KR20190091088A

KR20190091088A - 태양광 패널 세정로봇

Info

Publication number: KR20190091088A
Application number: KR1020180010097A
Authority: KR
Inventors: 이상순; 윤영규; 이현규; 염미정
Original assignee: 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-08-05

Abstract

본 발명에 따른 태양광 패널 세정로봇은, 바디, 상기 바디에 회전 가능하게 구비되어 상기 바디를 이동시키는 휠유닛, 상기 바디의 하부에 노출되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 세정유닛, 상기 바디를 태양광 패널의 표면에 흡착시키는 흡착유닛 및 상기 휠유닛, 상기 세정유닛 및 상기 흡착유닛의 구동을 제어하는 프로세서부를 포함한다.

Description

태양광 패널 세정로봇{Cleaning Robot for Solar Panel}

본 발명은 태양광 패널의 표면을 세정하는 태양광 패널 세정로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 패널 표면에서 안정적으로 동작할 수 있도록 흡착 이동이 가능하게 형성된 태양광 패널 세정로봇에 관한 것이다.

과학기술의 발달로 에너지 소모량은 기하급수적으로 증가하고 신재생에너지 분야가 급속도로 발전하고 있다. 특히 태양광을 이용해 에너지를 생산하는 태양광 발전시설은 전 세계에 걸쳐 조성되고 있으며, 이러한 추세는 앞으로도 가속화될 전망이다.

하지만, 태양광 발전의 경우 집광을 수행하는 태양광 패널의 표면에 먼지, 황사 및 분진 등이 쌓이게 될 경우 집광률이 떨어지게 되며, 최대 35%까지 발전 효율이 감소하게 되는 문제가 있다. 따라서 발전 효율을 극대화하기 위해서는 태양광 패널의 표면을 주기적으로 세정해야 할 필요가 있다.

다만, 종래의 경우 태양광 패널 세정 작업이 대부분 인적자원에 의해 이뤄지고 있으며, 이에 따라 인건비 등 관리 비용이 많이 들어갈 뿐만 아니라 시간도 많이 소요되는 문제가 있었다.

따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 위도에 따라 다양한 지향각을 가지고 설치되는 태양광 패널 표면 위에서 표면을 효과적으로 청소함과 동시에 내부 결함을 함께 진단할 수 있는 장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.

또한 자동 세정 작업을 통해 다양한 발전 효율 저해 요인을 극복하여 발전 효율을 극대화하고자 하는 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 태양광 패널 세정로봇은, 바디, 상기 바디에 회전 가능하게 구비되어 상기 바디를 이동시키는 휠유닛, 상기 바디의 하부에 노출되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 세정유닛, 상기 바디를 태양광 패널의 표면에 흡착시키는 흡착유닛 및 상기 휠유닛, 상기 세정유닛 및 상기 흡착유닛의 구동을 제어하는 프로세서부를 포함한다.

그리고 상기 프로세서부는, 상기 바디를 형성하는 평판 형태의 기판을 포함할 수 있다.

또한 상기 세정유닛은, 회전 구동력을 발생시키는 브러시구동부, 상기 바디에 구비되며, 상기 브러시구동부에 의해 회전되는 회전바 및 상기 회전바의 둘레에 구비되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 브러시를 포함할 수 있다.

그리고 상기 흡착유닛은, 상기 태양광 패널의 표면에 흡착 가능하도록 상기 바디의 하부에 노출되며, 흡착공이 형성된 흡착부, 상기 흡착공을 통해 공기를 흡입하여 상기 흡착부에 흡착력을 발생시키는 흡입펌프 및 일측이 상기 흡착공에 연결되고, 타측이 상기 흡입펌프와 연결되는 연결호스를 포함할 수 있다.

또한 상기 흡착유닛은, 상기 흡착유닛의 흡착력에 의해 발생하는 수직항력을 상기 휠유닛 측으로 전달하는 항력전달부를 포함할 수 있다.

그리고 상기 항력전달부는, 상기 바디의 상부에 구비된 실린더, 상기 바디의 상부에 연결되어 상기 실린더 내에서 상하 이동 가능하게 형성되는 피스톤 및 상기 실린더 및 상기 바디 사이에서 지지력을 발생시키는 지지부재를 포함할 수 있다.

또한 상기 휠유닛은, 중심점을 기준으로 회전되며, 서로 나란히 이격된 한 쌍의 회전부재, 상기 한 쌍의 회전부재 사이에 회전 가능하게 구비되며, 상기 회전부재의 둘레보다 외측으로 돌출된 복수의 롤러부재를 포함할 수 있다.

