JP2010067983A - 高効率集光用太陽光追跡装置及びその方法 - Google Patents

高効率集光用太陽光追跡装置及びその方法 Download PDF

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Abstract

【課題】フレネルレンズを利用して集光された太陽光をフォトダイオードに照射する時に形成される焦点情報によって太陽電池板を移動させて、集光効率を最大とする。
【解決手段】太陽光を集光する太陽電池板１１０と、太陽電池板１１０に照射される太陽光を、フレネルレンズ２１０を利用して集光し、フレネルレンズ２１０の焦点が照射されて焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０からなる太陽光追跡センサー２００と、太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００と、太陽光感知器３００に感知された太陽光の光度値によって、太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御部４６１、及び太陽光追跡センサー２００に感知された４分割フォトダイオード２２０に形成されるフレネルレンズ２１０の焦点情報によって、太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御部４６２からなる制御部４６０とを含んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、高効率集光用太陽光追跡装置及び方法に関し、より詳細には、フレネルレンズを利用して太陽光を集光し、集光された太陽光をフォトダイオードに照射する時に形成される焦点情報によって太陽電池板を移動させることにより、集光効率が最大になるようにする集光用太陽光追跡装置及び方法に関する。
一般に、太陽光発電は、太陽光を電気エネルギーに変換させる技術であって、光が照射されると、光電効果により光起電力を発生する太陽電池を利用した発電方式であるが、そのシステムの一般的な構成は、太陽電池(solar cell)で構成されたモジュール(module)と、蓄電池及び電力変換装置から構成される。また、太陽電池の種類には、金属と半導体の接触を利用したセレン光電池及び亜硫酸銅光電池、半導体ｐｎ接合を使用したシリコン光電池などがある。
一方、このような太陽光発電の長所としては、エネルギー源が清浄で、無制限の自家発電式であり、メンテナンスが容易で、無人化が可能であるという点である。しかしながら、生産効率が石炭及び石油のような化石燃料を利用した発電に劣ることはさておいても、電力生産量において、日射量によって発電量の偏差が大きい点が問題点として指摘されている。
したがって、上記のような問題点を解決するための一つの方案として、集光効率を最大にするために、太陽電池に、固定式ではなく、太陽の軌道変化によって太陽電池板が動くような移動式太陽光発電装置が導入されているのが実情である。
大韓民国特許登録第７２７２８３号
本発明は、上述の問題点を解決するために案出されたもので、本発明の集光用太陽光追跡装置は、太陽光を感知し、太陽光に相応するように太陽電池板を制御した状態で、フレネルレンズ及び４分割フォトダイオードを利用して前記太陽電池板の軌道及び高度を微細調整して太陽を追跡する集光用太陽光追跡装置を提供することにその目的がある。
上記の目的を達成するための本発明の集光用太陽光追跡装置及び方法の集光用太陽光追跡装置は、太陽光を集光する太陽電池板１１０と、前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ(Fresnel lens)２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード(Photodiode)２２０からなる太陽光追跡センサー２００と、前記太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００と、前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御部４６１、及び前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御部４６２からなる制御部４６０とを含むことを特徴とする。
ここで、前記太陽光追跡センサー２００は、太陽光を集光するフレネルレンズ２１０と、前記集光された太陽光が照射され、前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されて前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０が備えられる第１印刷回路基板２３０と、前記フレネルレンズ２１０及び前記第１印刷回路基板２３０間を支持し、前記集光された太陽光の損失を防止する太陽光損失防止手段２４０とを含むことを特徴とする。
