KR101563509B1 - 태양광량 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광량 측정장치에 관한 것으로서, 내부에 수용공간이 형성된 케이스 및 상기 수용공간 일측에 설치되는 기판과 상기 기판 상면에 배열되고, 상부에 관체 형상의 슬릿이 설치된 복수개의 광센서를 포함하는 광센서 어레이부 및 각각의 상기 광센서의 검출신호를 분석하여 태양광 정렬 오차를 산출하는 정렬 오차 산출부를 포함하여 구성된다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 복수개의 광센서의 상부에 관체 형상의 서로 다른 높이의 슬릿을 설치함으로써, 태양광의 입사각의 변화에 따른 각각의 광센서에서 감지되는 태양광의 광량의 변화를 미세하게 측정할 수 있어 태양광의 수직위치를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 복수개의 광센서의 교정시 하나의 검사광으로 복수개의 광센서를 교정할 수 있어 교정에 따른 오차 발생을 최소화 할 수 있게 된다.
또한, 광센서의 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 안정화부가 구비되어 광센서를 통해 보다 정확한 광량을 측정할 수 있게 된다.
또한, 케이스와 슬릿의 내벽에 흡광물질을 코팅함으로써, 입사되는 태양광의 반사 또는 산란으로 인해 발생되는 오차를 방지하여 보다 정확한 광량을 측정할 수 있게 된다.

Description

태양광량 측정장치{measuring device of sunlight quantity}

본 발명은 태양광량 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 다른 높이를 갖는 관체 형상의 슬릿이 설치된 복수개의 광센서로 측정되는 광량을 비교하여 태양광의 위치를 정확하게 추적할 수 있도록 한 태양광량 측정장치에 관한 것이다.

현대 사회의 문명을 이용하고 누리기 위해서는 이른바 전기의 힘을 빌리지 않으면 안되는 상황이 대부분이다. 그리고, 전기에너지의 대부분은 화석에너지, 즉 석탄 및 석유를 태워 증기 터빈을 돌려 에너지를 얻는 화력발전에 의지하고 있는 것이 현실이다.

그러나, 화석에너지는 그 매장량이 한정적이고 또한 그것을 태울 때 발생되는 이산화탄소 등으로 인한 환경오염 및 지구온난화 문제가 항상 대두되어 왔다.

따라서, 이와 같은 화석에너지의 대체 에너지로서 태양 에너지가 주목받게 되었다. 태양에너지를 전기에너지로 변환하려면 태양전지판 등의 변환장치가 필요한데, 태양전지판은, PN접합면을 가지는 반도체 접합 영역에 빛이 조사되면 내부에 기전력이 발생하는 성질을 이용한 것으로서 여러 분야에서 널리 쓰이는 대체 에너지원으로서 각광받게 되었다.

한편, 이러한 태양에너지의 활용 효율을 극대화하기 위해서는 태양전지판이 항상 태양을 수직하게 바라볼 수 있도록 회전시켜주어야 하는데 이를 위해 한국등록특허 1122617호는 일측에 중앙 투광홀이 형성되고, 중앙 투광홀의 동서남북 방향에 4개의 외곽 투광홀이 형성된 솔라셀 모듈, 상기 중앙 투광홀과 연통되는 중앙 투광라인이 상하부로 수직하게 관통형성되고, 상기 외곽 투광홀과 각각 연통되는 4개의 외곽 투광라인이 상하부로 수직하게 관통형성되며, 상기 외곽 투광라인이 하방으로 갈수록 내측방향으로 경사지게 형성되는 몸체 및 상기 몸체 하부에 구비되고, 상면에 상기 중앙 투광라인의 하측단부와 대향되게 구비되는 중앙 수광센서가 구비되며, 각각의 상기 외곽투광라인의 하측단부와 대향되게 구비되는 4개의 외곽 수광센서가 구비된 기판을 포함하는 센서조립체를 태양전지판과 평행하게 설치하여 동서방향과 남북방향에 상호 짝을 이루는 2개의 외곽 수광센서에서 감지되는 광량을 비교하여 2개의 외곽 수광센서의 광량이 동일해지는 방향으로 2축 구동모터를 구동함으로써 태양전지판을 태양광과 항상 수직한 상태로 유지되도록 회전시키는 기술이 개시되어 있다.

