KR20110016309A - 태양광 집광판의 태양 추적 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 관한 것으로, 단순화된 메카니즘을 가지고 시시각각 변동하는 태양의 위치를 추적하여 태양광 집광판이 태양의 방위각에 대하여 항상 최적의 위치에서 대응할 수 있게 하여 태양에너지의 수집 손실을 최소화함으로써 태양에너지 수집 효율을 극대화함을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치는, 베이스(1) 상에 입설되는 메인 지지대(2)와; 상기 메인 지지대와 나란하게 베이스 상에 상기 메인 지지대보다 낮은 높이로 입설되는 보조 지지대(3)와; 정면 중앙부가 제1힌지수단(S1)을 통해 상기 메인 지지대의 상부에 회동 가능하게 연결되는 메인 프레임(4)과; 다수개의 집광판(70)으로 이루어지며 태양을 향하여 경사지게 배치되면서 중앙부에는 상기 메인 지지대가 대응되고 상대적으로 아래쪽은 상기 보조 지지대가 대응되도록 설치되며, 상기 메인 프레임에 제6힌지수단(S6)을 통해 좌우 방향으로 회동 가능하게 연결되는 집광판 조립체(7)와; 하단부는 상기 보조 지지대에 제2힌지수단(S2)을 통해 연결되고, 상단부는 상기 메인 프레임에 제3힌지수단(S3)을 통해 회전 가능하게 연결되어 상기 메인 프레임을 통해 상기 집광판 조립체를 전후방향으로 회전시켜 전후방향의 각도를 조절하는 제1액추에이터(5)와; 그리고, 하부는 상기 메인 프레임에 제4힌지수단(S4)을 통해 고정되고, 상단부는 상기 집광판 조립체의 저부에 제5힌지수단(S5)을 통해 회전 가능하게 연결되어, 상기 제6힌지수단을 통해 상기 집광판 조립체를 좌우방향으로 회전시켜 좌우방향의 각도를 조절하는 제2액추에이 터(6)를 포함한다.

태양광, 집광판, 추적, 액추에이터

Description

태양광 집광판의 태양 추적 장치{APPARATUS FOR CHASING SOLAR OF SUNLIGHT COLLECTING PANEL}

본 발명은 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단순화된 메카니즘을 가지고 시시각각 변동하는 태양의 위치를 추적하여 태양광 집광판이 태양의 방위각에 대하여 항상 최적의 위치에서 대응할 수 있게 하여 태양에너지의 수집 손실을 최소화함으로써 태양에너지 수집 효율을 극대화할 수 있는 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 집광판에서의 태양에너지 수집 효율은 태양광 집광판의 법선과 태양광 방향과의 각이 일치되는 경우에 가장 높게 나타난다. 즉, 태양광 집광판은 집광 효율을 최대화하기 위하여 태양광이 입사되는 각도가 태양광 집광판의 표면과 직각을 이루어야 한다.

따라서, 태양광으로부터 충분한 에너지를 확보하기 위해서는 태양광 집광판이 태양과 지구의 자전 및 공전에 따르는 궤도상의 변위를 따라서 이동하여야 한 다.

이러한 이유로 대부분의 태양광 집광판은 태양의 이동에 따라 자동적으로 이동하면서 태양광의 집광 효율을 높이게 되어 있다.

이러한 태양광 추적 시스템은 태양의 고도나 방위를 측정하거나 시간에 맞추어 미리 프로그램된 방법에 따라 태양열 집열장치나 태양광 발전장치의 태양광 집광판이 태양을 추적하도록 그 고도각 및 방위각을 조절하기 위한 장치이다.

종래에 태양을 따라서 움직이도록 하는 추적장치들이 있으나, 대부분 기구적 구성이 복잡하게 구성되어 제작 원가가 비싸고, 구동부의 이상이 발생되면 보수 비용 및 작업 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 집광판을 하나로 하여 각도를 조절하기 때문에 정확한 각도 조절이 어려운 문제점도 있다.

