KR101616974B1 - 태양광 집광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 집광장치에 관한 것이다. 본 발명은 메인포스트(10)와, 상기 메인포스트(10)의 상부에 구비되어 태양광을 집광하는 집광판(S)과, 상기 메인포스트(10)에 구비되고 적어도 그 일부가 상기 집광판(S)에 연결되어 상기 집광판(S)을 선택적으로 회전시켜 집광판(S)에 대한 태양광의 입사각을 조절하는 틸트어셈블리(70)와, 힌지어셈블리(90)를 포함한다. 상기 힌지어셈블리(90)는 상기 메인포스트(10)와 상기 집광판(S) 사이를 회전가능하게 연결하고 틸트축(H)은 상기 메인포스트(10)를 기준으로 상기 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 치우쳐 경사진 상태에서 무게 중심을 갖는 위치에 구비된다. 본 발명에서는 집광판(S)을 회전시키기 위한 틸트어셈블리(70)의 작용점으로부터 집광판(S)을 회전가능하게 지지하는 힌지어셈블리(90)가 먼 위치에 구비되어, 틸트어셈블리(70)가 보다 큰 회전력을 발생시킬 수 있다.

Description

태양광 집광장치{Apparatus for condensing sunlight}
본 발명은 태양광 집광장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 집광판을 안정적으로 지지하고 또한 회전시킬 수 있도록 한 회전형 태양광 집광장치에 관한 것이다.
태양이 존속하는 동안에는 항구적으로 이용할 수 있는 태양에너지를 전기에너지로 전환하여 다양한 기술 분야에 응용할 수 있다. 태양에너지를 이용하여 전기를 얻는 태양광 발전 시스템은 태양전지판, 즉 집광판을 태양을 향하도록 고정하여 태양으로부터 전기를 축적하는 시스템이다.
그런데 태양은 일주운동을 하기 때문에 집광판이 태양의 움직임에 따라 순시적으로 움직여야 효율적으로 최대의 전력을 축적할 수 있게 된다. 이를 위하여 다양한 태양추적시스템이 개발되었는데, 그 예로, 등록특허 제10-1436929호 및 등록특허 제10-1029086호에 개시된 태양집광장치가 있다.
최근에는 많은 양의 전력을 얻기 위하여 태양전지판(집광판)의 크기가 대형화되는 추세에 있는데, 태양전지판의 크기가 커질수록 태양전지판 및 이를 지지하는 구조물의 중량이 함께 증가하므로, 태양의 위치에 따라 태양전지판을 회전시키기 위한 구동력 역시 커져야 한다. 이에 따라 태양전지판을 회전시키는데 사용되는 모터와 같은 구동원이 함께 커지거나 고성능의 구동원이 요구되는 문제점이 있다.
특히, 태양전지판이 대형화되면서 기계적 성능과 별도로 강풍 등 외부의 작용에 변형되거나 구조물 전체가 전복되는 것을 방지하도록 충분히 강성이 향상된 구조설계가 이루어져야 하므로, 구조가 복잡해지고 중량이 증가하여 시공이 까다롭고 비용이 비싸지는 문제점도 가지고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1436929호 대한민국 등록특허 제10-1029086호
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 집광판과 메인포스트 사이를 연결하는 힌지어셈블리를 통해 구동장치가 보다 작은 힘으로 집광판의 각도조절이 가능하도록 구동효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 집광판과 메인포스트 사이를 연결하는 지지수단의 무게를 줄임과 동시에 지지수단이 집광판을 견고하게 지지할 수 있도록 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 메인포스트와, 상기 메인포스트의 상부에 구비되어 태양광을 집광하는 집광판과, 상기 메인포스트에 구비되고 적어도 그 일부가 상기 집광판에 연결되어 상기 집광판을 선택적으로 회전시켜 집광판에 대한 태양광의 입사각을 조절하는 틸트어셈블리와, 상기 메인포스트와 상기 집광판 사이를 회전가능하게 연결하고 틸트축은 상기 메인포스트를 기준으로 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 치우쳐 경사진 상태에서 무게 중심을 갖는 위치에 구비되는 힌지어셈블리를 포함하여 구성된다.