그러나, 태양의 광량을 측정하기 위한 수광센서는 주위 환경 변화에 따라 성능이 달라지는 특성을 갖고 있으며, 특히 소자 주변의 온도 변화에 따라 특성이 달라지는 현상으로 인해 정확한 측정값을 확보하기 어려워 이를 해소하기 위해 온도센서를 부착한 특성보상회로를 사용하기도 하지만 온도센서 또한 외부온도의 영향을 받기 때문에 안정되고 정확한 값을 확보하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 센서 조립체에 설치되는 각각의 수광센서는 설치 환경 및 경년 변화에 따라 오차가 발생할 수 있어 제품의 설치 후에도 교정과정이 필요하나, 상기의 기술은 몸체에 각각의 외곽 수광센서와 연통되는 외곽 투광라인이 경사지게 형성되어 있어 교정과정에서 각각의 외곽 수광센서를 교정하기 위해 조사하는 검사광을 각각의 외곽 수광센서에 한번에 조사하지 못하고 각각 조사해야 함으로 인해 교정과정에서 오차가 발생될 우려가 있으며 설치 후에는 교정이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 복수개의 광센서의 상부에 관체 형상의 서로 다른 높이의 슬릿을 설치하여 태양광의 입사되는 광량을 미세하게 측정할 수 있도록 한 태양광량 측정장치를 제공함에 있다.

또한, 광센서의 주위 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 케이스 내부에 온도 안정화부를 구비한 태양광량 측정장치를 제공함에 있다.

또한, 입사되는 태양광이 반사 또는 산란되는 것을 방지하기 위해 케이스와 슬릿의 내벽에 흡광물질을 코팅한 태양광량 측정장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 내부에 수용공간이 형성된 케이스 및 상기 수용공간 일측에 설치되는 기판과 상기 기판 상면에 배열되고, 상부에 관체 형상의 슬릿이 설치된 복수개의 광센서를 포함하는 광센서 어레이부 및 각각의 상기 광센서의 검출신호를 분석하여 태양광 정렬 오차를 산출하는 정렬 오차 산출부를 포함하여 이루어지는 태양광량 측정장치가 제공된다.

또한, 복수개의 상기 광센서는 중앙에 배치되는 기준 광센서 및 상기 기준 광센서 외측에 배치되는 주변 광센서를 포함하고, 상기 슬릿은 상기 기준 광센서에 설치되는 기준 광센서 슬릿 및 상기 주변 광센서에 설치되는 주변 광센서 슬릿을 포함하되, 상기 기준 광센서 슬릿의 높이가 가장 높게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 복수개의 상기 주변 광센서는 2차원 방향의 태양광 정렬 검출을 위해 상기 기준 광센서 둘레에 십자 형태로 배치되고, 상기 기준 광센서를 기준으로 대향되게 배치되는 각 쌍의 주변 광센서에 설치되는 주변 광센서 슬릿은 서로 다른 높이로 형성되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 케이스의 측벽과 상기 슬릿의 내면에는 흡광물질이 코팅되는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 케이스 내부 온도를 미리 설정된 온도로 유지시키기 위한 온도 안정화부가 더 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 온도 안정화부는 상기 기판 일측에 설치되는 온도센서 및 상기 기판 하부에 설치되는 열전소자 및 상기 온도센서로부터 검출된 온도값과 미리 설정된 온도값을 비교하여 상기 열전소자를 구동시키는 온도 제어부를 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 복수개의 광센서의 상부에 관체 형상의 서로 다른 높이의 슬릿을 설치함으로써, 태양광의 입사각의 변화에 따른 각각의 광센서에서 감지되는 태양광의 광량의 변화를 미세하게 측정할 수 있어 태양광의 수직위치를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.

또한, 복수개의 광센서의 교정시 하나의 검사광으로 복수개의 광센서를 교정할 수 있어 교정에 따른 오차 발생을 최소화 할 수 있게 된다.

