KR20120002825A - 방위각센서를 이용한 ｂｉｐｖ시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템은, 제어장치에 의해 구동되어 동력을 인가하는 동력장치 및 상기 동력장치에서 인가되는 동력에 의해 기울기가 가변되어 태양광을 집적하는 태양광집적장치가 구비되는 BIPV벽체를 포함하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 있어서, 상기 BIPV벽체에 취부되어 자기의 세기로 인해 지표 상의 BIPV벽체 위치 및 방향을 측정하여 제어장치로 송출하는 방위각센서가 구성되고, 상기 제어장치는 방위각센서가 송출하는 방위각에 따라 BIPV벽체의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출한 수치를 데이터베이스화시켜 프로그램으로 내장되도록 하여 내장된 프로그램에 의해 동력장치를 구동시켜 태양광집적장치의 기울기가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 BIPV벽체로 BIPV벽체의 위치 및 방향을 측정하는 방위각센서가 구비되어 방위각센서에서 송출된 측정값에 따라 BIPV벽체의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 데이터베이스화한 프로그램이 제어장치에 내장되기 때문에, 제어장치로 인해 계절 및 시간의 흐름에 의해 태양의 변화된 위치에 대응되도록 솔라셀의 기울기가 가변되어 효율적인 집적이 이루어져 BIPV벽체의 설치장소 및 설치각도에 구애받지않고 태양광의 집적효율을 향상시켜 에너지효율을 높일 수 있어 실용성이 뛰어난 효과를 발휘한다.

Description

방위각센서를 이용한 ＢＩＰＶ시스템{BIPV system using angle sensor}
본 발명은 전기를 용이하게 생산할 수 있는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 관한 것으로서, 특히 BIPV벽체의 내부로 제어장치에 의해 기울기가 가변되는 태양광집적장치를 구성하고 BIPV벽체의 방위각을 제어장치로 송출하는 방위각센서가 마련되고 상기 제어장치는 송출된 BIPV벽체의 방위각을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출한 수치를 데이터베이스화시켜 프로그램으로 내장되도록 하여 내장된 프로그램에 의해 태양광의 집적도가 최적의 상태로 이루어지도록 태양광집적장치의 기울기를 가변시킴으로써 BIPV벽체의 설치장소 및 설치각도에 관계없이 태양의 이동에 따라 태양광의 집적효율을 높일 수 있는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 관한 것이다.
태양광을 이용해 전력을 발생시키는 태양전지모듈이라는 발전 시스템을 건축물의 외벽에 적용하는 방법은 외벽에 해당하는 부분에 수직으로 설치하는 방식과, 기존의 벽에 발전효율을 최대로 높이기 위해 경사형 또는 차양형으로 설치하는 방법으로 분류된다.
태양 전지 모듈을 수직으로 부착하는 대표적인 방식은 건물 일체형 태양광 발전용 시스템(Building Integrated Photovoltaic System ; BIPV)(이하, BIPV시스템)으로 이는, 솔라셀을 건물의 지붕 또는 외벽의 마감재료로 채택하여 솔라셀이 건물 외피를 구성하도록 완성한 시스템으로, 솔라셀설치에 따라 건물 외관이 크게 달라지지 않을 뿐만 아니라 외장재 대신에 솔라셀을 채택하는 것이어서 발전장치의 설치비용을 줄여 경제성이 우수하며 건물의 가치를 높이는데 큰 기여를 하는 이점이 있다.
하지만 상기 BIPV시스템은 일 예로서 건축물의 외부에 솔라셀을 부착함으로써 건축물 내부에서 외부가 투시되지 않으며 건축물 내부에 햇빛이 들지않아 내부온도 및 건축물 내의 주거환경이 저하되어 주거용 건물에 적용하기 어렵다는 한계가 있으며, 이보다 더욱 큰 문제점으로는 솔라셀이 건축물 외부에서 수직방향으로 부착되기 때문에 솔라셀의 합리적 태양입사각 확보가 어려워 에너지 생산효율이 떨어지며 솔라셀이 경사형으로 설치되는 태양광발전설비에 비해 발전효율이 크게 떨어지는 단점이 있어왔다.
또한 BIPV시스템은 다른 예로서 유리판에 솔라셀을 부착하여 건축물 창호의 유리창으로 사용되는 것이 있는 바, 이는 실내로 유입되는 햇빛이 솔라셀로 인하여 차단되어 실내의 조명이 어두어질 뿐만 아니라 태양광에 의한 실내 살균 효과 등이 저감될 수 있다는 단점이 있다.