상기 힌지어셈블리는 상기 메인포스트에 고정설치되고 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1힌지브라켓과, 상기 집광판에 연결된 지지수단에 구비되고 상기 제1힌지브라켓과 회전가능하게 구비되는 제2힌지브라켓과, 상기 제1힌지브라켓 및 제2힌지브라켓을 통과하여 회전가능하게 연결하는 틸트축을 포함한다.
상기 힌지어셈블리의 제1힌지브라켓은 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 상향경사진 방향으로 연장되어 상기 제1힌지브라켓 및 제2힌지브라켓을 연결하는 상기 틸트축은 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부보다 상대적으로 높은 위치에 구비된다.
상기 집광판과 상기 메인포스트의 사이각이 최대 설정값일 때, 상기 틸트어셈블리에 의해 틸트어셈블리와 집광판의 연결부에 가해지는 힘의 방향(F)과 상기 힌지어셈블리의 틸트축과 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부 사이를 연장하는 가상의 연장선(L) 사이의 각도가 90°이다.
상기 틸트어셈블리는 구동원과, 상기 구동원에 의해 회전되는 회전플레이트와, 상기 회전플레이트에 연동하여 회전되는 구동암과, 상기 구동암에 회전가능하게 연결되어 구동암에 연동되고 일단이 상기 집광판에 연결되는 종동암을 포함하여 구성된다.
상기 메인포스트에는 스위블어셈블리가 구비되어 상기 메인포스트가 연장되는 방향과 나란한 방향을 갖는 가상의 회전축을 중심으로 상기 집광판이 회전되도록 한다.
상기 메인포스트에는 상기 메인포스트와 직교한 방향으로 연장되는 메인프레임이 구비되고, 상기 힌지어셈블리의 제1힌지브라켓은 상기 메인프레임에 구비된다.
상기 집광판의 용량이 3kw~9kw일 때, 상기 틸트축의 위치는 메인포스트의 중심으로부터 X축으로 200~250mm이고 메인포스트 상단으로부터 Y축으로 150~210mm이다.
위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 태양광 집광장치에는 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 집광판을 회전시키기 위한 틸트어셈블리의 작용점으로부터 집광판을 회전가능하게 지지하는 힌지어셈블리가 먼 위치에 구비되어 경사진 집광판의 회전시 무게중심에 위치됨으로써, 틸트어셈블리가 보다 큰 회전력을 발생시킬 수 있다. 따라서 태양광 집광장치에 대형 집광판이 적용되더라도 구동원의 용량이나 성능을 크게 할 필요 없이 집광판을 안정적으로 회전시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에서는 집광판이 설정된 최대각도로 회전된 상태에서, 틸트어셈블리와 집광판의 연결부에 가해지는 힘의 방향(F)과 힌지어셈블리의 틸트축 및 집광판의 연결부 사이를 연장하는 가상의 연장선(L) 사이의 각도가 직교하도록 힌지어셈블리가 상방으로 치우쳐 설치된다. 이에 따라 집광판을 회전시키기 위해 가장 큰 힘이 필요한 시점에서 구동원에 의해 작용하는 토크가 최대가 되므로 대형 집광판을 보다 용이하게 회전시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에서 집광판에 결합되어 이를 지지하는 지지수단은 격자형태로 서로 적층되는 제1지지어레이~제3지지어레이로 구성되므로, 집광판의 무게가 전체적으로 고르게 분산될 수 있고, 따라서 상대적으로 적은 중량의 지지수단을 이용하여 대형 집광판을 설치할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 태양광 집광장치의 일실시례의 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 태양광 집광장치의 일실시례의 구성을 보인 정면도.
도 3은 본 발명에 의한 태양광 집광장치의 일실시례의 구성을 보인 측면도.
