KR101634304B1 - 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 태양의 위치에 맞춰 솔라 패널의 각도를 조정하고 솔라 패널의 정확한 각도 조정과 함께 각도조정 구성의 내구성을 향상함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치는, 프레임(10)과; 상기 프레임에 설치되는 솔라 패널(20)과; 좌우 양측의 하부가 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되며 중앙의 상부가 상기 프레임에 연결되어 상기 프레임을 지지하는 1개 이상의 서포트(30)와; 상기 프레임의 일측에 세워지며 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되는 메인 포스트(40)와; 상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정수단을 포함하고, 상기 각도조정수단은, 상기 메인 포스트에 설치되는 양방향의 구동모터(51), 상기 프레임의 저부에 고정되면서 일측이 상기 구동모터에 연결되고 상기 서포트에 지지되어 상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정 바(51), 상기 메인 포스트에 제자리 회전 가능하게 지지되며 상기 구동모터 또는 상기 각도조정 바의 회전력을 전달받아 회전하는 각도조정 롤러(52), 상기 각도조정 롤러를 기준으로 하여 좌우 양측에 각각 배선되어 일측이 상기 각도조정 롤러에 각각 권취 가능하게 고정되면서 타측이 상기 프레임의 반대쪽 단부에 고정되어 서로 반대로 풀리거나 감기면서 상기 프레임의 각도를 조정하는 제1,2와이어(53,54)를 포함한다.

Description

각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치{ANGLE VARIABLE AUTO TRACE SOLAR GENERATOR}

본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양의 위치에 맞춰 솔라 패널의 각도를 조정하고 솔라 패널의 정확한 각도 조정과 함께 장치의 내구성을 향상하는 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

태양 에너지를 이용하는 방법은 크게 태양열을 이용하는 방법과 태양광을 이용하는 방법으로 구분되는데, 태양열을 이용하는 방법은 태양 빛에 의해 데워진 물 등을 이용하여 온수공급 및 난방을 하는 방법 등이 있다.

이와 같이 태양광을 이용하는 방법은 태양 빛을 이용하여 전기를 발생시키고, 이 전기를 이용하여 각종 기계 및 기구를 작동시킬 수 있도록 하는 방법으로 태양광 발전이라고 한다.

태양광 발전은 무한정, 무공해의 햇빛을 직접 전기로 바꿀 수 있도록 한 기술로서, 태양광을 이용한 발전은 무한한 청정에너지를 이용한 것으로, 별도의 에너지나 구동원이 불필요하고 소규모에서 대규모까지 시스템의 시공이 간단하며 환경문제에 따른 설치 제한에 영향을 받지 않은 이점이 있는 반면, 발전량이 일사 시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 많은 태양광 모듈이 필요하고, 상용전력에 비해 고가(高價)이며 일상적으로 사용하는 교류가 아닌 직류가 먼저 얻어진다는 단점이 있다.

태양광의 에너지를 전기로 변환하는 기술은 태양 전지셀을 이용하는 것인데, 이들은 태양광 에너지를 모으기 위한 태양광 모듈을 포함하고 있으며, 상기 태양광 모듈에 의한 발전효율은 여러 요인에 의해 달라질 수 있다.

최적의 발전효율을 얻기 위해서는 집광(集光)되는 에너지를 최대화하는 것이 필요하고, 이를 위해서는, 태양광 모듈과 태양광선과의 각도가 수직을 이룰 것이 요구되는바, 종래부터 이를 위한 다양한 장치들이 개발되어 왔다.

태양광 발전에서 가장 주요한 부분인 태양광 모듈(photovoltaic module)은 발전효율을 극대화시키기 위하여 태양의 직사광선이 항상 태양광 모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기 조작을 통해 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 상하로 위치가 변화되는 반고정식, 태양과의 고도에 관계없이 항상 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.

