KR101689701B1 - 에어스프링을 이용한 태양광 구조물 - Google Patents

에어스프링을 이용한 태양광 구조물 Download PDF

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Abstract

에어스프링을 이용한 태양광 구조물이 제공된다. 태양광 구조물은, 태양전지판과 ,상기 태양전지판이 고정되는 프레임과 ,일단부는 상기 프레임에 힌지 결합되고, 타단부는 지면에 고정되어 상기 프레임을 회동 가능하게 지지하는 지지바와, 탄성체로 이루어진 몸체 내부에 압축성 유체가 주입되어 형성되고 상기 프레임과 상기 지지바의 사이에 개재되어 신축되는 탄성지지부와, 상기 탄성지지부와 연결되어 상기 압축성 유체를 공급하는 유체펌프와, 상기 유체펌프의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 프레임의 진동 주파수를 입력받고 상기 프레임의 진동 주파수가 전체 장치의 고유진동수에 접근을 하면 상기 압축성 유체의 주입량을 조절하여 공진을 방지한다.

Description

에어스프링을 이용한 태양광 구조물{Solar generation structure using air spring}
본 발명은 태양광 발전에 사용되는 태양광 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 간단한 구조로 일별 계절별로 수광 각도를 용이하게 변경할 수 있고, 날씨변화에 따른 외란 등에 의한 공진을 방지할 수 있는 에어스프링을 이용한 태양광 구조물에 관한 것이다.
전기에너지는 자연에 존재하는 다양한 종류의 에너지를 여러 가지 방식으로 변환하여 얻을 수 있다. 발전기(power generator) 또는 발전설비는 물체의 운동과정이나 상태변화 등에 관계하는 기계적, 물리 화학적 에너지 변환과정으로부터 전기에너지를 얻는 설비이다. 이를 통해 생산된 전기에너지로 각종 시스템이나 장치 등을 용이하게 구동하거나 운용하는 것이 가능하다.
종래에는 화력발전이나 원자력발전과 같은 발전방식을 이용한 발전설비가 주류를 이루었다. 이러한 발전설비들은 전기에너지를 대량 생산하는 데에 적합한 반면, 화석연료의 연소로 인해 과량의 대기 오염물질을 생성하거나, 처리가 까다로운 방사성 폐기물을 배출하는 등의 문제점 또한 가지고 있다. 따라서, 이를 해결하고 환경오염 등을 방지하기 위해 현재 이와 다른 자연 친화적인 발전방식이 각광을 받고 있다.
태양광 발전방식은 이러한 자연 친화적인 발전방식 중 하나이다. 태양광 발전장치는 반도체 결정으로 이루어진 솔라 셀(Solar cell)을 이용하여 태양광이 가진 광 에너지를 전기에너지로 직접 변환한다. 태양광 발전장치는 별도의 기계적, 화학적 에너지 변환구조가 필요 없어 구조가 매우 간단하고, 보다 친환경적인 특징이 있다. 반면, 태양광의 수광이 곤란한 상태에서는 전력생산이 어려운 단점도 가지고 있다.
따라서, 태양광 발전장치의 설치위치 선정이 매우 중요할 뿐만 아니라, 정렬상태 등을 조절하여 수광이 최적화된 상태로 유지하는 기술도 반드시 필요하다. 종래 이러한 기술이 태양광 발전장치에 적용되었으나, 구조가 복잡하여 조절이 어렵거나, 고정된 상태로 유지하기 어렵거나, 수동으로 조작되어 사용이 편리하지 못한 등의 여러 가지 문제가 있었다.
또한, 태양광 발전장치는 수광 면적을 확보하기 위해 솔라 셀이 패널 형태로 넓게 조합되어 형성되는 바, 바람의 영향 등을 크게 받아 자세를 안정적으로 유지하지 못하는 등의 문제도 가지고 있었다. 현재 이러한 문제에 대해 마땅한 대응책이 제시되지 않고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-0961982호, (2010.06.08) 대한민국 등록특허 제10-0711550호, (2007.04.27)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로서 간단한 구조로 일별 계절별로 수광 각도를 용이하게 변경할 수 있고, 날씨변화에 따른 외란 등에 의한 공진을 방지할 수 있는 에어스프링을 이용한 태양광 구조물을 제공하려는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 태양광 구조물은, 태양전지판과, 상기 태양전지판이 고정되는 프레임과, 일단부는 상기 프레임에 힌지 결합되고, 타단부는 지면에 고정되어 상기 프레임을 회동 가능하게 지지하는 지지바와, 탄성체로 이루어진 몸체 내부에 압축성 유체가 주입되어 형성되고 상기 프레임과 상기 지지바의 사이에 개재되어 신축되는 탄성지지부와, 상기 탄성지지부와 연결되어 상기 압축성 유체를 공급하는 유체펌프와, 상기 유체펌프의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 프레임의 진동 주파수를 입력받고 상기 프레임의 진동 주파수가 전체 장치의 고유진동수에 접근을 하면 상기 압축성 유체의 주입량을 조절하여 공진을 방지한다.
