KR101516803B1 - 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익 - Google Patents

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신정우
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 항공기의 기동 및 태양 입사각과 무관하게 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있도록 빛이 투과될 수 있는 투명한 표피와 표피 내부에서 각도 조절이 가능한 태양광 패널을 탑재한 주익에 관한 것으로써, 상부면이 ?빛이 투과될 수 있는 투명 재질로 구성된 주익; 복수 개의 태양광 패널; 상기 태양광 패널의 각도를 조절하는 제1, 2와이어; 상기 제1와이어와 상기 제2와이어를 동작시키는 제1, 2액츄에이터; 상기 태양입사각을 감지하는 센서; 및 상기 센서에 의해 감지된 정보에 따라 상기 제1액츄에이터와 상기 제2액츄에이터를 구동시키는 제어부;를 포함하여 이루어진다.

Description

각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익{WING WITH TITABLE SOLAR PANEL}
본 발명은 태양광을 에너지로 변환할 수 있는 태양광 패널을 항공기 주익 구조에 장착한 태양광 패널이 탑재된 주익에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 항공기의 기동 및 태양 위치에 무관하게 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있도록 빛이 투과될 수 있는 투명한 표피와 표피 내부에서 각도 조절이 가능한 태양광 패널을 탑재한 주익에 관한 것이다.
화석연료가 고갈되어 감에 따라 급등하는 유가와 온실가스로 인한 기후변동은 전세계적인 관심사로써, 태양 에너지를 전기로 변환하여 동력에너지로 사용하는 항공기 개발이 진행되고 있다.
이를 위하여 항공기에는 태양광을 전기에너지로 변환시킬 수 있는 태양광 패널 같은 장치가 필요하고, 태양광 확보가 용이하도록 패널은 항공기의 주익 상면과 같이 넓은 평면에 부착되어야 한다.
그러나, 태양광 패널이 주익 표면에 부착될 경우, 항공기 운행 방향, 기동, 태양 고도에 따라 입사각이 달라져 패널의 발전 효율이 저하될 수 있다.
또한, 표면에 부착된 태양광 패널은 주익 표면에 단차를 발생시키므로, 항공기의 공력 손실을 유발할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 종래의 태양광 패널이 장착된 항공기 주익이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 항공기의 기동, 혹은 태양 고도에 따라 달라지는 태양 입사각에도 발전 효율이 저하되지 않도록 주익의 상부면을 투명한 재질로 구성하고, 주익의 내부에는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익은 햇빛이 투과 가능한 투명한 표피, 기울임이 가능한 태양광 패널, 태양의 입사각을 측정하는 센서, 센서에서 감지된 정보에 따라 태양광 패널의 각도 조절 제어명령을 내리는 제어부 및 태양광 패널의 움직임을 제어하는 액츄에이터와 기타의 기계적 장치 등으로 구성된다.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 태양 입사각에 따라 태양광 패널의 각도를 조절할 수 있어 태양광 발전 효율을 극대화 할 수 있으며, 익형 형상과 같은 구성품을 가지고 있고 태양광 재생 에너지를 사용하느 항공기나 이에 준하는 운송 시스템 등에 적용하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 주익에 태양광 패널이 탑재된 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 A-A'의 주요부 단면상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어, 제2와이어 및 태양광 패널의 연결상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어 및 제2와이어의 태양광 패널과의 결합상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어 및 제2와이어의 이송홀과의 연결상태와 가이드텐션부재의 위치를 개략적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어의 폐루프 구조를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제2와이어의 폐루프 구조를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어 및 제2와이어가 제1액츄에이터 및 제2액츄에이터에 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 도면,
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 태양광 패널의 각도 조절 상태를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 주익(101)에 태양광 패널(102)이 탑재된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'의 주요부 단면상태를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어(300), 제2와이어(400) 및 태양광 패널(102)의 연결상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 다음과 같다.
본 발명은 태양 입사각에 따라 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익(主翼)에 관한 것으로, 상부면이 ?빛이 투과될 수 있는 투명 재질로 구성된 주익(101); 주익(101) 내부에 위치되는 복수 개의 태양광 패널(102); 주익(101) 내부에 형성되며, 태양광 패널(102)의 꼭지점마다 상하부로 각각 소정간격 이격되어 형성되는 이송홀(200); 이송홀(200)을 통해 태양광 패널(102)의 상부에서 하부, 하부에서 상부로 연결되되, 태양광 패널(102)의 4개의 꼭지점 중 마주보는 대각선 방향의 꼭지점으로 연결되고, 태양광 패널(102) 상호 간에도 대각선 꼭지점 방향으로 연결되어 폐루프를 형성하는 제1와이어(300); 이송홀(200)을 통해 태양광 패널(102)의 상부에서 하부, 하부에서 상부로 연결되되, 제1와이어(300)가 연결된 꼭지점을 제외한 나머지 마주보는 꼭지점으로 연결되고, 태양광 패널(102) 상호 간에도 대각선 꼭지점 방향으로 연결되어 폐루프를 형성하는 제2와이어(400); 제1와이어(300)를 소정간격 왕복이동시키는 제1액츄에이터(500); 제2와이어(400)를 소정간격 왕복이동시키는 제2액츄에이터(600); 태양 입사각을 감지하는 센서(미도시); 및 센서에 의해 감지된 정보에 따라 제1액츄에이터(500)와 제2액츄에이터(600)를 구동시키는 제어부(미도시);를 포함하여 이루어진다.
센서는 태양 입사각을 측정할 수 있는 위치라면 그 장착 위치를 한정하는 것은 바람직하지 않으며, 센서, 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)와 전기적으로 연결된 제어부 역시 그 장착 위치를 한정하는 것은 바람직하지 않다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 태양광 패널(102)이 장착된 주익(101)은 태양광 패널(102), 전방 스파(Spar, 103), 후방 스파(Spar, 104), 주익 앞전(Leading Edge, 105), 주익 뒷전(Trailing Edge, 106), 주익의 상부면(107), 태양광 패널(102)의 조종을 위한 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)로 구성된다.
태양광 패널(102)은 태양광을 흡수하여 전기에너지로 변환하는 역할을 수행하며 유기/폴리머 계열의 비정질 혹은 실리콘 계열의 결정질 태양전지가 활용될 수 있다.
또한, 태양광 패널(102)은 복수 개를 도 1에 도시된 바와 같이, 일렬로 평행하게 배열시키는 것이 바람직하다.
미도시 하였으나, 이러한 태양광 패널(102)은 동작 중 파손되지 않도록 태양광 패널(102)의 후면에는 금속 혹은 복합재 등의 보강플레이트가 더 결합될 수 있다.
