KR20200000685A - 태양 추적 장치 - Google Patents

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Abstract

태양 추적 장치는 고정 몸체; 상기 고정 몸체의 내부에 상기 고정 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 하단에 제1 피동 기어가 형성된 회전 몸체; 상기 회전 몸체의 상단에 결합되어 고정된 고정 부재; 상기 고정 부재에 힌지 결합되는 힌지축을 포함하는 제1 패널 고정 부재; 상기 힌지축과 편심되게 상기 제1 패널 고정 부재에 힌지 결합되며 내측면에 암나사부가 형성된 업-다운 소켓; 상기 회전 몸체의 내부에 상기 회전 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 상단에는 상기 업-다운 소켓에 나사 결합되는 숫나사부가 형성되며 하단에는 제2 피동 기어가 형성된 회전축; 및 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어 중 어느 하나와 치차 결합되는 구동 기어, 상기 구동 기어에 결합된 구동 모터 및 상기 구동 기어를 승하강시키는 변위 발생 유닛을 포함한다.

Description

태양 추적 장치{APPARATUS FOR TRACKING SUN}
본 발명은 태양광 추적 장치에 관한 것으로, 특히 1 개의 모터를 이용하여 태양의 고도각 및 방위각을 조절할 수 있는 태양 추적 장치에 관한 것이다.
태양광 발전은 태양광을 전기에너지로 변환시켜 전기를 발생시키는 대표적인 친환경 발전 기술이다.
태양광 발전을 수행하기 위해서는 기구적으로 태양광을 전기 에너지로 변환시키는 태양전지패널, 태양전지패널을 지지하는 지지 부재 등을 필요로 한다.
일반적으로 태양의 고도각 및 태양의 방위각이 시시각각 변하기 때문에 태양의 고도각 및 방위각에 따라 태양전지패널에 도달하는 일사량이 달라지고 이로 인해 발전량이 시간대 별로 상이하게 된다.
최근에는 태양전지패널이 항상 태양광과 수직하도록 태양을 추종하는 태양 추적 장치들이 개발되어 태양전지패널의 발전량을 극대화하고 있다.
그러나 일반적인 태양 추적 장치들은 태양의 고도각 및 태양의 방위각을 제어하기 위하여 적어도 2 개의 모터, 다수개의 기어들을 필요로 하며, 이로 인해 기구 구성이 복잡하고, 다수개의 모터를 사용함에 따른 전력 손실이 크고 제조 원가가 크게 상승되며 태양전지패널의 고도각 및 방위각을 제어하기 위한 제어가 어려운 다수 문제점을 갖는다.
공개특허 제10-2012-0123101호, 태양광 자동 추적 장치, (2012년 11월 07일 공개)
본 발명은 1 개의 모터, 모터의 배치를 변경하는 직선왕복 기구 및 동력을 전환할 수 있는 기어를 이용하여 태양전지패널이 태양의 고도각 및 태양의 방위각을 추종할 수 있으며, 기구적으로도 매우 간단한 태양 추적 장치를 제공한다.
본 발명은 1 개의 모터, 모터의 위치를 변경하는 직선왕복 기구, 기어 및 동력전달부재를 이용하여 복수개의 태양전지패널들이 동시에 태양의 고도각 및 방위각을 추적할 수 있도록 한 태양 추적 장치를 제공한다.
일실시예로서, 태양 추적 장치는 고정 몸체; 상기 고정 몸체의 내부에 상기 고정 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 하단에 제1 피동 기어가 형성된 회전 몸체; 상기 회전 몸체의 상단에 결합되어 고정된 고정 부재; 상기 고정 부재에 힌지 결합되는 힌지축을 포함하는 제1 패널 고정 부재; 상기 힌지축과 편심되게 상기 제1 패널 고정 부재에 힌지 결합되며 내측면에 암나사부가 형성된 업-다운 소켓; 상기 회전 몸체의 내부에 상기 회전 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 상단에는 상기 업-다운 소켓에 나사 결합되는 숫나사부가 형성되며 하단에는 제2 피동 기어가 형성된 회전축; 및 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어 중 어느 하나와 치차 결합되는 구동 기어, 상기 구동 기어에 결합된 구동 모터 및 상기 구동 기어를 승하강시키는 변위 발생 유닛을 포함한다.
