KR101652243B1 - 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커 - Google Patents

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Abstract

태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Sun tracker)의 태양광 감지장치로, 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도 조절 광센서부; 와 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 광센서부;를 포함를 포함한다.

Description

태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커{SOLAR SENSOR AND SOLAR TRACKER INCLUDING THE SOLAR SENSOR}
본 발명은 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Solar tracker) 및 태양광을 감지하는 태양광 감지장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 태양광 집광판의 고도조절을 위해 태양광을 감지하는 둘 이상의 광센서를 직렬로 연결하고 태양광의 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 둘 이상의 광센서를 직렬로 연결하여 광센서들 간 저항차이에 의한 전압변화를 극대화시킴으로써 태양광에 대한 감도를 높여서 태양의 추적 정확성을 높인 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커에 관한 것이다.
최근 지구의 에너지 부족과 환경오염으로 인하여 친환경적인 대체 에너지의 개발이 모색되고 있다. 그 중 하나로서 태양에너지의 개발과 활용이 급진전 되고 있다. 이러한 대체에너지로서 태양 에너지를 이용하기 위한 여러 가지 장치, 즉 태양(광)전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있다.
이러한 태양 에너지는 우리의 일상생활에 필요한 에너지의 근원일 뿐만 아니라, 여러 가지 기상 현상이나 바다에서의 해류의 원동력이 되기도 하며, 그밖에 태양 에너지를 이용한 것으로는 태양 전지를 비롯하여 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 여러 가지가 있다.
태양 에너지는 청정하고 재생가능하며 무한한 에너지원이다. 태양광 기술은 태양 에너지를 변환시키는 시스템 기술이다. 에너지 변환 과정에 기계적, 화학적 작용이 없으므로 시스템의 구조가 단순하여 유지보수가 거의 요구되지 않고 수명이 20~30년 정도로 길며 안전하고 환경친화적이다. 또한 발전규모를 주택용에서부터 대규모 발전용까지 다양하게 할 수 있다.
이러한 개발 과정에서 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양에너지의 수집 장치가 태양의 방향을 추적할 수 있도록 한 태양광 트랙커가 제안된 바 있다.
이러한 태양광 트랙커는 크게 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 동작함으로써 태양을 추적하는 좌표 계산 방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호 출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서 방식의 두 가지로 분류될 수 있다.
좌표 계산 방식의 경우, 일기 상태에 구애받지 않고 태양을 추적할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적인 교정 작업이 필수적이므로 유지 및 보수의 번거로움이 있다.
광센서 방식은 좌표 계산 방식의 문제점인 오차의 누적으로 주기적인 교정작업으로 인한 유지 및 보수의 번거로움을 해결하기 위한 것으로, 동서방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 동서로 이동하고 남북방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 남북방향으로 이동하는 방식으로 그 구조가 비교적 간결하다는 장점을 갖는다.
하지만, 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에는 동서방향으로 배치되는 2개의 광센서 및 남북방향으로 배치되는 2개의 광센서를 통한 광량 비교가 정확하게 이루어지지 않기 때문에 태양의 추적이 어려워지고, 이러한 상태로 시간이 경과 되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우, 태양의 위치가 태양광 트랙커의 추적 가능 범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 되는 문제가 있다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2013-0022752호(공개일: 2013년 03월 07일)가 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 태양광을 감지하여 태양을 추적하는 광센서 방식에서 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 감지하는 태양광 감지장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 과제는 태양광을 감지하여 태양을 추적하는 광센서 방식에서 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 추종하는 태양광 트랙커를 제공함에 있다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급한 해결 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Solar tracker)의 태양광 감지장치로, 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도 조절 광센서부; 와 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 광센서부;를 포함한다.
플레이트(plate) 상에서 4개의 섹터로 분할된 십자격벽의 제1섹터에 하나 이상의 제1센서가 제1경사각을 갖도록 배치되고 상기 십자격벽의 중심점을 기준으로 상기 제1섹터에 대칭되는 제2섹터에 하나 이상의 제2센서가 제2경사각을 갖도록 배치되며, 상기 십자격벽의 제3섹터에 하나의 이상의 제3센서가 제3경사각을 갖도록 배치되고 상기 중심점을 기준으로 상기 제3섹터에 대칭되는 제4섹터에 하나 이상의 제4센서가 제4경사각을 갖도록 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 경사각은 45도일 수 있다.