또한, 광센서의 주위 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한 온도 안정화부가 구비되어 광센서를 통해 보다 정확한 광량을 측정할 수 있게 된다.

또한, 케이스와 슬릿의 내벽에 흡광물질을 코팅함으로써, 입사되는 태양광의 반사 또는 산란으로 인해 발생되는 오차를 방지하여 보다 정확한 광량을 측정할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치에 태양광이 경사지게 입사되는 상태를 보여주기 위한 개략도이다.
도 3b는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치에 태양광이 수직하게 입사되는 상태를 보여주기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 광센서 교정과정을 보여주기 위한 개략도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야한다. 또한, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 태양광량 측정장치(1)는 케이스(10), 광센서 어레이부(20), 정렬 오차 산출부(30) 및 온도 안정화부(40)를 포함하여 이루어진다.

케이스(10)는 육면체 형상으로 형성되고, 내부에 수용공간이 형성되어 후술하는 광센서 어레이부(20), 정렬 오차 산출부(30) 및 온도 안정화부(40)의 설치영역을 제공한다.

그리고, 케이스(10)는 내부로 태양광이 입사될 수 있도록 투명한 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 측벽 내면에는 입사되는 태양광이 반사 또는 산란되는 것을 방지하기 위해 흡광물질이 코팅되는 것이 바람직하다.

위와 같이, 케이스(10) 측벽 내면에 흡광물질을 코팅하여 입사되는 태양광이 반사 또는 산란되어 후술하는 광센서 어레이부(20)로 입사되는 것을 방지함으로써, 오차 발생 요인이 소거되어 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있게 된다.

광센서 어레이부(20)는 기판(21)과 상부에 관체 형상의 슬릿(23, 25)이 설치된 복수개의 광센서(22, 24)를 포함하여 이루어진다.

기판(21)은 케이스(10)의 내부 수용공간 일측에 설치되어 광센서의 설치영역을 제공하게 된다.

복수개의 광센서(22, 24)는 기판(21)의 상면에 배치되고, 각각의 광센서에 설치되는 슬릿의 높이는 서로 다른 높이로 형성된다.

위와 같이 복수개의 광센서(22, 24)에 서로 다른 높이의 슬릿(23, 25)을 설치하는 이유는 태양광이 경사지게 입사될 경우, 각각의 광센서에 입사되는 광량의 차이를 발생시켜 각각의 광센서 간의 광량의 차이를 비교하여 태양광과 태양광 추적장치(50)의 정렬 오차를 추정하기 위함이다.

본 발명의 일 실시예에서 광센서 어레이부(20)는 기판(21)의 중앙에 설치되는 기준 광센서(22), 기준 광센서(22)의 상부에 설치되는 기준 광센서 슬릿(23), 기준 광센서(22)의 둘레에 십자 형태로 배치되는 4개의 주변 광센서(24) 및 4개의 주변 광센서(24)에 설치되는 4개의 주변 광센서 슬릿(25)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 기준 광센서(22)에 설치되는 기준 광센서 슬릿(23)을 가장 높게 형성하여 태양광이 경사지게 입사될 경우 기준 광센서(22)에 입사되는 태양광량을 최소화하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 기준 광센서(22)에 입사되는 태양광량과 4개의 주변 광센서(24)에 입사되는 태양광량을 비교하여 기준 광센서(22)와 4개의 주변 광센서(24)에 입사되는 태양광량이 동일해지는 수직 위치를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.

그리고, 기준 광센서(22)를 기준으로 십자 방향으로 대향되게 배치되는 두 쌍의 주변 광센서(24)에 설치되는 주변 광센서 슬릿(25)을 서로 다른 높이로 형성하여 대향되게 배치되는 각 쌍의 주변 광센서(24)에 입사되는 태양광량을 비교함으로써, 태양광에 대한 2차원 방향의 정렬을 할 수 있게 된다.

또한, 기준 광센서 슬릿(23)과 주변 광센서 슬릿(25)의 내벽에는 입사되는 태양광이 반사 또는 산란되는 것을 방지하기 위해 흡광물질이 코팅되는 것이 바람직하다.