また、前記第１印刷回路基板２３０の下部に連結され、前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報が伝送される前記第２制御部４６２が備えられる第２印刷回路基板２５０をさらに含むことを特徴とする。
また、前記太陽光追跡センサー２００の外部は、放熱板２６０からなることを特徴とする。
また、前記４分割フォトダイオード２２０は、２×２の配列で分割されることを特徴とする。
また、前記太陽光損失防止手段２４０は、レンズからなることを特徴とする。
一方、集光用太陽光追跡方法は、太陽光を集光する太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００を通じて太陽光を追跡する第１追跡段階Ｓ１００と、前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御段階Ｓ２００と、前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０からなる太陽光追跡センサー２００を通じて太陽光を追跡する第２追跡段階Ｓ３００と、前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御段階Ｓ４００とを含むことを特徴とする。
ここで、前記第２追跡段階Ｓ３００は、前記フレネルレンズ２１０を通じて前記太陽光を集光する集光段階Ｓ３１０と、前記フレネルレンズ２１０を通じて集光された前記太陽光を照射し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が前記４分割フォトダイオード２２０に形成される焦点形成段階Ｓ３２０と、前記４分割フォトダイオード２２０を通じて前記フレネルレンズ２１０の焦点を感知する焦点感知段階Ｓ３３０とを含むことを特徴とする。
本発明による集光用太陽光追跡装置は、太陽の軌道及び高度を感知する太陽光感知器を通じて、全方位角に渡って太陽の正確な位置を把握した状態で前記太陽の微細な軌道及び高度を追跡し、太陽の位置を把握する効果がある。
また、太陽の軌道または高度変化に相応して太陽電池の位置を適宜変化させるように太陽光追跡センサーを制御することにより、最大の太陽光発電効率を提供する効果がある。
本発明による集光用太陽光追跡装置の概略的な外観を示した斜視図である。 図２（ａ）は、本発明による太陽光追跡センサーの一断面図であり、図２（ｂ）は、本発明による太陽光追跡センサーの正面図である。 図３（ａ）は、本発明に利用される太陽光感知器の正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ矢印方向から見た断面図である。 図１の一側面図である。 本発明の集光用太陽光追跡装置の電気的なブロック構成図である。 本発明の集光用太陽光追跡装置による追跡方法を示すためのフローチャートである。 本発明の太陽光追跡センサーを利用した太陽光追跡段階を示すためのフローチャートである。
以下、添付の図面を参照し、本発明の集光用太陽光追跡装置及び方法を詳細に説明する。以下紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分伝達できるように例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下提示される図面に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。また、本明細書において、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。
ここで、使用される技術用語及び科学用語において特に定義がなければ、この発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明及び添付図面において、本発明の要旨を曖昧にする公知機能及び構成に対する説明は省く。
図１は、本発明による集光用太陽光追跡装置の概略的な外観を示した斜視図であり、図２（ａ）は、本発明による太陽光追跡センサーの一断面図であり、図２（ｂ）は、本発明による太陽光追跡センサーの正面図であって、図３（ａ）は、本発明に利用される太陽光感知器の正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ矢印方向から見た断面図であり、図４は、図１の一側面図であり、図５は、本発明の集光用太陽光追跡装置の電気的なブロック構成図であって、図６は、本発明の集光用太陽光追跡装置による追跡方法を示すためのフローチャートであり、図７は、本発明の太陽光追跡センサーを利用した太陽光追跡段階を示すためのフローチャートである。
まず、図１を参照し、本発明の集光用太陽光追跡装置について説明すると、以下のようである。
