KR101791169B1 - 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치 - Google Patents

레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 관한 것이다.
본 발명은 태양전지판의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 레이저 두께 측정기, 상기 태양전지판의 상부면을 세척하는 세척장치 및 상기 레이저 두께 측정기(200)로부터 전송받은 이물질 두께가 미리 저장된 기준 두께를 초과하는 경우 상기 세척장치가 가동되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질을 레이저 두께 측정기를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이 측정 결과에 따라 태양전지판의 세척 시점을 결정함으로써, 태양광 발전효율이 향상되고, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전량을 실시간 연산하여 원격지 관리서버로 제공함으로써, 태양광 발전과 관련한 유지관리의 효율성이 향상되는 효과가 있다.

Description

레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치{MAINTENANCE CONTROL APPARATUS OF SOLAR CELL MODULE USING LASER THICKNESS GAUGE}
본 발명은 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질을 레이저 두께 측정기를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이 측정 결과에 따라 태양전지판의 세척 시점을 결정함으로써, 태양광 발전효율을 향상시키고, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전량을 실시간 연산하여 원격지 관리서버로 제공함으로써, 태양광 발전과 관련한 유지관리의 효율성을 향상시킬 수 있는, 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 이산화탄소 발생에 의한 지구의 온난화나 원자력발전소의 핵폐기물에 대한 처리곤란 등 지구의 환경에 대한 문제가 크게 대두되면서 자연의 청정에너지를 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
이러한 자연 에너지의 이용은 태양광 발전, 조력발전, 풍력발전 등 지구의 자연환경을 해치지 않고 사용할 수 있는 에너지원을 이용하는 방법들이다.
여기서 태양전지를 이용한 태양광 발전은 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서 광전변환소자가 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전방식이다.
태양광 발전은 광전변환소자를 포함하는 태양전지로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환 인버터로 구성된다.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양전지 모듈을 계절에 따른 일조량의 변화나 아침부터 저녁까지 태양의 이동에 따른 추적을 위해 태양 추적장치를 설치하는 등 발전효율을 높이기 위해 여러 장치들을 개발하여 사용하고 있는 실정이다.
이러한 태양의 일조량이나 태양의 이동에 따른 추적에 의한 발전효율의 문제외에 태양광 발전 시스템의 외부에서 햇빛을 차단하거나 햇빛의 양을 감소시키는 문제로서 태양전지판의 표면에 쌓이는 먼지, 눈, 빗물 등의 이물질은 태양광 발전 시스템의 전력생산 효율을 저감시키는 문제를 일으킨다.
따라서, 태양전지판에 쌓이는 이물질의 두께를 정확하게 측정하여 적정 시점에 이 이물질을 제거함으로써, 태양광 발전의 효율을 향상시키는 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0008246호(공개일자: 2013년 01월 22일, 명칭: 영상분석에 의한 이물질 모니터링 장치와 이를 이용한 태양광 발전 제어 시스템 및 방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0067834호(공개일자: 2009년 06월 25일, 명칭: 광학식 적설 계측 시스템 및 그 방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0048673호(공개일자: 2009년 05월 15일, 명칭: 편광 레이저의 위상차를 이용한 실시간 필름 두께 모니터링 장치 및 그 방법)
본 발명은 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질을 레이저 두께 측정기를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이 측정 결과에 따라 태양전지판의 세척 시점을 결정함으로써, 태양광 발전효율을 향상시키는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전효율을 실시간 연산하여 원격지 관리서버로 제공하거나 이물질의 두께 정보를 전송받은 원격지 관리서버가 태양광 발전효율을 연산함으로써, 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전량을 실시간 예측할 수 있으며 태양광 발전과 관련한 유지관리의 효율성을 향상시킬 수 있는 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
