KR20190143020A - 태양전지패널용 태양광 추적장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양의 위치변화에 맞춰 태양전지패널을 회전할 수 있는 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것으로, 병렬구조로 형성된 다량의 태양전지패널을 한 쌍의 모터를 이용하여 양축 방향으로 방향전환이 가능하며, 태양 추적시 태양전지패널이 이동방향 측으로 쏠려서 초기위치를 벗어나거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 고정력이 향상된 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것이다.

Description

태양전지패널용 태양광 추적장치 {SOLAR TRACKING DEVICE FOR SOLAR CELL MODULE PANEL}

본 발명은 태양의 위치변화에 맞춰 태양전지패널을 회전할 수 있는 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것으로, 병렬구조로 형성된 다량의 태양전지패널을 한 쌍의 모터를 이용하여 양축 방향으로 방향전환이 가능하며, 태양 추적시 태양전지패널이 이동방향 측으로 쏠려서 초기위치를 벗어나거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 고정력이 향상된 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것이다.

태양전지(太陽電池) 또는 광전지는 태양 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있는 장치를 말한다. 이러한 태양전지는 태양에서 빛 형태의 에너지가 조사되면 발생되는 전류를 사용하기 때문에 재생 가능 에너지로 분류되어 환경 문제가 심각한 현재 각광받는 대체 에너지 중 하나이다.

특히, 태양전지 관련 발전산업이 활발하게 이루어지면서 다소 비쌌던 태양광전지로 만드는 전기 비용이 점차 단가가 낮아져서 경제성도 함께 갖춰지고 있다.

이러한 태양전지는 복수 개로 구성되는 패널형태로 제작되어 발전효율을 높일 수 있고, 산지, 초지, 농지와 같은 공간을 활용하여 태양전지패널이 다수 개로 구성된 유니트 단위로 함께 설치하여 다수 개의 태양전지패널을 설치하여 많은 양의 전기 에너지를 얻을 수 있도록 설치되는 실정이다.

한편, 태양의 위치는 계절과 시간에 따라 위치가 달라지기 때문에 최대의 에너지를 얻기 위해서는 태양전지패널의 상면이 태양과 정면으로 바라보는 방향으로 위치해야 할 필요가 있다.

따라서, 이러한 점을 해결하기 위해 종래의 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1070243호에 태양의 방위각 변화 또는 고도 변화에 대응하여 태양의 위치를 추적할 수 있는 태양 위치 추적 장치(이하, 선행기술 1)에 대해 기재하고 있다.

도 1을 살펴보면 알 수 있듯이, 상기 선행기술 1은 패널 프레임(30)을 전후 방향으로 회전시키는 지지기구(50)를 통해 태양전지를 전후방향으로 움직일 수 있고, 수평 지지대(10)가 수직 지지대(25)에 대하여 수평회전기구(20)를 통해 회전가능하게 설치되므로 태양전지가 태양의 방위각 변화에 따라 회전할 수 있다.

그러나 상기 선행기술 1은 단일 형태의 태양전지패널에만 적용이 가능하며, 다수개의 태양전지패널이 설치되는 곳에서는 각각의 태양전지패널마다 각각 태양 위치 추적 장치를 적용해야하기 때문에 초기비용 및 운영비용이 많이 소요된다.

또한, 바람 등으로 인해 패널 프레임(30)이 영향을 받아 불안정할 수 있는데, 힌지(H)로 패널 프레임(30)의 일측이 지지대(13)에 고정되어도 반대측과 양 측면이 영향을 받아 패널 프레임(30)이 불안정하다는 유려가 존재한다.

또한, 다른 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-0961248호에는 "태양추적형 태양광 발전장치(이하, 선행기술 2)"에 대해 기재하고 있다.

도 1a와 같이 선행기술 2는 복수 개의 태양전지 모듈(30)을 모터(40)를 통해 제1 회전축(20)을 회전시켜 태양전지 모듈(30)을 좌우방향으로 움직일 수 있고, 제2 회전축을 회전시켜 태양전지 모듈(30)을 전후방향으로 움직일 수 있어 태양의 남중고도의 변화를 추적할 수 있다는 특징을 가진다.

그러나 선행기술 2의 경우 제2 회전축을 회전하게 하는 회전 제어봉을 움직이게 하는 구성 및 방법이 기재되지 않아 제2 회전축으로 인해 태양전지 모듈(30)을 자동적으로 움직이게 할 수 없으며, 지면으로부터 경사를 이루며 설치되기 때문에 큰 면적의 설치공간이 필요하고, 이러한 설치공간의 하부측은 사용할 수 없는 잉여구역이 된다는 문제점이 존재한다.

특히, 하부 외에도 지면으로부터 경사를 만들며 설치되기 때문에 설치위치 및 태양위치에 따라 그늘짐이 생긴다는 2차적인 문제도 함께 발생하게 된다.

따라서, 상술된 문제점이 발생되지 않고, 복수 개로 설치된 태양전지패널을 동일한 각도로 함께 회전시켜 태양을 추적할 수 있고, 공간제약없이 설치가 가능해 공간활용에 유용한 태양광 추적 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.

또한, 대형으로 제작된 태양전지패널이 태양을 따라 추적할 때 하중에 의해 이동방향 측으로 쏠리는 현상을 방지하고, 지정된 위치를 벗어나지 않도록 태양전지패널을 견고하게 고정할 수 있는 태양광 추적 장치에 대한 개발도 필요하다.

