KR20130093267A - 태양광 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임; 상기 지지프레임의 하중을 하측에서 분산 지지하는 제1지지유닛; 상기 제1지지유닛이 수직방향으로 회동할 수 있도록 상기 제1지지유닛의 하측에 결합되는 제2지지유닛; 상기 제2지지유닛이 수평방향으로 회동 가능하도록 구동모터를 구비하여 회전력을 상기 제2지지유닛에 전달하는 동력전달부; 상기 제2지지유닛의 하측에 결합되어 상기 동력전달부를 감싸도록 배치되는 고정캡; 상기 고정캡의 하측에 결합되며, 외주면에 유선형의 상측 캠 그루브가 형성되는 상부 케이스; 상기 상부 케이스의 하측에 결합되며 외주면에 상기 상측 캠 그루브에 대향하도록 하측 캠 그루브가 형성되고, 지면으로부터 고정되는 하부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스가 결합된 상태에서 상기 상측 캠 그루브와 하측 캠 그루브가 마주하여 형성되는 캠 그루브 내부에 하단부가 개재되고, 상기 제2지지유닛에 일 측이 결합되어 상기 제2지지유닛의 수평방향 회동에 따라서 상기 지지프레임이 수직방향으로 연동 회동하여 상기 지지프레임의 고도각을 조절하는 리프트 암을 포함하는 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

태양광 발전장치{Photovoltaic power generation apparatus}

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 고도 및 방향에 따라서 태양전지 모듈의 배치각도 및 배치 방향을 변화시킬 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.

현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

태양에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.

여기서, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자를 포함한다.

상기 태양광발전에 이용되는 태양전지는, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.

대부분의 태양전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.

이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다.

실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 볼트(V) 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.

또한, 태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.

그러나 태양전지 모듈은, 일정 전력을 얻기 위하여 다량 사용되어야 하기 때문에 설치장소에 제한이 따르고, 태양전지 모듈의 배치 구조에 따른 하부 지지구조의 변형에 제약이 따를 뿐만 아니라, 태양전지 모듈은 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별문제가 없지만, 주택의 상당수를 차지하는 공동주택에 설치하는 경우에는 세대 내 개별 설치가 어려운 문제점이 있다.

또한 종래의 태양전지 모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 메인프레임들과 태양전지 모듈을 지지하는 지지대들, 메인프레임을 지면에 대해서 지지하는 지지기둥 등이 각각 용접에 의하여 접합되는 경우가 많아서 일단 한번 위치가 정해진 후 용접이 완료되면 배치상태 조정에 어려움이 있었다.

특히, 수많은 태양전지 모듈을 대량으로 지지하는 고정형 지지구조물의 경우, 그 배치각도가 고정되어 있어서, 절기 변화에 따른 태양 고도에 변화에 따라 태양전지 모듈의 배치각도를 조정하는데 한계가 있어서 집광효율 및 전기생산 효율이 떨어지는 문제점도 여전히 내포한다.

우리나라의 경우, 위도(38°)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52°정도이고, 하지에는 75.5°가 되며, 동지에는 28.5°정도가 된다.

그러나 종전의 태양광 발전장치는 정남향을 향하여 고정된 각도를 가진 채 설치되어 있어서 계절별로 전기생산량의 편차가 크게 발생하는데 따른 대책이 시급한 실정이다.

게다가 친환경 에너지 사업이 가시화되고, 태양광 발전에 이목이 집중되면서 대용량 태양광 발전을 위한 설비가 필요하지만, 태양의 이동경로를 따라서 회전하는 구조의 태양광 발전장치는 큰 규모의 태양전지 모듈을 안정적으로 지지할 수 있는 설비를 필요로 하는 한계가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양의 고도와 방향의 변화에 대응하여 태양전지 모듈의 배치각도와 배치방향을 계절별로 변화시킬 수 있고, 태양전지 모듈의 회동구조가 간단하며 내구성이 향상된 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임; 상기 지지프레임의 하중을 하측에서 분산 지지하는 제1지지유닛; 상기 제1지지유닛이 수직방향으로 회동할 수 있도록 상기 제1지지유닛의 하측에 결합되는 제2지지유닛; 상기 제2지지유닛이 수평방향으로 회동 가능하도록 구동모터를 구비하여 회전력을 상기 제2지지유닛에 전달하는 동력전달부; 상기 제2지지유닛의 하측에 결합되어 상기 동력전달부를 감싸도록 배치되는 고정캡; 상기 고정캡의 하측에 결합되며, 외주면에 유선형의 상측 캠 그루브가 형성되는 상부 케이스; 상기 상부 케이스의 하측에 결합되며 외주면에 상기 상측 캠 그루브에 대향하도록 하측 캠 그루브가 형성되고, 지면으로부터 고정되는 하부 케이스; 및 상기 상부 케이스와 하부 케이스가 결합된 상태에서 상기 상측 캠 그루브와 하측 캠 그루브가 마주하여 형성되는 캠 그루브 내부에 하단부가 개재되고, 상기 제2지지유닛에 일 측이 결합되어 상기 제2지지유닛의 수평방향 회동에 따라서 상기 지지프레임이 수직방향으로 연동 회동하여 상기 지지프레임의 고도각을 조절하는 리프트 암을 포함하는 태양광 발전장치를 제공한다.

