KR20130135735A - 3줄의 와이어를 이용한 판상 부재의 구동 방법 및 장치와, 이를 이용한 태양 추적장치 및 태양광 반사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 판상 부재의 구동 방법 및 장치는, 중심점을 중심으로 임의의 방향으로 경사가능하게 설치된 판상 부재의 저면에, 삼각형을 이루는 3점에 각각 1줄씩, 총 3줄의 와이어를 연결 고정하고, 이 3줄의 와이어 각각의 길이를 독립적으로 증가 또는 감소시킴으로써(와이어를 풀거나 감음으로써) 판상 부재가 임의의 원하는 방향으로 경사 구동한다. 본 발명에 의하면, 판상 부재 구동부를 현저하게 간소화할 수 있어 장치 자체의 비용은 물론이고 설치비용도 대폭 절감할 수 있고, 3줄의 와이어를 독립적으로 구동함으로써 백래시와 같은 문제를 초래하지 않고 정밀한 구동이 가능하다.

Description

3줄의 와이어를 이용한 판상 부재의 구동 방법 및 장치와, 이를 이용한 태양 추적장치 및 태양광 반사장치{Method and Apparatus for Driving Plate-shape Member Using Three Wires, Solar Tracking Apparatus and Sunlight Reflecting Apparatus Using the Same}

본 발명은 판상 부재를 구동, 제어하는 기술에 관한 것이다. 여기서, '판상 부재'란 태양전지판이나 반사판과 같이 원형 또는 다각형의 편평한 판상 부재와, 오목 반사경이나 파라볼라 안테나와 같이 오목한 판상 부재를 포함하는 개념으로서, 본 발명은 이러한 판상 부재가 원하는 방향을 향하도록 구동, 제어하는 방법 및 장치와, 이를 이용하여 태양광 또는 태양열을 집광, 집열 또는 반사하는 부재가 태양의 방위각과 고도각을 따라 움직이도록 구동, 제어하는 태양 추적장치에 관한 것이다.

상술한 판상 부재는 일반적으로 거치대나 지지대와 같은 지지 구조물에 고정되어 설치되며, 응용처에 따라서 일정한 방향을 향하도록 고정되기도 하지만 필요에 따라서는 특정한 방향을 향하도록 간헐적 또는 지속적으로 움직이게 구동, 제어하여야 하는 경우도 있다. 이하에서는, 판상 부재로서 최근 관심을 모으고 있는 태양 에너지의 이용에 사용되는 태양전지판이나 집열판, 반사판 등의 판상 부재를 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 파라볼라 안테나 등의 다른 판상 부재 일반에도 적용된다.

태양광 발전에 사용되는 태양전지판이나 태양열 가열에 사용되는 집열판 또는 반사판은, 전형적으로, 넓은 부지나 건물 옥상과 같이 태양광 또는 태양열을 잘 받을 수 있는 곳에 거치대를 설치하고 이 거치대 위에 고정하여 설치하게 된다.

그런데, 태양의 방위각과 고도각은 지구의 공전과 자전에 따라 연중 및 하루중 계속 변화하므로, 태양전지판, 집열판 또는 반사판이 고정적으로 설치되어 있으면 태양 에너지의 이용효율이 매우 떨어지게 된다. 따라서, 종래부터 태양전지판이 태양의 방위각과 고도각에 따라 움직이도록 구동, 제어하는 태양 추적장치가 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 태양전지판이 태양의 고도각을 추종하도록 회동시키는 제1 회전축과 태양의 방위각을 추종하도록 회전시키는 제2 회전축 및 회전판을 마련하고, 와이어를 이용하여 제1 회전축을 중심으로 태양전지판을 회동시키고, 모터와 기어를 이용하여 제2 회전축을 중심으로 태양전지판(회전판)을 회전시키는 태양광 발전 장치가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 특허문헌 1의 제1 회전축에 대응되는 남북구동축과 제2 회전축에 대응되는 동서구동축을 마련하고, 각각 와이어로 태양전지판을 남북구동 및 동서구동하는(따라서, 2줄의 와이어를 사용하는) 태양광 추적장치가 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1과 2는 회전판의 회전이나 와이어의 감고 풀기에 모터와 기어군을 사용하는데, 이 경우 정밀한 제어를 위해 고가의 모터가 필요하게 되고, 기어간에 발생하는 백래시(backlash)를 저감하기 위해서는 정밀도가 높은 고가의 기어가 필요하게 된다. 또한, 기어나 회전판과 같은 부품은 자체 중량이 무겁기 때문에 장치의 간소화가 곤란하고 설치와 유지관리에 많은 비용과 노력이 들어가게 된다. 또한, 특허문헌 2의 장치는 모터의 회전을 감속하기 위해 풀리와 벨트를 이용하고 있기 때문에 야외에서 장기간 사용시 벨트의 열화에 따른 내구성 저하를 피할 수 없으며, 와이어 중간부를 풀리(도르래)에 감고 이 풀리를 회전시킴으로써 와이어의 양방향 길이를 조절하고 있으나, 풀리가 회전하지 않는 경우에도 강한 바람과 같은 외력에 의해 와이어가 한쪽 방향으로 강하게 잡아당겨지는 경우 와이어와 풀리가 서로 미끄러져 태양전지판이 원하지 않는 방향으로 움직이는 문제가 있다.

특허문헌 1: 공개특허공보 제10-2011-0102706호 특허문헌 2: 공개실용신안공보 제20-2009-0009733호

태양 에너지는 청정하면서도 연료와 후처리가 필요 없기 때문에 유지비용은 저렴하지만 초기 설치비용이 많이 든다는 단점이 있다. 특히, 태양 추적장치에 의한 태양 에너지의 이용효율 제고 효과는 널리 인식되어 있음에도 불구하고 널리 활용되지 않는 것은 장치 자체의 비용과 설치비용 때문이다.

본 발명은 이러한 사정을 고려하여 창안된 것으로서, 태양 추적장치의 구동부를 간소화시켜 장치 자체의 비용과 설치비용을 대폭으로 절감하면서도, 정밀한 구동이 가능한 태양 추적장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 견고하면서도 간단한 방법으로 정확하게 판상 부재를 원하는 방향으로 구동, 제어할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 판상 부재의 구동 방법은, 중심점을 중심으로 임의의 방향으로 경사가능하게 설치된 판상 부재를, 원하는 방향을 향하도록 구동하는 방법으로서, 상기 판상 부재의 일 표면에서 삼각형을 이루는 3점에 각각 1줄씩, 총 3줄의 와이어의 각각의 일단이 연결되어 있고, 상기 3줄의 와이어의 각각의 타단은 각각 상기 판상 부재의 일 표면과 이격되어 임의의 한 점에 고정되되, 상기 3줄의 와이어는 각각의 일단에서 타단까지의 길이를 조절가능하게 설치되어 있고, 상기 판상 부재가 원하는 방향을 향하도록, 상기 3줄의 와이어 각각의 일단에서 타단까지의 길이를 조절하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 판상 부재의 구동 장치는, 상단부에 유니버설 조인트가 형성되고 지면 또는 고정 구조물에 고정되는 지주; 임의의 방향으로 경사 구동이 가능하도록 상기 유니버설 조인트에 일 표면의 중심이 결합된 판상 부재; 상기 판상 부재의 일 표면에서 삼각형을 이루는 3점에 각각의 일단이 고정되고, 타단이 상기 지주에 고정된 3줄의 와이어; 상기 3줄의 와이어 각각의 양단부 또는 양단부 사이에 설치되고, 상기 3줄의 와이어 각각을 감거나 풀도록 회전 가능한 3개의 보빈과, 상기 3개의 보빈 각각을 회전시키는 3개의 모터를 포함하는 구동부; 및 상기 판상 부재가 원하는 방향을 향하도록 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 상기 구동부에 전달하여 상기 3개의 보빈 각각을 회전시키는 제어부;를 포함한다.

여기서, 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 것은, 구체적으로는 다음의 3 가지 방법으로 구현될 수 있다.

첫째, 상기 판상 부재에 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 현재방향 검출센서를 설치하여 두고, (a) 상기 현재방향 검출센서를 이용하여 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 판상 부재의 현재 방향과 상기 원하는 방향을 비교하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; 및 (d) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (b) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계;를 포함하여 구현될 수 있다.