(선행기술 1) 대한민국 등록특허공보 제10-1070243호(2011.10.06.공고) (선행기술 2) 대한민국 등록특허공보 제10-0961248호(2010.06.03.공고)

상기와 같은 문제점을 극복하기 위해, 태양의 위치변화에 맞춰 태양전지패널을 회전할 수 있는 태양전지패널용 태양광 추적장치을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

또한, 병렬구조로 형성된 다량의 태양전지패널을 한 쌍의 모터를 이용하여 양축 방향으로 방향전환이 가능한 태양전지패널용 태양광 추적장치를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

또한, 외력에 의해 태양전지패널이 초기위치를 벗어나거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 고정력이 향상된 태양전지패널용 태양광 추적장치를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

또한, 태양 추적시 태양전지패널이 이동방향 측으로 쏠리는 현상을 방지하고, 이동 및 회전된 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록 고정력이 향상된 태양전지패널용 태양광 추적장치를 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위해 본 발명은 태양의 위치변화를 추적할 수 있는 태양광 추적 장치에 있어서,

태양전지패널이 상면에 구비되며, 양측에 와이어가 구비된 패널 프레임과, 상기 패널 프레임의 하부에 위치하여 결합되고, 상기 패널 프레임이 결합된 위치를 중심으로 회전할 수 있는 회동 프레임과, 상기 회동 프레임의 하측에 결합되며, 회전을 통해 상기 회동 프레임을 회전시키는 회전축 및 지면에 고정되며, 상부에 회전축이 구비되는 지지 프레임으로 구성되며, 상기 패널 프레임은 상기 회전축의 회전에 의해 x축 방향으로 회전이 가능하며, 상기 패널 프레임은 상기 한 쌍의 와이어 중 어느 한 측이 하측방향으로 잡아당겨지면 상기 회동 프레임과 결합된 부분을 중심으로 y축 방향의 회전이 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 태양광 추적 장치는 측면 고정부가 추가로 구성되며, 상기 측면 고정부는 상기 지지 프레임에 결합고정되며, 양측 말단에 로울러가 내장되고, 내측 중앙에는 내장 스프링이 구비된 고정 프레임과, 일측 말단이 상기 회동 프레임의 양측 말단 하부와 결합되며, 타측 말단은 상기 내장 스프링의 끝단과 결합되는 한 쌍의 고정 와이어와, 상기 한 쌍의 고정 와이어를 연결하는 탄성부재로 구성된다.

이때, 고정 와이어는 일정 길이부분에 고정추가 구비되며, 상기 고정추는 상기 회전축이 회전시 상기 회동 프레임의 이동방향측에 위치한 고정 와이어가 상기 내장 스프링의 탄성복원력에 의해 일정길이 이상으로 상기 고정 프레임 내측으로 인입되는 것을 방지하기 위해 상기 고정 프레임 상측에 걸리게 된다.

또한, 정추가 상기 고정 프레임 상측에 걸리면 상기 탄성부재가 상기 이동방향측에 위치한 고정 와이어를 잡아당겨 평평하게 유지하여 상기 회동 프레임을 지지 및 고정하게 된다.

또한, 패널 프레임의 중앙바를 중심으로 서로 대응되는 양측 모서리를 연결하는 모서리 고정부가 추가로 구성되며, 상기 모서리 고정부는 양측 모서리를 연결하는 고정 로프와, 상기 고정 로프를 서로 연결하는 고정바로 구성되고, 상기 모서리 고정부를 통해 패널 프레임의 하중과 외부로부터 받는 외력을 분산한다.

또한, 회동 프레임의 하부 말단에는 결합부가 형성되며, 상기 결합부는 정면과 배면이 개방된 각형의 프레임으로 구비되고, 상기 회전축은 상기 결합부를 관통하여 끼움결합된다.

또한, 회전축에는 복수 개의 회동 프레임이 상기 회전축의 축방향을 따라 설치될 수 있고, 상기 복수 개의 회동 프레임은 상기 회전축의 회전에 따라 동일한 각도로 함께 회전하게 된다.

이때, 와이어는 패널 프레임의 일측 말단에 구비된 제1 와이어와 타측 말단에 구비된 제2 와이어로 구성되며, 복수 개의 패널 프레임과 연결된 제1 및 2 와이어는 각각의 보조롤러에 감기게 되고, 상기 보조롤러에 감기는 제1 및 2 와이어는 메인 롤러의 회전을 통해 회전방향에 위치한 와이어가 감겨 상기 복수 개의 패널 프레임이 감긴 와이어 측으로 기울어진다.

또한, 지지 프레임의 상면에는 베어링이 추가로 구비되며, 상기 회전축은 상기 베어링을 관통하여 회전하고, 상기 고정축에 고정된다.

이때, 회전축은 상기 회동 프레임이 구비되는 메인 회전축;과, 상기 베어링을 관통하는 관통 회전축으로 구성되며, 상기 관통 회전축은 상기 메인 회전축에 비해 직경이 작으며 상기 관통 회전축과 상기 메인 회전축은 플렌지 결합을 통해 결합된다.

또한, 와이어와 상기 회전축을 구동하는 모터에는 태양의 위치를 감지할 수 있는 태양추적센서가 내장된 컨트롤러가 추가로 구비되며, 상기 태양추적센서를 통해 감지된 태양의 위치를 파악하고, 태양전지패널이 태양과 마주하도록 모터가 자동으로 구동제어되어 태양광 추적 장치를 이동시킬 수 있다.

