WO2011049381A2 - 태양광 추적 장치 - Google Patents

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장중원
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(주)오로라테크놀로지
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar tracking device, and more particularly to a solar tracking device that can quickly and accurately track sunlight even after adverse conditions such as weather.
  • solar energy is a representative alternative energy, and is widely used as electricity or light energy.
  • photovoltaic power generation is a technology that directly converts solar energy of indefinite and pollution-free into electric energy.
  • the basic principle is that when solar light is irradiated to a solar cell, electron and hole pairs are generated by light energy.
  • Electromotive force is generated by a photovoltaic effect in which electrons and holes move and current flows through n and p layers, and current flows to an externally connected load.
  • the solar photovoltaic device collects the light of the sun by a lens or a reflecting mirror and then uses the optical cable to illuminate the room through an optical cable.
  • solar cells are commercialized as solar cell modules made of materials and structures that are resistant to climate and are rigid and connected in series and parallel with the required unit capacity.
  • the light collecting device is a module capable of collecting the sun, and is commercialized as a light collecting plate that does not know the sun's light and an optical cable that transmits the collected light to the room using a lens and a reflecting mirror.
  • solar cells or condensing lenses not only generate electricity or light on days and nights where sunlight is not exposed to rain, snow, or clouds, but also generate non-uniform direct current or light according to the intensity of solar radiation. Therefore, general photovoltaic power generation system and mining device have a solar cell array, a storage battery, a power controller, It consists of peripheral devices such as direct current and alternator (inverter), and the solar light mining device is composed of peripheral devices such as solar condenser lens or reflecting mirror and optical cable for transmitting light and diffuse lens for indoor lighting of condensed light. do.
  • Such a solar tracking device mainly includes a time schedule method for tracking the ecliptic according to the work force and a light sensing method for tracking the sunlight.
  • the light sensing method is a device that tracks sunlight, and a solar tracking sensor that detects the position of the sun occupies an important position.
  • a solar tracking sensor that detects the position of the sun occupies an important position.
  • four light beams are provided inside a cylindrical barrel. Sensors were placed in the direction of the north, south, east, west, and west, and the direction of light entering the barrel was traced to track the position of the sun.
  • the installation direction is generally installed based on the south-south, and when installing the first time to measure the south-side using a compass, etc., but there is a problem that you need to measure the south-south again when reinstalling for maintenance or solar panel replacement .
  • Korean Patent No. 151562 whose applicant is Samsung Construction Co., Ltd., and whose name is “solar tracking device”, discloses a solar tracking device for automatically tracking the movement of the sun.
  • the solar tracking apparatus which concerns on this patent document has the cylindrical main body 1 in which the circular hole 1a was formed in the center of an upper surface.
  • Precision measuring sensors S1, S2, S3, and S4 are respectively provided in the east, west, south, and north directions of the middle partition wall 2 formed in the inner side of the cross-section.
  • Each sector of the wide-angle plate 3 divided by 4) has a structure in which the wide-angle optical sensors S5, S6, S7, and S8 are provided.
  • Such a solar tracking device is expected to have the following problems.
  • the cross partition 4 provided to distinguish the wide-angle optical sensors (S5, S6, S7, S8) of the precision tracking optical sensors (S1, S2, S3, S4) located in the center of the cylindrical body (1)
  • the sensitivity is likely to be lowered. That is, if the sun is located behind the cross partition 4 when tracking sunlight, the cross partition 4 will cause a shadow to appear inside the cylindrical body 1, and the inside of the cylindrical body 1 This shadow will likely cause some of the four precision tracking optical sensors (S1, S2, S3, S4) to malfunction without extra precision position correction.
  • the sensors of the sector partitioned by the cross partition 4 are not only a function of accurately determining the position of the sun, 4) It is not expected to determine the exact position of the sun by itself.
  • the sensors of each sector in the cross partition 4 roughly search for the position of the sun through the detection value, and then rotate the cylindrical body 1 to the corresponding position, and then the optical sensor for central precision tracking.
  • S1, S2, S3, S4 is used to find the exact position of the sun, and the sensors of each sector can detect the exact position of the sun (the exact sun is not found). If the shadow generated by the cross partition 4 occurs in the process of detecting the sunlight S3, S4, it is expected that there will be a problem that the detection value of the sensor value is greatly generated.
  • the resistance value falls to the minimum value, and based on this, the position of the sun is determined.
  • the change of the detection value detected by the light sensor moves very finely. Therefore, even if the position of the sun is not exactly vertically incident, the resistance value falls to the minimum value.
