KR20090029587A - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 태양광 발전장치는 전단부측에 위치되는 복수개의 제 1서포트 부재와, 상기 각 제 1서포트 부재에 힌지 결합되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 후단부측에 위치되는 복수개의 제 2서포트 부재들과, 상기 제 2서포트 부재들에 설치되어 상기 메인프레임을 상하방향으로 회전시키는 승강수단과, 상기 메인프레임에 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레임과, 상기 각각의 서브 프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과, 상기 서브프레임들을 메인프레임에 대해 소정각도 정역회전시키는 회전수단을 구비한다. 이 태양광 발전장치는 태양을 추종하면서 발정할 수 있으므로 발전효율을 높일 수 있다.
태양광 발전, 회동축, 방위각, 고도

Description

태양광 발전장치{solar power plant having solar tracking apparatus}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 태양광 발전모듈(photovoltaic module)의 집광효율을 높일 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광기술은 태양으로부터 전달되는 복사 열에너지를 이용하는 태양열 기술과 구분된다. 태양광을 이용한 발전은 무한한 청정에너지을 이용한 것으로 별도의 에너지나 구동원이 불필요하고 소규모에서 대규모 시스템의 시공이 간단하며 환경문제에 따른 설치제한에 영향을 받지 않은 이점이 있다.
반면, 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 많은 태양광 발전모듈이 필요하고, 상용전력에 비해 고가이며, 직류전력이 먼저 얻어지는 점 등에 유의해야 한다.
상술한 태양광 발전모듈은 발전효율을 극대화하기 위해 태양의 직사광선이 항상 태양광 발전모듈의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 동력 또는 기기 조작을 통하여 태양의 위치를 추적해 가는 추적식, 계절 또는 월별로 상하로 위치가 변화되는 반고정식, 태양과의 고도에 관계없이 위치가 고정되는 고정식 등이 있다.
이러한 태양광의 추적장치는 이동하는 태양을 추적하면서 집광성을 높이기 위해 집열기 또는 렌즈를 이동시키는 장치이다. 추적방법은 크게 프로그램 추적과 센서 추적이 있다. 프로그램 추적은 지구의 자전과 공전에 의한 태양의 이동을 미리 프로그램에 입력하여 수광체를 회전시키는 추적방법이다. 센서 추적은 태양광의 이동을 센서로 감지하여 수광체의 방향을 제어하는 것으로, 각종 관련 요소기술의 진보에 따라 여러 가지 개량이 이루어지고 있다. 추적장치 기술에는 태양위치 검출방법, 추적부재, 추적구동방식, 구동동력 등이 있다.
종래의 태양추적 정렬방식의 일예가 대한민국 등록실용신안 제297771호에 개시되어 있다. 개시된 태양추적 정렬 방식은 태양광을 집속하는 솔라모듈과 일체화되어 상기 솔라모듈을 회전시킴과 아울러 회전 위치를 감지하는 엔코더가 내장된 트랙커을 구비한다.
등록특허 제 044021호에는 태양 자동 추적장치의 태양 추적방법이 개시되어 있다. 개시된 태양 추적방법은 태양광 발전듈의 법선 방위각이 상기 태양의 방위각보다 제 1각도 뒤지게 될 때, 상기 태양광 발전 모듈의 법선의 방위각이 상기 태양의 방위각보다 제 2각도 만큼 앞서도록 상기 태양광 발전 모듈을 구동시키는 구성을 가진다.
등록특허 제 0483291호에는 태양열 관련설비의 태양 위치 추적 방법이 개시되어 있으며, 등록특허 제 0369897호에는 집광식 태양열 집열기를 위한 혼합식 태양 추적 제어장치가 개시되어 있으며, 등록 실용신안 제 0404291호에는 태양광 발 전용 집광유닛을 구비한 태양추적장치가 개시되어 있으며, 실용신안 공개 제199-00186호에는 무선호출에 의한 태양 전지판의 각도 조절장치가 개시되어 있다.
