KR102528956B1

KR102528956B1 - 태양광 발전 모듈을 구비하는 헬리오스타트

Info

Publication number: KR102528956B1
Application number: KR1020210023994A
Authority: KR
Inventors: 김보영; 강용혁; 김현구; 윤창열; 김창기; 김진영
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2023-05-08
Also published as: KR20220120198A

Abstract

실시예는, 기둥; 상기 기둥에 대한 회전운동 및 상기 기둥의 설치 면에 대한 경사운동이 가능하도록 상기 기둥에 결합되어 태양광을 반사하는 반사부; 상기 반사부의 상단부에 회전운동 가능하게 결합되어 상기 태양광을 수신하는 PV 모듈; 상기 기둥의 축을 중심으로 상기 반사부의 회전 방향과 회전 정도를 조정하는 제1 구동부; 상기 기둥과 상기 반사부를 연결하며, 상기 반사부의 경사도를 조정할 수 있도록 신축 가능하게 동작하는 제2 구동부; 및 상기 반사부의 경사운동에 따라 상기 PV 모듈의 경사도를 조정하는 제3 구동부를 포함하는 헬리오스타트를 개시한다.

Description

태양광 발전 모듈을 구비하는 헬리오스타트{HELIOSTAT HAVING PHOTOVOLTAICS MODULE}

본 발명은 태양광 발전 모듈(Photovoltaic Module, PV 모듈)을 구비한 헬리오스타트(Heliostat)에 관한 것이다.

최근 각광받는 신 재생에너지 관련 기술 중 태양열을 이용한 동력 발생 장치로서, 헬리오스타트(Heliostat)를 이용한 태양열 발전시스템이 있다. 이러한 태양열 발전시스템은 헬리오스타트로부터 반사되는 태양열을 이용하여 터빈을 구동시키고 전력을 생산한다.

헬리오스타트는 시간에 따라 변화하는 태양의 위치를 효과적으로 추적할 수 있도록 특정 방향으로 햇빛을 연속적으로 반사시키기 위한 수단으로 사용되는 장치이다. 이를 위해 헬리오스타트는 태양광을 수신하여 태양열 발전 시스템의 집광장치로 반사시키는 반사부와, 반사부가 태양의 위치를 따라 움직이도록 구동시키는 구동부와, 구동부를 구동시키기 위한 에너지원을 공급하기 위한 전원부를 포함한다.

헬리오스타트는 일반적으로 별도의 전원장치로부터 공급되는 전력을 이용하여 구동부를 구동시키기 때문에, 다수의 헬리오스타트를 이용하는 대단위 태양열 발전시스템에 있어서는 이들에 전력을 공급하기 위한 별도의 많은 전선이 필요하고, 이는 구조의 복잡성과 함께 태양열 발전시스템의 설치비용을 증가시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 주된 기술적 과제는 자체적으로 전력 생산이 가능한 자가 발전용 PV 모듈을 구비하는 헬리오스타트를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 헬리오스타트의 PV 모듈을 반사부의 움직임에 연동시켜 PV 모듈이 자동으로 태양광의 움직임에 따라 방위각과 고도각을 조정함으로써 태양광의 이용효율을 높일 수 있는 헬리오스타트를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 기둥; 상기 기둥에 대한 회전운동 및 상기 기둥의 설치 면에 대한 경사운동이 가능하도록 상기 기둥에 결합되어 태양광을 반사하는 반사부; 상기 반사부의 상단부에 회전운동 가능하게 결합되어 상기 태양광을 수신하는 PV 모듈; 상기 기둥의 축을 중심으로 상기 반사부의 회전 방향과 회전 정도를 조정하는 제1 구동부; 상기 기둥과 상기 반사부를 연결하며, 상기 반사부의 경사도를 조정할 수 있도록 신축 가능하게 동작하는 제2 구동부; 및 상기 반사부의 경사운동에 따라 상기 PV 모듈의 경사도를 조정하는 제3 구동부를 포함하는 헬리오스타트를 제공한다.

상기 기둥은 상부 기둥과 하부 기둥을 포함하며, 상기 제1 구동부는 상기 상부 기둥과 상기 하부 기둥 사이에 배치되고, 상기 하부 기둥에 고정된 상태에서 상기 상부 기둥을 회전시킬 수 있다.

상기 제1 구동부는, 제1 모터; 상기 모터의 축에 연결되어 회전하며, 제1 기어를 구비하는 웜; 및 상기 웜의 제1 기어와 결합하는 제2 기어를 구비하며, 상기 상부 기둥의 하단에 연결되어 상기 웜의 회전에 연동하여 상기 상부 기둥을 회전시키는 웜휠을 포함할 수 있다.