  • the sensor detection method by the cross partition 4 proposed in this patent document is expected to only infer the position of the sun very roughly, and is not expected to have a certain degree of accuracy. This is very important for solar tracking, and if you track approximately the sun's position and then track it precisely with the central precision tracking sensors (S1, S2, S3, S4), it's quite good for solar tracking. This will take a long time.
  • the primary object of the present invention is to prevent the shadow caused by the wide-area tracking sensor to minimize the possibility of errors due to the shadow tracking device Is in providing.
  • Another object of the present invention is to provide a solar tracking device that can quickly track sunlight even after adverse conditions such as weather.
  • Still another object of the present invention is to provide a solar tracking device that can infer the position of the sun more accurately based on the amount of light received when the position of the sun is inferred by the global tracking sensor.
  • Still another object of the present invention is to provide a solar tracking device that can automatically measure the position of true north when the solar tracking device is installed and automatically set the direction to the true north position.
  • a precision tracking optical sensor module comprising a cylindrical body having at least an inside of at least one entrance to which sunlight is incident, and at least four precision tracking optical sensors respectively disposed in a direction of the inside of the cylindrical body;
  • a solar tracking device including a wide area tracking optical sensor module in which the sensor positioning recessed portion is formed radially, each of the sensor positioning recessed portions are arranged at least four optical tracking sensors for each direction according to the orientation. do.
  • a geomagnetic sensor for outputting azimuth information is disposed at the center of at least four precision tracking optical sensors disposed in the precision tracking optical sensor module.
  • the optical signal is not detected in the optical sensor module for precision tracking If not, the optical sensor module for detecting the optical signal from the wide area tracking module to generate a wide range coarse signal tracking the sun and the motor receives a fine coarse signal or a wide range coarse signal from the control unit to generate a driving clock of the motor It also includes a driver.
  • the controller and the motor driver may be provided on a substrate, and each of the precision tracking optical sensors may be disposed on the substrate.
  • the control unit may receive the signal of the geomagnetic sensor and output a true north position movement signal to the motor driver to automatically set the true north position.
  • the solar tracking device adopts a ring-shaped structure, so that shadows are not generated, thereby minimizing detection errors of sensor values that may occur due to shadows.
  • the present invention has the advantage of automatically recognizing the true north position information when the installation of the solar tracking device and automatically set the true north position using the north position information.
  • FIG. 1 is a perspective view of main parts of a solar tracking device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional structural view of the solar tracking device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the solar tracking device shown in FIG.
  • FIG. 4 is a view showing the direction of use of the signal in the use of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of the solar tracking circuit of the present invention.
  • FIG. 6 is a signal flowchart of a solar tracking device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a conventional solar tracking device.
  • optical sensor module for wide area tracking 110 sensor positioning depression
  • optical sensor for wide area tracking 20 optical sensor module for precision tracking
  • geomagnetic sensor 210 cylindrical body
  • optical sensor for precision tracking 320 control unit
  • FIG. 1 is a perspective view of a main part of a solar tracking device according to the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional structural view of Figure 1
  • Figure 3 is a plan view of Figure 1
  • Figure 4 shows the direction of use of the signal when using the present invention
  • 5 is a block diagram of a solar tracking circuit of the present invention
  • FIG. 6 is a signal flowchart of the present invention.
  • the solar tracking device includes an optical sensor module 20 for precision tracking and optical sensor module 10 for wide tracking.
  • the precision tracking optical sensor module 20 has four precision tracking optical sensors 220 disposed in the cylindrical body 210 and the inner side of the cylindrical body 210 according to an orientation as shown in FIG. 1.
  • Cylindrical body 210 has a long barrel structure as shown, the entrance of the sun is incident is preferably circular.
  • Geomagnetic sensor 21 is disposed in the center of the. The geomagnetic sensor 21 outputs an azimuth angle to true north.
  • Precision tracking optical sensor 220 should detect the sunlight incident from the east, west, south, north direction, it should be arranged at least one in the east, west, south, north direction. In order to more accurately detect and track sunlight, a greater number of precision tracking optical sensors 220 may be arranged at a constant azimuth.
  • Four wide-area optical sensor 220 is connected to the solar tracking circuit 30 composed of a control unit 320 and a motor driver 330 as shown in FIG.
  • the controller 320 receives the amount of light change from the four wide-area optical sensor 220 for outputting it as a fine coarse signal.
  • the fine coarse signal from the controller 320 is input to the motor driver 330 and output as a drive signal of the motor, and the motor which receives the drive signal of the motor operates as an actuator for tracking the sun.
  • the optical sensor module 20 for precision tracking must accurately determine the angular distance of movement of the sun, the narrow and long cylindrical shape of the cylindrical body 210 to which sunlight is incident may be advantageous.
