KR20120112492A - 솔라 패널 장치의 자동 방향설정 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 장치 - Google Patents

솔라 패널 장치의 자동 방향설정 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 장치 Download PDF

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KR20120112492A
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panel device
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앙투안 피노
프랑소와 부데헨
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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법에 있어서, 솔라 패널 장치는 제1 유체 저장소(6) 또는 제2 유체 저장소(8)부터의 에너지를 이용하여, 제1 방향 및 제2 방향에서, 하나 이상의 축(5)에 대하여 회전하며, 상기 에너지는 태양 복사선에 의해 제공되며 상기 두 저장소는 독립적이며, 솔라 패널 장치는, 분배기 밸브(13, 14)가 저장소 챔버 중 하나에 의해 작동기 챔버 중 하나의 공급을 중지시킬 때까지, 제1 방향 또는 제2 방향에서, 축(5)에 대하여 회전한다.

Description

솔라 패널 장치의 자동 방향설정 방법 및 상기 방법에 따라 작동하는 장치{METHOD FOR THE AUTOMATIC ORIENTATION OF A SOLAR PANEL DEVICE AND DEVICE OPERATING ACCORDING TO SAID METHOD}
본 발명은 솔라 패널의 자동 방향설정 방법 및 솔라 패널의 방향설정용 장치, 특히 상기 방법에 따라 작동하는 방향설정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 솔라 패널 장치의 방향설정용 장치 및 솔라 패널 장치를 포함하는 태양 에너지 변환 시스템에 관한 것이다.
전 세계적인 에너지 수요가 증가함에 따라, 다음 세대를 위한 목적 중 하나는 신뢰성 있고 친환경적인 에너지원을 찾는 것이다. 이를 위한 첫 번째 단계 중 하나는 태양 에너지를 태양광 솔라 패널을 이용하여 전기로 전환하거나 또는 열 솔라 패널을 이용하여 열로 전환할 수 있는 시스템의 생산이었다. 그럼에도 이러한 시스템의 설치는 고비용이며 생산성이 너무 낮은 것으로 생산자에 의해 간주되고 있다.
연구에 의하면, 태양의 경로를 추적할 수 있는 상기와 같은 종류의 시스템은 사용되는 기술에 따라 평균 15% 내지 30%의 생산성 이득을 달성한다. 태양의 경로를 추적할 수 있는 시스템에 대하여, 상기 시스템은 태양 위치의 함수로서 솔라 패널을 자동으로 방향설정 하기 위한 방향설정 장치 즉 "추적기(tracker)"를 구비한다.
방향설정 장치는 다음과 같은 두 가지 카테고리로 분류될 수 있다:
- 소위 능동 방향설정 장치, 즉 시스템이 태양의 경로를 추적하도록 하기 위하여 외부 에너지, 주로 전기 에너지를 사용하는 장치. 이러한 방향설정 장치는 종종 솔라 패널을 움직이기 위하여 스텝퍼 모터(stepper motor)를 사용함.
- 소위 수동 방향설정 장치, 즉 외부 에너지원을 사용하지 않고 솔라 패널을 고정 및 방향설정 할 수 있는 장치로서 이러한 장치는 적어도 실질적으로 태양 광선에 수직으로 위치함.
중간 전력 및 고 전력의 설정을 위하여, 능동 방향설정 장치에 의해 소모되는 에너지는 방향설정 장치가 솔라 패널을 회전시키도록 설계되는 상기 솔라 패널에 의해 전환되는 에너지의 양과 비교하여 적다.
다른 한편으로, 저 전력의 설정을 위하여, 능동 방향설정 장치에 의해 소모되는 에너지는 방향설정 장치가 솔라 패널을 회전시키도록 설계되는 상기 솔라 패널에 의해 전환되는 에너지의 양과 비교하여 더 이상 무시할만 하지 않으며, 특히 고정형 솔라 패널이 구비된 시스템에 비하여 방향설정 장치에 의해 생산된 에너지 저장량과 비교하여 더 이상 무시할만 하지 않다. 이러한 상황에서, 수동 방향설정 장치가 명백히 이득이다.
다양한 수동 방향설정 장치가 이미 공지되어 있다.