図１に示されたように、本発明の集光用太陽光追跡装置は、太陽光を集光する太陽電池板１１０と、前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ(Fresnel lens)２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード(Photodiode)２２０からなる太陽光追跡センサー２００と、前記太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００と、前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御部４６１、及び前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御部４６２からなる制御部４６０とを含む基本的な構成を有する。
次に、図２を参照し、本発明による太陽光追跡センサー２００について説明する。
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されたように、前記太陽光追跡センサー２００は、太陽光を集光するフレネルレンズ２１０と、前記集光された太陽光が照射され、前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されて前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０が備えられる第１印刷回路基板２３０と、前記フレネルレンズ２１０及び前記第１印刷回路基板２３０間を支持し、前記集光された太陽光の損失を防止する太陽光損失防止手段２４０とを含んで構成される。
好ましくは、前記第１印刷回路基板２３０の下部に連結され、前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報が伝送される前記第２制御部４６２が備えられる第２印刷回路基板２５０をさらに含む。
また、前記第２印刷回路基板２５０をさらに含む前記太陽光追跡センサー２００の外部は、放熱板２６０からなる。これは、前記太陽光を集光する時に発生する熱による被害を最小化するためである。
一方、前記４分割フォトダイオード２２０は、２×２の配列で分割されて、前記太陽光損失防止手段２４０は、レンズからなることが好ましい。
次に、図３を参照し、本発明に利用される前記太陽光感知器３００について説明する。これは、大韓民国特許登録第７２７２８３号(発明の名称：太陽光感知器及びこれを利用した太陽光集光装置及び方法、登録日：２００７．０６．０５)に明示されている内容であって、本発明の理解を助けるために簡単に説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示されたように、本発明による太陽光感知器３００の構成は、太陽光を感知するためのセンサーモジュール３２０と、前記センサーモジュール３２０を内装するケース３１０と、前記センサーモジュール３２０に電源を供給するか、前記センサーモジュール３２０から感知される光度に相応する感知信号の出力のためのケーブル３３０とを含んで構成される。
前記センサーモジュールの光センサー３２１は、細部的に後光センサー３２１ａ、右側光センサー３２１ｃ及び左側光センサー３２１ｂに区分される。即ち、上記のように、それぞれの光センサー３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃがそれぞれ異なる方向を向くように、センサー付着台３２３の各側面に付着されると、太陽の位置によってそれぞれ異なる光度を感知するようになる。例えば、太陽が右側光センサー３２１ｃと向かい合う方向に位置すると、他の二つの光センサー３２１ａ、３２１ｂは、太陽を背にした状態であるため、右側光センサー３２１ｃが最も大きい光度を感知するようになる。
次に、図４を参照し、本発明の集光用太陽光追跡装置の詳細な構成を説明すると、以下のようである。
図４に示されたように、本発明の集光用太陽光追跡装置１００は、太陽光を集光する太陽電池板１１０とその保持台１２０、電池板保持台１２０の方位を調節、即ち電池板保持台１２０を回転させる回転軸１３０とその駆動装置１４０、電池板保持台１２０と地面の角を調節する角度調節棒１５０とその駆動装置１６０、及び回転軸１３０とその駆動装置１４０を保持し、電子板保持台１２０上面の適所に付着された前記太陽光感知器３００及び前記太陽光追跡センサー２００からそれぞれ入力される感知信号に基づいて、角度調節棒駆動装置１６０と回転軸駆動装置１４０の駆動を制御する電子装置が内装されて、太陽光追跡センサー、太陽光感知器３００、太陽光追跡センサー２００、角度調節棒駆動装置１６０及び回転軸駆動装置１４０の駆動電源を供給する電源装置が内装される保持ケース１７０を含んで構成される。図示してはいないが、太陽光追跡センサー２００、太陽光感知器３００、角度調節棒駆動装置１６０及び回転軸駆動装置１４０と保持ケース１１０に内装された電子装置及び電源装置間は、それぞれ有線で連結されることは自明なことである。
上述の構成において、電子板保持台１２０は、その底面に連結台１２１が形成され、結合棒１８０により回転軸１３０と結合される。
