KR101556373B1

KR101556373B1 - 태양광 발전 장치

Info

Publication number: KR101556373B1
Application number: KR1020150008852A
Authority: KR
Inventors: 이강호
Original assignee: (주)운하
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2015-10-07

Abstract

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 자동으로 추적하여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부; 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부의 전측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 전측 받침대부; 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부의 후측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 후측 받침대부; 및 전측 받침대부와 후측 받침대부 사이에 마련되어 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 단위 태양전지 패널을 전후 방향으로 연속되게 장착하여 하나의 태양전지 패널군을 형성하고, 태양전지 패널군 간에는 좌우 방향으로 서로 이격되게 장착하여 회동 동작시 태양전지 패널군 간의 그림자 간섭을 배제시키는 태양전지 패널 지지부를 포함한다.

Description

태양광 발전 장치{APPARATUS FOR SOLAR ENERGY GENERATION}

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 자동으로 추적하여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 대부분의 태양광 발전 장치는 고정식으로 구성된다. 즉, 태양전지 패널을 금속의 구조물 위에 단단히 고정시키는 방식으로 시공하고 있다. 시판중인 태양전지 패널의 효율이 18% 이하임을 감안할 때, 발전효율이 낮은 태양전지를 고정식으로 시공하는 것은 태양전지 패널의 효율을 다 이끌어내지 못할 뿐 아니라, 고가의 태양전지 패널을 낭비하는 문제점이 있다.

한편, 최근 들어 태양전지 패널의 발전효율을 높이기 위해서 태양의 궤적을 추적하는 장치 및 시설들이 시도되고 있으나, 종래의 추적 방식의 태양광 발전 장치들은 태양전지 패널의 자체의 효율은 높지만, 비용 대비 발전효율은 고정식 발전설비 보다 높다고 할 수 없고, 복잡한 구조로 인한 잦은 고장과, 오작동 등의 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0721002호(2007.05.16)

