WO2014104468A1 - 태양광 발전장치 - Google Patents

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WO2014104468A1
WO2014104468A1 PCT/KR2013/001569 KR2013001569W WO2014104468A1 WO 2014104468 A1 WO2014104468 A1 WO 2014104468A1 KR 2013001569 W KR2013001569 W KR 2013001569W WO 2014104468 A1 WO2014104468 A1 WO 2014104468A1
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WO
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fixing member
hinge
main body
fixing
hinge coupling
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PCT/KR2013/001569
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English (en)
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박기주
김영석
이광진
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주식회사 라온테크
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    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/80—Accommodating differential expansion of solar collector elements
    • F24S40/85—Arrangements for protecting solar collectors against adverse weather conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
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    • F24S2030/10—Special components
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    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
    • F24S30/452—Vertical primary axis
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly, to a photovoltaic device capable of changing an arrangement angle and an arrangement direction of a solar cell module according to an altitude and a direction of the sun.
  • Power generation technologies that produce electricity using solar energy include solar power generation that generates electricity by driving heat engines using solar heat, and solar power generation that generates electricity from solar cells using sunlight.
  • the solar cell used for photovoltaic power generation includes a semiconductor compound device that converts sunlight directly into electricity.
  • the solar cell used for the photovoltaic power generation silicon and a composite material are usually used. Specifically, the solar cell is used by bonding a P-type semiconductor and an N-type semiconductor to use a photoelectric effect of producing electricity by receiving sunlight.
  • Most solar cells consist of a large area P-N junction diode, and the electromotive force generated at the anode end of the P-N junction diode is connected to an external circuit.
  • the minimum unit of such a solar cell is called a cell, and in practice, the solar cell is rarely used as it is.
  • the solar cell when used outdoors, it may be subjected to various harsh environments, so that a plurality of cells are packaged as a solar cell module to protect a plurality of cells connected in a required unit capacity in a harsh environment. Configure and use.
  • the solar cell module has to be used in large quantities in order to obtain a constant power, there is a limitation in the installation place, and the deformation of the lower support structure according to the arrangement of the solar cell module is not only limited.
  • the deformation of the lower support structure according to the arrangement of the solar cell module is not only limited.
  • the support structure for supporting a conventional solar cell module is a position once once the main frame and the support for supporting the solar cell module, the support pillar for supporting the main frame to the ground are often joined by welding, respectively. After welding was completed, it was difficult to adjust the arrangement.
  • the arrangement angle is fixed, and thus there is a limit in adjusting the arrangement angle of the solar cell module according to the change in solar altitude according to the seasonal change, so that the light collecting efficiency There is still a problem of low electricity production efficiency.
  • the conventional photovoltaic device is installed with a fixed angle toward the south facing the situation, so it is urgent to take measures against large variations in the electricity production by season.
  • the rotary photovoltaic device has a limitation that requires a facility capable of controlling the rotation at a precise angle by the load of the equipment rotating relative to the ground and external forces such as wind, snow and rain.
  • the present invention is to solve the above problems, and in response to changes in the altitude and direction of the sun can change the arrangement angle and direction of the solar cell module according to time zones and seasons, and make the solar cell module safe and easy Its purpose is to provide a photovoltaic device that can be installed.
  • the present invention for performing the above object is a support unit provided on the lower side of the support frame is mounted on the plurality of solar cell modules; A hinge coupler which is hinged to a lower side of the support unit to allow the support unit to rotate relative to the vertical direction; A horizontal driving part provided below the hinge coupling part and having a first driving motor rotating the hinge coupling part in a horizontal direction from an installation surface; The horizontal driving part is disposed inside the upper portion in a vertically long column shape, and a lower end portion is interposed between the main body part fixed to the installation surface and the hinge coupling part and the main body part to rotate the hinge coupling part on the main body part. It provides a photovoltaic device comprising a sensor unit for sensing.
  • the sensor part is coupled to an upper end of the main body part and disposed to be adjacent to a lower end side of the hinge coupling part, and coupled to a set position of the lower end side of the hinge coupling part, so that the hinge coupling part is rotated with the first member.
  • the first member may include a second member for changing current, voltage, or polarity.
  • the first member and the second member may be disposed closest to each other.
  • the photovoltaic device may further include a controller configured to control a rotation angle of the hinge coupler by receiving a change in current, voltage, or polarity applied to the first member by moving the position of the second member.
  • the control unit includes a counter for counting the number of pulses according to a rotation angle when the hinge coupler is rotated on the main body, and the pulses calculated by the counter when the first member and the second member are disposed adjacent to each other.
  • the number can be updated to the set value.
  • the photovoltaic device may further include a fixing part interposed between an upper end of the body part and a lower end of the hinge coupler to prevent backlash from occurring in the other direction while the hinge coupler rotates in one direction from the main body. have.
  • the fixing part may include a first fixing member which is hinged to a lower portion of the hinge coupling part and extends downward, and a first coupling member having a tooth pattern formed in a circumferential direction on an upper surface edge of the main body part.
  • the first fixing member may be disposed to be inclined such that the hinge coupling portion rotates in a forward direction and is prevented from interfering with the first coupling member, and the hinge coupling portion rotates in a reverse direction to interfere with the first coupling member.
  • the first fixing member may include a first tooth member which is formed in a shape opposite to the first coupling member so as to be engaged with the teeth formed in the first coupling member and is disposed at a lower end of the first fixing member.
  • the first engagement member has a first turning hole formed at the first starting point such that the first fixing member can rotate in a forward direction from the first starting point formed in the first setting section of the first engagement member toward the first end point. And a second turning hole formed in the first end point such that the first fixing member rotates in the opposite direction from the first end point to the first start point on the first set section.
  • the fixing part is hinged to one side of the lower end of the hinge coupling portion and extended downward, and hinged to the other side facing the first fixing member at the lower end of the hinge coupling portion to extend downward.
  • a second fixing member, a first engagement member having a tooth pattern patterned along the circumferential direction on an upper edge of the main body portion, and another tooth patterned along the circumferential direction of the body portion inside the first engagement member It may include a bi-matching member.
  • the first fixing member includes a first tooth member formed in a shape facing the first coupling member to be engaged with the teeth formed in the first coupling member and disposed on a lower end of the first fixing member.
  • the second fixing member may include a second tooth member which is formed in a shape facing the second coupling member so as to be engaged with the teeth formed in the second coupling member and disposed at a lower end of the second fixing member.
  • the first engagement member has a first turning hole formed at the first starting point such that the first fixing member can rotate in a forward direction from the first starting point formed in the first setting section of the first engagement member toward the first end point. And a second turning hole formed in the first end point so that the first fixing member can rotate in the opposite direction from the first end point toward the first start point on the first set section.
  • the member may include a third turning hole formed in the second starting point such that the second fixing member may rotate in a forward direction from the second starting point formed in the second setting section of the second engagement member toward the second end point.
  • a fourth turning hole formed in the second end point so that the fixing member may rotate in the opposite direction from the second end point toward the second start point on the second set section.
  • the first setting section formed between the first turning hole and the second turning hole and the second setting section formed between the third turning hole and the fourth turning hole may be formed in a range of 200 to 220 °. Can be.
  • the first fixing member or the second fixing member is provided on one side of the first tooth member or the second tooth member so that the hinge coupling portion can slide on the first engagement member or the second engagement member, respectively, when the hinge coupler rotates in the reverse direction. It may include a sliding member.
  • FIG. 1 is a rear perspective view of a photovoltaic device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the photovoltaic device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the photovoltaic device shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a side view illustrating the fixing part shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a plan view showing the fixing part shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a plan view showing the fixing part shown in FIG. 3.
  • 6 to 8 are reference diagrams showing an operating state of the fixing part shown in FIG.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a photovoltaic device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing the fixing part shown in FIG. 9.
  • FIG. 10 is a plan view showing the fixing part shown in FIG. 9.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view schematically showing an enlarged view of the sensor unit shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a rear perspective view of a photovoltaic device 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side view of the photovoltaic device 100 shown in FIG.
