KR20100033554A - 태양추적시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양을 추적하는 태양추적시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 건물과 같은 구조물에 안착된 상태로 태양의 이동경로를 따라 수평회전하는 회전장치(10); 상기 회전장치(10)와 함께 회전하고, 회전장치(10)상에서 수직으로 기립하면서 경사를 형성하거나 수직을 형성하는 기립장치(20); 상기 기립장치(20)에 결합되어 기립장치(20)나 상기 회전장치(10)에 의해 기립되거나 회전되고, 집광기나 집열기가 장착되어 태양과 대향하는 크래들(30) 및; 상기 크래들(30)의 기립이나 회전이 가능하도록 상기 회전장치(10) 및 기립장치(20)의 작동을 제어하는 콘트롤러(CT);를 포함한다. 본 발명은, 회전장치(10) 및 기립장치(20)를 이용하여 태양의 방위각 및 고도각에 따라 크래들(30)을 회전시키거나 또는 수평이나 경사 혹은 기립상태로 유지시킬 수 있다.
태양, 이동, 경로, 추적, 작동

Description

태양추적시스템 { SUN CHASING SYSTEM }
본 발명은 구조물에 설치되어 구조물상에서 태양의 이동경로를 따라 태양을 추적하는 태양추적시스템에 관한 것으로서, 회전하거나 기립되면서 태양의 이동경로를 따라 태양을 추적하는 태양추적시스템에 관한 것이다.
특히, 회전되거나 기립되어도 무게중심의 변화를 최소화하면서 안정적으로 태양을 추적할 수 있을 뿐만 아니라 풍압이나 풍향과 같은 자연요인에 적합게 작동할 수 있는 태양추적시스템에 관한 것이다.
현재의 인류는 화석에너지의 고갈과 화석에너지의 사용에 의한 지구온난화로 인해 에너지난과 환경재앙이 발생하고 있다. 지구온난화의 경우 온실가스배출의 규제를 위해 기후변화협약이 체결되었다. 기후변화협약은 지구온난화 문제에 세계적인 차원으로 대응하기 위하여 1992년 리우에서 채택된 환경협약이다. 기후변화협약은 지난 1994년 3월에 발효되었으며 우리나라는 1993년에 가입하였다. 기후변화협약은 "공통의 그러나 차별화된 책임원칙(Common but differentiated responsibilities)"에 따라 기후변화에 모든 국가가 대응노력을 경주하고, 기후변화에 역사적 책임이 있는 선진국이 이를 선도할 것을 명시한 협약이다.
우리나라는 현재 온실가스 배출량이 세계 9위이고, 에너지소비량이 세계 10위이다. 하지만 우리나라는 계속해서 에너지 소비량이 증가하고 있을 뿐만 아니라 이로 인한 온실가스배출량이 지속적으로 증가하고 있다. 특히, 우리나라는 1990년 이후 온실가스배출량이 연평균 약 5.4%씩 증가하는 추세이며, 이러한 추세가 계속될 경우 2013년에는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중에서 국민총생산(GDP) 대비 온실가스 배출량이 가장 높은 국가가 될 것으로 예상되고 있다. 따라서, 정부는 국제사회에서 더욱 현실적이고 적극적인 협력자세로 대응하기 위해 기후변화협약대응종합대책을 수립한 후 이를 현실화하기 위해 신·재생에너지보급 육성법을 발효하여 시행하고 있다.
한편, 최근에는 고유가로 인한 에너지파동이 발생하고 있다. 하지만, 우리나라는 자원이 부재할 뿐만 아니라 친환경에너지산업이 발달하지 않은 관계로 인하여 이러한 파동에 적절하게 대응하지 못하고 있는 실정이다. 따라서, 최근에는 친환경에너지의 하나인 태양에너지에 대해서 다양한 기술이 개발되고 있다.
이와 같은 태양에너지는 집광기나 집열기가 태양광을 집광하거나 태양열을 집열하여 전기에너지나 열에너지로 변환하여 공급한다. 그러나, 이러한 집광기나 집열기는 대부분 건물이나 철재와 같은 구조물에 고정상태로 설치되므로 시간과 계절에 따라 위되와 경도가 변하는 태양의 이동경로에 적절하게 대응하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 집광기나 집열기는 구조물에 고정됨에 따라 태양을 추적하면서 작동하는 장치에 비해서는 그 효율이 매우 낮다.
여기서, 전술한 집광기나 집열기는 태양추적장치에 의해 태양을 추적하면서 집광이나 집열을 실시할 수 있다. 이러한 일반적인 태양추적장치는 태양에너지의 흡수율 및 효율을 향상시키기 위해서는 태양광의 입사각이 집열기나 집광기의 집열면이나 집광면에 수직으로 도달하도록 하는 것이 가장 좋다. 하지만, 일반적인 태양추적장치는 태양의 고도를 나타내는 고도각과는 상관없이 태양의 위치만을 나타내는 방위각을 추적하는 형태가 주를 이루므로 사실상 요율이 높지 못하다. 또한, 일반적인 태양추적장치는 대부분 대형으로 제조됨에 따라 설치공간의 제약으로 인하여 비사업용 및 가정용으로 일반소비자가 운영하기란 사실상 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위해 창출된 것으로서, 태양에너지를 수집하는 장치가 설치되는 부재를 자동으로 회전시키는 동시에 기립시켜서 높이를 조절하는 메커니즘이 마련되어 태양의 고도각과 방위각에 따라 태양을 자동으로 정밀하게 추적할 수 있을 뿐만 아니라, 단순하게 설계되어 심플하면서 콤팩트한 형태를 갖는 태양추적시스템을 제공하기 위함이 그 목적이다. 더 나아가, 집열기나 집광기를 필요에 따라 선택적으로 병용할 수 있는 태양추적시스템을 제공하기 위함이 그 목적이다.
