KR20080023824A - 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조의 태양전지 패널과; 상기 태양전지 패널이 태양의 움직임에 따라 태양을 추적하면서 태양광을 수집할 수 있도록 구동하는 동시에 특정 공간에 지지하는 추적지지수단과; 상기 태양전지 패널의 적어도 일측면에서 외측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단을 포함하여 구성됨으로써, 태양전지 패널들이 태양의 고도 추적에 따른 상호 간섭을 최소화하면서 반사판을 이용하여, 발전 가능 시간 동안 최대의 태양광 수집이 가능하고, 좁은 공간에서도 태양 에너지 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.

반사판, 추가수집, 구동암, 태양전지, 태양 추적식, 궤도 부재

Description

태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치{Solar generation apparatus capable of collecting outside solar}

도 1은 종래 태양 위치 추적식 태양광 발전 장치의 문제점을 설명하기 위한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 기본 구성을 설명하기 위한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 태양광 추가 수집이 가능한 태양광 발전 장치를 이용했을 때 태양광 수집 상태를 보여주는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 일례를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 측면 구성도,

도 6은 도 5의 A-A 선 방향의 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 태양광 추적 상태를 보인 순서도면,

도 8은 내지 도 11은 본 발명에 따른 태양광 추가 수집 작동 상태를 보인 도 면들로서,

도 8은 태양의 고도가 0도일 때 태양광 추가 수집 장치가 동작하는 도면,

도 9는 태양의 고도가 45도일 때 태양광 추가 수집 장치가 동작하는 도면,

도 10은 태양의 고도가 60도일 때 태양광 추가 수집 장치가 동작하는 도면,

도 11은 태양의 고도가 90도일 때 태양광 추가 수집 장치가 동작하는 도면,

도 12는 본 발명에 따른 태양광 추가 수집 장치를 구동하는 장치를 보인 주요부 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 : 태양전지 패널 56 : 가이드 고정부

60 : 궤도 부재 70 : 이동 지지기구

71 : 지지대 73 : 회전 롤러

75 : 대향기구 76 : 베어링 부재

77 : 탄성 부재 80 : 추적 구동수단

81 : 선형 부재 90 : 추가수집수단

91 : 반사판 93 : 추가수집 구동부

94 : 구동축 95 : 고정부

96 : 동력전달기구 97 : 구동암

98 : 구동 링크 99 : 가이드체

본 발명은 태양 에너지를 이용한 태양광 발전 장치에 관한 것으로서, 특히 태양 위치 추적시 태양전지 패널의 외부로 버려지는 태양광을 추가로 수집하여 태양 에너지 이용 효율을 높일 수 있도록 한 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 에너지를 이용하는 장치는 고정식과 태양위치 추적방식으로 분류된다.

고정식은 태양전지를 지붕이나 건물의 옥외 슬로프 부분, 주차장 상부 차양 등에 설치되고 야외의 활용도가 낮은 지역에 넓게 설치하는 방식으로 설치단가가 싸고 관리를 최소화 할 수 있으나, 공간점유도가 높고 한 장소에 지속적으로 그림자를 형성하여 자연생태계에 영향을 준다는 연구보고가 있다.

태양위치 추적방식은 태양전지를 지지하는 장비와 추적 장비를 갖추고 태양의 황도를 따라 이동하는 방식으로 추적시스템의 데이터를 따라 모터를 구동하여 이동하게 된다. 태양위치 추적방식은 고정식에 비해 효율이 상대적으로 높고 차지하는 면적이 적은데 비해 구동과 태양위치 추적에 소모하는 에너지가 비교적 많으며 설치비용 회수 기간이 길어지는 단점이 있다.

이러한 태양위치 추적방식 중에서 유럽에서 주로 사용되는 방식으로 반사판을 태양전지가 설치된 추적 장치의 중앙이나 외측에 설치하는 예가 있다. 이 방식은 태양광을 최대 50% 추가 수집하며 태양을 따라 진행하여 최고 두 배의 효율을 발휘한다는 연구가 있으나, 이는 여러 개의 장치를 한 지역에 설치하는 경우 서로 간섭되는 그림자의 영향으로 장치간의 간격을 넓혀야 하는 문제점이 발생된다.

이렇게 설치 거리를 넓혀야 하는 태양위치 추적방식은 면적당 활용도가 낮은 지역 예로서 목초지나 공간의 제약을 전혀 받지 않은 장소에 별다른 지장이 없으나, 공간이 협소한 도시 공간 등에는 설치 거리를 좁히면서도 태양 에너지를 보다 효율적으로 이용할 필요가 요구되고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 태양광 추적장치를 설치한 상태에서 도 1의 (a)에서와 같이 태양의 고도가 낮은 오전에는 무효 공간(dead zone)이 없이 태양광을 수입할 수 있으나, 태양의 고도가 점차 높아지면 (b), (c), (d)에서와 같이 무효 공간이 점차 확대되어, 태양 에너지를 충분히 활용하지 못하는 문제가 발생하는 것이다.

