KR102472654B1 - Movable type photovoltaic power generation device for farming - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가동식 영농형 태양광발전장치에 관한 것으로, 태양광 패널의 높낮이를 조절하여 충분한 입사광을 확보하고 작물의 생장을 방해하지 않도록 음영지역의 조절도 가능한 가동식 영농형 태양광발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a movable farming-type solar power generation device, and relates to a movable farming-type solar power device capable of securing sufficient incident light by adjusting the height of a solar panel and adjusting a shaded area so as not to hinder the growth of crops. .
태양광 에너지는 태양광을 활용하는 친환경적인 신재생 에너지이다. 태양광 에너지는 태양광 발전장치를 설치하는 것만으로 전기를 생산할 수 있어 일상생활에서 유용하게 활용되고 있다. 태양광 발전장치로 충분한 전력을 확보하기 위해서는 태양광의 입사면적이 큰 넓은 공간이 필요하다.Solar energy is an eco-friendly renewable energy that uses sunlight. Solar energy is useful in everyday life because it can produce electricity just by installing a photovoltaic power generation device. In order to secure sufficient power with a solar power generation device, a large space with a large incident area of sunlight is required.
농경지는 넓게 개방되어 있으므로 태양광 발전장치를 설치하기에도 좋은 조건을 갖추고 있다. 따라서 기존의 농경지에 태양광 발전장치를 적용하여 농작물의 수확과 전기 생산을 병행하려는 시도도 이루어지고 있다. 예를 들어, 태양광패널의 배치간격을 적절히 조절하여 발전면적과 경작면적을 배분하는 등의 연구가 진행되고 있다(예, 대한민국 특허 10-2067959등).Since the agricultural land is wide open, it has good conditions for installing solar power generation devices. Therefore, attempts have been made to combine harvesting of crops and electricity production by applying photovoltaic power generation devices to existing farmland. For example, research is being conducted on distributing power generation area and cultivation area by appropriately adjusting the spacing of solar panels (eg, Korean Patent No. 10-2067959).
그러나 태양광패널은 주변으로 음영지역을 발생시키므로 인접한 경작지의 작물 생장을 방해하는 문제가 있다. 이러한 문제는 발전면적이 커질수록 더욱 심화된다. 태양광패널을 높게 배치하여 하부에 공간을 확보하더라도 음영지역으로 인해 실질적인 경작은 어려울 수 있다. 또한 상황에 따라 작물을 더 많이 늘려야 하는 경우도 있으므로 태양광 발전장치의 설치공간은 최소화하고 발전효율을 높일 수 있는 기술이 필요하다.However, since the solar panel generates a shaded area around it, there is a problem in interfering with the growth of crops in adjacent farmland. These problems become more severe as the area of power generation increases. Even if space is secured at the bottom by arranging solar panels high, practical cultivation may be difficult due to shaded areas. In addition, since there are cases where more crops need to be increased depending on the situation, a technology capable of minimizing the installation space of the photovoltaic power generation device and increasing power generation efficiency is required.
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양광 패널의 높낮이를 조절하여 충분한 입사광을 확보하고 작물의 생장을 방해하지 않도록 음영지역의 조절도 가능한 가동식 영농형 태양광발전장치를 제공하는 것이다.The technical problem of the present invention is to solve these problems, to provide a movable agricultural solar power generation device that can secure sufficient incident light by adjusting the height of the solar panel and adjust the shaded area so as not to hinder the growth of crops. is to do
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the above-mentioned problems, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치는, 지면에 설치되며 하단지지대와 상단지지대가 직렬로 결합되어 수직방향으로 연장되고, 상기 하단지지대와 상기 상단지지대가 회동 가능한 관절로 결합된 지지대, 상기 상단지지대에 길이방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 연장지지대, 상기 상단지지대와 상기 연장지지대 사이에 개재되며 상기 길이방향으로 신축되어 상기 연장지지대를 이동시키는 수직구동부, 상기 연장지지대 상단부에 결합되어 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광패널을 포함한다.The movable agricultural solar power generation device according to the present invention is installed on the ground, the lower support and the upper support are coupled in series to extend in the vertical direction, and the lower support and the upper support are coupled with a rotatable joint. An extension support coupled to the upper support in a longitudinal direction to be slidably movable, a vertical driving unit interposed between the upper support and the extension support and extending and contracting in the longitudinal direction to move the extension support, and coupled to the upper end of the extension support to generate sunlight It includes a solar panel that receives and generates electricity.
상기 태양광패널은 상기 연장지지대에 수평면과 제1 각도로 기울어진 제1 빗면에 평행하게 결합되고, 상기 하단지지대와 상기 상단지지대는 수평면과 제2 각도로 기울어진 제2 빗면의 법선을 회동축으로 결합될 수 있다.The photovoltaic panel is coupled to the extension support parallel to a first inclined plane inclined at a first angle with a horizontal plane, and the lower support and the upper support have a normal line of a second inclined plane inclined at a second angle with the horizontal plane as a rotation axis. can be combined with
상기 제2 각도의 크기와 상기 제1 각도의 크기가 다르게 형성되어, 상기 상단지지대가 회동하면 상기 제1 각도가 변동될 수 있다.Since the size of the second angle and the size of the first angle are formed differently, the first angle may change when the upper support is rotated.
