KR20110106560A - 2-axis solar tracker system with bldc motor and hall sensor feedback based on time - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 발전의 태양광 추적 시스템에 관한 것으로, 태양광 발전의 효율을 높이고자, BLDC 모터 및 홀 센서를 이용하여, 남북 방향의 고도각 및 동서방향의 방위각을 동시에 조절함으로써, 현재 시각을 기반으로 하여 실시간으로 태양광을 추적하는, 현재 시각을 기반한 BLDC 모터 구동 및 홀 센서 위치피드백 방식의 2 축 태양광 추적 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른, 현재 시각을 기반한 BLDC 모터 구동 및 홀 센서 위치피드백 방식의 2 축 태양광 추적 시스템은: BLDC 모터(brushless DC motor)(320, 420)를 포함하며, 태양 전지판(100)을 2 축 방향으로 선회 구동시키는 구동부(300, 400);와, 현재 시각에 맞추어 태양의 위치를 계산하고, 상기 계산된 태양의 위치에 따라 상기 구동부(300, 400)를 제어하는 조작반(200);과, 상기 구동부(300, 400)와 태양 전지판(100)을 연결하여 상기 태양 전지판(100)을 2 축 방향으로 선회시키는 트렉커 기구부(500);를 포함하며, 상기 조작반(200)은 상기 BLDC 모터(320, 420)의 회전 위치를 홀 센서(hall sensor)를 통해 피드백(feed back)을 받는다. The present invention relates to a photovoltaic tracking system for photovoltaic power generation, and to improve the efficiency of photovoltaic power generation, by simultaneously adjusting the altitude angle in the north-south direction and the azimuth in the east-west direction by using a BLDC motor and a hall sensor, the present time The present invention relates to a two-axis solar tracking system using BLDC motor driving and hall sensor position feedback based on the current time, which tracks sunlight in real time.
According to the present invention, a two-axis solar tracking system of BLDC motor driving and hall sensor position feedback based on the current time includes: brushless DC motors 320 and 420 and two solar panels 100. A driving unit (300, 400) for turning in the axial direction; and a control panel (200) for calculating the position of the sun according to the current time and controlling the driving units (300, 400) according to the calculated position of the sun; and And a tracker mechanism 500 that connects the driving units 300 and 400 to the solar panel 100 to pivot the solar panel 100 in two axial directions, and the operation panel 200 includes the BLDC motor. The rotational positions of the 320 and 420 are fed back through a hall sensor.
Description
본 발명은 태양광 발전의 태양광 추적 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 태양광 발전의 효율을 높이고자, BLDC 모터 및 홀 센서를 이용하여, 태양 전지판에 대한, 태양의 고도에 따른 남북 방향의 고도각 및 태양의 방위에 따른 동서방향의 방위각을 동시에 조절함으로써, 실시간으로 태양광을 추적하는, 현재 시각을 기반한 BLDC 모터 구동 및 홀 센서 위치피드백 방식의 2축 태양광 추적 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a photovoltaic tracking system of photovoltaic power generation, and more specifically, to increase the efficiency of photovoltaic power generation, using a BLDC motor and a hall sensor, the solar panel, the north-south direction according to the altitude of the sun The present invention relates to a two-axis solar tracking system using a BLDC motor driving and hall sensor position feedback method based on the current time, which tracks sunlight in real time by simultaneously adjusting the elevation angle and the azimuth angle according to the sun's orientation.
현대 산업의 발전 및 경제 발전으로 인해 에너지 사용이 점점 증가하고 있는 반면에, 기존의 화석 에너지는 제한되어 있으며, 환경 오염 및 지구의 온난화를 초래하므로, 대체 에너지의 개발이 시급하며, 특히 친환경적인 신재생 에너지의 개발이 중요하다. 이들 신재생 에너지의 일환으로 태양 에너지를 이용한 발전 시스템에 대해 많은 연구와 개발이 이루어졌으나 아직도 보완되어야 할 점이 많이 남아 있다. 태양은 지구의 공전에 의해 그 고도각이 계절, 일자에 따라 변하고, 지구의 자전에 의해 하루 중에도 시각에 따라 그 방위각이 변하게 되어, 태양 전지판이 한 방향으로 고정된 고정식 태양 발전 시스템에서는 발전 효율이 떨어진다. 따라서 태양 발전 시스템의 효율을 높이기 위해, 태양 전지판을 태양광의 입사방향에 따라 조정하는 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.While the use of energy is increasing due to the development and economic development of modern industries, existing fossil energy is limited, causing environmental pollution and global warming, therefore, the development of alternative energy is urgent, and especially eco-friendly renewables. The development of energy is important. As a part of these renewable energies, many researches and developments have been made on power generation systems using solar energy, but much needs to be supplemented. The sun changes its altitude angle according to the season and the day due to the revolution of the earth, and its azimuth angle changes according to the time of day during the day due to the rotation of the earth, and the power generation efficiency is lowered in the fixed solar power system in which the solar panels are fixed in one direction. Therefore, in order to increase the efficiency of the solar power generation system, the development of a technology for adjusting the solar panel according to the incident direction of the solar light is actively being made.
