KR20120139297A

KR20120139297A - 태양광 트래커

Info

Publication number: KR20120139297A
Application number: KR1020110059028A
Authority: KR
Inventors: 은종만
Original assignee: 주식회사 삼광산전
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2012-12-27
Also published as: KR101266269B1

Abstract

본 발명은 태양판 및 고도측정센서가 결합되는 상부프레임; 상부는 상부프레임의 하부와 결합되고, 하부에 방위측정센서가 결합되는 하부프레임; 태양의 고도에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부에 의해 상부프레임의 각도를 조절하며 구동되는 제1구동부; 태양의 방위에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부에 의해 하부프레임의 위치가 회전하며 구동되는 제2구동부; 태양의 고도 및 방위, 고도측정센서의 고도 측정값, 방위측정센서의 방위 측정값에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 제어하는 제어부; 및 하부프레임의 하단부에 결합되는 이동수단;을 구현한 바, 고도측정센서가 결합된 상부프레임과 방위측정센서가 결합된 하부프레임으로부터 태양광 트래커의 현재 고도 및 방위를 제어부에서 입력받아 일년간의 태양의 남중고도 좌표에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 상부프레임의 각도 및 하부프레임의 회전을 자동으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

Description

태양광 트래커{Solar energy tracker}

본 발명은 태양광을 전기에너지로 변환하는 태양광 발전기에서 태양광의 입사위치에 따라 가변하면서 태양광이 최적으로 입사될 수 있도록 태양광집광기의 각도를 자동으로 조절하는 태양광 트랙커에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고도측정센서와 방위측정센서를 이용하여 태양광이 최적으로 입사될 수 있도록 상부프레임의 각도를 조절하되, 보다 안정적인 메커니즘으로 추적장치를 구동할 수 있도록 하는 태양광 트래커에 관한 것이다.

일반적으로 태양광 발전기는 태양전지와 축전지 그리고 전력변환장치로 구성되어 있으며, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판으로 태양광을 집광하여 광에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전설비이다. 이와 같은, 태양광 발전기는 태양전지의 설치수량에 따라 발전용량이 달라지므로 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있어서 대규모 발전뿐만 아니라 소규모 발전이 가능하여 가정용, 산업용으로 널리 이용되고 있는 추세이다.

이러한, 태양광 발전기는 태양광 집광판의 설치방식에 따라 고정형과 태양 추적형으로 구분할 수 있다.

고정형 태양광 발전기는 일조량을 가장 많이 받을 수 있는 각도로 태양광 집판이 고정된 형태인데, 이는 구조가 단순하여 설치가 용이하고, 내구성이 높아 유지보수가 간편하다는 장점이 있지만, 태양광의 입사각에 따라 발전량의 편차가 심하여 평균 발전효율이 좋지 않다는 단점이 있다.

한편, 태양 추적형 태양광 발전기는 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 운동을 추적하도록 태양광 집광판을 회전시키는 1축 회전식과, 태양의 남중고도 변화까지 추적하도록 태양전지 모듈을 회전시키는 2축 회전식으로 구분할 수 있는데, 1축 회전식은 상대적으로 구동장치의 구조가 간단하지만 2축 회전식에 비해 발전효율이 떨어지는 문제점이 있고, 이에 비해 2축 회전식은 태양광의 입사방향이 태양전지 모듈과 항상 수직을 이루어 발전효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

이와 같은, 태양 추적형 태양광 발전기들은 크게 보아 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 작동되어 태양을 추적하는 좌표 계산방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서방식의 두 가지로 분류할 수 있다.

그러나, 전술한 좌표 계산방식은 일기상태에 구애받지 않고 태양을 추종할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적으로 교정 작업을 하여야 하므로 유지, 보수의 번거로움이 있고, 광센서 방식은 그 구조가 비교적 간결하다는 장점은 있으나 날씨가 흐린 경우에는 태양의 추적이 불가능하고 이러한 상태로 시간이 경과되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우에는 태양이 추적 장치의 추적가능범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 될 수도 있어서 작동의 연속성이 유지되기 어렵다는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고도측정센서가 결합된 상부프레임과 방위측정센서가 결합된 하부프레임으로부터 태양광 트래커의 현재 고도 및 방위를 제어부에서 입력받아 일년간의 태양의 남중고도 좌표에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 상부프레임의 각도 및 하부프레임의 회전을 자동으로 제어하는 태양광 트래커를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 태양판 및 고도측정센서가 결합되는 상부프레임; 상부는 상부프레임의 하부와 결합되고, 하부에 방위측정센서가 결합되는 하부프레임; 태양의 고도에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부에 의해 상부프레임의 각도를 조절하며 구동되는 제1구동부; 태양의 방위에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부에 의해 하부프레임의 위치가 회전하며 구동되는 제2구동부; 태양의 고도 및 방위, 고도측정센서의 고도 측정값, 방위측정센서의 방위 측정값에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제1구동부 및 제2구동부의 구동을 제어하는 제어부; 및 하부프레임의 하단부에 결합되는 이동수단;을 포함한다.

