KR101802370B1 - 태양광 발전 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 자동으로 추적하여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부; 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 회동 동작시 그림자 간섭을 배제하기 위하여 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에는 서로 이격되게 장착시키는 패널 지지부; 각각의 단위 태양전지 패널의 우측 모서리에 장착되는 제1 조도센서와, 각각의 단위 태양전지 패널의 좌측 모서리에 장착되는 제2 조도센서를 포함하여, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에 그림자 간섭을 감지하는 조도센서부; 및 태양전지 패널부를 좌우 방향으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하되, 좌우 방향으로 서로 이웃하는 제1 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하거나, 좌우 방향으로 이웃하는 제2 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하는 경우, 그림자 간섭의 발생을 인식하여 회동 동작을 제어하는 패널 제어부를 포함한다.
본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부; 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 회동 동작시 그림자 간섭을 배제하기 위하여 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에는 서로 이격되게 장착시키는 패널 지지부; 각각의 단위 태양전지 패널의 우측 모서리에 장착되는 제1 조도센서와, 각각의 단위 태양전지 패널의 좌측 모서리에 장착되는 제2 조도센서를 포함하여, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에 그림자 간섭을 감지하는 조도센서부; 및 태양전지 패널부를 좌우 방향으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하되, 좌우 방향으로 서로 이웃하는 제1 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하거나, 좌우 방향으로 이웃하는 제2 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하는 경우, 그림자 간섭의 발생을 인식하여 회동 동작을 제어하는 패널 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 태양광 발전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양을 자동으로 추적하여 태양광 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 대부분의 태양광 발전 장치는 고정식으로 구성된다. 즉, 태양전지 패널을 금속의 구조물 위에 단단히 고정시키는 방식으로 시공하고 있다. 시판중인 태양전지 패널의 효율이 18% 이하임을 감안할 때, 발전효율이 낮은 태양전지를 고정식으로 시공하는 것은 태양전지 패널의 효율을 다 이끌어내지 못할 뿐 아니라, 고가의 태양전지 패널을 낭비하는 문제점이 있다.
한편, 최근 들어 태양전지 패널의 발전효율을 높이기 위해서 태양의 궤적을 추적하는 장치 및 시설들이 시도되고 있으나, 종래의 추적 방식의 태양광 발전 장치들은 태양전지 패널의 자체의 효율은 높지만, 비용 대비 발전효율은 고정식 발전설비 보다 높다고 할 수 없고, 복잡한 구조로 인한 잦은 고장과, 오작동 등의 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 태양광의 일간 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 보정 동작을 통하여 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 일간 궤적을 추적할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양광의 연간 고도를 정확하고 신뢰성 있게 추적함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 패널을 시간당 일정하게 좌우 방향으로 회동시킬 수 있음으로써, 일간 궤적에 따른 정확한 회동 동작이 가능한 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 반사 패널을 사용하여 집광 효율과 냉각 효율을 향상시키는데 나아가, 반사 패널에 바람 저항을 방지하고 공랭식 냉각 효율을 도모할 수 있는 태양광 발전 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전 장치는, 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부; 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 회동 동작시 그림자 간섭을 배제하기 위하여 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에는 서로 이격되게 장착시키는 패널 지지부; 각각의 단위 태양전지 패널의 우측 모서리에 장착되는 제1 조도센서와, 각각의 단위 태양전지 패널의 좌측 모서리에 장착되는 제2 조도센서를 포함하여, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간에 그림자 간섭을 감지하는 조도센서부; 및 태양전지 패널부를 좌우 방향으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하되, 좌우 방향으로 서로 이웃하는 제1 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하거나, 좌우 방향으로 이웃하는 제2 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하는 경우, 그림자 간섭의 발생을 인식하여 회동 동작을 제어하는 패널 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 패널 제어부는, 조도센서부에서 일정 광량 이상의 광이 감지되면 일출로 판단하고 동쪽 방향을 향하도록, 좌우 수평을 이루는 초기 상태의 태양전지 패널부를 우측으로 회동시키는 제1 제어동작과, 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 태양전지 패널부의 우측 회동을 정지시키며, 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제2 제어동작과, 제2 제어동작으로, 태양전지 패널부가 미리 설정한 최대 우측회동각에 도달하고 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면, 태양전지 패널부와 태양광이 수직을 이루기 시작하는 제1 시점으로 판단하여, 제1 시점부터 4분에 1° 씩 태양전지 패널부를 좌측으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하는 제3 제어동작을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 패널 제어부는, 제3 제어동작으로, 태양전지 패널부가 미리 설정한 최대 좌측회동각에 도달하면, 태양전지 패널부와 태양광의 수직 상태가 종료되는 제2 시점으로 판단하여, 4분에 1° 씩 태양전지 패널부를 다시 우측으로 회동시키는 제4 제어동작과, 제2 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 태양전지 패널부의 우측 회동을 정지시키며, 제2 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제5 제어동작과, 조도센서부에서 일정 광량 미만의 광이 감지되면 일몰로 판단하고 태양전지 패널부를 초기 상태로 회동시킨 후 일간 태양광 발전을 종료하거나, 제5 제어동작으로 태양전지 패널부가 좌우 수평을 이루면 일간 태양광 발전을 종료하는 제6 제어동작을 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 최대 좌측회동각 및 최대 우측회동각은, 태양전지 패널부와 태양광이 수직을 이루는 상태에서, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널 간의 거리에 따라 그림자 간섭이 발생하지 않는 최대 각도로 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하는 태양광 감지부를 더 포함하여, 패널 제어부는, 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 패널 지지부의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 패널 지지부에 체결되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 태양전지 패널부의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 패널 지지부의 높이를 조절하는 높이조절부; 및 태양의 연간 고도변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부;를 더 포함하며, 패널 제어부는, 태양데이터 저장부에 저장된 연간 고도변환 데이터를 수신하여, 태양전지 패널부에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 높이조절부의 높이조절 동작을 제어하되, 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 높이조절부의 높이조절 위치를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양광 감지부는, 단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 태양전지 패널부를 향하고 