KR102123157B1 - 태양광 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광 추적장치는 태양광 패널의 후면에 결합되는 연결 프레임에 회전봉을 설치하고, 회전봉의 회전력이 수평 방향과 수직방향으로 동시에 전달될 수 있도록 태양광 패널을 연결함으로써, 태양광을 추적함에 있어서 하나의 모터만으로 태양광 패널의 상하 이동과 좌우 이동이 가능하기 때문에 저전력으로도 태양광을 추적할 수 있는 장점이 있다.

Description

태양광 추적장치{Solar tracking apparatus}

본 발명은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 특히 단일 모터를 사용하여 양축 제어로 태양광의 추적이 가능한 태양광 추적장치에 관한 것이다.

태양광 발전 장치는 태양 빛에 의해 전기 에너지를 방생하는 태양전지패널로부터 직류전력을 공급받아 상전계통과 주택에 안정한 전력을 공급하는 발전설비로, 고품질의 전기를 정전없이 저렴하고, 안전하며, 편리하게 사용할 수 있는 자연 친화적 장치이다.

이러한 태양광 발전 장치는 전력을 안정적으로 생산하여 공급해야 하는 전제 조건에 의해 양호한 태양 빛의 일사 조건이 우선되며, 태양전지패널의 설치면적 확보 및 설치의 용이성, 그림자의 간섭 정도, 전력 간선과의 설치 용이성 등의 조건을 만족하여야 한다.

태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체화합물 소자를 포함하며, 복수개의 셀을 직병렬로 모아놓은 하나의 군은 모듈이라 하며, 태양광 발전을 상기 모듈들을 고정하는 것을 구조물이라 한다. 구조물에는 고정형, 단축형, 양축형 등이 있으며 발전효율은 태양광을 추적하며 발전하는 양축형이 가장 높다.

이러한 태양광 발전 구조물은 태양추적에 필요한 모터를 구동시켜 태양광 모듈이 태양광을 추적하도록 하여 최대의 발전효율을 가지도록 구성되는데, 이러한 구조물을 형성함에 있어서 태양광 모듈이 태양광을 추적시의 구동전력이 많이 소모되기 때문에 이를 줄이기 위한 방법들이 모색될 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 하나의 모터로 태양광 패널을 상하 방향 및 좌우 방향으로 움직일 수 있도록 구성되어 태양광을 이용하는 장치의 부피 및 설치비용을 줄일 수 있는 태양광 추적장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치는, 태양광 패널; 일측이 특정 구조물에 체결되어 상기 태양광 패널이 일정 각도를 가지도록 하는 연결 프레임; 및 상기 태양광 패널의 후면 일부와 결합되어 상기 태양광 패널을 지지하면서, 상기 연결 프레임과 상기 태양광 패널 사이에 배치되어 상기 태양광 패널을 회전시키는 회전 프레임을 포함하며, 상기 연결 프레임은 상기 태양광 패널에 대향하는 방향으로 지면에 대해 수직 배치된 회전봉과 상기 회전봉의 하단부에 마련되어 상기 회전봉을 회전시키는 모터를 포함하며, 상기 회전 프레임은 상기 회전봉을 회전축으로 하여 좌우방향으로 회전하는 격자형의 프레임으로 형성되고, 상기 회전 프레임의 상단이 상기 태양광 패널의 상단부와 결합되어 상기 회전 프레임의 회전에 따라 상기 태양광 패널의 수평방향으로의 회전이 이루어지며, 상기 회전 프레임의 하부에는 상기 회전봉의 중심을 기준으로 회전하는 디스크가 마련되고, 상기 디스크에는 상기 태양광 패널을 향해 연장된 가로 프레임이 형성되며, 상기 가로 프레임은 상기 태양광 패널의 후면을 지지하면서 상기 태양광 패널의 수직방향 각도를 가변시키는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연결 프레임은 사각 형상이거나 절곡된 단면을 갖는 상부 프레임, 상기 상부 프레임의 일측으로부터 하방으로 연장형성되는 지지 프레임, 상기 지지 프레임의 임의 영역에서 돌출 형성되는 결합면을 가진 결합 프레임 및 상기 상부 프레임의 타측으로부터 하방으로 연장 형성되는 메인 프레임으로 이루어질 수 있다.