상기 기둥은 상부 기둥, 하부 기둥, 및 상기 상부 기둥과 교차하는 방향으로 상기 상부 기둥으로부터 연장되는 연장부를 포함하고, 상기 반사부는 패널, 및 상기 패널에 부착된 브라켓을 포함하며, 상기 제2 구동부는 공압, 유압, 또는 모터 중 어느 하나의 동력에 의해 상기 브라켓과 상기 연장부 사이에서 신축 운동하여 상기 반사부의 경사도를 조정할 수 있다.

상기 제2 구동부는 상기 상부 기둥의 연장부에 바디와, 일단부가 상기 브라켓에 결합되고 타단부는 상기 바디와 결합하여 신축 운동하는 로드를 포함할 수 있다.

상기 제3 구동부는, 상기 패널과는 고정 결합되고, 상기 기둥과는 회전 가능하게 결합되는 적어도 하나의 제1 풀리; 상기 적어도 하나의 제1 풀리로부터 일정 거리 이격되어 배치되며, 상기 반사부의 상단부와 회전 가능하게 결합되고, 상기 PV 모듈의 하단부와 고정 결합되는 적어도 하나의 제2 풀리; 상기 적어도 하나의 제1 풀리와 상기 적어도 하나의 제2 풀리를 연결하여 회전운동을 전달하는 적어도 하나의 타이밍 벨트를 포함하며, 상기 적어도 하나의 제1 풀리가 상기 반사부의 경사 운동에 연동하여 회전하면, 상기 적어도 하나의 타이밍 벨트 및 상기 적어도 하나의 제2 풀리를 통해 상기 PV 모듈의 경사각을 조정할 수 있다.

상기 패널은, 상단부로부터 상기 PV 모듈을 향해 연장되는 한 쌍의 제1 돌출부; 및 상기 패널에 부착되어 상기 패널을 지지하고, 상기 기둥의 상단부를 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 지지대를 포함하며, 상기 PV 모듈은 하단부로부터 상기 패널을 향해 상기 한 쌍의 제1 돌출부 사이로 연장되는 한 쌍의 제2 돌출부를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 풀리는 제1 연결 바에 의해 상기 한 쌍의 지지대와는 고정 결합되고, 상기 기둥과는 회전 가능하게 결합되며, 상기 적어도 하나의 제2 풀리는 제2 연결 바에 의해 상기 한 쌍의 제1 돌출부와는 회전 가능하게 결합되고, 상기 한 쌍의 제2 돌출부와는 고정 결합될 수 있다.

상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리와 상기 타이밍 벨트는 각각 기어 결합하며, 상기 제1 풀리의 기어 비와 상기 제2 풀리의 기어 비는 동일하거나 또는 상이할 수 있다.

상기 반사부는, 패널; 상기 패널에 부착되며, 상기 태양광을 특정 위치로 반사하는 적어도 하나의 반사경; 상기 패널을 상기 기둥에 회전운동 가능하게 결합하는 제1 결합부; 상기 PV 모듈을 상기 패널에 회전운동 가능하게 결합하는 제2 결합부; 및 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부 사이에 위치하며, 상기 제2 구동부의 일단부를 상기 패널에 결합시키는 제3 결합부를 포함할 수 있다.

상기 기둥은, 설치 위치에 일단부가 고정되는 하부 기둥; 회전 가능하게 상기 하부 기둥에 설치되는 상부 기둥; 및 상기 상부 기둥으로부터 외측을 향해 수평방향으로 연장되는 연장부를 포함하며, 상기 반사부는 상기 상부 기둥의 회전에 연동하여 회전할 수 있다.

상기 제1 결합부는, 상기 기둥의 상단부에 형성된 기둥 홀; 상기 패널에 부착되어 상기 패널을 지지하며, 상기 기둥 홀을 사이에 두고 상기 기둥 홀의 연장선 상에 각각 제1 관통 홀이 형성된 한 쌍의 결합 지지대; 및 상기 기둥 홀과 상기 제1 관통 홀에 삽입되는 제1 연결 바를 포함할 수 있다.

상기 제1 연결 바는 상기 기둥 홀 및 상기 제1 관통 홀에 대해 고정 결합될 수 있다.

상기 제2 결합부는, 상기 패널의 상단부로부터 상기 PV 모듈을 향해 연장되고, 일정 거리를 두고 서로 이격되어 배치되며, 각각이 제2 관통 홀을 갖는 한 쌍의 제1 돌출부; 상기 한 쌍의 제1 돌출부 사이에 위치하도록 상기 PV 모듈의 하단부로부터 상기 패널을 향해 연장되고, 일정 거리를 두고 서로 이격되어 배치되며, 각각이 제2 관통 홀을 갖는 한 쌍의 제2 돌출부; 상기 제2 관통 홀과 상기 제3 관통 홀에 삽입되는 제2 연결 바를 포함할 수 있다.

