KR20160037659A - 태양광 발전장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 태양광 발전장치는, 일면에 솔라셀들이 형성되고, 타면에 고정부와 힌지부가 형성되는 제1 태양전지패널과, 상기 고정부가 일면에 결합되고, 상기 힌지부에 결합된 제1 이동부가 슬릿을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있도록 형성되는 지지모듈 및 상기 지지모듈의 일측에 형성에 형성되어 상기 지지모듈을 상기 제1 방향에 대해 교차하는 제2 방향으로 회전시키는 회전부를 포함하고, 상기 지지모듈을 회전하거나 상기 제1 태양전지패널을 경사지게 하여, 상기 제1 태양전지패널의 일면에 쌓인 적설을 제거하거나 상기 제1 태양전지패널의 일면을 세척할 수 있다.

Description

태양광 발전장치{SUNLIGHT POWER GENERATION APPARATUS}
본 발명의 일실시예들은 적설에 대해 능동적으로 대응할 수 있으며, 솔라패널의 유지보수 작업을 간편하게 수행할 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
전 세계적으로 에너지 공급원의 다각화를 위해 신재생에너지에 대한 연구 개발과 적용이 활발하게 진행되고 있다. 신재생에너지 중 태양광 에너지는 환경오염에 무관하게 생산할 수 있어 가장 빠르게 발전되고 있으며 고효율의 태양전지 개발, 전력변환 장치, 축전 장치, 패널 자세 제어, 솔라패널 유지보수 기술 등 다양한 관련분야가 함께 발전하고 있다.
태양전지 패널의 발전효율은 다양한 요인으로 인해 영향을 받는다. 이 중 태양전지의 발전량 향상을 위하여 근본적인 광전 변환효율 향상 외에 가장 시급하게 요청되는 기술은 태양전지 패널의 오염방지와 관련한 유지보수 기술이라 할 수 있다. 국내외적으로 사막 모래먼지, 황사, 동절기 적설 등을 포함한 환경요인으로 인한 태양전지 패널의 오염문제와 관련 솔라패널의 효율적인 유지보수 문제가 최근 심각하게 대두되고 있다. 솔라패널의 정격 발전량을 유지시키기 위해서는 주기적으로 패널의 표면을 청결하게 유지 관리하는 것이 매우 중요하다
현재 국내 보급형으로 단독 주택의 지붕 또는 옥상에 설치되는 대략 18m2의 면적을 갖는 3KW 규모(250Watt급 1.5m2 패널 12장)는 물론 건물의 옥상에 고밀도로 설치된 태양전지 패널(100KW 이상)의 경우에는 수작업에 의한 세척 및 적설 제거 이외에 대규모 세척기계를 이용하여 세척작업을 하는 것은 매우 어렵다. 우리나라와 같이 동절기에 눈이 많이 오는 경우에는 솔라패널 설치 시에 적설에 대한 문제를 해결할 수 있는 능동적 솔라패널 설치 플랫폼이 필요하다.
이에, 본 발명은 저렴한 비용으로 간편하게 적설에 의한 발전상의 문제를 해결하고 솔라패널의 세척작업성을 향상시키는 효율적인 구동 플랫폼을 개발한 것이다.