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 제1 꼭짓점을 향한 핀홀이 형성되는 케이스와, 제1 꼭짓점 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 태양전지 패널부에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서와, 삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서와, 삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 패널 지지부의 회동축에 수직으로 장착되며, 회동축의 회동 동작에 연동하여 회전하는 회전가이드 바와, 패널 지지부의 회동에 연동하지 않도록 고정되어 장착되고, 회전가이드 바의 회전 반경을 따라 원호(圓弧)로 형성되며, 회전가이드 바의 끝단에 대응하는 원호면에 일정 각도 간격으로 각도조절홀이 형성되는 회전가이드 패드와, 회전가이드 바의 끝단에 장착되는 LED 조명과, 회전가이드 바에 체결되며 회전가이드 패드를 사이를 두고 LED 조명과 대향하여 마련되어, LED 조명의 광이 각도조절홀을 관통하는 경우를 감지하는 광센서를 포함하는 각도조절부를 더 포함하며, 패널 제어부는, 패널 지지부를 회동시키는 동작 중 광센서에서 각도조절홀을 관통하는 광을 감지하는 경우 회동 동작을 정지하고, 미리 설정한 일정 시간이 경과하면 패널 지지부를 다시 회동시켜 다음의 각도조절홀로 도달시키는 제어 동작을 반복하여, 태양전지 패널부를 시간당 일정한 각도로 회동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 패널 지지부는 단위 태양전지 패널을 전후 방향으로 서로 이격되게 장착시키고, 본 발명의 태양광 발전 장치는, 단위 태양전지 패널의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며,태양광을 반사시켜 태양전지 패널부로 집광하는 반사 패널부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반사 패널부는, 복수개의 단위 반사 패널이 하나의 단위 태양전지 패널의 끝단을 따라 상측면과 하측면에 교번하여 체결되어, 이웃하는 단위 반사 패널 간에 상하 방향으로 이격되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 태양광 발전 장치는 태양광의 일간 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 보정 동작을 통하여 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 일간 궤적을 추적할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 태양광의 연간 고도를 정확하고 신뢰성 있게 추적함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 태양전지 패널을 시간당 일정하게 좌우 방향으로 회동시킬 수 있음으로써, 일간 궤적에 따른 정확한 회동 동작이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 태양광 발전 장치는 반사 패널을 사용하여 집광 효율과 냉각 효율을 향상시키는데 나아가, 반사 패널에 바람 저항을 방지하고 공랭식 냉각 효율을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 배면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부의 동작특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널군 간의 이격 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 측면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 상단부를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 하단부를 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 측면도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위해 태양전지 패널부와 이에 장착된 조도센서부를 나타낸 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양광 감지부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 각도 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 배면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부의 동작특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널군 간의 이격 거리를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 배면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 측면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 상단부를 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 하단부를 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 측면도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위해 태양전지 패널부와 이에 장착된 조도센서부를 나타낸 사시도이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양광 감지부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 각도 조절부를 설명하기 위한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 특징인 태양의 궤적에 따른 태양전지 패널부의 회동 동작 특성을 설명하기에 앞서, 이를 구현 가능하게 하는 태양광 발전 장치의 구조의 일례를 도 1 내지 도 15를 통하여 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 배면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부의 동작특성을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 패널 지지부를 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널군 간의 이격 거리를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 배면도이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 나타낸 측면도이고, 도 10 및 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 상단부를 나타낸 도면이며, 도 12 및 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 높이조절부를 하단부를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부(100), 전측 받침대부(200), 후측 받침대부(300), 패널 지지부(400) 및 높이조절부(500)를 포함한다.
태양전지 패널부(100)는 복수개의 단위 태양전지 패널(111)로 이루어진다. 또한, 단위 태양전지 패널(111)을 전후 방향으로 연속되게 형성하여 하나의 태양전지 패널군(110)을 이루도록 한다. 도 14a 내지 도 15를 통해 후술하는 반사 패널부를 장착하기 위해서는 하나의 태양전지 패널군(110) 내에서 단위 태양전지 패널(111)이 전후 방향으로 서로 이격되도록 형성하는 것도 가능함은 물론이다.
전측 받침대부(200)는 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부(100)의 전측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련된다.
후측 받침대부(300)는 좌우로 연장되는 받침대 형상으로 형성되며, 태양전지 패널부(100)의 후측 하단을 지면으로부터 지지하기 위하여 마련된다. 또한, 후측 받침대부(300)의 상단이, 전측 받침대부(200)의 상단보다 더 높게 형성되는 것이 가능하다.
패널 지지부(400)는 전측 받침대부(200)와 후측 받침대부(300) 사이에 마련되어 태양의 일간 궤적에 따라 태양전지 패널부(100)가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 단위 태양전지 패널(111)을 전후 방향으로 연속되게 장착하여 하나의 태양전지 패널군(110)을 형성하고, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널(111) 간에, 즉 태양전지 패널군(110) 간에는 좌우 방향으로 서로 이격되게 장착하여 회동 동작시 태양전지 패널군(110) 간의 그림자 간섭을 배제시킨다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 패널 지지부(400)는, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 전측 받침대부(200)의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 전단 지지대(410)와, 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 높이조절부(500)의 상단에 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 후단 지지대(420)와, 전후 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 양단이 전단 지지대(410) 및 후단 지지대(420)에 각각 좌우 방향으로 회동 가능하게 체결되어 태양전지 패널군(110)이 장착되고, 복수개가 좌우 방향으로 서로 이격되어 마련되는 패널 지지대(430)를 포함한다.
