KR20190136391A - 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법 - Google Patents

저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법 Download PDF

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Abstract

저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법이 제공된다. 상기 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치(100)는, 어레이 플레이트(110), 상기 어레이 플레이트(110) 상에 일정간격으로 배치되는 다수의 태양광 모듈(111), 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 상부면에 설치된 제 1 각도 조절봉(320)을 이용하여 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭(10), 및 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 좌측면 또는 우측면에 설치된 제 2 각도 조절봉(320)을 이용하여 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법{Apparatus for regulating angle of solar photovoltaic module with low cost and Method for assemling the same}
본 발명은 태양광 모듈 각도 제어 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 저비용으로 태양의 위치에 따라 태양광 모듈판의 각도를 제어하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법에 대한 것이다.
일반적으로, 태양전지를 이용한 태양광발전은 무한정, 무공해의 태양에너지를 이용함으로 연료비가 불필요하고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없으며, 발전 부위가 반도체 소자이고, 제어부가 전자부품임으로 기계적인 진동과 소음이 없다.
또한, 태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고, 발전 시스템을 자동화시키기에 용이하며, 운전 및 유지관리에 따른 비용을 최소화할 수 있는 장점을 지니고 있다.
일반적으로, 태양광 발전시스템은 햇빛을 받으면 광전효과(Photoelectric Effect)에 의해 전기를 발생하는 태양전지와 전기에너지를 저장 공급하는 요소들에 의해 전력을 생산하는 시스템으로 집광판, 축전기 및 전력변환장치 등으로 구성되어 있다.
다수의 태양전지 셀들이 모듈형태로 배치되는 태양전지판은 태양광선과 90도의 각도일때 효율이 가장 좋은데, 지구는 자전 및/또는 공전을 하기 때문에 태양의 위치가 주기적으로 변하게 되어 발전 효율의 차이가 심하게 나타난다.
부연하면, 고정식으로 태양광 어레이의 각도를 고정하게 되면 한 방향으로 고정되므로 아침, 저녁, 계절별로 발전효율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 이를 해소하고자 태양광 어레이를 태양의 위치에 따라 추적식으로 각도를 조절하는 방식이 연구되고 있다. 이러한 추적식으로는 수동도 가능하고, 자동도 가능하다.
그러나, 이러한 추적식 방식의 경우, 구성이 복잡하고 공간을 많이 차지하게 되므로 경제적이 못하다는 단점이 있다.
특히, 자동식으로 각도를 조절하는 경우, 설비 구축 및 운영비가 증가될 수 있다는 단점이 있다.
1. 한국등록특허번호 제10-1803699호(등록일자: 2017년11월26일) 2. 한국등록특허번호 제10-1192686호(등록일자: 2012년10월12일) 3. 한국공개특허번호 제10-2013-0023420호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해, 추적식과 대비하여 구축이 간편하고 운용비를 절감할 수 있는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 고정식과 대비하여 태양의 위치에 따른 효과적인 추적을 통해 발전효율을 증가시킬 수 있는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 추적식과 대비하여 구축이 간편하고 운용비를 절감할 수 있는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치를 제공한다.