제1 방향설정 장치에 있어서, 동일 압력에 놓이는 두 개의 동일 실린더를 솔라 패널의 양쪽 측면에 상기 솔라 패널의 회전 중심으로부터 동일 거리에 배치한다. 상기 실린더를 낮은 끓는점을 갖는 유체로 채운다. 상기 장치는 적절하게 배치되는 스크린을 또한 제공하여서 만약 태양 광선이 솔라 패널의 표면에 수직이 아닌 경우, 대부분의 복사선은 두 개의 실린더 중 하나에 도달하며, 이는 그 내부의 유체를 끓이도록 하여 유체를 하나의 실린더로부터 다른 실린더로 이동시킨다. 그 후 두 개 실린더 각각의 중량이 더 이상 동일하지 않게 되며, 이에 따라 솔라 패널이 경사지게 된다. 비록 이러한 방향설정 장치가 장점을 갖지만(능동 방향설정 장치로 얻어지는 것에 필적하는 솔라 패널의 성능의 개선, 단순한 구조 및 이에 따른 저비용), 이는 다음과 같은 허용될 수 없는 일부 단점을 가진다:
- 방향설정 장치는 돌풍과 같은 외부적 요인에 대한 내구성이 없는데, 왜냐하면 이상적인 위치에 대한 상기 장치의 평형이 불안정하며 상기 장치가 사용하는 힘이 예컨대 돌풍에 의해 생성되는 힘에 비하여 작기 때문이며;
- 이상적 위치에 대한 진동 현상의 위험이 존재하는데: 즉 관성 때문에, 솔라 패널의 방향설정을 수정하는 단계 동안, 방향설정 장치가 이상적 위치를 지나치게 될 것이며 이에 따라 반대 방향으로의 방향설정에 의해 이러한 지나침을 교정하려고 하나, 이상적 위치를 다시 지나치게 될 것이며; 이는 이상적 위치에 대한 진동 현상을 유발한다.
태양 위치의 함수로서 솔라 패널을 회전시키기 위한 수동 방향설정 장치가 문서 US　2005/284　467에 의해 또한 공지되어 있다. 이러한 방향설정 장치에서, 액체는 피스톤 및 실린더 작동기(actuator)에 연결된 챔버를 채운다. 액체의 팽창은 작동기의 피스톤 막대를 이동시키며 이에 따라 솔라 패널을 이동시킨다. 따라서 이러한 방향설정 장치에서 솔라 패널의 방향설정은 액체 온도의 함수이며 반드시 태양 광선 방향의 함수는 아니다. 특히, 하루의 첫 부분 동안, 챔버는 태양 광선에 노출되지 않으며 액체의 온도는 단지 주변 공기 온도의 함수이다. 또한 태양 광선은 하루의 첫 부분 동안 솔라 패널에 대하여 반드시 수직은 아니다. 유사하게, 하루의 두 번째 부분 동안, 챔버는 태양 광선에 점진적으로 노출되며, 이에 따라 하루의 중간 시점보다 하루의 마지막 시점에서 태양 광선에 더욱 노출된다. 이에 따라 태양 광선은 하루의 두 번째 부분 동안 솔라 패널에 대한 일정한 입사각을 가질 수 없으며, 따라서 태양 광선은 이러한 하루의 두 번째 부분 전반에서 솔라 패널에 수직이 아니다. 더욱이, 주변 온도가 반드시 솔라 패널의 방향설정에 영향을 미친다. 따라서, 특정 조건의 경우 태양 광선은 솔라 패널에 수직이며, 동일 조건이되 다른 주변 온도를 갖는 경우 태양 광선은 솔라 패널에 수직이 아닐 것이다. 더욱이, 상기 장치가 구름 많은 날씨로 인하여 태양에 대하여 완전히 그늘인 경우, 상기 장치는 단지 주변 온도에 의해 정의된 위치로 되돌아 가면, 이러한 위치는 구름이 나타나기 직전에 점유된 위치와 매우 다를 것이다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하고 선행 기술에 공지된 방향설정 방법 및 방향설정 장치를 개선하는 방향설정 방법 및 방향설정 장치를 제공하는 것이다. 특히 본 발명은 솔라 패널의 방향설정의 정확도를 개선할 수 있는 방향설정 방법 및 방향설정 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 방법은 솔라 패널 장치를 방향설정시킬 수 있다. 상기 방법은, 솔라 패널 장치가, 제1 유체 저장소 또는 제2 유체 저장소로부터의 에너지를 이용하여, 제1 방향 및 제2 방향에서, 하나 이상의 축에 대하여 회전하며, 상기 에너지는 태양 복사선에 의해 제공되며 상기 두 저장소는 독립적인 것을 특징으로 한다. 솔라 패널 장치는, 분배기 밸브가 저장소 챔버 중 하나에 의해 작동기 챔버 중 하나의 공급을 중지시킬 때까지, 제1 방향 또는 제2 방향에서, 축에 대하여 회전한다.