또한, 전단 지지대(410) 및 패널 지지대(430) 사이, 그리고 후단 지지대(420) 및 패널 지지대(430)에는 회전 가능하게 축(421)으로 체결된다.
또한, 후단 지지대(420)에는 후단 지지대(420)와 후측의 환봉(520)을 연결하는 연결구(521)가 형성된다.
또한, 패널 지지부(400)는, 패널 지지대(430)의 전단에서 하방으로 돌출되도록 형성되어, 돌출된 일단의 좌우 회전 동작으로 패널 지지대(430)를 좌우 방향으로 회동시키는 각도조절 돌기(440)와, 패널 지지대(430)의 전단 하측에서 좌우 방향으로 연장되는 바 형상으로 형성되며, 각도조절 돌기(440)의 일단과 체결되며 좌우 이동 동작으로 각도조절 돌기(440)를 좌우로 회전시키는 각도조절 가이드(450)가 장착되고, 좌우 방향으로 이동 가능하게 마련되는 각도조절 가로축(460)과, 각도조절 가로축(460)의 일단에 연결되되, 회전 운동을 좌우 방향의 직선 운동으로 변환시켜 제공하여 각도조절 모터(470)를 더 포함하는 것이 가능하다. 여기서, 각도조절 돌기(440)는 각도조절 가이드(450)를 추종하며, 패널 지지대(430)와 직결되어 태양전지 패널군(110)의 움직임을 조절한다. 즉, 각도조절 모터(470)가 정회전 또는 역회전 함에 따라 각도조절 가이드(450)가 좌우로 이동하게 되고, 각도조절 가이드(450)의 위치에 따라 패널의 각도가 변화한다.
또한, 각도조절 가로축(460)에는 각도조절 가로축(460)을 지지하기 위한 제1 캐스터(461)가 형성된다.
또한, 각도조절 모터(470)의 회전에 따라 각도조절 모터(470)의 좌우 이동을 지지하기 위한 모터 받침대(471)와, 각도조절 모터(470)의 회전축을 무두각선볼트(473)와 연결하기 위한 제1 조인트(472)와, 무두각선볼트(473)의 끝단에 연결되어 고정된 상태로 각도조절 모터(470)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 너트(474)와, 각도조절 가로축(460)에 회전력을 전달하지 않도록 하는 연결하는 제2 조인트(475)를 포함한다. 여기서, 각도조절 가로축의 동작을 위한 운동에너지를 제공하기 위해 전기장치, 유압장치 등이 사용될 수 있다.
덧붙여, 너트(474)를 고정하고 모터 받침대(471)와 연결되는 제1 고정구(476)가 더 형성되며, 각도조절 가로축(460)의 좌측 이동을 제한하기 위한 리미트(480)가 형성된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에서는 그림자 간섭을 방지하기 위하여, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭에 대한, 태양전지 패널군(110) 간의 좌우 간격의 비율은 0.16 내지 0.4의 범위로 설정하여 장착하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 태양을 향하는 태양전지 패널의 최대 수광각을 270°로 할 때, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭 : 태양전지 패널군(110) 간의 간격은 1 : 0.4가 되어야 그림자 간섭이 없는 최소한의 간격을 두고 형성할 수 있으며, 태양을 향하는 태양전지 패널의 최대 수광각을 240°로 할 때, 단위 태양전지 패널(111)의 좌우 방향 폭 : 태양전지 패널군(110) 간의 간격은 1 : 0.16이 되어야 그림자 간섭이 없는 최소한의 간격을 두고 형성할 수 있다. 여기서, 최대 수광각은 태양전지 패널부(100)와 태양광이 수직을 이루는 상태에서, 최대한 좌측으로 회동된 경우의 태양전지 패널부(100) 표면 및 최대한 우측으로 회동된 경우의 태양전지 패널부(100) 표면이 서로 이루는 각도가 된다.
즉, 태양전지 패널부(100)의 최대 좌측회동각 및 최대 우측회동각은, 태양전지 패널부(100)와 태양광이 수직을 이루는 상태에서, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널(111) 간의 거리에 따라 그림자 간섭이 발생하지 않는 최대 각도로 결정된다.
높이조절부(500)는, 후측 받침대부(300)와 패널 지지부(400) 사이에 마련되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 태양전지 패널부(100)의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 후측 받침대부(300)로부터 패널 지지부(400)의 높이를 조절한다.
구체적으로, 본 발명의 일실시예에 따른 높이조절부(500)는, 높이조절을 위해 X-링크 형상으로 형성되며, 상단이 패널 지지부(400)의 후단과 연결되고 하단이 후측 받침대부(300)의 상단에 연결되는 높이조절대(510)와, 높이조절대(510)의 상단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절 동작시 높이조절대(510)와 패널 지지부(400) 간의 각도 변화에 대응하여 높이조절대(510)와 패널 지지부(400) 사이를 서로 회동 가능하게 체결시키는 환봉(520)과, 높이조절대(510)의 하단을 좌우로 이동 가능하게 장착하며, 높이조절대(510)를 후측 받침대부(300)의 상단에 체결시키는 에이치빔(530)을 포함한다.
또한, 환봉(520)을 받쳐 구조물의 하중을 지지하면서, 좌우로 이동 가능한 제2 캐스터(511)가 형성되며, 각도조절이 가능한 연결 부재로서 파손을 방지하기 위해 내폭과 비슷한 외경을 가진 원통형의 제3 캐스터(512)가 형성되고, 높이조절대(510)와 환봉(520)이 이탈하지 않도록 고정하는 제2 고정구(522)가 형성된다.
