KR20080077814A

KR20080077814A - 태양 추적식 태양광 발전장치

Info

Publication number: KR20080077814A
Application number: KR1020070017485A
Authority: KR
Inventors: 홍진우; 이희준
Original assignee: 미래에너지기술(주)
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-26
Also published as: KR100879031B1

Abstract

본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치는, 양쪽 지지대와; 상기 양쪽 지지대 사이에서 회전 가능하게 연결되는 프레임과; 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되어 태양광을 집속하는 집광기구와; 상기 지지대와 상기 프레임 사이에 설치되어 태양의 방위각 또는 고도 변화 중 어느 하나에 대응하여 상기 프레임을 회전시키는 프레임 회전기구와; 상기 프레임과 집광기구 사이에 설치되어 상기 프레임 회전기구가 대응하지 아니한 태양의 고도 또는 방위각 변화에 대응하여 상기 집광기구를 회전시키는 집광 회전기구를 포함하여 구성됨으로써, 태양광 이용 효율을 높이고, 자체 하중은 물론 외력에 대해서도 안정된 지지력을 확보할 수 있으며, 태양 위치 추적 작동의 신뢰성 및 운전 효율을 높일 수 있는 동시에, 구동모터의 부하량 감소 및 구동 구조의 간소화를 실현하여, 전체적으로 경제성을 높일 수 있는 효과를 갖게 된다.

태양광, 위치 추적, 방위각, 고도, 보조 반사판, 프레임

Description

태양 추적식 태양광 발전장치{Sun location tracking type solar generation apparatus}

도 1은 선행기술의 태양광발전장치가 도시된 단면도,

도 2는 선행 기술의 태양광발전장치의 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치가 도시된 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치의 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치의 평면도,

도 6은 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치의 측면도,

도 7은 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 태양 위치 변화에 따른 작동 상태를 보인 도면들,

도 8은 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 태양광 수집 상태를 보인 도면,

도 9는 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 다른 실시예의 도면으로서, 태양광 수집 상태를 보인 도면,

도 10은 도 9에 도시된 태양광 집광기구의 효과를 설명하기 위한 참고도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 지지대 115 : 가로대

120 : 프레임 121 : 회전축

123 : 센터 프레임 125 : 외곽 프레임

130 : 프레임 회전기구 131 : 반원형 기어

133 : 구동기어 135 : 구동모터

140, 140A : 집광기구 141 : 반사판

143 : 집광판 144, 144A, 144B : 보조 반사판

145 : 회전축 147 : 냉각부

150 : 집광 회전기구 151 : 링크 연결바

152 : 연결축 153 : 링크 구동바

155 : 집광 구동기구

본 발명은 태양 에너지를 이용하여 전기를 발생시키는 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 특히 태양광 이용 효율을 높일 수 있도록 집광기구가 구성됨과 아울러 태양의 위치 추적이 가능하도록 이루어진 태양 추적식 태양광 발전장치에 관한 것이다.

도 1과 도 2는 대한민국 등록특허 10-0661923에 개시된 '태양 자동 추적에 의한 태양광발전장치'를 도시한 도면이다.

도면을 참조하여 상기 등록특허발명(이하 '선행기술'이라 함)에 대하여 간단히 살펴본다.

선행기술의 태양 자동 추적에 의한 태양광발전장치는, 다각형으로 형성된 고정체(11)가 지면에 고정 장착되고, 상기 고정체(11)의 내측에 원형 레일(12)이 형성된 베이스(10)와; 원형 프레임에 일정간격으로 회전축(22)이 고정 장착되고, 상기 베이스(10)의 원형 레일(12)에 상기 회전축(22)이 이동 가능하게 결합되는 가이드 링(20)과; 상기 가이드 링(20)에 일 측이 고정 설치되고, 타 측이 상기 원형 레일(12)에 이동가능하게 결합되어 상기 원형 레일(12)을 따라 상기 회전축(22)을 이동시키는 제 1 기어(25)와; 상기 가이드 링(20)이 하면에 고정 장착되는 반원기둥형의 중앙 프레임(30)과; 상기 중앙 프레임(30)의 상면에 설치되는 반원기둥형의 상부 프레임(40)과; 상기 상부 프레임(40)의 상면에 안착되고, 태양 빛을 전기에너지로 변환시켜 전력을 발전시키는 태양전지가 구비된 솔라셀모듈패널(50)과; 반원형의 형상이고, 반원형의 지름 면이 상기 솔라셀모듈패널(50)의 양 측면의 중심에 고정 설치되는 경사각조정수단(60)과; 상기 상부 프레임(40)의 양 측면에 설치되되, 상기 경사각조정수단(60)의 호면과 결합되고, 결합되는 호면 위치를 변화시켜 상기 솔라셀모듈패널(50)의 경사각을 조정하는 제 2 기어(65)로 구성된다.