도 4는 본 발명 실시례를 구성하는 집광판과 힌지어셈블리 구성을 보인 사시도.
도 5는 본 발명 실시례를 구성하는 힌지어셈블리의 구성을 개략적으로 표현한 개념도.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명에 의한 태양광 집광장치를 구성하는 힌지어셈블리의 서로 다른 실시례를 각각 보인 개념도.
도 7(a) 내지 도 7(c)는 본 발명 실시례를 구성하는 집광판이 점차 기울어지는 모습을 각각 보인 동작상태도.
이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1에는 본 발명에 의한 태양광 집광장치의 일실시례의 구성이 사시도로 도시되어 있다. 이에 보듯이, 본 발명에 의한 태양광 집광장치는 메인포스트(10)를 기준으로 집광판(S)이 스위블(화살표A방향)과 틸트(화살표 B방향)가 가능하여 태양광이 집광판(S)에 항상 수직한 각도록 입사될 수 있도록 한 것이다.
본 발명에 의한 태양광 집광장치는 메인포스트(10)에 의해 지지된다. 상기 메인포스트(10)는 그 일단은 지반에 고정되고, 타단에는 집광판(S) 직·간접적으로 고정되어 이를 회전가능하게 지지하는 역할을 한다. 상기 메인포스트(10)는 지면으로부터 직교한 방향으로 세워질 수 있으며, 도 1에서 보듯이 일방향으로 길게 연장되는 원기둥형상이거나 다각기둥형상으로 구성될 수도 있다.
상기 메인포스트(10)는 하부몸체(11)와 상부몸체(13)로 나뉘어 구성된다. 상기 하부몸체(11)는 고정설치된 부분이고, 상부몸체(13)는 상기 하부몸체(11)의 상부에 회전가능하게 연결되되, 상기 하부몸체(11) 및 상부몸체(13) 사이에는 스위블어셈블리(50)가 구비되어 상기 상부몸체(13)를 회전시키게 된다.
상기 하부몸체(11)에는 조작패널(15)이 설치된다. 상기 조작패널(15)은 아래에서 설명될 스위블어셈블리(50) 및 틸트어셈블리(70)의 조작을 위한 것으로, 작업자가 이를 조작하여 집광판(S)이 회전되도록 할 수 있다. 물론 상기 조작패널(15)은 메인포스트(10)가 아닌 외부에 설치될 수도 있다.
상기 상부몸체(13)는 상기 하부몸체(11)와 마찬가지로 원기둥형상으로 형성되고, 상기 하부몸체(11)의 상단에는 메인프레임(20)이 설치된다. 상기 메인프레임(20)은 상기 메인포스트(10)와 직교한 방향으로 연장되는 막대형상으로 형성되고, 상기 메인프레임(20)은 고정된 상태로 아래에서 설명될 지지수단(30)과 힌지어셈블리(90)에 의해 연결된다. 상기 메인프레임(20)은 집광판(S)이 틸트(화살표B 방향)회전되는 과정에서는 상부몸체(13)에 고정된 상태로 유지되어 힌지어셈블리(90)를 지지하지만, 상부몸체(13) 자체가 스위블(화살표A 방향)되면 상부몸체(13)와 함께 회전하게 된다. 본 실시례에서 상기 메인포스트(10)의 상부몸체(13)와 상기 메인프레임(20) 사이에는 지지바(18)가 연결되어 메인프레임(20)을 지지한다.
상기 메인포스트(10)의 상기 하부몸체(11)와 상부몸체(13) 사이에는 스위블어셈블리(50)가 구비된다. 상기 스위블어셈블리(50)는 상부몸체(13) 및 이에 연결된 메인프레임(20)을 회전시키는 역할을 한다. 보다 정확하게는 상기 스위블어셈블리(50)는 상기 메인포스트(10)의 길이방향으로 연장되는 가상의 연장선을 회전축으로 하여 상부몸체(13) 및 이에 연결된 상부의 모든 구성이 함께 회전(스위블, 화살표A 방향)되도록 한다. 이를 위해서 상기 스위블어셈블리(50)의 내부에는 모터와 전원공급장치가 포함될 수 있다. 참고로 도 1에는 스위블어셈블리(50)의 커버가 결합된 모습이 도시되어 있고, 도 2에는 커버가 분리된 상태가 도시되어 있다.
