KR101669853B1 - 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양이 이동되는 궤도를 자동적으로 추적하여 회전하는 태양광발전장치로써, 더욱 상세하게는 태양광수신패널의 그림자가 또 다른 태양광수신패널의 상면에 형성됨에 따라 생성발전량이 감소되는 것을 방지하기 위해 발전장치를 특정각도 회전시키는 것이 가능한 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치에 관한 것이다. 본 발명은 태양발전장치가 태양을 추적하여 태양에너지를 수신하는데 있어서, 태양광수신패널에 그림자가 형성되는 것을 방지함으로써, 태양에너지의 수신율을 상승시켜 전기에너지를 효율적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.

Description

음영방지기능을 가지는 태양광발전장치{SOLAR CELL APPARATUS HAVING A FUNCTION OF PROVENTING SHADOW}
본 발명은 태양이 이동되는 궤도를 자동적으로 추적하여 회전하는 태양광발전장치로써, 더욱 상세하게는 태양광수신패널의 그림자가 또 다른 태양광수신패널의 상면에 형성됨에 따라 생성발전량이 감소되는 것을 방지하기 위해 발전장치를 특정각도 회전시키는 것이 가능한 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치에 관한 것이다.
현재 전기에너지를 생성하는 발전소로는 화력발전소, 원자력발전소, 수력발전소 등이 있다. 하지만 이러한 발전소들은 전기에너지를 생성하기 위해 연료를 소비하게 되며, 이로 인해 공해가 발생된다. 또한, 발전소를 설치하는데도 있어 위치, 비용 등의 많은 제약이 따르고 있다. 따라서 공해가 없고, 필요한 장소에 설치가 가능하며, 유지보수가 용이한 태양광발전의 사용이 증가 되고 있는 실정이다.
최근의 태양광발전장치는 태양이 이동되는 궤도를 추적하여 태양광을 수신받을 수 있는 기술이 개발됨에 따라 태양에너지를 효율적으로 생성하는 것이 가능하다. 하지만 이른 오전이나 늦은 오후에는 태양의 고도가 낮음에 따라 태양광수신패널의 그림자가 길게 생성된다. 이에 길게 생성된 태양광수신패널의 그림자는 또 다른 태양광수신패널의 상면에 형성됨에 따라 태양에너지를 효율적으로 전달받지 못하는 문제점이 생기게 된다.
이에 한국 공개특허 제10-2011-0136935호(이하 '선행문헌'이라 칭함)는 3개의 모터를 구비하여 태양광 전지판이 임의의 방향으로 회전이 가능한 태양광 발전 장치이다. 선행문헌은 태양광 발전 장치에 연결된 컨트롤러에 의해 수행되는 태양광 전지판의 조절 방법에 있어서, 조도 감지를 위해 상기 태양광 전지판의 소정 개소에 구비되는 감지 센서로부터 센서 데이터를 수집하는 단계, 상기 감지 센서로부터 제공되는 센서 데이터에 의해 상기 태양광 전지판에 그림자가 형성되었는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 태양광 전지판에 형성된 그림자의 최소화를 위해 상기 태양광 전지판이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되도록 제어하는 단계를 포함한다. 선행문헌은 전지판에 그림자가 형성되면 태양광 전지판을 슬라이딩시켜 그림자를 최소화하여 태양광을 효율적으로 수신받을 수 있는 효과가 있다.
하지만 선행문헌은 태양광 전지판에 형성된 그림자를 인식하기 위해서 조도센서와 같은 장치를 태양광 전지판에 장착시켜야 한다. 따라서 장치를 유지하기 위해 추가 비용이 발생되며, 관리에 있어서도 다소 어려운 문제점을 가지고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 센서와 같이 태양의 조도를 측정하지 않아도 태양광 전지판 상면에 그림자가 형성되는 것을 파악할 수 있는 태양광 발전장치가 필요한 실정이다.
