KR20140045614A - 링크를 통한 경사각 조절이 용이한 하이브리드 타입 경사가변형 태양광시스템 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 링크를 통한 경사각 조절이 용이한 경사가변형 태양광시스템 구조물에 관한 것이다.

Description

링크를 통한 경사각 조절이 용이한 경사가변형 태양광시스템 구조물{Control Structure}
1. 효율 및 출력향상을 위한 경사가변형 태양광시스템 구조물
(기존의 구조물과는 완전히 다른 형태의 태양광구조)
2. 유지보수시간 및 비용을 절감
3. 모터제어 자동동작에서 수동동작으로 변경이 가능한 태양광시스템의 구조물
최근, 전세계적인 기후변화로 인하여 신재생에너지의 필요성은 점점 더 커지고 있다. 우리나라도 지구온난화 규제 및 방지의 국제협약인 기후변화협약의 구체적인 이행방안인 온실가스 감축 목표치에 2013년2017년 의무대상국이 개발도상국에 집중되기 때문에 우리나라또한 의무감축 대상국으로 지정될 가능성이 높을 것으로 예상된다.
이에 따라 정부는 2020년까지 BAU(Business as Usual: 기존 온실가스 감축정책을 계속 유지할 경우 미래 온실가스 배출량 추이) 방식을 적용하여 BAU대비 30% 의 감축목표를 설정하였으며, 온실가스 감축목표를 핵심지표로 한 저탄소 녹색성장 추진에0913년간 총 107조원 수준(GDP의 2%)을 투입할 계획이며,그와 병행하여 신재생에너지의무할당제 (RPS: Rnenwable Energy Portfolio Stand) 즉 에너지사업자에게 공급량의 일정비율을 신재생에너지로 하도록 의무화하였으며, 그중에 태양광은 2012년부터 2015년까지 1,200MW 의무공급물량을 설정하였다.
국내외 태양광 RPS(신재생에너지 의무할당제)시장을 바탕으로 최대의 효율과 출력을 구현하기 위한 관련기술이 지속적으로 개발되고 있다.
태양광시스템의 도입시기에 최소의 설비용량으로 최대의 효율과 발전량으로 경제성을 얻고자 추적형자동화시스템(양축형 및 단축형)이 적용되었지만, 자동화장비의 불량발생시 시스템시공업체의 신속한 대응불가 및 유지보수비용발생 및 보조금 정책변경으로 최근 고가의 추척형시스템의 적용을 지양하고 경사가변형 태양광시스템의 설치로 전환되고 있는 추세이다.
또, 안정적이며 지속가능한 태양광 발전을 위하여 태양광구조물의 형식과 트랙커의 도입도 점진적 급변하는 추세이다.
한편으로, 태양광시스템의 효율 및 출력향상을 위하여 태양광모듈과 전력변환장치(인버터)의 기술개발이 지속되고 있으며 태양광구조시스템 또한 핵심장비로써 출력 향샹을 위한 기술이 개발되고 있는 실정이다.
본 출원의 발명자의 실험에 의한 태양광구조시스템 유형별 발전효율시간 및 효율표를 대비하면 다음과 같다.
단, 경사고정형을 효율 100% 적용시를 기준으로 한다.
○ 발전시간(일 3시간 기준)
- 고정형(3시간)
- 경사가변형 (3.5시간)
- 단축추적형(4시간)
- 양축추적형(4.5시간)
○ 발전효율
- 양축추적형(125%)
- 단축추적형(110%)
- 경사가변형 (105%)
- 고정형(100%)
○ 계절별 최적의 경사각 (봄,가을 -32도 여름-14도 겨울-50도)
Figure pat00001
상기와 같은 효율을 얻고 있으나, 고장발생시 유지보수의 어려움으로 인하여 양축 및 단축트랙커의 적용을 지양하고 있는 추세이다. 특히 양축형 및 단축형은 제조비용(원가)이 매우 높아, 태양광설비의 공급확산에 장애가 되고 있는 실정이다.
이에 따라, 현재는 30 각도의 경사고정형 및 계절별 각도를 주는 수동 경사가변형의 시장적용이 대세를 이루고 있다.
실제적으로, 이러한 경사가변형 구조물은 계절별 최적 입사각을 위하여 각도변화를 줘야하고 1년에 최소2번~4번의 각도 변경를 해줘야만 태양광 고도에 따른 최적의 입사각을 바탕으로 좋은 발전효율을 낼 수 있다.
기존 경사가변형 발전시스템은 태양광 모듈의 수량 및 설치용량에 따라 인위적으로 경사변동을 주는데 있어서 전체 발전시스템의 하중 및 높이로 인한 제약이 있었다.