상기 집광판(S)과 상기 메인프레임(20) 사이는 후술할 힌지어셈블리(90)를 통해 연결되는데, 본 실시례에서 상기 집광판(S)은 직접 힌지어셈블리(90)에 연결되지 않고, 집광판(S)의 하부에 구비된 지지수단(30)을 통해 힌지어셈블리(90)와 연결된다.
상기 지지수단(30)은 다수개의 지지어레이로 구성되는데, 상기 다수개의 지지어레이는 각각 다시 다수개의 지지암이 일방향으로 연장되어 구성된다. 그리고 다수개의 상기 지지어레이는 서로 높이를 달리하여 직교한 방향으로 적층되어 구성됨으로써 상기 지지수단(30)이 대략 격자형태를 갖게 된다. 이를 통해 상기 집광판(S)이 대형화되더라도 집광판(S)의 중량이 지지수단(30)에 전체적으로 고르게 분산될 수 있고, 지지수단(30)이 집광판(S)의 면적에 대응되는 면적으로 형성되지 않으므로 지지수단(30) 자체의 중량이 크게 줄어들게 된다. 또한 다수 층으로 구성된 지지어레이로 인하여 지지수단(30) 및 집광판(S)의 무게중심이 상방으로 이동하므로, 틸트어셈블리(70)의 구동원(71)이 보다 용이하게 집광판(S)을 회전시킬 수 있다.
본 실시례에서 상기 지지수단(30)은 제1지지어레이~제3지지어레이로 구성된다. 상기 제1지지어레이(31)는 상기 집광판(S)을 가로질러 설치되는 4개의 지지암으로 구성되고, 제2지지어레이(32)는 상기 제1지지어레이(31)의 하부에 직교한 방향으로 결합되고 적어도 두 개의 지지암으로 구성된다. 제3지지어레이(33)는 상기 제2지지어레이(32)의 하부에 직교한 방향으로 결합되는 세 개의 지지암으로 구성되며 후술할 힌지어셈블리(90)의 제2힌지브라켓(35)이 구비된다. 물론 상기 지지수단(30)은 제1지지어레이(31) 및 제2지지어레이(32) 만으로 구비될 수도 있고, 각각의 지지어레이를 구성하는 지지암의 개수는 가변될 수 있다.
상기 집광판(S)은 틸트어셈블리(70)에 의해 회전된다. 상기 틸트어셈블리(70)는 도 3에서 보듯이, 구동원(71)이 구동력을 발생시키는데 구동원(71)은 외부로부터 전원이 공급되는 모터일 수 있다. 상기 구동원(71)은 회전플레이트(75)를 회전시키고, 상기 회전플레이트(75)에는 구동암(77)이 연결되어 회전플레이트(75)에 의해 회전된다.
상기 구동암(77)에는 종동암(80)이 연결된다. 상기 종동암(80)은 상기 구동암(77)에 링크축(78)을 중심으로 회전가능하게 연결되어 구동암(77)에 연동되고 일단이 상기 집광판(S)에 연결된다. 보다 정확하게는 상기 종동암(80)의 일단은 상기 집광판(S)에 연결된 지지수단(30)의 제3지지어레이(33) 일단에 회전가능하게 연결된다. 이에 따라 종동암(80)이 회전되면서 제3지지어레이(33)를 밀어올리거나 하방으로 당기면서 지지수단(30)을 회전시키게 된다. 도면부호 82는 종동암(80)과 제3지지어레이(33)를 연결하는 구동축을 나타낸다.
