KR102216551B1 - 적층패널 구조의 태양광 발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적층패널 구조를 갖추고 태양광 발전을 수행하는 시스템에 있어서: 상부패널(21)과 하부패널(22)을 지지대(25) 상에 자세변동 가능하게 탑재하는 패널모듈(20); 상기 지지대(25)의 높이 변동을 유발하여 패널모듈(20)의 자세를 변동하는 구동수단(30); 상기 패널모듈(20)의 하부패널(22)에 반사경(42)으로 태양광을 조사하는 집광모듈(40); 및 상기 패널모듈(20), 구동수단(30), 집광모듈(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하여 발전과 축전을 수행하는 제어기(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 한정된 공간에 밀집적으로 배치된 패널로 전기를 생성함에 있어 차량에 탑재가 가능한 모듈화를 기반으로 필요에 따라 간격과 자세를 변동하여 유지관리의 용이성과 내구성 증대를 도모하는 효과가 있다.

Description

적층패널 구조의 태양광 발전 시스템{Solar power generation system with stackde panel structure}
본 발명은 태양광 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 한정된 공간에 밀집적으로 배치된 패널을 기반으로 전기를 생성하기 위한 적층패널 구조의 태양광 발전 시스템에 관한 것이다.
신재생에너지에 대한 관심이 고조되면서 솔라셀에 대한 수요가 급증함에 따라 솔라셀 패널에 소요되는 실리콘 원재료 및 기판의 공급 부족과 더불어 화석에너지나 다른 재생에너지에 비해 발전 단가가 높은 단점을 보이자 광전변환 효율을 높이거나 집광형 구조를 도입하려는 기술개발이 이어진다. 이외에 솔라셀 패널을 수직으로 적층하는 방식에 의하면 동일 면적을 기준으로 일반 태양광 발전에 대비하여 약 20%의 발전량 증대가 가능한 것으로 알려진다.
적층패널 방식의 발전장치와 관련되는 선행기술문헌으로서 하기의 한국 등록특허공보 제1968936호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1324869호(선행문헌 2) 등을 참고할 수 있다.
선행문헌 1은 상하 방향을 따라 복수 열로 배열되어 태양광을 집광하는 제1태양광 패널; 제1태양광 패널의 후방에 기 설정된 각도로 연결되는 제2태양광 패널; 및 제1태양광 패널 및 제2태양광 패널 중 적어도 어느 하나에 태양광을 반사시키는 반사판을 포함한다. 이에, 설치면적을 최소화하여 대규모 태양광 발전단지 구축이 가능한 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 중공된 내부공간으로 태양광이 투과되는 투과판; 투과판의 면을 따라 복수 개로 배치되고, 투과된 태양광을 내부공간 측으로 산란시키는 광학수단들; 및 투과판의 내부공간에 상하로 적층되고, 산란된 태양광을 흡수하여 전기를 생산하는 태양전지패널들;을 포함한다. 이에, 단위 면적당 높은 전기 생산효율을 얻을 수 있는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 유지관리가 용이하지 않고 내구성 보장이 어려워 실제 활용성이 낮다는 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 등록특허공보 제1968936호 "반사판이 적용된 적층형 태양광 발전 시스템" (공개일자 : 2019.03.08.) 한국 등록특허공보 제1324869호 "적층식 고효율 태양광 발전장치" (공개일자 : 2011.04.22.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 한정된 공간에 밀집적으로 배치된 패널로 전기를 생성함에 있어 차량에 탑재가 가능한 모듈화를 기반으로 필요에 따라 간격과 자세를 변동할 수 있는 적층패널 구조의 태양광 발전 시스템를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적층패널 구조를 갖추고 태양광 발전을 수행하는 시스템에 있어서: 상부패널과 하부패널을 지지대 상에 자세변동 가능하게 탑재하는 패널모듈; 상기 지지대의 높이 변동을 유발하여 패널모듈의 자세를 변동하는 구동수단; 상기 패널모듈의 하부패널에 반사경으로 태양광을 조사하는 집광모듈; 및 상기 패널모듈, 구동수단, 집광모듈을 설정된 알고리즘으로 제어하여 발전과 축전을 수행하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 패널모듈은 일측에 형성된 장공홈을 통하여 지지대의 힌지축에 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 패널모듈은 지지대의 양단에 결합된 플랜지를 개재하여 다층으로 연장 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 구동수단은 고정부와 가동부의 2분할 구조로 형성된 지지대를 갖추고, 가동부에 구비된 래크 및 고정부에 탑재된 피니언을 맞물리고, 피니언에 웜기어와 구동모터를 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 구동수단은 웜기어에 연결되고 외부로 노출되는 수동노브를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 집광모듈은 지지봉 상에서 각각의 반사경의 자세를 변동하도록 모션기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 전원변환기에 연결되어 발전 및 동작 전원을 제어하고, LED패널에 연결되어 조명과 그에 의한 발전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 한정된 공간에 밀집적으로 배치된 패널로 전기를 생성함에 있어 차량에 탑재가 가능한 모듈화를 기반으로 필요에 따라 간격과 자세를 변동하여 유지관리의 용이성과 내구성 증대를 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템이 차량에 탑재된 상태의 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 주요부를 나타내는 모시도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 구동수단을 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 가동 상태를 나타내는 모식도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 제어 회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 적층패널 구조를 갖추고 태양광 발전을 수행하는 시스템에 관하여 제안한다. 솔라셀 패널을 수직으로 적층하는 구조에 의하면 동일 면적에 대비한 발전량 증대가 가능한 점에 착안한다.