본 발명의 일 목적은 적설 방지 및 오염물질 제거 기능을 갖고 손쉽게 유지보수 작업을 할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 태양광 발전장치는, 일면에 솔라셀들이 형성되고, 타면에 고정부와 힌지부가 형성되는 제1 태양전지패널과, 상기 고정부가 일면에 결합되고, 상기 힌지부에 결합된 제1 이동부가 슬릿을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있도록 형성되는 지지모듈 및 상기 지지모듈의 일측에 형성에 형성되어 상기 지지모듈을 상기 제1 방향에 대해 교차하는 제2 방향으로 회전시키는 회전부를 포함하고, 상기 지지모듈을 회전하거나 상기 제1 태양전지패널을 경사지게 하여, 상기 제1 태양전지패널의 일면에 쌓인 적설을 제거하거나 상기 제1 태양전지패널의 일면을 세척한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 이동부는, 적어도 일부가 상기 슬릿에 삽입되는 슬릿 바디 및 일측이 상기 힌지부에 결합되고 타측이 상기 슬릿 바디에 형성된 회전 돌기에 결합되는 로드를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 일면에 솔라셀들이 형성되고, 타면에 고정부와 힌지부가 형성되는 제2 태양전지패널 및 상기 제2 태양전지패널의 힌지부에 결합되고, 상기 지지모듈의 슬릿을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있도록 형성되는 제2 이동부를 더 포함하고, 상기 이동부들 사이의 간격을 유지할 수 있도록 지지로드가 배치될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 태양전지패널은 상기 솔라셀들을 향하여 액체 또는 고압의 가스를 분사할 수 있도록 형성되는 분사 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 태양전지패널 일면에 배치되는 적설량 감지센서 및 상기 적설량 감지센서로부터 신호를 전송받아 상기 지지모듈 또는 상기 회전부를 구동시키는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 감지된 적설량에 따라, 상기 회전부를 구동시키는 제1 제거동작, 상기 제1 이동부를 이동시키는 제2 제거동작 및 상기 분사 장치를 통한 고압의 공기 또는 가스를 분사한 후, 부동액을 상기 솔라셀들에 도포하는 분사동작을 순차적으로 수행할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 태양광 발전장치는, 태양광 발전장치의 문제점으로 지적되어온 적설로 인한 발전효율 저하를 방지하고 계절에 따른 태양고도의 차이에 대응하여 발전효율을 증대할 수 있는 능동적 기구 변환 장치를 제공할 수 있다.
또한, 유지 보수를 위한 세척작업 시에는 태양전지패널을 수직에 가깝게 구동시켜 태양전지패널 간의 공간을 확보하여 작업자가 쉽게 수작업 세척 도구를 이용하여 세척을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양 전지 패널의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치의 사용 상태도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치가 가옥에 배치된 상태에서의 사용 상태도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치의 동작예를 도시한 개념도.
이하, 본 발명에 관련된 태양광 발전장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
태양광발전은 태양으로부터의 빛에너지를 직접 전기에너지로 바꾸어주는 발전방식이다. 이러한 태양광발전의 핵심은 일반적으로 pn접합구조를 가진 태양전지(solar cell)로서 외부로부터 광자(photon)가 태양전지의 내부로 흡수되면 광자가 지닌 에너지에 의해 태양전지 내부에서 전자(electron)와 정공(hole)의 쌍(e-h pair)이 생성된다. 생성된 전자-정공 쌍은 pn접합에서 발생한 전기장에 의해 전자는 n형 반도체로 이동하고 정공은 p형 반도체로 이동해서 각각의 표면에 있는 전극에서 수집된다. 각각의 전극에서 수집된 전하(charge)는 외부 회로에 부하가 연결된 경우, 부하에 흐르는 전류로서 부하를 동작시키는 에너지의 원천이 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양 전지 패널(110, 110')의 사시도이다.
태양 전지 패널(110, 110')의 전면에 솔라셀(111)들이 형성된다. 태양 전지 패널(110, 110')에서 태양전지의 최소단위는 셀인데, 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작고, 실제 사용할 디바이스에서 요구하는 전압은 수V에서 수십혹은 수백 V이상이 되기 때문에, 셀을 몇 개나 몇 십개 직렬로 연결하여 사용한다.
이와 같은 이유로 복수의 셀을 패키지로 모듈을 형성하고, 이 모듈을 복수개로 이어서 용도에 맞게 조립하여 어레이 형태로 구현하여 사용한다.
본 발명에서는 도 1에서 도시한 바와 같이, 솔라셀(111)들을 어레이 형태로 구현하고 사용하고 있다.
