KR940000835B1 - Apparatus for following sun-light - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 태양추적장치의 사시도.1 is a perspective view of a solar tracking device.
제2도는 태양추적장치의 측면도.2 is a side view of the solar tracking device.
제3도는 태양광검출기 B의 사시도.3 is a perspective view of the solar detector B.
제4도는 태양광검출기 B의 정면도.4 is a front view of the solar detector B.
제5도는 태양광검출기 B의 단면도.5 is a cross-sectional view of the solar detector B.
제6도는 태양광검출기 A.6 is a solar detector A.
제7도는 입사광선의 방향과 태양광검출기 A.7 shows the direction of incident light and photodetector A. FIG.
제8도는 태양추적장치의 구성도.8 is a block diagram of a solar tracking device.
제9도는 태양추적장치의 피드백제어에 따른 정지시 센서 1,2의 광기전력 변화이다.9 is a photovoltaic change of the sensors 1 and 2 at standstill according to feedback control of the solar tracking device.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
A : 태양광검출기 A B : 태양광검출기 BA: Solar Detector A B: Solar Detector B
1,2,3,4 : 1단계 위치조정센서 5,6 : 위치검출용센서1,2,3,4: 1st stage position adjusting sensor 5,6: Position detecting sensor
7,8,9,10 : 2단계 오차수정용센서 11 : 반사면7,8,9,10: 2-step error correction sensor 11: Reflective surface
12 : 수평축제어모타 13 : 수직축제어모타12: horizontal axis control motor 13: vertical axis control motor
14 : 동력전달기구 15 : 차광판14 power transmission mechanism 15 light shield plate
16 : 센서부착부분 17 : 광센서16: sensor attachment part 17: light sensor
18 : 외란광보호판18: disturbance light shield
본 고안은 태양열 시스템과 태양채광 시스템에 필요한 태양추적장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solar tracking device for a solar system and a solar light system.
종래의 태양추적장치의 제어기구는 크게 분류하여 시계장치, 컴퓨터와, 센서를 이용한 서보(servo)기구들이 있다. 컴퓨터를 이용한 태양추적장치는 궤도를 기억하여 시시각각 계산하여 추적을 하는 방식으로 되어 있으며, 센서를 이용하는 서보기구들은 태양광에 의한 광센서의 광기전력으로서 제어를 하는 방식으로 되어 있다. 또한 시계장치와 센서를 조합한 추적장치도 있다.The control mechanism of the conventional solar tracking device is largely classified into a clock device, a computer, and a servo device using a sensor. The solar tracking device using a computer stores tracks and calculates and tracks them every time. The servo mechanisms using sensors are controlled by photovoltaic power of an optical sensor by sunlight. There is also a tracking device that combines a watch and a sensor.
시계장치를 조합한 추적기구는 가장 오래된 것으로 기아와 클러치등의 기계적 장치가 필요하며 태양일출시간의 변화나 태양궤도의 계절에 따른 변화를 수동적으로 오차를 수정해야 하는 단점이 있다.The tracking mechanism that combines the clock device is the oldest and requires mechanical devices such as hunger and clutch, and has the disadvantage of manually correcting the error of the change in the sun sunrise time or the seasonal change of the sun orbit.
컴퓨터를 사용하는 방법은 부가장치를 포함하여 제조비용의 상승을 피할 수 없으며, 센서를 이용한 서보기구들은 센서의 특징상 구름등의 불규칙한 날씨에 영향을 받아 동작이 불안정한 문제점이 있다.The method using a computer cannot avoid an increase in manufacturing cost including an additional device, and the servo mechanisms using the sensor are unstable in operation due to irregular weather such as clouds due to the characteristics of the sensor.