상술한 바와 같이 태양광의 위치를 추적하는 태양광위 위치 추적장치는 그 구조가 상대적으로 복잡하고, 위치 고정이 정확하게 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 동서 방향으로 태양을 따라 태양광 발전 모듈들을 동시에 트레킹시킬 수 있으며, 남북방향으로 고도의 조정이 용이하여 발전효율을 향상시킬 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 태양광 발전모듈들을 분할함으로써 풍압에 대한 저항을 상대적으로 줄일 수 있는 태양광 발전장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 발전장치는,
전단부측에 위치되는 복수개의 제 1서포트 부재와, 상기 각 제 1서포트 부재에 힌지 결합되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 후단부측에 위치되는 복수개의 제 2서포트 부재들과, 상기 제 2서포트 부재들에 설치되어 상기 메인프레임을 상하방향으로 회전시키는 승강수단과,
상기 메인프레임에 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레 임과, 상기 각각의 서브 프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과,
상기 서브프레임들을 메인프레임에 대해 소정각도 정역회전시키는 회전수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 승강수단은 상기 제2서포트 부재에 회전가능하게 지지되며 상기 제 2서포트 부재로부터 양단부가 돌출되는 제 1링크와, 상기 제 1링크의 일측단부와 상기 메인프레임의 후단부에 양측이 각각 힌지연결되는 제 2링크와, 상기 제 2서포트부재에 설치되어 상기 제2링크의 타측단부와 힌지연결되어 상기 제 1링크를 회동시키는 액튜에이터를 포함하여 한다.
상기 회전수단은 메인프레임에 설치된 서브프레임들을 동시에 메인프레임에 대해 회전시킬 수 있는 것으로, 상기 각각의 서브프레임의 회전축에 설치되는 회동링크와, 상기 각 회동링크의 단부를 연결하는 연결링크와, 상기 메인프레임에 설치되어 일측 서브프레임의 회전축 또는 연결링크와 연결되어 회전축을 정역회전시키거나 연결링크를 전,후진시키는 제 2액튜에이터를 구비한다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치는 남북방향으로 승강시켜 고도를 조정하고 동서방향으로 서브프레임을 회전시켜 태양을 추종할 수 있으므로 태양광의 집광효율을 높이고 월별 또는 계절별로 태양의 고도에 따른 태양광 발전모듈의 각도를 조절할 수 있어 발전량을 극대화할 수 있다.
본 발명의 태양광 발전장치는 태양이 동에서 또 서로 지는 동안 태양을 추종 하고, 고도를 조정하여 전기를 발전할 수 있는 것으로, 그 일 실시예를 도 1 및 도 2에 나타내 보였다.
도면을 참조하면, 태양광 발전장치(10)는 지상, 경사지 또는 건축 구조물에 설치되는 제 1서포트 부재(11)들과, 상기 제 1서포트 부재(11)들에 힌지 결합되어 회전가능하게 설치되는 메인 프레임(12)과, 상기 메인프레임(12)의 후단부측에 설치되는 제 2서포트 부재(13)와, 상기 제 2서포트 부재(13)들에 설치되어 상기 메인 프레임(12)을 상기 제 1서포트부재(11)를 중심하여 상하방으로 승강시키는 승강수단(20)을 구비한다. 상기 메인프레임(12)은 격자상으로 형성되어 후술하는 서브 프레임들이 상호 평행하게 설치될 수 있다.
상기 제1서포트 부재(11)와 메인 프레임(11)의 힌지 결합은 상기 제 1서포트 부재(11)와 상기 메인 프레임(12)의 측면에 제 1,2브라켓(14a)(14b)이 설치되고 이들이 힌지핀(14c)에 의해 결합됨으로써 이루어질 수 있다.
그리고 상기 승강수단(20)은 상기 제 2서포트 부재(13)들는 구동축(25)이 지지되고, 이 구동축(25)에는 제 1링크(21)들이 결합되고, 각 제 1링크(21)들의 각 단부는 상기 메인프레임(12)의 후단부와 제 2링크(22)들에 의해 연결된다. 그리고 상기 구동축(25)에는 제 3링크(26)가 설치되고 이 제 3링크(26)는 제 2서포트부재(13)에 설치된 제 1액튜에이터(23)에 의해 소정의 각도로 회전된다. 여기에서 상기 액튜에이터는 실린더 또는 모터에 의해 정역회전됨으로써 전후진되는 리드스크류를 가지는 구동기로 이루어질 수 있다.
상기 승강수단은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 상기 메인 프레임(12) 을 제 1서포트 부재(11)를 중심으로 하여 회전시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.
상기 태양광 발전장치(10)는 상기 메인프레임(12)에는 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레임(31)들과, 상기 각각의 서브 프레임(31)들에 설치되는 태양광 발전모듈(100)들과, 상기 서브프레임(31)들을 메인프레임에 대해 소정각도 정, 역회전시키는 회전수단(40)들을 구비한다.