  • the photovoltaic device 100 includes a support unit provided on a lower side of the support frame 110 on which a plurality of solar cell modules 10 are mounted, and the support unit 120.
  • the hinge coupling portion 140 hinged to the lower side of the support unit so as to rotate relative to the vertical direction, and the hinge coupling portion 140 is provided below the hinge coupling portion 140 in the horizontal direction from the ground.
  • the horizontal driving unit 200 is provided with a first driving motor (M1) to rotate, and the horizontal driving unit 200 is disposed inside the upper portion in a vertical column shape formed in the vertical direction, the lower end portion is fixed to the installation surface ( 400 and the upper portion of the main body portion 400 and the hinge coupling portion 140 to prevent the backlash occurs in the other direction while the hinge coupling portion 140 rotates in one direction from the main body portion 400 Fixed part 600 interposed between the bottom It includes.
  • M1 first driving motor
  • the solar cell module 10 is disposed horizontally long and four sheets are arranged vertically by three horizontally, so that a total of 12 solar cell modules 10 are provided.
  • the output of 3kW, the number of the solar cell module 10 is only related to the total photovoltaic power generation capacity can be changed accordingly the arrangement and shape of course.
  • the solar cell module 10 has a longer horizontal length than the vertical length, and the support frame 110 is assembled to have a vertical length corresponding to the size of the solar cell module 10, It is formed to have a length equal to or smaller than the width.
  • the support frame 110 is a beam shape having a cross section of a square, the size is determined according to the number of the solar cell module 10 required in accordance with the power generation capacity according to the photovoltaic power generation, and assembled by the combination The size of the support frame 110 can be changed fluidly.
  • the solar cell module 10 has a plurality of patterns formed in a lattice structure, and is spaced laterally so as to form a gap between adjacent solar cell modules so that wind or snow may move.
  • the solar cell module 10 may be spaced apart from each other to generate a height difference between adjacent solar cell modules in a zigzag direction so that wind or snow may move.
  • a lightning arrester (not shown) may be provided at an upper edge portion of the support frame 110.
  • the lightning arrester is disposed at a position higher than an upper surface of the solar cell module 10 to prevent a lightning strike directly on the solar cell module 10.
  • the lightning arrester has been described as an example provided in the upper corner portion of the support frame 110, in the place where the solar cell module 10 is laid in the horizontal direction, the corners of the support frame 110 By installing a lightning rod, the solar cell module 10 may be prevented from being damaged from lightning.
  • the support unit 120 provided on the bottom surface of the support frame 110 is a pair of vertical frames 150 provided to be spaced apart from each other in the vertical direction, the first connecting the central portion of the vertical frame 150 A horizontal frame 122, a second horizontal frame 123 connecting both ends of the vertical frame 150, a third horizontal frame 124, and a first horizontal frame 122 and the second horizontal
  • the frame 123 includes an auxiliary frame 125 connecting the center of each.
  • the vertical frame 150 is arranged side by side spaced apart from each other in a hollow rectangular beam shape, the load and wind pressure of the support frame 110 and the load of snow accumulated on the solar cell module 10 top surface must also support. Therefore, it is made of a material having a relatively large cross-sectional area and strong rigidity.
  • the first horizontal frame 122 is provided to connect centers between the vertical frames 150, and the first horizontal frame 122 is also manufactured under consideration of various stresses as a part receiving a large load.
  • the second horizontal frame 123 and the third horizontal frame 124 are provided to connect one end and the other end of the vertical frame 150, respectively, the vertical frame 150 and the first horizontal frame ( Since the load received is small as compared with 122), it can be formed as a square beam with a small cross-sectional area.
  • the horizontal driving unit 200 is built in the main body 400 supporting the ground, the first driving motor (M1) is provided therein, the hinge coupling portion 140 and the first driving motor (M1) is coupled
  • the azimuth angle is adjusted by the rotation of the first driving motor M1.
  • the lower side of the support unit 120 is provided with a hinge coupling portion 140 for coupling the support unit 120 to be rotatable in the vertical direction.
  • the hinge coupler 140 includes a hinge coupling frame 141 hinged to the bottom of the first horizontal frame 122, an upper surface of the hinge coupling frame 141, and a bottom surface of the first horizontal frame 122. Is formed in a hinge coupling structure is interposed in, and includes a plurality of fastening members 142 for supporting the load of the support unit 120 distributed.
  • the hinge coupling frame 141 supports the support frame 110 and the support unit 120 as a whole, and a cross section is relatively larger than that of the support frame 110 and the support unit 120. It is largely formed.
  • the support frame 110 to which the solar cell module 10 is coupled is inclined to have a predetermined inclination angle with respect to the ground.
  • the support unit 120 rotates relative to the hinge coupling frame 141 disposed below the support unit 120 in the vertical direction.
  • Reference numeral 500 in FIG. 2 denotes a control unit
  • 700 denotes a sensor unit. Detailed description of the control unit and the sensor unit will be described later.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the photovoltaic device 100 shown in FIG. 1
  • FIG. 4 is a side view showing the fixing part 600 shown in FIG. 3
  • FIG. 5 shows the fixing part 600 shown in FIG. 3.
  • 6 to 8 are reference diagrams showing an operating state of the fixing part 600 shown in FIG. 4.
  • the fixing part 600 is disposed between the hinge coupling part 140 and the main body part 400.
  • the fixing part 600 is stopped when the hinge coupler 140 is rotated clockwise or after rotating in the clockwise direction on the main body 400, and has an external force such as wind or the hinge coupler 140.
  • the hinge coupling part 140 provides a function of preventing the reverse rotation of the counterclockwise direction in a fine counterclockwise direction by the load backlash action.
  • the clockwise direction means the forward direction
  • the counterclockwise direction means the reverse direction, respectively.
  • the fixing part 600 extends downward from the lower surface of the hinge coupling part 140 and is coupled to be rotatable, and along the circumferential direction on the upper edge portion of the main body 400. And a first engagement member in which teeth are formed.
  • the first fixing member 610 may be conveyed in the forward or reverse direction on the first engagement member 620, the hinge coupling portion 140 is only when the hinge coupling portion 140 rotates in the forward direction Interference occurs with the first engagement member 620 in the reverse direction so that rotation in the forward direction is possible.
  • the first fixing member 610 includes a first tooth member 611 formed at a lower end in a shape opposite to a tooth formed in the first engagement member 620.
  • the first tooth member 611 is movable on the first engagement member 620 in the forward direction, and is engaged to limit the movement in the reverse direction.
  • the first fixing member 610 is disposed to be inclined upwardly toward the forward direction, when the first tooth member 611 is restricted from moving in the reverse direction on the first engagement member 620, the first fixing member 610. As the force is transmitted to 610, the rotation of the hinge coupler 140 is limited.
  • the first fixing member 610 is movable in the forward direction and cannot be restored in the reverse direction, the pair of first fixing members 610 and the first fixing member 610 are released on the first fitting member 620.
  • the turning hole is formed.
  • the first fixing member 610 is set from the first starting point S1 to the first end point in the first setting section P1 which is set to be the copper line of the first fixing member 610 on the first engagement member 620.
  • the first turning hole 621 formed in the first starting point S1 and the first fixing member 610 are formed from the first ending point E1 so as to rotate in the forward direction toward the first direction E1.
  • a second turning hole 622 formed at the first end point E1 so as to rotate in a reverse direction toward S1.
  • the first set period P1 is formed between the first start point S1 and the first end point E1, and is rotated on the hinge coupler 140 on the first set period P1.
  • the first fixing member 610 moves in conjunction.
  • the hinge coupler 140 rotates in the opposite direction from the first end point E1 toward the first starting point S1.
  • the first fixed member 610 needs a turning point to move in the reverse direction.
  • the first fixing member 610 disposed in engagement with the first engagement member 620 at the first starting point S1 moves in linkage with the forward direction in response to the forward rotation of the hinge coupler 140.