솔라 패널 장치는, 제1 저장소의 제1 챔버를 작동기의 제1 챔버에 공기압(pneumatically) 또는 유압(hydraulically)으로 연결함으로써, 제1 방향에서, 축에 대하여 회전할 수 있으며, 솔라 패널 장치는, 제2 저장소의 제2 챔버를 작동기의 제2 챔버에 공기압 또는 유압으로 연결함으로써, 제2 방향에서, 축에 대하여 회전할 수 있다.
제1 분배기 밸브 및 제2 분배기 밸브는, 각각, 제3 챔버, 특히 제1 저장소 내에 포함된 제3 챔버에 함유된 유체의 압력에 의해, 그리고 제4 챔버, 특히 제2 저장소 내에 포함된 제4 챔버에 함유된 유체의 압력에 의해 제어될 수 있다.
솔라 패널 장치는, 제3 및 제4 챔버가
- 태양 광선에 전반적으로 최소한으로 노출되거나, 및/또는
- 태양 광선에 동일하게 노출되거나, 또는
- 태양 광선에 노출되지 않을 때까지,
제1 방향에서 또는 제2 방향에서 축에 대하여 회전할 수 있다.
본 발명의 장치는 축에 대하여 솔라 패널 장치를 방향설정 하기 위한 것이다. 방향설정 장치는 서로 독립적인 적어도 제1 저장소 및 제2 저장소, 그리고 제1 저장소의 제1 챔버 및 제2 저장소의 제2 챔버를 각각 제1 작동기 챔버 및 제2 작동기 챔버에 연결하여 이에 따라 제1 작동기 챔버에 제1 저장소의 제1 챔버로부터의 유체를 공급하고 제2 작동기 챔버에 제2 저장소의 제2 챔버로부터의 유체를 공급할 수 있는 공기압식(hydraulic) 또는 유압식(pneumatic) 수단을 포함한다. 방향설정 장치는 제1 저장소의 제1 챔버 및 제2 저장소의 제2 챔버를 각각 제2 작동기 챔버 및 제1 작동기 챔버에 공기압 또는 유압으로 연결하여 이에 따라 제1 저장소의 제1 챔버에 제2 작동기 챔버로부터의 유체를 공급하고 제2 저장소의 제2 챔버에 제1 작동기 챔버로부터의 유체를 공급할 수 있도록 하는 공기압식 또는 유압식 수단을 포함한다.
방향설정 장치는 두 개의 단동형(single-acting type) 작동기를 포함할 수 있다.
방향설정 장치는 제1 작동기 챔버 및 제2 작동기 챔버를 포함하는 복동형(double-acting type) 작동기를 포함할 수 있다.
공기압식 또는 유압식 연결 수단은 각각 제3 챔버, 특히 제1 저장소 내에 포함된 제3 챔버에 함유된 유체의 압력, 및 제4 챔버, 특히 제2 저장소 내에 포함된 제4 챔버에 함유된 유체의 압력에 의해 제어되는 제1 분배기 밸브 및 제2 분배기 밸브를 포함할 수 있다.
방향설정 장치는 스크린을 포함할 수 있어서 이에 따라 축에 수직인 평면에서의 태양 광선의 투사(projection)가 솔라 패널 장치에 수직일 때, 제3 및 제4 챔버는
- 태양 광선에 전반적으로 최소한으로 노출되거나, 및/또는
- 태양 광선에 동일하게 노출되거나, 또는
- 태양 광선에 노출되지 않는다.
또 다른 양상에서, 장치는 솔라 패널 장치를 축에 대하여 회전시키기 위한 것이며, 적어도 제1 및 제2 독립 저장소 그리고 제1 저장소의 제1 챔버 및 제2 저장소의 제2 챔버를 각각 제1 작동기 챔버 및 제2 작동기 챔버에 연결하여 이에 따라 제1 작동기 챔버에 제1 저장소의 제1 챔버로부터의 유체를 공급하고 제2 작동기 챔버에 제2 저장소의 제2 챔버로부터의 유체를 공급할 수 있는 공기압식 또는 유압식 연결 수단을 포함한다. 공기압식 또는 유압식 연결 수단은 각각 제3 챔버, 특히 제1 저장소 내에 포함된 제3 챔버에 함유된 유체의 압력, 및 제4 챔버, 특히 제2 저장소 내에 포함된 제4 챔버에 함유된 유체의 압력에 의해 제어되는 제1 분배기 밸브 및 제2 분배기 밸브를 포함한다.
본 발명의 태양 에너지 변환 시스템은 앞서 정의된 방향설정 장치 및 솔라 패널 장치를 포함한다.