또한, 높이조절대(510)의 하부의 구조도 전방으로만 회전 가능하고 원통형 캐스터가 더 구비되어 휨이나 파손에 강한 구조를 형성할 수 있으며, 그 하측에서 좌우 회전이 가능하고 원통형의 제4 캐스터(513)를 구비하여 휨이나 파손에 강한 구조를 형성한다. 제4 캐스터(513)의 하부에는 높이조절 볼트(540)를 지지하기 위한 높이조절 너트(514)가 형성된다. 또한, 높이조절 너트(514)의 하측에는 에이치빔(530)으로부터 이탈 방지를 위한 트롤리캐스터(515)가 형성된다.
또한, 높이조절부(500)는, 좌우 방향으로 연장되어 높이조절대(510)의 하단부에 관통하여 체결되며, 중간부를 기준으로 좌측과 우측에 서로 다른 방향의 나사선이 형성되어, 회전 동작으로 높이조절대(510)를 좌우 방향 이동시켜 높이조절하는 높이조절 볼트(540)와, 높이조절 볼트(540)의 일단에 체결되어 높이조절 볼트(540)에 회전력을 제공하는 높이조절 모터(550)를 포함하는 것이 가능하다.
또한, 높이조절부(500)에는 상하 방향의 이탈을 방지하기 위하여 이탈방지 와이어(560)가 형성될 수 있으며, 높이조절 볼트의 중앙에는 제3 조인트(541)가 형성된다.
한편, 본 발명의 일실시예에서는 반사 패널부(600)를 더 포함하는 것이 가능하다. 도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 사시도이며, 도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 반사 패널부를 나타낸 측면도이다.
도 14a 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 패널 지지부(400)는 단위 태양전지 패널(111)을 전후 방향으로 서로 이격되게 장착시키고, 단위 태양전지 패널(111)의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며, 태양광을 반사시켜 태양전지 패널부(100)로 집광하는 반사 패널부(600)를 더 포함하는 것이 가능하다.
여기서, 반사 패널부(600)는, 복수개의 단위 반사 패널(601)이 하나의 단위 태양전지 패널(111)의 끝단을 따라 상측면과 하측면에 교번하여 체결되어, 이웃하는 단위 반사 패널(601) 간에 상하 방향으로 이격된다. 즉, 반사 패널부(600)가 하나의 판으로 형성되는 경우, 바람의 저항에 의해 반사 패널부(600)가 젖혀지거나 휘어져 파손되는 것을 방지하기 위하여, 복수개의 단위 반사 패널(601)을 나열하여 단위 태양전지 패널(111)의 전단 또는 후단에 부착하되, 각각을 상측면과 하측면에 교번하여 장착한다. 이에 따라, 이웃하는 단위 반사 패널(601) 간에 바람이 통하는 공간을 형성하여 바람의 저항을 최소화할 수 있으며, 공기의 흐름을 형성하여 반사 패널부(600)의 냉각할 수 있는 효과도 가질 수 있다.
또한, 반사 패널부(600)는, 복수개의 단위 반사 패널(601)로 이루어지며 단위 태양전지 패널(111)에 대하여 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 반사 패널(610)과, 반사 패널(610)의 일측에 장착되어 반사 패널(610)의 표면에 물이 흐르게 하여 물의 증발에 의해 태양전지 패널부(100)를 냉각시키는 냉각수공급 파이프(도시하지 않음)와, 태양전지 패널부(100)의 덮개로 사용하도록 반사 패널(610)을 회동시키는 반사패널 모터(도시하지 않음)를 포함하는 것이 가능하다.
구체적으로, 태양전지 패널이 남중고도를 추적하여 항상 태양광과 수직을 이루기 때문에 반사판의 수직투영 면적만큼의 광량을 태양전지 패널로 추가 집광할 수 있다.
한편, 태양전지 패널의 효율은 일사량과 일조량에 정비례하고, 태양전지 패널의 온도상승과 반비례하기 때문에 일사량이 부족하고 기온이 온화한 시기에는 반사판의 역할을 하고, 일사량이 높고, 온도도 높은 시기에는 태양전지 패널의 온도를 낮추기 위해 증발판으로 사용되어 태양전지 패널의 온도를 낮추는 기능을 할 수 있다. 증발판으로 사용되는 경우에는 흐르는 물을 포집하여 증발 효율을 증가시킬 수 있도록 반사 패널의 표면에 부직포 등을 더 형성시킬 수 있다.
또한, 태풍, 폭설, 집중호우 등 기후가 태양전지 패널을 손상시킬 우려가 있을 때에는, 전측과 후측의 반사 패널을 태양전지 패널을 향하여 접는 동작으로 정삼각형의 형상으로 덮어 태양전지 패널을 보호하는 기능을 가질 수 있다.
이하에서는 상술한 패널 지지부(400) 및 높이조절부(500)를 구동하여, 태양광의 고도 및 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 구성 및 동작특성에 관하여 설명하기로 한다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위해 태양전지 패널부와 이에 장착된 조도센서부를 나타낸 사시도이고, 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이며, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 도 17에서는 좌우 방향으로 이웃하는 단위 태양전지 패널(111)을 옆으로 눕혀서 나타내었으며, 도 18에서는 태양광 발전 장치를 전측에 본 것으로, 우측이 동쪽이 되고 좌측이 서쪽이 되며, 전측이 남쪽이 되고 후측이 북쪽이 된다.