태양 추적 장치의 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어는 치열이 경사지게 형성되며, 경사진 상기 치열이 상호 마주하게 배치되는 원추형 베벨 기어를 포함하며, 상기 구동 기어는 상기 제1 및 제2 피동 기어들의 사이에 배치된다.
태양 추적 장치의 상기 변위 발생 유닛은 상기 구동 모터를 승강 또는 하강시켜 상기 구동 기어 유닛이 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어 중 어느 하나와 치차 결합되도록 하는 직선왕복 유닛을 포함한다.
태양 추적 장치의 상기 구동 모듈은 상기 구동 모터 및 상기 변위 발생 유닛을 지지하는 장착판을 포함하며, 상기 구동 모터의 회전축에는 상기 회전축으로부터 발생된 동력을 전달하기 위한 동력 전달 부재가 결합된다.
본 발명에 따른 태양 추적 장치는 1 개의 모터, 모터의 배치를 변경하는 직선왕복 기구 및 동력을 전환할 수 있는 기어를 이용하여 적어도 하나의 태양전지패널이 태양의 고도각 및 태양의 방위각을 추종할 수 있으며, 기구적으로도 매우 간단하게 태양을 추적할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 추적 장치의 내부 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양 추적 장치가 태양의 고도각을 추적하는 것을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 추적 장치가 태양의 방위각을 추적하는 것을 도시한 단면도이다.
이하 설명되는 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 구분하여 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양 추적 장치의 내부 구성을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양 추적 장치(900)는 고정 몸체(100), 회전 몸체(200), 제1 패널 고정 부재(300), 제2 패널 고정 부재(400), 업-다운 소켓(500), 회전축(600) 및 구동 모듈(700)을 포함한다.
고정 몸체(100)는 회전 몸체(200), 고정 부재(300), 패널 고정 부재(400), 업-다운 소켓(500), 회전축(600) 및 구동 모듈(700)을 수납 및 고정, 이들의 하중을 지지하는 역할을 한다. 고정 몸체(100)는 지면에 고정되며 스스로 움직이지 않는다.
본 발명의 일실시예에서, 고정 몸체(100)는 상부 고정 몸체(110) 및 하부 고정 몸체(130)를 포함할 수 있다.
상부 고정 몸체(110)는, 예를 들어, 속이 빈 기둥 형상으로 형성될 수 있으며, 상부 고정 몸체(110)는 큰 하중을 지지할 수 있는 금속 소재로 제작될 수 있다.
상부 고정 몸체(110)는 지면에 대하여 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
하부 고정 몸체(130)는 상부 고정 몸체(110)의 하부에 배치되며 속이 빈 박스 형상으로 상부 고정 몸체(110)에 연통될 수 있다. 하부 고정 몸체(130)는 기어 유닛 및 구동 모듈(700)이 수납된다.
회전 몸체(200)는 고정 몸체(100)의 상부 고정 몸체(110)의 내부에 배치된다. 본 발명의 일실시예에서, 회전 몸체(200)는 속이 빈 기둥 형상으로 형성된다. 예를 들어, 회전 몸체(200)는 속이 빈 원기둥 형상으로 형성될 수 있다.
고정 몸체(100)의 내부에 배치된 회전 몸체(200)는 고정 몸체(110)에 대하여 회전 가능하게 배치된다. 이를 위해서 상부 고정 몸체(110)의 내측면 및 회전 몸체(200)의 외측면 사이에는 한 쌍의 베어링(210,220)이 배치된다.
본 발명의 일실시예에서, 회전 몸체(200)의 상단은 상부 고정 몸체(110)의 상단으로부터 돌출되고, 회전 몸체(200)의 하단은 하부 고정 몸체(130)의 내부에 배치된다.