여기서, 상기 현재방향 검출센서는, 상기 판상 부재가, 상기 판상 부재가 설치된 평면상에서 직교하는 두 개의 축을 중심으로 회동한 각도를 각각 검출하는 두 개의 각도 센서이고, 상기 (a) 단계에서는, 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향인 상기 판상 부재의 중심에서 상기 판상 부재의 다른 표면에 수직한 법선 벡터의 방위각과 고도각을, 상기 두 개의 각도 센서에서 각각 검출된 상기 판상 부재가 회동한 각도로부터 산출할 수 있다.

둘째, 상기 판상 부재의 다른 표면에는 상기 판상 부재가 추적해야할 대상물로부터의 빛, 열, 전기적 및 자기적 신호 중 적어도 어느 하나의 신호의 강도를 검출함으로써 상기 판상 부재가 이루는 평면에 대한 상기 대상물의 현재 방향을 검출하는 대상물 방향 검출센서를 설치하여 두고, (a) 상기 대상물 방향 검출센서를 이용하여 상기 판상 부재가 이루는 평면에 대한 상기 대상물의 현재 방향을 검출하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 상기 대상물의 현재 방향과 상기 판상 부재가 이루는 평면에 수직인 방향을 비교하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; (d) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (b) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계;를 포함하여 구현될 수 있다.

셋째, 상기 3줄의 와이어 각각에 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 검출하는 와이어 길이 검출센서를 설치하여 두고, (a) 상기 판상 부재가 상기 원하는 방향을 향할 때의 상기 3줄의 와이어 각각의 길이인 목표 길이를 산출하는 단계; (b) 상기 와이어 길이 검출센서를 이용하여 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 검출하는 단계; (c) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (a) 단계에서 산출된 목표 길이와 상기 (b) 단계에서 검출된 현재 길이를 비교하는 단계; (d) 상기 (c) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; 및 (e) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (c) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (b) 단계 내지 (d) 단계를 반복하는 단계;를 포함하여 구현될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 태양 추적장치는, 상기의 판상 부재 구동 장치를 포함하고, 상기 판상 부재는, 태양으로부터의 태양 에너지를 집열, 집광 또는 반사하는 판상 부재이고, 상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각에 따라 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 상기 구동부를 제어하도록 구성된다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 저장하는 메모리;를 구비하고, 상기 제어부가 상기 메모리로부터 현재의 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 읽어들여 상기 원하는 방향을 산출하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블을 포함하고, 상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 태양의 고도각 및 방위각에 대응되는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 포함하고, 상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 날짜와 시각에 대응되는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 전달하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 유니버설 조인트의 두 회동축을 중심으로 한 상기 판상 부재의 회동각도와, 이 회동각도에 따른 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 구비하고, 상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 태양의 고도각 및 방위각에 대응되는 상기 판상 부재의 회동각도와 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.

나아가, 상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 유니버설 조인트의 두 회동축을 중심으로 한 상기 판상 부재의 회동각도와, 이 회동각도에 따른 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 구비하고, 상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 날짜와 시각에 대응되는 상기 판상 부재의 회동각도와 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 구체적으로, 상기 판상 부재가 태양전지판 또는 집열판이고, 상기 판상 부재가 향하는 최적의 방향이 태양의 방향과 일치하도록 구동 제어함으로써 활용될 수 있다.

또한, 본 발명은 구체적으로, 상기 판상 부재가 태양 에너지를 집열, 집광하는 집열판, 집광판 또는 태양전지판이고, 상기 판상 부재가 향하기를 원하는 방향이 태양의 방향과 일치하도록 구동 제어함으로써 활용될 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 판상 부재가 태양광을 상기 태양 추적장치와 이격된 일지점으로 반사하는 반사판이고, 상기 판상 부재가 향하기를 원하는 방향이, 태양, 상기 반사판의 중심 및 상기 일지점이 이루는 각을 이등분하는 방향이 되도록 구동 제어함으로써 활용될 수 있다.

이 경우, 태양광 반사장치는 상기의 태양 추적장치를 복수 개 포함하되, 상기 복수의 태양 추적장치 각각의 반사판이 상기 일지점으로 태양광을 반사하도록 구성되어 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 판상 부재를 3줄의 와이어를 이용하여 지탱하고 경사 구동함으로써, 판상 부재의 구동 장치의 구동부를 현저하게 간소화할 수 있다. 따라서, 장치 자체의 비용은 물론이고 설치비용도 대폭 절감할 수 있다. 특히, 본 발명을 태양광 반사 장치에 적용하는 경우, 대단위 태양광 발전소뿐만 아니라 소규모의 태양광/태양열 이용 장치의 보급에도 크게 기여할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 3줄의 와이어를 독립적으로 구동함으로써 백래시와 같은 문제를 초래하지 않고 정밀한 구동이 가능하다.

또한, 본 발명의 판상 부재의 구동 장치 및 방법은 3줄의 와이어를 이용함으로써 3점 지지구조가 되어 역학적으로 매우 안정적인 구조가 된다. 따라서, 옥외에 노출시 필연적인 강풍이나 태풍과 같은 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 추적장치의 위쪽에서 바라본 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양 추적장치의 아래쪽에서 바라본 개략 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양 추적장치의 구동부 내부를 도시한 확대 사시도이다.
도 4의 (a)와 (b)는 각각 본 발명과 종래기술에 따른 와이어 구동부인 보빈과 풀리의 구동원리를 비교하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6는 도 1에 도시된 태양 추적장치의 구동 메커니즘(판상 부재의 구동 방법)을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 추적장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 추적장치를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 태양 추적장치의 구동부를 도시한 확대 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 태양 추적장치에서 유니버설 조인트에 의해 연결되는 구조를 상세히 도시한 확대 사시도이다.
도 11은 도 8에 도시된 태양 추적장치의 구동 메커니즘(판상 부재의 구동 방법)을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 이하에서는, 태양 추적 장치를 실시예로 들어 설명하지만, 본 발명은 태양 추적 장치 및 그 방법에만 한정되지 않고, 위성 안테나 등이 위성 등을 추적하도록 하거나, 나아가 임의의 판상 부재가 임의의 원하는 방향을 향하도록 하는 데에 적용할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 추적장치를 각각 위쪽 및 아래쪽에서 바라본 개략 사시도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 태양 추적장치의 구동부 내부를 도시한 확대 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 태양 추적장치는, 지면이나 건물 옥상 등의 고정 구조물에 고정되는 지주(10), 태양으로부터 태양 에너지를 받는 판상 부재(20), 3줄의 와이어(31,32,33), 3줄의 와이어 각각의 길이를 독립적으로 조절하는 구동부(40), 및 구동부(40)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.

지주(10)는 상부 구조물 즉, 판상 부재(20), 와이어(31,32,33), 구동부(40) 및 제어부(50)를 지탱하면서 지면 등에 고정될 수 있는 구조의 봉상 부재이다. 지주(10)는 전형적으로 철제의 봉으로 이루어지나, 상부 구조물을 지탱할 수 있고 옥외의 환경에 내구성을 가진다면 그 재질은 특별히 한정되지는 않는다. 한편, 지주(10)의 상단부에는 유니버설 조인트(11)가 형성되어 있어 판상 부재(20)가 동서남북 어느 방향으로도 경사지게 움직일 수 있도록 연결된다. 여기서 유니버설 조인트라 함은, 도 2에 도시된 바와 같이 서로 교차하는 방향의 두 회전축을 중심으로 각각 회동가능한 연결부재이나, 볼과 이 볼을 감싸는 부재로 이루어진 볼 조인트 등과 같이 연결되는 두 부재를 어느 방향으로도 움직이게 할 수 있다면, 구체적인 종류는 제한되지 않는다. 다만, 볼 조인트를 이용하는 경우에는 강풍 등의 외력에 의해 판상 부재(20)가 지주(10)를 중심으로 회전하여 와이어(31,32,33)가 꼬이거나 심한 경우 판상 부재(20)가 파손될 수 있으므로, 강풍 등에 노출되는 환경에 사용하는 경우에는 전술한 두 회전축을 중심으로 각각 회동가능하면서 지주(10)를 중심으로 회전하지는 않는 구조의 유니버설 조인트를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서 지주(10)는 구조의 간소화를 위해 단일의 기둥으로 이루어지지만, 필요하다면 중앙의 지주(10)를 측방에서 지지하는 구조의 측방 부가 기둥을 더 구비할 수도 있다.

