KR20090009733U - 태양광 추적장치 - Google Patents
태양광 추적장치Info
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Abstract
본 고안은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양의 고도에 따른 입사각의 변화에 따라 능동적으로 대처하기 위한 태양광 추적장치에 관한 것이다
본 고안의 태양광 추적장치는, 베이스프레임(1)의 남북구동핀홀(17)과 태양전지판(4)의 동서구동핀홀(45)에 만능조인트(5)의 남북구동핀(51)과 동서구동핀(52)으로 베이스프레임(1)과; 태양전지판(4)과: 및 만능조인트(5)를 일체로 결합하고, 윈치롤러결합공(13)에 맞추어 동서구동장치(2)를 결합하고, 윈치롤러결합공(15)에 맞추어 남북구동장치(3)를 결합한 후 일체로 된 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 와이어(a)를 윈치롤러(28)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(14)을 통과하여 가이드롤러(26,27)을 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합한다. 계속, 일체로 된 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 와이어(a)를 윈치롤러(38)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(16)을 통과하여 가이드롤러(36,37)을 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합하게 되면, 태양광을 동서고도감지센서(42)와 남북고도감지센서(43)에서 감지하여 신호비교부에서 전원을 인가받아 동서구동모터(22)와 남북구동모터(32)가 구동하여 태양전지판(4)이 태양광을 향하여 이동하게 된다. 상기와 같이 태양전지판(4)이 계속 이동하다가 일몰이 되어 리미트(d)가 가이드롤러(26,36)에 터치하게 되면 익일 일출에 대비하기 위하여 상기 태양전지판(4)이 동쪽으로 이동하게 되도록 구성한 것을 포함한다.
Description
본 고안은 태양광 추적장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양의 고도에 따른 입사각의 변화에 따라 능동적으로 대처하기 위한 태양광 추적장치에 관한 것이다.
태양전지라고 하면 태양을 이용한 발전시스템으로 태양열 및 태양광 발전시스템을 예로 들 수 있다. 태양전지판은 태양의 고도와 직각(직교)으로 배치해야 가장 최선의 발전효율을 달성할 수 있다.
본 고안은 본인의 특허출원 제10-2007-0088774호(2007.09.03) 태양광 추적장치 및 그 원리를 구조적으로 보완하여 그 효율성을 증대시키기 위한 일환으로 고안된 것이다.
최근에는 원유가가 100달러를 상회하는 고유가시대로, 비산유국인 한국에서는 더욱 절실하게 태양발전시스템의 필요성이 증대하고 있는 실정으로 태양열보다는 태양광발전으로 전환되는 추세이다.
태양광발전은 태양으로부터 빛에너지를 직접 전기에너지로 변환하여 주는 발전방식이다. 이러한 태양광발전의 핵심은 일반적으로 pn접합구조를 가진 태양전지(Solar Cell)로서 외부로부터 광자(Photon)가 태양전지의 내부로 흡수되면서 상기 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전자(Electron)와 정공(Hole)의 쌍(e-h pair)이 생성된다. 생성된 전자-전공의 쌍은 pn접합에서 발생한 전기자에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집된다. 각각의 전극에서 수집된 전하(Charge)는 외부회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 된다. 태양광발전은 얇은 박막의 태양광전지를 넓은 판에 부착시켜 태양전지판을 형성하게 된다.
태양광발전을 하기 위해서는 넓은 부지면적이 소요되고, 대체에너지 연구가 진행되고 있는 선진국의 예를 보더라도 이를 대용량 에너지원으로 실용화하기에는 기술과 경제성 등에서 아직도 현실적인 활용을 기대할 수 없는 실정이지만, 지구온난화를 일으키는 이산화탄소 등 온실가스의 배출원이 주로 화석연료이기 때문에 선진국을 중심으로 화석연료 사용을 줄임으로써, 온실가스의 배출감축을 의무화하는 추세이기 때문에 우리나라는 의무국은 아니지만 국제적인 환경규제에 대비하기 위하여 정부에서는 자금지원 등 태양광발전을 적극적으로 권장하고 있는 실정이다.
대부분 태양광발전설비는 광범위한 부지에 일정한 각도로 고정된 거치대위에 설치하게 된다. 이렇게 일정한 각도로 고정된 태양광발전설비는 발전효율이 계절에 따라 심하게 차이가 나는 문제점이 있었다.
지구가 자전 및 공전을 하기 때문에 각 지역에서 관찰하는 태양의 위치가 매일 변하게 된다. 현재 태양을 따라 동에서 서로 이동경로를 추적하는 장치는 고정형에 비해 발전효율이 10~15% 정도 높기 때문에 자전에 의해서 태양의 위치가 변화는 것에 대처하기 위하여 태양을 자동으로 추적하는 시스템이 개발되고, 지속적으로 개발하고 있는 실정이다.