특허문헌(등록특허 제10-1163136호)은 남북방향으로 일정한 간격으로 두고 지면에 수직으로 고정설치되는 복수개의 고정지지대가 구비되며, 상기 고정지지대의 상단부에는 회전축지지부가 각각 설치되고, 상기 고정지지대의 상단부에 각각 설치된 회전축지지부사이에는 지면과 수평을 이루는 회전축이 베어링을 개재한 상태로 회전가능하게 삽입설치되며, 상기 회전축의 외측에는 회전축의 상ㆍ하측에 위치하는 상ㆍ하측 수평부재와 회전축의 좌우측에 위치하는 복수개의 수직부재로 이루어진 태양전지판설치용 프레임이 삽입설치되고, 상기 회전축에 삽입설치된 태양전지판설치용 프레임의 상ㆍ하측 수평부재와 회전축사이에는 한 쌍의 고정브라켓과 고정브라켓을 관통하도록 체결되는 한 쌍의 체결부재로 이루어져 태양전지판설치용 프레임을 남향으로 경사지게 고정시키는 프레임고정부재가 각각 고정설치되며, 상기 고정지지대의 일측에는 상기 회전축을 회전시키는 구동수단이 설치되고, 상기 고정지지대의 상단부에 각각 설치되는 회전축지지부는 하부양측에 힌지볼트가 체결되는 힌지결합부가 형성되어 고정지지대의 상단부에 남북방향으로 회전가능하게 결합되고, 상기 회전축지지부에 형성된 힌지결합부의 하측에는 힌지볼트를 중심으로 남북방향으로 회전하는 회전축지지부의 경사각을 조절하기 위한 경사각조절용 장공이 각각 관통형성되며, 상기 경사각조절용 장공에는 고정지지대를 관통하여 고정너트와 체결되는 고정볼트가 삽입설치되는 것이다.

특허문헌 등의 종래 기술은 태양의 위치에 따라 각도가 조정되기는 하지만 프레임의 중앙부만이 각도조정장치와 연결되어 프레임의 흔들림이 심하고 따라서 각도조정장치의 잦은 손상과 오동작이 유발되는 문제점이 있다.

등록특허 제10-1163136호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양의 위치에 맞춰 솔라 패널의 각도를 조정하고 솔라 패널의 정확한 각도 조정과 함께 장치의 내구성을 향상하는 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치는, 격자형의 프레임과; 상기 프레임에 설치되는 솔라패널과; 좌우 양측의 하부가 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되며 중앙의 상부가 상기 프레임에 연결되어 상기 프레임을 지지하는 1개 이상의 서포트와; 상기 프레임의 일측에 세워지며 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되는 메인 포스트와; 상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정수단을 포함하고, 상기 각도조정수단은, 상기 메인 포스트에 설치되는 양방향 구동모터, 상기 프레임의 저부에 고정되면서 일측이 상기 구동모터에 연결되고 베어링을 통해 상기 서포트의 중앙 상부에 형성된 가이드링에 연결되어 상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정 바, 상기 메인 포스트에 제자리 회전 가능하게 지지되며 동력에 의해 회전하는 각도조정 롤러, 상기 각도조정 롤러를 기준으로 하여 좌우 양측에 각각 배선되어 일측이 상기 각도조정 롤러에 각각 권취 가능하게 고정되면서 타측이 상기 프레임의 반대쪽 단부에 고정되어 서로 반대로 풀리거나 감기면서 상기 프레임의 각도를 조정하는 제1,2와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치에 의하면, 구동모터를 구동원으로 하여 솔라 패널의 각도를 조정함과 더불어 각도조정 롤러 및 제1,2와이어가 솔라 패널의 안정적인 각도 조정을 유도하고 아울러 솔라 패널이 각도 조정된 상태를 유지하도록 함으로써 태양광 발전량을 크게 하는 것이 가능하고 유지 보수 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치의 측면도.
도 3은 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치에서 솔라패널이 제거된 상태의 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치에 적용된 각도조정수단의 확대도.
도 5는 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치의 작동 상태도.

도 1 내지 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치는, 프레임(10), 프레임(10)에 설치되는 솔라패널(20), 프레임(10)을 지지하는 1개 이상 바람직하게 2개의 서포트(30), 프레임(10)의 주변에 설치되는 메인 포스트(40), 프레임(10)의 각도를 조정하는 각도조정수단으로 구성된다.