태양 에너지 변환 시스템은 앞서 정의된 제1 방향설정 장치, 앞서 정의된 제2 방향설정 장치 및 솔라 패널 장치를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 방향설정 장치는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 비-평행(non-parallel) 축에 대하여 회전시키도록 구성되며, 바람직하게는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 직교하거나 또는 실질적으로 직교하는 축에 대하여 회전시키도록 구성된다.
첨부된 도면은 본 발명의 구체 예에 따르는 태양 에너지 변환 시스템을 예를 제시한다.
도 1은 본 발명의 한 구체 예의 태양 에너지 변환 시스템의 기계적 다이어그램이며, 방향설정 장치가 평형 상태에서 제시된다.
도 2는 본 발명의 상기 구체 예의 태양 에너지 변환 시스템의 공기압식 또는 유압식 다이어그램이며, 방향설정 장치가 평형 상태에서 제시된다.
도 3은 본 발명의 상기 구체 예의 태양 에너지 변환 시스템의 기계적 다이어그램이며, 방향설정 시스템이 전이 상태에서 제시된다.
도 4는 본 발명의 상기 구체 예의 태양 에너지 변환 시스템의 공기압식 또는 유압식 다이어그램이며, 방향설정 장치가 전이 상태에서 제시된다.
본 발명의 이론은 유체 팽창 현상의 사용, 및 유체의 팽창이 하나 이상의 축에 대하여 솔라 패널을 회전시키기 위하여 사용되는 하나 이상의 작동기의 챔버 내에서 생성할 수 있는 작동에 기초한 것이다.
일반적으로, 본 발명의 이론은 유체를 팽창시키기 위하여 태양 에너지를 사용하는 것이다. 이러한 팽창은 하나 이상의 작동기를 통하여 솔라 패널을 회전시키기 위한 기계적 작동을 생성한다.
따라서 복수의 챔버 사이의 압력차를 생성시켜 적어도 하나의 작동기 피스톤 막대를 이동시키도록 하여 솔라 패널을 이동시키기 위하여 태양 에너지를 사용하는 것이 목적이다.
압력차는 저장소에 포함된 유체가 태양에 의해 가열될 때 생성된다. 유체가 팽창하며 이에 따라 작동기 피스톤 막대를 밀어서 더 많은 부피를 점유한다. 또 다른 저장소 내의 유체는 상반된 기계적 작동(antagonistic mechanical action)을 수행하는 것을 방지하기 위하여 동일 온도 및 압력 조건 하에서 유지된다. 공기압식 또는 유압식 회로가 이러한 목적을 달성할 수 있다.
도 1 내지 4에 도시된 본 발명의 첫 번째 구체 예의 태양 에너지 변환 시스템(1)은 솔라 패널 장치(3) 및 상기 솔라 패널 장치를 회전시키기 위한 장치(2)를 주로 포함한다. 방향설정 장치는 수동형이며 솔라 패널 장치가 자동으로 회전되도록 하여 태양 복사선(10)이 솔라 패널 장치의 표면에 적어도 실질적으로 수직이 되도록 한다.
솔라 패널 장치는 태양 에너지를 다른 형태의 에너지로 전환한다. 상기 장치는 복수의 태양 에너지 전환 요소를 포함할 수 있다. 솔라 패널 장치는 주로 태양 에너지를 전기 에너지로 전환하기 위한 하나 이상의 요소를 포함할 수 있거나 및/또는 태양 에너지를 유체에 의해 전달된 열 에너지로 전환하기 위한 하나 이상의 요소를 포함할 수 있다.
방향설정 장치(2)는 주로, 축(5)에 대하여 움직일 수 있도록 한쪽 끝단에 솔라 패널 장치가 탑재된 지지체(4), 및 예를 들어 축(5)에 대하여 대칭적으로 장착되고 솔라 패널 장치가 관절연결된(articulated) 2개의 단동형 피스톤-및-실린더 작동기(11, 12)를 포함한다. 작동기의 제1 끝단은 솔라 패널 장치에 관절연결되고, 작동기의 나머지 끝단은 지지체 또는 지지체가 고정된 구조물에 관절연결된다. 따라서, 제1 작동기(11)의 피스톤 막대의 전개(deployment)는 제1 방향에서 축(5)에 대한 솔라 패널 장치의 회전 및 제2 작동기(12)의 피스톤 막대의 수축(retraction)을 유발한다. 대칭적으로, 제2 작동기(12)의 피스톤 막대의 전개는 제2 방향에서 축(5)에 대한 솔라 패널 장치의 회전 및 제1 작동기(11)의 피스톤 막대의 수축을 유발한다. 솔라 패널 장치가 태양 복사선에 대하여 최적으로 회전되도록 하는 것, 특히 태양 광선이 솔라 패널 장치의 표면에 가능한 한 수직이 되도록 회전하도록 하는 것은 이러한 작동기의 작동이다.