판상 부재(20)는 본 실시예에서 태양광을 받아 발전하는 태양전지들이 다수 배치된 태양전지판 또는 태양열을 집열하는 집열판이나, 후술하는 다른 실시예에서는 태양광을 제3의 지점으로 반사하는 반사판이다. 판상 부재(20)는 전형적으로 원반 형태이지만, 4각형이나 6각형 등의 다각형으로 이루어져도 무방하다. 한편, 판상 부재(20)는 그 저면 중앙에서 전술한 유니버설 조인트(11)를 통해 지주(10)에 결합된다. 또한, 판상 부재(20)의 상면에는 태양의 고도각과 방위각을 검출하는 센서나 판상 부재(20)의 경사방향과 경사각을 검출하는 센서가 배치될 수도 있다.

3줄의 와이어(31,32,33)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 판상 부재(20)의 저면에서 삼각형을 이루는 3점(A1,A2,A3)에 각각의 일단이 연결되고, 타단은 구동부(40)에 마련된 3개의 보빈(43)에 각각 고정되어 독립적으로 감기거나 풀림으로써 그 길이가 독립적으로 조절될 수 있다. 따라서, 3줄의 와이어(31,32,33)의 길이를 각각 독립적으로 조절함으로써 판상 부재(20)가 동서남북 임의의 방향으로 경사지게 할 수 있다. 한편, 3줄의 와이어(31,32,33)는 전형적으로 강철선으로 이루어지지만, 바람등의 외력에 견디면서 판상 부재(20)를 잡아당겨 지탱할 수 있다면 그 재질은 특별히 한정되지 않는다.

판상 부재(20)의 저면에서 3줄의 와이어(31,32,33)의 각각의 일단이 연결되는 3점(A1,A2,A3)은, 필수적이지는 않지만, 제어의 간소화와 힘의 균형을 고려하여 판상 부재(20)의 중심(O)에서 동일한 거리를 가지고 정삼각형을 이루는 것이 바람직하다. 또한, 제어의 간소화와 힘의 균형을 고려하여, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 타단쪽 연장선이, 상기 원점에서 상기 부재의 저면쪽으로 이격된 1점인 공통의 구동점에 수렴되는 것이 바람직하다.

구동부(40)는 판상 부재(20)의 하부에서 지주(10)에 고정되어, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각을 잡아당기거나 풀어줌으로써 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 길이를 조절한다. 구체적으로, 구동부(40)는, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 타단이 고정되어 감기거나 풀리는 3개의 보빈(43)과, 3개의 보빈(43) 각각을 회전시키는 3개의 모터(41)를 구비한다. 여기서, 모터(41)로는 회전 디코더와 같은 센서가 구비되어 폐회로 제어(closed loop control)가 가능한 서보 모터를 사용할 수 있다. 또한, 개방 회로 제어(open loop control) 방식을 사용하는 스테핑 모터나 직류 모터를 사용할 수도 있다.

한편, 바람등의 외력에 의해 판상 부재(20)가 움직여 와이어(31,32,33)가 풀리지 않도록, 되도록 큰 감속비를 갖는 모터를 사용할 필요가 있다. 이를 위해 큰 감속비를 갖는 고가의 서보 모터를 사용할 수도 있지만, 3개의 모터(41) 각각과 3개의 보빈(43) 각각의 사이에서 모터와 보빈의 회전방향 또는 회전비를 전환하는 동력 전달 기구(42)를 포함하는, 기어드(geared) DC 모터를 사용할 수 있다. 다만, 기어를 사용할 경우 백래시를 방지하기 위한 부가적인 수단이나 고가의 기어가 필요하지만, 본 발명에 의하면 통상적인 기어를 사용하더라도 종래기술에 비해 백래시 등의 단점이 효과적으로 극복되므로(이에 대해서는 후술한다), 본 발명에서는 저렴한 비용으로 큰 감속비의 모터가 구현된다.

도 3에서 참조부호 44는 칸막이벽으로서, 각 그룹을 이루는 모터(41), 보빈(43) 및 동력 전달 기구(42)는 각각의 칸막이벽(44)에 안정적으로 고정된다.

제어부(50)는, 태양의 고도각 및 방위각에 따라 판상 부재(20)가 태양을 추적하여 원하는 최적의 방향을 향하도록 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 길이를 조절하는 구동부(40)를 제어한다. 제어부(50)는, 전형적으로, 제어 알고리즘을 포함하는 프로그램과, 제어에 필요한 각종 데이터 등을 저장하는 메모리, 마이크로프로세서 등을 포함한다. 제어부(50)의 실질적인 구성과 동작에 대해서는 후술하는 본 발명의 와이어 구동 메커니즘(판상 부재의 구동 방법)에서 설명하기로 한다.

한편, 도 3에서 제어부(50)는 구동부(40) 즉, 모터(41), 동력 전달 기구(42) 및 보빈(43)이 장착되는 공간에 설치되는 것으로 설명되었으나, 제어부의 설치 위치는 도 3에 도시된 예에 한정되지는 않는다. 또한, 도 1 내지 도 3에서 구동부(40)는 지면과 일정한 거리를 두고 이격되어 지주(10)에 고정되는 것으로 도시되었는데, 이는 구동부(40)가 침수되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 구동부(40)를 방수가능하게 구성한다면 구동부(40)는 지면에 밀착하여 고정되어도 무방하다.

한편, 전술한 모터(41)와 제어부(50), 나아가 전술한 센서를 구비하는 경우 센서의 동작에 필요한 전원은, 태양 추적장치가 설치되는 건물로부터 직접 공급받거나 독립적인 배터리를 사용할 수 있다. 또한, 상기 판상 부재(20)가 태양전지판인 경우에는 그로부터 직접 전원을 공급받을 수 있고, 상기 판상 부재(20)가 집열판이나 반사판인 경우에는 모터(41)와 제어부(50)에 필요한 용량에 맞는 태양전지를 판상 부재(20)의 소정 개소에 배치하여 그로부터 전원을 공급받을 수도 있다.

여기서, 제어부(50)의 구체적인 구성 즉, 본 실시예에 따른 태양 추적장치의 동작에 대해 설명하기에 앞서, 위와 같이 구성된 본 실시예의 태양 추적장치의 장점 및 효과에 대해 설명한다.

먼저, 본 실시예에 따르면 태양 추적장치를 현저하게 간소화하고 비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 구동부를, 3줄의 와이어(31,32,33)를 각각 구동하기 위한 모터(41), 보빈(43) 및 최소한의 기어만을 구비하는 동력 전달 기구(42)로 구성함으로써, 특허문헌 1 및 2를 포함하는 종래기술에 비해 장치가 현저하게 간소화된다. 특히, 본 실시예에서 모터(41)는 고가의 서보 모터나 다른 종래기술에서 사용하는 고가의 리니어 모터가 아닌 저렴한 비용으로 큰 감속비가 구현되는 모터를 사용하여 비용을 큰 폭으로 저감할 수 있다. 또한, 본 실시예의 모터(41)의 용량은 종래기술에 비해 작은 용량의 것을 사용할 수 있는데, 이는 3줄의 와이어(31,32,33)가 연결되는 3점(A1,A2,A3)이 판상 부재(20)의 반경방향 거의 끝단에 위치하므로 작은 힘으로도 판상 부재(20)를 정밀하게 경사 구동할 수 있기 때문이다.

또한, 본 실시예에서는 백래시를 저감하기 위해 정밀도가 높은 기어를 사용할 필요가 없다. 백래시(backlash)란 두 개의 기어가 맞물려 움직일 때 한쪽 기어가 움직이지 않더라도 다른 기어가 움직이는 현상을 말하는 것으로서, 특히 종래기술과 같이 기어의 수가 증가하는 경우에는 이러한 백래시가 누적되어 제어 오차(유격)가 급격하게 증가한다. 이러한 백래시를 저감하기 위해서는 정밀도가 높은 기어를 사용하거나, 항상적으로 기어를 한쪽 방향으로만 바이어스하는 방안이 고려되는데, 그만큼 추가적인 비용이 들어가게 된다. 즉, 정밀도가 높은 기어는 일반적인 기어보다 고가이고, 항상적으로 기어를 한쪽 방향으로 바이어스하기 위해서는 구동하지 않는 동안에도 바이어스를 위한 전력이 항상적으로 소모되게 된다.

이에 반해, 본 실시예에서는 3줄의 와이어를 독립적으로 구동함으로써 백래시와 같은 문제를 초래하지 않고 정밀한 구동이 가능하다. 즉, 본 실시예의 장치에서는 3줄의 와이어(31,32,33)를 구동하여 판상 부재(20)를 어느 방향으로 경사 구동할 때, 잡아당겨지는(즉, 감아야 하는) 와이어의 구동 모터만을 한 방향으로 회전시키고 풀리는 쪽의 와이어의 구동 모터는 적은 토크(전력)만으로도 풀리도록 할 수 있다. 따라서, 모터(41)는 실질적으로 한쪽 방향으로만 구동되고 그에 따라 기어 역시 실질적으로 한쪽 방향으로만 바이어스되게 되어 백래시가 근본적으로 없어지게 된다.