상기 탄성지지부는 신축되어 상기 프레임의 회전 각도를 조절할 수 있다.
상기 태양광 구조물은, 상기 프레임과 상기 지지바의 사이에 연결되어 상기 프레임의 회전을 저지하는 링크부재를 더 포함할 수 있다.
상기 태양광 구조물은, 상기 링크부재가 연결된 상태로 상기 압축성 유체의 주입량이 조절되어 상기 탄성지지부의 탄성계수가 변경될 수 있다.
본 발명에 의한 태양광 구조물은, 간단한 구조로 태양전지판의 회전각도 등을 매우 편리하게 조절할 수 있고, 조절된 상태에서 이를 효과적으로 고정할 수 있다. 따라서, 태양광의 수광이 용이한 최적의 상태로 장치를 용이하게 정렬할 수 있을 뿐만 아니라 유지보수 작업도 매우 간편하게 이루어질 수 있다.
또한, 바람 등에 의해 태양전지판에 공진 등이 발생하는 경우에도 이에 대응하여 안정적으로 자세를 유지할 수 있어, 장치의 파손 등에 대비하면서 매우 안정적으로 전력을 수급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 구조물의 사시도이다.
도 2는 도 1의 태양광 구조물을 다른 각도로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 태양광 구조물의 측면도이다.
도 4는 태양광 구조물의 제어과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 탄성지지부를 확대한 작동도이다.
도 6a 내지 도 6c는 태양광 구조물의 회전 각도 조절과정을 도시한 작동도이다.
도 7은 도 3의 탄성지지부를 확대한 또 다른 작동도이다.
도 8a 및 도 8b는 태양광 구조물의 자세유지 과정을 도시한 작동도이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 구조물에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 구조물의 사시도이고, 도 2는 도 1의 태양광 구조물을 다른 각도로 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 태양광 구조물의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 구조물(1)은 태양전지판(100), 태양전지판(100)이 고정되는 프레임(200), 지면에 고정되고 프레임(200)을 회동 가능하게 지지하는 지지바(300), 및 프레임(200)과 지지바(300)의 사이에 개재되고, 탄성체로 이루어진 몸체(401) 내부에 압축성 유체가 주입되어 신축되는 탄성지지부(400)를 포함한다. 상기 탄성지지부(400)는 에어스프링(air spring)으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 태양광 구조물(1)은 프레임(200)과 지지바(300) 사이에 탄성지지부(400)가 연결되는 매우 단순화된 구조로 형성된다. 따라서, 조작 신뢰성이 우수할 뿐만 아니라 유지보수 작업도 매우 간편하게 이루어질 수 있다. 특히, 탄성지지부(400)는 탄성체로 이루어진 몸체(401)의 내부에 압축이 가능한 유체가 주입되어 형성된다. 따라서, 탄성체의 탄력과 유체의 압축 및 팽창에 의한 반력을 복합적으로 이용하여 프레임(200)을 효과적으로 지지할 수 있다. 탄성지지부(400)의 몸체(401)는 유체의 주입량에 대응하여 탄력적으로 신장, 수축, 및 팽창되며, 탄성지지부(400)는 이를 통해 프레임(200)과 지지바(300) 사이의 회전 각도를 조절하거나, 자신의 탄성계수를 적절히 변경하여 진동 등을 감쇄시킬 수 있다. 따라서, 태양광 구조물(1)을 매우 편리하게 조작할 수 있고, 바람 등에 의한 외란에도 효과적으로 대응하면서 안정적으로 전력을 수급할 수 있다.
이하, 이러한 특징을 갖는 태양광 구조물의 구성 및 작동과정 등에 대해서 각각의 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명한다.