상기 지지수단(30)과 메인프레임(20) 사이는 힌지어셈블리(90)에 의해 연결된다. 상기 힌지어셈블리(90)는 메인프레임(20)과 지지수단(30) 사이를 회전가능하게 연결하는 것으로, 메인프레임(20)과 지지수단(30) 사이는 힌지어셈블리(90)에 의해서만 연결된 상태이다. 본 실시례에서 상기 힌지어셈블리(90)는 총 3개로 구성되어 지지수단(30)에 구비된 세 개의 제3지지어레이(33)에 각각 연결된다.
상기 힌지어셈블리(90)는 메인프레임(20)의 몸체부(21)에 고정되는 제1힌지브라켓(91)과, 지지수단(30)에 구비되는 제2힌지브라켓(35), 그리고 이들 사이를 회전가능하게 연결하는 틸트축(H)을 포함한다. 상기 제2힌지브라켓(35)은 상기 집광판(S)에 연결된 지지수단(30) 중 제3지지어레이(33)에 구비되고 상기 제1힌지브라켓(91)과 회전가능하게 구비되며, 틸트축(H)은 제1힌지브라켓(91) 및 제2힌지브라켓(35)을 통과하게 된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 도 4에서 보듯이, 상기 제1힌지브라켓(91)은 상기 메인프레임(20)에 고정설치되고 상기 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 연결부위, 즉 구동축(82)으로부터 멀어지는 방향으로 연장된다. 이에 따라 상기 틸트축(H)을 지나는 가상의 연장선(도 3의 X2)은 메인포스트(10)를 지나는 가상의 연장선(도 3의 X1)과 일치하지 않고, 메인포스트(10)를 기준으로 먼 위치에 형성된다. 이는 틸트어셈블리(70)에 의한 작용점인 구동축(82)으로부터 회전축인 틸트축(H) 사이의 거리(L)를 늘여 토크가 증가하도록 하기 위한 것이다.
도 5(a)에서 보듯이, 만일 틸트축(H)이 메인프레임(20) 상에 위치하는 경우에 비하여(H'), 틸트축(H)이 작용점(구동축(82))으로부터 먼 위치에 형성되는 것(H)이 작용거리(L)를 늘이게 되고, 따라서 틸트어셈블리(70)에 의한 토크가 증가될 수 있는 것이다.
특히, 본 실시례에서 상기 힌지어셈블리(90)의 제1힌지브라켓(91)은 상기 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 상향경사진 방향으로 연장되어 상기 제1힌지브라켓(91) 및 제2힌지브라켓(35)을 연결하는 상기 틸트축(H)은 상기 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 연결부보다 상대적으로 높은 위치에 구비된다. 이는 집광판(S)이 회전된 상태에서 틸트어셈블리(70)에 의해 가장 높은 토크가 발생할 수 있도록 한 것이다.
도 5(b)를 기준으로 설명하면, 본 실시례에서 상기 집광판(S)이 지면과의 사이에 형성되는 최대 사이각(최대 설정값)은 45°~ 60°인데, 이는 반대로 집광판(S)이 메인프레임(20)과의 사이에 형성하는 최대 사이각은 30°~ 45°임을 의미한다. 집광판(S)이 메인프레임(20)과의 사이각이 최대이면 집광판(S)이 최대한 세워진 형태가 되고, 이때 힌지어셈블리(90)에 가해지는 하중이 가장 커지게 된다. 따라서 메인프레임(20)과의 사이각이 최대인 경우에 틸트어셈블리(70)에 의한 토크가 가장 크도록 설정할 필요가 있다.