그러나 종래의 1축 시스템에서는 지구의 자전에 따라 변하는 태양의 방위각에 대해 태양 전지판을 구동 모터를 이용하여 선회시키고, 지구 공전에 따라 변하는 태양의 고도각에 대해서는 최적으로 대응하지 못하는 문제점이 있다. 또한 조도센서용 구동모터를 이용하여 조도센서를 선회시키면서 최적의 고도각 및 방위각을 산출하고, 이 산출된 각도에 맞춰 태양 전지판을 태양 전지판용 구동모터를 이용하여 선회시키는 시스템이 공지되었는데, 최적의 고도각 및 방위각을 산출하기 위해서는 조도센서가 계속적으로 움직이면서 조도값을 비교해야 하며, 최적의 고도각 및 방위각을 산출하였어도 태양의 방위각이 시간의 흐름에 따라 계속 변하기 때문에 조도센서는 계속적으로 움직이면서 최적의 고도각 및 방위각을 반복적으로 산출 전달해야 하는 문제가 있으며, 구동모터에 과부하가 걸리거나 고장이 빈번하게 발생하는 문제가 있다. However, the conventional single-axis system has a problem in that the solar panel is rotated using a drive motor for the azimuth angle of the sun that changes according to the rotation of the earth, and there is a problem in that it cannot optimally cope with the elevation angle of the sun that changes according to the earth's revolution. In addition, a system for calculating an optimal altitude and azimuth angle while turning the illuminance sensor by using the drive motor for the illuminance sensor and turning the solar panel using the drive motor for the solar panel according to the calculated angle is known. In order to calculate the altitude and azimuth angles, the illuminance sensor must be continuously moved to compare the illuminance values. Even if the optimal altitude and azimuth angles are calculated, the azimuth sensor continuously changes as time goes by, There is a problem of repeatedly calculating and transmitting the elevation angle and the azimuth angle, and there is a problem that the driving motor is overloaded or frequently occurs.
또한, 초기 설치 후에 관리자가 부재시에도, 아무 이상 없이 태양 전지판이 실시간으로 태양광의 방향에 따라 자동적으로 선회하는 자동 제어 기능이 필요하며, 관리자가 원거리에서도 감시할 수 있고 제어할 수 있는 필요성이 대두 되었다.
In addition, there is a need for an automatic control function that automatically turns the solar panel according to the direction of sunlight in real time without any problem even after the administrator is absent after the initial installation, and there is a need for the administrator to be able to monitor and control at a long distance. .
상기의 문제점들을 해결하고, 지구의 공전 및 자전에 따른 태양의 위치 변화에 맞추어 최적의 발전 효율을 얻을 수 있도록, 실시간에 따라 상하 좌우 2 방향으로 연동 제어되는 태양광 추적 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 또한, 태양광 추적 장치의 유지보수를 용이하게 하고, 전원 공급 시 초기 설정을 해야만 하는 관리자의 불편함을 없애고, 구동 모터의 누적 오차로 인한 발전 효율의 감소 등을 해결하고자 한다. In order to solve the above problems and to obtain the optimal power generation efficiency according to the change in the position of the sun according to the revolution and rotation of the earth, to provide a solar tracking system that is linked and controlled in two directions in real time in accordance with the present invention Purpose. In addition, to facilitate the maintenance of the solar tracking device, to eliminate the inconvenience of the administrator must set the initial power supply, and to solve the reduction in power generation efficiency due to the cumulative error of the drive motor.
또한, 근거리 및 원거리에서, 시스템 모니터링(system monitoring) 및 제어가 가능한 시스템을 제공하고자 한다.
In addition, to provide a system capable of system monitoring (control) and control in the near and far distance.