상기 제2 연결 바는 상기 제2 관통 홀과는 회전 가능하게 결합되고, 상기 제3 관통 홀과는 고정 결합될 수 있다.

상기 제2 연결 바와 상기 제3 관통 홀은 나사식으로 결합되어 고정될 수 있다.

상기 제3 결합부는, 상기 패널에 설치되며, 제4 관통 홀을 갖는 브라켓; 및 상기 브라켓의 제4 관통 홀과 상기 제2 구동부의 로드 단부에 형성된 제5 관통 홀에 삽입되어 상기 브라켓과 상기 로드의 일단부를 연결하는 제1 체결부를 포함할 수 있다.

상기 제3 결합부는 상기 로드의 타단부를 수용하는 케이스를 상기 기둥의 연장부에 결합하는 제2 체결부를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 태양열의 이용효율을 높일 수 있는 자가 발전용 PV 모듈을 구비하는 헬리오스타트를 제공할 수 있다.

또한, 헬리오스타트의 PV 모듈을 반사부의 움직임에 연동시켜 PV 모듈이 자동으로 태양광의 움직임에 따라 방위각과 고도각을 조정함으로써 추가 에너지원을 이용하는 구동장치가 필요없는 헬리오스타트를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트를 도시한 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 헬리오스타트의 분해 사시도,
도 3은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제1 결합부를 도시한 사시도,
도 4는 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제2 결합부를 도시한 사시도,
도 5는 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제3 결합부를 도시한 사시도,
도 6은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제1 구동부를 도시한 단면도,
도 7은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제2 구동부를 도시한 일부 절개 사시도,
도 8은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제3 구동부를 도시한 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 제1 영역(R1)의 확대 사시도,
도 10은 도 8에 도시된 제2 영역(R2)의 확대 사시도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트의 반사부가 지면에 수직인 상태를 도시한 측면도,
도 12는 태양의 위치 변화에 따라 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트의 반사부와 PV 모듈의 위치가 변화하는 상태를 도시한 측면도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 "포함(구비 또는 마련)"할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 따라서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 헬리오스타트에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 헬리오스타트의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 헬리오스타트는 기둥(10), 기둥(10)에 결합되어 태양광을 반사하는 반사부(20), 반사부(20)에 결합되며 태양광을 수신하여 전력을 생성하는 PV 모듈(30)을 포함한다.

기둥(10)은 일단부가 지면 등의 설치 위치에 고정되는 하부 기둥(10a), 회전 가능하게 하부 기둥(10a)의 상부에 배치되는 상부 기둥(10b), 및 상부 기둥(10b)의 측벽으로부터 외측을 향해 연장된 연장부(10c)를 포함한다.

상부 기둥(10b)의 상단부는 제1 연결 바(b1)가 삽입되는 기둥 홀을 구비한다. 연장부(10c)의 단부에는 U자형 가지부가 형성될 수 있으며, 가지부에는 나사, 리벳 또는 핀이 삽입될 수 있는 관통 홀이 형성되어 있다.

반사부(20)는 패널(22), 및 패널(22)의 전면에 부착되는 반사경(24)을 포함할 수 있다.

패널(22)은 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2), 한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2), 및 브라켓(22c1)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 지지대(22a1, 22a2)는 상부 기둥(10b)을 사이에 두고 일정 거리 이격되어 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2)는 패널(22)의 배면에 부착되어 패널(22)을 지지할 수 있다. 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2) 각각은 V자형 또는 U자형으로 형성될 수 있다. 각 지지대(22a1, 22a2)의 양단부는 패널의 상측과 하측에 각각 고정되며, 양단부 사이의 중간부는 패널(22)의 배면으로부터 상부로 이격되어 형성될 수 있다. 각 지지대(22a1, 22a2)의 중간부는 관통 홀이 형성되어 제1 바(b1)가 삽입될 수 있다.

상술한 구성에 따라 제1 연결 바(b1)는 지지대(22a1, 22a2) 중간부의 관통 홀 중의 하나, 상부 기둥(10c)의 기둥 홀, 및 돌출부(301, 302), 지지대(22a1, 22a2) 중간부의 관통 홀 중의 다른 하나에 순차적으로 삽입되어, 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2)와 상부 기둥(10b)을 고정 방식으로 결합할 수 있다. 이는 헬리오스타트의 제1 결합부(22a)를 도시한 도 3의 사시도에 도시된 바와 같다.