태양전지판(100)은 프레임(200)상에 고정된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 바 형상의 강재 등을 연결하여 프레임(200)을 구성하고, 프레임(200) 상에 태양전지판(100)을 부착할 수 있다. 프레임(200)과 태양전지판(100) 사이에는 클립 등의 연결부재가 삽입될 수 있으며, 이러한 연결부재를 매개로 하여 프레임(200)과 태양전지판(100)을 보다 편리하게 결합할 수 있다. 태양전지판(100)은 복수 개가 판 형상으로 프레임(200) 상에 넓게 배열될 수 있다. 태양전지판(100)은 프레임(200)과 착탈이 가능하게 결합될 수 있으며, 이를 통해 원하는 때에 교체가 가능하도록 형성될 수 있다.
프레임(200)은 도시된 바와 같이 하나 이상의 바가 서로 평행하게 결합되어 형성될 수 있다. 그러나 프레임(200)의 형상이 이와 같이 한정될 필요는 없으며, 태양전지판(100)이 용이하게 고정될 수 있는 다양한 형상으로 프레임(200)의 형상이 자유롭게 변형될 수 있다. 프레임(200)과 태양전지판(100)의 결합방식 및 결합위치, 프레임(200)과 지지바(300)의 연결위치, 프레임(200)과 연결되는 지지바(300)의 개수 등도 필요에 따라 적절히 변경될 수 있다.
지지바(300)는 프레임(200)을 회동 가능하게 지지한다. 지지바(300)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 일단부가 프레임(200)에 힌지(도 2 및 도 3의 310참조) 결합되고 타단부는 지면(도 3의 A참조)에 고정된다. 따라서, 지면(A)으로부터 일정 높이에 위치하도록 프레임(200)과 프레임(200)에 고정된 태양전지판(100)을 용이하게 지지할 수 있다. 이 때, 지면(A)은 지지바(300)가 고정 가능한 면을 의미하는 것으로 일반적인 노면뿐만 아니라, 건물이나 옥상의 여러 면도 포함한다. 지면(A)은 태양광 구조물(1)이 설치되는 지점의 다양한 지형지물에 형성된 면일 수 있다.
지지바(300)는 프레임(200)의 서로 다른 지점에 연결될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 프레임(200)을 따라서 서로 다른 위치에 병렬로 지지바(300)를 연결할 수 있다. 각각의 지지바(300)는 프레임(200)과 힌지(310) 결합되어 프레임(200)을 회동 가능하게 지지할 수 있다. 지지바(300)는 도시된 바와 같이 수직 방향으로 연장될 수 있으나, 지면(A) 즉, 지지바(300)가 고정되는 면의 형상 등에 대응하여 수직 방향이 아닌 방향으로 연장될 수도 있다.
서로 다른 지지바(300)의 사이에는 프레임(200)과 연결하여 보조지지바(300)를 설치할 수 있다. 지지바(300) 및 보조지지바(300)의 개수나 연결위치는 프레임(200) 크기 및 형상, 설치 위치 등에 대응하여 자유롭게 변경될 수 있다. 이와 같이 지지바(300) 및 보조지지바(300)를 이용하는 지지구조로 프레임(200)과 프레임(200)에 고정된 태양전지판(100)을 안정적으로 지지할 수 있다. 보조지지바(300)는 필요에 따라 설치하지 않을 수도 있으며 지지바(300)와 서로 다른 형상으로 형성될 수도 있다.
탄성지지부(400)는 지지바(300)와 프레임(200)의 사이에 개재된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임(200)의 일 측과 이에 대향되는 지지바(300)의 일 측에 받침부(210, 320)를 형성하고 탄성지지부(400)와 연결할 수 있다. 이러한 형태로 탄성지지부(400)를 프레임(200)과 지지바(300)의 사이에 용이하게 결합할 수 있다. 탄성지지부(400)는 복수 개가 형성될 수 있으며, 프레임(200)상의 서로 다른 위치에 연결되는 복수 개의 지지바(300)와 프레임(200) 사이에 각각 개재될 수 있다.
탄성지지부(400)는 내부에 압축성 유체의 주입공간이 형성되는 몸체(401)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 몸체(401)는 탄성체로 형성되어 유체의 주입량에 따라서 신장, 수축, 및 팽창될 수 있다. 몸체(401)는 예를 들어, 내부에 주입공간이 형성된 통과 같은 형상으로 형성될 수 있다. 몸체(401)는 탄성적으로 신축 가능한 고분자재료 등으로 이루어질 수 있으며 신축 가능한 소재로 이루어진 보강재 등이 첨가되어 형성될 수 있다.
