KR20080108640A - 태양광 추적장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 추적장치에 관한 것으로서, 특히 하루 중에 변화되는 태양의 위치를 따라 제어되고, 1년 중에 변화되는 태양의 고도를 따라 제어되는 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 추적장치는 기둥, 상기 기둥에 회전 가능하게 설치되는 지지대, 상기 지지대에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수집패널, 상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 구동부, 및 상기 기둥과 상기 태양에너지수집패널 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 고도조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure P1020070056445
태양광 발전장치, 난중고도, 구동부, 지지대, 제어프레임

Description

추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치 {TRACER AND SOLAR DYNAMO THEREWITH}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치가 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광패널의 유동 경로가 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
2 : 기둥 4 : 지지대
6 : 힌지부 8 : 태양에너지수집패널
10 : 제어프레임 12 : 수직축
14 : 수평축 30 : 연결축
50 : 가변부 52 : 고정부재
56 : 가변축 62 : 구동모터
64 : 제어감속기 72 : 손잡이
본 발명은 추적장치에 관한 것으로서, 특히 하루 중에 변화되는 태양의 위치를 따라 제어되고, 1년 중에 변화되는 태양의 고도를 따라 제어되는 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
태양광 추적장치는 태양의 고도나 방위를 측정하거나 시간에 맞추어 미리 프로그램된 방법에 따라 태양열 집열장치나 태양광 발전장치의 태양에너지수집패널이 태양을 추적하도록 하기 위한 장치이다.
여기서 태양에너지수집패널은 태양광으로부터 열에너지를 얻는 태양광 집열 패널이나 태양광으로부터 전기에너지를 얻는 태양광 발전 패널 등과 같이 태양광을 흡수하기 위한 판형상의 패널을 모두 포함하는 개념이다.
일반적으로 태양광 추적은 연직 방향의 스윙축선을 중심으로 태양에너지수집패널 등을 선회시켜 태양의 방위를 추적하는 태양광 추적장치의 스윙(swing) 작동과 수평 방향의 요잉 축선을 중심으로 태양에너지수집패널을 회동시켜 태양의 고도를 추적하는 태양광 추적장치의 요잉(yawing) 작동에 의해 이루어진다.
상기와 같은 태양광 추적장치에 의해 태양을 추적하도록 회전되는 태양에너지수집패널은 대용량의 전력 생산을 위해서 그 면적이 넓어지게 되며, 그에 따라 상기 태양에너지수집패널은 중량이 커지게 된다.
따라서 비교적 중량이 큰 태양에너지수집패널을 스윙 및 요잉 구동시키기 위해서는 큰 토크가 필요해 유압실린더나 대용량의 모터가 이용된다.
그러나 종래 기술에 따른 추적장치는 스윙 작동과 요잉 작동이 각각 개별적으로 제어되는 것이 대부분이기 때문에 각각 별도의 유압실린더나 모터가 요구되므로 구조가 복잡하고, 추적장치의 제작에 소요되는 시간 및 비용을 절감하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 구조가 단순화되고, 부품수가 작아지는 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 추적장치는 기둥, 상기 기둥에 회전 가능하게 설치되는 지지대, 상기 지지대에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수집패널, 상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 구동부, 및 상기 기둥과 상기 태양에너지수집패널 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 고도조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 태양에너지수집패널은 힌지부에 의해 상기 지지대에 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 지지대는 남북 방향으로 길게 배치되고, 상기 힌지부를 이루는 회전축은 동서 방향으로 길게 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 구동부는, 상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되는 감속기, 및 상기 감속기에 연결되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 고도조절부는, 상기 태양에너지수집패널에 설치되는 제어프레임, 다수개의 상기 제어프레임을 연결하는 연결축, 상기 연결축과 상기 기둥 사이에 설치되는 고정부재, 및 상기 고정부재의 길이를 가변시키는 가변부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 가변부는, 상기 기둥과 상기 고정부재 사이에 설치되는 가변축, 상기 기둥과 상기 가변축 사이에 설치되는 제어감속기, 및 상기 제어감속기에 설치되는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 가변부는 상기 기둥과 상기 고정부재 사이에 설치되는 가변축, 및 상기 가변축에 연결되는 손잡이를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 추적장치를 구비하는 태양광 발전장치는 기둥, 상기 기둥에 회전 가능하게 설치되는 지지대, 상기 지지대에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수집패널, 상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 구동부, 및 상기 기둥과 상기 태양에너지수집패널 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 고도조절부를 포함하는 추적장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치의 일 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
설명의 편의를 위해 추적장치를 구비하는 태양광 발전장치를 예로 들어 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치가 도시된 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 작동 상태도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 흡광패널의 유동 경로가 도시된 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치는 기둥(2)과, 기둥(2)에 회전 가능하게 설치되는 지지대(4)와, 지지대(4)에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수 집패널(8)과, 기둥(2)과 지지대(4) 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 태양에너지수집패널(8)을 유동시키는 구동부(40)와, 기둥(2)과 태양에너지수집패널(8) 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 태양에너지수집패널(8)을 유동시키는 고도조절부를 포함한다.