이러한 문제 때문에 태양전지 패널의 충분한 각도를 유지하여 발전효율을 높일 수 있게 함과 아울러, 추가적으로 설치되는 반사판 등의 그림자로 인해 인접한 추적 장치에 간섭을 주지 않으면서, 설치 공간을 최소화하여 단위 면적당 태양 에너지 이용 효율을 극대화할 수 있는 태양광 발전 장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 태양전지 패널의 외부로 벗어나는 태양광을 수집하여 태양광 이용 효율을 높일 수 있는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은, 복수개의 태양전지 패널들이 태양의 고도 추적에 따른 상호 간섭을 최소화하면서 태양광을 수집할 수 있도록 하여 단위 면적당 태양광 이용 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한 본 발명은, 타원형 괘도 위에 태양전지 패널을 장착하고 하나의 지지점을 기준으로 좌우로 이동하도록 구성함으로써 구성이 간단하면서도 태양의 괘도 추적이 용이하여, 집광 효율을 향상시킬 수 있는 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조의 태양전지 패널과; 상기 태양전지 패널이 태양의 움직임에 따라 태양을 추적하면서 태양광을 수집할 수 있도록 구동하는 동시에 특정 공간에 지지하는 추적지지수단과; 상기 태양전지 패널의 적어도 일측면에서 외측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조의 태양전지 패널과; 상기 태양전지 패널을 특정 공간에 지지하는 지지수 단과; 상기 태양전지 패널의 적어도 일측면에서 외측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

상기에서 추가수집수단은 상기 태양전지 패널에 태양광을 반사시키는 반사판으로 구성될 수 있다.

또한 상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널과는 별도로 태양광을 수집하는 추가 태양전지 패널로 구성될 수도 있다.

상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널의 양측면에서 펼침 확대 및 펼침 축소가 가능하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 작동을 위해 추가수집수단은 상기 태양광을 수집하는 반사판 또는 추가 태양전지패널과, 상기 반사판 또는 태양전지 패널을 상기 태양전지 패널의 양측으로 펼치거나 들어가게 하는 추가수집 구동부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널의 후방에 설치된 추가수집 구동부와, 상기 추가수집 구동부의 작동에 따라 상기 태양전지 패널의 후방에서 양측면으로 펼쳐지거나 들어가게 설치되어 태양광을 상기 태양전지 패널로 반사시키는 양쪽 반사판과, 상기 추가수집 구동부와 양쪽 반사판 사이에 각각 연결되어 추가수집 구동부의 작동력을 반사판에 전달하는 구동 링크를 포함하여 구성된다.

상기 추가수집 구동부는 상기 태양전지 패널의 후방에 지지되어 모터의 구동 력에 의해 회전하는 구동축과, 상기 구동축에 설치되어 구동축이 일방향으로 회전하면 서로 반대 방향으로 회전되면서 상기 구동 링크를 움직이는 구동암을 포함한다.

상기 태양전지 패널에는 상기 반사판의 펼침 확대 및 펼침 축소를 안내하는 가이드체가 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는 복수개의 세트가 나란히 설치되되, 상기 추가수집수단은 인접한 다른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 또는 추가수집수단과 간섭하지 않을 정도의 범위로 펼침 확대 및 펼침 축소가 이루어지도록 제어하는 추가수집 제어수단을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기에서 추적지지수단은 상기 태양전지 패널의 후방에 구비되어 태양의 위치 추적이 가능하도록 유선형 구조로 형성된 궤도 부재와, 상기 태양전지 패널 및 궤도 부재를 지지하는 부분에 위치가 고정된 상태에서 상기 궤도 부재의 안쪽과 바깥쪽에서 상기 태양전지 패널 및 궤도 부재의 이동을 안내하는 이동 지지기구와, 상기 태양전지 패널과 궤도 부재를 상기 이동 지지기구를 중심으로 이동시키는 추적 구동수단을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 기본 구성을 설명하기 위한 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복수개의 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치(이하 '추가수집 발전 장치'라 합니다.)가 특정 위치에 병렬적으로 나란히 설치된다.

상기 각 추가수집 발전 장치에는 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 판형 구조를 갖는 태양전지 패널(50)이 구비되고, 이 태양전지 패널(50)은 추적지지수단(60,70)에 의해 지지되면서 태양을 추적하게 된다.