次に、回転軸駆動装置１４０は、回転軸１３０を回転させる回転軸歯車１４３とこれを駆動させる軌道追跡用モーター１４１を含んで構成されるが、回転軸１３０下端の周りに形成された歯車１３１が回転軸歯車１４２と噛み合うようになる。
なお、回転軸１３０の一側面には、角度調節棒駆動装置１６０と角度調節棒１５０を保持する保持台１２０が形成される。
また、角度調節棒１５０は、角度調節棒１５０を上下に駆動させる角度調節棒歯車１６２とこれを駆動させる高度追跡用モーター１６１を含んで構成されるが、特に角度調節棒１５０は、スクリュージャッキ(screw jack)で具現されることが好ましい。
次に、軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１は、一般的なＤＣモーターまたは油圧モーターで具現できる。
一方、図３を通じて説明された本発明に利用される太陽光感知器３００は、図１に示されたように、その用途によって二つが電池板保持台１２０の上面に設けられるが、上端部位に設けられる太陽光感知器３００は、太陽の軌道感知用（以下、太陽軌道感知器３００ａ）であり、中間部位の縁部に設けられる太陽光感知器３００は、太陽の高度感知用（以下、太陽高度感知器３００ｂ）である。特に、太陽軌道感知器３００ａ及び太陽高度感知器３００ｂは、電池板保持台１２０に固定されるにおいて、その後光センサー３２１ａが太陽電池板１１０の後方を向くようにする。
次に、図５を参照して、上述の構成を有する本発明の集光用太陽光追跡装置の電気的なブロック構成を説明する。
図５に示されたように、本発明による集光用太陽光追跡装置１００の電気的な構成は、太陽の光度を感知し、それに相応する軌道信号及び高度信号を含む感知信号を出力する太陽光感知部４００と、前記軌道追跡用モーター１４１及び前記高度追跡用モーター１６１を駆動させるモーター駆動部４５０と、前記太陽光感知部４００で感知される光度による前記軌道追跡用モーター１４１及び前記高度追跡用モーター１６１の回転方向と回転程度に対するデータを含む前記感知信号を伝送するデータ通信部４３０と、前記データ通信部４３０が伝送するデータを蓄積するデータ蓄積部４４０と、前記太陽光感知部４００から入力される前記感知信号により前記モーター駆動部４５０を制御する制御部４６０と、前記制御部４６０、前記太陽光感知部４００、モーター駆動部４５０、データ通信部４３０、及びデータ蓄積部４４０に駆動電源を供給する太陽光発電部４７０とを含んで構成される。
なお、前記太陽光感知部４００は、第１感知部４１０、第２感知部４２０、風速センサー４２７、温度センサー４２８及び電源自動遮断装置４２９を含んで構成される。
ここで、前記第１感知部４１０は、太陽の軌道を感知し、軌道情報を含む軌道信号を発生する軌道感知部４１１、及び太陽の高度を感知し、高度情報を含む高度信号を発生する高度感知部４１２からなる。
なお、前記第２感知部４２０は、第１に前記太陽光を追跡する第１追跡センサー４２１及び第２に前記太陽光を追跡する第２追跡センサー４２５からなる。
さらに、前記第１追跡センサー４２１は、前記太陽光感知器３００を通じて太陽の軌道角を感知し、軌道角情報を含む軌道角信号を発生する軌道角感知部４２１、及び太陽の高度角を感知し、高度角情報を含む高度角信号を発生する高度角感知部４２２からなる。
なお、前記第２追跡センサー４２５は、前記太陽光追跡センサー２００を通じて太陽の太陽光焦点情報を含む焦点信号を発生する太陽光焦点感知部４２６からなる。
ここで、前記第１感知部４１０及び前記第２感知部４２０の第１追跡センサー４２１は、複数の集光用太陽光追跡装置１００の電池板保持台１２０に備えられるそれぞれの太陽軌道感知器３００ａ及び太陽高度感知器３００ｂを意味する。
また、前記第２感知部４２０の第２追跡センサー４２５は、複数の集光用太陽光追跡装置１００の電池板保持台１２０に備えられるそれぞれの太陽光追跡センサー２００を意味する。
一方、前記第１追跡センサー４２１は、前記第１制御部４６１の制御を通じて、前記フレネルレンズ２１０に太陽光の直達日射(Direct Normal Insolation, DNI)を誘導する。
次に、前記第２追跡センサー４２５は、前記第２制御部４６２の制御を通じて、前記第１追跡センサー４２１により誘導された前記太陽光の直達日射を前記４分割フォトダイオード２２０の中央点に移動させる。
一方、前記風速センサー４２７及び温度センサー４２８は、前記集光用太陽光追跡装置１００が備えられた周辺環境要素である風速及び温度を測定する。
なお、前記電源自動遮断装置４２９は、前記風速センサー４２７及び温度センサー４２８を通じて測定された風速測定値及び温度測定値が前記集光用太陽光追跡装置１００に深刻な影響を与える程度の設定値に到達すると、前記集光用太陽光追跡装置１００の電源を自動に遮断する。
一方、前記制御部４６０は、複数の太陽光集光装置１００を制御するそれぞれの太陽光感知器３００ａ、３００ｂを監視及び制御する中央制御室４８０と前記データ通信部４３０を通じて連結される。
また、前記制御部４６０は、前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御部４６１と、前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御部４６２とからなる。