  • the first fixing member 610 is inserted into the second turning hole 622 and the first engagement member 620. ) Will be released.
  • the first fixing member 610 is inserted into the first turning hole 621 to complete the rotation of the hinge coupler 140, and between the hinge coupler 140 and the main body 400.
  • a predetermined play may be formed in the horizontal direction.
  • the gap is the torque (such as impact or friction force) between the hinge coupling portion 140 and the main body 400 by external forces such as wind or rain and snow until the photovoltaic device starts photovoltaic generation the next day. Torque) can be prevented.
  • the first setting section P1 formed between the first turning hole 621 and the second turning hole 622 is preferably formed in the range of about 200 to 220 °. This range corresponds to the rotation angle of the hinge coupler 140 according to the movement path from the sunrise to the sunset of the solar cell module 10 shown in FIG. 1.
  • the first fixing member A sliding member 650 is provided on one side surface of the first tooth member 611 to prevent an end bottom surface of the 610 from rubbing the first engagement member 620 to generate noise or vibration.
  • the sliding member 650 is formed to be greater than the distance between the tooth of the tooth formed on the first engagement member 620 and the acid, the first fixing member 610 and the first engagement on the first engagement member 620 It provides a function to significantly reduce the noise and friction between the members (620).
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a photovoltaic device according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a plan view illustrating the fixing part 600 ′ shown in FIG. 9.
  • the same reference numerals as the above-mentioned reference numerals represent the same components.
  • the fixing part 600 ′ is hinged to one side of the lower end of the hinge coupling part 140 to extend downward, and the first fixing member 610 and the hinge coupling part.
  • the second fixing member 630 which is hinged to the other side facing the first fixing member 610 at the lower end of the 140 and extends downward, and the circumferential direction to the upper edge of the main body 400 Accordingly, the first engagement member 620 having the tooth pattern formed thereon and the second engagement member 640 having another tooth pattern formed along the circumferential direction of the main body 400 inside the first engagement member 620. ).
  • the first fixing member 610 corresponds to the first coupling member 620
  • the second fixing member 630 is disposed to correspond to the second coupling member 640.
  • the second fixing member 630 and the second coupling member 640 are disposed inside the first fixing member 610 and the first coupling member 620, and the hinge coupling part 140 is disposed. ) And the main body 400 are disposed to face each other.
  • the second fixing member 630 and the second fitting member 640 correspond to the first fixing member 610 and the second fitting member 640, respectively.
  • 640 provides a function of doubling the anti-rotation function.
  • the second fixing member 630 and the first fixing member 610 and the first engagement member 620 prevent the backlash between the hinge coupler 140 and the main body 400.
  • the bi-matching member 640 may be further provided to provide a reverse prevention function with a more stable structure.
  • the first fixing member 610 is formed in a shape opposite to the first coupling member 620 to engage with the teeth formed in the first coupling member 620 to the lower end of the first fixing member 610 And a first tooth member 611 disposed therein, and the second fixing member 630 faces the second engagement member 640 to engage the teeth formed in the second engagement member 640.
  • it includes a second tooth member 631 formed in the lower end of the second fixing member 630.
  • the first engagement member 620 is the first end point (E1) from the first starting point (S1) formed in the first setting section (P1) of the first fixing member 610 of the first engagement member (620)
  • the second engagement member 640 has a second end point (E2) from the second starting point (S2) is formed in the second setting section (P2) of the second fixing member 630 of the second engagement member (640).
  • the second fixing member 630 is inserted into the third turning hole 641 so as to be inserted into the first setting section.
  • the ranges of P1 and the second setting section P2 are formed the same.
  • the second setting section P2 formed between the third turning hole 641 and the fourth turning hole 642 is preferably formed in the range of about 200 to 220 °. This range corresponds to the rotation angle of the hinge coupler 140 according to the movement path from the sunrise to the sunset of the solar cell module 10 shown in FIG. 1.
  • the second fixing member 630 may have a sliding member provided on one side of the second tooth member 631 in the same manner as the first fixing member 610.
  • the fixing parts 600 and 600 ′ are provided between the hinge coupler 140 and the main body 400, the backlash of the hinge coupler 140 is generated on the main body 400. At the same time, it can be significantly reduced, and an effect of preventing distortion or breakage due to external force can be expected.
  • FIG. 11 is a partially enlarged view schematically showing an enlarged view of the sensor unit shown in FIG. 2.
  • the sensor unit 700 is interposed between the hinge coupler 140 and the main body 400 to sense an angle at which the hinge coupler 140 rotates on the main body 400. Provide the function.
  • the sensor unit 700 includes a first member 710 coupled to an upper end of the main body 400, and a second member 720 disposed at a lower side of the hinge coupling part 140.
  • the first member 710 is coupled to the upper end of the main body portion 400 is disposed adjacent to the lower side of the hinge coupling portion 140, the hinge coupling portion 140 is always the hinge coupling portion ( 140 is fixed to be disposed toward the bottom side.
  • the second member 720 is coupled to a set position on the lower side of the hinge coupler 140, and the hinge coupler 140 is disposed at least once adjacent to the first member 710 during rotation.
  • the first member 710 and the second member 720 may be in contact, or may be configured in a contactless manner as in the embodiment of the present invention.
  • the first member 710 and the second member 720 is a proximity sensor selected from a magnetic type, a magnetic saturation type, a high frequency oscillation type, a differential coil type, and a capacitive type, and use a non-contact type detector as an example.
  • a proximity sensor selected from a magnetic type, a magnetic saturation type, a high frequency oscillation type, a differential coil type, and a capacitive type, and use a non-contact type detector as an example.
  • the oscillation amplitude generated in the detection coil is attenuated or stopped.
  • the presence or absence of the detection object is determined using the change amount of the amplitude, wherein the first member 710 and the first The two members 720 may correspond to the detection coil and the detection object, respectively.
  • the first member 710 and the second member 720 may correspond to the pole plate and the object, respectively.
  • the sensor unit 700 has a current and voltage in the first member 710 while the hinge coupler 140 is disposed to be adjacent to the first member 710 and the second member 720 by the forward rotation.
  • a change in polarity may occur to detect a maximum adjacent position of the first member 710 and the second member 720.
  • the first member 710 is fixed to the upper side of the main body 400 corresponding to the central portion of the first setting section P1, and the second member 720 is fixed.
  • the setting position is disposed in the central portion of the angle of the hinge coupling portion 140 is rotated on the first setting section (P1).
  • first member 710 and the second member 720 are disposed closest to each other at the azimuth angle corresponding to the south-high altitude of the sun by the forward rotation of the hinge coupler 140.
  • the control unit 500 shown in FIG. 2 changes the current, voltage, or polarity applied to the first member 710 when the first member 710 and the second member 720 are disposed adjacent to each other. Received to control the rotation angle of the hinge coupler (140).
  • the controller 500 includes a counter 510 that calculates the number of pulses according to the rotation angle when the hinge coupler 140 rotates on the main body 400.
  • the counter 510 calculates the number of pulses according to the angle at which the hinge coupler 140 rotates in the forward direction. In this case, the control unit 500 determines that the hinge coupler 140 stops by an external force or a load. Because it rotates slightly more forward, it provides a function to correct azimuth.
  • control unit 500 updates the number of pulses calculated by the counter to a set value while the hinge coupler 140 is slightly narrowed.
  • the cumulative value of the overpulse number rotated in the forward direction is updated to correct the new set value.
  • the first member 710 and the second member 720 are azimuth angles according to the south-high altitude of the sun, that is, at the intermediate point of the first end point E1 to the first start point S1 as shown in FIG. 5. Since the accumulated overpulse is corrected, the hinge coupler 140 can track the position of the sun at an optimal angle on the main body 400.
  • the photovoltaic device by installing the solar cell module in a structure that rotates in one axis or two axes along the altitude or azimuth of the sun to prevent deformation or breakage caused by external force, according to the external force Since the amount of change in the altitude and azimuth can be corrected, it is possible to install and apply to a photovoltaic device having various structures and shapes.
