WO2016125938A1 - 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커 - Google Patents

태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커 Download PDF

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WO2016125938A1
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solar
solar light
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light collecting
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PCT/KR2015/001271
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이재진
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성창통신 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a solar tracker (Solar tracker) for performing the altitude control and horizontal rotation of the solar light collecting plate so that the solar light collecting plate that is installed a plurality of solar cells toward the sun and a solar sensing device for detecting the sunlight.
  • a solar tracker Solar tracker
  • two or more optical sensors for detecting sunlight are connected in series to adjust the altitude of the solar light collecting plate
  • two or more optical sensors for detecting sunlight for horizontal rotation of the solar collecting plate are connected in series.
  • the present invention relates to a solar sensor and a solar tracker having the same, which increases the sensitivity to sunlight by maximizing a voltage change due to a difference in resistance between them.
  • This solar energy is not only a source of energy for our daily lives, but also a driving force for various weather phenomena and currents in the ocean.
  • Other solar energy sources include solar cells, solar hot water equipment, solar housing, There are many types of solar furnaces and solar generators.
  • Solar energy is a clean, renewable and infinite energy source.
  • Solar technology is a system technology that converts solar energy. Since there is no mechanical or chemical action in the energy conversion process, the structure of the system is simple, requiring little maintenance, long life of 20-30 years, safe and environmentally friendly. In addition, power generation can vary from residential to large-scale power generation.
  • the solar tracker is an optical sensor that tracks the sun by controlling the driving motor according to the coordinate calculation method of tracking the sun by operating the driving motor according to the coordinates calculated by the program and the signal output detected by the optical sensor from time to time. It can be classified into two ways.
  • the light sensor method is to solve the trouble of maintenance and repair due to the periodic calibration work due to the accumulation of error, which is a problem of the coordinate calculation method, and compares the light quantity of the two light sensors arranged in the east-west direction.
  • the solar light collecting plate is moved in the north-south direction by comparing the amount of light of two light sensors moving in the east-west and arranged in the north-south direction.
  • An object of the present invention for solving the above problems of the prior art is to accurately detect the sun even when the weather is cloudy or the sun is weakened because the sun is blocked by clouds in the optical sensor method that detects sunlight to track the sun. It is to provide a solar sensing device for sensing.
  • Another object of the present invention is to provide a solar tracker that accurately tracks the sun even when the weather is cloudy or when the sun is weakened by being blocked by the clouds in the light sensor method that detects sunlight and tracks the sun. .
  • a solar tracker of the solar tracker to perform the altitude adjustment and horizontal rotation of the solar light collecting plate so that the solar light collecting plate is installed a plurality of solar cells facing the sun, one The first sensor and at least one second sensor for sensing the sunlight in a different direction from the first sensor and the first sensor and the first sensor and the second sensor is electrically connected in series, the solar light collecting plate Altitude control optical sensor unit for sensing the sun to adjust the altitude of the; And at least one third sensor and at least one fourth sensor for sensing sunlight in a different direction from the third sensor, wherein the third sensor and the fourth sensor are electrically connected in series, thereby horizontally rotating the solar light collecting plate.
  • horizontal rotating optical sensor for sensing the sunlight for.
  • At least one first sensor is disposed in a first sector of the cross partition partitioned into four sectors on a plate to have a first inclination angle and is symmetrical to the first sector with respect to the center point of the cross partition.
  • At least one second sensor is disposed to have a second inclination angle
  • at least one third sensor is arranged to have a third inclination angle in the third sector of the cross partition wall and is symmetrical to the third sector with respect to the center point.
  • One or more fourth sensors in the sector may be arranged to have a fourth inclination angle.
  • the first to fourth inclination angles may be 45 degrees.
  • a transparent material that transmits light may further include a protective cap that covers the cross partition wall and the first to fourth sensors and is attached to the plate.
  • the protective cap has a cylindrical shape of the inner circumferential hollow and the cross-section barrier and the first to the second sensor is inserted into the inner hollow, the lower body is coupled to the plate portion; And it may include a conical foreign matter prevention portion formed in the upper end of the body portion.
  • the height of the protective cap may be higher than the height of the cross bulkhead.
  • the cross bulkhead may have a height of about 10 cm to about 30 cm.
  • At least one of the first sensor and the second sensor and at least one of the third sensor and the fourth sensor may be covered by an optical filter for reducing the amount of sunlight.
  • the first sensor, the second sensor, the third sensor, and the fourth sensor may be formed of a photoconductive sensor whose internal resistance decreases as the amount of light increases.
  • a solar tracker for performing the altitude adjustment and horizontal rotation of the solar light collecting plate so that the solar light collecting plate is installed a plurality of solar cells facing the sun, the solar sensing device of the solar tracker; Outputting the altitude adjustment driving value according to the output voltage by the resistance of the first sensor and the resistance of the second sensor and outputting a horizontal rotation driving value according to the output voltage by the resistance of the third sensor and the resistance of the fourth sensor Driving direction control unit; An altitude adjusting driver configured to adjust altitude of the solar light collecting plate according to the altitude adjusting driving value; And a horizontal rotation driver configured to perform horizontal rotation of the solar light collecting plate according to the horizontal rotation driving value.
  • the solar tracker may further include a night detection sensor formed on the solar light collecting plate so as to face the front of the sun, and the driving direction control part may have a night illuminance set below a night illumination set by the night detection sensor.
  • the driving value for horizontally rotating the solar light collecting plate may be output to the horizontal rotation driving unit.
  • the driving direction controller may output a driving value for horizontally rotating the solar light collecting plate to the left side to a horizontal rotation driving unit and output a driving value for making the solar light collecting plate horizontal with the ground to the altitude control driving unit.
  • the sensors for sensing the sunlight incident in a direction corresponding to each other are connected in series and the sensors are separated by a cross-barrier
  • FIG. 1 is a block diagram of a solar tracker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the altitude control optical sensor unit and the horizontal rotation optical sensor unit.
  • FIG. 3 is a perspective view of the solar sensing device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the solar sensing device.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating that the first to fourth sensors are disposed in the sectors formed on the cross partition of the solar cell sensing device.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a first sensor plate having a first inclination angle formed on a bottom surface of a first sector formed by a cross partition wall.
  • FIG. 7 illustrates a change in resistance of at least one third sensor and at least one fourth sensor according to the sun position at 10 am.