또한 이러한 추적기구들은 슬릿이 뚫어진 상자나 렌즈등의 광학기구나 필요하며, 특히 센서와 시계장치를 조합한 추적기구는 센서와 시계장치의 연결에 복잡한 보조장치가 필요하다.In addition, such tracking devices require optical devices such as boxes or lenses with slit holes, and in particular, tracking devices in combination with sensors and clock devices require complicated auxiliary devices for connecting sensors and clock devices.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과 본 고안은, 시계나 컴퓨터 등의 보조기구가 없고 악천후에 영향을 받지 않으며, 일조시간의 대부분을 이용할 수 있도록 일조 시간 중의 태양궤도의 넓은 범위에서 자동조정이 가능하고, 태양광을 정밀하게 추적을 하여 최고의 효율로 이용할 수 있는 태양추적장치를 개발하였다.As a result of the study to solve the above problems, the present invention has no aids such as a clock or a computer, is not affected by bad weather, and automatically adjusts the sun's orbit during the sunshine to use most of the sunshine. We have developed a solar tracking device that is capable of this, and can accurately track sunlight and use it with the highest efficiency.
이하에서 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제8도는 본 고안의 태양추적장치의 구성도이다.8 is a block diagram of a solar tracking device of the present invention.
수직축제어에 있어서 태양광검출기 A(A)에 배치된 광센서 1,2(1,2)로 입사광을 받아서, 비교회로에서 광센서 1,2의 광기전력을 비교하여, 증폭회로에 광기전력의 차를 증폭하며, 구동회로에서 수직축의 회전방향과 회전속도를 결정하여 구동부를 좌우로 움직인다. 수평축제어에 있어서는 태양광검출기 B(B)의 앞부분에 배치된 광센서 3,4(3,4)로서 반사된 입사광을 받아서, 수평축제어용 비교회로에서 광센서 3,4의 광기전력을 비교하고, 증폭회로에서 광기저력의 차를 증폭하여, 구동회로에서 수평축의 회전방향과 회전속도를 결정하여 구동부를 상하로 움직인다.In the vertical axis control, the incident light is received by the optical sensors 1,2 (1,2) disposed in the photodetector A (A), the photovoltaic powers of the optical sensors 1, 2 are compared in the comparison circuit, and the amplification circuit It amplifies the difference, and determines the rotational direction and the rotational speed of the vertical axis in the drive circuit to move the drive to the left and right. In the horizontal axis control, the incident light reflected by the optical sensors 3, 4 (3, 4) disposed in front of the solar detector B (B) is received, and the photovoltaic powers of the optical sensors 3, 4 are compared in the horizontal axis control comparison circuit. The amplification circuit amplifies the difference in photovoltaic force, and in the driving circuit determines the rotation direction and the rotation speed of the horizontal axis and moves the driving unit up and down.
이렇게하여 1단계의 제어가 끝나면, 태양광검출기 B(B)의 앞부분에 배치된 위치검출용 센서 5(5)로서 반사면에서 반사된 태양광을 받아서 발생한 광기전력과, 반사면(11)의 위(6)에 배치된 광센서 6이 받은 직접 입사한 태양광에 대한 광기전력을 위치검출기에서 비교증폭하여 그 신호를 전환기에 보낸다. 전환기에서는 수직축제어에 대해서 광센서 1,2의 출력을 광센서 7,8(7,8)의 출력으로 전환하고, 수평축제어에 대해서는 광센서 3,4(3,4)의 출력을 광센서 9,10(9,10)으로 전환하여, 각각의 수직축제어용 비교회로와 수평축제어용 비교회로로 입력시킨다. 입력된 신호는 증폭회로와 구동회로를 거쳐서 구동부를 상하 좌우로, 반사면에서 반사된 태양광의 방향에 따라 움직여서 반사광이 일정한 위치로 반사되도록 제어한다.In this way, after the first stage of control, the photoelectric force generated by receiving the sunlight reflected from the reflecting surface as the position detecting sensor 5 (5) disposed in front of the photodetector B (B) and the reflecting surface 11 The photoelectric force for the directly incident sunlight received by the optical sensor 6 disposed above (6) is amplified in the position detector and sent to the converter. The converter switches the outputs of the optical sensors 1 and 2 to the outputs of the optical sensors 7, 8 (7 and 8) for the vertical axis control, and the outputs of the optical sensors 3 and 4 (3 and 4) to the optical sensor 9 for the horizontal axis control. And (10, 9, 10), and input to each of the vertical axis control comparison circuit and the horizontal axis control comparison circuit. The input signal is moved up, down, left and right through the amplifying circuit and the driving circuit, and moves in accordance with the direction of the sunlight reflected from the reflective surface to control the reflected light to be reflected at a constant position.
