KR20130026324A - 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치 - Google Patents

태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세에 따라 태양전지가 장착된 차체 패널의 기울기를 조절하여 태양광의 집광을 최적화시키는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 상단면에 태양전지가 장착되어 있는 차체 패널; 상기 차체 패널의 하단면에 설치되며, 상하로 전후진 동작하게 되는 높이조절용 액츄에이터; 차량에 탑재된 각종 센서에서 출력되는 신호를 종합적으로 이용하여 상기 액츄에이터의 동작을 제어하는 통합제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치를 제공한다.

Description

태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치 {Sunray tracking solar cell apparatus for automibile}
본 발명은 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세에 따라 태양전지가 장착된 차체 패널의 기울기를 조절하여 태양광의 집광을 최적화시키는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치에 관한 것이다.
최근 친환경 에너지 분야에 대한 관심이 집중됨에 따라 태양전지와 같은 광전변환 소자에 대한 자동차 적용 연구가 많이 진행되고 있다. 특히, 최근에는 고효율 그린 자동차인 HEV(Hybrid Electric Vehicle)의 차체 상면에 실리콘 태양전지 패널이 설치된 선루프가 채택되는 등 자동차용 태양전지에 대한 개발 기대가 높아지고 있다.
그러나, 자동차에 장착된 태양전지의 경우 이동수단인 자동차의 특성상 차량의 위치 및 자세에 따라 태양광 집광율이 계속적으로 변화하게 되고, 이에 태양광 집광율을 항상 최적화시킬 수 없기에, 실제 발전가능한 효율에 비해 낮은 효율을 가지게 되는 단점이 있다.
또한, 일반적으로 건물의 외벽이나 지붕과 같은 곳에 설치되는 태양전지의 면적에 비해 자동차에 설치되는 태양전지는 실질적으로 설치 가능한 공간이 한정되어 있으므로 가급적 최소한의 면적에서 최대 발전효율을 얻는 것이 중요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 태양전지가 장착되어 있는 자동차 차체 패널의 하단면에 이 차체 패널을 승강 동작시킬 수 있는 다수의 액츄에이터를 장착하고, 이 액츄에이터를 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세에 따라 동작 제어하여 태양전지가 장착된 차체 패널의 기울기를 조절하여 태양광의 집광을 최적화시킬 수 있는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 상단면에 태양전지가 장착되어 있는 차체 패널; 상기 차체 패널의 하단면에 설치되며, 상하로 전후진 동작하게 되는 높이조절용 액츄에이터; 차량에 탑재된 각종 센서에서 출력되는 신호를 종합적으로 이용하여 상기 액츄에이터의 동작을 제어하는 통합제어기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 높이조절용 액츄에이터는 차체 패널의 하단면 모서리 부분에 각각 장착되고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 패널의 모서리 부분을 들어올리거나 내려주게 되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게, 상기 높이조절용 액츄에이터는 차체 패널의 하단면 가장자리 중앙부에 각각 장착되고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 패널의 가장자리 부분을 들어올리거나 내려주게 되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 각종 센서로는 외기온도센서, 지피에스(GPS), 지자기센서 및 틸트센서를 사용할 수 있으며, 통합제어기는 상기 센서 중 선택된 하나 이상의 센서로부터 수신한 신호를 이용하여 액츄에이터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치에 의하면 자동차의 차체 패널에 장착된 태양전지가 차량에 탑재된 센서의 정보 신호를 통해 태양광을 추적할 수 있게 되어 항상 최적으로 태양광을 집광할 수 있고, 이에 태양광의 집적율을 최대로 향상시킬 수 있으며, 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세 등과 상관없이 발전효율을 최대로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치를 나타낸 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치를 나타낸 개략적인 구성도
도 3 내지 6은 본 발명에 따른 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치의 작동상태를 나타낸 예시도
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 태양광의 조사각도에 따라 태양전지가 설치된 차체 패널의 자세를 가변적으로 변경 제어할 수 있는 자동차용 태양전지 장치에 관한 것으로, 차량에 탑재된 각종 센서에서 출력되는 신호를 통합적으로 이용하여 제어하는 통합제어기에 의해 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세에 따라 차체 패널을 일측으로 기울어지게 움직일 수 있도록 함에 특징이 있다.