  • FIG. 8 illustrates a change in resistance of at least one third sensor and at least one fourth sensor according to the position of the sun at 12 noon.
  • FIG. 9 illustrates a change in resistance of at least one third sensor and at least one fourth sensor according to the sun position at 6 pm.
  • FIG. 10 is a view for explaining the altitude control drive in the solar tracker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view for explaining a horizontal rotation drive unit in the tracker according to an embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various members, regions, and / or portions, it is obvious that these members, components, regions, layers, and / or portions should not be limited by these terms. Do. These terms do not imply any particular order, up or down, or superiority, and are only used to distinguish one member, region or region from another member, region or region. Accordingly, the first member, region, or region described below may refer to the second member, region, or region without departing from the teachings of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a solar tracker according to an embodiment of the present invention.
  • the solar tracker 100 has an altitude control and horizontal adjustment of the solar light collecting plate 1 such that the solar light collecting plate 1 having a large number of solar cells faces the sun.
  • the altitude control sensor unit 10 for sensing the sunlight for adjusting the altitude of the solar light collecting plate 1
  • the horizontal rotation sensor unit for detecting the sunlight for horizontal rotation of the solar light collecting plate (1)
  • a driving direction control unit for outputting a driving value for adjusting the altitude and horizontal rotation of the solar light collecting plate 1 according to the output voltage of the altitude control sensor unit 10 and the output voltage of the horizontal rotation sensor unit 20 ( 30)
  • the height adjustment driving unit 40 and the horizontal direction driving unit 50 may be configured to include.
  • the altitude adjusted by the altitude control driver 40 used in the embodiment of the present invention is not used to indicate the angle of the height of the celestial body measured on the basis of the generally used content, that is, the horizon, the solar light collecting plate (1) It should be understood that the angle between the and the horizon is in the range of 0 to 90 degrees.
  • the altitude control sensor unit 10 includes at least one first sensor facing the sun and at least one second sensor for detecting sunlight in a direction different from the first sensor, and the first sensor and the second sensor are electrically It can be configured in series connection.
  • the horizontal rotation sensor unit 20 includes at least one third sensor facing the sun and at least one fourth sensor for detecting sunlight in a direction different from the third sensor, wherein the third sensor and the fourth sensor are electrically It can be configured in series connection.
  • the altitude adjustment sensor unit 10 and the horizontal rotation sensor unit 20 are included in the solar sensing device 200 as illustrated in FIG. 3, and the sunlight is directed toward the sun as illustrated in FIG. 12. It may be attached to the light collecting plate 1. This solar sensing device 200 will be described later.
  • the driving direction controller 30 outputs the altitude adjustment driving value according to the output voltage of the altitude control optical sensor unit 10 by the resistance of the first sensor and the resistance of the second sensor, and the resistance of the third sensor and the fourth sensor. Outputs a horizontal rotational drive value according to the output voltage of the horizontal rotation optical sensor unit 20 by the resistance of.
  • the altitude adjustment driving unit 40 performs altitude adjustment of the solar light collecting plate 1 according to the altitude adjustment driving value of the driving direction control unit 30.
  • the driving power of the altitude adjustment driving unit 40 may be supplied from the solar cell of the solar light collecting plate 1.
  • the horizontal rotation driving unit 50 performs horizontal rotation of the solar light collecting plate 1 according to the horizontal rotation driving value of the driving direction controller 30.
  • the driving power of the horizontal rotation driver 40 may be supplied from the solar cell of the solar light collecting plate 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the altitude control optical sensor unit and the horizontal rotation optical sensor unit.
  • the first sensor 12, the second sensor 12, the third sensor 22, and the fourth sensor 24 may be photoconductive sensors.
  • the photoconductive sensor is a sensor in which the internal resistance changes according to the amount of light. When the amount of light increases, the internal resistance decreases, and when the amount of light decreases, the internal resistance increases.
  • Photoelectric sensors include CdS sensors or PbS sensors.
  • the altitude control optical sensor unit 10 has a structure in which the first sensor 12 and the second sensor 14 are connected in series, and thus, the difference in sensitivity of solar sensing between the first sensor 12 and the second sensor 14. Maximize the resolution to increase the resolution, the horizontal rotation optical sensor unit 20 has a structure in which the third sensor 22 and the fourth sensor 24 are connected in series to the third sensor 22 and the fourth sensor (24). The resolution is maximized by maximizing the difference between the sun and sensing sensitivity.
  • the altitude control optical sensor unit 10 and the horizontal rotation optical sensor unit 20 may be structurally included in the solar sensing device 200 and mounted on the solar light collecting plate 1. have.
  • FIG. 3 is a perspective view of a solar sensing device 200 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a cross-sectional view of the solar sensing device (in Figure 3 to attach the solar 80 and the solar sensing device to the solar light collecting plate 5 is a cross-sectional view of the remaining portion except for the attachment portion 86)
  • FIG. 5 is a view illustrating that the first to fourth sensors are disposed in the sectors formed in the cross partition wall in the solar sensing device
  • FIG. FIG. 1 is a view illustrating the first sensor plate 13 having the first inclination angle with respect to the bottom surface of the first sector 81 formed by the cross partition wall.
  • the solar sensing device 200 includes a plate 80, a cross partition wall 70 formed on the plate 80, sectors 81, 82, 83, 84 formed by the cross partition wall 70, and a sector 81 ( With respect to the bottom surface of the first sensor plate 13, the sector 82 (hereinafter referred to as the second sector 82) disposed with a first inclination angle with respect to the bottom surface of the first sector (81).
  • a second sensor plate 15 disposed at a second inclination angle, a third sensor plate 23 disposed at a third inclination angle with respect to a bottom surface of the sector 83 (hereinafter referred to as a third sector 83);
  • the solar light collecting plate 1 is formed on the fourth sensor plate 25 and the first sensor plate 13 disposed with a fourth inclination angle with respect to the bottom surface of the sector 84 (hereinafter referred to as a fourth sector 84).
  • the first sensor 12 and the second sensor plate 15 for detecting sunlight incident from the lower side (south side) with respect to the front direction of the) is formed on the front direction of the solar light collecting plate 1 Join from the top (north)
  • one or more second sensor 14 for detecting sunlight is formed on the third sensor plate 23, and senses the sunlight incident from the left (east) relative to the front direction of the solar light collecting plate
  • the fixing member 86 fixed to the side of the plate 80 and coupled to the solar light collecting plate 1 and the transparent material 70 that transmits light, the cross partition wall 70 and the first to fourth sensors 12, 14, and 22. , Covers 24 and a protective cap 90 having a lower end coupled to the plate 80.