빛을 투과하는 투명재질로 상기 십자격벽 및 상기 제1 내지 제4 센서를 커버(cover) 하고 상기 플레이트 상에 부착되는 보호캡을 더 포함할 수 있다.
상기 보호캡은 내주 중공의 원통 형상을 가지며 내부 중공에 상기 십자격벽 및 제1 내지 제센서가 삽입되고, 하단부가 플레이트와 결합되는 몸통부; 와 상기 몸통부의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부를 포함할 수 있다.
상기 보호캡의 높이는 상기 십자격벽의 높이보다 높을 수 있다.
상기 십자격벽의 높이는 10Cm 내지 30Cm일 수 있다.
상기 제1센서 및 제2센서 중 적어도 하나와, 상기 제3센서 및 제4센서 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄이기 위한 광학필터에 의해 커버될 수 있다.
상기 제1센서, 제2센서, 제3센서 및 제4센서는 광량 증가에 따라 내부 저항값이 감소하는 광도전형 센서(photoconductive sensor)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커로서, 상기 태양광 트랙커의 태양광 감지장치; 상기 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고 상기 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력하는 구동방향 제어부; 상기 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판의 고도 조절을 수행하는 고도 조절 구동부; 및 상기 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판의 수평 회전을 수행하는 수평회전 구동부를 포함한다.
상기 태양광 트랙커는 태양 정면을 향하도록 상기 태양광 집광판에 형성되는 나이트 감지센서;를 더 포함하며, 상기 구동방향 제어부는 상기 나이트 감지센서를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력할 수 있다.
상기 구동방향 제어부는 상기 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력함과 동시에 태양광 집광판이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커에 따르면, 서로 대응되는 방향에서 입사되는 태양광을 감지하는 센서들을 회로적으로 직렬연결하고 센서들을 십자격벽에 의해서 구분 배치하고 또한 구분 배치된 센서들을 경사지게 배치함으로써 센서들간 입사되는 태양광의 광량 차이를 극대화함으로써, 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 추종할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 고도조절 광센서부 및 수평회전 광센서부의 회로 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 태양광 감지장치에 대한 사시도이다.
도 4는 태양광 감지장치의 단면도이다.
도 5는 태양광 감지장치의 십자격벽에 형성된 섹터들에 제1센서 내지 제4센서가 배치된 것을 예시한 도면이다.
도 6은 십자격벽에 의해 형성된 제1섹터의 바닥면에 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트가 형성된 것을 예시한 도면이다.
도 7은 오전 10시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 8은 정오(12시)에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 9는 오후 6시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커에서 고도조절 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 트랙커에서 수평회전 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 태양광 집광판에 태양광 감지장치 및 나이트 감지센서가 장착된 것을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커에 대한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커(100)는 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판(1)이 태양을 향하도록 태양광 집광판(1)의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하기 위해, 태양광 집광판(1)의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도조절 센서부(10), 태양광 집광판(1)의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 센서부(20), 고도조절 센서부(10)의 출력전압 및 수평회전 센서부(20)의 출력전압에 따라 태양광 집광판(1)의 고도 조절 및 수평 회전을 위한 구동값을 출력하는 구동방향 제어부(30), 고도조절 구동부(40) 및 수평방향 구동부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에서 사용되는 고도조절 구동부(40)에서 조절되는 고도는 일반적으로 사용되는 내용 즉 지평선을 기준으로 하여 측정한 천체의 높이를 각도로 나타내는 것이 아닌, 태양광 집광판(1)과 지평선 사이의 각도를 나타내는 것으로 이해되어야 할 것이며, 0도 내지 90도까지의 범위를 가질 수 있다.
고도조절 센서부(10)는 태양을 정면으로 향하는 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 이러한 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어 구성될 수 있다.
수평회전 센서부(20)는 태양을 정면으로 향하는 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 이러한 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어 구성될 수 있다.
이러한 고도조절 센서부(10) 및 수평회전 센서부(20)는 도 3에 예시된 바와 같은 태양광 감지장치(200)에 포함되어, 도 12에 예시된 바와 같이 태양을 정면으로 향하도록 태양광 집광판(1)에 부착될 수 있다. 이 태양광 감지장치(200)에 대해서는 후술하기로 한다.
구동방향 제어부(30)는 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 고도조절 광센서부(10)의 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고, 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 수평회전 광센서부(20)의 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력한다.