프레임(10)은 솔라패널(20)을 저부에서 지지하는 것으로 도면에 도시된 격자형뿐만 아니라 판형도 가능하다.

솔라패널(20)은 태양광 에너지를 발전하는 것으로 공지의 제품이므로 구체적인 설명을 생략한다.

서포트(30)는 프레임(10)을 지상으로부터 일정 높이로 지지하는 것이며, 중앙을 중심으로 하여 좌우 양측이 하향 경사지는 산의 형태이며, 중앙 상부의 가이드 링(31), 가이드 링(31)의 저부에 일측(상부)이 연결되는 한 쌍의 다리(32,33)로 구성된다.

가이드 링(31)은 각도조정수단의 각도조정 봉의 회전을 안내하는 것이며 각각 반원형으로 이루어져 상기 각도조정 봉을 상하에서 감싸면서 서로 조립(볼트와 너트 등)되는 제1,2링 편(31a,31b)으로 구성된다.

한 쌍의 다리(32,33)는 저부로 가면서 벌어지도록 구성되어 프레임(10)을 안정적으로 지지하며, 파일(34)을 통해 설치된다. 즉, 파일(34)은 지중에 삽입 정착되며 두부가 다리(32,33)와 연결된다. 예를 들어 파일(34)의 두부에는 고정브래킷이 형성되고, 다리(32,33)는 저부가 상기 고정브래킷에 삽입된 후 체결구(볼트, 너트)를 통해 고정브래킷에 고정된다.

다리(32,33)는 가이드 링(31)과 일체형인 것, 가이드 링(31)과 독립형인 것 모두가 가능하다. 후자의 경우 다리(32,33)는 가이드 링(31)에 힌지 연결되어 각도가 조절되는 것이 가능하고 따라서 프레임(10)의 높이를 조절하는 효과가 있고, 필요한 부분만 선택하여 교체할 수 있는 효과도 있다.

각도 조정이 가능하도록 구성되는 다리(32,33)는 각도 조정 상태를 유지하도록 즉 간격을 유지하도록 간격유지대(35)가 적용된다.

간격유지대(35)는 장공이 구비된 판재나 봉의 형태로서 일측이 다리(32,33)에 각각 연결(체결구에 의한 조립)되는 한 쌍인 제1,2간격유지편(35a,35b), 제1,2간격유지편(35a,35b)의 장공에 결합되어 제1,2간격유지편(35a,35b)을 고정하는 체결구(35c)로 구성된다.

또한, 제1,2간격유지편(35a,35b)의 장공은 보조 파일(36)의 설치를 위한 용도로도 가능하고, 보조 파일(36)은 제1,2간격유지편(35a,35b)의 장공을 관통하면서 지중에 삽입 정착되어 프레임(10)의 정착력을 배가한다.

파일(34)은 항타, 천공홀에 삽입 및 몰탈의 충전 등에 의해 설치되며 다리(32,33)와 연결되어 다리(32,33)를 지반에 정착하는 것이며, 스크류 파일 등 지중에 정착되어 프레임(10)을 지지하는 모든 파일이 가능하다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 2개의 서포트(30)는 서로 다른 높이로 구성되며, 즉 뒤쪽의 서포트(30)가 앞쪽의 서포트(30)보다 더 높아 솔라 패널(20)이 태양을 향하도록 한다.

또한, 서포트(30)는 프레임(10)과 측면에서 볼 때 바람직하게 직각을 유지하고, 프레임(10)은 15ㅀ의 각도를 유지한다.

메인 포스트(40)는 박스형의 포스트 본체(41), 포스트 본체(41)의 저부에 체결구(볼트와 너트)를 통해 조립되는 정착판(42) 및 두부가 정착판(42)에 지지되면서 지중에 삽입 정착되는 파일(43)로 구성된다.

