KR20140028179A - 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소 - Google Patents

태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소 Download PDF

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이영진
김상희
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영원문화산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소에 관한 것으로, 회전판와, 상기 회전판를 태양의 위치에 따라 회전시키는 방위각 회전 구동부와, 상기 회전판의 상면에 형성되고 다층으로 구획된 프레임과, 상기 프레임의 각 층에 설치되는 솔라 모듈과, 상기 솔라 모듈을 태양의 위치에 따라 회전시키는 고도각 회전 구동부와, 상기 솔라 모듈에서 생산된 전기를 축전하는 프레임에 설치되는 축전기 및 상기 방위각 회전 구동부와 고도각 회전 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소가 개시된다. 이로부터, 수직하게 세워진 프레임에 다층으로 솔라 모듈이 설치되고, 상기 프레임 및 솔라 모듈이 태양의 궤적을 따라 회전되도록 함으로써 구조가 단순하여 우수한 강성을 확보할 수 있어 풍압에 의해 태양광 발전기가 흔들리거나 전도되는 것을 방지할 수 있으며 또한, 프레임 내에서 다층으로 솔라 모듈이 설치되기 때문에 제한된 면적에 보다 많은 양의 솔라 모듈을 설치할 수 있어 우수한 발전효율을 얻을 뿐만 아니라 이렇게 얻어진 전기 에너지를 기업 또는 제품을 홍보하기 위한 전광판의 전기 에너지로 활용할 수 있다.

Description

태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소{BUILDING TYPE SOLAR PHOTOVOLTATIC POWER PLANT}
본 발명은 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건물의 옥상 또는 노지와 같은 제한된 면적에 보다 많은 솔라 모듈을 설치할 수 있도록 프레임 구조물에 솔라 모듈을 다층으로 설치하고, 상기 솔라모듈이 항상 태양과 일직선이 되도록 턴테이블형 회전판 위에 프레임 구조물이 세워지는 동시에 풍압에 의해 흔들리거나 전도되지 않는 우수한 강성을 갖는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 발전 부위가 반도체 소자이고 제어부가 전자 부품이므로 기계적인 진동과 소음이 없으며, 태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고 발전 시스템을 반자동화 또는 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 지니고 있다.
또한, 태양광 발전은 대규모 발전 설비를 필요로 하지 않고 소규모 발전이 가능하기 때문에 화력 발전과 수력 발전에 비해 적은 비용과 협소한 장소에 설치할 수 있어 가정용으로도 설치 사용할 수 있다.
이러한, 태양광 발전은 솔라 모듈이 태양의 위치변화에 관계없이 항상 일정한 방향을 바라보도록 설치하는 고정식과, 솔라 모듈을 가변시켜 솔라 모듈과 태양광이 항상 수직을 이루도록 설치하여 최상의 발전효율을 발휘할 수 있는 추적식으로 구분된다.
상기 고정식은 설치가 간단하여 시설 비용이 적게 소요되고 유지 관리비가 적은 장점이 있으나 태양광의 효율적 수집이 어렵기 때문에 발전효율이 떨어지는 단점이 있다.
이에 반해, 추적식은 일출에서 일몰까지의 태양의 위치를 추적하기 위한 방위각 즉, 수평각의 조절과 태양의 고도 변화를 추적하기 위한 고도각 조절을 통해 전체적인 태양의 위치를 추적하도록 구성되어 있다.
이러한, 추적식은 솔라 모듈의 각도를 가변시키는 트래커(tracker)에 의해 솔라 모듈의 위치를 조절할 수 있고, 태양의 고도 변화에 적극 대응하여 태양광을 최대한 효율적으로 수집할 수 있다는 장점으로 그 연구 및 개발이 증가하고 있다. 이를 도 1에 의거하여 설명한다.
도 1은 종래의 태양광 발전기를 나타낸 사시도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 종래의 태양광 발전기는 크게 지면에 세워지는 제 1 수직 프레임(10)과, 상기 제 1 수직 프레임(10)의 상부에 설치되어 태양의 방위에 따라 회전하는 방위각 회전 구동부(20)와, 상기 방위각 회전 구동부(20)의 상부에 설치되는 제 2 수직 프레임(30)과, 상기 제 2 수직 프레임(30)에 일정 각도로 경사지게 설치되는 수평 프레임(40)과, 상기 수평 프레임(40)에 배열되는 되는 솔라 모듈(50) 및 상기 솔라 모듈(50)을 수평 프레임(40) 상에서 태양의 고도에 따라 회전시키는 고도각 회전 구동부(60)로 구성된다.