방향설정 장치(2)는 또한 저장소(6, 8) 및 상기 저장소를 작동기에 연결하기 위한 공기압식 또는 유압식 수단을 포함한다. 따라서, 작동기에는 공기압식 또는 유압식 연결 수단을 통하여 저장소(6, 8)에 의해 특정 압력의 유체가 공급되며 작동기에 의해 솔라 패널 장치에 인가된 기계적 에너지는 저장소(6, 8)로부터 유래한다.
더욱이, 방향설정 장치(2)는 스크린(7, 9)을 포함한다. 저장소 및 스크린은 운동학적으로 솔라 패널 장치에 연결된다. 저장소 및 스크린은 바람직하게는 솔라 패널 장치에 (직접 또는 간접적으로) 결속된다. 스크린은 시트 금속 또는 금속의 단순한 조각 또는 합성 물질 구조물 섹션으로 구성될 수 있다. 태양 광선이 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 요구되는 방향일 때, 특히 축(5)에 수직인 평면에서 태양 광선의 투사가 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직일 때, 저장소(6, 8)가 태양 광선으로부터 보호되도록 스크린이 배열된다. 그 대신에, 태양 광선이 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 요구되는 방향일 때, 특히 축(5)에 수직인 평면에서 태양 광선의 투사가 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직일 때, 저장소가 태양 광선으로부터 최대한 보호되도록 하거나 및/또는 태양 광선으로부터 동일한 방식으로 보호되도록, 상기 스크린이 배열된다. 더욱이, 태양 광선이 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 요구되는 방향이 아닐 때, 특히 축(5)에 수직인 평면에서 태양 광선의 투사가 솔라 패널 장치의 표면에 대하여 수직 또는 실질적으로 수직이 아닐 때, 저장소가 태양 광선으로부터 동일한 방식으로 보호되지 않도록 상기 스크린이 배열된다.
결과적으로, 저장소가 태양 광선으로부터 동일한 방식으로 보호되지 않을 때, 저장소 중 하나가 다른 것에 비하여 더욱 가열되는데, 예를 들면 제1 저장소(6)가 제2 저장소(8)에 비하여 더 많이 가열되며, 그 결과 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17) 내 유체 압력이 증가한다. 이러한 압력의 증가는 이하에서 상술하는 바와 같이 솔라 패널 장치를 회전시키기 위하여 작동기 중 하나에서 사용될 것인 에너지를 구성하며 상기 솔라 패널 장치는 태양 광선이 자신의 표면에 대하여 가능한 한 수직이 되는 방향을 가진다.
도 2 및 4에 도시된 바와 같이, 저장소를 작동기에 공기압식 또는 유압식으로 연결하기 위한 장치는 파이프(21, 22, 23, 24, 25 및 26) 및 분배기 밸브(13 및 14)를 포함한다. 파이프(21)는 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)를 분배기 밸브(13)에 연결하고, 파이프(23)는 분배기 밸브(13)를 작동기(11)의 제1 챔버(15)에 연결하고, 파이프(25)는 분배기 밸브(13)를 체크 밸브(27)를 통하여 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)에 연결하며, 여기서 상기 체크 밸브(27)는 유체가 단지 분배기 밸브로부터 제2 저장소의 제2 챔버로 유동하도록 한다. 대칭적으로, 파이프(22)는 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)를 분배기 밸브(14)에 연결하고, 파이프(24)는 분배기 밸브(14)를 작동기(12)의 제2 챔버(16)에 연결하고, 파이프(26)는 분배기 밸브(14)를 체크 밸브(28)를 통하여 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)에 연결하며, 여기서 상기 체크 밸브(28)는 유체가 단지 분배기 밸브로부터 제1 저장소의 제1 챔버로 유동하도록 한다
제1 분배기 밸브(13)는 제1 저장소(6)의 제3 챔버(19) 내 유체 압력에 의해 제어되며 스프링에 의해 휴지 위치(rest position)가 된다. 휴지 위치에서, 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)와 작동기(11)의 제1 챔버(15) 사이의 유체의 유동은 방지되며, 작동기(11)의 제1 챔버(15)와 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18) 사이의 유체의 유동은 허용된다. 제1 저장소(6)가 태양 광선에 노출될 때, 제3 챔버(19) 내 유체 압력이 증가하며, 파이프(31)를 통하여 분배기 밸브(13)의 위치 변화를 명령하며, 상기 분배기 밸브(13)는 휴지 위치로부터 제2 위치로 변경되며 상기 제2 위치에서 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)와 작동기(11)의 제1 챔버(15) 사이의 유체의 유동이 허용되며 작동기(11)의 제1 챔버(15)와 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18) 사이의 유체의 유동은 방지된다.