  • photovoltaic device 110 support frame

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Abstract

본 발명은 복수개의 태양전지 모듈이 상면에 장착되는 지지프레임의 하측에 마련되는 지지유닛; 상기 지지유닛을 수직방향으로 상대회동시킬 수 있도록 상기 지지유닛의 하측에 힌지 결합되는 힌지결합부; 상기 힌지결합부의 하측에 마련되어 상기 힌지결합부를 설치면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부; 수직방향으로 길게 형성된 기둥 형상으로 상부 내측에 상기 수평구동부가 배치되고, 하단부가 설치면에 고정되는 본체부 및 상기 힌지결합부와 본체부 사이에 개재되어 상기 본체부 상에서 힌지결합부가 회전한 각도를 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.

Description

태양광 발전장치
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로서, 상세하게는 태양의 고도 및 방향에 따라서 태양전지 모듈의 배치각도 및 배치 방향을 변화시킬 수 있는 태양광 발전장치에 관한 것이다.
현재 석유, 석탄과 같은 화석연료가 고갈됨에 따라서 대체에너지의 개발이 진행되고 있는데, 특히 태양 에너지를 활용하는 에너지 자원 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
태양 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기술로는 태양열을 이용하여 열기관을 구동시켜 전기를 발전시키는 태양열 발전과, 태양광을 이용하여 태양전지로 부터 전기를 발생시키는 태양광 발전이 있다.
여기서, 태양광 발전에 사용되는 태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 반도체 화합물 소자를 포함한다.
상기 태양광 발전에 이용되는 태양전지는, 통상적으로 주로 실리콘과 복합재료가 이용된다. 구체적으로, 태양전지는 P형 반도체와 N형 반도체를 접합시켜 사용하는 것으로, 태양 빛을 받아 전기를 생산하는 광전효과를 이용하는 것이다.
대부분의 태양전지는 대면적의 P-N 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 P-N 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하여 사용하게 된다.
이러한 태양전지의 최소 단위를 셀(Cell)이라고 하는데, 실제로 태양전지를 셀 그대로 사용하는 일은 거의 없다.
실제 사용되는데 필요한 전압이 수 V에서 수십 혹은 수백 볼트(V) 이상인데 비하여 셀 1개로부터 나오는 전압은 약 0.5V로 매우 작기 때문인데, 이 때문에 다수의 단위 태양전지들을 필요한 단위 용량으로 직렬 또는 병렬 연결하여 사용하고 있다.
또한, 태양전지가 야외에서 사용되는 경우 여러 가지 혹독한 환경에 처하게 되므로, 필요한 단위 용량으로 연결된 다수의 셀을 혹독한 환경에서 보호하기 위하여 복수의 셀을 패키지로 한 태양전지 모듈(solar cell module)로 구성하여 사용한다.
그러나 태양전지 모듈은, 일정 전력을 얻기 위하여 다량 사용되어야 하기 때문에 설치장소에 제한이 따르고, 태양전지 모듈의 배치 구조에 따른 하부 지지구조의 변형에 제약이 따를 뿐만 아니라, 태양전지 모듈은 건물 옥상이나 옥외 시설물 등에 설치할 때는 별문제가 없지만, 주택의 상당수를 차지하는 공동주택에 설치하는 경우에는 세대 내 개별 설치가 어려운 문제점이 있다.
또한 종래의 태양전지 모듈을 지지하기 위한 지지구조물은 메인프레임들과 태양전지 모듈을 지지하는 지지대들, 메인프레임을 지면에 대해서 지지하는 지지기둥 등이 각각 용접에 의하여 접합되는 경우가 많아서 일단 한번 위치가 정해진 후 용접이 완료되면 배치상태 조정에 어려움이 있었다.
특히, 수많은 태양전지 모듈을 대량으로 지지하는 고정형 지지구조물의 경우, 그 배치각도가 고정되어 있어서, 절기 변화에 따른 태양 고도에 변화에 따라 태양전지 모듈의 배치각도를 조정하는데 한계가 있어서 집광효율 및 전기생산 효율이 떨어지는 문제점도 여전히 내포한다.
우리나라의 경우, 위도(38°)를 고려한 각 계절별 태양의 남중고도를 살펴보면, 춘분 또는 추분에는 태양의 남중고도가 대략 52°정도이고, 하지에는 75.5°가 되며, 동지에는 28.5°정도가 된다.
그러나 종전의 태양광 발전장치는 정남향을 향하여 고정된 각도를 가진 채 설치되어 있어서 계절별로 전기생산량의 편차가 크게 발생하는데 따른 대책이 시급한 실정이다.
게다가 회전식 태양광 발전장치는 지면으로부터 상대 회전하는 설비의 하중과, 바람이나 눈, 비와 같은 외력에 의해 정확한 각도로 회전을 제어할 수 있는 설비를 필요로 하는 한계가 있다.
또한 태양의 이동 경로를 따라서 회전하는데 외력에 의해 백래쉬가 발생하여 회전각도에 영향을 주거나, 설비가 파손되는 등의 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 태양의 고도와 방향의 변화에 대응하여 태양전지 모듈의 배치각도와 배치방향을 시간대별 및 계절별로 변화시킬 수 있고, 태양전지 모듈을 안전하면서도 용이하게 설치할 수 있는 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 수행하기 위한 본 발명은 복수개의 태양전지 모듈이 상면에 장착되는 지지프레임의 하측에 마련되는 지지유닛; 상기 지지유닛을 수직방향으로 상대회동시킬 수 있도록 상기 지지유닛의 하측에 힌지 결합되는 힌지결합부; 상기 힌지결합부의 하측에 마련되어 상기 힌지결합부를 설치면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부; 수직방향으로 길게 형성된 기둥 형상으로 상부 내측에 상기 수평구동부가 배치되고, 하단부가 설치면에 고정되는 본체부 및 상기 힌지결합부와 본체부 사이에 개재되어 상기 본체부 상에서 힌지결합부가 회전한 각도를 감지하는 센서부를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치를 제공한다.
상기 센서부는 상기 본체부 상단에 결합되어 상기 힌지결합부의 하단 측면과 인접하게 배치되는 제1부재와, 상기 힌지결합부 하단 측면의 설정위치에 결합되어 상기 힌지결합부가 회전에 의해 상기 제1부재와 인접하게 배치되면 상기 제1부재에 전류, 전압 또는 극성을 변화시키는 제2부재를 포함할 수 있다.
상기 힌지결합부가 상기 본체부 상에서 회전하여 태양의 남중고도에 대응하는 방위각으로 회전 시, 상기 제1부재와 제2부재가 가장 인접하게 배치될 수 있다.
상기 태양광 발전장치는 상기 제2부재의 위치 이동에 의해 상기 제1부재에 인가되는 전류, 전압 또는 극성의 변화를 전달받아 상기 힌지결합부의 회전각도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 본체부 상에서 상기 힌지결합부가 회전 시, 회전 각도에 따른 펄스 수를 계산하는 카운터를 포함하고, 상기 제1부재와 제2부재가 가장 인접하게 배치될 때, 상기 카운터가 계산한 펄스 수를 설정값으로 갱신할 수 있다.
상기 태양광 발전장치는 상기 본체부로부터 상기 힌지결합부가 일 방향으로 회전하면서 타 방향으로 백래쉬가 발생하는 것을 방지하도록 상기 본체부의 상단과 상기 힌지결합부의 하단 사이에 개재되는 고정부를 더 포함할 수 있다.
상기 고정부는 상기 힌지결합부의 하부에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제1고정부재와, 상기 본체부의 상면 가장자리에 원주방향을 따라서 치형이 패턴 형성되는 제1치합부재를 포함할 수 있다.
상기 제1고정부재는 상기 힌지결합부가 정방향으로 회전하는데 상기 제1치합부재와 간섭되는 것이 방지되고, 상기 힌지결합부가 역방향으로 회전하는데 상기 제1치합부재와 간섭되도록 경사지게 배치될 수 있다.