이로써, 추적장치에 전원이 인가되면 구동부(40)에 의해 태양에너지수집패널(8)이 회전되는데, 하루 중에 변화되는 태양의 위치에 따라 태양광이 태양에너지수집패널(8)에 수직으로 조사되는 각도를 이루도록 구동부(40)가 제어된다.
또한, 하루 중 태양이 지나는 경로와 지면 사이의 각도, 즉 태양의 고도는 하루 단위로 소정치의 변화가 생기는데, 이러한 고도의 변화에 따라 고도조절부가 구동되어 태양에너지수집패널(8)의 각도 변화를 제어하게 된다.
태양에너지수집패널(8)은 힌지부(6)에 의해 지지대(4)에 회전 가능하게 설치되므로 태양에너지수집패널(8)은 지지대(4)를 회전중심으로 하는 회전운동과, 힌지부(6)를 회전중심으로 하는 회전운동을 동시에 행할 수 있게 된다.
이러한 지지대(4)는 남북 방향으로 길게 배치되고, 힌지부(6)를 이루는 회전축은 동서 방향으로 길게 배치된다.
이로써, 지지대(4)를 회전중심으로 하는 회전운동은 태양에너지수집패널(8)이 동쪽을 향하는 최초 위치에서 시작하여 하늘을 향하도록 배치되는 정오 지점을 지나 서쪽을 향하는 위치로 변화되는 회전운동을 이룰 수 이게 한다.
또한, 힌지부(6)를 회전중심으로 하는 회전운동은 태양에너지수집패널(8)이 남쪽 방향으로 배치되는 지점과 정오 방향을 향하는 지점을 왕복하도록 하는 회전 운동을 이룰 수 있게 한다.
여기서, 기둥(2)은 지면에 고정되며, 북쪽에 설치되는 기둥(2)이 남쪽에 설치되는 기둥(2)과 비교하여 소정량 길게 설치되므로 한 쌍의 기둥(2) 사이에 설치되는 지지대(4) 상면에 설치되는 태양에너지수집패널(8)은 남쪽 방향을 향하도록 배치된다.
구동부(40)는 기둥(2)과 지지대(4) 사이에 설치되는 감속기(미도시)와, 감속기에 연결되는 모터(미도시)를 포함한다.
여기서, 기둥(2), 감속기, 모터, 및 지지대(4) 사이의 연결구조는 회전운동의 방향과 회전량을 가변시켜 회전운동이 전달되도록 하는 통상적인 연결장치에 의해 이루어지므로 자세한 도면 및 상세한 설명은 생략하기로 한다.
고도조절부는 태양에너지수집패널(8)에 설치되는 제어프레임(10)과, 다수개의 제어프레임(10)을 연결하는 연결축(30)과, 연결축(30)과 기둥(2) 사이에 설치되는 고정부재(52)와, 고정부재(52)의 길이를 가변시키는 가변부(50)를 포함한다.
여기서, 제어프레임(10)은 태양에너지수집패널(80)의 저면에서 한 쌍의 수직축(12)이 하측 방향으로 연장되고, 이 수직축(12)의 단부를 연결하는 수평축(14)이 설치되어 'Ｕ'모양을 이룬다.
제어프레임(10)의 중앙으로는 지지대(4)가 관통되게 설치되고, 제어프레임(10)의 중앙에 힌지부(6)가 배치되도록 태양에너지수집패널(8)의 저면에 설치되므로 제어프레임(10)의 하단을 밀거나 당기면 태양에너지수집패널(8)이 힌지부(6)를 중심으로 회전되어 남북 방향의 각도, 즉 태양의 고도를 따라 유동되는 회전운 동을 이룰 수 있게 된다.
또한, 지지대(4)의 상면에는 다수 개의 태양에너지수집패널(8)이 연속되게 설치되므로 각각의 태양에너지수집패널(8)의 저면에 설치되는 제어프레임(10)이 소정 간격을 유지하면서 다수 개가 연소되게 배치되므로 다수 개의 제어프레임(10)을 동시에 유동시키기 위한 연결축(30)이 설치된다.
그리고 연결축(30)의 일부분과 기둥(2)의 일부분 사이에는 고정부재(52)가 설치되는데, 이 고정부재(52)의 양단부는 각각 볼 조인트(54, 58)에 의해 회전 가능하게 설치된다.