상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, BIPV벽체의 내부로 제어장치에 의해 기울기가 가변되는 태양광집적장치를 구성하고 BIPV벽체의 방위각을 제어장치로 송출하는 방위각센서가 마련되고 상기 제어장치는 송출된 BIPV벽체의 방위각을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출한 수치를 데이터베이스화시켜 프로그램으로 내장되도록 하여 내장된 프로그램에 의해 태양광의 집적도가 최적의 상태로 이루어지도록 태양광집적장치의 기울기를 가변시킴으로써 BIPV벽체의 설치장소 및 설치각도에 관계없이 태양의 이동에 따라 태양광의 집적효율을 높일 수 있는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.
본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템은, 제어장치에 의해 구동되어 동력을 인가하는 동력장치 및 상기 동력장치에서 인가되는 동력에 의해 기울기가 가변되어 태양광을 집적하는 태양광집적장치가 구비되는 BIPV벽체를 포함하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 있어서, 상기 BIPV벽체에 취부되어 자기의 세기로 인해 지표 상의 BIPV벽체 위치 및 방향을 측정하여 제어장치로 송출하는 방위각센서가 구성되고, 상기 제어장치는 방위각센서가 송출하는 방위각에 따라 BIPV벽체의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출한 수치를 데이터베이스화시켜 프로그램으로 내장되도록 하여 내장된 프로그램에 의해 동력장치를 구동시켜 태양광집적장치의 기울기가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 BIPV벽체는 두 장의 유리재질의 투명판의 가장자리부를 밀폐하는 실링체가 구성되고, 상기 실링체의 상부 내측에 채널이 설치되어 구성되고, 상기 동력장치는 채널의 내부에서 회전 가능하게 설치되는 회전축 및 상기 회전축을 회전할 수 있도록 제어장치에 내장된 방위각센서가 송출하는 측정값에 따라 BIPV벽체의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 데이터베이스화한 프로그램에 의해 회전축으로 동력을 인가하는 모터로 이루어지고, 상기 태양광집적장치는 회전축에 이격 설치된 다수의 드럼 상에 권취되는 선재에 의해 지지 회전되는 다수의 요동판이 상하로 상호 이격 설치되고, 다수의 요동판의 상부면에 태양광을 집적하는 솔라셀이 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 BIPV벽체로 주변의 명암을 감지하는 조도센서 또는 광센서로 이루어지는 감지수단이 구비되어 상기 감지수단에 의해 주변의 어두움이 감지하면 제어장치 및 방위각센서를 초기화 상태로 리셋하고, 주변의 빛을 감지하면 제어장치 및 방위각센서를 구동하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면 BIPV벽체로 BIPV벽체의 위치 및 방향을 측정하는 방위각센서가 구비되어 방위각센서에서 송출된 측정값에 따라 BIPV벽체의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 데이터베이스화한 프로그램이 제어장치에 내장되기 때문에, 제어장치로 인해 계절 및 시간의 흐름에 의해 태양의 변화된 위치에 대응되도록 솔라셀의 기울기가 가변되어 효율적인 집적이 이루어져 BIPV벽체의 설치장소 및 설치각도에 구애받지않고 태양광의 집적효율을 향상시켜 에너지효율을 높일 수 있어 실용성이 뛰어난 효과가 있다.
BIPV벽체 내부로 동력장치에 의해 솔라셀을 구비한 요동판의 자세가 가변되기 때문에, 전기를 용이하게 생산할 수 있다는 효과가 있다.
BIPV벽체의 일측으로 주변의 명암을 감지하는 감지수단이 구성되기 때문에, 집적효율이 떨어지는 시간 및 날씨에는 제어장치 및 방위각센서를 구동되지 않아 전기의 소모가 최소화되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템의 일부를 발췌한 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 적용되는 BIPV벽체를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 방위각센서를 이용한 BIPV시스템이 작용하는 바람직한 형태를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 감지수단이 포함된 방위각센서를 이용한 BIPV시스템이 작용하는 바람직한 형태를 나타내는 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템의 일부를 발췌한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 적용되는 BIPV벽체를 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 방위각센서를 이용한 BIPV시스템이 작용하는 바람직한 형태를 나타내는 구성도로서, 본 발명에 따른 방위각센서를 이용한 BIPV시스템은 BIPV벽체구조가 유지되면서도 BIPV벽체로 조사되는 태양광을 집적하여 집적되는 태양에너지를 전기에너지로 변환함으로써 전기의 생산을 도모하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방위각센서를 이용한 BIPV시스템은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제어장치(20)에 의해 구동되어 동력을 인가하는 동력장치 및 상기 동력장치에서 인가되는 동력에 의해 기울기가 가변되어 태양광을 집적하는 태양광집적장치가 내부로 내장되는 BIPV벽체(1)로 이루어진다.