なお、前記中央制御室４８０は、太陽の軌跡及び季節による太陽の高度値が蓄積され、前記それぞれの感知信号を比較して誤差が発生する太陽光感知器３００または太陽光追跡センサー２００を追跡し、補正信号を出力する中央コンピューター４８５が備えられる。
なお、前記モーター駆動部４５０は、前記軌道追跡用モーター１４１を駆動させる軌道追跡用モーター駆動部４５１と前記高度追跡用モーター１６１を駆動させる高度追跡用モーター駆動物４５２とを含んで構成される。
さらに、前記データ通信部４３０は、前記感知信号を前記軌道追跡用モーター１４１、高度追跡用モーター１６１、及び中央制御室４８０に伝送する。
また、前記太陽光発電部４７０は、太陽光を集光する集光部４７１、前記集光部４７１で集光される光エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電する蓄電部４７２、及び前記蓄電部４７２の電気エネルギーの電力を変換する電力変換部４７３を含んで構成される。
ここで、前記感知信号は、太陽の光度による軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１の回転方向と回転程度に対するデータを含むことが好ましい。
また、前記補正信号は、前記それぞれの感知信号の平均値を有する軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１の回転方向と回転程度に対するデータを含む。
次に、図６を参照し、上述の構成による本発明の集光用太陽光追跡方法について説明する。
図６に示されたように、集光用太陽光追跡方法は、太陽光を集光する太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００を通じて太陽光を追跡する第１追跡段階Ｓ１００と、前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御段階Ｓ２００と、前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０からなる太陽光追跡センサー２００を通じて太陽光を追跡する第２追跡段階Ｓ３００と、前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御段階Ｓ４００とを含んで構成される。
上述の構成の集光用太陽光追跡方法を説明する前に、前記太陽光感知器３００を利用して太陽光を追跡する原理について説明する。
まず、前記太陽軌道感知器３００ａの後光センサー３２１ａで感知される光度が、他の二つの光センサー３２１ｂ、３２１ｃで感知される光度より大きい場合、即ち、太陽が太陽電池板１１０の後方にある場合は、回転軸１３０が予め定められた角度、例えば１８０度回転するようになる。一方、太陽軌道感知器３００ａの左側光センサー３２１ｂで感知される光度が、右側光センサー３２１ｃで感知される光度より小さい場合は、回転軸１３０が所定の角度、即ち、センサー付着台３２３において右側光センサー３２１ｃと左側光センサー３２１ｂが付着された両側面の角部位が太陽と向かい合えるような角度に回転するようになる。この際、回転方向は、反時計方向になる。
次に、光センサーは、太陽との角、即ち入射角が９０度である場合に感知される光度が最も大きいことは周知の事実であるが、太陽高度感知器３００ｂのそれぞれの光センサー３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃで感知される光度の差が、予め定められた範囲を外れる場合は、角度調節棒１５０の高低が、それぞれの光センサー３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃで感知される光度の差が予め定められた範囲に入るように調整される。例えば、後光センサー３２１ａで感知される光度が、他の二つの光センサー３２１ｂ、３２１ｃより小さい場合は、角度調節棒駆動装置１６０により、角度調節棒１５０が下方に下がるようになる。
ここで、太陽との入射角を９０度に合わせるためには、上述のような太陽高度感知器３００ｂを利用することもできるが、これに限定されるものではない。例えば、上述の太陽高度感知器３００ｂによると、センサー付着台３２３の各側面に付着された光センサーが太陽の高度を感知したが、この構造を変更し、センサー付着台３２３の上面に一つの光センサーを付着して、太陽の高度を感知することもできる。また、太陽高度感知器３００ｂ無しに、太陽軌道感知器３００ａを利用することもできるが、右側光センサー３２１ｃと左側光センサー３２１ｂで感知されるそれぞれの光度が一致されるように回転軸１３０が調節されてから、それぞれの光センサー３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃで感知されるそれぞれの光度が一致されるように、角度調節棒１５０の高低が調節されることも可能である。