보다 구체적으로 설명하면, 도 4에는 본 실시예의 와이어 구동 메커니즘(a)과, 특허문헌 1 및 2를 포함하는 종래기술에서의 와이어 구동 메커니즘(b)을 도시하고 있는데, 본 실시예의 경우(a)에는 와이어(31)를 잡아당기는(즉, 감는) 방향으로만 보빈(43)을 회전시키고 와이어(31)를 풀 때에는 현저하게 적은 토크(전력)만으로도 다른 쪽 와이어가 감기는 힘에 의해 쉽게 풀리도록 함에 반해, 종래기술의 경우(b)에는 하나의 와이어(31') 를 풀리(도르래)(43')에 감아서 이 풀리를 한쪽 방향으로 회전하면 하나의 와이어(31')가 한쪽 방향은 풀리고 다른 쪽 방향은 감기는 방식이다. 이에 반해, 전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 모터를 실질적으로 한쪽 방향으로만 구동할 수 있어 기어 역시 한쪽 방향으로만 바이어스되어 백래시가 근본적으로 없어지지만, 종래기술에서는 양방향으로 모터를 구동하여야 하고 그에 따라 기어도 한쪽 방향으로만 바이어스할 수 없는 구조가 되고 백래시는 필연적이다.

게다가, 종래기술의 경우(b)에는 와이어(31')가 풀리(43')에 감기기만 할 뿐 고정되지는 않으므로, 강풍 등의 외력에 의해 와이어(31')가 한쪽 방향으로 강하게 당겨지는 경우 풀리가 회전하지 않더라도 와이어(31')가 풀리의 표면에서 미끄러져 원하지 않는 방향으로 태양전지판이 회동될 수 있다는 단점이 있다. 이에 반해, 본 실시예의 경우(a)에는 와이어(31)의 타단이 보빈(43)에 고정되어 있으므로 와이어(31)가 보빈(43)의 표면에서 미끄러져 풀리는 문제는 근본적으로 해소된다.

또한, 본 실시예에서는 지주(10)를 단일의 기둥으로 구성함으로써 판상 부재(20)의 경사 구동 범위에 거의 제한이 없다. 즉, 지주(10)를 측방에서 지지하는 구조의 측방 부가 기둥을 더 구비하는 경우에는 측방 구조물에 의해 판상 부재(20)의 경사 가능 범위가 제한되지만, 본 실시예에서는 그러한 염려가 없다. 판상 부재(20)의 경사 가능 범위는 태양 에너지의 이용효율만 보면 태양의 고도각과 방위각을 추종할 수 있는 범위이기만 하면 되지만, 특히 눈이 많이 내리는 지역에 설치되는 경우 판상 부재(20)는 최대한 경사지게 하여 눈이 쌓이지 않게 하여야 한다는 점에서 중요하게 고려하여야 하는 요소이다.

나아가, 본 실시예에서는 3줄의 와이어(31,32,33)로 판상 부재(20)를 잡아당겨 지탱하는 3점 지지구조가 된다. 따라서, 역학적으로 매우 안정적이고 견고한 구조가 되어, 옥외에 노출시 필연적인 강풍에 대해서도 견고하고 안정적으로 사용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 태양 에너지 이용에 장애가 되고 있는 장치 자체의 비용은 물론이고 설치 및 운용 비용도 대폭 절감할 수 있어, 대단위 태양광 발전소뿐만 아니라 소규모의 태양광/태양열 이용 장치의 보급에도 크게 기여할 수 있다.

이어서, 본 실시예에 따른 태양 추적장치에서 3줄의 와이어(31,32,33)를 독립적으로 구동 제어하는 메커니즘을 설명함으로써 본 실시예에 따른 장치의 동작과 제어부(50) 및 판상 부재의 구동 방법에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 실시예에 따른 태양 추적장치를 구동 제어의 관점에서 간략화하면 도 5와 같이 나타낼 수 있다. 도 5에서 보듯이, 판상 부재(20)의 중심을 원점 O(0,0,0)으로 하는 3차원 직교좌표로 나타내면, 임의의 시점에서 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 일단이 고정되는 판상 부재(20) 저면 상의 3점은 각각 A1(x₁,y₁,z₁), A2(x₂,y₂,z₂), A3(x₃,y₃,z₃)이 된다. 여기서, 반드시 그럴 필요는 없지만 제어의 간소화 및 힘의 균형을 위해 이 3점 A1, A2, A3는 원점 O로부터 동일한 거리 R만큼 떨어진 지점에 위치하는 것으로 한다. 또한, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 타단의 연장선은 지주(10) 상의 한 점 M인 공통의 구동점에 수렴하게 되는데, 이 점 M과 원점 O 간의 거리를 L이라 하면 점 M의 좌표는 M(0,0,-L)이 된다. 그리고, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 길이를 l₁, l₂, l₃라 한다.

또한, 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향은, 도 5에서 보듯이, 3점 A1, A2, A3가 이루는 평면에 대한 법선 벡터

로 나타낼 수 있고, 이 법선 벡터

을 지면 즉, XY 평면에 투영하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 지면(도 6에서 EWSN이 이루는 평면)에 대해 방위각 A와 고도각 h를 갖는 벡터가 된다.

그러면, 판상 부재(20)가 태양전지판 또는 집열판인 본 실시예에서는, 판상 부재(20)가 현재의 태양을 향하도록 구동 제어하면 된다. 즉, 상기 법선 벡터의 지면에 대한 고도각 h 및 방위각 A가 현재의 태양의 고도각 및 방위각과 일치하도록, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각을, 각각의 보빈을 회전시킴으로써 풀거나 감으면 된다.

예를 들어, 도 5 및 도 6에서 제1 와이어(31)가 판상 부재(20)에 연결된 점 A1이 원점 O를 중심으로 정북향이고, 제2 와이어(32)가 판상 부재(20)에 연결된 점 A2가 원점 O를 중심으로 서남향이며, 제3 와이어(33)가 판상 부재(20)에 연결된 점 A3이 원점 O를 중심으로 동남향이라 하고, 법선 벡터

의 현재 방향(즉, 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향)이 도 6에 도시된 바와 같이 동남쪽 하늘을 향하고 있다고 하자. 그리고, 현재 태양의 방향은 서남쪽이라 하자. 그러면, 현재 동남쪽을 향하고 있는 판상 부재(20)를 현재 태양의 방향인 서남쪽을 향하도록 하기 위해서는, 제1 와이어(31)는 그대로 두고(태양의 현재 고도각과 법선 벡터의 현재 고도각이 일치하는 경우. 만약 이 두 고도각이 일치하지 않는다면 그에 따라 제1 와이어(31)도 그 길이 l₁이 증가 또는 감소하도록 제1 와이어(31)가 감겨져 있는 보빈을 풀거나 감으면 된다), 제2 와이어(32)는 그 길이 l₂가 감소하도록 제2 와이어(32)가 감겨져 있는 보빈은 감고, 제3 와이어(33)는 그 길이 l₃가 증가하도록 제3 와이어(33)가 감겨져 있는 보빈을 풀면 된다. 이러한 조작(구동)은 수동으로 이루어질 수도 있지만, 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향과 태양의 현재 방향을 비교함으로써 자동으로 이루어지게 할 수 있다. 이러한 자동화된 구동 제어는 구체적으로 다음과 같이 몇 가지 방법으로 구현할 수 있다.

먼저, 판상 부재(20)에 판상 부재의 경사 방향과 경사각(즉, 상기 법선 벡터의 방위각과 고도각)을 검출함으로써 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 센서를 설치하여 두고, 이 센서에 의해 검출된 판상 부재의 현재 방향과 원하는 방향(즉, 태양의 현재 방향)을 비교하여 그 차이가 감소하는 방향으로 제1 내지 제3 와이어(31,32,33) 중 풀어야 할 와이어와 감아야 할 와이어를 결정한다. 이렇게 각 와이어(31,32,33)의 풀거나 감는 방향을 결정한 후 그에 따라 각각의 보빈을 회전시키면 판상 부재(20)는 점차 원하는 방향을 향하게 된다. 일정한 시간 간격 또는 일정한 보빈 회전량마다, 센서에 의한 판상 부재의 현재 방향 검출, 원하는 방향과의 비교 및 그에 따른 보빈 회전을 반복하여, 판상 부재의 현재 방향과 원하는 방향의 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어가게 되면 구동 제어를 종료한다.