이로써, 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리는 고정부재(52)에 의해 일정한 거리가 유지되는데, 태양에너지수집패널(8)이 지지대(4)를 중심으로 회전하게 되면 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 변화되므로 고정부재(52)가 연결축(30)을 밀거나 당기게 되는 작동이 발생된다.
자세히 설명하면, 태양에너지수집패널(8)이 동쪽이나 서쪽을 향하게 배치될 때에 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가장 길어지게 되는데, 이때, 고정부재(52)는 그 길이가 가변되지 않으므로 고정부재(52)가 연결축(30)을 당기는 작동이 발생된다.
이로써, 태양에너지수집패널(8)은 힌지부(6)를 중심으로 회전하여 정오 방향으로 배치되므로 지면과 태양 사이의 각도가 작고 동쪽으로 배치되는 태양으로부터 조사되는 태양광이 태양에너지수집패널(8)에 수직으로 조사될 수 있도록 한다.
이렇게 동쪽으로 배치되었던 태양에너지수집패널(8)이 지지대(4)를 중심으로 회전하여 정오 방향을 향하게 되면 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가장 짧아진다.
이때, 고정부재(52)는 그 길이가 가변되지 않기 때문에 연결축(30)을 밀어내는 작동이 발생되어 태양에너지수집패널(8)은 힌지부(6)를 중심으로 회전하여 남쪽 방향으로 소정 각도 회전된다.
이로써, 정오에 소정 각도 기울어져 지면에 조사되는 태양광이 태양에너지수집패널(8)에 수직으로 조사될 수 있도록 한다.
가변부(50)는 기둥과 고정부재(52) 사이에 설치되는 가변축(56)과, 기둥(2)과 가변축(56) 사이에 설치되는 제어감속기(64)와, 제어감속기(64)에 설치되는 구동모터(62)를 포함한다.
여기서, 가변축(56)은 고정부재(52)에 볼 조인트(58)에 의해 회전 가능하게 설치되는 축이며, 둘레면에 나사산이 형성되어 기둥에 출몰 가능하게 설치되어 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리를 가변시킬 수 있도록 하는 부재이다.
또한, 구동모터(62)와 가변축(56) 사이의 연결구조는 베벨기어, 랙 앤 피니언, 및 스크루 잭과 같이 모터의 회전 운동이 가변축의 직선운동으로 변환될 수 있도록 하는 동력전달장치라면 어떠한 장치가 사용되어도 무방하며, 이러한 동력전달장치는 통상적인 구조이므로 자세한 도면 및 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기한 바와 같이 구성되는 가변부(50)에 의해 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가변되는데, 태양의 난중고도는 여름, 즉 하지에 가장 높고, 겨울, 즉 동지에 가장 낮으므로 하지에는 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가장 짧게 유지되 고, 동지에는 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가장 길게 유지되도록 한다.
이는 기 설정된 프로그램에 의해 구동모터(62)를 제어하여 이루어지는데, 6개월 동안 가변축이 하루에 1회씩 소정 길이가 길어지도록 하고, 하지를 기점으로 하여 6개월 동안 하루에 1회씩 소정 길이가 짧아지도록 제어된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 구동부(40)에 전원이 인가되면 모터가 회전되면서 지지대(4)를 회전시키므로 태양에너지수집패널(8)이 지지대(4)를 회전중심으로 하여 회전하게 된다.
이로써, 동쪽에서 떠서 정오 지점을 지나 서쪽으로 지는 태양을 따라 태양에너지수집패널(8)이 회전하게 된다.
이렇게 지지대(4)를 회전중심으로 하여 태양에너지수집패널(8)이 회전하게 되면 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 가변되는데, 연결축(30)과 기둥(2) 사이에 설치되는 고정부재(52)는 그 길이가 가변되지 않으므로 고정부재(52)가 제어프레임(10)을 밀거나 당기는 작동이 발생되어 태양에너지수집패널(8)이 남쪽 방향으로 회전하게 된다.
이 작동을 자세히 설명하면, 태양에너지수집패널(8)이 동쪽에서 정오 방향으로 회전되면 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 짧아지는데 고정부재(52)의 길이는 가변되지 않으므로 제어프레임(10)을 밀어내는 작동이 발생되고, 이 작동에 의해 태양에너지수집패널(8)은 힌지부(6)를 중심으로 회전된다.
이때, 태양에너지수집패널(8)은 남쪽 방향으로 회전되는데, 정오에 태양의 위치가 지면으로부터 기울어지는 각도만큼 남쪽 방향으로 기울어지게 되므로 태양광이 태양에너지수집패널(8)에 수직으로 조사될 수 있도록 한다.