  • Four precision tracking optical sensors 220 are located on the inner bottom surface of the cylindrical body 210, and utilized as a tracking signal for the fine movement of the sun through signal analysis as shown in FIG.
  • the cylindrical body 210 Around the inlet of the wide area tracking optical sensor module 10 is provided.
  • the present embodiment is inserted and formed around the inlet of the cylindrical body 210, those of ordinary skill in the art who are fully familiar with the specification of the present invention can also consider the one-piece and may also be partly individual design depending on the orientation.
  • Such a wide-area optical sensor module 10 has a symmetrical structure with respect to the longitudinal direction, as shown in FIG. 2, and has a tapered outer surface portion.
  • the optical sensor module 10 for wide area tracking is generally formed as a ring-shaped body in which a portion of the cross section is tapered in a conical shape as shown.
  • the tapered outer surface portion of the wide-area optical sensor module 10 is radially formed as shown, with four sensor positioning depressions 110 according to orientation.
  • Each of the sensor positioning depressions 110 is provided with four wide-area tracking optical sensors 120 in accordance with the orientation.
  • Each wide area tracking optical sensor 120 is embedded in the sensor positioning recessed portion 110 or received in a slot-shaped space such that a portion thereof is exposed to the outside.
  • the tapered outer surface portion of the wide-area optical sensor module 10 is oriented with respect to the sun in which the normal direction makes a circumferential motion. Therefore, when the optical tracking module 20 for precision tracking is standing vertically, since the part where the sunlight hits and the shadow is generated according to the sun's altitude for each hour of each season, the tapering of the optical sensor module 10 for wide tracking If the wide area tracking optical sensor 120 is formed in four directions of east, west, south, and north on the outer side surface portion, it is possible to track the position of the sun.
  • the optical sensor module for precision tracking It is possible to track the position of the sun even if it is tilted because it is tracking the sun rather than standing vertically.
  • the solar tracking device generates a fine coarse signal for tracking the sun using an optical signal sensed by the precision tracking optical sensor 220 inside the precision tracking optical sensor module 20,
  • the solar tracking circuit is provided in the form of a substrate inside the optical sensor module 20 for precision tracking.
  • a geomagnetic sensor 21 is provided.
  • the geomagnetic sensor 21 is formed on a substrate on which the precision tracking optical sensor module 20 is formed, and outputs azimuth information of the solar tracking device according to the present invention.
  • the control unit 320 which belongs to a part of the present invention receives the output of the geomagnetic sensor 21 and outputs a true north position movement signal to the motor driver 330.
  • the controller 320 drives the motor so that the solar tracking device according to the present invention always faces true north, as shown in FIG. 5, by providing a setting switch 22 on the motor driver side according to the present invention.
  • the solar tracking device is installed to output the true north position movement signal to the motor side, an apparatus for automatically finding the true north position and setting the orientation is provided.
  • the setting switch 22 is formed as an optional switch for blocking the fine coarse signal and the wide coarse signal when outputting the true north position shift signal.

Abstract

기상 등의 악조건 상황 이후에도 태양광을 쉽고 빠르게 추적할 수 있는 태양광 추적 장치가 개시되어 있다. 이러한 태양광 추적 장치는 적어도 태양광이 입사되는 입구의 내부가 대체로 원형인 원통형 바디 및 상기 원통형 바디의 내측에 방위에 따라 각각 배치되어 있는 적어도 4개의 정밀 추적용 광센서를 포함하는 정밀 추적용 광센서 모듈; 상기 원통형 바디의 입구 둘레에 일체로 형성되거나 삽입되어 형성되는 광역 추적용 광센서 모듈로서, 전체적인 종단면 형상은 대칭 구조를 이루고, 테이퍼링된 외측면 부분을 가지며, 상기 테이퍼링된 외측면 부분에는 방위에 따라 센서 포지셔닝 함몰 부위가 방사형으로 형성되어 있고, 각각의 상기 센서 포지셔닝 함몰 부위에는 적어도 4개의 광역 추적용 광센서가 방위에 따라 각각 배치되어 있는 광역 추적용 광센서 모듈;을 포함한다. 본 발명에 의한 태양광 추적 장치에서는 링형 구조를 채택하고 있어 그림자가 생기지 않기지 않아 그림자로 인해 발생할 수 있는 센서 값의 검출 오류를 최소화시킬 수 있다. 또한, 센서 슬롯이 존재하여 태양의 위치를 추론할 때 태양의 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있게 한다.

Description

태양광 추적 장치
본 발명은 태양광 추적 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기상 등의 악조건 상황 이후에도 태양광을 신속하고 정확하게 추적할 수 있는 태양광 추적 장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양에너지는 대표적인 대체 에너지로서, 전기 또는 빛 에너지로 널리 활용되고 있다.