상기 태양광 발전장치는 상기 고정캡, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스를 일체로 암수 결합하는 패스너를 더 포함할 수 있다.

상기 고정캡은 내부에 상기 동력전달부의 일부가 노출되도록 노출공이 형성되고, 상기 노출공 주변에 인접하여 상기 동력전달부의 상단이 체결되는 복수개의 제1체결공이 형성되며, 상기 제1체결공 외측으로 상기 상부 케이스와 연통되어 상기 패스너가 삽입되는 복수개의 제1결합홀이 형성될 수 있다.

상기 상부 케이스는 내부에 상기 동력전달부가 배치되도록 빈 공간이 형성된 원통 형상으로, 내주면에는 상기 제1결합홀의 위치에 대응하도록 중공의 내부가 관통된 지지폴이 복수개 마련되고, 하면에는 상기 지지폴로부터 외부로 돌출되는 복수개의 결합단이 마련될 수 있다.

상기 하부 케이스는 상측 일부가 유선형으로 절단된 원통 형상으로, 상면에 상기 제1결합홀과 일 측이 연통하며, 각각의 상기 결합단이 삽입되는 복수개의 결합홈이 형성되고, 타 측에는 상기 패스너가 체결되도록 볼트가 삽입되는 볼트홈이 형성되는 지지부재와, 상기 지지부재로부터 외측으로 돌출되고, 지지면으로부터 고정된 본체부의 상단에 체결되도록 복수개의 제2체결공이 형성된 플랜지부재를 포함할 수 있다.

상기 태양광 발전장치는 상기 지지부재의 강성을 보강할 수 있도록 상기 지지부재와 상기 플랜지부재가 만나는 부분에 마련되는 복수개의 보조지지편을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면,

첫째, 상부 케이스와 하부 케이스 간의 조립성이 증대됨과 동시에 구조적인 강성이 증대되고,

둘째, 고도조절부에 의해 계절별로 태양의 고도차를 보정할 수 있기 때문에, 태양전지 모듈의 집광 효율 및 발전 효율이 극대화 될 수 있으며,

셋째, 태양전지 모듈을 지지하는 지지프레임이 제1지지유닛 및 제2지지유닛에 의하여 지지되기 때문에, 강풍과 같은 외력으로 인하여 태양전지 모듈 및 프레임이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치의 후방 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 고정캡, 상부 케이스 및 하부 케이스가 조립된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 고정캡을 도시하는 사시도이다.
도 5 및 도 6은 도 3에 나타낸 상부 케이스를 도시하는 사시도이다.
도 7 및 도 8은 도 3에 나타낸 하부 케이스를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 1에 나타낸 고도조절부를 나타내는 분해도이다.
도 10 내지 도 12는 도 1에 나타낸 태양전지 모듈이 태양의 고도변화에 따라 배치각도가 변화하는 것을 도시한 측면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)의 후방 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 태양광 발전장치(100)는 복수개의 태양전지 모듈(10)과, 상기 태양전지 모듈(10)을 하측에서 지지하는 지지프레임(110)과, 상기 지지프레임(110)의 하중을 분산하여 지지하는 제1지지유닛(120)과, 상기 제1지지유닛(120)을 수직방향으로 회동 가능하도록 지지하는 제2지지유닛(140)과, 상기 제2지지유닛(140)이 수평방향으로 회동할 수 있도록 구동력을 제공하는 구동모터(M)가 구비되는 동력전달부(160)와, 상기 제2지지유닛의 하측에 결합되는 고정캡(도 3 참조,310)과, 상기 고정캡(310)의 하측에 결합되는 상부 케이스(도 3 참조, 330)와, 상기 상부 케이스(330)의 하측에 결합되는 하부 케이스(도 3 참조, 350)와, 상기 상부 케이스(330)와 하부 케이스(350)가 결합된 상태에서 하단부가 개재되어 상기 제2지지유닛(140)의 수평방향 회동에 따라서 상기 지지프레임(110)이 수직방향으로 연동 회동하여 상기 지지프레임(110)의 고도각을 조절하는 리프트 암(165)을 포함한다.

본 발명에 따른 실시예의 태양광 발전장치(100)는 상기 태양전지 모듈(10)이 가로로 길게 배치되어 가로로 세 장씩 세로로 네 장이 배치되어 총 12장의 상기 태양전지 모듈(10)이 마련되어 약 3kW의 출력을 내며, 상기 태양전지 모듈(10)의 개수는 전체 태양광 발전 용량과 관련이 있을 뿐 이에 따른 배치구조 및 형상이 변경될 수 있음은 물론이다.

상기 태양전지 모듈(10)은 세로길이에 비하여 가로길이가 길게 배치되며, 상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)의 크기에 대응하는 세로길이를 갖도록 조립되고, 상기 태양전지 패널의 가로길이에 비하여 작거나 또는 같은 길이를 갖도록 형성된다.

상기 지지프레임(110)은 단면이 사각형을 갖는 빔 형상으로, 태양광 발전에 따른 발전 용량에 따라서 필요로 하는 상기 태양전지 모듈(10)의 개수에 맞춰 그 크기가 정해지고, 조립식으로 결합하여 상기 지지프레임(110)의 크기는 유동적으로 변경할 수 있다.