상기 제1고정부재는 상기 제1치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제1치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제1고정부재의 하단부에 배치되는 제1톱니부재를 포함할 수 있다.
상기 제1치합부재는 상기 제1고정부재가 상기 제1치합부재의 제1설정구간에 형성된 제1시작점으로부터 제1종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1시작점에 형성된 제1방향전환홀과, 상기 제1고정부재가 상기 제1설정구간 상에서 상기 제1종료점으로부터 상기 제1시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점에 형성된 제2방향전환홀을 포함할 수 있다.
상기 고정부는 상기 힌지결합부의 하측 단부 일 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제1고정부재와, 상기 힌지결합부의 하측 단부에서 상기 제1고정부재와 대향하는 타 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제2고정부재와, 상기 본체부의 상면 가장자리에 원주방향을 따라서 치형이 패턴 형성되는 제1치합부재와, 상기 제1치합부재의 내측에서 상기 본체부의 원주방향을 따라서 또 다른 치형이 패턴 형성되는 제2치합부재를 포함할 수 있다.
상기 제1고정부재는 상기 제1치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제1치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제1고정부재의 하단부에 배치되는 제1톱니부재를 포함하고, 상기 제2고정부재는 상기 제2치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제2치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제2고정부재의 하단부에 배치되는 제2톱니부재를 포함할 수 있다.
상기 제1치합부재는 상기 제1고정부재가 상기 제1치합부재의 제1설정구간에 형성된 제1시작점으로부터 제1종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1시작점에 형성된 제1방향전환홀과, 상기 제1고정부재가 상기 제1설정구간 상에서 상기 제1종료점으로부터 상기 제1시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점에 형성된 제2방향전환홀을 포함하고, 상기 제2치합부재는 상기 제2고정부재가 상기 제2치합부재의 제2설정구간에 형성된 제2시작점으로부터 제2종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2시작점에 형성된 제3방향전환홀과, 상기 제2고정부재가 상기 제2설정구간 상에서 상기 제2종료점으로부터 상기 제2시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2종료점에 형성된 제4방향전환홀을 포함할 수 있다.
상기 제1방향전환홀과 제2방향전환홀 사이에 형성된 상기 제1설정구간 및 상기 제3방향전환홀과 제4방향전환홀 사이에 형성된 상기 제2설정구간은 200~220°범위로 형성될 수 있다.
상기 제1고정부재 또는 제2고정부재는 상기 힌지결합부가 역방향 회전 시 상기 제1치합부재 또는 제2치합부재 상에서 각각 슬라이딩 이동할 수 있도록 상기 제1톱니부재 또는 제2톱니부재의 일 측면에 마련되는 슬라이딩부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면,
첫째, 센서부를 구비하여 외력에 의해 태양의 고도각 및 방위각의 변화를 보정하여 정확한 위치추적이 가능하고,
둘째, 태양의 정확한 위치추적에 따른 태양전지 모듈의 집광효율 및 발전효율을 극대화할 수 있으며,
셋째, 황사, 눈, 태풍과 같은 기상 환경에 따라 발생하는 강풍과 강설과 같은 외력으로 인하여 태양전지 모듈 및 프레임에 백래쉬가 발생하거나, 또는 변형 및 파손되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 발전장치의 후방 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 측면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치의 분리사시도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 고정부를 도시하는 측면도이다.
도 5는 도 3에 나타낸 고정부를 도시하는 평면도이다.
도 6 내지 도 8은 도 4에 나타낸 고정부의 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 분리사시도이다.
도 10은 도 9에 나타낸 고정부를 도시하는 평면도이다.
도 11은 도 2에 나타낸 센서부를 개략적으로 확대하여 도시하는 부분 확대도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 발전장치(100)의 후방 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 태양광 발전장치(100)는 복수개의 태양전지 모듈(10)이 상면에 장착되는 지지프레임(110)의 하측에 마련된 지지유닛과, 상기 지지유닛(120)을 수직방향으로 상대 회동시킬 수 있도록 상기 지지유닛의 하측에 힌지 결합되는 힌지결합부(140)와, 상기 힌지결합부(140)의 하측에 마련되어 상기 힌지결합부(140)를 지면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터(M1)가 구비된 수평구동부(200)와, 수직방향으로 길게 형성된 기둥 형상으로 상부 내측에 상기 수평구동부(200)가 배치되고, 하단부가 설치면에 고정되는 본체부(400) 및 상기 본체부(400)로부터 상기 힌지결합부(140)가 일 방향으로 회전하면서 타 방향으로 백래쉬가 발생하는 것을 방지하도록 상기 본체부(400)의 상단과 상기 힌지결합부(140)의 하단 사이에 개재되는 고정부(600)를 포함한다.
본 발명에 따른 실시예의 태양광 발전장치(100)는 상기 태양전지 모듈(10)이 가로로 길게 배치되어 가로로 세 장씩 세로로 네 장이 배치되어 총 12장의 상기 태양전지 모듈(10)이 마련되어 약 3kW의 출력을 내며, 상기 태양전지 모듈(10)의 개수는 전체 태양광 발전 용량과 관련이 있을 뿐 이에 따른 배치구조 및 형상이 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 태양전지 모듈(10)은 세로길이에 비하여 가로길이가 길게 배치되며, 상기 지지프레임(110)은 상기 태양전지 모듈(10)의 크기에 대응하는 세로길이를 갖도록 조립되고, 상기 태양전지 패널의 가로길이에 비하여 작거나 또는 같은 길이를 갖도록 형성된다.
상기 지지프레임(110)은 단면이 사각형을 갖는 빔 형상으로, 태양광 발전에 따른 발전 용량에 따라서 필요로 하는 상기 태양전지 모듈(10)의 개수에 맞춰 그 크기가 정해지고, 조립식으로 결합하여 상기 지지프레임(110)의 크기는 유동적으로 변경할 수 있다.
상기 태양전지 모듈(10)은 격자구조로 복수개가 패턴 형성되며, 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 인접하는 다른 태양전지 모듈과의 사이에 간격이 형성되도록 측방향으로 이격 배치된다.
또한 상기 태양전지 모듈(10)은 바람 또는 적설이 이동할 수 있도록 지그재그 방향으로 인접하는 다른 태양전지 모듈과의 사이에 높이차가 발생하도록 이격되어 배치될 수 있다.
도면에 도시되지는 않았지만 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에는 피뢰부(미도시)가 마련될 수 있다. 상기 피뢰부는 상기 태양전지 모듈(10)에 낙뢰가 직접적으로 떨어지는 것을 방지하도록 상기 태양전지 모듈(10)의 상면보다 높은 위치에 배치된다.
이때 상기 피뢰부는 상기 지지프레임(110)의 상단 모서리 부분에 마련되는 것을 일 예로 설명하였지만, 상기 태양전지 모듈(10)이 수평 방향으로 눕혀지는 장소에서는 상기 지지프레임(110)의 각 모서리 부분에 상기 피뢰부를 설치하여 낙뢰로부터 상기 태양전지 모듈(10)이 파손되는 것을 방지할 수도 있다.
상기 지지프레임(110)의 저면에 마련되는 상기 지지유닛(120)은 수직방향으로 서로 이격되도록 마련되는 한 쌍의 수직프레임(150)과, 상기 수직프레임(150)의 중심 부분을 연결하는 제1수평프레임(122)과, 상기 수직프레임(150)의 양 단부를 각각 연결하는 제2수평프레임(123)과, 제3수평프레임(124) 및 상기 제1수평프레임(122)과 상기 제2수평프레임(123) 각각의 중심을 연결하는 보조프레임(125)을 포함한다.
상기 수직프레임(150)은 중공의 사각빔 형상으로 서로 이격되어 나란히 배치되며, 상기 지지프레임(110)의 하중 및 바람에 의한 풍압과 상기 태양전지 모듈(10) 상면에 쌓인 적설의 하중 또한 지지해야 하기 때문에 비교적 단면적이 넓고 강성이 강한 재질로 제작된다.
