KR20160025363A - 수광각 가변형 태양광 집광장치 - Google Patents

수광각 가변형 태양광 집광장치 Download PDF

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KR20160025363A
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Abstract

본 발명은 태양광 집광판 설치구조물(2)을 구성함에 있어 전후에 있는 수직지주들(8)(10)중 후방측 수직지주들은 힌지축이 있게 한 힌지축 수직지주(8)로 구성하고 전방측의 수직지주들은 신축가능한 슬라이드식 수직지주(10)로서 구성하여서 슬라이드식 수직지주(10)의 높낮이 조절에 의한 태양광 집광판(4)의 수광각 조절이 이루어지게 하고, 또한 거더프레임(6)의 육중한 무게에 따른 태양광 집광판(4)의 좌우측 높낮이 틀어짐에 따른 보정조절을 슬라이드식 수직지주(10)에 구비된 상하방 장공(30) 및 높낮이보정 나사관체(32)를 이용해 수행함으로써 대규모의 태양광 집광판 설치구조물에서 계절 변화에 따른 태양 고도에 맞춰서 사용자가 태양광 집광판의 수광각 조절을 보다 용이하게 수행할 수 있게 한다.

Description

수광각 가변형 태양광 집광장치{SOLAR COLLECTOR BE CAPABLE OF ADJESTING TO LIGHT-RECEIVING ANGLE}
본 발명은 태양광 집광장치에 관한 것으로, 특히 대규모의 태양광 집광판 설치구조물에서도 계절 변화에 따른 태양 고도에 적응적으로 태양광 집광판의 수광각 조절이 보다 용이하도록 하는 태양광 집광장치의 개량에 관한 것이다.
태양에너지는 장소적 제약이 적어 햇빛이 잘 비치는 곳이라면 규모의 차이가 있지만 태양집광설비의 설치가 가능한 것인바 요즈음에는 태양광 발전용 집광판들이 일반주택이나 공장건물의 옥상이나 지붕을 이용해 설치되거나 넓은 임야나 양지 바른 산 중턱 등에 설치되어진 광경을 자주 목격할 수 있다.
일반적으로 태양광 발전용 집광판 설치구조물은 태양광을 전기에너지로 바꾸기 위한 태양광 집광판이 최상부에 위치되고, 그 태양광 집광판을 받침 고정하는 받침부(girder)와 그 받침부를 바닥부 상에 지지 고정하기 위한 수직지지대(column)를 포함하여서 구성한다.
이러한 태양광 발전용 집광판 설치구조물은 대체로 부피가 크고 중량체 구조물이므로 태풍과 같은 악조건 하에서도 충분히 안정적으로 견딜 수 있도록 견고한 지지구조를 가짐과 동시에 태양광 집광판의 모듈 청소, 제설작업 및 모듈상태 감시가 용이하도록 하는 통로 확보도 이루어질 수 있는 설비를 갖추어야 한다.
이러한 구조적 안정성 확보를 위해서는 집광판 설치구조물의 최상부에 설치된 태양광 집광판이 고정상태를 유지하는 것이 가장 좋다. 그렇지만 우리나라의 경우 계절별로 태양광 집광효율과 그에 따른 발전효율은 태양광의 고도 변화를 추종하지 못하면 상대적으로 떨어지게 된다.
가로등이나 보안등 한대의 비상 점등을 위한 좁은 면적의 태양집광판의 경우는 태양광의 고도변화 추종이 수월하다. 계절에 따라 달라지는 태양광 고도를 추종하도록 집광판의 각도변경이 수월하도록 하는 구동장치를 쉽게 구비할 수 있으나, 수많은 태양광 집광판들이 대규모로 집합된 무거운 집광판 설치구조물의 경우에는 견고한 구조설계 조건을 충족함과 동시에 태양광 집광판의 각도조절이 용이하게 이루어지게 하는 것은 사실상 쉽지 않다.