이에 본 발명은 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세에 따라 차체 패널에 설치된 태양전지의 기울기를 제어하여 태양광의 집광을 최적화할 수 있도록 구성된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 태양전지 장치는 상단면에 태양전지가 장착되어 있는 차체 상면 패널(11), 상기 차체 상면 패널(11)의 하단면에 설치되며 상하로 전후진 동작하게 되는 높이조절용 액츄에이터(18), 차량에 탑재된 각종 센서(17)에서 출력되는 신호를 통합적으로 이용하여 상기 액츄에이터(18)의 동작을 제어하는 통합제어기(16)를 포함하여 구성된다.
상기 태양전지가 설치된 차체 상면 패널(11)의 각도 조절은 상기 높이조절용 액츄에이터(18)의 동작에 의해 자유자재로 조절될 수 있다.
일실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 높이조절용 액츄에이터(18a)는 차체 상면 패널(11)의 하단면 모서리 부분에 각각 장착될 수 있고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 상면 패널(11)의 모서리 부분을 들어올리거나 내려서 복귀시켜주게 된다.
이때, 상하방향으로 승강하게 되는 차체 상면 패널(11)을 안정적으로 지지하기 위하여, 차체 상면 패널(11)의 모서리 부분 사이, 즉 차체 상면 패널(11)의 가장자리 부분의 중앙부(혹은 이하 가장자리 중앙부라고 함)에도 상기 액츄에이터(18b)를 배치할 수 있다.
또는 다른 실시예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 높이조절용 액츄에이터(18c)는 차체 상면 패널(11)의 하단면 가장자리 중앙부에 각각 장착될 수 있고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 상면 패널(11)의 가장자리 부분을 들어올리거나 내려서 복귀시켜주게 된다.
도 1과 같이 액츄에이터(18a)가 차체 상면 패널(11)의 모서리 부분에 배치되는 경우, 통합제어기(16)의 제어에 의해 차체 상면 패널(11)의 모서리 부분 중 선택된 하나 이상의 모서리 부분을 들어올리거나 내려주게 되며, 이때 상기 차체 상면 패널(11)의 모서리 부분 중 한 곳을 제외하고 나머지 부분을 전부 들어올림에 의해 차체 상면 패널(11)의 좌측 전방, 좌측 후방, 우측 전방 및 우측 후방 중 한 부분이 들어올려지게 된다.
도 6을 참조하면, 차체 상면 패널(11)의 좌측 전방의 모서리 부분을 제외한 나머지 부분을 들어올림에 의해 차체 상면 패널(11)이 우측 후방으로 들어올려지게 되며, 이때 우측 후방의 액츄에이터(18a)가 가장 길게 연장 또는 신장되고, 좌측 후방 및 우측 전방의 액츄에이터(18a)와 가장자리 중앙부의 액츄에이터(18b)는 차체 상면 패널(11)이 들어올려진 기울기에 따라 적절한 길이로 연장된다.
즉, 모서리 부분이 들어올려짐에 따른 차체 상면 패널(11)의 기울기에 따라 각각의 액츄에이터(18)가 적절하게 연장되어 차체 상면 패널(11)을 지지해주게 된다.
그리고, 일직선상에서 배치된 액츄에이터(18)들이 길게 연장됨에 의해 차체 상면 패널(11)은 도 4 및 도 5와 같이 차량 후방부 또는 차량 우측부가 들어올려질 수 있으며, 이와 반대 형태로 들어올려짐도 물론 가능하다. 즉, 태양광의 조사각도(혹은 태양의 위치)에 따라 차체 상면 패널(11)의 전후좌우 중 일측의 가장자리 부분을 들어올리거나 내려서 복귀시켜 줄 수 있다.
상기와 같은 액츄에이터(18)의 동작은 모두 통합제어기(16)에 의해 제어되어진다.
즉, 차량에 탑재된 다양한 종류의 센서(17)들로부터 출력되는 정보를 이용하여 각 액츄에이터(18)의 동작을 통합적으로 제어하는 통합제어기(16)에 의해 차체 상면 패널(11)의 하단면에 설치된 액츄에이터(18)의 연장 및 수축 길이가 결정되고, 이에 의해 차체 상면 패널(11)의 기울기가 제어된다.