전방 스파(103) 및 후방 스파(104)는 주익(101)에 인가되는 굽힘, 비틀림 하중을 지탱하는 역할을 수행한다.
이러한 스파는 금속 혹은 유리섬유 및 카본섬유 등의 복합재료로 구성하는 것이 바람직하다.
주익 앞전(105) 및 주익 뒷전(106)은 주익(101)의 익형 형상을 유지하는 역할을 수행하며 금속이나 복합재료 등으로 구성하는 것이 바람직하다.
주익(101)의 상부면은 태양광이 투과되어 태양광 패널(102)에 입광될 수 있도록, 투명한 재질의 고분자 재료, 혹은 고분자 박막 필름(PE 또는 PP필름) 등으로 구성하는 것이 바람직하다.
한편, 태양광 패널(102)의 각도는 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)를 통해 조절될 수 있으며, 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)는 금속, Nylon과 같은 고분자 섬유다발이나 폴리머(Polymer) 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)를 금속 재질로 구성하여 태양광 패널(102)의 전극과 연결하여 전원선 역할을 수행하도록 구성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 주익(101)에는 복수 개의 태양광 패널(102)이 배치되며, 이 패널들의 4개의 모서리에는 각각 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 수직방향으로 결합된다.
도 4는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 태양광 패널(102)과의 결합상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 이송홀(200)과의 연결상태와 가이드텐션부재(700)의 위치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)는 태양광 패널(102)의 모서리(꼭지점)를 관통하고 접착제 접합, 혹은 솔더링(109) 등과 같은 방법으로 고정이 되므로, 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 상하 방향으로 동작하면 그에 따라 태양광 패널(102) 모서리의 위치가 변경될 수 있다.
그리고, 상기에서 언급된 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)는 주익(101)의 전방 스파(104) 및 후방 스파(105)에 존재하는 이송홀(200)을 통과하도록 구성된다.
이에 대한 구체적인 예시를 도 5에 도시하였다. 만약 이송홀(200)이 스파 플랜지(108)에 가공될 경우, 스파 플랜지(108)에 부착되는 주익의 상부면(107)에 의해 이송홀(200)이 가려질 수 있고, 서로간의 간섭에 의해 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 움직임이 제약될 수 있다.
따라서, 스파 플랜지(108)의 밑면에는 블록(110)이 부착되고, 블록(110)에 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 관통할 수 있는 이송홀(200)이 존재하도록 구성하는 것이 바람직하다.
미도시 하였으나, 이송홀(200)의 테두리 부위에는 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 선운동이 원활하게 진행될 수 있도록 베어링이나 부싱 등을 추가하는 것이 바람직하다.
또한, 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 느슨해지거나 기 구성된 경로에서 이탈할 경우, 태양광 패널(102)의 제어가 원활하지 않을 수 있으므로, 이러한 문제를 미연에 방지하기 위해 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 이송방향 가이드 및 텐션 유지를 위한 가이드텐션부재(700)가 더 구비된다.
가이드텐션부재(700)는 스파 플랜지(108)의 하부에 회전가능하게 결합되며, 가이드 베어링이나 텐셔너(Tensioner) 등으로 구성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어(300)의 폐루프 구조를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제2와이어(400)의 폐루프 구조를 나타낸 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)에 연결된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면 다음과 같다.
도 6 및 도 7을 도 3과 연관시켜 보면 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)는 도면과 같이 각각 별개의 폐루프를 구성한다.
도 6 및 도 7의 점들은 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 태양광 패널(102)의 모서리 부분과 결합된 부분을 나타낸다.
도 6은 제1와이어(300)가 전(全) 태양광 패널(102)에 동일하게 태양광 패널(102) 내 대각선 방향으로 위치한 2개의 모서리를 순차적으로 관통되어 구성된 것을 나타낸다.
이때, 제1와이어(300)는 전 태양광 패널(102)에서 동일한 모서리에만 관통하여야만 제1와이어(300)의 인장이나 패널의 굽힘 없이 모든 태양광 패널(102)이 동일한 각도로 조절이 될 수 있다.
도 7은 제2와이어(400)의 폐루프를 나타낸 것으로, 제1와이어(300)가 통과하지 않은 나머지 모서리 2개에 제2와이어(400)가 순차적으로 관통된다.
도 8에는 이러한 폐루프를 구성하는 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 선운동을 제공할 수 있는 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)를 도시하였다.
제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)에는 간략히 도시하였으나 풀리(510, 610)가 부착되고, 풀리(510, 610)에는 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 각각 감겨져 있으며, 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)의 정역회전으로 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 1차원 선운동을 발생시킬 수 있다.
한편, 도면은 개략적으로 도시한 것으로써, 풀리(510, 610)에는 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 풀리(510, 610)로부터 이탈되지 않도록 홈이 형성되며, 이 홈에 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)가 권취되도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고, 이러한 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)는 미도시 하였으나, 제어부(미도시)에 연결되어 비행체의 자세나 태양의 고도에 맞춰 제1와이어(300) 및 제2와이어(400)의 선운동을 발생시킬 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익의 일실시예에 의한 태양광 패널(102)의 각도 조절 상태를 나타낸 도면이며, 4방향으로의 태양광 패널(102)의 각도 조절시 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)의 회전방향을 각각의 도면상에 화살표로 나타내었다.
각도의 크기는 태양 입사각 및 비행체의 자세에 따라 제어부(미도시)에 의해 결정되며, 제1액츄에이터(500) 및 제2액츄에이터(600)는 각각 정역회전 속도를 조절할 수 있도록 구성하면 미세한 각도 조절까지도 가능하다.
10 : 항공기
101 : 주익 102 : 태양광 패널
103 : 전방 스파 104 : 후방 스파
105 : 주익 앞전 106 : 주익 뒷전
107 : 주익의 상부면 108 : 스파 플랜지
109 : 솔더링 110 : 블록
200 : 이송홀 300 : 제1와이어
400 : 제2와이어 500 : 제1액츄에이터
600 : 제2액츄에이터 510, 610 : 풀리
700 : 가이드텐션부재