  • the first sensor 12 is disposed to face in the true south (S) direction in four directions
  • the second sensor 14 is disposed to face in the north direction (N) direction in four directions
  • the third sensor 22 is The fourth sensor 24 may be disposed to face the direction of emotion (W) in the four directions
  • the fourth sensor 24 may be disposed to face the direction of the emotion (E) in the four directions
  • the cross partition wall 70 is based on the four directions. Seen (see Fig. 5) has an "X" shape.
  • first sector 81 and the second sector 82 are symmetrically arranged with respect to the center point 72 of the cross partition wall 70, and the third sector 83 and the fourth sector 84 are crosswise. It is arranged symmetrically with respect to the center point 72 of the partition 70.
  • the cross barrier rib 70 may be a light absorbing material that does not reflect or scatter light. That is, the cross partition wall 70 serves to form a shade in a sector which is symmetrical with respect to the center point 72 of the cross barrier wall 70 when sunlight is incident on a certain sector. For example, when sunlight is incident on the first sector 81, that is, when sunlight is incident from the bottom (south) of the solar light collecting plate 1, the second sector 82 serves to shade the second sector 82. . As a result, the resistance difference between the resistance of the one or more first sensors 12 disposed in the first sector 81 and the resistance of the one or more second sensors 14 disposed in the second sector 82 become larger.
  • the resistance value of the one or more first sensors 12 disposed in the first sector 81 becomes smaller and the resistance value disposed in the second sector 82 becomes larger. Accordingly, the voltage value by the one or more first sensors 12 is increased and the voltage value by the one or more second sensors 14 is reduced. As a result, due to the structure of the cross partition wall 70, the difference in the amount of light between the symmetrical sectors is maximized to increase the resolution so that the driving direction controller 30 accurately determines the incidence direction of the sunlight to increase the accuracy of the solar tracking.
  • one or more sensors disposed in each sector may be inclined with respect to the bottom surface of each sector.
  • the one or more first sensors 12 may be formed on the first sensor plate 13 having a first inclination angle with respect to the bottom surface of the first sector 81, and the one or more second sensors 14 may have a second angle. It may be formed in the second sensor plate 15 having a second inclination angle with respect to the bottom surface of the sector 82, one or more third sensor 22 is a third inclination angle with respect to the bottom surface of the third sector 83 It may be formed on the third sensor plate 23 having one, one or more fourth sensor 24 is to be formed on the fourth sensor plate 25 having a fourth inclination angle with respect to the bottom surface of the fourth sector (84). Can be.
  • first inclination angle, the second inclination angle, the third inclination angle, and the fourth inclination angle may all be the same or different.
  • the first inclination angle, the second inclination angle, the third inclination angle, and the fourth inclination angle may be 45 degrees, but are not limited thereto.
  • the cross-barrier 70 structure the sensors are arranged to be inclined in each sector, and the sensors for detecting the direction corresponding to each other in a circuit connected in series in the circuit, one of the horizontal rotation light sensor unit according to the sun position 7 to 9 illustrate changes in resistance between the third sensor and one or more fourth sensors.
  • FIG. 7 illustrates a change in resistance of at least one third sensor 22 and at least one fourth sensor 24 according to the position of the sun at 10 am according to the position of the sun. Since it is located on the left side (east side) of the light collecting plate, it is incident to the one or more third sensors 22, so that the resistance value of the one or more third sensors 22 decreases and the resistance of the one or more fourth sensors 24 is relatively reduced. The value is increased.
  • FIG. 8 illustrates a change in resistance of one or more third sensors 22 and one or more fourth sensors 24 according to the position of the sun at 12 noon, according to the position of the sun. Since the same amount of sunlight is incident on the at least one third sensor 22 and at least one fourth sensor 24 since the light is directed toward the light collecting plate, the resistance value and at least one agent of the at least one third sensor 22 are applied. The resistance value by the four sensors 24 becomes the same.
  • FIG. 9 illustrates a change in resistance of one or more third sensors 22 and one or more fourth sensors 24 according to the sun position at 6 pm, wherein the sun is sunlight at 6 pm Since it is located on the right side (west side) of the light collecting plate, it is incident to the one or more fourth sensors 24, so that the resistance value by the one or more fourth sensors 24 decreases and the resistance by the one or more second sensors 22 is relatively reduced. The value is increased.
  • the plate 80 and the fixing member 86 may be a light absorbing material that does not reflect or scatter light.
  • the fixing member 86 may be coupled to the solar light collecting plate 1 by the screw 88, the means used for coupling to the solar light collecting plate 1 is not limited thereto.
  • the protective cap 90 may be made of a transparent material that transmits light, such that the cross partition wall 70 and the first to fourth sensors 12, 14, 22, and 24 are inserted. It includes a body portion 92 having a cylindrical structure of the inner hollow and the conical foreign matter prevention portion 94 formed in the upper end of the body portion 92.
  • the lower end of the body portion 92 may be coupled to the plate 80 by screwing.
  • the height of the protective cap 90 may be higher than the height of the cross partition wall (70).
  • the height of the cross partition wall 70 may be implemented in 10Cm to 30Cm in consideration of the mechanical vibration of the solar tracker itself, but the height of the cross partition wall is not limited thereto.
  • the height of the protective cap 90 may be limited in consideration of the mechanical vibration of the solar tracker itself.
  • the foreign matter prevention portion 94 of the protective cap 90 has a pointed cone shape, foreign matter such as snow flows down well so that foreign matter does not accumulate in the foreign matter prevention portion 94 of the protective cap 90. Even if foreign matters accumulate on the body portion 92 of the cap 90, since the sunlight is incident on the first to fourth sensors through the foreign matter prevention portion 94 of the protective cap 90, it is possible to follow the sun. . In other words, even when it is snowing in winter, it is possible to follow the sun accurately.