이와 같은 태양광 발전장치는 제 1 기어(25)를 구동시키는 제 1 모터와, 제 2 기어(65)를 구동시키는 제 2 모터와, 제 1, 2 모터의 구동을 제어하되, 일 년의 날짜 및 시간에 상응하는 태양의 방위 및 경사각 데이터가 저장되어 있고, 방위데 이터에 상응하여 제 1 모터의 구동을 제어하며, 경사각 데이터에 상응하여 제 2 모터의 구동을 제어하는 제어기가 더 구비된다.

또한 상기 베이스(10)의 원형 레일(12)의 외측 하부에는 체인 모양이 형성된다.

상기 베이스(10)의 원형 레일(12)의 상측과 접촉하는 상기 회전축(22)의 내부에는 롤러(23)가 장착된다.

상기 베이스(10)의 원형 레일(12), 가이드 링(20), 중앙 프레임(30), 상부 프레임(40)의 내부에 복수개의 각관 파이프가 격자 구조로 고정되어 설치된다.

도 1과 도 2에서 참조 번호 80은 상부 프레임(40)과 중앙 프레임(30)을 견교하게 지지해주는 보강대이다.

그러나 상기와 같은 선행 기술은 태양전지패널 즉, 솔라셀모듈패널(50)을 지지하는 프레임(30, 40)이 상하로 분할된 반원기둥 구조로 이루어져 있기 때문에 전체적인 지지 구조가 복잡하고, 외력 특히 바람 등에 대해서도 영향을 많이 받을 수 있는 문제점이 있다.

특히, 상기 선행 기술은 베이스에 설치된 구동장치가 패널(50)과 반원기둥형 프레임 구조체 전체를 회전시키도록 구성되기 때문에 회전부분의 하중 증가로 인하여 태양광 위치 추적시 많은 에너지가 소요되는 문제점이 있다.

또한 상기 선행기술은 하나의 대형 솔라셀모듈패널(50)을 이용하여 태양광을 집광하기 때문에 일반적인 효율증가 외에 추가적인 태양광 이용 효율을 얻기 어려운 문제점이 있다.

특히, 상기 선행기술은 태양전지 기능을 하는 솔라셀모듈패널(50)이 평면형 구조로 구성되어 있기 때문에 고가인 태양전지의 사용량이 많게 되어 설치비용을 과도하게 상승할 수 있으며, 또한 단위 면적당 구현할 수 있는 태양광 집적도도 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 상기 선행기술은 복수개의 솔라셀모듈패널(50)을 설치할 경우에, 태양의 방위각 또는 고도 추적 과정에서 뒤쪽 패널에 그림자를 발생시켜 이용 효율이 떨어질 수 있고, 그림자 발생을 막기 위해서는 패널간의 간격을 멀리 떨어뜨리면 되나, 이때에는 설치 공간을 많이 차지하게 되는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지지 구조를 간단히 하면서도 자체 하중은 물론 외력에 대해서도 안정된 지지력을 확보하고, 태양의 위치 변화에 따른 태양광 추적 작동의 신뢰성도 높일 수 있는 태양 추적식 태양광 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 반사판 및 보조 반사판 등을 이용하여 고가인 태양전지의 사용량을 최소화하면서도 태양 에너지의 집광 효율은 높아지도록 하여, 태양광 이용 효율을 극대화 할 수 있는 태양 추적식 태양광 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한 본 발명은 다수개의 집광기구를 하나의 세트로 구성하면서도 집광기구 사이에 그림자 등이 발생하는 간섭을 줄여 태양광의 수광 효율을 높일 수 있고, 또 한 단일 구동 기구를 이용하여 다수개의 집광기구를 동시 작동함으로써 위치 추적 구동 구조도 간소화하여 경제성을 높일 수 있는 태양 추적식 태양광 발전장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치는, 양쪽 지지대와; 상기 양쪽 지지대 사이에서 회전 가능하게 연결되는 프레임과; 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되어 태양광을 집속하는 집광기구와; 상기 지지대와 상기 프레임 사이에 설치되어 태양의 방위각 또는 고도 변화 중 어느 하나에 대응하여 상기 프레임을 회전시키는 프레임 회전기구와; 상기 프레임과 집광기구 사이에 설치되어 상기 프레임 회전기구가 대응하지 아니한 태양의 고도 또는 방위각 변화에 대응하여 상기 집광기구를 회전시키는 집광 회전기구를 포함한 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 지지대는 복수개의 기둥이 상단에서 모아지는 구조로 이루어지고, 그 상단부에 상기 프레임에 회전 가능하게 지지되는 것이 바람직하다.