이와 같은 종래의 태양광 발전기는 광 추적 센서에 의해 방위각 회전 구동부(20)와 고도각 회전 구동부(60)의 작동이 제어되어 태양의 움직임에 따라 솔라 모듈(50)에 태양 에너지를 더욱 많이 받을 수 있도록 회전하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 태양광 발전기는 수평 프레임(40)이 제 1 수직 프레임(10)과 제 2 수직 프레임(30)에 지지되는 구조를 갖기 때문에 충분한 강성이 확보되지 않아 바람 등에 의한 외부에서 가해지는 힘에 의해 쉽게 파손되는 문제가 있다.
즉, 상기 수평 프레임(40)을 제 1 및 제 2 수직 프레임(10)(30)이 지지하는 구조이기 때문에 수평 프레임(40)에 솔라 모듈(50)의 배치가 증가할수록 수평 프레임(40)의 크기 및 중량이 증가하고 그 하중이 제 1 및 제 2 수직 프레임(10)(30)에 집중적으로 작용하게 되어 제 1 및 제 2 수직 프레임(10)(30)의 강성이 약해져 바람과 같은 외부에서 가해지는 힘에 의해 쉽게 파손될 우려가 있어 솔라 모듈(50)이 수평 프레임(40)에 설치되는데 제약이 따르게 된다.
또한, 상기 수평 프레임(40)에 솔라 모듈(50)의 배치가 증가할수록 종래의 태양광 발전기가 차지하는 설치 면적이 증가하기 때문에 태양광 발전기가 설치될 장소에 제약이 발생하게 된다.
즉, 기존의 고정식 태양광 발전기 또는 추적식 태양관 발전기는 발전효율을 증가시키기 위해서는 수평으로 많은 솔라 모듈(50)이 설치되어야 함으로 솔라 모듈(50)의 증가와 비례하여 설치면적이 그만큼 소요됨으로 비효율적인 문제점이 있다.
이처럼 태양광 발전기가 차지하는 면적이 증가하게 되면 한정된 공간 예를 들어, 건물의 옥상과 같은 한정된 면적 내에서 다수의 태양광 발전기를 설치하기 어렵게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구조가 단순하여 태양의 위치 변화에 따른 솔라 모듈의 위치 변경이 용이할 뿐만 아니라 우수한 강성을 확보하여 바람과 같은 외부에서 가해지는 힘에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 도심지의 공원, 건물의 녹지공간, 일정 규모이상의 빌딩 옥상 등 제한된 면적 내에서 보다 많은 솔라 모듈을 설치할 수 있어 우수한 발전효율을 갖는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 솔라 모듈이 설치되는 프레임구조물 일측 벽에 광고 설치 부가 구비되어 지자체 또는 기업 광고를 게시할 수 있도록 한 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 회전판과, 상기 회전판을 태양의 위치에 따라 회전시키는 방위각 회전 구동부와, 상기 회전판의 상면에 형성되고 다층으로 구획된 프레임과, 상기 프레임의 각 층에 설치되는 솔라 모듈과, 상기 솔라 모듈을 태양의 위치에 따라 회전시키는 고도 각 회전 구동부와, 상기 솔라 모듈에서 생산된 전기를 축전하는 프레임에 설치되는 축전기 및 상기 방위각 회전 구동부와 고도 각 회전 구동부의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소에 의해 달성된다.