이를 위해, 상기 집광판(S)에 연결된 제3지지어레이(33)와 상기 메인포스트(10)의 사이각이 30°~ 45°중 어느 하나, 즉 최대설정값일 때, 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 구동축(82), 즉 작용점에 가해지는 힘의 방향(F)과 상기 틸트축(H) 및 작용점(구동축(82)) 사이를 연장하는 가상의 연장선(L) 사이의 각도가 90°을 형성하게 된다. 이에 따라, τ = F·L·sinθ에서 토크의 크기가 최대가 된다. 여기서 τ는 토크, F는 틸트어셈블리(70)에 의한 힘. L은 틸트축(H)~구동축(82)의 거리, sinθ는 틸트축(H)~구동축(82) 사이의 연장선과 F의 사이각을 각각 나타낸다. 참고로 본 실시례에서 제3지지어레이(33)와 상기 메인포스트(10)의 사이각의 최대설정값은 30°이고, 이는 집광판(S)과 지면과의 사이각이 60°임을 의미한다. 물론, 상기 제3지지어레이(33)와 상기 메인포스트(10)의 사이각의 최대설정값은 태양광 집광장치의 설치 위치와 환경에 따라 가변될 수 있다.
이와 같이 설정되면, 틸트축(H)~구동축(82)의 거리(L)가 크고, sinθ가 최대값(1)이 되므로 상기 힌지어셈블리(90)에 가장 큰 하중이 걸리는 상태에서 상기 틸트어셈블리(70)에 의한 토크가 가장 크게 작용할 수 있다. 따라서 틸트어셈블리(70)가 대형 집광판(S)을 용이하게 작동시킬 수 있게 된다.
도시되지는 않았으나, 물론, 집광판(S)의 스위블 및 틸트는 각각 별도의 센서와 메인제어부에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 참고로 감지센서는 태양광을 받아 태양의 움직이는 방향을 감지하는 것으로, 일정한 간격으로 배치된 적어도 2개의 센서를 포함한다. 상기 감지센서는 태양의 움직임에 따른 빛의 강도차이로 태양광이 조사되는 방향을 찾을 수 있다. 집광장치를 위한 태양추적은 적어도 동, 서, 남, 북의 4방향을 모두 고려하여 수행되는 것이 바람직하므로 센서도 4개를 상하좌우 일정한 간격으로 배치하여 태양의 수평 및 수직 움직임을 모두 추적하도록 구성할 수 있다.
한편, 도 6에서 보듯이, 본 발명 실시례를 구성하는 힌지어셈블리(90)의 틸트축(H)의 위치는 집광판(S)의 용량 및 개수에 따라 다르게 설계될 수 있다. 즉, 집광판(S)의 용량 증설을 위해 집광판(S)의 개수가 늘어나면 집광판(S)의 전체 무게가 늘어나므로 틸트축(H)의 위치도 달리 설계되는 것이다. 바람직하게는, 상기 집광판(S)의 용량이 3kw~9kw일 때, 상기 틸트축(H)의 위치는 메인포스트의 중심으로부터 X축으로 200~250mm이고 메인포스트(10) 상단으로부터 Y축으로 150~210mm이다.
본 실시례에서, 상기 집광판(S)의 용량이 3kw인 경우에는 집광판(S)이 총 12개로 구성되고, 이 경우에는 도 6(a)에서 보듯이 틸트축(H)의 위치는 메인포스트(10)의 중심에서 X축으로 200mm(A1), 메인포스트(10)의 상단으로부터 Y축으로 150mm(B1)이다. 그리고, 집광판(S)의 용량이 7.5kw인 경우에는 집광판(S)이 30개로 구성되고, 이 경우에는 도 6(b)에서 보듯이 틸트축(H)의 위치는 메인포스트(10)의 중심에서 X축으로 250mm(A2), 메인포스트(10)의 상단으로부터 Y축으로 204mm(B2)에 위치하게 된다. 참고로, 집광판(S)의 용량이 7.5kw~9kw인 범위에서는 틸트축(H)의 위치가 같게 설정될 수 있다.