또한 상기 프레임은 상기 양쪽 지지대 사이에 연결되는 센터 프레임과, 이 센터 프레임을 중심으로 사각테 구조로 배치되는 외곽 프레임으로 이루어지고, 이때 상기 집광기구는 복수개가 설치되되, 상기 센터 프레임과 외곽 프레임 사이의 공간에 일정 간격마다 배치되어 구성되는 것이 바람직하다.

상기 집광기구는, 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속 하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판과, 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판과, 상기 집광판의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판으로 반사시키는 보조 반사판을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 집광판의 배면에는 집광판을 냉각하기 위한 냉각부가 구비될 수 있다.

또한 상기 보조 반사판은 상기 집광판에 중심으로 양쪽에 구비되되, 상기 집광판과 반사판이 연결되는 쪽과, 반사판과 연결되지 않은 쪽에 각각 구비될 수 있다.

상기 프레임 회전기구는 상기 프레임의 회전축에 고정된 반원형 기어와, 상기 반원형 기어에 치합되어 구동력을 전달하는 구동기어 및 이 구동기어를 회전시키는 구동모터로 구성되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 집광기구는 상기 프레임에 복수개가 설치될 때, 상기 집광 회전기구는 상기 복수의 집광기구에 링크 구조로 연결되어 동시에 회전시킬 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 집광 회전기구는 상기 각 집광기구에서 상기 프레임의 하측으로 길게 연결된 링크 연결바와, 상기 프레임의 하측에 대략 수평 방향으로 위치되어 상기 각 링크 연결바와 연결되는 링크 구동바와, 상기 링크 구동바가 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 집광 구동기구를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

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

참고로, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 태양 추적식 태양광 발전장치의 전체 구성을 설명하고, 도 7 내지 도 8을 참조하여 태양광을 집광하는 집광기구에 대하여 설명하며, 도 9 내지 도 10을 참조하여 다른 실시예의 집광기구에 대하여 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치의 일 실시예를 보여주는 도면으로서, 도 3은 사시도, 도 4는 정면도, 도 5는 평면도, 도 6은 측면도이다.

본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치는 도면에 도시된 바와 같이, 바닥에 세워지는 양쪽 지지대(110)와, 이 양쪽 지지대(110) 사이에서 회전 가능하게 연결되는 프레임(120)과, 상기 지지대(110)와 상기 프레임(120) 사이에 설치되어 태양의 방위각 변화에 대응할 수 있도록 상기 프레임(120)을 회전시키는 프레임 회전기구(130)와, 상기 프레임(120)에 회전 가능하게 설치되어 태양광을 집속하는 집광기구(140)와, 상기 프레임(120)과 집광기구(140) 사이에 설치되어 태양의 고도 변화에 대응하여 상기 집광기구(140)를 회전시키는 집광 회전기구(150)로 구성된다.

