KR20230130021A - 이중축 태양광 어레이 추적기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 집열기 노드에서 복수의 태양 에너지 하베스팅 요소를 지지하기 위한 이중축 태양광 어레이 추적기를 제안한다. 2개의 수직 이동축, 특히 회전 가능한 횡방향 빔의 회전축과 상기 횡방향 빔의 축에 대한 기울기 축을 통해 안정적인 구성으로 정확한 배향이 가능해진다. 태양광 추적기의 이중축 설계는 태양열 집열기가 태양을 향할 수 있도록 태양열 집열기의 움직임을 가능하게 하며, 입사하는 태양 광선은 태양 복사열의 수집을 최적화하기 위해 태양열 집열기의 태양 전지 요소에 수직이다. 본 태양광 추적기 어레이는 또한 통합된 태양열, 전기 및/또는 열 에너지 병합 발전을 가능하게 한다.

Description

이중축 태양광 어레이 추적기

본 출원은 2021년 1월 14일자로 출원된 미국 가출원 제63/137,221호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.

본 발명은 태양 에너지 하베스팅 요소 또는 태양열 집열기(solar collector) 요소를 지지하기 위한 태양광 어레이 추적용 구조물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 태양광 발전 및 열 에너지 집열 및 태양광 발전 및 열 에너지 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

태양 에너지 하베스팅 시스템에서, 시스템의 효율 또는 하베스트된 에너지의 양은 태양열 하베스팅 요소가 태양을 향할 때 최대화된다. 예를 들어, 광전지, 광열 전지와 같은 태양광 하베스팅 요소 및 반사 요소(거울 등) 및 기타 광학소자(렌즈 등)와 같은 관련 요소는 빛과 열의 형태로 태양 에너지를 하베스팅하는 데 사용될 수 있다. 태양광 하베스팅 요소의 한 유형은 태양광 전지라고도 하는 태양 전지이며, 이는 광전지 효과에 의해 태양으로부터 빛으로 에너지를 모으고 이를 직접 전기로 변환하는 전기 장치이다. 집광된 빛을 최대화하기 위해, 태양광 하베스팅 요소는 일반적으로 입사하는 태양 광선에 대해 대략 수직 방향으로 정렬되며, 태양 전지의 각도 또는 방향은 이상적으로는 시간이 지남에 따라 그리고 입사하는 빛에 수직인 태양 전지를 최적으로 정렬하기 위한 태양 전지 위치에 대해 태양이 이동함에 따라 조정된다. 이동 및 추적 시스템이 장착되지 않은 태양광 하베스팅 시스템은 (예를 들어, 위도 등과 같은) 설치 위치에 따라 특정 고정 방향으로 설치되어 입사하는 태양 광선에 대해 태양광 요소가 수직에 가까운 기간을 최대화한다. 태양을 따 움직이는 것을 가능하게 하고 입사하는 태양 광선에 수직으로 태양광 요소를 지시하고 유지하는 시스템을 일반적으로 태양광 추적기 또는 태양광 어레이 추적기라 한다. 기존 추적기는 링키지, 기어, 조인트, 벨트, 케이블 드라이브 및 기타 기계 및 전자 장치를 포함하여 태양 전지의 각도를 제어하는 다양한 장치를 사용한다.

미국 특허 US20190199276은 하나 이상의 태양광 요소가 회전하는 축 요소 및 반원형 구조의 부재에 연결되는 단일축 추적기를 기술한다. 이 반원형 부재는 톱니형 기어 시스템을 통해 회전하게 되는 (랙 및 피니언 유형 기어의 랙과 유사) 치차가 있는 원형 랙이다. 이를 통해 태양광 요소가 회전하고 태양을 가리키거나 태양을 거의 가리킬 수 있다. 이는 또한 위치, 가능한 사용 가능한 방향 및 시스템이 설치될 위도에 따라 설치 시 특정 방향으로 태양광 요소가 회전하는 상기 시스템 및 축 요소를 가짐으로써 달성된다. 그러나, 이러한 단일축 시스템에서는 상기 태양광 요소가 태양을 향하거나 그와 같이 항상 필요한 방향에 근접하도록 하는 것이 불가능하다. 이는 1년 내내 하늘에서 태양의 상대적 위치의 이동으로 인해 불가능하다.

다른 시스템은 유사한 구성을 사용하는데, 여기서 태양광 요소가 회전하도록 연결된 축방향 요소가 회전하고, 그 동작은 전동 요소에 의해 명령된다. 다른 시스템은 링키지, 벨트, 케이블 드라이브 및 기타 기계 장치를 사용하여 태양 추적 동작을 수행한다. 스페인 특허 출원 ES2404671A1은 수직 회전축에 선택적으로 장착할 수 있는 단일축 태양광 추적기용 가위형 연결 시스템 또는 상기 가위형 장치에 의해 제공되는 보조 회전축을 제공하는 축에 수직인 수평 회전축을 제공하여, 보조 회전축을 제공하는 시스템을 기술한다. 두 경우 모두 수직 구조 요소를 사용하여 보강 구조가 필요한 시스템의 높이를 증가시키므로 설치가 상당히 복잡해진다.

또 다른 예에서, 미국 특허 US9729102는 접이식 태양 전지판을 가진 단일축 태양 추적 방안을 기술한다. 태양 전지판은 수직 회전축이 있는 시스템에 장착되어 이중축 추적 시스템을 형성할 수 있다. 다른 일반적인 추적 시스템은 지상 장착 유형의 구성과 같이 수직인 회전축 중 적어도 하나를 기반으로 한다. 이러한 구성의 대부분은 하나의 수직 구조 부재 또는 선택적으로 추가 연결 시스템, 스위블, 볼 조인트 등으로 2개, 3개 또는 4개의 수직 부재 또는 수직에 가까운 부재의 조합에 의존한다.

태양광 어레이 추적 시스템은 일반적으로 수평면의 지상 장착에서 볼 수 있으며, 각진 지붕과 같은 각진 장착 표면에서는 있다 하더라도 거의 볼 수 없다. 이러한 유형의 어레이 시스템은 일반적으로 제한된 수의 고정 지점, 즉 지지 영역 및/또는 구조물에 고정하기 위한 작은 영역에 의존하며, 이는 옥상, 벽 또는 경사지거나 고르지 않은 표면에 상기 어레이 시스템을 설치하는 데 적합하지 않다. 특히, 바람으로 인한 무게와 같은 시스템의 하중은 이러한 시스템이 국부적 영역에 장착될 영역 및/또는 구조물에만 전달될 수 있으며, 이러한 하중의 강도가 집중되어 결과적으로 부정적인 구조적 영향을 미친다. 따라서 이러한 어레이는 일반적으로 어레이 시스템 자체와 이러한 시스템이 장착된 영역 및/또는 구조물 모두에서 추가로 가해진 힘을 지탱하기 위해 해당 영역에 구조적 보강재를 적용해야 한다. 이러한 구조적 보강의 필요성으로 인해 결과적으로 무게와 복잡도가 증가한다.

그러한 시스템을 설치하기 위한 가용 면적으로 인해 벽과 지붕에 태양광 어레이 추적기를 부착하는 것이 안전상의 이유로 구조물을 사람으로부터 멀리 유지하고 그림자를 방지하기 위해 이상적이나, 추적기를 지탱하기 위해 필요한 구조적 보강재가 경사진 지붕이나 벽과 같이 부착이 항상 가능하지 않거나 현실적이지 않다. 또한, 수직 또는 준수직 구조 부재에 따라, 이러한 유형의 시스템의 높이를 상당히 증가시킬 수 있으며, 이는 시스템의 구조물을 통해 상기 그러한 국부적인 부착 영역에서 둘러싼 구조물들로 전달되고 전가되는 하중과 모멘트를 비슷한 수준으로 증가시키고, 결과적으로 복잡도, 무게 및 비용과 함께 구조적 보강에 대한 필요성도 더욱 증가시킨다. 높이가 높아지면 바람에 대한 노출도 증가하고 속도가 빨라져 따라서 더 많은 하중이 발생한다. 높이 증가는 시스템 상단이 시스템이 설치된 표면, 가령 지붕에 의해 제공되는 유동 경계층의 바깥쪽으로 밀려남을 의미한다. 상기 수직 높이의 추가로 그늘이 생성되고 안전 조치에도 영향을 미친다. 이러한 시스템의 높이가 높을수록, 주변 영역에 더 많은 그늘이 생긴다. 결과적으로, 하베스팅 에너지 양의 특정 용량에 도달하기 위해 더 많은 수의 시스템을 설치해야 하는 더 큰 비용을 피하기 위해 설치된 시스템 사이의 간격을 늘려야 하고, 여러 시스템이 인접 시스템의 그늘에 가려 성능이 저하되고 활용도도 낮아진다. 안전 측면에서, 한 시스템에 발생할 수 있는 (예를 들어, 강풍으로 인한) 어떤 손상이 인접 시스템에 영향을 주지 않도록 간격도 필요하다.

하이브리드 태양열 또는 단순히 열병합 발전으로도 알려진 태양열 열병합 발전은 태양전지(PV) 기술과 태양열 기술을 단일 시스템으로 결합하여 전기와 열을 전달하고 태양으로부터 흡수 가능한 에너지를 최대화한다. 열병합 발전은 낭비되는 열을 활용하고 생산적으로 사용할 수 있기 때문에 보다 효율적인 태양 에너지 하베스팅 방법이다. 면적당 수집된 에너지를 최대화하는 복수의 태양열 집열기를 지지할 수 있는 태양광 추적기에 대한 필요성이 남아 있다. 또한 이중축 추적이 가능하지만 호스트 구조에 대한 분산 하중 전달을 가능하게 하고 수평면 및 비수평면에 장착될 수 있는 작은 프로파일 또는 높이를 가진 정확한 태양광 어레이 추적기에 대한 필요성이 남아 있다.

이 배경 정보는 본 출원인이 본 발명과 관련이 있을 수 있다고 생각하는 정보를 알리기 위한 목적으로 제공된다. 앞선 정보 중 어느 것도 본 발명에 대한 선행 기술을 구성한다고 반드시 인정하려는 의도가 없으며 그렇게 해석되어서도 안 된다.

본 발명의 목적은 복수의 태양열 집열기 또는 태양 에너지 하베스팅 요소를 지지할 수 있고 태양을 정확하게 추적하기 위해 태양열 집열기의 각도를 제어하기 위한 견고한 시스템을 제공할 수 있는 추적기를 제공하는 것이다.