여기서, 상기 회전봉의 상단은 상기 지지 프레임의 사이에 배치된 상부 프레임의 중심부에 결합되고, 상기 회전봉의 하단은 상기 지지 프레임 중에서 하부에 수평방향으로 배치된 지지 프레임의 중심부에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 태양광 패널의 후면에는 상기 가로 프레임의 연장 방향의 대응하는 높이에서 수평방향으로 배열된 이동레일이 마련되며, 상기 가로 프레임의 단부에는 상기 이동레일에 결합되어 상기 이동레일을 따라 이동가능한 이동부재가 마련될 수 있다.

그리고, 상기 회전 프레임의 상면의 중심부와 상기 태양광 패널의 상면의 중심부 사이에는 연결판이 마련되고, 상기 연결판을 회전축으로 하여 상기 태양광 패널이 상기 회전 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 연결판은 힌지결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 태양광을 추적함에 있어서 하나의 모터만으로 태양광 패널의 상하 이동과 좌우 이동이 가능하기 때문에 저전력으로도 태양광을 추적할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 태양광 추적장치의 일측에는 결합프레임이 구비되어 있어 베란다와 같은 시설에 견고하게 결합되어 태양광 발전을 수행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치를 측면에서 바라본 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치를 후측면에서 바라본 사시도
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치의 동작을 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치가 베란다의 난간에 결합된 모습을 측면에서 바라본 단면도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치가 베란다의 난간에 결합된 모습을 상측면에서 바라본 사시도

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 의해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치를 측면에서 바라본 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치를 후측면에서 바라본 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 태양광 추적장치는 태양광 전지가 집적된 태양광 모듈로 이루어진 태양광 패널(10), 상기 태양광 패널(10)의 일부와 연결되어 상기 태양광 패널(10)의 위치를 고정시키는 연결 프레임(20) 및 상기 연결 프레임(20)과 상기 태양광 패널(10) 사이에 배치되어 상기 태양광 패널(10)을 회전시키는 회전 프레임(25)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 태양광 패널(10)은 복수개의 반도체화합물 소자가 복수개의 셀을 형성하여, 상기 셀들이 직병렬로 배치된 모듈일 수 있으며 일반적인 직사각형 형상의 패널로 형성될 수 있다.

상기 연결 프레임(20)은 상기 태양광 패널(10)의 후면에 배치되면서, 상기 태양광 패널(10)을 지지하도록 결합되는 구성이다. 상기 연결 프레임(20)은 사각 형상의 상부 프레임(21), 상기 상부 프레임(21)의 일측으로부터 하방으로 연장형성되는 지지 프레임(23), 상기 지지 프레임(23)의 임의 영역에서 돌출 형성되는 결합면을 가진 결합 프레임(22), 상기 상부 프레임(21)의 타측으로부터 하방으로 연장형성되는 메인 프레임(24)으로 이루어져 골격이 형성될 수 있다.

도시된 바와 같이 상기 지지 프레임(23)은 하단부가 서로 연결된 한쌍의 직선 프레임으로 이루어질 수 있으며, 상기 결합 프레임(22)은 상기 한쌍의 직선 프레임 각각에 마련될 수 있다. 즉, 상기 결합 프레임(22)은 외부의 구조물에 연결되기 위한 구성이며, 주로 수직방향으로 형성된 구조물에 결합되어 상기 지지 프레임(23)은 지면에 대해 수직을 이루도록 고정될 수 있다. 그러나, 반드시 수직방향의 구조물에 결합되는 것은 아니며, 아파트 베란다, 건물 외벽과 같은 수직설치 뿐만 아니라, 일반도로/고속도로의 중앙분리대 등과 같이 수평설치면을 갖는 구조물에도 설치될 수 있다.

그리고, 상기 메인 프레임(24)은 태양광 패널(10)과의 연결을 위한 구성들이 배치되기 위한 크기로 형성될 수 있으며, 상기 지지 프레임(23)과 마찬가지로 상기 상부 프레임(21)의 두 꼭지점에서 하방으로 연장형성된 수직 프레임과 상기 수직 프레임의 하단부가 이어진 사각형상일 수 있다.