상기한 바와 같이 넓은 범위의 제어를 위하여 고안된 태양광검출기 A(A)를 설치하여 1단계의 위치조정을 하고, 1단계 위치조정의 완료를 검출하는 위치검출용센서(5,6)로서 다음 단계로 전환하여 2단계의 오차수정용센서(7,8,9,10)로서 오차를 수정한다.As described above, the photodetector A (A), which is designed for a wide range of control, is installed to adjust the position of the first stage, and the next stage as the position detection sensors 5 and 6 for detecting the completion of the first stage position adjustment. Switch to to correct the error with the error correction sensor (7, 8, 9, 10) of two stages.
1단계의 위치를 조정할 때 수평 및 수직축 제어를 위하여 설치된 각각 2개의 센서는 태양의 위치를 검출할 때 태양과 태양광검출기 A의 광축이 일치하지 않으면 각기 다른 광기전력을 출력한다.When adjusting the position of the first stage, two sensors each installed for horizontal and vertical axis control output different photovoltaic powers when the sun and the solar detector A do not coincide with each other when detecting the position of the sun.
두센서의 다른 광기전력차를 비교회로에서 검출하여 구동회로에서 증폭하여 태양광검출기 A가 태양의 위치와 일치하도록 구동부를 움직인다.Different photovoltaic differences of the two sensors are detected by the comparison circuit, amplified by the driving circuit, and the photodetector A is moved to match the position of the sun.
태양광검출기 A는 일단 조정되어진 위치가 위치검출용센서(5)에 검출될 때까지 좌우 자동적으로 움직인다. 이때 오차검출용센서(7,8.9,10)들은 위치검출용센서 (5)가 작동하여 릴레이로 회로절환을 하지 않으면 동작하지 않는다.The photodetector A moves automatically left and right until the position once adjusted is detected by the position detection sensor 5. At this time, the error detection sensors (7, 8.9, 10) do not operate unless the position detection sensor (5) is switched to the relay circuit.
제7도는 제1도의“A”로 나타낸 태양광검출기 A이다.7 is a photodetector A, indicated by "A" in FIG.
도시된 바와 같이 태양광검출기 A의 센서 1,2(1,2)는 차광판의 양측에 동일한 각도로 부착된 부분에, 차광판에 근접하여 배치되어 있다.As illustrated, the sensors 1,2 (1,2) of the photodetector A are disposed in close proximity to the light blocking plate at portions attached at the same angle to both sides of the light blocking plate.
제7도의 (b)와 같이 태양광이 차광판에 평행하지 않게 입사하면 센서 1,2에는 각기 다른 광기전력이 발생한다.As shown in (b) of FIG. 7, when photovoltaic light enters the light blocking plate not parallel to each other, different photovoltaic powers are generated in the sensors 1 and 2.
제7도의 (a)와 같이 태양광의 입사방향이 차광판과 일치할 경우에는 센서 1,2에는 동일한 광기전력이 발생한다.As shown in FIG. 7A, when the incident direction of sunlight coincides with the light blocking plate, the same photovoltaic power is generated in the sensors 1 and 2.