일반적으로 셀이 벌크형을 나타낼 경우에는 그것의 상하를 동등한 방법으로 커버하여 보호하면서 모듈화 하지만, 박막의 경우에는 태양전지 셀이 무언가의 기판 위에 밀착하고 있기 때문에, 그 기판을 포함한 모듈이 형성된다.
모듈은 일반적으로 셀, 표면재, 충진재, Back sheet, Seal재, 프레임재를 포함하여 형성될 수 있다. 표면재는 대부분의 경우가 백판 강화유리가 이용되고 있으며, 일부 아크릴, 폴리카보네이트, 불소수지 등의 합성수지가 이용될 수 있다. 충진재로서는 실리콘 수지, PVB, EVA가 이용되고 있다. Back sheet의 재료는 PVF가 대부분이지만, 그밖에 폴리에스테르, 아크릴 및 유리 등도 사용되고 있다. 그리고, PVF의 내습성을 높이기 위해 PVF에 알루미늄호일을 씌우거나, 폴리에스테르를 씌우거나 한 샌드위치 구조를 취하고 있다. Seal재는 리드의 출입부나 모듈의 단면부를 Seal로 하기 위해 이용되고, 재료로서는 실리콘 시란트, 폴리우레탄, 폴리 설파이드, 부틸고무 등이 사용되고 있다.
이 밖에, 전력조절장치, 축전지 및 인버터가 태양 전지 패널(110, 110')에 포함되거나, 태양광 발전장치(100)에 포함될 수 있다.
태양 전지 패널(110, 110')의 배면에 고정부(112, 도 4 참조)와 힌지부(113, 도 4 참조)가 형성될 수 있다. 고정부(112)와 힌지부(113)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 고정부(112)와 힌지부(113)는 각각 결합핀이 삽입될 수 있도록 중공의 원통형 몸체가 태양 전지 패널(110, 110')의 배면에 형성된 채로 이루어질 수 있다.
또한 태양 전지 패널(110, 110')의 전면에 적설량 감지센서(115)가 배치될 수 있다. 적설량의 측정은 적설의 높이를 측정하는 방식과 일정 면적에 쌓인 눈의 질량 혹은 부피를 측정하는 방식이 있으며, 적설량 감지센서(115)로서 압력센서, 초음파 적설계, 레이저적설계 등이 이용될 수 있다.
그리고, 태양 전지 패널(110, 110')의 일면에 분사구(114)가 형성될 수 있다. 분사구(114)를 통해 액체나 가스를 분사할 수 있다. 이로 인해, 먼지 등이 쌓인 태양 전지 패널(110, 110')의 일면을 청소할 수 있으며, 가스를 분사한 후 부동액을 도포하여 태양 전지 패널(110, 110')에 눈이 녹아 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
제어부(미도시)는 태양 전지 패널(110, 110')에 포함되거나, 태양광 발전장치(100)에 포함될 수 있으며, 적설량 감지센서(115)로부터 신호를 전송받고, 전송받은 신호에 근거하여 회전부(120, 도 2 참조)를 구동시키거나, 이동부(140, 도 2 참조)를 이동시키거나 분사구(114)를 통해 액체나 가스를 분사할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치(100)의 사용 상태도이다.
도 2를 참조하면, 지지모듈(130)에 하나 이상의 태양 전지 패널(110, 110')이 결합된다. 태양 전지 패널(110, 110')들의 배면에는 각각 고정부(112)와 힌지부(113)가 형성된다. 고정부(112)는 지지모듈(130)에 고정되고, 힌지부(113)에는 이동부(140)가 결합된다.