상기 하단지지대와 상기 상단지지대가 수직으로 정렬될 때, 상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 모두 예각을 이루며, 상기 제2 각도의 크기가 상기 제1 각도의 크기보다 클 수 있다.When the lower support and the upper support are vertically aligned, both the first angle and the second angle form an acute angle, and the size of the second angle may be greater than the size of the first angle.
상기 관절은, 상기 제2 빗면 상에서 상기 제2 빗면과 평행한 회전면을 형성하여 회전하며 상기 상부지지대에 연결된 링기어와, 상기 제2 빗면 상에서 상기 링기어의 외주면을 둘러싸 지지하며 상기 하단지지대에 연결된 원형베어링, 및 상기 링기어의 내주면에 치합되어 상기 링기어를 구동하는 피니언기어가 포함된 회전구동부를 포함할 수 있다.The joint rotates by forming a rotational surface parallel to the second inclined plane on the second inclined plane, and surrounds and supports a ring gear connected to the upper support and an outer circumferential surface of the ring gear on the second inclined plane and connected to the lower support. A rotation drive unit including a circular bearing and a pinion gear engaged with an inner circumferential surface of the ring gear to drive the ring gear may be included.
상기 지지대는 원통형상이고 상기 제2빗면은 타원으로 형성되며, 상기 원형베어링의 외경은 상기 타원의 단축보다 작을 수 있다.The support has a cylindrical shape and the second oblique plane is formed in an ellipse, and an outer diameter of the circular bearing may be smaller than a minor axis of the ellipse.
상기 수직구동부와 상기 회전구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 관절에 기준토크 이상의 부하가 발생하면 상기 상단지지대를 회동시켜 상기 관절에 작용하는 토크를 감소시킬 수 있다.Further comprising a control unit for controlling the vertical drive unit and the rotation drive unit, wherein the control unit rotates the upper support to reduce the torque acting on the joint when a load equal to or greater than a reference torque is generated on the joint.
상기 수직구동부는, 탄성체로 이루어지며 내부에 압축성유체가 유입 또는 유출됨에 따라 길이가 신축되는 에어스프링을 포함할 수 있다.The vertical drive unit may include an air spring made of an elastic body and having a length that expands or contracts as the compressive fluid is introduced or discharged therein.
본 발명에 의하면, 태양광패널의 높낮이를 조절하여 태양광패널로 입사되는 광량을 충분히 확보하고 지면으로 입사되는 광량도 조절할 수 있다. 따라서 태양광 발전장치의 발전효율이 상승되어 적은 수의 발전장치로도 증가된 전력생산이 가능하다. 또한, 본 발명은 태양광패널의 높낮이뿐만 아니라 방향, 각도, 회전반경도 동시에 조절할 수 있어 태양광패널로 입사되는 광량을 충분히 확보할 수 있어, 영농형 태양광시설을 형성할 때 경작지 면적도 늘릴 수 있다. 또한 태양광패널이 형성하는 음영지역도 수시로 위치를 바꾸어 이동시킬 수 있어, 주변작물의 생장을 실질적으로 방해하지 않을 수 있다.According to the present invention, it is possible to sufficiently secure the amount of light incident on the solar panel by adjusting the height of the solar panel and also adjust the amount of light incident on the ground. Therefore, the power generation efficiency of the photovoltaic power generation device is increased, and increased power generation is possible with a small number of power generation devices. In addition, the present invention can simultaneously adjust the direction, angle, and rotation radius of the solar panel as well as the height of the solar panel, so that a sufficient amount of light incident on the solar panel can be secured, increasing the area of arable land when forming an agricultural solar power facility. can In addition, the shaded area formed by the solar panel can be moved by changing its location at any time, so that the growth of surrounding crops may not be substantially disturbed.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 관절부를 절개하여 도시한 측면도이다.
도 3은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 수직구동부가 신축된 모습을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 회전에 의한 태양광패널의 위치변화를 도시한 작동도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 회전동작을 도시한 개략도이다.
도 7은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 수직구동부의 동작을 예시한 사용상태도이다.1 is a perspective view of a movable agricultural solar power generation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view illustrating a cut-away joint of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which a vertical driving unit of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 is expanded and reconstructed.
