KR20090126503A - 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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KR20090126503A
KR20090126503A KR1020080052622A KR20080052622A KR20090126503A KR 20090126503 A KR20090126503 A KR 20090126503A KR 1020080052622 A KR1020080052622 A KR 1020080052622A KR 20080052622 A KR20080052622 A KR 20080052622A KR 20090126503 A KR20090126503 A KR 20090126503A
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Abstract

본 발명은, 기울기식 태양전지 패널의 경사각 제어에 있어서, 태양의 각 시각별 고도, 인접 패널을 태양광으로부터 차단시키지 않기 위한 조건, 태양 추적 동작에 소비되는 불필요한 전력 소모 방지, 태양 추적 동작시 최소의 오차 범위 등을 고려하여 태양전지 패널의 경사각을 각 환경에 맞게 최적으로 조절함으로써, 최대한의 태양광 발전 효율을 얻을 수 있도록 하는 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법으로서, 태양의 기울기각을 연산하는 단계, 및 연산된 상기 태양의 기울기각을 기초로 상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
태양전지, 패널, 경사각, 기울기식, 태양, 고도, 기울기각, 태양 추적

Description

태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{METHOD, APPARATUS AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM FOR COLTROLLING INCLINATION ANGLE OF SOLAR CELL PANEL}
본 발명은 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기울기식 태양전지 패널의 경사각 제어에 있어서, 태양의 각 시각별 고도, 인접 패널을 태양광으로부터 차단시키지 않기 위한 조건, 태양 추적 동작에 소비되는 불필요한 전력 소모 방지, 태양 추적 동작시 최소의 오차 범위 등을 고려하여 태양전지 패널의 경사각을 각 환경에 맞게 최적으로 조절함으로써, 최대한의 태양광 발전 효율을 얻을 수 있도록 하는 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법, 시스템, 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
최근 치솟는 유가 상승과 지구환경문제와 화석에너지의 고갈, 원자력발전의 폐기물처리 및 신규발전소 건설에 따른 위치선정 등의 문제로 인하여 신·재생에너 지에 대한 관심이 고조되고 있으며, 그 중에서도 무공해 에너지원인 태양전지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되어 지고 있다.
태양전지란 광기전력 효과(Photovoltaic Effect)를 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 그 구성 물질에 따라서 실리콘 태양전지, 박막 태양전지, 염료감응 태양전지 및 유기고분자 태양전지 등으로 구분된다. 이러한 태양전지는 독립적으로는 전자시계, 라디오, 무인등대, 인공위성, 로켓 등의 주전력원으로 이용되고, 상용교류전원의 계통과 연계되어 보조전력원으로도 이용되며, 최근 대체 에너지에 대한 필요성이 증가하면서 태양전지에 대한 관심이 높아지고 있다.
이러한 태양전지를 이용한 태양광 발전에 있어서는 발전 효율이 매우 중요한 변수이다. 즉, 최대량의 태양광을 받을 수 있도록 태양전지를 제어함과 동시에 최소한의 전력 소모를 보장하는 것이 중요하다.
이를 위해서, 태양전지 패널의 위치, 경사각, 방향 등을 제어하는 기술들이 제안되어 왔다.
그 중의 하나가, 마름모형태의 분할 영역을 4 개 갖는 광센서를 이용하여 각 분할된 센서별 명암비를 측정하고 측정되는 명암비가 동일한 값이 되도록 제어함으로써 태양과 태양전지 패널이 직각이 되도록 태양 방향을 추적하는 광센서에 의한 태양추적제어방법이 있다. 이 방법은 제어기구성이 간단함과 동시에, 일사량이 충분할 때에는 비교적 정확한 제어가 가능하다는 장점이 있으나, 일기가 고르지 못할 경우에는 태양추적이 불가능하여 이상 제어가 발생하고, 장기간 사용시 센서오염에 의한 감도저하 현상이 발생하여 센서기능을 상실하는 문제가 있다.
그래서 근래에는 프로그램 제어방식의 태양추적제어방법이 주로 사용되어지고 있는데 이는 태양방위각 연산식에 의해 태양의 방위를 연산하고 태양전지판을 연산된 태양 방위를 추적하도록 하는 방법이다.
도 1a는 각 계절별 태양방위각을 나타내는 도면이며, 도 1b는 태양방위각을 이용하여 태양전지 패널을 제어하는 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1a에 도시되는 바와 같이, 태양의 방위각은 1년을 주기로 하여 각 계절별로 차이를 나타낸다. 위도 36ㅀ인 지점을 예로 들면, 동지 때는 태양이 동쪽 -28.8ㅀ에서 출하여, 서쪽 -28.8ㅀ에서 몰하고, 춘·추분 때에는 정동쪽에서 출하여, 정서쪽으로 몰하며, 하지 때에는 동쪽 +30.2ㅀ에서 출하여, 서쪽 +30.2ㅀ에서 몰한다.
이러한 태양의 방위각은, A=cos-1{(sin Φ·sin h - sin δ)/(cos Φ·cos h)} 와 같은 수학식에 의해 산출되며, 여기서, h=sin-1(sin Φ·sin δ + cos Φ·cos δ·cos H)이고, Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적경, h는 태양의 고도각, H는 시간각이다.
이러한 방식으로 각 계절별, 각 날짜별로 달라지는 태양의 방위각을 추정하여 태양전지 패널을 도 1b에 도시되는 바와 같이 제어한다. 즉, 일자별로 산출되는 태양의 방위각을 따라 태양전지 패널을 회전시키는 제어를 한다.
그러나, 이러한 방식은, 회전식 태양 추적 제어기에는 매우 적합하지만, 현 재 주로 사용되어지는 경사 기울기식 태양 추적 제어기에는, 태양의 방위각과 태양전지판의 기울기각이 일치하지 않고 상당한 오차가 있어, 사용하기에 부적합한 면이 있다.
또한, 태양전지 패널의 그림자에 의한 발전량 감소현상을 방지하기 위해, 일정 시간이 되면 일정각도로 태양전지 패널을 태양의 이동 방향과 반대로 추적하도록 프로그래밍하는 방식으로 태양전지 패널의 역추적제어를 행하는 기술이 제안되기도 하였다. 그러나, 이 기술은 주기적으로 역추적 시각과 이동각을 보정하여야 하는 불편함을 초래한다.