대칭적으로, 제2 분배기 밸브(14)는 제1 저장소(8)의 제4 챔버(20) 내 유체 압력에 의해 제어되며 스프링에 의해 휴지 위치가 된다. 휴지 위치에서, 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)와 작동기(12)의 제2 챔버(16) 사이의 유체의 유동은 방지되며, 작동기(12)의 제2 챔버(16)와 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17) 사이의 유체의 유동은 허용된다. 제2 저장소(8)가 태양 광선에 노출될 때, 제4 챔버(20) 내 유체 압력이 증가하며, 파이프(32)를 통하여 분배기 밸브(14)의 위치 변화를 명령하며, 상기 분배기 밸브(14)는 휴지 위치로부터 제2 위치로 변경되며, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 위치에서 제1 저장소(8)의 제2 챔버(18)와 작동기(11)의 제1 챔버(15) 사이의 유체의 유동이 허용되며 작동기(11)의 제1 챔버(15)와 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18) 사이의 유체의 유동은 방지된다.
본 발명의 한 구체 예의 방향설정 방법을 이하에서 기술한다. 방향설정 방법의 이러한 구체 예는 솔라 패널방향설정 장치를 작동하기 위한 방법의 한 구체 예에 대응한다.
이러한 구체 예에서, 솔라 패널 장치는 제1 유체 저장소 또는 제2 유체 저장소부터의 태양 복사선으로부터 획득한 에너지를 사용하여, 제1 방향 및 제2 방향에서, 축(5)에 대하여 회전하며, 상기 2개의 유체 저장소는 독립적이다.
전술한 바와 같이, 제2 저장소(8)의 제4 챔버(20)가 태양 복사선에 노출될 때(도 3 참조) 이러한 제4 챔버 내에 함유된 유체는 가열되고 팽창되며, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 챔버(20) 내 압력의 증가 및 분배기 밸브(14)의 제2 위치로의 이동을 유발한다. 이는 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)에 함유된 유체가 작동기(12)의 제2 챔버(16)에 공급되도록 하며, 제2 챔버(18) 내 유체는 제2 챔버(16) 내 유체보다 더 높은 압력인데 왜냐하면 제2 챔버(18)에서, 유체가 태양 복사선에 의해 가열되어서 압력 하에 있게 된다. 따라서 작동기(12)의 피스톤 막대가 전개되고, 솔라 패널 장치가 축(5)에 대하여 회전하며, 작동기(11)의 피스톤 막대는 수축한다. 이러한 피스톤 막대(11)의 수축은 작동기(11)의 챔버(15) 내 함유된 유체의 압축에 의해, 그리고 적용가능한 경우, 분배기 밸브(13) 및 체크 밸브(27)를 통한 상기 유체의 제2 저장소(8)의 제1 챔버(18)로의 복귀에 의해 가능하다. 이러한 작동은 챔버(18, 16 및 15) 내 압력이 평형이 될 때까지 또는 분배기 밸브가 휴지 위치로 되돌아갈 때까지 지속된다.
대칭적으로, 제1 저장소(6)의 제3 챔버(19)가 태양 복사선에 노출될 때, 이러한 제3 챔버 내에 함유된 유체는 가열되고 팽창되며, 이는 챔버(19) 내 압력의 증가 및 분배기 밸브(13)의 제2 위치로의 이동을 유발한다. 이는 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)에 함유된 유체가 작동기(11)의 제1 챔버(15)에 공급되도록 하며, 제1 챔버(17) 내 유체는 제1 챔버(15) 내 유체보다 더 높은 압력인데 왜냐하면 제1 챔버(17)에서, 유체가 태양 복사선에 의해 가열되어서 압력 하에 있게 된다.
따라서 작동기(11)의 피스톤 막대가 전개되고, 솔라 패널 장치가 축(5)에 대하여 회전하며, 작동기(12)의 피스톤 막대는 수축한다. 이러한 작동기(12)의 피스톤 막대의 수축은 작동기(12)의 챔버(16) 내 함유된 유체의 압축에 의해, 그리고 적용가능한 경우, 분배기 밸브(14) 및 체크 밸브(28)를 통한 상기 유체의 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)로의 복귀에 의해 가능하다. 이러한 작동은 챔버(17, 16, 및 15) 내 압력이 평형이 될 때까지 또는 분배기 밸브가 휴지 위치로 되돌아갈 때까지 지속된다.