한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2)는 패널(22)의 상단부로부터 PV 모듈(30)을 향해 연장될 수 있으며, 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2) 각각은 관통 홀을 포함하며 제2 연결 바(b2)가 삽입될 수 있다. 제2 연결 바(b2)는 제1 돌출부(22b1, 22b2)의 관통 홀과 회전이 자유롭게 결합된다. 이는 헬리오스타트의 제2 결합부(22b)를 도시한 사시도인 도 4에 도시된 바와 같다.

브라켓(22c1)은 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2) 사이에서 패널(22)에 부착될 수 있다. 브라켓(22c1)은 패널(22)의 중간부와 상단부 사이에 위치할 수 있다. 브라켓(22c1)은 도 5의 사시도에 도시된 바와 같이 후술하는 제3 구동부(50)의 로드(57)에 결합될 수 있다.

반사경(24)은 패널의 전면에 부착되며, 하나 또는 그 이상의 미러(mirror)를 포함할 수 있다. 반사경(24)은 태양광을 특정 위치로 반사시킬 수 있다.

PV 모듈(30)은 그 하단부로부터 패널(22)의 한 쌍의 제1 돌출부 사이로 연장되는 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302) 각각은 관통 홀을 포함하며 제2 연결 바(b2)가 삽입될 수 있다. 제2 연결 바(b2)는 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302)의 관통 홀과 고정 결합될 수 있다. 이를 위해, 제2 연결 바(b2)와 제2 돌출부(301, 302)의 관통 홀은 나사 체결식으로 결합될 수 있다.

상술한 구성에 따라 제2 연결 바(b2)는 제1 돌출부(22b1, 22b2)의 관통 홀 중 하나, 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302)의 관통 홀, 및 제1 돌출부(22b1, 22b2)의 관통 홀 중 다른 하나에 순차적으로 삽입되어, 반사부(20)의 패널(22)과 PV 모듈(30)을 결합할 수 있다. 이는 헬리오스타트의 제2 결합부(22b)를 도시한 사시도인 도 4에 도시된 바와 같다.

헬리오스타트는 제1 구동부(40), 제2 구동부(50) 및 제3 구동부(60)를 더 포함할 수 있다.

제1 구동부(40)는 반사부(20)를 좌우방향으로 회전시킴으로써 반사부(20)의 방위각을 조절하기 위해 이용된다. 제1 구동부(40)는 하부 기둥(10a)과 상부 기둥(10b) 사이에 배치될 수 있다. 제1 구동부(40)는 하부 기둥(10a)에 고정되고, 상부 기둥(10b)의 하단에 연결되어 상부 기둥(10b)의 축을 중심으로 상부 기둥(10b)을 회전운동 시킬 수 있다.

제1 구동부(40)가 상부 기둥(10b)을 회전시키면, 제1 연결 바(b1)에 의해 상부 기둥(10b)과 반사부(20)를 지지하는 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2)가 결합되므로, 반사부(20)의 회전 방향과 회전 정도를 조정할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여 제1 구동부(40)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 6은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제1 구동부를 도시한 단면도이다.

도 6을 참조하면, 제1 구동부(40)는 제1 모터(41), 제1 모터(41)의 회전 축에 연결되어 회전하는 웜(42), 및 웜(42)에 결합되어 웜의 회전방향을 변경하는 웜휠(43)을 포함한다.

제1 모터(41)는 PV 모듈(30)로부터 공급되는 전원전압에 의해 동작한다. 웜(42)은 제1 모터(41)의 구동 축에 연결된 회전축과, 회전축을 중심으로 한 몸체에 형성된 제1 기어를 구비한다. 웜휠(43)은 웜(42)의 회전 축에 수직인 회전 축과 웜(42)의 제1 기어와 수직으로 맞물리는 제2 기어를 구비한다. 웜휠(43)은 웜의 회전에 따라 웜(42)의 수평 방향의 축을 중심으로 하는 회전을 수직 방향의 축을 중심으로 하는 회전으로 변경한다. 웜휠(43)의 회전 축은 상부 기둥(10b)의 하단부에 결합된다.

상술한 구성에 따라 제1 모터(41)가 구동되면, 제1 모터(41)의 구동에 따른 회전력이 웜(42)과 웜휠(43)을 통해 상부 기둥(10b)에 전달되어 상부 기둥(10b)를 회전시킬 수 있다. 또한, 제1 연결 바(b1)에 의해 상부 기둥(10b)과 패널(20)을 지지하는 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2)가 결합되므로, 상부 기둥(10b)의 회전에 연동하여 반사부(20) 또한 회전시킬 수 있다.

제2 구동부(50)는 반사부(20)를 상하방향으로 경사운동시킴으로써 반사부(20)의 고도각을 조절하기 위해 이용된다. 제2 구동부(50)는 일단부의 길이가 타단부에 대해 신축가능하게 움직이는 액튜에이터(actuator) 등으로 구현할 수 있다.