상기 메인프레임(12)에 대한 서브 프레임(31)의 설치는 상기 제 1서포트 부재(11) 측과 상기 제 2서포트 부재(13) 측의 메인 프레임(12)에 제1,2필로우 블록(33)(34)이 각각 설치되고, 서브 프레임(12)에 남북방향으로 양측에 설치되는 제 1,2회전축(35)(36)들이 상기 제 1,2필로우블록(33)(34)에 회전가능하게 설치됨으로써 이루어진다. 상기 서브 프레임(31)에는 복수개의 태양광 발전모듈(100)들이 설치된다.
상기 회전수단(40)은 메인 프레임(12)에 설치되어 메인프레임(12)에 설치된 서브 프레임(31)들을 태양을 따라 동서 방향으로 추종하기 위한 것으로, 상기 각각의 서브프레임(31)에 제 2회전축(35)에 설치되는 회동링크(41)들과, 상기 회동링크(41)들을 각각 연결하는 연결링크(42)를 구비한다. 그리고 상기 메인프레임(12), 제 1서포트 부재(11), 제 2서포트 부재(13)의 선택된 일측에 설치되어 상기 제 2 회전축을 정, 역회전시키거나 상기 연결링크(42)를 전, 후진시키는 제 2액튜에이터(43)를 구비한다.
상기 제 2액튜에이터(43)는 제 1서포트 부재에 설치되어 하나의 서브 프레 임(31)의 제 1회전축(35)을 정역회전시키는 모터로 이루어지거나 실린더 또는 모터에 의해 리드 스크류가 전후진되는 구동기로 이루어질 수 있다.
도 4에는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내 보였다. 여기에서 상기 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도면을 참조하면, 태양광 발전장치(50)는 지상, 경사지 또는 건축 구조물에 설치되는 제 1,2서포트 부재(11)(13)들과, 상기 제 1,2서포트 부재(11)(13)들에 고정설치되는 메인프레임(51)과, 상기 메인프레임(51)에는 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레임(31)들과, 상기 각각의 서브 프레임(31)들에 설치되는 태양광 발전모듈(100)들과, 상기 서브프레임(31)들을 메인프레임에 대해 소정각도 정, 역회전시키는 회전수단(60)들을 구비한다.
상기 메인프레임(51)에 대한 서브 프레임(31)의 설치는 상기 제 1서포트 부재(11) 측과 상기 제 2서포트 부재(13) 측의 메인 프레임(12)에 제1,2필로우 블록(33)(34)이 각각 설치되고, 서브 프레임(12)에 남북방향으로 양측에 설치되는 제 1,2회전축(35)(36)들이 상기 제 1,2필로우블록(33)(34)에 회전가능하게 설치됨으로써 이루어진다. 상기 서브 프레임(31)에는 복수개의 태양광 발전모듈(100)들이 설치된다.
상기 회전수단(60)은 메인 프레임(51)에 설치되어 메인프레임(51)에 설치된 서브 프레임(31)들을 태양을 따라 동서 방향으로 추종하기 위한 것으로, 상기 각각의 서브프레임(31)에 제 2회전축(36)에 설치되는 회동링크(61)들과, 상기 회동링크(61)들을 각각 연결하는 연결링크(62)를 구비한다. 그리고 상기 메인 프레임(51) 에 지지되는 제 1회전축(35)은 메인 프레임(51)에 설치된 액튜에이터(63)의 회전축과 연결된다. 여기에서 상기 액튜에이터는 모터를 사용함이 바람직한데, 상기 모터는 감소기를 갖는 모터를 사용함이 바람직하다. 상기 액튜에이터는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 상기 연결링크를 전, 후진시키거나 회동링크를 소정의 각도로 회전시킬 수 있는 실린더 또는 모터에 의해 구동되는 리드 스크류를 가진 구동기로 이루어질 수 있음은 당연하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치(10)는 태양이 동에서 떠오르게 되면 회동수단(40)이 구동되어 상기 서브프레임을 상기 회전시켜 태양과 대응되도록 하다. 따라서 상기 서브 프레임(31)에 설치된 태양 발전 모듈(photovoltaic module,100)은 태양과 대응되므로 태양광에 최대한 노출되어 태양으로부터 많은 광량을 조사 받을 수 있다.
이 상태에서 시간이 경과함에 따라 태양이 황도를 따라 이동하여 방위각이 변화하게 되는데, 태양광 발광모듈의 방위각과 태양의 방위각을 센서(미도시)에 의해 인식하게 되고, 이 센서의 정보에 따라 제 2액튜에이터(43)를 구동시켜 상기 각 서브프레임(31)들을 소정의 각도로 회동시킨다.