또한, 회동 프레임의 하부 말단에는 보조 스프링이 추가로 구성되며, 상기 보조 스프링은 상기 회동 프레임과 상기 지지 프레임을 연결하고, 상기 회동 프레임의 회전시 회동 프레임이 회전방향으로 쏠려 이동되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 회전축에는 외주면을 따라 끼움결합되며, 상기 회전축보다 직경이 큰 제1 동력전달축이 구비되고, 모터와 직접적으로 결합되며, 상기 제1 동력전달축보다 직경이 작은 제2 동력전달축이 구비되며, 체인이 상기 제1 동력전달축과 상기 제2 동력전달축의 외주면을 감싸 결합되면서 모터의 동력이 상기 제2 동력전달축을 회전시키고, 이를 통해 제1 동력전달축을 회전되어 상기 회전축을 회전시킬 수 있다.

본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치는, 태양의 위치변화에 맞춰 태양전지패널을 회전할 수 있는 효과를 보유한다.

또한, 병렬구조로 형성된 다량의 태양전지패널을 한 쌍의 모터를 이용하여 양축 방향으로 방향전환이 가능하여 구동전력을 낮추고 에너지 효율을 최대로 얻을 수 있다는 효과를 보유한다.

또한, 외력에 의해 태양전지패널이 초기위치를 벗어나거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 태양전지패널이 추적장치에 견고하게 고정될 수 있다는 효과를 보유한다.

또한, 태양 추적시 태양전지패널이 이동방향 측으로 쏠리는 현상을 방지할 수 있고, 이동 및 회전된 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록 고정력이 향상된다는 효과를 보유한다.

도 1 및 1a는 종래의 선행기술들을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 구성을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 회전축의 구성을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 측면 고정부의 구성을 측면도 및 부분확대도로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 회전축의 이동에 따른 예를 순서도로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 다양한 회전예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 다른 실시예를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 적용예를 측면도로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 회전축의 회전예를 측면도로 나타낸 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 태양전지패널용 태양광 추적장치를 상세하게 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 본 명세서에는 태양광 추적 장치(1)가 태양이 이동하는 방향에 맞춰 태양전지패널을 태양 위치에 대향하도록 움직이게 되는데 이때 태양전지패널은 전후방향과 좌우방향으로 움직여 태양의 위도 및 경도에 맞게 대향된다.

따라서, 본 명세서에는 전후방향과 좌우방향으로 움직이는 것을 설명하기 위해 x축방향과 y축방향으로 구분지어 도면 및 명세서에 설명하였음을 미리 밝힌다.

또한, 패널 프레임(10)의 상부에는 태양전지패널(2)이 구비되나 패널 프레임(10) 하부에 구비되는 회동 프레임(20), 회전축(30) 및 지지 프레임(40)의 결합위치 등을 용이하게 나타내기 위해 도면에 부분적으로 생략되어 있음을 밝힌다.

본 발명은 태양의 위치변화에 맞춰 태양전지패널을 회전할 수 있는 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것으로, 병렬구조로 형성된 다량의 태양전지패널을 한 쌍의 모터를 이용하여 양축 방향으로 방향전환이 가능하며, 태양 추적시 태양전지패널이 이동방향 측으로 쏠려서 초기위치를 벗어나거나 파손되는 것을 방지할 수 있도록 고정력이 향상된 태양전지패널용 태양광 추적장치에 관한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 구성을 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명의 회전축의 구성을 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명의 측면 고정부의 구성을 측면도 및 부분확대도로 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 회전축의 이동에 따른 예를 순서도로 나타낸 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 다양한 회전예를 나타낸 것이며, 도 7은 본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적장치의 다른 실시예를 나타낸 것이고, 도 8은 본 발명의 적용예를 측면도로 나타낸 것이며, 도 9는 본 발명의 회전축의 회전예를 측면도로 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 태양전지패널용 태양광 추적 장치(1)는 태양전지패널(2)가 구비되는 패널 프레임(10), 상기 패널 프레임(10)과 결합되며, 패널 프레임(10)이 결합위치를 중심으로 회동되는 회동 프레임(20), 상기 회동 프레임(20)이 고정결합되어 회전을 통해 회동 프레임(20) 및 패널 프레임(10)을 회동시키는 회전축(30), 지면에 고정되며, 상부에 회전축(30)이 구비되는 지지 프레임(40)으로 구성된다.

패널 프레임(10)은 상부에 태양전지패널(2)이 구비되는 것으로, 태양전지패널(2)과 대응되는 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.

이러한 패널 프레임(10)은 도 2와 같이 바(bar) 형태의 철근 등으로 패널 프레임(10)의 가장자리와 상기 가장자리 내측 중앙에는 y축방향을 따라 중앙바(10a)가 형성한다. 이때 패널 프레임(10)의 중앙바(10a) 하면에는 하측방향으로 돌출된 하부 연결구(11)가 형성된다.

이때, 하부 연결구(11)는 후술된 회동 프레임(20)의 상부 연결구(21)와 함께 연결되어 후에 회동 프레임(20) 회전시 패널 프레임(10)도 함께 x축 방향으로 회전할 수 있도록 한다. 이에 대한 내용은 아래에서 자세히 설명하도록 한다.

한편, 패널 프레임(10)의 중앙바(10a)를 중심으로 대칭되는 양측면에는 각각 와이어(12)가 결합되어 있다.

와이어(12)는 각 제1 와이어(12a)와 제2 와이어(12b)로 나뉘어지는데 별도의 모터(M)와 연결되어 모터(M)의 구동제어에 따라 제1 및 2 와이어(12a, 12b)가 서로 잡아당겨져 패널 프레임(10)이 회동 프레임(20)과 결합된 위치를 중심으로 y축방향으로 회전할 수 있다.