본 고안은 베이스프레임과 태양전지판을 동서남북 간 회전가능한 만능조인트를 연결핀으로 결합하고, 베이스프레임에 동서구동장치와 남북구동장치를 가설하여 태양광 감지센서의 신호에 의해 인가된 전원을 이용하여 태양전지판을 자동으로 제어할 수 있도록 한 태양광 추적장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 고안의 상기 목적은 베이스프레임의 남북구동핀홀과 태양전지판의 동서구동핀홀에 만능조인트의 남북구동핀과 동서구동핀으로 베이스프레임과; 태양전지판과: 및 만능조인트를 일체로 결합하고, 상기 베이스프레임의 윈치롤러결합공에 맞추어 동서구동장치를 결합하고, 윈치롤러결합공에 맞추어 남북구동장치를 결합한 후 일체로 된 동향조정줄과 서향조정줄의 와이어를 윈치롤러의 나사홈에 코일과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈을 통과하여 가이드롤러를 거쳐 태양전지판의 아이볼트와 상기 동향조정줄과 서향조정줄의 텐숀스프링의 일단과 결합하고, 일체로 된 남향조정줄과 북향조정줄의 와이어를 윈치롤러의 나사홈에 코일과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈을 통과하여 가이드롤러을 거쳐 태양전지판의 아이볼트와 남향조정줄과 북향조정줄의 텐숀스프링의 일단과 결합한 것을 포함하는 태양광 추적장치에 의해 달성된다.
따라서, 본 고안의 태양광 추적장치는, 종래의 기계식 또는 전자식에 비해 설치가 용이하고 심플하며 컴펙트하게 구성함으로써, 원가를 절감하고 전자동으로 300룩스 이하의 저광도 태양광을 자동으로 추적하여 기존의 발전시스템에 비해 발전효율을 20 ~ 30% 이상 증대시키는 효과가 있다.
도 1a는 본 고안의 동절기 정오의 태양광 입사각에 따른 태양전지판의 상태를 도시한 사시도이고,
도 1b는 본 고안의 동절기 일몰시 태양광 입사각에 따른 태양전지판의 상태를 도시한 사시도이며,
도 2는 본 고안의 배면사시도이고,
도 3은 본 고안의 베이스프레임을 도시한 사시도이며,
도 4a는 본 고안의 구동장치를 도시한 사시도이고, 도 4b는 본 고안의 구동장치를 도시한 전개사시도이며,
도 5는 본 고안의 태양전지판의 후면을 도시한 배면사시도이고,
도 6은 본 고안의 만능조인트 결합부를 상세하게 도시한 상세사시도이며,
도 7은 본 고안의 구동절차를 알기 쉽게 도시한 도표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 베이스프레임 2 : 동서구동장치
3 : 남북구동장치 4 : 태양전지판
5 : 만능조인트 11 : 기둥
12 : 베이스플레이트 13 : 윈치롤러결합공
14 : 조정줄통과홈 15 : 조정줄통과홈
16 : 윈치롤러결합공 17 : 남북구동핀홀
21 : 프레임 22 : 구동모터
23 : 모터풀리 24 : 벨트
25 : 구동풀리 26 : 가이드롤러
26' : 베어링커버 26" : 베어링
27 : 가이드롤러 27' : 베어링커버
27" : 베어링 28 : 윈치롤러
28' : 베어링커버 28" : 베어링
41 : 패널 42 : 동서고도감지센서
43 : 남북고도감지센서 44 : 아이볼트
45 : 동서구동핀홀 51 : 남북구동핀
52 : 동서구동핀 a : 와이어
a' : 코일 b : 턴버클
c : 텐숀스프링 d : 리미트 s : 나사홈 ed : 도향조정줄 nd : 북향조정줄 sd : 남향조정줄 wd : 서향조정줄
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 고안의 동절기 정오의 태양광 입사각에 따른 태양전지판의 상태를 도시한 사시도이고, 도 1b는 본 고안의 동절기 일몰시 태양광 입사각에 따른 태양전지판의 상태를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 고안의 배면사시도이고, 도 3은 본 고안의 베이스프레임을 도시한 사시도이며, 도 4a는 본 고안의 구동장치를 도시한 사시도이고, 도 4b는 본 고안의 구동장치를 도시한 전개사시도이며, 도 5는 본 고안의 태양전지판의 후면을 도시한 배면사시도이고, 도 6은 본 고안의 만능조인트 결합부를 상세하게 도시한 상세사시도이며, 도 7은 본 고안의 구동절차를 알기 쉽게 도시한 도표이다.