등록실용신안공보 제20-0466919호 "태양광 발전용 집광판 설치구조"
따라서 본 발명의 목적은 대규모의 태양광 집광판 설치구조물에서 계절 변화에 따른 태양 고도에 적응하여 태양광 집광판의 수광각 조절을 보다 용이하게 수행할 수 있는 수광각 가변형 태양광 집광장치를 제공함에 있다.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 다수 태양광 집광판들을 거더프레임 상에 설치한 대규모 태양광집광판 설치구조물에서의 수광각 가변형 태양광 집광장치에 있어서, 다수 태양광 집광판(4)들이 설치된 거더프레임(6)을 받침 지지하기 위해 거더프레임(6)의 천장부 전후좌우에는 바닥부(12)에 고정된 수직지주(8)(10)가 설치되게 구성하되 거더프레임(6)의 후방부 좌우측에는 힌지축(8a)을 갖는 두개 이상의 힌지측 수직지주(8)이 힌지축 연결되게 하고 거더프레임(6)의 전방부 좌우측에는 태양광 집팡판(4)의 계절별 수각광 조절을 위해 슬라이드식으로 높낮이 조절가능한 두개 이상의 슬라이드식 수직지주(10)가 링크브라켓(10a)을 매개로 연결되게 구성하며, 각 슬라이드식 수직지주(10)는 하부지지대(20)와 상부지지대(22)가 슬라이드식 삽입된 구조로 슬라이딩 길이가 가변됨과 동시에 다수 체결공(11)들중 하나로의 고정핀 볼트(36) 체결로 길이 고정되게 구성하며, 슬라이드식 수직지주(10)의 하부지지대(20)에는 거더프레임(6)의 천장부에 링크 연결된 로드길이 신축용 작동실린더(14)와 연결되게 구성하여서 작동실린더(14)의 작동에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 높낮이 조절로 힌지축 수직지주(8)의 힌지축(8a)을 축중심으로 하는 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절이 이뤄지고 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 고정위치 어긋남을 전후방 위치조정이 가능한 링크브라켓(10a)의 전후 위치조절로 보정되게 구성함을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절을 위한 거더플레임(6)의 전방측 들어올림 및 내림시 좌우측방으로 두개 이상의 슬라이드식 수직지주(10)들 간의 승강위치 틀어짐 보정을 위해서, 상하부지지대(20)(22)중 하나에는 고정핀 볼트(36)가 통과되는 상하방 장공(30)을 갖는 나사관부(22a)를 구비하고, 나사관부(22a)에는 관둘레를 따라 고정핀 볼트(36)가 꽂히는 하나 이상의 고정핀공(32a)을 갖는 높낮이조정 나사관체(32)가 나사 이동되게 구성함을 특징으로 한다.
더욱이 본 발명에서 나사관부(22a)에는 높낮이보정 나사관체(32)를 지지하는 보조 나사관체(34)를 더 구비함을 특징으로 한다.