상기 제1수평프레임(122)은 상기 수직프레임(150) 간의 각 중심을 연결하도록 마련되고, 상기 제1수평프레임(122) 역시 큰 하중을 받는 부분으로 여러 가지 응력을 고려하여 제작된다.
상기 제2수평프레임(123) 및 제3수평프레임(124)은 상기 수직프레임(150)의 일 측 단부와 타 측 단부를 각각 연결하도록 마련되며, 상기 수직프레임(150) 및 제1수평프레임(122)에 비하여 받는 하중이 작기 때문에 단면적이 적은 사각 빔으로 형성될 수 있다.
상기 수평구동부(200)는 지면을 지지하는 본체부(400)에 내장되며, 내부에 제1구동모터(M1)가 구비되고 상기 힌지결합부(140)와 상기 제1구동모터(M1)가 결합되어 상기 제1구동모터(M1)의 회전에 의해 방위각을 조절하게 된다.
상기 지지유닛(120)의 하측에는 상기 지지유닛(120)을 수직방향으로 회동 가능하도록 결합시키는 힌지결합부(140)가 마련된다.
상기 힌지결합부(140)는 상기 제1수평프레임(122)의 저면과 힌지 결합되는 힌지 결합프레임(141)과, 상기 힌지 결합프레임(141)의 상면과 상기 제1수평프레임(122)의 저면에 개재되어 힌지 결합구조로 형성되며, 상기 지지유닛(120)의 하중을 분산 지지하는 복수개의 체결부재(142)를 포함한다.
상기 힌지 결합프레임(141)은 상기 지지프레임(110) 및 상기 지지유닛(120)을 전반적으로 지지하여 최대 하중이 가해지는 부분으로 단면적이 상기 지지프레임(110) 및 지지유닛(120)에 비하여 상대적으로 크게 형성된다.
상기 태양전지 모듈(10)이 결합되는 상기 지지프레임(110)은 지면에 대해서 소정 경사각을 갖도록 기울어지게 배치된다. 그리고, 상기 지지유닛(120)은 상기 지지유닛(120)의 하측에 배치되는 상기 힌지 결합프레임(141)에 대하여 수직 방향으로 상대 회동하게 된다.
도 2에 기재된 도면부호 '500'은 제어부이고, '700'은 센서부이다. 상기 제어부와 센서부의 상세한 설명은 후기하기로 한다.
도 3은 도 1에 나타낸 태양광 발전장치(100)의 분리사시도이고, 도 4는 도 3에 나타낸 고정부(600)를 도시하는 측면도이며, 도 5는 도 3에 나타낸 고정부(600)를 도시하는 평면도이고, 도 6 내지 도 8은 도 4에 나타낸 고정부(600)의 작동상태를 도시하는 참고도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 고정부(600)는 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에 배치된다. 이때 상기 고정부(600)는 상기 본체부(400) 상에서 상기 힌지결합부(140)가 시계방향으로 정방향 회전 시 또는 회전 후 정지 된 후, 바람과 같은 외력이나 상기 힌지결합부(140)가 가지는 하중에 의한 백래쉬 작용으로 상기 힌지결합부(140)가 반시계방향으로 미세하게 역방향 회전하는 것을 방지하는 기능을 제공한다. 이하에서 상기 시계방향은 정방향, 반시계방향은 역방향을 각각 의미한다.
상기 고정부(600)는 상기 힌지결합부(140)의 하면으로부터 하방으로 연장되어 회동 가능하도록 결합되는 제1고정부재(610)와, 상기 본체부(400)의 상면 가장자리 부분에 원주방향을 따라서 치형(齒形)이 형성되는 제1치합(齒檻)부재를 포함한다.
상기 제1고정부재(610)는 상기 제1치합부재(620) 상에서 정방향 또는 역방향으로 이송될 수 있으며, 상기 힌지결합부(140)가 정방향으로 회전하는 경우에 한해서 상기 힌지결합부(140)가 정방향으로만 회동이 가능하도록 역방향으로는 상기 제1치합부재(620)와 간섭이 발생한다.
상기 제1고정부재(610)는 하단부에 상기 제1치합부재(620)에 형성된 치형과 대향하는 형상으로 형성된 제1톱니부재(611)를 포함한다.
상기 제1톱니부재(611)는 상기 제1치합부재(620) 상에서 정방향으로 이동이 가능하고, 역방향으로는 이동이 제한되도록 맞물린다. 이때 상기 제1고정부재(610)는 상기 정방향을 향하여 상향 경사지게 배치되기 때문에 상기 제1톱니부재(611)가 상기 제1치합부재(620) 상에서 상기 역방향으로 이동이 제한되는 경우 상기 제1고정부재(610)에 이 힘이 전달되면서 상기 힌지결합부(140)의 회동이 제한된다.
이로써 상기 제1고정부재(610)는 상기 정방향으로 이동이 가능할 뿐 역방향으로 복원이 불가능하기 때문에 상기 제1치합부재(620) 상에는 상기 제1고정부재(610)와 치합상태가 해제되도록 한 쌍의 방향전환홀이 형성된다.
상기 제1치합부재(620) 상에 상기 제1고정부재(610)의 동선이 되도록 설정된 제1설정구간(P1)에는 상기 제1고정부재(610)가 제1시작점(S1)으로부터 제1종료점(E1)을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 제1시작점(S1)에 형성된 제1방향전환홀(621)과, 상기 제1고정부재(610)가 상기 제1종료점(E1)으로부터 상기 제1시작점(S1)을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점(E1)에 형성된 제2방향전환홀(622)을 포함한다.
다시 말해, 상기 제1시작점(S1)과 제1종료점(E1) 사이에는 상기 제1설정구간(P1)이 형성되며, 상기 제1설정구간(P1) 상에서 상기 힌지결합부(140)의 회동에 연동하여 상기 제1고정부재(610)는 이동한다.
이때 상기 제1고정부재(610)는 정방향으로 이동만 할 수 있기 때문에 상기 힌지결합부(140)가 상기 제1시작점(S1)을 향하여 상기 제1종료점(E1)으로부터 상기 역방향으로 회동 시 상기 제1고정부재(610)가 상기 역방향으로 연동하여 이동할 수 있는 전환점이 필요하다.
따라서 상기 제1시작점(S1)에서 상기 제1치합부재(620)와 맞물리게 배치된 상기 제1고정부재(610)는 상기 힌지결합부(140)의 정방향 회동에 대응하여 상기 정방향으로 연동하여 이동하고, 상기 제1종료점(E1)까지 상기 힌지결합부(140)의 회동이 완료되면, 상기 제1고정부재(610)는 상기 제2방향전환홀(622)에 삽입되면서 상기 제1치합부재(620)와의 치합상태가 해제된다.
반대로 상기 제1종료점(E1)으로부터 상기 힌지결합부(140)가 상기 역방향으로 회동이 이루어지면 상기 제1고정부재(610)는 상기 제1치합부재(620) 상에서 치합이 해제된 상태로 슬라이딩 운동하여 상기 제1시작점(S1)까지 이동한다.
그러면 상기 제1방향전환홀(621)에 상기 제1고정부재(610)가 삽입되면서 상기 힌지결합부(140)의 회동이 완료되고, 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에서 수평방향으로 소정의 유격이 형성될 수 있다.
상기 유격은 이튿날 상기 태양광 발전장치가 태양광 발전을 시작하기 전 까지 바람이나 비와 눈과 같은 외력에 의해 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 상호간에 충격이나 마찰력 등의 토크(Torque)가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
여기서 상기 제1방향전환홀(621)과 제2방향전환홀(622) 사이에 형성된 상기 제1설정구간(P1)은 약 200~220°범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 이 범위는 도 1에 도시된 태양전지 모듈(10)의 일출로부터 일몰까지의 이동경로에 따른 상기 힌지결합부(140)의 회동각도에 대응한다.