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 태양광의 고도 및 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 고도 및 궤적을 추적할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 태양전지 패널을 좌우로 회동시키는 동작과 상하로 높이조절하는 동작을 간단한 구조로 효과적으로 수행할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 구조의 단순화를 통해 종래보다 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부; 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부의 전측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 전측 받침대부; 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부의 후측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 후측 받침대부; 및 전측 받침대부와 후측 받침대부 사이에 마련되어 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 단위 태양전지 패널을 전후 방향으로 연속되게 장착하여 하나의 태양전지 패널군을 형성하고, 태양전지 패널군 간에는 좌우 방향으로 서로 이격되게 장착하여 회동 동작시 태양전지 패널군 간의 그림자 간섭을 배제시키는 태양전지 패널 지지부를 포함한다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 후측 받침대부와 태양전지 패널 지지부 사이에 마련되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 태양전지 패널부의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 후측 받침대부로부터 태양전지 패널 지지부의 높이를 조절하는 높이조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양전지 패널 지지부는, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 전측 받침대부의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 전단 지지대와, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 높이조절부의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 후단 지지대와, 전후 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 양단이 전단 지지대 및 후단 지지대에 각각 좌우 방향으로 회동 가능하게 체결되어 태양전지 패널군이 장착되고, 복수개가 좌우 방향으로 서로 이격되어 마련되는 패널 지지대와, 패널 지지대의 전단에서 하방으로 돌출되도록 형성되어, 돌출된 일단의 좌우 회전 동작으로 패널 지지대를 좌우 방향으로 회동시키는 각도조절 돌기와, 패널 지지대의 전단 하측에서 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 각도조절 돌기의 일단과 체결되며 좌우 이동 동작으로 각도조절 돌기를 좌우로 회전시키는 각도조절 가이드가 장착되고, 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되는 각도조절 가로축과, 각도조절 가로축의 일단에 연결되되, 회전 운동을 좌우 방향의 직선 운동으로 변환시켜 제공하여 각도조절 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 단위 태양전지 패널의 좌우 방향 폭에 대한, 태양전지 패널군 간의 간격의 비율은 0.16 내지 0.4의 범위인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 높이조절부는, 높이조절을 위해 X-링크 형상으로 형성되며, 상단이 태양전지 패널 지지부의 후단과 연결되고 하단이 후측 받침대부의 상단에 연결되는 높이조절대와, 높이조절대의 상단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절 동작시 높이조절대와 태양전지 패널 지지부 간의 각도 변화에 대응하여 높이조절대와 태양전지 패널 지지부 사이를 서로 회동 가능하게 체결시키는 환봉과, 높이조절대의 하단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절대를 후측 받침대부의 상단에 체결시키는 에이치빔과, 좌우 방향으로 연장되어 높이조절대의 하단부에 관통하여 체결되며, 중간부를 기준으로 좌측과 우측에 서로 다른 방향의 나사선이 형성되어, 회전 동작으로 높이조절대를 좌우 방향 이동시켜 높이조절하는 높이조절 볼트와, 높이조절 볼트의 일단에 체결되어 높이조절 볼트에 회전력을 제공하는 높이조절 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널 지지부의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며, 태양광을 반사시켜 태양전지 패널부로 집광하는 반사 패널부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 반사 패널부는, 태양전지 패널 지지부에 대하여 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 반사 패널과, 반사 패널의 일측에 장착되어 반사 패널의 표면에 물이 흐르게 하여 물의 증발에 의해 태양전지 패널부를 냉각시키는 냉각수공급 파이프와, 태양전지 패널부의 덮개로 사용하도록 반사 패널을 회동시키는 반사패널 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 태양의 연간 고도변화 데이터와, 태양의 일간 궤적변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부; 및 태양데이터 저장부에 저장된 연간 고도변환 데이터 및 일간 궤적변화 데이터를 수신하여, 태양전지 패널부에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 태양전지 패널 지지부의 좌우 회동 동작을 제어하고, 높이조절부의 높이조절 동작을 제어하는 패널 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하여 패널 제어부로 전송하는 태양광 감지부를 더 포함하며, 패널 제어부는 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 태양전지 패널 지지부의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하고, 높이조절부의 높이조절 위치를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 태양광 감지부는, 단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 태양전지 패널부를 향하고 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 제1 꼭짓점을 향한 핀홀이 형성되는 케이스와, 제1 꼭짓점 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 태양전지 패널부에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서와, 삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서와, 삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 태양광 발전 장치는 태양광의 고도 및 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 고도 및 궤적을 추적할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 태양전지 패널을 좌우로 회동시키는 동작과 상하로 높이조절하는 동작을 간단한 구조로 효과적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 구조의 단순화를 통해 종래보다 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 배면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부의 동작특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널군 간의 이격 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 측면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 상단부를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 하단부를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 정면도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 측면도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양광 감지부를 설명하기 위한 개략도이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 배면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부를 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부의 동작특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 지지부를 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널군 간의 이격 거리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 배면도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 측면도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 상단부를 나타낸 도면이며, 도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 하단부를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부(100), 전측 받침대부(200), 후측 받침대부(300), 태양전지 패널 지지부(400) 및 높이조절부(500)를 포함한다.

태양전지 패널부(100)는 복수개의 단위 태양전지 패널(111)로 이루어진다. 또한, 단위 태양전지 패널(111)을 전후 방향으로 연속되게 형성하여 하나의 태양전지 패널군(110)을 이루도록 한다.

전측 받침대부(200)는 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부(100)의 전측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련된다.

후측 받침대부(300)는 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부(100)의 후측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련된다. 또한, 후측 받침대부(300)의 상단이, 전측 받침대부(200)의 상단보다 더 높게 형성되는 것이 가능하다.

태양전지 패널 지지부(400)는 전측 받침대부(200)와 후측 받침대부(300) 사이에 마련되어 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부(100)가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 단위 태양전지 패널(111)을 전후 방향으로 연속되게 장착하여 하나의 태양전지 패널군(110)을 형성하고, 태양전지 패널군(110) 간에는 좌우 방향으로 서로 이격되게 장착하여 회동 동작시 태양전지 패널군(110) 간의 그림자 간섭을 배제시킨다.

구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 패널 지지부(400)는, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 전측 받침대부(200)의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 전단 지지대(410)와, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 높이조절부(500)의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 후단 지지대(420)와, 전후 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 양단이 전단 지지대(410) 및 후단 지지대(420)에 각각 좌우 방향으로 회동 가능하게 체결되어 태양전지 패널군(110)이 장착되고, 복수개가 좌우 방향으로 서로 이격되어 마련되는 패널 지지대(430)를 포함한다.

또한, 전단 지지대(410) 및 패널 지지대(430) 사이, 그리고 후단 지지대(420) 및 패널 지지대(430)에는 회전 가능하게 축(421)으로 체결된다.

또한, 후단 지지대(420)에는 후단 지지대(420)와 후측의 환봉(520)을 연결하는 연결구(521)가 형성된다.