본 발명은 전후에 있는 수직지주들중 후방측 수직지주들은 힌지축이 되게 하고 전방측의 수직지주들은 신축가능한 슬라이드식 수직지주로 구성하여서 슬라이드식 수직지주의 높낮이 조절에 의한 태양광 집광판의 수광각 조절이 이루어지게 하며, 육중한 무게에 따른 태양광 집광판의 좌우측 높낮이 틀어짐에 따른 보정조절을 상하방 장공 및 높낮이보정 나사관체를 이용해 수행함으로써 대규모의 태양광 집광판 설치구조물에서 계절 변화에 따른 태양 고도에 맞춰서 사용자가 태양광 집광판의 수광각 조절을 보다 용이하게 수행할 수 있다. 특히 태양광 집광판의 수광각 조절을 수행함에 있어 예컨대 여름철에는 20~25°, 겨울철에는 45~50°의 각도조절이 가능케 함으로써 연평균 10~30%의 발전효율이 증대되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수광각 가변형 태양광 집광장치의 설치구조물 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 여름철에 상응하는 태양광 집광판의 수광각 조절된 상태도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 겨울철에 상응하는 태양광 집광판의 수광각 조절된 상태도,
도 4는 본 발명에 따른 슬라이드식 수직지주의 결합 사시도,
도 5는 도 4의 분해 사시도,
도 6은 도 4의 요부 단면 구성도,
도 7은 슬라이식 수직지주가 거더프레임과 링크연결된 링크브라켓의 부분 확대사시 구성도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수광각 가변형 태양광 집광장치의 설치구조물 사시도로서, 본 발명의 실시예에 따른 태양광 집광판 설치구조물(2)은 수많은 태양광 집광판(4)들이 집합 설치되고 태풍과 같은 강풍에도 견딜 수 있도록 안정된 구조를 취하는 바 그 철골 구조물은 육중한 무게가 나간다.
본 발명의 태양광 집광판 설치구조물(2)은 수많은 태양광 집광판(4)들을 집합시켜 받침고정하는 철골구조의 격자형 거더프레임(6)을 구비하고, 그 거더프레임(6)은 철기둥으로 된 수직지주(8)(10)에 의해 고정 지지되어 바닥부(6) 상방에 부상된다.
수직지주(8)(10)중 후방측에 좌우로 배치되는 다수 지주들은 힌지축 수직지주(8)로서 거더프레임(6)의 힌지축(8a)을 갖게 구성하고, 전방측에 좌우로 배치된 다수 지주들은 신축가능한 슬라이드식 수직지주(10)로서 전방측 슬라이드식 수직지주(10)들의 높낮이 조절에 의해 거더프레임(6)이 경사면을 형성하도록 기여하여서, 거더프레임(6) 상부에 설치된 전체 태양광 집광판(4)들에 대한 수광각 조절이 일괄적으로 이루어지게 한다.
더욱이 본 발명에서는 전체 태양광집광판(4)이 계절별로 달라지는 태양고도를 추종하도록 구성함에 있어 태양광 집광판(4)의 수광각도 조절시 사용자의 조작이 가능한 한 용이하게 이루어질 수 있게 하는 구조를 갖는다.
도 2에서는 본 발명의 실시예에 따라 여름철에 맞춰서 태양광 집광판(4)의 수광각이 조절된 상태를 보여주는 도면으로서, 그 수광각이 바람직하게는 20~25°로 조절된 상태이다.
그리고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 겨울철에 맞춰서 태양광 집광판(4)의 수광각이 조절된 상태를 보여주는 도면으로서, 그 수광각이 바람직하게는 45~50°로 조절된 상태이다.
이러한 본 발명의 태양광 집광판(4)의 일괄 수광각 조절로 기존 고정식의 태양광 집광판(4)들에 대비해서 연평균 10~30%의 발전효율을 높일 수 있다.
본 발명에서는 태양광 집광판(4) 및 거더프레임(6)의 무게가 많이 나가는 관계로 거더프레임(6)의 경사면 각도조절을 이용해서 거더프레임(6)상에 장착된 수많은 태양광 집광판(4)들의 수광각이 일괄적으로 조절되게 한다. 거더프레임(6)의 경사면의 각도 조절을 위해서는, 거더프레임(6)의 후방측 천장부에 좌우방으로 배열된 두개 이상의 힌지축 수직지주(8) 각각을 힌지축(8a)으로 연결하고, 거더프레임(6)의 전방측 천장부에는 두개 이상의 슬라이드식 수직지주(10) 각각을 연결한다.
그리고, 힌지축 수직지주(8)의 힌지축(8a)을 축중심으로 하는 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절이 되도록 다수의 로드길이 신축용 작동실린더(14)가 거더프레임(6)의 전방측에 좌우로 배열되어 링크 연결되며, 작동실린더(14)의 로드길이 신축작동에 의해서 거더프레임(6)의 전방측이 들어올려지거나 내려지게 된다.