이와 같이 태양전지가 장착된 차체 상면 패널(11)은 높이조절용 액츄에이터(18)에 의해 차량의 전후좌우 및 대각선 방향으로 자유롭게 움직여 들어올려질 수 있으며, 이에 태양광의 위치에 따라 차체 상면 패널(11)의 자세(혹은 기울기)가 변경 조절되어 태양광의 조사각도와 차량의 위치 및 자세 등에 따라 태양광의 집광율을 최대로 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 차체 상면 패널(11)의 하단면에는 각 모서리 부분 및 가장자리 중앙부에 패널 지지부(12)가 장착되고, 이 패널 지지부(12)와 차량 상면부(10) 사이에 상기 높이조절용 액츄에이터(18)가 장착된다.
상기 높이조절용 액츄에이터(18)는 상하로 전후진 동작하여 연장되거나 수축될 수 있으며 이에 의해 각 지지대(13)를 상하로 전후진 동작시켜 차체 상면 패널(11)을 들어올려주거나 내려서 복귀시킬 수 있는 기구이면 모두 적용 가능하며, 통상의 액츄에이터를 구성하는데 이용되는 부품을 사용할 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 높이조절용 액츄에이터(18)는 차량 상면부(10)에 장착된 전동모터(15), 상기 전동모터(15)의 구동축에 결합된 피니언(미도시), 일측이 상기 피니언에 치합되고 타측이 지지대에 결합되어 상기 지지대(13)의 가이드를 따라 상하로 전후진 동작하는 랙기어(14) 및 상기 랙기어(14)의 타측이 삽입되고 패널 지지부(12)의 하단면에 결합되는 지지대(13)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 가이드는 지지대(13)의 내벽면에 형성되어 랙기어(14)의 상하 이동을 안내하는 역할을 한다.
이 외에 상기 높이조절용 액츄에이터(18)는 유압식, 공압식, 전기식 및 기계식 실린더기구 등 어떠한 것을 사용하여도 상관없으며 이들을 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
아울러 기어 부품은 웜기어, 베벨기어 등 적절한 기어를 다양하게 사용할 수 있다.
한편, 통합제어기(16)에 높이조절용 액츄에이터(18)의 동작 제어를 위한 정보를 제공하는 센서(17)로는 대표적인 차량의 센서류인 외기온도센서, 지피에스(GPS:global positioning system), 지자기센서 및 틸트센서 등을 사용할 수 있고, 이 외에도 차량에 탑재가능한 센서류는 모두 사용 가능하며, 통합제어기(16)는 상기 센서 중 선택된 하나 이상의 센서로부터 수신한 신호를 이용하여 액츄에이터(18)의 동작을 제어하게 된다.
상기 외기온도센서는 차량의 외부온도를 감지하는 센서로 이를 이용하여 현재 태양광의 세기를 알 수 있으며, 지피에스(GPS)는 차량의 위치를 파악할 수 있는 센서장치로 이를 이용하여 차량의 절대시간을 알 수 있으며 이에 차량의 현위치뿐만 아니라 현재 태양의 고도 정보를 알 수 있다.
지자기센서는 지구에 흐르는 미약한 자기장의 방향을 감지하여 차량의 이동방향을 감지하는 센서로 이를 이용하여 차량의 이동방향을 알 수 있으며, 틸트 센서는 차량이 전후좌우로 기울어진 현재 상태(차량의 현자세)를 감지할 수 있는 센서로 이를 이용하여 현재 차량의 기울어진 정도(혹은 기울기)를 알 수 있다.
이에 통합제어기(16)는 상기와 같은 센서(17)들로부터 얻는 정보를 종합적으로 이용하여 태양광의 조사각도 및 차량의 위치와 자세에 따라 차체 상면 패널(11)에 장착된 태양전지의 기울기를 최적화할 수 있다.
상기와 같은 센서류(17)는 최소 한 개 내지 다수 개가 이용될 수 있으나, 효과적인 태양광 추적을 위하여 다양한 종류의 센서 신호를 통합제어기(16)에 제공하여 종합적으로 이용하여 제어함이 바람직하다.