상기 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치는,
어레이 플레이트;
상기 어레이 플레이트 상에 일정간격으로 배치되는 다수의 태양광 모듈;
상기 다수의 태양광 모듈의 상부면에 설치된 제 1 각도 조절봉을 이용하여 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭; 및
상기 다수의 태양광 모듈의 좌측면 또는 우측면에 설치된 제 2 각도 조절봉을 이용하여 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 좌우 각도 조절블럭 및 상부 각도 조절블럭은 다수의 기어 감속기 및 상기 기어 감속기를 구동하는 하나의 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다수의 태양광 모듈은 다수의 태양광 셀이 직렬 또는 병렬로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 각도 조절봉에는 일측 방향으로 상기 태양광 모듈의 일측면과 연결되는 연결선이 삽입되는 요홈이 형성되며, 외면에는 스프링이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 태양광 모듈에는 관통홀이 형성되며, 상기 각도 조절봉의 말단에는 상기 태양광 모듈이 밖으로 벗어나는 것을 방지하는 고정판이 설치되는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 상기 각도 조절봉은 압축 가능한 안테나 형상이며, 외면에는 스프링이 삽입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 연결선은 상기 안테나 형상의 내측에 삽입되며, 연결선의 말단은 고정판에 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치는, 상기 어레이 플레이트를 상단면에 안착하는 베이스 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치는, 상기 좌우 각도 조절블럭 및 상부 각도 조절블럭과 연결되어 각도 조절을 수행하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 상부면 각도의 조절은 계절 정보에 따라 미리 설정되는 각도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 좌측면 또는 우측면 각도의 조절은 오전 또는 오후 시간 정보에 따라 미리 설정되는 각도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 어레이 플레이트 상에 일정간격으로 다수의 태양광 모듈을 배치하는 단계; (b) 상기 다수의 태양광 모듈의 상부면에 제 1 각도 조절봉을 설치하고, 상기 제 1 각도 조절봉을 이용하여 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭를 설치하는 단계; 및 (c) 상기 다수의 태양광 모듈의 좌측면 또는 우측면에 제 2 각도 조절봉을 설치하고, 상기 제 2 각도 조절봉을 이용하여 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭를 설치하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치의 조립 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 하나의 모터를 이용하여 태양광 모듈의 좌우 및 상부면 각도를 조절함으로써 추적식과 대비하여 구축이 간편하고 운용비를 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 태양의 위치에 따라 태양광 모듈의 좌우 및 상부면 각도를 조절함으로써 태양광 효율을 향상시키는 것이 가능하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치의 구성 사시도이다.
도 2는 일반적인 태양광 셀, 태양광 모듈, 태양광 어레이의 개념도이다.
도 3은 도 1에 도시된 각도 조절의 개념도이다.
도 4는 도 3에 도시된 각도 조절봉을 A-A축으로 절개한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 각도 조절봉의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치 및 이의 조립 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치(100)의 구성 사시도이다. 도 1을 참조하면, 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치(100)는, 베이스 플레이트(120), 이 베이스 플레이트(120)의 상단면에 안착되는 어레이 플레이트(110), 상기 어레이 플레이트(110) 상에 일정간격으로 배치되는 다수의 태양광 모듈(111), 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭(10), 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭(20) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 플레이트(120)는 지면에 고정하기 위한 고정구(140)상에 지지 부재(130)로 연결된다. 도 1에서는 4개의 지지 부재(130)로 구성하였으나, 그 이하 및 그 이상의 개수도 가능하다.
어레이 플레이트(110)는 다수의 태양광 모듈(111)이 배치되는 플레이트이다. 부연하면, 태양광 모듈(111)들을 태양광 어레이가 되도록 어레이 플레이트(110)상에 가로 및 세로로 일정간격으로 배치한다.
상부 각도 조절블럭(10)은 태양광 모듈(111)의 상부면 각도를 조절한다. 이를 위해, 상부 각도 조절블럭(10)은 제 1 내지 제 4 기어 감속기(180-1 내지 180-4) 및 이들 기어 감속기(180-1 내지 180-4)를 구동하는 하나의 모터(180)로 구성된다. 제 1 내지 제 4 기어 감속기(180-1 내지 180-4)는 유성 기어 감속기가 될 수 있다.
일반적으로 유성 기어는 맞물리는 1쌍의 기어 한쪽은 고정되어 있고, 다른 쪽은 이와 맞물린 상태로 그 주위를 회전하는 기구의 기어 전동 장치를 말한다. 따라서, 모터(180)에서 전달된 동력으로 선 기어를 회전하면, 링 기어 내면을 따라 유성 기어가 회전하여 유성 기어 캐리어가 연결선(161)을 감았다 풀었다 할 수 있다.
물론, 본 발명의 일실시예에서는 유성 기어를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 기어들도 사용가능하다.