次に、上述の原理を利用して、太陽光を集光する太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００を通じて太陽光を追跡する第１追跡段階Ｓ１００、及び前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御段階Ｓ２００について説明する。
まず、前記太陽光感知器３００で発生したそれぞれの感知信号を、前記データ通信部４３０を通じて前記データ蓄積部４４０に伝送して蓄積する。
次に、前記制御部４６０の第１制御部４６１は、前記第１感知部４１０及び前記第１追跡センサー４２１から前記感知信号を受けて、これと同時に、前記第１感知部４１０と前記第１追跡センサーを監視する役割をする。
また、前記第１制御部４６１は、前記データ蓄積部４３０に蓄積されている感知信号を分析し、前記軌道追跡用モーター１４１を駆動させる前記軌道追跡用モーター駆動部４５１、及び前記高度追跡用モーター１６１を駆動させる前記高度追跡用モーター駆動部４５２を制御する。
また、前記第１制御部４６１は、前記第１追跡センサー４２１を制御し、前記フレネルレンズ２１０に太陽光の直達日射(Direct Normal Insolation, DNI)を誘導するようにすることが好ましい。
一方、前記中央制御室４８０は、前記データ通信部４３０を通じて伝達される集光用太陽光追跡装置１００の太陽軌道感知器３００ａ及び太陽高度感知器３００ｂで発生する感知信号を受けて、前記感知信号を分析する。
この際、前記中央制御室４８０は、中央コンピューター４８５が備えられ、太陽の軌跡情報が蓄積されている。前記太陽の軌跡情報と前記感知信号を比較し、太陽の軌道及び高度に対する平均値を計算する。
次に、前記太陽の軌道及び高度に対する平均値を計算し、前記平均値に相応するように、軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１の回転方向及び回転程度に対する情報を含む補正信号を出力して、前記第１制御部４６１に伝送する。
前記補正信号を受けた前記第１制御部４６１は、前記軌道追跡用モーター駆動部４５１及び高度追跡用モーター駆動部４５２を制御し、前記補正信号に相応するように前記軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１を制御する。
一方、前記制御部４６０、太陽光感知部４００、データ通信部４３０、データ蓄積部４４０、及びモーター駆動部４５０は、前記太陽光発電部４７０から電力を供給されることが好ましい。
次に、前記太陽光追跡センサー２００を利用して太陽光を追跡する原理について説明する。
まず、前記フレネルレンズ２１０を通じて、前記太陽電池板１１０に照射される太陽光を集光する。
次に、前記集光された太陽光により、前記フレネルレンズ２１０は、前記４分割フォトダイオード２２０に焦点を形成する。
この際、前記フレネルレンズ２１０の焦点は、太陽光を照射する太陽の位置と正反対側に像が結ばれる。
次に、２×２の配列で４分割された前記４分割フォトダイオード２２０上に形成される前記焦点の位置情報を含む焦点情報は、前記制御部の第２制御部４６２に伝送される。
次いで、前記第２制御部４６２は、前記焦点情報を分析し、前記４分割フォトダイオード２２０上の‘(1)’地点乃至‘(8)’地点のどの地点に前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されるか把握する。
次に、前記第２制御部４６２は、焦点が形成されている地点によってモーター駆動部４５０を制御し、軌道追跡用モーター１４１及び高度追跡用モーター１６１を駆動させて、前記太陽の位置に相応するように前記太陽電池板１１０を移動させる。
次に、上述の太陽光追跡センサー１１０の作動原理を利用して、前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射されて前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０からなる太陽光追跡センサー２００を通じて太陽光を追跡する第２追跡段階Ｓ３００、及び前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御段階Ｓ４００について説明する。
まず、前記第２追跡センサー４２５は、前記第２制御部４６２の制御を通じて、前記第１追跡センサー４２１により誘導された前記太陽光の直達日射を前記４分割フォトダイオード２２０の中央点に移動させる。
この際、前記フレネルレンズ２１０を通じて直達日射された前記太陽光は、前記４分割フォトダイオード２２０に照射され、前記４分割フォトダイオード２２０に前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されるようにする。
次に、前記第２追跡センサー４２５の太陽光焦点感知部４２６は、前記４分割フォトダイオード２２０を通じて前記フレネルレンズ２１０の焦点を感知し、前記４分割フォトダイオード２２０上に形成された前記フレネルレンズ２１０の焦点位置を含む焦点情報を前記制御部４６０の第２制御部４６２に伝送する。
