KR20090023765A - Cds소자를 이용한 태양광 추적장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 CDS(황화카드뮴셀)소자를 이용한 태양광 추적장치 및 그 원리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 CDS 소자가 빛을 받게 되면, 빛의 강도에 따라 민감하게 저항이 달라지는; 일종의 가변저항과 같은 성질을 이용하여, 빛을 많이 받는 방향으로 자동으로 모터를 회전시켜, 복수의 CDS소자의 저항치가 상호 항상 "0" 밸런스(BALANCE)를 유지할 수 있도록 한 태양광 추적장치 및 그 원리에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 추적장치는 주로 광센서를 이용하여 구성하게 되는데, 상기와 같은 구성은, 태양이 구름에 가리거나, 태양을 볼 수 없는 흐린 날에는 태양광을 집적하기 어렵고, 상기와 같이 태양에너지를 확보하기 어려울 때를 대비하여, 별도의 발전 및 난방 등의 시설이 부가적으로 요구되어 설비 원가가 많이 소요되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 태양광 추적장치에 있어서, 태양광을 추적하는 복수의 CDS소자(13, 13')가 내장된 추적센서(1)와: 상기 추적센서(1)와 태양광을 에너지화할 수 있는 복수의 솔라판(52)을 프레임(51)에 내장하여 이루어진 솔라부(5)와: 상기 솔라부(5)의 모터(21)가 회전할 때 웜(22) 및 웜기어(23)에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치(2)와: 상기 솔라부(5)의 핸 들 또는 모터 등의 구동체(30)를 이용하여 웜(31) 및 웜기어(32)에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치(3)와: 및 상기 남북구동장치(3)와 솔라부(5)를 지지하는 회전원판(232)이 가설된 하우징(4)을: 포함하여 태양광 추적장치가 구성되고,
그리고, 본 발명은 태양광 추적장치의 원리에 있어서, 센서부와: 신호비교부와: 제어부와: 한계제어부와: 및 구동부를: 포함하여 이루어져,
상기 센서부에서, 태양광이 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')에 동일하게 작용할 때에, 저항 차이가 없어 불평등 전류가 발생하지 않아 모터(21)에 기전류가 공급되지 않음으로 정지되고, 태양광과 추적센서(1)가 상호 일치되지 않았을 때에는 차단막(15)에 의해 어느 한쪽의 CDS소자에 그늘이 발생하며, 이때 CDS소자 간의 저항값의 차이로 불평등 전류가 발생하여, 상기 신호비교부에서 선택적으로 신호를 상기 제어부로 보내게 되면, 상기 제어부에서 선택적으로 모터(21)에 정역회전신호를 보내게 되어, 태양과 상기 추적센서(1)와 초점을 항상 유지할 수 있도록 구성되었다.
따라서, 상기와 같은 본 발명은 복수의 CDS소자가 태양광을 받게 되면, 빛의 강도에 따라 민감하게 작용하여 저항이 달라지는 일종의 가변저항과 같은 성질을 이용하여 불평등전류가 발생하게 되어, 모터에 기전류를 공급하여 태양을 추적함으로써, 태양이 구름에 가리거나, 태양을 볼 수 없는 흐린 날에도 최소한의 태양에너 지를 확보할 수 있으며, 또한 최소의 부가적인 시설만 요구됨으로써, 원가를 절감하는 효과가 있다.
태양광, CDS소자, 추적센서, 솔라판, 프레임, 솔라부, 웜, 웜기어, 모터, 동서구동장치, 구동체, 남북구동장치, 회전원판, 하우징, 센서부, 신호비교부, 제어부, 한계제어부, 구동부, 동쪽CDS소자, 서쪽CDS소자, 차단막.

Description

태양광 추적장치 및 그 원리{Solar photovoltatics tracking system and the principal}
본 발명은 CDS(황화카드뮴셀)소자를 이용한 태양광 추적장치 및 그 원리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 복수의 CDS 소자가 빛을 받게 되면, 빛의 강도에 따라 민감하게 저항이 달라지는; 일종의 가변저항과 같은 성질을 이용하여, 빛을 많이 받는 방향으로 자동으로 모터를 회전시켜, 복수의 CDS 소자의 저항치가 항상 "0" 밸런스(BALANCE)를 유지할 수 있도록 한 태양광 추적장치 및 그 원리에 관한 것이다.
일반적으로, 태양광 추적장치는 두 가지로 분류된다.