상기 제1고정부재(610)가 상기 제1치합부재(620) 상에서 치합이 해제된 상태로 슬라이딩 운동하여 상기 제1종료점(E1)으로부터 제1시작점(S1)으로 이송 시, 상기 제1고정부재(610)의 단부 저면이 상기 제1치합부재(620)와 마찰하여 소음 또는 진동이 발생되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1톱니부재(611)의 일 측면에는 슬라이딩부재(650)가 마련된다.
상기 슬라이딩부재(650)는 상기 제1치합부재(620)에 형성된 치형의 산과 산 사이의 거리보다 크게 형성되어 상기 제1치합부재(620) 상에서 상기 제1고정부재(610)와 상기 제1치합부재(620) 사이의 소음과 마찰력을 현저히 감소시키는 기능을 제공한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양광 발전장치의 분리사시도이고, 도 10은 도 9에 나타낸 고정부(600')를 도시하는 평면도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 고정부(600')는 상기 힌지결합부(140)의 하측 단부 일 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제1고정부재(610)와, 상기 힌지결합부(140)의 하측 단부에서 상기 제1고정부재(610)와 대향하는 타 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제2고정부재(630)와, 상기 본체부(400)의 상면 가장자리에 원주방향을 따라서 치형이 패턴 형성되는 제1치합부재(620)와, 상기 제1치합부재(620)의 내측에서 상기 본체부(400)의 원주방향을 따라서 또 다른 치형이 패턴 형성되는 제2치합부재(640)를 포함한다.
여기서 상기 제1고정부재(610)는 상기 제1치합부재(620)와 대응하고, 상기 제2고정부재(630)는 상기 제2치합부재(640)에 대응하도록 배치된다.
따라서 수평방향으로는 상기 제1고정부재(610)와 제1치합부재(620)의 내측에 상기 제2고정부재(630)와 제2치합부재(640)가 배치되어, 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에서 서로 대향하도록 배치된다.
상기 제2고정부재(630)와 제2치합부재(640)는 각각 상기 제1고정부재(610)와 제2치합부재(640)에 대응하여 상기 제1고정부재(610)와 제2치합부재(640)의 역회전 방지기능을 배가시키는 기능을 제공한다.
따라서 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에서 상기 제1고정부재(610)와 제1치합부재(620)에 의해 백래쉬를 방지하는 것에 비하여 상기 제2고정부재(630)와 제2치합부재(640)를 더 구비하여 보다 안정적인 구조로 역방향 방지기능을 제공할 수 있다.
상기 제1고정부재(610)는 상기 제1치합부재(620)에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제1치합부재(620)와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제1고정부재(610)의 하단부에 배치되는 제1톱니부재(611)를 포함하고, 또한 상기 제2고정부재(630)는 상기 제2치합부재(640)에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제2치합부재(640)와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제2고정부재(630)의 하단부에 배치되는 제2톱니부재(631)를 포함함은 물론이다.
이때 상기 제1치합부재(620)는 상기 제1고정부재(610)가 상기 제1치합부재(620)의 제1설정구간(P1)에 형성된 제1시작점(S1)으로부터 제1종료점(E1)을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1시작점(S1)에 형성된 제1방향전환홀(621)과, 상기 제1고정부재(610)가 상기 제1설정구간(P1) 상에서 상기 제1종료점(E1)으로부터 상기 제1시작점(S1)을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점(E1)에 형성된 제2방향전환홀(622)을 포함한다.
또한 상기 제2치합부재(640)는 상기 제2고정부재(630)가 상기 제2치합부재(640)의 제2설정구간(P2)에 형성된 제2시작점(S2)으로부터 제2종료점(E2)을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2시작점(S2)에 형성된 제3방향전환홀(641)과, 상기 제2고정부재(630)가 상기 제2설정구간(P2) 상에서 상기 제2종료점(E2)으로부터 상기 제2시작점(S2)을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2종료점(E2)에 형성된 제4방향전환홀(642)을 포함한다.
따라서 상기 제1고정부재(610)가 상기 제1방향전환홀(621)에 삽입되는 경우, 상기 제2고정부재(630)는 상기 제3방향전환홀(641)에 삽입되도록 상기 제1설정구간(P1)과 제2설정구간(P2)의 범위는 동일하게 형성된다.
여기서 상기 제3방향전환홀(641)과 제4방향전환홀(642) 사이에 형성된 상기 제2설정구간(P2)은 약 200~220°범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 이 범위는 도 1에 도시된 태양전지 모듈(10)의 일출로부터 일몰까지의 이동경로에 따른 상기 힌지결합부(140)의 회동각도에 대응한다.
또한 도면에 도시하지는 않았지만 상기 제2고정부재(630)는 상기 제1고정부재(610)와 동일하게 상기 제2톱니부재(631)의 일 측면에 슬라이딩부재가 마련될 수 있다.
이상과 같이 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에 상기 고정부(600, 600')가 마련됨으로써 상기 본체부(400) 상에서 상기 힌지결합부(140)의 백래쉬가 발생하는 것을 현저히 감소킬 수 있는 동시에, 외력에 의해 뒤틀리거나 파손이 발생하는 것을 방지하는 효과를 기대할 수 있다.
도 11은 도 2에 나타낸 센서부를 개략적으로 확대하여 도시하는 부분 확대도이다.
도 11을 참조하면, 상기 센서부(700)는 상기 힌지결합부(140)와 본체부(400) 사이에 개재되어 상기 본체부(400) 상에서 힌지결합부(140)가 회전한 각도를 감지하는 기능을 제공한다.
상기 센서부(700)는 상기 본체부(400)의 상단에 결합되는 제1부재(710)와, 상기 힌지결합부(140)의 하단 측면에 배치되는 제2부재(720)를 포함한다.
상기 제1부재(710)는 상기 본체부(400) 상단에 결합되어 상기 힌지결합부(140)의 하단 측면과 인접하게 배치되고, 상기 힌지결합부(140)가 회전 시 상시 상기 힌지결합부(140)의 하단 측면을 향하여 배치되도록 고정된다.
상기 제2부재(720)는 상기 힌지결합부(140)의 하단 측면에 설정위치에 결합되어, 상기 힌지결합부(140)가 회전 중에 상기 제1부재(710)와 적어도 한번은 인접하게 배치된다. 물론 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)가 접촉할 수도 있고, 본 발명의 실시예와 같이 무접촉식으로 구성될 수도 있다.
여기서 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)는 자기형, 자기포화형, 고주파 발진형, 차동코일형, 정전용량형 중 선택된 하나의 근접센서로써, 무접촉 방식의 검출기를 일 예로 설명한다.
예컨대, 고주파 발진형 근접센서인 경우, 검출코일에서 발생하는 고주파 자계 내에 검출물체가 접근하면 전자유도 현상에 의해 근접 물체 표면에 유도전류가 흘러 검출물체 내에 에너지 손실이 발생하게 된다. 이때 유도전류에 의해 에너지 손실이 발생하게 되면 검출코일에서 발생하는 발진 진폭이 감쇠 또는 정지하게 되는데 이 진폭의 변화량을 이용하여 검출물체의 유무를 판별하게 되며, 여기서 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)는 각각 검출코일과 검출물체에 해당될 수 있다.
또한 정전용량형 근접센서인 경우, 대지와 접지된 극판에 양전압을 인가하면 극판에는 양전하가 발생하고, 대지에는 음전하가 발생하면서 극판과 대지 사이에 전계가 생기게 된다. 이때 물체가 극판 방향으로 접근하면 정전유도를 받아서 물체 일 측 내부에 있는 전하들이 극판 방향으로 음전하가 발생하고 타 측 방향으로 양전하가 이동하게 되는데 이러한 분극현상에 따른 정전용량이 증가하고 감소하게 되어 변화량을 검출하게 된다. 여기서 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)는 각각 극판과 물체에 해당될 수 있다.