그리고, 집광판과 태양과의 각도뿐만 아니라 집광판과 태양과의 거리도 매우 중요하며, 이에 따라 집광판을 이동시켜 태양과의 거리를 조절하는 기술이 있으나, 다수의 집광판이 조립된 집광판 조립체를 이동시키기 때문에 집광판 조립체의 중량 등으로 인하여 미세한 조절이 불가능한 단점도 있다. 또한, 다수의 집광판이 고정방식으로 구성되어 일부의 집광판이 손상된 경우 집광판 조립체 전체를 교체하는 불합리함이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 단순화된 메카니즘을 가지고 시시각각 변동하는 태양의 위치를 추적하여 태양광 집광판이 태양의 방위각에 대하여 항상 최적의 위치에서 대응할 수 있게 하여 태양에너지의 수집 손실을 최소화함으로써 태양에너지 수집 효율을 극대화할 수 있는 태양광 집광판의 태양 추적 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 다수의 집광판을 집광판과 별개로 틸팅 및 이동 가능하게 하여 집광판 전체의 각도와 거리를 조절하고 개별 집광판의 각도와 거리를 조절할 수 있도록 하려는데 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치는, 베이스 상에 입설되는 메인 지지대와; 상기 메인 지지대와 나란하게 베이스 상에 상기 메인 지지대보다 낮은 높이로 입설되는 보조 지지대와; 저면 중앙부가 제1힌지수단을 통해 상기 메인 지지대의 상부에 회동 가능하게 연결되는 메인 프레임과; 다수개의 집광판으로 이루어지며 태양을 향하여 경사지게 배치되면서 중앙부에는 상기 메인 지지대가 대응되고 상대적으로 아래쪽은 상기 보조 지지대가 대응되도록 설치되며, 상기 메인 프레임에 제6힌지수단을 통해 좌우 방향으로 회동 가능하게 연결되는 집광판 조립체와; 하단부는 상기 보조 지디대에 제2힌지수단을 통해 연결되고, 상단부는 상기 메인 프레임에 제3힌지수단을 통해 회전 가능하게 연결되어 상기 메인 프레임을 통해 상기 집광판 조립체를 전후방향으로 회전 시켜 전후방향의 각도를 조절하는 제1액추에이터와; 그리고, 하부는 상기 메인 프레임에 제4힌지수단을 통해 고정되고, 상단부는 상기 집광판 조립체의 저부에 제5힌지수단을 통해 회전 가능하게 연결되어, 상기 제6힌지수단을 통해 상기 집광판 조립체를 좌우방향으로 회전시켜 좌우방향의 각도를 조절하는 제2액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 베이스에서 전후로 이동하는 캐리어를 통해 전후진하면서 태양과의 거리를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 집광판 조립체의 집광판만을 전후로 미세 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 집광판 조립체의 집광판만을 미세 각도 조절하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 의하면, 보조 지지대가 태양을 향하여 경사지게 배치되어 하중이 집중되는 집광판 조립체의 아래쪽에 배치된 상태에서 집광판 조립체를 지지함과 더불어 집광판 조립체의 각도를 조절하여 집광판 조립체의 하중을 메인 지지대와 함께 효율적으로 분산시켜 지지함으로써 적은 동력을 이용하여도 집광판 조립체의 각도를 정확하게 조절할 수 있고, 자재의 마모 등을 줄일 수 있다.

그리고, 집광판 조립체의 전후 이동 및 각도 조절을 설정값에 근접되도록 한 후 미세 조절을 통해 정확하게 셋팅함으로써 집광판 조립체가 최적의 위치를 유지할 수 있으므로 집광판의 효율성을 높일 수 있다.

도 1 내지 도 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치는, 베이스(1), 메인 지지대(2), 보조 지지대(3), 메인 프레임(4), 제1액추에이터(5), 제2액추에이터(6), 그리고 집광판 조립체(7)로 구성된다.

베이스(1)는 콘크리트 구조물이다.

메인 지지대(2)는 베이스(1)에 매설되는 기초볼트(20)에 의하여 베이스(1) 상에 수직으로 고정되고, 상단에는 집광판 조립체(7)가 설치되는 메인 프레임(4)의 중앙에 제1힌지수단(S1)(힌지축과 힌지브래킷으로 구성된다)을 통해 회전 가능하게 고정된다.

보조 지지대(3)는 상기 메인 지지대(2) 보다 낮은 높이를 가지고, 베이스(1)에 매설되는 기초볼트(20)에 의하여 메인 지지대(2)와 나란하게 베이스(1) 상에 입설되면서, 상단에는 집광판 조립체(7)가 설치되는 메인 프레임(4)의 한쪽 단부가 제2힌지수단(S2)(도 5에 도시됨)으로 회전 가능하게 고정된다.