물론, 상기와 반대로, 상기 프레임 회전기구(130)는 태양의 고도변화에 대응하여 상기 프레임(120)을 회전시키도록 구성하고, 상기 집광 회전기구(150)는 태양의 방위각 변화에 대응하여 상기 프레임(120)을 회전시키도록 구성할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 주요 구성 부분을 자세히 설명한다.

먼저, 상기 지지대(110)는 두 개의 기둥이 상단에서 모아지는 구조, 즉 역 'V'자 구조로 이루어진다.

이러한 지지대(110)는 하단부에 받침판(112)이 구비되고, 상단부에는 상기 프레임(120)의 회전축(121)이 결합된다.

또한 지지대(110)의 상단부에는 후술할 프레임 회전기구(130)의 구동모터(135)가 구비될 수 있고, 도면에서와 같이 중간 부분에 가로대(115)가 설치되어 프레임 회전기구(130)를 지지하도록 구성할 수도 있다. 이때 지지대(110)는 대략 에이(A)자형 구조를 이루게 된다.

본 실시예의 도면에서 상기 지지대(110)는 두 개의 기둥이 모아지는 구조를 중심으로 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 실시 조건에 따라서는 하나의 기둥에 설치하는 것도 가능하고, 3개 이상의 기둥이 모아지는 구조도 가능하다. 이와 같은 상기 지지대(110)는 본 발명의 전체 장치를 충분히 지지할 수 있는 구조이면, 형상이나 구조에 구애받지 않고 다양하게 변경하여 설치할 수 있다.

다음, 상기 프레임(120)은 상기 양쪽 지지대(110) 사이에 연결되는 센터 프레임(123)과, 이 센터 프레임(123)을 중심으로 사각테 구조로 배치되는 외곽 프레임(125)으로 이루어진다. 이때 센터 프레임(123)은 삭제하여 구성하는 것도 가능하나, 충분한 지지 강성을 갖기 위해서는 센터 프레임(123)도 함께 구성하는 것이 바람직하다.

상기 프레임(120)을 구성하는 부재는 프레임(120)의 단면인 사각인 막대를 조합하여 구성하는 것이 바람직하고, 센터 프레임(123)과 외곽 프레임(125) 사이의 공간에 복수개의 집광기구(140)를 병렬 또는 직렬로 일정 간격마다 배치하여 구성할 수 있다. 도면에서는 프레임(120)에 4개의 집광기구(140)가 설치되는 구성을 보여주고 있다.

다음, 상기 프레임 회전기구(130)는 상기 프레임(120) 또는 회전축(121)에 고정된 반원형 기어(131)와, 상기 반원형 기어(131)에 치합되어 구동력을 전달하는 구동기어(133) 및 이 구동기어(133)를 회전시키는 구동모터(135)로 구성된다.

여기서 반원형 기어(131)는 구동모터(135)의 회전수를 줄여 프레임(120)을 움직임을 최소화한 상태에서 보다 정확하게 조절하기 위해 설치된다. 반사판이나 렌즈를 이용하여 태양광을 집속하는 방식에 있어서 추적오차는 급격한 효율감소를 발생시킴으로 미세하게 조정할 필요가 있게 된다. 따라서 상기 반원형 기어(131)는 구동기어(133)와의 기어비를 최대한 크게 하여 구성할 필요가 있다.

도면에서 반원형 기어(131)는 프레임(120)과 일체로 회전하도록 설치된 상태에서 프레임(120)의 하측으로 반원이 위치되고, 상기 지지대(110)의 가로대(115)에 지지된 구동기어(133)와 치합되어 회전될 수 있도록 구성된 것을 보여주고 있다.

여기서, 상기 구동기어(133)는 상기 가로대(115)에 직접 설치된 구동모터(135)에 의해 회전할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 지지대(110)의 상측에 설치된 구동모터(135)로부터 벨트 등을 통해 회전력을 전달받거나 외부에서 연결된 동력전달 장치를 이용하여 동력을 전달 받도록 구성할 수도 있다.