상기의 과제를 실현하기 위해, 본 발명에 따른, 현재 시각을 기반한 BLDC 모터 구동 및 홀 센서(hall sensor) 위치 피드백 방식의 2 축 태양광 추적 시스템에는, BLDC 모터(brushless DC motor)(320, 420)를 포함하며, 태양 전지판(100)을 2 축 방향으로 선회 구동시키는 구동부(300, 400);와, 현재 시각에 맞추어 태양의 위치를 계산하고, 상기 계산된 태양의 위치에 따라 상기 구동부(300, 400)를 제어하는 조작반(200); 및 상기 구동부(300, 400)와 태양 전지판(100)을 연결하여 상기 태양 전지판(100)을 2 축 방향으로 선회시키는 트렉커 기구부(500);가 포함되어 있으며, 상기 조작반(200)은 홀 센서를 통해 상기 BLDC 모터(320, 420)의 회전 위치를 피드백(feed back) 받는다.In order to realize the above object, according to the present invention, in the two-axis solar tracking system of the BLDC motor drive and hall sensor position feedback method based on the current time, brushless DC motor (320, 420) A driving unit (300,400) for pivoting the solar panel (100) in two axial directions; and calculating the position of the sun according to the current time, and the driving unit (300) according to the calculated position of the sun. ,
바람직하게는, 상기 조작반(200)은, 상기 태양광 추적 시스템의 주요 사항들을 화면으로 출력하는 LCD(liquid crystal display)부(210);와, 태양의 위치를 추적 계산하고, 상기 BLDC 모터를 제어하는 MCU(micro controlletr unit)(220);와, 상기 태양광 추적 시스템의 운전 모드 및 소프트웨어를 저장하는 내부 메모리(230);와, 현재 시각을 실시간으로 유지하는 RTC(real time clock)부(240);와, 원격 제어 및 기능의 추가를 위해 외부 기기와의 통신을 가능케 하는 통신부(250);를 포함한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 RTC부(240)는 자체적으로 소량의 배터리를 탑재하여, 상기 조작반(200)에 전원 공급이 중단되더라도, 전원이 재공급시 현재의 시각을 유지해준다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 MCU(220)는 태양의 위치 추적 계산을 통해 고도각 및 방위각을 연산 처리하며, PWM(pulse width modulation) 방식으로 상기 BLDC 모터(320, 420)를 제어하며, 상기 BLDC 모터(320, 420)의 위치 피드백을 수신한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 통신부(250)는, 근거리 통신을 위해 RS-232 방식의 통신 포트 및 원거리 통신을 위한 RS-485 방식의 통신 포트를 탑재한다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 태양의 위치 추적 계산 및 소프트웨어는 C 언어 기반의 알고리즘을 이용한다.Advantageously, said location tracking calculation and software employs a C language based algorithm.
바람직하게는, 상기 운전 모드에는, 관리자가 수동으로 외부의 입력 수단을 통해서, 또한 원격지에서 태양 전지판(100)을 원하는 각도로 제어하는 수동 모드;와, 일몰 시 또는 강풍 등의 비상시에 태양 전지판(100)을 보호하기 위해, 태양 전지판(100)을 지면에 수평으로 유지하는 보호 모드;와, 태양의 위치 추적 계산에 따라 자동으로 태양 전지판(100)을 선회시키고, 일몰 시에는 보호 모드로 전환되는 자동 모드;가 포함된다.Preferably, the driving mode includes a manual mode in which an administrator manually controls the
바람직하게는, 상기 구동부(300, 400)는, 상기 BLDC 모터(320, 420)를 구동하기 위한 모터 드라이버(motor driver)(310, 410);와, 상기 모터 드라이버(motor driver)(310, 410)의 제어를 받아 구동되는 BLDC 모터(320, 420);와, 상기 BLDC 모터(320, 420)에 연결되어 태양 전지판(100)을 선회시키는 실린더(330, 430);를 포함한다.Preferably, the driving unit (300, 400), the motor driver (motor driver) 310, 410 for driving the BLDC motor (320, 420); and the motor driver (motor driver) (310, 410) BLDC
바람직하게는, 상기 모터 드라이버(310, 410)는, 상기 조작반(200)으로부터 받은 정보에 따라 상기 BLDC 모터(320, 420)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키고, 또는 회전을 멈추게 하고, 상기 BLDC 모터(320, 420)의 회전 속도를 조절하며, 홀 센서를 통해 상기 BLDC 모터(320, 420)의 이동 위치를 피드백 받아 상기 조작반(200)의 MCU(220)에 펄스 신호로 송신하고, 상기 BLDC 모터(320, 420)의 이상 시에는, 상기 조작반(200)에 비정상임을 송신하여 알람을 발생시키고 상기 BLDC 모터(320, 420)에 정지 신호를 보내게 된다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 BLDC 모터(320, 420)는 상기 모터 드라이버(310, 410)로부터 전압 신호를 받아 구동되며, 상기 BLDC 모터(320, 420)는 18 펄스당 1 회전하고, 상기 BLDC 모터(320, 420)에 연결된 감속 기어의 기어비는 12.5 : 1 로서 상기 BLDC 모터(320, 420) 12.5 회전당 감속 기어가 1 회전하게 된다.Preferably, the BLDC
바람직하게는, 상기 실린더(330, 430)는 감속 기어 1 회전에 1.7-2.3 mm/s 로 이동하게 된다.Preferably, the
바람직하게는, 상기 태양 전지판의 각도 범위는 방위각 25 도에서 155 도이고 고도각은 10 도에서 90 도까지 제어된다.