제2 구동부(50)는 핀, 리벳 등의 제1 체결부(p1)에 의해 일단부가 반사부(20)의 패널(22)에 부착된 브라켓(22c1)에 결합되고, 타단부 또는 일단부와 타단부 사이의 중간부가 핀, 리벳 등의 제2 체결부(p1)에 의해 상부 기둥(10b)의 상단부에 결합될 수 있다.

제2 구동부(50)의 동작에 따라 일단부의 길이가 길어지면 일단부가 반사부를 밀어내 반사부(20)가 지면에 대해 수직 방향에 가까워 지도록 경사운동을 하고, 일단부의 길이가 짧아지면 일단부가 반사부를 끌어 당겨 반사부(20)가 지면에 대해 수평 방향에 가까운 위치로 경사운동을 하게 된다.

이하, 도 7을 참조하여 제2 구동부(50)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 도 7은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제2 구동부(50)를 도시한 단면도이다.

도 7을 참조하면, 제2 구동부(50)는 회전축을 갖는 제2 모터(51), 제2 모터(51)의 회전축에 연결된 볼 스크류(54), 볼 스크류(54)와 결합하여 이동하는 볼 스크류 너트(55), 볼 스크류 너트(55)의 단부에 결합되며 관통 홀(57h)을 갖는 로드(57), 볼 스크류(54) 및 볼 스크류 너트(55)를 수용하는 케이스(52)를 포함할 수 있다.

제2 구동부(50)의 로드(57)는 일단부에 관통 홀(57a)이 형성되어 있고, 패널(22)에 부착된 브라켓(22c1)에 관통 홀이 형성되어 있으므로, 제1 체결부(p1)에 의해 로드(57)와 브라켓(22c1)이 결합되고, 제2 구동부(50)의 케이스(52)는 제2 체결부(p2)에 의해 상부 기둥(10b)의 상단부에 형성된 관통 홀에 결합될 수 있으므로, 제2 체결부(p2)에 의해 케이스(52)와 상부 기둥(10b)이 결합될 수 있다.

따라서, 제2 구동부(50)의 동작에 따라 제2 모터(51)의 회전축이 회전하면 볼 스크류(54)가 회전하게 되고, 회전축의 회전 방향에 따라 볼 스크류(54)에 결합된 볼 스크류 너트(55)와 로드(57)가 전진 또는 후진하게 된다. 따라서, 로드(57)가 전진하여 브라켓(22c1)을 밀게 되면 반사부(20)가 지면에 대해 수직 방향에 가까워 지도록 경사운동을 하고, 로드(52)가 후진하여 브라켓(22c1)을 당기게 되면 반사부(20)가 지면에 대해 수평 방향에 가까운 위치로 경사운동을 하게 된다.

상술한 도 7의 실시예에서는 제2 구동부의 예로서 전동식 액튜에이터를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 공압, 또는 유압을 이용한 액튜에이터가 제2 구동부로 이용될 수도 있다. 즉, 본 발명의 제2 구동부는 그 길이가 신축되는 방식이라면 어떠한 것이어도 좋다.

제3 구동부(60)는 제2 구동부(50)의 전후진 운동에 따라 반사부(20)의 고도각이 조정될 때 그에 연동하여 PV 모듈의 고도각을 조정하기 위해 이용된다.

이하, 도 8 내지 도 10을 참고하여 제3 구동부(60)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 8은 도 1에 도시된 헬리오스타트의 제3 구동부를 도시한 사시도이다. 도 9는 도 8에 도시된 제1 영역(R1)의 확대 사시도이며, 도 10은 도 8에 도시된 제2 영역(R2)의 확대 사시도이다.

도 8 내지 제 11을 참조하면, 제3 구동부(60)는 제1 연결 바(b1)에 고정 결합되는 한 쌍의 제1 풀리(61), 한 쌍의 제1 풀리(61)와 이격되어 배치되며 제2 연결 바(b2)에 고정 결합되는 한 쌍의 제2 풀리(62), 및 한 쌍의 제1 풀리(61)와 한 쌍의 제2 풀리(62)를 연결하여 회전운동을 전달하는 한 쌍의 타이밍 벨트(63)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 제1 풀리, 제2 풀리 및 타이밍 벨트가 한 쌍으로 구성되는 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 풀리, 제2 풀리 및 타이밍 벨트의 수는 반사부(2) 및 PBV 모듈(3)의 크기에 따라 1개 또는 3개 이상으로 구성할 수도 있다.

