KR101847293B1 - 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치에 관한 것이다.
기초 콘크리트 구조물에 수직으로 입설되는 지지대; 태양광 집광패널이 설치되어 상기 지지대에 힌지로 회전 가능하게 고정되는 서브 프레임; 상기 서브 프레임에 회전 가능하게 고정되는 힌지를 중심으로 하는 원주상에 적정한 간격을 두고 천공되는 복수의 고정공이 형성되어 상기 서브 프레임에 고정되는 반원형의 고정대; 및 상기 고정대를 상기 지지대에 고정하기 위하여 상기 고정대에 형성되는 고정공이 힌지를 중심으로 형성하는 원주상의 궤도에서 상기 고정공과 동일 축을 이루도록 상기 지지대에 고정공이 형성되고, 상기 지지대에 형성되는 고정공과 상기 고정대에 형성되는 복수의 고정공 중에서 어느 하나가 체결구로 고정되는 고정수단을 포함하여 태양의 고도에 따라 태양광 집광패널을 경사각도를 용이하게 조절 할 수 있게 되는 것이다.

Description

태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치{Apparatus for control inclining angle of solar photoveltatic dell plate}

본 발명은 태양광 발전 시스템에서 계절 변화에 따른 태양의 고도에 따라 태양광 집광패널의 수광각도 용이하게 조절할 수 있도록 회동시킴으로써 집광효율을 극대화할 수 있고, 배수구조를 구비하여 동절기 동파를 방지할 수 있는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치에 관한 것이다.

화석연료는 대기오염과 지구 온난화를 일으키는 가장 큰 원인으로 손꼽이고 있으면서도 그 매장량이 한정되어 있고 점차 고갈되어감에 따라 태양열, 풍력, 조력 등 대체에너지에 대한 중요성이 크게 대두되고 있다 이에 따라 태양에너지를 이용하여 에너지를 얻을 수 있는 시스템이 부각되고 있다.

태양 에너지를 수집하여 이용하는 분야는 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는 태양열을 수집하여 난방이나 온수 급탕에 이용하는 태양열 분야이고, 다른 하나는 실리콘 반도체 등으로 구성된 태양 전지(Solar Cell)에 태양광이 입사되면 전기가 발생되는 광전효과(Photoelectric Effect)를 이용하여 전기를 발전하는 태양광 발전 분야이다. 초창기에는 주로 태양열을 수집하여 난방 및 온수로 이용하는 태양열 분야에 대한 연구 및 상용화가 이루어졌으며, 최근에는 태양 전지 관련 기술의 발달에 힘입어 태양광 발전 분야에 대한 연구 및 상용화가 활발하게 진행되고 있다.

일반적으로 태양광 발전이라 함은, 가로 세로로 배열된 판상의 태양광 집광패널 들이 입사되는 태양광을 집광하여 이를 통해 전기에너지를 얻는 것을 일컫는 것이다.

특히 태양광은 다른 자연력에 비해 비교적 손쉽게 얻을 수 있고 장소적 제약이 적어 가장 주목받아 왔으며, 광범위한 지역에서 다양한 형태로 상용화되는 추세이다.

이러한 태양광 발전 시스템은, 통상 필요한 전력을 공급받기 위하여 태양전지판을 직병렬로 연결한 태양광 집광패널과, 상기 태양광 집광패널에서 집광된 전력을 저장하는 축전지, 그리고 전력을 조절하는 전력조절기 및 직교류로 변환하기 위한 인버터 등으로 구성되며, 장소적 제약이 적어 햇빛이 잘 비치는 곳이라면 어느 곳에서나 설치가 가능하여 주택이나 공공건물의 옥상을 비롯하여 임야나 대지 등 광범위한 목적지에 설치될 수 있다.

일반적으로 태양광 발전용 집광패널 설치구조물은 태양광을 전기에너지로 바꾸기 위한 태양광 집광패널이 최상부에 위치되고, 그 태양광 집광패널을 받침 고정하는 받침부(girder)와 그 받침부를 바닥부 상에 지지 고정하기 위한 수직지지대(column)를 포함하여서 구성된다.

이러한 태양광 발전용 집광패널 설치구조물은 대체로 부피가 크고 중량체 구조물이므로 태풍과 같은 악조건 하에서도 충분히 안정적으로 견딜 수 있도록 견고한 지지구조를 가짐과 동시에 태양광 집광패널의 모듈 청소, 제설작업 및 모듈상태 감시가 용이하도록 하는 통로 확보도 이루어질 수 있는 설비를 갖추어야 한다.