상기 메인 프레임(24)의 내부에는 수직 방향으로 배치되는 회전봉(25)이 마련될 수 있다. 상기 회전봉(25)의 상단은 상기 지지 프레임(23)의 사이에 배치된 상부 프레임(21)의 중심부에 결합될 수 있고, 하단은 상기 지지 프레임(23) 중에서 하부에 수평방향으로 배치된 지지 프레임(23)의 중심부에 결합될 수 있다. 상기 회전봉(25)은 상기 메인 프레임(24)의 내부에서 회전할 수 있도록, 상기 회전봉(25)과 접촉하는 상기 메인 프레임(24) 상에는 베어링과 같은 구조물이 추가적으로 마련될 수 있다. 상기 회전봉(25)의 하단부는 상기 지지 프레임(23)을 관통하여 연장형성될 수 있으며, 상기 회전봉(25)의 최하단부에는 상기 회전봉(25)의 회전을 위한 모터(50)가 배치될 수 있다.

상기 회전봉(25)에는 사각 형상의 프레임으로 이루어진 회전 프레임(40)이 결합될 수 있다. 상기 회전 프레임(40)은 상기 회전봉(25)을 축으로 하여 좌우 방향으로 회전할 수 있도록 상기 회전 프레임(40)의 중심부에는 상기 회전봉(40)의 표면에 결합되는 결합부재(41)가 마련될 수 있다. 상기 회전 프레임(40)의 가로 방향의 폭은 상기 지지 프레임(23)의 내부에서 원활한 회전을 위해 상기 지지 프레임(23) 사이의 거리보다 작게 설정될 수 있다.

상기 회전 프레임(40)의 상면은 태양광 패널(10)과 결합될 수 있다. 이를 위해 상기 회전 프레임(40)상면의 중심부와 상기 태양광 패널(10) 상면의 중심부 사이에는 힌지 결합을 위한 연결판(15)이 마련될 수 있다. 상기 연결판(15)의 일측은 상기 회전 프레임(40)의 상측에 결합되어 상하방향으로 회전할 수 있으며, 이에 상기 연결판(15)의 타측과 결합된 태양광 패널(10)이 상하방향으로의 회전이 이루어질 수 있다.

상기 지지 프레임(25)의 하부에는 상기 회전봉(25)의 회전에 따라 회전하는 원판형의 디스크(30)가 배치될 수 있다. 상기 디스크(30)의 중심부는 상기 회전봉(25)에 끼워지도록 마련되어 상기 회전봉(25)의 회전에 따라 상기 디스크(30)가 회전할 수 있다. 상기 디스크(30)의 표면에는 상기 태양광 패널(10)의 후면과 연결을 위한 가로 프레임(60)이 마련될 수 있다.

상기 가로 프레임(60)의 일측은 상기 디스크(30)의 표면에 결합될 수 있으며, 이에 상기 가로 프레임(60)의 타측 단부는 상기 디스크(30)의 회전에 따라 다른 방향을 가리키도록 회전할 수 있다.

그리고, 상기 태양광 패널(10)의 후면에는 상기 가로 프레임(60)의 연장 방향에 대응하는 높이에서 수평방향으로 배열된 이동레일(70)이 마련될 수 있다. 상기 이동레일(70)에 결합되며 이동레일을 따라 이동가능한 이동부재(61)가 마련될 수 있으며, 상기 이동부재(61)는 상기 가로 프레임(60)의 단부와 결합될 수 있다. 즉, 상기 디스크(30)가 일방향으로 회전하면, 상기 가로 프레임(60)의 단부 방향이 변경되고, 상기 가로 프레임(60)의 위치가 변경되면 상기 이동부재(61)는 상기 이동레일(70)을 따라서 위치가 가변될 수 있다.