작동실린더(14)는 일단이 슬라이드식 수직지주(10)의 하부지지대(22)에 링크연결되고 그 타단이 거더프레임(6)의 전방측 천장부에 링크 연결되게 구성하며, 작동실린더(14)의 로드길이 신축작동에 의해서 거더프레임(6)의 전방측을 거더프레임(6)의 후방측 천장부에 있는 힌지축(8a)을 중심으로 하여 들어올리거나 당겨 내려준다.
작동실린더(14)는 유압실린더가 바람직하며, 그외에도 수동 작동되는 신축형 실린더를 이용할 수도 있음을 이해하여야 한다.
상기와 같이 작동실린더(14)를 이용해서 거더프레임(14)의 전방측이 들어올리거나 당겨 내려짐에 따라 전방측 슬라이드식 수직지주(10)들도 그 길이가 늘어나거나 줄어들게 되면서 높낮이 조절되며, 작동실린더(14)가 비작동되는 평상시에 든든히 고정되는 기둥역할을 위해서 길이 조정된 슬라이드식 수직지주(10)는 고정핀 볼트(36) 체결을 통해서 그 높이가 고정된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 결합 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 요부 단면 구성도이다.
도 4 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 슬라이드식 수직지주(10)는 하부지지대(20)와 상부지지대(22)로 구성되며, 하부지지대(20)와 상부지지대(22)가 슬라이드식으로 서로 삽입된 구조로서 그 슬라이딩 길이가 가변될 수 있다.
슬라이드식 수직지주(10)의 상단부 즉 상부지지대(22)의 상단부는 도 7에 도시된 바와 같이, 거더프레임(6)의 종방거더(6a)와 링크브라켓(10a)을 매개로 링크연결되며, 링크브라켓(10a)은 레일홈(7)이 형성된 금속재 프로파일로 된 종방거더 상에서 전후방 위치조정이 가능하게 볼트넛 체결된다. 링크브라켓(10a)은 도 7에 도시된 구성에서 변형되어서 레일홈(7)에서 슬라이딩식으로 위치이동 및 잠금편에 의한 잠금고정이 가능하게 구현될 수도 있음을 이해하여야 한다.
거더프레임(6)이 후방의 힌지축(8a)을 중심으로 각도 조절이 크게 되면 슬라이드식 수직지주(10)와 거더프레임(6)의 종방거더(6a)에 고정된 링크브라켓(10a)과의 전후방 위치가 어긋날 수 있는데, 본 발명에서는 링크브라켓(10a)을 전후방 위치이동 가능한 형태로 구성함으로써 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 고정위치 어긋남을 링크브라켓(10a)의 전후 위치조절로 보정한다.
더욱이 본 발명에 따른 태양광 집광판 설치구조물(2)는 그 육중한 무게로 인하여 비록 좌우측방에 설치된 작동실린더(14)를 이용하여서 거더프레임(6)의 전방측을 들어올리거나 당겨내려도 거더프레임(6)의 전방부 좌우측이 동일한 높낮이로서 체결공(11)에 구멍맞춤되기가 사실상 어렵다. 좌우측의 작동실린더(14)를 이용해서 미세 조정하는 것도 힘들고 애로사항이 있는 것이므로 본 발명에서는 거더프레임(6) 전방부의 대략적 수평맞춤 상태에서도 슬라이드식 수직지주(10)의 연장 길이에 대한 위치고정을 성취할 있게끔 한다. 즉, 작동실린더(14)를 이용한 슬라이드식 수직지주(10)를 높낮이 조절후, 태양광 집광판(4)의 좌우측 높낮이 틀어짐이 있어도 현재 높낮이에서 바로 위치고정할 수 있는 보정조절을 사용자가 편하게 할 수 있도록 한다.