도 16 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 각각의 단위 태양전지 패널(111)의 우측 모서리에 장착되는 제1 조도센서(710)와, 각각의 단위 태양전지 패널(111)의 좌측 모서리에 장착되는 제2 조도센서(720)를 포함하여, 좌우 방향의 단위 태양전지 패널(111) 간에 그림자 간섭을 감지하는 조도센서부(700)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부(100)를 좌우 방향으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하되, 좌우 방향으로 서로 이웃하는 제1 조도센서(710) 간의 조도값 차이가 발생하거나, 좌우 방향으로 이웃하는 제2 조도센서(720) 간의 조도값 차이가 발생하는 경우, 그림자 간섭의 발생을 인식하여 회동 동작을 제어하는 패널 제어부(800)를 포함한다.
구체적으로, 패널 제어부(800)는, 조도센서부(700)에서 일정 광량 이상의 광이 감지되면 일출로 판단하고 동쪽 방향을 향하도록, 좌우 수평을 이루는 초기 상태의 태양전지 패널부(100)를 우측으로 회동시키는 제1 제어동작(도 18의 (a))과, 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 태양전지 패널부의 우측 회동을 정지시키며, 제1 조도센서(710) 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제2 제어동작(도 18의 (b))과, 제2 제어동작으로, 태양전지 패널부(100)가 미리 설정한 최대 우측회동각에 도달하고 제1 조도센서(710) 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면, 태양전지 패널부(100)와 태양광이 수직을 이루기 시작하는 제1 시점으로 판단하여, 제1 시점부터 4분에 1° 씩 태양전지 패널부(100)를 좌측으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하는 제3 제어동작(도 18의 (c))을 행하는 것이 가능하다.
즉, 최초에는 수평 상태에서 일출이 시작되면 태양전지 패널과 태양광이 수직 상태를 이루지 못하지만 단위 태양전지 패널 간의 간섭을 최대한 배재하며 태양광을 받을 수 있는 각도로 회동하기 시작하여, 태양의 궤적 변화에 따라 이 동작을 반복하며 우측으로 회동한다. 이후, 단위 태양전지 패널의 간격에 따른 최대 우측회동각, 예컨대 수평으로부터 45°로 우측 회동 상태에서 태양광과 태양전지 패널부가 수직을 이루며 최대 발전 효율이 시작되는 시점을 찾아내고, 이후부터는 24시간 동안 360° 회전하는 태양의 일간 자전 주기를 고려하여 4분에 1° 씩 회동시킴으로써, 태양광과 태양전지 패널부 간의 수직 상태를 유지하면서 일간 궤도를 자동으로 정확하게 따를 수 있다.
또한, 패널 제어부(800)는, 제3 제어동작으로, 태양전지 패널부(100)가 미리 설정한 최대 좌측회동각에 도달하면, 태양전지 패널부(100)와 태양광의 수직 상태가 종료되는 제2 시점으로 판단하여, 4분에 1° 씩 태양전지 패널부(100)를 다시 우측으로 회동시키는 제4 제어동작(도 18의 (d))과, 제2 조도센서(720) 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 태양전지 패널부(100)의 우측 회동을 정지시키며, 제2 조도센서(720) 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제5 제어동작(도 18의 (e))과, 조도센서부(700)에서 일정 광량 미만의 광이 감지되면 일몰로 판단하고 태양전지 패널부(100)를 초기 상태로 회동시킨 후 일간 태양광 발전을 종료하거나, 제5 제어동작으로 태양전지 패널부(100)가 좌우 수평을 이루면 일간 태양광 발전을 종료하는 제6 제어동작(도 18의 (f))을 행하는 것이 가능하다.
즉, 일간 발전을 마무리하는 단계로서, 단위 태양전지 패널의 간격에 따른 최대 좌측회동각, 예컨대 수평으로부터 45°로 좌측 회동 상태에서 태양광과 태양전지 패널부가 수직을 이루며 최대 발전 효율이 종료되는 시점을 판단한다. 이후부터는 태양전지 패널과 태양광이 수직 상태를 이루지 못하지만 단위 태양전지 패널 간의 간섭을 최대한 배재하며 태양광을 받을 수 있는 각도로 회동하기 시작하여, 태양의 궤적 변화에 따라 이 동작을 반복하며 우측으로 다시 회동한다. 회동중 광량이 발전이 거의 이루어지 않을 정도의 일정량 미만에 도달하거나 이미 수평이 된 상태에서는 발전을 위한 회동 동작을 완료하도록 한다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 19에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널부(100)의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하는 태양광 감지부(900)를 더 포함하여, 패널 제어부(800)는, 태양광 감지부(900)에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 패널 지지부(400)의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하는 것이 가능하다.
이에 따라, 패널 제어부(800)는, 도 16 내지 도 18을 통해 상술한 태양전지 패널부의 일간 회동동작 제어 중에, 태양광 감지부(900)에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 패널 지지부(400)의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어할 수 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 동작특성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 상술한 바와 같이 패널 지지부(400)에 체결되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 태양전지 패널부(100)의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 패널 지지부(400)의 높이를 조절하는 높이조절부(500)를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 태양의 연간 고도변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부(1000)를 더 포함한다.
이에 따라, 패널 제어부(800)는, 태양데이터 저장부(1000)에 저장된 연간 고도변환 데이터를 수신하여, 태양전지 패널부(100)에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 높이조절부의 높이조절 동작을 제어하되, 태양광 감지부(900)에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 높이조절부의 높이조절 위치를 보정하도록 제어하는 것이 가능하다.
즉, 일간 궤적 추적에 대한 보정뿐만 아니라, 연간 고도에 따른 높이 조절 동작시 이를 실시간으로 보정하는 것이 가능하게 된다.