일 양태에서, 제1 기계식 시스템을 포함하는 제1 길이방향 빔; 제2 기계식 시스템을 포함하고 상기 제1 길이방향 빔으로부터 오프셋된 제2 길이방향 빔; 상기 제1 길이방향 빔과 상기 제2 길이방향 빔 사이에서 연장되는 적어도 하나의 회전가능한 횡방향 빔을 포함하는 이중축 태양광 추적기로서, 상기 횡방향 빔은: 집열기 노드 기계식 요소를 각각 포함하는 복수의 태양열 집열기 노드; 횡방향 빔을 그 축 주위로 회전시키기 위해 제1 기계식 시스템과 결합하기 위한 제1 횡방향 빔 기계식 요소를 포함하는 제1 단부; 태양열 집열기 노드의 집열기 노드 기계식 요소를 통해 횡방향 빔에 대해 복수의 태양열 집열기 노드를 기울이기 위해 제2 기계식 시스템과 결합하기 위한 제2 횡방향 빔 기계식 요소를 포함하는 제2 단부; 및 복수의 태양열 집열기 노드 각각을 연결하는 도관을 수용하기 위한 중공 단면을 포함하는 태양광 추적기가 제공된다.

일 실시예에서, 제1 길이방향 빔, 제2 길이방향 빔, 또는 제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔이 횡방향 빔에서 도관에 연결되는 중공 단면을 포함한다.

다른 실시예에서, 도관은 전기 도관, 유체 도관, 및 전기 도관 및 유체 도관으로부터 선택된다.

다른 실시예에서, 유체 도관은 복수의 태양열 집열기 노드를 열병합 발전 시스템에 유체적으로 연결한다.

다른 실시예에서, 태양광 추적기는 제1 기계식 시스템을 제어하기 위해 제1 기계식 시스템에 연결된 제1 모터 및 제2 기계식 시스템을 제어하기 위해 제2 기계식 시스템에 연결된 제2 모터를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 태양광 추적기는 복수의 태양열 집열기 노드에 연결된 복수의 태양 에너지 하베스팅 요소를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 복수의 집열기 노드는 광전 집광 전지, 집열 전지, 결합된 광열 전지 또는 이들의 조합을 포함한다.

다른 실시예에서, 횡방향 빔의 도관은 유체 도관이고 복수의 태양열 집열기 노드는 유체 도관에 연결된 통합된 열 유체 도관을 포함한다.

다른 실시예에서, 제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔 중 적어도 하나는 길이방향 전기 주전원을 포함하고, 복수의 태양열 집열기 노드는 길이방향 전기 주전원에 전기적으로 연결된다.

다른 실시예에서, 제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔 중 적어도 하나는 유체 도관 메인을 포함하고, 복수의 태양열 집열기 노드는 길이방향 유체 도관 메인에 유체적으로 연결된다.

다른 실시예에서, 횡방향 빔 상의 회전식 샤프트는 복수의 태양광 집열기 노드 상의 웜 기어와 결합하기 위한 복수의 웜 드라이브를 포함한다.

다른 실시예에서, 태양광 추적기는 복수의 횡방향 빔을 더 포함한다.

다른 실시예에서, 태양광 추적기는 장착 표면에 대해 태양광 추적기를 상승시키기 위한 장착 구조를 더 포함한다.

다른 실시예에서, 상승된 장착 구조는 장착 표면에 대한 태양광 추적기 어레이의 각도를 조정할 수 있다.

또 다른 양태에서, 제1 기계식 시스템을 포함하는 제1 길이방향 빔; 제2 기계식 시스템을 포함하고 상기 제1 길이방향 빔으로부터 오프셋된 제2 길이방향 빔; 상기 제1 길이방향 빔과 상기 제2 길이방향 빔 사이에서 연장되는 적어도 하나의 횡방향 빔을 포함하는 이중축 태양광 추적기로서, 상기 횡방향 빔은: 복수의 태양열 집열기 노드 결합 요소를 포함하고, 그 축을 주위로 횡방향 빔을 회전시키기 위해 제1 기계식 시스템의 제1 길이방향 빔 결합 요소와 맞물리기 위한 제1 단부 및 횡방향 빔에 대해 복수의 태양열 집열기 노드를 기울이기 위해 제2 기계식 시스템 상의 제2 길이방향 빔과 맞물리는 제2 단부를 포함하는 회전식 샤프트; 회전 샤프트 상의 복수의 집열기 노드 결합 요소 중 하나와 기계적으로 맞물리는 복수의 태양열 집열기 노드; 및 복수의 집열기 노드 각각을 연결하는 도관을 수용하기 위한 중공 단면을 포함하는 태양광 추적기가 제공된다.

실시예에서, 태양광 추적기는 복수의 태양열 집열기 노드 각각을 전기 주전원에 전기적으로 연결하는 횡방향 빔의 전기 도관을 더 포함한다.

다른 실시예에서, 복수의 집열기 노드는 광전 집광 전지, 집열 전지, 조합된 광열 전지 또는 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 더 나은 이해뿐만 아니라 그의 다른 양태 및 추가 특징을 위해, 첨부 도면과 함께 사용되는 다음의 설명을 참조한다:
도 1은 태양열 집열기 노드를 도시한 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다.
도 2는 위쪽을 향한 태양열 집열기에 부착된 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다.
도 3은 태양열 집열기 노드가 비스듬히 가리키는 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다.
도 4는 비스듬히 가리키는 태양열 집열기에 부착된 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다.
도 5a는 기어링 시스템을 갖는 횡방향 빔과 길이방향 빔의 교차점의 등축도이다.
도 5b는 횡방향 빔이 그 축을 중심으로 회전된 상태에서 횡방향 빔과 길이방향 빔의 교차점의 등축도이다.
도 5c는 횡방향 빔이 그 축을 중심으로 회전하고 집열기 노드 기어가 기울어져 있는 횡방향 빔과 길이방향 빔의 교차점의 등축도이다.
도 6은 다수의 집열기 노드를 갖는 횡방향 빔의 등각도이다.
도 7은 열 도관이 통합된 횡방향 빔의 등각도이다.
도 8a는 횡방향 빔 상의 단일 태양열 집열기 노드 기어링 장치의 측단면도이다.
도 8b는 왼쪽으로 기울어진 횡방향 빔에 있는 단일 태양열 집열기 노드 기어링 장치의 측단면도이다.
도 9는 열 시스템이 통합된 횡방향 빔 상의 단일 태양열 집열기 노드의 등각도이다.
도 10은 집열 시스템을 갖는 단일 태양열 집열기 노드의 확대 단면도이다.
도 11은 집열 시스템을 갖는 태양열 집열기 노드의 측단면도이다.
도 12는 통합된 집열 및/또는 열 전달 및/또는 관리 시스템을 위한 구성을 가진 단일 태양열 집열기 노드의 확대 단면도이다.
도 13은 복수의 원추형 태양열 집열기에 부착된 다수의 태양열 집열기 노드를 갖는 횡방향 빔의 측면도이다.
도 14는 장착 프레임에 장착된 이중축 태양광 어레이 추적기의 등축도이다.
도 15는 중심 길이방향 빔을 갖는 태양광 추적기 어레이의 등각도이다.
도 16은 태양광 집광기의 측단면도이다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다.

명세서 및 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수형 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수형을 포함한다.

본원에서 사용된 바와 같이 "포함하는"이라는 용어는 다음 목록이 배타적이지 않으며 임의의 다른 추가적인 적합한 항목, 예를 들어 하나 이상의 추가 특징(들), 구성요소(들) 및/또는 적절한 요소(들)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있음을 의미하는 것으로 이해될 것이다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, "연결하다" 및 "연결된"이라는 용어는 본 발명의 요소 또는 특징 사이의 임의의 직접적 또는 간접적인 물리적 연관성을 지칭한다. 따라서, 연결된 것으로 설명된 요소들 또는 특징들 사이에 개입하는 다른 요소들 도는 특징들이 있더라도, 이들 용어는 부분적으로 또는 완전히 서로 내에 포함되거나, 부착되거나, 결합되거나, 배치되거나, 함께 연결되거나, 통신하거나, 작동적으로 연관되는 등의 요소 또는 특징을 나타내는 것으로 이해될 수 있다.

여기에서 사용된 바와 같이 "기계식 시스템"이라는 용어는 서로 상호 작용하고 그들 사이에서 에너지/일, 일률, 힘, 모션을 전달하는 것과 같은 동일한 목적(들)을 향해 함께 작동하는 임의의 세트의 기계식 요소들을 포함한다. 에너지/일, 일률, 힘, 모션의 전달을 수행하는 기계식 시스템의 일부 예에는 기어 장치(기어와 같은 두 개 이상의 요소 및 웜 드라이브와 같은 다른 유형 또는 다른 유형의 요소), 결합된 연계 요소, 조인트, 벨트 및 (풀리 및 기타 요소가 있는) 케이블 시스템 등이 포함되나 이에 국한되지 않는다. 예를 들어, 웜 드라이브 및 웜 기어 기계식 시스템은 비가역성이라는 흥미로운 특성을 가지고 있다. 웜 드라이브에 가해진 모션, 하중, 일, 에너지, 일률이 이러한 웜 드라이브와 결합된 웜 기어(들)로 전달되지만 그 반대는(웜 기어에 가해지고 웜으로 전달되는 것은) 발생하지 않는다. 따라서, 이러한 시스템은 하중, 일, 에너지, 일률을 지속적으로 가할 필요 없이 잠금 구성 또는 위치로 유지 관리될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "기계식 요소"라는 용어는 이러한 기계식 시스템 내에서 다른 기계식 구성요소(들)와 정합할 기계식 시스템의 구성요소를 말한다. 기계식 요소는 기계식 시스템 내에서 하나 이상의 기능을 가질 수 있으며, 여기에는 기계식 시스템을 오가며 모션, 하중, 에너지, 일, 일률을 입출력하거나, 이들이 종사하는 기계식 시스템 내의 다른 기계식 요소(들)에 그러한 것을 전달하는 차량이 될 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 기계식 시스템에 포함될 수 있는 기계식 요소의 몇 가지 예에는 기어, 웜 드라이브, 링키지, 조인트, 벨트, 케이블, 풀리, 디스크 등이 포함되나 이에 국한되지 않는다.

복수의 태양열 집열기 노드에서 복수의 태양 에너지 하베스팅 요소를 지지하기 위한 낮은 프로파일 이중축 태양광 어레이 추적기를 여기에서 기술한다. 기술된 이중축 태양광 어레이 추적기는 제어 가능한 모터에 각각 부착된 두 개의 서로 다른 기어 시스템에 의해 제어되는 두 개의 수직 이동축, 특히 회전 가능한 횡방향 빔의 회전 축과 횡방향 빔의 축에 대한 기울기 축을 가지고 있다. 본 태양광 추적기의 이중축 설계는 태양열 집열기가 태양을 향하여 지향될 수 있도록 태양열 집열기의 이동을 가능하게 하며, 입사하는 태양 광선은 태양 복사열의 집열을 최적화하기 위해 태양열 집열기의 태양 에너지 하베스팅 요소에 수직이 될 것이다. 현재 기술된 태양광 어레이 추적기의 낮은 프로파일 및 낮은 높이는 모든 유형의 옥상에서 쉽게 사용할 수 있으며 기술적으로 효율적이고 시각적으로 매력적이다. 광전 집광 전지, 집열 전지, 결합된 광열 전지, 예를 들어 거울, 렌즈 및 광지향 광학소자와 같은 광학소자를 선택적으로 포함하는 다른 유형을 포함하나 이에 국한되지 않는 다양한 태양 에너지 하베스팅 요소가 본 시스템과 함께 사용될 수 있다.