대체 에너지 분야에서 태양광 발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술로서, 기본 원리는 태양전지(solar cell)에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과(photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르는 원리이다.
또한 태양광 채광장치는 태양의 빛을 렌즈 또는 반사거울에 의하여 집광한 후, 광케이블을 통하여 실내의 조명에 이용하는 원리이다.
이러한 태양 전지는 필요한 단위 용량으로 직·병렬 연결하여 기후에 견디고 단단한 재료와 구조의 만들어진 태양전지 모듈(solar cell module)로 상품화 된다.
또한 집광장치는 태양을 집광할 수 있는 모듈로서 렌즈와 반사거울을 이용하여 태양의 빛을 모르는 집광판과 집광된 빛을 실내로 전송하는 광케이블로 상품화된다.
그러나 태양전지 또는 집광렌즈는 비, 눈 또는 구름에 의해 햇빛이 비치지 않는 날과 밤에는 전기가 또는 빛이 발생하지 않을 뿐만 아니라 일사량의 강도에 따라 균일하지 않은 직류 또는 빛이 발생한다. 따라서 일반적인 태양광 발전 시스템 과 채광장치는 수요자에게 항상 필요한 전지를 공급하기 위하여 모듈을 직, 병렬로 연결한 태양전지 어레이(array)와 전력 저장용 축전지(storage battery), 전력 조정기(power controller) 및 직, 교류 변환장치(inverter)등의 주변장치로 구성되며 태양광 채광장치는 태양광 집광렌즈 또는 반사거울과 빛의 전달용 광케이블과 집광된 빛의 실내조명을 위한 확산렌즈 등의 주변장치로 구성된다.
그런데 이러한 대체에너지로서의 큰 전제는 태양에너지를 가장 효율적으로 활용하기 위한 장치가 있어야 하며, 이를 위하여 일주 운동을 하는 태양을 추적하는 장치가 널리 개발되어져 있다.
이러한 태양 추적장치는 주로 일력에 따라 황도를 추적하는 타임 스케쥴 방식과, 태양광을 따라 추적하는 광센싱 방식이 있다.
광센싱 방식은 태양광을 추적하는 장치로서 태양의 위치를 파악하는 태양광 추적 센서가 중요한 위치를 차지하고 있는데, 예를 들어 한국특허출원 제10-2002-0002413호와 같이 원통형 경통 내부에 4개의 광센서를 동서남북 방향에 형성시켜 두고 경통으로 들어오는 빛의 방향을 살펴보고 태양의 위치를 추적하였다.
그런데 이와 같은 선행기술의 경우에는 경통 내부로 태양광이 입사되는 것이 지속적으로 유지되는 경우에는 유효하나, 날씨의 변동이나 기타 불측의 사건에 의하여 경통 내부로 입사되던 태양광이 차단되어 태양의 위치를 감지할 유효한 빛이 전무할 때에는 다시 수동으로 태양광이 경통 내부로 입사되도록 조절해 주든지 일력에 따라 황도를 추적하는 타임 스케쥴 방식을 병용해야 하는데 타임 스케쥴을 입력 할려면 설치장소의 위치정보인 태양의 고도각과 방위각이 필연적인데 이 데이터의 입력을 위하여는 설치 지역의 데이터를 계산하여 입력해야 하는 문제점이 있다.
또한 설치 방향이 일반적으로 정남쪽을 기준으로 설치되는데 최초 설치시는 나침반 등을 이용하여 정남쪽을 측정하여 설치하지만 유지 보수 또는 태양전지판 교체를 위하여 재설치 시에는 다시 정남쪽을 반복 측정해야하는 문제가 있다.
한편, 출원인이 삼성건설주식회사이고 발명의 명칭이 "태양광 추적장치"인 한국등록특허 제151562호에는 태양의 이동을 자동으로 추적하는 태양광 추적 장치가 개시되어 있다.
이 특허문헌에 따른 태양광 추적 장치는 도 7 (이 특허문헌의 도 1에서 발췌) 및 이 특허문헌의 도 2에 도시된 바와 같이 원형의 구멍(1a)이 상면 중앙에 형성된 원통형 본체(1)의 내부에 형성된 중간 격벽(2)의 동, 서, 남, 북 4방향에는 정밀 측정용 광센서(S1, S2, S3, S4)가 각각 설치되어 있고, 원통형 본체(1) 일측의 십자격벽(4)에 의해 분할된 광각 플레이트(3)의 각 섹터에는 광각용 광센서(S5, S6, S7, S8)가 설치되어 있는 구조를 갖는다.
이러한 태양광 추적 장치는 다음과 같은 문제점이 예상된다.