본 발명에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치는 태양전지판의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 레이저 두께 측정기, 상기 태양전지판의 상부면을 세척하는 세척장치 및 상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께가 미리 저장된 기준 두께를 초과하는 경우 상기 세척장치가 가동되도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 있어서, 상기 제어부는 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 저장된 발전효율 테이블을 참조하여 상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전량 정보를 실시간 연산하여 원격지 관리 서버로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 있어서, 상기 제어부는 레이저 두께 측정기에 의해 측정된 이물질의 두께 정보를 원격지 관리 서버로 전송하고, 상기 원격지 관리 서버는 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 저장된 발전효율 테이블을 참조하여 상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전량 정보를 실시간 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 있어서, 상기 세척장치는 상기 태양전지판의 상부면과 접촉하여 주행하면서 세정액을 분사하는 세척부, 상기 세정액을 상기 세척수단으로 공급하는 세정액 공급수단 및 상기 태양전지판의 상부면을 세척하기 위해 상기 세척부에서 상기 세정액을 분사하면서 상기 세척부를 상기 태양전지판의 한 변으로부터 마주하는 변까지 주행시키는 세척부 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치에 있어서, 상기 세척부 이동수단은 상기 세척부의 양단에 부착된 롤러, 상기 태양전지판의 한 변 및 마주하는 변 이외의 변들에 상기 롤러가 주행하도록 설치된 가이드 레일 및 상기 롤러를 주행시키는 구동원을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질을 레이저 두께 측정기를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이 측정 결과에 따라 태양전지판의 세척 시점을 결정함으로써, 태양광 발전효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전효율을 실시간 연산하여 원격지 관리서버로 제공하거나 이물질의 두께 정보를 전송받은 원격지 관리서버가 태양광 발전효율을 연산함으로써, 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전량을 실시간 예측할 수 있으며 태양광 발전과 관련한 유지관리의 효율성을 향상시킬 수 있는 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치의 구체적인 동작의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 포함된 세척장치의 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 세척장치에 포함된 세척부의 구성의 예를 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 두께 측정기(200)를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치(1)는 레이저 두께 측정기(200), 세척장치(300), 제어부(400) 및 통신모듈(500)을 포함하여 구성된다.
레이저 두께 측정기(200)는 태양전지판(100)의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 레이저를 이용하여 측정하기 위한 수단이다.
예를 들어, 레이저 두께 측정기(200)는 두께 측정용 레이저 광을 이물질의 표면에 발사하는 두께 측정용 레이저 광 발사수단과, 이물질의 표면에서 반사된 두께 측정용 레이저 광을 분석하여 분석 신호를 발생하는 두께 측정용 레이저 광 분석수단 및 두께 측정용 레이저 광 분석부에서 발생된 분석 신호를 근거로 이물질의 두께를 계산하는 도막 두께 계산수단을 포함하여 구성될 수 있다.
세척장치(300)는 태양전지판(100)의 상부면을 세척하기 위한 수단이다.
예를 들어, 이러한 세척장치(300)는 세척부, 세정액 공급수단 및 세척부 이동수단을 포함하여 구성될 수 있다.
세척부는 태양전지판(100)의 상부면과 접촉하여 주행하면서 세정액을 분사하는 기능을 수행한다.
세정액 공급수단은 세정액을 세척수단으로 공급하는 기능을 수행한다.
세척부 이동수단은 태양전지판(100)의 상부면을 세척하기 위해 세척부에서 세정액을 분사하면서 세척부를 태양전지판(100)의 한 변으로부터 마주하는 변까지 주행시키는 기능을 수행한다.
예를 들어, 세척부 이동수단은 롤러, 가이드 레일 및 구동원을 포함하여 구성될 수 있다.
롤러는 세척부의 양단에 부착되어 있고, 가이드 레일은 태양전지판(100)의 한 변 및 마주하는 변 이외의 변들에 롤러가 주행하도록 설치되어 있으며, 구동원은 롤러를 주행시키는 기능을 수행한다.
이러한 세척장치(300)의 구체적인 구성의 예를 도 3 및 도 4를 추가적으로 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 포함된 세척장치(300)의 구성의 예를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 세척장치(300)에 포함된 세척부의 구성의 예를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4를 추가적으로 참조하면, 도 3의 도면부호 100은 태양전지판이고, 태양전지판(100)은 S1, S2, S3, ..., S11, S12로 구획되는 다수개의 블록들로 이루어지거나 하나의 단일 블록으로 이루어 질 수 있다.
태양전지판(100)의 상부의 변과 하부의 변에는 이후에 설명되는 세척부(30)에 장착된 롤러(16)를 안내하는 가이드레일(12)이 설치되어 있다. 또한 태양전지판(100)의 우측 변에는 양쪽이 풀리(pulley, 22, 23)에 의해 고정된 회전축(26)이 설치되어 있고, 태양전지판(100)의 좌측 변에도 양쪽이 풀리(24, 25)에 의해 고정된 회전축(27)이 설치되어 있다.
이 회전축들(26, 27)은 도시되지 않은 축받이에 의해 고정되며, 우측 변의 회전축(26)의 한 쪽 단부는 도시되지 않은 감속기어를 거쳐 마이크로 모터(21) 등과 연결되어 있다. 또한, 우측 변의 회전축(26)의 양단에 고정된 풀리(22, 23)와 좌측 변의 회전축(27)의 양단에 고정된 풀리(24, 25)에는 각각 벨트들(28)이 끼워져 있다.