태양광 어레이 추적기는 이중축 추적이 가능하지만, 프로파일과 높이가 낮아 시스템 중량과 바람으로 인한 하중과 모멘트를 줄이는 동시에 호스트 구조로의 분산 하중을 전달할 수 있다. 태양광 어레이 추적기는 수평면뿐만 아니라 지붕과 같이 매우 경사지고 각진 표면에도 장착할 수 있다. 또한, 본 태양광 어레이 추적기는 점유된 면적당 최대 효율 및 하중에서 작동하는 태양광 요소들의 매우 높은 집광을 가능하게 하는 동시에 가능한 태양열 열병합을 위한 장치를 제공하므로 점유된 면적당 높은 집광의 하베스팅 에너지 및 전력을 제공한다. 본 시스템은 평평하거나 경사진 옥상에 적용하기에 이상적인데, 이런 곳에서는 태양광 하베스팅 시스템 설치를 위한 이용 가능한 면적이 작고 제한적이며 지나치게 비싸고 설비 면적당 에너지 소비가 일반적으로 많다. 이 추적기 구성은 또한 작은 프로파일 또는 높이를 나타내므로 인접 시스템에 대한 그늘을 줄인다. 따라서, 인접한 시스템 사이의 간격도 줄어들어 태양 에너지 집광을 위한 가용 공간 활용을 극대화하고 가용 면적당 높은 하베스팅 에너지 및 전력을 달성할 수 있다. 구조적 복잡성과 무게도 줄어들어, 태양광 어레이 추적기는 호스트 구조에 대한 분산 하중을 전달할 수 있고 수평 또는 평평한 표면에만 아니라 장착할 수 있다. 태양열 열병합 발전도 지원되어, 가령, 이용 가능한 면적이 작은 옥상과 같은 국부적인 지역에서 점유 면적당 높은 집광의 하베스팅 에너지 및 전력에 기여할 수 있다.

또한, 본 태양광 어레이 추적기는 기존의 단일, 이중 지지 또는 삼각대형 이중축 추적기에 비해 바람과 기상 조건 하에서 시스템 중량 및 태양광 요소 및 액세서리 시스템 운반으로부터 최적의 하중 분포를 제공한다. 프로파일을 낮추고 기계적 앵글링 시스템을 통합하여 태양열 집열기를 이동함으로써, 본 설명의 태양광 어레이 추적기는 필요한 모터 및 제어 장치의 수를 최소화하면서 태양 에너지 하베스팅에 활용되는 영역을 최대화할 수 있다. 본 발명의 이점은 여러 개의 태양광 요소로 어레이를 이동시키기 위해 많아야 두 개의 모터 요소만 필요하다는 점이다. 이와 같이, 추적, 이동 및 배향을 포함하는 본 설명의 이중축 태양광 어레이 추적기의 작동은 컴퓨터화된 시스템을 갖춘 자동화 시스템, 예를 들어, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터 및/또는 다양한 유형의 여러 센서에 의해 관리될 수 있다. 본 태양광 추적기는 전류의 가능한 전송과 다양한 태양광 요소로부터의 열 에너지 하베스팅 및 열 전달(및 가능하게는 관리)을 위한 유체 이동뿐만 아니라 이러한 시스템을 실행하고 관리하는 데 필요한 해당 부품들의 통합을 고려한다.

도 1은 태양열 집열기 노드(12)를 보여주는 이중축 태양광 어레이 추적기(10)의 실시예의 등축도이다. 이중축 태양광 어레이 추적기는 제1 길이방향 빔(14a) 및 상기 제1 길이방향 빔에 실질적으로 평행한 제2 길이방향 빔(14b)을 갖는다. 제1 및 제2 길이방향 빔(14a, 14b) 사이에는 하나 이상의 횡방향 빔(16)이 있다. 도시된 실시예는 4개의 횡방향 빔을 갖지만, 다른 실시예는 상기 길이방향 빔 사이에서 연장되고 연결되는 1개, 2개, 3개, 5개, 6개 또는 그 이상의 횡방향 빔을 가질 수 있다. 이중축 태양광 추적기는 복수의 태양열 집열기 노드(12)에서 다양한 유형의 태양열 집열기를 지지할 수 있고 각각의 태양열 집열기 노드(12)에 하나 이상의 유형의 태양열 집열기가 장착될 수 있다.

본 태양광 추적기는 지면 또는 다른 수평면, 평평하거나 고르지 않은 표면에 설치될 수 있지만, 선택적으로 하나 이상의 장착 구조 또는 장착 요소를 사용하여 지붕 및 벽과 같은 경사면에 설치될 수도 있다. 태양광 추적기의 위치에 대한 태양 위치를 추적하고 입사하는 태양 광선이 가능한 한 수직에 가깝도록 태양열 집열기 노드(12)의 각도를 태양에 조정함으로써 최고의 에너지 하베스팅이 달성될 수 있다. 본 태양광 어레이 추적기의 사용으로, 태양열 집열기가 태양을 향해 지향되는 시간을 최대화할 수 있어 하베스팅된 에너지와 전력을 상당히 증가시킬 수 있다. 또한, 본 시스템은 장착 표면에 비해 프로파일 또는 높이가 낮으므로, 태양광 추적기 어레이 또는 태양광 추적기 어레이가 장착되는 표면에 대한 구조적 또는 기계적 보강이 거의 또는 전혀 없이 쉽게 설치할 수 있어 바람직한 하중 분산을 가능하게 한다.

태양광 어레이 추적기에서, 길이방향 지지 구조 요소 또는 길이방향 빔(14a, 14b)은 하나 이상의 횡방향 빔(16)을 지지하기 위해 서로 실질적으로 평행하게 배열되며, 각각의 횡방향 빔(16)은 하나 이상의 태양열 집열기 노드(12)를 지지한다. 제1 길이방향 빔(14a)의 제1 기어링 시스템은 횡방향 빔(16)을 축 X-X' 중심으로 길이방향 빔(14a)에 대해 회전시키기 위해 각각의 횡방향 빔에서 횡방향 빔 기어라고도 하는 제1 결합 기어와 연결된다. 이 회전 운동은 y-z 평면에서 집열기 노드(12)의 각도를 변경한다. 제2 길이방향 빔(14b)에 있거나 정렬된 제2 기어링 시스템은 횡방향 빔과 작동 가능하게 연결되며, 이는 차례로 횡방향 빔의 축에 대해 x-z 평면에서 태양열 집열기 노드(12)를 기울이기 위해 각각의 태양열 집열기 노드(12)에 작동 가능하게 연결된다. 일 실시예에서, 태양광 어레이 추적기는 바람직하게는 y-z 평면이 남북 방향으로 정렬되고, 횡방향 빔 상의 태양열 집열기 노드의 각도가 하늘에서 태양의 계절 및 높이를 수용하도록 조정되게 장착된다. 이와 같이, 추적기는 바람직하게는 동쪽에서 서쪽으로 횡방향 빔과 정렬되고, 제2 기어링 시스템은 태양열 집열기 노드(12)가 하루 동안 태양을 추적하기 위해 올바른 각도로 기울어질 수 있게 한다. 제1 회전 기어링 시스템의 작동은 X-X'축을 중심으로 횡방향 빔을 회전시키고, 제2 틸팅 기어링 시스템의 작동은 X-X'축에 대한 각각의 태양열 집열기 노트(12)의 기울기를 명령한다.

횡방향 빔의 제1 측면에서, 제1 기계식 시스템은 제1 길이방향 빔(14a)의 정합 요소와 횡방향 빔을 결합시키며, 이는 바람직하게는 웜 드라이브 및 웜 기어 조합일 수 있다. 제1 모터(32)에 의한 제1 기계식 모션 시스템의 작동은 제1 기계식 시스템과 연결된 횡방향 빔의 회전을 초래한다. 횡방향 빔의 반대측 또는 제2 측면에서, 제2 기계식 시스템은 횡방향 빔과 제2 길이방향 빔(14b)의 정합 요소를 결합시키며, 이는 바람직하게는 웜 드라이브 및 웜 기어 조합일 수다. 제1 길이방향 빔(14a) 및 제2 길이방향 빔(14b) 각각을 따른 운동 전달 기계식 요소는 바람직하게는 웜 드라이브와 삽입된 액슬을 포함한다. 제2 모터(34)가 제2 길이방향 빔의 제2 기계식 모션 시스템에서 작동될 때, 제2 길이방향 빔(14b) 내부의 제2 기계식 시스템이 회전하여, 제2 길이방향 빔(14b) 내의 출력 액슬에 연결된 축방향 요소의 회전을 야기한다. 이러한 요소(바람직하게는 액슬 및 연결된 웜)는 횡방향 빔(16)의 제2 측면에서 치합된 기계식 요소(바람직하게는 웜 기어)의 회전을 야기하여 회전한다. 횡방향 부재의 이 반대쪽 또는 제2 측면 상의 기계식 요소(상기와 같이, 바람직하게는 웜 기어)가 횡방향 부재에 직접 연결되지 않고 대신 횡방향 빔 부재를 따라 또는 그 내부에 있는 또 다른 액슬 부품 세트에 연결되고, 그런 후 태양열 집열기 노드(12)를 기울이기 위해 제2 기계식 모션 시스템에 사용되는 웜 기어와 함께 회전한다. 언급한 바와 같이, 본 도면에 도시된 기계식 시스템 및 기계식 요소는 웜 드라이브 및 정합 웜 기어를 포함하나, 다른 기계식 시스템 및 기계식 요소도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