이러한 구조적 안정성 확보를 위해서는 집광패널 설치구조물의 최상부에 설치된 태양광 집광패널이 고정상태를 유지하는 것이 가장 좋다. 그렇지만 계절별로 태양광 집광효율과 그에 따른 발전효율은 태양광의 고도 변화를 추종하지 못하면 상대적으로 떨어지게 된다.

KR 20-2010-0007375 U (2010. 07. 21.) KR 20-2014-0005878 U (2014. 11. 20.) KR 10-0760043 B1 (2007. 09. 12.)

종래의 태양광 발전 시스템의 집광패널 고정장치는 도 1에서 보는 바와 같이 지면에 설치되는 복수개의 지지대(100, 100a)에 경사지게 설치되는 서브 프레임(200)에 설치되는 고정구조물(300)에 태양광 집광패널(400)이 체결구(500)로 고정되는 구조로 된다.

태양광 발전 시스템은 배열된 태양광 집광패널 들이 안정되게 고정된 상태에서 태양광이 입사되어야 하고, 또한, 태양광 집광패널은 통상 태양광이 효율적으로 입사될 수 있도록 일정한 경사각도를 유지하며 설치되어야 집광효율을 향상시킬 수 있다.

상기와 같이 태양광 집광패널이 태양광 에너지를 효과적으로 얻기 위해서는 지면에서 기울어진 상태로 설치되는 것이 바람직하며, 이를 위하여 별도의 태양광 집광패널의 경사 각도를 조절할 수 있는 고정장치가 제공되어야 한다.

상기 도 1에 예시된 태양광 발전 시스템은 태양광 집광패널(400)이 고정된 서브 프레임(200)이 서로 높이를 달리하는 두 개의 지지대(100, 100a)에 고정됨에 따라 일정한 경사각도를 이루게 되는데, 계절에 따라 변화하는 태양의 고도에 대응할 수 없는 문제점이 있었다.

이에 태양광 집광패널이 태양광을 추적할 수 있는 다양한 장치들이 제안되었다. 상기 장치는 예컨대, 지지대의 상단부에 결합되어 광센서의 신호에 의해 태양의 궤도 또는 고도에 따라 회동하는 서브 프레임과, 상기 서브 프레임의 상부에 고정되어 태양광을 집광하는 집광패널과 , 상기 서브 프레임을 좌우 회동시키는 좌우 회동수단 및 상기 서브 프레임을 상하 회동시키는 상하 회동수단을 포함하는 것이다.

그러나 좌우 회동 수단과 상하 회동수단을 구비하는 상기한 장치는 설비 및 구조가 복잡하여 고가의 비용이 소요되고, 유지 관리를 함에 있어서도 적지 않은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 격자형의 태양광 집광패널(400)이 이루는 조립체를 각각의 태양광 집광패널 사이에 형성되는 공간으로 우수가 스며들어 지지대(100) 내부로 유입됨으로써 장기간에 걸쳐 지지대(100)의 부식을 초래하여 내구성을 저하시킬 수 있는 문제점도 있는 것이다.

따라서 본 발명은 태양광 집광패널 설치구조물에서 계절 변화에 따른 태양 고도에 적응하여 적은 설치 비용과 유지관리 비용으로 태양광 집광패널의 수광각 조절을 용이하게 수행할 수 있도록 수광각을 가변할 수 있는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 강설이 녹은 물이나 우천시의 빗물이 지지대 내부로 유입되면 신속하게 배출시킬 수 있는 배수수단을 구비하여 부식을 방지하고, 특히 동절기에 동파를 방지할 수 있는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 기술적 과제에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 기초 콘크리트 구조물에 수직으로 입설되는 지지대; 태양광 집광패널이 설치되어 상기 지지대에 힌지로 회전 가능하게 고정되는 서브 프레임; 상기 서브 프레임에 회전 가능하게 고정되는 힌지를 중심으로 하는 원주상에 적정한 간격을 두고 천공되는 복수의 제1고정공이 형성되어 상기 서브 프레임에 고정되는 반원형의 고정대; 및 상기 고정대를 상기 지지대에 고정하기 위한 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 고정수단은 상기 고정대에 형성되는 제1고정공이 힌지를 중심으로 형성하는 원주상의 궤도에서 상기 제1고정공과 동일 축을 이루도록 상기 지지대에 제2고정공이 형성되고, 상기 고정대에 형성되는 복수의 제1고정공 중에서 어느 하나가 볼트 및 너트와 같은 체결구에 의하여 상기 지지대에 형성되는 제2고정공과 결합되는 것을 포함하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 따라서 상기한 본 발명에 의하면, 태양광 발전 시스템의 소유주나 현장 작업자에 의하여 태양광 집광패널의 경사각도를 조절하는 작업을 용이하게 수행할 수 있게 된다.