그리고 상기 롤러부재는 태양광 패널 표면과 점접촉되도록 구비될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 태양광 패널 세정로봇은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 태양광 패널 표면 상에 흡착된 상태로 이동이 가능하므로 위도에 따라 다양한 지향각을 가지는 모든 태양광 패널에 용이하게 적용이 가능하다는 장점이 있다.

둘째, 기 설정된 프로그램에 의해, 또는 외부에서의 제어를 통해 자동으로 태양광 패널의 표면을 세정할 수 있어 인적자원의 소요를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 세정 작업에 따른 소요비용 및 소요시간을 절감할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 다양한 발전 효율 저해 요인을 배제할 수 있어 태양광 발전 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇에 있어서, 흡착유닛의 구조를 나타낸 도면;
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇의 구동 과정에서 발생하는 바디의 변형을 복원시키는 과정을 나타낸 도면; 및
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇에 있어서, 휠유닛의 구조를 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇은 바디(100)와, 휠유닛(150)과, 세정유닛(120)과, 흡착유닛(200)과, 프로세서부(미도시)를 포함한다.

상기 바디(100)는 타 구성요소가 구비될 수 있도록 태양광 패널 세정로봇의 동체를 형성하며, 특히 본 실시예의 경우 상기 바디(100)는 평판 형태의 한 쌍의 기판(110)이 상하 방향으로 이격된 형태를 가지는 형태로 형성된다.

즉 본 실시예에서는 상기 기판(110) 자체가 바디(100)를 형성하게 되며, 상기 기판(110)은 상기 프로세서부로서 구동이 가능하도록 형성된다. 즉 상기 기판(110)은, 상기 기판(110)의 각부에 연결된 상기 휠유닛(150), 상기 세정유닛(120) 및 상기 흡착유닛(200)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고 본 실시예에서 상하 이격된 상기 한 쌍의 기판(110) 사이에는 열화상 카메라 모듈 및 소형 카메라 모듈이 결합되어 구성되는 카메라셋과, 배터리 등이 구비될 수 있다.

상기 카메라셋은 태양광 패널 세정로봇에 탑재된 프로세서부에 연결되어 내장된 프로그램에 의해 태양광 패널 표면의 크랙 및 핫 스팟을 검출하는 역할을 수행하며, 이에 따라 검출된 데이터는 웹 메일 혹은 메신저, 혹은 관제 단말기 등으로 전송되어 태양광 패널 표면의 결함을 관리자가 확인할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한 상기 바디(100)에는 근접 거리를 감지할 수 있는 일체의 센서가 상기 프로세서부와 연결되어 안정적인 주행을 보조할 수 있으며, 로봇의 기울어짐, 평형 상태를 감지하고, 기울어짐 정도에 따라 후술할 흡입펌프(210, 도 3 참조)의 출력을 조절하고, 평형 상태를 유지할 수 있도록 하는 다축 감지 센서가 구비될 수도 있다.

또한 도시되지는 않았으나, 본 발명의 태양광 패널 세정로봇을 결합할 수 있는 도킹 스테이션을 더 포함할 수 있다.

상기 도킹 스테이션에는 상기 바디(100)에 구비된 배터리 충전을 위한 충전회로, 비콘 신호를 감지해 유도 제어할 수 있는 감지 센서를 포함할 수 있다. 또한 상기 도킹 스테이션은 본 발명의 태양광 패널 세정로봇의 충전 작업을 수행하는 접점부 및 유도 신호를 발생시키는 유도부를 더 포함할 수 있으며, 로봇이 구동되지 않을 때 로봇을 보관할 수 있는 공간을 제공할 수 있다.

이와 같은 바디(100) 및 도킹 스테이션의 형태는 하나의 실시예로서 제시된 것이며, 본 실시예로만 국한되지 않음은 물론이다.

상기 휠유닛(150)은 상기 바디(100)에 회전 가능하게 구비되어 상기 바디(100)를 이동시킨다. 그리고 본 실시예에서 상기 휠유닛(150)은 상기 바디(100)에 총 4개가 구비되어 2개가 전륜, 나머지 2개가 후륜을 형성하는 형태를 가진다.

상기 휠유닛(150)의 보다 자세한 구조에 대해서는 후술하도록 한다.

상기 세정유닛(120)은 상기 바디(100)의 하부에 노출되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 역할을 수행한다. 본 실시예의 경우 상기 세정유닛(120)은 총 두 개가 상기 바디(100)의 전방 및 후방 하부에 각각 구비된 형태를 가진다.

구체적으로 상기 세정유닛(120)은 회전 구동력을 발생시키는 브러시구동부(122)와, 세정 작업을 수행하는 브러시부(121)를 포함하며, 상기 브러시부(121)는 상기 바디(100)에 구비되고, 상기 브러시구동부(122)에 의해 회전되는 회전바(121a) 및 상기 회전바(121a)의 둘레에 구비되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 브러시(121b)를 포함한다.