제1 풀리(61)는 그 외주면에 형성된 제1 기어를 포함할 수 있다. 제2 풀리(62)는 그 외주면에 형성된 제2 기어를 포함할 수 있다. 타이밍 벨트(63)는 그 내측 면에 제1 기어 및 제2 기어와 맞물리는 제3 기어를 포함할 수 있다.

한 쌍의 제1 풀리(61)는 한 쌍의 지지대(22a1, 22a2) 사이에 위치하며, 각 지지대(22a1, 22a2)의 중간 부분에 형성된 관통 홀을 통과한 제1 연결 바(b1)와 결합될 수 있다. 이 때 제1 연결 바(b1)는 각 지지대(22a1, 22a2)의 관통 홀 및 제1 풀리(61)와는 나사 결합 등의 고정방식으로 결합될 수 있다. 즉, 제1 연결 바(b1)는 각 지지대(22a1, 22a2)의 관통 홀 및 제1 풀리(61)와 결합하여 일체로 움직인다.

한 쌍의 제2 풀리(62)는 PV 모듈(30)의 한 쌍의 제2 돌출부(301, 302) 사이에 위치할 수 있다. 제2 돌출부(301, 302)는 반사부(20)의 패널(22)로부터 돌출된 한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2) 사이에 위치할 수 있다. 따라서, 한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2), 한 쌍의 제2 돌출부(301,302), 및 한 쌍의 제2 풀리(62)는 제2 연결 바(b2)에 의해 서로 결합될 수 있다.

제2 연결 바(b2)는 한 쌍의 제1 돌출부(22b1, 22b2)의 각 관통 홀에 회전이 자유로운 방식으로 결합되고, 한 쌍의 제2 돌출부(22b1, 22b2)의 각 관통 홀 및 한 쌍의 제2 풀리(62)와는 상호 고정되는 방식으로 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트는 제1 구동부(40)가 태양의 위치에 따라 반사부(20)와 PV 모듈(30)의 좌우 회전운동, 즉 방위각을 제어할 수 있다. 제어부(도시 생략)가 태양의 위치에 따라 태양광을 가장 잘 받을 수 있는 위치로 반사부(20)를 움직이게 하기 위해 제1 구동부(40)를 제어하면, 제1 구동부(40)는 상부 기둥(10b)을 회전시켜 반사부(20)가 태양광의 방향을 향하도록 회전시킨다.

본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트는 제2 구동부(40)가 태양의 위치에 따라 반사부(20)의 상하 경사운동, 즉 고도각을 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트는 제3 구동부(60)가 반사부(20)의 운동에 연동한 PV 모듈(30)의 경사운동을 추가적으로 제어하여 태양광의 자체 발전량을 높일 수 있다.

이하에서는 도 2, 도 11 및 도 12를 참조하여, 반사부(20)의 고도각 조정과 그에 따르는 PV 모듈(30)의 고도각 조정에 대하여 설명하기로 한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트의 반사부(20)가 지면에 수직인 상태를 도시한 측면도이다. 도 12는 태양의 위치 변화에 따라 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트의 반사부(20)와 PV 모듈(30)의 위치가 변화된 상태를 도시한 측면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따르는 헬리오스타트는 태양의 위치 변화에 따라 제어부(도시생략)로부터 제어신호에 의해 제2 구동부(50)가 동작하게 된다. 반사부(20)가 제1 연결 바(b1)를 중심으로 회전 운동하게 되면, 제1 연결 바(b1)가 반사부(20)의 지지대(22a, 22a2)에 고정 결합되어 있기 때문에 제2 구동부(50)의 회전운동에 연동하여 제1 연결 바(b1) 또한 회전 운동하게 된다. 따라서, 반사부(20)는 지면에 수직인 선, 예를 들면, 기둥(10)의 축에 대해 일정 각도(θ)를 갖도록 경사지게 되어 태양의 위치에 대응하여 가장 많은 태양광을 반사할 수 있게 된다.

한편, 도 2, 도 8 내지 도 10을 참조하면, 제3 구동부(60)의 제1 풀리(61)는 제1 연결 바(b1)와 고정 결합되기 때문에, 제1 풀리(61)는 제1 연결 바(b1)의 회전 운동에 연동하여 회전 운동하게 된다. 타이밍 벨트(63)는 제1 풀리(61) 및 제2 풀리(62)와 각각 기어 결합되기 때문에 제1 풀리(61)의 회전 운동은 타이밍 벨트(63)를 제2 풀리(62)에 전달되어 제2 풀리(62) 또한 회전하게 된다. 제2 풀리(62)는 제2 연결 바(b2)에 고정 결합되고, PV 모듈(30)의 제2 돌출부(22b1, 22b2) 또한 제2 연결 바(b2)에 고정 결합되기 때문에, 제2 풀리(62)의 회전에 따라 PV모듈(30) 또한 회전하게 된다. 반사부(20)가 기둥(10)의 축에 대해 일정 각도(θ)를 갖도록 회전하면, PV 모듈(30)은 제3 구동부(60)에 의해 반사부(20)의 표면에 대해 θ의 경사각을 갖도록 회전하게 된다.