상기 이동부재(61)는 가로 프레임(60)에 결합되는데, 결합된 상태에서 상하좌우 모두 이동될 수 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 상기 이동부재(61)의 단부에는 후크 형상의 걸림고리가 구성되고, 상기 가로 프레임(60)에는 상기 걸림고리와 연결되는 걸림 바가 구성된다. 따라서, 상기 이동부재(61)는 상하로의 이동이 가능할 뿐만 아니라, 도시된 바와 같이 소정 길이 좌우 방향으로의 이동도 가능하다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치의 동작을 나타낸 사시도이다. 도 3을 참조하면, 연결프레임(20)의 내부에 배치되어 있는 디스크(30)가 초기 위치에 있는 상태를 나타내고 있다. 도 4와 같이, 디스크(30)가 좌측방향으로 일정각도 회전하면 디스크(30)에 부착되어 있는 가로 프레임(60)의 단부 방향이 좌측 방향으로 이동하며, 이에 가로 프레임(60)의 단부에 결합되어 있는 이동부재(61)는 이동레일(70)을 따라 좌방향으로 이동할 수 있다.

이를 태양광 패널(10)의 움직임과 연관시켜 설명하면, 회전봉(25)이 좌측방향으로 회전함에 따라, 상기 회전봉(25)의 표면에 결합되어 있는 디스크(30)와 회전 프레임(40)은 동시에 좌측방향으로 회전할 수 있다. 회전 프레임(40)의 상측과 태양광 패널(10)의 상측이 서로 연결되어 있으므로, 태양광 패널(10)은 전면이 좌방향을 바라보도록 이동될 수 있다.

태양광 패널(10)은 상측이 회전 프레임(40)의 상측에 연결되고, 후면이 이동레일(70)과 연결된 가로 프레임(60)에 의해 지지되며, 가로 프레임(60)의 길이 변경에 따라 태양광 패널(10)의 수직방향으로의 각도가 변경될 수 있다.

즉, 가로 프레임(60)이 좌측으로 회전하면 가로 프레임(60)의 단부는 상기 메인 프레임(24)과의 거리가 가까워지므로 이동레일(70)을 포함한 태양광 패널(10)을 안쪽으로 당기는 효과를 가져오게 되고, 결과적으로 태양광 패널(10)의 전면부 각도는 수평면을 기준으로 더욱 가파르게 변경될 수 있다.

도 5는 회전봉(25)이 우측으로 회전한 경우를 도시한 도면으로, 도 4와 마찬가지로 가로 프레임(60)이 우측으로 회전하면 가로 프레임(60)의 단부는 상기 메인 프레임(24)과의 거리가 가까워지므로 이동레일(70)을 포함한 태양광 패널(10)을 안쪽으로 당기는 효과가 동일하게 발생될 수 있다.

즉, 회전봉이 좌측과 우측의 어느 한쪽으로 회전함에 따라, 태양광 패널(10)은 수평방향과 수직 방향으로 동시에 각도가 변경될 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치가 베란다의 난간에 결합된 모습을 측면에서 바라본 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치는 양호한 태양 빛의 일사 조건을 가지는 장소 중에서 수평 프레임과 수직 프레임(80)으로 이루어진 난간과 같은 구조물에 용이하게 결합될 수 있다.

결합방식을 예로 들면, 도 1에 도시된 바와 같이 실시예의 태양광 추적장치는 상부 프레임(21)의 하방향으로 마련되는 지지 프레임(23)이 상부 프레임(21)의 가장자리 하부면을 노출시키도록 가장자리로부터 일정거리 이격된 영역에 형성될 수 있다. 따라서, 태양광 패널(10)이 배치된 반대편의 상부 프레임(21)의 가장자리 하면은 난간과 같은 구조물의 상면에 안착되는 면이 될 수 있다. 상부 프레임(21)의 가장자리 하면이 구조물의 수평 프레임의 상면에 안착되면, 상기 상부 프레임(21)으로부터 하방으로 연장형성된 지지 프레임(23)의 연장방향을 따라 마련된 한 쌍의 결합 프레임(22)은 각각 수직 프레임에 결속될 수 있다. 따라서, 연결 프레임(20)은 구조물에 수직방향을 유지하면서 견고하게 고정되도록 결합될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 추적장치가 베란다의 난간에 결합된 모습을 상측면에서 바라본 사시도이다. 도 7을 참조하면, 실시예에 따른 태양광 패널(10)은 지면에 대해 소정의 각도를 이루면서 연결 프레임에 결합될 수 있다.