제7도의 (b)와 같은 경우에는 수직축 수평 방향제어는 비교회로기에서 두센서의 광기전력차를 검출 증폭하여 구동회로에 입력하고, 구동부를 움직여서, 태양광검출기 A가 광기전력의 차이를 작게 하고 광량을 더 많이 받는 센서의 방향으로 움직인다. 따라서 태양광검출기가 시계방향으로 회전하여 제7도의 (a)와 같이 두센서가 동일한 광량을 받을 때까지 움직인다.In the case of (b) of FIG. 7, the vertical axis horizontal direction control detects and amplifies the photovoltaic difference between the two sensors in the comparison circuit, inputs it to the driving circuit, and moves the driving unit so that the photodetector A reduces the difference in photovoltaic power. And move in the direction of the sensor receiving more light. Therefore, the solar detector rotates clockwise and moves until the two sensors receive the same amount of light as shown in FIG.
태양광검출기 A가 정지하는 순간 구동부에서 전자 브레이크가 작동하여도 태양광검출기 A는 제7도의 (a)의 방향에서 시계방향으로 약간 초과 회전을 하게 된다. 이때 센서와 구동부사이에는 피드백제어가 이루어진다.Even when the electromagnetic brake is activated in the driving unit at the moment when the photodetector A stops, the photodetector A rotates slightly in the clockwise direction in the direction of FIG. At this time, feedback control is performed between the sensor and the driving unit.
제9도에 도시된 바와같이 센서 1,2의 광기전력에 따라 수직축을 중심으로 구동부는 양방향으로 톱니파모양의 진동을 일으키면서 정지하며 실제의 구동동작에서는 진동은 거의 드러나지 않는다.As shown in FIG. 9, the driving unit stops while generating a sawtooth-shaped vibration in both directions along the vertical axis according to the photovoltaic power of the sensors 1 and 2, and the vibration is hardly revealed in the actual driving operation.
태양이 궤도를 따라서 동에서 서로 움직일때 태양광검출기 A(A)는 태양광의 입사방향을 추적하여 회전하게 되고 반사면(11)은 수직축을 중심으로 태양광검출기 A의 회전각도의 반각을 움직이게 된다.When the sun moves from east to west along the orbit, the photodetector A (A) rotates by tracking the incident direction of sunlight and the reflecting surface 11 moves the half angle of the rotation angle of the photodetector A about the vertical axis. .
이것은 수학적으로 움직이는 태양광선을, 계속하여 일정한 위치에 반사할때 반사면은 태양이 움직인 각도의 반각만큼 회전하여야 한다는 기하학적 수치이다.This is a geometric figure that reflects mathematically moving sunlight on a constant location, the reflecting surface must rotate by half the angle of the sun's movement.
수평축제어에 있어서, 태양광검출기 B(B)의 앞쪽에 설치된 센서 3,4(3,4)는 태양광이 반사면에서 반사되어 나온 빛을 받아 동일한 원리로 수평축을 중심으로 반사면(11)을 회전시킨다. 센서 3,4에 광기전력의 차이가 생성되면 반사면(11)은 광기전력의 차이를 줄이려는 방향으로 태양광의 입사방향을 따라 반사면을 위아래로 회전하게 한다. 이렇게 하여 1단계의 조정을 마친 반사면(11)은 태양광을 어느 정도 일정한 위치로 반사하는 정확도를 가진다.In the horizontal axis control, the sensors 3,4 (3,4) installed in front of the photodetector B (B) receive the light reflected from the reflecting surface and the reflecting surface 11 around the horizontal axis in the same principle. Rotate When a difference in photovoltaic power is generated in the sensors 3 and 4, the reflective surface 11 causes the reflective surface to rotate up and down along the incident direction of sunlight in a direction to reduce the difference in photovoltaic power. In this way, the reflective surface 11 which has completed the adjustment of one step has the accuracy which reflects the sunlight to a certain position to some extent.
이때 오차가 있는 이유는 수직축제어를 할때 기계적으로 한 기하학적 계산의 불완전함에 기인한다.The reason for this error is due to the incompleteness of the mechanical calculations during the vertical axis control.