각각의 횡방향 빔은 기계식 전달 요소가 원하는 위치에 삽입된 액슬 요소로 구성된 액슬 부품을 포함하며, 이는 바람직하게는 웜 드라이브일 수 있다. 이들 액슬 부품은 횡방향 빔 내에서 또는 횡방향 빔을 따라 이어지고 베어링, 개스킷 및/또는 횡방향 빔 내에서 설명되는 다른 구조적 구성요소를 통해 횡방향 빔과 접하고 횡방향 빔에 의해 지지된다. 이러한 축방향 요소의 길이와 그에 따른 횡방향 빔의 길이는 길이방향 부재와 마찬가지로 액슬 부품의 길이, 개수 및 적용되는 기계식 전달 요소(예를 들어, 웜)의 개수를 변경함으로써 변경될 수 있다. 길이방향 빔이 적용된 횡방향 빔의 수에 영향을 미치기 때문에, 사용된 부품의 길이와 개수의 선택이 횡방향 빔 당 태양 에너지 하베스팅 요소 또는 태양열 집열기의 수에 영향을 미친다. 웜 드라이브 및 기어 조합이 사용되는 경우, 이러한 웜은 웜 기어에 연결된다. 길이방향 부재에서와 같이, 이를 위해, 축방향 요소를 포함하는 횡방향 부재는 그러한 기계식 전달 요소(예를 들어, 웜)의 위치에 개구부를 갖는다. 이러한 개구부는 날씨, 충격, 공기 중 입자 및 화학 물질, 먼지, 잔해 등과 같은 외부 요소로부터 기계식 트랜스미션 시스템을 보호하기 위해 보호 요소로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 웜 드라이브 및 기어 조합이 사용되는 경우, 웜의 회전으로, 웜 기어는 횡방향 부재에 수직인 축으로 회전하므로 횡방향 부재를 따라 추적 시스템의 제1 회전축에 수직이다. 이는 추적 시스템의 제2 축을 제공하는 데, 웜 드라이브와 기어 조합이 사용되는 경우, 이러한 웜 기어도 제1 추적 축을 주위로 회전하고 횡방향 부재가 회전될 때 함께 회전하기 때문이다. 상기 웜 기어와 같은 집열기 노드 위치에 있는 이러한 기계식 요소는 태양광 요소를 유지하기 위해 이러한 태양열 집열기 노드 위치에 부착된 구조 또는 이들 위치에 직접 부착된 태양광 요소를 갖는다. 그런 다음 두 개의 복합 회전으로 회전될 수 있으므로 이중축 태양 추적 시스템을 제공하고, 횡방향 부재의 집열기 노드 위치(예를 들어, 웜 기어)에서 기계식 시스템 요소에 부착된 태양광 요소를 항상 태양을 향하도록 지정하며, 최대 에너지 하베스팅 효율 및 상기 태양광 요소에 의해 하베스팅된 에너지의 양을 위해 입사하는 태양 광선에 대해 직각을 유지한다.

길이방향 빔 및 횡방향 빔은 하나 이상의 빔, 바, 로드, 중공 빔, 돌출부, 로드 또는 이들의 조합과 같은 임의의 지지 구조 요소로 제조될 수 있다. 빔은 길이 및/또는 단면을 따라 이러한 요소 중 하나 또는 여러 개로 구성될 수 있다. 2개의 길이방향 빔(14a, 14b)은 구조적 요소를 지지하는 역할을 하고 또한 태양광 추적기를 원하는 표면 영역에 설치가능하게 하거나, 상기 길이방향 요소를 따라 특정 앵커링 지점만 활용해, 예를 들어, 폴, 리프팅 장치 또는 다른 지지 구조물에 연결하게 한다. 2개의 길이방향 빔은 또한 기술된 바와 같이 원하는 개수의 횡방향 빔에 회전을 명령하는 시스템의 이동부를 둘러싸거나 연결한다.

사용시, 이중축 태양광 추적기에서 태양광 집열기 노드의 방향을 조정하기 위해, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로컴퓨터, 아날로그 또는 디지털 회로, 또는 임의의 다른 유사한 장치/회로/시스템 또는 이들의 조합을 갖는 컴퓨터 시스템이 태양광 집열기 노드의 방향을 조정하기 위한 신호를 수신하고 제1 기계식 시스템을 포함하는 제1 길이방향 빔에 작동 가능하게 연결된 제1 모터(32) 및 제2 길이방향 빔 및 제2 기계식 시스템에 작동 가능하게 연결된 제2 모터(34)를 제어한다. 제1 길이방향 빔과 제2 길이방향 빔 사이에서 연장되는 각각의 횡방향 빔의 회전 각도는 횡방향 빔의 제1 단부에서 제1 횡방향 빔 기계식 요소에 의해 제어된다. 제1 횡방향 빔 기계식 요소는 제1 기계식 시스템 상의 제1 길이방향 빔 정합 요소와 결합하고 제1 기계식 시스템에 대한 제1 모터의 작동으로 횡방향 빔이 제1 길이방향 빔에 대해 회전하게 된다. 제2 길이방향 빔에서 또는 이에 인접한 제2 기계식 시스템에 작동 가능하게 연결된 제2 모터의 작동이 제2 기계식 시스템 상의 제2 길이방향 빔 정합 요소와 맞물리고 상기 정합 요소는 횡방향 빔의 제2 단부에서 제2 횡방향 빔 기계식 요소와 작동 가능하게 맞물려 횡방향 빔 내부의 회전식 샤프트를 회전시킨다. 회전식 샤프트는 집열기 노드 위치에 있는 집열기 노드 기계식 요소와 각각 연결되고 맞물리는 복수의 집열기 노드 정합 기계식 요소를 갖는다. 웜 드라이브 및 기어 조합이 사용되는 경우, 집열기 노드 기어의 회전으로 이러한 노드 위치에서 복수의 태양열 집열기가 회전식 샤프트 및 횡방향 빔의 축에 대해 기울어지게 된다. 이 두 가지 동작을 통해 본 시스템은 부착된 태양광 요소가 항상 태양 광선과 수직으로 태양을 향하도록 할 수 있어, 따라서, 에너지 하베스팅의 효율성과 에너지 하베스팅이 이러한 최대 효율로 수행되는 기간을 최대화할 수 있어, 그 결과 하베스팅된 전력 및 총 에너지가 상당히 증가한다. 도시된 구성은 제1(우측) 길이방향 빔(14a)에 제1 기계식 모션 시스템을 갖고 제2(좌측) 길이방향 빔(14b)에 제2 기계식 시스템을 갖지만, 이들은 또한 역전될 수 있음을 이해해야 한다.

각각의 모터, 즉 제1 모터(32) 및 제2 모터(34)도 또한 위치 감지 시스템을 포함할 수 있고, 전기 모터와 함께 피드백 루프를 형성하고, 상이한 유형의 전기 모터와 같은 관련 컨트롤러가 사용될 수 있으며, 이 컨트롤러로 서보, 스테퍼 모터 또는 모터 작동 및 기어 위치에 대한 피드백을 제공하는 다른 유형의 센서도 포함된다. 제1 모터(32) 및 제2 모터(34)는 제1 길이방향 빔(14a) 및 제2 길이방향 빔(14b) 각각의 단부에 각각 연결되고, 출력 액슬이 직접적으로 또는 기어박스를 통해 제1 기계식 모션 시스템과 제2 기계식 모션 시스템의 축방향 요소에 연결된다. 이러한 축방향 요소는 그 사이에 있고 웜 드라이브 또는 기타 기계적 트랜스미션 및 모션 시스템에 연결되는 여러 액슬들로 구성될 수 있다. 웜 드라이버와 기어 조합이 사용되는 경우, 바람직하게는, 웜 드라이버는 각 액슬 요소를 따라 특정 지점에 위치하므로 길이방향 빔 부재를 따라 특정 위치에 위치한다. 하나의 액슬 요소가 각 길이방향 부재 내부에 또는 각 길이방향 부재와 함께 작동하는 각 기계식 시스템의 액슬 요소는 원하는 길이를 가질 수 있으며, 그 길이는 액슬 연결 요소와 추가 액슬 및 기계식 모션 트랜스미션 요소(예를 들어, 웜)의 사용을 통해 또는 길이가 늘어난 액슬을 사용하여 길이를 연장함으로써 필요에 따라 변경될 수 있다. 또한, 축방향 요소에서 기계식 모션 트랜스미션 요소(예를 들어, 웜)의 수를 늘려 횡방향 부재의 수를 늘릴 수 있다. 축방향 부재가 길이방향 빔 부재 내부에서 이동하는 일 실시예에서, 축방향 요소를 포함하는 이동 부품은 상기 길이방향 부재에 의해 외부(날씨, 충격 등)로부터 보호된다. 이러한 가능한 설계 구성을 가능하게 하기 위해, 길이방향 빔 부재는 예를 들어 베어링, 개스킷, 스페이서 등과 같은 선택적 또는 추가 구조, 시스템 및 부품들을 포함하여 이동 부품들에 지지를 제공하도록 더 설계될 수 있다.

제1 및 제2 모터 각각은 하나 이상의 마이크로컨트롤러 또는 마이크로컴퓨터(들), 아날로그 또는 디지털 회로, 또는 임의의 다른 유사한 장치/회로/시스템(들) 또는 이들의 조합을 갖는 하나 이상의 컴퓨터 시스템에 의해 작동되고, 상기 컴퓨터 시스템은 각각의 모터에 신호를 전송하여 횡방향 빔을 적절하게 회전시키고/시키거나 복수의 태양열 집열기 노드를 기울여 태양열 집열기 노드가 입사하는 태양 광선에 실질적으로 수직이 되도록 태양열 집열기 노드의 각도를 최적화한다. 최적화된 설계에서, 동일한 위치에, 예를 들어, 태양광 하베스팅 유닛 내에 설치된 각각의 추적기 또는 각각의 소수의 추적기는 전용 자동 제어 시스템을 가지며, 이러한 자동화 시스템 중 몇 가지는 메인 자동화 유닛에 공급되고 제어된다. 이러한 자동화 유닛에는 하나 또는 여러 개의 마이크로컨트롤러 및/또는 마이크로컴퓨터 및/또는 전용 전자 보드, 메모리, 전원, 데이터 입출력 인터페이스 및 센서가 포함될 수 있다. 다른 센서가 이용될 수 있고, 하나 이상의 광센서, 광강도 센서, 체적 유량과 같은 유량 관련 센서, 예를 들어 풍속 및 방향을 포함하는 유속, 자이로스코프, 가속도계, 자력계, 경사계, 관성 측정 장치(IMU), 전류 센서, 전압 센서 및 온도 센서를 포함하나 이에 국한되지 않는다. 하나 이상의 전자 유닛이 인터넷에 더 연결될 수 있고 날씨, 위치, 계절, 태양 각도, 태양 거동(예를 들어, 태양 흑점 활동), 온도, 풍속 및 기타 데이터에 대해 수집된 데이터에 응답할 수 있다.

이중축 태양광 어레이 추적기는 원하는 대로 더 길게, 더 크게 또는 더 작게 만들 수 있으며, 원하는 크기에 따라 추가 지지를 제공하기 위해 기어가 없는 추가 횡방향 빔 및/또는 길이방향 빔을 더 포함할 수 있다. 특히, 하나 이상의 길이방향 빔은 단일 모터가 횡방향 빔을 기울이거나 회전시키기 위해 하나 이상의 기계적으로 묶인 기계식 시스템에 동력을 공급할 수 있도록 기계적으로 함께 연결될 수 있다. 또한, 단일 중앙 길이방향 빔을 사용하여 양쪽에 연결된 횡방향 빔의 기울기 또는 회전을 제어할 수 있다. 어레이는 어레이를 표면에 장착하기 위한 하나 이상의 장착 장치를 더 포함할 수 있다. 본 이중축 태양광 추적기는 다른 태양광 추적기 시스템에 비해 제조, 조립 및 설치를 단순화하는 간단한 구조를 갖는다. 앞서 언급한 바와 같이, 시스템의 높이 또는 프로파일이 더 낮아 설치 하중의 분배가 단순해지며, 이는 경사진 옥상과 같은 경사면에서 추적기의 조립 및 설치가 수행될 때 중요하다. 또한, 이중축 추적기의 작은 높이로 인해 옥상에 설치하기에 시각적으로 매력적이다. 하나 이상의 추적기 시스템들도 또한 연결될 수 있으며, 본 설계에서는 원하는 경우 하나의 추적기를 인접한 추적기에 조립하여 하나의 장치를 만들 수 있다.