FIG. 4 is an operation diagram illustrating a change in position of a solar panel by rotation of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
5 and 6 are schematic diagrams showing a rotational operation of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
FIG. 7 is a use state diagram illustrating the operation of the vertical driving unit of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, but only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete and the common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the invention is defined only by the claims. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 7 , a movable agricultural solar power generation device according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 관절부를 절개하여 도시한 측면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a movable agricultural solar power generation device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of a joint part of the movable agricultural solar power device of FIG. 1 cut away.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 가동식 영농형 태양광발전장치(1)는, 지면에 설치되며 하단지지대(110)와 상단지지대(120)가 직렬로 결합되어 수직방향으로 연장되고, 하단지지대(110)와 상단지지대(120)가 회동 가능한 관절(200)로 결합된 지지대(100)와, 상단지지대(120)에 길이방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 연장지지대(130)와, 상단지지대(120)와 연장지지대(130) 사이에 개재되며 길이방향으로 신축되어 연장지지대(130)를 이동시키는 수직구동부(300)와, 연장지지대(130) 상단부에 결합되어 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광패널(400)을 포함한다.1 and 2, the movable agricultural solar
지지대(100)는 지면에 설치되어 지면과 수직한 방향으로 연장되며 태양광패널(400)을 지면과 이격된 위치에 거치하는 기능을 한다. 본 명세서에서, 지면(도 4 및 도 6의 E 참조)은 수평면으로 예시하여, 도 4와 도 6에서 수평선으로 도시하였다. 다만, 지면은 수평면에 한정되는 것은 아니며, 평지, 경사면, 건물 옥상 및 외벽, 수중 등 지지대(100)가 고정될 수 있는 다양한 곳을 의미한다. 또한, 지지대(100)가 지면에 수직하게 연장된다는 의미는 설치된 지점에서 상부를 향하는 방향으로 연장된다는 의미로, 경사면에 설치되는 경우에도 수평면에 대해 수직한 방향으로 연장될 수 있음을 의미한다.The
지지대(100)는 일직선 상으로 길게 연장된 바(bar)로 형성될 수 있으며 원통형상일 수 있다. 지지대(100)의 내부는 비어 있을 수 있으며 재질은 금속일 수 있다. 지지대(100)는 금속제 바로 형성될 수 있다. 지지대(100)는 내부에 기계요소들을 배치 가능한 공간을 포함할 수 있으며 그러한 한도 내에서 직경 및 길이는 적절히 조정될 수 있다. 지지대(100)는 원통형상 외 다각형 바 등의 형태로 형성되는 것도 가능하다.The
지지대(100)는 상단지지대(120)와 하단지지대(110)로 분할되는 구조로서, 상단지지대(120)와 하단지지대(110) 사이에 관절(200)이 위치한다. 하단지지대(110)는 지면에 고정되고, 상단지지대(120)는 하단지지대(110)를 기준으로 회동하는 구조이다. 이때, 상단지지대(120)와 하단지지대(110)는 서로 접하는 단부가 일정한 기울기로 절단되며, 절단된 구간에 관절(200)이 삽입된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상단지지대(120)와 하단지지대(110)는 내부가 비어있는 구조일 수 있으나, 절단된 구간은 서로 접하는 면을 형성하며 상단지지대(120)의 하단면과 하단지지대(110)의 상단면이 면접촉하는 구조일 수 있다. 이때, 상단지지대(120)와 하단지지대(110)는 수평면과 예각을 이루는 제2 각도(α2)로 절단될 수 있다. 제2 각도(α2)는 수평면과 이루는 각이 예각이며 후술하여 설명할 제1 각도(α1)보다 큰 각을 의미한다. 즉, 상단지지대(120)와 하단지지대(110)는 서로 접하는 면이 제2 각도(α2)로 절단된 면으로 형성된다. 특히, 제2 빗면(102)은 상단지지대(120)와 하단지지대(110) 사이의 제2 각도(α2)로 절단된 면을 의미한다. 제2 빗면(102)은 상단지지대(120)의 하단면과 하단지지대(110)의 상단면을 모두 의미할 수 있다. 상단지지대(120) 하단의 제2 빗면(102)과 하단지지대(110) 상단의 제2 빗면(102)이 서로 면접촉하며, 상단지지대(120)가 회동 할 수 있다.The