이때 상기 브러시구동부(122) 및 상기 회전바(121a)는 벨트부재(123)에 의해 연결되어 동력 전달을 수행하도록 형성될 수 있다.

또한 상기 브러시(121b)는 상기 회전바(121a)의 길이 방향을 따라 나선 형태로 배열되며, 이에 따라 보다 효과적인 세정 작업을 수행할 수 있다.

상기 흡착유닛(200)은 상기 바디(100)를 태양광 패널의 표면에 흡착시키는 역할을 수행하며, 도 3에는 상기 흡착유닛(200)의 자세한 구조가 도시된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡착유닛(200)은 흡착부(240)와, 흡입펌프(210)와, 연결호스(260)와, 항력전달부(220)를 포함할 수 있다.

상기 흡착부(240)는 상기 태양광 패널의 표면에 흡착 가능하도록 상기 바디(100)의 하부에 노출되며, 중심부에는 흡착공(251)이 형성된다. 그리고 상기 흡입펌프(210)는 상기 흡착공(251)을 통해 공기를 흡입하여 상기 흡착부(240)에 흡착력을 발생시키게 된다.

즉 상기 흡입펌프(210)는 공기를 흡입하여 외부로 배출하는 기능을 수행할 수 있도록 내부에 모터를 포함할 수 있으며, 상기 흡착부(240)는 상기 흡입펌프(210)에 의해 상기 흡착공(251)에서 발생하는 흡입력을 통해 바디(100)를 태양광 패널의 표면에 흡착시킬 수 있다.

이때 상기 흡입펌프(210)의 흡입력은 전술한 프로세서부에 의해 실시간으로 제어될 수 있다. 예컨대 상기 프로세서부는 상기 바디(100)를 소정의 위치에 강하게 고정시켜야 할 경우 상기 흡입펌프(210)의 흡입력이 기준 이상으로 유지되도록 제어할 수 있으며, 상기 바디(100)를 이동시켜야 할 경우에는 상기 흡입펌프(210)의 흡입력이 기준 이하로 유지되도록 제어하여 흡착 상태에서 상기 휠유닛(150)의 회전에 의한 이동이 가능하도록 할 수 있다.

또한 상기 흡착부(240)의 하부에는, 저마찰 소재의 얇은 막이 구비될 수 있으며, 이에 따라 상기 바디(100)는 상기 흡착부(240)의 흡착 상태에서 이동을 용이하게 수행할 수 있다.

그리고 상기 연결호스(260)는 일측이 상기 흡착공(251)에 연결되고, 타측이 상기 흡입펌프(210)와 연결되도록 구비되어 상기 흡입펌프(210)의 흡입력을 전달하는 경로를 형성하게 된다.

특히 본 실시예에서 상기 흡입부(240)는 상기 연결호스(260) 및 상기 항력전달부(220)가 연결될 수 있도록 상기 바디(100)에 고정되는 연결부재(250)를 포함할 수 있다.

상기 항력전달부(220)는 상기 흡입유닛(200)의 흡착력에 의해 발생하는 수직항력을 상기 휠유닛 측으로 전달하는 역할을 수행한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 흡입펌프(210)애 의해 상기 흡착부(240)이 흡착력을 발생시키게 될 경우, 상기 흡착부(240)가 태양광 패널(P)의 표면에 밀착됨에 따라 수직항력이 발생하게 된다.

그리고 본 실시예에서 상기 항력전달부(200)는, 상기 흡착부(240)에 의해 발생하는 수직항력을 상기 바디(100)를 매개체로 하여 각 휠유닛(150) 측으로 분산 및 전달시킬 수 있다.

구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이 상기 항력전달부(200)는, 상기 바디(100)의 상부에 구비된 실린더(220a) 및 상기 바디(100)의 상부에 직접 연결되어 상기 실린더(220a) 내에서 상하 이동 가능하게 형성되는 피스톤(220b)을 포함하는 항력전달모듈(220)과, 상기 실린더(220a) 및 상기 바디(100) 사이에서 지지력을 발생시키는 지지부재(230)를 포함할 수 있다.

이에 따라 상기 흡착부(240)에 의해 수직항력이 발생하게 될 경우, 상기 항력전달부(200)는 상기 피스톤(220b)을 상기 실린더(220a) 내에서 상측으로 이동시키게 된다. 이때 상기 지지부재(230)는 상기 바디(100)에 연결되어 고정된 상태를 유지하고 있으므로, 발생된 수직항력은 상기 피스톤(220b)의 이동과 상기 지지부재(230)의 상호 작용에 의해 상기 바디(100)를 매개체로 하여 각 휠유닛(150) 측으로 전달됨에 따라 상기 휠유닛(150)의 밀착력을 극대화할 수 있다.