  • At least one of the one or more first sensors 12 and the one or more second sensors 14 and at least one of the one or more third sensors 22 and the one or more fourth sensors 24 reduce the amount of sunlight. It can be covered by an optical filter for. This takes into account the case where the first sensor 12, the second sensor 14, the third sensor 22, and the fourth sensor 24 are configured as a photoconductive sensor, and the photoconductive sensor has a narrow linear region. It has a wide saturation region. As a result, when the amount of light exiting the linear region is incident, the photoconductive sensor enters the saturation region, and thus the amount of sunlight is not normally detected. As a result, sun tracking may not be accurate. To prevent this, at least one of the sensors is covered by an optical filter to reduce the amount of sunlight.
  • the solar tracker may further include a night sensor 60 formed on the solar light collecting plate 1 so as to face the sun front with reference to FIGS. 1 and 12.
  • the driving direction controller 30 horizontally drives a driving value for horizontally rotating the solar light collecting plate 1 to the left side (east) when the illuminance of the sunlight detected by the night sensor 60 is less than the set night illuminance.
  • Output to the rotation drive unit 50, or output the drive value for horizontally rotating the solar light collecting plate 1 to the left to the horizontal rotation drive unit 50 and at the same time the drive for the solar light collecting plate 1 to be parallel to the ground The value may be output to the altitude control driver 40.
  • the set night illuminance may be 10 (Lux), but is not limited thereto.
  • the reason why the driving direction controller 30 outputs a driving value for leveling the ground of the solar light collecting plate 10 to the altitude control driving unit 40 is because the solar light collecting plate 10 is laid horizontally with the ground to be strong wind. In order to prevent equipment damage of the solar tracker.
  • FIG. 10 is a view for explaining the altitude control drive in the solar tracker according to an embodiment of the present invention.
  • the altitude adjustment driving unit 40 may be configured in various ways to adjust the altitude of the solar light collecting plate 1 by rotating the solar light collecting plate 1 up and down by driving according to the driving signal of the driving direction control unit 30.
  • the altitude control driver 40 includes a support 141 and a linear actuator 142, and the linear actuator 142 may be driven by a driving motor (not shown).
  • the support 141 and the solar light collecting plate 1 are rotatably coupled by the first coupling shaft 141a, and the support 141 and the linear actuator 142 are rotatably coupled to the second coupling shaft 141b. It is.
  • the solar light collecting plate 1 is capable of adjusting altitude from 0 degrees to a maximum of 90 degrees by the altitude adjustment driving unit 40.
  • FIG. 11 is a view for explaining a horizontal rotation drive unit in the tracker according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal rotation driving unit 50 is driven according to the driving signal of the driving direction controller 30 to rotate the solar tube light collecting plate 1 clockwise or counterclockwise to variously adjust the rotation direction of the solar light collecting plate 1.
  • the horizontal rotation driving unit 50 includes a support 151 and a linear actuator 152, and the linear actuator 152 may be driven by a driving motor (not shown).
  • the support 151 and the solar light collecting plate 1 are rotatably coupled by the first coupling shaft 151a, and the support 151 and the linear actuator 152 are rotatably coupled to the second coupling shaft 151b. It is.
  • the horizontal rotation of the solar light collecting plate 10 is adjusted through the support 151 connected to the second coupling shaft 151b.
  • the solar light collecting plate 1 may be horizontally rotated from 0 degrees to a maximum of 180 degrees by the horizontal rotation driver 150.
  • the horizontal rotation angle of the solar light collecting plate 1 is 0 degree 180 through the linear motion of the linear actuator 152 and the operation of the support 151 connected through the second coupling shaft 151b in the linear actuator 152.
  • equipment damage of the solar tracker 100 may be prevented in advance.
  • the invention can be applied to solar trackers.

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Abstract

태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Sun tracker)의 태양광 감지장치로, 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도 조절 광센서부; 와 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 광센서부;를 포함를 포함한다.

Description

태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커
본 발명은 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Solar tracker) 및 태양광을 감지하는 태양광 감지장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 태양광 집광판의 고도조절을 위해 태양광을 감지하는 둘 이상의 광센서를 직렬로 연결하고 태양광의 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 둘 이상의 광센서를 직렬로 연결하여 광센서들 간 저항차이에 의한 전압변화를 극대화시킴으로써 태양광에 대한 감도를 높여서 태양의 추적 정확성을 높인 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커에 관한 것이다.
최근 지구의 에너지 부족과 환경오염으로 인하여 친환경적인 대체 에너지의 개발이 모색되고 있다. 그 중 하나로서 태양에너지의 개발과 활용이 급진전 되고 있다. 이러한 대체에너지로서 태양 에너지를 이용하기 위한 여러 가지 장치, 즉 태양(광)전지, 태양열 난방장치 등이 개발되고 있다.
이러한 태양 에너지는 우리의 일상생활에 필요한 에너지의 근원일 뿐만 아니라, 여러 가지 기상 현상이나 바다에서의 해류의 원동력이 되기도 하며, 그밖에 태양 에너지를 이용한 것으로는 태양 전지를 비롯하여 태양열 온수장치, 태양열 주택, 태양로, 태양열 발전기 등 여러 가지가 있다.
태양 에너지는 청정하고 재생가능하며 무한한 에너지원이다. 태양광 기술은 태양 에너지를 변환시키는 시스템 기술이다. 에너지 변환 과정에 기계적, 화학적 작용이 없으므로 시스템의 구조가 단순하여 유지보수가 거의 요구되지 않고 수명이 20~30년 정도로 길며 안전하고 환경친화적이다. 또한 발전규모를 주택용에서부터 대규모 발전용까지 다양하게 할 수 있다.
이러한 개발 과정에서 태양에너지를 효율적으로 이용하기 위하여 태양에너지의 수집 장치가 태양의 방향을 추적할 수 있도록 한 태양광 트랙커가 제안된 바 있다.
이러한 태양광 트랙커는 크게 프로그램에 의하여 계산된 좌표에 따라 구동모터가 동작함으로써 태양을 추적하는 좌표 계산 방식과, 수시로 광센서에 의하여 검출되는 신호 출력에 따라 구동모터를 제어하여 태양을 추적하는 광센서 방식의 두 가지로 분류될 수 있다.
좌표 계산 방식의 경우, 일기 상태에 구애받지 않고 태양을 추적할 수 있다는 장점이 있는 반면에 오차의 누적으로 주기적인 교정 작업이 필수적이므로 유지 및 보수의 번거로움이 있다.
