KR101623460B1 - 태양전지 패널 청소로봇장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 패널 청소로봇장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위에 있는 이물질을 제거하는 청소로봇 및 청소로봇을 태양전지 패널에 안전하게 안착시키고 물과 전원을 보급하며 이동수단에 탑재되는 매니퓰레이터를 포함하여 이루어지는 태양전지 패널 청소로봇장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치는 태양전지 패널을 청소하는 태양전지 패널 청소로봇장치에 있어서, 이동수단에 장착되어 있는 고정프레임과, 고정프레임에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔과, 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라를 구비하는 매니퓰레이터와; 매니퓰레이터에 의해 태양전지 패널에 안착되는 청소로봇;을 포함하여 이루어지되,
청소로봇은, 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과; 가동프레임의 가이드축을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와; 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와; 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서와; 이동몸체부 타측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부;를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치는 태양전지 패널을 청소하는 태양전지 패널 청소로봇장치에 있어서, 이동수단에 장착되어 있는 고정프레임과, 고정프레임에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔과, 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라를 구비하는 매니퓰레이터와; 매니퓰레이터에 의해 태양전지 패널에 안착되는 청소로봇;을 포함하여 이루어지되,
청소로봇은, 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과; 가동프레임의 가이드축을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와; 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와; 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서와; 이동몸체부 타측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부;를 제공한다.
Description
본 발명은 태양전지 패널 청소로봇장치에 관한 것으로, 더 구체적으로 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위에 있는 이물질을 제거하는 청소로봇 및 청소로봇을 태양전지 패널에 안전하게 안착시키고 물과 전원을 보급하며 이동수단에 탑재되는 매니퓰레이터를 포함하여 이루어지는 태양전지 패널 청소로봇장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분된다. 태양열을 이용하는 방법은 태양에 의해 가열된 물 등을 이용하여 난방 및 발전을 하는 것이고, 태양광을 이용하는 방법은 태양의 빛을 이용하여 전기를 발생시키고 상기 발생된 전기로 각종 기계나 기구를 작동시키는 것으로, 통상 후자를 태양광 발전이라고 한다.
상술한 태양에너지를 이용하는 방법 중 태양광 발전은 광기전력 효과(photovoltaic effect)를 이용하여 전기를 발생시키는 것으로, 상기 광기전력 효과(photovoltaic effect)는 실리콘 결정 위에 n형 도핑을 하여 p-n 접합을 한 태양광 전지판에 태양광을 조사하면 광 에너지에 의해 전자-정공에 의한 기전력이 발생하게 되는 것이다.
이를 위하여 태양광을 집광하기 위한 태양전지(solar cell), 태양전지의 집합체인 태양광 모듈(photovoltaic module) 및 태양전지를 일정하게 배열한 태양광 어레이(solar array) 등이 요구된다.
예를 들어, 외부에서 빛이 태양광 모듈에 입사되면 p형 반도체의 전도대(conduction band)의 전자(electron)가 입사된 광 에너지에 의해 가전자대(valance band)로 여기되고, 이렇게 여기된 전자는 p형 반도체 내부에 한 개의 전자-정공쌍(electron hole pair; EHP)을 형성하게 되며, 이렇게 발생된 전자-정공쌍 중 전자는 p-n 접합 사이에 존재하는 전기장(electron field)에 의해 n형 반도체로 넘어가게 되어 외부에 전류를 공급하게 된다.
한편, 태양광 발전은 화석원료 등의 기존 에너지원과는 달리 지구 온난화를 유발하는 온실가스 배출, 소음, 환경파괴 등의 위험성이 없는 청정 에너지원이며 고갈의 염려도 없다. 또한 여타 풍력이나 해수력과 달리 태양광 발전설비는 설치가 자유롭고 유지비용이 저렴하다는 장점을 갖는다.
하지만, 이러한 태양광 모듈은 태양 전지판에 황사, 악천후 등의 기상현상 등에 의해 오물이 쉽게 쌓일 수 있다는 단점을 갖는다. 태양광 모듈에 오물이 쌓일 경우 태양광 모듈은 광흡수율이 현저히 떨어지고, 결과적으로 발전 효율 또한 저하될 수 있다.