고도조절 구동부(40)는 구동방향 제어부(30)의 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판(1)의 고도 조절을 수행한다. 고도조절 구동부(40)의 구동 전원은 태양광 집광판(1)의 태양전지로부터 공급될 수 있다.
수평회전 구동부(50)는 구동방향 제어부(30)의 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판(1)의 수평 회전을 수행한다. 수평회전 구동부(40)의 구동 전원은 태양광 집광판(1)의 태양전지로부터 공급될 수 있다.
도 2는 고도조절 광센서부 및 수평회전 광센서부의 회로 구성을 예시한 도면이다.
도 2의 예시도면을 참조하면 고도조절 광센서부(10)는 2개의 제1센서(12)와 2개의 제2센서(14)가 직렬 연결되어 있다. 그리고, 수평회전 광센서부(30)는 2개의 제3센서(22)와 2개의 제4센서(24)가 직렬 연결되어 있다. 이때 제1센서(12) 및 제2센서(12)와 제3센서(22) 및 제4센서(24)는 광도전형 센서(photoconductive sensor)일 수 있다. 이러한 광도전형 센서는 광량에 따라 내부 저항이 변화하는 센서로, 광량이 증가하면 내부 저항이 감소하게 되고 광량이 감소하면 내부 저항이 증가하는 작용을 한다. 광도전형 센서의 종류로 CdS 센서 또는 PbS 센서 등이 있다.
즉 고도조절 광센서부(10)는 제1센서(12)와 제2센서(14)가 직렬로 연결된 구조를 가짐으로써 제1센서(12) 및 제2센서(14) 간 태양광 센싱 감도 차이를 극대화하여 분해능을 높이고 있으며, 수평회전 광센서부(20)는 제3센서(22)와 제4센서(24)가 직렬로 연결된 구조를 가짐으로써 제3센서(22) 및 제4센서(24) 간 태양광 센싱 감도 차이를 극대화하여 분해능을 높이고 있다.
고도조절 광센서부(10) 및 수평회전 광센서부(20)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 감지장치(200)에 구조적으로 포함되어 태양광 집광판(1)에 장착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 감지장치(200)의 사시도이고, 도 4는 태양광 감지장치의 단면도(도 3에서 플레이트(80) 및 태양광 감지장치를 태양광 집광판에 부착하기 위한 부착부(86)을 제외한 나머지 부분에 대한 단면도)이고, 도 5는 태양광 감지장치에서 십자격벽에 형성된 섹터들에 제1센서 내지 제4센서가 배치된 것을 예시한 도면이고, 도 6은 십자격벽에 의해 형성된 제1섹터(81)의 바닥면에 대해 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트(13)에 제1센서(12)가 형성된 것을 예시한 도면이다.
태양광 감지장치(200)는 플레이트(80), 플레이트(80)에 형성된 십자격벽(70), 십자격벽(70)에 의해 형성된 섹터들(81, 82, 83, 84), 섹터(81)(이하 제1섹터(81)라 함)의 바닥면에 대해 제1경사각을 가지고 배치된 제1센서플레이트(13), 섹터(82)(이하 제2섹터(82)라 함)의 바닥면에 대해 제2경사각을 가지고 배치된 제2센서플레이트(15), 섹터(83)(이하 제3섹터(83)라 함)의 바닥면에 대해 제3경사각을 가지고 배치된 제3센서플레이트(23), 섹터(84)(이하 제4섹터(84)라 함)의 바닥면에 대해 제4경사각을 가지고 배치된 제4센서플레이트(25), 제1센서플레이트(13)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 아래쪽(남쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제1센서(12), 제2센서플레이트(15)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 위쪽(북쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서(14), 제3센서플레이트(23)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면방향을 기준으로 왼쪽(동쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제3센서(22), 제4센서플레이트(25)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 오른쪽(서쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서(24), 플레이트(80)의 측면에 고정되고 태양광 집광판(1)에 결합 되는 고정부재(86) 및 빛을 투과하는 투명재질로 십자격벽(70) 및 제1 내지 제4 센서(12, 14, 22, 24)를 커버(cover) 하고 하단이 플레이트(80)에 결합되는 보호캡(90)을 포함한다.
그리고 제1센서(12)는 4 방위에서 정남(S)방향을 향하도록 배치되며, 제2센서(14)는 4 방위에서 정북(N) 방향을 향하도록 배치되며, 제3센서(22)는 4 방위에서 정서(W) 방향을 향하도록 배치되며, 제4센서(24)는 4 방위에서 정동(E) 방향을 향하도록 배치될 수 있으며, 이를 위해서 십자격벽(70)은 4방위를 기준으로 보면(도 5 참조) "X"자 형상을 가진다.