또한, 패널 지지부(400)는, 패널 지지대(430)의 전단에서 하방으로 돌출되도록 형성되어, 돌출된 일단의 좌우 회전 동작으로 패널 지지대(430)를 좌우 방향으로 회동시키는 각도조절 돌기(440)와, 패널 지지대(430)의 전단 하측에서 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 각도조절 돌기(440)의 일단과 체결되며 좌우 이동 동작으로 각도조절 돌기(440)를 좌우로 회전시키는 각도조절 가이드(450)가 장착되고, 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되는 각도조절 가로축(460)과, 각도조절 가로축(460)의 일단에 연결되되, 회전 운동을 좌우 방향의 직선 운동으로 변환시켜 제공하여 각도조절 모터(470)를 더 포함하는 것이 가능하다. 여기서, 각도조절 돌기(440)는 각도조절 가이드(450)를 추종하며, 패널 지지대(430)와 직결되어 태양전지 패널군(110)의 움직임을 조절한다. 즉, 각도조절 모터(470)가 정회전 또는 역회전 함에 따라 각도조절 가이드(450)가 좌우로 이동하게 되고, 각도조절 가이드(450)의 위치에 따라 패널의 각도가 변화한다.

또한, 각도조절 가로축(460)에는 각도조절 가로축(460)을 지지하기 위한 제1 캐스터(461)가 형성된다.

또한, 각도조절 모터(470)의 회전에 따라 각도조절 모터(470)의 좌우 이동을 지지하기 위한 모터 받침대(471)와, 각도조절 모터(470)의 회전축을 무두각선볼트(473)와 연결하기 위한 제1 조인트(472)와, 무두각선볼트(473)의 끝단에 연결되어 고정된 상태로 각도조절 모터(470)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 너트(474)와, 각도조절 가로축(460)에 회전력을 전달하지 않도록 하는 연결하는 제2 조인트(475)를 포함한다. 여기서, 각도조절 가로축의 동작을 위한 운동에너지를 제공하기 위해 전기장치, 유압장치 등이 사용될 수 있다.

덧붙여, 너트(474)를 고정하고 모터 받침대(471)와 연결되는 제1 고정구(476)가 더 형성되며, 각도조절 가로축(460)의 좌측 이동을 제한하기 위한 리미트(480)가 형성된다.

여기서, 본 발명의 일실시예에서는 그림자 간섭을 방지하기 위하여, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭에 대한, 태양전지 패널군(110) 간의 좌우 간격의 비율은 0.16 내지 0.4의 범위로 설정하여 장착하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 태양을 향하는 태양전지 패널의 최대 수광각을 270°로 할 때, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭 : 태양전지 패널군(110) 간의 간격은 1 : 0.4가 되어야 그림자 간섭이 없는 최소한의 간격을 두고 형성할 수 있으며, 태양을 향하는 태양전지 패널의 최대 수광각을 240°로 할 때, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭 : 태양전지 패널군(110) 간의 간격은 1 : 0.16이 되어야 그림자 간섭이 없는 최소한의 간격을 두고 형성할 수 있다.

높이조절부(500)는, 후측 받침대부(300)와 태양전지 패널 지지부(400) 사이에 마련되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 태양전지 패널부(100)의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 후측 받침대부(300)로부터 태양전지 패널 지지부(400)의 높이를 조절한다.

구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 높이조절부(500)는, 높이조절을 위해 X-링크 형상으로 형성되며, 상단이 태양전지 패널 지지부(400)의 후단과 연결되고 하단이 후측 받침대부(300)의 상단에 연결되는 높이조절대(510)와, 높이조절대(510)의 상단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절 동작시 높이조절대(510)와 태양전지 패널 지지부(400) 간의 각도 변화에 대응하여 높이조절대(510)와 태양전지 패널 지지부(400) 사이를 서로 회동 가능하게 체결시키는 환봉(520)과, 높이조절대(510)의 하단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절대(510)를 후측 받침대부(300)의 상단에 체결시키는 에이치빔(530)을 포함한다.

또한, 환봉(520)을 받쳐 구조물의 하중을 지지하면서, 좌우로 이동 가능한 제2 캐스터(511)가 형성되며, 각도조절이 가능한 연결 부재로서 파손을 방지하기 위해 내폭과 비슷한 외경을 가진 원통형의 제3 캐스터(512)가 형성되고, 높이조절대(510)와 환봉(520)이 이탈하지 않도록 고정하는 제2 고정구(522)가 형성된다.