여기서, 상기 회전판은 지면에 설치되는 링의 형상을 갖는 베이스와, 상기 베이스의 내경 둘레에 형성되는 가이드 레일과, 상기 가이드 레일에 안치되어 구름 운동하는 롤러부 및 상기 롤러부가 하면에 설치되고 프레임이 상면에 형성되는 회전판을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 방위각 회전 구동부는 상기 회전판의 하면 중심에 형성된 링 기어와, 상기 링 기어와 맞물리는 피니언 및 상기 피니언과 축으로 연결되는 구동모터를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 프레임은 상기 회전판의 상면에서 수직하게 연장되는 수직 판넬과, 상기 수직 판넬의 양측단에 형성되는 측면 판넬 및 상기 수직 판넬과 측면 판넬에 의해 형성된 공간 내에서 수직하게 배치된 다수의 솔라 모듈을 각각 구획하는 수평 판넬을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수직 판넬과 측면 판넬의 외측면에 광고를 표시할 수 있게 표시부가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 솔라 모듈은 프레임에 루버의 형태로 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 고도각 회전 구동부는 상기 프레임의 내측면에 설치되는 유압 실린더 및 상기 유압 실린더에서 인출되는 로드의 끝단과 솔라 모듈의 배면을 힌지 체결하는 힌지블록을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 프레임을 따라 관통 홀이 배열되어 상기 프레임에 풍압이 작용할 때 바람이 관통 홀을 통해 빠져나가는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소에 의하면, 수직하게 세워진 구조물 형태의 프레임에 다층으로 솔라 모듈이 설치되고, 상기 프레임 및 솔라 모듈이 태양의 궤적을 따라 회전되도록 함으로써 구조가 단순하여 우수한 강성을 확보할 수 있어 풍압에 의해 태양광 발전기가 흔들리거나 전도되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 프레임 내에서 다층으로 솔라 모듈이 설치되기 때문에 제한된 면적에 보다 많은 양의 솔라 모듈을 설치할 수 있어 우수한 발전효율을 얻을 뿐만 아니라 이렇게 얻어진 전기 에너지를 기업 또는 제품을 홍보하기 위한 전광판의 전기 에너지로 활용할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의한 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소는 협소한 면적만 있어도 설치될 수 있기 때문에 주거용, 산업용, 해상 선박에 설치되어 활용될 수 있다.
도 1은 종래의 태양광 발전기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소의 방위각 회전을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소의 고도 각 회전을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소의 다른 실시 예를 나타낸 사시도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소를 나타낸 사시도이며, 도 3은 분해 사시도이고, 도 4는 단면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소(100)는 크게 회전판(110)과, 상기 회전판(110)을 태양의 위치에 따라 회전시키는 방위각 회전 구동부(120)와, 상기 회전판(110)의 상면에 형성되고 다층으로 구획된 프레임(130)과, 상기 프레임(130)의 각층에 설치되는 솔라 모듈(140)과, 상기 솔라 모듈(140)을 태양의 위치에 따라 회전시키는 고도 각 회전 구동부(150)와, 상기 솔라 모듈(140)에서 생산된 전기를 축전하는 프레임(130)에 설치되는 축전기(160) 및 상기 방위각 회전 구동부(120)와 고도 각 회전 구동부(150)의 작동을 제어하는 제어부로 구성된다.
부연하자면, 상기 회전판(110)은 솔라 모듈(140)이 탑재된 프레임(130)을 지지하며 태양의 위치에 따라 회전시키기 위한 것으로, 상기 회전판(110)은 크게 베이스(112)와 가이드 레일(114)과 롤러부(116) 및 회전판(118)으로 구성된다.
상기 베이스(112)는 본 발명의 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소(100)가 설치될 장소의 지면에 마련되는 것으로, 예를 들어 건물의 옥상과 같은 한정된 지면 또는 넓은 공터 등에 베이스(112)가 설치된다. 이러한 베이스(112)는 원판의 형상을 갖되 그 내부가 중공된 대략 링의 형상으로 이루어져 상기 베이스(112)가 앵커 볼트와 같은 고정 부재에 의해 지면에 견고히 고정된다.
이때, 상기 베이스(112)가 설치되는 지면은 아래에서 설명하는 방위각 회전 구동부(120)가 설치될 수 있도록 지면의 일부가 아래로 파인 함몰부가 형성되거나 또는 방위각 회전 구동부(120)가 베이스(112)의 내부에 설치될 수 있게 그 내부에 공간이 형성될 수도 있다.
이와 같이 링의 형상을 갖는 베이스(112)의 내경 둘레에는 가이드 레일(114)이 설치되는데, 상기 가이드 레일(114)은 베이스(112)의 내경 둘레를 따라 대략 "∪"와 같은 상부가 개방된 형태로 이루어져 상기 가이드 레일(114)의 개방된 상부를 통해 롤러부(116)가 안치된다.
그리고, 상기 롤러부(116)의 상부는 베이스(112)에 형성된 내경의 지름에 준하는 크기를 갖는 회전판(118)이 설치되어 상기 회전판(118)이 베이스(112)의 내경에 위치한 상태에서 롤러부(116)에 의해 가이드 레일(114)에 지지된다.