광센서 방식은 좌표 계산 방식의 문제점인 오차의 누적으로 주기적인 교정작업으로 이한 유지 및 보수의 번거로움을 해결하기 위한 것으로, 동서방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 동서로 이동하고 남북방향으로 배치되는 2개의 광센서의 광량을 비교하여 태양광 집광판이 남북방향으로 이동하는 방식으로 그 구조가 비교적 간결하다는 장점을 갖는다.
하지만, 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에는 동서방향으로 배치되는 2개의 광센서 및 남북방향으로 배치되는 2개의 광센서를 통한 광량 비교가 정확하게 이루어지지 않기 때문에 태양의 추적이 어려워지고, 이러한 상태로 시간이 경과 되어 태양의 위치가 상당히 변화된 경우, 태양의 위치가 태양광 트랙커의 추적 가능 범위를 벗어나게 되어 추적 자체가 불가능하게 되는 문제가 있다.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 태양광을 감지하여 태양을 추적하는 광센서 방식에서 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 감지하는 태양광 감지장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명의 과제는 태양광을 감지하여 태양을 추적하는 광센서 방식에서 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 추종하는 태양광 트랙커를 제공함에 있다.
본 발명의 해결 과제는 이상에서 언급한 해결 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Solar tracker)의 태양광 감지장치로, 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도 조절 광센서부; 와 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 광센서부;를 포함한다.
플레이트(plate) 상에서 4개의 섹터로 분할된 십자격벽의 제1섹터에 하나 이상의 제1센서가 제1경사각을 갖도록 배치되고 상기 십자격벽의 중심점을 기준으로 상기 제1섹터에 대칭되는 제2섹터에 하나 이상의 제2센서가 제2경사각을 갖도록 배치되며, 상기 십자격벽의 제3섹터에 하나의 이상의 제3센서가 제3경사각을 갖도록 배치되고 상기 중심점을 기준으로 상기 제3섹터에 대칭되는 제4섹터에 하나 이상의 제4센서가 제4경사각을 갖도록 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 경사각은 45도일 수 있다.
빛을 투과하는 투명재질로 상기 십자격벽 및 상기 제1 내지 제4 센서를 커버(cover) 하고 상기 플레이트 상에 부착되는 보호캡을 더 포함할 수 있다.
상기 보호캡은 내주 중공의 원통 형상을 가지며 내부 중공에 상기 십자격벽 및 제1 내지 제센서가 삽입되고, 하단부가 플레이트와 결합되는 몸통부; 와 상기 몸통부의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부를 포함할 수 있다.
상기 보호캡의 높이는 상기 십자격벽의 높이보다 높을 수 있다.
상기 십자격벽의 높이는 10Cm 내지 30Cm일 수 있다.
상기 제1센서 및 제2센서 중 적어도 하나와, 상기 제3센서 및 제4센서 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄이기 위한 광학필터에 의해 커버될 수 있다.
상기 제1센서, 제2센서, 제3센서 및 제4센서는 광량 증가에 따라 내부 저항값이 감소하는 광도전형 센서(photoconductive sensor)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커로서, 상기 태양광 트랙커의 태양광 감지장치; 상기 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고 상기 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력하는 구동방향 제어부; 상기 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판의 고도 조절을 수행하는 고도 조절 구동부; 및 상기 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판의 수평 회전을 수행하는 수평회전 구동부를 포함한다.
상기 태양광 트랙커는 태양 정면을 향하도록 상기 태양광 집광판에 형성되는 나이트 감지센서;를 더 포함하며, 상기 구동방향 제어부는 상기 나이트 감지센서를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력할 수 있다.
상기 구동방향 제어부는 상기 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력함과 동시에 태양광 집광판이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 태양광 감지장치 및 이를 갖는 태양광 트랙커에 따르면, 서로 대응되는 방향에서 입사되는 태양광을 감지하는 센서들을 회로적으로 직렬연결하고 센서들을 십자격벽에 의해서 구분 배치하고 또한 구분 배치된 센서들을 경사지게 배치함으로써 센서들간 입사되는 태양광의 광량 차이를 극대화함으로써, 날씨가 흐린 경우나 태양이 구름 등에 가려져 감지되는 태양광이 약해지는 경우에도 태양을 정확하게 추종할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 고도조절 광센서부 및 수평회전 광센서부의 회로 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 태양광 감지장치에 대한 사시도이다.
도 4는 태양광 감지장치의 단면도이다.
도 5는 태양광 감지장치의 십자격벽에 형성된 섹터들에 제1센서 내지 제4센서가 배치된 것을 예시한 도면이다.
도 6은 십자격벽에 의해 형성된 제1섹터의 바닥면에 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트가 형성된 것을 예시한 도면이다.
도 7은 오전 10시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 8은 정오(12시)에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 9는 오후 6시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서의 저항 변화를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커에서 고도조절 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 트랙커에서 수평회전 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 태양광 집광판에 태양광 감지장치 및 나이트 감지센서가 장착된 것을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커에 대한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 트랙커(100)는 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판(1)이 태양을 향하도록 태양광 집광판(1)의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하기 위해, 태양광 집광판(1)의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도조절 센서부(10), 태양광 집광판(1)의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 센서부(20), 고도조절 센서부(10)의 출력전압 및 수평회전 센서부(20)의 출력전압에 따라 태양광 집광판(1)의 고도 조절 및 수평 회전을 위한 구동값을 출력하는 구동방향 제어부(30), 고도조절 구동부(40) 및 수평방향 구동부(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에서 사용되는 고도조절 구동부(40)에서 조절되는 고도는 일반적으로 사용되는 내용 즉 지평선을 기준으로 하여 측정한 천체의 높이를 각도를 나타내는 것이 아닌, 태양광 집광판(1)과 지평선 사이의 각도를 나타내는 것으로 이해되어야 할 것이며, 0도 내지 90도까지의 범위를 가질 수 있다.
고도조절 센서부(10)는 태양을 정면으로 향하는 하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 이러한 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어 구성될 수 있다.
수평회전 센서부(20)는 태양을 정면으로 향하는 하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 이러한 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어 구성될 수 있다.
이러한 고도조절 센서부(10) 및 수평회전 센서부(20)는 도 3에 예시된 바와 같은 태양광 감지장치(200)에 포함되어, 도 12에 예시된 바와 같이 태양을 정면으로 향하도록 태양광 집광판(1)에 부착될 수 있다. 이 태양광 감지장치(200)에 대해서는 후술하기로 한다.