次に、前記第２制御部４６２は、前記焦点情報を分析し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成された位置を判読し、前記焦点の位置によって、前記焦点の位置の正反対に前記太陽電池板１１０を移動させる。
次に、図２（ｂ）を参照し、前記４分割フォトダイオード２２０上に８個の地点を定めて、それによる前記太陽電池板１１０の移動を説明する。
まず、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の西側である‘(1)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を東側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の北西側である‘(2)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を南側に移動させた後、東側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の北側である‘(3)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を南側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の北東側である‘(4)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を南側に移動させた後、西側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の東側である‘(5)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を西側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の南東側である‘(6)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を北側に移動させた後、西側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の南側である‘(7)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を北側に移動させる。
次に、前記フレネルレンズ２１０の焦点が、前記４分割フォトダイオード２２０上の南西側である‘(8)’地点に形成されると、前記第２制御部４６２は、前記軌道追跡用モーター１４１または前記高度追跡用モーター１６１を作動し、前記太陽電池板１１０を北側に移動させた後、東側に移動させる。
一方、前記太陽光により、前記フレネルレンズ２１０を通じて前記４分割フォトダイオード２２０に焦点が形成される間、前記太陽光は、前記太陽光損失防止手段２４０の一般レンズにより効率的な集光がなされる。
また、前記太陽光追跡センサー２００は、前記太陽光追跡センサー２００の外部を取り囲む放熱板２６０により、前記太陽光集光時に発生する熱による被害を最小化することが好ましい。
１００ 集光用太陽光追跡装置
１１０ 太陽電池板
１２０ 電池板保持台
１３０ 回転軸
１４０ 回転軸駆動装置
１４１ 軌道追跡用モーター
１５０ 角度調節棒
１６０ 角度調節棒駆動装置
１６１ 高度追跡用モーター
１７０ 保持ケース
１８０ 結合棒
２００ 太陽光追跡センサー
２１０ フレネルレンズ
２２０ ４分割フォトダイオード
２３０ 第１印刷回路基板
２４０ 太陽光損失防止手段
２５０ 第２印刷回路基板
２６０ 放熱手段
３００ 太陽光感知器
３１０ ケース
３２０ センサーモジュール
３３０ ケーブル
４００ 太陽光感知部
４１０ 第１感知部
４２０ 第２感知部
４２１ 第１追跡センサー
４２５ 第２追跡センサー
４３０ データ通信部
４４０ データ蓄積部
４５０ モーター駆動部
４６０ 制御部
４７０ 太陽光発電部
４８０ 中央制御室

Claims (13)

  1. 太陽光を集光する太陽電池板１１０と、
    前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ(Fresnel lens)２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード(Photodiode)２２０からなる太陽光追跡センサー２００と、
    前記太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００と、
    前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御部４６１、及び前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御部４６２からなる制御部４６０と、