이에 따라, 상기 회전판(118)은 롤러부(116)의 구름 운동에 의해 베이스(112)의 내경에서 좌측 또는 우측으로 회전하게 되며 이때 상기 회전판(118)을 롤러부(116)가 지지하게 된다.
이렇게 회전판(118)을 지지하는 롤러부(116)는 회전판(118)의 지면에서 하부를 향해 돌출된 한 쌍의 브라켓(116a)과 상기 브라켓(116a)에 회전가능하게 지지되는 롤러(116b)로 구성되어 상기 회전판(118)이 베이스(112) 내에서 원활하게 회전되도록 지지하게 된다.
한편, 상기 회전판(110)는 태양의 위치에 따라 회전판(110)의 회전판(118)을 회전시키는 방위각 회전 구동부(120)와 연계된다. 즉, 상기 방위각 회전 구동부(120)는 회전판(110)의 하면에 형성되는 링 기어(122)와 상기 링 기어(122)와 맞물리는 피니언(124) 및 상기 피니언(124)과 축으로 연결되는 구동모터(126)로 이루어진다.
이때, 상기 구동모터(126)는 아래에서 설명되는 제어부의 제어에 따라 피니언(124)을 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있는 정역모터로 이루어져 상기 회전판(110)의 회전판(118)을 좌측 또는 우측방향으로 회전시킬 수 있게 된다.
그리고, 상기 링 기어(122)는 바람직하게 회전판(118)의 하면과 일체로 형성되며 상기 링 기어(122)의 이빨이 회전판(118)의 내측으로 향하게 형성되고, 상기 링 기어(122)의 이빨과 맞물리는 피니언(124)이 지면에 고정된 구동모터(126)와 축으로 연결된다. 이때, 상기 구동모터(126)에 의해 회전하는 피니언(124)이 적정 속도로 회전할 수 있게 상기 링 기어(122)와 피니언(124) 사이에는 기어박스(미도시)가 더 마련될 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 상기 회전판(118)의 하면에 형성된 링 기어(122)가 직선 운동하는 래크(미도시)와 맞물리며, 상기 래크는 유압에 의해 작동하는 유압 실린더(미도시)에 의해 왕복하는 구조로 이루어져, 유압 실린더의 작동에 따라 래크가 직선 운동하여 회전판(118)을 회전시키는 구조가 마련될 수도 있을 것이다.
이렇게, 방위각 회전 구동부(120)에 의해 회전판(118)이 베이스(112)에서 회전하게 되는 회전판(110)의 상면에는 다층으로 구획된 프레임(130)이 설치된다. 부연하자면, 상기 프레임(130)은 상기 회전판(110)의 상면에서 수직하게 연장되는 수직 판넬(132)과 상기 수직 판넬(132)의 양측단에 형성되는 측면 판넬(134) 및 상기 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 의해 형성된 공간 내에서 수직하게 배치된 다수의 솔라 모듈(140)을 각각 구획하는 수평 판넬(136)로 구성된다.
즉, 상기 수직 판넬(132)은 회전판(110)의 회전판(118) 상면에 고정된 상태로 상부를 향해 소정의 높이로 연장되며, 상기 수직 판넬(132)과 직교하도록 상기 수직 판넬(132)의 양측단에 각각 측면 판넬(134)이 형성된다. 이렇게, 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)로 이루어진 프레임(130)은 평면에서 보았을 때 대략 "⊂"와 같은 일측이 개방된 형태로 이루어진다.
이와 같은 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 의해 형성된 내부 공간에는 다수의 솔라 모듈(140)이 설치되는데, 이때 상기 솔라 모듈(140)과 솔라 모듈(140) 사이에는 수평 판넬(136)이 설치되어 솔라 모듈(140)과 솔라 모듈(140)이 구획된다.
이렇게, 프레임(130)에 수직하게 배열된 다수의 솔라 모듈(140)을 구획하는 수평 판넬(136)에는 해당 층에 설치된 솔라 모듈(140)을 제어하기 위한 다수의 전자부품 예를 들어, 각각의 솔라 모듈(140)에서 생산된 전기 에너지를 축전하는 개별 축전기(162)와 상기 솔라 모듈(140)에서 생산된 전기 에너지를 상용 전력으로 변환하기 위한 인쇄회로기판이 내설된 컨트롤 박스(미도시) 등이 설치될 수 있는 기반이 되거나 또는 각 층에 설치된 솔라 모듈(140)의 유지 보수를 위해 작업자가 접근했을 때 작업자가 설 수 있는 바닥이 된다.