Preferably, the angular range of the solar panel is controlled from 25 degrees to 155 degrees and the altitude is controlled from 10 degrees to 90 degrees.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른, 현재 시각을 기반한 BLDC 모터-실린더 구동 및 홀 센서 위치피드백 방식의 2축 태양광 추적 시스템에 의하면, 전원 공급이 차단되더라도 전원 공급이 다시 공급될 때, 현재 시각으로 초기 설정 없이 작동이 가능하여 전원 차단에 대한 관리자의 불안감을 감소시키며, 모터의 위치를 피드백 받아 오차가 적으며, 오차가 누적되지 않아서, 모터의 이상이 발생하지 않으면, 수년간 관리자의 관리가 없어도 소량의 오차범위 내에서 누적 오차 없이 작동 가능하고, 비상시에는 모터를 정지시키고, 일몰 시나 강풍이 부는 상황에서는 태양 전지판을 보호하기 위한 보호 모드가 제공되어, 안정적이고 경제적인 태양 발전 시스템을 운용 유지할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the two-axis solar tracking system of the BLDC motor-cylinder drive and Hall sensor position feedback method based on the present time, even when the power supply is cut off, the current time is supplied again. As it can operate without initial setting, it reduces the manager's anxiety about power off, and there is little error by feedback of motor's position, and the error does not accumulate. It can operate without cumulative error within a small error range, and a protection mode is provided to protect the solar panel in case of emergency and stop the motor in case of sunset or strong wind, so that it can maintain stable and economical solar power system operation. have.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템의 일 예를 예시적으로 도시한 개략적 조립도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에 포함된 조작반, 구동부 및 트렉커 기구부의 내부 구성 및 구동 원리를 보여주는 개략적 블록 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템의 고도각 제어 링크부의 일 예를 예시적으로 도시한 개략적 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템의 방위각 제어 링크부의 일 예를 예시적으로 도시한 개략적 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템의 태양 전지판 지지부의 일 예를 예시적으로 도시한 개략적 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에서 홀 센서(hall sensor)를 이용한 BLDC모터 위치 피드백(feed back)의 원리를 보여주는 플로우 챠트(flow chart)이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에서 고도각 조절을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에서 방위각 조절을 보여주는 도면이다.1 is a schematic assembly diagram illustratively showing an example of a solar tracking system according to the present invention.
2 is a schematic block diagram showing the internal configuration and driving principle of the operation panel, drive unit and tracker mechanism unit included in the solar tracking system according to the present invention.
3 is a schematic perspective view illustrating an example of an elevation angle control link unit of the solar tracking system according to the present invention.
4 is a schematic perspective view illustrating an example of an azimuth control link unit of the solar tracking system according to the present invention.
5 is a schematic perspective view illustrating an example of a solar panel support of the solar tracking system according to the present invention.
6 is a flow chart showing the principle of BLDC motor position feedback using a hall sensor in a solar tracking system according to the present invention.
