KR20110050157A

KR20110050157A - 태양광 발전기의 제어방법

Info

Publication number: KR20110050157A
Application number: KR1020090107015A
Authority: KR
Inventors: 박성하; 박용석; 송영국
Original assignee: 주식회사 삼양감속기
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-13
Also published as: KR101195862B1

Abstract

본 발명은 태양광 발전기의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광 발전기의 설치 위치를 기준으로 매시간(분 단위)을 측정하여 그 시간이 상기 설치위치에서의 천문학적으로 정의된 일출과 일몰 사이인지 여부를 측정하는 시간측정단계, 조도센서에 의해 측정되는 조도를 기 설정된 일정 조도와 비교하는 조도측정단계, 상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 미만일 경우, 강우량을 측정하여 기 설정된 기준 강우량과 비교·판단하는 강우량측정단계, 상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 이상일 경우나 상기 강우량측정단계에서 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 경우 풍속을 측정하는 풍속측정단계, 및 상기 측정된 시간과 강우량, 풍속에 따라 상기 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키거나 일정 각도로 고정시키는 모드설정단계를 포함하여 이루어져, 태양광을 효과적으로 집광하여 전기 발생량을 최대화시킬 수 있음은 물론, 비와 바람 등에 의해 집광판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

태양광 발전기, 태양추적, 집광판, 기후, 제어

Description

태양광 발전기의 제어방법{Control method of photovoltaic power generater}

본 발명은 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양의 위치를 추적하도록 다수의 집광판을 회전시키되, 태양광 조사 유무와 조도, 강우 및 풍속에 의해 집광판을 태양추적시키거나 일정 각도로 고정시켜 효과적으로 집광하고, 이에 따라 발전량을 증가시킬 수 있으며, 강우나 풍속에 의해 집광판이 파손되는 것을 방지할 수 있는 태양광 발전기의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 태양광 발전기술은 햇빛에너지를 직접 직류 전기에너지로 변환하는 태양전지와 태양전지로부터의 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전력변환 및 제어기술이라고 정의할 수 있다.

이러한 태양광 발전은 청정에너지로써, 가동부분이나 고온, 고압의 부분이 없고, 보수가 용이하며, 무인화가 가능하고, 무한정한 에너지원이며, 양산성이 높고, 필요에 따라 소규모에서 대규모 시스템까지 설치 가능한 장점을 가지고 있다.

반면, 발전량이 일사시간에 좌우되고, 대전력을 얻기 위해서는 대면적이 필 요하고, 상용전력에 비해 고가이며, 직류전력이 먼저 얻어지는 점 등에 유의해야 한다.

이 태양광 발전을 위한 태양광 발전기가 구비되고, 이 발전기는 고정식과 반고정식 및 추적식으로 구분된다.

고정식은 태양광을 집광하는 집광판이 일정하게 고정된 것이고, 반고정식은 계절 또는 월별에 따라 상하 등으로 집광판의 위치가 변화되는 것이며, 추적식은 태양의 직사광선이 항상 태양전지판의 전면에 수직으로 입사할 수 있도록 집광판을 이동시켜 태양의 위치를 추적하게 된다.

도 1은 종래 추적식 태양광 발전기의 작동상태를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 추적식 태양광 발전기의 그늘 형성상태를 도시한 도면이다.

도면에 도시한 바와 같이, 추적식은 태양을 따라 이동되는 것으로, 최근에 들어, 태양광 발전의 전력을 향상시키기 위해 추적식을 많이 사용하고 있으며, 이 추적식은 센서를 이용한 방법과 프로그램에 의한 방법으로 구분된다.

센서를 이용하는 방법은 태양의 조사량에 따라 태양의 위치를 파악하는 센서를 이용하여 집광판을 자동으로 이동시키는 것이고, 프로그램에 의한 방법은 집광판의 이동 경로를 태양의 이동경로에 따라 자동으로 이동되도록 프로그램을 설정하는 것이다.