도 1을 참조하면, 적층패널이 차량(10)에 탑재되는 상태로서 이동성에 의한 발전 효율성 증대가 기대되지만 이에 한정되지 않으며 동력을 갖추지 않은 트레일러에 탑재할 수도 있다. 차량(10)의 경우 적재함(12) 외에 덮개(14)를 갖춘 구조가 바람직하다. 기상이 악화되는 경우 적재함(12)의 덮개(14)를 덮어서 태양광 발전의 주요부를 안전하게 보호하므로 내구성 증대를 기대할 수 있다.
본 발명에 따르면 패널모듈(20)이 상부패널(21)과 하부패널(22)을 지지대(25) 상에 자세변동 가능하게 탑재하는 구조를 이루고 있다. 상부패널(21)과 하부패널(22)은 솔라셀과 발전회로를 갖춘 점에서 동일하지만, 하부패널(22)은 상부패널(21)에 비하여 용량을 축소하도록 차등화 가능하다. 상하로 결합된 상부패널(21)과 하부패널(22)은 측면에서 4개소의 지지대(25)에 의하여 하나의 발전 유니트를 형성한다. 상부패널(21) 및 하부패널(22)의 자세변동은 태양의 위치변화와 연계하여 발전효율 증대를 도모하기 위함이다.
도 2 및 도 3은 패널모듈(20)의 정면에서 지지대(25)가 좌우 방향으로 연겯되는 상태를 나타내고, 도 4는 패널모듈(20)의 측면에서 지지대(25)가 전후 방향으로 연결되는 상태를 나타낸다.
이때, 도시에는 생략하나 패널모듈(20)은 적어도 부분적으로 투명부를 더 구비할 수 있다. 상부패널(21) 및 하부패널(22)의 측면에 투명창을 형성하고 그 내측으로 솔라셀을 설치한다.
한편, 태양광 발전은 열사량이 높을수록 발전량이 증가되지만 태양전지 모듈의 온도가 증가하면 발전 효율을 저하시킨다. 이를 방지하기 위해 상부패널(21)과 하부패널(22) 사이에 냉각기(58)를 구비하는 것이 좋다. 냉각기(58)는 상부패널(21)에 직접 물을 분사하는 방식 외에 배관을 통하여 냉각수를 순환시키는 방식으로 적용 가능하다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 패널모듈(20)은 일측에 형성된 장공홈(23)을 통하여 지지대(25)의 힌지축(26)에 연결되는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에서, 패널모듈(20)의 상부패널(21)이 지지대(25)와 힌지축(26)을 개재하여 연결된 상태를 나타낸다. 도 4에서 상부패널(21)의 전방(우측)에는 원형공이 형성되고 후방(좌측)에는 장공홈(23)이 형성된다. 지지대(25)의 힌지축(26)이 높이 변동을 유발하는 정도에 따라 도 4(a)처럼 패널모듈(20)이 수평을 유지하거나 도 4(b)처럼 전방으로 기울어지는 경사를 유지한다. 후방의 장공홈(23)은 패널모듈(20)의 경사운동 범위를 한정하는 길이로 형성한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 패널모듈(20)은 지지대(25)의 양단에 결합된 플랜지(28)를 개재하여 다층으로 연장 가능한 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2에서, 상부패널(21), 하부패널(22), 지지대(25)를 갖춘 발전 유니트가 3단으로 적층된 상태를 예시한다. 지지대(25)의 상단에 결합되는 플랜지(28)는 동일한 규격으로 형성된다. 적층된 패널모듈(20)에서 최하단의 플랜지(28)는 지면이나 차량(10)의 적재함(12)에 고정되고, 최상단의 플랜지(28)는 상측으로 또 다른 발전 유니트를 적층 가능하다. 이와 같은 방식으로 적층된 패널모듈(20)은 후술하듯이 개별적ㆍ동시적 자세변동이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 구동수단(30)이 상기 지지대(25)의 높이 변동을 유발하여 패널모듈(20)의 자세를 변동하는 구조이다. 패널모듈(20)의 자세변동은 지지대(25)의 힌지축(26)에 대한 높이변동으로 구현 가능하다. 도 4처럼 패널모듈(20)의 높이와 경사각이 변동되면 발전효율 증대에 유리하다. 