도 2는 태양열 집열기가 위를 향한 상태에서 태양열 집열기 노드(12)에 부착된 태양열 집열 또는 태양 에너지 하베스팅 요소를 포함하는 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다. 이 구성에서, 태양 에너지 하베스팅 요소는 태양열 집열기 노드에 대해 상승되어 추가 이동 범위를 제공하며, 이는 본 시스템의 표면적에 대한 태양 에너지 집광을 최대화한다. 도시된 이중축 태양광 추적기는 복수의 태양열 집열기 노드(12)에서 다양한 유형의 태양열 집열기(18)를 지지할 수 있는 능력을 갖는다. 태양열 집열기는 태양으로부터 태양 복사를 수집하는, 바람직하게는 태양 복사를 사용 가능한 에너지로 변환하는 임의의 유형의 태양 에너지 하베스팅 요소이다. 태양열 집열기는 하나 이상의 광학적, 기계적 및 전기적 및/또는 열 에너지 하베스팅 및/또는 열 전달 부품을 포함할 수 있다. 태양열 집열기는 광범위한 모양과 크기를 가질 수 있으며 광범위한 단면을 가질 수 있다. 여기에는 본 설계의 길이방향 빔(14) 및 횡방향 빔(16) 상의 복수의 태양열 집열기 노드(12)에 의해 지지되는 복수의 패널형 태양열 집열기(18)가 도시되어 있다. 각각의 집열기(18)는 또한 예를 들어 반사 부품(들) 및/또는 렌즈(들)와 같은 하나 이상의 광학소자들을 선택적으로 포함할 수 있다. 태양 전지에는 광전지, 열전지, 태양열 전지, 기타 태양 전지 등을 포함한 다양한 종류가 있다. 태양광 요소는 하나 이상의 태양 전지 또는 원하는 치수의 태양 전지판을 형성하는 다수의 전지들을 포함한다. 따라서, 다수의 태양 전지는 단일 태양열 집열기 노드에 연결될 수 있고 통합 그룹으로 배열되거나 어레이되어, 선택적으로 또한 하나 이상의 광 반사 부품 및/또는 각 태양 전지가 받는 빛의 양을 최대화하기 위한 집광 부품을 포함해, 태양광 광전, 태양열 또는 열병합 발전 패널 또는 모듈을 구성할 수 있다.

도 3은 비스듬히 태양열 집열기 노드(12)를 갖는 이중축 태양광 어레이 추적기(10)의 실시예의 등축도이다. 이중축 태양광 어레이 추적기는 제1 모터(32)에 의해 회전 작동이 활성화된 (도 1에 도시된 바와 같이) 횡방향 빔 축에 대해 회전된 횡방향 빔(16a, 16b, 16c 및 16d)과 함께 도시되어 있다. 길이방향 빔(14a 및 14b)은 횡방향 빔(16a, 16b, 16c, 16d)을 지지하고, 길이방향 빔(14a, 14b) 중 적어도 하나는 횡방향 빔(16a, 16b, 16c, 16d)과 맞물려 횡방향 빔(16a-d)을 그룹으로 회전시키는 제1 기계식 시스템을 포함한다.

도 4는 태양열 집열기(18)가 태양을 향해 지향된 각도로 태양열 집열기 노드(12)에 부착된 이중축 태양광 어레이 추적기의 실시예의 등축도이다. 길이방향 빔(14a, 14b)이 이중축 태양광 어레이 추적기에서 횡방향 빔(16a, 16b, 16c, 16d)을 지지한다. 태양열 집열기(18)에 대한 원하는 각도를 달성하기 위해, 횡방향 빔(16a-d)의 회전 및 연결된 횡방향 빔에 대한 각각의 태양열 집열기 노드(12)의 기울기가 제1 및 제2 모터를 사용하여 그리고 제1 및 제2 기계식 시스템을 통해 조정된다. 추적 시스템에 설치할 수 있는 태양광 요소의 수는 횡방향 빔의 수, 및 따라서 길이방향 빔을 따라 있는 기계적 트랜스미션 요소(예를 들어, 웜 드라이브)의 수와 각 횡방향 부재에서 기계적 트랜스미션 요소(예를 들어, 웜 드라이브)의 수에 따라 변경될 수 있다. 길이방향 및 횡방향 빔 기계식 드라이브(예를 들어, 웜) 사이의 간격을 변경하여 다양한 크기의 태양광 요소를 수용할 수 있다. 이 간격은 추적하는 동안 언제든지 인접한 태양광 요소 사이의 영향을 피하기 위해 태양광 요소의 치수에 의해 고유하게 제한된다. 따라서, 에너지 하베스팅 요소에 의한 매우 높은 면적 밀도 점유가 얻어지며, 피크 효율로 하베스팅된 에너지의 최대량을 얻는다.

도 5a는 선택적인 안정성 또는 장착 프레임(38)을 갖는 실시예 중 하나에서 횡방향 빔(16)의 제1 단부와 제1 길이방향 빔(14)의 교차점의 등축도이다. 도시된 통합으로 횡방향 빔이 제1 길이방향 빔(14)에 대해 회전될 수 있으나, 기어링 시스템은 태양광 어레이 추적기의 어느 일측에 있을 수 있음을 이해해야 한다. 명확히 하기 위해, 태양광 추적기의 두 길이방향 빔 각각에는 단일 기계식 시스템과 전용 모터가 있으며, 하나는 횡방향 빔을 회전시키는 기계식 시스템이고 다른 하나는 태양열 집열기 노드를 기울이기 위한 기계식 시스템이며, 각 기계식 시스템은 전용 모터와 일체화된다. 이 실시예에서, 태양열 집열기 노드의 집열기 노드 기어(22)는 횡방향 빔(16)의 회전식 샤프트(36)에 있는 집열기 노드 정합 웜(24)과 맞물린다. 바람직한 실시예에서, 집열기 노드(22)는 기계식 트랜스미션 요소를 갖고 집열기 노드 정합 기어(24)는 도시된 바와 같은 웜 기어 및 웜 드라이브 시스템이나, 베벨 기어 시스템, 랙 및 피니언 기어 시스템뿐만 아니라 다른 알려진 기어 시스템, 링키지, 벨트 드라이브 및 기타 모션 및 기계식 트랜스미션 시스템을 포함하나 이에 국한되지 않는 다른 기계식 트랜스미션 시스템도 사용될 수 있다. 이 실시예에서 길이방향 빔 정합 웜 드라이브(30)인 도시된 길이방향 빔 정합 기계식 요소의 맞물림을 가능하게 하기 위해, 기계식 시스템의 길이방향 축 요소를 포함하는 길이방향 빔은 그러한 기계적 정합 요소(예를 들어, 웜 드라이브)의 위치에 개구부를 갖는다. 바람직하게는, 이러한 개구부는 날씨, 충격 등과 같은 외부 요소로부터 기계식 시스템을 보호하기 위해 보호 요소에 둘러싸여 있다.

웜 드라이브 및 기어 조합의 바람직한 사용은 비가역성과 관련이 있다. 본원의 목적을 위해, 이는 바람, 자체 중량 및 기어 시스템 등에 의해 지지되는 구조의 결과 모멘트와 같은 모든 하중이 기어 시스템 또는 기어 장치에 의해 지지되는 요소가 원하는 설정 위치에서 이동하게 할 수 없음을 의미한다. 따라서, 이러한 원하는 위치는 (예를 들어, 모터와 직접 또는 간접적으로) 기어 장치의 움직임을 명령해야만 설정할 수 있다. 특히, 웜 기어 세트를 사용하는 경우, 원하는 위치에 도달하고 설정될 때까지 웜이 회전하도록 명령하여 웜 기어를 조정하고 안정적인 구성으로 설정할 수 있다. 이러한 실시예에서, 횡방향 빔의 단부에 있는 웜 기어는 브래킷과 같은 구조적 요소에 의해 웜에 대한 웜 기어의 정확한 맞물림 및 간격을 보장하고 안정화하는 제1 회전 기어링 시스템의 제자리에 유지된 액슬 부품들에 연결된다. 이러한 구조적 요소(예를 들어, 브래킷)는 길이방향 빔에 부착되어 웜 기어가 연결된 횡방향 빔의 축방향 기어 요소가 이들을 통과하도록 한다. 이러한 축방향 부품들을 제자리에 유지하고 동시에 회전을 허용하기 위해, 베어링 요소와 같은 연결 부품들을 사용할 수 있다.

태양 전지 부착물(28)은 태양열 집열기 또는 태양 에너지 하베스팅 요소를 수용하고 태양열 집열기 내의 광전 및/또는 광열 전지(들)로부터 에너지를 하베스팅하기 위해 태양열 집열기와의 전기 및/또는 열 유체 통합을 제공하도록 설계된다. 길이방향 빔과 횡방향 빔을 포함한 모든 구조 요소는 전기 및/또는 열 유체 전달을 허용한다. 이는 이러한 구조적 요소 및/또는 그러한 위치에서의 이동 장치 외부에 전기 배선 및/또는 유체 도관(들), 및 각각의 커넥터로 및/또는 이러한 트랜스미션 요소 및 커넥터를 상기 구조적 요소 및 장치와 통합함으로써 행해질 수 있다. 이 마지막 구성은 예를 들어 연결부 및 각각의 커넥터를 상기 구조적 요소 및 장치와 통합하고/하거나 중공 단면, 채널, 공동 등을 통해 구조적 요소 및 장치 내에 전기 및/또는 열 유체 도관을 통과시킴으로써 달성될 수 있다. 횡단면 및 길이방향 빔의 중공(단면이 여러 중공 부분으로 분할될 때 채널 내부 또는 특정 단면 셀 내에서 완전한 또는 부분적 중공) 단면 내에서 전기 배선 및/또는 열 유체 도관을 통과하는 것 외에, 가능한 실시예는 또한 회전 프레임에서 정적 프레임으로의 전기 및/또는 유체 열 에너지의 전달을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 태양열 집열기의 경우와 같은 이중축 회전 프레임에서 웜 기어 내부를 거쳐 단일축 회전 프레임으로서 호스팅 횡방향 빔까지; 또는 횡방향 빔(하나의 회전축)에서 단부에 있는 웜 기어 내부를 거쳐 길이방향 빔을 따라 또는 길이방향 빔 내부에서 이어지는 하나 이상의 메인 도관까지 확인될 수 있다.