이와 같이, 집광판(S)의 용량 및 크기가 증가함에 따라 메인포스트의 중심에서 틸트축(H)까지의 거리가 X축 및 Y축으로 각각 증가하도록 설계변경되고, 이는 틸트어셈블리(70)에 의한 작용점인 구동축(82)으로부터 회전축인 틸트축(H) 사이의 거리를 증가시켜 (L1->L2), 결과적으로 토크가 증가하게 된다. 따라서, 집광판(S)의 용량 및 크기가 증가하더라도 구동효율을 높여 집광판을 안정적으로 회전시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 태양광 집광장치의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
집광판(S)은 가장 효율적인 집광을 위해서 태양광의 입사각이 수직이 되도록 조절되어야 하는데, 예를 들어 상기 집광판(S)은 태양의 일주운동에 대한 방위각을 추적하기 위한 회전(스위블)과 태양의 계절운동에 대한 고도각을 추적하기 위한 회전(틸트)을 할 수 있다. 물론, 하루 24시간 동안 태양의 고도에 맞추어 연속적으로 회전될 수도 있다.
이와 같은 집광판(S)의 회전 중에서 스위블에 대해 먼저 설명하면, 본 실시례에서 상기 스위블어셈블리(50)가 작동하면 상기 메인포스트(10)의 상부몸체(13)와, 상부몸체(13)의 상부에 구비되는 모든 구성이 함께 회전된다. 보다 정확하게는 상기 메인포스트(10)를 회전축으로 하여 상기 상부몸체(13) 및 그 상부의 구성이 모두 함께 회전되는 것이다. 이에 따라 집광판(S)은 태양의 일주운동에 대한 방위각을 추적할 수 있고, 최적의 각도를 형성할 수 있다.
이와 동시에, 상기 틸트어셈블리(70)에 의해 상기 집광판(S)이 회전될 수 있다. 상기 틸트어셈블리(70)는 상기 집광판(S)을 지지하는 지지수단(30)을 회전시켜, 결과적으로 집광판(S)의 경사각을 조절하는 것으로, 본 실시례에서는 전기모터에 의해 작동된다.
보다 구체적으로는, 도 7(a)와 같이 지면과 평행한 상태의 집광판(S)을 태양광의 입사각에 맞추어 회전시키기 위해서 상기 틸트어셈블리(70)가 작동하면, 상기 틸트어셈블리(70)의 구동원(71)이 작동하여 회전플레이트(75)가 회전된다. 그리고 이에 따라 구동암(77)이 회전되고, 상기 구동암(77)에 연동하여 종동암(80)이 회전되면 상기 종동암(80)과 구동축(82)으로 연결된 상기 지지수단(30)의 제3지지어레이(33)를 밀어올리게 된다.
보다 정확하게는 상기 종동암(80)이 상기 제3지지어레이(33)를 밀어올림에 따라 상기 제3지지어레이(33)는 틸트축(H)을 중심으로 회전하게 된다. 여기서 상기 틸트축(H)은 메인포스트(10)의 연장방향으로부터 벗어난 위치, 즉 상기 구동축(82)으로부터 먼 위치에 구비되므로, 종동암(80)에 의한 토크가 상대적으로 커지게 된다.
도 7(b)에는 상기 제3지지어레이(33) 및 집광판(S)이 어느 정도 회전된 상태가 도시되어 있다. 이 상태에서 상기 종동암(80)이 상기 제3지지어레이(33)를 더욱 밀어 올리면 도 7(c)와 같이 집광판(S)이 최대로 세워진 상태가 된다. 이때 상기 힌지어셈블리(90)에 가해지는 상기 집광판(S) 및 지지수단(30)의 하중이 최대가 된다.
따라서, 이 상태에서 상기 틸트어셈블리(70)에 의한 토크가 최대가 되면, 동일한 구동력을 가진 구동원(71)을 이용하여 상대적으로 큰 중량, 즉 대형 집광판(S)의 조작이 가능하다. 이를 위해, 앞서 설명한 바와 같이, 틸트어셈블리(70)와 집광판(S)의 구동축(82), 즉 작용점에 가해지는 힘의 방향(F)과 상기 틸트축(H) 및 작용점(구동축(82)) 사이를 연장하는 가상의 연장선(L) 사이의 각도가 90°을 형성하게 되고, 이에 따라 틸트어셈블리(70)에 의한 토크의 크기가 최대가 된다.