구동수단(30)은 전동식이 선호되지만 적어도 부분적으로 수동식도 병용한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 구동수단(30)은 고정부와 가동부의 2분할 구조로 형성된 지지대(25)를 갖추고, 가동부에 구비된 래크(31) 및 고정부에 탑재된 피니언(32)을 맞물리고, 피니언(32)에 웜기어(34)와 구동모터(36)를 연결하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 지지대(25)에 탑재되는 구동수단(30)의 래크(31), 피니언(32), 웜기어(34), 구동모터(36) 등이 나타난다. 지지대(25)는 고정부의 상측으로 가동부가 상하로 슬라이딩 가능하게 지지되는 구조이다. 패널모듈(20)과 연결되는 힌지축(26)은 지지대(25)의 가동부에 결합된다. 지지대(25)의 고정부는 피니언(32), 웜기어(34), 구동모터(36)를 수용하는 통형이다. 래크(31)는 지지대(25)의 가동부 일측에 상하로 형성된다. 피니언(32)은 지지대(25)의 고정부에 회전 가능하게 지지되면서 래크(31)와 맞물린다. 웜기어(34)의 웜휠은 피니언(32)과 동심으로 결합되고, 웜기어(34)의 웜은 웜휠과 맞물리면서 구동모터(36)와 연결된다.
이에, 구동모터(36)의 회전 방향에 따라 웜기어(34)와 피니언(32)이 회전되고 래크(31)와 힌지축(26)의 상하운동이 유발된다. 차량(10)에 적층 패널모듈(20)이 탑재된 경우 덮개(14)를 개방하고 모든 패널모듈(20)을 상승시키면 전체적인 높이가 증가하는 동시에 각각의 상하 간격도 넓어진다. 반대로 적층 패널모듈(20)의 이동이 필요한 경우 구동수단(30)으로 전체의 높이를 최소화한다.
본 발명의 변형예로서, 상기 구동수단(30)은 웜기어(34)에 연결되고 외부로 노출되는 수동노브(38)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3의 확대도처럼, 구동수단(30)은 구동모터(36)에 의한 전동식 외에 수동노브(38)에 의한 수동식 가동을 허용하는 것이 좋다. 수동노브(38)는 지지대(25)의 고정부 외측에 회전 가능하게 지지된다. 수동노브(38)는 웜기어(34)의 웜에 직결할 수도 있고, 베벨기어 등을 개재하여 다른 방향으로 연결할 수도 있다. 이외에 수동노브(38)와 웜기어(34) 사이에 클러치(도시 생략)을 개재하여 필요에 따라 연결을 단속할 수 있다. 어느 경우에나 구동모터(36)의 고장이나 발전량 부족시 수동노브(38)를 이용하여 패널모듈(20)의 높이 및 각도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 집광모듈(40)이 상기 패널모듈(20)의 하부패널(22)에 반사경(42)으로 태양광을 조사하는 구조이다. 집광모듈(40)은 상부패널(21)의 저면에 도립된 하부패널(22)로 태양광을 반사시켜 보낸다. 집광모듈(40)의 반사경(42)은 패널모듈(20)의 적어도 2방향으로 배치되는 것이 좋다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 집광모듈(40)은 지지봉(44) 상에서 각각의 반사경(42)의 자세를 변동하도록 모션기(46)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2에서, 패널모듈(20)의 일측과 타측으로 집광모듈(40)의 지지봉(44)이 배치된 상태를 나타낸다. 지지봉(44)은 태양광의 간섭을 최소화하기 위한 단순한 구조이다. 각각의 하부패널(22)에 대응하는 다수의 반사경(42)이 지지봉(44) 상에 일정한 간격으로 장착된다. 각각의 반사경(42)은 지지봉(44) 상에 높이조절 가능하게 클램핑된다. 도시에는 생략하나 지지봉(44)도 위치변동 가능하게 장창하는 것이 좋다. 모션기(46)는 마치 자동차의 전동미러처럼 반사경(42)의 적어도 2방향 모션을 구현한다.