따라서 상기 센서부(700)는 상기 힌지결합부(140)가 정방향 회전에 의해 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)가 인접하게 배치되면서 상기 제1부재(710)에 전류, 전압 또는 극성의 변화가 발생하여 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)의 최대 인접위치를 감지할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1설정구간(P1)의 중심부분에 해당하는 상기 본체부(400)의 상단 측면에 상기 제1부재(710)가 고정되고, 상기 제2부재(720)는 상기 제1설정구간(P1) 상에서 상기 힌지결합부(140)가 회전하는 각도의 중심부분에 상기 설정위치가 배치된다.
그러면 상기 힌지결합부(140)의 정방향 회전에 의해 태양의 남중고도에 대응하는 방위각에서 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)가 가장 인접하게 배치된다.
도 2에 도시한 제어부(500)는 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)가 가장 인접하게 배치되는 경우에 상기 제1부재(710)에 인가되는 전류, 전압 또는 극성의 변화를 전달받아 상기 힌지결합부(140)의 회전각도를 제어하게 된다.
상기 제어부(500)는 상기 본체부(400) 상에서 상기 힌지결합부(140)가 회전 시, 회전 각도에 따른 펄스 수를 계산하는 카운터(510)를 포함한다.
상기 카운터(510)는 상기 힌지결합부(140)가 정방향으로 회전하는 각도에 따른 펄스 수를 계산하는데, 이때 제어부(500)는 상기 힌지결합부(140)가 외력에 의해 또는 하중에 의해 정지 신호에서 소폭 더 정방향으로 회전하게 되기 때문에 방위각을 보정하는 기능을 제공한다.
상기 제어부(500)는 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)가 가장 인접하게 배치될 때, 상기 카운터가 계산한 펄스 수를 설정값으로 갱신하면서 상기 힌지결합부(140)가 소폭 더 정방향으로 회전한 오버펄스 수의 누적치를 갱신하여 새로운 설정값으로 보정하게 된다.
따라서 상기 제1부재(710)와 제2부재(720)는 태양의 남중고도에 따른 방위각, 즉 도 5에 도시한 바와 같이 상기 제1시작점(S1)에서 제1종료점(E1)의 중간 지점에서 누적된 오버펄스를 보정하기 때문에 상기 힌지결합부(140)가 상기 본체부(400) 상에서 최적의 각도로 태양의 위치를 추적할 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따른 태양광 발전장치에 따르면, 태양전지 모듈을 태양의 고도각 또는 방위각을 따라서 1축 또는 2축으로 회전시키는 구조물에 설치하여 외력에 의한 변형 또는 파손을 방지하고, 이에 따른 외력에 의한 고도각 및 방위각의 변화량을 보정할 수 있기 때문에 다양한 구조와 형태를 갖는 태양광 발전장치에 설치 적용이 가능하다.
100 : 태양광 발전장치 110 : 지지프레임
120 : 지지유닛 140 : 힌지결합부
200 : 수평구동부 300 : 수직구동부
400 : 본체부 500 : 제어부
600 : 고정부 700 : 센서부
10 : 태양전지 모듈

Claims (15)

  1. 복수개의 태양전지 모듈이 상면에 장착되는 지지프레임의 하측에 마련되는 지지유닛;
    상기 지지유닛을 수직방향으로 상대회동시킬 수 있도록 상기 지지유닛의 하측에 힌지 결합되는 힌지결합부;
    상기 힌지결합부의 하측에 마련되어 상기 힌지결합부를 설치면으로부터 수평방향으로 회전시키는 제1구동모터가 구비된 수평구동부;
    수직방향으로 길게 형성된 기둥 형상으로 상부 내측에 상기 수평구동부가 배치되고, 하단부가 설치면에 고정되는 본체부 및
    상기 힌지결합부와 본체부 사이에 개재되어 상기 본체부 상에서 힌지결합부가 회전한 각도를 감지하는 센서부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 본체부 상단에 결합되어 상기 힌지결합부의 하단 측면과 인접하게 배치되는 제1부재와, 상기 힌지결합부 하단 측면의 설정위치에 결합되어 상기 힌지결합부가 회전에 의해 상기 제1부재와 인접하게 배치되면 상기 제1부재에 전류, 전압 또는 극성을 변화시키는 제2부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 힌지결합부가 상기 본체부 상에서 회전하여 태양의 남중고도에 대응하는 방위각으로 회전 시, 상기 제1부재와 제2부재가 가장 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2부재의 위치 이동에 의해 상기 제1부재에 인가되는 전류, 전압 또는 극성의 변화를 전달받아 상기 힌지결합부의 회전각도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 본체부 상에서 상기 힌지결합부가 회전 시, 회전 각도에 따른 펄스 수를 계산하는 카운터를 포함하고,
    상기 제1부재와 제2부재가 가장 인접하게 배치될 때, 상기 카운터가 계산한 펄스 수를 설정값으로 갱신하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체부로부터 상기 힌지결합부가 일 방향으로 회전하면서 타 방향으로 백래쉬가 발생하는 것을 방지하도록 상기 본체부의 상단과 상기 힌지결합부의 하단 사이에 개재되는 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 힌지결합부의 하부에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제1고정부재와, 상기 본체부의 상면 가장자리에 원주방향을 따라서 치형이 패턴 형성되는 제1치합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1고정부재는,
    상기 힌지결합부가 정방향으로 회전하는데 상기 제1치합부재와 간섭되는 것이 방지되고, 상기 힌지결합부가 역방향으로 회전하는데 상기 제1치합부재와 간섭되도록 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1고정부재는,
    상기 제1치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제1치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제1고정부재의 하단부에 배치되는 제1톱니부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1치합부재는,
    상기 제1고정부재가 상기 제1치합부재의 제1설정구간에 형성된 제1시작점으로부터 제1종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1시작점에 형성된 제1방향전환홀과,
    상기 제1고정부재가 상기 제1설정구간 상에서 상기 제1종료점으로부터 상기 제1시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점에 형성된 제2방향전환홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 힌지결합부의 하측 단부 일 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제1고정부재와, 상기 힌지결합부의 하측 단부에서 상기 제1고정부재와 대향하는 타 측에 힌지 결합되어 하방으로 연장되는 제2고정부재와, 상기 본체부의 상면 가장자리에 원주방향을 따라서 치형이 패턴 형성되는 제1치합부재와, 상기 제1치합부재의 내측에서 상기 본체부의 원주방향을 따라서 또 다른 치형이 패턴 형성되는 제2치합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1고정부재는 상기 제1치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제1치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제1고정부재의 하단부에 배치되는 제1톱니부재를 포함하고, 상기 제2고정부재는 상기 제2치합부재에 형성된 상기 치형과 맞물리도록 상기 제2치합부재와 대향하는 형상으로 형성되어 상기 제2고정부재의 하단부에 배치되는 제2톱니부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1치합부재는 상기 제1고정부재가 상기 제1치합부재의 제1설정구간에 형성된 제1시작점으로부터 제1종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1시작점에 형성된 제1방향전환홀과, 상기 제1고정부재가 상기 제1설정구간 상에서 상기 제1종료점으로부터 상기 제1시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제1종료점에 형성된 제2방향전환홀을 포함하고,
    상기 제2치합부재는 상기 제2고정부재가 상기 제2치합부재의 제2설정구간에 형성된 제2시작점으로부터 제2종료점을 향하여 정방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2시작점에 형성된 제3방향전환홀과, 상기 제2고정부재가 상기 제2설정구간 상에서 상기 제2종료점으로부터 상기 제2시작점을 향하여 역방향으로 회전할 수 있도록 상기 제2종료점에 형성된 제4방향전환홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1방향전환홀과 제2방향전환홀 사이에 형성된 상기 제1설정구간 및 상기 제3방향전환홀과 제4방향전환홀 사이에 형성된 상기 제2설정구간은 200~220°범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1고정부재 또는 제2고정부재는,
    상기 힌지결합부가 역방향 회전 시 상기 제1치합부재 또는 제2치합부재 상에서 각각 슬라이딩 이동할 수 있도록 상기 제1톱니부재 또는 제2톱니부재의 일 측면에 마련되는 슬라이딩부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광 발전장치.
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