여기서, 원하는 방향, 즉 태양의 현재 고도각 및 방위각은 별도의 센서를 두고 매번 측정할 수도 있지만, 제어부(50) 내에 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계, 및 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 저장하는 메모리를 구비해 두고, 이 메모리로부터 현재의 날짜와 시각에 따른 값을 읽어들여 사용할 수 있다.

또한, 판상 부재의 현재 방향을 검출하는 센서는, 전형적으로 중력에 대한 기울기 센서를 사용하거나, 또는 지주(10)와 판상 부재(20)의 경사각과 경사 방향을 측정하는 센서를 사용하면 된다.

자동화된 구동 제어의 다른 방법은, 판상 부재(20)의 상면에 태양의 현재 위치(방향)를 검출하는 센서를 설치하여 두고, 이 센서에 의해 검출된 태양의 현재 위치가 판상 부재(20)에 대해 특정한 각도(본 실시예에서는 수직)가 되도록 구동 제어하는 것이다.

구체적으로, 태양의 현재 위치 검출 센서는 태양으로부터의 빛 또는 열의 강도를 3차원적으로 검출함으로써, 판상 부재(20)가 이루는 평면에 대해 태양이 현재 어느 쪽에 있는지(즉, 판상 부재가 이루는 평면에 대한 태양의 고도각과 방위각)를 검출한다. 이렇게 검출된 판상 부재 평면에 대한 태양의 고도각이 특정한 각도(수직)가 되는 방향으로 각 와이어(31,32,33)의 풀거나 감는 방향을 결정한 후 그에 따라 각각의 보빈을 회전시키면 판상 부재(20)는 점차 원하는 방향(태양의 방향)을 향하게 된다. 일정한 시간 간격 또는 일정한 보빈 회전량마다, 센서에 의한 태양의 현재 방향 검출, 판상 부재 평면에 수직인지의 비교 및 그에 따른 보빈 회전을 반복하여, 태양의 방향과 판상 부재에 수직인 방향의 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어가게 되면 구동 제어를 종료한다.

이와 같은 태양의 현재 방향을 검출하여 구동 제어하는 방식에서는, 전술한 판상 부재의 현재 방향을 검출하여 구동 제어하는 방식에 비해, 시계와 태양의 현재 방향을 기억하는 메모리 등이 필요없게 되어 장치가 단순화 된다.

자동화된 구동 제어의 또 다른 방법은, 3개의 보빈(43) 각각에 보빈의 회전각도를 검출함으로써 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 현재 길이를 검출하는 센서(회전 디코더)를 설치하여 두고, 판상 부재(20)가 원하는 방향(즉, 태양의 현재 방향)을 향할 때의 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 목표 길이를 산출한 다음, 센서에 의해 검출된 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 현재 길이와 목표 길이가 일치하게 되는 방향으로 각각의 보빈을 풀거나 감음으로써 판상 부재(20)를 구동 제어하는 것이다.

즉, 상기 센서에 의해 검출된 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 현재 길이와 목표 길이를 비교하여, 이 차이가 감소하는 방향으로 각 와이어(31,32,33)의 풀거나 감는 방향을 결정한 후 그에 따라 각각의 보빈을 회전시키면 판상 부재(20)는 점차 원하는 방향(태양의 방향)을 향하게 된다. 일정한 시간 간격 또는 일정한 보빈 회전량마다, 센서에 의한 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 현재 길이 검출, 목표 길이와의 비교 및 그에 따른 보빈 회전을 반복하여, 현재 길이와 목표 길이의 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어가게 되면 구동 제어를 종료한다.

여기서, 원하는 방향, 즉 태양의 현재 고도각 및 방위각은 별도의 센서를 두고 매번 측정할 수도 있지만, 제어부(50) 내에 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계, 및 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 저장하는 메모리를 구비해 두고, 이 메모리로부터 현재의 날짜와 시각에 따른 값을 읽어들여 사용할 수 있다.

또한, 원하는 방향에 따른 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 목표 길이는, 원점 O을 중심으로 한 3점 A1, A2, A3의 좌표, 원점 O에서 구동점 M까지의 길이 L, 원점 O에서 판상 부재의 상면에 수직한 법선 벡터, 상기 원하는 방향이 이루는 고도각 h 및 방위각 A, 및 3줄의 와이어 각각의 일단부터 보빈까지의 길이 l₁, l₂, l₃ 들간의 관계로부터 산출할 수 있는데, 구체적으로는 다음과 같다.

먼저, 이들 변수와 상수 들간에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

또한, 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향은, 도 5에서 보듯이, 3점 A1, A2, A3가 이루는 평면에 대한 법선 벡터

로 나타낼 수 있다. 여기서, 이 법선 벡터는 원점 O에서 3점 A1, A2, A3를 향하는 각각의 벡터

,

,

와의 각 내적이 0이 되어, 다음의 수식을 만족한다.

또한, 상기 법선 벡터는 단위 벡터이므로, 다음의 관계를 만족한다.

한편, 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향을 나타내는 법선 벡터

을 지면 즉, XY 평면에 투영하면, 도 6에 도시된 바와 같이, 지면(도 6에서 EWSN이 이루는 평면)에 대해 방위각 A와 고도각 h를 갖는 벡터가 되고, 이 방위각 A와 고도각 h, 및 위 i, j, k는 다음의 관계를 만족한다.

그러면, 상기 판상 부재(20)가 태양전지판 또는 집열판인 본 실시예에서는, 판상 부재(20)가 현재의 태양을 향하도록 구동 제어하면 된다. 즉, 상기 법선 벡터의 지면에 대한 고도각 h 및 방위각 A가 현재의 태양의 고도각 및 방위각과 일치할 때의 3줄의 와이어(31,32,33)의 각 길이 l₁, l₂, l₃를 구하여 3줄의 와이어(31,32,33)의 길이를 늘리거나 줄이도록 구동부(40)를 구동하면 된다. 구체적으로는, 현재의 태양의 고도각과 방위각을 각각 수학식 4의 h와 A에 대입하여 i, j 값을 구하고, 이를 수학식 3에 대입하여 k를 구한 다음, i, j, k 값을 수학식 2에 대입하여 얻은 세 개의 방정식과 수학식 1의 수식 (1)~(6)의 여섯 개의 방정식을 연립하여 풂으로써, 3점 A1, A2, A3의 좌표 즉, x₁, y₁, z₁, x₂, y₂, z₂, x₃, y₃, z₃를 구한다. 이렇게 구한 x₁, y₁, z₁, x₂, y₂, z₂, x₃, y₃, z₃를 수학식 1의 수식 (7)~(9)에 대입하여 3줄의 와이어의 각 목표 길이 l₁, l₂, l₃를 구한다.

이와 같은 각 와이어의 현재 길이를 검출하여 구동 제어하는 방식에서는, 전술한 판상 부재의 현재 방향 또는 태양의 현재 방향을 검출하여 구동 제어하는 방식에 비해, 와이어 길이를 매우 정밀하게 제어할 수 있어 판상 부재(20)의 경사 구동을 매우 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 와이어 길이를 검출하는 센서를 구동부(40) 안에 배치할 수 있어 구동부 밖으로 노출되는 배선이 최소화되어 구조적으로 단순하며 안전하다.

다만, 와이어 길이 검출 방식의 구동 제어에서는 검출 및 제어가 와이어 길이에 집중되어 있어 와이어의 절단과 같은 비상 상황에 대해서는 적절히 대처하기 어렵다는 단점이 있다. 한편, 전술한 다른 방식에서는 와이어가 절단되었을 때 판상 부재(20)가 비정상적으로 동작하는 것으로 나타나므로 쉽게 검출되어 이러한 문제에 쉽게 대처할 수 있게 된다.

전술한 세 가지 구동 제어 방식에 따른 구체적인 제어부(50)의 동작은 제어부(50) 내의 연산부가 수행하게 되고, 이상의 제어 과정은 프로그래밍화하여 제어부(50) 내의 마이크로프로세서로 구현될 수 있다.

상기의 제어 과정은 일출후 일몰전까지의 시간 동안 일정한 시간 간격(예컨대 5분)으로 반복함으로써 이 일정한 시간 간격마다 판상 부재(20)가 태양을 추적하도록 하면 된다.