그러나 센서를 이용한 방법은 구름이 많거나 흐린 날씨 또는 눈과 비 등이 내리는 날 등의 태양의 위치를 파악할 수 없는 상황에는 오작동이 발생되어 태양광을 집광하지 못하는 경우가 많고, 태양을 추적하기 위해 집광판을 이동시키기 위한 전력이 더 소비되는 문제점이 있다.

또한 프로그램 방식은 미리 설정된 프로그램에 따라 이동되는 것으로, 보통 천문학적으로 정의된 태양의 궤적에 따라 자동으로 집광판을 이동시켜 최대전력을 발생시키게 된다.

즉, 집광판을 이동시키는 추적장치는 기상관측용이나 천문 관측용으로 주로 적용되어 사용되고 있다.

그러나 이러한 프로그램 방식은 상기 센서 방식과 동일하게 구름이 많거나 흐린 날씨 또는 눈과 비 등이 내리는 날 등의 태양의 직사광을 집광할 수 없는 상황에는 태양을 추적하여도 전기 발전량이 미미한 문제점이 있다.

이 미미한 전기 발전량은 집광판을 이동시키는 소모전기보다 적어 오히려 축전량을 소모시키는 문제점이 있다.

그리고 비의 강도와 풍속에 의해 집광판이 파손되는 경우가 발생하여 수리 및 교체를 해야되는 번거로움과 그에 따른 비용이 발생하는 문제점이 있다.

또한 도 2에서 도시한 바와 같이, 태양광 발전기는 그 발전량을 향상시키기 위해 다수의 집광판을 일정간격으로 배열하여 사용하고 있지만, 태양의 조사각에 따라 인접한 다른 집광판에 그늘을 형성시키는 문제점이 있다.

집광판의 다수의 셀 중 일부가 그늘이 형성되면, 전기 발전량이 급격히 감소하기 때문에 발전효율이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.

특히, 집광판의 다수의 셀은 직렬로 연결되어 각 셀의 전압을 합하여 출력되는 것으로, 일부의 셀에 그늘이 형성되어 일부 셀의 발전성능이 저하되면, 전체 셀 의 발전성능에 영향을 주어 그늘 면적보다 큰 비율로 발전성능이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 일정 간격으로 배열된 다수의 집광판이 태양의 위치를 추적하여 발전하되, 시간대와 측정되는 조도, 강우량 및 풍속에 따라 집광판을 추적 또는 고정시켜 태양광을 효과적으로 집광할 수 있다.

특히, 측정되는 조도가 일정 기준 조도 미만일 경우나 강우량이 기준 강우량 미만일 경우 및 풍속이 기준 풍속 이상일 경우 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시켜 풍속에 의해 집광판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

그리고 강우량이 기준 강우량 이상이고, 풍속이 기준 풍속 미만일 경우, 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시켜 강한 강우에 의해 집광판이 파손되는 것을 방지함은 물론, 빗물에 의해 집광판의 이물질을 세척할 수 있다.

또한 집광판의 각 모서리나 가장자리에 그늘센서를 구비하고, 상호 비교하여 집광판 전체에 균일한 조도가 측정되도록 집광판제어수단을 구비하여 집광판의 각도와 이동경로를 제어함에 따라 집광량을 효과적으로 향상시킬 수 있는 태양광 발전기의 제어방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 다수의 셀을 갖는 집광판이 일정 간격으로 다수 개 구비되고, 구동부에 의해 상기 다수의 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시켜 전력을 생산하는 태양광 발전기의 제어방법에 있어서, 상기 태양광 발전기의 설치 위치를 기준으로 매시간(분 단위)을 측정하여 그 시간이 상기 설치위치에서의 천문학적으로 정의된 일출과 일몰 사이인지 여부를 측정하는 시간측정단계, 조도센서에 의해 측정되는 조도를 기 설정된 일정 조도와 비교하는 조도측정단계, 상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 미만일 경우, 강우량을 측정하여 기 설정된 기준 강우량과 비교·판단하는 강우량측정단계, 상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 이상일 경우나 상기 강우량측정단계에서 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 경우 풍속을 측정하는 풍속측정단계, 및 상기 측정된 시간과 강우량, 풍속에 따라 상기 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키거나 일정 각도로 고정시키는 모드설정단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 조도측정단계에서 기 설정된 일정 조도는, 상기 집광판의 최저 전력 발생량에 필요한 조도를 설정한 흐림 기준조도, 일출 후 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 일출 기준조도, 및 일몰 전 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 일몰 기준조도를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 조도측정단계에서, 측정시간이 일출부터 일몰 사이를 만족하되, 일출 후 일정 시간범위 또는 일몰 전 일정 시간범위에 속할 경우, 측정된 조도가 기 설정된 일출 또는 일몰 기준조도와 비교하는 일출몰조도측정단계가 더 포함된 다.