한편, 날씨가 흐리거나 우천시에 불필요한 태양추적 제어를 방지하기 위해, 1개의 일사량계를 고정해 놓거나 태양 추적기에 부착하고 일사량 데이터를 취득한 후, 설정된 기준값과 비교하여 태양추적의 중지 시점을 판단하는 기술 또한 제안되었으나, 설정된 기준값이 절대 기준값이 될 수 없다는 문제점이 존재한다.
그리고, 태양전지 패널의 태양 추적 진행각 제어 방법에 있어서, 기존에는 태양의 방위각이 태양전지 패널에 대해 설정각 만큼 틀어지면, 태양전지 패널을 태양의 방위각과 일치하도록 제어하였으나, 이에 의하면, 태양 추적시 항상 설정각 만큼의 오차가 존재하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 태양의 기울기각을 각 시각별로 정확하게 예측하여 경사 기울기식 태양전지 패널을 최적의 경사각으로 제어할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 태양전지 패널의 각 시각별 그림자 길이를 정확하게 예측하여, 인접 태양전지 패널을 가림으로써 생기는 발전 효율의 저하 문제를 해결함과 동시에 최대의 발전 효율을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
한편, 본 발명의 또 다른 목적은, 태양 추적 일사량계에 의해 측정되는 일사량을 기준 일사량계에 의해 측정되는 일사량계와 비교하여 태양 추적 동작의 중지 여부를 결정함으로써, 일기에 따라 정확한 태양 추적 시점을 판단할 수 있도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 태양전지 패널의 태양 추적 동작에 있어서, 그 추적 오차를 최소한으로 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법으로서, 태양의 기울기각을 연산하는 단계, 및 연산된 상기 태양의 기울기각을 기초로 상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상기 태양의 기울기각을 연산하는 단계는, 태양의 단위 시간당 기울기 변화량을 나타내는 태양의 기울기 시간각을 구한 후, 태양의 일남중 고도를 기준(0ㅀ)으로 하여 각 시각별 태양의 기울기각을 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태양의 기울기 시간각은,
Figure 112008040185910-PAT00001
로 표현되는 수학식에 의해 산출되며, 상기 M은 태양의 일남중 시각이고, 상기 t는 일출 시각 t1 또는 일몰 시각 t2이다.
상기
Figure 112008040185910-PAT00002
,
상기 일출 시각
Figure 112008040185910-PAT00003
,
일몰 시각
Figure 112008040185910-PAT00004
에 의해 산출되고,
상기 E는 균시차, Δλ는 표준시와 관측지의 지방평균시와의 시간차, H는 태양의 시간각이다.
상기 H는,
Figure 112008040185910-PAT00005
와 같은 수학식에 의해 표현되고, 상기Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적위이다.
상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 단계는, 상기 태양전지 패널의 경사각을 상기 연산된 태양의 기울기각과 동일한 각도로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 일 이상의 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법으로서, 태양의 고도를 기초로 하여 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내는 단계, 및 산출된 상기 그림자 길이를 기초로 하여, 상기 태양전지 패널의 그림자가 인접 태양전지 패널의 적어도 일부를 가리지 않도록 상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상기 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내는 단계에서, 상기 태양전지 패널의 그림자 길이(SL)는, SL=tan(90ㅀ-h)ㅧ(sin
Figure 112008040185910-PAT00006
ㅧw)로 표현되는 수학식에 의해 산출되고, 상기 h는 태양의 기울기각,
Figure 112008040185910-PAT00007
는 상기 태양전지 패널의 경사각, w는 상기 태양전지 패널의 폭이고, 상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계는, SL+(cos
Figure 112008040185910-PAT00008
ㅧw)≤L 을 만족시키는 범위 내에서
Figure 112008040185910-PAT00009
값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계는, 상기
Figure 112008040185910-PAT00010
값을 (90ㅀ-h) 값과 최대한 가까운 값으로 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 제어하기 위한 방법으로서, 고정된 기준 일사량계를 이용하여 고정된 위치에서 기준 일사량을 측정하는 단계, 태양 추적 동작을 수행하고 있는 상기 태양전지 패널에 구비되는 태양추적 일사량계를 이용하여 태양추적 일사량을 측정하는 단계, 및 상기 기준 일사량과 상기 태양추적 일사량과의 차이가 소정 값 이하일 때, 상기 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 중지시키는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 태양 추적 동작시 추적 진행각을 제어하기 위한 방법으로서, 상기 태양전지 패널에 대해 태양의 기울기각이 태양추적 설정각도의 1/2만큼 틀어질 때, 상기 태양전지 패널을 상기 태양추적 설정각도만큼 기울이는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 시스템으로서, 태양의 기울기각을 연산하고, 연산된 상기 태양의 기울기각을 기초로 상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 장치를 포함하는 시스템이 제공된다.
상기 태양의 기울기각의 연산은, 태양의 단위 시간당 기울기 변화량을 나타내는 태양의 기울기 시간각을 구한 후, 태양의 일남중 고도를 기준(0ㅀ)으로 하여 각 시각별 태양의 기울기각을 연산함으로써 이루어질 수 있다.
상기 태양의 기울기 시간각은,
Figure 112008040185910-PAT00011
로 표현되는 수학식에 의해 산출되며, 상기 M은 태양의 일남중 시각이고, 상기 t는 일출 시각 t1 또는 일몰 시각 t2이다.
상기
Figure 112008040185910-PAT00012
,
일출 시각
Figure 112008040185910-PAT00013
,
일몰 시각
Figure 112008040185910-PAT00014
에 의해 산출되고,
상기 E는 균시차, Δλ는 표준시와 관측지의 지방평균시와의 시간차, H는 태양의 시간각이다.
상기 H는,
Figure 112008040185910-PAT00015
와 같은 수학식에 의해 표현되고, 상기Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적위이다.