상기 추적지지수단(60, 70)은 태양의 움직임에 따라 태양을 추적하면서 태양광을 수집할 수 있도록 구동하는 동시에 태양전지 패널(50)을 특정 공간에 지지하는 역할을 하게 된다.

특히 상기 태양전지 패널(50)의 양측면에는 태양전지 패널(50)의 양측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널(50)의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단(90)이 구비된다.

여기서 상기 추가수집수단(90)의 구동 방식은 상기 추적지지수단(60, 70) 쪽에 설치된 상태에서 슬라이딩 방식 또는 회전하는 방식 등으로 상기 태양전지 패널(50)의 후방에서 양측으로 펼쳐지도록 구성되는 것이 바람직하고, 이러한 추가수집수단(90)은 구성은 독자적으로 태양광을 수집하여 전기를 발전시키는 추가 태양전지 패널(미도시)로 구성하거나, 상기 태양전지 패널(50)에 태양광을 반사시키는 반사판(91)으로 구성될 수 있다.

추가수집수단(90)은 경제성 등을 고려하여 반사판으로 구성되는 것이 바람직한 바, 이하 설명될 본 발명의 실시예에서는 반사판(91)으로 이루어진 추가수집수 단(90)을 중심으로 설명한다.

한편, 추적지지수단(60, 70)을 이용하여 본 발명의 태양 추가수집 발전 장치를 구성하는 것이 바람직하나, 실시 조건에 따라서는 태양을 추적하지 않은 조건에서 상기 추가수집수단(90)이 펼쳐지거나 접혀지게 구성되는 것도 가능하다. 즉, 상기 추적지지수단 대신에 태양전지 패널(50)을 지지하여 고정하는 수단만 설치된 경우에도 상기 태양전지 패널의 한쪽 또는 양쪽에서 반사판 등의 추가수집수단(90)이 펼쳐지면서 태양광을 수집할 수 있도록 구성되는 것이 가능한 것이다. 이와 같은 구성은 태양의 고도, 또는 태양광의 사용 조건 등에 따라 추가수집수단이 필요할 경우 이용할 수 있도록 구성하는 것이 바람직할 것이다.

상기 추적지지수단(60, 70)과 추가수집수단(90)의 구체적인 실시예의 구성에 대해서는 아래에서 다시 설명하기로 하고, 먼저 도 2와 도 3을 참조하여 개략적인 본 발명에 따른 추가수집 발전 장치의 작동에 관해서 간략히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 기본 구성을 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치를 이용했을 때 태양광 수집 상태를 보여주는 도면이다.

도 2의 (a)는 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 모습을 나타낸 도면이고, (b)는 태양의 고도가 서서히 높아질 때 여러 대의 추가수집 발전 장치의 태양전지 패널(50)에 태양광이 입사하는 보습을 보여준다. 이때에는 추가수집수단(90)이 펼쳐지지 않은 상태에서 태양광을 수집하게 된다.

이후, 태양의 고도가 높아지면서 도 2의 (c)에서와 같이 각 추가수집 발전 장치의 태양전지 패널(50) 사이에 간격이 발생하게 되므로, 간격이 발생되는 공간에 추가수집수단(90)이 펼쳐지면서 태양광을 추가로 수집하게 된다.

도 2의 (d)와 (e)는 태양의 고도가 높아짐에 따른 태양광 추가 수집 상태를 나타낸 것으로, 추가수집수단(90)이 태양전지 패널(50)의 양쪽으로 완전히 펼쳐진 상태에서 태양광을 추가로 수집하게 된다.

이후, 태양의 고도가 (e)를 지나게 되면 점차 낮아지는데, 이때에는 상기한 (d),(c),(b)에서와 같이 역 순서로 태양추적이 이루어짐과 아울러 태양고도가 낮아짐에 따라 추가수집수단(90)이 점차 내측으로 들어가면서(펼침 축소) 태양광을 수집하게 된다.

이러한 본 발명의 작동에 따라 도 3의 'C'에서와 같이 태양의 고도에 따라 빗금 영역의 면적만큼 추가로 태양광을 수집할 수 있게 된다. 참고로 도 3에서 'A' 영역은 고정식 태양광 발전 장치일 때의 태양 고도에 따른 태양광의 수집 상태(하루 4시간 정도)를 나타낸 것이고, 'B'는 추적식 태양광 발전장치일 때의 태양 고도에 따른 태양광 수집 상태(하루 8시간 정도)를 나타낸 것이다.