본 발명은 반원형의 고정대가 회전하면서 고정되는 위치에 따라 태양광 집열패널이 태양광을 수광하는 경사각도를 조절할 수 있게 되어 태양광 발전 시스템에서 태양광 에너지의 수급 효율을 향상시킬 수 있으며, 경사각도 조절을 사용자가 용이하게 수행할 수 있어서 유지관리를 편리하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 지지대의 내부로 유입되는 우수나 강설이 녹은 물이 하단부에 형성되는 배수공으로 즉시 배출됨으로써, 부식을 방지하고, 동절기 동파를 방지하여 태양광시스템의 내구성을 유지할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 종래 태양광 발전용 집광패널 고정 장치의 일례를 나타낸 측면도
도 2는 본 발명이 적용된 태양광 발전 시스템의 입체도
도 3은 본 발명이 적용된 태양광 발전 시스템의 내부를 나타낸 입체도
도 4는 본 발명의 주요부를 분해한 입체도
도 5는 본 발명의 작동 상태를 나타낸 측면도
도 6은 본 발명에서 지지대와 서브 프레임이 고정된 상태를 나타낸 평단면도
도 7은 본 발명에서 서브 프레임과 고정대가 고정된 상태를 나타낸 평단면도
도 8은 본 발명에서 지지대와 고정대가 고정된 상태를 나타낸 평단면도
도 9는 본 발명에서 지지대의 배수공을 나타낸 평단면도

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시 예를 설명하기 전에, 다음의 실시 예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 또한, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시 예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구범위에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

따라서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석하여야만 한다.

다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 2 내지 도 9는 본 발명의 실시예와 관련된 도면들을 나타내고 있다.

도 2 및 도 3에서 보듯이, 본 발명의 실시예에 따르는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치는 지지대(1), 서브 프레임(2), 고정대(3), 고정구조물(4), 태양광 집광패널(5) 및 고정수단을 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명이 적용되는 태양광 발전용 집광패널 고정 장치는 기초면에 수직으로 입설되는 다수개의 지지대(1)와, 상기 지지대(1)에 회전 가능하게 고정되는 다수의 서브 프레임(2)과, 상기 서브 프레임(2) 및 상시 지지대(1)에 고정되는 고정대(3)와, 상기 서브 프레임(2) 상에 고정되는 고정구조물(4)과, 상기 고정구조물(4)에 고정되는 태양광 집광패널(5)과, 상기 고정대(3)를 상기 지지대(1)에 고정시키기 위한 고정수단을 포함하여 구성된다.

상기 지지대(1)는 속이 빈 금속 강재가 필요한 길이만큼 절단되어 이루어지는데, 바람직하게 횡단면이 "ㅁ"형으로 형성되면서, 하단부에는 볼트공(16)이 형성된 베이스 플레이트(17)가 용접에 의해 일체로 형성되어, 상기 베이스 플레이트(17)가 기초 콘크리트 구조물의 상부에 기초볼트(도시되지 아니함)로 고정되고, 상단부에는 브라켓(18)이 용접에 의해 일체로 형성되어 서브 서브 프레임(2)이 고정된다.

이러한 지지대(1)는 서브 프레임(2)을 받쳐줄 수 있도록 지면과 직각을 이루도록 설치되며, 일정한 단위 크기로 제작되어 공급되는 태양광 집광패널(5)이 집합체를 이룰 수 있도록 적정한 간격을 두고 복수개가 설치된다. 또한 도 6에서 보듯이, 상기 서브 프레임(2)을 회전가능하게 고정하기 위하여 상단부에 형성되는 브라켓(18)에 회전중심의 힌지가 되는 제1체결구(6)가 설치되는 제1통공(10)이 형성된다.