한국 공개특허 제10-2011-0136935호(명칭 : 태양광 발전 장치 및 전지판 조절 방법, 공개일 : 2011.12.22.)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양발전장치가 태양을 추적하여 태양에너지를 수신받는데 있어서, 태양광수신패널에 그림자가 형성되는 것을 방지가능한 태양광발전장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 관점에 따른 태양광발전장치는 태양으로부터 태양에너지를 전달받기 위한 적어도 하나의 태양광수신패널와 상기 태양광수신패널을 안착시키기 위한 베이스와 상기 수신된 태양에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 발전부와 임의로 설정된 시간간격으로 상기 태양의 고도를 산출하기 위한 고도각산출부와 상기 태양의 고도에 따른 상기 베이스에 안착된 태양광수신패널의 그림자길이를 계산하기 위한 그림자계산부와 상기 베이스에 형성된 또 다른 태양광수신패널에 상기 태양광수신패널의 그림자가 형성되었는지 여부를 판단하기 위한 판단부 및 상기 베이스를 특정각도 회전시키기 위한 회전부를 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 그림자계산부는 상기 태양광수신패널의 최하부부터 상기 태양광수신패널의 최상부까지의 수직 높이와 상기 태양의 고도에 따른 기 설정된 수치값을 이용하여 상기 그림자길이를 계산한다.
본 발명에 있어서 상기 판단부는 상기 계산된 태양광수신패널의 그림자길이가 상기 태앙광수신패널과 상기 또 다른 태양광수신패널의 간격길이를 초과하면, 상기 또 다른 태양광수신패널에 그림자가 형성된 것으로 판단한다.
본 발명에 있어서 상기 회전부는 상기 판단부를 통해 상기 또 다른 태양광수신패널에 그림자가 형성된 것으로 판단되면, 상기 태양광수신패널로부터 생성된 그림자가 상기 태양광수신패널과 상기 또 다른 태양광수신패널의 간격내에 위치하도록 하기 위한 상기 베이스의 회전각을 식별하는 회전각식별부 및 상기 식별된 회전각에 따라 상기 베이스를 상기 태양이 이동되는 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터부를 더 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 회전부는 기 설정된 시간단위로 상기 태양의 방위각을 산출하기 위한 방위각산출부를 더 포함하되, 상기 모터부는 상기 태양광수신패널이 상기 산출된 태양의 방위각과 동일각을 이루도록 상기 베이스를 회전시킨다. 또한, 상기 회전부는 상기 태양광수신패널이 일출부터 상기 태양에너지를 수신받도록 상기 베이스를 기준점으로 위치시키기 위한 기준각을 설정하는 기준각설정부 및 상기 고도각산출부에 의해 산출된 상기 태양의 고도와 기 설정된 특정고도를 비교하는 고도각비교부를 더 포함하되, 상기 모터부는 상기 태양의 고도가 상기 특정고도보다 미만이면 상기 베이스를 상기 기준각으로 회전시킨다.
상기 모터부가 상기 회전각에 따라 상기 베이스를 회전시키는데 있어서, 상기 태양의 최고고도점을 기준으로 상기 태양이 동남에 위치했을 경우, 상기 베이스를 상기 태양이 이동되는 정방향으로 회전시키며, 상기 태양의 최고고도점을 기준으로 상기 태양이 남서에 위치했을 경우, 상기 베이스를 상기 태양이 이동되는 역방향으로 회전시킨다.
본 발명에 있어서 상기 회전부는 상기 회전각에 의해 상기 베이스가 최대로 회전가능한 최대각을 설정하기 위한 최대각설정부 및 상기 식별된 회전각과 상기 설정된 최대각을 비교하는 회전각비교부를 더 포함하되, 상기 모터부는 상기 회전각이 상기 최대각을 초과하면, 상기 베이스를 상기 최대각으로 회전시킨다.