따라서 태양광 발전 장치가 추적식으로 여러 대 설치된 조건에서 상기와 같이 'C' 영역만큼 추가로 태양광을 수집하게 되면 그만큼 많은 양의 태양광을 수집할 수 있게 되므로, 동일 공간에 설치된 동일 면적의 태양전지 패널(50)을 이용하여 보다 높은 태양광 수집 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 궤도 부재(60)와 이동 지지기구(70)로 이루어진 추적지지수단을 중심으로 태양전지 패널(50)이 도면에서 좌우 방향으로 슬라이딩 이동하면서 태양의 위치를 추적할 수 있도록 구성된다.

상기 태양전지 패널(50)은 기본적으로 태양광을 흡수하여 열에너지를 전기에너지로 전환시킬 수 있도록 구성된 것이며, 이와 같은 구성은 통상의 태양 전지와 같이 태양광을 집광하는 집광렌즈, 집광된 태양광을 흡수하여 전기로 전환하는 솔라셀(Solar Cell), 솔라셀을 직렬 또는 병렬로 배치한 태양전지 모듈, 집광렌즈와 태양전지 모듈의 간격을 유지하고 지지하는 패널 프레임 등으로 구성된다.

상기 태양전지 패널(50)에는 태양전지 모듈에서 생성된 전기 에너지를 축전지 또는 전기 에너지를 사용하는 수요처에 전달하는 회로 시스템이 연결되어 구성된다.

이러한 상기 태양전지 패널(50)의 양측면에는 태양의 고도에 따라 태양광을 추가로 수집할 수 있도록 하는 추가수집수단(90)인 반사판(91)이 구비된다.

여기서 상기 반사판은 상기 태양전지 패널(50)의 한쪽에서만 펼쳐지도록 구성할 수 있으나, 바람직하게는 본 실시예에 예시한 바와 같이 양쪽으로 펼쳐지도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 태양 위치 추적 구조와 태양광 추가 수집 구조에 대하여 나누어서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 태양 위치 추적 구조를 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 측면 구성도이고, 도 6은 도 5의 A-A 선 방향의 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치의 태양광 추적 상태를 보인 순서 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 태양 위치 추적을 위한 추적지지수단은 태양전지 패널(50)의 후방에 구비되어 태양의 위치 추적이 가능하도록 유선형 구조로 형성된 궤도 부재(60)와, 상기 태양전지 패널(50) 및 궤도 부재(60)를 지지하는 부분에 위치가 고정된 상태에서 상기 궤도 부재(60)의 안쪽과 바깥쪽에서 상기 태양전지 패널(50) 및 궤도 부재(60)의 이동을 안내하는 이동 지지기구(70)와, 상기 태양전지 패널(50)과 궤도 부재(60)를 상기 이동 지지기구(70)를 중심으로 이동시키는 추적 구동수단(80)을 포함으로 구성된다.

상기 궤도 부재(60)는 상기 태양전지 패널(50)의 상측부과 하측부에 각각 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 궤도 부재(60)가 설치되는 이유는 태양의 동쪽에서 출발하여 서쪽으로 이동하게 되므로, 한국과 같이 지구의 북반부에 위치된 나라는 태양전지 패널(50)이 수평면으로부터 30도 정도 경사진 위치에서 좌우로 이동하면서 태양을 추적하기 위한 것이다.

상기 궤도 부재(60)는 도 5 등에 도시된 바와 같이 유선형 즉, 반 타원형 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 실시 조건에 따라 다양한 형상과 모양으로 궤도로 변경하여 실시하는 것도 가능하다.

이러한 상기 궤도 부재(60)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 태양전지 패널(50)의 상면 또는 하면에서 플레이트 구조로 돌출되어 상기 이동 지지기구(70)와 결합되는 구성으로 이루어질 수 있다.

다음 상기 이동 지지기구(70)는 지면에 직접 고정되거나 프레임 등에 설치되는 지지대(71)와, 상기 지지대(71)에 설치되어 상기 궤도 부재(60)의 안쪽에서 궤도 부재(60)에 접촉되는 회전 롤러(73)와, 상기 지지대(71)에 고정되어 상기 궤도 부재(60)의 바깥쪽에서 상기 궤도 부재(60)에 접촉되는 대향기구(75)를 포함하여 구성된다.

상기 지지대(71)는 상기 태양전지 패널(50)의 상부와 하부 쪽 위치에서 태양전지 패널을 지지할 수 있게 설치된다.

상기 회전 롤러(73)는 상기 궤도 부재(60)를 정확한 위치에서 지지하면서 회전할 수 있도록 피니언으로 이루어지는 것이 바람직하고, 이때 상기 피니언과 접촉하는 상기 궤도 부재(60)는 그 내면이 랙으로 구성된다.