상기 태양전지 모듈(10)은 격자구조로 복수개가 패턴 형성되며, 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 인접하는 다른 태양전지 모듈과의 사이에 간격이 형성되도록 측방향으로 이격 배치된다.

또한 상기 태양전지 모듈(10)은 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 중앙에 배치된 상기 태양전지 모듈(10)의 높이가 양 방향에 인접하여 배치되는 다른 태양전지 모듈의 높이보다 높은 곳에 배치되어 높이차가 발생하도록 이격 배치되는 것이 바람직하다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에는 피뢰부(400)가 마련된다. 상기 피뢰부(400)는 상기 태양전지 모듈(10)에 낙뢰가 직접적으로 떨어지는 것을 방지하도록 가장 상측에 배치되는 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 높은 위치에 배치된다.

이때 상기 피뢰부(400)는 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에 마련되는 것을 일 예로 도시하였지만, 상기 태양전지 패널이 수평 방향으로 눕혀지는 장소에서는 상기 지지프레임(110)의 각 모서리 부분에 상기 피뢰부(400)를 설치하여 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)이 파손되는 것을 방지할 수도 있다.

상기 피뢰부(400)는 상기 지지프레임(110)에 결합되는 복수개의 결합부재(410)와, 상기 결합부재(410)들의 외측으로 결합되는 복수개의 애자(碍子)부재(420)와, 상기 애자부재(420)들의 외측으로 결합되는 연장부재(430)들 및 상기 연장부재(430)들의 상단을 각각 연결하도록 체결되는 금속재질의 낙뢰 유도부재(440)를 포함한다.

상기 결합부재(410)는 단면이 ‘U'자 형상으로 상기 서브 프레임(330)과 연결 프레임(350)의 단부에 체결되되, 상기 태양전지 모듈(10)의 경사 각도를 고려하여 상기 연결 프레임(350)의 단부에서 지면에 대하여 수직방향으로 결합된다.

상기 애자부재(420)는 일 측이 상기 결합부재(410)에 체결되고, 타 측이 상기 연장부재(430)에 체결되며, 상기 결합부재(410)와 연장부재(430)가 통전되는 것을 방지하도록 내부 중심에 빈 공간이 형성된다.

상기 애자부재(420)는 사기, 유리 또는 플라스틱 합성수지재로 형성되어 절연기능을 가지며, 전기적으로 충분한 절연내력(絶緣耐力)을 가지게 하기 위하여 하나 또는 복수개의 주름(미도시)을 만들어 표면 거리가 증대되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 주름이 형성되면 상기 애자부재의 표면 습도가 높을 때, 특히 염분이나 먼지 등이 부착하였을 때 절연내력이 저하되는 것을 방지하는데 효과적이다. 보다 바람직하게는 상기 애자부재가 내부식성, 내열성 및 강도가 우수한 경질자기로 이루어질 수 있다.

상기 연장부재(430)는 일 단부가 상기 애자부재(420)의 타 측에 결합되고, 타 단부는 상기 낙뢰 유도부재(440)가 결합될 수 있도록 절곡 형성된다. 상기 연장부재(430)는 상기 애자부재(420)로부터 상기 낙뢰 유도부재(440)의 배치 위치를 상방으로 연장하며, 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 상기 낙뢰 유도부재(440)의 높이를 더 높은 위치에 배치시킨다. 따라서 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)의 안전을 확보할 수 있는 이점이 있다.

상기 낙뢰 유도부재(440)는 각각의 상기 연장부재(430)의 상단을 연결시키도록 결합되고, 상기 낙뢰 유도부재(440)와 연장부재(430)는 금속재질로 형성되어 서로 통전하며, 상기 연장부재(430) 중 적어도 하나 이상은 지면에 접지된다.

따라서 상기 지지프레임(110)을 통하여 낙뢰로 인한 전기적인 충격이 상기 태양전지 모듈(10)에 전달되는 것을 방지할 수 있다.

상기 지지프레임(110)의 저면에 마련되는 상기 제1지지유닛(120)은 수직방향으로 서로 이격되도록 마련되는 한 쌍의 수직프레임(150)과, 상기 수직프레임(150)의 중심 부분을 연결하는 제1수평프레임(122)과, 상기 수직프레임(150)의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)을 포함한다.

상기 수직프레임(150)은 중공의 사각 빔 형상으로 서로 이격되어 나란히 배치되며, 상기 지지프레임(110)의 하중 및 바람에 의한 풍압과 상기 태양전지 모듈(10) 상면에 쌓인 적설의 하중 또한 지지해야 하기 때문에 비교적 단면적이 넓고 강성이 강한 재질로 제작된다.

상기 제1수평프레임(122)은 상기 수직프레임(150) 간의 각 중심을 연결하도록 마련되고, 상기 제1수평프레임(122) 역시 큰 하중을 받는 부분으로 여러 가지 응력을 고려하여 제작된다.

상기 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)은 상기 수직프레임(150)의 일 측 단부와 타 측 단부를 각각 연결하도록 마련되며, 상기 수직프레임(150) 및 제1수평프레임(122)에 비하여 받는 하중이 작기 때문에 단면적이 적은 사각 빔으로 형성될 수 있다.