상술한 바와 같이 PV 모듈(30)은 제3 구동부(60)에 의해 추가의 동력원 없이 태양의 위치변화에 따른 고도각을 자동으로 제어할 수 있으므로 PV 모듈(30)의 태양광 발전량을 증가시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상술한 실시예에서는 제1 풀리(61)의 기어 비와 제2 풀리(62)의 기어 비가 동일한 경우를 예로 들었으나, 제1 풀리(61)의 기어 비와 제2 풀리(62)의 기어 비를 자동 변속하도록 달리하면, PV 모듈(30)의 고도각을 정밀하게 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

상술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 기둥 10a: 하부 기둥
10b: 상부 기둥 10c: 연장부
20: 반사부 22: 패널
22a: 제1 결합부 22a1, 22a2: 지지대
22b: 제2 결합부 22b1, 22b2: 제1 돌출부
22c: 제3 결합부 22c1: 브라켓
24: 반사경 30: PV 모듈
301, 302: 제2 돌출부 40: 제1 구동부
41: 제1 모터 42: 웜
43: 웜휠 50: 제2 구동부
51: 제2 모터 52: 케이스
55: 볼 스크류 너트 56: 볼 스크류
57: 로드 60: 제3 구동부
61: 제1 풀리 62: 제2 풀리
63: 타이밍 벨트 b1: 제1 연결바
b2: 제2 연결바 p1: 제1 체결부
p2: 제2 체결부