특히, 태양에너지를 수집하는 집열기나 집광기를 적시에 적합한 상태로 회전시키거나 기립된 높이를 조절하여, 집열기나 집광기의 무게중심위치가 변경되는 것을 최소화 할 수 있을 뿐만 아니라, 집열기나 집광기의 설치높이를 최소화하여 짐열기나 집광기를 바람과 같은 외란으로부터 보호할 수 있는 태양추적시스템을 제공하기 위함이 그 목적이다.
또한, 집열기나 집광기를 회전시키는 장치와 기립시키는 장치를 별개로 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 이 장치들을 모듈화하여 용이하게 조립할 수 있는 태양추적시스템을 제공하기 위함이 다른 목적이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양추적시스템은, 구조물상에서 태양을 추적하는 태양추적시스템에 있어서, 상기 구조물에 안착된 상태로 태양의 이동경로를 따라 수평회전하는 회전장치; 상기 회전장치와 함께 회전하고, 회전장치상에서 수직으로 기립하면서 경사를 형성하거나 수직을 형성하는 기립장치; 상기 기립장치에 결합되어 기립장치나 상기 회전장치에 의해 기립되거나 회전되고, 집광기나 집열기가 장착되어 태양과 대향하는 크래들 및; 상기 크래들의 기립이나 회전이 가능하도록 상기 회전장치 및 기립장치의 작동을 제어하는 콘트롤러;를 포함한다.
상기 회전장치는 예컨대, 상기 구조물상에 안착되는 안착프레임; 상기 안착프레임상에 설치되어 수평상태로 회전하는 회전프레임 및; 상기 회전프레임을 회전시키는 회전부재;를 포함하여 구성할 수 있다.
상기 회전부재는 예컨대, 상기 회전프레임에 수평상태로 결합되는 회전링; 상기 회전링의 하부를 지지한 상태로 상기 안착프레임에 수직으로 설치되어 회전하면서 상부의 회전링을 회전시키는 롤러 및; 상기 롤러를 구동시키는 구동모터;를 포함하여 구성할 수 있다.
여기서, 상기 롤러는, 상기 회전링의 하부를 수용하는 홈이 원주방향을 따라 형성된 쉬브롤러;로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명은, 상기 안착프레임상에서 상기 회전링의 측방을 지지하여 회전링이 상기 롤러에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈방지구;를 더 포함할 수 있으며, 상기 이탈방지구는 예컨대, 상기 안착프레임에 설치되고, 상기 회전링의 측방 일부분이 삽입되는 삽입홈을 가지며, 삽입홈을 통해 회전링에 밀착된 상태로 회전링의 측방을 지지하는 지지대;로 구성할 수 있다.
한편, 상기 기립장치는 예컨대, 상기 회전장치에 의해 회전되는 상기 크래들의 수평이동을 안내하는 가이드; 상기 가이드에 의해 수평이동되는 상기 크래들에 의해 설치각도가 변형되면서 크래들을 수직으로 기립시키는 기립부재 및; 상기 기립부재의 기립을 위해 상기 크래들을 견인하여 상기 가이드레일을 따라 크래들을 이동시키는 이동부재;를 포함하여 구성할 수 있다.
여기서, 상기 가이드는 예컨대, 상기 회전장치의 양측에 평행하게 설치되어 상기 크래들의 수평이동을 안내하는 가이드레일 및; 상기 크래들의 양측에 설치되어 상기 가이드레일을 따라 이동하면서 크래들의 수평이동을 안내하는 가이드롤러;를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 기립부재는 예컨대, 상기 이동부재에 의해 이동하는 상기 크래들에 의해 절첩되면서 수직상태를 형성하거나 수평상태를 형성하는 절첩링크;로 구성할 수 있다.
상기 절첩링크는 예컨대, 상기 가이드에 타단부가 회전 및 이동가능한 상태로 고정되고, 상기 크래들에 일단부가 회전가능하게 고정되며, 이동하는 크래들에 의해 타단부를 중심으로 편축회전하는 동시에 가이드를 따라 이동하면서 크래들을 수직으로 세우는 스텐딩바 및; 상기 스텐딩바에 일단부가 힌지로 고정되어 스텐딩바와 경사를 이루면서 대향하고, 타단부가 상기 가이드에 회전가능하게 고정되어 편축회전하는 스텐딩바에 의해 타단부를 중심으로 편축회전하며, 힌지를 통해 스텐딩바를 지지하는 서포트바;를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 이동부재는 예컨대, 상기 크래들에 일부분이 연결되는 커넥터; 상기 커 넥터에 결합되어 회전하면서 커넥터를 이동시키는 리드스크류 및; 상기 리드스크류를 회전시키는 회전모터;를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 커넥터는 예컨대, 상기 크래들에 양단부가 결합되어 크래들과 일체를 이루면서 상기 리드스크류에 의해 이동하는 이동프레임 및; 상기 이동프레임에 설치되고, 상기 리드스크류가 끼워져서 리드스크류의 회전에 의해 리드스크류를 따라 이동하는 스크류너트;를 포함하여 구성할 수 있다.
한편, 상기 크래들은 예컨대, 상기 집광기나 집열기를 수용하고, 상기 기립장치에 설치되는 수용프레임 및; 상기 수용프레임의 강성을 보강하는 보강대;를 포함하여 구성할 수 있다.
그리고, 상기 콘트롤러는 예컨대, 상기 구조물에 조사되는 태양광을 통해 태양의 입사각을 감지하는 광센서모듈 및; 상기 광센서모듈에 의해 상기 회전장치나 기립장치 중 적어도 어느 하나의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성할 수 있다.