제2 빗면(102)은 예를 들어, 일직선 상으로 연장된 지지대(100)를 중간에서 절단하는 방식으로 형성할 수 있다. 그러한 방식으로 지지대(100)를 상단지지대(120)와 하단지지대(110)로 나눌 수 있다. 제2 빗면(102)은 상단지지대(120) 및 하단지지대(110) 각각의 절단면에 대칭적으로 형성될 수 있다. 절단 후 상단지지대(120) 및 하단지지대(110)의 절단면(즉, 각각에 대칭적으로 형성된 제2 빗면)은 판재 등을 용접하여 적어도 부분적으로 차폐할 수 있다. 차폐된 각 절단면 상에 적절히 관절(200)구조를 형성할 수 있다. 관절(200)의 구체적인 구조와 동작은 후술하여 좀더 상세히 설명한다.The second
연장지지대(130)는 상단지지대(120)에 결합되어, 슬라이딩 이동하며 태양광패널(400)의 높낮이를 조절할 수 있다. 연장지지대(130)의 상단부는 상단지지대(120)의 상단부보다 돌출되도록 연장되어, 연장지지대(130)의 상단부에 결합된 태양광패널(400)의 위치를 조절할 수 있다. 연장지지대(130)의 이동에 따라 태양광패널(400)은 제2 빗면(102) 혹은 지면으로부터의 거리가 가변될 수 있다. 즉, 연장지지대(130)는 제2 빗면(102)을 기준으로 상단지지대(120)의 길이 방향을 따라 슬라이딩 이동이 가능하다. 연장지지대(130)는 상단지지대(120)의 내측에 삽입되는 기둥 형상으로 형성되어, 상단지지대(120)의 빈 내측 공간에 완전히 삽입되거나 상부로 일부 돌출된 상태일 수 있다. 연장지지대(130)의 길이를 연장하는 경우에는, 연장지지대(130)가 상단지지대(120)의 상단부에서 외측으로 돌출되며 연장될 수 있다. 다만, 연장지지대(130)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 상단지지대(120)의 끝단에서 길이가 연장될 수 있는 구조라면 얼마든지 변형이 가능하다. 예를 들어, 연장지지대(130)는 상단지지대(120)의 외주면을 감싸며, 상단지지대(120)가 연장지지대(130)의 내측에 삽입되는 구조로 형성될 수도 있다. 이 경우 연장지지대(130)의 내측면이 상단지지대(120)의 외측면과 접하며 슬라이딩 이동이 가능하다. 또한, 연장지지대(130)는 상단지지대(120)와 중첩되지 않고 상단지지대(120)의 최상단에 결합되는 구조 등 다양하게 변형 가능하다. The
연장지지대(130)는 상단면이 경사지게 형성되어 상단에 태양광패널(400)을 경사지게 고정할 수 있다. 연장지지대(130)는 상단면이 수평면과 제1 각도(α1)를 이루도록 형성되는 제1 빗면(101)으로 형성될 수 있다. 본 명세서에서, 제1 각도(α1)는 수평면과 이루는 각도가 예각이고 전술한 제2 각도(α2)보다 작은 값을 의미한다. 즉, 제1 각도(α1)와 제2 각도(α2)는 상대적인 값으로, 제1 각도(α1)와 제2 각도(α2)가 각각 예각이며 제1 각도(α1)가 제2 각도(α2)보다 작은 범위 내에서 임의의 각으로 설정이 가능하다. 연장지지대(130)는 제1 빗면(101)의 각도를 조절하는 각도조절부(131)를 포함할 수 있다. 각도조절부(131)는 제1 빗면(101)을 연장지지대(130)의 길이 방향을 기준으로 회전시켜 제1 각도(α1)를 조절할 수 있다. 다만, 각도조절부(131)는 제1 각도(α1)를 예각이고 제2 각도(α2)보다 작은 범위 내에서 조절하는 것이 바람직하다. The
태양광패널(400)은 이러한 제1 각도(α1)와 평행하게 제1 빗면(101)에 설치되어 태양광을 입사받아 전기를 생산하는 기능을 한다. 태양광패널(400)은 제2 빗면(102)과는 다른 제1 각도(α1)로 배치된다. 따라서 회전면인 제2 빗면(102)과 태양광패널(400)의 배열방향인 제1 빗면(101)과의 각도 차이에 의해 태양광패널(400)의 지향 방향, 높낮이, 회전 전 후 지면에 대한 각도차이를 동시에 만들어 낼 수 있다. 제1 각도(α1)는 관절(200)이 회전하기 전 상단지지대(120)를 지면과 수직하게 배열한 상태에서 제1 빗면(101)이 지면과 형성하는 각도일 수 있다. 도 2에서 지면은 수평선으로 나타내었고 태양광패널(400)과 지면이 이루는 각도를 제1 각도(α1)로 표시하였다. 제1 빗면(101)과 태양광패널(400)은 서로 평행하므로 제1 빗면(101)이 수평면과 이루는 각도 역시 도시된 제1 각도(α1)와 동일하다.The
제1 빗면(101)은 연장지지대(130) 상단을 빗면 형상으로 가공하여 형성할 수 있다. 상단부를 절개하는 경우 제2 빗면(102)과 마찬가지로 절개면에 판재 등을 용접하여 차폐할 수 있다. 그러한 제1 빗면(101) 상에 적절한 결합구조를 배치하여 태양광패널(400)을 제1 빗면(101)과 평행하게 결합할 수 있다. 결합 후 태양광패널(400)은 제1 빗면(101)과 지속적으로 평행한 상태로 유지된다. The first
태양광패널(400)이 회전하여 각도가 변경되면 지면에 형성되는 음영지역(태양광패널의 그림자)도 위치가 바뀌므로 작물이 심어진 지면에서 음영지역을 제거하거나 음영지역을 조정할 수 있다. 이를 통해 종래 태양광시설에 의해 햇빛이 차단되어 작물의 생장이 방해 받는 문제를 효과적으로 해소할 수 있다. When the
관절(200)은 전술한 제2 빗면(102)에 배치된다. 관절(200)은 축관절로 이루어져 제2 빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 상단지지대(120)를 회전시킨다. 도 2의 확대도에는 제2 빗면(102)을 따라 관절(200) 부위를 절단하여 도시한 A-A' 단면도가 도시되어 있다. 이하, 도 2의 측면도와 확대도인 단면도를 함께 참조하여 관절(200)의 구조를 좀더 상세히 설명한다.The joint 200 is disposed on the