하나는, 태양광을 이용하여 전력을 생산하고자 하는 태양전지모듈이며, 다른 하나는 태양광을 집열판에서 축열하여, 산업용, 농업용 또는 가정의 온, 난방용으로 이용하기 위한 것이다.
상기와 같이, 태양광을 에너지화하기 위하여, 관련 업체 및 학자들이 막대한 자금과 인력을 투입하여 연구를 계속 해 오고 있는 실정이다.
한편, 근래에는 세계각국이 오일과의 전쟁이라 할 만큼 고유가에 몸살을 앓고 있으며, 이를 극복하기 위하여 자연이 선물한 무공해 태양에너지를 이용하려는 의지가 가장 높다 하지 않을 수 없는 것이다.
태양에너지는 산업 전반에 그 이용 가치가 있지만, 현실은 꼭 그렇지만은 아니하다. 그러나 일부 국가는 태양에너지발전소, 태양열건축물 등을 다각적으로 실용화하고 있는 실정이다.
상기와 같이 태양열을 이용하기 위하여, 태양광을 효율적으로 집적하여야 하는 시스템이 필요하게 되었고, 이를 위하여 집열판 또는 집광판을 태양의 고도 및 방향에 일치시키기 위하여, 주로, 광센서를 이용한 태양광 추적장치를 개발하여 왔다.
그러나, 상기와 같은 광센서를 이용한 태양광 추적장치는, 정밀성이 떨어지고, 태양이 구름에 가리거나 태양을 볼 수 없는 흐린 날에는, 태양열을 집적하기 어려워 별도의 발전 및 난방 등의 부가적인 시설이 요구됨으로 인해 많은 자금이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
본 발명은 태양광 추적장치에 있어서, 태양광을 추적하는 복수의 CDS소자가 내장된 추적센서와: 상기 추적센서와 태양광을 집적할 수 있는 복수의 솔라판을 프레임에 내장하여 이루어진 솔라부와: 상기 솔라부를 모터가 회전할 때 웜 및 웜기어에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치와: 상기 솔라부를 핸들 또는 모터 등의 구동체를 회전시켜 웜 및 웜기어에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치와: 및 상기 남북구동장치와 솔라부를 지지하는 회전원판이 가설된 하우징을: 포함하여 태양광 추적장치가 구성된다.
본 발명은 태양광 추적장치의 원리에 있어서, 센서부와: 신호비교부와: 제어부와: 한계제어부와: 및 구동부를: 포함하여 이루어져, 상기 센서부에서, 태양광이 동쪽CDS소자와 서쪽CDS소자에 동일하게 작용할 때에, 저항차이가 없어, 모터에 기전류가 공급되지 않음으로 정지되고, 태양광과 추적센서가 상호 일치되지 않을 때에는 상기 추적센서의 차단막에 의해 어느 한쪽의 CDS소자에 그늘이 발생하여 저항값의 차이로 상호 불평등 전류가 발생하여, 상기 신호비교부에서 선택적으로 신호를 상기 제어부로 보내게 되면, 상기 제어부의 증폭기가 내장된 포토릴레이가 수신하고, 상기 포토릴레이는 신호를 증폭하여 해당 LED(발광다이오드)로 보내게 되면, 상기 신호를 받은 LED는 발광과 동시에 스위치 역할을 하여 전원을 구동용 모터에 공급하게 되면, 정 또는 역회전 구동하면서, 추적센서가 불평등 전류를 해소하기 위하여 태양과 일치시키려는 노력을 계속 함으로써, 태양과 항상 초점을 유지하게 되며, 태양이 지고 추적센서가 한계제어부의 서쪽한계리미트에 닿게 되면, 모터가 역회전하여 동쪽으로 원위치하여 동쪽한계리미트(16)에 닿게 되면 모든 동작이 정지되고, 익일 일출시 같은 원리로 반복할 수 있도록 구성된다.