또한, 하단부에는 배수공(11)이 형성되어 격자형의 태양광 집광패널(5)이 이루는 조립체에서 각각의 태양광 집광패널 사이에 형성되는 공간으로 스며들어 지지대(1) 내부로 유입되는 우수나 강설이 녹은 물이 신속하게 배출될 수 있게 되어 돌절기에 동파를 방지할 수 있게 된다.

또한, 지지대(1) 하단부에서 베이스 플레이트(17)에 근접한 측면(12)에는 배수공(11)이 형성되어 격자형의 태양광 집광패널(5)이 이루는 조립체에서 각각의 태양광 집광패널 사이에 형성되는 공간으로 스며들어 지지대(1) 내부로 유입되는 우수나 강설이 녹은 물이 지지대(1) 외부로 신속하게 배출될 수 있게 되어, 동절기에 동파를 방지하고, 지지대(1) 내부의 부식을 방지할 수 있게 된다.

상기 브라켓(18)은 걸림턱(19, 19a)이 형성되어 태양광 집광패널(5)이 꺾여 넘어가는 것을 방지한다.

상기 서브 프레임(2)은 횡단면이 "ㅁ"형으로 형성되는 속이 빈 금속 강재가 필요한 길이만큼 절단되어서 사용되며, 상기 도 6에서 보듯이, 제1체결구(6)가 설치될 수 있도록 제1통공(10)과 일치하는 위치에 제2통공(20)이 형성된다.

또한, 상기 서브 프레임(2)은 도 7에서 보듯이 고정대(3)를 고정하기 위하여 제2체결구(7)가 체결되는 제3통공(23)이 형성되어 있다.

이러한 서브 프레임(2)은 상기 제1통공(10)과 제2통공(20)에 결합되는 제1체결구(6)에 의하여 복수의 지지대(1)에 각각 회전 가능하게 고정되어 상부에 고정구조물(4)와 태양광 집광패널(5)이 설치되어 상기 태양광 집광패널(5)이 최적의 위치에서 효율적으로 태양광이 입사될 수 있게 된다.

상기 고정대(3)는 반원형으로 형성되면서, 상기 서브 프레임(2)에 회전 가능하게 고정되는 제6체결구(6)로 이루어지는 힌지를 중심으로 하는 원주상에 적정한 간격을 두고 천공되는 복수의 제1고정공(30)이 형성되고, 도 7에서 보듯이, 양쪽 단부에는 제2체결구(7)가 체결되는 제4통공(34, 34a)이 형성되어 있다. 상기 서브 프레임에 제2체결구(7)로 고정된다.

이러한 고정대(3)에 형성되는 제1고정공(30)은, 예를 들면, 0°, 10°, 15°, 23.5°, 25°, 30°, 37°, 45°등과 같이 경사 각도를 다양하게 변경할 수 있게 된다.

특히, 0°는 수리시에 적합하고, 15°는 하절기에 적합하며, 23.5°는 초봄과 초가을에 적합하고, 30°는 본과 가을에 적합하며, 45°는 동절기에 적합한 각도이다.

상기 제2체결구(7)는 볼트(70)와 너트(71)로 이루어진다.

상기 고정대(3)는 고정수단에 의하여 상기 지지대(1)에 고정된다.

상기 고정수단은 상기 고정대(3)에 형성되는 제1고정공(30)이 힌지를 구성하는 제1체결구(6) 중심으로 형성하는 원주상의 궤도에서 상기 제1고정공(30)과 동일축을 이루도록 상기 지지대(1)에 제2고정공(15)이 형성되고, 상기 지지대(1)에 형성되는 제2고정공(15)과 상기 고정대(3)에 형성되는 복수의 제1고정공 중에서 어느 하나가 제3체결구(8)로 고정되도록 이루어진다.

상기 제3체결구(8)는 볼트(80)와 너트(81)로 이루어진다.

상기 고정구조물(4)은 서브 프레임(2)의 상부에서 적정 간격을 두고 하단부가 용접, 또는 볼트에 의하여 다수개가 고정되고 상부에는 태양광 집광패널(5)이 고정된다.

이러한 고정 구조물(4)이 서브 프레임(2)에 고정되고, 태양광 집광패널에 고정되는 구체적인 구조는 다양한 실시예가 있을 수 있으며, 본 방명과 직접적인 관련이 없으므로 그 설명을 생략한다.