이러한, 상기 프레임(130)은 도 4에 도시된 바와 같이 프레임(130)의 최저층에 작업자가 출입할 수 있는 출입문(113)이 설치되며, 상기 출입문(113)과 근접하여 수직 판넬(132)에 사다리(115)가 프레임(130)의 최저층에서 최고층까지 형성된다.
또한, 상기 솔라 모듈(140)과 솔라 모듈(140) 사이를 구획한 수평 판넬(136)은 작업자가 지날 수 있게 수평 판넬(136)의 일부가 절개된 통로(136a)를 형성함으로써, 프레임의 최저층에 설치된 출입문(113)을 통해 작업자가 사다리(115)를 타고 올라 통로(136a)를 거쳐 유지 보수를 필요로 하는 솔라 모듈(140)이 위치한 해당 층에 도달할 수 있게 된다.
이러한, 수평 판넬(136)은 플레이트의 형상이 될 수도 있지만 경우에 따라서는 미세한 메쉬가 형성된 철망의 형태를 갖고 일정 간격마다 보가 형성되어 수평 판넬(136)에 가해지는 하중을 지지할 수 있는 구조로 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 프레임(130)의 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에는 다수의 관통 홀(180)이 배열되는 것이 바람직하다. 이를 도 7에 의거하여 설명한다.
상기 프레임(130)의 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 형성되는 관통 홀(180)은 프레임(130)에 작용하는 풍압에 의해 프레임이 흔들리거나 전도되는 것을 방지하기 위한 것으로 상기 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 관통 홀(180)이 형성됨으로써 상기 프레임(130)에 풍압이 작용할 때 바람이 관통 홀(180)을 통해 빠져나가 풍압을 완충할 수 있다.
이러한, 프레임(130)을 따라 배열되는 관통 홀(180)은 다양하게 변형되어 실시될 수 있는데, 예를 들어 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 원형의 관통 홀(180)이 복수의 행과 열로 균일하게 형성되거나 또는 프레임(130)의 최저층에서 최고층으로 갈수록 관통 홀(180)의 밀도가 증가하도록 형성될 수도 있을 것이다.
특히, 프레임(130)에 형성되는 관통 홀(180)의 밀도가 최저층에서 최고층으로 갈수록 증가하도록 형성되면, 프레임(130)의 상층에 바람에 의한 풍압이 작용하게 될 때 바람의 일부가 밀도가 높은 관통 홀(180)을 통해 빠져나가 풍압을 완충할 수 있고, 프레임(130)의 하층은 밀도가 낮은 관통 홀(180)에 의해 프레임(130)의 자체 하중 및 다수의 솔라 모듈(140)과 상기 솔라 모듈(140)과 관련된 전자부품으로부터 가해지는 하중을 견고하게 지지할 수 있게 된다.
한편, 상기 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)의 외측면에는 광고를 표시할 수 있는 표시부(170)가 형성된다. 이러한 표시부(170)는 프레임(130)을 바라보는 행인에게 어떠한 사항을 시각적으로 알릴 수 있게 현수막의 형태로 제작되거나 또는 솔라 모듈(140)을 통해 생산된 전기 에너지를 사용하여 전기적으로 발광하는 전광판의 형태 중 어느 하나가 될 수 있다.
이러한 표시부(170)에는 기업 또는 제품을 홍보하기 위한 문자, 도형, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있으며, 상기 표시부(170)가 현수막의 형태로 제작된 경우 상기 현수막을 탈부착시킬 수 있는 고정부가 형성되며, 상기 표시부(170)가 전광판의 형태인 경우 상기 전광판에 전력을 공급하고 상기 전광판에 새로운 광고 문구를 입력 및 수정하기 위한 입력부(미도시)가 마련된다.
특히, 상기 프레임(130)의 외측면에 전광판의 형태를 갖는 표시부(170)가 설치되는 경우 밤과 같은 시야가 어두운 상태일 때 먼 곳의 행인에게 시각적으로 더욱 잘 보이기 때문에 우수한 홍보 효과를 얻을 수 있으며, 이렇게 전광판에 공급되는 전력은 일출과 일몰 동안에 솔라 모듈에 조사되는 태양광에 의해 생산된 전력을 축전하였다가 일몰 후 전광판에 공급하게 됨으로써, 전광판을 점등하기 위한 별도의 전력을 공급할 필요없이 솔라 모듈(140)에서 자체적으로 생산된 전력을 이용하게 된다.