한편, 와이어 길이 검출 방식의 구동 제어에서는 연산부가 상기의 수학식들을 이용하여 매번 연산을 수행하도록 하였지만, 위의 연산 결과 즉, 태양의 고도각 및 방위각 별로, 판상 부재(20)가 태양을 향하도록 하는 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 목표 길이 l₁, l₂, l₃를 저장하는 룩업 테이블을 제어부(50) 내의 메모리에 저장해 두고, 이 룩업 테이블로부터 현재의 태양의 고도각 및 방위각에 대응되는 3줄의 와이어 각각의 목표 길이를 출력하도록 하면, 제어부(50) 하드웨어의 구성을 간소화할 수 있다.

또한, 더 나아가, 상기 룩업 테이블을 현재의 날짜 및 시각별로 판상 부재(20)가 태양을 향하도록 하는 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 목표 길이 l₁, l₂, l₃를 저장하도록 하면, 굳이 태양의 고도각 및 방위각 값을 구할 필요도 없게 되어 알고리즘이 더욱 간소화된다.

이상은 본 발명의 태양 추적장치를 태양전지판 또는 집열판이 태양을 추적하도록 하는 데에 적용한 실시예이지만, 본 발명의 태양 추적장치는 상기 판상 부재(20)가 태양광을 일정한 지점으로 반사하는 반사판인 경우에도 적용할 수 있다. 도 7은 판상 부재(20)가 반사판으로 이용되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양 추적장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 태양 추적장치의 기본 구성은 전술한 실시예와 동일하지만, 판상 부재(20)가 태양(S)으로부터의 태양광을 태양 추적장치와 이격된 일지점 P로 반사하는 반사판이라는 점에서 다르므로, 중복되는 구성과 효과에 관한 설명을 생략하고 다른 점을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예가 전술한 실시예와 다른 점은, 판상 부재(20)가 반사판이기 때문에, 판상 부재(20)가 향하기를 원하는 최적의 방향이 태양(S)의 방향이 아니라, 태양광이 판상 부재(20)에 입사하여 정확히 일지점 P로 반사되도록 하는 방향이라는 점이다. 즉, 본 실시예에서 판상 부재(20)가 향하는 방향을 나타내는 법선 벡터

을 중심으로, 태양광의 입사각 i와 반사각 r이 동일하게 되는 방향으로 판상 부재(20)를 경사 구동하여야 한다. 이를 위해, 구체적으로는 현재의 태양의 고도각과 방위각을 각각 상기 수학식 4의 h와 A에 대입하는 대신, 현재의 태양의 고도각과 일지점 P의 고도각의 중간값 및 현재의 태양의 방위각과 일지점 P의 방위각의 중간값을 각각 상기 수학식 4의 h와 A에 대입한다. 나머지 풀이 과정은 전술한 실시예와 동일하다. 한편, 상기 일지점 P의 방위각과 고도각은 기지의 값으로서 메모리에 저장해 두면 된다.

본 실시예에서, 상기 일지점 P에는 태양전지나 집열부재가 배치되어 있어 태양 에너지를 활용가능한 전기 에너지나 열 에너지 등 다른 형태의 에너지로 변환하게 된다. 또는, 상기 일지점 P에 빨래나 건조 식품 등의 일광 건조할 대상물 또는 일광 소독할 대상물을 배치해 두고 본 실시예의 장치로부터 반사된 태양광을 일광 건조나 일광 소독에 사용하게 할 수도 있다. 나아가, 상기 일지점 P는 주택이나 건물, 공장 등의 실내가 될 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 장치로부터 반사된 태양광은 실내 조명에 사용될 수 있다. 한편, 상기 일지점 P는 '점'이라는 표현을 썼지만, 엄밀한 의미의 '점'이 아니라 일정한 면적이나 패턴을 가지는 영역을 포함하는 의미로 해석되어야 한다.

한편, 본 실시예는 여러 개의 반사판을 사용하여 일지점 P로 태양광을 모으는 태양광 발전 시스템에 특히 적합하게 적용할 수 있다. 즉, 도 7에서 반사판(20)을 포함한 태양 추적장치를 서로 다른 위치에 복수 개 구비하고, 각각의 반사판(20)이 모두 일지점 P로 태양광을 반사시키도록 구성하면 되는데, 이 각각의 반사판(20)을 포함하는 각각의 태양 추적장치는 하나의 태양 추적장치를 사용할 때와 마찬가지로 각각 구동 제어할 수도 있고, 복수 개의 태양 추적장치를 중앙 집중식으로 구동 제어할 수도 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 태양 추적장치를 개략적으로 도시한 정면도이고, 도 9는 본 실시예의 태양 추적장치의 구동부를 도시한 확대 사시도이며, 도 10은 본 실시예의 태양 추적장치에서 유니버설 조인트에 의해 연결되는 구조를 상세히 도시한 확대 사시도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하여, 본 실시예의 태양 추적장치가 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 전술한 실시예의 태양 추적장치와 다른 점을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 실시예의 태양 추적장치에서는 구동부(40')의 구조와 설치 위치가 전술한 실시예와 다르다.

즉, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 구동부(40')는 구동부 프레임(45) 사이에 회전 가능하게 고정된 보빈(43')과, 이 보빈(43')을 회전시키는 모터(41) 및 모터(41)의 회전력과 방향을 적절하게 전환하여 보빈(43')에 전달하는 동력 전달기구(42)를 구비한다. 여기서, 보빈(43')을 이루는 한 쌍의 휠 간의 간격이 전술한 실시예(도 3 참조)에 비해 매우 좁다. 따라서, 전술한 실시예에서는 와이어(31,32,33)가 보빈(43)에 감길 때 넓은 보빈 축 외주면을 따라 평행하게 감길 수도 있고 이미 감겨져 있는 와이어 위에 적층되듯이 감길 수도 있어 보빈(43)의 회전량에 따라 현재 와이어의 길이를 산출하는 데에 오차가 발생할 수 있었으나, 본 실시예에서는 와이어가 보빈(43')에 감길 때 반드시 적층되도록 감길 수밖에 없어 보빈(43')의 회전량에 따른 와이어 길이가 오차 없이 일의적으로 산출가능하게 된다.

또한, 본 실시예에서는, 구동부 프레임(45)이 판상 부재 프레임(21)에 설치된 고리(22)와 구동부 프레임(45)에 설치된 갈고리(46)에 의해 판상 부재(10) 저면에 연결된다. 즉, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 일단쪽에 구동부(40')가 설치된다. 한편, 3줄의 와이어(31,32,33)의 타단은, 일단쪽과 유사하게 지주(10)에 설치된 고리(12)와 와이어 타단에 설치된 갈고리(34)에 의해 지주(10)에 연결된다. 따라서, 갈고리(46,34)의 해제에 의해 구동부(40') 및 와이어(31,32,33)를 간단히 해체할 수 있어 유지보수가 간편하게 된다. 또한, 구동부(40')가 판상 부재(10)에 현수되는 형태로 설치되므로, 와이어(31,32,33)를 중심축으로 하여 어느 정도 회전하거나 유동할 수 있게 되어 판상 부재(10)의 구동이나 강풍 등의 외력에 의한 진동이나 충격을 흡수할 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서 구동부(40)는 와이어(31,32,33)의 타단, 즉 지주(10)쪽에 설치되고, 본 실시예에서 구동부(40')는 와이어(31,32,33)의 일단, 즉 판상 부재(20)쪽에 설치되었으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다. 다시 말해, 구동부는 와이어(31,32,33)의 길이를 조절할 수 있는 한, 와이어(31,32,33)의 양단부뿐만 아니라 양단부 사이의 임의의 지점에 설치할 수 있다.

또한, 본 실시예의 태양 추적장치는, 지주(10) 선단부에 설치되는 유니버설 조인트(11')의 구체적인 구성과 그에 따른 구동 메커니즘(판상 부재의 구동 방법)에서 전술한 실시예와 다르다.

즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 유니버설 조인트(11')는 지주(10) 선단에 브래킷(13)을 개재하여 장착되어, 브래킷(13)에 대해 한 회동축(X축)을 중심으로 자유롭게 회동가능함과 동시에, X축과 동일 평면에서 직교하는 다른 회동축(Y축)을 중심으로 자유롭게 회동가능한 구조를 가진다. 이 다른 회동축(Y축)에는 판상 부재 프레임(21)을 개재하여 판상 부재(20)가 결합된다. 따라서, 판상 부재(20)는 지주(10)에 대해 임의의 방향으로 경사가능하게 된다. 여기서, 유니버설 조인트(11')의 두 회동축(X축 및 Y축)은 동일 평면상에서 직교하는 것으로 설명되었으나 전술한 실시예(도 2 및 도 7 참조)에서와 같이, 반드시 동일 평면에 있을 필요는 없고 꼬인 위치로 존재할 수도 있다. 다만, 본 실시예와 같이 두 회동축이 동일 평면에 있는 경우 구동시 진동이 적고 필요한 구동력이 작아 바람직하다.