또한, 상기 일출 후 일정 시간범위 또는 일몰 전 일정 시간범위는 일출 후 1 ~ 3시간이고, 일몰 전 1 ~ 3시간이다.

그리고 상기 강우량측정단계에서, 기준 강우량은 5 ~ 15 mm/h이다.

또한, 상기 풍속측정단계에서, 기준 풍속은 30 ~ 45 m/s이다.

그리고 상기 모드설정단계는, 상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 이상이며, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키는 정상모드, 상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만이며, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 이상이고, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시키는 강우모드, 및 상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만인 조건하에, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 미만일 경우와 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 이상일 경우 중 어느 하나 이상의 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키는 슬립모드를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 정상모드는, 상기 집광판이 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동되는 트랙킹모드, 및 상기 설치된 집광판 중 태양에 가까운 어느 집광판에 의해 후측에 구비된 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되면, 상기 다수의 집광판의 각도를 조절하는 집광판제어수단이 구비되어 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되는 것을 방지하면서 태양을 추적하는 백트랙킹모드를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 집광판제어수단은, 상기 집광판의 각 가장자리 또는 각 모서리에 하나 이상 구비된 그늘센서, 상기 각 그늘센서의 신호에 따라 상기 집광판의 각도 조절 여부를 판단하여 신호를 발생시키는 제어부, 및 상기 제어부의 신호에 따라 상기 각 집광판의 각도를 조절시키는 각도조절부를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 그늘센서는, 상기 집광판의 정면 상단부 가장자리 또는 각 모서리와 하단부 각 모서리에 구비되며, 상기 하단부 각 모서리에 구비된 그늘센서의 측정값을 비교하여 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상기 상단부 그늘센서에서 측정된 측정값 이상일 경우, 상기 집광판을 트랙킹모드로 이동시키고, 상기 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상기 상단부 그늘센서에서 측정된 측정값 이하일 경우, 상기 집광판을 백트랙킹모드로 이동시킨다.

그리고 상기 시간측정단계에서 측정된 시간이 일출과 일몰 사이 외 시간일 경우, 상기 모드설정단계에서 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시킨다.

또한, 상기 모드설정단계 전에, 상기 강우량측정단계를 거쳐 측정된 강우량이 기준 강우량 미만일 경우, 상기 집광판을 수평상태로 고정시키고, 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 상기 풍속측정단계를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 이상일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키며, 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 상기 풍속측정단계를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시킨다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 태양광 발전기의 제어방법에 의하면, 태양광을 효과적으로 집광하여 전기 발생량을 최대화시킬 수 있고, 특히, 태양의 위치를 파악할 수 없을 경우, 태양광을 가장 잘 집광할 수 있도록 집광판의 위치를 고정하여 종래 태양 위치 파악을 위해 사용되는 전기량의 소모를 방지함에 따라 전기 생산량의 증가는 물론, 축전량을 보유할 수 있으며, 많은 량의 강우와 풍속에 의해 집광판이 파손되는 것을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법을 도시한 도면이고, 도 4 는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 모드설정단계를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 순서도를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 정상모드를 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 집광판제어수단을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법에서 그늘센서의 설치위치를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 정상모드에 대한 순서도를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 집광판의 시간별 동서방향 각도 제어를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명에 따른 집광판의 시간별 남북방향 각도 제어를 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 태양광 발전기는 다수의 셀을 갖는 집광판(10)이 일정 간격으로 다수 개 구비되고, 구동부에 의해 다수의 집광판(10)을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시켜 전력을 생산하는 장치이다.