보조 지지대(3)는 제1액추에이터(5)를 통해 집광판 조립체(7)를 전후방향으로 각도 조절함과 더불어 집광판 조립체(7)를 지지하고 있으며, 보조 지지대(3)가 태양을 향하도록 경사진 집광판 조립체(7)의 저부에 배치되어 집광판 조립체(7)에서 전가되는 하중을 메인 지지대(2)와 함께 분산하여 지지할 수 있다.

메인 프레임(4)은 집광판 조립체(7)를 지지하는 것으로, 중앙 하부에는 메인 지지대(2)을 연결하는 제1힌지수단(S1)이 설치된다.

한편, 메인 프레임(4)의 한쪽 하부면에는 제1액추에이터(5)를 설치하기 위한 제3힌지수단(S3)이 설치되고, 다른 한쪽의 하부면에는 제2액추에이터(6)를 설치하기 위한 제4힌지수단(S4)이 설치된다.

제1액추에이터(5)의 하단부는 제2힌지수단(S2)에 의해 보조 지지대(3)의 상부에 회전 가능하게 고정되고, 상단부는 제3힌지수단(S3)을 매개로 하여 메인 프레임(4)에 연결되어 메인 프레임(4)의 기울기를 조절한다.

제2액추에이터(6)의 하단부는 제4힌지수단(S4)을 통해 메인 프레임(4)의 저부에 연결되고, 상단부는 제5힌지수단(S5)을 통해 집광판 조립체(7)에 연결된다.

집광판 조립체(7)는 일렬로 배열되는 다수의 집광판(70)을 종방향으로 고정하는 제1프레임(71), 제1프레임(71)으로 고정된 집광판(70)을 횡방향으로 배열하여 격자상의 조립체를 형성하는 다수의 제2프레임(72), 그리고 집광판 조립체(7)를 메인 프레임(4)에 고정하기 위한 다수개의 제3프레임(73)으로 구성된다.

제1프레임(71)과 제2프레임(72)은 볼트와 너트로 고정되고, 제2프레임(72)과 제3프레임(73)은 U형 체결구(74)로 고정된다.

제3프레임(73)의 하부면에는 제6힌지수단(S6)을 통해 메인 프레임(4)에 연결된다.

이와 같이 구성되는 태양광 집광판의 태양 추적 장치는 다수개의 집광판(70)이 가로방향과 세로방향으로 설치되는 제1프레임(71)과 제2프레임(72)에 고정되고, 다시 구조물의 보강을 위한 제3프레임(73)이 고정되는데, 제3프레임(73)이 제2액추에이터(6)에 의하여 메인 프레임(4)에 회전 가능하게 설치되고(제5힌지수단(S5), 메인 프레임(4)은 제1,3힌지수단(S1,S3)을 통해 메인 지지대(2)와 제1액추에이터(5)가 회전 가능하게 고정되어 집광판 조립체(7)가 4방으로 자유롭게 회전할 수 있게 되면서 태양을 추적할 수 있다.

즉, 도 7과 같이, 제1액추에이터(5)가 구동을 하여 피스톤 로드가 진퇴작동을 하면 메인 프레임(4)이 제1힌지수단(S1)을 중심으로 기울기에 변위를 줄 수 있게 되어 집광판 조립체(7)가 구동한다. 이때, 제2액추에이터(6)는 메인 프레임(4)에 고정되어 있으므로 집광판 조립체(7)와 동일한 기울기를 가지고 함께 회전하게 된다.

이러한 제2액추에이터(6)는 하부가 제4힌지수단(S4)을 통해 메인 프레임(4)에 회전 가능하게 고정되어 있고 상부는 제5힌지수단(S5)을 매개로 하여 집광판 조립체(7)에 고정되어 있기 때문에 도 8과 같이, 제2액추에이터(6)가 구동을 하여 피스톤 로드가 진퇴작동을 하면 메인 프레임(4)이 정위치에서 움직임이 없더라도 집광판 조립체(7)가 제6힌지수단(S6)의 안내를 받아 회동하게 된다.

본 발명은 사용자 제어와 태양 추적 장치의 동작 상태에 대한 모니터링이 가능하고, 지역별/일별 세분화된 프로그램을 적용하여 월/일/시간별로 구동되게 할 수도 있다.

그리고, 통신방법은 현장상황에 따라 유선통신 또는 무선통신을 선택하여 사용할 수 있으며, 태양의 위치를 동서방향으로 자동 추적하고 남북방향은 수동으로 제어하는 단축 추적형 태양 추적 장치와, 동서방향과 남북방향을 모두 자동으로 제어하는 양축 추적형 태양 추적 장치로 나뉘어질 수 있다.