상기 제1지지유닛(120)의 하측에는 상기 제1지지유닛(120)을 수직방향으로 회동 가능하도록 결합시키는 상기 제2지지유닛(140)이 마련된다.

상기 제2지지유닛(140)은 상기 제1수평프레임(122)의 저면과 힌지 결합되는 힌지 결합프레임(141)과, 상기 힌지 결합프레임(141)의 상면과 상기 제1수평프레임(122)의 저면에 개재되어 힌지 결합구조로 형성되며, 상기 제1지지유닛(120)의 하중을 분산 지지하는 복수개의 체결부재(142)를 포함한다.

상기 힌지 결합프레임(141)은 상기 지지프레임(110) 및 상기 제1지지유닛(120)을 전반적으로 지지하여 최대 하중이 가해지는 부분으로 단면적이 상기 지지프레임(110) 및 제1지지유닛(120)에 비하여 상대적으로 크게 형성된다.

상기 태양전지 모듈(10)이 결합되는 상기 지지프레임(110)은 지면에 대해서 소정 경사각을 갖도록 기울어지게 배치된다. 그리고 상기 제1지지유닛(120)은 상기 제1지지유닛(120)의 하측에 배치되는 상기 힌지 결합프레임(141)에 대하여 수직 방향으로 상대 회동하게 된다.

상기 동력전달부(160)는 하측에 구동모터(M)가 구비되고 상기 구동모터(M)에 의해 회전하는 복수개의 기어들(미도시)을 포함한다.

도 2에 도시되었으나 언급되지 않은 참조부호 '300'은 캠부로 이하에서 상세하게 설명한다.

도 3은 도 2에 도시된 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)가 조립된 상태를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 고정캡(310)을 도시하는 사시도이며, 도 5 및 도 6은 도 3에 나타낸 상부 케이스(330)를 도시하는 사시도이고, 도 7 및 도 8은 도 3에 나타낸 하부 케이스(350)를 도시하는 사시도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하에서 상기 고정캡(310), 상부케이스(330) 및 하부 케이스(350)를 포함하는 구성요소로 설명의 편의를 위하여 캠부(300)로 지칭한다.

도 3 내지 도 8을 참조하면, 상기 고정캡(310)은 상기 제2지지유닛(도 1 참조, 140)의 하측에 배치되고, 상기 동력전달부(도 2 참조, 160) 일부를 감싸도록 배치되며, 내부에는 상기 동력전달부(160)가 일부 노출되어 상기 제2지지유닛(140)과 결합될 수 있도록 노출공(311)이 형성된다.

또한 상기 노출공(311) 주변에 인접하여 상기 동력전달부의 상단이 내부에서 체결되는 복수개의 제1체결공(312)이 형성되며, 상기 상부 케이스(330)와, 상기 하부 케이스(350)를 동시에 일체로 암수 결합시키는 패스너(미도시)가 삽입될 수 있도록 상기 제1체결공(312) 외측으로 복수개의 제1결합홀(313)이 형성된다.

상기 상부 케이스(330)는 상기 고정캡(310)의 하측에 결합되고, 내부에 상기 동력전달부(도 2 참조, 160)가 배치되도록 빈 공간이 형성되는 원통 형상으로 형성된다.

이때 상기 상부 케이스(330)는 외주면에 상기 리프트 암(도 2 참조, 165)이 상측으로 이탈되는 것을 방지하고 상기 리프트 암(165)의 상측방향 이동거리를 제한하는 유선형의 상측 캠 그루브(333)가 형성된다.

그리고 내주면에는 상기 제1결합홀(313)의 위치에 대응하도록 중공의 지지폴(331)이 복수개 마련되고, 하면에는 상기 지지폴(331)로부터 외부로 돌출되는 복수개의 결합단(332)이 마련된다.

상기 결합단(332)은 상기 하부 케이스(350) 상면에 삽입되면서 결합되어 조립성을 향상시킴과 동시에 상기 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)의 결합력을 증대시키는 기능을 갖는다.

상기 지지폴(331)은 내부에 상기 패스너가 삽입되어 상기 하부 케이스(350)를 연결 및 결합하는 수단으로 도 5와 같이 별도의 봉 형상으로 형성되나, 별도의 상기 지지폴(331)을 구성하지 않고 상기 상부 케이스(330)와 일체로 형성되어 상기 패스너가 삽입되는 구조로 형성될 수도 있다.

상기 하부 케이스(350)는 상측 일부가 유선형으로 절단된 원통 형상으로, 상기 상부 케이스(330)의 하측에 결합되어 지면으로부터 고정되는 본체부(도 2 참조, 500) 상부에 결합된다. 이때 상기 하부 케이스(350)는 외주면에 상기 상측 캠 그루브(333)의 형상에 대향하도록 하측 캠 그루브(353)가 형성된다.

상기 하부 케이스(350)는 상면에 상기 제1결합홀(313)과 일 측이 연통하며, 각각의 상기 결합단(332)이 삽입되는 복수개의 결합홈(355)이 형성되고, 타 측에는 상기 패스너가 체결되도록 볼트가 삽입되는 볼트홈(354)이 형성되는 지지부재(351)와, 상기 본체부(500)의 상단에 결합되도록 복수개의 제2체결공(352)이 형성되고, 상기 지지부재(351)로부터 외측으로 연장 형성된 플랜지부재(356)를 포함한다.