상기 태양전지 패널의 경사각 제어는, 상기 태양전지 패널의 경사각을 상기 연산된 태양의 기울기각과 동일한 각도로 조절함으로써 이루어질 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 일 이상의 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 시스템으로서, 태양의 고도를 기초로 하여 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내고, 산출된 상기 그림자 길이를 기초로 하여, 상기 태양전지 패널의 그림자가 인접 태양전지 패널의 적어도 일부를 가리지 않도록 상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 장치를 포함하는 시스템이 제공된다.
상기 태양전지 패널의 그림자 길이(SL)는, SL=tan(90ㅀ-h)ㅧ(sin
Figure 112008040185910-PAT00016
ㅧw)로 표현되는 수학식에 의해 산출되고, 상기 h는 태양의 기울기각,
Figure 112008040185910-PAT00017
는 상기 태양전지 패널의 경사각, w는 상기 태양전지 패널의 폭이고, 상기 태양전지 패널의 경사각 조절은, SL+(cos
Figure 112008040185910-PAT00018
ㅧw)≤L 을 만족시키는 범위 내에서
Figure 112008040185910-PAT00019
값을 결정함으로써 이루어질 수 있다.
상기 태양전지 패널의 경사각 조절은, 상기
Figure 112008040185910-PAT00020
값을 (90ㅀ-h) 값과 최대한 가까운 값으로 결정함으로써 이루어질 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 제어하기 위한 시스템으로서, 고정된 기준 일사량계를 이용하여 측정된 기준 일사량과, 태양 추적 동작을 수행하고 있는 상기 태양전지 패널에 구비되는 태양추적 일사량계를 이용하여 측정된 태양추적 일사량과의 차이가 소정 값 이하일 때, 상기 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 중지시키는 장치를 포함하는 시스템이 제공된다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 태양전지 패널의 태양 추적 동작시 추적 진행각을 제어하기 위한 시스템으로서, 상기 태양전지 패널에 대해 태양의 기울기각이 태양추적 설정각도의 1/2만큼 틀어질 때, 상기 태양전지 패널을 상기 태양추적 설정각도만큼 기울이는 장치를 포함하는 시스템이 제공된다.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법들 중 하나를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가 능한 기록 매체가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 태양의 기울기각을 각 시각별로 정확하게 예측하여 경사 기울기식 태양전지 패널을 최적의 경사각으로 제어함으로써, 태양광을 최대한으로 흡수할 수 있도록 하는 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 태양전지 패널의 각 시각별 그림자 길이를 정확하게 예측하여, 인접 태양전지 패널을 가림으로써 생기는 발전 효율의 저하 문제를 해결함과 동시에 최대의 발전 효율을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 태양 추적 일사량계에 의해 측정되는 일사량을 기준 일사량계에 의해 측정되는 일사량계와 비교하여 태양 추적 동작의 중지 여부를 결정함으로써, 일기에 따라 정확한 태양 추적 시점을 판단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 추적 오차가 최소화된 태양전지 패널의 태양 추적 동작 제어가 가능하다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
전체 시스템의 구성
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 태양전지판을 제어하기 위한 시스템의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 전체 시스템은, 네트워크 통신망을 통해 통신 가능한 중앙 제어 서버(110)와 일 이상의 로컬 서버(130), 및 상기 중앙 제어 서버(110)와 로컬 서버(130)의 제어에 의해 제어되는 일 이상의 태양전지 패널(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 네트워크 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신 망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 한편, 네트워크 통신망은 RF(Radio Frequency) 통신 또는 CDMA(Code Division Multiple Access) 통신을 가능하게 하는 공지의 통신망일 수도 있다.
중앙 제어 서버(110)는 각각의 태양전지 패널(150)에 대한 기본 정보를 갖고 있으며, 이를 관리한다. 상기 기본 정보에는 태양전지 패널(150)이 위치하는 태양광 발전소에 대한 정보 등이 포함될 수 있다. 또한, 중앙 제어 서버(110)는 복수의 로컬 서버(130)의 상태 데이터를 수집하고 여러 형태로 디스플레이함과 동시에 이를 관리하며, 로컬 서버(130)의 이상이 감지되면 이를 경보하여 관리자가 직접 조치할 수 있도록 한다. 이를 위해, 로컬 서버(130)는 이상이 감지될 시에 경보 신호를 인근의 통신 기지국으로 전송할 수 있고, 기지국은 관리자에게 문자 등의 경보 신호를 전송함으로써 실시간 관리가 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
한편, 중앙 제어 서버(110)는 로컬 서버(130)의 동작 모드를 제어할 수도 있다. 구체적으로 설명하면, 태양전지 패널(150)의 경사각 등의 제어는 후술하는 방법에 따라 자동으로 이루어질 수도 있지만, 관리자에 의해 수동으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 중앙 제어 서버(110)는 로컬 서버(130)의 동작 모드를 자동제어 모드 또는 수동제어 모드로 스위칭할 수 있으며, 자동제어 모드일 때에는, 중앙 제어 서버(110) 및 로컬 서버(130)의 연계 동작에 의해 태양전지 패널(150)이 자동적으로 제어될 수 있고, 반대로 수동제어 모드일 때에는, 관리자가 태양전지 패널(150)을 직접 제어할 수 있다.
또한, 중앙 제어 서버(110)는 로컬 서버(130)가 태양전지 패널(150)을 제어하는 데에 필요한 연산시에 요구되는 데이터들을 수집하여 제공한다. 이 데이터에는 태양전지 패널(150)이 위치하는 경도, 위도, 표준시간경도, 현재 시각 등이 포함될 수 있다. 그리고, 후술할 태양전지 패널(150)의 태양 추적시 필요한 추적 설정각도 등의 파라미터도 제공할 수 있다.
한편, 중앙 제어 서버(110)는 일사량계(170), 풍속계(미도시됨) 등과 연계되어 일사량 또는 풍속 등에 관한 데이터를 수집할 수 있고, 이를 로컬 서버(130)에 전송할 수 있다.
로컬 서버(130)는 중앙 제어 서버(110)로부터 수신되는 데이터 또는 파라미터 등을 기초로 하여 태양전지 패널(150)의 제어에 필요한 연산을 수행한다. 이 연산에는, 태양 기울기 연산, 그림자 길이 연산, 상대 일사량 비교 등이 포함될 수 있으며, 각 연산에 대한 자세한 설명은 후에 상세히 설명하기로 한다.