한편, 상기 프레임(130)의 각 층에 설치되는 솔라 모듈(140)은 태양광을 흡수하여 전기로 전환하는 솔라셀(SolarCell: 미도시)이 직렬 또는 병렬로 연결된 솔라 모듈(140)로 이루어지며 솔라 모듈(140)로 조사되는 태양광은 광전효과에 의해 솔라셀에서 전기 에너지로 전환된다.
이와 같은 솔라셀은 반도체 PN 접합으로 구성된 솔라셀에 태양광이 조사되면 광 에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 N 층과 P 층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다. 이러한 솔라셀은 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬로 연결하여 솔라 모듈(140)로 제작된다.
상기와 같은 구조를 갖는 솔라 모듈(140)의 양측단은 회전축(142)이 형성되고, 상기 회전축(142)은 측면 판넬에 베어링에 의해 지지되어 상기 회전축(142)을 중심으로 솔라 모듈(140)이 회전되도록 설치된다. 즉, 상기 솔라 모듈(140)은 프레임(130)의 측면 판넬(134)에 루버(LOUVER)의 형태로 설치되어 솔라 모듈(140)에 태양광이 가장 많이 조사될 수 있도록 솔라 모듈(140)이 회전축(142)을 중심으로 회전하게 된다.
이때, 상기 솔라 모듈(140)에 태양광이 가장 많이 조사될 수 있는 각도로 위치할 수 있게 상기 솔라 모듈(140)은 고도각 회전 구동부(150)와 연계된다.
이러한, 상기 고도 각 회전 구동부(150)는 크게 상기 프레임(130)의 내측면에 설치되는 유압 실린더(152)와 상기 유압 실린더(152)에서 인출되는 로드의 끝단과 솔라 모듈(140)의 배면을 힌지 체결하는 힌지블록(154)으로 구성된다.
이때, 상기 유압 실린더(152)는 측면 판넬(134)에 설치되며, 상기 유압 실린더(152)의 로드 끝단은 솔라 모듈(140)의 배면 상단에 형성된 힌지블록(154)과 체결됨으로써, 유압 실린더(152)가 작동하여 로드가 전진하게 되면 그 힘에 의해 솔라 모듈(140)이 회전축(142)을 중심으로 프레임(130)의 전방을 향해 회전하게 되고, 이와는 반대로 로드가 후진하게 되면 솔라 모듈(140)이 프레임(130)의 후반을 향해 회전하게 되어 솔라 모듈(140)의 각도를 조절할 수 있게 된다.
이와 같은 고도 각 회전 구동부(150)는 앞선 설명에 한정되지 않고 다양하게 변형되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 프레임(130)의 측면 판넬(134)에 모터(미도시)가 설치되고 상기 모터로부터 제공되는 회전력에 의해 솔라 모듈(140)이 회전될 수도 있을 것이며, 이렇게 솔라 모듈(140)을 회전시키는 회전력을 제공하는 모터는 솔라 모듈(140)마다 설치될 수도 있고, 또는 하나의 모터가 솔라 모듈(140)을 연동시켜 회전시킬 수 있도록 설치될 수도 있을 것이다.
상기 솔라 모듈(140)의 각도를 조절할 수 있도록 설치되는 구동부가 모터방식에 의해 이루어질 경우 모 터에 감속기를 설치하여 솔라 모듈(140)의 고도 각을 조절시 속도를 조절할 수 있도록 한다.
상기 구동부를 이용하여 솔라 모듈(140)의 고도 각을 조절하는 것은 태양의 위치가 계저르에 따라서 상이하게 됨으로 이에 대응되도록 하가 위함이다.
한편, 상기와 같은 프레임(130)의 각층 마다 설치된 솔라 모듈(140)은 축전기(160)와 전기적으로 연결되는데, 앞서 설명한 바와 같이 각각의 솔라 모듈(140)은 프레임(130)의 각 층에 마련된 개별 축전기(162)와 연결되고 상기 개별 축전기(162)는 프레임에 설치된 메인 축전기(160)와 연결된다.
이러한 상기 메인 축전기(160)는 방위각 회전 구동부(120)의 구동모터(126)와 고도각 회전 구동부(150)의 유압 실린더(152)를 작동시키기 위한 펌프(미도시)와 같은 장치와 전기적으로 연결되어 메인 축전기(160)에 축전된 전기 에너지를 구동모터(126)와 펌프 또는 앞서 설명한 전광판에 공급해 작동시키게 된다.