이러한 태양광 발전기의 제어방법을 살펴보면, 시간측정단계(S100)와 조도측정단계(S200), 강우량측정단계(S300), 풍속측정단계(S400) 및 모드설정단계(S500)로 구성된다.

먼저, 시간측정단계(S100)는 태양광 발전기의 설치 위치를 기준으로 매시간(분 단위)을 측정하여 그 시간이 설치위치에서의 천문학적으로 정의된 일출과 일몰 사이인지 여부를 측정하게 된다.

이는, 설치위치에서 태양광을 수집할 수 있는 시간대인지를 확인하는 것으로, 집광판의 불필요한 이동을 방지하여 전력낭비를 방지하기 위함이다.

그리고 조도측정단계(S200)는 설치된 조도센서에 의해 측정된 조도를 기 설정된 일정 조도와 비교하는 것으로, 조도센서에 의해 조사되는 태양광의 조도를 측정하여 집광판으로 기준 집광량 이상을 집광할 수 있는지를 확인하게 된다.

강우량측정단계(S300)는 조도측정단계(S200)에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 미만일 경우, 강우량을 측정하여 기 설정된 기준 강우량과 비교·판단하는 것이다.

이는, 조도측정단계(S200)에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 미만임에 따라 태양광이 가려진 흐린 날씨임을 확인할 수 있고, 이 흐린 날씨에 비가 오는지 여부 및 그 강우량을 측정하게 된다.

이와 같이, 기준 조도보다 측정된 조도가 낮을 경우, 발전되는 전력량이 태양을 추적하기 위해 집광판(10)을 이동시키는 소모전력량보다 적다는 것을 알 수 있고, 이 경우 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판(10)을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시켜 집광을 하게 된다.

강우량측정단계(S300)에서 측정되는 강우량은 기 설정된 기준 강우량과 비교되는 것으로, 강우량에 따라 집광판(10)의 고정 각도를 설정하기 위함이다.

이때, 측정된 강우량을 비교하는 기준 강우량은 5 ~ 15 mm/h이고, 일반적으로 10 mm/h로 설정됨이 바람직하며, 태양광 발전기의 설치되는 각 지역의 환경조건에 따라 그 기준 강우량은 변경됨이 당연하다.

이는, 강우량이 15 mm/h 이상일 경우, 집광판(10)에 충격을 가하여 파손시킬 수 있기 때문에, 집광판(10)을 일정 각도로 고정시키기 위함이며, 이 집광판(10)의 고정 각도는 강우의 내리는 각도 따라 변동됨이 바람직하다.

또한 설치된 집광판(10)은 세척이 어려워 강우 시, 빗물을 이용하여 세척을 실시하기 위함이다.

그리고 풍속측정단계(S400)는 태양광 발전기의 설치위치에서의 풍속을 측정하는 것으로, 측정 풍속에 따라 집광판(10)의 고정 각도를 설정하여 풍속에 의해 집광판(10)이 파손되는 것을 방지하게 된다.

이 풍속측정단계(S400)는 조도측정단계(S200)에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 이상일 경우나 강우량측정단계(S300)에서 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 경우 풍속을 측정하게 된다.

다시 말해, 풍속측정단계(S400)는 집광판(10)이 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)가 아닐 경우, 측정하는 것으로, 풍속이 강할 경우 집광판(10)을 파손시킬 수 있어 집광판(10)을 보호하기 위해 측정된다.