본 발명은 태양발전장치가 태양을 추적하여 태양에너지를 수신하는데 있어서, 태양광수신패널에 그림자가 형성되는 것을 방지함으로써, 태양에너지의 수신율을 상승시켜 전기에너지를 효율적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 일시 예를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양의 고도에 따른 그림자 길이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양의 고도에 따라 그림자가 형성되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 회전각의 계산을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 회전각에 의해 그림자가 제거되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 최대각 설정에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양의 고도에 따른 태양광발전장치의 회전을 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양의 고도에 따른 태양광발전장치의 회전을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 살세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광발전장치의 일시 예를 나타낸 사시도이다.
도 1을 살펴보면 태양광발전장치는 태양광수신패널(100), 베이스(200), 중심축(210) 및 회전부(700)를 포함할 수 있다.
태양광수신패널(100)은 태양으로부터 태양에너지를 수신받기 위한 장치이다. 태양광수신패널(100)은 태양에너지를 효과적으로 수신받기 위해 일정한 크기로 제작되며, 태양광발전장치에 적어도 하나로 구비되는 것이 바람직하다.
베이스(200)는 태양광수신패널(100)을 안착하기 위한 장치이다. 베이스(200)는 원통형, 육면체 등과 같은 형태로 구성될 수 있으며, 회전이 용이한 원통형으로 구성되는 것이 바람직하다.
중심축(210)은 베이스(200)와 회전부(700)사이에 연결되며, 베이스(200)의 정중앙에 삽입되어 설치된다.
회전부(700)는 베이스(200)를 특정각도만큼 회전시키기 위한 장치이다. 회전부(700)는 모터부(730), 제1 기어(731), 제2 기어(732)를 포함할 수 있다.
모터부(730)는 베이스(200)를 회전시키기 위해 엔코더모터(Encoder Motor), DC모터, 서버모터(servo motor)와 같은 모터로 구성된다. 제1 기어(731)와 제2 기어(732)는 서로 맞물린다. 제1 기어(731)는 중심축(210)과 연결되며, 제2 기어(732)는 모터부(730)와 연결된다. 따라서 모터부(730)의 회전에 따라 제2 기어(732)가 회전되며, 제2 기어(732)와 맞물려 있는 제1 기어(731)에 의해 베이스(200)가 회전된다.
한편, 본 발명에 따른 태양광발전장치는 도 1과 같은 형태로 한정되지 않는다. 일 예로, 모터부(730)가 특정한 기어 없이 중심축과 직접적으로 연결되어 베이스를 회전시키는 형태로 구비될 수 있을 것이며, 베이스(200)와 직접 연결되어 회전시키는 구조로 설계될 수 있을 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광발전장치의 사시도이다. 도 2와 같이 태양광발전장치는 태양광수신패널(100), 베이스(200), 발전부(300), 고도각산출부(400), 그림자계산부(500), 판단부(600) 및 회전부(700)를 포함할 수 있다. 태양광수신패널(100), 베이스(200)는 앞선 설명한 바와 동일하게 구성된다.
발전부(300)는 태양광수신패널(100)을 통해 수신된 태양에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 장치이다. 발전부(300)를 통해 변환된 전기에너지는 축전지와 같이 전기에너지의 저장이 가능한 장치에 충전된다. 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 구조는 공지된 기술로써, 그 자세한 설명은 생략한다.
고도각산출부(400)는 임의로 설정된 시간간격으로 태양의 고도를 산출하기 위한 장치이다. 태양의 고도는 수평면을 기준으로 하는 태양의 높이를 각도로 나타낸 것으로, 태양이 지평선에 있을 때 태양의 고도는 0°(도)이고, 가장 높을 때는 90°(도)가 된다. 또한, 계절에 따라 태양의 고도가 달라지며 하지 때 태양의 고도가 가장 높고, 동지 때 태양의 고도가 가장 낮게 된다. 따라서 고도각산출부(400)는 현재 날짜 및 시간에 따라 태양의 고도각을 임의로 설정된 시간간격으로 산출하게 된다.