이러한 상기 콘트롤러는, 상기 구조물에 작용하는 바람의 특성을 감지하는 풍량센서모듈;을 더 포함하여 구성할 필요가 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 태양추적시스템은, 구조물에 고정된 상태로 회전장치 및 기립장치를 통해 크래들을 회전시키거나 수평이나 경사 또는 수직상태로 변환시키므로, 크래들에 설치된 집열기나 집광기가 태양을 정밀하게 추적하면서 집열이나 집광할 수 있는 효과가 있다.
특히, 크래들이 회전장치에 의해 태양의 방위각을 따라 회전되고, 기립장치에 의해 태양의 고도각에 적합한 상태로 눕혀지거나 세워지면서 높이가 변환되므로, 크래들에 설치된 집열기나 집광기가 태양의 방위각 및 고도각에 대응하면서 집열이나 집광을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 크래들의 하중에 의한 무게중심을 거의 일정한 위치에 항시적으로 고정시킬 수 있으며, 더 나아가 기립장치에 의해 바람에 의한 풍압이나 풍향에 적절한 상태를 유지할 수 있으므로 외란에 대한 내구성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
또한, 회전장치 및 기립장치가 간단한 구조로 구성된 동시에 크래들이 집열기나 집광기의 수용이 가능한 상태로 형성되므로 설치공간이 종래보다 협소하여도 설치가 가능하며, 이에 더하여 회전장치 및 기립장치가 별개로 모듈상태로 제각기 제조된 후 서로 조립되므로 제조가 용이할 뿐만 아니라 제조시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 단순한 구성으로 인하여 심플하면서 콤팩하게 제조할 수 있는 효과도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 태양추적시스템을 설명하면 다음과 같으며, 첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 의한 태양추적시스템의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회전장치의 구성을 도시한 분해사시도 및 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 기립장치의 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 1에 도시된 크래들의 사시도이고, 도 5는 도 1에 도시된 기립장치에 크래들이 장착된 상태를 도시한 사시도 및 측면도이며, 도 6은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 회전상태를 도시한 사시도이다. 또, 도 7은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 기립상태를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 기립상태에 따른 측면도이며, 도 9는 도 1에 도시된 태양추적시스템에 포물경식 집열기가 설치된 상태를 도시한 사시도이다. 또한, 도 10은 도 1에 도시된 태양추적시스템에 접시식 집열기가 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 11은 도 1에 도시된 태양추적시스템에 평판식 집광기가 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 태양추적시스템은 도시된 바와 같이 회전장치(10); 기립장치(20); 크래들(30) 및; 콘트롤러(CT);를 포함한다.
회전장치(10)는 건물이나 철제기구와 같은 구조물에 안착된 상태로 태양의 이동경로를 따라 수평으로 회전하는 장치이다. 그리고, 기립장치(20)는 회전장치(10)와 함께 회전하고, 회전장치(10)상에서 수직으로 기립하면서 경사를 형성하거나 수직을 형성하는 장치이다. 또, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 기립장치(20)에 결합되어 기립장치(20)나 회전장치(10)에 의해 기립되거나 회전되고, 후술되는 집광기나 집열기가 장착된 상태로 태양과 대향한다. 또한, 콘트롤러(CT)는 크래들(30)의 기립이나 회전이 가능하도록 전술한 회전장치(10) 및 기립장치(20)의 작동을 제어한다.
여기서, 도면상 미설명부호 M1은 후술되는 구동모터이고, M2는 후술되는 회전모터이며, 42는 후술되는 광센서모듈이다.
도 2를 참조하면, 회전장치(10)는 예컨대, 도면의 (a)에 도시된 바와 같이 각형강봉으로 구성되어 구조물의 바닥에 안착되는 안착프레임(11); 이 안착프레 임(11)상에 설치되어 수평상태로 회전하는 회전프레임(13) 및; 상기 회전프레임(13)을 회전시키는 회전부재(15);를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 회전장치(10)는 안착프레임(11); 회전프레임(13) 및; 회전부재(15);를 포함하여 구성할 수 있다.
안착프레임(11)은 도시된 바와 같이 복수개의 각형강봉에 의해 사각형의 형태로 형성될 수 있다. 하지만, 안착프레임(11)은 도시된 바와 달리 플라스틱판이나 금속판으로 구성될 수도 있다.
회전프레임(13)은 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 안착프레임(11)의 상부에 수평상태로 안착된다. 회전프레임(13)은 도시된 바와 같이 안착프레임(11)에 대응되는 크기로 형성된다. 회전프레임(13)은 안착프레임(11)에 안착된 상태로 후술되는 회전부재(15)에 의해 수평상태로 회전된다. 이러한 회전프레임(13)은 도시된 바와 같이 보강대(12a)가 대각선 방향으로 설치될 수 있다.
회전부재(15)는 예컨대, 도면의 (a)에 도시된 바와 같이 회전프레임(13)에 수평상태로 결합되는 회전링(15a); 이 회전링(15a)의 하부를 지지한 상태로 안착프레임(11)에 수직으로 설치되어 회전하면서 상부의 회전링(15a)을 회전시키는 롤러(15b) 및; 이 롤러(15b)를 구동시키는 구동모터(M1);를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 회전부재(15)는 회전링(15a); 롤러(15b) 및; 구동모터(M1)를 포함하여 구성할 수 있다.
회전링(15a)은 도시된 바와 같이 원형으로 형성된 금속재의 링이다. 회전링(15a)은 도시된 바와 같이 회전프레임(13)의 하부에 일체적으로 고정된다. 회전 링(15a)은 도시된 바와 같이 안착프레임(13)의 보강대(12a)에 용접이나 볼팅으로 부착된 금속판(12b)을 통해 안착프레임(13)에 일체적으로 고정된다. 이때, 회전링(15a)은 용접이나 볼팅에 의해 금속판(12b)에 고정된다. 회전링(15a)은 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 롤러(15b)에 안착된다.