물론, 프레임 회전기구(130)는 상기와 같이 반원형 기어(131) 등을 이용하지 않고, 지지대(110)의 상부에 구동모터(135)를 설치하고, 이 구동모터(135)의 축이 바로 프레임(120)의 회전축(121)에 연결되어 프레임(120)을 회전시키도록 구성할 수도 있다. 이때 사용되는 구동모터(135)는 정밀 구동이 가능한 스텝 모터 등을 이용하여 구성하는 것이 바람직하다.

다음, 상기 집광기구(140)는, 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판(141)과, 상기 반사판(141)에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판(143)과, 상기 집광판(143)의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판(141)에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판(143)으로 반사시키는 보조 반사판(144)으로 구성된다.

더불어 상기 프레임(120)에 회전 가능하게 지지되도록 하단부 양쪽에 회전축(145)이 구성되고, 상기 집광판(143)의 배면에는 집광판(143)을 냉각하기 위한 냉각부(147)가 구비된다. 도면에 도시된 냉각부(147)는 열교환 면적을 크게 하기 위해 다수의 핀들이 수직 방향으로 세워진 공랭식 냉각 구조를 예시한 것이다.

상기와 같은 집광기구(140)에 대한 보다 자세한 설명은 도 7과 도 8을 참조하여 아래에서 설명한다.

다음, 상기 집광 회전기구(150)는 상기 복수의 집광기구(140)에 링크 구조로 연결되어 동시에 회전시킬 수 있도록 구성할 수 있다.

집광 회전기구(150)는 상기 각 집광기구(140)에서 상기 프레임(120)의 하측으로 길게 연결된 각각의 링크 연결바(151)와, 상기 프레임(120)의 하측에 대략 수 평 방향으로 위치되어 상기 각 링크 연결바(151)와 연결되는 링크 구동바(153)와, 상기 링크 구동바(153)가 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 집광 구동기구(155)로 구성된다.

상기 링크 연결바(151)는 도 3 및 도 4에서와 같이 상기 집광기구(140)에서 하측으로 수직으로 연결된 부분으로서, 바람직하게는 회전축(145)과 최대한 근접한 위치에 연결되게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 링크 구동바(153)는 상기 링크 연결바(151)에 대하여 상대 회전 가능하게 연결되고, 좌우로 위치된 링크 연결바(151)가 하나의 링크 구동바(153)에 함께 연결되기 위해서는 연결축(152)을 통해서 상호 연결된다.

이와 같이 하나의 링크 구동바(153)에 다수개의 링크 연결바(151)를 연결하여 함께 구동할 수 있도록 구성함에 따라 도면에서와 같이 4개의 집광기구(140)가 설치된 경우에도 모든 집광기구(140)를 동시에 간편하게 움직일 수 있게 된다.

상기 집광 구동기구(155)는 다양하게 구성할 수 있는데, 통상 직선 왕복 운동력을 발생시킬 수 있는 구동기구이면, 본 장치의 설계 조건에 따라 적절하게 사용하여 구성할 수 있다. 즉, 예를 들면, 리니어 모터(액츄에이터)에 의해 직선 구동력을 발생시키는 구조, 모터에 의해 회전하는 캠의 회전력을 직선 운동으로 변화시키는 구조, 랙과 피니언을 이용하여 회전 운동을 직선 운동으로 변화시키는 구조, 스크류 축을 이용한 리니어 운동 구조 등을 이용하여 구성할 수 있다.

물론, 상기 여러 방식의 구조에서는 집광 구동기구(155)와 링크 구동바(153) 사이에 어느 정도 변위차가 발생할 수 있는데, 이때에는 어느 정도 변위 발생을 흡 수할 수 있는 부재(일정 정도의 굽힘 변화가 가능한 부재 또는 추가 링크 부재 등)(157)를 중간에 연결하여 구성할 수 있다.

이러한 집광 구동기구(155)는 프레임(120)에 고정된 구동박스에 내장되어 상기 링크 구동바(153)를 작동할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

다음, 상기한 집광기구(140)에 대하여 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 태양광 수집 상태를 보인 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 태양 위치 변화에 따른 작동 상태를 보인 도면들이다.