도 2는 일반적인 태양광 셀, 태양광 모듈, 태양광 어레이의 개념도이다. 도 2를 참조하면, 태양광 셀((111-1)이 최소 단위가 되고, 이 태양광 셀(111-1)이 병렬 및/또는 직렬로 배열되어 하나의 집합체를 이룬 것이 태양광 모듈(111)이 된다. 이러한 태양광 모듈(111)을 다수 배열하면 태양광 어레이(210)가 된다.
도 3은 도 1에 도시된 각도 조절의 개념도이다. 도 3을 참조하면, 각도 조절봉(320)의 외면에는 스프링(310)이 삽입된다. 스프링(310)은 탄성 부재로서 압축과 복원이 가능하다. 이러한 압축과 복원을 이용하기 위해, 태양광 모듈(111)의 측면에는 관통홀(301)이 형성되며, 상기 각도 조절봉(320)의 말단에는 상기 태양광 모듈(111)이 밖으로 벗어나는 것을 방지하는 고정판(325)이 설치된다.
각도 조절봉(320)은 지지대(321) 및 이 지지대(321)와 일체로 형성되는 일자 형상의 봉 몸체(323)로 형성된다. 따라서, 이 태양광 모듈(111)은 봉 몸체(323)를 따라 연직 방향으로 움직이는 것이 가능하다. 즉, 태양광 모듈(111)이 지지대(321)의 근처에 있을 경우, 태양광 모듈(111)의 위치는 거의 수평이 된다. 이와 달리, 태양광 모듈(111)이 고정판(325)의 근처까지 다다를 경우, 태양광 모듈(111)의 위치는 일정한 경사를 가지게 된다.
연결선(161)은 기어 감속기(160-1)에 연결된다. 이 연결선(161)은 하나의 선으로서 다른 각도 조절봉(320)과 연결될 수 있다. 즉, 도 3에서는 연결선(161)이 하나의 각도 조절봉(320)에 연결되는 것으로만 도시하였으나, 연결선(161)은 다른 각도 조절봉(320)의 봉 몸체(323)에 삽입되는 연결선들과 연결될 수 있다. 물론, 하나의 연결선(161)이 아니라 각도 조절봉(320)마다 별도의 연결선으로 구성하여 이들 연결선을 기어 감속기(160-1)에 연결하는 것도 가능하다.
기어 감속기(160-1)에 이 기어 감속기(160-1)를 연결하는 모터(170)가 연결된다. 모터(170)의 회전 속도를 조절하기 위해 제어기(350)가 구성될 수 있다. 제어기(350)는 마이크로프로세서, 메모리, 및 전자 회로 등으로 구성된다. 따라서, 제어기(350)는 계절, 시간 정보에 따라 미리 설정되는 각도로 태양광 모듈(111)의 각도가 조절되도록 제어한다.
부연하면, 보통 우리나라의 경우 각 계절별 태양의 고도를 살펴보면, 위도가 약 35°이므로 봄, 가을에는 태양의 고도가 약 35°정도이고, 겨울에는 태양의 고도가 약 12°정도이며, 여름에는 약 58°정도까지 태양의 고도가 변하게 된다.
따라서, 사계절 고정설치형의 경우 태양전지판이 정남향을 향해 35°각도의 기울기로 고정되어 있기 때문에 봄, 가을을 제외하고는 최대 출력의 70％ 이상도 얻지 못하기 때문에 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에 반해, 본 발명의 경우, 태양광 모듈(111)의 각도를 보통 여름에는 설치장소의 위도에서 약 15도를 뺀 각도로 상향하고, 겨울에는 설치장소의 위도에서 약 15도를 더한 각도로 상향하여 계절의 변화에 따라 발전효율을 극대화시킬 수 있게 된다. 물론, 태양광 모듈(111)의 각도 조절은 오전 또는 오후 시간 정보에 따라서도 이루어질 수 있다.
이러한 미리 설정되는 각도 조절 제어 정보에 따라 제어기(350)가 태양광 모듈(111)의 각도를 조절할 수 있다. 물론, 이와 달리, 사용자가 간단하게 각도를 설정하여 조절하는 것도 가능하다. 부연하면, 사용자가 제어기(350)를 통해 일정한 각도를 설정하면, 이러한 설정된 정보에 따라 제어기(350)가 각도 제어를 수행한다.
