과하는 고정핀(36)을 통해서 하부 지지대(30)에 결합한다.
한 쌍의 하부 아암(50)의 상단과 한 쌍의 상부 아암(40)의 하단은 각각 힌지 결합한다.
상부 아암(40)과 하부 아암(50)의 좌측 힌지결합부(47)에는 내측에 나선부가 형성된 너트(60)가 결합된다. 조절 볼트(70)는 상부 아암(40)과 하부 아암(50)의 우측 힌지결합부(48)의 관통구멍과 너트(60)를 관통하도록 설치된다. 조절 볼트(70)의 그 외측에 형성된 나선부는 너트(60)의 나선부와 결합된다. 따라서 조절 볼트(70)가 정회전을 하면 상부 아암(40)과 하부 아암(50)의 좌측 힌지결합부(47)와 우측 힌지결합부(48)가 가까워지며, 역회전을 하면, 좌측 힌지결합부(47)와 우측 힌지결합부(48)가 멀어진다. 좌측 힌지결합부(47)와 우측 힌지결합부(48)가 가까워지면, 상부 아암(40)과 하부 아암(50)이 멀어지면서 집광판(10)이 집광판(10)이 설치된 바닥면과 이루는 각도가 커진다. 반대로 좌측 힌지결합부(47)와 우측 힌지결합부(48)가 멀어지면, 상부 아암(40)과 하부 아암(50)이 가까워지면서 집광판(10)이 집광판(10)이 설치된 바닥면과 이루는 각도가 작아진다. 이러한 방법으로 집광판(10)이 지평면과 이루는 각도를 조절할 수 있다.
조절 볼트(70)의 우측 힌지결합부(48) 쪽 일단은 조절 볼트(70)를 회전시키도록 구성된 구동장치(80)와 연결된다. 구동장치(80)는 조절 볼트(70)에 결합된 피동 기어와 모터 및 모터의 구동축에 결합된 원동 기어를 포함할 수 있다. 피동 기어는 원동 기어와 맞물려 모터의 회전력을 조절 볼트(70)에 전달한다. 또는 모터와 스프로킷 및 체인을 이용하여 모터의 구동력을 조절 볼트(70)에 전달할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 집광 장치의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에서는 가로 세로로 배치된 복수의 단위 집광 장치를 하나의 모터를 이용해서 구동한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 가로로 연속적으로 배치된 복수의 단위 집광 장치(1)들의 조절 볼트(70)는 커플링(coupling,90)을 이용하여 서로 연결된다. 따라서 가장 우측에 배치된 단위 집광 장치(1')에 설치된 모터가 회전하면, 가로로 배치된 복수의 단위 집광 장치(1)의 조절 볼트(70)들이 동시에 회전한다.
또한, 세로로 배치된 복수의 단위 집광 장치(1)들의 조절 볼트(70)는 우측 상단에 배치된 단위 집광 장치(1')에 설치된 모터와 스프로킷(92) 및 체인(94)을 이용하여 연결된다. 따라서 모터의 회전력이 우측에 세로로 배치된 복수의 단위 집광 장치(1)의 조절 볼트(70)에 전달된다. 그리고 세로로 배치된 복수의 단위 집광 장치(1)들과 가로로 연결된 단위 집광 장치(1)들의 조절 볼트(70)들도 커플링(90)에 의해서 인접한 단위 집광 장치(1)의 조절 볼트(70)로부터의 구동력을 전달받아서 함께 회전한다.
이러한 방법으로 한 기의 모터를 이용하여 복수의 집광판(10)을 동시에 회전시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
10: 집광판 12: 태양전지 셀
20: 상부 지지대 30: 하부 지지대
40: 상부 아암 50: 하부 아암
60: 너트 70: 조절 볼트
80: 구동 장치 90: 커플링
92: 스프로킷 94: 체인

Claims (3)

  1. 가로 방향과 세로 방향으로 배열된 복수의 단위 집광장치를 포함하며,
    각각의 단위 집광장치는,
    복수의 태양전지 셀이 설치된 제1면과 제1면에 나란한 제2면을 구비하며, 일단이 제1힌지축을 중심으로 회동가능하게 바닥면과 결합된 집광판과,
    상기 집광판의 제2면에 상기 제1힌지축과 나란한 제2힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 상부 지지대와,
    바닥면에 상기 제1힌지축과 나란한 제3힌지축을 중심으로 회동가능하게 결합된 하부 지지대와,
    상기 상부 지지대에 힌지결합된 한 쌍의 상부 아암과,
    일단은 상기 상부아암과 힌지결합하고, 타단은 상기 하부 지지대에 힌지결합되는 상기 한 쌍의 하부 아암과,
    상기 상부 아암과 하부 아암의 일측 힌지결합부에 결합되며 내측에 나선부가 형성된 너트와,
    상기 상부 아암과 하부 아암의 타측 힌지결합부와 상기 너트를 관통하도록 설치되며, 그 외측에 상기 너트의 나선부와 맞물리는 나선부가 형성된 조절 볼트를 포함하며,
    상기 복수의 단위 집광장치 중 하나의 단위 집광장치의 조절 볼트의 일단과 결합되어, 상기 조절 볼트를 정회전 또는 역회전시키는 구동장치와,
    상기 구동장치가 결합된 단위 집광장치의 조절 볼트와 상기 구동장치가 결합된 단위 집광장치의 위 또는 아래에 배치된 단위 집광장치들의 조절 볼트들을 서로 연결하는 스프로킷 및 체인을 더 포함하는 집광 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가로 방향으로 서로 인접한 상기 단위 집광장치들의 조절 볼트들을 서로 연결하는 커플링들을 더 포함하는 집광 장치.








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