도 21 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전 장치의 태양광 감지부를 설명하기 위한 개략도이다.
도 21 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 감지부(900)는, 단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 태양전지 패널부(100)를 향하고 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 제1 꼭짓점을 향한 핀홀(911)이 형성되는 케이스(910)와, 제1 꼭짓점 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 태양전지 패널부(100)에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서(920)와, 삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서(930)와, 삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 핀홀(911)을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서(940)를 포함하는 것이 가능하다.
구체적으로, 삼각형의 틀에 조그마한 핀홀을 뚫고, 핀홀을 통과하는 빛이 삼각형의 각부에 부착된 태양전지에 도달할 때 발생하는 시그널을 통해 태양광의 한 축에서 현재 위상을 정확하게 인식하도록 한 것으로, 도 21과 같이, 제1 태양전지 센서(920)에 전기가 발생하게 되면 각도조절 모터(470), 높이조절 모터(550) 등의 모터의 동작을 정지한다. 또한, 도 22와 같이, 제2 태양전지 센서(930)에 전기가 발생하게 되면 모터를 시계 반대 방향으로 회전하도록 하며, 도 23과 같이, 제3 태양전지 센서(940)에 전기가 발생하게 되면 모터를 시계 방향으로 회전하도록 한다.
또한, 빛의 회절이나 산란 등으로 인한 오작동을 방지하기 위해 핀홀부에 볼록렌즈를 설치하여 빛이 정확하게 한 지점에만 도달할 수 있도록 하는 것도 가능하다. 태양광 감지부(900)를 태양전지 패널부(100)의 가로 및 세로로 하나씩 놓았을 때, 태양의 궤적을 정확하게 추적할 수 있다.
한편, 센서에만 의존하는 자동화 시스템을 구축하는 것은 설치비용이 높아지는 반면, 기후변화로 인한 센서 오작동이 발생할 확률이 있으므로, 일출일몰 데이터를 바탕으로 시그널을 발생시키는 프로그래밍을 통한 제어를 병행하여 사용함으로써 시스템의 오작동을 줄이고 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 다른 실시예로, 불특정한 시기에 갑자기 찾아오는 기후변화에 대응할 수 있도록, 수동제어를 추가하는 것이 가능하다. 즉, 태양전지 패널 상부에 태양전지 패널과 수직인 봉을 세우고, 봉의 그림자와 태양전지 패널의 기동을 볼 수 있는 카메라 장치를 설치한 후, 외부에서 웹이나 스마트폰 앱 등으로 실시간 관제 및 제어가 가능하도록 구성할 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 각도 조절부를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로, 도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 각도 조절부의 측면도이고, 도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치의 각도 조절부의 사시도이다.
도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는, 상술한 태양전지 패널부의 4분에 1° 씩 자동으로 회동시키는 제어 동작을 구현하기 위해 각도조절부(1100)를 포함한다.
구체적으로, 각도조절부(1100)는 패널 지지부(400)의 회동축에 수직으로 장착되며, 회동축의 회동 동작에 연동하여 회전하는 회전가이드 바(1110)와, 패널 지지부(400)의 회동에 연동하지 않도록 고정되어 장착되고, 회전가이드 바(1110)의 회전 반경을 따라 원호(圓弧)로 형성되며, 회전가이드 바(1110)의 끝단에 대응하는 원호면에 일정 각도 간격으로 각도조절홀(1121)이 형성되는 회전가이드 패드(1120)와, 회전가이드 바(1110)의 끝단에 장착되는 LED 조명(1130)과, 회전가이드 바(1110)에 체결되며 회전가이드 패드(1120)를 사이를 두고 LED 조명(1130)과 대향하여 마련되어, LED 조명(1130)의 광이 각도조절홀(1121)을 관통하는 경우를 감지하는 광센서(1140)를 포함한다.
이에 따라, 패널 제어부(800)는, 패널 지지부(400)를 회동시키는 동작 중 광센서(1140)에서 각도조절홀(1121)을 관통하는 광을 감지하는 경우 회동 동작을 정지하고, 미리 설정한 일정 시간이 경과하면 패널 지지부(400)를 다시 회동시켜 다음의 각도조절홀(1121)로 도달시키는 제어 동작을 반복하여, 태양전지 패널부(100)를 시간당 일정한 각도로 회동시키는 것이 가능하게 된다.