본 발명에 따른 집광기구(140)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 반사판(141), 집광판(143), 보조 반사판(144)으로 구비되어, 태양광이 반사판(141)에 반사된 후에 바로 집광판(143)으로 집속되거나 보조 반사판(144)에 반사된 후에 집광판(143)으로 집속될 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 집광판(143)에 집속된 태양광을 전기 에너지를 변환시켜 이용할 수 있도록 구성되는 것이다. 물론 집속된 태양광을 열에너지로 이용하는 것도 가능하다.

이러한 집광기구(140)의 각각의 구성에 대하여 설명한다.

먼저, 반사판(141)은 태양광을 반사시키는 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된다. 즉, 반사판(141)의 반사면은 집광판(143) 또는 보조 반사판(144)으로 빛을 전달할 수 있도록 배치되는데, 이때 반사면은 기울기가 동일하지 않은 복수의 평면이 연속된 구조로 배치되어 전체적으로 곡면 구조를 갖도록 구성된다.

이러한 상기 반사판(141)은 태양광의 입사 방향에 대하여 반사면의 기울기가 상기 집광판(143)에 근접할수록 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 도면에서는 상기 반사판(141)이 두께가 얇은 판형 구조로 주로 도시하였으나, 바람직하게는 도 7에서와 같이 반사판(141)의 뒷면에 반사면의 곡면이 유지되도록 하는 보강부재(148)를 추가로 설치할 수 있다. 이때 보강부재(148)는 반사판(141)의 뒷면에, 리브(뼈대)형 구조로 덧대서 설치하거나, 소정 두께 및 강도를 가진 판재를 부착하여 설치할 수 있다.

다음, 집광판(143)은 상기 반사판(141)에서 반사된 빛을 집광시킬 수 있는 위치에 설치된 것으로, 대략 곡면판이 원형 구조를 갖는다고 하였을 때 가운데 부분을 향하여 돌출된 구조로 배치된다. 물론, 상기 집광판(143)의 안정적인 지지를 위해 상기 반사판(141) 쪽으로 지지판(142)이 연결되어 설치된다.

여기서 집광판(143)은 상기 반사판(141) 및 이후 설명될 보조 반사판(144)에서 반사된 빛이 집광되고, 이렇게 집광된 빛 에너지가 전기 에너지로 변환될 수 있는 태양 전지로 구성된다. 이러한 태양 전지의 구체적인 구성은 공지에 널리 알려진 구성이므로, 자세한 설명은 생략한다. 다만, 본 발명에 따른 집광판(143)은 상기 반사판(141)으로 입사되는 입사광 면적 대비 1/4 이상 1/15배 사이의 크기로 형성될 수 있으므로 4 ~ 15배의 집광 효율을 갖도록 구성될 수 있다.

다음, 상기 보조 반사판(144)은 상기 집광판(143)의 바깥쪽 끝단부에 평면 구조로 연결되어 설치되는데, 상기 반사판(141)에서 반사된 빛 중 집광판(143)으로 반사되지 않고 집광판(143)을 벗어나는 일부의 빛을 상기 집광판(143)으로 반사시 키는 역할을 하게 된다.

이러한 보조 반사판(144)은 상기 집광판(143)을 중심으로 상기 반사판(141)과 상호 대향된 위치, 즉 반대쪽에 위치되도록 구성되며, 상기 반사판(141)의 앞쪽에서 집광판(143)과 대략 엘자 구조로 연결되어 설치되는 것이 바람직하다.

도 8의 (a)에서 (c)는 계절에 따른 태양의 일출 고도 변화에 따라 집광 회전기구(150)에 의해 집광기구(140)의 움직임 상태를 예시한 도면으로서, (a)는 동지의 일출각도, (b)는 봄, 가을의 일출각도, (c)는 하지의 일출각도에서의 집광 상태를 예시한 것이다.

도 8의 (a)에서와 같이 도면상 우측에서 입사된 빛은 반사판(141)과 보조 반사판(144)에 의해 반사되어 집광판(143)으로 모이게 되고, (b)에서와 같이 도면상 상부에서 조사된 빛은 역시 반사판(141) 및 보조 반사판(144)에 의해 집광판(143)으로 모이게 된다.