회전 몸체(200)의 하단에는 제1 피동 기어(230)가 용접 등의 방법으로 결합되며, 제1 피동 기어(230)는 제1 직경으로 형성될 수 있다.
제1 피동 기어(230)는 회전 몸체(200)와 함께 회전되며, 제1 피동 기어(230)는, 예를 들어, 경사진 다수개의 치열을 갖는 원추형 베벨 기어일 수 있다. 제1 피동 기어(230)의 상기 치열(235)들은 지면을 향하는 방향으로 회전 몸체(200)에 결합된다.
제1 피동 기어(230)의 회전 중심에는 후술될 회전축(600)이 통과하기에 적합한 관통공이 형성되며, 회전축(600) 및 제1 피동 기어(230)는 상호 접촉되지 않는다.
제1 패널 고정 부재(300)는 회전 몸체(200)의 상단에 용접 등의 방법에 의하여 결합되며, 제1 패널 고정 부재(300)는 회전 몸체(200)와 함께 회전 된다.
제1 패널 고정 부재(300)는, 예를 들어, 상단이 개방된 박스 형태로 형성될 수 있고, 제1 패널 고정 부재(300)는 큰 하중에도 변형이 발생되지 않는 금속 소재로 제작될 수 있다.
제1 패널 고정 부재(300)의 바닥면(310)에는 관통홀이 형성되고, 제1 패널 고정 부재(300)의 측벽(320)에는 힌지축(330)이 형성되는데, 힌지축(330)은 제1 패널 고정 부재(300)의 회전 중심으로부터 편심된 위치에 형성된다.
제2 패널 고정 부재(400)는 제1 패널 고정 부재(300)의 내부에 삽입되는 형상 및 사이즈를 가진다.
제2 패널 고정 부재(400)는 제1 패널 고정 부재(300)의 힌지축(330)에 힌지 결합되며, 제2 패널 고정 부재(400)는 힌지축(330)을 중심으로 고정된 제1 패널 고정 부재(300)에 대하여 회동된다.
제2 패널 고정 부재(400)에는 태양전지패널(1)이 고정되며, 제2 패널 고정 부재(400)가 힌지축(330)을 중심으로 회동될 경우 태양전지패널(1)의 고도각을 추적할 수 있다.
업-다운 소켓(500)은, 예를 들어, 회전 몸체(200)의 회전 중심에 배치되며, 업-다운 소켓(500)은 내측면에 암사나부(510)가 형성된 소켓 형상 또는 파이프 형상을 갖는다.
업-다운 소켓(500)의 외측면 상단에는 힌지부(520)가 형성되는데, 힌지부(520)는 제2 패널 고정 부재(400)의 바닥판의 외측면에 힌지 결합된다.
업-다운 소켓(500)은 제1 패널 고정 부재(300)의 바닥면에 형성된 상기 관통홀에 삽입되며, 업-다운 소켓(500)은 제1 패널 고정 부재(300)의 바닥면에 대하여 승강 또는 하강된다.
업-다운 소켓(500)이 승강 또는 하강에 대응하여 제2 패널 고정 부재(400)는 회동된다.
이때, 업-다운 소켓(500)의 승강 또는 하강에 의하여 제2 패널 고정 부재(400)는 힌지축(330)을 중심으로 회전될 수 있도록 힌지축(330) 또는 힌지부(520)에는 직선 운동 및 회전 운동에 따른 길이 차이를 수용할 수 있는 슬릿이 형성될 수 있다.
회전축(600)은 회전 몸체(200)의 내부에 회전 몸체(200)에 대하여 회전되게 지지된다. 회전축(600)을 회전 몸체(200)의 내부에 회전 가능하게 지지하기 위해 회전 몸체(200)의 내측면 및 회전축(600)의 외측면 사이에는 베어링(610,620)이 배치된다.
회전축(600)의 상단에는 수나사부(640)가 형성되는데, 수나사부(640)는 업-다운 소켓(500)의 내주면에 형성된 암나사부(510)와 나사 방식으로 결합된다.