도 2에 도시된 바와 같이 관절(200)은, 한 쌍의 제2 빗면(102) 사이에서 제2 빗면(102)과 평행한 회전면을 형성하여 회전한다. 회전면은 상단지지대(120) 하단의 제2 빗면과 하단지지대(110) 상단의 제2 빗면(102) 사이에 위치하는 가상의 기준면을 의미한다. 관절(200)은 상단지지대(120)의 하단면에 결합된 링기어(210)와, 하단지지대(110)의 상단면에 결합되는 원형베어링(220)과, 링기어(210)를 구동하여 상단지지대(120)를 회동시키는 회전구동부(230)를 포함한다. 다시 말해, 관절(200)은 상단지지대(120)에 연결된 링기어(210)와, 회전면 상에서 링기어(210)의 외주면을 둘러싸 지지하며 하단지지대(110)에 연결된 원형베어링(220), 및 링기어(210)의 내주면에 치합되어 링기어(210)를 구동하는 피니언기어(231)가 포함된 회전구동부(230)를 포함한다. 관절(200)의 회전축(F)은 링기어(210)의 회전중심을 관통하는 가상의 선상에 놓일 수 있다.As shown in FIG. 2 , the joint 200 rotates by forming a rotation surface parallel to the second
링기어(210) 및 원형베어링(220)은 상단지지대(120)의 하단과 하단지지대(110)의 상단이 서로 맞닿는 면에 배치될 수 있다. 상단지지대(120)와 하단지지대(110)는 제2 빗면(102)에 의해 분할되므로, 상단지지대(120) 하단과 하단지지대(110) 상단이 맞닿는 면도 제2 빗면(102)과 동일하다. 링기어(210)는 상단지지대(120) 하단에서 돌출되어 제2 빗면(102)을 통과하여 하단지지대(110) 상단에 결합될 수 있다. 원형베어링(220)은 하단지지대(110) 상단에 링기어(210)를 둘러싸는 형태로 배치될 수 있다.The
회전구동부(230)는 링기어(210)의 내주면(기어치가 형성된 면)에 치합되어 회전하는 피니언기어(231)와 피니언기어(231)에 구동력을 제공하는 모터(232)를 포함한다. 모터(232)는 하단지지대(110) 내측에 다양한 고정구조물을 이용하여 고정될 수 있다. 따라서 피니언기어(231)로 링기어(210)를 회전시킬 수 있으며, 링기어(210)에 연결된 상단지지대(120)도 함께 회전시킬 수 있다.The
지지대(100)가 원통형상인 경우 제2 빗면(102)은 도시된 바와 같이 타원으로 형성되며, 원형베어링(220)의 외경은 상기 타원의 단축보다 작게 형성될 수 있다(도 2의 A-A' 단면참조). 즉 제2 빗면(102)에 형성된 관절(200)을 제2 빗면(102)의 테두리 안쪽에 두어 원활한 회전구조를 형성할 수 있다. 제2 빗면(102)이 원형이 아닌 형태로 형성되므로 이러한 방식으로 관절(200)을 제2 빗면(102) 상에 배치할 수 있다.When the
이와 같은 관절(200) 구조에 의해 상단지지대(120)는 제2 빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 회전하게 된다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 제2 빗면(102)이 지면에 대해 기울어진 제2 각도(α2)의 크기가 제1 빗면(101)이 지면에 대해 기울어진 제1 각도(α1)의 크기와 다르게 형성된다. 따라서 제1 빗면(101)과 제2 빗면(102)의 각도 차이에 의해 회전시 제1 빗면(101)과 평행한 태양광패널(400)의 배열을 입체적으로 변화시킬 수 있다. By this structure of the joint 200, the
제어부(500)는 이러한 회전구동부(230)를 제어하는 기능을 한다. 제어부(500)는 태양의 고도, 날씨, 관절(200)에 걸리는 부하 등에 따라 회전구동부(230)를 동작시켜 태양광패널(400)을 회동시킬 수 있다. 즉, 제어부(500)는 태양광패널(400)로 입사되는 광량을 조절하거나, 지지대(100)의 관절(200) 가해지는 부하를 조절하기 위한 용도로 사용이 가능하다. 이러한 제어부(500)는 후술하여 설명할 수직구동부(300)의 동작도 제어할 수 있다.The
도 3은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 수직구동부가 신축된 모습을 도시한 사시도이다.FIG. 3 is a perspective view illustrating a state in which a vertical driving unit of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 is expanded and reconstructed.
도 1 및 도 3을 참조하면, 수직구동부(300)는 상단지지대(120)와 연장지지대(130) 사이에 위치하여, 연장지지대(130)의 높낮이를 조절하는 기능을 한다. 수직구동부(300)는 상단지지대(120)를 기준으로 연장지지대(130)의 위치를 조절하는 구동력을 제공하는 기능을 하는 것으로, 다양한 구동 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 수직구동부(300)는 탄성력을 갖는 에어스프링 구조로 형성되어, 유체의 유출입에 따라 신축되며 연장지지대(130)를 밀어 올리거나 내릴 수 있다. 이때, 에어스프링은 탄성체로 이루어져 수직구동부(300)를 통해 태양광패널(400)의 진동에 따른 완충작용도 함께 할 수 있다. 즉, 수직구동부(300)는 몸체의 길이가 신축되어 연장지지대(130)의 높낮이를 조절할뿐만 아니라 연장지지대(130)의 진동을 완충하는 작용도 한다. 또한, 수직구동부(300)는 에어스프링과 같이 자체의 길이가 늘어나고 줄어드는 구조일 수도 있으나, 랙과 피니언 기어장치와 같이 이동 반경이 늘어나면서 길이가 신축되는 구조일 수도 있다. 즉, 수직구동부(300)가 신축된다는 의미는 자체의 길이나 부피가 변하는 것 외에도, 서로 다른 부품이 맞물리며 상호간의 위치를 조절하는 방식 등으로도 이해할 수 있다.1 and 3, the