물론, 상기 회전 롤러(73)와 이와 접촉되는 궤도 부재(60)의 면은 상호 접촉면에 상대 운동력을 가질 수 있는 구성이면, 회전 롤러를 고무 롤러로 구성하거나 궤도 부재는 고무 패드로 구성하는 것도 가능하다.

상기 대향기구(75)는 상기 궤도 부재(60)의 내면에 접촉되는 상기 회전 롤 러(73)와 대향된 위치에서 태양전지 패널과 궤도 부재를 지지해주는 수단으로서, 상기 궤도 부재(60)와의 마찰 저항이 최소화될 수 있도록 구름 접촉되는 구조를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 대향기구(75)는 볼 베어링 또는 롤러 베어링 등이 접촉되게 구성할 수 있으며, 이러한 상기 베어링 부재(76)는 상기 궤도 부재(60)에 탄성력 있게 접촉되도록 탄성 부재(77)에 의해 지지되는 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

이때 사용되는 탄성 부재(77)는 상기 베어링 부재(76)의 종류 및 설치 구조에 따라 코일 스프링, 판 스프링 등 여러 종류의 스프링을 설계 조건에 맞게 선택하여 설치 구성할 수 있다.

또한 상기한 실시 예에서는 한쪽은 회전 롤러(73)로 구성하고, 다른 쪽은 베어링 등의 대향기구(75)로 이루어진 구성을 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 양쪽 모두 회전 롤러(73)를 이용하거나, 양쪽 모두 대향기구(75)를 이용하는 구성도 가능하다. 즉, 상기한 본 발명의 이동 지지기구(70)는 상기 태양전지 패널(50) 및 궤도 부재(60)를 슬라이딩 가능하게 지지할 수 있는 구조이면, 다양하게 설계 변경하여 실시할 수 있다. 다만 상기 실시 구성에서와 같이 궤도 부재와의 상대 운동에 따른 마찰력을 줄일 수 있는 구조를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한 양쪽 모두 회전 롤러를 이용할 때, 상기 궤도 부재(60)의 상측에 하나의 피니언을 설치하고, 하측에는 두 개의 피니언을 설치하되, 상측 또는 하측의 피니언 중 적어도 어느 한쪽은 궤도 부재에 탄성력 있게 밀착되도록 피니언을 지지하는 축 또는 지지부재가 탄성 수단에 의해 지지되도록 구성할 수 있다.

다음 상기 추적 구동수단(80)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 태양전지 패널(50) 또는 궤도 부재(60)의 양쪽에 각각 고정되어 반대쪽으로 각각 연결되는 선형 부재(81)(82)와, 상기 선형 부재의 끝단부에 연결되어 상기 선형 부재를 이동시키도록 구동력을 제공하는 구동부(미도시)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 선형 부재(81)(82)는 와이어, 체인, 플레이트형 띠 구조물 등으로 다양하게 구성할 수 있다.

상기 구동부는 본 발명의 장치가 설치되는 장소와 근접한 위치에 설치되어 상기 선형 부재(81)(82)의 당김 및 풀림이 가능하도록 권선 롤러 및 이 롤러에 연결된 구동 모터 등으로 구성될 수 있다.

상기 태양전지 패널(50)에는 상기 선형 부재(81)(82)의 끝단부가 고정되도록 고리 등의 고정 구조물이 구성되는 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 장치의 수 개소에는 상기 선형 부재(81)(82)가 통과하는 위치에 선형 부재의 이동을 안내하는 가이드 등이 추가로 설치되어 구성되는 것이 바람직하며, 선형 부재(81)(82)의 당김 및 풀림 과정에서 발생되는 충격을 완화할 수 있도록 선형 부재의 끝단부 또는 중간 부분에 스프링, 쇼버, 고무 밴드 등의 완충 장치를 설치하여 구성할 수도 있다.

한편, 상기 태양전지 패널(50)의 저면에는 도 6에서와 같이 구동 가이드(52)가 구비될 수 있으며, 상기 지지대(71) 측에는 상기 선형 부재의 이동을 안내하는 선형부재 가이드(85)가 구성될 수 있다.

또한, 도면을 참조한 본 발명의 실시예에서는 양쪽 선형 부재(81)(82)가 상 기 태양전지 패널(50)의 양쪽부에 연결된 구성을 예시하여 설명하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고 태양전지 패널(50) 및 궤도 부재(60)의 중간 부분 또는 상하측 부분 등 다른 부분에도 연결하여 설치하는 것이 가능하다.