상기와 같이, 본 발명은 CDS(황화카드뮴셀)소자를 이용한 태양광 추적장치 및 그 원리에 의하면, 복수의 CDS소자가 빛을 받게 되면, 빛의 강도에 따라 민감하게 전기적인 저항이 달라지는; 일종의 가변저항과 같은 성질을 이용하여 태양을 추적함으로써, 태양에너지를 충분히 확보할 수 있으며, 태양이 구름에 가리거나, 태양을 볼 수 없는 흐린날에도 최대한의 태양에너지를 확보할 수 있으며, 또한 최소의 부가적인 시설만 요구됨으로써, 원가를 최대한 절감할 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 태양광 추적장치 및 그 원리에 있어서, 태양광을 추적하는 CDS소자가 내장된 추적센서와: 상기 추적센서를 내장하여 태양광을 집적할 수 있는 솔라부와: 상기 솔라부를 웜 및 웜기어에 의해 동서(東西) 간으로 제어하는 동서구동장치와: 상기 솔라부를 웜 및 웜기어에 의해 남북(南北) 간으로 제어하는 남북구동장치와: 및 상기 남북구동장치와 솔라부를 지지하는 하우징을: 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명에 의한 태양광 추적장치 및 그 원리를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 사시도이며, 도 2는 본 발명의 우측 방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 추적센서를 정면에서 바라본 정면도이며, 도 4는 본 발명의 추적센서를 측면에서 바라본 측면도이고, 도 5는 본 발명의 원리를 도시한 회로도이며, 도 6은 본 발명의 추적센서의 CDS소자에 의해 저항값이 변화하는 원리를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 의한 추적센서가 저항값 "0" 밸런스를 유지하면서 추적하는 상태를 요약 도시한 평면도이고, 도 8은 구름에 의해 태양이 가려지거나 흐린날에 투명링에 의해 CDS소자가 태양광을 감지하는 상태를 도시한 평면도이며, 도 9는 한국의 계절별 태양 고도 및 궤적을 도시한 다이아그램이다.
그리고, 본 발명은 태양을 동서(東西) 간 자동으로 추적하는 것을 기준으로 설명하고, 남북(南北) 간은 도 9에서 도시한 바와 같이, 계절에 따라 고도의 편차가 일정하게 나타나고 있는바, 고도를 1년에 4회 정도 수동으로 조정하는 것을 기준으로 설명하고자 한다. 그러나 남북 간에도 복수의 CDS소자 및 회로를 증분하여 도 6에 도시한 회로도에 센서부와: 신호비교부와: 제어부와: 및 구동부를 추가함으로써, 자동으로 제어하도록 구성할 수도 있는 것이다.
도 2에서, 본 발명의 태양광추적장치(100)는, 태양광을 추적하는 복수의 CDS소자(13, 13')와 차단막(15)이 내장된 추적센서(1)와: 상기 추적센서(1)와 태양광을 집적할 수 있는 복수의 솔라판(52)을 프레임(51)에 내장하여 구성된 솔라부(5)와: 상기 솔라부(5)를 모터(21)가 회전할 때 웜(22) 및 웜기어(23)에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치(2)와: 상기 솔라부(5)를 핸들 또는 모터 등의 구동체(30)를 회전시켜 웜(31) 및 웜기어(32)에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치(3)와: 및 상기 남북구동장치(3)와 솔라부(5)를 지지하는 회전원판(232)이 가설된 하우징(4)을: 포함하여 구성된다.
상기 추적센서(1)는, 몸체(11)의 상부에 투명링(12)을 결합하고, 상기 투명링(12)의 내부에 복수의 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')를 가설하며, 상기 양(兩) CDS소자(13, 13')와의 사이에 차단막(15)을 가설하고, 상기 차단막(15)의 양측에 빛의 강도에 따라 렌즈가 썬글라스와 같이 색상이 변하는 반원 볼록형의 동쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')를 가설하고, 하부에 몸체(11)를 결합하여 이루어진다.
상기 솔라부(5)는, 프레임(51)의 내측에 복수의 솔라판(52)을 가설하고, 상기 프레임(51)의 중앙 또는 편리한 위치에 추적센서(1)를 가설하고, 후방에 상기 프레임(51) 고정용 브라켓(53)을 가설하여 구성된다.
상기 동서구동장치(2)는, 하우징(4)의 하부 및 상부에 가설되며, 하부에 동서 간 구동용 모터(21)와: 상기 모터(21)에 축으로 연결된 웜(22)과: 상기 웜(22)과 맞물리게 웜기어(23)를 가설하고: 상기 웜기어(23)와 회전원판(232)이 가설된 회전축(231)을 상기 하우징(4)의 내부에 결합하고: 및 상기 회전원판(232)의 상부에 회전브라켓(33)을 가설한 것을 포함하여 이루어진다.