또한, 높이조절대(510)의 하부의 구조도 전방으로만 회전 가능하고 원통형 캐스터가 더 구비되어 휨이나 파손에 강한 구조를 형성할 수 있으며, 그 하측에서 좌우 회전이 가능하고 원통형의 제4 캐스터(513)를 구비하여 휨이나 파손에 강한 구조를 형성한다. 제4 캐스터(513)의 하부에는 높이조절 볼트(540)를 지지하기 위한 높이조절 너트(514)가 형성된다. 또한, 높이조절 너트(514)의 하측에는 에이치빔(530)으로부터 이탈 방지를 위한 트롤리캐스터(515)가 형성된다.

또한, 높이조절부(500)는, 좌우 방향으로 연장되어 높이조절대(510)의 하단부에 관통하여 체결되며, 중간부를 기준으로 좌측과 우측에 서로 다른 방향의 나사선이 형성되어, 회전 동작으로 높이조절대(510)를 좌우 방향 이동시켜 높이조절하는 높이조절 볼트(540)와, 높이조절 볼트(540)의 일단에 체결되어 높이조절 볼트(540)에 회전력을 제공하는 높이조절 모터(550)를 포함하는 것이 가능하다.

또한, 높이조절부(500)에는 상하 방향의 이탈을 방지하기 위하여 이탈방지 와이어(560)가 형성될 수 있으며, 높이조절 볼트의 중앙에는 제3 조인트(541)가 형성된다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 반사 패널부(600)를 더 포함하는 것이 가능하다. 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 정면도이며, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 측면도이다.

도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양전지 패널 지지부(400)의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며, 태양광을 반사시켜 태양전지 패널부(100)로 집광하는 반사 패널부(600)를 더 포함하는 것이 가능하다.

여기서, 반사 패널부(600)는, 태양전지 패널 지지부(400)에 대하여 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 반사 패널(610)과, 반사 패널의 일측에 장착되어 반사 패널(610)의 표면에 물이 흐르게 하여 물의 증발에 의해 태양전지 패널부(100)를 냉각시키는 냉각수공급 파이프(도시하지 않음)와, 태양전지 패널부(100)의 덮개로 사용하도록 반사 패널(610)을 회동시키는 반사패널 모터(도시하지 않음)를 포함하는 것이 가능하다.

구체적으로, 태양전지 패널이 남중고도를 추적하여 항상 태양광과 수직을 이루기 때문에 반사판의 수직투영 면적만큼의 광량을 태양전지 패널로 추가 집광할 수 있다.

한편, 태양전지 패널의 효율은 일사량과 일조량에 정비례하고, 태양전지 패널의 온도상승과 반비례하기 때문에 일사량이 부족하고 기온이 온화한 시기에는 반사판의 역할을 하고, 일사량이 높고, 온도도 높은 시기에는 태양전지 패널의 온도를 낮추기 위해 증발판으로 사용되어 태양전지 패널의 온도를 낮추는 기능을 할 수 있다. 증발판으로 사용되는 경우에는 흐르는 물을 포집하여 증발 효율을 증가시킬 수 있도록 반사 패널의 표면에 부직포 등을 더 형성시킬 수 있다.

또한, 태풍, 폭설, 집중호우 등 기후가 태양전지 패널을 손상시킬 우려가 있을 때에는, 전측과 후측의 반사 패널을 태양전지 패널을 향하여 접는 동작으로 정삼각형의 형상으로 덮어 태양전지 패널을 보호하는 기능을 가질 수 있다.

이하에서는 상술한 태양전지 패널 지지부(400) 및 높이조절부(500)를 구동하여, 태양광의 고도 및 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 구성 및 동작특성에 관하여 설명하기로 한다.

도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양의 연간 고도변화 데이터와, 태양의 일간 궤적변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부(700)와, 태양데이터 저장부(700)에 저장된 연간 고도변환 데이터 및 일간 궤적변화 데이터를 수신하여, 태양전지 패널부(100)에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 태양전지 패널 지지부(400)의 좌우 회동 동작을 제어하고, 높이조절부(500)의 높이조절 동작을 제어하는 패널 제어부(800)를 더 포함하는 것이 가능하다.

도 17 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이며, 도 18 내지 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양광 감지부를 설명하기 위한 개략도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부(100)의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하여 패널 제어부(800)로 전송하는 태양광 감지부(900)를 더 포함한다.

이에 따라, 패널 제어부(800)는 태양광 감지부(900)에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 태양전지 패널 지지부(400)의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하고, 높이조절부(500)의 높이조절 위치를 보정하도록 제어할 수 있다.