Claims

기둥;
상기 기둥에 대한 회전운동 및 상기 기둥의 설치 면에 대한 경사운동이 가능하도록 상기 기둥에 결합되어 태양광을 반사하는 반사부;
상기 반사부의 상단부에 회전운동 가능하게 결합되어 상기 태양광을 수신하는 PV 모듈;
상기 기둥의 축을 중심으로 상기 반사부의 회전 방향과 회전 정도를 조정하는 제1 구동부;
상기 기둥과 상기 반사부를 연결하며, 상기 반사부의 경사도를 조정할 수 있도록 신축 가능하게 동작하는 제2 구동부; 및
상기 반사부의 경사운동에 따라 상기 PV 모듈의 경사도를 조정하는 제3 구동부를 포함하며,
상기 제3 구동부는,
상기 반사부의 패널과는 고정 결합되고, 상기 기둥과는 회전 가능하게 결합되는 적어도 하나의 제1 풀리;
상기 적어도 하나의 제1 풀리로부터 일정 거리 이격되어 배치되며, 상기 반사부의 상단부와 회전 가능하게 결합되고, 상기 PV 모듈의 하단부와 고정 결합되는 적어도 하나의 제2 풀리;
상기 적어도 하나의 제1 풀리와 상기 적어도 하나의 제2 풀리를 연결하여 회전운동을 전달하는 적어도 하나의 타이밍 벨트를 포함하며,
상기 적어도 하나의 제1 풀리가 상기 반사부의 경사 운동에 연동하여 회전하면, 상기 적어도 하나의 타이밍 벨트 및 상기 적어도 하나의 제2 풀리를 통해 상기 PV 모듈의 경사각을 조정하는 헬리오스타트.
◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 제1 구동부는,
제1 모터;
상기 모터의 축에 연결되어 회전하며, 제1 기어를 구비하는 웜; 및
상기 웜의 제1 기어와 결합하는 제2 기어를 구비하며, 상기 기둥에 연결되어 상기 웜의 회전에 연동하여 상기 기둥을 회전시키는 웜휠을 포함하는 헬리오스타트.
제1 항에 있어서,
상기 기둥은 상부 기둥, 하부 기둥, 및 상기 상부 기둥과 교차하는 방향으로 상기 상부 기둥으로부터 연장되는 연장부를 포함하고,
상기 반사부는 상기 패널, 및 상기 패널에 부착된 브라켓을 포함하며,
상기 제2 구동부는 공압, 유압, 또는 모터 중 어느 하나의 동력에 의해 상기 브라켓과 상기 연장부 사이에서 신축 운동하여 상기 반사부의 경사도를 조정하는 헬리오스타트.
◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제3 항에 있어서,
상기 제2 구동부는 상기 상부 기둥의 연장부에 바디와, 일단부가 상기 브라켓에 결합되고 타단부는 상기 바디와 결합하여 신축 운동하는 로드를 포함하는 헬리오스타트.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 패널은,
상단부로부터 상기 PV 모듈을 향해 연장되는 한 쌍의 제1 돌출부; 및
상기 패널에 부착되어 상기 패널을 지지하고, 상기 기둥의 상단부를 사이에 두고 배치되는 한 쌍의 지지대를 포함하며,
상기 PV 모듈은 하단부로부터 상기 패널을 향해 상기 한 쌍의 제1 돌출부 사이로 연장되는 한 쌍의 제2 돌출부를 포함하고,
상기 적어도 하나의 제1 풀리는 제1 연결 바에 의해 상기 한 쌍의 지지대와는 고정 결합되고, 상기 기둥과는 회전 가능하게 결합되며,
상기 적어도 하나의 제2 풀리는 제2 연결 바에 의해 상기 한 쌍의 제1 돌출부와는 회전 가능하게 결합되고, 상기 한 쌍의 제2 돌출부와는 고정 결합되는 헬리오스타트.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 제1 풀리 및 상기 제2 풀리와 상기 타이밍 벨트는 각각 기어 결합하며, 상기 제1 풀리의 기어 비와 상기 제2 풀리의 기어 비는 동일하거나 또는 상이한 헬리오스타트.
제1 항에 있어서,
상기 반사부는,
패널;
상기 패널에 부착되며, 상기 태양광을 특정 위치로 반사하는 적어도 하나의 반사경;
상기 패널을 상기 기둥에 회전운동 가능하게 결합하는 제1 결합부;
상기 PV 모듈을 상기 패널에 회전운동 가능하게 결합하는 제2 결합부; 및
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부 사이에 위치하며, 상기 제2 구동부의 일단부를 상기 패널에 결합시키는 제3 결합부를 포함하는 헬리오스타트.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 기둥은,
설치 위치에 일단부가 고정되는 하부 기둥;
회전 가능하게 상기 하부 기둥에 설치되는 상부 기둥; 및
상기 상부 기둥으로부터 외측을 향해 수평방향으로 연장되는 연장부를 포함하며,
상기 반사부는 상기 상부 기둥의 회전에 연동하여 회전하는 헬리오스타트.
제8 항에 있어서,
상기 제1 결합부는,
상기 기둥의 상단부에 형성된 기둥 홀;
상기 패널에 부착되어 상기 패널을 지지하며, 상기 기둥 홀을 사이에 두고 상기 기둥 홀의 연장선 상에 각각 제1 관통 홀이 형성된 한 쌍의 결합 지지대; 및
상기 기둥 홀과 상기 제1 관통 홀에 삽입되는 제1 연결 바를 포함하는 헬리오스타트.
제10 항에 있어서,
상기 제1 연결 바는 상기 기둥 홀 및 상기 제1 관통 홀에 대해 고정 결합되는 헬리오스타트.
제10 항에 있어서,
상기 제2 결합부는,
상기 패널의 상단부로부터 상기 PV 모듈을 향해 연장되고, 일정 거리를 두고 서로 이격되어 배치되며, 각각이 제2 관통 홀을 갖는 한 쌍의 제1 돌출부;
상기 한 쌍의 제1 돌출부 사이에 위치하도록 상기 PV 모듈의 하단부로부터 상기 패널을 향해 연장되고, 일정 거리를 두고 서로 이격되어 배치되며, 각각이 제3 관통 홀을 갖는 한 쌍의 제2 돌출부;
상기 제2 관통 홀과 상기 제3 관통 홀에 삽입되는 제2 연결 바를 포함하는 헬리오스타트.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제12 항에 있어서,
상기 제2 연결 바는 상기 제2 관통 홀과는 회전 가능하게 결합되고, 상기 제3 관통 홀과는 고정 결합되는 헬리오스타트.
제12 항에 있어서,
상기 제3 결합부는,
상기 패널에 설치되며, 제4 관통 홀을 갖는 브라켓; 및
상기 브라켓의 제4 관통 홀과 상기 제2 구동부의 로드 단부에 형성된 제5 관통 홀에 삽입되어 상기 브라켓과 상기 로드의 일단부를 연결하는 제1 체결부를 포함하는 헬리오스타트.
제14 항에 있어서,
상기 제3 결합부는 상기 로드의 타단부를 수용하는 케이스를 상기 기둥의 연장부에 결합하는 제2 체결부를 더 포함하는 헬리오스타트.
제1 항에 있어서,
상기 PV 모듈의 경사도는 상기 반사부의 경사운동에 연동하여 운동하는 제1 경사운동과, 상기 제3 구동부의 제어에 따른 제2 경사운동에 의해 결정되는 헬리오스타트.