또한, 제1구동부는 제어부의 제어에 기초하여 구동되는 제1모터; 제1모터의 회전축이 수직변환되는 제1회전축 변환 수단; 제1회전축 변환 수단에서 연장된 제1회전축의 양측에 결합되며, 제1회전축의 회전력을 전달받아 회전되는 한쌍의 제1스프로켓; 제1스프로켓의 회전력을 전달받아 회전되고, 상부프레임의 양측부에 결합되어 제1회전축의 회전력을 상부프레임에 전달하는 한쌍의 제2스프로켓; 및 제1스프로켓과 제2스프로켓을 연결하여 제1스프로켓의 회전력을 제2스프로켓에 전달하는 제1체인;를 포함한다.

또한, 제2구동부는 제어부의 제어에 기초하여 구동되는 제2모터; 제1모터의 회전축이 수직변환되는 제2회전축 변환 수단; 제2회전축 변환 수단에서 연장된 제2회전축에 결합되며, 제2회전축의 구동력을 전달받아 회전되는 제3스프로켓; 제3스프로켓의 회전력을 전달받아 회전되고, 하부프레임의 하부에 결합되어 제2회전축의 구동력을 하부프레임에 전달하는 제4스프로켓; 제3스프로켓과 제4스프로켓을 연결하여 제3스프로켓의 회전력을 제4스프로켓에 전달하는 제2체인; 및 제4스프로켓의 중심에서 수직방향으로 연장된 제3회전축과 하부프레임의 하부에 결합된 방위측정센서에서 연장된 제4회전축을 연결하여 제4스프로켓의 회전력을 방위측정센서에 전달하는 벨트;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 고도측정센서가 결합된 상부프레임과 방위측정센서가 결합된 하부프레임으로부터 태양광 트래커의 현재 고도 및 방위를 제어부에서 입력받아 일년간의 태양의 남중고도 좌표에 기초하여 상부프레임에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 상부프레임의 각도 및 하부프레임의 회전을 자동으로 제어할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트래커의 결합 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트래커의 하부프레임의 일부를 제거한 분해 사시도이다.

이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 트래커의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트래커의 결합 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트래커의 하부프레임의 일부를 제거한 분해 사시도이다.

태양광 트래커(100)는 상부프레임(110), 하부프레임(120), 제1구동부(130), 제2구동부(140), 제어부(150) 및 이동수단(160)을 포함한다.

상부프레임(110)은 상부에 태양판(111) 및 고도측정센서(112)가 결합되는 것으로, 하부에는 후술할 하부프레임(120)의 상부가 결합된다. 여기서, 고도측정센서(112)는 상부프레임(110)의 각도에 기초하여 고도를 측정하는 것으로, 이와 같은, 고도측정센서(112)에서 측정된 상부프레임(110)의 각도는 후술할 제어부(150)에 전송된다.

하부프레임(120)은 상부에 상부프레임(110)의 하부가 결합되고, 하부에 방위측정센서(121)가 결합된다. 여기서, 방위측정센서(121)는 하부프레임(120)의 회전에 기초하여 방위를 측정하는 것으로, 이와 같은, 방위측정센서(121)에서 측정된 하부프레임(120)의 방위는 후술할 제어부(150)에 전송된다.

제1구동부(130)는 태양의 고도에 기초하여 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부(150)에 의해 상부프레임(110)의 각도를 조절하며 구동되는 것으로, 이와 같은, 제1구동부(130)는 제1모터(131), 제1회전축 변환 수단(132), 제1스프로켓(134), 제2스프로켓(135) 및 제1체인(136)을 포함한다.

제1모터(131)는 제어부(150)의 제어에 기초하여 구동되는 것으로, 여기서, 제1모터(131)는 전기모터가 사용될 수 있다. 이와 같은, 제1모터(131)에서 연장된 회전축은 후술할 제1회전축 변환 수단(132)에 결합된다.

제1회전축 변환 수단(132)은 제1모터(131)의 회전축이 수직변환되는 것으로, 예를들어, 제1모터(131)가 수평방향으로 회전할 경우 제1회전축 변환 수단(132)은 이를 수직방향으로 회전하도록 변환한다. 이와 같은, 제1회전축 변환 수단(132)은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략한다. 또한, 제1회전축 변환 수단(132)에서 변환된 회전축은 제1회전축 변환 수단(132)에서 연장된 제1회전축(133)에 의해 제1회전축 변환 수단(132)의 양측부로 전달된다. 이와 같은, 제1회전축(133)은 후술할 제1스프로켓(134)과 결합되어 제1회전축(133)의 회전력을 제1스프로켓(134)에 전달한다.