양축 추적형 태양 추적 장치의 경우에는 기본적으로 태양 추적 장치마다 개별 작동되는 제어 프로그램에 의한 동작이 기본이며, 동서방향 전체 동작범위는 최대 100도이고, 남북방향 전체 동작 범위는 45도이다. 바람직하게 동서방향은 13단계로 세분화되어 설정조건에 따라 자동 동작하며, 남북방향은 1도 단위로 세분화되어 설정조건에 따라 자동 동작하여 발전효율을 최대화할 수 있게 된다.

또한, 단축 추적형 태양 추적 장치는 양축 추적형과 마찬가지로 개별 장착되는 제어 프로그램에 의한 동작이 기본이고, 동서방향 전체 동작범위는 최대 100도이고, 다시 13단계로 세분화되어 설정조건에 따라 자동 동작한다. 월별 계절별 남북방향 경사각은 수동으로 조절 가능하며, 일간 남북방향 경사각은 시간대 별로 변동되는 태양의 고도에 따라 움직이는 선형 액추에이터의 동작 각도를 이용하여 모듈의 남북 경사각을 변화시켜서 추적 가능하게 설정될 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치를 태양과의 거리를 조절하기 위한 예를 도시한 것으로, 베이스(1) 상에는 레일(80)이 설치되며, 메인 지지대(2)와 보조 지지대(3)는 레일(80)에 전후로 이동 가능하게 설치되는 캐리 어(8)에 탑재된다.

도 10은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치를 태양과의 거리를 미세 조절하기 위한 예를 도시한 것으로, 집광판 조립체(7)는 종방향을 따라 다단의 집광판 장착부(75a)가 구비된 집광 틀(75), 집광판 장착부(75a)에 전후로 이동 가능하게 설치되는 다수의 집광판(70), 집광판(70)을 전후로 이동시키는 전후진 미세조절수단으로 이루어진다.

집광판 장착부(75a)의 좌우 양측에는 집광판(70)을 안정적으로 전후 이동할 수 있도록 안내레일(76)이 형성된다.

상기 전후진 미세조절수단은 다수의 집광판(70)들을 동시에 전후로 미세 조절할 수 있도록 구성되며, 예를 들어, 다수의 집광판(70)들의 후방에 연결되는 연결로드(77), 구동모터로부터 동력을 전달받아 연결로드(77)를 전후로 이동시키는 래크와 피니언 조립체(78)로 구성된다.

이와 같은 구성에 의하면, 캐리어(8)를 통해 집광판 조립체(7)를 전후로 조절(이때의 전후조절폭은 미세조절수단에 의한 조절보다 크다)하며, 이어서, 집광판 조립체(7)가 설정된 위치에 근접하면 상기 전후진 미세조절수단을 통해 집광판 조립체(7)의 집광 틀(75)을 고정한 상태에서 집광판(70)만을 전후로 미세 조절함으로써 집광판(70)을 설정 위치에 정확하게 셋팅할 수 있다.

도 11은 집광판(70)만을 미세 각도 조절하기 위한 것을 도시한 것이며, 집광 판 조립체(7)는 종방향을 따라 다단의 집광판 장착부(75a)가 구비된 집광 틀(75), 집광판 장착부(75a)에 회전축(79)을 통해 각도 조절 가능하게 설치되는 다수의 집광판(70), 집광판(70)의 각도를 조절하는 각도조절수단으로 이루어진다.

회전축(79)은 집광판(70)의 좌우 양측에 각각 고정되어 있으면서 집광 틀(75)을 회동 가능하게 관통한다.

상기 각도조절수단은 회전축(79)을 회전시키는 래크(79a)와 피니언(79b) 조립체로 구성된다. 피니언(79b)은 회전축(79)에 고정되며, 래크(79a)는 집광 틀(75)에 전후로 이동 가능하게 설치되어 피니언(79b)을 통해 회전축(79)을 회전시켜 집광판(70)의 각도를 미세 조절한다.

따라서, 제1액추에이터(5)를 통해 집광판 조립체(7)의 각도를 조절한 후, 상기 각도조절수단을 통해 집광 틀(75)을 고정한 상태에서 집광판(70)만의 각도를 미세 조절함으로써 집광판(70)을 설정 각도에 정확하게 셋팅할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치의 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치의 요부 발췌 측면도.