로컬 서버(130)는 태양전지 패널(150)을 자동으로 제어할 수도 있으며, 중앙 제어 서버(110)의 제어에 따라 수동 모드로 전환되어 자동 제어를 중단할 수도 있다.
또한, 로컬 서버(130)는 현재 제어 상태, 또는 이상 유무 등을 네트워크 통신망을 통해 중앙 제어 서버(110)로 전송한다.
태양전지 패널(150)은 통상의 태양전지 패널과 동일한 구성이며, 로컬 서버(130)의 연산 결과에 따라 그 경사각이 제어되는 기울기식 태양전지 패널일 수 있다. 로컬 서버(130)의 연산에 기초한 태양전지 패널(150)의 경사각 제어에 대해 서는 후에 상세히 설명하도록 한다.
이하에서는, 로컬 서버(130)의 내부 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다.
로컬 서버의 구성
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템에서 로컬 서버(130)의 내부 구성을 상세히 나타내는 도면이다.
도 3에 도시되는 바와 같이, 로컬 서버(130)는 마이크로프로세서(131), 디스플레이부(133), RTC(Real Time Clock)(135), 메모리부(137), 및 통신부(139)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 로컬 서버(130)는 태양전지 패널(150)의 경사각을 조절하기 위한 구동부(134), 및 태양전지 패널(150)의 경사각 제어 상태를 모니터링 하기 위한 기울기 센싱부(136)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
마이크로프로세서(131)는 중앙 제어 서버(110)에 의해 수집되고 전송되는 데이터를 기초로 하여 태양전지 패널(150)을 제어하는 데 필요한 연산들을 수행한다. 이 연산 수행에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
디스플레이부(133)는 현재 태양전지 패널(150)의 경사각 등 제어 상태, 로컬 서버(130)의 이상 유무 등을 여러가지 형태로 표시함으로써, 관리자가 실시간으로 모니터링할 수 있도록 한다.
RTC(135)는 로컬 서버(130)가 자체적으로 제어를 수행하기 위한 구성요소로서, 백업 배터리가 내장되어 있을 수 있다. 이에 의하면, 여러가지 이유에 의해 중앙 제어 서버(110)와 통신이 두절되는 경우라 할지라도, 로컬 서버(130) 스스로 RTC(135)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 구동부(134)는 태양전지 패널(150)의 기울기를 실제로 조절하기 위한 구동력을 발생시키는 역할을 한다. 구동부(134)는 공지의 모터 등으로 구현될 수 있다.
또한, 구동부(134)에 의해 제어되는 태양전지 패널(150)의 경사각을 센싱하고, 현재 제어 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 경사각 센싱부(136)가 더 구비될 수도 있다. 경사각 센싱부(136)는 태양전지 패널(150)의 현재 경사각을 감지하며, 로컬 서버(130)는 감지된 정보를 중앙 제어 서버(110)로 전송하여 현재 태양전지 패널(150)의 제어 상태에 대한 관리자의 관리, 감독을 가능하게 한다.
메모리부(137)는 통신부(139)를 통해 중앙 제어 서버(110)로부터 전송되는 데이터 또는 파라미터 등을 저장한다. 마이크로프로세서(131)는 메모리부(137)에 저장된 데이터들을 기초로 하여 태양전지 패널(150)의 제어에 필요한 연산을 수행한다. 또한, 메모리부(137)는 로컬 서버(130)의 현재 상태 및 이상 유무와 관련된 데이터를 저장할 수 있다. 한편, 마이크로프로세서(131)에 의해 수행되는 연산 결과 및 이를 기초로 제어되는 태양전지 패널(150)의 현재 상태, 예를 들면, 경사각 센싱부(136)에 의해 감지되는 태양전지 패널(150)의 현재 경사각 등이 더 저장될 수도 있다.
통신부(139)는 전술한 바와 같이, 중앙 제어 서버(110)로부터 전송되는 데이터를 수신하며, 반대로 로컬 서버(130)의 메모리부(137)에 저장되어 있는 로컬 서버(130)의 현재 상태 및 태양전지 패널(150)의 현재 제어 상태 등에 관한 정보를 중앙 제어 서버(110)로 전송하기도 한다.
이하에서는, 로컬 서버(130)에서 수행되는 각 연산 및 그 연산 결과를 이용한 태양전지 패널(150)의 제어에 대해 상세히 설명하기로 한다.
태양의 기울기 시간각 연산 및 이를 이용한 태양전지 패널 제어
경사 기울기식 태양전지 패널(150)을 이용한 태양광 발전에 있어서는 태양전지 패널(150) 중심에서, 상기 태양전지 패널(150)의 수평면과 수직인 법선을 연장하였을 때, 그 법선이 태양과 만나는 것이 중요하다.
즉, 태양광을 최대로 흡수할 수 있는 기울기로 태양전지 패널(150)을 제어하는 것이 발전 효율을 높이는 데에 매우 중요한 요소이다. 이러한 제어를 위해서는, 태양의 기울기 시간각을 연산한 후, 그에 맞춰 태양전지 패널(150)의 경사각을 제어하는 과정이 필요하다.
기울기 시간각이란 단위 시간당 태양의 고도 변화량을 의미한다. 즉, 태양의 남중 고도가 90ㅀ이기 때문에, 태양의 기울기 시간각을 알면 각 시간별 태양의 고도를 알 수 있고, 이를 이용하여 태양전지 패널(150)의 경사각을 조절할 수 있는 것이다.
태양의 계절별 출몰 형태는 도 4a에 도시되는 바와 같다. 일출과 일몰 시에는 태양의 위치가 지평선과 일치하므로, 태양의 고도는 0ㅀ에서 시작하여 일남중 시각일 때 90ㅀ를 거쳐 다시 0ㅀ에서 끝나게 된다.
본 발명에서 태양의 기울기 시간각을 연산하는 방법은, 태양의 일남중 시각, 일출 시각, 일몰 시각을 연산하고, 이를 다시 태양의 일주운행 시간으로 분할하여 각 시간의 태양의 고도를 산출해내는 방식으로 이루어진다.