상기 상부 케이스(330)와 하부 케이스(350)가 결합되면 상기 상측 캠 그루브(333)와 하측 캠 그루브(353)가 마주하여 폐곡선 형상의 캠 그루브(340)가 형성된다. 이때 상기 캠 그루부(340)는 일 측으로부터 타 측으로 높이가 점차 높아지다가 다시 원래 높이로 낮아지는 유선형으로, 내부에는 상기 리프트 암(165)의 하단부가 슬라이딩 이동하도록 개재된다.

상기 하부 케이스(350)에는 상기 지지부재(351)와 상기 플랜지부재(356)가 만나는 부분에 복수개의 보조지지편(358)이 구비된다. 상기 보조지지편(358)은 상기 지지부재(351)의 강성을 보강하고, 상기 캠 그루브(340)가 받는 하중을 보조적으로 지지하는 기능을 갖는다.

상기 리프트 암(165)은 상기 제2지지유닛(140)에 고정되며, 상기 제2지지유닛(140)을 기준으로 하단부가 상기 캠 그루브(340)에 슬라이딩 가능하도록 개재되고, 상단부가 상기 제1수평프레임(122)과 결합되어 상기 캠 그루브(340)의 높이차에 대응하여 수직방향으로 왕복 운동하여 상기 지지프레임(110)의 고도각을 조절하도록 구비된다.

이는 상기 구동모터(M)의 회전에 의해 상기 제2지지유닛(140)이 수평방향으로 회동함에 따라서 상기 지지프레임(110)이 상기 리프트 암(165)으로 인하여 수직방향으로 연동하여 회동하도록 구성된다.

따라서 상기 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)의 내부에서 상기 구동모터(M)가 회전하면 상기 제2지지유닛(140)이 회전하게 되고, 이때 상기 리프트 암(165)이 상기 제2지지유닛(140)과 동시에 회전하면서 상기 캠 그루브(162)의 형상을 따라서 수직방향으로 왕복운동 하여 상기 제2지지유닛(140) 상에서 상기 제1지지유닛(140)을 수직방향으로 회동시키게 된다.

상기 리프트 암(165)은 상기 리프트 암(165)이 상기 캠 그루브(162)의 높이 차에 대응하여 수직 왕복운동을 함에 따라서, 상기 태양전지 모듈(10)의 하루 중 시간대 별 고도각 조정이 이루어지며, 이에 따라서 상기 지지프레임(110)이 상기 제2지지유닛에 대하여 수직 방향으로 상대회동하게 된다.

여기서 상기 태양전지 모듈(10)의 고도각 조절을 위한 회동은 상기 제2지지유닛(140)의 회전에 따른 상기 리프트 암(165)의 수직 왕복운동이 수반되어 이루어지되, 상기 태양전지 모듈(10), 지지프레임(110), 제1지지유닛(120) 및 제2지지유닛(140)은 동시에 수평 방향으로 회전이 이루어지고, 이때 상기 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)를 비롯하여 그 하측에 구비되는 본체부(300)는 지면에 고정되어 회전하지 않기 때문에 상기 제2지지유닛(140)의 상측에 배치되는 구성은 상기 본체부(300)에 대하여 수평 방향으로 상대회전운동이 이루어진다.

그리고 시간에 따른 태양의 이동 궤적을 따라서 상기 태양전지 모듈(10)의 방위각 및 고도각을 조절할 수 있도록 상기 본체부(300)는 상기 구동모터(M)를 제어하는 제어부(180)를 포함한다.

도 9는 도 2에 나타낸 고도조절부(200)를 나타내는 분해도이다.

도 9를 참조하면, 상기 리프트 암(165)의 상단에는 고도조절부(200)가 마련된다.

상기 고도조절부(200)는 사용자가 파지하여 회전시킬 수 있는 손잡이부(210)와, 상기 손잡이부(210)의 중심으로부터 수직 양 방향으로 돌출되는 제1체결부(220)와, 상기 제1체결부(220)에 결합되어 상기 제1체결부(220) 상에서 왕복운동 하도록 체결되는 제2체결부(230)를 포함한다.

또한 상기 고도조절부(200)는 상기 제2체결부(230)와 상기 제1수평프레임(122)을 연결하는 회절부재(125)를 포함한다.

여기서 상기 고도조절부(200)는 사용자가 수동으로 회전시켜 계절별 태양의 고도에 따른 고도의 차이를 보정하며, 상기 고도조절부(200)에 다른 구동력을 부여하여 자동적으로 계절에 따라서 태양의 고도 차이를 미세하게 보정할 수 있음은 물론이다.

먼저 상기 손잡이부(210)는 봉 형상의 손잡이(212)가 방사형으로 복수개 형성되고, 각각의 상기 손잡이(212) 중심으로부터 수직 방향으로 연장되는 상기 제1체결부(220)가 일체로 형성된다. 이때 상기 손잡이(212)는 상기 제1체결부(220)를 중심축으로 하여 상기 제1체결부(220)의 수직 방향에 동일 간격으로 3개 이상 마련되는 것이 바람직하다.

따라서 상기 손잡이(212)를 수평방향으로 회전시키면 상기 제1체결부(220)가 축이 되어 동시에 회전하게 된다.