또한, 태양에너지수집패널(8)이 정오에서 서쪽 방향으로 회전될 때에는 연결축(30)과 기둥(2) 사이의 거리가 다시 길어지기 때문에 고정부재(52)가 제어프레임(10)을 당기는 작동이 발생되므로 태양에너지수집패널(8)이 힌지부(6)를 중심으로 회전되어 수평 방향을 이루도록 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추적장치의 고도조절부가 도시된 사시도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 추적장치는 일 실시예와 비교하여 기둥(2), 지지대(4), 태양에너지수집패널(8), 구동부(40), 고도절부로 이루어지는 것을 동일하지만, 고도조절부를 이루는 가변부(50)에 그 특징이 있다.
이 가변부(50)는 기둥(2)과 고정부재(52) 사이에 설치되는 가변축(56)과, 가변축(56)에 연결되는 손잡이(72)를 포함한다.
이로써, 일 실시예와 달리 제어감속기(64) 및 구동모터(62)가 생략될 수 있으므로 부품수가 절감되는 효과가 나타난다.
그리고 태양에너지수집패널(8)의 고도를 조절할 때에는 손잡이(72)를 회전시켜 가변축(56)을 전진, 또는 후진시킴으로써, 고정부재(52)가 제어프레임(10)을 밀고 당기게 하여 일 실시예에서 기재한 바와 같은 작동이 이루어질 수 있도록 한다.
이때, 손잡이(72)를 한 바퀴 회전시킬 때 이동되는 거리는 하루 동안 가변축(56)이 이동되어야 하는 거리만큼이 유동되도록 하는데, 이는 6개월, 약 183일 동안 이동되어야 하는 거리를 183일로 나누어 계산할 수 있다.
아울러, 동지에서 하지까지는 손잡이(72)를 하루에 한 바퀴씩 정방향으로 회전시켜 가변축(56)의 길이가 짧아지게 하고, 하지로부터 동지까지는 손잡이(72)를 역방향으로 회전시켜 가변축(56)의 길이가 길어지도록 하여 일 실시예에서 기재한 작동이 이루어지도록 한다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
또한, 추적장치를 구비하는 태양광 발전장치를 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 태양광 발전장치에 사용되는 추적장치가 아닌 다른 제품의 추적장치에도 본 발명의 추적장치가 사용될 수 있다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치는 고도조절부가 설치됨으로써, 계절 변화에 따라 그 고도가 가변되는 태양을 따라 태양에너지수집패널이 회전되도록 함으로써, 태양광이 태양에너지수집패널에 수직으로 조사될 수 있도록 하므로 태양광 발전장치의 효율이 향상되는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 추적장치 및 이를 구비하는 태양광 발전장치는 연결축과 기둥 사이에 설치되는 고정부재에 의해 지지대가 회전될 때에 태양에너지수집패널이 하나의 모터에 의해 동서 방향 및 남북 방향으로 동시에 회전될 수 있도록 함으로써, 부품수가 절감되고, 구동부의 구조가 단순화되므로 태양광 발전장치를 제작하는데 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 기둥;
    상기 기둥에 회전 가능하게 설치되는 지지대;
    상기 지지대에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수집패널;
    상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 구동부; 및
    상기 기둥과 상기 태양에너지수집패널 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 고도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 태양에너지수집패널은 힌지부에 의해 상기 지지대에 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지대는 남북 방향으로 길게 배치되고, 상기 힌지부를 이루는 회전축은 동서 방향으로 길게 배치되는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되는 감속기; 및
    상기 감속기에 연결되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고도조절부는,
    상기 태양에너지수집패널에 설치되는 제어프레임;
    다수개의 상기 제어프레임을 연결하는 연결축;
    상기 연결축과 상기 기둥 사이에 설치되는 고정부재; 및
    상기 고정부재의 길이를 가변시키는 가변부를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변부는,
    상기 기둥과 상기 고정부재 사이에 설치되는 가변축;
    상기 기둥과 상기 가변축 사이에 설치되는 제어감속기; 및
    상기 제어감속기에 설치되는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변부는 상기 기둥과 상기 고정부재 사이에 설치되는 가변축; 및
    상기 가변축에 연결되는 손잡이를 포함하는 것을 특징으로 하는 추적장치.
  8. 기둥;
    상기 기둥에 회전 가능하게 설치되는 지지대;
    상기 지지대에 설치되어 태양광에 노출되는 태양에너지수집패널;
    상기 기둥과 상기 지지대 사이에 설치되어 하루 중 태양의 위치 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 구동부; 및
    상기 기둥과 상기 태양에너지수집패널 사이에 설치되어 1년 중 태양의 고도 변화에 따라 상기 태양에너지수집패널을 유동시키는 고도조절부를 포함하는 추적장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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