여기서, 제1섹터(81) 및 제2섹터(82)는 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되게 배치되어 있으며, 제3섹터(83) 및 제4섹터(84)는 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되게 배치되어 있다.
십자격벽(70)은 광을 반사시키거나 산란시키지 않는 광흡수 소재일 수 있다. 즉 십자격벽(70)은 어느 섹터로 태양광이 입사되는 경우에 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되는 섹터에 그늘이 형성되도록 역할을 한다. 예를 들어 제1섹터(81)로 태양광이 입사되는 경우 즉 태양광 집광판(1)의 아래쪽(남쪽)에서 태양광이 입사되는 경우에 제2섹터(82)에 그늘이 지도록 하는 역할을 한다. 이로 인해서 제1섹터(81)에 배치된 하나 이상의 제1센서(12)의 저항과 제2섹터(82)에 배치된 하나 이상의 제2센서(14)의 저항 차이는 더욱 커지게 된다.
즉 제1섹터(81)에 배치된 하나 이상의 제1센서(12)에 의한 저항값은 작아지고 상대적으로 제2섹터(82)에 배치된 저항값은 커지게 된다. 이에 따라 하나 이상의 제1센서(12)에 의한 전압값은 커지고 하나 이상의 제2센서(14)에 의한 전압값은 작아지게 된다. 결국 십자 격벽(70) 구조로 인해서 서로 대칭되는 섹터들 간 광량 차이가 극대화하여 분해능을 높임으로써 구동방향 제어부(30)가 태양광의 입사방향을 정확하게 결정하여서 태양 추종의 정확성을 높일 수 있게 된다.
이러한 십자격벽(70) 구조에 더하여 서로 대칭되는 섹터들 간 광량 차이를 더 극대화하여 더 분해능을 높이기 위해서, 각 섹터에 배치된 하나 이상의 센서를 각 섹터의 바닥면에 대해서 경사지게 배치할 수 있다.
즉 하나 이상의 제1센서(12)는 제1섹터(81)의 바닥면에 대해 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트(13)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제2센서(14)는 제2섹터(82)의 바닥면에 대해 제2경사각을 갖는 제2센서플레이트(15)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제3센서(22)는 제3섹터(83)의 바닥면에 대해 제3경사각을 갖는 제3센서플레이트(23)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제4센서(24)는 제4섹터(84)의 바닥면에 대해 제4경사각을 갖는 제4센서플레이트(25)에 형성될 수 있다.
이때 제1경사각, 제2경사각, 제3경사각 및 제4경사각은 모두 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제1경사각, 제2경사각, 제3경사각 및 제4경사각이 모두 동일한 경우 45도일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기한 바와 같이 십자격벽(70) 구조, 센서들이 각 섹터에서 경사지게 배치되는 구조 및 서로 대응되는 방향을 감지하는 센서들이 회로 상 직렬 연결된 구조를 가진 상태에서, 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서 간 저항 변화를 예시한 도면이 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다.
도 7은 오전 10시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 오전 10시의 경우 태양이 태양광 집광판의 왼쪽(동쪽)에 위치하므로 하나 이상의 제3센서(22)쪽으로 많이 입사되므로, 하나 이상의 제3센서(22)에 의한 저항값은 감소하고 상대적으로 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 증가한다.
도 8은 정오(12시)에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 정오의 경우 태양이 태양광 집광판에 대해 정면으로 향하므로 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)에 동일한 광량의 태양광이 입사되므로, 하나 이상의 제3센서(22)에 의한 저항값 및 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 동일하게 된다.
도 9는 오후 6시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 오후 6시의 경우 태양이 태양광 집광판의 오른쪽(서쪽)에 위치하므로 하나 이상의 제4센서(24)쪽으로 많이 입사되므로, 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 감소하고 상대적으로 하나 이상의 제2센서(22)에 의한 저항값은 증가한다.
한편, 플레이트(80) 및 고정부재(86)는 광을 반사시키거나 산란시키지 않는 광흡수 소재일 수 있다.
그리고 고정부재(86)는 나사(88) 결합에 의해서 태양광 집광판(1)에 결합될 수 있으나, 태양광 집광판(1)에 결합에 이용되는 수단은 이에 한정되지 않는다.