상기 제1체결부(220)는 상부 체결부재(221)와 하부 체결부재(222)로 구성된다. 상기 상부 체결부재(221)의 외주면에는 오른나사가 형성되고, 상기 하부 체결부재(222)의 외주면에는 왼나사가 형성된다. 물론 상기 제1체결부(220)는 도면으로 도시하지 않았지만, 볼트형상이 아닌 턴버클(Turn buckle) 형태로 내주면 양 단부에 각각 다른 방향의 나사산이 형성된 형태로 구성될 수도 있다.

더욱이 상기 상부 체결부재(221)와 하부 체결부재(222)의 외주면에 형성되는 나사는 그 방향이 서로 반대 방향으로 형성되며, 상기 상부 체결부재(221)의 외주면에 왼나사가 형성되고, 상기 하부 체결부재(222)의 외주면에 오른나사가 형성될 수도 있음은 물론이다.

또한 상기 제2체결부(230)는 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)로 구성된다.

그러면 상기 제1체결부(220) 양 측에 각각 연결되는 상기 제2체결부(230)는 상기 제1체결부(220)에 각각 형성된 나사 형상에 대응하도록 상기 상부 결합부재(231)는 상기 상부 체결부재(221)에 결합되도록 오른나사가 형성되는 결합홀(231a)이 형성되고, 상기 하부 결합부재(232)는 상기 하부 체결부재(222)에 결합되도록 왼나사가 형성되는 결합홀(231b)이 형성된다.

따라서 상기 제1체결부(220)를 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)는 상기 제1체결부(220)의 중심방향 즉 상기 방사형의 손잡이(212)들 중심부분으로 가까워지도록 직선운동을 하고, 상기 제1체결부(220)를 반시계 방향으로 회전하는 경우, 상기 상부 결합부재(231)와 하부 결합부재(232)는 상기 제1체결부(220) 상에서 서로 멀어지는 방향으로 직선운동 하게 된다.

상기 상부 결합부재(231)의 일 측에는 상기 오른나사가 형성되는 결합홀(231a)의 수직 방향으로 상기 회절부재(125)로부터 회동 가능하도록 결합할 수 있도록 결합공(233a)이 형성된다.

여기서 상기 회절부재(125)는 상기 제1수평프레임(122)의 수직방향 회전 중심으로부터 벗어난 위치에서 상기 상부 결합부재(231)와 결합되고, 상기 상부 결합부재(231)가 회동 가능하도록 결합된다. 따라서 상기 회절부재(125)는 상기 손잡이부(210)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회전함에 따라서 상기 태양전지 모듈(도 2 참조, 10)의 경사각도가 태양의 계절별 고도각도에 따라서 조절되도록 상기 제2체결부(230)의 직선운동을 상기 태양전지 모듈(도 4 참조 : 10)의 회전운동으로 변환시키는 기능을 갖는다.

또한 상기 하부 결합부재(232)의 일 측에는 상기 왼나사가 형성되는 결합홀(231b)의 수직 방향으로 상기 리프트 암(165)의 단부로부터 회동 가능하도록 결합할 수 있도록 결합공(233b)이 형성된다.

이와 같이 상기 고도조절부(200)를 사용하게 되면, 사용자가 혼자서도 계절별 태양의 고도각에 따른 상기 태양전지 모듈(도 1 참조, 10)의 고도각을 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

또한 상기 고도조절부(200)는 고도표시부(240)를 포함한다. 상기 고도표시부(240)는 상기 제1체결부(220)에 사용자가 눈으로 인식할 수 있도록 적어도 두 가지 이상의 단계로 고도표시가 되어 있다.

상기 고도 표시는 계절별 태양의 고도각 차이를 사용자가 인식하고, 적정 고도각에 맞추어 상기 고도조절부(200)를 설정각도로 회전시킬 수 있도록 할 수 있다. 상기 고도표시부(240)는 상기 제1체결부(220)에 홈 또는 홀을 뚫어 상기 제1체결부(220)의 회전수를 제한하거나, 또는 색상을 달리하여 계절별 고도각의 표시할 수도 있다.

이때 상기 고도표시부(240)는 세 가지 단계로 설정하여 표시하고, 봄/가을, 여름 및 겨울에 따른 태양의 고도각을 조정할 수 있도록 표시하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)가 포함하는 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 8을 참조하면, 상기 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)는 연신율(延伸率)이나 수축률이 낮고, 고도의 경도를 가지는 합성 플라스틱 소재 또는 금속소재로 가공되며, 보다 바람직하게는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastics) 이라는 소재로 가공되는 것이 바람직하다.

여기서 상기 엔지니어링 플라스틱은 공업재료ㅇ구조재료로 사용되는 강도 높은 플라스틱으로 강철보다 강성이 강하고, 알루미늄보다 전성(展性)이 풍부하며, 내충격성, 내마모성, 내열성, 내한성 및 전기절연성이 뛰어나고, 금ㅇ은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지이다.

먼저 상기 고정캡(310)은 두께가 얇은 도넛 형상으로 내부에 상기 노출공(311), 제1체결공(312), 제1결합홀(313)이 형성되도록 가공한다.