상기에서는 선형 부재(81)(82)를 통해 본 장치의 태양 위치 추적이 가능하도록 구성하였으나, 이와는 달리 상기 회전 롤러(73)를 직접 구동하는 모터를 이용하여 태양전지 패널(50)을 좌우로 이동시키는 구성이 가능하며, 이때에는 상기한 바와 같이 회전 롤러(73)와 궤도 부재(60)를 피니언과 랙 구조로 구성되는 것이 구동 효율을 높일 수 있다. 또한 다수 개의 태양전지 패널(50)이 설치되는 경우에는 각각 모터를 설치하여 개별 구동 방식으로 구성하는 것도 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 도 7에 도시된 바와 같이 태양전지 패널(50)이 상기 추적 구동수단(80)에 의해 이동 지지기구(70)를 중심으로 좌우 방향으로 슬라이딩 이동하면서 태양의 움직임을 추적하게 된다.

도면에서는 추적 구동수단(80)을 구체적으로 도시하지 않았고, 태양전지 패널(50)이 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하는 상태를 나타낸 것이다. 이와 같은 움직임은 통상 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하므로, 이러한 태양의 움직임에 따라 도 6에서와 같이 본 발명의 장치가 서서히 왼쪽에서 오른쪽으로 움직이게 된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 장치는, 간단한 구조로 후면 지지부분으로부터의 설치 높이를 최소화한 상태에서 태양 추적이 원활하게 이루어지도록 구성되므로, 작은 설치 공간에서 경제적으로 태양의 위치를 추적하면서 고효율의 태양열 발 전이 가능해지게 된다.

다음, 도 4 및 도 8 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 태양광 추가 수집 구조를 설명한다.

도 8은 내지 도 11은 본 발명에 따른 태양광 추가 수집 작동 상태를 보인 도면들이고, 도 12는 본 발명에 따른 태양광 추가 수집 장치의 추가수집 구동부(93)를 보여주는 주요부 상세도이다.

본 발명에 따른 태양광 추가 수집 구조는, 위에서 설명한 바와 같이 태양전지 패널(50)의 일측면 또는 양측면에서 외측 방향으로 펼쳐지면서 태양전지 패널(50)의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단(90)을 통해서 실현되는데, 상기 추가수집수단(90)은 반사판(91) 또는 추가 태양전지 패널로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 주로 반사판(91)을 이용한 구조를 중심으로 설명한다.

상기 추가수집수단(90)은 기본적으로 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 태양의 고도에 따라 각 추가수집 발전 장치가 나란히 설치되어 태양의 위치를 추적하는 중에 태양전지 패널(50)과 태양전지 패널(50) 사이로 버려지는 태양광을 최대한 수집하여 이용하기 위한 구성으로 이루어진다.

이러한 상기 추가수집수단(90)은 태양의 고도에 따라 상기 태양전지 패널(50)의 양측면에서 펼쳐지고 다시 내측으로 들어가도록 구성된다. 즉, 추가수집수단(90)은 반사판(91)의 펼침 확대 또는 펼침 축소가 가능하도록 구성되는 것이 다.

상기 추가수집수단(90)의 구체적인 구성은 태양전지 패널(50)의 뒷면 중앙에 설치된 추가수집 구동부(93)와, 상기 추가수집 구동부(93)의 작동에 따라 상기 태양전지 패널(50)의 후방에서 양측면으로 펼쳐지거나 들어가게 설치되어 태양광을 상기 태양전지 패널(50)로 반사시키는 양쪽 반사판(91)과, 상기 추가수집 구동부(93)와 양쪽 반사판(91) 사이에 각각 연결되어 추가수집 구동부(93)의 작동력을 반사판(91)에 전달하는 구동 링크(98)로 구성된다.

이와 같은 추가수집수단(90)의 구성에 대하여 각각의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

상기 추가수집 구동부(93)는 도 12를 참고하면, 모터의 구동력에 의해 회전하는 구동축(94)과, 상기 구동축(94)에 설치되어 구동축(94)이 일방향으로 회전하면 서로 반대 방향으로 회전되면서 상기 구동 링크(98)를 움직이는 구동암(97)으로 구성된다.

상기 구동축(94)과 어느 한쪽 구동암(97) 사이에는 구동축(94)의 회전력을 반대로 전달할 수 있는 기어 또는 동력 전달기구(96)가 구비된다. 이러한 구성은 역전 기어를 추가하거나, 양쪽 구동암(97)과의 기어 결합 구조를 달리함으로써 가능하게 되는데, 이는 공지의 동력 전달 기구를 이용하면 되므로, 자세한 동력 전달 구조의 설명은 생략한다. 도면에서 참조 번호 95는 태양전지 패널(50)에 상기 동력전달기구 등을 지지하는 고정부를 나타낸다.