탄성지지부(400)의 몸체(401)는 도 2에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 벌브(bulb)체(401a)를 포함하여 이루어질 수 있다. 벌브체(401a)는 외측으로 볼록하게 돌출된 곡면을 포함하여 곡면 전체를 통해서 입체적으로 확장될 수 있고 하나 이상이 서로 반복적으로 연결되어 일정한 길이의 몸체(401)를 형성할 수 있다. 벌브체(401a)가 하나 이상 형성되는 경우, 벌브체(401a)의 사이에는 오목하게 만입된 형태의 연결체(401b)가 형성되어 벌브체(401a)를 지지하도록 형성될 수 있다. 탄성지지부(400)의 구체적인 형태 및 작동과정에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.
프레임(200)의 일 측에는 이러한 탄성지지부(400)로 압축성 유체를 주입하는 주입관(420)이 형성될 수 있다. 주입관(420)은 프레임(200)을 따라서 연장되어 프레임(200)과 지지바(300) 사이의 탄성지지부(400)에 연결될 수 있다. 도시되지 않았지만, 예를 들어, 전술한 받침부(210, 320)의 내측으로 주입관(420)의 단부를 삽입하여 탄성지지부(400) 내측의 주입공간에 직접 연결할 수 있다. 따라서, 주입관(420)을 통해 탄성지지부(400)에 압축성 유체를 용이하게 주입할 수 있다.
그러나, 주입관(420)의 형성방식이 이로써 한정될 필요는 없다. 주입관(420)은 지지바(300)를 따라서 연장될 수도 있으며, 지지바(300) 내측의 공간이나 프레임(200) 내측의 공간을 활용하여 탄성지지부(400)가 위치하는 지점까지 용이하게 연장될 수 있다. 주입관(420)의 일 측에는 유체의 압력을 일정하게 유지하는 레귤레이터(410)가 연결되어 압축성 유체가 보다 안정적으로 공급되도록 구성할 수 있다.
주입관(420)을 통해 탄성지지부(400)의 주입공간으로 주입되는 유체는 주입량에 대응하여 탄성지지부(400) 내부에서 밀도 등이 변화하는 압축성 유체로 형성될 수 있다. 압축성 유체는 기체일 수 있으며 예를 들어, 유체펌프로 공기를 압축하고 주입관(420)으로 제공하여 압축성 유체로 사용할 수 있다. 그러나 이로써 한정될 필요는 없으며, 그 밖에도 단일 또는 혼합된 여러 가지 다양한 성분의 기체를 압축성 유체로 사용할 수 있다.
한편, 프레임(200)과 지지바(300)의 사이에는 링크부재가 연결될 수 있다. 링크부재는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 위치에 연결되는 제1링크부재(510) 및 제2링크부재(520)를 포함할 수 있으며, 각각이 프레임(200)과 지지바(300) 사이에 연결되어 프레임(200)의 회전을 저지할 수 있다. 링크부재는 연결위치에 따라 서로 길이가 다를 수 있다.
즉, 지지바(300)에 힌지(310) 결합되어 회전하는 프레임(200)을 링크부재로 고정하고 회전각도를 일정하게 유지할 수 있다. 프레임(200)의 회전각도는 압축성 유체의 주입에 의한 탄성지지부(400)의 신장 및 수축에 따라 변경되고, 링크부재를 활용하여 변경된 각도로 프레임(200)을 고정할 수 있다. 이를 통해 최적의 각도로 태양광을 수광할 수 있다. 제1링크부재(510) 및 제2링크부재(520)는 각각의 일단부가 지지바(300)에 형성된 고정판(330, 340)에 결합되고, 타단부는 프레임(200)에 힌지(511, 521) 결합될 수 있다. 특히, 제1링크부재(510)는 일단부에 형성된 결합부(512)가 홈부(331) 내측에 삽입되어 슬라이딩 이동할 수 있다.