7 is a view showing the altitude angle control in the solar tracking system according to the present invention.
8 is a view showing azimuth adjustment in the solar tracking system according to the present invention.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 좀 더 상세히 기술하고자 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 예시적으로 도시한 것으로서, 태양 전지판(100)들이 고도각 링크부(510) 및 방위각 링크부(520)를 통해, 프레임(600) 에 설치되어 있으며, 태양광 추적을 위해 고도각 및 방위각을 제어하는 조작반(200)이 또한 프레임(600)에 설치되어 있다. 여기서 태양 전지판(100)은 다수의 태양 전지로 이루어진 모듈이며, 본 도면에는 4 개의 태양 전지판(100)이 설치되어 있으나, 이는 예시적인 것으로 태양 발전 규모에 따라 그 수가 증가 될 수 있다. 프레임(600) 또한 설치 위치 및 발전 규모에 따라 태양 전지판(100)들을 충분하게 지지할 수 있도록 설계되어야 함은 당연한 사항이다. 1 exemplarily illustrates an embodiment of the present invention, wherein
도 2에는 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에 포함된 조작반(200), 고도각구동부(300), 방위각 구동부(400) 및 트렉커 기구부(500)의 내부 구성 및 구동 원리를 보여준다. 상기 조작반(200)에는 LCD(liquid crystal display)부(210), MCU(micro controller unit)(220), 내부 메모리(230), RTC(real-time clock)부(240), 통신부(250) 등이 포함된다. LCD부(210)에는 시간 현황, 운전 모드, 방위각 및 고도각 등이 표시되며, MCU(220)는 태양의 위치 추적 계산을 통해 고도각 및 방위각을 연산 처리하고, 고도각 및 방위각 구동부(300, 400)의 모터 드라이버(310, 410)로 속도전압(V)을 전송하여 PWM(pulse width modulation) 방식으로 구동 모터(320, 420)를 제어하고, 이에 따라 실린더(330, 430)가 전진 또는 후진하여 링크부(510, 520)를 통해 태양 전지판(100)을 상하 좌우로 회전시키고, 상기 MCU(220)는 구동 모터(320, 420)의 위치 피드백을 수신한다. 내부 메모리(230)에는 운전 모드와 소프트웨어가 탑재되고, 구동 모터(320, 420)가 회전한 펄스 수를 저장하는 역할을 한다. RTC부(240)는 소량의 충전용 배터리를 탑재하여, 조작반(200)에 전원 공급이 중단되더라도 현재 시각을 유지하며, 조작반(200)에 전원이 다시 공급되면, 흘러간 시간을 정확히 카운팅하여 현재 시각을 바로 적용할 수 있도록 해준다. 통신부(250)는 근거리 및 원거리 통신을 위한 RS-232포트 및 RS-485포트를 제공하며, RS-232는, 예컨대 노트북 등으로 소프트웨어를 탑재시키거나 기능을 추가할 때 사용하며, RS-485는, 현장이 아닌 원거리에서 원격 하이퍼터미널 방식으로 접속해 현재의 운전상태와 고도각 및 방위각 등을 모니터링하고 운전 모드에 대한 제어를 하는 데 사용한다. Figure 2 shows the internal configuration and driving principle of the
한편, 상기 운전 모드에는 수동 모드, 자동 모드, 보호 모드가 있는데, 수동 모드에서는 관리자가 외부의 입력 수단, 예컨대 입력 키 등을 이용해 수동으로 구동부를 제어하여 고도각 및 방위각을 조정할 수 있으며, 원격지에서도 수동 조정이 가능하다. 자동 모드에서는, 초기 장비 설치 시 입력된, 설치 지역의 위도, 경도, 시각, 날짜 등의 파라미터와 함께 현재 시각을 기준으로 태양광을 자동으로 추적한다. 보호 모드에서는, 일몰 시나 강풍이 부는 비상시에 태양 전지판을 보호하기 위해, 태양 전지판을 지면에 수평으로 유지하게 된다. 상기 자동 모드는 최초 설정 시 자동 모드로 전환되며 1개의 구동 실린더 당 2 개의 리미트 스위치(limit switch)를 장착하여 일출과 일몰에 대한 영점이 설정되며, 일출 시에는 원점 복귀를 하고, 일몰 시에는 보호 모드로 전환된다. 또한, 상기 모드들의 변환은 관리자에 의해 조작반(200) 내에서 이루어지거나, 또는 통신부(250)를 통한 원격 통신으로 이루어질 수 있다. 상기 태양 위치 추적 계산이나 소프트웨어는 C 언어 기반의 알고리즘을 이용하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the driving mode includes a manual mode, an automatic mode, and a protection mode. In the manual mode, an administrator may control the driving unit manually by using an external input means, for example, an input key, to adjust the altitude and azimuth angles, even at a remote location. Manual adjustment is possible. In automatic mode, the unit automatically tracks sunlight based on the current time, with parameters such as latitude, longitude, time, and date of the installation area, entered during initial instrument installation. In the protection mode, the solar panels are kept level on the ground to protect the solar panels during sunset or in high winds. The automatic mode is switched to automatic mode at the time of initial setting and is equipped with two limit switches per drive cylinder to set the zero point for sunrise and sunset, return to origin at sunrise, and protect at sunset. The mode is switched. In addition, the conversion of the modes may be performed in the