도 6과 도 7에서는 태양광 추적장치가 수직방향으로 연장된 구조물에 결합되는 것을 예시하여 설명하였다. 그러나, 본 발명의 태양광 추적장치는 수직방향으로 연장된 구조물 뿐만 아니라 수평방향으로 연장된 구조물에 결합되어 태양광 패널의 회전이 가능하며, 이에 태양광의 추적을 통한 발전이 가능하다.

도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 실시예의 태양광 패널(10)을 포함하는 본 발명의 태양광 추적장치는 하나의 모터를 사용하여, 모터가 일방향으로 회전되도록 제어함으로써 태양광 패널이 태양광을 추적하는 방향으로 움직이도록 하여 태양광의 발전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명의 실시예는 하나의 모터만을 사용하여 태양광 패널(10)의 수평 방향 및 수직 방향의 기울기를 동시에 제어할 수 있기 때문에 낮은 전력을 사용하여 태양광 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 태양광 패널
20: 연결 프레임
21: 상부 프레임
22: 결합 프레임
23: 지지 프레임
24: 메인 프레임
25: 회전봉
30: 디스크
40: 회전 프레임
41: 결합 부재
50: 모터
60: 가로 프레임
61: 이동부재
70: 이동레일

Claims (5)

1. 태양광 패널;
   일측이 특정 구조물에 체결되어 상기 태양광 패널이 일정 각도를 가지도록 하는 연결 프레임; 및
   상기 태양광 패널의 후면 일부와 결합되어 상기 태양광 패널을 지지하면서, 상기 연결 프레임과 상기 태양광 패널 사이에 배치되어 상기 태양광 패널을 회전시키는 회전 프레임을 포함하며,
   상기 연결 프레임은 상기 태양광 패널에 대향하는 방향으로 지면에 대해 수직 배치된 회전봉과 상기 회전봉의 하단부에 마련되어 상기 회전봉을 회전시키는 모터를 포함하며, 상기 회전 프레임은 상기 회전봉을 회전축으로 하여 좌우방향으로 회전하는 격자형의 프레임으로 형성되고, 상기 회전 프레임의 상단이 상기 태양광 패널의 상단부와 결합되어 상기 회전 프레임의 회전에 따라 상기 태양광 패널의 수평방향으로의 회전이 이루어지며,
   상기 회전 프레임의 하부에는 상기 회전봉의 중심을 기준으로 회전하는 디스크가 마련되고, 상기 디스크에는 상기 태양광 패널을 향해 연장된 가로 프레임이 형성되며, 상기 가로 프레임은 상기 태양광 패널의 후면을 지지하면서 상기 태양광 패널의 수직방향 각도를 가변시키며,
   상기 회전 프레임의 상면의 중심부와 상기 태양광 패널의 상면의 중심부 사이에는 연결판이 마련되고, 상기 연결판을 회전축으로 하여 상기 태양광 패널이 상기 회전 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 연결판은 힌지결합되는 태양광 추적장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결 프레임은 사각 형상의 상부 프레임, 상기 상부 프레임의 일측으로부터 하방으로 연장형성되는 지지 프레임, 상기 지지 프레임의 임의 영역에서 돌출 형성되는 결합면을 가진 결합 프레임 및 상기 상부 프레임의 타측으로부터 하방으로 연장 형성되는 메인 프레임으로 이루어진 태양광 추적장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 회전봉의 상단은 상기 지지 프레임의 사이에 배치된 상부 프레임의 중심부에 결합되고, 상기 회전봉의 하단은 상기 지지 프레임 중에서 하부에 수평방향으로 배치된 지지 프레임의 중심부에 결합되는 태양광 추적장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 태양광 패널의 후면에는 상기 가로 프레임의 연장 방향의 대응하는 높이에서 수평방향 또는 수직방향으로 배열된 이동레일이 마련되며, 상기 가로 프레임의 단부에는 상기 이동레일에 결합되어 상기 이동레일을 따라 이동가능한 이동부재가 마련되는 태양광 추적장치.
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