일 예로, 2015년 04월 01일, 설정된 시간간격이 1H(시간)일 경우, 07:00경에는 10도, 08:00경에는 22도, 19:00경에는 0도와 같이 각 시간별로 태양의 고도를 산출하게 된다. 태양의 고도는 다음의 식을 활용하는 기존에 사용되는 방식을 사용한다. cosz=sinψsinδ+cosψcosth=90°-z (δ:태양의 적위, ψ:지구 상의 위도, z:천정거리, h:태양고도, t:태양의 시간각)
그림자계산부(500)는 태양의 고도에 따른 베이스(200)에 안착된 태양광수신패널(100)의 그림자길이를 계산하기 위한 장치이다.
도 3을 통해 태양의 고도에 따른 그림자길이에 대해서 설명하도록 한다. 도 3을 살펴보면, 태양(800)이 SA1에 위치해 있을 때, 태양광수신패널(100A)의 고도각은
Figure 112015047534564-pat00001
이 되며, 태양(800)이 SA2에 위치해 있을때, 태양광수신패널(100A)의 고도각은
Figure 112015047534564-pat00002
이 된다. 도 3을 살펴보면 태양이 SA1에 있을때, 태양광수신패널(100A)의 그림자영역(A1)과 SA2에 있을때, 태양광수신패널(100A)의 그림자영역(A2)이 달라지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 태양의 고도가 높아질수록 태양광수신패널(100)의 그림자길이는 짧아지게 된다. 그림자계산부(500)는 태양광수신패널(100)의 최하부부터 태양광수신패널(100)의 최상부까지의 수직 높이(Hm)와 태양의 고도(Qs)에 따른 기 설정된 수치값을 이용하여 그림자길이(Ls)를 계산한다. 한편, 그림자의길이(Ls)는 태양광수신패널의 높이와 관계가 있을 뿐, 태양광수신패널이 베이스(200)에 설치되는 각도는 그림자길이에 영역을 주지 않는다.
tan(삼각함수의 탄젠트)의 특성을 통해 tanQs1 = Hm/Ls 이 되며, 그림자길이(LS) = Hm/tanQs1이 된다. 일 예로
Figure 112015047534564-pat00003
가 20도이고, Hm : 2m이라면, 그림자길이(Ls)는 2/tan20으로 대략 5.5m가 된다. 또한,
Figure 112015047534564-pat00004
가 35이고, Hm : 2m이라면, 그림자길이(Ls)는 2/tan35으로 대략 2.85m가 된다. 한편, 2015년 4월 1일을 기준으로 08시쯤 태양의 고도가 약 20°(도)이며, 09시쯤 태양의 고도가 약 35°(도)가 된다.
판단부(600)는 베이스(200)에 형성된 또 다른 태양광수신패널에 태양광수신패널의 그림자가 형성되었는지 여부를 판단하기 위한 장치이다. 판단부(600)는 그림자계산부(500)를 통해 측정된 그림자길이와 태양광수신패널(100A)과 또 다른 태양광수신패널(100B)의 간격길이(Lm)의 비교를 통해 그림자의 형성 유무를 확인한다.
도 3을 예를 들어, 태양의 고도가 SA2의 경우, 태양광수신패널(100A)과 또 다른 태양광수신패널(100B)의 간격길이(Lm)가 3m라면, 그림자길이(Ls)가 2,85m로써 간격길이(Lm)인 3m보다 짧다. 따라서 판단부(600)는 또 다른 태양광수신패널(100B)의 상면에는 태양광수신패널(100A)의 그림자가 형성되지 않은 것으로 판단한다.
반면, 태양의 고도가 SA1의 경우, 그림자길이(Ls)가 5.5m로써, 간격길이(Lm)인 3m보다 길다. 따라서 판단부(600)는 또 다른 태양광수신패널(100B)의 상면에 태영광수신패널(100A)의 그림자가 형성된 것으로 판단한다. 이와 같이, 또 다른 태양광수신패널(100B)은 그림자가 형성된 부분을 제외한 발전가능영역(G)에서 태양광을 수신받는 것이 가능함에 따라 전기를 효율적으로 생성하지 못하는 문제점이 발생된다.