도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 감지부(900)는, 단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 태양전지 패널부(100)를 향하고 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 제1 꼭짓점을 향한 핀홀(911)이 형성되는 케이스(910)와, 제1 꼭짓점 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 태양전지 패널부(100)에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서(920)와, 삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서(930)와, 삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서(940)를 포함하는 것이 가능하다.

구체적으로, 삼각형의 틀에 조그마한 핀홀을 뚫고, 핀홀을 통과하는 빛이 삼각형의 각부에 부착된 태양전지에 도달할 때 발생하는 시그널을 통해 태양광의 한 축에서 현재 위상을 정확하게 인식하도록 한 것으로, 도 18과 같이, 제1 태양전지 센서(920)에 전기가 발생하게 되면 각도조절 모터(470), 높이조절 모터(550) 등의 모터의 동작을 정지한다. 또한, 도 19와 같이, 제2 태양전지 센서(930)에 전기가 발생하게 되면 모터를 시계 반대 방향으로 회전하도록 하며, 도 20과 같이, 제3 태양전지 센서(940)에 전기가 발생하게 되면 모터를 시계 방향으로 회전하도록 한다.

또한, 빛의 회절이나 산란 등으로 인한 오작동을 방지하기 위해 핀홀부에 볼록렌즈를 설치하여 빛이 정확하게 한 지점에만 도달할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 태양광 감지부(900)를 태양전지 패널부(100)의 가로 및 세로로 하나씩 놓았을 때, 태양의 궤적을 정확하게 추적할 수 있다.

한편, 센서에만 의존하는 자동화 시스템을 구축하는 것은 설치비용이 높아지는 반면, 기후변화로 인한 센서 오작동이 발생할 확률이 있으므로, 도 16과 같이 일출일몰 데이터를 바탕으로 시그널을 발생시키는 프로그래밍을 통한 제어를 병행하여 사용함으로써 시스템의 오작동을 줄이고 신뢰도를 높일 수 있다.

또한, 다른 실시예로, 불특정한 시기에 갑자기 찾아오는 기후변화에 대응할 수 있도록, 수동제어를 추가하는 것이 가능하다. 즉, 태양전지 패널 상부에 태양전지 패널과 수직인 봉을 세우고, 봉의 그림자와 태양전지 패널의 기동을 볼 수 있는 카메라 장치를 설치한 후, 외부에서 웹이나 스마트폰 앱 등으로 실시간 관제 및 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양광의 고도 및 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 고도 및 궤적을 추적할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 패널을 좌우로 회동시키는 동작과 상하로 높이조절하는 동작을 간단한 구조로 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전 장치는 구조의 단순화를 통해 종래보다 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 장점이 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 태양전지 패널부
110 : 태양전지 패널군
111 : 단위 태양전지 패널
200 : 전측 받침대부
300 : 후측 받침대부
400 : 태양전지 패널 지지부
410 : 전단 지지대
420 : 후단 지지대
421 : 축
430 : 패널 지지대
440 : 각도조절 돌기
450 : 각도조절 가이드
460 : 각도조절 가로축
461 : 제1 캐스터
470 : 각도조절 모터
471 : 모터 받침대
472 : 제1 조인트
473 : 무두각선볼트
474 : 너트
475 : 제2 조인트
476 : 제1 고정구
480 : 리미트
500 : 높이조절부
510 : 높이조절대
511 : 제2 캐스터
512 : 제3 캐스터
513 : 제4 캐스터
514 : 높이조절 너트
515 : 트롤리캐스터
520 : 환봉
521 : 연결구
522 : 제2 고정구
530 : 에이치빔
540 : 높이조절 볼트
541 : 제3 조인트
550 : 높이조절 모터
560 : 이탈방지 와이어
600 : 반사 패널부
610 : 반사 패널
700 : 태양데이터 저장부
800 : 패널 제어부
900 : 태양광 감지부
910 : 케이스
911 : 핀홀
920 : 제1 태양전지 센서
930 : 제2 태양전지 센서
940 : 제3 태양전지 센서