첫째, 광각용 광센서(S5, S6, S7, S8)를 구분하도록 마련된 십자격벽(4)으로 인해 원통형 본체(1)의 중앙에 위치한 정밀 추적용 광센서(S1, S2, S3, S4)의 감도가 저하될 가능성이 높다. 즉, 태양광을 추적할 때 태양이 십자격벽(4) 뒤에 위치하게 될 경우, 십자격벽(4)으로 인해 원통형 본체(1)의 내측에 그림자가 생길 것이며, 원통형 본체(1)의 내측에 생긴 이러한 그림자로 인해 4개의 정밀 추적용 광센서(S1, S2, S3, S4) 중의 일부 센서가 별도의 정밀 위치 보정 없이는 오작동할 수 있는 가능성이 높을 것이다. 물론, 그림자가 생기지 않는 위치까지 회동한 후, 정밀 위치 보정을 수행할 수 있겠으나, 사실상 십자격벽(4)으로 구획된 섹터의 센서들은 정밀한 태양의 위치를 파악하는 기능이 아닐 뿐만 아니라 십자격벽(4)만으로 정확한 태양의 위치를 파악하지 못할 것으로 예상된다.
구체적으로, 십자격벽(4)에 있는 각 섹터의 센서들은 검출 값을 통해 태양의 위치를 대략적으로 검색한 후, 해당 위치로 원통형 본체(1)를 회동시키고, 이후, 중앙의 정밀 추적용 광센서(S1, S2, S3, S4)를 이용하여 정확한 태양의 위치를 찾는 것인데, 각 섹터의 센서들이 검색한 태양의 위치(정확한 태양의 위치를 찾지 못함)에서 정밀 추적용 광센서(S1, S2, S3, S4)가 태양광을 감지하는 과정에서 십자격벽(4)에 의해 생기는 그림자가 발생할 경우, 센서 값의 검출 오류가 크게 발생하는 문제가 있을 것으로 예상된다.
둘째, 이 특허문헌에서는 십자격벽(4)으로 구획된 섹터에 센서가 개별적으로 설치되기 때문에, 센서에 의한 검출 값을 토대로 태양의 위치를 쉽게 판단하지 못하는 문제가 발생할 것으로 예상된다.
즉, 광센서는 태양광이 수직으로 입사될 때, 저항값이 최저치로 떨어지며, 이를 기반으로 태양의 위치를 판단하게 되는데, 이러한 광센서에서 검출되는 검출값의 변화는 무척 미세하게 움직이게 된다. 따라서, 태양의 위치가 정확하게 수직으로 입사되지 않더라도, 그 저항값이 최저치로 떨어지게 된다.
결국, 이 특허문헌에서 제시하고 있는 십자격벽(4)에 의한 센서 검출 방식은 태양의 위치를 극히 대략적으로만 추론할 뿐, 어느 정도의 정확성을 갖지 못할 것으로 예상된다. 이는 태양광 추적을 위해 매우 중요하며, 대략적으로 태양의 위치를 추적한 후, 중앙에 있는 정밀 추적용 광센서(S1, S2, S3, S4)에 의해 정밀 추적을 할 경우, 태양광 추적 시 꽤 긴 시간이 걸리는 문제가 발생하게 될 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일차적인 목적은 광역 추적 센서에 의한 그림자가 생기지 않게 하여 그림자로 인한 오류 가능성을 최소화시킬 수 있는 태양광 추적 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 예를 들어 기상 등의 악조건 상황 이후에도 태양광을 신속하게 추적할 수 있는 태양광 추적 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 광역 추적 센서에 의해 태양의 위치를 추론할 때, 수광되는 광량 정도를 토대로 태양의 위치를 보다 정확하게 추론할 수 있는 태양광 추적 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 태양광 추적 장치의 설치 시 자동으로 정북의 위치를 측정하고 자동으로 정북의 위치로 방향을 설정할 수 있는 태양광 추적 장치를 제공하는 데에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,
적어도 태양광이 입사되는 입구의 내부가 대체로 원형인 원통형 바디 및 상기 원통형 바디의 내측에 방위에 따라 각각 배치되어 있는 적어도 4개의 정밀 추적용 광센서를 포함하는 정밀 추적용 광센서 모듈;
상기 원통형 바디의 입구 둘레에 일체로 형성되거나 삽입되어 형성되는 광역 추적용 광센서 모듈로서, 전체적인 종단면 형상은 대칭 구조를 이루고, 테이퍼링된 외측면 부분을 가지며, 상기 테이퍼링된 외측면 부분에는 방위에 따라 센서 포지셔닝 함몰 부위가 방사형으로 형성되어 있고, 각각의 상기 센서 포지셔닝 함몰 부위에는 적어도 4개의 광역 추적용 광센서가 방위에 따라 각각 배치되어 있는 광역 추적용 광센서 모듈을 포함하는 태양광 추적 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈에 배치되어 있는 적어도 4개의 정밀 추적용 광센서의 중심부에는 방위각 정보를 출력하는 지자기 센서가 배치된다.