제1스프로켓(134)은 제1회전축 변환 수단(132)에서 연장된 제1회전축(133)의 양측에 결합되며 제1회전축(133)의 구동력을 전달받아 회전되며, 제1회전축(133)의 양측에 한쌍이 결합된다. 이와 같은, 제1스프로켓(134)은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다. 또한, 제1스프로켓(134)이 제1회전축(133)으로부터 전달받은 회전력은 후술할 제2스프로켓(135)으로 전달되는데 이 때 회전력 전달의 매개체로 사용되는 수단이 제1체인(136)이며, 이와 같은, 제1체인(136)에 대한 자세한 설명은 뒤에서 하기로 한다.

제2스프로켓(135)은 제1스프로켓(134)의 회전력을 전달받아 회전되고, 상부프레임(110)의 양측부에 결합되어 제1회전축(133)의 회전력을 상부프레임(110)에 전달하는 것으로, 이와 같은, 제2스프로켓(135)은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다.

제1체인(136)은 제1스프로켓(134)과 제2스프로켓(135)을 연결하여 제1스프로켓(134)의 회전력을 제2스프로켓(135)에 전달하는 것으로, 이와 같은, 제1체인(136)은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다.

제2구동부(140)는 태양의 방위에 기초하여 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부(150)에 의해 하부프레임(120)의 위치가 회전하며 구동된다. 이와 같은, 제2구동부(140)는 제2모터(141), 제2회전축 변환 수단(142), 제3스프로켓(144), 제4스프로켓(145), 제2체인(146) 및 벨트(148)을 포함한다.

제2모터(141)는 제어부(150)의 제어에 기초하여 구동되는 것으로, 여기서, 제2모터(141)는 전기모터가 사용될 수 있다. 이와 같은, 제2모터(141)에서 연장된 회전축은 후술할 제2회전축 변환 수단(142)에 결합된다.

제2회전축 변환 수단(142)은 제2모터(141)의 회전축이 수직변환되는 것으로, 예를 들어, 제2모터(141)가 수평방향으로 회전할 경우 제2회전축 변환 수단(142)은 이를 수직방향으로 회전하도록 변환한다. 이와 같은, 제2회전축 변환 수단(142)은 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이므로 자세한 설명은 생략한다. 또한, 제2회전축 변환 수단(142)에서 변환된 회전축은 제2회전축 변환 수단(142)에서 연장된 제2회전축(143)에 의해 후술할 제3스프로켓(144)과 결합되어 제2회전축(143)의 회전력을 제3스프로켓(144)에 전달한다.

제3스프로켓(144)은 제2회전축 변환 수단(142)에서 연장된 제2회전축(143)에 결합되며, 제2회전축(143)의 구동력을 전달받아 회전된다. 이와 같은, 제3스프로켓(0은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다. 또한, 제3스프로켓(144)이 제2회전축(143)으로부터 전달받은 회전력은 후술할 제4스프로켓(145)으로 전달되는 데 이때 회전력 전달의 매개체로 사용되는 수단이 제2체인(146)이며, 이와 같은, 제2체인(146)에 대한 자세한 설명은 뒤에서 하기로 한다.

제4스프로켓(145)은 제3스프로켓(144)의 회전력을 전달받아 회전되고, 하부프레임(120)의 하부에 결합되어 제2회전축(143)의 구동력을 하부프레임(120)에 전달하는 것으로, 이와 같은, 제4스프로켓(145)은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다.

제2체인(146)은 제3스프로켓(144)과 제4스프로켓(145)을 연결하여 제3스프로켓(144)의 회전력을 제4스프로켓(145)에 전달하는 것으로, 이와 같은, 제2체인(146)은 부식이 되지 않고 내구성이 강한 티타늄 소재나 알루미늄 소재가 사용될 수 있다.

벨트(148)는 제4스프로켓(145)의 중심에서 수직방향으로 연장된 제3회전축(147)과 하부프레임(120)의 하부에 결합된 방위측정센서(121)에서 연장된 제4회전축(149)을 연결하여 제4스프로켓(145)의 회전력을 방위측정센서(121)에 전달하는 것으로, 이와 같은, 벨트(148)는 합성고무 소재를 사용하여 벨트(148)가 제3회전축(147) 및 제4회전축(149)에서 미끄러지지 않도록 한다.