롤러(15b)는 도시된 바와 같이 안착프레임(11)의 사방에 마련된다. 즉, 롤러(15b)는 복수개로 구성된다. 롤러(15b)는 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 회전링(15a)의 하부를 지지한다. 롤러(15b)는 도면상의 확대도 "가"에 도시된 바와 같이 원주방향을 따라 회전링(15a)의 하부를 수용하는 홈이 형성된 쉬브롤러로 구성하는 것이 바람직하다. 롤러(15b)는 확대도 "가" 및 "나"에 도시된 바와 같이 상부가 개방된 케이스에 회가능하게 고정되는 것이 바람직하다.
구동모터(M1)는 도시된 바와 같이 롤러(15b)에 일체적으로 연결된다. 이때, 구동모터(M1)는 구동축이 확대도 "가"에 도시된 바와 같이 감속기(M1-1)을 통해 롤러(15b)의 회전축에 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 구동모터(M1)는 감속기(M1-1)를 갖는 기어드모터로 구성하는 것이 바람직하다. 구동모터(M1)는 도시된 바와 같이 복수개의 롤러(15b)들 중어서 적어도 하나의 롤러(15b)에 연결되도록 구성하는 것이 바람직하며, 도시된 바와 같이 복수개의 롤러(15b)에 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 롤러(15b)는 구동모터(M1)의 구동력에 의해 회전하면서 회전링(15a)을 회전시킨다. 이러한 구동모터(M1)는 후술되는 콘트롤러(CT)에 의해 구동이 제어된다.
한편, 회전장치(10)는 안착프레임(11)상에서 회전링(15a)의 측방을 지지하여 회전링(15a)이 롤러(15b)에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈방지구;를 더 포함하여 구성할 필요가 있다. 즉, 이탈방지구는 회전링(15a)의 회전시 회전링(15a)의 측방을 지지한다.
이러한 이탈방지구는 예컨대, 도시된 바와 같이 안착프레임(11)에 설치되는 지지대(19)로 구성할 수 있다. 지지대(19)는 도시된 바와 같이 안착프레임(11)상에 수직으로 설치되는 막대형태의 금속판으로 구성하는 것이 바람직하다. 지지대(19)는 도면상의 확대도 "다"에 도시된 바와 같이 회전링(15a)의 측방 일부분이 삽입되는 삽입홈(19a)이 형성되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 지지대(19)는 확대 도시된 바와 같이 삽입홈(19a)을 통해 회전링(15a)에 밀착된 상태로 회전링(15a)의 측방을 지지한다.
도 3을 참조하면, 기립장치(20)는 도시된 바와 같이 전체적인 형태가 전술한 회전장치(10)의 회전프레임(13)에 대응되는 형태로 형성되며, 후술되는 바와 같이 회전프레임(13)상에 수평상태로 안착되어 고정된다. 이와 같은 기립장치(20)는 예컨대, 도시된 바와 같은 가이드(21); 후술되는 기립부재 및; 이동부재;를 포함하여 구성할 수 있다. 기립장치(20)는 전술한 바와 같이 회전프레임(13)상에 직결될 수 있으며, 이와 달리 도시된 바와 같은 베이스프레임(20a)을 통해 회전프레임(13)상에 고정될 수 있다. 이때, 베이스프레임(20a)은 볼팅이나 용접에 의해 회전프레임(13)상에 고정된다.
여기서, 전술한 가이드(21)는 도시된 바와 같이 베이스프레임(20a)의 양측에 평행하게 설치되는 가이드레일(21a) 및; 확대 도시된 바와 같이 가이드레일(21a)에 삽입되어 가이드레일(21a)을 따라 이동하는 가이드롤러(21b);를 포함하여 구성할 수 있다. 가이드레일(21a)은 확대도 "라"에 도시된 바와 같이 "ㄷ"과 같은 단면을 갖는 챤넬로 구성하는 것이 바람직하다. 가이드롤러(21b)는 후술되는 바와 같이 크래들(30)의 하부 양측에 설치되어 가이드레일(21a)에 삽입된다.
전술한 기립부재는 예컨대, 도시된 바와 같이 실질적으로 삼각형 형태를 형성하는 절첩링크(23)로 구성할 수 있다. 절첩링크(23)는 후술되는 이동부재에 의해 후술되는 크래들(30)이 이동할 경우, 크래들(30)에 의해 절첩되면서 수직상태를 형성하거나 수평상태를 형성한다.
절첩링크(23)는 예컨대, 도시된 바와 같이 가이드(21)의 가이드레일(21a)에 타단부가 회전 및 이동가능한 상태로 고정되고, 후술되는 크래들(30)에 일단부가 회전가능하게 고정되며, 이동하는 크래들(30)에 의해 타단부를 중심으로 편축회전하는 동시에 가이드(21)에 의해 이동하면서 크래들(30)을 수직으로 세우는 스텐딩바(23a) 및; 이 스텐딩바(23a)에 일단부가 힌지(H)로 고정되어 스텐딩바(23a)와 경사를 이루면서 대향하고, 타단부가 가이드(21)의 가이드레일(21a)에 회전가능하게 고정되어 편축회전하는 스텐딩바(23a)에 의해 타단부를 중심으로 편축회전하며, 힌지(H)를 통해 스텐딩바(23a)를 지지하는 서포트바(23b);를 포함하여 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 절첩링크(23)는 스텐딩바(23a) 및 서포트바(23b)를 포함하여 구성할 수 있다. 스텐딩바(23a) 및 서포트바(23b)는 도시된 바와 같이 힌지(H)에 의해 삼각형 형태를 이룬다.