이러한 제1 및 2 와이어(12a, 12b)는 패널 프레임(10)을 원하는 방향으로 회전시키기 위하여 상기 패널 프레임(10)을 하측방향으로 잡아당긴다. 이때, 제1 및 2 와이어(12a, 12b)는 패널 프레임(10)의 중앙바(10a)를 중심으로 양측에 구비 및 연결되어 있으며, 제1 와이어(12a)가 하부방향으로 잡아당겨질 경우 중앙바(10a)를 중심으로 제1 와이어(12a) 측으로 기울어지는 형태를 가진다.

회동 프레임(20)은 회전축(30)과 결합되어 회전축(30)의 회전구동에 따라 함께 y축방향으로 회전한다.

이러한 회동 프레임(20)의 최상면에는 상측방향으로 상부 연결구(21)가 형성된다.

패널 프레임(10)과 회동 프레임(20)의 결합시 상부 연결구(21)는 하부 연결구(11)와 대응되는 위치에 상측으로 돌출형성 되어있다. 상부 연결구(21)는 한 쌍으로 이루어져 있으며, y축방향으로 서로 이격된 한 쌍으로 형성되고, 상부 연결구(21)의 이격된 틈으로 하부 연결구(11)가 상측에서부터 하측방향으로 끼워져 결합된다.

이때, 상부 및 하부 연결구(11)에는 관통형성된 홀이 각각 형성되어 있는데 하부 연결구(11)과 상부 연결구(21)의 이격공간에 겹쳐져 적층된 형태로 결합할때 하부 연결구(11)의 홀과 상부 연결구(21)의 홀이 서로 연통되어 겹쳐진다.

따라서, 연통된 상부 및 하부 연결구(11)의 홀에 볼트와 같은 별도의 결합부재가 끼워져 결합시키며, 결합부재가 중심축이되어 패널 프레임(10)이 x축방향으로 회전할 수 있도록 한다.

이를 통해 패널 프레임(10)은 회동 프레임(20)과 결합되어 회전축(30)의 회전을 통해 회동 프레임(20)과 함께 y축방향으로 회전이 가능함과 동시에 와이어(12)가 잡아당기면 연결부재를 중심으로 x축방향으로 회전할 수 있어 전후좌우 다양한 방향으로 회전되어 태양의 위치를 정밀하게 추적할 수 있다는 이점이 존재한다.

회동 프레임(20)은 회전축(30)과 결합되며, 상부에는 패널 프레임(10)과 결합하여 회전축(30)의 회전에 따라 패널 프레임(10)과 함께 회전하여 x축방향으로 태양전지패널(2)을 회전시키는 역할을 수행한다.

상기 회동 프레임(20)은 T자 프레임 형태를 가지며, 상면에는 상부 연결구(21)가 형성되고, 회동 프레임(20)의 상부는 중앙바(10a)와 동일한 방향으로 연장되고, 회동 프레임(20)의 하부는 회전축(30)과 연결된다. 이때, 원기둥 형태의 회전축(30)과 결합되기 위해 회동 프레임(20)의 최하면, 즉 회전축(30)과의 결합위치에 결합부(22)가 형성된다.

결합부(22)는 회전축(30)과 동일한 직경의 너비를 갖는 각형의 프레임으로, 결합부(22)와 회동 프레임(20)의 하측 말단은 플렌지 형상으로 결합될 수 있다.

결합부(22)를 통해 회동 프레임(20)과 회전축(30)은 결합되며, 회전축(30)이 관통한 결합부(22)에 볼트 등으로 결합부(22) 및 회전축(30)을 관통하여 회동 프레임(20)이 회전축(30)에 고정될 수 있도록 한다.

회전축(30)은 지지 프레임(40)의 상면에 구비되며, 모터(M)와 연결되어 태양전지패널(2)을 x축방향으로 회전시킬 수 있다.

회전축(30)은 원기둥 형태의 축으로 구동되고, 모터(M)와 직접적으로 연결되거나 휠 등을 통해 모터(M)의 회전력을 전달받아 회전할 수 있다.

또한, 회전축(30)은 하나의 회동 프레임(20)만 결합되지 않고, 회전축(30)의 연장된 방향인 y축 방향을 따라 복수 개의 회동 프레임(20)이 설치될 수 있다. 따라서, 하나의 회전축(30)에 복수 개의 회동 프레임(20)이 결합되어 복수 개의 태양전지패널(2)을 동시에 태양 추적이 가능하여 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다(도 7 참조).

이때, 회전축(30)의 말단에 모터(M)를 연결할 경우 회전력이 충분히 전달되지 않기 때문에 회전축(30)의 중앙에 모터(M)가 구비되어 회전축(30)과 연결된 회동 프레임(20)을 모두 회전시킬 수 있도록 한다.

이러한 회전축(30)은 지지 프레임(40)의 상부에 구비되는데, 단순히 지지 프레임(40)의 상부에 구비되거나, 지지 프레임(40)을 관통하는 경우 회전축(30)의 회전력이 마찰력에 의해 감소한다는 문제가 발생한다. 따라서, 회전축(30)은 지지 프레임(40)에 구비된 베어링(31)을 관통하여 결합됨으로써 마찰력을 감소시켜 모터(M)의 회전력이 용이하게 전달될 수 있도록 한다(도 3 참조).

이때, 회전축(30)은 베어링(31)과 결합되기 위해 상기 베어링(31)을 관통하는데, 회전축(30)의 직경이 클수록 회전시 많은 힘이 마찰력으로 손실되며, 회전축(30)은 복수 개의 태양전지패널(2)이 구비되기 때문에 직경이 커야하는 반면 직경이 큰 회전축(30)이 베어링(31)을 관통하기 어렵기 때문에 도 3과 같이 회전축(30)은 메인 회전축(30a)과 관통 회전축(30b)으로 나뉘어진다.