그리고 상기 프로세서부는, 상기 흡착부(240)의 흡착력에 따라 상기 피스톤(220b)의 행정거리를 제어할 수 있도록 형성되며, 이에 따라 상기 항력전달부(200)는 흡착력에 의해 발생하는 수직항력에 대응되도록 상기 피스톤(220b)을 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 패널 세정로봇에 있어서, 휠유닛(150)의 구조를 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 휠유닛(150)은 중심점을 기준으로 휠구동부(160)의 구동력에 의해 회전되며, 서로 나란히 이격된 회전부재(151)와, 상기 한 쌍의 회전부재(151) 사이에 회전 가능하게 구비되며, 상기 회전부재(151)의 둘레보다 외측으로 돌출된 복수의 롤러부재(152)를 포함한다.

보다 구체적으로 상기 회전부재(151)의 둘레부에는 상기 롤러부재(152)를 회전 가능하게 구속하기 위한 롤러연결부(151a)가 복수 개 형성되며, 상기 롤러부재(152)는 상기 한 쌍의 회전부재(151) 사이에 회전 가능하게 구비된다.

이때 상기 롤러부재(152)는 태양광 패널 표면과 점접촉되도록 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 외측에서 중심 측으로 갈수록 단면의 지름이 점차 증가하는 형태로 형성된다.

또한 상기 롤러부재(152)는 바디(100)의 진행 방향에 대해 경사진 각도로 고정될 수 있다. 이는 상기 휠유닛(150)의 그립력을 보다 향상시켜 상기 태양광 패널 상에서 미끄러지는 것을 방지하는 한편, 상기 태양광 패널과의 접촉 면적을 최소화하여 상기 휠유닛(150)에 의해 상기 태양광 패널의 표면이 오염되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고 상기 프로세서부는 상기 태양광 패널의 표면 상태, 즉 먼지 또는 지향각 등에 따라 상기 휠구동부(160)의 출력을 실시간으로 제어할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 바디
110: 기판
120: 세정유닛
121: 브러시부
121a: 회전바
121b: 브러시
122: 브러시구동부
150: 휠유닛
151: 회전부재
152: 롤러부재
160: 휠구동부
200: 흡착유닛
210: 흡입펌프
220: 항력전달부
220a: 실린더
220b: 피스톤
230: 지지부재
240: 흡착부
250: 연결부재
260: 연결호스

Claims

바디;
상기 바디에 회전 가능하게 구비되어 상기 바디를 이동시키는 휠유닛;
상기 바디의 하부에 노출되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 세정유닛;
상기 바디를 태양광 패널의 표면에 흡착시키는 흡착유닛; 및
상기 휠유닛, 상기 세정유닛 및 상기 흡착유닛의 구동을 제어하는 프로세서부;
를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제1항에 있어서,
상기 프로세서부는,
상기 바디를 형성하는 평판 형태의 기판을 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제1항에 있어서,
상기 세정유닛은,
회전 구동력을 발생시키는 브러시구동부;
상기 바디에 구비되며, 상기 브러시구동부에 의해 회전되는 회전바; 및
상기 회전바의 둘레에 구비되어 태양광 패널의 표면을 세정하는 브러시;
를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제1항에 있어서,
상기 흡착유닛은,
상기 태양광 패널의 표면에 흡착 가능하도록 상기 바디의 하부에 노출되며, 흡착공이 형성된 흡착부;
상기 흡착공을 통해 공기를 흡입하여 상기 흡착부에 흡착력을 발생시키는 흡입펌프; 및
일측이 상기 흡착공에 연결되고, 타측이 상기 흡입펌프와 연결되는 연결호스;
를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제1항에 있어서,
상기 흡착유닛은,
상기 흡착유닛의 흡착력에 의해 발생하는 수직항력을 상기 휠유닛 측으로 전달하는 항력전달부를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제5항에 있어서,
상기 항력전달부는,
상기 바디의 상부에 구비된 실린더;
상기 바디의 상부에 연결되어 상기 실린더 내에서 상하 이동 가능하게 형성되는 피스톤; 및
상기 실린더 및 상기 바디 사이에서 지지력을 발생시키는 지지부재;
를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제1항에 있어서,
상기 휠유닛은,
중심점을 기준으로 회전되며, 서로 나란히 이격된 한 쌍의 회전부재;
상기 한 쌍의 회전부재 사이에 회전 가능하게 구비되며, 상기 회전부재의 둘레보다 외측으로 돌출된 복수의 롤러부재;
를 포함하는 태양광 패널 세정로봇.
제7항에 있어서,
상기 롤러부재는 태양광 패널 표면과 점접촉되도록 구비된 태양광 패널 세정로봇.