이를 위해서 본 발명에서는 슬라이드식 수지지주(10)의 나사관부(22a)에 형성된 상하방 장공(30)과 나사관부(22a)상에서 나사이동 가능한 높낮이보정 나사관체(32)를 이용해 거더프레임(6)의 전방부 좌우측 높낮이 틀어짐에 따른 보정조절을 수행한다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 좌우측 슬라이드식 수직지주(10)의 상하부지지대(20)(22)중 하나, 바람직하게는 첨부 도면에서와 같이 하부지지대(22)의 상부에는 나사관부(22a)를 구비한다.
나사관부(22a)는 고정핀 볼트(36)가 통과되는 상하방 장공(30)을 가지며 외면에는 나사부가 형성된다. 나사관부(22a)에는 높낮이조정 나사관체(32)가 나사체결되는데, 높낮이조정 나사관체(32)는 본체관 둘레를 따라 고정핀 볼트(36)가 꽂히는 하나 이상의 고정핀공(32a)들을 가지며 내면나사부가 형성된 관계로 나사관체(32) 상에서 나사이동될 수 있다. 그리고 높낮이조정 나사관체(32)에는 작업자가 나사관부(22a)상에서의 상하 위치이동을 위한 손잡이부가 일체형성된다.
또 본 발명에 따라 더욱 바람직하게는 나사관부(22a)에는 높낮이보정 나사관체(32)를 지지하는 보조 나사관체(34)도 나사이동될 수 있도록 나사 체결된다. 보조 나사관체(34)에도 작업자가 나사관부(22a)상에서의 상하 위치이동을 위한 손잡이부가 일체로 형성된다.
상부에 나사관부(22a)를 갖는 관체형 하부지지대(22)에는 상부지지대(20)가 슬라이드식으로 삽입되는바, 상부지지대(20)에는 다수의 체결공(11)이 상하방향으로 배열 형성된다.
작업자는 계절변화에 따라 태양광 집광판(4)의 수광각 조절이 필요한 경우에는 슬라이드식 수직지주(10)의 고정핀 볼트(36)를 풀고 난후 거더프레임(6)의 전방부 좌우측방으로 배열 설치된 작동실린더(14)들을 동시에 작동시켜서 거더프레임(6)의 전방측을 들어올리거나 당겨내려 거더프레임(6)의 경사면이 작업자가 원하는 각도가 되게 한다. 그에 따라 슬라이드식 수직지주(10)는 길이가 신축되어지는데, 작업자는 하부지지대(22)의 나사관부(22a)의 장공(30)에 드러나 보이는 상부지지대(20)의 체결공(11)을 확인하고, 그 위치로 높낮이보정 나사관체(32)를 나사이동시키고 장공(30)에 노출된 상부지지대(20)의 체결공(11)과 높낮이보정 나사관체(32)의 고정핀공(32a)중 하나를 구멍 맞춤한다. 그 후에 고정핀 볼트(36)를 꽂아넣고 너트로 체결하여서 슬라이드식 수직지주(10)의 길이가 변동되지 않게 고정한다.
또한 높낮이보정 나사관체(32)가 태양광 집광판(4) 및 거더프레임(6)의 통합 무게로 인해 위치변동되지 않도록 하기 위해서 높낮이보정 나사관체(32)를 하방에서 밀착지지하도록 보조 나사관체(32)도 나사이동시켜서 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 위치시킨다.
이러한 작업은 작업자가 거더프레임(6)의 전방부 좌우측에 두개 이상으로 마련되어지는 슬라이드식 수직지주(10)의 연장 길이에 대한 위치고정을 보다 쉽게 할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은 대규모의 태양광 집광판 설치구조물(2)에서 계절 변화에 따른 태양 고도에 맞춰서 사용자가 전체 태양광 집광판(4)들의 수광각 조절을 보다 용이하게 수행하되, 봄이나 가을철에는 태양광 집광판(4)의 수광각이 30°가 유지되게 하고, 여름철에는 20~25°, 겨울철에는 45~50°가 유지되도록 수광각의 각도조절을 행함으로써 연평균 10~30%의 발전효율을 높일 수 있다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.