본 고안의 태양광 추적장치를 좀 더 상세하게 살펴보면, 베이스프레임(1)과; 동서구동장치(2)와; 남북구동장치(3)와; 태양전지판(4)과; 및 만능조인트(5)를 포함하여 이루어진다.
본 고안 베이스프레임(1)은 기둥(11)의 하단에는 지상에 편리하게 설치할 수 있도록 베이스플레이트(12)가 가설되고 상단에 만능조인트(5)를 결합할 수 있는 남북구동핀홀(17)이 형성되며 중앙에는 동서구동장치(2)의 윈치롤러(28)를 결합할 수 있도록 한 윈치롤러결합공(13)과 조정줄통과홈(14)이 형성되고, 남북구동장치(3)의 윈치롤러(38)를 결합할 수 있도록 한 윈치롤러결합공(16)과 조정줄통과홈(15)을 포함하여 이루어진다.
본 고안 동서구동장치(2)는 베이스프레임(1)의 중앙 양측에 대칭으로 프레임(21)을 볼트로 고정한 후 상기 프레임(21)의 상부에 베어링(26",27")을 삽설한 가이드롤러(26,27)를 베어링커버(26',27')로 고정하고, 상기 가이드롤러(26,27)의 하부 중앙에 원주면에 나사홈(s)이 형성되고 베어링(28")을 삽설한 윈치롤러(28)를 베어링커버(28')로 고정한 후 상기 윈치롤러(28)의 일단에 구동풀리(25)를 결합한다. 그리고 상기 프레임(21)의 좌하부에 구동모터(22)를 볼트로 결합하고 상기 구동모터(22)의 축에 모터풀리(23)를 결합한 후 상기 모터풀리(23)와 구동풀리(25) 간에 벨트(24)로 연결하여 구동모터(22)가 회전할 때 상기 윈치롤러(28)가 회전할 수 있도록 하고, 상기 윈치롤러(28)에 일체로 된 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 와이어(a)를 코일(a')처럼 2~3회 감아서 대칭으로 가이드롤러(26,27)를 거쳐 상기 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 구성인 텐숀스프링(c)의 일단을 태양전지판(4)의 아이볼트(44)에 연결한다.
여기에서 일체로 된 상기 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 구성을 살펴보면, 상기 와이어(a)의 상단에 리미트(d)를 삽설한 후 턴버클(b)을 연결하고 상기 턴버클(b)의 상단에 텐숀스프링(c)을 연결하여 이루어진다. 상기 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)을 턴버클(b)로 적절한 장력을 유지할 수 있도록 조정하고 텐숀스프링(c)은 상기 구동모터(22)에 무리를 주지않고 태양전지판(4)이 자연스럽게 태양광을 추적할 수 있도록 하였다.
또한, 상기 동서구동장치(2)는 남북구동장치(3)와 그 구성이 동일하며 베이스프레임(1)의 기둥(11) 중앙에 교차로 가설된다.
본 고안 태양전지판(4)은 상부 상하에 패널(41)과; 상부 중앙부 상하에 동서고도감지센서(42)와 남북고도센서(43)가 가설되고, 후방에는 만능조인트(5)를 결합하는 동서구동핀홀(45)과; 조정줄을 매달 수 있는 4개의 아이볼트(44)를 포함하여 이루어진다.
본 고안 만능조인트(5)는 유니버샬조인트(Universal Joint)를 일컫는 것으로서, 동서남북 자유자재로 패널(41)을 마치 인체의 관절과 같이 무리없이 움직일 수 있도록 상부에 동서구동핀(52) 홀과 하부에 남북구동핀(51) 홀이 교차로 형성되어 각각 태양전지판(4)과 베이스프레임(1)에 결합된다.
상기와 같은 구성에 의해, 베이스프레임(1)의 남북구동핀홀(17)과 태양전지판(4)의 동서구동핀홀(45)에 만능조인트(5)의 남북구동핀(51)과 동서구동핀(52)으로 베이스프레임(1)과; 태양전지판(4)과: 및 만능조인트(5)를 일체로 결합하고, 윈치롤러결합공(13)에 맞추어 동서구동장치(2)를 결합하고, 윈치롤러결합공(15)에 맞추어 남북구동장치(3)를 결합한 후 일체로 된 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 와이어(a)를 윈치롤러(28)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(14)을 통과하여 가이드롤러(26,27)을 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합한다. 계속, 일체로 된 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 와이어(a)를 윈치롤러(38)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(16)을 통과하여 가이드롤러(36,37)을 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합하게 되면, 태양광을 동서고도감지센서(42)와 남북고도감지센서(43)에서 감지하여 신호비교부에서 전원을 인가받아 동서구동모터(22)와 남북구동모터(32)가 구동하여 태양전지판(4)이 태양광을 향하여 이동하게 된다. 상기와 같이 태양전지판(4)이 계속 이동하다가 일몰이 되어 리미트(d)가 가이드롤러(26,36)에 터치하게 되면 익일 일출에 대비하기 위하여 상기 태양전지판(4)이 동쪽으로 이동하게 되는 것이다.
본 고안은 이상에서 살펴 본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 고안의 기술사상과 아래에 기재될 실용신안 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 자명하다.
Claims (5)
- 태양광 추적장치에 있어서,베이스프레임(1)의 남북구동핀홀(17)과 태양전지판(4)의 동서구동핀홀(45)에 만능조인트(5)의 남북구동핀(51)과 동서구동핀(52)으로 베이스프레임(1)과; 태양전지판(4)과: 및 만능조인트(5)를 일체로 결합하고, 상기 베이스프레임(1)의 윈치롤러결합공(13)에 맞추어 동서구동장치(2)를 결합하고, 윈치롤러결합공(16)에 맞추어 남북구동장치(3)를 결합한 후 일체로 된 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 와이어(a)를 윈치롤러(28)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(14)을 통과하여 가이드롤러(26,27)를 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 상기 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합하고, 일체로 된 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 와이어(a)를 윈치롤러(38)의 나사홈(s)에 코일(a')과 같이 2~3회 감아 조정줄통과홈(16)을 통과하여 가이드롤러(36,37)을 거쳐 태양전지판(4)의 아이볼트(44)와 남향조정줄(sd)과 북향조정줄(nd)의 텐숀스프링(c)의 일단과 결합한 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한 태양광 추적장치.
- 제 1항에 있어서,태양광을 동서고도감지센서(42)와 남북고도감지센서(43)에서 감지하여 신호비교부에서 전원을 인가받아 동서구동모터(22)와 남북구동모터(32)가 구동하여 태양전지판(4)이 태양광을 향하여 이동하게 된다. 상기와 같이 태양전지판(4)이 계속 이동하다가 일몰이 되어 리미트(d)가 가이드롤러(26,36)에 터치하게 되면 익일 일출에 대비하기 위하여 상기 태양전지판(4)이 동쪽으로 이동하도록 구성한 것을 특징으로 한 태양광 추적장치.
- 제 1항에 있어서,동서구동장치(2)가 베이스프레임(1)의 기둥(11) 중앙 양측에 대칭으로 프레임(21)을 볼트로 고정한 후 상기 프레임(21)의 상부에 베어링(26",27")을 삽설한 가이드롤러(26,27)를 베어링커버(26',27')로 고정하고, 상기 가이드롤러(26,27)의 하부 중앙에 원주면에 나사홈(s)이 형성되고 베어링(28")을 삽설한 윈치롤러(28)를 베어링커버(28')로 고정한 후 상기 윈치롤러(28)의 일단에 구동풀리(25)를 결합하고, 상기 프레임(21)의 좌하부에 구동모터(22)를 볼트로 결합하고 상기 구동모터(22)의 축에 모터풀리(23)를 결합한 후 상기 모터풀리(23)와 구동풀리(25) 간에 벨트(24)로 연결하여 구동모터(22)가 회전할 때 상기 윈치롤러(28)가 회전할 수 있도록 하고, 상기 윈치롤러(28)에 일체로 된 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(nd)의 와이어(a)를 코일(a')처럼 2~3회 감아서 대칭으로 가이드롤러(26,27)를 거쳐 상기 동향조정줄(ed)과 서향조정줄(wd)의 구성인 텐숀스프링(c)의 일단을 태양전지판(4)의 아이볼트(44)에 연결하고, 남북구동장치(3)가 상기 동서구동장치(2)와 동일하게 구성된 것을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
- 제 1항에 있어서,태양전지판(4)이 상면 상하에 패널(41)과; 상면 중앙부 상하에 동서고도감지센서(42)와 남북고도센서(43)가 가설되고, 후방에는 만능조인트(5)를 결합하는 동서구동핀홀(45)과; 조정줄을 매달 수 있는 4개의 아이볼트(44)를 포함하여 이루어진다.
- 제 1항에 있어서,만능조인트(5)가 유니버샬조인트(Universal Joint)를 일컫는 것으로서, 동서남북 자유자재로 패널(41)을 마치 인체의 관절과 같이 무리없이 움직일 수 있도록 상부에 동서구동핀(52) 홀과 하부에 남북구동핀(51) 홀이 교차로 형성되어 각각 태양전지판(4)과 베이스프레임(1)에 결합된 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
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