메인 회전축(30a)은 복수 개의 회동 프레임(20)이 구비되며, 상기 회동 프레임(20)을 포함한 패널 프레임(10) 및 태양전지패널(2)이 함께 연결되기 때문에 도중에 휘거나 파손되지 않도록 직경이 크고 강도가 높은 축을 이용하는 것이 바람직하다.

반면, 관통 회전축(30b)의 경우 메인 회전축(30a)과 연결되되 지지 프레임(40) 상부에 구비된 베어링(31)을 관통하여 회전축(30)을 안정감있게 고정하고, 베어링(31)과 회전축(30)간의 마찰력을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 관통 회전축(30b)은 베어링(31) 관통이 쉽도록 직경이 메인 회전축(30a)에 비해 작다.

또한, 관통 회전축(30b)에는 외통(32)이 추가로 형성된다. 외통(32)은 분리되어 있는 관통 회전축(30b)을 하나로 연결해주고, 후에 베어링(31) 문제시 외통(32)을 이용하여 관통 회전축(30b)을 쉽게 분리하여 베어링(31)을 교체할 수 있도록 한다. 이때, 베어링(31)은 볼 베어링을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 메인 회전축(30a)과 관통 회전축(30b)의 양 말단에는 플렌지가 형성되어 각 말단의 플렌지간의 결합을 통해 서로 견고하게 결합될 수 있다.

한편, 회전축(30)은 도 8과 같이 모터(M)와 직접적으로 연결되어 회전축(30)이 회전할 수 있지만, 도 9와 같이 회전축(30)의 외주면에 직접 결합되는 제1 동력전달축(33)과 모터(M)와 직접 연결된 제2 동력전달축(34)이 체인(35)을 통해 연결되면서 제2 동력전달축(34)이 회전하면서 제1 동력전달축(33)을 회전시키고, 이를 통해 회전축(30)이 회전하게 된다.

즉, 직경이 작은 제2 동력전달축(34)을 직경이 큰 제1 동력전달축(33)으로 체인(35)을 통해 연결하여 적은 동력으로 회전축(30)을 회전시킬 수 있다.

지지 프레임(40)은 지면에 고정되며, 상면에 회전축(30)이 구비된다.

이때, 지지 프레임(40)은 지면과 일정한 거리를 가지며, 베어링(31)이 상면에 구비될 수 있도록 한다.

또한, 지지 프레임(40)의 하부에는 별도의 조인트(도면에 미도시)가 구비되어 지지 프레임(40)이 설치된 지면 경사가 각기 다르더라도 이를 동일한 높이로 맞춰 회전축(30)이 지표면에 평행하게 설치되어 구동될 수 있도록 한다.

한편, 회동 프레임(20)은 상부에 태양전지패널(2)과 패널 프레임(10)이 구비되기 때문에 회전축(30)이 회전하게 되면 하중에 의해 회전된 방향으로 쓰러질 수 있다는 우려가 존재한다.

즉, 태양전지패널(2)의 y축방향으로의 움직임은 회동 프레임(20)에 고정된 형태로 와이어(12)에 의해 y축방향으로 움직이지만, x축방향으로 움직일 경우 회전축(30)과는 결합부(22)만이 결합되어 있기 때문에 x축방향으로 움직일 때 태양전지패널(2)의 하중에 의해 이동방향측으로 쏠릴 우려가 존재한다.

따라서, 회동 프레임(20)의 x축방향 양측 하부와 연결되며, 지지 프레임(40)에 결합 및 고정되어 x축방향으로 이동하는 태양전지패널(2)의 쏠림현상을 방지할 수 있는 측면 고정부(50)가 추가로 구비된다.

이러한 측면 고정부(50)는 고정 프레임(51), 고정 와이어(52), 탄성부재(53)로 구성된다.

도 4의 (A)와 같이 고정 프레임(51)은 회동 프레임(20)의 상부와 동일한 길이를 가지며 지지 프레임(40)의 상부 정면에 결합브라켓(51c)을 통해 결합되어 고정된다. 고정 프레임(51)의 양측면, 즉 고정 와이어(52)가 위치하는 부분은 개방되어 있고, 상기 고정 와이어(52)와 연결되는 로울러(51a)가 구비된다. 또한, 내부 중앙에는 내장 스프링(51b)이 구비되어 고정 프레임(51)으로 일정길이 내삽되는 고정 와이어(52)의 말단과 양 측이 각각 연결되어 탄성력에 의해 고정 와이어(52)가 평평하게 유지되어 회동 프레임(20)을 지지 및 고정할 수 있다.

고정 와이어(52)는 고정 프레임(51)의 내장 스프링(51b)을 중심으로 양 측에 각각 구비되며, 일단은 회동 프레임(20)의 상측 말단 하면과 결합되고, 타단은 내장 스프링(51b)의 끝단과 결합된다.

이때, 고정 와이어(52)에는 고정추(52a)가 구비된다. 고정추(52a)는 고정 와이어(52)에 고정결합되며, 평상시에는 고정 와이어(52)와 연결된 내장 스프링(51b)이 팽창되어 있는 상태지만(도 5의 (A) 참조) 회동 프레임(20)이 x축방향으로 이동할 경우 이동하는 측의 고정 와이어(52)는 점차 장력이 줄어들어 내장 스프링(51b)이 수축하게 된다. 이러한 경우 고정 와이어(52)는 연결된 내장 스프링(51b)측으로 이동하게 되는데, 일정 길이가 이동하게 되면 고정추(52a)에 의해 고정 와이어(52)는 더이상 고정 프레임(51) 내측으로 내삽되지 않고 고정추(52a)가 고정 프레임(51) 상부에 걸리면서 회전축(30)의 회전에 의해 고정 와이어(52)가 이동하지 않는다(도 5의 (B) 참조).