도 2를 살펴보면, 회전부(700)는 베이스(200)를 특정각도 회전시키기 위한 장치이다. 회전부(700)는 회전각식별부(710), 방위각산출부(720), 모터부(730), 기준각설정부(740), 고도각비교부(750), 최대각설정부(760), 회전각비교부(770)를 포함할 수 있다.
회전각식별부(710)는 판단부(600)를 통해 또 다른 태양광수신패널(100B)에 그림자가 형성된 것으로 판단되면, 태양광수신패널(100A)로부터 생성된 그림자가 태양광수신패널(100A)과 또 다른 태양광수신패널(100B)의 간격(Lm)내에 위치하도록 베이스(200)의 회전각을 식별하기 위한 장치이다.
모터부(730)은 식별된 회전각에 따라 베이스(200)를 태양이 이동되는 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 장치이다.
이하, 도 4 내지 6을 통해 회전각 식별 및 베이스 회전에 대해서 설명한다.
도 4를 살펴보면, 태양광수신패널(100)이 태양의 방위각과 동일한 방향에 위치함으로써, 태양빛을 정면으로 수신받는 것을 확인할 수 있다. 도 4의 경우, 베이스(200)의 가장 앞줄에 안착된 태양광수신패널(100A)의 그림자(S)가 또 다른 태양광수신패널(100B)에 형성되어 있다. 따라서 또 다른 태양광수신패널(100B)은 태양의 수신이 가능한 발전가능영역(G)과 그림자가 형성된 그림자형성영역(L)으로 나뉘게 된다. 따라서 회전각식별부(710)는 또 다른 태양광수신패널(100B)에 생성된 그림자형성영역(L)를 제거하기 위하여 태양광수신패널(100B)를 특정각도만큼 회전하기 위한 회전각을 식별한다.
도 5는 본 발명에 따른 회전각 식별을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 살펴보면, 그림자길이(Ls)가 또 다른 태양광수신패널(100B)가 안착된 지점에 위치하게 되면 또 다른 태양광수신패널(100B)에 그림자가 생성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서 그림자길이(Ls)가 또 다른 태양광수신패널(100B)가 안착된 지점에 위치되었을 경우를 그림자가 생성되지 않은 것으로 가정한다. 이와 같은 가정을 통해 임의의 그림자길이(Ls)와 패널간의 간격거리(Lm)를 통해 회전각(Qb)를 식별하게 된다. 삼각함수의 cos의 특성을 이용하면, cos(Qb)는 패널간격(Lm)/그림자길이(Ls)가 된다. 따라서 회전각(Qb)는 arcos(패널간격(Lm)/그림자길이(Ls))의 수학식으로 계산된다. 일 예로, 패널간격(Lm)이 3m, 그림자길이(Ls)가 5.5m일 경우, 회전각(Qb) = arcos(3/5.5)가 된다. 따라서 회전각(Qb)는 대략 57°(도)가 된다.
도 6을 살펴보면, 회전각에 의해 베이스(200)가 시계방향으로 회전된 것을 확인할 수 있다. 베이스(200)가 회전됨에 따라 베이스(200)에 안착된 태양광수신패널(100)도 회전된다. 태양광수신패널(100)이 회전각에 의해 회전됨으로써, 태양광수신패널의 그림자(S)가 패널간격내에 위치되어 진다. 회전각에 의해 태양광수신패널(100)이 태양빛을 정면으로 수신하지는 못하지만 또 다른 태양광수신패널(100)의 상면에 생성된 그림자형성영역(L)이 제거됨에 따라 효율적으로 태양에너지를 수신받게 된다.