또한, 본 발명의 더욱 더 바람직한 실시예에 있어, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈에서 광신호를 감지하여 태양광을 추적하는 미세 조동 신호를 발생시키며, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈에서 광신호가 감지되지 않을 경우, 상기 광역 추적용 광센서 모듈에서 광신호를 감지하여 태양을 추적하는 광역 조동 신호를 발생시키는 제어부와 상기 제어부로부터의 미세 조동 신호 또는 광역 조동 신호를 입력 받아 모터의 구동 클럭을 발생시키는 모터 드라이버를 더 포함한다.
상기 제어부와 상기 모터 드라이버는 기판에 구비될 수 있으며, 또한 상기 기판 상에는 각각의 상기 정밀 추적용 광센서가 배치될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 지자기 센서의 신호를 입력받아 상기 모터 드라이버에 정북 위치 이동 신호를 출력시켜 정북의 위치가 자동으로 세팅되게 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 태양광 추적 장치에서는 링형 구조를 채택하고 있어 그림자가 생기지 않기지 않아 그림자로 인해 발생할 수 있는 센서 값의 검출 오류를 최소화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 센서 슬롯이 존재하여 태양의 위치를 추론할 때 태양의 위치를 보다 정확하게 파악할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에서는 태양광 추적 장치의 설치시 정북 위치 정보를 자동으로 인식하며 상기 정북 위치 정보를 이용하여 자동으로 정북 위치를 세팅할 수 있는 잇점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 태양광 추적 장치의 요부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양광 추적 장치의 단면 구조도이다.
도 3은 도 1에 도시된 태양광 추적 장치의 평면 구조도이다.
도 4는 본 발명의 사용시 신호의 이용 방향을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 태양광 추적 회로 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 신호 흐름도이다.
도 7은 종래의 태양광 추적 장치를 보여주는 도면이다.
<도면의 주요부분에 관한 부호의 설명>
10 : 광역 추적용 광센서 모듈 110 : 센서 포지셔닝 함몰 부위
120 : 광역 추적용 광센서 20 : 정밀 추적용 광센서 모듈
21 : 지자기 센서 210 : 원통형 바디
220 : 정밀 추적용 광센서 320 : 제어부
330 : 모터 드라이버
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 요부 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면 구조도이며, 도 3은 도 1의 평면 구조도이고, 도 4는 본 발명의 사용 시 신호의 이용 방향을 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명의 태양광 추적 회로 블럭도이고, 도 6은 본 발명의 신호 흐름도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 태양광 추적 장치는 정밀 추적용 광센서 모듈(20)과 광역 추적용 광센서 모듈(10)을 포함한다.
정밀 추적용 광센서 모듈(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 바디(210)와 원통형 바디(210)의 내측에 방위에 따라 각각 배치되는 4개의 정밀 추적용 광센서(220)를 갖는다.
원통형 바디(210)는 도시된 바와 같이 길다란 경통 구조를 가지며, 태양광이 입사되는 이의 입구는 원형이 바람직하다.
원통형 바디(210)의 내측에 방위에 따라 각각 배치되는 4개의 정밀 추적용 광센서(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판(230)에 지지되어 결합되며, 상기 정밀 추적용 광센서(220)들의 중심부에는 지자기 센서(21)가 배치된다. 상기 지자기 센서(21)는 정북으로의 방위각을 출력한다.
정밀 추적용 광센서(220)는 동, 서, 남, 북 방향으로부터 입사되는 태양광을 감지해야 하므로, 동, 서, 남, 북 방향으로 적어도 하나씩 배치되어야 한다. 태양광을 보다 정밀하게 감지하여 추적하기 위해서는 더 많은 수의 정밀 추적용 광센서(220)가 일정한 방위각으로 배치될 수도 있을 것이다.
4개의 광역 추적용 광센서(220)는 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(320)와 모터 드라이버(330)로 구성된 태양광 추적 회로(30)에 연결된다.
제어부(320)는 상기한 4개의 광역 추적용 광센서(220)로부터의 광변화량을 입력 받아 이를 미세 조동 신호로 출력한다. 제어부(320)로부터의 미세 조동 신호는 모터 드라이버(330)에 입력되어 모터의 구동 신호로 출력되며, 모터의 구동 신호를 입력 받은 모터는 태양을 추적하는 액츄에이터로 작동된다.