구동방향 제어부(30)는 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 고도조절 광센서부(10)의 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고, 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 수평회전 광센서부(20)의 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력한다.
고도조절 구동부(40)는 구동방향 제어부(30)의 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판(1)의 고도 조절을 수행한다. 고도조절 구동부(40)의 구동 전원은 태양광 집광판(1)의 태양전지로부터 공급될 수 있다.
수평회전 구동부(50)는 구동방향 제어부(30)의 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판(1)의 수평 회전을 수행한다. 수평회전 구동부(40)의 구동 전원은 태양광 집광판(1)의 태양전지로부터 공급될 수 있다.
도 2는 고도조절 광센서부 및 수평회전 광센서부의 회로 구성을 예시한 도면이다.
도 2의 예시도면을 참조하면 고도조절 광센서부(10)는 2개의 제1센서(12)와 2개의 제2센서(14)가 직렬 연결되어 있다. 그리고, 수평회전 광센서부(30)는 2개의 제3센서(22)와 2개의 제4센서(24)가 직렬 연결되어 있다. 이때 제1센서(12) 및 제2센서(12)와 제3센서(22) 및 제4센서(24)는 광도전형 센서(photoconductive sensor)일 수 있다. 이러한 광도전형 센서는 광량에 따라 내부 저항이 변화하는 센서로, 광량이 증가하면 내부 저항이 감소하게 되고 광량이 감소하면 내부 저항이 증가하는 작용을 한다. 광도전형 센서의 종류로 CdS 센서 또는 PbS 센서 등이 있다.
즉 고도조절 광센서부(10)는 제1센서(12)와 제2센서(14)가 직렬로 연결된 구조를 가짐으로써 제1센서(12) 및 제2센서(14) 간 태양광 센싱 감도 차이를 극대화하여 분해능을 높이고 있으며, 수평회전 광센서부(20)는 제3센서(22)와 제4센서(24)가 직렬로 연결된 구조를 가짐으로써 제3센서(22) 및 제4센서(24) 간 태양과 센싱 감도 차이를 극대화하여 분해능을 높이고 있다.
고도조절 광센서부(10) 및 수평회전 광센서부(20)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 태양광 감지장치(200)에 구조적으로 포함되어 태양광 집광판(1)에 장착될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 감지장치(200)의 사시도이고, 도 4는 태양광 감지장치의 단면도(도 3에서 플레이트(80) 및 태양광 감지장치를 태양광 집광판에 부착하기 위한 부착부(86)을 제외한 나머지 부분에 대한 단면도)이고, 도 5는 태양광 감지장치에서 십자격벽에 형성된 섹터들에 제1센서 내지 제4센서가 배치된 것을 예시한 도면이고, 도 6은 십자격벽에 의해 형성된 제1섹터(81)의 바닥면에 대해 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트(13)에 형성된 것을 예시한 도면이다.
태양광 감지장치(200)는 플레이트(80), 플레이트(80)에 형성된 십자격벽(70), 십자격벽(70)에 의해 형성된 섹터들(81, 82, 83, 84), 섹터(81)(이하 제1섹터(81)라 함)의 바닥면에 대해 제1경사각을 가지고 배치된 제1센서플레이트(13), 섹터(82)(이하 제2섹터(82)라 함)의 바닥면에 대해 제2경사각을 가지고 배치된 제2센서플레이트(15), 섹터(83)(이하 제3섹터(83)라 함)의 바닥면에 대해 제3경사각을 가지고 배치된 제3센서플레이트(23), 섹터(84)(이하 제4섹터(84)라 함)의 바닥면에 대해 제4경사각을 가지고 배치된 제4센서플레이트(25), 제1센서플레이트(13)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 아래쪽(남쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제1센서(12), 제2센서플레이트(15)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 위쪽(북쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서(14), 제3센서플레이트(23)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면방향을 기준으로 왼쪽(동쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제3센서(22), 제4센서플레이트(25)에 형성되고 태양광 집광판(1)의 정면 방향을 기준으로 오른쪽(서쪽)에서 입사되는 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서(24), 플레이트(80)의 측면에 고정되고 태양광 집광판(1)에 결합 되는 고정부재(86) 및 빛을 투과하는 투명재질로 십자격벽(70) 및 제1 내지 제4 센서(12, 14, 22, 24)를 커버(cover) 하고 하단이 플레이트(80)에 결합되는 보호캡(90)을 포함한다.
그리고 제1센서(12)는 4 방위에서 정남(S)방향을 향하도록 배치되며, 제2센서(14)는 4 방위에서 정북(N) 방향을 향하도록 배치되며, 제3센서(22)는 4 방위에서 정서(W) 방향을 향하도록 배치되며, 제4센서(24)는 4 방위에서 정동(E) 방향을 향하도록 배치될 수 있으며, 이를 위해서 십자격벽(70)은 4방위를 기준으로 보면(도 5 참조) "X"자 형상을 가진다.
여기서, 제1섹터(81) 및 제2섹터(82)는 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되게 배치되어 있으며, 제3섹터(83) 및 제4섹터(84)는 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되게 배치되어 있다.
십자격벽(70)은 광을 반사시키거나 산란시키지 않는 광흡수 소재일 수 있다. 즉 십자격벽(70)은 어느 섹터로 태양광이 입사되는 경우에 십자격벽(70)의 중심점(72)을 기준으로 대칭되는 섹터에 그늘이 형성되도록 역할을 한다. 예를 들어 제1섹터(81)로 태양광이 입사되는 경우 즉 태양광 집광판(1)의 아래쪽(남쪽)에서 태양광이 입사되는 경우에 제2섹터(82)에 그늘이 지도록 하는 역할을 한다. 이로 인해서 제1섹터(81)에 배치된 하나 이상의 제1센서(12)의 저항과 제2섹터(82)에 배치된 하나 이상의 제2센서(14)의 저항 차이는 더욱 커지게 된다.
즉 제1섹터(81)에 배치된 하나 이상의 제1센서(12)에 의한 저항값은 작아지고 상대적으로 제2섹터(82)에 배치된 저항값은 커지게 된다. 이에 따라 하나 이상의 제1센서(12)에 의한 전압값은 커지고 하나 이상의 제2센서(14)에 의한 전압값은 작아지게 된다. 결국 십자 격벽(70) 구조로 인해서 서로 대칭되는 섹터들 간 광량 차이가 극대화하여 분해능을 높임으로써 구동방향 제어부(30)가 태양광의 입사방향을 정확하게 결정하여서 태양 추종의 정확성을 높일 수 있게 된다.