그리고 세척부(30)의 양단은 상부 및 하부의 벨트(28)에 체결수단(29)에 의해 고정되어 있고, 세척부(30)의 양단을 고정한 체결수단들(29)과 근접한 위치의 세척부(30) 하부에는 롤러들(14, 16)이 각각 부착되어 있어 마이크로 모터(21) 등으로부터 발생되는 구동력에 의해 상부 및 하부의 벨트(28)가 이동하게 되고, 벨트(28)에 고정된 세척부(30)는 롤러들(14, 16)이 가이드 레일들(12)을 따라 굴러 태양전지판(100)의 좌변에서 우변으로 또는 마이크로 모터(21)가 반대방향으로 회전하게 되면 태양전지판(100)의 우변에서 좌변으로 이동하게 된다.
또한, 태양전지판(100)의 좌변 및 우변에는 세척부(30)의 이동을 정지시키기 위한 리미트 스위치 또는 근접 스위치(78, 77)가 설치되어 있으며, 세척부(30)가 태양전지판(100)의 좌변이나 우변의 끝까지 이동하게 되면 이 스위치(78, 77)가 스위칭되어 마이크로 모터(21)를 정지시킨다.
이와 같이 설치된 세척부(30)에는 물 공급원 또는 세정액 공급원(40, 이하의 설명에서, 세정액은 물 또는 물에 계면활성제가 첨가된 액체일 수 있다.)으로부터 공급되는 세정액이 솔레노이드 밸브(42)의 동작에 의해 고무호스(44)를 통하여 세척부(30)에 공급된다. 여기서 세정액은 세척부(30)가 태양전지판(100)을 세척하기 위해 마이크로 모터(21)가 구동되는 동안 솔레노이드 밸브(42)의 작동에 의해 공급된다.
세척부(30)가 태양전지판(100)의 표면에 접촉하여 이동됨으로써, 태양전지판(100)의 상부면에 쌓인 눈, 비, 먼지 등의 이물질을 세척하게 된다.
그리고 이후에 설명될 태양전지판(100)의 온도를 감지하는 온도센서(73)와 태양전지판(100)에 비춰지는 광량을 감지하는 광량센서(75)가 태양전지판(100)의 주변에 설치되어 있다.
이하에서는 세척부(30)의 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4에 있어서, 도면부호 32는 중공부를 가지며 하부에는 세정액을 분사할 수 있는 다수개의 분사공들(34)이 형성되어 있는 금속 재질의 강관이다. 금속재 강관(32)의 하부에는 브러쉬(36)를 고정하는 홈 형태의 브러쉬 고정부(38)가 구비되어 있고, 이 브러쉬 고정부(38)의 홈에는 브러쉬(36)를 끼우거나 뺄 수 있기 때문에 브러쉬(36)가 마모된 경우에는 새로운 브러쉬(36)로 교체할 수 있다.
그리고 분사공들(34)은 브러쉬 고정부(38)의 양쪽에 뚫려 있으므로 세척부(30)가 태양전지판(100)의 우변에서 좌변으로 또는 좌변에서 우변으로 이동하면서 세척을 하여도 태양전지판(100)의 상부면을 깨끗하게 세척할 수 있다.
제어부(400)는 레이저 두께 측정기(200)로부터 전송받은 이물질 두께가 미리 저장된 기준 두께를 초과하는 경우 세척장치(300)가 가동되도록 제어하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 제어부(400)는 발전효율 테이블을 참조하여 레이저 두께 측정기(200)로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전효율 정보 또는 발전량 정보를 실시간 연산하여 원격지 관리서버(2)로 전송하도록 구성될 수 있다. 발전효율 테이블에는 이물질 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 상호 매칭(matching)되어 저장되어 있다. 이러한 발전효율 테이블은 제어부(400)에 자체적으로 구비된 메모리 공간에 저장되거나 제어부(400)와 물리적으로 구분된 메모리 공간에 저장될 수 있다.
통신모듈(500)은 외부와의 통신을 위한 수단으로서, 유선 또는 무선 통신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 추가적으로 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치의 구체적인 동작의 예를 설명한다.
단계 S10에서는, 레이저 두께 측정기(200)가 태양전지판(100)의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 측정하는 과정이 수행된다. 레이저 두께 측정기(200)의 구동은 제어부(400)에 의해 제어되며, 제어부(400)는 태양전지판(100)이 설치된 지역의 먼지의 발생량 정보, 평균 입도 정보, 평균 밀도 정보에 따라 결정된 타이밍 정보에 따라 레이저 두께 측정기(200)의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다. 타이밍 정보는 제어부(400)에 자체적으로 구비된 메모리 또는 독립적으로 구비된 메모리에 저장될 수 있다.