Claims

복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부;
좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부의 전측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 전측 받침대부;
좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 상기 태양전지 패널부의 후측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련되는 후측 받침대부;
상기 전측 받침대부와 상기 후측 받침대부 사이에 마련되어 태양의 일간 궤적에 따라 상기 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 상기 단위 태양전지 패널을 전후 방향으로 연속되게 장착하여 하나의 태양전지 패널군을 형성하고, 상기 태양전지 패널군 간에는 좌우 방향으로 서로 이격되게 장착하여 회동 동작시 상기 태양전지 패널군 간의 그림자 간섭을 배제시키는 태양전지 패널 지지부; 및
상기 태양전지 패널 지지부의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며, 태양광을 반사시켜 상기 태양전지 패널부로 집광하는 반사 패널부;를 포함하며,
상기 반사 패널부는,
상기 태양전지 패널 지지부에 대하여 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 반사 패널과,
상기 반사 패널의 일측에 장착되어 상기 반사 패널의 표면에 물이 흐르게 하여 물의 증발에 의해 상기 태양전지 패널부를 냉각시키는 냉각수공급 파이프와,
상기 태양전지 패널부의 덮개로 사용하도록 상기 반사 패널을 회동시키는 반사패널 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 후측 받침대부와 상기 태양전지 패널 지지부 사이에 마련되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 상기 태양전지 패널부의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 상기 후측 받침대부로부터 상기 태양전지 패널 지지부의 높이를 조절하는 높이조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 태양전지 패널 지지부는,
좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 상기 전측 받침대부의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 전단 지지대와,
좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 상기 높이조절부의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 후단 지지대와,
전후 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 양단이 상기 전단 지지대 및 상기 후단 지지대에 각각 좌우 방향으로 회동 가능하게 체결되어 상기 태양전지 패널군이 장착되고, 복수개가 좌우 방향으로 서로 이격되어 마련되는 패널 지지대와,
상기 패널 지지대의 전단에서 하방으로 돌출되도록 형성되어, 돌출된 일단의 좌우 회전 동작으로 상기 패널 지지대를 좌우 방향으로 회동시키는 각도조절 돌기와,
상기 패널 지지대의 전단 하측에서 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 상기 각도조절 돌기의 일단과 체결되며 좌우 이동 동작으로 상기 각도조절 돌기를 좌우로 회전시키는 각도조절 가이드가 장착되고, 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되는 각도조절 가로축과,
상기 각도조절 가로축의 일단에 연결되되, 회전 운동을 좌우 방향의 직선 운동으로 변환시켜 제공하여 각도조절 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제1항에 있어서,
상기 단위 태양전지 패널의 좌우 방향 폭에 대한, 상기 태양전지 패널군 간의 간격의 비율은 0.16 내지 0.4의 범위인 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제2항에 있어서,
상기 높이조절부는,
높이조절을 위해 X-링크 형상으로 형성되며, 상단이 상기 태양전지 패널 지지부의 후단과 연결되고 하단이 상기 후측 받침대부의 상단에 연결되는 높이조절대와,
상기 높이조절대의 상단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절 동작시 상기 높이조절대와 상기 태양전지 패널 지지부 간의 각도 변화에 대응하여 상기 높이조절대와 상기 태양전지 패널 지지부 사이를 서로 회동 가능하게 체결시키는 환봉과,
상기 높이조절대의 하단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 상기 높이조절대를 상기 후측 받침대부의 상단에 체결시키는 에이치빔과,
좌우 방향으로 연장되어 상기 높이조절대의 하단부에 관통하여 체결되며, 중간부를 기준으로 좌측과 우측에 서로 다른 방향의 나사선이 형성되어, 회전 동작으로 상기 높이조절대를 좌우 방향 이동시켜 높이조절하는 높이조절 볼트와,
상기 높이조절 볼트의 일단에 체결되어 상기 높이조절 볼트에 회전력을 제공하는 높이조절 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
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제2항에 있어서,
태양의 연간 고도변화 데이터와, 태양의 일간 궤적변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부; 및
상기 태양데이터 저장부에 저장된 상기 연간 고도변환 데이터 및 상기 일간 궤적변화 데이터를 수신하여, 상기 태양전지 패널부에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 상기 태양전지 패널 지지부의 좌우 회동 동작을 제어하고, 상기 높이조절부의 높이조절 동작을 제어하는 패널 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제8항에 있어서,
상기 태양전지 패널부의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하여 상기 패널 제어부로 전송하는 태양광 감지부를 더 포함하며,
상기 패널 제어부는 상기 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 상기 태양전지 패널 지지부의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하고, 상기 높이조절부의 높이조절 위치를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.
제9항에 있어서,
상기 태양광 감지부는,
단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 상기 태양전지 패널부를 향하고 상기 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 상기 제1 꼭짓점을 향한 핀홀이 형성되는 케이스와,
상기 제1 꼭짓점 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 상기 태양전지 패널부에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서와,
삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 상기 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서와,
삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 상기 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치.