또한, 본 발명에 따르면 제어기(50)가 상기 패널모듈(20), 구동수단(30), 집광모듈(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하여 발전과 축전을 수행하는 구조를 이루고 있다. 제어기(50)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이컴 회로로 구성된다. 제어기(50)의 설정된 알고리즘은 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되고 실행된다. 제어기(50)는 입력인터페이스에 연결된 위치검출기(52)의 신호를 이용하여 패널모듈(20)과 반사경(42)의 자세를 조절한다. 패널모듈(20)에서 생성된 전기는 축전지(16)에 저장된다.
한편, 위치검출기(52)는 각각의 패널모듈(20)의 지지대(25), 집광모듈(40)의 반사경(42) 등에 장착된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(50)는 전원변환기(54)에 연결되어 발전 및 동작 전원을 제어하고, LED패널(56)에 연결되어 조명과 그에 의한 발전을 제어하는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 제어기(50)에 전원변환기(54), LED패널(56), 냉각기(58) 등이 연결된 상태를 나타낸다. 전원변환기(54)는 패널모듈(20)의 전기를 축전지(16)에 저장하거나 제어기(50)의 동작 전원을 변환하여 제공한다. LED패널(56)은 축전지(16)의 전원으로 조명의 역할이나 광고판의 역할을 수행한다. LED패널(56)에 의한 발광도 패널모듈(20)에 의한 전력 생산에 활용될 수 있다. 냉각기(58)는 물분사 또는 냉각수 순환을 유발한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 차량 12: 적재함
14: 덮개 16: 축전지
20: 패널모듈 21: 상부패널
22: 하부패널 23: 장공홈
25: 지지대 26: 힌지축
28: 플랜지 30: 구동수단
31: 래크 32: 피니언
34: 웜기어 36: 구동모터
38: 수동노브 40: 집광모듈
42: 반사경 44: 지지봉
46: 모션기 50: 제어기
52: 위치검출기 54: 전원변환기
56: LED패널 58: 냉각기

Claims (7)

  1. 차량에 적층패널 구조를 갖추고 태양광 발전을 수행하는 시스템에 있어서:
    상부패널(21)과 하부패널(22)을 지지대(25) 상에 자세변동 가능하게 탑재하는 패널모듈(20);
    상기 지지대(25)의 높이 변동을 유발하여 패널모듈(20)의 자세를 변동하는 구동수단(30);
    상기 패널모듈(20)의 하부패널(22)에 반사경(42)으로 태양광을 조사하는 집광모듈(40); 및
    상기 패널모듈(20), 구동수단(30), 집광모듈(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하여 발전과 축전을 수행하는 제어기(50);를 포함하여 이루어지되,
    상기 차량(10)은 적재함(12)과 덮개(14)를 갖춘 구조를 적용하고,
    상기 패널모듈(20)은 일측에 형성된 장공홈(23)을 통하여 지지대(25)의 힌지축(26)에 연결되고,
    상기 패널모듈(20)은 지지대(25)의 양단에 결합된 플랜지(28)를 개재하여 다층으로 적층되도록 연장 가능하며,
    상기 구동수단(30)은 고정부와 가동부의 2분할 구조로 형성된 지지대(25)를 갖추고, 가동부에 구비된 래크(31) 및 고정부에 탑재된 피니언(32)을 맞물리고, 피니언(32)에 웜기어(34)와 구동모터(36)를 연결하여 구성되며,
    상기 집광모듈(40)은 지지봉(44) 상에서 각각의 반사경(42)의 자세를 변동하도록 모션기(46)를 더 구비하고,
    상기 제어기(50)는 전원변환기(54)에 연결되어 발전 및 동작 전원을 제어하고, LED패널(56)에 연결되어 조명과 그에 의한 발전을 제어하는 것을 특징으로 하는 적층패널 구조의 태양광 발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동수단(30)은 웜기어(34)에 연결되고 외부로 노출되는 수동노브(38)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적층패널 구조의 태양광 발전 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
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KR20100098973A (ko) * 2009-03-02 2010-09-10 솔라비토(주) 태양광 발전장치
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