링크부재는 일 측 단부가 프레임(200) 및 지지바(300) 중 어느 하나에 슬라이딩 가능하게 결합되고, 타 측 단부는 다른 하나에 힌지(511, 521) 결합되어 회동하도록 구성될 수 있다. 따라서, 프레임(200)의 회전 각도에 대응하여 적절한 상태로 배열을 바꾸어 프레임(200)과 지지바(300)의 사이에 알맞게 개재될 수 있다. 제1링크부재(510)의 결합부(512)는 볼트 등으로 형성되어 홈부(331) 삽입될 수 있으며 홈부(331)를 따라 용이하게 슬라이딩 될 수 있다. 회전각도가 설정되면, 상기 볼트에 너트를 결합하는 등의 방식으로 결합부(512)를 적절한 위치에 견고히 고정할 수 있다. 또한, 제2링크부재(520)의 결합부(522) 역시 볼트와 너트를 활용하여 고정판(340)상에서 위치를 바꿔가며 용이하게 고정되도록 형성할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 태양광 구조물의 제어방식에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
도 4는 태양광 구조물의 제어과정을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 태양광 구조물(1)은 탄성지지부(400)와 연결되어 압축성 유체(B)를 공급하는 유체펌프(430)와, 유체펌프(430)의 동작을 제어하는 제어부(700)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 제어구조로 보다 편리하게 장치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 유체펌프(430)는 공기 등을 압축하여 주입관(420)으로 제공하는 공압펌프로 형성될 수 있고, 제어부(700)는 유체펌프(430)와 전기적으로 결선되어 제어신호(S2)를 전송하는 프로그램 가능한 전자식 컨트롤러로 형성될 수 있다. 제어부(700)는 프레임(200) 등에 설치된 센서(710)로부터 입력신호(S1)를 입력 받고 그에 대응하여 유체펌프(430)를 제어할 수 있다.
특히, 제어부(700)는 압축성 유체(B)의 주입량을 조절하여 프레임(200)에서 발생하는 스윙(swing) 진동을 매우 효과적으로 감쇄시킬 수 있다. 즉, 프레임(200)과 지지바(300)의 사이에 링크부재가 연결되었다 하더라도, 바람이 강하게 부는 등의 외란이 발생하면 연결부의 유격 등으로 인해 프레임(200)이 회전축(도 3의 310참조)을 중심으로 회전방향을 바꿔가며 진동(즉, 스윙 진동)할 수 있다. 제어부(700)는 프레임(200)에 설치된 센서(710)로부터 프레임(200)의 스윙에 의한 진동 주파수를 입력받고, 입력된 진동 주파수가 전제 장치의 고유진동수에 접근하면 압축성 유체의 주입량을 선택적으로 조절하여 전체 장치의 공진을 방지할 수 있다.
즉, 외란에 의해 프레임(200)이 스윙 진동하면, 센서(710)가 이를 감지하여 진동 변위값(각도, 거리, 각속도, 선속도 등의 차원으로 측정될 수 있다)의 데이터가 포함된 입력신호(S1)를 전송할 수 있다. 따라서, 제어부(700)가 입력신호(S1)를 입력받아 압축성 유체(B)의 주입량을 선택적으로 조절함으로써 스윙 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다. 이 때, 링크부재가 연결된 상태로 압축성 유체(B)의 주입량을 조절하여 탄성지지부(400)의 탄성계수를 변경하고, 스윙진동을 보다 신속히, 적응적으로 감쇄시킬 수 있다. 이에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.
이하, 도 5 내지 도 8b를 참조하여 탄성지지부의 형상 및 작동과정, 이에 대응하는 태양광 구조물 전체의 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 먼저, 도 5 내지 도 6c를 참조하여 회전각도 조절과정에 대해 상세히 설명한다.
도 5는 도 3의 탄성지지부를 확대한 작동도이고, 도 6a 내지 도 6c는 태양광 구조물의 회전 각도 조절과정을 도시한 작동도이다. 도 6a 내지 도 6c에서 주입관은 일부만이 도시되었다.
도 5를 참조하면, 탄성지지부(400)는 압축성 유체의 주입량에 대응하여 도 5의 (a)와 같은 상태로부터 도 5의 (b)와 같이 신장될 수 있다. 탄성지지부(400)의 몸체(401)는 프레임(도 3의 200참조) 및 지지바(도 3의 300참조) 각각에 형성된 받침부(210, 320) 사이에 개재되고, 유체의 주입량에 대응하여 신장되면서 받침부(210, 320) 사이의 거리를 증가시킬 수 있다. 이 때, 프레임과 지지바는 완전히 고정된 상태가 아니고, 링크부재 중 적어도 하나가 슬라이딩 하여 이동할 수 있는 상태로 유지될 수 있다.