한편, 도 3 및 도 4에서 보호캡(90)은 빛을 투과하는 투명재질로 구성될 수 있으며, 십자격벽(70) 및 제1 내지 제4센서(12, 14, 22, 24)가 삽입되도록 내부 중공의 원통 구조를 갖는 몸통부(92)와 몸통부(92)의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부(94)를 포함한다.
이때 몸통부(92)의 하단부는 플레이트(80)에 나사 결합 등에 의해서 결합될 수 있다.
보호캡(90)의 높이는 십자격벽(70)의 높이보다 높을 수 있다. 특히 십자격벽(70)의 높이는 태양광 트랙커 자체의 기계적인 진동을 고려하여서 10Cm에서 30Cm로 구현될 수 있는데, 그러나 십자격벽의 높이는 이에 한정되지 않는다. 마찬가지로 보호캡(90)의 높이도 태양광 트랙커 자체의 기계적인 진동을 고려하여서 제한될 수 있다.
또한 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)가 끝이 뾰족한 원추 형상을 가지므로 눈 등과 같은 이물질이 잘 흘러내려서 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)에 이물질이 쌓이지 않게 되며 혹여 보호캡(90)의 몸통부(92)에 이물질이 쌓이더라도, 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)를 통해서 태양광이 제1 내지 제4센서로 입사되므로, 태양을 추종할 수 있게 된다. 즉 겨울에 눈이 오는 상황에서도 태양을 정확하게 추종할 수 있게 되는 것이다.
한편, 하나 이상의 제1센서(12) 및 하나 이상의 제2센서(14) 중 적어도 하나와, 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24) 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄이기 위한 광학필터에 의해 커버(cover)될 수 있다. 이는 제1센서(12), 제2센서(14), 제3센서(22) 및 제4센서(24)가 광도전형 센서로 구성되는 경우를 고려한 것으로서, 광도전형 센서는 좁은 리니어(linear)영역을 가지며 넓은 포화(saturation)영역을 가진다. 이로 인해서 리니어영역을 벗어나는 광량이 입사되는 경우 광도전형 센서는 포화영역상태로 진입하게 되어, 태양광의 광량 감지가 정상적으로 이루어지지 않게 된다. 결국 태양 추종이 정확하게 이루어지지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 센서들 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄여주기 위한 광학필터에 의해서 커버 되는 것이다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커는 도 1 및 도 12를 참조하면 태양 정면을 향하도록 태양광 집광판(1)에 형성되는 나이트 감지센서(60)를 더 포함할 수 있다.
구동방향 제어부(30)는 나이트 감지센서(60)를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면, 왼쪽(동쪽)으로 태양광 집광판(1)을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부(50)로 출력하거나, 왼쪽으로 태양광 집광판(1)을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부(50)로 출력함과 동시에 태양광 집광판(1)이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부(40)에 출력할 수 있다.
이때 설정된 나이트 조도는 10(Lux)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고 구동방향 제어부(30)가 태양광 집광판(10)의 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부(40)에 출력하는 이유는 태양광 집광판(10)을 지면과 수평으로 눕혀놓아서 강한 바람에 의해서 태양광 트랙커의 장비 파손을 방지하기 위해서이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커에서 고도조절 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
고도조절 구동부(40)는 구동방향 제어부(30)의 구동신호에 따라 구동하여 태양광 집광판(1)을 상하로 회전하여 태양광 집광판(1)의 고도를 조절하도록 다양하게 구성될 수 있다. 도 10을 참조하면, 고도조절 구동부(40)는 지지대(141)와 직선형 액추에이터(142)를 구비하고 있으며, 직선형 액추에이터(142)는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 지지대(141)와 태양광 집광판(1)은 제1결합축(141a)에 의해 회동가능하게 결합 되고, 지지대(141)와 직선형 액추에이터(142)는 제2결합축(141b)으로 회동가능하게 결합 되어 있다.
따라서 직선형 액추에이터(142)가 좌우로 직선운동을 하면 제2결합축(141b)에 연결된 지지대(141)를 통해 태양광 집광판(1)의 고도가 조절된다. 고도조절 구동부(40)에 의해 태양광 집광판(1)은 0도에서 최대 90도까지 고도조절이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 트랙커에서 수평회전 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
수평회전 구동부(50)는 구동방향 제어부(30)의 구동신호에 따라 구동하여 태양관 집광판(1)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 태양광 집광판(1)의 회전 방향을 조절하도록 다양하게 구성될 수 있다. 도 11을 참조하면, 수평회전 구동부(50)는 지지대(151)와 직선형 액추에이터(152)를 구비하고 있으며, 직선형 액추에이터(152)는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 지지대(151)와 태양광 집광판(1)은 제1결합축(151a)에 의해 회동 가능하게 결합 되고, 지지대(151)와 직선형 액추에이터(152)는 제2결합축(151b)으로 회동 가능하게 결합 되어 있다.