Claims (8)

  1. 태양입사각에 따라 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익(主翼)에 관한 것으로,
    상부면이 햇빛이 투과될 수 있는 투명 재질로 구성된 주익;
    상기 주익 내부에 위치되는 복수 개의 태양광 패널;
    상기 주익 내부에 형성되며, 상기 태양광 패널의 꼭지점마다 상하부로 각각 소정간격 이격되어 형성되는 이송홀;
    상기 이송홀을 통해 상기 태양광 패널의 상부에서 하부, 하부에서 상부로 연결되되, 상기 태양광 패널의 4개의 꼭지점 중 마주보는 대각선 방향의 꼭지점으로 연결되고, 상기 태양광 패널 상호 간에도 대각선 꼭지점 방향으로 연결되어 폐루프를 형성하는 제1와이어;
    상기 이송홀을 통해 상기 태양광 패널의 상부에서 하부, 하부에서 상부로 연결되되, 상기 제1와이어가 연결된 꼭지점을 제외한 나머지 마주보는 꼭지점으로 연결되고, 상기 태양광 패널 상호 간에도 대각선 꼭지점 방향으로 연결되어 폐루프를 형성하는 제2와이어;
    상기 제1와이어를 소정간격 왕복이동시키는 제1액츄에이터;
    상기 제2와이어를 소정간격 왕복이동시키는 제2액츄에이터;
    상기 태양입사각을 감지하는 센서; 및
    상기 센서에 의해 감지된 정보에 따라 상기 제1액츄에이터와 상기 제2액츄에이터를 구동시키는 제어부;를 포함하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주익의 상부면은,
    투명한 재질의 PE필름 또는 PP필름인 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1와이어 및 상기 제2와이어는,
    재질이 금속 또는 폴리머(Polymer) 재질인 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이송홀에는,
    상기 와이어의 이송이 원활하도록 베어링 또는 부싱이 구비된 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1와이어 및 상기 제2와이어의 이송방향 가이드 및 텐션 유지를 위한 가이드텐션부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1와이어 및 상기 제2와이어는,
    상기 태양광 패널의 꼭지점에 고정결합된 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  7. 제1항에 있어서, 상기 태양광 패널은,
    결정질 또는 비정질 계열인 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 태양광 패널에는,
    금속 또는 복합재의 보강플레이트가 더 부착된 것을 특징으로 하는 각도 조절이 가능한 태양광 패널이 탑재된 주익.
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