상기 남북구동장치(3)는, 상기 회전브라켓(33)의 일측에 기어박스(미도시)를 가설하여, 상기 기어박스 내부에, 하부에는 웜(31)을 가설하고, 상기 웜(31)의 상부에 맞물리게 웜기어(32)를 가설하여, 상기 웜기어(32)의 축과 상기 솔라부(5)의 고정용 브라켓(53)과 결합하여: 상기 웜(31) 축의 일단의 연결부(311)에 핸들 또는 모터 등의 구동체(30)를 연결하여 이루어진다.
상기와 같은 구성에 의하여, 상기 모터(21)가 회전하게 되면 웜(22)이 회전함에 따라, 상기 웜기어(23)가 회전하면서 회전축(231)을 돌려주게 되면, 상기 회전원판(232)의 상부에 가설된 회전브라켓(33)이 회전함과 동시에 상기 솔라부(5)가 태양을 따라 동서 간으로 회전하게 된다.
한편, 상기 구동체(30)에 의해 웜(31)이 회전할 때 상기 웜기어(32)가 회전하면서 상기 웜기어(32)의 축에 동기화되어 있는 고정용 브라켓(53)이 회전하면서 상기 솔라부(5)를 남북 간으로 회전시키며, 이때 수동으로, 도 9에서와 같이 계절에 따라 태양의 고도에 맞추어 사용할 수 있으며, 더욱 정밀한 추적을 위하여 회로를 추가, 모터를 사용하여 남북 간에도 자동으로 태양에 초점을 맞추어 사용할 수도 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 태양광 추적장치의 원리를 살펴보면, 도 3 내지 도 8에서와 같이, 센서부와: 신호비교부와: 제어부와: 한계제어부와: 및 구동부를 포함하여 이루어진 추적장치에 있어서,
상기 센서부의 추적센서(1)는 CDS(황화카드뮴셀)소자가 차단막(15)을 중심으로 양쪽에 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')가 가설되고, 상기 CDS소자를 보호하고 빛의 강약에 따라 색상이 변하여 빛의 강약을 민감하게 전달하기 위한 반원 볼록형의 동쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')가 가설되어, 도 6과 같이 태양광 이 상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')에 동일하게 작용할 때에는 기전류를 공급하지 않음으로 모터(21)가 정지되어 있으며, 한쪽으로 기울어져 차단막(15)에 의해 그늘이 발생하면, 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13') 간에 저항값이 변하여 불평등 전류가 발생하게 되어, 상기 신호비교부에서 선택된 신호A 또는 신호B 등을 제어부로 보내게 된다. 상기 신호를 수신한 증폭기가 내장된 포토릴레이A 또는 포토릴레이B는 상기 신호를 증폭하여 LED(발광다이오드)로 보내게 되면, 상기 증폭된 신호를 수신한 LED가 발광하면서 스위치 역할을 하여, 상기 구동부의 구동용 모터(21)에 전원을 공급하여 정 또는 역회전하면서, 상기 추적센서(1)가 불평등 전류를 해소하기 위하여 태양과 일치시키려는 노력을 계속 함으로써, 도 7과같이 태양에 항상 초점을 맞추게 된다. 그리고, 태양이 지고 추적센서(1)가 상기 한계제어부의 서쪽한계리미트(16')에 닿게 되면, 상기 모터(21)가 역회전하여 동쪽으로 원위치하고, 상기 추적센서(1)가 동쪽한계리미트(16)에 닿게 되면, 모든 동작이 정지되며, 익일 일출시 상기와 같은 동작을 반복할 수 있도록 구성되어 있다.