도 5b는 구상된 실시예 중 하나로 횡방향 빔이 그 축을 중심으로 회전된 상태에서 횡방향 빔과 길이방향 빔의 교차점의 등축도이다. 횡방향 빔 상의 하나 이상의 횡방향 빔 기어(26)는 횡방향 빔의 축에 대해 횡방향 빔(16)을 터닝 또는 회전시키기 위해 길이방향 빔 정합 웜 드라이브(30)와 연결된다. 추적기의 모든 횡방향 빔에 대해 동일한 측면인 각 횡방향 빔(16)의 한 측면에서, 횡방향 빔은 모두 바람직하게는 웜 기어를 통해 길이방향 빔 중 하나의 동일한 기어링 기계식 시스템에 연결된다. 횡방향 빔은 예를 들어 빔, 바, 중공 빔 또는 바, 돌출부 또는 기타 유형의 구조적 요소일 수 있으며, 길이 및/또는 단면을 따라 이러한 요소 중 하나 또는 여러 개로 구성될 수 있다. 횡방향 빔에 연결됨으로써, 웜 기어가 회전할 때, 길이방향 축을 따라 횡방향 부재의 회전을 유발하여 제1 추적 축을 제공한다. 따라서, 제1 길이방향 부재(14a)에 연결된 제1 모터(32)가 회전할 때, 출력 액슬에 연결된 제1 기계식 시스템에서 그리고 제1 길이방향 빔(14a) 내에서 또는 이를 따라 축방향 요소의 회전을 야기한다. 이 실시예에서, 이러한 액슬 및 연결된 웜은 횡방향 부재의 제1 측면에서 웜 기어의 회전을 야기하면서 회전한다. 앞서 언급한 바와 같이, 웜 기어가 횡부재에 연결되어 있는 상태에서, 웜 기어의 회전은 연결된 횡방향 부재의 축을 따라 회전을 유발한다.

모터(32)는 바람직하게는 길이방향 빔에 고정되고 직접적으로 또는 기어박스를 통해 길이방향 빔을 따라 이어지는 축방향 요소에 연결된다. 길이방향 빔 모터(32)는 길이방향 빔(14a)에서 제1 기계식 시스템의 이동을 제어하여 여러 태양광 요소의 방향을 지시한다. 이러한 축방향 부품은 하나 이상의 장치들을 통해 회전 운동을 횡방향 빔 요소로 전달한다. 이는 횡방향 빔에 부착된 태양열 집열기 노드가 추적 시스템의 횡방향 빔 축을 중심으로 회전하게 될 수 있어 추적기 또는 추적의 제1 축을 제공한다는 것을 의미한다. '이중축' 추적 시스템을 말할 때, 횡방향 빔 축을 중심으로 한 횡방향 빔의 회전을 제1 이동축이라고 한다.

도 5c는 일 실시예에서 횡방향 빔이 그 축을 중심으로 회전하고 집열기 노드 기어가 기울어져 있는 횡방향 빔과 길이방향 빔의 교차점의 등축도이다. 제2 길이방향 빔(14b)에서 횡방향 빔(16)의 반대측 또는 제2 측에서, 틸팅 모션이 회전식 샤프트를 통해 횡방향 부재를 따라 축방향 요소로 전달된다. 제2 기계식 시스템에서 상기 축방향 요소를 따라 여러 기어 장치 세트를 통해, 이러한 틸팅 모션은 상기 기어 장치 세트에 연결된 태양열 집열기 노드, 또는 상기 태양광 요소를 고정하고 횡방향 빔을 따라 상기 기어 장치 세트로부터 돌출한 구조물의 기울기로 변환된다. 이러한 기울기 이동은 횡방향 빔에 수직인 축 주위에서 발생하며 추적기의 제2 축을 제공한다. 이 제2 축 또는 틸트는 제2 길이방향 빔의 제2 기계식 시스템에 작용하고 횡방향 빔 기어(26) 또는 다른 기계식 요소로부터 횡방향 부재의 회전식 샤프트로 그리고 이에 따라 하나 이상의 집열기 노드 정합 웜(24)에 회전을 전달하는 제2 모터(34)에 의해 작동된다. 각각의 집열기 노드 정합 웜(24)은 집열기 노드 기어(22)에 작동 가능하게 연결되어 있으며, 집열기 노드 기어는 회전식 샤프트와 이에 부착된 횡방향 빔(16)에 대해 태양열 집열기 노드(12)를 기울인다. 집열기 노드 정합 기어(24) 및 집열기 노드 기어(22)가 각각 정합 웜 드라이브 및 웜 기어로 도시되어 있지만, 다른 실시예는 유사한 기능을 수행하기 위해 다른 정합 기계식 요소를 사용할 수 있음을 이해해야 한다.

도 6은 다수의 태양열 집열기 노드를 갖는 횡방향 빔(16)의 등각도이다. 이 실시예에서, 복수의 집열기 노드 정합 웜(24a, 24b, 24c, 24d, 24e)이 각각의 집열기 노드(12a, 12b, 12c, 12d, 12e) 상의 대응하는 집열기 노드 기어와 각각 결합하여 횡방향 빔(16)에 대한 태양열 집열기 노드(12a-e) 각각을 기울인다. 이 실시예에서, 전기 및/또는 열(예를 들어, 유체 기반) 시스템은 추적기와 설계상 통합된 전기 및/또는 열 에너지 전달과 함께 설명된 추적 시스템에 연결되거나 포함될 수 있다. 예를 들어, 전기 배선 및/또는 유체는 구조적 부재 내에 부착 및/또는 구조 부재 내에 통합될 수 있는 움직이지 않는 메인을 오가며 설명된 길이방향 및 횡방향 구조 요소를 통해 및/또는 그 내부에서 또는 그에 따라, 태양광 요소를 오가며 보내질 수 있다. 외부 배선 및/또는 유체 도관을 사용할 수 있지만, 전기 배선 및/또는 유체를 바람직하게는 기어, 액슬, 선반에서 떨어져 있거나 의도적으로 설계된 축방향 요소 및 브래킷 등과 같은 구조적 부재를 통해 통과시킬 수 있는 한편 회전 프레임으로서 태양광 요소와 정적 메인 사이를 오가게 이들을 보낼 수 있다. 예를 들어, 슬립 링을 사용하여 이를 달성할 수 있다. 이 실시예에서, 횡방향 빔 기어(26a, 26b) 중 하나는 길이방향 빔에 대한 횡방향 빔의 회전 이동을 제어하고, 다른 횡방향 빔 기어(26a, 26b)는 횡방향 빔의 축에 대한 태양열 집열기 노드(12a-e)의 기울기 이동을 제어한다.

도 7은 열 에너지를 집열하고/하거나 추적기 및 태양광 요소 내에서 열 흐름을 제어하기 위한 통합된 열 도관을 갖는 횡방향 빔(16)을 갖는 실시예의 등축도이다. 시스템의 이 실시예에서, 열 에너지 전달을 가능하게 하는 수단과 함께 광전 집광기가 사용될 수 있다; 광전 집광기 대신 집열기를 사용할 수 있다; 또는 둘의 조합을 적용할 수 있다. 광전 집광기와 집열기의 조합이 태양 광선으로부터 수집된 에너지를 증가시켜 시스템의 에너지 하베스팅 효율을 향상시킬 수 있다. 이 실시예에서, 집열기 노드(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)는 각각 집열기 노드 유체 도관(44a, 44b, 44c, 44d, 44e)에 유체 연결된다. 열 유체 시스템은 또한 설명된 추적 시스템에, 예를 들어 횡방향 빔 지지 액슬(40) 내부에 연결되거나 포함될 수 있다. 열 유체 시스템은 추적기와 함께 설계에 통합될 수 있고 설명된 길이방향 빔 및 횡방향 빔 구성요소에 또는 그 옆에 내장될 수 있다. 일 예에서, 유체 도관은 길이방향 및 횡방향 빔 부재 내에 부착 및/또는 통합될 수 있는 움직이지 않는 메인을 오가며 설명된 구조적 요소를 통해 및/또는 그 내부에서 이동 프레임을 통해 태양광 요소를 오가게 할 수 있다. 외부 유체 도관을 사용할 수 있지만, 예를 들어, 슬립 링을 통합하면 기어, 액슬, 축방향 요소 및 브래킷 등과 같은 구조적 부재를 통해 유체 도관(및/또는 전기 에너지)이 통과하게 보조할 수 있는 한편, 이들을 태양광 요소와 고정 유체 메인을 오가게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 태양열 집열기 노드를 통한 전류 및 유체의 전달은 열 및 광전 에너지 포집 장치의 조합을 통해 전기(및 가능하게는 가령 집적적으로 가열 및/또는 냉각을 위한 다른 형태의 전력)의 열병합 발전을 가능하게 한다. 유체 도관 시스템은 또한 태양 전지의 수명을 보존하고 과열로부터 열에 민감한 부품을 보호하기 위해 태양 전지에서 받은 집중된 태양 에너지용의 방열기 또는 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 순환 유체는 열전도율이 양호하고, 점도가 낮으며, 장기간 화학적 및 물리적으로 안정성이 있고, 광흡수율이 낮으며, 광안정성이 양호하고, 무독성이며, 적절한 작동 온도 범위에 대한 특성을 유지하면서 비용면에서 효과적인 유체이다.

도 8a는 제2 기계식 모션 시스템에서 횡방향 빔(16) 상의 단일 태양열 집열기 노드 기어링 장치에 대한 실시예의 측단면도이다. 제2 모터(34)는 제2 길이방향 빔 및 제2 기계식 시스템에 작동 가능하게 연결되며, 이 경우에는 횡방향 빔(16)에서 회전식 샤프트(36)를 회전시키는 횡방향 빔 기어(26)를 포함한다. 제2 기계식 시스템의 동작은 집열기 노드 정합 웜(24)이 결합되는 회전식 샤프트(36)를 회전시키고, 차례로 회전시 샤프트가 이 실시예에서는 집열기 노드 기어(22)를 회전시켜 회전식 샤프트(36) 및 횡축에 대해 태양열 집열기 노드(12)를 기울인다.

도 8b는 제2 모터(34)에 의한 제2 기계식 모션 시스템의 결합 시 왼쪽으로 기울어진 횡방향 빔 상의 단일 태양열 집열기 노드 기어링 장치를 갖는 실시예의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 이 경우, 횡방향 빔 기어(26)는 횡방향 빔에서 회전식 샤프트(36) 및 집열기 노드 정합 웜(24)을 회전시키며, 이는 집열기 노드 기어(22)를 회전시켜 회전식 샤프트(36) 및 횡축에 대해 태양열 집열기 노드를 기울인다.