수직구동부(300)는 유체펌프(310)와 연결관(320)으로 연결되어, 유체펌프(310)에서 공급하는 유체가 주입되면 신축되어 길이가 길어지며, 이에 따라, 연장지지대(130)와 태양광패널(400)이 함께 밀어 올려지면서 높아질 수 있다. 유체펌프(310)는 지지대(100)의 외측이나 내측 중 어느 곳에든 설치되어 연결관(320)을 통해 수직구동부(300)에 유체를 공급하고 회수하며 수직구동부(300)의 부피를 조절할 수 있다. 또한, 수직구동부(300)를 형성하며 탄성력을 갖고 신축되는 탄성체의 개수를 2개로 도시하였으나, 탄성체의 개수는 얼마든지 변형 가능하다. 예를 들어, 탄성체의 개수를 늘리게 되면 신축 가능한 길이를 확대할 수도 있다. 다만, 수직구동부(300)의 형상은 에어스프링에 한정되는 것은 아니며, 연장지지대(130)를 슬라이딩 구동시킬 수 있는 랙 피니언 기어 혹은 실린더 등 다양한 구조로 변형이 가능하다. The
도 4는 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 회전에 의한 태양광패널의 위치변화를 도시한 작동도이다.FIG. 4 is an operation diagram illustrating a change in position of a solar panel by rotation of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
예를 들어, 도 4의 (a) 도시된 것처럼 관절(200)의 회전구동부(230)를 구동하여 제2 빗면(102)과 수직한 회전축(F)을 중심으로 상단지지대(120) 전체를 회전시킬 수 있다. 상단지지대(120)에는 태양광패널(400)도 결합되어 있으므로 태양광패널(400)도 함께 회전된다. 이때 제2 빗면(102)과 다른 각도를 갖는 제1 빗면(101)의 배열상태가 바뀌며 태양광패널(400)의 배열상태도 대응하여 변경된다. 회전방향은 예시적인 것이며 반대편으로도 회전할 수 있다.For example, as shown in (a) of FIG. 4, by driving the
회전에 의해 예를 들어, 도 4의 (b)와 같이 상단지지대(120)가 회전하여 옆으로 꺾일 수 있다. 그에 따라 지지대(100)의 상단부가 (비스듬히)하강하며 지지대(100) 상단부에 결합된 태양광패널(400)의 높이도 낮아질 수 있다. 또한, 제1 빗면(101)은 제2 빗면(102) 둘레로 회전하면서 정렬상태가 변동되므로 회전 후 태양광패널(400)이 지면에 대해 이루는 각도도 임의적으로 바뀔 수 있다. 회전 후 변화된 각도(α1')는 회전 전 지면과 제1 빗면(101)이 이루는 제1각도(α1)와 상이하며 바람직하게는 제1각도(α1)보다 증가될 수 있다.By rotation, for example, as shown in (b) of Figure 4, the
태양광패널(400)이 지면에 대해 이루는 각도나 제1 빗면(101)이 지면과 이루는 각도, 제2 빗면(102)이 지면과 이루는 각도는 모두 지면과 수직하게 교차하는 단일평면 상에서 측정될 수 있다. 태양광패널(400)의 전면은 회전 후 지향하는 방향이 입체적으로 바뀔 수 있으나 상기 단일평면과 교차되는 교차선을 기준으로 하여 지면과 이루는 각도를 측정할 수 있다. 도 4의 (b)에 도시된 회전 후 각도(X)는 그러한 방식으로 결정된 회전 후 각도를 예시한 것이다.The angle formed by the
이러한 동작은 제1 빗면(101)과 회전면인 제2 빗면(102)이 서로 불일치하게 형성됨으로써 가능하다. 제1 빗면(101)과 제2 빗면(102) 간 각도의 차이에 의해 관절(110)이 회전하면 태양광패널(400)의 높이와 각도가 동시에 변경된다. 따라서 고도와 방향이 함께 바뀌는 태양으로부터 시각마다 다른 방향으로 입사광(L)이 조사되더라도, 그에 알맞게 태양광패널(400)의 높이와 각도를 바꾸며 전력을 생산할 수 있다.This operation is possible because the first
바람직하게는, 제1 빗면(101)이 지면과 이루는 제1각도(도 2의 α1)[전술한 바와 같이 관절의 회전 전에 지지대 상부가 수직한 상태에서 측정된 것일 수 있다]와, 제2 빗면(102)이 지면과 이루는 제2각도(도 2의 α2)는 모두 예각이고, 제2각도(α2)의 크기가 제1각도(α1)의 크기보다 클 수 있다. 제2각도(α2)의 크기를 증가시키면, 상단지지대(120)의 회전범위 또는 회전반경이 증가되므로 제2각도(α2)의 크기에 비례하여 태양광패널(400)의 이동범위도 증가될 수 있다.Preferably, the first angle formed by the first
따라서 본 실시예와 같이 제2각도(α2)의 크기를 제1각도(α1)보다 크게 하여 태양광패널(400)의 이동범위를 증가시키면서 회전 전 후로 태양광패널(400)이 지면과 이루는 각도도 함께 변화시킬 수 있다. 이를 통해 관절(110)의 회전만으로 고도와 방향이 변하는 태양을 계속 트래킹하면서 매우 효과적으로 전력을 생산할 수 있다.Therefore, as in this embodiment, the size of the second angle α2 is larger than the first angle α1 to increase the movement range of the
도 5 및 도 6은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 회전동작을 예시한 사용상태도이다.5 and 6 are use state diagrams illustrating a rotational operation of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