구동부(300, 400)의 모터 드라이버(310, 410)는 조작반(200)과의 인터페이스를 통해 조작반(200)으로부터 받은 정보에 따라 구동 모터(320, 420)를 구동시키는데, 상기 받은 정보에 따라 구동 모터(320, 420)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키고, 또는 회전을 멈추게 하며, 구동 모터(320, 420)의 회전 속도를 조절하는 기능을 한다. 또한, 구동 모터(320, 420)의 홀 센서(hall sensor)를 통해 구동 모터의 이동 위치를 피드백 받아 이를 다시 조작반(200)의 MCU(220)에 펄스 신호로 송신하며, 구동 모터(320, 420)의 이상 시에는 조작반(200)에 비정상임을 송신하여 알람을 발생시키고, 구동 모터(320, 420)에 정지 신호를 보낸다. The
구동 모터(320, 420)는 모터 드라이버(310, 410)로부터 전압 신호를 받아 구동되며, 감속기어 및 스크류(screw)를 통해 실린더(330, 430)를 전진 또는 후진시켜, 링크부(510, 520)를 통해 태양 전지판을 선회시켜 실시간으로 고도각 및 방위각을 조절한다. 상기 구동 모터(320, 420)로는, 토크(torque)가 크고 유지보수에 유리한 BLDC 모터(brushless DC motor)를 사용하는 것이 바람직하며, 구동 모터가 18 펄스당 1 회전하고, 감속기어의 기어비는 12.5 : 1 로 하여 구동 모터 12.5 회전에 감속기어가 1 회전하는 것이 바람직하다. 한편, 감속기어 1 회전에 구동부(300, 400)의 실린더(330, 430)가 1.7-2.3 mm/s 로 움직이는 것이 바람직하다. 구동 모터(320, 420)의 회전수가 관성의 영향으로 회전수가 많았을 때 또는 적었을 때를 대비하여, 구동 모터(320, 420)가 회전한 펄스 수를 조작반(200)의 내부 메모리(230)에 저장한다. 즉, 구동 모터(320, 420)가 회전한 현재 펄스의 수를 홀 센서에서 감지해 모터 드라이버(310, 410)에 피드백하고 이를 조작반(200)으로 보내어 구동 모터(320, 420)의 회전에 의한 펄스 수를 내부 메모리(230)에 저장하게 된다. The driving
한편, 트렉커 기구부(500)의 링크부들(510, 520)은 구동부(300, 400)의 실린더들(330, 430)과 연결되어, 상기 실린더들(330, 430)의 전진 후진에 따라 선회하며, 동시에 링크부에 연결된 태양 전지판(100)을 선회시킨다. 이에 대한 상세한 구조가 도 3 내지 도 5에 도시되었는데, 이는 예시적인 것으로 이에 국한되지는 않는다. Meanwhile, the
도 3에는 고도각 링크부(510)가 도시되어 있고, 도 4에는 방위각 링크부(520)가 도시되어 있으며, 도 5에는 상기 방위각 링크부에 연결되는 태양 전지판(100) 및 태양 전지판 지지부(110)가 도시되어 있다.3 shows an
도 3 내지 도 5를 참조하면, 고도각 링크부(510)의 받침대(511)는 프레임 상에 고정되어, 태양 전지판(100)들 및 링크부들(510, 520)의 하중을 충분히 지지해주도록 설계되며, 좌우 측의 양 단부들(513)에는 방위각 링크부(520)의 일 단부(523)가 각각 연결된다. 또한 고도각 링크부(510)의 고도각 핀(512)은 고도각 실린더(330)와 피봇(pivot) 연결되어, 고도각 실린더(330)의 전후진 움직임에 따라 고도각 링크부(510)가 받침대(511) 내에서 도 3의 화살표 "A" 방향으로 선회 운동을 하게 된다.3 to 5, the
한편, 고도각 링크부(510) 좌우 양 단부(513)에 연결된 방위각 링크부(도 4의 520)는 고도각 링크부(510)의 선회에 따라 함께 화살표 "A" 방향으로 선회하며, 방위각 핀(522)는 방위각 실린더(430)와 피봇 연결되어, 방위각 실린더(430)의 전후진 움직임에 따라 방위각 링크부(520)가 도 4의 화살표 "B" 방향으로 선회 운동을 하게 된다. 따라서 방위각 링크부(520)는, 고도각 구동 모터(320) 및 방위각 구동 모터(420)에 의해 화살표 "A" 방향 및 화살표 "B" 방향으로 동시에 선회하게 된다.Meanwhile, the
방위각 링크부(520)의 상하 양 단부(521)에는 도 5에 도시된 태양 전지판 지지부(110)의 일 단부(111)가 각각 연결되어, 방위각 링크부(520)의 선회 운동에 따라 태양 전지판(100)이 같이 선회하게 된다. 즉, 태양 전지판(100)은, 고도각 구동 모터(320) 및 방위각 구동 모터(420)에 의해 구동부의 실린더(330, 430) 및 링크부(510, 520)를 통해 상하 좌우로 선회하게 되며, 최적의 발전 효율을 얻기 위해, 조작반(200)의 제어를 받아 태양의 고도각 및 방위각 변화에 맞추어 선회하게 된다. 또한 일몰 시나 강풍과 같은 비상시에는 태양 전지판(100)을 보호하기 위해, 태양 전지판(100)이 지면에 수평이 되도록 선회한다(보호 모드).One
도 6에는 본 발명에 따른 태양광 추적 시스템에서 태양광을 추적하는 플로우 챠트를 보여주고 있다.Figure 6 shows a flow chart for tracking the sunlight in the solar tracking system according to the present invention.