위와 같이, 기준 광센서 슬릿(23)과 주변 광센서 슬릿(25)의 내벽에 흡광물질을 코팅하여 입사되는 태양광이 반사 또는 산란되어 기준 광센서(22) 및 주변 광센서(24)로 입사되는 것을 방지함으로써, 오차 발생 요인이 소거되어 보다 정확한 측정값을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 본 실시예에서는 기준 광센서 슬릿(23) 및 주변 광센서 슬릿(25)을 정사각형의 관체 형상으로 표현하였으나, 이에 한정 되는 것은 아니며, 다각형의 관체 형상 또는 원형의 관체 형상으로 형성될 수도 있음은 물론이다.

정렬 오차 산출부(30)는 기준 광센서(22)와 4개의 주변 광센서(24)로부터 검출되는 태양광량을 분석하여 태양광 정렬 오차값을 산출하는 역할을 한다.

위와 같이 정렬 오차 산출부(30)로부터 산출된 태양광 정렬 오차값이 소거되는 방향으로 태양광 추적장치(50)를 구동하게 된다.

여기서, 태양광 추적장치(50)는 식물재배 장치나 태양광을 이용하는 태양광 발전장치일 수 있다.

그리고, 정렬 오차 산출부(30)는 본 발명의 태양광량 측정장치(1) 내부에 구비되어 산출된 태양광 정렬 오차값을 태양광 추적장치(50)로 전송하도록 할 수 있고, 또는 태양광 추적장치(50) 내에 정렬 오차 산출부(30)를 구비하도록 할 수도 있다.

온도 안정화부(40)는 케이스(10) 내부 수용공간 일측에 설치되어 기준 광센서(22)와 4개의 주변 광센서(24)의 주변 온도를 미리 설정된 온도로 유지시키는 역할을 한다.

이러한 온도 안정화부(40)는 기판(21) 일측에 설치되는 온도센서(41)와 기판(21) 하부에 설치되는 열전소자(43) 및 온도 제어부(42)를 포함하여 이루어진다.

온도센서(41)는 기판(21) 상면에 설치되는 기준 광센서(22) 및 4개의 주변 광센서(24)의 온도를 측정하여 검출된 온도값을 온도 제어부(42)에 전송하는 역할을 한다.

열전소자(43)는 케이스(10) 내부 온도를 미리 설정된 온도로 유지시키는 역할을 한다.

온도 제어부(42)는 온도센서(41)로부터 측정된 온도값을 전송받아 미리 설정된 온도값과 비교함으로써, 열전소자(43)를 구동시키는 역할을 한다.

위와 같이, 온도 안정화부(40)를 통해 기준 광센서(22) 및 4개의 주변 광센서(24) 주변 온도를 미리 설정된 온도로 유지시킴으로써, 각각의 광센서가 주위의 온도에 영향을 받는 것을 최소화하여 보다 정확한 측정을 할 수 있게 된다.

도 3a는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치에 태양광이 경사지게 입사되는 상태를 보여주기 위한 개략도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치에 태양광이 수직하게 입사되는 상태를 보여주기 위한 개략도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광량 측정장치(1)의 초기구동 시 태양광과 본 발명의 태양광량 측정장치(1)가 경사지게 위치하게 될 경우, 기준 광센서(22)에 설치되는 기준 광센서 슬릿(23)과 기준 광센서(22)를 기준으로 대향되게 배치되는 각 쌍의 주변 광센서(24)에 설치되는 주변 광센서 슬릿(25)이 서로 다른 높이로 형성되어 있어 기준 광센서(22) 및 각 쌍의 주변 광센서(24)에 입사되는 태양광량에 차이가 발생하게 된다.

이 때, 태양광 추적장치(50)를 4개의 주변 광센서(24) 방향으로 각각 구동시킨 후, 각각의 위치에서 기준 광센서(22) 및 각 쌍의 주변 광센서(24)에 입사되는 광량을 정렬 오차 산출부(30)를 통해 비교하게 된다.