이러한 십자격벽(70) 구조에 더하여 서로 대칭되는 섹터들 간 광량 차이를 더 극대화하여 더 분해능을 높이기 위해서, 각 섹터에 배치된 하나 이상의 센서를 각 섹터의 바닥면에 대해서 경사지게 배치할 수 있다.
즉 하나 이상의 제1센서(12)는 제1섹터(81)의 바닥면에 대해 제1경사각을 갖는 제1센서플레이트(13)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제2센서(14)는 제2섹터(82)의 바닥면에 대해 제2경사각을 갖는 제2센서플레이트(15)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제3센서(22)는 제3섹터(83)의 바닥면에 대해 제3경사각을 갖는 제3센서플레이트(23)에 형성될 수 있고, 하나 이상의 제4센서(24)는 제4섹터(84)의 바닥면에 대해 제4경사각을 갖는 제4센서플레이트(25)에 형성될 수 있다.
이때 제1경사각, 제2경사각, 제3경사각 및 제4경사각은 모두 동일하거나 서로 다를 수 있다. 제1경사각, 제2경사각, 제3경사각 및 제4경사각이 모두 동일한 경우 45도일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기한 바와 같이 십자격벽(70) 구조, 센서들이 각 섹터에서 경사지게 배치되는 구조 및 서로 대응되는 방향을 감지하는 센서들이 회로 상 직렬 연결된 구조를 가진 상태에서, 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서 및 하나 이상의 제4센서 간 저항 변화를 예시한 도면이 도 7 내지 도 9에 도시되어 있다.
도 7은 오전 10시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 오전 10시의 경우 태양이 태양광 집광판의 왼쪽(동쪽)에 위치하므로 하나 이상의 제3센서(22)쪽으로 많이 입사되므로, 하나 이상의 제3센서(22)에 의한 저항값은 감소하고 상대적으로 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 증가한다.
도 8은 정오(12시)에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 정오의 경우 태양이 태양광 집광판에 대해 정면으로 향하므로 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)에 동일한 광량의 태양광이 입사되므로, 하나 이상의 제3센서(22)에 의한 저항값 및 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 동일하게 된다.
도 9는 오후 6시에 태양 위치에 따른 수평회전 광센서부의 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24)의 저항 변화를 예시한 것으로, 오후 6시의 경우 태양이 태양광 집광판의 오른쪽(서쪽)에 위치하므로 하나 이상의 제4센서(24)쪽으로 많이 입사되므로, 하나 이상의 제4센서(24)에 의한 저항값은 감소하고 상대적으로 하나 이상의 제2센서(22)에 의한 저항값은 증가한다.
한편, 플레이트(80) 및 고정부재(86)는 광을 반사시키거나 산란시키지 않는 광흡수 소재일 수 있다.
그리고 고정부재(86)는 나사(88) 결합에 의해서 태양광 집광판(1)에 결합될 수 있으나, 태양광 집광판(1)에 결합에 이용되는 수단은 이에 한정되지 않는다.
한편, 도 3 및 도 4에서 보호캡(90)은 빛을 투과하는 투명재질로 구성될 수 있으며, 십자격벽(70) 및 제1 내지 제4센서(12, 14, 22, 24)가 삽입되도록 내부 중공의 원통 구조를 갖는 몸통부(92)와 몸통부(92)의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부(94)를 포함한다.
이때 몸통부(92)의 하단부는 플레이트(80)에 나사 결합 등에 의해서 결합될 수 있다.
보호캡(90)의 높이는 십자격벽(70)의 높이보다 높을 수 있다. 특히 십자격벽(70)의 높이는 태양광 트랙커 자체의 기계적인 진동을 고려하여서 10Cm에서 30Cm로 구현될 수 있는데, 그러나 십자격벽의 높이는 이에 한정되지 않는다. 마찬가지로 보호캡(90)의 높이 태양광 트랙커 자체의 기계적인 진동을 고려하여서 제한될 수 있다.
또한 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)가 끝이 뾰족한 원추 형상을 가지므로 눈 등과 같은 이물질이 잘 흘러내려서 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)에 이물질이 쌓이지 않게 되며 혹여 보호캡(90)의 몸통부(92)에 이물질이 쌓이더라도, 보호캡(90)의 이물질 방지부(94)를 통해서 태양광이 제1 내지 제4센서로 입사되므로, 태양을 추종할 수 있게 된다. 즉 겨울에 눈이 오는 상황에서도 태양을 정확하게 추종할 수 있게 되는 것이다.
한편, 하나 이상의 제1센서(12) 및 하나 이상의 제2센서(14) 중 적어도 하나와, 하나 이상의 제3센서(22) 및 하나 이상의 제4센서(24) 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄이기 위한 광학필터에 의해 커버(cover)될 수 있다. 이는 제1센서(12), 제2센서(14), 제3센서(22) 및 제4센서(24)가 광도전형 센서로 구성되는 경우를 고려한 것으로서, 광도전형 센서는 좁은 리니어(linear)영역을 가지며 넓은 포화(saturation)영역을 가진다. 이로 인해서 리니어영역을 벗어나는 광량이 입사되는 경우 광도전형 센서는 포화영역상태로 진입하게 되어, 태양광의 광량 감지가 정상적으로 이루어지지 않게 된다. 결국 태양 추종이 정확하게 이루어지지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해서 센서들 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄여주기 위한 광학필터에 의해서 커버 되는 것이다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커는 도 1 및 도 12를 참조하면 태양 정면을 향하도록 태양광 집광판(1)에 형성되는 나이트 감지센서(60)를 더 포함할 수 있다.
구동방향 제어부(30)는 나이트 감지센서(60)를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면, 왼쪽(동쪽)으로 태양광 집광판(1)을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부(50)로 출력하거나, 왼쪽으로 태양광 집광판(1)을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부(50)로 출력함과 동시에 태양광 집광판(1)이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부(40)에 출력할 수 있다.