여기서 상기 BIPV벽체(1)에 취부되어 자기의 세기로 인해 지표 상의 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 측정하여 제어장치(20)로 송출하는 방위각센서(10)가 구성된다.
상기 방위각센서(10)는 지구의 자기장을 이용해 방위각을 탐지할 수 있는 통상의 방위각센서는 모두 적용 가능하며 방위각센서의 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있어 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
상기 방위각센서(10)는 BIPV벽체(1)가 설치되는 방향과 동일한 방향으로 설치되어 제어장치(20)로 BIPV벽체(1)가 설치되는 정확한 위치와 방향을 송출할 수 있도록 한다.
상기 방위각센서(10)를 통해 제어장치(20)로 BIPV벽체(1)가 태양에 향하는 위치 및 방향이 송출되면 상기 송출된 방위각에 따라 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 파악하여 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출된 수치를 데이터베이스화시켜 제어장치(20)에 프로그램으로 내장된다.
상기 태양이 이동하는 궤적은 지구의 자전에 의해 매일 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 태양의 고도 및 지구의 공전에 의해 계절에 따라 변화되는 태양의 위치를 기준으로 데이터베이스화됨으로써 주기적인 지구의 자전 및 공전에 따라 BIPV벽체(1)의 설치위치 및 설치방향을 기준으로 이동되는 태양의 위치를 시간대별로 정확히 판별할 수 있도록 한다.
따라서 상기 제어장치(20)에 내장된 프로그램에 의해 동력장치를 구동시킴으로써 계절 및 시간의 변화에 따라 이동되는 태양광의 조사각에 대응되도록 태양광집적장치의 기울기가 가변되어 태양광의 집적도가 최적의 상태로 이루어져 태양광의 집적효율을 높일 수 있는 것이다.
또한 같은 방향의 다단으로 형성되는 BIPV벽체(1)에는 상기 방위각센서(10)가 하나만 구비되어도 BIPV벽체(1) 내부에 BIPV벽체(1)과 같은 방향의 태양광집적장치의 위치 및 방향을 측정할 수 있으며, 만약 BIPV벽체(1)가 각기 다른 방향으로 다수개 설치되는 경우에는 다른 방향으로 형성된 BIPV벽체(1)에는 방위각센서(10)를 개별적으로 구성하여 다른 방향으로 형성된 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 측정하도록 한다.
도 1 또는 도 2는 본 발명에 의한 방위각센서를 이용한 BIPV시스템의 형태를 나타내는 도면으로서, BIPV벽체(1)는 두 장의 투명판(3a)의 가장자리부를 밀폐하는 실링체(3b)로 감싸는 형태로 다수의 프레임(5) 사이사이에 설치되며 상기 실링체(3b)의 상부 내측에 채널(7)이 설치되는 구조로 이루어진다.
상기와 BIPV벽체(1)의 내부에는 앞서 언급한 바와 같이 태양광 발전을 위하여 동력장치 및 상기 동력장치에 의해 기울기가 가변되어 조사되는 태양광을 집적하여 전기를 생성하는 태양광집적장치가 구비된다.
상기 동력장치는 채널(7)의 내부에는 동력을 인가하는 모터(33)가 설치되며, 상기 모터(33)에서 동력을 인가받아 후술되는 태양광집적장치로 동력을 전달하도록 채널(7) 내부에서 회전 가능하게 설치되는 회전축(31)이 포함되어 구성된다.
상기 모터(33)의 구동은 제어장치(20)에 내장된 방위각센서(10)가 송출하는 측정값에 따라 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 데이터베이스화한 프로그램에 의해 회전축(31)으로 동력을 인가하도록 한다.
상기 태양광집적장치는 모터(33)와 회전축(31)의 작동에 의해 선재(43)와 요동판(45), 솔라셀(47)이 앞 뒤로 요동되어 태양광에 이동에 따라 가변되는 태양광의 조사각에 대응됨으로써 태양광의 집적효율을 높일 수 있도록 구성되며 또한 상기 회전축(31) 상에는 다수의 드럼(41)이 상호 이격 설치되어 상기 선재(43)를 권취하게 된다.
상기 선재(43)는 끈, 와이어, 로프 등과 같은 것이며, 두 개의 단부가 상기 드럼(41) 상에 반대 방향으로 권취되거나 풀리는 것으로서, 선재(43)의 한쪽 단부가 드럼(41)에 권취될 때에 다른쪽 단부가 풀리게 되어 상기 선재(43)에 연결된 다수의 요동판(45)을 좌우로 요동하게 한다.
상기 요동판(45)은 상기 선재(43)에 의해 지지 회전되는 구조로서, 상기 모터(33)의 작동에 의해 선재(43)가 드럼(41)에 의해 작동할 때, 전후로 요동하게 된다.