그리고, 기준 광센서(22)와 각 쌍의 주변광센서(24)에 입사되는 광량이 전체적으로 비슷해지는 방향으로 태양광 추적장치(50)를 구동하여 도 3b에 도시된 바와 같이 태양광과 태양광량 측정장치(1)가 수직이 되도록 위치시키게 된다.

아울러, 태양광량 측정장치(1)와 태양광이 수직이 되도록 태양광 추적장치(50)를 구동하는 과정에서 태양의 위치가 미세하게 이동할 경우에는 태양광 추적장치(50)를 이전의 구동되는 방향으로 이동시켜 태양광과 태양광량 측정장치(1)가 수직이 되도록 위치시키면 된다.

도 4는 본 발명에 따른 태양광량 측정장치의 광센서 교정과정을 보여주기 위한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 태양광량 측정장치에 설치되는 기준광센서(22) 및 4개의 주변 광센서(24)는 설치환경 및 경년변화에 따라 오차가 발생하게 된다.

따라서, 이러한 오차를 제거하기 위해 동일한 광량의 검사광(60)을 각각의 센서에 조사하여 각각의 광센서로 부터 출력되는 각각의 출력값을 비교하여 동일해지도록 하는 오프셋 보정을 하게 된다.

이 때, 본 발명에 따른 태양광량 측정장치는 기준 광센서(22) 및 4개의 주변 광센서(24)에 설치된 기준 광센서 슬릿(23) 및 주변 광센서 슬릿(25)이 기판(21)과 수직한 방향으로 배치되어 있어 각각의 광센서를 교정하기 위해 조사되는 검사광(60)을 기준 광센서(22) 및 복수개의 주변 광센서(24)에 동시에 조사하여 교정할 수 있어 각각의 광센서에 개별적으로 검사광(60)을 조사하여 교정함으로 인해 발생될 수 있는 오차를 미연에 방지함으로써 보다 정확한 측정값을 측정할 수 있게 된다.

비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

1 : 태양광량 측정장치 10 : 케이스
20 : 광센서 어레이부 21 : 기판
22 : 기준 광센서 23 : 기준 광센서 슬릿
24 : 주변 광센서 25 : 주변 광센서 슬릿
30 : 정렬 오차 산출부 40 : 온도 안정화부
41 : 온도센서 42 : 온도 제어부
43 : 열전소자 50 : 태양광 추적장치
60 : 검사광

Claims (6)

1. 내부에 수용공간이 형성된 케이스;
   상기 수용공간 일측에 설치되는 기판과 상기 기판 상면에 배열되고, 상부에 관체 형상의 슬릿이 설치된 복수개의 광센서를 포함하는 광센서 어레이부; 및
   각각의 상기 광센서의 검출신호를 분석하여 태양광 정렬 오차를 산출하는 정렬 오차 산출부를 포함하되,
   복수개의 상기 광센서에 설치되는 각각의 상기 슬릿은 높이가 서로 다르게 형성되고, 상기 기판에 대해 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   복수개의 상기 광센서는
   중앙에 배치되는 기준 광센서;
   상기 기준 광센서 외측에 배치되는 복수개의 주변 광센서를 포함하고,
   상기 슬릿은 상기 기준 광센서에 설치되는 기준 광센서 슬릿;
   복개의 상기 주변 광센서에 각각 설치되는 복수개의 주변 광센서 슬릿을 포함하되,
   상기 기준 광센서 슬릿의 높이가 가장 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   복수개의 상기 주변 광센서는 2차원 방향의 태양광 정렬 검출을 위해 상기 기준 광센서 둘레에 십자 형태로 배치되고, 상기 기준 광센서를 기준으로 대향되게 배치되는 각 쌍의 주변 광센서에 설치되는 주변 광센서 슬릿은 서로 다른 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스의 측벽과 상기 슬릿의 내면에는 흡광물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 케이스 내부 온도를 미리 설정된 온도로 유지시키기 위한 온도 안정화부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 온도 안정화부는
   상기 기판 일측에 설치되는 온도센서;
   상기 기판 하부에 설치되는 열전소자; 및
   상기 온도센서로부터 검출된 온도값과 미리 설정된 온도값을 비교하여 상기 열전소자를 구동시키는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광량 측정장치.
   
   

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