회전축(600)의 수나사부(640)가 암나사부(510)와 나사 방식으로 결합됨에 따라 회전축(600)의 회전에 의하여 업-다운 소켓(500)은 승강 또는 하강되고 이로 인해 제2 패널 고정 부재(400)는 힌지축(330)을 기준으로 회동된다.
회전축(600)의 하단에는 제2 피동 기어(620)가 결합된다.
제2 피동 기어(620)는 회전축(600)과 함께 회전되며, 제2 피동 기어(620)는, 예를 들어, 경사진 다수개의 치열을 갖는 원추형 베벨 기어일 수 있다. 제2 피동 기어(620)의 상기 치열(625)들은 제1 피동 기어(230)의 치열(235)과 마주하는 방향으로 배치되며, 제2 피동 기어(620)의 상면은 회전축(600)의 단부에 결합된다.
본 발명의 일실시예에서, 제2 피동 기어(620)는 제2 직경을 가지며, 제2 피동 기어(620)의 제2 직경은 제1 피동 기어(230)의 제1 직경과 동일하거나 다를 수 있다.
구동 모듈(700)은 회전 몸체(200) 및 회전축(600) 중 적어도 하나를 회전시킨다.
구동 모듈(700)은 구동 기어(710), 구동 모터(740) 및 변위 발생 유닛(760)을 포함한다.
구동 기어(710)는 제1 구동 기어(712) 및 제2 구동 기어(715)를 포함한다. 제1 구동 기어(712)는 제1 피동 기어(230)에 치차 결합되기에 적합한 직경으로 형성되고, 제2 구동 기어(715)는 제1 피동 기어(230)와 치차 결합되기에 적합한 직경으로 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 제1 구동 기어(712)는 회전축(600)에 결합된 제2 피동 기어(620)와 치차 결합되어 동력을 전달하고, 제2 구동 기어(715)는 회전 부재(200)에 결합된 제1 피동 기어(230)와 치차 결합되어 동력을 전달한다.
구동 모터(740)는 구동 기어(710)의 회전 중심에 결합되며, 구동 모터(740)는 구동 모터(740)의 회전축은 제1 구동 기어(712) 및 제2 구동 기어(715)를 동시에 회전시킨다. 본 발명의 일실시예에서, 구동 모터(740)는 정밀하게 회전각 및 회전 속도를 제어할 수 있는 스텝 모터 등이 사용될 수 있으며, 구동 모터(740)에는 회전 속도를 조절하는 감속기 등이 결합될 수 있다.
구동 모터(740)는 플레이트 형상을 갖는 장착판(770)의 상면 상에 배치될 수 있고, 장착판(770)의 하면에는 변위 발생 유닛(760)이 결합된다.
변위 발생 유닛(760)은 장착판(770) 및 장착판(770) 상에 결합된 구동 모터(740) 및 구동 기어(170)를 승강 또는 하강시키는 역할을 한다.
본 발명의 일실시예에서, 변위 발생 유닛(760)은, 예를 들어, 직선왕복운동을 하는 다양한 기구들이 사용될 수 있다.
예를 들어, 변위 발생 유닛(760)은 구동 모터(740)를 승강 또는 하강시키는 솔레노이드 밸브 또는 유압 등을 사용하는 유압 실린더 등을 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 구동 모터(740)의 회전축에는 구동 풀리(742)가 결합되고 구동 풀리(742)에는 동력 전달 부재(744)가 결합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 구동 풀리(742), 동력 전달 부재(744) 및 장착판(770)등은 모두 1개의 구동 모터(740)를 이용하여 다수개의 태양전지패널의 고도각 및 방위각을 동시에 조절할 수 있도록 하기 위해 마련된다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 태양 추적 장치의 작용을 설명하기로 한다.
먼저 도 2를 참조하면, 태양의 고도각을 제어하기 위해서 태양 추적 장치(900)의 구동 모듈(700)의 변위 발생 유닛(760)은 구동 모터(740)를 하부로 이송시키고, 이로 인해 구동 기어(710) 역시 하부로 이송된다. 이로 인해 구동 기어(710)의 제1 구동 기어(712)는 회전축(600)의 하단에 결합된 제2 피동 기어(620)와 치차 결합된다.