포스트 본체(41)는 내부에 공간이 형성된 박스 형태이며 내부의 공간에 각도조정수단, 솔라 패널(20)과 연결되는 케이블 등이 배선되어 이 케이블을 보호하고 외부 또는 내부에 컨트롤 박스가 설치된다.

포스트(40)는 프레임(10)의 중앙부이면서 상대적으로 낮은 쪽에 세워져 파일(43)을 통해 설치된다.

도 3과 도 4 및 도 5에서 보이는 것처럼, 상기 각도조정수단은 메인 포스트(40)에 설치되는 양방향의 구동모터(50), 구동모터(50)에 의해 양방향 회전하여 프레임(10)의 각도를 조정하는 각도조정 바(51)로 구성된다.

구동모터(50)는 포스트(40)의 상부에 설치되며 전원을 인가받아 회전력을 발생하고, 이 전원은 솔라패널(20)에서 발전된 전기에너지인 것이 바람직하다.

구동모터(50)는 관리자의 스위치 조작에 의한 수동식, 추적자 센서의 센싱에 의한 자동식 모두가 가능하다. 추적자 센서는 메인 포스트(40)에 설치될 수 있고, 컨트롤러는 상기 추적자 센서의 센싱을 근거로 하여 각도조정수단의 구동모터(50)를 제어한다.

각도조정 바(51)는 프레임(10)의 저부에 중앙을 따라 배열되면서 일측이 구동모터(50)의 구동축에 회전력을 전달받을 수 있도록 연결되고, 서포트(30)의 가이드 링(31) 안에 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되면서 프레임(10)과 밴드 등의 고정수단을 통해 고정된다.

프레임(10)의 안정적인 각도 조정과 각도조정 바(51)의 부하를 경감하기 위하여 각도조정 롤러(52)와 제1,2와이어(53,54)가 구성된다.

각도조정 롤러(52)는 포스트(40)의 내부나 외부에 제자리 회전 가능하게 설치되며 프레임(10)의 각도조정에 맞춰 양방향으로 회전한다.

각도조정 롤러(52)는 별도의 구동모터에 의해 회전하는 것도 가능하지만, 각도 조정의 정확성과 구성의 간소화를 위하여 각도조정 바(51)[또는 구동모터(50)]와 연동하도록 구성되는 것이 바람직하고, 무한궤도 형태의 체인(55)을 통해 각도조정 바(51)와 연결되어 회전한다.

체인(55)은 기어트레인으로도 대체 가능하다.

제1,2와이어(53,54)는 각도조정 롤러(52)를 기준으로 하여 좌우 양측에 각각 배치되며 일측이 각도조정 롤러(52)에 각각 권취 가능하게 고정되면서 타측이 프레임(10)의 단부에 고정되며, 즉 각도조정 롤러(52)가 도 4 기준 시계방향으로 회전할 때 제2와이어(54)는 각도조정 롤러(52)에 감기는 한편 제1와이어(53)는 각도조정 롤러(52)에서 풀리면서 프레임(10)의 각도를 조정함과 아울러 프레임(10)을 지지한다.

제1,2와이어(53,54)는 인장력이 없는 체인, 로프 등 다양한 것이 사용 가능하다.

제1,2와이어(53,54)는 외부로 노출되면 단선의 위험이 있으므로 이를 방지하기 위하여 제1,2보호관(56,57)에 의해 보호된다.

제1,2보호관(56,57)은 프레임(10)의 각도 조정에 따라 신축되는 재질로서 바람직하게 주름관이고 길이방향의 양측이 프레임(10)과 메인 포스트(40)에 각각 고정된다.

프레임(10)이 각도 조정 상태를 유지하도록 안전핀(58)이 적용된다.

안전핀(58)은 각도조정 롤러(52)와 메인 포스트(40)에 끼워짐(나사 체결 등)으로써 각도조정 롤러(52)의 회전을 구속하며, 예를 들어 각도조정 롤러(52)의 둘레부에 하나의 보스가 형성되고 메인 포스트(40)에는 각도조정 롤러(52)의 둘레를 따라 일정 간격으로 다수의 각도조정공이 형성되고, 안전핀(58)은 상기 보스와 어느 하나의 각도조정공에 체결됨으로써 각도조정 롤러(52)의 회전을 구속한다. 안전핀(58)은 수동 제어에만 가능하다.