단계 S20에서는, 제어부(400)가 이물질 두께와 기준 두께를 비교하는 과정이 수행된다.
단계 S20에서의 비교 결과, 이물질 두께가 기준 두께를 초과하는 경우, 단계 S30으로 전환되어 세척장치가 태양전지판(100)의 표면을 세척하는 과정이 수행된다.
단계 S20에서의 비교 결과, 이물질 두께가 기준 두께를 초과하지 않는 경우, 단계 S10의 이전 단계로 전환된다.
단계 S40에서는, 제어부(400)가 발전효율 테이블을 참조하여 레이저 두께 측정기(200)로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전효율 정보 또는 발전량 정보를 실시간 연산하는 과정이 수행된다. 발전효율 테이블에는 이물질 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 상호 매칭(matching)되어 저장되어 있다.
단계 S50에서는, 제어부(400)가 연산된 발전효율 정보 또는 발전량 정보를 통신모듈(500)을 매개로 원격지 관리서버(2)로 전송하는 과정이 수행된다.
도 4에서는, 제어부(400)가 태양전지판(100)의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전효율을 실시간 연산하여 원격지 관리서버(2)로 제공하는 경우의 동작 과정이 예시되어 있다. 그러나 본 실시 예는, 제어부(400)가 원격지 관리서버(2)로 이물질의 두께 정보만을 전송하고, 이물질의 두께 정보를 전송받은 원격지 관리서버(2)가 태양광 발전효율을 연산하도록 구성될 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질을 레이저 두께 측정기를 이용하여 정밀하게 측정하고, 이 측정 결과에 따라 태양전지판의 세척 시점을 결정함으로써, 태양광 발전효율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 태양전지판의 표면에 쌓이는 이물질의 두께에 따라 변동되는 태양광 발전효율을 실시간 연산하여 원격지 관리서버로 제공하거나 이물질의 두께 정보를 전송받은 원격지 관리서버가 태양광 발전효율을 연산함으로써, 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전량을 실시간 예측할 수 있으며 태양광 발전과 관련한 유지관리의 효율성을 향상시킬 수 있는 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부된 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
1: 태양전지 모듈 유지관리장치
2: 원격지 관리서버
100: 태양전지판
200: 레이저 두께 측정기
300: 세척장치
400: 제어부
500: 통신모듈

Claims (5)

  1. 태양전지판의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 레이저 두께 측정기;
    상기 태양전지판의 상부면을 세척하는 세척장치; 및
    상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께가 미리 저장된 기준 두께를 초과하는 경우 상기 세척장치가 가동되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 저장된 발전효율 테이블을 참조하여 상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전량 정보를 실시간 연산하여 원격지 관리 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는, 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치.
  2. 삭제
  3. 태양전지판의 상부면에 축적된 이물질의 두께를 레이저를 이용하여 측정하는 레이저 두께 측정기;
    상기 태양전지판의 상부면을 세척하는 세척장치; 및
    상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께가 미리 저장된 기준 두께를 초과하는 경우 상기 세척장치가 가동되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 레이저 두께 측정기에 의해 측정된 이물질의 두께 정보를 원격지 관리 서버로 전송하고,
    상기 원격지 관리 서버는 이물질의 두께에 대응하는 태양광 발전효율정보가 저장된 발전효율 테이블을 참조하여 상기 레이저 두께 측정기로부터 전송받은 이물질 두께에 대응하는 발전량 정보를 실시간 연산하는 것을 특징으로 하는, 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 세척장치는
    상기 태양전지판의 상부면과 접촉하여 주행하면서 세정액을 분사하는 세척부;
    상기 세정액을 상기 세척부로 공급하는 세정액 공급수단; 및
    상기 태양전지판의 상부면을 세척하기 위해 상기 세척부에서 상기 세정액을 분사하면서 상기 세척부를 상기 태양전지판의 한 변으로부터 마주하는 변까지 주행시키는 세척부 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세척부 이동수단은
    상기 세척부의 양단에 부착된 롤러;
    상기 태양전지판의 한 변 및 마주하는 변 이외의 변들에 상기 롤러가 주행하도록 설치된 가이드 레일; 및
    상기 롤러를 주행시키는 구동원을 포함하는 것을 특징으로 하는, 레이저 두께 측정기를 이용한 태양전지 모듈 유지관리장치.
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