이때, 기준 풍속은 20 ~ 60 m/s이고, 일반적으로 40 m/s로 설정됨이 바람직하며, 태양광 발전기의 설치되는 각 지역의 환경조건에 따라 그 기준 강우량은 변경됨이 당연하다.

모드설정단계(S500)는 측정된 시간과 조도, 강우량 및 풍속 등에 따라 태양광 발전기의 집광판(10)을 이동시키거나 고정시키는 것으로, 집광판(10)의 파손을 방지하면서 효과적인 집광을 통해 발전량을 확보하기 위함이다.

그리고 조도측정단계(S200)에서 기 설정된 일정 조도는 흐림 기준도조와 일 출 기준조도 및 일몰 기준조도로 구성되어 각 환경의 기준 조도를 설정하게 된다.

먼저, 흐림 기준조도는 집광판(10)의 최저 전력 발생량에 필요한 조도를 설정하는 것으로, 태양광을 따라 집광판(10)의 이동 시, 소모되는 전력보다 생산되는 전력량이 적어지게 되는 기준조도이다.

그리고 일출 기준조도는 일출 후 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 것이고, 일몰 기준조도는 일몰 전 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 것으로, 그 목적은 흐림 기준조도의 설정과 동일하다.

이러한 조도측정단계(S200)에서 측정시간이 일출 및 일몰 사이를 만족하되, 일출 후 일정 시간범위(+∝) 또는 일몰 전 일정 시간범위(-∝)에 속할 경우, 측정된 조도가 기 설정된 일출 또는 일몰 기준조도와 비교하는 일출조도측정단계(S210)가 더 포함된다.

이 기 설정된 일출 또는 일몰 기준조도는 태양광 발전기가 설치된 위치의 일출 후 일정 시간범위(+∝) 또는 일몰 전 일정 시간범위(-∝) 때의 평균 측정값이며, 집광판(10)이 태양을 추적하거나 일정각도로 고정되는 것 중 집광량이 높은 방향으로 제어하게 된다.

이때, 일출 후 일정 시간범위(+∝) 또는 일몰 전 일정 시간범위(-∝)는 일출 후 1 ~ 3시간이고, 일몰 전 1 ~ 3시간이며, 일출 후 2시간, 일몰 전 2시간으로 결정함이 바람직하다.

그리고 도 4에 도시한 바와 같이, 모드설정단계(S500)는 정상모드(S510)와 강우모드(S520) 및 슬립모드(S530)로 구성된다.

정상모드(S510)는 집광판(10)을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키는 것으로, 그 조건은 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 이상이며, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우이다.

이 정상모드(S510)는 태양광을 집광할 수 있는 보통의 맑은 날씨이며, 정상적으로 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 집광판(10)이 이동되어 전력량을 향상시키게 된다.

그리고 강우모드(S520)는 집광판(10)을 일정 각도로 고정시키는 것으로, 그 조건은 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만이며, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 이상이고, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우이다.

이러한 강우모드(S520)는 집광판(10)을 경사상태로 고정시키는 것으로, 강우에 의해 직접적인 충격이 전달되는 것을 방지하기 위해 집광판(10)을 경사지게 고정시키게 된다.

또한 강우모드(S520) 시 집광판(10)을 경사지게 고정시키면, 집광판(10)에 닿은 빗물이 하측으로 흐르면서 집광판(10)에 있던 이물질을 제거하는 효과도 얻을 수 있다.

이때, 집광판(10)을 경사상태는 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로 집광판(10)의 경사를 나타내는 것으로, 그 경사상태는 방위각 90°, 고도 25 ~ 35°를 나타낸다.

여기서, 설정된 집광판(10)의 경사상태는 그 설치 지역과 환경에 따라 변동될 수 있음이 당연하다.

그리고 슬립모드(S530)는 집광판(10)을 고정시키되, 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키는 것으로, 태양을 추적하기 위해 집광판(10)을 이동시키는 전력이 집광되어 발전되는 량보다 많아 오히려 전력이 소모되는 것을 방지하기 위함이다.