또한, 본 실시예의 유니버설 조인트(11')에서는 유니버설 조인트 프레임(14) 안에 각각의 회동축(X축 및 Y축)에 각도 센서(15,16)가 설치되어 있다. 따라서, 이 각도 센서(15,16)를 이용하여 판상 부재(20)가 유니버설 조인트(11')의 두 회동축(X축 및 Y축)을 중심으로 회동한 각도를 검출할 수 있다. 본 실시예에서 각도 센서(15,16)는 회동한 각도에 비례해서 저항값이 변화하는 가변 저항을 사용한다. 물론, 동일한 원리의 가변 커패시터나 회전 디코더를 사용할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서 각도 센서(15,16)는 X축 및 Y축용으로 각각 두 개씩 총 4개를 사용하고 있으나 X축 및 Y축용으로 각각 하나씩만 있으면 된다. 다만, 두 개씩 사용하는 경우 어느 하나가 고장이 나거나 오동작하더라도 다른 하나를 이용할 수 있으므로 바람직하다.

이와 같이 각도 센서(15,16)를 이용하게 되면, 3줄의 와이어(31,32,33) 각각의 현재 길이를 산출하고 현재 길이가 목표 길이와 일치하도록 구동하는 전술한 실시예에 비해, 판상 부재(10)를 원하는 방향으로 구동하는 방법이 더욱 단순해진다. 즉, 각도 센서(14,15)에서 검출한 판상 부재(20)가 유니버설 조인트(11')의 두 회동축(X축 및 Y축)을 중심으로 회동한 각도로부터 판상 부재(20)가 현재 향하고 있는 방향, 즉 법선 벡터의 방위각과 고도각을 산출하고, 이 판상 부재(20)의 법선 벡터의 방위각과 고도각이 태양의 현재 방위각과 고도각과 일치하도록 구동하면 된다.

구체적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 판상 부재(20)가 유니버설 조인트(11')의 두 회동축(X축 및 Y축)을 중심으로 회동한 각도를 각각 α, β라 하고, 이 α, β로부터 지평 좌표계(xyz 직교 좌표계)에 따른 방위각 A와 고도각 h는 다음과 같이 구해진다.

판상 부재(20)의 법선 벡터

을 길이가 1인 단위 벡터라 하고, 직교 좌표계상에서의 x, y, z 좌표값을 각각 a, b, c라 하면, a, b, c는 다음 수식으로 구해진다.

또한, 법선 벡터

의 지평 좌표계에 따른 방위각 A와 고도각 h는 다음 수식과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 5의 a, b, c를 수학식 6에 대입하면 방위각 A와 고도각 h는 다음 수식과 같이 구해진다.

판상 부재(20)가 태양전지판 또는 집열판인 본 실시예에서는, 이렇게 구한 방위각 A와 고도각 h와 현재 태양의 방위각 및 고도각이 일치하도록 구동 제어하면 된다. 현재 태양의 방위각 및 고도각을 검출 또는 산출하는 방법이나 구체적인 구동 제어 동작은 전술한 실시예와 마찬가지이다.

또한, 본 실시예에 대해서는, 모순되지 않는 한, 전술한 실시예와 동일 유사한 부가적인 특징을 부가할 수 있다. 예컨대, 본 실시예에서도 전술한 실시예와 마찬가지로, 현재 태양의 방위각 및 고도각을 센서를 이용하여 검출하거나, 메모리나 룩업 테이블을 통해 읽어들일 수도 있다. 나아가, 룩업 테이블에 날짜와 시각에 따른 판상 부재(20)의 회동 각도 α, β를 저장해 두고 현재 날짜와 시각에 따른 회동 각도 α, β를 읽어들임으로써, 상술한 연산 과정을 거치지 않고 곧바로 판상 부재(20)를 구동 제어할 수도 있다.

또한, 본 실시예의 태양 추적장치를, 도 7을 참조하여 설명한 실시예에서와 같은 반사장치에 이용할 수도 있음은 물론이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

예를 들어, 전술한 설명에서는 본 발명의 실시예로서 판상 부재가 태양광 또는 태양열 등의 태양 에너지를 받는 집열판, 태양전지판 또는 반사판인 태양 추적 장치를 들어 설명했지만, 본 발명의 판상 부재의 구동 방법 및 장치는 태양 추적 장치 및 방법에만 국한되지 않고, 판상 부재를 임의의 원하는 방향으로 구동 제어하는 경우에는 그대로 적용할 수 있다. 예컨대, 위성 안테나나 전파 망원경 같이 특정 위성이나 특정 천체를 추종하여야 하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 전술한 태양의 현재 위치를 검출하는 센서는, 특정 위성이나 천체로부터의 전파(전기적 신호)의 강도, 나아가 자기적 신호를 3차원적으로 검출함으로써 그 위치를 검출하는 센서로 대체하면 된다.

10: 지주 11,11': 유니버설 조인트
12,22: 고리 13: 브래킷
14: 유니버설 조인트 프레임
15,16: 각도 센서(현재방향 검출센서)
20: 판상 부재 21: 판상 부재 프레임
31,32,33: 와이어 34,46: 갈고리
40,40': 구동부 41: 모터
42: 동력 전달 기구 43,43': 보빈
44: 칸막이벽 45: 구동부 프레임
50: 제어부

Claims (24)