정밀 추적용 광센서 모듈(20)은 태양의 이동 각거리를 정밀하게 정하여야 하므로, 태양광이 입사되는 이의 원통형 바디(210)의 좁고 길다란 원통형 형상이 유리할 것이다. 4개의 정밀 추적용 광센서(220)는 원통형 바디(210)의 내측 저면에 위치하며, 도 4에 도시된 바와 같은 신호 해석을 통해 태양의 미세 이동에 대한 추적 신호로 활용한다.
한편, 갑자기 구름이나 기타 그림자 등으로 인하여 원통형 바디(210)로 입사되는 태양광이 제로(0)가 되어 태양의 위치를 재추적할 소스 신호가 전혀 없게 되었을 때를 대비하여, 원통형 바디(210)의 입구 둘레에는 광역 추적용 광센서 모듈(10)이 제공된다. 본 실시예에서는 원통형 바디(210)의 입구 둘레에 삽입되어 형성되어 있지만, 본 발명의 명세서를 완벽하게 숙지한 당업자라면 일체형도 고려할 수 있으며, 또한 방위에 따라 부분적으로 개별적인 설계도 가능할 것이다.
이러한 광역 추적용 광센서 모듈(10)은 특히 도 2에 도시된 바와 같이 길이방향을 기준으로 하여 대칭 구조를 가지며, 테이퍼링된 외측면 부분을 갖는다. 광역 추적용 광센서 모듈(10)은 전체적으로는 도시된 바와 같이 단면의 일부가 원뿔형으로 테이퍼링된 링형 몸체로 형성되어 있다.
광역 추적용 광센서 모듈(10)의 테이퍼링된 외측면 부분에는 방위에 따라 4개의 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)가 도시되어 있는 바와 같이 방사형으로 형성되어 있다. 각각의 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)에는 방위에 따라 4개의 광역 추적용 광센서(120)가 각각 배치된다. 각각의 광역 추적용 광센서(120)는 이의 일부가 외부로 드러나게 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)에 매립되거나 슬롯 형태의 공간에 수용된다.
광역 추적용 광센서 모듈(10)의 테이퍼링된 외측면 부분은 법선 방향이 일주 운동을 하는 태양에 대하여 방향성을 갖는다. 따라서, 정밀 추적용 광센서 모듈(20)이 수직으로 서 있는 상태일 경우, 계절별 시간별 태양 고도에 따라 태양광이 닿는 부분과 그림자가 생기는 부분이 생기므로 광역 추적용 광센서 모듈(10)의 테이퍼링된 외측면 부분에 동, 서, 남, 북의 4개 방향으로 각각의 광역 추적용 광센서(120)를 형성시키면 태양의 위치를 추적할 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 테이퍼링된 외측면 부분에 내측으로 오목하게 들어간 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)를 형성시키면 입사되는 태양광의 입사각이 제한되므로 보다 정밀한 태양의 위치 추적이 가능해지며, 이로 인해 정밀 추적용 광센서 모듈(20)이 수직으로 서 있는 상태가 아닌 태양을 추적 중이어서 기울어진 상태일지라도 태양의 위치 추적이 가능해진다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의하면, 도 6에 도시된 바와 같이 직사광이 존속할 때는 정밀 추적용 광센서 모듈(20)의 내부에 있는 정밀 추적용 광센서(220)에서 발생되는 미세 조동 신호에 의하여 모터를 제어함으로써 태양을 추적하고, 구름이나 기타의 사고에 의하여 일정 시간 동안 그늘이 형성되어 정밀 추적용 광센서 모듈(20)로 직진하는 직사광이 완전히 사라져 태양의 위치를 잃어버렸을 때는 정밀 추적용 광센서 모듈(20)의 정밀 추적용 광센서(220)를 오프(off)시키고 광역 추적용 광센서 모듈(10)에 구비되어 있는 광역 추적용 광센서(120)에서 발생되는 광역 조동 신호에 의하여 모터를 제어함으로써 정밀 추적용 광센서 모듈(20)의 원통형 바디(210)의 저부로 다시 직사광이 입사되는 태양의 위치를 추적해 나가게 한다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 태양광 추적 장치는 정밀 추적용 광센서 모듈(20) 내부의 정밀 추적용 광센서(220)에 감지되는 광신호를 이용하여 태양을 추적하는 미세 조동 신호를 발생시키며, 정밀 추적용 광센서 모듈(20) 내부의 정밀 추적용 광센서(220)가 태양 궤도를 추적할 수 없는 구름 그늘 아래와 같은 암시야에 놓였을 때, 상기 광역 추적용 광센서 모듈(10)의 광역 추적용 광센서(120)에 감지되는 광신호를 감지하여 태양을 추적하는 광역 조동 신호를 발생시키는 제어부(320)와 상기 제어부(320)의 미세 조동 신호와 광역 조동신호를 입력받아 모터를 구동시키는 모터 드라이버(330)로 구성되는 태양광 추적 회로를 더 포함하여 구성된다. 이러한 모터 드라이버(330)의 신호에 의하여 구동되는 모터와 기어 뭉치 등 태양을 추적하는 엑츄에이터가 별개로 구성되어야 함은 물론이다.