본 발명은 태양광 발전에 이용할 수 있다.
(2)-- 태양광 집광판 설치구조물 (4)-- 태양광 집광판
(6)-- 거더프레임 (6a)-- 종방거더
(7)-- 레일홈 (8)-- 힌지축 수직지주
(8a)-- 힌지축 (10)-- 슬라이드식 수직지주
(10a)-- 링크브라켓 (11)-- 체결공
(12)-- 바닥부 (14)-- 작동실린더
(20)-- 상부지지대 (22)-- 하부지지대
(22a)-- 나사관부 (30)-- 상하방 장공
(32)-- 높낮이보정 나사관체 (32a)-- 고정핀공
(34)-- 보조 나사관체 (36)-- 고정핀 볼트

Claims (3)

  1. 다수 태양광 집광판들을 거더프레임 상에 설치한 대규모 태양광집광판 설치구조물에서의 수광각 가변형 태양광 집광장치에 있어서,
    다수 태양광 집광판(4)들이 설치된 거더프레임(6)을 받침 지지하기 위해 거더프레임(6)의 천장부 전후좌우에는 바닥부(12)에 고정된 수직지주(8)(10)가 설치되게 구성하되 거더프레임(6)의 후방부 좌우측에는 힌지축(8a)을 갖는 두개 이상의 힌지측 수직지주(8)이 힌지축 연결되게 하고 거더프레임(6)의 전방부 좌우측에는 태양광 집팡판(4)의 계절별 수각광 조절을 위해 슬라이드식으로 높낮이 조절가능한 두개 이상의 슬라이드식 수직지주(10)가 링크브라켓(10a)을 매개로 연결되게 구성하며,
    각 슬라이드식 수직지주(10)는 하부지지대(20)와 상부지지대(22)가 슬라이드식 삽입된 구조로 슬라이딩 길이가 가변됨과 동시에 다수 체결공(11)들중 하나로의 고정핀 볼트(36) 체결로 길이 고정되게 구성하며, 슬라이드식 수직지주(10)의 하부지지대(20)에는 거더프레임(6)의 천장부에 링크 연결된 로드길이 신축용 작동실린더(14)와 연결되게 구성하여서 작동실린더(14)의 작동에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 높낮이 조절로 힌지축 수직지주(8)의 힌지축(8a)을 축중심으로 하는 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절이 이뤄지고 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절에 따른 슬라이드식 수직지주(10)의 고정위치 어긋남을 전후방 위치조정이 가능한 링크브라켓(10a)의 전후 위치조절로 보정되게 구성함을 특징으로 하는 수광각 가변형 태양광 집광장치.
  2. 제1항에 있어서, 전체 태양광 집광판(4)의 수광각 조절을 위한 거더플레임(6)의 전방측 들어올림 및 내림시 좌우측방으로 배열된 두개 이상의 슬라이드식 수직지주(10)들 간의 승강위치 틀어짐 보정을 위해서, 상하부지지대(20)(22)중 하나에는 고정핀 볼트(36)가 통과되는 상하방 장공(30)을 갖는 나사관부(22a)를 구비하고, 나사관부(22a)에는 관둘레를 따라 고정핀 볼트(36)가 꽂히는 하나 이상의 고정핀공(32a)을 갖는 높낮이조정 나사관체(32)가 나사 이동되게 구성함을 특징으로 하는 수광각 가변형 태양광 집광장치.
  3. 제2항에 있어서, 나사관부(22a)에는 높낮이보정 나사관체(32)를 지지하는 보조 나사관체(34)를 더 구비함을 특징으로 하는 수광각 가변형 태양광 집광장치.
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