탄성부재(53)는 한 쌍의 고정 와이어(52)를 연결하며, 탄성력이 있는 재질로 이루어진 것으로 상술된 바와 같이 고정추(52a)에 의해 더이상 고정 프레임(51) 내측으로 이동하지 못하나 회동 프레임(20)이 계속 이동하게 되면 고정 와이어(52)가 탄력을 잃게 된다. 이러한 경우 이동방향측의 고정 와이어(52)는 회동 프레임(20)을 잡아당기지 못해 지지 및 고정시키기 어렵다는 문제점이 발생한다.

따라서, 탄성부재(53)를 통해 탄력을 잃은 고정 와이어(52)가 탄성부재(53)를 통해 잡아당겨지면서 장력이 발생하게 되고, 팽팽한 상태를 유지하여 이동방향측의 회동 프레임(20)을 잡아당겨 안정적으로 회전될 수 있도록 한다(도 5의 (C) 참조).

또한, 태양의 위치에 맞추기 위해 회전축(30)이 일정각도 이상 회전하게 되면 걸림부재(22a)가 접촉센서(55)와 접촉하게 되면서 회전축(30)을 정지시킬 수 있어 태양전지패널(2)이 태양광을 받을 수 있는 위치를 벗어나거나 하중에 의해 한쪽으로 쏠리는 것을 방지할 수 있다.

한편, 고정 와이어(52)가 고정 프레임(51) 측으로 내삽될 때는 개방된 측면으로 인입되는 것이 아닌 상면에 인입홀(도면에 미도시)을 통해 고정 프레임(51) 내측으로 인입된다. 이때, 도 4의 (B)와 같이 인입홀 상측에는 상측에 와이어 관통홀(54a)이 형성된 정렬 프레임(54)이 구비되어 고정 와이어(52)가 와이어 관통홀(54a) 내측에 구비되어 회동 프레임(20)의 이동에 따라 움직이기 때문에 이를 정렬하고 고정 와이어(52)의 움직임을 최소화하여 인입홀과 마찰하여 고정 와이어(52)가 닳는 것을 방지할 수 있다.

한편, 회동 프레임(20)이 x축방향으로 정해진 각도 이상으로 회전하거나, 이동방향측으로 쏠리는 현상을 방지할 수 있도록 결합부(22) 양측면에는 걸림부재(22a)가 각각 구비되며, 고정 프레임(51) 중앙측 상면에는 접촉센서(55) 한 쌍이 구비된다.

이러한 걸림부재(22a) 및 접촉센서(55)는 회동 프레임(20)이 일정한 각도 이상으로 회전하게 되는 경우 걸림부재(22a)가 접촉센서(55)에 접촉하게 되면(도 5의 (C) 참조) 자동으로 회전축(30)이 정지할 수 있도록 하여 회동 프레임(20)이 과도하게 회전하는 것을 방지할 수 있다.

이때, 접촉센서(55)는 걸림부재(22a)와의 접촉을 감지하는 접촉감지센서나 접촉 스위치 등으로 구성될 수 있다.

하지만, 회동 프레임(20)의 말단이 회전축(30)이 결합되기 때문에 탄성부(50)만으로 태양전지패널(2)의 쏠림현상을 완벽하게 해결하기에는 어려움이 존재한다. 특히 태양의 고도 또는 방위가 지면과 가까워지는 등의 변화각이 커질 경우 태양전지패널(2)이 수직에 가까워져 하중에 의해 원하는 위치로 고정되기 어렵다는 문제점이 발생한다.

따라서, 결합부(22)는 회동 프레임(20)의 하면 연장된 부분의 중앙에 형성되며, 말단에는 보조 스프링(60)이 구비되도록 한다.

보조 스프링(60)은 회동 프레임(20)의 말단과 지지 프레임(40)을 연결함으로써 태양전지패널(2)이 회전된 방향쪽으로 쏠려 쓰러지는 것을 방지할 수 있다.

상술된 구성을 갖는 태양광 추적 장치(1)는 도 6의 A와 같이 패널 프레임(10)이 지면에 수평하게 위치한 상태에서, 태양의 고도변화를 맞추기 위해 회전축(30)을 회전하게 되면 회전축(30)에 고정된 회동 프레임(20) 및 패널 프레임(10)이 함께 회전하게 된다. 이때, 회전축(30)이 회전된 상태에서 회동 프레임(20) 및 패널 프레임(10)이 쏠리는 것을 방지하기 위해 탄성부(50) 및 보조 스프링(60)이 구비될 수 있으며, 회전축(30)의 회전을 제어할 수 있는 브레이크 모터(도면에 미도시)가 연결되어 회전축(30)이 일정각도 회전한 상태를 유지할 수 있도록 한다.

또한, 도 6의 C와 같이 태양의 위도변화를 추적하기 위해 제1 및 2 와이어(12a, 12b)의 길이를 별도의 모터를 통해 풀거나 감음으로써 제1 와이어(12a) 또는 제2 와이어(12b)측으로 기울어질 수 있도록 한다.