지지모듈(130)에 제1 방향(길이방향)으로 슬릿(131)이 형성되어 있다. 이로 인해, 제1 방향으로 왕복운동하는 이동부(140)를 지지할 수 있다. 이로 인해, 태양 전지 패널(110, 110')에 결합된 이동부(140)가 왕복운동하면, 태양 전지 패널(110, 110')이 틸팅될 수 있다. 슬릿(131)은 자바라와 같이 탄성변형 가능한 커버에 의해 덮이도록 형성될 수 있다. 이로 인해, 눈과 비와 같은 외부 물질이 슬릿(131) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
회전부(120)는 지지모듈(130)의 일측에 형성되어 지지모듈(130)을 제2방향으로 회전시킨다. 여기서 제2 방향은 제1 방향에 대해 교차하는 방향이며, 예를 들어 서로 직교할 수 있다. 이로 인해, 회전부(120)가 회전운동하면, 태양 전지 패널(110, 110')이 회전될 수 있다.
이동부(140)는 슬릿 바디(141)와 로드(142)를 포함한다. 슬릿 바디(141) 중 적어도 일부는 슬릿에 삽입되고, 나머지 일부는 슬릿과 접촉하게 배치된다. 이로 인해, 슬릿 바디(141)는 지지모듈(130)에 면접한 채로 슬라이드 이동할 수 있다. 슬릿 바디(141)의 상부에는 회전 돌기(143)가 형성되고, 로드(142)가 회전 돌기(143)에 결합된다. 이로 인해, 로드(142)의 일측은 힌지부(113)에 회동가능하게 결합되고, 로드(142)의 타측은 회전 돌기(143)에 회동가능하게 결합된다. 로드(142)의 일측은 포크 형태의 링크구조로 형성되어 돌출된 각 부분이 태양 전지 패널(110, 110')의 배면에 결합될 수 있다.
이동부(140)들 사이에는 지지로드(144)가 배치될 수 있다. 지지로드(144)는 이동부(140)들 사이의 간격, 즉 슬릿 바디(141)들의 간격을 유지하도록 형성된다. 지지로드(144)는 지지모듈(130)의 내부에 형성될 수 있다.
도 2의 (a) 내지 (C)를 참조하면, 상기와 같은 구성에 의해, 구동장치가 이동부(140)를 밀면 태양 전지 패널(110, 110')이 지지모듈(130)에 면접하게 되고, 구동장치가 이동부(140)를 잡아당기면 태양 전지 패널(110, 110')이 지면에 대하여 직립하게 된다. 즉, 이동부(140)의 슬릿 바디(141)가 왕복 운동함에 따라 태양 전지 패널(110, 110')이 틸팅 동작하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치(100)가 가옥(200)에 배치된 상태에서의 사용 상태도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 계절에 따라 보다 많은 일조량을 확보하도록 태양 전지 패널(110, 110')은 틸팅될 수 있다. 여름과 같이 일조량이 풍부한 경우, 도 3의 (a)와 같이 태양 전지 패널(110, 110')이 지지모듈(130)에 면접한 상태로 발전이 가능하다. 그리고, 봄이나 가을과 같이 태양이 지면에 대하여 일정 각도를 유지하면서 일주하는 경우에는, 도 3의 (b)와 같이 태양 전지 패널(110, 110')과 지지모듈(130)이 서로 일정 각도를 유지하면서 발전을 하는 것이 효율에 있어서 우수하다. 그리고, 겨울에는 도 3의 (c)와 같이 태양 전지 패널(110, 110')이 지지모듈(130)에 대해 보다 많은 각도로 틸팅되면서 발전이 이루어질 수 있다. 마지막으로, 겨울에 눈이 내리는 경우에는 도 3의 (d)와 같이 태양 전지 패널(110, 110')을 지면에 대하여 직립시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관련된 태양광 발전장치(100)의 동작예를 도시한 개념도이다.