전술한 한 구체 예에서, 그 팽창이 사용되는 유체는 기체이다. 그럼에도 액체의 팽창이 사용되는 동일 원리에 따라 회전하는 솔라 패널 장치의 방향설정을 위한 장치를 고려할 수 있다.
마지막으로, 전술한 구체 예에서, 챔버(19 및 20)는 저장소(6 및 8)의 일부이다. 이러한 챔버는 그럼에도 특히 열 관성 문제(thermal inertia problem)를 해결하기 위하여 저장소에 대하여 독립적일 수 있다. 이들은 제1 및 제2 저장소의 태양 복사선에 대한 노출의 로직과 유사한 노출 로직에 따라 태양 복사선에 노출된다.
도시되지 않은 구체 예에서, 단동형 피스톤-및-실린더 작동기(11 및 12)를 이러한 유형의 단일 복동형 작동기로 대체한다. 사용되는 복동형 작동기는 바람직하게는 관통-막대형(through-rod type)이다(즉, 작동기의 피스톤 막대가 작동기 전체를 관통하여서 챔버들 각각으로부터 보이는 작동기의 피스톤의 영역이 동일하며 두 챔버가 동일 압력일 경우 피스톤은 움직일 수 없다).
솔라 패널 장치의 관절연결 축(5) 및 작동기(11 및 12)의 끝단이 솔라 패널 장치에 관절연결되는 축 또는 중심은 바람직하게는 동일 평면에 포함되거나 실질적으로 포함된다.
스크린은 반사 표면을 가질 수 있으며; 상기 스크린은 특히 포물형 횡단면(parabolic cross section)을 가질 수 있으며, 각각의 스크린의 초점 축이 각각의 저장소 내에 또는 그 근처에 위치하도록 배치될 수 있다. 따라서 스크린의 내부 표면에 도달하는 태양 광선은 저장소를 향하여 반사된다.
본 발명은 방향설정 장치 및 솔라 패널 장치를 포함하는 태양 에너지 전환 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 제1 방향설정 장치 및 제2 방향설정 장치를 포함하는 태양 에너지 전환 장치에 관한 것이며, 상기 제1 및 제2 방향설정 장치는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 비-평행(non-parallel) 축에 대하여 회전시키도록 구성되며, 바람직하게는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 직교하거나 또는 실질적으로 직교하는 축에 대하여 회전시키도록 구성된다. 제1 축은 일일 방향설정(daily orientation)을 가능하게 하고 제2 축은 계절별 방향설정(seasonal orientation)을 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 방향설정 장치는 선행 기술에 공지된 장치의 문제점을 해결한다. 특히, 본 발명의 방향설정 장치는 바람 있는 경우에도 보장되는 솔라 패널 장치의 우수한 유지성(retention)을 가능하게 한다. 이미 구성되었으며 3 bar의 압력에서 솔라 패널 장치의 방향설정을 가능하게 하는 프로토타입은 70　km/h의 바람을 견딘다.
방향설정 장치의 응답성은 다양한 구성 파라미터, 특히 사용되는 유체의 성질의 관점에서 정의될 수 있다.
방향설정 장치는, 흐린 날씨 기간 이후 또는 하루의 시작에서 이상적인 위치로 신속한 복귀를 가능하게 한다. 예를 들면, 이미 구성된 프로토타입의 경우에, 2시간 기간의 흐린 날씨 기간 이후 이상적인 위치로 복귀하는데 7분이 요구된다.
문서 US　2005/284　467에 개시된 장치와는 대조적으로, 흐린 날씨 기간은 솔라 패널 장치의 방향설정의 수정을 야기하지 않는다.
본 명세서에서 두 개의 저장소는 독립적으로 구성된다. "독립적"은 두 저장소가 서로 다른 압력에 놓이게 된다는 것을 의미한다.