1. 중심점을 중심으로 임의의 방향으로 경사가능하게 설치된 판상 부재를, 원하는 방향을 향하도록 구동하는 방법으로서,
   상기 판상 부재의 일 표면에서 삼각형을 이루는 3점에 각각 1줄씩, 총 3줄의 와이어의 각각의 일단이 연결되어 있고, 상기 3줄의 와이어의 각각의 타단은 각각 상기 판상 부재의 일 표면과 이격되어 임의의 한 점에 고정되되, 상기 3줄의 와이어는 각각의 일단에서 타단까지의 길이를 조절가능하게 설치되어 있고,
   상기 판상 부재가 원하는 방향을 향하도록, 상기 3줄의 와이어 각각의 일단에서 타단까지의 길이를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 판상 부재에는 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 현재방향 검출센서가 설치되어 있고,
   상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 단계는,
   (a) 상기 현재방향 검출센서를 이용하여 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 단계;
   (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 판상 부재의 현재 방향과 상기 원하는 방향을 비교하는 단계;
   (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; 및
   (d) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (b) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 현재방향 검출센서는, 상기 판상 부재가, 상기 판상 부재가 설치된 평면상에서 직교하는 두 개의 축을 중심으로 회동한 각도를 각각 검출하는 두 개의 각도 센서이고,
   상기 (a) 단계는, 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향인 상기 판상 부재의 중심에서 상기 판상 부재의 다른 표면에 수직한 법선 벡터의 방위각과 고도각을, 상기 두 개의 각도 센서에서 각각 검출된 상기 판상 부재가 회동한 각도로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 판상 부재의 다른 표면에는 상기 판상 부재가 추적해야할 대상물로부터의 빛, 열, 전기적 및 자기적 신호 중 적어도 어느 하나의 신호의 강도를 검출함으로써 상기 판상 부재가 이루는 평면에 대한 상기 대상물의 현재 방향을 검출하는 대상물 방향 검출센서가 설치되어 있고,
   상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 단계는,
   (a) 상기 대상물 방향 검출센서를 이용하여 상기 판상 부재가 이루는 평면에 대한 상기 대상물의 현재 방향을 검출하는 단계;
   (b) 상기 (a) 단계에서 검출된 상기 대상물의 현재 방향과 상기 판상 부재가 이루는 평면에 수직인 방향을 비교하는 단계;
   (c) 상기 (b) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; 및
   (d) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (b) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (a) 단계 내지 (c) 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 3줄의 와이어 각각에는, 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 검출하는 와이어 길이 검출센서가 설치되어 있고,
   상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 단계는,
   (a) 상기 판상 부재가 상기 원하는 방향을 향할 때의 상기 3줄의 와이어 각각의 길이인 목표 길이를 산출하는 단계;
   (b) 상기 와이어 길이 검출센서를 이용하여 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 검출하는 단계;
   (c) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (a) 단계에서 산출된 목표 길이와 상기 (b) 단계에서 검출된 현재 길이를 비교하는 단계;
   (d) 상기 (c) 단계의 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 증가시키거나 감소시키는 단계; 및
   (e) 상기 3줄의 와이어 각각에 대하여, 상기 (c) 단계의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지 상기 (b) 단계 내지 (d) 단계를 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 판상 부재의 중심을 원점으로 하였을 때, 상기 3줄의 와이어 각각의 타단쪽 연장선이, 상기 원점에서 상기 판상 부재의 일 표면쪽으로 이격된 공통의 구동점에 수렴되며,
   상기 (a) 단계는, 상기 원점을 중심으로 한 상기 3점의 좌표, 상기 원점에서 상기 구동점까지의 길이, 상기 원점에서 상기 판상 부재의 다른 표면에 수직한 법선 벡터, 상기 원하는 방향이 이루는 고도각 및 방위각, 및 상기 3줄의 와이어 각각의 일단에서 타단까지의 길이 들간의 관계로부터, 상기 3줄의 와이어 각각의 목표 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 방법.
7. 상단부에 유니버설 조인트가 형성되고 지면 또는 고정 구조물에 고정되는 지주;
   임의의 방향으로 경사 구동이 가능하도록 상기 유니버설 조인트에 일 표면의 중심이 결합된 판상 부재;
   상기 판상 부재의 일 표면에서 삼각형을 이루는 3점에 각각의 일단이 고정되고, 타단이 상기 지주에 고정된 3줄의 와이어;
   상기 3줄의 와이어 각각의 양단부 또는 양단부 사이에 설치되고, 상기 3줄의 와이어 각각을 감거나 풀도록 회전 가능한 3개의 보빈과, 상기 3개의 보빈 각각을 회전시키는 3개의 모터를 포함하는 구동부; 및
   상기 판상 부재가 원하는 방향을 향하도록 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 상기 구동부에 전달하여 상기 3개의 보빈 각각을 회전시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 판상 부재의 경사 방향과 경사각을 검출함으로써 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향을 검출하는 현재방향 검출센서;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 현재방향 검출센서에 의해 검출된 판상 부재의 현재방향과 상기 원하는 방향을 비교하여, 그 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 상기 3개의 보빈 각각의 회전방향을 결정하는 연산부를 포함하고,
   상기 연산부의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지, 상기 센서에 의한 판상 부재의 현재 방향 검출, 상기 연산부에 의한 비교 및 보빈의 회전방향 결정, 및 상기 구동부에 의한 상기 3줄의 와이어 각각의 길이 조절을 반복하도록, 상기 센서, 연산부 및 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 현재방향 검출센서는, 상기 판상 부재에 설치된 기울기 센서 또는 가속도 센서인 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 현재방향 검출센서는, 상기 유니버설 조인트의 두 회동축에 설치되어 상기 판상 부재가 상기 두 회동축을 중심으로 회동한 각도를 검출하는 두 개의 각도 센서인 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 판상 부재가 현재 향하고 있는 방향인 상기 판상 부재의 중심에서 상기 판상 부재의 다른 표면에 수직한 법선 벡터의 방위각과 고도각을, 상기 두 개의 각도 센서에서 각각 검출된 상기 판상 부재가 회동한 각도로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
12. 제7항에 있어서,
    상기 판상 부재의 다른 표면에 설치되어, 상기 판상 부재가 추적해야할 대상물로부터의 빛, 열, 전기적 및 자기적 신호 중 적어도 어느 하나의 신호의 강도를 검출함으로써 상기 판상 부재가 이루는 평면에 대한 상기 대상물의 현재방향을 검출하는 대상물 방향 검출센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 대상물 방향 검출센서에 의해 검출된 상기 대상물의 현재방향과 상기 판상 부재가 이루는 평면에 수직인 방향을 비교하여, 그 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 3개의 보빈 각각의 회전방향을 결정하는 연산부를 포함하고,
    상기 연산부의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지, 상기 대상물 방향 검출센서에 의한 상기 대상물의 현재방향 검출과, 상기 연산부에 의한 비교 및 보빈의 회전방향 결정, 및 상기 구동부에 의한 상기 3줄의 와이어 각각의 길이 조절을 반복하도록, 상기 센서, 연산부 및 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
13. 제7항에 있어서,
    상기 3개의 보빈 각각에 설치되어, 보빈의 회전각도를 검출함으로써 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 검출하는 와이어 길이 검출센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 판상 부재가 상기 원하는 방향을 향할 때의 상기 3줄의 와이어 각각의 길이인 목표 길이를 산출하고, 산출된 상기 목표 길이와 상기 와이어 길이 검출센서에 의해 검출된 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이를 비교하여, 그 비교 결과가 일치하게 되는 방향으로 3개의 보빈 각각의 회전방향을 결정하는 연산부를 포함하고,
    상기 연산부의 비교 결과 그 차이가 미리 정해진 오차범위 내에 들어갈 때까지, 상기 와이어 길이 검출센서에 의한 상기 3줄의 와이어 각각의 현재 길이 검출과, 상기 연산부에 의한 비교 및 보빈의 회전방향 결정, 및 상기 구동부에 의한 상기 3줄의 와이어 각각의 길이 조절을 반복하도록, 상기 센서, 연산부 및 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 판상 부재의 중심을 원점으로 하였을 때, 상기 3줄의 와이어 각각의 타단쪽 연장선이, 상기 원점에서 상기 판상 부재의 일 표면쪽으로 이격된 공통의 구동점에 수렴되고,
    상기 연산부는,
    상기 원점을 중심으로 한 상기 3점의 좌표, 상기 원점에서 상기 구동점까지의 길이, 상기 원점에서 상기 판상 부재의 다른 표면에 수직한 법선 벡터, 상기 원하는 방향이 이루는 고도각 및 방위각, 및 상기 3줄의 와이어 각각의 일단에서 타단까지의 길이 들간의 관계로부터, 상기 3줄의 와이어 각각의 목표 길이를 산출하는 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
15. 제7항에 있어서,
    상기 지주는 단일의 기둥으로 이루어진 것을 특징으로 하는 판상 부재의 구동 장치.
16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 판상 부재의 구동 장치를 포함하고,
    상기 판상 부재는, 태양으로부터의 태양 에너지를 집열, 집광 또는 반사하는 판상 부재이고,
    상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각에 따라 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 상기 구동부를 제어하는, 태양 추적장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 저장하는 메모리;를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 메모리로부터 현재의 날짜와 시각에 따른 태양의 고도각 및 방위각을 읽어들여 상기 원하는 방향을 산출하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 태양의 고도각 및 방위각에 대응되는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
19. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 포함하고,
    상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 날짜와 시각에 대응되는 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 전달하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
20. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 태양의 고도각 및 방위각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 유니버설 조인트의 두 회동축을 중심으로 한 상기 판상 부재의 회동각도와, 이 회동각도에 따른 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 구비하고,
    상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 태양의 고도각 및 방위각에 대응되는 상기 판상 부재의 회동각도와 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
21. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는, 현재의 날짜와 시각을 계수하는 시계; 및 날짜와 시각 별로, 상기 판상 부재가 태양을 추적하여 원하는 방향을 향하도록 하는 상기 유니버설 조인트의 두 회동축을 중심으로 한 상기 판상 부재의 회동각도와, 이 회동각도에 따른 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 저장하는 룩업 테이블;을 구비하고,
    상기 제어부는 상기 룩업 테이블로부터 현재의 날짜와 시각에 대응되는 상기 판상 부재의 회동각도와 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 읽어들여 상기 구동부에 상기 3줄의 와이어 각각의 길이를 조절하는 신호를 전달하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
22. 제16항에 있어서,
    상기 판상 부재는 태양 에너지를 집열, 집광하는 집열판, 집광판 또는 태양전지판이고,
    상기 판상 부재가 향하기를 원하는 방향이 태양의 방향과 일치하는 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
23. 제16항에 있어서,
    상기 판상 부재는 태양광을 상기 태양 추적장치와 이격된 일지점으로 반사하는 반사판이고,
    상기 판상 부재가 향하기를 원하는 방향이, 태양, 상기 반사판의 중심 및 상기 일지점이 이루는 각을 이등분하는 방향인 것을 특징으로 하는 태양 추적장치.
24. 제23항에 기재된 태양 추적장치를 복수 개 포함하되,
    상기 복수의 태양 추적장치 각각의 반사판이 공통의 상기 일지점으로 태양광을 반사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 태양광 반사장치.

Images