일남중 시각, 일출 시각, 및 일몰 시각은 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.
Figure 112008040185910-PAT00021
일남중 시각
일출 시각
Figure 112008040185910-PAT00022
일몰 시각
Figure 112008040185910-PAT00023
여기서, E는 균시차, 즉, 평균태양시와 진태양시(시태양시)와의 차이, Δλ는 표준시와 관측지의 지방평균시와의 시간차로서, (표준시간경도-관측지의 경도)/15ㅀ로 계산된다.
균시차가 수학식에 포함된 이유는 보다 더 정확한 일남중 시각, 일출 시각, 및 일몰 시각을 연산하기 위해서이다. 태양의 일남중 시각으로부터 다음 일남중 시각까지의 시간을 1진태양일이라고 하는데, 진태양일의 길이는 항상 일정하지 않고 매일 조금씩 달라진다.
그 대표적인 이유는 도 4b에 도시되는 바와 같이, 태양이 적도상을 운행하지 않고 황도상을 운행하기 때문이며, 다른 한 가지 이유는 도 4c에 도시되는 바와 같이, 지구가 태양을 초점으로 하는 타원 궤도를 따라 운행하기 때문이다. 지구가 타원 궤도를 따라 운행하게 되면, 케플러의 법칙에 의해 지구가 근일점에 있을 때 각속도가 가장 빠르고 원일점에 있을 때 각속도가 가장 느리게 되어 운행 각속도가 불일정해지기 때문이다.
따라서, 이러한 이유에 따른 진태양일의 길이 차이를 보정하기 위해 균시차를 이용하였고, 이에 따라 정확한 태양의 기울기각이 산출될 수 있다.
한편, H는 태양의 시간각으로서 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112008040185910-PAT00024
여기서, H는 태양의 시간각, Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적위이며, 0.0145라는 수치는 cos90ㅀ50' 값이며, 태양출입시의 천정거리이다.
이러한 방식으로 일남중 시각과 일출 시각, 및 일몰 시각이 얻어지면, 이를 이용하여 태양의 기울기 시간각을 구할 수 있다. 태양의 기울기 시간각이란 단위시간당 변화하는 태양의 기울기각이다. 따라서, 태양의 기울기 시간각은 다음의 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112008040185910-PAT00025
여기서, t는 t1 또는 t2 즉, 일출 시각 또는 일몰 시각을 나타낸다.
이러한 방식으로 기울기 시간각을 알아내면, 각 시간별 태양의 기울기각을 연산해낼 수 있다. 예를 들어, 태양의 일남중 기울기각을 0ㅀ라 하고 이를 기준으로 삼으며, 태양의 기울기 시간각이 14ㅀ/h 인 것으로 가정하면, 일남중 시각에서 한시간을 뺀 시각과 한시간을 더한 시각에서의 태양의 기울기각은 각각 14ㅀ로 연 산된다.
이렇게 연산되는 태양의 기울기각을 '태양 기울기 연산각'이라 칭하기로 한다.
표 1은 관측지 위도 및 관측지 경도가 각각 35ㅀ08', 126ㅀ55'이고, 일출시간, 일남중 시간, 및 일몰 시간이 각각 06:09, 12:37, 19:10일 때, 상기 방법에 따라 계산된 '태양 기울기 연산각'을 나타내며, 그 비교를 위하여 종래 태양 방위 연산각을 함께 나타내었다.
시각 태양 기울기 연산각(도) 태양 방위 연산각(도) 비고
06:09 90.00 101.85 일출시각
07:00 78.17 94.65
08:00 64.25 86.03
09:00 50.33 76.35
10:00 36.42 64.13
11:00 22.50 46.67
12:00 08.58 20.11
12:36 0.10
12:37 0.00 일남중시각
13:00 05.27 13.79
14:00 19.01 42.38
15:00 32.75 61.34
16:00 46.49 74.34
17:00 60.23 84.39
18:00 73.97 93.15
19:10 90.00 103.06 일몰시각
표 1은 태양의 일남중일 때 기울기각을 0ㅀ라 하고, 이를 기준으로 삼아 태양의 기울기 시간각을 이용하여 태양의 기울기각을 연산해낸 결과이다. 표 1을 참조하면, 일출 시각, 일몰 시각, 및 일남중 시각에서 태양 기울기 연산각은 각각 90ㅀ, 0ㅀ, 90ㅀ로 산출된다. 반면, 태양 방위 연산각은 일출 시각과 일몰 시각에서 각각 101.85ㅀ, 103.06ㅀ로 산출된다.
이렇게 연산된 태양 기울기각을 이용하여 기울기식 태양전지 패널(150)의 최적 경사각을 산출해내며, 그에 따라 태양전지 패널(150)을 제어하게 되는데, 표 1에서는 일남중 태양의 기울기각을 0ㅀ라고 가정하였으므로, 태양전지 패널(150)의 경사각을 상기 태양 기울기 연산각과 동일하게 한다면, 최적의 조건이 얻어지게 된다.
한편, 일출 시각과 일몰 시각에서는 태양의 고도가 0ㅀ이므로, 태양전지 패널(150)의 경사각은 90ㅀ가 되어야 함이 당연하다. 또한, 일남중 시각에서는 태양전지 패널(150)의 경사각이 0ㅀ가 되어야 한다.
표 1을 다시 참조하면, 종래 기술에 의해 산출된 태양 방위 연산각은 일출 시각과 일몰 시각에서 각각 101.85ㅀ, 103.06ㅀ의 값을 나타내는 등 태양전지 패널(150)을 최적의 경사각으로 제어하는 데에는 문제가 있을 수 있으나, 본 발명에 따라 산출된 태양 기울기 연산각은 일출 시각, 일몰 시각, 및 일남중 시각에서 각각 90ㅀ, 0ㅀ, 90ㅀ로서, 이에 따라 태양전지 패널(150)의 경사각을 제어하면, 태양의 고도와의 관계에서 가장 적합한 경사각으로 제어할 수 있다.