탄성지지부(400)의 몸체(401)는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 벌브체(401a)를 이용하여 매우 용이하게 신장될 수 있다. 특히, 프레임과 지지바가 유동적인 상태로 유지되므로, 몸체(401) 내부로 주입되는 유체의 주입량에 대응하여 탄성지지부(400)의 길이가 매우 신속히 증가할 수 있다. 외측으로 볼록하게 형성되어 상대적으로 확장이 용이한 벌브체(401a)와 오목하게 형성되어 지지력을 보강하는 연결체(401b)를 동시에 활용하여 탄성력을 조절할 수 있으며, 탄성지지부(400)의 신장되는 정도도 적절히 조절할 수 있다. 이와 같은 탄성지지부(400)의 신축 작용으로 프레임의 회전각도를 용이하게 조절할 수 있다.
우선, 도 6a에 도시된 바와 같이, 압축성 유체가 일정량 공급된 상태로 프레임(200)의 회전각도를 일정하게 유지할 수 있다. 전술한 레귤레이터(도 2의 420참조)를 이용하여 탄성지지부(400) 내측에 공급되는 압축성 유체의 압력을 일정 수준으로 유지할 수 있고, 제1링크부재(510) 및 제2링크부재(520) 각각의 양 단부를 프레임(200)과 지지바(300)에 연결하여 유동되지 않도록 고정할 수 있다. 이를 통해 프레임(200)의 회전각도를 유지할 수 있다.
이와 같은 상태에서 제1링크부재(510) 및 제2링크부재(520) 중 적어도 하나의 단부를 유동 가능하게 전환하고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 탄성지지부(400)에 압축성 유체(B)를 주입할 수 있다. 링크부재의 단부는 전술한 바와 같이 볼트와 너트의 결합을 해제하는 방식으로 유동 가능하게 전환될 수 있다. 따라서, 탄성지지부(400)가 용이하게 신장되고 프레임(200)의 회전각도가 변화된다. 이를 통해 원하는 각도로 태양전지판(100)을 위치시킬 수 있다.
한편, 도 6c에 도시된 바와 같이, 압축성 유체(B)의 주입량을 보다 증가시켜 탄성지지부(400)의 길이를 더욱 신장시킬 수 있다. 따라서, 프레임(200)이 대응하여 더욱 큰 각도로 회전하고 회전각도가 재차 변경된다. 이와 같이 압축성 유체(B)의 주입량을 조절하여 탄성지지부(400)를 신장시키고, 원하는 회전각도로 프레임(200)의 각도를 설정할 수 있다. 각도가 설정된 후, 대응하여 정렬상태가 변화된 제1링크부재(510) 및 제2링크부재(520)의 단부를 고정시켜 변화된 상태로 회전각도를 유지할 수 있고, 이러한 과정을 역으로 진행하여 탄성지지부(400)를 수축시키면 장치의 회전각도를 원상태로 복원할 수 있다.
이와 같은 회전각도 조절은 전술한 제어부(도 4의 700참조)의 제어를 활용하여 진행할 수 있다. 즉, 태양의 계절별, 또는 일별의 남중 고도를 고려하여 압축성 유체의 주입량을 변경함으로써, 최적의 상태로 전력을 생산할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 8b를 참조하여 자세유지 과정에 대해 상세히 설명한다.
도 7은 도 3의 탄성지지부를 확대한 또 다른 작동도이고, 도 8a 및 도 8b는 태양광 구조물의 자세유지 과정을 도시한 작동도이다. 도 8a 및 도 8b에서 주입관은 일부만이 도시되었다.
한편, 도 7을 참조하면 탄성지지부(400)는 프레임(도 3의 200참조) 과 지지바(도 3의 300참조)가 서로 고정된 상태에서 팽창이 가능하다. 이 때, 프레임과 지지바 사이에 연결된 링크부재는 유동되지 않도록 고정된 상태일 수 있다. 따라서, 받침부(210, 320) 사이의 간격이 유지되어 탄성지지부(400)는 도 7의 (a)와 같은 상태로부터 신장되지 못하고 도 7의 (b)와 같이 팽창된다. 몸체(401)는 벌브체(401a)의 곡면을 이용하여 신장되지 않으면서도 용이하게 팽창이 가능하다.