상기에서는 하나의 구동 모터(미도시) 및 구동축(94)을 이용하여 양쪽 구동 암(97)을 반대 방향으로 회전시키는 구성을 설명하였으나, 실시 조건에 따라서는 각각의 구동 모터를 이용하여 양쪽 구동암(97)을 별개로 작동시키는 구성도 가능하다.

다음, 상기 구동 링크(98)는 일반적인 직선 링크와 같이 상기 구동암(97)의 끝단부와 상기 반사판(91)의 끝단부를 자유 회전 가능한 링크 구조로 연결하는 구성으로 선형 부재 또는 판형 부재로 구성될 수 있다. 이러한 구동 링크(98)는 작동 중 외부 충격 등에 대응할 수 있도록 어느 정도 탄성력 갖는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 반사판(91)은 태양광을 상기 태양전지 패널(50)로 반사시키는 반사면을 갖는 평면 구조로 이루어진다.

이러한 반사판(91)의 펼침 확대 및 펼침 축소를 안내하기 위해서, 상기 태양전지 패널(50)의 양단부에는 가이드체(99)가 설치되는데, 이 가이드체(99)는 상기 반사판(91)이 통과하도록 중앙부에 관통된 구조로 형성되고, 반사판(91) 이동시 걸림 등이 발생하지 않도록 관통부(99a)의 양단부는 라운드 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

특히, 상기 가이드체(99)는 상기 태양전지 패널(50)에 설치된 가이드 고정부(56)에 회전 되게 설치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 반사판(91)이 펼쳐지거나 삽입될 때, 상기 가이드체(99)가 상기 반사판(91)의 움직임에 따라 가이드 고정부(56)를 중심으로 자연스럽게 회전하게 되므로, 상기 반사판(91)의 이동을 보다 원활하게 이루어지도록 보조할 수 있게 된다.

한편, 상기 추가수집수단(90)은 반사판(91)이 상기 태양전지 패널(50)의 후방에서 구동암(97) 등에 의해 슬라이딩 방식으로 이동하는 구조를 예시하였으나, 실시 조건에 따라서는 상기 반사판(91)에 랙 구조를 형성하고, 상기 태양전지 패널(50) 또는 추적지지수단(60, 70)의 프레임 등에 상기 랙과 치합되는 피니언 및 이를 구동하는 모터를 설치하여 구동하는 것도 가능하다.

이외에도 상기 추가수집수단(90)은 하나의 패널을 중심으로 그 양쪽으로 반사판(91)을 펼치는 구조이면 상기 구동 암(97)을 이용하는 방식, 또는 랙과 피니언을 이용하는 방식 외에도, 반사판(91)에 와이어를 연결하고 권선 모터 및 탄성 부재를 이용하여 반사판(91)을 이동시키는 방식 또는 직선 구동력을 발생시키는 리니어 모터를 이용하는 방식, 또는 직선 푸시 운동이 가능한 솔레노이드 액츄에이터 등을 이용한 방식 등, 다양한 방식으로 반사판(91)의 펼침 확대 및 펼침 축소가 가능한 방식을 설계 조건에 따라 선택하여 사용가능함은 물론이다.

또한, 전술한 바와 같이 상기 추가수집수단(90)을 반사판(91) 대신에 태양전지 패널로 구성하는 것도 가능한 바, 이때 추가로 설치되는 태양전지 패널에도 전기 에너지를 축전지 또는 전기 에너지를 사용하는 수요처에 전달하는 회로 시스템 등이 연결되어 구성된다.

한편, 상기와 같은 태양광 추가 수집 구조를 갖는 본 발명에 따른 장치는 도 2에서와 같이 여러 대의 태양광 추가수집 발전 장치가 연속해서 설치된 구조에서 상호 인접한 다른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널(50) 또는 추가수집수단(90)과 간섭하지 않을 정도의 범위로 상기 반사판(91) 등이 펼침 확대 및 펼침 축소를 제어하도록 추가수집 제어수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 도 8 내지 도 11에서와 같이 태양의 고도에 따라 상기 반사판(91)의 펼침 길이가 달라지도록 제어함으로써 태양의 고도에 따른 태양광 수집 효율을 높임과 아울러 인접한 다른 추가수집 발전 장치와의 간섭도 피할 수 있게 된다.

따라서 상기 추가수집 제어수단은 태양의 고도를 측정하는 센서수단 또는 시간을 알려주는 수단 등의 신호를 입력받아 상기한 구동 모터를 작동시킬 수 있도록 구성될 수 있고, 자동제어가 아닌 수동제어가 가능하게 구성할 수 있으며, 또한 상기 태양의 위치를 추적하는 구동 모터를 제어하는 수단과 연동되도록 구성하는 것도 가능하다.