한편, 태양전지패널(2)은 얇고 넓은 판 형상을 가지기 때문에 풍속이 강하면 태양전지패널(2)이 바람에 의해 휘청이거나 심하면 날아가거나 파손되는 경우가 존재한다. 특히, 기존의 태양추적장치의 경우 태양전지패널과 태양추적장치의 일면이 결합된 상태로 회전하여 태양의 위치를 추적하기 때문에 태양전지패널(2)의 각 모서리 부분이 강한 풍속 등에 약한 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 도 7과 같이 다른 실시예로 태양전지패널(2)의 고정력을 향상시키기 위해 모서리 고정부(70)가 추가로 구성될 수 있다.

모서리 고정부(70)는 패널 프레임(10)의 중앙바(10a)를 중심으로 양측 모서리 말단을 연결하여 한 쌍으로 구성된다.

이러한 모서리 고정부(70)는 양측의 모서리를 연결하는 고정 로프(71)와 상기 고정 로프(71)가 흔들리지 않도록 고정하고, 한 쌍의 고정 로프(71)를 연결하는 고정바(72)로 구성되어 있다.

이때, 고정바(72)는 회전축(30)에 고정되어 회전축(30)과 함께 회전하게 되고, 고정바(72)의 양 말단에는 고정롤러(72a)가 형성되어 길이변화가 없는 고정로프(72)가 패널 프레임(10)이 y축방향으로 회전할때 고정 로프(71)의 길이변화가 용이하게 이루어지도록 한다.

이를 통해 패널 프레임(10) 상부 각각의 모서리를 서로 연결하여 태양전지패널(2) 및 패널 프레임(10)이 받는 외력을 분산시킬 수 있다는 이점을 가진다.

또한, 복수 개의 태양광 추적 장치(1) 및 태양전지패널(2)이 구비되는 경우 각각의 고정바(72)를 서로 연결할 수 있다.

상술된 구성을 갖는 태양광 추적 장치(1)는 하나의 회전축(30)에 복수 개의 패널 프레임(10) 및 회동 프레임(20)이 구비될 수 있는데, 이러한 경우 x축방향으로 태양전지패널(2)을 회전시킬 수 있다는 이점은 존재하나 y축방향으로도 용이하게 회전시킬 수 있어야 한다.

따라서, 각각의 패널 프레임(10)과 연결된 와이어(12)가 서로 연결되어 하나의 모터(M)를 통해 한 회전축(30)에 구비된 패널 프레임(10)의 각도를 조절할 수 있도록 하며, 이를 도 8을 통해 설명하도록 한다.

설명에 앞서, 제1 와이어(12a)와 제2 와이어(12b)에 차별점을 두기 위해 제1 와이어(12a)를 굵은 선으로 도시하였으나 제1 와이어(12a)와 제2 와이어(12b)의 선의 재질, 굵기 등은 동일한 것임을 미리 밝힌다.

도 8과 같이 하나의 회전축(30)에 연결된 복수 개의 패널 프레임(10)들은 각각 제1 와이어(12a)와 제2 와이어(12b)가 서로 연결되어 있다.

각각의 제1 와이어(12a)들과 제2 와이어(12b)가 하측으로 연장되면 보조롤러(13)로 모이게 되는데, 각각 제1 보조롤러(13a)와 제2 보조롤러(13b)로 모여 감겨지며, 제1 보조롤러(13a)와 제2 보조롤러(13b)로 모여진 제1 및 2 와이어(12a, 12b)는 회전축(30)의 중심 하부방향에 위치한 메인 롤러(14)에서 만나게된다.

따라서, 메인 롤러(14)가 상기 메인 롤러(14)를 중심으로 왼쪽으로 감겨질 경우 제1 와이어(12a)는 메인 롤러(14)에 감겨져 하측으로 이동되고, 이에 따라 패널 프레임(10) 또한 제1 와이어(12a) 측으로 기울게 된다. 이와 동시에 제2 와이어(12b)측은 연장되고, 제2 와이어(12b)는 상측으로 당겨지게된다. 따라서, 이를 통해 하나의 회전축(30)에 구비된 복수 개의 패널 프레임(10)은 보조 롤러(13) 및 메인 롤러(14)를 통해 동일한 각도 및 방향으로 이동하게 된다.

이때, 메인 롤러(14)에는 회전축(30)과 연결된 모터(M)와는 다른 별도의 모터(M)가 연결되어 두개의 모터(M)만으로 병렬구조로 설치된 복수 개의 태양전지패널(2)들을 함께 동일하게 태양을 추적하여 에너지 효율을 높일 수 있다는 장점을 가진다.

또한, 지지 프레임(40)의 높이를 높여 태양광 추적 장치(1)의 하부측 지면에는 농작물 등을 기르게 함으로써 공간활용도 가능하다는 이점을 가진다.

상술된 구성을 갖는 태양광 추적 장치(1)의 모터(M)에는 태양추적센서가 내장된 컨트롤러가 추가로 구비되어 태양광 추적 장치(1)가 자동으로 태양의 위치를 감지하고 이를 추적하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

자세하게는 회전축(30)을 움직여 태양전지패널(2)을 x축 방향으로 회전시킬 수 있는 제1 모터와, 와이어(12)를 움직여 태양전지패널(2)을 y축 방향으로 회전시킬 수 있는 제2 모터가 존재하는데, 태양추적센서로 인해 태양의 위치를 파악한 후 컨트롤러가 각 제1 및 2 모터의 구동을 제어하여 태양전지패널(2)이 태양을 마주할 수 있도록 자동으로 태양광 추적 장치(1)를 움직이도록 한다.

또한, 폭설 등으로 인해 태양전지패널(2) 상면에 눈이 쌓일 경우 컨트롤러를 통해 패널 프레임(10)을 기울여 상면에 눈이 쌓이지 않도록 할 수도 있다.