즉, 링크부재가 연결되어 고정된 상태로 압축성 유체의 주입량을 증가시키면, 탄성지지부(400)는 길이는 증가하지 못하고 팽창되며, 몸체(401) 내부에 주입된 압축성 유체의 밀도가 상승하여 탄성지지부(400) 전체의 탄성이 변화된다. 즉, 탄성지지부(400)는 길이방향의 변위 없이 내부 밀도 변화에 의해 탄성계수가 보다 즉각적으로 변화될 수 있다. 이를 이용하여 프레임의 스윙 진동을 매우 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.
먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이 바람(C) 등의 외란에 의한 프레임(200)과 프레임(200)에 연결된 태양전지판(100) 전체가 진동할 수 있다. 이러한 상태는 전술한 탄성지지부(400)의 신축과정을 통해 프레임(200)의 회전각도를 조절하여 링크부재로 고정한 상태일 수 있으나, 판 형상으로 넓게 분포된 태양전지판(100)에 의해 바람(C)을 영향을 크게 받으므로, 연결부의 유격 등에 의해 프레임(200)이 진동할 수 있다. 프레임(200)은 회전축(310)을 중심으로 바람(C)의 방향에 따라 회전방향을 수시로 바꾸는 스윙 진동을 할 수 있다.
이 때, 도 8b에 도시된 바와 같이 압축성 유체(B)를 주입하여 탄성지지부(400)를 팽창시킬 수 있다. 탄성지지부(400)는 신장되지 못하는 상태에서 팽창되고 전술한 바와 같이 내부 밀도가 증가하여 탄성계수가 변하게 된다. 따라서, 회전각도를 변화시키지 않으면서도 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있다.
예를 들어, 전술한 센서(도 4의 710참조)로부터 측정된 진동 변위값이 증가하면, 압축성 유체(B)의 주입량을 그에 대응하여 증가시킴으로써 탄성지지부(400)의 탄력을 강화할 수 있고, 진동 변위값이 감소하면, 그에 대응하여 압축성 유체(B)의 주입량을 조절하고 탄성지지부(400)의 탄력을 감소시킬 수 있다. 즉, 스윙 진동의 크기 변화에 대응하여 점진적, 적응적으로 탄성지지부(400)의 탄성을 변화시킴으로써 매우 효과적으로 진동을 감쇄시킬 수 있다. 이로써, 외란이 있는 상황에서도 프레임(200)이 설정된 회전각도를 오차 범위 내에서 안정적으로 유지하여 태양전지판(100)이 안정된 상태로 매우 용이하게 전력을 수급할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 태양광 구조물 100: 태양전지판
200: 프레임 210, 320: 받침부
300: 지지바 310, 511, 521: 힌지
330, 340: 고정판 331: 홈부
400: 탄성지지부 401: 몸체
401a: 벌브(bulb)체 401b: 연결체
410: 레귤레이터 420: 주입관
430: 유체펌프 510: 제1링크부재
512, 522: 결합부 520: 제2링크부재
600: 보조지지바 700: 제어부
710: 센서
A: 지면 B: 압축성 유체
C: 바람
S1: 입력신호 S2: 제어신호

Claims (4)

  1. 태양전지판;
    상기 태양전지판이 고정되는 프레임;
    일단부는 상기 프레임에 힌지 결합되고, 타단부는 지면에 고정되어 상기 프레임을 회동 가능하게 지지하는 지지바;
    탄성체로 이루어진 몸체 내부에 압축성 유체가 주입되어 형성되고 상기 프레임과 상기 지지바의 사이에 개재되어 신축되는 탄성지지부;
    상기 탄성지지부와 연결되어 상기 압축성 유체를 공급하는 유체펌프;
    상기 유체펌프의 동작을 제어하는 제어부; 및
    상기 프레임과 상기 지지바의 사이에 연결되어 상기 프레임의 회전을 저지하는 링크부재를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 프레임의 진동 주파수를 입력받고 상기 프레임의 진동 주파수가 전체 장치의 고유진동수에 접근을 하면 상기 압축성 유체의 주입량을 조절하여 공진을 방지하되,
    상기 링크부재가 연결된 상태로 상기 압축성 유체의 주입량이 조절되어 상기 탄성지지부의 탄성계수가 변경되는 태양광 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄성지지부는 신축되어 상기 프레임의 회전 각도를 조절하는 태양광 구조물.
  3. 삭제
  4. 삭제
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