아울러 자동으로 구현하는 방식에 있어서도 구동방식의 비용 및 유지보수 비용상승등의 여러 가지 문제점이 돌출되었다. 한번에 경사변동을 줄수 있는 용량이 극히 제한적이었고. 윔기어,스퍼기어 및 엑츄에이터 방식을 통한 경사변동시 제조원가 상승 및 부재 비용증가, AS 등으로 인하여 적용하는데 어려움이 많았다.
본 발명은 기구적인 설계를 통한 구동모터 하나와 가스스프링을 통한 하중, 중량등을 감소시키면서 태양광 모듈에 링크를 연결하여 전체가 구동될수 있도록 하는 방식이다.
또한 자동으로 경사각 변경을 위한 모터구동제어의 동작불량 발생시 수동모드로 가변시스템을 변경하여 2개의 환봉을 통하여 경사각을 변동할 수 있는 시스템이다.
대한민국은 4계절의 기후가 뚜렷하며, 전 지구적인 기후변화로 인한 이상기후로 인한 기후 변화로 예전보다 많은 태풍과 적설등으로 종전보다 설계 및 구조에 대한 강화가 대두되고 있다. 본 제품은 한국형 기후에 강한 제품으로써 태풍으로 인한 태양광 구조의 뒤틀림과 태양전지모듈 프레임의 찢김, 체결부위(볼트,너트,와셔)등의 풀림등으로 인한 구조 및 안전의 문제점을 해결하는데 중점을 두었다.
아울러 겨울철 태양광 모듈상단에 적설로 인한 발전효율 하락 및 적설 제거를 위한 안전문제 및 유지보수 비용의 상승을 제거하는데 제품 발명에 주안점을 두었다.
종전 경사가변형 발전시스템에 자동화된 시스템을 적용한 사례가 많지 않으나 기존의 장치는 윔기어 및 스퍼기어를 통한 수동식 경사변동 및 엑츄에이터를 통한 자동화된 구조의 장치가 출시되었다.
본 발명은 위와 같은 기계적인 제품의 결합을 통한 경사변동의 자동화를 획기적으로 모터하나로만 전체 태양광 시슨템의 경사변동을 자동화한 단순화 제품 으로써 구조적으로 간단하며, 전체의 모듈고정 프레임에 링크를 걸어서 모터 구동에 따른 태양광 어레이의 경사각 변동을 쉽고 자유롭게 구동할수 있도록 한 장치이다.
이는 기계적인 설계방식에서 탈피한 기구적인 설계로써 구동방식의 원리 및 작동방식이 간편하여 기존제품대비 시공비용 및 유지보수 비용, 불량률을 현저히 감소시키면서 현장에 적용하는데 있어서 설치 또한 용이한 장점이 있다.
아울러 적설 및 태풍등 센서감시를 통한 적설모드 및 태풍모드로 자동 전환하여, 장기간 외부노출에 따른 제품의 내구성을 증대시킨 제품이다.
전 지구적인 기후변화로 이상기후와 맞물려 점점더 자연적인 영향으로 인하여 자연을 이용 한국형 지형 및 기후에 적합한 태양광 발전시스템이 필요하였으며, 태풍이나 우박,폭설등의 환경요인에 능동적으로 대응할수 있고, 잔고장이 없어 관리 및 유지보수 비용의 경제성이 높아졌다
본 발명은 월별, 태양광 남중고도에 따른 경사각변동을 DSP(digital signal processor)를 기반으로 한 모터제어로써 자동으로 최적의 경사각을 구동할수 있다.
아울러 기존의 공장지붕 및 산업체에도 경사고정형 및 지붕부착형 방식에서 탈피하여 공장 지붕위에도 자동화된 경사가변형 시스템 적용이 가능하며, 그로 인한 복사열로 인한 태양광 고온에 따른 발전량 저하 및 낮은 경사각으로 인한 겨울철 적설등의 문제등을 이 본 발명을 적용함으로써 해결할 수 있다.
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이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하면서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
(실시 예)
주요부분의 부호의 설명은 아래와 같다.
텝핑 모터와 감속기 BOX
- 스텝핑모터와 감속기를 통한 태양광 경사가변 자동제어
가스스프링
- 가스스프링을 통한 태양광 모듈 및 구조물의 하중등 충격을 완충시키는 역할을 하며, 스텝핑모터의 적은부하로써 태양광 전체어레이의 변화시키는 역할을 함
링크 브릿지
- 태양광 모듈의 지지구조물과 링크 체결을 통한 , 경사각 변동시 링크에 연결된 전체 태양광 모듈의 경사각 변동을 손쉽게 함
10:

Claims (3)

  1. 모터와 가스스프링을 혼합한 자동화된 태양광 경사가변형 발전시스템
  2. 태양광 모듈과 프레임구조 링크를 통한 경사가변형 태양광 구조물.
  3. 태양광모듈의 경사각 변경시 자동에서 수동, 수동에서 자동이 변경가능한 형태.
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