즉, 각도조절홀을 1° 간격으로 형성시키고, 일정 시간을 4분을 설정하게 되면, 임의의 각도조절홀에서 정지되어 있던 회전가이드 바는 4분이 경과하게 되면 패널 제어부의 동작 제어에 의해 회동 동작을 시작하고 다음의 각도조절홀까지 회동한다. 이후, 다음의 각도조절홀에 도달하게 되면 광센서가 LED 조명의 광을 인식하게 되며 인식 신호가 패널 제어부에 전송된다. 이에 따라 패널 제어부는 정지 제어를 하게 되고, 다시 4분을 카운트한 후 동작 제어 신호를 발생시킨다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에서는 각도조절부를 구비하여 자동으로 정밀한 각도조절을 행할 수 있으며, 일반모터와 저렴한 센서의 조합으로 비용절감을 도모할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양광의 일간 궤적을 추적하여 태양전지 패널에 대한 태양광의 입사각이 최적화함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는 보정 동작을 통하여 정확하고 신뢰성 있게 태양광의 일간 궤적을 추적할 수 있으며, 태양광의 연간 고도를 정확하고 신뢰성 있게 추적함으로써, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전 장치는 태양전지 패널을 시간당 일정하게 좌우 방향으로 회동시킬 수 있음으로써, 일간 궤적에 따른 정확한 회동 동작이 가능하며, 반사 패널을 사용하여 집광 효율과 냉각 효율을 향상시키는데 나아가, 반사 패널에 바람 저항을 방지하고 공랭식 냉각 효율을 도모할 수 있는 장점이 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 태양전지 패널부
110 : 태양전지 패널군
111 : 단위 태양전지 패널
200 : 전측 받침대부
300 : 후측 받침대부
400 : 패널 지지부
410 : 전단 지지대
420 : 후단 지지대
421 : 축
430 : 패널 지지대
440 : 각도조절 돌기
450 : 각도조절 가이드
460 : 각도조절 가로축
461 : 제1 캐스터
470 : 각도조절 모터
471 : 모터 받침대
472 : 제1 조인트
473 : 무두각선볼트
474 : 너트
475 : 제2 조인트
476 : 제1 고정구
480 : 리미트
500 : 높이조절부
510 : 높이조절대
511 : 제2 캐스터
512 : 제3 캐스터
513 : 제4 캐스터
514 : 높이조절 너트
515 : 트롤리캐스터
520 : 환봉
521 : 연결구
522 : 제2 고정구
530 : 에이치빔
540 : 높이조절 볼트
541 : 제3 조인트
550 : 높이조절 모터
560 : 이탈방지 와이어
600 : 반사 패널부
610 : 반사 패널
700 : 조도센서부
710 : 제1 조도센서
720 : 제2 조도센서
800 : 패널 제어부
900 : 태양광 감지부
910 : 케이스
911 : 핀홀
920 : 제1 태양전지 센서
930 : 제2 태양전지 센서
940 : 제3 태양전지 센서
1000 : 태양데이터 저장부
1100 : 각도조절부
1110 : 회전가이드 바
1120 : 회전가이드 패드
1121 : 각도조절홀
1130 : LED 조명
1140 : 광센서
110 : 태양전지 패널군
111 : 단위 태양전지 패널
200 : 전측 받침대부
300 : 후측 받침대부
400 : 패널 지지부
410 : 전단 지지대
420 : 후단 지지대
421 : 축
430 : 패널 지지대
440 : 각도조절 돌기
450 : 각도조절 가이드
460 : 각도조절 가로축
461 : 제1 캐스터
470 : 각도조절 모터
471 : 모터 받침대
472 : 제1 조인트
473 : 무두각선볼트
474 : 너트
475 : 제2 조인트
476 : 제1 고정구
480 : 리미트
500 : 높이조절부
510 : 높이조절대
511 : 제2 캐스터
512 : 제3 캐스터
513 : 제4 캐스터
514 : 높이조절 너트
515 : 트롤리캐스터
520 : 환봉
521 : 연결구
522 : 제2 고정구
530 : 에이치빔
540 : 높이조절 볼트
541 : 제3 조인트
550 : 높이조절 모터
560 : 이탈방지 와이어
600 : 반사 패널부
610 : 반사 패널
700 : 조도센서부
710 : 제1 조도센서
720 : 제2 조도센서
800 : 패널 제어부
900 : 태양광 감지부
910 : 케이스
911 : 핀홀
920 : 제1 태양전지 센서
930 : 제2 태양전지 센서
940 : 제3 태양전지 센서
1000 : 태양데이터 저장부
1100 : 각도조절부
1110 : 회전가이드 바
1120 : 회전가이드 패드
1121 : 각도조절홀
1130 : LED 조명
1140 : 광센서
Claims (10)
- 복수개의 단위 태양전지 패널로 이루어지는 태양전지 패널부;
태양의 일간 궤적에 따라 상기 태양전지 패널부가 좌우 방향으로 회동 가능하도록 지지하되, 회동 동작시 그림자 간섭을 배제하기 위하여 좌우 방향의 상기 단위 태양전지 패널 간에는 서로 이격되게 장착시키는 패널 지지부;
각각의 상기 단위 태양전지 패널의 우측 모서리에 장착되는 제1 조도센서와, 각각의 상기 단위 태양전지 패널의 좌측 모서리에 장착되는 제2 조도센서를 포함하여, 좌우 방향의 상기 단위 태양전지 패널 간에 그림자 간섭을 감지하는 조도센서부; 및
상기 태양전지 패널부를 좌우 방향으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하되, 좌우 방향으로 서로 이웃하는 상기 제1 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하거나, 좌우 방향으로 이웃하는 상기 제2 조도센서 간의 조도값 차이가 발생하는 경우, 그림자 간섭의 발생을 인식하여 회동 동작을 제어하는 패널 제어부;
를 포함하며,
상기 패널 제어부는,
상기 조도센서부에서 일정 광량 이상의 광이 감지되면 일출로 판단하고 동쪽 방향을 향하도록, 좌우 수평을 이루는 초기 상태의 상기 태양전지 패널부를 우측으로 회동시키는 제1 제어동작과,
상기 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 상기 태양전지 패널부의 우측 회동을 정지시키며, 상기 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제2 제어동작과,