이때 설정된 나이트 조도는 10(Lux)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
그리고 구동방향 제어부(30)가 태양광 집광판(10)의 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부(40)에 출력하는 이유는 태양광 집광판(10)을 지면과 수평으로 눕혀놓아서 강한 바람에 의해서 태양광 트랙커의 장비 파손을 방지하기 위해서이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 태양광 트랙커에서 고도조절 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
고도조절 구동부(40)는 구동방향 제어부(30)의 구동신호에 따라 구동하여 태양광 집광판(1)을 상하로 회전하여 태양광 집광판(1)의 고도를 조절하도록 다양하게 구성될 수 있다. 도 10을 참조하면, 고도조절 구동부(40)는 지지대(141)와 직선형 액추에이터(142)를 구비하고 있으며, 직선형 액추에이터(142)는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 지지대(141)와 태양광 집광판(1)은 제1결합축(141a)에 의해 외동가능하게 결합 되고, 지지대(141)와 직선형 액추에이터(142)를 제2결합축(141b)으로 회동가능하게 결합 되어 있다.
따라서 직선형 액추에이터(142)가 좌우로 직선운동을 하면 제2결합축(141b)에 연결된 지지대(141)를 통해 태양광 집광판(1)의 고도가 조절된다. 고도조절 구동부(40)에 의해 태양광 집광판(1)은 0도에서 최대 90도까지 고도조절이 가능하다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 트랙커에서 수평회전 구동부를 설명하기 위한 도면이다.
수평회전 구동부(50)는 구동방향 제어부(30)의 구동신호에 따라 구동하여 태양관 집광판(1)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 태양광 집광판(1)의 회전 방향을 조절하도록 다양하게 구성될 수 있다. 도 11을 참조하면, 수평회전 구동부(50)는 지지대(151)와 직선형 액추에이터(152)를 구비하고 있으며, 직선형 액추에이터(152)는 구동모터(미도시)에 의해 구동될 수 있다. 지지대(151)와 태양광 집광판(1)은 제1결합축(151a)에 의해 회동 가능하게 결합 되고, 지지대(151)와 직선형 액추에이터(152)를 제2결합축(151b)으로 회동 가능하게 결합 되어 있다.
따라서 직선형 액추에이터(152)가 좌우로 직선운동을 하면 제2결합축(151b)에 연결된 지지대(151)를 통해 태양광 집광판(10)의 수평회전이 조절된다. 수평회전 구동부(150)에 의해 태양광 집광판(1)은 0도에서 최대 180도까지 수평회전이 가능하다. 또한, 직선형 액추에이터(152)의 직선운동과, 직선형 액추에이터(152)에서 제2결합축(151b)를 통해 연결된 지지대(151)의 동작을 통해 태양광 집광판(1)의 수평회전 각도가 0도 180도로 한정됨에 따라 태양광 트랙커(100)의 장비 파손을 미연에 방지할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 태양광 트랙커에 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 태양전지가 다수 설치되어 있는 태양광 집광판이 태양을 향하도록 태양광 집광판의 고도 조절 및 수평 회전을 수행하는 태양광 트랙커(Sun tracker)의 태양광 감지장치로,
    하나 이상의 제1센서와 상기 제1센서와 상기 제1센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제2센서를 포함하고 상기 제1센서와 제2센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 고도 조절을 위해 태양광을 감지하는 고도 조절 광센서부; 와
    하나 이상의 제3센서와 상기 제3센서와 다른 방향의 태양광을 감지하는 하나 이상의 제4센서를 포함하고 상기 제3센서와 제4센서가 전기적으로 직렬 연결되어, 상기 태양광 집광판의 수평 회전을 위해 태양광을 감지하는 수평회전 광센서부;를 포함하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    플레이트(plate) 상에서 4개의 섹터로 분할된 십자격벽의 제1섹터에 하나 이상의 제1센서가 제1경사각을 갖도록 배치되고 상기 십자격벽의 중심점을 기준으로 상기 제1섹터에 대칭되는 제2섹터에 하나 이상의 제2센서가 제2경사각을 갖도록 배치되며, 상기 십자격벽의 제3섹터에 하나의 이상의 제3센서가 제3경사각을 갖도록 배치되고 상기 중심점을 기준으로 상기 제3섹터에 대칭되는 제4섹터에 하나 이상의 제4센서가 제4경사각을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 경사각은 45도인 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    빛을 투과하는 투명재질로 상기 십자격벽 및 상기 제1 내지 제4 센서를 커버(cover) 하고 상기 플레이트 상에 부착되는 보호캡을 더 포함하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호캡은
    내주 중공의 원통 형상을 가지며 내부 중공에 상기 십자격벽 및 제1 내지 제센서가 삽입되고, 하단부가 플레이트와 결합되는 몸통부; 와
    상기 몸통부의 상단부에 형성된 원추 형상의 이물질 방지부를 포함하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 보호캡의 높이는 상기 십자격벽의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 십자격벽의 높이는 10Cm 내지 30Cm인 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1센서 및 제2센서 중 적어도 하나와, 상기 제3센서 및 제4센서 중 적어도 하나가 태양광의 광량을 줄이기 위한 광학필터에 의해 커버 되는 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1센서, 제2센서, 제3센서 및 제4센서는 광량 증가에 따라 내부 저항값이 감소하는 광도전형 센서(photoconductive sensor)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 트랙커의 태양광 감지장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 태양광 트랙커의 태양광 감지장치;
    상기 제1센서의 저항과 제2센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 고도 조절 구동값을 출력하고 상기 제3센서의 저항과 제4센서의 저항에 의한 출력 전압에 따른 수평회전 구동값을 출력하는 구동방향 제어부;
    상기 고도 조절 구동값에 따라 태양광 집광판의 고도 조절을 수행하는 고도 조절 구동부; 및
    상기 수평회전 구동값에 따라 태양광 집광판의 수평 회전을 수행하는 수평회전 구동부를 포함하는 태양광 트랙커.
  11. 청구항 10에 있어서,
    태양 정면을 향하도록 상기 태양광 집광판에 형성되는 나이트 감지센서;를 더 포함하며,
    상기 구동방향 제어부는 상기 나이트 감지센서를 통해 감지된 태양광의 조도가 설정된 나이트(night) 조도 이하이면 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력하는 태양광 트랙커.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 구동방향 제어부는 상기 왼쪽으로 태양광 집광판을 수평 회전시키기 위한 구동값을 수평회전 구동부로 출력함과 동시에 태양광 집광판이 지면과 수평을 이루기 위한 구동값을 고도조절 구동부로 출력하는 태양광 트랙커.
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