도 7 및 도 8은 각각 고도각 및 방위각을 조정하는 메카니즘을 보여주고 있는데, 도 7에서 고도각 구동 모터(320)는 감속 기어 및 스크류를 통해 고도각 실린더(330)를 전진 또는 후진시키고, 고도각 실린더(330)는 고도각 핀(512)을 움직여 고도각 링크부(510)를 회전시킴으로써, 태양 전지판(100)의 고도각을 조정하게 된다. 도 8에서는 방위각 구동 모터(420)가 감속 기어 및 스크류를 통해 방위각 실린더(430)를 전진 또는 후진시키고, 방위각 실린더(430)는 방위각 핀(522)을 움직여 방위각 링크부(520)를 회전시킴으로써, 태양 전지판(100)의 방위각을 조정하게 된다. 7 and 8 show a mechanism for adjusting the elevation angle and azimuth angle, respectively, in FIG. 7, the elevation
앞에서 설명한 내용 및 도면은 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 예시적으로 도시하고 설명한 것으로서, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자들에 의해 여러가지로 변형이 가능할 것이며, 이러한 변형들도 본 발명의 범위에 포함되는 것임을 이해하여야 한다.The foregoing description and drawings are illustratively illustrated and described with respect to the preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and various modifications may be made by those skilled in the art, and such modifications are included in the scope of the present invention. It must be understood.
Claims (12)
BLDC 모터(brushless DC motor)를 포함하며, 태양 전지판을 2 축 방향으로 선회 구동시키는 구동부;
현재 시각에 맞추어 태양의 위치를 계산하고, 상기 계산된 태양의 위치에 따라 상기 구동부를 제어하는 조작반; 및
상기 구동부와 태양 전지판을 연결하여 상기 태양 전지판을 2 축 방향으로 선회시키는 트렉커 기구부;를 포함하며,
상기 조작반은 홀 센서를 통해 상기 BLDC 모터의 회전 위치를 피드백(feed back) 받는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
BLDC motor drive and hall sensor position feedback method based on current time, 2-axis solar tracking system,
A drive unit including a brushless DC motor and rotating the solar panel in two axial directions;
An operation panel for calculating a position of the sun according to a current time and controlling the driving unit according to the calculated position of the sun; And
And a tracker mechanism unit connecting the driving unit and the solar panel to pivot the solar panel in two axial directions.
And the operation panel receives feedback of the rotational position of the BLDC motor through a hall sensor.
상기 조작반은,
상기 태양광 추적 시스템의 주요 사항들을 화면으로 출력하는 LCD(liquid crystal display)부;
태양의 위치를 추적 계산하고, 상기 BLDC 모터를 제어하는 MCU(micro controlletr unit);
상기 태양광 추적 시스템의 운전 모드 및 소프트웨어를 저장하는 내부 메모리;
현재 시각을 실시간으로 유지하는 RTC(real time clock)부;
원격 제어 및 기능의 추가를 위해 외부 기기와의 통신을 가능케 하는 통신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 1,
The operation panel,
An LCD (liquid crystal display) unit for outputting main items of the solar tracking system on a screen;
A microcontrollet unit (MCU) for tracking and calculating the position of the sun and controlling the BLDC motor;
An internal memory storing an operation mode and software of the solar tracking system;
RTC (real time clock) to maintain the current time in real time;
And a communication unit for enabling communication with an external device for remote control and addition of a function.
상기 RTC부는 자체적으로 소량의 배터리를 탑재하여, 상기 조작반에 전원 공급이 중단되더라도, 전원이 재공급시 현재의 시각을 유지하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 2,
The RTC unit is equipped with a small amount of battery by itself, even if the power supply to the operation panel, the two-axis solar tracking system, characterized in that to maintain the current time when the power supply again.
상기 MCU는 태양의 위치 추적 계산을 통해 고도각 및 방위각을 연산 처리하며, PWM(pulse width modulation) 방식으로 상기 BLDC 모터를 제어하며, 상기 BLDC 모터의 회전 위치 피드백을 수신하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 2,
The MCU calculates the altitude and azimuth through the position tracking calculation of the sun, controls the BLDC motor by pulse width modulation (PWM), and receives rotational position feedback of the BLDC motor, 2 3-axis solar tracking system.
상기 통신부는, 근거리 통신을 위해 RS-232 방식의 통신 포트 및 원거리 통신을 위한 RS-485 방식의 통신 포트를 탑재하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 2,
The communication unit, a two-axis solar tracking system, characterized in that for mounting the communication port of the RS-232 communication port for short-range communication and the RS-485 method for long-distance communication.