본 발명에 의한 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치의 작용은 다음과 같다.

솔라 패널(20)을 지면과 평행한 상태를 초기로 하여 설명하면, 이 상태에서 태양이 우측에 있는 경우 수동 제어나 자동 제어를 통해 구동모터(50)가 시계 방향으로 회전하고 이에 따라 각도조정 바(51)가 동일 방향으로 회전하여 프레임(10)과 솔라 패널(20)이 시계 방향으로 회전한다.

이 과정에서 각도조정 바(51)의 회전에 의해 체인(55)이 회전하여 각도조정 롤러(52)가 회전하게 되고, 이 회전에 의해 제2와이어(54)가 각도조정 롤러(52)에 감기면서 프레임(10)을 잡아당기는 한편 제1와이어(53)가 각도조정 롤러(52)에서 풀리게 되어 프레임(10)의 각도조정을 돕게 되고 프레임(10)의 각도 조정 상태를 유지한다.

반대로 태양이 좌측에 있는 경우 구동모터(50)가 반대 방향으로 회전하여 각도조정 바(51)에 의해 프레임(10)과 솔라 패널(20)이 반시계 방향으로 회전하고, 이때, 각도조정 롤러(52)가 반대로 회전하게 되어 제1와이어(53)가 프레임(10)의 좌측을 잡아당기는 한편 제2와이어(54)가 프레임(10)의 우측이 회전하는 것을 간섭하지 않고 프레임(10)을 지지한다.

10 : 프레임, 20 : 솔라 패널
30 : 서포트, 31 : 가이드 링
32,33 : 다리, 34,43 : 파일
35 : 간격유지대, 40 : 메인 포스트
41 : 포스트 본체, 42 : 정착판
50 : 구동모터, 51 : 각도조정 바
52 : 각도조정 롤러, 53,54 : 제1,2와이어
55 : 체인, 56,57 : 제1,2보호관

Claims (3)

1. 프레임(10)과;
   상기 프레임에 설치되는 솔라 패널(20)과;
   좌우 양측의 하부가 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되며 중앙의 상부가 상기 프레임에 연결되어 상기 프레임을 지지하는 1개 이상의 서포트(30)와;
   상기 프레임의 일측에 세워지며 지중에 정착되는 파일을 통해 고정되는 메인 포스트(40)와;
   태양의 위치를 추적하는 추적자 센서와;
   상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정수단과;
   상기 추적자 센서의 센싱 값을 근거로 하여 상기 각도조정수단의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
   상기 각도조정수단은, 상기 메인 포스트에 설치되는 양방향의 구동모터(51), 상기 프레임의 저부에 고정되면서 일측이 상기 구동모터에 연결되고 베어링을 통해 상기 서포트의 중앙 상부에 형성된 가이드 링(31)에 연결되어 상기 프레임의 각도를 조정하는 각도조정 바(51), 상기 메인 포스트에 제자리 회전 가능하게 지지되며 상기 구동모터 또는 상기 각도조정 바의 회전력을 전달받아 회전하는 각도조정 롤러(52), 상기 각도조정 롤러를 기준으로 하여 좌우 양측에 각각 배선되어 일측이 상기 각도조정 롤러에 각각 권취 가능하게 고정되면서 타측이 상기 프레임의 반대쪽 단부에 고정되어 서로 반대로 풀리거나 감기면서 상기 프레임의 각도를 조정하는 제1,2와이어(53,54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 내부에 상기 제1,2와이어가 배선되며 길이방향의 양측이 상기 메인 포스트와 상기 프레임에 고정되는 주름형의 제1,2보호관(56,57)을 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 각도조정 롤러와 상기 메인 포스트에 분리 가능하게 결합되어 상기 각도조정 롤러의 회전을 구속함으로써 상기 프레임의 각도를 고정하는 안전핀(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 조정형 자동 추적 태양광 발전 장치.

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