다시 도 2를 살펴보면, 방위각산출부(720)는 기 설정된 시간단위로 태양의 방위각을 산출하기 위한 장치이다. 방위각산출부(720)에 의해 산출된 방위각에 따라 모터부(730)는 태양광수신패널(100)이 산출된 태양의 방위각과 동일각을 이루도록 베이스(200)를 회전시킨다. 이로 인해 태양광수신패널(100)은 태양에너지를 정면으로 수신받게 된다. 또한, 태양은 시간이 흐름에 따라 동쪽에서 서쪽으로 이동함에 따라 방위각은 점차 변한다. 따라서 기 설정된 시간단위로 태양의 방위각을 산출하여, 모터부(730)를 통해 베이스(200)를 기 설정된 시간단위로 회전시키게 된다. 한편, 방위각은 북쪽에서 동쪽방향으로 측정한 각이다.
기준각설정부(740)는 태양광수신패널(100)이 일출부터 태양에너지를 수신받도록 베이스(200)를 기준점으로 위치시키기 위한 기준각을 설정한다. 기준각은 태양이 일출되는 동쪽으로 방위각 90°(도)일 수 있으며, 사용자에 의해 임의로 설정된 방위각일 수 있다. 또한, 일출의 방위각은 계절에 따라 가변함에 따라 일정주기마다 기준각이 변경될 수 있다. 한편, 기준각이 설정됨으로써, 태양광수신패널(100)은 태양이 뜨는 일출부터 태양에너지를 수신받는 것이 가능하다.
고도각비교부(750)는 고도각산출부(740)에 의해 산출된 태양의 고도와 기 설정된 특정고도를 비교한다. 방위각산출부(720)에 의해 태양광수신패널(100)이 태양의 이동궤도로 이동됨에 따라 태양광수신패널(100)이 점차 동쪽에서 서쪽으로 회전하게 된다. 따라서 태양광수신패널(100)을 일출부터 태양에너지를 수신받기 위해 기준각으로 회전시키기 위해 현재 태양의 고도가 기 설정된 특정고도보다 미만인지 여부를 확인한다. 여기서 기 설정된 특정고도는 태양의 일몰의 고도를 의미한다. 이에 고도 0°(도)일 수 있으며, 사용자에 의해 임의로 변경된 고도일 수 있다. 고도각비교부(750)에 의해 태양의 고도가 기 설정된 특정고도보다 미만이면 모터부(730)는 베이스(200)를 기준각으로 회전시킨다.
최대각설정부(760)는 회전각에 의해 베이스(200)가 최대로 회전가능한 최대각을 설정하기 위한 장치이다. 도 7을 통해 최대각 설정에 대해서 설명한다. 도 7의 윗 도면을 살펴보면, 태양광수신패널(100)이 태양(800)을 정면으로 바라봄에 따라 태양광을 최대로 수신받게 된다. 하지만 이른 아침이나 늦은 오후의 경우, 태양의 고도가 매우 낮게 형성됨에 따라 그림자의 길이가 매우 길게 형성된다. 그림자의 길이에 비례하여 회전각의 크기도 커지게 된다. 도 7의 가운데 도면과 같이, 태양광수신패널(100)은 태양과 거의 수직에 가까울 정도로 회전하게 된다. 이와 같이 회전할 경우, 태양광수신패널에 그림자는 형성되지 않지만 태양으로부터 받는 태양에너지는 미미할 수준이 된다. 따라서, 도 7의 아래 도면과 같이 태양광수신패널(100)을 최대각으로 회전함으로써, 태양광수신패널에 일부 그림자가 형성되더라도 태양에너지를 효율적으로 수신받을 수 있게 된다.