따라서 직선형 액추에이터(152)가 좌우로 직선운동을 하면 제2결합축(151b)에 연결된 지지대(151)를 통해 태양광 집광판(10)의 수평회전이 조절된다. 수평회전 구동부(150)에 의해 태양광 집광판(1)은 0도에서 최대 180도까지 수평회전이 가능하다. 또한, 직선형 액추에이터(152)의 직선운동과, 직선형 액추에이터(152)에서 제2결합축(151b)를 통해 연결된 지지대(151)의 동작을 통해 태양광 집광판(1)의 수평회전 각도가 0도 내지 180도로 한정됨에 따라 태양광 트랙커(100)의 장비 파손을 미연에 방지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
1 : 태양광 집광판 10 : 고도조절 광센서부
20 : 수평회전 광센서부 30 : 구동방향 제어부
40 : 고도조절 구동부 50 : 수평회전 구동부
60 : 나이트 감지센서 100 : 태양광 트랙커
200 : 태양광 감지장치

Claims (12)

  1. 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Sun tracker)의 태양광 감지장치로,
    하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하며, 플레이트(plate) 상에서 4개의 섹터로 분할된 십자격벽의 제1섹터에 하나 이상의 제1센서가 제1경사각을 갖도록 배치되고 상기 십자격벽의 중심점을 기준으로 상기 제1섹터에 대칭되는 제2섹터에 하나 이상의 제2센서가 제2경사각을 갖도록 배치되는 고도 조절 광센서부;
    하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하며, 상기 십자격벽의 제3섹터에 하나의 이상의 제3센서가 제3경사각을 갖도록 배치되고 상기 중심점을 기준으로 상기 제3섹터에 대칭되는 제4섹터에 하나 이상의 제4센서가 제4경사각을 갖도록 배치되는 수평회전 광센서부; 및
    빛을 투과하는 투명재질로 상기 십자격벽 및 상기 제1 내지 제4 센서를 커버(cover) 하고 상기 플레이트 상에 부착되며 상기 십자격벽보다 높게 형성되며, 내주 중공의 원통 형상을 가지며 내부 중공에 상기 십자격벽 및 제1 내지 제4센서가 삽입되고 하단부가 플레이트와 결합되는 몸통부와, 상기 몸통부의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부를 포함하는 보호캡을 포함하며,
    상기 제1센서 내지 제4센서는 광량 증가에 따라 내부 저항값이 감소하는 광도전형 센서(photoconductive sensor)이며,
    상기 제1경사각, 제2경사각, 제3경사각 및 제4경사각은 45도 이하이며,
    상기 광도전형 센서인 제1센서 내지 제4센서 중 적어도 하나의 센서가 광학필터에 의해서 커버 되어, 상기 적어도 하나의 센서에 입사되는 광량이 줄여져 상기 적어도 하나의 센서의 리니어 영역을 벗어나 포화영역에 진입되는 것이 방지되어 태양 추종이 정확하게 이루어지며,
    상기 십자격벽의 높이는 상기 태양광 트랙커 자체의 기계적인 진동을 고려하여서 10cm 내지 30cm로 구현되는, 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
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  10. 청구항 1의 태양광 트랙커의 태양광 감지장치;
    상기 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고 상기 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력하는 구동방향 제어부;
    상기 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판의 고도 조절을 수행하는 고도 조절 구동부;
    상기 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판의 수평 회전을 수행하는 수평회전 구동부; 및
    태양 정면을 향하도록 상기 태양광 집광판에 형성되는 나이트 감지센서;를 포함하며,
    상기 구동방향 제어부는 상기 나이트 감지센서를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력하거나 또는 상기 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력함과 동시에 태양광 집광판이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부로 출력하여서,
    태양광 집광판을 지면과 수평으로 눕혀놓아서 강한 바람에 의해서 태양광 트랙커의 장비 파손을 방지한, 태양광 트랙커.
  11. 삭제
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