상기 제2 제어동작으로, 상기 태양전지 패널부가 미리 설정한 최대 우측회동각에 도달하고 상기 제1 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면, 상기 태양전지 패널부와 태양광이 수직을 이루기 시작하는 제1 시점으로 판단하여, 상기 제1 시점부터 4분에 1° 씩 상기 태양전지 패널부를 좌측으로 회동시켜 태양의 일간 궤적을 따르도록 제어하는 제3 제어동작과,
상기 제3 제어동작으로, 상기 태양전지 패널부가 미리 설정한 최대 좌측회동각에 도달하면, 상기 태양전지 패널부와 태양광의 수직 상태가 종료되는 제2 시점으로 판단하여, 4분에 1° 씩 상기 태양전지 패널부를 다시 우측으로 회동시키는 제4 제어동작과,
상기 제2 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하는 경우 상기 태양전지 패널부의 우측 회동을 정지시키며, 상기 제2 조도센서 간에 조도값 차이가 발생하지 않으면 다시 우측으로 회동시키는 것을 반복하는 제5 제어동작과,
상기 조도센서부에서 상기 일정 광량 미만의 광이 감지되면 일몰로 판단하고 상기 태양전지 패널부를 상기 초기 상태로 회동시킨 후 일간 태양광 발전을 종료하거나, 상기 제5 제어동작으로 상기 태양전지 패널부가 좌우 수평을 이루면 일간 태양광 발전을 종료하는 제6 제어동작을 행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 태양전지 패널부의 주변에 마련되어 실시간으로 태양광을 감지하며, 태양광량에 대한 정보와, 태양광의 입사각이 최적화된 상태인지 여부에 대한 정보와, 태양광의 입사각을 최적화된 상태로 변화시키기 위한 방향에 대한 정보를 포함하는 태양광감지 데이터를 생성하는 태양광 감지부를 더 포함하여,
상기 패널 제어부는, 상기 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 상기 패널 지지부의 좌우 회동 위치를 보정하도록 제어하며,
상기 패널 지지부에 체결되며, 태양의 연간 고도변화에 따라 상기 태양전지 패널부의 지면에 대한 경사각을 조정하거나 미사용시 눕혀 놓기 위하여 상기 패널 지지부의 높이를 조절하는 높이조절부; 및
태양의 연간 고도변화 데이터를 저장하는 태양데이터 저장부;를 더 포함하며,
상기 패널 제어부는, 상기 태양데이터 저장부에 저장된 상기 연간 고도변환 데이터를 수신하여, 상기 태양전지 패널부에 대한 태양광의 입사각을 최적화하도록 상기 높이조절부의 높이조절 동작을 제어하되, 상기 태양광 감지부에서 수신되는 태양광감지 데이터를 이용하여, 태양광의 입사각 변화를 실시간으로 반영하여 상기 높이조절부의 높이조절 위치를 보정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 태양광 감지부는,
단면이 삼각형상을 이루며, 제1 꼭짓점이 상기 태양전지 패널부를 향하고 상기 제1 꼭짓점에 대향하는 제1 면이 태양을 향하며 내부가 암실로 형성되되, 제1 면 중앙에 상기 제1 꼭짓점을 향한 핀홀이 형성되는 케이스와,
상기 제1 꼭짓점 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 상기 태양전지 패널부에 대해 태양광이 수직하여 최적 입사각임을 감지하는 제1 태양전지 센서와,
삼각형상의 제2 면 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 상기 제2 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제2 태양전지 센서와,
삼각형상의 제3 면 상에 형성되며 상기 핀홀을 통하여 표면에 태양광이 입사되면 전기를 발생시켜, 최적 입사각이 아닌 상태이며 상기 제3 면의 전방으로 회동되어야 최적 입사각이 될 수 있음을 감지하는 제3 태양전지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제1항에 있어서,
상기 패널 지지부의 회동축에 수직으로 장착되며, 상기 회동축의 회동 동작에 연동하여 회전하는 회전가이드 바와,
상기 패널 지지부의 회동에 연동하지 않도록 고정되어 장착되고, 상기 회전가이드 바의 회전 반경을 따라 원호(圓弧)로 형성되며, 상기 회전가이드 바의 끝단에 대응하는 원호면에 일정 각도 간격으로 각도조절홀이 형성되는 회전가이드 패드와,
상기 회전가이드 바의 끝단에 장착되는 LED 조명과,
상기 회전가이드 바에 체결되며 상기 회전가이드 패드를 사이를 두고 상기 LED 조명과 대향하여 마련되어, 상기 LED 조명의 광이 상기 각도조절홀을 관통하는 경우를 감지하는 광센서를 포함하는 각도조절부를 더 포함하며,
상기 패널 제어부는, 상기 패널 지지부를 회동시키는 동작 중 상기 광센서에서 상기 각도조절홀을 관통하는 광을 감지하는 경우 회동 동작을 정지하고, 미리 설정한 일정 시간이 경과하면 상기 패널 지지부를 다시 회동시켜 다음의 상기 각도조절홀로 도달시키는 제어 동작을 반복하여, 상기 태양전지 패널부를 시간당 일정한 각도로 회동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 제1항에 있어서,
상기 패널 지지부는 상기 단위 태양전지 패널을 전후 방향으로 서로 이격되게 장착시키고,
상기 단위 태양전지 패널의 전측과 후측 각각에 연장되어 마련되며,태양광을 반사시켜 상기 태양전지 패널부로 집광하는 반사 패널부를 더 포함하며,
상기 반사 패널부는,
복수개의 단위 반사 패널이 하나의 상기 단위 태양전지 패널의 끝단을 따라 상측면과 하측면에 교번하여 체결되어, 이웃하는 상기 단위 반사 패널 간에 상하 방향으로 이격되며, 상기 단위 태양전지 패널에 대하여 전후 방향으로 회동 가능하게 체결되는 반사 패널과,
상기 반사 패널의 일측에 장착되어 상기 반사 패널의 표면에 물이 흐르게 하여 물의 증발에 의해 상기 태양전지 패널부를 냉각시키는 냉각수공급 파이프와,
상기 태양전지 패널부의 덮개로 사용하도록 상기 반사 패널을 회동시키는 반사패널 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전 장치. - 삭제
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| KR1020150132999A KR101802370B1 (ko) | 2015-09-21 | 2015-09-21 | 태양광 발전 장치 |
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|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |