KR20090010531A - 위치정보기반 태양광 추적발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 태양광 추적발전장치는, 태양광 모듈을 남북방향으로 배열하는 모듈지지 가로축과, 상기 모듈지지 가로축이 회전 가능하게 연결되는 한편 상기 모듈지지 가로축을 지면으로부터 일정 높이로 지지하며, 지면에 대한 상기 모듈지지 가로축의 각도를 3단계로 조절할 수 있도록 높이 조절이 가능한 적어도 두 개 이상의 종축으로 이루어진 모듈지지 세로축과, 상기 모듈지지 가로축의 동서방향 회전이 원활히 이루어지도록 상기 모듈지지 세로축과의 회전 접촉부에 장착되는 지지 베어링과, 상기 모듈지지 가로축에 동서방향의 회전 구동력을 전달하는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동력을 상기 모듈지지 가로축에 전달하는 웜기어와, 상기 구동모터에 시간별 신호를 전달하는 프로그램이 내장된 마이크로프로세서 및 상기 마이크로프로세서에 상기 태양광 모듈의 현재위치 및 동작상태를 마이크로프로세서에 전달하는 엔코더를 포함하여 구성되어, 프로그램방식을 채택하여 센서 방식에 의한 문제점이 발생하지 않음은 물론, 위치추적장치를 통한 위치정보기반 태양위치추적프로그램을 이용하여 설치시 초기 설정이 용이하며, 단축구동방식을 적용하면서도 태양 고도에 따른 태양광 모듈의 남북 방향 각도를 조절 가능하게 함으로써 보다 효율적인 태양광 발전이 이루어지도록 한다.

Description

위치정보기반 태양광 추적발전장치 {Tracking Photovoltaic System based on Location Information}

본 발명은 위치정보에 기반한 태양위치 추적 프로그램을 이용한 태양광 추적발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 태양광 모듈이 남북방향으로 일직선으로 배열된 태양광 어레이와, 상기 태양광 어레이를 동에서 서로 구동하기위한 모터와, 모터의 구동력을 어레이에 전달해주고 일정각도씩 이동하도록 하는 웜기어와, 상기 태양광 어레이를 봄과 가을, 여름 그리고 겨울의 계절에 따른 3단계의 태양광 고도를 맞추기 위하여 각도를 조절할 수 있는 태양광 어레이 세로 지지축과, 상기 추적구동장치에 시간별 구동신호를 전달하기위한 태양위치추적 프로그램과, 상기 프로그램에 지구상의 어느 위치에서도 정확한 태양위치추적이 가능하도록 위도, 경도의 정보를 기반으로 태양의 방위각을 추적하도록 제작된 태양위치추적 프로그램으로 이루어진 위치정보기반 태양광추적장치 및 추적 방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 모듈을 장착한 어레이의 이용방식은 고정식과 추적식으로 분류된다. 태양광 발전 출력량은 입사되는 일사강도에 비례하므로 태양전지가 태양과 법선방향으로 위치하도록 할 때 최대 출력량을 얻을 수 있으므로 고정식은 태양 을 향해 일정한 입사강도를 가지도록 어레이를 일정한 각도로 고정하여 배치한다. 그러나 고정식은 단위면적당 에너지 이용효율이 떨어져, 고효율의 태양광 발전시스템을 위해서는 추적식을 많이 적용하고 있다.

추적식은 센서방식과 프로그램방식 그리고 센서와 프로그램혼합방식이 사용되고 있다. 센서방식은 태양광모듈에 장착된 집광센서의 신호를 구동모터에 직접 전달하는 방식으로, 구조가 간단하지만 흐린날과 같이 태양광이 산란될 시에 오작동이 일어날 위험성이 높으며, 이물질에 의한 센서의 오염으로 오작동이 발생할 수 있는 단점이 있다. 프로그램방식은 태양광 발전 장치가 설치된 곳에서의 태양위치를 계산하여 일정 시간에 어레이를 계산된 위치로 구동시키는 방식으로, 정확하고 지속적인 위치추적이 가능하나 최초 설치 시 정확한 설정이 요구된다.

혼합방식은 센서와 프로그램을 혼합한 방식으로 각각의 단점을 보완하여 정확한 추적이 가능하나 구조가 복잡해지고 설치 단가가 상승하게 되는 단점이 있다.

한편, 구동방식에 있어서는 동서 방향만을 추적하는 단축구동방식과 동서와 남북을 동시에 추적할 수 있는 양축구동방식이 있다. 동서와 남북을 추적할 수 있는 양축구동방식은 단축구동방식에 비하여 발전효율이 높지만 양축을 구동시키는데 필요한 구동력이 더 소모되고 장치 제조단가가 높아지는 단점이 있다. 한편 단축구동방식은 일출에서 일몰까지의 태양방위변화에는 대응하지만 계절별 태양 고도 변화에는 대응하지 못해 높은 발전효율을 기대하기 어렵다.

즉, 등록실용 20-405781호에 개시된 태양광 추적식 에너지 발전장치의 경우에도 와이어를 이용하여 태양전지 어레이를 구동시키기 때문에 동력의 이용효율이 낮고 태풍과 같은 풍하중에도 약한 단점이 있으며 전체적인 설치높이가 높아지고 설치공간을 많이 차지하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것이다. 즉, 본 발명은 센서식 추적장치의 문제점인 이물질이나 흐린날에 의한 센서의 오작동을 방지하기 위해 프로그램방식의 추적시스템을 채택하며, 단위부지에 모듈을 더 많이 설치하고자 남북방향으로 일직선으로 배열되도록 하였고, 하지, 동지 및 춘분과추분에 따른 남북간의 태양고도를 맞추기 위하여 남북축을 3단계로 조절하도록 고안하였으며, 설치지역에 따른 태양위치를 정확하게 입력하고자 위치정보기반 태양광 추적프로그램을 적용하여 지구상 어느 위치에서도 정확한 태양의 방위각추적이 가능하도록 함으로써, 프로그램 방식을 채택하면서도 문제점인 초기 설정을 용이하게 하고, 단축 구동방식을 채택하면서도 실질적으로 양축구동 방식과 같이 고도에 따른 각도 변화를 가능하게 함으로써 낮은 에너지 소모에도 높은 발전효율을 기대할 수 있는 태양광 추적발전 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양광 추적발전장치는, 태양광 모듈을 남북방향으로 배열하는 모듈지지 가로축과, 상기 모듈지지 가로축이 회전 가능하게 연결되는 한편 상기 모듈지지 가로축을 지면으로부터 일정 높이로 지지하며, 지면에 대한 상기 모듈지지 가로축의 각도를 3단계로 조절할 수 있도록 높이 조절이 가능한 적어도 두 개 이상의 종축으로 이루어진 모듈지지 세로축과, 상기 모듈지지 가로축의 동서방향 회전이 원활히 이루어지도록 상기 모듈지지 세로축 과의 회전 접촉부에 장착되는 지지 베어링과, 상기 모듈지지 가로축에 동서방향의 회전 구동력을 전달하는 구동모터와, 상기 구동모터의 구동력을 상기 모듈지지 가로축에 전달하는 웜기어와, 상기 구동모터에 시간별 신호를 전달하는 프로그램이 내장된 마이크로프로세서 및 상기 마이크로프로세서에 상기 태양광 모듈의 현재위치 및 동작상태를 마이크로프로세서에 전달하는 엔코더를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 태양관 추적발전장치는, 위치추적장치를 통한 위치정보에 따라 해당 위치에서의 태양의 일출, 일몰 및 시간에 따른 태양의 방위각을 입력하여 15분 간격으로 구동모터에 구동신호를 전달하는 기능을 구비한, 마이크로프로세서를 사용한 전용제어기를 더욱 포함할 수 있다.

상기 전용제어기에는 상기 태양광모듈의 위치 및 동작상태를 감지하는 엔코더가 부착되어 상기 마이크로프로세스에 전달하며, 태풍과 같이 과도한 힘이 외부로부터 작용하면 상기 태양광모듈에 잠금장치가 작동하도록 하는 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.

즉, 태양광 모듈을 이용한 태양광발전시스템에서 태양광 모듈이 시간에 따라 태양의 방위각을 추적하도록 동서방향으로 구동되도록 하고, 계절별 태양 고도는 세로축의 높낮이로 조절하며, 모듈의 동서로의 구동 및 지구상의 어떤 위치에서도 태양의 남중고도 및 방위각을 추적하도록 위치정보기반 태양위치추적프로그램을 이용하여 보다 높은 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에 따른 태양위치를 효과적으로 추적하는 기술과 태양광 모듈이 남북 방향으로 일직선으로 배열되어 같은 면적대비 기존의 고정식배열보다 많은 수의 모듈을 설치할 수 있는 기술을 제공하여 기존의 석유에너지에서 태양광에너지로의 전환 시 단위면적당 에너지이용효율을 증대시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 추적발전장치는 태양에너지를 이용한 발전시스템의 효율향상에 이용될 수 있으며, 특히 위치정보기반 태양위치추적프로그램을 사용하여 지구상 어느 위치에서나 태양의 정확한 추적이 가능하도록 함으로써, 설치 장소에 따른 태양의 위치, 고도의 계산에 기반한 프로그램의 설정을 별도로 할 필요 없이 어느 위치에나 용이하게 설치할 수 있으므로, 대체에너지원인 태양광을 보다 적극 이용할 수 있는 방안으로 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광추적발전장치의 제어 흐름도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광추적발전장치로서, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 태양추적방식은 남북방향으로 배열된 태양광어레이를 동서로 구동시켜 태양위치를 추적하는 원축태양광 추적시스템이다. 동서로 구동되는 태양광모듈(1)의 가로 지지축에는 구동을 원활히 하도록 베어링시스템을 채용하였다.

태양추적발전장치의 마이크로프로세스를 사용하는 전용제어기는 위치추적장치에 의해 자동으로 인식된 위도, 경도 등의 위치정보에 따라, 해당 위치에서의 태 양의 일출, 일몰 및 시간에 따른 태양의 방위각을 자동으로 입력하여 15분 간격으로 구동모터에 구동신호를 전달한다.

또한 태양광모듈(1)의 위치 및 동작상태를 감지하는 엔코더가 부착되어 마이크로프로세스에 전달하며, 태풍과 같이 과도한 힘이 외부로부터 작용하면 그 신호를 전달하여 태양광모듈(1)에 잠금장치가 작동하도록 하여 태풍으로부터 보호한다.

계절별 태양고도에 따른 어레이의 남북방향조절은 모듈지지 세로축(9)을 봄과 가을, 여름, 겨울로 삼단계로 수동으로 조절하는 방식으로 계절별 태양의 남중고도에 대응하여 태양광 모듈(1)의 남북경사를 3단계로 조절하여 최대의 발전량을 얻도록 하였다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광추적발전장치 제어 흐름도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광추적발전장치의 사시도이다.

<도면 주요 부호 설명>

1: 태양광 모듈 2: 모듈지지 가로축

3: 가로세로 축이음 베어링 4: 구동모터

5: 웜기어 6: 구동제어부

9: 모듈지지 세로축

Claims (3)

1. 태양광 모듈(1)을 남북방향으로 배열하는 모듈지지 가로축(2)과;

   상기 모듈지지 가로축(2)이 회전 가능하게 연결되는 한편 상기 모듈지지 가로축(2)을 지면으로부터 일정 높이로 지지하며, 지면에 대한 상기 모듈지지 가로축(2)의 각도를 3단계로 조절할 수 있도록 높이 조절이 가능한 적어도 두 개 이상의 종축으로 이루어진 모듈지지 세로축(9)과;

   상기 모듈지지 가로축(2)의 동서방향 회전이 원활히 이루어지도록 상기 모듈지지 세로축(9)과의 회전 접촉부에 장착되는 지지 베어링(3)과;

   상기 모듈지지 가로축(2)에 동서방향의 회전 구동력을 전달하는 구동모터(4)와;

   상기 구동모터의 구동력을 상기 모듈지지 가로축(2)에 전달하는 웜기어(5)와;

   상기 구동모터(4)에 시간별 신호를 전달하는 프로그램이 내장된 마이크로프로세서(7) 및;

   상기 마이크로프로세서에 상기 태양광 모듈(1)의 현재위치 및 동작상태를 마이크로프로세서에 전달하는 엔코더(8)를 포함하여 구성된, 태양광 추적발전장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   위치추적장치를 통한 위치정보에 따라 해당 위치에서의 태양의 일출, 일몰 및 시간에 따른 태양의 방위각을 입력하여 15분 간격으로 구동모터에 구동신호를 전달하는 기능을 구비한, 마이크로프로세서를 사용한 전용제어기를 더욱 포함한 것을 특징으로 하는, 태양광 추적발전장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전용제어기에는 상기 태양광모듈(1)의 위치 및 동작상태를 감지하는 엔코더가 부착되어 상기 마이크로프로세스(7)에 전달하며, 태풍과 같이 과도한 힘이 외부로부터 작용하면 상기 태양광모듈(1)에 잠금장치가 작동하도록 하는 신호를 인가하도록 구성된, 태양광 추적발전장치

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