회전각비교부(770)는 회전각식별부(710)를 통해 식별된 회전각과 최대각설정부(760)를 통해 설정된 최대각을 비교한다. 회전각비교부(770)에 의해 회전각이 최대각을 초과한 것으로 판단되면, 모터부(730)는 베이스(200)를 최대각으로 회전시킨다. 일 예로, 회전각이 70°(도)이고, 최대각이 45°(도)일 경우, 회전각이 최대각을 초과함에 따라 모터부(730)는 베이스를 45°(도)만큼 회전시키게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 태양의 고도에 따른 태양광발전장치의 회전을 설명하기 위한 예시도이다. 도 8을 살펴보면, 태양의 고도에 따라 태양광수신패널(100)이 회전되는 것을 확인할 수 있다. 고도에 따른 태양광수신패널의 고도각(Qa)은 고도가 가장 높은 최고고도점일 때 가장 크며, 일출 직후와 일몰 일전에 가장 작다. 따라서 그림자가 가장 길게 형성되는 일출 직후와 일몰 직전에 태양광수신패널의 회전각(Qb)가 가장 크며, 그림자가 길이가 가장 짧은 최고고도점일 때는 그림자에 따른 회전각이 생성되지 않는다. 한편, 일출 직후나 일몰 직전과 같이 그림자의 길이가 길 경우, 회전각(Qb)가 최대각(Qc)보다 커짐에 따라 베이스(200)는 최대각만큼 회전하게 된다.
일 예로, 모듈간격이 3m, 태양광수신패널의 수직높이가 2m이며, 날짜가 2015년 04월 01월일 경우, 일출 직후의 태양광수신패널의 고도각(Qa)은 10°(도)가 되며, 그림자 길이는 대략 11m가 된다. 따라서 회전각(Qb)는 대략 74.6°(도)가 된다. 최대각이 45°(도)로 설정되어 있다면, 회전각이 최대각을 초과함에 따라 베이스(200)는 45°(도)만 회전하게 된다.
도 8의 경우, 베이스(200)가 회전각에 의해 태양이 이동되는 정방향으로만 회전한 것을 확인할 수 있다. 한편, 베이스(200)가 태양이 이동되는 역방향으로 회전하더라도 태양광수신패널(100)이 태양에너지를 수신받는 양은 동일하다. 회전각에 의해 베이스(200)가 정방향 또는 역방향 중 어느 방향으로 도는 것은 사용자에 의해 임의로 설정될 수 있을 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 태양의 고도에 따른 태양광발전장치의 회전을 설명하기 위한 또 다른 예시도이다.
고도에 따른 태양광수신패널은 도 8과 동일하게 회전된다. 다만, 도 9의 경우, 태양의 최고고도점을 기준으로 태양이 동남(일출 직후, 일출 후 1시간)에 위치했을 경우, 베이스(200)를 태양이 이동되는 정방향으로 회전시킨다. 반면, 태양의 최고고도점을 기준으로 태양이 남서(일몰 직전, 일몰 전 1시간)에 위치했을 경우, 베이스(200)를 태양이 이동되는 역방향으로 회전시킨다.
태양의 고도가 동남 또는 남서에 위치됨에 따라 베이스(200)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써, 회전각에 의해 베이스(200)를 이동시키는 것을 최소화할 수 있다. 태양이 일출 직후부터 특정시각까지는 회전각이 최대각보다 크게 형성됨에 따라 베이스(200)는 특정시간까지 최대각만큼 회전하게 된다. 태양이 동남에 위치하고, 회전각이 정“‡향일 경우, 최대각이 동쪽과 남쪽사이에 위치됨에 따라 베이스가 이동하는 각은 크지 않다. 반면, 태양이 동남에 위치하고, 회전각이 역“‡향일 경우, 최대각이 북쪽과 동쪽사이에 위치됨에 따라 베이스가 이동되는 각이 크게 되는 문제가 있다. 또한, 태양이 남서에 위치하고, 회전각이 역“‡향일 경우, 최대각이 남쪽과 서쪽사이에 위치됨에 따라 베이스가 기준각으로 복귀하기 위해 이동하는 각은 크지 않다. 반면, 태양이 남서에 위치하고, 회전각이 정“‡향일 경우, 최대각이 서쪽과 북쪽사이에 위치됨에 따라 베이스가 기준각으로 복귀하기 위해 이동되는 각이 크게 되는 문제가 있다. 이와 같이 동남 또는 남서에 따라 회전각의 방향을 전환함으로써, 모터부(730)의 사용을 최소화할 수 있다.