그리고 도 8의 (c)에서와 같이 도면상 좌측에서 입사된 빛도 반사판(141)과 보조 반사판(144)에 의해 반사되어 집광판(143)로 집광되면서 전기 에너지로의 전환이 가능해진다.

상기한 바와 같은 집광기구(140)는 하나의 보조 반사판(144)이 구성된 실시예에 대하여 설명하였고, 이의 변형 실시예로서, 보조 반사판(144)이 집광판(143)의 양쪽에 구성되는 집광기구(140A)를 설명한다.

도 9는 본 발명에 따른 태양광 집광기구의 다른 실시예의 도면으로서, 태양 광 수집 상태를 보인 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 태양광 집광기구의 효과를 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 집광기구(140A)는 보조 반사판(144A, 144B)이 상기 집광판(143)을 중심으로 양쪽에 구비되되, 상기 집광판(143)과 반사판(141)이 연결되는 쪽과, 반사판(141)과 연결되지 않은 쪽에 각각 구비된다.

이러한 다른 실시예의 필요성과 작용에 대하여 설명한다.

태양광은 반사판(141) 등에 의해 간섭되는 부분을 제외하면 태양광과 수직되는 반사면으로부터 시작하여 반사면이 태양광과 수평이 되기 전까지 집광하여 이용하는 것이 가능하다. 하지만, 반사판(141)의 크기와 반사되어 집광 즉, 수광 지점으로 보내지는 반사광의 크기를 비율로 표시한다면 목표지점으로부터 멀어질수록 효율은 현저히 떨어지게 된다.

아래 표는 도 9에 도시된 반사판(141)의 위치와 입사되는 태양광의 비율을 표현한 것으로서, 입사광을 1로 보았을 때, 더 많은 입사광을 수집하기 위해 반사면을 더 크게 설치한다고 하면, 반사판의 길이가 기준점으로부터 길어질수록 입사광은 증가하나 그 비율이 비례하지 않고 반사판 길이 대비 입사광의 이용효율에 한계가 있음을 알 수 있다.

입사광 기준 소요: 반사판 길이비율	1:1.04	1:1.23	1:1.53	1:2.15
반사판 길이	271.84	862.18	1822.72	4296.25
입사광 길이	260.78	702.92	1190.25	2000.41

또한 집광 중심에서 멀리 설치되는 반사면에서 반사된 태양광은 수광면을 기준으로 기울기가 작아서 경제적인 효과를 기대할 수 없게 된다.

따라서 본 발명의 다른 실시예에서는 반사판(141)에 의해 입사된 빛을 집광판(143)에 각도를 크게 변화시켜 전달하는 부속 반사장치, 즉 양쪽 보조 반사판(144A, 144B)을 설치하여 집광판(143)에 입사되는 각도를 크게 하여 태양 에너지 이용 효율을 높이기 위한 것이다.

이때 상기 양쪽 보조 반사판(144A, 144B)은 도 9의 'X' 부분과 같이 설치되는 것이 바람직하며, 이러한 보조 반사판(144A, 144B)은 실시 조건에 따라 모양이나 각도를 변경하여 실시할 수 있다.

이러한 보조 반사판(144A, 144B)의 작용을 도 10을 참고로 설명하면, A는 집광판(143)을 전단에 설치한 예이고, B는 집광판(143)의 위치를 변경하여 입사광의 기울기를 파악하기 위한 예이다.

원 내부의 빨간색 선은 기울기의 변화를 파악하기 위해 임의로 선택한 반사광 군을 표현한 것으로 변화된 기울기를 확인하기 위한 것이다.