도 3은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치의 요부 발췌 정면도.

도 4는 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 적용된 메인 지지대와 메인 프레임의 연결 상태 확대도.

도 5는 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 적용된 메인 프레임과 제1액추에이터의 연결 상태 확대도.

도 6은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 적용된 메인 프레임과 제2액추에이터 및 집광판 조립체의 연결 상태 확대도.

도 7과 도 8은 각각 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치의 작동 상태도로서,

도 7은 집광판 조립체가 전후로 구동되는 상태이고,

도 8은 집광판 조립체가 좌우로 구동되는 상태이다.

도 9는 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치가 캐리어를 통해 전후로 이동하는 것을 도시한 정면도.

도 10은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 적용된 집광판의 전후진 미세조절수단의 예시도.

도 11은 본 발명에 의한 태양광 집광판의 태양 추적 장치에 적용된 집광판의 미세 각도조절수단의 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 베이스, 2 : 메인 지지대

3 : 보조 지지대, 4 : 메인 프레임

5 : 제1액추에이터, 6 : 제2액추에이터

7 : 집광판 조립체, 8 : 캐리어

Claims (6)

1. 베이스 상(1)에 입설되는 메인 지지대(2)와;

   상기 메인 지지대와 나란하게 베이스 상에 상기 메인 지지대보다 낮은 높이로 입설되는 보조 지지대(3)와;

   저면 중앙부가 제1힌지수단(S1)을 통해 상기 메인 지지대의 상부에 회동 가능하게 연결되는 메인 프레임(4)과;

   다수개의 집광판(70)으로 이루어지며 태양을 향하여 경사지게 배치되면서 중앙부에는 상기 메인 지지대가 대응되고 상대적으로 아래쪽은 상기 보조 지지대가 대응되도록 설치되며, 상기 메인 프레임에 제6힌지수단(S6)을 통해 좌우 방향으로 회동 가능하게 연결되는 집광판 조립체(7)와;

   하단부는 상기 보조 지디대에 제2힌지수단(S2)을 통해 연결되고, 상단부는 상기 메인 프레임에 제3힌지수단(S3)을 통해 회전 가능하게 연결되어 상기 메인 프레임을 통해 상기 집광판 조립체를 전후방향으로 회전시켜 전후방향의 각도를 조절하는 제1액추에이터(5)와; 그리고,

   하부는 상기 메인 프레임에 제4힌지수단(S4)을 통해 고정되고, 상단부는 상기 집광판 조립체의 저부에 제5힌지수단(S5)을 통해 회전 가능하게 연결되어, 상기 제6힌지수단을 통해 상기 집광판 조립체를 좌우방향으로 회전시켜 좌우방향의 각도를 조절하는 제2액추에이터(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 베이스에 설치되는 레일(80)과; 상기 레일에 전후로 이동 가능하게 설치되며 상기 메인 지지대와 보조 지지대가 탑재되어, 상기 집광판 조립체를 태양에 대해 거리 조절하는 캐리어(8)가 포함된 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 집광판 조립체는 종방향을 따라 다단의 집광판 장착부(75a)가 구비된 집광 틀(75), 상기 집광판 장착부에 전후로 이동 가능하게 설치되는 다수의 집광판(70), 상기 집광판을 전후로 이동시키는 전후진 미세조절수단으로 이루어져, 상기 집광판을 상기 집광 틀 내부에서 전후로 미세 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 전후진 미세조절수단은, 다수의 집광판(70)들의 후방에 연결되는 연결로드(77), 구동모터로부터 동력을 전달받아 상기 연결로드를 전후로 이동시키는 래크와 피니언 조립체(78)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 상기 집광판 조립체는 종방향을 따라 다단의 집광판 장착부(75a)가 구비된 집광 틀(75), 상기 집광판 장착부에 회전축(79)을 통해 각도 조절 가능하게 설치되는 다수의 집광판(70), 상기 집광판의 각도를 조절하는 각도조절수단으로 이루어져, 상기 집광판을 상기 집광 틀 내부에서 미세 각도 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 미세각도조절수단은, 상기 회전축(79)에 고정되는 피니언(79b), 상기 집광 틀(75)에 전후로 이동 가능하게 설치되며 상기 피니언을 통해 상기 회전축을 양방향으로 회전시켜 상기 집광판의 각도를 조절하는 래크(79a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 집광판의 태양 추적 장치.

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