100 : 태양광수신패널 200 : 베이스
210 : 중심축 300 : 발전부
400 : 고도각산출부 500 : 그림자계산부
600 : 판단부 700 : 회전부
710 : 회전각식별부 720 : 방위각산출부
730 : 모터부 731 : 제1 기어
732 : 제2 기어 740 : 기준각설정부
750 : 고도각비교부 760 : 최대각설정부
770 : 회전각비교부 800 : 태양

Claims (8)

  1. 태양으로부터 태양에너지를 전달받기 위한 적어도 하나의 태양광수신패널(100);
    상기 태양광수신패널을 안착시키기 위한 베이스(200);
    상기 태양광수신패널에 전달된 태양에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 발전부(300);
    임의로 설정된 시간간격으로 상기 태양의 고도를 산출하기 위한 고도각산출부(400);
    상기 태양광수신패널의 최하부부터 최상부까지의 수직높이를 상기 산출된 태양 고도의 탄젠트(tan)값으로 나누어 상기 베이스에 안착된 태양광수신패널의 그림자길이(Ls)를 계산하기 위한 그림자계산부(500);
    상기 베이스에 형성된 또 다른 태양광수신패널에 상기 태양광수신패널의 그림자가 형성되었는지 여부를 판단하기 위한 판단부(600); 및
    상기 판단부를 통해 상기 또 다른 태양광수신패널에 그림자가 형성된 것으로 판단되면, 상기 태양광수신패널간의 간격거리를 상기 계산된 그림자길이로 나눈 값에 아크코사인(arccos)을 적용하여 상기 태양광수신패널로부터 생성된 그림자가 상기 태양광수신패널과 상기 또 다른 태양광수신패널의 간격내에 위치하도록 하기 위한 상기 베이스의 회전각을 식별하는 회전각식별부(710)가 포함된 회전부(700);를 포함하는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 판단부(600)는
    상기 계산된 태양광수신패널(100)의 그림자길이가 상기 태앙광수신패널(100)과 상기 또 다른 태양광수신패널의 간격길이를 초과하면, 상기 또 다른 태양광수신패널에 그림자가 형성된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회전부(700)는
    상기 식별된 회전각에 따라 상기 베이스를 상기 태양이 이동되는 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터부(730)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전부(700)는 기 설정된 시간단위로 상기 태양의 방위각을 산출하기 위한 방위각산출부(720)를 더 포함하되,
    상기 모터부(730)는 상기 태양광수신패널(100)이 상기 산출된 태양의 방위각과 동일각을 이루도록 상기 베이스를 회전시키는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전부(700)는
    상기 태양광수신패널(100)이 일출부터 상기 태양에너지를 수신받도록 상기 베이스를 기준점으로 위치시키기 위한 기준각을 설정하는 기준각설정부(740); 및
    상기 고도각산출부에 의해 산출된 상기 태양의 고도와 기 설정된 특정고도를 비교하는 고도각비교부(750)를 더 포함하되,
    상기 모터부(730)는 상기 태양의 고도가 상기 특정고도보다 미만이면 상기 베이스를 상기 기준각으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 모터부(730)가 상기 회전각에 따라 상기 베이스를 회전시키는데 있어서,
    상기 태양의 최고고도점을 기준으로 상기 태양이 동남에 위치했을 경우, 상기 베이스(200)를 상기 태양이 이동되는 정방향으로 회전시키며,
    상기 태양의 최고고도점을 기준으로 상기 태양이 남서에 위치했을 경우, 상기 베이스(200)를 상기 태양이 이동되는 역방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 회전부(700)는
    상기 회전각에 의해 상기 베이스가 최대로 회전가능한 최대각을 설정하기 위한 최대각설정부(760); 및
    상기 식별된 회전각과 상기 설정된 최대각을 비교하는 회전각비교부(770)를 더 포함하되,
    상기 모터부(730)는 상기 회전각이 상기 최대각을 초과하면, 상기 베이스를 상기 최대각으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 음영방지기능을 가지는 태양광발전장치.
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