전술한 이동부재는 예컨대, 후술되는 크래들(30)에 일부분이 연결되는 커넥 터(25a); 이 커넥터(25)에 결합되어 회전하면서 커넥터(25)를 이동시키는 리드스크류(25b) 및; 이 리드스크류(25b)를 회전시키는 회전모터(M2);를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 이동부재는 커넥터(25a); 리드스크류(25b) 및; 회전모터(M2);를 포함하여 구성할 수 있다.
커넥터(25)는 예컨대, 확대도 "마"에 도시된 바와 같이 양단부가 가이드레일(21a)을 향하며, 후술되는 크래들(30)에 양단부가 결합되어 크래들(30)과 일체를 이루면서 리드스크류(25b)에 의해 가이드레일(21a)을 따라 이동하는 이동프레임(25a-1) 및; 이 이동프레임(25a-1)에 장착되고, 리드스크류(25b)가 끼워져서 리드스크류(25b)의 회전에 의해 리드스크류(25b)를 따라 이동하는 스크류너트(25a-2);를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 커넥터(25)는 이동프레임(25a-1) 및 스크류너트(25a-2)를 포함하여 구성할 수 있다. 이때, 이동프레임(25a-1)은 도시된 바와 같이 삼각형의 형태로 구성하는 것이 바람직하다. 그리고, 스크류너트(25a-2)는 이동프레임(25a-1)의 꼭지점에 해당하는 위치에 볼팅이나 용접으로 고정되는 것이 바람직하다.
리드스크류(25b)는 도시된 바와 같이 가이드레일(21a)과 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 리드스크류(25b)는 볼스크류로 구성할 수도 있다.
회전모터(M2)는 도시된 바와 같이 베이스프레임(20a)에 장착된다. 회전모터(M2)는 도시된 바와 같이 회전축이 리드스크류(25b)에 일체적으로 연결된다. 따라서, 회전모터(M2)는 리드스크류(25b)를 회전시켜서 커넥터(25)를 이동시킨다. 이러한 회전모터(M2)는 콘트롤러(CT)에 의해 구동이 제어된다.
한편, 전술한 절첩링크(23)의 스텐딩바(23a)는 확대도 "바"에 도시된 바와 같이 타단부에 타단롤러(23a-1)가 마련된다. 타단롤러(23a-1)은 가이드(21)의 가이드레일(21a)에 삽입되어 스텐딩바(23a)가 세워질 경우 가이드레일(21a)을 따라 이동한다. 따라서, 스텐딩부(23a)는 타단롤러(23a-1)에 의해 타단부가 회전 및 이동가능한 상태로 가이드(21)에 고정된다.
또한, 스텐딩바(23a)는 확대도 "사"에 도시된 바와 같이 일단부에도 일단롤러(23a-2)가 마련될 수 있다. 이러한 일단롤러(23a-2)는 중앙의 축부분이 후술되는 크래들(30)에 힌지로 고정된다. 따라서, 스텐딩바(23a)는 일단부가 크래들(30)에 회전가능하게 고정된다.
여기서, 전술한 일단롤러(23a-2)는 크래들(30)의 이동시 크래들(30)의 하부 일부분을 지지하면서 회전된다. 따라서, 크래들(30)은 일단롤러(23a-2)의 회전에 의해 원활하게 이동한다.
도 4를 참조하면, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 후술되는 집광기나 집열기의 수용이 가능하도록 가운데에 공간을 갖는 형태로 형성된다. 이러한 크래들(30)은 예컨대, 도시된 바와 같이 사각형 형태로 형성되어 후술되는 집광기나 집열기를 수용하는 수용프레임(32) 및; 이 수용프레임(32)의 강성을 보강하는 보강대(34);를 포함하여 구성할 수 있다. 수용프레임(32)은 도시된 바와 같이 상부가 개방된 형태로 구성하는 것이 바람직하며, 더 나아가 후술되는 집광기나 집열기가 용이하게 삽입되도록 일측면 및 하부가 개방된 형태로 구성하는 것이 보다 바람직하다.
크래들(30)은 도시된 바와 같이 하단의 양측에 전술한 가이드(21)의 가이드 롤러(21b)가 설치된다. 또, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 가이드롤러(21b)가 설치된 일측의 하단에 전술한 커넥터(25a)가 연결된다. 이때, 커넥터(25a)는 도시된 바와 같이 이동프레임(25a-1)의 양단부가 가이드롤러(21b)의 축(21b-1)을 통해 크래들(30)에 연결된다. 즉, 이동프레임(25a-1)은 양단부(일부분)가 가이드롤러(21b)의 축(21b-1)에 고정된다. 따라서, 크래들(30)은 커넥터(25a)가 전술한 리드스크류(25b)에 의해 이동할 경우 커넥터(25a)와 함께 이동한다.
한편, 도면상 미설명부호 46은 크래들(30)에 작용하는 바람의 특성을 감지하여 전술한 콘트롤러(CT)에 감지신호를 인가하는 풍량센서모듈이다. 즉, 본 발명의 실시예에 의한 태양추적장치는 풍량센서모듈(46)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 기립장치(20)상에 수평상태로 설치된다. 이러한 크래들(30)은 도시된 바와 같이 수용프레임(32)이 기립장치(20)상에 수평상태로 설치된다. 이때, 크래들(30)은 양측의 가이드롤러(21b)가 기립장치(20)의 가이드레일(21a)에 삽입됨에 따라 기립장치(20)상에 이동가능하게 설치된다.