또한, 겨울철에 비나 눈 등이 태양 전지판에 내릴 경우 발전효율의 저하가 발생할 수 있다. 이러한 오물, 눈, 비 등으로 인한 발전효율의 저하를 방지하기 위해서는 태양광 모듈을 주기적으로 세척할 필요가 있다.
그러나, 넓은 면적에 많은 수로 배치되는 태양광 모듈들을 일일이 세척하는 것은 많은 시간과 인력을 필요로 한다. 따라서, 짧은 시간에 최소한의 인력으로 태양광 모듈들을 세척할 수 있는 장치의 개발이 소망되는 현실이다.
한편 최근 수년간 전 세계 태양전지 생산량은 급속도로 증대되고 있다. 이에 따라 일본, 독일, 미국 등에서는 이미 태양광 기술이 하나의 산업으로 자리 잡아가고 있고, 핵심 기술인 태양전지를 비롯한 관련 분야에 많은 기업들이 참여하고 있다. 국내에서도 정부의 기술개발 및 보급 지원 정책에 따라 점차 태양광 분야에 진출하였거나 진출을 희망하는 기업들의 수가 늘고 있다. 하지만 태양전지의 생산하고 개발하는데 집중적으로 투자를 하고 있으나 유지 및 관리에 대한 부분이 미약하다.
세계적인 흐름은 고유가와 환경오염의 해결 방안으로 신재생 에너지가 각광 받고 있다. 신재생 에너지 중에서 태양광 발전이 차지하는 비중이 높다. 태양광발전에는 환경적인 요소, 관리적인 요소 등 여러 가지 요소들이 있지만 그 중에서 태양광 발전 시스템의 관리가 중요시되고 있다. 특히 설치위치가 다양화되면서 관리의 문제가 발생하고 있다.
유럽지역 17개 기업은 2025년까지 사하라 사막에 4000억유로(약 620조원)를 투자해 25GW 발전용량의 태양열 발전소를 건설, 유럽전체 전력수요의 15%를 생산하는 프로젝트(Desertec Project)를 시작했다. 이 데저텍 프로젝트의 문제점으로 사하라사막의 모래, 먼지로 인해 효율저하 해결방안을 모색 중에 있다. 시장이 큰 중국 또한 황사가 심한 지역이기 때문에 태양전지 패널(모듈) 청소 기술은 반드시 필요하다.
이러한 태양전지판(모듈)의 청소문제를 해결하고자 등록특허 제10-1034192호에는 태양전지패널 청소용 로봇장치가 제안되어 있으며 도 1에 도시되어 있다.
상기 특허에 제안되어 있는 태양전지패널 청소용 로봇장치는 복수의 태양전지패널이 배열된 태양전지 어레이(array)에서 상기 태양전지패널을 청소하는 청소용 로봇장치로서, 상기 태양전지 어레이의 양측 모서리 각각에 인접하여 설치되어 있으며, 상기 각 모서리를 따라 왕복 운동하는 이송차를 각각 구비한 한 쌍의 이송기; 상기 한 쌍의 이송차에 양단부가 각각 결합되고 세척액을 이송하는 이송관 및 상기 이송관의 세척액을 분사하는 세척액 분사노즐을 구비한 세척액 분사부; 및 상기 이송차에 의해 이송되고, 상기 한 쌍의 이송차 사이를 이동하며 상기 태양전지패널을 청소하는 청소로봇을 포함하고, 상기 청소로봇은, 몸체; 상기 몸체를 이동시키는 이동바퀴와, 상기 몸체에 설치되며 이동바퀴를 구동시키는 모터를 구비한 구동부; 상기 모터에 의해 회전되며 회전 시에 공기를 배출하는 임펠러(impeller)를 구비한 공기압 형성부; 상기 임펠러에서 배출되는 공기를 이송하는 제1배관 및 상기 제1배관의 공기를 상기 태양전지패널로 분사하는 공기 분사노즐을 구비한 공기 분사부; 및 상기 몸체에 결합되어 있으며, 상기 태양전지패널에 선택적으로 밀착되어 세척액을 제거하는 와이퍼를 포함하고, 상기 복수의 태양전지패널 사이에는 오목하게 가이드홈이 형성되어 있으며, 상기 청소로봇의 이동 시에, 상기 이동바퀴는 상기 가이드홈에 삽입되어 안내되는 것을 특징으로 한다.