이 슬립모드(S530)의 조건은 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만인 조건하에, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 미만일 경우와 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 이상일 경우 중 어느 하나 이상의 경우이다.

다시 말해, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 미만일 경우 강우에 의해 집광판(10)에 가해지는 충격이 크지 않기 때문에 집광판(10)의 파손 우려가 적고, 이에 따라 집광을 계속하기 위함이다.

또한 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 이상일 경우는 집광판(10)이 일정 경사로 위치되어 있을 때, 강한 풍속이 집광판(10)을 강타할 경우, 집광판(10)이 파손되기 때문에 집광판(10)을 슬립모드(S530)로 고정시키는 것이다.

이는, 집광을 하여 발전되는 전력의 가치보다 집광판(10)을 수리하거나 교체하는 비용이 더 크기 때문에 집광판(10)을 보호함이 바람직하며, 물론, 이 슬립모드(S530)의 경우도 집광은 계속되는 것이다.

이러한, 태양광 발전기의 제어방법의 순서도는 도 5에서 도시한 바와 같고, 상기에서 기술한 내용과 동일한다.

한편, 도 6에서 도시한 바와 같이, 정상모드(S510)는 트랙킹모드(S512)와 백트랙킹모드(S514)로 구성된다.

트랙킹모드(S512)는 집광판(10)이 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동되는 것으로, 시간과 조도 및 풍속을 만족할 경우이다.

그리고 백트랙킹모드(S514)는 설치된 집광판(10) 중 태양에 가까운 어느 집광판에 의해 후측에 구비된 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되면, 다수의 집광판(10)의 각도를 조절하여 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되는 것을 방지하면서 태양을 추적하게 된다.

이러한 백트랙킹모드(S514)는 집광판제어수단(100)에 의해 가능한 것으로, 집광판제어수단(100)은 도 7 내지 도 8에서 도시한 바와 같이, 그늘센서(110)와 제어부(120) 및 각도조절부(130)로 구성된다.

그늘센서(110)는 집광판(10)의 각 가장자리 또는 각 모서리에 하나 이상 구비되고, 제어부(120)는 각 그늘센서(110)의 신호에 따라 집광판(10)의 각도 조절 여부를 판단하여 신호를 발생시키고, 이 신호에 의해 각도조절부(130)는 각 집광판(10)의 각도를 조절시킨다.

그늘센서(110)는 도 8에서 도시한 바와 같이, 집광판(10)의 정면 상단부 가장자리 또는 각 모서리와 하단부 각 모서리에 구비되는 것으로, 이하, 집광판(10)의 정면 상단부에 구비된 그늘센서는 A라 명명하고, 후단부에 구비된 그늘센서는 B 라 명명한다.

이 상단부 그늘센서(A)는 적어도 하나 이상 구비되고, 하단부 그늘센서(B)는 적어도 두 개 이상 구비된다.

이러한 그늘센서(A, B)에 의해 정상모드(S510)의 순서도를 살펴보면, 도 9에서 도시한 바와 같이, 하단부 각 모서리에 구비된 그늘센서(B-1, B-2)의 측정값을 비교한다.

하단부 각 그늘센서(B-1, B-2) 중 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상단부 그늘센서(A 또는 A-1, A-2)에서 측정된 측정값 이상일 경우, 집광판(10)을 트랙킹모드(S512)로 이동시킨다.

반대로, 하단부 각 그늘센서(B-1, B-2) 중 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상단부 그늘센서(A 또는 A-1, A-2)에서 측정된 측정값 이하일 경우, 집광판(10)을 백트랙킹모드(S514)로 이동시킨다.

이와 같은 순서에 따라 정상모드(S510)의 작동은 도 10 내지 도 11에서 도시한 바와 같이, 집광판(10)의 동서방향 및 남북방향 회전으로 도시하였으며, 일출부터 오전 일정시간까지 및 오후 일정시간부터 일몰까지는 집광판제어수단(100)에 의해 집광판(10)의 각도가 조절되는 백트랙킹모드(S514)로, 인접한 다른 집광판(10) 상에 그늘이 형성되는 것을 방지하게 된다.