제어부(150)는 태양의 고도 및 방위, 고도측정센서(112)의 고도 측정값, 방위측정센서(121)의 방위 측정값에 기초하여 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제1구동부(130) 및 제2구동부(140)의 구동을 제어한다. 이와 같은, 제어부(150)는 일년동안의 태양의 남중고도 좌표가 저장되어 있어 현재 태양광 트래커(100)의 고도 및 방위를 고도측정센서(112) 및 방위측정센서(121)로부터 전달받아 저장되어 있는 일년동안의 태양의 남중고도 좌표와 일치시킨다.

이동수단(160)은 하부프레임(120)의 하단부에 결합되는 것으로, 태양광 트래커(100)의 장소를 이동시킬경우에 사용된다.

본 명세서에는 본 발명에 따른 태양광 트래커의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 특허청구범위 및 첨부도면의 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

100 : 태양광 트래커 110 : 상부프레임
111 : 태양판 112 : 고도측정센서
120 : 하부프레임 121 : 방위측정센서
130 : 제1구동부 131 : 제1모터
132 : 제1회전축 변환 수단 133 : 제1회전축
134 : 제1스프로켓 135 : 제2스프로켓
136 : 제1체인 140 : 제2구동부
141 : 제2모터 142 : 제2회전축 변환 수단
143 : 제2회전축 144 : 제3스프로켓
145 : 제4스프로켓 146 : 제2체인
147 : 제3회전축 148 : 벨트
149 : 제4회전축 150 : 제어부
160 : 이동수단

Claims

태양판(111) 및 고도측정센서(112)가 결합되는 상부프레임(110);
상부는 상기 상부프레임(110)의 하부와 결합되고, 하부에 방위측정센서(121)가 결합되는 하부프레임(120);
태양의 고도에 기초하여 상기 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부(150)에 의해 상기 상부프레임(110)의 각도를 조절하며 구동되는 제1구동부(130);
태양의 방위에 기초하여 상기 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 제어부(150)에 의해 상기 하부프레임(120)의 위치가 회전하며 구동되는 제2구동부(140);
태양의 고도 및 방위, 상기 고도측정센서(112)의 고도 측정값, 상기 방위측정센서(121)의 방위 측정값에 기초하여 상기 상부프레임(110)에 입사되는 태양광의 입사각이 수직이 되도록 상기 제1구동부(130) 및 상기 제2구동부(140)의 구동을 제어하는 제어부(150); 및
상기 하부프레임(120)의 하단부에 결합되는 이동수단(160);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 트래커.
제1항에 있어서
상기 제1구동부(130)는,
상기 제어부(150)의 제어에 기초하여 구동되는 제1모터(131);
상기 제1모터(131)의 회전축이 수직변환되는 제1회전축 변환 수단(132);
상기 제1회전축 변환 수단(132)에서 연장된 제1회전축(133)의 양측에 결합되며, 상기 제1회전축(133)의 회전력을 전달받아 회전되는 한쌍의 제1스프로켓(134);
상기 제1스프로켓(134)의 회전력을 전달받아 회전되고, 상기 상부프레임(110)의 양측부에 결합되어 상기 제1회전축(133)의 회전력을 상기 상부프레임(110)에 전달하는 한쌍의 제2스프로켓(135); 및
상기 제1스프로켓(134)과 상기 제2스프로켓(135)을 연결하여 상기 제1스프로켓(134)의 회전력을 상기 제2스프로켓(135)에 전달하는 제1체인(136);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 트래커.
제1항에 있어서
상기 제2구동부(140)는,
상기 제어부(150)의 제어에 기초하여 구동되는 제2모터(141);
상기 제1모터(131)의 회전축이 수직변환되는 제2회전축 변환 수단(142);
상기 제2회전축 변환 수단(142)에서 연장된 제2회전축(143)에 결합되며, 상기 제2회전축(143)의 구동력을 전달받아 회전되는 제3스프로켓(144);
상기 제3스프로켓(144)의 회전력을 전달받아 회전되고, 상기 하부프레임(120)의 하부에 결합되어 상기 제2회전축(143)의 구동력을 상기 하부프레임(120)에 전달하는 제4스프로켓(145);
상기 제3스프로켓(144)과 상기 제4스프로켓(145)을 연결하여 상기 제3스프로켓(144)의 회전력을 상기 제4스프로켓(145)에 전달하는 제2체인(146); 및
상기 제4스프로켓(145)의 중심에서 수직방향으로 연장된 제3회전축(147)과 상기 하부프레임(120)의 하부에 결합된 상기 방위측정센서(121)에서 연장된 제4회전축(149)을 연결하여 상기 제4스프로켓(145)의 회전력을 상기 방위측정센서(121)에 전달하는 벨트(148);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 트래커.