로컬 서버(130)의 마이크로프로세서(131)는 중앙 제어 서버(110)로부터 수신된 관측지의 경도, 위도, 및 RTC(Real Time Clock)에 의한 시각 데이터를 이용하여 상기 설명한 방식으로 태양의 기울기 시간각 및 태양의 기울기 연산각을 산출해낸다. 그 후, 산출된 기울기 연산각을 토대로 하여 태양전지 패널(150)의 경사각을 조절한다.
도 4d는 태양의 기울기 연산각을 기초로 하여 태양전지 패널(150)의 경사각이 조절되는 일례를 나타낸다.
도 4d에 도시되는 바와 같이, 태양의 기울기 연산각이 θ일 때, 태양전지 패널(150)의 경사각 또한 θ로 조절한다. 이러한 제어에 따르면, 태양전지 패널(150)의 중심에서 법선을 연장하였을 때, 그 법선이 태양과 만나게 되어, 태양광을 최대로 흡수할 수 있게 되고 태양광 발전의 효율이 높아질 수 있게 된다. 즉, 태양전지 패널(150)이 항상 태양을 전면으로 바라볼 수 있도록 제어되어 태양광이 최대로 흡수될 수 있다.
그림자 길이 연산법에 의한 역추적 제어
통상적으로, 태양광 발전소에는 일 이상의 태양전지 패널(150)이 구비되어 있다. 태양전지 패널(150)이 기울기식 태양전지 패널(150)일 경우에는, 그 경사각에 따라 다른 태양전지 패널(150)을 가릴 수도 있는 문제가 생긴다. 즉, 태양광 발전소 부지 크기의 한계 등의 이유로 태양전지 패널(150) 간의 간격을 충분히 유지하지 못할 경우에는 태양전지 패널(150)의 경사각, 또는 태양의 고도에 따라 인접 태양전지 패널(150)의 적어도 일부를 태양광으로부터 차단할 수 있게 된다.
이를 방지하기 위해, 로컬 서버(130)는 태양의 고도를 고려하여, 임의의 태양전지 패널(150)이 인접 태양전지 패널(150)을 태양광으로부터 차단시키지 않으면서도, 태양광을 최대한으로 흡수할 수 있는 경사각을 산출하여 태양전지 패널(150)을 제어한다.
태양의 고도를 이용하여 다수의 태양전지 패널(150) 경사각을 제어하는 과정을 나타내는 일례가 도 5에 도시된다.
여기서 그림자 길이 SL는 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112008040185910-PAT00026
SL=tan(90ㅀ-h)ㅧ(sinㅧw)
여기서, h는 태양의 고도,
Figure 112008040185910-PAT00027
는 태양전지판의 제어 경사각, w는 태양전지 패널(150)의 폭이다.
h, 즉, 태양의 고도에 관한 정보는 중앙 제어 서버(110)로부터 수신할 수도 있지만, 전술한 방법으로 산출되는 태양의 기울기 시간각을 이용하여 각 시각별 태양의 고도를 파악해 낼 수도 있다. 즉, 태양의 남중 고도를 90ㅀ로 한 후, 남중 시각과 산출된 태양의 기울기 시간각을 이용하면 각 시각별 태양의 고도를 산출해낼 수 있다.
한편, 도 5에서 전면에 있는(도면상 좌측에 있는) 태양전지 패널(150)의 그림자가 뒤에 있는(도면상 우측에 있는) 태양전지 패널(150)의 일부를 가리지 말아야 하는 조건에 의해 다음과 같은 수학식 5가 세워질 수 있다.
Figure 112008040185910-PAT00028
SL+(cosㅧw)≤L
여기서, L은 태양전지 패널(150) 사이의 간격이다.
이 L값, 및 w 값 등은 중앙 제어 서버(110)로부터 로컬 서버(130)로 사전에 전송되어 로컬 서버(130)의 메모리부(137)에 저장될 수 있다.
태양전지 패널(150)은 서로의 그림자에 의해 적어도 일부가 태양으로부터 차 단되지 말아야됨과 동시에, 태양광을 최대로 흡수하여야 한다. 이를 위해 태양전지 패널(150)의 제어 경사각
Figure 112008040185910-PAT00029
는 (90ㅀ- 태양전지의 고도 h) 값에 최대한 가까운 값이어야 한다. 즉, 태양전지 패널(150)의 경사도는 전술한 바와 같은, 태양의 기울기 연산각을 이용하여 결정되는 값과 최대한 가까워야 한다.
따라서, 로컬 서버(130)는 수학식 5를 만족시키는 범위 내에서, 태양전지 패널(150)이 현 시각의 태양의 기울기 연산각과 가장 근접한 경사도를 가질 수 있도록 제어 경사각
Figure 112008040185910-PAT00030
를 결정한다.
그 후, 결정된 제어각
Figure 112008040185910-PAT00031
에 따라 태양전지 패널(150)을 제어한다.
이에 따르면, 복수의 태양전지 패널(150)이 서로 간의 그림자에 의해 태양으로부터 차단됨이 없을 뿐만 아니라, 언제나 최대한의 태양광을 흡수하여 태양광 발전의 효율을 높일 수 있게 된다.
상대적 일사량 비교에 의한 태양전지 패널의 태양 추적 동작 중지 제어
일반적으로 태양전지 패널(150)은 태양의 위치를 추적하여 최대한의 태양광을 흡수하는 경사각 또는 그 위치에 머물러 있게 된다. 그 방법은 각 경사각별로 흡수되는 태양광량을 조사하여 소정량 이상의 태양광을 흡수하는 경사각들 중 최대의 태양광을 흡수하는 경사각을 최적의 경사각으로 결정하는 방법으로 이루어진다.
그러나, 날씨가 흐리거나 우천시에는 소정량 이상의 태양광이 흡수되기가 어려우므로 무의미한 추적을 계속적으로 수행하게 되고, 불필요한 제어로 인한 전력손실이 있게 된다.
이를 방지하기 위해 본 발명에서는, 상대적 일사량을 비교하여 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 중지시킨다.
도 6은 이러한 제어를 위해 구비되는 2 개의 일사량계(170)로서, 고정된 기준 일사량계(171)와 태양추적 일사량계(173)를 도시한다.