그리고, 도 8에서와 같이 구름이 태양광을 가리거나, 흐린날이나, 태양에 많은 각도를 이탈한 추적센서(1)는, 상기 추적센서(1)를 감싸고 있는 투명링(12)으로 투과되는 미약한 태양광을 CDS소자가 감지하여, 상기와 같은 원리로 태양광을 최대한 집적할 수 있도록, 상기 솔라부(5)를 제어할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 사시도이며,
도 2는 본 발명의 우측방 사시도이고,
도 3은 본 발명의 추적센서를 정면에서 바라본 정면도이며,
도 4는 본 발명의 추적센서를 측면에서 바라본 측면도이고,
도 5는 본 발명의 원리를 도시한 회로도이며,
도 6은 본 발명의 추적센서의 CDS소자에 의해 저항값이 변화하는 원리를 도시한 평면도이고,
도 7은 본 발명에 의한 추적센서가 저항값 "0" 밸런스를 유지하면서 추적하는 상태를 요약 도시한 평면도이고,
도 8은 구름에 의해 태양이 가려지거나 흐린날에 투명링에 의해 CDS소자가 태양광을 감지하는 상태를 도시한 평면도이며,
도 9는 한국의 계절별 태양 고도 및 궤적을 도시한 다이아그램이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 추적센서 2 : 동서구동장치
3 : 남북구동장치 4 : 하우징
5 : 솔라부 11 : 몸체
12 : 투명링 13 : 동쪽CDS소자
13' : 서쪽CDS소자 14 : 동쪽감광렌즈
14' : 서쪽감광렌즈 15 : 차단막
16 : 동쪽한계리미트 16' : 서쪽한계리미트
21 : 모터 22 : 웜
23 : 웜기어 30 : 구동체 31 : 웜 32 : 웜기어 33 : 회전브라켓 51 : 프레임
52 : 솔라판 53 : 브라켓
100 : 태양광추적장치 231 : 회전축
232 : 회전원판 311 : 연결부

Claims (4)

  1. CDS소자를 이용한 태양광 추적장치에 있어서,
    태양광을 추적하는 복수의 CDS소자(13, 13')와 차단막(15)이 내장된 추적센서(1)와: 상기 추적센서(1)와 태양광을 집적할 수 있는 복수의 솔라판(52)을 프레임(51)에 내장하여 구성된 솔라부(5)와: 상기 솔라부(5)를 모터(21)가 회전할 때 웜(22) 및 웜기어(23)에 의해 동서 간으로 제어하는 동서구동장치(2)와: 상기 솔라부(5)를 핸들 또는 모터 등의 구동체(30)를 회전시켜 웜(31) 및 웜기어(32)에 의해 남북 간으로 제어하는 남북구동장치(3)와: 및 상기 남북구동장치(3)와 솔라부(5)를 지지하는 회전원판(232)이 가설된 하우징(4)을: 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 추적센서(1)는, 몸체(11)의 상부에 투명링(12)을 결합하고, 상기 투명링(12)의 내부에 복수의 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')를 가설하며, 상기 양(兩) CDS소자(13, 13')와의 사이에 차단막(15)을 가설하고, 상기 차단막(15)의 양측에 빛의 강도에 따라 렌즈가 썬글라스와 같이 색상이 변하는 반원 볼록형의 동 쪽감광렌즈(14)와 서쪽감광렌즈(14')를 가설하고, 하부에 몸체(11)를 결합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치.
  3. 센서부와: 신호비교부와: 제어부와: 한계제어부와: 및 구동부를 포함하여 이루어진 태양광 추적장치의 원리에 있어서,
    태양광이 상기 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13')에 동일하게 작용할 때에는 기전류를 공급하지 않음으로 모터(21)가 정지되어 있으며, 한쪽으로 기울어져 차단막(15)에 의해 그늘이 발생하면, 동쪽CDS소자(13)와 서쪽CDS소자(13') 간에 저항값이 변하여 불평등 전류가 발생하게 되어, 상기 신호비교부에서 선택된 신호A 또는 신호B 등을 제어부로 보내게 되면, 상기 신호를 수신한 증폭기가 내장된 포토릴레이A 또는 포토릴레이B는 상기 신호를 증폭하여 선택된 LED(발광다이오드)로 보내게 되고, 상기 증폭된 신호를 수신한 LED가 발광하면서 스위치 역할을 하여, 상기 구동부의 구동용 모터(21)에 전원을 공급하게 되고, 상기 추적센서(1)가 불평등 전류를 해소하기 위하여 정 또는 역회전하면서 태양과 일치시키려는 노력을 계속 함으로써, 항상 태양과 초점을 맞추게 되며, 태양이 지고 추적센서(1)가 상기 한계제어부의 서쪽한계리미트(16')에 닿게 되면, 상기 모터(21)가 역회전하여 동쪽으로 원위치하고, 상기 추적센서(1)가 동쪽한계리미트(16)에 닿게 되면, 모든 동작이 정지되며, 익일 일출시 상기와 같은 동작을 반복할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치의 원리.
  4. 제 3항에 있어서,
    구름에 태양광을 가리거나, 흐린날이나 태양에 많은 각도를 이탈한 추적센서(1)는, 상기 추적센서(1)를 감싸고 있는 투명링(12)으로 투과되는 미약한 태양광을 CDS소자가 감지하여, 태양광을 최대한 집적할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양광 추적장치의 원리.
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