제어부는 집적회로를 구비한 칩 형태로 구현될 수 있으며, 적설량 감지센서(115)로부터 신호를 전송받도록 적설량 감지센서(115)와 전기적으로 연결된다. 제어부는, 전송받은 신호에 근거하여 회전부(120)를 구동시키거나, 이동부(140)를 이동시키거나 분사구(114)를 통해 부동액이나 가스를 분사할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이, 적설량에 따라, 제어부는 회전부(120)를 구동시키거나 이동부(140)를 이동시키거나 분사구(114)를 통해 부동액이나 가스를 분사하도록 태양광 발전장치(100)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 적설량이 일정 수준 미만인 경우, 회전부(120)를 구동시키는 제1 제거동작(도 4 (b) 참조), 제1 이동부(140)를 이동시키는 제2 제거동작(도 4 (c) 참조) 만을 수행할 수 있다.
이와 달리 적설량이 일정 수준 이상인 경우, 제어부는 회전부(120)를 구동시키는 제1 제거동작, 제1 이동부(140)를 이동시키는 제2 제거동작을 수행한 후, 분사 장치를 통한 고압의 가스를 분사하고, 부동액을 상기 솔라셀(111)들에 도포하는 분사동작(도 4 (d) 참조)을 순차적으로 수행할 수 있다.
또한, 도 4의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이, 태양 전지 패널(110, 110')의 일면을 세척하기 위하여, 제어부는 회전부(120)를 구동시키거나, 이동부(140)를 이동시키거나 분사구(114)를 통해 부동액이나 가스를 분사할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 구성에 의하여, 태양광 발전장치(100)의 문제점으로 지적되어온 적설로 인한 발전효율 저하를 방지하고 계절에 따른 태양고도의 차이에 대응하여 발전효율을 증대할 수 있는 능동적 기구 변환 장치를 제공할 수 있다.
또한, 유지 보수를 위한 세척작업 시에는 태양 전지 패널(110, 110')을 수직에 가깝게 구동시켜 태양 전지 패널(110, 110') 간의 공간을 확보하여 작업자가 쉽게 수작업 세척 도구를 이용하여 세척을 할 수 있다.
상기와 같이 설명된 태양광 발전장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 일면에 솔라셀들이 형성되고, 타면에 고정부와 힌지부가 형성되는 제1 태양전지패널;
    상기 고정부가 일면에 결합되고, 상기 힌지부에 결합된 제1 이동부가 슬릿을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있도록 형성되는 지지모듈; 및
    상기 지지모듈의 일측에 형성에 형성되어 상기 지지모듈을 상기 제1 방향에 대해 교차하는 제2 방향으로 회전시키는 회전부를 포함하고,
    상기 지지모듈을 회전하거나 상기 제1 태양전지패널을 경사지게 하여, 상기 제1 태양전지패널의 일면에 쌓인 적설을 제거하거나 상기 제1 태양전지패널의 일면을 세척하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이동부는,
    적어도 일부가 상기 슬릿에 삽입되는 슬릿 바디; 및
    일측이 상기 힌지부에 결합되고 타측이 상기 슬릿 바디에 형성된 회전 돌기에 결합되는 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  3. 제2항에 있어서,
    일면에 솔라셀들이 형성되고, 타면에 고정부와 힌지부가 형성되는 제2 태양전지패널; 및
    상기 제2 태양전지패널의 힌지부에 결합되고, 상기 지지모듈의 슬릿을 따라 제1 방향으로 이동할 수 있도록 형성되는 제2 이동부를 더 포함하고,
    상기 이동부들 사이의 간격을 유지할 수 있도록 지지로드가 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 태양전지패널은 상기 솔라셀들을 향하여 액체 또는 고압의 공기 또는 가스를 분사할 수 있도록 형성되는 분사 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 태양전지패널 일면에 배치되는 적설량 감지센서; 및
    상기 적설량 감지센서로부터 신호를 전송받아 상기 지지모듈 또는 상기 회전부를 구동시키는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 감지된 적설량에 따라, 상기 회전부를 구동시키는 제1 제거동작, 상기 제1 이동부를 이동시키는 제2 제거동작 및 상기 분사 장치를 통한 고압의 가스를 분사한 후, 부동액을 상기 솔라셀들에 도포하는 분사동작을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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