상기 태양광 집광패널(5)은 주지된 바와 같이 실리콘 반도체 등으로 구성된 태양 전지(Solar Cell)가 가로 세로로 배열된 판상의 태양광 집광패널 들이 입사되는 태양광을 집광하고, 광전효과에 의한 전기를 발생시키게 되는 것으로, 포인트 집중 디쉬 타입(point-focus dish type), 포인트 집중 프레넬 렌즈 타입(point-focus Fresnel lens type), 선형 집중 프레넬 렌즈 타입(linear-focus Fresnel lens type), 그리고 헬리오스테트 타입(heliostat type), 그레고리안 카세그레인 집광계, 홀로그래픽 프리즘시트를 이용한 집광 방식으로부터 선택될 수 있는 것이다.

이와 같이 구성되는 태양광 발전용 집광패널 고정 장치는 기초 콘크리트 구조물에 적정한 간격을 두고 복수의 지지대(1)가 수직으로 입설되고, 상기 각각의 지지대(1) 상부에는 서브 프레임(2)이 제1체결구(6)에 의하여 회전 가능하게 고정되며, 상기 서브 프레임(2)에는 고정대(3)가 고정되면서, 상기 고정대(3)에 형성된 복수의 제1고정공(30)이 선택적으로 지지지(1)의 제2고정공(15)에 제3체결구(8)로 고정되어 태양광이 효율적으로 입사될 수 있는 각도를 이루며 설치될 수 있게 된다.

즉, 제3체결구(8)로 지지대(1)에 고정되는 고정대(3)에서 복수개로 형성되는 제1고정공(30)이 지지대(1)의 제2고정공(15)에 선택적으로 지지지(1)에 제3체결구(8)로 고정되어 태양광이 효율적으로 입사될 수 있는 각도를 이루며 설치될 수 있게 된다.

따라서, 계절별로 달라지는 태양의 고도를 추종하도록 구성함에 있어 전문지식이 없는 사용자나 현장 작업자가 태양광 집광패널(4)의 수광각도를 용이하게 조절할 수 있게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 태양광 집광패널(4)의 수광 각도가 조절된 상태를 보여주고 있다.

상기와 같은 본 발명은 계절 변화에 따른 태양 고도에 맞춰서 사용자가 태양광 집광패널(4)들의 수광각 조절을 보다 용이하게 수행하되, 봄이나 가을철에는 태양광 집광패널(4)의 수광각이 30ㅀ가 유지되게 하고, 여름철에는 20~25ㅀ, 겨울철에는 45~50ㅀ가 유지되도록 수광각의 각도조절을 행함으로써 연평균 10~30%의 발전효율을 높일 수 있다.

지금까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기한 실시예로부터 다양하게 변경되는 실시예가 있을 수 있다.

1 : 지지대 2 : 서브 프레임
3 : 고정대 4 : 고정구조물
5 : 태양광 집광패널 6 : 제1체결구
7 : 제2체결구 8 : 제3체결구
10 : 제1통공 11 : 배수공
15 : 제2고정공 16 : 볼트공
17 : 베이스 플레이트 18 : 브라켓
19, 19a : 걸림턱 20 : 제2통공
23 : 제3통공 30 : 제1고정공
34, 34a : 제4통공 60 : 볼트
61 : 너트 70 : 볼트
71 : 너트 80 : 볼트
81 : 너트

Claims (3)

1. 수직으로 입설되는 지지대;
   태양광 집광패널이 설치되어 상기 지지대에 힌지로 회전 가능하게 고정되는 서브 프레임;
   상기 서브 프레임에 회전 가능하게 고정되는 힌지를 중심으로 하는 원주상에 적정한 간격을 두고 천공되는 복수의 제1고정공이 형성되어 상기 서브 프레임에 고정되는 반원형의 고정대; 및
   상기 고정대에 형성되는 고정공이 힌지를 중심으로 형성하는 원주상의 궤도에서 상기 제1고정공과 동일 축을 이루도록 상기 지지대에 제2고정공이 형성되고, 상기 지지대에 형성되는 제2고정공과 상기 고정대에 형성되는 복수의 제1고정공 중에서 어느 하나가 체결구로 고정되어 상기 고정대를 상기 지지대에 고정하는 고정수단을 구비하는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치에 있어서,
   상기 지지대의 하부에 배수공이 형성되되,
   상기 배수공은 상기 지지대 하단부에서 베이스 플레이트에 근접한 측면에 배수공이 형성되어 지지대 내부의 우수가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 태양광 집광패널 경사 각도 조절 장치.
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