상기 특허에 개시되어 있는 청소용 로봇장치의 가장 큰 문제점는 개별의 태양전지패널마다 청소용 로봇장치가 설치되어 있어야 하며 다른 태양전지패널로 이동하여 청소할 수 없다는 것이다.
따라서 광범위하게 넓게 설치되어 있는 태양전지 패널(모듈)을 효율적으로 청소할 수 있고 다른 태양전지 패널에 이동되어 청소할 수 있는 범용성의 청소로봇 개발이 절실히 요구되며, 태양전지 패널에 청소로봇을 안전하게 안착시킬 수 있는 장치가 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점 및 필요성에 의해서 안출된 것으로, 태양전지 패널을 따라 이동하면서 태양전지 패널 표면 위에 있는 이물질을 제거하는 청소로봇 및 청소로봇을 태양전지 패널에 안전하게 안착시키고 물과 전원을 보급하며 이동수단에 탑재되는 매니폴레이터를 포함하여 이루어지는 태양전지 패널 청소로봇장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치는 태양전지 패널을 청소하는 태양전지 패널 청소로봇장치에 있어서, 이동수단에 장착되어 있는 고정프레임과, 고정프레임에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔과, 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라를 구비하는 매니퓰레이터와; 매니퓰레이터에 의해 태양전지 패널에 안착되는 청소로봇;을 포함하여 이루어지되,
청소로봇은, 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과; 가동프레임의 가이드축을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와; 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와; 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서와; 이동몸체부 타측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부;를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치를 사용하여 태양전지 패널의 표면을 청소함으로써, 태양전지 패널의 광 발전 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇은 하나의 태양전지 패널에 한정되지 않고 다른 태양전지 패널에도 장착되어 청소할 수 있는 이점이 있다.
또한 태양 전지 패널의 표면을 청소하는 청소로봇이 매니퓰레이터에 의해 탈부착이 가능하여 사람에 의해 조정되는 것보다 효율적인 이점이 있다.
도 1은 종래 태양전지 패널 청소장치를 나타내는 예시적 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성에서 태양전지 패널에 청소로봇을 안착시킨 후의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 청소로봇을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 오염검사부의 작동에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성에서 태양전지 패널에 청소로봇을 안착시킨 후의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 청소로봇을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 오염검사부의 작동에 대한 설명도이다.
먼저 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
또한 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한 각 도면을 참조하여 설명하는 실시 예의 구성 요소가 해당 실시 예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시 예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시 예가 통합된 하나의 실시 예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
그리고, 도면의 도시에 있어서 요소들 간의 크기 비율이 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 간의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면상에 나타나는 표현의 차이는 해당 분야의 종사자들이 용이하게 이해가능한 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 구성에서 태양전지 패널에 청소로봇을 안착시킨 후의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 청소로봇을 나타내는 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 오염검사부의 작동에 대한 설명도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치는 크게 태양전지 패널(5)을 따라 이동하면서 태양전지 패널(5) 표면 위에 있는 이물질을 제거하는 청소로봇(20) 및 청소로봇(20)을 태양전지 패널(5)에 안전하게 안착시키고 물과 전원을 보급 및 충전하는 매니퓰레이터(10)로 구분할 수 있다.
매니퓰레이터는 사람의 팔과 비슷한 기능을 가진 기계 즉, 작업의 대상물을 이동시키는 것을 가리키는 말이지만 여기서는 태양전지 패널(5)에 청소로봇(20)을 안착시키는 제반 장치들을 포함하여 정의한다.
즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치(1)는 태양전지 패널(5)을 청소하는 태양전지 패널 청소로봇장치에 있어서, 이동수단(8)에 장착된 고정프레임(110)과, 고정프레임(110)에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔(120)과, 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라(130)를 구비하는 매니퓰레이터(10)와; 매니퓰레이터(10)에 의해 태양전지 패널(5)에 안착되는 청소로봇(20);을 포함하여 이루어진다.
또한 청소로봇(20)은, 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축(211)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(215)에 의해 왕복 운동하는 가동프레임(210)과; 가동프레임(210)의 가이드축(211)을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부(220)와; 이동몸체부(220) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(230)와; 이동몸체부(220)의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서(240)와; 이동몸체부(220)에 결합되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(300)를 포함한다.
또한 오염검사부(230)는, 태양전지 패널(5)에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부(231)와; 발광부(231)에서 송출된 신호를 수신하는 수신부(233)를 포함하고, 발광부(231)에서 송출하는 신호와 수신부(233)에서 수신하는 신호의 크기를 비교하여 오염도를 측정하며, 발광부(231) 및 수신부(233)는 적외선 센서일 수 있다.
또한 클리닝부(300)는, 태양전지 패널(5)의 표면에 세척수를 분사하는 물분사부(310)와; 회전모터, 상기 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트 외주면에 결합하여 태양전지 패널(5)의 표면을 청소하는 브러쉬부(320)와; 가열기 및 상기 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 스팀노즐부(330)와; 송풍기 및 상기 송풍기에 공급되는 공기를 태양전지 패널의 표면에 분사하는 에어블로우(340);를 포함한다.
본 실시 예의 청소로봇(20)은 태양전지 패널(5)에 장착 가능하고 분리할 수 있는 구조를 가짐으로써, 매니퓰레이터(10)를 통하여 자동제어되어 탈착 가능하며 청소완료된 태양전지 패널(5)에서 분리된 후 다른 태양전지 패널로 부착시켜 운용할 수 있을 뿐만 아니라 고장 시 수리가 용이할 수 있다.
여기서 태양전지 패널(5)은 태양광을 전기로 변환하는 부분으로, 대량의 발전을 위하여 복수 개의 태양전지 셀이 모여서 태양전지 모듈을 구성하고 복수 개의 모듈이 다시 모여서 태양전지 패널(5)을 구성한다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에는 태양광의 입사각에 맞추어 경사면이 형성되고, 경사면에는 복수 개의 태양전지 셀로 구성된 태양전지 모듈이 나란하게 정렬되어 형성되는 일반적인 태양전지 패널(5)에 적용된다.
이때, 태양전지 패널(5)을 지지하는 경사면에는, 후술할 청소로봇(20)의 이동 시에 청소로봇(20)의 이동바퀴(213)를 안내하는 가이드레인(4)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 청소로봇(20)은 태양전지 패널(5) 전체를 청소한다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치(1)는 매니퓰레이터(10)에 의해 청소로봇(20)이 태양전지 패널(5)에 잘 안착시키고, 안착된 청소로봇(20)은 태양전지 패널(5) 표면을 효율적으로 청소할 수 있도록 하며, 청소로봇(20)에 물과 동력원이 부족할 때에는 물과 전원을 공급 또는 충전하게 된다.
본 발명의 일실시 예에 따른 매니퓰레이터(10)에 대한 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 언급하는 이동수단(8)은 일반적으로 사용되고 있는 내연기관으로 이동되는 트럭이나 자동차가 될 수 있고 전기로 이동되는 전기자동차도 가능하며, 본 발명의 실시 예에 따른 매니퓰레이터(10)에 적합하게 특별제작되어 제공될 수도 있겠으나 본 발명에서는 이동수단(8)은 보조적인 수단일 뿐이다.
고정프레임(110)은 로봇팔(120)이 구동장치(미도시)에 의해 원활한 관절 운동으로 일측이 상하좌우 지정된 위치로 이동될 수 있도록 로봇팔(120)을 고정하여 지지한다.
고정프레임(110)에는 청소로봇(20)에 물을 공급하거나 보충하기 위한 물탱크(140)가 설치될 수 있고, 청소로봇(20)에 전원을 공급하거나 충전시킬 수 있는 전원부(150)가 설치될 수 있다.
또한 매니퓰레이터(10)에는 적외선 카메라(130)로 태양전지 패널(5)의 위치와 경사도 등을 읽어드린 영상데이터를 이용하여 로봇팔(120)이 안전하게 동작하도록 제어하는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다.
로봇팔(120)은 사람에 의하여 조정될 수 있으나, 적외선 카메라(130)에서 입력받은 영상데이터에 의해 자동으로 태양전지 패널(5)에 청소로봇(20)이 안착되게 동작 제어될 수 있다.
특히 청소로봇(20)은 일측이 고리처럼 휘어진 후크타입 가이드축(211)이 있어, 로봇팔(120)에 의해 가이드축(211)을 태양전지 패널(5) 경사진 상단 일측에 걸어 안전하게 태양전지 패널(5)에 안착되어 진다.
적외선 카메라(130)는 태양전지 패널(5)의 폭과 길이 및 경사진 각도 등을 종합적인 영상데이터를 읽어드린다. 읽어드린 영상데이터를 기초로 매니퓰레이터(10)는 로봇팔(120)을 자동제어하여 동작시킨다.
물탱크(140)는 청소로봇(20) 일측과 호스로 연결되어 청소로봇(20)에 물이나 세척수를 공급하거나 보충할 수 있다.
전원부(150)는 청소로봇(20) 일측과 전선으로 연결되어 청소로봇(20)에 전원을 공급할 수 있고, 청소로봇(20)에 배터리가 탑재되어 있다면 배터리에 전원을 충전시킬 수 있다.
제어부(160)는 적외선 카메라(130)에 읽어드린 영상데이터 및 청소로봇(20)으로부터 전달받은 신호를 토대로 로봇팔(120)을 동작시켜 태양전지 패널(5)에 청소로봇(20)을 안착시키거나 분리하고 물과 전원을 공급하도록 제어한다.
환경측정부(170)는 태양전지 패널(5)이 설치되어 있는 주위 환경 즉 온도, 습도, 풍속, 풍향 등을 측정하여 매니퓰레이터(10)가 안전하게 태양전지 패널(5)에 청소로봇(20)을 안착시키고 청소로봇(20)이 태양전지 패널(5) 표면에 효율적인 청소가 될 수 있도록 청소로봇(20)에 데이터를 제공하고 제공받은 데이터에 의해 청소로봇(20)이 작동되도록 할 수 있다.
또한 환경측정부(170)는 일조량 측정계, 태양 고도계, 풍향/풍속계(anemoscope/anemometer), 대기 먼지 측정계, 운량계(nephometer) 및 강우계(rainfall meter) 등을 포함할 수 있다.
일조량 측정계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 시점인 날짜 및 시각, 및 운영 위치인 위도 및 경도에 따른 일조량에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
태양 고도계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 시점인 날짜 및 시각, 및 운영 위치인 위도 및 경도에 따른 태양의 고도에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
풍향/풍속계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 풍향과 풍속에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
대기 먼지 측정계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 대기 중 먼지 농도에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
운량계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 구름의 양에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
강우계는 태양전지 패널 청소로봇장치의 운영 위치에 따른 강우량에 대한 정보를 환경측정부(170)에 제공할 수 있다.
이와 같은 다양한 기상 상황이 환경측정부(170)에 적용됨으로써, 환경측정부(170)가 제어부(160) 및 청소로봇(20)에 제공하는 데이터가 더 정밀해질 수 있다.
데이터를 받은 청소로봇(20)은 독자적으로 태양전지 패널(5) 표면을 이동하며 효율적인 청소 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 청소로봇(20)에 대한 구성에 대해서 설명하면 다음과 같다.
가동프레임(210)은 태양전지 패널(5)의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축(211)을 구비하고 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터(215)에 의해 왕복 병진 운동을 한다.
가동프레임(210)은 도 5에 도시된 바와 같이 일측이 후크와 같이 구부러져 태양전지 패널(5)이 형성된 경사면 상측 일단에 걸쳐 안착시킬 수 있는 2개의 평행한 가이드축(211)과, 가이드축(211)을 지지하고 태양전지 패널(5)의 가이드레인(4)을 따라 구동되는 이동바퀴(213)와, 이동바퀴(213)를 구동하는 가동모터(215)로 구성될 수 있다.
따라서 가동프레임(210)은 태양전지 패널(5)의 길이 방향을 따라 즉, 양측 가이드레인(4)을 따라 이동할 수 있고 후술하는 부품들을 장착 또는 지지하여 결합할 수 있으며, 태양전지 패널(5)의 길이 방향으로 왕복 병진 운동을 할 수 있다.
또한 가동프레임(210)은 청소로봇(20)이 태양전지 패널(5) 위로 안전하게 왕복 운동할 수 있도록, 후술하는 이동몸체부(120)의 각 모서리에는 위치를 감지할 수 있는 감지센서(240)가 설치되어 가동프레임(210)의 위치가 감지되어 이동이 제한될 수 있다.
한편, 본 실시 예에는 롤러형 이동바퀴(213)를 사용하여 가동프레임(210)을 이동시키는 방법을 제시하였으나, 가동프레임(110)의 이동방식은 본 실시 예에 한정되지 않으며 공지 기술 중 다양한 이동 방식이 적용될 수 있다.
이동몸체부(220)는 가동프레임(210)의 가이드축(211)을 따라 회전모터에 의해 왕복 병진 운동을 하며, 청소로봇(20)의 다양한 부품들을 고정 지지하는 기능을 한다.
즉, 본 실시 예에 따른 이동몸체부(220)는 가동프레임(210)의 가이드축(211)과 랙앤피니언(rack and pinion) 결합으로 한 쌍의 가이드축(211)을 따라 왕복 병진 운동을 하고 청소로봇(20)의 부품들을 탑재하여 지지하는 플레이트 형상으로 형성된다.
여기서 이동몸체부(220) 일측에는 한 쌍의 가이드축(211)을 따라 왕복 운동이 가능하도록 피니언(221)이 설치되고, 이동몸체부(220)의 피니언(221)을 회전시키는 회전모터(미도시)에 의해 왕복 병진 이동이 가능하게 된다.
더 자세하게는 가동프레임(210)의 가이드축(211) 일측에는 랙(rack) 기어가 형성되고 상기 랙(rack) 기어가 형성된 가이드축(211)를 따라 움직이는 피니언(221)이 형성된 이동몸체부(220)와 맞물려 있으므로 피니언(221)은 이동몸체부(220)에 설치된 회전모터(미도시)에 의해 회전되어 한 쌍의 가이드축(211)의 랙(rack)을 따라 병진 이동이 된다.
다만 본 실시 예에는 랙앤피니언(rack and pinion) 방식을 사용하여 가동프레임(210)의 가이드축(211)을 따라 이동몸체부(220)를 이동시키는 방법을 제시하였으나, 이동몸체부(220)의 이동방식은 본 실시 예에 한정되지 않으며 공지 기술에 따른 다양한 이동 방식이 적용될 수도 있다.
또한 본 실시 예에서 가이드축(211)을 따라 이동하기 위해 랙(rack) 및 피니언(pinion)으로 구성하였으나 경우에 따라서는 볼스크류나 롤러 등을 적용할 수도 있다.
한편 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇(20)에는 이동몸체부(220) 일측에 탑재되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부(230)를 포함할 수 있고, 이동몸체부(220)의 모서리에 설치되어 청소로봇(20)의 위치를 감지하는 감지센서(240)를 포함할 수 있다.
또한 이동몸체부(220)에 결합되어 태양전지 패널(5) 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부(300)를 포함할 수 있다.
오염검사부(230)는 발광부(231)와 수신부(233)로 구성되며, 발광부(231) 및 수신부(233)는 복수 개의 적외선 센서로 이루어진다.
즉, 오염검사부(230)는 도 6에 도시된 바와 같이 태양전지 패널(5)에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부(231)와 발광부(231)에서 송출된 신호를 수신하는 수신부(233)로 구성되며. 태양전지 패널 표면에 먼지와 같은 이물질 등이 함유되는 양(도 6의 (a), (b), (c), (d))에 따라 반사되는 신호의 반사율이 달라진다.
따라서 발광부(231)에서 송출하는 신호와 수신부(233)에서 수신하는 신호의 반사율을 검출하여 오염도 데이터를 읽을 수 있어 오염 정도 및 위치를 알 수 있다.
감지센서(240)는 이동몸체부(120)의 네 코너에는 주행 경로 벗어나는 것을 감지할 수 있어 이동몸체부(220)의 이동을 제한하거나 안내하는 기능을 할 수 있다.
배터리(250)는 가동프레임(210) 또는 이동프레임(220)에 장착되어 가동모터. 회전모터 등의 구동장치와 각종 센서에 전원을 공급한다.
물저장부(260)은 가동프레임(210) 또는 이동프레임(220)에 탑재되어 클리닝부(300)에 물을 공급한다.
컨트롤부(270)는 오염검사부(230) 및 감지센서(240)에서 오는 신호를 받아 청소로봇(20)을 제어한다. 즉, 오염검사부(230) 및 감지센서(240)에서 입력되는 데이터(신호)를 받아 가동프레임(210), 이동몸체부(220) 및 클리닝부(300)을 제어한다.
클리닝부(300)는 물분사부(310), 브러쉬부(320), 스팀노즐부(330), 에어블로우(340)로 구성된다.
물분사부(310)는 태양전지 패널(5)의 표면에 세척수를 분사하는 기능을 한다.
브러쉬부(320)는 회전모터, 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 회전 샤프트 외주면에 결합하여 태양전지 패널의 표면을 청소하는 기능을 한다.
스팀노즐부(330)는 가열기 및 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 기능을 한다.
에어블로우(340)는 송풍기 및 송풍기에 공급되는 공기를 태양전지 패널(5)의 표면에 분사하는 기능을 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치의 작동 방법을 다음과 같다.
우선 청소를 필요로 하는 태양전지 패널(5) 근처에 이동수단(8)을 이용하여 매니퓰레이터(10)를 위치시킨다.
매니퓰레이터(10)는 적외선 카메라(130)을 통하여 태양전지 패널(5)의 영상을 입력받아 태양전지 패널의 폭 및 길이, 경사도 등의 데이터를 받아드린다.
받아드린 데이터는 제어부(160)에 전달되고 전달받은 제어부(160)는 매니퓰레이터(10)를 제어한다.
따라서 매니퓰레이터(10)는 로봇팔(120)을 동작시켜 청소로봇(20)을 흡착하여 태양전지 패널(5)에 안착시킨다.
이때 청소로봇(20)은 일측이 고리처럼 휘어진 후크타입인 한 쌍의 가이드축(211)이 있어, 로봇팔(120)에 의해 가이드축(211)을 태양전지 패널(5) 경사진 상단 일측에 걸어 안전하게 태양전지 패널(5)에 안착되어 진다.
태양전지 패널(5)에 안착된 청소로봇(20)은 컨트롤부(270)의 제어에 따라서 태양전지 패널(5) 표면을 이동한다.
컨트롤부(270)는 오염검사부(230) 및 감지센서(240)가 보내는 신호에 따라 청소 영역을 확정하고 태양전지 패널(5) 일측에서 시작하여 클리닝부(300)를 작동시킨다.
청소로봇(20)의 이동은 태양전지 패널(5)의 길이방향 즉 수평진행은 가동프레임(210)이 작동되고, 태양전지 패널(5)의 폭방향 즉 상하방향진행은 이동몸체부(220)가 작동된다.
청소로봇(20)은 감지센서(240)에 의해서 태양전지 패널(5)의 테두리를 벗어나 이탈되지 않으며 이탈 위치에 도달하기 전에 감지센서(240)의 신호가 컨트롤부(270)에 전달되어 이동이 중지된다.
또한, 오염검사부(230)가 태양전지 패널(5) 표면의 오염도를 측정하여 컨트롤부(270)에 전달되고, 전달된 데이터에 의해 컨트롤부(270)는 클리닝부(300)를 작동시킨다.
특히 오염검사부(230)가 측정한 오염도에 따라서 클리닝부(300)를 구성하는 물분사부(310), 브러쉬부(320), 스팀노즐부(330), 에어블로우(340)을 선택적으로 작동시킨다.
청소로봇(20)에 의해 태양전지 패널(5)의 청소가 마무리되면, 청소로봇(20)은 매니퓰레이터(10)에 신호를 보내고 매니퓰레이터(10)가 청소로봇(20)을 픽업(pick-up)할 수 있는 위치로 이동한다.
이동된 청소로봇(20)을 감지한 매니퓰레이터(10)는 태양전지 패널(5)에서 청소로봇(20)을 흡착 분리하여 이동수단(8)에 탑재한다.
이동수단(8)은 다른 태양전지 패널 청소를 위하여 이동한다.
상기한 본 발명의 실시 예에 따른 태양전지 패널 청소로봇장치를 사용하여 태양전지 패널의 표면을 청소함으로써, 태양전지 패널의 광 발전 효율을 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실시 예에 따른 청소로봇은 하나의 태양전지 패널에 한정되지 않고 다른 태양전지 패널에도 장착되어 청소할 수 있는 이점이 있다.
또한 태양 전지 패널의 표면을 청소하는 청소로봇이 매니퓰레이터에 의해 탈부착이 가능하여 사람에 의해 조정되는 것보다 효율적일 수 있다. 이에 따라, 넓은 지역에 분포되어 있는 태양전지 패널의 발전 효율을 증대시키는 동시에, 청소 로봇의 수리 및 관리가 용이할 수 있는 태양전지 패널 청소로봇장치가 제공될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 매니퓰레이터 20 : 청소로봇
110 : 고정프레임 120 : 로봇팔
130 : 적외선 카메라 140 : 물탱크
150 : 전원부 160 : 제어부
210 : 가동프레임 220 : 이동몸체부
230 : 오염검사부 300 : 클리닝부
110 : 고정프레임 120 : 로봇팔
130 : 적외선 카메라 140 : 물탱크
150 : 전원부 160 : 제어부
210 : 가동프레임 220 : 이동몸체부
230 : 오염검사부 300 : 클리닝부
Claims (5)
- 태양전지 패널을 청소하는 태양전지 패널 청소로봇장치에 있어서,
이동수단에 장착되어 있는 고정프레임과, 상기 고정프레임에 연장되어 구동장치에 의해 관절 운동으로 일측이 상하좌우 이동이 가능한 로봇팔과, 상기 태양전지 패널의 길이 및 경사도 등을 측정하는 적외선 카메라를 구비하는 매니퓰레이터와;
상기 매니퓰레이터에 의해 상기 태양전지 패널에 안착되는 청소로봇;을 포함하여 이루어지되,
상기 청소로봇은,
상기 태양전지 패널의 일측과 타측에 평행하게 위치하는 한 쌍의 가이드축을 구비하고 상기 태양전지 패널의 길이 방향으로 가동모터에 의해 왕복 운동하는 가동프레임과;
상기 가동프레임의 가이드축을 따라 회전모터에 의해 왕복 운동하는 이동몸체부와;
상기 이동몸체부 일측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염도를 측정하는 오염검사부와;
상기 이동몸체부의 각 모서리에 설치되어 위치를 감지하는 감지센서와;
상기 이동몸체부 타측에 탑재되어 상기 태양전지 패널 표면의 오염물질을 청소하는 클리닝부;를 포함하고,
상기 가이드축의 일측은 고리처럼 휘어진 후크타입로 형성되어 상기 청소로봇이 상기 태양전지 패널의 경사진 상단 일측에 걸어 상기 태양전지 패널에 안착되거나 분리되며,
상기 청소로봇에 의해 상기 태양전지 패널의 청소가 마무리되면, 상기 매니퓰레이터에 의해 상기 청소로봇을 픽업(pick-up)하여 타 태양전지 패널 청소 장소로 이동되는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 청소로봇장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 오염검사부는,
상기 태양전지 패널에 소정 각도 경사지게 신호를 송출하는 발광부와;
상기 발광부에서 송출된 신호를 수신하는 수신부를 포함하고,
상기 발광부에서 송출하는 신호와 상기 수신부에서 수신하는 신호의 크기를 비교하여 오염도를 측정하며, 상기 발광부 및 수신부는 적외선 센서인 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 청소로봇장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 클리닝부는,
상기 태양전지 패널의 표면에 세척수를 분사하는 물분사부와;
상기 회전모터, 상기 회전모터에 연동하여 회전하는 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트 외주면에 결합하여 상기 태양전지 패널의 표면을 청소하는 브러쉬부와;
가열기 및 상기 가열기에 의해 가열된 증기를 분사하는 스팀노즐부와;
송풍기 및 상기 송풍기에 공급되는 공기를 상기 태양전지 패널의 표면에 분사하는 에어블로우;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 청소로봇장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 청소로봇은 상기 오염검사부 및 감지센서의 신호를 받아 상기 가동프레임, 이동몸체부 및 클리닝부를 제어하는 컨트롤부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 패널 청소로봇장치.
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