상기 상부 케이스(330)는 내부가 관통되는 상기 지지폴(331)과 상기 지지폴(331) 하단에 상기 결합단(332)이 마련되도록 가공한다. 또한 외주면에 상기 리프트 암(165)의 수직방향 왕복 이동거리를 고려하여 상기 상측 캠 그루브(333)가 형성되도록 가공한다.

상기 하부 케이스(350)는 상기 지지부재(351)와 상기 플랜지부재(356)를 일체 또는 별도로 가공이 가능하며, 가공성 및 조립성과 내구성 향상을 위하여 일체로 가공하는 것이 바람직하다.

상기 하부 케이스(350)는 외주면에 상기 상측 캠 그루브(333)의 형상에 대향하도록 하측 캠 그루브(353)가 형성되도록 가공한다. 또한 내부에 상기 결합홈(355), 볼트홈(354) 및 제2체결공(352)이 형성되도록 가공한다.

그러면 상기 고정캡(310) 내부에 상기 동력전달부(160) 일부를 체결하고, 상기 제1결합홀(313)과 상기 상부 케이스(330)의 상기 지지폴(331) 내부를 관통하여 상기 패스너를 삽입한다.

그리고 상기 하부 케이스(350)의 상기 볼트홈(354)에 상기 패스너가 체결되어 상기 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)의 조립이 완성된다.

이때 상기 하부 케이스(350)는 상기 본체부(500) 상단에 체결하고, 상기 캠 그루브(340) 상에 상기 리프트 암(165)의 하단부를 개재시켜 태양광 발전장치의 설치가 완성된다.

이로써 상기 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)를 포함하는 상기 캠부(300)는 PA66이라는 엔지니어링 플라스틱 재질로 재작하여 원가를 약 1/5로 절감시킬 수 있고, 상기 고정캡(310), 상부 케이스(330) 및 하부 케이스(350)를 상기 패스너를 이용하여 동시에 조립할 수 있기 때문에 조립성이 향상되는 효과가 있다.

또한 상기 상부 케이스(330)에 구비된 상기 결합단(332)과, 상기 하부 케이스(350) 상에 형성되는 결합홈(355)을 통하여 조립성이 향상됨과 동시에 구조적인 강성이 증대되는 효과를 기대할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)의 작용효과에 대하여 상세히 설명한다.

도 10 내지 도 12는 도 1에 나타낸 태양전지 모듈(10)이 태양의 고도변화에 따라 배치각도가 변화하는 것을 도시한 측면도이다. 이하에서 전기한 참조번호 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

상기 태양(S)으로부터 상기 태양전지 모듈(10)의 표면을 연결하는 직선(L)은 수직상태를 이루어야 집광효율을 극대화할 수 있다.

도 10에서 도시한 바와 같이, 일출 시 상기 태양의 고도(h1)는 제일 낮은 상태를 유지한다. 이 경우, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도(θ1)는 지면으로부터 가장 큰 경사각을 이루어야 한다.

이를 위해서는 상기 리프트 암(165) 하단부가 상기 캠 그루브(162)의 가장 낮은 부분에 물려 있어야 한다.

이 경우, 상기 고도조절부(200)의 상단부에 결합된 상기 회절부재(125)가 하방으로 최대로 끌어 당겨지기 때문에 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도가 가장 큰 경사각을 이루게 된다.

이때, 상기 태양전지 모듈(10)이 향하는 방향은 일출이 시작되는 동쪽방향이 되어야 한다.

도 11에서 도시한 바와 같이, 시간이 흐르면 태양은 동쪽에서 남동쪽 방향으로 이동하고, 그에 따라서, 고도(h2) 또한 높아진다.

이러한 태양의 방향과 고도 변화를 반영하여, 상기 제어부(도2참조, 180)가 상기 구동모터(M)를 제어하면, 상기 구동모터(M)의 회전에 의하여 상기 태양전지 모듈(10)이 남동쪽을 바라보도록 회전하게 된다.

한편, 상기 리프트 암(165)의 하단부가 물려 있는 상기 캠 그루브(162)의 높이는 도 10의 경우보다 높은 상태로 배치되고, 이에 따라서 상기 리프트 암(165)도 상기 고도조절부(200)와 함께 상승한다.

상기 리프트 암(165)이 상승하게 되면, 상기 태양전지 모듈(10)의 상단이 뒤로 젖혀지게 되어, 그 배치각도(θ2)는 도 10의 경우보다 지면으로부터 작은 경사각을 이루게 된다.

도 12에서 도시한 바와 같이, 시간이 더 경과하여, 태양이 최고 고도(h3)에 이르게 되면, 태양은 남쪽에 위치한다.

이때 상기 태양전지 모듈(10)은 남쪽을 향하도록 회전하고, 상기 리프트 암(165)의 하단부는 상기 캠 그루브(162) 중 그 높이가 최대가 되는 부분에 위치한다.

이 경우, 상기 고도조절부(200)의 상단부에 결합된 상기 회절부재(125)가 상방으로 최대로 밀어 올려지기 때문에 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도가 가장 작은 경사각을 이루게 된다.

그러므로, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도(θ3)는 가장 작은 경사각을 형성함으로써 집광효율을 극대화 할 수 있다.