도 9는 본 추적기와 추적기 각각의 구조적 요소 및 장치 밖을 통해 이런 시스템을 보내는 것과 반대로 통합된 유체 기반 열 및/또는 열 관리 및 전달 시스템을 위한 하나의 가능한 구성을 갖는 횡방향 빔(16) 상의 단일 태양열 집열기 노드(12)의 등각도이다. 본 추적기는 (예를 들어, 유체 전달 기반의) 전기 및/또는 열 에너지의 전달을 지원할 수 있다. 또한, 전기 및/또는 열 에너지 및/또는 유체의 전달은 예를 들어 전기 배선 및/또는 유체 도관(들) 및 각각의 커넥터를 사용하여 추적기의 구조적 요소 및/또는 이동 장치 외부에서 및/또는 이러한 전달 요소 및 커넥터를 상기 구조적 요소 및 장치와 통합함으로써 수행될 수 있다. 열 에너지 전달을 위한 유체 전달 시스템의 일 예가 제안된 태양광 추적기로 묘사된다. 이 도면에 도시된 이 구성에서는, 명확히 하기 위해, 횡방향 빔 단부에 있는 웜 기어와 횡방향 빔에 대한 연결 및 길이방향 빔에 대한 지지 브래킷이 생략되었다. 시스템의 이러한 구성에서, 제안된 추적기와 통합된 열 에너지 전달 유체 시스템을 볼 수 있으며, 상기 유체가 횡방향 빔에서 이러한 브래킷의 외부룰 오가며 중심을 통해 또는 태양열 집열기 노드 웜 기어의 회전축 및 그 중공 지지축(40) 및 브래킷의 중심을 통해 태양열 집열기 노드(12)를 오간다. 이 구성에서, 여러 개의 유체 도관 엘보우(44)가 사용되며, 이들은 중공 횡방향 빔(단면)의 외부 또는 내부에 장착된다. 이 구성에서, 유체는 횡방향 빔의 중심에서 또는 그 중심으로부터 그리고 횡방향 빔의 각 단부에서 생략된 웜 기어의 중심을 통해 보내진다. 그런 다음, 웜 기어에 의해 이어서 중앙이 비어 있는 횡방향 빔 지지 액슬(40)을 통해 횡방향 빔(16)에 의해 통과된다. 이 액슬이 지지되고 생략된 각각의 길이방향 빔 브래킷에(또는 내부에) 안착되면, 유체는 브래킷을 통해 외부를 오가며 보내진다. 메인 유체 도관(42)을 오가게 유체를 보내는 이러한 가능한 구성에 대한 또 다른 엘보우를 도면에서 볼 수 있다. 이 도관은 각각의 길이방향 빔을 따라 또는 그 내부에 이어질 수 있고 이들과 통합될 수 있다.

도 10은 (본 태양열 집열기 노드와 해당 구조적 요소 및 장치의 외부를 통해 이러한 시스템을 보내는 것과 반대로) 가능한 통합 집열 및/또는 열 전달 시스템을 위한 가능한 구성을 갖는 단일 태양열 집열기 노드(12)의 확대 단면도이다. 이 도면에는, 태양열 집열기 노드의 가능한 구성에 대한 확대도가 제시되어 있다. 축(40)을 지지하는 가능한 횡방향 빔 단부 웜 기어(및 이어서 횡방향 빔)의 단면은 그 중심이 비어 있다. 횡방향 빔 단면의 각 측면에서, 유체 도관 엘보우(44a, 44b)의 단면도가 나와 있다. 이 구성에서, 유체가 횡방향 빔에서 그러한 브래킷의 외부에 있는 상기 엘보우를 오가며 태양열 집열기 노드(12)의 중심 또는 태양열 집열기 노드 웜 기어의 회전축 및 중공 지지 액슬 및 브래킷의 중심을 통해 상기 엘보우를 오가며 보내지는 것을 볼 수 있다. 이 구성에서, 상기 중심 또는 태양열 집열기 노드 웜 기어의 회전축으로부터 그리고 그 속이 빈 지지 축(40)의 중심을 통한 유체가 이 구성에 사용되는 상기 태양열 집열기 노드 웜 기어를 포함할 수 있는 장치 및 그 기계적 부품들 내의 다른 채널을 통해 보내질 수 있음을 또한 볼 수 있다. 그런 다음, 유체는 장치의 상단 및 따라서 태양광 요소가 위치할 수 있거나 (아마도 이러한 태양광 요소를 보유하는 기존의 다른 구조 부재를 통해) 태양광 요소 및 각 위치를 오가며 유체를 더 위로 또는 다른 방향으로 보낼 수 있는 추가 커넥터 및/또는 채널이 존재할 수 있는 태양열 집열기 노드를 오가게 보내진다.

도 11은 통합된 집열 및/또는 열 전달을 위한 가능한 구성을 갖는 태양열 집열기 노드의 측단면도이다. 이 도면은 메인 유체 도관으로의 유체 흐름을 지원하는 횡방향 빔 중공 지지 액슬(40)을 도시한, 이전 도면에 대해 다른 평면 방향에서, 단면의 또 다른 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 횡방향 빔(16)의 중공 지지 액슬(40)은, 이 구성에서는, 횡방향 빔의 회전식 샤프트(36)상의 집열기 노드 정합 웜(24)과 통합되어 태양열 집열기 노드(12)로의 유체가 흐르게 한다.

도 12는 통합된 집열 및/또는 열 전달 시스템을 위한 가능한 구성을 갖는 단일 태양열 집열기 노드의 확대 단면도이다.

도 13은 이 실시예에서 복수의 원추형 태양열 집열기(18a, 18b, 18c, 18d, 18e)에 각각 부착된 다수의 태양열 집열기 노드(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)를 갖는 횡방향 빔(16)의 측면도이다. 일 실시예에서, 태양열 집열기는 피라미드의 상부 및/또는 하부를 따라 위치된 하나 이상의 태양광 요소를 갖는 역 절두형 피라미드이다. 이 구조 및 태양광 요소는 여기에서 태양열 집열기 노드 및 각각의 지지 구조에 부착될 수 있는 또 다른 가능한 태양광 요소의 예로서 사용되어 태양 전지가 본 이중축 추적기에 의해 작동될 때 항상 태양을 향하도록 할 수 있다. 다양한 횡방향 빔을 따라 및/또는 상기 요소(예를 들어, 웜 기어)의 상단에서 원하는 거리에 기계적 모션 요소(예를 들어, 웜 기어)의 상단에 직접 또는 지지 구조를 통해 부착된 사각형 또는 직사각형 모양의 태양광 요소를 활용해 인접한 태양광 요소들 사이의 최소 간격을 보장하여 면적 활용을 극대화한다. 도시된 예에서, 상기 횡방향 부재 기계식 요소(예를 들어, 웜 기어)의 상단에 연결된 역 절두형 피라미드 기반 구조가 활용될 수 있다. 역 사각형의 높이와 밑면의 길이는 가용 면적에 대한 상기 역 사각형의 상단에 있는 밑면의 면적의 합의 비율과 같이 면적 활용을 최대화하도록 결정될 수 있어, 이웃 요소들 간의 거리를 최소화하여 움직임을 추적하는 동안 충돌을 방지하고, 인접한 요소들 사이의 그늘을 방지한다. 예를 들어, 태양광 요소(들)가 상기 역 사각형 피라미드의 밑면(상단)에 부착될 수 있다. 추가로, 하나 이상의 집광 렌즈(들)가 하나 이상의 태양 에너지 하베스팅 요소, 예를 들어 하나 이상의 태양 전지 또는 태양 전지판을 활용하여 절단된 영역에, 즉 가상 정점에 더 가깝게, 그리고 이에 따라 횡방향 부재 기계식 요소(예를 들어, 웜 드라이브 및 기어)의 상단에 더 가깝게 역 피라미드의 하단에 부착될 수 있다. 이러한 렌즈는 태양광 요소를 향하는 빛을 집광시키는 데 사용할 수 있다.

도 14는 다른 가능한 태양광 요소들 중 하나가 예를 들어 주변으로부터의 그늘을 피하기 위해(예를 들어, 다른 태양광 하베스팅 유닛으로부터, 또는 각각의 지주 구조로부터), 또는 눈 쌓임으로 인한 기타 방해를 방지하기 위해 예시적인 마운팅 프레임 또는 마운팅 구조 상에 장착된 이중축 태양광 어레이 추적기의 등축도이다. 예를 들어, 길이방향 부재의 가장자리 또는 모서리는 추적 시스템의 자동 제어와 함께 명령될 수 있는 상승 요소에 장착될 수 있다. 이렇게 추가된 틸팅 시스템은 전체 추적 시스템을 기울여 훨씬 더 오랜 시간 동안 태양을 완전히 추적할 수 있다. 태양광 추적기는 그늘을 피하기 위해 장착 영역에서 올려진 구조물에도 장착할 수 있다. 이는 예를 들어 눈이 쌓이기 쉬운 수평면이나 기울기가 더 작은 추적 시스템의 설치를 고려할 때 추가적인 특징일 수 있다. 이는 지면 마운트, 평평한 옥상, 약간의 경사가 있는 경사진 지붕의 경우에도 사용될 수 있다. 또한, 본 태양광 추적기는 본 발명의 추적 시스템을 구동하여 또는 하나 이상의 추가 모터 또는 진동기로 구동된 태양광 요소들의 상단에서 눈이나 기타 입자 또는 잔해(예를 들어, 물, 먼지, 모래 등)를 떨어뜨리거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 이는 시스템 전체 또는 그 근처에서 측정된 조도와 비교할 때 특정 태양광 요소에 비치는 낮은 조도 및/또는 그러한 요소에 의한 낮은 수준의 출력 에너지를 감지한 다음 태양광 요소를 가로막는 상술한 눈 및/또는 입자 및/또는 잔해가 태양광 요소의 상단에서 제거되도록 하는 기울어진 위치로 태양광 요소를 회전시켜 중력에 의해 떨어지게 함으로써 달성될 수 있다. 극심한 바람이 부는 조건에서도 이와 동일한 기울어진 위치를 가정할 수 있다. 도시된 프레임은 4개의 레그를 갖지만, 장착 프레임은 다른 디자인, 형태, 형상 등을 채택할 수 있거나, 장착 표면에 대해 어레이를 앵글링하기 위해 선택적으로 텔레스코핑하는 임의의 수의 레그를 가질 수 있음을 이해한다. 또한, 장착 프레임은 장착 표면에 대한 태양광 추적기 어레이의 각도를 조정하기 위한 선택적인 베어링이 있는 또는 예를 들어, 다이아몬드 모양을 변경한 가위(전체, 절반), 링키지, 또는 다른 유형의 장치에 기초한 단일 포스트 또는 받침대일 수 있다.