Claims (11)

  1. 솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법에 있어서,
    상기 솔라 패널 장치는, 제1 유체 저장소(6) 또는 제2 유체 저장소(8)로부터의 에너지를 이용하여, 제1 방향 및 제2 방향에서, 하나 이상의 축(5)에 대하여 회전하며, 상기 에너지는 태양 복사선에 의해 제공되며 상기 두 저장소는 독립적이며,
    상기 솔라 패널 장치는, 분배기 밸브(13, 14)가 저장소의 챔버 중 하나에 의해 작동기 챔버 중 하나의 공급을 중지시킬 때까지, 제1 방향 또는 제2 방향에서, 축에 대하여 회전함을 특징으로 하는, 솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔라 패널 장치는, 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)를 작동기(11)의 제1 챔버(15)에 공기압 또는 유압으로 연결함으로써, 제1 방향에서, 축(5)에 대하여 회전하며,
    상기 솔라 패널 장치는, 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)를 작동기(12)의 제2 챔버(16)에 공기압 또는 유압으로 연결함으로써, 제2 방향에서, 축(5)에 대하여 회전함을 특징으로 하는, 솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제1 분배기 밸브(13) 및 제2 분배기 밸브(14)는, 각각, 제3 챔버(19), 특히 제1 저장소(6) 내에 포함된 제3 챔버(19)에 함유된 유체의 압력에 의해, 그리고 제4 챔버(20), 특히 제2 저장소(8) 내에 포함된 제4 챔버(20)에 함유된 유체의 압력에 의해 제어됨을 특징으로 하는, 솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법.
  4. 전술한 청구항에 있어서,
    상기 솔라 패널 장치는, 제3 및 제4 챔버가
    - 태양 광선에 전반적으로 최소한으로 노출되거나, 및/또는
    - 태양 광선에 동일하게 노출되거나, 또는
    - 태양 광선에 노출되지 않을 때까지,
    제1 방향에서 또는 제2 방향에서, 축(5)에 대하여 회전함을 특징으로 하는, 솔라 패널 장치(3)의 방향설정 방법.
  5. 축(5)에 대한 솔라 패널 장치(3)의 방향설정을 위한 방향설정 장치(2)에 있어서,
    상기 방향설정 장치는 서로 독립적인 적어도 제1 저장소(6) 및 제2 저장소(8), 그리고 제1 저장소의 제1 챔버(17) 및 제2 저장소의 제2 챔버(18)를 각각 작동기(11)의 제1 챔버(15) 및 작동기(12)의 제2 챔버(16)에 연결하여 이에 따라 제1 작동기 챔버에 제1 저장소의 제1 챔버로부터의 유체를 공급하고 제2 작동기 챔버에 제2 저장소의 제2 챔버로부터의 유체를 공급할 수 있는 공기압식 또는 유압식 수단(13, 14, 21, 22, 23, 24)을 포함하며,
    상기 방향설정 장치는 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17) 및 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)를 각각 작동기(12)의 제2 챔버(16) 및 작동기(11)의 제1 챔버(15)에 공기압 또는 유압으로 연결하여 이에 따라 제1 저장소(6)의 제1 챔버(17)에 작동기(12)의 제2 챔버(16)로부터의 유체를 공급하고 제2 저장소(8)의 제2 챔버(18)에 작동기(11)의 제1 챔버(15)로부터의 유체를 공급하기 위한 공기압식 또는 유압식 수단(13, 14, 23, 24, 25, 26, 27, 28)을 포함함을 특징으로 하는, 방향설정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방향설정 장치는 2개의 단동형 작동기(11, 12)를 포함함을 특징으로 하는, 방향설정 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 방향설정 장치는 제1 작동기 챔버 및 제2 작동기 챔버를 포함하는 복동형 작동기를 포함함을 특징으로 하는, 방향설정 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기압식 또는 유압식 연결 수단은, 각각 제3 챔버(19), 특히 제1 저장소(6) 내에 포함된 제3 챔버(19)에 함유된 유체의 압력, 및 제4 챔버(20), 특히 제2 저장소(8) 내에 포함된 제4 챔버(20)에 함유된 유체의 압력에 의해 제어되는 제1 분배기 밸브(13) 및 제2 분배기 밸브(14)를 포함함을 특징으로 하는, 방향설정 장치.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방향설정 장치는 스크린(7, 9)을 포함하여 이에 따라 축(5)에 수직인 평면에서의 태양 광선의 투사(projection)가 솔라 패널 장치에 수직일 때, 제3 및 제4 챔버는
    - 태양 광선에 전반적으로 최소한으로 노출되거나, 및/또는
    - 태양 광선에 동일하게 노출되거나, 또는
    - 태양 광선에 노출되지 않는 것을 특징으로 하는, 방향설정 장치.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 방향설정 장치(2) 및 솔라 패널 장치(3)를 포함하는, 태양 에너지 변환 시스템(1).
  11. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 제1 방향설정 장치(2), 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따르는 제2 방향설정 장치(2) 및 솔라 패널 장치(3)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 방향설정 장치는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 비-평행(non-parallel) 축에 대하여 회전시키도록 구성되며, 바람직하게는 상기 솔라 패널 장치를 두 개의 직교하거나 또는 실질적으로 직교하는 축에 대하여 회전시키도록 구성됨을 특징으로 하는, 태양 에너지 변환 시스템(1).
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