고정된 기준 일사량계(171)는 고정된 위치에서 일사량을 측정하여 기준 일사량을 제공한다. 또한, 태양추적 일사량계(173)는 태양전지 패널(150)에 구비되는 것으로서 계속적으로 태양을 추적하면서 일사량을 측정한다.
기준 일사량계(171) 및 태양추적 일사량계(173)에 의해 측정된 일사량에 관한 데이터는 중앙 제어 서버(110)로 전송되며, 이는 다시 로컬 서버(130)로 전송된다.
로컬 서버(130)의 마이크로프로세서서(131)는 기준 일사량계(171)에 의해 측정된 일사량과 태양추적 일사량계(173)에 의해 측정된 일사량을 비교한다. 그 후, 두 일사량 값의 차이가 없거나 미미하면, 태양전지 패널(150)의 태양 추적 동작을 중지시킨다. 즉, 고정된 위치에서 일사량을 측정하는 기준 일사량계(171)에 의해 측정된 일사량과 태양추적 일사량계(173)에 의해 측정된 일사량의 차이가 없다는 것은 태양전지 패널(150)이 어떠한 경사각을 가지더라도 비슷한 양의 태양광만을 흡수한다는 것이며, 태양추적의 의미가 더 이상 없다는 것이므로, 태양 추적 동작을 중지시키는 것이다.
이러한 제어에 의해, 태양전지 패널(150)은 불필요한 태양 추적 동작을 하지 않게 되며, 이에 따라 불필요한 제어에 소모되는 전력 손실을 최소화할 수 있다.
태양전지 패널의 태양 추적 진행각 선행 제어
전술한 바와 같이, 태양전지 패널(150)은 태양의 위치를 추적하는 태양 추적 제어 동작을 수행한다. 태양 추적 제어 동작은 항시 수행되는 것이 아니라, 태양 추적 제어 동작이 끝난 후, 태양의 고도가 소정 크기, 즉, 추적 설정 각도만큼 틀어지게 되면 다시 수행되는 방식으로 이루어진다.
도 7a는 통상적인 태양 추적 제어 동작을 설명하기 위한 모식도이다. 예를 들어, 추적 설정 각도가 2'인 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
태양전지 패널(150) 태양 추적 제어를 마친 즉시의 순간은 태양의 고도와 태양전지 패널(150)의 경사각이 동일하여 태양전지 패널(150)이 최적의 경사각으로 기울어져 있게 되지만, 그 후에는, 태양의 고도가 2' 틀어진 후에야 다시 태양 추적 동작을 수행하게 된다. 따라서, 통상적인 태양 추적 제어에 따르면 항상 2'의 오차가 유지될 수 밖에 없다.
이러한 오차를 감소시키기 위해 본 발명에서는 태양추적 진행각 선행 제어 방법을 이용한다. 도 7b를 참조하여 본 발명에 따른 태양추적 진행각 선행 제어 방법을 설명한다. 이 경우에도 역시 추적 설정 각도를 2'로 설정하였다고 가정한다.
본 발명에 따른 제어 방법은, 태양전지 패널(150)에 대해 태양의 고도가 1'만큼 틀어졌을 때, 태양전지 패널(150)을 2'만큼 이동시킨다.
즉, 태양 추적 제어 동작를 마친 직후 태양전지 패널(150)의 경사각이 ①의 위치라면, 그 시점에는 태양의 고도도 동일한 위치에 있게 된다. 그 후, 태양의 고도가 1'만큼 틀어져 ②의 위치에 있게 될 때, 태양전지 패널(150)을 2'만큼 이동시 켜 ③의 위치에 있게 하여 태양의 고도보다 1' 만큼 선행이동할 수 있도록 한다.
이로부터 다시 태양의 고도가 2'만큼 틀어져 태양전지 패널(150)과 태양 고도와의 차이가 1'이 될 때, 태양전지 패널(150)을 2'만큼 이동시킨다.
따라서, 태양전지 패널(150)은 항상 태양의 고도와 ㅁ1' 만큼의 오차를 유지하게 되어 종래 기술에 비해 오차를 반으로 줄일 수 있게 되며, 보다 더 효율적인 태양광 발전이 가능해진다.
로컬 서버(130)는 상기와 같은 제어를 위해 전술한 방식으로 계산된 태양의 기울기 시간각을 이용하여 각 시각별 태양의 고도를 산출할 수 있다. 이렇게 산출된 태양의 고도를 이용하여 태양과 태양전지 패널(150)과의 틀어짐 각도를 예상할 수 있는 것이다.
이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.　상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.　컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특 별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1a는 각 계절별 태양방위각을 나타내는 도면이다.
도 1b는 도 1a의 각 계절별 태양방위각을 이용하여 태양전지 패널을 제어하는 방법을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 시스템에서 로컬 서버의 내부 구성을 상세히 나타내는 도면이다.
도 4a는 각 계절별 태양의 출몰형태를 나타내는 도면이다.
도 4b는 지구에 대해 태양의 운행 궤적을 나타내는 도면이다.
도 4c는 지구의 공전 궤도를 나타내는 도면이다.
도 4d는 태양의 기울기 연산각을 기초로 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 일례를 나타낸다.
도 5는 태양의 고도를 이용하여 다수의 태양전지 패널 경사각을 제어하는 과정의 일례를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 태양 추적 동작을 제어하기 위한 2 개의 일사량계를 나타낸다.