상기 솔라셀(47)은 다수의 요동판(45)의 상부면에 각각 부착되어 조사되는 태양광을 집적하여 전기로 가변하게 되며, 도 2에 도시한 바와 같이 투명 합성수지 또는 접착제가 도포되어 있는 것이다.
상기 다수의 요동판(45)에 부착되는 각각의 솔라셀(47)들은 서로 병렬 또는 직렬로 연결되는 전기적구조로 형성되며, 상기 솔라셀(47)에서 생산되는 직류를 교류로 가변하기 위해 모든 솔라셀(47)에서 생산되는 직류전기를 교류전기로 가변하는 인버터(60)를 본 발명에 접목하여 BIPV벽체(1) 외부에 설치되는 전기전자기기 및 또 다른 전력계통으로 전기를 공급할 수도 있다.
따라서 상기 회전축(31)을 구동하는 모터(33)가 제어장치(20)에 내장된 프로그램에 의해 구동됨으로써 회전축(31)에 의해 권취 또는 권출되는 선재(43)에 지지되는 요동판(45)이 좌우로 요동되며 요동되는 요동판(45)에 따라 솔라셀(47)의 기울기가 가변되어 계절 및 시간에 따라 변화하는 태양광의 조사각에 대응됨으로써 집적효율을 높일 수 있는 것이다.
여기서 도 4에 도시된 바와 같이 상기 BIPV벽체(1)로 BIPV벽체(1)의 주변의 명암을 감지하도록 조도센서 또는 광센서로 이루어지는 감지수단(50)이 구비된다.
상기 감지수단(50)은 일몰이나 날씨가 심하게 흐린 날씨에 따라 주변의 어두움이 감지하면 제어장치(20) 및 방위각센서(10)를 초기화 상태로 리셋하여 전기의 소모를 차단하고, 일출에 의해 주변의 빛을 감지하면 제어장치(20) 및 방위각센서(10)를 구동하여 태양광을 집적할 수 있도록 하여 감지수단(50)으로 하여금 태양광집적의 효율성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
1 : BIPV벽체
3a : 투명판 3b : 실링체
5 : 프레임 7 : 채널
10 : 방위각센서 20 : 제어장치
31 : 회전축 33 : 모터
41 : 드럼 43 : 선재
45 : 요동판 47 : 솔라셀
50 : 감지수단 60 : 인버터

Claims (3)

  1. 제어장치(20)에 의해 구동되어 동력을 인가하는 동력장치 및 상기 동력장치에서 인가되는 동력에 의해 기울기가 가변되어 태양광을 집적하는 태양광집적장치가 구비되는 BIPV벽체(1)를 포함하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템에 있어서,
    상기 BIPV벽체(1)에 취부되어 자기의 세기로 인해 지표 상의 BIPV벽체(1) 위치 및 방향을 측정하여 제어장치(20)로 송출하는 방위각센서(10)가 구성되고,
    상기 제어장치(20)는 방위각센서(10)가 송출하는 방위각에 따라 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 산출하여 산출한 수치를 데이터베이스화시켜 프로그램으로 내장되도록 하여 내장된 프로그램에 의해 동력장치(20)를 구동시켜 태양광집적장치의 기울기가 가변되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BIPV벽체(1)는 두 장의 유리재질의 투명판(3a)의 가장자리부를 밀폐하는 실링체(3b)가 구성되며, 상기 실링체(3b)의 상부 내측에 채널(7)이 설치되어 구성되고,
    상기 동력장치는 채널(7)의 내부에서 회전 가능하게 설치되는 회전축(31) 및 상기 회전축(31)을 회전할 수 있도록 제어장치(20)에 내장된 방위각센서(10)가 송출하는 측정값에 따라 BIPV벽체(1)의 위치 및 방향을 기준으로 태양이 이동하는 궤적을 데이터베이스화한 프로그램에 의해 회전축(31)으로 동력을 인가하는 모터(33)로 이루어지고,
    상기 태양광집적장치는 회전축(31)에 이격 설치된 다수의 드럼(41) 상에 권취되는 선재(43)에 의해 지지 회전되는 다수의 요동판(45)이 상하로 상호 이격 설치되고, 다수의 요동판(45)의 상부면에 태양광을 집적하는 솔라셀(47)이 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 BIPV벽체(1)로 주변의 명암을 감지하는 조도센서 또는 광센서로 이루어지는 감지수단(50)이 구비되어 상기 감지수단(50)에 의해 주변의 어두움이 감지하면 제어장치(20) 및 방위각센서(10)를 초기화 상태로 리셋하고, 주변의 빛을 감지하면 제어장치(20) 및 방위각센서(10)를 구동하는 것을 특징으로 하는 방위각센서를 이용한 BIPV시스템.
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