즉, 다양한 종류의 센서 중 하나의 센서를 이용하는 것보다 여러 종류의 센서를 이용하여 외기온도, 차량의 위치 및 자세(혹은 기울기), 차량의 이동방향 및 태양의 고도 등의 정보를 종합하여 차체 상면 패널(11)에 위치한 태양전지를 태양의 위치에 따라 최적의 상태로 움직이게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 차체 상면 패널(11)의 기울기 자세는 외기온도센서, 지피에스(GPS), 지자기센서 및 틸트 센서 등의 자동차 센서류(17)에서 전송되는 정보신호를 통하여 현대 태양광의 세기 및 태양의 고도, 차량의 위치 및 기울기 등을 알 수 있으며, 이러한 정보들을 종합하여 태양광의 조사각도에 대한 차체 상면 패널(11)의 최적 위치 및 자세를 결정할 수 있게 되고, 이에 따라 통합제어기(16)는 각 액츄에이터(18)의 동작을 제어하여 차체 상면 패널(11)이 최적의 위치 및 자세를 갖도록 제어한다.
아울러, 높이조절용 액츄에이터(18)의 동작에 의한 차체 상면 패널(11)의 기울기 자세는 다음과 같이 다양한 형태로 제어될 수 있다.
도 3 내지 6은 도 1의 실시예에 대한 작동상태를 나타낸 예시도로, 통합제어기와 각종 센서는 생략하고 도시하였다.
도 3은 차량 상면부(10)에 차체 상면 패널(11)이 밀착되어 있는 상태로, 모든 액츄에이터(18)가 동작하기 전의 상태로서 수축되어 있으며, 이에 차량 상면부(10)의 개구부가 닫힌 상태가 된다.
도 4는 일반적인 선루프와 같이 틸트(TILT)된 상태로, 차체 상면 패널(11)이 전방으로 기울어져 (차체 상면 패널(11)의 전방부가 차량 상면부(10)에 밀착되고) 후방부가 들어올려진 상태를 나타내고 있다. 물론, 이와 반대로 차체 상면 패널(11)이 후방으로 기울어져 (차체 상면 패널(11)의 후방부가 차량 상면부(10)에 밀착되고) 전방부가 들어올려진 상태로 기울어짐도 가능하다.
도 5는 도 4와 유사하나, 차체 상면 패널(11)이 좌측으로 기울어져 차체 상면 패널(11)의 좌측부가 차량 상면부(10)에 밀착되고 우측부가 들어올려진 상태를 나타내고 있다. 마찬가지로, 이와 반대로 차체 상면 패널(11)이 우측으로 기울어져 차체 상면 패널(11)의 우측부가 차량 상면부(10)에 밀착되고 좌측부가 들어올려진 상태로 기울어짐도 가능하다.
전술하였듯이, 도 6은 차체 상면 패널(11)의 좌측 전방부를 제외한 나머지 부분이 들어올려진 상태를 나타낸 도면으로, 차체 상면 패널(11)의 좌측 전방부가 차량 상면부(10)에 밀착되고 그 외 나머지 부분이 액츄에이터(18)에 의해 들어올려져 있다. 이 외에 상기 차체 상면 패널(11)은 좌측 후방부, 우측 전방부 및 우측 후방부 중 한 부분으로 기울어져 상기 좌측 후방부, 우측 전방부 및 우측 후방부 중 한 부분을 제외한 나머지 부분이 들어올려진 상태로 기울어짐도 가능하다.
이와 같이 본 발명은 태양의 위치에 따라 차체 상면 패널(11)이 자유도를 가지고 다양하게 움직임이 가능하므로 차체 상면에 장착된 태양전지의 발전효율을 면적 대비 최대로 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 차체 상면 패널(11)은 차체의 일부분으로 높이조절용 액츄에이터(18)에 의해 상하로 승강 이동함으로써 차량 상면부(10)의 개구부를 개폐할 수 있다.