여기서, 전술한 기립부재의 절첩링크(23)는 스텐딩바(23a)의 타단부가 전술한 타단롤러(23a-1)에 의해 타단부가 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 가이드레일(21a)에 회전 및 이동가능하게 고정되고, 전술한 일단롤러(23a-2)가 장착된 스텐딩바(23a)의 일단부가 크래들(30)에 힌지(H)로 고정된다. 그리고, 절첩링크(23)는 도시된 바와 같이 서포트바(23b)의 일단부가 스텐딩바(23a)의 중간부분에 힌지(H)로 고정되고, 서포트바(23b)의 타단부가 브래킷(BK)에 의해 가이드레일(21a)에 힌 지(H)로 회전가능하게 고정된다. 물론, 서포트바(23b)은 타단부가 가이드레일(21a)에 볼팅이나 용접으로 고정된 브래킷(BK)에 힌지(H)로 고정된다.
한편, 전술한 콘트롤러(CT)는 도시된 바와 같이 기립장치(20)에 설치되는 것이 바람직하다. 콘트롤러(CT)는 구조물에 조사되는 태양광을 통해 태양의 입사각을 감지하는 광센서모듈(42) 및; 이 광센서모듈(42)에 의해 전술한 회전장치(10)나 기립장치(20) 중 적어도 어느 하나의 작동을 제어하는 제어부(미도시);를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 콘트롤러(CT)는 광센서모듈(42) 및 제어부를 포함하여 구성할 수 있다. 이에 더하여, 콘트롤러(CT)는 전술한 바와 같은 풍량센서모듈(46)을 더 포함하여 구성할 수도 있다. 따라서, 콘트롤러(CT)는 태양광 및 풍량에 따라 전수한 회전장치(10)나 기립장치(20)의 작동을 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 콘트롤러(CT)는 광센서모듈(42)이 입사되는 태양광을 감지하여 태양의 방위각을 제공할 경우, 회전장치(10)의 구동모터(M1)를 작동시켜서 태양의 이동방향으로 도시된 바와 같이 크래들(30)을 회전시킨다. 이때, 회전장치(10)는 구동모터(M1)에 의해 구동되는 롤러(15b)에 의해 회전링(15a)이 회전됨에 따라, 기립장치(20)와 함께 크래들(30)을 회전시킨다. 따라서, 크래들(30)은 항상 태양의 이동경로에 대응되는 상태의 각도로 회전된다.
도 7을 참조하면, 콘트롤러(CT)는 광센서모듈(42)이 입사되는 태양광을 통해 태양의 고도각을 제공할 경우, 기립장치(20)의 회전모터(M2)를 작동시켜서 태양의 크래들(30)을 태양의 고도각에 적합한 상태로 기립시킨다. 물론, 크래들(30)은 기립장치(20)에 의해 도시된 바와 같이 기립되면서 경사를 형성한다.
콘트롤러(CT)는 풍량센서모듈(46)에서 제공되는 풍압 및 풍향 신호에 의해 회전모터(M2)를 작동시킬 수도 있다. 즉, 콘트롤러(CT)는 풍압이 강할 경우 회전모터(M2)를 작동시켜서 기립장치(20)를 통해 크래들(30)을 눕혀서 크래들(30)의 높이를 낮게 하거나, 구동모터(M1)를 구동시켜서 회전장치(10)를 통해 크래들(30)이 바람의 풍향과 최소한의 상태로 마주하는 방향으로 크래들(30)을 회전시킨다.
기립장치(20)는 콘트롤러(CT)에 의해 회전모터(M2)가 작동함에 따라 리드스크류(25b)를 통해 이동부재의 커넥터(25a)를 이동시킨다. 이러한 커넥터(25a)는 도시된 바와 같이 스크류너트(25a-2)가 리드스크류(25b)를 따라 이동함에 따라 이동한다. 물론, 커넥터(25a)는 양단부가 크래들(30)의 양측에 연결됨에 따라 크래들(30)을 견인하면서 이동한다. 이때, 크래들(30)의 양측에 설치된 전술한 가이드(21)의 가이드롤러(21b)는 회전장치(10)의 양측에 설치된 가이드레일(21a)을 따라 이동하면서 크래들(30)의 수평이동을 안내한다. 따라서, 크래들(30)은 커넥터(25a)가 연결된 일측에 의해 수평상태로 이동한다. 즉, 크래들(30)은 기립장치(20)의 이동부재에 의해 수평상태로 이동한다.
기립장치(20)는 기립부재를 통해 수평이동되는 크래들(30)을 수직으로 기립시킨다. 이때, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 커넥터(25a)가 연결된 일측을 중심으로 회전하면서 수직으로 기립된다.
기립장치(20)의 기립부재는 크래들(30)의 수평이동에 의해 절첩링크(23)의 스텐딩바(23a)가 도시된 바와 같이 급경사를 형성하면서 기립된다. 이때, 스텐딩바(23a)는 가이드레일(21a)에 고정된 타단부를 중심으로 편축회전하면서 기립된다. 따라서, 크래들(30)은 스텐딩바(23a)에 의해 수직으로 세워진다. 이러한 스텐딩바(23a)는 도시된 바와 같이 절첩링크(23)의 서포트바(23b)에 의해 지지되면서 세워짐에 따라 크래들(30)을 안정적으로 기립시킨다. 물론, 서포트바(23b)는 스텐딩바(23)가 세워짐에 따라 스텐딩바(23a)와 함께 세워진다.
도 8을 참조하면, 기립장치(20)는 태양의 고도가 낮거나 바람이 심하게 불 경우 도면의 (a)에 도시된 바와 같이 크래들(30)을 눕혀서 크래들(30)의 높이를 낮게 한다. 기립장치(20)는 태양의 고도가 높아지고 방위각이 변경될 경우 도면의 (b)에 도시된 바와 같이 크래들(30)을 경사상태로 형성하거나, 도면의 (c)에 도시된 바와 같이 크래들(30)을 수직으로 기립시킬 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 회전모터(M2)와 리드스크류(25b) 및 커넥터(25a)로 구성된 기립장치(20)의 이동부재는 크래들(30)을 이동시킨다. 그리고, 기립부재를 구성하는 절첩링크(23)는 도시된 바와 같이 세워진다.