상기 태양의 위치 추적 계산 및 소프트웨어는 C 언어 기반의 알고리즘을 이용한 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 2,
Wherein said position tracking calculation and software is based on a C language based algorithm.
상기 운전 모드는.
관리자가 수동으로 외부의 입력 수단을 통해서, 또한 원격지에서 태양 전지판을 원하는 각도로 제어하는 수동 모드;
일몰 시 또는 강풍 등의 비상시에 태양 전지판을 보호하기 위해, 태양 전지판을 지면에 수평으로 유지하는 보호 모드;
태양의 위치 추적 계산에 따라 자동으로 태양 전지판을 선회시키고, 일몰 시에는 보호 모드로 전환되는 자동 모드;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 2,
The driving mode is.
A manual mode in which the administrator manually controls the solar panel at a desired angle through an external input means and remotely;
A protection mode that keeps the solar panel horizontally to the ground to protect the solar panel during sunset or in emergencies such as strong winds;
And an automatic mode that automatically turns the solar panel according to the position tracking calculation of the sun, and switches to a protected mode at sunset.
상기 구동부는,
상기 BLDC 모터를 구동하기 위한 모터 드라이버(motor driver);
상기 모터 드라이버(motor driver)의 제어를 받아 구동되는 BLDC 모터;
상기 BLDC 모터에 연결되어 태양 전지판을 선회시키는 실린더;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 1,
The driving unit,
A motor driver for driving the BLDC motor;
A BLDC motor driven under the control of the motor driver;
And a cylinder connected to the BLDC motor to pivot the solar panel.
상기 모터 드라이버는, 상기 조작반으로부터 받은 정보에 따라 상기 BLDC 모터를 정방향 또는 역방향으로 회전시키고, 또는 회전을 멈추게 하고, 상기 BLDC 모터의 회전 속도를 조절하며, 홀 센서를 통해 상기 BLDC 모터의 회전 위치를 피드백 받아 상기 조작반의 MCU에 펄스 신호로 송신하고, 상기 BLDC 모터의 이상 시에는, 상기 조작반에 비정상임을 송신하여 알람을 발생시키고 상기 BLDC 모터에 정지 신호를 보내는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 8,
The motor driver rotates the BLDC motor in the forward or reverse direction or stops the rotation, adjusts the rotation speed of the BLDC motor according to the information received from the operation panel, and adjusts the rotational position of the BLDC motor through a hall sensor. It receives feedback and transmits to the MCU of the operation panel as a pulse signal, and when the BLDC motor is abnormal, it transmits an abnormality to the operation panel to generate an alarm and sends a stop signal to the BLDC motor, 2-axis solar tracking system.
상기 BLDC 모터는 상기 모터 드라이버로부터 전압 신호를 받아 구동되며, 상기 BLDC 모터는 18 펄스당 1 회전하고, 상기 BLDC 모터에 연결된 감속 기어의 기어비는 12.5 : 1 로서 상기 BLDC 모터 12.5 회전당 감속 기어가 1 회전하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 8,
The BLDC motor is driven by receiving a voltage signal from the motor driver, the BLDC motor rotates once per 18 pulses, and the gear ratio of the reduction gear connected to the BLDC motor is 12.5: 1, so that the BLDC motor has 12.5 reduction gears per revolution. A two-axis solar tracking system, characterized in that rotating.
상기 실린더는 감속 기어 1 회전에 1.7-2.3 mm/s 로 이동하는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.
The method of claim 10,
And the cylinder moves at 1.7-2.3 mm / s in one revolution of the reduction gear.
상기 태양 전지판의 각도 범위는 방위각 25 도에서 155 도이고 고도각은 10 도에서 90 도까지 제어되는 것을 특징으로 하는, 2 축 태양광 추적 시스템.The method of claim 7, wherein
Wherein the angular range of the solar panel is controlled from 25 degrees to 155 degrees and the elevation angle is controlled from 10 degrees to 90 degrees.
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KR1020100025654A KR20110106560A (en) | 2010-03-23 | 2010-03-23 | 2-axis solar tracker system with bldc motor and hall sensor feedback based on time |
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---|---|---|---|---|
KR101349127B1 (en) * | 2012-03-30 | 2014-02-03 | (주) 파루 | Pv or cpv system having a center control apparatus |
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KR20160056602A (en) * | 2014-11-12 | 2016-05-20 | 주식회사 에이스텍 | Systme for control on driving motor of solar cell |
CN107482999A (en) * | 2017-07-26 | 2017-12-15 | 徐俊芳 | A kind of folding solar small-power TRT |
CN109510408A (en) * | 2018-12-12 | 2019-03-22 | 广东保威新能源有限公司 | Solar energy tracking control system and control method based on Hall sensor |
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