상기 차체 상면 패널(11)은 도 1에서와 같이 각 모서리 부분에 설치된 액츄에이터(18)를 통해 전후좌우 및 대각선 방향으로 기울어지게 움직일 수 있으며, 또한 차체 상면 패널(11)이 차량의 루프 전체 면적과 동일하거나 유사한 크기로 이루어진다면 도 2와 같이 가장자리 중앙부에만 액츄에이터(18)를 설치하여 차체 상면 패널(11)이 전후좌우로만 기울어지게 움직일 수 있도록 함이 주행성능을 고려할 때 바람직하다.
또한, 태양전지를 지지하는 차체 상면 패널(11)이 주행시 혹은 정차중에 지속적으로 움직이게 되면 전력 및 동력 소모가 크기 때문에 일정 시간마다(예를 들어 10분에 1회) 기울기를 변경할 수 있도록 제어하여 차량의 전력 및 동력 소모를 줄이고 차량의 움직임을 방해하지 않도록 함이 바람직하다.
또한, 차량 주행 중 차체 상면 패널(11)의 기울기 조절로 인하여 주행 성능이 저감되는 경우, 예를 들어 차체 상면 패널(11)의 전방부가 들어올려지는 경우, 차체 상면 패널(11)을 지나는 공기 흐름을 자연스럽게 유지하기 위하여 기존의 파노라마 선루프와 같이 차체 상면 패널(11)의 전방 가장자리 부분 혹은 전후좌우의 모든 가장자리 부분에 바람막이 창을 설치하는 것도 바람직하다.
본 발명에 따른 자동차용 태양전지 장치는 대표적으로 차량 외부에서 차체 중 면적이 가장 넓은 루프패널에 적용할 수 있으며, 그 외 후드패널, 트렁크패널, 팬더패널 및 도어패널 등과 같이 태양전지를 장착할 수 있는 차체 부위에 모두 적용 가능하다.
또한, 본 발명의 자동차용 태양전지 장치는 자동차 이외에도 바이크, 자전거 등 각종 이동수단에 태양전지와 액츄에이터 및 적절한 센서류 등을 장착하여 적용될 수 있으며, 또한 움직이는 이동수단 외에 고정되어 있는 건물 등에도 태양전지와 액츄에이터 및 적절한 센서류를 설치하여 적용될 수 있다.
첨부된 도면에 나타낸 각 구성품의 크기는 본 발명의 자동자용 태양전지 장치의 구성을 도식화하기 위하여 예시로서, 과장될 수 있으며 실제 크기를 의미하는 것은 아니다. 또한 자동차의 경우 디자인에 따라 차량 상면부의 차체 패널이 곡면인 경우도 있으나 도면에서는 편의상 평면으로 도식화하였다.
10 : 차량 상면부
11 : 태양전지가 장착된 차체 상면 패널
12 : 패널 지지부
13 : 지지대
14 : 랙기어
15 : 전동모터
16 : 통합제어기
17 : 차량에 탑재된 각종 센서(센서류)
18 : 높이조절용 액츄에이터
18a : 차체 상면 패널의 하단면 모서리 부분에 장착된 액츄에이터
18b,18c : 차체 상면 패널의 하단면 가장자리 중앙부에 장착된 액츄에이터

Claims (4)

  1. 상단면에 태양전지가 장착되어 있는 차체 패널;
    상기 차체 패널의 하단면에 설치되며, 상하로 전후진 동작하게 되는 높이조절용 액츄에이터;
    차량에 탑재된 각종 센서에서 출력되는 신호를 종합적으로 이용하여 상기 액츄에이터의 동작을 제어하는 통합제어기;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 높이조절용 액츄에이터는 차체 패널의 하단면 모서리 부분에 각각 장착되고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 패널의 모서리 부분을 들어올리거나 내려주게 되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 높이조절용 액츄에이터는 차체 패널의 하단면 가장자리 중앙부에 각각 장착되고, 상하방향으로 연장되거나 수축되게 동작하여 상기 차체 패널의 가장자리 부분을 들어올리거나 내려주게 되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 각종 센서로는 외기온도센서, 지피에스(GPS), 지자기센서 및 틸트센서를 사용할 수 있으며, 통합제어기는 상기 센서 중 선택된 하나 이상의 센서로부터 수신한 신호를 이용하여 액츄에이터의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적형 자동차용 태양전지 장치.

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