여기서, 전술한 절첩링크(23)는 도시된 바와 같이 스텐딩바(23a)가 서포트바(23b)에 지지된 상태로 세워지면서 크래들(30)을 경사상태로 세우거나 수직으로 세운다. 이러한 절첩링크(23)는 도시된 바와 같이 스텐딩바(23a)의 일단부 및 타단부와 서포트바(23b)의 일단부 및 타단부가 회전가능하게 구성됨에 따라 관절운동을 하면서 크래들(30)을 경사상태로 세우거나 수직으로 세운다. 이때, 스텐딩바(23a)는 크래들(30)이 이동부재에 의해 세워질 경우, 도면의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이 타단부를 중심으로 회전되는 동시에 타단부가 전술한 타단롤러(23a-1)에 의해 가이드레일(21a)을 따라 이동한다. 즉, 스텐딩바(23a)는 회전되어 세워지면서 타단 부가 가이드레일(21a)을 따라 이동한다. 또한, 스텐딩바(23a)는 일단부의 일단롤러(23a-2)를 통해 크래들(30)의 하부에 힌지(H)고정된 상태로 크래들(30)의 하부 일부분을 지지한다.
한편, 절첩링크(23)는 도시된 바와 같이 서포트바(23b)가 스텐딩바(23a)와 함께 세워지면서 스텐딩바(23a)의 중간부분을 지지한다. 이때, 서포트바(23b)는 가이드레일(21a)에 고정된 브래킷(BK)의 힌지(H)에 의해 타단부를 중심 회전되는 동시에, 스텐딩바(23a)의 중간부분에 힌지(H)로 고정된 일단부를 중심으로 회전된다. 따라서, 서포트바(23b)는 회전과 동시에 기립되면서 스텐딩바(23a)의 중간부분을 지지한다.
도 9를 참조하면, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 집열진공관이 설치된 포물경식 집열기가 설치될 수 있다. 이러한 집열기는 볼팅이나 용접에 의해 크래들(30)에 설치된다. 그리고, 집열기는 회전장치(10) 및 기립장치(20)에 의해 크래들(30)과 함께 회전되거나 경사상태로 세워질 수 있다.
도 10을 참조하면, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 접시식의 집열기가 설치될 수도 있다. 즉, 크래들(30)은 필요에 따라 전술한 포물경식 집열기가 설치될 수 있으며, 이와 달리 도시된 바와 같은 접시식 집열기가 설치될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 크래들(30)은 도시된 바와 같이 평판형의 집광기가 설치될 수도 있다. 즉, 크래들(30)은 전술한 바와 달리 판상의 태양전지판이 설치될 수도 있다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 의한 태양추적시스템은, 구조물에 고정된 상태로 회전장치(10) 및 기립장치(20)를 통해 크래들(30)을 회전시키거나 또는 수평이나 경사나 수직으로 상태를 변환시키므로, 크래들(30)에 설치된 집열기나 집광기가 태양을 정밀하게 추적하면서 집열이나 집광할 수 있다.
특히, 크래들(30)이 회전장치(10)에 의해 태양의 방위각을 따라 회전되고, 기립장치(20)에 의해 태양의 고도각에 적합한 상태로 눕혀지거나 세워지면서 높이가 변환되므로, 크래들(30)에 설치된 집열기나 집광기가 태양의 방위각 및 고도각에 대응하면서 집열이나 집광을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 크래들(30)의 하중에 의한 무게중심을 거의 일정한 위치에 항시적으로 고정시킬 수 있으며, 더 나아가 기립장치(20)에 의해 바람에 의한 풍압이나 풍향에 적절한 상태를 유지할 수 있으므로 외란에 대한 내구성을 향상시킬 수 있다.
또, 회전장치(10) 및 기립장치(20)가 간단한 구조로 구성된 동시에 크래들(30)이 집열기나 집광기의 수용이 가능한 상태로 형성되므로 설치공간이 종래보다 협소하여도 설치가 가능하며, 이에 더하여 회전장치(10) 및 기립장치(20)가 별개로 모듈상태로 제각기 제조된 후 서로 조립되므로 제조가 용이할 뿐만 아니라 제조시간을 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 단순한 구성으로 인하여 심플하면서 콤팩하게 제조할 수 있다.
상기한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하므로, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되지 않으며, 동일 사상의 범주내에서 적 절한 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 실시예에 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있으므로, 이러한 형상 및 구조의 변형은 첨부된 본 발명의 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 태양추적시스템의 구성을 도시한 사시도;
도 2는 도 1에 도시된 회전장치의 구성을 도시한 분해사시도 및 사시도;
도 3은 도 1에 도시된 기립장치의 사시도;
도 4는 도 1에 도시된 크래들의 사시도;
도 5는 도 1에 도시된 기립장치에 크래들이 장착된 상태를 도시한 사시도 및 측면도;
도 6은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 회전상태를 도시한 사시도;
도 7은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 기립상태를 도시한 사시도;
도 8은 도 1에 도시된 태양추적시스템의 기립상태에 따른 측면도;
도 9는 도 1에 도시된 태양추적시스템에 포물경식 집열기가 설치된 상태를 도시한 사시도;
도 10은 도 1에 도시된 태양추적시스템에 접시식 집열기가 설치된 상태를 도시한 사시도; 및
도 11은 도 1에 도시된 태양추적시스템에 평판식 집광기가 설치된 상태를 도시한 사시도.