도 4는 도 3에 도시된 각도 조절봉을 A-A축으로 절개한 단면도이다. 도 4를 참조하면, 봉 몸체(401)에는 측면상에 연결선(161)이 삽입되는 요홈(401)이 형성된다. 도 3에서는 이해의 편의를 위해 요홈(401)을 정면에 도시하였으나, 이 요홈(401)의 반대편의 지지대(321) 측에 연결선(161)을 삽입하는 홀(도 3의 점선 통로)이 형성된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 각도 조절봉의 개념도이다. 도 5를 참조하면, 각도 조절봉(520)은 압축 가능한 안테나 형상이 될 수 있다. 이 경우, 외면에 스프링(310)이 삽입된다. 연결선(161)은 상기 안테나 형상(520)의 내측에 삽입되며, 연결선(161)의 말단은 고정판(521)에 연결된다.
10: 상부 각도 조절 블럭
20: 좌우 각도 조절 블럭
100: 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치
110: 어레이 플레이트
111: 태양광 모듈
111-1: 태양광 셀
120: 베이스 플레이트
130: 지지부재
140: 고정구
170: 모터

Claims (12)

  1. 어레이 플레이트(110);
    상기 어레이 플레이트(110) 상에 일정간격으로 배치되는 다수의 태양광 모듈(111);
    상기 다수의 태양광 모듈(111)의 상부면에 설치된 제 1 각도 조절봉(320)을 이용하여 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭(10); 및
    상기 다수의 태양광 모듈(111)의 좌측면 또는 우측면에 설치된 제 2 각도 조절봉(320)을 이용하여 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭(20);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치(100).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌우 각도 조절블럭(20) 및 상부 각도 조절블럭(10)은 다수의 기어 감속기(160-1,160-2,180-1 내지 180-4) 및 상기 기어 감속기를 구동하는 하나의 모터(170,180)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 태양광 모듈(111)은 다수의 태양광 셀(111-1)이 직렬 또는 병렬로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 조절봉(320)에는 일측 방향으로 상기 태양광 모듈(111)의 일측면과 연결되는 연결선(161)이 삽입되는 요홈(401)이 형성되며, 외면에는 스프링(310)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 태양광 모듈(111)에는 관통홀(301)이 형성되며, 상기 각도 조절봉(320)의 말단에는 상기 태양광 모듈(111)이 밖으로 벗어나는 것을 방지하는 고정판(325)이 설치되는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 각도 조절봉(320)은 압축 가능한 안테나 형상(520)이며, 외면에는 스프링(310)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    연결선(161)은 상기 안테나 형상(520)의 내측에 삽입되며, 연결선(161)의 말단은 고정판(521)에 연결되는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이 플레이트(110)를 상단면에 안착하는 베이스 플레이트(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 좌우 각도 조절블럭(20) 및 상부 각도 조절블럭(10)과 연결되어 각도 조절을 수행하는 제어기(350);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부면 각도의 조절은 계절 정보에 따라 미리 설정되는 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 좌측면 또는 우측면 각도의 조절은 오전 또는 오후 시간 정보에 따라 미리 설정되는 각도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치.
  12. (a) 어레이 플레이트(110) 상에 일정간격으로 다수의 태양광 모듈(111)을 배치하는 단계;
    (b) 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 상부면에 제 1 각도 조절봉(320)을 설치하고, 상기 제 1 각도 조절봉(320)을 이용하여 상부면 각도를 조절하는 상부 각도 조절블럭(10)를 설치하는 단계; 및
    (c) 상기 다수의 태양광 모듈(111)의 좌측면 또는 우측면에 제 2 각도 조절봉(320)을 설치하고, 상기 제 2 각도 조절봉(320)을 이용하여 좌측면 또는 우측면 각도를 조절하는 좌우 각도 조절블럭(20)를 설치하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저비용 태양광 모듈 각도 조절 장치의 조립 방법.
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