따라서 하루 종일 태양을 따라 태양광 발전모듈(100)이 추종될 수 있어 발전효율을 극대화 할 수 있다.
이러한 과정에서 상기 메인프레임(11)에는 승강수단(20)이 설치되어 있으므 로 메인프레임(12)을 남북방향 즉, 태양이 황도에 따라 남북방향으로의 고도를 조정할 수 있다.
즉, 제 1액튜에이터(23)를 구동시켜 제 1링크(21)를 회동시킴으로써 이와 메인프레임(12)의 후단부를 연결하는 제 2링크(22)가 회동됨으로써 상기 메인프레임(12)의 후단측을 승강시켜 고도를 조정할 수 있다.
이러한 태양의 추적은 종래와 같이 태양의 방위과 고도를 고려하여 추정하는 것에 비하여 그 구조가 상대적으로 간단하면서 태양광 발전 모듈(100)의 효율을 극대화 할 수 있다.
특히 제 4도에 도시된 바와 같이 메인프레임(51)에 소정의 각도로 회전가능하게 설치되며 태양광 발전모듈(100)이 설치되는 서브프레임(31)들이 하나의 액튜에이터인 모터(63)에 의해 소정의 각도로 회전시킬 수 있으므로 동서 방향으로의 태양의 추종성을 향상시킬 수 있으며, 나아가서는 고정식에 비하여 발전효율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 태양광 발전장치는 남북방향으로 메인프레임을 회동시키고, 태양발전모듈을 태양광 발전모듈을 황도의 궤적 즉, 동서방향으로 태양을 추종할 수 있으므로 태양광의 집광효율을 높이고 월별 또는 계절별로 태양의 고도에 따른 태양광 발전모듈의 각도를 수동 또는 자동으로 조절할 수 있어 발전량을 극대화할 수 있다. 또한 태양광 트래킹에 따른 구조가 간단하여 설계의 자유도를 높일 수 있다. 또한 그 구조가 간단하여 시설에 따른 제조원가를 줄일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
본 발명의 태양광 발전장치는 경사지, 산, 건축구조물 등 설치장소에 구애 받치 않고 설계 및 시공할 수 있어 각종 탱양광을 이용한 발전분야에 널리 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광 발전장치를 개략적으로 나타내 보인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 숭강수단을 발췌하여 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 다른 실시예를 나타내 보인 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전장치의 측면도.

Claims (5)

  1. 전단부측에 위치되는 복수개의 제 1서포트 부재와, 상기 각 제 1서포트 부재에 힌지 결합되는 메인 프레임과, 상기 메인 프레임의 후단부측에 위치되는 복수개의 제 2서포트 부재들과, 상기 제 2서포트 부재들에 설치되어 상기 메인프레임을 상하방향으로 회전시키는 승강수단과,
    상기 메인프레임에 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레임과, 상기 각각의 서브 프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과,
    상기 서브프레임들을 메인프레임에 대해 소정각도 정역회전시키는 회전수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 승강수단은 상기 제2서포트 부재들에 지지되는 구동축에 설치되는 제 1링크들과, 상기 각 제1링크들의 단부와 일측단부와 상기 메인프레임의 후단부측을 각각 힌지연결하는 제 2링크와, 상기 구동축을 정역회전시키는 액튜에이터를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전수단은 메인프레임에 설치된 서브프레임들을 동시에 메인프레임에 대해 회전시킬 수 있는 것으로, 상기 각각의 서브프레임의 회전축에 설치되는 회동링크와, 상기 각 회동링크의 단부를 연결하는 연결링크와, 상기 메인프레임에 설치되어 일측 서브프레임의 회전축 또는 연결링크와 연결되어 회전축을 정역회전시키거나 연결링크를 전후진 시키는 제 2액튜에이터를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  4. 전단부측에 위치되는 복수개의 제 1,2서포트 부재와, 제 1,2서포트 부재에 설치되는 메인 프레임과,
    상기 메인프레임에 회전가능하게 설치되며 상호 평행한 복수개의 서브 프레임과, 상기 각각의 서브 프레임에 설치되는 태양광 발전모듈과,
    상기 서브프레임들을 메인프레임에 대해 소정각도 정,역회전시키는 회전수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전수단은 메인프레임에 설치된 서브프레임들을 동시에 메인프레임에 대해 회전시킬 수 있는 것으로, 상기 각각의 서브프레임의 회전축에 설치되는 회동링크와, 상기 각 회동링크의 단부를 연결하는 연결링크와, 상기 메인프레임에 설치되어 일측 서브프레임의 회전축 정역회전시키는 액튜에이터를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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