그리고 태양 추적시, 인접한 다른 집광판(10) 상에 그늘이 형성되지 않는 정오 전후 시간에는 태양 추적이나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동되는 트랙킹모드(S512)로 이동되어 최대 발전량을 유지함이 바람직하다.

이러한 집광판제어수단(100)에 의해 작동되는 백트랙킹모드(S514)는 태양 추적이나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동되는 트랙킹모드(S512)보다 우선 적용됨이 당연하다.

한편, 시간측정단계(S100)에서 측정된 시간이 일출과 일몰 사이 외 시간일 경우, 모드설정단계(S500)에서 집광판(10)을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시킨다.

이는, 태양이 없는 밤이기 때문에 집광판(10)이 태양광을 집광할 수 없는 상태로써, 슬립모드(S530)를 유지하게 된다.

이때, 모드설정단계(S500) 전에 강우량측정단계(S300)를 거쳐 측정된 강우량이 기준 강우량 미만일 경우, 슬립모드(S530)가 적용되어 집광판(10)을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키게 된다.

그리고 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 풍속측정단계(S400)를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 이상일 경우, 역시 슬립모드(S530)가 적용되어 집광판(10)을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시킨다.

또한 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 풍속측정단계(S400)를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 미만일 경우, 강우모드(S520)가 적용되어 집광판(10)을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시킨다.

상기에서 설명한 각 측정단계는 지속적으로 측정됨에 따라 기후의 변화에 따 라 집광판(10)을 제어하여 효과적으로 태양광을 집광함은 물론, 집광판(10)을 보호하여 그 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 종래 추적식 태양광 발전기의 작동상태를 도시한 도면이고,

도 2는 종래 추적식 태양광 발전기의 그늘 형성상태를 도시한 도면이며,

도 3은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법을 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 모드설정단계를 도시한 도면이며,

도 5는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 순서도를 도시한 도면이고,

도 6은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 정상모드를 도시한 도면이며,

도 7은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 집광판제어수단을 도시한 도면이고,

도 8은 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법에서 그늘센서의 설치위치를 도시한 도면이며,

도 9는 본 발명에 따른 태양광 발전기의 제어방법의 정상모드에 대한 순서도를 도시한 도면이고,

도 10은 본 발명에 따른 집광판의 시간별 동서방향 각도 제어를 도시한 도면이며,

도 11은 본 발명에 따른 집광판의 시간별 남북방향 각도 제어를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 집광판 100 : 집광판제어수단

110 : 센서부 120 : 제어부

130 : 각도조절부

Claims

다수의 셀을 갖는 집광판이 일정 간격으로 다수 개 구비되고, 구동부에 의해 상기 다수의 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시켜 전력을 생산하는 태양광 발전기의 제어방법에 있어서,

상기 태양광 발전기의 설치 위치를 기준으로 매시간(분 단위)을 측정하여 그 시간이 상기 설치위치에서의 천문학적으로 정의된 일출과 일몰 사이인지 여부를 측정하는 시간측정단계;

조도센서에 의해 측정되는 조도를 기 설정된 일정 조도와 비교하는 조도측정단계;

상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 미만일 경우, 강우량을 측정하여 기 설정된 기준 강우량과 비교·판단하는 강우량측정단계;

상기 조도측정단계에서 측정된 조도가 기 설정된 일정 조도 이상일 경우나 상기 강우량측정단계에서 측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 경우 풍속을 측정하는 풍속측정단계; 및

상기 측정된 시간과 강우량, 풍속에 따라 상기 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키거나 일정 각도로 고정시키는 모드설정단계를 포함하여 이루어지는 태양광 발전기의 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 조도측정단계에서 기 설정된 일정 조도는,

상기 집광판의 최저 전력 발생량에 필요한 조도를 설정한 흐림 기준조도;