도 5 및 도 6을 참조하면, 태양광발전장치(1)의 관절(200)만을 회전시켜 태양광패널(400)의 높이, 각도, 및 지향방향을 태양(A)이 위치하는 방향으로 동시에 변경할 수 있다. 또한, 도 5와 같이, 관절(200)의 중심으로부터 태양광패널(400)의 중심까지 이어진 선을 그어 태양광패널(400)의 회전 경로를 확인해 보면, 태양광패널(400)은 관절(200)의 중심을 꼭짓점으로 갖는 원뿔 밑면의 둘레 방향을 따라 회전한다. 태양광패널(400)은 관절(200)의 회전축과 일정한 각을 유지하며 회전한다. 다시 말해, 태양광패널(400)은 관절(200)의 회전축과 중첩되지 않으며 회전축 주위로 일정한 거리를 유지한 상태로 회전할 수 있다.5 and 6, by rotating only the joint 200 of the
이러한 동작은 자동으로 이루어질 수 있으며 예를 들어, 관절(200)의 회전구동부(230)를 제어하는 제어부(500)를 통해 진행될 수 있다. 제어부(500)는 지지대(100) 내측 혹은 외측에 배치될 수 있으며 프로그램 가능한 컨트롤러(programmable logic controller)등 제어프로그램을 로딩 가능한 컴퓨터장치로 형성될 수 있다. This operation may be made automatically and may proceed, for example, through the
제어부(500)는 관절(200)에 과부하가 가해져 파손되는 것을 방지하기 위해 관절(200)에 가해지는 토크가 기준값 이상이 되면 자동으로 회전구동부(230)를 동작시켜 상단지지대(120)를 수직한 초기 상태로 되돌릴 수 있다. 가동식 영농형 태양광발전장치(1)는 하단지지대(110), 상단지지대(120), 연장지지대(130) 순으로 연장되는 구조로, 연장지지대(130)가 최대로 연장된 경우 축의 길이가 매우 길어지며 관절(200)에 과부하가 걸릴 수 있으며, 제어부(500)를 통해 토크의 과부하를 방지할 수 있다. 또한, 제어부(500)는 수직구동부(300)를 동작시켜 연장지지대(130)의 길이를 줄이는 방법으로도 관절(200)에 가해지는 토크를 조절할 수도 있다. 즉, 제어부(500)는 관절(200)에 기준값 이상의 토크가 가해지게 되면 회전구동부(230)와 수직구동부(300)의 동작을 제어하여 상단지지대(120)와 연장지지대(130)를 안정적인 상태로 조절할 수 있다. The
즉, 가동식 영농형 태양광발전장치(1)는 회전구동부(230)를 제어하여 상단지지대(120)가 선회하는 속도를 조절하여 상단지지대(120)가 태양을 따라 트래킹(tracking)하도록 제어하는 제어부(500)를 포함할 수 있다. 관절(200)의 회전속도는 태양(A)의 일주속도에 맞출 수 있으며, 이를 통해 동에서 서로 고도와 방향이 함께 바뀌며 움직이는 태양(A)을 효과적으로 트래킹할 수 있다. That is, the movable agricultural solar
태양광패널(400)은 높낮이가 바뀌면 지면에 대한 각도가 자동으로 변경되며, 회전에 의해 지향방향도 바뀌므로 도시된 바와 같이 일출 및 일몰 시각에는 지면에 대해 보다 큰 각도로 세워져 동쪽 및 서쪽 하늘을 바라보고[도 6의 (a), (c)참조], 남중 시각에는 지면에 대해 보다 작은 각도로 눕혀져 천정을 바라보게 제어될 수 있다[도 6의 (b)참조]. 지지대(100)에 형성된 관절(110)의 회전속도만을 조절하여 이러한 정밀한 트래킹이 가능하다.When the height of the
도 7은 도 1의 가동식 영농형 태양광발전장치의 수직구동부의 동작을 예시한 사용상태도이다.FIG. 7 is a use state diagram illustrating the operation of the vertical driving unit of the movable agricultural solar power generation device of FIG. 1 .
또한, 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 태양광패널(400)과 관절(200) 사이의 거리를 조절하여 음영지역(B)도 계속 바꾸어 줄 수 있다. 예를 들어, 수직구동부(300)의 유체펌프(310)를 제어하여 일정 시간마다 태양광패널(400)의 높이가 늘어났다 줄었다를 반복적으로 바꾸도록 조정할 수 있다. 이를 통해 음영지역(B)이 한 지점에 고정되는 것을 막을 수 있고, 지면의 작물에 태양광을 원활히 도달시켜 작물의 생장을 도울 수 있다. In addition, the present invention can continuously change the shaded area (B) by adjusting the distance between the
본 발명은 농경지에 적용하여 사용하는 가동식 영농형 태양광발전장치(1)로서 이러한 기능으로 인해 발전지역과 경작지역의 경계등 경작지와 인접한 위치에도 문제없이 설치할 수 있다. 또한, 전술한 것처럼 본 발명은 효과적인 트래킹 동작을 통해 태양광 발전효율이 크게 증가되므로, 동등한 전력을 종래대비 더 적은 발전면적(태양광발전장치의 설치면적)에서 생산할 수 있다. 따라서 작물을 재배하는 경작면적은 더 늘릴 수 있다. 상술한 음영지역(B)의 변경 동작은 트래킹 동작과 병행할 수 있으며, 상황에 따라 트래킹이 멈춘 상태에서도 얼마든지 지속할 수 있다.The present invention is a movable agricultural solar
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art can realize that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.