이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
예를 들어, 본 발명의 태양광 집광장치에는 상기 스위블어셈블리(50)는 생략되고, 틸트어셈블리(70)만이 구비될 수도 있다. 또한 틸트어셈블리(70) 역시 모터와 같은 구동원(71)에 의해 회전되지 않고 인력으로 회전시키는 방식으로 구현될 수도 있다. 즉, 틸트어셈블리(70)가 자동제어에 의해 연속적으로 회전되는 방식이 아니라, 특정 각도로 조절된 후에 고정되는 방식으로 구현될 수도 있는 것이다.
10: 메인포스트 11: 하부몸체
13: 상부몸체 20: 메인프레임
50: 스위블어셈블리 70: 틸트어셈블리
71: 구동원 75: 회전플레이트
77: 구동암 80: 종동암
90: 힌지어셈블리 91: 제1힌지브라켓
S: 집광판

Claims (8)

  1. 메인포스트와,
    상기 메인포스트의 상부에 구비되어 태양광을 집광하는 집광판과,
    상기 메인포스트에 구비되고 적어도 그 일부가 상기 집광판에 연결되어 상기 집광판을 선택적으로 회전시켜 집광판에 대한 태양광의 입사각을 조절하는 틸트어셈블리와,
    상기 메인포스트와 상기 집광판 사이를 회전가능하게 연결하고 틸트축은 상기 메인포스트를 기준으로 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 치우쳐 경사진 상태에서 무게 중심을 갖는 위치에 구비되는 힌지어셈블리를 포함하여 구성되고,
    상기 힌지어셈블리는
    상기 메인포스트에 고정설치되고 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 연장되는 제1힌지브라켓과,
    상기 집광판에 연결된 지지수단에 구비되고 상기 제1힌지브라켓과 회전가능하게 구비되는 제2힌지브라켓과,
    상기 제1힌지브라켓 및 제2힌지브라켓을 통과하여 회전가능하게 연결하는 틸트축을 포함하며,
    상기 힌지어셈블리의 제1힌지브라켓은 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부위로부터 멀어지는 방향으로 연장되되 상향경사진 방향으로 연장되어 상기 틸트축은 상기 제2힌지브라켓이 설치된 지지수단 보다 상부에 이격되어 위치되고,
    상기 집광판과 상기 메인포스트의 사이각이 최대 설정값일 때, 상기 틸트어셈블리에 의해 틸트어셈블리와 집광판의 연결부에 가해지는 힘의 방향(F)과 상기 힌지어셈블리의 틸트축과 상기 틸트어셈블리와 집광판의 연결부 사이를 연장하는 가상의 연장선(L) 사이의 각도가 90°임을 특징으로 하는 태양광 집광장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 틸트어셈블리는
    구동원과,
    상기 구동원에 의해 회전되는 회전플레이트와,
    상기 회전플레이트에 연동하여 회전되는 구동암과,
    상기 구동암에 회전가능하게 연결되어 구동암에 연동되고 일단이 상기 집광판에 연결되는 종동암을 포함하여 구성되는 태양광 집광장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 메인포스트에는 스위블어셈블리가 구비되어 상기 메인포스트가 연장되는 방향과 나란한 방향을 갖는 가상의 회전축을 중심으로 상기 집광판이 회전되도록 하는 태양광 집광장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 메인포스트에는 상기 메인포스트와 직교한 방향으로 연장되는 메인프레임이 구비되고, 상기 힌지어셈블리의 제1힌지브라켓은 상기 메인프레임에 구비되는 태양광 집광장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 집광판의 용량이 3kw~9kw일 때, 상기 틸트축의 위치는 메인포스트의 중심으로부터 X축으로 200~250mm이고 메인포스트 상단으로부터 Y축으로 150~210mm인 태양광 집광장치.
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