일출 후 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 일출 기준조도; 및

일몰 전 일정 시간범위의 평균조도를 설정한 일몰 기준조도를 포함하여 이루어지는 태양광 발전기의 제어방법.
제2항에 있어서, 상기 조도측정단계에서,

측정시간이 일출부터 일몰 사이를 만족하되, 일출 후 일정 시간범위 또는 일몰 전 일정 시간범위에 속할 경우, 측정된 조도가 기 설정된 일출 또는 일몰 기준조도와 비교하는 일출몰조도측정단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제2항에 있어서,

상기 일출 후 일정 시간범위 또는 일몰 전 일정 시간범위는 일출 후 1 ~ 3시간이고, 일몰 전 1 ~ 3시간인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 강우량측정단계에서,

기준 강우량은 5 ~ 15 mm/h인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 풍속측정단계에서,

기준 풍속은 20 ~ 60 m/s인 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 모드설정단계는,

상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 이상이며, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판을 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동시키는 정상모드;

상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만이며, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 이상이고, 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시키는 강우모드; 및

상기 측정 시간이 일출과 일몰 사이이고, 측정된 조도가 일정 기준 조도 미만인 조건하에, 측정된 강우량이 일정 기준 강우량 미만일 경우와 측정된 풍속이 일정 기준 풍속 이상일 경우 중 어느 하나 이상의 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고 정시키는 슬립모드를 포함하여 이루어지는 태양광 발전기의 제어방법.
제7항에 있어서, 상기 정상모드는,

상기 집광판이 태양의 위치나 천문학적으로 정의된 태양궤적을 따라 이동되는 트랙킹모드; 및

상기 설치된 집광판 중 태양에 가까운 어느 집광판에 의해 후측에 구비된 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되면, 상기 다수의 집광판의 각도를 조절하는 집광판제어수단이 구비되어 다른 집광판의 셀 상에 그늘이 형성되는 것을 방지하면서 태양을 추적하는 백트랙킹모드를 포함하여 이루어지는 태양광 발전기의 제어방법.
제8항에 있어서, 상기 집광판제어수단은,

상기 집광판의 각 가장자리 또는 각 모서리에 하나 이상 구비된 그늘센서;

상기 각 그늘센서의 신호에 따라 상기 집광판의 각도 조절 여부를 판단하여 신호를 발생시키는 제어부; 및

상기 제어부의 신호에 따라 상기 각 집광판의 각도를 조절시키는 각도조절부를 포함하여 이루어지는 태양광 발전기의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 그늘센서는,

상기 집광판의 정면 상단부 가장자리 또는 각 모서리와 하단부 각 모서리에 구비되며,

상기 하단부 각 모서리에 구비된 그늘센서의 측정값을 비교하여 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상기 상단부 그늘센서에서 측정된 측정값 이상일 경우, 상기 집광판을 트랙킹모드로 이동시키고,

상기 적은 쪽 측정값의 두 배의 값이 상기 상단부 그늘센서에서 측정된 측정값 이하일 경우, 상기 집광판을 백트랙킹모드로 이동시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 시간측정단계에서 측정된 시간이 일출과 일몰 사이 외 시간일 경우,

상기 모드설정단계에서 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 모드설정단계 전에,

상기 강우량측정단계를 거쳐 측정된 강우량이 기준 강우량 미만일 경우, 상 기 집광판을 수평상태로 고정시키고,

측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 상기 풍속측정단계를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 이상일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 상기 집광판을 수평상태(방위각 90°, 고도 0°)로 고정시키며,

측정된 강우량이 기준 강우량 이상일 때, 상기 풍속측정단계를 거쳐 측정된 풍속이 기준 풍속 미만일 경우, 상기 집광판의 폭 중심을 지나는 연장선을 기준으로, 집광판을 경사상태(방위각 90°, 고도 25 ~ 35°)로 고정시키는 것을 특징으로 하는 태양광 발전기의 제어방법.