    を含むことを特徴とする集光用太陽光追跡装置。
  2. 前記太陽光追跡センサー２００は、
    太陽光を集光するフレネルレンズ２１０と、
    前記集光された太陽光が照射され、前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されて前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０が備えられる第１印刷回路基板２３０と、
    前記フレネルレンズ２１０及び前記第１印刷回路基板２３０間を支持し、前記集光された太陽光の損失を防止する太陽光損失防止手段２４０とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の集光用太陽光追跡装置。
  3. 前記第１印刷回路基板２３０の下部に連結され、前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報が伝送される前記第２制御部４６２が備えられる第２印刷回路基板２５０をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の集光用太陽光追跡装置。
  4. 前記太陽光追跡センサー２００の外部は、放熱板２６０からなることを特徴とする、請求項３に記載の集光用太陽光追跡装置。
  5. 前記４分割フォトダイオード２２０は、２×２の配列で分割されることを特徴とする、請求項１または２に記載の集光用太陽光追跡装置。
  6. 前記太陽光損失防止手段２４０は、レンズからなることを特徴とする、請求項２に記載の集光用太陽光追跡装置。
  7. 太陽光を集光する太陽電池板１１０の別々の軸に備えられ、前記太陽光を感知する少なくとも二つ以上の太陽光感知器３００を通じて太陽光を追跡する第１追跡段階Ｓ１００と、
    前記太陽光感知器３００に感知された前記太陽光の光度値によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第１制御段階Ｓ２００と、
    前記太陽電池板１１０に照射される前記太陽光を、フレネルレンズ２１０を利用して集光し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が照射され前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０からなる太陽光追跡センサー２００を通じて太陽光を追跡する第２追跡段階Ｓ３００と、
    前記太陽光追跡センサー２００に感知された前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報によって、前記太陽電池板１１０の軌道及び高度を制御する第２制御段階Ｓ４００と、
    を含むことを特徴とする集光用太陽光追跡方法。
  8. 前記第２追跡段階Ｓ３００は、
    前記フレネルレンズ２１０を通じて前記太陽光を集光する集光段階Ｓ３１０と、
    前記フレネルレンズ２１０を通じて集光された前記太陽光を照射し、前記フレネルレンズ２１０の焦点が前記４分割フォトダイオード２２０に形成される焦点形成段階Ｓ３２０と、
    前記４分割フォトダイオード２２０を通じて前記フレネルレンズ２１０の焦点を感知する焦点感知段階Ｓ３３０と、
    を含むことを特徴とする、請求項７に記載の集光用太陽光追跡方法。
  9. 前記太陽光追跡センサー２００は、
    太陽光を集光するフレネルレンズ２１０と、
    前記集光された太陽光が照射され、前記フレネルレンズ２１０の焦点が形成されて前記焦点を感知する４分割フォトダイオード２２０が備えられる第１印刷回路基板２３０と、
    前記フレネルレンズ２１０及び前記第１印刷回路基板２３０間を支持し、前記集光された太陽光の損失を防止する太陽光損失防止手段２４０とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の集光用太陽光追跡方法。
  10. 前記第１印刷回路基板２３０の下部に連結され、前記４分割フォトダイオード２２０に形成される前記フレネルレンズ２１０の焦点情報が伝送される 制御部が備えられる第２印刷回路基板２５０をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の集光用太陽光追跡方法。
  11. 前記太陽光追跡センサー２００の外部は、放熱板２６０からなることを特徴とする、請求項１０に記載の集光用太陽光追跡方法。
  12. 前記４分割フォトダイオード２２０は、２×２の配列で分割されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の集光用太陽光追跡方法。
  13. 前記太陽光損失防止手段２４０は、レンズからなることを特徴とする、請求項９に記載の集光用太陽光追跡方法。
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