또한, 상기와 같은 메인 축전기(160)는 앞서 설명한 바와 같은 방위각 회전 구동부(120), 고도각 회전 구동부(150), 전광판과 같은 본 발명의 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소(100)에 설치된 전기 에너지를 직접 소비하는 장치와 연결될 수도 있고, 또는 본 발명의 태양광 발전소(100)가 설치된 건물의 상용 전력으로 공급하거나 또는 한국전력공사와 같은 전력 공급업체에 메인 축전기(160)에 축전된 전기를 판매할 수 있게 전기적으로 연결될 수도 있을 것이다.
한편, 상기 방위각 회전 구동부(120)와 고도각 회전 구동부(150)는 제어부와 전기적으로 연결되어 상기 제어부에 의해 그 작동이 제어된다.
이러한 제어부는 솔라셀에서 발생하는 전압을 출력하고 솔라 모듈(140)의 중앙에 설치된 광 추적센서(미도시)를 포함하며, 상기 광 추적센서가 출력한 전압을 입력받아 A/D(Analog to Digital)변환하여 상기 솔라 모듈(140)이 태양의 궤도를 추적할 수 있도록 방위각 및 고도 각을 연산하여 그 결과에 따라 방위각 회전 구동부(120)와 고도각 회전 구동부(150)의 작동을 제어하게 된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 빌딩형 태양광 발전기의 작동을 도 5 및 도 6에 의거하여 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소의 방위각 회전을 나타낸 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소의 고도 각 회전을 나타낸 단면도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 태양이 뜨고 지는 사이에 솔라 모듈(140)에 태양광을 가장 많이 받아들일 수 있도록 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소(100)는 태양의 궤적을 추적하게 된다.
이를 위해, 제어부가 솔라 모듈(140)에 설치된 광 추적센서가 출력한 전압을 입력받아 A/D(Analog to Digital)변환하여 태양의 궤도를 추적할 수 있도록 방위각 및 고도 각을 연산하게 된다. 이렇게 제어부에서 연산된 방위각 및 고도 각의 연산 결과에 의하여 방위각 회전 구동부(120)와 고도각 회전 구동부(150)가 제어된다.
부연하자면, 태양이 동쪽에서 서쪽으로 이동하는 궤적에 따라 방위각 회전 구동부(120)가 제어부에 의해 제어되어 회전판(110)의 회전판(118)을 회전시키게 되는데, 제어부가 방위각 회전 구동부(120)의 구동모터(126)를 제어하여 정방향 또는 역방향으로 회전시키게 된다. 이때, 상기 제어부는 구동모터(126)의 회전속도 역시 제어함으로써, 태양이 이동하는 속도에 맞추어 구동모터(126)를 회전시키게 된다.
이와 같이 구동모터(126)가 정방향 또는 역방향으로 회전되면, 상기 구동모터(126)와 축으로 연결된 피니언(124)이 함께 회전하게 되고, 상기 피니언(124)과 맞물린 회전판(118)의 하면에 형성된 링 기어(122)에 회전력이 전달되어 회전판(118)이 정방향 또는 역방향으로 회전하여 프레임(130)의 개구부 즉, 솔라 모듈(140)이 설치된 부분이 항상 태양을 마주하게 된다.
한편, 상기와 같이 방위각 회전 구동부(120)에 의해 프레임(130)에 설치된 솔라 모듈(140)이 항상 태양을 마주하도록 회전하게 될 때 상기 고도각 회전 구동부(150)가 제어부에 의해 제어된다.
이러한 고도각 회전 구동부(150)는 제어부에 의하여 유압 실린더(152)의 작동이 제어됨으로써, 솔라 모듈(140)에 대한 태양광의 입사각이 최대가 될 수 있도록 프레임(130)의 측면 판넬(134)에 회전되게 설치된 솔라 모듈(140)을 회전시키게 된다.