이러한 오차를 수정하기 위하여 태양광검출기 B의 앞부분에 위치한 구멍속의 위치검출용센서 5로 1단계의 제어가 끝난 것을 확인하면 입력전환기에서 각각 수직축, 수평축에 대하여 센서 1,2,3,4의 입력을 전자릴레이로서 센서 7,8,9,10의 입력으로 절환시켜 주게 된다. 둘째 단계에서 센서 9,10은 수직축에 센서 7,8은 수평축에 대하여 광기전력들을 출력하여 비교기에 보내고 구동회로에서는 구동부에 오차를 수정하는 출력을 내게 된다.In order to correct this error, if the first stage control is completed with the position detection sensor 5 in the hole located in front of the photodetector B, the inputs of the sensors 1,2,3,4 are input to the vertical axis and the horizontal axis, respectively. Is switched to the input of the sensors 7, 8, 9, 10 as an electronic relay. In the second step, the sensors 9 and 10 output photovoltaic powers to the comparator on the vertical axis and the sensors 7, 8 send to the comparator, and the driving circuit outputs the error correcting to the driving part.
이렇게하여 최종적인 오차수정이 이루어진 후에 태양이 궤도를 따라서 움직일때 오차수정센서만으로 반사면을 구동시켜서 자동추적이 이루어지게 된다. 추적도중에 구름이 끼거나 악천후의 발생시에는 직사광이 거의 사라지게 되므로 모든 대응되는 센서[(1,2), (3,4), (5,6), (7,8), (9,10)]은 동일한 광량을 받게되어 추적장치는 정지하게 되고, 재차 맑은 날씨가 되어 태양이 나타나면 태양추적을 계속한다.In this way, after the final error correction is made, the automatic tracking is performed by driving the reflecting surface only with the error correction sensor when the sun moves along the orbit. Direct sunlight disappears almost in the event of clouding or bad weather during tracking. All corresponding sensors [(1,2), (3,4), (5,6), (7,8), (9,10)] Receives the same amount of light, and the tracking device stops, and when it is sunny again, the sun continues to track.
태양광검출기 A는 제7도의 (c)와 같이 입사광이 태양광검출기의 후면으로부터 입사할 때도 입사광이 센서의 유효작동범위에 해당되도록 센서가 배치되어 있다. 따라서 날씨가 오랜시간 흐린후 태양이 흐리기전의 위치보다 90°이상 이동하여 재출현 했을 때에도 태양을 추적할 수 있다.The photodetector A is arranged such that the incident light falls within the effective operating range of the sensor even when incident light is incident from the rear surface of the photodetector as shown in FIG. Therefore, the sun can be traced even after the weather has been cloudy for a long time, even when the sun reappears by moving more than 90 ° from the position before the sun.
이상의 설명과 같이 본 고안은 태양 추적기구가 태양광이 유용한 일조시간에, 태양궤도의 널은 범위에서 제어를 실현하기 위하여 센서를 최적의 위치로 배치하고, 첫째 단계에서 태양추적장치를 근사위치로 조정하며, 둘째 단계에서 오차수정을 하므로써 정확한 추적이 가능하다. 이렇게 두단계로 제어를 하여, 악천후시에도 오동작을 하지 않고 안정된 추적이 이루어지는 태양추적장치로써 태양열과 태양광 시스템에 사용이 가능하다.As described above, the present invention provides a solar tracking device in which sunlight is useful, and a solar track board is placed at an optimal position to realize the control in the range, and the solar tracking device is approximated at the first step. By correcting the error in the second step, accurate tracking is possible. By controlling it in two stages, it is possible to use it in solar heat and solar system as a solar tracking device that makes stable tracking without malfunctioning even in bad weather.
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- 1991-06-21 KR KR1019910010337A patent/KR940000835B1/en not_active IP Right Cessation
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