도 10을 참고하면, 최초 입사광을 수집하는 A의 위치에서 입사광의 기울기는 평균값이 30도에 가까운 상당히 낮은 것을 알 수 있으나, 본 실시예의 구조와 같이 보조 반사판(144A, 144B)이 설치된 구조에서는, 보조 반사판을 거친 반사광이 수집되는 집광판(143)이 B의 위치에 있는 경우에 평균값이 60도로 입사광의 기울기가 크게 향상됨을 알 수 있다. 결국, 양쪽 보조 반사판(144A, 144B)의 반사면을 거쳐 집광판(143)으로 입사된 태양광의 기울기가 커짐에 따라 태양 에너지의 이용효율을 배가시킬 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 태양 추적식 태양광 발전장치는, 반사판 및 보조 반사판 등을 이용하여 고가인 태양전지의 사용량을 최소화하면서도 태양 에너지의 집광 효율은 높아지도록 구성되기 때문에 태양광 이용 효율을 극대화 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 양쪽 지지대 및 프레임을 이용하여 전체적인 지지 구조를 간단히 하면서도 자체 하중은 물론 외력에 대해서도 안정된 지지력을 확보할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 다수개의 집광기구를 하나의 세트로 구성하면서도 집광기구 사이에 발생할 수 있는 그림자 간섭을 줄여 태양광의 수광 효율을 크게 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 단일 구동 기구를 이용하여 다수개의 집광기구가 동시에 태양의 방위각 또는 고도 추적이 가능하도록 구성하여, 태양 위치 추적 작동의 신뢰성 및 운전 효율을 높일 수 있는 동시에 구동모터의 부하량 감소 및 구동 구조의 간소화를 실현할 수 있게 되어, 전체적으로 경제성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims

양쪽 지지대와;

상기 양쪽 지지대 사이에서 회전 가능하게 연결되는 프레임과;

상기 프레임에 회전 가능하게 설치되어 태양광을 집속하는 집광기구와;

상기 지지대와 상기 프레임 사이에 설치되어 태양의 방위각 또는 고도 변화 중 어느 하나에 대응하여 상기 프레임을 회전시키는 프레임 회전기구와;

상기 프레임과 집광기구 사이에 설치되어 상기 프레임 회전기구가 대응하지 아니한 태양의 고도 또는 방위각 변화에 대응하여상기 집광기구를 회전시키는 집광 회전기구를 포함한 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 지지대는 복수개의 기둥이 상단에서 모아지는 구조로 이루어지고, 그 상단부에 상기 프레임에 회전 가능하게 지지된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 1 항에 있어서,

상기 프레임은 상기 양쪽 지지대 사이에 연결되는 센터 프레임과, 이 센터 프레임을 중심으로 사각테 구조로 배치되는 외곽 프레임으로 이루어지고,

상기 집광기구는 복수개가 설치되되, 상기 센터 프레임과 외곽 프레임 사이의 공간에 일정 간격마다 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 집광기구는, 특정 위치로 태양광을 반사시킬 수 있도록 반사면이 연속하지 않은 기울기를 갖도록 배치된 반사판과, 상기 반사판에서 반사된 태양광을 수집하는 집광판과, 상기 집광판의 적어도 일측에 구비되어 상기 반사판에서 반사된 태양광의 일부를 상기 집광판으로 반사시키는 보조 반사판을 포함한 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 4 항에 있어서,

상기 집광판의 배면에는 집광판을 냉각하기 위한 냉각부가 구비된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 4 항에 있어서,

상기 보조 반사판은 상기 집광판에 중심으로 양쪽에 구비되되, 상기 집광판과 반사판이 연결되는 쪽과, 반사판과 연결되지 않은 쪽에 각각 구비된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 프레임 회전기구는 상기 프레임의 회전축에 고정된 반원형 기어와, 상기 반원형 기어에 치합되어 구동력을 전달하는 구동기어 및 이 구동기어를 회전시키는 구동모터로 구성된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 7 항에 있어서,

상기 집광기구는 상기 프레임에 복수개가 설치되고,

상기 집광 회전기구는 상기 복수의 집광기구에 링크 구조로 연결되어 동시에 회전시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.
제 8 항에 있어서,

상기 집광 회전기구는 상기 각 집광기구에서 상기 프레임의 하측으로 길게 연결된 링크 연결바와, 상기 프레임의 하측에 대략 수평 방향으로 위치되어 상기 각 링크 연결바와 연결되는 링크 구동바와, 상기 링크 구동바가 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 집광 구동기구를 포함한 것을 특징으로 하는 태양 추적식 태양광 발전장치.