참고로, 도 8은 태양의 고도가 0도일 때, 도 9는 태양의 고도가 45도일 때, 도 10은 태양의 고도가 60도일 때, 도 11은 태양의 고도가 90도일 때, 상기 추가수집수단(90)의 작동에 따른 반사판(91)의 펼침 상태를 보여준다.

여기서 상기 추가수집 제어수단은 상기 반사판(91)이 펼쳐질 때 뒤쪽의 태양전지 패널(50)에 그림자에 발생하여 간섭하지 않도록 고려함과 아울러, 도 1에서와 같이 무효공간이 발생하지 않도록 시간대 별로 구분하여 상기 반사판(91)의 펼침량을 결정하여 제어할 수 있도록 구성하면 도 2에서와 같이 보다 효율적인 태양광 추가수집 제어가 가능해진다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는, 태양전지 패널의 외부로 벗어나는 태양광을 최대한 수집하여 태양광 이용 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.

특히, 본 발명은 복수개의 태양전지 패널들이 태양의 고도 추적에 따른 상호 간섭을 최소화하면서 반사판을 이용하여, 발전 가능 시간 동안 최대의 태양광 수집이 가능하고, 좁은 공간에서도 태양 에너지 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 본 발명은, 타원형 괘도 위에 태양전지 패널을 장착하고 하나의 지지점을 기준으로 좌우로 이동하도록 구성되기 때문에 태양 추적을 위한 구성이 간단하면서도 태양의 괘도 추적이 용이하고, 이에 따라 집광 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (11)

1. 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조의 태양전지 패널과;

   상기 태양전지 패널이 태양의 움직임에 따라 태양을 추적하면서 태양광을 수집할 수 있도록 구동하는 동시에 특정 공간에 지지하는 추적지지수단과;

   상기 태양전지 패널의 적어도 일측면에서 외측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
2. 태양광을 수집하여 전기를 발생시킬 수 있도록 이루어진 판형 구조의 태양전지 패널과;

   상기 태양전지 패널을 특정 공간에 지지하는 지지수단과;

   상기 태양전지 패널의 적어도 일측면에서 외측 방향으로 펼쳐져서 태양전지 패널의 외측 영역의 태양광을 수집하는 추가수집수단을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널에 태양광을 반사시키는 반사판인 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널과는 별도로 태양광을 수집하는 추가 태양전지 패널인 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널의 양측면에서 펼침 확대 및 펼침 축소가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추가수집수단은 상기 태양광을 수집하는 반사판 또는 추가 태양전지패널과, 상기 반사판 또는 태양전지 패널을 상기 태양전지 패널의 양측으로 펼치거나 들어가게 하는 추가수집 구동부를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 추가수집수단은 상기 태양전지 패널의 후방에 설치된 추가수집 구동부와, 상기 추가수집 구동부의 작동에 따라 상기 태양전지 패널의 후방에서 양측면으로 펼쳐지거나 들어가게 설치되어 태양광을 상기 태양전지 패널로 반사시키는 양쪽 반사판과, 상기 추가수집 구동부와 양쪽 반사판 사이에 각각 연결되어 추가수집 구동부의 작동력을 반사판에 전달하는 구동 링크를 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 추가수집 구동부는 상기 태양전지 패널의 후방에 지지되어 모터의 구동력에 의해 회전하는 구동축과, 상기 구동축에 설치되어 구동축이 일방향으로 회전하면 서로 반대 방향으로 회전되면서 상기 구동 링크를 움직이는 구동암을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 태양전지 패널에는 상기 반사판의 펼침 확대 및 펼침 축소를 안내하는 가이드체가 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치는 복수개의 세트가 나란히 설치되되,

    상기 추가수집수단은 인접한 다른 태양광 발전 장치의 태양전지 패널 또는 추가수집수단과 간섭하지 않을 정도의 범위로 펼침 확대 및 펼침 축소가 이루어지도록 제어하는 추가수집 제어수단을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 추적지지수단은 상기 태양전지 패널의 후방에 구비되어 태양의 위치 추적이 가능하도록 유선형 구조로 형성된 궤도 부재와, 상기 태양전지 패널 및 궤도 부재를 지지하는 부분에 위치가 고정된 상태에서 상기 궤도 부재의 안쪽과 바깥쪽에서 상기 태양전지 패널 및 궤도 부재의 이동을 안내하는 이동 지지기구와, 상기 태양전지 패널과 궤도 부재를 상기 이동 지지기구를 중심으로 이동시키는 추적 구 동수단을 포함한 것을 특징으로 하는 태양광 추가수집이 가능한 태양광 발전 장치.

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