제2 피동 기어(620)가 회전축(600)에 치차 결합된 후, 구동 모터(740)가 작동되어 구동 기어(710)가 회전됨에 따라 회전축(600)이 회전되고, 회전축(600)의 회전에 기인하여 업-다운 소켓(500)이 상승된다.
업-다운 소켓(500)의 상승에 의하여 힌지축(330)에 결합된 제2 패널 고정 부재(400)가 상하로 회동되면서 태양의 고도각에 맞춰 태양전지패널(1)이 회동된다.
도 3을 참조하면, 태양의 방위각을 제어하기 위해서 태양 추적 장치(900)의 구동 모듈(700)의 변위 발생 유닛(760)은 구동 모터(740)를 상부로 이송시키고, 이로 인해 구동 기어(710) 역시 상부로 이송된다. 이로 인해 구동 기어(710)의 제2 구동 기어(714)는 회전 부재(200)의 하단에 결합된 제1 피동 기어(230)와 치차 결합된다.
제1 피동 기어(230)가 회전 부재(200)에 치차 결합된 후, 구동 모터(740)가 작동되어 구동 기어(710)가 회전됨에 따라 회전 부재(200)는 회전되고, 회전 부재(200)의 회전에 기인하여 제1 패널 고정 부재(300) 및 제2 패널 고정 부재(400)는 수평 방향으로 회동되면서 태양의 방위각에 맞춰 태양전지패널(1)이 회동된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 태양 추적 장치는 1 개의 모터, 모터의 배치를 변경하는 직선왕복 기구 및 동력을 전환할 수 있는 기어를 이용하여 적어도 하나의 태양전지패널이 태양의 고도각 및 태양의 방위각을 추종할 수 있으며, 기구적으로도 매우 간단하게 태양을 추적할 수 있다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
100...고정 몸체 200...회전 몸체
300...제1 패널 고정 부재 400...제2 패널 고정 부재
500...업-다운 소켓 600...회전축
700...구동 모듈

Claims (4)

  1. 고정 몸체;
    상기 고정 몸체의 내부에 상기 고정 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 하단에 제1 피동 기어가 형성된 회전 몸체;
    상기 회전 몸체의 상단에 결합되어 고정된 고정 부재;
    상기 고정 부재에 힌지 결합되는 힌지축을 포함하는 제1 패널 고정 부재;
    상기 힌지축과 편심되게 상기 제1 패널 고정 부재에 힌지 결합되며 내측면에 암나사부가 형성된 업-다운 소켓;
    상기 회전 몸체의 내부에 상기 회전 몸체에 대하여 회전되게 지지되며, 상단에는 상기 업-다운 소켓에 나사 결합되는 숫나사부가 형성되며 하단에는 제2 피동 기어가 형성된 회전축; 및
    상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어 중 어느 하나와 치차 결합되는 구동 기어, 상기 구동 기어에 결합된 구동 모터 및 상기 구동 기어를 승하강시키는 변위 발생 유닛을 포함하는 구동 모듈을 포함하는 태양 추적 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어는 치열이 경사지게 형성되며, 경사진 상기 치열이 상호 마주하게 배치되는 원추형 베벨 기어를 포함하며,
    상기 구동 기어는 상기 제1 및 제2 피동 기어들의 사이에 배치된 태양 추적 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 변위 발생 유닛은 상기 구동 모터를 승강 또는 하강시켜 상기 구동 기어 유닛이 상기 제1 피동 기어 및 상기 제2 피동 기어 중 어느 하나와 치차 결합되도록 하는 직선왕복 유닛을 포함하는 태양 추적 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 구동 모터 및 상기 변위 발생 유닛을 지지하는 장착판을 포함하며,
    상기 구동 모터의 회전축에는 상기 회전축으로부터 발생된 동력을 전달하기 위한 동력 전달 부재가 결합된 태양 추적 장치.
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