한편, 상기에서 도 2 내지 9를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 2 내지 9의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

1; 태양광 추적 장치 2: 태양전지패널
10: 패널 프레임 20: 회동 프레임
30: 회전축 40: 지지 프레임
50: 측면 고정부 60: 보조 스프링
70: 모서리 고정부

Claims (13)

1. 태양의 위치변화를 추적할 수 있는 태양광 추적 장치에 있어서,
   태양전지패널이 상면에 구비되며, 양측에 와이어가 구비된 패널 프레임;
   상기 패널 프레임의 하부에 위치하여 결합되고, 상기 패널 프레임이 결합된 위치를 중심으로 회전할 수 있는 회동 프레임;
   상기 회동 프레임의 하측에 결합되며, 회전을 통해 상기 회동 프레임을 회전시키는 회전축; 및
   지면에 고정되며, 상부에 회전축이 구비되는 지지 프레임;으로 구성되며,
   상기 패널 프레임은 상기 회전축의 회전에 의해 x축 방향으로 회전이 가능하며, 상기 패널 프레임은 상기 한 쌍의 와이어 중 어느 한 측이 하측방향으로 잡아당겨지면 상기 회동 프레임과 결합된 부분을 중심으로 y축 방향의 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 태양광 추적 장치는 측면 고정부가 추가로 구성되며,
   상기 측면 고정부는
   상기 지지 프레임에 결합고정되며, 양측 말단에 로울러가 내장되고, 내측 중앙에는 내장 스프링이 구비된 고정 프레임과,
   일측 말단이 상기 회동 프레임의 양측 말단 하부와 결합되며, 타측 말단은 상기 내장 스프링의 끝단과 결합되는 한 쌍의 고정 와이어와,
   상기 한 쌍의 고정 와이어를 연결하는 탄성부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고정 와이어는 일정 길이부분에 고정추가 구비되며,
   상기 고정추는 상기 회전축이 회전시 상기 회동 프레임의 이동방향측에 위치한 고정 와이어가 상기 내장 스프링의 탄성복원력에 의해 일정길이 이상으로 상기 고정 프레임 내측으로 인입되는 것을 방지하기 위해 상기 고정 프레임 상측에 걸리는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 고정추가 상기 고정 프레임 상측에 걸리면 상기 탄성부재가 상기 이동방향측에 위치한 고정 와이어를 잡아당겨 평평하게 유지하여 상기 회동 프레임을 지지 및 고정하는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 패널 프레임의 중앙바를 중심으로 서로 대응되는 양측 모서리를 연결하는 모서리 고정부;가 추가로 구성되며,
   상기 모서리 고정부는 양측 모서리를 연결하는 고정 로프와,
   상기 고정 로프를 서로 연결하는 고정바로 구성되고,
   상기 모서리 고정부를 통해 패널 프레임의 하중과 외부로부터 받는 외력을 분산하는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 회동 프레임의 하부 말단에는 결합부가 형성되며,
   상기 결합부는 정면과 배면이 개방된 각형의 프레임으로 구비되고,
   상기 회전축은 상기 결합부를 관통하여 끼움결합되는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전축에는 복수 개의 회동 프레임이 상기 회전축의 축방향을 따라 설치될 수 있고,
   상기 복수 개의 회동 프레임은 상기 회전축의 회전에 따라 동일한 각도로 함께 회전하는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 와이어는 패널 프레임의 일측 말단에 구비된 제1 와이어와 타측 말단에 구비된 제2 와이어로 구성되며,
   복수 개의 패널 프레임과 연결된 제1 및 2 와이어는 각각의 보조롤러에 감기게 되고,
   상기 보조롤러에 감기는 제1 및 2 와이어는 메인 롤러의 회전을 통해 회전방향에 위치한 와이어가 감겨 상기 복수 개의 패널 프레임이 감긴 와이어 측으로 기울어지는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 지지 프레임의 상면에는 베어링이 추가로 구비되며,
   상기 회전축은 상기 베어링을 관통하여 회전하고, 상기 고정축에 고정되는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 회전축은 상기 회동 프레임이 구비되는 메인 회전축;과, 상기 베어링을 관통하는 관통 회전축;으로 구성되며,
    상기 관통 회전축은 상기 메인 회전축에 비해 직경이 작으며 상기 관통 회전축과 상기 메인 회전축은 플렌지 결합을 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 와이어와 상기 회전축을 구동하는 모터에는 태양의 위치를 감지할 수 있는 태양추적센서가 내장된 컨트롤러;가 추가로 구비되며,
    상기 태양추적센서를 통해 감지된 태양의 위치를 파악하고, 태양전지패널이 태양과 마주하도록 모터가 자동으로 구동제어되어 태양광 추적 장치를 이동시키는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 회동 프레임의 하부 말단에는 보조 스프링이 추가로 구성되며,
    상기 보조 스프링은 상기 회동 프레임과 상기 지지 프레임을 연결하고,
    상기 회동 프레임의 회전시 회동 프레임이 회전방향으로 쏠려 이동되는 것을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 회전축에는 외주면을 따라 끼움결합되며, 상기 회전축보다 직경이 큰 제1 동력전달축이 구비되고,
    모터와 직접적으로 결합되며, 상기 제1 동력전달축보다 직경이 작은 제2 동력전달축이 구비되며,
    체인이 상기 제1 동력전달축과 상기 제2 동력전달축의 외주면을 감싸 결합되면서 모터의 동력이 상기 제2 동력전달축을 회전시키고, 이를 통해 제1 동력전달축을 회전되어 상기 회전축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 태양전지패널용 태양광 추적장치.

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