따라서, 이러한 태양광 추적 회로는 본 발명의 일부에 속해야 한다. 본 발명의 실시예에서는 태양광 추적 회로가 정밀 추적용 광센서 모듈(20)의 내부에 기판의 형태로 제공되어 있다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 설치를 가정하여 보면, 모터에 의해 구동되는 기어에 의하여 적경, 적위 또는 고도, 방위각의 이동이 실현되는 마운트에 거치되어 사용될 것이다.
그런데 이와 같은 마운트의 움직임은 정북을 기준으로 구동되는 것이므로 마운트의 설치시 정북의 위치를 아는 것은 필연적이다.
따라서 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 세팅 시에는 정북의 위치를 알기 위하여 나침반을 사용하는 등의 정북 확인 작업을 요한다. 이를 위해, 본 발명에서는 지자기 센서(21)가 제공된다.
상기 지자기 센서(21)는 정밀 추적용 광센서 모듈(20)이 형성된 기판에 형성되어지며, 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 방위각 정보를 출력시킨다.
본 발명의 일부에 속하는 상기 제어부(320)는 상기 지자기 센서(21)의 출력을 입력받아 상기 모터 드라이버(330)에 정북 위치 이동 신호를 출력시킨다.
즉, 상기 제어부(320)는 본 발명에 따른 태양광 추적 장치가 항상 정북을 향하도록 모터를 구동시키는데, 도 5에 도시된 바와 같이 모터 드라이버측에 세팅 스위치(22)를 마련하여 본 발명에 따른 태양광 추적 장치의 설치 시 상기 정북 위치 이동 신호가 모터 측으로 출력되도록 하면, 자동으로 정북의 위치를 찾아 방위를 세팅하는 장치가 제공된다.
한편, 상기 세팅 스위치(22)는, 정북 위치 이동 신호를 출력시킬 때에는 미세 조동 신호와 광역 조동 신호를 차단시키는 선택적 스위치로 형성시킨다.
이러한 구성에 의하여, 태양광에 의한 위치 이동 신호의 간섭 없이 정확한 정북 위치의 세팅을 수행할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 적어도 태양광이 입사되는 입구의 내부가 대체로 원형인 원통형 바디(210) 및 상기 원통형 바디(210)의 내측에 방위에 따라 각각 배치되어 있는 적어도 4개의 정밀 추적용 광센서(220)를 포함하는 정밀 추적용 광센서 모듈(20);
    상기 원통형 바디(210)의 입구 둘레에 일체로 형성되거나 삽입되어 형성되는 광역 추적용 광센서 모듈(10)로서, 전체적인 종단면 형상은 대칭 구조를 이루고, 테이퍼링된 외측면 부분을 가지며, 상기 테이퍼링된 외측면 부분에는 방위에 따라 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)가 방사형으로 형성되어 있고, 각각의 상기 센서 포지셔닝 함몰 부위(110)에는 적어도 4개의 광역 추적용 광센서(120)가 방위에 따라 각각 배치되어 있는 광역 추적용 광센서 모듈(10);을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈(20)에 배치되어 있는 적어도 4개의 정밀 추적용 광센서(220)의 중심부에 배치되어 방위각 정보를 출력하는 지자기 센서(21)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈(20)에서 광신호를 감지하여 태양광을 추적하는 미세 조동 신호를 발생시키며, 상기 정밀 추적용 광센서 모듈(20)에서 광신호가 감지되지 않을 경우, 상기 광역 추적용 광센서 모듈(10)에서 광신호를 감지하여 태양을 추적하는 광역 조동 신호를 발생시키는 제어부(320); 및 상기 제어부(320)로부터의 미세 조동 신호 또는 광역 조동 신호를 입력 받아 모터의 구동 클럭을 발생시키는 모터 드라이버(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부(320)와 상기 모터 드라이버(330)가 기판에 구비되고, 상기 기판 상에 각각의 상기 정밀 추적용 광센서(220)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어부(320)는 상기 지자기 센서(21)의 신호를 입력받아 상기 모터 드라이버(330)에 정북 위치 이동 신호를 출력시켜 정북의 위치가 자동으로 세팅되게 하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적 장치.
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