<도면의 주요부호 설명>
10 : 회전장치
20 : 기립장치
30 : 크래들

Claims (15)

  1. 구조물상에서 태양을 추적하는 태양추적시스템에 있어서,
    상기 구조물에 안착된 상태로 태양의 이동경로를 따라 수평회전하는 회전장치(10);
    상기 회전장치(10)와 함께 회전하고, 회전장치(10)상에서 수직으로 기립하면서 경사를 형성하거나 수직을 형성하는 기립장치(20);
    상기 기립장치(20)에 결합되어 기립장치(20)나 상기 회전장치(10)에 의해 기립되거나 회전되고, 집광기나 집열기가 장착되어 태양과 대향하는 크래들(30); 및
    상기 크래들(30)의 기립이나 회전이 가능하도록 상기 회전장치(10) 및 기립장치(20)의 작동을 제어하는 콘트롤러(CT);를 포함하는 태양추적시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전장치(10)는,
    상기 구조물상에 안착되는 안착프레임(11);
    상기 안착프레임(11)상에 설치되어 수평상태로 회전하는 회전프레임(13); 및
    상기 회전프레임(13)을 회전시키는 회전부재(15);를 포함하는 태양추적시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 회전부재(15)는,
    상기 회전프레임(13)에 수평상태로 결합되는 회전링(15a);
    상기 회전링(15a)의 하부를 지지한 상태로 상기 안착프레임(11)에 수직으로 설치되어 회전하면서 상부의 회전링(15a)을 회전시키는 롤러(15b); 및
    상기 롤러(15b)를 구동시키는 구동모터(M1);를 포함하는 태양추적시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 롤러(15b)는,
    상기 회전링(15a)의 하부를 수용하는 홈이 원주방향을 따라 형성된 쉬브롤러;인 것을 특징으로 하는 태양추적시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 안착프레임(11)상에서 상기 회전링(15a)의 측방을 지지하여 회전링(15a)이 상기 롤러(15b)에서 이탈하는 것을 방지하는 이탈방지구;를 더 포함하는 태양추적시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 이탈방지구는,
    상기 안착프레임(11)에 설치되고, 상기 회전링(15a)의 측방 일부분이 삽입되는 삽입홈(19a)을 가지며, 삽입홈(19a)을 통해 회전링(15a)에 밀착된 상태로 회전링(15a)의 측방을 지지하는 지지대(19);인 것을 특징으로 하는 태양추적시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기립장치(20)는,
    상기 회전장치(10)에 의해 회전되는 상기 크래들(30)의 수평이동을 안내하는 가이드(21);
    상기 가이드(21)에 의해 수평이동되는 상기 크래들(30)에 의해 설치각도가 변형되면서 크래들(30)을 수직으로 기립시키는 기립부재; 및
    상기 기립부재의 기립을 위해 상기 크래들(30)을 견인하여 상기 가이드레일(21a)을 따라 크래들(30)을 이동시키는 이동부재;를 포함하는 태양추적장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 가이드(21)는,
    상기 회전장치(10)의 양측에 평행하게 설치되어 상기 크래들(30)의 수평이동을 안내하는 가이드레일(21a); 및
    상기 크래들(30)의 양측에 설치되어 상기 가이드레일(21a)을 따라 이동하면서 크래들(30)의 수평이동을 안내하는 가이드롤러(21b);를 포함하는 태양추적장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 기립부재는,
    상기 이동부재에 의해 이동하는 상기 크래들(30)에 의해 절첩되면서 수직상태를 형성하거나 수평상태를 형성하는 절첩링크(23);인 것을 특징으로 하는 태양추적장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절첩링크(23)는,
    상기 가이드(21)에 타단부가 회전 및 이동가능한 상태로 고정되고, 상기 크래들(30)에 일단부가 회전가능하게 고정되며, 이동하는 크래들(30)에 의해 타단부 를 중심으로 편축회전하는 동시에 가이드(21)에 의해 이동하면서 크래들(30)을 수직으로 세우는 스텐딩바(23a); 및
    상기 스텐딩바(23a)에 일단부가 힌지(H)로 고정되어 스텐딩바(23a)와 경사를 이루면서 대향하고, 타단부가 상기 가이드(21)에 회전가능하게 고정되어 편축회전하는 스텐딩바(23a)에 의해 타단부를 중심으로 편축회전하며, 힌지(H)를 통해 스텐딩바(23a)를 지지하는 서포트바(23b);를 포함하는 태양추적장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 이동부재는,
    상기 크래들(30)에 일부분이 연결되는 커넥터(25a);
    상기 커넥터(25)에 결합되어 회전하면서 커넥터(25)를 이동시키는 리드스크류(25b); 및
    상기 리드스크류(25b)를 회전시키는 회전모터(M2);를 포함하는 태양추적장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 커넥터(25a)는,
    상기 크래들(30)에 양단부가 결합되어 크래들(30)과 일체를 이루면서 상기 리드스크류(25b)에 의해 이동하는 이동프레임(25a-1); 및
    상기 이동프레임(25a-1)에 설치되고, 상기 리드스크류(25b)가 끼워져서 리드스크류(25b)의 회전에 의해 리드스크류(25b)를 따라 이동하는 스크류너트(25a-2);를 포함하는 태양추적장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 크래들(30)은,
    상기 집광기나 집열기를 수용하고, 상기 기립장치(20)에 설치되는 수용프레임(32); 및
    상기 수용프레임(32)의 강성을 보강하는 보강대(34);를 포함하는 태양추적장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 콘트롤러(CT)는,
    상기 구조물에 조사되는 태양광을 통해 태양의 입사각을 감지하는 광센서모듈(42); 및
    상기 광센서모듈(42)에 의해 상기 회전장치(10)나 기립장치(20) 중 적어도 어느 하나의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 태양추적장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상기 콘트롤러(CT)는,
    상기 구조물에 작용하는 바람의 특성을 감지하는 풍량센서모듈(46);을 더 포함하는 태양추적장치.
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