즉, 일출 직후의 태양 높이는 지평선으로부터 그리 높지 않기 때문에 이때 고도각 회전 구동부(150)는 솔라 모듈이 태양을 마주할 수 있게 솔라 모듈(140)을 대략 수직한 상태로 세우도록 회전시키게 되며, 태양이 가장 높은 곳에 위치하는 정오의 경우 고도각 회전 구동부(150)는 솔라 모듈(140)을 대략 수평한 상태로 눕혀 솔라 모듈(140)에 태양광이 최대한 받아들일 수 있게 하여 발전 효율을 극대화시키게 된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소(100)는 수직하게 세워진 프레임(130)에 다층으로 솔라 모듈(140)이 설치되고, 상기 프레임(130) 및 솔라 모듈(140)이 태양의 궤적을 따라 회전되도록 함으로써 구조가 단순하여 우수한 강성을 확보할 수 있어 풍압에 의해 프레임(130)이 흔들리거나 전도되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 프레임(130) 내에서 다층으로 솔라 모듈(140)이 설치되기 때문에 제한된 면적 내에서 보다 많은 양의 솔라 모듈(140)을 설치할 수 있어 우수한 발전효율을 얻을 뿐만 아니라 이렇게 얻어진 전기 에너지를 기업 또는 제품을 홍보하기 위한 전광판의 전기 에너지로 활용할 수 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.
10 : 제 1 수직 프레임 20 : 방위각 회전 구동부
30 : 제 2 수직 프레임 40 : 수평 프레임
50 : 솔라 모듈 60 : 고도각 회전 구동부
100 : 태양광 발전소 110 : 회전판
112 : 베이스 113 : 출입문
114 : 가이드 레일 115 : 사다리
116 : 롤러부 116a : 브라켓
116b : 롤러 118 : 회전판
120 : 방위각 회전 구동부 122 : 링 기어
124 : 피니언 126 : 구동모터
130 : 프레임 132 : 수직 판넬
134 : 측면 판넬 136 : 수평 판넬
140 : 솔라 모듈 142 : 회전축
150 : 고도각 회전 구동부 152 : 유압 실린더
154 : 힌지블록 160 : 축전기
162 : 개별 축전기 164 : 메인 축전기
170 : 표시부 180 : 관통 홀

Claims (8)

  1. 회전판(110);
    상기 회전판(110)을 태양의 위치에 따라 회전시키는 방위각 회전 구동부(120);
    상기 회전판(110)의 상면에 형성되고 다층으로 구획된 프레임(130);
    상기 프레임(130)의 각 층에 설치되는 솔라 모듈(140);
    상기 솔라 모듈(140)을 태양의 위치에 따라 회전시키는 고도각 회전 구동부(150);
    상기 솔라 모듈(140)에서 생산된 전기를 축전하는 프레임(130)에 설치되는 축전기(160); 및
    상기 방위각 회전 구동부(120)와 고도 각 회전 구동부(150)의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전판(110)은,
    지면에 설치되는 링의 형상을 갖는 베이스(112);
    상기 베이스(112)의 내경 둘레에 형성되는 가이드 레일(114);
    상기 가이드 레일(114)에 안치되어 구름 운동하는 롤러부(116); 및
    상기 롤러부(116)가 하면에 설치되고 프레임(130)이 상면에 형성되는 회전판(118);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 방위각 회전 구동부(120)는,
    상기 회전판(110)의 하면 중심에 형성된 링 기어(122);
    상기 링 기어(122)와 맞물리는 피니언(124); 및
    상기 피니언(124)과 축으로 연결되는 구동모터(126);를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임(130)은,
    상기 회전판(110)의 상면에서 수직하게 연장되는 수직 판넬(132);
    상기 수직 판넬(132)의 양측단에 형성되는 측면 판넬(134); 및
    상기 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)에 의해 형성된 공간 내에서 수직하게 배치된 다수의 솔라 모듈(140)을 각각 구획하는 수평 판넬(136);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수직 판넬(132)과 측면 판넬(134)의 외측면에 광고를 표시할 수 있게 표시부(170)가 형성되는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 솔라 모듈(140)은 프레임(130)에 루버의 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 고도각 회전 구동부(150)는,
    상기 프레임(130)의 내측면에 설치되는 유압 실린더(152); 및
    상기 유압 실린더(152)에서 인출되는 로드의 끝단과 솔라 모듈(140)의 배면을 힌지 체결하는 힌지블록(154);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임(130)을 따라 관통 홀(180)이 배열되어 상기 프레임(130)에 풍압이 작용할 때 바람이 관통 홀(180)을 통해 빠져나가는 것을 특징으로 하는 태양추적 발전이 가능한 빌딩 회전형 태양광 발전소.
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