1: 가동식 영농형 태양광발전장치
100: 지지대 101: 제1 빗면
102: 제2 빗면 110: 하단지지대
120: 상단지지대 130: 연장지지대
131: 각도조절부 200: 관절
210: 링기어 220: 원형베어링
230: 회전구동부 231: 피니언기어
232: 모터 300: 수직구동부
310: 유체펌프 320: 연결관
400: 태양광패널 500: 제어부
A: 태양 B: 음영지역
E: 지면 F: 회전축
L: 입사광1: Movable agricultural solar power generation device
100: support 101: first inclined plane
102: second inclined plane 110: lower support
120: upper support 130: extension support
131: angle adjusting unit 200: joint
210: ring gear 220: circular bearing
230: rotary drive unit 231: pinion gear
232: motor 300: vertical drive unit
310: fluid pump 320: connector
400: solar panel 500: control unit
A: sun B: shaded area
E: ground F: axis of rotation
L: incident light
Claims (8)
상기 상단지지대에 길이방향으로 슬라이딩 이동가능하게 결합되는 연장지지대;
상기 상단지지대와 상기 연장지지대 사이에 개재되며 상기 길이방향으로 신축되어 상기 연장지지대를 이동시키는 수직구동부; 및
상기 연장지지대 상단부에 수평면과 제1 각도로 기울어져 형성된 제1 빗면에 평행하게 결합되어 태양광을 받아 전기를 생산하는 태양광패널을 포함하되,
상기 하단지지대와 상기 상단지지대는 수평면과 제2 각도로 기울어진 제2 빗면의 법선을 회동축으로 결합되고,
상기 수직구동부는 상기 연장지지대를 이동시켜 지면으로부터 상기 태양광패널의 높낮이를 조절하는 가동식 영농형 태양광발전장치.A support installed on the ground, a lower support and an upper support are coupled in series to extend in a vertical direction, and the lower support and the upper support are coupled by a rotatable joint;
an extension support that is slidably coupled to the upper support in the longitudinal direction;
a vertical driving unit interposed between the upper support and the extension support and extending and contracting in the longitudinal direction to move the extension support; and
Including a solar panel coupled to the upper end of the extension support in parallel with a first inclined plane formed inclined at a first angle with the horizontal plane to receive sunlight and produce electricity,
The lower support and the upper support are coupled to the normal line of the second inclined surface inclined at a second angle with the horizontal plane as a pivot axis,
The vertical driving unit moves the extension support to adjust the height of the solar panel from the ground.
상기 제2 각도의 크기와 상기 제1 각도의 크기가 다르게 형성되어,
상기 상단지지대가 회동하면 상기 제1 각도가 변동되는 가동식 영농형 태양광발전장치.According to claim 1,
The size of the second angle and the size of the first angle are formed differently,
A movable agricultural solar power generation device in which the first angle is changed when the upper support is rotated.
상기 하단지지대와 상기 상단지지대가 수직으로 정렬될 때,
상기 제1 각도와 상기 제2 각도는 모두 예각을 이루며, 상기 제2 각도의 크기가 상기 제1 각도의 크기보다 큰 가동식 영농형 태양광발전장치.According to claim 3,
When the lower support and the upper support are vertically aligned,
The first angle and the second angle both form an acute angle, and the size of the second angle is greater than the size of the first angle.
상기 관절은, 상기 제2 빗면 상에서 상기 제2 빗면과 평행한 회전면을 형성하여 회전하며 상기 상단지지대에 연결된 링기어와, 상기 제2 빗면 상에서 상기 링기어의 외주면을 둘러싸 지지하며 상기 하단지지대에 연결된 원형베어링, 및 상기 링기어의 내주면에 치합되어 상기 링기어를 구동하는 피니언기어가 포함된 회전구동부를 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.According to claim 1,
The joint rotates by forming a rotational surface parallel to the second inclined plane on the second inclined plane, and the ring gear connected to the upper support rod, and the outer circumferential surface of the ring gear on the second inclined plane is surrounded and supported and connected to the lower support rod. A movable agricultural solar power generation device comprising a circular bearing and a rotary drive unit including a pinion gear engaged with an inner circumferential surface of the ring gear to drive the ring gear.
상기 지지대는 원통형상이고 상기 제2빗면은 타원으로 형성되며, 상기 원형베어링의 외경은 상기 타원의 단축보다 작은 가동식 영농형 태양광발전장치.According to claim 5,
The support is cylindrical, the second oblique plane is formed in an ellipse, and the outer diameter of the circular bearing is smaller than the short axis of the ellipse.
상기 수직구동부와 상기 회전구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 관절에 기준토크 이상의 부하가 발생하면 상기 상단지지대를 회동시켜 상기 관절에 작용하는 토크를 감소시키는 가동식 영농형 태양광발전장치.According to claim 5,
Further comprising a control unit for controlling the vertical drive unit and the rotation drive unit,
The control unit reduces the torque acting on the joint by rotating the upper end support when a load greater than the reference torque is generated on the joint.
상기 수직구동부는,
탄성체로 이루어지며 내부에 압축성유체가 유입 또는 유출됨에 따라 길이가 신축되는 에어스프링을 포함하는 가동식 영농형 태양광발전장치.
According to claim 1,
The vertical drive unit,
A movable agricultural solar power generation device comprising an air spring made of an elastic body and whose length expands or contracts as compressible fluid flows in or out of the inside.
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