더 시간이 흘러가면, 태양은 남서방향으로 이동하고, 상기 태양전지 모듈(10)의 고도 또한 낮아지게 되며, 이에 대응하도록 상기 수평 회동프레임은 상기 태양전지 모듈(10)이 남서방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 낮아진 고도를 반영하여, 상기 리프트 암(165)의 하단부가 맞물린 캠 그루브(162)의 높이도 도 12의 경우보다 낮아진 상태가 되므로, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도는 도 12의 경우보다 더 큰 경사각이 된다.

일몰이 가까워지면, 태양은 서쪽에 위치하고, 상기 태양전지 모듈(10)의 고도 또한 더 낮아진다.

이를 반영하여 상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)이 서쪽 방향을 향하도록 회전운동을 수행한다.

그리고, 그 상태의 태양 고도를 반영하여, 리프트 암(165)의 하단부는 캠 그루브(162)의 높이가 가장 낮은 부분에 위치하게 된다.

따라서, 상기 태양전지 모듈(10)의 배치각도는 최대 경사각을 이룬다. 그리고 일몰 이 후 태양이 지고나면, 상기 태양전지 모듈(10)이 익일 일출 시 다시 집광을 할 수 있도록 익일 일출이 시작되기 전에 상기 태양광 발전장치(100)는 동쪽 방향을 향하도록 회전이 이루어진다.

따라서, 본 발명에 따른 태양광 발전장치(100)는 시간의 흐름에 따른 태양의 고도변화 및 태양의 방위각의 변화에 따라서 그 집광 효율을 극대화할 수 있도록 자동으로 회전하고, 또한 계절의 변화에 따른 태양의 고도변화에 대응하여 사용자가 수동으로 계절별 고도각을 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 지지프레임의 하측에 상기 제1지지유닛 및 제2지지유닛을 설치하여 상기 태양광 발전장치의 발전 규모가 커짐에 따라서 상기 태양전지 모듈을 보다 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 기대된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 태양광 발전장치 110 : 지지프레임
120 : 제1지지유닛 140 : 제2지지유닛
160 : 동력전달부 165 : 리프트 암
300 : 캠부 310 : 고정캡
330 : 상부 케이스 350 : 하부 케이스
400 : 피뢰부 500 : 본체부

Claims (6)

1. 상부에 복수개의 태양전지 모듈이 장착되는 지지프레임;
   상기 지지프레임의 하중을 하측에서 분산 지지하는 제1지지유닛;
   상기 제1지지유닛이 수직방향으로 회동할 수 있도록 상기 제1지지유닛의 하측에 결합되는 제2지지유닛;
   상기 제2지지유닛이 수평방향으로 회동 가능하도록 구동모터를 구비하여 회전력을 상기 제2지지유닛에 전달하는 동력전달부;
   상기 제2지지유닛의 하측에 결합되어 상기 동력전달부를 감싸도록 배치되는 고정캡;
   상기 고정캡의 하측에 결합되며, 외주면에 유선형의 상측 캠 그루브가 형성되는 상부 케이스;
   상기 상부 케이스의 하측에 결합되며 외주면에 상기 상측 캠 그루브에 대향하도록 하측 캠 그루브가 형성되고, 지면으로부터 고정되는 하부 케이스; 및
   상기 상부 케이스와 하부 케이스가 결합된 상태에서 상기 상측 캠 그루브와 하측 캠 그루브가 마주하여 형성되는 캠 그루브 내부에 하단부가 개재되고, 상기 제2지지유닛에 일 측이 결합되어 상기 제2지지유닛의 수평방향 회동에 따라서 상기 지지프레임이 수직방향으로 연동 회동하여 상기 지지프레임의 고도각을 조절하는 리프트 암;
   을 포함하는 태양광 발전장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정캡, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스를 일체로 암수 결합하는 패스너를 더 포함하는 태양광 발전장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 고정캡은,
   내부에 상기 동력전달부의 일부가 노출되도록 노출공이 형성되고, 상기 노출공 주변에 인접하여 상기 동력전달부의 상단이 체결되는 복수개의 제1체결공이 형성되며, 상기 제1체결공 외측으로 상기 상부 케이스와 연통되어 상기 패스너가 삽입되는 복수개의 제1결합홀이 형성되는 태양광 발전장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 상부 케이스는,
   내부에 상기 동력전달부가 배치되도록 빈 공간이 형성된 원통 형상으로, 내주면에는 상기 제1결합홀의 위치에 대응하도록 중공의 내부가 관통된 지지폴이 복수개 마련되고, 하면에는 상기 지지폴로부터 외부로 돌출되는 복수개의 결합단이 마련되는 태양광 발전장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 하부 케이스는,
   상측 일부가 유선형으로 절단된 원통 형상으로, 상면에 상기 제1결합홀과 일 측이 연통하며, 각각의 상기 결합단이 삽입되는 복수개의 결합홈이 형성되고, 타 측에는 상기 패스너가 체결되도록 볼트가 삽입되는 볼트홈이 형성되는 지지부재와,
   상기 지지부재로부터 외측으로 돌출되고, 지지면으로부터 고정된 본체부의 상단에 체결되도록 복수개의 제2체결공이 형성된 플랜지부재를 포함하는 태양광 발전장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 지지부재의 강성을 보강할 수 있도록 상기 지지부재와 상기 플랜지부재가 만나는 부분에 마련되는 복수개의 보조지지편을 더 포함하는 태양광 발전장치.

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