도 7a는 종래의 태양 추적 동작 제어 방식을 설명하는 모식도이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 태양 추적 동작 제어 방식을 설명하는 모식도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 중앙 제어 서버
130: 로컬 서버
150: 태양전지 패널
131: 마이크로프로세서
133: 디스플레이부
135: RTC
137: 메모리부
139: 통신부
170: 일사량계
171: 기준 일사량계
173: 태양추적 일사량계

Claims (24)

  1. 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법으로서,
    태양의 기울기각을 연산하는 단계, 및
    연산된 상기 태양의 기울기각을 기초로 상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 태양의 기울기각을 연산하는 단계는,
    태양의 단위 시간당 기울기 변화량을 나타내는 태양의 기울기 시간각을 구한 후, 태양의 일남중 고도를 기준(0ㅀ)으로 하여 각 시각별 태양의 기울기각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 태양의 기울기 시간각은,
    Figure 112008040185910-PAT00032
    로 표현되는 수학식에 의해 산출되며,
    상기 M은 태양의 일남중 시각이고, 상기 t는 일출 시각 t1 또는 일몰 시각 t2인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    Figure 112008040185910-PAT00033
    ,
    일출 시각
    Figure 112008040185910-PAT00034
    ,
    일몰 시각
    Figure 112008040185910-PAT00035
    에 의해 산출되고,
    상기 E는 균시차, Δλ는 표준시와 관측지의 지방평균시와의 시간차, H는 태양의 시간각인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 H는,
    Figure 112008040185910-PAT00036
    와 같은 수학식에 의해 표현되고,
    상기Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적위인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 단계는,
    상기 태양전지 패널의 경사각을 상기 연산된 태양의 기울기각과 동일한 각도로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 일 이상의 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 방법으로서,
    태양의 고도를 기초로 하여 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내는 단계, 및
    산출된 상기 그림자 길이를 기초로 하여, 상기 태양전지 패널의 그림자가 인접 태양전지 패널의 적어도 일부를 가리지 않도록 상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내는 단계에서, 상기 태양전지 패널의 그림자 길이(SL)는, SL=tan(90ㅀ-h)ㅧ(sin
    Figure 112008040185910-PAT00037
    ㅧw)로 표현되는 수학식에 의해 산출되고, 상기 h는 태양의 기울기각,
    Figure 112008040185910-PAT00038
    는 상기 태양전지 패널의 경사각, w는 상기 태양전지 패널의 폭이고,
    상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계는,
    SL+(cos
    Figure 112008040185910-PAT00039
    ㅧw)≤L 을 만족시키는 범위 내에서
    Figure 112008040185910-PAT00040
    값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 단계는,
    상기
    Figure 112008040185910-PAT00041
    값을 (90ㅀ-h) 값과 최대한 가까운 값으로 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 제어하기 위한 방법으로서,
    고정된 기준 일사량계를 이용하여 고정된 위치에서 기준 일사량을 측정하는 단계,
    태양 추적 동작을 수행하고 있는 상기 태양전지 패널에 구비되는 태양추적 일사량계를 이용하여 태양추적 일사량을 측정하는 단계, 및
    상기 기준 일사량과 상기 태양추적 일사량과의 차이가 소정 값 이하일 때, 상기 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 중지시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 태양전지 패널의 태양 추적 동작시 추적 진행각을 제어하기 위한 방법으로서,
    상기 태양전지 패널에 대해 태양의 기울기각이 태양추적 설정각도의 1/2만큼 틀어질 때, 상기 태양전지 패널을 상기 태양추적 설정각도만큼 기울이는 단계를 포함하는 방법.
  12. 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 시스템으로서,
    태양의 기울기각을 연산하고, 연산된 상기 태양의 기울기각을 기초로 상기 태양전지 패널의 경사각을 제어하는 장치를 포함하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 태양의 기울기각의 연산은,
    태양의 단위 시간당 기울기 변화량을 나타내는 태양의 기울기 시간각을 구한 후, 태양의 일남중 고도를 기준(0ㅀ)으로 하여 각 시각별 태양의 기울기각을 연산함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 태양의 기울기 시간각은,
    Figure 112008040185910-PAT00042
    로 표현되는 수학식에 의해 산출되며,
    상기 M은 태양의 일남중 시각이고, 상기 t는 일출 시각 t1 또는 일몰 시각 t2인 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    Figure 112008040185910-PAT00043
    ,
    일출 시각
    Figure 112008040185910-PAT00044
    ,
    일몰 시각
    Figure 112008040185910-PAT00045
    에 의해 산출되고,
    상기 E는 균시차, Δλ는 표준시와 관측지의 지방평균시와의 시간차, H는 태양의 시간각인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 H는,
    Figure 112008040185910-PAT00046
    와 같은 수학식에 의해 표현되고,
    상기Φ는 관측지의 위도, δ는 태양의 적위인 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 경사각 제어는, 상기 태양전지 패널의 경사각을 상기 연산된 태양의 기울기각과 동일한 각도로 조절함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 일 이상의 태양전지 패널의 경사각을 제어하기 위한 시스템으로서,
    태양의 고도를 기초로 하여 태양전지 패널의 그림자 길이를 산출해내고, 산출된 상기 그림자 길이를 기초로 하여, 상기 태양전지 패널의 그림자가 인접 태양전지 패널의 적어도 일부를 가리지 않도록 상기 태양전지 패널의 경사각을 조절하는 장치를 포함하는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 그림자 길이(SL)는, SL=tan(90ㅀ-h)ㅧ(sin
    Figure 112008040185910-PAT00047
    ㅧw)로 표현되는 수학식에 의해 산출되고, 상기 h는 태양의 기울기각,
    Figure 112008040185910-PAT00048
    는 상기 태양전지 패널의 경사각, w는 상기 태양전지 패널의 폭이고,
    상기 태양전지 패널의 경사각 조절은, SL+(cos
    Figure 112008040185910-PAT00049
    ㅧw)≤L 을 만족시키는 범위 내에서
    Figure 112008040185910-PAT00050
    값을 결정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 태양전지 패널의 경사각 조절은, 상기
    Figure 112008040185910-PAT00051
    값을 (90ㅀ-h) 값과 최대한 가까운 값으로 결정함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 제어하기 위한 시스템으로서,
    고정된 기준 일사량계를 이용하여 측정된 기준 일사량과, 태양 추적 동작을 수행하고 있는 상기 태양전지 패널에 구비되는 태양추적 일사량계를 이용하여 측정된 태양추적 일사량과의 차이가 소정 값 이하일 때, 상기 태양전지 패널의 태양 추적 동작을 중지시키는 장치를 포함하는 시스템.
  22. 태양전지 패널의 태양 추적 동작시 추적 진행각을 제어하기 위한 시스템으로서,
    상기 태양전지 패널에 대해 태양의 기울기각이 태양추적 설정각도의 1/2만큼 틀어질 때, 상기 태양전지 패널을 상기 태양추적 설정각도만큼 기울이는 장치를 포함하는 시스템.
  23. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  24. 제6항의 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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