도 15는 하나의 중앙 길이방향 빔(14b) 및 2개의 주변 길이방향 빔(14a, 14c)을 갖는 태양광 추적기 어레이의 등축도이다. 횡방향 빔은 중앙 길이방향 빔(14b)과 주변 길이방향 빔(14a 또는 14c) 중 하나 사이에서 연장된다. 도시된 바와 같이, 횡방향 빔(16a)은 중앙 길이방향 빔(14b)과 주변 길이방향 빔(14a) 사이에서 연장되고, 횡방향 빔(16b)은 중앙 길이방향 빔(14b)과 주변 길이방향 빔(14c) 사이에서 연장된다. 중앙 길이방향 빔(14b)은 횡방향 빔을 회전시키도록 작동하는 기계식 시스템 또는 각 횡방향 빔에서 태양열 집열기 노드를 기울이도록 작동하는 기계식 시스템을 가질 수 있으며, 횡방향 빔은 중앙 길이방향 빔(14b)의 양쪽에서 작동할 수 있다. 주변 길이방향 빔(14a 또는 14c)은 다른 기능을 수행하는 기계식 시스템을 가질 수 있는데, 즉 중앙 길이방향 빔이 회전을 담당하면, 길이방향 빔이 기울기를 담당하거나 그 반대도 마찬가지이다. 이러한 방식으로, 단일 중앙 길이방향 빔은 단일 모터로 양쪽에 있는 두 세트의 횡방향 빔을 제어할 수 있다.

도 16은 본 기술의 태양광 어레이 추적기와 함께 태양열 집열기로 사용될 수 있는 태양광 집광기(solar concentrator)의 측단면도이다. 태양광 집광기(50)는 태양광 집광기에 지지를 제공하는 대략 역 피라미드 구조 형상을 가질 수 있는 집광기 바디(56)를 포함한다. 광학소자(52)는 집광기 바디(56)의 상단 또는 넓은 단부에 위치하여 광원 광선을 태양 집광기 내에서 그리고 적어도 하나의 태양 전지(54) 상에 집광 및/또는 집중시킨다. 광학소자는 예를 들어, 프레넬 렌즈일 수 있으나, 오목 렌즈, 거울 또는 기타 광지향 광학소자와 같은 기타 상이하거나 추가적인 광학소자가 태양광 집광기에 사용될 수도 있다. 집광기 바디(56)의 좁은 단부 위의 광학소자(52)는 바람직하게는 태양광 집광기(50)의 상부 개구를 둘러싼다. 이는 또한 집광기 바디(56)의 상부 개구 내에서 리세스될 수 있다. 집광기 바디는 그 측면에서 상이한 벽들로 구성될 수 있다. 집광기 바디(56)의 내벽은 입사광이 태양 전지(54)에 집광되는 것을 추가로 보조하기 위해 반사율이 높은 미러형 재료로 만들어지거나 코팅될 수 있다. 외벽은 전기 및 열 변환 중 하나 또는 둘 모두를 고려하여 하나 이상의 가능한 다른 유형의 태양열 집열 부품들로 구성되거나, 코팅될 수 있거나, 통합하거나 추가하는 구조를 가질 수 있다.

태양광 집광기의 좁은 단부에는 광학소자(52)에 의해 모아진 집광된 또는 집중된 광선을 받는 적어도 하나의 태양 전지(54)가 있다. 태양 전지는, 예를 들어, 광 에너지를 모으는 광전(PV) 전지, 열 에너지를 모으는 집열 전지, 또는 전기 에너지로 변환될 수 있는 빛과 열 에너지 모두가 입사하는 태양 광선에서 수집될 수 있도록 결합된 광열 전지일 수 있다. 일 실시예에서, 태양열 집열기를 태양광 어레이 추적기에 부착하는 집열기 노드는 집광된 광경로 내로 또는 집중된 광경로로부터 멀리 태양열 집열기를 이동시키는 장치를 더 포함할 수 있다. 특히, 태양열 집열기 노드의 상단에 위치한 태양 전지는 태양 전지(54)를 광학소자(52)에 의해 제공되는 태양열 집열기의 광 초점으로부터 가까이 또는 멀리 이동시키기 위해, 또는 태양 전지(54)에 대해 초점을 이동시키기 위해 전지의 위치를 변경하도록 하나 이상의 모터를 포함할 수 있는 기계식 시스템을 사용하여 이동될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템은 입사하는 빛 에너지가 광전(PV) 전지를 통해 전기를 생성하거나 방열판을 통해 열을 생성하거나 이 두 가지 조합을 통해 생성할지 선택할 수 있다. 태양열 집열기를 사용하는 이점 중 하나는 광학소자의 집광 효과로 인해 태양 전지의 크기가 더 작아질 수 있다는 것이다. 이는 또한 집열 시스템이 더 낮은 강도의 빛/열 에너지를 받는 더 큰 집열 전지로 달성할 수 있는 것보다 더 작고 더 효율적일 수 있게 하여 열 유체 전도 시스템에 단순성을 제공한다.

본 기술의 태양광 추적기 어레이는 그리드 연결 응용 분야에 사용되는 대규모 어레이에서 소규모 주거 응용 분야에 이르기까지 응용 분야에 적합하다. 주거용 설치의 경우, 집열기는 또한 옥상 태양 전지판 어레이로 설계할 수도 있으며, 하나의 추적기가 인접한 태양 에너지 하베스팅 요소로 구성된다. 본 기술의 추적기의 상승식 및/또는 앵글식 버전은 전체 발자국을 최소화하는 농업 및 기타 목적을 위해 아래의 토지를 완전히 사용할 수 있도록 지상에서 충분한 높이로 세울 수 있다.

본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 본 발명이 관련되고 본 명세서에 참고로 포함된 당업자의 기술 수준을 나타낸다. 본 발명은 이에 따라 기술되었고, 동일한 발명이 많은 방식으로 변경될 수 있음이 명백할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 되며, 당업자에게 자명한 그러한 모든 변형은 하기 청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

1. 제1 기계식 시스템을 포함하는 제1 길이방향 빔;
   제2 기계식 시스템을 포함하고 상기 제1 길이방향 빔으로부터 오프셋된 제2 길이방향 빔;
   상기 제1 길이방향 빔과 상기 제2 길이방향 빔 사이에서 연장되는 적어도 하나의 회전가능한 횡방향 빔을 포함하는 이중축 태양광 추적기로서, 상기 횡방향 빔은:
   집열기 노드 기계식 요소를 각각 포함하는 복수의 태양열 집열기 노드;
   횡방향 빔을 그 축 주위로 회전시키기 위해 제1 기계식 시스템과 결합하기 위한 제1 횡방향 빔 기계식 요소를 포함하는 제1 단부;
   태양열 집열기 노드의 집열기 노드 기계식 요소를 통해 횡방향 빔에 대해 복수의 태양열 집열기 노드를 기울이기 위해 제2 기계식 시스템과 결합하기 위한 제2 횡방향 빔 기계식 요소를 포함하는 제2 단부; 및
   복수의 태양열 집열기 노드 각각을 연결하는 도관을 포함하는 중공 단면을 포함하는 태양광 추적기.
2. 제1항에 있어서,
   제1 길이방향 빔, 제2 길이방향 빔, 또는 제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔이 횡방향 빔에서 도관에 연결되는 중공 단면을 포함하는 태양광 추적기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   도관은 전기 도관 및 유체 도관 중 하나 이상인 태양광 추적기.
4. 제3항에 있어서,
   유체 도관은 복수의 태양열 집열기 노드를 열 열병합 발전 시스템에 유체 연결하는 태양광 추적기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 기계식 시스템을 제어하기 위해 제1 기계식 시스템에 연결된 제1 모터 및 제2 기계식 시스템을 제어하기 위해 제2 기계식 시스템에 연결된 제2 모터를 더 포함하는 태양광 추적기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수의 태양열 집열기 노드에 연결된 복수의 태양 에너지 하베스팅 요소를 더 포함하는 태양광 추적기.
7. 제6항에 있어서,
   복수의 태양열 집열기 노드는 하나 이상의 광전 집광 전지, 집열 전지, 결합된 광열 전지 또는 이들의 조합을 포함하는 태양광 추적기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   횡방향 빔의 도관은 유체 도관이고 복수의 태양열 집열기 노드는 유체 도관에 연결된 통합된 열 유체 도관을 포함하는 태양광 추적기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔 중 적어도 하나는 길이방향 전기 주전원을 포함하고, 복수의 태양열 집열기 노드는 길이방향 전기 주전원에 전기적으로 연결되는 태양광 추적기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 길이방향 빔 및 제2 길이방향 빔 중 적어도 하나는 유체 도관 메인을 포함하고, 복수의 태양열 집열기 노드는 길이방향 유체 도관 메인에 유체 연결되는 태양광 추적기.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전가능한 횡방향 빔은 복수의 태양열 집열기 노드 상의 웜 기어와 결합하기 위한 복수의 웜 드라이브를 포함하는 태양광 추적기.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 횡방향 빔을 더 포함하는 태양광 추적기.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    장착 표면에 대해 태양광 추적기를 상승시키기 위한 장착 구조를 더 포함하는 태양광 추적기.
14. 제13항에 있어서,
    장착 구조는 장착 표면에 대한 태양광 추적기 어레이의 각도를 조정할 수 있는 태양광 추적기.
15. 제1 기계식 시스템을 포함하는 제1 길이방향 빔;
    제2 기계식 시스템을 포함하고 상기 제1 길이방향 빔으로부터 오프셋된 제2 길이방향 빔;
    상기 제1 길이방향 빔과 상기 제2 길이방향 빔 사이에서 연장되는 적어도 하나의 횡방향 빔을 포함하는 이중축 태양광 추적기로서, 상기 횡방향 빔은:
    복수의 태양열 집열기 노드 결합 요소를 포함하고, 그 축을 주위로 횡방향 빔을 회전시키기 위해 제1 기계식 시스템의 제1 길이방향 빔 결합 요소와 맞물리기 위한 제1 단부 및 횡방향 빔에 대해 복수의 태양열 집열기 노드를 기울이기 위해 제2 기계식 시스템 상의 제2 길이방향 빔과 맞물리는 제2 단부를 포함하는 회전식 샤프트;
    회전 샤프트 상의 복수의 집열기 노드 결합 요소 중 하나와 기계적으로 맞물리는 복수의 태양열 집열기 노드; 및
    복수의 집열기 노드 각각을 연결하는 도관을 수용하기 위한 중공 단면을 포함하는 태양광 추적기.
16. 제15항에 있어서,
    도관은 전기 도관 및 유체 도관 중 하나 이상인 태양광 추적기.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    횡방향 빔은 복수의 집열기 노드 각각을 전기 주전원에 전기적으로 연결하는 전기 도관을 포함하는 태양광 추적기.
18. 제16항에 있어서,
    횡방향 빔은 복수의 태양열 집열기 노드를 유체 열병합 발전 시스템에 유체 연결하는 유체 도관을 포함하는 태양광 추적기.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 태양열 집열기 노드는 광전 집광 전지, 집열 전지, 결합된 광열 전지 또는 이들의 조합을 포함하는 태양광 추적기.
20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 태양 전지를 더 포함하고, 각각의 태양 전지는 복수의 태양열 집열기 노드 중 하나에 연결되는 태양광 추적기.